JP2011128573A - Hologram image projector - Google Patents

Hologram image projector Download PDF

Info

Publication number
JP2011128573A
JP2011128573A JP2009289884A JP2009289884A JP2011128573A JP 2011128573 A JP2011128573 A JP 2011128573A JP 2009289884 A JP2009289884 A JP 2009289884A JP 2009289884 A JP2009289884 A JP 2009289884A JP 2011128573 A JP2011128573 A JP 2011128573A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wavefront
light
laser light
unit
objective lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009289884A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Murayama
義彰 村山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Priority to JP2009289884A priority Critical patent/JP2011128573A/en
Priority to US12/968,970 priority patent/US20110267663A1/en
Publication of JP2011128573A publication Critical patent/JP2011128573A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To focus laser light on a plurality of desired focal points in a sample even if there complexly exist causes of the generation of various aberration. <P>SOLUTION: A hologram image projector 1 includes: a laser light source 5; a wave front modulating element 12 which modulates the wave front of the laser light from the light source with a phase pattern; an objective lens 13 focusing the laser light to a sample (A); an incident angle adjusting portion 9 for adjusting an incident angle of the laser light into an entrance pupil position of the objective lens 13; a focal position determining portion 22 which determines positions of a plurality of focal points on which laser light is focused in the sample (A); a wave front measuring portion 25 for measuring wave fronts of backlight returning from the determined positions of each of focal points at the entrance pupil of the objective lens 13; and a wave front combining portion 26 for combining a plurality of the measured wave fronts; and a phase pattern setting portion 27 which sets a phase pattern added to the wave front modulating element 12 based on the calculated combined wave front and outputs it to the wave front modulating element 12. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ホログラム像投影装置に関するものである。   The present invention relates to a hologram image projection apparatus.

従来、標本上の複数箇所に同時に光を照射するために、ホログラムを利用することが知られている(例えば、非特許文献1参照。)。
この方法においては、蛍光顕微鏡等によって標本の蛍光画像を取得し、取得した蛍光画像内において光刺激等をすべき複数の注目部位を特定することにより刺激光の照射パターンを生成し、当該照射パターンをフーリエ変換することにより、ホログラムの位相パターンを作成することとしている。そして、作成した位相パターンを波面変調素子に付与し、この波面変調素子に対して光源から導いてきた略平行光からなるレーザ光を入射させることにより、レーザ光を変調し、変調されたレーザ光を対物レンズによって集光している。このようにして、ホログラム像を標本に投影し、複数箇所同時に刺激光を集光させるようになっている。
Conventionally, it is known to use a hologram in order to simultaneously irradiate a plurality of locations on a specimen with light (see, for example, Non-Patent Document 1).
In this method, a fluorescence image of a specimen is acquired by a fluorescence microscope or the like, and a plurality of regions of interest that should be subjected to light stimulation or the like are specified in the acquired fluorescence image, thereby generating a stimulation light irradiation pattern. Is subjected to Fourier transform to create a hologram phase pattern. Then, the created phase pattern is applied to the wavefront modulation element, and laser light composed of substantially parallel light guided from the light source is incident on the wavefront modulation element, thereby modulating the laser light, and the modulated laser light. Is condensed by an objective lens. In this way, the hologram image is projected onto the specimen, and the stimulation light is condensed simultaneously at a plurality of locations.

Volodymyr Nikolenko et al, "SLM microscopy: scanless two-photon imaging and photostimulation with spatial light modulators", Frontiers in Neural Circuits, Vol 2, Article 5, 19 December 2008, p1-15Volodymyr Nikolenko et al, "SLM microscopy: scanless two-photon imaging and photostimulation with spatial light modulators", Frontiers in Neural Circuits, Vol 2, Article 5, 19 December 2008, p1-15

しかしながら、従来の方法においては、観察しようとする標本内における屈折率が分布していて不均一であったり、光学系に収差が存在したりするなど、種々の原因によって、標本内の所望の深さ位置にレーザ光を集光させることができないという不都合がある。また、これらの原因は、多くの場合、複合的に発生していて、個別に特定することが困難であるという問題もある。   However, in the conventional method, the refractive index in the sample to be observed is distributed and non-uniform, or there is an aberration in the optical system. There is an inconvenience that the laser beam cannot be condensed at this position. Further, in many cases, these causes occur in a complex manner, and there is a problem that it is difficult to specify each cause individually.

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、種々の収差の発生原因が複合的に存在する場合であっても、標本内の複数の所望の集光点に、レーザ光を同時に集光させることができるホログラム像投影装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and even when various causes of aberrations exist in a complex manner, laser light is simultaneously applied to a plurality of desired condensing points in a sample. An object of the present invention is to provide a hologram image projection apparatus that can collect light.

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、レーザ光源と、該レーザ光源から発せられたレーザ光の波面を位相パターンにより変調する波面変調素子と、前記レーザ光を標本に集光する対物レンズと、前記レーザ光の前記対物レンズの入射瞳位置への入射角度を調節する入射角度調節部と、標本内においてレーザ光を集光すべき複数の集光点の位置を設定する集光位置設定部と、該集光位置設定部により設定された位置における各前記集光点から戻る戻り光の前記対物レンズの入射瞳位置またはその光学的に共役な位置における波面を測定する波面測定部と、該波面測定部により測定された複数の前記戻り光の波面を合成して合成波面を算出する波面合成部と、算出された前記合成波面に基づいて前記波面変調素子に付与する前記位相パターンを設定して前記波面変調素子に出力する位相パターン設定部とを備えるホログラム像投影装置を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention provides a laser light source, a wavefront modulation element that modulates a wavefront of laser light emitted from the laser light source by a phase pattern, an objective lens that focuses the laser light on a sample, and the objective lens of the laser light An incident angle adjusting unit that adjusts the incident angle to the entrance pupil position of the lens, a condensing position setting unit that sets the positions of a plurality of condensing points where the laser beam should be condensed in the sample, and the condensing position setting unit A wavefront measuring unit for measuring the wavefront of the return light returning from each condensing point at the position set by the entrance pupil position of the objective lens or its optically conjugate position, and a plurality of the wavefront measuring units measured by the wavefront measuring unit A wavefront synthesis unit that calculates a combined wavefront by combining the wavefronts of the return light, and sets the phase pattern to be applied to the wavefront modulation element based on the calculated combined wavefront. Providing a hologram image projection apparatus and a phase pattern setting unit for force.

本発明によれば、レーザ光源から発せられたレーザ光が標本に照射されると、集光位置設定部により設定された位置における各集光点から戻る戻り光の入射瞳位置における波面が波面測定部により測定される。波面が測定されると、波面合成部が、測定された各集光点に対応する複数の波面を合成して合成波面を算出し、位相パターン設定部が、算出された合成波面に基づいて波面変調素子に付与する位相パターンを設定し、その位相パターンを波面変調素子に出力する。そして、設定された位相パターンが波面変調素子に付与された状態で、波面変調素子にレーザ光を入射させることにより、対物レンズの入射瞳位置に、合成波面を有するレーザ光が入射され、標本内に複数の集光点を有するホログラム像が投影されることになる。   According to the present invention, when the sample is irradiated with laser light emitted from the laser light source, the wavefront at the entrance pupil position of the return light returning from each condensing point at the position set by the condensing position setting unit is measured by the wavefront measurement. Measured by the part. When the wavefront is measured, the wavefront combining unit calculates a combined wavefront by combining a plurality of wavefronts corresponding to the measured condensing points, and the phase pattern setting unit calculates the wavefront based on the calculated combined wavefront. A phase pattern to be applied to the modulation element is set, and the phase pattern is output to the wavefront modulation element. Then, with the set phase pattern applied to the wavefront modulation element, laser light is incident on the wavefront modulation element, so that the laser light having the combined wavefront is incident on the entrance pupil position of the objective lens, A hologram image having a plurality of condensing points is projected on the screen.

この場合において、本実施形態に係るホログラム像投影装置によれば、実際に存在している複数の集光点からの戻り光の波面を測定することにより、当該集光点にレーザ光を集光させるための位相パターンを設定しているので、種々の収差の発生原因が複合的に存在する場合であっても、標本内の複数の所望の集光点にレーザ光を同時に集光させることができる。   In this case, according to the hologram image projector according to the present embodiment, the laser light is condensed at the condensing point by measuring the wavefronts of the return light from the plurality of condensing points that are actually present. Since the phase pattern is set, the laser beam can be simultaneously focused on a plurality of desired condensing points in the specimen even when various causes of various aberrations exist. it can.

上記発明においては、前記波面合成部が、前記波面測定部により測定された複数の戻り光の波面の線形和を算出することにより前記合成波面を算出することとしてもよい。
また、上記発明においては、前記波面合成部が、前記波面測定部により測定された複数の前記戻り光の波面をそれぞれ領域分割したものを前記集光点の総数の逆数の割合で配列することにより前記合成波面を算出することとしてもよい。
In the above invention, the wavefront synthesis unit may calculate the synthesized wavefront by calculating a linear sum of wavefronts of a plurality of return lights measured by the wavefront measurement unit.
Further, in the above invention, the wavefront synthesizing unit arranges the wavefronts of the plurality of return lights measured by the wavefront measuring unit, which are divided into regions, at a ratio of the reciprocal number of the total number of the focusing points The composite wavefront may be calculated.

また、上記発明においては、前記波面測定部が、レーザ光を分岐して参照光を生成する分岐部と、前記点光源からの前記戻り光と前記参照光とを合波する合波部と、該合波部により合波された前記戻り光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出部とを備えていてもよい。   Further, in the above invention, the wavefront measuring unit branches a laser beam to generate a reference beam, a multiplexing unit that combines the return beam and the reference beam from the point light source, You may provide the interference light detection part which detects the interference light of the said return light combined by this multiplexing part and the said reference light.

このようにすることで、分岐部によってレーザ光が分岐されることにより、一方のレーザ光は標本に指向されて標本を照明し、他方のレーザ光は参照光となる。そして、標本に設定された集光点の位置に配置された点光源からの戻り光と参照光とが合波部により合波されることにより干渉させられ、その干渉光が干渉光検出部によって検出される。これにより、干渉光検出部によって標本からの戻り光と参照光との波面の微細な差が検出されるので、当該集光点へレーザ光を集光させるためのレーザ光の波面を参照光との差として精密に測定することができる。   By doing so, the laser light is branched by the branching portion, so that one laser light is directed to the specimen and illuminates the specimen, and the other laser light becomes the reference light. Then, the return light from the point light source arranged at the position of the condensing point set on the sample and the reference light are caused to interfere by being combined by the combining unit, and the interference light is detected by the interference light detecting unit. Detected. As a result, the interference light detector detects a minute difference between the wavefronts of the return light from the sample and the reference light, so that the wavefront of the laser light for condensing the laser light at the condensing point is used as the reference light. It is possible to measure precisely as the difference of.

また、上記発明においては、前記波面測定部が、前記対物レンズの焦点位置と光学的に共役な位置に配置されるピンホール部材と、該ピンホール部材を通過した前記集光点からの戻り光を検出するハルトマンセンサとを備えていてもよい。
このようにすることで、レーザ光を標本に照射した結果、標本から戻る戻り光の内、対物レンズの焦点位置から発せられた戻り光のみをピンホール部材によって選択してハルトマンセンサにより検出することができる。これにより、対物レンズの焦点位置に配置された点光源からの戻り光の波面を正確に測定することができる。
In the above invention, the wavefront measurement unit includes a pinhole member disposed at a position optically conjugate with the focal position of the objective lens, and return light from the light condensing point that has passed through the pinhole member. And a Hartmann sensor for detecting.
By doing so, only the return light emitted from the focal position of the objective lens among the return lights returning from the specimen as a result of irradiating the specimen with the laser light is selected by the pinhole member and detected by the Hartmann sensor. Can do. Thereby, the wavefront of the return light from the point light source arranged at the focal position of the objective lens can be accurately measured.

本発明によれば、種々の収差の発生原因が複合的に存在する場合であっても、標本内の複数の所望の集光点に、レーザ光を同時に集光させることができるという効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that laser light can be simultaneously focused on a plurality of desired condensing points in a sample even when various causes of aberrations exist in a complex manner. .

本発明の一実施形態に係るホログラム像投影装置を模式的に示す全体構成図である。1 is an overall configuration diagram schematically showing a hologram image projector according to an embodiment of the present invention. 図1のホログラム像投影装置の変形例を示す全体構成図である。It is a whole block diagram which shows the modification of the hologram image projector of FIG.

本発明の一実施形態に係るホログラム像投影装置について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るホログラム像投影装置1は、顕微鏡システムであって、図1に示されるように、レーザ光を発生する光源装置2と、該光源装置2から入射されたレーザ光を標本Aに照射する顕微鏡装置3と、光源装置2から顕微鏡装置3に入射させるレーザ光の波面を調節する調節装置4とを備えている。
A hologram image projection apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The hologram image projector 1 according to the present embodiment is a microscope system, and as shown in FIG. 1, a light source device 2 that generates laser light and laser light incident from the light source device 2 are applied to a specimen A. A microscope apparatus 3 for irradiating and an adjusting apparatus 4 for adjusting the wavefront of laser light incident on the microscope apparatus 3 from the light source device 2 are provided.

光源装置2は、レーザ光を発生するレーザ光源5と、該レーザ光源5から発せられたレーザ光をコリメート光に変換するコリメータレンズ6と、コリメート光からなるレーザ光の波面を変調する波面変調部7と、リレーレンズ8,10と、レーザ光を走査するスキャナ9とを備えている。   The light source device 2 includes a laser light source 5 that generates laser light, a collimator lens 6 that converts the laser light emitted from the laser light source 5 into collimated light, and a wavefront modulation unit that modulates the wavefront of the laser light composed of the collimated light. 7, relay lenses 8 and 10, and a scanner 9 that scans the laser beam.

波面変調部7は、レーザ光を反射するプリズム11と、該プリズム11により反射されたレーザ光を反射し、その際に、位相パターンによりレーザ光の波面を変調してプリズム11に戻す反射型の波面変調素子12とを備えている。   The wavefront modulation unit 7 reflects the laser beam reflected by the prism 11 and the laser beam reflected by the prism 11. At this time, the wavefront modulation unit 7 modulates the wavefront of the laser beam by the phase pattern and returns it to the prism 11. And a wavefront modulation element 12.

プリズム11により反射されたレーザ光は波面変調素子12によって同じプリズム11に戻るように光路が折り返され、レーザ光源5からのレーザ光と同軸の光路に戻されるようになっている。
波面変調素子12は、後述する調節装置4によって、その表面形状を任意に変化させることができるセグメントタイプのMEMSミラーによって構成されている。この場合、MEMSミラーの各セグメントの凹凸により形成される表面形状が、レーザ光の波面を変調するための位相パターンとなる。波面変調素子12と対物レンズ13の入射瞳位置とは光学的に共役な位置関係に配置されている。
The laser beam reflected by the prism 11 is folded back so as to return to the same prism 11 by the wavefront modulation element 12, and returned to the optical path coaxial with the laser beam from the laser light source 5.
The wavefront modulation element 12 is configured by a segment type MEMS mirror whose surface shape can be arbitrarily changed by the adjusting device 4 described later. In this case, the surface shape formed by the unevenness of each segment of the MEMS mirror becomes a phase pattern for modulating the wavefront of the laser light. The wavefront modulation element 12 and the entrance pupil position of the objective lens 13 are arranged in an optically conjugate positional relationship.

スキャナ9は、相互に交差する方向に配置された軸線回りに揺動可能な2枚のガルバノミラー9a,9bを近接して配置した、いわゆる近接ガルバノミラーであり、入射されるレーザ光を2次元的に走査することができるようになっている。   The scanner 9 is a so-called proximity galvanometer mirror in which two galvanometer mirrors 9a and 9b that can be swung around an axis arranged in a direction intersecting each other are arranged close to each other. Can be scanned automatically.

顕微鏡装置3は、ステージ14上に配置した標本Aに対し、レーザ光を集光させる一方、標本Aからの光を受光する対物レンズ13と、該対物レンズ13により受光された光を検出する光電子増倍管からなる光検出器15と、標本Aにおける蛍光像を撮影するCCD等のカメラ16と、光検出器15またはカメラ16への光路を切り替えるように光路に挿脱されるミラー17とを備えている。符号18〜20は集光レンズ、符号21はダイクロイックミラーである。対物レンズ13は、ステージ14との間の光軸方向の距離を変更可能に設けられている。   The microscope apparatus 3 focuses the laser beam on the specimen A placed on the stage 14, while receiving the objective lens 13 that receives the light from the specimen A, and photoelectrons that detect the light received by the objective lens 13. A photo detector 15 composed of a multiplier tube, a camera 16 such as a CCD for taking a fluorescent image in the specimen A, and a mirror 17 inserted into and removed from the optical path so as to switch the optical path to the photo detector 15 or the camera 16. I have. Reference numerals 18 to 20 are condenser lenses, and reference numeral 21 is a dichroic mirror. The objective lens 13 is provided such that the distance in the optical axis direction between the objective lens 13 and the stage 14 can be changed.

波面変調素子12における表面形状を平坦な反射面形状に設定しておくことにより、平面波からなる波面を有するレーザ光を対物レンズ13の入射瞳位置に入射させることができる。これによって、該対物レンズ13の焦点面にレーザ光を集光させることができるようになっている。
ミラー17を光検出器15側(破線で示す光路から取り外された位置)に切り替えた状態で、レーザ光源5からレーザ光を出射させ、スキャナ9を駆動して、標本A内の焦点面に集光しているレーザ光を2次元的に走査させつつ、各集光位置において発生した蛍光を光検出器15によって検出することにより、対物レンズ13の焦点面に沿って広がる標本Aの2次元的な蛍光像を取得することができるようになっている。
By setting the surface shape of the wavefront modulation element 12 to a flat reflecting surface shape, laser light having a wavefront consisting of plane waves can be incident on the entrance pupil position of the objective lens 13. Thereby, the laser beam can be condensed on the focal plane of the objective lens 13.
In a state where the mirror 17 is switched to the light detector 15 side (position removed from the optical path indicated by the broken line), the laser light is emitted from the laser light source 5 and the scanner 9 is driven to collect on the focal plane in the sample A. The two-dimensional scanning of the specimen A spreading along the focal plane of the objective lens 13 is performed by detecting the fluorescence generated at each condensing position by the photodetector 15 while scanning the radiated laser beam two-dimensionally. A simple fluorescence image can be acquired.

そして、対物レンズ13とステージ14との距離を相対的に移動させて、対物レンズ13の焦点面の位置を変化させながら2次元的な蛍光像(スライス画像)を複数取得していくことにより、標本Aの3次元的な蛍光像を取得することができるようになっている。   Then, by relatively moving the distance between the objective lens 13 and the stage 14 and changing the position of the focal plane of the objective lens 13, a plurality of two-dimensional fluorescence images (slice images) are acquired. A three-dimensional fluorescence image of the specimen A can be acquired.

調節装置4は、図1に示されるように、標本Aにおけるレーザ光の集光点の位置情報を設定する入力部22と、入力部22により設定された各集光点の位置情報に基づいて、スキャナ9および後述する光路長調整プリズム23を制御する制御部24と、入力部22により設定された位置における各集光点からの戻り光の波面を測定する波面測定部25と、全ての集光点について測定された複数の戻り光の波面を合成する波面合成部26と、該波面合成部26により合成された合成波面に基づいて波面変調素子12に付与する位相パターンを設定する位相パターン設定部27とを備えている。   As shown in FIG. 1, the adjusting device 4 is based on the input unit 22 that sets the position information of the condensing point of the laser beam in the sample A, and the position information of each condensing point that is set by the input unit 22. A control unit 24 for controlling the scanner 9 and an optical path length adjusting prism 23 to be described later, a wavefront measuring unit 25 for measuring the wavefront of the return light from each condensing point at the position set by the input unit 22, A wavefront synthesizing unit 26 that synthesizes wavefronts of a plurality of return lights measured for the light spot, and a phase pattern setting that sets a phase pattern to be applied to the wavefront modulation element 12 based on the synthesized wavefront synthesized by the wavefront synthesizing unit 26 Part 27.

入力部22は、観察者がレーザ光を集光させたい位置、すなわち集光点をモニタ(図示略)上において指定することにより、各集光点の位置情報を設定するようになっている。
ここで、標本Aにおける集光点は、任意の位置に設定される場合と、光刺激に応答する位置に設定される場合とがある。集光点を光刺激に応答する位置に設定したい場合には、観察者が集光点を指定しやすいように、モニタ(図示略)が顕微鏡装置3により取得された画像を表示していることが好ましい。
The input unit 22 sets the position information of each condensing point by designating a position on the monitor (not shown) where the observer wants to condense the laser beam.
Here, the condensing point in the sample A may be set at an arbitrary position or may be set at a position responding to the light stimulus. When it is desired to set the focal point to a position that responds to light stimulation, the monitor (not shown) displays an image acquired by the microscope device 3 so that the observer can easily designate the focal point. Is preferred.

波面測定部25は、波面変調部7の前段に配置され、レーザ光を参照光と測定光とに分岐する偏光ビームスプリッタ28と、測定光の通過する測定光路29に設けられた波面変調部7の後段に配置され、測定光の標本Aからの戻り光と参照光路30を通過してきた参照光とを合波する偏光ビームスプリッタ31と、コリメータレンズ6によって平行光に変換されたレーザ光の偏光方向を任意の角度で回転させる波長板32と、偏光ビームスプリッタ31を透過したレーザ光(測定光)を円偏光に変換するかまたは45°回転させる波長板33と、偏光ビームスプリッタ31により合波された参照光および戻り光を検出する検出光路34とを備えている。   The wavefront measuring unit 25 is arranged in front of the wavefront modulating unit 7, and includes a polarization beam splitter 28 that branches the laser light into reference light and measuring light, and a wavefront modulating unit 7 provided in the measuring optical path 29 through which the measuring light passes. A polarization beam splitter 31 that is arranged in the subsequent stage and combines the return light of the measurement light from the sample A and the reference light that has passed through the reference light path 30, and the polarization of the laser light converted into parallel light by the collimator lens 6. Wavelength plate 32 whose direction is rotated at an arbitrary angle, wavelength plate 33 which converts laser light (measurement light) transmitted through polarization beam splitter 31 into circularly polarized light or rotates 45 °, and polarization beam splitter 31 are combined. And a detection light path 34 for detecting the reference light and the return light.

波長板32は、偏光ビームスプリッタ28においてレーザ光を参照光と測定光とに所定の光量の割合で分岐できるように、レーザ光の偏光方向を回転させるように配置されている。また、波長板33は、偏光ビームスプリッタ31を透過した測定光が標本Aに集光され、さらに標本Aからの戻り光が偏光ビームスプリッタ31に再度入射するまでの間に、偏光方向を90°回転させるように配置されている。   The wave plate 32 is arranged to rotate the polarization direction of the laser light so that the polarization beam splitter 28 can split the laser light into the reference light and the measurement light at a predetermined light quantity ratio. In addition, the wavelength plate 33 changes the polarization direction by 90 ° until the measurement light transmitted through the polarization beam splitter 31 is collected on the sample A and the return light from the sample A is incident on the polarization beam splitter 31 again. It is arranged to rotate.

参照光路30には、光軸に沿って移動可能に設けられ光路長を調整する光路長調整プリズム23と、群速度分散を補償する分散補償板35と、偏光ビームスプリッタ31に入射される参照光の偏光方向を90°回転させるλ/2板36とが配置されている。符号37はミラーである。   The reference optical path 30 is provided so as to be movable along the optical axis, an optical path length adjusting prism 23 that adjusts the optical path length, a dispersion compensation plate 35 that compensates for group velocity dispersion, and the reference light incident on the polarization beam splitter 31. And a λ / 2 plate 36 for rotating the polarization direction of 90 °. Reference numeral 37 denotes a mirror.

検出光路34には、波長板33を透過した戻り光およびλ/2板36を透過した参照光をそれぞれ所定の光量の割合で透過させる偏光板38と、瞳をリレーするリレーレンズ39と、戻り光と参照光とが合波されることにより発生した干渉光を検出する干渉光検出部40とが配置されている。   The detection light path 34 includes a polarizing plate 38 that transmits the return light transmitted through the wave plate 33 and the reference light transmitted through the λ / 2 plate 36 at a predetermined light amount ratio, a relay lens 39 that relays the pupil, and a return light. An interference light detection unit 40 that detects interference light generated by combining the light and the reference light is disposed.

ここで、波長板33を透過した戻り光とλ/2板36を透過した参照光との偏光方向が互いに略直交するので、偏光板38は、それぞれの光の偏光方向に対して0より大きい角度となるような透過軸を有している。これにより、偏光板38は、戻り光と参照光のうち所定の軸に沿う成分のみを透過させている。
また、干渉光検出部40は、波面変調素子12および対物レンズ13の入射瞳位置と光学的に共役な位置関係に配置されている。
Here, since the polarization directions of the return light transmitted through the wavelength plate 33 and the reference light transmitted through the λ / 2 plate 36 are substantially orthogonal to each other, the polarizing plate 38 is larger than 0 with respect to the polarization direction of each light. The transmission axis has an angle. Thereby, the polarizing plate 38 transmits only the component along the predetermined axis among the return light and the reference light.
The interference light detection unit 40 is arranged in a positional relationship optically conjugate with the entrance pupil positions of the wavefront modulation element 12 and the objective lens 13.

波面合成部26は、全ての集光点について測定された波面を合成するようになっている。本実施形態では、波面合成部26は、全ての集光点について算出された波面の線形和を算出するようになっている。   The wavefront synthesis unit 26 is configured to synthesize wavefronts measured for all the condensing points. In the present embodiment, the wavefront synthesis unit 26 calculates a linear sum of wavefronts calculated for all the condensing points.

位相パターン設定部27は、波面合成部26により算出された合成波面に基づいて、波面変調素子12に付与すべき位相パターンを設定し、波面変調素子12に出力するようになっている。ここで、波面変調素子12は、対物レンズ13の入射瞳と共役な関係にあるため、波面変調素子12に付与される位相パターンは、対物レンズ13の入射瞳位置における合成波面と同一かまたは位相ラッピング処理したものとなっている。位相ラッピング処理は、波面変調素子12における位相変調の範囲が2nπ(nは整数)に設定されている場合に、対物レンズ13の入射瞳位置における合成波面のうち2nπを超える位相差を有する部分について、その位相差から2nπを差し引くことにより行われる。本実施形態におけるセグメントタイプのMEMSミラーでは、通常は位相変調の範囲が2nπの範囲に設定されているので、必要に応じて位相ラッピング処理が行われる。   The phase pattern setting unit 27 sets a phase pattern to be applied to the wavefront modulation element 12 based on the combined wavefront calculated by the wavefront synthesis unit 26 and outputs the phase pattern to the wavefront modulation element 12. Here, since the wavefront modulation element 12 is in a conjugate relationship with the entrance pupil of the objective lens 13, the phase pattern applied to the wavefront modulation element 12 is the same as or the phase of the combined wavefront at the entrance pupil position of the objective lens 13. Wrapping process. In the phase wrapping process, when the phase modulation range in the wavefront modulation element 12 is set to 2nπ (n is an integer), the portion having a phase difference exceeding 2nπ in the combined wavefront at the entrance pupil position of the objective lens 13 , By subtracting 2nπ from the phase difference. In the segment type MEMS mirror in the present embodiment, since the range of phase modulation is normally set to a range of 2nπ, phase wrapping processing is performed as necessary.

このようにして、波面変調素子12の表面形状が、入力された位相パターンに合わせた形状に調節される。これにより、波面変調素子12において反射されたレーザ光は、波面変調素子12の表面において対物レンズ13の入射瞳位置において得られた合成波面と同一の波面を有するように変調される。したがって、そのようなレーザ光が対物レンズ13によって集光されることにより、対物レンズ13を固定したままの状態で、設定された各集光点に同時に集光されるようになっている。   In this way, the surface shape of the wavefront modulation element 12 is adjusted to a shape that matches the input phase pattern. As a result, the laser beam reflected by the wavefront modulation element 12 is modulated so as to have the same wavefront as the combined wavefront obtained at the entrance pupil position of the objective lens 13 on the surface of the wavefront modulation element 12. Therefore, such laser light is condensed by the objective lens 13 and is simultaneously condensed on each set condensing point while the objective lens 13 is fixed.

このように構成された本実施形態に係るホログラム像投影装置1の作用について以下に説明する。
まず、入力部22において、各集光点の位置情報を設定する。
ここで、集光点が標本Aにおいて光刺激に応答する位置に設定される場合には、調節装置4からの出力によって、波面変調素子12を平坦な反射面形状となる位相パターンに設定する。顕微鏡装置3においては、光路上からミラー17を退避させておく。そして、レーザ光源5からレーザ光を発生させ、スキャナ9によってレーザ光を2次元的に走査する。
The operation of the hologram image projector 1 according to this embodiment configured as described above will be described below.
First, in the input unit 22, position information of each condensing point is set.
Here, when the condensing point is set at a position that responds to the light stimulus in the sample A, the wavefront modulation element 12 is set to a phase pattern having a flat reflecting surface shape by the output from the adjusting device 4. In the microscope apparatus 3, the mirror 17 is retracted from the optical path. Then, laser light is generated from the laser light source 5 and the laser light is scanned two-dimensionally by the scanner 9.

レーザ光源5から発せられたレーザ光は波面を変化させることなく光路を伝播されて、スキャナ9によって2次元的に走査された後、ダイクロイックミラー21によって反射されて対物レンズ13に入射され標本A内の焦点面に集光される。レーザ光の集光位置においては蛍光が発生し、発生した蛍光は対物レンズ13によって集光され、ダイクロイックミラー21を透過して集光レンズ19,20により集光され、光検出器15によって検出される。   The laser light emitted from the laser light source 5 is propagated through the optical path without changing the wavefront, scanned two-dimensionally by the scanner 9, reflected by the dichroic mirror 21, and incident on the objective lens 13 to enter the sample A. Focused on the focal plane. Fluorescence is generated at the condensing position of the laser beam, and the generated fluorescence is collected by the objective lens 13, passes through the dichroic mirror 21, is collected by the collecting lenses 19 and 20, and is detected by the photodetector 15. The

蛍光は対物レンズ13の焦点面近傍の極めて薄い領域のみにおいて発生するので、光検出器15より検出された蛍光の強度と、スキャナ9によるレーザ光の走査位置とを対応づけて記憶しておくことにより、焦点面に沿って広がる標本Aの2次元的な蛍光像(スライス画像)を取得することができる。
また、対物レンズ13と標本Aとを光軸方向に相対的に移動させつつ、複数枚のスライス画像を取得することにより、3次元的な蛍光画像を取得することもできる。
Since fluorescence is generated only in a very thin region near the focal plane of the objective lens 13, the intensity of the fluorescence detected by the photodetector 15 and the scanning position of the laser beam by the scanner 9 are stored in association with each other. Thus, a two-dimensional fluorescence image (slice image) of the specimen A extending along the focal plane can be acquired.
A three-dimensional fluorescence image can also be acquired by acquiring a plurality of slice images while relatively moving the objective lens 13 and the specimen A in the optical axis direction.

観察者は、図示しないモニタに表示された2次元的または3次元的な蛍光画像において、レーザ光を集光させたい集光点の位置を指定する。例えば、標本Aが神経細胞であって、レーザ光による刺激を与えて挙動の観察を行う場合において、刺激を与えたい集光点は3次元的に分布している。この場合には、観察者は、全ての集光点を指定することにより、集光点の3次元的な位置情報を設定する。   The observer designates the position of the condensing point where the laser beam is to be condensed in the two-dimensional or three-dimensional fluorescent image displayed on a monitor (not shown). For example, in the case where the specimen A is a nerve cell and the behavior is observed by applying a stimulus by laser light, the focal points to which the stimulus is desired are distributed three-dimensionally. In this case, the observer sets the three-dimensional position information of the condensing point by designating all the condensing points.

次に、波面測定部25において、設定された各集光点について波面の測定を行う。
すなわち、入力部から設定された各集光点の位置座標に基づいて、制御部24がスキャナ9を作動させて、1つずつ集光点にレーザ光を照射する。このとき、制御部24は、入力部22から設定された各集光点までの測定光路29の光路長に参照光路30の光路長が一致するように光路長調整プリズム23の位置を調節する。また、このとき、波面変調素子12は平坦な反射面形状となる位相パターンに設定しておく。
Next, the wavefront measuring unit 25 measures the wavefront for each set condensing point.
That is, based on the position coordinates of each condensing point set from the input unit, the control unit 24 operates the scanner 9 to irradiate the condensing point with laser light one by one. At this time, the control unit 24 adjusts the position of the optical path length adjusting prism 23 so that the optical path length of the reference optical path 30 matches the optical path length of the measurement optical path 29 from the input unit 22 to each condensing point. At this time, the wavefront modulation element 12 is set to a phase pattern having a flat reflecting surface shape.

レーザ光源5から発せられた、例えば、縦偏光面を有するレーザ光は、波長板32を通過させられることにより、その偏光方向を所定の角度で回転させられて、偏光ビームスプリッタ28に入射される。偏光ビームスプリッタ28においては、縦偏光成分と横偏光成分とに2分割され、その内の一方、例えば、縦偏光成分が参照光路30に入射され、他方が測定光路29に入射される。   The laser light emitted from the laser light source 5, for example, having a longitudinal polarization plane is passed through the wave plate 32, the polarization direction thereof is rotated by a predetermined angle, and is incident on the polarization beam splitter 28. . In the polarization beam splitter 28, the light beam is divided into a vertical polarization component and a horizontal polarization component, and one of them, for example, the vertical polarization component is incident on the reference optical path 30 and the other is incident on the measurement optical path 29.

参照光路30に指向された縦偏光成分は、分散補償板35を通過させられる際に分散補償され、光路長調整プリズム23において折り返された後、λ/2板36によって偏光方向を90°回転させられて横偏光成分となる。横偏光成分となった参照光路30からのレーザ光は、偏光ビームスプリッタ31を透過させられて、検出光路34に入射させられる。   The longitudinally polarized light component directed to the reference optical path 30 is dispersion-compensated when passing through the dispersion compensation plate 35, is turned back by the optical path length adjusting prism 23, and then the polarization direction is rotated by 90 ° by the λ / 2 plate 36. And becomes a laterally polarized light component. The laser light from the reference optical path 30 that has become the lateral polarization component is transmitted through the polarization beam splitter 31 and is incident on the detection optical path 34.

一方、偏光ビームスプリッタ28を透過した横偏光成分は、測定光路29に入射されて、プリズム11および波面変調素子12において反射された後、偏光ビームスプリッタ31を透過して、波長板33を通過させられる。これにより、円偏光に変換されまたは偏光方向が45°回転させられたレーザ光は、リレーレンズ8を通過した後、スキャナ9によって所望の集光点に指向させられるための角度を付与される。そして、リレーレンズ10を透過した後、顕微鏡装置3に入射させられる。   On the other hand, the lateral polarization component transmitted through the polarization beam splitter 28 enters the measurement optical path 29, is reflected by the prism 11 and the wavefront modulation element 12, passes through the polarization beam splitter 31, and passes through the wave plate 33. It is done. As a result, the laser light that has been converted into circularly polarized light or whose polarization direction has been rotated by 45 ° passes through the relay lens 8 and is then given an angle for being directed to a desired condensing point by the scanner 9. Then, after passing through the relay lens 10, the light enters the microscope apparatus 3.

顕微鏡装置3に入射されたレーザ光は、ダイクロイックミラー21によって反射され、対物レンズ13によって標本Aに集光される。標本A内の集光点近傍の領域において反射したレーザ光は、対物レンズ13によって受光された後、ダイクロイックミラー21によって反射され、リレーレンズ10、スキャナ9およびリレーレンズ8を介して戻り、波長板33によって縦偏光成分に変換されて偏光ビームスプリッタ31に入射される。   The laser light incident on the microscope apparatus 3 is reflected by the dichroic mirror 21 and condensed on the specimen A by the objective lens 13. The laser beam reflected in the region near the condensing point in the sample A is received by the objective lens 13, then reflected by the dichroic mirror 21, and returned through the relay lens 10, the scanner 9, and the relay lens 8, and the wave plate It is converted into a longitudinally polarized light component by 33 and is incident on the polarization beam splitter 31.

偏光ビームスプリッタ31に入射された縦偏光成分からなるレーザ光は、偏光ビームスプリッタ31によって反射されて検出光路34に入射される。この際に、縦偏光成分からなるレーザ光は、参照光路30を通過してきた横偏光成分からなるレーザ光と合波される。そして、標本Aからの戻り光である縦偏光成分からなるレーザ光および参照光である横偏光成分からなるレーザ光は、偏光板38において、偏光板38の透過軸に沿う成分のみが透過させられ、リレーレンズ39を介して干渉光検出部40に入射される。ここで、偏光板38を透過した戻り光と参照光の偏光方向は一致しているので、戻り光と参照光との干渉が可能となっている。また、光路長調整プリズム23によって、参照光路30の光路長と集光点までの測定光路29の光路長とが一致させられているので、集光点から戻る戻り光のみが参照光と干渉する。   The laser beam composed of the longitudinally polarized component incident on the polarization beam splitter 31 is reflected by the polarization beam splitter 31 and enters the detection optical path 34. At this time, the laser beam composed of the vertically polarized component is combined with the laser beam composed of the horizontally polarized component that has passed through the reference optical path 30. Then, only the component along the transmission axis of the polarizing plate 38 is transmitted through the polarizing plate 38 with respect to the laser light including the longitudinally polarized component that is the return light from the specimen A and the laser light including the laterally polarized component that is the reference light. Then, the light enters the interference light detection unit 40 via the relay lens 39. Here, since the polarization directions of the return light and the reference light transmitted through the polarizing plate 38 coincide with each other, interference between the return light and the reference light is possible. Further, since the optical path length of the reference optical path 30 and the optical path length of the measurement optical path 29 up to the condensing point are matched by the optical path length adjusting prism 23, only the return light returning from the condensing point interferes with the reference light. .

これにより、干渉光検出部40においては、レーザ光源5から発せられたレーザ光の波面と、集光点からの戻り光であるレーザ光の波面との差分が、干渉パターンとして検出される。
全ての集光点について上記作業を行うことにより波面を測定すると、各集光点について測定された波面の線形和が波面合成部26により算出され、合成波面が生成される。生成された合成波面は位相パターン設定部27に入力されて、波面変調素子12に付与する位相パターンが対物レンズ13の入射瞳位置における合成波面と同一かまたは位相ラッピング処理したパターンとなるように設定される。そして、位相パターン設定部27により設定された位相パターンは、波面変調素子12に対して出力される。
これにより、標本Aに対して光刺激を行いながら観察するための準備が完了する。
Thereby, in the interference light detection part 40, the difference of the wave front of the laser beam emitted from the laser light source 5 and the wave front of the laser beam which is the return light from the condensing point is detected as an interference pattern.
When the wavefront is measured by performing the above operation for all the condensing points, a linear sum of the wavefronts measured for each condensing point is calculated by the wavefront synthesizing unit 26, and a synthetic wavefront is generated. The generated combined wavefront is input to the phase pattern setting unit 27, and the phase pattern applied to the wavefront modulation element 12 is set to be the same as the combined wavefront at the entrance pupil position of the objective lens 13 or a phase-wrapped pattern. Is done. Then, the phase pattern set by the phase pattern setting unit 27 is output to the wavefront modulation element 12.
Thereby, the preparation for observing the specimen A while performing light stimulation is completed.

この状態で、顕微鏡装置3においては、ミラー17を光路上に挿入し(図中、実線で示す位置に配置し)、対物レンズ13によって集光される蛍光が、カメラ16によって撮影されるように設定しておく。そして、スキャナ9を原点位置に停止した状態で、レーザ光源5から発せられたレーザ光を波面変調部7に入射させると、波面変調素子12に表示されている位相パターンに従ってレーザ光の波面が変調される。変調されたレーザ光は、リレーレンズ8、スキャナ9およびリレーレンズ10を通過してダイクロイックミラー21により反射され、対物レンズ13の入射瞳に入射される。   In this state, in the microscope apparatus 3, the mirror 17 is inserted on the optical path (positioned at a position indicated by a solid line in the drawing), and the fluorescence condensed by the objective lens 13 is photographed by the camera 16. Set it. Then, when the laser light emitted from the laser light source 5 is incident on the wavefront modulation unit 7 with the scanner 9 stopped at the origin position, the wavefront of the laser light is modulated according to the phase pattern displayed on the wavefront modulation element 12. Is done. The modulated laser light passes through the relay lens 8, the scanner 9, and the relay lens 10, is reflected by the dichroic mirror 21, and enters the entrance pupil of the objective lens 13.

対物レンズ13の入射瞳位置は波面変調素子12と光学的に共役な位置に配置されているので、入射瞳位置に入射されるレーザ光は、波面変調素子12により変調された時点における波面と同じ波面を有している。
そして、このようなレーザ光が対物レンズ13によって集光されることにより、異なる位置に配置されている複数の集光点に同時に集光させるような3次元的なホログラム像を標本A内に投影することができる。
Since the entrance pupil position of the objective lens 13 is disposed at a position optically conjugate with the wavefront modulation element 12, the laser light incident on the entrance pupil position is the same as the wavefront when modulated by the wavefront modulation element 12. Has a wavefront.
Then, when such laser light is condensed by the objective lens 13, a three-dimensional hologram image is projected into the specimen A so as to be simultaneously condensed at a plurality of condensing points arranged at different positions. can do.

指定された複数の集光点に同時にレーザ光が照射されることにより、標本Aに刺激が与えられた状態で、標本Aから発せられる蛍光が対物レンズ13によって受光され、ダイクロイックミラー21を透過して、ミラー17により反射され、集光レンズ18によって集光されてカメラ16により撮影される。これにより、光刺激を与えたときの標本Aの蛍光画像を取得することができる。   By irradiating laser light to a plurality of designated condensing points at the same time, the fluorescence emitted from the specimen A is received by the objective lens 13 while the specimen A is stimulated, and passes through the dichroic mirror 21. Then, it is reflected by the mirror 17, condensed by the condenser lens 18, and photographed by the camera 16. Thereby, the fluorescence image of the sample A when a light stimulus is given can be acquired.

このように、本実施形態に係るホログラム像投影装置1によれば、全ての集光点に配置される点光源からの戻り光を測定して得られた波面を合成してなる合成波面が、対物レンズ13の入射瞳位置に入射するようにレーザ光の波面を調整するので、複数の集光点に同時にレーザ光を精度よく集光させて標本Aに光刺激を与えることができる。この結果、集光点が標本Aにおいて光刺激に応答する位置に設定されている場合には、光刺激直後に発生する標本Aの挙動を時間差なく正確に観察することができるという利点がある。   Thus, according to the hologram image projector 1 according to the present embodiment, the combined wavefront formed by combining the wavefronts obtained by measuring the return light from the point light sources arranged at all the condensing points, Since the wavefront of the laser light is adjusted so as to be incident on the entrance pupil position of the objective lens 13, the laser light can be accurately focused simultaneously on a plurality of condensing points to give the specimen A a light stimulus. As a result, when the condensing point is set in the specimen A at a position that responds to the light stimulus, there is an advantage that the behavior of the specimen A generated immediately after the light stimulus can be accurately observed without a time difference.

この場合において、本実施形態によれば、各集光点に対応する波面を測定により取得しているので、発生原因が特定できない種々の収差が存在していても、これらの発生原因を特定することなく十分に補償して、各集光点に精度よくレーザ光を集光させることができるという利点がある。   In this case, according to the present embodiment, since the wavefront corresponding to each condensing point is obtained by measurement, even if various aberrations for which the cause of occurrence is not present can be identified. There is an advantage that the laser beam can be accurately condensed at each condensing point with sufficient compensation.

なお、本実施形態においては、波面測定部25として、レーザ光を参照光と測定光とに分岐し、参照光路30と測定光路29の光路長を一致させることで、参照光と戻り光とを干渉させて波面を測定する方式のものを採用したが、これに代えて、図2に示されるように、共焦点ピンホール41とハルトマンセンサ42とを組み合わせた方式のものを採用してもよい。   In the present embodiment, the wavefront measuring unit 25 divides the laser light into reference light and measurement light, and matches the optical path lengths of the reference light path 30 and the measurement light path 29 so that the reference light and the return light are combined. Although the method of measuring the wavefront by causing interference is adopted, instead of this, a method of combining the confocal pinhole 41 and the Hartmann sensor 42 may be adopted as shown in FIG. .

すなわち、図2に示される例では、偏光ビームスプリッタ28および参照光路30を無くし、これに代えて、検出光路34に共焦点ピンホール41を配置するとともに、干渉光検出部40に代えてハルトマンセンサ42を採用している。共焦点ピンホール41を対物レンズ13の焦点位置と光学的に共役な位置に配置しておくことにより、焦点位置に配置されている点光源からの戻り光のみをハルトマンセンサ42によって検出して、波面を測定することができる。   That is, in the example shown in FIG. 2, the polarizing beam splitter 28 and the reference optical path 30 are eliminated, and instead of this, a confocal pinhole 41 is disposed in the detection optical path 34, and a Hartmann sensor is substituted for the interference light detection unit 40. 42 is adopted. By placing the confocal pinhole 41 at a position optically conjugate with the focal position of the objective lens 13, only the return light from the point light source arranged at the focal position is detected by the Hartmann sensor 42, Wavefront can be measured.

この図において、波長板32は、レーザ光源5から発せられたレーザ光の偏光方向を偏光ビームスプリッタ31を透過可能な偏光方向に一致させるように偏光面を回転させるものである。   In this figure, the wave plate 32 rotates the plane of polarization so that the polarization direction of the laser light emitted from the laser light source 5 matches the polarization direction that can be transmitted through the polarization beam splitter 31.

また、本実施形態においては、波面合成部26における波面の合成は、波面の線形和を算出することによって行われていたが、これに代えて、各集光点について算出された複数の波面を領域分割したものを集光点の総数の逆数の割合で配列することにより行うこととしてもよい。   In the present embodiment, the wavefront synthesis in the wavefront synthesis unit 26 is performed by calculating the linear sum of the wavefronts. Instead, a plurality of wavefronts calculated for each condensing point are used. It is good also as performing by dividing | segmenting the area | region into the ratio of the reciprocal number of the total number of condensing points.

具体的には、集光点の総数がn個の場合、各集光点について算出した波面の線形和を算出せずに、波長変調素子12上の領域を分割し、分割された各領域に対して複数の集光点のいずれかを対応付ける。このとき、各集光点の対応領域が集光点の総数nの逆数の割合で周期的に分布するように、対応付けを行うことが好ましい。また、各集光点の対応領域の分布は、モザイク状であってもよいし、同心円状であってもよい。このような対応付けをした上で、予め算出された各集光点からの波面のうち、波長変調素子12上での対応領域と重なる部分の波面要素を抽出し、抽出された波面要素を全領域にわたって配列して波面を合成する。このようにして得られた合成波面に基づいて、波長変調素子12に付与する位相パターンが設定される。   Specifically, when the total number of the condensing points is n, the area on the wavelength modulation element 12 is divided without calculating the linear sum of the wavefronts calculated for each condensing point, and the divided areas are divided. One of a plurality of condensing points is associated with each other. At this time, it is preferable to perform the association so that the corresponding region of each condensing point is periodically distributed at a ratio of the reciprocal of the total number n of condensing points. Further, the distribution of the corresponding region of each condensing point may be a mosaic shape or a concentric shape. After making such association, a wavefront element of a portion overlapping with a corresponding region on the wavelength modulation element 12 is extracted from the wavefronts calculated from the respective condensing points, and all the extracted wavefront elements are extracted. Arrange over the area to synthesize the wavefront. A phase pattern to be applied to the wavelength modulation element 12 is set based on the composite wavefront obtained in this way.

また、本実施形態においては、波面変調素子12として、その表面形状を変化させるセグメントタイプのMEMSミラーを例示したが、これに代えて、他の任意の波面変調素子12、例えば、液晶素子、デフォーマブルミラー等でもよい。液晶素子の場合は、液晶分子の配向による屈折率の分布が位相パターンとなり、デフォーマブルミラーの場合は、その表面形状が位相パターンとなる。   Further, in the present embodiment, as the wavefront modulation element 12, a segment type MEMS mirror whose surface shape is changed is exemplified, but instead of this, any other wavefront modulation element 12, for example, a liquid crystal element, a deformer, etc. A bull mirror or the like may be used. In the case of a liquid crystal element, the refractive index distribution due to the orientation of liquid crystal molecules is a phase pattern, and in the case of a deformable mirror, the surface shape is a phase pattern.

A 標本
1 ホログラム像投影装置
5 レーザ光源
9 スキャナ(入射角度調節部)
12 波面変調素子
13 対物レンズ
22 入力部(集光位置設定部)
25 波面測定部
26 波面合成部
27 位相パターン設定部
31 偏光ビームスプリッタ(合波部)
40 干渉光検出部
41 共焦点ピンホール(ピンホール部材)
42 ハルトマンセンサ
A Specimen 1 Hologram image projector 5 Laser light source 9 Scanner (incident angle adjustment unit)
12 Wavefront Modulating Element 13 Objective Lens 22 Input Unit (Condensing Position Setting Unit)
25 Wavefront Measurement Unit 26 Wavefront Synthesis Unit 27 Phase Pattern Setting Unit 31 Polarizing Beam Splitter (Multiplexing Unit)
40 Interference light detector 41 Confocal pinhole (pinhole member)
42 Hartmann sensor

Claims (5)

レーザ光源と、
該レーザ光源から発せられたレーザ光の波面を位相パターンにより変調する波面変調素子と、
前記レーザ光を標本に集光する対物レンズと、
前記レーザ光の前記対物レンズの入射瞳位置への入射角度を調節する入射角度調節部と、
標本内においてレーザ光を集光すべき複数の集光点の位置を設定する集光位置設定部と、
該集光位置設定部により設定された位置における各前記集光点から戻る戻り光の前記対物レンズの入射瞳位置またはその光学的に共役な位置における波面を測定する波面測定部と、
該波面測定部により測定された複数の前記戻り光の波面を合成して合成波面を算出する波面合成部と、
算出された前記合成波面に基づいて前記波面変調素子に付与する前記位相パターンを設定して前記波面変調素子に出力する位相パターン設定部と、
を備えるホログラム像投影装置。
A laser light source;
A wavefront modulation element that modulates a wavefront of laser light emitted from the laser light source with a phase pattern;
An objective lens for condensing the laser light on a specimen;
An incident angle adjusting unit for adjusting an incident angle of the laser beam to an entrance pupil position of the objective lens;
A condensing position setting unit for setting the positions of a plurality of condensing points on which laser light is to be collected in the sample;
A wavefront measuring unit that measures the wavefront at the entrance pupil position of the objective lens of the return lens or the optically conjugate position of the return light returning from each condensing point at the position set by the condensing position setting unit;
A wavefront synthesis unit that calculates a synthesized wavefront by synthesizing a plurality of wavefronts of the return light measured by the wavefront measurement unit;
A phase pattern setting unit that sets the phase pattern to be applied to the wavefront modulation element based on the calculated composite wavefront and outputs the phase pattern to the wavefront modulation element;
A hologram image projection apparatus comprising:
前記波面合成部が、前記波面測定部により測定された複数の前記戻り光の波面の線形和を算出することにより前記合成波面を算出する請求項1に記載のホログラム像投影装置。   The hologram image projection apparatus according to claim 1, wherein the wavefront synthesis unit calculates the composite wavefront by calculating a linear sum of wavefronts of the plurality of return lights measured by the wavefront measurement unit. 前記波面合成部が、前記波面測定部により測定された複数の前記戻り光の波面をそれぞれ領域分割したものを前記集光点の総数の逆数の割合で配列することにより前記合成波面を算出する請求項1に記載のホログラム像投影装置。   The wavefront synthesizing unit calculates the synthesized wavefront by arranging regions obtained by dividing the wavefronts of the plurality of return lights measured by the wavefront measuring unit at a ratio of the reciprocal of the total number of the condensing points. Item 4. The hologram image projector according to Item 1. 前記波面測定部が、レーザ光を分岐して参照光を生成する分岐部と、前記点光源からの前記戻り光と前記参照光とを合波する合波部と、該合波部により合波された前記戻り光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出部と、を備える請求項1から請求項3のいずれかに記載のホログラム像投影装置。   The wavefront measuring unit divides laser light to generate reference light, a multiplexing unit that combines the return light from the point light source and the reference light, and multiplexing by the multiplexing unit 4. The hologram image projection apparatus according to claim 1, further comprising: an interference light detection unit configured to detect interference light between the returned light and the reference light. 前記波面測定部が、前記対物レンズの焦点位置と光学的に共役な位置に配置されるピンホール部材と、該ピンホール部材を通過した前記集光点からの戻り光を検出するハルトマンセンサと、を備える請求項1から請求項3のいずれかに記載のホログラム像投影装置。   A pinhole member disposed at a position optically conjugated with the focal position of the objective lens; and a Hartmann sensor for detecting return light from the condensing point that has passed through the pinhole member; A hologram image projection apparatus according to claim 1, comprising:
JP2009289884A 2009-12-21 2009-12-21 Hologram image projector Pending JP2011128573A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009289884A JP2011128573A (en) 2009-12-21 2009-12-21 Hologram image projector
US12/968,970 US20110267663A1 (en) 2009-12-21 2010-12-15 Holographic image projection method and holographic image projection system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009289884A JP2011128573A (en) 2009-12-21 2009-12-21 Hologram image projector

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011128573A true JP2011128573A (en) 2011-06-30

Family

ID=44291201

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009289884A Pending JP2011128573A (en) 2009-12-21 2009-12-21 Hologram image projector

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011128573A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013225118A (en) * 2012-03-23 2013-10-31 Olympus Corp Laser microscope
JP2014112122A (en) * 2012-12-05 2014-06-19 Olympus Corp Optical unit
CN104614970A (en) * 2015-02-15 2015-05-13 电子科技大学 Optical scanning holographic image edge extracting method based on double-hole pupil
CN105204311A (en) * 2015-07-06 2015-12-30 电子科技大学 Gaussian apodization based optical scanning holographic edge detection method
WO2018138794A1 (en) * 2017-01-25 2018-08-02 オリンパス株式会社 Optical-scanning-type microscope device and method for measuring distance between spots in optical-scanning-type microscope device
DE112013002773B4 (en) 2012-06-04 2024-03-28 Hamamatsu Photonics K.K. Method for adjusting a compensating optical system and compensating optical system

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07160182A (en) * 1993-12-09 1995-06-23 Fujitsu Ltd Hologram forming method and forming device therefor
JPH09134112A (en) * 1995-11-09 1997-05-20 Victor Co Of Japan Ltd Correction method of computer-generated hologram
WO2003036368A1 (en) * 2001-10-25 2003-05-01 Hamamatsu Photonics K.K. Phase modulation apparatus and phase modulation method
JP2004138906A (en) * 2002-10-18 2004-05-13 Hamamatsu Photonics Kk Photo tweezer system
JP2004239660A (en) * 2003-02-04 2004-08-26 Japan Science & Technology Agency Microscope
JP2006235420A (en) * 2005-02-28 2006-09-07 Yokogawa Electric Corp Confocal microscope
JP2006268004A (en) * 2005-02-25 2006-10-05 Nikon Corp Microscope device
JP2007500881A (en) * 2003-05-09 2007-01-18 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Scanning laser microscope with wavefront sensor
JP2007114403A (en) * 2005-10-19 2007-05-10 Hamamatsu Photonics Kk Optical tweezer system
US20090101807A1 (en) * 2004-11-23 2009-04-23 New York University Manipulation of objects in potential energy landscapes
JP2009192832A (en) * 2008-02-14 2009-08-27 Hamamatsu Photonics Kk Observation apparatus

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07160182A (en) * 1993-12-09 1995-06-23 Fujitsu Ltd Hologram forming method and forming device therefor
JPH09134112A (en) * 1995-11-09 1997-05-20 Victor Co Of Japan Ltd Correction method of computer-generated hologram
WO2003036368A1 (en) * 2001-10-25 2003-05-01 Hamamatsu Photonics K.K. Phase modulation apparatus and phase modulation method
JP2004138906A (en) * 2002-10-18 2004-05-13 Hamamatsu Photonics Kk Photo tweezer system
JP2004239660A (en) * 2003-02-04 2004-08-26 Japan Science & Technology Agency Microscope
JP2007500881A (en) * 2003-05-09 2007-01-18 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Scanning laser microscope with wavefront sensor
US20090101807A1 (en) * 2004-11-23 2009-04-23 New York University Manipulation of objects in potential energy landscapes
JP2006268004A (en) * 2005-02-25 2006-10-05 Nikon Corp Microscope device
JP2006235420A (en) * 2005-02-28 2006-09-07 Yokogawa Electric Corp Confocal microscope
JP2007114403A (en) * 2005-10-19 2007-05-10 Hamamatsu Photonics Kk Optical tweezer system
JP2009192832A (en) * 2008-02-14 2009-08-27 Hamamatsu Photonics Kk Observation apparatus

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013225118A (en) * 2012-03-23 2013-10-31 Olympus Corp Laser microscope
DE112013002773B4 (en) 2012-06-04 2024-03-28 Hamamatsu Photonics K.K. Method for adjusting a compensating optical system and compensating optical system
JP2014112122A (en) * 2012-12-05 2014-06-19 Olympus Corp Optical unit
US9606341B2 (en) 2012-12-05 2017-03-28 Olympus Corporation Optical apparatus
CN104614970A (en) * 2015-02-15 2015-05-13 电子科技大学 Optical scanning holographic image edge extracting method based on double-hole pupil
CN105204311A (en) * 2015-07-06 2015-12-30 电子科技大学 Gaussian apodization based optical scanning holographic edge detection method
WO2018138794A1 (en) * 2017-01-25 2018-08-02 オリンパス株式会社 Optical-scanning-type microscope device and method for measuring distance between spots in optical-scanning-type microscope device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20110267663A1 (en) Holographic image projection method and holographic image projection system
JP6378931B2 (en) Microscope device and image acquisition method
JP5721195B2 (en) Optical characteristic measuring apparatus and optical characteristic measuring method
US9696686B2 (en) Method and device for focussing a microscope automatically
US8716677B2 (en) Wavefront correction of light beam
US9846267B2 (en) Optical observation device
JP6249616B2 (en) Laser microscope
JP2004538451A (en) Method and device for obtaining a sample by three-dimensional microscopy
JP2014095908A (en) Focus adjustment device and focus adjustment method
JP2011128573A (en) Hologram image projector
KR102271053B1 (en) Point scan type imaging apparatus for imaging target object within media witch bring about aberration
JP2011133580A (en) Method and device for projecting hologram image
US9417608B2 (en) Apparatus and method for generating interference fringe pattern
CN204228121U (en) A kind of ellipsoidal mirror surface shape detection apparatus
JP2015219502A (en) Light stimulation device and light stimulation method
WO2024051079A1 (en) Super-resolution microscopic imaging method and system based on active-structured illumination
KR101356706B1 (en) Structured illumination microscope based on intensity modulation and scanning system
JP2011128572A (en) Hologram image projection method and hologram image projector
JPWO2020017017A1 (en) Optical measuring device and sample observation method
JP6539391B2 (en) Microscope apparatus and image acquisition method
JP5106369B2 (en) Optical device
JP7174604B2 (en) Optical image measuring device, optical image measuring method
JP6953673B2 (en) Optical measuring device and optical axis adjustment method
US20110242649A1 (en) Wavefront measurement method, wavefront measurement apparatus, and microscope
JP7000176B2 (en) Optical image measuring device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20121019

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130820

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130903

A977 Report on retrieval

Effective date: 20131010

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131101

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140107

A02 Decision of refusal

Effective date: 20140507

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02