JP5106369B2

JP5106369B2 - Optical device

Info

Publication number: JP5106369B2
Application number: JP2008318302A
Authority: JP
Inventors: 満雙木; 郁俊福島
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2028-12-15
Also published as: JP2010139951A

Description

本発明は、光学装置、特にレーザーを光源として使用した光学装置に関する。 The present invention relates to an optical device, and more particularly to an optical device using a laser as a light source.

レーザー顕微鏡を使った蛍光観察法は、生体組織やタンパク質の局在を調べる上で重要な技術である。この蛍光観察法では、集光したレーザー光により、蛍光色素で染色した標本をスポット状に照射する。これにより発生した蛍光を検出するとともに、レーザー光で走査を行う。この結果、二次元的または三次元的に蛍光からの情報を取得できる。そして、蛍光情報を合成することで観察像を得る手法である。 Fluorescence observation using a laser microscope is an important technique for examining the localization of biological tissues and proteins. In this fluorescence observation method, a sample dyed with a fluorescent dye is irradiated in a spot shape with a focused laser beam. While detecting the fluorescence which generate | occur | produced by this, it scans with a laser beam. As a result, information from fluorescence can be acquired two-dimensionally or three-dimensionally. And it is the method of obtaining an observation image by combining fluorescence information.

光学系を介して生体標本の内部にレーザー光を集光した場合、集光位置（深さ位置）によっては集光した光に収差が発生する。これは、集光位置とその集光位置に達するまでの間の屈折率が予め決められた状態で、光学系の収差が補正されているからである。生体標本の場合、密度分布や組織の違いによって、場所によって屈折率が異なる。また、観察する位置（深さ方向）も異なる。そのため、集光位置によっては集光した光に収差が発生する。 When laser light is condensed inside a biological specimen via an optical system, aberration occurs in the collected light depending on a condensing position (depth position). This is because the aberration of the optical system is corrected in a state where the refractive index between the condensing position and the condensing position is reached in advance. In the case of a biological specimen, the refractive index varies depending on the location due to the difference in density distribution and tissue. Also, the observation position (depth direction) is different. For this reason, aberrations occur in the collected light depending on the condensing position.

そこで、例えば、特許文献１には、収差を補正するために、波面変調器を光路に配置して光の波面を変調させる技術が提案されている。また、例えば特許文献２には波面収差の量を測定し、波面変調器にその波面収差をフィードバックする技術が提案されている。ここで、波面収差は、観察する標本内の密度分布、組織分布等に起因して発生するものである。また、波面収差の量の測定は、標本内部から反射された信号光に基づいて行われる。 Therefore, for example, Patent Document 1 proposes a technique for modulating a wavefront of light by arranging a wavefront modulator in an optical path in order to correct aberration. For example, Patent Document 2 proposes a technique for measuring the amount of wavefront aberration and feeding back the wavefront aberration to the wavefront modulator. Here, the wavefront aberration is caused by the density distribution, tissue distribution, etc. in the specimen to be observed. Further, the amount of wavefront aberration is measured based on the signal light reflected from the inside of the sample.

特開平１１−１０１９４２号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-101942 特開２００８−２６６４３号公報JP 2008-26643 A

ところで、透明でない標本の内部にレーザー光を集光するとき、レーザー光は標本の内部を通過する際に集光状態が悪化するだけでなく、強い散乱を受けることになる。そのため、集光位置から戻ってきた信号光には散乱光が含まれてしまう。このように散乱光が信号光に含まれる場合、標本の情報を正しく反映しなくなってしまう。しかしながら、特許文献１、２の方法では散乱光が除去できないため、標本内部の情報を高分解で取得することができなかった。 By the way, when condensing a laser beam inside a non-transparent sample, the laser beam not only deteriorates the condensing state when passing through the inside of the sample, but also receives strong scattering. Therefore, the scattered light is included in the signal light returned from the condensing position. In this way, when scattered light is included in the signal light, the sample information is not correctly reflected. However, since the scattered light cannot be removed by the methods of Patent Documents 1 and 2, information inside the specimen cannot be obtained with high resolution.

本発明は、上記を鑑みてなされたものであって、標本内部の情報を高分解能で取得することが可能な光学装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an optical device capable of acquiring information inside a specimen with high resolution.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、レーザー光を射出する光源と、
前記レーザー光が入射する位置に設けられ、信号光路、参照光路及び検出光路を形成する分割手段と、
前記信号光路上に配置された対物光学系と、
前記参照光路上に配置された参照部材と、
前記分割手段と前記対物光学系の間に配置された波面変調手段と、
前記検出光路に設けられた干渉縞撮像手段とを備えた光学装置であって、
前記分割手段は、前記光源からのレーザー光を前記対物光学系に向かって進む信号光と前記参照部材に向かう参照光に分割すると共に、前記対物光学系からの戻り光と前記参照部材からの戻り光を合成して干渉縞撮像手段に入射させ、
前記波面変調手段は前記信号光の波面を変調し、
前記対物光学系は波面変調された信号光を標本に集光し、
更に、前記分割手段から前記干渉縞撮像手段までの光路中に配置され、前記干渉光から散乱光を取り除く除去手段と、
前記干渉縞に基づいて前記波面変調手段を制御する制御手段と、
を備える光学装置を提供できる。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, according to the present invention, a light source that emits laser light,
A splitting means provided at a position where the laser beam is incident, and forming a signal optical path, a reference optical path, and a detection optical path;
An objective optical system disposed on the signal optical path;
A reference member disposed on the reference optical path;
Wavefront modulation means disposed between the dividing means and the objective optical system;
An optical device comprising interference fringe imaging means provided in the detection optical path,
The splitting unit splits the laser light from the light source into signal light traveling toward the objective optical system and reference light toward the reference member, and returns light from the objective optical system and return from the reference member. Combine the light and enter the interference fringe imaging means,
The wavefront modulation means modulates the wavefront of the signal light,
The objective optical system focuses the wavefront modulated signal light on the sample,
Further, a removing unit that is disposed in an optical path from the dividing unit to the interference fringe imaging unit and removes scattered light from the interference light;
Control means for controlling the wavefront modulation means based on the interference fringes;
Can be provided.

また、本発明の好ましい態様によれば、光源から前記分割手段までの光路中に配置され、前記標本に集光する光の分布を２次元的にスキャニングするスキャニング手段を有することが望ましい。 Further, according to a preferred aspect of the present invention, it is desirable to have a scanning unit that is arranged in an optical path from a light source to the dividing unit and that two-dimensionally scans the distribution of light condensed on the sample.

また、本発明の好ましい態様によれば、標本を２次元的に移動させることで、標本に集光する光を標本全面に当ててスキャニングを行うスキャニング手段を有することが望ましい。 Further, according to a preferred aspect of the present invention, it is desirable to have scanning means for performing scanning by applying light condensed on the specimen to the entire specimen surface by moving the specimen two-dimensionally.

また、本発明の好ましい態様によれば、除去手段は、集光レンズと、ピンホールと、コリメートレンズとを含むことが望ましい。 Moreover, according to the preferable aspect of this invention, it is desirable that a removal means contains a condensing lens, a pinhole, and a collimating lens.

また、本発明の好ましい態様によれば、分割手段は１つの光学素子で構成されていることが望ましい。 Further, according to a preferred aspect of the present invention, it is desirable that the dividing means is composed of one optical element.

また、本発明の好ましい態様によれば、分割手段は２つの光学素子で構成されていることが望ましい。 Further, according to a preferred aspect of the present invention, it is desirable that the dividing means is composed of two optical elements.

また、本発明の好ましい態様によれば、光源はパルスレーザー光源であることが望ましい。 Moreover, according to the preferable aspect of this invention, it is desirable that a light source is a pulse laser light source.

本発明にかかる光学装置は、標本内部の情報を高分解能で取得できるという効果を奏する。 The optical device according to the present invention has an effect that information inside the specimen can be acquired with high resolution.

以下に、本発明にかかる光学装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of an optical device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１にかかる光学装置１００の概略構成を示している。図１において、光学装置１００は光源１０１を有する。この光源１０１は、標本１０の蛍光色素を励起する波長のレーザー光を発生する。レーザー光が進行する光路上には、不図示のコリメート光学系が配置されている。コリメート光学系は、光源１０１が発したレーザー光を平行光にするとともに、そのビーム径を変更する。 Example 1
FIG. 1 shows a schematic configuration of an optical device 100 according to Example 1 of the present invention. In FIG. 1, the optical device 100 includes a light source 101. The light source 101 generates laser light having a wavelength that excites the fluorescent dye of the specimen 10. A collimating optical system (not shown) is disposed on the optical path along which the laser light travels. The collimating optical system changes the beam diameter of the laser light emitted from the light source 101 into parallel light.

光源１０１からの光は、光量変調機能を有するＮＤフィルタ１０２を透過し、スキャンミラー１０３に入射する。スキャンミラー１０３は、不図示の駆動部により、たとえば直交する２方向に光を偏向できる。これにより、標本１０（焦平面１０ａ上）に集光されるレーザー光を２次元方向に走査する。 Light from the light source 101 passes through the ND filter 102 having a light amount modulation function and enters the scan mirror 103. The scan mirror 103 can deflect light in, for example, two orthogonal directions by a drive unit (not shown). Thereby, the laser beam condensed on the specimen 10 (on the focal plane 10a) is scanned in a two-dimensional direction.

スキャンミラー１０３により反射された光は、ダイクロイックミラー１０４に入射する。ダイクロイックミラー１０４は、光源１０１からのレーザー光を標本１０の方向へ反射し、また標本１０からの光のうちの所定波長の光、すなわち標本１０から発せられる蛍光波長の光を透過する。 The light reflected by the scan mirror 103 enters the dichroic mirror 104. The dichroic mirror 104 reflects the laser light from the light source 101 in the direction of the sample 10 and transmits light having a predetermined wavelength out of the light from the sample 10, that is, light having a fluorescence wavelength emitted from the sample 10.

ダイクロイックミラー１０４により標本１０の方向へ反射された光は、ビームスプリッタ１０５に入射する。ビームスプリッタ１０５は、入射した光を標本１０の方向へ透過する信号光と、参照ミラー１１０の方向へ反射する参照光とに分割する。すなわち実施例１においては、ビームスプリッタ１０５はレーザー光源からの光を信号光と参照光とに分割する分割手段に対応する。 The light reflected by the dichroic mirror 104 in the direction of the sample 10 enters the beam splitter 105. The beam splitter 105 splits the incident light into signal light that transmits in the direction of the specimen 10 and reference light that reflects in the direction of the reference mirror 110. That is, in the first embodiment, the beam splitter 105 corresponds to a dividing unit that divides light from the laser light source into signal light and reference light.

標本１０の方向へ進行する信号光について説明する。信号光は、透過型波面変調部１０６を透過する。透過型波面変調部１０６は、光軸に垂直な２次元面内において、任意の位置における光の透過率を所定の値に制御できる。これにより、透過波面の位相を制御できる。後述するように透過型波面変調部１０６は、解析部１１７からの信号により制御される。本願で使用される透過型波面変調部としては、例えば液晶、フォトリフラクティブ結晶が挙げられる。 The signal light traveling in the direction of the specimen 10 will be described. The signal light passes through the transmissive wavefront modulation unit 106. The transmissive wavefront modulation unit 106 can control the light transmittance at an arbitrary position to a predetermined value in a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis. Thereby, the phase of the transmitted wavefront can be controlled. As will be described later, the transmission wavefront modulation unit 106 is controlled by a signal from the analysis unit 117. Examples of the transmissive wavefront modulation unit used in the present application include a liquid crystal and a photorefractive crystal.

透過型波面変調部１０６を透過した信号光は、対物レンズ１０７により、標本１０内の焦点位置Ｐに集光される。ここで、スキャンミラー１０３の傾きを可変にすることで、焦点位置Ｐに集光したレーザー光により焦平面１０ａ内を走査できる。 The signal light that has passed through the transmissive wavefront modulation unit 106 is collected at the focal position P in the sample 10 by the objective lens 107. Here, by making the tilt of the scan mirror 103 variable, the focal plane 10 a can be scanned with the laser light condensed at the focal position P.

標本１０の焦点位置Ｐにおける集光した微小領域では一部の信号光が反射する。反射した信号光は、再び対物レンズ１０７、透過型波面変調部１０６を通過後、ビームスプリッタ１０５に入射する。ビームスプリッタ１０５で反射された信号光は、干渉縞撮像部１１５へ入射する。 A part of the signal light is reflected in the condensed minute region at the focal position P of the specimen 10. The reflected signal light again enters the beam splitter 105 after passing through the objective lens 107 and the transmission wavefront modulation unit 106. The signal light reflected by the beam splitter 105 enters the interference fringe imaging unit 115.

次に、参照光について説明する。上述したように、ビームスプリッタ１０５は、入射した光を標本１０の方向へ透過する信号光と、参照ミラー１１０の方向へ反射する参照光とに分割する。参照ミラー１１０の方向へ反射された参照光は、参照ミラー１１０によって反射される。 Next, reference light will be described. As described above, the beam splitter 105 splits the incident light into signal light that passes in the direction of the sample 10 and reference light that reflects in the direction of the reference mirror 110. The reference light reflected in the direction of the reference mirror 110 is reflected by the reference mirror 110.

参照ミラー１１０は、可動ステージ１１１の上に載置されている。参照ミラー１１０で反射された光は、ビームスプリッタ１０５を透過する。そして、ビームスプリッタ１０５で反射された信号光と、ビームスプリッタ１０５を透過する参照光とは、同軸に合成される。この時、参照光の光路長と反射光の光路長とが一致するように、可動ステージ１１１は、参照ミラー１１０を光軸方向に移動させる。 The reference mirror 110 is placed on the movable stage 111. The light reflected by the reference mirror 110 passes through the beam splitter 105. The signal light reflected by the beam splitter 105 and the reference light transmitted through the beam splitter 105 are combined coaxially. At this time, the movable stage 111 moves the reference mirror 110 in the optical axis direction so that the optical path length of the reference light matches the optical path length of the reflected light.

ビームスプリッタ１０５で、合成された参照光と反射光とは干渉を生じ、干渉縞撮像部１１５へ入射する。干渉縞撮像部１１５では、集光レンズ１１２の焦点位置にピンホール１１３が配置されている。集光レンズ１１２により集光され、ピンホール１１３を通過した光は、コリメートレンズ１１４を透過して、撮像素子１１６に入射する。 In the beam splitter 105, the combined reference light and reflected light cause interference, and enter the interference fringe imaging unit 115. In the interference fringe imaging unit 115, a pinhole 113 is disposed at the focal position of the condenser lens 112. The light condensed by the condenser lens 112 and passing through the pinhole 113 is transmitted through the collimator lens 114 and enters the image sensor 116.

また、可動ステージ１１１は、光路長調整手段として用いられる。可動ステージ１１１を光軸に沿った方向へ移動する。これにより、信号光と参照光との光路長差が変化し、干渉縞のコントラストが変化する。そして、明部と暗部の明るさの差から最適なコントラストの干渉縞が得られるように、参照ミラー１１０の位置を調整する。信号光と参照光により形成された干渉縞パターンは、撮像素子１１６によって取り込まれる。
なお、予め参照光と信号光との光路長が調整されているときは、可動ステージ１１１は必ずしも必要ではない。 The movable stage 111 is used as an optical path length adjusting unit. The movable stage 111 is moved in a direction along the optical axis. Thereby, the optical path length difference between the signal light and the reference light changes, and the contrast of the interference fringes changes. Then, the position of the reference mirror 110 is adjusted so that an interference fringe having an optimum contrast is obtained from the difference in brightness between the bright part and the dark part. The interference fringe pattern formed by the signal light and the reference light is captured by the image sensor 116.
Note that the movable stage 111 is not necessarily required when the optical path lengths of the reference light and the signal light are adjusted in advance.

解析部１１７は、信号光と参照光の干渉縞パターンを解析する。これにより、参照光と信号光の波面のズレが求められる。そして、解析部１１７は、波面どうしのズレが小さくなるような波面変調量を算出する。波面変調量は透過型波面変調部１０６に送られ、算出された波面変調量に従って透過型波面変調部１０６は波面変調を更新させる。 The analysis unit 117 analyzes the interference fringe pattern of the signal light and the reference light. Thereby, the deviation of the wave fronts of the reference light and the signal light is obtained. Then, the analysis unit 117 calculates a wavefront modulation amount that reduces the deviation between the wavefronts. The wavefront modulation amount is sent to the transmissive wavefront modulation unit 106, and the transmissive wavefront modulation unit 106 updates the wavefront modulation according to the calculated wavefront modulation amount.

信号光と参照光の波面のズレと、このズレを減少させる波面変調量の算出と、透過型波面変調部１０６への表示と、の過程を繰り返す。これによって、信号光と参照光の波面のズレが小さくなる。このため、標本１０の内部に集光する信号光の収差が小さくなる。この結果、標本１０内部において回折限界に近づいたスポットを生成させることが可能となる。従って、撮像素子１１６により、高精度（高い解像度）に標本１０内部の情報を取得できる。 The process of the deviation of the wavefronts of the signal light and the reference light, the calculation of the wavefront modulation amount for reducing the deviation, and the display on the transmission wavefront modulation unit 106 are repeated. As a result, the deviation between the wavefronts of the signal light and the reference light is reduced. For this reason, the aberration of the signal light condensed inside the sample 10 is reduced. As a result, it is possible to generate a spot that approaches the diffraction limit inside the sample 10. Therefore, information inside the specimen 10 can be acquired with high accuracy (high resolution) by the imaging element 116.

さらに、生体組織は完全な透明体ではないため、内部を伝播していく光は非常に強い散乱を受ける。このため、信号光には散乱光が多く含まれている。これらの散乱光は、発生する領域が集光する途中の領域も含んだランダムな場所で発生し、またその進む方向も一様に散っている。標本の面と、ピンホールの面は共役の関係のため、集光レンズによって集光を行っても、散乱光の場合は光が集まりきらずにピンホールの開口よりも広い領域に散ってしまってピンホールを通りきらない。これにより、散乱光の殆どはピンホール１１３によって遮断される。この結果、波面変調量を測定するための信号光の干渉縞パターンに含まれる散乱光の影響を減少させることが可能となる。従って、波面収差を正確に修正し、標本１０内部の情報を高分解能に取得することができる。 Furthermore, since the living tissue is not a completely transparent body, the light propagating through the inside receives very strong scattering. For this reason, the signal light contains a lot of scattered light. These scattered lights are generated at random locations including the area where the generated area is condensing, and the traveling direction is uniformly scattered. Since the surface of the sample and the surface of the pinhole are in a conjugate relationship, even if light is collected by a condensing lens, scattered light will not be collected and will be scattered over a wider area than the pinhole opening. I can't go through the pinhole. As a result, most of the scattered light is blocked by the pinhole 113. As a result, it is possible to reduce the influence of the scattered light included in the interference fringe pattern of the signal light for measuring the wavefront modulation amount. Therefore, the wavefront aberration can be corrected accurately, and the information inside the sample 10 can be acquired with high resolution.

次に、標本１０から反射してきた光、すなわち信号光のうち、ビームスプリッタ１０５を透過する光について説明する。ビームスプリッタ１０５を透過した信号光は、蛍光波長の光である。このため、ダイクロイックミラー１０４を透過する。透過した光は、集光レンズ１０８により、検出器１０９上に集光される。これにより、蛍光像を観察できる。 Next, of the light reflected from the specimen 10, that is, the signal light that passes through the beam splitter 105 will be described. The signal light transmitted through the beam splitter 105 is light having a fluorescence wavelength. For this reason, it passes through the dichroic mirror 104. The transmitted light is collected on the detector 109 by the condenser lens 108. Thereby, a fluorescence image can be observed.

本発明において、光源１０１が、連続したレーザー光を発生する光源であるときは、標本１０について、１光子吸収の原理による観察のみを行うことができる。
また、光源１０１が、パルスレーザーを発生するときは、標本１０について、１光子吸収の原理による観察及び２光子吸収の原理による観察のいずれも可能である。
２光子吸収の原理による観察では、標本１０のより深部までの情報を得ることができるので好ましい。 In the present invention, when the light source 101 is a light source that generates continuous laser light, the specimen 10 can only be observed based on the one-photon absorption principle.
When the light source 101 generates a pulsed laser, the specimen 10 can be observed based on the one-photon absorption principle or observation based on the two-photon absorption principle.
Observation based on the principle of two-photon absorption is preferable because information up to the deeper part of the specimen 10 can be obtained.

（実施例２）
次に、本発明の実施例２に係る光学装置２００について、図２を用いて説明する。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 (Example 2)
Next, an optical device 200 according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

本実施例では、実施例１の透過型波面変調部１０６の代わりの波面変調手段として、反射型波面変調部２０２を用いていること、実施例１でスキャンミラー１０３が配置されていた箇所を固定ミラー１０３ａに変えていること、スキャンミラー１０３を反射型波面変調部２０２と対物レンズ１０７の間に配置している点が実施例１と異なる。また、光源１０１からの光を標本１０の方向へ導くために、本実施例では断面が三角形状の三角柱であって２面にミラー面を備えたミラー２０１を用いている。なお、ミラー２０１は、三角柱形状に代えて、２枚のミラーを配置しても良い。また、本願で使用される反射型波面変調部としては、例えば、可変ミラー、反射型結晶などが挙げられる。 In the present embodiment, the reflection wavefront modulation section 202 is used as a wavefront modulation means instead of the transmission wavefront modulation section 106 of the first embodiment, and the place where the scan mirror 103 is disposed in the first embodiment is fixed. The difference from the first embodiment is that the mirror 103a is changed and the scan mirror 103 is disposed between the reflection type wavefront modulation unit 202 and the objective lens 107. In addition, in order to guide the light from the light source 101 in the direction of the sample 10, in this embodiment, a mirror 201 having a triangular prism with a cross section and two mirror surfaces is used. Note that the mirror 201 may have two mirrors instead of the triangular prism shape. In addition, examples of the reflective wavefront modulation unit used in the present application include a variable mirror and a reflective crystal.

解析部１１７は、信号光と参照光の干渉縞パターンを解析する。これにより、参照光と信号光の波面のズレが求められる。そして、解析部１１７は、波面どうしのズレが小さくなるような波面変調量を算出する。波面変調量は、反射型波面変調素子２０２に送られる。 The analysis unit 117 analyzes the interference fringe pattern of the signal light and the reference light. Thereby, the deviation of the wave fronts of the reference light and the signal light is obtained. Then, the analysis unit 117 calculates a wavefront modulation amount that reduces the deviation between the wavefronts. The wavefront modulation amount is sent to the reflective wavefront modulation element 202.

（実施例３）
次に、本発明の実施例３に係る光学装置３００について、図３を用いて説明する。上記実施例１及び実施例２と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 (Example 3)
Next, an optical device 300 according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. The same parts as those in the first embodiment and the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

本実施例では、実施例１におけるビームスプリッタ１０５に代えて、レーザー光を分割する手段と合成する手段が別個に設けられている。すなわち、光学装置３００には、分割手段としてビームスプリッタ１０５ａ、合成手段としてビームスプリッタ１０５ｂが設けられている。ビームスプリッタ１０５ａは、光源１０１からの光を、参照光と信号光に分割する。 In the present embodiment, in place of the beam splitter 105 in the first embodiment, a laser beam splitting unit and a combining unit are separately provided. That is, the optical apparatus 300 is provided with a beam splitter 105a as a dividing unit and a beam splitter 105b as a combining unit. The beam splitter 105a splits the light from the light source 101 into reference light and signal light.

分割された光のうち、信号光は、ビームスプリッタ１０５ｂを透過し、ミラー２０１、反射型波面変調部２０２、対物レンズ１０７を経て、標本１０に入射する。標本１０から反射してきた蛍光波長の信号光は、再度、対物レンズ１０７、ミラー２０１、反射型波面変調部２０２を経て、ビームスプリッタ１０５ｂにより干渉縞撮像部１１５の方向へ反射される。 Of the divided light, the signal light passes through the beam splitter 105 b and enters the sample 10 through the mirror 201, the reflective wavefront modulation unit 202, and the objective lens 107. The signal light having the fluorescence wavelength reflected from the specimen 10 is reflected again toward the interference fringe imaging unit 115 by the beam splitter 105b through the objective lens 107, the mirror 201, and the reflection type wavefront modulation unit 202.

分割された光のうち、参照光は、２枚のミラー１１０ａ、１１０ｂで光路を折り曲げられ、ビームスプリッタ１０５ｂに入射する。２枚のミラー１１０ａ、１１０ｂは、可動ステージ１１１に載置されている。ビームスプリッタ１０５ｂでは、上述した信号光と、参照光とを合成して干渉縞撮像部１１５へ導く構成である。 Among the divided lights, the reference light is bent in the optical path by the two mirrors 110a and 110b and enters the beam splitter 105b. The two mirrors 110 a and 110 b are placed on the movable stage 111. The beam splitter 105b has a configuration in which the signal light and the reference light described above are combined and guided to the interference fringe imaging unit 115.

（実施例４）
次に、本発明の実施例４に係る光学装置４００について、図４を用いて説明する。上記実施例１及び実施例２と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Example 4
Next, an optical device 400 according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIG. The same parts as those in the first embodiment and the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

本実施例では、光源１０１からの光の光路を折り曲げる固定ミラー１０３ａが固定されている。また、標本１０は、２次元ステージ４０１に載置されている。標本１０を保持している２次元ステージ４０１を動かすことで、レーザースポット光で標本１０の焦平面１０ａ内をスキャンすることができる。 In this embodiment, a fixed mirror 103a that bends the optical path of light from the light source 101 is fixed. The specimen 10 is placed on the two-dimensional stage 401. By moving the two-dimensional stage 401 holding the specimen 10, the focal plane 10a of the specimen 10 can be scanned with the laser spot light.

（実施例５）
次に、本発明の実施例５に係る光学装置５００について、図５を用いて説明する。上記実施例１及び実施例２と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施例は、偏光を利用して、光の分割、合成を行う例である。 (Example 5)
Next, an optical device 500 according to Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to FIG. The same parts as those in the first embodiment and the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In the present embodiment, light is divided and combined using polarized light.

光源１０１から出射された光は、（１／２）λ板５０１、ＮＤフィルタ１０２、スキャニング用のスキャンミラー１０３を経て、分割手段である偏光ビームスプリッタ１０５ＰＢに入射する。偏光ビームスプリッタ１０５ＰＢは、入射光を、反射するＳ偏光と、透過するＰ偏光とに二分割する。 The light emitted from the light source 101 passes through the (1/2) λ plate 501, the ND filter 102, and the scanning scan mirror 103, and enters the polarization beam splitter 105 </ b> PB that is a dividing unit. The polarization beam splitter 105PB divides incident light into two parts: reflected S-polarized light and transmitted P-polarized light.

（１／２）λ板５０１は、光源１０１から出射される光の直線偏光の向きを変えることができる。これにより、偏光ビームスプリッタ１０５ＰＢによる分割比を変えることができる。 The (1/2) λ plate 501 can change the direction of linearly polarized light emitted from the light source 101. Thereby, the division ratio by the polarization beam splitter 105PB can be changed.

偏光ビームスプリッタ１０５ＰＢで反射したＳ偏光の参照光は、光路長変調手段である参照ミラー１１０により反射して、再び偏光ビームスプリッタ１０５ＰＢに戻る。その際に（１／４）λ板５０２を２回通過する。このため、Ｓ偏光からＰ偏光に変換される。この結果、偏光ビームスプリッタ１０５ＰＢに戻った際に、参照光は反射せずに透過する。 The S-polarized reference light reflected by the polarization beam splitter 105PB is reflected by the reference mirror 110, which is an optical path length modulation means, and returns to the polarization beam splitter 105PB again. At that time, it passes through the (¼) λ plate 502 twice. For this reason, it is converted from S-polarized light to P-polarized light. As a result, when returning to the polarization beam splitter 105PB, the reference light is transmitted without being reflected.

一方、偏光ビームスプリッタ１０５ＰＢを透過するＰ偏光の信号光は、ミラー２０１、反射型波面変調部２０２、対物レンズ１０７を経て、標本１０を照射する。標本１０から戻った光は、再び同じ経路を経由して偏光ビームスプリッタ１０５ＰＢに戻る。その際に、参照光と同様に（１／４）λ板５０３を２回通過する。このため、信号光は、Ｐ偏光からＳ偏光に変換される。 On the other hand, the P-polarized signal light that passes through the polarization beam splitter 105PB irradiates the specimen 10 through the mirror 201, the reflective wavefront modulation unit 202, and the objective lens 107. The light returned from the specimen 10 returns to the polarization beam splitter 105PB via the same path again. At that time, similarly to the reference light, the light passes through the (¼) λ plate 503 twice. For this reason, the signal light is converted from P-polarized light to S-polarized light.

この結果、信号光は、偏光ビームスプリッタ１０５ＰＢで反射されて、参照光と合成される。このように、偏光ビームプリッタ１０５ＰＢは、合成手段としても機能する。偏光ビームスプリッタ１０５ＰＢで合成された参照光と信号光はそれぞれ偏光方向が直交している。このため、このままでは、干渉を起こさない。偏光板５０４は、それぞれの光を同じ偏光に変換させる。偏光板５０４を透過した波面は干渉縞を生ずる。この他の部分は、上述の実施例１、実施例２と同様であるため、説明を省略する。 As a result, the signal light is reflected by the polarization beam splitter 105PB and combined with the reference light. Thus, the polarization beam splitter 105PB also functions as a combining unit. The reference light and the signal light synthesized by the polarization beam splitter 105PB are orthogonal in polarization direction. For this reason, no interference occurs as it is. The polarizing plate 504 converts each light into the same polarized light. The wavefront transmitted through the polarizing plate 504 generates interference fringes. Since other parts are the same as those in the first and second embodiments, description thereof will be omitted.

本実施例では、偏光を利用している。このため、分割または合成による光量の損失を低減できる。このため、有効に光源からの光を用いることができる。 In this embodiment, polarized light is used. For this reason, the loss of the light quantity by division | segmentation or a synthesis | combination can be reduced. For this reason, the light from a light source can be used effectively.

本発明は、散乱光の影響を除去した上で、標本内部の情報を高分解能に取得するための光学装置として有用である。また、本発明は特に生体内部を観察する顕微鏡や、深部観察の可能な内視鏡などに利用可能である。 The present invention is useful as an optical apparatus for acquiring information inside a specimen with high resolution after removing the influence of scattered light. The present invention is particularly applicable to a microscope for observing the inside of a living body, an endoscope capable of deep observation, and the like.

本発明の実施例１に係る光学装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the optical apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例２に係る光学装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the optical apparatus which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例３に係る光学装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the optical apparatus which concerns on Example 3 of this invention. 本発明の実施例４に係る光学装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the optical apparatus which concerns on Example 4 of this invention. 本発明の実施例５に係る光学装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the optical apparatus which concerns on Example 5 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０標本
１０ａ焦平面
Ｐ集光位置
１００、２００、３００、４００、５００光学装置
１０１光源
１０２ＮＤフィルタ
１０３スキャンミラー
１０３ａ固定ミラー
１０４ダイクロイックミラー
１０５、１０５ａ、１０５ｂビームスプリッタ
１０５ＰＢ偏光ビームスプリッタ
１０６透過型波面変調部
１０７対物レンズ
１０８集光レンズ
１０９検出器
１１０参照ミラー
１１０ａ、１１０ｂミラー
１１１可動ステージ
１１２集光レンズ
１１３ピンホール
１１４コリメートレンズ
１１５干渉縞撮像部
１１６撮像素子
１１７解析部
２０１ミラー
２０２反射型波面変調部
４０１２次元ステージ
５０１（１／２）λ板
５０２、５０３（１／４）λ板
５０４偏光板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sample 10a Focal plane P Condensing position 100, 200, 300, 400, 500 Optical apparatus 101 Light source 102 ND filter 103 Scan mirror 103a Fixed mirror 104 Dichroic mirror 105, 105a, 105b Beam splitter 105PB Polarization beam splitter 106 Transmission type wavefront modulation Unit 107 objective lens 108 condensing lens 109 detector 110 reference mirrors 110a and 110b mirror 111 movable stage 112 condensing lens 113 pinhole 114 collimating lens 115 interference fringe imaging unit 116 imaging element 117 analysis unit 201 mirror 202 reflection type wavefront modulation unit 401 Two-dimensional stage 501 (1/2) λ plate 502, 503 (1/4) λ plate 504 Polarizing plate

Claims

レーザー光を射出する光源と、
前記レーザー光が入射する位置に設けられ、信号光路、参照光路及び検出光路を形成する分割手段と、
前記信号光路上に配置された対物光学系と、
前記参照光路上に配置された参照部材と、
前記分割手段と前記対物光学系の間に配置された波面変調手段と、
前記検出光路に設けられた干渉縞撮像手段と、を備えた光学装置であって、
前記分割手段は、前記光源からのレーザー光を前記対物光学系に向かって進む信号光と前記参照部材に向かう参照光に分割すると共に、前記対物光学系からの戻り光と前記参照部材からの戻り光を合成して干渉縞撮像手段に入射させ、
前記波面変調手段は前記信号光の波面を変調し、
前記対物光学系は波面変調された信号光を標本に集光し、
更に、前記分割手段から前記干渉縞撮像手段までの光路中に配置され、前記干渉光から散乱光を取り除く除去手段と、
前記干渉縞に基づいて前記波面変調手段を制御する制御手段と、
を備える光学装置。 A light source that emits laser light;
A splitting means provided at a position where the laser beam is incident, and forming a signal optical path, a reference optical path, and a detection optical path;
An objective optical system disposed on the signal optical path;
A reference member disposed on the reference optical path;
Wavefront modulation means disposed between the dividing means and the objective optical system;
An interference fringe imaging means provided in the detection optical path,
The splitting unit splits the laser light from the light source into signal light traveling toward the objective optical system and reference light toward the reference member, and returns light from the objective optical system and return from the reference member. Combine the light and enter the interference fringe imaging means,
The wavefront modulation means modulates the wavefront of the signal light,
The objective optical system focuses the wavefront modulated signal light on the sample,
Further, a removing unit that is disposed in an optical path from the dividing unit to the interference fringe imaging unit and removes scattered light from the interference light;
Control means for controlling the wavefront modulation means based on the interference fringes;
An optical device comprising:

前記光源から前記分割手段までの光路中に配置され、前記標本に集光する光の分布を２次元的にスキャニングするスキャニング手段を有する請求項１に記載の光学装置。 The optical apparatus according to claim 1, further comprising a scanning unit that is arranged in an optical path from the light source to the dividing unit and that two-dimensionally scans a distribution of light collected on the specimen.

前記標本を２次元的に移動させることで、前記標本に集光する光を標本全面に当ててスキャニングを行うスキャニング手段を有する請求項１に記載の光学装置。 The optical apparatus according to claim 1, further comprising a scanning unit that performs scanning by causing the sample to move in a two-dimensional manner so that light condensed on the sample is applied to the entire surface of the sample.

前記除去手段は、集光レンズと、ピンホールと、コリメートレンズとを含む請求項１から３のいずれか一項に記載の光学装置。 The optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein the removing unit includes a condenser lens, a pinhole, and a collimating lens.

前記分割手段は１つの光学素子で構成されている請求項１から４のいずれか一項に記載の光学装置。 The optical apparatus according to claim 1, wherein the dividing unit includes one optical element.

前記分割手段は２つの光学素子で構成されている請求項１から４のいずれか一項に記載の光学装置。 The optical device according to any one of claims 1 to 4, wherein the dividing unit includes two optical elements.

前記光源はパルスレーザー光源である請求項１から６のいずれか一項に記載の光学装置。 The optical device according to claim 1, wherein the light source is a pulse laser light source.