JP6380941B2 - 光検出装置、光検出方法およびプログラム - Google Patents
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Description
また、超短パルスは先頭出力(ピークパワー)が高いため、非共鳴バックグラウンドも同時に発生し、観測対象のCARS光信号を覆い尽くしてしまう。
本検出方法は、いわば擬似的な位相敏感検波を用いた検出方法である。
本発明では、超短パルス光の広帯域スペクトルの一部に位相変調を施して試料に照射し、試料において発生した信号光から位相変調されたスペクトルと同期した周波数成分を抽出し、観測する。すなわち、広帯域スペクトルの一部である狭帯域のパルス光に対して、最も大きなスペクトル変化が得られる複数の直交位相を指定して位相変調を施し、各変調位相におけるスペクトルを積算することにより信号のコントラストを向上させている。なお、本実施の形態においては、「直交」を、2つの信号の積を積分した場合に0となるという通常の意味で用いている。
つぎの手順T2では、第2のパルス光に対して第1のパルス光を遅延させる。第1のパルス光を遅延させるのは、緩和時間の早い信号光を選択的に除去するためである。この遅延により、たとえば、生体内での主要なノイズ源となる水に由来する信号を効果的に除去することができる。
つぎの手順T4では、位相変調された第1のパルス光と第2のパルス光とを合波する。
つぎの手順T6では、試料において発生した信号光を分光する。
つぎの手順T8では、当該電気信号に対し所定の信号処理を実行することにより、CARS光のスペクトルを抽出する。
対物レンズ32は、試料において発生した信号光であるパルス光PF(CARS光とともに励起光等も含まれている)を集光し、分光器16に導くレンズである。
なお、図5(f)では1つのスペクトルマーカーSmについて示しているが、実際には複数のCARS光に対応して複数のスペクトルマーカーSmが発生する。
つぎのステップS108では、光変調器14に対し位相θ(i)で位相変調を施し、つぎのステップS110で、位相θ(i)で変調した場合の光強度I(i)を取得する。
本信号処理によれば、非共鳴バックグラウンドの強度、あるいはスペクトル形状の如何にかかわらず、非共鳴バックグラウンド成分を差し引くことができる。したがって、発生したCARS光に対する非共鳴バックグラウンドの影響を排除することでき、高感度な光検出装置の実現が可能となっている。
なお、上記許容範囲については、シミュレーション、または実機等を用いた実験等により予め設定し、制御部20の図示しないROMあるいはNVM等に格納しておいてもよい。
・光源12(パルス光PA):波長800nm、パルス幅10fs、帯域幅125nm(2000cm−1)
・狭帯域のパルス光(パルス光PB):波長777nm、パルス幅0.6ps、帯域幅4nm
・試料:イソフルラン原液を滴下したプレパラート
また、縦軸は光強度(a.u)である。図7に示す実施例では、従来技術に係る光検出装置の積算測定回数(つまり、ランダムな変調位相の数)を500としている。
つぎに、図8を参照して、本実施の形態に係る光検出装置100について説明する。本実施の形態に係る光検出装置100は、第1の実施の形態に係る光検出装置10において、第1のパルス光PBに対する位相変調の方式を変えたものである。したがって、図2と同一の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
図2の光検出装置10と同様、光検出装置100でも4つの位相の相対的な位置関係が維持されればよく、位相の絶対値は問題とならない。光検出装置100における各部のパルス光PAないしパルス光PGの波形およびスペクトルも図4および図5と同様である。
本実施の形態は、上記各実施の形態において、CARS光のスペクトルを抽出する信号処理の際の位相変調条件のうち、変調位相数Nを一般化した形態である。また、本実施の形態は、位相変調を施す複数の位相が直交していない場合にも適用可能とした形態である。
ここで、Nは、異なる変調位相を表す指標であり、Φは、未知の固定位相であり、INRBは、非共鳴バックグランドの強度である。
すなわち、φN=0,π/2,π,3π/2を(式2)に代入すると、下記(式3)が得られる。
ただし、(式5)において右辺全体にかかる係数は本質的ではないので、(式1)では、1/2の係数を省略している。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
12 光源
14 光変調器
16 分光器
18 受光部
20 制御部
22 信号発生器
24 バンドパスフィルタ
26 試料
28 ショートパスフィルタ
30、32 対物レンズ
34A,34B レトロリフレクタ
36A,36B,36C 反射鏡
38 駆動機構付レトロリフレクタ
80 ラマン分光装置
82 第1レーザパルス光源
84 第2レーザパルス光源
86 光学系
88 試料
90 検出装置
100 光検出装置
Sm スペクトルマーカー
Claims (7)
- 第1パルス光を発生する光源部と、
前記第1パルス光が示す周波数スペクトルの一部から成る第2パルス光を透過し前記第1パルス光が示す周波数スペクトルの他部から成る第3パルス光を反射するフィルタ部と、
前記第2パルス光を複数の位相で位相変調する位相変調部と、
前記第3パルス光と前記位相変調部で位相変調された第2パルス光とを合波して第4パルス光とする合波部と、
前記第4パルス光が対象物に照射されて発生した散乱光を分光して検出する検出部と、
前記検出部で検出された散乱光の周波数スペクトルから前記位相変調部で位相変調された第2パルス光に基づいて散乱した散乱光の周波数スペクトルを以下に示す(1)または(2)の演算処理により前記位相変調部における位相変調と同期させて抽出する抽出部と、
を含む光検出装置。
(1)
前記複数の位相を、φ、φ+2π/3、φ+4π/3 (φは固定位相)とし、前記抽出部は、前記検出部で検出された散乱光の前記複数の位相の各々における強度I(φ)、I(φ+2π/3)、I(φ+4π/3)について下式に示すIの値が0または許容範囲内で0に近い値になる周波数スペクトルを抽出する。
(2)
前記複数の位相を、φ、φ+π/2、φ+π、φ+3π/2(φは固定位相)とし、前記抽出部は、前記検出部で検出された散乱光の前記複数の位相の各々における強度I(φ)、I(φ+π/2)、I(φ+π)、I(φ+3π/2)について下式に示すIの値が0または許容範囲内で0に近い値になる周波数スペクトルを抽出する。
- 前記光源部が超短パルスレーザを用いた光源であり、
前記第2パルス光の周波数スペクトルの帯域幅が前記第3パルス光の周波数スペクトルの帯域幅より狭い
請求項1に記載の光検出装置。 - 前記位相変調部が電気光学効果に基づく変調器、または、入射した光の光路長を変化さて出射させる光路長調整部である
請求項1または請求項2に記載の光検出装置。 - 前記フィルタ部および前記合波部は、前記第2パルス光および前記位相変調部で位相変調された第2パルス光を透過し、前記第3パルス光を反射する単一のバンドパスフィルタで構成された
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の光検出装置。 - 前記抽出部で抽出する周波数スペクトルがコヒーレントアンチストークスラマン散乱光の周波数スペクトルである
請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の光検出装置。 - フィルタ部において、光源部から発生した第1パルス光が示す周波数スペクトルの一部から成る第2パルス光を透過させ、前記第1パルス光が示す周波数スペクトルの他部から成る第3パルス光を反射させ、
前記第2パルス光を位相変調部により複数の位相で位相変調し、
前記第3パルス光と前記位相変調部で位相変調された第2パルス光とを合波部で合波させて第4パルス光とし、
前記第4パルス光が対象物に照射されて発生した散乱光を分光して検出部で検出し、
前記検出部で検出された散乱光の周波数スペクトルから前記位相変調部で位相変調された第2パルス光に基づいて散乱した散乱光の周波数スペクトルを以下に示す(1)または(2)の演算処理により前記位相変調部における位相変調と同期させて抽出部で抽出する
光検出方法。
(1)
前記複数の位相を、φ、φ+2π/3、φ+4π/3 (φは固定位相)とし、前記抽出部は、前記検出部で検出された散乱光の前記複数の位相の各々における強度I(φ)、I(φ+2π/3)、I(φ+4π/3)について下式に示すIの値が0または許容範囲内で0に近い値になる周波数スペクトルを抽出する。
(2)
前記複数の位相を、φ、φ+π/2、φ+π、φ+3π/2(φは固定位相)とし、前記抽出部は、前記検出部で検出された散乱光の前記複数の位相の各々における強度I(φ)、I(φ+π/2)、I(φ+π)、I(φ+3π/2)について下式に示すIの値が0または許容範囲内で0に近い値になる周波数スペクトルを抽出する。
- 第1パルス光を発生する光源部と、
前記第1パルス光が示す周波数スペクトルの一部から成る第2パルス光を透過し前記第1パルス光が示す周波数スペクトルの他部から成る第3パルス光を反射するフィルタ部と、
前記第2パルス光を複数の位相で位相変調する位相変調部と、
前記第3パルス光と前記位相変調部で位相変調された第2パルス光とを合波して第4パルス光とする合波部と、
前記第4パルス光が対象物に照射されて発生した散乱光を分光して検出する検出部と、
を含む光検出装置を制御するためのプログラムであって、
コンピュータを、
前記検出部で検出された散乱光の周波数スペクトルから前記位相変調部で位相変調された第2パルス光に基づいて散乱した散乱光の周波数スペクトルを以下に示す(1)または(2)の演算処理により前記位相変調部における位相変調と同期させて抽出する抽出部
として機能させるためのプログラム。
(1)
前記複数の位相を、φ、φ+2π/3、φ+4π/3 (φは固定位相)とし、前記抽出部は、前記検出部で検出された散乱光の前記複数の位相の各々における強度I(φ)、I(φ+2π/3)、I(φ+4π/3)について下式に示すIの値が0または許容範囲内で0に近い値になる周波数スペクトルを抽出する。
(2)
前記複数の位相を、φ、φ+π/2、φ+π、φ+3π/2(φは固定位相)とし、前記抽出部は、前記検出部で検出された散乱光の前記複数の位相の各々における強度I(φ)、I(φ+π/2)、I(φ+π)、I(φ+3π/2)について下式に示すIの値が0または許容範囲内で0に近い値になる周波数スペクトルを抽出する。
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