JP6837667B2 - 誘導ラマン散乱顕微鏡装置および誘導ラマン散乱計測方法 - Google Patents

誘導ラマン散乱顕微鏡装置および誘導ラマン散乱計測方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6837667B2
JP6837667B2 JP2017566996A JP2017566996A JP6837667B2 JP 6837667 B2 JP6837667 B2 JP 6837667B2 JP 2017566996 A JP2017566996 A JP 2017566996A JP 2017566996 A JP2017566996 A JP 2017566996A JP 6837667 B2 JP6837667 B2 JP 6837667B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
optical
pulse
frequency
repetition frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017566996A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2017138606A1 (ja
Inventor
泰之 小関
泰之 小関
祐太 鈴木
祐太 鈴木
脇坂　佳史
佳史 脇坂
圭介 合田
圭介 合田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Tokyo NUC
Original Assignee
University of Tokyo NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Tokyo NUC filed Critical University of Tokyo NUC
Publication of JPWO2017138606A1 publication Critical patent/JPWO2017138606A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6837667B2 publication Critical patent/JP6837667B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65—Raman scattering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0208—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using focussing or collimating elements, e.g. lenses or mirrors; performing aberration correction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0218—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using optical fibers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0264—Electrical interface; User interface
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/10—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/44—Raman spectrometry; Scattering spectrometry ; Fluorescence spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1434—Optical arrangements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/06—Means for illuminating specimens
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/10—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
    • G01J2003/102—Plural sources
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/10—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
    • G01J2003/102—Plural sources
    • G01J2003/106—Plural sources the two sources being alternating or selectable, e.g. in two ranges or line:continuum
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J2003/283—Investigating the spectrum computer-interfaced
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1434—Optical arrangements
    • G01N2015/144—Imaging characterised by its optical setup
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65—Raman scattering
    • G01N2021/653—Coherent methods [CARS]
    • G01N2021/655—Stimulated Raman
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
    • G01N2021/8592—Grain or other flowing solid samples
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/061—Sources
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/063—Illuminating optical parts

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Description

本発明は、誘導ラマン散乱顕微鏡装置および誘導ラマン散乱計測方法に関する。
従来、この種の誘導ラマン散乱顕微鏡装置としては、試料の識別能を向上させるために、第１の光または第２の光の光周波数を可変とすることにより、特定の光周波数のみを用いて分子振動を検出するだけでなく、広い振動数範囲での分子振動を検出するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、入射光を光周波数に応じて異なる方向に分離する光分散素子および第１の光源からの光を光分散素子に導く導光光学系に含まれる光学素子のうち少なくとも一方の素子を駆動して入射光の光分散素子への入射角を変化させ、異なる方向に分離した光のうち一部を抽出することにより第１の光の光周波数を可変としている。
また、Ｙｂ（イッテルビウム）ファイバーレーザー技術を用いて１０３０ｎｍを中心とし、プラスマイナス１５ｎｍにわたって１ミリ秒程度の時間で光周波数を変化させることができる高速誘導ラマン散乱分光顕微鏡も提案されている（例えば、非特許文献１参照）。この顕微鏡では、３００ｃｍ-1の範囲にわたって分子振動周波数を１秒当たり３０点変化させながら、次々とイメージングを行うことができる。例えば、スペクトル点数を９０点としてもわずか３秒でイメージングが完了する。
特開２０１５−０６２０２６号公報
「誘導ラマン散乱を用いた生体イメージング」，小関泰之，生物物理 Ｖｏｌ．５４ Ｎｏ．６ ｐ３１１−ｐ３１４ ２０１４年
しかしながら、上述の誘導ラマン散乱顕微鏡装置等では、光周波数の切替や走査速度が遅いために、高速流体中に存在する出現確率が低い対象物をイメージングする場合や、ミドリムシなどの動く対象物をイメージングする場合には、イメージングの最中に対象物が流れてしまったり対象物が動いてしまったりして、対象物を的確にイメージングすることができない。
本発明の誘導ラマン散乱顕微鏡装置および誘導ラマン散乱計測方法は、より迅速に対象物をイメージングすることを主目的とする。
本発明の誘導ラマン散乱顕微鏡装置および誘導ラマン散乱計測方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の誘導ラマン散乱顕微鏡装置は、
所定光周波数の第１光パルスを第１繰り返し周波数で出力する第１光パルス生成部と、
前記第１光パルスとは異なる光周波数の第２光パルスを整数倍すると前記第１繰り返し周波数となる第２繰り返し周波数で出力する第２光パルス生成部と、
前記第１光パルスと前記第２光パルスとを同期させて試料に照射した際の透過光および／または散乱光に含まれる前記第１繰り返し周波数の前記所定光周波数の光パルスの光強度を検出する光強度検出部と、
を備える誘導ラマン散乱顕微鏡装置であって、
前記第２光パルス生成部は、
複数の光周波数の光を含む所定光パルスを出力する光源部と、
前記所定光パルスを分光すると共に分光した光パルスのうち予め定めた所定数の異なる光周波数の光パルスを前記第２繰り返し周波数で出力する分光調整部と、
前記分光調整部からの光パルスを結合する光結合部と、
を備える、
ことを特徴とする。
この本発明の誘導ラマン散乱顕微鏡装置では、第１光パルス生成部から出力された第１繰り返し周波数の所定光周波数の第１光パルスと、第２光パルス生成部から出力された整数倍すると第１繰り返し周波数となる第２繰り返し周波数の第１光パルスとは異なる光周波数の第２光パルスと、を同期させて試料に照射する。そして、試料の透過光や散乱光に含まれる第１繰り返し周波数の所定光周波数の光パルスの強度を検出する。第１光パルスと第２光パルスとの照射点に第１光パルスの光周波数と第２光パルスの光周波数との差と同一の分子振動周波数を有する分子が存在すると、誘導ラマン散乱により第１光パルスの強度に増幅や減衰が生じると共に第２光パルスの強度に減衰や増幅が生じる。したがって、検出光パルス列（第１繰り返し周波数の所定光周波数の光パルス）における光パルスの強度の変化により照射点に２つの光の差周波に一致する周波数の分子振動周波数を有する分子が存在するのが解る。本発明の誘導ラマン散乱顕微鏡装置では、第２光パルス生成部は、光源部から出力された複数の光周波数の光を含む所定光パルスを分光し、この分光した光パルスのうち予め定めた所定数の異なる光周波数の光パルスを第２繰り返し周波数で出力する。そして、第２繰り返し周波数で出力された光パルスを結合して第２光パルスとして出力する。いま、所定数として整数Ｍを考えると、「所定数の異なる光周波数の光パルス」は異なるＭ個の光周波数ω１〜ωｍの光パルスとなるから、第２光パルス生成部からは、第２繰り返し周波数で光周波数がω１〜ωｍに順次変化するＭ個の光パルスのパルス列が出力されることになる。
このように本発明の誘導ラマン散乱顕微鏡装置では、光源部から出力された所定光パルスを分光すると共に分光した光パルスのうち所定数の異なる光周波数の光パルスを第２繰り返し周波数で出力するから、光パルス毎に光周波数を変化させることができる。しかも、予め定めた所定数の異なる光周波数の光パルスを順に出力するから、１つの照射点に対して所定数の光パルスを照射するだけでよいため、光周波数を微小周波数ずつ変更するものに比して、迅速に走査することができる。この結果、高速流体中に存在する出現確率が低い対象物を検出する場合や動く対象物を検出する場合でも適正にイメージングすることができる。なお、「所定数の異なる光周波数」は、試料中の対象物を特定するために必要な光周波数であり、光周波数を微小周波数ずつ変更したときの誘導ラマン散乱による第１光パルスのスペクトル変化に近似する第１光パルスのスペクトル変化となる複数個の光周波数とするのが好ましい。なお、誘導ラマン散乱による光パルスの強度の増幅や減衰は、第１光パルスの光周波数が第２光パルスの光周波数より高いときには、第１光パルスの強度に減衰が生じると共に第２光パルスの強度に増幅が生じ、逆に、第１光パルスの光周波数が第２光パルスの光周波数より低いときには、第１光パルスの強度に増幅が生じると共に第２光パルスの強度に減衰が生じる。
本発明の誘導ラマン散乱顕微鏡装置において、前記光源部は、前記所定光パルスを、前記所定数倍すると前記第２繰り返し周波数となる繰り返し周波数で出力する光源であるものとすることもできる。こうすれば、第２光パルス生成部から、第２繰り返し周波数で所定数の光パルスの光パルス列を出力することができる。
また、本発明の誘導ラマン散乱顕微鏡装置において、前記光源部は、前記所定光パルスが前記第２繰り返し周波数で所定連続数だけ連続する所定光パルス列を、前記所定数に前記所定連続数を乗じた数との積が前記第２繰り返し周波数となる繰り返し周波数で出力する光源部であるものとすることもできる。いま、所定連続数として整数Ｎを考えると、連続するＮ個の所定光パルスからなる所定光パルス列を第２繰り返し周波数を（Ｎ×所定数）で除した周波数で出力することになる。この場合、所定数として整数Ｍを考えれば、第２光パルス生成部からは、光周波数ω１の光パルスがＮ個，光周波数ω２の光パルスがＮ個，…，光周波数ωｍの光パルスがＮ個のパルス列が出力されることになる。したがって、第２光パルス生成部から第２繰り返し周波数で所定数の光周波数の所定連続数の光パルスを出力することができる。こうした態様の本発明の誘導ラマン散乱顕微鏡装置において、前記光源部は、前記第２繰り返し周波数で前記所定光パルスを出力する光源と、前記光源からの前記第２繰り返し周波数の前記所定光パルスの光パルス列から、前記所定数に前記所定連続数を乗じた数との積が前記第２繰り返し周波数となる繰り返し周波数で前記所定光パルス列が出力されるように残余の光パルスの強度を値０とする光強度変調部と、を備えるものとすることもできる。
本発明の誘導ラマン散乱顕微鏡装置において、前記第２光パルス生成部は、前記光結合部からの光パルスの強度を増幅して出力する強度増幅部を備えるものとすることもできる。こうすれば、分光により小さくなった第２光パルスの強度を大きくすることができ、誘導ラマン散乱による第１光パルスの増幅や減衰をより明確にすることができる。
本発明の誘導ラマン散乱顕微鏡装置において、前記光強度検出部からの検出信号に対して、前記第２繰り返し周波数の１／２の周波数をカットオフ周波数とするローパスフィルタと、前記第２繰り返し周波数の１／５〜１／１０の周波数をカットオフ周波数とするハイパスフィルタと、少なくとも前記第１繰り返し周波数のノッチフィルタと、を施すフィルタ処理部と、前記フィルタ処理部からの出力に対して、所定のサンプリング周波数でデジタイズして強度変調を計測する強度変調計測部と、を備えるものとすることもできる。誘導ラマン散乱による第１光パルスの増幅や減衰は、増幅や減衰が生じていない第１光パルスに対して１／２０００〜１／１００００程度であるから、検出光パルス列における誘導ラマン散乱による強度変調は極めて小さい。このため、検出光パルス列における誘導ラマン散乱による強度変調に上述のローパスフィルタとハイパスフィルタとを施すことにより、強度変調における高周波成分と低周波成分とをより適正に除去することができる。また、第１光パルスの繰り返し周波数である第１繰り返し周波数を除去するノッチフィルタを用いることにより、検出光パルス列における誘導ラマン散乱による強度変調を更に明確にすることができる。
本発明の誘導ラマン散乱計測方法は、
所定光周波数の第１光パルスを第１繰り返し周波数で試料に照射すると共に前記第１光パルスとは異なる光周波数の第２光パルスを整数倍すると前記第１繰り返し周波数となる第２繰り返し周波数で前記第１光パルスに同期させて照射し、前記第１光パルスと前記第２光パルスとの照射に対して前記試料の透過光および／または散乱光に含まれる前記第１繰り返し周波数の前記所定光周波数の光パルスを検出光パルス列として検出する誘導ラマン散乱計測方法であって、
前記第２光パルスは、複数の光周波数の光を含む所定光パルスを分光すると共に分光した光パルスのうち予め定めた所定数の異なる光周波数の光パルスを前記第２繰り返し周波数で出力するように調整し、前記調整された光パルスを結合することにより生成される、ことを特徴とする。
この本発明の誘導ラマン散乱計測方法では、第１繰り返し周波数の所定光周波数の第１光パルスと整数倍すると第１繰り返し周波数となる第２繰り返し周波数の第１光パルスとは異なる光周波数の第２光パルスとを同期させて試料に照射する。そして、試料の透過光や散乱光に含まれる第１繰り返し周波数の所定光周波数の光パルスを検出光パルス列として検出する。第１光パルスと第２光パルスとの照射点に２つの光の差周波に一致する周波数の分子振動周波数を有する分子が存在すると、誘導ラマン散乱により第１光パルスの強度に増幅や減衰が生じると共に第２光パルスの強度に減衰や増幅が生じる。したがって、検出光パルス列（第１繰り返し周波数の所定光周波数の光パルス）における光パルスの増幅や減衰により照射点に２つの光の差周波に一致する周波数の分子振動周波数を有する分子が存在するのが解る。本発明の誘導ラマン散乱計測方法では、第２光パルスは、複数の光周波数の光を含む所定光パルスを分光すると共に分光した光パルスのうち予め定めた所定数の異なる光周波数の光パルスを第２繰り返し周波数で出力されるように調整し、調整した光パルスを結合することにより生成する。いま、所定数として整数Ｍを考えると、「所定数の異なる光周波数の光パルス」は異なるＭ個の光周波数ω１〜ωｍの光パルスとなるから、第２光パルス生成部からは、第２繰り返し周波数で光周波数がω１〜ωｍに順次変化するＭ個の光パルスのパルス列が出力されることになる。
このように本発明の誘導ラマン散乱計測方法では、所定光パルスを分光すると共に分光した光パルスのうち所定数の異なる光周波数の光パルスを第２繰り返し周波数で出力することにより、光パルス毎に光周波数を変化させることができる。しかも、予め定めた所定数の異なる光周波数の光パルスを順に出力することにより、１つの照射点に対して所定数の光パルスを照射するだけでよいから、光周波数を微小周波数ずつ変更するものに比して、迅速に走査することができる。この結果、高速流体中に存在する出現確率が低い対象物を検出する場合や動く対象物を検出する場合でも適正にイメージングすることができる。なお、「所定数」としては、対象物に含まれる分子のうち対象物を特定するのに必要な分子の種類数を用い、「所定数の異なる光周波数の光パルス」は対象物を特定するのに必要な種類数の分子の分子振動周波数を用いることができる。
本発明の誘導ラマン散乱顕微鏡装置において、前記分光調整部は、前記所定光パルスを回折格子を用いて分光すると共に分光した光パルスのうち予め定めた所定数の異なる光周波数の光パルスを取り出す分光取出部と、前記所定数の異なる光周波数の光パルスを同一タイミングで入力したときに前記第２繰り返し周波数で光パルスが出力されるように長さが調整された複数の光ファイバを有するパルス出力時間調整部と、を備えるものとしてもよい。この場合、前記光源部は、前記所定光パルスを、前記所定数倍すると前記第２繰り返し周波数となる繰り返し周波数で出力する光源であるものとすることもできる。そして、この態様の本発明の誘導ラマン散乱顕微鏡装置において、前記パルス出力時間調整部は、前記第２繰り返し周波数の光パルスの列に強度が値０の光パルスを加えた光パルス列が連続して出力されるように前記複数の光ファイバの長さが調整されているものとしてもよい。いま、所定数として整数Ｍを考えると、第２繰り返し周波数で光周波数がω１〜ωｍに順次変化するＭ個の光パルスの列に強度が値０の光パルスを加えた光パルス列が出力されることになる。即ち、光パルス列は、光周波数ω１の光パルス，光周波数ω２の光パルス，…，光周波数ωｍの光パルス，強度が値０の光パルスとなる。強度が値０の光パルスは光パルスが存在しないものと同意であるから、強度が値０の光パルスに同期して照射された第１光パルスには誘導ラマン散乱は生じないため、検出される光パルスには増幅も減衰も生じない。このように、強度が値０の光パルスを光パルス列に含めることにより、周期的に誘導ラマン散乱により増幅や減衰の生じない光パルスを検出することができ、誘導ラマン散乱により増幅や減衰が生じる光パルスに対する増幅や減衰の基準とすることができる。
また、本発明の誘導ラマン散乱顕微鏡装置において、前記分光調整部は、前記所定光パルスを回折格子を用いて分光すると共に分光した光パルスのうち予め定めた所定数の異なる光周波数の光パルスを取り出す分光取出部と、所定数の異なる光周波数の光パルスによる光パルス列に対して前記光パルス列において一部の光パルスを消滅させて存続する光パルスのパターンが異なる光パルス列とする光変調部と、を備えるものとしてもよい。例えば、分光取出部により４個の光周波数ω１〜ω４の８個の光パルスからなる光パルス列を取り出し、光変調部を光周波数ω１の光パルス列については１番目と２番目の２個の光パルスについてはそのままの光強度で出力すると共に残余の６個の光パルスについては完全に消滅させるパターンとし、光周波数ω２の光パルス列については３番目と４番目の２個の光パルスについてはそのままの光強度で出力すると共に残余の６個の光パルスについては完全に消滅させるパターンとし、光周波数ω３の光パルス列については５番目と６番目の２個の光パルスについてはそのままの光強度で出力すると共に残余の６個の光パルスについては完全に消滅させるパターンとし、光周波数ω４の光パルス列については７番目と８番目の２個の光パルスについてはそのままの光強度で出力すると共に残余の６個の光パルスについては完全に消滅させるパターンとするものとすれば、光変調部では、分光取出部からの４個の光周波数ω１〜ω４の８個の光パルスによる４個の光パルス列を、４個の光周波数ω１〜ω４の２個の光パルスと消滅した６個のパルス部とからなる８個分の光パルスの４個の光パルス列とする。これを結合部で結合すれば、第２光パルス生成部からは、光周波数ω１の２個の光パルス、光周波数ω２の２個の光パルス、光周波数ω３の２個の光パルス、光周波数ω４の２個の光パルスが順に並ぶ８個の光パルスの光パルス列として第２光パルスを出力する。光変調部における光パルス列において一部の光パルスを消滅させて存続する光パルスのパターンを変更することにより、所望数の光周波数の光パルスによる種々の光パルス列として第２光パルスを生成することができる。
本発明の誘導ラマン散乱顕微鏡装置において、前記分光調整部は、所定光パルスをＭ個の光パルスに分光する分光部と、Ｍ個の光パルスをＭ個の光周波数の光パルスとする周波数調整部と、Ｍ個の光周波数の光パルスの光パルス列に対して前記光パルス列において一部の光パルスを消滅させて存続する光パルスのパターンが異なる光パルス列とする光変調部と、を備えるものとすることもできる。この場合も上述の分光調整部が光変調部を備える態様の誘導ラマン散乱顕微鏡装置と同様に、光変調部における光パルス列において一部の光パルスを消滅させて存続する光パルスのパターンを変更することにより、所望数の光周波数の光パルスによる種々の光パルス列として第２光パルスを生成することができる。
本発明の一実施例としての誘導ラマン散乱顕微鏡装置２０の構成の概略を示す構成図である。 第２光パルス生成部３０によりＭ個の周波数毎の光パルスを第２繰り返し周波数で順に出力する様子を複数例を用いて例示する説明図である。 第１光パルスと第２光パルスとを同期して試料４８に照射した際の透過光または散乱光のうちの第１光パルスと同一の光周波数の光パルスに生じる誘導ラマン散乱による減衰を説明する説明図である。 フィルタ処理部６０の構成の概略を示す構成図である。 実施例のフィルタ処理部６０によるフィルタ処理と比較例のフィルタ処理を施した際の信号波形を示すグラフである。 ミドリムシに対して光周波数を微小周波数ずつ変更したときの誘導ラマン散乱による減衰量の標準化値の変化を示すグラフである。 ミドリムシに対して４個の光周波数を順次変更したときの誘導ラマン散乱による減衰量の標準化値の変化を示すグラフである。 実施例の誘導ラマン散乱顕微鏡装置２０を用いた細胞選別システム１００の構成の概略を示す構成図である。 変形例の第２光パルス生成部２３０の構成の概略を示す構成図である。 変形例の第２光パルス生成部３３０の構成の概略を示す構成図である。 変形例の第２光パルス生成部３３０により第２光パルスを生成している様子の一例を示す説明図である。 変形例の第２光パルス生成部４３０の構成の概略を示す構成図である。 変形例の第２光パルス生成部４３０により第２光パルスを生成している様子の一例を示す説明図である。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施例としての誘導ラマン散乱顕微鏡装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の誘導ラマン散乱顕微鏡装置２０は、図示するように、第１光パルス生成部２２と、第２光パルス生成部３０と、第１光パルスと第２光パルスとを結合するダイクロイックミラー４２と、試料４８に対して光照射側のレンズなどの照射側光学系４４ａや光透過側や光散乱側のレンズなど透過散乱側光学系４４ｂとからなる光学系４４と、試料４８の透過光または散乱光の第１光パルスと同一の光周波数の光パルスの光強度を検出する光強度検出器５０と、光強度検出器５０からの信号に対してフィルタ処理を施すフィルタ処理部６０と、フィルタ処理部６０からの信号を所定のサンプリング周波数でデジタイズするデジタル計測部７０と、を備える。
第１光パルス生成部２２は、予め調整された光周波数で数ピコ秒のパルス幅の第１光パルス（励起光）を第１繰り返し周波数で出力する短パルス光源であり、周知の短パルス光源を用いることができる。実施例では、第１繰り返し周波数が７６ＭＨｚの短パルス光源を用いた。
第２光パルス生成部３０は、光パルスを出力するパルス光源３１と、光パルスの光強度を調整する光強度変調器３２と、光強度変調器３２からの光パルスをＭ個の光周波数毎の光パルスに分光する回折格子３３と、Ｍ個の光ファイバＯＦ（１）〜ＯＦ（Ｍ）によりＭ個の光周波数毎の光パルスの出力時間を調整するパルス出力時間調整部３４と、パルス出力時間調整部３４からのＭ個の光周波数毎の光パルスを結合する回折格子３５と、回折格子３５からの光パルスの光強度を増幅する光強度増幅器３６とを備える。
パルス光源３１は、第１光パルスと同一のパルス幅で第１光パルスの光周波数より低い複数の光周波数を含む光パルス（例えば、広帯域光の光パルス）を整数倍すると第１光パルスの繰り返し周波数（第１繰り返し周波数）となる第２繰り返し周波数で出力する短パルス光源であり、例えば第１光パルス生成部２２に用いられる短パルス光源と同一の光源を用いることができる。
光強度変調器３２は、光パルスの光強度を変調する周知の構成であり、実施例では、光パルスをそのままの光強度で出力するか、光パルスを完全に消滅させるかのいずれかに変調するものとして用いている。
パルス出力時間調整部３４は、回折格子３３により分光された光パルスのうち予め定めたＭ個の光周波数の光パルスを受光部ＩＮ（１）〜ＩＮ（Ｍ）で受光し、他端の出力部ＯＵＴ（１）〜ＯＵＴ（Ｍ）から出力するＭ個の光ファイバＯＦ（１）〜ＯＦ（Ｍ）により構成されている。光ファイバＯＦ（１）〜ＯＦ（Ｍ）は、同時に入力されたＭ個の周波数毎の光パルスが第２繰り返し周波数で順に出力されるようにその長さが調整されている。
光強度増幅器３６は、第２繰り返し周波数で順に出力されるＭ個の周波数毎の光パルスの強度を増幅するものであり、周知の光強度増幅器を用いることができる。
第２光パルス生成部３０により生成される第２光パルスについて説明する。図２は、第２光パルス生成部３０によりＭ個の周波数毎の光パルスを第２繰り返し周波数で順に出力する様子を複数例を用いて例示する説明図である。図中（ａ）は４個の光周波数ω１〜ω４の光パルスを第２繰り返し周波数で順に出力する様子を示しており、（ｂ）は４個の光周波数ω１〜ω４の光パルスにゼロ出力の光パルスを加えた光パルス列と光パルスに対して第２繰り返し周波数で順に出力する様子を示しており、（ｃ）は３個の光周波数ω１〜ω３の光パルスを２つずつ光パルスに対して第２繰り返し周波数で順に出力する様子を示している。
図２（ａ）では、パルス光源３１から出力された第２繰り返し周波数の光パルスは、光強度変調器３２により、４つ連続する光パルスに対して、最初の光パルスに対してはそのままの光強度で出力すると共に２番目から４番目の光パルスに対しては光パルスを完全に消滅させることにより、４倍すると第２繰り返し周波数となる繰り返し周波数の光パルスとされる（図２（ａ）の光強度変調器出力参照）。この光パルスは回折格子３３により分光され、４個の光周波数ω１〜ω４の光パルスだけがパルス出力時間調整部３４に入力される。４個の光周波数ω１〜ω４の光パルスが各々入力される４個の光ファイバは、光周波数ω１〜ω４の４個の光パルスが順に第２繰り返し周波数で出力されるように長さが調整されている。このため、４個の光ファイバからは、４倍すると第２繰り返し周波数となる繰り返し周波数の光パルスが第２繰り返し周波数の１周期ずつズレて出力される（図２（ａ）の光ファイバ出力参照）。そして、４個の光ファイバから出力された４個の光周波数ω１〜ω４の光パルスは回折格子３５により結合され、４個の光周波数ω１〜ω４の光パルスが第２繰り返し周波数で順に出力される（図２（ａ）の第２光パルス生成部出力参照）。したがって、第２光パルス生成部３０から出力される第２光パルスは、第２繰り返し周波数の４個の光パルス（光周波数ω１の光パルス、光周波数ω２の光パルス、光周波数ω３の光パルス、光周波数ω４の光パルス）が繰り返し出力されるものとなる。なお、この例では４個の光周波数ω１〜ω４の光パルスを順に出力するものとしたが、Ｍ個の光周波数ω１〜ωＭの光パルスを順に出力するものに適用することができる。
図２（ｂ）では、パルス光源３１から出力された第２繰り返し周波数の光パルスは、光強度変調器３２により、６つ連続する光パルスに対して、最初の光パルスに対してはそのままの光強度で出力すると共に２番目から６番目の光パルスに対しては光パルスを完全に消滅させることにより、６倍すると第２繰り返し周波数となる繰り返し周波数の光パルスとされる（図２（ｂ）の光強度変調器出力参照）。この光パルスは回折格子３３により分光され、４個の光周波数ω１〜ω４の光パルスだけがパルス出力時間調整部３４に入力される。４個の光周波数ω１〜ω４の光パルスが各々入力される４個の光ファイバは、光周波数ω１の光パルス，光周波数ω２の光パルス，ゼロ出力の光パルス，光周波数ω３の光パルス，光周波数ω４の光パルス，ゼロ出力の光パルスの６個の光パルスがこの順に第２繰り返し周波数で出力されるように長さが調整されている。このため、４個の光ファイバからは、６倍すると第２繰り返し周波数となる繰り返し周波数の光パルスがゼロ出力の光パルスの出力を含めて第２繰り返し周波数の１周期ずつズレて出力される（図２（ｂ）の光ファイバ出力参照）。そして、４個の光ファイバから出力された４個の光周波数ω１〜ω４の光パルスは回折格子３５により結合され、第２繰り返し周波数の４個の光周波数ω１〜ω４の光パルスに２個のゼロ出力の光パルスを加えた光パルス列が順に出力される（図２（ｂ）の第２光パルス生成部出力参照）。したがって、第２光パルス生成部３０から出力される第２光パルスは、第２繰り返し周波数の６個の光パルス（光周波数ω１の光パルス、光周波数ω２の光パルス、ゼロ出力の光パルス、光周波数ω３の光パルス、光周波数ω４の光パルス、ゼロ出力の光パルス）が繰り返し出力されるものとなる。なお、この例では４個の光周波数ω１〜ω４の光パルスに２個のゼロ出力の光パルスを加えた光パルス列を出力するものとしたが、Ｍ個の光周波数ω１〜ωＭの光パルスの任意の位置にＮ個のゼロ出力の光パルスを加えた光パルス列を出力するものに適用することができる。
図２（ｃ）では、パルス光源３１から出力された第２繰り返し周波数の光パルスは、光強度変調器３２により、６つ連続する光パルスに対して、１番目と２番目の光パルスに対してはそのままの光強度で出力すると共に３番目から６番目の光パルスに対しては光パルスを完全に消滅させることにより、６倍すると第２繰り返し周波数となる繰り返し周波数で第２繰り返し周波数の２つの光パルスとされる（図２（ｃ）の光強度変調器出力参照）。この光パルスは回折格子３３により分光され、３個の光周波数ω１〜ω３の光パルスだけがパルス出力時間調整部３４に入力される。３個の光周波数ω１〜ω３の光パルスが各々入力される３個の光ファイバは、光周波数ω１〜ω３の２個ずつの光パルスが順に第２繰り返し周波数で出力されるように長さが調整されている。このため、３個の光ファイバからは、６倍すると第２繰り返し周波数となる繰り返し周波数の２個ずつの光パルスが第２繰り返し周波数の２周期ずつズレて出力される（図２（ｃ）の光ファイバ出力参照）。そして、３個の光ファイバから出力された２個ずつの光周波数ω１〜ω４の光パルスは回折格子３５により結合され、第２繰り返し周波数で２個ずつの光周波数ω１〜ω３の６個の光パルスが順に出力される（図２（ｃ）の第２光パルス生成部出力参照）。したがって、第２光パルス生成部３０から出力される第２光パルスは、第２繰り返し周波数で２個ずつの光周波数ω１〜ω３の６個の光パルス（２個の光周波数ω１の光パルス、２個の光周波数ω２の光パルス、２個の光周波数ω３の光パルス）が繰り返し出力されるものとなる。
図３は、第１光パルスと第２光パルスとを同期して試料４８に照射した際の透過光または散乱光のうちの第１光パルスに生じる誘導ラマン散乱による減衰を説明する説明図である。図３中、（０）は第２光パルス生成部３０から２倍すると第１繰り返し周波数となる繰り返し周波数で光周波数ωの光パルスを出力したときの誘導ラマン散乱による減衰の様子を示し、（ａ）は第２光パルス生成部３０から第１繰り返し周波数と同一の繰り返し周波数で図２（ａ）の光パルスを第２光パルスとして出力したときの誘導ラマン散乱による減衰の様子を示し、（ｂ）は第２光パルス生成部３０から第１繰り返し周波数と同一の繰り返し周波数で図２（ｂ）の光パルスを第２光パルスとして出力したときの誘導ラマン散乱による減衰の様子を示し、（ｃ）は第２光パルス生成部３０から２倍すると第１繰り返し周波数となる繰り返し周波数で図２（ｃ）の光パルスを第２光パルスとして出力したときの誘導ラマン散乱による減衰の様子を示す。
図３（０）では、第２光パルス生成部３０から２倍すると第１繰り返し周波数となる繰り返し周波数で光周波数ωの光パルスが出力されるから、試料４８の透過光または散乱光のうち、同期して第２光パルスが出力される第１光パルスには誘導ラマン散乱による減衰が生じ、同期して第２光パルスが出力されない第１光パルスには誘導ラマン散乱による減衰は生じない。このため、減衰のない第１光パルスと減衰した第１光パルスとが検出されることになる（図３（０）の右端参照）。
図３（ａ）では、第２光パルス生成部３０から第１繰り返し周波数と同一の繰り返し周波数で図２（ａ）の光パルス、即ち第１繰り返し周波数の４個の光パルス（光周波数ω１の光パルス、光周波数ω２の光パルス、光周波数ω３の光パルス、光周波数ω４の光パルス）が繰り返し出力される。試料４８の透過光または散乱光のうち４個の光周波数ω１〜ω４の光パルスと同期して出力された４個の第１光パルスには光周波数ω１〜ω４の光パルスとの誘導ラマン散乱による第１量〜第４量の減衰が生じる。したがって、第１量〜第４量の減衰が生じた第１光パルスが繰り返し検出されることになる（図３（ａ）の右端参照）。
図３（ｂ）では、第２光パルス生成部３０から第１繰り返し周波数と同一の繰り返し周波数で図２（ｂ）の光パルス、即ち第１繰り返し周波数で６個の光パルス（光周波数ω１の光パルス、光周波数ω２の光パルス、ゼロ出力の光パルス、光周波数ω３の光パルス、光周波数ω４の光パルス、ゼロ出力の光パルス）が繰り返し出力される。試料４８の透過光または散乱光のうち４個の光周波数ω１〜ω４の光パルスと同期して出力された４個の第１光パルスには光周波数ω１〜ω４の光パルスとの誘導ラマン散乱による第１量〜第４量の減衰が生じ、２個のゼロ出力の光パルスに同期して出力された第１光パルスには誘導ラマン散乱による減衰は生じない。したがって、第１量〜第４量の減衰が生じた４個の第１光パルスに減衰のない２個の第１光パルスを加えた光パルス列が繰り返し検出されることになる（図３（ｂ）の右端参照）。
図３（ｃ）では、第２光パルス生成部３０から２倍すると第１繰り返し周波数となる繰り返し周波数の２個ずつの光周波数ω１〜ω３の６個の光パルスが繰り返し出力される。試料４８の透過光または散乱光のうち２個ずつの３個の光周波数ω１〜ω３の光パルスと同期して出力された６個の第１光パルスには光周波数ω１〜ω３の光パルスとの誘導ラマン散乱による第１量〜第３量の減衰が生じる。したがって、第１量〜第３量の減衰が生じた第１光パルスが２個ずつ繰り返し検出されることになる（図３（ｃ）の右端参照）。
第１光パルスの誘導ラマン散乱による減衰量ΔＬ（図３（０）の右端参照）は、減衰のない第１光パルスの光強度に対して１／１００００〜１／２０００程度である。このため、誘導ラマン散乱顕微鏡装置２０では、誘導ラマン散乱による減衰の波形を精度よく検出するためにフィルタ処理部６０によるフィルタ処理を行なっている。図４は、フィルタ処理部６０の構成の概略を示す構成図である。フィルタ処理部６０は、第２繰り返し周波数の１／２の周波数をカットオフ周波数とするローパスフィルタ６１と、第２繰り返し周波数の１／５〜１／１０の周波数をカットオフ周波数とするハイパスフィルタ６２と、第１繰り返し周波数とその２倍および３倍の周波数を除去するノッチフィルタ６４と、ローパスフィルタ６１と同一のローパスフィルタ６６と、ハイパスフィルタ６２と同一のハイパスフィルタ６７とが入力側から順に並んで構成されている。第１繰り返し周波数を７６ＭＨｚとし、第２繰り返し周波数を３８ＭＨｚとすると、ローパスフィルタ６１、６６は１９ＭＨｚのカットオフ周波数が好ましく、ハイパスフィルタ６２，６７は５ＭＨｚのカットオフ周波数が好ましく、ノッチフィルタ６４は７６ＭＨｚ，１５２ＭＨｚ，２２８ＭＨｚを除去するものが好ましい。図５は、実施例のフィルタ処理部６０によるフィルタ処理と比較例のフィルタ処理を施した際の信号波形を示すグラフである。図５中、（ａ）実施例のフィルタ処理部６０によるフィルタ処理を施した際の信号波形を示すグラフであり、（ｂ）は比較例のフィルタ処理を施した際の信号波形を示すグラフである。比較例のフィルタは、ローパスフィルタ６１とハイパスフィルタ６２に代えて１ＭＨｚ〜２５ＭＨｚのバンドパスフィルタを用い、ローパスフィルタ６６とハイパスフィルタ６６に代えて１ＭＨｚ〜２５ＭＨｚのバンドパスフィルタを用いたものである。図示するように、比較例の信号波形は乱れているが、実施例の信号波形は乱れが少ないのが解る。
デジタル計測部７０は、フィルタ処理部６０によりフィルタ処理された信号に対して所定のサンプリング周波数、例えば第１繰り返し周波数の２倍や４倍の周波数でデジタイズする周知のＡＤ変換器として構成されている。
以上説明した実施例の誘導ラマン散乱顕微鏡装置２０では、第２繰り返し周波数でＭ個の光周波数の光パルスを順に変更した第２光パルスを第１光パルスに同期して試料４８に照射するから、Ｍ個の光周波数の第２光パルスとの誘導ラマン散乱による第１光パルスのＭ個の量の減衰を第２繰り返し周波数で生じさせることができる。このため、１つの照射点に対してＭ個の光パルスを照射するだけでよいから、光周波数を微小周波数ずつ変更するものに比して、迅速に走査することができる。ここで、Ｍ個の光周波数としては、試料中の対象物に含まれる分子のうち対象物を特定するのに必要な分子の種類数を用いるのが好ましい。
また、実施例の誘導ラマン散乱顕微鏡装置２０では、第２繰り返し周波数でＭ個の光周波数の光パルスを複数個ずつ順に変更した第２光パルスや、第２繰り返し周波数でＭ個の光周波数の光パルスにゼロ出力の光パルスを加えた光パルス列とした第２光パルスなど様々な光パルス列を第２光パルスとして第２光パルス生成部３０から出力することができる。このため、試料中の対象物の検出をより迅速により確実に行なうことができる。
実施例の誘導ラマン散乱顕微鏡装置２０では、第１光パルスより低い光周波数の第２光パルスを第１光パルスに同期して試料４８に照射し、誘導ラマン散乱による第１光パルスの減衰を検出するものとしたが、第１光パルスより高い光周波数の第２光パルスを第１光パルスに同期して試料４８に照射し、誘導ラマン散乱による第１光パルスの増幅を検出するものとしてもよい。
図６は、ミドリムシに対して光周波数を微小周波数ずつ変更したときの誘導ラマン散乱スペクトルを示すグラフであり、図７は、ミドリムシに対して４個の光周波数に対する誘導ラマン散乱による値を直線で結んだグラフである。図中、実線は脂質の誘導ラマン散乱スペクトルであり、破線は葉緑体のスペクトルであり、一点鎖線はパラミロンのスペクトルであり、二点鎖線はタンパクおよびＤＮＡのスペクトルである。図６のグラフと図７のグラフとを比較すると解るように、図７のグラフの形状は図６のグラフのスペクトルの形状と同様の傾向をしている。このことは、４個の光周波数を順次変更した第２光パルスを用いれば、試料中から対象物であるミドリムシの成分を同定することができることを意味する。したがって、第２繰り返し周波数でミドリムシを特定するための４個の光周波数の光パルスを順に変更した第２光パルスを第１光パルスに同期して試料４８を走査することにより、試料中のミドリムシを迅速に検出することができる。
図６および図７では、ミドリムシを対象物とした具体例について説明したが、対象物はミドリムシ以外の種々のもの、例えば、血球細胞などの各種細胞など如何なるものとしてもよい。
図８は、実施例の誘導ラマン散乱顕微鏡装置２０を用いた細胞選別システム１００の構成の概略を示す構成図である。細胞選別システム１００、複数種の細胞を含有する液体（細胞含有液体）を流す細胞選別用流路デバイス１１０と、実施例の誘導ラマン散乱顕微鏡装置２０と、誘導ラマン散乱顕微鏡装置２０からの検出信号によって対象細胞を特定する判定処理部１２０と、細胞選別用流路デバイス１１０の分岐流路１１８に対象細胞を分別する分別処理部１３０と、を備える。細胞選別用流路デバイス１１０は、細胞含有液体に浸食されない材料（例えばエポキシ樹脂など）により、上流側から、細胞含有液体中の細胞が一列になって流れるようにする整列用流路１１２と、細胞含有液体中の細胞を誘導ラマン散乱顕微鏡装置２０により検出する検出用流路１１４と、対象細胞を細胞含有液体の流れから分別する本流路１１６および分岐流路１１８と、からなるように形成したものを用いることができる。判定処理部１２０は、誘導ラマン散乱顕微鏡装置２０により走査して検出した信号により画像形成された細胞の誘導ラマン散乱による画像が対象細胞の誘導ラマン散乱による画像に一致するか否かの画像のマッチングを行なう処理プログラムがインストールされた汎用のコンピュータにより構成することができる。分別処理部１３０は、パルスレーザによりキャビテーションを生じさせ、その膨張する際の力により対象細胞を分岐流路１１８に押し出す構成などを用いることができる。この細胞選別システム１００では、対象細胞を特定するのに必要な複数個の光周波数の光パルスの光パルス列を第２光パルスとして誘導ラマン散乱顕微鏡装置２０により走査することにより、もしくは光パルス列を試料に対してライン状に照射し、試料内の異なる位置において発生した第１光パルスの減衰を複数のフォトダイオードで検出することで、より高速に且つより正確に対象細胞を選別することができる。
図８では、実施例の誘導ラマン散乱顕微鏡装置２０を細胞選別システム１００に組み込んだ具体例について説明したが、実施例の誘導ラマン散乱顕微鏡装置２０は、単独としても機能するのは勿論、内視鏡による血球観察などを行なう装置に組み込んでもよい。
実施例の誘導ラマン散乱顕微鏡装置２０では、第２光パルス生成部３０を、パルス光源３１と、光強度変調器３２と、回折格子３３と、パルス出力時間調整部３４と、回折格子３５と、光強度増幅器３６とにより構成した。しかし、図９に例示する変形例の第２光パルス生成部２３０に示すように、第２光パルス生成部２３０を、パルス光源３１と、光強度変調器３２と、ミラー２３１と、偏光ビームスプリッタ（Polarizing Beam Splitter）２３２と、回折格子２３３と、パルス出力時間調整部２３４と、ミラー２３５と、光強度増幅器３６とにより構成するものとしてもよい。
ここで、偏光ビームスプリッタ２３２は、偏光状態が９０度異なる光（Ｓ偏光とＰ偏光）を分離する光学素子であり、例えば、Ｓ偏光状態の光を透過し、Ｐ偏光状態の光を反射する。パルス出力時間調整部２３４は、回折格子２３３により分光された光パルスのうち予め定めたＭ個の光周波数の光パルスを受光出力部ＩＯ（１）〜ＩＯ（Ｍ）で受光し、ＦＲＭ（１）〜ＦＲＭ（Ｍ）に出力すると共にＦＲＭ（１）〜ＦＲＭ（Ｍ）により反射された光パルスを受光出力部ＩＯ（１）〜ＩＯ（Ｍ）に出力するＭ個の光ファイバＯＦ（１）〜ＯＦ（Ｍ）により構成されている。ＦＲＭ（１）〜ＦＲＭ（Ｍ）は、光ファイバからの入射した光を９０度偏波回転して機転してファラデー回転ミラー（Faraday rotator mirror）であり、ファラデー回転子と反射鏡とにより、入射した光を９０度偏波回転して反射する。光ファイバＯＦ（１）〜ＯＦ（Ｍ）は、同時に受光出力部ＩＯ（１）〜ＩＯ（Ｍ）に入力されたＭ個の周波数毎の光パルスがＦＲＭ（１）〜ＦＲＭ（Ｍ）により反射されて第２繰り返し周波数で順に受光出力部ＩＯ（１）〜ＩＯ（Ｍ）から出力されるようにその長さが調整されている。
変形例の第２光パルス生成部２３０でも実施例の第２光パルス生成部３０と同様に第２光パルスを生成することができる。例えば、図２（ａ）の第２光パルスの場合、変形例の第２光パルス生成部２３０では、実施例と同様に、パルス光源３１から出力された第２繰り返し周波数の光パルスを、光強度変調器３２により、４つ連続する光パルスに対して、最初の光パルスに対してはそのままの光強度で出力すると共に２番目から４番目の光パルスに対しては光パルスを完全に消滅させ、４倍すると第２繰り返し周波数となる繰り返し周波数の光パルスとする。この光パルスは偏光ビームスプリッタ２３２により所定の偏光状態（例えば、Ｓ偏光状態）の成分だけを透過し、回折格子２３３により分光され、４個の光周波数ω１〜ω４の光パルスだけがパルス出力時間調整部２３４に入力される。４個の光周波数ω１〜ω４の光パルスは、光ファイバＯＦ（１）〜ＯＦ（４）によりＦＲＭ（１）〜ＦＲＭ（４）に導かれ、ＦＲＭ（１）〜ＦＲＭ（４）により反射されることにより偏光状態が９０度だけ回転する。ＦＲＭ（１）〜ＦＲＭ（４）により反射された４個の光パルスは、光ファイバＯＦ（１）〜ＯＦ（４）を介して、回折格子２３３で結合される。光ファイバＯＦ（１）〜ＯＦ（４）は、光パルスの往復で、光周波数ω１〜ω４の４個の光パルスが順に第２繰り返し周波数で出力されるように長さが調整されているから、４個の光ファイバＯＦ（１）〜ＯＦ（４）からは、４倍すると第２繰り返し周波数となる繰り返し周波数の光パルスが第２繰り返し周波数の１周期ずつズレて出力される。このため、回折格子２３３で結合されると、４個の光周波数ω１〜ω４の光パルスが第２繰り返し周波数で順に出力されるパルス列となる。この４個の光周波数ω１〜ω４の光パルスは、ＦＲＭ（１）〜ＦＲＭ（４）による反射で偏光状態が９０度だけ回転しているから、偏光ビームスプリッタ２３２でミラー２３５側に反射され、ミラー２３５および光強度増幅器３６を介して出力される。図２（ｂ）および図（ｃ）に示す第２光パルスの生成についても同様である。
また、図１０に例示する変形例の第２光パルス生成部３３０のにように、パルス光源３１と、回折格子３３３と、パルス出力時間調整部３３４と、回折格子３３５と、光強度増幅器３６とにより構成するものとしてもよい。パルス出力時間調整部３３４は、回折格子３３３により分光された光パルスのうち予め定めたＭ個の光周波数の光パルスを受光する受光部ＩＮ（１）〜ＩＮ（Ｍ）と、受光部ＩＮ（１）〜ＩＮ（Ｍ）からのＭ個の光周波数の光パルスに対して周期的に光パルスをそのままの光強度で出力したり光パルスを完全に消滅したりしてＭ個の光周波数の光パルスによるＭ個の光パルス列とするＭ個の光変調器ＯＭ（１）〜ＯＭ（Ｍ）と、Ｍ個の光変調器ＯＭ（１）〜ＯＭ（Ｍ）からのＭ個の光パルス列を回折格子３３５に出力するＭ個の出力部ＯＵＴ（１）〜ＯＵＴ（Ｍ）とを備える。
変形例の第２光パルス生成部３３０では、Ｍ個の光変調器ＯＭ（１）〜ＯＭ（Ｍ）により光パルスをそのままの光強度で出力したり光パルスを完全に消滅したりして生成するＭ個の光パルス列のパターンにより種々の第２光パルスを生成する。図１１は、変形例の第２光パルス生成部３３０により第２光パルスを生成している様子の一例を示す説明図である。図１１では、第２光パルスとして、４個の光周波数の光パルスを２個ずつ並べて合計８個の光パルスによる光パルス列を生成している例を示している。パルス光源３１から出力された８個の光パルスによる光パルス列は、回折格子３３３により分光され、４個の光周波数ω１〜ω４の８個の光パルスによる４個の光パルス列として受光部ＩＮ（１）〜ＩＮ（４）に入力される。４個の光周波数ω１〜ω４の光パルス列は、光変調器ＯＭ（１）〜ＯＭ（４）により、周波数ω１の光パルス列については１番目と２番目の２個の光パルスについてはそのままの光強度で出力すると共に残余の６個の光パルスについては完全に消滅させ、周波数ω２の光パルス列については３番目と４番目の２個の光パルスについてはそのままの光強度で出力すると共に残余の６個の光パルスについては完全に消滅させ、周波数ω３の光パルス列については５番目と６番目の２個の光パルスについてはそのままの光強度で出力すると共に残余の６個の光パルスについては完全に消滅させ、周波数ω４の光パルス列については７番目と８番目の２個の光パルスについてはそのままの光強度で出力すると共に残余の６個の光パルスについては完全に消滅させ、４個の光周波数ω１〜ω４の２個の光パルスと消滅した６個のパルス部とからなる８個分の光パルスの４個の光パルス列となる。この４個の光周波数ω１〜ω４の光パルス列は、出力部ＯＵＴ（１）〜ＯＵＴ（Ｍ）から出力されて回折格子３３５により結合され、光強度増幅器３６により光強度が増幅され、第２光パルス生成部３３０からは、周波数ω１の２個の光パルス、周波数ω２の２個の光パルス、周波数ω３の２個の光パルス、周波数ω４の２個の光パルスが順に並ぶ８個の光パルスの光パルス列として第２光パルスを出力する。
以上の説明から解るように、変形例の第２光パルス生成部３３０では、Ｍ個の光変調器ＯＭ（１）〜ＯＭ（Ｍ）による光パルス列の消滅のパターンを変更することにより、Ｍ個の光周波数の光パルスによる種々の光パルス列として第２光パルスを生成することができる。
また、図１２に例示する変形例の第２光パルス生成部４３０にように、パルス光源３１と、パルス光源３１からの光パルスをＭ個の光パルスに分光する分光器４３２と、Ｍ個の光パルスをＭ個の異なる周波数の光パルスとするＭ個の光学フィルタＦ（１）〜Ｆ（Ｍ）と、周期的に光パルスをそのままの光強度で出力したり光パルスを完全に消滅したりするＭ個の光変調器ＯＭ（１）〜ＯＭ（Ｍ）と、Ｍ個の光パルスを結合する結合器４３４と、光強度増幅器３６とにより構成するものとしてもよい。なお、光分配器４３２は、例えば、複数のビームスプリッタにより構成することができる。
変形例の第２光パルス生成部４３０により第２光パルスを生成する様子について説明する。図１３は、変形例の第２光パルス生成部４３０により第２光パルスとして４つの異なる周波数の光パルスを２個ずつ順に並ぶ光パルス列を生成する様子を説明する説明図である。この例では、パルス光源３１からの８個の光パルスからなる光パルス列は、分光器４３２により４個の光パルス列に分光され、光学フィルタＦ（１）〜Ｆ（４）により周波数がω１〜ω４の４個の光パルス列とされる。続いて、光変調器ＯＭ（１）〜ＯＭ（４）により、周波数ω１の光パルス列については１番目と２番目の２個の光パルスについてはそのままの光強度で出力すると共に残余の６個の光パルスについては完全に消滅させ、周波数ω２の光パルス列については３番目と４番目の２個の光パルスについてはそのままの光強度で出力すると共に残余の６個の光パルスについては完全に消滅させ、周波数ω３の光パルス列については５番目と６番目の２個の光パルスについてはそのままの光強度で出力すると共に残余の６個の光パルスについては完全に消滅させ、周波数ω４の光パルス列については７番目と８番目の２個の光パルスについてはそのままの光強度で出力すると共に残余の６個の光パルスについては完全に消滅させる。そして、結合器４３４により結合すると共に光強度増幅器３６により光強度を増幅し、第２光パルス生成部４３０からは、周波数ω１の２個の光パルス、周波数ω２の２個の光パルス、周波数ω３の２個の光パルス、周波数ω４の２個の光パルスが順に並ぶ８個の光パルスの光パルス列として第２光パルスを出力する。
なお、変形例の第２光パルス生成部４３０では、第２光パルスとして周波数の異なる光パルスが２個ずつ連続して順に並ぶ光パルス列を出力するものとして説明したが、Ｍ個の光変調器ＯＭ（１）〜ＯＭ（Ｍ）による光パルス列の消滅のパターンを変更することにより、Ｍ個の光周波数の光パルスによる種々の光パルス列として第２光パルスを生成することができる。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、誘導ラマン散乱顕微鏡装置の製造産業などに利用可能である。

Claims (7)

  1. 所定光周波数の第１光パルスを第１繰り返し周波数で出力する第１光パルス生成部と、
    前記第１光パルスとは異なる光周波数の第２光パルスを整数倍すると前記第１繰り返し周波数となる第２繰り返し周波数で出力する第２光パルス生成部と、
    前記第１光パルスと前記第２光パルスとを同期させて試料に照射した際の透過光および／または散乱光に含まれる前記第１繰り返し周波数の前記所定光周波数の光パルスの光強度を検出する光強度検出部と、
    を備える誘導ラマン散乱顕微鏡装置であって、
    前記第２光パルス生成部は、
    複数の光周波数の光を含む所定光パルスを出力する光源部と、
    前記所定光パルスを分光すると共に分光した光パルスのうち予め定めた所定数の異なる光周波数の光パルスを前記第２繰り返し周波数で出力する分光調整部と、
    前記分光調整部からの光パルスを結合する光結合部と、
    を備える、
    ことを特徴とする誘導ラマン散乱顕微鏡装置。
  2. 請求項１記載の誘導ラマン散乱顕微鏡装置であって、
    前記光源部は、前記所定光パルスを、前記所定数倍すると前記第２繰り返し周波数となる繰り返し周波数で出力する光源である、
    誘導ラマン散乱顕微鏡装置。
  3. 請求項１記載の誘導ラマン散乱顕微鏡装置であって、
    前記光源部は、前記所定光パルスが前記第２繰り返し周波数で所定連続数だけ連続する所定光パルス列を、前記所定数に前記所定連続数を乗じた数との積が前記第２繰り返し周波数となる繰り返し周波数で出力する光源部である、
    誘導ラマン散乱顕微鏡装置。
  4. 請求項３記載の誘導ラマン散乱顕微鏡装置であって、
    前記光源部は、
    前記第２繰り返し周波数で前記所定光パルスを出力する光源と、
    前記光源からの前記第２繰り返し周波数の前記所定光パルスの光パルス列から、前記所定数を前記所定連続数を乗じた数との積が前記第２繰り返し周波数となる繰り返し周波数で前記所定光パルス列が出力されるように残余の光パルスの強度を値０とする光強度変調部と、
    を備える、
    誘導ラマン散乱顕微鏡装置。
  5. 請求項１ないし４のうちのいずれか１つの請求項に記載の誘導ラマン散乱顕微鏡装置であって、
    前記第２光パルス生成部は、前記光結合部からの光パルスの強度を増幅して出力する強度増幅部を備える、
    誘導ラマン散乱顕微鏡装置。
  6. 請求項１ないし５のうちのいずれか１つの請求項に記載の誘導ラマン散乱顕微鏡装置であって、
    前記光強度検出部からの検出信号に対して、前記第２繰り返し周波数の１／２の周波数をカットオフ周波数とするローパスフィルタと、前記第２繰り返し周波数の１／５〜１／１０の周波数をカットオフ周波数とするハイパスフィルタと、少なくとも前記第１繰り返し周波数のノッチフィルタと、を施すフィルタ処理部と、
    前記フィルタ処理部からの出力に対して、所定サンプリング周期でデジタイズして強度変調を計測する強度変調計測部と、
    を備える、
    誘導ラマン散乱顕微鏡装置。
  7. 所定光周波数の第１光パルスを第１繰り返し周波数で試料に照射すると共に前記第１光パルスとは異なる光周波数の第２光パルスを整数倍すると前記第１繰り返し周波数となる第２繰り返し周波数で前記第１光パルスに同期させて照射し、前記第１光パルスと前記第２光パルスとの照射に対して前記試料の透過光および／または散乱光に含まれる前記第１繰り返し周波数の前記所定光周波数の光パルスを検出光パルス列として検出する誘導ラマン散乱計測方法であって、
    前記第２光パルスは、複数の光周波数の光を含む所定光パルスを分光すると共に分光した光パルスのうち予め定めた所定数の異なる光周波数の光パルスを前記第２繰り返し周波数で出力するように調整し、前記調整された光パルスを結合することにより生成される、
    ことを特徴とする誘導ラマン散乱計測方法。
JP2017566996A 2016-02-09 2017-02-09 誘導ラマン散乱顕微鏡装置および誘導ラマン散乱計測方法 Active JP6837667B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016022615 2016-02-09
JP2016022615 2016-02-09
PCT/JP2017/004728 WO2017138606A1 (ja) 2016-02-09 2017-02-09 誘導ラマン散乱顕微鏡装置および誘導ラマン散乱計測方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2017138606A1 JPWO2017138606A1 (ja) 2018-12-06
JP6837667B2 true JP6837667B2 (ja) 2021-03-03

Family

ID=59563856

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017566996A Active JP6837667B2 (ja) 2016-02-09 2017-02-09 誘導ラマン散乱顕微鏡装置および誘導ラマン散乱計測方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11340171B2 (ja)
EP (1) EP3415898A4 (ja)
JP (1) JP6837667B2 (ja)
WO (1) WO2017138606A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI639414B (zh) * 2017-11-17 2018-11-01 財團法人國家同步輻射研究中心 電腦斷層掃描影像的對位方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6151522A (en) 1998-03-16 2000-11-21 The Research Foundation Of Cuny Method and system for examining biological materials using low power CW excitation raman spectroscopy
US7352458B2 (en) * 2005-10-26 2008-04-01 President And Fellows Of Harvard College System and method for high sensitivity vibrational imaging with frequency modulation coherent anti-stokes Raman scattering analyses
CN102575992B (zh) * 2009-06-03 2015-04-22 佳能株式会社 光学显微镜及光学计测
JP5623652B2 (ja) * 2011-03-04 2014-11-12 キヤノン株式会社 ラマン散乱計測装置および誘導ラマン散乱検出方法
WO2012169539A1 (ja) * 2011-06-07 2012-12-13 ナノフォトン株式会社 ラマン顕微鏡、及びラマン分光測定方法
JP5697584B2 (ja) * 2011-11-25 2015-04-08 キヤノン株式会社 誘導ラマン散乱計測装置および誘導ラマン散乱計測方法
JP5697699B2 (ja) 2013-03-08 2015-04-08 キヤノン株式会社 ラマン散乱計測装置およびラマン散乱計測方法
FR3003949B1 (fr) * 2013-03-26 2015-05-01 Univ Aix Marseille Dispositif et methode de detection raman stimulee.
EP2982968A4 (en) * 2013-04-05 2016-11-30 Nikon Corp CELL OBSERVATION METHOD, CELL OBSERVATION DEVICE, CELL OBSERVATION PROGRAM, CELL SHEET MANUFACTURING METHOD, AND CELL SHEET MANUFACTURING DEVICE
US20150204790A1 (en) 2014-01-23 2015-07-23 Canon Kabushiki Kaisha Stimulated raman scattering measurement apparatus
JP2015158482A (ja) * 2014-01-23 2015-09-03 キヤノン株式会社 誘導ラマン散乱計測装置
EP3123128B1 (en) * 2014-03-24 2020-04-29 Optiqgain Ltd. A system for a stimulated raman scattering (srs) spectrophotometer and a method of use thereof
JP5917664B2 (ja) * 2014-11-25 2016-05-18 キヤノン株式会社 誘導ラマン散乱計測装置および誘導ラマン散乱計測方法
CN108139267B (zh) * 2015-10-09 2021-06-08 徕卡显微系统复合显微镜有限公司 Srs成像的动态锁定检测带宽

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017138606A1 (ja) 2017-08-17
US11340171B2 (en) 2022-05-24
EP3415898A4 (en) 2019-09-11
EP3415898A1 (en) 2018-12-19
US20190137401A1 (en) 2019-05-09
JPWO2017138606A1 (ja) 2018-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5329449B2 (ja) 顕微鏡イメージングを実行する方法
JP6125981B2 (ja) 光断層画像装置用サンプルクロック発生装置、および光断層画像装置
JP5649828B2 (ja) レーザ顕微鏡装置
KR101502236B1 (ko) 3 차원 다색 형광 공초점 현미경 및 이를 사용하는 시편의 깊이의 정보를 생성하는 방법
JP3970334B2 (ja) 光学的表面検査装置
JP6051397B2 (ja) ラマン顕微鏡、及びラマン分光測定方法
KR102235512B1 (ko) 펄스 광 생성 장치, 광 조사 장치, 광 가공 장치, 광 응답 측정 장치, 현미경 장치, 및 펄스 광 생성 방법
US10914676B2 (en) Observation apparatus and observation method
CN108732155B (zh) 拉曼探头
JP6837667B2 (ja) 誘導ラマン散乱顕微鏡装置および誘導ラマン散乱計測方法
JP6558960B2 (ja) レーザ光合成分岐装置及びレーザ測定装置
JPWO2014208349A1 (ja) 光学測定装置及び光学測定方法
JP2001066250A (ja) ガス検出装置
WO2015046070A1 (ja) 光学測定装置および光学測定方法
JP2010145270A (ja) 誘導ラマン分光分析装置
JP2007093529A (ja) 分光方法及び分光装置
KR101576846B1 (ko) 심혈관 이미징 장치 및 그 혈관 분석 방법
JP7000117B2 (ja) ノイズ低減装置およびそれを有する検出装置
WO2007037217A1 (ja) 分析装置
US10132681B2 (en) Noise reduction apparatus and detection apparatus including the same
JP4678236B2 (ja) 光学特性測定装置
KR101685375B1 (ko) 편광 다중 방식의 파장 가변 광원 장치 및 이를 이용한 편광민감 광간섭단층촬영 이미징 시스템
JP2017102265A (ja) 走査型顕微鏡
US20240044705A1 (en) Optical spectrometer system
JP2006300664A (ja) フーリエ分光装置，測定タイミング検出方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191224

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191224

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210105

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210127

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6837667

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150