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光学測定装置及び光学測定方法 UPDATE

国内特許コード P170013944
整理番号 (S2015-1988-N57)
掲載日 2017年3月29日
出願番号 特願2015-156262
公開番号 特開2017-036925
出願日 平成27年8月6日(2015.8.6)
公開日 平成29年2月16日(2017.2.16)
発明者
  • 小林 孝嘉
  • 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 UPDATE
発明の概要 【課題】 標識の有無にかかわらず、ポンプ光の励起で生じる複数の物理現象を同時に観測する。
【解決手段】 光学測定装置は、試料を励起するポンプ光を出力する第1光源と、波長の異なる2以上のプローブ光を出力する第2光源と、前記2以上のプローブ光を結合させるビームコンバイナと、前記ポンプ光と結合された前記2以上のプローブ光を試料に導く光学系と、前記ポンプ光で励起された前記試料を透過した、または反射した前記2以上のプローブ光を前記波長ごとに検出する光検出器と、前記光検出器から出力されるプローブ信号をロックイン検出して前記試料に生じた2以上の物理現象を同時かつ個別に検出するロックイン増幅器と、を有する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


ポンプ-プローブ法は、ポンプ光パルスの照射により励起された試料に生じた変化をプローブ光(測定光)で観測する手法である。ポンプ光とプローブ光を2次元的に走査することで、生体細胞等の顕微イメージングが可能である。



生体の生理過程や病理過程は、生体内の多種の関連分子がかかわる複雑で巧妙な機序に基づいて進行している。これらを顕微鏡検査で解明するには、生体内で互いに関連する分子の相関的な挙動を測定、観察することが望ましい。



現行の光イメージングの手法で関連分子の相関的挙動を観察する場合、複数の波長の光で非同時または順次に試料を励起し、各励起によって得られた各データを解析することで多色イメージングを得ている。



レーザーを用いた生体試料の顕微イメージングには、通常、蛍光プローブが利用される。しかし、自然放出蛍光はスペクトル幅が広いため、複数の異なる蛍光プローブ光が存在する場合は、スペクトルの重なり(クロストーク)により複数情報の分離が困難である。



なお、レーザー走査にともなう信号光と参照光の強度比の変動を解消して測定精度を向上する方法が知られている(たとえば、特許文献1)。この手法は、ポンプ-プローブ法にオートバランス検出を適用して信号光と参照光の強度比を一定にし、光ノイズを効率的に除去するものである。



また、ポンプ光により励起された試料を透過したプローブ光を、プローブ光の径方向に沿って(ドーナツ状に)空間的に分離し、2つのセグメントの光成分の差分を検出する手法が提案されている(たとえば、非特許文献2参照)。

産業上の利用分野


本発明は、ポンプ光とプローブ光を用いて2以上の物理現象を同時に観測する同時多モードの光学測定に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
試料を励起するポンプ光を出力する第1光源と、
波長の異なる2以上のプローブ光を出力する第2光源と、
前記2以上のプローブ光を結合させるビームコンバイナと、
前記ポンプ光と、結合された前記2以上のプローブ光を試料に導く光学系と、
前記ポンプ光で励起された前記試料を透過した、または反射した前記2以上のプローブ光を前記波長ごとに検出する光検出器と、
前記光検出器から出力されるプローブ信号をロックイン検出して、前記試料に生じた2以上の物理現象を同時かつ個別に検出するロックイン増幅器と、
を有することを特徴とする光学測定装置。

【請求項2】
前記2以上の物理現象の測定モードを選択するモード選択部、
をさらに有し、
前記モード選択部は、前記ポンプ光の入射により前記試料に生じる誘導放出利得、誘導放出蛍光強度減少、光熱屈折率変化、または誘導放出寿命を測定するモードを有す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光源は、波長の異なる2以上のポンプ光を出力し、
前記ビームコンバイナは、前記2以上のポンプ光を結合し、
前記2以上のプローブ光のうちの1のプローブ光で、前記2以上のポンプ光の照射により生じる異なる光熱屈折率変化または異なる誘導放出寿命を同時かつ個別に測定す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2以上のプローブ光と、前記2以上のポンプ光は、それぞれ異なる変調周波数で強度変調されており、
前記ロックイン増幅器は、前記2以上のポンプ光の各々と、前記1のプローブ光とのビート周波数を検出することを特徴とする請求項3に記載の光学測定装置。

【請求項5】
前記2以上のプローブ光と、前記ポンプ光は、それぞれ異なる変調周波数で強度変調されており、
前記ロックイン増幅器は、前記2以上のプローブ光の各々と、前記ポンプ光とのビート周波数を検出す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6】
前記光検出器から出力されたプローブ信号と、対応するプローブ光を分岐した参照光の信号の強度比を一定にして差分を検出するバランス検出器、
をさらに有し、前記ロックイン増幅器は、前記バランス検出器の出力をロックイン検出することを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の光学測定装置。

【請求項7】
前記第2光源は、2以上の単色レーザーを有することを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載の光学測定装置。

【請求項8】
前記第1光源は、2以上の単色レーザーを有することを特徴とする請求項3~7のいずれか1項に記載の光学測定装置。

【請求項9】
第1光源から試料を励起するポンプ光を出力し、
第2光源から波長の異なる2以上のプローブ光を出力し、
前記2以上のプローブ光を結合させ、
前記ポンプ光と、結合された前記2以上のプローブ光を試料上に走査し、
前記ポンプ光で励起された前記試料を透過した、または反射された前記2以上のプローブ光を前記波長ごとに検出し、
検出されたプローブ信号をロックイン検出して、前記2以上のプローブ光で、前記ポンプ光の入射により前記試料に生じた2以上の物理現象を、同時かつ個別に測定する、
ことを特徴とする光学測定方法。

【請求項10】
前記2以上の物理現象の測定モードの入力に応じて、前記ポンプ光の入射により生じる誘導放出利得、誘導放出蛍光強度減少、光熱屈折率変化、及び誘導放出寿命のうちの少なくとも2つを同時に測定することを特徴とする請求項9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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JP2015156262thum.jpg
出願権利状態 公開


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