專利名稱:光學(xué)顯微鏡及光學(xué)計測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及能夠應(yīng)用于使用受激拉曼散射的分子振動成像方法等的光學(xué)顯微鏡、 以及光學(xué)計測。
背景技術(shù):
利用拉曼散射原理的顯微鏡作為反映分子的振動信息的分子振動成像方法,期待將其應(yīng)用于生物體的細胞觀察等。以往,作為使用拉曼散射的顯微鏡,已知有自發(fā)拉曼散射顯微鏡和相干反斯托克斯拉曼散身寸(coherent anti-Stokes Raman scattering,CARS)顯微鏡。前者利用激勵光發(fā)生試件的分子振動頻率的量的頻率變化來取得試件的光譜信息,但是得到的信號光非常微弱,所以提高信噪(S/N)比是一個比較大的課題。另一方面, 后者使用2色(ωκ、ω5)的光脈沖,在與激勵光不同的頻率產(chǎn)生CARS光。在 CARS中使分子強制地振動,所以有能夠得到高S/N比的信號這一特長。但是,由于存在試件的電子的非線性響應(yīng)引起的所謂非共鳴信號,并且其成為背景噪聲(background),所以存在得到的分子振動影像的對比度降低這一課題。作為解決這樣的相反的以往的拉曼散射顯微鏡的課題的方法,發(fā)明者們(參照非專利文獻1)和哈佛大學(xué)的Surmy Xie(參照非專利文獻幻獨立提出了受激拉曼散射 (stimulated Raman scattering、SRS)顯微鏡。受激拉曼散射顯微鏡的原理如下。S卩,在對2色(coAS、ω5)的光脈沖中的一方實施了強度調(diào)制的狀態(tài)下對試件聚光照射時,如果2色的頻率差與聚光點的試件的分子振動頻率一致,則在聚光點發(fā)生受激拉曼散射的現(xiàn)象。這時,在未實施強度調(diào)制的一方的激勵光脈沖中產(chǎn)生強度調(diào)制,通過對從試件射出的激勵光進行光檢測,能夠檢測出由受激拉曼散射產(chǎn)生的強度調(diào)制部分。因此,根據(jù)由該受激拉曼散射產(chǎn)生的強度調(diào)制部分,能夠?qū)υ嚰姆肿诱駝舆M行成像。圖12表示以往的受激拉曼散射顯微鏡的、進行原理確認時的結(jié)構(gòu)框圖。如圖12所示,以往的受激拉曼散射顯微鏡500使用分色鏡(dichroic) 505將從鈦藍寶石激光器501照射的反斯托克斯光(《AS)和從光參量振蕩器502照射并在聲光元件 (AOM) 503中進行了強度調(diào)制的斯托克斯光(ω》合波為同軸,經(jīng)由物鏡506對試件507聚光照射。經(jīng)由物鏡508、窄帶濾光片(short pass filter) 509、聚光透鏡510使用光電二極管(PD)511和鎖定放大器(lock-in amplifier) 512檢測這時的散射光。另外,504是反射鏡,反斯托克斯光(ωκ)的重復(fù)頻率為76MHz、中心波長為765nm、脈沖寬度為lOOfs,斯托克斯光(《s)的重復(fù)頻率為76MHz、中心波長為985 1005nm、脈沖寬度為200fs。此外,高頻信號源513的頻率為2MHz。在先技術(shù)文獻非專利文獻非專利文獻1 受激拉曼散射顯微鏡的原理確認;嶽文宏、小関泰之、伊東一良、Optics &Photonics Japan 2008,5pC12,2008 年 11 月 5 日非專利文獻2 :Chiristian W. Freudiger, Wei Min, Brian G. Saar, Sijia Lu, Gary R. Holtorn, Chengwei He, Jason C. Tsai, Jing X. Kang, X. Sunney Xie, "Label-Free Biomedical Imaging with High Sensitivity by Stimulated Raman Scattering Microscopy (通過使用受激拉曼散射的顯微鏡進行的非標(biāo)識的高感度生物醫(yī)學(xué)的圖像解析),,SCIENCE V0L322 19DECEMBER 2008pp. 1857-1861發(fā)明的概要發(fā)明要解決的問題但是,在上述以往的受激拉曼散射顯微鏡中,由于作為光源的激光器的強度噪音的影響,存在S/N比降低的問題。此外,需要用于對斯托克斯光進行強度調(diào)制的聲光元件, 存在系統(tǒng)復(fù)雜化的問題。由于越是高頻則激光器的強度噪音越少,所以為了降低激光器的強度噪音,提高調(diào)制頻率是有效的。但是,如果調(diào)制頻率變高,則對于進行強度調(diào)制的聲光元件的要求變嚴格,系統(tǒng)的復(fù)雜化的問題更加顯著。此外,由于進行強度調(diào)制方面的制約,提高調(diào)制頻率存在限制,因此難以得到高品質(zhì)的運動圖像的成像圖像。
發(fā)明內(nèi)容
在此,本發(fā)明的目的在于,得到一種光學(xué)顯微鏡,該光學(xué)顯微鏡所具備的光學(xué)系統(tǒng)統(tǒng),即使在為了解決上述以往的課題、抑制光源系統(tǒng)的復(fù)雜化、降低激光器的強度噪音的影響等而提高了調(diào)制頻率的情況下,也能夠容易地對應(yīng)。解決問題所使用的技術(shù)手段為解決上述課題,本發(fā)明的光學(xué)顯微鏡的特征在于,對試件照射第一光脈沖串和第二光脈沖串,所述第一光脈沖串由第一光源生成,具有第一光頻率,所述第二光脈沖串與所述第一光脈沖串在時間上同步,由第二光源生成,具有第二光頻率,所述光學(xué)顯微鏡檢測來自所述試件的散射光,所述第一光源生成的光脈沖串的重復(fù)頻率是所述第二光源生成的光脈沖串的重復(fù)頻率的整數(shù)分之一。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)顯微鏡,由于不需要以往的光學(xué)顯微鏡所使用的用于強度調(diào)制的元件,能夠使光學(xué)顯微鏡的系統(tǒng)簡易化,此外,較高地設(shè)定光脈沖串的調(diào)制頻率,能夠得到S/N比較高的影像圖像。
圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的光學(xué)顯微鏡的概略結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是表示由受激拉曼散射顯微鏡得到的受激拉曼散射信號的例的圖。圖3是表示由受激拉曼散射顯微鏡得到的分子振動影像的例。圖3 (a) (b)是表示水中的聚苯乙烯液滴(beads)的分子振動影像的圖,圖3(c) (d)表示植物細胞的分子振動影像的圖。圖4是表示本發(fā)明的第二實施方式的光學(xué)顯微鏡的概略結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖。圖5是表示本發(fā)明的第二實施方式的光學(xué)顯微鏡中使用的光纖維激光器的概略結(jié)構(gòu)的框圖。圖6是表示本發(fā)明的第二實施方式的光學(xué)顯微鏡中的、時差檢測光學(xué)系統(tǒng)中使用的來自光電二極管的輸出信號的狀態(tài)的圖。圖7是表示本發(fā)明的第二實施方式的光學(xué)顯微鏡中的、2色的超短光脈沖激光束的同步狀態(tài)的圖。圖8是表示在鎖定(lock-in)頻率不同的情況下,由受激拉曼散射顯微鏡得到的分子振動影像的區(qū)別的圖。圖8(a)是鎖定頻率為2MHz的情況的聚苯乙烯液滴的分子振動影像,圖8(b)是鎖定頻率為IOMHz的情況的聚苯乙烯液滴的分子振動影像。圖9是表示在鎖定頻率不同的情況下,由受激拉曼散射顯微鏡得到的分子振動影像的區(qū)別的圖。圖9(a)是鎖定頻率為2MHz的情況的植物細胞的分子振動影像,圖9 (b)是鎖定頻率為IOMHz的情況的植物細胞的分子振動影像。圖10是表示由本發(fā)明的第二實施方式的光學(xué)顯微鏡得到的分子振動影像中的鎖定頻率和噪音的大小的關(guān)系的圖。圖11是表示本發(fā)明的第二實施方式的光學(xué)顯微鏡中的光電二極管驅(qū)動電路的電路結(jié)構(gòu)的框圖。圖12是表示以往的受激拉曼散射顯微鏡的概略結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式本發(fā)明的光學(xué)顯微鏡對試件照射第一光脈沖串和第二光脈沖串,所述第一光脈沖串由第一光源生成,具有第一光頻率,所述第二脈沖串與所述第一光脈沖串在時間上同步, 由第二光源生成,具有第二光頻率,所述光學(xué)顯微鏡檢測來自所述試件的散射光,所述第一光源生成的光脈沖串的重復(fù)頻率是所述第二光源生成的光脈沖串的重復(fù)頻率的整數(shù)分之
ο這樣,在使用例如受激拉曼散射顯微鏡的情況下,當(dāng)?shù)谝还忸l率和第二光頻率的頻率差與試件的分子振動頻率一致時,產(chǎn)生受激拉曼散射,從而來自試件的散射光被強度調(diào)制,并檢測該強度調(diào)制成分,從而能夠?qū)υ嚰姆肿诱駝舆M行成像。因此,不使用以往那樣的用于強度調(diào)制的元件,能夠得到具有簡易的光學(xué)顯微鏡的系統(tǒng)、并且使用容易將光脈沖串的調(diào)制頻率設(shè)定得較高的受激拉曼散射的光學(xué)顯微鏡。此外,在本發(fā)明的光學(xué)顯微鏡中,所述第一光源生成的光脈沖串的重復(fù)頻率優(yōu)選為所述第二光源生成的光脈沖串的重復(fù)頻率的二分之一。這樣,由第一光脈沖串和第二光脈沖串能夠最有效地生成受激拉曼散射,能夠得到能夠更良好地制作試件的分子振動影像的光學(xué)顯微鏡。進而,優(yōu)選為,具備所述第一光源;所述第二光源;照射光學(xué)系統(tǒng),將所述第一光脈沖串和所述第二光脈沖串同時地對所述試件照射;聚光光學(xué)系統(tǒng),將來自所述試件的散射光中的所述第一光脈沖串除去,并將其他光脈沖串聚光;受光元件,將由所述聚光光學(xué)系統(tǒng)聚光后的散射光變換為電信號并輸出;以及對所述受光元件的輸出信號進行同步檢波的電路。這樣,能夠容易地實現(xiàn)簡易的系統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡。進而,此外,優(yōu)選為,所述第一光源及所述第二光源的至少某一方為光纖維激光器,具備時差(日文夕4 $ 差)檢測光學(xué)系統(tǒng),該時差檢測光學(xué)系統(tǒng)檢測所述第一光脈沖串和所述第二光脈沖串的時差,基于來自所述時差檢測光學(xué)系統(tǒng)的輸出信號,對配置于所述光纖維激光器的諧振器內(nèi)的光路長度調(diào)制機構(gòu)進行驅(qū)動,使所述第一光脈沖串的定時和所述第二光脈沖串的定時整合。這樣,能夠高精度地使第一光脈沖串的定時和第二光脈沖串的定時整合,能夠?qū)崿F(xiàn)能夠得到S/N比較高的清晰的分子振動影像的光學(xué)顯微鏡。此外,在所述時差檢測光學(xué)系統(tǒng)中,優(yōu)選為,檢測將所述第一光脈沖串的激光和所述第二光脈沖串的激光聚光照射而生成的雙光子吸收電流。這樣,能夠以較高的精度檢測 2色的超短光脈沖激光束的定時偏移。進而,優(yōu)選為,所述光路長度調(diào)制機構(gòu)為可變延遲線及相位調(diào)制器。這樣,使用能夠在長距離上機械地調(diào)節(jié)光路長度的可變延遲線、以及能夠通過施加的電壓使結(jié)晶的折射率變化從而高速地調(diào)節(jié)光路長度的相位調(diào)制器,能夠?qū)崿F(xiàn)更高精度且長時間穩(wěn)定的定時同
止
少ο進而,此外,所述第一光源生成的光脈沖串的重復(fù)頻率優(yōu)選為IOMHz以上,所述第一光源生成的光脈沖串的重復(fù)頻率進一步優(yōu)選為38MHz以上。此外,作為本發(fā)明的光學(xué)顯微鏡,其特征在于,對試件照射具有第一光頻率的第一光脈沖串和與所述第一光脈沖串在時間上同步的具有第二光頻率的第二光脈沖串,通過光電二極管檢測來自所述試件的散射光,取得來自所述光電二極管的輸出信號的光電二極管驅(qū)動電路具有與所述光電二極管并聯(lián)連接的電感,以及與所述電感并聯(lián)連接的電阻值為 100 Ω以上的負載電阻。通過做成這樣的結(jié)構(gòu),在較高的鎖定頻率下的影像圖像的檢測中,能夠有效防止光電二極管的寄生電容引起的頻率特性的下降。進而,本發(fā)明能夠作為具有如下特征的光學(xué)計測來掌握,即,使用從第一光源生成的第一光脈沖串和從第二光源生成的第二光脈沖串,進行鎖定檢測,所述第一光源生成的光脈沖串的重復(fù)頻率是所述第二光源的生成的光脈沖串的重復(fù)頻率的整數(shù)分之一。這樣,進行鎖定檢測的重復(fù)頻率不同的第一光脈沖串及第二光脈沖串是從生成不同的重復(fù)頻率的光的光源生成的,從而能夠簡易地構(gòu)成以能夠提高S/N比的、以較高的頻率進行鎖定檢測的光學(xué)計測。以下參照
本發(fā)明的實施方式。(第一實施方式)圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的使用了受激拉曼散射(SRQ效應(yīng)的光學(xué)顯微鏡的概略結(jié)構(gòu)的框圖。如圖1所示,本實施方式的受激拉曼散射顯微鏡100具有第一光源1,生成第一光脈沖串;第二光源2,生成第二光脈沖串;照射光學(xué)系統(tǒng)21,由反射鏡3、半反射鏡4和第一物鏡5構(gòu)成;聚光光學(xué)系統(tǒng)22,由第二物鏡7、濾光片8及聚光透鏡9構(gòu)成;以及作為受光元件的光電二極管10,作為對光電二極管10的輸出信號進行同步檢波的電路的鎖定放大器Ilo此外,如圖1所示,在第一物鏡5和第二物鏡7之間配置有測定對象的試件6。在本實施方式的受激拉曼散射顯微鏡100中,作為生成斯托克斯光(ω》的第一光脈沖串的第一光源1,使用鈦藍寶石激光源。將激光的光頻率設(shè)定為中心頻率lOOOnm,將脈沖寬度設(shè)定為200fs (飛母托秒),將重復(fù)頻率設(shè)定為38MHz。
此外,生成作為反斯托克斯光(ωκ)的第二光脈沖串的第二光源2與第一光源同樣,使用鈦藍寶石激光源,光頻率為770nm左右的適當(dāng)?shù)闹担}沖寬度為lOOfs,重復(fù)頻率為 76MHz。結(jié)合測定對象試件進行適當(dāng)調(diào)整,以使該第二光脈沖串的光頻率與第一光脈沖串的光頻率的頻率差和測定對象試件的分子振動頻率一致。另外,在本實施方式的受激拉曼散射顯微鏡100中,第一光源和第二光源分別使用不同的脈沖激光源,為了取得這些激光脈沖光源的同步,將兩者電連接。但是,本發(fā)明的第一光源及第二光源不限于此,例如也可以一個光源使用脈沖激光源,另一個使用參量振蕩器。此外,在本實施方式的受激拉曼散射顯微鏡100中,如上所述,使由第一光源生成的第一光脈沖串的重復(fù)頻率為由第二光源生成的第二光脈沖串的重復(fù)頻率的二分之一。以下,在本實施方式中,設(shè)該第一光脈沖串的重復(fù)頻率為f,此外,設(shè)第二光脈沖串的重復(fù)頻率為2f。這是因為,通過這樣設(shè)置,由第一光源生成的第一光脈沖串在與由第二光源生成的第二光脈沖串的二個中的一個同步的定時生成,所以與例如將由第一光源生成的第一光脈沖串的重復(fù)頻率設(shè)為由第二光源生成的第二光脈沖串重復(fù)頻率的三分之一或四分之一的情況相比,能夠使引起受激拉曼散射效應(yīng)的次數(shù)最多,能夠以更高的精度取得試件的分子振動影像。但是,在本發(fā)明的受激拉曼散射顯微鏡中,使第一光脈沖串的重復(fù)頻率為第二光脈沖串的重復(fù)頻率的二分之一并不是必須的,通過設(shè)為三分之一或四分之一等,將第一光脈沖串的重復(fù)頻率設(shè)為第二光脈沖串的重復(fù)頻率的整數(shù)分之一,能夠通過受激拉曼散射效應(yīng)取得試件的分子振動影像。此外,在上述本實施方式中,說明了將2個光脈沖串中的重復(fù)頻率較低的第一光脈沖串作為斯托克斯光使用的情況,但是本發(fā)明不限于此,也可以將重復(fù)頻率較低的第一光脈沖串作為反斯托克斯光使用。被照射光學(xué)系統(tǒng)21的反射鏡3改變了朝向的、由第二光源2生成的重復(fù)頻率2f 的第二光脈沖串,通過照射光學(xué)系統(tǒng)21的半反射鏡4,與由第一光源1生成的重復(fù)頻率f的第一光脈沖串合波為同軸。合波后的光脈沖串通過照射光學(xué)系統(tǒng)21的第一物鏡5,對試件 6聚光照射。另外,在本實施方式中,作為第一物鏡5使用了倍率X40、開口數(shù)(NA)O. 6的物鏡。這樣,設(shè)具有第一光頻率(第1種顏色)的第一光脈沖串的重復(fù)頻率為f,設(shè)具有第二光頻率(第2種顏色)的第二光脈沖串的重復(fù)頻率為2f時,每l/2f時間,2色的脈沖的兩者和2種顏色的脈沖的僅一方交替地出現(xiàn)。這時,第一光頻率和第二光頻率的頻率差與測定試件6的被測定分子的分子振動數(shù)一致時,產(chǎn)生受激拉曼散射,僅在照射2色的光脈沖的兩者時,在第二光脈沖串的激勵光脈沖中產(chǎn)生頻率f的強度調(diào)制。來自該試件6的散射光被聚光光學(xué)系統(tǒng)22的第二物鏡7聚光。作為該第二物鏡 7,在本實施方式中與第一物鏡5同樣,使用了倍率X40、開口數(shù)(NA)O. 6的物鏡。由第二物鏡7聚光的散射光中,通過聚光光學(xué)系統(tǒng)22的窄帶濾光片8,僅使第二光脈沖串透過,由聚光光學(xué)系統(tǒng)22的聚光透鏡9聚光。由聚光透鏡9聚光的光被作為受光元件的光電二極管10進行光電轉(zhuǎn)換并作為電信號輸出。通過作為電路的鎖定放大器11以鎖定頻率f對該光電二極管10的輸出信號進行同步檢波,從而能夠僅檢測通過受激拉曼散射產(chǎn)生的光。圖2表示受激拉曼散射顯微鏡中的、鎖定放大器的輸出信號的例。在圖2中,橫軸表示第一光脈沖串和第二光脈沖串合波后的光的聚光焦點的位置,縱軸表示在該焦點位置處得到的、來自鎖定放大器的輸出信號的強度。另外,將從第二光脈沖串的第二光頻率的值減去第一光脈沖串的第一光頻率的值的頻率差(Oas-COs)即拉曼位移(Raman shift)量設(shè)為:^470^1。在圖2中的左側(cè),示出了作為試件僅放置了玻璃的情況的輸出信號的推移,從圖2 顯然可知,焦點位于空氣中的情況和焦點位于玻璃內(nèi)的情況的輸出信號不產(chǎn)生差。對此,圖 2的右側(cè)表示作為試件用玻璃夾著水的情況的輸出信號,可知與焦點位于玻璃部分的情況相比,焦點位于存在水的部分時的輸出信號電壓變大。這表示,在玻璃內(nèi)雖然不產(chǎn)生非共鳴信號,但是能夠檢測到水的OH振動模式引起的受激拉曼散射效應(yīng)。在此,在圖3中表示受激拉曼散射顯微鏡的通過受激拉曼散射效應(yīng)得到的分子振動影像的例。圖3(a)是將頻率差(Qas-COs)即拉曼位移(Raman shift)量設(shè)為3023CHT1時的分子振動影像,僅聚苯乙烯白色發(fā)光,能夠得到抑制了來自周圍的水的信號的高對比度的像。 這時的掃描尺寸為縱 ο μ m、橫10 μ m。圖3(b)是用與圖3(a)相同的試件,將頻率差(《as_cos)即拉曼位移(Raman shift)量設(shè)為32^(3!^1時的分子振動影像,這種情況下,聚苯乙烯液滴的信號電平降低,同時OH振動引起的來自水的信號稍微出現(xiàn),整體的對比度下降。圖3(c)是將植物細胞(BY2)的CH振動模式可視化的圖像。圖3 (c)是對縱 40 μ m、橫40 μ m的范圍進行掃描后的二維的分子振動影像,拉曼位移(Raman shift)量為 3023cm-1.可以理解出,來自細胞的周圍的水的信號被抑制,核和細胞壁明確地可視化。圖3(d)是根據(jù)將圖3(c)中示出的二維的分子振動影像在光軸方向上以4μπι間隔遍及40 μ m取得的結(jié)果得到的三維分子振動影像。根據(jù)本實施方式的受激拉曼散射顯微鏡,通過這樣使照射的光束的焦點的位置向光軸方向位移而得到多個二維的分子振動影像,能夠得到測定試件的分子結(jié)構(gòu)的三維的分子振動影像。此外,在本實施方式的受激拉曼散射顯微鏡中,能夠?qū)崟r地將分子狀態(tài)作為分子振動影像來檢測,所以能夠?qū)⑸矬w的細胞的變化狀況作為運動圖像來掌握。(第二實施方式)接著,說明作為本發(fā)明的第二實施方式的使用了受激拉曼散射(SRS)效應(yīng)的光學(xué)顯微鏡,使2個光脈沖串的定時高精度地整合,能夠以較高的S/N比取得分子振動影像的光學(xué)顯微鏡的結(jié)構(gòu)例。圖4是表示本發(fā)明的第二實施方式的光學(xué)顯微鏡200的概略結(jié)構(gòu)的框圖。如圖4所示,本實施方式的使用了受激拉曼散射效應(yīng)的光學(xué)顯微鏡200具備作為生成第一光脈沖串的第一光源的光纖維激光器101,以及作為生成第二光脈沖串的第二光源的鈦藍寶石激光器102。此外,本實施方式的光學(xué)顯微鏡200具有時差檢測光學(xué)系統(tǒng),檢測第一光脈沖串的激光和第二光脈沖串的激光的時差,這一點與使用上述圖1說明的第一實施方式的光學(xué)顯微鏡100不同。從作為第二光源的鈦藍寶石激光器102射出的第二光脈沖串即超短光脈沖激光束,通過半反射鏡104分離為用于得到測定對象的試件123的分子振動影像的測定光131、 和用于檢測與從第一光源射出的第一光脈沖串即超短光脈沖激光束的時差的時差檢測光 132。另外,檢測時差時,為了調(diào)整導(dǎo)入時差檢測光學(xué)系統(tǒng)的時差檢測光132和為了得到試件123的分子振動影像而對試件照射的測定光131的時間差,反射鏡105和反射鏡106的位置能夠在圖中箭頭P所示的方向上調(diào)整,以能夠調(diào)整測定光131的光路長度。從作為第一光源的光纖維激光器101射出的作為第一光脈沖串的超短光脈沖激光束也與第二光脈沖串同樣,通過半反射鏡111分離為用于得到試件123的分子振動影像的測定光141和用于檢測與從第二光源射出的第二光脈沖串的時差的時差檢測光142。從光纖維激光器101射出的第一光脈沖串的時差檢測光142和從鈦藍寶石激光器 102射出的第二光脈沖串的時差檢測光132由分色鏡115合波為同軸,經(jīng)由透鏡117聚光照射在光電二極管118上。作為該光電二極管118,為了檢測合波后的激光束的雙光子吸收, 優(yōu)選使用例如無近紅外區(qū)域中的光吸收、僅有可視域的吸收、此外高頻特性優(yōu)越的GaAsP 光電二極管。另外,在本實施方式中,透鏡117和光電二極管118構(gòu)成時差檢測光學(xué)系統(tǒng), 所述透鏡117將第一光脈沖串的時差檢測光142和第二光脈沖串的時差檢測光132聚光照射,所述光電二極管118檢測通過照射的2個激光產(chǎn)生的雙光子吸收電流。另一方面,從光纖維激光器101射出的第一光脈沖串的測定光141和從鈦藍寶石激光器102射出的第二光脈沖串的測定光131也由半反射鏡115合波為同軸,由束擴張器 121擴大了束徑后,入射到第一物鏡122的光瞳整體,并由該物鏡聚光并對測定對象的試件 123照射。來自試件123的散射光經(jīng)由第二物鏡IM和窄帶濾光片125,被作為受光元件的光電二極管126轉(zhuǎn)換為電信號,由鎖定放大器127對光電二極管126的輸出信號進行同步檢波。在本實施方式的光學(xué)顯微鏡200中,由光纖維激光器101生成的第一光脈沖串的激光是斯托克斯光(《s),將中心波長設(shè)定為1030nm左右的合適的值,將脈沖寬度設(shè)定為 300fs,將重復(fù)頻率設(shè)定為38MHz。此外,由鈦藍寶石激光器102生成的第二光脈沖串的激光是反斯托克斯光(《AS),中心波長為780nm左右的合適的值,脈沖寬度為300fs,重復(fù)頻率為 76MHz。與第一實施方式的光學(xué)顯微鏡同樣,結(jié)合測定對象試件對第一光脈沖串及第二光脈沖串的波長進行合適的調(diào)整,以使其光頻率差與測定對象試件的分子振動頻率一致。在本實施方式的光學(xué)顯微鏡200中,將鈦藍寶石激光器設(shè)為生成重復(fù)頻率較高的第二光脈沖串的激光的第二光源的理由是,將鈦藍寶石激光器的重復(fù)頻率較低地設(shè)定比光纖維激光器困難。因此,這不是本發(fā)明的必須的要件,可以根據(jù)設(shè)定的重復(fù)頻率來適當(dāng)?shù)刈鳛榈谝还庠词褂免佀{寶石激光器,作為第二光源使用光纖維激光器。此外,也可以將第一光源、第二光源的雙方作為光纖維激光器。另外,由第一光源生成的第一光脈沖串的重復(fù)頻率不必須是由第二光源生成的第二光脈沖串的重復(fù)頻率的二分之一,只要是整數(shù)分之一即可,2個光脈沖串中,任何一個作為斯托克斯光及反斯托克斯光使用都可以,這與上述第一實施方式的受激拉曼散射顯微鏡 100的情況是同樣的。進而,光學(xué)部件的規(guī)格等也可以與第一實施方式的受激拉曼散射顯微鏡100同樣,例如作為第一物鏡122及第二物鏡124,可以使用倍率X40、開口數(shù)(NA)O. 6的物鏡。此夕卜,如果使用倍率X 100、NAl. 4的物鏡,可以得到更高的空間分辨率。
在圖4 中,103,105,106,107,108,109,110,112,113,114,116,120 都表示反射鏡。
使用了這些反射鏡的第一及第二超短光脈沖激光束光的具體的路徑當(dāng)然可以進行適當(dāng)變更。圖5是表示本實施方式的光學(xué)顯微鏡200中使用的光纖維激光器101的具體的結(jié)構(gòu)例的框圖。如圖5所示,在本實施方式的光學(xué)顯微鏡200中作為第一光源使用的光纖維激光器101由摻鐿纖維151,多個波長板152、偏振束分離器(splitter) 153、分散補償器154、可變延遲線155、相位調(diào)制器156、隔離器(isolator) 157構(gòu)成。該光纖維激光器101的結(jié)構(gòu)是在一般的模式同步光纖維激光器的諧振器內(nèi)插入了作為光路長度轉(zhuǎn)換機構(gòu)的可變延遲線巧5及相位調(diào)制器156。摻鐿纖維151將波長1. 03 μ m的光脈沖放大。多個波長板152調(diào)節(jié)摻鐿纖維151 的入射光及射出光的偏振。偏振束分離器153將光纖維激光器101內(nèi)部的光脈沖的一部分取出并作為射出光158,同時進行基于摻鐿纖維151內(nèi)的非線性偏振波旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的模式同步動作。分散補償器1 是為了調(diào)節(jié)光纖維激光器101內(nèi)的群速度分散而插入的??勺冄舆t線155和相位調(diào)制器156調(diào)節(jié)激光器諧振器的光路長度,是為了控制重復(fù)頻率而插入的。可變延遲線155能夠機械地調(diào)節(jié)光路長度。此外,相位調(diào)制器156是使用了電光學(xué)結(jié)晶的導(dǎo)波路型器件,能夠通過施加的電壓改變結(jié)晶的折射率,從而調(diào)節(jié)光路長度。相位調(diào)制器156能夠調(diào)節(jié)的最大的光路長度為數(shù)微米之小,但是由于不需要機械的動作,所以能夠以MHz以上的高速性來控制光路長度。隔離器157規(guī)定諧振器內(nèi)的光脈沖的行進方向。在這種結(jié)構(gòu)的光纖維激光器101內(nèi),通過模式同步動作生成光脈沖并回轉(zhuǎn),從而以依存于激光器諧振器內(nèi)的光路長度的時間間隔輸出光脈沖,能夠得到控制了重復(fù)頻率的光脈沖串。圖4所示的入射了合波為同軸的第一光脈沖串的時差檢測光142和第二光脈沖串的時差檢測光132的、作為光電二極管118的雙光子吸收電流的光電流,通過例如300 Ω的負載電阻作為電壓值來檢測,從而能夠以IMHz以上的頻帶來檢測。這時,為了控制檢測到的信號中包含的熱噪音等晃動的影響,需要得到充分大的雙光子吸收電流。為此,將2個脈沖串合波為同軸,將開口數(shù)較大的透鏡、例如開口數(shù)0. 55、倍率50倍的透鏡加入光電二極管中是有效的。將表示該檢測到的時差的電壓信號經(jīng)由環(huán)路濾波器(loop filter) 119導(dǎo)入光纖維激光器101的諧振器內(nèi)的可變延遲線155和相位調(diào)制器156。然后,將可變延遲線155的環(huán)路頻帶控制為IHz左右,將相位調(diào)制器156的環(huán)路(loop)頻帶控制為140kHz程度,以使上述電壓信號成為一定。另外,在圖5所示的本實施方式的光學(xué)顯微鏡200中使用的光纖維激光器中,作為光路長度調(diào)制機構(gòu)使用了可變延遲線巧5和相位調(diào)制器156這2個,但是在本發(fā)明中這不是必須的事項,只要是纖維拉伸器等、能使光纖維激光器諧振器內(nèi)的光路長度變化的部件, 就不排除將其作為光路長度調(diào)制機構(gòu)使用。但是,為了將環(huán)路頻帶設(shè)定為IOOkHz以上,需要使用高速的光路長度控制機構(gòu)。例如,作為光路長度調(diào)制機構(gòu)僅使用壓電元件的情況下, 將環(huán)路頻帶提高到IkHz以上較為困難。由于光纖維激光器輸出的光脈沖串本來具有較大的抖動(jitter),所以使用壓電元件這樣的低速的元件進行定時控制的情況下,殘留2微微(pico)秒左右的大小的抖動。圖6表示本實施方式的光學(xué)顯微鏡200中的、用于檢測第一及第二激光束脈沖的同步偏移的時差檢測光學(xué)系統(tǒng)中使用的來自光電二極管118的輸出信號的狀態(tài)。在圖6中,縱軸表示基于雙光子吸收的光電二極管118的輸出電壓值,橫軸表示2 個激光束脈沖的定時偏移量。2個脈沖的定時一致時能夠得到最高的電壓,此外,若定時偏移脈沖時間寬度以上,則能夠看到電壓下降的情況。因此,使用雙光子吸收能夠進行高精度的定時檢測。在本實施方式的光學(xué)顯微鏡200中,不是在峰值位置即圖6所示的定時偏移量=0 處檢測2色的激光束脈沖的定時的偏移,而是在具有約7V/ps的傾斜的圖6中以“A”表示的部分來檢測,從而能夠根據(jù)來自光電二極管118的輸出電壓值的變化,直接檢測由光纖維激光器101生成的第一光脈沖串的激光束和第二光脈沖串的激光束的時差,用于光纖維激光器的重復(fù)頻率控制。這樣,在本實施方式的光學(xué)顯微鏡200中,能夠回避超短光脈沖激光束的抖動的影響,以較高的精度使2色的超短光脈沖激光束的定時同步。此外,在本實施方式的光學(xué)顯微鏡中,較寬地取得雙光子吸收電流和重復(fù)頻率控制的頻帶,并使環(huán)路頻帶變寬,從而使2個光脈沖串的同步及其容易。這可以如下理解。雙光子吸收電流變化只在2個光脈沖串的定時接近到脈沖時間ΔΤ左右時才發(fā)生。在此,考慮光脈沖串未同步的、即第一光脈沖串的重復(fù)頻率f的2倍和第二光脈沖串的重復(fù)頻率2f之間存在Af的差的情況。實際上,未控制時的激光器的重復(fù)頻率具有IHz的次序(order)的晃動,這可以認為是Af與時間一起在約IHz以內(nèi)變化。這時,以l/Af的時間間隔使2個脈沖串的定時一致,伴隨與此,雙光子吸收電流變化。但是,該雙光子吸收電流變化產(chǎn)生的時間是2個脈沖的定時重疊的時間,S卩ΔΤ/ TAf0為了實現(xiàn)同步,需要在該時間內(nèi)進行定時控制。在此,如果設(shè)定時控制頻率頻帶為B,則定時同步所需的時間以約1/B來表示,所以需要不等式1/B < ΔΤ/ΤΔ ·、即Af < ΒΔΤ/Τ成立。在此,如果設(shè)AT為300fs、T為 12ns、B為140kHz,則得到Af <3. 5Hz。因此,通過這樣增大定時控制頻率頻帶B,即使存在IHz次序的晃動,也能夠達成基于雙光子吸收的同步。另一方面,在B較小的情況下,對于Δ f的要求條件變嚴格,使未控制時的激光器同步實際上是不可能的。這種情況下,需要并用其他同步方法來進行低精度的同步,在此基礎(chǔ)上進行基于雙光子吸收的同步,系統(tǒng)變得復(fù)雜化。圖7是表示本實施方式的光學(xué)顯微鏡200中的2色的超短光脈沖激光束的同步狀態(tài)的圖。如圖7所示,在本實施方式的光學(xué)顯微鏡200中,能夠使作為2色的超短光脈沖激光束的偏差得到的定時抖動為約6. Ofs0 一般來說,使用SRS顯微鏡來觀察分子振動影像的情況下,認為優(yōu)選使定時抖動為照射光脈沖的時間寬度的10分之1以下,相對于此,在本實施方式的光學(xué)顯微鏡200中,定時抖動的大小實現(xiàn)了照射光脈沖的時間寬度的100分之 1左右。如以上說明,在本實施方式的光學(xué)顯微鏡200中,不會像用高速光檢測器檢測時差的情況那樣使測定系復(fù)雜化,能夠通過簡單的結(jié)構(gòu)檢測2光子吸收,并通過相位調(diào)制器對光纖維激光器的重復(fù)頻率進行高速控制,從而得到抑制了定時抖動的影響的高感度且高 S/N比的分子振動影像。另外,在上述本發(fā)明的第二實施方式中,在時差檢測光學(xué)系統(tǒng)中說明了檢測由第一光脈沖串的激光和第二光脈沖串的激光產(chǎn)生的雙光子吸收電流的情況,但這并不限定本發(fā)明的光學(xué)顯微鏡的時差檢測光學(xué)系統(tǒng)。例如,作為時差檢測光學(xué)系統(tǒng),也可以使用和頻發(fā)生來檢測2色的超短光脈沖激光束的時差。以上,根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)顯微鏡,對試件聚光照射將一方的光脈沖串的重復(fù)頻率設(shè)為另一方的整數(shù)分之一的2色(光頻率,ω5)的光脈沖串時,通過2色的頻率差與聚光點的試件的分子振動頻率一致時產(chǎn)生的受激拉曼散射現(xiàn)象,檢測重復(fù)頻率較高的激勵光脈沖的強度調(diào)制成分。該受激拉曼散射不受到電子的非線性性的影響,所以由本顯微鏡得到的輸出信號中不存在背景噪聲信號,能夠得到高對比度的分子振動影像。而且,在本顯微鏡中,通過將2色的光脈沖串的重復(fù)頻率設(shè)為一方為另一方的整數(shù)分之一,不需要以往的受激拉曼散射顯微鏡所使用的對一方的光脈沖串賦予強度調(diào)制的聲光元件等,能夠使光學(xué)顯微鏡的系統(tǒng)簡單化,并且能夠?qū)す馄鞯膹姸仍胍艚档突蜻\動圖像中的影像取得進行更有利的照射束的高頻調(diào)制。其結(jié)果,能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)更簡單、信噪的比率即S/N比較高、且能夠得到高品質(zhì)的運動圖像的光學(xué)顯微鏡。在此,在受激拉曼散射顯微鏡中,說明鎖定頻率和得到的分子振動影像的關(guān)系。圖8及圖9都是由受激拉曼散射顯微鏡得到的試件的分子振動影像。圖8中作為試件使用了水中的聚苯乙烯液滴。圖8(a)是鎖定頻率為2MHz時的分子振動影像,圖8(b)是鎖定頻率為IOMHz時的分子振動影像。另外,得到圖8(a)的分子振動影像時的光功率為5mW,為了得到分子振動影像所需要的累計時間為50ms。此外,得到圖 8(b)的分子振動影像時的光功率為0. 6mW,為了得到分子振動影像所需的累計時間為ans。鎖定頻率較低的圖8 (a)的分子振動影像明顯比鎖定頻率較高的圖8(b)的分子振動影像析像度低,得到的影像圖像的周圍模糊,液滴的直徑較大地看見。此外,如果鎖定頻率變高,則為了得到分子振動影像所需的光束照射功率變小,對光束照射系統(tǒng)的負擔(dān)變小。 進而,可知為了得到分子振動影像所需的時間也變短,更加適于運動圖像的取得。圖9中作為試件使用了植物細胞(BY2)。圖9(a)是鎖定頻率為2MHz時的分子振動影像,圖9(b)是鎖定頻率為IOMHz時的分子振動影像。得到圖9(a)的分子振動影像時的光功率為4. 5mW,為了得到分子振動影像所需的累計時間為100ms,得到圖9(b)的分子振動影像時的光功率為lmW,為了得到分子振動影像所需的累計時間為:3ms。與圖8同樣,從圖9(a)及圖9(b)的分子振動影像也可以知道,鎖定頻率越高,得到的分子振動影像的信噪比越高,此外,圖像的對比度也良好,能夠掌握植物細胞的詳細的狀況。此外,根據(jù)用于得到圖9(a)及圖9(b)的數(shù)據(jù)可知,鎖定頻率越高,為了得到分子振動影像的光功率和累計時間越少。由以上可知,在作為本實施方式示出的受激拉曼散射顯微鏡中,為了得到一定以上的析像度的分子振動影像,優(yōu)選鎖定頻率為IOMHz以上。為了使鎖定頻率為10MHz,將重復(fù)頻率較低的光脈沖串的重復(fù)頻率設(shè)為10MHz、將重復(fù)頻率較高的光脈沖串的重復(fù)頻率設(shè)為20MHz即可。此外,如果將鎖定頻率設(shè)為IOMHz以上,則為了得到分子振動影像所需的光功率為ImW左右即可,如果是這種程度的光功率,則不會對束照射系統(tǒng)施加較大負擔(dān)。進而,如果將鎖定頻率設(shè)為IOMHz以上,則為了得到分子振動影像的累計時間為數(shù)ms左右,所以在考慮運動圖像的取得方面也是優(yōu)選的條件。接著,使用圖10說明由作為本實施方式示出的受激拉曼散射顯微鏡得到的鎖定信號中含有的噪音電平和由作為影像受光部的光電二極管得到的輸出電流的大小之間的關(guān)系。圖10表示對作為上述第二實施方式示出的光學(xué)顯微鏡200中的、鎖定信號中的噪音成分進行了測定的結(jié)果。圖10中的“黑點”是測定結(jié)果數(shù)據(jù)的圖示。在圖4所示的光學(xué)顯微鏡200中,在使鈦藍寶石激光器102和光纖維激光器101 同步的狀態(tài)下,僅將鈦藍寶石激光導(dǎo)入光電二極管126。這時,纖維激光被濾光片125除去。 將光電二極管126的輸出信號輸入鎖定放大器127,將從光纖維激光器101得到的重復(fù)頻率 38MHz的電信號作為鎖定放大器127的參照信號使用。然后,一邊使輸入到光電二極管126中的光的強度變化,一邊測定了鎖定放大器 127的輸出噪音的結(jié)果為圖10中的圖示。另外,鎖定放大器127的累計時間為0. Ims0在圖10中,橫軸表示從光電二極管1 得到的光電流的直流成分。此外,用點劃線表示光電二極管126的受光電路的噪音電平,用實線b表示根據(jù)光電流計算的光電二極管126的散粒噪音。根據(jù)圖10可知,在圖10中左側(cè)所示的光電流值小于KT1mA的區(qū)域中,電路的噪音是支配性的,但是隨著光電流變大,噪音增大。在此,已知在鈦藍寶石激光具有散粒噪音以上的過剩噪音的情況下,鎖定信號的噪音電壓與光電流成正比,此外,鈦藍寶石激光具有散粒噪音界限的低噪音性的情況下,鎖定信號的噪音電壓與光電流的平方根成正比。在實驗中,鎖定信號的噪音電壓在光電流值大于0.2mA的區(qū)域中與光電流的平方根成正比,示出了能夠得到散粒噪音界限的低噪音性。另外,在將光電流值大于0.2mA的區(qū)域的圖示連結(jié)的實線c和表示散粒噪音的理論值的實線b之間,存在圖中以y表示的約 1. 6dB的差,推測為這是光檢測電路中含有的帶通濾光片電路的損失引起的。此外,通過鈦藍寶石激光器和光參量振蕩器得到重復(fù)頻率76MHz的光脈沖,對后者使用光調(diào)制器進行10. 7MHz的光調(diào)制,將進行了鎖定檢測的系統(tǒng)中的鎖定信號的噪音換算為本次實驗條件的結(jié)果在圖中以X (B)表示。根據(jù)圖10,通過與以往的噪音電平B進行比較,將鎖定頻率高頻化為38MHz,能夠?qū)⒃胍綦娖饺鐖D中X所示抑制為12dB以上。根據(jù)該結(jié)果也確認了鎖定頻率的高頻化帶來的低噪音化的有效性。根據(jù)圖10的實驗數(shù)據(jù)可知,通過將鎖定頻率設(shè)為38MHz,能夠?qū)㈡i定信號的噪音電平降低到受光元件即光電二極管126的散粒噪音電平為止,所以通過將鎖定頻率設(shè)為38MHz以上,能夠取得噪音電平極小的分子振動影像。另外,如根據(jù)實際取得的分子振動影像和關(guān)于噪音電平的實驗數(shù)據(jù)所確認的,鎖定頻率越高,則能夠在越短的時間內(nèi)取得更鮮明的分子振動影像。這對運動圖像中的分子振動影像即運動圖像的取得尤為有利,但是對于由光電二極管取得分子振動影像,存在距離對試樣照射的光功率的平均電平的界限,如果鎖定頻率過高,則可能引起投入的光能帶來的試樣的損傷。因此,在鎖定頻率的設(shè)定時,在不發(fā)生試樣的損傷的限度內(nèi),優(yōu)選在考察了受光電路系統(tǒng)的能力基礎(chǔ)上,適當(dāng)設(shè)定上限值。
另外,在得到圖10的數(shù)據(jù)時,為了降低受光電路的噪音電平(圖10中的點線a), 作為光電二極管126的受光電路使用了圖11所示的電路。如圖11所示,作為降低噪音電平的受光電路,為了抑制光電二極管PD的寄生電容引起的頻率特性的下降,與光電二極管PD并聯(lián)連接有電感L,并且將與電感L并聯(lián)連接的負載電阻R的值設(shè)定為比高頻電路中通常使用的負載電阻值50 Ω高。作為用于取得圖10的數(shù)據(jù)的具體電路的一例,設(shè)光電二極管PD的寄生電容為 20pF,電感L為820nH,負載電阻R的電阻值為500 Ω。如本實施方式的光學(xué)顯微鏡200,受激拉曼散射顯微鏡中使用的光電二極管PD的受光面積較大,寄生電容容易變大,所以通過對電路施加上述那樣的對策,能夠降低噪音電平。另外,作為這時的負載電阻R的值,認為優(yōu)選為100Ω以上。因此,優(yōu)選為一邊考慮光電二極管PD的寄生電容的數(shù)值和使用的電感 L的值,一邊將負載電阻的值設(shè)定為100歐姆以上的合適的值。此外,作為光電二極管PD的受光電路,通過使用圖11所示的電路來抑制光電二極管PD的頻率特性的下降的效果與對試件照射的光脈沖串的生成過程無關(guān)。因此,圖11所示的光電二極管PD的受光電路不僅能應(yīng)用于作為上述本發(fā)明的實施方式示出的、由不同的光源生成第一重復(fù)頻率的光脈沖串和第二重復(fù)頻率的光脈沖串的光學(xué)顯微鏡,也能夠應(yīng)用于非專利文獻1及非專利文獻2所示的、對一方的光脈沖串進行調(diào)制而生成另一方的光脈沖串的以往的光學(xué)顯微鏡,能夠?qū)崿F(xiàn)良好的效果。如以上討論可以理解,在本實施方式的光學(xué)顯微鏡中,在得到更高的析像度的分子振動影像的基礎(chǔ)上,對提高鎖定頻率極為有利。根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)顯微鏡,通過一方具有另一方的整數(shù)分之一的重復(fù)頻率的2個光源生成2色的光脈沖串的重復(fù)頻率,能夠容易地對應(yīng)鎖定頻率的高頻化。因此,本發(fā)明的光學(xué)顯微鏡與必需以聲光元件為首的調(diào)制器的、以往的受激拉曼散射顯微鏡相比,能夠使光學(xué)顯微鏡的系統(tǒng)簡單化,且能夠降低激光器的強度噪音,能夠得到S/N比較高的分子振動影像,進而運動圖像的取得更加有利,在實用方面具有優(yōu)良的特征。以上,在上述實施方式中,作為本發(fā)明的光學(xué)顯微鏡說明了檢測受激拉曼散射的裝置,能夠使用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)進行檢測的不限于上述的受激拉曼散射。例如,其他還可以選擇光脈沖的波長,從而使2色的光脈沖的和頻率即《as+cos與試件的2光子吸收頻率一致, 從而得到高對比度的2光子吸收像。此外,在上述實施方式中,將本發(fā)明的應(yīng)用對象限定為光學(xué)顯微鏡進行了說明。但是,在生成具有第二光脈沖串的重復(fù)頻率的整數(shù)分之1的重復(fù)頻率的第一光脈沖串時,與對相同重復(fù)頻率的2個光脈沖串中的一方進行調(diào)制而使重復(fù)頻率為整數(shù)分之1的方法相比,根據(jù)使用一方的生成的光脈沖串的重復(fù)頻率為另一方的生成的光脈沖串的重復(fù)頻率的整數(shù)分之1的2個光源的本申請發(fā)明的方法,能夠以簡單的機構(gòu)進行更高的頻率下的鎖定檢測。因此,本發(fā)明的技術(shù)思想不限于對光學(xué)顯微鏡的應(yīng)用,通過進行較高的頻率下的鎖定檢測,降低測定結(jié)果的噪音成分,從而得到S/N比較高的測定結(jié)果這一點,能夠應(yīng)用于各種光學(xué)計測而得到良好的結(jié)果。另外,作為應(yīng)用這樣本發(fā)明的技術(shù)思想的光學(xué)計測,可以想到例如泵探針計測等。工業(yè)實用性
如以上說明,本發(fā)明的光學(xué)顯微鏡作為能夠?qū)⑸矬w細胞等圖像影像化的光學(xué)顯微鏡,可以期待廣泛的領(lǐng)域的用途。此外,本發(fā)明可以展開應(yīng)用在各種光學(xué)計測中。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)顯微鏡,對試件照射第一光脈沖串和第二光脈沖串,所述第一光脈沖串由第一光源生成,具有第一光頻率,所述第二光脈沖串與所述第一光脈沖串在時間上同步,由第二光源生成,具有第二光頻率,所述光學(xué)顯微鏡檢測來自所述試件的散射光,所述第一光源生成的光脈沖串的重復(fù)頻率是所述第二光源生成的光脈沖串的重復(fù)頻率的整數(shù)分之一。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)顯微鏡,所述第一光源生成的光脈沖串的重復(fù)頻率是所述第二光源生成的光脈沖串的重復(fù)頻率的二分之一。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)顯微鏡,具備 所述第一光源;所述第二光源;照射光學(xué)系統(tǒng),對所述試件同時照射所述第一光脈沖串和所述第二光脈沖串; 聚光光學(xué)系統(tǒng),將來自所述試件的散射光中的所述第一光脈沖串除去,并將其他光脈沖串聚光;受光元件,將由所述聚光光學(xué)系統(tǒng)聚光的散射光轉(zhuǎn)換為電信號并輸出;以及對所述受光元件的輸出信號進行同步檢波的電路。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)顯微鏡,所述第一光源及所述第二光源的至少某一方是光纖維激光器, 所述光學(xué)顯微鏡具備時差檢測光學(xué)系統(tǒng),檢測所述第一光脈沖串和所述第二光脈沖串的時差,基于來自所述時差檢測光學(xué)系統(tǒng)的輸出信號,對配置于所述光纖維激光器的諧振器內(nèi)的光路長度調(diào)制機構(gòu)進行驅(qū)動,使所述第一光脈沖串的定時和所述第二光脈沖串的定時整合。
5.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)顯微鏡,在所述時差檢測光學(xué)系統(tǒng)中,檢測將所述第一光脈沖串的激光和所述第二光脈沖串的激光聚光照射而產(chǎn)生的雙光子吸收電流。
6.如權(quán)利要求4或5所述的光學(xué)顯微鏡,所述光路長度調(diào)制機構(gòu)是可變延遲線及相位調(diào)制器。
7.如權(quán)利要求1 6中任何一項所述的光學(xué)顯微鏡, 所述第一光脈沖串的重復(fù)頻率為IOMHz以上。
8.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)顯微鏡,所述第一光脈沖串的重復(fù)頻率為38MHz以上。
9.一種光學(xué)顯微鏡,對試件照射第一光脈沖串和第二光脈沖串,所述第一光脈沖串具有第一光頻率,所述第二光脈沖串與所述第一光脈沖串在時間上同步,并且具有第二光頻率,通過光電二極管檢測來自所述試件的散射光,取得來自所述光電二極管的輸出信號的光電二極管驅(qū)動電路具有與所述光電二極管并聯(lián)連接的電感,以及與所述電感并聯(lián)連接的電阻值為100 Ω以上的負載電阻。
10. 一種光學(xué)計測,使用從第一光源生成的第一光脈沖串和從第二光源生成的第二光脈沖串進行鎖定檢測,所述第一光源生成的光脈沖串的重復(fù)頻率是所述第二光源生成的光脈沖串的重復(fù)頻率的整數(shù)分之一。
全文摘要
得到一種光學(xué)顯微鏡,抑制光源系統(tǒng)的復(fù)雜化,即使在為了降低激光的強度噪音的影響而提高了調(diào)制頻率的情況下,也能夠容易地對應(yīng)。對試件(6)照射第一光脈沖串和第二光脈沖串,所述第一光脈沖串具有第一光頻率,所述第二光脈沖串與所述第一光脈沖串在時間上同步,并且具有第二光頻率,所述光學(xué)顯微鏡(100)檢測來自所述試件(6)的散射光,所述第一光學(xué)生成的光脈沖串的重復(fù)頻率是所述第二光源生成的光脈沖串的重復(fù)頻率的整數(shù)分之一。
文檔編號G01N21/65GK102575992SQ201080024399
公開日2012年7月11日 申請日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月3日
發(fā)明者伊東一良, 住村和彥, 北川雄真, 小關(guān)泰之, 岳文宏, 梶山慎一郎, 福井希一, 西澤典彥 申請人:佳能株式會社