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図面 (5)

課題

安価で、外部に悪影響を及ぼすことなく、小さい群速度遅延分散で、効率的にレーザ光反射戻り光レーザ光源に戻らないように遮断し、後段偏光依存素子に対して適正な偏光状態のレーザ光を入射させる。

解決手段

レーザ光源4と、該レーザ光源4から発せられたレーザ光Lを伝送する伝送光学系5と、該伝送光学系5により伝送されたレーザ光Lを入射させ、その入射偏光状態に応じて出射光特性が変化する偏光依存素子9とを備え、伝送光学系5が、伝送されるレーザ光Lの一部を反射する反射光発生源8を備え、該反射光発生源8を挟む位置に、λ/4波長板13,14が配置されている光学装置1を提供する。

概要

背景

従来、レーザ光源から発せられ2光子励起顕微鏡伝送されるレーザ光の一部が、その伝送途中において反射してレーザ光源に戻ることにより、レーザ光源のレーザ発振不安定化して故障が誘発される不都合を防止するために、レーザ光源の後段光アイソレータを配置する技術が知られている(例えば、非特許文献1参照。)。

D. L. Wokosin, et. al., "Characterization of Rangeof Fura Dyes with Two-Photon Excitation", Biophysical Journal, Volume 86, March 2004, p1726-1738

概要

安価で、外部に悪影響を及ぼすことなく、小さい群速度遅延分散で、効率的にレーザ光の反射戻り光がレーザ光源に戻らないように遮断し、後段の偏光依存素子に対して適正な偏光状態のレーザ光を入射させる。レーザ光源4と、該レーザ光源4から発せられたレーザ光Lを伝送する伝送光学系5と、該伝送光学系5により伝送されたレーザ光Lを入射させ、その入射偏光状態に応じて出射光特性が変化する偏光依存素子9とを備え、伝送光学系5が、伝送されるレーザ光Lの一部を反射する反射光発生源8を備え、該反射光発生源8を挟む位置に、λ/4波長板13,14が配置されている光学装置1を提供する。

目的

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、安価で、外部に悪影響を及ぼすことなく、小さい群速度遅延分散で、効率的にレーザ光の反射戻り光がレーザ光源に戻らないように遮断することができ、後段の偏光依存素子に対して適正な偏光状態のレーザ光を入射させることができる光学装置およびレーザ顕微鏡を提供することを目的としている。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

レーザ光源と、該レーザ光源から発せられたレーザ光伝送する伝送光学系と、該伝送光学系により伝送されたレーザ光を入射させ、その入射偏光状態に応じて出射光特性が変化する偏光依存素子とを備え、前記伝送光学系が、伝送されるレーザ光の一部を反射する反射光発生源を備え、該反射光発生源を挟む位置に、λ/4波長板が配置されている光学装置

請求項2

前記レーザ光源が、ピコ秒以下の極短パルスレーザ光発振する請求項1に記載の光学装置。

請求項3

前記レーザ光源が、レーザダイオードである請求項1に記載の光学装置。

請求項4

請求項1から請求項3のいずれかに記載の光学装置を備えるレーザ顕微鏡

技術分野

0001

本発明は、光学装置およびレーザ顕微鏡に関するものである。

背景技術

0002

従来、レーザ光源から発せられ2光子励起顕微鏡伝送されるレーザ光の一部が、その伝送途中において反射してレーザ光源に戻ることにより、レーザ光源のレーザ発振不安定化して故障が誘発される不都合を防止するために、レーザ光源の後段光アイソレータを配置する技術が知られている(例えば、非特許文献1参照。)。

0003

D. L. Wokosin, et. al., "Characterization of Rangeof Fura Dyes with Two-Photon Excitation", Biophysical Journal, Volume 86, March 2004, p1726-1738

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、光アイソレータは、広い波長範囲にわたるレーザ光を伝送する場合の反射戻り光を防止するための手段としては、効率が悪い上に高価であるという不都合がある。また、磁力により作動するため、周囲に磁場を形成し、外部に悪影響を及ぼす不都合が考えられる。さらに、2光子励起顕微用のようにレーザ光源としてフェムト秒オーダパルスレーザ光源を使用する場合には、光アイソレータにおける群速度遅延分散が大きく、その補償を十分に行う必要があるという問題もある。

0005

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、安価で、外部に悪影響を及ぼすことなく、小さい群速度遅延分散で、効率的にレーザ光の反射戻り光がレーザ光源に戻らないように遮断することができ、後段の偏光依存素子に対して適正な偏光状態のレーザ光を入射させることができる光学装置およびレーザ顕微鏡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

0006

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、レーザ光源と、該レーザ光源から発せられたレーザ光を伝送する伝送光学系と、該伝送光学系により伝送されたレーザ光を入射させ、その入射偏光状態に応じて出射光特性が変化する偏光依存素子とを備え、前記伝送光学系が、伝送されるレーザ光の一部を反射する反射光発生源を備え、該反射光発生源を挟む位置に、λ/4波長板が配置されている光学装置を提供する。

0007

本発明によれば、レーザ光源から発せられたレーザ光が伝送光学系により伝送され、偏光依存素子に入射される。伝送光学系には、反射光発生源が含まれているので、伝送途中においてレーザ光の一部が反射光発生源において反射される。この場合において、レーザ光源から発せられて伝送されてきたレーザ光は、反射光発生源の前段に配置されたλ/4波長板によって円偏光のレーザ光に変換される。そして、反射光発生源において反射されることにより逆方向に回転する円偏光に変換されたレーザ光は、再度同じλ/4波長板を通過させられることにより、入射レーザ光とは偏光方向が90°異なる反射レーザ光としてレーザ光源側に戻される。

0008

したがって、入射レーザ光と同一光路において、レーザ光源に備えられるブリュースターウィンドウ等により、反射レーザ光を容易に遮断することが可能となり、レーザ光源内に戻されることによるレーザ発振の不安定化を防止することができる。

0009

一方、円偏光に変換されたレーザ光のうち、反射光発生源において反射されることなく透過したレーザ光は、該反射光発生源の後段に配置されているλ/4波長板によって再度直線偏光に変換される。この際、円偏光の回転方向は維持されるので、このλ/4波長板から後段に出射されるレーザ光の偏光方向は、入射レーザ光の偏光方向と同一方向に維持される。これにより、レーザ光源から発振された直線偏光のレーザ光を適正な偏光状態を維持したまま偏光依存素子に入射させることができる。

0010

ここで、偏光依存素子としては、音響光学素子や、ネガティブチャー光学系、波長変換結晶、およびこれらのいずれかを含む共焦点顕微鏡や2光子励起顕微鏡、あるいは、入射偏光に応じて標本観察状態が変化するSHG顕微鏡微分干渉顕微鏡偏光顕微鏡等を挙げることができる。

0011

上記発明においては、前記レーザ光源が、ピコ秒以下の極短パルスレーザ光を発振することとしてもよい。
また、上記発明においては、前記レーザ光源が、レーザダイオードであることとしてもよい。
反射戻り光によるレーザ発振の不安定化が起こり易いこれらの場合において、特に、レーザ発振の不安定化を効果的に防止することができる。

0012

また、本発明は、上記いずれかの光学装置を備えるレーザ顕微鏡を提供する。
適正な偏光状態が維持されたレーザ光を用いて、標本を精度よく観察することができる。

発明の効果

0013

本発明によれば、安価で、外部に悪影響を及ぼすことなく、小さい群速度遅延分散で、効率的にレーザ光の反射戻り光がレーザ光源に戻らないように遮断することができ、後段の偏光依存素子に対して適正な偏光状態のレーザ光を入射させ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

0014

本発明の一実施形態に係る光学装置1について、図1を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る光学装置1は、図1に示すように、レーザ顕微鏡2に備えられている。
レーザ顕微鏡2は、光学装置1と、該光学装置1から出射されるレーザ光Lが入射され、標本Aを観察する顕微鏡本体3とを備えている。

0015

本実施形態に係る光学装置1は、フェムト秒パルスレーザ光源(以下、単にレーザ光源という。)4と、該レーザ光源4から出射されたパルスレーザ光Lを伝送する伝送光学系5とを備えている。
伝送光学系5は、顕微教本体3を含む光学系全体の群速度分散を補償するためのネガティブチャープ光学系6と、該ネガティブチャープ光学系6から出射されたパルスレーザ光Lの光軸ズレを調節するアライメント調節光学系7と、ビーム整形光学系8と、音響光学素子9と、該音響光学素子9から出射されたパルスレーザ光Lの光軸ズレを調節するアライメント調節光学系10と、視準光学系11と、アライメント調節光学系12と、ビーム整形光学系8を挟んで配置された2枚のλ/4波長板13,14と、視準光学系11の前段に配置されたλ/4波長板15とを備えている。

0016

ネガティブチャープ光学系6は、例えば、一対のプリズム6a,6bとミラー6cとから構成されている。あるいはグレーティング対により構成されていてもよい。プリズム6a,6bどうしの間隔あるいはグレーティングどうしの間隔を調節することで、レーザ光源4から顕微鏡本体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。

0017

前記アライメント調節光学系7,10,12は、例えば、レーザ光軸の位置および角度を調節可能な2枚のミラー(図示略)を備え、パルスレーザ光Lの光軸の位置と偏向を調節し、音響光学素子、視準光学系11あるいは顕微鏡本体3に対して、それぞれ適正な位置と角度で精度よく入射させるように構成されている。図中、符号16は、レーザ光源4から発せられたパルスレーザ光Lを反射してネガティブチャープ光学系6に指向させる一方、ネガティブチャープ光学系6から出力されたパルスレーザ光Lの光軸から紙面垂直方向外れた位置に配置されているミラーである。

0018

ビーム整形光学系8は、ネガティブチャープ光学系6を通過し、アライメント調節光学系7によって光軸ズレを補正されたパルスレーザ光Lの光束径絞り、音響光学素子9の結晶(図示略)の有効範囲内に漏れなく入射させるように構成されている。
本実施形態においては、ビーム整形光学系8は、例えば、凸平レンズ平凹レンズとを組み合わせたガリレイ型のビームエキスパンダにより構成されている。

0019

前記音響光学素子9は、例えば、AOMであって、2酸化テルルからなる結晶に接着された圧電素子からなるトランスデューサによって結晶に加える音響波振幅を変更することにより、結晶内におけるパルスレーザ光Lの回折強度を変化させ、出射されるパルスレーザ光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ようになっている。

0020

視準光学系11は、例えば、凸平レンズと平凸レンズとからなるビームエキスパンダにより構成されている。視準光学系11は、ビーム整形光学系8により音響光学素子9の有効範囲を漏れなく通過するようにその光束径およびビームダイバージェンスを補正され、かつ、アライメント調節光学系12により光軸の位置および偏向を調節されたパルスレーザ光Lが、顕微鏡本体3の対物レンズ3aに対して適正な光束径とビームダイバージェンスになるように、その光束径およびダイバージェンスを補正するようになっている。さらに具体的には、視準光学系11は、対物レンズ3aの瞳位置において、パルスレーザ光Lが、その瞳径と略同等の光束径を有するように、その光束径およびダイバージェンスを補正するようになっている。

0021

本実施形態においては、ビーム整形光学系(反射光発生源)8および視準光学系11において、それぞれに入射されるパルスレーザ光Lの一部が反射されるようになっている。
ビーム整形光学系8および視準光学系11の前段に設けられたλ/4波長板13,15は、図2に示されるように、これらビーム整形光学系8または視準光学系11に入射される入射パルスレーザ光Lを直線偏光P1から円偏光P2に変換するとともに、これらビーム整形光学系8または視準光学系11において反射された反射パルスレーザ光L′を円偏光P2′から直線偏光P3に変換するようになっている。この際、反射により円偏光P2′の回転方向が円偏光P2に対して反転されるので、反射パルスレーザ光L′がλ/4波長板13により円偏光P2′から直線偏光P3に変換される際には、入射パルスレーザ光Lに対して偏光方向が90°回転している。

0022

また、ビーム整形光学系8の後段に設けられたλ/4波長板14は、前段に設けられたλ/4波長板13により変換された円偏光P2のパルスレーザ光Lをそのまま通過させるので、入射パルスレーザ光Lと同一の偏光方向を有する直線偏光P1として後段の音響光学素子9に入射させることができるようになっている。

0023

顕微鏡本体3は、伝送光学系5から伝送されてきたパルスレーザ光Lを2次元的に走査するスキャナ17、走査されたパルスレーザ光Lを伝送し集光する瞳投影レンズ18、結像レンズ19および対物レンズ3a、対物レンズ3aにより集光された標本Aからの蛍光Fをパルスレーザ光Lから分岐するダイクロイックミラー20、バリアフィルタ21および集光レンズ22を介した蛍光Fを検出する光検出器23、および該光検出器23からの信号に基づいて蛍光画像構築する画像処理装置24を備えている。

0024

このように構成された本実施形態に係る光学装置1の作用について説明する。
本実施形態に係る光学装置1によれば、アライメント調整光学系7により光軸ズレが補正され、ビーム整形光学系8によりビーム径が調整されたパルスレーザ光Lが音響光学素子9の結晶に漏れなく入射される。音響光学素子9に入射されるパルスレーザ光Lは、図2に示されるように、2枚のλ/4波長板13,14を通過させられることにより、その偏光方向が、レーザ光源4から出射されたままの直線偏光状態に維持される。したがって、出射時と同一の適正な直線偏光状態のまま音響光学素子9に入射させることができ、音響光学素子9におけるパルスレーザ光Lの変調を適正に行うことができる。

0025

また、ビーム整形光学系8および視準光学系11においては、パルスレーザ光Lの一部が反射されることとなるが、いずれも同一のλ/4波長板13,15を通過させられることにより、入射パルスレーザ光Lとは90°偏光方向の異なる直線偏光のパルスレーザ光L′としてレーザ光源4側に戻される。このような90°偏光方向の異なる直線偏光のパルスレーザ光L′は、レーザ光源4に備えられているブリュースターウィンドウ(図示略)等によって容易に遮断することができ、レーザ光源4の内部に戻ることを確実に防止して、レーザ発振の不安定化の発生を未然に防止することができる。

0026

特に、レーザ光源4として、ピコ秒以下の極短パルスレーザ光を発振するパルスレーザ光源あるいはレーザダイオードを採用することにより、反射戻り光によるレーザ発振の不安定化を生じ易いこれらのレーザ光源4を用いた場合においても、確実に反射戻り光を遮断することができるという利点がある。

0027

このようなλ/4波長板13,15は、光アイソレータと比較して、構成が簡易であって安価に入手でき、確実に反射戻り光を遮断可能にすることができ、磁気を利用しないので外部に悪影響を与えず、かつ、群速度遅延分散が小さいという利点がある。
なお、λ/4波長板15を通過したパルスレーザ光Lは、円偏光となって顕微鏡本体3に入射されるが、2光子励起効果自体は、偏光に依存しないので、問題はない。

0028

また、本実施形態においては音響光学素子9を偏光依存素子として例示し、該音響光学素子9への直線偏光状態を確保することとしたが、これに代えて、図3に示されるように、SHG顕微鏡30に適用することとしてもよい。
図中、符号31は出力変調器、符号32は直線偏光を維持したまま、その方向を回転させるλ/2波長板、符号33はコンデンサレンズ、符号34,35はミラーである。

0029

このSHG顕微鏡30においては、視準光学系11のみが反射光発生源となるので、視準光学系11を挟む2箇所にλ/4波長板13,14を配置することにより、上記実施形態と同様にして、顕微鏡本体3′に入射させるパルスレーザ光Lの直線偏光状態を維持し、かつ、レーザ光源4への反射戻り光を確実に遮断し易くすることができる。

0030

また、図4に示されるように、微分干渉顕微鏡40に適用することにしてもよい。
図中、符号41は照明側微分干渉素子、符号42は観察側微分干渉素子、符号43は偏光素子である。
このようにすることで、偏光依存素子としての微分干渉顕微鏡40の顕微鏡本体3″への入射パルスレーザ光Lの直線偏光状態を確保することができる。また、視準光学系11における反射パルスレーザ光が、レーザ光源4に戻ることを確実に防止することができる。

図面の簡単な説明

0031

本発明の一実施形態に係る光学装置を含むレーザ顕微鏡を模式的に示す全体構成図である。
図2の光学装置のビーム整形光学系におけるレーザ光の偏光状態を説明する図である。
図1の光学装置の変形例であって、SHG顕微鏡に適用した場合を示す全体構成図である。
図1の光学装置の他の変形例であって、微分干渉顕微鏡に適用した場合を示す全体構成図である。

符号の説明

0032

Lパルスレーザ光
1光学装置
3′,3″顕微鏡本体(偏光依存素子)
4レーザ光源
5伝送光学系
8ビーム整形光学系(反射光発生源)
9音響光学素子(偏光依存素子)
11視準光学系(反射光発生源)
13,14,15 λ/4波長板

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