CN104704417B - 图像生成装置及图像生成方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种生成表示样品的样品图像的图像生成装置。图像生成装置具备：射出激光的激光光源部；将所述激光转换为合波光的转换部，其中，所述合波光是通过来自所述样品的反射而生成的反射光和通过调制所述激光的相位而生成的参照光合波所形成的光；生成与所述合波光的光量相应的第1检测信号的第1信号生成部；生成所述样品图像的图像生成部。所述转换部调制所述相位使所述合波光的所述光量产生周期性变化。所述第1检测信号包含表示所述周期性变化从增加转向减少的信号成分。所述图像生成部利用所述信号成分生成所述样品图像。

Description

图像生成装置及图像生成方法

技术领域

本发明涉及一种生成图像的技术。

背景技术

为了病理诊断的目的，有时用显微镜观察生体细胞。在多数情况下，需要将生体细胞切片成数μm到10μm的厚度。

如果不将生体细胞切片就观察生体细胞，观察作业在时间上可效率化。因此，期望不要求生体细胞的切片的观察技术。

为了观察生体细胞这样的样品(sample)，有时使用共聚焦显微镜(confocalmicroscope)(参照专利文献1)。共聚焦显微镜在光轴方向的分辨率方面优异。

共聚焦显微镜具备物镜、检测透镜、针孔部件及检测部。物镜使光聚光于样品。样品反射通过物镜聚光的光。检测透镜使来自样品的反射光聚光。针孔部件被设定成使形成在针孔部件的针孔与由检测透镜规定的聚光位置相一致。检测部检测通过针孔的反射光。其结果，实现样品的纵深方向的高分辨率。因此，样品不进行薄切片也可以。

生体细胞一般具有高透明度和低反射率。此外，生体细胞内的折射率的变化非常小。因此，检测部可以检测的反射光的功率或光量很小。因此，获得的图像容易变暗。

为了使反射光的光量增大，可以考虑使射出朝向样品的光的光源的功率增大。然而，光源功率的增大又归结到对生体细胞这样的样品带来光学或热损伤。因此，光源功率的增大并不能成为用于获得明亮的图像的适当的解决方案。

上述问题，不仅是针对生体细胞的观察，对难以获得高反射光量的其它的样品的观察也是共同的。

以往技术文献

(专利文献)

(专利文献1)：日本专利公开公报特开昭61-140914号

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以生成明亮的样品图像的技术。

本发明的一方面所涉及的图像生成装置生成表示样品的样品图像。图像生成装置包括：射出激光的激光光源部；将所述激光转换为合波光的转换部，其中，所述合波光是通过来自所述样品的反射而生成的反射光和通过调制所述激光的相位而生成的参照光合波所形成的光；生成与所述合波光的光量相应的第1检测信号的第1信号生成部；生成所述样品图像的图像生成部；调制所述相位使所述合波光的所述光量产生周期性变化的调制部。所述第1检测信号包含表示所述周期性变化从增加转向减少的信号成分。所述图像生成部利用所述信号成分生成所述样品图像。

本发明的另一方面所涉及的图像生成方法用于生成表示样品的样品图像。图像生成方法包括：射出激光的射出工序；将所述激光转换为合波光的转换工序，其中，所述合波光是通过来自所述样品的反射而生成的反射光和通过调制所述激光的相位而生成的参照光合波所形成的光；生成与所述合波光的光量相应的第1检测信号的第1信号生成工序；生成所述样品图像的图像生成工序。所述转换工序包含调制所述相位使所述光量产生周期性变化的工序。所述第1信号生成工序包含生成表示所述周期性变化从增加转向减少的信号成分的工序。所述图像生成工序包含利用所述信号成分生成所述样品图像的工序。

本发明使得生成明亮的样品图像成为可能。

本发明的目的、特征及优点通过以下的详细说明和附图将更为明显。

附图说明

图1是第1实施方式的图像生成装置的概要方框图。

图2是从图1所示的图像生成装置的信号生成部输出的例示的检测信号的概要图。

图3是用于生成表示样品的样品图像的图像生成方法的概要流程图。

图4是第2实施方式的图像生成装置的概要方框图。

图5是第3实施方式的图像生成装置的概要方框图。

图6是第4实施方式的图像生成装置的概要图。

图7是表示图6所示的图像生成装置的动作的概要流程图。

图8是作为图6所示的图像生成装置的修正元件而被例示的扩束器的概要图。

图9A是图6所示的图像生成装置的调制部的概要图。

图9B是图6所示的图像生成装置的调制部的概要图。

图10是表示样品的反射率、合波光的功率的最大值及合波光的最大功率的放大率之间的例示关系的图解，其中，合波光的最大功率的放大率是指当存在反射镜的情况下获得的合波光的最大功率相对于当不存在反射镜的情况下获得的合波光的最大功率的放大率。

图11是作为图6所示的图像生成装置的图像生成部而被例示的图像生成单元的概要方框图。

图12是表示图11所示的图像生成单元的动作的概要流程图。

图13是概略地表示从样品到图6所示的图像生成装置的光检测器为止的光路的展开图。

图14A是表示聚光点周围的光强度分布的概要图解。

图14B是表示聚光点周围的光强度分布的概要图解。

图14C是表示聚光点周围的光强度分布的概要图解。

图15A是通过具有高数值孔径的物镜而被聚光到样品的光的概要图。

图15B是通过具有低数值孔径的物镜而被聚光到样品的光的概要图。

图16是表示合波光的光强度的变动的概要图解。

图17是第5实施方式的图像生成装置的概要图。

图18是第6实施方式的图像生成装置的概要图。

图19是作为图18所示的图像生成装置的图像生成部而被例示的图像生成单元的概要方框图。

图20是表示图19所示的图像生成单元的动作的概要流程图。

图21是第7实施方式的图像生成装置的概要图。

图22是第8实施方式的图像生成装置的概要图。

图23是第9实施方式的图像生成装置的概要图。

具体实施方式

以下，参照附图对与图像生成技术有关的各种特征进行说明。另外，在以下说明的实施方式中，对于相同的构成要素赋予相同的符号。此外，为了说明的清晰化，根据需要省略重复的说明。附图所示的结构、配置或形状及与附图相关的记载是以容易理解以下的实施方式的原理为目的。因此，以下的实施方式的原理不受任何的限定。

(第1实施方式)

在本实施方式中，对利用高相干光生成样品图像的技术进行说明。另外，在以下的说明中，“高相干光”的术语可以指具有50μm以上的相干长度的光。作为高相干光激光被例示。

与本实施方式的图像生成技术不同，大多数以往技术利用低相干光或内相干光(参照日本专利公开公报特开平10-2855号公报(以下称为参考文献1))。另外，在以下的说明中，“低相干光”的术语可以指具有大于10μm且小于50μm的相干长度的光。“内相干光”的术语可以指具有小于10μm的相干长度的光。“高相干光”、“低相干光”及“内相干光”的术语的定义对本实施方式的原理没有任何的限定。

参考文献1公开了利用低相干光或内相干光测量层压结构体的折射率及膜厚的测量装置。参考文献1的测量装置因为被用于折射率及膜厚的测量，所以与以图像生成为目的的本实施方式的技术没有直接的关系。然而，参考文献1所公开的技术作为利用低相干光或内相干光的光学技术，在以下被简要地说明。

参考文献1的测量装置具备LED、参照镜以及检测部。LED射出低相干光。从LED射出的低相干光被依次聚光于样品中的多个位置。参照镜在各聚光位置位移。如上所述，因为低相干光具有较短的相干长度，所以，干涉光的强度随着参照镜的位移而衰减。由于干涉光的强度的衰减，干涉光的振幅发生变化。检测部检测干涉光的振幅的最大值。

测量装置根据检测出的最大值的数据测量在参照镜的位移方向的峰值间隔。此外，测量装置还测量聚光位置的间隔(局部位置间隔)。测量装置从峰值间隔和局部位置间隔计算样品的折射率及膜厚。

如上所述，低相干光的利用最终导致干涉光的强度伴随参照镜的位移的衰减。如果从与衰减的强度对应的数据区间提取被用于折射率的计算的数据，则有可能不能适当地检测出干涉光的振幅的最大值。不适当的最大值的检测对样品的折射率及膜厚的计算而言也许并不重大，但是，对于生成明亮的图像来说会成为很大的问题。

(图像生成装置)

图1是第1实施方式的图像生成装置100的概要方框图。参照图1对图像生成装置100进行说明。图1的实线箭头表示光的传播。图1的虚线箭头表示信号的传输。

图像生成装置100具备激光光源部110、转换部120、信号生成部130、图像生成部140、调制部150。激光光源部110向转换部120射出激光LB。转换部120将激光LB分波为第1分波光FDB和第2分波光SDB。第1分波光FDB向样品SMP传播。之后，第1分波光FDB的一部分成为被样品SMP反射的第1反射光FRB。第1反射光FRB向转换部120传播。第2分波光SDB向调制部150传播。调制部150调制第2分波光SDB的相位，并且反射第2分波光SDB生成第2反射光SRB。第2反射光SRB作为相对于第1反射光FRB参照光而被利用。与第1反射光FRB相同，第2反射光SRB也向转换部120传播。转换部120合波第1反射光FRB和第2反射光SRB生成合波光MPB。合波光MPB从转换部120向信号生成部130传播。信号生成部130生成与合波光MPB的光量相应的检测信号。检测信号被从信号生成部130向图像生成部140输出。图像生成部140利用检测信号生成表示样品的样品图像。在本实施方式中，信号生成部130作为第1信号生成部而被例示。检测信号作为第1检测信号而被示例。第1反射光FRB作为反射光而被例示。

激光光源部110可以具有一个激光光源。取而代之，激光光源部110也可以具有多个激光光源。如果激光光源部110具有多个激光光源，多个激光光源可以射出颜色或波长彼此不同的激光。本实施方式的原理不受激光光源部110的结构的任何限定。

如上所述，转换部120具有将激光LB转换为合波光MPB的功能。用于从激光LB向合波光MPB转换的各种光学设计都可以应用于转换部120。本实施方式的原理不受转换部120的结构的任何限定。

能够检测出合波光MPB的光量的各种检测元件可应用于信号生成部130。本实施方式的原理不受信号生成部130的结构的任何限定。

图像生成部140可以基于已知的图像形成技术生成样品图像。因此，用于生成样品图像的算法的详细情况对本实施方式的原理没有任何限定。

调制部150可以变更第2分波光SDB的光程以引起相位调制。取而代之，调制部150也可以利用折射率的变化以引起相位调制。本实施方式的原理不受相位调制技术的任何限定。

图2是从信号生成部130输出的例示的检测信号的概要图。参照图1及图2对图像生成装置100进一步进行说明。

信号生成部130可以输出电压信号作为检测信号。高电压电平(level)意味着合波光MPB的光量大。低电压电平强度意味着合波光MPB的光量小。

在调制部150增加相位调制量的期间，合波光MPB的光量发生周期性变化。其结果，如图2所示，信号生成部130输出的电压信号的电压电平也周期性变化。

图像生成部140从信号生成部130输出的检测信号提取表示合波光MPB的光量从增加转向减少的信号成分。图像生成部140利用提取的信号成分生成样品图像。

提取的信号成分可以是表示周期性变化的光量的最大值的信号数据。取而代之，信号成分也可以是表示从基于规定的信号区间中的信号数据所描绘的包络线所发现的光量的最大值。进一步取而代之，信号成分也可以是表示合波光MPB的光量从增加转向减少的规定长度的数据区间的平均值。图像生成部140利用在合波光MPB的光量实质上达到最大时所获得的信号成分生成样品图像。因此，针对从信号生成部130输出的检测信号的杂讯除去处理或其它的运算技术对本实施方式的原理没有任何限定。

与上述参考文献1所公开的技术不同，因为激光光源部110射出相干长度长的激光LB，所以，电压电平的周期性变化的振幅相对于相位调制量的变化而言更加稳定。因此，在本实施方式的原理下，如果能获得表示1周期的电压信号的变化的信号数据，就能获得适合于样品图像的生成的信号成分。

(图像生成方法)

图3是用于生成表示样品SMP的样品图像的图像生成方法的概要流程图。参照图1至图3对图像生成方法进行说明。

(步骤S110)

在步骤S110，激光光源部110将激光LB向转换部120射出。之后，执行步骤S120。

(步骤S120)

在步骤S120，转换部120将激光LB分波为第1分波光FDB和第2分波光SDB。第1分波光FDB的一部分被样品SMP反射而成为第1反射光FRB。第2分波光SDB被调制部150反射而成为第2反射光SRB。此时，调制部150调制相位。转换部120将第1反射光FRB和第2反射光SRB合波而生成合波光MPB。即，在步骤S120，激光LB被转换为合波光MPB。作为上述调制部150的相位调制处理的结果，合波光MPB的光量发生周期性变化。生成合波光MPB后，执行步骤S130。

(步骤S130)

在步骤S130，信号生成部130生成与合波光MPB的光量相应的检测信号。如参照图2的说明所示，检测信号包含表示合波光MPB的光量的周期性变化从增加转向减少的信号成分。一旦检测信号被从信号生成部130输出到图像生成部140，就执行步骤S140。本实施方式中，步骤S130作为第1信号生成工序而被例示。

(步骤S140)

在步骤S140，图像生成部140从检测信号提取表示合波光MPB的光量的周期性变化从增加转向减少的信号成分。图像生成部140利用提取的信号成分生成样品图像。

(第2实施方式)

以往存在利用高相干光的干涉显微镜(参照日本专利公开公报特开平11-109253号公报(以下称为参考文献2))。

参考文献2的干涉显微镜具备激光光源、参照镜、压电元件。压电元件使参照镜移动。参照镜移动的结果产生多种干涉光。其结果，生成多个干涉条纹。干涉显微镜检测多个干涉条纹的变化量，观察者能够观察细微的表面结构。

干涉显微镜因为检测多个干涉条纹的变化，所以需要较大的光量。因此，干涉显微镜需要获取在光轴方向扩散的全部的光。

已知样品的纵深方向的分辨率依赖于相干长度。短的相干长度则分辨率高。长的相干长度则分辨率低。因此，从高分辨率的观点来看，使用低相干长度的参考文献1所公开的技术与参考文献2所公开的技术相比更容易实现高分辨率。另外，由于参考文献1所公开的技术是利用因低相干光或内相干光的使用而引起的干涉光的强度的衰减，所以参考文献2所公开的技术并不适用于参考文献1所公开的技术。参考文献2所公开的技术是利用因高相干光的使用而引起的干涉条纹，所以，参考文献1所公开的技术也不适用于参考文献2所公开的技术。

本发明的发明人发现，如果能够有选择地利用使用高相干光生成的合波光的一部分，就可以获得高分辨率。发明人的此发现与需要获取在光轴方向扩散的光的全部的上述干涉显微镜的指教相反。

如果干涉显微镜有选择地利用一部分的光成分，则被利用的光的量对于干涉显微镜检测多个干涉条纹的变化量所需的光的量而言太少。其结果，观察者不能观察细微的表面结构。

此外，因为干涉显微镜检测多个干涉条纹的变化量，所以干涉显微镜不能将光聚光于样品中的所期望的纵深位置。因此，基于参考文献2公开的技术而生成的图像是光在纵深方向分散的条件下而生成的。因此，参考文献2的干涉显微镜面临在样品的纵深方向分辨率低的问题。

图4是第2实施方式的图像生成装置100A的概要方框图。参照图4对图像生成装置100A进行说明。图4的实线箭头表示光的传播。图4的的虚线箭头表示信号的传输。第1实施方式和第2实施方式之间共同使用的符号意味着被赋予该共同的符号的要素具有与第1实施方式相同的功能。因此，这些要素引用第1实施方式的说明。

与第1实施方式相同，图像生成装置100A具备激光光源部110、信号生成部130、图像生成部140、调制部150。图像生成装置100A还具备转换部120A。转换部120A包含分波部210和射出处理部220。

激光光源部110向分波部210射出激光LB。分波部210将激光LB分波为第1分波光FDB和第2分波光SDB。第1分波光FDB向样品SMP传播。之后，第1分波光FDB的一部分成为被样品SMP反射的第1反射光FRB。第1反射光FRB向分波部210传播。第2分波光SDB向调制部150传播。调制部150调制第2分波光SDB的相位，并且反射第2分波光SDB生成第2反射光SRB。第2反射光SRB作为相对于第1反射光FRB的参照光而被利用。与第1反射光FRB相同，第2反射光SRB也向分波部210传播。分波部210合波第1反射光FRB和第2反射光SRB而生成合波光MPB。合波光MPB被从分波部210向射出处理部220射出。

射出处理部220包含规定部221和聚光部222。合波光MPB从分波部210向聚光部222传播。之后，聚光部222将合波光MPB聚光于规定部221。

被聚光部222聚光的合波光MPB包含0次干涉光和比0次干涉光高次的高次干涉光(即±n次干涉光(n为自然数))。规定部221规定合波光MPB透过的透过区域。透过区域的尺寸被设计成至少部分阻碍高次干涉光的透过。因此，透过规定部221的透过区域的0次干涉光的光量比高次干涉光的光量多。在本实施方式中，规定部221作为第1规定部而被例示。由规定部221规定的透过区域作为第1透过区域而被例示。

聚光部222将合波光MPB聚光于透过区域。其结果，0次干涉光大多通过透过区域向信号生成部130传播。另一方面，高次干涉光大多因为规定部221而被阻碍向信号生成部130的传播。因此，信号生成部130主要利用0次干涉光生成检测信号。在本实施方式中，聚光部222作为第1聚光部而被例示。

根据本发明的发明人所见，高次干涉光是使在样品SMP的纵深方向(即，沿第1分波光FDB的光路的方向)的分辨率降低的主要原因。由于图像生成装置100A通过配置在聚光部222和信号生成部130之间的规定部221几乎截住了高次干涉光，所以，纵深方向的分辨率可维持在比较高的水平。

规定部221可以是形成有针孔或缝隙等微小孔的开口部件。取而代之，规定部221也可以是光纤。进一步取而代之，规定部221可以是能一面允许0次干涉光的透过一面阻碍高次干涉光的传播的其它的光学元件。

(第3实施方式)

日本专利公开公报特开平2-36338号公报(以下称为参考文献3)公开了作为利用高相干光的其它技术，检测样品内部的缺陷的检测装置。另外，因为检测装置不是以生成图像为目的，所以，与以生成图像为目的的本实施方式的技术没有直接关系。然而，参考文献3所公开的技术作为利用高相干光的光学技术，在以下被简要地说明。

与参考文献2所公开的技术相同，参考文献3的检测装置具备激光光源。与参考文献2所公开的技术不同，检测装置虽然具备形成有针孔的针孔部件，但是如后所述，无法达到高分辨率。

检测装置具备参照镜和光电转换元件。另外，与参考文献2所公开的技术不同，参照镜不移动。

检测装置使激光聚光于样品，在样品中的规定的位置形成焦点。检测装置使来自参照镜的反射光和来自样品的反射光相互干涉生成干涉光。光电转换元件生成表示干涉光的干涉图案的干涉强度信号。

如果让焦点与样品中的缺陷位置相匹配，来自参照镜的反射光和来自样品的反射光的干涉对于光电转换元件输出干涉强度而言太微弱。因此，如果在样品中的规定位置形成焦点，并且，光电转换元件没有输出干涉强度信号，检测装置判断样品中存在缺陷。

基于参考文献2的指教，如果使用可以移动的参照镜，则无法判别干涉强度信号的变化是因参照镜的移动而引起的还是因样品中的缺陷而引起。因此，参考文献2所公开的技术不适用于参考文献3的检测装置。因为参考文献2所公开的技术以检测因参照镜的移动而引起的干涉条纹的变化量为目的，所以参考文献3所公开的技术不适用于参考文献2所公开的技术。

如上所述，检测装置具备针孔部件。然而，与第2实施方式相关说明的图像生成装置不同，参考文献3的通过针孔的干涉光的振幅并非一定没有被最大化。只要参照镜没有被定位成使通过针孔的干涉光的振幅为最大化，通过针孔的干涉光的振幅还是比较小的。干涉光的振幅的最大化虽然在检测样品内部缺陷的方面不是很重要，但是对于生成明亮的图像而言可能会成为很大的问题。

第2实施方式的原理，使用进行相位调制的调制部和规定部，可以实现在纵深方向的高分辨率。如上所述，参考文献2所公开的技术及参考文献3所公开的技术，否定了调制部和规定部组合的有用性。如第2实施方式相关的说明所示，调制部和规定部的组合与以往技术相比，从纵深方向的高分辨率的观点出发是有利的。此外，本发明的发明人发现，从纵深方向的高分辨率的观点出发，物镜的数值孔径NA也对纵深方向的高分辨率有贡献。

上述参考文献1所公开的技术使用具有低数值孔径的物镜将光聚光于样品。来自样品的反射光与来自参照镜的反射光干涉。其结果，用于样品的观察的信号被放大。

如上所述，参考文献1所公开的技术利用低相干光。此时，通过向样品聚光而获得的横向方向(与纵深方向垂直的方向)的分辨率大约为在使用高相干光下达到的横向方向的分辨率的一半。

此外，参考文献1所公开的技术要求将来自样品的反射光和来自参照镜的反射光之间的光程差(或相位差)设定在相干长度(如果使用LED大约为7μm)以下。为了实现在纵深方向的高分辨率，如果相干长度变短，则需要严格设定参照镜的位置。这会使参照镜的位置设定在时间上效率很低。严格设定的参照镜的位置因环境因素(例如，环境温度)也可能会变化。因此，参考文献1所公开的技术下的分辨率非常容易降低。

第1实施方式相关说明的图像生成装置因为使用高相干光，所以在横向方向可以实现高的分辨率。第2实施方式相关说明的图像生成装置因为除了高相干光之外还使用聚光部和规定部的组合，所以在纵深方向也可以实现高的分辨率。本发明的发明人发现，在第2实施方式的原理下，如果追加使用具有适当的数值孔径的物镜，能够实现在纵深方向更高的分辨率。

图5是第3实施方式的图像生成装置100B的概要方框图。参照图5对图像生成装置100B进行说明。图5中的实线箭头表示光的传播。图5中的虚线箭头表示信号的传输。第2实施方式和第3实施方式之间共同使用的符号意味着被赋予该共同的符号的要素具有与第2实施方式相同的功能。因此，这些要素引用第2实施方式的说明。

与第2实施方式相同，图像生成装置100B具备激光光源部110、信号生成部130、图像生成部140、调制部150。图像生成装置100B还具备转换部120B。与第2实施方式相同，转换部120B包含分波部210和射出处理部220。转换部120B还包含对第1分光波FDB进行光学处理的处理部220。

处理部230包含物镜231。物镜231具有数值孔径NA。物镜231使光聚光于具有平均折射率n的样品SMP。处理部230除了聚光功能之外，还可以具有其它的功能(例如，球面像差修正)。

激光光源部110向分波部210射出激光LB。分波部210将激光LB分波为第1分波光FDB和第2分波光SDB。第1分波光FDB向处理部230传播。第1分波光FDB通过物镜231被聚光后向样品SMP传播。之后，第1分波光FDB的一部分成为被样品SMP反射的第1反射光FRB。第1反射光FEB向分波部210传播。第2分波光SDB向调制部150传播。调制部150调制第2分波光SDB的相位，并且反射第2分波光SDB生成第2反射光SRB。第2反射光SRB作为相对于第1反射光FRB的参照光而被利用。与第1反射光FRB相同，第2反射光SRB也向分波部210传播。分波部210合波第1反射光FRB和第2反射光SRB生成合波光MPB。合波光MPB被从分波部210向射出处理部220射出。合波光MPB具有波长λ。

本发明的发明人发现，图像生成装置100B可以实现的纵深方向的分辨率rd可以通过以下的公式计算得出。

公式1：

如果像参考文献1所公开的技术那样利用低相干光，则纵深方向的分辨率为相干长度t。因此，如果满足“rd＜t”所表示的关系，即使利用具有较长相干长度的激光，也能实现与利用低相干光的以往技术相比在纵深方向高的分辨率。即，如果以满足下述不等式所表示的关系的方式来设定物镜231的数值孔径NA，图像生成装置100B可以实现在纵深方向的高的分辨率。

公式2：

一般的LED的相干长度t可以从以下的公式计算得出。

公式3：

上述公式的符号“λc”表示LED的中心波长。符号“Δλ”表示波长的半值全幅。

如果LED具有“0.405μm”的中心波长和“10nm”的半值全幅，相干长度t根据上述公式为“7.2μm”。多数的LED射出具有接近“7.2μm”的相干长度的光。因此，为了实现与多数的LED相比更高的分辨率的数值孔径NA可以用以下的不等式来表示。

公式4：

如果作为样品SMP而被利用的生体细胞的平均折射率n为“1.335”，为了实现与利用发出“0.405μm”波长的光的LED的装置相比更高的分辨率所需的数值孔径NA的条件用“NA＞0.322”来表示。如果样品SMP的平均折射率n为“1.5”，为了实现与利用发出“0.405μm”波长的光的LED的装置相比更高的分辨率的数值孔径NA的条件用“NA＞0.334”来表示。如果能满足关于上述的数值孔径NA的条件，图像生成装置100B可以在横向方向及纵深方向实现高的分辨率。

与上述的参考文献1所公开的技术不同，图像生成装置100B利用高相干光生成样品图像。因此，在图像生成装置100B的设计时，没有必要将第1反射光FRB和第2反射光SRB之间的光程的差异(或相位差)设定成大致为0。如果光程的差异被设定在激光LB的相干长度内，合波光MPB的干涉程度(清晰度)成为大致恒定。因此，对于调制部150的位置并不要求过高的精度。此外，因环境因素(例如，环境温度)引起的调制部150的位置的变化也不容易影响到分辨率。

(第4实施方式)

基于上述的各种实施方式相关说明的设计原理可以设计各种各样的图像生成装置。在本实施方式中，对基于第3实施方式的设计原理构建的图像生成装置进行说明。

图6是第4实施方式的图像生成装置100C的概要图。参照图5和图6对图像生成装置100C进行说明。图6中的实线箭头表示光的传播。图6中的虚线箭头表示信号的传输。第3实施方式和第4实施方式之间共同使用的符号意味着被赋予该共同的符号的要素具有与第3实施方式相同的功能。因此，这些要素引用第3实施方式的说明。

图6中用点划线表示沿合波光MPB、第2分波光SDB及/或第2反射光SRB的光路描画的Y轴以及沿激光LB、第1分波光FDB及/或第1反射光FRB的光路描画的Z轴。图6还示出由Y轴、Z轴及与它们垂直的X轴组成的XYZ坐标。在以下的说明中，“纵深方向”的术语是指沿Z轴的方向或与Z轴平行的方向。“横向方向”的术语是指沿Y轴的方向或与Y轴平行的方向。

与第3实施方式相同，图像生成装置100C具备图像生成部140、物镜231。物镜231的数值孔径NA基于在第3实施方式中说明的原理而被设定为适当的值。例如，数值孔径NA可以被设定为“0.85”。物镜231的焦点距离被设定为在图像生成装置100C的设计下的适当的值。例如，物镜231的焦点距离可以为“2mm”。

图像生成装置100C还具备激光光源111、光检测器131、调制部150C、分波元件211、针孔部件221C、检测透镜222C。激光光源111射出激光LB。因此，激光光源111对应于图5所示的激光光源部110。光检测器131接收合波光MPB生成与合波光MPB的光量相应的检测信号。因此，光检测器131对应于图5所示的信号生成部130。分波元件211将激光LB分波为第1分波光FDB和第2分波光SDB。此外，分波元件211合波第1反射光FRB和第2反射光SRB而生成合波光MPB。因此，分波元件211对应于图5所示的分波部210。另外，作为分波元件211，可以使用一般的分束器。针孔部件221C规定针孔223。针孔223的尺寸被设定成一面允许0次干涉光的透过一面阻碍高次干涉光的透过。因此，针孔部件221C对应于图5所示的规定部221。针孔223对应于规定部221的透过区域。检测透镜222C将从分波元件211射出的合波光MPB向针孔223聚光。因此，检测透镜222C对应于图5所示的聚光部222。

调制部150C具备反射镜151、位移机构152。反射镜151反射第2分波光SDB而生成第2反射光SRB。位移机构152通过使反射镜151在横向方向位移，调制第2反射光SRB的相位而生成参照光。调制部150C对应于图5所示的调制部150。在本实施方式中，反射镜151作为反射部而被例示。位移机构152可以是压电平台(Piezo Stage)。取而代之，位移机构152也可以是电动平台。

图像生成装置100C还具备准直透镜240、修正元件232、位置调整机构250。准直透镜240被配置在分波元件211和激光光源111之间。修正元件232在分波元件211和物镜231之间修正第1分波光FDB的球面像差。修正元件232也可以作为图5所示的处理部的一部分来利用。本实施方式中，修正元件232作为第1修正部而被例示。

位置调整机构250具备平台251、驱动部252及玻璃罩253。平台251支撑透明性高的生体细胞等的样品SMP。驱动部252使平台251在横向方向(Y轴)、纵深方向(Z轴)及X轴方向位移。其结果，样品SMP的位置被适当地调整。玻璃罩253将样品SMP适当地固定在平台上251上。位置调整机构250可以是3轴的电动平台。玻璃罩253的厚度可以在图像生成装置100C的设计下适当地设定。例如，玻璃罩253的厚度可以设定为“0.17mm”。

激光光源111将激光LB作为发散光射出到准直透镜240。准直透镜240将激光LB转变成平行光。之后，平行光射入分波元件211。

分波元件211将从准直透镜240传输的激光LB分波为第1分波光FDB和第2分波光SDB。第1分波光FDB向修正元件232传播。第2分波光SDB向反射镜151传播。

修正元件232修正第1分波光FDB的球面像差。之后，第1分波光FDB射入物镜231。物镜231将光向被固定在平台251上的样品SMP聚光。其结果，样品SMP中的焦点FP被形成。位置调整机构250使平台251在横向方向、纵深方向及/或X轴方向位移，调整焦点FP和样品SMP之间的相对位置关系。样品SMP反射第1分波光FDB的一部分生成第1反射光FRB。第1反射光FRB依次通过物镜231及修正元件232射入分波元件211。在本实施方式中，位置调整机构250作为位置调整部而被例示。

第2分波光SDB射入反射镜151。此时，位移机构152使反射镜151在横向方向(Y轴方向)位移。其结果，调制部150C对射入到反射镜151的第2分波光SDB赋予相位变化。反射镜151反射第2分波光SDB，生成第2反射光SRB作为参照光。第2反射光SRB射入分波元件211。

分波元件211合波第1反射光FRB和第2反射光SRB而生成合波光MPB。合波光MPB从分波元件211向检测透镜222C传播。检测透镜222C将合波光MPB聚光于针孔223。在本实施方式中，分波元件211兼具分波功能和合波功能。也可以取代分波元件211而使用专门承担分波处理的光学元件和专门承担合波功能的光学元件的组合。

针孔部件221C一面允许0次干涉光的透过一面阻碍高次干涉光的透过。因此，高次干涉光几乎被针孔部件221C屏蔽。主要包含0次干涉光的合波光MPB透过针孔223射入光检测器131。

光检测器131接收合波光MPB。光检测器131生成与合波光MPB的光量相应的检测信号。检测信号被从光检测器131向图像生成部140输出。图像生成部140根据检测信号生成样品图像。

图7是表示转换工序(参照图3)中的图像生成装置100C的动作的概要流程图。参照图3、图6和图7对转换工序进行说明。

(步骤S210)

射出工序(参照图3)之后，执行步骤S210。在步骤S210，分波元件211将激光LB分波为第1分波光FDB和第2分波光SDB。之后，执行步骤S220。

(步骤S220)

在步骤S220，物镜231将第1分波光FDB向样品SMP聚光。其结果，第1分波光FDB作为汇聚光通过玻璃罩253在样品SMP中形成焦点FP。之后，执行步骤S230。

(步骤S230)

在步骤S230，位置调整机构250使平台251在横向方向(Y轴方向)、纵深方向(Z轴方向)及/或X轴方向位移，调整焦点FP和样品SMP之间的相对的位置关系。其结果，焦点FP被设定在样品SMP中的所期望的位置。如果平台251在纵深方向位移，则执行步骤S240。其它的情况下，则执行步骤S250。

(步骤S240)

在步骤S240，修正元件232根据焦点FP相对于样品SMP的纵深位置(在图6用符号“d”所表示的值)，修正第1分波光FDB的球面像差。之后，执行步骤S250。

(步骤S250)

在步骤S250，样品SMP反射在步骤S210生成的第1分波光FDB的一部分，生成第1反射光FRB。第1反射光FRB射入分波元件211。反射镜151反射在步骤S210生成的第2分光波SDB，生成第2反射光SRB。此时，位移机构152使反射镜151在横向方向(Y轴方向)位移，引起相位调制。分波元件211合波第1反射光FRB和第2反射光SRB，生成合波光MPB。

在步骤S230，因为位置调整机构250通过使平台251在横向方向(Y轴方向)、纵深方向(Z轴方向)及/或X轴方向位移来调整焦点FP和样品SMP之间的相对的位置关系，所以3轴的电动平台比较适合用来作为位置调整机构250。取而代之，也可以将检流计反射镜等光偏转元件作为位置调整机构配置在分波元件211和物镜231之间的第1分波光FDB的光路上。此时，因为焦点FP随着光偏转元件的动作而移动，因此焦点FP和样品SMP之间的相对的位置关系可以在样品SMP没有位移的情况下得到调整。因此，步骤S230在时间上被高效地执行。

图8是作为修正元件232而例示的扩束器270的概要图。参照图6至图8对修正元件232进行说明。另外，作为修正元件232，可以使用具有可变的折射率分布的液晶元件。因此，与图8相关的说明对本实施方式的原理没有任何限定。

扩束器270具备凹透镜271、凸透镜272及致动器273。致动器273使凹透镜271及凸透镜272的至少其中之一沿Z轴位移。其结果，凹透镜271和凸透镜272之间的距离发生变化，第1分波光FDB的球面像差得到修正。

在步骤S230，如果纵深方向的焦点FP的位置被变更，则在步骤S240，致动器273可以动作。其结果，球面像差根据焦点FP的纵深位置(图6中用符号“d”表示的值)得到适当地修正。因此，第1分波光FDB被良好地聚焦，形成适合于样品图像的生成的焦点FP。这最后归结到在XY平面上的高分辨率的样品图像。另外，如果致动器273不工作，并且，焦点FP被设定在较深的位置(即如果符号“d”为较大的值)，则由于球面像差，焦点FP容易变得模糊。其结果，获得的样品图像的分辨率降低。

用于使致动器273动作的算法可以考虑因玻璃罩253的厚度(例如0.17mm)引起的球面像差来设计。取而代之，也可以在设计物镜231时考虑因玻璃罩253的厚度引起的球面像差。

图9A和图9B是根据焦点FP的纵深位置“d”而动作的调制部150C的概要图。参照图6、图9A和图9B对调制部150C的动作进行说明。

在以下的说明中，焦点FP的纵深位置“d”作为与物镜231相对置的样品SMP的对置面FSF和焦点FP之间的距离而被定义。另外，关于纵深位置“d”的定义只是以说明的清晰化为目的。因此，关于纵深位置”d”的定义，对本实施方式的原理没有任何限定。

图9A所示的焦点FP处于纵深位置“d1”。图9B所示的焦点FP处于纵深位置“d2”。纵深位置“d2”的值大于纵深位置“d1”的值。

在以下的说明中，焦点FP相对于样品SMP的移动方向被称为“+Z方向”或“-Z方向”。“+Z方向”的术语表示焦点FP接近对置面FSF的方向。“-Z方向”的术语表示焦点FP远离对置面FSF的方向。另外，关于焦点FP的移动方向的定义仅以说明的清晰化为目的。因此，关于焦点FP的移动方向的定义对本实施方式的原理没有任何限定。

在调制部150C和分波元件211之间规定的光轴与Y轴一致。从图9A所示的焦点FP到分波元件211为止的光学距离“pz”的值为“pz1”。从图9B所示的焦点FP到分波元件211为止的光学距离“pz”的值为“pz2”。光学距离“pz2”比光学距离“pz1”长。

调制部150C可以使反射镜151沿Y轴位移，以使光检测器131输出的检测信号表示大的光量。在以下的说明中，反射镜151的位移方向称为“+Y方向”或“-Y方向”。“+方向”的术语表示反射镜151远离分波元件211的方向。“-Y方向”的术语表示反射镜151接近分波元件211的方向。另外，关于反射镜151的移动方向的定义仅以说明的清晰化为目的。因此，关于反射镜151的移动方向的定义对本实施方式的原理没有任何限定。

如果第2反射光SRB的相位与第1反射光FRB的相位一致，光检测器131输出表示合波光MPB的大的光量的检测信号。此时，图像生成装置100C可以生成明亮的样品图像。

反射镜151包含与分波元件211相对置的反射面153。第2分波光SDB被反射面153反射而成为第2反射光SRB。从图9A所示的反射面153到分波元件211为止的光学距离“py”的值为“py1”。从图9B所示的反射面153到分波元件211为止的光学距离“py”的值为“py2”。光学距离“py2”比光学距离“py1”长。

相位量可以通过以下的公式来定义。另外，关于相位量的定义对本实施方式的原理没有任何限定。

公式5：

相位量＝折射率×波数×光程

如图9A所示，当焦点FP的纵深位置“d”被设定为值“d1”时，调制部150C调整反射镜151的位置，以使与光学距离“pz”对应的相位量和与光学距离“py”对应的相位量相一致。其结果，在分波组件211，第2反射光SRB的相位与第1反射光FRB的相位一致。

生体细胞等样品SMP的折射率(例如“1.335”)在大多数情况下大于空气的折射率。此时，物镜231的焦点距离因样品SMP的折射率而变长。如果焦点FP向“-Z方向”移动，光学距离“pz”从值“pz1”向值“pz2”增大。此时，调制部150C使反射镜151向“+Y方向”位移距离“Δp”，将光学距离“py”设定为值“py2“。如果光学距离“py”被设定为值“py2”，在分波组件211，第2反射光SRB的相位与第1反射光FRB的相位一致。其结果，光检测器131输出表示合波光MPB的大的光量的检测信号。

本实施方式的原理可以取代使激光光源111的功率增大，通过反射镜151的位移增大合波光MPB的功率(光量)。因此，即使样品SMP中的折射率变化小，第1反射光FRB的功率(光量)少，也可以通过第1反射光FRB和第2反射光SRB合波时的相位的匹配，生成大功率(光量)的合波光MPB。本实施方式的原理因为对激光光源111不要求过大的功率，所以不容易产生对作为样品SMP而使用的生体细胞的光学及/或热损伤。

图10是表示样品SMP的反射率Rs(％)、合波光MPB的功率的最大值以及合波光MPB的最大功率的放大率之间的例示关系的图解，其中，合波光MPB的最大功率的放大率是指存在反射镜151时获得的合波光MPB的最大功率相对于不存在反射镜151时获得的合波光MPB的最大功率的放大率。参照图6和图10，对从反射镜151所获得的效果进行说明。另外，图10所示的放大率的数据也适用于透过针孔223之后的合波光MPB的功率(光量)及从光检测器131输出的检测信号。

图10所示的数据是在以下说明的条件下获得的。为了标准化，作为来自激光光源111的激光LB的功率所用的值为“1”。分波元件211的分支比的值设定为“0.5”。反射镜151的反射率的值设定为“1”。

以下示出在第1反射光FRB和第2反射光SRB之间的相位匹配下的合波光MPB的功率“I_P”、第1反射光FRB的功率“I_R”以及第2反射光SRB的功率“I_M”的关系。

公式6.

如果样品SMP的反射率“Rs”的值为“0.01(＝1％)”，则第1反射光FRB的功率“I_R”的值成为“0.005”。第2反射光SRB的功率“I_M”的值成为“0.5”。此时，合波光MPB的功率“I_P”的值成为“0.30”。

在不存在样品SMP的情况下，第1反射光FRB的功率“I_R”被视为“0”。同样，如果样品SMP的反射率为“0”，则第1反射光FRB的功率“I_R”被视为为“0”。此时，合波光MPB的功率“I_P”的值成为“0.25”。

图11是作为图像生成部140而被例示的图像生成单元280的概要方框图。参照图6、如图10和图11对图像生成单元280进行说明。

图像生成单元280具备输入部281、差分运算部282、图像信号生成部283、输出部284。检测信号被输入到输入部281。例如，检测信号在参照图10说明的条件下(激光LB的功率：1、分波元件211的分支比：0.5、反射镜151的反射率：1、样品SMP的反射率“Rs”：1％)，可以表示成合波光MPB的功率“I_P”的值为“0.30”。有关合波光MPB的功率“I_P”的数据可以从输入部281传送到差分运算部282。差分运算部282可以预先存储有关不存在样品SMP时的合波光MPB的功率“I_P”或样品SMP的反射率为“0”时的合波光MPB的功率“I_P”的数据。差分运算部282从来自输入部281的数据中减去预先存储的数据而生成差分数据。如果使用在图10的说明中计算出的值，差分数据的值为“0.05(＝0.30-0.25)”。

差分数据被从差分运算部282输出到图像信号生成部283。图像信号生成部283根据差分数据生成表示样品图像的图像信号。图像信号也可以通过输出部284输出到显示器装置等具有显示图像能力的外部装置(未图示)。差分运算部282进行的差分运算有助于防止浮黑。因此，获得的样品图像具有良好的对比度。

图12是表示图像生成工序(步骤S140)中的图像生成单元280的动作的概要流程图。参照图3、图6、图10至12图对图像生成单元280的动作进行说明。

(步骤S310)

参照图3说明的信号生成工序(步骤S130)之后，执行步骤S310。在步骤S310，输入部281接收检测信号。检测信号被从输入部281输出到差分运算部282。之后，执行步骤S320。

(步骤S320)

在步骤S320，差分运算部282从由在存在样品SMP的条件下输出的检测信号表示的数据减去在不存在样品SMP的情况下(或样品SMP的反射率为“0”的条件下)获得的数据而生成差分数据。差分数据被从差分运算部282输出到图像信号生成部283。之后，执行步骤S330。

(步骤S330)

在步骤S330，图像信号生成部283根据差分数据生成表示样品图像的图像信号。图像信号通过输出部284输出到外部装置。外部装置根据图像信号显示样品图像。

在不存在反射镜151的情况下，第2反射光SRB的功率“I_M”的值为“0”。这种情况下(激光LB的功率：1、分波元件211的分分支比：0.5、反射镜151的反射率：0、样品SMP的反射率“Rs”：1％)，射入检测透镜222C的合波光MPB的功率“I_P”为“0.0025(＝0.5×I_R＝0.5×0.005)”。因此，在存在反射镜151的条件下获得的合波光MPB的功率“I_P”为不存在反射镜151时获得的合波光MPB的功率“I_P”的20倍。

图10所示的放大率可以通过以下的公式定义。

公式7：

如上述公式和图10所示，如果样品SMP的反射率低，则放大率成为较大的值。因此，本实施方式的原理适合于生体细胞等具有低反射率的样品SMP的观察。

位置调整机构250依次变更焦点FP的位置，通过焦点FP扫描所期望的区域。每次将焦点FP设定在所期望的区域时，图像生成单元280都执行图12所示的处理。其结果，生成表示所期望的区域内的样品SMP的样品图像。样品图像可以是二维图像。取而代之，样品图像也可以是三维图像。

图13是概略地表示从样品SMP到光检测器131为止的光路的展开图。参照图6和图13对利用针孔部件221C除去杂散光进行说明。

在图13中，第1分波光FDB用实线描绘。物镜231使焦点FP形成于在纵深位置”d”用虚线描绘的第1面FPL上。检测透镜222C聚光第1反射光FRB，使焦点形成在针孔223。图13示出通过形成在针孔223的焦点，并且，垂直于由检测透镜222C和针孔部件221C规定的光轴的第1对应面FCP。

图13示出第2面SPL和第3面TPL。第2面SPL在“-Z轴方向”离开第1面FPL距离“s1”。第3面TPL在“-Z轴方向”离开第2面SPL距离“s2”。

图13示出从第2面SPL产生的光成分(以下，称为“第1杂散光FSL”)。图13示出在针孔部件221C和检测透镜222C之间描绘的第2对应面SCP。第2对应面SCP离开第1对应面FCP距离“sd1”。检测透镜222C使第1杂散光FSL的焦点落在第2对应面SCP。

图13示出从第3面TPL产生的光成分(以下，称为“第2杂散光SSL”)。图13示出在第2对应面SCP和检测透镜222C之间描绘的第3对应面TCP。第3对应面TCP离开第2对应面SCP距离“sd2”。检测透镜222C使第2杂散光SSL的焦点落在第3对应面TCP。

第1杂散光FSL和第2杂散光SSL对于获得第1面FPL上的样品SMP的图像而言是不需要的。如图13所明示，如果反射光的产生位置远离第1面FPL，则检测透镜222C将反射光的焦点设定在离开针孔223的位置。因此，在离开第1面FPL的位置产生的反射光不容易通过针孔223。其结果，纵深方向的分辨率得到提高。

检测透镜222C的焦点距离，例如，可以设定为33mm。此时，在第1对应面FCP上的第1反射光FRB的艾里斑直径可以为9.6μm。针孔223的尺寸可以根据在第1对应面FCP上的第1反射光FRB的艾里斑直径来适当地设定。在第1对应面FCP，第1杂散光FSL被散焦，与第1反射光FRB相比聚光点的尺寸增大。因此，第1反射光FRB可以透过针孔223，而第1杂散光FSL大部分被针孔部件221C阻碍透过。在第1对应面FCP，第2杂散光SSL被进一步散焦，第2杂散光SSL的聚光点尺寸变得比第1杂散光FSL大。因此，通过针孔223的第2杂散光SSL的量比第1杂散光FSL少。

针孔部件221C使横向方向(XY平面)的光学分辨率得到提高。横向方向的光学分辨率的改善依赖于针孔223的尺寸。通过适当地设定针孔223的尺寸，分辨率能增大“约2^0.5倍”。

针孔部件221C并非一定要使用。如果光检测器131具有和针孔223大致相同尺寸的受光部(未图示)，并且检测透镜222C使焦点对准受光部，则可以达到与图6所示的图像生成装置100C同样的分辨率。也可以使用光纤取代针孔部件221C。也可以使用形成有缝隙的缝隙部件取代针孔部件221C。如果使用缝隙部件，在一维方向信号的质量得到优化。

针孔223的尺寸依赖于通过检测透镜222C聚光的合波光MPB的艾里斑直径。例如，针孔223的尺寸可以被设计为艾里斑直径的0.8倍以上5倍以下。其结果，样品SMP在纵深方向(±Z轴方向)的分辨率达到1/10数μm至数μm。

过小的针孔会导致透过针孔的光量的过度的减少。因此，针孔的尺寸可以考虑能透过的光量来决定。由于检测透镜222C的聚光位置会因环境温度的变化而偏离针孔的中心位置，所以，针孔的尺寸也可以考虑到环境温度等因素来决定。

太大的针孔会导致不需要光检测器131检测的杂散光的光量增大。这会引起获得的样品图像的分辨率降低。因此，针孔的尺寸也可以考虑到获得的样品图像的分辨率来决定。

图14A至图14C是表示聚光点周围的光强度分布的概要图解。参照图6、图14A至图14C对球面像差引起的光强度分布的变化进行说明。

图14A表示不存在光学像差的情况下光强度的分布。半值全幅“2w”、物镜231的数值孔径“NA”及波长“λ”之间的关系，可以通过以下的公式来定义。

公式8：

图14B表示在100mλ的3次球面像差的情况下获得的光强度的分布(另外，衍射极限在70mλ以下)。图14C表示在150mλ的3次球面像差的情况下获得的光强度的分布(另外，衍射极限在70mλ以下)。

参照图14A至图14C发现球面像差的增大导致在聚光点的光强度的最大值降低。然而，半值全幅及艾里斑直径即使在球面像差增大的情况下也大致恒定。球面像差的增大导致旁瓣的增大。根据这些事实，可以推定使干涉性降低的球面像差的成分存在于旁瓣部分。

本发明的发明人发现，比3次更高次的球面像差的成分也存在于由艾里斑直径规定的区域之外(例如，旁瓣的区域)。数100mλ的球面像差在现实中是存在的。如果将针孔223的尺寸设计为艾里斑直径以下，则能适当地除去旁瓣区域的光成分。因为球面像差的成分也被除去，所以，合波光MPB的干涉度得到提高。

艾里斑直径可以通过以下的公式来定义。

公式9：

当物镜231具有焦点距离“f”，检测透镜222C具有焦点距离“f1”时，图像生成装置100C的光学倍率可以通过以下的公式来定义。

公式10：

检测透镜222C在针孔223生成的焦点处的艾里斑直径可以通过以下的公式来定义。

公式11：

如果针孔223的直径“d”满足用以下的不等式表示的关系，则能适当地除去包含球面像差的像差成分。其结果，可获得具有良好的干涉性的合波光MPB。

公式12：

修正元件232被用于修正球面像差。然而，当样品SMP具有不均匀的折射率分布时，或者，因激光LB的波长分散而存在各种种类的光学像差时，基于修正元件232的像差修正功能有可能不充分。如上所述，针孔部件221C可以适当地除去通过修正元件232难以修正的球面像差。

图15A是通过具有高数值孔径NA的物镜231而被聚光于样品SMP的光的概要图。图15B是通过具有低数值孔径NA的物镜231而被聚光于样品SMP的光的概要图。参照图6、图15A及图15B，对对于本实施方式的原理而言优选的光的种类进行说明。

根据本实施方式的原理构建的图像生成装置的光源优选射出空间上的相干性高，并且时间上的相干性低的光。如果空间上的相干性高，则如图15A所示，第1分波光FDB被聚焦到接近衍射极限为止。其结果，在XY平面的光学分辨率变高。如果针孔223的直径设定为适当的值，则可除去杂散光。因此，在XY平面的分辨率得到进一步提高。

如果空间上的相干性高，可以适用上述“公式8”的半值全幅的定义。因此，物镜231优选具有大的“NA”并且利用短波长的光(例如，蓝光)。图6所示的图像生成装置100C射出激光LB。该激光LB的空间上的相干性高，在XY平面中可获得高的分辨率。

激光LB的时间上的相干性也比较高。如图15B所示的样品SMP上的聚光点周围的0次干涉光、超过0次的次数高的干涉光(±1次、±2次、±3次、…)的位置关系所示，如果物镜231的数值孔径NA较小，高次干涉光的成分会作为第1反射光FRB的成分混入合波光MPB。这会引起光检测器131输出的信号的质量的降低。即，在Z轴方向的光学分辨率变低。此时，可以利用高频率重叠技术使时间上的相干性降低。因为相干长度被降低，所以难以产生高次干涉光。因此，信号的质量不容易降低。

如图15A所示，如果物镜231的数值孔径NA大，高次的干涉光就具有较大的直径。因此，针孔部件221C可以大幅地除去高次数的干涉光。即，通过组合高数值孔径NA的物镜231和针孔部件221C，可适当地降低高次干涉光的影响，提高样品SMP在纵深方向的分辨率。

LED等内相干光源射出的光具有较低的空间上的相干性。内相干光不怎么聚焦也会在样品SMP中形成焦点FP(即，焦点FP扩散到衍射极限值的数倍程度)。针孔部件221C能除去杂散光发挥聚焦的效果。内相干光源射出的光因为具有较低的时间上的相干性，所以不容易在合波光MPB产生高次干涉光。因此，样品SMP在纵深方向的分辨率提高。

超辐射发光二极管具有激光和LED中间的相干性特性。因此，在XYZ方向的分辨率具有良好的平衡。然而，射出短波长的光(蓝光)的装置因为还没有实用化，所以即使来自超辐射发光二极管的光被聚焦到接近衍射极限，光点尺寸因长波长的原因而变大。因此，超辐射发光二极管的使用从在XY平面上的分辨率的观点来看并不太适合。

本发明的发明人，使用射出“0.405μm”的蓝色激光的半导体激光器作为激光光源111来观察样品SMP。本发明的发明人使用具有“0.85”的数值孔径NA的物镜231。此时，样品SMP中的光点直径为“0.25μm”(半值全幅)。本发明的发明人将针孔223的直径设定为通过检测透镜222C而被聚光的合波光MPB的艾里斑直径的“0.8倍”。其结果，本发明的发明人在XY平面实现了“0.2”μm以下的分辨率。本发明的发明人将高频率重叠技术应用于激光LB，并且，使用针孔部件221C实现了在纵深方向“0.92μm”的分辨率。

图16是表示合波光MPB的光强度的变动的概要图解。参照图6、图9A、图9B以及图16对合波光MPB进行说明。

激光LB的相干性长度可以在数100μm以上。如果图9A和图9B所示的光程“py”、“pz”之间的差在激光LB的相干长度以下，则能获得图16所示的正弦波状的合波光MPB的强度变动。如图16所示，在各周期，最大值大体上恒定。另外，如果使用内相干光，正弦波状的光强度的最大值随着光程差的增大而大幅地降低。

因为正弦波状的合波光MPB的强度变化的最大值大致恒定，所以，反射镜151的初始位置的设定非常容易。如果反射镜151从适当设定的初始位置起在1周期(2π(rad)的相位量)的区间内移动，高强度的合波光MPB被传输到光检测器131。图像生成部140在1周期的相位调制量的区间内，从光检测器131输出的检测信号中提取实质上表示最大的光量的信号成分，生成样品图像。

(第5实施方式)

激光光源部也可以包含多个激光光源。如果多个激光光源射出彼此不同波长的激光，获得的样品图像可以用多个色相来表现。在本实施方式中，对具备多个激光光源的图像生成装置进行说明。

图17是第5实施方式的图像生成装置100D的概要图。参照图5和图17对图像生成装置100D进行说明。图17的实线箭头表示光的传播。图17的虚线箭头表示信号的传输。第4实施方式和第5实施方式之间共同使用的符号意味着被赋予该共同的符号的要素具有与第4实施方式相同的功能。因此，这些要素引用第4实施方式的说明。

与第4实施方式相同，图像生成装置100D具备光检测器131、图像生成部140、调制部150C、分波元件211、针孔部件221C、检测透镜222C、物镜231、修正元件232、位置调整机构250。图像生成装置100D还具备第1激光光源291、第2激光光源292、第3激光光源293。第1激光光源291、第2激光光源292以及第3激光光源293与图5所示的激光光源部110相对应。第1激光光源291射出第1激光LB1。第2激光光源292射出第2激光LB2。第3激光光源293射出第3激光LB3。

图像生成装置100D还具备第1准直透镜24、第2准直透镜242以及第3准直透镜243。第1激光光源291向第1准直透镜241射出第1激光LB1作为发散光。第1准直透镜241使第1激光LB1成为平行光。第2激光光源292向第2准直透镜242射出第2激光LB2作为发散光。第2准直透镜242使第2激光LB2成为平行光。第3激光光源293向第3准直透镜243射出第3激光LB3作为发散光。第3准直透镜243使第3激光LB3成为平行光。

图像生成装置100D还具备第1分色镜311、第2分色镜312。第1分色镜311让第1激光LB1透过，另一方面将第2激光LB2向第2分色镜312反射。因此，第1激光LB1和第2激光LB2都向第2分色镜312传播。第2分色镜312让第1激光LB1和第2激光LB2都透过而朝向分波元件211，另一方面将第3激光LB3向分波元件211反射。其结果，第1激光LB1、第2激光LB2以及第3激光LB3都向分波元件211传播。

第1激光光源291、第2激光光源292以及第3激光光源293分别独立射出波长彼此不同的激光(第1激光LB1、第2激光LB2、第3激光LB3)。光检测器131生成分别与第1激光LB1、第2激光LB2以及第3激光LB3相应的检测信号。图像生成部140生成与第1激光LB1所对应的检测信号相应的样品图像、与第2激光LB2所对应的检测信号相应的样品图像和与第3激光LB3所对应的检测信号相应的样品图像。此外，图像生成部140也可以合成上述的两种样品图像。通过图像生成部140的合成处理获得的样品图像可以包括包含上述的两种样品图像的信息。

第1激光光源291、第2激光光源292以及第3激光光源293的其中之一可以是射出红色激光(例如，0.60μm以上0.64μm以下的波长的激光)的红色激光光源。第1激光光源291、第2激光光源292以及第3激光光源293中的另一个可以是射出绿色激光(例如，0.50μm以上0.54μm以下的波长的激光)的绿色激光光源。第1激光光源291、第2激光光源292以及第3激光光源293中剩下的一个可以是射出蓝色激光(例如，0.44μm以上0.48μm以下的波长的激光)的蓝色激光光源。此时，光检测器131输出与红色激光对应的红色检测信号。光检测器131输出与绿色激光对应的绿色检测信号。光检测器131输出与蓝色激光对应的蓝色检测信号。图像生成部140根据红色检测信号生成红色的样品图像，根据绿色检测信号生成绿色的样品图像，根据蓝色检测信号生成蓝色的样品图像。此外，可以任意组合这3个样品图像进一步合成样品图像。此时的组合有4种，即，红色的样品图像和绿色的样品图像的合成、红色的样品图像和蓝色的样品图像的合成、绿色的样品图像和蓝色的样品图像的合成、红色的样品图像和绿色的样品图像以及蓝色的样品图像的合成。尤其是在进行红色的样品图像和绿色的样品图像以及蓝色的样品图像的合成时，可以制作通常的彩色图像。如果是上述的波长带，可以利用半导体激光在较广的颜色表现范围生成彩色的样品图像。

与第4实施方式不同，因为图像生成装置100D使用多个波长的激光(第1激光LB1、第2激光LB2、第3激光LB3)生成样品图像，所以，与第4实施方式相比可以从样品图像获得更多的信息。如果使用生体细胞作为样品SMP，并且，生体细胞的一部分对特定波长的激光有反应，则可以从样品图像适当地提取生体细胞的一部分。

本实施方式的原理并不限于上述的波长范围。第1激光光源291、第2激光光源292以及第3激光光源293的其中之一可以射出0.35μm以上0.45μm以下波长的激光。第1激光光源291、第2激光光源292以及第3激光光源293中的另一个可以射出0.60μm以上0.70μm以下波长的激光。第1激光光源291、第2激光光源292以及第3激光光源293中剩下的一个可以射出0.73μm以上0.83μm以下波长的激光。如果利用这些波长带，使用半导体激光器能容易生成样品图像。

图像生成装置100D还具备聚光透镜321和透明基板322。聚光透镜321及透明基板322可以作为图5所示的转换部120B的一部分而被利用。

聚光透镜321被配置在反射镜151和分波元件211之间。透明基板322被配置在聚光透镜321和反射镜151之间。聚光透镜321使第2分波光SDB通过透明基板322聚光于反射镜151。透明基板322修正第2分波光SDB的像差。在本实施方式中，聚光透镜321作为聚光元件而被例示。透明基板322作为第2修正部而被例示。

反射镜151反射通过聚光透镜321聚光的第2分波光SDB，生成第2反射光SRB作为发散光。聚光透镜321使第2反射光SRB成为平行光。之后，第2反射光SRB射入分波元件211。

物镜231被预先设计以修正玻璃罩253的厚度引起的球面像差。透明基板322可以用与玻璃罩253相同的材料来形成。取而代之，透明基板322也可以被设计成让与厚度和折射率的乘积成比例的光学相位量在透明基板322和玻璃罩253之间相等。如果聚光透镜321具有与物镜231同等的光学特性，在聚光透镜321和物镜231之间的像差的特性也同等。因此，合波光MPB可以具有适合于生成样品图像的波面。

因为聚光透镜321使第2分波光SDB聚光于反射镜151而生成算2反射光SRB，所以第2反射光SRB不容易受到反射镜151的倾斜的影响。因此，可以简化为了生成合波光MPB的光学设定。

(第6实施方式)

第4实施方式及第5实施方式的原理能够根据来自样品的反射光生成样品图像。如果利用透过了样品的透过光追加地生成样品图像，观察者可以从样品图像获得更多的信息。在本实施方式中，对利用反射光及透过光生成样品图像的图像生成装置进行说明。

图18是第6实施方式的图像生成装置100E的概要图。参照图18对图像生成装置100E进行说明。图18的实线箭头表示光的传播。图18的虚线箭头表示信号的传输。第4实施方式和第6实施方式之间共同使用的符号意味着被赋予了该共同的符号的要素具有与第4实施方式相同的功能。因此，这些要素引用第6实施方式的说明。

与第4实施方式相同，图像生成装置100E具备激光光源111、准直透镜240、光检测器131、调制部150C、分波元件211、针孔部件221C、检测透镜222C、物镜231、修正元件232以及位置调整机构250。图像生成装置100E还具备图像生成部140E、检测透镜331、针孔部件332及光检测器333。

物镜231使第1分波光FDB聚光于样品SMP而生成焦点FP。第1分波光FDB的一部分作为第1反射光FRB向物镜231传播。第1分波光FDB的其它部分作为透过光TMB透过样品SMP及平台251而作为杂散光向检测透镜331传播。

与针孔部件221C相同，针孔部件332形成有针孔334。针孔334的尺寸可以用与第4实施方式中说明的针孔223的尺寸相同的方法来决定。

检测透镜331使透过光TMB聚光于针孔334。透过针孔334的透过光TMB射入光检测器333。光检测器333生成与透过光TMB的光量相应的检测信号。检测信号被从光检测器333向图像生成部140E输出。在本实施方式中，光检测器333作为第2信号生成部而被例示。光检测器333生成的检测信号作为第2检测信号而被例示。针孔部件332作为第2规定部而被例示。针孔334作为第2透过区域而被例示。检测透镜331作为第2聚光部而被例示。生成与透过光TMB的光量相应的检测信号的光检测器333的信号处理作为第2信号生成工序而被例示。

图像生成部140E从光检测器131输出的检测信号提取实质上表示最大的光量的信号成分，生成样品SMP的反射图像作为样品图像。此外，图像生成部140E还利用光检测器333生成的检测信号，生成样品SMP的透过图像作为样品图像。本实施方式的原理与分别获得透过图像和反射图像的装置相比，可以在短时间内获得透过图像和反射图像。

图19是作为图像生成部140E而被例示的图像生成单元280E的概要方框图。参照图18、图19对图像生成单元280E进行说明。

与第4实施方式相同，图像生成单元280E具备差分运算部282。图像生成单元280E具备第1输入部341、第2输入部342、图像信号生成部283E及输出部284E。图像信号生成部283E具备反射图像生成部343、透过图像生成部344及合成图像生成部345。

光检测器131向第1输入部341输出检测信号。之后，通过差分运算部282对检测信号实施差分运算处理。反射图像生成部343从差分运算处理后的检测信号提取表示实质上最大的光量的信号成分，生成表示样品SMP的反射图像的数据。表示样品SMP的反射图像的数据通过输出部284E被输出到显示装置等外部装置(未图示)。

光检测器333向第2输入部342输出检测信号。之后，检测信号被输出到透过图像生成部344。透过图像生成部344根据检测信号生成表示样品SMP的透过图像的数据。表示样品SMP的透过图像的数据通过输出部284E被输出到显示装置等外部装置(未图示)。

表示样品SMP的反射图像的数据也被从反射图像生成部343输出到合成图像生成部345。表示样品SMP的透过图像的数据也被从透过图像生成部344输出到合成图像生成部345。合成图像生成部345利用表示样品SMP的反射图像的数据和表示样品SMP的透过图像的数据生成表示合成图像的数据。表示合成图像的数据通过输出部284E被输出到显示装置等外部装置(未图示)。

图20是表示图像生成工序(参照图3说明的步骤S140)中的图像生成单元280E的动作的概要流程图。参照图3、图18至图20对图像生成单元280E的动作进行说明。

(步骤S410)

在参照图3说明的信号生成工序(步骤S130)之后，执行步骤S410。在步骤S410，图像生成单元280E从光检测器131、333接收检测信号。如果第1输入部341从光检测器131接收检测信号，则执行步骤S420。如果第2输入部342从光检测器333接收检测信号，则执行步骤S450。

(步骤S420)

在步骤S420，检测信号被从第1输入部341输出到差分运算部282。差分运算部282从在存在样品SMP的条件下输出的检测信号所表示的数据减去在不存在样品SMP的条件下(或者，在样品SMP的反射率为“0”的条件下)获得的数据，生成差分数据。差分数据被从差分运算部282输出到反射图像生成部343。之后，执行步骤S430。

(步骤S430)

在步骤S430，反射图像生成部343根据差分数据生成表示样品SMP的反射图像的数据。之后，执行步骤S440。

(步骤S440)

在步骤S440，反射图像生成部343向输出部284E和合成图像生成部345输出表示样品SMP的反射图像的数据。之后，执行步骤S470。

(步骤S450)

在步骤S450，透过图像生成部344根据来自光检测器333的检测信号生成表示样品SMP的透过图像的数据。之后，执行步骤S460。

(步骤S460)

在步骤S460，透过图像生成部344向输出部284E和合成图像生成部345输出表示样品SMP的透过图像的数据。之后，执行步骤S470。

(步骤S470)

在步骤S470，合成图像生成部345利用表示样品SMP的反射图像的数据和表示样品SMP的透过图像的数据生成合成图像。之后，执行步骤S480。

(步骤S480)

在步骤S480，合成图像生成部345向输出部284E输出表示将反射图像和透过图像合成的合成图像的数据。其结果，观察者可以观察反射图像和透过图像被合成的合成图像。

根据本实施方式的原理，不仅可以获得样品SMP的反射图像也可以获得透过图像。因此，观察者可以更多地获得样品SMP的内部的信息。样品SMP的反射图像主要包含与样品SMP的内部的折射率分布相关联的信息。另一方面，样品SMP的透过图像主要包含与样品SMP的内部的衰减系数分布相关联的信息。观察者利用这些图像可以适当地把握与样品SMP的内部有关的信息。

如果样品SMP的透明度高，观察者一般可以从透过图像获得较多的信息。然而，在样品SMP过厚的情况下或样品SMP包含光吸收率较高的区域(例如，神经元(neuron))的情况下，有时观察者不能从透过图像提取较多的信息。在这种情况下，反射图像往往包含很多透过图像无法表现的信息。因此，如果合成图像生成部345利用反射图像生成部343生成的反射图像的数据和透过图像生成部344生成的透过图像的数据来执行运算处理(加法和/或减法)，可以生成能表现包含反射图像及透过图像的信息的合成图像。

取代检测透镜331，也可以使用将多个透镜元件组合的聚光部件。如果以与物镜231及检测透镜222C的光学特性匹配的方式来设计聚光部件，则与检测透镜331同样，聚光部件能让针孔部件332除去光学像差等的无用的光成分，并且，提高光学分辨率，可以让光检测器333根据透过样品SMP的光生成检测信号。

(第7实施方式)

第5实施方式的原理也可以与第6实施方式的原理组合。在本实施方式中，对利用波长彼此不同的激光生成反射图像、透过图像以及这些图像的合成图像的图像生成装置进行说明。

图21是第7实施方式的图像生成装置100F的概要图。参照图21对图像生成装置100F进行说明。图21的实线箭头表示光的传播。图21的虚线箭头表示信号的传输。在第5实施方式至第7实施方式之间共同使用的符号意味着被赋予该共同的符号的要素具有与第5实施方式或第6实施方式相同的功能。因此，这些要素引用第5实施方式或第6实施方式的说明。

与第5实施方式相同，图像生成装置100F具备第1激光光源291、第2激光光源292、第3激光光源293、第1准直透镜24、第2准直透镜242、第3准直透镜243、第1分色镜311、第2分色镜312、聚光透镜321、透明基板322。与第6实施方式相同，图像生成装置100F具备光检测器131、333、调制部150C、分波元件211、针孔部件221C、332、检测透镜222C、331、物镜231、修正元件232、位置调整机构250。图像生成装置100F还具备图像生成部140F。

与第5实施方式相同，第1激光光源291射出第1激光LB1。第2激光光源292射出第2激光LB2。第3激光光源293射出第3激光LB3。第1激光LB1、第2激光LB2及第3激光LB3的波长彼此不同。第1激光LB1、第2激光LB2以及第3激光LB3射入分波元件211。分波元件211将第1激光LB1、第2激光LB2以及第3激光LB3分波为第1分波光FDB和第2分波光SDB。样品SMP反射第1分波光FDB的一部分生成第1反射光FRB。反射镜151反射第2分波光SDB生成第2反射光SRB。分波元件211合波第1反射光FRB和第2反射光SRB而生成合波光MPB。合波光MPB透过针孔部件221C的针孔223射入光检测器131。光检测器131根据合波光MPB的光量生成检测信号。光检测器131生成的检测信号包含表示基于第1激光LB1的光量成分的信号、表示基于第2激光LB2的光量成分的信号、表示基于第3激光LB3的光量成分的信号。这些信号被从光检测器131输出到图像生成部140F。

第1分波光FDB的其它部分透过样品SMP而成为透过光TMB。与第6实施方式相同，检测透镜331使透过光TMB聚光于针孔部件332的针孔334。之后，透过光TMB射入光检测器333。光检测器333根据透过光TMB的光量生成检测信号。光检测器333生成的检测信号包含表示基于第1激光LB1的光量成分的信号、表示基于第2激光LB2的光量成分的信号、表示基于第3激光LB3的光量成分的信号。这些信号被从光检测器333输出到图像生成部140F。

图像生成部140F可以根据从光检测器131输出的检测信号生成基于第1激光LB1的反射光的样品图像、基于第2激光的反射光LB2的样品图像、基于第3激光的反射光LB3的样品图像。图像生成部140F可以根据从光检测器333输出的检测信号生成基于第1激光LB1的透过光的样品图像、基于第2激光LB2的透过光的样品图像、基于第3激光LB3的透过光的样品图像。此外，图像生成部140F也可以合成这些样品图像而生成合成图像。因此，观察者可以获得与样品SMP有关的各种信息。

(第8实施方式)

第4实施方式至第7实施方式的原理利用用于相位调制的可位移的反射镜。取而代之，也可以在电光效应下进行相位调制。在本实施方式中，对利用电光效应进行相位调制的图像生成装置进行说明。

图22是第8实施方式的图像生成装置100G的概要图。参照图22对图像生成装置100G进行说明。图22的实线箭头表示光的传播。图22的虚线箭头表示电的传输路径。第4实施方式和第8实施方式之间共同使用的符号意味着被赋予该共同的符号的要素具有与第4实施方式相同的功能。因此，这些要素引用第4实施方式的说明。

与第4实施方式相同，图像生成装置100G具备激光光源111、准直透镜240、光检测器131、图像生成部140、分波元件211、针孔部件221C、检测透镜222C、物镜231、修正元件232、位置调整机构250。图像生成装置100G还具备调制部150G。调制部150G包含反射膜154、施加部155及结晶元件156。

结晶元件156包含入射端面157和位于入射端面157相反侧的相反面158。反射膜154覆盖相反面158。第2分波光SDB射入入射端面157。之后，第2分波光SDB在结晶元件156内传输。反射膜154反射第2分波光SDB而生成第2反射光SRB。

结晶元件156可以是LiNbO₃、LiTaO₃或PLZT等透明的电光晶体。结晶元件156在Y轴方向可以具有约1cm的长度。结晶元件156在Z轴方向可以具有约2mm的厚度。

在结晶元件156内，例如，如果施加部155向结晶元件156施加电压以便在Y方向产生电场，结晶元件156在电光效应下可使折射率变化。与第4实施方式至第7实施方式的机械的相位调制技术不同，本实施方式在电光效应下调制相位。因为机械的动作部位减少，所以，图像生成装置100G可以具有较长的寿命。此外，图像生成装置100G可以具有结构上的稳定性和快速的响应性能。在本实施方式中，调制部150G作为反射机构而被例示。

与第4实施方式相同，在合波光MPB的光量经过1周期性变化的范围内，只要折射率发生变化即可。因此，施加部155没有必要向结晶元件156施加过高的电压。或者，结晶元件156在Y方向没有必要过长。作为结晶元件156，如果使用LiNbO₃，并且，施加部155向结晶元件156施加400V的电压，则可以引起2π(rad)的相位调制。

(第9实施方式)

第6实施方式的原理也可以与第8实施方式的原理组合。在本实施方式中，对利用波长彼此不同的激光生成反射图像、透过图像及这些图像的合成图像的图像生成装置进行说明。

图23是第9实施方式的图像生成装置100H的概要图。参照图23对图像生成装置100H进行说明。图23的实线箭头表示光的传播。图23的虚线箭头表示电的传输路径。第6实施方式、第8实施方式以及第9实施方式之间共同使用的符号意味着被赋予该共同的符号的要素具有与第6实施方式或第8实施方式相同的功能。因此，这些要素引用第6实施方式或第8实施方式的说明。

与第6实施方式相同，图像生成装置100H具备激光光源111、准直透镜240、光检测器131、分波元件211、针孔部件221C、检测透镜222C、物镜231、修正元件232、位置调整机构250、图像生成部140E、检测透镜331、针孔部件332、光检测器333。与第8实施方式相同，图像生成装置100H还具备调制部150G。

物镜231使第1分波光FDB聚光于样品SMP而生成焦点FP。第1分波光FDB的一部分作为第1反射光FRB向物镜231传播。第1分波光FDB的其它部分作为透过光TMB透过样品SMP及平台251而作为杂散光向检测透镜331传播。

检测透镜331使透过光TMB聚光于针孔334。透过针孔334的透过光TMB射入光检测器333。光检测器333生成与透过光TMB的光量相应的检测信号。检测信号被从光检测器333输出到图像生成部140E。

图像生成部140E从光检测器131输出的检测信号提取实质上表示最大的光量的信号成分，生成样品SMP的反射图像作为样品图像。此外，图像生成部140E还利用光检测器333生成的检测信号生成样品SMP的透过图像作为样品图像。本实施方式的原理与分别获得透过图像和反射图像的装置相比，可以在短时间内获得透过图像和反射图像。

图像生成部140E可以按照第6实施方式的原理生成透过图像和反射图像被合成的合成图像。

根据本实施方式的原理，不仅可以获得样品SMP的反射图像也可以获得透过图像。因此，观察者可以更多地获得样品SMP的内部的信息。样品SMP的反射图像主要包含与样品SMP的内部的折射率分布相关联的信息。另一方面，样品SMP的透过图像主要包含与样品SMP的内部的衰减系数分布相关联的信息。观察者利用这些图像可以适当地把握与样品SMP的内部有关的信息。

如果样品SMP的透明度高，观察者一般可以从透过图像获得较多的信息。然而，在样品SMP过厚的情况下或样品SMP包含光吸收率较高的区域(例如，神经元)的情况下，有时观察者不能从透过图像提取较多的信息。在这种情况下，反射图像往往包含很多透过图像无法表现的信息。因此，如果利用反射图像的数据和透过图像的数据执行运算处理(加法和/或减法)，可以生成能表现包含反射图像及透过图像的信息的合成图像。

取代检测透镜331，也可以使用将多个透镜元件组合的聚光部件。如果以与物镜231及检测透镜222C的光学特性匹配的方式来设计聚光部件，则与检测透镜331同样，聚光部件能让针孔部件332除去无用的光成分，并且，提高光学分辨率，可以让光检测器333根据透过样品SMP的光生成检测信号。

上述各种实施方式的原理可以适当地进行组合。本领域技术人员基于上述各种实施方式所公开的内容可以构建各种图像生成技术。本发明的发明人提出的技术性的概念，因为包含由上述的公开而涵盖的各种技术，所以，本申请所涉及的技术思想并不限定于上述实施方式的特定的结构、部件或配置。例如，上述实施方式所使用的物镜、准直透镜或检测透镜等的术语仅仅是为了明确说明的目的起见。本申请所涉及的技术思想也包括可取代物镜、准直透镜或检测透镜的透镜元件的利用。在上述的实施方式中，作为透明性高的样品例示了生体细胞。然而，本申请所涉及的技术思想也可以适用于透明性高的其它样品或反射率低的其它的样品。因此，本申请所涉及的技术思想并不被图像生成技术的目的所限定。

上述的各种实施方式所说明的例示的图像生成技术主要具有以下特征。

上述的实施方式的一方面所涉及的图像生成装置生成表示样品的样品图像。图像生成装置包括：射出激光的激光光源部；将所述激光转换为合波光的转换部，其中，所述合波光是通过来自所述样品的反射而生成的反射光和通过调制所述激光的相位而生成的参照光合波所形成的光；生成与所述合波光的光量相应的第1检测信号的第1信号生成部；生成所述样品图像的图像生成部；以及调制所述相位使所述合波光的所述光量产生周期性变化的调制部。所述第1检测信号包含表示所述周期性变化从增加转向减少的信号成分。所述图像生成部利用所述信号成分生成所述样品图像。

根据上述结构，由于图像生成部利用表示周期性变化从增加转向减少的信号成分来生成样品图像，因此观察者不需要过度地提高激光的功率也能观察到明亮的样品图像。

在上述结构中，所述转换部可以包含分波部和物镜，所述分波部将所述激光分波为用于生成所述反射光的第1分波光和用于生成所述参照光的第2分波光，所述物镜将所述第1分波光聚光到所述样品。所述样品的平均折射率可以为n。所述合波光的波长可以为λ。所述物镜的数值孔径可以为NA。所述数值孔径NA可以满足用NA＞(0.186111nλ-0.00865934λ²)^0.5表示的关系。

根据上述结构，因为数值孔径NA满足用NA＞(0.186111nλ-0.00865934λ²)^0.5表示的关系，所以能达到沿第1分波光的光路方向的高分辨率。

在上述结构中，所述调制部可以包含反射部和位移机构，其中，所述反射部反射所述第2分波光而生成所述参照光，所述位移机构使所述反射部沿着所述第2分波光的光路位移而引起所述周期性变化。

根据上述结构，因为位移机构能使反射部沿着第2分波光的光路位移，所以能适当地调整第2分波光的光程。因此，在反射部位移的期间，合波光的光量周期性地变化。

在上述结构中，在所述合波光的所述光量经过1周期性变化的区间内，所述位移机构可以使所述反射部位移。

根据上述结构，因为反射部的位移长度相当于合波光的光量经过1周期性变化的区间长度，所以位移机构可以没有必要使反射部过度地位移长距离。因此，图像生成装置能高效地生成样品图像。

在上述结构中，所述调制部可以包含具有在电光效应下变化的折射率且通过反射所述第2分波光而生成所述参照光的反射机构。所述反射机构可以使所述折射率变化而引起所述周期性变化。

根据上述结构，因为反射机构利用电光效应使折射率变化，所以反射机构不需要机械运动即可适当地使第2分波光的相位变化。因此，在反射机构使折射率变化的期间，合波光的光量周期性地变化。

在上述结构中，在所述光量经过1周期性变化的范围内，所述反射机构可以使所述折射率变化。

根据上述结构，因为反射机构在合波光的光量经过1周期性变化的范围内使折射率变化，所以，所述反射机构能在低耗电的情况下使第2分波光的相位变化。因此，图像生成装置能高效地生成样品图像。

在上述结构中，所述转换部可以包含将所述样品和所述物镜生成的焦点之间的相对位置关系在沿着所述第1分波光的光路的方向进行调整的位置调整部。

根据上述结构，因为位置调整部将样品和物镜生成的焦点之间的相对位置关系在沿着第1分波光的光路的方向上进行调整，因此，观察者能够观察到所期望的深度位置的样品图像。

在上述结构中，所述转换部可以包含修正所述第1分波光的球面像差的第1修正部。所述第1修正部可以基于所述位置关系修正所述球面像差。

根据上述结构，因为第1修正部根据样品和焦点之间的位置关系修正球面像差，所以可以形成适于样品观察的焦点。

在上述结构中，所述转换部可以包含将所述第2分波光聚光到所述调制部的聚光元件。

根据上述结构，因为聚光元件将第2分波光聚光于调制部，所以调制部的倾斜不容易影响参照光的生成。

在上述结构中，所述转换部也可以包含在所述聚光元件与所述调制部之间修正像差的第2修正部。

根据上述结构，因为第2修正部在聚光元件与调制部之间修正像差，所以合波光的波面更适于样品图像的生成。

在上述结构中，所述分波部可以合波所述反射光和所述参照光生成所述合波光。所述转换部可以包含规定所述合波光透过的第1透过区域的的第1规定部和将所述合波光聚光于所述第1透过区域的第1聚光部。所述第1检测信号也可以表示通过了所述第1透过区域的所述合波光的所述光量。

根据上述结构，因为第1规定部规定合波光透过的第1透过区域，所以第1信号生成部能有选择地接收适于样品图像的生成的合波光的成分。

在上述结构中，所述合波光可以包含0次干涉光和比所述0次干涉光高次的高次干涉光。在所述第1信号生成部生成所述信号成分的期间，透过所述第1透过区域的所述0次干涉光的光量大于所述高次干涉光的光量。

根据上述结构，第1信号生成部能有选择地接收适于样品图像的生成的合波光的0次干涉光。

在上述结构中，所述物镜的焦点距离可以为f。所述第1透过区域可以为具有孔径d的针孔。所述第1聚光部可以为具有焦点距离f1的透镜部件。所述孔径d满足由公式12所表示的关系。

根据上述结构，因为满足用公式所表示的关系，因此可以生成具有高干涉性的合波光。

在上述结构中，图像生成装置还可以包括生成与透过所述样品的透过光的光量相应的第2检测信号的第2信号生成部。所述图像生成部可以利用所述信号成分生成所述样品的反射图像作为所述样品图像，并且，利用所述第2检测信号生成所述样品的透过图像作为所述样品图像。

根据上述结构，观察者不仅可以观察样品的反射图像还可以观察样品的透过图像。

在上述结构中，所述图像生成部可以利用所述信号成分和所述第2检测信号，生成所述反射图像和所述透过图像被合成的合成图像作为所述样品图像。

根据上述结构，观察者可以观察反射图像及透过图像合成的合成图像。

在上述结构中，图像生成装置还可以包括：规定所述透过光透过的第2透过区域的第2规定部；将所述透过光聚光到所述第2透过区域的第2聚光部。所述第2检测信号表示透过了所述第2透过区域的所述透过光的所述光量。

根据上述结构，因为第2规定部规定透过光透过的第1透过区域，所以第2信号生成部能有选择地接收适于生成透过图像的透过光的成分。

在上述结构中，所述激光光源部可以包含射出作为所述激光的第1激光的第1激光光源、射出作为所述激光的波长与所述第1激光不同的第2激光的第2激光光源。所述第1检测信号可以包含与所述第1激光对应的第1信号、与所述第2激光对应的第2信号。所述图像生成部可以根据所述第1信号和所述第2信号生成多个所述样品图像。

根据上述结构，因为第2激光与第1激光的波长不同，所以第2激光的色相与第1激光的色相不同。因此，样品图像可以利用多种类的色相来表现样品。

在上述结构中，所述激光光源部可以包含射出作为所述激光的红色激光的红色激光光源、射出作为所述激光的绿色激光的绿色激光光源、射出作为所述激光的蓝色激光的蓝色激光光源。所述第1检测信号可以包含与所述红色激光对应的红色信号、与所述绿色激光对应的绿色信号、与所述蓝色激光对应的蓝色信号。所述图像生成部可以根据所述红色信号、所述绿色信号以及所述蓝色信号生成多个所述样品图像。

根据上述结构，样品图像可以利用红、绿、蓝的色相来表现样品。

在上述结构中，所述红色激光的波长可以为λ1。所述绿色激光的波长可以为λ2。

所述蓝色激光的波长可以为λ3。所述波长λ1可以满足由0.60μm≤λ1≤0.64μm表示的关系。所述波长λ2可以满足由0.50μm≤λ2≤0.54μm表示的关系。所述波长λ3可以满足由0.44μm≤λ3≤0.48μm表示的关系。

根据上述结构，样品图像可以利用红、绿、蓝的色相来表现样品。

本发明的另一方面所涉及的图像生成方法可用于生成表示样品的样品图像。图像生成方法包括：射出激光的射出工序；将所述激光转换为合波光的转换工序，其中，所述合波光是通过来自所述样品的反射而生成的反射光和通过调制所述激光的相位而生成的参照光合波所形成的光；生成与所述合波光的光量相应的第1检测信号的第1信号生成工序；生成所述样品图像的图像生成工序。所述转换工序包含调制所述相位使所述光量产生周期性变化的工序。所述第1信号生成工序包含生成表示所述周期性变化从增加转向减少的信号成分的工序。所述图像生成工序包含利用所述信号成分生成所述样品图像的工序。

根据上述结构，因为样品图像是利用表示周期性变化从增加转向减少的信号成分而生成的，因此观察者不需要过度地提高激光的功率也能观察到明亮的样品图像。

在上述结构中，所述转换工序可以包含将所述激光分波为用于生成所述反射光的第1分波光和用于生成所述参照光的第2分波光的工序，将所述第1分波光朝向所述样品聚光而形成焦点的工序，将所述样品和所述焦点之间的位置关系在所述第1分波光的光路方向进行调整的工序，基于所述位置关系修正所述第1分波光的球面像差的工序。

根据上述结构，因为球面像差是根据样品和焦点之间的位置关系而被修正，所以能够形成适于样品观察的焦点。

在上述结构中，图像生成方法还可以包括生成与透过了所述样品的所述第1分波光的光量相应的第2检测信号的第2信号生成工序。所述图像生成工序可以包含利用所述信号成分和所述第2检测信号生成所述样品图像的工序。

根据上述结构，观察者能够观察由来自样品的反射光和透过了样品的透过光而表现的样品图像。

在上述结构中，所述图像生成工序，基于不存在所述样品时的所述信号成分和存在所述样品时的所述信号成分之间的差，生成所述样品图像。

根据上述结构，样品图像能具有高反差。

产业上的可利用性

上述各种实施方式的原理可以应用于在高光学分辨率下表现的样品图像所需要的技术领域或明亮的反射图像所需要的技术领域。

Claims (21)

1.一种图像生成装置，生成表示样品的样品图像，其特征在于包括：

激光光源部，射出激光；

调制部，调制所述激光的相位；

转换部，将所述激光转换为合波光，其中，所述合波光是通过来自所述样品的反射而生成的反射光和通过调制所述激光的所述相位而生成的参照光合波所形成的光；

第1信号生成部，根据所述合波光的光量，生成所述合波光的所述光量包含经过至少1周期性变化的区间的第1检测信号；

图像生成部，在所述周期性变化的区间提取所述第1检测信号的电压电平从增加转向减少时的所述电压电平的最大值，并利用在所述周期性变化的区间内的所述电压电平的所述最大值生成所述样品图像。

2.根据权利要求1所述的图像生成装置，其特征在于：

所述转换部包含分波部和物镜，所述分波部将所述激光分波为用于生成所述反射光的第1分波光和用于生成所述参照光的第2分波光，所述物镜将所述第1分波光聚光到所述样品，

所述物镜的数值孔径为NA，

所述数值孔径NA为NA＞0.322。

3.根据权利要求2所述的图像生成装置，其特征在于：

所述调制部包含反射部和位移机构，其中，所述反射部反射所述第2分波光而生成所述参照光，所述位移机构使所述反射部沿着所述第2分波光的光路位移而引起所述周期性变化。

4.根据权利要求3所述的图像生成装置，其特征在于：

所述位移机构，在所述合波光的所述光量经过1周期性变化的区间内使所述反射部位移。

5.根据权利要求2所述的图像生成装置，其特征在于：

所述调制部包含具有在电光效应下变化的折射率且通过反射所述第2分波光而生成所述参照光的反射机构，

所述反射机构使所述折射率变化而引起所述周期性变化。

6.根据权利要求5所述的图像生成装置，其特征在于：

所述反射机构，在所述光量经过1周期性变化的范围内使所述折射率变化。

7.根据权利要求2所述的图像生成装置，其特征在于：

所述转换部包含将所述样品和所述物镜生成的焦点之间的相对位置关系在沿着所述第1分波光的光路的方向进行调整的位置调整部。

8.根据权利要求7所述的图像生成装置，其特征在于：

所述转换部包含处在所述分波部与所述物镜之间用于修正所述第1分波光的球面像差的第1修正部，

所述第1修正部基于所述位置关系修正所述球面像差。

9.根据权利要求2所述的图像生成装置，其特征在于：

所述分波部合波所述反射光和所述参照光而生成所述合波光，

所述转换部包含规定所述合波光透过的第1透过区域的的第1规定部和将所述合波光聚光到所述第1透过区域的第1聚光部，

所述第1检测信号表示通过了所述第1透过区域的所述合波光的所述光量。

10.根据权利要求9所述的图像生成装置，其特征在于：

所述合波光包含0次干涉光和比所述0次干涉光高次的高次干涉光；

在所述第1信号生成部生成所述第1检测信号的期间，透过所述第1透过区域的所述0次干涉光的光量大于所述高次干涉光的光量。

11.根据权利要求9或10所述的图像生成装置，其特征在于：

所述物镜的焦点距离为f，

所述第1透过区域为具有孔径d的针孔，

所述第1聚光部为具有焦点距离f1的透镜部件，

所述合波光的波长为λ，

所述孔径d满足由公式1所表示的关系，

公式1：

12.根据权利要求1至10中任一项所述的图像生成装置，其特征在于还包括：

生成与透过所述样品的透过光的光量相应的第2检测信号的第2信号生成部，其中，

所述图像生成部，利用所述第1检测信号生成所述样品的反射图像作为所述样品图像，并且，利用所述第2检测信号生成所述样品的透过图像作为所述样品图像。

13.根据权利要求12所述的图像生成装置，其特征在于：

所述图像生成部，利用所述第1检测信号和所述第2检测信号，生成所述反射图像及所述透过图像被合成的合成图像作为所述样品图像。

14.根据权利要求12所述的图像生成装置，其特征在于还包括：

规定所述透过光透过的第2透过区域的第2规定部；

将所述透过光聚光到所述第2透过区域的第2聚光部，其中，

所述第2检测信号表示透过了所述第2透过区域的所述透过光的所述光量。

15.根据权利要求1至10中任一项所述的图像生成装置，其特征在于：

所述激光光源部包含射出作为所述激光的第1激光的第1激光光源、射出作为所述激光的波长与所述第1激光不同的第2激光的第2激光光源，

所述第1检测信号包含与所述第1激光对应的第1信号、与所述第2激光对应的第2信号，

所述图像生成部根据所述第1信号和所述第2信号生成多个所述样品图像。

16.根据权利要求1至10中任一项所述的图像生成装置，其特征在于：

所述激光光源部包含射出作为所述激光的红色激光的红色激光光源、射出作为所述激光的绿色激光的绿色激光光源、射出作为所述激光的蓝色激光的蓝色激光光源，

所述第1检测信号包含与所述红色激光对应的红色信号、与所述绿色激光对应的绿色信号、与所述蓝色激光对应的蓝色信号，

所述图像生成部根据所述红色信号、所述绿色信号以及所述蓝色信号生成多个所述样品图像。

17.根据权利要求16所述的图像生成装置，其特征在于：

所述红色激光的波长为λ1，

所述绿色激光的波长为λ2，

所述蓝色激光的波长为λ3，

所述波长λ1满足由0.60μm≤λ1≤0.64μm表示的关系，

所述波长λ2满足由0.50μm≤λ2≤0.54μm表示的关系，

所述波长λ3满足由0.44μm≤λ3≤0.48μm表示的关系。

18.一种图像生成方法，用于生成表示样品的样品图像，其特征在于包括：

射出激光的射出工序；

调制所述激光的相位的调制工序；

将所述激光转换为合波光的转换工序，其中，所述合波光是通过来自所述样品的反射而生成的反射光和通过调制所述激光的所述相位而生成的参照光合波所形成的光；

根据所述合波光的光量，生成所述合波光的所述光量包含经过至少1周期性变化的区间的第1检测信号的第1信号生成工序；

在所述周期性变化的区间提取所述第1检测信号的电压电平从增加转向减少时的所述电压电平的最大值，并利用在所述周期性变化的区间内的所述电压电平的所述最大值生成所述样品图像的图像生成工序。

19.根据权利要求18所述的图像生成方法，其特征在于：

所述转换工序包含将所述激光分波为用于生成所述反射光的第1分波光和用于生成所述参照光的第2分波光的工序；将所述第1分波光朝向所述样品聚光而形成焦点的工序；将所述样品和所述焦点之间的位置关系在所述第1分波光的光路方向进行调整的工序；基于所述位置关系修正所述第1分波光的球面像差的工序。

20.根据权利要求19所述的图像生成方法，其特征在于还包括：

生成与透过了所述样品的所述第1分波光的光量相应的第2检测信号的第2信号生成工序，其中，

所述图像生成工序包含利用所述第1检测信号和所述第2检测信号生成所述样品图像的工序。

21.根据权利要求18至20中任一项所述的图像生成方法，其特征在于：

所述图像生成工序，基于不存在所述样品时的所述第1检测信号和存在所述样品时的所述第1检测信号之间的差，生成所述样品图像。