CN111538222B - 光源装置以及全息观察装置 - Google Patents

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Abstract

一种光源装置以及全息观察装置。本发明提供一种能够容易地进行合波且光的利用效率高的小型的光源装置。光源装置与光纤连接，以从光纤射出光，所述光源装置具备：多个激光光源，所述多个激光光源分别射出波长不同的光；电流源，其向各激光光源供给叠加有交流成分的驱动电流；光源控制部，其控制电流源，来选择性地切换多个激光光源；多个光学系统，所述多个光学系统配置在各激光光源的光路中，使来自各激光光源的光朝向光纤的入射端反射，并且使被入射端反射的返回光朝向各激光光源反射；以及返回光调整部，其调整返回光的光量，以使从光纤射出的光的光谱连续地扩展。

Description

光源装置以及全息观察装置
技术领域
本发明涉及一种在使用全息术(holography)来观察对象物体的装置等中使用的光源装置以及具备该光源装置的全息观察装置。
背景技术
以往，作为用于进行iPS细胞或其它细胞的观察的装置，在实用上提供了一种全息观察装置。在这种全息观察装置中，将相位一致的光束(相干光束)分割为两束，将其中一束照射于对象物体来使其穿过对象物体或被对象物体反射，将另一束保持原样，使两个光束在成像面发生干涉，由此得到全息图像(全息图)。而且，由于在所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，因此通过对其进行各种运算来取出这些信息。
在想要使用这种全息观察装置来保持细胞存活地进行观察的情况下，使细胞在容器内漂浮在培养基中或者载置在玻璃板上来进行观察，但由于在光路上除了存在作为观察对象物体的细胞以外还存在容器或玻璃板等，因此相干光束的相移不仅会因观察对象物体而发生，也会因容器或玻璃板等而发生。而且，当由于容器或玻璃板等而发生相移时，由于因容器或玻璃板等发生的相移而产生的干涉对由于因观察对象物体(细胞)发生的相移而产生的干涉图像造成影响(也就是说，使观察对象物体(细胞)的全息图的图像质量劣化)。
因此，提出了以下一种技术：使用可干涉距离短的光束，以使得尽量排除因观察对象物体以外的物体(非观察对象物体)而发生的相移的影响，仅检测由于因观察对象物体发生的相移而产生的干涉图像(专利文献1)。
在专利文献1中记载了以下一种结构：在具备半导体激光光源的全息观察装置中，通过使从半导体激光光源射出的光的一部分在光所入射的套圈的端面反射而返回到半导体激光光源(即，形成返回光)，并且利用叠加有交流成分的电流来驱动半导体激光光源，由此获得可干涉距离短的、宽光谱的光束(即，相干性低的光束)。另外，记载了以下一种结构：为了以高分辨率获得观察对象物体的图像，使用四种不同波长的半导体激光光源获取四种全息像，来重构观察对象物体的图像。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2017/204013公报
发明内容
发明要解决的问题
根据专利文献1的全息观察装置，能够使用通用的半导体激光光源获得宽光谱的光束(即，相干性低的光束)，能够获得劣化少的全息像，另外能够获得高分辨率的观察对象物体的图像。然而，在使用四种不同波长的半导体激光光源的情况下，在需要使各波长的光的出射位置在物理上一致时，在专利文献1的结构中，由于使来自半导体激光光源的光会聚到套圈上并利用光纤进行导光，因此需要利用光纤耦合器等对用各光纤引导的各波长的光进行合波来形成同一光轴的光源。而且，在像这样利用光纤耦合器等进行合波的结构中，光的衰减率大，需要强度高的半导体激光光源或者需要按每个波长构成单独的光学系统并进行调整，因此存在不仅装置结构变得复杂而且无法实现小型化之类的问题。另外，由于光纤耦合器在制作上需要熟练，因此存在制造交货时间长、成本高之类的问题。
本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于，提供一种不使用如以往那样的光纤耦合器就能够容易地进行合波且光的利用效率高的、小型的光源装置，另外提供一种具备这样的光源装置的全息观察装置。
用于解决问题的方案
为了达成上述目的，本发明的光源装置与光纤连接，以从光纤射出光，所述光源装置具备：多个激光光源，所述多个激光光源分别射出波长不同的光；电流源，其向各激光光源供给叠加有交流成分的驱动电流；光源控制部，其控制电流源，来选择性地切换多个激光光源；多个光学系统，所述多个光学系统配置在各激光光源的光路中，使来自各激光光源的光朝向光纤的入射端反射，并且使被入射端反射的返回光朝向各激光光源反射；以及返回光调整部，其调整返回光的光量，以使从光纤射出的光的光谱连续地扩展。
根据这样的结构，利用多个光学系统对来自多个激光光源的光进行合波，不需要使用如以往那样的光纤耦合器，因此实现光的利用效率高、小型且廉价的光源装置。另外，由于设置了返回光调整部，因此能够将从光纤射出的光容易地调整为可干涉距离短的宽光谱的光束(即，相干性低的光束)。
另外，各光学系统能够沿着光纤的光轴配置，以使从各光学系统朝向光纤的入射端的光的光路中心与光纤的光轴大致一致。
另外，返回光调整部能够设为以下结构：通过变更返回光相对于各激光光源的光轴的角度来调整返回光的光量。
另外，返回光调整部能够设为以下结构：通过变更各激光光源的光轴相对于各光学系统的角度来调整返回光的光量。
另外，返回光调整部能够设为以下结构：具有多个分光镜，基于由光源控制部选择出的激光光源，将与激光光源对应的分光镜配置在多个光学元件和光纤的入射端之间，其中，多个分光镜与各激光光源的波长对应，其透射率基于返回光的光量进行设定。
另外，能够构成为还具备多个聚光透镜，所述多个聚光透镜分别配置在各激光光源与各光学元件之间，使来自各激光光源的光会聚，返回光调整部通过变更各聚光透镜相对于各激光光源的光轴的角度来调整返回光的光量。
另外，各光学系统能够由反射型带通滤波器构成，所述反射型带通滤波器具有平面的反射面，使来自与各光学系统对应的激光光源的光反射，并且使来自其它激光光源的光透过。
另外，各光学系统能够由反射型带通滤波器构成，所述反射型带通滤波器具有椭圆或抛物面的反射面，使来自与各光学系统对应的激光光源的光反射，并且使来自其它激光光源的光透过。
另外，能够构成为交流成分的频率为50kHz～300kHz。
另外，能够构成为光纤的入射端成为相对于光纤的光轴倾斜3°～7°的锥形面。
另外，各光学系统能够设为具有第一光学元件和第二光学元件的结构，其中，所述第一光学元件配置在各激光光源的光路中，使来自各激光光源的光朝向光纤的入射端反射，所述第二光学元件使被光纤的入射端反射的返回光朝向各激光光源反射。
另外，基于其它观点，本发明的全息观察装置具备：上述任一项所述的光源装置；照明光学系统，其使从光纤射出的光透过观察对象物体或被观察对象物体反射，使在观察对象物体的不同位置透过或反射的光发生干涉；以及图像传感器，其获取透过观察对象物体的光或被观察对象物体反射的光的干涉图像。
发明的效果
如上所述，根据本发明，能够实现不使用如以往那样的光纤耦合器就能够容易地进行合波、且光的利用效率高的小型的光源装置。另外，能够实现具备这样的光源装置的全息观察装置。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式所涉及的全息观察装置的概要结构的图。
图2是本发明的实施方式所涉及的全息观察装置的光源部的框图。
图3是示出本发明的实施方式所涉及的全息观察装置的光源组件的结构例的剖视图。
图4是说明从本发明的实施方式所涉及的全息观察装置的半导体激光二极管射出的光的发光光谱的曲线图。
图5是示出本发明的实施方式所涉及的全息观察装置的光源组件的第一变形例的剖视图。
图6是示出本发明的实施方式所涉及的全息观察装置的光源组件的第二变形例的剖视图。
附图标记说明
1：全息观察装置；2：光源部；3：培养板；4：图像传感器；5：控制部；6：输入部；7：显示部；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；50：存储部；51：光源控制部；52：运算处理部；200：壳体；201、202、203、204：驱动电流供给部；211、212、213、214：直流电压生成部；221、222、223、224：交流电压生成部；231、232、233、234：电压/电流转换部；240、240a、240b：光源组件；241、242、243、244：半导体激光二极管；251、252、253、254：聚光透镜；261、262、263、264：反射镜；261a、262a、263a、264a：凹面镜；270：光纤；271：入射端面；272：出射端面；280：分光镜组件；281、282、283、284：分光镜
具体实施方式
以下，参照附图来详细地说明本发明的实施方式。此外，对图中相同或相当的部分标注相同的附图标记，不重复其说明。
(全息观察装置的结构)
图1是示出本发明的实施方式所涉及的全息观察装置的概要结构的图。如图1所示，本实施方式的全息观察装置1是所谓的同轴型全息观察装置，是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的装置。全息观察装置1构成为具备光源部2、图像传感器4以及控制部5，使从光源部2发出的具有微小角度(约10度)的扩散的光照射于培养板3上的细胞。透过了细胞和培养板3的光与透过了培养板3上的细胞的邻接位置的光发生干涉并到达图像传感器4，由图像传感器4获得全息数据。此外，也可以在光源部2与培养板3之间配置照射光学系统，以使从光源部2发出的光的光斑大小为照射到细胞整体。此外，从本实施方式的光源部2发出的光成为与如半导体激光那样的高相干光相比相干性低的光，以下，在本说明书中，也称为伪相干光或伪相干光束。
控制部5具备存储部50、控制光源部2的动作的光源控制部51以及运算处理部52。运算处理部52根据由图像传感器4获取到的全息数据(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)，通过数值运算来求出相位信息，并制作细胞的观察图像。在存储部50中预先保存有伪相干光束特性信息(详细情况后述)，该伪相干光束特性信息是向光源部2的半导体激光二极管241～244(图2)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所关联的信息。另外，控制部5连接有输入部6和显示部7，由运算处理部52制作出的观察图像显示在显示部7中。
图2是本实施方式的光源部2的框图。如图2所示，光源部2具备光源组件240和驱动电流供给部201～204(电流源)，其中，光源组件240具有发出互不相同的波长的光的四个半导体激光二极管241～244(激光光源)，驱动电流供给部201～204向各半导体激光二极管241～244供给驱动电流。另外，驱动电流供给部201～204分别具备：直流电压生成部211～214，其生成直流电压；交流电压生成部221～224，其生成交流电压并将该交流电压叠加于所述直流电压；以及电压/电流转换部231～234。另外，光源部2还具备：直流信号生成部25，其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；以及照明定时信号生成部27(光源控制部)，其生成向直流电压生成部211～214供给的定时信号。
在本实施方式中，光源控制部51基于与伪相干光束的强度、可干涉距离有关的使用者的输入指示以及存储部50中保存的伪相干光束特性信息，来决定由各直流电压生成部211～214生成的直流电压的大小，并将这些信息输入到直流信号生成部25。然后，根据从直流信号生成部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，光源控制部51决定由交流电压生成部221～224生成的交流电压的振幅和频率的值，并将这些信息输入到交流信号生成部26。然后，根据从交流信号生成部26向各交流电压生成部221～224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。此外，详细情况在后面叙述，但交流信号的频率被设定为比图像传感器4的读出频率足够高的频率(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)。另外，构成为使返回光返回到各半导体激光二极管241～244，以使从各半导体激光二极管241～244发出的光的相干性降低。
照明定时信号生成部27经由直流电压生成部211～214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，向由直流电压生成部211～214生成的直流信号叠加由交流电压生成部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。
被照射到观察对象物体上的伪相干光束的干涉的形态根据光束的波长而不同，因此，当如上所述那样将波长不同的四种伪相干光束照射到观察对象物体上时，得到根据波长而不同的四种全息像，由图像传感器4获取四种全息数据。然后，控制部5的运算处理部52根据由图像传感器4获取到的四种全息数据通过数值运算来求出相位信息，通过重构观察对象物体的图像，来生成高分辨率的观察对象物体的图像。由运算处理部52生成的观察图像显示在显示部7中。
如上所述，在本实施方式的全息观察装置1中观察培养板3上的细胞。当使用者经由输入部6输入细胞的估计厚度(一般为几十μm～几百μm左右)和培养板3的厚度(一般约为1mm左右)的值时，光源控制部51基于伪相干光束特性信息，以使所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～几百μm)长且比存在于光路上的非观察对象物体(培养板3)的厚度(例如约为1mm)短的方式决定交流信号的振幅和频率。此外，该频率被设定为比图像传感器4的信号读出周期足够高的频率(例如，图像传感器4的信号读出频率的1000倍的频率)。此外，在本实施方式中，存在于光路上的非观察对象物体仅为培养板3，因此输入培养板3的厚度，但在光路上存在收容试样的容器、玻璃板等的情况下，使用者还输入它们的厚度。或者，输入非观察对象物体中的最薄的物体的厚度。此外，在此设为仅输入细胞和培养板3的厚度的结构，但在观察对象物体等厚的情况下，光学距离根据折射率而大幅地变化，因此除了输入厚度以外，还输入折射率，优选构成为使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。
这样，在本实施方式的全息观察装置1中，以使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～几百μm)长且比存在于光路上的非观察对象物体(培养板3)的厚度(例如约为1mm)短的方式决定交流信号的振幅和频率，但在本实施方式中，构成为使返回光返回到各半导体激光二极管241～244，以获得这种相干性低的伪相干光束。
(光源组件240的具体结构)
图3是示出本实施方式的光源部2的光源组件240的结构例的剖视图。如图3所示，本实施方式的光源组件240具备：发出互不相同的波长的光的四个半导体激光二极管241～244；使从各半导体激光二极管241～244射出的光会聚的聚光透镜251～254；使穿过了各聚光透镜251～254的光进行反射的反射镜261～264(光学系统)；被入射由各反射镜261～264反射的光并引导该光朝向培养板3上的细胞射出的光纤270；以及用于收容半导体激光二极管241～244、聚光透镜251～254及反射镜261～264并且支承光纤270的基端部的箱形的壳体200。此外，如图3所示，在本实施方式中，以下将与光纤270的光轴Ox平行的方向设为X轴方向、将与半导体激光二极管241～244的光轴Ax1～Ax4平行的方向设为Z轴方向、将与X轴方向及Z轴方向正交的方向设为Y轴方向来进行说明。
半导体激光二极管241～244是发出互不相同的波长(例如400nm、520nm、750nm、800nm)的光的发光元件，在X轴方向上隔开规定的间隔地配置在壳体200内的底面。各半导体激光二极管241～244的电极与电压/电流转换部231～234(图2)电连接，半导体激光二极管241～244沿着光轴Ax1～Ax4射出与从电压/电流转换部231～23供给的驱动电流相应的规定的强度的光(在图3中用实线的箭头表示)。
聚光透镜251～254是将从各半导体激光二极管241～244射出的光会聚到光纤270的入射端面271上的光学元件，以使各聚光透镜251～254的光轴与半导体激光二极管241～244的光轴Ax1～Ax4大致一致的方式配置在半导体激光二极管241～244的光路中。此外，在图3中，各聚光透镜251～254被表示为双凸的一片透镜，但也可以由多个透镜构成。
反射镜261～264是使穿过了各聚光透镜251～254的光朝向光纤270的入射端面271反射、并且使被入射端面271反射的反射光朝向聚光透镜251～254和半导体激光二极管241～244反射的光学元件，在本实施方式中，是构成为仅反射所对应的半导体激光二极管241～244的光的平板状的反射型带通滤镜。本实施方式的各反射镜261～264使向入射面入射的光沿着光纤270的光轴Ox(也就是说，沿着X轴方向)反射。另外，各反射镜261～264构成为能够以穿过半导体激光二极管241～244的光轴Ax1～Ax4与光纤270的光轴Ox的交点并沿Y轴方向延伸的中心轴为中心进行转动，能够利用未图示的角度调整机构(返回光调整部)进行角度调整。如上所述，本实施方式的各反射镜261～264构成为仅使所对应的半导体激光二极管241～244的光反射，因此，由反射镜261反射的光(也就是说，半导体激光二极管241的波长的光)穿过反射镜262、263、264后入射到光纤270的入射端面271。另外，由反射镜262反射的光(也就是说，半导体激光二极管242的波长的光)穿过反射镜263、264后入射到光纤270的入射端面271，由反射镜263反射的光(也就是说，半导体激光二极管243的波长的光)穿过反射镜264后入射到光纤270的入射端面271，由反射镜264反射的光(也就是说，半导体激光二极管244的波长的光)直接入射到光纤270的入射端面271。
如图3所示，本实施方式的光纤270的入射端面271成为以使其法线与光轴Ox形成非0的规定角度θ的方式倾斜的锥形面，且构成为使向入射端面271入射的光的一部分反射。即，向入射端面271入射的光的一部分以相对于光轴Ox而言的规定的角度θ被反射，除该反射光以外的光从入射端面271入射到光纤270内而被引导，并从出射端面272射出。被入射端面271反射的反射光(在图3中用点划线的箭头表示)中的半导体激光二极管244的波长的光由反射镜264反射，穿过聚光透镜254，以返回光的形式入射到半导体激光二极管244。另外，被入射端面271反射的反射光中的半导体激光二极管243的波长的光由反射镜263反射，穿过聚光透镜253，以返回光的形式入射到半导体激光二极管243。另外，被入射端面271反射的反射光中的半导体激光二极管242的波长的光由反射镜262反射，穿过聚光透镜252，以返回光的形式入射到半导体激光二极管242。另外，被入射端面271反射的反射光中的半导体激光二极管241的波长的光由反射镜261反射，穿过聚光透镜251，以返回光的形式入射到半导体激光二极管241。
这样，在本实施方式中，构成为从各半导体激光二极管241～244射出的光的一部分返回到各半导体激光二极管241～244(也就是说，形成返回光)。如果设为针对以单波型振荡的普通的半导体激光二极管241～244形成返回光的结构，则发光光谱离散地扩展。
图4是说明从本实施方式的半导体激光二极管241～244射出的光的发光光谱的曲线图，图4的(a)示出不存在返回光的情况下的发光光谱，图4的(b)示出存在返回光的情况下的发光光谱，图4的(c)示出存在返回光且叠加有低频的交流成分的情况下(详细情况后述)的发光光谱。此外，在图4的(a)～(c)中，横轴为波长(nm)，纵轴为强度(mW)。
如图4的(b)所示，如果构成为使从各半导体激光二极管241～244射出的光的一部分返回到各半导体激光二极管241～244(也就是说，形成返回光)，则其光谱呈现离散地扩展的形态。此时的光谱宽度根据返回光的光量、各半导体激光二极管241～244的特性发生变化。因此，在本实施方式中，将各反射镜261～264构成为能够以沿Y轴方向延伸的中心轴为中心进行转动，通过利用角度调整机构调整各反射镜261～264的旋转角度，来变更返回光相对于各半导体激光二极管241～244的光轴Ax1～Ax4的角度，由此调整各半导体激光二极管241～244的返回光的光量。也就是说，通过调整各反射镜261～264的旋转角度，将各半导体激光二极管241～244的发光光谱调整为如图4的(b)所示的形状。此外，光纤270的入射端面271的角度θ也对返回光的光量产生影响，但在本实施方式中，通过将角度θ设为3°～7°的范围，来使从各半导体激光二极管241～244射出的光的10％～90％朝向各半导体激光二极管241～244反射。此外，在本实施方式中，构成为调整各反射镜261～264的旋转角度，但作为其它的实施方式，也可以构成为能够调整聚光透镜251～254的旋转角度，通过调整聚光透镜251～254的旋转角度来调整各半导体激光二极管241～244的返回光的光量。另外，也可以设为能够调整半导体激光二极管241～244的旋转角度的结构，通过调整半导体激光二极管241～244的旋转角度(也就是说，通过变更各半导体激光二极管241～244的光轴Ax1～Ax4相对于各反射镜261～264的角度)来调整各半导体激光二极管241～244的返回光的光量。
(可干涉距离的控制)
如上所述，在本实施方式中，根据从交流信号生成部26向各交流电压生成部221～224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。具体而言，已知随着与半导体激光二极管241～244的驱动电流叠加的交流信号的振幅变大，光束的光谱宽度变宽，相干性降低，从而可干涉距离变短；以及当将50kHz～300kHz左右的低频的交流信号进行叠加时，振荡谱变宽，光束的光谱宽度连续地扩展，相干性降低，从而可干涉距离变短(参照引用文献1)，因此利用这样的特性来控制伪相干光束的可干涉距离。例如，通过将频率：100kHz的交流信号进行叠加，光谱宽度连续地扩展，得到图4的(c)所示的发光光谱。此外，如上所述，叠加于驱动电流的交流信号的频率优选为能够以与图像传感器4的信号读出周期相比足够短的周期调制半导体激光的频率(即，与图像传感器4的信号读出频率相比足够高的频率)，特别优选为图像传感器4的信号读出频率的1000倍左右。例如，在普通的图像传感器的情况下，由于信号读出周期为33mm(读出频率为30Hz)，因此优选为上述50kHz～300kHz的低频的交流信号。
这样，在本实施方式的全息观察装置1中，针对半导体激光二极管241～244形成返回光，并且考虑观察对象物体和位于光路上的非观察对象物体的厚度(及折射率)，来生成规定的振幅和频率的交流电压，在与直流电压叠加后驱动半导体激光二极管241～244，由此得到期望的可干涉距离的激光光束(伪相干光束)。然后，如上所述那样向观察对象物体照射波长不同的四种伪相干光束，由此获取与波长相应的四种全息数据，通过根据这四种全息数据重构观察对象物体的图像，能够生成高分辨率的观察对象物体的图像。此外，在本实施方式的光源组件240中，不使用如以往那样的光纤耦合器，而利用反射镜261～264对半导体激光二极管241～244的光进行合波，因此与以往相比能够使光源组件240格外地小型化。
以上是本实施方式的说明，但本发明不限定于上述的结构，能够在本发明的技术思想的范围内进行各种变形。
例如，在本实施方式中，反射镜261～264是使穿过了各聚光透镜251～254的光朝向光纤270的入射端面271反射，并且使被入射端面271反射的反射光朝向聚光透镜251～254和半导体激光二极管241～244反射的光学元件，但不限定于这样的结构。只要形成向各半导体激光二极管241～244的返回光即可，例如，关于各反射镜261～264，也能够设为使穿过了各聚光透镜251～254的光朝向光纤270的入射端面271反射的反射镜(第一光学元件)和使被入射端面271反射的反射光朝向聚光透镜251～254和半导体激光二极管241～244反射的反射镜(第二光学元件)的两片结构。
另外，在本实施方式中，设为使用波长互不相同的四个半导体激光二极管241～244来获取与波长相应的四种全息数据的结构，但能够根据全息数据来重构观察对象物体的图像即可，只要使用至少三个波长(例如400nm、520nm、800nm)的半导体激光二极管来获取三种全息数据即可。
(光源组件240的第一变形例)
图5是示出本实施方式的光源部2的光源组件240的第一变形例的剖视图。如图5所示，本变形例的光源组件240a与本实施方式的光源组件240的不同点在于，代替本实施方式的光源组件240的聚光透镜251～254和反射镜261～264，而具有凹面镜261a～264a。也就是说，本变形例的光源组件240a具备：发出波长互不相同的光的四个半导体激光二极管241～244；反射来自各半导体激光二极管241～244的光的凹面镜261a～264a；被入射由各凹面镜261a～264a反射的光并引导该光朝向培养板3上的细胞射出的光纤270；以及用于收容半导体激光二极管241～244和凹面镜261a～264a并且支承光纤270的基端部的箱形的壳体200。
凹面镜261a～264a是使来自各半导体激光二极管241～244的光朝向光纤270的入射端面271反射、并且使被入射端面271反射的反射光朝向半导体激光二极管241～244反射的光学元件，在本变形例中，是构成为仅使所对应的半导体激光二极管241～244的光反射的凹面状(例如椭圆或抛物面)的带通滤镜。本变形例的各凹面镜261a～264a如图5中的实线的箭头所示那样使向入射面入射的光沿着光纤270的光轴Ox(也就是说，沿着X轴方向)反射。另外，各凹面镜261a～264a构成为能够以穿过半导体激光二极管241～244的光轴Ax1～Ax4与光纤270的光轴Ox的交点并沿Y轴方向延伸的中心轴为中心进行转动，能够利用未图示的角度调整机构(返回光调整部)进行角度调整。如上所述，本变形例的各凹面镜261a～264a构成为仅使所对应的半导体激光二极管241～244的光反射，因此由凹面镜261a反射的光(也就是说，半导体激光二极管241的波长的光)穿过凹面镜262a、263a、264a后入射到光纤270的入射端面271。另外，由凹面镜262a反射的光(也就是说，半导体激光二极管242的波长的光)穿过凹面镜263a、264a后入射到光纤270的入射端面271，由凹面镜263a反射的光(也就是说，半导体激光二极管243的波长的光)穿过凹面镜264a后入射到光纤270的入射端面271，由凹面镜264a反射的光(也就是说，半导体激光二极管244的波长的光)直接入射到光纤270的入射端面271。
如图5所示，在本变形例中也与本实施方式同样地构成为光纤270的入射端面271以其法线与光轴Ox形成非0的规定角度θ的方式倾斜，以使向入射端面271入射的光的一部分反射。即，向入射端面271入射的光的一部分以相对于光轴Ox而言的规定的角度θ被反射，除该反射光以外的光从入射端面271入射到光纤270内而被引导，并从出射端面272射出。被入射端面271反射的反射光(在图5中为用点划线的箭头表示)中的半导体激光二极管244的波长的光由凹面镜264a反射，以返回光的形式入射到半导体激光二极管244。另外，被入射端面271反射的反射光中的半导体激光二极管243的波长的光由凹面镜263a反射，以返回光的形式入射到半导体激光二极管243。另外，被入射端面271反射的反射光中的半导体激光二极管242的波长的光由凹面镜262a反射，以返回光的形式入射到半导体激光二极管242。另外，被入射端面271反射的反射光中的半导体激光二极管241的波长的光由凹面镜261a反射，以返回光的形式入射到半导体激光二极管241。
这样，在本变形例中也与本实施方式同样地构成为从各半导体激光二极管241～244射出的光的一部分返回到各半导体激光二极管241～244(也就是说，形成返回光)，通过调整各凹面镜261a～264a的旋转角度来调整各半导体激光二极管241～244的返回光的光量。因而，各半导体激光二极管241～244的发光光谱离散地扩展。此外，在本变形例中构成为调整各凹面镜261a～264a的旋转角度，但作为其它变形例，也可以构成为调整半导体激光二极管241～244的旋转角度。
(光源组件240的第二变形例)
图6是示出本实施方式的光源部2的光源组件240的第二变形例的剖视图。如图6所示，本变形例的光源组件240b与本实施方式的光源组件240的不同点在于，在本实施方式的光源组件240的反射镜264与光纤270的入射端面271之间具有分光镜组件，光纤270的入射端面271相对于光轴Ox大致垂直地形成。也就是说，本变形例的光源组件240b具备：发出波长互不相同的光的四个半导体激光二极管241～244；使从各半导体激光二极管241～244射出的光会聚的聚光透镜251～254；使穿过了各聚光透镜251～254的光反射的反射镜261～264；被入射由各反射镜261～264反射的光的分光镜组件280；被入射穿过了分光镜组件280的光并引导该光朝向培养板3上的细胞射出的光纤270；以及用于收容半导体激光二极管241～244、聚光透镜251～254、反射镜261～264、分光镜组件280并且支承光纤270的基端部的箱形的壳体200。此外，本变形例的各反射镜261～264以相对于光轴Ox而言的规定的角度被固定，不会如本实施方式的反射镜261～264那样转动。
分光镜组件280是将四个分光镜281～284(在图6中，分光镜283、284未图示)以等角度间隔(例如90°)配置的圆板状的构件，且构成为能够以沿X轴方向延伸的旋转轴Bx为中心进行转动，其中，四个分光镜281～284的透射率根据各半导体激光二极管241～244的波长而不同。而且，根据由照明定时信号生成部27选择的半导体激光二极管241～244使分光镜组件280旋转，来切换分光镜281～284，由此控制各半导体激光二极管241～244的返回光的光量。也就是说，在由照明定时信号生成部27选择半导体激光二极管241而使半导体激光二极管241发光的情况下，在光轴Ox上配置分光镜281。而且，由反射镜261反射的光(也就是说，半导体激光二极管241的波长的光)穿过反射镜262、263、264、分光镜281后入射到光纤270的入射端面271。另外，在由照明定时信号生成部27选择半导体激光二极管242而使半导体激光二极管242发光的情况下，在光轴Ox上配置分光镜282。而且，由反射镜262反射的光(也就是说，半导体激光二极管242的波长的光)穿过反射镜263、264、分光镜282后入射到光纤270的入射端面271。另外，在由照明定时信号生成部27选择半导体激光二极管243而使半导体激光二极管243发光的情况下，在光轴Ox上配置分光镜283。而且，由反射镜263反射的光(也就是说，半导体激光二极管243的波长的光)穿过反射镜264、分光镜283后入射到光纤270的入射端面271。另外，在由照明定时信号生成部27选择半导体激光二极管244而使半导体激光二极管244发光的情况下，在光轴Ox上配置分光镜284。而且，由反射镜264反射的光(也就是说，半导体激光二极管244的波长的光)穿过分光镜284后入射到光纤270的入射端面271。
如图6所示，在本变形例中构成为，光纤270的入射端面271相对于光轴Ox大致垂直地形成，使向入射端面271入射的光的一部分反射。即，向入射端面271入射的光的一部分向与光轴Ox垂直的方向(也就是说，与X轴方向相反的方向)反射，除该反射光以外的光从入射端面271入射到光纤270内而被引导，并从出射端面272射出。被入射端面271反射的反射光(在图5中用点划线的箭头表示)中的半导体激光二极管244的波长的光穿过分光镜284后被反射镜264反射，以返回光的形式入射到半导体激光二极管244。另外，被入射端面271反射的反射光中的半导体激光二极管243的波长的光穿过分光镜283后被反射镜263反射，以返回光的形式入射到半导体激光二极管243。另外，被入射端面271反射的反射光中的半导体激光二极管242的波长的光穿过分光镜282后被反射镜262反射，以返回光的形式入射到半导体激光二极管242。另外，被入射端面271反射的反射光中的半导体激光二极管241的波长的光穿过分光镜281后被反射镜261反射，以返回光的形式入射到半导体激光二极管241。
这样，本变形例也与本实施方式同样地构成为使从各半导体激光二极管241～244射出的光的一部分返回到各半导体激光二极管241～244(也就是说，形成返回光)，通过将透射率根据各半导体激光二极管241～244的波长而不同的四个分光镜281～284以能够切换的方式配置在返回光的光路中，能够切换半导体激光二极管241～244的返回光的光量。也就是说，通过切换分光镜281～284来调整各半导体激光二极管241～244的返回光的光量，以使其成为最佳的光量(也就是说，使发光光谱成为离散地扩展的发光光谱)。
此外，应该认为本次公开的实施方式在所有方面均为例示，而并非限制性的内容。本发明的范围并非通过上述说明示出，而是通过权利要求书来示出，意图包含与权利要求书等同的意义和范围内的所有变更。

Claims (11)

1.一种光源装置，与光纤连接，以从该光纤射出光，所述光源装置的特征在于，具备：
多个激光光源，所述多个激光光源分别射出波长不同的光；
电流源，其向所述多个激光光源的各激光光源供给叠加有交流成分的驱动电流；
光源控制部，其控制所述电流源，来选择性地切换所述多个激光光源；
多个光学系统，所述多个光学系统配置在所述各激光光源的光路中，使来自所述各激光光源的光朝向所述光纤的入射端反射，并且使被该入射端反射的返回光朝向所述各激光光源反射；以及
返回光调整部，其调整所述返回光的光量，以使从所述光纤射出的光的光谱连续地扩展，
其中，所述返回光调整部具有多个分光镜，基于由所述光源控制部选择出的激光光源，将与该激光光源对应的分光镜配置在所述多个光学系统与所述光纤的入射端之间，其中，所述多个分光镜与所述各激光光源的波长对应，其透射率基于所述返回光的光量进行设定。
2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，
所述多个光学系统的各光学系统沿着所述光纤的光轴配置，以使得从所述各光学系统朝向所述光纤的入射端的光的光路中心与所述光纤的光轴大致一致。
3.根据权利要求1或2所述的光源装置，其特征在于，
所述返回光调整部通过变更所述返回光相对于所述各激光光源的光轴的角度来调整所述返回光的光量。
4.根据权利要求1或2所述的光源装置，其特征在于，
所述返回光调整部通过变更所述各激光光源的光轴相对于所述多个光学系统的各光学系统的角度来调整所述返回光的光量。
5.根据权利要求1或2所述的光源装置，其特征在于，
还具备多个聚光透镜，所述多个聚光透镜分别配置在所述各激光光源与各光学系统之间，使来自所述各激光光源的光会聚，
所述返回光调整部通过变更所述多个聚光透镜的各聚光透镜相对于所述各激光光源的光轴的角度来调整所述返回光的光量。
6.根据权利要求1或2所述的光源装置，其特征在于，
所述多个光学系统的各光学系统是反射型带通滤波器，所述反射型带通滤波器具有平面的反射面，使来自与各光学系统对应的激光光源的光反射，并且使来自其它激光光源的光透过。
7.根据权利要求1或2所述的光源装置，其特征在于，
所述多个光学系统的各光学系统是反射型带通滤波器，所述反射型带通滤波器具有椭圆或抛物面的反射面，使来自与多个光学系统对应的激光光源的光反射，并且使来自其它激光光源的光透过。
8.根据权利要求1或2所述的光源装置，其特征在于，
所述交流成分的频率为50kHz～300kHz。
9.根据权利要求1或2所述的光源装置，其特征在于，
所述光纤的入射端成为相对于所述光纤的光轴倾斜3°～7°的锥形面。
10.根据权利要求1或2所述的光源装置，其特征在于，
所述多个光学系统的各光学系统具有第一光学元件和第二光学元件，其中，所述第一光学元件配置在所述各激光光源的光路中，使来自所述各激光光源的光朝向所述光纤的入射端反射，所述第二光学元件使被所述光纤的入射端反射的返回光朝向所述各激光光源反射。
11.一种全息观察装置，其特征在于，具备：
根据权利要求1至10中的任一项所述的光源装置；
照明光学系统，其使从所述光纤射出的光透过观察对象物体或被观察对象物体反射，使在该观察对象物体的不同位置透过或反射的光发生干涉；以及
图像传感器，其获取透过所述观察对象物体的光或被所述观察对象物体反射的光的干涉图像。
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