JP5525882B2 - Light source device and scanning microscope - Google Patents

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JP5525882B2 JP2010067408A JP2010067408A JP5525882B2 JP 5525882 B2 JP5525882 B2 JP 5525882B2 JP 2010067408 A JP2010067408 A JP 2010067408A JP 2010067408 A JP2010067408 A JP 2010067408A JP 5525882 B2 JP5525882 B2 JP 5525882B2
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Description

本発明は、光源装置及び走査型顕微鏡に関するものである。 The present invention relates to a light source device and a scanning microscope.

従来、対物レンズを光軸方向に駆動することなく、標本中の光軸方向に異なる位置を観察することができる走査型顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
特許文献１の走査型顕微鏡は、複数の光源と、複数の照明光路と、複数の光検出手段とを備えることで、別個の照明光路から導いた光を標本中の光軸方向に異なる位置に同時に集光させるものである。
特許文献２の走査型顕微鏡は、照明光路の途中位置に配置した形状可変ミラーの形状を切り替えることにより、集光位置を光軸方向に移動させるものである。 2. Description of the Related Art Conventionally, scanning microscopes that can observe different positions in the sample in the optical axis direction without driving the objective lens in the optical axis direction are known (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). .
The scanning microscope of Patent Document 1 includes a plurality of light sources, a plurality of illumination light paths, and a plurality of light detection means, so that light guided from separate illumination light paths is at different positions in the optical axis direction in the sample. Condensate at the same time.
The scanning microscope of Patent Document 2 moves the condensing position in the direction of the optical axis by switching the shape of the shape variable mirror disposed in the middle of the illumination optical path.

特開２００４−１５７２４６号公報JP 2004-157246 A 特開２００７−３１６６６２号公報JP 2007-316662 A

しかしながら、観察対象が生体のような散乱体である場合には、試料の屈折率の分布や揺らぎによって、各集光位置における励起光のスポット径が広がるため、複数の照明光路からの励起光を光軸方向に異なる位置に同時に集光させる特許文献１の走査型顕微鏡では、集光位置どうしが近接している場合には、一方の集光位置からの蛍光を検出する検出器に、他の集光位置からの蛍光も混入してしまい、鮮明な蛍光観察を行うことができないという不都合がある。   However, when the observation target is a scatterer such as a living body, the spot diameter of the excitation light at each condensing position is widened due to the refractive index distribution and fluctuation of the sample. In the scanning microscope of Patent Document 1 that simultaneously collects light at different positions in the optical axis direction, when the light collection positions are close to each other, the detector for detecting fluorescence from one light collection position is connected to the other. Fluorescence from the condensing position is also mixed, and there is a disadvantage that clear fluorescence observation cannot be performed.

また、特許文献２の走査型顕微鏡では、形状可変ミラーの形状の切り替えによって、光軸方向に離れた各集光位置には、異なる時刻に励起光が入射されるため、特許文献１のような不都合はないものの、形状可変ミラーの形状の切り替えには時間がかかり、生体や生細胞のように短時間で経時変化する観察対象の光軸方向に異なる位置を観察する際の同時性を担保することができないという不都合がある。   Further, in the scanning microscope of Patent Document 2, excitation light is incident on each condensing position separated in the optical axis direction at different times by switching the shape of the deformable mirror. Although there is no inconvenience, switching the shape of the deformable mirror takes time, and guarantees the synchronism when observing different positions in the optical axis direction of the observation target that changes with time like a living body or living cells in a short time. There is an inconvenience that it cannot be done.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、観察対象の光軸方向に異なる複数点の観察を同時性を維持しつつ鮮明に行うことを可能とする光源装置及び走査型顕微鏡を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and a light source device and a scanning microscope that can clearly observe a plurality of points different in the optical axis direction of an observation target while maintaining simultaneity. The purpose is to provide.

上記目的を達成するために、本発明の参考例は以下の手段を提供する。
本発明の参考例は、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パルスレーザ光から時間間隔をあけた複数のパルスレーザ光を生成するパルス分割部と、該パルス分割部により生成される１以上のパルスレーザ光毎に、光軸方向に異なる位置に集光するように、該パルスレーザ光の波面を異ならせる固定式の波面変換部とを備える光源装置を提供する。 In order to achieve the above object, the reference example of the present invention provides the following means.
A reference example of the present invention includes a laser light source that generates pulsed laser light, a pulse dividing unit that generates a plurality of pulsed laser lights spaced from the pulsed laser light emitted from the laser light source, and the pulse dividing unit There is provided a light source device including a fixed wavefront conversion unit that changes the wavefront of the pulsed laser light so that it is condensed at different positions in the optical axis direction for each of the one or more pulsed laser beams generated by the above.

上記参考例によれば、レーザ光源から発せられたパルスレーザ光がパルス分割部に入射されると、パルス分割部において、時間間隔をあけた複数のパルスレーザ光が生成され、固定式の波面変換部によって、その１以上のパルスレーザ光毎に波面が異ならされる。これにより、異なる波面を付与されたパルスレーザ光は、光軸方向に異なる位置に集光するようになる。 According to the above reference example, when the pulse laser beam emitted from the laser light source is incident on the pulse dividing unit, the pulse dividing unit generates a plurality of pulse laser beams spaced at time intervals, and fixed wavefront conversion. Depending on the part, the wavefront is made different for each of the one or more pulsed laser beams. As a result, pulsed laser beams having different wavefronts are condensed at different positions in the optical axis direction.

すなわち、このようにして生成された複数のパルスレーザ光を、観察対象に照射することにより、異なる光軸方向位置に異なる時間にパルスレーザ光を集光させ、これをそれぞれ検出することにより、生体試料のような散乱体からなる観察対象であっても、相互に干渉することなく光軸方向の近接した異なる位置を鮮明に観察することができる。パルスレーザ光の時間間隔は、観察対象において発生する光の寿命より若干長くすれば足り、十分に短く設定することができる。したがって、光軸方向に異なる位置を略同時に、かつ、鮮明に観察することが可能となる。   That is, by irradiating the observation target with a plurality of pulse laser beams generated in this manner, the pulse laser beams are condensed at different positions in the direction of the optical axis at different times, and each is detected, thereby Even an observation target made of a scatterer such as a sample can clearly observe different positions close to each other in the optical axis direction without interfering with each other. The time interval of the pulse laser beam only needs to be slightly longer than the lifetime of the light generated in the observation target, and can be set sufficiently short. Therefore, different positions in the optical axis direction can be observed almost simultaneously and clearly.

上記参考例においては、前記パルス分割部により生成される１以上のパルスレーザ光毎に、該パルスレーザ光の偏光方向を異ならせる偏光調節部を備え、前記波面変換部が、前記パルスレーザ光の偏光方向に応じて選択的に波面を変換してもよい。
このようにすることで、偏光調節部によって偏光方向を異ならされたパルスレーザ光を波面変換部に入射させると、その偏光方向に応じて選択的に波面が変換されるので、時間間隔をあけたパルスレーザ光を、簡易に、光軸方向に異なる位置に集光させることができる。 In the above reference example , for each of the one or more pulsed laser beams generated by the pulse dividing unit, a polarization adjusting unit that changes the polarization direction of the pulsed laser beam is provided, and the wavefront converting unit includes the pulsed laser beam. The wavefront may be selectively converted according to the polarization direction.
In this way, when a pulse laser beam whose polarization direction is changed by the polarization adjusting unit is incident on the wavefront conversion unit, the wavefront is selectively converted according to the polarization direction, so that a time interval is provided. Pulse laser light can be easily condensed at different positions in the optical axis direction.

また、上記参考例においては、前記波面変換部が、液晶分子の配向方向に平行な偏光方向を有するパルスレーザ光の波面を変換する液晶デバイスを備える請求項２に記載の光源装置。
このようにすることで、液晶分子の配向方向に平行な偏光方向と垂直な偏光方向とをそれぞれ異なるパルスレーザ光に付与することにより、パルスレーザ光における波面の変換の有無を容易かつ迅速に切り替えることができる。 Moreover, in the said reference example , the said wavefront conversion part is a light source device of Claim 2 provided with the liquid crystal device which converts the wavefront of the pulsed laser beam which has a polarization direction parallel to the orientation direction of a liquid crystal molecule.
In this way, the presence or absence of wavefront conversion in the pulsed laser beam can be easily and quickly switched by applying different polarization laser beams with a polarization direction parallel to and perpendicular to the alignment direction of the liquid crystal molecules. be able to.

上記参考例においては、前記パルス分割部が、前記レーザ光源から発せられたパルスレーザ光を分割して通過させる光路長の異なる２つの光路を備えていてもよい。
このようにすることで、パルスレーザ光を分割して異なる２つの光路を通過させるだけで、簡易に時間間隔をあけた２つのパルスレーザ光を生成することができる。 In the above reference example , the pulse division unit may include two optical paths having different optical path lengths for dividing and passing the pulse laser light emitted from the laser light source.
In this way, it is possible to easily generate two pulse laser beams with a time interval simply by dividing the pulse laser beam and passing it through two different optical paths.

また、上記参考例においては、前記波面変換部が、前記パルス分割部のいずれかの光路に配置されていてもよい。
このようにすることで、波面変換部が配置されている光路を通過させられたパルスレーザ光には波面変換が施され、波面変換部が配置されていない光路には波面変換が施されずに射出されるので、容易に、光軸方向に異なる位置に集光可能な複数のパルスレーザ光を射出することができる。 In the above reference example , the wavefront conversion unit may be arranged in any one of the optical paths of the pulse division unit.
By doing so, wavefront conversion is performed on the pulsed laser light that has passed through the optical path in which the wavefront conversion unit is disposed, and wavefront conversion is not performed on the optical path in which the wavefront conversion unit is not disposed. Since it is emitted, it is possible to easily emit a plurality of pulsed laser beams that can be condensed at different positions in the optical axis direction.

また、上記参考例においては、前記波面変換部が、液晶分子の配向方向に平行な偏光方向を有するパルスレーザ光の波面を変換する液晶デバイスまたは形状可変ミラーを備えていてもよい。
このようにすることで、液晶デバイスのみならず形状可変ミラーによっても、簡易な構成で、光軸方向に異なる位置に集光可能な複数のパルスレーザ光を射出することができる。 In the above reference example , the wavefront converter may include a liquid crystal device or a variable shape mirror that converts the wavefront of pulsed laser light having a polarization direction parallel to the alignment direction of liquid crystal molecules.
By doing so, not only the liquid crystal device but also the variable shape mirror can emit a plurality of pulsed laser beams that can be condensed at different positions in the optical axis direction with a simple configuration.

また、上記参考例においては、前記パルス分割部と前記波面変換部とを備えるユニットを直列に複数備え、各前記ユニットにおける前記パルス分割部が、パルスレーザ光に異なる時間間隔を付与してもよい。
このようにすることで、全てのパルスレーザ光を時間的にずらすことができ、また、各パルスレーザ光の光軸方向の集光位置については、波面変換部ごとにずらしていくことができる。 In the above reference example , a plurality of units each including the pulse division unit and the wavefront conversion unit may be provided in series, and the pulse division unit in each unit may impart different time intervals to the pulse laser beam. .
By doing in this way, all the pulsed laser beams can be shifted in time, and the condensing position of each pulsed laser beam in the optical axis direction can be shifted for each wavefront conversion unit.

また、上記参考例においては、前記ユニット間に波長板が配置されていてもよい。
このようにすることで、一のユニットから射出されたパルスレーザ光の偏光状態を波長板によって調節して、次のユニットに入射させることができ、波長板の前後の波面変換部の相対角度を自由に設定することが可能となる。 In the above reference example , a wave plate may be disposed between the units.
In this way, the polarization state of the pulsed laser light emitted from one unit can be adjusted by the wave plate and incident on the next unit, and the relative angle of the wavefront conversion unit before and after the wave plate can be changed. It can be set freely.

また、上記参考例においては、前記パルス分割部により前記パルスレーザ光に付与される時間間隔ｔが、該パルス分割部の数ｎ、前記レーザ光源からのパルスレーザ光の繰り返し周波数Ｒを用いて、以下の式により算出されてもよい。
ｔ＝１／（２ｎＲ）
このようにすることで、繰り返し周波数２ｎＲで時間多重されたパルスレーザ光の列を生成できる。さらに、それぞれのパルスレーザ光が観察対象に照射される際における集光位置も空間的に多重化することができる。 Further, in the above reference example , the time interval t given to the pulse laser beam by the pulse dividing unit uses the number n of the pulse dividing unit and the repetition frequency R of the pulse laser beam from the laser light source, You may calculate with the following formula | equation.
t = 1 / (2 n R)
By doing so, it is possible to generate a train of pulsed laser light that is time-multiplexed at a repetition frequency of 2 n R. Furthermore, the condensing position when each pulse laser beam is irradiated onto the observation target can be spatially multiplexed.

また、本発明は、時間間隔をあけた複数の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１以上のパルスレーザ光毎に、光軸方向に異なる位置に集光するように、該パルスレーザ光の波面を異ならせる固定式の波面変換部と、前記レーザ光源から発せられた１以上のパルスレーザ光毎に、該パルスレーザ光の偏光方向を異ならせる偏光調節部を備え、前記波面変換部が、前記パルスレーザ光の偏光方向に応じて選択的に波面を変換する光源装置を備える光源装置を提供する。 Further, the present invention condenses the laser light source that generates a plurality of pulsed laser beams at intervals and one or more pulsed laser beams emitted from the laser light source at different positions in the optical axis direction. A fixed wavefront conversion unit that changes the wavefront of the pulse laser beam, and a polarization adjustment unit that changes the polarization direction of the pulse laser beam for each of the one or more pulsed laser beams emitted from the laser light source. The light source device includes a light source device in which the wavefront conversion unit selectively converts a wavefront according to a polarization direction of the pulsed laser light .

本発明によれば、レーザ光源から発せられた時間間隔をあけた複数のパルスレーザ光が、固定式の波面変換部によって、その１以上のパルスレーザ光毎に波面が異ならされる。これにより、異なる波面を付与されたパルスレーザ光は、光軸方向に異なる位置に集光するようになる。すなわち、このようにして生成された複数のパルスレーザ光を、観察対象に照射することにより、異なる光軸方向位置に異なる時間にパルスレーザ光を集光させ、これをそれぞれ検出することにより、
生体試料のような散乱体からなる観察対象であっても、相互に干渉することなく光軸方向の近接した異なる位置を鮮明に観察することができる。パルスレーザ光の時間間隔は、観察対象において発生する光の寿命より若干長くすれば足り、十分に短く設定することができる。したがって、光軸方向に異なる位置を略同時に、かつ、鮮明に観察することが可能となる。 According to the present invention, the wavefronts of the plurality of pulsed laser beams emitted from the laser light source with a time interval are made different for each of the one or more pulsed laser beams by the fixed wavefront conversion unit. As a result, pulsed laser beams having different wavefronts are condensed at different positions in the optical axis direction. That is, by irradiating the observation target with a plurality of pulse laser beams generated in this way, the pulse laser beams are condensed at different positions in the optical axis direction at different times, and each is detected.
Even an observation target made of a scatterer such as a biological sample can clearly observe different positions close to each other in the optical axis direction without interfering with each other. The time interval of the pulse laser beam only needs to be slightly longer than the lifetime of the light generated in the observation target, and can be set sufficiently short. Therefore, different positions in the optical axis direction can be observed almost simultaneously and clearly.

上記発明においては、前記波面変換部が、液晶分子の配向方向に平行な偏光方向を有するパルスレーザ光の波面を変換する液晶デバイスを備えていてもよい。 In the above invention, before Symbol wavefront converting unit may comprise a liquid crystal device that converts the wavefront of the pulsed laser beam having a polarization direction parallel to the orientation direction of the liquid crystal molecules.

また、本発明は、上記いずれかの光源装置と、該光源装置から射出されたパルスレーザ光を観察対象上で走査するスキャナと、該スキャナにより走査されたパルスレーザ光を前記観察対象上に集光し、観察対象からの光を集光する対物レンズと、前記観察対象からの光を検出する検出器とを備える走査型顕微鏡を提供する。   The present invention also provides any one of the above light source devices, a scanner that scans the pulse laser light emitted from the light source device on the observation target, and the pulse laser light scanned by the scanner on the observation target. A scanning microscope is provided that includes an objective lens that illuminates and collects light from the observation target, and a detector that detects the light from the observation target.

本発明によれば、光源装置から発せられた時間的に多重化されたパルスレーザ光が、スキャナによって走査され、対物レンズによって観察対象に照射されると、観察対象中の光軸方向に異なる位置にそれぞれ集光され、該観察対象からの光が対物レンズによって集光されて検出器により検出される。これにより、光軸方向に異なる複数点をほぼ同時に、相互に干渉させることなく観察することができる。   According to the present invention, when the temporally multiplexed pulsed laser light emitted from the light source device is scanned by the scanner and irradiated to the observation target by the objective lens, the position in the observation target is different in the optical axis direction. And the light from the observation target is collected by the objective lens and detected by the detector. Thereby, a plurality of points different in the optical axis direction can be observed almost simultaneously without interfering with each other.

また、本発明の参考例は、パルスレーザ光を分割して、時間間隔を空けた複数のパルスレーザ光を生成するパルス分割ステップと、該パルス分割ステップにより生成された１以上のパルスレーザ光毎に、該パルスレーザ光の偏光方向を異ならせる偏光ステップと、該偏光ステップにおいて偏光方向を異ならされたパルスレーザ光を、その偏光方向に応じて選択的に波面を変換する波面変換部に入射させて、光軸方向の異なる位置に集光するように波面を変換する波面変換ステップとを含む
パルス光生成方法を提供する。 Further, the reference example of the present invention divides a pulsed laser beam to generate a plurality of pulsed laser beams with a time interval, and each of the one or more pulsed laser beams generated by the pulse dividing step. In addition, a polarization step for changing the polarization direction of the pulse laser light and a pulse laser light whose polarization direction has been changed in the polarization step are incident on a wavefront conversion unit that selectively converts the wavefront according to the polarization direction. Thus, there is provided a pulsed light generation method including a wavefront conversion step of converting a wavefront so as to collect light at different positions in the optical axis direction.

本発明によれば、観察対象の光軸方向に異なる複数点の観察を同時性を維持しつつ鮮明に行うことができるという効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that it is possible to clearly observe a plurality of points different in the optical axis direction of the observation target while maintaining simultaneity.

本発明の第１の実施形態に係る光源装置および走査型顕微鏡を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the light source device and scanning microscope which concern on the 1st Embodiment of this invention. 図１の光源装置のパルス分割部により生成された２種類のパルスレーザ光のパルス列を示す図であり、（ａ）光路長差ＬＳの場合、（ｂ）光路長差ＬＳ＝ｃ／２Ｒの場合をそれぞれ示している。It is a figure which shows the pulse train of two types of pulsed laser beams produced | generated by the pulse division part of the light source device of FIG. 1, (a) In the case of optical path length difference LS, (b) In the case of optical path length difference LS = c / 2R Respectively. 図１の光源装置により対物レンズの光軸方向に間隔をあけた２箇所にパルスレーザ光が集光されている状態を示す図である。It is a figure which shows the state by which the pulse laser beam is condensed by two places spaced apart by the optical axis direction of the objective lens with the light source device of FIG. 本発明の第１の実施形態に係るパルス光生成方法のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of the pulse light generation method which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図１の走査型顕微鏡により対物レンズの光軸方向に間隔をあけた２平面上においてパルスレーザ光が走査されている状態を示す図である。It is a figure which shows the state by which the pulsed laser beam is scanned on 2 planes spaced apart in the optical axis direction of the objective lens with the scanning microscope of FIG. 図１の光源装置により生成されるパルスレーザ光の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the pulse laser beam produced | generated by the light source device of FIG. 図１の光源装置および走査型顕微鏡の変形例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the modification of the light source device of FIG. 1, and a scanning microscope. 本発明の第２の実施形態に係る光源装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the light source device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図８の光源装置における波面変換部において、光軸に直交する方向に焦点位置を異ならせるような波面を付与したパルスレーザ光が、対物レンズの光軸方向に間隔をあけた２平面上において走査されている状態を示す図である。In the wavefront conversion unit in the light source device of FIG. 8, the pulse laser beam having a wavefront that changes the focal position in the direction orthogonal to the optical axis is scanned on two planes spaced in the optical axis direction of the objective lens. It is a figure which shows the state currently performed. 本発明の第３の実施形態に係る光源装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the light source device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 図１０の光源装置により生成された２種類のパルスレーザ光のパルス列を示す図である。It is a figure which shows the pulse train of two types of pulsed laser beams produced | generated by the light source device of FIG. 図１１の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of FIG. 図１０の光源装置の変形例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the modification of the light source device of FIG. 図１３の光源装置により生成された４種類のパルスレーザ光のパルス列を示す図である。It is a figure which shows the pulse train of four types of pulsed laser beams produced | generated by the light source device of FIG.

本発明の第１の実施形態に係る光源装置１、走査型顕微鏡２およびパルス光生成方法について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る走査型顕微鏡２は、図１に示されるように、本実施形態に係る光源装置１と、該光源装置１から射出されたパルスレーザ光によって標本（観察対象）Ａを観察する顕微鏡本体３とを備えている。 A light source device 1, a scanning microscope 2, and a pulsed light generation method according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the scanning microscope 2 according to the present embodiment observes a specimen (observation target) A using the light source device 1 according to the present embodiment and pulsed laser light emitted from the light source device 1. A microscope main body 3 is provided.

光源装置１は、パルスレーザ光Ｌ１を発生するレーザ光源４と、該レーザ光源４から発せられたパルスレーザ光Ｌ１を２つに分割して時間多重するパルス分割部５と、該パルス分割部５により分割されたパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２のうちの一方のパルスレーザ光Ｌ１の波面を変換する波面変換部６とを備えている。
レーザ光源４は、繰り返し周波数Ｒで直線偏光のパルスレーザ光Ｌ１を発振するようになっている。 Light source device 1 includes a laser light source 4 for generating a pulse laser beam L 1, a pulse dividing unit 5 for time-multiplexed by dividing the pulse laser beam L 1 emitted from the laser light source 4 into two, the pulse division And a wavefront conversion unit 6 that converts the wavefront of one of the pulse laser beams L 1 and L 2 divided by the unit 5.
The laser light source 4 oscillates linearly polarized pulsed laser light L 1 at a repetition frequency R.

パルス分割部５は、レーザ光源４から発せられたパルスレーザ光Ｌ１からパルスレーザ光Ｌ２を分割して、光路長の異なる２つの光路Ｃ１，Ｃ２に入射させるビームスプリッタ７と、該ビームスプリッタ７により分岐された一方の光路Ｃ２に配置されたλ／２板８と、２つの光路Ｃ１，Ｃ２を通過してきたパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２を合波する偏光ビームスプリッタ９とを備えている。
図１中、符号１０はミラーである。 The pulse splitting unit 5 splits the pulse laser light L 2 from the pulse laser light L 1 emitted from the laser light source 4 and makes it incident on two optical paths C 1 and C 2 having different optical path lengths, A polarization beam splitter that combines the λ / 2 plate 8 disposed in one optical path C 2 branched by the beam splitter 7 and the pulsed laser beams L 1 and L 2 that have passed through the two optical paths C 1 and C 2. 9 and.
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a mirror.

λ／２板８は、レーザ光源４から発せられたパルスレーザ光Ｌ１の偏光方向に対して４５°傾けて配置されている。
例えば、レーザ光源４から発せられたパルスレーザ光Ｌ１が紙面に平行な偏光方向を有している場合、光路Ｃ２においては、パルスレーザ光Ｌ２の偏光方向は、λ／２板８によって紙面に垂直な偏光方向に変換される一方、他方の光路Ｃ１において、紙面に平行な偏光方向のままのパルスレーザ光Ｌ１が伝播されるようになっている。 The λ / 2 plate 8 is disposed so as to be inclined by 45 ° with respect to the polarization direction of the pulsed laser light L 1 emitted from the laser light source 4.
For example, when the pulse laser beam L 1 emitted from the laser light source 4 has a polarization direction parallel to the paper surface, the polarization direction of the pulse laser beam L 2 is determined by the λ / 2 plate 8 in the optical path C 2 . While being converted into a polarization direction perpendicular to the paper surface, the pulsed laser light L 1 in the polarization direction parallel to the paper surface is propagated in the other optical path C 1 .

これにより、偏光ビームスプリッタ９に到達した２つのパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ９によって無駄なく透過または反射されて同一光路に合波されるようになっている。
パルス分割部５の２つの光路Ｃ１，Ｃ２は光路差ＬＳを有している。したがって、２つの光路Ｃ１，Ｃ２を通過するパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２には、遅延時間ｔ＝Ｌ／ｃが付与される。ここで、ｃは光速である。
すなわち、パルス分割部５からは、図２（ａ）に示されるように、相互に直交する偏光方向を有し、かつ時間的に多重化されたパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２が射出されることになる。 As a result, the two pulsed laser beams L 1 and L 2 that have reached the polarization beam splitter 9 are transmitted or reflected without waste by the polarization beam splitter 9 and are combined in the same optical path.
The two optical paths C 1 and C 2 of the pulse dividing unit 5 have an optical path difference LS. Therefore, the delay time t = L / c is given to the pulse laser beams L 1 and L 2 passing through the two optical paths C 1 and C 2 . Here, c is the speed of light.
That is, as shown in FIG. 2A, pulse laser beams L 1 and L 2 having polarization directions orthogonal to each other and temporally multiplexed are emitted from the pulse division unit 5. It will be.

波面変換部６は、パルス分割部５から射出されたパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２を反射して迂回させるプリズム１１と、該プリズム１１によって反射されたパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２を反射し、その際に、一方のパルスレーザ光Ｌ１の波面を変調し、他方のパルスレーザ光Ｌ２には波面の変調を施さずに、プリズム１１に戻す反射型の液晶デバイス（ＬＣＯＳ：Liquid-Crystal on Silicon）１２とを備えている。液晶デバイス１２は、多くの画素に分かれていて、各画素毎にシリコン基板とこれに対向する透明基板との間に液晶分子を挟み込み、鏡面状のシリコン基板の背面に液晶に電圧を加えるための電極が形成された構造を有している。 Wavefront converter 6 is reflected with the prism 11 which diverts reflects the pulsed laser light L 1, L 2 emitted from the pulse division unit 5, the pulse laser light L 1, L 2 reflected by the prism 11 , in time, to modulate one of the pulse wavefront of the laser light L 1, without performing the modulation of the wavefront to the other of the pulsed laser light L 2, a reflective liquid crystal device (LCOS of returning to the prism 11: liquid-crystal on Silicon) 12. The liquid crystal device 12 is divided into many pixels. For each pixel, liquid crystal molecules are sandwiched between a silicon substrate and a transparent substrate facing the silicon substrate, and a voltage is applied to the liquid crystal on the back surface of the mirror-like silicon substrate. It has a structure in which electrodes are formed.

液晶デバイス１２の液晶分子は、基板および一方のパルスレーザ光Ｌ１の偏光面に平行に配向しており、基板に形成された電極によって電圧を加えると、液晶分子が基板および他方のパルスレーザ光Ｌ２の偏光面に平行な軸を中心に回転する。そして、この液晶分子の回転に伴って、液晶分子の配向方向に偏光面を有するパルスレーザ光Ｌ１に対する液晶デバイス１２の屈折率分布も変化する。 Liquid crystal molecules of the liquid crystal device 12 are oriented parallel to the polarization plane of the substrate and one of the pulsed laser light L 1, when a voltage is applied by electrodes which are formed on a substrate, the liquid crystal molecules are substrates and the other pulsed laser beam It rotates about an axis parallel to the polarization plane of the L 2. Then, with the rotation of the liquid crystal molecules also changes the refractive index distribution of the liquid crystal device 12 to the pulse laser light L 1 having a polarization plane in the direction of orientation of the liquid crystal molecules.

液晶分子の回転角度は、印加電圧によって制御でき、画素毎に液晶デバイス１２への印加電圧を変化させると、液晶デバイス１２に屈折率分布をもたらすことができる。その結果、入射光に所望の位相分布を与えることができる。また、入射光の偏光方向と液晶分子の配向方向とが一致したときに、入射光に位相分布を最も強く与えることができる。また、入射光の偏光方向と液晶分子の配向方向とが直交したときには、入射光は変調されない。   The rotation angle of the liquid crystal molecules can be controlled by an applied voltage. When the applied voltage to the liquid crystal device 12 is changed for each pixel, a refractive index distribution can be provided to the liquid crystal device 12. As a result, a desired phase distribution can be given to the incident light. In addition, when the polarization direction of incident light matches the alignment direction of liquid crystal molecules, the phase distribution can be given to the incident light most strongly. Further, when the polarization direction of the incident light and the alignment direction of the liquid crystal molecules are orthogonal, the incident light is not modulated.

つまり、液晶デバイス１２は、画素ごとに液晶分子への電圧を直接制御して入射光の位相を変えることによって、液晶分子の配向方向と一致した偏光方向の入射光に対して、自在に位相を変調することができるようになっている。   In other words, the liquid crystal device 12 controls the voltage to the liquid crystal molecules directly for each pixel to change the phase of the incident light, thereby freely adjusting the phase with respect to the incident light having the polarization direction that matches the alignment direction of the liquid crystal molecules. It can be modulated.

すなわち、パルス分割部５から交互に射出される偏光方向の直交する２種類のパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の内、波面変換部６に備えられる液晶デバイス１２の液晶分子の配向方向と一致する偏光方向を有する一方のパルスレーザ光Ｌ１は、液晶デバイス１２によって波面を変調される一方、他方のパルスレーザ光Ｌ２は、液晶デバイス１２によって波面を変調されることなく反射される。したがって、顕微鏡本体３に対して、波面の変調されたパルスレーザ光Ｌ１’と、波面の変調されないパルスレーザ光Ｌ２とを交互に出力することができるようになっている。 That is, of the two types of pulsed laser beams L 1 and L 2 having orthogonal polarization directions alternately emitted from the pulse division unit 5, the alignment direction of the liquid crystal molecules of the liquid crystal device 12 included in the wavefront conversion unit 6 is the same. One pulsed laser beam L 1 having a polarization direction is modulated in wavefront by the liquid crystal device 12, while the other pulsed laser beam L 2 is reflected by the liquid crystal device 12 without modulating the wavefront. Therefore, the pulsed laser beam L 1 ′ having a modulated wavefront and the pulsed laser beam L 2 having no modulated wavefront can be alternately output to the microscope body 3.

ここで、液晶デバイス１２により一方のパルスレーザ光Ｌ１’に付与された波面の変調は、顕微鏡本体３の後述する対物レンズによる集光位置を、図３に示されるように、他方のパルスレーザ光Ｌ２の集光位置に対して光軸方向にずらすように行われる。例えば、他方のパルスレーザ光Ｌ２の波面が平面である場合に、一方のパルスレーザ光Ｌ１には、軸対称に微細な曲率を有する球面状の波面を有するように波面の変調が行われるようになっている。 Here, the modulation of the wavefront imparted to the one pulse laser beam L 1 ′ by the liquid crystal device 12 is performed by changing the position of the light focused by an objective lens (to be described later) of the microscope body 3 as shown in FIG. performed so as to shift the optical axis direction with respect to the condensing position of the light L 2. For example, if the wavefront of the other pulsed laser beam L 2 is flat, the one of the pulsed laser light L 1, the modulation of the wave front is made so as to have a spherical wavefront having fine curvature axisymmetrically It is like that.

顕微鏡本体３は、光源装置１から射出されたパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２をリレーする第１のリレー光学系１３および第２のリレー光学系１４と、これら第１および第２のリレー光学系１３，１４の間に配置され、パルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を２次元的に走査するスキャナ１５と、第２のリレー光学系１４によってリレーされたパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を観察対象Ａに集光する対物レンズ１６と、該対物レンズ１６により集光された観察対象Ａにおいて発生した蛍光をパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２から分岐するダイクロイックミラー１７と、該ダイクロイックミラー１７によって分岐された蛍光を検出する光検出器１８とを備えている。 The microscope main body 3 includes a first relay optical system 13 and a second relay optical system 14 that relay the pulse laser beams L 1 ′ and L 2 emitted from the light source device 1, and the first and second relay optics. The scanner 15 that is arranged between the systems 13 and 14 and scans the pulse laser beams L 1 ′ and L 2 two-dimensionally, and the pulse laser beams L 1 ′ and L 2 relayed by the second relay optical system 14. Objective lens 16 that focuses the light on the observation object A, the dichroic mirror 17 that branches the fluorescence generated in the observation object A collected by the objective lens 16 from the pulse laser beams L 1 ′ and L 2 , and the dichroic mirror And a photodetector 18 for detecting the fluorescence branched by 17.

第１のリレー光学系１３によって波面変調部６の液晶デバイス１２とスキャナ１５とが光学的に共役な位置関係に配置され、第２のリレー光学系１４によってスキャナ１５と対物レンズ１６の瞳位置とが光学的に共役な位置に配置されている。   The liquid crystal device 12 of the wavefront modulation unit 6 and the scanner 15 are arranged in an optically conjugate positional relationship by the first relay optical system 13, and the pupil positions of the scanner 15 and the objective lens 16 are arranged by the second relay optical system 14. Are arranged at optically conjugate positions.

このように構成された本実施形態に係る光源装置１を用いたパルス光生成方法について以下に説明する。
レーザ光源４から発せられたパルスレーザ光Ｌ１がパルス分割部５に入射されると、図４に示されるように、ビームスプリッタ７によって２つの光路Ｃ１，Ｃ２に分岐される（分割ステップＳ１）。２つの光路Ｃ１，Ｃ２は光路長差ＬＳを有しているので、長い方の光路Ｃ２を通過したパルスレーザ光Ｌ２には光路長差ＬＳに応じた時間遅延が付与される。 A pulse light generation method using the light source device 1 according to this embodiment configured as described above will be described below.
When the pulse laser beam L 1 emitted from the laser light source 4 is incident on the pulse splitting unit 5, it is branched into two optical paths C 1 and C 2 by the beam splitter 7 as shown in FIG. 4 (dividing step). S1). Since the two optical paths C 1 and C 2 have an optical path length difference LS, a time delay corresponding to the optical path length difference LS is given to the pulsed laser light L 2 that has passed through the longer optical path C 2 .

光路Ｃ２には、λ／２板８が、入射するパルスレーザ光Ｌ１の偏光方向に対して高速軸を４５°傾斜させて配置されているので、λ／２板８を通過したパルスレーザ光Ｌ２は、他の光路Ｃ１を伝播してくるパルスレーザ光に対して偏光方向が直交する直線偏光となる（偏光ステップＳ２）。そして、２つの光路Ｃ１，Ｃ２を伝播してきたパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ９で合波される。 In the optical path C 2 , the λ / 2 plate 8 is disposed with the high-speed axis inclined by 45 ° with respect to the polarization direction of the incident pulse laser light L 1 , so the pulse laser that has passed through the λ / 2 plate 8. light L 2, the polarization direction is linearly polarized light perpendicular to the pulsed laser light that propagates through the other optical path C 1 (polarization step S2). Then, the pulse laser beams L 1 and L 2 that have propagated through the two optical paths C 1 and C 2 are combined by the polarization beam splitter 9.

すなわち、偏光ビームスプリッタ９で合波されることにより偏光方向の直交する２種類のパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２が時間多重される。そして、時間多重された２種類のパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２が、波面変換部６の液晶デバイス１２に入射されると、液晶分子の配向方向に水平な偏光方向を有するパルスレーザ光Ｌ１のみに波面の変調が施される（波面変換ステップＳ３）。液晶分子の配向方向に垂直な偏光方向を有するパルスレーザ光Ｌ２については、波面の変調が施されることなくそのまま反射される。
これにより、１つのパルスレーザ光Ｌ１から、波面の異なる２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を時間多重させた状態で生成することができる。 That is, two types of pulsed laser beams L 1 and L 2 whose polarization directions are orthogonal to each other are time-multiplexed by being combined by the polarization beam splitter 9. When the two types of time-multiplexed pulsed laser beams L 1 and L 2 are incident on the liquid crystal device 12 of the wavefront converter 6, the pulsed laser beam L 1 having a polarization direction horizontal to the alignment direction of the liquid crystal molecules. Only the wavefront is modulated (wavefront conversion step S3). The pulsed laser light L 2 having a polarization direction perpendicular to the orientation direction of the liquid crystal molecules is directly reflected without modulation of the wavefront is performed.
Thus, from a single pulse laser light L 1, two different types of pulse laser light L 1 wavefront 'can be generated in a state where the L 2 was time-multiplexed.

次に、本実施形態に係る走査型顕微鏡２の作用について説明する。
上述したように本実施形態に係る光源装置１およびパルス光生成方法により生成された２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２が顕微鏡本体３に入射されると、第１のリレー光学系１３によってリレーされたパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２が、スキャナ１５によって２次元的に走査され、第２のリレーレンズ１４によってリレーされた後、対物レンズ１６によって観察対象Ａに集光される。 Next, the operation of the scanning microscope 2 according to this embodiment will be described.
As described above, when the two types of pulsed laser beams L 1 ′ and L 2 generated by the light source device 1 and the pulsed light generation method according to the present embodiment are incident on the microscope body 3, the first relay optical system 13. The pulse laser beams L 1 ′ and L 2 relayed by are scanned two-dimensionally by the scanner 15, relayed by the second relay lens 14, and then focused on the observation object A by the objective lens 16.

２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２は、一方が波面変調されているので、対物レンズ１６によって光軸方向に異なる位置に集光される。また、２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２は時間多重されることにより微小時間間隔をあけているので、各集光位置への照射時刻はずれている。 Since one of the two types of pulse laser beams L 1 ′ and L 2 is wavefront modulated, the two types of pulse laser beams L 1 ′ and L 2 are condensed at different positions in the optical axis direction by the objective lens 16. In addition, since the two types of pulsed laser beams L 1 ′ and L 2 are time-multiplexed so as to have a minute time interval, the irradiation time to each condensing position is shifted.

したがって、光軸方向に異なる位置に微小時間間隔をあけてパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２が集光されることにより、各集光位置において蛍光が微小時間間隔をあけて発生する。パルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２に対応して発生した蛍光は、それぞれ、対物レンズ１６によって集光され、ダイクロイックミラー１７によって分岐され、光検出器１８によって検出される。
そして、各時刻において光検出器１８により検出された蛍光強度と、その時刻におけるスキャナ１５の走査位置の情報とを対応づけて記憶することにより、図５に示されるように、光軸方向に異なる位置に広がる２つの平面に沿う２次元的Ｐ１，Ｐ２な蛍光画像を取得することができる。 Accordingly, the pulsed laser beams L 1 ′ and L 2 are condensed at different positions in the optical axis direction with a minute time interval, whereby fluorescence is generated at each light collection position with a minute time interval. Fluorescence generated corresponding to the pulse laser beams L 1 ′ and L 2 is collected by the objective lens 16, branched by the dichroic mirror 17, and detected by the photodetector 18.
Then, by storing the fluorescence intensity detected by the light detector 18 at each time and the information of the scanning position of the scanner 15 at that time in association with each other, as shown in FIG. A two-dimensional P 1 and P 2 fluorescent image along two planes extending in position can be acquired.

このように、本実施形態に係る光源装置１、走査型顕微鏡２およびパルス光生成方法によれば、２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を時間多重することにより、各パルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２が光軸方向に異なる位置に集光される時刻をずらすことができ、２つの位置において発生する蛍光を混合させることなく、別個に検出することができる。 Thus, the light source apparatus 1 according to this embodiment, according to the scanning microscope 2 and pulse light generation method, 2 types of pulse laser light L 1 ', by multiplexing the L 2 times, each pulse laser light L 1 ', L 2 it is possible to shift the time to be focused at different positions in the optical axis direction, without mixing the fluorescence generated at the two positions can be separately detected.

また、２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を偏光方向に応じて生成することにより、液晶デバイス１２を固定式のものにすることができる。これにより、従来のように形状可変ミラーを切り替えて波面を切り替える場合と比較すると、十分に短い時間間隔で２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を時間多重させることができる。
その結果、光軸方向に異なる位置の蛍光画像を相互に干渉させることなく、ほぼ同時に観察することができるという利点がある。 Moreover, the liquid crystal device 12 can be fixed by generating two types of pulsed laser beams L 1 ′ and L 2 according to the polarization direction. Thereby, compared with the case where the wavefront is switched by switching the variable shape mirror as in the prior art, two types of pulsed laser beams L 1 ′ and L 2 can be time-multiplexed at a sufficiently short time interval.
As a result, there is an advantage that fluorescence images at different positions in the optical axis direction can be observed almost simultaneously without causing interference with each other.

なお、本実施形態においては、パルス分割部５において付与する遅延時間ｔとして、ｔ＝１／２Ｒとなるような光路長差ＬＳを採用することが好ましい。すなわち、ＬＳ＝ｃ／２Ｒであることが好ましい。このようにすることで、図２（ｂ）に示されるように、レーザ光源４からのパルスレーザ光Ｌ１の繰り返し周波数Ｒの２倍の繰り返し周波数２Ｒで繰り返されるパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を生成することができる。 In the present embodiment, it is preferable to adopt an optical path length difference LS such that t = 1 / 2R as the delay time t provided in the pulse dividing unit 5. That is, it is preferable that LS = c / 2R. By doing so, as shown in FIG. 2B, the pulse laser light L 1 ′, L repeated at a repetition frequency 2R that is twice the repetition frequency R of the pulse laser light L 1 from the laser light source 4. 2 can be generated.

２つの集光位置から発生する蛍光を相互に混合させることなく検出可能な最短の遅延時間１／２Ｒを確保した上で、最短の繰り返し周期１／Ｒを選択することができ、これにより、レーザ光源４から発せられたパルスレーザ光Ｌ１を最も効率的に利用することができるという利点がある。 It is possible to select the shortest repetition period 1 / R while ensuring the shortest delay time 1 / 2R that can be detected without mixing the fluorescence generated from the two light collecting positions with each other. there is an advantage that the pulsed laser light L 1 emitted from the light source 4 most efficiently can be utilized.

また、本実施形態においては、レーザ光源４から発せられた隣接するパルスレーザ光Ｌ１の間に、光路Ｃ２を伝播してきたパルスレーザ光Ｌ２を１つずつ多重化させる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図６に示されるように、光路Ｃ２により付与する遅延時間Ｌ／ｃをレーザ光源４から射出されたパルスレーザ光Ｌ１のｎ数個分の所要時間ｎ／Ｒより大きく設定することにより、パルス分割部５からは、最初のｎ個パルス群と次のｎ個のパルス群とで偏光方向を異ならせたパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２を射出することができる。 Further, in the present embodiment, a case has been described in which the pulsed laser light L 2 propagating through the optical path C 2 is multiplexed one by one between the adjacent pulsed laser light L 1 emitted from the laser light source 4. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 6, the delay time L / c provided by the optical path C 2 is set to be larger than the required time n / R for n pulses of the pulsed laser light L 1 emitted from the laser light source 4. Thus, the pulse splitting unit 5 can emit the pulse laser beams L 1 and L 2 having different polarization directions in the first n pulse groups and the next n pulse groups.

このようにすることで、同一種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を連続して照射することができ、蛍光の弱い観察対象を観察する場合においても明るい蛍光画像を取得することが可能となる。
また、遅延時間をｎ／Ｒに設定することにより、繰り返し周波数Ｒ／ｎで偏光方向の異なったパルスレーザ光がｎ個ずつ繰り返されるようなパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を生成することができる。 By doing so, it is possible to continuously irradiate the same type of pulsed laser beams L 1 ′ and L 2, and it is possible to acquire a bright fluorescent image even when observing an observation target with weak fluorescence. Become.
Further, by setting the delay time to n / R, it is possible to generate pulsed laser beams L 1 ′ and L 2 such that pulsed laser beams having different polarization directions are repeated n times at a repetition frequency R / n. it can.

また、本実施形態においては、偏光ビームスプリッタ９の後段に波面変換部６を配置して、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の偏光方向に応じて波面の変調の有無を切り替えることとしたが、これに代えて、図７に示されるように、波面変換部６をパルス分割部５のいずれか一方の光路Ｃ１，Ｃ２内に設置することにしてもよい（図７は、光路Ｃ１内に設置した場合を示している。）。この場合には、波面変換部６が設けられた光路Ｃ１を伝播する全てのパルスレーザ光Ｌ１の波面を変調することになる。 In the present embodiment, the wavefront conversion unit 6 is disposed after the polarization beam splitter 9 and the presence / absence of wavefront modulation is switched according to the polarization direction of the pulse laser beams L 1 and L 2 . Instead, as shown in FIG. 7, the wavefront conversion unit 6 may be installed in one of the optical paths C 1 and C 2 of the pulse division unit 5 (FIG. 7 illustrates the optical path C 1. It shows the case where it is installed inside.) In this case, the modulating all of the pulse wave front of the laser beam L 1 propagating through the optical path C 1 to wavefront conversion unit 6 is provided.

したがって、波面変換部６としては、偏光方向によって波面の変調の有無が異なる液晶デバイス１２を使用してもよいが、これに代えて、入射される全てのパルスレーザ光Ｌ１の波面を変調する形状可変ミラー、セグメントタイプのＭＥＭＳミラー（図示略）を採用してもよい。 Thus, as the wavefront converting unit 6, although the presence or absence of the modulation of the wave front by the polarization direction may use a different liquid crystal device 12, instead of this, to modulate all of the pulse wave of the laser light L 1 incident A variable shape mirror and a segment type MEMS mirror (not shown) may be employed.

次に、本発明の第２の実施形態に係る光源装置２０について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る光源装置２０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。 Next, a light source device 20 according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In the description of the present embodiment, portions having the same configuration as those of the light source device 20 according to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

本実施形態に係る光源装置２０は、図８に示されるように、パルス分割部５，２１と波面変換部６，２２とを備える２つのユニット２３，２４を直列に配置し、ユニット２３，２４間にλ／２板２５を配置したものである。
第１のユニット２３に備えられたパルス分割部５は、光路長差ＬＳ１を有する２つの光路Ｃ１，Ｃ２を備え、一方の光路Ｃ２を伝播するパルスレーザ光Ｌ２に遅延時間ｔ＝ＬＳ１／ｃを付与するようになっている。このパルス分割部５は、第１の実施形態におけるパルス分割部５と同じである。 As illustrated in FIG. 8, the light source device 20 according to the present embodiment includes two units 23 and 24 including pulse division units 5 and 21 and wavefront conversion units 6 and 22 arranged in series. A λ / 2 plate 25 is disposed between them.
The pulse division unit 5 provided in the first unit 23 includes two optical paths C 1 and C 2 having an optical path length difference LS1, and a delay time t = in the pulse laser beam L 2 propagating through one optical path C 2. LS1 / c is assigned. The pulse dividing unit 5 is the same as the pulse dividing unit 5 in the first embodiment.

また、第１のユニット２３に備えられた波面変換部６の液晶デバイス１２は、入射されるパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の偏光方向に応じて波面の変調の有無を異ならせる点において、第１の実施形態に係る光源装置１の液晶デバイス１２と同様である。この液晶デバイス１２は、波面を変調したパルスレーザ光Ｌ１’と変調しないパルスレーザ光Ｌ２とが光軸方向に距離２ｄだけずれた位置に集光されるような波面を付与するようになっている。 In addition, the liquid crystal device 12 of the wavefront conversion unit 6 provided in the first unit 23 is different in that the presence or absence of wavefront modulation differs depending on the polarization direction of the incident pulse laser beams L 1 and L 2 . This is the same as the liquid crystal device 12 of the light source device 1 according to the first embodiment. The liquid crystal device 12 provides a wavefront that allows the pulsed laser light L 1 ′ with modulated wavefront and the unmodulated pulsed laser light L 2 to be condensed at a position shifted by a distance 2d in the optical axis direction. ing.

また、第２のユニット２４に備えられたパルス分割部２１は、２つの偏光ビームスプリッタ２６，２７により、光路長差ＬＳ２を有する２つの光路Ｃ３，Ｃ４を形成し、一方の光路Ｃ４を伝播するパルスレーザ光Ｌ３，Ｌ４に遅延時間ｔ＝ＬＳ２／ｃを付与するようになっている。このパルス分割部２１には、既に、相互に直交する偏光方向を有する２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２が入射されるので、第１のユニット２３のパルス分割部５とは異なりλ／２板８は備えられていない。 Further, the pulse splitting unit 21 provided in the second unit 24 forms two optical paths C 3 and C 4 having an optical path length difference LS2 by two polarization beam splitters 26 and 27, and one optical path C 4. The delay time t = LS2 / c is given to the pulsed laser beams L 3 and L 4 propagating through the laser beam. Since two types of pulsed laser beams L 1 ′ and L 2 having polarization directions orthogonal to each other are already incident on the pulse dividing unit 21, unlike the pulse dividing unit 5 of the first unit 23, / 2 plate 8 is not provided.

第２のユニット２４の前後および内部にはレンズ２８〜３１が配置されて、リレー光学系が構成され、第１のユニット２３の波面変換部６の液晶デバイス１２と、第２のユニット２４の波面変換部２２の液晶デバイス３２とが光学的に共役な位置に配置されるようになっている。図中、符号３３はプリズム、符号３４はミラーである。   Lenses 28 to 31 are arranged before and after and inside the second unit 24 to constitute a relay optical system, and the liquid crystal device 12 of the wavefront conversion unit 6 of the first unit 23 and the wavefront of the second unit 24. The liquid crystal device 32 of the conversion unit 22 is arranged at an optically conjugate position. In the figure, reference numeral 33 denotes a prism, and reference numeral 34 denotes a mirror.

また、第２のユニット２４に備えられた波面変換部２２の液晶デバイス３２も、入射されるパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の偏光方向に応じて波面の変換の有無を異ならせる点においては第１の実施形態に係る光源装置１の液晶デバイス１２と同様である。この液晶デバイス３２は、波面を変調したパルスレーザ光Ｌ１”，Ｌ２’と変調しないパルスレーザ光Ｌ３，Ｌ４とが光軸方向に距離ｄだけずれた位置に集光されるような波面を付与するようになっている。 In addition, the liquid crystal device 32 of the wavefront conversion unit 22 provided in the second unit 24 also has wavefront conversion depending on the polarization direction of the incident pulse laser beams L 1 ′, L 2 , L 3 , and L 4. Are different from the liquid crystal device 12 of the light source device 1 according to the first embodiment. In this liquid crystal device 32, the pulse laser beams L 1 ″ and L 2 ′ whose wavefronts are modulated and the pulse laser beams L 3 and L 4 which are not modulated are condensed at a position shifted by a distance d in the optical axis direction. A wavefront is added.

また、λ／２板２５は、第１のユニット２３の波面変換部６から射出される２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２の内、一方のパルスレーザ光Ｌ１’の偏光方向に対して、２２．５°の角度をなす方向に、高速軸が配置されている。これにより、第１のユニット２３の波面変換部６から射出される２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２の偏光方向をいずれも４５°回転させて第２のユニット２４に入射させることができる。なお、λ／２板２５に代えて、パルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２の偏光方向に対して４５°の角度をなして配置されたλ／４板を用いてもよい。 Further, the λ / 2 plate 25 has a polarization direction of one of the two types of pulsed laser beams L 1 ′ and L 2 emitted from the wavefront conversion unit 6 of the first unit 23. On the other hand, the high-speed axis is arranged in a direction forming an angle of 22.5 °. As a result, the polarization directions of the two types of pulsed laser beams L 1 ′ and L 2 emitted from the wavefront conversion unit 6 of the first unit 23 are both rotated by 45 ° and are incident on the second unit 24. it can. In place of the λ / 2 plate 25, a λ / 4 plate disposed at an angle of 45 ° with respect to the polarization direction of the pulsed laser beams L 1 ′ and L 2 may be used.

これにより、第２のユニット２４の偏光ビームスプリッタ２６の方向を第１のユニット２３のパルス分割部５における偏光ビームスプリッタ９に対して光軸回りに同一方向に配置しておいても、第１のユニット２３から射出されてくる２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２をそれぞれ等分割して、２つの光路Ｃ３，Ｃ４に分岐させることができる。 Thus, even when the direction of the polarization beam splitter 26 of the second unit 24 is arranged in the same direction around the optical axis with respect to the polarization beam splitter 9 in the pulse division unit 5 of the first unit 23, The two types of pulsed laser beams L 1 ′ and L 2 emitted from the unit 23 can be equally divided and branched into two optical paths C 3 and C 4 .

このように構成された本実施形態に係る光源装置２０の作用について、以下に説明する。
レーザ光源４から発せられたパルスレーザ光Ｌ１は、第１のユニット２３を通過させられることにより、第１の実施形態に係る光源装置１と同様にして、時間多重されかつ一方のみに波面変調を施された２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２が生成される。このとき、２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２の時間間隔はｔ＝ＬＳ１／ｃである。また、一方の光路Ｃ１を通過したパルスレーザ光Ｌ１’には、光軸方向に距離２ｄだけ集光位置を異ならせるような波面が付与される。 The operation of the light source device 20 according to this embodiment configured as described above will be described below.
The pulsed laser light L 1 emitted from the laser light source 4 is time-multiplexed and wavefront modulated only to one side in the same manner as the light source device 1 according to the first embodiment by passing through the first unit 23. Two types of pulsed laser beams L 1 ′ and L 2 subjected to the above are generated. At this time, the time interval between the two types of pulsed laser beams L 1 ′ and L 2 is t = LS1 / c. The pulse laser beam L 1 ′ that has passed through one optical path C 1 is given a wavefront that varies the condensing position by a distance 2d in the optical axis direction.

第１のユニット２３から射出された相互に直交する偏光方向を有する２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２は、λ／２板８によって４５°回転させられて第２のユニット２４に入射される。第２のユニット２４においては２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ２６によって２つの光路Ｃ３，Ｃ４に等分割され、一方の光路Ｃ４を伝播させられる間に遅延時間ＬＳ２／ｃが付与された２種類のパルスレーザ光Ｌ３，Ｌ４が生成される。 Two types of pulsed laser beams L 1 ′ and L 2 having polarization directions orthogonal to each other emitted from the first unit 23 are rotated by 45 ° by the λ / 2 plate 8 and incident on the second unit 24. Is done. In the second unit 24, the two types of pulsed laser beams L 1 ′ and L 2 are equally divided into two optical paths C 3 and C 4 by the polarization beam splitter 26, and propagated through one optical path C 4. Two types of pulsed laser beams L 3 and L 4 to which the delay time LS2 / c is given are generated.

したがって、光路Ｃ３を伝播してきた遅延時間０、ＬＳ１／ｃの２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２と、光路Ｃ４を伝播してきた遅延時間ＬＳ２／ｃ，（ＬＳ１＋ＬＳ２）／ｃの２種類のパルスレーザ光Ｌ３，Ｌ４とを含む４種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が、偏光ビームスプリッタ２７によって合波される。
そして、これらのパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が波面変換部２２を通過することにより、一方の光路Ｃ３を通過した２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２には光軸方向に距離ｄだけ集光位置を異ならせるような波面が付与されて、パルスレーザ光Ｌ１”，Ｌ２’となる。 Therefore, two types of pulse laser beams L 1 ′ and L 2 with delay times 0 and LS1 / c that have propagated through the optical path C 3 and delay times LS 2 / c and (LS 1 + LS 2) / c that have propagated through the optical path C 4 Four types of pulse laser beams L 1 ′, L 2 , L 3 and L 4 including two types of pulse laser beams L 3 and L 4 are combined by the polarization beam splitter 27.
Then, these pulse laser beams L 1 ′, L 2 , L 3 , L 4 pass through the wavefront conversion unit 22, whereby two types of pulse laser beams L 1 ′, L 2 that have passed through one optical path C 3. Is provided with a wavefront that varies the condensing position by a distance d in the optical axis direction, and becomes pulsed laser light L 1 ″, L 2 ′.

この場合に、光路Ｃ２および光路Ｃ４を通過して最も長い遅延時間（ＬＳ１＋ＬＳ２）／ｃが付与されたパルスレーザ光Ｌ４には、波面変換が施されないこととすると、このパルスレーザ光Ｌ４に対して、光路Ｃ１および光路Ｃ３を伝播した遅延時間０のパルスレーザ光Ｌ１”は第１、第２のユニット２３，２４の波面変換部６，２２によって距離２ｄ＋ｄ＝３ｄ、光路Ｃ１および光路Ｃ４を伝播した遅延時間ＬＳ２／ｃのパルスレーザ光Ｌ３は第１のユニット２３の波面変換部６のみによって距離２ｄ、光路Ｃ２および光路Ｃ３を伝播した遅延時間ＬＳ１／ｃのパルスレーザ光Ｌ２’は第２のユニット２４の波面変換部２２のみによって距離ｄだけ、それぞれ光軸方向に集光位置を異ならされる。 In this case, if the pulse laser beam L 4 that has passed through the optical path C 2 and the optical path C 4 and has the longest delay time (LS1 + LS2) / c is not subjected to wavefront conversion, the pulse laser beam L 4 , the pulse laser beam L 1 ″ having the delay time 0 propagated through the optical path C 1 and the optical path C 3 is a distance 2d + d = 3d by the wavefront conversion units 6 and 22 of the first and second units 23 and 24, and the optical path C 1 and the optical path C is 4 the pulse laser light L 3 of the delay time LS2 / c having propagated wavefront converter 6 only by a distance 2d of the first unit 23, the optical path C 2 and the optical path C 3 delay time to propagate LS1 / The condensing position of the pulse laser beam L 2 ′ of c is varied in the optical axis direction by the distance d only by the wavefront conversion unit 22 of the second unit 24.

すなわち、本実施形態に係る光源装置２０によれば、顕微鏡本体３に導入して、光軸方向に距離ｄずつ異なる４つの平面内においてパルスレーザ光Ｌ１”，Ｌ２’，Ｌ３，Ｌ４を集光させ、深さの異なる４つの平面に沿う蛍光画像を取得することができる。また、４種類のパルスレーザ光Ｌ１”，Ｌ２’，Ｌ３，Ｌ４は時間多重されているので、各集光位置において発生した蛍光が相互に干渉することを防止することができ、鮮明な蛍光画像をほぼ同時に取得することができるという利点がある。 That is, according to the light source device 20 according to the present embodiment, the pulse laser beams L 1 ″, L 2 ′, L 3 , L are introduced into the microscope main body 3 and within four planes that are different by the distance d in the optical axis direction. 4 can be collected, and fluorescence images along four planes with different depths can be acquired.Further, four types of pulsed laser beams L 1 ″, L 2 ′, L 3 , and L 4 are time-multiplexed. Therefore, it is possible to prevent the fluorescence generated at each condensing position from interfering with each other and to obtain a clear fluorescence image almost simultaneously.

なお、この場合においては、パルス分割部５，２１の光路Ｃ１，Ｃ２の光路長差をＬＳ１＝ｃ／２Ｒ、光路Ｃ３，Ｃ４の光路長差をＬＳ２＝ｃ／４Ｒとすることにより、繰り返し周波数４Ｒの時間多重されたパルス列を生成することができる。 In this case, the optical path length difference between the optical paths C 1 and C 2 of the pulse division units 5 and 21 is LS1 = c / 2R, and the optical path length difference between the optical paths C 3 and C 4 is LS2 = c / 4R. Thus, a time-multiplexed pulse train having a repetition frequency of 4R can be generated.

また、本実施形態においては、一方のユニット２３の波面変換部６において付与する波面の変調を、集光位置を光軸に直交する方向にずらすような波面を与えることにしてもよい。
このようにすることで、図９に示されるように、光軸方向に間隔をあけた２平面Ｐ１，Ｐ２上において間隔をあけた２箇所にそれぞれパルスレーザ光Ｌ１”，Ｌ２’，Ｌ３，Ｌ４を集光させることができる。各平面Ｐ１，Ｐ２において光軸に直交する方向に異なる２箇所にパルスレーザ光Ｌ１”，Ｌ２’，Ｌ３，Ｌ４をほぼ同時に照射することにより、各平面Ｐ１，Ｐ２に沿う２次元的な蛍光画像の取得速度を向上することができる。 Moreover, in this embodiment, you may decide to give the wavefront which shifts the condensing position to the direction orthogonal to an optical axis for the modulation | alteration of the wavefront provided in the wavefront conversion part 6 of one unit 23. FIG.
By doing so, as shown in FIG. 9, the pulse laser beams L 1 ″ and L 2 ′ are respectively provided at two positions spaced on the two planes P 1 and P 2 spaced in the optical axis direction. , L 3 , L 4 can be condensed, and pulse laser beams L 1 ″, L 2 ′, L 3 , L 4 can be focused at two different points in the direction orthogonal to the optical axis on each plane P 1 , P 2 . by irradiating substantially simultaneously, it is possible to improve the acquisition speed of the two-dimensional fluorescence image along each plane P 1, P 2.

この場合においても、各パルスレーザ光Ｌ１”，Ｌ２’，Ｌ３，Ｌ４は時間多重されているので、各集光位置において発生する蛍光が相互に混合されることがなく、近接した位置に集光させることができるとともに、鮮明な蛍光画像を取得することができるという利点がある。
また、ユニット２３，２４の数は２つに限定されるものではなく３以上の任意の数だけ設けてもよい。 Also in this case, since the pulse laser beams L 1 ″, L 2 ′, L 3 , and L 4 are time-multiplexed, the fluorescence generated at each condensing position is not mixed with each other and is close to each other. There are advantages that light can be condensed at a position and a clear fluorescent image can be acquired.
Further, the number of units 23 and 24 is not limited to two, and an arbitrary number of three or more may be provided.

次に、本発明の第３の実施形態に係る光源装置４０について図面を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、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。 Next, a light source device 40 according to a third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In the description of the present embodiment, portions having the same configuration as those of the light source device 1 according to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

本実施形態に係る光源装置４０は、図１０に示されるように、第１の実施形態に係る光源装置１のパルス分割部５に代えて、パルスレーザ光Ｌ１の偏光方向を電気光学的にスイッチングするポッケルスセルのような偏光切替素子４１を採用している。偏光切替素子４１は、レーザ光源４からのパルスレーザ光Ｌ１の出力タイミングに同期させて１以上のパルスレーザ光Ｌ１毎に偏光方向を切り替えるようになっている。 As shown in FIG. 10, the light source device 40 according to the present embodiment replaces the pulse division unit 5 of the light source device 1 according to the first embodiment with an electro-optic polarization direction of the pulsed laser light L 1. A polarization switching element 41 such as a Pockels cell for switching is employed. The polarization switching element 41 is configured to switch the polarization direction for each of the one or more pulse laser beams L 1 in synchronization with the output timing of the pulse laser beam L 1 from the laser light source 4.

このように構成された本実施形態に係る光源装置４０によれば、偏光切替素子４１により高速に切り替えられた偏光方向に応じて液晶デバイス１２によって選択的に波面を付与し、パルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を射出することができる。
図１１は、１パルスレーザ光Ｌ１毎に偏光方向を切り替えた場合、図１２はｎパルスレーザ光Ｌ１毎に偏光方向を切り替えた場合をそれぞれ示している。ｎパルスレーザ光Ｌ１毎に偏光方向を切り替えることにより、蛍光の弱い観察対象を観察する場合でも、明るい蛍光画像を取得することができるという利点がある。 According to the light source device 40 according to the thus constructed present embodiment, selectively grant wavefront by the liquid crystal device 12 according to the polarization switching device 41 is switched to the high-speed polarization direction, the pulse laser light L 1 ', L 2 can be injected.
11, when switching the polarization direction for each pulse laser light L 1, FIG. 12 shows a case where switching the polarization direction for each n pulsed laser light L 1, respectively. By switching the polarization direction for each n pulsed laser light L 1, even when observing weak observation target fluorescence, there is the advantage that it is possible to acquire a bright fluorescence image.

なお、本実施形態においては、図１３に示されるように、偏光切替素子４１と波面変換部６とを含む第１のユニット４２の他に、偏光切替素子４３と波面変換部２２とを含む第２のユニット４４を直列に配列することにしてもよい。
このようにすることで、２つのユニット４２，４４の波面変換部６，２２により、パルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の偏光方向に応じて波面の変調を付与することができる。これにより、偏光切替素子４１，４３の動作状態の組み合わせによって、図１４に示されるように、レーザ光源４から出力されるパルスレーザ光Ｌ１の繰り返し周期Ｒで時間間隔をあけて、４種類のパルスレーザ光Ｌ１”，Ｌ２’，Ｌ３，Ｌ４を生成することができる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 13, in addition to the first unit 42 including the polarization switching element 41 and the wavefront conversion unit 6, the first unit including the polarization switching element 43 and the wavefront conversion unit 22 is used. Two units 44 may be arranged in series.
In this way, the wavefront conversion units 6 and 22 of the two units 42 and 44 provide wavefront modulation according to the polarization directions of the pulse laser beams L 1 ′, L 2 , L 3 , and L 4. Can do. Thus, by a combination of operating states of the polarization switching element 41 and 43, as shown in FIG. 14, at a time interval repetition period of the pulse laser light L 1 emitted from the laser light source 4 R, 4 kinds of Pulse laser beams L 1 ″, L 2 ′, L 3 , and L 4 can be generated.

なお、上記第１の実施形態から第３の実施形態においては、液晶デバイス１２として反射型の液晶デバイスを用いることとしたが、これに限られるものではなく、透過型のものであっても上記各実施形態と同様の効果を奏する。   In the first to third embodiments, a reflective liquid crystal device is used as the liquid crystal device 12. However, the present invention is not limited to this. The same effect as each embodiment is produced.

Ａ 観察対象
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ 光路
Ｌ１，Ｌ１’，Ｌ１”，Ｌ２，Ｌ２’，Ｌ３，Ｌ４ パルスレーザ光
Ｓ１ 分割ステップ
Ｓ２ 偏光ステップ
Ｓ３ 波面変換ステップ
１，２０，４０ 光源装置
２ 走査型顕微鏡
４ レーザ光源
５，２１ パルス分割部
６，２２ 波面変換部
８ λ／２板（偏光調節部）
１２ 液晶デバイス
１５ スキャナ
１６ 対物レンズ
１８ 光検出器（検出器）
２３，２４ ユニット
２５ λ／２板（波長板）
４１，４３ 偏光切替素子（偏光調節部） A Observation object C 1 , C 2 , C 3 , C 4 optical path L 1 , L 1 ′, L 1 ″, L 2 , L 2 ′, L 3 , L 4 pulse laser light S 1 division step S 2 polarization step S 3 wavefront conversion Step 1, 20, 40 Light source device 2 Scanning microscope 4 Laser light source 5, 21 Pulse division unit 6, 22 Wavefront conversion unit 8 λ / 2 plate (polarization adjusting unit)
12 Liquid Crystal Device 15 Scanner 16 Objective Lens 18 Photodetector (Detector)
23, 24 unit 25 λ / 2 plate (wave plate)
41, 43 Polarization switching element (polarization controller)

Claims (3)

時間間隔をあけた複数の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１以上のパルスレーザ光毎に、光軸方向に異なる位置に集光するように、該パルスレーザ光の波面を異ならせる固定式の波面変換部と、
前記レーザ光源から発せられた１以上のパルスレーザ光毎に、該パルスレーザ光の偏光方向を異ならせる偏光調節部を備え、
前記波面変換部が、前記パルスレーザ光の偏光方向に応じて選択的に波面を変換する光源装置。 A laser light source that generates a plurality of pulsed laser beams at time intervals;
A fixed wavefront converter that changes the wavefront of the pulsed laser light so that it is focused at different positions in the optical axis direction for each of the one or more pulsed laser beams emitted from the laser light source;
A polarization adjusting unit that changes the polarization direction of the pulse laser beam for each of one or more pulse laser beams emitted from the laser light source;
The light source device, wherein the wavefront converter selectively converts a wavefront according to a polarization direction of the pulsed laser light. 前記波面変換部が、液晶分子の配向方向に平行な偏光方向を有するパルスレーザ光の波面を変換する液晶デバイスを備える請求項１に記載の光源装置。 The light source device according to claim 1 , wherein the wavefront conversion unit includes a liquid crystal device that converts a wavefront of pulsed laser light having a polarization direction parallel to an alignment direction of liquid crystal molecules. 請求項１又は請求項２に記載の光源装置と、
該光源装置から射出されたパルスレーザ光を観察対象上で走査するスキャナと、
該スキャナにより走査されたパルスレーザ光を前記観察対象上に集光し、観察対象からの光を集光する対物レンズと、
前記観察対象からの光を検出する検出器とを備える走査型顕微鏡。 The light source device according to claim 1 or 2 ,
A scanner that scans an observation target with pulsed laser light emitted from the light source device;
An objective lens for condensing the pulsed laser light scanned by the scanner on the observation object, and condensing the light from the observation object;
A scanning microscope comprising: a detector that detects light from the observation target.
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