(57)【要約】【課題】非線形ラマン散乱光測定装置において、被検体を構成する複数種類の分子を分析する際の測定速度を高める。【解決手段】光走査部１０により、ポンプ光Ｌｐと被検体１を分析するための互いに異なる波長を持つ空間的に分離された複数の光成分Ｓｐ（ｋ）を有するストークス光Ｌｓとを被検体１上へ走査して、空間的に分離された各光成分Ｓｐ（ｋ）それぞれを被検体１の各検出位置Ｒ（ｉ，ｊ）へポンプ光Ｌｐと同時に照射する。スペクトル測定部６０により、その照射を受けた各検出位置Ｒ（ｉ，ｊ）それぞれから各光成分Ｓｐ（ｋ）の照射毎に発せられた非線形ラマン散乱光Ｌｃ（ｉ，ｊ、ｋ）それぞれのスペクトルを得る。【選択図】図１
2010133842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ光と該ポンプ光よりも波長が長いストークス光とを被検体上の同一領域に同時に照射しつつ、前記ストークス光を前記被検体に対して相対的に走査させる光走査手段と、前記照射を受けた前記被検体から発せられる非線形ラマン散乱光のスペクトルを取得するスペクトル取得手段とを備えた非線形ラマン散乱光測定装置であって、
前記ストークス光が、前記被検体に含まれる複数種類の分子を分析するための互いに異なる波長を持つ空間的に分離された複数の光成分を有するものであり、
前記光走査手段が、前記被検体上の前記非線形ラマン散乱光を発生させる対象とする各検出位置に対し、前記分離された前記複数の光成分それぞれを照射するように前記走査を行なうものであり、
前記スペクトル取得手段が、前記走査により各光成分の照射を受けた各検出位置それぞれから前記各光成分の照射毎に発せられる非線形ラマン散乱光それぞれのスペクトルを得るものであることを特徴とする非線形ラマン散乱光測定装置。
【請求項２】
前記複数の光成分が、１方向へ分離されたものであることを特徴とする請求項１記載の非線形ラマン散乱光測定装置。
【請求項３】
前記複数の光成分が、前記１方向へ波長順に分離されたものであることを特徴とする請求項２記載の非線形ラマン散乱光測定装置。
【請求項４】
前記光走査手段が、前記ストークス光を前記１方向へ走査するものであることを特徴とする請求項２または３記載の非線形ラマン散乱光測定装置。
【請求項５】
前記複数の光成分が、広波長帯域からなる光を分光してなるものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の非線形ラマン散乱光測定装置。
【請求項６】
前記光走査手段が、前記被検体上の前記ポンプ光の照射を受ける領域と前記被検体上の前記ストークス光の照射を受ける領域とを一致させるように前記ポンプ光と前記ストークス光とを照射するものであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の非線形ラマン散乱光測定装置。
【請求項７】
前記ストークス光が、直線状の断面を有する光束からなるものであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の非線形ラマン散乱光測定装置。
【請求項８】
前記スペクトル取得手段により得られた、前記被検体上の各検出位置毎の、前記各光成分の照射を受けて発せられた非線形ラマン散乱光それぞれのスペクトルを合成するスペクトル合成手段を備えたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の非線形ラマン散乱光測定装置。
【請求項９】
前記請求項１から８のいずれか１項記載の非線形ラマン散乱光測定装置を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１０】
前記請求項１から８のいずれか１項記載の非線形ラマン散乱光測定装置を備えたことを特徴とする顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体から発せられる非線形ラマン散乱光のスペクトルを取得する非線形ラマン散乱光測定装置およびそれを用いた内視鏡装置ならびに顕微鏡装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レーザ光の照射を受けた被検体から発せられる非線形ラマン散乱光を分光して得られたスペクトルを分析するラマン分光法が知られている。被検体から発せられるラマン散乱光は物質固有のものであることから、被検体を構成する分子を分析することができるので、材料評価や新物質創製等に広く活用されている。このラマン分光法には、以下のような方式が知られている。
【０００３】
すなわち、ポンプ光とこのポンプ光よりも波長が長いストークス光を被検体へ同時に照射して、この被検体から上記ポンプ光よりも波長が短い非線形ラマン散乱光を発生させる。そして、この非線形ラマン散乱光を分光してスペクトルを得、このスペクトルの示す光強度分布におけるピークの値（極大値）とこのピークの示すラマンシフト量とから被検体を構成する分子を分析する非線形ラマン散乱光測定方式が知られている（特許文献１、２参照）。
【０００４】
この非線形ラマン散乱光測定方式によれば、ポンプ光およびストークス光の照射を受けた被検体から発せられる蛍光の波長範囲と非線形ラマン散乱光の波長範囲とが重ならないので、非線形ラマン散乱光に混入するノイズを抑制することができ、より正確に被検体を構成する分子を分析することができる。
【０００５】
さらに、この非線形ラマン散乱分光法には、ポンプ光と１つの波長に光強度を持つストークス光とを被検体上の各検出位置に走査させて被検体の面領域を分析するナローバンド走査方式や、ポンプ光と広い波長範囲に亘って光強度を持つストークス光とを被検体上の各検出位置に走査させて被検体の面領域を分析するブロードバンド走査方式が知られている。
【０００６】
ブロードバンド走査方式では、ポンプ光とストークス光とを被検体へ照射したときに、それらの波長差に応じた様々な振動数のうなりが同時に生じ、それらのうなりに共鳴した複数種類の分子の共鳴振動を示す複数のピークが非線形ラマン散乱光のスペクトル中に生じる。そのスペクトルを調べることにより、被検体を構成する複数種類の分子を一度に分析することができる。
【０００７】
また、ナローバンド走査方式では、ポンプ光とストークス光とを被検体へ照射したときに、それらの波長差に応じた１種類の振動数のうなりが生じ、そのうなりに共鳴した１種類の分子の共鳴振動を示すピークが非線形ラマン散乱光のスペクトル中に生じる。そのスペクトルを調べることにより、被検体を構成する１種類の分子を分析することができる。
【０００８】
上記ナローバンド走査方式によれば、ストークス光を高速度で被検体上に走査させてこの被検体を構成する分子のうちの１種類の分子を分析することができる。なお、被検体上へのストークス光の走査速度を大きくするほどこの被検体上へのストークス光の照射光量が小さくなり被検体から発せられる非線形ラマン散乱光のＳ／Ｎが低下するので、このＳ／Ｎの低下を抑制するためにストークス光の光強度を高めて被検体上へストークス光を走査している。
【０００９】
一方、広い波長範囲に亘って光強度を持つストークス光を用いるブロードバンド走査方式は、１つの波長に光強度を持つストークス光を用いるナローバンド走査方式ほど高速度で被検体上を走査させることはできないが、このブロードバンド走査方式は被検体を構成する多種類の分子を一度に分析することができる。
【特許文献１】特開２００４−６１４１１号公報
【特許文献２】特表２００６−２７６６６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、ブロードバンド走査方式のように被検体を構成する複数種類の分子を一度に分析する方式において測定速度を高めたいという要請がある。より具体的には、例えばナローバンド走査方式と同等の走査速度で複数種類の分子を一度に分析したいという要請がある。
【００１１】
これに対して、例えば、ナローバンド走査方式の場合と同様に、ブロードバンド走査方式においてもストークス光の走査速度を大きくするとともにこのストークス光の光強度を高めて、ストークス光の照射を受けた被検体から発せられる非線形ラマン散乱光のＳ／Ｎの低下を抑制しつつ走査速度を大きくすることが考えられる。
【００１２】
しかしながら、ブロードバンド走査方式において、ストークス光の光強度を高めようとすると、このストークス光の光強度が被検体を変質させるほどの光強度となってしまうおそれがある。すなわち、被検体を構成する分子は、所定以上の光強度を持つストークス光の照射を受けると変質してしまうので、ブロードバンド走査方式およびナローバンド走査方式のいずれにおいても、ストークス光の光強度は被検体を変質させない光強度とする必要がある。
【００１３】
このように、複数種類の分子を一度に分析することができるブロードバンド走査方式において、走査速度を大きくするためにストークス光の光強度を高めようとすると、このストークス光の照射を受けた被検体が変質してしまうという問題がある。
【００１４】
なお、特定の１つの波長に光強度を持つナロードバンド走査方式におけるストークス光の光強度と広い波長範囲に亘って光強度を持つブロードバンド走査方式におけるストークス光の光強度とを同等の光強度にした場合に、特定の１つの波長における光強度については、ナロードバンド走査方式におけるストークス光の光強度よりもブロードバンド走査方式におけるストークス光の光強度の方が低くなる。そのため、ブロードバンド走査方式においては、特定の１つの波長の照射を受けて発せられる非線形ラマン散乱光のＳ/Ｎが低下するので、ストークス光の走査速度を遅くして被検体の各測定位置に照射されるストークス光の総光量を増大させている。これにより、ブロードバンド走査方式において、ストークス光の特定の１つの波長の照射を受けて被検体の各測定位置から発せられる非線形ラマン散乱光の総光量を増大させ、この非線形ラマン散乱光を検出することによって上記特定の１つの波長に対応して発せられる非線形ラマン散乱光を示す信号のＳ/Ｎを高めている。
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、被検体を構成する複数種類の分子を分析する際の測定速度を高めることができる非線形ラマン散乱分光装置およびそれを用いた内視鏡装置ならびに顕微鏡装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の非線形ラマン散乱光測定装置は、ポンプ光とこのポンプ光よりも波長が長いストークス光とを被検体上の同一領域に同時に照射しつつ、ストークス光を被検体に対して相対的に走査させる光走査手段と、前記照射を受けた被検体から発せられる非線形ラマン散乱光のスペクトルを取得するスペクトル取得手段とを備えた非線形ラマン散乱光測定装置であって、ストークス光が、被検体に含まれる複数種類の分子を分析するための互いに異なる波長を持つ空間的に分離された複数の光成分を有するものであり、光走査手段が、被検体上の非線形ラマン散乱光を発生させる対象とする各検出位置に対し、分離された複数の光成分それぞれを照射するように前記走査を行なうものであり、スペクトル取得手段が、前記走査により各光成分の照射を受けた各検出位置それぞれから各光成分の照射毎に発せられる非線形ラマン散乱光それぞれのスペクトルを得るものであることを特徴とするものである。
【００１７】
前記複数の光成分は、１方向へ分離されたものとすることが望ましく、前記１方向へ波長順に分離されたものとすることがより望ましい。
【００１８】
前記光走査手段は、ストークス光を前記１方向へ走査するものとすることが望ましい。
【００１９】
前記複数の光成分は、広波長帯域からなる光を分光してなるものとすることができる。
【００２０】
前記光走査手段は、被検体上のポンプ光の照射を受ける領域と被検体上のストークス光の照射を受ける領域とを一致させるように、前記ポンプ光とストークス光とを照射するものとすることが望ましい。
【００２１】
前記ストークス光は、直線状の断面を有する光束からなるものとすることが望ましい。
【００２２】
前記非線形ラマン散乱光測定装置は、スペクトル取得手段により得られた、被検体上の各検出位置毎の、各光成分の照射を受けて発せられた非線形ラマン散乱光それぞれのスペクトルを合成するスペクトル合成手段を備えたものとすることができる。
【００２３】
本発明の内視鏡装置は、前記非線形ラマン散乱光測定装置を備えたことを特徴とするものである。
【００２４】
本発明の顕微鏡装置は、前記非線形ラマン散乱光測定装置を備えたことを特徴とするものである。
【００２５】
前記光走査手段は、位置が固定された被検体に対して、ストークス光を移動させて走査を行なうものとしたり、または、照射位置が固定されたストークス光に対して、被検体を移動させて走査を行なうものとしたり、あるいは、被検体とストークス光とを両方共に移動させて走査を行なうものとしたりすることができる。
【００２６】
前記ポンプ光およびストークス光は、１つの光源から発せられた光から生成されたものとしてもよいし、それぞれが個別に用意された複数の光源から発せられた各光から生成されたものとしてもよい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の非線形ラマン散乱光測定装置およびそれを用いた内視鏡装置ならびに顕微鏡装置によれば、ストークス光を、被検体に含まれる複数種類の分子を分析するための互いに異なる波長を持つ空間的に分離された複数の光成分を有するものとし、光走査手段を、被検体上の非線形ラマン散乱光を発生させる対象とする各検出位置に対し、分離された複数の光成分それぞれを互に異なるタイミングで照射するように走査を行なうものとし、スペクトル取得手段を、前記走査により各光成分の照射を受けた各検出位置それぞれから前記各光成分の照射毎に発せられる非線形ラマン散乱光それぞれのスペクトルを得るようにしたので、被検体を構成する複数種類の分子を分析する際の測定速度を高めることができる。
【００２８】
すなわち、上記互いに異なる波長を持つ空間的に分離された複数の光成分それぞれは個別のストークス光とみなすことができ、この個別ストークス光それぞれを互に異なるタイミングで被検体上の各検出位置それぞれへ照射するようにしたので、例えばその複数の光成分の全体を１つの検出位置に集光させたときにこの検出位置に照射される光強度が被検体を変質さる光強度を超えていたとしても、空間的に分離された各光成分それぞれの照射を受ける各検出位置における光強度を被検体を変質させない光強度とすることができる。
【００２９】
例えば、従来のブロードバンド走査方式では、互いに異なる波長を持つ複数の光成分からなるストークス光を１つの検出位置に照射するので、各光成分の光強度を高めようとするとこの１つの検出位置に照射されるストークス光の光強度が被検体を変質させる光強度に達してしまう。一方、本発明では、互いに異なる波長を持つ複数の光成分を空間的に分離させて互いに異なる検出位置へ照射するようにしたので、各検出位置に照射される各光成分それぞれについて光強度を被検体を変質させない範囲内で高めることができる。そして、そのように光強度を高めた複数の光成分からなるストークス光は、各光成分を集光して１つの検出位置に照射したときには被検体を変質させてしまう光強度であったとしても、各検出位置に照射される各光成分の光強度については、各光成分が空間的に分離れているため、被検体を変質させない光強度とすることができる。
【００３０】
したがって、各光成分からなるストークス光の走査速度を大きくしたときに生じる、このストークス光の照射を受けた被検体から発せられる非線形ラマン散乱光のＳ/Ｎの低下を、各光成分の光強度を高めることにより抑制することができる。
【００３１】
上記のことにより、被検体を変質させない範囲内で各光成分の光強度を大きくするとともに、このストークス光の照射を受けた被検体から発せられる非線形ラマン散乱光を正しく検出可能な範囲内でストークス光の走査速度を大きくすれば、被検体を変質させたり、あるいは品質の低下した非線形ラマン散乱光を被検体から発生させたりすることなく、ストークス光の光強度と走査速度とを両方共に大きくして非線形ラマン散乱光のスペクトルの測定を適切に行うことができる。これにより、被検体を構成する複数種類の分子を分析する際の測定速度を高めることができる。
【００３２】
また、複数の光成分を１方向へ分離されたものとすれば、光走査手段の走査による各検出位置への各光成分の照射をより容易に行うことができる。
【００３３】
また、複数の光成分を前記１方向へ波長順に分離されたものとすれば、例えば、短波長から長波長の順、あるいは長波長から短波長の順に並ぶように分離されたものとすれば、各光成分の照射を受けた被検体から発せられる非線形ラマン散乱光それぞれのスペクトルの測定をより容易に行うことができる。
【００３４】
なお、光走査手段を、ストークス光を前記１方向へ走査するものとすれば、各検出位置への各光成分の照射をより容易に行うことができる
【００３５】
また、複数の光成分を、広波長帯域からなる光を分光して生成したものとすれば、すなわち、広波長帯域からなる光を分光してスペクトル成分に分離したものとすれば、より容易に複数の光成分を生成することができる。
【００３６】
さらに、光走査手段を、被検体上のポンプ光の照射を受ける領域と被検体上のストークス光の照射を受ける領域とを一致させるように前記ポンプ光とストークス光とを照射するものとすれば、被検体から発せられる非線形ラマン散乱光に含まれるノイズ成分を低減することができ、非線形ラマン散乱光のＳ/Ｎを高めることができる。
【００３７】
なお、ストークス光を、直線状の断面を有する光束からなるものとすれば、より確実に各検出位置への走査を行なうことができる。
【００３８】
さらに、前記非線形ラマン散乱光測定装置を、スペクトル取得手段により得られた、被検体上の各検出位置毎の、各光成分の照射を受けて発せられた非線形ラマン散乱光それぞれのスペクトルを合成してなる合成スペクトルを得るスペクトル合成手段を備えたものとすれば、被検体を構成する複数種類の分子をより確実に分析することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明の非線形ラマン散乱光測定用顕微鏡装置を示すブロック図、図２はＣＡＲＳ光の発生過程のエネルギー準位を示す図である。
＜非線形ラマン散乱光に関する説明＞
【００４０】
初めに、非線形ラマン散乱光の１例であるＣＡＲＳ光（コヒーレントアンチストークスラマン散乱光）について説明する。定性的なＣＡＲＳ光の発生原理は以下のように説明される。
【００４１】
測定対象の分子が存在している領域に、振動数の異なる２つの光、振動数ω１の光と振動数ω２の光を入射させると（ω１＞ω２とする）、振動数ω１−ω２のうなりが生じる。このうなりの振動数が測定対象の分子の固有振動数Ωと一致しているとき、分子は共鳴振動を起こす。共鳴振動が起こっている状態で、さらに振動数ω３の光を入射させると、分子の共鳴振動と振動数ω３の光との相互作用により、ＣＡＲＳ光が発生する。
【００４２】
図２を参照しながら、エネルギー準位の観点から上記のＣＡＲＳ光の発生過程を辿る。光を入射させる前の分子は、図２で示すエネルギー準位がＥ１の初期状態にある。ここに振動数ω１の光と振動数ω２の光を入射させると、分子のエネルギー準位は、振動数ω１の光により励起されて仮想的なエネルギー準位Ｅ３まで上がり、振動数ω２の光に対応する仮想的な光子放出によりＥ３からＥ２に下がると考えられる。この振動数の差ω１−ω２が分子の固有振動数Ωと一致したとき、分子は共鳴振動を起こしてエネルギー準位がＥ２の励起状態となる。ここにさらに振動数ω３の光を入射させると、分子のエネルギー準位はＥ２から仮想的なエネルギー準位Ｅ４に上昇し、ＣＡＲＳ光が発生することにより分子のエネルギー準位はＥ４からＥ１に下がることになる。
【００４３】
上記のような３つの励起光、すなわち振動数ω１、ω２、ω３の光の入射により、いわゆる四光波混合過程が生じ、結果として振動数ωａｓ＝ω１−ω２＋ω３のＣＡＲＳ光が発生する。上記の過程は、振動数ω３の光の代わりに振動数ω１の光を用いて起こすことも可能である。この場合は振動数の異なる２種類の励起光でＣＡＲＳ光を発生でき、このときのＣＡＲＳ光の振動数ωａｓはωａｓ＝２ω１−ω２となる。励起光を２種類にした方が装置構成を簡易化できるため、本発明の非線形ラマン散乱光測定用顕微鏡装置１００も、振動数の異なる２つの励起光でＣＡＲＳ光を発生させる構成を採っている。なお、一般に、振動数ω１の光はポンプ光、振動数ω２の光はストークス光と呼ばれている。
【００４４】
ＣＡＲＳ光は、ω１−ω２が測定対象の分子の固有振動数Ωと一致したときに強く現れる光である。分子の固有振動数Ωは、分子の種類やその構造によって異なるため、ＣＡＲＳ光の観測により、非破壊的に測定対象の分子の同定を行うことができる。例えば、ポンプ光の振動数ω１を固定したまま、ストークス光の振動数ω２を掃引して観測することにより、分子の固有振動スペクトルを観察することができ、これにより分子の同定が可能になる。あるいは、検出したい分子の固有振動数Ωが既知の場合は、ω１−ω２＝Ωを満たすようにポンプ光、ストークス光の振動数を設定して観測することにより、目的を達成することができる。
【００４５】
ＣＡＲＳ光の発生する過程は非線形光学過程であり、基本的には２つの励起光の位相が一致した光強度の高い状態で発生する。また、空間的にもＣＡＲＳ光は、ポンプ光とストークス光が強く集光された部分からのみ発生するため、ＣＡＲＳ光による測定は、基本的に高い三次元空間分解能を実現することができる。観測されるＣＡＲＳ光の光強度Ｉａｓは、下式（１）に示すように、ポンプ光の光強度Ｉｐの二乗とストークス光の光強度Ｉｓの積に比例する。
【００４６】
Ｉａｓ  ∝  Ｉｐ２・Ｉｓ      （１）
【００４７】
２種類の励起光でＣＡＲＳ光を発生させる場合は、ＣＡＲＳ光の振動数ωａｓ、ポンプ光の振動数ω１、分子の固有振動数Ωは、ωａｓ＝ω１＋Ωの関係にあるため、ＣＡＲＳ光の波長は励起光であるポンプ光の波長より短くなる。これに対して、自家蛍光の波長や、線形光学現象である自発ラマン散乱により生じるストークス散乱光の波長は、励起光の波長より長い。ストークス散乱光を検出する場合、ストークス散乱光と自家蛍光は重畳してしまい分離しにくいのに対して、ＣＡＲＳ光は、自家蛍光およびストークス散乱光との分離が容易であり、検出しやすいという利点がある。また、ＣＡＲＳ光による測定は、自発ラマン散乱を用いた場合よりも強い信号強度が得られるため、自発ラマン散乱を用いた場合よりも高いスループットを実現することができる。
＜非線形ラマン散乱光測定用顕微鏡装置に関する説明＞
【００４８】
以下、非線形ラマン散乱光測定装置を備えた顕微鏡装置について説明する。
【００４９】
図３はポンプ光とストークス光の照射を同時に受けて被検体からＣＡＲＳ光が発生する様子を拡大して示す図、図４は直線状の断面を有する光束からなるポンプ光を生成する様子を示す図、図５は直線状の断面を有する光束からなるストークス光を生成する様子を示す図、図６Ａは直線状の断面を有する光束が分光されることなく結像される様子を示す図、図６Ｂは直線状の断面を有する光束が分光されて結像される様子を示す図、図７はストークス光の各光成分の照射を受けて発せられたＣＡＲＳ光それぞれのスペクトル強度分布を合成して合成スペクトルを得る様子を示す図である。
【００５０】
図１に示す本発明の実施の形態の非線形ラマン散乱光測定装置を備えた顕微鏡装置の１例である非線形ラマン散乱光測定用顕微鏡装置１００は、生体組織の細胞である被検体１を構成する分子を分析するための測定を行うものである。
【００５１】
この非線形ラマン散乱光測定用顕微鏡装置１００は、ポンプ光Ｌｐと、このポンプ光Ｌｐよりも波長が長いストークス光Ｌｓとを被検体１の同一領域に同時に照射しつつ、被検体１に対してストークス光Ｌｓを相対的に走査させるための光走査部１０と、上記ポンプ光Ｌｐとストークス光Ｌｓの照射を受けた被検体１から発せられる非線形ラマン散乱光のスペクトルを測定するためのスペクトル取得手段であるスペクトル測定部６０とを備えている。
【００５２】
ポンプ光Ｌｐは、図３、４に示すように、直線状の断面を有する光束からなるものであって、単一波長の光からなるものである。
【００５３】
ストークス光Ｌｓは、図３、５に示すように、直線状の断面を有する光束からなるものであって、被検体１に含まれる複数種類の分子を分析するための互いに異なる波長を持つ空間的に分離された複数の光成分からなるものであり、上記直線状の断面の延びる方向（図３中矢印Ｘ方向）に沿って空間的に分離された上記複数の光成分であるスペクトル成分Ｓｐ（ｋ）：ｋ＝１〜５〔以後、単にスペクトル成分Ｓｐ（ｋ）、あるいはスペクトル成分Ｓｐともいう〕を有するものである。
【００５４】
光走査部１０は、図３に示すように、被検体１上の非線形ラマン散乱光を発生させる対象とする各検出位置Ｒ（ｉ、ｊ）：ｉ＝１〜ｍ、ｊ＝１〜ｎ〔以後、単に検出位置Ｒ（ｉ、ｊ）、あるいは検出位置Ｒともいう〕それぞれに対し、複数のスペクトル成分Ｓｐ（ｋ）それぞれを互に異なるタイミングで照射するように走査を行なうものである。
【００５５】
なお、上記図３は、検出位置Ｒ（１、１）にスペクトル成分Ｓｐ（２）が照射されるとともに、検出位置Ｒ（１、２）にスペクトル成分Ｓｐ（１）が照射された状態を示している。
【００５６】
上記ストークス光Ｌｓを構成する複数のスペクトル成分Ｓｐ（ｋ）は、後述する広波長帯域の光Ｌｓｗを分光して、この広波長帯域の光Ｌｓｗの各スペクトル成分を空間的に１方向へ分離させてなるものである。
【００５７】
また、測定部６０は、図１、図３に示すように、光走査部１０による走査によって各スペクトル成分Ｓｐ（ｋ）の照射を受けた各検出位置Ｒ（ｉ、ｊ）それぞれから、各スペクトル成分Ｓｐ（ｋ）の照射毎に発せられる非線形ラマン散乱光であるＣＡＲＳ光Ｌｃ（ｉ、ｊ、ｋ）：ｉ＝１〜ｍ、ｊ＝１〜ｎ、ｋ＝１〜５〔以後、単にＣＡＲＳ光Ｌｃ（ｉ、ｊ、ｋ）、あるいはＣＡＲＳ光Ｌｃともいう〕それぞれのスペクトルを得るものである。
【００５８】
上記光走査部１０は、被検体１に対してストークス光Ｌｓを相対的に走査させる場合に、被検体１上のポンプ光Ｌｐの照射を受ける直線状の領域とストークス光Ｌｓの照射を受ける直線状の領域とを一致させた状態で、ポンプ光Ｌｐとストークス光Ｌｓとを直線状の領域の延びる１方向へ走査させる。しかしながら、このような場合に限らず、例えば、被検体１上のポンプ光Ｌｐの照射を受ける領域を、ストークス光Ｌｓの照射を受ける領域を含む広範囲な領域として、ストークス光Ｌｓを走査するときのストークス光Ｌｓの移動量よりもポンプ光Ｌｐを走査するときのポンプ光Ｌｐの移動量の方を小さくするようにしてもよい。
【００５９】
上記光走査部１０は、直線状に延びる断面を有する光束からなるストークス光Ｌｓを、被検体１上の直線状に延びる領域へ照射しつつ、この直線状の領域の延びる方向（図３中矢印Ｘ方向）に沿って（すなわち主走査方向へ）被検体１上を主走査させるとともに、このストークス光Ｌｓを上記直線状の領域の延びる方向と直交する方向（図３中矢印Ｙ方向）に沿って（すなわち副走査方向へ）に副走査させる。
【００６０】
より具体的には、図３に示すように、光走査部１０は、ストークス光Ｌｓを図中矢印Ｘ方向に主走査させて、例えば検出位置Ｒ（１、１）、Ｒ（１、２）・・・Ｒ（１、ｎ）へこの順に、直線状に並ぶストークス光Ｌｓの各スペクトル成分Ｓｐ（１）〜Ｓｐ（５）それぞれを照射する。１行目の各検出位置Ｒ（１、１）〜Ｒ（１、ｎ）へのストークス光Ｌｓの各スペクトル成分Ｓｐ（１）〜Ｓｐ（５）それぞれの走査が終了したら、このストークス光Ｌｓを副走査方向に副走査させて、次の行（２行目）の主走査を行なう。すなわち、各検出位置Ｒ（２、１）〜Ｒ（２、ｎ）へこの順に、ストークス光Ｌｓの各スペクトル成分Ｓｐ（１）〜Ｓｐ（５）それぞれを照射する。このような、ストークス光Ｌｓの主走査および副走査を繰り返して、各検出位置Ｒ（１、１）〜Ｒ（ｍ、ｎ）へ各スペクトル成分Ｓｐ（１）〜Ｓｐ（５）それぞれを照射する。
【００６１】
ここでは、各検出位置Ｒ（ｉ、ｊ）が、波長順に、すなわち波長の長い順であるスペクトル成分Ｓｐ（１）、Ｓｐ（２）、Ｓｐ（３）、Ｓｐ（４）、Ｓｐ（５）の順にこれらのスペクトル成分Ｓｐ（ｋ）の照射を受けるようにストークス光Ｌｓを走査する。しかしながら、このような場合に限らず、各検出位置Ｒ（ｉ、ｊ）に対して各スペクトル成分Ｓｐ（ｋ）それぞれを照射する順番は波長順でなくともどのような順番であってもよい、
【００６２】
上記光走査部１０は、ポンプ光Ｌｐおよびストークス光Ｌｓを生成するための超短パルス光であるレーザ光Ｌｅを発する光源である光源部２０と、この超短パルス光からポンプ光Ｌｐを生成し射出するポンプ光照射部３０と、その超短パルス光からストークス光Ｌｓを生成し射出するストークス光照射部４０と、ポンプ光Ｌｐとストークス光Ｌｓを合波させた合波ラインパルス光Ｌｇを被検体１上の同一領域に同時に照射しつつ走査させる合波走査部５０とを備えている。
【００６３】
合波走査部５０は、直線状の断面を有する光束からなるポンプ光Ｌｐと直線状の断面を有する光束からなるストークス光Ｌｓとを被検体１上の同一領域に同時に照射しつつ走査させるためのものであり、ポンプ光Ｌｐとストークス光Ｌｓとを伝播光路を一致させるとともに両者の光束の断面の位置を一致させるように合波させた合波ラインパルス光Ｌｇを走査させるものである。
【００６４】
上記のように合波ラインパルス光Ｌｇは、ポンプ光Ｌｐとストークス光Ｌｓとを合波させたものであり、ストークス光Ｌｓは互いに異なる波長を持つ空間的に分離された複数の光成分であるスペクトル成分Ｓｐ（ｋ）を有するものである（図３参照）。
【００６５】
光源部２０は、高ピークパワーの超短パルス光を射出するレーザ２１と、レーザ２１から射出された超短パルス光であるレーザ光Ｌｅを２方向に分岐させて、ポンプ光照射部３０とストークス光照射部４０の両方に入射させるためのビームスプリッタ２２とを有している。
【００６６】
レーザ２１は、超短パルス光を発生するレーザである。より詳しくは数十ｆｓ（フェムト秒）〜数十ｐｓ（ピコ秒）の時間範囲でパルス光を発生するレーザである。このレーザ２１としては、例えば、波長８００ｎｍ、パルス幅１００ｆｓ、繰り返し周波数８０ＭＨｚ、ピークパワー１２５０ＫＷ、平均パワー１０Ｗのチタンサファイアレーザを用いることができる。
【００６７】
ポンプ光照射部３０は、光路の伝播方向に沿って、光路折り曲げ用のミラー３１、光路折り曲げ用のミラー３２、光遅延部３５、光路折り曲げ用のミラー３３、バンドパスフィルタ３６、光減衰器３７、ライン光生成部３８をこの順に有している。
【００６８】
光路折り曲げ用のミラー３１は、ビームスプリッタ２２で分岐されたレーザ光Ｌｅである超短パルス光を光遅延部３５に導くものである。
【００６９】
光遅延部３５は、ポンプ光Ｌｐとストークス光Ｌｓとを被検体１に照射するタイミングを調節するものである。ポンプ光Ｌｐおよびストークス光Ｌｓは、超短パルス光であるため、異なる光路を通ると被検体１を照射するタイミングがずれる。そのため、ポンプ光Ｌｐおよびストークス光Ｌｓのいずれか一方の光路に光遅延部３５を設けて、ポンプ光Ｌｐおよびストークス光Ｌｓが同時に被検体１へ照射されるように照射タイミングを調節する。
【００７０】
ディレイラインであるこの光遅延部３５は、互いに直交する２つの反射面を有するミラーからなり、このミラーを図１中の両矢印Ｈの示す方向へ移動させることにより、ミラー３１〜光遅延部３５〜ミラー３３の間の光路長を変化させて、長短パルス光であるポンプ光Ｌｐの伝播時間が調節されるように構成されている。なお、光遅延部３５は、ポンプ光Ｌｐとストークス光Ｌｓとが被検体１へ同時に照射されるように調節できるものであれば上記構成に限定されず、別の構成を採用してもよく、また、ストークス光照射部４０におけるストークス光Ｌｓの光路に光遅延部３５を設けてもよい。
【００７１】
バンドパスフィルタ３６は、光遅延部３５を通った上記超短パルス光を透過させて波長幅を狭めるものであり、バンドパスフィルタ３６を透過させることにより波長幅を例えば２ｎｍとすることができる。
【００７２】
光減衰器３７は、バンドパスフィルタ３６を通った超短パルス光の光強度を減衰させるものである。
【００７３】
ライン光生成部３８は、図４に示すように、光減衰器３７を通った超短パルス光であるレーザ光Ｌｅを、シリンドリカルレンズ等を含む光学系に通して１方向（図中矢印Ｈａ方向）に延びる直線状の断面を有する平行光束とするものである。
【００７４】
このように、レーザ２１から射出された超短パルス光を、上記光遅延部３５、バンドパスフィルタ３６、光減衰器３７、ライン光生成部３８等に通して直線状の断面を有する平行光束からなるポンプ光Ｌｐが生成される。
【００７５】
ストークス光照射部４０は、レーザ２１から射出されビームスプリッタ２２で分岐されたレーザ光Ｌｅである超短パルス光の波長帯域を広波長帯域化して射出する帯域拡張部４３と、帯域拡張部４３から射出された広波長帯域化された超短パルス光の波長範囲における長波長側のみを透過させるロングパスフィルタ４５ととを備えている。
【００７６】
帯域拡張部４３としては、上記レーザ２１であるチタンサファイアレーザから射出されたレーザ光Ｌｅである波長８００ｎｍの光を、波長５００〜１５００ｎｍの広波長帯域光に変換するＰＣＦ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｆｉｂｅｒ：フォトニック結晶ファイバ）を採用することができる。なお、帯域拡張部４３として、上記ＰＣＦと同様の機能を有するもの、例えば非線形ファイバ等を用いてもよい。
【００７７】
ロングパスフィルタ４５は、帯域拡張部４３から射出された波長５００〜１５００ｎｍの広波長帯域化された光を入射させ波長８１０ｎｍより長波長側の光のみを透過させる。
【００７８】
上記レーザ２１から射出された超短パルス光を、帯域拡張部４３、ロングパスフィルタ４５に通して超短パルス光である広波長帯域の光Ｌｓｗが生成される。
【００７９】
このストークス光照射部４０は、さらに、光成分分光部と光路を折り曲げるためのミラー４９Ｍとを備えている。
【００８０】
光成分分光部４６は、図５に示すように、上記ロングパスフィルタ４５を通った超短パルス光である広波長帯域の光Ｌｓｗを、例えばプリズム４６Ｐに通して複数のスペクトル成分Ｓｐ（１）〜Ｓｐ（５）に分離するように分光する。さらに、この光成分分光部４６は、複数のスペクトル成分Ｓｐ（１）〜Ｓｐ（５）に分離された直線状の断面を有する光束を、レンズ４６Ｌに通して平行光束にするものである。このように、光成分分光部４６を通して、波長順に１方向（図中矢印Ｈｂ方向）へ並ぶように分光され空間的に分離された複数のスペクトル成分Ｓｐ（１）〜Ｓｐ（５）からなる平行光束であるストークス光Ｌｓが光成分分光部４６から射出される。上記広波長帯域の光Ｌｓｗの分光には、回折格子等を用いることもできる。
【００８１】
光成分分光部４６を通して生成されたストークス光Ｌｓは、光路を折り曲げるためのミラー４９Ｍを通ってストークス光照射部４０から射出される。
【００８２】
合波走査部５０は、ストークス光照射部４０から射出されたストークス光Ｌｓとポンプ光照射部３０から射出されたポンプ光Ｌｐとを合波させるビームスプリッタ５１と、この合波された直線状の断面を有する合波ラインパルス光Ｌｇの断面形状を成形するための直線状の開口（スリット）を有するスリット板５５と、スリット板５５を通った合波ラインパルス光Ｌｇを被検体１上に２次元走査させるための第１のガルバノミラー５２および第２のガルバノミラー５３と、合波ラインパルス光Ｌｇを被検体１上に結像させる対物レンズ５４とを備えている。ここで、対物レンズ５４は、スリット板５５のスリットの像を被検体１上に結像させる。
【００８３】
なお、合波ラインパルス光Ｌｇも超短パルス光であって、ストークス光Ｌｓとポンプ光Ｌｐとが被検体１上の同一位置へ同時に照射されるように合波されたものである。
【００８４】
対物レンズ５４は、上記直線状の断面を有する合波ラインパルス光Ｌｇを、被検体１中の微小な直線状の領域に集光させる。ここでは対物レンズ５４として、高ＮＡ（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ：開口数）のものを用いている。この対物レンズ５４には、例えば、倍率６０倍、ＮＡ１．２のものを用いることができ、この場合には被検体１上に結像させるスリットの像の短手方向の幅、すなわち、被検体１上に照射される直線状の断面を有する合波ラインパルス光Ｌｇの光束の短手方向における幅をサブミクロンオーダーにまで縮小することができる。
【００８５】
このようにして、高密度に集光させた合波ラインパルス光Ｌｇを被検体１上に２次元走査させることができる。
【００８６】
なお、合波ラインパルス光Ｌｇを走査させる走査系は、ガルバノミラーに限らず、例えばガルバノミラーとポリゴンミラーとを組み合わせて２次元走査させたり、被検体１を１方向である副走査方向に移動させつつ合波ラインパルス光Ｌｇを１方向と直交する主走査方向に移動させて２次元走査させたりするものを採用できる。さらに、合波ラインパルス光Ｌｇの照射位置を固定しておき、被検体１を２次元状に移動させてこの被検体１上に合波ラインパルス光Ｌｇが２次元走査されるようにする方式を採用することもできる。
【００８７】
合波ラインパルス光Ｌｇが照射される被検体１上の直線状の領域は、複数の検出位置を含むものであり、ここでは、各検出位置はマトリクス状に縦横に並んで配置されているものとする。
【００８８】
なお、光走査部１０によって合波ラインパルス光Ｌｇを被検体１上に走査しつつ、スペクトル測定部６０が、被検体１から発せられたＣＡＲＳ光Ｌｃ（非線形ラマン散乱光）のスペクトルを取得する動作等は、制御手段であるコントローラ９０によって制御される。
【００８９】
次に、スペクトル取得部６０について説明する。
【００９０】
スペクトル取得部６０は、合波ラインパルス光Ｌｇの走査によりストークス光Ｌｓの各スペクトル成分Ｓｐ（ｋ）の照射を受けた被検体１中の各検出位置Ｒ（ｉ、ｊ）それぞれから発せられた非線形ラマン散乱光である各ＣＡＲＳ光Ｌｃ（ｉ、ｊ、ｋ）を取得する。
【００９１】
このスペクトル取得部６０は以下のように構成されている。すなわち、下方（図１、図３中の矢印−Ｚ方向）からの合波ラインパルス光Ｌｇの照射を受けた被検体１上の直線状の領域から発せられたＣＡＲＳ光Ｌｃの前方散乱光を、後述の２次元受光素子６６上に結像させるための対物レンズ６１と、対物レンズ６１を通して入射したポンプ光Ｌｐを遮断するためのカットフィルタ６２と、ポンプ光Ｌｐの波長よりも短波長側に生じるＣＡＲＳ光Ｌｃを選択的に透過させるためのショートパスフィルタ６３と、ショートパスフィルタ６３を通ったＣＡＲＳ光Ｌｃの光路を折り曲げるためのミラー６４と、ＣＡＲＳ光Ｌｃを分光する分光器６５と、分光されたＣＡＲＳ光Ｌｃの光強度を検出するための２次元受光素子６６が、スペクトル取得部６０に備えられている。
【００９２】
上記前方散乱光は、下方（図中矢印−Ｚ方向）からの合波ラインパルス光Ｌｇの照射を受けた被検体１から上方（図中矢印＋Ｚ方向）へ向けて発せられるＣＡＲＳ光Ｌｃである。
【００９３】
ここでは、被検体１を間に挟んで合波走査部５０を構成する対物レンズ５４とスペクトル取得部６０を構成する対物レンズ６１とが対向配置されている。また、対物レンズ６１は、例えば、合波走査部５０を構成する対物レンズ５４と同じ仕様のものを用いることができる。
【００９４】
なお、ショートパスフィルタ６３が、ストークス光Ｌｓおよび被検体１から発せられた自家蛍光等を遮断する。
【００９５】
さらに、分光器６５がショートパスフィルタ６３を通ってミラー６４で光路が折り曲げられたＣＡＲＳ光Ｌｃを分光し、２次元受光素子６６がこの分光器６５で分光されたＣＡＲＳ光Ｌｃのスペクトルを検出する。
【００９６】
分光器６５としては、回折格子やプリズム等を用いることができる。また、２次元受光素子６６としては、高感度ＣＣＤ素子やＣＭＯＳ素子等を採用することができる。
【００９７】
なお、図６Ａに示すように、対物レンズ６１を通してＣＡＲＳ光Ｌｃを２次元受光素子６６上に伝播させる光路から分光器６５を除いた場合の、２次元受光素子６６上におけるＣＡＲＳ光Ｌｃの受光領域は直線状となる。すなわち、合波ラインパルス光Ｌｇの照射を受けた被検体１上の直線状の領域から発せられたＣＡＲＳ光Ｌｃの前方散乱光は、２次元受光素子６６上の行方向（図６Ａ中矢印Ｇｅ方向）に延びる直線状の領域に結像される。
【００９８】
一方、図６Ｂに示すように、ＣＡＲＳ光Ｌｃを２次元受光素子６６に伝播させる光路に分光器６５が挿入された場合の、２次元受光素子６６上におけるＣＡＲＳ光Ｌｃの受光領域は長方形状の領域となる。すなわち、対物レンズ６１を通して２次元受光素子６６上へ直線状に結像されるように伝播するＣＡＲＳ光Ｌｃの光束が、この分光器６５の作用により、２次元受光素子６６上の列方向（図６Ｂ中矢印Ｒｅ方向）に分光されてこの２次元受光素子６６へ入射する。なお、上記２次元受光素子６６上の行方向と列方向とは直交する。
【００９９】
したがって、２次元受光素子６６上の行方向が、合波ラインパルス光Ｌｇの照射を受ける被検体１上の直線状の領域の延びる方向（図３中矢印Ｘ方向）に対応している。また、２次元受光素子６６上の列方向が、各検出位置から発せられたＣＡＲＳ光Ｌｃのスペクトルが分離される方向に対応している。
【０１００】
さらに、合波ラインパルス光Ｌｇの照射を受ける被検体１上の直線状の領域の位置が上記直線の延びる方向（図１中矢印Ｘ方向）と直交する副走査方向（図１中矢印Ｙ方向）に移動したときには、２次元受光素子６６上における分光されたＣＡＲＳ光全体の長方形状の受光領域がこの２次元受光素子６６上を図６Ｂ中の矢印Ｒｅ方向へ移動するので、それにより、被検体１上の合波ラインパルス光Ｌｇの照射領域の副走査方向への移動も検出することができる。
【０１０１】
このようにして、分光されたＣＡＲＳ光Ｌｃを２次元受光素子６６で受光することにより、ストークス光Ｌｓの各スペクトル成分Ｓｐ（１）〜Ｓｐ（５）が照射される被検体１上の検出位置と、各スペクトル成分Ｓｐ（１）〜Ｓｐ（５）の照射を受けた被検体１上の検出位置から発せられたＣＡＲＳ光Ｌｃ（ｉ、ｊ、ｋ）それぞれのスペクトルの強度分布とを対応付けて検出することができる。
【０１０２】
分析部７１は、ＣＡＲＳ光Ｌｃのスペクトルから被検体１中の各検出位置に存在する分子を分析するものである。
【０１０３】
この分析部７１は、２次元受光素子６６から出力された各ＣＡＲＳ光Ｌｃ（ｉ、ｊ、ｋ）のスペクトル強度分布を示す各スペクトル信号Ｓｇ（ｉ、ｊ、ｋ）：ｉ＝１〜ｍ、ｊ＝１〜ｎ、ｋ＝１〜５〔以後、単にスペクトル信号Ｓｇ（ｉ、ｊ、ｋ）、あるいはスペクトル信号Ｓｇともいう〕を、非線形ラマン分光法に基づいて信号処理して被検体１を構成する分子を分析し、被検体１の内部構造の情報を取得するものである。
【０１０４】
なお、分析部７１の有するスペクトル合成部７１Ａは、図７に示すように、スペクトル取得部６０により得られた、被検体１上の各検出位置Ｒ（ｉ、ｊ）毎の、ストークス光Ｌｃのスペクトル成分Ｓｐ（１）〜Ｓｐ（５）それぞれの照射を受けて発せられたＣＡＲＳ光Ｌｃ（ｉ、ｊ、１）〜Ｌｃ（ｉ、ｊ、５）のスペクトル強度分布を示すスペクトル信号Ｓｇ（ｉ、ｊ、１）〜Ｓｇ（ｉ、ｊ、５）を合成してなる、合成スペクトルを示す合成スペクトル信号ＳＳｇ〔ここで、ＳＳｇ（ｉ、ｊ）＝Ｓｇ（ｉ、ｊ、１）＋Ｓｇ（ｉ、ｊ、２）＋・・・Ｓｇ（ｉ、ｊ、５）〕を得るものである。
【０１０５】
分析部７１としては、例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムを用いることができる。なお、被検体１の内部構造とは、細胞を構成する各成分（例えばタンパク質や脂質、無機質等）の分布や各成分の割合等を意味する。さらに、分子の種類に依存する官能基、あるいは分子の立体構造に応じて発現される機能等に関する情報も得ることができる。
【０１０６】
表示部７２は、分析部７１で得られた分析結果を表示するものであり、例えば液晶モニタ装置等により構成できる。被検体１中の各検出位置に存在する分子を分析した結果が表示部７２に表示される。
【０１０７】
なお、上記非線形ラマン散乱光測定用顕微鏡装置１００に関する全体の動作やそのタイミング等はコントローラ９０によって制御される。
【０１０８】
以下、上記非線形ラマン散乱光測定装置の作用について説明する。
【０１０９】
図８Ａ、９Ａ、１０Ａ、１１Ａのそれぞれは、ストークス光Ｌｓの各スペクトル成分の照射を受ける被検体の検出位置を示す図、図８Ｂ、９Ｂ、１０Ｂ、１１Ｂのそれぞれは上記各スペクトル成分の照射を受けた被検体の検出位置から発せられたＣＡＲＳ光Ｌｃのスペクトル強度分布を検出する２次元受光素子の様子を示す図である。
【０１１０】
光走査部１０による合波ラインパルス光Ｌｇの走査が開始されると、図８Ａに示すように、直線状の断面を有する光束からなる合波ラインパルス光Ｌｇが被検体１の下方側（図８Ａを示す紙面の裏側）からこの被検体１へ向けて照射される。そして、合波ラインパルス光Ｌｇの照射を受けた被検体１中の検出位置から被検体１の上方側（図８Ａを示す紙面の表側）へ発せられたＣＡＲＳ光Ｌｃが、スペクトル測定部６０に入射し分光されてこのＣＡＲＳ光Ｌｃのスペクトルが検出される。
【０１１１】
走査開始時には、合波ラインパルス光Ｌｇが被検体１の下方側から照射されて、被検体１中の検出位置Ｒ（１，１）に対して、合波ラインパルス光Ｌｇ中のストークス光Ｌｓのスペクトル成分Ｓｐ（１）が照射される。
【０１１２】
スペクトル成分Ｓｐ（１）の照射を受けた検出位置（１，１）から上方側へ発せられたＣＡＲＳ光Ｌｃ（１、１、１）は、スペクトル測定部６０に入射して、図８Ｂに示すように、２次元受光素子６６上の１列目に、列方向(図中矢印Ｒｅ方向)に分光されて入射する。すなわち、検出位置（１，１）から発せられたＣＡＲＳ光Ｌｃ（１、１、１）のスペクトルが２次元受光素子６６上の１列目の１行目から５行目に亘って検出され、ＣＡＲＳ光Ｌｃ（１、１、１）のスペクトル強度分布を示す信号Ｓｇ（１、１、１）が得られる。
【０１１３】
次に、光走査部１０による合波ラインパルス光Ｌｇの走査により、図９Ａに示すように、被検体１中の検出位置Ｒ（１，１）に対してストークス光Ｌｓのスペクトル成分Ｓｐ（２）が、検出位置Ｒ（１，２）に対してストークス光Ｌｓのスペクトル成分Ｓｐ（１）が照射される。
【０１１４】
スペクトル成分Ｓｐ（１）、Ｓｐ（２）の照射を受けた検出位置Ｒ（１、２）およびＲ（１、１）から発せられたＣＡＲＳ光Ｌｃ（１、２、１）、Ｌｃ（１、１、２）は、スペクトル測定部６０に入射して、図９Ｂに示すように、２次元受光素子６６上の１列目と２列目に、列方向(図中矢印Ｒｅ方向)に分光されて入射する。すなわち、ＣＡＲＳ光Ｌｃ（１、２、１）、Ｌｃ（１、１、２）のスペクトルが、２次元受光素子６６の１列目と２列目それぞれの１行目から５行目に亘って検出されＣＡＲＳ光Ｌｃ（１、２、１）、Ｌｃ（１、１、２）のスペクトル強度分布を示す信号Ｓｇ（１、２、１）、Ｓｇ（１、１、２）が得られる。
【０１１５】
このような、動作を繰り返し、光走査部１０による合波ラインパルス光Ｌｇの走査により、図１０Ａに示すように、被検体１中の検出位置Ｒ（１，５）〜Ｒ（１，１）に対してストークス光Ｌｓのスペクトル成分Ｓｐ（１）〜Ｓｐ（５）それぞれが照射される。
【０１１６】
スペクトル成分Ｓｐ（１）〜Ｓｐ（５）それぞれの照射を受けた検出位置Ｒ（１，５）〜Ｒ（１，１）それぞれから発せられたＣＡＲＳ光Ｌｃ（１、５、１）、Ｌｃ（１、４、２）、Ｌｃ（１、３、３）、Ｌｃ（１、２、４）、Ｌｃ（１、１、５）それぞれは、スペクトル測定部６０に入射して、図１０Ｂに示すように、２次元受光素子６６の１列目〜５列目のそれぞれに、列方向(図中矢印Ｒｅ方向)へ分光されて入射する。すなわち、ＣＡＲＳ光Ｌｃ（１、５、１）〜Ｌｃ（１、１、５）それぞれのスペクトルが、２次元受光素子６６の１列目〜５列目それぞれの１行目から５行目に亘って検出され、ＣＡＲＳ光Ｌｃ（１、５、１）〜Ｌｃ（１、１、５）それぞれのスペクトル強度分布を示す信号Ｓｇ（１、５、１）〜Ｓｇ（１、１、５）それぞれが得られる。
が得られる。
【０１１７】
さらに、図１１Ａに示すように、光走査部１０による合波ラインパルス光Ｌｇの走査により、図１１Ａに示すように、被検体１中の検出位置Ｒ（１，６）〜Ｒ（１，２）に対してストークス光Ｌｓのスペクトル成分Ｓｐ（１）〜Ｓｐ（５）それぞれが照射される。
【０１１８】
スペクトル成分Ｓｐ（１）〜Ｓｐ（５）それぞれの照射を受けた検出位置Ｒ（１，６）〜Ｒ（１，２）それぞれから発せられたＣＡＲＳ光Ｌｃ（１、６、１）、Ｌｃ（１、５、２）、Ｌｃ（１、４、３）、Ｌｃ（１、３、４）、Ｌｃ（１、２、５）それぞれは、スペクトル測定部６０に入射して、図１１Ｂに示すように、２次元受光素子６６の２列目〜６列目それぞれに、列方向(図中矢印Ｒｅ方向)へ分光されて入射する。すなわち、ＣＡＲＳ光Ｌｃ（１、６、１）〜Ｌｃ（１、２、５）それぞれのスペクトルが、２次元受光素子６６の２列目〜６列目それぞれの１行目から５行目に亘って検出され、ＣＡＲＳ光Ｌｃ（１、６、１）〜Ｌｃ（１、２、５）それぞれのスペクトル強度分布を示す信号Ｓｇ（１、６、１）〜Ｓｇ（１、２、５）それぞれが得られる。
【０１１９】
上記のようなストークス光のスペクトル成分Ｓｐ（１）〜Ｓｐ（５）の走査により発生したＣＡＲＳ光Ｌｃ（ｉ，ｊ、ｋ）の検出により、上記図７に示すような、被検体１の各検出位置Ｒ（ｉ，ｊ）毎の、各スペクトル成分Ｓｐ（１）〜Ｓｐ（５）に対応したスペクトル強度分布を示す信号Ｓｇ（ｉ，ｊ、１）〜Ｓｇ（ｉ，ｊ、５）が得られる。
【０１２０】
なお、複数の光成分であるストークス光のスペクトル成分は、広波長帯域からなる光を分光して生成する場合に限らずどのような方式によって生成したものであってもよい。
【０１２１】
また、複数の光成分は、１方向に波長順に分離する場合に限らず、各光成分どのような順序で並べたものであってもよい。
【０１２２】
また、光走査部による走査は、ストークス光を複数の光成分が分離された１方向へ走査する場合限らず、被検体中の検出対象となる検出位置それぞれにストークス光の各光成分が照射されるように走査すれば、どのような態様で走査してもよい。
【０１２３】
また、被検体上のポンプ光の照射を受ける領域と被検体上のストークス光の照射を受ける領域とを必ずしも一致させる必要はなく、少なくともストークス光の各スペクトル成分の照射を受ける被検体上の検出位置それぞれに対してポンプ光が同時に照射されるようにすればよい。
【０１２４】
図１２はストークス光の光束の断面形状を示す図である。
【０１２５】
ストークス光は、直線状の断面を有する光束からなるものとする場合に限らない。例えば、図１２の上部に示すような「への字状」の断面Ｃｓ１や、図１２の中央部に示すような「波線状」の断面Ｃｓ２や、図１２の下部に示すような「長円状（楕円状）」の断面Ｃｓ３を有する光束からなるものであってもよい。このように、被検体１を照射するストークス光の光束の断面形状はライン状をなすものとすることができる。
【０１２６】
上記ライン状の断面形状を有する光束からなるストークス光は、分光され分離された複数の光成分が、ライン状の断面形状の延びる方向へは互に重なることが許容され、ライン状の断面形状の延びる方向とは直交する方向には互に重なることが禁止されるように配されたものである。
【０１２７】
なお、本発明の非線形ラマン散乱光測定用顕微鏡装置においては、被検体上の各検出位置毎の、各光成分の照射を受けて発せられた非線形ラマン散乱光それぞれのスペクトルを合成してなる合成スペクトルを得るスペクトル合成部を必ずしも備える必要はない。
【０１２８】
上記のように、本発明では、互いに異なる波長を持つ複数の光成分を空間的に分離させて互いに異なる検出位置へ照射するようにしたので、各検出位置に照射される各光成分それぞれについて光強度を被検体を変質させない範囲内で高めることができる。
【０１２９】
上記実施の形態の非線形ラマン散乱光測定用顕微鏡装置では、ストークス光の各光成分を集光してポンプ光と同時に１つの検出位置へ照射したときには被検体を変質させてしまうが、１つの光成分のみをポンプ光と同時に１つの検出位置へ照射したときには被検体を変質させないように設定されている。
【０１３０】
そのようにポンプ光とストークス光の光強度が設定されているため、各光成分からなるストークス光の走査速度を大きくしたときに生じる、このストークス光の照射を受けた被検体から発せられる非線形ラマン散乱光のＳ/Ｎの低下を抑制することができる。
【０１３１】
上記のことにより、被検体を変質させたり、あるいはストークス光の照射を受けた被検体から発せられる非線形ラマン散乱光のＳ/Ｎを低下させたりすることなく、ストークス光の光強度と走査速度とを大きくすることができ、適切なスペクトルの測定を行うとともに、被検体を構成する複数種類の分子を分析する際の測定速度を高めることができる。
【０１３２】
なお、上記実施の形態において、光走査部１０およびスペクトル測定部６０が、本発明の非線形ラマン散乱光測定装置およびそれを用いた非線形ラマン散乱光測定用顕微鏡装置の主要部であり、上記装置はさらに、分析部７１および表示部７２を備えたものとしてもよいが、これらは必須の構成ではない。
【０１３３】
図１３は、本発明の非線形ラマン散乱光測定装置を適用した内視鏡装置を示す図である。なお、この非線形ラマン散乱光測定用内視鏡装置にかかる説明および図面に関し、前述の実施形態の構成要素と実質的に同じ機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。より具体的には、非線形ラマン散乱光測定用内視鏡装置１０１の光走査部１０は、非線形ラマン散乱光測定用顕微鏡装置１００の光走査部１０から対物レンズ５４を除いたものであり、非線形ラマン散乱光測定用内視鏡装置１０１のスペクトル測定部６０は、非線形ラマン散乱光測定用顕微鏡装置１００のスペクトル測定部６０から対物レンズ６１を除いたものであり、これらの重複する構成要素の説明は省略する。
【０１３４】
上記非線形ラマン散乱光測定用内視鏡装置１０１において、ガルバノミラー５３から射出された合波ラインパルス光Ｌｇは、ミラー７８で折り曲げられダイクロイックミラー７９を通して光ファイバユニット８０の一端のレンズ部８１へ入射せしめられる。
【０１３５】
光ファイバユニット８０のレンズ８１部へ入射した合波ラインパルス光Ｌｇは、このレンズ部８１および光ファイバであるバンドルファイバ８２通って、光ファイバユニット８０の他端に配された高ＮＡのレンズ部８３から射出され被検体１に照射される。
【０１３６】
ここで、１方向に延びる合波ラインパルス光Ｌｇは、１方向へ延びるバンドルファイバ８２の一端の端面へ入射し、このバンドルファイバ８２の他端の１方向へ延びる端面から射出されレンズ部８３を通して被検体１に照射される。
【０１３７】
この合波ラインパルス光Ｌｇの照射を受けた被検体１中の１方向へ延びる領域から発せられたＣＡＲＳ光Ｌｃの後方散乱光は、上記光路を逆方向に伝播する。すなわち、再び上記レンズ部８３およびバンドルファイバ８２を通ってレンズ部８１から射出される。
【０１３８】
レンズ部８１から射出されたＣＡＲＳ光Ｌｃは、ダイクロイックミラー７９で反射せしめられてカットフィルタ６２に入射する。
【０１３９】
その後のＣＡＲＳ光Ｌｃの処理は上述の非線形ラマン散乱光測定用顕微鏡装置の場合と同様である。
【０１４０】
以上、本発明による非線形ラマン散乱光測定装置を用いた非線形ラマン散乱光測定用顕微鏡装置、および非線形ラマン散乱光測定用内視鏡装置の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない限りにおいて、種々変更することが可能である。
【０１４１】
なお、上記実施形態では、非線形ラマン散乱光として、ＣＡＲＳ光を例にとり説明したが、別の散乱光、例えば、誘導ラマン散乱光やハイパーラマン散乱光等を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明の非線形ラマン散乱光測定用顕微鏡装置を示すブロック図
【図２】ＣＡＲＳ光の発生過程のエネルギー準位を示す図
【図３】ポンプ光とストークス光の照射を同時に受けた被検体からＣＡＲＳ光が発生する様子を拡大して示す図
【図４】直線状の断面を有する光束からなるポンプ光を生成する様子を示す図
【図５】直線状の断面を有する光束からなるストークス光を生成する様子を示す図
【図６Ａ】直線状の断面を有する光束が分光されることなく結像される様子を示す図
【図６Ｂ】直線状の断面を有する光束が分光されて結像される様子を示す図
【図７】ストークス光の各光成分の照射を受けて発せられたＣＡＲＳ光それぞれのスペクトル強度分布を合成して合成スペクトルを得る様子を示す図
【図８Ａ】ストークス光の各光成分の照射を受ける被検体の検出位置を示す図
【図８Ｂ】各ＣＡＲＳ光Ｌｃのスペクトル強度分布を検出する様子を示す図
【図９Ａ】ストークス光の各光成分の照射を受ける被検体の検出位置を示す図
【図９Ｂ】各ＣＡＲＳ光Ｌｃのスペクトル強度分布を検出する様子を示す図
【図１０Ａ】ストークス光の各光成分の照射を受ける被検体の検出位置を示す図
【図１０Ｂ】各ＣＡＲＳ光Ｌｃのスペクトル強度分布を検出する様子を示す図
【図１１Ａ】ストークス光の各光成分の照射を受ける被検体の検出位置を示す図
【図１１Ｂ】各ＣＡＲＳ光Ｌｃのスペクトル強度分布を検出する様子を示す図
【図１２】ストークス光の光束の断面形状を示す図である。
【図１３】本発明の非線形ラマン散乱光測定用内視鏡装置を示す図
【符号の説明】
【０１４３】
１    被検体
１０    光走査部
２０    光源部
３０    ポンプ光照射部
４０    ストークス光照射部
５０    合波走査部
６０    スペクトル取得部
１００    非線形ラマン散乱光測定用顕微鏡装置
Ｌｐ    ポンプ光
Ｌｓｗ    広波長帯域の光
Ｌｓ    ストークス光
Ｌｃ    ＣＡＲＳ光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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