(57)【要約】【課題】球面収差を補正することにともなう焦点ずれを補正して信号強度を確保することができる光計測装置を提供する。【解決手段】本発明に係る光計測装置は、試料における合波光の焦点位置を所定範囲内に抑えながら球面収差を補正することができる、収差補正レンズと対物レンズとの間の位置関係を記述したデータを、あらかじめ記憶しておき、前記データにしたがって前記球面収差を補正する。【選択図】図６
2018205069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する光源、
前記光源が出射するレーザ光を第１光と第２光に分岐する分岐部、
前記第１光を伝搬する光ファイバ、
前記第２光と前記光ファイバが伝搬した前記第１光を合波することにより合波光を生成する合波部、
前記合波光を試料に対して照射する対物レンズ、
前記試料に対して前記合波光を照射することにより生じる信号光を検出する検出器、
前記光源と前記対物レンズとの間の光路上に配置された収差補正レンズを用いて、前記試料の厚さに応じて発生する球面収差を補正する、球面収差補正部、
前記試料における前記合波光の焦点位置を所定範囲内に抑えながら前記収差補正レンズが前記球面収差を補正することができる、前記光路上における前記収差補正レンズと前記対物レンズとの間の位置関係を記述したデータを記憶する、記憶部、
を備え、
前記球面収差補正部は、前記データが記述している前記位置関係にしたがって前記収差補正レンズの位置を制御することにより、前記焦点位置を前記所定範囲内に抑えながら前記球面収差を補正する
ことを特徴とする光計測装置。
【請求項２】
前記データは、第１試料の第１屈折率について前記位置関係を記述しており、
前記球面収差補正部は、第２試料の第２屈折率と前記対物レンズの周辺媒質の屈折率との間の第１差分を求め、
前記球面収差補正部は、前記第１屈折率と前記周辺媒質の屈折率との間の第２差分を求め、
前記球面収差補正部は、前記第２差分に対する前記第１差分の比を前記第１試料の前記第１屈折率についての前記位置関係に対して乗じることにより得られる第２位置関係にしたがって前記収差補正レンズの位置を制御することにより、前記第２試料についての前記球面収差を補正する
ことを特徴とする請求項１記載の光計測装置。
【請求項３】
前記光計測装置はさらに、前記試料から反射した光を計測する第２検出器を備え、
前記データは、第１試料の第１屈折率について前記位置関係を記述するとともに、前記試料の検出深さごとに前記位置関係を記述しており、
前記球面収差補正部は、前記第２検出器が最大光強度を検出するときの前記対物レンズと前記収差補正レンズとの間の位置関係を特定し、
前記球面収差補正部は、前記第２検出器が最大光強度を検出するときの前記試料の検出深さに対応する前記位置関係を前記データから取得し、
前記球面収差補正部は、前記データから取得した前記位置関係、前記第１屈折率、および前記対物レンズの周辺媒質の屈折率を用いて、第２試料の第２屈折率を求める
ことを特徴とする請求項１記載の光計測装置。
【請求項４】
前記光計測装置はさらに、前記信号光を受光する検出レンズを備え、
前記試料は、前記光源と前記検出レンズによって挟まれる位置に配置されており、
前記検出器は、前記検出レンズが受光した前記信号光を検出し、
前記データはさらに、前記試料の厚さと前記試料の屈折率の組み合わせごとに、前記対物レンズの位置を再補正するための再補正量を記述しており、
前記球面収差補正部は、前記位置関係に対して前記再補正量を加味した上で、前記対物レンズの位置を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の光計測装置。
【請求項５】
前記光計測装置はさらに、前記球面収差補正部が前記球面収差を補正した上で残留している収差を補正する空間位相変調器を備える
ことを特徴とする請求項１記載の光計測装置。
【請求項６】
前記光計測装置はさらに、
観察する対象とする光波長を指定するインターフェース、
前記指定された光波長における前記信号光の強度が最大になるように前記合波光の合波状態を調整する光学素子、
を備えることを特徴とする請求項１記載の光計測装置。
【請求項７】
前記検出器は、前記試料から生じた光の波長スペクトルを検出する分光器として構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の光計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料に対して光を照射することにより計測する光計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学顕微鏡は、自然科学、工学、産業分野において必須の装置として発展してきた。特に近年は、再生医療や創薬の分野において細胞を観察する際に光学顕微鏡を用いる場合があり、光学顕微鏡の機能を高めることに対するニーズが高まっている。現在の細胞解析においては、試薬を用いて細胞を染色した上で、顕微鏡などを用いて観察するのが一般的である。しかしこの方法は、染色によって細胞に対する影響が生じるので、同一の細胞を継続的に解析することや、検査した細胞を直接医療用途で用いることが困難である。
【０００３】
ＣＡＲＳ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ａｎｔｉ−Ｓｔｏｋｅｓ  Ｒａｍａｎ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）顕微鏡は、非線形光学効果の応用により、ラマン顕微鏡と比較して高速に分子同定することができる。ＣＡＲＳ顕微鏡は非侵襲で試料を観察できるので、細胞観察用途に好適である。
【０００４】
下記特許文献１は、ＣＡＲＳ光のうち特定のスペクトル成分のみを検出する構成例を記載している。下記特許文献２は、広帯域光源を用いて発生するＣＡＲＳ光を分光検出する多色ＣＡＲＳ顕微鏡について記載している。多色ＣＡＲＳ顕微鏡は、ＣＡＲＳ光の分光スペクトルからラマンスペクトルを推定できるので、取得できる情報量が多く、測定対象をより詳細に解析することができる。
【０００５】
下記特許文献３は、顕微鏡によって試料を撮像する際に、球面誤差を識別し補正する方法を開示している。同文献においては、制御ユニットが補正レンズ要素を電動調整することにより球面誤差を補正する。さらに、オートフォーカス統制装置を介して、顕微鏡検査中に生じるデフォーカス状況を解消することを図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許６１０８０８１号明細書
【特許文献２】特開２００９−２２２５３１号公報
【特許文献３】特開２０１３−０８８８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献３は、反射光を用いて球面収差補正とオートフォーカスを実施する技術であり、反射面（例えば試料の表面）を観察する場合において有効であると考えられる。一方で細胞内部を観察する場合などのように、反射面が存在しない試料をＣＡＲＳによって測定する際には、新たな課題が生じる。
【０００８】
ＣＡＲＳにおいて細胞を光軸方向に沿って移動させて撮像する場合、集光対物レンズと集光位置との間のサンプル厚みが移動によって変化し、これにより球面収差が発生する。信号強度を確保するためには、集光対物レンズの位置に対応する動的な球面収差補正が有効である。しかし他方で球面収差補正を実施すると、その球面収差補正によって集光位置が変化する。したがってＣＡＲＳ光生成点が検出対物レンズの焦点位置からずれ、信号強度が低下する。
【０００９】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、球面収差を補正することにともなう焦点ずれを補正して信号強度を確保することができる光計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る光計測装置は、試料における合波光の焦点位置を所定範囲内に抑えながら球面収差を補正することができる、収差補正レンズと対物レンズとの間の位置関係を記述したデータを、あらかじめ記憶しておき、前記データにしたがって前記球面収差を補正する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る光計測装置によれば、試料の内部をＣＡＲＳによって測定する場合であっても、球面収差を補正することにより信号強度が低下することを抑制し、測定可能な深さを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＣＡＲＳにおけるエネルギー準位図である。
【図２】非共鳴項χｎｒ（３）に関係する１つのプロセスを示す。
【図３】広帯域光源を用いる場合のプロセス例である。
【図４】従来の多色ＣＡＲＳ顕微鏡の構成図である。
【図５】実施形態１に係る光計測装置１０００の構成例を示す模式図である。
【図６】収差補正機構７５０による収差補正の詳細を示す模式図である。
【図７】サンプル７１４内部の焦点位置を一定に保ちながら高い強度のＣＡＲＳ光を検出するための、収差補正レンズ７５２の移動量ｄｚ１と対物レンズ７１３の移動量ｄｚ２との間の関係を示す計算結果である。
【図８】サンプル７１４内部における計測深さとスポット光強度の３乗との間の関係を示す計算結果である。
【図９】図８に示す計算を実施する際に用いた収差補正レンズ７５２の移動量ｄｚ１の計算結果を示す。
【図１０】図８に示す計算を実施する際に用いた対物レンズ７１３の移動量ｄｚ２の計算結果を示す。
【図１１】図８に示す計算結果における焦点位置の変化を示す。
【図１２】式３にしたがってｄｚ１（ｚ，ｎ０）を算出した結果を示す。
【図１３】式４にしたがってｄｚ２（ｚ，ｎ０）を算出した結果を示す。
【図１４】式１と式２にしたがって収差補正レンズ７５２と対物レンズ７１３を同時に移動して収差補正をした場合におけるスポット光強度の計算結果を示す。
【図１５】式１と式２にしたがって収差補正レンズ７５２と対物レンズ７１３を同時に移動して収差補正をした場合における光スポット位置の変化を示す。
【図１６】実施形態３に係る収差補正機構７５０による収差補正の詳細を示す模式図である。
【図１７】サンプル内計測深さを所望値となるようにする様子を示す。
【図１８】ｄｚ１を制御する様子を示す。
【図１９】波面収差とスポット光強度の３乗値の関係を示す。
【図２０】実施形態１〜３におけるコントローラ７００による制御手順を示すフローチャートである。
【図２１】実施形態４に係る収差補正機構７５０の模式図である。
【図２２】空間位相変調器７５３が付与する位相分布を示す計算結果を示す。
【図２３】サンプル７１４内部の計測深さとスポット光強度の３乗の関係を示す計算結果である。
【図２４】実施形態５に係る光計測装置１０００の構成図である。
【図２５】実施形態５に係る光計測装置１０００の動作を説明するフローチャートである。
【図２６】実施形態６に係る光計測装置１０００の構成図である。
【図２７】実施形態６の変形例である。
【図２８】実施形態６に係る光計測装置１０００の動作を説明するフローチャートである。
【図２９】脂肪細胞のＣＡＲＳスペクトルを本実施形態６で説明した色収差補正前後で比較した結果である。
【図３０】実施形態７に係る収差補正機構７５０を示す模式図である。
【図３１】実施形態７に係る収差補正機構７５０の別構成例を示す模式図である。
【図３２】対物レンズ７１３の位置を再補正するための移動量を計算した結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜ＣＡＲＳ顕微鏡の基本原理について＞
以下では本発明の理解を促進するため、まずＣＡＲＳ顕微鏡の基本原理および球面収差を補正することにともなう課題についてその概略を説明する。その後に本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
ＣＡＲＳは、３次の分極による発光である。ＣＡＲＳ光を発生させるためには、ポンプ光、ストークス光、プローブ光が必要である。一般的には、光源の数を少なくするため、プローブ光はポンプ光で代用される。この場合、誘起される３次の分極は下記式Ａで表される。χｒ（３）(ωＡＳ)は３次の電気感受率の分子振動の共鳴項であり、周波数依存性のないχｎｒ（３）は非共鳴項である。ポンプ光及びプローブ光の電場をＥＰで表し、ストークス光の電場はＥＳで表している。ＥＳの肩についたアスタリスクは複素共役を示す。ＣＡＲＳ光の強度は下記式Ｂで表される。
【００１５】
ＰAS(3)(ωAS)=|χr(3)(ωAS)+χnr(3)|ＥP2(ωP)Ｅ*S(ωS)  （Ａ）
ＩCARS(ωAS)∝|ＰAS(3)(ωAS)|2  （Ｂ）
【００１６】
図１は、ＣＡＲＳにおけるエネルギー準位図である。ＣＡＲＳ光が発生する機構を、図１に示した分子のエネルギー準位図を用いて説明する。図１は、式１の共鳴項のプロセスを示している。符号２００１は分子の基底状態を表し、符号２００２は振動励起状態を表す。周波数ωＰのポンプ光と周波数ωＳのストークス光を同時に照射する。このとき分子は中間状態２００３を介して振動励起状態２００２のいずれかに励起される。励起状態にある分子に周波数ωＰのプローブ光を照射すると、中間状態２００４を介して周波数ωＡＳのＣＡＲＳ光を発生しながら、分子は基底状態２００１に戻る。このときのＣＡＲＳ光の周波数はωＡＳ＝２・ωＰ−ωＳと表される。
【００１７】
図２は、上記３次の分極のうち非共鳴項χｎｒ（３）に関係する１つのプロセスを示す。図２のプロセスにおいては、周波数ωＰのポンプ光と周波数ω’Ｓのストークス光を同時照射することによって、振動励起状態２００２ではなく中間状態２００５が励起されている。周波数ωＰのプローブ光を照射することにより、中間状態２００４を介して周波数ωＡＳの非共鳴のＣＡＲＳ光が発生する。
【００１８】
図３は、広帯域光源を用いる場合のプロセス例である。ＣＡＲＳ顕微鏡のうち、ストークス光として広帯域な光源を用いることにより発生するＣＡＲＳ光を分光検出するものは多色ＣＡＲＳ顕微鏡（もしくはマルチプレックスＣＡＲＳ顕微鏡）と呼ばれている。
【００１９】
図４は、従来の多色ＣＡＲＳ顕微鏡の構成図である。短パルスレーザ光源２３０１からの出力は、ビームスプリッタ２３０２によって２分岐される。分岐光の一方はフォトニック結晶ファイバ２３０３などの光ファイバに導入され、その内部において広帯域な光（スーパーコンティニューム光と呼ばれる）が発生する。スーパーコンティニューム光が光ファイバから出射されると、ロングパスフィルタ２３０４は所望の波長成分（励起光よりも波長が長い成分）のみを抽出し、これがストークス光として用いられる。もう一方の励起光とストークス光は、ダイクロイックミラー２３０５によって合波される。合波光は、集光対物レンズ２３０９によってサンプル２３０６に集光・照射される。これによりサンプル２３０６からＣＡＲＳ光が発生し、検出対物レンズ２３１０はそのＣＡＲＳ光を収集して平行光に変換する。分光器２３０７は、そのＣＡＲＳ光を検出して波長スペクトルを取得する。
【００２０】
ステージ２３０８がサンプル２３０６の位置を移動させることにより、サンプル２３０６内の各空間点におけるＣＡＲＳスペクトルを取得する。特定波長のスペクトル強度を位置に対してマッピングすることにより、ＣＡＲＳスペクトルイメージが得られる。
【００２１】
このように、ＣＡＲＳスペクトルイメージを得る際には入射光を走査するのではなく、サンプル２３０６の位置を移動させることが一般的である。この理由として、集光対物レンズ２３０９の焦点位置と検出対物レンズ２３１０の焦点位置を一致させることが容易であることが挙げられる。
【００２２】
ＣＡＲＳ顕微鏡においては、パワー密度を確保するため、集光対物レンズ２３０９として高ＮＡ（開口数）（例えば０．９程度）のレンズが用いられる。この場合、レンズ中心近傍を通過する光の集光位置とレンズ周辺部を通過する光の集光位置がずれる球面収差が生じるので、収差補正レンズなどによって球面収差を補正する。しかし球面収差を補正することにより、集光対物レンズ２３０９の焦点位置が検出対物レンズ２３１０の焦点位置からずれてしまうので、検出時の光強度が低下するという課題がある。
【００２３】
＜実施の形態１＞
図５は、本発明の実施形態１に係る光計測装置１０００の構成例を示す模式図である。光計測装置１０００は、ビームエキスパンダ型の収差補正機構７５０を備えている。収差補正機構７５０は、コントローラ７００からの指示にしたがって動作する。コントローラ７００は、光計測装置１０００の全体動作を制御するとともに、ユーザからの測定指示を受け付ける入力インターフェース（例えば後述するインターフェース１１１０）と測定結果を表示する出力インターフェースを備える。
【００２４】
短パルスレーザ光源７０１は、コントローラ７００からの指示にしたがって短パルスレーザ光を出射する。短パルスレーザ光源７０１は、例えばチタンサファイアレーザやファイバレーザ、マイクロチップレーザなどの光源であり、パルス幅はナノ秒以下である。ピークパワーは、非線形光学効果を誘起するため、キロワットオーダ以上が望ましい。波長は測定対象の吸収帯域や用いる光学部品の波長仕様などに基づき適宜選定すればよい。例えば８００ｎｍや１０６４ｎｍなどの波長を用いることができる。
【００２５】
レーザ光は、１／２波長板７０２と偏光ビームスプリッタ７０３に入射する。１／２波長板７０２は、コントローラ７００からの指示にしたがってレーザ光の偏光方向を変化させる。偏光ビームスプリッタ７０３は、偏光方向に基づいたパワー分岐比でレーザ光を透過成分と反射成分とに分岐する。
【００２６】
偏光ビームスプリッタ７０３を透過したレーザ光は、集光レンズ７０４によってフォトニック結晶ファイバ７０５の端面に集光される。フォトニック結晶ファイバ７０５は、コアの周囲に蜂の巣状の中空のクラッドが形成された光ファイバであり、入射光をコアに強く閉じ込める。フォトニック結晶ファイバ７０５に対して短パルスレーザ光を入射することにより、自己位相変調や四光波混合などの非線形光学現象が誘起され、これにより幅広いスペクトルを有するスーパーコンティニューム光が生成される。
【００２７】
生成されたスーパーコンティニューム光は、コリメートレンズ７０６によって平行光となり、ロングパスフィルタ７０７によって短波長成分がカットされたのち、ダイクロイックミラー７０８に到達する。ダイクロイックミラー７０８は、ポンプ光波長を反射しそれ以外の波長の光を透過する。収差補正機構７５０は、透過光に対してサンプル７１４の種別と計測深さに応じた波面補正を実施する。補正後の光はストークス光として対物レンズ７１３に入射する。
【００２８】
偏光ビームスプリッタ７０３によって反射されたレーザ光は、ミラー７０９、ミラー７１２、およびダイクロイックミラー７０８によって反射され、同様に収差補正機構７５０にて波面補正を施された後、ポンプ光として対物レンズ７１３に入射する。
【００２９】
対物レンズ７１３は、ダイクロイックミラー７０８によって同軸上に合波された広帯域ストークス光とポンプ光とを、サンプル７１４に対して集光する。サンプル７１４内におけるストークス光とポンプ光のエネルギー密度を増加させ、ＣＡＲＳ光を生成する効率を向上させるためには、対物レンズ７１３の開口数は例えば０．８以上など高いほうが望ましい。
【００３０】
サンプル７１４において前述のＣＡＲＳ過程が誘起され、サンプル７１４の分子種に対応する波長のＣＡＲＳ光が生成される。コリメートレンズ７１６は、ＣＡＲＳ光を平行光に変換する。ノッチフィルタ７１７とショートパスフィルタ７１８は、ポンプ光とストークス光の透過成分をカットする。分光器７１９は、ＣＡＲＳスペクトルを検出し、その結果をコントローラ７００に対して通知する。
【００３１】
収差補正機構７５０は、焦点を共有する１組の収差補正レンズを有する。収差補正機構７５０は、コントローラ７００からの指示にしがって、サンプル７１４の種別（屈折率）と計測深さに応じて、図示しない駆動機構を用いて収差補正レンズのうち１つを光軸方向（ｚ方向）に沿って移動させることにより、球面収差を補正する。このときコントローラ７００は、サンプル７１４内部の焦点位置が変化しないように、あらかじめ定められた関係（詳細は後述）にしたがって、図示しない駆動機構を用いて対物レンズ７１３を光軸方向に沿って移動させる。以上により、サンプル７１４の種別と計測深さが変化しても、発生するＣＡＲＳ光の減衰を抑制するとともに、分光器７１９が受光するＣＡＲＳ光の減衰を抑制することを図る。
【００３２】
図６は、収差補正機構７５０による収差補正の詳細を示す模式図である。ここでは収差補正機構７５０として、収差補正レンズ７５１と７５２を用いた構成例を示した。これらレンズは、焦点を共有するビームエキスパンダ光学系を構成するものである。記憶部１１００は、後述するデータテーブルを記憶する記憶装置である。
【００３３】
収差補正レンズ７５２と対物レンズ７１３は、それぞれアクチュエータ７６１と７６２に搭載されている。アクチュエータ７６１と７６２は、コントローラ７００からの指示にしたがって、収差補正レンズ７５１と７５２それぞれの位置を光軸方向（ｚ方向）に沿って独立に制御する。
【００３４】
サンプル７１４内部の例えば１００μｍ以上の深さ位置を観測する場合、サンプル７１４の屈折率に応じて球面収差が発生する。これにより図６に示すように、対物レンズ７１３の開口半径位置に応じて焦点位置が変化する。ＣＡＲＳ光はスポットの光強度の３乗に比例して発生するので、焦点位置がずれるとＣＡＲＳ光が大きく減衰してサンプル７１４の情報を正しく取得することが困難となる。収差補正レンズの移動量をｄｚ１、対物レンズの移動量をｄｚ２とし、コントローラ７００がｄｚ１とｄｚ２を適切に定めることにより、サンプル７１４内部の焦点位置を一定に保ったまま、球面収差を補正することができる。
【００３５】
以下、光線追跡法を用いて波面収差とスポット光強度を計算することを通じて、本発明の効果を検証する。特に言及しない場合、光学条件を以下とする：ポンプ光の波長は１０６４ｎｍ、対物レンズ７１３は水浸タイプ開口数１．２、収差補正レンズ７５２の開口数は０．１５である。
【００３６】
水の屈折率は１．３３３であり、一般のカバーガラスの屈折率は１．５２である。公知文献（Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ２ｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，ｖｏｌｕｍｅ１，ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ，Ｔｕａｎ  Ｖｏ−Ｄｉｎｈ．）によると、人体組織の屈折率は、目、角質、骨、歯などの特殊な組織を除くと、脳、心臓、腎臓、脾臓、胃、筋肉なとの主要組織において１．３６から１．３８であり、膀胱壁や動脈において１．３９から１．４０である。ｉＰＳ細胞やＥＳ細胞などの細胞は、培養液中で培養されるので屈折率は水に近く、細胞の密度や培養液の状態に応じて１．３３３から１．３５程度になるものと考えることができる。
【００３７】
図７は、サンプル７１４内部の焦点位置を一定に保ちながら高い強度のＣＡＲＳ光を検出するための、収差補正レンズ７５２の移動量ｄｚ１と対物レンズ７１３の移動量ｄｚ２との間の関係を示す計算結果である。サンプル７１４の屈折率は１．３８とした。図７に示す関係にしたがって、収差補正レンズ７５２と対物レンズ７１３それぞれの光軸方向位置を制御することにより、焦点位置を変化させずに波面収差を最小化することができる。サンプル７１４の屈折率が変わると図７の関係も変わるが、後述するように、生体組織の屈折率範囲において、簡便な１次近似補正を適用することもできる。
【００３８】
図８は、サンプル７１４内部における計測深さとスポット光強度の３乗との間の関係を示す計算結果である。ＣＡＲＳ光の強度はスポット光強度の３乗に比例するので、図８の縦軸はＣＡＲＳ光の強度に比例する。
【００３９】
図８（ａ）は収差補正をしない場合の結果を示す。サンプル７１４の屈折率が１．３６から１．３８（生体主要組織に相当）である場合、深さ５０μｍ程度でＣＡＲＳ光の強度が１／２以下に減衰してしまうことがわかる。
【００４０】
図８（ｂ）は、図７に示す関係にしたがって、収差補正レンズ７５２と対物レンズ７１３を同時に移動して収差補正をした場合の計算結果を示す。サンプル７１４の屈折率が１．３４から１．３９の範囲においては、深さ５００μm以上にわたってＣＡＲＳ光の強度を１／２以上に維持できることがわかる。培養細胞のように細胞の濃度が薄い場合、屈折率は１．３３３〜１．３４の範囲であるので、さらに計測深さを深くできることは言うまでもない。サンプル７１４の屈折率が１．４０の場合、ＣＡＲＳ光強度を１／２以上に維持できる範囲は深さ約４００μｍまでである。屈折率１．５２５は一般のカバーガラスの場合に相当し、深さ約１００μｍまでしか収差補正ができないことがわかる。
【００４１】
図９は、図８に示す計算を実施する際に用いた収差補正レンズ７５２の移動量ｄｚ１の計算結果を示す。図９に示すように、サンプル７１４の屈折率が大きくなるにしたがってｄｚ１が大きくなることがわかる。
【００４２】
図１０は、図８に示す計算を実施する際に用いた対物レンズ７１３の移動量ｄｚ２の計算結果を示す。図１０に示すように、サンプル７１４の屈折率が大きくなるにしたがってｄｚ２の絶対値が大きくなることがわかる。
【００４３】
図１１は、図８に示す計算結果における焦点位置の変化を示す。図１１に示すように、サンプル７１４内部の計測深さによらず、焦点位置は変化しないことがわかる。サンプル７１４の屈折率の範囲は１．３３３から１．４０である。
【００４４】
＜実施の形態１：まとめ＞
本実施形態１に係る光計測装置１０００は、図７に示す関係にしたがって、収差補正レンズ７５２の位置と対物レンズ７１３の位置を制御することにより、サンプル７１４の屈折率に応じて収差を補正することができる。これにより、１００μm以上の計測深さにおいて高強度のＣＡＲＳ光を取得することができる。
【００４５】
従来の顕微鏡において用いられる対物レンズのなかには、カバーガラスの厚さの変化に対応する収差補正リングを備えるものがある。こうした対物レンズは、収差補正によって焦点位置が変化することが避けられない。また、規格化された無機物のカバーガラスの屈折率は一定であり、細胞や組織の種別・培養状態によって屈折率が変化する生体組織の内部において、ＣＡＲＳ光強度を大きく保ちながら計測することは困難である。本実施形態１によれば、このような試料であってもＣＡＲＳ光強度を大きく維持することができる点において有利である。
【００４６】
＜実施の形態２＞
無機物であるカバーガラスの場合と異なり、生体サンプルにおいては、サンプル個体ごとにあるいは培養日数などの条件によって、屈折率が連続的な数値でバラツキをもつ。同じサンプルであっても屈折率が変化した場合は、異なるサンプルとみなすことができる。本発明の実施形態２では、そのような生体サンプルの屈折率変化に応じて収差を補正する方法について説明する。光計測装置１００の構成は実施形態１と同様である。
【００４７】
収差補正レンズ７５２の位置制御量ｄｚ１、および対物レンズ７１３の位置制御量ｄｚ２は、サンプル７１４内部の計測深さｚとサンプル７１４の屈折率ｎの関数ｄｚ１(ｚ，ｎ)、ｄｚ２(ｚ，ｚ)として表すことができる。代表屈折率ｎ０（あるサンプルの屈折率）についてこれら２つの関数をあらかじめ求めておく。対物レンズ７１３の周辺媒質（ここでは水を想定する）の屈折率をｎＷＡＴＥＲとすると、屈折率ｎを有する新たなサンプルについてのこれら関数ｄｚ１（ｚ，ｎ）とｄｚ２（ｚ，ｎ）は、下記式１と式２によって近似することができる。例えばｎ０＝１．３８のとき、ｄｚ１(ｚ，ｎ０)とｄｚ２(ｚ，ｎ０)は図７に示した関係となる。
【００４８】
【数１】
2018205069.tif 000003
【００４９】
【数２】
2018205069.tif 000004
【００５０】
以下では式１と式２による近似が妥当であるか否かを検証するため、式１と式２を変形することにより得られる下記式３と式４を用いて、ｄｚ１（ｚ，ｎ０）とｄｚ２（ｚ，ｎ０）を実際に算出する。
【００５１】
【数３】
2018205069.tif 000005
【００５２】
【数４】
2018205069.tif 000006
【００５３】
図１２は、式３にしたがってｄｚ１（ｚ，ｎ０）を算出した結果を示す。図１２においては、ｎ０＝１．３８とし、図９に示したｄｚ１(ｚ，ｎ)の計算結果を用いた。図１２に示すように、ｎ＝１．３４から１．４０の範囲（生体の屈折率に相当）において、特性がほぼ揃うことがわかる。すなわち式１の近似により、生体サンプルの任意の屈折率に応じて、収差補正が可能であることがわかる。屈折率ｎ＝１．５２５は一般のカバーガラスに相当し、特性のかい離が大きいので近似することができない。換言すると、従来のカバーガラス厚を補正する際に用いられている技術は、図１２の屈折率ｎ＝１．５２５の曲線に相当するものであり、本発明における収差補正方法とは対象が異なるといえる。
【００５４】
図１３は、式４にしたがってｄｚ２（ｚ，ｎ０）を算出した結果を示す。図１３においては、ｎ０＝１．３８とし、図１０に示したｄｚ２(ｚ，ｎ)の計算結果を用いた。図１３に示すように、ｎ＝１．３４から１．４０の範囲（生体の屈折率に相当）において、特性がほぼ揃うことがわかる。また屈折率ｎ＝１．５２５については図１２と同様に特性のかい離が大きいので近似できないことがわかる。
【００５５】
以上、屈折率１．３４〜１．４０の範囲において、式１と式２の近似が有効であることを示した。培養液中の培養細胞のように細胞の密度が低い場合、屈折率は１．３３３〜１．３４の範囲にあると考えられ、収差の補正量は微小となるが、その場合であっても式１と式２の近似が成立することは言うまでもない。
【００５６】
図１４は、式１と式２にしたがって収差補正レンズ７５２と対物レンズ７１３を同時に移動して収差補正をした場合におけるスポット光強度の計算結果を示す。横軸はサンプル内計測深さを表し、縦軸はスポット光強度の３乗を表す。図１４に示すように、本近似法を用いた場合におけるスポット光強度の３乗値の減衰は、屈折率１．３４〜１．４０の範囲において１０％未満であることがわかる。これに対して、一般のカバーガラスに相当する屈折率１．５２５の場合には、ＣＡＲＳ光強度の減衰が大きい。
【００５７】
図１５は、式１と式２にしたがって収差補正レンズ７５２と対物レンズ７１３を同時に移動して収差補正をした場合における光スポット位置の変化を示す。屈折率１．３４〜１．４０の範囲において、焦点位置の変化は±１μｍ以内である。細胞の代表的なサイズは１０μｍであるから、充分な精度で焦点位置を制御できることがわかる。これに対して、一般のカバーガラスに相当する屈折率１．５２５の場合には、焦点位置のずれが大きい。
【００５８】
＜実施の形態３＞
図１６は、本発明の実施形態３に係る収差補正機構７５０による収差補正の詳細を示す模式図である。コントローラ７００は、アクチュエータ７６３によって、対物レンズ７１３の焦点位置がサンプル７１４の境界面になるようにサンプル７１４の位置を制御する。コントローラ７００は、アクチュエータ７６１と７６２によって、収差補正レンズ７５２と対物レンズ７１３を、収差補正量がゼロとなる原点位置に制御する。その他構成は実施形態１と同様であるので、以下では主に差異点について説明する。
【００５９】
ポンプ光をサンプル７１４に対して照射すると、サンプル７１４境界からの反射光は、対物レンズ７１３と収差補正機構７５０を透過してダイクロイックミラー７０８で反射される。その反射光はダイクロイックミラー７７０を透過し、レンズ７７３によって集光され、光検出器７７４が受光する。光検出器７７４の検出光量が最大となるようにサンプル７１４の位置を調整することにより、サンプル７１４の境界面の位置を定めることができる。このときのアクチュエータ７６３の光軸方向位置をｄｚ３＝０とする。
【００６０】
図１７は、サンプル内計測深さを所望値となるようにする様子を示す。このときのアクチュエータ７６３の位置をｄｚ３＝ｚとする。先に説明したように、このときサンプル７１４の屈折率に応じた収差により、対物レンズ７１３の開口位置に応じて焦点位置がずれる。
【００６１】
図１８は、ｄｚ１を制御する様子を示す。図７に示す関係にしたがって、収差補正レンズ７５２の位置ｄｚ１をアクチュエータ７６１により制御し、同時に対物レンズ７１３の位置ｄｚ２をアクチュエータ７６２により制御する。これにより、対物レンズ７１３の焦点位置を所望位置に合わせつつ球面収差を補正することができる。
【００６２】
図１９は、波面収差とスポット光強度の３乗値の関係を示す。焦点で発生したＣＡＲＳ光は、対物レンズ７１３と、収差補正機構７５０を透過し、ダイクロイックミラー７０８によって反射され、ダイクロイックミラー７７０によって反射され、レンズ７７１により集光され、光検出器７７２が受光する。図１９（ａ）はこのときの収差補正レンズ７５２の位置ｄｚ１と波面収差の関係を示し、図１９（ｂ）はｄｚ１とスポット光強度の３乗の関係を示す。
【００６３】
図１９は、ｚ＝１００、２００、３００、４００、５００μｍの各条件における波面収差とスポット光強度の３乗値の計算結果を示す。サンプル７１４の屈折率ｎ０＝１．３８である。例えばｚ＝２００μｍの場合、のとき、ｄｚ１＝６６５μｍにおいて波面収差が最小、スポット光強度の３乗値が最大となり、発生するＣＡＲＳ光量が最大となる。ｄｚ１（ｚ，ｎ０）は、収差を補正しつつ対物レンズ７１３の焦点を計測深さに合致させるものであるから、このときの収差補正レンズ７５２の移動量がｄｚ１（ｚ，ｎ０）であることになる。
【００６４】
屈折率がｎである別のサンプルについても同様に、光検出器７７２が検出するＣＡＲＳ光強度が最大となったとき、収差補正レンズ７５１の移動量はｄｚ１（ｚ，ｎ）である。式１を変形した下記式５により、屈折率ｎを求めることができる。式５において、右辺は既知の値ｄｚ１（ｚ，ｎ０）と、光強度が最大のときのｄｚ１（ｚ，ｎ）であり、左辺において屈折率ｎ以外は既知の値である。したがって、式５を用いて屈折率ｎを計算により得られることは明らかである。
【００６５】
【数５】
2018205069.tif 000007
【００６６】
式５の左辺をαと置き換える。式１の右辺と式２の右辺にもαが含まれているので、本実施形態３にしたがって実測結果として得られたαを用いることにより、サンプル７１４内部の計測深さを変えるごとにｄｚ１とｄｚ２を調整する必要がなくなる。すなわち、任意のサンプル７１４内部の計測深さにおいて、式１、式２、およびαにしたがってｄｚ１とｄｚ２を計算により求めることができる。
【００６７】
図２０は、実施形態１〜３におけるコントローラ７００による制御手順を示すフローチャートである。ステップＳ０１１において、コントローラ７００はサンプル７１４の境界位置を検出する。ステップＳ０１２において、コントローラ７００は計測深さまでサンプル７１４を移動する。ステップＳ０１３において、コントローラ７００は収差補正機構７５０の位置と対物レンズ７１３の位置を図７にしたがって移動させながら、ＣＡＲＳ光量が最大となる位置関係を求める。ステップＳ０１４において、コントローラ７００は得られた位置関係に基づいて、サンプル７１４内部の任意の計測深さにおける収差補正機構７５０の移動量ｄｚ１と対物レンズ７１３の移動量ｄｚ２を記述したテーブルを生成する。ステップＳ０１５において、コントローラ７００は生成したテーブルに応じて収差補正機構７５０の位置と対物レンズ７１３の位置を制御しながら、指定されたサンプル７１４内部の計測深さにおける計測を実施する。
【００６８】
本実施形態において、説明の簡略化のため、サンプル７１４は深さ方向に一様な屈折率を有するものとした。一方で、実際の生体組織や細胞シートなどのサンプルは、計測深さ範囲で層状の構造を有するものが少なくない。この場合は、図１６〜図１８で説明したＣＡＲＳ光量が最大となる条件を、各計測深さにおいてそれぞれ実施して、ポンプ光とストークス光が焦点に至るまでの媒質の平均屈折率に対応した制御量を求める。サンプル７１４内部の任意の計測深さについては、それらを内挿することにより制御量を定めることができる。
【００６９】
本実施形態３は、光検出器７７２と７７４を用いて収差補正する方法を示した。本実施形態３において、焦点位置に対する検出精度を向上するため、光検出器７７２と７７４の前に適切なサイズのピンホールを配置することも有効である。
【００７０】
実施形態１〜３は、代表屈折率としてｎ０＝１．３８としたが、図１２と図１３に示すように、式１と式２の近似が成立する範囲で、評価頻度の高いサンプルの屈折率を代表屈折率として選択することにより、制御精度が向上することは言うまでもない。
【００７１】
本実施形態３において、光検出器７７２と７７４を用いずに、サンプル７１４境界を検出するとともにＣＡＲＳ光量が最大となる条件を求めることもできる。図１に示す光計測装置１０００において、検出対物レンズ７１５の光学系に顕微鏡光学系を追加し、サンプル７１４境界の顕微鏡像のコントラストが最大となるように、位相差法などの一般的な方法によりアクチュエータ７６３の位置を調整してサンプル７１４の境界位置を定めることができる。これにより、光検出器７７４の機能を代用することができる。サンプル７１４を所定の計測深さに移動した後は、分光器７１９の受光量が最大となるように、収差補正レンズ７５２の位置と対物レンズ７１３の位置を制御することにより、光検出器７７２の機能を代用することができる。
【００７２】
以上の実施形態において、図９と図１０で説明したように、計測深さと屈折率の組み合わせごとにｄｚ１とｄｚ２をあらかじめ求めてデータテーブルとして記憶部１１００上に記憶しておき、本実施形態３にしたがって求めた屈折率ｎに対応するデータテーブルを用いてｄｚ１とｄｚ２を自動制御することもできる。
【００７３】
＜実施の形態４＞
図２１は、本発明の実施形態４に係る収差補正機構７５０の模式図である。本実施形態４において、収差補正機構７５０は収差補正レンズ７５１と７５２に加えて空間位相変調器（ＳＬＭ）７５３を備える。空間位相変調器７５３は、例えば液晶マトリックスにより任意の波面制御ができる光学素子である。ここでは透過型の空間位相変調器７５３がコントローラ７００からの指示にしたがって２５６ｘ２５６ピクセルの位相制御ができるようになっている。その他構成は実施形態１と同様であるので、以下では主に差異点について説明する。
【００７４】
サンプル７１４内の例えば１００μｍ以上の深さ位置を観測する場合、サンプル７１４の屈折率に応じて球面収差が発生し、図２１に示すように対物レンズ７１３の開口半径位置に応じて焦点位置が分離する。実施形態１〜３によって補正される収差は一般的に４次までの球面収差に限られる。したがって、光スポットの収差が最小となるように収差補正レンズ７５２の移動量ｄｚ１と対物レンズの移動量ｄｚ２を制御したとしても、４次を超える高次の収差は残留する。
【００７５】
この残留した高次の収差は、あらかじめ計算で求めることができる。そこで、空間位相変調器７５３が残留収差を打ち消す位相分布を与えることにより、収差量をさらに削減することができる。ここでは説明の簡略化のため、透過型の空間位相変調器７５３を用いる例を示したが、反射型の空間位相変調器７５３を用いることも容易である。
【００７６】
図２２は、空間位相変調器７５３が付与する位相分布を示す計算結果を示す。サンプル７１４の屈折率は１．３８、計測深さは１００μｍである。横軸は対物レンズ７１３の有効半径を１とする規格化半径であり、縦軸は波面の位相を示す。比較のため、実施形態１における残留収差を併記した。図２２に示すように、実施形態１における残留した波面収差は半径の５次以上の高次収差となっている。空間位相変調器７５３が残留収差の逆補正を施すことにより合成された波面は、ほぼ無収差となることがわかる。残留収差は、空間位相変調器７５３の位相制御分解能（ここでは、８ｂｉｔ／１λとした）とピクセルサイズ（ここでは２５６ｘ２５６）の制限によるものである。
【００７７】
図２３は、サンプル７１４内部の計測深さとスポット光強度の３乗の関係を示す計算結果である。ＣＡＲＳ光の強度はスポット光強度の３乗に比例するので、図２３の縦軸はＣＡＲＳ光強度に比例する。ここでは、サンプル７１４の屈折率ｎ＝１．４０の場合の計算結果を示した。図２３に示すように、空間位相変調器７５３を加えた収差補正により、１ｍｍ以上の深さであっても高強度のＣＡＲＳ光を得ることができる。
【００７８】
空間位相変調器７５３により付与する波面は、サンプル７１４の屈折率、収差補正レンズ７５２と対物レンズ７１３それぞれの位置制御量が定まれば、一意に求めることができる。したがって、空間位相変調器７５３を搭載した収差補正光学系においても、付与する波面をゼロ位相にすれば、実施形態３で説明した屈折率ｎの新たなサンプルに対する処理をそのまま実施することができる。すなわち、ｄｚ１およびｄｚ２とともに、空間位相変調器７５３が付与する波面を一意に決めることができる。収差補正は図２０のフローチャートにより実施することができる。
【００７９】
＜実施の形態５＞
本発明の実施形態５では、反射ＣＡＲＳ光を用いた球面収差補正について述べる。反射ＣＡＲＳは、サンプルを基準として入射光側に検出器を設置する方式である。本実施形態５においては、反射ＣＡＲＳ光の強度を検出器で検出し、ＣＡＲＳスペクトルは透過型の分光器で検出するものとする。 
【００８０】
図２４は、本実施形態５に係る光計測装置１０００の構成図である。ダイクロイックミラー２４０１は、入射光（ポンプ光とストークス光）を透過し、ＣＡＲＳ光を検出する。例えばポンプ光の波長が１０６４ｎｍの場合は、１０００ｎｍ以上を反射し、それ以上の波長を透過するものを、ダイクロイックミラー２４０１として選択すればよい。サンプル７１４から生成されたＣＡＲＳ光のうち、反射成分をダイクロイックミラー２４０１によって反射し、ノッチフィルタ２４０２によって入射光の残留成分を除去した後、検出器２４０３により反射ＣＡＲＳ光を検出する。検出器２４０３としては、ＰＤ（フォトダイオード）やＡＰＤ（アバランシェ・フォトダイオード）を用いるのが簡便であるが、感度が不足する場合には光電子増倍管を用いてもよい。ダイクロイックミラー２４０１の波長選択性が充分良い場合は、ノッチフィルタ２４０２は無くてもよい。その他の構成は実施形態１と同様であるため説明を省略する。
【００８１】
図２５は、本実施形態５に係る光計測装置１０００の動作を説明するフローチャートである。ステップＳ０１１、Ｓ０１２、Ｓ０１５は図２０と同様である。ステップＳ２５０１において、コントローラ７００は検出器２４０３が検出する反射ＣＡＲＳ光量が最大となるように収差補正機構７５０を制御する。ステップＳ２５０２においてコントローラ７００は、分光器７１９が検出する透過ＣＡＲＳ光量が最大となるように対物レンズ７１３の位置を補正する。これにより検出対物レンズ７１５の焦点位置に対物レンズ７１３の焦点位置が調整される。すなわち、球面収差補正によって移動した焦点位置が元の位置に補正される。
【００８２】
反射ＣＡＲＳにおいては集光対物レンズが検出対物レンズとしても動作するので、反射検出されるＣＡＲＳ光量は球面収差量などの集光状態のみに依存し、サンプル７１４内部の集光位置には直接依存しない。したがって、図９で説明した計測深さに対応する収差補正レンズ７５２の移動量を保持していなくても収差補正することができる。また、前述のように集光対物レンズ位置は透過ＣＡＲＳの信号量が最大となるように調整すればよいので、図１０で説明した計測深さに対する対物レンズ７１３の位置を保持する必要もない。したがって装置構成が簡便となる。なお、単に入射光の反射光量を検出する場合には球面収差量に関わらず一定の検出量となるが、本発明では入射光強度の３乗に比例するＣＡＲＳ光を検出するので、球面収差を感度良く補正することができる。
【００８３】
＜実施の形態６＞
本発明の実施形態６では、サンプル７１４内で発生する色収差の補償について述べる。ＣＡＲＳ過程は非線形光学効果の１つであるので、サンプル７１４内でポンプ光とストークス光が同じ位置に集光することが重要である。多色ＣＡＲＳの場合、ストークス光は広帯域であるので対物レンズによる色収差が発生し、サンプル７１４内におけるポンプ光とストークス光の空間的な合波状態により、ＣＡＲＳ光スペクトルが変化する。
【００８４】
図２６は、本実施形態６に係る光計測装置１０００の構成図である。本実施形態６においては、ストークス光の発散収束状態を調整することにより、サンプル７１４内部におけるポンプ光とストークス光の合波状態を調整する。ステージ２６０１は、コントローラ７００からの指示にしたがって、コリメートレンズ７０６の位置を光軸方向（ｚ方向）に調整することにより、ストークス光の発散収束状態を制御する。サンプル７１４内部においては、この発散収束状態によって集光位置が変化することにより合波状態が変化し、ＣＡＲＳ光スペクトルの形状が変化する。その他の装置構成は実施形態１と同様であるため説明を省略する。
【００８５】
図２７は、本実施形態６の変形例である。図２６ではストークス光の発散収束状態を調整する例を示したが、図２７に示すようにポンプ光光路にもファイバ光学系を採用し、コリメートレンズ２６０３とステージ２６０４によって光ファイバ２６０２の出射端における発散収束状態を制御してもよい。さらには、図２６と図２７を組み合わせて、ポンプ光・ストークス光ともに発散収束状態を制御してもよい。
【００８６】
図２８は、本実施形態６に係る光計測装置１０００の動作を説明するフローチャートである。ステップＳ０１４とＳ０１５の間にステップＳ２７０１が追加されている以外は図２０と同様である。ステップＳ２７０１においてコントローラ７００は、分光器７１９によってＣＡＲＳスペクトルを検出し、所望の波長帯域が強調されるようコリメートレンズ７０６（またはこれに加えてコリメートレンズ２６０３）の位置を調整する。調整完了の閾値はスペクトルのピーク強度の絶対値で決めてもよいし、他のスペクトルピークとの比から決めてもよい。
【００８７】
図２９は、脂肪細胞のＣＡＲＳスペクトルを本実施形態６で説明した色収差補正前後で比較した結果である。ＣＡＲＳスペクトルには、２９００ｃｍ−１近傍のＣＨ伸縮に対応する強いスペクトルピークの他に、約８００〜１８００ｃｍ−１の領域にアミドＩＩＩ、ＣＨ変角、アミドＩなどの複数のピークが存在している。後者の領域は指紋領域と呼ばれ、生体の複数の組成に対応するため細胞状態の解析において有益であるが、信号強度が低いことが課題である。
【００８８】
補正前のスペクトル２８０１においては、ＣＨ伸縮に対応する信号が高強度で得られているが、指紋領域内の信号が殆ど得られていない。一方、補正後のスペクトル２８０２においては指紋領域内のスペクトルピークが強調されている。以上のように、本実施形態６に係る光計測装置１０００によって、所望周波数帯域のＣＡＲＳ信号強度を強調することができる。
【００８９】
本実施形態６によれば、適当なインターフェース１１１０（例えば操作装置、データ入力インターフェースなど）を介して、観察する周波数帯域をコントローラ７００に対して通知し、コントローラ７００はその周波数帯域のＣＡＲＳ信号強度を強調するように各光学素子（コリメートレンズ７０６や２６０３の位置）を制御することができる。
【００９０】
＜実施の形態７＞
図３０は、本発明の実施形態７に係る収差補正機構７５０を示す模式図である。サンプル７１４の厚さは１００μm程度以下と比較的薄いものとする。本実施形態７においては、サンプル７１４を挟むように対物レンズ７１３と検出レンズ７８１が配置されている。対物レンズ７１３の焦点近傍で発生したＣＡＲＳ光（信号光）は検出レンズ７８１により平行光束に変換され、図示しない分光器によりスペクトルが計測される。その他構成は実施形態１と同様である。
【００９１】
図３１は、本実施形態７に係る収差補正機構７５０の別構成例を示す模式図である。サンプル７１４の厚さは約１００μm以上と比較的厚いものとする。サンプル７１４の厚さをｔ、計測深さをｚとすると、対物レンズ７１３から出射した光束はサンプル７１４の厚さｚによる球面収差の影響を受ける。また検出レンズ７８１が取得するＣＡＲＳ光（信号光）はサンプル７１４の厚さ（ｔ−ｚ）による球面収差の影響を受ける。したがって、対物レンズ７１３の焦点位置と検出レンズ７８１の焦点位置との間には、δｚのずれが生じる。
【００９２】
コントローラ７００は、改めて計測深さｚを検出レンズ７８１の焦点位置として定め、検出レンズ７８１の焦点位置と対物レンズ７１３の焦点位置が一致するように、アクチュエータ７６２によって対物レンズ７１３の位置を制御する。これにより、計測深さｚに依存せずに大きなＣＡＲＳ信号を高いスペクトル分解能で取得することができる。
【００９３】
図３２は、対物レンズ７１３の位置を再補正するための移動量を計算した結果を示す。サンプル７１４の屈折率をｎ、対物レンズ７１３の焦点位置と検出レンズ７８１の焦点位置を一致させるため対物レンズ７１３の位置を再補正するときの対物レンズ７１３の再移動量をｄｚ２’とする。説明の簡略化のため、検出レンズ７８１として対物レンズ７１３と同じ水浸レンズ（開口数１．２）を用いるものとした。サンプル７１４の厚さｔは５００μｍである。
【００９４】
図３２に示すように，対物レンズ７１３の再移動量ｄｚ２’はサンプル７１４の屈折率により定まり、計測深さｚに対する依存性は比較的小さいことがわかる。収差補正レンズ７５２の位置はｄｚ１により制御し、対物レンズ７１３の位置はｄｚ２＋ｄｚ２’により制御することにより、サンプル７１４の厚さに応じて生じる収差の影響を補正することができる。
【００９５】
ｄｚ２’はサンプル７１４の屈折率と厚さに応じて定まるので、記憶部１１００が格納するデータテーブルに、サンプル７１４の屈折率と厚さの組み合わせごとにｄｚ２’を記述しておき、コントローラ７００はその記述にしたがってｄｚ２’を取得することができる。
【符号の説明】
【００９６】
７００  コントローラ
７０１  短パルスレーザ光源
７０２  １／２波長板
７０３  偏光ビームスプリッタ
７０４  集光レンズ
７０５  フォトニック結晶ファイバ
７０６  コリメートレンズ
７０７  ロングパスフィルタ
７０８  ダイクロイックミラー
７０９  ミラー
７１０  レンズ
７１１  レンズ
７１２  ミラー
７１３  対物レンズ
７１４  サンプル
７１５  対物レンズ
７１６  コリメートレンズ
７１７  ノッチフィルタ
７１８  ショートパスフィルタ
７１９  分光器
７２０  集光レンズ
７２１  光ファイバ
７２２  コリメートレンズ
７２３  空間位相変調器
７２４  ロングパスフィルタ
７５０  収差補正機構
７５１  収差補正レンズ
７５２  収差補正レンズ
７５３  空間位相変調器
７６１  アクチュエータ
７６２  アクチュエータ
７６３  アクチュエータ
７８１  検出レンズ
２４０１  ダイクロイックミラー
２４０２  ノッチフィルタ
２４０３  検出器
２６０２  光ファイバ
２６０３  コリメートレンズ
２６０４  ステージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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