(57)【要約】【課題】種々の収差の発生原因が複合的に存在する場合であっても、標本内の複数の所望の集光点に、レーザ光を同時に集光させる。【解決手段】レーザ光源５と、そこから発せられたレーザ光の波面を位相パターンにより変調する波面変調素子１２と、レーザ光を標本Ａに集光する対物レンズ１３と、レーザ光の対物レンズ１３の入射瞳位置への入射角度を調節する入射角度調節部９と、標本Ａ内においてレーザ光を集光すべき複数の集光点の位置を設定する集光位置設定部２２と、設定位置における各集光点から戻る戻り光の対物レンズ１３の入射瞳位置における波面を測定する波面測定部２５と、測定された複数の波面を合成する波面合成部２６と、算出された合成波面に基づいて波面変調素子１２に付与する位相パターンを設定して波面変調素子１２に出力する位相パターン設定部２７とを備えるホログラム像投影装置１を提供する。【選択図】図１
2011128573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、
該レーザ光源から発せられたレーザ光の波面を位相パターンにより変調する波面変調素子と、
前記レーザ光を標本に集光する対物レンズと、
前記レーザ光の前記対物レンズの入射瞳位置への入射角度を調節する入射角度調節部と、
標本内においてレーザ光を集光すべき複数の集光点の位置を設定する集光位置設定部と、
該集光位置設定部により設定された位置における各前記集光点から戻る戻り光の前記対物レンズの入射瞳位置またはその光学的に共役な位置における波面を測定する波面測定部と、
該波面測定部により測定された複数の前記戻り光の波面を合成して合成波面を算出する波面合成部と、
算出された前記合成波面に基づいて前記波面変調素子に付与する前記位相パターンを設定して前記波面変調素子に出力する位相パターン設定部と、
を備えるホログラム像投影装置。
【請求項２】
前記波面合成部が、前記波面測定部により測定された複数の前記戻り光の波面の線形和を算出することにより前記合成波面を算出する請求項１に記載のホログラム像投影装置。
【請求項３】
前記波面合成部が、前記波面測定部により測定された複数の前記戻り光の波面をそれぞれ領域分割したものを前記集光点の総数の逆数の割合で配列することにより前記合成波面を算出する請求項１に記載のホログラム像投影装置。
【請求項４】
前記波面測定部が、レーザ光を分岐して参照光を生成する分岐部と、前記点光源からの前記戻り光と前記参照光とを合波する合波部と、該合波部により合波された前記戻り光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出部と、を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載のホログラム像投影装置。
【請求項５】
前記波面測定部が、前記対物レンズの焦点位置と光学的に共役な位置に配置されるピンホール部材と、該ピンホール部材を通過した前記集光点からの戻り光を検出するハルトマンセンサと、を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載のホログラム像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラム像投影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、標本上の複数箇所に同時に光を照射するために、ホログラムを利用することが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
この方法においては、蛍光顕微鏡等によって標本の蛍光画像を取得し、取得した蛍光画像内において光刺激等をすべき複数の注目部位を特定することにより刺激光の照射パターンを生成し、当該照射パターンをフーリエ変換することにより、ホログラムの位相パターンを作成することとしている。そして、作成した位相パターンを波面変調素子に付与し、この波面変調素子に対して光源から導いてきた略平行光からなるレーザ光を入射させることにより、レーザ光を変調し、変調されたレーザ光を対物レンズによって集光している。このようにして、ホログラム像を標本に投影し、複数箇所同時に刺激光を集光させるようになっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Volodymyr Nikolenko et al, "SLM microscopy: scanless two-photon imaging and photostimulation with spatial light modulators", Frontiers in Neural Circuits, Vol 2, Article 5, 19 December 2008, p1-15
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の方法においては、観察しようとする標本内における屈折率が分布していて不均一であったり、光学系に収差が存在したりするなど、種々の原因によって、標本内の所望の深さ位置にレーザ光を集光させることができないという不都合がある。また、これらの原因は、多くの場合、複合的に発生していて、個別に特定することが困難であるという問題もある。
【０００５】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、種々の収差の発生原因が複合的に存在する場合であっても、標本内の複数の所望の集光点に、レーザ光を同時に集光させることができるホログラム像投影装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、レーザ光源と、該レーザ光源から発せられたレーザ光の波面を位相パターンにより変調する波面変調素子と、前記レーザ光を標本に集光する対物レンズと、前記レーザ光の前記対物レンズの入射瞳位置への入射角度を調節する入射角度調節部と、標本内においてレーザ光を集光すべき複数の集光点の位置を設定する集光位置設定部と、該集光位置設定部により設定された位置における各前記集光点から戻る戻り光の前記対物レンズの入射瞳位置またはその光学的に共役な位置における波面を測定する波面測定部と、該波面測定部により測定された複数の前記戻り光の波面を合成して合成波面を算出する波面合成部と、算出された前記合成波面に基づいて前記波面変調素子に付与する前記位相パターンを設定して前記波面変調素子に出力する位相パターン設定部とを備えるホログラム像投影装置を提供する。
【０００７】
本発明によれば、レーザ光源から発せられたレーザ光が標本に照射されると、集光位置設定部により設定された位置における各集光点から戻る戻り光の入射瞳位置における波面が波面測定部により測定される。波面が測定されると、波面合成部が、測定された各集光点に対応する複数の波面を合成して合成波面を算出し、位相パターン設定部が、算出された合成波面に基づいて波面変調素子に付与する位相パターンを設定し、その位相パターンを波面変調素子に出力する。そして、設定された位相パターンが波面変調素子に付与された状態で、波面変調素子にレーザ光を入射させることにより、対物レンズの入射瞳位置に、合成波面を有するレーザ光が入射され、標本内に複数の集光点を有するホログラム像が投影されることになる。
【０００８】
この場合において、本実施形態に係るホログラム像投影装置によれば、実際に存在している複数の集光点からの戻り光の波面を測定することにより、当該集光点にレーザ光を集光させるための位相パターンを設定しているので、種々の収差の発生原因が複合的に存在する場合であっても、標本内の複数の所望の集光点にレーザ光を同時に集光させることができる。
【０００９】
上記発明においては、前記波面合成部が、前記波面測定部により測定された複数の戻り光の波面の線形和を算出することにより前記合成波面を算出することとしてもよい。
また、上記発明においては、前記波面合成部が、前記波面測定部により測定された複数の前記戻り光の波面をそれぞれ領域分割したものを前記集光点の総数の逆数の割合で配列することにより前記合成波面を算出することとしてもよい。
【００１０】
また、上記発明においては、前記波面測定部が、レーザ光を分岐して参照光を生成する分岐部と、前記点光源からの前記戻り光と前記参照光とを合波する合波部と、該合波部により合波された前記戻り光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出部とを備えていてもよい。
【００１１】
このようにすることで、分岐部によってレーザ光が分岐されることにより、一方のレーザ光は標本に指向されて標本を照明し、他方のレーザ光は参照光となる。そして、標本に設定された集光点の位置に配置された点光源からの戻り光と参照光とが合波部により合波されることにより干渉させられ、その干渉光が干渉光検出部によって検出される。これにより、干渉光検出部によって標本からの戻り光と参照光との波面の微細な差が検出されるので、当該集光点へレーザ光を集光させるためのレーザ光の波面を参照光との差として精密に測定することができる。
【００１２】
また、上記発明においては、前記波面測定部が、前記対物レンズの焦点位置と光学的に共役な位置に配置されるピンホール部材と、該ピンホール部材を通過した前記集光点からの戻り光を検出するハルトマンセンサとを備えていてもよい。
このようにすることで、レーザ光を標本に照射した結果、標本から戻る戻り光の内、対物レンズの焦点位置から発せられた戻り光のみをピンホール部材によって選択してハルトマンセンサにより検出することができる。これにより、対物レンズの焦点位置に配置された点光源からの戻り光の波面を正確に測定することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、種々の収差の発生原因が複合的に存在する場合であっても、標本内の複数の所望の集光点に、レーザ光を同時に集光させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るホログラム像投影装置を模式的に示す全体構成図である。
【図２】図１のホログラム像投影装置の変形例を示す全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態に係るホログラム像投影装置について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るホログラム像投影装置１は、顕微鏡システムであって、図１に示されるように、レーザ光を発生する光源装置２と、該光源装置２から入射されたレーザ光を標本Ａに照射する顕微鏡装置３と、光源装置２から顕微鏡装置３に入射させるレーザ光の波面を調節する調節装置４とを備えている。
【００１６】
光源装置２は、レーザ光を発生するレーザ光源５と、該レーザ光源５から発せられたレーザ光をコリメート光に変換するコリメータレンズ６と、コリメート光からなるレーザ光の波面を変調する波面変調部７と、リレーレンズ８，１０と、レーザ光を走査するスキャナ９とを備えている。
【００１７】
波面変調部７は、レーザ光を反射するプリズム１１と、該プリズム１１により反射されたレーザ光を反射し、その際に、位相パターンによりレーザ光の波面を変調してプリズム１１に戻す反射型の波面変調素子１２とを備えている。
【００１８】
プリズム１１により反射されたレーザ光は波面変調素子１２によって同じプリズム１１に戻るように光路が折り返され、レーザ光源５からのレーザ光と同軸の光路に戻されるようになっている。
波面変調素子１２は、後述する調節装置４によって、その表面形状を任意に変化させることができるセグメントタイプのＭＥＭＳミラーによって構成されている。この場合、ＭＥＭＳミラーの各セグメントの凹凸により形成される表面形状が、レーザ光の波面を変調するための位相パターンとなる。波面変調素子１２と対物レンズ１３の入射瞳位置とは光学的に共役な位置関係に配置されている。
【００１９】
スキャナ９は、相互に交差する方向に配置された軸線回りに揺動可能な２枚のガルバノミラー９ａ，９ｂを近接して配置した、いわゆる近接ガルバノミラーであり、入射されるレーザ光を２次元的に走査することができるようになっている。
【００２０】
顕微鏡装置３は、ステージ１４上に配置した標本Ａに対し、レーザ光を集光させる一方、標本Ａからの光を受光する対物レンズ１３と、該対物レンズ１３により受光された光を検出する光電子増倍管からなる光検出器１５と、標本Ａにおける蛍光像を撮影するＣＣＤ等のカメラ１６と、光検出器１５またはカメラ１６への光路を切り替えるように光路に挿脱されるミラー１７とを備えている。符号１８〜２０は集光レンズ、符号２１はダイクロイックミラーである。対物レンズ１３は、ステージ１４との間の光軸方向の距離を変更可能に設けられている。
【００２１】
波面変調素子１２における表面形状を平坦な反射面形状に設定しておくことにより、平面波からなる波面を有するレーザ光を対物レンズ１３の入射瞳位置に入射させることができる。これによって、該対物レンズ１３の焦点面にレーザ光を集光させることができるようになっている。
ミラー１７を光検出器１５側（破線で示す光路から取り外された位置）に切り替えた状態で、レーザ光源５からレーザ光を出射させ、スキャナ９を駆動して、標本Ａ内の焦点面に集光しているレーザ光を２次元的に走査させつつ、各集光位置において発生した蛍光を光検出器１５によって検出することにより、対物レンズ１３の焦点面に沿って広がる標本Ａの２次元的な蛍光像を取得することができるようになっている。
【００２２】
そして、対物レンズ１３とステージ１４との距離を相対的に移動させて、対物レンズ１３の焦点面の位置を変化させながら２次元的な蛍光像（スライス画像）を複数取得していくことにより、標本Ａの３次元的な蛍光像を取得することができるようになっている。
【００２３】
調節装置４は、図１に示されるように、標本Ａにおけるレーザ光の集光点の位置情報を設定する入力部２２と、入力部２２により設定された各集光点の位置情報に基づいて、スキャナ９および後述する光路長調整プリズム２３を制御する制御部２４と、入力部２２により設定された位置における各集光点からの戻り光の波面を測定する波面測定部２５と、全ての集光点について測定された複数の戻り光の波面を合成する波面合成部２６と、該波面合成部２６により合成された合成波面に基づいて波面変調素子１２に付与する位相パターンを設定する位相パターン設定部２７とを備えている。
【００２４】
入力部２２は、観察者がレーザ光を集光させたい位置、すなわち集光点をモニタ（図示略）上において指定することにより、各集光点の位置情報を設定するようになっている。
ここで、標本Ａにおける集光点は、任意の位置に設定される場合と、光刺激に応答する位置に設定される場合とがある。集光点を光刺激に応答する位置に設定したい場合には、観察者が集光点を指定しやすいように、モニタ（図示略）が顕微鏡装置３により取得された画像を表示していることが好ましい。
【００２５】
波面測定部２５は、波面変調部７の前段に配置され、レーザ光を参照光と測定光とに分岐する偏光ビームスプリッタ２８と、測定光の通過する測定光路２９に設けられた波面変調部７の後段に配置され、測定光の標本Ａからの戻り光と参照光路３０を通過してきた参照光とを合波する偏光ビームスプリッタ３１と、コリメータレンズ６によって平行光に変換されたレーザ光の偏光方向を任意の角度で回転させる波長板３２と、偏光ビームスプリッタ３１を透過したレーザ光（測定光）を円偏光に変換するかまたは４５°回転させる波長板３３と、偏光ビームスプリッタ３１により合波された参照光および戻り光を検出する検出光路３４とを備えている。
【００２６】
波長板３２は、偏光ビームスプリッタ２８においてレーザ光を参照光と測定光とに所定の光量の割合で分岐できるように、レーザ光の偏光方向を回転させるように配置されている。また、波長板３３は、偏光ビームスプリッタ３１を透過した測定光が標本Ａに集光され、さらに標本Ａからの戻り光が偏光ビームスプリッタ３１に再度入射するまでの間に、偏光方向を９０°回転させるように配置されている。
【００２７】
参照光路３０には、光軸に沿って移動可能に設けられ光路長を調整する光路長調整プリズム２３と、群速度分散を補償する分散補償板３５と、偏光ビームスプリッタ３１に入射される参照光の偏光方向を９０°回転させるλ／２板３６とが配置されている。符号３７はミラーである。
【００２８】
検出光路３４には、波長板３３を透過した戻り光およびλ／２板３６を透過した参照光をそれぞれ所定の光量の割合で透過させる偏光板３８と、瞳をリレーするリレーレンズ３９と、戻り光と参照光とが合波されることにより発生した干渉光を検出する干渉光検出部４０とが配置されている。
【００２９】
ここで、波長板３３を透過した戻り光とλ／２板３６を透過した参照光との偏光方向が互いに略直交するので、偏光板３８は、それぞれの光の偏光方向に対して０より大きい角度となるような透過軸を有している。これにより、偏光板３８は、戻り光と参照光のうち所定の軸に沿う成分のみを透過させている。
また、干渉光検出部４０は、波面変調素子１２および対物レンズ１３の入射瞳位置と光学的に共役な位置関係に配置されている。
【００３０】
波面合成部２６は、全ての集光点について測定された波面を合成するようになっている。本実施形態では、波面合成部２６は、全ての集光点について算出された波面の線形和を算出するようになっている。
【００３１】
位相パターン設定部２７は、波面合成部２６により算出された合成波面に基づいて、波面変調素子１２に付与すべき位相パターンを設定し、波面変調素子１２に出力するようになっている。ここで、波面変調素子１２は、対物レンズ１３の入射瞳と共役な関係にあるため、波面変調素子１２に付与される位相パターンは、対物レンズ１３の入射瞳位置における合成波面と同一かまたは位相ラッピング処理したものとなっている。位相ラッピング処理は、波面変調素子１２における位相変調の範囲が２ｎπ（ｎは整数）に設定されている場合に、対物レンズ１３の入射瞳位置における合成波面のうち２ｎπを超える位相差を有する部分について、その位相差から２ｎπを差し引くことにより行われる。本実施形態におけるセグメントタイプのＭＥＭＳミラーでは、通常は位相変調の範囲が２ｎπの範囲に設定されているので、必要に応じて位相ラッピング処理が行われる。
【００３２】
このようにして、波面変調素子１２の表面形状が、入力された位相パターンに合わせた形状に調節される。これにより、波面変調素子１２において反射されたレーザ光は、波面変調素子１２の表面において対物レンズ１３の入射瞳位置において得られた合成波面と同一の波面を有するように変調される。したがって、そのようなレーザ光が対物レンズ１３によって集光されることにより、対物レンズ１３を固定したままの状態で、設定された各集光点に同時に集光されるようになっている。
【００３３】
このように構成された本実施形態に係るホログラム像投影装置１の作用について以下に説明する。
まず、入力部２２において、各集光点の位置情報を設定する。
ここで、集光点が標本Ａにおいて光刺激に応答する位置に設定される場合には、調節装置４からの出力によって、波面変調素子１２を平坦な反射面形状となる位相パターンに設定する。顕微鏡装置３においては、光路上からミラー１７を退避させておく。そして、レーザ光源５からレーザ光を発生させ、スキャナ９によってレーザ光を２次元的に走査する。
【００３４】
レーザ光源５から発せられたレーザ光は波面を変化させることなく光路を伝播されて、スキャナ９によって２次元的に走査された後、ダイクロイックミラー２１によって反射されて対物レンズ１３に入射され標本Ａ内の焦点面に集光される。レーザ光の集光位置においては蛍光が発生し、発生した蛍光は対物レンズ１３によって集光され、ダイクロイックミラー２１を透過して集光レンズ１９，２０により集光され、光検出器１５によって検出される。
【００３５】
蛍光は対物レンズ１３の焦点面近傍の極めて薄い領域のみにおいて発生するので、光検出器１５より検出された蛍光の強度と、スキャナ９によるレーザ光の走査位置とを対応づけて記憶しておくことにより、焦点面に沿って広がる標本Ａの２次元的な蛍光像（スライス画像）を取得することができる。
また、対物レンズ１３と標本Ａとを光軸方向に相対的に移動させつつ、複数枚のスライス画像を取得することにより、３次元的な蛍光画像を取得することもできる。
【００３６】
観察者は、図示しないモニタに表示された２次元的または３次元的な蛍光画像において、レーザ光を集光させたい集光点の位置を指定する。例えば、標本Ａが神経細胞であって、レーザ光による刺激を与えて挙動の観察を行う場合において、刺激を与えたい集光点は３次元的に分布している。この場合には、観察者は、全ての集光点を指定することにより、集光点の３次元的な位置情報を設定する。
【００３７】
次に、波面測定部２５において、設定された各集光点について波面の測定を行う。
すなわち、入力部から設定された各集光点の位置座標に基づいて、制御部２４がスキャナ９を作動させて、１つずつ集光点にレーザ光を照射する。このとき、制御部２４は、入力部２２から設定された各集光点までの測定光路２９の光路長に参照光路３０の光路長が一致するように光路長調整プリズム２３の位置を調節する。また、このとき、波面変調素子１２は平坦な反射面形状となる位相パターンに設定しておく。
【００３８】
レーザ光源５から発せられた、例えば、縦偏光面を有するレーザ光は、波長板３２を通過させられることにより、その偏光方向を所定の角度で回転させられて、偏光ビームスプリッタ２８に入射される。偏光ビームスプリッタ２８においては、縦偏光成分と横偏光成分とに２分割され、その内の一方、例えば、縦偏光成分が参照光路３０に入射され、他方が測定光路２９に入射される。
【００３９】
参照光路３０に指向された縦偏光成分は、分散補償板３５を通過させられる際に分散補償され、光路長調整プリズム２３において折り返された後、λ／２板３６によって偏光方向を９０°回転させられて横偏光成分となる。横偏光成分となった参照光路３０からのレーザ光は、偏光ビームスプリッタ３１を透過させられて、検出光路３４に入射させられる。
【００４０】
一方、偏光ビームスプリッタ２８を透過した横偏光成分は、測定光路２９に入射されて、プリズム１１および波面変調素子１２において反射された後、偏光ビームスプリッタ３１を透過して、波長板３３を通過させられる。これにより、円偏光に変換されまたは偏光方向が４５°回転させられたレーザ光は、リレーレンズ８を通過した後、スキャナ９によって所望の集光点に指向させられるための角度を付与される。そして、リレーレンズ１０を透過した後、顕微鏡装置３に入射させられる。
【００４１】
顕微鏡装置３に入射されたレーザ光は、ダイクロイックミラー２１によって反射され、対物レンズ１３によって標本Ａに集光される。標本Ａ内の集光点近傍の領域において反射したレーザ光は、対物レンズ１３によって受光された後、ダイクロイックミラー２１によって反射され、リレーレンズ１０、スキャナ９およびリレーレンズ８を介して戻り、波長板３３によって縦偏光成分に変換されて偏光ビームスプリッタ３１に入射される。
【００４２】
偏光ビームスプリッタ３１に入射された縦偏光成分からなるレーザ光は、偏光ビームスプリッタ３１によって反射されて検出光路３４に入射される。この際に、縦偏光成分からなるレーザ光は、参照光路３０を通過してきた横偏光成分からなるレーザ光と合波される。そして、標本Ａからの戻り光である縦偏光成分からなるレーザ光および参照光である横偏光成分からなるレーザ光は、偏光板３８において、偏光板３８の透過軸に沿う成分のみが透過させられ、リレーレンズ３９を介して干渉光検出部４０に入射される。ここで、偏光板３８を透過した戻り光と参照光の偏光方向は一致しているので、戻り光と参照光との干渉が可能となっている。また、光路長調整プリズム２３によって、参照光路３０の光路長と集光点までの測定光路２９の光路長とが一致させられているので、集光点から戻る戻り光のみが参照光と干渉する。
【００４３】
これにより、干渉光検出部４０においては、レーザ光源５から発せられたレーザ光の波面と、集光点からの戻り光であるレーザ光の波面との差分が、干渉パターンとして検出される。
全ての集光点について上記作業を行うことにより波面を測定すると、各集光点について測定された波面の線形和が波面合成部２６により算出され、合成波面が生成される。生成された合成波面は位相パターン設定部２７に入力されて、波面変調素子１２に付与する位相パターンが対物レンズ１３の入射瞳位置における合成波面と同一かまたは位相ラッピング処理したパターンとなるように設定される。そして、位相パターン設定部２７により設定された位相パターンは、波面変調素子１２に対して出力される。
これにより、標本Ａに対して光刺激を行いながら観察するための準備が完了する。
【００４４】
この状態で、顕微鏡装置３においては、ミラー１７を光路上に挿入し（図中、実線で示す位置に配置し）、対物レンズ１３によって集光される蛍光が、カメラ１６によって撮影されるように設定しておく。そして、スキャナ９を原点位置に停止した状態で、レーザ光源５から発せられたレーザ光を波面変調部７に入射させると、波面変調素子１２に表示されている位相パターンに従ってレーザ光の波面が変調される。変調されたレーザ光は、リレーレンズ８、スキャナ９およびリレーレンズ１０を通過してダイクロイックミラー２１により反射され、対物レンズ１３の入射瞳に入射される。
【００４５】
対物レンズ１３の入射瞳位置は波面変調素子１２と光学的に共役な位置に配置されているので、入射瞳位置に入射されるレーザ光は、波面変調素子１２により変調された時点における波面と同じ波面を有している。
そして、このようなレーザ光が対物レンズ１３によって集光されることにより、異なる位置に配置されている複数の集光点に同時に集光させるような３次元的なホログラム像を標本Ａ内に投影することができる。
【００４６】
指定された複数の集光点に同時にレーザ光が照射されることにより、標本Ａに刺激が与えられた状態で、標本Ａから発せられる蛍光が対物レンズ１３によって受光され、ダイクロイックミラー２１を透過して、ミラー１７により反射され、集光レンズ１８によって集光されてカメラ１６により撮影される。これにより、光刺激を与えたときの標本Ａの蛍光画像を取得することができる。
【００４７】
このように、本実施形態に係るホログラム像投影装置１によれば、全ての集光点に配置される点光源からの戻り光を測定して得られた波面を合成してなる合成波面が、対物レンズ１３の入射瞳位置に入射するようにレーザ光の波面を調整するので、複数の集光点に同時にレーザ光を精度よく集光させて標本Ａに光刺激を与えることができる。この結果、集光点が標本Ａにおいて光刺激に応答する位置に設定されている場合には、光刺激直後に発生する標本Ａの挙動を時間差なく正確に観察することができるという利点がある。
【００４８】
この場合において、本実施形態によれば、各集光点に対応する波面を測定により取得しているので、発生原因が特定できない種々の収差が存在していても、これらの発生原因を特定することなく十分に補償して、各集光点に精度よくレーザ光を集光させることができるという利点がある。
【００４９】
なお、本実施形態においては、波面測定部２５として、レーザ光を参照光と測定光とに分岐し、参照光路３０と測定光路２９の光路長を一致させることで、参照光と戻り光とを干渉させて波面を測定する方式のものを採用したが、これに代えて、図２に示されるように、共焦点ピンホール４１とハルトマンセンサ４２とを組み合わせた方式のものを採用してもよい。
【００５０】
すなわち、図２に示される例では、偏光ビームスプリッタ２８および参照光路３０を無くし、これに代えて、検出光路３４に共焦点ピンホール４１を配置するとともに、干渉光検出部４０に代えてハルトマンセンサ４２を採用している。共焦点ピンホール４１を対物レンズ１３の焦点位置と光学的に共役な位置に配置しておくことにより、焦点位置に配置されている点光源からの戻り光のみをハルトマンセンサ４２によって検出して、波面を測定することができる。
【００５１】
この図において、波長板３２は、レーザ光源５から発せられたレーザ光の偏光方向を偏光ビームスプリッタ３１を透過可能な偏光方向に一致させるように偏光面を回転させるものである。
【００５２】
また、本実施形態においては、波面合成部２６における波面の合成は、波面の線形和を算出することによって行われていたが、これに代えて、各集光点について算出された複数の波面を領域分割したものを集光点の総数の逆数の割合で配列することにより行うこととしてもよい。
【００５３】
具体的には、集光点の総数がｎ個の場合、各集光点について算出した波面の線形和を算出せずに、波長変調素子１２上の領域を分割し、分割された各領域に対して複数の集光点のいずれかを対応付ける。このとき、各集光点の対応領域が集光点の総数ｎの逆数の割合で周期的に分布するように、対応付けを行うことが好ましい。また、各集光点の対応領域の分布は、モザイク状であってもよいし、同心円状であってもよい。このような対応付けをした上で、予め算出された各集光点からの波面のうち、波長変調素子１２上での対応領域と重なる部分の波面要素を抽出し、抽出された波面要素を全領域にわたって配列して波面を合成する。このようにして得られた合成波面に基づいて、波長変調素子１２に付与する位相パターンが設定される。
【００５４】
また、本実施形態においては、波面変調素子１２として、その表面形状を変化させるセグメントタイプのＭＥＭＳミラーを例示したが、これに代えて、他の任意の波面変調素子１２、例えば、液晶素子、デフォーマブルミラー等でもよい。液晶素子の場合は、液晶分子の配向による屈折率の分布が位相パターンとなり、デフォーマブルミラーの場合は、その表面形状が位相パターンとなる。
【符号の説明】
【００５５】
Ａ  標本
１  ホログラム像投影装置
５  レーザ光源
９  スキャナ（入射角度調節部）
１２  波面変調素子
１３  対物レンズ
２２  入力部（集光位置設定部）
２５  波面測定部
２６  波面合成部
２７  位相パターン設定部
３１  偏光ビームスプリッタ（合波部）
４０  干渉光検出部
４１  共焦点ピンホール（ピンホール部材）
４２  ハルトマンセンサ
【図１】
2011128573.tif 000003
【図２】
2011128573.tif 000004