JPWO2020016961A1 - データ取得装置 - Google Patents

Abstract

小型でありながら、屈折率を高い確度で算出できるデータ取得装置を提供する。データ取得装置１’は、照明装置２と、第１のビームスプリッタ３と、測定ユニット４と、光検出器６と、を備え、照明装置２と光検出器６との間に、測定光路ＯＰｍと、参照光路ＯＰｒと、が位置し、第１のビームスプリッタ３は、光学膜が形成された光学面３ａを有し、第１のビームスプリッタ３では、光学膜によって、入射した光から、第１の方向に進行する光と、第２の方向に進行する光と、が生成され、第１の方向に、測定光路ＯＰｍが位置し、第２の方向に、参照光路ＯＰｒが位置し、測定光路ＯＰｍに、測定ユニット４が配置され、第１のビームスプリッタ３の光学面３ａにおいて、照明装置２から出射した光の入射位置が時間の経過と共に変化し、入射位置の変化に合わせて、測定光路ＯＰｍを進む光と測定光路ＯＰｒの光軸とのなす角度が変化する。

Description

本発明は、データ取得装置、特に、屈折率の算出に用いるデータを取得する装置に関する。

微小物体の像を高い分解能で取得する装置が、非特許文献１や特許文献１に開示されている。

非特許文献１では、装置は、参照光路と信号光路とを有する。参照光路には、レンズが配置されている。信号光路には、２つの対物レンズが配置されている。２つの対物レンズは、標本を挟んで配置されている。信号光路には、回転ミラーが配置されている。回転ミラーによって、標本に照射される光の角度が変化する。

標本を透過した光は、参照光路の光と共に、光検出器で検出される。標本を透過した光と参照光路の光とで、ホログラムが形成される。標本を透過した光には、標本で生じた散乱光が含まれている。よって、ホログラムにも、散乱光の情報が含まれている。このホログラムを用いて、標本における屈折率の３次元分布を計算している。

特許文献１では、装置は、２つの光路を有する。一方の光路には、ピンホールとレンズが配置されている。他方の光路には、コンデンサレンズと対物レンズが配置されている。コンデンサレンズと対物レンズは、標本を挟んで配置されている。信号光路には、楔プリズムが配置されている。楔プリズムの回転によって、標本に照射される光の角度が変化する。

特許文献１には、微小物体の像の分解能を向上させる方法が開示されている。開示されている方法は、微小物体で散乱された波動場を測定するステップを含んでいる。測定した波動場を、コヒーレント伝達関数でデコンボリューションし、散乱ポテンシャルを求める。この散乱ポテンシャルを、標本に照射される光の角度毎に求め、フーリエ面で合成することで、像の分解能を向上させている。

また、式（３０）が開示されている。式（３０）には、関数Ｆ（Ｋ）とｎ（ｒ）が含まれている。関数Ｆ（Ｋ）は散乱ポテンシャルで、ｎ（ｒ）は複素屈折率である。式（３０）は、散乱ポテンシャルから屈折率が求められることを示している。

ULUGBEK S. KAMILOV ET AL，"Learning approach to optical tomography", Optica, June 2015, Vol. 2, No. 6, 517-522

米国特許第８９３７７２２号明細書

非特許文献１に開示された装置では、信号光路中に回転ミラー（ガルバノミラー）が配置されている。そのため、信号光路が大型化する。特許文献１に開示された装置では、微小物体に照射される角度が変化しない。

また、非特許文献１に開示された装置や、特許文献１に開示された装置では、散乱ポテンシャルに関する情報が少ない。そのため、標本の屈折率を正確に算出することが困難である。具体的には、算出された屈折率の値は、実際の屈折率の値よりも小さくなる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、小型でありながら、屈折率を高い確度で算出できるデータ取得装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係るデータ取得装置は、
照明装置と、第１のビームスプリッタと、測定ユニットと、光検出器と、を備え、
照明装置と光検出器との間に、測定光路と、参照光路と、が位置し、
第１のビームスプリッタは、光学膜が形成された光学面を有し、
第１のビームスプリッタでは、光学膜によって、入射した光から、第１の方向に進行する光と、第２の方向に進行する光と、が生成され、
第１の方向に、測定光路が位置し、
第２の方向に、参照光路が位置し、
測定光路に、測定ユニットが配置され、
第１のビームスプリッタの光学面において、照明装置から出射した光の入射位置が時間の経過と共に変化し、
入射位置の変化に合わせて、測定光路を進む光と測定光路の光軸とのなす角度が変化することを特徴とする。

本発明によれば、小型でありながら、屈折率を高い確度で算出できるデータ取得装置を提供することができる。

は、本実施形態のデータ取得装置を示す図である。 は、本実施形態のデータ取得装置を示す図である。 は、標本の例と散乱ポテンシャルの例を示す図である。 は、測定光の向きとエワルト球の球殻の位置の関係を示す図である。 は、測定光の向きとエワルト球の球殻の位置の関係を示す図である。 は、散乱ポテンシャルの取得範囲と標本の形状の関係を示す図である。 は、データ取得装置の変形例を示す図である。 は、照明装置の具体例を示す図である。 は、照明装置の別の具体例を示す図である。 は、データ取得装置の変形例を示す図である。 は、本実施形態の別のデータ取得装置を示す図である。 は、散乱ポテンシャルと散乱ポテンシャルの取得範囲の関係を示す図である。 は、本実施形態のデータ取得装置における散乱ポテンシャルの取得範囲を示す図である。 は、散乱ポテンシャルの取得範囲と標本の形状の関係を示す図である。

実施例の説明に先立ち、本発明のある態様にかかる実施形態の作用効果を説明する。なお、本実施形態の作用効果を具体的に説明するに際しては、具体的な例を示して説明することになる。しかし、後述する実施例の場合と同様に、それらの例示される態様はあくまでも本発明に含まれる態様のうちの一部に過ぎず、その態様には数多くのバリエーションが存在する。したがって、本発明は例示される態様に限定されるものではない。

本実施形態のデータ取得装置は、照明装置と、第１のビームスプリッタと、測定ユニットと、光検出器と、を備え、照明装置と光検出器との間に、測定光路と、参照光路と、が位置し、第１のビームスプリッタは、光学膜が形成された光学面を有し、第１のビームスプリッタでは、光学膜によって、入射した光から、第１の方向に進行する光と、第２の方向に進行する光と、が生成され、第１の方向に、測定光路が位置し、第２の方向に、参照光路が位置し、測定光路に、測定ユニットが配置され、第１のビームスプリッタの光学面において、照明装置から出射した光の入射位置が時間の経過と共に変化し、入射位置の変化に合わせて、測定光路を進む光と測定光路の光軸とのなす角度が変化することを特徴とする。

本実施形態のデータ取得装置を図１に示す。データ取得装置の構成や動作については、図２に示すデータ取得装置で詳細に説明する。

データ取得装置１’は、照明装置２と、第１のビームスプリッタ３と、測定ユニット４と、光検出器６と、を備える。データ取得装置１’では、照明装置２と光検出器６との間に、測定光路と、参照光路と、が位置している。

第１のビームスプリッタ３は、光学膜が形成された光学面３ａを有する。第１のビームスプリッタ３では、光学膜によって、入射した光から、第１の方向に進行する光と、第２の方向に進行する光と、が生成される。第１の方向には、測定光路が位置している。第２の方向には、参照光路が位置している。

測定光路には、測定ユニット４が配置されている。第１の方向に進行する光は測定ユニット４を通過した後、光検出器６に入射する。

参照光路には、参照ユニット９、ミラーＭ１、及びミラーＭ２が配置されている。第２の方向に進行する光は参照ユニット９を通過した後、ミラーＭ１に入射する。ミラーＭ１に入射にした光は、ミラーＭ１とミラーＭ２で反射される。ミラーＭ２で反射された光は、光検出器６に入射する。

第１のビームスプリッタ３の光学面３ａにおいて、照明装置２から出射した光の入射位置が時間の経過と共に変化する。そして、入射位置の変化に合わせて、測定光路を進む光と測定光路の光軸とのなす角度が変化する。

光検出器６に測定ユニット４を通過した光と参照ユニット９を通過した光が、同じ場所に入射する。その結果、光検出器６の検出面上に、干渉縞が形成される。干渉縞を解析することで、散乱ポテンシャルを取得できる。散乱ポテンシャルから屈折率が求められる。

本実施形態のデータ取得装置は、第２のビームスプリッタを備え、第２のビームスプリッタは、光学膜が形成された光学面を有し、第１の方向に進む光は測定光で、第２の方向に進む光は参照光であり、測定光路と参照光路が交差する位置に、第２のビームスプリッタが配置され、測定光と参照光は、第２のビームスプリッタに入射し、第２のビームスプリッタから光検出器に向かって、測定光と参照光が出射することが好ましい。

本実施形態のデータ取得装置を図２に示す。図２（ａ）は、第１の状態におけるデータ取得装置を示す図、図２（ｂ）は、第２の状態におけるデータ取得装置を示す図である。

データ取得装置１は、照明装置２と、第１のビームスプリッタ３と、測定ユニット４と、第２のビームスプリッタ５と、光検出器６と、を備える。

照明装置２から出射した光（以下、「出射光Ｌout」という）は、照明装置２から第１のビームスプリッタ３までの間の光路（以下、「共通光路ＯＰｃ１」という）を進行し、第１のビームスプリッタ３に入射する。光軸ＡＸｃ１は、共通光路ＯＰｃ１の光軸である。

第１のビームスプリッタ３は、光学膜が形成された光学面３ａを有する。第１のビームスプリッタ３では、光学膜によって、入射した光から、第１の方向に進行する光と、第２の方向に進行する光と、が生成される。

第１の方向と第２の方向には、各々、光路が位置している。第１の方向に位置する光路は、測定用の光路（以下、「測定光路ＯＰｍ」という）である。第２の方向に位置する光路は、参照用の光路（以下、「参照光路ＯＰｒ」という）である。データ取得装置１では、照明装置２と光検出器６との間に、測定光路ＯＰｍと、参照光路ＯＰｒと、が位置する。

第１のビームスプリッタ３では、光学膜によって、反射光と透過光とが生成される。データ取得装置１では、反射光が第１の方向に進行する光に対応し、透過光が第２の方向に進行する光に対応する。

第１の方向と第２の方向は交差している。データ取得装置１では、光学面３ａの法線と光軸ＡＸｃ１とのなす角度は、４５°である。よって、第１の方向と第２の方向は直交している。

第１の方向には、測定光路ＯＰｍが位置している。よって、第１のビームスプリッタ３の反射側に、測定光路ＯＰｍが位置する。第２の方向には、参照光路ＯＰｒが位置している。よって、第１のビームスプリッタ３の透過側に、参照光路ＯＰｒが位置する。

以上の説明では、光学面３ａで生成された反射光を、第１の方向に進行する光に対応させている。また、光学面３ａで生成された透過光を、第２の方向に進行する光に対応させている。よって、第１のビームスプリッタ３の反射側に測定光路ＯＰｍが位置し、第１のビームスプリッタ３の透過側に参照光路ＯＰｒが位置する。

しかしながら、光学面３ａで生成された反射光を、第２の方向に進行する光に対応させても良い。また、光学面３ａで生成された透過光を、第１の方向に進行する光に対応させても良い。この場合、第１のビームスプリッタ３の反射側に参照光路ＯＰｒが位置し、第１のビームスプリッタ３の透過側に測定光路ＯＰｍが位置する。

測定光路ＯＰｍには、測定ユニット４が配置されている。第１の方向に進行する光は、測定ユニット４に入射した後、測定ユニット４から出射する。測定ユニット４から出射した光は、第２のビームスプリッタ５に入射する。

第２のビームスプリッタ５は、光学膜が形成された光学面５ａを有する。第２のビームスプリッタ５では、光学膜によって、入射した光から、２つの光が生成される。２つの光のうち、一方の光は光検出器６に入射する。

データ取得装置１について、更に詳しく説明する。データ取得装置１では、レンズ７、ミラー８、参照ユニット９、及びミラー１０が配置されている。

レンズ７は、共通光路ＯＰｃ１に配置されている。ミラー８は、測定光路ＯＰｍに配置されている。参照ユニット９とミラー１０は、参照光路ＯＰｒに配置されている。

出射光Ｌoutは、点光源から出射した光と見なせる光であれば良い。出射光Ｌoutが出射する領域（以下、「光出射部」という）の面積が十分に小さい場合、出射光Ｌoutは、点光源から出射した光と見なせる。よって、出射光Ｌoutは、点光源から出射した光でなくても良い。

光出射部では、光出射部自体が発光していても、光出射部自体が発光していなくても良い。光出射部自体が発光していない場合、例えば、光出射部として、光ファイバの端面やピンホールの開口が用いられる。この場合、光源に面光源を用いることができる。

レンズ７の焦点位置を光出射部に一致させることで、レンズ７から平行光束が出射する。レンズ７から出射した平行光束は、第１のビームスプリッタ３に入射する。第１のビームスプリッタ３では、光学面３ａによって、反射光と透過光とが生成される。

光学面３ａで生成された反射光は、第１の方向に位置する測定光路ＯＰｍを進行する。光学面３ａで生成された透過光は、第２の方向に位置する参照光路ＯＰｒを進行する。

測定光路ＯＰｍには、ミラー８が配置されている。ミラー８は、第１のビームスプリッタ３と測定ユニット４との間に配置されている。光学面３ａで生成された反射光は、ミラー８に入射する。

データ取得装置１では、ミラー８は、２つのプリズムからなる。２つのプリズムの接合面８ａに、反射膜が形成されている。ミラー８の接合面８ａの法線と光軸ＡＸｍとのなす角度は、４５°である。ミラー８は、光学面３ａで生成された反射光を、測定ユニット４に向けて反射する。

測定ユニット４から出射した光は、第２のビームスプリッタ５に入射する。第２のビームスプリッタ５から出射した光は、光検出器６に入射する。

参照光路ＯＰｒには、参照ユニット９と、ミラー１０と、が配置されている。参照ユニット９とミラー１０は、第１のビームスプリッタ３と第２のビームスプリッタ５との間に配置されている。

光学面３ａで生成された透過光は、参照ユニット９に入射する。参照ユニット９から出射した光は、ミラー１０に入射する。

データ取得装置１では、ミラー１０は、平行平板からなる。ミラー１０の反射面の法線と光軸ＡＸｒとのなす角度は、４５°である。ミラー１０は、参照ユニット９から出射した光を、第２のビームスプリッタ５に向けて反射する。

第２のビームスプリッタ５の光学面５ａで反射された光は、光検出器６に入射する。光学面５ａの法線と光軸ＡＸｍとのなす角度は、４５°である。

ミラー８に、ミラー１０のような平行平板からなるミラーを用いても良い。ミラー１０に、ミラー８のような２つのプリズムをからなるミラーを用いても良い。

データ取得装置１では、第１の状態と、第２の状態と、が生じる。第１の状態と第２の状態について説明する。

照明装置２は、光出射部を有する。上述のように、光出射部の面積は十分に小さい。よって、所定の面内で光出射部の位置を変えると、出射光Ｌoutの出射位置が変化する。所定の面は、光軸ＡＸｃ１と直交する面である。

第１の状態では、図２（ａ）に示すように、光出射部は、光軸ＡＸｃ１上に位置している。また、照明装置２からレンズ７までの間で、出射光Ｌoutの中心光線は光軸ＡＸｃ１と平行で、且つ、光軸ＡＸｃ１と重なっている。

これに対して、第２の状態では、図２（ｂ）に示すように、光出射部は、光軸ＡＸｃ１上に位置せず、光軸ＡＸｃ１から離れて位置している。また、照明装置２からレンズ７までの間で、出射光Ｌoutの中心光線は光軸ＡＸｃ１と平行であるが、光軸ＡＸｃ１から離れて位置している。

上述のように、レンズ７から平行光束が出射する。レンズ７から出射した平行光束は第１のビームスプリッタ３に入射し、光学面３ａに到達する。

第１の状態では、レンズ７から第１のビームスプリッタ３の間で、平行光束の中心光線は光軸ＡＸｃ１と平行で、且つ、光軸ＡＸｃ１と重なっている。また、光学面３ａでは、平行光束の中心が光軸ＡＸｃ１と一致している。

これに対して、第２の状態では、レンズ７から第１のビームスプリッタ３の間で、平行光束の中心光線は光軸ＡＸｃ１に対して傾き、且つ、光軸ＡＸｃ１から離れて位置している。また、光学面３ａでは、平行光束の中心は光軸ＡＸｃ１と一致せず、光軸ＡＸｃ１から離れて位置している。

平行光束と光軸ＡＸｃ１とのなす角度をθｃとすると、第１の状態ではθｃ＝０°である。これに対して、第２の状態ではθｃ≠０°である。また、光軸ＡＸｃ１に対する平行光束の中心のずれをΔｃとすると、第１の状態ではΔｃ＝０ｍｍである。これに対して、第２の状態ではΔｃ≠０ｍｍである。

第１の状態から第２の状態への変更、又は、第２の状態から第１の状態への変更によって、θｃの値が変化する。θｃの値が変化することで、Δｃの値が変化する。また、θｃの値が大きくなるにつれて、Δｃの値も大きくなる。

このように、データ取得装置１では、第１のビームスプリッタ３の光学面３ａにおいて、照明装置２から出射した光の入射位置が時間の経過と共に変化する。

状態の数は２つに限られない。例えば、第３の状態が生じるようにしても良い。この場合、第３の状態におけるΔｃの値は、第１の状態におけるΔｃの値や、第２の状態におけるΔｃの値と異なる。

第１の状態と第２の状態のいずれにおいても、第１のビームスプリッタ３では、光学面３ａに入射した平行光束から、２つの平行光束が生成される。すなわち、第１のビームスプリッタ３において、光学面３ａで反射された平行光束と、光学面３ａを透過した平行光束と、が生成される。

光学面３ａで反射された平行光束は、第１の方向に進行する平行光束である。第１の方向に進行する平行光束は、測定用の光（以下、「測定光Ｌme1」という）である。光学面３ａを透過した平行光束は、第２の方向に進行する平行光束である。第２の方向に進行する平行光束は、参照用の光（以下、「参照光Ｌref」という）である。

測定光Ｌme1について説明する。測定光Ｌme1はミラー８に入射し、接合面８ａに形成された反射膜で反射される。測定光Ｌme1は、測定ユニット４に入射する。測定ユニット４では、測定光路ＯＰｍの光軸（以下、「光軸ＡＸｍ」という）に沿って、結像レンズ４ａ、対物レンズ４ｂ、対物レンズ４ｃ、及び結像レンズ４ｄが配置されている。

結像レンズ４ａと対物レンズ４ｂで、照明光学系が形成されている。対物レンズ４ｃと結像レンズ４ｄで、検出光学系が形成されている。測定ユニット４では、点Ｐを挟んで、照明光学系と検出光学系が対向している。

測定光Ｌme1は結像レンズ４ａに入射し、結像レンズ４ａで集光される。第１の状態では、測定光Ｌme1は、光軸ＡＸｍ上の集光点Ｐm1に集光される。一方、第２の状態では、測定光Ｌme1は、光軸ＡＸｍから離れた集光点Ｐm1’に集光される。

結像レンズ４ａに入射する測定光Ｌme1は、平行光束である。よって、測定光Ｌme1は、結像レンズ４ａの焦点位置に集光される。集光点Ｐm1と集光点Ｐm1’は、結像レンズ４ａの焦点面上に位置する。

結像レンズ４ａの焦点面上に集光された測定光Ｌme1は、発散しながら対物レンズ４ｂに入射する。測定ユニット４では、結像レンズ４ａの焦点位置と対物レンズ４ｂの焦点位置とが一致している。よって、集光点Ｐm1から対物レンズ４ｂに入射した測定光Ｌme1と、集光点Ｐm1’から対物レンズ４ｂに入射した測定光Ｌme1は、共に対物レンズ４ｂから平行光束となって出射する。対物レンズ４ｂから出射した測定光Ｌme1は、対物レンズ４ｃに向かう。

第１の状態では、集光点Ｐm1は光軸ＡＸｍ上に位置している。また、対物レンズ４ｂから対物レンズ４ｃまでの間で、測定光Ｌme1の中心光線は光軸ＡＸｍと平行で、且つ、光軸ＡＸｍと重なっている。

これに対して、第２の状態では、集光点Ｐm1’は光軸ＡＸｍ上に位置せず、光軸ＡＸｍから離れて位置している。また、対物レンズ４ｂから対物レンズ４ｃまでの間で、測定光Ｌme1の中心光線は光軸ＡＸｍに対して傾き、且つ、点Ｐで光軸ＡＸｍと交差する。

光軸ＡＸｍに対する集光点のずれをΔｍとすると、第１の状態ではΔｍ＝０ｍｍである。これに対して、第２の状態ではΔｍ≠０ｍｍである。対物レンズ４ｂから出射した平行光束と光軸ＡＸｍとのなす角度をθｍとすると、第１の状態ではθｍ＝０°である。これに対して、第２の状態ではθｍ≠０°である。

第１の状態から第２の状態への変更、又は、第２の状態から第１の状態への変更によって、Δｍの値が変化する。Δｍの値が変化することで、θｍの値が変化する。また、Δｍの値が大きくなるにつれて、θｍの値も大きくなる。

θｍの変化は、Δｍの変化によって生じる。Δｍの変化は、光軸ＡＸｍに対する集光点のずれの変化である。集光点Ｐm1と集光点Ｐm1’は、光学面３ａで反射された平行光束が集光された点である。

上述のように、光学面３ａでは、第１の状態と第２の状態とで、照明装置２から出射した光の入射位置が変化する。よって、θｍの変化、すなわち、対物レンズ４ｂから出射した平行光束と光軸ＡＸｍとのなす角度の変化は、光学面３ａにおいて、平行光束の入射位置が変化することで生じる。

このように、データ取得装置１では、入射位置の変化に合わせて、測定光路ＯＰｍを進む光と光軸ＡＸｍとのなす角度が変化する。

点Ｐには、標本１１を配置できる。データ取得装置１では、標本１１に照射する測定光の角度を変えられる。

標本１１は、例えば、生細胞である。生細胞は無色透明なので、測定光Ｌme1は、標本１１を透過する。この時、測定光Ｌme1は、標本１１の影響を受ける。その結果、標本１１から散乱光が出射する。

散乱光を含んだ測定光（以下、「測定光Ｌme1’」という）は、対物レンズ４ｃに入射する。測定光Ｌme1’は、対物レンズ４ｃで集光される。第１の状態では、測定光Ｌme1’は、光軸ＡＸｍ上の集光点Ｐm2に集光される。一方、第２の状態では、測定光Ｌme1’は、光軸ＡＸｍから離れた集光点Ｐm2’に集光される。

対物レンズ４ｃに入射する測定光Ｌme1’は、平行光束である。よって、測定光Ｌme1’は、対物レンズ４ｃの焦点位置に集光される。集光点Ｐm2と集光点Ｐm2’は、対物レンズ４ｃの焦点面上に位置する。

対物レンズ４ｃの焦点面上に集光された測定光Ｌme1’は、発散しながら結像レンズ４ｄに入射する。測定ユニット４では、対物レンズ４ｃの焦点位置と結像レンズ４ｄの焦点位置とが一致している。よって、集光点Ｐm2から結像レンズ４ｄに入射した測定光Ｌme1’と、集光点Ｐm2’から結像レンズ４ｄに入射した測定光Ｌme1’は、共に結像レンズ４ｄから平行光束となって出射する。

結像レンズ４ｄから出射した測定光Ｌme1’は、第２のビームスプリッタ５に入射する。第２のビームスプリッタ５では、測定光Ｌme1’の一部が光学膜で反射され、残りが光学膜を透過する。第２のビームスプリッタ５を透過した測定光Ｌme1’は、光検出器６に入射する。

参照光Ｌrefについて説明する。参照光Ｌrefは、参照ユニット９に入射する。参照ユニット９の光学系に、測定ユニット４の光学系と同一の光学系を用いても、測定ユニット４の光学系と異なる光学系を用いても良い。データ取得装置１では、参照ユニット９の光学系に、測定ユニット４の光学系と同一の光学系が用いられている。

参照ユニット９では、参照光路ＯＰｒの光軸（以下、「光軸ＡＸｒ」という）に沿って、結像レンズ９ａ、対物レンズ９ｂ、対物レンズ９ｃ、及び結像レンズ９ｄが配置されている。

参照光Ｌrefは結像レンズ９ａに入射し、結像レンズ９ａで集光される。第１の状態では、参照光Ｌrefは、光軸ＡＸｒ上の集光点Ｐn1に集光される。一方、第２の状態では、参照光Ｌrefは、光軸ＡＸｒから離れた集光点Ｐn1’に集光される。

結像レンズ９ａに入射する参照光Ｌrefは、平行光束である。よって、参照光Ｌrefは、結像レンズ９ａの焦点位置に集光される。集光点Ｐn1と集光点Ｐn1’は、結像レンズ９ａの焦点面上に位置する。

結像レンズ９ａの焦点面上に集光された参照光Ｌrefは、発散しながら対物レンズ９ｂに入射する。参照ユニット９では、結像レンズ９ａの焦点位置と対物レンズ９ｂの焦点位置とが一致している。よって、集光点Ｐn1から対物レンズ９ｂに入射した参照光Ｌrefと、集光点Ｐn1’から対物レンズ９ｂに入射した参照光Ｌrefは、共に対物レンズ９ｂから平行光束となって出射する。対物レンズ９ｂから出射した参照光Ｌrefは、対物レンズ９ｃに向かう。

第１の状態では、集光点Ｐn1は光軸ＡＸｒ上に位置している。また、対物レンズ９ｂから対物レンズ９ｃまでの間で、参照光Ｌrefの中心光線は光軸ＡＸｒと平行で、且つ、光軸ＡＸｒと重なっている。

これに対して、第２の状態では、集光点Ｐn1’は光軸ＡＸｒ上に位置せず、光軸ＡＸｒから離れて位置している。また、対物レンズ９ｂから対物レンズ９ｃまでの間で、参照光Ｌrefの中心光線は光軸ＡＸｒに対して傾き、且つ、光軸ＡＸｒと交差する。

光軸ＡＸｒに対する集光点のずれをΔｎとすると、第１の状態ではΔｎ＝０ｍｍである。これに対して、第２の状態ではΔｎ≠０ｍｍである。対物レンズ９ｂから出射した平行光束と光軸ＡＸｒとのなす角度をθｎとすると、第１の状態ではθｎ＝０°である。これに対して、第２の状態ではθｎ≠０°である。

第１の状態から第２の状態への変更、又は、第２の状態から第１の状態への変更によって、Δｎの値が変化する。Δｎの値が変化することで、θｎの値が変化する。また、Δｎの値が大きくなるにつれて、θｎの値も大きくなる。

θｎの変化は、Δｎの変化によって生じる。Δｎの変化は、光軸ＡＸｒに対する集光点のずれの変化である。集光点Ｐn1と集光点Ｐn1’は、光学面３ａを透過した平行光束が集光された点である。

上述のように、光学面３ａでは、第１の状態と第２の状態とで、照明装置２から出射した光の入射位置が変化する。よって、θｎの変化、すなわち、対物レンズ９ｂから出射した平行光束と光軸ＡＸｒとのなす角度の変化は、光学面３ａにおいて、平行光束の入射位置が変化することで生じる。

このように、データ取得装置１では、入射位置の変化に合わせて、参照光路ＯＰｒを進む光と光軸ＡＸｒとのなす角度が変化する。

参照光路ＯＰｒでは、対物レンズ９ｂから対物レンズ９ｃまでの間には、何も配置されていない。よって、参照光Ｌrefは、そのまま対物レンズ９ｃに入射する。参照光Ｌrefは、対物レンズ９ｃで集光される。第１の状態では、参照光Ｌrefは、光軸ＡＸｒ上の集光点Ｐn2に集光される。一方、第２の状態では、参照光Ｌrefは、光軸ＡＸｒから離れた集光点Ｐn2’に集光される。

対物レンズ９ｃに入射する参照光Ｌrefは、平行光束である。よって、参照光Ｌrefは、対物レンズ９ｃの焦点位置に集光される。集光点Ｐn2と集光点Ｐn2’は、対物レンズ９ｃの焦点面上に位置する。

対物レンズ９ｃの焦点面上に集光された参照光Ｌrefは、発散しながら結像レンズ９ｄに入射する。参照ユニット９では、対物レンズ９ｃの焦点位置と結像レンズ９ｄの焦点位置とが一致している。よって、集光点Ｐn2から結像レンズ９ｄに入射した参照光Ｌrefと、集光点Ｐn2’から結像レンズ９ｄに入射した参照光Ｌrefは、共に結像レンズ９ｄから平行光束となって出射する。

結像レンズ９ｄから出射した参照光Ｌrefは、ミラー１０で反射される。ミラー１０で反射された参照光Ｌrefは、第２のビームスプリッタ５に入射する。第２のビームスプリッタ５では、参照光Ｌrefの一部が光学膜で反射され、残りが光学膜を透過する。第２のビームスプリッタ５で反射された参照光Ｌrefは、光検出器６に入射する。

第２のビームスプリッタ５から光検出器６までの間の光路（以下、「共通光路ＯＰｃ２」という）は、測定光Ｌme1’と参照光Ｌrefが共に進行する光路である。共通光路ＯＰｃ２では、測定光Ｌme1’と参照光Ｌrefは、同一方向に進行する。また、測定光Ｌme1’と参照光Ｌrefは重なっている。

光検出器６には、測定光Ｌme1’と参照光Ｌrefが入射する。測定光Ｌme1’と参照光Ｌrefとで、干渉縞が形成される。その結果、干渉縞を検出できる。

データ取得装置１では、偏向された光が測定光路ＯＰｍと参照光路ＯＰｒに入射する。このようにすると、光を偏向するための部材を、測定光路ＯＰｍに配置しなくても良い。そのため、測定光路ＯＰｍを小型化できる。

干渉縞を解析することで、散乱ポテンシャルを取得できる。散乱ポテンシャルから屈折率が求められる。

散乱ポテンシャルの取得について説明する。標本が配置されている空間（以下、「実空間」という）は、距離を単位とする空間である。測定光Ｌme1’は、実空間における物理量である。測定光Ｌme1’には、散乱光が含まれている。よって、散乱光も実空間における物理量である。

実空間は、フーリエ変換によって、周波数を単位とする空間（以下、「周波数空間」という）に変換される。干渉縞は、周波数空間における情報を表していると見なせる。干渉縞には、実空間における物理量の情報、例えば、散乱光の情報が含まれている。実空間における散乱光は、周波数空間においてエワルト球の球殻と交差する散乱ポテンシャルで表される。

標本の例と散乱ポテンシャルの例を図３に示す。図３（ａ）は標本を示す図、図３（ｂ）は散乱ポテンシャルを示す図である。

標本２０は、無色透明な球２１を有する。球２１の直径は、例えば、直径が１０μｍで、球２１の屈折率は１．３６４である。球２１の周囲は、無色透明な液体で満たされている。液体の屈折率は、例えば、１．３３４である。６個の球２１は一列に並んでいる。

特許文献１の式（３０）を用いて、標本２０の屈折率分布から実空間における散乱ポテンシャルが得られる。この散乱ポテンシャルをフーリエ変換すると、周波数空間における散乱ポテンシャルが得られる。標本２０の物理的情報、例えば、位置、大きさ、屈折率は、全て数値で表すことができる。よって、散乱ポテンシャルは、シミュレーションで得られる。図３（ｂ）に示す散乱ポテンシャルは、シミュレーションによる結果を示している。

周波数空間におけるｆｘ方向は、実空間におけるｘ方向に対応している。周波数空間におけるｆｚ方向は、実空間におけるｚ方向に対応している。図３（ｂ）に示すように、周波数空間における散乱ポテンシャルは、ｆｘ方向とｆｚ方向に分布している。

上述のように、標本２０では散乱光が生じる。散乱光が発生する方向とその振幅は、標本２０に対する測定光の照射角度に依存する。そのため、測定光の照射角度が決まると、各方向に対して特定の振幅の散乱光のみが光検出器に入射する。すなわち、検出できる散乱光が限られる。

周波数空間における散乱ポテンシャルは、実空間における散乱光に対応している。検出できる散乱光が限られる場合、取得できる散乱ポテンシャルも限られる。図３（ｂ）では、散乱ポテンシャルは、ｆｘ方向とｆｚ方向に分布している。しかしながら、取得できる散乱ポテンシャルは、この一部になる。

取得できる散乱ポテンシャルは、測定光の照射角度に依存する。測定光の照射角度は、周波数空間では、エワルト球の球殻の中心と原点を結ぶ方向で表される。

測定光の向きとエワルト球の球殻の位置の関係を図４に示す。図４（ａ）は測定光の向きを示す図、図４（ｂ）はエワルト球の球殻の位置を示す図である。図４（ｂ）は、図３（ｂ）の中心部を拡大した図である。

図４（ａ）では、測定光２２は、標本２０に対して垂直に照射されている。この場合、エワルト球の球殻の位置は、図４（ｂ）に示すように、曲線２３のようになる。

図４（ｂ）では、曲線２３が、測定光２２の照射角度に対応している。よって、曲線２３と交差する部分の散乱ポテンシャルのみが、実際に取得できる散乱ポテンシャルになる。

図３（ｂ）に示すように、散乱ポテンシャルは、ｆｘ方向とｆｚ方向に分布している。しかしながら、図４（ｂ）に示すように、実際に取得できる散乱ポテンシャルは、曲線２３と交わる部分の散乱ポテンシャルに限られる。取得できる散乱ポテンシャルの数が少ないと、屈折率を高い確度で算出することが困難になる。

取得できる散乱ポテンシャルの数を多くするには、曲線２３を動かせば良い。曲線２３を動かすことで、曲線２３を動かす前の散乱ポテンシャルに加えて、曲線２３を動かした後の散乱ポテンシャルを取得できる。その結果、取得できる散乱ポテンシャルの数を増やせる。

曲線２３の位置は、測定光の照射角度に応じて変化する。よって、測定光の照射角度を変えることで、曲線２３を動かせる。

測定光の向きとエワルト球の球殻の位置の関係を図５に示す。図５（ａ）は測定光の向きを示す図、図５（ｂ）はエワルト球の球殻の位置を示す図である。曲線２３、曲線２５、及び曲線２７は、はエワルト球の球殻を示す曲線である。

図５（ａ）では、標本２０に対して、３つの方向から測定光が照射されている様子を示している。照射光２２は、標本２０に対して垂直に照射される測定光を示している。この場合、曲線２３が散乱ポテンシャルと交差する。

測定光２４は、標本２０に対して斜めに照射される光を示している。この場合、曲線２５が散乱ポテンシャルと交差する。測定光２６は、標本２０に対して斜めに照射される光を示している。測定光２６は、照射光２４よりも大きな角度で照射されている。この場合、曲線２７が散乱ポテンシャルと交差する。

測定光の照射角度を、測定光２２の角度から測定光２６の角度まで変えると、エワルト球の球殻は、曲線２３の位置から曲線２７の位置までの間で変化する。取得できる散乱ポテンシャルは、各位置で異なる。よって、測定光の照射角度の可変範囲を広げることで、散乱ポテンシャルの取得範囲を広げられる。

散乱ポテンシャルの取得範囲と標本の形状の関係を図６に示す。図６（ａ）は、散乱ポテンシャルの取得範囲が狭い場合を示す図、図６（ｂ）は、散乱ポテンシャルの取得範囲が広い場合を示す図、図６（ｃ）は、取得範囲が狭い場合の標本の形状を示す図、図６（ｄ）は、取得範囲が広い場合の標本の形状を示す図である。

図６（ｃ）に示す標本の形状と、図６（ｄ）示す標本の形状は、共に、計算によって得られた形状である。この計算に、散乱ポテンシャルが用いられている。

図６（ａ）は、測定光の照射方向が１つの方向だけの場合を示している。この場合、エワルト球の球殻を示す曲線は１つしか存在しない。図６（ｂ）は、測定光の照射方向が複数の場合を示している。この場合、エワルト球の球殻を示す曲線は複数存在する。よって、曲線が複数存在する場合は、曲線が１つしか存在しない場合に比べて、より多くの散乱ポテンシャルを取得できる。

上述のように、標本も液体も無色透明である。ただし、標本の屈折率と液体の屈折率は異なる。よって、屈折率の差が明確になるほど、標本と液体との境界、すなわち、標本の輪郭は明確になる。

図６（ｃ）と図６（ｄ）との比較から、散乱ポテンシャルを取得できる範囲が広いほど、標本の形状が明確になることが分かる。すなわち、取得できる散乱ポテンシャルの数が多いほど、より正確に屈折率を算出できることが分かる。

ｘ方向における標本の輪郭は、図６（ｃ）と図６（ｄ）とで同じ程度で明確になっている。しかしながら、ｚ方向における標本の輪郭については、取得できる散乱ポテンシャルの数が多い図６（ｄ）の方が、図６（ｃ）に比べて明確になっている。

上述のように、データ取得装置１では、標本１１に照射する測定光の照射角度を変えられる。そのため、より多くの散乱ポテンシャルを取得できる。加えて、データ取得装置１では、測定光路ＯＰｍを小型化できる。その結果、小型な装置でありながら、正確に屈折率を算出できる。

本実施形態のデータ取得装置では、測定光と参照光とが光検出器に入射し、測定光の光検出器への入射角度と参照光の光検出器への入射角度は異なることが好ましい。

データ取得装置１では、共通光路ＯＰｃ２を、測定光Ｌme1’と参照光Ｌrefが同一方向に進行する。また、測定光Ｌme1’と参照光Ｌrefは重なっている。しかしながら、測定光Ｌme1’と参照光Ｌrefは、同一方向に進行しなくても良い。

データ取得装置の変形例を図７に示す。図７（ａ）は、変形例１のデータ取得装置を示す図、図７（ｂ）は、変形例２のデータ取得装置を示す図、図７（ｃ）は、変形例３のデータ取得装置を示す図である。

図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）では、データ取得装置の一部の構成のみが図示されている。図２（ａ）と同じ構成要素については同じ番号を付し、説明は省略する。各変形例では、測定光と参照光の角度差が、例えば、５°以下になっていれば良い。

変形例１のデータ取得装置３０は、第２のビームスプリッタ３１を有する。第２のビームスプリッタ３１は、光学面３１ａを有する。

データ取得装置１とデータ取得装置３０とでは、光学面５ａの法線と光軸ＡＸｍとのなす角度と、光学面３１ａの法線と光軸ＡＸｍとのなす角度と、が異なる。データ取得装置１では、光学面５ａの法線と光軸ＡＸｍとのなす角度は４５°である。これに対して、データ取得装置３０では、光学面３１ａの法線と光軸ＡＸｍとのなす角度は４５°よりも大きい。

共通光路ＯＰｃ２における測定光Ｌme1’の進行方向は、データ取得装置３０とデータ取得装置１とで同じである。一方、参照光Ｌrefの進行方向は、データ取得装置３０とデータ取得装置１とで異なる。

上述のように、データ取得装置３０では、光学面３１ａの法線と光軸ＡＸｍとのなす角度は４５°よりも大きい。そのため、第２のビームスプリッタ３１に入射した参照光Ｌrefは、測定光Ｌme1’と交差する方向に反射される。測定光Ｌme1’は、共通光路ＯＰｃ２の光軸（以下、「光軸ＡＸｃ２」という）と平行である。一方、参照光Ｌrefは、光軸ＡＸｃ２と交差する。

そのため、データ取得装置３０で検出される干渉縞は、データ取得装置１で検出される干渉縞と異なる。しかしながら、屈折率を算出する際に、適切な干渉縞の解析方法、例えば、フーリエ縞解析法を用いることで、データ取得装置３０で検出された干渉縞を用いても、屈折率を高い確度で算出できる。

変形例２のデータ取得装置４０は、ミラー４１を有する。データ取得装置１とデータ取得装置４０とでは、ミラー１０の反射面の法線と光軸ＡＸｒとのなす角度と、ミラー４１の反射面の法線と光軸ＡＸｒとのなす角度と、が異なる。データ取得装置１では、ミラー１０の反射面の法線と光軸ＡＸｒとのなす角度は４５°である。これに対して、データ取得装置４０では、ミラー４１の反射面の法線と光軸ＡＸｒとのなす角度は４５°よりも小さい。

共通光路ＯＰｃ２における測定光Ｌme1’の進行方向は、データ取得装置４０とデータ取得装置１とで同じである。一方、参照光Ｌrefの進行方向は、データ取得装置４０とデータ取得装置１とで異なる。

上述のように、データ取得装置４０では、ミラー１０の反射面の法線と光軸ＡＸｍとのなす角度は４５°よりも小さい。そのため、第２のビームスプリッタ５に入射した参照光Ｌrefは、測定光Ｌme1’と交差する方向に反射される。測定光Ｌme1’は、光軸ＡＸｃ２と平行である。一方、参照光Ｌrefは、光軸ＡＸｃ２と交差する。

そのため、データ取得装置４０で検出される干渉縞は、データ取得装置１で検出される干渉縞と異なる。しかしながら、屈折率を算出する際に、適切な干渉縞の解析方法、例えば、フーリエ縞解析法を用いることで、データ取得装置４０で検出された干渉縞を用いても、屈折率を高い確度で算出できる。

変形例３のデータ取得装置５０は、結像レンズ５１を有する。データ取得装置１とデータ取得装置５０とでは、結像レンズ４ｄの中心軸と光軸ＡＸｒとのなす角度と、結像レンズ５１の中心軸と光軸ＡＸｒとのなす角度と、が異なる。データ取得装置１では、結像レンズ４ｄの中心軸と光軸ＡＸｒとのなす角度は０°である。これに対して、データ取得装置５０では、結像レンズ５１の中心軸と光軸ＡＸｒとのなす角度は０°ではない。

共通光路ＯＰｃ２における測定光Ｌme1’の進行方向は、データ取得装置５０とデータ取得装置１とで異なる。一方、参照光Ｌrefの進行方向は、データ取得装置４０とデータ取得装置１とで同じである。

上述のように、データ取得装置５０では、結像レンズ５１の中心軸と光軸ＡＸｍとのなす角度は０°ではない。そのため、第２のビームスプリッタ５に入射した測定光Ｌme1’は、参照光Ｌrefと交差する方向に進行する。測定光Ｌme1’は、光軸ＡＸｃ２と交差する。一方、参照光Ｌrefは、光軸ＡＸｃ２と平行である。

そのため、データ取得装置５０で検出される干渉縞は、データ取得装置１で検出される干渉縞と異なる。しかしながら、屈折率を算出する際に、適切な干渉縞の解析方法、例えば、フーリエ縞解析法を用いることで、データ取得装置５０で検出された干渉縞を用いても、屈折率を高い確度で算出できる。

本実施形態のデータ取得装置では、照明装置は光出射部を有し、測定ユニットは対物レンズを有し、光出射部は、対物レンズの瞳位置と共役な位置に配置されていることが好ましい。

上述のように、データ取得装置１では、照明装置２の光出射部から出射した光は、結像レンズ４ａの焦点面上に位置する。結像レンズ４ａの焦点位置と対物レンズ４ｂの焦点位置とは、一致している。よって、照明装置２の光出射部からから出射した光は、対物レンズ４ｂの焦点位置に集光する。

このように、データ取得装置１では、光出射部は、対物レンズの瞳位置と共役な位置に配置されている。その結果、測定光路ＯＰｍを進む光と光軸ＡＸｍとのなす角度を変化させられる。

本実施形態のデータ取得装置では、照明装置は、アレイ状に配置された複数の光出射部を有し、複数の光出射部では、光の出射を独立に制御できることが好ましい。

照明装置の具体例を図８に示す。図８（ａ）は、具体例１の照明装置の正面図である。図８（ｂ）は、具体例１の照明装置の側面図である。図８（ｃ）は、具体例２の照明装置の側面図である。

照明装置の具体例１について説明する。具体例１の照明装置６０は、基板６１と、複数の発光ダイオード６２と、を有する。発光ダイオードの数に制限はない。

発光ダイオード６２から、光が出射する。照明装置６０では、発光ダイオード６２が光出射部に該当する。複数の発光ダイオード６２は、アレイ状に配置されている。よって、照明装置６０では、複数の光出射部は、アレイ状に配置されている。

照明装置６０では、図８（ｂ）に示すように、全ての発光ダイオード６２で、光の出射方向が同じになっている。そのため、照明装置６０では、照明装置６０と第１のビームスプリッタ３との間に、レンズ７を配置する必要がある。

照明装置の具体例２について説明する。具体例２の照明装置６３は、基板６１と、複数の発光ダイオードと、を有する。複数の発光ダイオードは、発光ダイオード６２、発光ダイオード６３、及び発光ダイオード６４を有する。発光ダイオードの数に制限はない。

照明装置６３では、発光ダイオード６４は発光ダイオード６２の外側に位置し、発光ダイオード６５は発光ダイオード６４の外側に位置している。そして、発光ダイオード６２の向き、発光ダイオード６４の向き、及び発光ダイオード６５の向きは、何れも任意の一点で交差する。すなわち、発光ダイオード６２、発光ダイオード６４、及び発光ダイオード６５は、同一の円の円周上に配置されている。

そのため、照明装置６３では、照明装置６３と第１のビームスプリッタ３との間に、レンズ７を配置する必要はない。ただし、照明装置６３は、第１のビームスプリッタ３からできるだけ離れた位置に配置することになる。

また、発光ダイオード６２の向きと発光ダイオード６４の向きとは、異なる。発光ダイオード６４の向きと発光ダイオード６５の向きとは、異なる。このように、外側に位置する発光ダイオードの向きを中心に向けることで、光の損失を抑制できる。

複数の発光ダイオードでは、各々、光の出射を独立に制御できる。よって、複数の光出射部では、光の出射を独立に制御できる。

発光ダイオード（ＬＥＤ）に代えて、レーザダイオード（ＬＤ）を、光出射部に用いても良い。

光出射部は、フーリエ面に配置されていても良い。照明装置６０を第１のビームスプリッタ３から十分に離すことで、光出射部をフーリエ面に配置できる。

照明装置の別の具体例を図９に示す。具体例３の照明装置７０は、光源７１と、光偏向素子７２と、レンズ７３と、光ファイババンドル７４と、を有する。光ファイババンドル７４は、複数の光ファイバを有する。

光ファイバの出射端面７５から、光が出射する。照明装置７０では、光ファイバの出射端面７５が光出射部に該当する。複数の光ファイバは、アレイ状に配置されている。よって、照明装置７０では、複数の光出射部は、アレイ状に配置されている。

光源７１から出射した光は、光偏向素子７２に入射する。光偏向素子７２は、レンズ７３の焦点位置に配置されている。光偏向素子７２では、入射した光がレンズ７３に向かって反射される。

光偏向素子７２で反射された光は、レンズ７３に入射する。レンズ７３に入射した光は、レンズ７３で集光される。集光位置には、入射端７４ａの端面が位置している。

光ファイババンドル７４は、複数の光ファイバを有する。よって、集光された光は、複数の光ファイバのいずれか１つに入射する。光が入射した光ファイバでは、出射端面７５に向かって光が伝送される。出射端面７５に到達した光は、出射端面７５から出射する。

照明装置７０では、光偏向素子７２で、入射光が偏向される。そのため、入射端７４ａの端面上を、集光された光が移動する。集光された光が移動することで、光が入射する光ファイバが変わっていく。その結果、出射端７４ｂから出射する光の位置が変化する。

光を入射させる光ファイバは、光偏向素子７２で選択できる。よって、複数の光出射部では、光の出射を独立に制御できる。

照明装置７０では、出射端７４ｂだけを、データ取得装置１に配置できる。そのため、データ取得装置１を小型化できる。

光偏向素子の数は１つに限られない。光偏向素子としては、例えば、ガルバノメータースキャナを用いれば良い。

本実施形態のデータ取得装置では、照明装置は、アレイ状に配置された複数の発光ダイオードを有し、照明装置と第１のビームスプリッタとの間に、波長制限部材が配置され、波長制限部材は、特定の波長域の光を透過させる光学特性を有することが好ましい。

データ取得装置の変形例を図１０に示す。図１０（ａ）は、変形例４のデータ取得装置を示す図、図１０（ｂ）は、変形例５のデータ取得装置を示す図である。

変形例４のデータ取得装置８０は、図１０（ａ）に示すように、照明装置８１と、波長制限部材８２と、を有する。波長制限部材８２は、レンズ７と第１のビームスプリッタ３との間に配置されている。ただし、波長制限部材８２の配置位置は、レンズ７と第１のビームスプリッタ３との間に限られない。波長制限部材８２は、照明装置８１から第１のビームスプリッタ３までの間に配置されていれば良い。

照明装置８１では、光出射部に、単色の発光ダイオードが用いられている。また、波長制限部材８２に、バンドパスフィルターが用いられている。単色の発光ダイオードの波長幅は、単色光の波長幅よりも広く、白色光の波長幅よりも狭いと仮定する。

測定光Ｌme1のコヒーレンス長と参照光Ｌrefのコヒーレンス長が長いと、可干渉距離を長くできる。可干渉距離が長いと、測定光路ＯＰｍと参照光路ＯＰｒとの光路長差が大きくても、干渉縞を形成できる。

測定光Ｌme1と参照光Ｌrefは、光出射部から出射した光である。よって、光出射部から出射した光のコヒーレンス長が長ければ良い。コヒーレンス長は、光の波長幅が狭いほど長い。よって、光出射部から出射した光の波長幅は狭いほど良い。例えば、単色光の波長幅は非常に狭いので、単色光のコヒーレンス長は長い。

発光ダイオードから出射した光の波長幅は、単色光のように狭くない。そのため、光出射部が発光ダイオードの場合だと、単色光のような長いコヒーレンス長は得られない。そこで、照明装置８１から第１のビームスプリッタ３までの間に、波長制限部材８２すると良い。

波長制限部材８２は、例えば、バンドパスフィルターである。透過型のバンドパスフィルターでは、透過する光の波長幅が非常に狭い。反射型のバンドパスフィルターでは、反射される光の波長幅が狭い。そのため、バンドパスフィルターから出射した光の波長幅は、発光ダイオードから出射した光の波長幅よりも狭くなっている。

コヒーレンス長ＣＬは、以下の式で求めることができる。
ＣＬ＝λ^２／Δλ
ここで、
λは、中心波長、
Δλは、波長幅、
である。

波長制限部材８２が共通光路ＯＰｃ１に配置されていない場合、コヒーレンス長は以下のようになる。ここでは、発光ダイオードから出射する光は、例えば、以下の中心波長λ１と波長幅Δλ１を有する。この場合、発光ダイオードから出射する光のコヒーレンス長ＣＬ１は２１μｍになる。
λ１＝６６３ｎｍ、Δλ１＝２１ｎｍ。
ＣＬ１＝（６６３×１０^−９）^２／（２１×１０^−９）＝２１×１０^−６

波長制限部材８２が共通光路ＯＰｃ１に配置されている場合、コヒーレンス長は以下のようになる。ここでは、波長制限部材８２は、例えば、以下の中心波長λ１と波長幅Δλ２を有する。この場合、波長制限部材８２から出射する光のコヒーレンス長ＣＬ２は２２０μｍになる。
λ１＝６６３ｎｍ、Δλ２＝２ｎｍ。
ＣＬ２＝（６６３×１０^−９）^２／（２×１０^−９）＝２２０×１０^−６

このように、波長制限部材８２が共通光路ＯＰｃ１に配置されることで、コヒーレンス長を長くできる。そのため、標本１１を配置しない状態で、測定光路ＯＰｍと参照光路ＯＰｒとの光路長差が大きくても、干渉縞を形成できる。

また、標本１１を配置しない状態で、測定光路ＯＰｍと参照光路ＯＰｒとの光路長差が無い場合でも、標本１１を配置すると、測定光路ＯＰｍと参照光路ＯＰｒとの光路長差が生じる。この場合でも、干渉縞を形成できる。更に、標本１１の厚みが厚くても、干渉縞を形成できる。

データ取得装置８０では、測定光Ｌme1の波長幅と参照光Ｌrefの波長幅は、波長制限部材８２から出射する光の波長幅で決まる。そのため、光出射部から出射する光の波長幅は、広くても良い。例えば、光出射部に、白色発光ダイオードを用いても良い。

変形例５のデータ取得装置９０は、図１０（ｂ）に示すように、照明装置９１と、波長制限部材９２と、を有する。図１０（ａ）と同じ構成要素については同じ番号を付し、説明は省略する。

波長制限部材９２は、レンズ７と第１のビームスプリッタ３との間に配置される。ただし、波長制限部材９２の配置位置は、レンズ７と第１のビームスプリッタ３との間に限られない。波長制限部材９２は、照明装置９１から第１のビームスプリッタ３までの間に配置されていれば良い。

照明装置９１では、光出射部に、白色の発光ダイオードが用いられている。また、波長制限部材９２に、バンドパスフィルターが用いられている。白色の発光ダイオードの波長幅は、単色光の波長幅や単色の発光ダイオードの波長よりも広い。

データ取得装置９０では、波長制限部材８２と、波長制限部材９２と、が用いられる。波長制限部材８２の中心波長は、波長制限部材９２の中心波長と異なる。ただし、波長制限部材８２の波長幅は、波長制限部材９２の波長幅と同じであっても、異なっていても良い。

データ取得装置９０では、例えば、最初に、波長制限部材８２を共通光路ＯＰｃ１に位置させて、干渉縞を検出する。次に、波長制限部材８２を共通光路ＯＰｃ１から取り出し、波長制限部材９２を共通光路ＯＰｃ１に位置させる。そして、干渉縞を検出する。このようにすることで、異なる波長で干渉縞を検出できる。上述のように、干渉縞から標本の屈折率が求められる。よって、波長ごとに屈折率を求めることができる。波長制限部材の数は２に限られない。

本実施形態のデータ取得装置は、以下の式（１）を満足することが好ましい。
ｎ−ｍ＝２ｘ （１）
ここで、
ｎは、参照光路における所定の位置の数、
ｍは、測定光路における所定の位置の数、
所定の位置は、照明装置と共役な位置、
ｘは、整数、
である。

データ取得装置１では、集光点Ｐm1、集光点Ｐm1’、集光点Ｐn1、及び集光点Ｐn1’が形成される。４つの集光点は、出射光Ｌoutが集光した点である。出射光Ｌoutは、照明装置２から出射している。よって、４つの集光点は、いずれも、照明装置２と共役な位置、すなわち、所定の位置を示している。

出射光Ｌoutは、照明装置２の光出射部から出射している。より詳しくは、４つの集光点は、いずれも、光出射部と共役な位置を示している。よって、所定の位置は、光出射部と共役な位置ということができる。

集光点Ｐm1と集光点Ｐm1’は、測定光路ＯＰｍに形成されている。よって、ｍ＝２となる。集光点Ｐn1、及び集光点Ｐn1’は参照光路ＯＰｒに形成されている。よって、ｎ＝２となる。この場合、ｎ−ｍ＝０になる。よって、データ取得装置１では、式（１）が満足されている。

ここで、結像レンズ４ｄから第２のビームスプリッタ５までの間と、結像レンズ９ｄからミラー１０までの間に着目する。結像レンズ４ｄから第２のビームスプリッタ５までの間では、測定光Ｌme1’の様子が示されている。一方、結像レンズ９ｄからミラー１０までの間では、参照光Ｌrefの様子が示されている。

図２（ａ）と図２（ｂ）から分かるように、第１の状態と第２の状態のいずれにおいても、測定光Ｌme1’が進行する向きと参照光Ｌrefが進行する向きは、同じである。

第１の状態と第２の状態とでは、第１のビームスプリッタ３の光学面３ａにおいて、出射光Ｌoutの入射位置が時間の経過と共に変化する。しかしながら、式（１）を満足する場合、光学面３ａにおいて出射光Ｌoutの入射位置が変化しても、測定光Ｌme1’と参照光Ｌrefを、第２のビームスプリッタ５に対して同じ向きで入射させることができる。

光学面３ａにおける出射光Ｌoutの入射位置の変化は、照明装置２における出射光Ｌoutの出射位置の変化によって生じる。出射光Ｌoutは、照明装置２の光出射部から出射する。よって、式（１）を満足する場合、光出射部の位置によらず、測定光Ｌme1’と参照光Ｌrefを、第２のビームスプリッタ５に対して同じ向きで入射させることができる。その結果、光出射部の位置によらず、干渉縞の間隔を一定に保てる。

本実施形態のデータ取得装置では、第１の方向に進む光は測定光で、第２の方向に進む光は参照光であり、第２のビームスプリッタに入射する測定光の光束径と、第２のビームスプリッタに入射する参照光の光束径は、等しいことが好ましい。

本実施形態のデータ取得装置は、参照ユニットを有し、測定ユニットと参照ユニットは、各々、アフォーカル光学系を有し、２つのアフォーカル光学系の倍率は等しいことが好ましい。

データ取得装置１では、参照ユニット９の光学系に、測定ユニット４の光学系と同一の光学系が用いられている。この場合、第２のビームスプリッタ５に入射する光の光束径は、測定光Ｌme1’と参照光Ｌrefとで等しくなる。

また、測定ユニットの光学系と参照ユニットの光学系に、アフォーカル光学系を用いることができる。この場合、測定ユニット４のアフォーカル光学系の倍率と、参照ユニット９のアフォーカル光学系の倍率を等しくする。その結果、第２のビームスプリッタ５に入射する光の光束径は、測定光Ｌme1’と参照光Ｌrefとで等しくなる。

その結果、第１の状態と第２の状態とで、測定光Ｌme1’と光軸ＡＸｍとのなす角度と、参照光Ｌrefと光軸ＡＸｒとのなす角度を等しくできる。

更に、式（１）を満足すると、光学面３ａにおいて出射光Ｌoutの入射位置が変化しても、第１の状態と第２の状態の両方で、光軸とのなす角度だけでなく、第２のビームスプリッタ５に対する向きも、測定光Ｌme1’と参照光Ｌrefとで同じにできる。

光学面３ａにおける出射光Ｌoutの入射位置の変化は、照明装置２における出射光Ｌoutの出射位置の変化によって生じる。出射光Ｌoutは、照明装置２の光出射部から出射する。よって、光出射部の位置によらず、光軸とのなす角度だけでなく、第２のビームスプリッタ５に対する向きも、測定光Ｌme1’と参照光Ｌrefとで同じにできる。

測定光Ｌme1’と参照光Ｌrefとで、干渉縞が形成される。上述のようにすると、光出射部の位置によらず、干渉縞の幅を一定にすることができる。

本実施形態のデータ取得装置では、第３のビームスプリッタと、別の測定ユニットと、を備え、第１の方向に、第３のビームスプリッタが配置され、第３のビームスプリッタと光検出器との間に、別の測定光路が位置し、第３のビームスプリッタは、光学膜が形成された光学面を有し、第３のビームスプリッタでは、光学膜によって、入射した光から、第１の方向に進行する光と、第３の方向に進行する光と、が生成され、第３の方向に、別の測定光路が位置し、別の測定光路に別の測定ユニットが配置され、測定光路と別の測定光路とが交差していることが好ましい。

本実施形態の別のデータ取得装置を図１１に示す。図２（ａ）と同じ構成要素については同じ番号を付し、説明は省略する。

データ取得装置１００は、第３のビームスプリッタ１０１と、別の測定ユニット１０２と、を備える。第３のビームスプリッタ１０１は、第１の方向に配置されている。第３のビームスプリッタと光検出器との間に、別の測定光路が位置している。

第３のビームスプリッタ１０１は、光学膜が形成された光学面１０１ａを有する。第３のビームスプリッタ１０１では、入射した光から、第１の方向に進行する光と、第３の方向に進行する光と、が生成される。

第１の方向と第３の方向には、各々、光路が位置している。第１の方向に位置する光路は、測定光路ＯＰｍである。第３の方向に位置する光路は、別の測定用の光路（以下、「測定光路ＯＰｍ２」という）である。データ取得装置１００では、第３のビームスプリッタ１０１と光検出器６との間に、測定光路ＯＰｍと、測定光路ＯＰｍ２と、が位置する。

第３のビームスプリッタ１０１では、光学膜によって、反射光と透過光とが生成される。データ取得装置１００では、透過光が第１の方向に進行する光に対応し、反射光が第３の方向に進行する光に対応する。

データ取得装置１００では、第３のビームスプリッタ１０１によって、第１のビームスプリッタ３から第３のビームスプリッタ１０１までの間の光路（以下、「共通光路ＯＰｃ３」という）から、測定光路ＯＰｍと、測定光路ＯＰｍ２が形成される。光軸ＡＸｃ３は、共通光路ＯＰｃ３の光軸である。

第１の方向と第３の方向は交差している。データ取得装置１００では、光学面１０１ａの法線と光軸ＡＸｃ３とのなす角度は、４５°である。よって、第１の方向と第３の方向は直交している。

第１の方向には、測定光路ＯＰｍが位置している。よって、第３のビームスプリッタ１０１の透過側に、測定光路ＯＰｍが位置する。第３の方向には、測定光路ＯＰｍ２が位置している。よって、第３のビームスプリッタ１０１の反射側に、測定光路ＯＰｍ２が位置する。

以上の説明では、光学面１０１ａで生成された透過光を、第１の方向に進行する光に対応させている。また、光学面１０１ａで生成された反射光を、第２の方向に進行する光に対応させている。よって、第３のビームスプリッタ１０１の透過側に測定光路ＯＰｍが位置し、第３のビームスプリッタ１０１の反射側に測定光路ＯＰｍ２が位置する。

しかしながら、光学面１０１ａで生成された透過光を、第３の方向に進行する光に対応させても良い。また、光学面１０１ａで生成された反射光を、第１の方向に進行する光に対応させても良い。この場合、第３のビームスプリッタ１０１の透過側に測定光路ＯＰｍ２が位置し、第３のビームスプリッタ１０１の反射側に測定光路ＯＰｍが位置する。

測定光路ＯＰｍ２には、別の測定ユニット１０２が配置されている。第３の方向に進行する光は、別の測定ユニット１０２に入射した後、別の測定ユニット１０２から出射する。別の測定ユニット１０２から出射した光は、第２のビームスプリッタ５に入射する。

データ取得装置１００について、更に詳しく説明する。データ取得装置１００では、ミラー１０３、ミラー１０４、第４のビームスプリッタ１０５、レンズ１０６が配置されている。

光学面１０１ａで反射された平行光束は、第３の方向に進行する平行光束である。第３の方向に進行する平行光束は、別の測定用の光（以下、「測定光Ｌme2」という）である。

測定光Ｌme2について説明する。測定光Ｌme2は、測定ユニット１０２に入射する。測定ユニット１０２では、測定光路ＯＰｍ２の光軸（以下、「光軸ＡＸｍ２」という）に沿って、結像レンズ１０２ａ、対物レンズ１０２ｂ、対物レンズ１０２ｃ、及び結像レンズ１０２ｄが配置されている。

結像レンズ１０２ａと対物レンズ１０２で、照明光学系が形成されている。対物レンズ１０２ｃと結像レンズ１０２ｄで、検出光学系が形成されている。測定ユニッ１０２では、点Ｐを挟んで、照明光学系と検出光学系が対向している。

データ取得装置１００では、別の測定ユニット１０２の光学系に、測定ユニット４の光学系と同一の光学系が用いられている。よって、詳細な説明は省略する。

測定光Ｌme2は結像レンズ１０２ａに入射し、結像レンズ１０２ａで集光される。結像レンズ１０２ａに入射する測定光Ｌme2は、平行光束である。よって、測定光Ｌme2は、結像レンズ１０２ａの焦点位置に集光される。

結像レンズ１０２ａの焦点面上に集光された測定光Ｌme2は、発散しながらミラー１０３に入射する。ミラー１０３に入射した測定光Ｌme2は、ミラー１０３で反射される。ミラー１０３で反射された測定光Ｌme2は、対物レンズ１０２ｂに入射する。

測定ユニット１０２では、結像レンズ１０２ａの焦点位置と対物レンズ１０２ｂの焦点位置とが一致している。よって、対物レンズ１０２ｂに入射した測定光Ｌme2は、対物レンズ１０２ｂから平行光束となって出射する。対物レンズ１０２ｂから出射した測定光Ｌme2は、対物レンズ１０２ｃに向かう。

上述のように、光学面３ａでは、第１の状態と第２の状態とで、照明装置２から出射した光の入射位置が変化する。よって、対物レンズ１０２ｂから出射した平行光束と光軸ＡＸｍ２とのなす角度の変化は、光学面３ａにおいて、平行光束の入射位置が変化することで生じる。

このように、データ取得装置１００では、入射位置の変化に合わせて、測定光路ＯＰｍ２を進む光と光軸ＡＸｍ２とのなす角度が変化する。

点Ｐには、標本１１を配置できる。データ取得装置１００では、標本１１に照射する測定光の照射角度を変えられる。

標本１１が生細胞の場合、生細胞は無色透明なので、測定光Ｌme2は、標本１１を透過する。この時、測定光Ｌme2は、標本１１の影響を受ける。その結果、標本１１から散乱光が出射する。

散乱光を含んだ測定光（以下、「測定光Ｌme2’」という）は、対物レンズ１０２ｃに入射する。対物レンズ１０２ｃから出射した測定光Ｌme2’は、ミラー１０４で反射される。対物レンズ１０２ｃに入射する測定光Ｌme2’は、平行光束である。よって、測定光Ｌme2’は、対物レンズ１０２ｃの焦点位置に集光される。

対物レンズ１０２ｃの焦点面上に集光された測定光Ｌme2’は、発散しながら結像レンズ１０２ｄに入射する。測定ユニット１０２では、対物レンズ１０２ｃの焦点位置と結像レンズ１０２ｄの焦点位置とが一致している。よって、結像レンズ１０２ｄに入射した測定光Ｌme2’は、結像レンズ１０２ｄから平行光束となって出射する。

結像レンズ１０２ｄから出射した測定光Ｌme2’は、第２のビームスプリッタ５に入射する。第２のビームスプリッタ５では、測定光Ｌme2’の一部が光学膜で反射され、残りが光学膜を透過する。第２のビームスプリッタ５を透過した測定光Ｌme2’は、光検出器６に入射する。

測定光路ＯＰｍと参照光路ＯＰｒについて説明する。データ取得装置１００では、第１のビームスプリッタ３とミラー８との間に、第３のビームスプリッタ１０１が配置されている。そのため、データ取得装置１とデータ取得装置１００とで、ミラー８とミラー１０の位置が異なる。

データ取得装置１では、ミラー８は、第１のビームスプリッタ３と結像レンズ４ａとの間に配置されている。これに対して、データ取得装置１００では、ミラー８は、結像レンズ４ａと対物レンズ４ｂとの間に配置されている。

データ取得装置１では、ミラー１０は、結像レンズ９ｄと第２のビームスプリッタ５との間に配置されている。これに対して、データ取得装置１００では、ミラー１０は、対物レンズ９ｂと対物レンズ９ｃとの間に配置されている。

更に、データ取得装置１００では、測定光路ＯＰｍと参照光路ＯＰｒとが交差する位置に、第４のビームスプリッタ１０５が配置されている。また、第４のビームスプリッタ１０５と第２のビームスプリッタ５との間に、レンズ１０６が配置されている。

第４のビームスプリッタ１０５は、光学膜が形成された光学面１０５ａを有する。光学面１０５ａの法線と光軸ＡＸｍとのなす角度は、４５°である。

第４のビームスプリッタ１０５では、光学膜によって、入射した光から、２つの光が生成される。２つの光のうち、一方の光は第２のビームスプリッタ５に入射する。

対物レンズ４ｃから出射した測定光Ｌme1’と、対物レンズ９ｃから出射した参照光Ｌref’は、共に、第４のビームスプリッタ１０５に入射する。

第４のビームスプリッタ１０５では、測定光Ｌme1’の一部が光学膜で反射され、残りが光学膜を透過する。第４のビームスプリッタ１０５で反射された測定光Ｌme1’は、レンズ１０６に入射する。

また、第４のビームスプリッタ１０５では、参照光Ｌrefの一部が光学膜で反射され、残りが光学膜を透過する。第４のビームスプリッタ１０５を透過した参照光Ｌrefは、レンズ１０６に入射する。

レンズ１０６は、データ取得装置１における測定ユニット４の結像レンズ４ｄと、参照ユニット９の結像レンズ９ｄと、に対応する。平行光束に変換されて、レンズ１０６では、発散光が平行光束に変換される。

レンズ１０６から出射した測定光Ｌme1’と参照光Ｌrefは、第２のビームスプリッタ５に入射する。第２のビームスプリッタ５では、測定光Ｌme1’の一部が光学膜で反射され、残りが光学膜を透過する。また、参照光Ｌrefの一部が光学膜で反射され、残りが光学膜を透過する。

第２のビームスプリッタ５で反射された測定光Ｌme1’と参照光Ｌrefは、共に、光検出器６に入射する。また、上述のように、光検出器６には、第２のビームスプリッタ５を透過した測定光Ｌme2’が入射する。

よって、光検出器６には、測定光Ｌme1’、測定光Ｌme2’、及び参照光Ｌrefが入射する。測定光Ｌme1’と参照光Ｌrefとで、第１の干渉縞が形成される。測定光Ｌme2’と参照光Ｌrefとで、第２の干渉縞が形成される。その結果、第１の干渉縞と第２の干渉縞を、検出できる。

ただし、測定光Ｌme1’が光検出器６に入射するときは、測定光Ｌme2’の光検出器６への入射が阻止されていても良い。逆に、測定光Ｌme2’が光検出器６に入射するときは、測定光Ｌme1’の光検出器６への入射が阻止されていても良い。この場合、第１の干渉縞と第２の干渉縞を、別々に検出できる。

例えば、測定光路ＯＰｍと測定光路ＯＰｍ２の両方に、遮光部材を配置する。一方の遮光部材を測定光路ＯＰｍの外側に位置させ、他方の遮光部材を測定光路ＯＰｍ２に位置させる。このようにすることで、第１の干渉縞だけを検出できる。また、一方の遮光部材を測定光路ＯＰｍに位置させ、他方の遮光部材を測定光路ＯＰｍ２の外側に位置させる。このようにすることで、第２の干渉縞だけを検出できる。

第１の干渉縞と第２の干渉縞を解析することで、散乱ポテンシャルを取得できる。散乱ポテンシャルから屈折率が求められる。

データ取得装置１では、標本の輪郭が明確になっている図６（ｄ）でも、ｚ方向における標本の輪郭は、ｘ方向における標本の輪郭ほど明確になっていない。

散乱ポテンシャルと散乱ポテンシャルの取得範囲の関係を図１２に示す。図１２（ａ）は散乱ポテンシャルを示す図、図１２（ｂ）は散乱ポテンシャルの取得範囲を示す図、図１２（ｃ）は取得された散乱ポテンシャルを示す図である。

図１２（ａ）に示すように、散乱ポテンシャルは、ｆｘ方向とｆｚに分布している。一方、図１２（ｂ）に示すように、散乱ポテンシャルの取得範囲も、ｆｘ方向とｆｚ方向に広がっている。

しかしながら、ｆｚ方向では、ｆｚ軸上及びその近傍（以下、「ｆｚ軸の近傍」という）に、領域１１０が存在する。領域１１０には、エワルト球の球殻が存在しない。そのため、領域１１０では、散乱ポテンシャルが取得できない。領域１１０は、散乱ポテンシャルが取得できない範囲を示している。

このように、ｆｚ方向については、ｆｚ軸の近傍に、散乱ポテンシャルを取得できない領域が存在する。そのため、図１２（ｃ）に示すように、ｆｚ軸の近傍では、散乱ポテンシャルが取得できてない。

これに対して、データ取得装置１００には、測定光路ＯＰｍと別の測定光路が設けられている。測定光路で標本へ測定光が照射された場合も、別の測定光路で標本へ測定光が照射された場合も、領域１１０が生じる。

データ取得装置１００における散乱ポテンシャルの取得範囲を図１３に示す。図１３（ａ）は測定光路における散乱ポテンシャルの取得範囲を示す図、図１３（ｂ）は別の測定光路における散乱ポテンシャルの取得範囲を示す図、図１３（ｃ）は２つの光路で得られる散乱ポテンシャルの取得範囲を示す図である。

測定光路ＯＰｍでは、ｚ方向から標本へ測定光が照射される。そのため、図１３（ａ）に示すように、ｆｘ方向に領域１１０が位置し、ｆｚ方向に領域１１１が位置する。領域１１０は、散乱ポテンシャルが取得できる範囲である。領域１１１は、散乱ポテンシャルが取得できない範囲である。

測定光路ＯＰｍ２は、測定光路ＯＰｍに対して交差している。測定光路ＯＰｍと測定光路ＯＰｍ２が直交している場合、測定光路ＯＰｍ２では、ｘ方向から標本へ測定光が照射される。そのため、図１３（ｂ）に示すように、ｆｘ方向に領域１１２が位置し、ｆｚ方向に領域１１３が位置する。領域１１２は、散乱ポテンシャルが取得できない範囲である。領域１１３は、散乱ポテンシャルが取得できる範囲である。

図１３（ｃ）は、測定光路ＯＰｍと測定光路ＯＰｍ２とで得られる散乱ポテンシャルの取得範囲を示す図である。図１３（ｃ）は、図１３（ａ）と図１３（ｂ）とを重ね合わせた図である。

領域１１１は、測定光路ＯＰｍでは、散乱ポテンシャルが取得できない範囲である。しかしながら、図１３（ｃ）に示すように、測定光路ＯＰｍにおける領域１１１には、測定光路ＯＰｍ２における領域１１３が位置している。よって、測定光路ＯＰｍでは取得できなかった散乱ポテンシャルを、測定光路ＯＰｍ２で取得できる。

散乱ポテンシャルの取得範囲と標本の形状の関係を図１４に示す。図１４（ａ）は、１つの測定光路における散乱ポテンシャルの取得範囲を示す図、図１４（ｂ）は、２つの測定光路における散乱ポテンシャルの取得範囲を示す図、図１４（ｃ）は、１つの測定光路による標本の形状を示す図、図１４（ｄ）は、２つの測定光路による標本の形状を示す図である

図１４（ｃ）に示す標本の形状と、図１４（ｄ）示す標本の形状は、共に、計算によって得られた形状である。この計算に、散乱ポテンシャルが用いられている。

図１４（ａ）は、測定光路ＯＰｍのみを用いた場合の散乱ポテンシャルの取得範囲を示している。この場合、散乱ポテンシャルの取得範囲は、主にｆｘ方向に広がっている。

図１４（ｂ）は、測定光路ＯＰｍと測定光路ＯＰｍ２を用いた場合の散乱ポテンシャルの取得範囲を示している。この場合、散乱ポテンシャルの取得範囲は、ｆｘ方向に加えて、ｆｚ軸の近傍にも広がっている。よって、測定光路を２つ用いた場合は、測定光路を１つしか用いない場合に比べて、散乱ポテンシャルが取得できない範囲を減らすことができる。

図１４（ｃ）と図１４（ｄ）との比較から、散乱ポテンシャルが取得できない範囲が少ないほど、標本の形状が明確になることが分かる。特に、ｚ方向における標本の輪郭については、図１４（ｄ）の方が、図１４（ｃ）に比べて明確になっている。このように、散乱ポテンシャルが取得できない範囲が少ないほど、より正確に屈折率を算出できることが分かる。

データ取得装置１１０では、散乱ポテンシャルが取得できない範囲が少ない。よって、本実施形態のデータ取得装置によれば、正確に屈折率を算出できる。そのため、例えば、無色透明な標本であっても、標本の輪郭を明確にできる。その結果、標本形状を正確に把握できる。

本実施形態のデータ取得装置は、演算ユニットを有し、演算ユニットは、第１の測定光路で取得したデータと第２の測定光路で取得したデータから、標本の散乱ポテンシャルを決定し、標本の散乱ポテンシャルに基づいて、標本における屈折率分布を算出することが好ましい。

以上のように、本発明は、小型でありながら、屈折率を高い確度で算出できるデータ取得装置に有用である。

１、１’ データ取得装置
２ 照明装置
３ 第１のビームスプリッタ
３ａ 光学面
４ 測定ユニット
４ａ、４ｄ 結像レンズ
４ｂ、４ｃ 対物レンズ
５ 第２のビームスプリッタ
６ 光検出器
７ レンズ
８ ミラー
９ 参照ユニット
９ａ、９ｄ 結像レンズ
９ｂ、９ｃ 対物レンズ
１０ ミラー
１１、２０ 標本
２１ 球
２２、２４、２６ 測定光
２３、２５、２７ 曲線
３０、４０、５０ データ取得装置
３１ 第２のビームスプリッタ
３１ａ 光学面
４１ ミラー
５１ 結像レンズ
６０、６３ 照明装置
６１ 基板
６２、６４、６５ 発光ダイオード
７０ 照明装置
７１ 光源
７２ 光偏向素子
７３ レンズ
７４ 光ファイババンドル
７４ａ 入射端
７４ｂ 出射端
７５ 出射端面
８０、９０ データ取得装置
８１、９１ 照明装置
８２、９２ 波長制限部材
１００ データ取得装置
１０１ 第３のビームスプリッタ
１０１ａ 光学面
１０２ 別の測定ユニット
１０２ａ、１０２ｄ 結像レンズ
１０２ｂ、１０２ｃ 対物レンズ
１０３、１０４ ミラー
１０５ 第４のビームスプリッタ
１０５ａ 光学面
レンズ １０６
１１０、１１１、１１２、１１３ 領域
Ｍ１、Ｍ２ ミラー
ＯＰｍ 測定光路
ＯＰｍ２ 別の測定光路
ＯＰｒ 参照光路
ＯＰｃ１、ＯＰｃ２、ＯＰｃ３ 共通光路
ＡＸｍ、ＡＸｒ、ＡＸｃ１、ＡＸｃ２、ＡＸｃ３ 光軸
Ｌout 出射光
Ｐ 点
Ｐm1、Ｐm1’、Ｐn1、Ｐn1’ 集光点

本実施形態のデータ取得装置を示す図である。 本実施形態のデータ取得装置を示す図である。 標本の例と散乱ポテンシャルの例を示す図である。 測定光の向きとエワルト球の球殻の位置の関係を示す図である。 測定光の向きとエワルト球の球殻の位置の関係を示す図である。 散乱ポテンシャルの取得範囲と標本の形状の関係を示す図である。 データ取得装置の変形例を示す図である。 照明装置の具体例を示す図である。 照明装置の別の具体例を示す図である。 データ取得装置の変形例を示す図である。 本実施形態の別のデータ取得装置を示す図である。 散乱ポテンシャルと散乱ポテンシャルの取得範囲の関係を示す図である。 本実施形態のデータ取得装置における散乱ポテンシャルの取得範囲を示す図である。 散乱ポテンシャルの取得範囲と標本の形状の関係を示す図である。

Claims (8)

1. 照明装置と、第１のビームスプリッタと、測定ユニットと、光検出器と、を備え、
   前記照明装置と前記光検出器との間に、測定光路と、参照光路と、が位置し、
   前記第１のビームスプリッタは、光学膜が形成された光学面を有し、
   前記第１のビームスプリッタでは、前記光学膜によって、入射した光から、第１の方向に進行する光と、第２の方向に進行する光と、が生成され、
   前記第１の方向に、前記測定光路が位置し、
   前記第２の方向に、前記参照光路が位置し、
   前記測定光路に、前記測定ユニットが配置され、
   前記第１のビームスプリッタの前記光学面において、前記照明装置から出射した光の入射位置が時間の経過と共に変化し、
   前記入射位置の変化に合わせて、前記測定光路を進む光と前記測定光路の光軸とのなす角度が変化することを特徴とするデータ取得装置。
2. 第２のビームスプリッタを備え、
   前記第２のビームスプリッタは、光学膜が形成された光学面を有し、
   前記第１の方向に進む光は測定光で、前記第２の方向に進む光は参照光であり、
   前記測定光路と前記参照光路が交差する位置に、前記第２のビームスプリッタが配置され、
   前記測定光と前記参照光は、前記第２のビームスプリッタに入射し、
   前記第２のビームスプリッタから前記光検出器に向かって、前記測定光と前記参照光が出射することを特徴とする請求項１に記載のデータ取得装置。
3. 前記測定光と前記参照光とが前記光検出器に入射し、
   前記測定光の前記光検出器への入射角度と前記参照光の前記光検出器への入射角度は異なることを特徴とする請求項１又は２に記載のデータ取得装置。
4. 前記照明装置は光出射部を有し、
   前記測定ユニットは対物レンズを有し、
   前記光出射部は、前記対物レンズの瞳位置と共役な位置に配置されてい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データ取得装置。
5. 前記照明装置は、アレイ状に配置された複数の光出射部を有し、
   前記複数の光出射部では、光の出射を独立に制御でき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データ取得装置。
6. 前記照明装置は、アレイ状に配置された複数の発光ダイオードを有し、
   前記照明装置と前記第１のビームスプリッタとの間に、波長制限部材が配置され、
   前記波長制限部材は、特定の波長域の光を透過させる光学特性を有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データ取得装置。
7. 以下の式（１）を満足することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のデータ取得装置。
   ｎ−ｍ＝２ｘ （１）
   ここで、
   ｎは、前記参照光路における所定の位置の数、
   ｍは、前記測定光路における前記所定の位置の数、
   前記所定の位置は、前記照明装置と共役な位置、
   ｘは、整数、
   である。
8. 第３のビームスプリッタと、別の測定ユニットと、を備え、
   前記第１の方向に、前記第３のビームスプリッタが配置され、
   前記第３のビームスプリッタと前記光検出器との間に、前記別の測定光路が位置し、
   前記第３のビームスプリッタは、光学膜が形成された光学面を有し、
   前記第３のビームスプリッタでは、前記光学膜によって、入射した光から、前記第１の方向に進行する光と、第３の方向に進行する光と、が生成され、
   前記第３の方向に、前記別の測定光路が位置し、
   前記別の測定光路に前記別の測定ユニットが配置され、
   前記測定光路と前記別の測定光路とが交差していることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のデータ取得装置。

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