像差校正器件及激光显微镜制造技术

像差校正器件(3)对包含配置于从相干光源(1)射出的光束的光路中的物镜(4)的光学系统所产生波像差进行校正。为此，像差校正器件(3)包括：对称性像差校正元件(3a)，其校正在光路中产生的波像差之中的、作为相对于光轴对称的波像差的对称性像差；非对称性像差校正元件(3a)，其校正对于斜入射到物镜(4)而产生的、作为相对于光轴而非对称的波像差的非对称性像差。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】像差校正器件及激光显微镜
本专利技术涉及一种在具备物镜且使用了相干光源的装置中，对照射试样的光束进行相位调制，根据试样、各种条件或元件的校准误差，校正产生的像差，取得更高分辨率的图像。
技术介绍
共焦点激光显微镜将激光通过物镜聚光于试样上，将由试样产生的反射光、散射光或荧光在光学系统中传输，在检测器接收透过了配置于和试样上的聚光点光学共轭的位置的针孔的光束。通过配置针孔，能够过滤从试样上的聚光点以外产生的光，因此共焦点激光显微镜能够取得SN比良好的图像。又，共焦点激光显微镜通过沿着在与光轴垂直的面上的、互相正交的两方向(X方向、Y方向)扫描试样，取得试样的平面图像。另一方面，共焦点激光显微镜通过改变物镜和试样的光轴方向(Z方向)的间隔，可得到Z方向的多个断层像(Z堆)，由此构筑试样的3D图像。观察活体试样的情况下，以浸入培养液的状态隔着盖玻片观察的情形较多。又，物镜设计为主盖玻片正下的成像性能最好。在观察活体试样内部的情况下，有必要取得保持透过了培养液或活体组织的深度的观察位置的图像，产生与在从盖玻片正下方到观察位置的距离成比例的像差，作为其结果，分辨率降低。对于该像差，参照图1A及图1B进行详细说明。图1A及图1B是示意地表示进行观察的试样的深度所产生的像差的图。为了简化说明，物镜被设计为最适于对均匀折射率的介质进行观察的情况。图1A示出设计中使用的观察均匀折射率的介质情况下的光束100。图1A中，示出光束100无像差地聚光于一点。与此相对，图1B示出观察试样深度D的面的情况下的光束100。在相接于物镜的介质和试样的边界面111，光束110折射，通过产生的像差，光束110聚光于一点。例如，在物镜为干透镜的情况下，因为物镜和试样间的空隙被空气充满，所以物镜和试样间的介质(空气)的折射率为1.0，而与活体试样的折射率(例如1.39)不同。因此，与折射率之间的差以及活体的观察深度成比例地产生像差，该折射率之间的差是物镜和试样间的介质的折射率与活体试样的折射率之间的差。另一方面，在物镜为浸水透镜的情况下，因为物镜和试样间的空隙被水充满，所以物镜和试样间的介质(水)的折射率为1.333，其折射率比起空气更接近活体试样的折射率。因此，浸水透镜虽适于观察活体深部，但因为活体试样的折射率和水的折射率不相等，所以最终还是由于活体试样的折射率和水的折射率之差而导致像差产生。因此，分辨率下降成为问题。进而，盖玻片的厚度也具有偏离设计值(例如0.17mm)在公差范围内的误差，从而由于盖玻片折射率1.525和活体试样折射率1.38～1.39之差而导致与偏离设计厚度的盖玻片实际厚度的差成比例地产生像差。由于偏离上述的设计值的偏差而导致具有以光轴为中心的对称性相位分布的球面像差产生。然后，就偏离于光轴的光束而产生的像差进行说明。在光轴外，物镜也被设计为与光轴上同样地在盖玻片正下方成像性能最好，在观察如上所述的试样内部的情况下，与试样的深度成比例地产生以彗形像差代表的非对称性像差。又，非对称性像差的量与视角的尺寸成比例地变大。因此，在主要对拍摄了试样的图像的周边部进行观察的情况下，因为通过视角大的光束而得到试样的像，所以由于非对称性像差，图像周边部的像为分辨率劣化的像。又，在通过像差校正器件来进行像差校正的情况下，物镜的光瞳位置一般来说位于物镜系统内部。因此，将像差校正器件装入物镜内，或另外使用替续光学系统，使像差校正器件和物镜的光瞳位置成为共轭关系地不配置像差校正器件，就会产生互相在光轴方向出现位置偏差的问题。图2是对观察试样时的光轴方向上的位置偏差进行说明的图。该图中，为了简化说明，示出沿光轴并排配置像差校正器件3和物镜4的构成。该例中，从物镜4的光瞳位置到像差校正器件3之间的距离为Z。用实线表示聚光于光轴上的光束200，另一方面，用虚线表示收敛于光轴外的光束210。入射到像差校正器件3的光之中，因为轴外的光束210斜入射，在与像差校正器件3的光轴正交的面上，在从光轴偏离的方向上比起光轴上的光束200位置仅偏移距离d。因此，在像差校正器件3中校正光束210的像差时，需要考虑该位置偏移。与光轴正交的方向偏移(距离d)除上述的原因以外，也由物镜和像差校正器件的校准误差而产生，其位置偏移所导致的像差作为球面像差的差分，成为慧形像差那样的非对称性像差。解决上述像差所导致的画质劣化的手段之一有校正环。校正环是被设置于物镜上的环状旋转构件，通过旋转校正环，构成物镜的透镜组的间隔被变更。由此，盖玻片的厚度的误差或观察活体深部的情况下产生的像差被消除。校正环上刻有度数，例如，对于盖玻片厚度，如0、0.17、0.23那样地大致地示出数值。然后，根据实际上使用的盖玻片的厚度来配合校正环的度数，由此其厚度中被最优化那样地调整透镜组的间隔(例如，参照专利文献1)。又，已知通过波面转换元件来补偿产生的像差。该技术在显微镜的光路中配置可矩阵驱动的形状可变镜元件，通过该形状可变镜元件，基于实现测定的波面转换数据来调制波面形状，并将调制的光波入射到试样，由此取得像差被校正的成像性能高的图像(例如参照专利文献2)。作为波面转换元件，利用可电控制反射面形状的形状可变镜元件，在平面波入射到形状可变镜元件的情况下，形状可变镜元件为凹形，入射的平面波也被转换为凹形的波面(凹形的振幅为2倍)。又，已知利用上述校正手段，基于物镜和试样间的距离来控制像差校正量的显微镜的控制方法(例如，参照专利文献3)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第3299808号(第4-6页、图1)专利文献2：日本专利第4149309号(第3-5页、图1)专利文献3：日本专利第4554174号(图1)
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题但是，校正环的操作是通过用手旋转附于物镜上的环状的调整机构来进行的。因此，由于对该调整机构进行调整而产生焦点偏移或视野偏移。又，为了确定物镜的最佳位置，需要重复进行校正环的调整和对焦，有最优化的过程麻烦的问题。因为过程麻烦，所以存在调整到最佳位置费时间、荧光色素褪色的问题。荧光色素的褪色是基于连续照射激发光而产生的荧光强度变弱的问题。又，校正环的调整是精细的，其调整结果的判断现实中是目视图像的人来判断，是否为最优位置的判断是非常困难的。特别地，Z堆的拍摄中，需要深度方向的取得图像数阶数重复该作业，非常麻烦。因此，现实中充分活用校正环的用户少。进而，根据试样，由于手接触而导致的振动对观察位置造成影响，因此希望手不接触地自动地调整校正环。而且，能以校正环调节的仅是范围间的光轴方向(Z方向)的间隔，因此具备校正环的物镜只能校正光轴对称性的像差，而无法校正相对于光轴非对称的像差。而且，波面转换元件的像差的补偿技术中，因为波面转换元件为反射型，所以显微镜光学系统复杂化及大型化。进而，为了得到最优补偿波面，需要在事先测定像差，使校正量收敛以形成最优波面的过程是必须的，因此该技术不怎么达到实用。进而，由于波面转换元件和物镜的光瞳位置的光轴的偏差、在与光轴正交的方向上的位置偏差或试样深度等，非对称性像差产生，且与对称性像差混合，产生复杂的像差。因此，具有如下技术问题：收敛到用于得到最优波面的波面转换元件赋予的像差校正量会耗费时间。进而，在仅基于物镜和试样间的距离来控制像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种像差校正器件，其特征在于，所述像差校正器件是对包含被配置于从相干光源射出的相干光光束的光路中的物镜的光学系统所产生的波像差进行校正的像差校正器件，所述像差校正器件包括：对称性像差校正元件，其校正所述光路中产生的波像差之中的、相对于光轴对称的波像差即对称性像差；非对称性像差校正元件，其校正对于斜入射到所述物镜的光束而产生的、相对于所述光轴非对称的波像差即非对称性像差。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.17 JP 2012-113165;2013.01.30 JP 2013-015611.一种像差校正器件，其特征在于，所述像差校正器件是对包含被配置于从相干光源射出的相干光光束的光路中的物镜的光学系统所产生的波像差进行校正的像差校正器件，所述像差校正器件包括：对称性像差校正元件，其校正所述光路中产生的波像差之中的、相对于光轴对称的波像差即对称性像差；非对称性像差校正元件，其校正对于在所述相干光的照射区域中的周边部处的具有视角地入射到所述物镜的光束而产生的、相对于所述光轴非对称的波像差即非对称性像差；以及控制电路，其使所述非对称性像差校正元件体现相位调制分布图，所述相位调制分布图通过反转所述非对称性像差的相位分布图形而求出，所述相位分布图形通过将对应于所述视角的所述非对称性像差与对应于所述光束的斜入射所产生的位置偏差、且利用所述对称性像差校正元件进行校正后残留的所述对称性像差的残留像差相加而得到。2.如权利要求1所述的像差校正器件，其特征在于，所述像差校正器件在所述相干光源和所述物镜之间的光路中，且具有大于所述物镜的光瞳的尺寸的可校正波像差的有效区域，以使其配置在与所述光瞳位置不同的位置。3.如权利要求1所述的像差校正器件，其特征在于，所述对称性像差校正元件和所述非对称性像差校正元件沿所述光轴被配置。4.如权利要求1-3中任一项所述的像差校正器件，其特征在于，所述对称性像差校正元件通过将相位调制量赋予所述光束而校正所述对称性像差，其中，所述相位调制量是基于第一相位调制分布图的相位调制量，所述第一相位调制分布图是将对应于所述对称性像差的所述波像差分解为泽尼克多项式而得到的一阶球面像差的相位分布图形反转后...

【专利技术属性】
技术研发人员：松本健志，田边绫乃，桥本信幸，栗原诚，横山正史，
申请(专利权)人：西铁城控股株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP