数字全息摄像装置以及数字全息图生成方法制造方法及图纸

数字全息图生成方法包括以下工序：光射出工序，从光源射出相干光；摄像工序，由检测器拍摄全息图，该全息图是由来自所述光源的射出光引起的物体波与参考波的干涉条纹；以及波长设定工序，设定用于生成使所述检测器拍摄的全息图的照明光的多个波长，其中，基于由使用者针对实像和共轭像以在共轭像叠加于所对应的实像时不妨碍该实像的视觉识别的方式设定的共轭像的放大率X，来以使在所述波长设定工序中设定的多个波长中的最短波长λmin和最长波长λmax满足λmax/λmin≥(1/X+1)的方式设定所述多个波长，其中，该实像和共轭像是由规定的运算单元针对作为观察对象的构造再现的像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】数字全息摄像装置以及数字全息图生成方法
本专利技术涉及一种用于根据记录有物体波与参考波的干涉条纹的全息图来计算物体的再现像的数字全息摄像装置以及数字全息图生成方法，特别是涉及一种根据所记录的多个全息图来计算相位信息的方式的数字全息摄像装置以及数字全息图生成方法。
技术介绍
在数字全息摄像中，基于物体光和参考光在图像传感器等的检测面上形成的干涉图案(全息图)来实施规定的运算处理，由此获得物体的再现像，其中，该物体光是来自光源的光在物体表面反射或透过来的光，该参考光是从同一光源直接到达的光。全息图是表示干涉光的强度分布的图像，基于均为复波前的物体波与参考波之间的振幅差及相位差来决定该强度分布。但是，不能在全息图中记录作为波的虚数分量的相位。因此，在基于全息图获得物体的再现像时，计算在相对于检测面而言与实像(期望的再现像)对称的位置处具有与该实像复共轭的振幅的伪像(共轭像)。当这两个像叠加时，实像的可视性降低，有时无法获得观察对象的清晰的像。为了解决该问题，目前为止尝试了基于各种方法的物体波的相位恢复(相位信息的估计)。例如在专利文献1中记载了如下一种方法：拍摄使参考波的相位位移而得到的多个全息图，通过线性运算来计算相位信息。但是在该文献所记载的方法中，需要用于高精度地进行相位位移的压电元件、或者反射镜或透镜等光学系统，装置结构变得复杂，装置自身也变得大型。另一方面，在非专利文献1中记载了一种使用了不需要这种复杂的光学系统的在线型的数字全息摄像装置的相位恢复方法。在该方法中，将由于透光性高的物体(例如细胞)而发生了衍射的光设为物体波，将未发生衍射而透过该物体的光设为参考波，拍摄从物体到检测面的距离不同的多个全息图。之后，基于拍摄到的多个全息图在物体面与检测面之间反复计算光波的传输和逆传输，由此计算相位信息。然而，在该方法中也依然需要用于使检测器高精度地移动的驱动机构(压电元件等)。与此相对地，近年来提出了如下一种相位恢复方法：使来自光源的射出光波长多阶段地变化，基于以各个波长拍摄到的全息图来反复计算光波传输(非专利文献2)。根据该方法，能够利用不需要复杂的光学系统和驱动系统的简易的装置结构来实现相位恢复。专利文献1：日本特开平10-268740号公报非专利文献1：YanZhang，etal.，“Wholeopticalwavefieldreconstructionfromdoubleormultiin-linehologramsbyphaseretrievalalgorithm”，OpticExpress，TheOpticalSocietyofAmerica，2003，Vol.11，No.24，pp.3234-3241非专利文献2：PengBao，etal.，“Lenslessphasemicroscopyusingphaseretrievalwithmultipleilluminationwavelengths”，AppliedOptics，TheOpticalSocietyofAmerica，2012，Vol.51，No.22，pp.5486-5494
技术实现思路
专利技术要解决的问题在作为数字全息摄像技术的应用目标之一的生物体显微镜的情况下，目前为止着眼于能够观察细胞内构造或者比该细胞内构造更微小的物体、即着眼于分辨率的提高。另外，在以往的再生医疗领域中正流行一种使用了诱导多能干细胞(ES细胞或iPS细胞等)的研究。在该领域的研究中需要一边维持多能性一边培养优质的细胞，因此需要慎重地确认培养状态。例如，当集落内的某个细胞发生不良(细胞的扁平化、贴附于培养基以及分化为特定的细胞种类等)时，该不良传播到集落内的其它细胞，最终导致集落内的所有细胞不良。因而，观察者需要每天确认是否发生了上述那样的不良，如果发生不良则去除发生该不良的细胞。通过显微镜观察来进行这种确认，然而，尽管由于细胞自身难以以光学方式视觉识别而使用了相位差显微镜，但判断不良的发生也并不容易，对于观察者来说负担大。因此，考虑使用数字全息摄像技术来使该确认自动化。基于远比细胞内构造大的构造的状态(具体为集落的包含厚度在内的形状和质感等)来判断在诱导多能干细胞的培养中发生的上述那样的不良现象。在此，本专利技术人在想要利用非专利文献2中记载的结构来观察这种大的构造的情况下，通过计算确认了上述共轭像叠加于对象区域导致实像的可视性降低这一情况。即，在诱导多能干细胞的培养中对是否不良的判定中，很难说非专利文献2中记载的构造是最佳的。另外，即使使用非专利文献2中记载的方法也难以完全恢复相位，难以在在线型的数字全息摄像中避免共轭像的叠加。这是由于没有定义作为表示相位恢复的程度的明确的指标的数值。在该文献中，将基于多个波长的全息图间的估计振幅值的相关系数用作近似精度的评价指标。然而，例如如果拍摄到多个全息图时的照明光波长几乎相同，则即使是未完全进行相位恢复的状态，相关系数的值也大，因此判定为进行了良好的近似。因而，作为评价指标的相关系数能够设为反复计算的收敛的目标，但作为表示相位恢复的精度的指标并不准确。本专利技术是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够针对根据目的而大小不同的观察对象再现清晰的像的数字全息摄像装置以及数字全息图生成方法。用于解决问题的方案在此，先概要地说明通过物体波的相位恢复来提高观察对象的图像质量的方法。相位信息计算处理是基于所拍摄到的多个全息图通过光波传输计算来估计物体波的相位的算法。在图4中示出一例。后文叙述各步骤的详细内容。此外，对于本说明书中的“光波传输”的表述，只要没有特别说明，就设为包含上述传输和逆传输这两个概念。作为光波传输的计算方法，已知菲涅耳衍射计算法和角谱法等，其中，角谱法的计算式例如用以下的式(1)表示。[式1]E(x，y，0)是物体面上的复振幅分布，E(x，y，z)是检测面上的复振幅分布，z相当于传输距离。另外，k表示波数。上述的式(1)相当于通过衍射计算来求出作为各种间距的衍射光栅的总和的物体像。入射到衍射光栅的光的衍射角度用以下的式(2)表示。λ表示波长，p表示光栅的间距宽度。[式2]根据上述式(2)，当p小、即衍射光栅的间距细(p＝p1)时，衍射角度Φ变大，在检测面上波前(物体波)在垂直方向上大幅地扩展(图6的左侧)。另一方面，当p大、即衍射光栅的间距粗(p＝p2>p1)时，衍射角度Φ变小，波前在检测面上的垂直方向上的扩展小(该图的右侧)。该性质在向检测面和物体面逆传输共轭像的情况下也同样如此。此外，在本说明书中要参照的各附图中，为了简化说明而适当变更了各构件的尺寸比，各构件的尺寸比有时与实际尺寸比不同。在此，衍射光栅的间距的细度相当于图像中的构造的细度。换句话说，图像中的细微构造(例如细胞内构造)能够看作间距细的高频光栅，大构造(例如集落的形状)能够看作间距粗的低频光栅。图7A和图7B是说明通过光波传输计算而再现的实像和共轭像叠加的现象的概念图。如该图所示，相当于高频光栅的细微构造的共轭像在向物体面进行逆传输的过程中大幅地扩展(模糊)，因此对在该物体面上叠加的实像的可视性造成的影响小(图7A)。与此相对地，如上所述那样，相当于低频光栅的大构造的共轭像的扩展小，因此以保持与实像大致相同的大小的状态到达物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字全息摄像装置，其特征在于，具备：a)光源，其射出相干光；b)检测器，其用于拍摄全息图，该全息图是由来自所述光源的射出光引起的物体波与参考波的干涉条纹；以及c)波长设定单元，其设定用于生成使所述检测器拍摄的全息图的照明光的多个波长，其中，所述波长设定单元基于由使用者针对实像和共轭像以在共轭像叠加于所对应的实像时不妨碍该实像的视觉识别的方式设定的共轭像的放大率X，来以使由所述波长设定单元设定的多个波长中的最短波长λmin和最长波长λmax满足λmax/λmin≥(1/X+1)的方式设定所述多个波长，其中，所述实像和所述共轭像是由规定的运算单元针对作为观察对象的构造再现的像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.27 JP 2014-2395061.一种数字全息摄像装置，其特征在于，具备：a)光源，其射出相干光；b)检测器，其用于拍摄全息图，该全息图是由来自所述光源的射出光引起的物体波与参考波的干涉条纹；以及c)波长设定单元，其设定用于生成使所述检测器拍摄的全息图的照明光的多个波长，其中，所述波长设定单元基于由使用者针对实像和共轭像以在共轭像叠加于所对应的实像时不妨碍该实像的视觉识别的方式设定的共轭像的放大率X，来以使由所述波长设定单元设定的多个波长中的最短波长λmin和最长波长λmax满足λmax/λmin≥(1/X+1)的方式设定所述多个波长，其中，所述实像和所述共轭像是由规定的运算单元针对作为观察对象的构造再现的像。2.一种数字全息摄像装置，其特征在于，具备：a)光源，其射出相干光；b)检测器，其用于拍摄全息图，该全息图是由来自所述光源的射出光引起的物体波与参考波的干涉条纹；以及c)波长设定单元，其设定用于生成使所述检测器拍摄的全息图的照明光的多个波长，其中，所述波长设定单元以使所述多个波长中的最短波长λmin和最长波长λmax满足λmax/λmin≥1.3的方式设定所述多个波长。3.根据权利要求2所述的数字全息摄像装置，其特征在于，所述波长设定单元以使所述多个波长中的最短波长λmin和最长波长λmax满足1.3≤λmax/λmin≤2.0的方式设定所述多个波长。4.根据权利要求1～3中的任一项所述的数字全息摄像装置，其特征在于，所述波长设定单元是经由光纤来与多个所述光源连接的切换元件，所述波长设定单元切换地使用所连接的多个所述光源。5.一种数字全息摄像装置，其特征在于，具备：a)光源，其是均射出相干光的两个光源，且各发光波长λ1和波长λ2满足λ2/λ1≥1.3；b)检测器，其用于针对所述两...

【专利技术属性】
技术研发人员：田川雄介，
申请(专利权)人：株式会社岛津制作所，
类型：发明
国别省市：日本,JP