多色偏光顕微鏡: 無色の世界に色をもたらす

Scientific Reports volume 5、記事番号: 17340 (2015) この記事を引用

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メトリクスの詳細

結合された 2 つの白色光ビームの干渉により、一方のビームが他方のビームに対して 400 nm から 2000 nm だけ遅れた場合、ニュートン色が生成されます。 この場合、対応する干渉スペクトル成分はビームの組み合わせで 2 つのスカラーとして追加されます。 リターダンスが 400 nm 未満の場合、2 光束干渉によりグレー シェードのみが生成されます。 干渉色は、鉱物学における複屈折サンプルの分析に広く使用されています。 しかし、多くの生物学的構造のリターダンスは 100 nm 未満です。 したがって、通常の偏光顕微鏡下では細胞や組織は灰色の画像として見え、特定の方向でコントラストが消失します。 ここでは、複屈折構造の配向によって色相が決まり、数ナノメートルのリターダンスで全スペクトル色が生成される、偏光のベクトル干渉を使用することを初めて提案しています。 以前は無色であった細胞小器官、細胞、組織の複屈折画像が鮮やかな色になります。 このアプローチは、弱い複屈折構造を持つ生物学的標本の研究、さまざまな病気の診断、低複屈折結晶のイメージング、光線の色を制御するための新しい方法の作成に新たな可能性を切り開く可能性があります。

自然な白色光は、380 nm ～ 700 nm の範囲の波長を持つ単色波の混合物で構成されています1。 光線が 2 つの部分に分かれて再結合すると、干渉が観察されます。 それぞれの単色波は独自の干渉パターンを生成します。 一部の波は破壊的な干渉を受け、その強度が減少します。 建設的な干渉により、他の波の強度が増加します。 結合されたビームはニュートンの干渉色を示します。 色相は、弱め合う干渉によりスペクトルから欠落した波長によって決まります。

干渉色には 2 つのタイプがあり、1 つは 2 つの干渉ビーム間の初期位相シフトがゼロ (白い無彩色フリンジ、強め合う干渉)、もう 1 つは最初の半波長位相シフトがある (黒い無彩色フリンジ、弱め合う干渉) 2、3、4、5 。 これらは、ニュートンの色スケールで表される補色シーケンスを生成します。 2 番目のタイプの干渉色は、シャボン玉、2 つの近接した球面および平坦なガラス表面 (ニュートン カラー リング)、水たまりの油膜、または濡れたアスファルト上のオイル スポットなどからの反射中に現れます。このタイプの干渉は、干渉および干渉で使用されます。低いリターダンス変化に対して感度が高く、ショットノイズが少ないため、偏光顕微鏡に最適です。 リターダンスが小さい（<200 nm）場合、すべての波長で相殺的干渉が同時に緩和され、最初は白色のスペクトル組成で領域の明るさが増加します。 しかし、リターダンスが 400 nm に近づくと、スペクトルの青色部分が抑制され、標本は黄色になり、次に赤色になります。 リターダンスが 600 nm に達すると、スペクトルの赤色部分が遮断され、試料は青色、次に緑色に変わります。 リターダンスが 2000 nm に達するまで、この順序で色がさらに 3 回変化します。 その後、干渉色が白くなり、その領域のスペクトル組成を使用してリターダンスを確実に決定できなくなります。 偏光着色は、長年にわたって鉱物学および岩石学で広く使用されてきました6、7、8、9、10、11、12。 しかし、多くの生物標本は数十nm以下のリターダンスを示し、したがって無色であるため、これまでこの現象を生物学に利用することはできませんでした。

数nmのリターダンスで干渉色を発現する新しい多色偏光顕微鏡（多色ポールスコープ）を開発しました。 従来のニュートン カラーでは、同じ偏光状態とビーム振幅を持つ干渉ビームを 2 つのスカラーとして追加する必要があります。 干渉色を生成するアプローチでは、ビームの偏光と干渉ビームの振幅を利用し、これらを 2 つのベクトルとして加算します。 多色ポルスコープでは、色相は複屈折構造のリターダンスではなく、複屈折構造の配向によって決まります。 したがって、より低いリターダンスでフルスペクトルの色を実現できます。 多色ポルスコープは、デジタル計算を必要とせずに、方向に依存しない複屈折画像を表示します。 目またはカメラは、リターダンスに対応する明るさと遅軸の配向に対応する色で、接眼レンズを介してリアルタイムで着色された偏光画像を直接見ることができます。 以前は無色だった細胞小器官、細胞、組織の複屈折画像が鮮やかな色になります。