JP2017166848A - 観察装置および観察方法 - Google Patents

観察装置および観察方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2017166848A
JP2017166848A JP2016049700A JP2016049700A JP2017166848A JP 2017166848 A JP2017166848 A JP 2017166848A JP 2016049700 A JP2016049700 A JP 2016049700A JP 2016049700 A JP2016049700 A JP 2016049700A JP 2017166848 A JP2017166848 A JP 2017166848A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
branched light
observation
image
branched
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.)
Granted
Application number
JP2016049700A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6629649B2 (ja
Inventor
秀直 山田
Hidenao Yamada
秀直 山田
豊彦 山内
Toyohiko Yamauchi
豊彦 山内
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.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
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 Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Priority to JP2016049700A priority Critical patent/JP6629649B2/ja
Priority to PCT/JP2017/008339 priority patent/WO2017159387A1/ja
Priority to EP17766390.3A priority patent/EP3431962A4/en
Priority to US16/084,307 priority patent/US10551294B2/en
Publication of JP2017166848A publication Critical patent/JP2017166848A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6629649B2 publication Critical patent/JP6629649B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1434—Optical arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1434—Optical arrangements
    • G01N15/1436—Optical arrangements the optical arrangement forming an integrated apparatus with the sample container, e.g. a flow cell
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1468—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry with spatial resolution of the texture or inner structure of the particle
    • G01N15/147—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry with spatial resolution of the texture or inner structure of the particle the analysis being performed on a sample stream
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1434—Optical arrangements
    • G01N2015/1454—Optical arrangements using phase shift or interference, e.g. for improving contrast
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N2015/1497—Particle shape

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

【課題】流路を流体とともに流れる観察対象物の良好な位相画像を容易に作成することができる観察装置を提供する。
【解決手段】観察装置１は、流路１０を流体２０とともに移動する観察対象物３０を観察するものであって、光源１０１、分岐部１１１、合波部１１２、コリメータ１２２、シリンドリカルレンズ１２３、対物レンズ１２５、コリメータ１３２、シリンドリカルレンズ１３３、対物レンズ１３５、変調部１４０、撮像部１５２、解析部１６１等を備える。撮像部１５２は、流路中を移動する観察対象物が結像される受光面上において観察対象物の像の移動方向と交差する方向に配列された複数の画素を有し、合波部１１２から出力される合波光を受光して１次元干渉画像を表す検出信号を繰り返し出力する。解析部１６１は、この検出信号に基づいて観察対象物の２次元画像を作成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、流路を流体とともに移動する観察対象物を観察する観察装置および観察方法に関するものである。
流路を流体とともに流れる観察対象物の干渉画像に基づいて位相画像を作成する観察装置の発明が特許文献１〜３に開示されている。例えば、流路はフローセルであり、流体は血液であり、観察対象物は赤血球，白血球および血中循環腫瘍細胞（Circulating Tumor Cells、以下「ＣＴＣ」という。）等である。ＣＴＣは、原発腫瘍組織または転移腫瘍組織から遊離し血液中に浸潤した細胞であり、固形がん患者の抹消血液中に極微量に存在し転移に関わるとされている。
ＣＴＣに関しては近年研究が盛んに行われている。臨床応用の分野では、単位血液量当りのＣＴＣの個数と一定年数経過後の患者生存率との間に或る関係がある等の報告がなされている。血中循環腫瘍細胞を識別し検査することは、がんの予後予測、化学療法効果の判定、がんのスクリーニング、遺伝子治療および抗がん剤等の創薬支援などに役立ち、臨床応用価値が高い。
対象物の識別は、一般に、その大きさ、形状または色に基づいて行われ得る。しかし、白血球やＣＴＣは、大きさについては大差がなく何れも無色透明であるから、明視野顕微鏡により得られた画像では両者を識別することが困難である。また、位相差顕微鏡や微分干渉顕微鏡は、無色透明な細胞を可視化するために用いられるが、光学的厚みに対する定量性が欠けている。また、これらの顕微鏡は、使用する対物レンズによっては、その焦点深度が細胞の厚み以下であるので、細胞が３次元的な構造を有するにも拘らず、２次元的な情報しか得られず、前記対象物を識別することができない。
特許文献１〜３に開示された発明の観察装置は、流路を流体とともに流れる観察対象物の干渉画像に基づいて位相画像を作成し、その位相画像に基づいて観察対象物の形態（外形や核の形状など）を解析することで、血液中のＣＴＣを識別することができる。これらの従来の観察装置は、光源から出力された光を分岐して第１分岐光および第２分岐光とし、第１分岐光を流路中の観察対象物で反射または透過させた後、これら第１分岐光と第２分岐光とを干渉させて２次元干渉画像を繰り返し取得し、これらの２次元干渉画像に基づいて観察対象物の位相画像を作成する。これらの従来の観察装置は、２次元干渉画像を取得するために、撮像面上において２次元配列された複数の画素を有する撮像部を用いる。
特許第５０２２２７４号公報 特許第５３６４２０３号公報 特表２０１３−０６５７９６法公報
Daniel Malacara, et al, "InterferogramAnalysis For Optical Testing," Taylor & Francis Group, Second Edition(2005). P. Hariharan, et al., "Digitalphase-shifting interferometry: a simple error-compensating phase calculationalgorithm," Appl. Opt. 26, 2504-2506 (1987). Kenichi Hibino, et al., "Phase-shiftingalgorithms for nonlinear and spatially nonuniform phase shifts," J. Opt.Soc. Am. A 14, 918-930 (1997).
流路中を次々と観察対象物が流れることから、特に観察対象物の移動速度が一定でない場合には、従来の観察装置では、撮像部により取得される複数枚の２次元干渉画像のうち連続する２枚の２次元干渉画像の間で観察対象物の像の一部が欠損していると、その欠損している像の部分は画像処理をしても修復することができず、その観察対象物については識別が困難となる。
また、干渉画像に基づいて位相画像を作成するためには、観察対象物が静止していると見なせる期間内に複数枚の２次元干渉画像を取得することが必要である。従来の観察装置は、このことに由来する問題点をも有する。すなわち、撮像部により１枚の画像を取得する際の一般的な動作は、凡そ、露光、Ａ／Ｄ変換およびデータ転送の３つのステップに分けられる。撮像部により複数枚の画像を取得する際には、これらの３つのステップを繰り返す。２次元画像を取得する撮像部は、Ａ／Ｄ変換ステップおよびデータ転送ステップに長時間を要する。したがって、撮像部により或る画像を取得した後に次の画像を取得する迄に要する時間が長いので、観察対象物が静止していると見なせる期間内に複数枚の２次元干渉画像を取得して位相画像を作成することが困難であり、したがって、観察対象物の識別が困難である。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、流路を流体とともに移動する観察対象物の良好な２次元画像を容易に作成することができる観察装置および観察方法を提供することを目的とする。
本発明の一側面による観察装置は、流路を流体とともに移動する観察対象物を観察する観察装置であって、(1) 光を出力する光源と、(2) 光を第１分岐光および第２分岐光に分岐し、第１分岐光を観察対象物で反射または透過させ、第１分岐光と第２分岐光とを合波して合波光を出力する干渉光学系と、(3) 合波の際の第１分岐光と第２分岐光との間の位相差を時間的に変化させる変調部と、(4)観察対象物が結像される受光面上において観察対象物の像の移動方向と交差する方向に配列された複数の画素を有し、合波光を受光して１次元干渉画像を表す検出信号を繰り返し出力する撮像部と、(5) 検出信号に基づいて観察対象物の２次元画像を作成する解析部と、を備える。
上記構成の観察装置において、干渉光学系が、第１分岐光の光路上に、第１分岐光の集光領域が観察対象物の移動方向よりも当該移動方向と交差する方向が長くなるように、第１分岐光を集光照射する集光光学素子を含むのが好適である。この集光光学素子がシリンドリカルレンズであるのが好適である。また、干渉光学系が、第２分岐光の光路上に、第１分岐光の光路上に設けられた集光光学素子と同様の集光光学素子を含むのが好適である。
上記構成の観察装置において、変調部が、撮像部のラインレートの１／３倍以下の周波数で位相差を時間的に変化させるのが好適である。変調部が、第１分岐光と第２分岐光との間で光周波数を異ならせることにより位相差を時間的に変化させるのが好適である。変調部が音響光学素子を含むのが好適である。また、変調部が、第１分岐光または第２分岐光にドップラーシフトを生じさせることにより位相差を時間的に変化させるのが好適である。
上記構成の観察装置において、解析部は、２次元画像として２次元位相画像を作成するのが好適である。解析部が、流路で観察対象物がない領域から求めたデータを２次元画像から減算することで、２次元画像から空間的なノイズを低減するのが好適である。また、解析部が、２次元画像のうち流路において観察対象物が通過しない領域の画像から得られる時間変動成分を２次元画像から減算することで、２次元画像から時間的なノイズを低減するのが好適である。
本発明の一側面による観察方法は、流路を流体とともに移動する観察対象物を観察する観察方法であって、(1) 光を出力するステップと、(2) 光を第１分岐光および第２分岐光に分岐するステップと、(3) 第１分岐光を観察対象物で反射または透過させるステップと,(4) 第１分岐光と第２分岐光との間の位相差を時間的に変化させる変調ステップと、(5) 第１分岐光と第２分岐光との合波光を撮像部により受光して、観察対象物が結像される撮像部の受光面上において観察対象物の像の移動方向と交差する方向の１次元干渉画像を表す検出信号を繰り返し出力する検出ステップと、(6) 検出信号に基づいて観察対象物の２次元画像を作成する解析ステップと、を有する。
上記構成の観察方法において、変調ステップは、撮像部のラインレートの１／３倍以下の周波数で位相差を時間的に変化させるのが好適である。変調ステップは、第１分岐光と第２分岐光との間で光周波数を異ならせることにより位相差を時間的に変化させるのが好適である。解析ステップは、２次元画像として２次元位相画像を作成するのが好適である。
上記構成の観察方法において、解析ステップは、流路で観察対象物がない領域から求めたデータを２次元画像から減算することで、２次元画像から空間的なノイズを低減するのが好適である。また、解析ステップは、２次元画像のうち流路において観察対象物が通過しない領域の画像から得られる時間変動成分を２次元画像から減算することで、２次元画像から時間的なノイズを低減するのが好適である。
本発明によれば、流路を流体とともに移動する観察対象物の良好な２次元画像を容易に作成することができる。
図１は、第１実施形態の観察装置１の構成を示す図である。 図２は、流路１０を説明する図である。 図３は、補正前の位相画像（元位相画像φ(ｘ,ｔ)）を示す図である。 図４は、オフセット減算後の位相画像を示す図である。 図５は、固定パターン減算後の位相画像を示す図である。 図６は、位相アンラップ後の真の位相画像Φ(ｘ,ｔ)を示す図である。 図７は、第２実施形態の観察装置２の構成を示す図である。 図８は、第３実施形態の観察装置３の構成を示す図である。 図９は、第４実施形態の観察装置４の構成を示す図である。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するため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。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の観察装置１の構成を示す図である。観察装置１は、流路１０を流体２０とともに流れる観察対象物３０の干渉画像に基づいて位相画像を作成する。例えば、流路１０はフローセルであり、流体２０は血液であり、観察対象物３０は赤血球，白血球およびＣＴＣ等である。
観察装置１は、光源１０１、光ファイバ１０２、分岐部１１１、合波部１１２、光ファイバ１２１、コリメータ１２２、シリンドリカルレンズ１２３、対物レンズ１２５、光ファイバ１３１、コリメータ１３２、シリンドリカルレンズ１３３、ミラー１３４、対物レンズ１３５、変調部１４０、レンズ１５１、撮像部１５２、解析部１６１および表示部１６２を備える。
光源１０１は、光を出力する。光源１０１は、時間的にも空間的にもコヒーレントな光を出力するものであってもよいし、時間的にのみコヒーレントな光を出力するものであってもよいし、空間的にのみコヒーレントな光を出力するものであってもよい。また、光源１０１は、時間的にも空間的にもインコヒーレントな光を出力するものであってもよい。光源１０１は、例えばレーザ光源であって、具体的には光出力パワー７ｍＷのＨｅＮｅレーザ光源等が用いられる。
光ファイバ１０２は、光源１０１と分岐部１１１とを光学的に結合（coupling）するものであって、光源１０１から出力される光を分岐部１１１まで導光する。分岐部１１１は、光ファイバ１０２から出力される光を２分岐して第１分岐光および第２分岐光として出力する。分岐部１１１は、例えば、ハーフミラーであってもよいし、ファイバカプラであってもよい。分岐部１１１から合波部１１２までの干渉光学系は、マッハツェンダ（Mach-Zehnder）干渉計を構成している。
分岐部１１１から合波部１１２までの第１分岐光の光路上に、光ファイバ１２１、コリメータ１２２、シリンドリカルレンズ１２３および対物レンズ１２５が設けられている。また、この第１光路と交差するように流路１０が配置されている。
光ファイバ１２１は、分岐部１１１とコリメータ１２２とを光学的に結合するものであって、分岐部１１１から出力される第１分岐光をコリメータ１２２まで導光する。コリメータ１２２は、光ファイバ１２１から出力される第１分岐光を入力して、この第１分岐光をコリメートして所定ビーム径の平行光として出力する。
シリンドリカルレンズ１２３は、流路１０中の観察対象物３０の移動方向よりも、当該移動方向と交差する方向に長い集光領域に第１分岐光を集光照射する集光光学素子である。シリンドリカルレンズ１２３は、コリメータ１２２から出力される第１分岐光を入力して、この第１分岐光を観察対象物３０の移動方向に対して集光する。この集光領域は、流路１０中の観察対象物３０の移動方向と交差するライン状の領域である。対物レンズ１２５は、流路１０中を移動する流体２０や観察対象物３０を透過した第１分岐光を入力して、この第１分岐光を合波部１１２へ出力する。
分岐部１１１から合波部１１２までの第２分岐光の光路上に、光ファイバ１３１、コリメータ１３２、シリンドリカルレンズ１３３、ミラー１３４および対物レンズ１３５が設けられている。また、この第２分岐光の光路上に音響光学素子１４１，１４２も設けられている。
光ファイバ１３１は、分岐部１１１とコリメータ１３２とを光学的に結合するものであって、分岐部１１１から出力される第２分岐光をコリメータ１３２まで導光する。コリメータ１３２は、光ファイバ１３１から出力される第２分岐光を入力して、この第２分岐光をコリメートして所定ビーム径の平行光として出力する。
シリンドリカルレンズ１３３は、一方向に長い集光領域に第２分岐光を集光照射する集光光学素子である。シリンドリカルレンズ１３３は、コリメータ１３２から出力され音響光学素子１４１，１４２を経て到達する第２分岐光を入力して、この第２分岐光をミラー１３４の反射面上に集光する。この集光領域は、一方向に長いライン状の領域である。対物レンズ１３５は、シリンドリカルレンズ１３３から出力されミラー１３４で反射された第２分岐光を入力して、この第２分岐光を合波部１１２へ出力する。
合波部１１２は、対物レンズ１２５から出力される第１分岐光を入力するとともに、対物レンズ１３５から出力される第２分岐光を入力して、これら第１分岐光と第２分岐光とを合波して当該合波光をレンズ１５１へ出力する。合波部１１２は例えばハーフミラーである。
第２分岐光の光路上に設けられるコリメータ１３２、シリンドリカルレンズ１３３および対物レンズ１３５は、それぞれ、第１分岐光の光路上に設けられるコリメータ１２２、シリンドリカルレンズ１２３および対物レンズ１２５と同様のものであるのが好適である。このようにすることで、光源１０１が時間的にインコヒーレントである場合であっても、合波部１１２により合波される第１分岐光と第２分岐光との干渉性を高めることができる。
一方向に長いライン状の領域に光を集光する集光光学素子として、シリンドリカルレンズの他に、フレネルバイプリズム、フレネルゾーンプレート、アキシコンレンズ、ホログラフィック光学素子、空間光変調器などが用いられてもよい。
変調部１４０は、音響光学素子１４１，１４２を含み、合波部１１２による合波の際の第１分岐光と第２分岐光との間の位相差を時間的に変化させる。前段の音響光学素子１４１は、周波数Ω０の正弦波の電気信号を入力して回折格子を形成し、コリメータ１３２から出力される第２分岐光を入力して、この第２分岐光を回折格子により回折させて＋１次回折光を出力する。後段の音響光学素子１４２は、周波数(Ω０＋Ω)の正弦波の電気信号を入力して回折格子を形成し、音響光学素子１４１から出力される第２分岐光の＋１次回折光を入力して、この第２分岐光を回折格子により回折させて−１次回折光を出力する。
音響光学素子１４２から出力される第２分岐光の−１次回折光は、第１分岐光の光周波数に対して周波数Ωだけシフトした光周波数を有する。例えば、Ω０は２００ＭＨｚであり、Ωは２０ｋＨｚである。
音響光学素子１４１が−１次回折光を出力して、音響光学素子１４２が＋１次回折光を出力することとしても、同様に、音響光学素子１４２から出力される第２分岐光の＋１次回折光は、第１分岐光の光周波数に対して周波数Ωだけシフトした光周波数を有することができる。
このように、音響光学素子１４１，１４２を含む変調部１４０は、合波部１１２による合波の際に、第１分岐光と第２分岐光との間の光周波数をΩだけ互いに異ならせることで、第１分岐光と第２分岐光との間の位相差を周波数Ωで時間的に変化させることができる。
なお、音響光学素子１４１，１４２は、第１分岐光の光路上に設けられてもよいし、一方が第１分岐光の光路上に設けられ他方が第２分岐光の光路上に設けられてもよい。合波部１１２による合波の際の第１分岐光と第２分岐光との間の位相差を時間的に変化させる変調部は、音響光学素子を含む構成に限定されない。
レンズ１５１は、合波部１１２から出力される合波光を入力して、その合波光を撮像部１５２の受光面に入射させる。流路１０中の観察対象物３０と撮像部１５２の受光面とは、両者の間の光路上にある対物レンズ１２５およびレンズ１５１により結像関係にある。
撮像部１５２は、受光面上において観察対象物３０の像の移動方向と交差する方向に配列された複数の画素を有する光検出器である。受光面上において、シリンドリカルレンズ１２３によるライン状の集光領域が結像される結像領域は所定方向に長い領域であり、その結像領域内に該所定方向に沿って複数の画素が配列されている。撮像部１５２は、合波部１１２から出力されレンズ１５１を経て到達する合波光を受光して、１次元干渉画像を表す検出信号を一定のラインレートで繰り返し出力する。撮像部１５２は、例えば１次元に複数の画素が配置されたラインセンサである。また、撮像部１５２は、受光面上において観察対象物３０の像の移動方向と交差する方向に配列された任意の１ラインの画素列が読み出し可能に構成された２次元センサであってもよい。以下では、撮像部１５２がラインセンサであるとして説明するが、撮像部１５２が２次元センサである場合には上記１ラインの画素列をラインセンサと見做して説明する。
解析部１６１は、撮像部１５２から繰り返し出力される検出信号を入力し、この検出信号が表す各時刻の１次元干渉画像に基づいて２次元画像を作成する。解析部１６１は、２次元画像として、例えば各時刻の１次元干渉画像に基づいて位相回復法（非特許文献１〜３を参照）により、観察対象物３０の２次元位相画像を作成する。位相回復法として、例えば、位相シフト法、フーリエ変換法およびヒルベルト変換法などが用いられる。また、例えば、解析部１６１は、複数の時刻における複数の１次元干渉画像に基づいて２次元干渉画像を作成する。
解析部１６１が干渉画像に基づいて高精度の位相画像を作成する為には、変調部１４０（音響光学素子１４１，１４２）による位相差変化の周波数Ωは、撮像部１５２のラインレートの１／３倍以下であるのが好適である。また、周波数Ωは該ラインレートの１／４倍であるのが好適である。
解析部１６１は、２次元位相画像に基づいて観察対象物３０の形態（外形や核の形状など）を解析することで、観察対象物３０がＣＴＣであるか否かを判別することができる。また、解析部１６１は、位相画像における時間的または空間的なノイズの影響を低減するために補正処理を行うのが好適である。
解析部１６１は、例えば汎用のコンピュータにより構成されてもよい。コンピュータは、プロセッサであるＣＰＵ（Central Processing Unit）、記録媒体であるＲＡＭ（RandomAccess Memory）又はＲＯＭ（Read Only Memory）、キーボードやマウス等の入力部、及び入出力モジュールを含んで構成される。コンピュータは、ＣＰＵ及びＲＡＭ等のハードウェア上にプログラム等を読み込ませることにより、ＣＰＵによって撮像部１５２からの検出信号に基づく位相画像の作成等を実行するとともに、ＲＡＭにおけるデータの読み出し及び書き込みを行う。また、解析部１６１は、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を用いて専用機として構成されてもよい。専用機として構成される場合、解析部１６１は、位相画像の作成や解析を高速に行うことができ、例えば、撮像部１５２からの検出信号の入力と、入力した検出信号に基づく位相画像の作成等の処理とを、リアルタイムで並列的に処理することができる。
表示部１６２は、例えばディスプレイであり、解析部１６１により作成された干渉画像や位相画像を表示したり、解析部１６１による位相画像に基づく解析結果を表示したりする。観察対象物３０がＣＴＣであると解析部１６１が判定したときに、表示部１６２は、音や光を発することで、その旨を表示してもよい。
次に、第１実施形態の観察装置１の動作について説明するとともに、解析部１６１の処理内容について説明する。
光源１０１から出力された光は、光ファイバ１０２により分岐部１１１まで導光され、この分岐部１１１により分岐されて第１分岐光および第２分岐光とされる。
分岐部１１１から出力された第１分岐光は、光ファイバ１２１によりコリメータ１２２まで導光され、このコリメータ１２２から所定ビーム径の平行光として出力される。コリメータ１２２から出力された第１分岐光は、シリンドリカルレンズ１２３により、流路１０中の観察対象物３０の移動方向と交差する方向に長い集光領域に集光照射される。流体２０や観察対象物３０を透過した第１分岐光は、対物レンズ１２５を経て合波部１１２に入力される。
分岐部１１１から出力された第２分岐光は、光ファイバ１３１によりコリメータ１３２まで導光され、このコリメータ１３２から所定ビーム径の平行光として出力される。コリメータ１３２から出力された第２分岐光は、変調部１４０により光周波数がΩだけシフトされ、シリンドリカルレンズ１３３により一方向に長い集光領域に集光される。さらに、この第２分岐光は、対物レンズ１３５を経て合波部１１２に入力される。
対物レンズ１２５から出力された第１分岐光、および、対物レンズ１３５から出力された第２分岐光は、合波部１１２により合波される。その合波部１１２から出力された合波光は、レンズ１５１を経て撮像部１５２により受光される。撮像部１５２から、１次元干渉画像を表す検出信号が一定のラインレートで繰り返し出力される。
撮像部１５２から繰り返し出力される検出信号は解析部１６１に入力される。この解析部１６１において、検出信号が表す各時刻の１次元干渉画像に基づいて、位相回復法により観察対象物３０の２次元位相画像が作成される。また、解析部１６１において、位相画像における時間的または空間的なノイズの影響を低減するために補正処理が行われる。
解析部１６１において干渉画像から位相回復法により位相画像を作成する方法の一例は以下のとおりである。撮像部１５２から出力される検出信号をＩ(ｘｉ,ｔ)と表記する。ｘｉは、撮像部１５２の受光面において複数の画素が配列された方向についての位置（画素番号ｉ）を表し、また、流路１０中の観察対象物３０の移動方向と交差する方向についての位置をも表す。ｔは、撮像部１５２から検出信号が出力された時刻を表し、また、流路１０中の観察対象物３０の移動方向についての位置をも表す。したがって、撮像部１５２から一定のラインレートで繰り返し出力される検出信号Ｉ(ｘｉ,ｔ)は、２次元干渉画像を表す。したがって、この２次元干渉画像に基づいて位相回復法により２次元位相画像を作成することができる。
例えば、位相回復法のうちの位相シフト法を用い、撮像部１５２のラインレートｆlineが光周波数シフト量（位相差の時間的な変化の周期の逆数）Ωの４倍である場合、下記（１）式により２次元位相画像φ(ｘｉ,ｔ)を作成することができる。ｔ１〜ｔ４は、観察対象物３０が静止していると見なせる期間内の互いに異なる時刻を表し、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ４である。ｔは、その期間を代表する時刻（例えば、ｔ＝(ｔ１＋ｔ４)／２）を表す。ｊは虚数単位である。
撮像部１５２の受光面上において観察対象物３０の像の移動方向と交差する画素の配列ピッチをｐとし、観察対象物３０を撮像部１５２の受光面上に結像する際の倍率をＭとすると、撮像部１５２の受光面上における当該画素の配列方向の解像度ｒｘは下記（２）式で表される。また、流路１０における観察対象物３０の移動速度をＶとし、撮像部１５２のラインレートをｆlineとすると、撮像部１５２の受光面上における像の移動方向の解像度ｒｙは下記（３）式で表される。２次元位相画像においてｘ方向およびｙ方向それぞれの解像度を互いに等しくするには、撮像部１５２は、下記（４）式で表されるラインレートをｆlineで動作すればよい。
解析部１６１において位相画像を補正する方法は以下のとおりである。一般に、干渉画像に基づいて作成された位相画像φ(ｘ,ｔ)は、下記（５）式で表される。Φ(ｘ,ｔ)は、真の位相画像である。φｓ(ｘ)は、バックグラウンドの固定パターンの位相データである。φdev(ｔ)は、オフセット値の時間的変動の位相データである。
φｓ(ｘ)は、真の位相画像Φ(ｘ,ｔ)に対して空間的なノイズとして重畳されるものであり、光学系や流路による光波面の歪みに因り生じる。φｓ(ｘ)については、流路１０に例えば観察対象物３０を流さない状態の干渉画像や、観察対象物３０が流れている状態で観察対象物３０のない領域の干渉画像を取得し、この干渉画像に基づいて位相画像を作成すればよい。このようにして作成された位相画像がφｓ(ｘ)となる。
φdev(ｔ)は、真の位相画像Φ(ｘ,ｔ)に対して時間的なノイズとして重畳されるものであり、光学系への外乱ノイズによる振動に因り生じる。図２に示されるように、流路１０においては、観察対象物３０が通過する測定領域Ａを挟んで両側に、観察対象物３０が通過しない参照領域Ｂが存在するので、位相画像φ(ｘ,ｔ)のうち参照領域Ｂの位相画像から得られる時間変動成分としてφdev(ｔ)を求めることができる。図２（ａ）は、対物レンズ１２５の光軸の方向に見た図であり、図２（ｂ）は、対物レンズ１２５の光軸に垂直な方向に見た図である。また、この図には、シリンドリカルレンズ１２３による第１分岐光Ｃの集光の様子も示されている。
解析部１６１は、干渉画像に基づいて作成された位相画像φ(ｘ,ｔ)からφｓ(ｘ)およびφdev(ｔ)を減算する補正処理を行うとともに、位相アンラップ処理を行うことで、真の位相画像Φ(ｘ,ｔ)を求めることができる。なお、位相画像φ(ｘ,ｔ)からφｓ(ｘ)およびφdev(ｔ)のうちの何れか一方のみを減算することによっても、ＳＮ比が改善された位相画像を求めることができる。
解析部１６１は、固定パターン減算（φｓ(ｘ)の減算）、オフセット減算（φdev(ｔ)の減算）および位相アンラップを任意の順序で行うことができ、何れの場合にも同じ結果を得ることができる。すなわち、下記の６通りの順序のうちの何れでもよい。
（Ａ） 「位相アンラップ」⇒「固定パターン減算」⇒「オフセット減算」
（Ｂ） 「位相アンラップ」⇒「オフセット減算」⇒「固定パターン減算」
（Ｃ） 「固定パターン減算」⇒「位相アンラップ」⇒「オフセット減算」
（Ｄ） 「固定パターン減算」⇒「オフセット減算」⇒「位相アンラップ」
（Ｅ） 「オフセット減算」⇒「位相アンラップ」⇒「固定パターン減算」
（Ｆ） 「オフセット減算」⇒「固定パターン減算」⇒「位相アンラップ」
ただし、何れの場合においても、位相アンラップより後に行われる固定パターン減算では、予め位相アンラップされたφｓ(ｘ)を用いることが必要である。また、位相アンラップより後に行われるオフセット減算では、予め位相アンラップされたφdev(ｔ)を用いることが必要である。
一方、位相アンラップより前に行われる固定パターン減算およびオフセット減算では、これらの処理の結果として得られる位相の値が、幅２πの所定の範囲（例えば、−π≦φ＜π）から外れる場合がある。例えば、φ(ｘ,ｔ)＝−２（radian）、φｓ(ｘ)＝−１（radian）、φdev(ｔ)＝−１（radian）とすると、補正処理の結果、Φ(ｘ,ｔ)＝−４（radian）となり、−π≦Φ＜π の範囲から外れる。その場合には、剰余演算子を用いることで、補正処理の結果を−π≦Φ＜π の範囲に収めることができる。
位相範囲を −π≦φ＜π に保ったまま補正処理をするには、固定パターン減算およびオフセット減算を複素数領域での除算により行えばよい。すなわち、位相φ１から位相φ２を減算する際に、下記（６）式のように、絶対値が１であって位相がφ１である複素数Ｃ１、および、絶対値が１であって位相がφ２である複素数Ｃ２を想定する。複素数Ｃ１を複素数Ｃ２で除算すると下記（７）式のようになる。そして、この除算結果の位相として下記（８）式のように位相φ１から位相φ２を減算した値を一意的に求めることができる。
同様にして、下記（９）式の補正処理をするに際して、φ(ｘ,ｔ)、φｓ(ｘ)、φdev(ｔ) それぞれに対して、下記（１０）式で表される複素数Ｃ(ｘ,ｔ)、Ｃｓ(ｘ)、Ｃdev(ｔ) を想定する。そして、下記（１１）式により、位相アンラップ前の真の位相画像Φ(ｘ,ｔ)を一意的に求めることができる。
このように複素数領域での除算により位相の減算を行なうことの利点として、位相計算の元データが、位相としてではなく、その位相の偏角を持つ複素数として与えられている場合に、計算ステップを減らし、計算を高速化できることが挙げられる。例えば、上記（１）式に示された４点位相シフト法の場合、φは、（１ｂ）式のＺ(ｘ,ｔ)の偏角として表される。電子計算機による計算において偏角の計算すなわち逆正接の計算は長時間を要するものの、得られた位相データを複素数のまま扱って、位相アンラップの直前になって初めて位相値に直すようにすれば、長時間を要する逆正接の計算は一回で済み、（１１）式によって計算を高速化することができる。
真の位相画像Φ(ｘ,ｔ)を求める手順として、直感的に分かりやすいのは、最初に位相アンラップをしてしまう上記（Ａ）の手順（「位相アンラップ」⇒「固定パターン減算」⇒「オフセット減算」）である。電子計算機にとって扱いやすいのは、最後に偏角の計算および位相アンラップをする上記（Ｆ）の手順（「オフセット減算」⇒「固定パターン減算」⇒「位相アンラップ」）である。
図３〜図６は、位相画像の一例を示す図である。ここでは、干渉画像に基づいて作成した位相画像（元位相画像）に対し、オフセット減算、固定パターン減算および位相アンラップの各処理を順に行って、補正された位相アンラップ後の位相画像を作成した。これらの図において、横方向は時刻を表し、縦方向は流路１０の幅方向についての位置を表す。流体２０は血液であり、各図で中央付近に観察対象物３０としてＣＴＣが存在している。
図３は、補正前の位相画像（元位相画像φ(ｘ,ｔ)）を示す図である。この位相画像φ(ｘ,ｔ)は、真の位相画像Φ(ｘ,ｔ)に対して時間的ノイズおよび空間的ノイズが重畳したもの（上記（５）式）であり、上記（１０）式のように複素数領域で表現した場合は arg(Ｃ(x,t)) に対応する。
図４は、オフセット減算後の位相画像（φ(ｘ,ｔ)−φdev(ｔ)）を示す図である。この位相画像は、元位相画像φ(ｘ,ｔ)から時間的ノイズを差し引いたものであり、複素数領域で表現した場合は arg(Ｃ(x,t)／Ｃdev(t)) に対応する。
図５は、固定パターン減算後の位相画像（φ(ｘ,ｔ)−φdev(ｔ)−φｓ(ｘ)）を示す図である。この位相画像は、元位相画像φ(ｘ,ｔ)から時間的ノイズおよび空間的ノイズを差し引いたものであり、複素数領域で表現した場合は上記（１１）式に対応する。この位相画像は、位相アンラップ前の真の位相画像Φ(ｘ,ｔ)に相当する。
図６は、位相アンラップ後の真の位相画像Φ(ｘ,ｔ)を示す図である。これらの図から分るように、元位相画像（図３）においても観察対象物３０の形態を認識することができるが、オフセット減算後の位相画像（図４）および固定パターン減算後の位相画像（図５）において観察対象物３０の形態を明瞭に認識することができ、また、位相アンラップ後の真の位相画像（図５）において観察対象物３０の形態を更に明瞭に認識することができる。
以上のとおり、本実施形態では、合波光を受光して１次元干渉画像を表す検出信号を繰り返し出力する撮像部１５２を用い、この撮像部１５２から出力される検出信号に基づいて解析部１６１により観察対象物３０の２次元位相画像を作成することにより、流路１０を流体２０とともに流れる観察対象物３０の良好な位相画像を容易に作成することができる。
また、第１分岐光の光路上に配置された集光光学素子（例えばシリンドリカルレンズ）により、流路１０中の観察対象物３０の移動方向と交差する方向に長い集光領域に第１分岐光を集光照射することにより、第１分岐光の強度を高めつつ、観察するライン以外に照射される光が少なくなって迷光を抑えることができ、より高精度な位相画像を得ることができる。また、２次元位相画像から空間的なノイズを低減する補正、または、２次元位相画像から時間的なノイズを低減する補正をすることにより、より高精度な位相画像を得ることができる。
（第２実施形態）
図７は、第２実施形態の観察装置２の構成を示す図である。この第２実施形態は、第１実施形態の変形例である。観察装置２は、光源１０１、光ファイバ１０２、分岐部１１１、合波部１１２、光ファイバ１２１Ａ，１２１Ｂ、コリメータ１２２、光アイソレータ１２４、対物レンズ１２５、光ファイバ１３１Ａ，１３１Ｂ、コリメータ１３２、変調部１４０、撮像部１５２、解析部１６１および表示部１６２を備える。
本実施形態では、光源１０１から出力された光は、光ファイバ１０２により分岐部１１１まで導光され、この分岐部１１１により分岐されて第１分岐光および第２分岐光とされる。
分岐部１１１から出力された第１分岐光は、光ファイバ１２１Ａにより光アイソレータ１２４まで導光される。光アイソレータ１２４は、光ファイバ１２１Ａから光ファイバ１２１Ｂへの順方向には光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。光アイソレータ１２４を通過した第１分岐光は、光ファイバ１２１Ｂによりコリメータ１２２まで導光され、このコリメータ１２２から所定ビーム径の平行光として合波部１１２へ出力される。
コリメータ１２２から出力されて合波部１１２に入力された第１分岐光のうち合波部１１２を透過した光は、対物レンズ１２５により、流路１０中の観察対象物３０に集光照射される。流路１０の底面は反射面とされている。この反射面で反射されて対物レンズ１２５に入力された第１分岐光は、対物レンズ１２５から合波部１１２へ出力される。
分岐部１１１から出力された第２分岐光は、光ファイバ１３１Ａにより変調部１４０まで導光される。変調部１４０は、第２分岐光の光周波数をΩだけシフトさせる。変調部１４０から出力された第２分岐光は、光ファイバ１３１Ｂによりコリメータ１３２まで導光され、このコリメータ１３２から所定ビーム径の平行光として合波部１１２へ出力される。
対物レンズ１２５から出力された第１分岐光、および、コリメータ１３２から出力された第２分岐光は、合波部１１２により合波される。その合波部１１２から出力された合波光は撮像部１５２により受光される。撮像部１５２から、１次元干渉画像を表す検出信号が一定のラインレートで繰り返し出力される。
撮像部１５２から繰り返し出力される検出信号は解析部１６１に入力される。この解析部１６１において、検出信号が表す各時刻の１次元干渉画像に基づいて、位相回復法により観察対象物３０の２次元位相画像が作成される。また、解析部１６１において、位相画像における時間的または空間的なノイズの影響を低減するために補正処理が行われる。
なお、コリメータ１３２から出力される第２分岐光の一部は、合波部１１２により反射されてコリメータ１２２に入力されるが、光アイソレータ１２４により遮断されるので、光源１０１に戻ることが抑制される。
本実施形態では、合波部１１２と流路１０との間では、第１分岐光および第２分岐光のうち第１分岐光のみが伝搬する。この間の第１分岐光の光路の途中にシリンドリカルレンズを挿入して、流路１０中の観察対象物３０の移動方向と交差する方向に長い集光領域に第１分岐光を集光照射すればよい。
この第２実施形態においても、第１実施形態の場合と同様に、流路１０を流体２０とともに流れる観察対象物３０の良好な位相画像を容易に作成することができる。
（第３実施形態）
図８は、第３実施形態の観察装置３の構成を示す図である。観察装置３は、流路１０を流体２０とともに流れる観察対象物３０の干渉画像に基づいて位相画像を作成する。例えば、流路１０はフローセルであり、流体２０は血液であり、観察対象物３０は赤血球，白血球およびＣＴＣ等である。
観察装置３は、光源２０１、コリメータ２０２、シリンドリカルレンズ２０３、球面レンズ２０４、分岐合波部２１０、球面レンズ２２１、シリンドリカルレンズ２３１、ミラー２４１、直動ステージ２４２、球面レンズ２５１、撮像部２５４、解析部２６１および表示部２６２を備える。この図において、紙面水平方向の光のビーム幅の変化を実線で示し、紙面垂直方向の光のビーム幅の変化を破線で示す。
光源２０１は、光を出力する。光源２０１は、時間的にも空間的にもコヒーレントな光を出力するものであってもよいし、時間的にのみコヒーレントな光を出力するものであってもよいし、空間的にのみコヒーレントな光を出力するものであってもよい。また、光源２０１は、時間的にも空間的にもインコヒーレントな光を出力するものであってもよい。光源２０１は、例えばレーザ光源であって、具体的には光出力パワー７ｍＷのＨｅＮｅレーザ光源等が用いられる。
コリメータ２０２は、光源２０１から出力される光をコリメートして所定ビーム径の平行光として出力する。
シリンドリカルレンズ２０３は、正の焦点距離を有する凸レンズである。シリンドリカルレンズ２０３は、コリメータ２０２から出力される光を入力して、この光を紙面水平方向に収斂させる。
球面レンズ２０４は、シリンドリカルレンズ２０３から出力される光を入力して、この光を紙面水平方向については平行光とするとともに、この光を紙面垂直方向については収斂させる。
分岐合波部２１０は、光源２０１から出力されてコリメータ２０２，シリンドリカルレンズ２０３および球面レンズ２０４を経て到達する光を入力し、この入力した光を分岐して第１分岐光および第２分岐光とし、第１分岐光を流路１０へ出力し、第２分岐光をミラー２４１へ出力する。また、分岐合波部２１０は、流路１０の底面で反射されて到達する第１分岐光を入力するとともに、ミラー２４１で反射されて到達する第２分岐光を入力して、これら第１分岐光と第２分岐光とを合波して当該合波光を撮像部２５４へ出力する。分岐合波部２１０は分岐部および合波部を兼ねている。分岐合波部２１０と流路１０等との間の第１分岐光の光学系、および、分岐合波部２１０とミラー２４１との間の第２分岐光の光学系は、マイケルソン（Michelson）干渉計を構成している。
球面レンズ２２１は、分岐合波部２１０と流路１０等との間の第１分岐光の光路上に設けられた対物レンズである。球面レンズ２２１は、分岐合波部２１０から出力される第１分岐光を入力して、第１分岐光を紙面水平方向については収斂させるとともに、第１分岐光を紙面垂直方向については平行光として、この第１分岐光を流路１０へ出力する。球面レンズ２２１は、流路１０の底面で反射された第１分岐光を入力して、この第１分岐光を分岐合波部２１０へ出力する。
シリンドリカルレンズ２３１は、分岐合波部２１０とミラー２４１との間の第２分岐光の光路上に設けられている。シリンドリカルレンズ２３１は、正の焦点距離を有する凸レンズである。シリンドリカルレンズ２３１は、分岐合波部２１０から出力される第２分岐光を入力して、この第２分岐光を平行光としてミラー２４１へ出力する。シリンドリカルレンズ２３１は、ミラー２４１で反射された第２分岐光を入力して、この第２分岐光を分岐合波部２１０へ出力する。
直動ステージ２４２は、ミラー２４１の反射面に垂直な方向にミラー２４１を移動させる。直動ステージ２４２は、ミラー２４１の移動によりドップラーシフトを生じさせることにより第２分岐光の光周波数をシフトさせる。すなわち、直動ステージ２４２は、分岐合波部２１０における合波の際の第１分岐光と第２分岐光との間の位相差を周波数Ωで時間的に変化させる変調部として用いられる。
ミラー２４１の移動速度をＶとし、光の波長をλとすると、ドップラーシフト量Ωは下記（１２）式で表される。例えば、光源２０１から出力される光の波長λを０.６３３μｍとして、ドップラーシフト量Ωとして２０ｋＨｚを得たい場合、直動ステージ２４２によりミラー２４１を約１５.８ｍｍ／ｓの定速度移動Ｖで移動させればよい。
なお、ドップラーシフトにより第２分岐光の光周波数をシフトさせる手法として、半径ｒの円の周に沿って形成された勾配ｄ（radian）を有する円盤を円の中心位置の周りに角速度ωで回転させ、その円の周上に第２分岐光を入射させて反射させることとしてもよい。この場合、第２分岐光の光周波数シフト量Ωは、下記（１３）式で表される。
分岐合波部２１０は、球面レンズ２２１から到達する第１分岐光を入力するとともに、シリンドリカルレンズ２３１から到達する第２分岐光を入力して、これら第１分岐光と第２分岐光とを合波して当該合波光を球面レンズ２５１へ出力する。
球面レンズ２５１は、分岐合波部２１０から出力される合波光を入力して、合波光を紙面水平方向については収斂させ、合波光を紙面垂直方向については平行光として、合波光を撮像部２５４の受光面に入射させる。流路１０中の観察対象物３０と撮像部２５４の受光面とは、両者の間の光路上にある球面レンズ２２１および球面レンズ２５１により結像関係にある。
撮像部２５４は、受光面上において観察対象物３０の像の移動方向と交差する方向に配列された複数の画素を有する光検出器である。受光面上において、ライン状の集光領域が結像される結像領域は所定方向に長い領域であり、その結像領域内に該所定方向に沿って複数の画素が配列されている。撮像部２５４は、分岐合波部２１０から出力され球面レンズ２５１を経て到達する合波光を受光して、１次元干渉画像を表す検出信号を一定のラインレートで繰り返し出力する。撮像部２５４は、例えば１次元に複数の画素が配置されたラインセンサである。また、撮像部２５４は、受光面上において観察対象物３０の像の移動方向と交差する方向に配列された任意の１ラインの画素列が読み出し可能に構成された２次元センサであってもよい。以下では、撮像部２５４がラインセンサであるとして説明するが、撮像部２５４が２次元センサである場合には上記１ラインの画素列をラインセンサと見做して説明する。
解析部２６１は、撮像部２５４から繰り返し出力される検出信号を入力し、この検出信号が表す各時刻の１次元干渉画像に基づいて２次元画像を作成する。解析部２６１は、２次元画像として、例えば各時刻の１次元干渉画像に基づいて位相回復法（非特許文献１〜３を参照）により、観察対象物３０の２次元位相画像を作成する。位相回復法として、例えば、位相シフト法、フーリエ変換法およびヒルベルト変換法などが用いられる。また、例えば、解析部２６１は、複数の時刻における複数の１次元干渉画像に基づいて２次元干渉画像を作成する。
解析部２６１が干渉画像に基づいて高精度の位相画像を作成する為には、ドップラーシフトによる位相差変化の周波数Ωは、撮像部２５４のラインレートの１／３倍以下であるのが好適である。また、周波数Ωは該ラインレートの１／４倍であるのが好適である。この位相画像作成処理は、第１実施形態で既に説明したとおりである。
解析部２６１は、２次元位相画像に基づいて観察対象物３０の形態（外形や核の形状など）を解析することで、観察対象物３０がＣＴＣであるか否かを判別することができる。また、解析部２６１は、位相画像における時間的または空間的なノイズの影響を低減するために補正処理を行うのが好適である。この補正処理は、第１実施形態で既に説明したとおりである。
解析部２６１は、汎用のコンピュータにより構成されてもよいし、例えばＦＰＧＡ等を用いて専用機として構成されてもよい。専用機として構成される場合、解析部２６１は、位相画像の作成や解析を高速に行うことができ、例えば、撮像部２５４からの検出信号の入力と、入力した検出信号に基づく位相画像の作成等の処理とを、リアルタイムで並列的に処理することができる。
また、解析部２６１は、直動ステージ２４２を制御して、撮像部２５４の露光期間では一方向にミラー２４１を移動させ、撮像部２５４のＡ／Ｄ変換およびデータ転送の期間では逆方向にミラー２４１を移動させる。
表示部２６２は、例えばディスプレイであり、解析部２６１により作成された干渉画像や位相画像を表示したり、解析部２６１による位相画像に基づく解析結果を表示したりする。観察対象物３０がＣＴＣであると解析部２６１が判定したときに、表示部２６２は、音や光を発することで、その旨を表示してもよい。
この第３実施形態においても、第１実施形態の場合と同様に、流路１０を流体２０とともに流れる観察対象物３０の良好な位相画像を容易に作成することができる。
（第４実施形態）
図９は、第４実施形態の観察装置４の構成を示す図である。この第４実施形態は、第３実施形態の変形例である。観察装置４は、コリメータ２０２と分岐合波部２１０との間の光路上に球面レンズ２０５を備え、分岐合波部２１０と流路１０との間の第１分岐光の光路上にシリンドリカルレンズ２２２および球面レンズ２２３を備え、分岐合波部２１０とミラー２４１との間の第２分岐光の光路上に球面レンズ２３２を備え、また、分岐合波部２１０と撮像部２５４との間の合波光の光路上にシリンドリカルレンズ２５２および球面レンズ２５３を備える。この図においても、紙面水平方向の光のビーム幅の変化を実線で示し、紙面垂直方向の光のビーム幅の変化を破線で示す。
球面レンズ２０５は、コリメータ２０２から出力される光を入力して、この光を収斂させて分岐合波部２１０へ出力する。
シリンドリカルレンズ２２２は、負の焦点距離を有する凹レンズである。シリンドリカルレンズ２２２は、分岐合波部２１０から出力される第１分岐光を入力して、第１分岐光を紙面水平方向については平行光とし、第１分岐光を紙面垂直方向については収斂させる。球面レンズ２２３は、シリンドリカルレンズ２２２から出力される第１分岐光を入力して、第１分岐光を紙面水平方向については収斂させ、第１分岐光を紙面垂直方向については平行光として、この第１分岐光を流路１０へ出力する。球面レンズ２２３およびシリンドリカルレンズ２２２は、流路１０の底面で反射された第１分岐光を入力して、この第１分岐光を分岐合波部２１０へ出力する。
球面レンズ２３２は、分岐合波部２１０から出力される第２分岐光を入力し、この第２分岐光を平行光としてミラー２４１へ出力する。球面レンズ２３２は、ミラー２４１で反射された第２分岐光を入力して、この第２分岐光を分岐合波部２１０へ出力する。
分岐合波部２１０は、シリンドリカルレンズ２２２から到達する第１分岐光を入力するとともに、球面レンズ２３２から到達する第２分岐光を入力して、これら第１分岐光と第２分岐光とを合波して当該合波光を球面レンズ２５１へ出力する。
シリンドリカルレンズ２５２は、正の焦点距離を有する凸レンズである。シリンドリカルレンズ２５２は、分岐合波部２１０から出力される合波光を入力して、合波光を紙面水平方向については平行光とし、合波光を紙面垂直方向については発散光とする。球面レンズ２５３は、シリンドリカルレンズ２５２から出力される合波光を入力して、合波光を紙面水平方向については収斂させ、合波光を紙面垂直方向については平行光として、合波光を撮像部２５４の受光面に入射させる。流路１０中の観察対象物３０と撮像部２５４の受光面とは、両者の間の光路上にある球面レンズ２２３，シリンドリカルレンズ２２２，シリンドリカルレンズ２５２および球面レンズ２５３により結像関係にある。
この第４実施形態においても、第１実施形態の場合と同様に、流路１０を流体２０とともに流れる観察対象物３０の良好な位相画像を容易に作成することができる。
１〜４…観察装置、１０…流路、２０…流体、３０…観察対象物。
１０１…光源、１０２…光ファイバ、１１１…分岐部、１１２…合波部、１２１，１２１Ａ，１２１Ｂ…光ファイバ、１２２…コリメータ、１２３…シリンドリカルレンズ、１２４…光アイソレータ、１２５…対物レンズ、１３１，１３１Ａ，１３１Ｂ…光ファイバ、１３２…コリメータ、１３３…シリンドリカルレンズ、１３４…ミラー、１３５…対物レンズ、１４０…変調部、１４１，１４２…音響光学素子、１５１…レンズ、１５２…撮像部、１６１…解析部、１６２…表示部。
２０１…光源、２０２…コリメータ、２０３…シリンドリカルレンズ、２０４…球面レンズ、２０５…球面レンズ、２１０…分岐合波部、２２１…球面レンズ、２２２…シリンドリカルレンズ、２２３…球面レンズ、２３１…シリンドリカルレンズ、２３２…球面レンズ、２４１…ミラー、２４２…直動ステージ、２５１…球面レンズ、２５２…シリンドリカルレンズ、２５３…球面レンズ、２５４…撮像部、２６１…解析部、２６２…表示部。

Claims (17)

  1. 流路を流体とともに移動する観察対象物を観察する観察装置であって、
    光を出力する光源と、
    前記光を第１分岐光および第２分岐光に分岐し、前記第１分岐光を前記観察対象物で反射または透過させ、前記第１分岐光と前記第２分岐光とを合波して合波光を出力する干渉光学系と、
    前記合波の際の前記第１分岐光と前記第２分岐光との間の位相差を時間的に変化させる変調部と、
    前記観察対象物が結像される受光面上において前記観察対象物の像の移動方向と交差する方向に配列された複数の画素を有し、前記合波光を受光して１次元干渉画像を表す検出信号を繰り返し出力する撮像部と、
    前記検出信号に基づいて前記観察対象物の２次元画像を作成する解析部と、
    を備える観察装置。
  2. 前記干渉光学系が、前記第１分岐光の光路上に、前記第１分岐光の集光領域が前記観察対象物の移動方向よりも当該移動方向と交差する方向が長くなるように、前記第１分岐光を集光照射する集光光学素子を含む、
    請求項１に記載の観察装置。
  3. 前記集光光学素子がシリンドリカルレンズである、
    請求項２に記載の観察装置。
  4. 前記干渉光学系が、前記第２分岐光の光路上に、前記第１分岐光の光路上に設けられた前記集光光学素子と同様の集光光学素子を含む、
    請求項２または３に記載の観察装置。
  5. 前記変調部が、前記撮像部のラインレートの１／３倍以下の周波数で前記位相差を時間的に変化させる、
    請求項１〜４の何れか１項に記載の観察装置。
  6. 前記変調部が、前記第１分岐光と前記第２分岐光との間で光周波数を異ならせることにより前記位相差を時間的に変化させる、
    請求項１〜５の何れか１項に記載の観察装置。
  7. 前記変調部が音響光学素子を含む、
    請求項６に記載の観察装置。
  8. 前記変調部が、前記第１分岐光または前記第２分岐光にドップラーシフトを生じさせることにより前記位相差を時間的に変化させる、
    請求項１〜５の何れか１項に記載の観察装置。
  9. 前記解析部は、前記２次元画像として２次元位相画像を作成する、
    請求項１〜８の何れか１項に記載の観察装置。
  10. 前記解析部が、前記流路で前記観察対象物がない領域から求めたデータを前記２次元画像から減算することで、前記２次元画像から空間的なノイズを低減する、
    請求項１〜９の何れか１項に記載の観察装置。
  11. 前記解析部が、前記２次元画像のうち前記流路において前記観察対象物が通過しない領域の画像から得られる時間変動成分を前記２次元画像から減算することで、前記２次元画像から時間的なノイズを低減する、
    請求項１〜１０の何れか１項に記載の観察装置。
  12. 流路を流体とともに移動する観察対象物を観察する観察方法であって、
    光を出力するステップと、
    前記光を第１分岐光および第２分岐光に分岐するステップと、
    前記第１分岐光を前記観察対象物で反射または透過させるステップと、
    前記第１分岐光と前記第２分岐光との間の位相差を時間的に変化させる変調ステップと、
    前記第１分岐光と前記第２分岐光との合波光を撮像部により受光して、前記観察対象物が結像される前記撮像部の受光面上において前記観察対象物の像の移動方向と交差する方向の１次元干渉画像を表す検出信号を繰り返し出力する検出ステップと、
    前記検出信号に基づいて前記観察対象物の２次元画像を作成する解析ステップと、
    を有する観察方法。
  13. 前記変調ステップは、前記撮像部のラインレートの１／３倍以下の周波数で前記位相差を時間的に変化させる、
    請求項１２に記載の観察方法。
  14. 前記変調ステップは、前記第１分岐光と前記第２分岐光との間で光周波数を異ならせることにより前記位相差を時間的に変化させる、
    請求項１２または１３に記載の観察方法。
  15. 前記解析ステップは、前記２次元画像として２次元位相画像を作成する、
    請求項１２〜１４の何れか１項に記載の観察方法。
  16. 前記解析ステップは、前記流路で前記観察対象物がない領域から求めたデータを前記２次元画像から減算することで、前記２次元画像から空間的なノイズを低減する、
    請求項１２〜１５の何れか１項に記載の観察方法。
  17. 前記解析ステップは、前記２次元画像のうち前記流路において前記観察対象物が通過しない領域の画像から得られる時間変動成分を前記２次元画像から減算することで、前記２次元画像から時間的なノイズを低減する、
    請求項１２〜１６の何れか１項に記載の観察方法。
JP2016049700A 2016-03-14 2016-03-14 観察装置および観察方法 Active JP6629649B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016049700A JP6629649B2 (ja) 2016-03-14 2016-03-14 観察装置および観察方法
PCT/JP2017/008339 WO2017159387A1 (ja) 2016-03-14 2017-03-02 観察装置および観察方法
EP17766390.3A EP3431962A4 (en) 2016-03-14 2017-03-02 OBSERVATION DEVICE AND OBSERVATION PROCEDURE
US16/084,307 US10551294B2 (en) 2016-03-14 2017-03-02 Temporal noise reduction in 2D image of an observation object moving in a flow path

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016049700A JP6629649B2 (ja) 2016-03-14 2016-03-14 観察装置および観察方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017166848A true JP2017166848A (ja) 2017-09-21
JP6629649B2 JP6629649B2 (ja) 2020-01-15

Family

ID=59850291

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016049700A Active JP6629649B2 (ja) 2016-03-14 2016-03-14 観察装置および観察方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10551294B2 (ja)
EP (1) EP3431962A4 (ja)
JP (1) JP6629649B2 (ja)
WO (1) WO2017159387A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022024564A1 (ja) 2020-07-30 2022-02-03 浜松ホトニクス株式会社 判別装置、判別方法、判別プログラム及び記録媒体
WO2024090059A1 (ja) * 2022-10-26 2024-05-02 浜松ホトニクス株式会社 観察装置および観察方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230252606A1 (en) * 2020-07-02 2023-08-10 Hamamatsu Photonics K.K. Image processing device, image processing method, image processing program, and recording medium

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006084304A (ja) * 2004-09-15 2006-03-30 Topcon Corp 光画像計測装置
US20090015842A1 (en) * 2005-03-21 2009-01-15 Rainer Leitgeb Phase Sensitive Fourier Domain Optical Coherence Tomography
WO2011136381A1 (ja) * 2010-04-30 2011-11-03 浜松ホトニクス株式会社 観察装置
JP2015524070A (ja) * 2012-06-21 2015-08-20 エスティーシー． ユーエヌエムＳｔｃ．Ｕｎｍ ラインフォーカシング式光源で励起した多数のサンプル流れからの空間相関集光

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5022274B1 (ja) 1969-09-30 1975-07-29
JP2005084019A (ja) * 2003-09-11 2005-03-31 Akifumi Ito 基板の温度測定方法
JP5022274B2 (ja) 2008-03-06 2012-09-12 浜松ホトニクス株式会社 観察装置
DE112012004591T5 (de) 2011-11-02 2014-09-04 Hamamatsu Photonics K.K. Beobachtungsvorrichtung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006084304A (ja) * 2004-09-15 2006-03-30 Topcon Corp 光画像計測装置
US20090015842A1 (en) * 2005-03-21 2009-01-15 Rainer Leitgeb Phase Sensitive Fourier Domain Optical Coherence Tomography
WO2011136381A1 (ja) * 2010-04-30 2011-11-03 浜松ホトニクス株式会社 観察装置
JP2015524070A (ja) * 2012-06-21 2015-08-20 エスティーシー． ユーエヌエムＳｔｃ．Ｕｎｍ ラインフォーカシング式光源で励起した多数のサンプル流れからの空間相関集光

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022024564A1 (ja) 2020-07-30 2022-02-03 浜松ホトニクス株式会社 判別装置、判別方法、判別プログラム及び記録媒体
WO2024090059A1 (ja) * 2022-10-26 2024-05-02 浜松ホトニクス株式会社 観察装置および観察方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20190072477A1 (en) 2019-03-07
EP3431962A1 (en) 2019-01-23
WO2017159387A1 (ja) 2017-09-21
US10551294B2 (en) 2020-02-04
JP6629649B2 (ja) 2020-01-15
EP3431962A4 (en) 2019-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11644791B2 (en) Holographic imaging device and data processing method therefor
JP5364203B2 (ja) 観察装置
Jeon et al. Dual-wavelength digital holography with a single low-coherence light source
US11125686B2 (en) System and method for three-dimensional label-free optical imaging of a biological cell sample in an environmental chamber
US9316536B2 (en) Spatial frequency reproducing apparatus and optical distance measuring apparatus
JP2019041724A (ja) 細胞観察システムおよび細胞観察方法
Ebrahimi et al. Common-path lensless digital holographic microscope employing a Fresnel biprism
Tiziani et al. From speckle pattern photography to digital holographic interferometry
US9176054B2 (en) System for tomographic imaging using coherent light that has a random phase distribution
WO2017159387A1 (ja) 観察装置および観察方法
JP2017026596A (ja) 三次元屈折率測定方法および三次元屈折率測定装置
JP6194404B2 (ja) 光学的距離計測装置
JP6385779B2 (ja) 光学的距離計測装置
Joglekar et al. Compact, low cost, large field-of-view self-referencing digital holographic interference microscope
JP6230358B2 (ja) 光学的距離計測装置
JP6196841B2 (ja) 透過波面計測装置及び透過波面計測方法
JP6623029B2 (ja) 光学的距離計測装置
JP2013238450A (ja) 光学的分解能向上装置
JP6979693B2 (ja) 光学計測装置
KR102036067B1 (ko) 3d 형상 및 굴절률 측정이 가능한 광학 측정 장치
JP7090334B2 (ja) 光学的距離計測装置
Cheng et al. Target-surface multiplexed quantitative dynamic phase microscopic imaging based on the transport-of-intensity equation
Zhu et al. DMD-based structured illumination full-field optical coherence tomography
Bae et al. Beam propagation analysis on thickness measurements in quantitative phase microscopy
Bansode et al. Characterization of microstructures using white light diffraction phase microscopy

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181031

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190910

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191030

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191203

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191205

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6629649

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250