JP6830427B2 - 光測定装置 - Google Patents
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Description
IAS(ωAS)∝|χ(3)EP 2(ωP)E* S(ωS)|2
図1は、CARS過程を示すエネルギー準位図である。分子は始状態として基底準位101をとる。周波数ωPのポンプ光と周波数ωSのストークス光を同時に照射することにより、分子は中間準位103を経て振動励起準位102に励起される。この励起状態にある分子に対して周波数ωPのプローブ光を照射すると、試料は中間準位104を経て周波数ωASのCARS光を放出し、基底準位101に緩和する。したがってCARS光は周波数がωP−ωSである振動励起準位を有する分子から発生する。ωASは2ωp−ωSと等しい。
ストークス光として広帯域なスーパーコンティニウム(SC)光を用いた従来のマルチプレックスCARS顕微鏡においては、SC光のうち、ポンプ光の波長λPよりも長波長な帯域をストークス光として使用し、CARS光発生に寄与しない短波長成分は波長フィルタなどにより除去していた。本実施形態1に係る光計測装置は、SC光短波長成分をポンプ光とストークス光に対応する光と合波して、蛍光観察の励起光として用いる。これにより、一般的な蛍光観察に必要な励起波長帯域を網羅し、単一装置によりCARS計測と蛍光観察を実施することができる。また、波長掃引光源を用いることなくCARS計測と蛍光計測を実施できるので、装置を小型化かつ低価格化できる。
図8は、本発明の実施形態2に係る光計測装置が用いる各光の波長である。図4Aで説明した各波長のうち、SC短波長成分がCARS信号光と重なっているので、CARS計測と蛍光計測を同時に実施することは困難である。そこで本実施形態2においては、波長フィルタ309がSC短波長成分のうちCARS信号光と波長が重なる部分を除去することとした。これにより、CARS計測と蛍光計測を同時に実施することができる。SC短波長成分を除去することにより、対応する蛍光成分が図4Aと比較して減少するが、これを許容できる限りにおいては、本実施形態2の構成も有用である。
実施形態1においては、波長フィルタ309を挿抜することにより、SC光短波長成分を照射するか否かを切り替えることとした。本発明の実施形態3では、高速シャッタを用いた時間分解により、SC光短波長成分を照射するか否かを切り替える例を説明する。
本実施形態3に係る光計測装置は、光路長調整機構902により、CARS光と蛍光が時間軸上で互いに重ならないように調整するとともに、高速シャッタ905により、CARS光と波長が重なるSC短波長成分を除去する。これにより、CARS計測と蛍光計測を一括して実施することができる。その結果、実施形態1と比較して読み出しノイズの低減や読み出し時間の短縮などの効果が得られる。
実施形態3では、CARS光とSC短波長成分を時間的に分離することにより、一度の計測でCARS計測と蛍光計測を実施する。他方で、光路長調整機構902や高速シャッタ905を配置する必要があるので、装置構成が複雑である。本発明の実施形態4では、励起光の偏光を調整することにより、実施形態3よりも簡易な構成で実施形態3と同様の効果を発揮することを図る。
図11は、本発明の実施形態5に係る光計測装置の構成例である。以上の実施形態においては単一の短パルスレーザ光源302から出射するレーザ光をビームスプリッタ303によってポンプ光と励起光に分岐するが、これに代えて2つの光源を設け、短パルスレーザ光源302はポンプ光を供給し、短パルスレーザ光源601は励起光を供給するようにしてもよい。この場合、ダイクロイックミラー308は短パルスレーザ光源302からレーザ光を受け取り、フォトニック結晶ファイバ304は短パルスレーザ光源601からレーザ光を受け取る。
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
302:短パルスレーザ光源
303:ビームスプリッタ
304:フォトニック結晶ファイバ
305:波長フィルタ
306:波長フィルタ
307:波長フィルタ
308:ダイクロイックミラー
309:波長フィルタ
310:ダイクロイックミラー
311:自動ステージ
312:観察対象
313:検出器
314:解析部
601:短パルスレーザ光源
901:ダイクロイックミラー
903:ビームスプリッタ
904:ロングパスフィルタ
905:高速シャッタ
906:ロングパスフィルタ
1001:アクロマティック波長板
1002:偏光ビームスプリッタ
1003:偏光ビームスプリッタ
Claims (13)
- 光を用いて試料を計測する光計測装置であって、
レーザ光を通過させることにより前記レーザ光よりも広帯域な広帯域光を生成する広帯域光生成部、
前記広帯域光を、前記レーザ光よりも波長が長い長波長成分と、前記長波長成分よりも波長が短い短波長成分とに分岐する、波長分岐部、
前記レーザ光と前記長波長成分を合波することにより合波光を生成する合波部、
前記合波光を前記試料に対して集光し、前記短波長成分を前記試料に対して集光する、集光光学系、
前記合波光を前記試料に対して照射することにより生じるラマン散乱光を検出する分光器、
前記短波長成分を前記試料に対して照射することにより生じる蛍光を検出する蛍光検出器、
を備えることを特徴とする光計測装置。 - 前記光計測装置はさらに、前記短波長成分のうち少なくとも一部を遮断するフィルタを備え、
前記分光器は、前記フィルタが前記短波長成分を遮断しているとき前記ラマン散乱光を検出し、
前記蛍光検出器は、前記フィルタが前記短波長成分を遮断していないとき前記蛍光を検出する
ことを特徴とする請求項1記載の光計測装置。 - 前記フィルタは、前記短波長成分のうち前記蛍光の波長と重なる部分を遮断する
ことを特徴とする請求項2記載の光計測装置。 - 前記光計測装置はさらに、前記短波長成分のうち前記試料から生じる前記ラマン散乱光と重なる部分を遮断するショートパスフィルタを備え、
前記分光器は、前記蛍光検出器が前記蛍光を検出するのと並行して前記ラマン散乱光を検出し、
前記蛍光検出器は、前記分光器が前記ラマン散乱光を検出するのと並行して前記蛍光を検出する
ことを特徴とする請求項1記載の光計測装置。 - 前記光計測装置はさらに、
前記短波長成分が前記試料に対して照射されるタイミングを、前記合波光が前記試料に対して照射されるタイミングとは異なるように調整する、タイミング調整部、
前記短波長成分が前記試料を透過した後の光路において、前記短波長成分が前記試料に対して照射されるタイミングに同期して前記短波長成分を遮断する、遮断部、
を備え、
前記蛍光検出器は、前記遮断部が前記短波長成分を遮断しているとき前記蛍光を検出する
ことを特徴とする請求項1記載の光計測装置。 - 前記光計測装置はさらに、前記短波長成分が前記試料を透過した後の光路において前記蛍光を分離するロングパスフィルタを備え、
前記蛍光検出器は、前記ロングパスフィルタが分離した前記蛍光を検出する
ことを特徴とする請求項5記載の光計測装置。 - 前記光計測装置はさらに、
前記短波長成分の偏光を、前記合波光の偏光とは異なるように調整する、偏光調整部、
前記短波長成分が前記試料を透過した後に前記短波長成分が有する偏光成分を分岐する分岐部、
を備え、
前記分岐部は、前記短波長成分が有する偏光成分が前記分光器に対して入射しないように分岐させる
ことを特徴とする請求項1記載の光計測装置。 - 前記光計測装置はさらに、前記短波長成分が前記試料を透過した後に前記蛍光を分離するロングパスフィルタを備え、
前記蛍光検出器は、前記ロングパスフィルタが分離した前記蛍光を検出する
ことを特徴とする請求項7記載の光計測装置。 - 前記光計測装置はさらに、
前記レーザ光を出射する光源、
前記レーザ光を、前記合波部に対して入射する成分と前記広帯域光生成部に対して入射する成分に分岐させる分岐部、
を備えることを特徴とする請求項1記載の光計測装置。 - 前記光計測装置はさらに、前記レーザ光を出射する第1および第2光源を備え、
前記第1光源は、前記合波部に対して前記レーザ光を出射し、
前記第2光源は、前記広帯域光生成部に対して前記レーザ光を出射する
ことを特徴とする請求項1記載の光計測装置。 - 前記光計測装置はさらに、前記分光器が前記ラマン散乱光を検出するか、前記蛍光検出器が前記蛍光を検出するかを切り替えるよう指示する指示入力を受け取るインターフェースを備え、
前記光計測装置は、前記インターフェースが受け取った前記指示入力にしたがって、前記分光器が前記ラマン散乱光を検出するか、前記蛍光検出器が前記蛍光を検出するかを切り替える
ことを特徴とする請求項1記載の光計測装置。 - 前記光計測装置はさらに、前記フィルタが前記短波長成分を遮断するか否かを切り替えるよう指示する指示入力を受け取るインターフェースを備え、
前記光計測装置は、前記インターフェースが受け取った前記指示入力にしたがって、前記フィルタが前記短波長成分を遮断するか否かを切り替える
ことを特徴とする請求項2記載の光計測装置。 - 前記広帯域光生成部は、前記広帯域光として、スーパーコンティニウム光を生成する
ことを特徴とする請求項1記載の光計測装置。
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