JP6692822B2 - 試料スペクトル応答を測定するための方法および装置 - Google Patents
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Description
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これらの目的は、独立請求項の特徴をそれぞれ含むスペクトル応答測定方法および分光測定装置によって、それぞれ対応して達成(解決)される。本発明の好ましい実施形態および適用例は、従属請求項に記載されている。
Claims (20)
- 生体試料(1)のスペクトル応答を測定する方法であって、
− フェムト秒レーザ光源装置(10)で生成され100fs以下のパルス持続時間を有するプローブ光パルス(2)を含み、最低3μmの波長を含む波長範囲をカバーする一次スペクトルを有するプローブ光を生成する工程を含み、
− さらに、前記プローブ光と前記試料(1)との相互作用を含む、前記プローブ光を前記試料(1)に照射する工程と、
− 前記プローブ光と前記試料(1)との相互作用の結果としての前記一次スペクトルから逸脱した変形スペクトルであって、前記試料(1)の前記スペクトル応答の特性である変形スペクトルを有する前記プローブ光を、スペクトル分解検出する工程と、
を含み、
− 前記検出する工程が、前記試料(1)との相互作用の後の前記プローブ光パルス(2)の時間的形状(2)を時間領域でサンプリングすることを含み、前記試料(1)の前記スペクトル応答が、前記試料(1)との相互作用の後の前記プローブ光パルス(2)の時間的形状のフーリエ変換に基づいて得られ、
特徴として、
− 前記試料は生体試料(1)を含み、
− 前記プローブ光パルス(2)は、50mWより大きい平均パワーで生成され、
− 前記生体試料(1)との相互作用後、前記プローブ光パルス(2)の各々は、前記プローブ光パルスの前記一次スペクトルに対応する主要パルスと、前記生体試料(1)の吸収によって誘導され前記主要パルスに続く時間的後尾部とを含み、前記プローブ光パルス(2)の前記時間的形状の時間領域での前記サンプリングは、前記時間的後尾部をサンプリングすることを含むものである、
方法。 - 前記プローブ光パルス(2)は、
− 前記プローブ光パルス(2)が、前記変形スペクトルにおいて発生するスペクトル応答特徴を含むスペクトルの周波数幅の逆数より短いパルス持続時間を有し、
− 前記プローブ光パルス(2)が、前記試料(1)への照射前に、50fs未満の、特に20fs未満の、パルス持続時間を有し、
− 前記プローブ光パルス(2)が、前記試料(1)への照射前に500mWより大きい平均パワーを有し、
− 前記一次スペクトルが、少なくとも1つの周波数オクターブを、特に少なくとも2つの周波数オクターブを、カバーし、
− 前記一次スペクトルが、5μm乃至15μm、特に3μm乃至30μm、の波長範囲をカバーし、および
− 前記一次スペクトルが連続または準連続スペクトルである、
という特徴の中の少なくとも1つの特徴を有する、請求項1に記載の方法。 - 前記スペクトル応答が、前記試料(1)の吸収スペクトルおよび反射スペクトルのうちの少なくとも一方である、請求項1または2に記載の方法。
- − 前記試料(1)は、固体、液体、エアロゾル、ガスおよび蒸気の中の少なくとも1つを含み、および
− 前記試料(1)は、マルチパス・セルまたはエンハンスメント・キャビティ内に配置される、
という特徴の中の少なくとも1つの特徴を有する、請求項1乃至3のいずれかに記載の方法。 - 前記フェムト秒レーザ源装置(10)が、
− 駆動パルスを生成する駆動源(11)と、
− 前記駆動パルスのパルス内周波数差によって前記プローブ光パルス(2)を生成する差周波数発生(DFG)ユニット(12)と、
を含む、請求項1乃至4のいずれかに記載の方法。 - 前記フェムト秒レーザ源装置(10)が、
− ファイバ・レーザ、
− Yb−YAGディスク・レーザ、または
− Ho−YAGディスク・レーザ
を含む、請求項1乃至5のいずれかに記載の方法。 - − 前記時間領域でサンプリングする工程が、前記プローブ光パルス(2)を電気光学サンプリングすることを含み、
− 前記プローブ光パルス(2)およびサンプリング・パルス(5)が、前記プローブ光の時間的形状をサンプリングするために電気光学プローブ要素(21)において変化する時間的関係で重ね合わされる、
請求項1乃至6のいずれかに記載の方法。 - 前記サンプリング・パルス(5)が、前記プローブ光パルス(2)の生成に使用される複数の駆動パルス(3)の複数部分を含み、
前記サンプリング・パルス(5)が、前記プローブ光パルス(2)に対して変化する遅延を伴って前記電気光学プローブ要素へと方向付けられる、
請求項7に記載の方法。 - さらに、診断的に関連性のある情報(6)を取得するために調査対象の被検体からの前記試料(1)のスペクトル応答を評価する工程を含む、請求項1乃至8のいずれかに記載の方法。
- 前記評価する工程は、
− 前記変形スペクトルにおける特定の帯域(7)に基づいて診断的に関連性のある物質を識別すること、
− 前記変形スペクトルの少なくとも一部を、調査対象の前記被検体の別の試料(1)で前に収集された保存されたスペクトル応答と比較すること、および
− 前記変形スペクトルの少なくとも一部を、他の被検体の参照データと比較すること、
の中の少なくとも1つを含む、請求項9に記載の方法。 - 生体試料(1)のスペクトル応答を測定するよう構成された分光測定装置であって、
− フェムト秒レーザ光源装置(10)で生成され100fs以下のパルス持続時間を有するプローブ光パルス(2)を含み、最低3μmの波長を含む波長範囲をカバーする一次スペクトルを有するプローブ光パルス(2)を前記試料(1)に照射するよう配置されたフェムト秒レーザ源装置(10)と、
− 前記試料(1)との相互作用後の前記プローブ光パルス(2)をスペクトル分解検出するよう配置され、かつ前記プローブ光パルス(2)の前記一次スペクトルから逸脱した変形スペクトルをスペクトル分解検出するよう構成された検出器装置(20)と、
を含み、
− 前記検出器装置(20)が、前記試料(1)との相互作用の後の前記プローブ光パルス(2)の時間的形状(2)を時間領域でサンプリングするよう構成され、前記試料(1)の前記スペクトル応答が、前記試料(1)との相互作用の後の前記プローブ光パルス(2)の時間的形状のフーリエ変換に基づいて得ることができ、
特徴として、
− 前記試料は生体試料(1)を含み、
− 前記プローブ光パルス(2)は、50mWより大きい平均パワーで生成され、
− 前記生体試料(1)との相互作用後、前記プローブ光パルス(2)の各々は、前記プローブ光パルスの前記一次スペクトルに対応する主要パルスと、前記生体試料(1)の吸収によって誘導され前記主要パルスに続く時間的後尾部とを含み、前記プローブ光パルス(2)の前記時間的形状の時間領域での前記サンプリングは、前記時間的後尾部をサンプリングすることを含むものである、
分光測定装置。 - 前記フェムト秒レーザ源装置(10)は、
− 前記プローブ光パルス(2)が、前記変形スペクトルにおいて発生するスペクトル応答特徴を含むスペクトルの周波数幅の逆数より短いパルス持続時間を有し、
− 前記プローブ光パルス(2)が、50fs未満の、特に20fs未満のパルス持続時間を有し、
− 前記プローブ光パルス(2)が、500mWより大きい平均パワーを有し、
− 前記一次スペクトルが、少なくとも1つの周波数オクターブ、特に少なくとも2つの周波数オクターブをカバーし、
− 前記一次スペクトルが、5μm乃至15μm、特に3μm乃至30μm、の波長範囲をカバーし、および
− 前記一次スペクトルが連続スペクトルである、
という特徴の中の少なくとも1つの特徴を有する前記プローブ光パルス(2)を生成するよう適合化されたものである、請求項11に記載の分光測定装置。 - − 前記試料(1)を収容するよう配置された試料保持器装置(30)を含み、前記フェムト秒レーザ源装置(10)、前記試料保持器装置(30)および前記検出器装置(20)は、前記検出器装置(20)が前記試料(1)の吸収スペクトルおよび反射スペクトルのうちの少なくとも1つのスペクトルを検出することができ、および
− 前記試料(1)中を前記プローブ光パルスを複数回通過させるよう配置されたマルチパス・セルまたはエンハンスメント・キャビティを含む、
という特徴の中の少なくとも1つの特徴をさらに含む、請求項11または12に記載の分光測定装置。 - 前記試料保持器装置(30)が、固体、液体、エアロゾル、ガスおよび蒸気の中の少なくとも1つとしての前記試料(1)を収容するよう適合化されている、請求項13に記載の分光測定装置。
- 前記フェムト秒レーザ源装置(10)は、
− 駆動パルス(3)を生成する駆動源(11)と、
− 前記駆動パルス(3)のパルス内周波数差によって前記プローブ光パルス(2)を生成する差周波数発生(DFG)ユニット(12)と、
を含むものである、請求項11乃至14のいずれかに記載の分光測定装置。 - 前記フェムト秒レーザ源装置(10)は、
− ファイバ・レーザ、
− Yb−YAGディスク・レーザ、または
− Ho−YAGディスク・レーザ
を含むものである、請求項11乃至15のいずれかに記載の分光測定装置。 - 前記検出器装置(20)は、前記試料(1)との相互作用後の前記プローブ光の前記時間的形状をサンプリングするための電気光学プローブ要素(21)を有する電気光学サンプリング・ユニットを含むものである、請求項11乃至16のいずれかに記載の分光測定装置。
- − 前記フェムト秒レーザ源装置(10)は、サンプリング・パルス(4)として前記プローブ光パルス(2)を生成するのに使用される複数の駆動パルス(3)の複数部分を供給するためのビーム・スプリッタ(13)を含み、
− 前記サンプリング・パルスを、前記プローブ光パルス(3)に対する変化する遅延を与えて、前記電気光学プローブ要素(21)において供給するための遅延ユニットが配置されている、
請求項17に記載の分光測定装置。 - さらに、調査対象の被検体からの前記試料(1)の前記スペクトル応答を評価し、医療診断の提供または認証に使用することができる診断的に関連性のある情報(6)を取得するよう構成された計算装置(40)を含む、請求項11乃至18のいずれかに記載の分光測定装置。
- − 前記変形スペクトルにおける特定の帯域(7)に基づいて診断的に関連性のある物質を識別するフィルタ・ユニット、
− 前記変形スペクトルの少なくとも一部を、調査対象の前記被検体の別の試料(1)で前に収集された保存されたスペクトル応答と比較する第1の比較ユニット、および
− 前記変形スペクトルの少なくとも一部を、他の被検体の参照データと比較する第2の比較ユニット、
の中の少なくとも1つを含む、請求項19に記載の分光測定装置。
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