JPH08279657A - Imaging method and device - Google Patents
Imaging method and deviceInfo
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- JPH08279657A JPH08279657A JP10684895A JP10684895A JPH08279657A JP H08279657 A JPH08279657 A JP H08279657A JP 10684895 A JP10684895 A JP 10684895A JP 10684895 A JP10684895 A JP 10684895A JP H08279657 A JPH08279657 A JP H08279657A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、イメージング方法およ
びイメージング装置に関し、さらに詳細には、生体組織
などのイメージングに用いて好適なイメージング方法お
よびイメージング装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an imaging method and an imaging apparatus, and more particularly to an imaging method and an imaging apparatus suitable for imaging living tissue.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、Ｘ線やレーザー光などを生体
組織などの試料に照射し、試料通過後のＸ線やレーザー
光などからイメージ信号成分を取り出して、そのイメー
ジ信号成分を解析することにより生体組織などの試料を
イメージするイメージング方法が知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, a sample such as a living tissue is irradiated with X-rays or laser light, an image signal component is extracted from the X-ray or laser light after passing through the sample, and the image signal component is analyzed. There is known an imaging method for imaging a sample such as a living tissue.
【０００３】例えば、パルス・レーザー光を生体組織な
どの試料に照射すると、試料通過後のパルス・レーザー
光には、生体組織のイメージを示すイメージ信号成分と
散乱光成分とが含まれることになるが、こうした試料通
過後のパルス・レーザー光の前半部分には、散乱光成分
がほとんど含まれていないことが知られていた。このた
め、試料通過後のパルス・レーザー光の前半部分のみを
取り出して解析することにより、生体組織などの試料を
精度よくイメージすることができるものであった。For example, when a sample such as a living tissue is irradiated with a pulsed laser beam, the pulsed laser beam after passing through the sample contains an image signal component indicating an image of the living tissue and a scattered light component. However, it has been known that the first half of the pulsed laser light after passing through such a sample hardly contains a scattered light component. Therefore, by extracting and analyzing only the first half of the pulsed laser beam after passing through the sample, a sample such as a living tissue can be imaged with high accuracy.
【０００４】上記したような、パルス・レーザー光を利
用したイメージング方法としては、例えば、以下におい
て説明するような誘導ラマン散乱を用いてなる第１の方
法（参照文献：Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １，１９９１／Ｖｏ
ｌ．１６，Ｎｏ．２３／ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ
ｐｐ．１８６８−１８７０ “Ｔｉｍｅ−ｇａｔｅｄ
ｉｍａｇｉｎｇ ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｃａｔｔｅｒｉ
ｎｇ ｍｅｄｉａ ｕｓｉｎｇ ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ
Ｒａｍａｎ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ”Ｍ．Ｄ．
Ｄｕｎｃａｎ， Ｒ．Ｍａｈｏｎ，Ｌ．Ｌ．Ｔａｎｋｅ
ｒｓｌｅｙ，ａｎｄ Ｊ．Ｒｅｉｎｔｊｅｓ）および第
２の方法（参照文献：２０ Ｊｕｌｙ１９９３／Ｖｏ
ｌ．３２，Ｎｏ．２１／ＡＰＰＬＩＥＤ ＯＰＴＩＣＳ
ｐｐ．３８４２−３８４５ “Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ−
ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｅｌｄｃｒｏｓｓ−ｃｏｒｒｅｌ
ａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ｍｅｄｉ
ｃａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｗｉｔｈ ｌａｓｅｒｓ”
Ｍ．Ｂａｓｈｋａｎｓｋｙ ａｎｄ Ｊ．Ｒｅｉｎｔｊ
ｅｓ）の二種類のイメージング方法が従来より知られて
おり、これら二種類のイメージング方法は、いずれもラ
マン変換後のストークス光を生体組織などの試料に照射
するものである点で一致するものであるが、試料通過後
のストークス光からイメージ信号成分を取り出す手法に
おいて異なっていた。[0004] As an imaging method using pulsed laser light as described above, for example, a first method using stimulated Raman scattering as described below (refer to December 1, 1991 / Vo).
l. 16, No. 23 / OPTICS LETTERS
pp. 1868-1870 "Time-gated
imaging through scatteri
ng media using stimulated
Raman amplification "M.D.
Duncan, R .; Mahon, L .; L. Tanke
rsley, and J .; Reintjes) and the second method (reference: 20 July 1993 / Vo).
l. 32, no. 21 / APPLIED OPTICS
pp. 3842-3845 "Nonlinear-
optical fieldcross-correl
ation technologies for media
cal imaging with lasers "
M. Bashkansky and J.M. Reintj
es), two types of imaging methods have been conventionally known, and these two types of imaging methods are identical in that they both irradiate a sample such as a biological tissue with Stokes light after Raman conversion. However, there was a difference in a method of extracting an image signal component from the Stokes light after passing through the sample.
【０００５】即ち、いずれの方法においても、励起光を
ラマン・セルに入射してラマン変換することにより予め
発生しておいたストークス光を、生体組織などの試料照
射用のパルス・レーザー光（以下、生体組織などの試料
照射用のパルス・レーザー光を「プローブ光」と称す
る。）として用いるものであるが、第１の方法において
は、イメージ信号成分と散乱光成分とを含む試料通過後
のパルス・レーザー光（以下、試料通過後のパルス・レ
ーザー光を「試料通過光」と称する。）たるストークス
光の前半部分が散乱光成分をほとんど含んでいないこと
に着目して、さらに試料通過光をラマン・セルに入射し
てラマン変換することにより、この前半部分のみを増幅
して取り出すようにしたものである。That is, in each of the methods, the Stokes light generated in advance by making the excitation light incident on the Raman cell and performing Raman conversion is converted into a pulse laser light (hereinafter, referred to as a laser light) for irradiating a sample such as a living tissue. Pulse laser light for irradiating a sample such as a living tissue is referred to as “probe light”.) In the first method, after passing through a sample containing an image signal component and a scattered light component, Focusing on the fact that the first half of the Stokes light, which is a pulsed laser light (hereinafter, the pulsed laser light after passing through the sample is referred to as “sample passing light”), contains almost no scattered light component, Is incident on a Raman cell and subjected to Raman conversion, whereby only the first half is amplified and extracted.
【０００６】一方、第２の方法においては、励起光と生
体組織などの試料のイメージとが相関をもつことからこ
の相関を利用して、試料通過後におけるイメージ信号成
分と散乱光成分とを含む試料通過光から反ストークス光
を発生させ、試料通過光のイメージ信号成分を反ストー
クス光に変換して取り出すようにしたものである。On the other hand, in the second method, since the excitation light and the image of the sample such as a living tissue have a correlation, the correlation is used to include an image signal component after passing through the sample and a scattered light component. Anti-Stokes light is generated from the sample passing light, and the image signal component of the sample passing light is converted into anti-Stokes light and extracted.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た第１の方法にあっては、試料通過光の前半部分のみを
増幅して取り出すためには、ラマン変換によりプローブ
光を生成するとともに試料通過光をラマン変換するため
の励起光として、原理上ピコ・セカンド（ｐｉｃｏ ｓ
ｅｃｏｎｄ）領域のパルス幅をもつ励起光を生成する必
要があり、モードロックなどの手法を用いた特殊なレー
ザーにより励起光を生成する必要があるという問題点が
あった。However, in the first method, in order to amplify and extract only the first half of the sample passing light, the probe light is generated by Raman conversion and the sample passing light is generated. In principle, pico s is used as excitation light for Raman conversion of
There is a problem that it is necessary to generate the excitation light having a pulse width in the second region (econd), and it is necessary to generate the excitation light by a special laser using a technique such as mode locking.
【０００８】また、上記した第２の方法にあっては、励
起光とストークス光との相関関係を保ち、かつ反ストー
クス光発生のための位相整合条件を満たすために、平行
光束を利用したラマン変換が必要となるので、一方向の
イメージ情報が著しく失われるという問題点があった。In the above-mentioned second method, Raman using a parallel light beam is used to maintain the correlation between the pump light and the Stokes light and satisfy the phase matching condition for generating the anti-Stokes light. Since conversion is required, there is a problem that image information in one direction is significantly lost.
【０００９】さらに、上記した第１の方法および第２の
方法においては、いずれの方法においても、励起光をラ
マン変換してプローブ光を発生するための前段に配置さ
れたのラマン・セルと、生体試料通過光をラマン変換し
てイメージ信号成分を取り出すための後段に配置された
ラマン・セルとの、二つのラマン・セルが必要になると
いう問題点があった。Further, in each of the first and second methods described above, in any of the methods, a Raman cell disposed at a preceding stage for Raman-converting the excitation light to generate the probe light; There is a problem in that two Raman cells are required, including a Raman cell arranged at the subsequent stage for taking out an image signal component by Raman transforming the light passing through the biological sample.
【００１０】本発明は、従来の技術の有するこのような
種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的と
するところは、励起光を生成するための励起光生成用の
レーザーとして、モードロックなどの手法を用いた特殊
なレーザーではなくて、例えば、パルス幅がナノ・セカ
ンド（ｎａｎｏ ｓｅｃｏｎｄ）領域の非常に一般的な
レーザーを用いることを可能とし、また、プローブ光な
らびに励起光ともに励起光生成用のレーザーから生成さ
れるパルス・レーザー光を用いるようにして、励起光を
ラマン変換してプローブ光を発生するためのラマン・セ
ル（従来の技術において前段に配置されたラマン・セ
ル）の必要性を排除し、さらに、ラマン変換により試料
通過光からイメージ信号成分を取り出す際において、試
料通過光と励起光とを同軸に用いることによって、一方
向のイメージ情報が損失する恐れがないようにしたイメ
ージング方法およびイメージング装置を提供しようとす
るものである。The present invention has been made in view of such various problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an excitation light generating laser for generating excitation light. Instead of a special laser using a method such as mode locking, for example, it is possible to use a very general laser having a pulse width in a nano second region. A Raman cell for generating a probe light by Raman-converting the excitation light by using a pulsed laser light generated from a laser for generating the excitation light (a Raman cell arranged in the previous stage in the prior art) ) Is eliminated, and when the image signal component is extracted from the light passing through the sample by Raman conversion, the light passing through the sample and the excitation light are separated. It is an object of the present invention to provide an imaging method and an imaging apparatus in which the use of the coaxial arrangement prevents loss of image information in one direction.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるイメージング方法は、パルス・レーザ
ー光を二つの偏光成分に分光し、上記パルス・レーザー
光の一方の偏光成分を試料に照射するプローブ光とする
とともに、上記パルス・レーザー光の他方の偏光成分を
ラマン媒質を励起する励起光とし、上記励起光をラマン
媒質に入射してコヒーレントな励起状態を励起させ、上
記コヒーレントな励起状態の中に、上記試料を通過した
後の上記試料のコヒーレントなイメージ信号成分と散乱
光成分とを含むプローブ光を入射し、上記試料通過後の
上記プローブ光中に含まれる上記コヒーレントなイメー
ジ信号成分と上記ラマン媒質中に励起されたコヒーレン
トな励起状態とを相互作用させ、上記試料通過後の上記
プローブ光中のコヒーレントなイメージ信号成分のみを
反ストークス光にラマン変換するようにしたものであ
る。To achieve the above object, an imaging method according to the present invention disperses a pulsed laser beam into two polarized light components, and applies one polarized light component of the pulsed laser light to a sample. Along with the probe light to be irradiated, the other polarized component of the pulsed laser light is used as excitation light for exciting the Raman medium, and the excitation light is incident on the Raman medium to excite a coherent excitation state, thereby obtaining the coherent excitation. In the state, probe light including a coherent image signal component and a scattered light component of the sample after passing through the sample is incident, and the coherent image signal included in the probe light after passing through the sample. The components interact with the coherent excited state excited in the Raman medium, and the coherent excitation state in the probe light after passing through the sample. Only Rento image signal components is obtained so as to Raman conversion to anti-Stokes light.
【００１２】また、本発明によるイメージング装置は、
パルス・レーザー光を生成するパルス・レーザーと、上
記パルス・レーザーにより生成されたパルス・レーザー
光を二つの偏光成分に分光する分光器と、上記分光器に
より分光された一方の偏光成分のパルス・レーザー光が
入射され、充填したラマン媒質にコヒーレントな励起状
態を励起させるとともに、上記コヒーレントな励起状態
の中に、試料を通過した後の上記試料のコヒーレントな
イメージ信号成分と散乱光成分とを含む上記分光器によ
り分光された他方の偏光成分のパルス・レーザー光が入
射されるラマン・セルとを有するようにしたものであ
る。Further, the imaging apparatus according to the present invention comprises:
A pulsed laser for generating a pulsed laser beam, a spectroscope for splitting the pulsed laser beam generated by the pulsed laser into two polarized light components, and a pulsed light for one of the polarized light components split by the spectrometer. Laser light is incident, and excites a coherent excited state in the filled Raman medium, and includes, in the coherent excited state, a coherent image signal component and a scattered light component of the sample after passing through the sample. A Raman cell into which a pulsed laser beam of the other polarization component split by the spectroscope is incident.
【００１３】[0013]
【作用】パルス・レーザーによって生成されるパルス・
レーザー光を二つの偏光成分に分離し、一方の偏光成分
を試料に照射するプローブ光として用い、他方の偏光成
分はある特殊な選択則のある誘導ラマン散乱を利用して
ラマン・セルに充填されたラマン媒質の中にコヒーレン
トな励起状態を発生させるための励起光として用いる。[Function] Pulse generated by pulse laser
The laser beam is separated into two polarization components, and one polarization component is used as probe light for irradiating the sample, and the other polarization component is filled in a Raman cell using stimulated Raman scattering with a special selection rule. It is used as excitation light for generating a coherent excited state in the Raman medium.
【００１４】そして、上記したコヒーレントな励起状態
を発生されたラマン・セル内に試料を通過したプローブ
光（試料通過光）を入射すると、試料通過光中に含まれ
る散乱されていないコヒーレントなイメージ信号成分と
予めラマン媒質中に発生しておいたコヒーレントな励起
状態とは、パラメトリック結合を通じて相互作用し、誘
導ラマン散乱の上記したある特殊な選択則からイメージ
信号成分のみが選択的に反ストークス光に変換されるの
で、この反ストークス光を取り出すことにより生体組織
などの試料をイメージすることができる。When the probe light (sample passing light) passing through the sample enters the Raman cell in which the coherent excited state has been generated, the non-scattered coherent image signal contained in the sample passing light is emitted. The component and the coherent excited state generated in the Raman medium interact with each other through parametric coupling, and only the image signal component is selectively converted into anti-Stokes light by the above-mentioned special selection rule of stimulated Raman scattering. Since it is converted, a sample such as a living tissue can be imaged by extracting the anti-Stokes light.
【００１５】なお、上記した誘導ラマン散乱の特殊な選
択則としては、分子の振動による選択則、分子の回転に
よる選択則および電子のエネルギー・レベルによる選択
則がある。そして、分子の回転による選択則のある誘導
ラマン散乱とは、分子の角運動量が「２」だけ変化する
誘導ラマン散乱であり、こうした誘導ラマン散乱を「誘
導回転ラマン散乱」と称する。The above-described special rules for stimulated Raman scattering include a selection rule based on the vibration of molecules, a selection rule based on the rotation of molecules, and a selection rule based on the energy level of electrons. Stimulated Raman scattering with a selection rule by rotation of molecules is stimulated Raman scattering in which the angular momentum of a molecule changes by “2”, and such stimulated Raman scattering is referred to as “stimulated rotational Raman scattering”.
【００１６】以下に、ある特殊な選択則のある誘導ラマ
ン散乱として「誘導回転ラマン散乱」を用いた場合にお
いて、試料通過光中に含まれる散乱されていないコヒー
レントなイメージ信号成分と予めラマン媒質中に発生し
ておいたコヒーレントな励起状態との相互作用により、
イメージ信号成分のみが選択的に反ストークス光に変換
される過程について説明する。In the following, when "stimulated rotational Raman scattering" is used as stimulated Raman scattering with a special selection rule, a non-scattered coherent image signal component contained in the light passing through the sample and the Raman medium Interaction with the coherent excited state generated in
A process in which only the image signal component is selectively converted into anti-Stokes light will be described.
【００１７】まず、誘導ラマン散乱とは、強力な励起光
が分子などのラマン媒質に入射されると、ラマン媒質固
有のエネルギー量だけ入射光の光子のエネルギーが減少
して、波長が短くなったコヒーレントな変換光が発生す
る現象である。そして、こうした変換過程を通じて、ラ
マン媒質は光子から得られるエネルギーだけ励起され
て、例えば、分子振動が励起された場合には、各分子間
の振動はコヒーレントな励起状態となっており、通常の
誘導ラマン散乱では、このコヒーレントな励起状態と励
起光とがさらに相互作用し、励起光の波長が短波長側に
シフトした反ストークス光も同時に発生する。First, stimulated Raman scattering means that when a strong excitation light is incident on a Raman medium such as a molecule, the energy of the photons of the incident light is reduced by the amount of energy inherent in the Raman medium, and the wavelength is shortened. This is a phenomenon in which coherent converted light is generated. Then, through such a conversion process, the Raman medium is excited by the energy obtained from the photons.For example, when molecular vibrations are excited, the vibrations between the molecules are in a coherent excited state, and the normal induction In Raman scattering, the coherent excited state further interacts with the excitation light, and anti-Stokes light in which the wavelength of the excitation light is shifted to the shorter wavelength side is also generated.
【００１８】ところが、誘導回転ラマン散乱では、励起
光の円偏光に応じて、以下のようなある特殊な選択則に
より反ストークス光を発生することが知られている（参
照文献：日本物理学会誌 Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．３，１
９９０ 第１８８頁乃至第１９０頁 「偏光スイッチ法
による高出力反ストークス光の発生」 緑川克美、田代
英夫；Ｏｃｔｏｂｅｒ １５，１９９１／Ｖｏｌ．１
６，Ｎｏ．２０／ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ ｐ
ｐ．１５８１−１５８３ “Ｅｘｃｌｕｓｉｖｅａｎｔ
ｉ−Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ
ｕｓｉｎｇ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌ
ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ” ＳａｔｏｓｈｉＷａｄａ，Ｍ
ａｓａｓｈｉ Ｋｕｒａｃｈｉ，Ｔａｄａｍｉｔｓｕ
Ａｒａｓａｋｉ，Ａｋｉｎａｒｉ Ｋａｓａｉ，ａｎｄ
Ｈｉｄｅｏ Ｔａｓｈｉｒｏ；本願出願人の平成○年
○月○日付け出願にかかる特願平○−○○○○○「レー
ザー光の発生方法および発生装置」）。However, in stimulated rotational Raman scattering, it is known that anti-Stokes light is generated according to the following special selection rule in accordance with the circular polarization of the excitation light (Reference: Journal of the Physical Society of Japan) Vol.45, No.3,1
990, pages 188 to 190, "Generation of High-Power Anti-Stokes Light by Polarization Switching Method" Katsumi Midorikawa, Hideo Tashiro; October 15, 1991 / Vol. 1
6, No. 20 / OPTICS LETTERS p
p. 1581-158 "Exclusive"
i-Stokes Raman scattering
using coherent material
excitement ”SatoshiWada, M
asashi Kurachi, Tadamitsu
Arasaki, Akinari Kasai, and
Hide Tashiro; Japanese Patent Application No. −- の の の “Method and apparatus for generating laser light” filed by the applicant of the present invention on application dated 月 / 月 /）).
【００１９】即ち、左右どちらか特定の円偏光をもった
励起光を利用した場合には、光子とラマン媒質との角運
動量の保存則から反ストークス光は発生せず、一度励起
された励起状態は残される。このとき、この励起状態に
逆方向の円偏光をもつ励起光を入射すると、先ほどとは
選択則が変わって反ストークス光が選択的に発生するこ
とになるThat is, when excitation light having a specific circularly polarized light is used, anti-Stokes light is not generated due to the law of conservation of angular momentum between the photon and the Raman medium. Is left. At this time, when excitation light having circular polarization in the opposite direction is incident on this excitation state, the selection rule is changed as before, and anti-Stokes light is selectively generated.
【００２０】このように本発明は、二つの偏光方向が異
なるパルス・レーザー光と、上記したような誘導回転ラ
マン散乱の性質を利用して、励起光と逆成分の偏光をも
つイメージ信号成分を選択的に波長が異なる反ストーク
ス光に変換し、この反ストークス光を取り出すことによ
り生体組織などの試料をイメージするようにしたもので
ある。As described above, the present invention uses the pulsed laser light having two different polarization directions and the image signal component having the polarization opposite to that of the excitation light by utilizing the property of stimulated rotation Raman scattering as described above. The sample is selectively converted into anti-Stokes light having a different wavelength, and the anti-Stokes light is extracted to image a sample such as a living tissue.
【００２１】[0021]
【実施例】以下、添付の図面に基づいて、本発明による
イメージング方法およびイメージング装置の実施例を詳
細に説明することとする。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an imaging method and an imaging apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
【００２２】図１は、本発明の一実施例によるイメージ
ング装置の構成説明図であり、図１において、符号１０
は、後述する励起光およびプローブ光としてのパルス・
レーザー光を生成するためのパルス・レーザー（励起光
生成用のパルス・レーザー）としてのＮｄ：ＹＡＧレー
ザーであり、このＮｄ：ＹＡＧレーザー１０の２次高調
波（波長５３２ｎｍ）のパルス・レーザー光を用いるよ
うになされている。なお、本実施例においては、Ｎｄ：
ＹＡＧレーザー１０から出射されるパルス・レーザー光
のエネルギーは２００ｍ／Ｊであり、パルス幅は８ナノ
・セカンドであり、周波数は１０Ｈｚであり、偏光は直
線（縦）偏光とされている。FIG. 1 is an explanatory view of the configuration of an imaging apparatus according to one embodiment of the present invention.
Is the pulse light as excitation light and probe light described later.
A Nd: YAG laser as a pulse laser for generating laser light (pulse laser for generating excitation light), and a pulse laser light of the second harmonic (wavelength: 532 nm) of the Nd: YAG laser 10 is used. To be used. In this embodiment, Nd:
The energy of the pulsed laser light emitted from the YAG laser 10 is 200 m / J, the pulse width is 8 nanoseconds, the frequency is 10 Hz, and the polarization is linear (longitudinal) polarization.
【００２３】イメージング装置は、さらに、直線偏光の
パルス・レーザー光を斜め偏光に偏光するλ／２プレー
ト（直線偏光板）１２と、λ／２プレート１２により斜
め偏光とされたパルス・レーザー光を縦偏光成分と横偏
光成分とに分光する偏光分光器（ポーラリゼーション・
ビーム・スプリッター：ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｂｅ
ａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）１４と、偏光分光器１４によ
って分光されたパルス・レーザー光の横偏光成分を反射
して長光路Ｌを形成しながら生体組織などの試料２０に
照射する（試料２０へ照射するためのパルス・レーザー
光を、上記「従来の技術」の項において説明したように
「プローブ光」と称する。）ための全反射ミラー１６、
１８と、長光路Ｌより短い短光路ｌを介して入射された
偏光分光器１４によって分光されたパルス・レーザー光
の縦偏光成分を透過するとともに試料２０を通過したプ
ローブ光（以下、試料２０を通過したプローブ光たるパ
ルス・レーザー光を、上記「従来の技術」の項において
説明したように「試料通過光」と称する。）の横偏光成
分を反射する半透過ミラー２２と、半透過ミラー２２を
介して入射されたパルス・レーザー光の縦偏光成分を右
回転方向の円偏光に偏光するとともに試料通過光を左回
転方向の円偏光に偏光するλ／４プレート（円偏光板）
２４と、λ／４プレート２４から出射される右回転方向
の円偏光のパルス・レーザー光（励起光）および左回転
方向の円偏光の試料通過光を誘導回転ラマン散乱により
ラマン変換するパラ水素をラマン媒質としたラマン・セ
ル２６と、ラマン・セル２６から出射されるラマン変換
光中の反ストークス光の周波数の光のみを透過させるフ
ィルター２８と、フィルター２８を透過した反ストーク
ス光を画像情報として取り込んで解析して処理するＣＣ
Ｄカメラなどからなる公知の画像処理装置３０とを有す
る。The imaging apparatus further includes a λ / 2 plate (linearly polarizing plate) 12 for polarizing the linearly polarized pulsed laser light into obliquely polarized light, and a pulse laser light obliquely polarized by the λ / 2 plate 12. Polarization spectrometer (polarization ・
Beam splitter: polarization
and irradiates a sample 20 such as a living tissue while reflecting a horizontal polarization component of the pulsed laser beam split by the polarization spectroscope 14 to form a long optical path L (for irradiating the sample 20). The pulse laser beam is referred to as “probe light” as described in the section of “Prior Art” above.)
And probe light (hereinafter, referred to as sample 20) passing through the sample 20 while transmitting the longitudinally polarized component of the pulsed laser light split by the polarization spectroscope 14 and incident through the short optical path 1 shorter than the long optical path L. The pulsed laser light, which is the probe light that has passed, is referred to as “sample-passing light” as described in the section of “Prior Art” above. Λ / 4 plate (circularly polarizing plate) that polarizes the longitudinally polarized light component of the pulsed laser light incident through the optical disk into circularly polarized light in the right rotation direction, and polarizes the light passing through the sample into circularly polarized light in the left rotation direction.
And para-hydrogen, which is a laser beam (excitation light) of right-handed circularly polarized light emitted from the λ / 4 plate 24 and a sample-passed light of left-handed circularly polarized light that undergoes Raman conversion by stimulated rotation Raman scattering. A Raman cell 26 as a Raman medium, a filter 28 that transmits only light having a frequency of anti-Stokes light in Raman-converted light emitted from the Raman cell 26, and anti-Stokes light transmitted through the filter 28 as image information. CC to capture, analyze and process
A known image processing device 30 including a D camera and the like.
【００２４】なお、λ／４プレート２４から出射される
右回転方向の円偏光の励起光と左回転方向の円偏光の試
料通過光は、同軸でラマン・セル２６に入射される。The right-handed circularly polarized excitation light and the left-handed circularly polarized sample passing light emitted from the λ / 4 plate 24 are coaxially incident on the Raman cell 26.
【００２５】以上の構成において、試料２０をイメージ
ングする場合には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１０によって
直線偏光のパルス・レーザー光を発生させればよい。In the above configuration, when imaging the sample 20, linear pulsed laser light may be generated by the Nd: YAG laser 10.
【００２６】そうすると、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１０に
よって発生された直線偏光のパルス・レーザー光は、λ
／２プレート１２に入射され、直線偏光が斜め偏光に偏
光される。さらに、斜め偏光に偏光されたパルス・レー
ザー光は、偏光分光器１４に入射されて、縦偏光成分と
横偏光成分とに分光される。Then, the linearly polarized pulsed laser light generated by the Nd: YAG laser 10 is λ
/ 2 plate 12, and the linearly polarized light is obliquely polarized. Further, the pulsed laser beam polarized into the obliquely polarized light enters the polarization spectroscope 14 and is split into a vertically polarized light component and a horizontally polarized light component.
【００２７】こうして偏光分光器１４によって分光され
たパルス・レーザー光の縦偏光成分は、長光路Ｌより短
い短光路ｌを通って、励起光の横偏光成分より先に半透
過ミラー２２に到達する。即ち、偏光分光器１４によっ
て分光された励起光の横偏光成分は、短光路ｌより長い
長光路Ｌを通ってプローブ光として試料２０に入射され
ることになるものであるため、パルス・レーザー光の縦
偏光成分が半透過ミラー２２に到達した時点では、試料
通過光は半透過ミラー２２に到達しておらず、試料通過
光はパルス・レーザー光の縦偏光成分より遅延して半透
過ミラー２２に到達することになる。The longitudinally polarized light component of the pulsed laser light split by the polarization spectroscope 14 passes through the short light path 1 shorter than the long light path L and reaches the transflective mirror 22 before the transversely polarized light component of the excitation light. . That is, the transversely polarized light component of the excitation light separated by the polarization spectroscope 14 is incident on the sample 20 as the probe light through the long light path L longer than the short light path l. When the longitudinally polarized light component reaches the semi-transmissive mirror 22, the sample-passing light has not reached the semi-transmissive mirror 22, and the sample-passed light is delayed from the longitudinally polarized light component of the pulsed laser light, Will be reached.
【００２８】ここにおいて、試料通過光より先に半透過
ミラー２２に到達したパルス・レーザー光の縦偏光成分
は、半透過ミラー２２を透過してλ／４プレート２４に
入射されて、縦偏光が右回転方向の円偏光に偏光される
ことになり、こうして右回転方向の円偏光に偏光された
パルス・レーザー光は、励起光としてラマン・セル２６
に入射されることになる。Here, the longitudinally polarized light component of the pulsed laser light that reaches the semi-transmissive mirror 22 before the light passing through the sample passes through the semi-transmissive mirror 22 and is incident on the λ / 4 plate 24, where the longitudinally polarized light is changed. The pulsed laser light polarized to the right-handed circularly polarized light, and thus polarized to the right-handed circularly-polarized light, is used as the excitation light by the Raman cell 26.
Will be incident.
【００２９】ラマン・セル２６においては、右回転方向
という特定の円偏光に偏光された励起光が入射されたた
め、水素回転準位による誘導回転ラマン散乱の選択則に
よって、光子とラマン媒質との角運動量の保存則から反
ストークス光は発生せず、ラマン媒質の中に一度励起さ
れた励起状態は、右回転方向という特定の円偏光に偏光
されたコヒーレントな励起状態に維持される。In the Raman cell 26, since the excitation light polarized to a specific circularly polarized light in the right-hand direction is incident, the angle between the photon and the Raman medium is determined by the selection rule of stimulated rotational Raman scattering by the hydrogen rotational level. Due to the law of conservation of momentum, no anti-Stokes light is generated, and the excited state once excited in the Raman medium is maintained as a coherent excited state polarized to a specific circularly polarized light in the clockwise direction.
【００３０】ところで、長光路Ｌを通って試料２０に入
射されたプローブ光は、試料２０を通過することによっ
て、試料２０中の散乱物質によって散乱されていないコ
ヒーレントなイメージ信号成分と試料２０中の散乱物質
によって散乱された散乱光成分とよりなる試料通過光と
なり、上記したように励起光の縦偏光成分より遅延して
半透過ミラー２２に到達することになる。そして、励起
光の縦偏光成分より遅延して半透過ミラー２２に到達し
た試料通過光は、半透過ミラー２２により反射されてλ
／４プレート２４に入射され、横偏光が左回転方向の円
偏光に偏光されることになり、こうして左回転方向の円
偏光に偏光された試料通過光が、ラマン・セル２６に入
射されることになる。そして、左回転方向の円偏光に偏
光された試料通過光がラマン・セル２６に入射されると
きには、上記したように、ラマン・セル２６内は右回転
方向という特定の円偏光に偏光されたコヒーレントな励
起状態に維持されていることになる。By the way, the probe light incident on the sample 20 through the long optical path L passes through the sample 20, and the coherent image signal component not scattered by the scattering material in the sample 20 and the probe light in the sample 20. The light passes through the sample and is composed of the scattered light component scattered by the scattering material, and reaches the semi-transmissive mirror 22 with a delay from the longitudinally polarized light component of the excitation light as described above. Then, the sample passing light that arrives at the semi-transmissive mirror 22 after being delayed from the longitudinally polarized component of the excitation light is reflected by the semi-transmissive mirror 22 and
The horizontal polarized light is incident on the ４ plate 24 and is polarized to the left-handed circularly polarized light. Thus, the sample passing light polarized to the left-handed circularly polarized light is incident on the Raman cell 26. become. When the sample-passing light polarized to the left-handed circularly polarized light is incident on the Raman cell 26, as described above, the coherent light polarized to the specific right-handed circularly polarized light is generated in the Raman cell 26 as described above. That is, it is maintained in an excited state.
【００３１】即ち、ラマン媒質に励起された右回転方向
という特定の円偏光に偏光されたコヒーレントな励起状
態の中に、左回転方向という右回転方向とは逆方向の円
方向をもつ試料通過光が入射されることになるため、水
素回転準位による誘導回転ラマン散乱の選択則によっ
て、コヒーレントなイメージ信号成分のみが選択的に反
ストークス光にラマン変換される。That is, in a coherent excitation state polarized to a specific circularly polarized light, which is a right-handed direction excited by the Raman medium, a sample passing light having a left-handed circular direction opposite to the right-handed circular direction. Is incident, and only the coherent image signal component is selectively Raman-converted into anti-Stokes light by the selection rule of stimulated rotational Raman scattering by the hydrogen rotational level.
【００３２】従って、フィルター２８によって、ラマン
・セル２６から出射されるラマン変換光中の反ストーク
ス光のみを透過させ、フィルター２８を透過した反スト
ークス光を画像情報として画像処理装置３０に取り込ん
で解析して処理することにより、試料２０のイメージを
精度よく得ることができる。Therefore, only the anti-Stokes light in the Raman-converted light emitted from the Raman cell 26 is transmitted by the filter 28, and the anti-Stokes light transmitted through the filter 28 is taken into the image processing device 30 as image information and analyzed. By performing the processing, an image of the sample 20 can be obtained with high accuracy.
【００３３】なお、上記した実施例においては、水素回
転準位による誘導回転ラマン散乱の選択則を用いて、コ
ヒーレントなイメージ信号成分のみを選択的に反ストー
クス光にラマン変換したが、これに限られることなし
に、誘導ラマン散乱における分子の振動による選択則や
電子のエネルギー・レベルによる選択則などを用いても
よいことは勿論である。In the above-described embodiment, only the coherent image signal component is selectively Raman-converted into anti-Stokes light using the selection rule of stimulated rotational Raman scattering by the hydrogen rotational level. Of course, a selection rule based on the vibration of a molecule in stimulated Raman scattering or a selection rule based on the energy level of electrons may be used.
【００３４】[0034]
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、励起光を生成するための励起光生成用のレ
ーザーとして、モードロックなどの手法を用いた特殊な
レーザーではなくて、パルス幅がナノセカンド領域の非
常に一般的なレーザーを用いることができるようにな
り、また、プローブ光ならびに励起光ともに励起光生成
用のレーザーから生成されるパルス・レーザー光を用い
ることができるので、励起光をラマン変換してプローブ
光を発生するためのラマン・セルを設ける必要がなくな
り、さらに、ラマン変換により試料通過光からイメージ
信号成分を取り出す際において、試料通過光と励起光と
を同軸に用いるので、一方向のイメージ情報を損失する
ことがないという優れた効果を奏する。Since the present invention is configured as described above, a laser for generating pumping light for generating pumping light is not a special laser using a method such as mode lock, but a laser. A very general laser with a pulse width in the nanosecond range can be used, and a pulsed laser beam generated from a laser for generating the excitation light can be used for both the probe light and the excitation light. This eliminates the need for providing a Raman cell for generating the probe light by Raman-converting the excitation light, and furthermore, when extracting the image signal component from the light passing through the sample by Raman conversion, the sample-passing light and the excitation light are coaxial. Therefore, there is an excellent effect that the image information in one direction is not lost.
【図１】本発明の一実施例によるイメージング装置を示
す構成説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
１０ Ｎｄ：ＹＡＧレーザー １２ λ／２プレート １４ 偏光分光器 １６、１８ 全反射ミラー ２０ 試料 ２２ 半透過ミラー ２４ λ／４プレート ２６ ラマン・セル ２８ フィルター ３０ 画像処理装置 Reference Signs List 10 Nd: YAG laser 12 λ / 2 plate 14 Polarization spectroscope 16, 18 Total reflection mirror 20 Sample 22 Semi-transmissive mirror 24 λ / 4 plate 26 Raman cell 28 Filter 30 Image processing device
Claims (10)
分光し、 前記パルス・レーザー光の一方の偏光成分を試料に照射
するプローブ光とするとともに、前記パルス・レーザー
光の他方の偏光成分をラマン媒質を励起する励起光と
し、 前記励起光をラマン媒質に入射してコヒーレントな励起
状態を励起させ、 前記コヒーレントな励起状態の中に、前記試料を通過し
た後の前記試料のコヒーレントなイメージ信号成分と散
乱光成分とを含むプローブ光を入射し、 前記試料通過後の前記プローブ光中に含まれる前記コヒ
ーレントなイメージ信号成分と前記ラマン媒質中に励起
されたコヒーレントな励起状態とを相互作用させ、前記
試料通過後の前記プローブ光中のコヒーレントなイメー
ジ信号成分のみを反ストークス光にラマン変換すること
を特徴とするイメージング方法。1. A pulse laser beam is split into two polarization components, one of the pulse laser beams is used as a probe beam for irradiating a sample, and the other polarization component of the pulse laser beam is converted into a probe beam. The excitation light excites the Raman medium, the excitation light is incident on the Raman medium to excite a coherent excitation state, and in the coherent excitation state, a coherent image signal of the sample after passing through the sample A probe light containing a component and a scattered light component is incident, and the coherent image signal component contained in the probe light after passing through the sample interacts with a coherent excited state excited in the Raman medium. Converting only the coherent image signal component in the probe light after passing the sample into anti-Stokes light by Raman conversion. Imaging method and butterflies.
ーブ光とを同軸でラマン媒質に入射する請求項１記載の
イメージング方法。2. The imaging method according to claim 1, wherein the excitation light and the probe light after passing through the sample are incident on a Raman medium coaxially.
し、 前記直線偏光のパルス・レーザー光を斜め偏光に偏光
し、 前記斜め偏光とされたパルス・レーザー光を縦偏光成分
と横偏光成分とに分光し、 前記分光された前記パルス・レーザー光の前記横偏光成
分を第１の長さの光路を通して試料に照射し、 前記第１の長さより短い第２の長さの光路を通る前記パ
ルス・レーザー光の前記縦偏光成分を右回転方向の円偏
光に偏光するとともに、前記試料を通過した前記パルス
・レーザー光の前記横偏光成分を左回転方向の円偏光に
偏光し、 前記右回転方向の円偏光の光をラマン媒質に入射するこ
とにより、ラマン媒質に右回転方向の円偏光に偏光され
たコヒーレントな励起状態を生成し、 前記ラマン媒質の前記コヒーレントな励起状態の中に前
記左回転方向の円偏光の光を入射することにより、前記
左回転方向の円偏光の光の中のコヒーレントな成分のみ
を選択的に反ストークス光にラマン変換することを特徴
とするイメージング方法。3. A linearly polarized pulsed laser beam is generated, the linearly polarized pulsed laser beam is polarized into obliquely polarized light, and the obliquely polarized pulsed laser beam is converted into a vertically polarized component and a horizontally polarized component. Irradiating the sample with the laterally polarized light component of the divided pulsed laser light through an optical path of a first length, and the pulse passing through an optical path of a second length shorter than the first length -While polarizing the longitudinally polarized light component of the laser light into circularly polarized light in the right rotation direction, and polarizing the horizontally polarized light component of the pulsed laser light passed through the sample into circularly polarized light in the left rotation direction, By entering the circularly polarized light into the Raman medium, a coherent excited state polarized to right-handed circularly polarized light is generated in the Raman medium, and the coherent excited state of the Raman medium is generated in the coherent excited state. An imaging method, wherein a circularly polarized light in the left rotation direction is incident, and only a coherent component in the circularly polarized light in the left rotation direction is selectively Raman-transformed into anti-Stokes light.
転方向の円偏光の光とを同軸でラマン媒質に入射する請
求項３記載のイメージング方法。4. The imaging method according to claim 3, wherein the right-handed circularly polarized light and the left-handed circularly polarized light are incident on a Raman medium coaxially.
ンド領域のパルス幅を有する請求項１、２、３または４
のいずれか１項に記載のイメージング方法。5. The pulsed laser beam has a pulse width in a nanosecond region.
The imaging method according to any one of the above items.
レーザーと、 前記パルス・レーザーにより生成されたパルス・レーザ
ー光を二つの偏光成分に分光する分光器と、 前記分光器により分光された一方の偏光成分のパルス・
レーザー光が入射され、充填したラマン媒質にコヒーレ
ントな励起状態を励起させるとともに、前記コヒーレン
トな励起状態の中に、試料を通過した後の前記試料のコ
ヒーレントなイメージ信号成分と散乱光成分とを含む前
記分光器により分光された他方の偏光成分のパルス・レ
ーザー光が入射されるラマン・セルとを有することを特
徴とするイメージング装置。6. A pulse for generating a pulsed laser beam.
A laser, a spectroscope for splitting the pulsed laser light generated by the pulsed laser into two polarized components, and a pulse of one polarized component split by the spectroscope.
Laser light is incident, and excites a coherent excited state in the filled Raman medium, and includes, in the coherent excited state, a coherent image signal component and a scattered light component of the sample after passing through the sample. An Raman cell into which a pulsed laser beam of the other polarization component split by the spectroscope is incident.
成分のパルス・レーザー光と前記試料を通過した後の前
記分光器により分光された他方の偏光成分のパルス・レ
ーザー光とを同軸でラマン・セルに入射する請求項６記
載のイメージング装置。7. A coherent Raman method for combining a pulsed laser beam of one polarized component separated by the spectroscope and a pulsed laser beam of the other polarized component separated by the spectroscope after passing through the sample. The imaging device according to claim 6, which is incident on the cell.
るパルス・レーザーと、 前記直線偏光のパルス・レーザー光を斜め偏光に偏光す
る直線偏光板と、 前記直線偏光板により前記斜め偏光とされたパルス・レ
ーザー光を縦偏光成分と横偏光成分とに分光する偏光分
光器と、 前記偏光分光器によって分光された前記パルス・レーザ
ー光の前記横偏光成分を反射して第１の長さの光路を形
成しながら試料に照射するための全反射ミラーと、 前記第１の長さより短い第２の長さの光路を介して入射
された前記偏光分光器によって分光された前記パルス・
レーザー光の前記縦偏光成分を透過するとともに前記試
料を通過した前記パルス・レーザー光の前記横偏光成分
を反射する半透過ミラーと、 前記半透過ミラーを介して入射された前記パルス・レー
ザー光の前記縦偏光成分を右回転方向の円偏光に偏光す
るとともに、前記試料を通過した前記パルス・レーザー
光の前記横偏光成分を左回転方向の円偏光に偏光する円
偏光板と、 前記円偏光板から出射される右回転方向の円偏光の光お
よび左回転方向の円偏光の光を誘導回転ラマン散乱によ
りラマン変換するラマン媒質を内蔵したラマン・セルと
を有することを特徴とするイメージング装置。8. A pulse laser for generating a linearly polarized pulsed laser beam, a linearly polarizing plate for polarizing the linearly polarized pulsed laser beam into obliquely polarized light, and the obliquely polarized light by the linearly polarizing plate. A polarization spectroscope for splitting the pulsed laser light into a vertically polarized light component and a horizontal polarized light component, and an optical path of a first length reflecting the horizontal polarized light component of the pulse laser light split by the polarization spectroscope. A total reflection mirror for irradiating the sample while forming the light beam; and the pulse beam split by the polarization spectroscope incident through an optical path having a second length shorter than the first length.
A semi-transmissive mirror that transmits the longitudinally polarized light component of the laser light and reflects the horizontal polarized light component of the pulsed laser light that has passed through the sample; and a pulsed laser light that is incident through the semi-transmissive mirror. A circularly polarizing plate that polarizes the longitudinally polarized light component into circularly polarized light in the right rotation direction, and polarizes the horizontally polarized light component of the pulsed laser light that has passed through the sample into circularly polarized light in the leftward rotation direction, A Raman cell incorporating a Raman medium for converting the right-handed circularly-polarized light and the left-handed circularly-polarized light emitted from the device into Raman conversion by stimulated rotation Raman scattering.
の円偏光の光と左回転方向の円偏光の光とを同軸でラマ
ン・セルに入射する請求項８記載のイメージング装置。9. The imaging apparatus according to claim 8, wherein the right-handed circularly-polarized light and the left-handed circularly-polarized light emitted from the circularly polarizing plate enter the Raman cell coaxially.
ンド領域のパルス幅を有するパルス・レーザー光を生成
する請求項６、７、８または９のいずれか１項に記載の
イメージング装置。10. The imaging apparatus according to claim 6, wherein the pulse laser generates a pulse laser light having a pulse width in a nanosecond region.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10684895A JP3460888B2 (en) | 1995-04-06 | 1995-04-06 | Imaging method and imaging apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10684895A JP3460888B2 (en) | 1995-04-06 | 1995-04-06 | Imaging method and imaging apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08279657A true JPH08279657A (en) | 1996-10-22 |
| JP3460888B2 JP3460888B2 (en) | 2003-10-27 |
Family
ID=14444064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3460888B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100353622C (en) * | 2005-01-27 | 2007-12-05 | 中国计量学院 | Method and device for a pair of wave-length rotary Raman laser source with NO2 differential absorbing detection |
| WO2012068338A2 (en) * | 2010-11-17 | 2012-05-24 | Rolls-Royce Corporation | Laser maintenance tool |
| CN113340868A (en) * | 2021-05-11 | 2021-09-03 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | Detection device and detection method for measuring concentration of pollutants in air by single-beam femtosecond laser |
-
1995
- 1995-04-06 JP JP10684895A patent/JP3460888B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN100353622C (en) * | 2005-01-27 | 2007-12-05 | 中国计量学院 | Method and device for a pair of wave-length rotary Raman laser source with NO2 differential absorbing detection |
| WO2012068338A2 (en) * | 2010-11-17 | 2012-05-24 | Rolls-Royce Corporation | Laser maintenance tool |
| WO2012068338A3 (en) * | 2010-11-17 | 2013-11-21 | Rolls-Royce Corporation | Laser maintenance tool |
| US8927897B2 (en) | 2010-11-17 | 2015-01-06 | Rolls-Royce Corporation | Laser maintenance tool |
| CN113340868A (en) * | 2021-05-11 | 2021-09-03 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | Detection device and detection method for measuring concentration of pollutants in air by single-beam femtosecond laser |
| CN113340868B (en) * | 2021-05-11 | 2023-02-14 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | Detection device and detection method for measuring concentration of pollutants in air by single-beam femtosecond laser |
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|---|---|
| JP3460888B2 (en) | 2003-10-27 |
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