JP2011191496A - 光源装置およびレーザ走査型顕微鏡装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】パルスレーザ光Lを発生するレーザ光源4と、レーザ光源4から発せられたパルスレーザ光Lから、所定の周波数差を有する2つのパルスレーザ光L1’,L2’を生成し、生成された2つのパルスレーザ光L1’,L2’を合波して走査型顕微鏡3に入力する第1の光路5と、レーザ光源4から発せられたパルスレーザ光Lをそのまま走査型顕微鏡3に入力する第2の光路6と、これら第1の光路5と第2の光路6とを合流させる合波部7と、走査型顕微鏡3の走査周期に同期して、レーザ光源4からのパルスレーザ光Lを第1の光路5または第2の光路6に時分割に切り替えて入射させる光路切替部8とを備える光源装置2を提供する。
【選択図】図1
Description
非特許文献1のシステムは、ポンプ光としてフェムト秒レーザ光源からのパルスレーザ光を狭帯域化した光を使用し、ストークス光としてフェムト秒レーザ光源からのパルスレーザ光をフォトニッククリスタルファイバによって波長変換した光を使用し、2つの光を合波して標本に入射させ、標本中の分子の特定の振動を利用して、分子からCARS光を発生させ、これを検出して観察を行うものである。
すなわち、非特許文献1のシステムは、ポンプ光を狭帯域化してパワーを削減してしまっているとともに、ストークス光は波長変換によってパワー密度を低下させてしまっているので、十分な蛍光量を得ることができない。また、特許文献1のシステムは、ポンプ光およびストークス光ともに周波数分散させているので、パワー密度が低下しており、同様にして十分な蛍光量を得ることができず鮮明な多光子蛍光観察を行うことができない。
本発明は、パルスレーザ光を発生するレーザ光源と、該レーザ光源から発せられた前記パルスレーザ光から、所定の周波数差を有する2つのパルスレーザ光を生成し、生成された2つのパルスレーザ光を合波して走査型顕微鏡に入力する第1の光路と、前記レーザ光源から発せられた前記パルスレーザ光をそのまま前記走査型顕微鏡に入力する第2の光路と、これら第1の光路と第2の光路とを合流させる合波部と、前記走査型顕微鏡の走査周期に同期して、前記レーザ光源からの前記パルスレーザ光を前記第1の光路または第2の光路に時分割に切り替えて入射させる光路切替部とを備える光源装置を提供する。
このようにすることで、光路の切り替えを簡易な構成で光速に行うことができる。
このようにすることで、電気光学変調器に加える電圧を調節することにより、偏光ビームスプリッタに入射させるパルスレーザ光の偏光方向を変化させ、偏光ビームスプリッタによる分岐比率を変化させることができる。また、音響光学変調器に入射させる音響波を変化させることで、0次光と回折光との比率を変化させ、簡易に分岐比率を調節することができる。機械的な切り替えを行わずに済み、高速に分岐比率を切り替えて、より同時性の高いCARS光画像と多光子蛍光画像とを取得することができる。
また、本発明は、上記いずれかの光源装置と、該光源装置からのパルスレーザ光を入射させる走査型顕微鏡とを備えるレーザ走査型顕微鏡装置を提供する。
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡装置1は、図1に示されるように、本実施形態に係る光源装置2と、該光源装置2からのパルスレーザ光を入射させ標本Aを観察するための走査型顕微鏡3とを備えている。
フォトニッククリスタルファイバ15は、通過するパルスレーザ光L2の周波数帯域を変更または拡大させることができる。また、フォトニッククリスタルファイバ15を通過したパルスレーザ光L2はフォトニッククリスタルファイバ15の種類および通過させるパルスレーザ光L2の条件に応じた周波数分散を持った状態となっている。また、例えば、周波数変換手段としては、フォトニッククリスタルファイバ15の代わりに、同様の機能・作用を持つ、バルク、薄膜、フィルム、フォトニック結晶構造体のいずれかを用いてもよい。
例えば、走査型顕微鏡3のスキャナ22によりパルスレーザ光L,L1’,L2’が、標本A上において1フレーム分走査される毎に、制御部21がガルバノミラー20の揺動角度の切替指令信号Sを出力することにより、フレームシーケンシャルにCARS光画像と多光子蛍光画像とを切り替えて取得することができる。
本実施形態に係る光源装置2によれば、レーザ光源4から発せられたパルスレーザ光Lが、光路切替部8の作動によって第1の光路5または第2の光路6に入射される。第1の光路5に入射されたパルスレーザ光Lは、ビームスプリッタ9によって2つの光路10,11に分岐され、一方が分散調整ガラス14によって所定の周波数分散が与えられてポンプ光L1’となり、他方がフォトニッククリスタルファイバ15によって周波数帯域を変化させられるとともに分散調整ガラス16によって周波数分散が付与されてストークス光L2’となる。
本実施形態に係る光源装置40およびレーザ走査型顕微鏡装置41の説明において、上述した第1の実施形態に係る光源装置2およびレーザ走査型顕微鏡装置1と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
なお、本実施形態においても、周波数分散量調整CARSの場合を例示して説明したが、これに代えて、2つの光路10,11における分散調整ガラス14,16をなくし、ポンプ光L1‘の光路10にパルスレーザ光Lを狭帯域化する狭帯域化機構(図示略)を配置した場合に適用することにしてもよい。
本実施形態に係る光源装置50の説明において、上述した第2の実施形態に係る光源装置40と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
音響光学変調器52は、入力する変調信号を切り替えることで、音響光学結晶中において回折により発生する回折光の比率を切り替えることができるようになっている。本実施形態においては、音響光学変調器52を透過する0次光の射出方向にポンプ光L1’の光路10を配置し、回折により射出される回折光の射出方向にストークス光L2’の光路11を配置している。
この場合においても、多光子蛍光観察の場合に、ストークス光L2’を発生させないので、十分な光量のパルスレーザ光L1’を標本Aに入射させて明るい多光子蛍光画像を得ることができるという利点がある。また、CARS光観察の場合には、適正な比率のポンプ光L1’とストークス光L2’とを発生させて、コントラストの高いCARS光画像を得ることができる。
また、本実施形態においても、周波数分散量調整CARSの場合を例示して説明したが、これに代えて、2つの光路10,11における分散調整ガラス14,16をなくし、ポンプ光L1‘の光路10にパルスレーザ光Lを狭帯域化する狭帯域化機構(図示略)を配置した場合に適用することにしてもよい。
本実施形態に係る光源装置60の説明において、上述した第2の実施形態に係る光源装置40と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
音響光学チューナブルフィルタ62は、異なる所定の周波数の変調信号を入力することによって、出力するパルスレーザ光L1’の出力変調または狭帯域化を実施することができる。また、これらの周波数の変調信号を多重化して同時に入力することにより、出力変調と狭帯域化を同時に実施することができるようになっている。
また、音響光学変調器63は、所定の周波数の変調信号を入力することによって、パルスレーザ光L2’の出力のオンオフを切り替えることができるようになっている。
この場合において、上述した第2および第3の実施形態に係る光源装置40,50およびレーザ走査型顕微鏡装置41,51と比較して、多光子蛍光観察時に、パルスレーザ光L1’の狭帯域化や周波数分散を行わないので、出力損失がほとんどなく、明るい多光子蛍光画像を得ることができるという利点がある。
また、本実施形態においても、標本AにおけるCARS光の発生と多光子蛍光の発生を、機械的な駆動系を設けることなく高速に切り替えて、2種類の観察を同時に行うことができる。
本実施形態に係る光源装置70の説明において、上述した第2の実施形態に係る光源装置40と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
これにより、分散調整ガラス14を通過したポンプ光L1’と迂回光路72を通過したパルスレーザ光L1とが偏光ビームスプリッタ76によって合波される際に、2つの光路10,72を通過してきたパルスレーザ光L1.L1’が互いに重複しないように時間的にずらされるようになっている。
その後、光路10を通過したポンプ光L1’および迂回光路72を通過したパルスレーザ光L1と、光路11を通過したストークス光L2’とがレーザコンバイナ18によって合波された状態で走査型顕微鏡3に入射される。
また、本実施形態においても、周波数分散量調整CARSの場合を例示して説明したが、これに代えて、2つの光路10,11における分散調整ガラス14,16をなくし、ポンプ光L1‘の光路10にパルスレーザ光Lを狭帯域化する狭帯域化機構(図示略)を配置した場合に適用することにしてもよい。
L1’ ポンプ光(パルスレーザ光)
L2’ ストークス光(パルスレーザ光)
1,41,51,61,71 レーザ顕微鏡装置。
2,40,50,60,70 光源装置
3 走査型顕微鏡
4 レーザ光源
5 第1の光路
6 第2の光路
7 合波部
8 光路切替部
10,11 光路
14,16 分散調整ガラス(分散調整機構)
15 フォトニッククリスタルファイバ(波長変換部)
17 パルスタイミング調節手段(遅延調節部)
20 ガルバノミラー
42 分波部
43 電気光学変調器
44 偏光ビームスプリッタ
52 音響光学変調器
62 音響光学チューナブルフィルタ
63 音響光学変調器
72 迂回光路
Claims (7)
- パルスレーザ光を発生するレーザ光源と、
該レーザ光源から発せられた前記パルスレーザ光から、所定の周波数差を有する2つのパルスレーザ光を生成し、生成された2つのパルスレーザ光を合波して走査型顕微鏡に入力する第1の光路と、
前記レーザ光源から発せられた前記パルスレーザ光をそのまま前記走査型顕微鏡に入力する第2の光路と、
これら第1の光路と第2の光路とを合流させる合波部と、
前記走査型顕微鏡の走査周期に同期して、前記レーザ光源からの前記パルスレーザ光を前記第1の光路または第2の光路に時分割に切り替えて入射させる光路切替部とを備える光源装置。 - 前記光路切替部が、ガルバノミラーを備える請求項1に記載の光源装置。
- パルスレーザ光を発生するレーザ光源と、
該レーザ光源から発せられた前記パルスレーザ光を2つの光路に分岐する分波部と、
該分波部により分岐された一方の光路に設けられ、前記パルスレーザ光を狭帯域化する狭帯域化機構または周波数分散させる分散調整機構と、
前記分波部により分岐された他方の光路に設けられ、前記パルスレーザ光の波長を変換する波長変換部と、
前記分波部により分岐されたいずれかの光路に設けられ、これら光路を通過する前記パルスレーザ光相互の光学遅延を調節する遅延調節部と、
2つの光路を通過してきた前記パルスレーザ光を合波して走査型顕微鏡に入力する合波部とを備え、
前記分波部が、2つの光路への前記パルスレーザ光の分岐比率を、前記走査型顕微鏡の走査周期に同期して調節可能である光源装置。 - 前記分波部が、電気光学変調器と偏光ビームスプリッタとを組み合わせたもの、または、音響光学変調器である請求項3に記載の光源装置。
- パルスレーザ光を発生するレーザ光源と、
該レーザ光源から発せられた前記パルスレーザ光を2つの光路に分岐する分波部と、
該分波部により分岐された一方の光路に設けられた音響光学チューナブルフィルタと、
前記分波部により分岐された他方の光路に設けられた音響光学変調器および前記パルスレーザ光の波長を変換する波長変換部と、
前記分波部により分岐されたいずれかの光路に設けられ、これら光路を通過する前記パルスレーザ光相互の光学遅延を調節する遅延調節部と、
2つの光路を通過してきた前記パルスレーザ光を合波して走査型顕微鏡に入力する合波部と、
前記走査型顕微鏡の走査周期に同期して、前記音響光学チューナブルフィルタを狭帯域化させる変調信号と、広帯域化させる変調信号とを切り替え、前記音響光学チューナブルフィルタを広帯域化させているときに、前記音響光学変調器を遮断する変調信号に設定する制御部とを備える光源装置。 - パルスレーザ光を発生するレーザ光源と、
該レーザ光源から発せられた前記パルスレーザ光を2つの光路に分岐する分波部と、
該分波部により分岐された一方の光路に設けられ、前記パルスレーザ光を狭帯域化する狭帯域化機構または周波数分散させる分散調整機構と、
前記分波部により分岐された他方の光路に設けられ、前記パルスレーザ光の波長を変換する波長変換部と、
前記分波部により分岐されたいずれかの光路に設けられ、これら光路を通過する前記パルスレーザ光相互の光学遅延を調節する遅延調節部と、
2つの光路を通過してきた前記パルスレーザ光を合波して走査型顕微鏡に入力する合波部と、
前記分波部と前記合波部との間に、前記狭帯域化機構または分散調整機構を迂回し、前記狭帯域化機構または前記分散調整機構を通過する光路とは光路長が異なる迂回光路とを備える光源装置。 - 請求項1から請求項6のいずれかに記載の光源装置と、
該光源装置からのパルスレーザ光を入射させる走査型顕微鏡とを備えるレーザ走査型顕微鏡装置。
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