CN110494794A - 伪散斑图案生成装置、伪散斑图案生成方法、观察装置和观察方法 - Google Patents

伪散斑图案生成装置、伪散斑图案生成方法、观察装置和观察方法 Download PDF

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Abstract

伪散斑图案生成装置(1A)包括第一空间光调制器(13)、透镜(14)、第二空间光调制器(15)和透镜(16)等。第一空间光调制器(13)具有基于伪随机数图案的第一强度调制分布，对从光源(11)输出而由扩束器(12)放大了光束直径的光空间地进行强度调制。第二空间光调制器(15)具有基于滤波函数的第二强度调制分布，设置在由透镜(14)生成傅立叶变换图案的面，对经透镜(14)到达的光空间地进行强度调制。透镜(16)对从第二空间光调制器(15)输出的光的图案光学地进行傅立叶变换而生成该傅立叶变换图案作为伪散斑图案。由此，实现生成的散斑图案的空间构造或光强度统计分布的设定的自由度高的伪散斑图案生成装置等。

Description

伪散斑图案生成装置、伪散斑图案生成方法、观察装置和观察 方法
技术领域
本公开涉及伪散斑图案生成装置、具有该伪散斑图案生成装置的观察装置、伪散斑图案生成方法和包含该伪散斑图案生成方法的观察方法。
背景技术
当激光等的相干光被扩散板等的扩散件(散射介质)散射时，通过其散射光的干涉生成散斑图案。散斑图案的光强度的空间分布具有与随机数图案接近的性质，因此散斑图案被利用于干涉测量技术、超高分辨率显微镜和光学测量技术等，此外，最近也被利用于原子、粒子胶体的捕捉等的光操作技术。
散斑图案的特征在于空间构造和光强度统计分布。空间构造由散斑图案的自相关函数的空间形状表示，相当于光学系统的点扩散函数。光强度统计分布由散斑图案的光强度的直方图表示，遵循指数分布。另外，将理想的随机数2维排列而得到的2维伪随机数图案的空间构造(自相关函数)成为δ函数。
非专利文献1记载的技术是，在具有扩散件和透镜的结构中，在与透镜的后焦点面不同的面生成散斑图案。非专利文献2记载的技术是，在具有扩散件和透镜的结构中，通过扩散件的位置的改变或扩散件自身的更换而生成各种各样的散斑图案。
非专利文献3记载的技术是，代替扩散件，使用具有可由从外部供给的信号设定的2维的调制分布的空间光调制器，通过具有该空间光调制器和透镜的结构生成散斑图案。空间光调制器被设定与2维伪随机数图案相应的调制分布。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：Vladlen G.Shvedov et al.，“Selective trapping of multipleparticles by volume speckle field”，OPTICS EXPRESS，Vol.18，No.3，pp.3137-3142(2010)
非专利文献2：E.Mudry et al.，“Structured illumination microscopy usingunknown speckle patterns”，NATURE PHOTONICS，Vol.6，pp.312-315(2012)
非专利文献3：Yaron Bromberg and Hui Cao，“Generating Non-RayleighSpeckles with Tailored Intensity Statistics”，PHYSICAL REVIEW LETTERS 112，pp.213904-1-213904-5(2014)
发明内容
发明要解决的技术问题
非专利文献1记载的技术仅使用1个扩散件，因此没有生成的散斑图案的空间构造和光强度统计分布的设定的自由度。
非专利文献2记载的技术通过更换扩散件能够改变散斑图案。但是，该技术中，为了生成多样的散斑图案，需要预先准备大量的扩散件，生成的散斑图案的空间构造和光强度统计分布的设定的自由度低。此外，在通过扩散件位置的改变来设定散斑图案的情况下，极难再现同一图案。
非专利文献3记载的技术通过与2维伪随机数图案相应地改变出示给空间光调制器的调制分布，能够改变散斑图案。但是，该技术中，也仅调整散斑图案的对比度，生成的散斑图案的空间构造和光强度统计分布的设定的自由度低。
实施方式的目的在于，提供生成的散斑图案的空间构造或光强度统计分布的设定的自由度高且生成的图案具有再现性的伪散斑图案生成装置和伪散斑图案生成方法。此外，实施方式的目的在于，提供具有这样的伪散斑图案生成装置的观察装置和包含伪散斑图案生成方法的观察方法。
另外，实施方式中生成的图案也可能与使用扩散件生成的通常的散斑图案具有不同的空间构造或光强度统计分布，因此称为“伪散斑图案”。
用于解决技术问题的手段
本发明的实施方式是伪散斑图案生成装置。伪散斑图案生成装置包括：(1)输出光的光源；(2)第一空间光调制器，其具有基于伪随机数图案的第一强度调制分布，根据第一强度调制分布对从光源输出的光空间地进行强度调制，输出其调制后的光；(3)第一光学系统，其对从第一空间光调制器输出的光的图案光学地进行傅立叶变换而生成该傅立叶变换图案；(4)第二空间光调制器，其设置在由第一光学系统生成傅立叶变换图案的面，具有基于滤波函数的第二强度调制分布，根据第二强度调制分布对经第一光学系统到达的光空间地进行强度调制，输出其调制后的光；(5)第二光学系统，其对从第二空间光调制器输出的光的图案光学地进行傅立叶变换而在光图案生成面生成该傅立叶变换图案作为伪散斑图案；和(6)控制部，其对第一空间光调制器的第一强度调制分布和第二空间光调制器的第二强度调制分布这两者或其中任一者进行设定。
本发明的实施方式是观察装置。观察装置包括：(1)上述结构的伪散斑图案生成装置；(2)观察用光源，其输出照射到由伪散斑图案生成装置生成伪散斑图案的光图案生成面的观察用的光；和(3)摄像机，其接受与观察用的光向光图案生成面的照射相应地产生的光而进行摄像。
本发明的实施方式是伪散斑图案生成方法。在伪散斑图案生成方法中，(1)由具有基于伪随机数图案的第一强度调制分布的第一空间光调制器，根据第一强度调制分布对从光源输出的光空间地进行强度调制，输出其调制后的光，(2)由第一光学系统对从第一空间光调制器输出的光的图案光学地进行傅立叶变换而生成该傅立叶变换图案，(3)由设置在由第一光学系统生成傅立叶变换图案的面且具有基于滤波函数的第二强度调制分布的第二空间光调制器，根据第二强度调制分布对经第一光学系统到达的光空间地进行强度调制，输出其调制后的光，(4)由第二光学系统对从第二空间光调制器输出的光的图案光学地进行傅立叶变换而在光图案生成面生成该傅立叶变换图案作为伪散斑图案，(5)对第一空间光调制器的第一强度调制分布和第二空间光调制器的第二强度调制分布这两者或其中任一者进行设定。
本发明的实施方式是观察方法。在观察方法中，向通过上述方案的伪散斑图案生成方法生成伪散斑图案的光图案生成面，照射从观察用光源输出的观察用的光，由摄像机接受与观察用的光向光图案生成面的照射相应地产生的光而进行摄像。
发明效果
根据实施方式，生成的伪散斑图案的空间构造或光强度统计分布的设定的自由度高，并且生成的图案具有再现性。
附图说明
图1是通过计算求出伪散斑图案的情况下的计算顺序的流程图。
图2是汇总相关函数c和滤波函数F的例子的表。
图3中，(a)是表示统计分布遵循正态分布的2维伪随机数图案a(x，y)的一例的图，(b)是表示使用图3的(a)的2维伪随机数图案a(x，y)和相关函数c(r)＝exp(-r)的情况下得到的伪散斑图案b(x，y)的图。
图4中，(a)是表示使用图3的(a)的2维伪随机数图案a(x，y)和相关函数c(r)＝exp(-r/9)的情况下得到的伪散斑图案b(x，y)的图，(b)是表示图4的(a)的伪散斑图案b(x，y)的光强度统计分布(亮度直方图)的图。
图5中，(a)是表示使用扩散件生成的散斑图案的一例的图，(b)是表示图5的(a)的散斑图案的光强度统计分布(亮度直方图)的图。
图6中，(a)是表示使用图3的(a)的2维伪随机数图案a(x，y)和相关函数c(r)＝exp(-r/3)的情况下的伪散斑图案b(x，y)的图，(b)是表示图6的(a)的伪散斑图案b(x，y)的自相关图像的图。
图7是表示图6的(b)的自相关图像的强度分布的图。
图8是表示本实施方式的伪散斑图案生成装置1A的结构的图。
图9是表示另一个实施方式的伪散斑图案生成装置1B的结构的图。
图10是表示本实施方式的观察装置2A的结构的图。
图11是表示另一个实施方式的观察装置2B的结构的图。
附图标记说明
1A、1B…伪散斑图案生成装置、2A、2B…观察装置、10…控制部、11…光源、12…扩束器、13…第一空间光调制器、14…透镜(第一光学系统)、15…第二空间光调制器、16…透镜(第二光学系统)、17…空间光调制器、18、19…偏振光板、21…二向色镜、22…观察用光源、23…摄像机、24…透镜、25…透镜、26…物镜、27…透镜、P…光图案生成面。
具体实施方式
以下，参照附图，详细地对伪散斑图案生成装置、伪散斑图案生成方法、观察装置和观察方法的实施方式进行说明。另外，在附图的说明中，对同一要素标注同一标记，省略重复的说明。本发明不限定于这些示例。
首先，对本实施方式中生成的伪散斑图案进行说明。图1是通过计算求出伪散斑图案的情况下的计算顺序的流程图。另外，以下出现的函数中的用英文小写字母表示的函数是实空间的函数，用英文大写字母表示的函数是傅立叶空间的函数。此外，(x，y)示出实空间中的以正交坐标系表示的位置，(u，v)示出傅立叶空间中的以正交坐标系表示的位置。
在步骤S11中，生成2维伪随机数图案a(x，y)。具体而言，通过任意的生成方法生成遵循规定的种子数和统计分布的1维的伪随机数列，将这些伪随机数2维排列，由此生成2维伪随机数图案a(x，y)。1维伪随机数列生成时的种子数和统计分布以及2维排列时的排列规则如果相同，则2维伪随机数图案a(x，y)的生成具有再现性。在步骤S12中，对a(x，y)进行傅立叶变换而得到A(u，v)((1)式)。
【数学式1】
A(u，v)＝FFT[d(x，y)] …(1)
在步骤S21中，准备相关函数c(x，y)。在步骤S22中，对c(x，y)进行傅立叶变换而得到C(u，v)((2)式)。在步骤S23中，计算C(u，v)的平方根而得到滤波函数F(u，v)((3)式)。
【数学式2】
C(u，v)＝FFT[c(x，y)] …(2)
【数学式3】
在步骤S31中，将A(u，v)和F(u，v)相乘而得到B(u，v)((4)式)。然后，在步骤S32中，对B(u，v)进行傅立叶逆变换而得到伪散斑图案b(x，y)((5)式)。另外，傅立叶变换和傅立叶逆变换在进行数值计算的情况下能够通过同样的计算处理实现，此外，在由光学系统实现的情况下能够通过同样的光学系统实现，因此不需要对两者进行区别。
【数学式4】
B(u，v)＝A(u，v)·F(u，v) …(4)
【数学式5】
b(x，y)＝IFFT[B(u，v)] …(5)
这样生成的伪散斑图案b(x，y)具有与2维伪随机数图案a(x，y)的统计分布相应的光强度统计分布和与对应于滤波函数F(u，v)的相关函数c(x，y)相应的空间构造(自相关函数)。另外，在步骤S23中计算C(u，v)的平方根而求出滤波函数F(u，v)是为了使伪散斑图案b(x，y)的自相关函数和相关函数c(x，y)彼此一致。
图2是汇总相关函数c和滤波函数F的例子的表。该表中示出的相关函数c是仅以实空间中的与原点(0，0)的距离r为变量的函数c(r)。对应的滤波函数F也是仅以傅立叶空间中的与原点(0，0)的距离k为变量的函数F(k)。各式中，r、k是非负的实数，η、ξ是正的实数。
作为相关函数c(x，y)，选择作为傅立叶变换的结果的C(u，v)成为非负的实数的函数这样的函数，此外，优选是随着距离r变大，函数值递减的函数。相关函数c优选是仅以距离r为变量的函数。相关函数c也可以是以x和y为变量的函数(例如exp(-|x+y|/ξ))。相关函数c在原点(0，0)的函数值可以为1，但该函数值也可以是任意的值。相关函数c也可以是不能用数学式表现的函数。
图3的(a)是表示统计分布遵循正态分布的2维伪随机数图案a(x，y)的一例的图。图3的(b)是表示使用图3的(a)的2维伪随机数图案a(x，y)和相关函数c(r)＝exp(-r)的情况下得到的伪散斑图案b(x，y)的图。图4的(a)是表示使用图3的(a)的2维伪随机数图案a(x，y)和相关函数c(r)＝exp(-r/9)的情况下得到的伪散斑图案b(x，y)的图。图4的(b)是表示图4的(a)的伪散斑图案b(x，y)的光强度统计分布(亮度直方图)的图。
图5的(a)是表示使用扩散件生成的散斑图案的一例的图。图5的(b)是表示图5的(a)的散斑图案的光强度统计分布(亮度直方图)的图。使用扩散件生成的散斑图案的光强度统计分布(图5的(b))能够用指数函数分布近似，而伪散斑图案b(x，y)的光强度统计分布(图4的(b))能够用正态分布近似，与2维伪随机数图案a(x，y)的统计分布大致一致。另外，图4的(b)和图5的(b)的光强度统计分布(亮度直方图)的横轴表示256级的光强度。
图6的(a)是表示使用图3的(a)的2维伪随机数图案a(x，y)和相关函数c(r)＝exp(-r/3)的情况下的伪散斑图案b(x，y)的图。图6的(b)是表示图6的(a)的伪散斑图案b(x，y)的自相关图像的图。
图7是表示图6的(b)的自相关图像的强度分布的图。x方向和y方向各自的强度分布彼此大致一致，此外，也与相关函数c(r)＝exp(-r/3)大致一致。即，伪散斑图案b(x，y)的自相关函数与相关函数c大致一致。
本实施方式的伪散斑图案生成装置和伪散斑图案生成方法中，使用具有基于2维伪随机数图案a(x，y)的第一强度调制分布的第一空间光调制器和具有基于滤波函数F(u，v)的第二强度调制分布的第二空间光调制器，光学地生成伪散斑图案b(x，y)。
图8是表示本实施方式的伪散斑图案生成装置1A的结构的图。伪散斑图案生成装置1A包括控制部10、光源11、扩束器12、第一空间光调制器13、透镜14、第二空间光调制器15和透镜16，在光图案生成面(像面)P生成伪散斑图案b(x，y)。从第一空间光调制器13至光图案生成面P的光学系统构成4f成像光学系统。
光源11输出光。作为光源11，例如使用激光光源、灯具光源、SLD(Superluminescent Diode：超发光二极管)光源等。扩束器12与光源11光学连接，将从光源11输出的光的光束直径放大后输出。此时，从扩束器12输出的光优选在光束截面强度被均匀化的光。
第一空间光调制器13是强度调制型的空间光调制器，具有基于在步骤S11中生成的2维伪随机数图案a(x，y)的第一强度调制分布。作为第一空间光调制器13，例如使用调制介质为液晶的调制器、数字微镜器件(DMD)、变形镜(DM)。第一空间光调制器13与扩束器12光学连接，输入从光源11输出而由扩束器12放大了光束直径的光，根据第一强度调制分布对该输入的光空间地进行强度调制，输出其调制后的光。
透镜14与第一空间光调制器13光学连接，构成对从第一空间光调制器13输出的光的图案光学地进行傅立叶变换的第一光学系统。由该透镜14生成的傅立叶变换图案是与步骤S12中得到的A(u，v)相应的图案。
第二空间光调制器15是强度调制型的空间光调制器，具有基于步骤S23中生成的滤波函数F(u，v)的第二强度调制分布。作为第二空间光调制器15，例如使用调制介质为液晶的调制器、数字微镜器件(DMD)、变形镜(DM)。第二空间光调制器15设置在由透镜(第一光学系统)14生成傅立叶变换图案的面，根据第二强度调制分布对经透镜14到达的光空间地进行强度调制，输出其调制后的光。从第二空间光调制器15输出的光的图案是与步骤S31中得到的B(u，v)相应的图案。
透镜16与第二空间光调制器15光学连接，构成对从第二空间光调制器15输出的光的图案光学地进行傅立叶变换的第二光学系统。由该透镜16在光图案生成面P生成的傅立叶变换图案成为步骤S32中生成的伪散斑图案b(x，y)。
这样生成的伪散斑图案b(x，y)具有与2维伪随机数图案a(x，y)的统计分布(即，第一空间光调制器13的第一强度调制分布)相应的光强度统计分布，并且具有与对应于滤波函数F(u，v)(即，第二空间光调制器15的第二强度调制分布)的相关函数c(x，y)相应的空间构造。
控制部10与第一空间光调制器13和第二空间光调制器15这两者或其中任一者电连接，对第一空间光调制器13的第一强度调制分布和第二空间光调制器15的第二强度调制分布这两者或其中任一者进行设定。具体而言，控制部10基于具有与要生成的伪散斑图案b(x，y)的光强度统计分布相应的统计分布的2维伪随机数图案a(x，y)，对第一空间光调制器13设定第一强度调制分布。或者，控制部10基于对应于与要生成的伪散斑图案b(x，y)的自相关函数相应的相关函数c(x，y)的滤波函数F(u，v)，对第二空间光调制器15设定第二强度调制分布。
控制部10例如由计算机构成，除了具有与第一空间光调制器13和第二空间光调制器15这两者或其中任一者电连接而进行通信的通信部之外，还具有运算部、存储部、输入部和显示部。运算部包含CPU或DSP等，进行2维伪随机数图案a(x，y)和相关函数c(x，y)的生成、傅立叶变换、平方根计算、乘法运算、自相关函数的运算、强度统计分布的算出等。
存储部例如包含硬盘或存储器等，存储2维伪随机数图案a(x，y)和相关函数c(x，y)的生成条件、各图案的运算结果等。输入部例如包含键盘或指点设备等，接受上述生成条件等的输入。显示部例如包含液晶显示器，显示a(x，y)、A(u，v)、c(x，y)、C(u，v)、F(u，v)、B(u，v)和b(x，y)等的各图案。
本实施方式中，使用2个空间光调制器(第一空间光调制器13、第二空间光调制器15)，且能够设定第一空间光调制器13的第一强度调制分布和第二空间光调制器15的第二强度调制分布这两者或其中任一者，因此生成的伪散斑图案b(x，y)的空间构造或光强度统计分布的设定的自由度高。
基于具有与要生成的伪散斑图案b(x，y)的光强度统计分布相应的统计分布的2维伪随机数图案a(x，y)来对第一空间光调制器13设定第一强度调制分布，由此能够生成具有期望的光强度统计分布的伪散斑图案b(x，y)。此外，基于与要生成的伪散斑图案b(x，y)的自相关函数相应的相关函数c(x，y)的傅立叶变换的平方根，即滤波函数F(u，v)，来对第二空间光调制器15设定第二强度调制分布，由此能够生成具有期望的空间构造的伪散斑图案b(x，y)。
本实施方式的伪散斑图案生成装置或伪散斑图案生成方法中，生成的伪散斑图案b(x，y)的空间构造或光强度统计分布的设定的自由度高。而且，能够通过控制部10再现性良好地设定伪散斑图案b(x，y)的空间构造或光强度统计分布，并且能够迅速地改变设定。
本实施方式的伪散斑图案生成装置或伪散斑图案生成方法能够生成适合测量对象、光操作对象的伪散斑图案b(x，y)，能够适宜地用于在各种验证方法中有效的测量技术、光操作技术。此外，本实施方式的伪散斑图案生成装置或伪散斑图案生成方法在将伪散斑图案作为结构化照明使用的情况下，也能够生成平均亮度高亮的伪散斑图案，因此能够减少照明次数而以高灵敏度进行短时间的照明。
由本实施方式能够生成具有期望的空间构造和光强度统计分布的伪散斑图案b(x，y)这一情况，能够如以下这样确认。即，使用在光图案生成面P具有摄像面的摄像机，对在光图案生成面P生成的伪散斑图案b(x，y)进行摄像。然后，由控制部10求出通过摄像得到的伪散斑图案b(x，y)的自相关函数，将它与相关函数c(x，y)进行比较。此外，由控制部10求出通过摄像得到的伪散斑图案b(x，y)的光强度统计分布，将它与2维伪随机数图案a(x，y)的统计分布进行比较。
图9是表示另一个实施方式的伪散斑图案生成装置1B的结构的图。伪散斑图案生成装置1B包括：控制部10；光源11；扩束器12；相位调制型的空间光调制器17；偏振光板18、19；透镜14；第二空间光调制器15；和透镜16，在光图案生成面P生成伪散斑图案b(x，y)。与图8所示的伪散斑图案生成装置1A的结构相比较，该图9所示的伪散斑图案生成装置1B在代替强度调制型的第一空间光调制器13具有相位调制型的空间光调制器17和偏振光板18、19这一点不同。相位调制型的空间光调制器17例如使用调制介质为液晶的调制器。
隔着相位调制型的空间光调制器17地设置有偏振光板18和偏振光板19。通常，调制介质为液晶的空间光调制器17具有特定的取向方向的液晶分子。偏振光板18、19配置成偏光方向为与该液晶分子的取向方向相对地成45°的角度。偏振光板18、19各自的偏光方向既可以彼此平行，也可以彼此垂直。通过像这样配置相位调制型的空间光调制器17和偏振光板18、19，它们实质上作为强度调制型的第一空间光调制器13B发挥作用。
控制部10与第一空间光调制器13B(构成它的空间光调制器17)和第二空间光调制器15这两者或其中任一者电连接，对第一空间光调制器13B的第一强度调制分布(空间光调制器17的相位调制分布)和第二空间光调制器15的第二强度调制分布这两者或其中任一者进行设定。
第二空间光调制器15也能够同样地为隔着相位调制型的空间光调制器设置2个偏振光板的结构。
另外，在伪散斑图案生成装置1A、1B中，生成伪散斑图案b(x，y)的光图案生成面P可以是透镜(第二光学系统)16的后焦点面，但也能够为与该后焦点面不同的面。例如，通过对第二空间光调制器15设定在第二强度调制分布上加上菲涅耳透镜图案而得到的图案，能够在位于与透镜(第二光学系统)16的后焦点面不同的位置的光图案生成面P生成伪散斑图案b(x，y)。
接着，对具有本实施方式的伪散斑图案生成装置的观察装置的实施方式和包含本实施方式的伪散斑图案生成方法的观察方法的实施方式进行说明。本实施方式的观察装置或观察方法向通过上述的本实施方式的伪散斑图案生成装置或伪散斑图案生成方法生成伪散斑图案的光图案生成面P照射观察用的光，接受与光向该光图案生成面P的照射相应地产生的光(透射光、反射光、散射光、荧光等)，对被照射伪散斑图案的光图案生成面P上的微小体等进行摄像。
图10是表示本实施方式的观察装置2A的结构的图。观察装置2A包括控制部10、光源11、扩束器12、第一空间光调制器13、透镜14、第二空间光调制器15和透镜16，在光图案生成面P生成伪散斑图案。这些与本实施方式的伪散斑图案生成装置的结构相同。作为透镜16使用物镜。
观察装置2A除了伪散斑图案生成装置的结构之外，还包括二向色镜21、观察用光源22、摄像机23和透镜24。二向色镜21设置在第二空间光调制器15与透镜16之间的光路上，使从光源11输出的光透射，使从观察用光源22输出的光反射。
观察用光源22输出波长与从光源11输出的光的波长不同的观察用的光。观察用光源22设置在光图案生成面P的与设置透镜16的一侧相反的一侧，向光图案生成面P照射观察用的光。与基于观察用光源22的观察用的光的照射相应地产生的光经透镜16被二向色镜21反射，经透镜24到达摄像机23的摄像面。透镜16和透镜24将在光图案生成面P产生的光成像于摄像机23的摄像面。摄像机23对被照射伪散斑图案的光图案生成面P上的微小体等进行摄像。摄像机23例如是CCD摄像机、CMOS摄像机等。
图11是表示另一个实施方式的观察装置2B的结构的图。观察装置2B也包括控制部10、光源11、扩束器12、第一空间光调制器13、透镜14、第二空间光调制器15和透镜16，在光图案生成面P生成伪散斑图案。它们与本实施方式的伪散斑图案生成装置的结构相同。作为透镜16使用物镜。
观察装置2B除了伪散斑图案生成装置的结构之外，还包括二向色镜21、观察用光源22、摄像机23、透镜25、物镜26和透镜27。二向色镜21设置在第二空间光调制器15与透镜16之间的光路上，使从光源11输出的光透射，使从观察用光源22输出的光反射。
观察用光源22输出波长与从光源11输出的光的波长不同的观察用的光。从观察用光源22输出的光经透镜25被二向色镜21反射，经透镜16照射在光图案生成面P。摄像机23、物镜26和透镜27设置在光图案生成面P的与设置透镜16的一侧相反的一侧。与基于观察用光源22的观察用的光的照射相应地产生的光经物镜26和透镜27到达摄像机23的摄像面。物镜26和透镜27将在光图案生成面P产生的光成像于摄像机23的摄像面。摄像机23对被照射伪散斑图案的光图案生成面P上的微小体等进行摄像。
这些观察装置2A、2B在将伪散斑图案生成装置应用到以光捕捉技术和结构化照明技术为首的光操作技术或光成像技术中的情况下，作为显微成像装置适当使用。本实施方式的观察装置或观察方法通过将由伪散斑图案生成装置或伪散斑图案生成方法生成的伪散斑图案使用于微小体的捕捉和分类等的光操作，能够进行各种方式的光操作，能够观察其光操作的情况。
另外，在上述的实施方式中，伪随机数图案和伪散斑图案是2维的，但伪随机数图案和伪散斑图案也可以是1维的或3维的。
伪散斑图案生成装置、伪散斑图案生成方法、观察装置和观察方法不限于上述的实施方式和结构例，能够进行各种各样的变形。
上述实施方式的伪散斑图案生成装置构成为，包括：(1)输出光的光源；(2)第一空间光调制器，其具有基于伪随机数图案的第一强度调制分布，根据第一强度调制分布对从光源输出的光空间地进行强度调制，输出其调制后的光；(3)第一光学系统，其对从第一空间光调制器输出的光的图案光学地进行傅立叶变换而生成该傅立叶变换图案；(4)第二空间光调制器，其设置在由第一光学系统生成傅立叶变换图案的面，具有基于滤波函数的第二强度调制分布，根据第二强度调制分布对经第一光学系统到达的光空间地进行强度调制，输出其调制后的光；(5)第二光学系统，其对从第二空间光调制器输出的光的图案光学地进行傅立叶变换而在光图案生成面生成该傅立叶变换图案作为伪散斑图案；和(6)控制部，其对第一空间光调制器的第一强度调制分布和第二空间光调制器的第二强度调制分布这两者或其中任一者进行设定。
上述的伪散斑图案生成装置中，也可以构成为：控制部基于伪随机数图案对第一空间光调制器设定第一强度调制分布，该伪随机数图案具有与要生成的伪散斑图案的光强度统计分布相应的统计分布。
此外，上述的伪散斑图案生成装置中，也可以构成为：控制部基于滤波函数对第二空间光调制器设定第二强度调制分布，该滤波函数为与要生成的伪散斑图案的自相关函数相应的相关函数的傅立叶变换的平方根。
基于上述实施方式的观察装置构成为，包括：(1)上述结构的伪散斑图案生成装置；(2)观察用光源，其输出照射到由伪散斑图案生成装置生成伪散斑图案的光图案生成面的观察用的光；和(3)摄像机，其接受与观察用的光向光图案生成面的照射相应地产生的光而进行摄像。
基于上述实施方式的伪散斑图案生成方法构成为：(1)由具有基于伪随机数图案的第一强度调制分布的第一空间光调制器，根据第一强度调制分布对从光源输出的光空间地进行强度调制，输出其调制后的光，(2)由第一光学系统对从第一空间光调制器输出的光的图案光学地进行傅立叶变换而生成该傅立叶变换图案，(3)由设置在由第一光学系统生成傅立叶变换图案的面且具有基于滤波函数的第二强度调制分布的第二空间光调制器，根据第二强度调制分布对经第一光学系统到达的光空间地进行强度调制，输出其调制后的光，(4)由第二光学系统对从第二空间光调制器输出的光的图案光学地进行傅立叶变换而在光图案生成面生成该傅立叶变换图案作为伪散斑图案，(5)对第一空间光调制器的第一强度调制分布和第二空间光调制器的第二强度调制分布这两者或其中任一者进行设定。
上述的伪散斑图案生成方法中，也可以构成为：基于伪随机数图案对第一空间光调制器设定第一强度调制分布，该伪随机数图案具有与要生成的伪散斑图案的光强度统计分布相应的统计分布。
此外，上述的伪散斑图案生成方法中，也可以构成为：基于滤波函数对第二空间光调制器设定第二强度调制分布，该滤波函数为与要生成的伪散斑图案的自相关函数相应的相关函数的傅立叶变换的平方根。
基于上述实施方式的观察方法构成为：向通过上述方案的伪散斑图案生成方法生成伪散斑图案的光图案生成面，照射从观察用光源输出的观察用的光，由摄像机接受与观察用的光向光图案生成面的照射相应地产生的光而进行摄像。
产业上的可利用性
实施方式可作为伪散斑图案生成装置、伪散斑图案生成方法、观察装置和观察方法利用。

Claims (8)

1.一种伪散斑图案生成装置，其特征在于，包括：
输出光的光源；
第一空间光调制器，其具有基于伪随机数图案的第一强度调制分布，根据所述第一强度调制分布对从所述光源输出的光空间地进行强度调制，输出其调制后的光；
第一光学系统，其对从所述第一空间光调制器输出的光的图案光学地进行傅立叶变换而生成该傅立叶变换图案；
第二空间光调制器，其设置在由所述第一光学系统生成所述傅立叶变换图案的面，具有基于滤波函数的第二强度调制分布，根据所述第二强度调制分布对经所述第一光学系统到达的光空间地进行强度调制，输出其调制后的光；
第二光学系统，其对从所述第二空间光调制器输出的光的图案光学地进行傅立叶变换而在光图案生成面生成该傅立叶变换图案作为伪散斑图案；和
控制部，其对所述第一空间光调制器的所述第一强度调制分布和所述第二空间光调制器的所述第二强度调制分布这两者或其中任一者进行设定。
2.如权利要求1所述的伪散斑图案生成装置，其特征在于：
所述控制部基于伪随机数图案对所述第一空间光调制器设定所述第一强度调制分布，该伪随机数图案具有与要生成的伪散斑图案的光强度统计分布相应的统计分布。
3.如权利要求1或2所述的伪散斑图案生成装置，其特征在于：
所述控制部基于滤波函数对所述第二空间光调制器设定所述第二强度调制分布，该滤波函数为与要生成的伪散斑图案的自相关函数相应的相关函数的傅立叶变换的平方根。
4.一种观察装置，其特征在于，包括：
权利要求1至3中任一项所述的伪散斑图案生成装置；
观察用光源，其输出照射到由所述伪散斑图案生成装置生成所述伪散斑图案的所述光图案生成面的观察用的光；和
摄像机，其接受与所述观察用的光向所述光图案生成面的照射相应地产生的光而进行摄像。
5.一种伪散斑图案生成方法，其特征在于：
由具有基于伪随机数图案的第一强度调制分布的第一空间光调制器，根据所述第一强度调制分布对从光源输出的光空间地进行强度调制，输出其调制后的光，
由第一光学系统对从所述第一空间光调制器输出的光的图案光学地进行傅立叶变换而生成该傅立叶变换图案，
由设置在由所述第一光学系统生成所述傅立叶变换图案的面且具有基于滤波函数的第二强度调制分布的第二空间光调制器，根据所述第二强度调制分布对经所述第一光学系统到达的光空间地进行强度调制，输出其调制后的光，
由第二光学系统对从所述第二空间光调制器输出的光的图案光学地进行傅立叶变换而在光图案生成面生成该傅立叶变换图案作为伪散斑图案，
对所述第一空间光调制器的所述第一强度调制分布和所述第二空间光调制器的所述第二强度调制分布这两者或其中任一者进行设定。
6.如权利要求5所述的伪散斑图案生成方法，其特征在于：
基于伪随机数图案对所述第一空间光调制器设定所述第一强度调制分布，该伪随机数图案具有与要生成的伪散斑图案的光强度统计分布相应的统计分布。
7.如权利要求5或6所述的伪散斑图案生成方法，其特征在于：
基于滤波函数对所述第二空间光调制器设定所述第二强度调制分布，该滤波函数为与要生成的伪散斑图案的自相关函数相应的相关函数的傅立叶变换的平方根。
8.一种观察方法，其特征在于：
向通过权利要求5至7中任一项所述的伪散斑图案生成方法生成所述伪散斑图案的所述光图案生成面，照射从观察用光源输出的观察用的光，
由摄像机接受与所述观察用的光向所述光图案生成面的照射相应地产生的光而进行摄像。
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