(57)【要約】      （修正有）【課題】装置に含まれる光学素子で発生する分散を抑制することができる技術を提供する。【解決手段】パルス光を出射するレーザ１と、パルス光を試料Ｓへ照射する対物レンズ１４と、を備え、対物レンズ１４の導光部である光学素子は、７０６．５２ｎｍである光の波長をλ１、１５２９．６ｎｍである光の波長をλ２、２３２５．４ｎｍである光の波長をλ３とし、λ１、λ２、λ３に対する媒質の屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３とし、θ１＝（ｎ２−ｎ１）／（λ２−λ１）、θ２＝（ｎ３−ｎ２）／（λ３−λ２）としたとき、θ１、θ２について以下の条件式を満たす媒質からなることを特徴とする観察装置。０．７５＜θ２／θ１＜１．３３【選択図】図１
2019207338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス光を出射する光源と、
前記パルス光を試料へ照射する対物レンズと、を備え、
前記対物レンズの導光部である光学素子は、７０６．５２ｎｍである光の波長をλ１、１５２９．６ｎｍである光の波長をλ２、２３２５．４ｎｍである光の波長をλ３とし、λ１、λ２、λ３に対する媒質の屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３とし、θ１＝（ｎ２−ｎ１）／（λ２−λ１）、θ２＝（ｎ３−ｎ２）／（λ３−λ２）としたとき、θ１、θ２について以下の条件式を満たす前記媒質からなることを特徴とする観察装置。
０．７５＜θ２／θ１＜１．３３  
【請求項２】
前記パルス光を走査するスキャナを備え、
前記スキャナと前記対物レンズの間に配置された光学素子が、前記条件式を満たす前記媒質からなることを特徴とする請求項１記載の観察装置。
【請求項３】
前記観察装置中に配置された光学素子が、前記条件式を満たす前記媒質からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の観察装置。
【請求項４】
前記観察装置は、顕微鏡であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の観察装置。
【請求項５】
前記観察装置は、多光子励起顕微鏡であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の観察装置。
【請求項６】
導光部である光学素子を含み、
７０６．５２ｎｍである光の波長をλ１、１５２９．６ｎｍである光の波長をλ２、２３２５．４ｎｍである光の波長をλ３とし、λ１、λ２、λ３に対する媒質の屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３とし、θ１＝（ｎ２−ｎ１）／（λ２−λ１）、θ２＝（ｎ３−ｎ２）／（λ３−λ２）としたとき、前記光学素子が、θ１、θ２について以下の条件式を満たす前記媒質からなることを特徴とする対物レンズ。
０．７５＜θ２／θ１＜１．３３  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス光を使用する生体観察用の観察装置、その観察装置に含まれる対物レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、高密度の光子状態を実現させることで、複数の光子を同時吸収する多光子励起過程を利用した観察方法が知られている。この観察方法では、対物レンズの焦点面において局所的に発生する蛍光のみを観察可能であり、高い空間分解能と非褪色性に優れている。
【０００３】
多光子励起過程を利用した観察では、高い光子密度を実現できるパルス幅の短いパルス光が使用されている。一方で、パルス光は分散が生じる。特に分散によってパルス光内の異なる波長の光成分間で速度が変わった場合には、光波形が歪み、パルス幅が広がってしまうという問題が生じ得る。このような問題を回避するために、従来では、パルス光に含まれる長波長側の光成分を遅延させることで、パルス波形の歪みを生じさせる分散を補償し、パルス幅の広がりを防止する技術が知られている。パルス波形の歪みを生じさせる原因となる分散を補償することを、以降では分散補償と表記する。
【０００４】
分散補償を行う技術として、特許文献１〜５が挙げられる。
【０００５】
特許文献１には、群速度分散を補償する一対のプリズムから構成されたプリチャーパが記載されている。段落[００２３]には、プリズム同士の間隔を調節することで波長ごとの光路長を調節することが示されている。
【０００６】
特許文献２には、四個の格子からなるプレチャーピング・ユニットを含む構成が記載されている。
【０００７】
特許文献３の段落[００２０]には、種々の光学系による正の群速度分散の総量と同等となる負の群速度分散を発生させる光ファイバが記載されている。
【０００８】
特許文献４には、合成／分割ビームの分散を制御するチャープダイクロイックミラーについて記載されている。
【０００９】
特許文献５には、プリズム対またはグレーティング対からなる分散補償機構が備えられた多光子励起走査型レーザ顕微鏡について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−９１４３号公報
【特許文献２】特開平１１−２１８４９０号公報
【特許文献３】特開２００５−２５７５０９号公報
【特許文献４】特開２０１５−１５６４８７号公報
【特許文献５】特開２００６−３３０６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
一般に使用する波長が長いほど、硝材の波長間における屈折率の変化率は小さくなる傾向にある。そのため、パルス光の中心波長が長波長域にある場合には、パルス光の中心波長が短波長域にある場合に比べて、分散補償で負の分散を発生させづらくなる。その結果、分散補償機構を大型化することで対応せざるを得ないというという問題が生じてしまう。例えば、一対のプリズムを用いて分散補償を行う場合、中心波長が長波長域にあるパルス光では、中心波長が短波長域にあるパルス光よりもプリズム間の距離を大きくとることで、必要となる負の分散を発生させなければならない。特に近年では、近赤外域よりもさらに長波長である赤外域のパルス光が使用され始めていることから、このような問題はより顕著なものとなり得る。
【００１２】
一方、光学素子中で発生する分散自体を抑えることができれば、分散補償機構で発生させるべき負の分散量を少なくすることができ、長波長域のパルス光を使用する場合においても容易に分散補償を実現可能となる。
【００１３】
以上の実情を鑑みて、本発明では、装置に含まれる光学素子で発生する分散を抑制することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様における観察装置は、パルス光を出射する光源と、前記パルス光を試料へ照射する対物レンズと、を備え、前記対物レンズの導光部である光学素子は、７０６．５２ｎｍである光の波長をλ１、１５２９．６ｎｍである光の波長をλ２、２３２５．４ｎｍである光の波長をλ３とし、λ１、λ２、λ３に対する媒質の屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３とし、θ１＝（ｎ２−ｎ１）／（λ２−λ１）、θ２＝（ｎ３−ｎ２）／（λ３−λ２）としたとき、θ１、θ２について以下の条件式を満たす前記媒質からなることを特徴とする観察装置。
０．７５＜θ２／θ１＜１．３３  
【００１５】
本発明の一態様における対物レンズは、導光部である光学素子を含み、７０６．５２ｎｍである光の波長をλ１、１５２９．６ｎｍである光の波長をλ２、２３２５．４ｎｍである光の波長をλ３とし、λ１、λ２、λ３に対する媒質の屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３とし、θ１＝（ｎ２−ｎ１）／（λ２−λ１）、θ２＝（ｎ３−ｎ２）／（λ３−λ２）としたとき、前記光学素子が、θ１、θ２について以下の条件式を満たす前記媒質からなることを特徴とする対物レンズ。
０．７５＜θ２／θ１＜１．３３  
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、装置に含まれる光学素子で発生する分散を抑制することができる
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態における多光子励起顕微鏡の構成を示す図である。
【図２】波長に対する屈折率の変化率を表したグラフである。
【図３】波長に対して対物レンズで生じる群遅延分散を表すグラフである。
【図４】表２に対応する対物レンズで生じる群遅延分散から表１に対応する対物レンズで生じる群遅延分散を差し引いた量を表すグラフである。
【図５】表１に対応する対物レンズを用いた際のパルス幅を１００パーセントとしたときの、表２に対応する対物レンズ１４を用いた際のパルス幅の割合を示すグラフである。
【図６】第２の実施形態における多光子励起顕微鏡の構成を示す図である。
【図７】第３の実施形態における多光子励起顕微鏡の構成を示す図である。
【図８】第４の実施形態における多光子励起顕微鏡の構成を示す図である。
【図９】普及している幾つかの硝材のうち条件式（１）を満たす硝材、及び満たさない硝材の分布を示す図である。
【図１０】普及している幾つかの硝材のうち条件式（１）を満たす硝材、及び満たさない硝材の分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の第１の実施形態における観察装置である多光子励起顕微鏡１００について説明する。図１は、多光子励起顕微鏡１００の構成を示す図である。
【００１９】
多光子励起顕微鏡１００は、レーザ１、ミラー２、プリズム３、４、ミラー５、音響光学素子６、ミラー７、ビームエキスパンダ８、スキャナ９、レンズ１０、１１、ミラー１２、ダイクロイックミラー１３、対物レンズ１４、レンズ１５、ダイクロイックミラー１６、レンズ１７、ＰＭＴ１８、レンズ１９、ＰＭＴ２０、制御装置３０、を備えている。
【００２０】
レーザ１は、試料Ｓにおける多光子励起過程を発生させるための、パルス幅が数フェムト秒単位のパルス幅を持つパルス光を出力する。レーザ１は、パルス光を発振する発振器を有し、レーザ１外へパルス光を導光し、射出する。レーザ１は、異なる波長域の光からなるパルス光、つまり、互いに中心波長が異なるパルス光を発振する複数の発振器を有していてもよい。
【００２１】
プリズム３、４は、光波形の歪みを引き起こす分散を補償する分散補償機構の一例である。上記の光波形の歪みは、レーザ１から出力されるパルス光が多光子励起顕微鏡１００中の各光学素子を通過している間に生じた分散によって発生する群遅延に起因するものである。尚、群遅延を発生させる分散を補償することを、以降では分散補償と表記する。
【００２２】
具体的には、プリズム３、４間の距離を調節し、光の波長ごとに光路長を変更することによって分散補償を実行する。レーザ１が出力するパルス光に含まれる長波長側の光成分の光路長が長くなるようにプリズム３、４間の距離を調節することで、パルス光に適切な負の分散を与え、群遅延を生じさせる分散を補償する。
【００２３】
音響光学素子（Ａｃｏｕｓｔｏ−ＯｐｔｉｃａｌＭｏｄｕｌａｔｏｒ：ＡＯＭ）６は、パルス光の光強度を変調する。
【００２４】
ビームエキスパンダ８は、パルス光の光束径の大きさを変更する。
【００２５】
スキャナ９は、パルス光を光軸と直交する方向に走査する。スキャナ９が、対物レンズ１４を経由してから試料Ｓ平面上へ照射されるパルス光を走査することで、異なる試料Ｓ上の位置からの蛍光取得を行える。
【００２６】
対物レンズ１４は、パルス光を試料Ｓへ照射するとともに、試料Ｓから発生した蛍光を取得する。対物レンズ１４の具体的な特徴は後述する。
【００２７】
ＰＭＴ（ＰｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒＴｕｂｅ）１８、２０は、対物レンズ１４が取得した蛍光を光電変換し、電気信号を生成する。
【００２８】
制御装置３０は、コンピュータであり、ＰＭＴ１８、２０で生成された電気信号から試料Ｓの蛍光画像を生成する。制御装置３０は、図示しないモニタに接続され、生成された蛍光画像をモニタへ表示出力する。
【００２９】
また、制御装置３０は、レーザ１、音響光学素子６、スキャナ９、焦準機構１４Ｒと接続されている。焦準機構１４Ｒには、対物レンズ１４が装着されている。制御装置３０は、レーザ１におけるパルス光のＯＮ，ＯＦＦの制御、及び、パルス光を発振する発振器を変更する制御を実行する。制御装置３０は、音響光学素子６による強度変調を制御する。制御装置３０は、走査速度等の走査に関するパラメータを設定し、スキャナ９による走査を制御する。制御装置３０は、焦準機構１４Ｒの昇降を制御し、それによって対物レンズ１４と試料Ｓとの間の距離を変更する。
【００３０】
以下、レーザ１から出力されたパルス光の光路と、試料Ｓから発生した蛍光の光路について説明する。
【００３１】
レーザ１から出力されたパルス光は、ミラー２を反射し、プリズム３、４を経由してからミラー５へ到達する。ミラー５で反射されたパルス光は、プリズム３、４を介したのち、音響光学素子６へ入射する。尚、ミラー５で反射されてプリズム３、４を介したパルス光は、レーザ１から出力されたパルス光に対して紙面と直交する方向にずれており、ミラー２へ入射せずに通過する。
【００３２】
音響光学素子６によって強度変調されたパルス光は、ミラー７、ビームエキスパンダ８を経由してからスキャナ９へ入射し、レンズ１０、１１、ミラー１２、ダイクロイックミラー１３、対物レンズ１４を経由してから試料Ｓへ照射される。ダイクロイックミラー１３は、パルス光を透過し、試料Ｓから発生する蛍光を反射するように調節される。
【００３３】
試料Ｓで発生した蛍光は、ダイクロイックミラー１３で反射され、レンズ１５を経由してからダイクロイックミラー１６へ入射する。ダイクロイックミラー１６は、発生する異なる波長の蛍光をそれぞれＰＭＴ１８、ＰＭＴ２０へ導くものである。使用するパルス光の波長域に併せて異なる波長の蛍光が発生することを予め想定している。
【００３４】
ここで、対物レンズ１４の導光部である光学素子は、さらに以下の条件式（１）を満たす媒質からなることを特徴としている。ここで、導光部である光学素子とは、対物レンズ１４に含まれているレンズ群のことである。つまり、対物レンズ１４を構成するすべてのレンズの材料は、条件式（１）を満たしている。対物レンズ１４の導光部とは、対物レンズ１４のうち光を導光する光学素子であるレンズ部分を指している。尚、条件式（１）のθ１、θ２は、条件式（２）、（３）で定義される。
０．７５＜θ２／θ１＜１．３３    ・・・      （１）
θ１＝（ｎ２−ｎ１）／（λ２−λ１）  ・・・  （２）
θ２＝（ｎ３−ｎ２）／（λ３−λ２）  ・・・  （３）
【００３５】
λ１は、７０６．５２ｎｍである光の波長を示し、λ２は、１５２９．６ｎｍである光の波長を示し、λ３は、２３２５．４ｎｍである光の波長を示す。ｎ１、ｎ２、ｎ３は、それぞれλ１、λ２、λ３に対する対物レンズ１４の導光部を構成する媒質の屈折率を示す。
【００３６】
θ１は、光の波長が７０６．５２ｎｍと１５２９．６ｎｍとの間における、波長の変化に対する屈折率の変化の割合を示す。同様にθ２は、光の波長が１５２９．６ｎｍと２３２５．４ｎｍとの間における、波長の変化に対する屈折率の変化の割合を示す。即ち、条件式（１）は、７０６．５２ｎｍと１５２９．６ｎｍの間、及び、１５２９．６ｎｍと２３２５．４ｎｍの間における、波長の変化に対する屈折率の変化の割合が互いに近似していることを示すものである。
【００３７】
図２は、波長に対する屈折率の変化率を表したグラフであり、条件式（１）を説明するための図である。上述した、波長の変化に対する屈折率の変化の割合が互いに近似している状態とは、図２に示すグラフ中で、（λ１，ｎ１）と（λ２，ｎ２）を通る直線から（λ３，ｎ３）までの距離が短い状態である。このような条件をもつ媒質が対物レンズ１４の導光部を構成することによって、λ１からλ３の間において波長間の屈折率変化が線形、つまり、波長と屈折率の関係が線形に近くなる。ここで、群遅延分散は、群速度分散と媒質の長さを乗算したものである。また、群速度分散は、屈折率について波長で２回微分したものに関係する。従って、波長間の屈折率変化が線形に近いほど生じる群遅延分散が少なくなり、波形の歪みの解消に寄与するものとなる。
【００３８】
近年では、近赤外域よりもさらに長い波長域である赤外域のパルス光が使用され始めており、これまでに以上に長い波長域の光が励起光として使用され得る。一般に使用する波長域が長い波長であるほど、硝材の波長間における屈折率の変化率は小さくなる傾向にある。そのため、短波長域における分散補償よりも高波長域における分散補償を行う際の方が、プリズム等の分散補償機構による負の分散を発生させづらくなる。例えば、一対のプリズムを用いるものであれば、プリズム間の距離を大きくとることで、必要となる負の分散を発生させなければならず、分散補償機構が必然的に大型化してしまうという問題が生じてしまう。
【００３９】
一方、多光子励起顕微鏡１００によれば、対物レンズ１４の導光部が条件式（１）を満たす媒質からなることで、即ち波長と屈折率の関係が線形に近い媒質からなることで、長波長域を含むλ１からλ３の間における群遅延が抑制される。従って、分散補償機構が発生させるべき分散量、つまり、多光子励起顕微鏡１００の光学系中で発生する分散を打ち消すための分散量、が少なくなり、結果的に分散補償機構を含む装置全体の大型化を防ぐことが可能となる。言い換えると、多光子励起顕微鏡１００によれば、対物レンズ１４において装置内で発生する分散を抑制することができ、プリズム３、４間の距離を大きく取らずとも群遅延を生じさせる分散を解消することができる。
【００４０】
以下、条件式（１）を満たさない対物レンズのレンズデータと、条件式（１）を満たす対物レンズ１４のレンズデータの例を挙げる。表１が条件式（１）を満たさない対物レンズのレンズデータの例を示し、表２が対物レンズ１４のレンズデータの例を示す。
［表１］
面番号    曲率半径    間隔      屈折率       アッベ数                
1         12.283      2.8       1.65754      38.15    
2         18.641      8.297     1             
3         15.305      2.2       1.60085      44.27    
4          8.001      5.773     1             
5         -6.077      2.162     1.72789      52.64    
6        -35.204     10.0246    1.49126      81.14   
7        -10.942      0.27      1             
8         21.880      1.9       1.72789      52.64    
9         12.629      9.664     1.43436      94.97    
10        -13.715      1.9       1.65754      38.15    
11        -43.993      0.592     1               
12         17.894      9         1.43436      94.93     
13        -15.172      1.9       1.65754      38.15    
14       -126.656      4         1.49126      81.14    
15        -24.204      1.183     1               
16         13.634      3.6       1.56178      71.3    
17         36.526      0.477     1              
18          6.861      5.709     1.75821      49.6    
19          5.990      1.15      1.45182      67.83    
［表２］
面番号    曲率半径    間隔      屈折率       アッベ数
1        12.418      2.801     1.63775      42.41
2        19.904      8.296     1    
3        15.697      2.199     1.6134       44.27
4         8.024      5.774     1    
5        -6.103      2.164     1.741        52.64
6       -35.291     10.026     1.497        81.54
7       -11.044      0.271     1    
8        22.116      1.899     1.741        52.64
9        13.053      9.662     1.43875      94.97
10       -13.068      1.898     1.63775      42.41
11       -43.867      0.590     1    
12        18.374      8.997     1.43875      94.93
13       -15.618      1.900     1.63775      42.41
14      1881.700      3.998     1.497        81.54
15       -25.518      1.182     1    
16        13.995      3.600     1.59522      67.74
17        37.102      0.477     1    
18         6.927      5.708     1.7725       49.6
19         5.998      1.150     1.45852      67.83
【００４１】
図３は、光の波長ごとに対物レンズで生じる群遅延分散（ｇｒｏｕｐｄｅｌａｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ：ＧＤＤ）を表すグラフである。実線Ｌ１は、本発明の条件式を満たさない表１のレンズデータに対応する対物レンズで生じる群遅延分散を表し、破線Ｌ２は、本発明の条件式を満たす表２のレンズデータに対応する対物レンズで生じる群遅延分散を表す。図３に示されるとおり、表１のレンズデータに比べて表２のレンズデータでは、全体として負の方向に分散が変位している。前提として、多光子励起顕微鏡に含まれる音響光学素子等の各種光学素子において正の方向に分散が生じ、そのような正の分散がパルス光の波形の歪みを生じさせる原因となっている。従って、本発明の条件式（１）を満たす表２のレンズデータで示される対物レンズを多光子励起顕微鏡の構成として含むことで、光波形の歪みの原因となる正の分散を抑制し、分散補償機構が打ち消すべき分散量を少なくすることができる。
【００４２】
図４は、表１に対応する対物レンズで生じる群遅延分散から表２に対応する対物レンズで生じる群遅延分散への変動量を表すグラフである。つまり、表２に対応する対物レンズで生じる群遅延分散から表１に対応する対物レンズで生じる群遅延分散を差し引いた量を表している。横軸は波長であり、縦軸は群遅延分散の変動量である。群遅延分散の変動量をΔＧＤＤと表記する。図４に示されるとおり、表１のレンズデータに比べて表２のレンズデータでは、長波長側において、負の方向への分散の変動量が大きいことがわかる。前述したとおり一般には、長い波長域を使用するほど、硝材の波長間における屈折率の変化率は小さくなり、分散補償機構における負の分散を生じさせ難く、群遅延分散の解消は難しいものとなる。一方、条件式（１）を満たす対物レンズを用いることで、分散補償機構における負の分散を生じさせづらい長波長側において、大きく正の分散を抑制することができ、分散補償機構が打ち消すべき分散量を少なくすることができる。従って、対物レンズ１４を含む多光子励起顕微鏡１００によれば、分散補償機構を大型化させずとも効果的に分散補償を行うことができる。
【００４３】
図５は、表１に対応する対物レンズを用いた際のパルス幅を１００パーセントとしたときの、表２に対応する対物レンズ１４を用いた際のパルス幅の割合を示すグラフである。実線Ｌ１１は、発振器からの発振時においてパルス幅が７０ｆｓｅｃであるパルス光を用いたときの上記割合を示す。長破線Ｌ１２は、発振器からの発振時においてパルス幅が５０ｆｓｅｃであるパルス光を用いたときの上記割合を示す。破線Ｌ１３は、発振器からの発振時においてパルス幅が３０ｆｓｅｃであるパルス光を用いたときの上記割合を示す。二点鎖線Ｌ１４は、発振器からの発振時においてパルス幅が１０ｆｓｅｃであるパルス光を用いたときの上記割合を示す。このように、図５では、表２に対応する対物レンズ１４を用いることで、発振時のパルス幅が短いほどパルス幅の広がりを改善する効果が大きいことが示される。
【００４４】
一般に、２光子励起よりも大きなエネルギーが必要となる３光子励起を実施する顕微鏡では、多光子励起効率を高めるためにより発振時のパルス幅が短いパルス光を用いることが想定される。そしてパルス幅が短いほど、分散に伴うパルス幅の広がりによる１パルスあたりのエネルギー損失の影響は大きなものになる。本発明によれば、発振時のパルス幅が短いものに対してより群遅延分散を解消する効果を奏することで、２つよりも多い複数の光子を同時に吸収する励起過程を発生させる顕微鏡に関して、より群遅延分散の抑制に関する効果を期待できる。
【００４５】
以上のように、対物レンズ１４の導光部である光学素子が条件式（１）を満たす媒質からなることで、λ１からλ３間において波長域をもつパルス光を用いたときに、装置内の光学素子で発生する分散を抑制することができる。それによって、分散補償機構において発生させるべき負の分散量が少なくなり、パルス光の分散補償を効果的に実現することが可能となる。特に、図４、５に示されるように、長波長側において光波形の歪みの原因となる正の分散を抑制する効果が大きいことから、分散補償機構を含む装置構成を大型化する必要もなくなる。
【００４６】
第１の実施形態において、対物レンズ１４の導光部が条件式（１）を満たす媒質からなるものとしたが、さらに望ましくは、多光子励起顕微鏡１００のスキャナ９と対物レンズ１４の間に配置された各光学素子が条件式（１）を満たす媒質からなるものとすると尚よい。スキャナ９で生じる分散が比較的大きく、そのような分散を抑制する構成が多いことが望ましいためである。また、さらに望ましくは、多光子励起顕微鏡１００中に配置された各光学素子が条件式（１）を満たす媒質からなるものとすると尚よい。
【００４７】
以下、第２の実施形態における多光子励起顕微鏡２００について説明する。図６は、多光子励起顕微鏡２００の構成を示す図である。多光子励起顕微鏡２００は、レーザ１、プリズム３、４、ミラー５の代わりにレーザ２０１を備える点において多光子励起顕微鏡１００と異なるが、それ以外の構成については同様である。
【００４８】
レーザ２０１は、分散補償機構を内蔵している。分散補償機構としては、例えばチャープミラーが用いられる。即ち、プリズム３、４の代わりにチャープミラーによって分散補償が行われる。
【００４９】
多光子励起顕微鏡２００においても、装置内の光学素子で発生する分散を抑制するという対物レンズ１４が奏する効果によって、分散補償機構を含む装置の大型化を防ぎつつ、パルス光の分散補償を実現することができる。
【００５０】
以下、第３の実施形態における多光子励起顕微鏡３００について説明する。図７は、多光子励起顕微鏡３００の構成を示す図である。多光子励起顕微鏡３００は、プリズム３、４、ミラー５の代わりにグレーティング３０１、３０２、ミラー３０３を備える点において多光子励起顕微鏡１００と異なるが、それ以外の構成については同様である。
【００５１】
グレーティング３０１、３０２は、格子周期に応じて、光の波長ごとの反射位置を変更し、負の分散を生じさせる。即ち、グレーティング３０１、３０２は、分散補償機構として機能する。
【００５２】
多光子励起顕微鏡３００においても、装置内の光学素子で発生する分散を抑制するという対物レンズ１４が奏する効果によって、分散補償機構を含む装置の大型化を防ぎつつ、パルス光の分散補償を実現することができる。
【００５３】
以下、第４の実施形態における多光子励起顕微鏡４００について説明する。図８は、多光子励起顕微鏡４００の構成を示す図である。多光子励起顕微鏡４００は、ミラー２、プリズム３、４、ミラー５の代わりにレンズ４０１、光ファイバ４０２、レンズ４０３を備える点において多光子励起顕微鏡１００と異なるが、それ以外の構成については同様である。
【００５４】
光ファイバ４０２は、光成分が長波長側であるほど、クラッド部で伝搬させ、コアの中心軸方向における速度を遅くする。即ち、光ファイバ４０２は、分散補償機構として機能する。
【００５５】
以上の多光子励起顕微鏡４００においても、装置内の光学素子で発生する分散を抑制するという対物レンズ１４が奏する効果によって、分散補償機構を含む装置の大型化を防ぎつつ、パルス光の分散補償を実現することができる。
【００５６】
図９、図１０は、θ１とθ２を軸とする２次元の空間に硝材をプロットした図である。図９及び図１０には、それぞれ普及している幾つかの硝材がプロットされている。図９及び図１０では、条件式（１）を満たす硝材は、二つの破線の間にプロットされ、条件式（１）を満たさない硝材は、二つの破線の外側にプロットされている。なお、図９中のＳ−ＦＰＬ５３、Ｓ−ＦＰＬ５１、Ｓ−ＦＳＬ５、Ｓ−ＢＳＬ７は、株式会社オハラが提供する硝材の商標名である。図１０中のＮ−ＦＫ５８、Ｎ−ＦＫ５、Ｎ−ＢＫ７、Ｎ−ＫＺＦＳ１１、Ｎ−ＫＺＦＳ２は、ＳｃｈｏｔｔＡＧが提供する硝材の商標名である。
【００５７】
このような条件式（１）を満たす硝材、または、条件式（１）を満たすように硝材等の媒質を組み合わせたものを用いて、多光子励起顕微鏡中の対物レンズ等の光学素子を形成することで、上述した実施形態で説明した効果を奏するものとなる。
【００５８】
上述した実施形態は、発明の理解を容易にするために具体例を示したものであり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。上述した多光子励起顕微鏡、対物レンズは、特許請求の範囲に記載した本発明を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１、２０１                      レーザ
２、５、７、１２、３０３        ミラー
３、４                          プリズム
６                              音響光学素子
８                              ビームエキスパンダ
９                              スキャナ
１０、１１、１５、１７、
１９、４０１、４０３            レンズ
１３、１６                      ダイクロイックミラー
１８、２０                      ＰＭＴ
３０                            制御装置
１００、２００、３００、４００  多光子励起顕微鏡
３０１、３０２                  グレーティング
４０２                          光ファイバ
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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