JP2011526001A - 組織化された材料のナノ構造を探索するための焦点容量の変調を伴うコヒーレント非線形顕微鏡法システム及び方法 - Google Patents
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Abstract
− コヒーレント非線形顕微鏡法に適当な励起レーザビームを生成し、ここで、前記励起レーザビームが、前記構造化された材料内部の焦点容量内で焦点を合わせられるものとする;
− 前記構造化された材料により放出される信号を検出し;
− 複数の放出パターンを生成し、ここで、前記放出パターンの各々が前記焦点容量の特定の形状に対応しているものとし、そして、前記特定の形状が、前記励起レーザビーム波面の種々の非ガウス空間プロファイルに対して得られるものとする;
− 前記構造化された材料の寸法特徴を、そのように生成された前記放出パターンに基づいて演繹する;
前記方法に関するものである。
Description
− Yew et al.、「Second harmonic generation polarization microscopy with tightly focused linearly and radially polarized beams」、E.Y.S. Yew & C.J.R. Sheppard、Optics Commun. 275、453(2007)による文献には、軸方向を向いたコラーゲンの線維を検出するためにSHG顕微鏡法を使用して強い軸方向の偏光(polarization)を伴う焦点容量を生成することができる顕微鏡法を開示している。この程度では、一般にこの方向のコラーゲン線維はほとんど信号を示さない;
− Krishnamachari et al.、「Imaging chemical interfaces perpendicular to the optical axis with focus-engineered coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy」、V.V. Krishnamachari & E.O. Potma、Chemical Physics(2007)による文献には、小さな物体及び界面を目立たせるために、CARS顕微鏡法で一様な背景を「抑制する」ことができる逆対称性(antisymmetric)焦点容量を生成する方法を開示している。Yew及びKrishnamachariによる文献は、サブマイクロメートル構造で情報を得ることを目的とする方法について開示していない。
− コヒーレント非線形顕微鏡法に適当な励起レーザビームを生成し、ここで、前記励起レーザビームの波面が、変調デバイスにより成形される空間プロファイル(強度、位相、偏光)を有しているものとし、そして、前記励起レーザビームが、前記構造化された材料内部の焦点容量内で焦点を合わせられるものとする;
− 前記構造化された材料により放出される信号を検出し;
− 複数の放出パターンを生成し、ここで、前記放出パターンの各々が前記焦点容量の特定の形状に対応しているものとし、そして、前記特定の形状が、前記励起レーザビーム波面の種々の非ガウス空間プロファイルに対して得られるものとする;
− 前記構造化された材料の寸法特徴を、そのように生成された前記放出パターンから演繹する。
− 回転ホイール上に配置される1つの位相板又はいくつかの位相板であって、ここで、各板は所定の成形に対応し、この方法では、種々の位相板に対していくつかの放出パターンが生成されるものとする、前記位相板;
− 液晶マトリクス;
− 変形可能な鏡;又は
− それらの組合せ;
であることができる。
− コヒーレント非線形顕微鏡法に適当な励起レーザビームを生成することができるレーザ光源レーザと;
− 前記励起レーザビームの波面の空間プロファイルを非ガウス空間プロファイルに修正するための空間光変調器と;
− 前記構造化された材料内部の焦点容量内でこの励起レーザビームの焦点を合わせるためのレンズと;
− 前記構造化された材料により放出される信号を検出するための検出器と;
− 複数の放出パターンを生成するための、及び、そのように生成される前記放出パターンから前記構造化された材料の寸法特徴を演繹するための処理ユニットであって、ここで、前記複数の放出パターンの各々が、焦点容量の特定の形状に対応しているものとし、そして、前記特定の形状が、前記励起レーザビームの波面の種々の非ガウス空間プロファイルに対して得られるものとする、前記処理ユニットと;
を含む。
− 線形顕微鏡法に適当なパルスレーザ光源8、すなわち、ピコ秒又はフェムト秒の一連のパルスの高速放出、又は、調整可能な中心波長の1つ又は2つのビームの放出;
− 励起ビーム4を使って走査するためのデバイス9であって、ここで、代わりに、この走査デバイスは、構造化された材料7を使って走査するためのデバイス(図示せず)により置き換えられることができ、この場合、励起レーザビームは固定されたままとすることができる、前記デバイス9;及び
− 構造化された材料7に励起レーザビーム4の焦点を合わせるためのレンズ10;
を含む非線形顕微鏡を含む。
− コラーゲン(すなわち、角膜、骨など)の秩序構造の特徴づけ;
− 筋肉構造の特徴づけ;
− 生物学的構造(すなわち、バイオクリスタル、針状体など)の特徴づけ;
− これらのタイプの構造の組織崩壊(すなわち、角膜のジストロフィ、浮腫、筋ジストロフィなど)により特徴づけられる病理の診断;
− 薄膜材料の特徴づけ;
− マクロキャビティ、ナノ構造材料などの特徴づけ;及び
− メタ材料の特徴づけ;
を含む。
Claims (27)
- 構造化された材料の寸法特徴づけのための方法であって、前記方法において:
− コヒーレント非線形顕微鏡法に適当な励起レーザビームを生成し、ここで、前記励起レーザビームの波面が、変調デバイスにより成形される空間プロファイルを有しているものとし、そして、前記励起レーザビームが、前記構造化された材料内部の焦点容量内で焦点を合わせられるものとする;
− 前記構造化された材料により放出される信号を検出し;
− 複数の放出パターンを生成し、ここで、前記放出パターンの各々が前記焦点容量の特定の形状に対応しているものとし、そして、前記特定の形状が、前記励起レーザビーム波面の種々の非ガウス空間プロファイルに対して得られるものとする;
− 前記構造化された材料の寸法特徴を、そのように生成された前記放出パターンから演繹する;
前記方法。 - 励起レーザビームの位相を修正することによって空間プロファイルを修正することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 励起レーザビームの強度を修正することによって空間プロファイルを修正することを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
- 励起レーザビームの偏光を修正することによって空間プロファイルを修正することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 構造化された材料により後方に放出される又は後方散乱される信号から、検出パターンを生成することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 構造化された材料の下流に発生する透過信号から、検出パターンを生成することを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 同じ空間プロファイルに対して、構造化された材料の後方放出又は後方散乱信号と透過信号との両方の検出を行うことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 前方/後方放出効率を決定して、次に、寸法特徴の演繹の間に比較基準として使用することを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- そのように生成された放出パターンを所定のデジタルモデルと比較することによって、寸法特徴の演繹を行うことを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- 種々の空間プロファイルが、放射対称性同心位相プロファイルを含むことを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- これらの同心位相プロファイルが、ラゲール−ガウス型、ベッセル型、又は「ボトルビーム」型であることを特徴とする、請求項10に記載の方法。
- 種々の空間プロファイルが、放射逆対称性位相プロファイルを含むことを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- これらの放射逆対称性位相プロファイルが、エルミート−ガウス型であることを特徴とする、請求項12に記載の方法。
- 構造化された材料にわたって又は構造化された材料中で、励起レーザビームを使用する走査を行うことを特徴とする、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。
- 寸法特徴が、以下のグループ:周期性、距離、及び角度、からの少なくとも1項目を含むことを特徴とする、請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法。
- 種々の放出パターンを、種々の波長に対して生成することを特徴とする、請求項1〜15のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1〜16のいずれか一項に記載の方法を実施するための、構造化された材料の寸法特徴づけのためのシステムであって、前記システムが:
− コヒーレント非線形顕微鏡法に適当な励起レーザビームを生成することができるレーザ光源レーザと;
− 前記励起レーザビームの波面の空間プロファイルを非ガウス空間プロファイルに修正するための空間光変調器と;
− 前記構造化された材料内部の焦点容量内でこの励起レーザビームの焦点を合わせるためのレンズと;
− 前記構造化された材料により放出される信号を検出するための検出器と;
− 複数の放出パターンを生成するための、及び、そのように生成される前記放出パターンから前記構造化された材料の寸法特徴を演繹するための処理ユニットであって、ここで、前記複数の放出パターンの各々が、焦点容量の特定の形状に対応しているものとし、そして、前記特定の形状が、前記励起レーザビームの波面の種々の非ガウス空間プロファイルに対して得られるものとする、前記処理ユニットと;
を含む前記システム。 - 検出器を、構造化された材料により後方散乱される信号を検出するような方法で配置することを特徴とする、請求項17に記載のシステム。
- 検出器を、構造化された材料の下流に発生する透過信号を検出するような方法で配置することを特徴とする、請求項17に記載のシステム。
- 検出器が、空間フィルタを有する又は有しない一点型であることを特徴とする、請求項17〜19のいずれか一項に記載のシステム。
- 検出器がカメラであることを特徴とする、請求項17〜19のいずれか一項に記載のシステム。
- 構造化された材料にわたって励起レーザビームを走査させるための走査デバイスを含むことを特徴とする、請求項17〜21のいずれか一項に記載のシステム。
- 空間光変調器が、位相での波面の空間成形のためのデバイスであることを特徴とする、請求項17〜22のいずれか一項に記載のシステム。
- 変調器が位相板であることを特徴とする、請求項23に記載のシステム。
- 変調器が液晶マトリクスであることを特徴とする、請求項23に記載のシステム。
- 変調器が変形可能な鏡であることを特徴とする、請求項23に記載のシステム。
- 空間光変調器が、強度での波面の空間成形のためのデバイスであることを特徴とする、請求項17〜26のいずれか一項に記載のシステム。
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