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光学測定装置及び光学測定方法

国内特許コード P160013029
整理番号 S2014-1294-N0
掲載日 2016年6月3日
出願番号 特願2014-159837
公開番号 特開2016-038218
出願日 平成26年8月5日(2014.8.5)
公開日 平成28年3月22日(2016.3.22)
発明者
  • 小林 孝嘉
  • 王 楠
  • 宮崎 淳
出願人
  • 国立大学法人電気通信大学
発明の名称 光学測定装置及び光学測定方法
発明の概要 【課題】 サブトラクション超解像法で機械的要素を低減または排除して、信頼性の高い超解像イメージングを実現する。
【解決手段】 光源からの光を2つに分割し、一方のビームをそのままガウスビームとして用いて第1の変調周波数で変調し、他方のビームを第2の変調周波数で変調するとともにドーナツビームにモード変換し、第1の変調周波数で変調されたガウスビームと、第2の変調周変調で変調されたドーナツビームを重畳して試料を照射し、試料からの蛍光のうち、ガウスビームの照射による第1の蛍光成分とドーナツビームの照射による第2の蛍光成分を、前記第1の変調周波数と前記第2の変調周波数のそれぞれで同時に復調し、第1の蛍光成分と第2の蛍光成分の差分を算出することで迅速かつ信頼性の高い超高解像の光学測定を実現する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


近年、レーザ顕微鏡で光の回折限界値以下の空間分解能を有する超解像を得る様々な方法が提案されている。その一つに、焦点面において動径方向(r)にガウス関数状の強度分布を持つガウスモードのビーム(「ガウスビーム」と称する)と、ドーナツ状の強度分布を持つドーナツモードのビーム(「ドーナツビーム」と称する)で交互に試料を励起し、それぞれのビームによる蛍光イメージの差分をとることで解像度を向上させるサブトラクション超解像法が知られている(たとえば、非特許文献1及び2参照)。



公知のサブトラクション超解像法では、メカニカルシャッターや回転式のミラーによりガウスビームとドーナツビームを切り替えている。しかし、機械的な機構では切り替え時間に数ミリ秒以上の時間がかかるため、一方のビームで1フレームまたは1ライン分の測定を行った後にビームを切り替え、その後同じ領域を他方のビームで走査して差分を計算している。

産業上の利用分野


本発明は、ガウスビームとドーナツビームを用いた光学測定技術に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
光源と、
前記光源から出射される光を第1ビームと第2ビームに分割するビームスプリッタと、
前記第1ビームを第1の変調周波数で変調する第1の光変調器と、
前記第2ビームを第2の変調周波数で変調する第2の光変調器と、
前記第2ビームを、焦点面でドーナツ型の強度分布を有するドーナツモードのビームに変換するモード変換素子と、
前記第1の変調周波数で変調された前記第1ビームと、前記第2の変調周変調で変調され、かつ前記ドーナツモードに変換された前記第2ビームを重畳して試料に導く光学素子と、
前記試料からの蛍光を前記第1の変調周波数で復調する第1のロックイン増幅器と、
前記試料からの蛍光を前記第2の変調周波数で復調する第2のロックイン増幅器と、
前記第1のロックイン増幅器で復調された蛍光成分と、前記第2のロックイン増幅器で復調された蛍光成分の差分を測定結果として算出する演算装置と、
を有することを特徴とする光学測定装置。

【請求項2】
前記第1及び第2の光変調器は電気光学変調器であり、
前記モード変換器は、前記第2の光変調器の後段に配置されることを特徴とする請求項1に記載の光学測定装置。

【請求項3】
前記第1及び第2の光変調器は光チョッパーであり、
前記モード変換器は、前記第2の光変調器の前段に挿入されることを特徴とする請求項1に記載の光学測定装置。

【請求項4】
前記試料からの蛍光を検出する蛍光検出器、
をさらに有し、前記蛍光検出器で検出された蛍光が、前記第1のロックイン増幅器と前記第2のロックイン増幅器に入力されることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の光学測定装置。

【請求項5】
前記試料を1次元的、2次元的、または3次元的に駆動する駆動メカニズム、
をさらに有し、
前記演算装置は、前記第1の蛍光成分と前記第2の蛍光成分の差分を前記重畳されたビームのスポット位置ごとに算出する
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の光学測定装置。

【請求項6】
光源からの光を第1ビームと第2ビームに分割し、
前記第1ビームを第1の変調周波数で変調し、
前記第2ビームを第2の変調周波数で変調するとともに、焦点面でドーナツ型の強度分布を有するドーナツモードのビームに変換し、
前記第1の変調周波数で変調された前記第1ビームと、前記第2の変調周変調で変調され、かつ前記ドーナツモードに変換された前記第2ビームを重畳して試料を照射し、
前記試料からの蛍光のうち、前記第1ビームにより励起され放出された第1の蛍光成分を前記第1の変調周波数で復調し、
前記試料からの蛍光のうち、前記ドーナツモードのビームに変換された前記第2ビームにより励起され放出された第2の蛍光成分を前記第2の変調周波数で復調し、
前記第1の蛍光成分と前記第2の蛍光成分の差分を算出する、
工程を有することを特徴とする光学測定方法。

【請求項7】
前記第1の変調周波数による変調と、前記第2の変調周波数による変調を電気光学変調器によって行い、
前記第2ビームを前記第2の変調周波数で変調した後に、前記ドーナツモードのビームに変換する、
ことを特徴とする請求項6に記載の光学測定方法。

【請求項8】
前記第1の変調周波数による変調と、前記第2の変調周波数による変調を光チョッパーによって行い、
前記第2ビームを前記ドーナツモードのビームに変換した後に、前記第2の変調周波数で変調する、
ことを特徴とする請求項6に記載の光学測定方法。

【請求項9】
前記試料からの蛍光を検出し、
前記検出された蛍光を、第1のロックイン増幅器と第2のロックイン増幅器に入力し、前記第1のロックイン増幅器で前記第1の蛍光成分を復調し、前記第2のロックイン増幅器で前記第2の蛍光成分を復調する、
ことを特徴とする請求項6~8のいずれか1項に記載の光学測定方法。

【請求項10】
前記試料を1次元的、2次元的、または3次元的に駆動し、
前記第1の蛍光成分と前記第2の蛍光成分の差分を前記重畳されたビームのスポット位置ごとに算出する
ことを特徴とする請求項6~9のいずれか1項に記載の光学測定方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2014159837thum.jpg
出願権利状態 公開


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