CN110520779B - 像差校正方法和光学装置 - Google Patents

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Abstract

显微镜装置(1A)包括：具有调制面的SLM(33、36)；配置在调制面与对象物(B)之间的光路上的物镜(12)；和基于包含用于校正起因于对象物(B)的折射率界面的像差的校正图案的调制图案控制SLM(33、36)的计算机(43)，计算机(43)基于折射率界面相对于与物镜(12)的光轴垂直的平面的倾斜信息，决定调制图案的校正图案的位置，由此实现在对象物的折射率界面相对于光轴倾斜的情况下也能够以短时间容易地进行像差校正的像差校正方法和光学装置。

Description

像差校正方法和光学装置
技术领域
本发明涉及像差校正方法和光学装置。
背景技术
在专利文献1和2中，公开有使用空间光调制器降低折射率界面上的像差等影响的方法。专利文献1中记载的方法中，以使得激光的聚光点位于在介质内部产生的像差范围之间的方式，校正激光的像差。此外，在专利文献2中记载的方法中，以在将介质的折射率定义为n，将假定为介质的折射率n与聚光单元的气氛介质的折射率相等的情况下的从介质的入射面至聚光单元的焦点的深度定义为d，将由介质产生的纵像差的最大值定义为Δs时，使得激光的聚光点位于从介质的入射面起大于n×d-Δs且小于n×d的范围的方式，校正激光的像差。由此，以使得聚光点位于在不校正像差时在介质内部存在纵像差的范围之间的方式，校正激光的像差。
在非专利文献1中，记载有关于双光子激发荧光显微镜的技术。在该双光子激发荧光显微镜中，通过使像差校正图案在空间光调制器显示，使用该空间光调制器调制向观察对象物的照射光，校正因观察对象物的表面形状而产生的球面像差。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-75997号公报
专利文献2：日本特开2011-180290号公报
非专利文献
非专利文献1：Naoya Matsumoto,Takashi Inoue,Akiyuki Matsumoto,andShigetoshi Okazaki，“Correction of depth-induced spherical aberration for deepobservation using two-photon excitation fluorescence microscopy with spatiallight modulator”，Biomedical Optics Express，Vol.6，No.7，pp.2575-2587，(2015)
发明内容
发明所要解决的问题
例如在激光加工装置和显微镜等各种各样的光学装置中，有时为了校正由于在对象物的表面或者内部存在的折射率界面而产生的像差(例如，球面像差)，例如使用具有像差校正图案的空间光调制器(Spatial Light Modulator：SLM)调制照射光(或者观察光)。在这种情况下，如果对象物的折射率界面相对于光轴垂直，则像差校正图案成为呈以光轴为中心的同心圆状扩展的图案，因此比较容易进行求取图案的计算。
但是，还可能存在对象物的折射率界面相对于光轴倾斜的情况。在这种情况下，由于包含球面像差以外的像差，所以像差校正图案的计算变得复杂，需要长时间进行计算。特别是例如在利用显微镜获得立体像的情况等、一边改变对象物与透镜的相对距离一边进行照射或者观察的情况下，需要在相对距离每次变化时重新计算像差校正图案，因此作业所需的时间会变得非常长。此外，还存在像差校正图案的计算自身变得困难的情况。
实施方式的目的在于，提供在对象物的表面等折射率界面相对于光轴倾斜的情况下也能够以短时间容易地进行像差校正的像差校正方法和光学装置。
解决问题的技术手段
一个实施方式为像差校正方法。像差校正方法包括：将空间光调制器的调制面与对象物经由物镜光学耦合的耦合步骤；和基于包含用于校正起因于对象物的折射率界面的像差的校正图案的调制图案而控制空间光调制器的控制步骤。在像差校正方法中，调制图案的校正图案的位置基于对象物的折射率界面相对于与物镜的光轴垂直的平面的倾斜信息来设定。
此外，一个实施方式为光学装置。光学装置包括：具有调制面的空间光调制器；配置在调制面与对象物之间的光路上的物镜；和控制部，其基于包含用于校正起因于对象物的折射率界面的像差的校正图案的调制图案而控制空间光调制器。在光学装置中，调制图案中的校正图案的位置基于对象物的折射率界面相对于与物镜的光轴垂直的平面的倾斜信息来设定。
本发明人发现了，在对象物的折射率界面相对于物镜的光轴倾斜的情况下，通过将调制图案中的校正图案的位置与倾斜角度等倾斜信息对应地设定，能够适当地校正像差。由此，能够不进行复杂的计算而以短时间容易地进行像差校正。
另一实施方式为像差校正方法。像差校正方法包括：将空间光调制器的调制面与对象物经由物镜光学耦合的耦合步骤；和基于包含用于校正起因于对象物的折射率界面的像差的校正图案的调制图案而控制空间光调制器的控制步骤。在像差校正方法中，空间光调制器和物镜基于对象物的折射率界面相对于与物镜的光轴垂直的平面的倾斜信息来配置。
此外，另一实施方式为光学装置。光学装置包括：空间光调制器，其具有调制面，基于包含用于校正起因于对象物的折射率界面的像差的校正图案的调制图案而调制光；物镜，其配置于调制面与对象物之间的光路上；移动机构，其使物镜和空间光调制器的至少一者向与物镜的光轴交叉的方向移动；和控制移动机构的控制部。在光学装置中，控制部基于对象物的折射率界面相对于与物镜的光轴垂直的平面的倾斜信息而控制移动机构。
上述的本发明人的见解不一定需要空间光调制器的调制面内的校正图案的移动，即使通过使空间光调制器的调制面自身和/或物镜自身移动也能够实现。由此，能够不进行复杂的计算而以短时间容易地进行像差校正。
发明的效果
根据实施方式的像差校正方法和光学装置，即使在对象物的折射率界面相对于光轴倾斜的情况下也能够以短时间容易地进行像差校正。
附图说明
图1是表示作为一个实施方式的光学装置的显微镜装置的结构的图。
图2是表示显微镜装置的动作的流程图。
图3(a)～(d)是示意地表示在制作步骤中制作的调制图案的图。
图4是表示折射率界面相对于与物镜的光轴垂直的平面倾斜的状态的示意图。
图5(a)、(b)是表示一个实施方式的效果的图像，并且表示作为物镜使用干燥物镜、作为对象物观察生物试样的内部时的血管的情形。
图6(a)～(c)是将实施例中得到的三维图像在深度方向上进行切割而得到的二维图像。
图7(a)、(b)是示意地表示一个变形例的图。
图8是表示第1变形例的像差校正方法的流程图。
图9是表示能够实现一个变形例的像差校正方法的显微镜装置的结构的图。
图10是表示对象物的折射率界面能够近似为由2个面构成的情况的图。
图11是表示对象物的折射率界面能够近似为由大量的面构成的情况的图。
图12是表示第3变形例的显微镜装置的结构的图。
图13(a)、(b)是通过预扫描得到的鼠的脑图像。
图14是表示对象物在内部具有多个折射率界面的情况下的状态的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对像差校正方法和光学装置的实施方式进行详细说明。另外，在附图的说明，对相同的要素标注相同的符号，省略重复的说明。
图1是表示作为一个实施方式的光学装置的显微镜装置1A的结构的图。显微镜装置1A是一边对对象物B照射光一边取得对象物B的放大图像的装置，如图1所示，包括显微镜单元10、倾斜测量单元20、图像取得单元30和控制单元40。
显微镜单元10向对象物B照射来自下述的倾斜测量单元20和图像取得单元30的照射光P1，并且将来自对象物B的被检测光P2向倾斜测量单元20和图像取得单元30分别输出。被检测光P2例如是照射光P1的反射光、照射光P1的高次谐波或者由照射光P1激发的荧光。显微镜单元10具有试样台(平台(stage))11、物镜12、物镜移动机构13和分束器14。
试样台11是用于支承对象物B(或者收纳对象物B的容器)的板状的部件。试样台11例如为玻璃制。在本实施方式中，照射光P1从试样台11的表面侧照射至对象物B。此外，来自对象物B的被检测光P2向试样台11的表面侧出射。
物镜12配置在下述的SLM33与对象物B的表面Ba之间的照射光P1的光路上。此外，物镜12配置在下述的SLM36与对象物B的表面Ba之间的被检测光P2的光路上。物镜12的一个面以与试样台11相对的方式配置，物镜12的该一个面侧的焦点位于对象物B的内部。物镜12将照射光P1聚光于对象物B的内部的一个点。此外，物镜12接收从对象物B的该一个点放射的被检测光P2的一部分，将该一部分平行化。物镜12也可以为干燥物镜、水浸物镜或油浸物镜等液浸物镜。
另外，在本实施方式中，用于照射光P1的物镜与用于被检测光P2的物镜成为共同，但也可以分别设置用于照射光P1的物镜与用于被检测光P2的物镜。例如，也可以使用光瞳直径大的物镜用于照射光P1，通过下述的像差校正进行局部聚光。此外，也可以使用光瞳大的物镜用于被检测光P2，取出更多光。
物镜移动机构13是用于使物镜12沿照射光P1的光轴方向移动的机构。物镜12通过物镜移动机构13以能够沿光轴方向移动的方式被支承。物镜移动机构13例如由步进电动机或者压电致动器等构成。
分束器14对与图像取得单元30之间的光路和与倾斜测量单元20之间的光路进行分割和合成。具体而言，分束器14将从图像取得单元30到达显微镜单元10的照射光P1向物镜12反射。此外，分束器14将由物镜12聚集的被检测光P2向图像取得单元30反射。另一方面，分束器14将来自倾斜测量单元20的光P32和对象物B上的光P32的反射光透过。分束器14例如优选由半透半反镜或分色镜构成。显微镜单元10也可以进一步具有变更光P32的光轴方向的反射镜15。
倾斜测量单元20是本实施方式中的测量部，测量对象物B的折射率界面相对于与物镜12的光轴垂直的平面的倾斜角度。以下，作为对象物B的折射率界面，以对象物B的表面Ba与周围介质的折射率界面为一个例子进行说明，但对象物B的折射率界面并不限定于此。例如，也可以为对象物B与收纳对象物B的容器的折射率界面，还可以为对象物B的内部结构中的折射率界面。周围介质例如为空气或浸液。
倾斜测量单元20例如也可以是使用迈克尔逊干涉仪的、测量对象物B的表面形状的干涉光测量单元。在这种情况下，倾斜测量单元20如图1所示具有相干光源21、分束器22、参照光用镜23和检测器24。
相干光源21产生向对象物B照射的相干光P3。相干光源21例如优选由半导体激光元件构成。分束器22将来自相干光源21的相干光P3分支为参照光P31和向显微镜单元10的光P32。此外，分束器22使在参照光用镜23反射后的参照光P31反射，并且使来自光P32的对象物B表面的反射光透过，由此将这些光合成而生成干涉光P4。干涉光P4向检测器24入射。另外，参照光用镜23既可以相对于参照光P31的光轴方向能够移动地构成，也可以固定。检测器24对由分束器22合成的干涉光P4进行检测，输出检测信号S1。检测器24例如包括CCD图像传感器或CMOS图像传感器等2维光检测元件。
另外，倾斜测量单元并不限定于上述的结构。例如，倾斜测量单元也可以具有Mirau型、林尼克(Linnik)型等干涉测量方式。或者，倾斜测量单元可以具有共聚集反射显微镜，也可以具有共路干涉仪。根据这样的显微镜，能够使用对焦信息而适当地测量对象物B的表面Ba的倾斜角度。
图像取得单元30检测来自对象物B的被检测光P2，制作放大图像。另外，以下，对被检测光P2为来自对象物B的荧光的情况下的荧光光学系统的例子进行说明，但被检测光P2也可以为来自对象物B的反射光或高次谐波。本实施方式的图像取得单元30具有激光光源31、扩束器32、SLM33、分色镜34，光扫描器35、SLM36、检测器37和滤波器38。
激光光源31是用于经由物镜12对对象物B照射照射光P1的光源。激光光源31输出成为照射光P1的本源的光P5。光P5例如是包含对象物B的激发波长的激光。激光光源31例如包括半导体激光元件而构成。扩束器32例如包括在光P5的光轴上排列配置的多个透镜32a、32b而构成，调节相对于光P5的光轴垂直的截面的大小。
SLM33是按每多个像素控制相位调制的类型的SLM。SLM33在调制面33a显示包含用于校正起因于对象物B的表面Ba的折射率差的像差的校正图案的调制图案(全息图)。SLM33通过调制来自激光光源31的光P5，生成向对象物B照射的光P1。在SLM33的调制面33a与对象物B的表面Ba之间的光P1的光路上配置有物镜12。另外，SLM33并不限定于相位调制型，也可以为振幅(强度)调制型。此外，SLM33也可以为反射型和透过型的任一类型。另外，包含校正图案的调制图案的详细情况如下所述。
分色镜34将来自SLM33的照射光P1和来自显微镜单元10的被检测光P2中的一方透过，将另一方反射。在图1所示的例子中，分色镜34将照射光P1透过，将被检测光P2反射。
光扫描器35通过在与照射光P1的光轴垂直的面内使照射光P1的光轴移动，扫描对象物B中的照射光P1的聚光位置。光扫描器35例如由电流镜、共振镜或者多棱镜构成。此外，来自对象物B的被检测光P2经由光扫描器35而被检测。由此，能够使照射光P1的光轴与被检测光P2的光轴彼此一致。
SLM36是按每多个像素控制相位调制的类型的SLM。SLM36在调制面36a显示包含用于校正起因于对象物B的表面Ba的折射率差的像差的校正图案的调制图案。SLM36调制来自分色镜34的被检测光P2。在SLM36的调制面36a与对象物B的表面Ba之间的被检测光P2的光路上配置有物镜12。
SLM36并不限定于相位调制型，也可以为振幅(强度)调制型。此外，SLM36也可以为反射型和透过型的任一类型。在检测器37的前段配置针孔的情况下，优选除了校正图案之外，在调制面36a还显示用于被检测光P2聚光于针孔的图案。由此，能够获得共聚焦效应。在利用双光子吸收等多光子吸收效应，检测从对象物B产生的荧光等被检测光P2的情况下，能够通过使用于将被检测光P2聚光于检测器37的图案与校正图案重叠而包含于调制图案，而获得共聚焦效应。另外，包含校正图案的调制图案的详细情况如下所述。
检测器37对从对象物B经由物镜12出射的被检测光P2的光强度进行检测，输出检测信号S2。检测器37也可以为PMT(Photomultiplier Tube(光电倍增管))、光电二极管、雪崩光电二极管等点传感器。或者，检测器37也可以为CCD图像传感器、CMOS图像传感器、多阳极PMT、光电二极管阵列等区域图像传感器。另外，也可以在检测器37的近前配置聚光透镜37a。
滤波器38配置在分色镜34与检测器37之间的光轴上。滤波器38从向检测器37入射的光截止照射光P1的波长和观察中不需要的荧光等波长。另外，滤波器38也可以配置在聚光透镜37a的前段、后段的任一方。
另外，本实施方式的图像取得单元30不仅具有上述的结构，而且还具有镜39a和反射部件39b。镜39a为了使光扫描器35与显微镜单元10的分束器14光学耦合，使照射光P1和被检测光P2的光轴弯曲。反射部件39b是具有2个反射面的棱镜，与SLM36相对地配置。反射部件39b在一个反射面上将来自分色镜34的被检测光P2向SLM36反射，在另一个反射面上将来自SLM36的被检测光P2向检测器37反射。
在物镜12与SLM33的距离长的情况下，也可以在照射光P1和被检测光P2的光轴上设置至少一个4f光学系统。作为一个例子，在图1中表示2个4f光学系统51和52。4f光学系统51和52具有将在SLM33生成的照射光P1的波面向物镜12的后侧焦点传输的作用。另外，在物镜12与SLM33极其近的情况下，能够省去4f光学系统。
控制单元40是本实施方式中的控制部。控制单元40控制显微镜单元10、倾斜测量单元20和图像取得单元30。
例如，控制单元40在显微镜单元10中使用物镜移动机构13控制物镜12的光轴方向的位置。此外，控制单元40使支承对象物B的试样台11向与光轴方向交叉的方向移动。此外，控制单元40进行倾斜测量单元20的相干光源21、检测器24和参照光用镜23的控制。此外，控制单元40控制图像取得单元30的激光光源31、光扫描器35和检测器37。再有，控制单元40计算在SLM33和36显示的调制图案，使该调制图案显示于SLM33和36。
控制单元40例如包括鼠标或键盘等输入装置41、显示装置(显示器)42和计算机43而构成。计算机43例如是个人计算机、微型计算机、智能设备、云服务器等。
此外，控制单元40构成本实施方式中的测量部的一部分。控制单元40输入来自倾斜测量单元20的检测器24的检测信号S1，基于该检测信号S1，使用利用傅立叶变换的方法或λ/4相移干涉法，取得与对象物B的表面Ba的倾斜角度相关的信息。控制单元40基于所取得的信息，制作包含用于校正起因于对象物B的表面Ba的折射率差的像差的校正图案的调制图案数据。调制图案数据提供给SLM33和SLM36。此外，控制单元40基于来自检测器37的检测信号S2和光扫描器35的光照射位置的信息，制作关于对象物B的放大图像。所制作的图像在显示装置42显示。
图2是表示上述的显微镜装置1A的动作的流程图。参照图2，说明包含本实施方式的像差校正方法的光照射方法和观察方法。
首先，通过在试样台11上载置对象物B，将SLM33、36的调制面33a、36a与对象物B的表面Ba经由物镜12光学耦合(耦合步骤S10)。接着，使光P3从倾斜测量单元20的光源21出射，在检测器24检测来自对象物B的表面的反射光与参照光P31的干涉光P4。由此，观测对象物B的表面Ba上的干涉条纹。然后，基于该干涉条纹，在控制单元40中取得对象物B的表面Ba相对于与物镜12的光轴垂直的平面的倾斜角度(测量步骤S11)。
接着，基于在测量步骤S11中取得的倾斜角度，由控制单元40制作包含用于校正起因于对象物B的表面Ba的折射率差的像差的校正图案的调制图案数据(制作步骤S12)。接着，基于调制图案数据控制SLM33和SLM36，基于调制图案数据的调制图案在SLM33和36显示(控制步骤S13)。然后，由SLM33调制从激光光源31出射的光P5，调制后的照射光P1经由物镜12照射至对象物B(照射步骤S14)。
接着，在检测器37检测在象物B产生的被检测光P2的强度(检测步骤S15)。此时，被检测光P2由SLM36调制之后向检测器37入射。另外，在本实施方式中，一边由光扫描器35扫描照射光P1一边重复(或同时连续地)进行照射步骤S14和检测步骤S15。之后，基于检测步骤S15中的检测信息，在控制单元40中制作对象物B的放大图像(图像制作步骤S16)。
此处，对在制作步骤S12中制作的、在SLM33、36的调制面33a、36a显示的调制图案的详细情况进行说明。另外，在以下的说明中，在涉及对象物B的表面Ba与物镜12的光轴的关系的情况下，“物镜12的光轴”是指将物镜12的光轴延长至对象物B的表面Ba的直线。此外，在涉及SLM33、36的调制面33a、36a与物镜12的光轴的关系的情况下，“物镜12的光轴”是指将物镜12的光轴延长至SLM33、36的各调制面33a、36a的直线(在中途的光轴被反射镜等弯曲时，为弯曲后的直线)。通常，这些直线与照射光P1和被检测光P2的光线的中心轴线一致。
图3是示意地表示在制作步骤S12中制作的调制图案的图。图3(a)表示物镜12的光轴12a与对象物B的表面Ba相互垂直的状态，图3(b)表示在这种情况下在调制面33a、36a显示的调制图案D1。另外，在图中表示以沿着光轴12a的方向为Z方向的XYZ直角坐标系。
调制图案D1包含用于校正起因于对象物B的表面Ba的折射率差的像差的校正图案D3。校正图案D3是关于物镜12的光轴12a点对称的图案，例如是呈以物镜12的光轴12a与SLM33、36的各调制面33a、36a相交的点T为中心的同心圆状扩展的图案。即，校正图案D3的中心O位于物镜12的光轴12a上。
此外，图3(c)表示对象物B的表面Ba相对于与物镜12的光轴12a垂直的平面H倾斜角度β的状态，图3(d)表示在这种情况下在调制面33a、36a显示的调制图案D2。
调制图案D2包含上述的校正图案D3。但是，校正图案D3的中心O相对于物镜12的光轴12a与SLM33、36的各调制面33a、36a相交的点T，沿表面Ba的倾斜方向偏离距离E。距离E与相对于平面H的表面Ba的倾斜角度β成比例，基于倾斜角度β适当地求取。在本实施方式中，在制作步骤S12中，基于倾斜角度β决定距离E(决定步骤S12a)。
另外，调制面33a、36a上的校正图案D3的显示区域的直径d3也可以大于物镜12的光瞳直径。当如图3(d)那样使校正图案D3相对于点T相对地移动时，存在校正图案D3的区域相对于点T偏向。因此，在校正图案D3的显示区域小的情况下，存在关于一部分光，不通过校正图案D3且不进行像差校正的担忧。通过校正图案D3的显示区域的直径d3大于物镜12的光瞳直径，能够降低这样的担忧。
以下，说明基于倾斜角度β决定距离E的方法的详细情况。在照射光P1聚光的过程和被检测光P2放射的过程中存在对象物B的表面Ba等折射率界面，在该界面相对于光轴垂直的情况下，由于该界面而产生的像差成为大致球面像差。
在像差仅为球面像差的情况下，与物镜12的光轴垂直的面内的像差的分布成为呈以光轴为中心的同心圆状扩展的形态。在SLM33、36显示的校正图案也成为同样的形状，其中心与物镜12的光轴一致。当令SLM33、36的调制面33a、36a内的像素位置为(x，y)，令像素间距为p，令物镜12的光轴与调制面33a、36a相交的位置为T(x0，y0)时，这种情况下的球面像差校正图案φ例如通过以下的数式(1)求取。
[数1]
Figure BDA0002228052850000111
其中，d为光轴上的折射率界面(表面Ba)与聚光点的距离，λ为光的波长，n1为周围介质的折射率，n2为对象物B的折射率，NA为物镜12的数值孔径，α为使实际的光线的聚光位置在光轴上一前一后的散焦参数。
当在SLM33显示该球面像差校正图案φ时，利用SLM33调制从激光光源31作为平面波输出的光P5。调制的光P1在对象物B的表面Ba上被衍射，并聚光于对象物B中的规定的深度的一个点。
图4是表示折射率界面Ba相对于与物镜12的光轴A1垂直的平面H倾斜的状态的示意图。另外，令与SLM33、36的调制面33a、36a内的像素位置(x，y)对应的光P1的波面C上的位置为(x’，y’)。即，对应于物镜12的光轴与调制面33a、36a相交的位置T(x0，y0)的光P1的波面C上的位置T’为(x’0，y’0)。折射率界面Ba相对于平面H的倾斜角为β。此时，相对于折射率界面Ba垂直的直线成为新的光轴A2，该光轴A2与从物镜12出射的光P1(或向物镜12入射的光P2)的波面(放物面)C的交点Q’1(x’0+x’1，y’0+y’1)成为新的像差校正图案的中心轴。即，折射率界面Ba倾斜的情况下的像差校正图案φ通过以下的数式(2)求取。
[数2]
Figure BDA0002228052850000121
于是，如以下所示，能够基于相对于平面H的倾斜方位角α和倾斜角β、物镜12的数值孔径NA和焦点距离f、SLM33、36的像素间距p、相对于SLM33、36的物镜12的成像倍率M、以及周围介质的折射率n1，容易地求取使该新的校正图案的中心相对于原来的校正图案(折射率界面Ba相对于物镜12的光轴A1垂直的情况下的校正图案)移动多少像素即可。
首先，在测量步骤S11中，基于由倾斜测量单元20获得的对象物B的表面形状，测量倾斜方位角α和倾斜角β。在一个例子中，将所得到的表面形状进行多项式近似，从所得到的多项式中的1次项(ax+by，a、b为系数)导出倾斜方位角α和倾斜角β。另外，倾斜方位角α和倾斜角β的导出并不限定于多项式近似。例如，也可以为多项式近似以外的近似，还可以为样条插值等插值。
接着，在制作步骤S12中，决定以对象物B的表面Ba相对于物镜12的光轴垂直的情况下的像差校正图案的位置为基准的、用于抑制倾斜角β所引起的对像差校正的影响的像差校正图案的移动距离(倾斜信息)(决定步骤S12a)。该移动距离如以下所示，由物镜12的数值孔径NA、焦点距离f和成像倍率M适当地求取。
首先，当令从物镜12到达对象物B或者从对象物B向物镜12入射的光线与物镜12的光轴所成的角度的最大值为θmax时，该θmax基于物镜12的数值孔径NA和周围介质的折射率n1，通过以下的数式(3)求取。
θmax＝asin(NA/n1) (3)
此外，物镜12的光瞳的半径L1基于物镜12的数值孔径NA和焦点距离f，通过以下的数式(4)求取。
L1＝NA·f (4)
此外，基于相对于SLM33、36的物镜12的成像倍率M(物镜12与SLM33、36为M:1的放大成像关系(SLM33、36侧的光径小于物镜12侧的光径))，通过以下的数式(5)求取SLM33、36的光的半径L2。
L2＝L1/M (5)
此处，当令调制面33a、36a的像素间距为p时，半径L2内包含的SLM33、36的像素数R通过以下的数式(6)求取。
R＝L2/p (6)
根据上述的数式(3)和数式(6)，物镜12的光轴与光线所成的角度每1°的像素数r通过以下的数式(7)求取。
r＝R/θmax＝(NA·f)/(M·p) (7)
像差校正图案的移动距离(像素数)通过倾斜角β与像素数r的积求取。在一个例子中，基于倾斜方位角α和倾斜角β，计算出向x轴方向的倾斜角成分βx和向y轴方向的倾斜角成分βy。像差校正图案的向x轴方向的移动距离(像素数)x1和向y轴方向的移动距离(像素数)y1分别通过以下的数式(8)、(9)求取。
x1＝βx·r (8)
y1＝βy·r (9)
通过将它们应用于数式(2)，导出应该在SLM33、36显示的像差校正图案。
对由以上说明的本实施方式的显微镜装置1A和像差校正方法得到的效果进行说明。
如上所述，本发明人发现了，在对象物B的表面Ba相对于物镜12的光轴12a倾斜的情况下，通过使它们大致垂直的情况下的校正图案D3向倾斜方向移动与倾斜角β相应的距离，能够适当地校正像差。即，在本实施方式中，在调制面33a、36a显示包含使物镜12的光轴12a与对象物B的表面Ba大致垂直的情况下的校正图案D3在调制面33a、36a内移动后的图案的调制图案D2。于是，基于对象物B的表面Ba的倾斜角β决定该校正图案D3的移动距离。由此，能够不进行复杂的计算而以短时间容易地进行像差校正。
图5(a)和图5(b)是表示本实施方式的效果的图像，并且表示作为物镜12使用干燥物镜、作为对象物B观察生物试样的内部时的血管的情形。图中的纵轴为自生物试样的表面起的深度。图5(a)是应用本实施方式的像差校正方法而得到的图像，图5(b)是不进行像差的校正而得到的图像。
如图5(b)所示，在不进行像差的校正的情况下，如果超过深度500μm则由于像差的影响而血管看起来模糊。与此相对，如图5(a)所示，在应用本实施方式的像差校正方法的情况下，能够清楚地看到超过深度1000μm的范围。这样，根据本实施方式，即使在物镜12为干燥物镜且起因于对象物B的表面Ba的像差大的情况下，也能够适当地校正像差，并得到清楚地看到更深的部分的图像。此外，通过物镜12为干燥物镜或液浸物镜，能够非接触·低侵袭地进行简易的测量。
另外，本实施方式的SLM33、36为按每多个像素进行相位调制的类型的SLM即可，例如能够使用LCOS(Liquid Crystal On Silicon(液晶覆硅))型的SLM或可变形镜等。可变形镜也可以为薄膜型和分段型的任一类型。LCOS型SLM与可变形镜相比像素数较多，能够以高精度校正像差。此外，可变形镜与LCOS型SLM相比能够以高速动作，能够缩短作业时间。
本实施方式的显微镜装置1A也可以为激光扫描型双光子激发荧光显微镜(TPFLM)。在TPFLM中，仅在通过双光子吸收过程而光子密度变得极高的部分(以物镜12聚光激发光的部分)产生荧光。此外，在激发光中使用近红外的光，但该激发光与可见光相比相对于生物体的吸收、散射变小。荧光的产生为局部这方面和吸收或散射小这方面适用于生物试样的深部观察。于是，在观察生物试样的深部时，能够以短时间容易地进行像差校正的本实施方式的像差校正方法极为有用。根据本实施方式的像差校正方法，能够容易地实现生物试样的深部的分辨率的提高和在现有的TPFLM中难以观察的深度的观察。
(实施例)
对上述实施方式的一个实施例进行说明。在本实施例中，作为对象物B，制作将粒径3μm的球形的荧光珠内包于环氧树脂的模型试样。然后，使用量角器，使模型试样的表面从与物镜12的光轴12a垂直的平面倾斜8°，进行观察。
为了得到三维的珠分布，利用2轴的电流扫描器在与物镜12的光轴12a垂直的面内扫描激发光，通过PMT等检测器检测在聚光点位置产生的荧光，得到二维图像。之后，一边使物镜12或者试样台11沿光轴方向移动一边重复进行上述的操作，得到深度分别不同的多个图像。此时，使物镜12与试样台11的距离从600μm变化为800μm。然后，重建这些图像，得到三维图像。另外，作为物镜12使用干燥物镜(20倍，NA＝0.7)，令模型试样的周围介质为空气。
图6(a)～图6(c)是将本实施例中得到的三维图像在深度方向上进行切割而得到的二维图像。图6(a)是应用上述实施方式的像差校正方法时的图像，图6(b)是不进行像差的校正(即照射波面相对于光轴垂直的现有的平行光)得到的图像，图6(c)是不使校正图案移动(参照图3(a))而得到的图像。另外，在图6(a)中，移动距离(像素数)为65像素。在本实施例中，由于令周围介质为空气，所以在周围介质与模型试样(环氧树脂)之间存在折射率差。因此，在模型试样的表面产生像差。再有，因为模型试样的表面倾斜，所以还产生球面像差以外的像差。
在参照图6(b)时，受到上述的像差的影响，图像中的荧光珠的轮廓向深度方向延伸。此外，在不移动校正图案的情况下(图6(c))，与不进行像差的校正的情况(图6(b))比较荧光珠的最大荧光强度为0.4倍，与不进行像差校正的情况相比成为不鲜明的图像。可认为这是因为在仅校正球面像差的校正图案中残留有其它像差(例如非点像差)和由于波面不恰当、其它像差反而变大。
与此相对，在参照图6(a)时，在应用上述实施方式的像差校正方法的情况下，球面像差以外的其它像差也被良好地校正，由此可知，图像中的荧光珠的轮廓形状接近球形且被显著改善。此外，与不进行像差的校正的情况(图6(b))比较荧光珠的最大荧光强度为6.5倍，变得格外明亮。即，根据本实施例，在对象物B的表面Ba相对于光轴12a倾斜的情况下，通过应用上述实施方式的像差校正方法，能够高精度地校正像差。
(第1变形例)
图7是示意地表示上述实施方式的一变形例的图。在上述实施方式中，作为SLM33、36例示按每多个像素控制调制的类型的SLM，但SLM33、36并不限定于此，例如也可以为在调制面33a、36a上固定有调制图案的类型的SLM。在这种情况下，如图7(a)和图7(b)所示，使具有物镜12的光轴12a与对象物B的表面Ba大致垂直的情况下的像差校正图案D3的调制面33a、36a自身相对于物镜12的光轴12a向与光轴12a交叉的方向相对地移动距离E。然后，基于表面Ba相对于平面H的倾斜角度β决定移动距离E。
根据这样的方法，与上述实施方式一样，能够不进行复杂的计算而以短时间容易地进行像差校正。另外，在这种情况下，上述的数式(8)和(9)分别置换成以下的数式(10)和(11)。
x1＝βx·L2/θmax (10)
y1＝βy·L2/θmax (11)
然后，使调制面33a、36a向x轴方向移动x1、向y轴方向移动y1即可。
此外，这样的方法还能够应用于按每多个像素控制调制的类型的SLM。首先，基于表面Ba相对于平面H的倾斜角度β决定移动距离E。然后，以校正图案D3的中心O位于物镜12的光轴12a上的方式使校正图案D3在SLM33、36显示，使该SLM33、36自身相对于光轴12a相对地移动距离E。利用这样的方法，也能够得到与上述实施方式同样的效果。
图8是表示本变形例的像差校正方法的流程图。如图8所示，在本变形例中，首先，取得对象物B的表面Ba相对于与物镜12的光轴垂直的平面的倾斜角度(测量步骤S11)。接着，在决定步骤S21中，基于表面Ba相对于平面H的倾斜角度β决定调制面33a、36a的移动距离E。然后，在耦合步骤S22中，使具有像差校正图案D3的调制面33a、36a相对于物镜12的光轴12a向与光轴12a交叉的方向相对地移动距离E。在该状态下，通过将对象物B载置在试样台11上，将SLM33、36的调制面33a、36a与对象物B的表面Ba经由物镜12光学耦合。接着，利用SLM33对从激光光源31出射的光P5进行调制(调制步骤S23)。然后，将调制后的照射光P1经由物镜12照射至对象物B(照射步骤S14)。之后，与上述实施方式同样地进行检测步骤S15和图像制作步骤S16。
图9是表示能够实现本变形例的像差校正方法的显微镜装置1B的结构的图。显微镜装置1B除了图1所示的显微镜装置1A的结构，进一步具备移动机构33b、36b。移动机构33b支承SLM33，使调制面33a相对于物镜12的光轴12a向与光轴12a交叉的方向相对地移动。同样，移动机构36b支承SLM36，使调制面36a相对于物镜12的光轴12a向与光轴12a交叉的方向相对地移动。
移动机构33b、36b由控制单元40的计算机43控制。计算机43基于表面Ba相对于平面H的倾斜角β，决定调制面33a、36a的移动距离。通过这样的显微镜装置1B，与上述实施方式一样，能够不进行复杂的计算而以短时间容易地进行像差校正。另外，显微镜装置1B也可以具备代替使SLM33、36移动或者与SLM33、36的移动一起使物镜12向与光轴12a交叉的方向移动的机构。
(第2变形例)
在上述实施方式中，例示对对象物B的表面形状进行多项式近似，从所得到的多项式中的1次项导出倾斜方位角α和倾斜角β的方法(换言之，将对象物B的表面Ba近似为一个平坦面的方法)。除此以外，例如也可以将物镜12的光轴12a分割成多个区域，基于各区域的倾斜角β决定与各区域对应的校正图案D3的移动距离。
如图10所示，例如在能够近似为由2个面Ba1、Ba2构成对象物B的表面Ba的情况下，能够分别测量与面Ba1相关的倾斜方位角α1和倾斜角β1、以及与面Ba2相关的倾斜方位角α2和倾斜角β2。然后，在决定步骤S12a，基于倾斜方位角α1和倾斜角β1，计算出用于校正起因于面Ba1的像差的部分校正图案的移动方向和移动距离。同样，在决定步骤S12a，基于倾斜方位角α2和倾斜角β2，计算出用于校正起因于面Ba2的像差的部分校正图案的移动方向和移动距离。然后，将移动后的各部分的校正图案重叠，由此能够制作用于像差校正的调制图案。例如如图11所示，这在对象物B的表面Ba近似为由大量面Baa构成的情况下也一样。
根据本变形例，在对象物B的表面Ba具有倾斜角β按每个区域不同的复杂的形状的情况下，也能够与上述实施方式一样地，不进行复杂的计算而以短时间容易地进行像差校正。
(第3变形例)
图12是表示上述实施方式的第3变形例的显微镜装置1C的结构的图。在显微镜装置1C中，与图1输送带显微镜装置1A不同之处在于，不具备倾斜测量单元20，取而代之而具备形状存储单元60。
形状存储单元60是本实施方式中的存储部，预先存储关于对象物B的表面Ba的倾斜角β的信息。于是，在进行图2所示的决定步骤S12a时，计算机43基于形状存储单元60中存储的信息而决定校正图案D3的移动距离。根据这样的像差校正方法和显微镜装置1C，能够省略图2所示的测量步骤S11，进一步缩短作业时间。特别是例如适用于如半导体器件那样表面Ba的倾斜方位角α和倾斜角β为已知的情况。
另外，在本变形例的显微镜装置1C中不需要设置倾斜测量单元20，因此，显微镜单元10A不具有反射镜15(参照图1)，代替分束器14(参照图1)而具有反射镜16。其它显微镜单元10A的结构与上述实施方式的显微镜单元10相同。
(第4变形例)
在上述实施方式中，在倾斜测量单元20中，使用迈克尔逊干涉仪测量对象物B的表面形状。作为测量对象物B的表面Ba的倾斜方位角α和倾斜角β的方式，在此以外还有各种各样的方式。例如，能够从通过预扫描得到的、深度分别不同的多个图像中包含的对象物B的轮廓测量对象物B的表面形状。或者，通过向对象物B的表面Ba照射超音波，测量其反射波，能够测量对象物B的表面形状。此外，还能够使用光切割法。
图13(a)和图13(b)是通过预扫描得到的鼠的脑图像。图13(a)是从对象物B的顶部起沿光轴方向120μm的深度位置的图像，图13(b)是从对象物B的顶部起沿光轴方向560μm的深度位置的图像。如这些图所示，在图像中，清楚地显现出自家荧光所形成的对象物B的轮廓Bc(对象物B与周围介质的边界)。基于这些图像的深度位置和轮廓Bc的变化，能够恰当地求取表面Ba的倾斜方位角α和倾斜角β。
(第5变形例)
在上述实施方式中，设想对象物B具有1个折射率界面的情况。但是，对象物B也可以具有多个折射率界面。图14表示对象物B在内部具有多个折射率界面B12、B23的情况下的状态的图。另外，折射率界面B12相对于与物镜12的光轴A1垂直的平面H12倾斜角度β12，折射率界面B23相对于与物镜12的光轴A1垂直的平面H23倾斜角度β23。
此时，与折射率界面B12垂直的直线成为新的光轴A12，得到该光轴A12与从物镜12出射的光P1(或向物镜12入射的光P2)的波面(放物面)C的交点Q’2(x’0+x’2，y’0+y’2)。同样，与折射率界面B23垂直的直线成为新的光轴A23，得到该光轴A23与波面C的交点Q’3(x’0+x’3，y’0+y’3)。
然后，通过以下的数式(12)求取折射率界面B12和B23倾斜的情况下的像差校正图案φ。使用由数式(12)得到的像差校正图案φ，即使在对象物B在内部具有多个折射率界面B12、B23的情况下，也能够使用1个空间光调制器进行像差校正。此外，在使用多个空间光调制器的情况下，也可以求取考虑了折射率界面B12、B23的倾斜度的像差校正图案φ，控制各个空间光调制器。
[数3]
Figure BDA0002228052850000191
Figure BDA0002228052850000192
Figure BDA0002228052850000193
其中，d2是光轴A1上的折射率界面B12与折射率界面B23的距离，d3是光轴上的折射率界面B23与聚光点的距离，n1是相较于折射率界面B12更位于物镜12侧的部分的折射率，n2是对象物B的折射率界面B12与折射率界面B23之间的折射率，n3是相较于折射率界面B23更位于物镜12相反侧的部分的折射率。x2、y2能够根据折射率界面B12的倾斜度求取，x3、y3能够根据折射率界面B23的倾斜度求取。
像差校正方法和光学装置并不限定于上述的实施方式，还能够进行其它各种各样的变形。例如，也可以将上述的实施方式和各变形例根据需要的目的和效果进行组合。例如，第3变形例作为图1和图2所示的实施方式的变形例来说明，但在第1变形例中也可以代替图9所示的倾斜测量单元20而设置形状存储单元60，在进行图8所示的决定步骤S21时，计算机43也可以基于形状存储单元60中存储的信息决定调制面33a、36a的移动距离。此外，还可以代替形状存储单元60而具备存储校正图案的存储单元(存储部)。此外，存储单元还可以将校正图案按Zernike多项式等多项式展开，存储多项式的各项的系数。
此外，在上述的实施方式和各变形例中，在SLM显示的调制图案也可以不是校正图案自身。例如，也可以为将用于控制向对象物B照射的照射光P1的聚光形状及聚光位置的图案等其它图案与校正图案重叠的调制图案。此外，在上述实施方式和各变形例中，作为光学装置例示显微镜装置，但像差校正方法例如能够应用于激光加工装置等各种各样的光学装置。
此外，倾斜测量单元20也可以为利用将线激光与照相机组合进行测量的光切割法的测量单元，还可以为使对象物B向物镜12的光轴方向移动而测量对焦位置的测量单元。此外，还可以在光学系统中内置有2个以上检测器。
此外，显微镜装置1A、1B和1C具有正立型显微镜的结构，但并不限定于此，也可以具有倒立型显微镜的结构。在倒立型显微镜的情况下，玻璃面为基准面，按压对象物B，但能够利用测量单元20测量未被按压而不成为平面的部分。
此外，在显微镜装置1A、1B和1C中，被检测光P2被光扫描器35去扫描而由检测器37检测，但并不限定于此，被检测光P2也可以不被光扫描器35去扫描而由检测器37检测。此外，倾斜信息也可以为倾斜角度自身。
在上述实施方式的像差校正方法中，包括：将空间光调制器的调制面与对象物经由物镜光学耦合的耦合步骤；和基于包含用于校正起因于对象物的折射率界面的像差的校正图案的调制图案控制空间光调制器的控制步骤。在像差校正方法中，调制图案的校正图案的位置基于对象物的折射率界面相对于与物镜的光轴垂直的平面的倾斜信息来设定。
此外，在上述实施方式的光学装置中，包括：具有调制面的空间光调制器；配置在调制面与对象物之间的光路上的物镜；和控制部，其基于包含用于校正起因于对象物的折射率界面的像差的校正图案的调制图案控制空间光调制器。在光学装置中，调制图案的校正图案的位置基于对象物的折射率界面相对于与物镜的光轴垂直的平面的倾斜信息来设定。
在上述实施方式的像差校正方法中，包括：将空间光调制器的调制面与对象物经由物镜光学耦合的耦合步骤；和基于包含用于校正起因于对象物的折射率界面的像差的校正图案的调制图案控制空间光调制器的控制步骤。在像差校正方法中，空间光调制器和物镜基于对象物的折射率界面相对于与物镜的光轴垂直的平面的倾斜信息来配置。
此外，在上述实施方式的光学装置中，包括：空间光调制器，其具有调制面，基于包含用于校正起因于对象物的折射率界面的像差的校正图案的调制图案调制光；物镜，其配置于调制面与对象物之间的光路上；移动机构，其使物镜和空间光调制器的至少一者向与物镜的光轴交叉的方向移动；和控制移动机构的控制部。在光学装置中，控制部基于对象物的折射率界面相对于与物镜的光轴垂直的平面的倾斜信息控制移动机构。
此外，上述的像差校正方法也可以还包括测量对象物的折射率界面的倾斜角度的测量步骤，倾斜信息基于由测量步骤测量的倾斜角度决定。同样，光学装置的测量部也可以还包括测量对象物的折射率界面的倾斜角度的测量部，倾斜信息基于由测量部测量的倾斜角度决定。由此，能够测量倾斜角度，适当地决定校正图案的移动距离。
在这种情况下，在像差校正方法的测量步骤中，也可以取得自对象物的折射率界面起的深度分别不同的对象物的多个图像，基于多个图像求取倾斜角度。同样，光学装置的测量部也可以取得自对象物的折射率界面起的深度分别不同的对象物的多个图像，基于多个图像求取倾斜角度。由此，能够容易地测量倾斜角度。
此外，在上述的像差校正方法中，倾斜信息也可以基于与预先存储的对象物的折射率界面的倾斜角度相关的信息决定。同样，上述的光学装置也可以还包括预先存储有与对象物的折射率界面的倾斜角度相关的信息的存储部，倾斜信息基于存储在存储部的信息决定。由此，能够进一步缩短作业时间。
此外，在上述的像差校正方法和光学装置中，调制面的校正图案的区域的直径也可以大于物镜的光瞳直径。当使校正图案(或者调制面)相对于光轴相对地移动时，校正图案存在的区域偏离光轴。因此，在校正图案的区域小的情况下，存在关于一部分光，不通过校正图案而不被进行像差校正的担忧。通过校正图案的区域的直径大于物镜的光瞳直径，能够降低这样的担忧。
此外，在上述的像差校正方法中，在测量步骤中，也可以将对象物的折射率界面分割成多个区域，测量各区域的倾斜角度，倾斜信息基于各区域的倾斜角度决定。同样，测量部也可以将对象物的折射率界面分割成多个区域，测量各区域的倾斜角度，倾斜信息基于各区域的倾斜角度决定。由此，即使在对象物的折射率界面具有倾斜角度按每个区域不同的复杂的形状的情况下，也能够恰当地获得上述的像差校正方法和光学装置的作用和效果。
产业上的可利用性
实施方式能够作为像差校正方法和光学装置利用。
符号的说明
1A、1B、1C…显微镜装置、10、10A…显微镜单元、11…试样台、12…物镜、12a…光轴、13…物镜移动机构、14…分束器、15、16…反射镜、20…倾斜测量单元、21…相干光源、22…分束器、23…参照光用镜、24…检测器、30…图像取得单元、31…激光光源、32…扩束器、33、36…SLM、33a、36a…调制面、33b、36b…移动机构、34…分色镜、35…光扫描器、37…检测器、37a…聚光透镜、38…滤波器、39a…镜、39b…反射部件、40…控制单元、41…输入装置、42…显示装置、43…计算机、51…4f光学系统、60…形状存储单元、A1、A2…光轴、B…对象物、Ba…表面、Bc…轮廓、D1、D2…调制图案、D3…像差校正图案、H…平面、P1…照射光、P2…被检测光、P3…相干光、P4…干涉光、P5…光、O…校正图案的中心。

Claims (14)

1.一种像差校正方法，其特征在于，
包括：
将空间光调制器的调制面与对象物经由物镜光学耦合的耦合步骤；和
基于包含用于校正起因于所述对象物的折射率界面的像差的校正图案的调制图案，控制所述空间光调制器的控制步骤，
所述调制图案中的所述校正图案的位置基于所述对象物的所述折射率界面相对于与所述物镜的光轴垂直的平面的倾斜信息，以所述校正图案的中心相对于所述物镜的光轴与所述调制面相交的点，偏离基于所述倾斜信息决定的距离的方式设定。
2.一种像差校正方法，其特征在于，
包括：
将空间光调制器的调制面与对象物经由物镜光学耦合的耦合步骤；和
基于包含用于校正起因于所述对象物的折射率界面的像差的校正图案的调制图案，控制所述空间光调制器的控制步骤，
所述空间光调制器和所述物镜基于所述对象物的所述折射率界面相对于与所述物镜的光轴垂直的平面的倾斜信息，以所述调制面相对于所述物镜的光轴向与光轴交叉的方向相对地偏离基于所述倾斜信息决定的距离的方式配置。
3.如权利要求1或2所述的像差校正方法，其特征在于：
还包括测量所述对象物的所述折射率界面的倾斜角度的测量步骤，
所述倾斜信息基于由所述测量步骤测量的所述倾斜角度而决定。
4.如权利要求3所述的像差校正方法，其特征在于：
在所述测量步骤中，取得自所述对象物的所述折射率界面起的深度分别不同的所述对象物的多个图像，基于所述多个图像求取所述倾斜角度。
5.如权利要求1或2所述的像差校正方法，其特征在于：
所述倾斜信息基于与预先存储的所述对象物的所述折射率界面的倾斜角度相关的信息决定。
6.如权利要求1～5中的任一项所述的像差校正方法，其特征在于：
所述调制面上的所述校正图案的区域的直径大于所述物镜的光瞳直径。
7.如权利要求3所述的像差校正方法，其特征在于：
在所述测量步骤中，将所述对象物的所述折射率界面分割成多个区域，测量各区域中的所述倾斜角度，
所述倾斜信息基于所述各区域中的所述倾斜角度决定。
8.一种光学装置，其特征在于，
包括：
具有调制面的空间光调制器；
配置在所述调制面与对象物之间的光路上的物镜；和
控制部，其基于包含用于校正起因于所述对象物的折射率界面的像差的校正图案的调制图案，控制所述空间光调制器，
所述调制图案中的所述校正图案的位置基于所述对象物的所述折射率界面相对于与所述物镜的光轴垂直的平面的倾斜信息，以所述校正图案的中心相对于所述物镜的光轴与所述调制面相交的点，偏离基于所述倾斜信息决定的距离的方式设定。
9.一种光学装置，其特征在于，
包括：
空间光调制器，其具有调制面，基于包含用于校正起因于对象物的折射率界面的像差的校正图案的调制图案而调制光；
物镜，其配置于所述调制面与所述对象物之间的光路上；
移动机构，其使所述物镜和所述空间光调制器的至少一者向与所述物镜的光轴交叉的方向移动；和
控制所述移动机构的控制部，
所述控制部基于所述对象物的所述折射率界面相对于与所述物镜的所述光轴垂直的平面的倾斜信息，以所述调制面相对于所述物镜的光轴向与光轴交叉的方向相对地偏离基于所述倾斜信息决定的距离的方式控制移动机构。
10.如权利要求8或9所述的光学装置，其特征在于：
还包括测量所述对象物的所述折射率界面的倾斜角度的测量部，
所述倾斜信息基于由所述测量部测量的所述倾斜角度而决定。
11.如权利要求10所述的光学装置，其特征在于：
所述测量部取得自所述对象物的所述折射率界面起的深度分别不同的所述对象物的多个图像，基于所述多个图像求取所述倾斜角度。
12.如权利要求8或9所述的光学装置，其特征在于：
还包括预先存储与所述对象物的所述折射率界面的倾斜角度相关的信息的存储部，
所述倾斜信息基于存储于所述存储部的所述信息而决定。
13.如权利要求8～12中的任一项所述的光学装置，其特征在于：
所述调制面上的所述校正图案的区域的直径大于所述物镜的光瞳直径。
14.如权利要求10所述的光学装置，其特征在于：
所述测量部将所述对象物的所述折射率界面分割成多个区域，测量各区域中的所述倾斜角度，
所述倾斜信息基于所述各区域中的所述倾斜角度而决定。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220252512A1 (en) * 2021-02-08 2022-08-11 Kla Corporation Three-dimensional imaging with enhanced resolution
CN113985539B (zh) * 2021-11-04 2022-09-23 中国人民解放军国防科技大学 阵列光束倾斜像差校正系统
CN114894712B (zh) * 2022-03-25 2023-08-25 业成科技（成都）有限公司 光学量测设备及其校正方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002054909A (ja) * 2000-08-11 2002-02-20 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 画像取得装置
JP2014521122A (ja) * 2011-07-14 2014-08-25 ホワルド フグヘス メドイクアル インストイトウテ 適応光学系を有する顕微鏡検査法
JP2015219502A (ja) * 2014-05-21 2015-12-07 浜松ホトニクス株式会社 光刺激装置及び光刺激方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5692969B2 (ja) 2008-09-01 2015-04-01 浜松ホトニクス株式会社 収差補正方法、この収差補正方法を用いたレーザ加工方法、この収差補正方法を用いたレーザ照射方法、収差補正装置、及び、収差補正プログラム
JP5980471B2 (ja) 2010-02-26 2016-08-31 浜松ホトニクス株式会社 収差補正方法、この収差補正方法を用いた顕微鏡観察方法、この収差補正方法を用いたレーザ照射方法、収差補正装置、及び、収差補正プログラム
WO2014027694A1 (ja) * 2012-08-16 2014-02-20 シチズンホールディングス株式会社 収差補正光学ユニット及びレーザー顕微鏡
JP6772442B2 (ja) 2015-09-14 2020-10-21 株式会社ニコン 顕微鏡装置および観察方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002054909A (ja) * 2000-08-11 2002-02-20 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 画像取得装置
JP2014521122A (ja) * 2011-07-14 2014-08-25 ホワルド フグヘス メドイクアル インストイトウテ 適応光学系を有する顕微鏡検査法
JP2015219502A (ja) * 2014-05-21 2015-12-07 浜松ホトニクス株式会社 光刺激装置及び光刺激方法

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