JPH04269644A - Optical echo microscope - Google Patents

Optical echo microscope

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JPH04269644A
JPH04269644A JP3030350A JP3035091A JPH04269644A JP H04269644 A JPH04269644 A JP H04269644A JP 3030350 A JP3030350 A JP 3030350A JP 3035091 A JP3035091 A JP 3035091A JP H04269644 A JPH04269644 A JP H04269644A
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light
optical
scanning
light source
phase
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Kiyoshi Uchikawa
清 内川
Takayuki Suga
隆之 菅
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Abstract

PURPOSE:To make it possible to obtain the data concerning to the difference in physical and chemical properties of a sample by measuring the optical-phase alleviating time of the sample. CONSTITUTION:A light source means A supplies the light having space coherence which can be regarded as a point light source on an image plane and the specified time coherence from a light source 1. A light-modulation optical system B splits the light with a light splitter 2. One light is delayed by a specified time with a delaying means 4. The other undergoes phase modulation at a specified frequency with a light modulating means 5. These lights are synthesized with a light synthesizer 3. A cofocal scanning microscope C guides the light on a test specimen 20 with an illuminating optical system, and a spot is formed. Scanning is relatively performed with a scanning means. The light guided from the substance is detected with a photodetector 15. The modulated part which is even-number times the modulating frequency in the means 5 is extracted with an electric-signal processing part 40 from the output signal of the photodetector 15. Thus, the optical-phase alleviating time of the sample is obtained based on the change in optical echo caused by the change in difference between the lengths of the light paths of two light beams. The difference in physical properties can be made clear based on the change.

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、物質の物理化学的な性
質の差を光学的に観察できる顕微鏡に関する。 【0002】 【従来技術】一般の光学顕微鏡に対して、レーザ光源を
用いたレーザ走査顕微鏡が知られており種々の顕鏡に利
用されている。このうち共焦点型レーザー走査顕微鏡は
、照明系の焦点位置に被検物体を配置してここに光スポ
ットを形成し、被検物体からの光をピンホール上に集光
して光検出するものである。共焦点型レーザー走査顕微
鏡によって得られる画像は、非常に浅い焦点深度を有し
ていることから、光軸方向の走査を行うことによって、
所謂セクショニング効果による無限に深い焦点深度が得
られるという利点を有している。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、共焦点
型レーザー走査顕微鏡によって得られる被検物体の情報
は、通常の光学顕微鏡の画像から得られる情報と比較す
ると質的に大差ないものであった。本発明の目的は、試
料をただ観察するという従来の顕微鏡の機能の他に、試
料の物理化学的な性質の差異に関する情報を得ることの
できる光エコー顕微鏡を提供することにある。 【0004】 【課題を解決するための手段】本発明による光エコー顕
微鏡は、像面上で点光源とみなせる空間コヒーレンスと
所定の時間コヒーレンスとを有する光を供給するレーザ
光源と、該光源からの光を2光束に分割する光分割器と
、該光分割器により分岐された2光束の一方の光路中に
配置された光遅延器と、該2光束のうちの一方の光を所
定の周波数で位相変調するための位相変調器と、該2光
束を合波する光合成器と、該合波された光束を被検物体
上に導いて光スポットを形成するための照射光学系と、
該照射光学系により形成される被検物体上の光スポット
を前記被検物体に対して相対的に走査するための走査手
段と、前記被検物体からの光を光検出器上に導く集光光
学系と、該光検出器の出力信号から前記位相変調器の変
調周波数の偶数倍の変調成分を抽出する信号処理手段と
を有する。ここで、レーザ光源は、被検物体に対して注
目する光吸収帯の光学的位相緩和時間よりも短い時間コ
ヒーレンスを有することが望ましい。 【0005】 【作  用】従来のレーザー走査顕微鏡においては、光
源として時間コヒーレンスの長い、すなわち、極めて狭
い発振スペクトル幅を有するレーザー光源(例えばヘリ
ウムネオンレーザーやCWアルゴンレーザー等)が用い
られてきた。本発明の光エコー顕微鏡では、試料の光位
相緩和時間を測定するという手法の為に、光源として広
い発振スペクトル幅を有するレーザー光源を用いている
。 【0006】固体試料の位相緩和時間を測定するために
は、広い発振スペクトル幅を有するレーザー光源の他に
光変調光学系とそれと対応した光検出系が必要である。 固体の位相緩和時間は、蓄積フォトンエコーのヘテロダ
イン検出により容易に測定することができ、特に共焦点
型レーザー走査顕微鏡において、その照明系の焦点にお
ける光エコーを簡便に測定する方法として、光位相変調
によるヘテロダイン検出法を採用することが適切である
。光エコーの光位相変調によるヘテロダイン検出法につ
いては、本願と同一出願人による特願平2−25301
1号に解説したとおりである。 【0007】被検物体において光エコーを生じ得る物理
化学的特性を有している場合には、光エコーは位相変調
光周波数成分の2倍乃至偶数倍の周波数成分の信号とし
て検出されるため、試料上のレーザー焦点位置の光エコ
ーの大きさは、受光部焦点位置における位相変調周波数
の2倍乃至は偶数倍の光強度変調成分の大きさを抽出す
ることによって、光エコーを検出することが可能である
。従って、試料の位相緩和時間は、上記光遅延器により
2つの光ビームの光路長差を順次変化させることにより
生じる光エコーの変化を記録することにより得られる。 通常のレーザー走査顕微鏡像においては、このような変
調操作は必要なく、受光部の光強度のみを検出すれば良
い。 【0008】以上述べたように、本発明による光エコー
顕微鏡は、光学的位相緩和時間(一般にT2緩和時間、
或いは横緩和時間と呼んでいる)を、走査手段との組合
せにより、2次元的に、さらには3次元的にマッピング
することにより、明らかにするという新たな機能を有し
ている。すなわち、通常のレーザ顕微鏡としての走査像
の他に、そのレーザー光と共鳴しうる光吸収体が試料中
にある場合は、光エコーによる光位相緩和時間を測定す
ることにより、試料の物理化学的な性質をも明らかにで
きる。例えばレーザー光と共鳴しうる色素を、結晶質と
非晶質とが混在するポリマー中に分散した場合、結晶質
中と非晶質中では光位相緩和時間が異なる事を利用すれ
ば、非晶質相と結晶質相とがどのような形で混在するの
かを観察することができる。 【0009】 【実施例】本発明の実施例として、まず光源については
、像面上で点光源と見なせる空間コヒーレンスを有し、
かつ被測定物の注目する光吸収帯の光学的位相緩和時間
よりも短い時間コヒーレンスを有することが適当である
。そして、光源からの光を2光束に分割する光分割器と
、2光束を合波する光合成器とを有する光学系は、マイ
ケルソン干渉計やマッハツェンダー干渉計等に類する2
光路干渉光学系(2path interferome
ter )が好適である。光遅延器は該干渉光学系の一
方の光経路の長さを変える機能を有し、光変調器は干渉
光学系の一方の経路を通る光を固定周波数fで位相変調
する機能を有する。そして、干渉光学系から出射する光
が光照射光学系によって被測定物上あるいは内部に集光
されて光スポットが形成される。被測定物から散乱、透
過あるいは放射される光が集光光学系によって光検出器
上に導かれ、信号処理手段は光検出器の出力信号から位
相変調器の変調周波数の2倍乃至は任意の偶数倍の周波
数の交流成分のみ選択的に検出、増幅する機能を有して
いる。  【0010】以下、図示した具体的実施例の
構成について説明する。第1図は本発明による第1実施
例の概略を示す構成図である。この実施例の光学系の構
成は、大別すると図中点線で囲まれた3つの部分、すな
わち光源手段(A)、光変調光学系(B)、及び共焦点
型レーザー走査顕微鏡(C)からなっている。本実施例
においては、光源手段(A)は80MHzのモード同期
アルゴンレーザー励起色素レーザーからなる光源1を有
している。光源1としてはその他に、マルチモード半導
体レーザー、モード同期半導体レーザー、LEDや固体
レーザーを用いることができる。 【0011】レーザ光源からの光束を2光束に分岐する
ための光分割器2及び分岐された2つの光束を合波する
合波器3は、共に偏光ビームスプリッターであるが、代
わりに偏光特性の殆ど無いか或いは全く無い半透鏡など
も用いることができる。光分割器2の透過光路中には、
図示なき可動ステージに固定されたコーナーキューブ4
aが配置されており、可動ステージを変位させる変位器
4bとによって光遅延手段4を構成している。この変位
器4bによってコーナーキューブ4aを移動させて所定
量だけ光遅延を生ずるように構成されている。また、光
分割器2の反射光路上には位相変調手段5が配置されて
いる。位相変調手段5としては、一般に電気光学結晶を
用いたものが良く知られているが、本実施例においては
、一端が固定され他端にコーナーキューブ5aが固定さ
れた圧電素子5bを用いている。そして、交流駆動源5
cにより圧電素子5bに所定の周波数fの交流電圧を印
加することによって、周波数fの位相変調手段5を構成
している。これら光分割器2、合波器3、光遅延手段4
及び位相変調手段5により光変調光学系(B)が構成さ
れている。分岐された光束中に配置された直交反射面6
a,6b 及び7a,7b は、それぞれ光遅延手段4
及び位相変調手段5へ光を導き、合波器3での光合波を
容易にするための光路屈曲用反射面である。本実施例で
は、光分割器2の透過光路上に光遅延手段4を、反射光
路上に位相変調手段5を配置したが、これに限らず、逆
の配置でも可能であり、また光遅延手段と位相変調手段
とを共に一方の光路上に配置することも可能である。 【0012】共焦点型レーザ走査顕微鏡(C)は、半透
過鏡10、対物レンズ11及び12からなる照射光学系
と、集光レンズ13、ピンホール開口を有する遮光板1
4からなる集光光学系、及び光検出器としての光電子増
倍管15と信号処理のためのロックインアンプを有して
いる。半透過鏡10を透過する光変調光学系(B)から
の光束は、対物レンズ11,12により被検物体20上
に集光され、ここに光スポットを形成する。被検物体2
0から発する光は、再び対物レンズ11,12をとおり
、半透過鏡10で反射されて集光レンズ13により、遮
光板12のピンホール開口12a 上に集光される。ピ
ンホール開口12a を通過した光は検出器としての光
電子増倍管15に入射し、光電子増倍管15は光電変換
により入射光量に応じた信号を出力し、この出力信号の
なかから位相変調周波数の2倍の変調成分のみがロック
インアンプ16により増幅される。ピンホール開口を有
する遮光板14は、照射光学系の焦点位置からの散乱光
、あるいは発光のみを検出するための空間フィルターと
して機能している。尚、光変調光学系からの光のうち半
透過鏡10を反射する光が、集光光学系に入射して迷光
を生ずるのを防止するために、光トラップ17が配置さ
れている。 【0013】そして、照射光学系中の半透過鏡10と対
物レンズ11,12 との間には、集光光学系による光
スポットを被検物体20上で走査するための走査手段3
0が配置されている。この走査手段30は光学的な反射
或いは屈折による光走査手段として周知のものを用いる
ことができ、走査駆動手段31からの信号により所定の
速度にて被検物体20上を光スポットが走査する。走査
手段30はいわば空間変調器であり、他に、被測定物を
保持したステージを集光光学系に対して相対的に移動す
る装置を採用することもできる。また、試料としての被
検物体20は、必要に応じて試料を冷却保持するための
試料室21に収納されている。 【0014】さらに、本実施例の光エコー顕微鏡には、
電気信号処理装置40として、ロックインアンプ16か
らの出力信号を、走査手段30のモニターにより得られ
る照射光学系の光スポットの位置と、光変調光学系の光
遅延器4による遅延時間とに対応して記録し、必要に応
じて再生できる記録再生手段を有している。また、照射
光学系による光スポットの形成される被検物体内の所望
の点に対して、照射光学系の遅延時間の変化による、電
気信号処理装置40の出力信号の変化量の分析が行える
データ解析装置50を備えている。 【0015】走査手段30によるレーザービーム走査と
光遅延器4による光路長の走査は、必要に応じ任意の組
合せで行うことが可能であるが、被検物体上での光スポ
ットの相対的走査速度は、前記位相変調器による位相変
調に対して十分に遅いことが必要であり、位相変調器5
及び光遅延器4の制御が制御手段32によって行われ、
電気信号処理装置40を介してデータ解析装置50へ信
号が送られる。データ解析装置50にて出力信号の分析
を行うと共に、所望の画像表示がなされる。 【0016】以上の如き本発明の第1実施例の光エコー
顕微鏡により、例えば、生体染色色素の一種であるギム
ザという染料を用いて生体組織を染色して観察する場合
、レーザー波長を640nm付近に選択し、位相変調器
5の位相変調周波数を20KHzとした。走査手段30
により試料20上の一点にレーザービームを固定し、光
遅延器4のステージ位置を走査しながら40KHzの電
気信号のみをロックインアンプ16により増幅記録する
と、レーザー焦点位置の光位相緩和時間が得られた。同
様に試料20上の各空間点における光位相緩和時間が得
られ、生体組織についての詳しい情報が得られた。 【0017】図2は、本発明による第2実施例の構成を
示す概略構成図である。この実施例は図1に示した構成
の光エコー顕微鏡とは、共焦点型の集光光学系を持たな
いレーザー走査顕微鏡(C)を有する点、また透過型で
ある点で構成を異にしている。そして、照射光学系によ
る光スポットの走査は、被検物体20を収納する試料室
21を図示なきステージを走査駆動手段33より移動さ
せることによって行う。その他の構成は同様であるため
、前記第1実施例の構成と同等の機能を有する部材には
、同一の符号を付した。被検物体20からの透過光、散
乱光、及び発光は、集光レンズ17により光検出器15
上に集光され、光検出器15の出力信号のなかから位相
変調周波数の2倍の変調成分のみがロックインアンプ1
6により増幅されて電気信号処理装置40及びデータ解
析装置50により所望の処理がなされる。 【0018】このような第2実施例の構成によっても、
被検物体の光エコーを検出することができ、被検物体の
物理化学的情報を得ることができる。尚、上記の実施例
においては、いずれも検出器15において、照射光と同
一波長の光エコーを検出することとしたが、被検物体か
ら発する蛍光の光エコーを検出することも可能である。 この場合、検出器に至る光路上に蛍光の波長域のみを透
過するフィルタを設けることにより蛍光の光エコーのみ
を検出することができることは言うまでもない。 【0019】 【発明の効果】本発明の光エコー顕微鏡により、被検物
体の微細な形状のみならず、微細部分の光位相緩和時間
を測定することにより、その物性の差をも明らかにする
ことができる。本発明の顕微鏡が有するこの新しい機能
は、従来の光学顕微鏡あるいは、レーザー走査型顕微鏡
が持ち得なかった機能である。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a microscope capable of optically observing differences in physicochemical properties of substances. 2. Description of the Related Art In contrast to general optical microscopes, laser scanning microscopes using a laser light source are known and are used in various types of microscopes. Among these, confocal laser scanning microscopes place the object to be examined at the focal point of the illumination system, form a light spot there, and detect the light by focusing the light from the object to be examined onto a pinhole. It is. Images obtained with a confocal laser scanning microscope have a very shallow depth of focus, so by scanning in the optical axis direction,
It has the advantage that an infinitely deep depth of focus can be obtained due to the so-called sectioning effect. [Problems to be Solved by the Invention] However, the information on the object to be examined obtained using a confocal laser scanning microscope is qualitatively not much different from the information obtained from images obtained using a normal optical microscope. there were. An object of the present invention is to provide an optical echo microscope that is capable of obtaining information regarding differences in the physicochemical properties of a sample, in addition to the function of a conventional microscope for simply observing a sample. Means for Solving the Problems The optical echo microscope according to the present invention includes a laser light source that supplies light having a spatial coherence that can be regarded as a point light source on an image plane and a predetermined temporal coherence, and A light splitter that splits light into two light beams, an optical delay device placed in the optical path of one of the two light beams split by the light splitter, and a light delayer that splits one of the two light beams at a predetermined frequency. a phase modulator for phase modulation, a light combiner for combining the two light beams, and an irradiation optical system for guiding the combined light beam onto a test object to form a light spot;
a scanning means for scanning a light spot formed by the irradiation optical system on the test object relative to the test object; and a condenser for guiding light from the test object onto a photodetector. It has an optical system and a signal processing means for extracting a modulation component of an even multiple of the modulation frequency of the phase modulator from the output signal of the photodetector. Here, it is desirable that the laser light source has a time coherence shorter than the optical phase relaxation time of the optical absorption band of interest for the object to be inspected. [Operation] Conventional laser scanning microscopes have used laser light sources (eg, helium neon lasers, CW argon lasers, etc.) that have long temporal coherence, that is, extremely narrow oscillation spectrum widths, as light sources. In the optical echo microscope of the present invention, a laser light source having a wide oscillation spectrum width is used as a light source in order to measure the optical phase relaxation time of a sample. In order to measure the phase relaxation time of a solid sample, in addition to a laser light source with a wide oscillation spectrum width, a light modulation optical system and a corresponding photodetection system are required. The phase relaxation time of a solid can be easily measured by heterodyne detection of accumulated photon echoes. In particular, optical phase modulation is a convenient method for measuring optical echoes at the focal point of the illumination system in a confocal laser scanning microscope. It is appropriate to employ a heterodyne detection method according to The heterodyne detection method using optical phase modulation of optical echoes is disclosed in Japanese Patent Application No. 2-25301 filed by the same applicant as the present application.
As explained in No. 1. [0007] If the object to be tested has physicochemical characteristics that can produce an optical echo, the optical echo is detected as a signal with a frequency component that is twice or an even number multiple of the phase modulated optical frequency component. The magnitude of the optical echo at the laser focal position on the sample can be detected by extracting the magnitude of the optical intensity modulation component that is twice or even multiples of the phase modulation frequency at the focal position of the light receiver. It is possible. Therefore, the phase relaxation time of the sample can be obtained by recording the change in the optical echo caused by sequentially changing the optical path length difference between the two light beams using the optical delay device. In a normal laser scanning microscope image, such a modulation operation is not necessary, and it is sufficient to detect only the light intensity of the light receiving section. As described above, the optical echo microscope according to the present invention has optical phase relaxation time (generally T2 relaxation time,
It has a new function of clarifying the transverse relaxation time (also called transverse relaxation time) by mapping it two-dimensionally or even three-dimensionally in combination with a scanning means. In other words, in addition to the scanned image of a normal laser microscope, if there is a light absorber in the sample that can resonate with the laser beam, the physicochemical information of the sample can be obtained by measuring the optical phase relaxation time by optical echo. properties can also be revealed. For example, if a dye that can resonate with laser light is dispersed in a polymer containing a mixture of crystalline and amorphous materials, it is possible to obtain amorphous by taking advantage of the fact that the optical phase relaxation time is different between crystalline and amorphous materials. It is possible to observe how the crystalline phase and the crystalline phase coexist. [Example] As an example of the present invention, first, a light source has spatial coherence that can be regarded as a point light source on the image plane,
In addition, it is appropriate to have a time coherence shorter than the optical phase relaxation time of the optical absorption band of interest in the object to be measured. An optical system having a light splitter that splits the light from the light source into two beams and a light combiner that combines the two beams is similar to a Michelson interferometer or a Mach-Zehnder interferometer.
Optical path interference optical system (2path interferome
ter ) is preferred. The optical delay device has a function of changing the length of one optical path of the interference optical system, and the optical modulator has a function of phase modulating the light passing through one path of the interference optical system at a fixed frequency f. Then, the light emitted from the interference optical system is focused on or inside the object to be measured by the light irradiation optical system to form a light spot. Light scattered, transmitted, or emitted from the object to be measured is guided onto a photodetector by a condensing optical system, and the signal processing means converts the output signal of the photodetector into a frequency that is twice the modulation frequency of the phase modulator or an arbitrary value. It has the function of selectively detecting and amplifying only AC components with even frequency multiples. The configuration of the specific embodiment shown in the drawings will be explained below. FIG. 1 is a block diagram schematically showing a first embodiment of the present invention. The configuration of the optical system in this example can be roughly divided into three parts surrounded by dotted lines in the figure: a light source means (A), a light modulation optical system (B), and a confocal laser scanning microscope (C). It has become. In this embodiment, the light source means (A) has a light source 1 consisting of an 80 MHz mode-locked argon laser-excited dye laser. In addition, as the light source 1, a multimode semiconductor laser, a mode-locked semiconductor laser, an LED, or a solid-state laser can be used. The light splitter 2 for splitting the light beam from the laser light source into two light beams and the combiner 3 for combining the two branched light beams are both polarization beam splitters. Little or no semi-transparent mirrors and the like can also be used. In the transmitted light path of the light splitter 2,
Corner cube 4 fixed on a movable stage (not shown)
a is arranged, and a displacer 4b for displacing the movable stage constitutes an optical delay means 4. This displacement device 4b is configured to move the corner cube 4a to cause an optical delay by a predetermined amount. Further, a phase modulation means 5 is arranged on the reflected optical path of the light splitter 2. As the phase modulation means 5, one using an electro-optic crystal is generally well known, but in this embodiment, a piezoelectric element 5b having one end fixed and a corner cube 5a fixed at the other end is used. . And AC drive source 5
By applying an alternating current voltage of a predetermined frequency f to the piezoelectric element 5b by c, a phase modulation means 5 of a frequency f is constructed. These optical splitter 2, multiplexer 3, optical delay means 4
and the phase modulation means 5 constitute a light modulation optical system (B). Orthogonal reflecting surface 6 arranged in the branched light beam
a, 6b and 7a, 7b are optical delay means 4, respectively.
and an optical path bending reflective surface for guiding light to the phase modulation means 5 and facilitating optical multiplexing in the multiplexer 3. In this embodiment, the optical delay means 4 is arranged on the transmitted optical path of the light splitter 2, and the phase modulation means 5 is arranged on the reflected optical path, but the arrangement is not limited to this. It is also possible to arrange both the phase modulation means and the phase modulation means on one optical path. The confocal laser scanning microscope (C) includes an irradiation optical system consisting of a semi-transmissive mirror 10, objective lenses 11 and 12, a condensing lens 13, and a light shielding plate 1 having a pinhole aperture.
4, a photomultiplier tube 15 as a photodetector, and a lock-in amplifier for signal processing. The light flux from the light modulation optical system (B) that passes through the semi-transmissive mirror 10 is focused onto the object to be measured 20 by objective lenses 11 and 12 to form a light spot there. Test object 2
The light emitted from 0 passes through the objective lenses 11 and 12 again, is reflected by the semi-transparent mirror 10, and is focused by the condensing lens 13 onto the pinhole opening 12a of the light shielding plate 12. The light passing through the pinhole aperture 12a enters a photomultiplier tube 15 as a detector, and the photomultiplier tube 15 outputs a signal according to the amount of incident light by photoelectric conversion. Only the modulation component that is twice the amount of is amplified by the lock-in amplifier 16. The light shielding plate 14 having a pinhole opening functions as a spatial filter for detecting only scattered light or light emitted from the focal position of the irradiation optical system. Note that an optical trap 17 is provided to prevent the light reflected by the semi-transmissive mirror 10 from being incident on the condensing optical system to generate stray light from the light modulation optical system. A scanning means 3 is provided between the semi-transmissive mirror 10 and the objective lenses 11 and 12 in the irradiation optical system for scanning the light spot produced by the condensing optical system on the object 20 to be inspected.
0 is placed. This scanning means 30 can be a well-known optical scanning means using optical reflection or refraction, and a light spot scans the object 20 to be inspected at a predetermined speed based on a signal from a scanning driving means 31. The scanning means 30 is a spatial modulator, and it is also possible to employ a device that moves a stage holding an object to be measured relative to the condensing optical system. Further, a test object 20 as a sample is housed in a sample chamber 21 for cooling and holding the sample as necessary. Furthermore, the optical echo microscope of this embodiment includes:
The electrical signal processing device 40 corresponds the output signal from the lock-in amplifier 16 to the position of the light spot of the irradiation optical system obtained by the monitor of the scanning means 30 and the delay time by the optical delay device 4 of the light modulation optical system. It has a recording and reproducing means that can record and reproduce as necessary. Also, data that allows analysis of the amount of change in the output signal of the electrical signal processing device 40 due to a change in the delay time of the irradiation optical system with respect to a desired point in the object to be inspected where a light spot is formed by the irradiation optical system is provided. An analysis device 50 is provided. Laser beam scanning by the scanning means 30 and scanning of the optical path length by the optical delay device 4 can be performed in any combination as required, but the relative scanning speed of the light spot on the object to be inspected is required to be sufficiently slow relative to the phase modulation by the phase modulator, and the phase modulator 5
and the control of the optical delay device 4 is performed by the control means 32,
A signal is sent to the data analysis device 50 via the electrical signal processing device 40. The data analysis device 50 analyzes the output signal and displays a desired image. When using the optical echo microscope according to the first embodiment of the present invention as described above, for example, when a biological tissue is stained and observed using a dye called Giemsa, which is a type of biological dye, the laser wavelength is set to around 640 nm. The phase modulation frequency of the phase modulator 5 was set to 20 KHz. Scanning means 30
By fixing the laser beam at one point on the sample 20 and amplifying and recording only the 40 KHz electrical signal with the lock-in amplifier 16 while scanning the stage position of the optical delay device 4, the optical phase relaxation time at the laser focal position can be obtained. Ta. Similarly, the optical phase relaxation time at each spatial point on the sample 20 was obtained, and detailed information about the living tissue was obtained. FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing the configuration of a second embodiment according to the present invention. This embodiment differs from the optical echo microscope shown in FIG. 1 in that it includes a laser scanning microscope (C) that does not have a confocal condensing optical system, and that it is a transmission type microscope. There is. Scanning of the light spot by the irradiation optical system is performed by moving a stage (not shown) in the sample chamber 21 that accommodates the object 20 to be examined using the scanning drive means 33. Since the other configurations are the same, the same reference numerals are given to the members having the same functions as the configuration of the first embodiment. The transmitted light, scattered light, and emitted light from the test object 20 are transmitted to the photodetector 15 by the condensing lens 17.
From the output signal of the photodetector 15, only the modulation component twice the phase modulation frequency is sent to the lock-in amplifier 1.
6 and subjected to desired processing by the electrical signal processing device 40 and data analysis device 50. [0018] Even with the configuration of the second embodiment,
Optical echoes of the test object can be detected, and physicochemical information about the test object can be obtained. In each of the above embodiments, the detector 15 detects a light echo having the same wavelength as the irradiation light, but it is also possible to detect a light echo of fluorescence emitted from the object to be examined. In this case, it goes without saying that only the optical echo of the fluorescence can be detected by providing a filter that transmits only the fluorescence wavelength range on the optical path leading to the detector. [0019] The optical echo microscope of the present invention makes it possible to clarify not only the fine shape of an object to be examined, but also the differences in its physical properties by measuring the optical phase relaxation time of the fine parts. Can be done. This new function possessed by the microscope of the present invention is a function that conventional optical microscopes or laser scanning microscopes could not possess.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明による第1実施例の光エコー顕微鏡の概
略構成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical echo microscope according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明による第2実施例の光エコー顕微鏡の概
略構成図。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an optical echo microscope according to a second embodiment of the present invention.

【主要部分の符号の説明】[Explanation of symbols of main parts]

1・・・光源                   
 2・・・光分割器3・・・光合波器        
        4・・・光遅延手段5・・・光変調手
段              11,12 ・対物レ
ンズ13・・・集光レンズ             
 15・・・光検出器20・・・被検物体      
          30・・・走査手段40・・・電
気信号処理装置        50・・・データ解析
装置
1...Light source
2... Optical splitter 3... Optical multiplexer
4... Light delay means 5... Light modulation means 11, 12 ・Objective lens 13... Condensing lens
15... Photodetector 20... Test object
30... Scanning means 40... Electric signal processing device 50... Data analysis device

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】像面上で点光源とみなせる空間コヒーレン
スと所定の時間コヒーレンスとを有する光を供給するレ
ーザ光源と、該光源からの光を2光束に分割する光分割
器と、該光分割器により分岐された2光束の一方の光路
中に配置された光遅延器と、該2光束のうちの一方の光
を所定の周波数で位相変調するための位相変調器と、該
2光束を合波する光合成器と、該合波された光束を被検
物体上に導いて光スポットを形成するための照射光学系
と、該照射光学系により形成される被検物体上の光スポ
ットを前記被検物体に対して相対的に走査するための走
査手段と、前記被検物体からの光を光検出器上に導く集
光光学系と、該光検出器の出力信号から前記位相変調器
の変調周波数の偶数倍の変調成分を抽出する信号処理手
段とを有することを特徴とする光エコー顕微鏡。
1. A laser light source that supplies light having a spatial coherence and a predetermined temporal coherence that can be regarded as a point light source on an image plane, a light splitter that splits the light from the light source into two beams, and a light splitter that splits the light from the light source into two beams. an optical delay device disposed in one optical path of the two beams branched by the device, a phase modulator for phase modulating one of the two beams at a predetermined frequency, and a phase modulator for combining the two beams. an irradiation optical system for guiding the combined light flux onto a test object to form a light spot; and a light spot formed by the irradiation optical system on the test object. a scanning means for scanning relative to the test object; a condensing optical system that guides light from the test object onto a photodetector; and modulation of the phase modulator from the output signal of the photodetector. An optical echo microscope characterized by comprising: signal processing means for extracting modulation components of even multiples of frequency.
【請求項2】前記レーザ光源は、被検物体に対して注目
する光吸収帯の光学的位相緩和時間よりも短い時間コヒ
ーレンスを有することを特徴とする請求項1記載の光エ
コー顕微鏡。
2. The optical echo microscope according to claim 1, wherein the laser light source has a time coherence shorter than an optical phase relaxation time of a light absorption band of interest for the object to be examined.
【請求項3】走査手段による被検物体上での光スポット
の相対的走査速度は、前記位相変調器による位相変調に
対して十分に遅いことを特徴とする請求項1乃至2記載
の光エコー顕微鏡。
3. The optical echo according to claim 1, wherein the relative scanning speed of the light spot on the object to be inspected by the scanning means is sufficiently slow relative to the phase modulation by the phase modulator. microscope.
【請求項4】前記集光光学系は前記光検出器の近傍に配
置されたピンホール開口を有する遮光部材を有し、前記
被検物体と該遮光部材のピンホール開口とを共役に形成
することを特徴とする請求項2乃至3記載の光エコー顕
微鏡。
4. The condensing optical system includes a light shielding member having a pinhole aperture disposed near the photodetector, and the test object and the pinhole aperture of the light shielding member are formed to be conjugate. The optical echo microscope according to claim 2 or 3, characterized in that:
【請求項5】前記信号処理手段からの出力信号を、前記
走査手段による照射光学系の光スポット位置と、前記光
遅延器による遅延時間とに対応して記録し、必要に応じ
て再生できる記録再生装置を備えたことを特徴とする請
求項3乃至4記載の光エコー顕微鏡。
5. A record in which the output signal from the signal processing means is recorded in correspondence with a light spot position of the irradiation optical system by the scanning means and a delay time by the optical delay device, and can be reproduced as necessary. 5. The optical echo microscope according to claim 3, further comprising a reproduction device.
【請求項6】前記照射光学系による光スポット照射位置
に対して、前記光遅延器の遅延時間の変化による前記電
気信号処理装置の出力信号の変化量の分析が行えるデー
タ解析装置を備えたことを特徴とする請求項1乃至5記
載の光エコー顕微鏡。
6. A data analysis device capable of analyzing the amount of change in the output signal of the electrical signal processing device due to a change in the delay time of the optical delay device with respect to a light spot irradiation position by the irradiation optical system. The optical echo microscope according to any one of claims 1 to 5, characterized in that:
【請求項7】像面上で点光源とみなせる空間コヒーレン
スと所定の時間コヒーレンスとを有する光を供給する光
源手段、該光源手段からの光を2光束に分割して一方の
光を他方の光に対して相対的に光遅延すると共に位相変
調を行った後合波する光変調光学手段と、該光変調光学
手段からの光束を被検物体上に導いて該被検物体からの
光を検出する走査型顕微鏡手段、及び該被検物体からの
光を検出して前記位相変調周波数の偶数倍の変調成分を
抽出する信号処理手段とを有することを特徴とする光エ
コー顕微鏡。
7. Light source means for supplying light having a spatial coherence and a predetermined temporal coherence that can be regarded as a point light source on an image plane, the light from the light source means being divided into two light beams, and one light beam being used as the other light beam. a light modulating optical means that delays the light relative to the target object and performs phase modulation and then multiplexing; and a light beam from the light modulating optical means is guided onto a test object to detect light from the test object. 1. An optical echo microscope comprising: a scanning microscope means for detecting light from the object to be examined; and a signal processing means for detecting light from the object to be examined and extracting a modulation component having an even multiple of the phase modulation frequency.
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