JP2016109702A - Image acquisition device and image acquisition method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、観察対象物の画像を取得する画像取得装置及び画像取得方法に関する。 The present invention relates to an image acquisition apparatus and an image acquisition method for acquiring an image of an observation object.
従来から、レーザ光等のコヒーレント光を観察対象物に照射することにより観察対象物の像を観察することが広く行われている。このような観察においては、スペックルノイズによる像の劣化が問題となる場合がある。スペックルとは、空間的及び時間的にコヒーレントな光が光学的に粗い面に入射したときに発生する明暗の斑点状の模様のことである。 Conventionally, observing an image of an observation object by irradiating the observation object with coherent light such as laser light has been widely performed. In such observation, image degradation due to speckle noise may be a problem. Speckle is a bright and dark spot-like pattern generated when spatially and temporally coherent light is incident on an optically rough surface.
このようなスペックルノイズを低減するための構成として、下記特許文献１に記載の照明装置が知られている。この照明装置では、レンズアレイを用いてコヒーレント光を複数の光束に分割して、焦点位置でほぼ同一の被照射領域を照明するように集光レンズを用いて複数の光束を集光する構成を有する。 As a configuration for reducing such speckle noise, an illumination device described in Patent Document 1 below is known. In this illumination device, the lens array is used to divide the coherent light into a plurality of light beams, and the condensing lens is used to collect the plurality of light beams so as to illuminate substantially the same irradiated region at the focal position. Have.
しかしながら、上記の従来の照明装置においては、レンズアレイを用いているため、レンズアレイのアレイ数でスペックルノイズの低減度合いが決まり、レンズアレイのアレイ数は有限なので、離散的なスペックルノイズの低減しかできない。また、照明装置に含まれる集光レンズの焦点位置を照明するように構成されているため、スペックルノイズが低減できる範囲が限定される傾向にある。その限定範囲は、レンズアレイを構成するレンズ間隔に依存する。 However, since the conventional lighting device uses a lens array, the degree of speckle noise reduction is determined by the number of lens arrays, and the number of lens arrays is finite. It can only be reduced. Moreover, since it is comprised so that the focus position of the condensing lens contained in an illuminating device may be illuminated, it exists in the tendency for the range which can reduce speckle noise to be limited. The limited range depends on the distance between the lenses constituting the lens array.
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、観察対象物の観察面の広範囲に亘ったスペックルノイズの低減を可能にする画像取得装置及び画像取得方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and provides an image acquisition device and an image acquisition method that enable reduction of speckle noise over a wide range of the observation surface of the observation object. Objective.
上記課題を解決するため、本発明の一形態に係る画像取得装置は、観察対象物の観察面における画像を取得する画像取得装置であって、空間的にコヒーレントな照明光を照射する光源部と、照明光を平行光に変換するコリメートレンズと、第１の焦点を有し、平行光に変換された照明光を集光する第１の集光レンズを含む第１の光学系と、第１の光学系の第１の焦点の位置を、第１の光学系の光軸方向に沿って調整する第１の調整機構と、第２の焦点を有し、観察対象物の観察面からの観察光を集光する第２の集光レンズと第２の集光レンズからの観察光を結像する結像レンズとを含む第２の光学系と、第２の光学系の第２の焦点の位置を、第２の光学系の光軸方向に沿って調整する第２の調整機構と、結像レンズによって結像された観察光を撮像することによって画像データを生成する撮像装置と、画像データを基に観察対象物の観察面における観察データを生成する画像処理部とを備え、第１の調整機構は、第１の焦点の位置が観察面から外れるように調整するように構成され、第２の調整機構は、第２の焦点の位置が観察面に一致するように調整するように構成されている。 In order to solve the above problem, an image acquisition device according to an aspect of the present invention is an image acquisition device that acquires an image on an observation surface of an observation object, and a light source unit that emits spatially coherent illumination light; A first optical system including a collimating lens that converts illumination light into parallel light, a first condensing lens that has a first focal point and condenses the illumination light converted into parallel light, and A first adjustment mechanism that adjusts the position of the first focal point of the optical system along the optical axis direction of the first optical system, and an observation target object from the observation surface that has the second focal point. A second optical system including a second condensing lens for condensing light and an imaging lens for forming an image of observation light from the second condensing lens; and a second focal point of the second optical system. Observation light imaged by a second adjustment mechanism that adjusts the position along the optical axis direction of the second optical system and an imaging lens An imaging device that generates image data by imaging, and an image processing unit that generates observation data on the observation surface of the observation object based on the image data, and the first adjustment mechanism includes the position of the first focus Is adjusted so as to deviate from the observation surface, and the second adjustment mechanism is configured to adjust so that the position of the second focal point coincides with the observation surface.
或いは、本発明の他の形態に係る画像取得方法は、観察対象物の観察面における画像を取得する画像取得方法であって、第１の焦点を有する第１の光学系を用いて、空間的にコヒーレントな平行光である照明光を、第１の焦点の位置に集光するとともに、観察対象物に照射し、第１の光学系の第１の焦点の位置を、第１の光学系の光軸方向に沿って観察面から外れるように調整し、第２の焦点を有する第２の光学系を用いて、観察対象物の観察面からの観察光を集光し、第２の光学系の第２の焦点の位置を、第２の光学系の光軸方向に沿って観察面に一致するように調整し、撮像装置を用いて、第２の光学系によって集光された観察光を撮像することによって画像データを生成し、画像データを基に観察対象物の観察面における観察データを生成する。 Alternatively, an image acquisition method according to another aspect of the present invention is an image acquisition method for acquiring an image on an observation surface of an observation object, and uses a first optical system having a first focal point to spatially The illumination light, which is coherent parallel light, is condensed at the position of the first focal point and irradiated on the object to be observed, and the position of the first focal point of the first optical system is changed to that of the first optical system. Adjustment is made along the optical axis direction so as to deviate from the observation surface, and using the second optical system having the second focal point, the observation light from the observation surface of the observation object is condensed, and the second optical system The position of the second focal point is adjusted so as to coincide with the observation surface along the optical axis direction of the second optical system, and the observation light collected by the second optical system is collected using the imaging device. Image data is generated by imaging, and observation data on the observation surface of the observation object is generated based on the image data. It is formed.
上記形態の画像取得装置或いは画像取得方法によれば、空間的にコヒーレントな平行光である照明光が、第１の光学系によって第１の焦点の位置に集光されるとともに観察対象物に照射され、それに応じて観察対象物の観察面から生じた観察光が第２の光学系によって集光される。さらに、集光された観察光が撮像装置によって撮像されることにより画像データが生成され、画像データを基に観察面における観察データが生成される。ここで、第１の光学系の第１の焦点の位置が観察面から外れるように調整されると同時に、第２の光学系の第２の焦点の位置が観察面に一致するように調整される。これにより、観察対象物の観察面の広範囲に亘って様々な角度で照明光が照射されることにより観察面の広範囲に亘ってスペックルノイズが低減された像を取得でできるとともに、観察面での焦点の合った明瞭な像を取得することができる。 According to the image acquisition apparatus or the image acquisition method of the above aspect, the illumination light that is spatially coherent parallel light is condensed at the position of the first focal point by the first optical system and irradiated on the observation object. Accordingly, the observation light generated from the observation surface of the observation object is condensed by the second optical system. Furthermore, image data is generated by the collected observation light being imaged by the imaging device, and observation data on the observation surface is generated based on the image data. Here, the position of the first focal point of the first optical system is adjusted so as to deviate from the observation surface, and at the same time, the position of the second focal point of the second optical system is adjusted to coincide with the observation surface. The As a result, it is possible to obtain an image in which speckle noise is reduced over a wide range of the observation surface by irradiating illumination light at various angles over a wide range of the observation surface of the observation object. A clear and well-focused image can be obtained.
ここで、第２の光学系は、観察光として観察対象物を透過した照明光を集光可能なように配置されている、ことが好適である。かかる構成の第２の光学系を備えれば、照明光を観察対象物を透過させることによって得られた観察データにおいて、スペックルノイズが観察面の広範囲で低減され、かつ観察面での焦点の合った明瞭な像を取得することができる。 Here, it is preferable that the second optical system is arranged so as to be able to collect the illumination light transmitted through the observation object as the observation light. With the second optical system having such a configuration, in the observation data obtained by transmitting the illumination light through the observation object, speckle noise is reduced over a wide range of the observation surface, and the focus on the observation surface is reduced. A clear and consistent image can be acquired.
また、第２の光学系は、観察光として観察対象物によって反射された照明光を集光可能なように配置されている、ことも好適である。かかる構成の第２の光学系を備えれば、照明光を観察対象物で反射させることによって得られた観察データにおいて、スペックルノイズが観察面の広範囲で低減され、かつ観察面での焦点の合った明瞭な像を取得することができる。 In addition, it is also preferable that the second optical system is arranged so as to be able to collect the illumination light reflected by the observation object as the observation light. With the second optical system having such a configuration, in the observation data obtained by reflecting the illumination light with the observation object, speckle noise is reduced over a wide range of the observation surface, and the focus on the observation surface is reduced. A clear and consistent image can be acquired.
さらに、光源部は、複数の波長の異なる単色光を異なるタイミングで出力するように構成され、画像処理部は、それぞれの単色光に応じて生成された画像データを重ね合わせることにより観察データを生成するように構成されている、ことも好適である。この場合、さらにスペックルノイズが広範囲で低減された像を取得することができる。 Furthermore, the light source unit is configured to output a plurality of monochromatic lights having different wavelengths at different timings, and the image processing unit generates observation data by superimposing image data generated according to each monochromatic light. It is also suitable that it is comprised. In this case, an image in which speckle noise is further reduced in a wide range can be acquired.
またさらに、光源部は、複数の波長の異なる光を含んだ照明光を出力するように構成され、画像処理部は、照明光に応じて生成された画像データを観察データとして生成するように構成されている、ことも好適である。この場合、さらにスペックルノイズが広範囲で低減された像を取得することができる。 Further, the light source unit is configured to output illumination light including light having a plurality of different wavelengths, and the image processing unit is configured to generate image data generated according to the illumination light as observation data. It is also suitable. In this case, an image in which speckle noise is further reduced in a wide range can be acquired.
さらにまた、照明光に光路長差を生じさせて参照光として出力する光路長差生成部をさらに備え、撮像装置が観察光と参照光とを同時に撮像可能に構成されている、ことも好適である。こうすれば、観察対象物からの観察光と、観察光に対して光路長差が与えられた参照光とが合波されて撮像されることにより、干渉画像データを取得することができる。 Furthermore, it is preferable that the optical path length difference generation unit that generates an optical path length difference in the illumination light and outputs it as reference light is further provided, and the imaging device is configured to be able to image observation light and reference light simultaneously. is there. In this way, the interference image data can be acquired by imaging the observation light from the observation object and the reference light to which the optical path length difference is given with respect to the observation light.
本発明によれば、観察対象物の観察面の広範囲に亘ったスペックルノイズの低減が可能となる。 According to the present invention, it is possible to reduce speckle noise over a wide range of the observation surface of the observation object.
以下、添付図面を参照しながら本発明による画像取得装置、及び画像取得方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図面は説明用のために作成されたものであり、説明の対象部位を特に強調するように描かれている。そのため、図面における各部材の寸法比率は、必ずしも実際のものとは一致しない。 Embodiments of an image acquisition device and an image acquisition method according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Each drawing is made for the purpose of explanation, and is drawn so as to particularly emphasize the target portion of the explanation. Therefore, the dimensional ratio of each member in the drawings does not necessarily match the actual one.
図１は、本発明の一実施形態の画像取得装置１の構成を模式的に示す図である。本実施形態による画像取得装置１は、サンプル（観察対象物）Ｓに対して照明光を照射してその結果生じた像を取得するための装置である。なお、本実施形態では、画像取得装置１は、サンプルＳを照明光が透過することによって生じる透過像を取得する。 FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of an image acquisition apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. The image acquisition apparatus 1 according to the present embodiment is an apparatus for irradiating a sample (observation object) S with illumination light and acquiring an image generated as a result. In the present embodiment, the image acquisition device 1 acquires a transmission image that is generated when the illumination light passes through the sample S.
画像取得装置１は、光源３、コリメートレンズ５、レンズ（第１の集光レンズ）７、レンズ移動機構（第１の調整機構）９、対物レンズ（第２の集光レンズ）１１、対物レンズ移動機構（第２の調整機構）１３、結像レンズ１５、撮像装置１７、画像処理装置（画像処理部）１９、表示部２１、及び入力部２３を含んで構成されている。これらの光源３、コリメートレンズ５、レンズ７、１１、結像レンズ１５、及び撮像装置１７は光源３の照射光軸Ａ１に沿ってこの順で並んで配置されている。なお、レンズ７は、対物レンズでもよい。 The image acquisition apparatus 1 includes a light source 3, a collimating lens 5, a lens (first condenser lens) 7, a lens moving mechanism (first adjustment mechanism) 9, an objective lens (second condenser lens) 11, and an objective lens. A moving mechanism (second adjusting mechanism) 13, an imaging lens 15, an imaging device 17, an image processing device (image processing unit) 19, a display unit 21, and an input unit 23 are configured. The light source 3, the collimating lens 5, the lenses 7 and 11, the imaging lens 15, and the imaging device 17 are arranged in this order along the irradiation optical axis A 1 of the light source 3. The lens 7 may be an objective lens.
光源３は、空間的にコヒーレントな照明光Ｌ０を照射する装置である。このような光源３としては、レーザ光源、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）光源、或いはＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光源等が用いられる。あるいは、光源３は、一定の波長の単色光をＣＷ（Continuous Wave）光として照射し、さらに異なるタイミングで異なる波長のＣＷ光を出力可能なように構成されている。具体的には、光源３は、照射する単色光の波長を時間的に連続して自動で切り換え可能に構成される。 The light source 3 is a device that irradiates spatially coherent illumination light L 0 . As such a light source 3, a laser light source, an SLD (Super Luminescent Diode) light source, an ASE (Amplified Spontaneous Emission) light source, or the like is used. Alternatively, the light source 3 is configured to irradiate monochromatic light having a constant wavelength as CW (Continuous Wave) light and to output CW light having different wavelengths at different timings. Specifically, the light source 3 is configured to be able to automatically and continuously switch the wavelength of the monochromatic light to be irradiated in time.
コリメートレンズ５は、光源３からの照明光Ｌ０を平行光に変換し、平行光に変換された照明光Ｌ０を照射光軸Ａ１に沿って出力する。レンズ７は、コリメートレンズ５を通過した照明光Ｌ０を、サンプルＳに向けて集光する。このレンズ７の焦点の位置は、サンプルＳの画像取得対象となる観察面Ｓ１から外れた面Ｓ２に位置するようにレンズ移動機構９によって調整されている。なお、このレンズ７は、サンプルを照明するための光学系である照射光学系（第１の光学系）を構成する。上記のレンズ移動機構９は、レンズ７をその光軸方向に移動可能に支持し、レンズ７の焦点位置を観察面Ｓ１から外れた位置に調整可能に構成されている。 The collimating lens 5 converts the illumination light L 0 from the light source 3 into parallel light, and outputs the illumination light L 0 converted into parallel light along the irradiation optical axis A 1 . The lens 7 condenses the illumination light L 0 that has passed through the collimating lens 5 toward the sample S. The position of the focal point of the lens 7 is adjusted by the lens moving mechanism 9 so as to be positioned on the surface S 2 that is deviated from the observation surface S 1 as the image acquisition target of the sample S. The lens 7 constitutes an irradiation optical system (first optical system) that is an optical system for illuminating the sample. It said lens movement mechanism 9, a lens 7 and movable in its optical axis direction, and is adjustably configured at a position off the focal position of the lens 7 from the observation surface S 1.
対物レンズ１１は、サンプルＳを挟んでレンズ７の反対側に配置され、サンプルＳを照明光Ｌ０が透過することによってサンプルＳの観察面Ｓ１から生じた観察光Ｌ１を集光する。結像レンズ１５は、対物レンズ１１を通過した観察光Ｌ１を撮像装置１７に向けて結像する。これらの対物レンズ１１及び結像レンズ１５は、観察光Ｌ１を撮像装置１７に像として導くための光学系である検出光学系（第２の光学系）を構成する。この検出光学系の焦点の位置は、サンプルＳの観察面Ｓ１に一致するように対物レンズ移動機構１３によって調整されている。対物レンズ移動機構１３は、対物レンズ１１をその光軸方向に移動可能に支持し、検出光学系の焦点位置を観察面Ｓ１に一致する位置に調整可能に構成されている。 The objective lens 11 is disposed on the opposite side of the lens 7 with the sample S interposed therebetween, and collects the observation light L 1 generated from the observation surface S 1 of the sample S when the illumination light L 0 passes through the sample S. The imaging lens 15 images the observation light L 1 that has passed through the objective lens 11 toward the imaging device 17. These objective lens 11 and the imaging lens 15 constitute the observation light L 1 to the imaging device 17 detecting optical system is an optical system for guiding the image (second optical system). The focus position of the detection optical system is adjusted by the objective lens moving mechanism 13 so as to coincide with the observation surface S 1 of the sample S. Objective lens moving mechanism 13 movably supports the objective lens 11 in the optical axis direction, and is adjustably configured in a position to match the focal position of the detecting optical system in the viewing plane S 1.
撮像装置１７は、ＣＭＯＳイメージセンサ、ＣＣＤイメージセンサ等のカメラ装置であり、結像レンズ１５によって結像された観察光Ｌ１を撮像することによってサンプルＳの観察面Ｓ１における画像データを生成する。この撮像装置１７は、生成した画像データを画像処理装置１９に送出する。その際、撮像装置１７は、光源３による照明光Ｌ０の波長の連続的な切り替えのタイミングに同期させて観察光Ｌ１を撮像し、それに応じて様々な波長の照明光Ｌ０に対応して得られた画像データを画像処理装置１９に順次送出する。 The imaging device 17 is a camera device such as a CMOS image sensor or a CCD image sensor, and generates image data on the observation surface S 1 of the sample S by imaging the observation light L 1 imaged by the imaging lens 15. . The imaging device 17 sends the generated image data to the image processing device 19. At that time, the imaging device 17 images the observation light L 1 in synchronization with the continuous switching timing of the wavelength of the illumination light L 0 by the light source 3, and responds to the illumination light L 0 of various wavelengths accordingly. The image data obtained in this way is sequentially sent to the image processing device 19.
画像処理装置１９は、ＣＰＵ及びメモリを内蔵したパーソナルコンピュータ等で実現され、撮像装置１７で生成された画像データを基にサンプルＳの観察面Ｓ１における観察像を示す観察データを生成する。具体的には、画像処理装置１９は、撮像装置１７により様々な波長の照明光Ｌ０に対応して生成された画像データを１つの画像に重ね合わせることにより観察データを生成する。画像処理装置１９には、観察データを出力するためのディスプレイ等の表示部２１と、画像処理装置１９にコマンド等の各種情報を入力するための入力部２３とが備えられる。 The image processing device 19 is realized by a personal computer or the like incorporating a CPU and a memory, and generates observation data indicating an observation image on the observation surface S 1 of the sample S based on the image data generated by the imaging device 17. Specifically, the image processing device 19 generates observation data by superimposing image data generated by the imaging device 17 corresponding to the illumination light L 0 of various wavelengths on one image. The image processing device 19 includes a display unit 21 such as a display for outputting observation data, and an input unit 23 for inputting various information such as commands to the image processing device 19.
次に、画像取得装置１における照射光学系によるサンプルＳへの照明光Ｌ０の照射状態について説明する。 Next, the irradiation state of the illumination light L 0 on the sample S by the irradiation optical system in the image acquisition device 1 will be described.
例えば、光源３から照射された照明光Ｌ０が、コリメートレンズ５によって直径１０ｍｍの平行光に変換されてからレンズ７を通過させられ、レンズ７によりサンプルＳの観察面Ｓ１上で直径２．５ｍｍのビームに集光される。ここでは、レンズ７の焦点位置がわざと観察面Ｓ１から外れるように設定され、表示部２１上に出力される像を基にビームの広がりが最適になるように焦点位置が調整される。図２は、画像取得装置１のレンズ７の照明光Ｌ０の集光状態を示す図である。ここでは、レンズ７の焦点距離を４０ｍｍとし、仮にレンズ７の焦点位置を観察面Ｓ１上に一致するように設定した場合、焦点位置におけるスポット径１．５ｍｍの集光状態を示している。その場合のレンズ７の球面収差は、相似の計算により、
ｘ≒５．２１ｍｍ
と求められ、レンズ７の外端を通過した照明光Ｌ０は、レンズ７の光軸Ａ２に対して、
θ＝ａｒｃｔａｎ（０．７５／５．２１）≒８．２度
の角度を持ってサンプルＳに照射されることが分かる。つまり、サンプルＳに対向して配置されたレンズ７により、焦点位置から外れるように配置された観察面Ｓ１には、レンズ中心を通過した光軸Ａ２に対する角度（入射角）が０度の照明光Ｌ０を中心に、同心円状に異なる入射角を有する照明光Ｌ０が入射する。
For example, the illumination light L 0 emitted from the light source 3 is converted into parallel light having a diameter of 10 mm by the collimator lens 5 and then passed through the lens 7, and the lens 7 has a diameter of 2. on the observation surface S 1 of the sample S. It is focused on a 5 mm beam. Here, the focal position of the lens 7 is set to deliberately deviate from the observation surface S 1, the focal position so spread is optimized beams are adjusted based on the image to be outputted on the display unit 21. FIG. 2 is a diagram illustrating a condensing state of the illumination light L 0 of the lens 7 of the image acquisition device 1. Here, if the focal length of the lens 7 and 40 mm, was set so as provisionally to match the focal position of the lens 7 in the observation plane S 1, it shows a condensed state of the spot diameter 1.5mm at the focal position. The spherical aberration of the lens 7 in that case is calculated by similarity calculation,
x ≒ 5.21mm
And the illumination light L 0 that has passed through the outer end of the lens 7 is relative to the optical axis A 2 of the lens 7.
It can be seen that the sample S is irradiated with an angle of θ = arctan (0.75 / 5.21) ≈8.2 degrees. In other words, by the lens 7 disposed opposite to the sample S, the observation surface S 1 disposed so as to deviate from the focal position, with respect to the optical axis A 2 passing through the lens center angle (incident angle) 0 degrees With the illumination light L 0 as the center, illumination light L 0 having different incident angles concentrically enters.
図３は、画像取得装置１のレンズ７の焦点位置が観察面Ｓ１の手前に外れるように設定された場合の照明光Ｌ０の集光状態を示す図である。このように、レンズ７の球面収差により、レンズ７の光軸Ａ２からの距離が異なる位置を通過する照明光Ｌ０のビームは、異なる広がり角θ１，θ２，θ３に制限された球面波としてサンプルＳに向けて照射されることになる。これにより、サンプルＳでは、１つの画像データの取得時で、光軸Ａ２上の位置を中心に同心円状に照明光Ｌ０の入射角が異なる結果となる。 FIG. 3 is a diagram illustrating a condensing state of the illumination light L 0 when the focal position of the lens 7 of the image acquisition device 1 is set so as to be out of front of the observation surface S 1 . Thus, due to the spherical aberration of the lens 7, the beam of the illumination light L 0 passing through the position where the distance from the optical axis A 2 of the lens 7 is different is limited to the different spread angles θ 1 , θ 2 , θ 3 . The sample S is irradiated toward the sample S as a spherical wave. As a result, in the sample S, when one image data is acquired, the incident angle of the illumination light L 0 differs concentrically around the position on the optical axis A 2 .
また、図４は、画像取得装置１のレンズ７の焦点位置が観察面Ｓ１の手前に外れるように設定された場合の様々な波長の照明光Ｌ０の集光状態を示す図である。このように、レンズ７の波長分散（色収差）の性質により、レンズ７の光軸Ａ２からの距離が同じ位置を通過する異なる波長を有する照明光Ｌ０の各ビームについても、互いに異なる広がり角θ４，θ５，θ６に制限された球面波としてサンプルＳに向けて照射されることになる。これにより、サンプルＳでは、異なる波長の照明光Ｌ０の照射に応じて得られた画像データの取得タイミングの間で、光軸Ａ２上の位置を中心にした同心円状の照明光Ｌ０の入射角の分布が異なる結果を導く。 FIG. 4 is a diagram showing a condensing state of the illumination light L 0 having various wavelengths when the focal position of the lens 7 of the image acquisition device 1 is set so as to deviate from the front of the observation surface S 1 . In this way, due to the nature of the chromatic dispersion (chromatic aberration) of the lens 7, the divergence angles that are different from each other also for the beams of the illumination light L 0 having different wavelengths that pass through the same position from the optical axis A 2 of the lens 7. The sample S is irradiated toward the sample S as a spherical wave limited to θ 4 , θ 5 , and θ 6 . Thereby, in the sample S, the concentric illumination light L 0 centered on the position on the optical axis A 2 between the acquisition timings of the image data obtained in accordance with the irradiation of the illumination light L 0 having different wavelengths. Leading results with different distribution of incident angles.
さらに、画像取得装置１における照射光学系の焦点位置の最適な設定範囲について説明する。 Furthermore, an optimum setting range of the focal position of the irradiation optical system in the image acquisition device 1 will be described.
図５は、画像取得装置１においてレンズ７の焦点位置を観察面Ｓ１に一致するように調整した際に取得される画像データの一例を示す図、図６は、図５の状態からレンズ７の位置を２０ｍｍほど観察面Ｓ１に近づけるように調整した際に取得される画像データの一例を示す図、図７は、図５の状態からレンズ７の位置を２０ｍｍほど観察面Ｓ１から遠ざけるように調整した際に取得される画像データの一例を示す図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of image data acquired when the focal position of the lens 7 is adjusted so as to coincide with the observation plane S 1 in the image acquisition device 1, and FIG. 6 illustrates the lens 7 from the state of FIG. diagram illustrating an example of image data obtained when adjusting the position as close to the observation surface S 1 as 20mm, 7, away position of the lens 7 from the observation surface S 1 as 20mm from the state of FIG. 5 It is a figure which shows an example of the image data acquired when adjusting in this way.
図５に示すように、焦点位置を観察面Ｓ１に近づけると、観察面Ｓ１に全体を照明光Ｌ０がカバーできておらず、光の明暗の光量差が大きく、光が当たっている部分は画素値が飽和し、光が当たっていない部分は極端に暗くなっている。さらにこの場合は、スペックルが円周上の境界にしか現れておらず、サンプルＳのイメージングには不適切であるといえる。一方、図６及び図７に示すように、レンズ７の焦点位置を観察面Ｓ１の前後に外した場合は、観察面Ｓ１の撮像範囲に照明光Ｌ０が広がり、観察面Ｓ１の撮像範囲全体をほぼカバーできている。ここで、焦点位置を外す方向は、レンズの原理的にも任意に選択可能である。 As shown in FIG. 5, the closer the focal position on the observation surface S 1, the illumination light L 0 is not able to cover the entire viewing surface S 1, the light amount difference between light and dark of the light is large, the light is hitting The pixel value is saturated in the portion, and the portion not exposed to light is extremely dark. Furthermore, in this case, speckle appears only at the boundary on the circumference, and it can be said that it is inappropriate for imaging of the sample S. On the other hand, as shown in FIGS. 6 and 7, when the defocused position of the lens 7 before and after the observation surface S 1, the illumination light L 0 spread the imaging range of the observation plane S 1, the observation surface S 1 The entire imaging range can be almost covered. Here, the direction of removing the focal position can be arbitrarily selected in terms of the lens principle.
図８及び図９には、図７の状態からレンズ７の位置を観察面Ｓ１からさらに遠ざけた場合の画像データを示している。図８は、図５の状態からレンズ７の位置を２５ｍｍほど観察面Ｓ１から遠ざけるように調整した際に取得される画像データの一例を示す図、図９は、図５の状態からレンズ７の位置を３０ｍｍほど観察面Ｓ１から遠ざけるように調整した際に取得される画像データの一例を示す図である。 8 and 9 show the image data when the further away from the observation surface S 1 the position of the lens 7 from the state of FIG. Figure 8 is a diagram showing an example of image data acquired upon adjusted away the position of the lens 7 from the state of FIG. 5 as the observation surface S 1 25 mm, Fig. 9, lens from the state of FIG. 5 7 the position is a diagram showing an example of image data acquired upon adjusted away from the observation surface S 1 as 30 mm.
図８に示すように、レンズ７の位置を観察面Ｓ１から遠ざけてゆくと、照明光Ｌ０のスポット径はさらに広がるために単位面積当たりの光量が減少し、また、迷光の焦点に近づくことにより輝点が生じてしまう。図９に示すように、レンズ７の位置を観察面Ｓ１からさらに遠ざけてゆくと、迷光の焦点により近づき輝点の径は縮小する。なお、迷光の焦点を超えてさらにレンズ７を遠ざけると、迷光は拡大し迷光の単位面積当たりの光量が減少するが、本来の照明光Ｌ０のスポット径も大きく拡大することになるため十分な照明が得られない。 As shown in FIG. 8, when Yuku away the position of the lens 7 from the observation surface S 1, the light quantity per unit area for the spot diameter of the illumination light L 0 is spread further decreases, also closer to the focal point of the stray light As a result, bright spots are generated. As shown in FIG. 9, when Yuku further away the position of the lens 7 from the observation surface S 1, the diameter of the bright point closer by the focus of the stray light is reduced. If the lens 7 is moved further beyond the focal point of the stray light, the stray light expands and the amount of light per unit area of the stray light decreases. However, the spot diameter of the original illumination light L 0 is greatly increased, which is sufficient. I can't get lighting.
つまり、画像取得装置１における照射光学系の焦点位置は、本来の照明光Ｌ０の単位面積当たりの光量が迷光のそれよりも十分に大きく、サンプルＳの観察範囲にほぼ均等に照明光Ｌ０が照射されるように設定されている。これは、迷光の輝点の形状は照明光Ｌ０の波長の変化にほとんど依存しないために、複数波長の画像データを重ね合わせることにより観察データにおいて輝点が現れることを防止するためである。なお、レンズ７の位置の調整は、観察面Ｓ１に近づける方向、及び観察面Ｓ１から遠ざける方向のいずれでも構わない。 In other words, the focal position of the irradiation optical system in the image acquisition apparatus 1 is such that the amount of light per unit area of the original illumination light L 0 is sufficiently larger than that of stray light, and the illumination light L 0 is almost uniformly in the observation range of the sample S. Is set to be irradiated. This is because the shape of the bright spot of the stray light hardly depends on the change in the wavelength of the illumination light L 0 , so that bright spots appear in the observation data by superimposing image data of a plurality of wavelengths. The adjustment of the position of the lens 7, a direction closer to the observation surface S 1, and may be any of a direction away from the observation surface S 1.
ここで、本実施形態の画像取得装置１を用いた画像取得方法の手順について説明する。上述した画像取得装置１においては、光源３から波長の異なる単色光である照明光Ｌ０が異なるタイミングで連続的に照射され、それに伴って撮像装置１７によって複数波長の照明光Ｌ０に対応した画像データが生成される。すなわち、光源３から照射されたそれぞれの波長の照明光Ｌ０は、コリメートレンズ５によって平行光に変換され、平行光に変換された照明光Ｌ０は、照射光学系であるレンズ７によってサンプルＳに向けて集光及び照射される。このとき、レンズ移動機構９によってレンズ７の焦点位置が観察面Ｓ１から外れるように調整される。さらに、サンプルＳを照明光Ｌ０が透過することによって観察面Ｓ１から生じた観察光Ｌ１は、対物レンズ１１及び結像レンズ１５を含む検出光学系によって撮像装置１７に向けて集光及び結像される。このとき、対物レンズ移動機構１３によって検出光学系の焦点位置が観察面Ｓ１に一致するように調整される。これにより、撮像装置１７によって観察面Ｓ１の観察像を示す画像データが生成される。このようにして撮像装置１７で得られた複数波長の照明光Ｌ０に対応した画像データは、画像処理装置１９によって１つの観察データに重ね合わせられる。 Here, a procedure of an image acquisition method using the image acquisition device 1 of the present embodiment will be described. In the image acquisition device 1 described above, the illumination light L 0, which is monochromatic light having different wavelengths, is continuously emitted from the light source 3 at different timings, and accordingly, the imaging device 17 supports the illumination light L 0 having a plurality of wavelengths. Image data is generated. That is, the illumination light L 0 of each wavelength irradiated from the light source 3 is converted into parallel light by the collimator lens 5, and the illumination light L 0 converted into parallel light is sampled by the lens 7 that is an irradiation optical system. It is condensed and irradiated toward In this case, the focal position of the lens 7 is adjusted so that out of the observation surface S 1 by the lens moving mechanism 9. Further, the observation light L 1 generated from the observation surface S 1 by the illumination light L 0 passing through the sample S is condensed and directed toward the imaging device 17 by the detection optical system including the objective lens 11 and the imaging lens 15. Imaged. At this time, it is adjusted such that the focal point position of the detecting optical system is coincident with the observation surface S 1 by the objective lens moving mechanism 13. Thus, image data indicating the observation image of the observation surface S 1 by the imaging device 17 is generated. The image data corresponding to the illumination light L 0 having a plurality of wavelengths obtained by the imaging device 17 in this way is superimposed on one observation data by the image processing device 19.
以上説明した画像取得装置１及びそれを用いた画像取得方法によれば、空間的にコヒーレントな平行光である照明光Ｌ０が、照射光学系によって観察面Ｓ１から外れた焦点位置に集光されるとともにサンプルＳに照射され、それに応じてサンプルＳの観察面Ｓ１から生じた観察光Ｌ１が観察面Ｓ１に一致した焦点位置を有する検出光学系によって集光される。さらに、集光された観察光Ｌ１が撮像装置１７によって撮像されることにより画像データが生成され、画像データを基に観察面Ｓ１における観察データが生成される。これにより、サンプルＳの観察面Ｓ１の広範囲に亘って様々な角度で照明光Ｌ０が照射されることにより観察面Ｓ１の広範囲に亘ってスペックルノイズが低減された像を取得でできるとともに、観察面Ｓ１での焦点の合った明瞭な像を取得することができる。 According to the image acquiring method using the described image acquisition apparatus 1 and more spatially illumination light L 0 is a coherent parallel light condensing the focal position off the observation surface S 1 by the irradiation optical system At the same time, the sample S is irradiated, and accordingly, the observation light L 1 generated from the observation surface S 1 of the sample S is condensed by a detection optical system having a focal position that coincides with the observation surface S 1 . Further, the collected observation light L 1 is imaged by the imaging device 17 to generate image data, and observation data on the observation surface S 1 is generated based on the image data. Thereby, it is possible to obtain an image in which speckle noise is reduced over a wide range of the observation surface S 1 by irradiating the illumination light L 0 at various angles over the wide range of the observation surface S 1 of the sample S. together, it is possible to obtain a clear image in focus on the observation surface S 1.
すなわち、画像取得装置１によれば、観察面Ｓ１に向けて同心円状に異なる入射角を持つ照明光Ｌ０が照射されることになる（図３）。その結果、取得される画像データにおいては、異なる模様のスペックル像の重なりが実現できるので、得られる像のスペックル模様が低減される。 That is, according to the image acquisition apparatus 1, the illumination light L0 having a different incident angles concentrically is to be irradiated toward the observation surface S 1 (FIG. 3). As a result, in the acquired image data, it is possible to realize the overlap of speckle images having different patterns, so that the speckle pattern of the obtained image is reduced.
また、検出光学系は、観察光Ｌ１としてサンプルＳを透過した照明光Ｌ０を集光及び結像可能なように配置されている。このような光学系を備えれば、照明光Ｌ０をサンプルＳを透過させることによって得られた観察データにおいて、スペックルノイズが観察面Ｓ１の広範囲で低減され、かつ観察面Ｓ１での焦点の合った明瞭な像を取得することができる。 The detection optical system is arranged so that the illumination light L 0 transmitted through the sample S as the observation light L 1 can be condensed and imaged. If Sonaere such an optical system, in the observation data obtained by transmitting the illumination light L 0 sample S, speckle noise is reduced in a wide range of viewing surface S 1, and the observation plane S 1 A clear and focused image can be acquired.
さらに、画像取得装置１によれば、複数の波長の照明光Ｌ０に対応して得られた画像データが重ね合わせられた観察データを生成することができる。この場合、光学系全体の波長分散効果（例えば、レンズの色収差等）が生じるため、複数の画像データ間で、照明光Ｌ０の入射角度も若干変わり、それにつれて観察面Ｓ１上での同心円状に異なる入射角度の分布も変化する（図４）。その結果、波長が異なる画像データを重ね合わせると、波長変化による純粋なスペックルの変化とそれに伴う入射角度の変化が同時におこる。これにより、さらにスペックルノイズが広範囲で低減された像を取得することができる。図１０は、画像取得装置１により取得された画像データ及び観察データを示す図であり、（ａ）は画像データであり、（ｂ）は画像データを重ね合わせた観察データである。この結果から、観察データにおいては、画像データに比較して右端のスペックルがより低減され、左側の二層程度に積層した直径１０μｍのポリスチレンビーズがより明瞭に現れていることが分かる。 Further, according to the image acquisition apparatus 1, it is possible to generate an observation data image data obtained in correspondence with the illumination light L 0 of a plurality of wavelengths are superimposed. In this case, since the wavelength dispersion effect (for example, chromatic aberration of the lens) of the entire optical system occurs, the incident angle of the illumination light L 0 slightly changes between the plurality of image data, and the concentric circle on the observation surface S 1 accordingly. The distribution of incident angles that vary in shape also changes (FIG. 4). As a result, when image data having different wavelengths are superimposed, a change in pure speckle due to a change in wavelength and a change in incident angle accompanying the change occur simultaneously. Thereby, an image in which speckle noise is further reduced in a wide range can be acquired. 10A and 10B are diagrams showing image data and observation data acquired by the image acquisition device 1. FIG. 10A is image data, and FIG. 10B is observation data obtained by superimposing image data. From this result, it can be seen that in the observation data, the speckle at the right end is further reduced as compared with the image data, and polystyrene beads having a diameter of 10 μm stacked in about two layers on the left side appear more clearly.
本実施形態における照明光波長の変化によるスペックルの変化の様子について、図１１を参照しながら示す。図１１は、照明光波長が８７５ｎｍでの画像データと他の照明光波長での画像データの相関係数を示すグラフであり、横軸は２画像間の空間的なずれ量、縦軸は相関係数を示している。図１１（ａ）は、照明光波長が８７５ｎｍでの画像データの自己相関係数、図１１（ｂ）は、照明光波長が８７５ｎｍでの画像データと照明光波長が９００ｎｍでの画像データとの相互相関係数、図１１（ｃ）は、照明光波長が８７５ｎｍでの画像データと照明光波長が７２５ｎｍでの画像データとの相互相関係数、図１１（ｄ）は、照明光波長が８７５ｎｍでの画像データと照明光波長が７５０ｎｍでの画像データとの相互相関係数、図１１（ｅ）は、照明光波長が８７５ｎｍでの画像データと照明光波長が７７５ｎｍでの画像データとの相互相関係数、図１１（ｆ）は、照明光波長が８７５ｎｍでの画像データと照明光波長が８００ｎｍでの画像データとの相互相関係数、図１１（ｇ）は、照明光波長が８７５ｎｍでの画像データと照明光波長が８２５ｎｍでの画像データとの相互相関係数、図１１（ｈ）は、照明光波長が８７５ｎｍでの画像データと照明光波長が８５０ｎｍでの画像データとの相互相関係数、をそれぞれ示している。このように、照明光波長が離れている画像データどうしの相関係数が小さく、照明光波長が近い画像どうしの相関係数が大きくなることが分かり、照明光波長を大きく変化させればスペックルも大きく変化するということが理解できる。 The state of speckle changes due to changes in the illumination light wavelength in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a graph showing the correlation coefficient between image data at an illumination light wavelength of 875 nm and image data at other illumination light wavelengths. The horizontal axis represents the amount of spatial deviation between the two images, and the vertical axis represents the phase. Indicates the number of relationships. 11A shows the autocorrelation coefficient of the image data when the illumination light wavelength is 875 nm, and FIG. 11B shows the image data when the illumination light wavelength is 875 nm and the image data when the illumination light wavelength is 900 nm. FIG. 11C shows a cross-correlation coefficient between the image data when the illumination light wavelength is 875 nm and the image data when the illumination light wavelength is 725 nm. FIG. 11D shows the cross-correlation coefficient. FIG. 11 (e) shows the cross correlation between the image data at 875 nm and the image data at the illumination light wavelength of 775 nm. FIG. 11 (f) shows the correlation coefficient between the image data at the illumination light wavelength of 875 nm and the image data at the illumination light wavelength of 800 nm, and FIG. 11 (g) shows the illumination light wavelength at 875 nm. Image data and lighting The cross-correlation coefficient with image data at a wavelength of 825 nm, FIG. 11 (h) shows the cross-correlation coefficient between image data with an illumination light wavelength of 875 nm and image data with an illumination light wavelength of 850 nm, respectively. ing. In this way, it can be seen that the correlation coefficient between image data with different illumination light wavelengths is small and the correlation coefficient between images with close illumination light wavelengths is large. It can be understood that changes greatly.
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above.
例えば、図１２に示す本発明の変形例に係る画像取得装置１Ａのように、サンプルＳにおいて照明光が反射することによって生じる反射像を取得する反射型光学系を有する装置であってもよい。同図に示す画像取得装置１Ａは、画像取得装置１との相違点として、コリメートレンズ５とコリメートレンズ５を通過した照明光Ｌ０を集光するレンズ７との間の照射光軸Ａ１上に、ビームスプリッタ２５が追加されている。レンズ７は、観察面Ｓ１から外れた面Ｓ２上に焦点位置として照明光Ｌ０を集光するとともに、それに応じて観察面Ｓ１から反射された反射光である観察光Ｌ１をビームスプリッタ２５に向けて集光する。ビームスプリッタ２５は、ハーフミラー等の光を分割する手段であり、コリメートレンズ５を通過した照明光Ｌ０をレンズ７に向けて照射光軸Ａ１に沿って透過させるとともに、観察面Ｓ１で生じた観察光Ｌ１を照射光軸Ａ１に交差する反射光軸Ａ３に沿った方向に反射させる。さらに、画像取得装置１Ａにおいては、反射光軸Ａ３上に結像レンズ１５Ａ及び撮像装置１７が配置されており、結像レンズ１５Ａは、結像レンズ移動機構（第２の調整機構）１３Ａによって反射光軸Ａ３に沿った方向に移動可能に支持される。このような構成において、レンズ７及び結像レンズ１５Ａが、観察光Ｌ１を撮像装置１７に導くための検出光学系を構成する。つまり、レンズ７が照射光学系と検出光学系とに共用されている。この検出光学系は、観察面Ｓ１での反射光である観察光Ｌ１を集光可能にされており、結像レンズ移動機構１３Ａによってその焦点位置が観察面Ｓ１に一致するように設定されている。 For example, an apparatus having a reflective optical system that acquires a reflected image generated by reflection of illumination light on the sample S, such as an image acquisition apparatus 1A according to a modification of the present invention shown in FIG. Image acquisition apparatus 1A shown in this figure, the difference that the image acquisition apparatus 1, the upper illumination optical axis A 1 between the lens 7 for condensing the illumination light L 0 passing through the collimator lens 5 and the collimator lens 5 In addition, a beam splitter 25 is added. Lens 7 serves to focus the illuminating light L 0 as the focus position on the face S 2 deviating from the observation surface S 1, the observation light L 1 is reflected light reflected from the observation surface S 1 accordingly beam The light is condensed toward the splitter 25. The beam splitter 25 is a means for splitting light such as a half mirror. The beam splitter 25 transmits the illumination light L 0 that has passed through the collimating lens 5 toward the lens 7 along the irradiation optical axis A 1 , and at the observation surface S 1 . The generated observation light L 1 is reflected in a direction along the reflection optical axis A 3 intersecting the irradiation optical axis A 1 . Further, in the image acquiring apparatus 1A, an imaging lens 15A and the imaging device 17 on the reflecting optical axis A 3 are arranged, the imaging lens 15A is the imaging lens moving mechanism (second adjusting mechanism) 13A It is movably supported in the direction along the reflection optical axis a 3. In this configuration, the lens 7 and the imaging lens 15A constitute a detecting optical system for guiding the observation light L 1 to the imaging apparatus 17. That is, the lens 7 is shared by the irradiation optical system and the detection optical system. The detection optical system is set to the observation light L 1, that is, light reflected from the observation surface S 1 are allowing condensed, its focal position by an imaging lens moving mechanism 13A matches the observation surface S 1 Has been.
上記構成の画像取得装置１Ａによっても、空間的にコヒーレントな平行光である照明光Ｌ０が、照射光学系によって観察面Ｓ１から外れた焦点位置に集光されるとともにサンプルＳに照射され、それに応じてサンプルＳの観察面Ｓ１上で生じた反射光である観察光Ｌ１が観察面Ｓ１に一致した焦点位置を有する検出光学系によって集光される。さらに、集光された観察光Ｌ１が撮像装置１７によって撮像されることにより画像データが生成され、画像データを基に観察面Ｓ１における観察データが生成される。これにより、観察面Ｓ１の広範囲に亘ってスペックルノイズが低減された反射像を取得でできるとともに、観察面Ｓ１での焦点の合った明瞭な反射像を取得することができる。 By the image acquisition apparatus 1A of the above configuration, the illumination light L 0 is spatially coherent collimated light is irradiated to the sample S while being focused on the focal position off the observation surface S 1 by the irradiation optical system, Accordingly, the observation light L 1 that is reflected light generated on the observation surface S 1 of the sample S is condensed by the detection optical system having a focal position that coincides with the observation surface S 1 . Further, the collected observation light L 1 is imaged by the imaging device 17 to generate image data, and observation data on the observation surface S 1 is generated based on the image data. This makes it possible to speckle noise over a wide range of observation surface S 1 is is possible in obtaining a reflected image is reduced to obtain a clear reflected image focused on the observation surface S 1.
また、図１３に示す本発明の変形例にかかる画像取得装置１Ｂのように、画像取得装置１Ａに対して、コリメートレンズ５とビームスプリッタ２５との間の照射光軸Ａ１上に配置された集光レンズ２７と、集光レンズ２７を照射光軸Ａ１上に沿って移動可能に支持する集光レンズ移動機構（第１の調整機構）２９とが追加されてもよい。この画像取得装置１Ｂにおいては、集光レンズ２７とレンズ７とで照射光学系が構成され、集光レンズ移動機構２９及びレンズ移動機構９によって、照射光学系の焦点位置が観察面Ｓ１から外れた面Ｓ２上に設定される。 Further, as the image acquisition apparatus 1B according to a modification of the present invention shown in FIG. 13, the image acquisition device 1A, disposed on the irradiation optical axis A 1 between the collimating lens 5 and the beam splitter 25 a condenser lens 27, condenser lens moving mechanism for movably supported along the condenser lens 27 on the irradiation optical axis a 1 (first adjusting mechanism) 29 and may be added. In the image acquiring apparatus 1B, it is constituted irradiation optical system and the condenser lens 27 and the lens 7, by the condenser lens moving mechanism 29 and the lens moving mechanism 9, defocusing position of the irradiation optical system from the observation surface S 1 It is set on the surface S 2.
このような構成によっても、観察面Ｓ１の広範囲に亘ってスペックルノイズが低減された反射像を取得でできるとともに、観察面Ｓ１での焦点の合った明瞭な反射像を取得することができる。さらに、この形態によれば、コリメートレンズ５からの平行光が集光レンズ２７によって収束され、その平行光が発散された状態でレンズ７に入力されることにより、レンズ７によって光を集光することができる。 With such a configuration, it is possible a reflection image speckle noise is reduced over a wide range of observation surface S 1 in acquisition, to acquire a clear reflected image focused on the observation surface S 1 it can. Further, according to this embodiment, the parallel light from the collimating lens 5 is converged by the condensing lens 27 and is input to the lens 7 in a state where the parallel light is diverged, thereby condensing the light by the lens 7. be able to.
また、図１４に示す本発明の変形例に係る画像取得装置１Ｃのように、反射型干渉顕微鏡を構成してもよい。 Moreover, you may comprise a reflection type interference microscope like the image acquisition apparatus 1C which concerns on the modification of this invention shown in FIG.
詳細には、画像取得装置１Ｃは、画像取得装置１Ａに対して、ビームスプリッタ２５を挟んで結像レンズ１５Ａの反対側の反射光軸Ａ３上に照明光Ｌ０に光路長差を生じさせて参照光Ｌ３として出力する光路長差生成部３１が追加されている。この光路長差生成部３１は、集光レンズ３３、ミラー３５、及び光路長差調整機構３７によって構成されている。集光レンズ３３は、ビームスプリッタ２５によって反射光軸Ａ３に沿って撮像装置１７の反対側に分割された照明光Ｌ０をミラー３５に向けて集光し、ミラー３５は、その照明光Ｌ０を参照光Ｌ３として集光レンズ３３を介してビームスプリッタに折り返す。この参照光Ｌ３は、ビームスプリッタ２５及び結像レンズ１５Ａを反射光軸Ａ３に沿ってこの順に通過することにより、撮像装置１７に結像する。このような構成により、撮像装置１７によって観察光Ｌ１と参照光Ｌ３とが同時に撮像可能にされる。また、集光レンズ３３及びミラー３５は、光路長差調整機構３７によって反射光軸Ａ３に沿って移動可能に支持されており、この光路長差調整機構３７によって観察光Ｌ１に対する参照光Ｌ３の光路長差を調整可能にされる。 Specifically, the image acquisition apparatus 1C includes the image acquisition device 1A, causing the optical path length difference in the illuminating light L 0 on the reflection optical axis A 3 of the opposite side of the imaging lens 15A across the beam splitter 25 optical path length difference generator 31 outputs as the reference light L 3 Te is added. The optical path length difference generation unit 31 includes a condenser lens 33, a mirror 35, and an optical path length difference adjustment mechanism 37. The condensing lens 33 condenses the illumination light L 0 divided by the beam splitter 25 along the reflection optical axis A 3 toward the opposite side of the imaging device 17 toward the mirror 35, and the mirror 35 collects the illumination light L 0 through the condenser lens 33 as a reference light L 3 folding the beam splitter. The reference light L 3 along the beam splitter 25 and the imaging lens 15A to the reflection optical axis A 3 by passing through in this order, formed on the imaging device 17. With such a configuration, the imaging device 17 can simultaneously image the observation light L 1 and the reference light L 3 . Further, the condenser lens 33 and the mirror 35, the optical path length difference adjusting mechanism 37 is movably supported along the reflection optical axis A 3, the reference light L with respect to the observation light L 1 by the optical path length difference adjusting mechanism 37 The optical path length difference of 3 can be adjusted.
上記構成の画像取得装置１Ｃによれば、観察光Ｌ１と参照光Ｌ３とを合波して得られる干渉画像データを得ることができ、観察面Ｓ１の広範囲に亘ってスペックルノイズが低減された干渉画像を取得でできるとともに、観察面Ｓ１での焦点の合った明瞭な干渉画像を取得することができる。なお、このような光路長差生成部は、透過型光学系を有する画像取得装置１に設けられてもよい。 According to the image acquisition device 1C having the above configuration, the observation light L 1 and the reference light L 3 and can be obtained an interference image data obtained by multiplexing, speckle noise over a wide range of viewing surface S 1 it is possible to reduce interference image acquisition, it is possible to obtain a clear interference focused image of the observation surface S 1. Note that such an optical path length difference generation unit may be provided in the image acquisition device 1 having a transmissive optical system.
また、上記画像取得装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃに備えられ得る光源３は、複数の異なる波長の空間的にコヒーレントな光を含んだ照明光Ｌ０を出力するように構成されていてもよい。例えば、このような光源３としては、フェムト秒パルスレーザあるいはアト秒パルスレーザ等のモードロックレーザなどのレーザ光源、ＳＬＤ光源、又はＡＳＥ光源等が用いられる。そのような光源３を用いた場合、光源３の前面に波長選択フィルタを配置して単色光の照明光Ｌ０を生成してサンプルＳに照射してもよいし、複数波長の光を含んだままでサンプルＳに照射してもよい。複数波長の光を含む照明光Ｌ０がサンプルＳに照射される構成では、画像処理装置１９は、その照明光Ｌ０の照射に応じて１回の撮像により撮像装置１７から出力された画像データを基に観察データを生成するように構成される。このような構成によっても、波長変化による純粋なスペックルの変化とそれに伴う入射角度の変化が同時におこる。これにより、さらにスペックルノイズが広範囲で低減された像を取得することができる。 The light source 3 by the image acquisition apparatus 1, 1A, 1B, may be provided to 1C may be configured to output the illumination light L 0 including a spatially coherent light of a plurality of different wavelengths . For example, as such a light source 3, a laser light source such as a mode-locked laser such as a femtosecond pulse laser or an attosecond pulse laser, an SLD light source, an ASE light source, or the like is used. When such a light source 3 is used, a wavelength selection filter may be disposed in front of the light source 3 to generate monochromatic illumination light L 0 and irradiate the sample S, or it may include light of multiple wavelengths. The sample S may be irradiated up to. In the configuration where the sample S is irradiated with the illumination light L 0 including light of a plurality of wavelengths, the image processing device 19 outputs the image data output from the imaging device 17 by one imaging in response to the illumination light L 0 irradiation. Is configured to generate observation data based on. Even with such a configuration, a change in pure speckle due to a change in wavelength and a change in incident angle associated therewith occur simultaneously. Thereby, an image in which speckle noise is further reduced in a wide range can be acquired.
１，１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…画像取得装置、３…光源、５…コリメートレンズ、７…レンズ（照射光学系、検出光学系）、９…レンズ移動機構（第１の調整機構）、１１…対物レンズ（検出光学系）、１３…対物レンズ移動機構（第２の調整機構）、１３Ａ…結像レンズ移動機構（第２の調整機構）、１５，１５Ａ…結像レンズ（検出光学系）、１７…撮像装置、１９…画像処理装置（画像処理部）、２５…ビームスプリッタ、２７…集光レンズ（照射光学系）、２９…集光レンズ移動機構（第１の調整機構）、３１…光路長差生成部、３３…集光レンズ、３５…ミラー、３７…光路長差調整機構、Ｌ０…照明光、Ｌ１…観察光、Ｌ３…参照光、Ｓ…サンプル（観察対象物）、Ｓ１…観察面。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1,1A, 1B, 1C ... Image acquisition apparatus, 3 ... Light source, 5 ... Collimating lens, 7 ... Lens (irradiation optical system, detection optical system), 9 ... Lens moving mechanism (1st adjustment mechanism), 11 ... objective lens (detection optical system), 13 ... objective lens movement mechanism (second adjustment mechanism), 13A ... imaging lens movement mechanism (second adjustment mechanism), 15, 15A ... imaging lens (detection optical system) , 17 ... Imaging device, 19 ... Image processing device (image processing unit), 25 ... Beam splitter, 27 ... Condensing lens (irradiation optical system), 29 ... Condensing lens moving mechanism (first adjusting mechanism), 31 ... optical path length difference generator, 33 ... condenser lens, 35 ... mirror, 37 ... optical path length difference adjusting mechanism, L 0 ... illumination light, L 1 ... observation light, L 3 ... reference beam, S ... sample (observation object) , S 1 ... observation surface.
Claims (7)
空間的にコヒーレントな照明光を照射する光源部と、
前記照明光を平行光に変換するコリメートレンズと、
第１の焦点を有し、前記平行光に変換された前記照明光を集光する第１の集光レンズを含む第１の光学系と、
前記第１の光学系の前記第１の焦点の位置を、前記第１の光学系の光軸方向に沿って調整する第１の調整機構と、
第２の焦点を有し、前記観察対象物の前記観察面からの観察光を集光する第２の集光レンズと前記第２の集光レンズからの前記観察光を結像する結像レンズとを含む第２の光学系と、
前記第２の光学系の前記第２の焦点の位置を、前記第２の光学系の光軸方向に沿って調整する第２の調整機構と、
前記結像レンズによって結像された前記観察光を撮像することによって画像データを生成する撮像装置と、
前記画像データを基に前記観察対象物の前記観察面における観察データを生成する画像処理部とを備え、
前記第１の調整機構は、前記第１の焦点の位置が前記観察面から外れるように調整するように構成され、
前記第２の調整機構は、前記第２の焦点の位置が前記観察面に一致するように調整するように構成されている、
画像取得装置。 An image acquisition device for acquiring an image on an observation surface of an observation object,
A light source unit that emits spatially coherent illumination light;
A collimating lens that converts the illumination light into parallel light;
A first optical system having a first focal point and including a first condenser lens for condensing the illumination light converted into the parallel light;
A first adjustment mechanism for adjusting the position of the first focal point of the first optical system along the optical axis direction of the first optical system;
A second condenser lens having a second focal point and condensing the observation light from the observation surface of the observation object and an imaging lens for imaging the observation light from the second condenser lens A second optical system including:
A second adjusting mechanism for adjusting the position of the second focal point of the second optical system along the optical axis direction of the second optical system;
An imaging device that generates image data by imaging the observation light imaged by the imaging lens;
An image processing unit that generates observation data on the observation surface of the observation object based on the image data;
The first adjustment mechanism is configured to adjust the position of the first focal point so as to deviate from the observation surface;
The second adjustment mechanism is configured to adjust so that the position of the second focal point coincides with the observation surface.
Image acquisition device.
請求項１記載の画像取得装置。 The second optical system is arranged so as to be able to collect the illumination light transmitted through the observation object as the observation light.
The image acquisition apparatus according to claim 1.
請求項１記載の画像取得装置。 The second optical system is arranged so as to be able to collect the illumination light reflected by the observation object as the observation light.
The image acquisition apparatus according to claim 1.
前記画像処理部は、それぞれの前記単色光に応じて生成された前記画像データを重ね合わせることにより前記観察データを生成するように構成されている、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像取得装置。 The light source unit is configured to output a plurality of monochromatic lights having different wavelengths at different timings,
The image processing unit is configured to generate the observation data by superimposing the image data generated according to each of the monochromatic lights.
The image acquisition apparatus of any one of Claims 1-3.
前記画像処理部は、前記照明光に応じて生成された前記画像データを前記観察データとして生成するように構成されている、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像取得装置。 The light source unit is configured to output the illumination light including light having different wavelengths.
The image processing unit is configured to generate the image data generated according to the illumination light as the observation data.
The image acquisition apparatus of any one of Claims 1-3.
前記撮像装置が前記観察光と前記参照光とを同時に撮像可能に構成されている、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像取得装置。 Further comprising an optical path length difference generating section for generating an optical path length difference in the illumination light and outputting as reference light,
The imaging device is configured to be able to image the observation light and the reference light simultaneously,
The image acquisition apparatus of any one of Claims 1-5.
第１の焦点を有する第１の光学系を用いて、空間的にコヒーレントな平行光である照明光を、前記第１の焦点の位置に集光するとともに、前記観察対象物に照射し、
前記第１の光学系の前記第１の焦点の位置を、前記第１の光学系の光軸方向に沿って前記観察面から外れるように調整し、
第２の焦点を有する第２の光学系を用いて、前記観察対象物の前記観察面からの観察光を集光し、
前記第２の光学系の前記第２の焦点の位置を、前記第２の光学系の光軸方向に沿って前記観察面に一致するように調整し、
撮像装置を用いて、前記第２の光学系によって集光された前記観察光を撮像することによって画像データを生成し、
前記画像データを基に前記観察対象物の前記観察面における観察データを生成する、
画像取得方法。 An image acquisition method for acquiring an image on an observation surface of an observation object,
Using the first optical system having the first focal point, the illumination light that is spatially coherent parallel light is condensed at the position of the first focal point, and the observation object is irradiated,
Adjusting the position of the first focal point of the first optical system so as to deviate from the observation surface along the optical axis direction of the first optical system;
Using a second optical system having a second focal point, condensing the observation light from the observation surface of the observation object;
Adjusting the position of the second focal point of the second optical system so as to coincide with the observation surface along the optical axis direction of the second optical system;
Image data is generated by imaging the observation light collected by the second optical system using an imaging device,
Generating observation data on the observation surface of the observation object based on the image data;
Image acquisition method.
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