JP7173834B2 - 画像シミュレーション装置、及び画像シミュレーション方法 - Google Patents
画像シミュレーション装置、及び画像シミュレーション方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7173834B2 JP7173834B2 JP2018205848A JP2018205848A JP7173834B2 JP 7173834 B2 JP7173834 B2 JP 7173834B2 JP 2018205848 A JP2018205848 A JP 2018205848A JP 2018205848 A JP2018205848 A JP 2018205848A JP 7173834 B2 JP7173834 B2 JP 7173834B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical system
- image
- wavefronts
- observation
- light
- 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.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Description
照明光学系と、照明光学系と標本を挟んで対向して配置された観察光学系と、を有する撮像光学系のシミュレーション画像を生成する画像シミュレーション装置であって、
プロセッサを備え、
プロセッサは、
照明光学系の瞳の強度分布をモデル化した複数の光源から射出された複数の第1波面を計算するステップと、
複数の第1波面が標本を通過した後の複数の第2波面を計算するステップと、
複数の第2波面から観察光学系の標本側の焦点位置における複数の第3波面を計算するステップと、
複数の第3波面と観察光学系の瞳関数とを用いて観察光学系の結像位置における複数の第4波面を計算し、複数の第4波面をそれぞれ2乗して複数の第1強度分布を計算するステップと、
複数の第1強度分布を足し合わせることにより、標本の光学像の強度分布を算出するステップと、
を備える処理を行うことを特徴とする。
プロセッサが、
照明光学系の瞳の強度分布をモデル化した複数の光源から射出された複数の第1波面を計算し、
複数の第1波面が標本を通過した後の複数の第2波面を計算し、
複数の第2波面から観察光学系の標本側の焦点位置における複数の第3波面を計算し、
複数の第3波面と観察光学系の瞳関数とを用いて観察光学系の結像位置における複数の第4波面を計算し、複数の第4波面をそれぞれ2乗して複数の第1強度分布を計算し、
複数の第1強度分布を足し合わせることにより、標本の光学像の強度分布を算出することを実行することを特徴とする。
ここで、
u(x,y,z0,ξs,ηs)は、照明瞳位置(ξs,ηs)にある微小光源から射出された点(x,y,z0)における光の振幅分布、
k=2×n0/λ、
n0は,標本周囲の媒質の屈折率、
λは、シミュレーションに用いる光の波長、
である。
ここで、
u(x,y,zf,ξs,ηs)は、位置(x,y,zf)における光の振幅分布、
u(x,y,zN,ξs,ηs)は、位置(x,y,zN)における光の振幅分布、
kx=kξsを示し、x方向の波数、
ky=kηsを示し、y方向の波数、
である。
ここで、
uimage(x,y,ξs,ηs)は、結像位置(x,y)における光の振幅分布、
u(x,y,zf,ξs,ηs)は、位置(x,y,zf)における光の振幅分布、
P(ξ,η)は、観察光学系の瞳関数、
である。
ここで、
i(x,y)は、結像位置(x,y)における光の強度分布、
uimage(x,y,ξs,ηs)は、結像位置(x,y)における光の振幅分布、
S(ξs,ηs)は、光源の強度分布、
である。
ここで、
u(x,y,zk=zk-1+dz,ξs,ηs)は、位置zkにおける標本通過直前の光の振幅分布、
u(x,y,zk-1,ξs,ηs)は、位置zk-1における標本通過直前の光の振幅分布、
dn(x,y,zk-1)は、位置(x,y,zk-1)における屈折率とn0との差、
n0は、標本周囲の媒質の屈折率、
である。
d<0.5×Rob/β (1)
ここで、
dは、複数の光源の最小間隔、
Robは、対物レンズの瞳の半径、
βは、対物レンズの焦点距離をコンデンサレンズの焦点距離で割ることで得られる倍率、
である。
d<0.3×Rob/β (1’)
また、条件式(1)に代えて、以下の条件式(1’’)を満足すると良い。
d<0.15×Rob/β (1’’)
d<0.5×(R1-R0) (2)
ここで、
dは、複数の光源の最小間隔、
R0は、照明光学系の光軸から透過部の内縁までの距離、
R1は、照明光学系の光軸から透過部の外縁までの距離、
である。
d<0.3×(R1-R0) (2’)
また、条件式(2)に代えて、以下の条件式(2’’)を満足すると良い。
d<0.15×(R1-R0) (2’’)
dz<0.5×1.2×λ/NAob2 (3)
ここで、
dzは、隣り合う平面の間隔、
NAobは、対物レンズの開口数、
λは、シミュレーションに用いる光の波長、
である。
dx<0.5×1.2×λ/NAob (4)
ここで、
dxは、平面内におけるサンプリング間隔、
NAは、対物レンズの開口数、
λは、シミュレーションに用いる光の波長、
サンプリング間隔は、平面を複数の領域に分割したときの隣り合う2つの領域の間隔、
である。
dx<Δshear (5)
ここで、
dxは、平面内におけるサンプリング間隔、
Δshearは、標本上でのシア量、
である。
IVC観察に用いられる光学系を、図7に示す。光学系30は、照明光学系31と、観察光学系32と、を有する。照明光学系31は、コンデンサレンズ33と、絞り34と、を有する。観察光学系32は、対物レンズ36と、結像レンズ39と、を有する。対物レンズ36は、絞り37を有する。観察光学系32の像位置40に、標本35の光学像が形成される。
ビーズの直径 72μm
ビーズの屈折率 1.59
ビーズの保持 液体
液体の屈折率 1.516
対物レンズの倍率 10倍
対物レンズの開口数 0.25
光源 LED
光源の波長 550nm
コンデンサレンズの透過部の幅 最小:0.242、最大:0.278
コンデンサレンズの透過部の幅は、開口数で表している。
位置1 位置2から下側に32μm離れた位置
位置2 ビーズの中央
位置3 位置2から上側に32μm離れた位置
明視野観察に用いられる光学系を、図10に示す。光学系50と同じ構成については、同じ番号を付し、説明は省略する。
位相差観察に用いられる光学系は、図示を省略する。位相差観察では、IVC観察と同じように、円環状の透過部を有する絞りが用いられる。よって、図8と同様に、照明光学系の瞳における強度分布は、複数の光源を円環状に分布させることでモデル化される。
透過部の幅 最小:0.13、 最大:0.15
位相膜の幅 最小:0.125、最大:0.155
吸収膜の透過率 14%
ここで、
NAphase_film1は、位相膜の内縁の開口数、
NAphase_film2は、位相膜の外縁の開口数、
である。
DIC観察では、図6に示す光学系が用いられる。DIC観察では、明視野観察と同じように、円形の透過部を有する絞りが用いられる。よって、図11と同様に、照明光学系の瞳における強度分布は、複数の光源を円形に分布させることでモデル化される。
ここで、
θは光Lpと光Lsとの相対的なリタデーション量、
である。
PCFの直径 230μm
穴の直径 6μm
PCFの屈折率 1.458
PCFの保持 液体
液体の屈折率 1.424
<合焦位置>
位置4 位置5から下側に30μm離れた位置
位置5 PCFの中央
位置6 位置5から上側に30μm離れた位置
2 プロセッサ
3 撮像光学系
4 照明光学系
5 観察光学系
6 標本
7、8 レンズ
9 コンデンサレンズ
10 対物レンズ
11 結像レンズ
12 光源
12’ 光源像
13 光学像
14 照明光学系の瞳
15 観察光学系の瞳
16 表示装置
20、30、50 光学系
21、31、51 照明光学系
22、32 観察光学系
23、24 微分干渉プリズム
25、29 偏光板
26、33 コンデンサレンズ
27、35 標本
28、36 対物レンズ
34、37、52 絞り
34a、34c、37b 遮光部
34b、37a 透過部
38 境界
39 結像レンズ
40 像位置
60 PCF(フォトニック結晶ファイバー)
61 円柱部材
62 貫通孔
Ls、Lp 光
Claims (8)
- 照明光学系と、前記照明光学系と標本を挟んで対向して配置された観察光学系と、を有する撮像光学系のシミュレーション画像を生成する画像シミュレーション装置であって、
プロセッサを備え、
前記プロセッサは、
前記照明光学系の瞳の強度分布をモデル化した複数の光源から射出された複数の第1波面を計算するステップと、
前記複数の第1波面が前記標本を通過した後の複数の第2波面を計算するステップと、
前記複数の第2波面から前記観察光学系の前記標本側の焦点位置における複数の第3波面を計算するステップと、
前記複数の第3波面と前記観察光学系の瞳関数とを用いて前記観察光学系の結像位置における複数の第4波面を計算し、前記複数の第4波面をそれぞれ2乗して複数の第1強度分布を計算するステップと、
前記複数の第1強度分布を足し合わせることにより、前記標本の光学像の強度分布を算出するステップと、
を備える処理を行うことを特徴とする画像シミュレーション装置。 - 前記複数の第1波面のそれぞれに対してビーム伝搬法を適用することにより前記複数の第2波面を計算することを特徴とする請求項1に記載の画像シミュレーション装置。
- 前記照明光学系は、光源と、コンデンサレンズと、を有し、
前記観察光学系は、対物レンズと、結像レンズと、を有し、
以下の条件式(1)を満足することを特徴とする請求項1に記載の画像シミュレーション装置。
d<0.5×Rob/β (1)
ここで、
dは、前記複数の光源の最小間隔、
Robは、前記対物レンズの瞳の半径、
βは、前記対物レンズの焦点距離を前記コンデンサレンズの焦点距離で割ることで得られる倍率、
である。 - 前記照明光学系は、開口部材を有し、
前記開口部材は、遮光部と透過部とを有し、
以下の条件式(2)を満足することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の画像シミュレーション装置。
d<0.5×(R1-R0) (2)
ここで、
dは、前記複数の光源の最小間隔、
R0は、前記照明光学系の光軸から前記透過部の内縁までの距離、
R1は、前記照明光学系の光軸から前記透過部の外縁までの距離、
である。 - 前記観察光学系は、対物レンズと、結像レンズと、を有し、
前記第2波面の計算では、複数の平面に置き換えられた仮想標本が用いられ、
前記複数の平面は、等間隔に並んでおり、
以下の条件式(3)を満足することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の画像シミュレーション装置。
dz<0.5×1.2×λ/NAob2 (3)
ここで、
dzは、隣り合う前記平面の間隔、
NAobは、前記対物レンズの開口数、
λは、シミュレーションに用いる光の波長、
である。 - 前記観察光学系は、対物レンズと、結像レンズと、を有し、
前記第2波面の計算では、複数の平面に置き換えられた仮想標本が用いられ、
以下の条件式(4)を満足することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の画像シミュレーション装置。
dx<0.5×1.2×λ/NAob (4)
ここで、
dxは、前記平面内におけるサンプリング間隔、
NAobは、前記対物レンズの開口数、
λは、シミュレーションに用いる光の波長、
前記サンプリング間隔は、前記平面を複数の領域に分割したときの隣り合う2つの領域の間隔、
である。 - 前記撮像光学系は、微分干渉プリズムを有し、
以下の条件式(5)を満足することを特徴とする請求項6に記載の画像シミュレーション装置。
dx<Δshear (5)
ここで、
dxは、前記平面内における前記サンプリング間隔、
Δshearは、前記標本上でのシア量、
である。 - 照明光学系と、前記照明光学系と標本を挟んで対向して配置された観察光学系と、を有する撮像光学系のシミュレーション画像を生成する画像シミュレーション方法において、
プロセッサが、
前記照明光学系の瞳の強度分布をモデル化した複数の光源から射出された複数の第1波面を計算し、
前記複数の第1波面が前記標本を通過した後の複数の第2波面を計算し、
前記複数の第2波面から前記観察光学系の前記標本側の焦点位置における複数の第3波面を計算し、
前記複数の第3波面と前記観察光学系の瞳関数とを用いて前記観察光学系の結像位置における複数の第4波面を計算し、前記複数の第4波面をそれぞれ2乗して複数の第1強度分布を計算し、
前記複数の第1強度分布を足し合わせることにより、前記標本の光学像の強度分布を算出することを実行する画像シミュレーション方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018205848A JP7173834B2 (ja) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | 画像シミュレーション装置、及び画像シミュレーション方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018205848A JP7173834B2 (ja) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | 画像シミュレーション装置、及び画像シミュレーション方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020071393A JP2020071393A (ja) | 2020-05-07 |
JP7173834B2 true JP7173834B2 (ja) | 2022-11-16 |
Family
ID=70547724
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018205848A Active JP7173834B2 (ja) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | 画像シミュレーション装置、及び画像シミュレーション方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7173834B2 (ja) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002196230A (ja) | 2000-12-27 | 2002-07-12 | Olympus Optical Co Ltd | 結像シミュレーション法及びそれを用いた結像シミュレーション装置及び記憶媒体 |
JP2005302777A (ja) | 2004-04-06 | 2005-10-27 | Canon Inc | 収差計測方法及びそれを用いた投影露光装置 |
JP2018092078A (ja) | 2016-12-06 | 2018-06-14 | キヤノン株式会社 | 露光装置、露光方法、及び物品の製造方法 |
-
2018
- 2018-10-31 JP JP2018205848A patent/JP7173834B2/ja active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002196230A (ja) | 2000-12-27 | 2002-07-12 | Olympus Optical Co Ltd | 結像シミュレーション法及びそれを用いた結像シミュレーション装置及び記憶媒体 |
JP2005302777A (ja) | 2004-04-06 | 2005-10-27 | Canon Inc | 収差計測方法及びそれを用いた投影露光装置 |
JP2018092078A (ja) | 2016-12-06 | 2018-06-14 | キヤノン株式会社 | 露光装置、露光方法、及び物品の製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020071393A (ja) | 2020-05-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lu et al. | Quantitative phase imaging and complex field reconstruction by pupil modulation differential phase contrast | |
Wesemann et al. | Nanophotonics enhanced coverslip for phase imaging in biology | |
Almoro et al. | Phase microscopy of technical and biological samples through random phase modulation with a diffuser | |
Leahy et al. | Large depth-of-field tracking of colloidal spheres in holographic microscopy by modeling the objective lens | |
Singh et al. | Quantitative phase imaging using a deep UV LED source | |
Greve et al. | The Beynon Gabor zone plate: a new tool for de Broglie matter waves and hard X-rays? An off axis and focus intensity investigation | |
Klauss et al. | Binary phase masks for easy system alignment and basic aberration sensing with spatial light modulators in STED microscopy | |
Krauze et al. | 3D scattering microphantom sample to assess quantitative accuracy in tomographic phase microscopy techniques | |
Zeng et al. | Axial displacement measurement with high resolution of particle movement based on compound digital holographic microscopy | |
Wang et al. | Wide-field high-resolution solid immersion fluorescence microscopy applying an aplanatic solid immersion lens | |
Kim et al. | Gradient field microscopy for label-free diagnosis of human biopsies | |
JP7173834B2 (ja) | 画像シミュレーション装置、及び画像シミュレーション方法 | |
Shaw et al. | Investigation of the confocal wavefront sensor and its application to biological microscopy | |
Takiguchi et al. | Effects of dielectric planar interface on tight focusing coherent beam: direct comparison between observations and vectorial calculation of lateral focal patterns | |
Guang et al. | Quantitative phase imaging with epi-mode illumination for fiber-optic endoscopy | |
King et al. | Implementation of PSF engineering in high-resolution 3D microscopy imaging with a LCoS (reflective) SLM | |
Lohner et al. | Imaging of custom-made single scatterers with the confocal laser scanning microscope | |
Besaga et al. | Monitoring of photochemically induced changes in phase-modulating samples with digital holographic microscopy | |
Kwon et al. | Microsphere-assisted ultra-small spot spectral reflectometry technique for semiconductor device metrology | |
Khakurel et al. | Coherent diffraction imaging of non-isolated object with apodized illumination | |
Ziemczonok et al. | Quantifying the performance of holographic tomography systems using the 3D-printed biological cell phantom | |
Escobar et al. | New analytical tools for evaluation of spherical aberration in optical microscopy | |
Fan et al. | Label-free Rheinberg staining of cells using digital holographic microscopy and spatial light interference microscopy | |
Brenner | A high-speed version of the wave propagation method applied to micro-optics | |
Serafimovich | Diffraction analysis of focusing optical elements |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210728 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220622 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20220705 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220803 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220915 |
|
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: 20221027 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20221104 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7173834 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |