JP2011033585A - 観察方法および観察装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】観察範囲に対してパルス状のテラヘルツ波を照射して観察範囲で反射または透過した第1の電磁波L2と、テラヘルツ波よりも波長が短いパルス状の第2の電磁波L1とを電磁波L2に対する電磁波L1の入射タイミングを変更しながら光学結晶6に入射させ、光学結晶6で反射または透過した電磁波L1の強度を取得し、電磁波L1の強度と入射タイミングとに基づいて、電磁波L2の時間変化を表す波形を生成する工程を、観察範囲内に試料Aを配置した場合としない場合とについて行い、試料Aを配置しない場合の電磁波L2の波形における振動が存在する時間幅Tを算出し、試料Aを配置した場合の電磁波L2の波形から、その振動の開始時点後時間幅分経過した以降の波形成分を切り出し、試料Aを配置した場合の電磁波L2の波形成分をフーリエ変換する観察方法を提供する。
【選択図】図1
Description
このセンシング技術は、テラヘルツ波を透明な試料に通過させたときに、その成分分布に応じた強度分布をテラヘルツ波が備えることを利用している。
本発明は、観察範囲に対してパルス状のテラヘルツ波を照射することにより前記観察範囲において反射または該観察範囲を透過する前記第1の電磁波と、前記テラヘルツ波よりも波長が短いパルス状の第2の電磁波とを前記第1の電磁波に対する前記第2の電磁波の入射タイミングを変更しながら光学結晶に入射させるステップと、光学結晶において反射または該光学結晶を透過する前記第2の電磁波の強度を取得するステップと、取得された前記第2の電磁波の強度と前記入射タイミングとに基づいて、前記第1の電磁波の電場の時間変化を表す波形を生成するステップとを、前記観察範囲内に試料を配置した場合と、配置しない場合とについて行い、前記試料を配置しない場合の前記第1の電磁波の波形における振動が存在する時間幅を算出するステップと、前記試料を配置した場合の前記第1の電磁波の波形から、その振動の開始時点後前記時間幅分経過した以降の波形成分を切り出すステップと、前記試料を配置した場合の前記第1の電磁波の波形成分をフーリエ変換するステップとを行う観察方法を提供する。
試料が小さい場合に発生する回折や近接場による波形の変調は、第1の電磁波が元来有していた波形の振動が大きい部分において発生する。したがって、試料を配置した場合の波形において、試料を配置しない場合の波形における振動が存在する時間幅分の波形を除去した残りの波形成分を抽出してこれをフーリエ変換することにより、試料が有している屈折率等の物性を精度よく観察することができる。
そして、波形成分抽出部により、試料を配置した場合の第1の電磁波の波形から、記憶部に記憶されている試料を配置しない場合の第1の電磁波の波形における振動が存在する時間幅分の波形を除去した残りの波形成分を抽出して、フーリエ変換部によって、これをフーリエ変換することにより、試料が有している屈折率等の物性を精度よく観察することができる。
本実施形態に係る観察装置1は、図1に示されるように、パルス状の近赤外光L1を発生する光源2と、該光源2からの近赤外光L1を2つの光路に分割するビームスプリッタ3と、該ビームスプリッタ3により分割された一方の光路に設けられたテラヘルツ波照射光学系4と、他方の光路に設けられた近赤外光照射光学系5と、これら照射光学系4,5の後段に配置された細胞等の試料Aを載置する載置面6aを有する電気光学結晶6と、試料Aおよび電気光学結晶6を透過した近赤外光L1を検出する検出光学系7と、該検出光学系7により取得された情報を処理する情報処理部8と、該情報処理部8において処理された情報を表示するモニタ9とを備えている。
入射タイミング変更部15は、所定の移動範囲にわたって、三角プリズム13bを所定の移動幅で移動させ、その位置の情報を後述する情報処理部8に出力するようになっている。
対物レンズ14は、その焦点位置が電気光学結晶6内の載置面6aに近接する領域Sに配置されている。
図中、符号20はビームスプリッタ、符号21はミラーである。
本実施形態に係る観察装置1を用いて透明な細胞のような試料Aの観察を行うには、図6に示されるように、まず、電気光学結晶6の載置面6aに試料Aを載置し(ステップS1)、光源2からパルス状の近赤外光L1を出射させる。また、光路長調節光学系13を作動させて、テラヘルツ波L2に対する近赤外光L1の入射タイミングを初期設定しておく(ステップS2)。
この場合において、本実施形態においては、近赤外光L1が試料Aを透過しないので、読み出し用の近赤外光L1が試料Aによって変調されず、テラヘルツ波L2によって電気光学結晶6に書き込まれた情報をより正確に読み出すことができる。
補強部材としては、屈折率が一様で、テラヘルツ波照射によって屈折率が変化せず、均一な厚さを有する透明部材であれば、その材質は、ガラス、光学結晶あるいは樹脂のいずれでもよい。
図8に示す例では、図1の観察装置1の近赤外光照射光学系5の途中に、近赤外光L1を2次元的に走査するスキャナ(近接ガルバノミラー)31を設け、対物レンズ14の焦点位置と光学的に共役な位置に、共焦点ピンホール32を配置している。これにより、対物レンズ14の焦点位置が配置されている電気光学結晶6の載置面6a近傍の領域Sからの近赤外光L1のみを検出器(例えば、光電子増倍管)33によって検出することができる。したがって、スキャナ31から送られてくる走査位置の情報と、検出器33から送られてくる近赤外光L1の強度とに基づいて、電気光学結晶6自体を比較的厚く構成しても鮮明な画像を得ることができる。
また、減算処理することに代えて、除算処理してもよい。
C1,C2 波形成分
L1 近赤外光(第2の電磁波)
L2 テラヘルツ波(第1の電磁波)
T 時間幅
1,30 観察装置
4 テラヘルツ波照射光学系(第1の照射部)
5 近赤外光照射光学系(第2の照射部)
6 電気光学結晶(光学結晶)
6′ 非線形光学結晶(光学結晶)
6a 載置面
7 検出光学系(検出部)
15 入射タイミング変更部
22 波形生成部
23 時間幅抽出部
24 波形成分抽出部
25 フーリエ変換部
26 補正部
27 記憶部(試料なし波形記憶部)
Claims (7)
- 観察範囲に対してパルス状のテラヘルツ波を照射することにより前記観察範囲において反射または該観察範囲を透過した第1の電磁波と、前記テラヘルツ波よりも波長が短いパルス状の第2の電磁波とを前記第1の電磁波に対する前記第2の電磁波の入射タイミングを変更しながら光学結晶に入射させるステップと、
該光学結晶において反射または該光学結晶を透過した前記第2の電磁波の強度を取得するステップと、
取得された前記第2の電磁波の強度と前記入射タイミングとに基づいて、前記第1の電磁波の電場の時間変化を表す波形を生成するステップとを、
前記観察範囲内に試料を配置した場合と、配置しない場合とについて行い、
前記試料を配置しない場合の前記第1の電磁波の波形における振動が存在する時間幅を算出するステップと、
前記試料を配置した場合の前記第1の電磁波の波形から、その振動の開始時点後前記時間幅分経過した以降の波形成分を切り出すステップと、
前記試料を配置した場合の前記第1の電磁波の波形成分をフーリエ変換するステップとを行う観察方法。 - 前記試料を配置しない場合の前記第1の電磁波の波形から、その振動の開始後前記時間幅分経過した以降の波形成分を切り出すステップと、
切り出された前記試料を配置しない場合の前記第1の電磁波の波形成分をフーリエ変換するステップと、
前記試料を配置した場合の前記第1の電磁波の波形成分をフーリエ変換した結果および前記試料を配置しない場合の前記第1の電磁波の波形成分をフーリエ変換した結果の一方から他方を減算または一方を他方で除算することにより補正するステップとを行う請求項1に記載の観察方法。 - 前記試料を配置しない場合の前記第1の電磁波の波形から、振動の開始時点から前記時間幅分経過した以降の波形成分を切り出すステップと、
前記試料を配置した場合の前記第1の電磁波の波形成分および前記試料を配置しない場合の前記第1の電磁波の波形成分の一方から他方を減算または一方を他方で除算することにより補正するステップと、
補正された波形成分をフーリエ変換するステップとを行う請求項1に記載の観察方法。 - 試料を含む観察範囲に対してパルス状のテラヘルツ波からなる第1の電磁波を照射する第1の照射部と、
前記観察範囲において反射または該観察範囲を透過した前記第1の電磁波を入射させる光学結晶と、
該光学結晶に向けて前記テラヘルツ波よりも波長が短いパルス状の第2の電磁波を入射させる第2の照射部と、
前記第1の電磁波に対する前記第2の電磁波の入射タイミングを変更する入射タイミング変更部と、
前記光学結晶において反射または該光学結晶を透過した前記第2の電磁波の強度を取得する検出部と、
該検出部により取得された前記第2の電磁波の強度と前記入射タイミングとに基づいて、前記第1の電磁波の電場の時間変化を表す波形を生成する波形生成部と、
前記試料が存在していない場合の前記第1の電磁波の波形における振動が存在する時間幅を記憶する記憶部と、
前記波形生成部により生成された前記第1の電磁波の波形から、その振動の開始時点後前記時間幅分経過した以降の波形成分を切り出す波形成分抽出部と、
該波形成分抽出部により切り出された前記波形成分をフーリエ変換するフーリエ変換部とを備える観察装置。 - 前記波形生成部により生成された前記第1の電磁波の電場の時間変化を示す波形のうち、前記試料が存在していない領域に対応する波形において振動が存在する時間幅を抽出する時間幅抽出部を備え、
前記記憶部が、前記時間幅抽出部により抽出された時間幅を記憶する請求項4に記載の観察装置。 - 前記波形生成部により生成された第1の電磁波の時間変化を示す波形のうち、試料が存在していない領域に対応する波形を記憶する試料なし波形記憶部を備え、
前記波形成分抽出部が、さらに前記試料なし波形記憶部に記憶されている前記第1の電磁波の波形から、その振動の開始時点後前記時間幅分経過した以降の波形成分を切り出し、
前記フーリエ変換部によりフーリエ変換された、試料が存在している領域に対応する波形から切り出された波形成分および試料なし波形記憶部に記憶されている波形から切り出された波形成分の一方から他方を減算または一方を他方で除算することにより補正する補正部を備える請求項4または請求項5に記載の観察装置。 - 前記波形生成部により生成された第1の電磁波の時間変化を示す波形のうち、試料が存在していない領域に対応する波形を記憶する試料なし波形記憶部を備え、
前記波形成分抽出部が、さらに前記試料なし波形記憶部に記憶されている前記第1の電磁波の波形から、その振動の開始時点後前記時間幅分経過した以降の波形成分を切り出し、
前記フーリエ変換部が、前記波形成分抽出部により、試料が存在している領域に対応する波形から切り出された波形成分および試料なし波形記憶部に記憶されている波形から切り出された波形成分の一方から他方を減算または一方を他方で除算することにより補正された後の波形成分をフーリエ変換する請求項4または請求項5に記載の観察装置。
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JPN6013030630; 東海林篤、外4名: 'THz波スペクトルのEO発生と検出のシミュレーション' 第17回光物性研究会論文集 , 20061208, 第217頁-第220頁 * |
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