CN109219778A - 全息观察方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种全息观察方法，其特征在于，将通过利用叠加有交流成分的电流驱动半导体激光光源来生成的光束、或具有规定的谱宽度和规定的谱强度使得具有规定的相干性的光束照射于观察对象物体，使在观察对象物体处透射或反射的光束与参照光束发生干涉，由此形成全息图，通过对该全息图进行图像处理来得到与观察对象物体有关的信息。例如，使用同轴型的全息观察装置(1)，该同轴型的全息观察装置(1)具备：光源(2)，其发出具有规定的谱宽度和规定的谱强度使得具有规定的相干性的光束；照射光学系统(2)，其将该光束分为两束，使两束光束在观察对象物体处透射或反射；以及图像传感器(4)，其获取在观察对象物体处透射或反射的光束的干涉像。

Description

全息观察方法及装置
技术领域
本发明涉及使用全息术来观察对象物体的方法及装置。
背景技术
随着使用了iPS细胞的再生医疗技术等的进展，需求用于在培养iPS细胞或其它细胞的同时观察这些细胞并适当地管理细胞的分化状态等的装置。这种装置需要在培养的过程中获取细胞的图像，基于该图像数据进行各种各样的测量和解析。作为进行细胞观察的装置，有使用相差显微镜进行观察的装置，但一次能拍摄的区域有限，因此为了观察整体而需要以分步重复方式边改变拍摄位置边进行整体观察。这样一来，每次移动拍摄位置时都需要使焦点对准对象物，存在整体的拍摄耗费时间的问题。在培养细胞的观察中，为了不对细胞造成损伤，拍摄需要尽可能在短时间内完成。
因此，使用全息术进行细胞的拍摄的全息观察装置被广泛使用。全息图像(全息图)通过以下方式来得到：将相位一致的光束(相干光束)分为两束，将其中一束照射于对象物体来使其通过对象物体或被对象物体反射，将另一束保持原样不变，使两束光束在成像面发生干涉。如此得到的全息图中包含对象物体的三维形状、光学组成等信息，能够通过对其进行各种运算来提取它们。全息观察装置能够基于拍摄时得到的对象物体的三维数据，来得到在图像重构时进行了对焦的对象物体附近的二维图像数据，不需要在拍摄时对焦，因此具有能够进行与使用上述相差显微镜的情况相比高速的整体观察的优势。此外，本申请说明书中，“光束”一词意味着截面具有二维扩散的光。
全息观察装置有如图1所示那样使用在观察对象物体A处反射的光束的装置以及如图2所示那样使用透过了观察对象物体A的光束的装置(非专利文献2)。任一类型的装置中，源自光源的相干光束在观察对象物体A处反射或透射时，均受到与该观察对象物体A的光学结构相应的相位的变化。通过使如此发生相移的光束与未发生这种相移的参照光束在图像传感器上发生干涉，来得到全息图。
专利文献1：日本特开2013-92603号公报
专利文献2：日本特开2000-216485号公报
非专利文献1：R.Stahl,et.al.,"Lens-free digital in-line holographicimaging for wide field-of-view,high resolution and al-time monitoring ofcomplex microscopic objects",Proc.of SPIE Vol.8947
非专利文献2：粟辻安浩,“並列ディジタルホログラフィック顕微鏡法による細胞の3次元動画像計測法及びその装置の開発”,堀场制作所Readout(35),10-15,2009-12(2009)
发明内容
发明要解决的问题
如图3示意性地示出的那样，在进行观察的光路上，除了观察对象物体之外还存在各种各样的物体。例如，在想要保持细胞存活地观察的情况下，使细胞在容器内漂浮在培养基中或载置于玻璃板上来进行观察，但在该情况下在光路上除了存在作为观察对象物体的细胞之外还存在容器或玻璃板等。相干光束的相移不仅会因观察对象物体而发生，也会因位于光路上的其它物体而发生，因此当在图3中由因非观察对象物体B(在前面的例子中为容器等)发生的相移所引起的干涉对于由于因观察对象物体A(细胞)产生的原本需要的相移而产生的干涉像造成影响时，产生图像噪音，会使观察对象物体A的全息图的图像质量劣化。因此，为了得到良好的观察图像，理想的是，尽可能排除因观察对象物体以外的物体(非观察对象物体)发生的相移的影响，仅检测由于因观察对象物体发生的相移而产生的干涉像。
本发明要解决的问题在于，提供一种能够抑制观察对象物体以外所产生的相移的影响、来仅针对观察对象物体获得分辨率尽可能高的全息图的全息观察方法及装置。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题而完成的本发明所涉及的全息观察方法的特征在于，
将通过利用叠加有交流成分的电流驱动半导体激光光源来生成的光束或具有规定的谱宽度和规定的谱强度使得具有规定的相干性的光束照射于观察对象物体，使在观察对象物体处透射或反射的光束与参照光束发生干涉，由此形成全息图，通过对该全息图进行图像处理来得到与观察对象物体有关的信息。
当利用叠加有交流成分的电流驱动半导体激光光源时，能够得到具有与叠加的交流成分的振幅和频率相应的谱宽度、且与通过利用不变动的固定的直流电流驱动半导体激光光源来生成的半导体激光光束相比相干性更低的光。另外，也能够从超辐射发光二极管(SLD)光源得到具有规定的谱宽度和规定的谱强度、且与通过利用直流电流驱动半导体激光光源来生成的半导体激光光束相比相干性更低的光束。上述具有规定的谱宽度和规定的谱强度使得具有规定的相干性的光束是指从这种SLD光源等光源发出的光束。在使用由利用直流电流驱动的半导体激光光源生成的那样的谱宽度小的(即单一波长的)相干光束来形成全息图的情况下，即使远离发出该相干光束的光源，也保持相干性，因此能够遍及长距离地发生与参照光的干涉(可干涉距离长)。因此，不仅由观察对象物体引起的相移的结果被包含在全息图中，而且由除此以外的非观察对象物体(例如，在想要观察细胞的情况下，用于容纳该细胞的容器、该容器的盖和其它光学部件等)引起的相移的结果也被包含在全息图中。与此相对地，本发明中使用的具有规定的谱宽度和规定的谱强度使得具有规定的相干性的光束的相干性越低，则可干涉距离越短。因此，能够仅使观察对象物体处的相移的结果反映(包含)在全息图中，不反映(不包含)由除此之外的非观察对象物体引起的相移的结果。此外，在本申请说明书中，也将如此具有规定的谱宽度和规定的谱强度使得具有规定的相干性的光称为伪相干光。本发明中使用的伪相干光也有时在与半导体激光那样的高相干光的对比下被称为低相干光。
上述规定的谱宽度和规定的谱强度各自根据观察对象物体的大小、光学特性而存在适当的值，其可以通过预先进行实验来容易地决定。此外，后文中说明一例。
如上所述，形成本发明中使用的光束(伪相干光束)的方法之一为以下方法：使用半导体激光二极管(半导体激光器)作为半导体激光光源，对用于驱动半导体激光二极管的电流源叠加交流信号。在单模激光器的情况下，半导体激光二极管用基本上固定的直流电流驱动，但在该情况下，能够得到谱宽度非常窄且相干性高的光束(图4的(a))。与此相对地，当对该驱动直流电流叠加交流电流时，在一定的条件下，产生的光束的谱具有宽度。
该谱的形态根据叠加的交流成分的频率而不同。例如，在叠加的交流成分的频率为100MHz～500MHz左右的高频率的情况下，如图4的(b1)所示，谱呈现离散地展开的形态(专利文献1、2)。可以认为形成这种谱的展开的理由如下。即，单模激光器的半导体激光二极管即使在像通常那样利用固定的直流电流驱动的情况下，也在电流刚开始流动后(自电流开始流动起几纳秒左右)产生了基于主模的发光和基于±1次、±2次的边模的发光(即，形成了多模的发光状态)，其结果，成为如图4的(b1)所示那样的离散地展开的谱分布。但是，当利用固定的直流电源继续驱动时，成为边模立刻衰减而只残留有仅基于主模的发光(纵模单发光)的状态。另一方面，在利用叠加有100MHz～500MHz左右的高频率交流成分的电流驱动这种单模激光器的半导体激光二极管的情况下，在半导体激光二极管以纵模单发光的状态稳定之前电流发生变化，因此维持基于边模的发光，作为结果，如图4的(b1)所示那样维持离散地展开的谱分布的发光。
另一方面，在叠加的交流成分的频率为50kHz～300kHz左右的低频率的情况下，确认了发光波长随时间变动。可以认为这种变动的发生起因于：通过叠加低频率的交流成分，使电流、谐振器内部的折射率、温度分布等随时间变动。在叠加的交流成分的频率与图像传感器(即，获取在观察对象物体处透射或反射的光束的干涉像的图像传感器)的读取频率相比足够大(优选为1000倍左右)的情况下，该变动的周期在拍摄时在时间上被平均，能够视作谱的峰宽扩展(能够得到宽的谱)。
如此，无论是高频率的交流成分和低频率的交流成分中的哪一者，都能够通过将其叠加来扩展谱宽度。但是，如上所述，该展开的形态在高频率的交流成分与低频率的交流成分下是不同的，因此通过将两者组合，能够有效地扩展谱宽度。即，在通过利用叠加有高频率的交流成分的电流进行驱动而形成了如图4的(b1)所示那样的离散地展开的谱分布的发光的半导体激光二极管中，当向其驱动电流进一步叠加低频率的交流成分时，离散地存在的各峰的峰宽扩展，作为结果，谱如图4的(c)所示那样呈现连续展开的形态。如此，通过叠加高频率的交流成分与低频率的交流成分这两者，能够充分扩展谱宽度。
此处，从呈现出如图4的(a)所示那样的谱的半导体激光二极管获得离散地展开的谱的光束的方法不限定于向驱动电流叠加高频率的交流成分。即，通过将从半导体激光二极管射出的光的一部分用例如光学部件等进行反射使其返回到半导体激光二极管(即，形成返回光)，也能够从半导体激光二极管获得离散地展开的谱的光束。在该结构中，在半导体激光二极管与该光学部件之间形成谐振状态(即，不仅在半导体激光二极管的内部，而且在外部也形成谐振器)。由此，可以认为，半导体激光二极管在其内部与外部具有不同的振荡频率，其结果，发生多模的振荡，呈现如图4的(b2)所示那样的离散地展开的谱。
例如能够通过在从半导体激光器射出的光的光轴上配置具有使入射的光的至少一部分反射的反射面的反射构件而形成返回光。此处，能够利用该反射构件的角度(反射面与光轴所成的角度)来控制返回光的光量。但是，存在因返回光的光量而对半导体激光器的激光谐振器增益、损耗、电流动作点、半导体激光器和光纤的端面的菲涅耳反射率、基于返回光的与激光谐振器的匹配等产生影响的可能性，因此优选的是，通过基于该反射构件的角度与受到这些影响的参数的组合进行调整来决定返回光的最佳值。
在通过形成返回光而形成了如图4的(b2)所示那样的离散地展开的谱分布的发光的半导体激光二极管中，当向其驱动电流叠加低频率的交流成分时，离散地存在的各峰的峰宽扩展，作为结果，谱如图4的(c)所示那样呈现连续地展开的形态。根据该结构，即便不叠加高频率的交流成分也能够充分地扩展谱宽度，因此不需要用于得到高频率的交流成分的复杂的电路结构或昂贵的部件。
如上所述，在通过利用叠加有交流成分的电流驱动半导体激光光源来得到所述具有规定的谱宽度和规定的谱强度使得具有规定的相干性的光束(伪相干光束)时，通过适当选择所叠加的交流成分的频率，能够充分扩展伪相干光束的谱宽度。另外，通过增大所叠加的交流成分的振幅，也能够扩展伪相干光束的谱宽度。当谱宽度扩展时，相干性降低，可干涉距离变短。因此，通过与观察对象物体和光路上存在的非观察对象物体的大小(厚度)、光学特性(例如折射率)相匹配地适当变更所叠加的交流信号的频率和振幅，能够排除由容器等引起的相移的影响，在全息图中仅反映由观察对象物体引起的相移。
另外，所述具有规定的谱宽度和规定的谱强度使得具有规定的相干性的光束(伪相干光束)能够如上述那样还通过使用例如超辐射发光二极管(SLD)来获得。另外，具有这种特性的一部分的发光二极管(LED)也能够用作本发明所涉及的全息观察装置的光源。SLD、一部分的LED具有规定的谱宽度，发出与激光相比可干涉距离更短的光。通常从SLD、LED发出的光的谱宽度、可干涉距离是固定的，因此需要选择与根据观察对象物体的大小、光学特性决定的可干涉距离相匹配的SLD、LED，但是无需叠加交流信号而能够直接使用从光源发出的光，因此能够简单且廉价地构成全息观察装置。
本发明所涉及的方法能够不依赖于形成全息术的方法地应用。
例如，在同轴型全息术的情况下，使用了本发明所涉及的方法的全息观察装置的一个方式具备：
a)半导体激光光源；
b)电流源，其向所述半导体激光光源供给叠加有交流成分的驱动电流；
c)照射光学系统，其使从利用所述驱动电流驱动的所述半导体激光光源发出的光束在观察对象物体处透射或反射，使在该观察对象物体的不同位置处透射或反射的光发生干涉；以及
d)图像传感器，其获取在所述观察对象物体处透射或反射的光束的干涉像。
另外，在同轴型全息术的情况下，使用了本发明所涉及的方法的全息观察装置的另一个方式具备：
a)光源，其发出具有规定的谱宽度和规定的谱强度使得具有规定的相干性的光束；
b)照射光学系统，其使所述光束在观察对象物体处透射或反射，使在该观察对象物体的不同位置处透射或反射的光发生干涉；以及
c)图像传感器，其获取在所述观察对象物体处透射或反射的光束的干涉像。
在离轴型全息术的情况下，本发明所涉及的全息观察装置的一个方式具备：
a)半导体激光光源；
b)电流源，其向所述半导体激光光源供给叠加有交流成分的电流；
c)照射光学系统，其将从利用所述驱动电流驱动的所述半导体激光光源发出的光束分为两束，使其中一束在观察对象物体处透射或反射；以及
c)图像传感器，其获取在所述观察对象物体处透射或反射的光束与作为被分为两束所得到的另一束的未在所述观察对象物体处透射或反射的光束的干涉像。
另外，在离轴型全息术的情况下，本发明所涉及的全息观察装置的另一个方式具备：
a)光源，其发出具有规定的谱宽度和规定的谱强度使得具有规定的相干性的光束；
b)照射光学系统，其将所述光束分为两束，使其中一束在观察对象物体处透射或反射；以及
c)图像传感器，其获取在所述观察对象物体处透射或反射的光束与作为被分为两束所得到的另一束的未在所述观察对象物体处透射或反射的光束的干涉像。
这些任一类型的全息观察装置的动作原理均如上所述，通过使用可干涉距离短的伪相干光束，能够得到仅反映观察对象物体处的相移的结果(仅包含观察对象物体的信息)、不反映(不包含)由除此以外的物体引起的相移的结果的全息图。如上所述，作为发出具有规定的谱宽度和规定的谱强度使得具有规定的相干性的光束的光源，例如能够使用超辐射发光二极管(SLD)、或产生具有规定的谱宽度的光束的一部分发光二极管(LED)。
另外，本发明也面向具备上述各全息观察装置的细胞图像观察装置和例如上述各全息观察装置中适宜使用的光源部。
发明的效果
本发明所涉及的全息观察方法和装置中，作为观察用光束，使用具有规定的谱宽度和规定的谱强度使得具有规定的相干性的、可干涉距离短的伪相干光束。由此，能够在全息图中仅反映(包含)观察对象物体处的相移的结果，不反映(不包含)由除此之外的物体引起的相移的结果，能够排除由非观察对象物体引起的噪音，仅针对观察对象物体获得分辨率高的全息图。
附图说明
图1为使用来自观察对象物体的反射光的离轴型全息观察装置的一个构成例。
图2为使用来自观察对象物体的透射光的离轴型全息观察装置的一个构成例。
图3为说明以往的全息观察装置的问题的图。
图4为用直流电流驱动半导体激光光源时的发光谱(a)、对半导体激光光源的驱动电流叠加有高频率的交流信号时的发光谱(b1)、形成了向半导体激光光源的返回光时的发光谱(b2)、对半导体激光光源的驱动电流叠加有低频率的交流信号时的发光谱(c)。
图5为本发明所涉及的全息观察装置的一个实施例的同轴型全息观察装置的主要部分构成图。
图6为本实施例的全息观察装置的光源部的构成图。
图7为说明向驱动电流叠加有交流信号时的相干光束的可干涉距离的变化的图。
图8为对于通过本发明所涉及的全息观察装置得到的观察图像进行说明的图。
图9为本发明所涉及的全息观察装置的变形例中使用的光源部的构成图。
图10为本发明所涉及的全息观察装置的变形例的离轴型全息观察装置的主要部分构成图。
图11为本发明所涉及的全息观察装置的另一个变形例中使用的光源部的构成图。
具体实施方式
以下，参照附图对于本发明所涉及的全息观察方法和装置的实施例进行说明。本实施例的全息观察装置为所谓同轴型全息观察装置(关于同轴型全息观察装置，参照非专利文献1、2)，用于获取在培养板上培养的iPS细胞、ES细胞等细胞的观察图像。
<1.装置构成>
图5示出本实施例的全息观察装置的主要部分构成。全息观察装置1具备光源部2、图像传感器4和控制部5。使从光源部2发出的具有微小角度(约10度)的扩散的伪相干光束照射于培养板3上的细胞。透过了细胞和培养板3的伪相干光束内的光与透过了培养板3上的细胞的相邻位置的光发生干涉并到达图像传感器4。在图5中未图示，使用适宜的照射光学系统以使从光源部2发出的光束的光斑大小照射于细胞整体。
控制部5具备存储部50，另外作为功能块具备用于控制光源部2的动作的光源控制部51以及运算处理部52。关于运算处理部52，具备根据由图像传感器4获取到的全息图数据(在图像传感器4的检测面形成的伪相干光束的二维强度分布数据)通过数值运算求出相位信息并制作细胞的观察图像的运算处理部52。存储部50中预先保存有伪相干光束特性信息，该伪相干光束特性信息为有关向半导体激光二极管24供给的电流的大小与伪相干光束的强度的关系、以及交流信号的振幅及频率与伪相干光束的可干涉距离的关系的信息。在后文中说明交流信号的振幅及频率与伪相干光束的可干涉距离的关系。另外，在控制部5连接有输入部6和显示部7。由运算处理部52制作出的观察图像在显示部7显示。
光源部2如图6所示那样具备半导体激光二极管24以及用于向该半导体激光二极管24供给驱动电流的驱动电流供给部20。另外，驱动电流供给部20具备：直流电压生成部21，其用于生成直流电压；交流电压生成部22，其用于生成交流电压并叠加于所述直流电压；以及电压/电流转换部23。光源控制部51基于与伪相干光束的强度、可干涉距离有关的用户的输入指示和存储部50中保存的伪相干光束特性信息，决定由直流电压生成部21生成的直流电压的大小，来调整半导体激光光束的强度，另外，决定由交流电压生成部22生成的交流电压的振幅和频率的值，调整半导体激光光束的可干涉距离。
<2.交流信号的振幅和频率>
如上所述，本实施例的全息观察装置1观察培养板3上的细胞。当用户输入细胞的估计厚度(通常为几十μm至百μm左右)和培养板3的厚度(通常约为1mm左右)的值时，光源控制部51基于伪相干光束特性信息，以生成的伪相干光束的可干涉距离比观察对象物体(细胞)的厚度(例如，几十μm至百μm)长、且比光路上存在的非观察对象物体(培养板3)的厚度(例如，约1mm)短的方式决定交流信号的振幅和频率。其中，该频率被设定为与图像传感器4的信号读取周期相比充分高的频率(例如图像传感器4的信号读取频率的1000倍的频率)。在本实施例中，光路上存在的非观察对象物体仅为培养板3，因此输入了培养板3的厚度，但在光路上存在用于容纳试样的容器或玻璃板等的情况下，用户也输入它们的厚度。或者，输入非观察对象物体之中的最薄的物体的厚度。此处，采取仅输入细胞和培养板3的厚度的构成，但在观察对象物体等较厚的情况下根据折射率而光学距离大幅变化，因此，优选的是，构成为除了输入厚度之外还输入折射率，伪相干光束的可干涉距离比观察对象物体的光学厚度(物理厚度与折射率的积)长，且比非观察对象物体的光学厚度短。
此处，说明交流信号的振幅与伪相干光束的可干涉距离的关系。半导体激光二极管使用THORLABS公司的单模激光器(LP642-SF20)。图7的(a)为示出仅利用直流电流驱动半导体激光二极管时的可干涉距离的测定结果。图的横轴表示朝向左方而与半导体激光射出端相距的距离，纵轴表示该距离处的振幅(干涉强度)。在该测定中，仅在距半导体激光射出端约8cm的距离内进行了测定，但到该距离为止能够确认到足够大的干涉峰，因此可以认为可干涉距离为几m左右。
图7的(b)为示出对上述半导体激光二极管的驱动电流叠加有交流信号(频率100kHz、相对于直流的振幅30％)时的可干涉距离的图，图7的(c)为半导体激光射出端附近的放大图。在图7的(b)中，可干涉距离在从半导体激光的射出端到约4mm为止时减少，另外，干涉强度大幅降低，并且干涉所伴有的大部分峰消失。另外，本发明人在改变交流信号的振幅的大小的同时测定了可干涉距离，结果确认到：向半导体激光二极管的驱动电流叠加的交流信号的振幅越大，则半导体激光光束的可干涉距离越短。可以认为这是因为，使叠加的交流信号的振幅越大，光束的谱宽度越扩展，其结果，相干性降低，可干涉距离变短。
并且，说明交流信号的频率与伪相干光束的可干涉距离的关系。此处，半导体激光二极管也使用THORLABS公司的单模激光器(LP642-SF20)。该半导体激光二极管因其固有的特性而在仅利用直流电流驱动的情况下也呈现图4的(b1)那样的离散地展开的谱分布，通过对该半导体激光二极管的驱动电流叠加频率为100kHz的交流信号，得到了图4的(c)所示的发光谱。如上所述，可以认为通过叠加50kHz～300kHz左右的低频率的交流信号，振荡谱变宽，从而光束的谱宽度扩展。由于谱宽度扩展，而相干性降低，可干涉距离变短。
其中，如上所述，向驱动电流叠加的交流信号的频率优选为能够以与图像传感器4的信号读取周期相比充分短的周期来调制半导体激光的频率(即，与图像传感器4的信号读取频率相比充分高的频率)，特别优选为图像传感器4的信号读取频率的1000倍左右。例如，在上述通常的图像传感器的情况下，信号读取周期为33ms(读取频率30Hz)，因此能够充分适当地使用上述50kHz～300kHz的低频率的交流信号。
考虑到观察对象物体和位于光路上的非观察对象物体的厚度(和折射率)，生成适宜的振幅和频率的交流电压，叠加于直流电压而驱动半导体激光二极管24，由此能够得到期望的可干涉距离的激光光束(伪相干光束)。
<3.观察图像的比较>
以往的全息观察装置使用了可干涉距离为几米或更大的相干光束，因此由基于培养板3的相移引起的干涉条纹叠加于细胞的观察图像，由此图像质量劣化。图8的(a)为通过以往的全息观察方法(装置)照射642nm的相干光束而获取到的仅培养板3(无培养基或细胞)的观察图像。该观察图像中，能够看到在图像整体中叠加有由培养板3的相移引起的不需要的干涉条纹。
图8的(b)为在本实施例的全息观察方法(装置)中将频率100kHz、振幅(相对于驱动直流电流的振幅的大小)24％的交流电压叠加于直流电压来驱动上述半导体激光二极管，照射中心谱642nm的伪相干光束而获取到的仅培养板3(无培养基或细胞)的观察图像。图8的(a)和(b)中均使用了读取周期33ms(读取频率30Hz)的图像传感器。图8的(b)的观察图像中，可知由培养板3引起的不需要的干涉条纹大幅减少。
<4.变形例>
上述实施例为一例，能够遵照本发明的主旨来适宜变更。
<4-1.与交流成分的频率有关的变形例>
在上述实施例中向驱动电流叠加的交流成分的频率(具体而言，向直流电压叠加的交流电压的频率)不限定于50kHz～300kHz的低频率。也可以叠加例如1MHz～几百MHz(优选100MHz～500MHz)的高频率的交流成分，还可以同时叠加这些低频成分和高频成分。
单模振荡的通常的半导体激光二极管当以直流电流驱动时往往呈现图4的(a)所示的类型的发光谱。当利用叠加有100MHz～500MHz的高频率的交流成分的电流驱动这种半导体激光二极管时，其发光谱成为图4的(b1)所示那样的谱。即，通过叠加100MHz～500MHz这样的高频率的交流成分，其发光谱呈现离散地展开的形态。
在如此形成了离散地展开的谱分布的发光的半导体激光二极管中，当向其驱动电流进一步叠加50kHz～300kHz左右的低频率的交流成分时(即，叠加将100MHz～500MHz的高频成分与50kHz～300kHz的低频成分叠加所得到的交流成分时)，离散地存在的各峰的峰宽扩展，其发光谱如图4的(c)所示那样呈现连续地展开的形态。通过像这样对驱动电流叠加将高频成分与低频成分叠加所得到的交流成分，能够充分扩展谱宽度。
通过像这样叠加高频率的交流成分和低频率的交流成分中的一者(或两者)，能够扩展谱宽度，能够通过适宜地选择该频率来得到期望的可干涉距离。由此，能够得到减少了不需要的干涉条纹的叠加的观察图像。
<4-2.高频成分的叠加的代替方法>
从呈现图4的(a)所示的类型的发光谱的半导体激光二极管获得离散地展开的谱的光束的方法之一如上所述为向驱动电流叠加高频率的交流成分，但也存在别的方法。图9中示出了别的方法所涉及的光源部2a的构成例。在该光源部2a中，从半导体激光二极管24射出的光被准直透镜81变成平行光，然后被调焦透镜82聚光于套圈83，被光纤84引导，从而照射于培养板3上的细胞(参照图5)。此处，套圈83的前端由使入射的光的一部分反射的反射面830形成，该反射面830配置于从半导体激光二极管24射出的光的光轴上。另外，反射面830以其法线与该光轴形成非0的规定角度θ那样的姿势配置。即，以反射面830的法线与该光轴不一致那样的姿势配置。
此处，规定角度θ是指使被反射面830反射的光的一部分返回到半导体激光二极管24那样的(即，形成返回光那样的)角度。该角度θ越小，则返回到半导体激光二极管24的光越多，但若返回到半导体激光二极管24的光过多，则存在半导体激光二极管24因返回光而受到损伤的担心。另一方面，随着该角度θ变大，返回到半导体激光二极管24的光变少，若超过某个角度，则光完全不会返回到半导体激光二极管24。作为一例，通过使该角度θ处于大于0°且为7°以下的范围，能够使从半导体激光二极管24射出的光的10～90％返回到半导体激光二极管24。
其中，根据返回到半导体激光二极管24的光的光量，存在对半导体激光二极管24的激光谐振器增益、损耗、电流动作点、半导体激光二极管24和光纤84的端面的菲涅耳反射率、由返回光形成的与激光谐振器的匹配等各参数产生影响的可能性，因此优选的是，通过基于上述角度θ与受到这些影响的各参数的组合进行调整，来决定返回光的最佳值。
具体而言，优选的是，例如，首先，以半导体激光二极管24的动作点成为最佳的方式粗调整半导体激光二极管24的激光谐振器增益和匹配阻抗、驱动电流量、半导体激光二极管24和光纤84的端面的菲涅耳反射率等，然后，以形成最佳的(或者落入容许范围那样的)光量的返回光、且使上述各参数也成为最佳的(或者落入容许范围那样的)值的方式对角度θ等进行微调整。
此外，用于形成返回光的反射面830并非必须由套圈83的前端构成，也可以与套圈83相独立地设置反射镜等光学部件，用该反射镜形成返回光。
对于单模振荡的通常的半导体激光二极管24，当设为通过上述构成来形成返回光的结构时，其发光谱成为图4的(b2)所示那样的谱。即，通过形成返回光，该谱呈现离散地展开的形态。此时的谱宽度根据上述角度θ而变化。即，通过调整该角度θ，能够形成任意的谱宽度。
另外，如上所述，在像这样形成了离散地展开的谱分布的发光的半导体激光二极管中，当向其驱动电流进一步叠加50kHz～300kHz左右的低频率的交流成分时，离散地存在的各峰的峰宽扩展，其发光谱如图4的(c)所示那样呈现连续地展开的形态。
根据本变形例，不需要用于获得高频率的交流信号的复杂的电路结构或昂贵的部件，因此能够采取更简单的电路结构，能够廉价地构成装置。
<4-3.与全息观察装置的构成有关的变形例>
在上述实施例中设为同轴型的全息观察装置，但在离轴型全息观察装置中，也能够与上述实施例同样地通过使用与观察对象物体等的大小相应的可干涉距离的伪相干光束来得到减少了观察对象物体以外的影响的观察图像。
图10中示出变形例的离轴型全息观察装置1a的主要部分构成。光源部2、培养板3、图像传感器4、控制部5、输入部6及显示部7与上述实施例相同，因此赋予相同的符号，省略说明。在该全息观察装置1a中，从光源部2发出的具有规定的谱宽度和规定的谱强度使得具有规定的可干涉距离的伪相干光束被第一半透半反射镜41分为照射于细胞的测定光束和不照射于细胞的参照光束。被第一半透半反射镜41反射的测定光束被第一反射镜42反射，接着照射于培养板3上的细胞。另外，透过了第一半透半反射镜41的参照光束被第二反射镜45反射。透过了细胞的测定光束与被第二反射镜45反射的参照光束被第二半透半反射镜44进行合成而发生干涉，被图像传感器4测定。此外，图10的离轴型全息观察装置1a利用透射光，但也能够对于利用反射光的装置应用本发明。
<4-4.与光源部2有关的变形例>
另外，在上述实施例中，通过向半导体激光二极管24的驱动电流叠加交流信号来缩短激光光束的可干涉距离从而得到了伪相干光束，但是也能够取而代之地，使用产生具有规定的谱宽度且可干涉距离比半导体激光二极管短的光的超辐射发光二极管(SLD)、发光二极管(LED)。在该情况下，通过与观察对象物体和位于光路上的非观察对象物体的大小、光学特性相匹配地使用具有适宜的可干涉距离的SLD、LED，能够得到与上述实施例同样的效果。
另外，在上述实施例中，使用了仅具有一个半导体激光二极管24及其驱动电流供给部20的光源部2，但是也能够使用具备振荡波长不同的多个半导体激光二极管和用于驱动各半导体激光二极管的驱动部的光源、或振荡波长不同的多个SLD和/或LED。
图11示出使用振荡波长不同的多个半导体激光二极管的情况下的光源部2b的构成。该光源部2b具备发出互不相同的波长的光的四种半导体激光二极管241～244以及用于向各半导体激光二极管241～244供给驱动电流的驱动电流供给部201～204。另外，驱动电流供给部201～204各自具备：直流电压生成部211～214，其用于生成直流电压；交流电压生成部221～224，其用于生成交流电压并叠加于所述直流电压；以及电压/电流转换部231～234。光源部2b还具备：直流信号生成部25，其用于生成向直流电压生成部211～214发送的直流信号；交流信号生成部26，其用于生成向交流电压生成部221～224供给的交流信号；以及照明定时信号发生部27，其用于生成向直流电压生成部211～214供给的定时信号。
在该光源部2b中，利用从直流信号生成部25向各直流电压生成部211～214发送的直流信号的大小来控制从各半导体激光二极管241～244发出的伪相干光束的(平均)强度。另外，利用从交流信号生成部26向各交流电压生成部212～224发送的交流信号的频率和振幅来控制从各半导体激光二极管241～244发出的伪相干光束的可干涉距离。如前所述，交流信号的频率被设定为与图像传感器的读取频率相比充分高的频率(例如约1000倍的频率)，可干涉距离被设定为与观察对象物体的大小、光学特性相应的适当的长度(例如几百μm)。
照明定时信号生成部27依次向各半导体激光二极管241～244发送定时信号。在各驱动电流供给部201～204中，当向直流电压生成部211～214发送定时信号时，向由该直流电压生成部211～214生成的直流信号叠加由交流信号生成部221～224生成的交流信号并发送到电压/电流转换部231～234，向半导体激光二极管241～244供给驱动电流。由此，对观察对象物体依次照射不同的波长的伪相干光束，得到基于各波长的伪相干光束的观察对象物体的全息像。
照射于观察对象物体的伪相干光束的干涉的形态根据该光束的波长而不同。因此，如上述那样将波长不同的四种伪相干光束照射于观察对象物体，得到根据波长而不同的四种全息像。使用像这样得到的四种全息像来重构观察对象物体的图像，由此能够以与仅使用一种波长的光束的情况相比更高的分辨率得到观察对象物体的图像。
附图标记说明
1、1a：全息观察装置；2、2a、2b：光源部；20、201～204：驱动电流供给部；21、211～214：直流电压生成部；22、221～224：交流电压生成部；23、231～234：电压/电流转换部；24、241～244：半导体激光二极管；25：直流信号生成部；26：交流信号生成部；27：照明定时信号生成部；3：培养板；4：图像传感器；5：控制部；50：存储部；51：光源控制部；52：运算处理部；6：输入部；7：显示部；41：第一半透半反射镜；42：第一反射镜；44：第二半透半反射镜；45：第二反射镜；81：准直透镜；82：调焦透镜；83：套圈；830：反射面；84：光纤。

Claims (14)

1.一种全息观察方法，其特征在于，将通过利用叠加有交流成分的电流驱动半导体激光光源来生成的光束照射于观察对象物体，使在观察对象物体处透射或反射的光束与参照光束发生干涉，由此形成全息图，通过对该全息图进行图像处理来得到与观察对象物体有关的信息。
2.一种全息观察方法，其特征在于，将具有规定的谱宽度和规定的谱强度使得具有规定的相干性的光束照射于观察对象物体，使在观察对象物体处透射或反射的光束与参照光束发生干涉，由此形成全息图，通过对该全息图进行图像处理来得到与观察对象物体有关的信息。
3.一种全息观察装置，其特征在于，具备：
a)半导体激光光源；
b)电流源，其向所述半导体激光光源供给叠加有交流成分的驱动电流；
c)照射光学系统，其使从利用所述驱动电流驱动的所述半导体激光光源发出的光束在观察对象物体处透射或反射，使在该观察对象物体的不同位置处透射或反射的光发生干涉；以及
d)图像传感器，其获取在所述观察对象物体处透射或反射的光束的干涉像。
4.一种全息观察装置，其特征在于，具备：
a)半导体激光光源；
b)电流源，其向所述半导体激光光源供给叠加有交流成分的电流；
c)照射光学系统，其将从利用所述驱动电流驱动的所述半导体激光光源发出的光束分为两束，使其中一束在观察对象物体处透射或反射；以及
c)图像传感器，其获取在所述观察对象物体处透射或反射的光束与作为被分为两束所得到的另一束的未在所述观察对象物体处透射或反射的光束的干涉像。
5.根据权利要求3或4所述的全息观察装置，其特征在于，
所述交流成分的频率为50kHz～300kHz。
6.根据权利要求5所述的全息观察装置，其特征在于，
对所述交流成分进一步叠加100MHz～500MHz的频率成分。
7.根据权利要求5所述的全息观察装置，其特征在于，
还具备返回光形成部，该返回光形成部使从所述半导体激光光源射出的光的一部分返回到所述半导体激光光源。
8.根据权利要求7所述的全息观察装置，其特征在于，
所述返回光形成部具备反射构件，该反射构件具有使入射的光的至少一部分反射的反射面，该反射面配置于从所述半导体激光光源射出的光的光轴上，且以使该反射面的法线与所述光轴不一致的姿势配置。
9.根据权利要求3或4所述的全息观察装置，其特征在于，
所述交流成分的频率大于所述图像传感器的信号读取频率。
10.根据权利要求3或4所述的全息观察装置，其特征在于，
所述交流成分的频率为100MHz～500MHz。
11.一种全息观察装置，其特征在于，具备：
a)光源，其发出具有规定的谱宽度和规定的谱强度使得具有规定的相干性的光束；
b)照射光学系统，其使所述光束在观察对象物体处透射或反射，使在该观察对象物体的不同位置处透射或反射的光发生干涉；以及
c)图像传感器，其获取在所述观察对象物体处透射或反射的光束的干涉像。
12.一种全息观察装置，其特征在于，具备：
a)光源，其发出具有规定的谱宽度和规定的谱强度使得具有规定的相干性的光束；
b)照射光学系统，其将所述光束分为两束，使其中一束在观察对象物体处透射或反射；以及
c)图像传感器，其获取在所述观察对象物体处透射或反射的光束与作为被分为两束所得到的另一束的未在所述观察对象物体处透射或反射的光束的干涉像。
13.一种细胞图像观察装置，具备根据权利要求3、4、11和12中的任一项所述的全息观察装置。
14.一种光源部，其特征在于，具备：
半导体激光光源；以及
返回光形成部，其使从所述半导体激光光源射出的光的一部分返回到所述半导体激光光源，
其中，所述返回光形成部具备反射构件，该反射构件具有使入射的光的至少一部分反射的反射面，该反射面配置于从所述半导体激光光源射出的光的光轴上，且以使该反射面的法线与所述光轴不一致的姿势配置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7163955B2 (ja) 2018-03-08 2022-11-01 株式会社島津製作所 細胞画像解析方法、細胞画像解析装置、及び学習モデル作成方法
WO2019180833A1 (ja) * 2018-03-20 2019-09-26 株式会社島津製作所 細胞観察装置
US11686721B2 (en) 2018-03-20 2023-06-27 Shimadzu Corporation Cell image analysis apparatus, cell image analysis system, method of generating training data, method of generating trained model, training data generation program, and method of producing training data
JP6947288B2 (ja) * 2018-03-20 2021-10-13 株式会社島津製作所 細胞観察装置及び細胞観察用プログラム
JP6950813B2 (ja) * 2018-03-20 2021-10-13 株式会社島津製作所 細胞観察装置
WO2019180808A1 (ja) * 2018-03-20 2019-09-26 株式会社島津製作所 細胞観察装置
JP7156190B2 (ja) * 2019-07-05 2022-10-19 株式会社島津製作所 細胞観察装置
US20220067953A1 (en) * 2020-09-02 2022-03-03 International Business Machines Corporation Reflection-based monoscopic depth perception
US20220368105A1 (en) * 2021-05-14 2022-11-17 Microsoft Technology Licensing, Llc Laser having reduced coherence via phaser shifter

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101040225A (zh) * 2005-03-02 2007-09-19 松下电器产业株式会社 相干光源及使用了该相干光源的记录再生装置
CN101395772A (zh) * 2006-03-03 2009-03-25 松下电器产业株式会社 照明光源及激光投影装置
JP2012074091A (ja) * 2010-09-27 2012-04-12 Toshiba Corp ホログラム記録装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60207389A (ja) * 1984-03-31 1985-10-18 Agency Of Ind Science & Technol 半導体レ−ザ装置
US6600590B2 (en) * 2001-02-20 2003-07-29 Eastman Kodak Company Speckle suppressed laser projection system using RF injection
WO2005027592A1 (en) * 2003-09-17 2005-03-24 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Circuit arrangement and method of operating a gas discharge lamp
JP6460364B2 (ja) * 2011-01-25 2019-01-30 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー 軸外し反射位相顕微鏡システムおよび軸外し位相顕微鏡のための方法
EP2998776A1 (en) * 2014-09-22 2016-03-23 Nanolive SA Tomographic phase microscope

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101040225A (zh) * 2005-03-02 2007-09-19 松下电器产业株式会社 相干光源及使用了该相干光源的记录再生装置
CN101395772A (zh) * 2006-03-03 2009-03-25 松下电器产业株式会社 照明光源及激光投影装置
JP2012074091A (ja) * 2010-09-27 2012-04-12 Toshiba Corp ホログラム記録装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
帕特里克·兰根汉伯格: "部分相干光在数字全息显微术活细胞成像中的应用", 《现代光学杂志》 *
本杰明·丁格尔: "激光二极管显微镜中通过使用光学反馈效应的无散斑图像", 《光学字母》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111538222A (zh) * 2019-02-07 2020-08-14 株式会社岛津制作所 光源装置以及全息观察装置
CN111538222B (zh) * 2019-02-07 2022-08-05 株式会社岛津制作所 光源装置以及全息观察装置
US11640137B2 (en) 2019-02-07 2023-05-02 Shimadzu Corporation Light source device and holographic observation apparatus

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