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計測装置及び照射装置 NEW

国内特許コード P210017410
整理番号 E120P08WO
掲載日 2021年1月29日
出願番号 特願2019-535718
出願日 平成30年8月9日(2018.8.9)
国際出願番号 JP2018029924
国際公開番号 WO2019031584
国際出願日 平成30年8月9日(2018.8.9)
国際公開日 平成31年2月14日(2019.2.14)
優先権データ
  • 特願2017-154392 (2017.8.9) JP
発明者
  • 安井 武史
  • 岩田 哲郎
  • 水谷 康弘
  • 南川 丈夫
  • 水野 孝彦
  • 長谷 栄治
  • 山本 裕紹
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 計測装置及び照射装置 NEW
発明の概要 本発明の計測装置は、互いに異なる周波数で分布しているスペクトルを2以上含むスペクトル光を、互いに隣接周波数間隔を異ならせて複数出射する光出射部と、試料の複数の異なる集光点領域のそれぞれに2以上のスペクトルを重畳領域で重ね且つ互いにずらして集光させる集光部と、前記試料における複数の重畳領域のそれぞれでの干渉光ビートにより発光し且つ前記試料の情報を含む蛍光ビートの信号を取得する検出部と、を備える。
従来技術、競合技術の概要

従来、蛍光イメージングを可能とする光学顕微鏡として、共焦点光学系を備えた蛍光顕微鏡(以下、共焦点蛍光顕微鏡とする)が知られている(例えば、特許文献1参照)。

通常の光学顕微鏡では試料の所定範囲を均一に照射するのに対し、共焦点光学系では点光源から発せられた照射光が対物レンズによって試料の一点に集光する。照射光としては、単色性及び直進性に優れているレーザ光が用いられる。また、共焦点光学系では、対物レンズの焦点位置と共役な位置にピンホールを配置することで、試料で焦点が合った位置の蛍光のみがピンホールを通過して検出される。

このように共焦点光学系では、先ず照射光が試料の1点に集光され、試料の焦点位置からの蛍光はピンホールを通過するのに対し、焦点位置以外からの蛍光はピンホールでカットされる。従って、共焦点光学系では、通常の光学顕微鏡に比べて、焦点に隣接する横方向、及び焦点面に対して手前側や奥側からの迷光の影響を受けず、コントラストが向上する。結果、照射光の焦点位置のみの情報が検出されるので、3次元の空間分解能を有する。

上記のように鮮明な3次元画像を形成可能とする共焦点蛍光顕微鏡は、例えば蛍光タンパク質を用いた生命機能解析等のバイオ分野をはじめ、広い分野で用いられている。また、高い分解能や定量性を有する点から、将来においても共焦点蛍光顕微鏡の重要性は増していくと考えられる。

一方で、共焦点蛍光顕微鏡では焦点位置の点情報しか得られない。そのため、共焦点蛍光顕微鏡では、試料面内の2次元情報を画像化するために、点光源から発せられた照射光の焦点位置を試料内部で相対的に走査させる必要がある。このように照射光の焦点位置を試料に対して相対的に走査することを可能とする走査装置として、例えばガルバノミラーが知られている。ところが、これらの走査装置を用いたとしても、広範囲の高速な走査には時間がかかってしまう。

上記事情に対処する技術として、例えば特許文献2には、点光源が発する離散スペクトルをスペクトルごとに測定試料に対して2次元的に分散させ、測定試料の各測定点に対応したモード分解スペクトルを一度に取得する計測装置が記載されている。この計測装置は、試料に入射するスペクトルの位置情報とスペクトルの周波数とを対応させて、試料の情報を得る。そのため、試料面内の2次元情報を走査せずに画像化できる。

産業上の利用分野

本発明は、計測装置及び照射装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
互いに異なる周波数で分布しているスペクトルを2以上含むスペクトル光をそれぞれ発し、前記スペクトル光の隣接するスペクトルの周波数間隔である隣接周波数間隔がそれぞれ異なる複数の光源と、
前記複数の光源から発せられた複数のスペクトル光を前記スペクトルごとに互いに異なる方向にそれぞれ分散させる分散部と、
前記分散部によって分散された光源ごとの前記スペクトルを試料の複数の異なる集光点にそれぞれ集光し、且つ、1つの光源に基づく複数の集光点と他の光源に基づく複数の集光点とをそれぞれ重畳させる集光部と、
前記集光部によって集光され、前記試料における集光点が重なる複数の重畳部のそれぞれでの干渉光ビートにより発光する前記試料の情報を含む蛍光ビートを、前記重畳部と共役な位置に集光し空間フィルタリングする空間フィルタリング光学系と、
前記空間フィルタリング光学系で空間フィルタリングされ、前記試料の情報を含む前記複数の重畳部から発せられた蛍光ビートの信号を取得する検出部と、を備える、計測装置。

【請求項2】
前記複数の光源のそれぞれは、前記スペクトル光として、周波数軸で隣り合う前記スペクトルの周波数の間隔である隣接周波数間隔が互いに一致しているスペクトルを発する光周波数コム光源である、請求項1に記載の計測装置。

【請求項3】
前記分散部は、入射する光を波長分散する分散素子を備え、
前記光源から発せられた前記スペクトル光を前記分散素子によって前記スペクトルごとに異なる方向に波長分散させる、請求項1又は2に記載の計測装置。

【請求項4】
前記複数の光源は、隣接するスペクトルの周波数間隔が第1隣接周波数間隔である第1スペクトル光を発する第1の光源と、隣接するスペクトルの周波数間隔が第2隣接周波数間隔の第2スペクトル光を発する第2の光源と、を少なくとも備え、
同じ周波数軸で前記第1スペクトル光及び第2スペクトル光を並べた際に最も近くに隣り合うスペクトル同士の周波数間隔が、第1隣接周波数間隔及び前記第2隣接周波数間隔の半分未満である、請求項1~3のいずれか一項に記載の計測装置。

【請求項5】
前記複数の光源の少なくとも1つの光源が発するスペクトル光のキャリア・エンベロープ・オフセット周波数又は隣接周波数間隔を制御する制御部をさらに備える、請求項1~4のいずれか一項に記載の計測装置。

【請求項6】
前記空間フィルタリング光学系は、前記制御部によって制御されるスペクトル光のオフセット周波数及び隣接周波数間隔に応じて透過する光の位置や形状を変更可能な空間光変調器を備える、請求項5に記載の計測装置。

【請求項7】
互いに異なる周波数で分布しているスペクトルを2以上含むスペクトル光をそれぞれ発し、前記スペクトル光の隣接するスペクトルの周波数間隔である隣接周波数間隔がそれぞれ異なる複数の光源と、
前記複数の光源から発せられた複数のスペクトル光を前記スペクトルごとに互いに異なる方向にそれぞれ分散させる分散部と、
前記分散部によって分散された光源ごとの前記スペクトルを試料の複数の異なる集光点にそれぞれ集光し、且つ、1つの光源に基づく複数の集光点と他の光源に基づく複数の集光点とをそれぞれ重畳させる集光部と、を備える照射装置。

【請求項8】
前記複数の光源は、隣接するスペクトルの周波数間隔が第1隣接周波数間隔である第1スペクトル光を発する第1の光源と、隣接するスペクトルの周波数間隔が第2隣接周波数間隔の第2スペクトル光を発する第2の光源と、を少なくとも備え、
同じ周波数軸で前記第1スペクトル光及び第2スペクトル光を並べた際に最も近くに隣り合うスペクトル同士の周波数間隔が、第1隣接周波数間隔及び前記第2隣接周波数間隔の半分未満である、請求項7に記載の照射装置。

【請求項9】
前記複数の光源は、試料の集光点に照射光をそれぞれ同時に照射し、
それぞれの光源からの前記照射光は、前記試料の集光点において互いに干渉する、請求項7又は8に記載の照射装置。

【請求項10】
離散的な複数の周波数値の周波数成分を有する第1光を発する第1光源と、
前記第1光とは異なる離散的な複数の周波数値の周波数成分を有する第2光を発する第2光源と、
前記第1光と前記第2光とを分散して、前記第1光に基づく第1周波数値の周波数成分を有する第1照射光の第1照射領域と、前記第2光に基づく第2周波数値の周波数成分を有する第2照射光の第2照射領域との、双方の領域の一部同士が重畳するように、前記第1照射光と前記第2照射光を集光する分散集光部と、を備え、
前記第1周波数値と前記第2周波数値との差分が、前記第1光の前記第1周波数値とそれに隣接する周波数値との差分以下となるように、前記第1照射光と前記第2照射光とを同時に照射する照射装置。

【請求項11】
互いに異なる周波数で分布しているスペクトルを2以上含むスペクトル光を複数出射し、複数の前記スペクトル光のそれぞれにおいて隣接するスペクトルの周波数間隔である隣接周波数間隔が異なる光出射部と、
前記光出射部から発せられた複数のスペクトル光を前記スペクトルごとに互いに異なる方向にそれぞれ分散させる分散部と、
前記分散部によって分散された前記スペクトルを試料の複数の異なる集光点にそれぞれ集光させ、且つ、1つの前記スペクトル光に基づく複数の集光点と他の前記スペクトル光に基づく複数の集光点とをそれぞれ重畳させる集光部と、
前記集光部によって集光され、前記試料における集光点が重なる複数の重畳領域のそれぞれでの干渉光ビートにより発光する前記試料の情報を含む蛍光ビートの信号を取得する検出部と、を備える、計測装置。

【請求項12】
前記光出射部は、前記2つのスペクトル光をそれぞれ発し、前記隣接周波数間隔がそれぞれ異なる複数の光源を有する請求項11に記載の計測装置。

【請求項13】
前記集光部によって集光され、前記試料における集光点が重なる複数の重畳領域のそれぞれでの干渉光ビートにより発光する前記試料の情報を含む蛍光ビートを、前記重畳領域と共役な位置に集光し空間フィルタリングする空間フィルタリング光学系をさらに備え、
前記検出部は、前記空間フィルタリング光学系で空間フィルタリングされた前記蛍光ビートの信号を取得する、請求項11に記載の計測装置。

【請求項14】
前記検出部は、前記蛍光ビートの位相情報を取得する、請求項1又は請求項11に記載の計測装置。

【請求項15】
互いに異なる周波数で分布しているスペクトルを2以上含むスペクトル光をそれぞれ発し、前記スペクトル光の隣接するスペクトルの周波数間隔である隣接周波数間隔がそれぞれ異なる光出射部と、
前記光出射部から出射された複数のスペクトル光を前記スペクトルごとに互いに異なる方向にそれぞれ分散させる分散部と、
前記分散部によって分散された光源ごとの前記スペクトルを試料の複数の異なる集光点にそれぞれ集光し、且つ、1つの光源に基づく複数の集光点と他の光源に基づく複数の集光点とをそれぞれ重畳させる集光部と、を備える照射装置。
国際特許分類(IPC)
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出願権利状態 公開
参考情報 (研究プロジェクト等) ERATO 美濃島知的光シンセサイザプロジェクト 領域
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