JP2016044999A - 光画像計測装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザー光を出射する光源301、レーザー光を信号光と参照光に分岐する光分岐部304と、信号光を容器308内の測定対象に集光して照射する対物レンズ306、信号光の集光位置を走査する集光位置走査部307、参照光を集光する対物レンズ311、反射ミラー314、対物レンズ311と反射ミラー314の間に配置された平板313、測定対象によって反射もしくは散乱された信号光と反射ミラーによって反射されて対物レンズ311を通った参照光とを合波し、互いに位相関係が異なる3つ以上の干渉光を生成する干渉光学系、干渉光を検出する光検出器324,325を備える。ここで、対物レンズ311は対物レンズ306と同一であり、平板313は容器308の信号光が透過する部分と同じ材質及び同じ厚さを有する。
【選択図】図3
Description
デフォーカス収差は、一つの観点からすると、第1の画像に現れたクロストーク成分が第3の画像で除去あるいは低減される大きさとすることができる。
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
(1)一例として、光源から出射されたレーザー光を信号光と参照光とに分岐し、信号光を対物レンズにより測定対象に集光して照射させ、信号光の集光位置を集光位置走査部により走査し、参照光はデフォーカス収差調整部によってデフォーカスを調整され、干渉光学系によって測定対象から反射もしくは散乱された信号光を参照光と合波して互いに位相関係が異なる3つ以上の干渉光を生成して検出する。画像生成部ではこれら検出信号を元に画像データを生成し、画像処理部で生成された画像に対して画像処理を施す。画像処理部では、デフォーカス収差調整部で参照光にデフォーカス収差を付与しない状態で取得した第一の画像と、参照光にデフォーカス収差を付与した状態で得られた第二の画像を元に、測定対象の表面などの反射率の強い特定の反射面からのクロストーク成分を除去した第三の画像を生成する。ここで、デフォーカス収差調整部により参照光に付与されるデフォーカス収差は、信号光に含まれる反射率の強い特定の反射面からの反射光成分が有するデフォーカス収差と等しい。強い反射の生じる反射面とは、測定領域のその他の部位に比べて大きな反射率を有する反射面であり、当該反射面からの反射光がその周辺部分の構造の鮮明な可視化を妨げると考えられ、ユーザーがその反射面からの反射光の影響を取り除くことを選択しうる反射面である。具体的には、測定対象の表面、何らかの容器越しに信号光を照射する場合には当該容器の表面、あるいはホルマリン溶液などの液中にある測定対象の場合にはその液面などが考えられる。
これにより、測定対象表面などの特定の反射面からの強い反射光の影響を抑制することが可能となり、前記特定の反射面近傍の構造を鮮明に可視化することができる。
これにより、広帯域光源あるいは波長走査型光源を用いることなく、従来のOCT装置と同等かそれ以上の光軸方向の空間分解能を達成可能である。
これにより、電流差動型の検出器を用いているため、参照光の強度を大きくしても検出器が飽和しにくくなり、電流差動型の検出器を用いない場合よりも信号のSN比を大きくすることができる。
これにより、信号光に含まれる反射率の強い特定の反射面からの反射光成分が有するデフォーカス収差と等しいデフォーカス収差を、容易に参照光に付与することができる。
これにより、一度の測定で参照光にデフォーカス収差を付与しない条件での画像(第一の画像)と、参照光にデフォーカス収差を付与した条件での画像(第二の画像)を取得することが出来るため、より短い測定時間で、測定対象表面などの特定の反射面からの強い反射光の影響を抑制することが可能となり、前記特定の反射面近傍の構造を鮮明に可視化することができる。
図3(a)は、本発明による光画像計測装置の構成例を示す模式図である。
光源301から出射された1本のレーザー光はコリメートレンズ302によって平行光に変換され、光学軸方向を調整可能なλ/2板303によって偏光を回転させられた後、偏光ビームスプリッタ304からなる光分岐部によって信号光と参照光に2分岐される。信号光は光学軸方向が水平方向に対して約22.5度に設定されたλ/4板305を透過して偏光状態をs偏光から円偏光に変換された後、開口数が0.4以上の対物レンズ306によって培養容器308内の培養細胞309に集光して照射される。ここで、対物レンズ306は培養容器308の底面を通過後に球面収差がほぼゼロとなるように設計されているものとする。対物レンズ306は対物レンズアクチュエータ307によって走査され、これにより対物レンズ306による信号光の集光位置(測定位置)の走査がなされる。測定対象から反射又は散乱された信号光は対物レンズ306を再び通過し、λ/4板305によって偏光状態を円偏光からp偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ304へ入射する。一方、参照光はλ/4板310によって偏光状態をp偏光から円偏光に変換された後、参照光の光路中に配置されたデフォーカス収差調整部315へ入射する。
[式1]
と表す。ここでEsigは、信号光が集光される光軸方向の位置z、測定対象のz=z0からカウントしてj番目(z=z0を0番目とする)の反射点の光軸方向位置zj、j番目の反射点からの反射光の電場振幅Asig,j及び位相θsig,jを用いて以下のように表わすことができる。
[式3]
ここで、Arefとθrefはそれぞれ参照光の電場振幅と位相、Δzrefは参照光のデフォーカス量(対物レンズ311による参照光の集光位置と反射ミラー314の間の光軸方向の距離)である。WΔzrefr2はデフォーカス収差調整部315により参照光に付与されるデフォーカス収差を表わしている。
[式7]
[式8]
[式9]
ここで、θj=θsig,j−θref、keff=π・NA2/λである。また、I,Q及びAsig,j,θjは信号光のxy方向(光軸に垂直な面内方向)の集光位置(x,y)の関数であることを明示するため、I=I(x,y),Q=Q(x,y),Asig,j=Asig,j(x,y),θj=θj(x,y)と書き直した。
[式18]
と表わされる。式18はzm−z0だけデフォーカスした信号光を走査することにより取得した、z=z0におけるxy像の画像データである。検出器ノイズなどの影響を第一の画像と等しくするために、式18で表わされる画像に関しても繰り返し測定を行い平均化を施し、第二の画像データAveragedData2(Δzref=zm−z0;x,y)を取得する。第一の画像と第二の画像は、画像処理部330によって以下の画像処理を施され、第三の画像データが生成される。
図5は、本発明による光画像計測装置の別の実施例を示す模式図である。なお、図3に示した部品と同じものには同一の符号を付し、その説明を一部省略する。本実施例は、参照光を平面波として参照光にデフォーカス収差を付与しない状態で取得した画像と、参照光にデフォーカス収差を付与した状態で取得した画像が、一度の測定で得られる点において実施例1と異なる。
図6は、本発明の光画像計測装置における、別の動作手順の例を示した図である。装置構成は図3に示された実施例1と同様であるためその説明を省略する。本実施例は複数のz位置からの反射光によるクロストークを抑制する点において実施例1と異なる。ここでは、測定対象に強い反射の生じる部位、すなわちユーザーがその部位からの反射光の影響を取り除くことを選択しうる反射面がn個ある場合について考え、そのn個の反射面は表面から数えてS1,…,Sn番目の反射面であるとする。
[式26]
[式27]
となる。従って、このときの平均化された画像データは
[式28]
と表される。
図7は、本発明による光画像計測装置の別の実施例を示す模式図である。なお、図3に示した部品と同じものには同一の符号を付し、その説明を一部省略する。本実施例においては、測定対象として、それを保持するための培養容器のような測定対象保持部が不要な場合、あるいは測定対象保持部を設けることが困難な場合を想定している。従って、本実施例での信号光は実施例1のように培養容器を介して測定対象へ照射されるものではなく、測定対象309へ直接照射される。これに対応するために、本実施例ではデフォーカス収差調整部315から平板313が取り除かれており、この点において実施例1とは構成が異なる。さらに、本実施例においては画像処理部330における画像処理方法が実施例1とは異なる。
302:コリメートレンズ
303,317:λ/2板
304:偏光ビームスプリッタ
305,310,318:λ/4板
306:対物レンズ
307:対物レンズアクチュエータ
308:培養容器
309:培養細胞
315:デフォーカス収差調整部
323:干渉光学系
316:ハーフビームスプリッタ
319,320:集光レンズ
321,322:ウォラストンプリズム
324,325:電流差動型の光検出器
328:画像生成部
330:画像処理部
332:画像表示部
Claims (15)
- レーザー光を出射する光源と、
前記光源から出射されたレーザー光を信号光と参照光に分岐する光分岐部と、
前記信号光を容器内の測定対象に集光して照射する第1の対物レンズと、
前記信号光の集光位置を走査する集光位置走査部と、
前記参照光を集光する第2の対物レンズと、前記第2の対物レンズを通った参照光を反射して前記第2の対物レンズに戻す反射ミラーと、前記第2の対物レンズと前記反射ミラーの間に配置された平板と、
前記測定対象によって反射もしくは散乱された信号光と前記反射ミラーによって反射されて前記第2の対物レンズを通った参照光とを合波し、互いに位相関係が異なる3つ以上の干渉光を生成する干渉光学系と、
前記干渉光を検出する光検出器とを備え、
前記第2の対物レンズは前記第1の対物レンズと同一の対物レンズであり、前記平板は前記容器の前記信号光が透過する部分と同じ材質及び同じ厚さを有することを特徴とする光画像計測装置。 - 請求項1に記載の光画像計測装置において、
前記第2の対物レンズと前記反射ミラーの相対距離を変化させるアクチュエータを有することを特徴とする光画像計測装置。 - 請求項1に記載の光画像計測装置において、
前記第1及び第2の対物レンズは0.4以上の開口数を有することを特徴とする光画像計測装置。 - 請求項1に記載の光画像計測装置において、
前記集光位置走査部により走査される前記信号光の各集光位置において前記光検出器から得られた信号をもとに画像を生成する画像生成部と、前記画像生成部で生成された2つの画像の間で減算処理を行う画像処理部を備えることを特徴とする光画像計測装置。 - 1本のレーザー光を信号光と参照光に分岐し、前記信号光を測定対象に集光して照射し、前記測定対象から反射もしくは散乱された信号光と前記参照光を干渉させて互いに位相関係が異なる3つ以上の干渉光を生成し、前記干渉光の検出信号をもとに測定対象の断層像を取得する光画像計測方法であって、
前記参照光を平面波とした状態で、前記信号光の集光位置を光軸に垂直な方向に走査して得た検出信号をもとに第1の画像を取得する工程と、
前記参照光にデフォーカス収差を付与した状態で、前記信号光の集光位置を光軸に垂直な方向に走査して得た検出信号をもとに第2の画像を取得する工程と、
前記第1の画像と前記第2の画像の間で少なくとも減算処理を施すことにより第3の画像を生成する工程と、
を有することを特徴とする光画像計測方法。 - 請求項5に記載の光画像計測方法において、
前記第3の画像を生成する工程は、前記第1の画像から輝度調整を行った前記第2の画像を減算することによりなされることを特徴とする光画像計測方法。 - 請求項5に記載の光画像計測方法において、
前記デフォーカス収差は、前記第1の画像に現れたクロストーク成分が前記第3の画像で除去あるいは低減される大きさであることを特徴とする光画像計測方法。 - 請求項5に記載の光画像計測方法において、
前記デフォーカス収差は、前記参照光の光路中に配置した対物レンズと反射ミラーの相対距離を変化させることにより付与されることを特徴とする光画像計測方法。 - レーザー光を出射する光源と、
前記光源から出射されたレーザー光を信号光と参照光に分岐する光分岐部と、
前記信号光を測定対象に集光して照射する対物レンズと、
前記信号光の集光位置を走査する集光位置走査部と、
前記参照光のデフォーカス収差を調整するデフォーカス収差調整部と、
前記測定対象によって反射もしくは散乱された信号光を前記参照光と合波し、互いに位相関係が異なる3つ以上の干渉光を生成する干渉光学系と、
前記干渉光を検出する光検出器と、
前記光検出器の出力信号を元に画像を生成する画像生成部と、
前記画像生成部で生成された画像に対して画像処理を施す画像処理部と、を有し、
前記画像処理部は、前記参照光にデフォーカス収差を付与しない状態で前記画像生成部で生成した第1の画像と前記参照光にデフォーカス収差を付与した状態で前記画像生成部で生成した第2の画像の間で少なくとも減算処理を施すことにより、第3の画像を生成することを特徴とする光画像計測装置。 - 請求項9に記載の光画像計測装置において、前記第3の画像は前記画像処理部において前記第1の画像から輝度調整を行った前記第2の画像を減算することにより生成されることを特徴とする光画像計測装置。
- 請求項9に記載の光画像計測装置において、
前記デフォーカス収差調整部は、前記信号光の集光に用いる前記対物レンズと同一の第2の対物レンズと、反射ミラーと、前記第2の対物レンズと前記反射ミラーの相対距離を変化させるアクチュエータを備えることを特徴とする光画像計測装置。 - 請求項11に記載の光画像計測装置において、
前記デフォーカス収差調整部は、前記第2の対物レンズと前記反射ミラーの間に平板を備え、前記平板は測定対象を入れる容器の前記信号光が透過する部分と同じ材質及び同じ厚さを有することを特徴とする光画像計測装置。 - 請求項9に記載の光画像計測装置において、
前記参照光を前記デフォーカス収差調整部を通らない第1の参照光と前記デフォーカス収差調整部を通る第2の参照光に分岐する光分岐部を有し、
前記干渉光学系として第1の干渉光学系と第2の干渉光学系を有し、
前記第1の干渉光学系は前記測定対象によって反射もしくは散乱された信号光と前記第1の参照光との干渉光を生成し、前記第2の干渉光学系は前記測定対象によって反射もしくは散乱された信号光と前記第2の参照光との干渉光を生成し、
前記第1の干渉光学系の干渉光を検出する光検出器の出力信号を元に前記画像生成部で生成された画像を前記第1の画像とし、前記第2の干渉光学系の干渉光を検出する光検出器の出力信号を元に前記画像生成部で生成された画像を前記第2の画像とすることを特徴とする光画像計測装置。 - 請求項9に記載の光画像計測装置において、前記対物レンズは0.4以上の開口数を有することを特徴とする光画像計測装置。
- 請求項9に記載の光画像計測装置において、
前記干渉光学系において生成される干渉光は4つであり、
前記信号光と前記参照光の干渉位相が互いに略90度の整数倍だけ異なり、
前記信号光と前記参照光の干渉位相が互いに略180度異なる干渉光の対が電流差動型の光検出器によって検出される、
ことを特徴とする光画像計測装置。
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