WO2014136784A1 - 蛍光受光装置および蛍光受光方法 - Google Patents

蛍光受光装置および蛍光受光方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2014136784A1
WO2014136784A1 PCT/JP2014/055491 JP2014055491W WO2014136784A1 WO 2014136784 A1 WO2014136784 A1 WO 2014136784A1 JP 2014055491 W JP2014055491 W JP 2014055491W WO 2014136784 A1 WO2014136784 A1 WO 2014136784A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fluorescence
light
hologram
sample
phase
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/055491
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
直也 松本
Original Assignee
浜松ホトニクス株式会社
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 浜松ホトニクス株式会社 filed Critical 浜松ホトニクス株式会社
Priority to US14/772,570 priority Critical patent/US9740166B2/en
Priority to DE112014001147.9T priority patent/DE112014001147T5/de
Priority to JP2015504332A priority patent/JP6276749B2/ja
Priority to CN201480012124.XA priority patent/CN105026916B/zh
Publication of WO2014136784A1 publication Critical patent/WO2014136784A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/0005—Adaptation of holography to specific applications
    • 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
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6456—Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging
    • G01N21/6458—Fluorescence microscopy
    • 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
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6456—Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes
    • G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0032—Optical details of illumination, e.g. light-sources, pinholes, beam splitters, slits, fibers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes
    • G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0052—Optical details of the image generation
    • G02B21/0076—Optical details of the image generation arrangements using fluorescence or luminescence
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes
    • G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/008—Details of detection or image processing, including general computer control
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/16—Microscopes adapted for ultraviolet illumination ; Fluorescence microscopes
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
    • G03H1/0808—Methods of numerical synthesis, e.g. coherent ray tracing [CRT], diffraction specific
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2294—Addressing the hologram to an active spatial light modulator
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/0005—Adaptation of holography to specific applications
    • G03H2001/005—Adaptation of holography to specific applications in microscopy, e.g. digital holographic microscope [DHM]
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
    • G03H1/0808—Methods of numerical synthesis, e.g. coherent ray tracing [CRT], diffraction specific
    • G03H2001/0825—Numerical processing in hologram space, e.g. combination of the CGH [computer generated hologram] with a numerical optical element

Definitions

  • the present invention relates to a fluorescence light receiving device and a fluorescence light receiving method.
  • a fluorescence scanning microscope that generates a plurality of spot lights on a sample using an acousto-optic modulation element that is one of spatial light modulators (Spatial Light Modulator, hereinafter referred to as “SLM”) is known (for example, patents).
  • SLM Spaal Light Modulator
  • the fluorescence scanning microscope can freely change the number, position, or interval of scanning points to be scanned simultaneously without loss of light amount, not only shortening the image acquisition time, It is said that there is an effect that the observation according to the application can be performed flexibly.
  • an object of the present invention is to provide a fluorescent light receiving device and a fluorescent light receiving method capable of controlling the intensity of light at multiple points at a condensing position.
  • a fluorescence light receiving device is a device that detects fluorescence generated by excitation light modulated by a spatial light modulator, A spatial light modulator that outputs an excitation light source that outputs and modulates at least one of the phase and amplitude of the excitation light by expressing (presenting) the first hologram by receiving the excitation light. And a condensing optical system for collecting the modulated light on the sample, a sample stage on which the sample is placed, and fluorescence generated by collecting the modulated light on the sample.
  • the phase and amplitude of excitation light in each of a plurality of two-dimensionally arranged pixels by causing a spatial light modulator to express (present) a fluorescence detector that detects light via a condensing optical system.
  • a control unit that modulates at least one of the light sources and condenses the modulated light at the condensing position of the sample by the condensing optical system; and a correction unit that corrects the first hologram.
  • the correction unit detects fluorescence.
  • the second hologram is generated by correcting the first hologram based on the sensitivity information for each light receiving position unique to the device and the intensity of the fluorescence at the condensing position, and the control unit expresses the second hologram (presentation) Control the spatial light modulator.
  • a fluorescence light receiving method is a method for receiving (detecting) fluorescence generated by excitation light modulated by a spatial light modulator, and is output from an excitation light source.
  • the modulation obtained by modulating at least one of the phase and the amplitude of the excitation light by inputting the excitation light into the spatial light modulator and causing the spatial light modulator to represent (present) the first hologram.
  • the light is output, the modulated light is collected on the sample by the condensing optical system provided at the subsequent stage of the spatial light modulator, and the fluorescence generated when the modulated light is collected on the sample by the fluorescence detector
  • the second hologram is generated by correcting the first hologram based on the sensitivity information for each light receiving position unique to the fluorescence detector and the intensity of the fluorescence at the condensing position.
  • modulation The by 2 thereby representing a hologram (be presented), and outputs a modulated light obtained by modulating at least one of the phase and amplitude of the excitation light.
  • the control unit first corrects the first hologram presented to the spatial light modulator by the correction unit, and newly generates the correction.
  • the controlled second hologram is again presented to the spatial light modulator by the control unit. That is, the hologram is corrected by the feedback of the hologram by the correction unit and the control unit.
  • the second hologram is obtained by correcting the first hologram based on the fluorescence intensity at the condensing position and the sensitivity information for each light receiving position unique to the fluorescence receiver.
  • the generated intensity variations at multiple points are, for example, uniformly controlled in consideration of sensitivity variations in the fluorescence receiver.
  • the phase-modulated light irradiated to the sample and the fluorescence irradiated from the sample are controlled uniformly, for example.
  • correction by the correction unit is performed based on sensitivity information for each light receiving position unique to the fluorescence receiver, the influence due to the sensitivity variation is recognized while observing a location-dependent sensitivity variation for each light receiving position unique to the fluorescence receiver. Can be reduced.
  • the correction by the correction unit may be performed for each of a plurality of light collection positions.
  • the correction by the correction unit is performed for each of the plurality of condensing positions. Therefore, the multipoint generated by the spatial light modulator and the hologram Corrections can be applied.
  • the excitation light source may be a short pulse laser capable of performing multiphoton excitation.
  • the fluorescent light receiving device and the fluorescent light receiving method according to one aspect of the present invention are particularly useful for the intensity variation of a plurality of condensing positions that occurs remarkably when using a short pulse laser capable of performing multiphoton excitation. It is.
  • the fluorescence detector may be a multi-anode type photomultiplier tube.
  • the fluorescent light receiving apparatus and the fluorescent light receiving method according to one aspect of the present invention are particularly useful for a fluorescent light receiver having a variation in sensitivity depending on a location, such as a multi-anode type photomultiplier tube.
  • the sample may be a homogeneous fluorescent light having no place-dependent variation in the ratio of the intensity of the modulated light collected on the sample and the intensity of the fluorescence generated from the sample. It may be made of materials.
  • the amount of calculation can be reduced by using a homogeneous fluorescent material without variation depending on location as a sample. It can be carried out simply and preferably.
  • correction by the correction unit is performed for each scanning layer at a predetermined interval along the optical axis direction of the objective lens included in the condensing optical system. It may be broken.
  • the fluorescent light receiving device and the fluorescent light receiving method according to one aspect of the present invention can be applied to a sample having a certain depth.
  • the scanning for each scanning layer is performed by controlling the condensing position in the optical axis direction of the objective lens by the spatial light modulator. Also good.
  • the present invention it is possible to provide a fluorescent light receiving device and a fluorescent light receiving method capable of controlling the intensity of light at multiple points at a condensing position.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a fluorescence light receiving device 1.
  • 2 is a hardware configuration diagram of a control unit 21 and a correction unit 22.
  • FIG. It is a figure which illustrates multipoint scanning in this embodiment.
  • 3 is a functional configuration diagram of a correction unit 22.
  • FIG. It is a figure for demonstrating the sensitivity variation for every light reception position intrinsic
  • the correction unit 22 performs feedback correction based on the sensitivity information for each light receiving position unique to the fluorescence receiver 40, while recognizing the location-dependent sensitivity variation for each light receiving position unique to the fluorescence receiver 40, It is a figure for demonstrating that the influence by the said sensitivity variation is reduced and the intensity
  • SYMBOLS 1 Fluorescence light-receiving device, 10 ... Excitation light source, 11 ... Spatial filter, 12 ... Collimating lens, 13 ... Mirror, 20 ... Spatial light modulator, 21 ... Control part, 22 ... Correction part, 221 ... 1st hologram input part , 222 ... Photosensitive device specific sensitivity information storage unit, 223 ... second hologram generation unit, 30 ... condensing optical system, 31 ... double telecentric lens system, 32 ... dichroic mirror, 33 ... objective lens, 34 ... lens, 90 ... sample , 91 ... condensing position, 92 ... sample stage, L1 ... excitation light, L2 ... phase modulated light, L3 ... fluorescence.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of the fluorescence light receiving device 1.
  • a fluorescence light receiving device 1 shown in this figure is a device that receives fluorescence L3 generated from a sample 90 by modulating excitation light L1 and condensing modulated light L2, and includes an excitation light source 10, a spatial filter. 11, a collimating lens 12, a mirror 13, a spatial light modulator 20, a control unit 21, a correction unit 22, a condensing optical system 30, and a fluorescence receiver (fluorescence detector) 40.
  • a fluorescence scanning microscope Apparatus STED microscope apparatus, PALM, STORM, and the like.
  • the excitation light source 10 outputs excitation light L ⁇ b> 1 to be irradiated to the condensing position 91 of the sample 90.
  • the excitation light source 10 may output laser light as the excitation light L1, and may be a pulse laser light source such as a femtosecond laser light source or an Nd: YAG laser light source.
  • the excitation light source 10 may be an LD (Laser Diode), SLD (Super Luminescent Diode), halogen lamp, xenon lamp, or the like.
  • the excitation light L1 output from the excitation light source 10 passes through the spatial filter 11, is collimated by the collimating lens 12, is reflected by the mirror 13, and is input to the spatial light modulator 20.
  • an expander lens (not shown) may be provided instead of the combination of the spatial filter 11 and the collimating lens 12.
  • the excitation light L 1 from the excitation light source 10 is spread by the expander lens, reflected by the mirror 13, and input to the spatial light modulator 20.
  • the spatial light modulator 20 is of a phase modulation type, and receives the excitation light L1 and outputs the phase modulation light L2 obtained by phase modulating the excitation light L1. That is, the spatial light modulator 20 receives the excitation light L1 output from the excitation light source 10, and uses the hologram that modulates the phase of the excitation light L1 in each of a plurality of two-dimensionally arranged pixels to phase the excitation light L1. Modulate and output phase-modulated light L2 after the phase modulation.
  • the hologram used in the spatial light modulator 20 may be a hologram (Computer Generated Hologram, hereinafter referred to as “CGH”) obtained by numerical calculation.
  • CGH Computer Generated Hologram
  • the spatial light modulator 20 may be a reflection type or a transmission type.
  • any of LCOS (Liquid Crystal on Silicon) type, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) type, and optical address type may be used.
  • an LCD (Liquid Crystal Display) type or the like may be used as the transmissive spatial light modulator 20.
  • the present invention is not limited to this, and a Segment Mirror type or a Continuous Deformable Mirror type may be used.
  • the spatial light modulator 20 is of an amplitude (intensity) modulation type, and inputs the excitation light L1 and outputs the modulated light L2 obtained by amplitude modulating the excitation light L1. May be. That is, the spatial light modulator 20 receives the excitation light L1 output from the excitation light source 10, and amplitudes the excitation light L1 using a hologram that modulates the amplitude of the excitation light L1 in each of a plurality of two-dimensionally arranged pixels. Modulate and output amplitude modulated light L2 after the amplitude modulation.
  • the amplitude (intensity) modulation type spatial light modulator 20 may be a reflection type or a transmission type, and is a spatial light modulator such as a MEMS (MicroElectro-Mechanical-Systems) type and a LCD (Liquid-Crystal-Display) type including a DLP of Texas Instruments. Is mentioned.
  • the hologram used in the spatial light modulator 20 may be a hologram (Computer Generated Hologram, hereinafter referred to as “CGH”) obtained by numerical calculation.
  • CGH Computer Generated Hologram
  • FIG. 1 a reflective and phase modulation spatial light modulator is exemplified as the spatial light modulator 20, and hereinafter, a case where a phase modulation spatial light modulator is used will be described.
  • the control unit 21 causes the spatial light modulator 20 to express CGH to modulate the excitation light L1 in each of a plurality of two-dimensionally arranged pixels, and the modulated light L2 is used to collect a plurality of samples 90 by the condensing optical system 30.
  • the light is condensed at the individual condensing positions 91.
  • the control unit 21 presents CGH to the spatial light modulator 20, thereby causing excitation light L1 in each of a plurality of pixels arranged two-dimensionally.
  • the phase-modulated light L2 is condensed at a plurality of condensing positions 91 of the sample 90 by the condensing optical system 30.
  • the spatial light modulator 20 represents CGH by displaying CGH on the spatial light modulator 20.
  • the expression that the spatial light modulator 20 expresses CGH includes that the spatial light modulator 20 presents or displays CGH.
  • a drive unit (not shown) may be separately provided, and the phase modulation and light collection may be performed by the control unit 21 operating the drive unit.
  • the drive unit sets the phase modulation amount for each of the plurality of two-dimensionally arranged pixels of the spatial light modulator 20 under the control using the CGH of the control unit 21, and the phase modulation amount for each pixel. Is given to the spatial light modulator 20.
  • the CGH may be created by either Fourier transform type or Fresnel zone plate type.
  • the CGH may be created by the control unit 21 or a separate CGH creation unit (not shown) may be provided.
  • the Fourier transform type can create a hologram by an algorithm such as the GS method
  • the Fresnel zone plate type can create a hologram by an algorithm such as an ORA (optimal-rotation-angle) method.
  • the GS method is described in the following reference 1
  • the ORA method is described in the following reference 2.
  • FIG. 2 is a hardware configuration diagram of the control unit 21.
  • the control unit 21 physically includes a CPU 201, a main storage device such as a ROM 202 and a RAM 203, an input device 204 such as a keyboard and a mouse, an output device 205 such as a display, a spatial light modulator 20, and the like.
  • a communication module 206 such as a network card for transmitting / receiving data to / from the computer, an auxiliary storage device 207 such as a hard disk, and the like.
  • Each function of the control unit 21 causes the input device 204, the output device 205, and the communication module 206 to operate under the control of the CPU 201 by reading predetermined computer software on hardware such as the CPU 201, the ROM 202, and the RAM 203. This is realized by reading and writing data in the main storage devices 202 and 203 and the auxiliary storage device 207.
  • the condensing optical system 30 is provided in the subsequent stage of the spatial light modulator 20, and condenses the phase-modulated light L ⁇ b> 2 phase-modulated for each pixel on the sample 90.
  • the condensing optical system 30 includes a bilateral telecentric lens system 31, a dichroic mirror 32, an objective lens 33, and a lens 34.
  • the phase-modulated light L2 from the spatial light modulator 20 is transferred to the objective lens 33 by the double telecentric lens system 31 and the dichroic mirror 32, and irradiates the sample 90 placed on the sample stage 92 at multiple points.
  • Fluorescence L3 is generated from the stained sample 90 by light irradiation, and a part of the fluorescence L3 enters the fluorescence receiver 40 through the objective lens 33, the dichroic mirror 32, and the lens.
  • the sample 90 may be irradiated with light using a scanner such as a galvano scanner, a resonant mirror, or a polygon mirror and a stage moving in the direction of the optical axis or an objective lens. You may scan using the 3-axis stage which moves to an axial direction. Further, the objective lens 33 in FIG. 1 may move for scanning. Further, the lens for irradiating the sample 90 is not limited to the objective lens, but may be a general lens or an F ⁇ lens. With the above configuration, multipoint scanning as exemplified in FIG. 3 can be performed, and an image can be acquired at high speed.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating multipoint scanning in the present embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating multipoint scanning in the present embodiment.
  • FIG. 3A illustrates an example in which multiple points are arranged in one dimension
  • FIG. 3B illustrates an example in which multiple points are arranged in two dimensions.
  • scanning is performed using multiple points. First, scanning is performed in the horizontal direction, and then scanning is performed by moving one line in the vertical direction (raster scanning). Note that not only raster scanning but also various scanning methods using multiple points may be used.
  • the fluorescence receiver 40 receives the fluorescence L3 generated when the phase-modulated light L2 is condensed on the sample 90 via the condensing optical system 30.
  • the multi-anode type photoelectron It can be constituted by a multiplier tube (PMT).
  • the fluorescent light receiver 40 is not limited to this, and a two-dimensional detector such as a photomultiplier tube, a two-dimensional imaging device such as a CCD or a CMOS image sensor, an avalanche photodiode array, or a photodiode array may be used.
  • the fluorescence receiver 40 may have a place-dependent sensitivity variation unique to the receiver. Further, a pinhole (not shown) may be disposed in front of the fluorescence light receiving unit 40 to provide a confocal effect.
  • the correction unit 22 corrects the CGH already presented to the spatial light modulator 20 by the control unit 21.
  • the correction unit 22 has the same hardware configuration as that of the control unit 21 (see FIG. 2).
  • the control unit 21 and the correction unit 22 may exist in the same computer system.
  • FIG. 4 is a functional configuration diagram of the correction unit 22. As shown in FIG. 4, the correction unit 22 includes a first hologram input unit 221, a receiver specific sensitivity information storage unit 222, and a second hologram generation unit 223.
  • the first hologram input unit 221 inputs CGH that has already been presented to the spatial light modulator 20 by the control unit 21 and that has not been corrected.
  • the CGH input by the first hologram input unit 221 is the first hologram.
  • the first hologram input unit 221 outputs the input first CGH to the second hologram generation unit 223.
  • the light receiver specific sensitivity information storage unit 222 acquires and stores in advance sensitivity information for each light receiving position specific to the fluorescent light receiver (hereinafter, “photoreceiver specific sensitivity information”).
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the receiver-specific sensitivity information in the two-photon excitation fluorescence microscope.
  • the fluorescent light receiver 40 has a location-dependent sensitivity variation unique to the light receiver. That is, if the fluorescence receiver 40 is, for example, a multi-anode type PMT, sensitivity variations exist among a plurality of anodes. When uniform light is incident regardless of the location of the light receiving surface as shown in FIG.
  • the intensity information of the fluorescence detected by the fluorescence receiver 40 is as shown in FIG. As shown in (b). That is, even when uniform fluorescence L3 having an intensity of 100 is incident, the fluorescence L3 is detected as an intensity having different intensities of 82, 95, 97, and 100 depending on the location of the fluorescence receiver 40, for example.
  • the actually entered fluorescence L3 is not uniform as shown in FIG. 5C. It may be a thing. That is, when the intensity of the fluorescence L3 detected by the fluorescence receiver 40 is uniform, for example, at an intensity of 100, the spatial light modulator 20 actually irradiates non-uniform light of, for example, the intensity of 100, 86, 84, 82. It would have been. In other words, when the intensity of the fluorescence L3 detected by the fluorescence receiver 40 is uniform, this is because the incident fluorescence L3 is uniform when the inherent location-dependent sensitivity variation of the fluorescence receiver 40 is not considered. It tends to be thought of. However, considering the inherent location-dependent sensitivity variation of the fluorescence receiver 40, the incident fluorescence L3 is actually non-uniform.
  • the light receiver specific sensitivity information storage unit 222 acquires and stores in advance sensitivity information for each light receiving position specific to the fluorescent light receiver 40 when fluorescent light having a predetermined uniform intensity is incident. Specifically, the light emitted from the excitation light source 10 is spread by an expander lens or the like, and parallel light having a substantially uniform intensity is incident on the fluorescence receiver 40 that is a two-dimensional image sensor. Investigate in advance. By this investigation, when uniform light (fluorescence) is incident, the intensity of each of the multiple points obtained by the fluorescence receiver 40 is recorded as “receiver-specific sensitivity information”. In order to observe the sensitivity variation, a “receiver-specific sensitivity map” that is a bundle of receiver-specific sensitivity information may be created by changing the light intensity a plurality of times.
  • the second hologram generation unit 223 performs feedback correction on the first CGH based on the excitation state, the intensity of the fluorescence L3 at the condensing position, and the receiver specific sensitivity information stored in the receiver specific sensitivity information storage unit 222.
  • the second CGH is generated.
  • the second hologram generation unit 223 outputs the generated second CGH to the control unit 21.
  • the CGH generated by the second hologram generation unit 223 and output to the control unit 21 is the second hologram.
  • the control unit 21 receives the second CGH and presents it to the spatial light modulator 20.
  • the hologram presented to the spatial light modulator 20 by the control unit 21 is feedback-corrected by the correction unit 22, and the corrected hologram is presented to the spatial light modulator 20 by the control unit 21 again. This is repeated until the intensity variation of multiple points irradiated on the sample 90 becomes equal to or less than a predetermined threshold value. Or it repeats until the frequency
  • FIG. 6 is a flowchart showing this procedure.
  • the receiver specific sensitivity information storage unit 222 acquires and stores the receiver specific sensitivity information in advance when light of a predetermined uniform intensity is incident (step S1).
  • the first CGH is designed under the control of the control unit 21 (step S2).
  • the first CGH is presented to the spatial light modulator 20 under the control of the control unit 21, so that the spatial light modulator 20 represents the first CGH.
  • the excitation light L1 becomes phase modulated light L2 having a phase distribution corresponding to the first CGH
  • the generated phase modulated light L2 is irradiated to the sample 90 at multiple points (step S3).
  • the fluorescence receiver 40 captures the fluorescence L3 generated by the irradiation in step S3, and acquires intensity information of the fluorescence (step S4).
  • the correction unit 22 calculates the variation in the intensity information of the fluorescence L3 acquired in step S4.
  • the peak-to-valley (PV) method or the RMS (Root-Mean-Square-error) method is used to calculate the intensity variation.
  • the variation in the intensity of the fluorescence L3 acquired in step S4 is calculated in consideration of the receiver sensitivity information acquired and stored in advance in step S1. For example, if the intensity information of the fluorescence L3 acquired in step S4 is equal to the receiver-specific sensitivity information acquired in step S1, it can be said that the intensity variation is zero.
  • whether the Peak-to-valley (PV) method or RMS (Root Mean Square) error is within a certain range. Further, a determination may be made. (Step S5)
  • step S6 when the intensity variation calculated in step S5 is equal to or less than a predetermined threshold (step S6: YES), the process is terminated.
  • step S6: NO when the intensity variation calculated in step S5 is not equal to or less than the predetermined threshold (step S6: NO), the process flow proceeds to step S7, and the second hologram generation unit 223 controls the fluorescence intensity to control the fluorescence intensity.
  • the first CGH is redesigned to generate the second CGH.
  • the fluorescence intensity is made uniform as one mode for controlling the fluorescence intensity.
  • step S3 steps S3 to S6 are repeated.
  • step S6 instead of determining whether or not the intensity variation calculated in step S5 is equal to or less than a predetermined threshold, it is determined whether or not the number of executions of feedback correction is equal to or greater than the predetermined threshold. May be.
  • the second hologram generation unit 223 derives a correction coefficient Vk for feeding back to the CGH design from the following equation (1) based on the intensity variation of the fluorescence L3 acquired in step S4.
  • m is the position of multiple points
  • k is the number of feedbacks
  • q is the intensity of the fluorescence L3 acquired in step S4
  • n is the number of photons.
  • the correction by the correction unit 22 is performed for each of the plurality of condensing positions (step S71).
  • the correction coefficient Vk changes depending on the n-photon absorption process.
  • the second hologram generation unit 223 redesigns the first CGH using the correction coefficient Vk derived in step S71 to generate the second CGH.
  • the target pattern (a pattern indicating the position and intensity of multiple points) is changed using a weight for each iteration.
  • the target pattern in 2CGH is represented by the following formula (2). Where l is the number of iterations of the OC method, Is a weight used in the OC method, Tgoal (m) is a target pattern, and s (m) is a coefficient in consideration of receiver-specific sensitivity information (step S72).
  • the coefficient s (m) is not considered in the correction coefficient Vk, and the coefficient s (m) is applied during feedback.
  • the CGH redesign procedure part 2 is different in that the coefficient s (m) is considered from the beginning in the correction coefficient Vk.
  • the second hologram generation unit 223 derives a correction coefficient Vk for feeding back to the CGH design from the following equation (3) based on the intensity variation of the fluorescence L3 acquired in step S4. Similarly to the case of the expression (1), even when the expression (3) is used, the correction by the correction unit 22 is performed for each of the plurality of light collection positions (step S73).
  • the second hologram generation unit 223 redesigns the first CGH using the correction coefficient Vk derived in step S73 to generate the second CGH.
  • the target pattern (a pattern indicating the position and intensity of multiple points) is changed using a weight for each iteration.
  • the target pattern in 2CGH is represented by the following formula (4) (step S74).
  • the fourth root of the receiver-specific sensitivity information acquired in step S1 is obtained. This calculation is caused by the fact that the intensity of the phase-modulated light L2 is the square of the amplitude and the intensity of the fluorescence L3 is the square of the intensity of the phase-modulated light L2 in the two-photon excitation fluorescence microscope. The calculated fourth root is shown in the following equation (5) (step S731).
  • step S73 the coefficient s (m) in step S72 and step S73 is finally calculated by normalizing the equation (7).
  • the calculated coefficient s (m) is shown in the following equation (8) (step S734).
  • CGH redesign procedure part 1 and part 2 can be executed.
  • the intensity of the phase-modulated light L2 is the square of the amplitude
  • the intensity of the fluorescence L3 is the n-th power of the intensity of the phase-modulated light L2.
  • the intensity of the phase modulation light L2 is the square of the amplitude
  • the intensity of the fluorescence L3 is the first power of the intensity of the phase modulation light L2, that is, the intensity of the fluorescence L3 is the phase modulation light. It is the same as the intensity of L2.
  • the intensity of the phase modulated light L2 is the square of the amplitude
  • the intensity of the fluorescence L3 is the third power of the intensity of the phase modulated light L2.
  • the intensity information of the fluorescence L3 acquired in step S4 by the fluorescence receiver 40 is used instead of the receiver specific sensitivity information (for example, FIG. 5B). It can be calculated by performing the same calculation as in steps S731 to S734 described above.
  • both the phase-modulated light L2 irradiated onto the sample 90 and the fluorescence L3 emitted from the sample 90 can be controlled uniformly, for example.
  • the excitation light intensity is the same no matter where the light is irradiated, the same intensity is obtained.
  • a homogeneous fluorescent material capable of obtaining fluorescence may be used as the sample 90.
  • a material made of a homogeneous fluorescent material having no place-dependent variation in the intensity ratio of the phase-modulated light L2 focused on the sample 90 to the fluorescence L3 generated from the sample 90 is used as the sample 90 in this embodiment. May be.
  • shading correction by image processing or the like may be further performed in order to uniformize the position-dependent sensitivity variation for each light receiving position unique to the fluorescence receiver 40. Thereby, the frequency
  • the design method so far has been described according to the OC method, but the CGH design method is not limited to the OC method. Iterative Fourier transform method including OC method, Simulated annealing, Optimal rotation angle method (ORA method), genetic algorithm and other methods that focus on changes in one pixel, superposition method that adds together in the form of complex amplitude, etc. Can also be adopted as a CGH design method. In any of the methods listed above, the above formula (1) or formula (3) is used at the time of feedback.
  • z-stack The correction by the correction unit 22 described above may be performed for each scanning layer at a predetermined interval along the optical axis direction of the objective lens 33 included in the condensing optical system 30.
  • z-stack for realizing correction for each scanning layer will be described.
  • z-stack refers to obtaining a three-dimensional image by capturing an image by shifting the depth direction of the sample 90.
  • z-stack includes (a) a method of presenting a Fresnel lens pattern on the spatial light modulator 20, (b) a method of moving the Z stage of the fluorescence scanning microscope apparatus including the fluorescence light receiving device 1, and (c) the objective lens 33 itself. This is realized by moving the scanning layer at a predetermined interval along the optical axis direction of the objective lens 33 by the method of moving (d) and a combination thereof.
  • a depth direction in the optical axis direction of the objective lens 33 is obtained by adding a Fresnel lens to the CGH for generating multiple points to be presented to the spatial light modulator 20, that is, by the method (a).
  • An example in which scanning is performed by moving the scanning layer at three depths D1, D2, and D3 will be described.
  • step S101 a CGH for generating multiple points is designed.
  • a Fresnel lens for observing the depth D1 is added to the CGH designed in step S101 (step S102).
  • an aberration correction pattern is further added to the CGH synthesized in step S102 as necessary (step S103).
  • Step S104 by presenting the CGH synthesized in step S103 to the spatial light modulator 20, the spatial light modulator 20 expresses the CGH synthesized in step S103, and irradiates the generated sample with the multipoints 90.
  • a fluorescent image generated from the sample 90 is picked up by a multi-anode type PMT, a camera or the like (step S105).
  • an observation region centered on the center of the condensing point may be provided, and the variation in the total intensity in the observation region may be examined.
  • an observation region may be provided so as to cover the entire spot spread by the aberration.
  • the refractive index of the medium is n
  • the depth from the incident surface of the medium to the focal point of the lens is d
  • the aberration generated by the medium is ⁇ s.
  • the present invention is not limited to this, and spherical aberration that occurs due to refractive index mismatch between the observation object and immersion liquid, astigmatism that occurs due to the shape of the object, etc. are measured in advance using a simulation or Shack-Hartmann sensor. Then, the aberration in a range in which these are further considered may be set as the “intentionally large aberration” (step S106).
  • step S106 If the variation calculated in step S106 is within the allowable range, the process is terminated (step S107).
  • step S106 If the variation calculated in step S106 is outside the allowable range, the CGH is redesigned with the CGH designed in step S101 as the initial phase. That is, the CGH designed in step S101 is set as the first CGH, and the second CGH is generated using the above-described CGH redesign procedure No. 1, No. 2 and the calculation method of the coefficient s (m) (step S108).
  • Steps S104 to S108 are repeated until the variation calculated in Step S106 is within an allowable range, and an optimum CGH for the depth D1 is designed.
  • step S102 and step S103 are excluded. That is, the procedure of step S102 and step S103 is performed only once for each depth (step S109).
  • step S101 to step S109 change the depth to D2
  • step S101 to step S109 perform the processing from step S101 to step S109. Further, the processing of steps S101 to S109 is performed by changing the depth to D3.
  • the case of the above method (a) has been described as a method for performing z-stack. That is, the case where scanning for each scanning layer is performed by controlling the condensing position of the objective lens 33 in the optical axis direction by the spatial light modulator 20 has been described.
  • the procedure similar to the above can be applied to the methods (b) and (c).
  • the depth is changed by changing the Fresnel lens pattern, but in the case of the method (b), the Z stage is moved, and in the case of the method (c), the objective lens 33 is moved. Change depth by moving.
  • the CGH in which these problems are corrected is obtained by performing feedback correction. Designed and re-presented to the spatial light modulator 20.
  • the optical system is changed by optically changing the state of the medium in the condensing process. There is a risk that the uniformity of strength will be lost.
  • the optimum CGH obtained at the turning angle may no longer be the optimum CGH due to the addition of the Fresnel lens pattern.
  • the Fresnel lens pattern and the aberration correction pattern are added to the initially designed CGH, and the Fresnel lens pattern and the aberration correction pattern are not used for feedback correction. .
  • the aberration is corrected by the aberration correction pattern, and the feedback correction is performed after the Fresnel lens pattern and the aberration correction pattern are fixed. Therefore, when the Z axis moves due to the addition of a Fresnel lens pattern or the like, the optical state of the medium and the change of the optical system occur, or in the optical system such as a high NA objective lens or a medium existing in the propagation process. Even when an aberration occurs due to a difference in refractive index, the aberration can be corrected and the uniformity of the fluorescence intensity obtained by feedback correction can be maintained.
  • the first CGH expressed by the spatial light modulator 20 is first corrected by the correction unit 22, and the second CGH newly generated by the correction is converted to the spatial light modulator. 20 is expressed again. That is, the hologram is fed back by the correction unit 22 and the control unit 21 to correct the hologram.
  • the second CGH is obtained by correcting the first CGH based on the excited state, the intensity of the fluorescence L3 at the light collection position, and the receiver sensitivity information, and the second CGH is generated by the spatial light modulator 20 using the second CGH.
  • the intensity variation at the point is controlled uniformly, for example, in consideration of the sensitivity variation in the fluorescence receiver 40.
  • the phase-modulated light L2 irradiated to the sample 90 and the fluorescence L3 irradiated from the sample 90 are controlled uniformly, for example.
  • the correction by the correction unit 22 is performed based on the receiver-specific sensitivity information, it is possible to reduce the influence due to the sensitivity variation while recognizing the location-dependent sensitivity variation for each light receiving position unique to the fluorescence receiver 40. it can.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the idea in the present embodiment from another aspect.
  • FIG. 7A shows an inherent characteristic of the fluorescence receiver 40 although the incident fluorescence L3 tends to appear to be uniform as described above with reference to FIGS. 5A and 5B. Considering the sensitivity variation depending on the location, it is assumed that the incident fluorescence L3 is actually non-uniform.
  • the degree of intensity is indicated by the size of a circle at the light collecting position 91 of the sample 90 and the light receiving position 41 of the fluorescent light receiver 40. That is, the size of the circle is different at the condensing position 91 of the sample 90, which indicates that the light intensity at the condensing position 91 is not uniform.
  • the size of the circle is the same at the light receiving position 41 of the fluorescent light receiver 40, which indicates that the light intensity appears to be uniform at the light receiving position 41.
  • the intensity of the fluorescence detected by the fluorescence receiver 40 is not uniform, but is incident on the sample 90. It is assumed that the intensity of the phase-modulated light L2 and the fluorescence L3 is uniform. This is because the correction unit 22 of the present embodiment performs feedback correction based on the receiver-specific sensitivity information, and recognizes the location-dependent sensitivity variation for each light receiving position specific to the fluorescence receiver 40, but the influence of the sensitivity variation. This means that the intensities of the phase-modulated light L2 and the fluorescence L3 are made uniform.
  • FIG. 8A shows a fluorescence image before feedback correction is performed.
  • the fluorescence intensity in the upper right part is lower than that in the center part, and although it is difficult to visually confirm, there is an intensity variation depending on the location in the vicinity of the center.
  • the intensity of fluorescence is shown by brightness.
  • FIG. 8B shows a fluorescence image subjected to feedback correction according to the present embodiment. Unlike FIG. 8A, it can be seen that the intensity variation depending on the location is reduced.
  • FIG. 8 shows the intensity of the fluorescence detected at each light receiving position in consideration of the receiver specific sensitivity information.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between the number of times feedback correction is performed (horizontal axis) and the variation in fluorescence intensity (vertical axis) according to the present embodiment.
  • the peak-to-valley (PV) method or the RMS (Root Mean Square error) method was used as the evaluation function for variation.
  • the calculated variations in the PV method and the RMS method can be represented by the following formulas (9) and (10), respectively.
  • q (m) is the total fluorescence in the m-th fluorescence observation region
  • qmax, qmax, and qdesired are the maximum, minimum, and desired fluorescence intensity, respectively.
  • the sample 90 is placed and the fluorescence L3 is detected.
  • the merit of detecting the fluorescence by placing the sample 90 is as follows. That is, once correction is performed using a medium such as a rACGFP solution or coumarin ethanol that can obtain a uniform fluorescence intensity as the sample 90, uniform data can be obtained even when cells or the like are used as the sample thereafter.
  • the second advantage As a second merit, it is possible to correct the entire optical system because an optical system that is actually measured can be used by using a sample.
  • the third merit is that by preparing a homogeneous medium having a refractive index close to the observation condition, it is possible to make uniform with spherical aberration correction and a lens pattern applied.
  • the refractive index of the sample 90 and the observation medium are extremely different, the condensed image is blurred, and the SN is lowered, so that there is a possibility that the accuracy of homogenization is lowered. Therefore, the refractive index of the sample 90 may be adjusted to some extent with the refractive index of the observation medium.
  • the OC method is an optimization method, and a random phase is often used as the initial phase to prevent falling into a local solution.
  • the distribution of the generated multi-point variation differs for each first hologram. Or, even if the same initial phase is used, if the positions and intensities of multiple points in the target pattern change, the distribution of the multi-point variation generated by the first hologram differs.
  • the fourth merit is that the variation caused by the hologram can be clearly grasped by using a medium 90 with uniform fluorescence intensity as the sample 90.
  • amendment can be applied to each of the many points produced
  • the present invention is particularly useful for intensity variations at a plurality of condensing positions that occur when a short pulse laser capable of performing multiphoton excitation is used as the excitation light source 10.
  • a short pulse laser capable of performing multiphoton excitation is used as the excitation light source 10.
  • a light source having a pulse width of nanoseconds or less and capable of emitting a short pulse laser having a wavelength of 650 nm or more is preferable.
  • the present embodiment is particularly useful for a fluorescence receiver 40 having a location-dependent sensitivity variation such as a multi-anode type photomultiplier tube.
  • the intensity of both the phase-modulated light L2 to the sample 90 and the fluorescence L3 from the sample 90 is uniformly controlled, for example, a homogeneous fluorescent material having no location-dependent variation is used as the sample 90.
  • a homogeneous fluorescent material having no location-dependent variation is used as the sample 90.
  • the correction by the correction unit 22 is performed for each scanning layer at a predetermined interval along the optical axis direction of the objective lens 33 included in the condensing optical system 30, so that a certain amount of depth is obtained.
  • the present embodiment can be applied to a sample 90 having a thickness.
  • the spatial light modulator 20 performs scanning for each scanning layer by controlling the condensing position of the objective lens 33 in the optical axis direction, scanning for each scanning layer is preferably performed. Can do.
  • a calibration sample having a refractive index close to that of an actual measurement sample and having a uniform concentration of a solute such as a fluorescent substance may be used as the sample.
  • a solute such as a fluorescent substance
  • the present invention provides a fluorescent light receiving device and a fluorescent light receiving method capable of controlling the intensity of multi-point fluorescence at a condensing position.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)

Abstract

　蛍光受光装置１は、励起光源１０と、励起光Ｌ１を位相変調し位相変調光Ｌ２を得る位相変調型の空間光変調器２０と、空間光変調器２０の後段に設けられ位相変調光Ｌ２を試料９０に集光する集光光学系３０と、試料９０が載置される試料ステージ９２と、位相変調光Ｌ２が試料９０に集光されることにより発生する蛍光Ｌ３を受光する蛍光受光器４０と、空間光変調器２０に第１ＣＧＨを表示する制御部２１と、第１ＣＧＨを補正する補正部２２とを備える。補正部２２は、蛍光受光器４０固有の受光位置ごとの感度情報を予め取得し格納する受光器固有感度情報格納部２２２と、蛍光Ｌ３の強度および感度情報に基づき第１ＣＧＨを補正し、第２ＣＧＨを生成する第２ホログラム生成部２２３とを備える。制御部２１は空間光変調器２０に第２ＣＧＨを表示する。

Description

蛍光受光装置および蛍光受光方法
　本発明は、蛍光受光装置および蛍光受光方法に関するものである。
　従来、空間光変調器（Spatial Light Modulator、以下「ＳＬＭ」）の一つである音響光学変調素子を用いて、試料上に複数のスポット光を生成する蛍光走査顕微鏡が知られている（例えば特許文献１および非特許文献１を参照）。例えば特許文献１の開示内容によれば、当該蛍光走査顕微鏡は、同時に走査する走査点の数、位置あるいは間隔等を光量ロスなく自由に変更することができ、画像取得時間の短縮だけでなく、用途に応じた観察をフレキシブルに行うことができるという効果を奏するとしている。
特開２００９－１０３９５８号公報
　蛍光走査顕微鏡の光学系にＳＬＭを導入し、ＳＬＭにＣＧＨ（Computer Generated Hologram）と呼ばれる位相分布や強度分布を示したパターンを呈示すると、対物レンズの集光点上に多点を生成させることができる。そのため、試料から励起された蛍光も複数点となる。これをマルチアノードの光電子増倍管等で受光することにより、多点計測が可能となる。しかし、集光位置における多点の光の強度の制御が大きな問題となる。これは、ＳＬＭで生成された多点にバラツキがあること、および観測側のマルチアノードの光電子増倍管等にも感度バラツキがあることに起因する。一方で、上記の特許文献１および非特許文献１の何れの文献においても、集光位置における多点の光の強度を制御することについては言及も示唆もない。
　そこで、本発明は上記に鑑みてなされたもので、集光位置における多点の光の強度を制御することが可能な蛍光受光装置および蛍光受光方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の一側面に係る蛍光受光装置（蛍光検出装置）は、空間光変調器によって変調された励起光により発生する蛍光を検出する装置であって、励起光を出力する励起光源と、励起光が入力され、第１ホログラムを表現すること（呈示すること）により、励起光の位相および振幅の少なくともいずれか一方を変調し、変調光を出力する空間光変調器と、空間光変調器の後段に設けられ、変調光を試料に集光する集光光学系と、試料が載置される試料ステージと、変調光が試料に集光されることにより発生する蛍光を集光光学系を介して検出する蛍光検出器と、空間光変調器に第１ホログラムを表現させること（呈示させること）により、２次元配列された複数の画素それぞれにおいて励起光の位相および振幅の少なくとも何れか一方を変調させ、且つ変調光を集光光学系により試料の集光位置に集光させる制御部と、第１ホログラムを補正する補正部と、を備え、補正部は、蛍光検出器固有の受光位置ごとの感度情報および集光位置における蛍光の強度に基づき、第１ホログラムを補正することにより、第２ホログラムを生成し、制御部は、第２ホログラムを表現するように（呈示するように）空間光変調器を制御する。
　また、本発明の一側面に係る蛍光受光方法（蛍光検出方法）は、空間光変調器により変調された励起光によって生じる蛍光を受光する（検出する）方法であって、励起光源から出力された励起光を空間光変調器に入力し、空間光変調器に第１ホログラムを表現させること（呈示させること）により、励起光の位相および振幅の少なくとも何れか一方を変調することにより得られた変調光を出力し、空間光変調器の後段に設けられた集光光学系により、変調光を試料に集光し、蛍光検出器により、変調光が試料に集光されることにより発生する蛍光を集光光学系を介して検出し、蛍光検出器固有の受光位置ごとの感度情報と集光位置における蛍光の強度に基づき、第１ホログラムを補正することにより、第２ホログラムを生成し、空間光変調器に第２ホログラムを表現させること（呈示させること）により、励起光の位相および振幅の少なくとも何れか一方を変調することにより得られた変調光を出力する。
　このような本発明の一側面に係る蛍光受光装置および蛍光受光方法によれば、制御部により最初に空間光変調器に呈示された第１ホログラムが補正部によって補正され、当該補正により新たに生成された第２ホログラムが制御部により再び空間光変調器に呈示される。つまり、補正部および制御部によりホログラムがフィードバックされることにより、当該ホログラムの補正が行われる。第２ホログラムは、集光位置における蛍光の強度および蛍光受光器固有の受光位置ごとの感度情報に基づき、第１ホログラムが補正されることにより得られ、この第２ホログラムにより、空間光変調器で生成された多点における強度バラツキが、蛍光受光器における感度バラツキが考慮された上で、例えば均一に制御される。ここで、ホログラムがフィードバック補正されることにより、試料に照射される位相変調光と試料から照射される蛍光とがそれぞれ例えば均一に制御される。特に、補正部による補正が、蛍光受光器固有の受光位置ごとの感度情報に基づき行われるため、蛍光受光器固有の受光位置ごとの場所依存の感度バラツキを認めながらも、当該感度バラツキによる影響を低減させることができる。
　また、本発明の一側面に係る蛍光受光装置および蛍光受光方法において、補正部による補正は、複数個の集光位置ごとに行われても良い。
　この発明の一側面に係る蛍光受光装置および蛍光受光方法によれば、補正部による補正が複数個の集光位置ごとに行われるため、空間光変調器およびホログラムにより生成された多点それぞれに当該補正を適用することができる。
　この発明の一側面に係る蛍光受光装置および蛍光受光方法では、励起光源は多光子励起を行うことができる短パルスレーザであってもよい。
　この発明の一側面に係る蛍光受光装置および蛍光受光方法は、多光子励起を行うことができる短パルスレーザを用いた場合に顕著に起こる、複数個の集光位置の強度バラツキに対して特に有用である。
　また、本発明の一側面に係る蛍光受光装置および蛍光受光方法において、蛍光検出器はマルチアノード型の光電子増倍管であっても良い。
　この発明の一側面に係る蛍光受光装置および蛍光受光方法によれば、マルチアノード型の光電子増倍管のような、場所依存の感度バラツキの存在する蛍光受光器に特に有用である。
　また、本発明の一側面に係る蛍光受光装置および蛍光受光方法において、試料は、試料に集光された変調光と試料から発生する蛍光の強度の比率において、場所依存のバラツキのない均質な蛍光材料からなっていても良い。
　試料への変調光および試料からの蛍光の両方を例えば均一に強度制御する際に、場所依存のバラツキのない均質な蛍光材料を試料として用いることにより、計算量を減らすことができ、当該制御を簡易且つ好適に行うことができる。
　また、本発明の一側面に係る蛍光受光装置および蛍光受光方法において、補正部による補正は、集光光学系に含まれた対物レンズの光軸方向に沿った所定の間隔の走査層ごとに行われても良い。
　これによれば、ある程度の深さを有する試料に対しても本発明の一側面に係る蛍光受光装置および蛍光受光方法を適用させることができる。
　また、本発明の一側面に係る蛍光受光装置および蛍光受光方法において、走査層ごとの走査は、空間光変調器によって、対物レンズの光軸方向における集光位置が制御されることにより行われても良い。
　これによれば、走査層ごとの走査を好適に行うことができる。
　本発明によれば、集光位置における多点の光の強度を制御することが可能な蛍光受光装置および蛍光受光方法を提供することができる。
蛍光受光装置１の全体的な構成を示す図である。 制御部２１および補正部２２のハードウェア構成図である。 本実施形態における多点走査を例示する図である。 補正部２２の機能構成図である。 蛍光受光器４０固有の受光位置ごとの感度バラツキを説明するための図である。 フィードバック補正の手順を示すフローチャートである。 本実施形態において、補正部２２が蛍光受光器４０固有の受光位置ごとの感度情報に基づきフィードバック補正を行うことにより、蛍光受光器４０固有の受光位置ごとの場所依存の感度バラツキを認めながらも、当該感度バラツキによる影響を低減させ、位相変調光Ｌ２および蛍光Ｌ３の強度を均一にしていることを説明するための図である。 本実施形態による効果を説明するための図である。 本実施形態によるフィードバック補正の実施回数（横軸）と、蛍光強度のバラツキ（縦軸）との間の関係を示す図である。
　１…蛍光受光装置、１０…励起光源、１１…スペイシャルフィルタ、１２…コリメートレンズ、１３…ミラー、２０…空間光変調器、２１…制御部、２２…補正部、２２１…第１ホログラム入力部、２２２…受光器固有感度情報格納部、２２３…第２ホログラム生成部、３０…集光光学系、３１…両側テレセントリックレンズ系、３２…ダイクロイックミラー、３３…対物レンズ、３４…レンズ、９０…試料、９１…集光位置、９２…試料ステージ、Ｌ１…励起光、Ｌ２…位相変調光、Ｌ３…蛍光。
　以下、添付図面を参照して本発明にかかる蛍光受光装置および蛍光受光方法の一実施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。
　（蛍光受光装置１の構成）
　最初に、本実施形態に係る蛍光受光装置（蛍光検出装置）１の全体構成について説明する。図１は、蛍光受光装置１の全体的な構成を示す図である。この図に示される蛍光受光装置１は、励起光Ｌ１が変調され、変調光Ｌ２が集光されることにより試料９０から発生する蛍光Ｌ３を受光する装置であって、励起光源１０、スペイシャルフィルタ１１、コリメートレンズ１２、ミラー１３、空間光変調器２０、制御部２１、補正部２２、集光光学系３０、および蛍光受光器（蛍光検出器）４０を備えて構成さ、例えば、蛍光走査顕微鏡装置やＳＴＥＤ顕微鏡装置、ＰＡＬＭ、ＳＴＯＲＭなどである。
　励起光源１０は、試料９０の集光位置９１に照射されるべき励起光Ｌ１を出力するものである。励起光源１０は、励起光Ｌ１としてレーザ光を出力しても良く、例えばフェムト秒レーザ光源、Ｎｄ:ＹＡＧレーザ光源等のパルスレーザ光源であっても良い。これに限らず、励起光源１０として、ＬＤ(Laser Diode)、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）、ハロゲンランプ、キセノンランプ等が用いられても良い。励起光源１０から出力された励起光Ｌ１は、スペイシャルフィルタ１１を経た後、コリメートレンズ１２によりコリメートされ、ミラー１３により反射されて、空間光変調器２０に入力される。なお、この構成に限らず、スペイシャルフィルタ１１とコリメートレンズ１２の組み合わせの代わりに、エキスパンダレンズ（図示せず）を備えても良い。この場合には、励起光源１０からの励起光Ｌ１がエキスパンダレンズによって広げられ、ミラー１３により反射されて、空間光変調器２０に入力される。
　空間光変調器２０は、位相変調型のものであって、励起光Ｌ１を入力し、当該励起光Ｌ１を位相変調することにより得られた位相変調光Ｌ２を出力するものである。すなわち、空間光変調器２０は、励起光源１０から出力された励起光Ｌ１を入力し、２次元配列された複数の画素それぞれにおいて励起光Ｌ１の位相を変調するホログラムを用いて励起光Ｌ１を位相変調し、その位相変調後の位相変調光Ｌ２を出力する。この空間光変調器２０において用いられるホログラムは、数値計算により求められたホログラム（Computer Generated Hologram、以下「ＣＧＨ」）であっても良い。
　この空間光変調器２０は、反射型のものであっても良く、透過型のものであっても良い。反射型の空間光変調器２０としては、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）型のもの、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）型のもの、および光アドレス型のものの何れかが用いられても良い。また、透過型の空間光変調器２０としては、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）型のもの等が用いられても良い。更に、これに限らず、Segment Mirror型のもの、Continuous Deformable Mirror型のものが用いられても良い。
　また、空間光変調器２０は、振幅（強度）変調型のものであって、励起光Ｌ１を入力し、当該励起光Ｌ１を振幅変調することにより得られた変調光Ｌ２を出力するものであってもよい。すなわち、空間光変調器２０は、励起光源１０から出力された励起光Ｌ１を入力し、２次元配列された複数の画素それぞれにおいて励起光Ｌ１の振幅を変調するホログラムを用いて励起光Ｌ１を振幅変調し、その振幅変調後の振幅変調光Ｌ２を出力する。振幅（強度）変調型の空間光変調器２０は、反射型でも透過型でもよく、テキサスインスツルメンツ社のＤＬＰを含むＭＥＭＳ（MicroElectro Mechanical Systems）型およびＬＣＤ（Liquid Crystal Display）型などの空間光変調器が挙げられる。この空間光変調器２０において用いられるホログラムは、数値計算により求められたホログラム（Computer Generated Hologram、以下「ＣＧＨ」）であっても良い。なお、図１では、空間光変調器２０として反射型で位相変調型の空間光変調器が例示され、以降、位相変調型の空間光変調器を用いた場合で説明する。
　制御部２１は、空間光変調器２０にＣＧＨを表現させることにより、２次元配列された複数の画素それぞれにおいて励起光Ｌ１を変調させ、且つ変調光Ｌ２を集光光学系３０により試料９０の複数個の集光位置９１に集光させるものである。例えば、空間光変調器２０が位相変調型の空間光変調器の場合、制御部２１は、空間光変調器２０にＣＧＨを呈示させることにより、２次元配列された複数の画素それぞれにおいて励起光Ｌ１の位相を変調させ、且つ位相変調光Ｌ２を集光光学系３０により試料９０の複数個の集光位置９１に集光させるものである。特に、ＬＣＯＳ型など液晶を用いる空間光変調器では、空間光変調器２０にＣＧＨを表示することで、空間光変調器２０はＣＧＨを表現する。なお、空間光変調器２０がＣＧＨを表現するとは、空間光変調器２０がＣＧＨを呈示することや表示することを含む。実際の動作を行うために駆動部（図示せず）を別途備え、制御部２１が駆動部を操作することにより、上記位相変調および集光を行っても良い。この場合の駆動部は、制御部２１のＣＧＨを用いた制御のもとで、空間光変調器２０の２次元配列された複数の画素それぞれにおける位相変調量を設定し、画素ごとの位相変調量を示す信号を空間光変調器２０に与える。
　ＣＧＨの作成は、フーリエ変換型およびフレネルゾーンプレート型の何れの手法により行っても良い。ＣＧＨの作成を制御部２１が行っても良く、別途のＣＧＨ作成部（図示せず）を備えても良い。フーリエ変換型はＧＳ法等のアルゴリズムによりホログラムを作成することができ、フレネルゾーンプレート型はＯＲＡ（optimal-rotation-angle）法等のアルゴリズムによりホログラムを作成することができる。なお、ＧＳ法については下記の参考文献１に記載されており、ＯＲＡ法については下記の参考文献２に記載されている。
＜参考文献１＞　R. W. Gerchberg and W. O.Saxton, "Apractical algorithm for the determination of phase from imageand diffractionplane pictures", Optik, Vol.35, pp.237-246 (1972).
＜参考文献２＞　Jorgen Bengtsson, "Kinoform designwith anoptimal-rotation-angle method", Applied Optics, Vol.33,No.29,pp.6879-6884 (1994).
　図２は制御部２１のハードウェア構成図である。図２に示すように、制御部２１は、物理的には、ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２及びＲＡＭ２０３等の主記憶装置、キーボード及びマウス等の入力デバイス２０４、ディスプレイ等の出力デバイス２０５、空間光変調器２０等との間でデータの送受信を行うためのネットワークカード等の通信モジュール２０６、ハードディスク等の補助記憶装置２０７等を含む通常のコンピュータシステムとして構成される。制御部２１の各機能は、ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３等のハードウェア上に所定のコンピュータソフトウェアを読み込ませることにより、ＣＰＵ２０１の制御の元で入力デバイス２０４、出力デバイス２０５、通信モジュール２０６を動作させると共に、主記憶装置２０２，２０３や補助記憶装置２０７におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。
　図１に戻り、集光光学系３０は、空間光変調器２０の後段に設けられ、画素毎に位相変調された位相変調光Ｌ２を試料９０に集光するものである。図１の例において集光光学系３０は、両側テレセントリックレンズ系３１、ダイクロイックミラー３２、対物レンズ３３、レンズ３４を備えて構成される。空間光変調器２０からの位相変調光Ｌ２は、両側テレセントリックレンズ系３１およびダイクロイックミラー３２によって対物レンズ３３まで転送され、試料ステージ９２上に載置された試料９０を多点で照射する。染色された試料９０からは、光照射によって蛍光Ｌ３が発生し、その蛍光Ｌ３の一部は対物レンズ３３、ダイクロイックミラー３２、レンズ３４を介して蛍光受光器４０に入射する。
　試料９０への光照射は、ガルバノスキャナーや共振ミラー、ポリゴンミラーなどのスキャナーと光軸方向に動くステージあるいは対物レンズを用いて走査しても良く、ステージが光軸に対して垂直な面と光軸方向に動く３軸ステージを用いて走査しても良い。また、図１の対物レンズ３３が走査のために動いても良い。更に、試料９０へ照射するレンズは対物レンズに限らず、一般的なレンズやＦθレンズでも良い。以上のような構成により、図３に例示するような多点走査を行なうことができ、高速に画像を取得することが可能となる。図３は本実施形態における多点走査を例示する図である。図３（ａ）は多点を１次元で配列したものを例示し、図３（ｂ）は多点を２次元で配列したものを例示する。それぞれの例において多点を用いてスキャンしており、まず、横方向をスキャンし、次に縦方向に１行移動してスキャンする（ラスタスキャン）。なお、ラスタスキャンに限らず、多点を用いた種々のスキャン手法が用いられても良い。
　図１に戻り、蛍光受光器４０は、位相変調光Ｌ２が試料９０に集光されることにより発生する蛍光Ｌ３を集光光学系３０を介して受光するものであり、例えばマルチアノード型の光電子増倍管（ＰＭＴ）により構成することができる。なお、これに限らず、蛍光受光器４０として、フォトマルチプライヤーチューブ、ＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサ等の２次元撮像装置、アバランシェフォトダイオードアレイ、フォトダイオードアレイ等の２次元検出器を用いてもよい。蛍光受光器４０は、受光器固有の場所依存の感度バラツキが存在するものであっても良い。また、蛍光受光部４０の前にピンホール（図示せず）を配置し、コンフォーカル効果を持たせても良い。
　補正部２２は、制御部２１により空間光変調器２０にすでに呈示されたＣＧＨを補正するものである。補正部２２は制御部２１と同様のハードウェア構成（図２参照）を有する。制御部２１と補正部２２とが同じコンピュータシステム内に存在していても良い。図４は、補正部２２の機能構成図である。図４に示されるように、補正部２２は第１ホログラム入力部２２１、受光器固有感度情報格納部２２２、第２ホログラム生成部２２３を備えて構成される。
　第１ホログラム入力部２２１は、制御部２１により空間光変調器２０にすでに呈示されたＣＧＨであって、補正前のＣＧＨを入力する。第１ホログラム入力部２２１が入力するＣＧＨが第１ホログラムである。第１ホログラム入力部２２１は、入力した第１ＣＧＨを第２ホログラム生成部２２３に出力する。
　受光器固有感度情報格納部２２２は、蛍光受光器固有の受光位置ごとの感度情報（以下、「受光器固有感度情報」）を予め取得し格納するものである。図５は、２光子励起蛍光顕微鏡における受光器固有感度情報を説明するための図である。図５の例において、蛍光受光器４０には受光器固有の場所依存の感度バラツキが存在する。つまり、蛍光受光器４０が例えばマルチアノード型のＰＭＴであれば、複数のアノード間で感度バラツキが存在する。図５（ａ）に示すような受光面の場所にかかわらず均一な光を入射したときに、アノードのユニフォミティに感度バラツキがあると、蛍光受光器４０において検出された蛍光の強度情報は図５（ｂ）のようになる。つまり、強度１００の均一な蛍光Ｌ３が入射したとしても、蛍光受光器４０の場所によって例えば強度８２、９５、９７、１００の異なる強度として当該蛍光Ｌ３が検出される。
　また、図５（ｄ）に示すように、蛍光受光器４０において検出された蛍光Ｌ３の強度が均一であっても、実際に入射された蛍光Ｌ３は図５（ｃ）に示すように不均一なものである場合がある。つまり、蛍光受光器４０において検出された蛍光Ｌ３の強度が例えば強度１００で均一な場合には、空間光変調器２０は実際には例えば強度１００、８６、８４、８２の不均一な光を照射していたことになる。言い換えれば、蛍光受光器４０において検出された蛍光Ｌ３の強度が均一な場合に、これは蛍光受光器４０の固有の場所依存の感度バラツキを考慮しない場合には一見入射された蛍光Ｌ３が均一なものと思われがちである。しかし、蛍光受光器４０の固有の場所依存の感度バラツキを考慮すると、入射された蛍光Ｌ３は実は、不均一なものであったことになる。
　受光器固有感度情報格納部２２２は、所定の均一な強度の蛍光を入射した場合の、蛍光受光器４０固有の受光位置ごとの感度情報を予め取得し格納する。具体的には、励起光源１０から射出した光をエキスパンダレンズ等で広げて、強度が略均一な平行光を２次元イメージセンサである蛍光受光器４０に入射させ、蛍光受光器４０の感度ムラを予め調査する。この調査によって、均一な光（蛍光）が入射したときに、蛍光受光器４０で得られる多点のそれぞれの強度を「受光器固有感度情報」として記録する。なお、感度バラツキを観察するために、光の強度を複数回に渡って変更することにより、受光器固有感度情報の束である「受光器固有感度マップ」を作成しても良い。
　第２ホログラム生成部２２３は、励起状態、集光位置における蛍光Ｌ３の強度、および受光器固有感度情報格納部２２２に格納された受光器固有感度情報に基づき、第１ＣＧＨをフィードバック補正することにより、第２ＣＧＨを生成するものである。第２ホログラム生成部２２３は、生成した第２ＣＧＨを制御部２１に出力する。第２ホログラム生成部２２３により生成され制御部２１に出力されるＣＧＨが第２ホログラムである。制御部２１は、第２ＣＧＨを入力し、空間光変調器２０に呈示する。つまり、制御部２１が空間光変調器２０に呈示したホログラムが補正部２２によりフィードバック補正され、補正後のホログラムが再び制御部２１により空間光変調器２０に呈示される。これは、試料９０に照射される多点の強度バラツキが所定の閾値以下になるまで繰り返される。または、フィードバック補正の実施回数が所定の閾値以上になるまで繰り返される。
　（フィードバック補正の手順）
　続いて、第１ホログラムがフィードバック補正され、第２ホログラムが生成される際の手順について詳細に説明する。図６は、この手順を示すフローチャートである。
　最初に、受光器固有感度情報格納部２２２が、所定の均一な強度の光を入射した場合の受光器固有感度情報を予め取得し格納しておく（ステップＳ１）。
　次に、制御部２１の制御のもとで、第１ＣＧＨが設計される（ステップＳ２）。
　次に、制御部２１の制御のもとで、第１ＣＧＨが空間光変調器２０に呈示されることで、空間光変調器２０は第１ＣＧＨを表現する。これにより、励起光Ｌ１は第１ＣＧＨに対応した位相分布を持つ位相変調光Ｌ２となり、この生成された位相変調光Ｌ２が試料９０に多点照射される（ステップＳ３）。
　次に、ステップＳ３の照射によって生じた蛍光Ｌ３を蛍光受光器４０が撮像し、当該蛍光の強度情報を取得する（ステップＳ４）。
　次に、補正部２２（第２ホログラム生成部２２３）が、ステップＳ４で取得した蛍光Ｌ３の強度情報におけるバラツキを算出する。強度バラツキの算出には、Peak-to-valley (PV)法やRMS (Root Mean Square error)法を用いる。このとき、ステップＳ１で予め取得して格納した受光器固有感度情報を考慮して、ステップＳ４で取得した蛍光Ｌ３の強度のバラツキを算出する。例えば、ステップＳ４で取得した蛍光Ｌ３の強度情報と、ステップＳ１で取得した受光器固有感度情報とが同等であれば、強度バラツキはゼロであると言える。なお、ステップＳ１で取得した受光器固有感度情報を考慮する際には、Peak-to-valley (PV)法やRMS (Root Mean Square error)法の評価がある一定の範囲内にあるかないかを更に判別するようにしても良い。（ステップＳ５）
　次に、ステップＳ５で算出した強度バラツキが所定の閾値以下である場合には（ステップＳ６：ＹＥＳ）、処理を終了する。一方、ステップＳ５で算出した強度バラツキが所定の閾値以下でない場合には（ステップＳ６：ＮＯ）、処理の流れはステップＳ７に移行し、蛍光強度を制御するために、第２ホログラム生成部２２３が第１ＣＧＨを再設計して第２ＣＧＨを生成する。なお、本実施形態では、蛍光強度を制御する一つの態様として、蛍光強度を均一化することとする。そして、処理の流れはステップＳ３に移行され、ステップＳ３～ステップＳ６が繰り返される。なお、ステップＳ６の判断においては、ステップＳ５で算出した強度バラツキが所定の閾値以下であるか否かを判断する変わりに、フィードバック補正の実施回数が所定の閾値以上であるか否かを判断しても良い。
　（ＣＧＨ再設計の手順、その１）
　ここで、第１ＣＧＨを再設計して第２ＣＧＨを生成する方法（ステップＳ７）について説明する。
　最初に、第２ホログラム生成部２２３が、ステップＳ４で取得した蛍光Ｌ３の強度バラツキに基づき、ＣＧＨ設計にフィードバックするための補正係数Ｖｋを下記の式（１）より導出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　ただし、ｍは多点の位置、ｋはフィードバック回数、ｑはステップＳ４で取得した蛍光Ｌ３の強度、ｎは光子の数である。上記式（１）からわかるように、補正部２２による補正は、複数個の集光位置ごとに行われる（ステップＳ７１）。また、上記式（１）では、ｎ光子吸収過程によって補正係数Ｖｋが変化する。
　次に、第２ホログラム生成部２２３が、ステップＳ７１で導出した補正係数Ｖｋを用いて、第１ＣＧＨを再設計して第２ＣＧＨを生成する。例えば、反復フーリエ変換法の一種であるOver Compensation（ＯＣ）法では、ターゲットパターン（多点の位置や強度を示したパターン）をイタレーションごとにウェイトを用いて変更するので、ＯＣ法での第２ＣＧＨにおけるターゲットパターンは下記の式（２）のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　ただし、ｌはＯＣ法のイタレーション回数、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 はＯＣ法で用いられるウェイト、Ｔgoal（ｍ）はターゲットパターン、ｓ（ｍ）は受光器固有感度情報を考慮した係数である（ステップＳ７２）。
　（ＣＧＨ再設計の手順、その２）
　続いて、第１ＣＧＨを再設計して第２ＣＧＨを生成する別の方法（ステップＳ７）について説明する。
　上述のＣＧＨ再設計の手順その１においては、補正係数Ｖｋに係数ｓ（ｍ）が考慮されておらず、フィードバック時に係数ｓ（ｍ）が適用された。一方で、ＣＧＨ再設計の手順その２では、係数ｓ（ｍ）が補正係数Ｖｋに最初から考慮されている点で異なる。
　すなわち、最初に、第２ホログラム生成部２２３が、ステップＳ４で取得した蛍光Ｌ３の強度バラツキに基づき、ＣＧＨ設計にフィードバックするための補正係数Ｖｋを下記の式（３）より導出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 　式（１）の場合と同様に、式（３）を用いた場合でも、補正部２２による補正は、複数個の集光位置ごとに行われる（ステップＳ７３）。
　次に、第２ホログラム生成部２２３が、ステップＳ７３で導出した補正係数Ｖｋを用いて、第１ＣＧＨを再設計して第２ＣＧＨを生成する。例えば、反復フーリエ変換法の一種であるOver Compensation（ＯＣ）法では、ターゲットパターン（多点の位置や強度を示したパターン）をイタレーションごとにウェイトを用いて変更するので、ＯＣ法での第２ＣＧＨにおけるターゲットパターンは下記の式（４）のようになる（ステップＳ７４）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　（係数ｓ（ｍ）の算出方法）
　以下、ステップＳ７２およびステップＳ７３における２光子励起蛍光顕微鏡における係数ｓ（ｍ）の算出方法について詳細に説明する。以下の説明においては、ステップＳ１で取得した受光器固有感度情報が例えば図５（ｂ）だったものとする。
　最初に、ステップＳ１で取得した受光器固有感度情報の４乗根を求める。この演算は、２光子励起蛍光顕微鏡では位相変調光Ｌ２の強度は振幅の２乗であり、蛍光Ｌ３の強度は位相変調光Ｌ２の強度の２乗であることに起因する。求めた４乗根を下記の式（５）に示す（ステップＳ７３１）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　次に、式（５）における最小の要素で各要素を割る。その演算結果を下記の式（６）に示す（ステップＳ７３２）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　次に、式（６）における各要素の逆数を計算する。その計算結果を下記の式（７）に示す（ステップＳ７３３）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　次に、式（７）を規格化することにより、ステップＳ７２およびステップＳ７３における係数ｓ（ｍ）が最終的に算出される。算出された係数ｓ（ｍ）を下記の式（８）に示す（ステップＳ７３４）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　以上により算出した係数ｓ（ｍ）をステップＳ７２およびステップＳ７３にて用いることにより、ＣＧＨ再設計の手順その１およびその２を実行することができる。
　なお、ｎ光子励起蛍光顕微鏡の場合には、位相変調光Ｌ２の強度は振幅の２乗であり、蛍光Ｌ３の強度は位相変調光Ｌ２の強度のｎ乗であることを利用する。例えば、１光子励起蛍光顕微鏡の場合には、位相変調光Ｌ２の強度は振幅の２乗であり、蛍光Ｌ３の強度は位相変調光Ｌ２の強度の１乗、つまり蛍光Ｌ３の強度は位相変調光Ｌ２の強度と同じである。また、例えば、３光子励起蛍光顕微鏡の場合には、位相変調光Ｌ２の強度は振幅の２乗であり、蛍光Ｌ３の強度は位相変調光Ｌ２の強度の３乗である。
　なお、蛍光L３の強度、すなわちqの導出方法については、受光器固有感度情報（例えば図５（ｂ））の代わりに、蛍光受光器４０によりステップＳ４で取得した蛍光Ｌ３の強度情報を用いて、上述のステップＳ７３１～ステップＳ７３４と同様の演算を行うことによって算出することができる。
　以上で説明したステップＳ１～ステップＳ７を実行することにより、試料９０に照射される位相変調光Ｌ２、および試料９０から射出される蛍光Ｌ３を両方とも例えば均一に制御することができる。ここで、試料９０に照射される位相変調光Ｌ２と試料９０から照射される蛍光Ｌ３とをそれぞれ均一にするために、どの位置に照射されても励起光強度が同じであれば、同じ強度の蛍光が得られるような均質な蛍光材料を試料９０として用いても良い。つまり、試料９０に集光された位相変調光Ｌ２対試料９０から発生する蛍光Ｌ３の強度の比率において、場所依存のバラツキのない均質な蛍光材料からなるものを、本実施形態における試料９０として用いても良い。
　なお、蛍光受光器４０固有の受光位置ごとの場所依存の感度バラツキを均一にするために、画像処理等によるシェーディング補正を更に施しても良い。これにより、フィードバック補正の実施回数を減らすことができる。
　ここまでの設計方法は、OC法に従って説明をしたが、CGH設計方法は、OC法に限らない。OC法が含まれる反復フーリエ変換法や、シミュレーティドアニーリング、Optimal rotation angle method (ORA法)や遺伝的アルゴリズムなどの１画素の変化に着目する方法、複素振幅の形で足し合わせる重ね合わせ方法などもCGH設計方法として採用できる。以上列挙した何れの手法でも、フィードバック時には上記式（１）または式（３）が用いられる。
　（ｚ－ｓｔａｃｋ）
　以上で説明した補正部２２による補正は、集光光学系３０に含まれた対物レンズ３３の光軸方向に沿った所定の間隔の走査層ごとに行われても良い。以下では、走査層ごとの補正を実現するためのｚ－ｓｔａｃｋについて説明する。ｚ－ｓｔａｃｋとは、試料９０の奥行き方向をずらして画像を撮像することで、３次元画像を得ることをいう。ｚ－ｓｔａｃｋは、（ａ）空間光変調器２０にフレネルレンズパターンを呈示する方法、（ｂ）蛍光受光装置１を含む蛍光走査顕微鏡装置のＺステージを移動させる方法、（ｃ）対物レンズ３３そのものを移動させる方法、（ｄ）これらの組み合わせ、によって、対物レンズ３３の光軸方向に沿った所定の間隔で走査層を移動させることにより実現される。
　以下、ｚ－ｓｔａｃｋを行う際の処理手順について説明する。なお、以下の説明では、空間光変調器２０に呈示する多点を生成するためのＣＧＨにフレネルレンズを加えることで、つまり上記方法（ａ）で、対物レンズ３３の光軸方向における深さ方向の制御を行い、且つ３つの深さＤ１、Ｄ２、Ｄ３で走査層を移動させてスキャンを行う例について説明する。
　最初に、多点を生成するためのＣＧＨを設計する（ステップＳ１０１）。
　次に、ステップＳ１０１で設計したＣＧＨに深さＤ１を観察するためのフレネルレンズを加える（ステップＳ１０２）。
　次に、ステップＳ１０２で合成されたＣＧＨに、必要に応じて、収差補正パターンを更に加える（ステップＳ１０３）。
　次に、ステップＳ１０３で合成されたＣＧＨを空間光変調器２０に呈示することで、空間光変調器２０はステップＳ１０３で合成されたＣＧＨを表現し、生成した多点を均質な試料９０に照射する（ステップＳ１０４）。
　次に、試料９０から発生した蛍光像をマルチアノード型のＰＭＴ、カメラ等で撮像する（ステップＳ１０５）。
　次に、検出した蛍光強度のバラツキを調べる。バラツキの算出には、Peak-to-valley (PV)法やRMS (Root Mean Square error) 法を用いる。このとき、集光点の中心を中心とした観察領域を設け、その中の強度の合計におけるバラツキを調べても良い。また、生体を考慮した収差補正を行うために意図的に大きな収差を加えて観察する場合には、収差によって広がったスポット全体を網羅するように観察領域を設けても良い。ここで、「意図的に大きな収差」とは、媒質の屈折率をｎ、媒質の入射面からレンズの焦点までの深さをｄ、媒質によって発生する収差をΔｓとした場合に、例えば、「ｎ×ｄ-Δｓ」以上、且つ「ｎ×ｄ＋Δｓ」以下の範囲における収差をいう。なお、これに限らず、観測対象と浸液等との屈折率のミスマッチングで発生する球面収差、対象物の形状によって発生する非点収差等を予めシミュレーションまたはシャックハルトマンセンサ等を用いて測定して、これらを更に考慮した範囲における収差を上記「意図的に大きな収差」としても良い（ステップＳ１０６）。
　ステップＳ１０６で算出したバラツキが許容の範囲内ならば処理を終了する（ステップＳ１０７）。
　ステップＳ１０６で算出したバラツキが許容の範囲外であるならば、ステップＳ１０１で設計したＣＧＨを初期位相としてＣＧＨの再設計を行なう。つまり、ステップＳ１０１で設計したＣＧＨを第１ＣＧＨとし、上述したＣＧＨ再設計の手順その１、その２、および係数ｓ（ｍ）の算出方法を用いて第２ＣＧＨを生成する（ステップＳ１０８）。
　次に、ステップＳ１０４～ステップＳ１０８を繰り返し、ステップＳ１０６で算出したバラツキが許容の範囲内になるまで繰り返しを継続し、深さＤ１に対する最適なＣＧＨを設計する。この繰り返しにおいて、ステップＳ１０２およびステップＳ１０３は除外される。つまり、ステップＳ１０２およびステップＳ１０３の手順は深さごとに１回のみ行われる（ステップＳ１０９）。
　次に、深さをＤ２に変えて、ステップＳ１０１～ステップＳ１０９の処理を行う。また、深さをＤ３に変えて、ステップＳ１０１～ステップＳ１０９の処理を行う。
　最終的に、深さごとに最適化されたＣＧＨをそれぞれの深さで呈示してｚ－ｓｔａｃｋにおける走査を行なう。
　以上の説明においては、ｚ－ｓｔａｃｋを行うための方法として上記の方法（ａ）の場合を説明した。つまり、空間光変調器２０によって、対物レンズ３３の光軸方向における集光位置が制御されることで、走査層ごとの走査が行われる場合を説明した。これに限らず、上記の方法（ｂ）および（ｃ）の場合にも以上と同様の手順を適用することができる。なお、方法（ａ）ではフレネルレンズパターンを変えることにより深さを変更していたが、方法（ｂ）の場合にはＺステージを移動させ、且つ方法（ｃ）の場合には対物レンズ３３を移動させることにより深さを変更する。
　空間光変調器２０の特性や集光光学系３０の調整ミス等によって蛍光強度が均一にならなかったことから、本実施形態では、フィードバック補正を行なうことで、これらの問題が補正されたＣＧＨを設計し、それを空間光変調器２０に再呈示させている。しかし、ｚ－ｓｔａｃｋを行なうためにＺ軸を移動した場合には、集光過程にある媒質の状態が光学的に変化することによって光学系が変化するために、折角フィードバック補正によって制御された蛍光強度の均一性が崩れてしまう恐れがある。更に、フレネルレンズパターンを用いてｚ－ｓｔａｃｋを実現した場合には、フレネルレンズパターンが加えられることにより、折角求めた最適なＣＧＨがこれ以上もう最適なＣＧＨでなくなってしまうことがある。また、高ＮＡの対物レンズ等で対象物を観察する場合には、対物レンズから対象物までの間に様々な屈折率の異なる媒質が存在し、それらにより収差が発生する。収差を補正するためには、空間光変調器２０に収差補正パターンを呈示することが考えられるが、その結果最適なＣＧＨになるための条件がまた変化してしまう。
　以上の課題に対応するために、本実施形態では、最初に設計したＣＧＨにフレネルレンズパターンや収差補正パターンを足し合わせ、更に、フレネルレンズパターンや収差補正パターンはフィードバック補正には用いないこととしている。これにより、収差を収差補正パターンによって補正するとともに、フレネルレンズパターンや収差補正パターンが固定された上で、フィードバック補正が行われる。したがって、フレネルレンズパターンが加えられること等によりＺ軸が移動し媒質の光学的な状態および光学系の変化が発生する場合や、高ＮＡの対物レンズ等の光学系または伝搬過程に存在する媒質での屈折率の相違等により収差が発生した場合でも、当該収差を補正するとともに、フィードバック補正によって得られる蛍光強度の均一性を維持することができる。
　また、本実施形態の蛍光受光装置１によれば、最初に空間光変調器２０によって表現される第１ＣＧＨが補正部２２によって補正され、当該補正により新たに生成された第２ＣＧＨが空間光変調器２０によって改めて表現される。つまり、補正部２２および制御部２１によりホログラムがフィードバックされることにより、当該ホログラムの補正が行われる。第２ＣＧＨは、励起状態、集光位置における蛍光Ｌ３の強度および受光器固有感度情報に基づき、第１ＣＧＨが補正されることにより得られ、この第２ＣＧＨにより、空間光変調器２０で生成された多点における強度バラツキが、蛍光受光器４０における感度バラツキが考慮された上で、例えば均一に制御される。ここで、ホログラムがフィードバック補正されることにより、試料９０に照射される位相変調光Ｌ２と試料９０から照射される蛍光Ｌ３とがそれぞれ例えば均一に制御される。特に、補正部２２による補正が、受光器固有感度情報に基づき行われるため、蛍光受光器４０固有の受光位置ごとの場所依存の感度バラツキを認めながらも、当該感度バラツキによる影響を低減させることができる。
　図７は、本実施形態における思想を別の側面で説明するための図である。図７（ａ）は、図５（ａ）および（ｂ）を用いて上記説明したように、入射された蛍光Ｌ３が均一なものと一見思われがちであるものの、蛍光受光器４０の固有の場所依存の感度バラツキを考慮すると、入射された蛍光Ｌ３は実は、不均一なものであったことをイメージする。図７（ａ）においては、試料９０の集光位置９１および蛍光受光器４０の受光位置４１における丸の大きさで強度の度合いを示している。すなわち、試料９０の集光位置９１においては丸の大きさが異なっており、これは集光位置９１における光の強度が不均一であることを示す。一方、蛍光受光器４０の受光位置４１においては丸の大きさが同一であり、これは受光位置４１において光の強度が一見均一に見えることを示す。
　一方、図７（ｂ）は、図５（ｃ）および（ｄ）を用いて上記説明したように、蛍光受光器４０にて検出される蛍光の強度は不均一であるものの、試料９０に入射する位相変調光Ｌ２および蛍光Ｌ３の強度は均一であることをイメージする。これは、本実施形態の補正部２２が受光器固有感度情報に基づきフィードバック補正を行うことにより、蛍光受光器４０固有の受光位置ごとの場所依存の感度バラツキを認めながらも、当該感度バラツキによる影響を低減させ、位相変調光Ｌ２および蛍光Ｌ３の強度を均一にしていることを意味する。
　以下、本実施形態による効果について実例を示して説明する。すなわち、この実例においては試料９０としてrAcGFP1溶液を用い、蛍光受光装置１による多点照射を行った。その結果を図８に示す。図８（ａ）は、フィードバック補正を行う前の蛍光画像を示す。図８（ａ）では中心部に比べて右上部の蛍光強度が低くなっており、また目視では確認しにくいものの、場所に依存する強度バラツキが中央付近にも存在する。なお、図８においては、蛍光の強度を明るさで示している。図８（ｂ）は、本実施形態にかかるフィードバック補正を行った蛍光画像を示す。図８（ａ）とは異なり、場所に依存する強度バラツキが低減されていることがわかる。なお、図８は、受光器固有感度情報を考慮した上で、各受光位置で検出した蛍光の強度を示している。
　図９は、本実施形態によるフィードバック補正の実施回数（横軸）と、蛍光強度のバラツキ（縦軸）との間の関係を示す図である。バラツキの評価関数としては、上述したようにPeak-to-valley (PV)法やRMS (Root Mean Square error) 法を用いた。なお、PV法とRMS法における算出バラツキはそれぞれ下記の式（９）、（１０）でそれぞれ表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 　ただし、ｑ（ｍ）はｍ番目の蛍光の観察領域における蛍光の総和であり、ｑｍａｘ、ｑｍａｘ、ｑｄｅｓｉｒｅｄはそれぞれ最大、最小、所望の蛍光強度である。図９に示されるように、補正前（フィードバック補正の実施回数＝０）にＰＶ＝２６％、ＲＭＳ＝１０％だったものが、６回のフィードバック補正後にはＰＶ＝３％、ＲＭＳ＝１％と大幅に改善していることが確認できる。
　また、本実施形態では、試料９０を置いて蛍光Ｌ３を検出している。ここで、試料９０を置いて蛍光を検出するメリットは以下の通りである。すなわち、rACGFP溶液やクマリンエタノール等の蛍光強度が均一に得られる媒質を試料９０として用いて、一度補正を行なえば、その後、細胞等を試料として用いた場合でも均一なデータが得られることが一つ目のメリットである。二つ目のメリットとしては、試料を用いることで、実際に計測する光学系を用いることができるので、光学系全体の補正が可能であるということが挙げられる。三つ目のメリットとしては、観察する条件に近い屈折率を持つ均質媒質を用意することで、球面収差補正やレンズパターンを適用した状態で均一化が可能であるということが挙げられる。なお、試料９０と観察媒質の屈折率が極端に異なると集光像がボケてしまい、ＳＮが下がるため、均一化の精度が低下する恐れがある。したがって、試料９０の屈折率を観察媒質の屈折率にある程度合わせるようにしても良い。更に、OC法は最適化法であり、局所解に陥るのを防ぐために初期位相にランダム位相が用いられることが多い。その結果、第１ホログラムごとに、生成される多点のバラツキの分布が異なる。または、同じ初期位相を用いてもターゲットパターンにおける多点の位置や強度が変化すると、第１ホログラムによって生成される多点のバラツキの分布が異なる。蛍光強度が均一に得られる媒質を試料９０として用いることで、ホログラム起因のバラツキを明確に把握できることが四つ目のメリットである。
　また、本実施形態によれば、補正部２２による補正が複数個の集光位置ごとに行われるため、空間光変調器２０およびホログラムにより生成された多点それぞれに当該補正を適用することができる。
　この発明は、多光子励起を行うことができる短パルスレーザを励起光源１０に用いた場合に起こる、複数個の集光位置の強度バラツキに対して特に有用である。このような励起光源１０としては、ナノ秒以下のパルス幅を有し、波長が６５０ｎｍ以上の短パルスレーザを出射できる光源が好ましい。
　また、本実施形態は、マルチアノード型の光電子増倍管のような、場所依存の感度バラツキの存在する蛍光受光器４０に特に有用である。
　また、本実施形態によれば、試料９０への位相変調光Ｌ２および試料９０からの蛍光Ｌ３の両方を例えば均一に強度制御する際に、場所依存のバラツキのない均質な蛍光材料を試料９０として用いることにより、計算量を減らすことができ、当該制御を簡易且つ好適に行うことができる。
　また、本実施形態によれば、補正部２２による補正は、集光光学系３０に含まれた対物レンズ３３の光軸方向に沿った所定の間隔の走査層ごとに行われるため、ある程度の深さを有する試料９０に対しても本実施形態を適用させることができる。
　また、本実施形態によれば、空間光変調器２０が対物レンズ３３の光軸方向における集光位置を制御することで走査層ごとの走査を行うため、走査層ごとの走査を好適に行うことができる。
　なお、試料として、実際の測定試料の屈折率に近い屈折率を有し、蛍光物質などの溶質の濃度が均一なキャリブレーション試料を用いてもよい。このようなキャリブレーション試料を用いると、蛍光強度の均一性を保つことができる。
本発明は、集光位置における多点の蛍光の強度を制御することができる蛍光受光装置および蛍光受光方法を提供する。
 
 

Claims (8)

  1. 　位相変調された励起光が集光されることにより試料から発生する蛍光を受光する蛍光受光装置であって、
    　前記励起光を出力する励起光源と、
    　前記励起光を入力し、前記励起光を位相変調することにより得られた位相変調光を出力する位相変調型の空間光変調器と、
    　前記空間光変調器の後段に設けられ、前記位相変調光を前記試料に集光する集光光学系と、
    　前記試料が載置される試料ステージと、
    　前記位相変調光が前記試料に集光されることにより発生する蛍光を前記集光光学系を介して受光する蛍光受光器と、
    　前記空間光変調器に第１ホログラムを表示することにより、２次元配列された複数の画素それぞれにおいて前記励起光の位相を変調させ、且つ前記位相変調光を前記集光光学系により前記試料の複数個の集光位置に集光させる制御部と、
    　前記第１ホログラムを補正する補正部と、
    　を備え、
    　前記補正部は、
    　前記第１ホログラムを入力する第１ホログラム入力部と、
    　前記蛍光受光器固有の受光位置ごとの感度情報を予め取得し格納する受光器固有感度情報格納部と、
    　前記集光位置における前記蛍光の強度および前記受光器固有感度情報格納部に格納された前記感度情報に基づき、前記第１ホログラムを補正することにより、第２ホログラムを生成する第２ホログラム生成部と、
    　を備え、
    　前記制御部は前記空間光変調器に前記第２ホログラムを表示する、蛍光受光装置。
  2. 　前記補正部による前記補正は、前記複数個の集光位置ごとに行われる、請求項１に記載の蛍光受光装置。
  3. 　前記励起光源は、多光子励起を行うことができる短パルスレーザである、請求項１または２に記載の蛍光受光装置。
  4. 　前記蛍光受光器はマルチアノード型の光電子増倍管である、請求項１～３の何れか１項に記載の蛍光受光装置。
  5. 　前記試料は、前記試料に集光された前記位相変調光対前記試料から発生する前記蛍光の強度の比率において、場所依存のバラツキのない均質な蛍光材料からなる、請求項１～４の何れか１項に記載の蛍光受光装置。
  6. 　前記補正部による前記補正は、前記集光光学系に含まれた対物レンズの光軸方向に沿った所定の間隔の走査層ごとに行われる、請求項１～５の何れか１項に記載の蛍光受光装置。
  7. 　前記走査層ごとの走査は、前記空間光変調器によって、前記対物レンズの前記光軸方向における集光位置が制御されることにより行われる、請求項６に記載の蛍光受光装置。
  8. 　位相変調された励起光が集光されることにより、試料ステージに載置された試料から発生する蛍光を受光する蛍光受光装置における蛍光受光方法であって、
    　励起光源が、前記励起光を出力するステップと、
    　位相変調型の空間光変調器が、前記励起光を入力し、前記励起光を位相変調することにより得られた位相変調光を出力するステップと、
    　前記空間光変調器の後段に設けられた集光光学系が、前記位相変調光を前記試料に集光するステップと、
    　蛍光受光器が、前記位相変調光が前記試料に集光されることにより発生する蛍光を前記集光光学系を介して受光するステップと、
    　制御部が、前記空間光変調器に第１ホログラムを表示することにより、２次元配列された複数の画素それぞれにおいて前記励起光の位相を変調させ、且つ前記位相変調光を前記集光光学系により前記試料の複数個の集光位置に集光させるステップと、
    　補正部が、前記第１ホログラムを補正するステップと、
    　を備え、
    　前記補正部が前記第１ホログラムを補正するステップは、
    　第１ホログラム入力部が、前記第１ホログラムを入力するステップと、
    　受光器固有感度情報格納部が、前記蛍光受光器固有の受光位置ごとの感度情報を予め取得し格納するステップと、
    　第２ホログラム生成部が、前記集光位置における前記蛍光の強度および前記受光器固有感度情報格納部に格納された前記感度情報に基づき、前記第１ホログラムを補正することにより、第２ホログラムを生成するステップと、
    　を備え、
    　前記制御部が、前記空間光変調器に前記第２ホログラムを表示するステップを更に備える、蛍光受光方法。
     
PCT/JP2014/055491 2013-03-06 2014-03-04 蛍光受光装置および蛍光受光方法 WO2014136784A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/772,570 US9740166B2 (en) 2013-03-06 2014-03-04 Fluorescence receiving apparatus and fluorescence receiving method
DE112014001147.9T DE112014001147T5 (de) 2013-03-06 2014-03-04 Fluoreszenz-Empfangsvorrichtung und Verfahren zum Empfangen von Fluoreszenz
JP2015504332A JP6276749B2 (ja) 2013-03-06 2014-03-04 蛍光受光装置および蛍光受光方法
CN201480012124.XA CN105026916B (zh) 2013-03-06 2014-03-04 荧光受光装置以及荧光受光方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013-044348 2013-03-06
JP2013044348 2013-03-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014136784A1 true WO2014136784A1 (ja) 2014-09-12

Family

ID=51491299

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/055491 WO2014136784A1 (ja) 2013-03-06 2014-03-04 蛍光受光装置および蛍光受光方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9740166B2 (ja)
JP (1) JP6276749B2 (ja)
CN (1) CN105026916B (ja)
DE (1) DE112014001147T5 (ja)
WO (1) WO2014136784A1 (ja)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016133636A (ja) * 2015-01-20 2016-07-25 浜松ホトニクス株式会社 画像取得装置および画像取得方法
JP2016133637A (ja) * 2015-01-20 2016-07-25 浜松ホトニクス株式会社 画像取得装置および画像取得方法
JP2016176877A (ja) * 2015-03-23 2016-10-06 横河電機株式会社 光学式センサおよび光学式センサを用いた測定方法
WO2016185974A1 (ja) * 2015-05-15 2016-11-24 浜松ホトニクス株式会社 変調パターン算出装置、光制御装置、変調パターン算出方法、変調パターン算出プログラムおよび記憶媒体
WO2016185979A1 (ja) * 2015-05-15 2016-11-24 浜松ホトニクス株式会社 変調パターン算出装置、光制御装置、変調パターン算出方法、変調パターン算出プログラムおよび記憶媒体
JP2018008040A (ja) * 2016-07-05 2018-01-18 キヤノン株式会社 波面制御装置、波面制御方法、情報取得装置、プログラム、および、記憶媒体
CN107941763A (zh) * 2017-10-27 2018-04-20 浙江大学 一种共轴三维受激辐射损耗超分辨显微成像方法和装置
JP2022524727A (ja) * 2019-02-22 2022-05-10 プレジデント アンド フェローズ オブ ハーバード カレッジ 位相空間光変調器を用いた大スケールの一様な光学的焦点アレイ生成

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10595712B2 (en) * 2013-10-21 2020-03-24 University of Pittsburgh—of the Commonwealth System of Higher Education Adaptive optical laser beam steering through endoscope for laser surgery in kidney
JP6630120B2 (ja) * 2015-11-06 2020-01-15 浜松ホトニクス株式会社 画像取得装置、画像取得方法、及び空間光変調ユニット
FI20165148A (fi) * 2016-02-25 2017-08-26 Arcdia Int Oy Ltd Kaksoisfotoniviritteistä fluoresenssia hyödyntävä bioaffiniteettimääritysmenetelmä
JP6722883B2 (ja) * 2016-04-01 2020-07-15 国立大学法人浜松医科大学 画像取得装置および画像取得方法
CN105929526B (zh) * 2016-06-27 2018-08-21 广东欧谱曼迪科技有限公司 一种体全息还原扫描光束的sted超分辨显微系统及显微方法
CN107301458B (zh) * 2017-05-31 2020-08-11 重庆理工大学 基于强度传输方程的相位优化方法
CN108132543B (zh) * 2017-12-23 2020-06-12 深圳大学 超分辨成像系统
DE102019110157B4 (de) 2019-04-17 2021-06-17 Leica Microsystems Cms Gmbh Fluoreszenz-Rastermikroskop und Verfahren zur Abbildung einer Probe
DE102020113998A1 (de) 2020-05-26 2021-12-02 Abberior Instruments Gmbh Verfahren, Computerprogramm und Vorrichtung zum Bestimmen von Positionen von Molekülen in einer Probe
DE102020134797B3 (de) 2020-12-23 2022-06-09 Abberior Instruments Gmbh Verfahren zum Abbilden einer interessierenden Struktur einer Probe und Mikroskop mit Array-Detektor zu dessen Durchführung

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10186283A (ja) * 1996-11-01 1998-07-14 Hamamatsu Photonics Kk 画像形成装置
WO2004017069A1 (ja) * 2002-08-16 2004-02-26 Kabushiki Kaisha Hayashi Soken バイオチップ分析装置およびオンライン分析システム
JP2005292662A (ja) * 2004-04-02 2005-10-20 Hamamatsu Photonics Kk 波面補償装置、波面補償方法、プログラム、及び、記録媒体
JP2009300589A (ja) * 2008-06-11 2009-12-24 Nikon Corp 顕微鏡装置
JP2011128572A (ja) * 2009-12-21 2011-06-30 Olympus Corp ホログラム像投影方法およびホログラム像投影装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008061259A2 (en) * 2006-11-17 2008-05-22 Celloptic, Inc. System, apparatus and method for extracting three-dimensional information of an object from received electromagnetic radiation
EP2492921A1 (en) 2007-01-26 2012-08-29 New York University Holographic microscopy of holographically trapped three-dimensional structures
DE102007018048A1 (de) 2007-04-13 2008-10-16 Michael Schwertner Verfahren und Anordnung zur optischen Abbildung mit Tiefendiskriminierung
JP5259154B2 (ja) 2007-10-24 2013-08-07 オリンパス株式会社 走査型レーザ顕微鏡
US20110267663A1 (en) 2009-12-21 2011-11-03 Olympus Corporation Holographic image projection method and holographic image projection system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10186283A (ja) * 1996-11-01 1998-07-14 Hamamatsu Photonics Kk 画像形成装置
WO2004017069A1 (ja) * 2002-08-16 2004-02-26 Kabushiki Kaisha Hayashi Soken バイオチップ分析装置およびオンライン分析システム
JP2005292662A (ja) * 2004-04-02 2005-10-20 Hamamatsu Photonics Kk 波面補償装置、波面補償方法、プログラム、及び、記録媒体
JP2009300589A (ja) * 2008-06-11 2009-12-24 Nikon Corp 顕微鏡装置
JP2011128572A (ja) * 2009-12-21 2011-06-30 Olympus Corp ホログラム像投影方法およびホログラム像投影装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NIKOLENKO ET AL.: "SLM microscopy: scanless two-photon imaging and photostimulation with spatial light modulators", FRONTIERS IN NEURAL CIRCUITS, vol. 2, no. 5, 19 December 2008 (2008-12-19), pages 1 - 14, XP055146495, DOI: doi:10.3389/neuro.04.005.2008 *
SHAO Y ET AL.: "Ultrafast, large-field multiphoton microscopy based on anacousto-optic deflector and a spatial light modulator", OPTICS LETTERS, vol. 37, no. 13, 1 July 2012 (2012-07-01), pages 2532 - 2534, XP001576832, DOI: doi:10.1364/OL.37.002532 *

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107209359A (zh) * 2015-01-20 2017-09-26 浜松光子学株式会社 图像取得装置以及图像取得方法
JP2016133637A (ja) * 2015-01-20 2016-07-25 浜松ホトニクス株式会社 画像取得装置および画像取得方法
WO2016117415A1 (ja) * 2015-01-20 2016-07-28 浜松ホトニクス株式会社 画像取得装置および画像取得方法
WO2016117408A1 (ja) * 2015-01-20 2016-07-28 浜松ホトニクス株式会社 画像取得装置および画像取得方法
JP2016133636A (ja) * 2015-01-20 2016-07-25 浜松ホトニクス株式会社 画像取得装置および画像取得方法
US10816472B2 (en) 2015-01-20 2020-10-27 Hamamatsu Photonics K.K. Image acquisition device and image acquisition method
CN107209359B (zh) * 2015-01-20 2020-05-22 浜松光子学株式会社 图像取得装置以及图像取得方法
US10488640B2 (en) 2015-01-20 2019-11-26 Hamamatsu Photonics K.K. Image acquisition device and image acquisition method
JP2016176877A (ja) * 2015-03-23 2016-10-06 横河電機株式会社 光学式センサおよび光学式センサを用いた測定方法
WO2016185974A1 (ja) * 2015-05-15 2016-11-24 浜松ホトニクス株式会社 変調パターン算出装置、光制御装置、変調パターン算出方法、変調パターン算出プログラムおよび記憶媒体
EP3296804A4 (en) * 2015-05-15 2018-12-26 Hamamatsu Photonics K.K. Modulation pattern calculation device, light control device, modulation pattern calculation method, modulation pattern calculation program, and storage medium
EP3296803A4 (en) * 2015-05-15 2018-12-26 Hamamatsu Photonics K.K. Modulation pattern calculation device, light control device, modulation pattern calculation method, modulation pattern calculation program, and storage medium
US10218141B2 (en) 2015-05-15 2019-02-26 Hamamatsu Photonics K.K. Modulation pattern calculation device, light control device, modulation pattern calculation method, modulation pattern calculation program, and storage medium
JP2016218142A (ja) * 2015-05-15 2016-12-22 浜松ホトニクス株式会社 変調パターン算出装置、光制御装置、変調パターン算出方法および変調パターン算出プログラム
JP2016218141A (ja) * 2015-05-15 2016-12-22 浜松ホトニクス株式会社 変調パターン算出装置、光制御装置、変調パターン算出方法および変調パターン算出プログラム
WO2016185979A1 (ja) * 2015-05-15 2016-11-24 浜松ホトニクス株式会社 変調パターン算出装置、光制御装置、変調パターン算出方法、変調パターン算出プログラムおよび記憶媒体
US10989935B2 (en) 2015-05-15 2021-04-27 Hamamatsu Photonics K.K. Modulation pattern calculation device, light control device, modulation pattern calculation method, modulation pattern calculation program, and storage medium
JP2018008040A (ja) * 2016-07-05 2018-01-18 キヤノン株式会社 波面制御装置、波面制御方法、情報取得装置、プログラム、および、記憶媒体
CN107941763A (zh) * 2017-10-27 2018-04-20 浙江大学 一种共轴三维受激辐射损耗超分辨显微成像方法和装置
JP2022524727A (ja) * 2019-02-22 2022-05-10 プレジデント アンド フェローズ オブ ハーバード カレッジ 位相空間光変調器を用いた大スケールの一様な光学的焦点アレイ生成
JP7410959B2 (ja) 2019-02-22 2024-01-10 プレジデント アンド フェローズ オブ ハーバード カレッジ 位相空間光変調器を用いた大スケールの一様な光学的焦点アレイ生成

Also Published As

Publication number Publication date
US9740166B2 (en) 2017-08-22
DE112014001147T5 (de) 2015-11-19
JP6276749B2 (ja) 2018-02-07
CN105026916A (zh) 2015-11-04
JPWO2014136784A1 (ja) 2017-02-16
US20160018786A1 (en) 2016-01-21
CN105026916B (zh) 2017-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6276749B2 (ja) 蛍光受光装置および蛍光受光方法
Quirin et al. Instantaneous three-dimensional sensing using spatial light modulator illumination with extended depth of field imaging
JP5802110B2 (ja) 光変調制御方法、制御プログラム、制御装置、及びレーザ光照射装置
JP5802109B2 (ja) 光変調制御方法、制御プログラム、制御装置、及びレーザ光照射装置
Paudel et al. Axial range of conjugate adaptive optics in two-photon microscopy
US10488640B2 (en) Image acquisition device and image acquisition method
JP6635125B2 (ja) 顕微鏡、観察方法、及び画像処理プログラム
CN109073873B (zh) 图像取得装置以及图像取得方法
JP7033123B2 (ja) 収差補正方法及び光学装置
US10168283B2 (en) Observation apparatus and method for sharpening final image
CN107209359B (zh) 图像取得装置以及图像取得方法
JP2017058386A (ja) 顕微鏡装置および観察方法
US20240019677A1 (en) Microscope, observation method, and program
US20230069794A1 (en) Dual-mode restoration microscopy
Matsumoto et al. Modulation of the pupil function of microscope objective lens for multifocal multi-photon microscopy using a spatial light modulator

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201480012124.X

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14761254

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015504332

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14772570

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1120140011479

Country of ref document: DE

Ref document number: 112014001147

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14761254

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1