WO2012127880A1 - Observation device and observation method - Google Patents

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Abstract

An observation device is provided with: a branch means for branching incident light into reference light and measurement light; an illumination optical system that irradiates a subject to be observed with the measurement light along the predetermined direction; an observation optical system that is arranged on a side different from the illumination optical system with respect to the subject to be observed, and receives observation light traveling toward the direction different from the predetermined direction among the measurement light passing through the subject to be observed; a combination optical system that guides the reference light to the observation optical system to combine the reference light and the observation light; and a detection device that receives the reference light and the observation light, which are combined by the combination optical system, to detect the interference intensity of the reference light and the observation light, thereby enabling detection on the basis of light transmitting through the subject to be observed.

Description

観察装置および観察方法Observation apparatus and observation method
 本発明は、観察装置および観察方法に関する。 The present invention relates to an observation apparatus and an observation method.
 非破壊断層計測技術の1つに光コヒーレンストモグラフィー(OCT)がある(非特許文献1等を参照)。OCTは、波長幅の広い光をプローブとして用いることにより、被観察物の屈折率分布、分光情報、偏光情報等を計測することができる。そして、被観察物の3次元構造を、非染色・非侵襲で観察することができることが挙げられる。よって、OCTは、生体内細胞などに好適である。 There is optical coherence tomography (OCT) as one of the non-destructive tomographic measurement technologies (see Non-Patent Document 1, etc.). OCT can measure the refractive index distribution, spectral information, polarization information, and the like of an object to be observed by using light having a wide wavelength range as a probe. In addition, it is possible to observe the three-dimensional structure of the object to be observed without staining or noninvasively. Therefore, OCT is suitable for in vivo cells.
 一方、培養細胞や細胞内器官などにおいて、OCTを用い、非染色・非侵襲で被観察物の3次元構造を観察したいという要求もある。しかし、上述した培養細胞や細胞内器官などの被観察物は、一般的に透明の組織であるものが多く、後方散乱によって得られる散乱光が弱い。さらに、これらの被観察物は、スライドガラスやシャーレといった反射の強い容器に保持されている場合が多い。そのため、従来の反射型のOCTをそのまま適用しただけでは、被観察物の観察を好適に行うことはできない。また、反射型のOCTを透過型に変形しただけでは、被観察物全体を透過した透過光を検出するため、被観察物の深さ方向の分布を測定できなかった。 On the other hand, there is also a demand for observing a three-dimensional structure of an object to be observed in a non-stained / non-invasive manner using OCT in cultured cells or intracellular organs. However, many observation objects such as cultured cells and intracellular organs described above are generally transparent tissues, and scattered light obtained by backscattering is weak. Further, these objects to be observed are often held in highly reflective containers such as slide glasses and petri dishes. Therefore, the observation object cannot be suitably observed by simply applying the conventional reflective OCT as it is. Further, only by transforming the reflective OCT to the transmissive type, the transmitted light transmitted through the entire object to be observed is detected, and thus the distribution in the depth direction of the object to be observed cannot be measured.
 本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、被観察物を透過した光に基づく検出が可能な観察装置および観察方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an observation apparatus and an observation method capable of detection based on light transmitted through an object to be observed.
 本発明の観察装置の一態様は、入射した光を参照光と測定光とに分岐する分岐手段と、前記測定光を所定方向に沿って被観察物に照射する照明光学系と、前記被観察物に対して前記照明光学系と異なる側に配置され、前記被観察物を介した前記測定光のうち前記所定方向と異なる方向へ向かう観察光を受光する観察光学系と、前記参照光を前記観察光学系に導き、該参照光と前記観察光とを合成する(重ね合わせる)合成光学系と、前記合成光学系によって合成された前記参照光および前記観察光を受光し、該参照光と該観察光との干渉強度を検出する検出装置と、を備える。 One aspect of the observation apparatus of the present invention includes a branching unit that branches incident light into reference light and measurement light, an illumination optical system that irradiates the object to be observed along the predetermined direction, and the observation object. An observation optical system that is disposed on a different side from the illumination optical system with respect to an object and receives observation light that travels in a direction different from the predetermined direction among the measurement light via the object to be observed; and the reference light A reference optical system that receives the reference light and the observation light synthesized by the synthesis optical system, and combines the reference light and the observation light. A detection device that detects interference intensity with the observation light.
 なお、前記分岐手段は、所定の波長域の光を前記参照光と前記測定光とに分岐し、前記検出装置は、前記合成光学系によって合成された前記参照光および前記観察光を分光する分光素子と、前記分光素子によって分光された光のうち互いに異なる複数の波長域ごとに前記干渉強度を検出する検出素子とを含んでもよい。 The branching unit branches light in a predetermined wavelength range into the reference light and the measurement light, and the detection device splits the reference light and the observation light synthesized by the synthesis optical system. An element and a detection element that detects the interference intensity for each of a plurality of different wavelength ranges among the light dispersed by the spectroscopic element may be included.
 また、前記検出装置は、前記複数の波長域ごとの前記干渉強度に基づいて前記所定方向と異なる方向に沿った前記被観察物の位置に関する情報を取得する位置情報取得手段を含んでもよい。 Further, the detection device may include position information acquisition means for acquiring information related to the position of the observation object along a direction different from the predetermined direction based on the interference intensity for each of the plurality of wavelength ranges.
 また、前記検出装置は、前記干渉強度に基づいて前記所定方向と異なる方向に沿った前記被観察物の位置に関する情報を取得する位置情報取得手段を含んでもよい。 Further, the detection device may include position information acquisition means for acquiring information related to the position of the observation object along a direction different from the predetermined direction based on the interference intensity.
 また、前記観察光学系は、前記所定方向と異なる方向に沿った光軸を有し、前記照明光学系は、前記観察光学系の光軸に対して所定角度傾いた方向から前記測定光を前記被観察物に照射しても良い。 The observation optical system has an optical axis along a direction different from the predetermined direction, and the illumination optical system transmits the measurement light from a direction inclined by a predetermined angle with respect to the optical axis of the observation optical system. The object to be observed may be irradiated.
 また、前記観察光学系は、前記所定方向と異なる方向に沿った光軸を有し、前記照明光学系は、前記観察光学系の光軸に対して所定角度傾いた方向から前記測定光を前記被観察物に照射し、前記位置情報取得手段は、前記複数の波長域ごとの前記干渉強度に基づいて前記観察光学系の光軸に沿った前記被観察物の位置に関する情報を取得しても良い。 The observation optical system has an optical axis along a direction different from the predetermined direction, and the illumination optical system transmits the measurement light from a direction inclined by a predetermined angle with respect to the optical axis of the observation optical system. Irradiating the object to be observed, the position information acquisition means may acquire information on the position of the object to be observed along the optical axis of the observation optical system based on the interference intensity for each of the plurality of wavelength ranges. good.
 また、前記照明光学系は、前記被観察物に照射する前記測定光の前記所定の方向を制御するために、照明光学系の光路に配置された形状制御手段を備えても良い。 In addition, the illumination optical system may include shape control means arranged in the optical path of the illumination optical system in order to control the predetermined direction of the measurement light irradiated on the object to be observed.
 また、前記照明光学系は、入射した光の強度分布をその光束の断面に沿った方向に環状に形成する斜入射手段を備えても良い。 Further, the illumination optical system may include an oblique incident means that forms an intensity distribution of incident light in a ring shape in a direction along a cross section of the light beam.
 また、前記斜入射手段は、前記照明光学系または前記観察光学系の光軸の周りに沿って入射した光を偏向する光学素子を含んでもよい。 Further, the oblique incident means may include an optical element that deflects light incident along the optical axis of the illumination optical system or the observation optical system.
 また、前記斜入射手段は、入射した光の一部を遮光する遮光手段を含んでもよい。 The oblique incidence means may include a light shielding means for shielding a part of the incident light.
 また、前記遮光手段は、少なくとも一つの開口を有しても良い。 The light shielding means may have at least one opening.
 また、前記遮光手段は、略円形上沿って離散した複数の開口部を有しても良い。 Further, the light shielding means may have a plurality of openings dispersed along a substantially circular shape.
 また、前記遮光手段は、略円形上に沿って入射した光を透過する開口部を有しても良い。 The light shielding means may have an opening that transmits light incident along a substantially circular shape.
 また、前記照明光学系と前記被観察物の位置を相対的に移動する走査手段を備えても良い。 Further, scanning means for relatively moving the position of the illumination optical system and the object to be observed may be provided.
 また、照明光学系の光軸と前記斜入射照明する測定光とがなす角度をθ、前記干渉光による前記観察光学系の光軸方向に沿った前記被観察物の位置をzとすると、前記被観察物の位置情報Lは、式L=z/(1-cosθ)で表されても良い。 Further, if the angle formed by the optical axis of the illumination optical system and the measurement light for oblique incidence illumination is θ, and the position of the object to be observed along the optical axis direction of the observation optical system by the interference light is z, The position information L of the object to be observed may be expressed by the formula L = z / (1−cos θ).
 また、前記参照光中または前記測定光中に配置された1/2波長板または1/4波長板と、前記分岐手段に所定の偏光の光を入射するための第1の偏光素子と、記所定の偏光に基づいて決定する偏光方向を含む前記干渉光の一部を透過する第2の偏光素子と、前記第1の偏光素子が透過する偏光方向と前記第2の偏光素子が透過する偏光方向とを同時に変化させる制御手段とを備えても良い。 A half-wave plate or a quarter-wave plate disposed in the reference light or the measurement light; a first polarizing element for entering light of a predetermined polarization into the branching unit; A second polarizing element that transmits part of the interference light including a polarization direction that is determined based on predetermined polarization; a polarization direction that is transmitted by the first polarizing element; and a polarization that is transmitted by the second polarizing element. Control means for changing the direction at the same time may be provided.
 また、前記観察光学系の光軸に対する前記斜入射照明される測定光の開口数NAが0.4<NA<0.8であっても良い。 The numerical aperture NA of the measurement light illuminated obliquely with respect to the optical axis of the observation optical system may be 0.4 <NA <0.8.
 また、前記観察光学系の光軸に対する前記斜入射照明される測定光の開口数NAが0.8であっても良い。 Further, the numerical aperture NA of the measurement light illuminated obliquely with respect to the optical axis of the observation optical system may be 0.8.
 また、前記測定光と前記参照光との光路長差が400μmよりも短くても良い。 Also, the optical path length difference between the measurement light and the reference light may be shorter than 400 μm.
 本発明の観察方法の一態様は、入射した光を参照光と測定光とに分岐することと、前記測定光を所定方向に沿って被観察物に照射することと、前記被観察物に対して前記照明光を照射する側と異なる側から、前記被観察物を介した前記測定光のうち前記所定方向と異なる方向へ向かう(進む)観察光を受光することと、前記参照光と前記観察光とを合成する(重ね合わせる)ことと、互いに合成された前記参照光および前記観察光を受光し、該参照光と該観察光との干渉強度を検出することとを含む。 One aspect of the observation method of the present invention includes branching incident light into reference light and measurement light, irradiating the object to be observed along the predetermined direction with respect to the object to be observed, Receiving observation light that travels (advances) in a direction different from the predetermined direction out of the measurement light via the object to be observed from a side different from the side irradiated with the illumination light, and the reference light and the observation Combining (superimposing) light with each other, and receiving the reference light and the observation light combined with each other, and detecting interference intensity between the reference light and the observation light.
 なお、前記分岐することは、所定の波長域の光を前記参照光と前記測定光とに分岐し、前記検出することは、前記互いに合成された前記参照光および前記観察光を分光することと、分光された前記参照光および前記観察光のうち互いに異なる複数の波長域ごとに前記干渉強度を検出することと、を含んでもよい。 The branching branches light in a predetermined wavelength range into the reference light and the measurement light, and the detection includes splitting the reference light and the observation light combined with each other. , Detecting the interference intensity for each of a plurality of different wavelength ranges among the reference light and the observation light that have been dispersed.
 また、前記検出することは、前記複数の波長域ごとの前記干渉強度に基づいて前記所定方向と異なる方向に沿った前記被観察物の位置に関する情報を取得することを含んでもよい。 Further, the detecting may include acquiring information related to a position of the observation object along a direction different from the predetermined direction based on the interference intensity for each of the plurality of wavelength ranges.
第1実施形態のOCT装置の構成図である。It is a block diagram of the OCT apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態のOCT装置における光路を説明する図である。It is a figure explaining the optical path in the OCT apparatus of a 1st embodiment. 第1実施形態のOCT装置におけるアパーチャー13について説明する図である。It is a figure explaining the aperture 13 in the OCT apparatus of 1st Embodiment. 第2実施形態のOCT装置の構成図である。It is a block diagram of the OCT apparatus of 2nd Embodiment. 第2実施形態のOCT装置における輪帯マスク22について説明する図である。It is a figure explaining the zonal mask 22 in the OCT apparatus of 2nd Embodiment. 第2実施形態のOCT装置における光路を説明する図である。It is a figure explaining the optical path in the OCT apparatus of a 2nd embodiment. 第2実施形態のOCT装置における輪帯マスク22について説明する別の図である。It is another figure explaining the annular zone mask 22 in the OCT apparatus of 2nd Embodiment. 第1実施形態および第2実施形態の変形例におけるOCT装置の構成図である。It is a block diagram of the OCT apparatus in the modification of 1st Embodiment and 2nd Embodiment. 第3実施形態のOCT装置の構成図である。It is a block diagram of the OCT apparatus of 3rd Embodiment. ビームスキャン型のOCT装置について説明する図である。It is a figure explaining a beam scan type OCT apparatus. ビームスキャン型のOCT装置について説明する別の図である。It is another figure explaining a beam scan type OCT apparatus.
 [第1実施形態]
 以下、本発明の第1実施形態のOCT装置を説明する。
[First Embodiment]
The OCT apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described below.
 図1は、第1実施形態のOCT装置の構成図である。図1に示すとおりOCT装置には、光源1、コリメートレンズ2、ビームスプリッタ3および4、アキシコンレンズ5、リレーレンズ6、全反射ミラー7および8、対物レンズ9および10、サンプル11、サンプルステージ12、アパーチャー13、分散補正用光学部材14、シリンドリカルレンズ15、スペクトル検出器16、制御装置17、演算装置18等が配置される。制御装置17は、光源1、サンプルステージ12、スペクトル検出器16の各部を制御するとともに、スペクトル検出器16により取得したスペクトル信号を演算装置18に送出する。 FIG. 1 is a configuration diagram of the OCT apparatus according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the OCT apparatus includes a light source 1, a collimating lens 2, beam splitters 3 and 4, an axicon lens 5, a relay lens 6, total reflection mirrors 7 and 8, objective lenses 9 and 10, a sample 11, and a sample stage. 12, an aperture 13, a dispersion correction optical member 14, a cylindrical lens 15, a spectrum detector 16, a control device 17, an arithmetic device 18, and the like are disposed. The control device 17 controls each part of the light source 1, the sample stage 12, and the spectrum detector 16 and sends the spectrum signal acquired by the spectrum detector 16 to the arithmetic device 18.
 つまり、対物レンズ10等の観察光学系は、被観察物であるサンプル11に対して、光源1から対物レンズ9等の照明光学系と異なる側(つまり、照明光学系に対して被観察物を挟むように)に配置される。そして、対物レンズ10等の観察光学系は、被観察物であるサンプル11を介した測定光のうち、照明光学系による照明光の照射方向と異なる方向へ向かう(進む)観察光を受光する。 In other words, the observation optical system such as the objective lens 10 is different from the illumination optical system such as the objective lens 9 from the light source 1 with respect to the sample 11 that is the observation object (that is, the observation object is placed on the illumination optical system). To be sandwiched). Then, the observation optical system such as the objective lens 10 receives the observation light that travels (advances) in a direction different from the irradiation direction of the illumination light by the illumination optical system among the measurement light that has passed through the sample 11 that is the object to be observed.
 サンプル11には、例えば、不図示の容器等に被観察物である培養細胞などが培養されている。なお、上述した容器としては、シャーレ、フラスコ、ウェルプレート、マイクロプレートなど、様々なものが使用できる。また、容器の代わりにスライドガラスを使用することもできる。 In the sample 11, for example, cultured cells or the like to be observed are cultured in a container (not shown). In addition, as a container mentioned above, various things, such as a petri dish, a flask, a well plate, a microplate, can be used. In addition, a slide glass can be used instead of the container.
 また、サンプル11は、サンプルステージ12上に設置される。サンプルステージ12は、対物レンズ9および10の光軸方向に垂直な面(xy面)内に移動可能であり、OCT装置による検出時にxy方向への走査を行う(詳細は後述する)。 Further, the sample 11 is set on the sample stage 12. The sample stage 12 is movable in a plane (xy plane) perpendicular to the optical axis direction of the objective lenses 9 and 10, and performs scanning in the xy direction when detected by the OCT apparatus (details will be described later).
 以下、光源1は、時間コヒーレントの短い光を出射する場合について説明する。光源1には、例えば、スーパールミネッセンスダイオード(SLD)、チタンサファイアレーザ、白色LEDなどが適用される。 Hereinafter, the case where the light source 1 emits light having a short time coherence will be described. As the light source 1, for example, a super luminescence diode (SLD), a titanium sapphire laser, a white LED, or the like is applied.
 なお、OCT装置のz方向の分解能は、光源1のコヒーレント長に依存する。また、OCT装置のxy方向の分解能は、後述する集光点のサイズに依存し、その集光点のサイズは、対物レンズ9の性能に依存する。 Note that the resolution in the z direction of the OCT apparatus depends on the coherent length of the light source 1. Further, the resolution in the xy direction of the OCT apparatus depends on the size of a condensing point to be described later, and the size of the condensing point depends on the performance of the objective lens 9.
 光源1から射出した照明光L0は、コリメートレンズ2により所定のビーム径にコリメートされ、ビームスプリッタ3へ入射する。ビームスプリッタ3へ入射した照明光L0は、分散補正用光学部材14の側へ向かう参照光Lrと、サンプル11の側へ向かう測定光Lmとに分岐される。 The illumination light L0 emitted from the light source 1 is collimated to a predetermined beam diameter by the collimator lens 2 and enters the beam splitter 3. The illumination light L0 that has entered the beam splitter 3 is branched into a reference light Lr that travels toward the dispersion correction optical member 14 and a measurement light Lm that travels toward the sample 11.
 参照光Lrは、分散補正用光学部材14、全反射ミラー8を介してビームスプリッタ4へ入射する。 The reference light Lr enters the beam splitter 4 through the dispersion correction optical member 14 and the total reflection mirror 8.
 ここで、分散補正用光学部材14は、主にOCT装置における干渉計のバランスを保つための素子である。ここでいう干渉計のバランスとは、干渉計の、試料アームおよび参照アームの波長分散のバランスを指す。このバランスは、対物レンズなどの光学材料、および、サンプルに含まれる媒質(培養液など)に起因して崩れることがある。 Here, the dispersion correction optical member 14 is an element mainly for maintaining the balance of the interferometer in the OCT apparatus. The balance of the interferometer here refers to the balance of chromatic dispersion of the sample arm and the reference arm of the interferometer. This balance may be lost due to an optical material such as an objective lens and a medium (a culture solution or the like) included in the sample.
 そこで、分散補正用光学部材14は、対物レンズなどの光学材料に起因するバランスの崩れを補正するための部材と、サンプルに含まれる媒質に起因するバランスの崩れを補正するための部材とを備える。上述した光学材料に起因するバランスの崩れを補正するための部材は、試料アームに配置される各光学部材に応じた補正量を有する。また、上述した媒質に起因するバランスの崩れを補正するための部材は、媒質の種類や量などに応じて補正量が可変な部材であることが好ましい。一例としては、光学材料に起因するバランスの崩れを補正するための部材としては、ガラスブロックなどが用いられる。また、媒質に起因するバランスの崩れを補正するための部材としては、AOPDF(Acousto-Optic programmable dispersive filter)や挿入変化可能なプリズム対などが用いられる。また、補正量や補正内容を計算処理によって補正可能な場合は、分散補正用光学部材14を演算処理で代用しても良い。 Therefore, the dispersion correcting optical member 14 includes a member for correcting the balance loss caused by the optical material such as an objective lens, and a member for correcting the balance loss caused by the medium included in the sample. . The member for correcting the balance loss caused by the optical material described above has a correction amount corresponding to each optical member arranged on the sample arm. In addition, the member for correcting the balance loss caused by the medium described above is preferably a member whose correction amount is variable in accordance with the type and amount of the medium. As an example, a glass block or the like is used as a member for correcting the balance loss caused by the optical material. Further, as a member for correcting the balance loss caused by the medium, an AOPDF (Acousto-Optic programmable dispersive filter), a prism pair that can be inserted and changed, and the like are used. In addition, when the correction amount and the correction content can be corrected by calculation processing, the dispersion correction optical member 14 may be substituted by calculation processing.
 参照光Lrは、このような分散補正用光学部材14によって、試料アームとバランスの取れた分散を持つように調整される。なお、分散補正用光学部材14を経た参照光Lrを、以下では参照光Lr’と称する。 The reference light Lr is adjusted by the dispersion correcting optical member 14 so as to have a dispersion balanced with the sample arm. The reference light Lr that has passed through the dispersion correction optical member 14 is hereinafter referred to as reference light Lr ′.
 一般に、OCT装置における測定光と参照光との光路長差は、光路長差が大きい程、(スペクトル方向の)干渉縞が細かくなることが知られている。そして、干渉縞が細かくなればなるほど、分光システムでスペクトル分解して検出することが難しくなる。つまり、光路長差の上限は、分光システム(の分光器部分)の分解能で決まることになる。 Generally, it is known that the interference pattern (in the spectral direction) becomes finer as the optical path length difference between the measurement light and the reference light in the OCT apparatus increases. And the finer the interference fringes, the more difficult it is to spectrally resolve and detect with a spectroscopic system. That is, the upper limit of the optical path length difference is determined by the resolution of the spectroscopic system (the spectroscope portion).
 例えば、800nm付近で0.15nmの波長分解能を持つ分光システムを用いる場合を例に挙げると、サンプリング定理より、例えば、光路長差>400μmであると、干渉縞の検出が難しくなる。そこで、例えば、光路長差<400μmであることが望ましい。 For example, taking a case where a spectroscopic system having a wavelength resolution of 0.15 nm near 800 nm is used as an example, from the sampling theorem, for example, when the optical path length difference> 400 μm, it becomes difficult to detect interference fringes. Therefore, for example, it is desirable that the optical path length difference <400 μm.
 一方、測定光Lmは、アキシコンレンズ5へ入射して、アキシコンレンズ5の頂角に応じた角度で曲げられた後、リレーレンズ6に導光される。 On the other hand, the measurement light Lm is incident on the axicon lens 5, bent at an angle corresponding to the apex angle of the axicon lens 5, and then guided to the relay lens 6.
 ここで、アキシコンレンズ5は、コニカルレンズとも呼ばれる円錐型のレンズであって、環状ビーム(ドーナツ形状)やベッセルビーム(non diffractive Bessel beam) の形成に利用される。通常、環状の照明は、ベッセルビームなどによる焦点深度伸長の用途に導入されることが多い。図1では、凸型のアキシコンレンズを例示したが、凹型のアキシコンレンズを適用しても良い。また、アキシコンレンズに限らず、測定光Lmを光速の断面で環状に変更可能な部材であればどのようなものであっても良い。例えば、複数のミラーを組み合わせることで測定光Lmの少なくとも一部を環状に変更しても良い。また、本実施形態において、この環状の照明は、サンプル11に対して測定光を斜入射するためのものである(詳細は後述する)。 Here, the axicon lens 5 is a conical lens also called a conical lens, and is used for forming an annular beam (donut shape) or a Bessel beam (non-diffractive-Bessel beam). In general, annular illumination is often introduced for use in extending the depth of focus using a Bessel beam or the like. Although FIG. 1 illustrates a convex axicon lens, a concave axicon lens may be applied. In addition to the axicon lens, any member may be used as long as the measurement light Lm can be changed into an annular shape in the light speed cross section. For example, at least a part of the measurement light Lm may be changed into an annular shape by combining a plurality of mirrors. In the present embodiment, the annular illumination is for obliquely incident measurement light on the sample 11 (details will be described later).
 アキシコンレンズ5により環状に形成された測定光(以下、測定光Lm’と称する)は、リレーレンズ6、全反射ミラー7を介して対物レンズ9に導光される。 Measurement light (hereinafter referred to as measurement light Lm ′) formed in an annular shape by the axicon lens 5 is guided to the objective lens 9 via the relay lens 6 and the total reflection mirror 7.
 なお、アキシコンレンズ5により環状に形成され、対物レンズ9によって瞳位置にできる光を「輪帯パターン」と称すると、輪帯パターンの数値例は以下のようになる。 In addition, when the light that is formed in an annular shape by the axicon lens 5 and can be brought to the pupil position by the objective lens 9 is referred to as “annular pattern”, numerical examples of the annular pattern are as follows.
 例えば、Z分解能を優先して高NAが有利と考え、実現可能性も加味して、NA0.8の対物レンズを用いるとする。このとき、NA=0.8=sinθより、θ=54°となる。例えば、このときの光源1のコヒーレンス長が2μmであるとすると、Z分解能は~10μmとなる。この時、上述した輪帯パターンの帯幅が200μmだとすると、焦点深度は~200/0.8 ~250μmとなる。 Suppose, for example, that a high NA is advantageous in favor of Z resolution, and an objective lens with NA 0.8 is used in consideration of feasibility. At this time, from NA = 0.8 = sin θ, θ = 54 °. For example, if the coherence length of the light source 1 at this time is 2 μm, the Z resolution is ˜10 μm. At this time, if the zone width of the above-described zone pattern is 200 μm, the depth of focus is about 200 / 0.8 mm to 250 μm.
 つまり、NA=0.8(θ=54°)で、帯幅が200μmの時、Z分解能(10μm)と焦点深度(250μm)とのバランスが取れていて、例えば、観察対象が生体である場合、その構造観察に適正な仕様なので、特に有効である。 That is, when NA = 0.8 (θ = 54 °) and the bandwidth is 200 μm, the Z resolution (10 μm) and the depth of focus (250 μm) are balanced. For example, if the observation target is a living body, This is particularly effective because it is suitable for structural observation.
 全反射ミラー7からの測定光Lm’は、対物レンズ9により集光され、サンプル11の深部の1点(集光点)に向かって照射される。なお、サンプル11と対物レンズ9とのz方向の相対位置は、対物レンズ11の焦点面がサンプル11中の被観察物(培養細胞など)の存在領域に掛かるよう予め調整されている。また、リレーレンズ6からサンプル11までの間にサンプル11内の照明面の瞳(フーリエ変換面)が少なくとも1つ存在する。図1のFaに瞳位置を示す。この瞳位置は対物レンズ9の焦点面でもある。その焦点面で測定光Lm’が集光して点光源(2次光源)が形成されることで、サンプル11に平行波(コリメートした光)が照明される。 The measurement light Lm ′ from the total reflection mirror 7 is condensed by the objective lens 9 and irradiated toward one point (condensing point) in the deep part of the sample 11. Note that the relative position in the z direction between the sample 11 and the objective lens 9 is adjusted in advance so that the focal plane of the objective lens 11 covers the region where the object to be observed (such as cultured cells) in the sample 11 is present. Further, at least one pupil (Fourier transform plane) of the illumination surface in the sample 11 exists between the relay lens 6 and the sample 11. The pupil position is indicated by Fa in FIG. This pupil position is also the focal plane of the objective lens 9. The measurement light Lm ′ is condensed on the focal plane to form a point light source (secondary light source), so that the sample 11 is illuminated with a parallel wave (collimated light).
 サンプル11のうち測定光Lm’の照射領域(以下、「照射スポット」と称す。)では、様々な角度の回折光が発生する可能性がある。それらの回折光のうち、集光点へ向かった測定光Lm’と同じ方向へ進行する光は、アパーチャー13を介して対物レンズ10によって捉えられる。 In the sample 11 in the irradiation region of the measurement light Lm ′ (hereinafter referred to as “irradiation spot”), diffracted light with various angles may be generated. Of these diffracted lights, the light traveling in the same direction as the measurement light Lm ′ toward the condensing point is captured by the objective lens 10 through the aperture 13.
 なお、対物レンズ10の仕様は、上述した対物レンズ9の仕様と同じであり、対物レンズ10の配置先は、サンプル11を挟み対物レンズ9に対向する位置である。また、対物レンズ10の焦点面は対物レンズ9の焦点面に一致し、かつ対物レンズ10の焦点は対物レンズ9の焦点に一致している。 The specification of the objective lens 10 is the same as the specification of the objective lens 9 described above, and the arrangement destination of the objective lens 10 is a position facing the objective lens 9 with the sample 11 interposed therebetween. The focal plane of the objective lens 10 coincides with the focal plane of the objective lens 9, and the focal point of the objective lens 10 coincides with the focal point of the objective lens 9.
 以下、照射スポットから対物レンズ10の側へ向かった測定光のうち、対物レンズ10によって捉えられた光を「測定光Lm”」と称す。この測定光Lm”は、対物レンズ10を通過した後、ビームスプリッタ4へ入射する。 Hereinafter, of the measurement light traveling from the irradiation spot toward the objective lens 10, the light captured by the objective lens 10 is referred to as “measurement light Lm”. The measurement light Lm ″ passes through the objective lens 10 and then enters the beam splitter 4.
 ここで、光源1から射出した照明光L0から、ビームスプリッタ4へ入射する測定光Lm”までの詳細を、図2を用いて説明する。 Here, details from the illumination light L0 emitted from the light source 1 to the measurement light Lm ″ incident on the beam splitter 4 will be described with reference to FIG.
 図2は、光源1から射出した照明光L0から、ビームスプリッタ4へ入射する測定光Lm”までの光路図である。図2に示すように、光源1から射出した照明光L0は、コリメートレンズ2により所定のビーム径にコリメートされる。そして、測定光Lmは、アキシコンレンズ5によって環状に形成される。さらに、リレーレンズ6を経た測定光Lm’は、対物レンズ9によってサンプル11に照射される。このとき、測定光Lm’は、サンプル11に対して斜入射される。サンプル11においては、サンプル11の被観察物の内容に応じて、回折光が生じる。この回折光を、対物レンズ10によりとらえる。ただし、この際に、アパーチャー13は、0次の回折光成分を遮断する。アパーチャー13は、図2に示すように、サンプル12と対物レンズ10との間に配置され、サンプル11を透過した測定光のうち、サンプル11による散乱成分を主に取り出すための絞りである。また、アパーチャー13は、対物レンズ10とビームスプリッタ4との間に配置されていても良い。その際、サンプル11を透過した0次の回折光成分が集光する対物レンズ10の集光面(フーリエ変換面)にアパーチャー13が配置されていることが好ましい。 2 is an optical path diagram from the illumination light L0 emitted from the light source 1 to the measurement light Lm ″ incident on the beam splitter 4. As shown in FIG. 2, the illumination light L0 emitted from the light source 1 is a collimating lens. 2 is collimated to a predetermined beam diameter by 2. Then, the measurement light Lm is formed in an annular shape by the axicon lens 5. Further, the measurement light Lm ′ having passed through the relay lens 6 is irradiated onto the sample 11 by the objective lens 9. At this time, the measurement light Lm ′ is obliquely incident on the sample 11. In the sample 11, diffracted light is generated according to the contents of the observation object of the sample 11. This diffracted light is used as the objective. It is captured by the lens 10. However, at this time, the aperture 13 blocks the 0th-order diffracted light component, as shown in FIG. It is a stop for mainly taking out the scattered component by the sample 11 among the measurement light which has been arrange | positioned between the objective lenses 10 and permeate | transmitted the sample 11. Moreover, the aperture 13 is the aperture 13 between the objective lens 10 and the beam splitter 4. In this case, it is preferable that the aperture 13 is disposed on the light condensing surface (Fourier transform surface) of the objective lens 10 on which the 0th-order diffracted light component transmitted through the sample 11 is condensed. .
 図3に、アパーチャー13近傍の拡大図を示す。図3に示すように、アパーチャー13は、所定の口径を有し、サンプル11による回折光のうち、中央近傍の回折光(図3中斜線部分)のみを透過し、それ以外の光を遮断する。 FIG. 3 shows an enlarged view of the vicinity of the aperture 13. As shown in FIG. 3, the aperture 13 has a predetermined aperture, and transmits only the diffracted light near the center (shaded portion in FIG. 3) among the diffracted light by the sample 11, and blocks the other light. .
 そして、ビームスプリッタ4に入射した測定光Lm”は、参照アーム側からビームスプリッタ4へ入射した参照光Lr’と光路を統合され、シリンドリカルレンズ15の側へ向かう。なお、統合された参照光Lr’と測定光Lm”とを纏めて「干渉光」と称す。シリンドリカルレンズ15の側へ向かった干渉光は、シリンドリカルレンズ15によってスペクトル検出器16の入射スリットに導光される。 Then, the measurement light Lm ″ incident on the beam splitter 4 is integrated with the reference light Lr ′ incident on the beam splitter 4 from the reference arm side and travels toward the cylindrical lens 15. The integrated reference light Lr. 'And measurement light Lm' are collectively referred to as "interference light". The interference light directed toward the cylindrical lens 15 is guided by the cylindrical lens 15 to the entrance slit of the spectrum detector 16.
 なお、ここで、スペクトル検出器16の入射スリットに導光される干渉光には、光源1および対物レンズ9などの照明光学系により照明された光とは異なる様々な光(サンプル11を透過した光、サンプル11により反射された光、サンプル11により回折された光な)の成分を含むことになる。 Here, the interference light guided to the entrance slit of the spectrum detector 16 includes various light different from the light illuminated by the illumination optical system such as the light source 1 and the objective lens 9 (transmitted through the sample 11). Light, light reflected by the sample 11, and light diffracted by the sample 11.
 スペクトル検出器16には、図1に示すように、干渉光の集光点にスリット開口を配したスリット板16aと、スリット板16aを通過した干渉光を平行光に変換するコリメートミラー16bと、平行光となった干渉光を複数の波長成分に分離する反射型回折格子16cと、それらの波長成分を互いにずれた位置へ集光させる集光ミラー16dと、互いにずれた位置に集光する各波長成分の強度を個別に検出するラインセンサ16eとが備えられる。この構成により、スペクトル検出器16は、干渉光の波長成分毎の強度信号(すなわちスペクトル信号)を生成する。このスペクトル信号は、制御装置17へ送出される。 As shown in FIG. 1, the spectrum detector 16 includes a slit plate 16a having a slit opening at a condensing point of the interference light, a collimator mirror 16b for converting the interference light that has passed through the slit plate 16a into parallel light, A reflective diffraction grating 16c that separates the interference light that has become parallel light into a plurality of wavelength components, a condensing mirror 16d that condenses the wavelength components at positions shifted from each other, and each of the light that is condensed at positions shifted from each other. And a line sensor 16e for individually detecting the intensity of the wavelength component. With this configuration, the spectrum detector 16 generates an intensity signal (that is, a spectrum signal) for each wavelength component of the interference light. This spectrum signal is sent to the control device 17.
 ここで、前述したサンプルステージ12は、制御装置17の制御により、サンプル11をxy方向へ変位させることができる。よって、サンプルステージ12が駆動されると、サンプル11上の照射スポットがxy方向に移動する。なお、干渉光のスペクトル分光および検出の形態は図1に限られることはない。 Here, the sample stage 12 described above can displace the sample 11 in the xy direction under the control of the control device 17. Therefore, when the sample stage 12 is driven, the irradiation spot on the sample 11 moves in the xy direction. Note that the form of spectral spectroscopy and detection of interference light is not limited to FIG.
 よって、制御装置17は、サンプルステージ12を駆動することにより照射スポットでサンプル11上をxy方向にかけて二次元走査し、照射スポットが各xy位置にあるときにラインセンサ16eを駆動してスペクトル信号を取り込むことにより、各xy位置のスペクトル信号を取得する。これらのスペクトル信号は、演算装置18へ送出される。 Therefore, the control device 17 drives the sample stage 12 to perform two-dimensional scanning on the sample 11 in the xy direction with the irradiation spot, and when the irradiation spot is at each xy position, drives the line sensor 16e to obtain the spectrum signal. By taking in, the spectrum signal of each xy position is acquired. These spectrum signals are sent to the arithmetic unit 18.
 演算装置18は、各xy位置のスペクトル信号を個別にフーリエ変換することにより、各xy位置のz方向の構造情報を取得する。これによって、xyz方向の三次元画像情報が既知となる(詳細は後述する)。演算装置18は、既知となったサンプル11における構造情報を不図示のモニタに表示する。 The arithmetic unit 18 obtains structural information in the z direction at each xy position by individually Fourier transforming the spectrum signal at each xy position. Thereby, the three-dimensional image information in the xyz direction becomes known (details will be described later). The arithmetic unit 18 displays the structural information of the sample 11 that has become known on a monitor (not shown).
 以上説明したように、本実施形態によれば、分岐手段から導光された測定光を、アキシコンレンズを用いることにより被観察物に対して斜入射し、参照物を透過した参照光と被観察物を透過した測定光とを合成し、合成された参照光及び測定光からなる合成光の強度を検出する。したがって、被観察物を透過した光に基づき、被観察物の内部構造の検出を可能とすることができる。 As described above, according to the present embodiment, the measurement light guided from the branching unit is obliquely incident on the object to be observed by using the axicon lens, and the reference light transmitted through the reference object and the object to be measured. The measurement light transmitted through the observation object is combined, and the intensity of the combined light composed of the combined reference light and measurement light is detected. Therefore, it is possible to detect the internal structure of the observation object based on the light transmitted through the observation object.
 特に、本実施形態によれば、被観察物が透明の組織である場合や、被観察物が反射の強い容器内に保持されている場合であっても、OCTによる好適な観察を行うことができる。 In particular, according to the present embodiment, even when the object to be observed is a transparent tissue or when the object to be observed is held in a highly reflective container, it is possible to perform suitable observation by OCT. it can.
 [第2実施形態]
 以下、本発明の第2実施形態のOCT装置を説明する。
[Second Embodiment]
The OCT apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described below.
 図4は、第2実施形態のOCT装置の構成図である。図4において図1に示した要素と同じものには同一の符号を付した。図4に示すとおり本実施形態のOCT装置には、図1に示したアキシコンレンズ5、リレーレンズ6が省略され、代わりに、ビームエキスパンダ21、輪帯マスク22が配置される。 FIG. 4 is a configuration diagram of the OCT apparatus according to the second embodiment. 4, the same elements as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 4, in the OCT apparatus of this embodiment, the axicon lens 5 and the relay lens 6 shown in FIG. 1 are omitted, and a beam expander 21 and an annular mask 22 are arranged instead.
 ビームエキスパンダ21は、ビームスプリッタ3と全反射ミラー7との間に配置され、ビーム径の変換を行う。なお、光源1から射出された光のビーム径が十分に広い場合には、ビームエキスパンダ21を用いなくても良い。 The beam expander 21 is disposed between the beam splitter 3 and the total reflection mirror 7 and converts the beam diameter. If the beam diameter of the light emitted from the light source 1 is sufficiently wide, the beam expander 21 need not be used.
 また、輪帯マスク22は、対物レンズ9の瞳位置(サンプル11と反対側の瞳位置)に配置され、ビームスプリッタ3から導光され、ビームエキスパンダ21によりビーム径が変換された測定光Lmの一部を遮光する。輪帯マスク22は、図5に示すように、環状の開口を有するマスクであり、その輪帯直径はdである。開口の帯幅と、輪帯マスク22から対物レンズ9の瞳位置までの距離との兼ね合いにより、対物レンズ9の瞳位置に帯幅ρの輪帯パターンが形成される。このとき、焦点深度について次式の関係が成り立つ。 The annular mask 22 is arranged at the pupil position of the objective lens 9 (the pupil position on the side opposite to the sample 11), guided from the beam splitter 3, and the measurement light Lm whose beam diameter is converted by the beam expander 21. Shield part of the light. As shown in FIG. 5, the annular zone mask 22 is a mask having an annular opening, and the annular zone diameter is d. An annular pattern having a bandwidth ρ is formed at the pupil position of the objective lens 9 due to the balance between the aperture band width and the distance from the annular mask 22 to the pupil position of the objective lens 9. At this time, the relationship of the following equation holds for the depth of focus.
 焦点深度=2ρf/D~ρ/NA ・・・(式1)
 式1において、fは対物レンズ9の焦点距離を示し、NAは対物レンズの有効NAを示す。
Depth of focus = 2ρf / D˜ρ / NA (Formula 1)
In Equation 1, f represents the focal length of the objective lens 9, and NA represents the effective NA of the objective lens.
 また、輪帯マスク22による輪帯パターンの数値例は以下のようになる。 Further, numerical examples of the annular pattern by the annular mask 22 are as follows.
 例えば、Z分解能を優先して高NAが有利と考え、実現可能性も加味して、NA0.8の対物レンズを用いるとする。このとき、NA=0.8=sinθより、θ=54°となる。例えば、このときの光源1のコヒーレンス長が2μmであるとすると、Z分解能は~10μmとなる。この時、上述した輪帯パターンの帯幅ρ=200μmだとすると、焦点深度は~200/0.8 ~250μmとなる。 Suppose, for example, that a high NA is advantageous in favor of Z resolution, and an objective lens with NA 0.8 is used in consideration of feasibility. At this time, from NA = 0.8 = sin θ, θ = 54 °. For example, if the coherence length of the light source 1 at this time is 2 μm, the Z resolution is ˜10 μm. At this time, if the band width ρ of the above-described annular pattern is 200 μm, the depth of focus is about 200 / 0.8 mm to 250 μm.
 つまり、NA=0.8(θ=54°)で、帯幅ρ=200μmの時、Z分解能(10μm)と焦点深度(250μm)とのバランスが取れていて、例えば、観察対象が生体である場合、その構造観察に適正な仕様なので、特に有効である。 That is, when NA = 0.8 (θ = 54 °) and the bandwidth ρ = 200 μm, the Z resolution (10 μm) and the depth of focus (250 μm) are balanced. For example, when the observation target is a living body, This is particularly effective because the specifications are appropriate for the structure observation.
 ここで、光源1から射出した照明光L0から、ビームスプリッタ4へ入射する測定光Lm”までの詳細を、図6を用いて説明する。 Here, details from the illumination light L0 emitted from the light source 1 to the measurement light Lm ″ incident on the beam splitter 4 will be described with reference to FIG.
 図6は、光源1から射出した照明光L0から、ビームスプリッタ4へ入射する測定光Lm”までの光路図である。図6に示すように、光源1から射出した照明光L0は、コリメートレンズ2により所定のビーム径にコリメートされる。そして、測定光Lmは、ビームエキスパンダ21によって所定のビーム径に変換される。さらに、全反射ミラー7を経た測定光Lmは、輪帯マスク22に導光される。測定光Lmは、輪帯マスク22によって環状に形成され、環状に形成された測定光Lm’は、対物レンズ9によってサンプル11に照射される。このとき、測定光Lm’は、第1実施形態と同様に、サンプル11に対して斜入射される。サンプル11においては、サンプル11の被観察物の内容に応じて、回折光が生じる。この回折光のうち、サンプル11を透過する成分を、対物レンズ10によりとらえる。ただし、この際に、アパーチャー13は、透過光の一部(0次の回折光成分)を遮断する。アパーチャー13の構成及び作用は第1実施形態と同様である。 6 is an optical path diagram from the illumination light L0 emitted from the light source 1 to the measurement light Lm ″ incident on the beam splitter 4. As shown in FIG. 6, the illumination light L0 emitted from the light source 1 is a collimating lens. The measurement light Lm is converted to a predetermined beam diameter by the beam expander 21. Further, the measurement light Lm that has passed through the total reflection mirror 7 is applied to the annular mask 22. The measurement light Lm is formed in an annular shape by the annular mask 22, and the measurement light Lm ′ formed in an annular shape is irradiated onto the sample 11 by the objective lens 9. At this time, the measurement light Lm ′ is In the same manner as in the first embodiment, the incident light is obliquely incident on the sample 11. In the sample 11, diffracted light is generated according to the contents of the observation object of the sample 11. The component that passes through the sample 11 is captured by the objective lens 10. However, at this time, the aperture 13 blocks part of the transmitted light (0th-order diffracted light component). This is the same as in the first embodiment.
 そして、ビームスプリッタ4に入射した測定光Lm”は、参照アーム側からビームスプリッタ4へ入射した参照光Lr’と光路を統合され、シリンドリカルレンズ15の側へ向かう。以降のシリンドリカルレンズ15、スペクトル検出器16、制御装置17、演算装置18の構成及び作用は、第1実施形態と同様である。 Then, the measurement light Lm ″ incident on the beam splitter 4 is integrated with the reference light Lr ′ incident on the beam splitter 4 from the reference arm side toward the cylindrical lens 15. The subsequent cylindrical lens 15 and spectrum detection are performed. The configurations and operations of the device 16, the control device 17, and the calculation device 18 are the same as those in the first embodiment.
 以上説明したように、本実施形態によれば、分岐手段から導光された測定光を、輪帯マスクを用いることにより被観察物に対して斜入射し、参照物を透過した参照光と被観察物を透過した測定光とを合成し、合成された参照光及び測定光からなる合成光に含まれる干渉成分の強度を検出する。したがって、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 As described above, according to the present embodiment, the measurement light guided from the branching unit is obliquely incident on the object to be observed by using the annular mask, and the reference light transmitted through the reference object and the object to be observed. The measurement light transmitted through the observation object is combined, and the intensity of the interference component contained in the combined light composed of the combined reference light and measurement light is detected. Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
 [第2実施形態の補足]
 なお、第2実施形態のOCT装置では、図5に示した輪帯マスク22を用いて斜入射を実現する例を示したが、本発明はこの例に限定されない。
[Supplement of the second embodiment]
In the OCT apparatus of the second embodiment, an example in which oblique incidence is realized using the annular mask 22 shown in FIG. 5 has been shown, but the present invention is not limited to this example.
 例えば、単一の開口を有するマスクを輪帯マスク22の代わりに用いても良い。図7Aに示すように、x軸状に対応する一点にピンホールを有するマスクの場合、x方向及びz方向に分解能を有する。1個の開口を有するマスクを対物レンズ9の光軸周り1周分足し合わせることで、輪帯マスク22を配置したときと同等の情報を得ることができる。この方法は、低強度光源を用いる場合などに、ダークノイズを軽減し、SN比を得やすくすることが可能である。 For example, a mask having a single opening may be used instead of the annular zone mask 22. As shown in FIG. 7A, in the case of a mask having a pinhole at one point corresponding to the x-axis shape, it has resolution in the x and z directions. By adding a mask having one opening for one round around the optical axis of the objective lens 9, information equivalent to that when the annular mask 22 is arranged can be obtained. This method can reduce dark noise and make it easier to obtain an S / N ratio when a low-intensity light source is used.
 また、例えば、略一定の円上に離散または連続した複数の開口を有するマスクを輪帯マスク22の代わりに用いても良い。また、図7Bに示すように、x軸上に対応する一点、および、y軸上に対応する一点にそれぞれピンホールを有するマスクの場合、3次元に分解能を有する。 Also, for example, a mask having a plurality of discrete or continuous openings on a substantially constant circle may be used instead of the annular mask 22. In addition, as shown in FIG. 7B, a mask having pinholes at one point corresponding to the x-axis and one point corresponding to the y-axis has a three-dimensional resolution.
 さらに、図7Cに示すように、x軸上に対応する対称な二点、および、y軸上に対応する対称な二点にそれぞれピンホールを有するマスクの場合、3次元に分解能を有し、さらに、PSFの歪みを抑えるとともに、焦点深度を深くすることができる。 Furthermore, as shown in FIG. 7C, in the case of a mask having pinholes at two symmetrical points corresponding to the x-axis and two symmetrical points corresponding to the y-axis, the mask has three-dimensional resolution. Furthermore, distortion of PSF can be suppressed and the depth of focus can be increased.
 以上説明したように、2π/4N(ただし、N=1、2、・・・・)個の開口を環状に形成し、Nを大きく設定するほど、好適な輪帯マスクとすることができる。なお、開口は必ずしも対称に配置される必要はない。また、複数の開口の形状は必ずしも同一である必要はない。 As described above, 2π / 4N (where N = 1, 2,...) Openings are formed in an annular shape, and the larger N is set, the more suitable the zonal mask can be made. The openings do not necessarily have to be arranged symmetrically. Further, the shapes of the plurality of openings are not necessarily the same.
 [第1実施形態および第2実施形態の変形例]
 制御装置17は、対物レンズ9および輪帯マスク22を、サンプル11に応じて、連動して制御する。このような制御により、サンプル11に含まれる被観察物に対して、様々な方向からの測定光を照射することが可能になり、三次元構造をむらなく捉えることが可能になる。
[Modifications of First Embodiment and Second Embodiment]
The control device 17 controls the objective lens 9 and the annular mask 22 in conjunction with each other according to the sample 11. By such control, it becomes possible to irradiate measurement light from various directions to the object to be observed included in the sample 11, and to capture the three-dimensional structure evenly.
 このように、開口数が可変であって、分岐手段から導光された測定光を被観察物上に集光する対物レンズを備え、検出手段による検出の内容に応じて、対物レンズの開口数を制御する。したがって、被観察物に応じた好適な検出を可能とすることができる。 In this way, the numerical aperture is variable, the objective lens that condenses the measurement light guided from the branching unit on the object to be observed is provided, and the numerical aperture of the objective lens is determined according to the content of detection by the detecting unit. To control. Therefore, suitable detection according to the object to be observed can be made possible.
 特に、被観察物が透明の組織である場合や、被観察物が反射の強い容器内に保持されている場合であっても、OCTによる好適な観察を行うことができる。 In particular, even when the object to be observed is a transparent tissue or when the object to be observed is held in a highly reflective container, suitable observation by OCT can be performed.
 また、上述した対物レンズの開口数と連動して、輪帯マスクの輪帯直径を制御することにより、より細やかに被観察物に応じた検出を可能とすることができる。 Further, by controlling the annular zone diameter of the annular mask in conjunction with the numerical aperture of the objective lens described above, it is possible to detect more precisely according to the object to be observed.
 また、実際の検出においては、どのような被観察物のどのような構造を検出したいかに応じて、OCT装置に要求される分解能と焦点深度は異なる。例えば、被観察物が細胞スフェロイドのような比較的大きなスケールの観察物であり、その概観を観察したい場合は、スフェロイドサイズ程度の分解能と焦点深度が要求される。また、被観察物が細胞核のような微細な観察物であり、その詳細な構造を観察したい場合は、焦点深度を犠牲にしてでも高い分解能が要求される。上述のような処理によれば、被観察物のスケールによって、分解能を適宜変更することが可能である。 Also, in actual detection, the resolution and depth of focus required for the OCT apparatus differ depending on what structure of what observation object is desired to be detected. For example, when an object to be observed is an observation object of a relatively large scale such as a cell spheroid, and it is desired to observe an overview of the object, a resolution and a depth of focus on the order of the spheroid size are required. In addition, when the object to be observed is a minute object such as a cell nucleus and it is desired to observe its detailed structure, high resolution is required even at the expense of the depth of focus. According to the processing as described above, the resolution can be appropriately changed according to the scale of the object to be observed.
 何れの場合においても、アキシコンレンズや輪帯マスクにより環状に形成され、対物レンズ9によって瞳位置にできる光を「輪帯パターン」と称すると、輪帯パターンの数値例は以下のようになる。 In any case, if the light that is formed in an annular shape by an axicon lens or an annular mask and can be brought to the pupil position by the objective lens 9 is called an “annular pattern”, numerical examples of the annular pattern are as follows. .
 例えば、光源1のコヒーレンス長が2μmであるとし、NAが0.4<NA<0.8 で、輪帯パターンの帯幅が200μmの時、NA=sinθより、θの範囲は、6°<θ<55°となる。このときのZ分解能は、10 (μm) < Z分解能 < 50 (μm)となり、焦点深度は、250 (μm) < 焦点深度< 500 (μm)となる。つまり、0.4<NA<0.8で、帯幅が200μmの時、Z分解能10(μm)~50 (μm)と焦点深度250(μm)~500 (μm)とのバランスが取れていて、例えば、観察対象が生体である場合、その構造観察に適正な仕様なので、特に有効である。 For example, assuming that the coherence length of the light source 1 is 2 μm, NA is 0.4 <NA <0.8 mm, and the band width of the annular pattern is 200 μm, NA = sinθ, and the range of θ is 6 ° <θ <55 ° It becomes. The Z resolution at this time is 10 mm (μm) <Z resolution <50 mm (μm), and the focal depth is 250 mm (μm) <focus depth <500 mm (μm). In other words, when 0.4 <NA <0.8 and the bandwidth is 200 μm, the Z resolution is 10 (μm) to 50 mm (μm) and the depth of focus is 250 (μm) to 500 mm (μm). When the object is a living body, it is particularly effective because it is a specification suitable for structure observation.
 なお、斜入射照明を、反射型のOCT想定に適用しても良い。具体例を以下に示す。 Note that oblique incidence illumination may be applied to a reflection type OCT assumption. Specific examples are shown below.
 図8は、本変形例のOCT装置の構成図である。図8において図1に示した要素と同じものには同一の符号を付した。図8に示すとおりOCT装置には、第1実施形態と同様の光源1、ビームスプリッタ3、対物レンズ9、サンプル11、シリンドリカルレンズ15、スペクトル検出器16、制御装置17、演算装置18などに加えて、平面ミラー(参照ミラー)41、光スキャナ42が配置される。 FIG. 8 is a configuration diagram of an OCT apparatus according to this modification. In FIG. 8, the same elements as those shown in FIG. As shown in FIG. 8, the OCT apparatus includes a light source 1, a beam splitter 3, an objective lens 9, a sample 11, a cylindrical lens 15, a spectrum detector 16, a control device 17, a calculation device 18 and the like similar to those in the first embodiment. Thus, a plane mirror (reference mirror) 41 and an optical scanner 42 are arranged.
 光源1から射出した照明光L0は、ビームスプリッタ3へ入射し、参照ミラー41の側へ向かう参照光Lrと、サンプル11の側へ向かう測定光Lmとに分岐される。 The illumination light L0 emitted from the light source 1 enters the beam splitter 3 and is branched into a reference light Lr traveling toward the reference mirror 41 and a measurement light Lm traveling toward the sample 11.
 参照光Lrは、参照ミラー41へ正面から入射すると、参照ミラー41を反射して光路を折り返し、ビームスプリッタ3へ戻る。 When the reference light Lr is incident on the reference mirror 41 from the front, the reference light Lr is reflected by the reference mirror 41 and returns to the beam splitter 3.
 一方、測定光Lmは、光スキャナ42を介して対物レンズ9へ入射すると、対物レンズ9の集光作用を受け、サンプル11の深部の1点(集光点)に向かって集光する。なお、サンプル11と対物レンズ9とのz方向の相対位置は、対物レンズ9の焦点面がサンプル11中の被観察物(培養細胞など)の存在領域に掛かるよう予め調整されている。 On the other hand, when the measurement light Lm is incident on the objective lens 9 via the optical scanner 42, the measurement light Lm receives the light condensing action of the objective lens 9 and is condensed toward one point (condensing point) in the deep part of the sample 11. Note that the relative position in the z direction between the sample 11 and the objective lens 9 is adjusted in advance so that the focal plane of the objective lens 9 is applied to a region where an object to be observed (such as cultured cells) in the sample 11 is present.
 サンプル11のうち測定光Lmの照射領域(以下、「照射スポット」と称す。)では、様々な角度の反射光が発生する可能性がある。それらの反射光のうち、集光点へ向かった測定光Lmの光路を逆向きに辿る光は、対物レンズ9によって捉えられる。以下、照射スポットから対物レンズ9の側へ向かった反射光のうち、対物レンズ9によって捉えられた光を「測定光Lm’」と称す。この測定光Lm’は、測定光Lmの光路を逆向きに辿り、光スキャナ42を介してビームスプリッタ3へ入射する。 In the irradiation area of the measurement light Lm in the sample 11 (hereinafter referred to as “irradiation spot”), reflected light of various angles may be generated. Of the reflected light, the light that follows the optical path of the measurement light Lm toward the condensing point in the opposite direction is captured by the objective lens 9. Hereinafter, the light captured by the objective lens 9 out of the reflected light from the irradiation spot toward the objective lens 9 will be referred to as “measurement light Lm ′”. The measurement light Lm ′ follows the optical path of the measurement light Lm in the reverse direction and enters the beam splitter 3 via the optical scanner 42.
 ビームスプリッタ3へ入射した測定光Lm’は、ビームスプリッタ3へ戻った参照光Lr’と光路を統合させ、シリンドリカルレンズ15の側へ向かう。なお、ここで、参照光の単独光路の光路長(参照アームの光路長)と、測定光の単独光路の光路長(測定アームの光路長)とは一致している。 The measurement light Lm ′ incident on the beam splitter 3 is integrated with the reference light Lr ′ returned to the beam splitter 3 and the optical path, and travels toward the cylindrical lens 15. Here, the optical path length of the single optical path of the reference light (optical path length of the reference arm) and the optical path length of the single optical path of the measurement light (optical path length of the measurement arm) coincide with each other.
 そして、統合された参照光Lr’と測定光Lm”とを纏めて「干渉光」と称す。シリンドリカルレンズ15の側へ向かった干渉光は、シリンドリカルレンズ15によってスペクトル検出器16の入射スリットに導光される。 The integrated reference light Lr ′ and measurement light Lm ″ are collectively referred to as “interference light”. The interference light directed toward the cylindrical lens 15 is guided by the cylindrical lens 15 to the entrance slit of the spectrum detector 16.
 スペクトル検出器16の構成および作用は、第1実施形態と同様である。 The configuration and operation of the spectrum detector 16 are the same as those in the first embodiment.
 ここで、前述した光スキャナ42が駆動されると、前述した集光点が対物レンズ9の視野内を移動するので、サンプル11上の照射スポットがxy方向に移動する。 Here, when the above-described optical scanner 42 is driven, the above-described condensing point moves in the field of view of the objective lens 9, so that the irradiation spot on the sample 11 moves in the xy direction.
 よって、制御装置17は、光スキャナ42を駆動することにより照射スポットでサンプル11上をxy方向にかけて二次元走査し、照射スポットが各xy位置にあるときにラインセンサ16eを駆動してスペクトル信号を取り込むことにより、各xy位置のスペクトル信号を取得する。これらのスペクトル信号は、演算装置18へ送出される。 Accordingly, the control device 17 drives the optical scanner 42 to perform two-dimensional scanning on the sample 11 in the xy direction with the irradiation spot, and when the irradiation spot is at each xy position, drives the line sensor 16e to output the spectrum signal. By taking in, the spectrum signal of each xy position is acquired. These spectrum signals are sent to the arithmetic unit 18.
 演算装置18は、各xy位置のスペクトル信号を個別にフーリエ変換することにより、各xy位置のz方向の構造情報を取得する。これによって、xyz方向の細胞分布が既知となる。演算装置18は、既知となったサンプル11における構造情報の分布を不図示のモニタに表示する。 The arithmetic unit 18 obtains structural information in the z direction at each xy position by individually Fourier transforming the spectrum signal at each xy position. As a result, the cell distribution in the xyz direction becomes known. The arithmetic unit 18 displays the distribution of the structural information in the sample 11 that has become known on a monitor (not shown).
 制御装置17は、対物レンズ9の開口数NAを、サンプル11に応じて制御する。このような制御により、サンプル11に含まれる被観察物に対して、様々な方向からの測定光を照射することが可能になり、三次元構造をむらなく捉えることが可能になる。 The control device 17 controls the numerical aperture NA of the objective lens 9 according to the sample 11. By such control, it becomes possible to irradiate measurement light from various directions to the object to be observed included in the sample 11, and to capture the three-dimensional structure evenly.
 以上説明したように、本変形例によれば、反射型のOCT装置においても、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。 As described above, according to the present modification, the same effects as those of the above-described embodiments can be obtained even in the reflective OCT apparatus.
 [第3実施形態]
 以下、本発明の第3実施形態のOCT装置を説明する。
[Third Embodiment]
The OCT apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described below.
 図9は、第3実施形態のOCT装置の構成図である。図9において図1に示した要素と同じものには同一の符号を付した。図9に示すとおり本実施形態のOCT装置には、図1に示したアキシコンレンズ5、リレーレンズ6が省略され、代わりに、光スキャナ31が配置される。 FIG. 9 is a configuration diagram of the OCT apparatus of the third embodiment. In FIG. 9, the same elements as those shown in FIG. As shown in FIG. 9, in the OCT apparatus of this embodiment, the axicon lens 5 and the relay lens 6 shown in FIG. 1 are omitted, and an optical scanner 31 is arranged instead.
 光スキャナ31は、2枚の全反射ミラー31aおよび31bを備え対物レンズ9への測定光Lmの入射角を変更する。また、光スキャナ31は、制御装置17によって制御される。 The optical scanner 31 includes two total reflection mirrors 31a and 31b, and changes the incident angle of the measurement light Lm to the objective lens 9. The optical scanner 31 is controlled by the control device 17.
 制御装置17は、光スキャナ31と全反射ミラー7と全反射ミラー8とを連動して制御することにより、測定光Lm’をサンプル11に対して斜入射する。このとき、例えば、斜入射する照射スポットを回転させて、輪帯状に照射を行えば、上述した第1実施形態および第2実施形態と略同様の検出を行うことができる。このような方法は、光源として低強度光源を用いる場合などに、ダークノイズを軽減し、SN比を得やすくすることが期待できる。 The controller 17 controls the optical scanner 31, the total reflection mirror 7, and the total reflection mirror 8 in conjunction with each other so that the measurement light Lm ′ is obliquely incident on the sample 11. At this time, for example, if the irradiation spot that is obliquely incident is rotated and the irradiation is performed in a ring shape, substantially the same detection as in the first embodiment and the second embodiment described above can be performed. Such a method can be expected to reduce dark noise and easily obtain an SN ratio when a low-intensity light source is used as the light source.
 上述の光スキャナ31によって、測定光Lm’は、第1実施形態と同様に、サンプル11に対して斜入射される。以降のアパーチャー13、ビームスプリッタ4、シリンドリカルレンズ15、スペクトル検出器16、制御装置17、演算装置18の構成及び作用は、第1実施形態と同様である。 The measurement light Lm ′ is obliquely incident on the sample 11 by the above-described optical scanner 31 as in the first embodiment. The configuration and operation of the subsequent aperture 13, beam splitter 4, cylindrical lens 15, spectrum detector 16, control device 17, and calculation device 18 are the same as those in the first embodiment.
 以上説明したように、本実施形態によれば、分岐手段から導光された測定光を、輪帯ミラーを備えた光スキャンを用いることにより被観察物に対して斜入射し、参照物を透過した参照光と被観察物を透過した測定光とを合成し、合成された参照光及び測定光からなる合成光の強度を検出する。したがって、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 As described above, according to the present embodiment, the measurement light guided from the branching unit is obliquely incident on the object to be observed by using the optical scan including the annular mirror, and is transmitted through the reference object. The reference light and the measurement light transmitted through the object to be observed are combined, and the intensity of the combined light composed of the combined reference light and measurement light is detected. Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
 [第3実施形態の補足]
 なお、第3実施形態のOCT装置においては、サンプルステージ12によってxy面における走査を行う代わりに、光スキャナ31によって走査を行う構成としても良い。また、2つの走査方法を選択的に利用しても良いし、組み合わせて利用しても良い。
[Supplement of the third embodiment]
In the OCT apparatus according to the third embodiment, instead of performing scanning on the xy plane by the sample stage 12, scanning may be performed by the optical scanner 31. Two scanning methods may be selectively used or may be used in combination.
 また、第3実施形態のOCT装置においては、光スキャナ31によって斜入射を実現する例を示したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、マイクロデバイスミラー、DOE(高精度回折光学素子)、液晶などの空間変調素子などを用い、電気的な制御によって斜入射を実現しても良い。さらに、上述した空間変調素子などを用いて、第1実施形態および第2実施形態で説明したように、測定光を環状に形成しても良い。 In the OCT apparatus of the third embodiment, an example in which the oblique incidence is realized by the optical scanner 31 has been shown, but the present invention is not limited to this example. For example, oblique incidence may be realized by electrical control using a micro device mirror, a DOE (high precision diffractive optical element), a spatial modulation element such as liquid crystal, and the like. Furthermore, as described in the first embodiment and the second embodiment, the measurement light may be formed in an annular shape using the spatial modulation element described above.
 [実施形態の変形例]
 上述した各実施形態のOCT装置は、サンプルステージ12を移動することにより、サンプル11の側を変位させる方法(ステージスキャン型)を採用したが、照射スポットの側を変位させる方法(ビームスキャン型)を採用してもよい。また、2つの方法を選択的に利用しても良いし、組み合わせて利用しても良い。
[Modification of Embodiment]
The OCT apparatus of each embodiment described above employs a method of displacing the sample 11 side by moving the sample stage 12 (stage scan type), but a method of displacing the irradiation spot side (beam scan type). May be adopted. Two methods may be selectively used or may be used in combination.
 図10は、ビームスキャン型のOCT装置の一部の構成図である。図10においては、図4における全反射ミラー7からビームスプリッタ4までの間に対応する部分を図示している。図10に示すように、本変形例では、サンプルステージ12が省略され、全反射ミラー51、ミラー対52aおよび52b、ミラー対53aおよび53b、全反射ミラー54の各部を備える。対物レンズ9、対物レンズ10、アパーチャー13は固定される。また、ミラー対52aおよび52bの中心が対物レンズ9の瞳位置(図10中Fa)になるように配置されるとともに、ミラー対53aおよび53bの中心が対物レンズ10の瞳位置(図10中Fb)になるように配置される。そして、制御装置17は、ミラー対52aおよび52b、ミラー対53aおよび53bの各部を同期して制御することにより、スキャンを行う。ミラー対52aおよび52bは、図11に示すような3次元の構造を有し、入射した光速を90度曲げて射出する。ミラー対53aおよび53bについても同様である。 FIG. 10 is a configuration diagram of a part of a beam scan type OCT apparatus. In FIG. 10, the part corresponding to between the total reflection mirror 7 and the beam splitter 4 in FIG. 4 is illustrated. As shown in FIG. 10, in this modification, the sample stage 12 is omitted, and each part of the total reflection mirror 51, the mirror pairs 52a and 52b, the mirror pairs 53a and 53b, and the total reflection mirror 54 is provided. The objective lens 9, the objective lens 10, and the aperture 13 are fixed. Further, the mirror pair 52a and 52b are arranged so that the center of the mirror pair 52a and 52b is the pupil position of the objective lens 9 (Fa in FIG. 10), and the center of the mirror pair 53a and 53b is the pupil position of the objective lens 10 (Fb in FIG. 10). ). And the control apparatus 17 scans by controlling each part of mirror pair 52a and 52b and mirror pair 53a and 53b synchronously. The mirror pair 52a and 52b has a three-dimensional structure as shown in FIG. 11, and emits light with an incident light velocity bent by 90 degrees. The same applies to the mirror pairs 53a and 53b.
 また、上述した各実施形態のOCT装置は、光源(白色光源)を使用して白色の干渉光を分光検出する方法(フーリエドメイン型)を採用したが、光源波長を走査して各波長の干渉光を時分割で検出する方法(波長スキャン型)を採用してもよい。 Moreover, although the OCT apparatus of each embodiment mentioned above employ | adopted the method (Fourier domain type) which carries out the spectral detection of the white interference light using a light source (white light source), it scans a light source wavelength and interferes with each wavelength. A method of detecting light in a time division manner (wavelength scanning type) may be employed.
 因みに、波長スキャン型を採用した場合は、分光検出を行う必要が無いので、スペクトル検出器18の代わりに撮像素子を使用することで、サンプル11上のxy方向各位置の干渉光強度を一括に検出してもよい。 Incidentally, when the wavelength scanning type is adopted, it is not necessary to perform spectral detection, so by using an image sensor instead of the spectrum detector 18, the interference light intensity at each position in the xy direction on the sample 11 can be collectively displayed. It may be detected.
 また、上述した各実施形態のOCT装置は、光源(白色光源)を使用して干渉光を分光検出する方法(フーリエドメイン型)を採用したが、光源(白色光源)を使用し、かつ、測定光と参照光との光路長差を走査して白色の干渉光を走査位置毎に検出する方法(タイムドメイン型)を採用してもよい。 Moreover, although the OCT apparatus of each embodiment mentioned above employ | adopted the method (Fourier domain type) which carries out the spectral detection of the interference light using a light source (white light source), it uses a light source (white light source), and is measured. You may employ | adopt the method (time domain type) which scans the optical path length difference of light and reference light, and detects white interference light for every scanning position.
 因みに、タイムドメイン型を採用した場合は、分光検出を行う必要が無いので、スペクトル検出器18の代わりに撮像素子を使用することで、サンプル11上のxy方向各位置の干渉光強度を一括に検出してもよい。 Incidentally, when the time domain type is adopted, it is not necessary to perform spectral detection, so by using an image sensor instead of the spectrum detector 18, the interference light intensity at each position in the xy direction on the sample 11 is collectively displayed. It may be detected.
 また、上述した各実施形態では、照明光学系を制御(調整)することにより、被観察物に対して照明光を斜入射する例を示したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、被観察物に対して照明光を垂直に入射した場合でも、被観察物であるサンプルのサンプルステージなどを傾ける制御(調整)を行うことにより、照明光を斜入射する場合と同様の効果を得ることができる。さらに、被観察物に対して照明光を斜入射する制御(調整)と、被観察物であるサンプルのサンプルステージなどを傾ける制御(調整)とを組み合わせて行っても良い。 Further, in each of the above-described embodiments, an example in which illumination light is obliquely incident on an object to be observed by controlling (adjusting) the illumination optical system has been described, but the present invention is not limited to this example. For example, even when illumination light is incident vertically on the object to be observed, the same effect as when obliquely incident illumination light is obtained by performing control (adjustment) to tilt the sample stage of the sample that is the object to be observed. Can be obtained. Furthermore, the control (adjustment) of obliquely incident illumination light on the object to be observed and the control (adjustment) of tilting the sample stage of the sample that is the object to be observed may be performed in combination.
 また、上述した各実施形態のOCT装置において、偏光成分を利用しても良い。例えば、検出手段へ向かう参照光の偏光方向と、被観察物へ向かう測定光の偏光方向との間に差異を設け、検出手段へ向かう参照光と測定光との合成光から、干渉光を含む方向の偏光成分を透過させ、干渉光を含まない方向の偏光成分を除去することにより、偏光成分を利用した検出を行うことができる。 Further, in the OCT apparatus of each embodiment described above, a polarization component may be used. For example, a difference is provided between the polarization direction of the reference light toward the detection means and the polarization direction of the measurement light toward the object to be observed, and interference light is included from the combined light of the reference light and measurement light toward the detection means. Detection using the polarization component can be performed by transmitting the polarization component in the direction and removing the polarization component in the direction not including the interference light.
1…光源、3,4ビームスプリッタ、5…アキシコンレンズ、9,10…対物レンズ、11…サンプル、13…アパーチャー、14…分散補正用光学部材、16…スペクトル検出器、17…制御装置、18…演算装置、22…輪帯マスク、31…光スキャナ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 3, 4 beam splitter, 5 ... Axicon lens, 9, 10 ... Objective lens, 11 ... Sample, 13 ... Aperture, 14 ... Optical member for dispersion correction, 16 ... Spectrum detector, 17 ... Control apparatus, 18 ... arithmetic unit, 22 ... annular mask, 31 ... optical scanner

Claims (22)

  1.  入射した光を参照光と測定光とに分岐する分岐手段と、
     前記測定光を所定方向に沿って被観察物に照射する照明光学系と、
     前記被観察物に対して前記照明光学系と異なる側に配置され、前記被観察物を介した前記測定光のうち前記所定方向と異なる方向へ向かう観察光を受光する観察光学系と、
     前記参照光を前記観察光学系に導き、該参照光と前記観察光とを合成する合成光学系と、
     前記合成光学系によって合成された前記参照光および前記観察光を受光し、該参照光と該観察光との干渉強度を検出する検出装置と、
     を備えることを特徴とする観察装置。
    A branching means for branching the incident light into reference light and measurement light;
    An illumination optical system for irradiating the object to be observed along the predetermined direction with the measurement light;
    An observation optical system that is disposed on a different side from the illumination optical system with respect to the object to be observed, and that receives observation light traveling in a direction different from the predetermined direction among the measurement light via the object to be observed;
    A combining optical system that guides the reference light to the observation optical system and combines the reference light and the observation light;
    A detection device that receives the reference light and the observation light synthesized by the synthesis optical system and detects an interference intensity between the reference light and the observation light;
    An observation apparatus comprising:
  2.  請求項1に記載の観察装置において、
     前記分岐手段は、所定の波長域の光を前記参照光と前記測定光とに分岐し、
     前記検出装置は、
     前記合成光学系によって合成された前記参照光および前記観察光を分光する分光素子と、
     前記分光素子によって分光された光のうち互いに異なる複数の波長域ごとに前記干渉強度を検出する検出素子と、を含むことを特徴とする観察装置。
    The observation apparatus according to claim 1,
    The branching unit branches light in a predetermined wavelength range into the reference light and the measurement light,
    The detection device includes:
    A spectroscopic element for dispersing the reference light and the observation light synthesized by the synthesis optical system;
    An observation apparatus comprising: a detection element that detects the interference intensity for each of a plurality of different wavelength ranges among light dispersed by the spectral element.
  3.  請求項2に記載の観察装置において、
     前記検出装置は、前記複数の波長域ごとの前記干渉強度に基づいて前記所定方向と異なる方向に沿った前記被観察物の位置に関する情報を取得する位置情報取得手段を含むことを特徴とする観察装置。
    The observation apparatus according to claim 2,
    The detection device includes position information acquisition means for acquiring information related to the position of the object along a direction different from the predetermined direction based on the interference intensity for each of the plurality of wavelength regions. apparatus.
  4.  請求項1または2に記載の観察装置において、
     前記検出装置は、前記干渉強度に基づいて前記所定方向と異なる方向に沿った前記被観察物の位置に関する情報を取得する位置情報取得手段を含むことを特徴とする観察装置。
    The observation apparatus according to claim 1 or 2,
    The observation apparatus includes position information acquisition means for acquiring information related to the position of the observation object along a direction different from the predetermined direction based on the interference intensity.
  5.  請求項1~請求項4のいずれか一項に記載の観察装置において、
     前記観察光学系は、前記所定方向と異なる方向に沿った光軸を有し、
     前記照明光学系は、前記観察光学系の光軸に対して所定角度傾いた方向から前記測定光を前記被観察物に照射することを特徴とする観察装置。
    In the observation apparatus according to any one of claims 1 to 4,
    The observation optical system has an optical axis along a direction different from the predetermined direction,
    The illuminating optical system irradiates the object to be observed with the measurement light from a direction inclined by a predetermined angle with respect to the optical axis of the observation optical system.
  6.  請求項3に記載の観察装置において、
     前記観察光学系は、前記所定方向と異なる方向に沿った光軸を有し、
     前記照明光学系は、前記観察光学系の光軸に対して所定角度傾いた方向から前記測定光を前記被観察物に照射し、
     前記位置情報取得手段は、前記複数の波長域ごとの前記干渉強度に基づいて前記観察光学系の光軸に沿った前記被観察物の位置に関する情報を取得することを特徴とする観察装置。
    The observation device according to claim 3,
    The observation optical system has an optical axis along a direction different from the predetermined direction,
    The illumination optical system irradiates the object to be observed with the measurement light from a direction inclined by a predetermined angle with respect to the optical axis of the observation optical system,
    The observation apparatus characterized in that the position information acquisition means acquires information related to the position of the object to be observed along the optical axis of the observation optical system based on the interference intensity for each of the plurality of wavelength regions.
  7.  請求項1~請求項6のいずれか一項に記載の観察装置において、
     前記照明光学系は、
     前記被観察物に照射する前記測定光の前記所定の方向を制御するために、照明光学系の光路に配置された形状制御手段を備える
     ことを特徴とする観察装置。
    In the observation apparatus according to any one of claims 1 to 6,
    The illumination optical system includes:
    An observation apparatus comprising: shape control means arranged in an optical path of an illumination optical system in order to control the predetermined direction of the measurement light applied to the object to be observed.
  8.  請求項1~請求項7のいずれか一項に記載の観察装置において、
     前記照明光学系は、
     入射した光の強度分布をその光束の断面に沿った方向に環状に形成する斜入射手段を備える
     ことを特徴とする観察装置。
    The observation apparatus according to any one of claims 1 to 7,
    The illumination optical system includes:
    An observation apparatus comprising oblique incidence means for forming an intensity distribution of incident light in a ring shape in a direction along a cross section of the light beam.
  9.  請求項8に記載の観察装置において、
     前記斜入射手段は、前記照明光学系または前記観察光学系の光軸の周りに沿って入射した光を偏向する光学素子を含む
     ことを特徴とする観察装置。
    The observation apparatus according to claim 8, wherein
    The oblique incident means includes an optical element that deflects light incident along the optical axis of the illumination optical system or the observation optical system.
  10.  請求項8または請求項9に記載の観察装置において、
     前記斜入射手段は、入射した光の一部を遮光する遮光手段を含む
     ことを特徴とする観察装置。
    The observation device according to claim 8 or 9,
    The oblique incident means includes a light shielding means for shielding a part of the incident light.
  11.  請求項10に記載の観察装置において、
     前記遮光手段は、少なくとも一つの開口を有する
     ことを特徴とする観察装置。
    The observation device according to claim 10,
    The light shielding means has at least one opening.
  12.  請求項10または請求項11に記載の観察装置において、
     前記遮光手段は、略円形上沿って離散した複数の開口部を有する
     ことを特徴とする観察装置。
    The observation device according to claim 10 or 11,
    The light-shielding means has a plurality of openings dispersed along a substantially circular shape.
  13.  請求項10~請求項12に記載の観察装置において、
     前記遮光手段は、略円形上に沿って入射した光を透過する開口部を有する
     ことを特徴とする観察装置。
    The observation device according to claim 10 to 12,
    The light shielding means has an opening that transmits light incident along a substantially circular shape.
  14.  請求項1~請求項13の何れか一項に記載の観察装置において、
     前記照明光学系と前記被観察物の位置を相対的に移動する走査手段を備える
     ことを特徴とする観察装置。
    The observation apparatus according to any one of claims 1 to 13,
    An observation apparatus comprising: a scanning unit that relatively moves positions of the illumination optical system and the object to be observed.
  15.  請求項1~請求項14の何れか一項に記載の観察装置において、
     照明光学系の光軸と前記斜入射照明する測定光とがなす角度をθ、
     前記干渉光による前記観察光学系の光軸方向に沿った前記被観察物の位置をzとすると、
     前記被観察物の位置情報Lは、以下の式で表されることを特徴とする観察装置。
     L=z/(1-cosθ)
    The observation apparatus according to any one of claims 1 to 14,
    The angle formed by the optical axis of the illumination optical system and the measurement light for oblique incidence illumination is θ,
    When the position of the object to be observed along the optical axis direction of the observation optical system due to the interference light is z,
    The position information L of the object to be observed is represented by the following expression.
    L = z / (1-cosθ)
  16.  請求項1~請求項15の何れか一項に記載の干渉装置において、
     前記参照光中または前記測定光中に配置された1/2波長板または1/4波長板と、
     前記分岐手段に所定の偏光の光を入射するための第1の偏光素子と、
     前記所定の偏光に基づいて決定する偏光方向を含む前記干渉光の一部を透過する第2の偏光素子と、
     前記第1の偏光素子が透過する偏光方向と前記第2の偏光素子が透過する偏光方向とを同時に変化させる制御手段とを備える
     ことを特徴とする観察装置。
    The interference device according to any one of claims 1 to 15,
    A half-wave plate or a quarter-wave plate disposed in the reference light or the measurement light;
    A first polarizing element for entering light of predetermined polarization into the branching means;
    A second polarizing element that transmits a part of the interference light including a polarization direction determined based on the predetermined polarization;
    An observation apparatus comprising: a control unit that simultaneously changes a polarization direction transmitted by the first polarization element and a polarization direction transmitted by the second polarization element.
  17.  請求項1~請求項16の何れか一項に記載の観察装置において、
     前記観察光学系の光軸に対する前記斜入射照明される測定光の開口数NAが
     0.4<NA<0.8である
     ことを特徴とする観察装置。
    The observation apparatus according to any one of claims 1 to 16,
    An observation apparatus, wherein a numerical aperture NA of the measurement light illuminated obliquely with respect to the optical axis of the observation optical system is 0.4 <NA <0.8.
  18.  請求項1~請求項17の何れか一項に記載の観察装置において、
     前記観察光学系の光軸に対する前記斜入射照明される測定光の開口数NAが0.8である
     ことを特徴とする観察装置。
    The observation apparatus according to any one of claims 1 to 17,
    An observation apparatus, wherein a numerical aperture NA of the measurement light illuminated obliquely with respect to the optical axis of the observation optical system is 0.8.
  19.  請求項1~請求項18の何れか一項に記載の観察装置において、
     前記測定光と前記参照光との光路長差が400μmよりも短い
     ことを特徴とする観察装置。
    The observation apparatus according to any one of claims 1 to 18,
    An observation apparatus, wherein an optical path length difference between the measurement light and the reference light is shorter than 400 μm.
  20.  入射した光を参照光と測定光とに分岐することと、
     前記測定光を所定方向に沿って被観察物に照射することと、
     前記被観察物に対して前記照明光を照射する側と異なる側から、前記被観察物を介した前記測定光のうち前記所定方向と異なる方向へ向かう観察光を受光することと、
     前記参照光と前記観察光とを合成することと、
     互いに合成された前記参照光および前記観察光を受光し、該参照光と該観察光との干渉強度を検出することと、
     を含むことを特徴とする観察方法。
    Branching incident light into reference light and measurement light;
    Irradiating the object to be observed along a predetermined direction with the measurement light;
    Receiving observation light that is directed to a direction different from the predetermined direction among the measurement light via the observation object from a side different from a side that irradiates the illumination light to the observation object;
    Combining the reference light and the observation light;
    Receiving the reference light and the observation light combined with each other, detecting an interference intensity between the reference light and the observation light;
    An observation method comprising:
  21.  請求項20に記載の観察方法において、
     前記分岐することは、所定の波長域の光を前記参照光と前記測定光とに分岐し、
     前記検出することは、
     前記互いに合成された前記参照光および前記観察光を分光することと、
     分光された前記参照光および前記観察光のうち互いに異なる複数の波長域ごとに前記干渉強度を検出することと、を含むことを特徴とする観察方法。
    The observation method according to claim 20,
    The branching branches light in a predetermined wavelength range into the reference light and the measurement light,
    The detecting is
    Separating the reference light and the observation light synthesized from each other;
    Detecting the interference intensity for each of a plurality of different wavelength ranges among the split reference light and observation light.
  22.  請求項21に記載の観察方法において、
     前記検出することは、前記複数の波長域ごとの前記干渉強度に基づいて前記所定方向と異なる方向に沿った前記被観察物の位置に関する情報を取得することを含むことを特徴とする観察方法。
    The observation method according to claim 21, wherein
    The detecting method includes obtaining information on a position of the object to be observed along a direction different from the predetermined direction based on the interference intensity for each of the plurality of wavelength regions.
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