观察装置和观察方法与流程

本发明涉及观察装置和观察方法。

背景技术：

1、专利文献1所记载的观察装置将从光源输出的光分支成为物光和参照光，使经过移动的观察对象物后的物光与光频率偏移了外差频率后的参照光合波，使物光与参照光发生外差干涉。并且，该观察装置能够基于到达摄像机的拍摄面的干涉光的强度图像的时间序列数据，取得拍摄面上的物光的复振幅图像的时间序列数据。该观察装置能够非染色·非侵入地对移动的观察对象物进行成像，例如能够用于观察在流式细胞仪中移动的细胞。

2、现有技术文献

3、专利文献

4、专利文献1：国际公开第2013/065796号

技术实现思路

1、发明所要解决的技术问题

2、专利文献1所记载的观察装置虽然能够应用于以单细胞作为观察对象物的观察，但难以应用于被称为球状体或类器官的三维细胞组织等多重散射体的观察。这是因为，在观察对象物产生的多重散射光较多的情况下，多重散射光的影响会较大地出现在取得的图像中。

3、光的散射是指由于光与对象物相互作用而导致光的行进方向发生改变的现象。特别是当对象物的折射率的空间不均匀性增大时，光在通过对象物的期间与对象物多次发生相互作用。这样与对象物多次发生相互作用后的光被称为多重散射光。与此相对，与对象物仅发生一次相互作用后的光被称为单一散射光。已知多重散射光是导致散斑增大以及单一散射-多重散射比(single-scattering to multi-scattering ratio，smr)恶化的原因，成为测定的障碍。

4、散斑是当光在时间以及空间上相干的情况下，由于多重散射光的干涉而在空间上引起强度或相位较大的变化而产生的。为了抑制散斑产生，可以使用输出在时间或空间上非相干的光的光源。例如，相差显微镜等通常的明视场显微镜通过使用卤素灯、发光二极管等在空间以及时间上非相干的光源，取得没有散斑的图像。

5、smr的恶化是由于多重散射光相比单一散射光占主导地位，单一散射光被淹没在多重散射光中而产生的。观察对象物越大、观察深度越深，单一散射光的成分越呈指数函数地减少，而与此对照地，多重散射光的成分则增大。

6、单一散射光的散射方向与对象物的结构具有直接的对应关系，因此容易用于测定对象物的结构。另一方面，多重散射光与对象物的结构的关系复杂，难以提取对象物的结构的信息。因此，已知在利用单一散射光的成像技术中，若单一散射光被淹没在多重散射光中(即，smr恶化)则测定会失败。

7、通过采用在单一散射光和多重散射光中选择性地检测单一散射光的被称为选通(gating)的技术，能够抑制smr恶化。通过选通能够抑制多重散射光，因此能够在抑制smr恶化的同时抑制散斑。选通能够使用空间、时间以及偏光等自由度来实现。共焦显微镜是空间选通的一个例子。光学相干断层扫描(optical coherence tomography，oct)是时间和空间选通的一个例子。

8、专利文献1所记载的观察装置未除去多重散射光的影响，因此在观察对象物产生的多重散射光多的情况下，在取得的图像中散斑增大，并且smr恶化。因此，专利文献1所记载的观察装置虽然能够应用于较少产生多重散射光的单细胞的观察，但难以应用于较多产生多重散射光的三维细胞组织等多重散射体的观察。

9、实施方式的目的在于提供一种观察装置和观察方法，其即使在移动的观察对象物为多重散射体的情况下，也能够降低多重散射光的影响地对观察对象物进行观察。

10、解决问题的技术手段

11、第一方式的实施方式是观察装置。观察装置包括：(1)干涉光学系统，其将从光源输出的光分支为物光和参照光，对沿着第一方向移动的观察对象物照射物光，将经过观察对象物后的物光与参照光合波并输出；(2)移频器，其设置在干涉光学系统的从分支到合波之间的物光或参照光的光路上，使物光和参照光各自的光频率彼此相差外差频率；(3)拍摄部，其具有接收从干涉光学系统输出的物光和参照光的拍摄面，对拍摄面上的物光与参照光的干涉所致的干涉强度图像进行拍摄，输出干涉强度图像的时间序列数据；和(4)解析部，其基于干涉强度图像的时间序列数据进行解析，干涉光学系统包括：照射光学系统，其在对观察对象物照射物光时，将物光聚光照射于观察对象物上沿与第一方向垂直的第二方向延伸的线状的区域；和成像光学系统，其在将经过观察对象物后的物光引导至拍摄面时，关于第一方向使观察对象物和拍摄面彼此作为傅立叶变换的位置关系，关于第二方向使观察对象物和拍摄面彼此作为共轭的位置关系，使物光和参照光彼此同轴地向拍摄面入射，解析部基于干涉强度图像的时间序列数据，生成由照射光学系统将物光向观察对象物聚光照射时的多个光照射方向和多个位置各自的复微分干涉图像，基于这些复微分干涉图像生成观察对象物的三维相位图像。

12、第二方式的实施方式是观察装置。观察装置包括：(1)干涉光学系统，其将从光源输出的光分支为物光和参照光，对沿着第一方向移动的观察对象物照射物光，将经过观察对象物后的物光与参照光合波并输出；(2)拍摄部，其具有接收从干涉光学系统输出的物光和参照光的拍摄面，对拍摄面上的物光与参照光的干涉所致的干涉强度图像进行拍摄，输出干涉强度图像的时间序列数据；和(3)解析部，其基于干涉强度图像的时间序列数据进行解析，干涉光学系统包括：照射光学系统，其在对观察对象物照射物光时，将物光聚光照射于观察对象物上沿与第一方向垂直的第二方向延伸的线状的区域；和成像光学系统，其在将经过观察对象物后的物光引导至拍摄面时，关于第一方向使观察对象物和拍摄面彼此作为傅立叶变换的位置关系，关于第二方向使观察对象物和拍摄面彼此作为共轭的位置关系，使物光和参照光从互不相同的方向向拍摄面入射，解析部基于干涉强度图像的时间序列数据，生成由照射光学系统将物光向观察对象物聚光照射时的多个光照射方向和多个位置各自的复微分干涉图像，基于这些复微分干涉图像生成观察对象物的三维相位图像。

13、第一方式的实施方式是观察方法。观察方法包括：(1)干涉步骤，利用干涉光学系统使物光与参照光干涉，干涉光学系统将从光源输出的光分支为物光和参照光，对沿着第一方向移动的观察对象物照射物光，将经过观察对象物后的物光与参照光合波并输出；(2)调制步骤，利用设置在干涉光学系统的从分支到合波之间的物光或参照光的光路上的移频器，使物光和参照光各自的光频率彼此相差外差频率；(3)拍摄步骤，利用具有接收从干涉光学系统输出的物光和参照光的拍摄面的拍摄部，对拍摄面上的物光与参照光的干涉所致的干涉强度图像进行拍摄，输出干涉强度图像的时间序列数据；和(4)解析步骤，基于干涉强度图像的时间序列数据进行解析，干涉光学系统包括：照射光学系统，其在对观察对象物照射物光时，将物光聚光照射于观察对象物上沿与第一方向垂直的第二方向延伸的线状的区域；和成像光学系统，其在将经过观察对象物后的物光引导至拍摄面时，关于第一方向使观察对象物和拍摄面彼此作为傅立叶变换的位置关系，关于第二方向使观察对象物和拍摄面彼此作为共轭的位置关系，使物光和参照光彼此同轴地向拍摄面入射，在解析步骤中，基于干涉强度图像的时间序列数据，生成由照射光学系统将物光向观察对象物聚光照射时的多个光照射方向和多个位置各自的复微分干涉图像，基于这些复微分干涉图像生成观察对象物的三维相位图像。

14、第二方式的实施方式是观察方法。观察方法包括：(1)干涉步骤，利用干涉光学系统使物光与参照光干涉，干涉光学系统将从光源输出的光分支为物光和参照光，对沿着第一方向移动的观察对象物照射物光，将经过观察对象物后的物光与参照光合波并输出；(2)拍摄步骤，利用具有接收从干涉光学系统输出的物光和参照光的拍摄面的拍摄部，对拍摄面上的物光与参照光的干涉所致的干涉强度图像进行拍摄，输出干涉强度图像的时间序列数据；和(3)解析步骤，基于干涉强度图像的时间序列数据进行解析，干涉光学系统包括：照射光学系统，其在对观察对象物照射物光时，将物光聚光照射于观察对象物上沿与第一方向垂直的第二方向延伸的线状的区域；和成像光学系统，其在将经过观察对象物后的物光引导至拍摄面时，关于第一方向使观察对象物和拍摄面彼此作为傅立叶变换的位置关系，关于第二方向使观察对象物和拍摄面彼此作为共轭的位置关系，使物光和参照光从互不相同的方向向拍摄面入射，在解析步骤中，基于干涉强度图像的时间序列数据，生成由照射光学系统将物光向观察对象物聚光照射时的多个光照射方向和多个位置各自的复微分干涉图像，基于这些复微分干涉图像生成观察对象物的三维相位图像。

15、实施方式是程序。程序是用于使计算机执行上述结构的观察方法的各步骤的程序。

16、实施方式是存储介质。存储介质是存储有上述结构的程序的计算机可读取存储介质。

17、发明的效果

18、根据实施方式的观察装置和观察方法，即使在移动的观察对象物为多重散射体的情况下，也能够降低多重散射光的影响地对观察对象物进行观察。