JPH09189612A - Time-resolved emission imaging device - Google Patents

Time-resolved emission imaging device

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Publication number
JPH09189612A
JPH09189612A JP321396A JP321396A JPH09189612A JP H09189612 A JPH09189612 A JP H09189612A JP 321396 A JP321396 A JP 321396A JP 321396 A JP321396 A JP 321396A JP H09189612 A JPH09189612 A JP H09189612A
Authority
JP
Japan
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light
gate
optical
emitted
emission
Prior art date
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Pending
Application number
JP321396A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shuji Toyonaga
修司 豊永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BUNSHI BIO PHOTONICS KENKYUSHO
Bunshi Biophotonics Kenkyusho KK
Original Assignee
BUNSHI BIO PHOTONICS KENKYUSHO
Bunshi Biophotonics Kenkyusho KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BUNSHI BIO PHOTONICS KENKYUSHO, Bunshi Biophotonics Kenkyusho KK filed Critical BUNSHI BIO PHOTONICS KENKYUSHO
Priority to JP321396A priority Critical patent/JPH09189612A/en
Publication of JPH09189612A publication Critical patent/JPH09189612A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively receive the emission generated by the emission of a pulse exciting light outputted from a pulse laser beam source having a high repeated frequency, and perform the time-resolved measurement of the emission from a sample in a short period. SOLUTION: The pulse light outputted from a pulse laser beam source 1 is partially reflected by a beam splitter 2, and the remainder is transmitted thereby. The transmitted pulse light is incident on a second harmonic generator 3, and converted into 1/2 wavelength to form a pulse exciting light 5, which is then emitted to a sample 8. The emission 10 generated from the sample 8 is incident on an optical car gate 12 through a polarizer 11. On the other hand, the pulse light reflected by the beam splitter 2 is emitted to the optical car gate 12 as a gate pulse light 18. When the gate pulse light 18 is incident, the emission 10 becomes an elliptically polarized light when transmitted by the optical car gate 12, and it is partially transmitted by an analyzer 13, and detected by a two-dimensional optical detector 20. Since the gate pulse light 18 is incident on the optical car gate 12 with a delay according to the position of a movable right-angled mirror 14, the time-resolved measurement of the emission 10 can be performed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定試料に標識
されたプローブに励起光を照射し、プローブからの発光
の像を時間分解して測定する時間分解発光イメージング
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a time-resolved luminescence imaging apparatus for irradiating a probe labeled on a sample to be measured with excitation light and time-resolving and measuring an image of luminescence from the probe.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、標識された試料から生じた発光の
像を時間分解して測定するに際して、ゲート機能付きイ
メージングインテンシファイアを用いていた。図6は、
従来の時間分解発光イメージング装置の構成図である。
2. Description of the Related Art Conventionally, an imaging intensifier with a gate function has been used in time-resolved measurement of an image of luminescence generated from a labeled sample. FIG.
It is a block diagram of the conventional time-resolved luminescence imaging device.

【0003】パルスレーザ光源1から出力されたパルス
励起光5は、ビームエクスパンダ4によって光束径が拡
大された後、ダイクロイックミラー6で反射され、対物
レンズ7を経て、発光標識された試料8に入射する。試
料8にパルス励起光5が照射されて、試料8中の発光標
識が励起されて生じた発光は、対物レンズ7、ダイクロ
イックミラー6、励起光吸収フィルタ9および結像レン
ズ19を経て、ゲート機能付きイメージングインテンシ
ファイア49の光電面に結像される。
The pulse excitation light 5 output from the pulse laser light source 1 has its beam diameter expanded by the beam expander 4, is reflected by the dichroic mirror 6, passes through the objective lens 7, and is emitted to the luminescence-marked sample 8. Incident. The sample 8 is irradiated with the pulsed excitation light 5 to excite the luminescent label in the sample 8, and the emitted light is passed through the objective lens 7, the dichroic mirror 6, the excitation light absorption filter 9 and the imaging lens 19, and then has a gate function. An image is formed on the photocathode of the attached imaging intensifier 49.

【0004】このゲート機能付きイメージングインテン
シファイア49のゲートは、パルスレーザ光源1におけ
るパルス励起光5の出力タイミングに対して遅延回路5
0によって与えられた所定の遅延時間τの経過後に、一
定時間Δτだけゲート制御回路51によって開かれる。
したがって、パルス励起光5の発生の時刻を基準として
時刻τから時刻τ+Δτまでの間に、ゲート機能付きイ
メージングインテンシファイア49の光電面に結像され
た発光の像が、ゲート機能付きイメージングインテンシ
ファイア49のマイクロチャンネルプレートで増倍さ
れ、増倍された2次電子が蛍光面に入射して再び光像に
変換される。そして、この光像は、レンズ52を経て2
次元光検出器20によって検出され、この検出された光
像は処理装置21によって画像処理され表示される。以
上のことを、多数のパルス励起光に対して行なって充分
良好なS/N比が得られるまで繰り返すとともに、遅延
回路50によって遅延時刻τを変化させて時間分解測定
を行なう。
The gate of the imaging intensifier 49 with the gate function is provided with a delay circuit 5 for the output timing of the pulsed pump light 5 in the pulsed laser light source 1.
It is opened by the gate control circuit 51 for a fixed time Δτ after the elapse of a predetermined delay time τ given by 0.
Therefore, the light emission image formed on the photocathode of the imaging intensifier 49 with a gate function during the period from time τ to time τ + Δτ with reference to the time of generation of the pulse excitation light 5 is the imaging intensity with a gate function. The secondary electrons that have been multiplied by the micro channel plate of the fire 49 are made incident on the fluorescent screen and are converted into an optical image again. Then, this optical image passes through the lens 52 and
The optical image detected by the three-dimensional photodetector 20 is processed by the processing device 21 and displayed. The above process is repeated for a large number of pulsed pump lights until a sufficiently good S / N ratio is obtained, and the delay time τ is changed by the delay circuit 50 to perform time-resolved measurement.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記従来例では以下の
ような問題点がある。ゲート機能付きイメージングイン
テンシファイアは、ゲートの開閉の最大繰り返し周波数
が通常10kHz程度であり、せいぜい数百kHzが限
度である。他方、パルスレーザ光源は、パルス励起光の
出力繰り返し周波数が70MHzから80MHz程度の
ものがある。したがって、パルスレーザ光源から出力さ
れたパルス励起光が照射されて発生した発光のうち極一
部しかゲート機能付きイメージングインテンシファイア
で受光することができず、多くのパルス励起光が無駄に
なり効率が悪い。
The above-mentioned conventional example has the following problems. The imaging intensifier with a gate function usually has a maximum gate opening / closing repetition frequency of about 10 kHz, with a limit of several hundreds kHz at most. On the other hand, some pulsed laser light sources have an output repetition frequency of pulsed excitation light of about 70 MHz to 80 MHz. Therefore, the imaging intensifier with a gate function can receive only a small part of the emitted light generated by the irradiation of the pulsed excitation light output from the pulsed laser light source, and a large amount of the pulsed excitation light is wasted. Is bad.

【0006】特に生物試料からの発光を観測する場合、
パルス励起光の照射によって発生した発光のうち極僅か
しか受光できないとなると、観測に長時間を要すること
となって、生物試料へのダメージが大きくなって生物試
料の生理状態が変化し、生物試料の正確な観測ができな
い。また、生物試料のダイナミクスを調べる場合には、
ゲート機能付きイメージングインテンシファイアの観測
周期では、生物試料の速い変化の観測に充分でない場合
がある。
Particularly when observing light emission from a biological sample,
If only a very small amount of light emitted by the irradiation of pulsed excitation light can be received, it will take a long time for observation, damage to the biological sample will be large, and the physiological state of the biological sample will change. Can not be accurately observed. Also, when examining the dynamics of biological samples,
The observation period of the imaging intensifier with gating function may not be sufficient for observing fast changes in biological samples.

【0007】本発明は、上記問題点を解消する為になさ
れたものであり、繰り返し周波数の高いパルスレーザ光
源から出力されたパルス励起光の照射によって発生した
発光を有効に受光して、試料からの発光を短い周期で観
測することができる時間分解発光イメージング装置を提
供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and effectively emits light emitted by the irradiation of pulsed excitation light output from a pulsed laser light source having a high repetition frequency, so that It is an object of the present invention to provide a time-resolved luminescence imaging apparatus capable of observing the luminescence of light in a short period.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明に係る時間分解発
光イメージング装置は、(1) パルス光を出力するパルス
光源と、(2) パルス光を分岐して第1の光束と第2の光
束とを生成する光束分岐手段と、(3) 第1の光束に基づ
いてパルス励起光を形成し、パルス励起光を被測定試料
に照射する励起光学系と、(4) 被測定試料にパルス励起
光が照射されて生じた発光を入射して所定位置に導く発
光光学系と、(5) 第2の光束に基づいてゲートパルス光
を形成し、所定位置に導くゲート光学系と、(6) 所定位
置に配され、ゲートパルス光が入射している時には発光
を透過させ、そうでない時には発光を透過させない第1
の光学的ゲート手段と、(7) 第1の光学的ゲート手段か
ら出射された発光を検出する第1の光検出手段と、(8)
励起光学系および発光光学系の光路長と、ゲート光学系
の光路長との間の光路長差を設定する光路長可変手段
と、を備えることを特徴とする。
A time-resolved luminescence imaging apparatus according to the present invention comprises (1) a pulsed light source for outputting pulsed light, and (2) a first light beam and a second light beam for branching the pulsed light. And (3) an excitation optical system for forming pulse excitation light based on the first light flux and irradiating the sample under measurement with the pulse excitation light, and (4) pulse excitation for the sample under measurement. A light emitting optical system that guides light emitted by light irradiation to a predetermined position, (5) A gate optical system that forms gate pulse light based on the second light flux and guides the light to a predetermined position, (6) It is arranged at a predetermined position and transmits the light emission when the gate pulse light is incident, and does not transmit the light emission otherwise.
Optical gate means of (7), first photodetection means for detecting light emitted from the first optical gate means, and (8)
An optical path length varying means for setting an optical path length difference between the optical path lengths of the excitation optical system and the emission optical system and the optical path length of the gate optical system is provided.

【0009】この装置の作用は以下のとおりである。ま
ず、パルス光源から出力されたパルス光は、光束分岐手
段によって第1および第2の光束に分岐される。第1の
光束に基づいて励起光学系によって形成されたパルス励
起光は被測定試料に照射され、これによって生じた発光
は、発光光学系によって所定位置に配された第1の光学
的ゲート手段に導かれる。また、第2の光束に基づいて
ゲート光学系によって形成されたゲートパルス光は、第
1の光学的ゲート手段に導かれる。発光は、ゲートパル
ス光が入射している時には、第1の光学的ゲート手段を
透過し、そうでない時には、透過することができない。
第1の光学的ゲート手段から出射された発光は、第1の
光検出手段によって検出される。そして、励起光学系お
よび発光光学系の光路長とゲート光学系の光路長との間
の光路長差が光路長可変手段によって可変に設定され
て、これによって、被測定試料から発生した発光の時間
分解測定が可能となる。
The operation of this device is as follows. First, the pulsed light output from the pulsed light source is split into the first and second light fluxes by the light flux splitting means. The pulsed excitation light formed by the excitation optical system based on the first light flux is applied to the sample to be measured, and the light emission generated by this is applied to the first optical gate means arranged at a predetermined position by the light emission optical system. Be guided. Further, the gate pulse light formed by the gate optical system based on the second light flux is guided to the first optical gate means. The emitted light is transmitted through the first optical gate means when the gate pulse light is incident, and cannot be transmitted otherwise.
The emitted light emitted from the first optical gate means is detected by the first light detection means. Then, the optical path length difference between the optical path lengths of the excitation optical system and the emission optical system and the optical path length of the gate optical system is variably set by the optical path length varying means, whereby the time of light emission generated from the sample to be measured is set. Decomposition measurement is possible.

【0010】光路長可変手段は、ゲート光学系の光路上
に互いに対向して配置された1対の反射鏡群と、1対の
反射鏡群のうち少なくとも一方を光束分岐手段から到達
した光束の光軸に平行な方向に移動する移動手段と、を
備え、光束分岐手段から到達した光束を、1対の反射鏡
群の間で少なくとも1回以上往復させた後、所定位置に
向けて出射するものでもよい。また、光路長可変手段
は、励起光学系の光路上に互いに対向して配置された1
対の反射鏡群と、1対の反射鏡群のうち少なくとも一方
を光束分岐手段から到達した光束の光軸に平行な方向に
移動する移動手段と、を備え、光束分岐手段から到達し
た光束を、1対の反射鏡群の間で少なくとも1回以上往
復させた後、被測定試料に向けて出射するものでもよ
い。また、光路長可変手段は、発光光学系の光路上に互
いに対向して配置された1対の反射鏡群と、1対の反射
鏡群のうち少なくとも一方を被測定試料から到達した光
束の光軸に平行な方向に移動する移動手段と、を備え、
被測定試料から到達した光束を、1対の反射鏡群の間で
少なくとも1回以上往復させた後、所定位置に向けて出
射するものでもよい。何れの場合も、1対の反射鏡群の
間の間隔を僅かに変更するだけで、光学的ゲート手段に
到達する発光とゲートパルス光とのタイミングは大きく
変更する。
The optical path length changing means includes a pair of reflecting mirror groups disposed on the optical path of the gate optical system so as to face each other, and at least one of the pair of reflecting mirror groups of the luminous fluxes arriving from the luminous flux splitting means. A moving unit that moves in a direction parallel to the optical axis, and reciprocates the light flux that has arrived from the light flux splitting unit at least once between the pair of reflecting mirror groups, and then emits it toward a predetermined position. It may be one. Further, the optical path length varying means is arranged on the optical path of the excitation optical system so as to face each other.
The pair of reflecting mirror groups and the moving means for moving at least one of the pair of reflecting mirror groups in the direction parallel to the optical axis of the light flux arriving from the light flux splitting means are provided. It may be one that reciprocates at least once between the pair of reflecting mirror groups and then emits the light toward the sample to be measured. Further, the optical path length varying means includes a pair of reflecting mirror groups arranged to face each other on the optical path of the light emitting optical system, and a light beam of a light flux that reaches at least one of the pair of reflecting mirror groups from the sample to be measured. A moving means that moves in a direction parallel to the axis,
The light flux reaching from the sample to be measured may be reciprocated at least once between the pair of reflecting mirror groups and then emitted toward a predetermined position. In either case, the timing between the light emission reaching the optical gate means and the gate pulse light is greatly changed by only slightly changing the distance between the pair of reflecting mirror groups.

【0011】また、光路長可変手段は、ゲート光学系と
励起光学系の光路長またはゲート光学系と発光光学系の
光路長について、一方を増加させ他方を減少させること
としてもよく、この場合、光学的ゲート手段に到達する
発光およびゲートパルス光の双方について一方を早くし
他方を遅くすることができるので、両者の到達タイミン
グは大きく変化する。
Further, the optical path length varying means may increase one of the optical path lengths of the gate optical system and the excitation optical system or the optical path lengths of the gate optical system and the light emitting optical system and decrease the other. In this case, For both the light emission and the gate pulse light that reach the optical gate means, one can be advanced and the other can be delayed, so that the arrival timings of the both greatly change.

【0012】また、(1) 発光光学系の光路上に設けられ
発光の一部を反射し残部を透過させ、透過した発光を第
1の光学的ゲート手段に入射させる発光分岐手段と、
(2) ゲート光学系の光路上に設けられゲートパルス光の
一部を反射し残部を透過させ、透過したゲートパルス光
を第1の光学的ゲート手段に入射させるゲートパルス光
分岐手段と、(3) 発光分岐手段で反射された発光と、ゲ
ートパルス光分岐手段で反射されたゲートパルス光とを
入射し、ゲートパルス光が入射している時には発光を透
過させ、そうでない時には発光を透過させない第2の光
学的ゲート手段と、(4) 第2の光学的ゲート手段から出
射された発光を検出する第2の光検出手段と、を更に備
え、第1および第2の光検出手段それぞれは、発光の互
いに異なる方向の直線偏光成分それぞれを検出すること
としてもよい。この場合、発光の異方性を求めることが
できる。
(1) A light-emission branching unit which is provided on the optical path of the light-emission optical system, reflects a part of the light emission, transmits the remaining light, and makes the transmitted light incident on the first optical gate unit.
(2) Gate pulse light branching means provided on the optical path of the gate optical system for reflecting a part of the gate pulse light and transmitting the rest, and for making the transmitted gate pulse light incident on the first optical gate means, 3) The light emission reflected by the light emission branching means and the gate pulse light reflected by the gate pulse light branching means are made incident, and the light emission is transmitted when the gate pulse light is incident, and the light emission is not transmitted otherwise. It further comprises a second optical gate means, and (4) a second photodetecting means for detecting the light emitted from the second optical gate means, each of the first and second photodetecting means. , Linearly polarized light components in different directions of light emission may be detected. In this case, the anisotropy of light emission can be obtained.

【0013】第1および第2の光学的ゲート手段それぞ
れは、平板形状であるとともに、発光とゲートパルス光
とを当該平板面に対して対称に入射させることとしても
よい。この場合、第1および第2の光学的ゲート手段そ
れぞれは、被測定試料上の各位置で同時刻に生じた発光
を透過させる。
Each of the first and second optical gate means may have a flat plate shape, and the light emission and the gate pulse light may be made to be incident symmetrically with respect to the flat plate surface. In this case, each of the first and second optical gate means transmits the luminescence generated at the same time at each position on the measured sample.

【0014】第1の光学的ゲート手段は、(1) 発光を入
射し、第1の方向の直線偏光の光束を出射する偏光子
と、(2) ゲートパルス光および偏光子から出射された光
束を入射し、ゲートパルス光の光量に応じて複屈折率が
変化して、偏光子から出射された光束を、ゲートパルス
光の光量に応じた楕円率の楕円偏光に変換して出射する
光カー効果を利用した光カーゲートと、(3) 光カーゲー
トから出射された光束を入射し、第1の方向と直交する
第2の方向の直線偏光の光束を出射する検光子と、を備
えるものであってもよい。また、ゲートパルス光が入射
している時には発光を透過し、そうでない時には発光を
透過させない可飽和吸収体を備えるものであってもよ
い。第2の光学的ゲート手段についても同様である。何
れの場合も、第1および第2の光学的ゲート手段それぞ
れは、ゲートパルス光が入射している時にのみ発光を透
過させ、そのゲート開閉動作を高速に行なうことができ
る。
The first optical gate means includes (1) a polarizer for emitting light emission and emitting a linearly polarized light beam in the first direction, and (2) a gate pulsed light beam and a light beam emitted from the polarizer. Is incident, and the birefringence changes according to the amount of gate pulse light, and the light beam emitted from the polarizer is converted into elliptically polarized light with an ellipticity according to the amount of gate pulse light and then emitted. An optical cargate that utilizes the effect, and (3) an analyzer that enters a light beam emitted from the optical cargate and emits a linearly polarized light beam in a second direction orthogonal to the first direction. May be. Further, a saturable absorber that transmits light emission when the gate pulse light is incident and does not transmit light emission when the gate pulse light is not incident may be provided. The same applies to the second optical gate means. In either case, each of the first and second optical gate means transmits the light emission only when the gate pulse light is incident, and the gate opening / closing operation can be performed at high speed.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。尚、図面の説明におい
て同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省
略する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.

【0016】(第1の実施形態)先ず、第1の実施形態
について説明する。図1は、第1の実施形態に係る時間
分解発光イメージング装置の構成図である。
(First Embodiment) First, a first embodiment will be described. FIG. 1 is a configuration diagram of a time-resolved luminescence imaging apparatus according to the first embodiment.

【0017】パルスレーザ光源1から出力されたパルス
光は、ビームスプリッタ(光束分岐手段)2によって一
部が反射され残部が透過して2光束に分岐される。この
パルスレーザ光源1は、例えば、モード同期チタンサフ
ァイアレーザ光源が用いられる。
The pulsed light output from the pulsed laser light source 1 is partially reflected by the beam splitter (beam splitting means) 2 and the rest is transmitted and split into two beams. As the pulse laser light source 1, for example, a mode-locked titanium sapphire laser light source is used.

【0018】ビームスプリッタ2で分岐された一方の光
束は、励起光学系を経て試料8に照射される。すなわ
ち、先ず、この光束は第2高調波発生器3によって波長
が1/2に変換され、試料8に含まれる発光標識を励起
するに適切な波長に変換される。第2高調波発生器3か
ら出力されたパルス励起光5は、ビームエクスパンダ4
によってビーム径が拡大され、ダイクロイックミラー6
で反射され、対物レンズ7を経て、発光標識された試料
8に照射される。ここで用いられるダイクロイックミラ
ー6は、パルス励起光5を反射し、試料8中の発光標識
から発生する発光を透過させるものである。
One of the light beams split by the beam splitter 2 is applied to the sample 8 through the excitation optical system. That is, first, this light flux is converted into a wavelength of ½ by the second harmonic generator 3, and is converted into a wavelength suitable for exciting the luminescent marker contained in the sample 8. The pulsed excitation light 5 output from the second harmonic generator 3 is transmitted to the beam expander 4
The beam diameter is expanded by the dichroic mirror 6
Then, the sample 8 labeled with luminescence is irradiated through the objective lens 7 after being reflected. The dichroic mirror 6 used here reflects the pulsed excitation light 5 and transmits the luminescence generated from the luminescence marker in the sample 8.

【0019】パルス励起光5が試料に照射されて発光標
識が励起されると、その発光標識から発光10が生じ
る。この発光10は、発光光学系を経て、光学的ゲート
手段の主要構成要素である光カーゲート12に到達す
る。すなわち、発光10は、対物レンズ7を経て、ダイ
クロイックミラー6を透過し、励起光吸収フィルタ9を
透過し、偏光子11に入射して直線偏光となって出射さ
れ、光カーゲート12に入射する。この励起光吸収フィ
ルタ9は、発光10を透過させ、パルス励起光5を遮断
するものであり、試料8に照射されたパルス励起光5の
散乱光を光検出器20に到達させないようにする為に設
けられる。
When the sample is irradiated with the pulsed excitation light 5 to excite the luminescent label, luminescence 10 is generated from the luminescent label. This emitted light 10 reaches an optical Kerr gate 12, which is a main component of the optical gate means, through a light emitting optical system. That is, the light emission 10 passes through the objective lens 7, the dichroic mirror 6, the excitation light absorption filter 9, the polarizer 11, the linearly polarized light, and the optical cargate 12. The excitation light absorption filter 9 transmits the emitted light 10 and blocks the pulse excitation light 5, and prevents the scattered light of the pulse excitation light 5 applied to the sample 8 from reaching the photodetector 20. It is provided in.

【0020】また、光カーゲート12は、強力な直線偏
光の光(ゲートパルス光18)が照射されると、その直
線偏光方向に平行な方向と垂直な方向とでは異なる屈折
率変化を生じ、その複屈折性がゲートパルス光18の光
量に比例するカー効果を有する光カー媒質からなるもの
であり、この光カー媒質として、例えば二硫化炭素(C
2 )やニトロベンゼンが用いられる。光カーゲート1
2は、その光学軸が発光10の光軸に垂直な平面内にあ
って透過偏光方位とは45度の角度をなして配置され
る。したがって、光カーゲート12にゲートパルス光1
8が照射されていないときには、光カー媒質は複屈折が
生じることなく等方性であるので、この光カーゲート1
2に入射した直線偏光の発光10は、その直線偏光状態
がそのまま維持されて出射される。一方、光カーゲート
12にゲートパルス光18が照射されているときには、
光カー媒質に複屈折が生じて、発光10は、光カー媒質
の光学軸の方向それぞれの成分に対し異なった位相差と
なり、その位相差に応じた楕円率の楕円偏光となって出
射される。
Further, when the strong optical polarization light (gate pulse light 18) is applied to the optical Kerr gate 12, different refractive index changes occur between a direction parallel to the linear polarization direction and a direction perpendicular to the direction. The birefringence is composed of an optical Kerr medium having a Kerr effect which is proportional to the light quantity of the gate pulse light 18, and as the optical Kerr medium, for example, carbon disulfide (C
S 2 ) and nitrobenzene are used. Light car gate 1
2 is arranged with its optical axis in a plane perpendicular to the optical axis of the light emission 10 and at an angle of 45 degrees with the transmission polarization azimuth. Therefore, the gate pulse light 1 is applied to the optical Kerr gate 12.
8 is not illuminated, the optical Kerr medium is isotropic without causing birefringence.
The linearly polarized light emission 10 incident on 2 is emitted with the linearly polarized state thereof being maintained. On the other hand, when the optical car gate 12 is irradiated with the gate pulse light 18,
Birefringence occurs in the optical Kerr medium, and the light emission 10 has a different phase difference with respect to each component of the optical axis of the optical Kerr medium, and is emitted as elliptically polarized light having an ellipticity corresponding to the phase difference. .

【0021】光カーゲート12から出射された発光10
は、続いて検光子13に入射する。この検光子13は、
偏光子11から出射される光束の直線偏光の方向とは直
交する直線偏光の光束を透過させるものである。したが
って、発光10が、その偏光状態が維持されたまま光カ
ーゲート12から出射されて検光子13に入射したとき
には、検光子13を通過することができない。しかし、
発光10が、楕円偏光となって光カーゲート12から出
射されて検光子13に入射したときには、その楕円率す
なわちゲートパルス光18の光量に応じた光量の光束が
検光子13から出射される。このように、偏光子11、
光カーゲート12および検光子13は、光学的ゲートと
して機能する。そして、検光子13を通過した発光10
は、結像レンズ19で2次元光検出器(例えば2次元C
CD)20の受光面に結像されて、パルスレーザ光源1
から出力されるパルス毎に、その像が2次元光検出器2
0で受光され、その画像データは処理装置21に送られ
記憶あるいは処理される。
Light emission 10 emitted from the optical car gate 12.
Subsequently enters the analyzer 13. This analyzer 13
The linearly polarized light beam orthogonal to the direction of the linearly polarized light beam emitted from the polarizer 11 is transmitted. Therefore, when the emitted light 10 is emitted from the optical Kerr gate 12 and enters the analyzer 13 while maintaining its polarization state, the emitted light 10 cannot pass through the analyzer 13. But,
When the emitted light 10 is elliptically polarized and is emitted from the optical Kerr gate 12 and is incident on the analyzer 13, a light flux having a light amount corresponding to the ellipticity, that is, the light amount of the gate pulse light 18 is emitted from the analyzer 13. In this way, the polarizer 11,
The optical Kerr gate 12 and the analyzer 13 function as an optical gate. Then, the light emission 10 that has passed through the analyzer 13
Is a two-dimensional photodetector (for example, a two-dimensional C
The pulse laser light source 1 is imaged on the light receiving surface of the CD) 20.
The image of each pulse output from the two-dimensional photodetector 2
The light is received at 0, and the image data is sent to the processing device 21 and stored or processed.

【0022】光カーゲート12に照射されるゲートパル
ス光18は、ビームスプリッタ2で分岐された他方の光
束から形成され、ゲート光学系を経て光カーゲート12
に入射する。すなわち、ビームスプリッタ2で分岐され
た他方の光束は、可動直角ミラー(光路長可変手段)1
4で反射され、さらに平面ミラー15で反射され、1/
2波長板16で偏光方位が調整され、ビームエクスパン
ダ17でビーム径が広げられて、ゲートパルス光18と
して光カーゲート12に照射される。
The gate pulse light 18 applied to the optical Kerr gate 12 is formed from the other light beam split by the beam splitter 2, passes through the gate optical system, and is sent to the optical Kerr gate 12.
Incident on. That is, the other light beam split by the beam splitter 2 is a movable right-angle mirror (optical path length changing means) 1
4 and then by the plane mirror 15, 1 /
The polarization direction is adjusted by the two-wave plate 16, the beam diameter is expanded by the beam expander 17, and the optical Kerr gate 12 is irradiated with the gate pulse light 18.

【0023】ここで、可動直角ミラー14は、互いに直
角に配置された2枚の平面ミラーからなり、その2枚の
平面ミラー面の交線に垂直に入射した光束を、2枚の平
面ミラーそれぞれで順次反射させて、入射光束の光軸と
平行な光軸上を反対方向に出射させるものである。さら
に、可動直角ミラー14は、入射光束の光軸と平行な方
向に移動することが可能である。可動直角ミラー14が
移動しても、出射光束の光軸は変らない。したがって、
可動直角ミラー14を移動させることにより、ゲートパ
ルス光18の遅延を可変に設定することができる。可動
直角ミラー14の位置変化量をΔxとし、光速をcとす
ると、その遅延時間の変化量Δtは、 Δt=2Δx/c … (1) で表される。
Here, the movable right-angle mirror 14 is composed of two plane mirrors arranged at right angles to each other, and a light beam incident perpendicularly to the intersection of the plane mirror surfaces of the two plane mirrors. Are sequentially reflected by and are emitted in the opposite direction on the optical axis parallel to the optical axis of the incident light beam. Further, the movable right-angle mirror 14 can move in a direction parallel to the optical axis of the incident light beam. Even if the movable right-angle mirror 14 moves, the optical axis of the emitted light beam does not change. Therefore,
By moving the movable right-angle mirror 14, the delay of the gate pulse light 18 can be variably set. Assuming that the position change amount of the movable right-angle mirror 14 is Δx and the light speed is c, the change amount Δt of the delay time is represented by Δt = 2Δx / c (1).

【0024】このように、可動直角ミラー14の移動位
置に応じた時刻にゲートパルス光18が光カーゲート1
2に照射されて、その時に光カーゲート12に到達して
いる発光10が検光子13を透過して、その発光10の
像が2次元光検出器20で受光される。したがって、可
動直角ミラー14を移動させることにより、ゲートパル
ス光18が光カーゲート12に到達する時刻を変化させ
ることができるので、試料8から発生した発光10の像
を時間分解して観測することができる。
As described above, the gate pulse light 18 emits the gate pulse light 18 at the time corresponding to the moving position of the movable right-angle mirror 14.
The light emission 10 which is irradiated on the light beam 2 and reaches the optical cargate 12 at that time passes through the analyzer 13, and the image of the light emission 10 is received by the two-dimensional photodetector 20. Therefore, the time when the gate pulse light 18 reaches the optical cargate 12 can be changed by moving the movable right-angled mirror 14, so that the image of the light emission 10 generated from the sample 8 can be time-resolved and observed. it can.

【0025】また、本実施形態で用いられる光カーゲー
ト12の応答速度は数ピコ秒程度であるので、時間分解
能が高い測定ができるだけでなく、パルスレーザ光源1
から出力されるパルス光の出力繰り返し周期が数十MH
z以上であっても、そのパルス光を有効に利用すること
ができる。
Further, since the response speed of the optical Kerr gate 12 used in this embodiment is about several picoseconds, not only the measurement with high time resolution can be performed but also the pulse laser light source 1 can be used.
The output repetition cycle of the pulsed light output from
Even if it is z or more, the pulsed light can be effectively used.

【0026】(第2の実施形態)次に、第2の実施形態
について説明する。図2は、第2の実施形態に係る時間
分解発光イメージング装置の構成図である。本実施形態
では、ゲートパルス光に遅延を与える光学系が異なり、
僅かの可動直角ミラーの移動で大きな遅延時間変化を与
えることができるものである。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment will be described. FIG. 2 is a configuration diagram of a time-resolved luminescence imaging apparatus according to the second embodiment. In this embodiment, the optical system that gives a delay to the gate pulse light is different,
It is possible to give a large change in delay time with a slight movement of the movable right-angle mirror.

【0027】本実施形態において、(1) パルスレーザ光
源1から出力されビームスプリッタ2で分岐された一方
の光束を第2高調波発生器3で1/2波長にして生成さ
れたパルス励起光5が、ビームエクスパンダ4、ダイク
ロイックミラー6および対物レンズ7を経て試料8に照
射される励起光学系、(2) 試料8で発生した発光10
が、対物レンズ7、ダイクロイックミラー6、励起光吸
収フィルタ9および偏光子11を経て、光カーゲート1
2に至るまでの発光光学系、および、(3) 光カーゲート
12から出射された発光10が、検光子13および結像
レンズ19を経て2次元光検出器20に結像・検出され
る光学系、は第1の実施形態と同様である。
In the present embodiment, (1) the pulsed pump light 5 generated from the pulsed laser light source 1 and split by the beam splitter 2 into one half wavelength by the second harmonic generator 3 Is an excitation optical system that irradiates the sample 8 through the beam expander 4, the dichroic mirror 6, and the objective lens 7, and (2) the light emission 10 generated by the sample 8.
After passing through the objective lens 7, the dichroic mirror 6, the excitation light absorption filter 9 and the polarizer 11, the optical cargate 1
2, and (3) An optical system in which the light emission 10 emitted from the optical cargate 12 is imaged and detected by the two-dimensional photodetector 20 via the analyzer 13 and the imaging lens 19. , Are the same as those in the first embodiment.

【0028】本実施形態は、ゲートパルス光18に遅延
を与えるための構成が第1の実施形態と異なる。ビーム
スプリッタ2で分岐された他方の光束は、偏光ビームス
プリッタ22に入射してp偏光(電場ベクトルが入射面
に平行)成分が透過し、可動直角ミラー(反射鏡群)2
3と固定直角ミラー(反射鏡群)24との間で3往復し
て、1/4波長板25を経て固定平面ミラー26に垂直
に入射して反射され、再び、1/4波長板25を経て、
可動直角ミラー23と固定直角ミラー24との間で3往
復して、偏光ビームスプリッタ22に到達する。
This embodiment is different from the first embodiment in the configuration for delaying the gate pulse light 18. The other light beam split by the beam splitter 2 enters the polarization beam splitter 22, the p-polarized light component (the electric field vector of which is parallel to the incident surface) is transmitted, and the movable right-angle mirror (reflection mirror group) 2
3 and the fixed right-angled mirror (reflecting mirror group) 24 make three reciprocations, pass through the quarter-wave plate 25 perpendicularly and are reflected by the fixed flat mirror 26, and again the quarter-wave plate 25 is reflected. Through,
The movable right-angle mirror 23 and the fixed right-angle mirror 24 make three round trips to reach the polarization beam splitter 22.

【0029】この1/4波長板25は、その光学軸が、
入射するp偏光の直線偏光方向に対して45度の方位に
ある。したがって、光束は1/4波長板25を2回通過
するので、偏光ビームスプリッタ22から出力された時
にはp偏光であった光束は、直線偏光の方向が90度回
転して、偏光ビームスプリッタ22に再び到達したとき
にはs偏光(電場ベクトルが入射面に垂直)となり、偏
光ビームスプリッタ22で反射される。そして、偏光ビ
ームスプリッタ22で反射された光束は、ビームエクス
パンダ17によってビーム径が拡大されて、ゲートパル
ス光18として、光カーゲート12に照射される。
The optical axis of the quarter-wave plate 25 is
It is at an angle of 45 degrees with respect to the linear polarization direction of the incident p-polarized light. Therefore, since the light flux passes through the quarter-wave plate 25 twice, the p-polarized light flux output from the polarization beam splitter 22 is rotated by 90 degrees in the direction of linear polarization to the polarization beam splitter 22. When it reaches again, it becomes s-polarized light (the electric field vector is perpendicular to the incident surface) and is reflected by the polarization beam splitter 22. The beam diameter of the light beam reflected by the polarization beam splitter 22 is expanded by the beam expander 17, and the optical car gate 12 is irradiated with the gate pulse light 18.

【0030】ここで、可動直角ミラー23および固定直
角ミラー24それぞれは、互いに直角に配置された2枚
の平面ミラーからなり、その2枚の平面ミラー面の交線
に垂直に入射した光束を、2枚の平面ミラーそれぞれで
順次反射させて、入射光束の光軸と平行な光軸上を反対
方向に出射させるものである。また、可動直角ミラー2
3を構成する2枚の平面ミラー面の交線と、固定直角ミ
ラー24を構成する2枚の平面ミラー面の交線とは、互
いに平行であって、偏光ビームスプリッタ22から可動
直角ミラー23に向かう光束の光軸からの距離は互いに
異なる。それ故、偏光ビームスプリッタ22と固定平面
ミラー26との間で光束は往復することができる。
Each of the movable right-angle mirror 23 and the fixed right-angle mirror 24 is composed of two plane mirrors arranged at right angles to each other, and a light beam incident perpendicularly on the intersection line of the two plane mirror surfaces is The light is sequentially reflected by each of the two plane mirrors and emitted in the opposite direction on the optical axis parallel to the optical axis of the incident light beam. In addition, the movable right-angle mirror 2
The line of intersection of the two plane mirror surfaces that form 3 and the line of intersection of the two plane mirror surfaces that form the fixed right-angle mirror 24 are parallel to each other, and from the polarization beam splitter 22 to the movable right-angle mirror 23. The distances from the optical axis of the traveling light beam are different from each other. Therefore, the light beam can reciprocate between the polarization beam splitter 22 and the fixed plane mirror 26.

【0031】さらに、可動直角ミラー23は、偏光ビー
ムスプリッタ22からの入射光束の光軸と平行な方向に
移動することが可能である。可動直角ミラー23が移動
しても、出射光束の光軸は変らない。したがって、可動
直角ミラー23を移動させることにより、ゲートパルス
光18の遅延を可変に設定することができる。可動直角
ミラー23の位置変化量Δxに対して、その遅延時間の
変化量Δtは、 Δt=12Δx/c … (2) で表される。これを第1の実施形態における(1)式と
比較すると、可動直角ミラーの位置変化量が同じであっ
ても、本実施形態の方がゲートパルス光18の遅延時間
を6倍大きく変化させることができる。すなわち、高い
時間分解能かつ短い周期で、発光の時間変化を長時間に
亘って測定することが可能になる。
Furthermore, the movable right-angle mirror 23 can move in a direction parallel to the optical axis of the incident light beam from the polarization beam splitter 22. Even if the movable right-angle mirror 23 moves, the optical axis of the emitted light beam does not change. Therefore, the delay of the gate pulse light 18 can be variably set by moving the movable right-angle mirror 23. The change amount Δt of the delay time with respect to the position change amount Δx of the movable right-angle mirror 23 is represented by Δt = 12Δx / c (2). Comparing this with the expression (1) in the first embodiment, even if the position change amount of the movable right-angle mirror is the same, the delay time of the gate pulse light 18 can be changed by a factor of 6 in the present embodiment. You can That is, it is possible to measure the time change of light emission over a long period of time with a high time resolution and a short cycle.

【0032】また、可動直角ミラー23、固定直角ミラ
ー24、1/4波長板25および固定平面ミラー26の
配置を変更すれば、この間における光束の往復回数を増
やすことも可能であり、より大きなゲートパルス光18
の遅延時間変化を得ることができる。また、ゲートパル
ス光18に遅延を与える為の光学系は、この構造に限ら
れるものではなく、各種の変形が可能である。要は、第
1のミラー群と第2のミラー群との間で光束を多数回往
復させ、少なくとも一方のミラー群を移動させることに
よって、ゲートパルス光18に大きな遅延時間変化を与
えることである。
Further, by changing the arrangement of the movable right-angle mirror 23, the fixed right-angle mirror 24, the quarter-wave plate 25, and the fixed plane mirror 26, it is possible to increase the number of reciprocations of the light beam during this period, and to increase the gate size. Pulsed light 18
Can be obtained. Further, the optical system for delaying the gate pulse light 18 is not limited to this structure, and various modifications are possible. The point is that a large delay time change is given to the gate pulse light 18 by reciprocating the light beam many times between the first mirror group and the second mirror group and moving at least one of the mirror groups. .

【0033】(第3の実施形態)次に、第3の実施形態
について説明する。図3は、第3の実施形態に係る時間
分解発光イメージング装置の構成図である。本実施形態
では、ゲートパルス光に遅延を与えるだけでなく、パル
ス励起光にも遅延を与える光学系を備えるものであり、
一方の遅延時間を大きく(小さく)すると共に他方の遅
延時間を小さく(大きく)することができるものであ
る。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment will be described. FIG. 3 is a configuration diagram of a time-resolved luminescence imaging apparatus according to the third embodiment. In the present embodiment, an optical system that not only delays the gate pulse light but also delays the pulsed pump light is provided.
It is possible to increase (decrease) one delay time and decrease (increase) the other delay time.

【0034】パルスレーザ光源1から出力されビームス
プリッタ2で一部透過した光束は、平面ミラー34、3
5および36で順次反射され、偏光ビームスプリッタ2
2を透過してp偏光となる。このp偏光の光束は、第2
の実施形態と同様に、可動直角ミラー23と固定直角ミ
ラー24との間で3往復して、1/4波長板25を経て
固定平面ミラー26に垂直に入射して反射され、再び、
1/4波長板25を経て、可動直角ミラー23と固定直
角ミラー24との間で3往復して、偏光ビームスプリッ
タ22に到達する。この時、光束はs偏光となっている
ので、偏光ビームスプリッタ22で反射され、ビームエ
クスパンダ17でビーム径が拡大されて光カーゲート1
2に照射される。
The light beam output from the pulse laser light source 1 and partially transmitted by the beam splitter 2 is a plane mirror 34, 3
Polarization beam splitter 2 which is sequentially reflected at 5 and 36
2 is transmitted and becomes p-polarized light. This p-polarized light beam is
In the same manner as in the above embodiment, the movable right-angle mirror 23 and the fixed right-angle mirror 24 make three reciprocating movements, vertically enter the fixed plane mirror 26 via the quarter-wave plate 25, are reflected, and again.
After passing through the quarter-wave plate 25, the movable right-angle mirror 23 and the fixed right-angle mirror 24 make three round trips to reach the polarization beam splitter 22. At this time, since the light flux is s-polarized light, it is reflected by the polarization beam splitter 22 and the beam diameter is expanded by the beam expander 17, so that the optical cargate 1
2 is irradiated.

【0035】一方、パルスレーザ光源1から出力されビ
ームスプリッタ2で一部反射された光束は、平面ミラー
27および28で順次反射され、偏光ビームスプリッタ
29を透過してp偏光となる。このp偏光の光束も、可
動直角ミラー30と固定直角ミラー31との間で3往復
して、1/4波長板32を経て固定平面ミラー33に垂
直に入射して反射され、再び、1/4波長板32を経
て、可動直角ミラー30と固定直角ミラー31との間で
3往復して、偏光ビームスプリッタ29に到達する。こ
の時、光束はs偏光となっているので、偏光ビームスプ
リッタ29で反射され、第2高調波発生器3に入射して
1/2波長とされ、ビームエクスパンダ4でビーム径が
拡大されて、パルス励起光5となる。以降は、第1の実
施形態と同様である。
On the other hand, the light beam output from the pulse laser light source 1 and partially reflected by the beam splitter 2 is sequentially reflected by the plane mirrors 27 and 28, transmitted through the polarization beam splitter 29, and becomes p-polarized light. The p-polarized light beam also makes three round trips between the movable right-angle mirror 30 and the fixed right-angle mirror 31, passes through the quarter-wave plate 32, is vertically incident on the fixed plane mirror 33, and is reflected again. After passing through the four-wave plate 32, the movable right-angle mirror 30 and the fixed right-angle mirror 31 make three round trips and reach the polarization beam splitter 29. At this time, since the light flux is s-polarized light, it is reflected by the polarization beam splitter 29, is incident on the second harmonic generator 3 and has a half wavelength, and the beam diameter is expanded by the beam expander 4. , And becomes the pulse excitation light 5. The subsequent steps are the same as those in the first embodiment.

【0036】ここで、偏光ビームスプリッタ22から可
動直角ミラー23に向かう光束の光軸と、偏光ビームス
プリッタ29から可動直角ミラー30に向かう光束の光
軸とは、互いに平行であり、また、可動直角ミラー23
および可動直角ミラー30は、可動ステージ37の上に
固定配置され、これらは一体となって、偏光ビームスプ
リッタ22から可動直角ミラー23に向かう光束の光軸
と平行な方向に移動することができる。
Here, the optical axis of the light beam traveling from the polarization beam splitter 22 to the movable right-angle mirror 23 and the optical axis of the light beam traveling from the polarization beam splitter 29 to the movable right-angle mirror 30 are parallel to each other, and the movable right angle is also. Mirror 23
The movable right-angle mirror 30 is fixedly arranged on the movable stage 37, and they can move together in a direction parallel to the optical axis of the light beam traveling from the polarization beam splitter 22 to the movable right-angle mirror 23.

【0037】したがって、可動ステージ37をΔxだけ
移動させると、発光10が光カーゲート12に到達する
時刻は、12Δx/cだけ変化し、ゲートパルス光18
が光カーゲート12に到達する時刻は、−12Δx/c
だけ変化する。すなわち、可動ステージ37の位置変化
量Δxに対して、発光10およびゲートパルス光18そ
れぞれが光カーゲート12に到達する時刻差の変化量Δ
tは、 Δt=24Δx/c … (3) で表される。これを第2の実施形態における(2)式と
比較すると、可動直角ミラーの位置変化量が同じであっ
ても、本実施形態の方がゲートパルス光18の遅延時間
を2倍大きく変化させることができる。これにより、よ
り寿命の長い発光標識の観測が可能となる。
Therefore, when the movable stage 37 is moved by Δx, the time when the light emission 10 reaches the optical car gate 12 is changed by 12Δx / c, and the gate pulse light 18 is emitted.
Arrives at the optical car gate 12 at -12Δx / c
Only change. That is, with respect to the position change amount Δx of the movable stage 37, the change amount Δ of the time difference when each of the light emission 10 and the gate pulse light 18 reaches the optical car gate 12.
t is represented by Δt = 24Δx / c (3). Comparing this with the expression (2) in the second embodiment, even if the position change amount of the movable right-angle mirror is the same, the present embodiment can change the delay time of the gate pulse light 18 twice as much. You can This makes it possible to observe a luminescent label with a longer life.

【0038】(第4の実施形態)次に、第4の実施形態
について説明する。図4は、第4の実施形態に係る時間
分解発光イメージング装置の構成図である。本実施形態
は、第1の実施形態と比較して、光カーゲート12は平
板形状であるとともに、発光10が光カーゲート12の
一方の面に入射し、ゲートパルス光18が光カーゲート
12の他方の面に入射し、かつ、それぞれの入射角が同
一である点で異なる。
(Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment will be described. FIG. 4 is a configuration diagram of a time-resolved luminescence imaging apparatus according to the fourth embodiment. In the present embodiment, the optical Kerr gate 12 has a flat plate shape as compared with the first embodiment, the light emission 10 is incident on one surface of the optical Kerr gate 12, and the gate pulse light 18 is incident on the other surface of the optical Kerr gate 12. They are different in that they are incident on a surface and have the same incident angle.

【0039】前述の第1の実施形態においては、発光1
0は光カーゲート12の面に垂直に入射するのに対し、
ゲートパルス光18は光カーゲート12の面に対して斜
めに入射する。それ故、光カーゲート12の面上の各位
置にとってゲートパルス光18が到達する時刻が異なる
ため、光カーゲート12の面上の各位置で透過する発光
10は、異なる時刻で発生したものとなり、時間的なボ
ケが生じて2次元光検出器20に受光される。この時間
的なボケの問題は、光学的ゲート手段のゲート動作が高
速であるほど顕著になる。本実施形態は、この時間的な
ボケを生じさせることなく、発光を時間分解測定するこ
とができるものである。
In the above-described first embodiment, the light emission 1
0 is incident vertically on the surface of the optical cargate 12, while
The gate pulse light 18 is obliquely incident on the surface of the optical Kerr gate 12. Therefore, since the time when the gate pulse light 18 arrives at each position on the surface of the optical car gate 12 is different, the light emission 10 transmitted at each position on the surface of the optical car gate 12 is generated at a different time. Defocus is generated and is received by the two-dimensional photodetector 20. The problem of temporal blurring becomes more significant as the gate operation of the optical gate means becomes faster. The present embodiment is capable of time-resolved measurement of light emission without causing this temporal blur.

【0040】本実施形態において、(1) パルスレーザ光
源1から出力されビームスプリッタ2で分岐された一方
の光束を第2高調波発生器3で1/2波長にして生成さ
れたパルス励起光5が、ビームエクスパンダ4、ダイク
ロイックミラー6および対物レンズ7を経て試料8に照
射される励起光学系、(2) 試料8で発生した発光10
が、対物レンズ7、ダイクロイックミラー6、励起光吸
収フィルタ9および偏光子11を経て、光カーゲート1
2に至るまでの発光光学系、および、(3) 光カーゲート
12から出射された発光10が、検光子13および結像
レンズ19を経て2次元光検出器20に結像・検出され
る光学系、は第1の実施形態とほぼ同様である。但し、
発光10が光カーゲート12に入射する角度が、第1の
実施形態では直角であったのに対して、本実施形態で
は、光カーゲート12の面に対して角度θ(≠90度)
で入射する点で異なり、また、光カーゲート12と2次
元光検出器20との間の光路上にゲートパルス光吸収フ
ィルタ39が設けられている点で異なる。
In the present embodiment, (1) the pulsed pump light 5 generated from the pulsed laser light source 1 and split by the beam splitter 2 into one half wavelength by the second harmonic generator 3 Is an excitation optical system that irradiates the sample 8 through the beam expander 4, the dichroic mirror 6, and the objective lens 7, and (2) the light emission 10 generated by the sample 8.
After passing through the objective lens 7, the dichroic mirror 6, the excitation light absorption filter 9 and the polarizer 11, the optical cargate 1
2, and (3) An optical system in which the light emission 10 emitted from the optical cargate 12 is imaged and detected by the two-dimensional photodetector 20 via the analyzer 13 and the imaging lens 19. , Are almost the same as those in the first embodiment. However,
The angle at which the light emission 10 is incident on the optical cargate 12 is a right angle in the first embodiment, whereas in the present embodiment, the angle θ (≠ 90 degrees) with respect to the surface of the optical cargate 12.
And the gate pulse light absorption filter 39 is provided on the optical path between the optical Kerr gate 12 and the two-dimensional photodetector 20.

【0041】一方、パルスレーザ光源1から出力されビ
ームスプリッタ2で分岐された他方の光束は、可動直角
ミラー14で反射され、平面ミラー15,36および3
8で順次反射され、ビームエクスパンダ17でビーム径
が拡大されて、ゲートパルス光18として光カーゲート
12に入射する。このゲートパルス光18に遅延を与え
る為の可動直角ミラー14は、第1の実施形態と同様で
ある。しかし、第1の実施形態と異なり、ゲートパルス
光18は、光カーゲート12の裏面に対して角度θで入
射する。なお、このゲートパルス光18は、光カーゲー
ト12の裏面で一部が反射されて2次元光検出器20の
方向に向かうが、ゲートパルス光吸収フィルタ39によ
って吸収されるので2次元光検出器20に到達すること
はない。
On the other hand, the other light beam output from the pulse laser light source 1 and split by the beam splitter 2 is reflected by the movable right-angle mirror 14, and the plane mirrors 15, 36 and 3 are reflected.
The beam diameter is expanded by the beam expander 17 and is incident on the optical Kerr gate 12 as the gate pulse light 18. The movable right-angle mirror 14 for delaying the gate pulse light 18 is the same as that in the first embodiment. However, unlike the first embodiment, the gate pulse light 18 is incident on the back surface of the optical Kerr gate 12 at an angle θ. The gate pulse light 18 is partially reflected by the back surface of the optical Kerr gate 12 toward the two-dimensional photodetector 20, but is absorbed by the gate pulse light absorption filter 39, so the two-dimensional photodetector 20. Never reach.

【0042】このように、発光10とゲートパルス光1
8とを、光カーゲート12の面に対して対称に入射させ
ると、光カーゲート12の面上の各位置において、発光
10とゲートパルス光18との光路長の差が同じとな
る。したがって、ゲートパルス光18の入射に伴って光
カーゲート12を通過する発光10は、試料8において
同時刻に発生したものとなるので、2次元光検出器20
は、時間的ボケのない発光10の像を得ることができ
る。時間的ボケが特に顕著な問題となる高速なゲート動
作が可能な光学的ゲート手段が用いられる場合であって
も、シャープな発光像を高い時間分解能で測定すること
ができる。
Thus, the light emission 10 and the gate pulse light 1
When 8 and 8 are made to enter symmetrically with respect to the surface of the optical Kerr gate 12, the difference in optical path length between the light emission 10 and the gate pulse light 18 becomes the same at each position on the surface of the optical Kerr gate 12. Therefore, the light emission 10 passing through the optical Kerr gate 12 with the incidence of the gate pulse light 18 is generated at the same time in the sample 8, and therefore the two-dimensional photodetector 20
Can obtain an image of the light emission 10 without temporal blurring. Even when an optical gate means capable of high-speed gate operation is used in which temporal blurring is a particularly noticeable problem, a sharp luminescent image can be measured with high time resolution.

【0043】(第5の実施形態)次に、第5の実施形態
について説明する。図5は、第5の実施形態に係る時間
分解発光イメージング装置の構成図である。本実施形態
は、偏光子、光カーゲートおよび検光子を2組備えて、
発光の互いに直交する2つの偏光方向それぞれについて
受光し、発光の異方性を測定することができるものであ
る。
(Fifth Embodiment) Next, a fifth embodiment will be described. FIG. 5 is a configuration diagram of a time-resolved luminescence imaging apparatus according to the fifth embodiment. This embodiment includes two sets of a polarizer, an optical Kerr gate, and an analyzer,
The anisotropy of the emitted light can be measured by receiving light in each of two polarization directions of the emitted light which are orthogonal to each other.

【0044】本実施形態において、パルスレーザ光源1
から出力されビームスプリッタ2で分岐された一方の光
束を第2高調波発生器3で1/2波長にして生成された
パルス励起光5は、ビームエクスパンダ4、1/2波長
板42、ダイクロイックミラー6および対物レンズ7を
経て試料8に照射され、試料8で発生した発光10は、
対物レンズ7およびダイクロイックミラー6を経て、励
起光吸収フィルタ9に至る。
In the present embodiment, the pulsed laser light source 1
The pulse excitation light 5 generated from the second harmonic generator 3 by converting one of the light beams output from the beam splitter 2 into a half wavelength and generating the half beam is a beam expander 4, a half wavelength plate 42, and a dichroic. The light emission 10 emitted from the sample 8 irradiated on the sample 8 through the mirror 6 and the objective lens 7 is
After passing through the objective lens 7 and the dichroic mirror 6, the excitation light absorption filter 9 is reached.

【0045】この励起光吸収フィルタ9を透過した発光
10は、偏光ビームスプリッタ(発光分岐手段)40に
よってp偏光とs偏光に分岐される。発光10のうち偏
光ビームスプリッタ40を透過したp偏光の光束は、ダ
イクロイックミラー41を透過し、そして、光カーゲー
ト12に入射する。発光10のうち偏光ビームスプリッ
タ40で反射したs偏光の光束は、ダイクロイックミラ
ー43を透過し、そして、光カーゲート44に入射す
る。
The light emission 10 that has passed through the excitation light absorption filter 9 is split into p-polarized light and s-polarized light by a polarization beam splitter (light-emission splitting means) 40. The p-polarized light flux of the light emission 10 that has passed through the polarization beam splitter 40 passes through the dichroic mirror 41 and then enters the optical cargate 12. Of the light emission 10, the s-polarized light flux reflected by the polarization beam splitter 40 passes through the dichroic mirror 43 and then enters the optical cargate 44.

【0046】一方、パルスレーザ光源1から出力されビ
ームスプリッタ2で分岐された他方の光束が、可動直角
ミラー14で反射され、平面ミラー15で反射され、ビ
ームエクスパンダ17でビーム径が拡大されてゲートパ
ルス光18が形成されるまでの光学系も、第1の実施形
態と同様である。
On the other hand, the other light beam output from the pulse laser light source 1 and split by the beam splitter 2 is reflected by the movable right-angle mirror 14, is reflected by the plane mirror 15, and is expanded in beam diameter by the beam expander 17. The optical system until the gate pulse light 18 is formed is the same as that in the first embodiment.

【0047】このゲートパルス光18は、ビームスプリ
ッタ(ゲートパルス光分岐手段)46によって強度比1
対1で反射・透過して2光束に分岐され、一方の光束
が、ダイクロイックミラー41で反射され、光カーゲー
ト12に入射し、他方の光束が、ダイクロイックミラー
43で反射され、光カーゲート44に入射する。
This gate pulse light 18 has an intensity ratio of 1 by a beam splitter (gate pulse light branching means) 46.
The light is reflected / transmitted by the pair 1 and split into two light beams, one light beam is reflected by the dichroic mirror 41 and is incident on the optical Kerr gate 12, and the other light beam is reflected by the dichroic mirror 43 and is incident on the optical Kerr gate 44. To do.

【0048】光カーゲート12に、偏光ビームスプリッ
タ40から到達した発光10のp偏光成分と、ビームス
プリッタ46を透過したゲートパルス光18とが同一入
射角度で入射するように、ダイクロイックミラー41の
配置角度を決めることにより、光カーゲート12を通過
する発光10は、試料8で同時刻に発生したものとな
る。そして、この光カーゲート12を通過した発光10
は、検光子13を経て、ゲートパルス光吸収フィルタ3
9を透過し、結像レンズ19によって2次元光検出器2
0の受光面に結像される。このようにして2次元光検出
器20は、試料8で同時刻に発生した発光10のp偏光
成分の光像を受光する。
The arrangement angle of the dichroic mirror 41 is such that the p-polarized component of the light emission 10 reaching from the polarization beam splitter 40 and the gate pulse light 18 transmitted through the beam splitter 46 are incident on the optical Kerr gate 12 at the same incident angle. Therefore, the light emission 10 passing through the optical cargate 12 is generated in the sample 8 at the same time. Then, the light emission 10 that has passed through this optical car gate 12
Goes through the analyzer 13 and passes through the gate pulse light absorption filter 3
9 and the two-dimensional photodetector 2 by the imaging lens 19.
An image is formed on the light receiving surface of 0. In this way, the two-dimensional photodetector 20 receives the light image of the p-polarized component of the light emission 10 generated at the sample 8 at the same time.

【0049】同様に、光カーゲート44に、偏光ビーム
スプリッタ40から到達した発光10のs偏光成分と、
ビームスプリッタ43で反射したゲートパルス光18と
が同一入射角度で入射するように、ダイクロイックミラ
ー43の配置角度を決めることにより、光カーゲート4
4を通過する発光10は、試料8で同時刻に発生したも
のとなる。そして、この光カーゲート44を通過した発
光10は、検光子45を経て、ゲートパルス光吸収フィ
ルタ47を透過し、結像レンズ48によって2次元光検
出器49の受光面に結像される。このようにして2次元
光検出器49は、試料8で同時刻に発生した発光10の
s偏光成分の光像を受光する。
Similarly, the s-polarized component of the light emission 10 reaching the optical Kerr gate 44 from the polarization beam splitter 40,
By determining the arrangement angle of the dichroic mirror 43 so that the gate pulse light 18 reflected by the beam splitter 43 is incident at the same incident angle, the optical cargate 4
Light emission 10 passing through 4 is generated in the sample 8 at the same time. Then, the light emission 10 that has passed through the optical car gate 44 passes through the analyzer 45, passes through the gate pulse light absorption filter 47, and is imaged on the light receiving surface of the two-dimensional photodetector 49 by the imaging lens 48. In this way, the two-dimensional photodetector 49 receives the light image of the s-polarized light component of the light emission 10 generated in the sample 8 at the same time.

【0050】ここで、2次元光検出器20および49そ
れぞれは、試料8で同一時刻に発生したものを同一時間
だけ受光することが好ましい。このようにすれば、2次
元光検出器20および49それぞれで受光した光像を比
較して、直ちに発光の異方性を求めることができる。光
カーゲート12および44に入射するゲートパルス光1
8は、元は同一の光束をビームスプリッタ46で分岐し
たものであるので、同一のパルス幅である。したがっ
て、2次元光検出器20および49それぞれは、発光1
0を同一時間だけ受光する。また、光カーゲート12に
到達する発光10およびゲートパルス光18それぞれの
到達時刻の差と、光カーゲート44に到達する発光10
およびゲートパルス光18それぞれの到達時刻の差とが
等しくなるように、各光学部品を配置することにより、
2次元光検出器20および49それぞれは、同一時刻に
発生した発光10を受光することができる。
Here, it is preferable that each of the two-dimensional photodetectors 20 and 49 receives the light generated at the same time in the sample 8 for the same time. By doing so, the anisotropy of light emission can be immediately obtained by comparing the optical images received by the two-dimensional photodetectors 20 and 49. Gate pulse light 1 incident on the optical Kerr gates 12 and 44
8 has the same pulse width, because the same light flux was originally split by the beam splitter 46. Therefore, each of the two-dimensional photodetectors 20 and 49 emits light 1
0 is received for the same time. Further, the difference between the arrival times of the light emission 10 reaching the optical car gate 12 and the gate pulse light 18 and the light emission 10 reaching the optical car gate 44.
By arranging each optical component so that the difference between the arrival times of the gate pulse light 18 and the arrival time of the gate pulse light 18 becomes equal,
Each of the two-dimensional photodetectors 20 and 49 can receive the light emission 10 generated at the same time.

【0051】そして、処理装置21は、2次元光検出器
20および49それぞれで受光した光像を入力し、両者
の差に基づいて、試料8からの発光の異方性を求めるこ
とができる。また、可動直角ミラー14を移動させるこ
とによって、その異方性の時間変化が得られ、その異方
性の時間変化から発光分子の回転緩和時間を求めること
ができ、これによって、高い時間分解能かつ短い周期で
発光分子の運動に関する情報を得ることができる。
Then, the processing device 21 can input the light images received by the two-dimensional photodetectors 20 and 49, and can obtain the anisotropy of the light emission from the sample 8 based on the difference between the two. Further, by moving the movable right-angled mirror 14, the time variation of its anisotropy can be obtained, and the rotation relaxation time of the light emitting molecule can be obtained from the time variation of the anisotropy. Information about the movement of the light-emitting molecule can be obtained in a short cycle.

【0052】本発明は、上記実施形態に限定されるもの
ではなく種々の変形が可能である。例えば、以下のよう
な構成としてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, but can be variously modified. For example, the following configurations may be adopted.

【0053】上記実施形態においては、偏光子、光カー
ゲートおよび検光子からなる光学的ゲート手段を用いた
が、可飽和吸収体を用いても同様に光学的ゲート手段を
実現することができる。可飽和吸収体は、試料で生じた
弱い発光のみが入射するとこれを吸収するが、光量の大
きなゲートパルス光が照射されると、吸収遷移に関与す
る2つの準位それぞれにおける分子数分布の差が小さく
なり吸収の飽和が生じて、試料からの発光を吸収するこ
となく透過させるものである。このようにして、可飽和
吸収体は、ゲートパルス光が照射している時には発光を
透過することができ、すなわち、光学的ゲート手段とし
て用いられ得る。この可飽和吸収体として例えばポリメ
チンシアニド色素が用いられ、応答速度は数十ピコ秒程
度である。また、この可飽和吸収体とともに偏光子を用
いれば、発光の所定の方向の直線偏光成分のみを検出す
ることができる。
In the above embodiment, the optical gate means composed of the polarizer, the optical Kerr gate and the analyzer is used. However, the optical gate means can be similarly realized by using the saturable absorber. The saturable absorber absorbs only weak luminescence generated in the sample when it is incident, but when it is irradiated with a gate pulse light with a large amount of light, the difference in the number distribution of molecules in each of the two levels involved in absorption transition is detected. Becomes smaller and saturation of absorption occurs, so that light emitted from the sample is transmitted without being absorbed. In this way, the saturable absorber can transmit the emitted light when illuminated by the gated pulsed light, ie it can be used as an optical gating means. For example, polymethine cyanide dye is used as the saturable absorber, and the response speed is about several tens of picoseconds. Further, if a polarizer is used together with this saturable absorber, it is possible to detect only a linearly polarized light component in a predetermined direction of light emission.

【0054】また、試料から発生した発光の平均的な時
間変化のみを測定すれば充分である場合には、光学的ゲ
ート手段を通過した光束を検出する光検出器は、その光
束を光像として検出するものではなく、単に光量を検出
するものでもよい。
Further, when it is sufficient to measure only the average time change of the light emission generated from the sample, the photodetector for detecting the light flux passing through the optical gate means converts the light flux into an optical image. Instead of detecting, the light amount may be simply detected.

【0055】また、光路長可変手段は、パルスレーザ光
源から出力されたパルス光を分岐するビームスプリッタ
(光束分岐手段)と試料との間の励起光学系の光路上、
あるいは、ビームスプリッタ(光束分岐手段)と光学的
ゲート手段との間のゲート光学系だけでなく、試料と光
学的ゲート手段との間の発光光学系の光路上に設けられ
てもよい。また、これら3つの光学系のうちの任意の2
つの光学系に設けられてもよく、これら3つの光学系の
全てに設けられてもよい。さらに、複数の光学系に設け
られる場合でも、それぞれが独立して光路長を設定する
こととしてもよいし、また、第3の実施形態のように互
いに連動して光路長を設定することとしてもよい。
The optical path length varying means is on the optical path of the excitation optical system between the sample and the beam splitter (beam splitting means) for splitting the pulsed light output from the pulsed laser light source,
Alternatively, it may be provided not only in the gate optical system between the beam splitter (beam splitting means) and the optical gate means but also in the optical path of the light emission optical system between the sample and the optical gate means. In addition, any two of these three optical systems
It may be provided in one optical system, or may be provided in all of these three optical systems. Further, even when provided in a plurality of optical systems, each may set the optical path length independently, or may set the optical path length in conjunction with each other as in the third embodiment. Good.

【0056】また、可動直角ミラーや固定直角ミラーの
構成は、上記実施形態で述べた構成に限られるものでは
なく、例えば、3枚の反射面で構成されたコーナーキュ
ーブ形状のリトロリフレクタを用いてもよいし、より多
数の反射鏡を組み合わせて構成されてもよい。
The structure of the movable right-angle mirror and the fixed right-angle mirror is not limited to the structure described in the above embodiment, and for example, a corner cube-shaped retroreflector composed of three reflecting surfaces is used. Alternatively, a larger number of reflecting mirrors may be combined.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり本発明によ
れば、まず、パルス光源から出力されたパルス光は、光
束分岐手段によって第1および第2の光束に分岐され
る。第1の光束に基づいて励起光学系によって形成され
たパルス励起光は被測定試料に照射され、これによって
生じた発光は、発光光学系によって光学的ゲート手段に
導かれる。一方、第2の光束に基づいてゲート光学系に
よって形成されたゲートパルス光は、光学的ゲート手段
に導かれる。発光は、ゲートパルス光が入射している時
には、光学的ゲート手段を透過し光検出手段によって検
出されるが、そうでない時には、透過することができな
い。そして、励起光学系および発光光学系の光路長とゲ
ート光学系の光路長との間の光路長差が光路長可変手段
によって可変に設定される。光学的ゲート手段として、
光カー媒質や可飽和吸収体からなるものが利用される。
As described above in detail, according to the present invention, the pulsed light output from the pulsed light source is first split into the first and second light fluxes by the light flux splitting means. The pulse excitation light formed by the excitation optical system based on the first light flux is applied to the sample to be measured, and the light emission generated by this is guided to the optical gate means by the light emission optical system. On the other hand, the gate pulse light formed by the gate optical system based on the second light flux is guided to the optical gate means. The emitted light is transmitted through the optical gate means and detected by the light detection means when the gate pulse light is incident, but cannot be transmitted otherwise. The optical path length difference between the optical path lengths of the excitation optical system and the emission optical system and the optical path length of the gate optical system is variably set by the optical path length varying means. As an optical gate means,
An optical Kerr medium or a saturable absorber is used.

【0058】このように光学的ゲート手段を用いたの
で、発光の透過・遮断の高速かつ短い周期のゲート動作
が可能であるので、時間分解能が高い測定が可能とな
り、また、数十MHz周期でパルス光を出力するパルス
光源を用いた場合でも、そのパルス光すべてを有効に利
用することができる。特に、変化の速い生物試料のダイ
ナミクスについても、生物試料へ与えるダメージを最小
限にして測定することができる。
Since the optical gate means is used in this manner, it is possible to perform a gate operation with a high speed and a short period for transmitting / blocking the light emission, and therefore, it is possible to perform a measurement with a high time resolution and a period of several tens MHz. Even when a pulsed light source that outputs pulsed light is used, all the pulsed light can be effectively used. In particular, the dynamics of a rapidly changing biological sample can be measured with the damage to the biological sample minimized.

【0059】また、光路長可変手段として、少なくとも
一方が移動可能であって相互間で光束を複数回往復させ
る1対の反射鏡群を用いることにより、僅かな移動量に
対して大きな光路長差を得ることができるので、高い時
間分解能かつ短い周期で測定できることに加えて、発光
を長時間に亘って時間分解測定することも可能になる。
Further, by using a pair of reflecting mirror groups, at least one of which is movable and reciprocating the light flux a plurality of times between each other, as the optical path length varying means, a large optical path length difference with respect to a slight amount of movement can be obtained. Therefore, in addition to being able to perform measurement with a high time resolution and a short period, it is also possible to perform time-resolved measurement of light emission over a long period of time.

【0060】また、光学的ゲート手段を平板形状とする
とともに、発光とゲートパルス光とを当該平板面に対し
て対称に入射させることにより、被測定試料上の各位置
で同時刻に生じた発光が光学的ゲート手段を透過するこ
とができるので、時間的ボケのない発光の像を検出する
ことができる。時間的ボケが特に顕著な問題となる高速
ゲート動作が可能な光学的ゲート手段が用いられる場合
であっても、シャープな発光像を高い時間分解能で測定
することができる。
Further, the optical gate means is formed into a flat plate shape, and the light emission and the gate pulse light are made incident on the flat plate surface symmetrically, so that the light emission generated at each position on the sample to be measured at the same time. Can be transmitted through the optical gate means, so that an image of the light emission can be detected without temporal blurring. Even when an optical gate means capable of high-speed gate operation, in which temporal blurring is a particularly noticeable problem, is used, a sharp luminescent image can be measured with high time resolution.

【0061】また、光学的ゲート手段および光検出手段
を2組備えて、それぞれが発光の互いに異なる方向の直
線偏光成分を検出することにより、発光の異方性を求め
ることができ、さらに、その異方性の時間変化から発光
分子の回転緩和時間を求めることができ、これによっ
て、高い時間分解能かつ短い周期で発光分子の運動に関
する情報を得ることができる。
Further, by providing two sets of optical gate means and light detecting means and detecting linearly polarized light components of the emitted light in mutually different directions, the anisotropy of the emitted light can be obtained. The rotational relaxation time of the light emitting molecule can be obtained from the time change of anisotropy, and by this, information on the motion of the light emitting molecule can be obtained with a high time resolution and a short cycle.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施形態に係る時間分解発光イメージン
グ装置の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a time-resolved luminescence imaging apparatus according to a first embodiment.

【図2】第2の実施形態に係る時間分解発光イメージン
グ装置の構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram of a time-resolved luminescence imaging apparatus according to a second embodiment.

【図3】第3の実施形態に係る時間分解発光イメージン
グ装置の構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of a time-resolved luminescence imaging apparatus according to a third embodiment.

【図4】第4の実施形態に係る時間分解発光イメージン
グ装置の構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram of a time-resolved luminescence imaging apparatus according to a fourth embodiment.

【図5】第5の実施形態に係る時間分解発光イメージン
グ装置の構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram of a time-resolved luminescence imaging apparatus according to a fifth embodiment.

【図6】従来の時間分解発光イメージング装置の構成図
である。
FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional time-resolved luminescence imaging apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…パルスレーザ光源、2…ビームスプリッタ、3…第
2高調波発生器、4…ビームエクスパンダ、5…パルス
励起光、6…ダイクロイックミラー、7…対物レンズ、
8…試料、9…励起光吸収フィルタ、10…発光、11
…偏光子、12…光カーゲート、13…検光子、14…
可動直角ミラー、15…平面ミラー、16…1/2波長
板、17…ビームエクスパンダ、18…ゲートパルス
光、19…結像レンズ、20…2次元光検出器、21…
処理装置、22…偏光ビームスプリッタ、23…可動直
角ミラー、24…固定直角ミラー、25…1/4波長
板、26…固定平面ミラー、27,28…平面ミラー、
29…偏光ビームスプリッタ、30…可動直角ミラー、
31…固定直角ミラー、32…1/4波長板、33…固
定平面ミラー、34,35,36…平面ミラー、37…
可動ステージ、38…平面ミラー、39…ゲートパルス
光吸収フィルタ、40…偏光ビームスプリッタ、41…
ダイクロイックミラー、42…1/2波長板、43…ダ
イクロイックミラー、44…光カーゲート、45…検光
子、46…ビームスプリッタ、47…ゲートパルス光吸
収フィルタ、48…結像レンズ、49…2次元光検出
器。
1 ... Pulse laser light source, 2 ... Beam splitter, 3 ... Second harmonic generator, 4 ... Beam expander, 5 ... Pulse excitation light, 6 ... Dichroic mirror, 7 ... Objective lens,
8 ... Sample, 9 ... Excitation light absorption filter, 10 ... Emission, 11
... polarizer, 12 ... optical cargate, 13 ... analyzer, 14 ...
Movable right-angle mirror, 15 ... Planar mirror, 16 ... 1/2 wavelength plate, 17 ... Beam expander, 18 ... Gate pulse light, 19 ... Imaging lens, 20 ... Two-dimensional photodetector, 21 ...
Processing device, 22 ... Polarizing beam splitter, 23 ... Movable right-angle mirror, 24 ... Fixed right-angle mirror, 25 ... Quarter wave plate, 26 ... Fixed plane mirror, 27, 28 ... Planar mirror,
29 ... Polarizing beam splitter, 30 ... Movable right-angle mirror,
31 ... Fixed right-angle mirror, 32 ... Quarter wave plate, 33 ... Fixed plane mirror, 34, 35, 36 ... Plane mirror, 37 ...
Movable stage, 38 ... Planar mirror, 39 ... Gate pulse light absorption filter, 40 ... Polarizing beam splitter, 41 ...
Dichroic mirror, 42 ... 1/2 wave plate, 43 ... Dichroic mirror, 44 ... Optical cargate, 45 ... Analyzer, 46 ... Beam splitter, 47 ... Gate pulse light absorption filter, 48 ... Imaging lens, 49 ... Two-dimensional light Detector.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 パルス光を出力するパルス光源と、 前記パルス光を分岐して第1の光束と第2の光束とを生
成する光束分岐手段と、 前記第1の光束に基づいてパルス励起光を形成し、前記
パルス励起光を被測定試料に照射する励起光学系と、 前記被測定試料に前記パルス励起光が照射されて生じた
発光を入射して所定位置に導く発光光学系と、 前記第2の光束に基づいてゲートパルス光を形成し、前
記所定位置に導くゲート光学系と、 前記所定位置に配され、前記ゲートパルス光が入射して
いる時には前記発光を透過させ、そうでない時には前記
発光を透過させない第1の光学的ゲート手段と、 前記第1の光学的ゲート手段から出射された前記発光を
検出する第1の光検出手段と、 前記励起光学系および前記発光光学系の光路長と、前記
ゲート光学系の光路長との間の光路長差を設定する光路
長可変手段と、 を備えることを特徴とする時間分解発光イメージング装
置。
1. A pulse light source that outputs pulsed light, a light beam splitting unit that splits the pulsed light into a first light beam and a second light beam, and pulse excitation light based on the first light beam. And an excitation optical system for irradiating the sample to be measured with the pulsed excitation light, and an emission optical system for injecting light emission generated by the pulsed excitation light to the sample to be measured to guide it to a predetermined position, A gate optical system that forms gate pulse light based on a second light flux and guides it to the predetermined position; and a gate optical system that is arranged at the predetermined position and transmits the light emission when the gate pulse light is incident, and otherwise. First optical gate means that does not transmit the emitted light; first light detection means that detects the emitted light emitted from the first optical gate means; optical paths of the excitation optical system and the emission optical system Long and above Time-resolved emission imaging apparatus comprising: the optical path length changing means for setting the optical path length difference, the between the optical path length of over preparative optics.
【請求項2】 前記光路長可変手段は、 前記ゲート光学系の光路上に互いに対向して配置された
1対の反射鏡群と、 前記1対の反射鏡群のうち少なくとも一方を、前記光束
分岐手段から到達した光束の光軸に平行な方向に移動す
る移動手段と、 を備え、 前記光束分岐手段から到達した光束を、前記1対の反射
鏡群の間で少なくとも1回以上往復させた後、前記所定
位置に向けて出射する、 ことを特徴とする請求項1記載の時間分解発光イメージ
ング装置。
2. The optical path length varying means comprises: a pair of reflecting mirror groups arranged to face each other on an optical path of the gate optical system; and at least one of the pair of reflecting mirror groups, A moving unit that moves in a direction parallel to the optical axis of the light beam that has arrived from the beam splitting unit, wherein the light beam that has arrived from the light beam splitting unit is reciprocated at least once between the pair of reflecting mirror groups. The time-resolved luminescence imaging device according to claim 1, wherein the time-resolved luminescence imaging device emits the light toward the predetermined position.
【請求項3】 前記光路長可変手段は、 前記励起光学系の光路上に互いに対向して配置された1
対の反射鏡群と、 前記1対の反射鏡群のうち少なくとも一方を、前記光束
分岐手段から到達した光束の光軸に平行な方向に移動す
る移動手段と、 を備え、 前記光束分岐手段から到達した光束を、前記1対の反射
鏡群の間で少なくとも1回以上往復させた後、前記被測
定試料に向けて出射する、 ことを特徴とする請求項1記載の時間分解発光イメージ
ング装置。
3. The optical path length varying means is arranged on the optical path of the excitation optical system so as to face each other.
A pair of reflecting mirror groups; and a moving unit that moves at least one of the pair of reflecting mirror groups in a direction parallel to the optical axis of the light beam that has arrived from the light beam splitting unit. The time-resolved luminescence imaging apparatus according to claim 1, wherein the arrived light flux is reciprocated at least once between the pair of reflecting mirror groups and then emitted toward the sample to be measured.
【請求項4】 前記光路長可変手段は、 前記発光光学系の光路上に互いに対向して配置された1
対の反射鏡群と、 前記1対の反射鏡群のうち少なくとも一方を、前記被測
定試料から到達した光束の光軸に平行な方向に移動する
移動手段と、 を備え、 前記被測定試料から到達した光束を、前記1対の反射鏡
群の間で少なくとも1回以上往復させた後、前記所定位
置に向けて出射する、 ことを特徴とする請求項1記載の時間分解発光イメージ
ング装置。
4. The optical path length varying means is arranged on the optical path of the light emitting optical system so as to face each other.
A pair of reflecting mirror groups, and a moving unit that moves at least one of the pair of reflecting mirror groups in a direction parallel to the optical axis of the light flux reaching from the sample to be measured. The time-resolved luminescence imaging apparatus according to claim 1, wherein the arrived light flux is reciprocated at least once between the pair of reflecting mirror groups and then emitted toward the predetermined position.
【請求項5】 前記光路長可変手段は、前記ゲート光学
系と前記励起光学系の光路長または前記ゲート光学系と
前記発光光学系の光路長について、一方を増加させ他方
を減少させる、ことを特徴とする請求項1記載の時間分
解発光イメージング装置。
5. The optical path length varying means increases one of the optical path lengths of the gate optical system and the excitation optical system or the optical path lengths of the gate optical system and the light emitting optical system and decreases the other. The time-resolved luminescence imaging device according to claim 1.
【請求項6】 前記発光光学系の光路上に設けられ前記
発光の一部を反射し残部を透過させ、透過した前記発光
を前記第1の光学的ゲート手段に入射させる発光分岐手
段と、 前記ゲート光学系の光路上に設けられ前記ゲートパルス
光の一部を反射し残部を透過させ、透過した前記ゲート
パルス光を前記第1の光学的ゲート手段に入射させるゲ
ートパルス光分岐手段と、 前記発光分岐手段で反射された前記発光と、前記ゲート
パルス光分岐手段で反射された前記ゲートパルス光とを
入射し、前記ゲートパルス光が入射している時には前記
発光を透過させ、そうでない時には前記発光を透過させ
ない第2の光学的ゲート手段と、 前記第2の光学的ゲート手段から出射された前記発光を
検出する第2の光検出手段と、 を更に備え、 前記第1および前記第2の光検出手段それぞれは、前記
発光の互いに異なる方向の直線偏光成分それぞれを検出
する、 ことを特徴とする請求項1記載の時間分解発光イメージ
ング装置。
6. A light emission branching unit which is provided on an optical path of the light emission optical system, reflects a part of the light emission, transmits the remaining light, and makes the transmitted light emission enter the first optical gate unit, Gate pulse light branching means provided on the optical path of the gate optical system for reflecting a part of the gate pulse light, transmitting the rest, and making the transmitted gate pulse light incident on the first optical gate means; The light emission reflected by the light emission branching means and the gate pulse light reflected by the gate pulse light branching means are made incident, the light emission is transmitted when the gate pulse light is made incident, and the light is transmitted otherwise. Further comprising: a second optical gate unit that does not transmit light emission; and a second photodetector unit that detects the light emission emitted from the second optical gate unit. Serial second photodetector means, respectively, for detecting respective different directions of the linearly polarized light component of the light emission, time-resolved emission imaging apparatus according to claim 1, wherein a.
【請求項7】 前記第1の光学的ゲート手段は、平板形
状であるとともに、前記発光と前記ゲートパルス光とを
当該平板面に対して対称に入射させる、ことを特徴とす
る請求項1記載の時間分解発光イメージング装置。
7. The first optical gate means has a flat plate shape, and makes the light emission and the gate pulse light incident symmetrically with respect to the flat plate surface. Time-resolved luminescence imaging device.
【請求項8】 前記第2の光学的ゲート手段は、平板形
状であるとともに、前記発光と前記ゲートパルス光とを
当該平板面に対して対称に入射させる、ことを特徴とす
る請求項6記載の時間分解発光イメージング装置。
8. The second optical gate means has a flat plate shape, and causes the light emission and the gate pulse light to enter symmetrically with respect to the flat plate surface. Time-resolved luminescence imaging device.
【請求項9】 前記第1の光学的ゲート手段は、 前記発光を入射し、第1の方向の直線偏光の光束を出射
する偏光子と、 前記ゲートパルス光および前記偏光子から出射された光
束を入射し、前記ゲートパルス光の光量に応じて複屈折
率が変化して、前記偏光子から出射された光束を、前記
ゲートパルス光の光量に応じた楕円率の楕円偏光に変換
して出射する光カー効果を利用した光カーゲートと、 前記光カーゲートから出射された光束を入射し、前記第
1の方向と直交する第2の方向の直線偏光の光束を出射
する検光子と、 を備えることを特徴とする請求項1記載の時間分解発光
イメージング装置。
9. The first optical gate means includes a polarizer that receives the emitted light and emits a linearly polarized light beam in a first direction, and the gate pulsed light and the light beam emitted from the polarizer. Incident light, the birefringence index changes according to the light amount of the gate pulse light, and the light flux emitted from the polarizer is converted into elliptically polarized light having an ellipticity according to the light amount of the gate pulse light and emitted. An optical Kerr gate that utilizes the optical Kerr effect, and an analyzer that receives the light beam emitted from the optical Kerr gate and emits a linearly polarized light beam in a second direction orthogonal to the first direction. The time-resolved luminescence imaging device according to claim 1.
【請求項10】 前記第2の光学的ゲート手段は、 前記発光を入射し、第3の方向の直線偏光の光束を出射
する偏光子と、 前記ゲートパルス光および前記偏光子から出射された光
束を入射し、前記ゲートパルス光の光量に応じて複屈折
率が変化して、前記偏光子から出射された光束を、前記
ゲートパルス光の光量に応じた楕円率の楕円偏光に変換
して出射する光カー効果を利用した光カーゲートと、 前記光カーゲートから出射された光束を入射し、前記第
3の方向と直交する第4の方向の直線偏光の光束を出射
する検光子と、 を備えることを特徴とする請求項6記載の時間分解発光
イメージング装置。
10. The second optical gating means includes a polarizer that receives the emitted light and emits a linearly polarized light beam in a third direction; and a light beam emitted from the gate pulse light and the polarizer. Incident light, the birefringence index changes according to the light amount of the gate pulse light, and the light flux emitted from the polarizer is converted into elliptically polarized light having an ellipticity according to the light amount of the gate pulse light and emitted. An optical Kerr gate that utilizes the optical Kerr effect, and an analyzer that receives the light beam emitted from the optical Kerr gate and emits a linearly polarized light beam in a fourth direction orthogonal to the third direction. The time-resolved luminescence imaging device according to claim 6.
【請求項11】 前記第1の光学的ゲート手段は、前記
ゲートパルス光が入射している時には前記発光を透過
し、そうでない時には前記発光を透過させない可飽和吸
収体を備える、ことを特徴とする請求項1記載の時間分
解発光イメージング装置。
11. The first optical gate means comprises a saturable absorber that transmits the light emission when the gate pulse light is incident and does not transmit the light emission when the gate pulse light is not incident. The time-resolved luminescence imaging apparatus according to claim 1.
【請求項12】 前記第2の光学的ゲート手段は、前記
ゲートパルス光が入射している時には前記発光を透過
し、そうでない時には前記発光を透過させない可飽和吸
収体を備える、ことを特徴とする請求項6記載の時間分
解発光イメージング装置。
12. The second optical gate means comprises a saturable absorber that transmits the emitted light when the gate pulse light is incident and does not transmit the emitted light otherwise. The time-resolved luminescence imaging device according to claim 6.
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