JP2011033586A - Observation method, incident timing setting method, and observation device - Google Patents

Observation method, incident timing setting method, and observation device Download PDF

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耕一郎 田中
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To observe a sample with high contrast in the observation of an observation range containing a region where a sample is present and a region where the sample is not present. <P>SOLUTION: This observation method includes the step of irradiating the observation range containing the sample A with a pulselike terahertz wave L<SB>2</SB>to apply the first electromagnetic wave L<SB>2</SB>, which is reflected from or transmitted through the observation region, and a pulselike second electromagnetic wave L<SB>1</SB>, of which the wavelength is shorter than that of the terahertz wave L<SB>2</SB>, to an optical crystal 8 and the step of detecting the second electromagnetic wave L<SB>1</SB>emitted from the optical crystal 8. The second electromagnetic wave L<SB>1</SB>is applied to the optical crystal 8 in the timing arranged to a phase wherein one of the electric field amplitude of the first electromagnetic wave L<SB>2</SB>reflected from or transmitted through the sample A present in the observation region and the electric field amplitude of the first electromagnetic wave L<SB>2</SB>reflected from or transmitted through a region other than the sample A in the observation range becomes larger than the other one of them. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、観察方法、入射タイミング設定方法および観察装置に関するものである。   The present invention relates to an observation method, an incident timing setting method, and an observation apparatus.

従来、透明な物質(例えば、水)のセンシング技術として、テラヘルツ波を使用したものが知られている(例えば、非特許文献1参照。)。
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。
Conventionally, as a sensing technique for a transparent substance (for example, water), a technique using terahertz waves is known (for example, see Non-Patent Document 1).
This sensing technology utilizes the fact that a terahertz wave has an intensity distribution according to its component distribution when the terahertz wave is passed through a transparent sample.

非特許文献1では、透明な試料を透過したテラヘルツ波を電気光学結晶に入射させる一方、ダイクロイックミラーによって同一光路に入射させた近赤外光を電気光学結晶に照射している。電気光学結晶はテラヘルツ波が照射されると、その電場状態に応じて特性が変化する。すなわち、電気光学結晶に試料情報が記録されることになる。そして、試料情報が記録された電気光学結晶を近赤外光が通過すると、通過の際に近赤外光が変調を受ける。したがって、変調された近赤外光を検出することにより、試料の成分分布を撮影することができる。   In Non-Patent Document 1, a terahertz wave that has passed through a transparent sample is incident on an electro-optic crystal, while near-infrared light that is incident on the same optical path by a dichroic mirror is applied to the electro-optic crystal. When the electro-optic crystal is irradiated with terahertz waves, the characteristics change according to the electric field state. That is, sample information is recorded on the electro-optic crystal. When the near-infrared light passes through the electro-optic crystal in which the sample information is recorded, the near-infrared light is modulated during the passage. Therefore, the component distribution of the sample can be photographed by detecting the modulated near infrared light.

西澤潤一編著、「テラヘルツ波の基礎と応用」、株式会社工業調査会発行、2005年4月1日、p160−161Edited by Junichi Nishizawa, “Basics and Applications of Terahertz Waves”, published by Industrial Research Institute, Inc., April 1, 2005, p160-161

しかしながら、電気光学結晶に入射されるテラヘルツ波は、試料を通過した後に電気光学結晶に入射するテラヘルツ波のみならず、試料を通過することなく電気光学結晶に入射するテラヘルツ波も電場の空間分布を有している。したがって、観察範囲に試料が存在する領域と試料が存在しない領域とが存在する場合には、試料が存在する領域においても何らかの情報が電気光学結晶に書き込まれてしまい、この領域における情報によって試料情報を高いコントラストで観察することが困難になるという不都合がある。   However, the terahertz wave incident on the electro-optic crystal is not only the terahertz wave incident on the electro-optic crystal after passing through the sample, but also the terahertz wave incident on the electro-optic crystal without passing through the sample has a spatial distribution of the electric field. Have. Therefore, if there is a region where the sample exists and a region where the sample does not exist in the observation range, some information is written in the electro-optic crystal even in the region where the sample exists. Is difficult to observe with high contrast.

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、試料の存在する領域と存在しない領域とを含む観察範囲の観察において試料を高いコントラストで観察することができる観察方法、入射タイミング設定方法および観察装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an observation method and an incident timing setting method capable of observing a sample with high contrast in observation of an observation range including a region where the sample exists and a region where the sample does not exist And to provide an observation device.

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、試料を含む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、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の電磁波とを光学結晶に入射させるステップと、前記光学結晶から出射された前記第2の電磁波を検出するステップとを備え、前記第2の電磁波が、前記観察範囲内に存在する試料において反射または該試料を透過した第1の電磁波の電場の振幅または前記観察範囲内の試料以外の領域において反射または該領域を透過した第1の電磁波の電場の振幅の一方が他方より大きくなる位相に配されるタイミングで前記光学結晶に入射される観察方法を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention irradiates a pulsed terahertz wave to an observation range including a sample, whereby a first electromagnetic wave reflected or transmitted through the observation range and a pulse shape having a shorter wavelength than the terahertz wave A sample in which the second electromagnetic wave is incident on the optical crystal and a step of detecting the second electromagnetic wave emitted from the optical crystal, wherein the second electromagnetic wave is present in the observation range. The phase at which one of the amplitude of the electric field of the first electromagnetic wave reflected or transmitted through the sample or the amplitude of the electric field of the first electromagnetic wave reflected or transmitted through the region within the observation range is larger than the other. An observation method for entering the optical crystal at a timing arranged in the above is provided.

本発明によれば、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の電磁波が照射されると、試料各部の屈折率分布に応じた量だけ第1の電磁波において位相の遅れ、あるいは、試料における吸収によって振幅の変形が生じる。したがって、第1の電磁波は、試料の有無や、試料における屈折率分布、吸収特性の分布に応じて、その電場波形に空間的な変化が生じる。この第1の電磁波が光学結晶に入射すると、第1の電磁波が結晶内を通過するあるタイミングにおいて、第1の電磁波が持つ電場振幅の分布が光学結晶の特性の分布として反映される。また、第1の電磁波が結晶内を伝播する際、その振幅は時間の経過に伴って変化する。   According to the present invention, when the first electromagnetic wave composed of a pulsed terahertz wave is irradiated to the observation range including the sample, the phase delay in the first electromagnetic wave is an amount corresponding to the refractive index distribution of each part of the sample. Alternatively, the amplitude changes due to absorption in the sample. Therefore, the first electromagnetic wave has a spatial change in its electric field waveform according to the presence or absence of the sample, the refractive index distribution and the absorption characteristic distribution in the sample. When the first electromagnetic wave is incident on the optical crystal, the electric field amplitude distribution of the first electromagnetic wave is reflected as the characteristic distribution of the optical crystal at a certain timing when the first electromagnetic wave passes through the crystal. Further, when the first electromagnetic wave propagates in the crystal, the amplitude thereof changes with the passage of time.

そして、光学結晶に書き込まれた第1の電磁波の電場振幅の分布を第1の電磁波よりも波長が短いパルス状の第2の電磁波によって読み出す場合には、パルス状の第2の電磁波の光学結晶への入射に一致するタイミングで光学結晶に入射されている第1の電磁波の電場振幅の分布が読み出される。この場合において、試料において反射または試料を透過しうた第1の電磁波の電場振幅または試料以外の領域において反射または該領域を透過した第1の電磁波の電場振幅の一方が他方より大きくなる位相に一致するタイミングで第2の電磁波を光学結晶に入射させることにより、振幅が小さい方の第1の電磁波の影響を抑え、大きい方の第1の電磁波の振幅分布を第2の電磁波によって読み出すことができる。その結果、試料をコントラストよく観察することができる。   When the electric field amplitude distribution of the first electromagnetic wave written in the optical crystal is read by the pulsed second electromagnetic wave having a shorter wavelength than the first electromagnetic wave, the optical crystal of the pulsed second electromagnetic wave The distribution of the electric field amplitude of the first electromagnetic wave incident on the optical crystal is read out at a timing coincident with the incidence on the optical crystal. In this case, the electric field amplitude of the first electromagnetic wave reflected or transmitted through the sample or the phase of the electric field amplitude of the first electromagnetic wave reflected or transmitted through the region other than the sample coincides with the phase that is larger than the other. By making the second electromagnetic wave incident on the optical crystal at the timing to suppress the influence of the first electromagnetic wave having the smaller amplitude, the amplitude distribution of the larger first electromagnetic wave can be read by the second electromagnetic wave. . As a result, the sample can be observed with good contrast.

上記発明においては、前記第2の電磁波が、前記観察範囲内に存在する試料において反射または該試料を透過した第1の電磁波の電場振幅または前記観察範囲内の試料以外の領域において反射または該領域を透過した第1の電磁波の電場振幅の一方がほぼゼロとなる位相に配されるタイミングで前記光学結晶に入射されることが好ましい。
このようにすることで、振幅がほぼゼロとなる側の第1の電磁波はほぼ消滅した状態となっているので、この第1の電磁波の影響を受けることなく、振幅が大きい側の第1の電磁波の電場振幅分布を第2の電磁波によって読み出すことができ、より高いコントラストで試料を観察することができる。
In the above invention, the second electromagnetic wave is reflected in the sample existing in the observation range or reflected in the electric field amplitude of the first electromagnetic wave transmitted through the sample or in a region other than the sample in the observation range or the region. It is preferable that one of the electric field amplitudes of the first electromagnetic wave that has passed through is incident on the optical crystal at a timing at which the electric field amplitude is arranged to be substantially zero.
By doing so, the first electromagnetic wave on the side where the amplitude is almost zero is almost extinguished, so that the first electromagnetic wave on the side having the larger amplitude is not affected by the first electromagnetic wave. The electric field amplitude distribution of the electromagnetic wave can be read out by the second electromagnetic wave, and the sample can be observed with higher contrast.

また、本発明は、上記観察方法における第2の電磁波の入射のタイミングを設定する方法であって、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前記第1の電磁波と前記第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、光学結晶から出射された前記第2の電磁波の強度分布を取得するステップと、取得された強度分布を前記入射タイミングと対応づけて記憶するステップとを観察範囲内に試料を配置した場合および配置しない場合において行った後に、前記第2の電磁波の入射のタイミング毎に、試料を配置しないで記憶された第2の電磁波の強度分布および試料を配置して記憶された第2の電磁波の強度分布の一方を他方から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、補正された第2の電磁波の強度分布において、最大強度と最小強度との差の絶対値が最も大きくなる入射タイミングを選択するステップとを行う入射タイミング設定方法を提供する。   Further, the present invention is a method for setting the timing of incidence of the second electromagnetic wave in the observation method, wherein the observation range is reflected or irradiated by irradiating a pulsed terahertz wave to the observation range. Causing the first electromagnetic wave and the second electromagnetic wave transmitted through the optical crystal to enter the optical crystal while changing an incident timing of the second electromagnetic wave with respect to the first electromagnetic wave, and the first electromagnetic wave emitted from the optical crystal. After performing the step of acquiring the intensity distribution of the electromagnetic wave 2 and the step of storing the acquired intensity distribution in association with the incident timing in the case where the sample is disposed within the observation range and the case where the sample is not disposed, For each incident timing of the electromagnetic wave 2, the intensity distribution of the second electromagnetic wave stored without arranging the sample and the sample are arranged and stored. A step of correcting one of the intensity distributions of the second electromagnetic wave by subtracting one from the other or dividing one by the other, and an absolute value of a difference between the maximum intensity and the minimum intensity in the corrected intensity distribution of the second electromagnetic wave An incident timing setting method is provided that performs the step of selecting an incident timing at which the maximum becomes.

本発明によれば、まず、観察範囲内に試料を配置しない状態で、光学結晶に対して第1の電磁波を入射させ、第2の電磁波の入射タイミングをずらしながら第2の電磁波を光学結晶に入射させて、光学結晶から出射された第2の電磁波を検出して得られた強度分布を第2の電磁波の入射タイミングとともに記憶しておく。次いで、観察範囲内に試料を配置した状態で、上記と同様の検出を行い、得られた第2の電磁波の強度分布を第2の電磁波の入射タイミングとともに記憶する。そして、同じ入射タイミングで第2の電磁波を入射させたときに検出された試料を配置した時と試料を配置しない時の第2の電磁波の強度分布の一方を他方から減算または一方を他方で除算することにより補正する。補正された第2の電磁波の強度分布において最大強度と最小強度との差の絶対値が最も大きくなるタイミングを選択することで、一方の強度分布が他方の強度分布によって最も影響を受け難い第2の電磁波の入射タイミングを設定することができる。   According to the present invention, first, the first electromagnetic wave is incident on the optical crystal without placing the sample in the observation range, and the second electromagnetic wave is applied to the optical crystal while shifting the incident timing of the second electromagnetic wave. The intensity distribution obtained by making the incident and detecting the second electromagnetic wave emitted from the optical crystal is stored together with the incident timing of the second electromagnetic wave. Next, the same detection as described above is performed in a state where the sample is disposed within the observation range, and the obtained intensity distribution of the second electromagnetic wave is stored together with the incident timing of the second electromagnetic wave. Then, one of the intensity distributions of the second electromagnetic wave when the sample detected when the second electromagnetic wave is incident at the same incident timing and the sample not arranged are subtracted from the other, or one is divided by the other. It corrects by doing. By selecting the timing at which the absolute value of the difference between the maximum intensity and the minimum intensity is maximized in the corrected second electromagnetic wave intensity distribution, the second intensity distribution is less affected by the other intensity distribution. The incident timing of the electromagnetic wave can be set.

また、本発明は、上記観察方法における第2の電磁波の入射のタイミングを設定する方法であって、観察範囲内に試料を配置せずに観察範囲に対してパルス状のテラヘルツ波を照射し、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の電磁波と前記第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、光学結晶から出射された前記第2の電磁波の強度分布を取得して、取得された強度分布を前記入射タイミングと対応づけてデータベースに記憶しておき、観察範囲内に試料を配置して、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前記第1の電磁波と前記第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、光学結晶から出射された前記第2の電磁波の強度分布を取得するステップと、取得された強度分布を前記入射タイミングと対応づけて記憶するステップとを行った後に、前記第2の電磁波の入射のタイミング毎に、前記データベースに記憶されている第2の電磁波の強度分布および試料を配置して記憶された第2の電磁波の強度分布の一方を他方から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、補正された第2の電磁波の強度分布において、最大強度と最小強度との差の絶対値が最も大きくなる入射タイミングを選択するステップとを行う入射タイミング設定方法を提供する。   Further, the present invention is a method for setting the timing of incidence of the second electromagnetic wave in the observation method, irradiating a pulsed terahertz wave to the observation range without placing a sample in the observation range, The first electromagnetic wave and the second electromagnetic wave that are reflected in or transmitted through the observation range are incident on an optical crystal while changing the incident timing of the second electromagnetic wave with respect to the first electromagnetic wave. An intensity distribution of the second electromagnetic wave emitted from the crystal is acquired, the acquired intensity distribution is stored in a database in association with the incident timing, a sample is arranged in the observation range, and the observation range The first electromagnetic wave reflected by or transmitted through the observation range by irradiating a pulsed terahertz wave to the first electromagnetic wave and the second electromagnetic wave Incidently entering the optical crystal while changing the incident timing of the second electromagnetic wave with respect to the magnetic wave; acquiring the intensity distribution of the second electromagnetic wave emitted from the optical crystal; and acquiring the acquired intensity distribution After performing the step of storing in association with the timing, the second electromagnetic wave intensity distribution and the sample stored in the database are stored and stored for each incident timing of the second electromagnetic wave. In the step of correcting one of the two electromagnetic wave intensity distributions by subtracting one from the other or dividing one by the other, and the corrected second electromagnetic wave intensity distribution, the absolute value of the difference between the maximum intensity and the minimum intensity is An incident timing setting method is provided that performs the step of selecting the largest incident timing.

本発明によれば、観察範囲内に試料を配置しない状態で、予め光学結晶に対して第1の電磁波を入射させ、第2の電磁波の入射タイミングをずらしながら第2の電磁波を光学結晶に入射させて、光学結晶から出射された第2の電磁波を検出して得られた強度分布と第2の電磁波の入射タイミングとをデータベースとして記憶しているので、観察の都度に、試料を配置しない状態での第2の電磁波の入射タイミング毎の第2の電磁波の強度分布の取得作業を行わずに済む。したがって、観察範囲内に試料を配置した状態で、入射タイミングをずらしながら第2の電磁波の強度分布を取得するだけで、一方の強度分布が他方の強度分布によって最も影響を受け難い第2の電磁波の入射タイミングを設定することができる。その結果、高いコントラストで試料の観察を行うことが可能な第2の電磁波の入射タイミングを設定することができる。   According to the present invention, the first electromagnetic wave is incident on the optical crystal in advance without shifting the sample within the observation range, and the second electromagnetic wave is incident on the optical crystal while shifting the incident timing of the second electromagnetic wave. Since the intensity distribution obtained by detecting the second electromagnetic wave emitted from the optical crystal and the incident timing of the second electromagnetic wave are stored as a database, the sample is not arranged at each observation. It is not necessary to perform the work of acquiring the intensity distribution of the second electromagnetic wave for each incident timing of the second electromagnetic wave. Therefore, the second electromagnetic wave in which one intensity distribution is least affected by the other intensity distribution is obtained only by acquiring the intensity distribution of the second electromagnetic wave while shifting the incident timing in a state where the sample is arranged in the observation range. Can be set. As a result, the incident timing of the second electromagnetic wave capable of observing the sample with high contrast can be set.

また、本発明は、上記観察方法における第2の電磁波の入射のタイミングを設定する方法であって、観察範囲内に試料を配置して、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前記第1の電磁波と前記第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、光学結晶から出射された前記第2の電磁波の強度分布を取得するステップと、取得された強度分布を前記入射タイミングと対応づけて記憶するステップとを行った後に、取得された前記第2の電磁波の強度分布のうち、試料が存在していない領域に対応する光学結晶から出射された第2の電磁波のいずれかの強度に基づいて、試料を配置しない時の第2の電磁波の強度分布を生成するステップと、記憶されている前記第2の電磁波の強度分布および生成された試料を配置しない時の前記第2の電磁波の強度分布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、補正された第2の電磁波の強度分布において、最大強度と最小強度との差の絶対値が最も大きくなる入射タイミングを選択するステップとを含む入射タイミング設定方法を提供する。   Further, the present invention is a method for setting the timing of incidence of the second electromagnetic wave in the above observation method, wherein a sample is placed in the observation range and a pulsed terahertz wave is irradiated to the observation range. The step of causing the first electromagnetic wave and the second electromagnetic wave reflected or transmitted through the observation range to enter the optical crystal while changing the incident timing of the second electromagnetic wave with respect to the first electromagnetic wave. And acquiring the intensity distribution of the second electromagnetic wave emitted from the optical crystal, and storing the acquired intensity distribution in association with the incident timing. The sample is arranged based on the intensity of one of the second electromagnetic waves emitted from the optical crystal corresponding to the region where the sample does not exist in the intensity distribution of the electromagnetic wave. A step of generating an intensity distribution of the second electromagnetic wave when not being performed, and one of the intensity distribution of the second electromagnetic wave stored and the intensity distribution of the second electromagnetic wave when the generated sample is not disposed Correcting by subtracting or dividing one by the other, and selecting an incident timing at which the absolute value of the difference between the maximum intensity and the minimum intensity is the largest in the corrected second electromagnetic wave intensity distribution, An incident timing setting method is provided.

本発明によれば、観察範囲内において試料が存在していない領域に対応する光学結晶から出射される第2の電磁波の強度に基づく強度分布を生成し、観察範囲から得られた第2の電磁波の強度分布を、生成された強度分布で補正するので、補正用に試料が存在していない領域に対応する光学結晶からの代表的な第2の電磁波の強度を取得しておけば足り、これによって、高いコントラストで試料の観察を行うことが可能な第2の電磁波の入射タイミングを設定することができる。このとき、試料を配置していない状態と試料を配置した状態とで分けて測定を行う必要がなく、簡易かつ迅速に入射タイミングを設定することができる。   According to the present invention, an intensity distribution based on the intensity of the second electromagnetic wave emitted from the optical crystal corresponding to a region where no sample exists in the observation range is generated, and the second electromagnetic wave obtained from the observation range is generated. Therefore, it is sufficient to acquire the intensity of the representative second electromagnetic wave from the optical crystal corresponding to the region where the sample does not exist for correction. Thus, it is possible to set the incident timing of the second electromagnetic wave capable of observing the sample with high contrast. At this time, it is not necessary to perform measurement separately between the state in which the sample is not disposed and the state in which the sample is disposed, and the incident timing can be set easily and quickly.

また、本発明は、上記観察方法における第2の電磁波の入射のタイミングを設定する方法であって、前記光学結晶に前記第1の電磁波が入射していない状態で前記第2の電磁波を前記光学結晶に入射させて、該光学結晶から出射した前記第2の電磁波を検出して取得したバックグラウンドの強度分布を記憶しておき、観察範囲内に試料を配置して、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前記第1の電磁波と前記第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、光学結晶から出射した前記第2の電磁波の強度分布を取得するステップと、取得された強度分布を前記入射タイミングと対応づけて記憶するステップとを行った後に、前記第2の電磁波の入射タイミング毎に、記憶されている第2の電磁波の強度分布から予め記憶しておいた前記バックグラウンドの強度分布を減算または除算して補正するステップと、前記第2の電磁波の入射タイミング毎に、補正された第2の電磁波の強度分布をフーリエ変換するステップと、フーリエ変換された強度分布において、試料の大きさに対応する周波数成分が最も大きくなる入射タイミングを選択するステップとを行う入射タイミング設定方法を提供する。   Further, the present invention is a method for setting the timing of the incidence of the second electromagnetic wave in the observation method, wherein the second electromagnetic wave is applied to the optical crystal in a state where the first electromagnetic wave is not incident on the optical crystal. A background intensity distribution obtained by detecting the second electromagnetic wave emitted from the optical crystal by being incident on the crystal is stored, a sample is placed in the observation range, and a pulse is applied to the observation range. The incident timing of the second electromagnetic wave with respect to the first electromagnetic wave is changed between the first electromagnetic wave and the second electromagnetic wave that are reflected in the observation range or transmitted through the observation range by irradiating a terahertz wave having a shape Incident on the optical crystal while acquiring the intensity distribution of the second electromagnetic wave emitted from the optical crystal, and the incident timing of the acquired intensity distribution. And subtracting the intensity distribution of the background stored in advance from the intensity distribution of the second electromagnetic wave stored for each incident timing of the second electromagnetic wave, or Corresponding to the size of the sample in the step of dividing and correcting, the step of Fourier transforming the corrected intensity distribution of the second electromagnetic wave for each incident timing of the second electromagnetic wave, and the Fourier transformed intensity distribution An incident timing setting method is provided that performs a step of selecting an incident timing at which a frequency component to be maximized is selected.

本発明によれば、第1の電磁波を入射させないで第2の電磁波のみを入射させた場合においても光学結晶から出射した第2の電磁波として取得されてしまうバックグラウンドの強度分布を記憶しておき、第1の電磁波を入射して取得された第2の電磁波の強度分布を記憶していたバックグラウンドの強度分布によって補正するので、補正された第2の電磁波の強度分布からはバックグラウンドノイズが除去されている。そして、バックグラウンドノイズが除去された強度分布をフーリエ変換して試料のサイズに対応する周波数成分強度を調べることにより、試料部分の強度分布が急激に変化するタイミングを簡単に見つけることができる。フーリエ変換成分は周波数増大につれて強度が減少する曲線を示すが、コントラストが良くない場合には高周波での強度減少が大きくなる。このコントラスト低下による強度減少が明瞭に観測される周波数は試料のサイズが小さくなるにつれて高周波になるため、試料のサイズに応じた周波数の強度変化を調べ、その強度が最も大きくなるタイミングを選ぶことによって、試料の存在する領域と試料の存在しない領域との境界をコントラストよく検出可能な第2の電磁波の入射タイミングを設定することができる。   According to the present invention, the intensity distribution of the background that is acquired as the second electromagnetic wave emitted from the optical crystal even when only the second electromagnetic wave is incident without the first electromagnetic wave being incident is stored. Since the intensity distribution of the second electromagnetic wave acquired by entering the first electromagnetic wave is corrected by the stored intensity distribution of the background, the background noise is determined from the corrected intensity distribution of the second electromagnetic wave. Has been removed. Then, by examining the frequency component intensity corresponding to the sample size by Fourier transforming the intensity distribution from which the background noise has been removed, it is possible to easily find the timing at which the intensity distribution of the sample portion changes abruptly. The Fourier transform component shows a curve in which the intensity decreases as the frequency increases. However, when the contrast is not good, the intensity decrease at high frequencies becomes large. The frequency at which the intensity decrease due to this contrast reduction is clearly observed becomes higher as the sample size becomes smaller. Therefore, by examining the intensity change of the frequency according to the sample size and selecting the timing at which the intensity is maximized. The incident timing of the second electromagnetic wave that can detect the boundary between the region where the sample exists and the region where the sample does not exist can be set.

また、本発明は、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、前記光学結晶から出射された前記第2の電磁波を検出する検出部とを備え、前記第2の照射部から発せられる前記第2の電磁波の入射タイミングは、該第2の電磁波が、前記観察範囲内に存在する試料において反射または該試料を透過した第1の電磁波の電場の振幅または前記観察範囲内の試料以外の領域において反射または該領域を透過した第1の電磁波の電場の振幅の一方が他方より大きくなる位相に設定されている観察装置を提供する。   Further, the present invention provides a first irradiation unit that irradiates a first electromagnetic wave composed of a pulsed terahertz wave to an observation range including a sample, and the first that reflects in the observation range or transmits through the observation range. An optical crystal that makes the electromagnetic wave incident thereon, a second irradiation unit that makes the pulsed second electromagnetic wave having a wavelength shorter than the terahertz wave incident on the optical crystal, and the second emitted from the optical crystal The second electromagnetic wave incident from the second irradiation unit is reflected or reflected by the sample existing in the observation range. The phase of the electric field of the first electromagnetic wave transmitted through the region or the phase where one of the amplitude of the electric field of the first electromagnetic wave reflected in the region other than the sample within the observation range or transmitted through the region is larger than the other. Providing an observation device that is.

上記発明においては、前記第2の電磁波の入射タイミングは、前記第2の電磁波が、前記観察範囲内に存在する試料において反射または該試料を透過した第1の電磁波の電場の振幅または前記観察範囲内の試料以外の領域において反射または該領域を透過した第1の電磁波の電場の振幅の一方がほぼゼロとなる位相に設定されていることが好ましい。   In the above invention, the incident timing of the second electromagnetic wave is determined by the amplitude of the electric field of the first electromagnetic wave reflected or transmitted by the sample existing in the observation range or the observation range. It is preferable that the phase is set such that one of the amplitudes of the electric field of the first electromagnetic wave reflected or transmitted through the region other than the sample is substantially zero.

本発明によれば、試料の存在する領域と存在しない領域とを含む観察範囲の観察において試料を高いコントラストで観察することができるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to observe a sample with high contrast in observation of an observation range including a region where the sample exists and a region where the sample does not exist.

本発明の一実施形態に係る観察装置を示す全体構成図である。It is a whole lineblock diagram showing the observation device concerning one embodiment of the present invention. 図1の観察装置における(a)試料への入射前のテラヘルツ波、(b)ステージを通過した後のテラヘルツ波をそれぞれ示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating (a) a terahertz wave before incidence on a sample and (b) a terahertz wave after passing through a stage in the observation apparatus of FIG. 1. 図1の観察装置における近赤外光の電気光学結晶への入射タイミングの設定方法を説明するフローチャートである。2 is a flowchart for explaining a method of setting the incident timing of near-infrared light to an electro-optic crystal in the observation apparatus of FIG. 図1の観察装置の第1の変形例を示す全体構成図である。It is a whole block diagram which shows the 1st modification of the observation apparatus of FIG. 図1の観察装置の第2の変形例を示す全体構成図である。It is a whole block diagram which shows the 2nd modification of the observation apparatus of FIG. 図5の観察装置におけるテラヘルツ波と近赤外光の入射方向を説明する図である。It is a figure explaining the incident direction of the terahertz wave and near-infrared light in the observation apparatus of FIG. 図1の観察装置の第3の変形例を示す全体構成図である。It is a whole block diagram which shows the 3rd modification of the observation apparatus of FIG. 図1の観察装置の光学結晶として和周波混合または差周波混合を行うものを説明する図である。It is a figure explaining what performs sum frequency mixing or difference frequency mixing as an optical crystal of the observation apparatus of FIG. 図3の入射タイミングの設定方法の第1の変形例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the 1st modification of the setting method of the incident timing of FIG. 図3の入射タイミングの設定方法の第2の変形例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the 2nd modification of the setting method of the incident timing of FIG. 図3の入射タイミングの設定方法の第3の変形例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the 3rd modification of the setting method of the incident timing of FIG.

本発明の一実施形態に係る観察方法、入射タイミング設定方法および観察装置1について、図面を参照して以下に説明する。
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(例えば、フェムト秒パルスレーザ光)Lを発生する光源2と、該光源2からの近赤外光L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、テラヘルツ波Lを発生する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、テラヘルツ波照射光学系4の途中位置に配置された細胞等の試料Aを載置するステージ6と、これら照射光学系4,5を導光されてきたテラヘルツ波Lと近赤外光Lとを合波するビームスプリッタ7と、該ビームスプリッタ7の後段に配置された電気光学結晶8と、電気光学結晶8を透過した近赤外光Lを検出する検出光学系9とを備えている。
An observation method, an incident timing setting method, and an observation apparatus 1 according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the observation apparatus 1 according to the present embodiment includes a light source 2 that generates pulsed near-infrared light (for example, femtosecond pulsed laser light) L 1 , and a near-red light from the light source 2. a beam splitter 3 which splits the external light L 1 2 one in the optical path, disposed in the optical path of one divided by the beam splitter 3, a terahertz wave irradiation optical system 4 for generating a terahertz wave L 2, on the other optical path The provided near-infrared light irradiation optical system 5, a stage 6 on which a sample A such as a cell disposed in the middle of the terahertz wave irradiation optical system 4 is placed, and these irradiation optical systems 4 and 5 are guided. A beam splitter 7 for combining the terahertz wave L 2 and the near-infrared light L 1 , an electro-optic crystal 8 disposed at the subsequent stage of the beam splitter 7, and a near-infrared light transmitted through the electro-optic crystal 8. and a detection optical system 9 for detecting the L 1 Eteiru.

テラヘルツ波照射光学系4は、ビームスプリッタ3により分割された近赤外光Lの内の一方の近赤外光Lをテラヘルツ波Lに変換するテラヘルツ波放射素子11と、該テラヘルツ波放射素子11から放射されたテラヘルツ波Lを略平行光にする集光レンズ10と、ステージ6上の試料Aを透過させられたテラヘルツ波Lの光束径を調節するレンズ12とを備えている。 The terahertz wave irradiation optical system 4, a terahertz wave radiating element 11 for converting the near-infrared light L 1 one of the near-infrared light L 1 which is divided by the beam splitter 3 to the terahertz wave L 2, the terahertz wave A condenser lens 10 that converts the terahertz wave L 2 radiated from the radiating element 11 into substantially parallel light, and a lens 12 that adjusts the beam diameter of the terahertz wave L 2 transmitted through the sample A on the stage 6 are provided. Yes.

近赤外光照射光学系5は、ビームスプリッタ3により分割された近赤外光Lの内の他方の近赤外光Lの偏光状態を直線偏光に整える1/2波長板15と、近赤外光Lのビームスプリッタ3,7間の光路長を調節する光路長調節光学系13と、光路を調節された近赤外光Lの光束径を増大させて略平行光に変換するビームエキスパンダ14とを備えている。 Near-infrared light irradiation optical system 5, and the other near-infrared light half-wave plate 15 to arrange the linearly polarized light the polarization state of the L 1 of the divided near-infrared light L 1 by the beam splitter 3, converting near-infrared light L optical path length adjusting optical system 13 for adjusting the optical path length between the beam splitter 3 and 7 of 1, substantially parallel light by increasing the near-infrared light L 1 of the light flux diameter which is adjusted to the optical path The beam expander 14 is provided.

光路長調節光学系13は、近赤外光Lを折り返す2個の可動ミラー13aと,該可動ミラー13aの一方に対向して配置された固定ミラー13bと、可動ミラー13aを固定ミラー13bに対して矢印Bの方向に移動させる移動機構(図示略)とを備えている。固定ミラー13bに対して可動ミラー13aを移動させることで、近赤外光Lの位相を調節することができるようになっている。 Optical path length adjusting optical system 13, and two movable mirrors 13a folding the near-infrared light L 1, and the fixed mirror 13b which is disposed opposite to one of the movable mirrors 13a, a movable mirror 13a is fixed mirror 13b A moving mechanism (not shown) for moving in the direction of arrow B is provided. By moving the movable mirror 13a with respect to the fixed mirror 13b, thereby making it possible to adjust the near-infrared light L 1 phase.

電気光学結晶8は、テラヘルツ波Lが照射されることにより、その電場状態に応じて屈折率の分布が変化する非線形光学結晶である。例えば、ZnTe:テルル化亜鉛を挙げることができる。電気光学結晶8に電場の空間分布を有するテラヘルツ波Lが照射されることで、その電場振幅の分布が屈折率分布として電気光学結晶8に書き込まれる(反映される)。その書き込まれた領域に近赤外光Lを通過させると、近赤外光Lの偏光方向が変化させられるようになっている。書き込まれた情報は瞬時に消失するので、情報の書き込み直後に読み出せるように、テラヘルツ波Lの直後に近赤外光Lを電気光学結晶8に入射させる必要がある。 Electro-optic crystal 8 by the terahertz wave L 2 is irradiated, a nonlinear optical crystal distribution of the refractive index varies depending on the electric field state. For example, ZnTe: zinc telluride can be mentioned. By irradiating the electro-optic crystal 8 with the terahertz wave L 2 having the spatial distribution of the electric field, the distribution of the electric field amplitude is written (reflected) as the refractive index distribution. When the near-infrared light L 1 is passed through the written area, the polarization direction of the near-infrared light L 1 can be changed. Since the written information disappears instantaneously, it is necessary to make the near-infrared light L 1 incident on the electro-optic crystal 8 immediately after the terahertz wave L 2 so that it can be read out immediately after the information is written.

検出光学系9は、電気光学結晶8を透過した近赤外光Lを結像させる結像光学系19と、1/2波長板15に対して直交配置された偏光子16と、該偏光子16を通過した近赤外光Lを撮像して2次元的な強度分布を取得するCCDカメラ17とを備えている。ここで、CCDカメラ17は試料Aと光学的に共役な位置に配置されている。近赤外光Lは、テラヘルツ波Lが照射されている電気光学結晶8を透過することにより、テラヘルツ波Lの電場によって誘起された複屈折のために偏光状態が楕円偏光となっている。したがって、偏光子16を通過した近赤外光Lのみを検出することにより、偏光状態が変化した成分のみを撮像することができるようになっている。なお、CCDカメラ17に代えて、CMOSカメラを採用してもよい。図中符号18はミラー、符号27は集光レンズである。 The detection optical system 9 includes an imaging optical system 19 that forms an image of near-infrared light L 1 that has passed through the electro-optic crystal 8, a polarizer 16 that is disposed orthogonal to the half-wave plate 15, and the polarization the near-infrared light L 1 having passed through the child 16 and a CCD camera 17 for acquiring two-dimensional intensity distribution imaging. Here, the CCD camera 17 is disposed at a position optically conjugate with the sample A. Near-infrared light L 1 is transmitted through the electro-optic crystal 8 terahertz wave L 2 is irradiated, the polarization state becomes elliptically polarized because of the birefringence induced by the electric field of the terahertz wave L 2 Yes. Therefore, by detecting only the near-infrared light L 1 having passed through the polarizer 16, and it is capable of imaging only components whose polarization state has changed. In place of the CCD camera 17, a CMOS camera may be employed. In the figure, reference numeral 18 denotes a mirror, and reference numeral 27 denotes a condenser lens.

また、光路長調節光学系13およびCCDカメラ17には、光路長調節光学系13から出力される後述する近赤外光Lの入射タイミングと、CCDカメラ17から出力される近赤外光Lの強度分布とを対応づけて記憶する記憶部28が接続されている。 Further, the optical path length adjusting optical system 13 and the CCD camera 17 are provided with an incident timing of near-infrared light L 1 described later output from the optical path length adjusting optical system 13 and the near-infrared light L output from the CCD camera 17. A storage unit 28 is connected to store one intensity distribution in association with each other.

ここで、本実施形態に係る観察装置1における前記近赤外光Lの電気光学結晶8への入射タイミングについて以下に説明する。
図2(a)に示されるように、試料Aへの入射前において、各部のテラヘルツ波Lの電場の位相および波形はほぼ一致している。一方、図2(b)に示されるように、試料Aを通過したテラヘルツ波L’は、試料Aの屈折率によって、試料Aを通過していないテラヘルツ波Lと比較して、位相が遅れる。また、試料Aを通過したテラヘルツ波L’は、試料Aにおける吸収によって、波形が変形する。
Here will be described the below incident timing of the near-infrared light L 1 of the electro-optic crystal 8 in the observation apparatus 1 according to this embodiment.
As shown in FIG. 2 (a), before entering the sample A, the electric field phase and waveform of the respective portions of the terahertz wave L 2 are almost the same. On the other hand, as shown in FIG. 2B, the phase of the terahertz wave L 2 ′ that has passed through the sample A is compared with the terahertz wave L 2 that has not passed through the sample A due to the refractive index of the sample A. Be late. Further, the waveform of the terahertz wave L 2 ′ that has passed through the sample A is deformed by absorption in the sample A.

その結果、試料Aを通過したテラヘルツ波L’と、試料Aを通過していないテラヘルツ波Lとは、そのピーク位置の位相が時間軸方向にずれる。そして、図2(b)に符号Cで示されるように、試料Aを通過していないテラヘルツ波Lの電場振幅がほぼゼロとなる位置において試料Aを通過したテラヘルツ波L’が大きな電場振幅(例えば、ピーク振幅)を有する位相が存在する。 As a result, the phase of the terahertz wave L 2 ′ that has passed through the sample A and the terahertz wave L 2 that has not passed through the sample A are shifted in the time axis direction. 2B, the terahertz wave L 2 ′ that has passed through the sample A at a position where the electric field amplitude of the terahertz wave L 2 that has not passed through the sample A becomes substantially zero is large. There is a phase with an amplitude (eg, peak amplitude).

電気光学結晶8においては、入射されるテラヘルツ波L,L’の電場振幅に依存して屈折率が変化させられるので、一方のテラヘルツ波Lの電場振幅がほぼゼロとなる位相においては、他方のテラヘルツ波L’のみによる屈折率の変化のみが発生することになる。したがって、その位相に一致するタイミングで近赤外光Lを入射させることにより、一方のテラヘルツ波Lによる屈折率変化を実質的に消滅させた状態で他方のテラヘルツ波L’による屈折率変化の情報のみを近赤外光Lに重畳させることができ、そのような近赤外光Lを検出光学系9によって検出することができるようになっている。 In the electro-optic crystal 8, the refractive index is changed depending on the electric field amplitude of the incident terahertz waves L 2 and L 2 ′. Therefore, in the phase where the electric field amplitude of one terahertz wave L 2 is almost zero. Only the change in refractive index due to the other terahertz wave L 2 ′ occurs. Therefore, the refractive index of the other terahertz wave L 2 ′ is substantially extinguished by making the near-infrared light L 1 incident at a timing coincident with the phase so that the refractive index change due to the one terahertz wave L 2 is substantially extinguished. only it can be superimposed on the near-infrared light L 1 information changes, so that it can be detected by the detection optical system 9 such near-infrared light L 1.

このように構成された本実施形態に係る観察装置1を用いた観察方法について以下に説明する。
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、ステージ6に試料Aを載置し、光源2からパルス状の近赤外光Lを出射させる。
An observation method using the observation apparatus 1 according to the present embodiment configured as described above will be described below.
In order to observe the sample A such as a transparent cell using the observation apparatus 1 according to the present embodiment, the sample A is placed on the stage 6 and the pulsed near-infrared light L 1 is emitted from the light source 2. Let

ビームスプリッタ3により分岐されてテラヘルツ波照射光学系4に入射された近赤外光Lは、ミラー18によって偏向され、集光レンズ27によって集光されてテラヘルツ波放射素子11を通過させられることにより、テラヘルツ波Lに変換され、レンズ10によって略平行光に変換された後に、ステージ6上の試料Aを含む観察範囲に照射される。 The near-infrared light L 1 branched by the beam splitter 3 and incident on the terahertz wave irradiation optical system 4 is deflected by the mirror 18, condensed by the condenser lens 27, and passed through the terahertz wave radiating element 11. Thus, after being converted into the terahertz wave L 2 and converted into substantially parallel light by the lens 10, the observation range including the sample A on the stage 6 is irradiated.

観察範囲内における試料Aが存在する領域においては、テラヘルツ波Lは、試料Aの屈折率によって位相が遅らせられ、試料Aの吸収によってその波形が変形されたテラヘルツ波L’となる。一方、試料Aが存在しない領域においては、テラヘルツ波Lは、位相の遅れや波形の変形を伴うことなくそのまま透過させられる。そして、テラヘルツ波Lはレンズ12によって光束径が調節される。 In the region where the sample A in the observation range is present, the terahertz wave L 2 is retarded phase by the refractive index of the sample A, the the waveform by the absorption of the sample A was modified terahertz wave L 2 '. On the other hand, in the region where the sample A is not present, the terahertz wave L 2 is as it is transmitted without modification of the phase delay and waveform. The terahertz wave L 2 is adjusted in its beam diameter by the lens 12.

試料Aは透明な細胞等であるが、試料Aを透過させられたテラヘルツ波L’は、試料Aにより変調されて試料A内における屈折率や吸収の分布に応じた電場振幅の分布を有するようになる。そして、観察範囲を透過させられることにより試料Aの情報を重畳させられて電場振幅の分布を有するテラヘルツ波L,L’が電気光学結晶8に入射されると、電気光学結晶8においては、テラヘルツ波L,L’の電場振幅の分布に応じた屈折率分布が発生する。 The sample A is a transparent cell or the like, but the terahertz wave L 2 ′ transmitted through the sample A is modulated by the sample A and has a distribution of the electric field amplitude corresponding to the refractive index and absorption distribution in the sample A. It becomes like this. When the terahertz waves L 2 and L 2 ′ having the electric field amplitude distribution superimposed on the information of the sample A by being transmitted through the observation range are incident on the electro-optic crystal 8, A refractive index distribution corresponding to the electric field amplitude distribution of the terahertz waves L 2 and L 2 ′ is generated.

一方、ビームスプリッタ3により分岐されて近赤外光照射光学系5に入射された近赤外光Lは、1/2波長板15を透過させられることによって電気光学結晶8に複屈折が生じた際に偏光状態が変化するように直線偏光の回転方向を設定される。そして、偏光状態を設定された近赤外光Lは、光路長調節光学系13によってその位相を調節された後に、ビームエキスパンダ14によって光束径を拡大させられて、ビームスプリッタ7によってテラヘルツ波L,L’と同一の光路に合流され、電気光学結晶8に入射される。 On the other hand, the near-infrared light L 1 branched by the beam splitter 3 and incident on the near-infrared light irradiation optical system 5 is transmitted through the half-wave plate 15, thereby causing birefringence in the electro-optic crystal 8. The direction of rotation of the linearly polarized light is set so that the polarization state changes at this time. The phase of the near-infrared light L 1 whose polarization state is set is adjusted by the optical path length adjusting optical system 13, the beam diameter is expanded by the beam expander 14, and the terahertz wave is output by the beam splitter 7. The light is merged into the same optical path as L 2 and L 2 ′ and is incident on the electro-optic crystal 8.

この場合において、本実施形態においては、光路長調節光学系13により近赤外光照射光学系5の光路長を調節することによって、近赤外光Lの電気光学結晶8への入射タイミングが調節されている。すなわち、近赤外光Lは、試料Aを透過することなく電気光学結晶8に入射されるテラヘルツ波Lの電場振幅がほぼゼロとなりかつ試料Aを透過して電気光学結晶8に入射されるテラヘルツ波L’の電場振幅が十分に大きくなる位相にほぼ一致するタイミングで電気光学結晶8に入射される。 In this case, in the present embodiment, by adjusting the optical path length of near-infrared light irradiation optical system 5 by the optical path length adjusting optical system 13, the incident timing of the electro-optic crystal 8 of the near-infrared light L 1 It has been adjusted. That is, the near-infrared light L 1 has substantially zero electric field amplitude of the terahertz wave L 2 incident on the electro-optic crystal 8 without passing through the sample A, and passes through the sample A and enters the electro-optic crystal 8. The terahertz wave L 2 ′ is incident on the electro-optic crystal 8 at a timing substantially coincident with the phase at which the electric field amplitude becomes sufficiently large.

これにより、試料Aを透過することなく電気光学結晶8に入射したテラヘルツ波Lによる電気光学結晶8の屈折率の変化を抑え、試料Aを透過した後に電気光学結晶8に入射したテラヘルツ波L’のみによる屈折率分布、すなわち、試料Aの屈折率分布を近赤外光Lによって精度よく読み出すことができる。 Thereby, a change in the refractive index of the electro-optic crystal 8 due to the terahertz wave L 2 incident on the electro-optic crystal 8 without passing through the sample A is suppressed, and the terahertz wave L incident on the electro-optic crystal 8 after passing through the sample A is suppressed. The refractive index distribution by 2 ′ alone, that is, the refractive index distribution of the sample A can be accurately read out by the near-infrared light L 1 .

電気光学結晶8を透過させられることにより、試料Aの屈折率分布の情報が重畳された近赤外光Lは、偏光子16を通過させられることにより、電気光学結晶8によって変化した成分のみが抽出された後に、CCDカメラ17によって撮像される。これにより、試料Aを含む観察範囲の画像が取得される。この画像中においては、試料Aが存在しない領域を通過したテラヘルツ波Lの影響が取り除かれており、高いコントラストで、試料Aの鮮明な観察を行うことができる。 The near-infrared light L 1 on which the information on the refractive index distribution of the sample A is superimposed by being transmitted through the electro-optic crystal 8 is allowed to pass through the polarizer 16, so that only the component changed by the electro-optic crystal 8 is transmitted. Is extracted by the CCD camera 17. Thereby, an image of the observation range including the sample A is acquired. In this the image, the influence of the terahertz wave L 2 having passed through the region in which sample A is not present have been removed, with high contrast, it is possible to perform a clear observation of the sample A.

次に、上記観察方法における近赤外光Lの電気光学結晶8への入射タイミング設定方法について、図3を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る入射タイミング設定方法は、ステージ6上に試料Aを載置しないで行う試料Aなしデータの取得ステップと、ステージ6上に試料Aを載置して行う試料Aありデータの取得ステップと、取得された試料Aありデータおよび試料Aなしデータに基づいて、近赤外光Lの入射のタイミングを算出するタイミング算出ステップとを備えている。
Next, the incident timing setting method of the near-infrared light L 1 of the electro-optic crystal 8 in the observation method will be described below with reference to FIG.
The incident timing setting method according to the present embodiment includes a step of acquiring data without sample A performed without placing the sample A on the stage 6, and acquisition of data with sample A performed by placing the sample A on the stage 6. a method, based on the acquired sample a has data and sample a without data, and a timing calculation step of calculating the timing of incidence of near-infrared light L 1.

試料Aなしデータの取得ステップおよび試料Aありデータの取得ステップは、試料Aが載置されているかいないかの違いだけであるので、ここでは試料Aなしデータの取得ステップについて説明し試料Aありデータの取得ステップについては説明を省略する。
試料Aなしデータの取得ステップは、観察範囲内に試料Aを配置しない状態(ステップS1)で、電気光学結晶8にテラヘルツ波Lおよび近赤外光Lを入射させ、光路長調節光学系13を作動させて、テラヘルツ波Lに対する近赤外光Lの入射タイミングをずらしながら近赤外光Lの強度分布を取得する。
Since the acquisition step of data without sample A and the acquisition step of data with sample A are the only differences between whether or not sample A is placed, here, the acquisition step of data without sample A will be described. Description of the acquisition step is omitted.
In the step of acquiring data without sample A, the terahertz wave L 2 and the near-infrared light L 1 are made incident on the electro-optic crystal 8 in a state where the sample A is not placed in the observation range (step S1), and the optical path length adjusting optical system 13 is operated to obtain the intensity distribution of the near infrared light L 1 while shifting the incident timing of the near infrared light L 1 with respect to the terahertz wave L 2 .

具体的には、試料Aなしデータの取得ステップは、近赤外光Lの入射タイミングを初期設定するステップS2と、観察範囲を透過したテラヘルツ波Lと近赤外光Lとを電気光学結晶8に入射させる入射ステップS3と、電気光学結晶8を透過した近赤外光LをCCDカメラ17によって撮像して強度分布を取得する強度分布取得ステップS4と、取得された近赤外光Lの強度分布をそのときの入射タイミングとともに記憶部28に記憶する記憶ステップS5と、全ての入射タイミングで強度分布の取得を行ったか否かを判定し、終了していない場合には、光路長調節光学系13を作動させて入射タイミングを所定の変動幅でずらすタイミング変動ステップS6と、ステップS3〜S6を、所定の入射タイミングの範囲にわたって繰り返す繰返ステップS7とを含んでいる。 Specifically, in the step of acquiring the data without sample A, the step of initializing the incident timing of the near-infrared light L 1 , the terahertz wave L 2 transmitted through the observation range, and the near-infrared light L 1 are electrically connected. the incident step S3 to be incident on the optical crystal 8, the intensity distribution obtaining step S4 to acquire to the intensity distribution imaging the near-infrared light L 1 having passed through the electro-optic crystal 8 by the CCD camera 17, the near-infrared acquired If the storage step S5 of storing the intensity distribution of the light L 1 in the storage unit 28 together with the incident timing of the time, it is determined whether or not was acquired intensity distribution at all of the incident timing, not completed, The timing variation step S6 in which the optical path length adjusting optical system 13 is operated to shift the incident timing by a predetermined variation range, and steps S3 to S6 are performed over a predetermined incident timing range. And a repeating step S7 to repeat.

試料Aありデータの取得ステップは、試料Aなしデータの取得ステップの後に、試料Aが載置されているか否かを確認し(ステップS8)、試料Aが載置されていない場合に、試料Aを載置し(ステップS9)、ステップS2〜S7を繰り返す。   In the step of acquiring data with sample A, after the step of acquiring data without sample A, it is confirmed whether or not sample A is placed (step S8). If sample A is not placed, sample A is obtained. Is placed (step S9), and steps S2 to S7 are repeated.

タイミング算出ステップは、近赤外光Lの入射タイミング毎に、試料Aなしデータの取得ステップにおいて記憶した近赤外光Lの強度分布と、試料Aありデータの取得ステップにおいて記憶した近赤外光Lの強度分布とを用いて、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ステップS10と、補正された近赤外光Lの強度分布において、最大強度と最小強度との差の絶対値を算出する算出ステップS11と、算出結果が最も大きくなる入射タイミングを選択する選択ステップS12とを含んでいる。 Timing calculation step, for each incident timing of the near-infrared light L 1, near infrared storing the intensity distribution of the near-infrared light L 1 stored in acquisition step without Sample A data, the acquisition step of the sample A with data by using the intensity distribution of the external light L 1, the subtraction or one one from the other and a correction step S10 of correcting by dividing the other hand, in the corrected near intensity distribution of the infrared light L 1, the maximum intensity It includes a calculation step S11 for calculating the absolute value of the difference from the minimum intensity, and a selection step S12 for selecting the incident timing at which the calculation result is the largest.

そして、このようにして選択された入射タイミングに設定して観察を行うことで、試料Aが存在しない領域を透過したテラヘルツ波Lによる影響を抑えた高いコントラストの観察を行うことができる。 Then, the thus By performing the observation by setting the incident timing is selected, it is possible to observe the high contrast with reduced influence of the terahertz wave L 2 having passed through the region in which sample A is not present.

このように、本実施形態に係る観察装置1および観察方法によれば、観察範囲内に配置される細胞等の透明な試料Aを試料Aではない領域から区別して高いコントラストで鮮明な観察を行うことができるという利点がある。
また、本実施形態に係る入射タイミング設定方法によれば、上記観察方法において使用する近赤外光Lの入射タイミングを簡易に設定することができ、高コントラストでの観察を容易に実現することができる。
As described above, according to the observation apparatus 1 and the observation method according to the present embodiment, the transparent sample A such as cells arranged in the observation range is distinguished from the region that is not the sample A, and a clear observation is performed with high contrast. There is an advantage that you can.
Further, according to the incident timing setting method according to the present embodiment, the near-incident timing of the infrared light L 1 for use in the observation method can be set easily, to be implemented easily observed with high contrast Can do.

なお、本実施形態においては、試料Aを透過していないテラヘルツ波Lの電場振幅がほぼゼロとなり、かつ試料Aを透過したテラヘルツ波L’の電場振幅がピークとなるタイミングで近赤外光Lを電気光学結晶8に入射させることとした。これに代えて、試料Aを透過していないテラヘルツ波Lの電場振幅がピークとなり、試料Aを透過したテラヘルツ波L’の電場振幅がほぼゼロとなるタイミングで近赤外光Lを電気光学結晶8に入射させてもよい。 In the present embodiment, the near infrared at a timing at which the electric field amplitude is the peak of the electric field amplitude of the terahertz wave L 2 that is not transmitted through the sample A becomes substantially zero, and the terahertz wave L 2 transmitted through the sample A ' The light L 1 is incident on the electro-optic crystal 8. Alternatively, the electric field amplitude of the terahertz wave L 2 that is not transmitted through the sample A becomes a peak, the near-infrared light L 1 at timing when the electric field amplitude is substantially zero in the terahertz wave L 2 'transmitted through the sample A The light may enter the electro-optic crystal 8.

また、本実施形態においては、試料Aを透過していないテラヘルツ波Lまたは試料Aを透過したテラヘルツ波L’の電場振幅の一方がほぼゼロとなるタイミングを選択したが、これに代えて、電場振幅が厳密にゼロにならなくても他方に対して十分に低いレベルの振幅となっているタイミングを採用することにしてもよい。 In the present embodiment, the timing at which one of the electric field amplitudes of the terahertz wave L 2 not transmitted through the sample A or the terahertz wave L 2 ′ transmitted through the sample A is substantially zero is selected. Even when the electric field amplitude does not become exactly zero, a timing at which the amplitude is sufficiently low with respect to the other may be adopted.

また、本実施形態においては、近赤外光照射光学系5に光路長調節光学系13を配置して、近赤外光照射光学系5の光路長を調節することで、テラヘルツ波Lに対する近赤外光Lの入射タイミングを調節することとしたが、これに代えてあるいはこれとともに、テラヘルツ波照射光学系4に光路長調節光学系(図示略)を配置することにしてもよい。 In the present embodiment, the optical path length adjusting optical system 13 is disposed in the near infrared light irradiation optical system 5 and the optical path length of the near infrared light irradiation optical system 5 is adjusted, so that the terahertz wave L 2 is reduced. was decided to adjust the incident timing of the near-infrared light L 1, and or together with this alternative, it may be to place the terahertz wave irradiation optical system 4 optical path length adjustment optics (not shown).

また、本実施形態においては、図4〜図8に示されるように、電気光学結晶8の表面に試料Aを載置する載置面8aを設けることにしてもよい。図4において、符号20は集光レンズ、符号21,22は放物面ミラー、符号23は対物レンズ、符号24は1/4波長板、符号25は偏光子、符号26は結像レンズである。また、図4,5,7において、光路長調節光学系13は、三角プリズム13a‘,13b’により構成されている。   In the present embodiment, as shown in FIGS. 4 to 8, a placement surface 8 a on which the sample A is placed may be provided on the surface of the electro-optic crystal 8. In FIG. 4, reference numeral 20 is a condenser lens, reference numerals 21 and 22 are parabolic mirrors, reference numeral 23 is an objective lens, reference numeral 24 is a quarter-wave plate, reference numeral 25 is a polarizer, and reference numeral 26 is an imaging lens. . 4, 5, and 7, the optical path length adjusting optical system 13 includes triangular prisms 13 a ′ and 13 b ′.

このように構成することで、試料Aを通過した直後にテラヘルツ波Lを電気光学結晶8に入射させることができ、光学系によって空間分解能を制限されることなく、高い分解能で観察することができるという利点がある。その結果、細胞のように微細な試料Aであっても、簡易な構成で高い空間分解能により精度よく観察することができる。 With this configuration, the terahertz wave L 2 can be incident on the electro-optic crystal 8 immediately after passing through the sample A, and observation can be performed with high resolution without being limited in spatial resolution by the optical system. There is an advantage that you can. As a result, even a sample A as small as a cell can be observed with high accuracy with a simple configuration and high spatial resolution.

また、図5および図6に示すように電気光学結晶8の載置面8aにテラヘルツ波Lを透過させ、近赤外光Lを反射する反射膜27を配置して、テラヘルツ波Lと近赤外光Lの電気光学結晶8への入射方向を逆方向に構成することにしてもよい。このようにすると、近赤外光Lが試料Aを透過しないので、読み出し用の近赤外光Lが試料Aによって変調されず、テラヘルツ波Lによって、図6の斜線Eで示される電気光学結晶8の領域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。 Further, by transmitting terahertz wave L 2 on the mounting surface 8a of the electro-optic crystal 8 as shown in FIGS. 5 and 6, by placing a reflective film 27 that reflects near-infrared light L 1, the terahertz wave L 2 and it may be possible to configure the direction of incidence of the near-infrared light L 1 of the electro-optic crystal 8 in the reverse direction. In this way, since the near-infrared light L 1 is not transmitted through the sample A, the near-infrared light L 1 is not modulated by the sample A for reading, by the terahertz wave L 2, indicated by oblique lines E in FIG. 6 Information written in the region of the electro-optic crystal 8 can be read more accurately.

また、図7に示されるように、共焦点観察装置を構成してもよい。
図7に示す例では、図5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Lを2次元的に走査するスキャナ(近接ガルバノミラー)30を設け、対物レンズ23の焦点位置と光学的に共役な位置に、共焦点ピンホール31を配置している。これにより、対物レンズ23の焦点位置が配置されている電気光学結晶8の載置面8a近傍の領域Eからの近赤外光Lのみを光検出器(例えば、光電子増倍管)32によって検出することができる。したがって、電気光学結晶8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。
Further, as shown in FIG. 7, a confocal observation apparatus may be configured.
In the example shown in FIG. 7, in the middle of the near-infrared light irradiation optical system 5 of an observation apparatus 1 of FIG. 5, it provided the scanner (proximity galvanometer mirror) 30 for scanning the near-infrared light L 1 is two-dimensionally, the objective A confocal pinhole 31 is disposed at a position optically conjugate with the focal position of the lens 23. Thus, the near-infrared light L 1 only the light detector from the region E of the mounting face 8a vicinity of the electro-optic crystal 8 the focal position of the objective lens 23 is disposed (e.g., photomultiplier tube) by 32 Can be detected. Therefore, a clear image can be obtained even if the electro-optic crystal 8 itself is configured to be relatively thick.

また、上記各実施形態においては、光学結晶として、電気光学結晶8を例示して説明したが、これに代えて、2種類の異なる波長の光L,Lを同時に入射させると、その2つの光L,Lが和周波混合または差周波混合されて、その周波数の和または差の周波数を有する他の光Lが射出される非線形光学結晶8’を採用してもよい。このようにすることで、例えば、和周波混合の場合では、図1に示される観察装置1において、テラヘルツ波Lと近赤外光Lとを同時に試料Aおよび非線形光学結晶8’に入射させると、図8に示されるように、試料Aの屈折率分布に応じて変調されたテラヘルツ波L(例えば、波長3mm、周波数0.1THz)とさほど変調されていない近赤外光L(例えば、波長800nm)とが非線形光学結晶8’において和周波混合され、試料Aの屈折率分布の情報を含む他の波長(例えば、波長799.79nm)の和周波混合光Lが対物レンズ23により集光される。したがって、これを検出することにより、試料Aの画像を取得することができる。 In each of the above-described embodiments, the electro-optic crystal 8 has been described as an example of the optical crystal. Instead, when two types of light L 1 and L 2 having different wavelengths are incident at the same time, A nonlinear optical crystal 8 ′ in which two lights L 1 and L 2 are sum frequency mixed or difference frequency mixed and another light L 3 having the frequency of the sum or difference of the frequencies is emitted may be employed. By doing so, for example, in the case of sum frequency mixing, in the observation apparatus 1 shown in FIG. 1, the terahertz wave L 2 and the near-infrared light L 1 are simultaneously incident on the sample A and the nonlinear optical crystal 8 ′. Then, as shown in FIG. 8, the near-infrared light L 1 that is not so modulated with the terahertz wave L 2 (for example, wavelength 3 mm, frequency 0.1 THz) modulated according to the refractive index distribution of the sample A. (For example, wavelength 800 nm) is sum frequency mixed in the nonlinear optical crystal 8 ′, and the sum frequency mixed light L 3 having another wavelength (for example, wavelength 799.79 nm) including information on the refractive index distribution of the sample A is the objective lens. 23 collects light. Therefore, an image of the sample A can be acquired by detecting this.

また、上記各実施形態においては、試料Aを透過したテラヘルツ波Lを検出した。これに代えて、試料Aで反射したテラヘルツ波Lを電気光学結晶8もしくは非線形光学結晶8’に入射させ、その電場波形を測定しても良い。このようにすることで、テラヘルツ波Lが試料Aを透過しない場合においても、測定を行うことが可能となる。 In each of the above embodiments, the terahertz wave L 2 that has passed through the sample A is detected. Alternatively, the terahertz wave L 2 reflected by the sample A is incident on the electro-optic crystal 8 or the nonlinear optical crystal 8 ', may measure the electric field waveform. In this way, in the case where the terahertz wave L 2 is not transmitted through the sample A, it becomes possible to perform the measurement.

また、本実施形態に係る入射タイミング設定方法においては、観察の都度に、試料Aを載置しないときの近赤外光Lの強度分布を入射タイミング毎に取得して対応づけて記憶し、その後、試料Aを載置したときの近赤外光Lの強度分布を入射タイミング毎に取得して対応づけて記憶することとした。これに代えて、予め、試料Aを載置しないときの近赤外光Lの強度分布を入射タイミング毎に取得して対応づけて記憶したデータベースを作成しておいてもよい。この場合には、図9に示されるように、試料Aなしデータの取得ステップを省略して最初から試料Aを載置し(ステップS21)、その代わりに、補正前にデータベースから試料Aを載置しないときの近赤外光Lの強度分布を読み出すことにすればよい(ステップS22)。 In the incident timing setting method according to the present embodiment, each time the observation, association and stores the near intensity distribution of the infrared light L 1 when no mounting a sample A was obtained for each incident timing, Thereafter, it was decided to store in association to obtain the intensity distribution of the near-infrared light L 1 to each incident timing when mounting a sample a. Alternatively, in advance, it may be previously created a database storing correspondence obtains the intensity distribution of the near-infrared light L 1 to each incident timing when no mounting a sample A. In this case, as shown in FIG. 9, the sample A-less data acquisition step is omitted and the sample A is placed from the beginning (step S21). Instead, the sample A is placed from the database before correction. it may be set to be read out near the intensity distribution of the infrared light L 1 when no location (step S22).

また、観察範囲内の試料Aの存在する領域と試料Aが存在しない領域とを予め区別することができる場合には、図10に示されるように、ステップS5において記憶された近赤外光Lの強度分布の内のいずれかの強度分布から、試料Aが存在しない領域に対応するいずれかの位置の強度値を得て、その強度値を全ての位置の強度値とする強度分布を試料Aが存在しない場合の強度分布として擬似的に生成してもよい(ステップS23)。このようにすることで、試料Aが存在しない場合の強度分布の取得を省略して簡易にコントラストよく観察するための入射タイミングを設定することができる。 If the region where the sample A exists within the observation range and the region where the sample A does not exist can be distinguished in advance, as shown in FIG. 10, the near infrared light L stored in step S5 is stored. from one of the intensity distribution of the first intensity distribution, the sample to obtain the intensity value of any position corresponding to the region where the sample a is not present, the intensity distribution of the intensity values and intensity values of all the positions You may generate | occur | produce artificially as an intensity distribution in case A does not exist (step S23). In this way, it is possible to set the incident timing for easily observing with good contrast while omitting acquisition of the intensity distribution when the sample A is not present.

また、図11に示されるように、テラヘルツ波Lを入射させることなく近赤外光Lのみを電気光学結晶8に入射させて、電気光学結晶8を透過してきた近赤外光Lを撮像することによりバックグラウンドの強度分布を予め記憶しておいてもよい。この場合には、全ての入射タイミング毎の近赤外光Lの強度分布を取得した後に、予め記憶しておいたバックグラウンドの強度分布を読み込み(ステップS24)、近赤外光Lの入射のタイミング毎に、記憶されている近赤外光Lの強度分布から読み出したバックグラウンドの強度分布を減算または除算して補正し(ステップS25)、補正された強度分布をフーリエ変換し(ステップS26)、フーリエ変換された強度分布において、試料のサイズに対応する周波数成分が最も大きくなるタイミングを選択すればよい(ステップS11,S12)。 Further, as shown in FIG. 11, the terahertz wave L 2 only near-infrared light L 1 without incident by incident on the electro-optic crystal 8, the electro-optic crystal 8 near infrared transmitted through the external light L 1 The intensity distribution of the background may be stored in advance by imaging. In this case, after obtaining the intensity distribution of the near-infrared light L 1 of each of all the incident timing, reads the intensity distribution of the background stored in advance (step S24), and the near-infrared light L 1 for each timing of incidence, the intensity distribution of background read from the intensity distribution of the near-infrared light L 1 that has been stored and corrected subtraction or division to (step S25), and the corrected intensity distribution Fourier transform ( In step S26), the timing at which the frequency component corresponding to the sample size becomes the largest in the Fourier-transformed intensity distribution may be selected (steps S11 and S12).

このようにすることで、高い周波数成分の存在する領域、例えば、試料Aの輪郭を鮮明に際立たせた観察を行うことができる。また、試料がコントラストよく観察できている画像では、試料のサイズに応じた周波数の強度が強くなっている。したがって、その強度が強い位置を探索することにより、コントラストが向上するタイミングを選択することができる。試料のサイズによって対応する周波数が異なるため、複数個の試料が存在する場合には、探索する周波数を選ぶことで、特定の試料をコントラストよく観察できるようにすることもできる。   By doing so, it is possible to perform observation in which a region where a high frequency component exists, for example, the outline of the sample A is clearly highlighted. In addition, in the image in which the sample can be observed with good contrast, the intensity of the frequency corresponding to the size of the sample is strong. Therefore, the timing at which the contrast is improved can be selected by searching for a position where the intensity is high. Since the corresponding frequency differs depending on the size of the sample, when there are a plurality of samples, a specific sample can be observed with high contrast by selecting the frequency to be searched.

なお、この場合には、塵埃等の不純物も際立たせてしまうことがあるので、この場合には、ローパスフィルタを併用して、所定以上の高い周波数成分を消去することにしてもよい。または、これに加えて、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタを併用してもよい。   In this case, since impurities such as dust may also stand out, in this case, a low-pass filter may be used together to eliminate high frequency components above a predetermined level. In addition to this, a high-pass filter and a band-pass filter may be used in combination.

A 試料
近赤外光(第2の電磁波)
テラヘルツ波(第1の電磁波)
1 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)
8 電気光学結晶(光学結晶)
8′ 非線形光学結晶(光学結晶)
8a 載置面
9 検出光学系
A Sample L 1 Near infrared light (second electromagnetic wave)
L 2 terahertz wave (first electromagnetic wave)
1 observation device 4 terahertz wave irradiation optical system (first irradiation unit)
5 Near-infrared light irradiation optical system (second irradiation unit)
8 Electro-optic crystal (optical crystal)
8 'Nonlinear optical crystal (optical crystal)
8a Mounting surface 9 Detection optical system

Claims (8)

試料を含む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の電磁波とを光学結晶に入射させるステップと、
前記光学結晶から出射された前記第2の電磁波を検出するステップとを備え、
前記第2の電磁波が、前記観察範囲内に存在する試料において反射または該試料を透過した第1の電磁波の電場の振幅または前記観察範囲内の試料以外の領域において反射または該領域を透過した第1の電磁波の電場の振幅の一方が他方より大きくなる位相に配されるタイミングで前記光学結晶に入射される観察方法。
By irradiating the observation range including the sample with a pulsed terahertz wave, the first electromagnetic wave reflected or transmitted through the observation range and the pulsed second having a shorter wavelength than the terahertz wave Injecting the electromagnetic wave into the optical crystal;
Detecting the second electromagnetic wave emitted from the optical crystal,
The second electromagnetic wave is reflected in the sample existing in the observation range or transmitted through the sample. The amplitude of the electric field of the first electromagnetic wave reflected or transmitted through the region other than the sample in the observation range. An observation method in which one of the amplitudes of the electric field of one electromagnetic wave is incident on the optical crystal at a timing that is arranged in a phase larger than the other.
前記第2の電磁波が、前記観察範囲内に存在する試料において反射または該試料を透過した第1の電磁波の電場の振幅または前記観察範囲内の試料以外の領域において反射または該領域を透過した第1の電磁波の電場の振幅の一方がほぼゼロとなる位相に配されるタイミングで前記光学結晶に入射される請求項1に記載の観察方法。   The second electromagnetic wave is reflected in the sample existing in the observation range or transmitted through the sample. The amplitude of the electric field of the first electromagnetic wave reflected or transmitted through the region other than the sample in the observation range. The observation method according to claim 1, wherein the optical crystal is incident on the optical crystal at a timing at which one of the amplitudes of the electric field of the electromagnetic wave is arranged at a phase where the amplitude is substantially zero. 請求項1または請求項2に記載の観察方法における前記第2の電磁波の入射のタイミングを設定する方法であって、
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前記第1の電磁波と、前記第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、光学結晶から出射された前記第2の電磁波の強度分布を取得するステップと、取得された強度分布を前記入射タイミングと対応づけて記憶するステップとを観察範囲内に試料を配置した場合および配置しない場合において行った後に、
前記第2の電磁波の入射のタイミング毎に、試料を配置しないで記憶された第2の電磁波の強度分布および試料を配置して記憶された第2の電磁波の強度分布の一方を他方から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、補正された第2の電磁波の強度分布において、最大強度と最小強度との差の絶対値が最も大きくなる入射タイミングを選択するステップとを行う入射タイミング設定方法。
A method for setting the timing of incidence of the second electromagnetic wave in the observation method according to claim 1 or 2,
By irradiating the observation range with a pulsed terahertz wave, the second electromagnetic wave is reflected in the observation range or transmitted through the observation range, and the second electromagnetic wave is applied to the second electromagnetic wave. Changing the incident timing of the electromagnetic wave to the optical crystal, acquiring the intensity distribution of the second electromagnetic wave emitted from the optical crystal, and associating the acquired intensity distribution with the incident timing After performing the storing step when the sample is arranged within the observation range and when the sample is not arranged,
At each timing of incidence of the second electromagnetic wave, one of the intensity distribution of the second electromagnetic wave stored without arranging the sample and the intensity distribution of the second electromagnetic wave stored with the sample arranged is subtracted from the other or Incidence performing a step of correcting by dividing one by the other and a step of selecting an incident timing at which the absolute value of the difference between the maximum intensity and the minimum intensity is the largest in the corrected intensity distribution of the second electromagnetic wave Timing setting method.
請求項1または請求項2に記載の観察方法における第2の電磁波の入射のタイミングを設定する方法であって、
観察範囲内に試料を配置せずに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前記第1の電磁波と、前記第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、光学結晶から出射された前記第2の電磁波の強度分布を取得して、取得された強度分布を前記入射タイミングと対応づけてデータベースに記憶しておき、
観察範囲内に試料を配置して、観察範囲に対してパルス状のテラヘルツ波を照射するステップと、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の電磁波と前記第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、光学結晶から出射された前記第2の電磁波の強度分布を取得するステップと、取得された強度分布を前記入射タイミングと対応づけて記憶するステップとを行った後に、
前記第2の電磁波の入射のタイミング毎に、前記データベースに記憶されている第2の電磁波の強度分布および試料を配置して記憶された第2の電磁波の強度分布の一方を他方から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、補正された第2の電磁波の強度分布において、最大強度と最小強度との差の絶対値が最も大きくなる入射タイミングを選択するステップとを行う入射タイミング設定方法。
A method for setting the timing of incidence of the second electromagnetic wave in the observation method according to claim 1 or 2,
By irradiating the observation range with a pulsed terahertz wave without arranging a sample in the observation range, the first electromagnetic wave reflected in or transmitted through the observation range and the second electromagnetic wave Is incident on the optical crystal while changing the incident timing of the second electromagnetic wave with respect to the first electromagnetic wave, the intensity distribution of the second electromagnetic wave emitted from the optical crystal is acquired, and the acquired intensity distribution Is stored in a database in association with the incident timing,
A step of arranging a sample in the observation range and irradiating the observation range with a pulsed terahertz wave; and the first electromagnetic wave and the second electromagnetic wave reflected or transmitted through the observation range in the observation range; To the optical crystal while changing the incident timing of the second electromagnetic wave with respect to the first electromagnetic wave, acquiring the intensity distribution of the second electromagnetic wave emitted from the optical crystal, and And storing the intensity distribution in association with the incident timing,
At each incident timing of the second electromagnetic wave, one of the intensity distribution of the second electromagnetic wave stored in the database and the intensity distribution of the second electromagnetic wave stored by arranging the sample is subtracted from the other or The timing of performing the correction by dividing the value by the other and the step of selecting the incident timing at which the absolute value of the difference between the maximum intensity and the minimum intensity is the largest in the corrected intensity distribution of the second electromagnetic wave Setting method.
請求項1または請求項2に記載の観察方法における第2の電磁波の入射のタイミングを設定する方法であって、
観察範囲内に試料を配置して、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前記第1の電磁波と、前記第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、光学結晶から出射された前記第2の電磁波の強度分布を取得するステップと、取得された強度分布を前記入射タイミングと対応づけて記憶するステップとを行った後に、
取得された前記第2の電磁波の強度分布のうち、試料が存在していない領域に対応する光学結晶から出射された第2の電磁波のいずれかの強度に基づいて、試料を配置しない時の第2の電磁波の強度分布を生成するステップと、
記憶されている前記第2の電磁波の強度分布および生成された試料を配置しない時の前記第2の電磁波の強度分布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、
補正された第2の電磁波の強度分布において、最大強度と最小強度との差の絶対値が最も大きくなる入射タイミングを選択するステップとを行う入射タイミング設定方法。
A method for setting the timing of incidence of the second electromagnetic wave in the observation method according to claim 1 or 2,
The first electromagnetic wave reflected in the observation range or transmitted through the observation range by placing a sample in the observation range and irradiating the observation range with a pulsed terahertz wave, and the second electromagnetic wave To the optical crystal while changing the incident timing of the second electromagnetic wave with respect to the first electromagnetic wave, acquiring the intensity distribution of the second electromagnetic wave emitted from the optical crystal, and And storing the intensity distribution in association with the incident timing,
Based on the intensity of any of the second electromagnetic waves emitted from the optical crystal corresponding to the area where the sample does not exist in the obtained intensity distribution of the second electromagnetic wave, Generating an electromagnetic wave intensity distribution of 2;
Correcting by subtracting the other from one of the intensity distribution of the second electromagnetic wave stored and the intensity distribution of the second electromagnetic wave when the generated sample is not placed or dividing one by the other;
And a step of selecting an incident timing at which an absolute value of a difference between the maximum intensity and the minimum intensity is the largest in the corrected intensity distribution of the second electromagnetic wave.
請求項1または請求項2に記載の観察方法における第2の電磁波の入射のタイミングを設定する方法であって、
前記第1の電磁波を前記光学結晶に入射させずに前記第2の電磁波を前記光学結晶に入射させて、該光学結晶から出射された前記第2の電磁波を検出して取得したバックグラウンドの強度分布を記憶しておき、
観察範囲内に試料を配置して、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前記第1の電磁波と前記第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、光学結晶から発せられた前記第2の電磁波の強度分布を取得するステップと、取得された強度分布を前記入射タイミングと対応づけて記憶するステップとを行った後に、
前記第2の電磁波の入射タイミング毎に、記憶されている第2の電磁波の強度分布から予め記憶しておいた前記バックグラウンドの強度分布を減算または除算して補正するステップと、
前記第2の電磁波の入射タイミング毎に、取得された前記補正後の強度分布をフーリエ変換するステップと、
フーリエ変換された強度分布において、試料のサイズに対応する周波数成分が最も大きくなる入射タイミングを選択するステップとを行う入射タイミング設定方法。
A method for setting the timing of incidence of the second electromagnetic wave in the observation method according to claim 1 or 2,
The intensity of background obtained by detecting the second electromagnetic wave emitted from the optical crystal by making the second electromagnetic wave incident on the optical crystal without causing the first electromagnetic wave to be incident on the optical crystal. Remember the distribution,
The first electromagnetic wave and the second electromagnetic wave that are reflected in the observation range or transmitted through the observation range by placing a sample in the observation range and irradiating the observation range with a pulsed terahertz wave. Changing the incident timing of the second electromagnetic wave with respect to the first electromagnetic wave, changing the incident timing to the optical crystal, acquiring the intensity distribution of the second electromagnetic wave emitted from the optical crystal, and the acquired intensity And storing the distribution in association with the incident timing,
Subtracting or dividing the intensity distribution of the background stored in advance from the intensity distribution of the second electromagnetic wave stored for each incident timing of the second electromagnetic wave;
Fourier transforming the acquired intensity distribution after correction for each incident timing of the second electromagnetic wave;
Selecting an incident timing at which a frequency component corresponding to the size of the sample is maximized in the Fourier-transformed intensity distribution.
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、
前記光学結晶から出射された前記第2の電磁波を検出する検出部とを備え、
前記第2の照射部から発せられる前記第2の電磁波の入射タイミングが、前記観察範囲内に存在する試料において反射または該試料を透過した第1の電磁波の電場の振幅または前記観察範囲内の試料以外の領域において反射または該領域を透過した第1の電磁波の電場の振幅の一方が他方より大きくなる位相に設定されている観察装置。
A first irradiation unit that irradiates a first electromagnetic wave composed of a pulsed terahertz wave with respect to an observation range including a sample;
An optical crystal that makes the first electromagnetic wave reflected or transmitted through the observation range incident on the observation range;
A second irradiating unit for injecting a pulsed second electromagnetic wave having a shorter wavelength than the terahertz wave toward the optical crystal;
A detection unit for detecting the second electromagnetic wave emitted from the optical crystal,
The incident timing of the second electromagnetic wave emitted from the second irradiation unit reflects the amplitude of the electric field of the first electromagnetic wave reflected or transmitted through the sample existing within the observation range, or the sample within the observation range. An observation apparatus in which one of the amplitudes of the electric field of the first electromagnetic wave reflected in or transmitted through the region other than is set to a phase larger than the other.
前記第2の電磁波の入射タイミングが、前記観察範囲内に存在する試料において反射または該試料を透過した第1の電磁波の電場の振幅または前記観察範囲内の試料以外の領域において反射または該領域を透過した第1の電磁波の電場の振幅の一方がほぼゼロとなる位相に設定されている請求項7に記載の観察装置。   The incident timing of the second electromagnetic wave is reflected in a sample existing in the observation range or reflected in the region of the first electromagnetic wave transmitted through the sample or reflected in the region other than the sample in the observation range. The observation apparatus according to claim 7, wherein one of the amplitudes of the electric field of the transmitted first electromagnetic wave is set to a phase that is substantially zero.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016540980A (en) * 2013-12-04 2016-12-28 マイクロテック インストゥルメンツ, インコーポレイテッドMicroTech Instruments, Inc. System and method for high contrast near real time acquisition of terahertz images

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