特開 2024-79850 ＣＡＲＳ光学システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024079850

(43)【公開日】2024-06-11

(54)【発明の名称】ＣＡＲＳ光学システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/65 20060101AFI20240604BHJP

   G01N 21/17 20060101ALI20240604BHJP

【ＦＩ】

G01N21/65

G01N21/17 630

【審査請求】有

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024063652

(22)【出願日】2024-04-10

(62)【分割の表示】P 2021080786の分割

【原出願日】2020-04-23

(31)【優先権主張番号】62/840,001

(32)【優先日】2019-04-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】509339821

【氏名又は名称】アトナープ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102934

【弁理士】

【氏名又は名称】今井 彰

(72)【発明者】

【氏名】ブルックナー ルーカス

(72)【発明者】

【氏名】アンダーソン デイヴィッド

(72)【発明者】

【氏名】ムルティ プラカッシ スリダラ

(57)【要約】

【課題】 生体の関心対象の部分などのターゲットの成分を、より高い精度で評価可能なシステムを提供する。
【解決手段】ストークス光およびポンプ光とともに、プローブ光を、光学ユニットを介してターゲットへ放出するために供給するように構成されたプローブユニットであって、ポンプ光に対する遅延時間を制御するように構成された時間遅延ユニットを含むプローブユニットと、ストークス光、ポンプ光、およびプローブ光によりターゲットで生ずるＴＤ－ＣＡＲＳ光であって、プローブ光の遅延時間を変化させた複数のＴＤ－ＣＡＲＳ光を検出するように構成された検出装置と、遅延時間の異なる複数のＴＤ－ＣＡＲＳ光の検出結果を用いてターゲットの成分の少なくとも一部を分析するための分析装置とを有するシステムを提供する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の波長領域のストークス光を、光学ユニットを介してターゲットへ放出するために供給するように構成されたストークスユニットと、
前記第１の波長領域よりも短い第２の波長領域のポンプ光を、前記光学ユニットを介して前記ターゲットへ放出するために供給するように構成されたポンプユニットと、
前記第１の波長領域よりも短い第４の波長領域のプローブ光を、前記光学ユニットを介して前記ターゲットへ放出するために供給するように構成されたプローブユニットであって、前記プローブ光の、前記ポンプ光に対する遅延時間を制御するように構成された時間遅延ユニットを含むプローブユニットと、
前記ストークス光、前記ポンプ光、および前記プローブ光により前記ターゲットで生ずる、前記第４の波長領域よりも短い波長領域のＴＤ－ＣＡＲＳ光であって、前記プローブ光の前記遅延時間を変化させた複数の前記ＴＤ－ＣＡＲＳ光を検出するように構成された検出装置と、
前記遅延時間の異なる前記複数のＴＤ－ＣＡＲＳ光の検出結果を用いて前記ターゲットの成分の少なくとも一部を分析するための分析装置とを有するシステム。

【請求項2】

請求項１において、
前記プローブユニットは、前記ストークス光と前記ポンプ光とにより生ずるＣＡＲＳ光の波長領域よりも短い前記第４の波長領域のプローブ光を供給する、システム。

【請求項3】

請求項１または２において、
前記ターゲットは、生体の関心対象の部分を含む、システム。

【請求項4】

請求項１または２において、
前記ターゲットは、生体の関心対象の部分を含み、前記分析装置は前記生体の関心対象の部分の生化学的な成分の少なくとも一部を非侵襲で分析する、システム。

【請求項5】

第１の波長領域のストークス光と、前記第１の波長領域よりも短い第２の波長領域のポンプ光とをターゲットへ放出することと、
前記ストークス光および前記ポンプ光に対する遅延時間を制御して前記第１の波長領域よりも短い第４の波長領域のプローブ光を前記ターゲットへ放出することと、
前記ストークス光、前記ポンプ光、および前記プローブ光により前記ターゲットで生じる、前記第４の波長領域よりも短い波長領域のＴＤ－ＣＡＲＳ光であって、前記プローブ光の前記遅延時間を変化させた複数の前記ＴＤ－ＣＡＲＳ光を検出することと、
前記遅延時間の異なる前記複数のＴＤ－ＣＡＲＳ光の検出結果を用いて前記ターゲットの成分の少なくとも一部を分析することとを有する方法。

【請求項6】

請求項５において、
前記プローブ光を前記ターゲットへ放出することは、前記ストークス光と前記ポンプ光とにより生ずるＣＡＲＳ光の波長領域よりも短い前記第４の波長領域のプローブ光を放出することを含む、方法。

【請求項7】

請求項５または６において、
前記ターゲットは、生体の関心対象の部分を含む、方法。

【請求項8】

請求項５または６において、
前記ターゲットは、生体の関心対象の部分を含み、前記分析することは前記生体の関心対象の部分の生化学的な成分の少なくとも一部を非侵襲で分析することを含む、方法。

【請求項9】

ターゲットに光学ユニットを介して光を放出するためのユニットと前記ターゲットからの光を検出するための検出器とを含む装置を操作するコンピュータのためのコンピュータプログラムであって、
第１の波長領域のストークス光と、前記第１の波長領域よりも短い第２の波長領域のポンプ光とを前記光学ユニットを介して前記ターゲットに放出するステップと、
前記ストークス光および前記ポンプ光に対する遅延時間を制御して前記第１の波長領域よりも短い第４の波長領域のプローブ光を、前記光学ユニットを介して前記ターゲットへ放出するステップと、
前記ストークス光、前記ポンプ光、および前記プローブ光により前記ターゲットで生じる、前記第４の波長領域よりも短い波長領域のＴＤ－ＣＡＲＳ光であって、前記プローブ光の前記遅延時間を変化させた複数の前記ＴＤ－ＣＡＲＳ光を検出するステップと、
前記遅延時間の異なる前記複数のＴＤ－ＣＡＲＳ光の検出結果を用いて前記ターゲットの成分の少なくとも一部を分析するステップとを実行するための実行可能なコードを含む、コンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＣＡＲＳ（コヒーレントアンチストークスラマン散乱）光学系に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１では、顕微鏡が開示されている。当該顕微鏡は、光源からの光束を第１のポンプ光束と第２のポンプ光束とに分割する第１の光分割部と、第２のポンプ光束を入力として受け取りストークス光束を出力するストークス光源と、第１のポンプ光束とストークス光束を合波して合波光束を生成する合波部と、合波光束をサンプルに集光する第１の集光部と、サンプルから生成されたＣＡＲＳ光で合波光束とは異なる波長のＣＡＲＳ光を検出する第１の検出装置と、第２のポンプ光束およびストークス光束の少なくとも一方を参照光束として部分的に分岐させる第２の光分割部と、サンプルからの光束と参照光束とを合波して干渉光を発生させる第２の合波部と、干渉光を検出する第２の検出装置とを含む。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開番号ＷＯ２０１４／０６１１４７

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

生体の関心対象の部分などのターゲットの成分を、より高い精度で評価可能なシステムが要望されている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様は、第１の波長領域のストークス光を、光学ユニットを介してターゲットへ放出するために供給するように構成されたストークスユニットと、第１の波長領域よりも短い第２の波長領域のポンプ光を、光学ユニットを介してターゲットへ放出するために供給するように構成されたポンプユニットと、第１の波長領域よりも短い第４の波長領域のプローブ光を、光学ユニットを介してターゲットへ放出するために供給するように構成されたプローブユニットであって、プローブ光の、ポンプ光に対する遅延時間を制御するように構成された時間遅延ユニットを含むプローブユニットと、ストークス光、ポンプ光、およびプローブ光によりターゲットで生ずる、第４の波長領域よりも短い波長領域のＴＤ－ＣＡＲＳ光であって、プローブ光の遅延時間を変化させた複数のＴＤ－ＣＡＲＳ光を検出するように構成された検出装置と、遅延時間の異なる複数のＴＤ－ＣＡＲＳ光の検出結果を用いてターゲットの成分の少なくとも一部を分析するための分析装置とを有するシステムである。また以下には、ラマン分光法（ＲＳ）と断層映像法（光断層干渉映像法、光コヒーレンストモグラフィー、ＯＣＴ）とを、ＲＳおよびＯＣＴの両方に共通の検出システムにより一体化したシステムが開示されており、より詳細には、コヒーレントアンチストークスラマン散乱（コヒーレント反ストークスラマン散乱、ＣＡＲＳ）とＯＣＴを一体化（統合）したシステムに関するものである。本システムは、生体の関心対象の部分（ターゲット）の生化学的および構造的な特性評価のためのシステムに適用することができ、より具体的には、生体の関心対象の部分の生化学的な組成物を非侵襲で評価するためのシステムおよびそのアプリケーションに適用することができる。

【0006】

光学イメージングと分光法とは共に対象物の非侵襲による特性評価に適用されてきた。ＯＣＴなどのイメージング技術（画像化技術）は、対象物の微細構造の画像を伝達することに優れており、ＣＡＲＳなどの分光法は、対象物の分子組成を高い精度で調べることができる。

【0007】

ＯＣＴは、形状に関する情報を得る方法であって、対象物（物体、サンプル、ターゲット）からの反射光と、対象物に放射していない参照光との間の干渉を利用して、屈折率の変化を反映する。ＣＡＲＳは、波長の異なる２本の光ビームを物体に投射すると、対象物を形成する分子の振動に対応した波長を持つＣＡＲＳ光が得られるという非線形光学現象に基づく。ポンプ光とストークス光の入射方向に対するＣＡＲＳ光の検出方向に関して、透過型ＣＡＲＳや反射型ＣＡＲＳなどの複数の異なる方法を適用できる。

【0008】

ＣＡＲＳは測定対象物についての分子情報を得ることができ、ＯＣＴは形状に関する情報を得ることができる。このように、両技術は相互に補完的な関係にあり、ＣＡＲＳとＯＣＴとをコンパクトなサイズに一体化（統合）したシステムは、多くの用途において有用である。

【0009】

以下に開示されている１つの態様は、第１の波長領域の第１の光を供給するように構成された第１の光路と、第１の波長領域よりも短い第２の波長領域の第２の光を供給するように構成された第２の光路と、第２の波長領域よりも短い第３の波長領域の第３の光を供給するように構成された第３の光路と、第１の光、第２の光、および第３の光をターゲット（対象物、測定対象物）に向けて放出（放射）し、ターゲットからの光を取得するように構成された光入出力（光Ｉ／Ｏ、光学Ｉ／Ｏ）ユニットと、第３の光から参照光を分離するように構成された参照ユニットと、検出波長の領域を含む検出装置とを有するシステムであり、検出波長の領域の少なくとも一部は、少なくとも第１の光および第２の光によりターゲットにおいて生じ、第３の波長領域と少なくとも一部が重なる波長領域のＣＡＲＳ光と、参照光およびターゲットからの反射光により生ずる干渉光との両方に共通する。第１の光はストークス光（ストークスビーム）であってもよく、第２の光はポンプ光（ポンプビーム、励起ブーム）であってもよく、第３の光はＯＣＴ用の光（ビーム）であってもよい。

【0010】

本発明の他の態様の１つは、第１の波長領域のストークス光と、第１の波長領域よりも短い第２の波長領域のポンプ光とをターゲットへ放出することと、ストークス光およびポンプ光に対する遅延時間を制御して第１の波長領域よりも短い第４の波長領域のプローブ光を前記ターゲットへ放出することと、ストークス光、ポンプ光、およびプローブ光によりターゲットで生じる、第４の波長領域よりも短い波長領域のＴＤ－ＣＡＲＳ光であって、プローブ光の遅延時間を変化させた複数のＴＤ－ＣＡＲＳ光を検出することと、遅延時間の異なる複数のＴＤ－ＣＡＲＳ光の検出結果を用いてターゲットの成分の少なくとも一部を分析することとを有する方法である。また、以下には、他の態様の方法であって以下を有する方法が開示されている。
（ｉ）第１の波長領域の第１の光と、第１の波長領域よりも短い第２の波長領域の第２の光とを、第１の光および第２の光をターゲットに出力し、ターゲットからの光を取得するように構成された光学ユニットを介して放出すること。
（ｉｉ）検出装置により、少なくとも第１の光および第２の光により、ターゲットにおいて生じるＣＡＲＳ光を検出すること。
（ｉｉｉ）第２の波長領域よりも短い第３の波長領域の第３の光を、光学ユニットを介してターゲットへ放出すること。
（ｉｖ）検出装置により干渉光を検出すること。第３の波長領域は、ＣＡＲＳ光の波長領域と少なくとも部分的に重なっており、干渉光は、第３の光から分離された参照光とターゲットからの反射光とにより生じ、検出装置は、ＣＡＲＳ光および干渉光に共通する検出波長領域を含む。

【0011】

上記のシステムおよび方法において、第２の光（ポンプ光）および第１の光（ストークス光）の波長領域よりも短い波長領域（第３の領域）を有する第３の光（ビーム）をＯＣＴ光に用いることにより、第１の光および第２の光の波長領域よりも短い波長領域（第３の領域）を有するＯＣＴの干渉光を得ることが可能となり、干渉光の波長領域（第３の領域）はＣＡＲＳ光の波長領域と少なくとも部分的に重なる。したがって、ＣＡＲＳおよびＯＣＴの両方の検出に共通する検出波長の領域を備えた共通の検出装置を採用でき、システム構成を簡素化するとともに、ＣＡＲＳ検出装置としての分光分解能およびＯＣＴ撮像深度を改善する（増加させる）ことができる。本システムおよび方法では、ＣＡＲＳ光およびＯＣＴ信号の両方を、インターフェロミタ（干渉器）を通してもよく、インターフェロミタの後でＯＣＴ信号のルートを変えたりせずにＣＡＲＳ光と重ねて検出装置に当ててもよい。

【0012】

本システムは、第２の波長領域よりも短く、第３の波長領域よりも大きいか、あるいは第３の波長領域に含まれる第４の波長領域の第４の光（プローブ光、プローブビーム）を光Ｉ／Ｏユニットを介して放出するために供給するように構成された第４の光路を有してもよく、第１の光、第２の光、および第４の光によるＣＡＲＳ（ＴＤ－ＣＡＲＳ、時間遅延ＣＡＲＳ、時間分解ＣＡＲＳ）光を生成してもよい。ＣＡＲＳ（ＴＤ－ＣＡＲＳ）は、ＯＣＴ信号の第３の波長領域と少なくとも部分的に重なり、第４の波長領域よりも短い波長領域を有する。第４の光路は、第４の光の放出と第２の光の放出との間の時間差を制御するように構成された時間遅延ユニットを含んでもよい。また、本方法は、第２の領域よりも短く、第３の領域より大きいか、あるいは第３の領域に含まれる第４の波長領域を有する第４の光を、第２の光の放出から時間差を設けて放出することをさらに含んでもよく、第４の領域よりも波長が短く、少なくとも一部が第３の領域と重なっているＴＤ－ＣＡＲＳを生成してもよい。

【0013】

以下に開示されているさらに異なる態様の１つは、第１の波長領域のストークス光を、光学ユニットを介してターゲットへ放出（放射）するために供給するように構成されたストークスユニットと、第１の波長領域よりも短い第２の波長領域のポンプ光（励起光）を、光学ユニットを介してターゲットへ放出するために供給するように構成されたポンプユニットと、ストークス光とポンプ光とにより生じるＣＡＲＳ光の波長領域よりも短い波長領域のプローブ光を、ポンプ光の放出から時間差を設けて、光学ユニットを介してターゲットへ放出するために供給するように構成されたプローブユニットと、ストークス光、ポンプ光、およびプローブ光によりターゲットにおいて生成される第４の領域よりも短い波長領域のＴＤ－ＣＡＲＳ光を検出するように構成された検出装置とを有するシステムである。

【0014】

以下に開示されている異なる態様の１つは、第１の波長領域のストークス光と、第１の波長領域よりも短い第２の波長領域のポンプ光とをターゲットへ放出することと、ストークス光およびポンプ光により生じるＣＡＲＳ光の波長領域よりも短い第４の波長領域のプローブ光を、ポンプ光の放出から時間差を設けてターゲットへ放出することと、ストークス光、ポンプ光、およびプローブ光によりターゲットで生じる、第４の領域よりも短い波長領域のＴＤ－ＣＡＲＳ光を検出することとを有する方法である。

【0015】

ＴＤ－ＣＡＲＳは、ストークス光、ポンプ光、およびプローブ光により、プローブ光の第４の波長領域よりも短い波長領域において生成され、ストークス光およびポンプ光により生成されるＣＡＲＳの領域から分離される。そのため、ＣＡＲＳと干渉することなく、ＴＤ－ＣＡＲＳを検出することができる。

【0016】

以下に開示されているさらに異なる態様の１つは、ターゲットに光学ユニットを介して光を放出するためのユニットと前記ターゲットからの光を検出するための検出器とを含む装置（デバイス）を操作するコンピュータのためのコンピュータプログラムである。コンピュータプログラムは、以下のステップを実行するための実行可能なコードを含む。
（ａ）第１の波長領域の第１の光と、第１の波長領域よりも短い第２の波長領域の第２の光とを光学ユニットを介してターゲットに放出する。
（ｂ）第１の光および第２の光によりターゲットにおいて生ずるＣＡＲＳ光を検出器により検出する。
（ｃ）第２の波長領域よりも短い第３の波長領域の第３の光であって、第３の波長領域が、ＣＡＲＳ光の波長領域と少なくとも部分的に重なる第３の光を、光学ユニットを介してターゲットに放出する。
（ｄ）第３の光から分離された参照光と、光学ユニットを介して得られる反射光とにより生ずる干渉光を検出器により検出する。

【0017】

また、本発明には、上記の装置を制御および操作するための、または、上記の装置を用いて検出および分析するための上記プログラム（プログラム製品、ソフトウェア）を格納した、コンピュータで読み取り可能な持続性（非一過性）の媒体も含まれる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、光学システムを含むシステムの一実施形態を示す。

【図2】図２は、干渉器（インターフェロミタ、干渉計）における光路を示す。

【図3】図３は、波長プラン（波長設計）の一例を示す。

【図4】図４は、細胞組織における光学的窓を示す。

【図5】図５は、ＣＡＲＳ信号の周波数領域の一例を示す。

【図6】図６は、ＣＡＲＳ信号の周波数領域の異なる例を示す。

【図7】図７は、ＴＤ－ＣＡＲＳ信号およびＣＡＲＳ信号の一例を示す。

【図8】図８は、ＴＤ－ＣＡＲＳ信号およびＣＡＲＳ信号の周波数領域における異なる例を示す。

【図9】図９は、ＴＤ－ＣＡＲＳ信号およびＣＡＲＳ信号の周波数領域におけるさらに異なる例を示す。

【図10】図１０は、プローブ帯域幅が狭い例を周波数領域で示す。

【図11】図１１は、プローブ帯域幅が広い例を周波数領域で示す。

【図12】図１２は、ストークス光、ポンプ光、およびプローブ光を時間領域で示す。

【図13】図１３は、ＴＤ－ＣＡＲＳスペクトルの例を示す。

【図14】図１４は、ストークス光、ポンプ光、およびプローブ光の異なる例を時間領域で示す。

【図15】図１５は、本システムにおける処理を示すフローダイヤグラムである。

【図16】図１６は、光学システムの異なる実施形態を示す。

【図17】図１７は、光学システムのさらに異なる実施形態を示す。

【図18】図１８は、光学システムのさらに異なる実施形態を示す。

【図19】図１９は、光学システムのさらに異なる実施形態を示す。

【図20】図２０は、光学システムのさらに異なる実施形態を示す。

【図21】図２１は、光学システムのさらに異なる実施形態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0019】

添付の図面に図示されて以下の説明で詳述される非限定的な実施形態を参照することにより、本明細書の実施形態およびその様々な特徴と有利な詳細は、より詳しく説明される。本明細書の実施形態を必要もなく不明瞭にしないために、周知の構成要素および処理技術の説明は省略される。本明細書で説明される例は、本明細書の実施形態が実施され得る方法の理解を容易にし、当業者であれば本願の実施形態を実践できるようにすることを意図しているに過ぎない。したがって、実施例は、本明細書の実施可能な形態の範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。

【0020】

図１は、ハイブリッド光学システム１０を含むシステム１の１つの実施形態を示す。システム１は、ハイブリッド光学システム１０と制御装置５５とを含む。ハイブリッド光学システム（混合光学システム、複合光学システム）１０は、ＯＣＴ（光コヒーレンストモグラフィー、断層映像法、光干渉断層映像）およびＣＡＲＳ（コヒーレントアンチストークスラマン分光法、コヒーレント反ストークスラマン散乱）を用いて、人体などのターゲット（対象物、測定対象）５の表面および内部の状態および組成を示すデータを取得する。制御装置（コントローラ）５５は、ＯＣＴによりターゲット５の状態を検証（確認）し、ＣＡＲＳにより内部組成（成分）の分析を行う分析装置（分析器）５６を含む。

【0021】

ハイブリッド光学システム（光学システム）１０は、レーザーソース（レーザー源）３０を有し、レーザー源３０は、ストークス光（ストークスビーム、ストークスパルス、第１の光）１１およびポンプ光（励起光、ポンプビーム、ポンプパルス、第２の光）１２のための第１の波長１０４０ｎｍの第１のレーザ３０ａと、ＯＣＴ光１３およびプローブ光（プローブビーム、第４の光）１４のための第２の波長７８０ｎｍを有する第２のレーザー３０ｂとを出力する。好ましいレーザー源３０の１つは、ファイバレーザーである。第１のレーザー３０ａは、数１０から数１００ｍＷの１から数１００ｆＳ（フェムト秒）オーダーのパルスを含んでもよい。第２のレーザ３０ｂは、数１０から数１００ｍＷの１から数１０ｐＳ（ピコ秒）オーダーのパルスを含んでもよく、波長７８０ｎｍの第２のレーザ３０ｂは、波長１５６０ｎｍの発振源から生成されてもよい。

【0022】

光学システム１０は、光路を形成するためのフィルタ、ミラー、ダイクロイックミラー、プリズムなどの複数の光学素子３２を含み、レーザー光を分離し、また、組み合わせる（結合するする）。光学システム１０は、波長１０８０から１３００ｎｍの第１の領域（波長領域）Ｒ１のストークス光（第１の光）１１を、ポンプ光１２と共通の第１のレーザー３０ａから、ＰＣＦ（フォトニッククリスタルファイバ、またはファイバ）２１を通して供給するように構成されたストークス光路（第１の光路、ストークスユニット）２１を含む。光学システム１０は、第１の波長領域（第１の領域）Ｒ１よりも短い波長１０７０ｎｍの第２の領域（波長領域）Ｒ２のポンプ光（第２の光）１２を、ストークス光１１と共通する第１のレーザー３０ａから供給するように構成されたポンプ光路（第２の光路、ポンプユニット）２２を含む。光学システム１０は、光路２１から供給されるストークス光１１と、光路２２から供給されるポンプ光１２とを光入出力ユニット２５に供給する共通の光路２８ａを含む。光路２１、２２、および２８ａは、各光路を構成するために必要なフィルタ、ファイバ、ダイクロイックミラー、プリズム等の光学素子３２を含む。後述する光路についても同様である。

【0023】

光学システム１０は、第２の波長領域Ｒ２よりも短い波長６２０から７８０ｎｍの第３の領域（波長領域）Ｒ３のＯＣＴ光（第３の光）１３を、プローブ光１４と共通する第２のレーザー３０ｂからのファイバ２３ａを通して供給するように構成されたＯＣＴ光路（第３の光路）２３をさらに含む。光学システム１０は、第２の波長領域Ｒ２よりも短く、第３の波長領域Ｒ３より大きいかまたは含まれる波長７８０ｎｍの第４の領域（波長領域）Ｒ４のプローブ光（プローブビーム、プローブパルス、第４の光）１４を、ＯＣＴ光１３と共通の第２のレーザー３０ｂから供給するように構成されたプローブ光路（第４の光路、プローブユニット）２４をさらに含む。光学システム１０は、光路２３から干渉器（インターフェロミタ）３５を介して供給されるＯＣＴ光１３と、光路２４から供給されるプローブ光１４を、光入出力ユニット２５に供給する共通の光路２８ｂを含む。

【0024】

プローブ光路２４は、プローブ光（第４の光）１４の放出（放射）とポンプ光（第２の光）１２の放出（放射）との間の時間差を制御するように構成された時間遅延ユニット２４ａを含む。時間遅延ユニット（タイムディレイユニット）は、複数のコリメータと、コリメータ間の距離を制御することができる電動の遅延ステージとを有してもよい。時間遅延は、制御装置５５のレーザー制御ユニット５８によって制御されてもよい。時間遅延ユニット２４ａを用いることにより、プローブ光路２４は、ポンプ光１２の放出から時間差を設けてプローブ光１４を供給し、光入出力ユニット２５を介してターゲット５に放出（放射）することができる。

【0025】

光学システム１０は、共通光路２８ｃを介して、ストークス光１１、ポンプ光１２、プローブ光１４、およびＯＣＴ光１３をターゲット５に同軸状に出力し、ターゲットからの光を取得するように構成された光入出力ユニット（光Ｉ／Ｏユニット、光学ユニット）２５をさらに含む。典型的な光入出力ユニット２５は、対物レンズまたはレンズシステムであり、ターゲット５に対面（対向）し、レンズ２５を通して、ストークス光１１、ポンプ光１２およびプローブ光１４をターゲット５に向けて放出または放射し、ＣＡＲＳ光（ＴＤ－ＣＡＲＳ光）１７をターゲット５から取得または受信する。さらに、レンズ２５を通して、ＯＣＴ光１３がターゲットへ放出または放射され、反射光１５がターゲット５から取得または受信される。したがって、光学システム（光システム）１０は、後方散乱ＣＡＲＳ光（Ｅｐｉ－ＣＡＲＳ）１７を取得し、後方散乱ＣＡＲＳ１７を光学Ｉ／Ｏユニット２５から導くように構成された第１の入力光路２８ｃを含む。

【0026】

図２は、インターフェロミタ（干渉器）３５の一例を示す。インターフェロミタ３５は、ＯＣＴ光１３から参照光１３ｒを分離するように構成され、参照ミラー３４ｍを含む参照ユニット３４を含む。ファイバインターフェロミタ３５は、光を分離および組み合わせるための４つのアーム（光路）を含む。ＯＣＴ光１３においては、ポート３５ａから入力された光の一部が参照光１３ｒとして分離され、ポート３５ｃを通って参照ミラー３４ｍに向かい、他の部分は、ポート３５ｂを通ってサンプル（物体、ターゲット）５に出力される。ターゲット５から返された（戻った、反射された）ＯＣＴ光１５は、ポート３５ｂを介して入力され、参照光１３ｒと重畳され、または結合（組み合わされ）され、干渉光１６が生成される。干渉光１６は、ポート３５ｄを介して検出装置５０に出力される。また、ＣＡＲＳ光１７は、ポート３５ｂおよび３５ｄを用いて、干渉器３５を通って、検出装置５０に供給される。

【0027】

光学システム１０では、上記光路を用いて、レーザー源３０側から順に、ＯＣＴ光１３がプローブ光１４と組み合わされ、組み合わされた光はさらにストークス光１１およびポンプ光１２と組み合わされ、それから対物レンズ（レンズシステム）などの光学入出力ユニット２５を介して、組み合わされた光を、人の皮膚などのターゲット５に向けて放出、または放射する。ターゲット５からの反射光または生成された光（反射光１５およびＣＡＲＳ光１７）は、光学ユニット２５の対物レンズを通して取得され、光学システム１０の光路に戻る。

【0028】

ＯＣＴ光１３とプローブ光１４とを組み合わせるためのダイクロイックミラー等の光学素子は、波長６２０から７８０ｎｍのＯＣＴ光の反射光１５およびＣＡＲＳ光を選択するように構成されたセパレータまたは選択ユニットであってもよい。本システム１０では、波長領域Ｒ４よりも短く、第３の波長領域Ｒ３と少なくとも一部が重なる、波長６８０から７６０ｎｍの領域（波長領域）Ｒ５のＴＤ－ＣＡＲＳ光１７が、取得した光から分離され、検出装置５０に供給される。ＴＤ－ＣＡＲＳ光１７は、ターゲット５において、ストークス光１１、ポンプ光１２およびプローブ光１４により生成される。この光学システム１０では、ＴＤ－ＣＡＲＳ光１７および干渉光１６の両方が、インターフェロミタ３５を介して検出装置５０に供給されるが、干渉光１６を生成し、干渉光１６およびＴＤ－ＣＡＲＳ光１７を検出装置５０に供給するための他の光路を備えた光学システム１０であってもよい。

【0029】

光学システム１０の検出装置（検出器）５０は、ＴＤ－ＣＡＲＳ光１７および干渉光１６の両方に共通の検出波長領域ＤＲを含む。典型的には、検出装置５０は、ＯＣＴ光１３の波長領域Ｒ３およびＴＤ－ＣＡＲＳ光１７の波長領域Ｒ５のうちの大きい方と同じ検出領域（測定領域）ＤＲを有してもよい。例えば、この光学システム１０では、ＴＤ－ＣＡＲＳ光１７が検出対象であり、波長６８０から７６０ｎｍの領域Ｒ５を有する。したがって、波長６２０から７８０ｎｍの第３の領域Ｒ３のＯＣＴ光１３が適用され、検出領域ＤＲを、波長６２０から７８０ｎｍの領域、またはそれ以上の領域をカバーするように設定できる。ＣＡＲＳ検出とＯＣＴ検出とで検出波長領域ＤＲが共有される、単一で共通の検出装置５０を採用することにより、システム構成が簡素化され、ＣＡＲＳの検出装置としての分光分解能を向上でき、ＯＣＴ画像の深度も向上できる。ストークス光１１とポンプ光１２とで生成されるＣＡＲＳ光（すなわち、ポンプ光１２の波長領域Ｒ２と同じ波長領域のプローブ光を用いる場合）を検出対象とする場合、ＣＡＲＳ光は、波長領域Ｒ２よりも短い９００から１０００ｎｍ程度の波長領域を有する。このため、波長９００から１０００ｎｍの領域を超える波長領域を有するＯＣＴ光１３が適用され、検出領域ＤＲをＯＣＴ光の波長領域、例えば波長８００から１０００ｎｍをカバーするように設定してもよい。いずれにせよ、検出装置５０の検出波長領域ＤＲは、第２の波長領域Ｒ２以下に設定される。この光学システム１０では、ＣＡＲＳ光１７とＯＣＴ光１３が、単一の検出装置５０の同じスペクトル領域を使用することから、時分割スキャンを適用してもよい。

【0030】

光学システム１０は、さらに、ＣＡＲＳ光１７と干渉光１６とを時分割的な方法で生成または供給するように切り替えるための光学素子３３ａを含む。光学システム１０は、さらに、第２のレーザー光（共通光源）３０ｂからＯＣＴ光（第３の光）１３およびプローブ光（第４の光）１４の少なくとも一方を生成するように構成された生成光路３３を備え、この光路３３は、光学素子（スイッチングユニット）３３ａを含み、ＯＣＴ光（第３の光）１３とプローブ光（第４の光）１４とを切り替えて生成する。光学素子３３ａは、制御装置５５内のレーザー制御部５８の制御下で、プローブ光路２４とＯＣＴ光路２３とに対し、供給源のレーザー３０ｂの方向を変更するＭＥＭＳミラーであってもよい。光の方向を可動ミラー３３ａで変えることにより、光学素子３３ａに入射した全ての光を、ＣＡＲＳ光１７またはＯＣＴ光１３のどちらかの生成に利用できる。この光学システムでは、プローブ光１４と同じ光源からＯＣＴ光１３が生成され、ＯＣＴ光の生成はストークス光の生成とは独立している。このため、ＯＣＴ光１３に適した、良好なスペクトルをより柔軟かつ容易に得ることができる。一方、ＯＣＴ光の生成とストークス光の生成のそれぞれのため、ＰＣＦ（フォトニッククリスタルファイバ）２３ａおよび２１ａが必要となる。

【0031】

この光学システム１０では、光学素子３３ａを用いてプローブ光１４をカット（切断）することにより、ターゲット５において領域Ｒ５のＴＤ－ＣＡＲＳ光１７は生成されず、後述するように、ストークス光１１とポンプ光１２とにより、領域Ｒ３よりも長い波長領域のＣＡＲＳ光のみが生成され、ストークス光１１とポンプ光１２のみで生成されたＣＡＲＳ光は、この光学システム１０の検出装置５０では検出されない。制御装置５５内の分析装置（分析器）５６は、光学素子３３のスイッチングに同期して、検出装置５０からの信号がＯＣＴかＴＤ－ＣＡＲＳかを把握し、各信号を適切に分析することができる。

【0032】

ＣＡＲＳ顕微鏡とＯＣＴを組み合わせる従来のシステムでは、２つの検出装置を使用するか、あるいは１つの検出装置をＣＡＲＳを検出するために半分、ＯＣＴを検出するために半分に分割して使用していた。これは、ＣＡＲＳ光とＯＣＴ光のスペクトル領域が異なるためである。２つの検出装置を使用するシステムは複雑で大型になり、単一の検出装置を使用するシステムは、ＣＡＲＳのスペクトル分解能とＯＣＴの撮像深度が低下する。図１に示すシステム１は、１つの検出装置５０を使用するが、ＣＡＲＳおよびＯＣＴのため同じ（ほぼ同じ）スペクトル領域を有する。単一の検出装置５０を用いる場合、干渉器３５を通過した後のＯＣＴ信号（干渉光）１６のルーティングを変えて、ＴＤ－ＣＡＲＳ光１７と重ね、単一の検出装置５０に供給するようにしてもよい。この光学システム１０では、ＴＤ－ＣＡＲＳ光１７とＯＣＴ信号（反射光）１６の両方を干渉器３５を通して供給できる。

【0033】

図３は、この光学システム１０の波長プラン（波長設計）の一例を示す。光学システム１０は、最小限のハードウェアとコストで、いくつかの作動モードに対する要求を満たすようになっている。この光学システム１０に対する要件の１つが、ＣＡＲＳ放射がＴＤ－ＣＡＲＳ放射と重複しないことであってもよい。この光学システム１０に対する異なる要件の１つが、スペクトロメータの領域を共有するために、ＴＤ－ＣＡＲＳ放射が、ＯＣＴ励起と重複させることであってもよい。この光学システム１０に対するさらに異なる要件の１つが、図４に示すように、励起に関する光を、組織細胞を効率的に通過させることであってもよい。

【0034】

図４は、人体等の生体の内部状態を検出するのに有効な細胞組織（細胞）についての光学的な窓（光学的な開放領域）Ｒ９の一例を示す図である。図４に、水、メラニン、還元ヘモグロビン（Ｈｂ）、酸素化ヘモグロビン（ＨｂＯ２）などの生体の主要物質の相対的な吸光度を示している。波長領域６００ｎｍから１３００ｎｍの光は吸収されにくく、生体の測定に適している。図４に示す光学的な窓に基づくと、第１の領域Ｒ１のストークス光１１、第２の領域Ｒ２のポンプ光１２、第４の領域のプローブ光１４、および第３の領域Ｒ３およびＲ５のＯＣＴ光１３およびＴＤ－ＣＡＲＳ光１７を、６００ｎｍから１３００ｎｍの間の光学的な窓の領域に設けられることが望ましい。

【0035】

図３に示されたプラン（計画、設計）では、ストークス光１１は、波長１０８５から１２３０ｎｍ（４００ｃｍ^－１から１５００ｃｍ^－１）の第１の領域Ｒ１を有し、ポンプ光１２は、波長１０４０ｎｍの第２の領域Ｒ２を有し、プローブ光１４は、波長７８０ｎｍの第４の領域Ｒ４を有し、ＯＣＴ光１３は、波長６２０から７８０ｎｍの第３の領域Ｒ３を有し、ＴＤ－ＣＡＲＳ光１７は、波長６８０から７６０ｎｍの第５の領域Ｒ５を有する。領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４およびＲ５の全てが、波長６００ｎｍから１３００ｎｍの領域に含まれる。第２の領域Ｒ２は、第１の領域Ｒ１よりも短く、第３の領域Ｒ３は第２の領域Ｒ２よりも短く、第４の領域Ｒ４は第２の領域Ｒ２よりも短く、第３の領域Ｒ３よりも大きいか、またはその領域に含まれ、ＴＤ－ＣＡＲＳ１７の領域Ｒ５は、第４の領域Ｒ４よりも短く、少なくとも一部が第３の領域Ｒ３と重なる。

【0036】

図５から７は、ポンプ光（非遅延プローブ）１２と同じ波長、例えば１０４０ｎｍのプローブ光（時間遅延プローブ）１４を適用した場合のいくつかの波長プランを示す。プローブ光１４によるＴＤ－ＣＡＲＳ１７は、ストークス光１１およびポンプ光１２のみにより生成されるＣＡＲＳ１８と同じ領域で、ポンプ光１２の波長に対する分子振動Ωに対応する波長において生成されるので、ＴＤ－ＣＡＲＳ信号１７は、ＣＡＲＳ信号１８と干渉し、あるいは埋没してしまい、ＣＡＲＳ信号１８と区別できない。したがって、時間遅延信号は、異なる周波数で生成される必要があり、そのためにプローブパルス１４をシフトさせる（ずらす）必要がある。

【0037】

図８および図９は、ポンプ光１２の領域Ｒ２よりも短い波長領域Ｒ４、例えば７８０ｎｍを有するプローブ光１４を適用した場合の波長プラン（波長設計、波長計画）を示している。プローブ光１４の領域Ｒ４よりも短い波長領域Ｒ５を有するＴＤ－ＣＡＲＳ１７が生成される。すなわち、ストークス光１１およびポンプ光１２のみにより生じるＣＡＲＳ光の波長領域より短い波長領域Ｒ４のプローブ光１４を用いて、ポンプ光１２の放射からの時間差を設けることにより、ＣＡＲＳ光１８の波長領域よりも短い波長領域Ｒ５を有するＴＤ－ＣＡＲＳ１７が生成される。したがって、ＴＤ－ＣＡＲＳ１７とＣＡＲＳ１８との間に干渉は生じず、ＣＡＲＳ１８の干渉なしに、明瞭なＴＤ－ＣＡＲＳ１７を検出することができる。ストークス光１１とポンプ光１２のみにより生成されるＣＡＲＳ１８の波長領域より短い波長領域のプローブ光１４は、ストークス光１１、ポンプ光１２およびプローブ光１４により生じる時間差ＣＡＲＳ（時間依存ＣＡＲＳ、ＴＤ－ＣＡＲＳ）１７を検出するために必要とされるものであってもよい。

【0038】

図１０は、狭い帯域のプローブ光１４による明瞭なＴＤ－ＣＡＲＳスペクトル１７を示し、図１１は、幅広のプローブ光１４による、より幅広のＴＤ－ＣＡＲＳスペクトル１７を示す。周波数領域（周波数ドメイン、周波数空間）では、プローブ波長Ｒ４を、ポンプ波長１２から所定の最小量だけシフトする必要がある。これらの図から明らかなように、プローブの帯域幅が狭いと、明確なスペクトルが生成される。幅広のプローブは、いくつかの狭い周波数成分の組み合わせであることを示唆し、それぞれの周波数成分は、同じスペクトルを異なる位置に生成する。このため、スペクトルをなめらかにすると、特徴は洗い流されてしまい、スペクトルの分解能が失われる。プローブ光１４は、最適なスペクトル分解能を確保するために、分子の共振の線幅のオーダー程度の狭い帯域幅Ｒ４である必要がある。典型的なラマン線幅（Raman linewidth）は、約５から１５ｃｍ^－１であるので、プローブ帯域幅Ｒ４もまた、１５ｃｍ^－１程度であることが望ましい。時間領域（時間ドメイン、時間空間）では、プローブ光１４は、時間で探査（プロービング）して励起を分離するために、数ピコ秒のオーダーの時間幅を有してもよい。ポンプ光１２およびストークス光１１は、例えば、ｆｓ領域でなければならず、ポンプ光１２およびストークス光１１は、約２００ｆｓ以下の持続時間を有してもよい。

【0039】

図１２（ａ）は、ストークス光１１、ポンプ光１２、およびプローブ光１４の時間領域を示す。また、図１２（ａ）は、ポンプ光１２による信号（ＣＡＲＳ光）１８と、遅延プローブ光１４による信号（ＴＤ－ＣＡＲＳ光）１７とを含む。より高い周波数と狭いスペクトルの遅延されたプローブ光１４が、明瞭なＴＤ－ＣＡＲＳ信号１７を得るために要望される。

【0040】

図１２（ｂ）は、ＴＤ－ＣＡＲＳ信号がどのように働くかを示している。時刻ｔ０において、ストークス光１１とポンプ光１２がｆｓオーダーで励起される。線１９ａは電子応答（ＮＲＢ、負応答バイアス）を示し、線１９ｂは振動応答を示す。時間遅延プローブ信号１４を用いることで、振動応答はＴＤ－ＣＡＲＳ信号１７として検出可能である。

【0041】

図１３（ａ）は、遅延時間（時間差）を変化させたＴＤ－ＣＡＲＳスペクトルの例を示す。図１３（ａ）は高濃度グルコース溶液のスペクトルを示し、線４１は遅延なしのスペクトルを示し、線４２は４００ｆｓ（フェムト秒）後のスペクトルを示し、線４３は６００ｆｓ後のスペクトルを示し、線４４は７５０ｆｓ後のスペクトルを示し、線４５は８５０ｆｓ後のスペクトルを示し、線４６は９５０ｆｓ後のスペクトルを示し、線４７は１０２５ｆｓ後のスペクトルを示す。

【0042】

図１３（ｂ）は、ＴＤ－ＣＡＲＳ信号１７の全信号強度が低下する様子を示す。線４８は波長６２１から６３５ｎｍの信号を示し、線４９は波長６８５から７４５ｎｍの信号を示す。図示されているように、プローブが遅延すると、信号強度はゆっくりと減少し、電子応答（ＮＲＢ、ネガティブレスポンスバイアス）が急速に減衰するので、コントラストを改善できる。グルコースのピークは、プローブを遅延させるに伴って明らかに強調される。プローブパルス１４は、ピコ秒パルスであってもよく、電子応答の終端または終端近くから生成されてもよく、振動応答を非共振成分から分離することができる。

【0043】

図１４は、プローブ光１４の異なる実施形態を示す。プローブパルス１４は、ストークス光１１およびポンプ光１２に先立って、またはそれらと同時に生成され、振動応答の持続時間まで放出されてもよい。

【0044】

図１５は、本実施形態のシステム１により実行される処理の一例を示すフロー図（フローチャート）である。本実施形態では、制御装置５５のメモリに格納されたプログラム（プログラム生産、ソフトウェア、アプリケーション）５９が提供され、メモリ、ＣＰＵ等のコンピュータ資源を備えた制御装置５５で処理が実行される。プログラム（ソフトウェア）５９は、プロセッサあるいはコンピュータで読み取り可能な他の媒体に記録されて提供されてもよい。

【0045】

ステップ７１において、レーザー制御装置５８は、レーザー源３０および光学システム１０を制御し、第１の波長領域Ｒ１のストークス光（第１の光）１１と、第１の波長領域Ｒ１よりも短い第２の波長領域Ｒ２のポンプ光（第２の光）１２とを、光入出力ユニット（光学ユニット）２５を通して放出（放射）する。ステップ７２において、レーザー制御装置５８は、レーザー源３０と光学システム１０とを制御して、ポンプ光１２の放出から時間差を設けて第４の波長領域Ｒ４のプローブ光（第４の光）１４を放出する。ステップ７２において、時間遅延ユニット２４ａを用いて、プローブ光１４を、ポンプ光の放射からの時間差を変化させながらターゲット５へ放出してもよい。

【0046】

ステップ７３において、検出装置５０は、ストークス光１１、ポンプ光１２およびプローブ光１４によりターゲット５において生じた（生成された）ＴＤ－ＣＡＲＳ光を検出する。ステップ７４において、分析装置５６のＴＤ－ＣＡＲＳ分析モジュール５６ｂは、ＴＤ－ＣＡＲＳ光１７の検出結果を用いて、ターゲット５の一部の組成の少なくとも一部を分析してもよい。

【0047】

ステップ７５において、ステップ７４の前後あるいは並行して、レーザー制御装置５８は、レーザー源３０と光学システム１０とを制御して、第３の波長領域Ｒ３のＯＣＴ光１３（第３の光）を、光学ユニット２５を通して、プローブ光１４に対し時分割で、ターゲット５へ放出する。ステップ７６において、検出装置５０は、参照光１３ｒとターゲット５からの反射光１５とで生成された干渉光１６を、ＴＤ－ＣＡＲＳ光１７に対し時分割で検出する。干渉光１６の第３の領域Ｒ３は、ＴＤ－ＣＡＲＳ光１７の領域Ｒ５と少なくとも部分的に重なっており、検出装置５０は、ＴＤ－ＣＡＲＳ光１７と干渉光１６とで共有される検出波長領域を含むためである。

【0048】

ステップ７７において、分析装置５６のＯＣＴ分析モジュール５６ａは、検出装置５０によって検出された干渉光１６からＯＣＴ画像を生成してもよく、分析装置５６のモニタリングモジュール５６ｃは、ＴＤ－ＣＡＲＳ光１７が生じたターゲット５の部分を確認（検証）してもよく、ＴＤ－ＣＡＲＳ光１７による情報の信頼性を確認し、ＯＣＴ画像の情報とＴＤ－ＣＡＲＳ光の情報とを連携させてターゲット５を分析することができる。

【0049】

図１６は、システム１の異なる実施形態を示し、光学システム１０ａを含む。この光学システム１０ａは、光入出力ユニット２５に対しターゲット（サンプル）５の反対側に設けられた光入力ユニット２６と、光入力ユニット２６からのＣＡＲＳ光（前方向ＴＤ－ＣＡＲＳ光）１７を、ＯＣＴ光１３と反射光１５とで共有される共通光路２８ｂに導くように構成された第２の入力光路２７とを含む。この図に示された光学システム１０ａの他の光路および素子は、図１に示された光学システム１０の光路および素子と共通する。

【0050】

図１７は、システム１のさらに異なる実施形態を示し、光学システム１０ｂを含む。この光学システム１０ｂは、ＴＤ－ＣＡＲＳ１７を生成するための光とは独立して、波長領域Ｒ３のＯＣＴ光１３を供給するように構成されたレーザー源３１を含む。レーザー源３１は、波長領域Ｒ３のレーザー光３１ａを出力してもよく、波長領域を拡張または広帯化するためのファイバ２４ａを含んでもよい。ストークス光１１、ポンプ光１２およびプローブ光１４を出力するためのレーザー源３０と、ＯＣＴ光１３を出力するためのレーザー源３１とは、制御装置５５のレーザー制御ユニット５８により、各レーザー光を時分割で、または交互に放出するように制御されてもよい。プローブ光１４とＯＣＴ光１３とを供給するためにレーザー光３０ｂをスイッチングする光学素子３３ａは必要とされない。光学システム１０ｂの他の光路および素子は、図１に示した光学システム１０と共通する。

【0051】

図１８は、システム１のさらに異なる実施形態を示し、光学システム１０ｃを含む。この光学システム１０ｃは、ストークス光（第１の光）１１と共通の光源３７からのＯＣＴ光（第３の光）１３を生成するように構成された生成光路３６を備える。この光学システム１０ｃでは、ＰＣＦ（フォトニッククリスタルファイバ）２１ａが、レーザー光３０ａを拡張（広帯域化）し、ストークス光１１の波長領域Ｒ１およびＯＣＴ光１３の波長領域Ｒ３の帯域をカバーし、ダイクロイックミラー２１ｂがＯＣＴ光１３をＯＣＴ光路２３に分離する。

【0052】

図１９は、システム１のさらに異なる実施形態を示し、光学システム１０ｄを含む。この光学システム１０ｄは、ストークス光（第１の光）１１と共通の光源３７からＯＣＴ光（第３の光）１３を生成するように構成された生成光路３６を含む。この光学システム１０ｄでは、ＰＣＦ２１ａがレーザー光３０ａを拡張してストークス光１１の領域Ｒ１をカバーし、ダイクロイックミラー２１ｂが、８５０ｎｍ付近の光１３ｘをＯＣＴ光路２３に分離して第２のファイバ２３ａの入力とし、領域Ｒ３のＯＣＴ光１３を生成する。この光学システム１０ｄでは、ストークス光１１と共通の光３７からＯＣＴ光１３が生成されるが、ファイバ２１ａおよび２３ａのそれぞれが、ストークス光１１およびＯＣＴ光１３を生成するために用いられ、ＣＡＲＳ光１７およびＯＣＴ干渉光１６のそれぞれを生成するための最適なスペクトルを得ることができる。

【0053】

図２０は、システム１のさらに異なる実施形態を示し、光学システム１０ｅを含む。この光学システム１０ｅは、ストークス光（第１の光）１１およびポンプ光（第２の光）１２に共通のレーザー光３０ａからＯＣＴ光（第３の光）１３を生成するように構成された生成光路３８を含む。この光学システム１０ｅでは、プローブ信号１４がピコ秒パルス、ポンプ信号１２のためのレーザー源３０ａがフェムト秒パルスであることから、生成されるＯＣＴスペクトルの特性は、上記で説明した実施形態とは大きく異なる可能性がある。

【0054】

図２１は、システム１のさらに異なる実施形態を示し、光学システム１０ｆを含む。この光学システム１０ｆは、レーザー光３０ａを、スイッチング素子３８ａにより、ＯＣＴ光路２３と、ストークス光１１およびポンプ光１２のための光路２１および２２とに時分割で切り替えて共通のレーザー光３０ａによりＯＣＴ光（第３の光）１３を生成するように構成された生成光路３８を含む。

【0055】

本明細書では、ＣＡＲＳ光とＯＣＴ光を用いるシステム１は、（ａ）第１の波長領域を有する第１の光１１を放出（放射、照射）するように構成された第１のユニット２１と、（ｂ）第１の波長領域よりも短い第２の波長領域を有する第２の光１２を放出するように構成された第２のユニット２２と、（ｃ）第２の波長領域よりも短い第３の波長領域を有する第３の光１３を放出するように構成された第３のユニット２３と、（ｄ）第１の光１１、第２の光１２、および第３の光１３を同軸状にターゲット（サンプル）５に出力し、ターゲット５からの光を取得するように構成された光学ユニット２５と、（ｅ）第３の光１３から参照光１３ｒを分離するように構成された参照ユニット３４と、（ｆ）取得した光から、第３の光の反射光１５と、第１の光および第２の光によりターゲットで生じるＣＡＲＳ光であって、第３の領域と少なくとも部分的に重なる波長領域を有するＣＡＲＳ光１７とを選択するように構成された選択ユニット２８ｂと、（ｇ）ＣＡＲＳ光１７と、参照光１３ｒおよび第３の光の反射光１５の組み合わせである干渉光１６とを検出するように構成された検出装置５０とを有する。なお、第１の光１１はストークス光（ストークスビーム）であってもよく、第２の光１２はポンプ光（ポンプビーム、励起光）であってもよく、第３の光１３はＯＣＴ用の光（ビーム）であってもよい。

【0056】

本明細書には、方法も開示されている。この方法は、（ｉ）第１の波長領域の第１の光１１と、第１の波長領域よりも短い第２の波長領域の第２の光１２とを、それらの光１１および１２を同軸状にターゲット５に出力するように構成された光学ユニット２５を介して放出（放射、照射）し、ターゲット５からの光を取得することと、（ｉｉ）第１の光１１および第２の光１２により生成されたＣＡＲＳ光１７を、取得された光から選択するように構成された選択ユニット２８ｂを通して、検出装置（検出器）によりＣＡＲＳ光１７を検出することと、（ｉｉｉ）第２の領域よりも短い第３の波長領域の第３の光１３であって、第３の波長領域がＣＡＲＳ光１７の波長領域に少なくとも部分的に重なる第３の光１３を、光学ユニット２５を通して、ターゲット５へ放出することと、（ｉｖ）第３の光１３から分離された参照光１３ｒおよび光学ユニット２５を通じて取得された第３の光の反射光１６を組み合わせた（重ね合わせた）干渉光１６を、検出装置５０により検出することとを有する。

【0057】

また、第４のユニット２４をさらに含むシステム１も本明細書に開示されている。第４のユニット２４は、第２の波長領域よりも短く、第３の波長領域よりも大きい第４の波長領域の第４の光（プローブ光、プローブビーム）１４を放射するように構成され、ＯＣＴ光１３の第３の領域と少なくとも部分的に重なり、第４の領域よりも短い波長領域を有するＣＡＲＳ（ＴＤ－ＣＡＲＳ、時間遅延ＣＡＲＳ、時間分解ＣＡＲＳ）光１７を生成する。第４のユニット２４は、第４の光と第２の光との間の時間差（時間遅れ）を制御するように構成された時間遅延ユニット２４ａを含んでもよい。また、上記の方法であって、第４の光１４を放射することをさらに含む方法が本明細書に開示されている。

【0058】

以上には、第１の波長領域の第１の光を供給するように構成された第１の光路と、前記第１の波長領域よりも短い第２の波長領域の第２の光を供給するように構成された第２の光路と、前記第２の波長領域よりも短い第３の波長領域の第３の光を供給するように構成された第３の光路と、前記第１の光、前記第２の光、および前記第３の光をターゲットに向けて放出し、前記ターゲットからの光を得るように構成された光入出力ユニットと、前記第３の光から参照光を分離するように構成された参照ユニットと、検出波長領域を含む検出装置であって、少なくとも前記第１の光および前記第２の光により前記ターゲットにおいて生じ、前記第３の波長領域と少なくとも一部が重複する波長領域を含むＣＡＲＳ光と、前記ターゲットからの反射光および前記参照光により生ずる干渉光との両方に前記検査波長領域の少なくとも一部が共通する検出装置とを有するシステムが開示されている。このシステムは、前記ＣＡＲＳ光と前記干渉光とを、時分割で生成または供給するためのスイッチング用の光学素子をさらに有してもよい。このシステムは、前記第２の波長領域よりも短く、前記第３の波長領域よりも大きいか、または含まれる第４の波長領域の第４の光を、前記光入出力ユニットを介して放出するために供給するように構成された第４の光路をさらに有し、前記第４の波長領域よりも短く、前記第３の波長領域と少なくとも一部が重なる波長領域の前記ＣＡＲＳ光を、前記第１の光、前記第２の光、および前記第４の光により生じさせてもよい。前記第４の光路は、前記第４の光の放出と前記第２の光の放出との間の時間差を制御するように構成された時間遅延ユニットを含んでもよい。このシステムは、さらに、前記第３の光および前記第４の光の少なくともいずれかを共通の光源から生成するように構成された生成用の光路を備えてもよい。前記生成用の光路は、前記第３の光と前記第４の光とを切り替えて生成するスイッチングユニットを含んでもよい。このシステムは、前記第１の光または前記第２の光と共通の光源から前記第３の光を生成するように構成された生成用の光路をさらに有してもよい。このシステムは、前記光入出力ユニットから前記ＣＡＲＳ光を導くように構成された第１の入力用の光路をさらに有してもよい。このシステムは、前記ターゲットに対し、前記光入出力ユニットの反対側に配置された光入力ユニットから前記ＣＡＲＳ光を導くように構成された第２の入力用の光路を、さらに有していてもよい。このシステムは、ＰＣＦ（フォトニッククリスタルファイバ）を用いて前記第２の光から前記第１の光を生成するように構成された第２の生成用の経路をさらに有してもよい。前記第１の波長領域、前記第２の波長領域、および前記第３の波長領域が、６００ｎｍから１３００ｎｍの間の波長領域に含まれてもよい。このシステムは、前記ＣＡＲＳ光の検出結果を用いて前記ターゲットの組成の少なくとも一部を分析するための分析装置をさらに有してもよい。前記分析装置は、前記干渉光によって確認された前記ターゲットの一部を分析するためのユニットを含んでもよい。

【0059】

上記には、第１の波長領域の第１の光と、前記第１の波長領域よりも短い第２の波長領域の第２の光とを、前記第１の光および前記第２の光をターゲットに出力し、前記ターゲットからの光を取得するように構成された光学ユニットを介して、放出することと、少なくとも前記第１の光および前記第２の光により前記ターゲットにおいて生じたＣＡＲＳ光を検出装置によって検出することと、前記第２の波長領域よりも短い第３の波長領域の第３の光であって、前記第３の波長領域が前記ＣＡＲＳ光の波長領域と少なくとも部分的に重なる第３の光を、前記光学ユニットを介して前記ターゲットへ放出することと、前記第３の光から分離された参照光と前記ターゲットからの反射光とにより生じる干渉光を、前記ＣＡＲＳ光および前記干渉光に共通する検出波長領域を含む前記検出装置により検出することとを有する方法が開示されている。この方法は、前記第２の波長領域よりも短く、前記第３の波長領域よりも大きいか、または含まれる第４の波長領域の第４の光を、前記第２の光の放出から時間差で放出することをさらに有し、前記ＣＡＲＳ光を検出することは、前記第１の光、前記第２の光、および前記第４の光によって生じるＣＡＲＳ光であって、前記第４の波長領域よりも短い波長を含むＣＡＲＳ光を検出することを含んでもよい。前記第４の光を放出することは、前記第２の光の放出からの前記時間差を可変することを含んでもよい。この方法は、分析対象の前記ターゲットの部分を確認することと、前記ＣＡＲＳ光の検出結果を用いて、前記ターゲットの前記部分の組成の少なくとも一部を分析することとをさらに有してもよい。

【0060】

上記には、さらに、第１の波長領域のストークス光を、光学ユニットを介してターゲットへ放出するために供給するように構成されたストークスユニットと、前記第１の波長領域よりも短い第２の波長領域のポンプ光を、前記光学ユニットを介して前記ターゲットへ放出するために供給するように構成されたポンプユニットと、前記ストークス光と前記ポンプ光とにより生ずるＣＡＲＳ光の波長領域よりも短い第４の波長領域のプローブ光を、前記ポンプ光の放出から時間差を設けて前記光学ユニットを介して前記ターゲットへ放出するために供給するように構成されたプローブユニットと、前記ストークス光、前記ポンプ光、および前記プローブ光により前記ターゲットで生ずる、前記第４の波長領域よりも短い波長領域のＴＤ－ＣＡＲＳ光を検出するように構成された検出装置とを有するシステムが開示されている。前記プローブユニットは、前記プローブ光の放出と前記ポンプ光の放出との時間差を制御するように構成された時間遅延ユニットを含んでもよい。

【0061】

上記には、第１の波長領域のストークス光と、前記第１の波長領域よりも短い第２の波長領域のポンプ光とをターゲットへ放出することと、前記ストークス光と前記ポンプ光とにより生じるＣＡＲＳ光の波長領域よりも短い第４の波長領域のプローブ光を、前記ポンプ光の放出に対し時間差を設けて前記ターゲットへ放出することと、前記ストークス光、前記ポンプ光、および前記プローブ光により前記ターゲットで生じる、前記第４の波長領域よりも短い波長領域のＴＤ－ＣＡＲＳ光を検出することとを有する方法が開示されている。前記プローブ光を放出することは、前記ストークス光および前記ポンプ光の放出からの前記時間差を変化させて前記プローブ光を放出することを含んでもよい。

【0062】

上記には、さらに、ターゲットに光学ユニットを介して光を放出するためのユニットと前記ターゲットからの光を検出するための検出器とを含む装置を操作するコンピュータのためのコンピュータプログラムが開示されている。このコンピュータプログラムは、第１の波長領域の第１の光と、前記第１の波長領域よりも短い第２の波長領域の第２の光とを前記光学ユニットを介して前記ターゲットに放出するステップと、前記第１の光および前記第２の光によりターゲットにおいて生ずるＣＡＲＳ光を前記検出器により検出するステップと、前記第２の波長領域よりも短い第３の波長領域の第３の光であって、前記第３の波長領域が、前記ＣＡＲＳ光の波長領域と少なくとも部分的に重なる第３の光を、前記光学ユニットを介して前記ターゲットに放出するステップと、前記第３の光から分離された参照光と、前記光学ユニットを介して得られる反射光とにより生ずる干渉光を前記検出器により検出するステップとを実行するための実行可能なコードを含む。

【0063】

特定の実施形態に関する上記の説明は、本明細書の実施形態の一般的な性質を十分に明らかにするものであり、現在の知識を応用することにより、一般的な概念から逸脱することなく、そのような特定の実施形態を様々な用途のために容易に修正および／または適合が可能であり、したがって、そのような適合および修正は、開示された実施形態の等価のものとして、および範囲内として理解されるべきであり、そのように意図される。本明細書で採用されている表現または用語は、説明するためのものであり、限定するためのものではないことを理解されたい。したがって、本明細書の実施形態は好ましい実施形態の観点から説明されてきたが、当業者であれば、本明細書の実施形態は添付の特許請求の範囲の精神および範囲内で修正を加えて実施することができることを認識するであろう。

【符号の説明】

【0064】

１０ 光学システム、 １１ 第１の波長領域の第１の光
１２ 第１の波長領域よりも短い第２の波長領域の第２の光
１３ 第２の波長領域よりも短い第３の波長領域の第３の光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】