(57)【要約】【課題】より簡易な構成で、観察装置本体に入射させる極短パルスレーザ光のポインティングスタビリティを向上し、多光子励起効果を効率的に発生させ、鮮明な多光子蛍光画像を得る。【解決手段】極短パルスレーザ光Ｌを出射するパルスレーザ光源４と、該パルスレーザ光源４から発せられた極短パルスレーザ光Ｌを試料Ａに照射し、試料Ａにおいて発せられた蛍光を観察する観察装置本体３と、パルスレーザ光源４と観察装置本体３との間に配置され、パルスレーザ光源４から発せられる極短パルスレーザ光Ｌを変調する音響光学変調フィルタ５とを備える多光子励起型観察装置１を提供する。【選択図】      図１
2007132794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
極短パルスレーザ光を出射するパルスレーザ光源と、
該パルスレーザ光源から発せられた極短パルスレーザ光を試料に照射し、試料において発せられた蛍光を観察する観察装置本体と、
前記パルスレーザ光源と観察装置本体との間に配置され、パルスレーザ光源から発せられる極短パルスレーザ光を変調する音響光学変調フィルタとを備える多光子励起型観察装置。
【請求項２】
前記パルスレーザ光源が、複数の異なる波長の極短パルスレーザ光を出射可能であり、
該パルスレーザ光源から出射される極短パルスレーザ光の波長に応じて、前記音響光学変調フィルタから出射される極短パルスレーザ光の強度と出射角度を調節する制御装置を備える請求項１に記載の多光子励起型観察装置。
【請求項３】
前記制御装置が、パルスレーザ光源から出射される極短パルスレーザ光の波長と、音響光学変調フィルタに供給する駆動信号の周波数および振幅とを対応づけて記憶する記憶部を備える請求項２に記載の多光子励起型観察装置。
【請求項４】
前記音響光学変調フィルタから出射される極短パルスレーザ光の強度が、指定された強度となるように前記音響光学変調フィルタを制御する制御装置を備える請求項１に記載の多光子励起型観察装置。
【請求項５】
前記制御装置が、極短パルスレーザ光の強度と、音響光学変調フィルタに供給する駆動信号の周波数および振幅とを対応づけて記憶する記憶部を備える請求項４に記載の多光子励起型観察装置。
【請求項６】
前記制御装置が、前記音響光学変調フィルタから出射される極短パルスレーザ光の強度を検出する検出器を備え、該検出器により検出された強度に基づいて、該強度が指定された強度となるように、前記音響光学変調フィルタに供給する駆動信号の周波数および振幅を調節する請求項４または請求項５に記載の多光子励起型観察装置。
【請求項７】
可視レーザ光を出射する可視レーザ光源と、
該可視レーザ光源と前記観察装置本体との間に配置され、可視レーザ光源から発せられ観察装置本体に入射される可視レーザ光を変調する音響光学変調フィルタとを備える請求項１から請求項６のいずれかに記載の多光子励起型観察装置。
【請求項８】
前記音響光学変調フィルタが、温度調節装置またはヒートシンクのような内部温度安定化手段を備える請求項１から請求項７のいずれかに記載の多光子励起型観察装置。
【請求項９】
極短パルスレーザ光を出射するパルスレーザ光源と、
該パルスレーザ光源から発せられた極短パルスレーザ光を変調する音響光学変調フィルタとを備える多光子励起型観察用光源装置。
【請求項１０】
前記パルスレーザ光源が、複数の異なる波長の極短パルスレーザ光を出射可能であり、
該パルスレーザ光源から出射される極短パルスレーザ光の波長に応じて、前記音響光学変調フィルタから出射される極短パルスレーザ光の強度と出射角度を調節する制御装置を備える請求項９に記載の多光子励起型観察用光源装置。
【請求項１１】
前記制御装置が、パルスレーザ光源から出射される極短パルスレーザ光の波長と、音響光学変調フィルタに供給する駆動信号の周波数および振幅とを対応づけて記憶する記憶部を備える請求項１０に記載の多光子励起型観察用光源装置。
【請求項１２】
前記音響光学変調フィルタから出射される極短パルスレーザ光の強度が、指定された強度となるように前記音響光学変調フィルタを制御する制御装置を備える請求項９に記載の多光子励起型観察用光源装置。
【請求項１３】
前記制御装置が、極短パルスレーザ光の強度と、音響光学変調フィルタに供給する駆動信号の周波数および振幅とを対応づけて記憶する記憶部を備える請求項１２に記載の多光子励起型観察用光源装置。
【請求項１４】
前記制御装置が、前記音響光学変調フィルタから出射される極短パルスレーザ光の強度を検出する検出器を備え、該検出器により検出された強度に基づいて、該強度が指定された強度となるように、前記音響光学変調フィルタに供給する駆動信号の周波数および振幅を調節する請求項１２または請求項１３に記載の多光子励起型観察用光源装置。
【請求項１５】
可視レーザ光を出射する可視レーザ光源と、該可視レーザ光源から発せられた可視レーザ光を変調する音響光学変調フィルタとを備える請求項９から請求項１４のいずれかに記載の多光子励起型観察用光源装置。
【請求項１６】
前記音響光学変調フィルタが、温度調節装置またはヒートシンクのような内部温度安定化手段を備える請求項９から請求項１５のいずれかに記載の多光子励起型観察用光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多光子励起型観察装置および多光子励起型観察用光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体等の試料にその表面から励起光を照射して、試料の表面下の比較的深い位置から発せられる蛍光を検出することにより、細胞等の機能を観察する装置として、多光子励起型の観察装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この特許文献１においては、試料に照射する励起光の強度を調節し、あるいはオンオフするための手段として、音響光学変調器（ＡＯＭ：Acoust Optical
Modulator）を用いることが開示されている。
【特許文献１】特表平１０−５１２９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＡＯＭは、一般に約１ｃｍ角の二酸化テルルやモリブデン酸塩からなる結晶であり、入射されたレーザ光を変調させることができる有効範囲は比較的狭い。ＡＯＭに入射される極短パルスレーザ光がＡＯＭの有効範囲から外れると、迷光の混入等に起因してビーム形状が劣化するという問題がある。ビーム形状が劣化すると、試料の集光位置における点像分布関数(ＰＳＦ:Point Spread
Function)が悪化し、試料の集光位置における光子密度が低下し、多光子励起効果を効率よく発生させることができないという問題がある。    
【０００４】
また、極短パルスレーザ光は、一般には略平行光であると考えられているが、厳密には、光軸方向に沿う特定の位置に光束径が最も小さくなるビームウエストを備えるとともに、該ビームウエストの位置から離れるに従って、所定の広がり角度で光束径が大きくなるビームダイバージェンスを備えている。したがって、多光子励起効果を効率よく発生させ、鮮明な多光子励起画像を取得するためには、このようにビームウエスト位置に依存して光束径が変化する極短パルスレーザ光の光軸を、ＡＯＭの比較的狭い有効範囲内に精度よく一致させる必要がある。すなわち、ＡＯＭの狭い有効範囲に極短パルスレーザ光を入射させるための縮小ビームエキスパンダやアライメント調整装置が必要となる。
【０００５】
さらに、ＡＯＭは、数ワットの駆動電力を必要とするため、極短パルスレーザ光の入射される有効範囲が極めて狭いことと相俟って、局所的に過大な熱が発生する不都合がある。その結果、ＡＯＭから出射される光のポインティングスタビリティが悪化するという不都合がある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、より簡易な構成で、観察装置本体に入射させる極短パルスレーザ光のポインティングスタビリティを向上し、多光子励起効果を効率的に発生させ、鮮明な多光子蛍光画像を得ることができる多光子励起型観察装置および多光子励起観察用光源装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、極短パルスレーザ光を出射するパルスレーザ光源と、該パルスレーザ光源から発せられた極短パルスレーザ光を試料に照射し、試料において発せられた蛍光を観察する観察装置本体と、前記パルスレーザ光源と観察装置本体との間に配置され、パルスレーザ光源から発せられる極短パルスレーザ光を変調する音響光学変調フィルタとを備える多光子励起型観察装置を提供する。
【０００８】
本発明によれば、パルスレーザ光源から発せられた極短パルスレーザ光が観察装置本体に供給され、観察装置本体によって、試料に照射されると、試料における多光子励起効果によって、極短パルスレーザ光が集光させられた位置において多光子蛍光が発生する。発生した多光子蛍光は観察装置本体によって検出され、観察される。極短パルスレーザ光は、観察装置本体に入射される前に、音響光学変調フィルタを通過するので、音響光学変調フィルタによってオンオフあるいは変調され、所望の光強度の極短パルスレーザ光として観察装置本体に入射される。
【０００９】
この場合において、本発明によれば、音響光学変調フィルタを使用することによって、ＡＯＭの場合とは異なり結晶への入射の有効範囲が広いので、音響光学変調フィルタへの入射に先立って、光束径を絞ったり、精密にアライメント調整したりしなくて済む。したがって、音響光学変調フィルタの前段に縮小ビームエキスパンダやアライメント調整装置が不要となり、装置の構成を簡易化することができる。また、音響光学変調フィルタはＡＯＭと比較すると駆動電力が低くて済むので、局所的に発生する熱の問題が少なく、ポインティングスタビリティを向上することができる。
【００１０】
上記発明においては、前記パルスレーザ光源が、複数の異なる波長の極短パルスレーザ光を出射可能であり、該パルスレーザ光源から出射される極短パルスレーザ光の波長に応じて、前記音響光学変調フィルタから出射される極短パルスレーザ光の強度と出射角度を調節する制御装置を備えることとしてもよい。
このようにすることで、パルスレーザ光源から発せられる極短パルスレーザ光の波長が変更されても、制御装置の作動により、音響光学変調フィルタから出射される極短パルスレーザ光の強度と出射角度が調節されることによって、所望の方向に極短パルスレーザ光を出射させることができる。したがって、異なる波長の極短パルスレーザ光を適正な強度および同一出射角度で安定して出射させることができる。
【００１１】
また、上記発明においては、前記制御装置が、パルスレーザ光源から出射される極短パルスレーザ光の波長と、音響光学変調フィルタに供給する駆動信号の周波数および振幅とを対応づけて記憶する記憶部を備えることとしてもよい。
このようにすることで、制御装置がパルスレーザ光源から出射される極短パルスレーザ光の波長情報を受け取ると、記憶部に記憶されている駆動信号の周波数および振幅が選択され、音響光学変調フィルタに供給される。これにより、極短パルスレーザ光の波長が変更されても、迅速に、所望の強度と出射角度で極短パルスレーザ光を出射させることができる。
【００１２】
また、上記発明においては、前記音響光学変調フィルタから出射される極短パルスレーザ光の強度が、指定された強度となるように前記音響光学変調フィルタを制御する制御装置を備えることとしてもよい。
このようにすることで、パルスレーザ光源から発せられた極短パルスレーザ光が、音響光学変調フィルタを通過させられる際に、制御装置の作動により、指定された強度の極短パルスレーザ光に変調されて出力される。したがって、試料において所望の強度の極短パルスレーザ光を用いた多光子励起効果を発生させ、高い精度で観察を行うことができる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記制御装置が、極短パルスレーザ光の強度と、音響光学変調フィルタに供給する駆動信号の周波数および振幅とを対応づけて記憶する記憶部を備えることとしてもよい。
このようにすることで、制御装置が極短パルスレーザ光の強度を指定されると、記憶部に記憶されている駆動信号の周波数および振幅が選択され、音響光学変調フィルタに供給される。これにより、迅速に指定された強度の極短パルスレーザ光を出射させることができる。
【００１４】
また、上記発明においては、前記制御装置が、前記音響光学変調フィルタから出射される極短パルスレーザ光の強度を検出する検出器を備え、該検出器により検出された強度に基づいて、該強度が指定された強度となるように、前記音響光学変調フィルタに供給する駆動信号の周波数および振幅を調節することとしてもよい。
このようにすることで、パルスレーザ光源から出力される極短パルスレーザ光の強度を検出器により検出してフィードバックすることにより、精度よく設定された強度の極短パルスレーザ光を試料に照射することが可能となる。
【００１５】
また、上記発明においては、可視レーザ光を出射する可視レーザ光源と、該可視レーザ光源と前記観察装置本体との間に配置され、可視レーザ光源から発せられ観察装置本体に入射される可視レーザ光を変調する音響光学変調フィルタとを備えることとしてもよい。
このようにすることで、観察装置本体に入射させる可視レーザ光および極短パルスレーザ光を同様の方法で変調することができる。
【００１６】
また、上記発明においては、前記音響光学変調フィルタが、温度調節装置またはヒートシンクのような内部温度安定化手段を備えることとしてもよい。
このようにすることで、音響光学変調フィルタの過熱を防止し、極短パルスレーザ光のポインティングスタビリティをさらに向上することができる。
【００１７】
また、本発明は、極短パルスレーザ光を出射するパルスレーザ光源と、該パルスレーザ光源から発せられた極短パルスレーザ光を変調する音響光学変調フィルタとを備える多光子励起型観察用光源装置を提供する。
本発明によれば、音響光学変調フィルタを使用することによって、ＡＯＭの場合とは異なり結晶への入射の有効範囲が広いので、音響光学変調フィルタへの入射に先立って、光束径を絞ったり、精密にアライメント調整したりしなくて済む。したがって、音響光学変調フィルタの前段に縮小ビームエキスパンダやアライメント調整装置が不要となり、装置の構成を簡易化することができる。また、音響光学変調フィルタはＡＯＭと比較すると駆動電力が低くて済むので、局所的に発生する熱の問題が少なく、高いポインティングスタビリティを有する極短パルスレーザ光を出射することができる。
【００１８】
上記発明においては、前記パルスレーザ光源が、複数の異なる波長の極短パルスレーザ光を出射可能であり、該パルスレーザ光源から出射される極短パルスレーザ光の波長に応じて、前記音響光学変調フィルタから出射される極短パルスレーザ光の強度と出射角度を調節する制御装置を備えることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記制御装置が、パルスレーザ光源から出射される極短パルスレーザ光の波長と、音響光学変調フィルタに供給する駆動信号の周波数および振幅とを対応づけて記憶する記憶部を備えることとしてもよい。
【００１９】
また、上記発明においては、前記音響光学変調フィルタから出射される極短パルスレーザ光の強度が、指定された強度となるように前記音響光学変調フィルタを制御する制御装置を備えることとしてもよい。
上記発明においては、前記制御装置が、極短パルスレーザ光の強度と、音響光学変調フィルタに供給する駆動信号の周波数および振幅とを対応づけて記憶する記憶部を備えることとしてもよい。
【００２０】
また、上記発明においては、前記制御装置が、前記音響光学変調フィルタから出射される極短パルスレーザ光の強度を検出する検出器を備え、該検出器により検出された強度に基づいて、該強度が指定された強度となるように、前記音響光学変調フィルタに供給する駆動信号の周波数および振幅を調節することとしてもよい。
【００２１】
また、上記発明においては、可視レーザ光を出射する可視レーザ光源と、該可視レーザ光源から発せられた可視レーザ光を変調する音響光学変調フィルタとを備えることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記音響光学変調フィルタが、温度調節装置またはヒートシンクのような内部温度安定化手段を備えることとしてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、音響光学変調フィルタの使用によって、より簡易な構成で、観察装置本体に入射させる極短パルスレーザ光のポインティングスタビリティを向上し、多光子励起効果を効率的に発生させ、鮮明な多光子蛍光画像を得ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態に係る多光子励起型観察装置について図１〜図６を参照して説明する。
本実施形態に係る多光子励起型観察装置１は、多光子励起型顕微鏡であって、図１に示されるように、光源装置（多光子励起型観察用光源装置）２と、該光源装置２の後段に配置される蛍光顕微鏡本体（観察装置本体）３とを備えている。
【００２４】
前記光源装置２は、極短パルスレーザ光Ｌを出射するパルスレーザ光源４と、該パルスレーザ光源４から出射された極短パルスレーザ光Ｌのオンオフあるいは強度変調を行う音響光学変調フィルタ（以下、ＡＯＴＦと略す。）５と、変調された極短パルスレーザ光Ｌの群速度分散を補償する分散補償光学系６と、分散補償され前記蛍光顕微鏡本体３に入射される極短パルスレーザ光Ｌを調節する視準光学系７とを備えている。
【００２５】
前記分散補償光学系６は、例えば、図２に示されるように、一対のプリズム８，９とミラー１０とから構成されている。プリズム８，９どうしの間隔を調節することで、分散補償量を調節して、パルスレーザ光源４から蛍光顕微鏡本体３の対物レンズ３ａに至る全光学系における群速度分散を補償するようになっている。
【００２６】
この際に、光路長の調節により、光軸がシフトし、波長の変化によって光軸の角度が変動するので、プリズム８，９およびミラー１０の位置および角度を矢印に示すように調節することにより、出射される極短パルスレーザ光Ｌの光軸の位置および角度が調節されるようになっている。
図中、符号１１は、パルスレーザ光源４から発せられた極短パルスレーザ光Ｌを反射して分散補償光学系６に指向させる一方、分散補償光学系６から出力された極短パルスレーザ光Ｌの光軸から外れた位置に配置されているミラーである。
【００２７】
また、視準光学系７は、例えば、図３に示されるように、両凸レンズ１２と平凹レンズ１３とを組み合わせたガリレイ型のビームエキスパンダと、両凸レンズ１２および平凹レンズ１３をそれぞれ光軸方向に移動可能に支持するレンズ移動機構１４，１５とにより構成されている。視準光学系７は、極短パルスレーザ光Ｌが、蛍光顕微鏡本体３の対物レンズ３ａの瞳位置に瞳径と略同等の光束径で入射されるように、出射される極短パルスレーザ光Ｌの光束径およびビームダイバージェンスを調節することができるようになっている。
【００２８】
前記ＡＯＴＦ５は、図４〜図６に示されるように、２酸化テルルからなる結晶１６と、該結晶１６を固定するケース１７と、結晶１６に接着された圧電素子からなるトランスデューサ１８と、該トランスデューサ１８に入力する電気信号Ｅを伝達する音響波発生用電気回路１９と、前記結晶１６に接着されたヒートシンク２０とを備えている。結晶１６とケース１７との間および結晶１６とヒートシンク２０との間には、例えば、シリコーングリースのようなサーマルコンパウンドあるいはインジウム箔からなる界面材２１が介在させられている。また、図中、符号２２は、トランスデューサ１８から発せられ結晶１６内を伝播した音響波を吸収する吸音材である。
【００２９】
結晶１６を挟んで対向するケース１７の一対の側壁にはそれぞれ開口部２３が設けられており、一の開口部２３から極短パルスレーザ光Ｌを入射させ、結晶１６を透過した極短パルスレーザ光Ｌを他の開口部２３から出射させるようになっている。
ヒートシンク２０は例えば、アルミニウムあるいはアルミニウム合金のような熱伝導率の高い材質からなり、図５に示されるように平行間隔をあけて配置される複数の平板状のフィン２０ａを備えている。
【００３０】
前記蛍光顕微鏡本体３の内部には、極短パルスレーザ光Ｌを２次元的に走査する（例えば、近接ガルバノミラーのような）ガルバノミラー３０１、走査された極短パルスレーザ光Ｌを集光して中間像を結像させる瞳投影レンズ３０２、中間像を結像した極短パルスレーザ光Ｌを集光して略平行光にする結像レンズ３０３、略平行光にされた極短パルスレーザ光Ｌを集光して試料Ａに結像させる対物レンズ３ａ、試料Ａにおいて発せられ対物レンズ３ａにより集光された多光子蛍光Ｆを極短パルスレーザ光Ｌから分岐するダイクロイックミラー３０４、分岐された多光子蛍光Ｆを集光する集光レンズ３０５、集光された多光子蛍光Ｆを検出する光電子増倍管（ＰＭＴ）３０６とを備えている。符号３０７はミラーである。
【００３１】
このように構成された本実施形態に係る多光子励起型観察装置１の作用について、以下に説明する。
パルスレーザ光源４から発せられた極短パルスレーザ光Ｌは、ＡＯＴＦ５を通過させられることにより、オンオフあるいは所定の強度に変調された状態で、分散補償光学系６に入射され、多光子励起型観察装置１の光学系全体の群速度分散量が補償される。その後、極短パルスレーザ光Ｌは、視準光学系７を通過させられることによって、その光束径およびビームダイバージェンスが、蛍光顕微鏡本体３の対物レンズ３ａの瞳位置に、その瞳径と略同等の光束径を有するように補正される。これにより、パルスレーザ光源４から発せられた極短パルスレーザ光Ｌを最も無駄なく効率的に試料Ａに集光させ、試料Ａ内に形成されるビームウエスト位置における光子密度を向上させて、効率的に多光子励起効果を発生させることができる。
【００３２】
ＡＯＴＦ５においては、音響波発生用電気回路１９の作動により、所定周波数の電気信号Ｅがトランスデューサ１８に入力され、トランスデューサ１８において発生させられた音響波によって、結晶１６内における極短パルスレーザ光Ｌの音響光学効果が発生する。また、トランスデューサ１８により発生する音響波の振幅を変更することにより、結晶１６内における極短パルスレーザ光Ｌの回折強度を変化させ、ＡＯＴＦ５から出射される極短パルスレーザ光Ｌの強度を、音響波の振幅に応じた所定の割合で変調する。
【００３３】
これにより、入射された極短パルスレーザ光Ｌが結晶１６を通過してケース１７の開口部２３から、所定の強度に変調された状態で出射されることになる。
この場合において、ＡＯＴＦ５においては従来のＡＯＭと異なり、入射の有効範囲である開口部２３が比較的大きく確保されているので、前段においてビーム径を調節したり、アライメントを精密に調節したりしなくても、極短パルスレーザ光Ｌが結晶１６の有効範囲内に漏れなく入射される。したがって。結晶１６に入射されない極短パルスレーザ光Ｌや結晶１６の側面によって乱反射等される極短パルスレーザ光Ｌが存在せず、これらの極短パルスレーザ光Ｌが迷光となって、正常に結晶１６を通過する極短パルスレーザ光Ｌに混入することがない。
【００３４】
その結果、結晶１６から出射される極短パルスレーザ光Ｌにおける波面の乱れの発生が抑制され、試料Ａの集光位置におけるＰＳＦの悪化が抑制される。すなわち、対物レンズ３ａの前方に形成される試料Ａにおける集光位置において、光子密度の低下が防止され、多光子励起効果を効率的に発生させることが可能となる。
【００３５】
そして、本実施形態に係る多光子励起型観察装置１によれば、極短パルスレーザ光ＬがＡＯＴＦ５により変調されるので、光源装置２の構成を簡易化することができる。すなわち、ＡＯＭとは異なり、入射の有効範囲（開口部２３）が広いので、ＡＯＴＦ５への入射に先立って極短パルスレーザ光Ｌの光束径を絞ったり、精密なアライメント調整を行ったりするための縮小ビームエキスパンダやアライメント調整装置を省略できる。したがって、装置全体の構成の簡易化、小型化および低コスト化を図ることができるという利点がある。
【００３６】
また、本実施形態に係る多光子励起型観察装置１によれば、極短パルスレーザ光ＬがＡＯＴＦ５により変調されるので、蛍光顕微鏡本体３に入射される極短パルスレーザ光Ｌのポインティングスタビリティを安定化させることができる。すなわち、ＡＯＭとは異なり、結晶１６の局所的な過熱が少ない。したがって、ＡＯＴＦ５の後段に、不安定なポインティングスタビリティを補償するためのアライメント調整手段を必要とせず、この点においても、装置の簡易化、小型化および低コスト化を図ることができるという利点がある。
【００３７】
また、トランスデューサ１８により結晶１６に入力する音響波をオンオフすることにより、極短パルスレーザ光Ｌの出射と遮断とを切り替えてオンオフすることができる。例えば、蛍光顕微鏡本体３のガルバノミラー３０１による極短パルスレーザ光Ｌの２次元的な走査と同期させて極短パルスレーザ光Ｌをオンオフすることにより、試料Ａに対して所定の走査範囲のみに極短パルスレーザ光Ｌを照射することが可能となる。
【００３８】
また、極短パルスレーザ光ＬはＡＯＴＦ５の結晶１６内を通過させられる際に音響光学効果によって回折させられる。このとき、結晶１６にはトランスデューサ１８から音響波が入力されるので、そのエネルギによって結晶１６が局所的に発熱する。ＡＯＴＦ５の結晶１６における発熱はＡＯＭの結晶における発熱より十分に小さい。
【００３９】
本実施形態に係る多光子励起型観察装置１によれば、結晶１６自体の熱容量が小さいが、該結晶１６に熱容量の大きなヒートシンク２０が接着されているので、結晶１６において発生した熱はヒートシンク２０によって吸収される。また、ヒートシンク２０には複数のフィン２０ａが設けられているので、結晶１６から吸収した熱は、これらのフィン２０ａを介して外気に効率的に放散される。これにより、結晶１６の局所的な温度上昇が抑制され、結晶１６内の屈折率の変動が大幅に抑制されることになる。
【００４０】
結晶１６の屈折率が変動すると、結晶１６内における極短パルスレーザ光Ｌの回折が変化するため、ＡＯＴＦ５からの出射方向が変化する。したがって、何ら対策を施さない場合には、トランスデューサ１８から入力される音響波によって、結晶１６の温度が経時的に変化し、それによって結晶１６からの出射方向がずれて適正な位置に出射されなくなってしまうことになる。
【００４１】
また、結晶１６に入力する音響波の振幅は、その強度変調の程度やオンオフの頻度等の使用状態によって相違するため、使用状態ごとに極短パルスレーザ光Ｌの出射方向が変化する。
【００４２】
本実施形態によれば、熱容量の大きなヒートシンク２０によって結晶１６の温度変化が抑制されるので、音響波を発生させるためにトランスデューサ１８に入力する駆動電力が高くても、結晶１６における局所的な加熱状態が防止され、極短パルスレーザ光Ｌの出射方向を一定に維持することができる。その結果、結晶の経時的な温度変化を検出したり、検出された結晶１６の温度に基づいてアライメント調節装置をその都度調節したりする必要がなく、簡易な構成で、観察開始時に設定されたアライメント状態のままで、試料Ａの適正な照射範囲に極短パルスレーザ光Ｌを照射して、蛍光観察を行うことができる。
【００４３】
なお、本実施形態においては、ヒートシンク２０の形態として、平板状のフィン２０ａを備えるものを例示したが、これに代えて、他の任意の形態のヒートシンクを採用することができる。また、図７に示されるように、ヒートシンク２０に代えて、ペルチェ素子やヒータ等の冷却器、加熱器および熱電対等の温度計測器を備えた温度調節装置２４を配置することにしてもよい。
【００４４】
なお、図８に示されるように、ＡＯＴＦ５の後段にビームポインティング調整光学系２５を配置することにしてもよい。ビームポインティング調整光学系２５は、例えば、図９に示されるように、２枚のミラー２６ａ，２６ｂとこれらミラー２６ａ，２６ｂをそれぞれ移動させる２つのミラー移動機構２７，２８とを備えている。第１のミラー２６ａは、第１の方向Ｚ１から矢印のように入射されてきた極短パルスレーザ光Ｌを、該第１の方向Ｚ１に略直交する第２の方向Ｚ２に偏向させるようになっている。また、第２のミラー２６ｂは、第２の方向Ｚ２に入射される極短パルスレーザ光Ｌを、第１の方向Ｚ１および第２の方向Ｚ２に略直交する第３の方向Ｚ３に偏向させて出射するようになっている。
【００４５】
第１のミラー移動機構２７は、前記第１の方向Ｚ１に沿って第１のミラー２６ａを並進移動させる第１の並進機構２７ａと、前記第３の方向Ｚ３に平行な軸線回りに第１のミラー２６ａを揺動させる第１の揺動機構２７ｂとを備えている。第２のミラー移動機構２８は、前記第３の方向に沿って第２のミラー２６ｂを並進移動させる第２の並進機構２８ａと、前記第１の方向Ｚ１に平行な軸線回りに第２のミラー２６ｂを揺動させる第２の揺動機構２８ｂとを備えている。第１、第２の並進機構２７ａ，２８ａは、例えば、モータ２７ｃ，２８ｃおよびボールネジ２７ｄ，２８ｄにより駆動され、第１、第２の揺動機構２７ｂ，２８ｂは、例えば、モータ２７ｅ，２８ｅにより構成されている。
【００４６】
これにより、極短パルスレーザ光Ｌの光軸の角度が、第１の方向Ｚ１に対して、第１の方向Ｚ１および第２の方向Ｚ２を含む平面内においてずれている場合には、第１の揺動機構２７ｂを作動させてその角度を調節し、第１の方向Ｚ１に対して第２の方向Ｚ２および第３の方向Ｚ３を含む平面内においてずれている場合には、第２の揺動機構２８ｂを作動させてその角度を調節することができるようになっている。また、ビームポインティング調整光学系２５から出射される極短パルスレーザ光Ｌの光軸の位置が第１の方向Ｚ１にずれている場合には、第１の並進機構２７ａを作動させ、第２の方向Ｚ２にずれている場合には第２の並進機構２８ａを作動させて、その位置ずれを調節することができるようになっている。
これにより、パルスレーザ光源４や分散補償光学系６に起因するアライメントのズレを補償することが必要な場合に効果的である。
【００４７】
次に、本発明の第２の実施形態に係る多光子励起型観察装置３０について、図１０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の実施形態に係る多光子励起型観察装置１と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を省略する。
【００４８】
本実施形態に係る多光子励起型観察装置３０は、複数の波長の極短パルスレーザ光Ｌを出射可能なパルスレーザ光源３１と、ＡＯＴＦ５から出射された極短パルスレーザ光Ｌを分岐してその強度を検出する検出器３２と、検出された極短パルスレーザ光Ｌの強度が最大となるように、ＡＯＴＦ５の結晶１６に供給する音響波（駆動信号）の周波数および振幅を調節する制御装置３３とを備えている。制御装置３３には、極短パルスレーザ光Ｌの強度と音響波の周波数および振幅とを対応づけて記憶する記憶装置（図示略）が備えられていてもよい。
【００４９】
検出器３２は、ＡＯＴＦ５から出射された極短パルスレーザ光Ｌを分岐するビームサンプラ３４と、分岐された極短パルスレーザ光Ｌの強度、ビーム形状およびアライメントを調節するビーム整形光学系３５と、調節された極短パルスレーザ光Ｌを検出するパワーモニタ３６とを備えている。
ビーム整形光学系３５は、例えば、ＮＤフィルタ、スリットあるいは集光レンズとスリットとの組合せにより構成されている。パワーモニタ３６は、例えば、カロリーメータ、フォトダイオード、ＣＭＯＳまたはＣＣＤにより構成されている。
【００５０】
ＡＯＴＦ５の結晶１６に供給する音響波が固定されている場合に、パルスレーザ光源４から発せられる極短パルスレーザ光Ｌの波長が変動すると、ＡＯＴＦ５から出射される極短パルスレーザ光Ｌの強度と出射方向が変動する。
本実施形態に係る多光子励起型観察装置３０によれば、パルスレーザ光源３１から発せられる極短パルスレーザ光Ｌの波長が変化したときに、検出器３２により検出される極短パルスレーザ光Ｌの強度が最大となるようにＡＯＴＦ５の結晶１６への音響波の周波数および振幅を調節するので、極短パルスレーザ光Ｌの波長にかかわらず、ＡＯＴＦ５からの出射角度を一定に、かつ、適正な出射強度を維持することができる。
【００５１】
次に、本発明の第３の実施形態に係る多光子励起型観察装置４０について、図１１を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明においても、上述した第１、第２の実施形態に係る多光子励起型観察装置１，３０と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を省略する。
【００５２】
本実施形態に係る多光子励起型観察装置４０は、パルスレーザ光源３１から出射させる極短パルスレーザ光Ｌの波長を入力するキーボード等の入力装置４１と、該入力装置４１からの入力信号に基づいて、パルスレーザ光源３１に対し、出射すべき極短パルスレーザ光Ｌの波長を指示する制御装置４２とを備えている。
制御装置４２は、パルスレーザ光源３１に対して出力する波長指令信号と、当該波長の極短パルスレーザ光ＬがＡＯＴＦ５に入射された際に、ＡＯＴＦ５からの出射角度を一定に維持し、かつ、適正な出射強度を得るための音響波の周波数および振幅とを対応づけて記憶する記憶装置４３を備えている。
【００５３】
本実施形態に係る多光子励起型観察装置４０によれば、パルスレーザ光源３１から出射させる極短パルスレーザ光Ｌの波長情報が入力装置４１から入力されると、入力された波長情報が制御装置４２に送られ、制御装置４２において、送られてきた波長情報に基づいて記憶装置４３内が検索され、波長に対応づけて記憶されている音響波の周波数および振幅情報が取得される。取得された音響波の周波数および振幅信号は、制御装置４２からＡＯＴＦ５に供給される。これにより、ＡＯＴＦ５においては、出射される極短パルスレーザ光Ｌの波長に合わせて出射強度と出射角度とが調節される。
【００５４】
すなわち、本実施形態に係る多光子励起型観察装置４０によれば、パルスレーザ光源３１の波長の変化にかかわらず、簡易かつ精度よく一定の出射角度で、かつ、適正な出射強度で極短パルスレーザ光Ｌを出射させることができる。
【００５５】
このように、本実施形態に係る多光子励起型観察装置４０によれば、パルスレーザ光源３１から出射される極短パルスレーザ光Ｌの波長が変更されても、制御装置４２が、その波長情報に基づいてＡＯＴＦ５を制御する。したがって、極短パルスレーザ光Ｌの波長が変更されても、蛍光顕微鏡本体３の対物レンズ３ａの瞳位置に、その瞳径と略同等の光束径を有する極短パルスレーザ光Ｌを入射させることができ、試料Ａにおける多光子励起効果を効率的に発生させて鮮明な多光子励起画像を得ることができるという効果を奏する。
【００５６】
また、制御装置４２は、記憶装置４３に波長と対応づけて記憶されているＡＯＴＦ５の結晶１６に供給する音響波の周波数および振幅を記憶装置４３から取得してＡＯＴＦ５を制御する。したがって、波長が変更されても、簡易かつ迅速に、試料Ａにおいて多光子励起効果を効率的に発生させるように極短パルスレーザ光Ｌを調節することができる。
【００５７】
次に、本発明の第４の実施形態に係る多光子励起型観察装置５０について、図１２を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明においても、上述した第１〜第３の実施形態に係る多光子励起型観察装置１，３０，４０と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を省略する。
【００５８】
本実施形態に係る多光子励起型観察装置５０は、図１２に示されるように、パルスレーザ光源３１に加えて、可視レーザ光源５１および紫外レーザ光源５２と、これらの光源５１，５２から出射されるレーザ光Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ変調するＡＯＴＦ５３，５４と、可視レーザ光Ｌ１および紫外レーザ光Ｌ２を伝播するシングルモードファイバのような光ファイバ５５，５６と、これらのレーザ光Ｌ１，Ｌ２および極短パルスレーザ光Ｌを同一の光路に合流させて蛍光顕微鏡本体３に供給する合波光学系５７とを備えている。
【００５９】
制御装置４２は、入力装置４１から入力された波長指令に応じて、各レーザ光源３１，５１，５２に対し、出射すべきレーザ光Ｌ．Ｌ１．Ｌ２の波長を指示するようになっている。また、記憶装置４３には、各レーザ光源３１，５１，５２から出射されるレーザ光Ｌ．Ｌ１．Ｌ２の波長情報と、そのときのＡＯＴＦ５，５３，５４の各結晶１６に供給する音響波の周波数および振幅情報とが対応づけて記憶されている。
【００６０】
前記合波光学系５７は、光ファイバ５５，５６により伝播されてきた可視レーザ光Ｌ１および紫外レーザ光Ｌ２をそれぞれ略平行光にするコリメートレンズ５８，５９および光路を合流させるためのダイクロイックミラー６０，６１を備えている。図中、符号６２はミラーである。
各レーザ光源３１，５１，５２は、複数の波長のレーザ光Ｌ．Ｌ１．Ｌ２を出射可能な連続あるいはパルスレーザ光源である。複数の単波長式のレーザ光を切り替える方式であっても、可変波長式であってもよい。
【００６１】
このように構成された本実施形態に係る多光子励起型観察装置５０によれば、第３の実施形態に係る多光子励起型観察装置４０と同様にして、パルスレーザ光源３１、可視レーザ光源５１および紫外レーザ光源５２から出射させるレーザ光Ｌ，Ｌ１，Ｌ２の波長情報が入力装置４１から入力されると、入力された波長情報が制御装置４２に送られ、制御装置４２において、送られてきた波長情報に基づいて記憶装置４３内が検索され、波長情報に対応づけて記憶されている音響波の周波数および振幅情報が取得される。取得された音響波の周波数および振幅情報は、制御装置４２からＡＯＴＦ５，５３，５４に供給される。
【００６２】
これにより、ＡＯＴＦ５，５３，５４においては、出射されるレーザ光Ｌ，Ｌ１，Ｌ２の波長に合わせて出射強度と出射角度とが調節される。
すなわち、本実施形態に係る多光子励起型観察装置５０によれば、各レーザ光源３１，５１，５２の波長の変化にかかわらず、簡易かつ精度よく一定の出射角度、かつ、適正な出射強度でレーザ光Ｌ，Ｌ１，Ｌ２を出射させることができる。
【００６３】
この場合において、本実施形態に係る多光子励起型観察装置５０によれば、複数のレーザ光源３１，５１，５２をそれぞれＡＯＴＦ５，５３，５４により変調するので、制御信号をほぼ同レベルとすることができ、ＡＯＴＦ５，５３，５４のタイミング制御を行い易いという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る多光子励起型観察装置および多光子励起型観察用光源装置を示す全体構成図である。
【図２】図１の多光子励起型観察装置および多光子励起型観察用光源装置の分散補償光学系を拡大して示す図である。
【図３】図１の多光子励起型観察装置および多光子励起型観察用光源装置の視準光学系を拡大して示す図である。
【図４】図１の多光子励起型観察装置および多光子励起型観察用光源装置のＡＯＴＦを拡大して示す縦断面図である。
【図５】図４のＡＯＴＦの斜視図である。
【図６】図４のＡＯＴＦの内部構造を示す縦断面図である。
【図７】図４のＡＯＴＦの変形例を示す縦断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る多光子励起型観察装置および多光子励起型観察用光源装置を示す全体構成図である。
【図９】図８の多光子励起型観察装置に用いられるビームポインティング調整光学系を拡大して示す斜視図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る多光子励起型観察装置および多光子励起型観察用光源装置を示す全体構成図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る多光子励起型観察装置を示す全体構成図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る多光子励起型観察装置を示す全体構成図である。
【符号の説明】
【００６５】
Ｌ  極短パルスレーザ光
Ｌ１  可視レーザ光
Ｌ２  紫外レーザ光
１，３０，４０，５０  多光子励起型観察装置
２  多光子励起型観察用光源装置
３  蛍光顕微鏡本体（観察装置本体）
４，３１  パルスレーザ光源
５，５３，５４  ＡＯＴＦ（音響光学変調フィルタ）
２０  ヒートシンク（内部温度安定化手段）
２４  温度調節装置（内部温度安定化手段）
３２  検出器
３３，４２  制御装置
４３  記憶装置（記憶部）
【図１】
2007132794.tif 000003
【図２】
2007132794.tif 000004
【図３】
2007132794.tif 000005
【図４】
2007132794.tif 000006
【図５】
2007132794.tif 000007
【図６】
2007132794.tif 000008
【図７】
2007132794.tif 000009
【図８】
2007132794.tif 000010
【図９】
2007132794.tif 000011
【図１０】
2007132794.tif 000012
【図１１】
2007132794.tif 000013
【図１２】
2007132794.tif 000014