(57)【要約】【課題】補償光学装置を各種映像装置に適用する際に必要となる参照点光源を、被測定物体の性状に依存することなく作成する。【解決手段】被測定物体Ｏの近傍に金属や誘電体の微粒子を光ピンセット装置２０を用いて非接触で捕捉し、この捕捉された微粒子に鋭く絞った光を入射して点光源１９を作成し、この点光源１９から球面波状に放射される反射光を補償光学装置１３を駆動するための参照光として利用する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像装置で撮影される被測定物体と上記映像装置との間に存在する媒質のゆらぎ、及び上記映像装置に設置される対物レンズの収差に起因する物体像の歪みを補正するための補償光学装置を駆動する補償光学用参照点光源の作成法であって、
上記被測定物体の近傍に金属や誘電体の微粒子を光ピンセット装置を用いて非接触で捕捉し、該捕捉された微粒子に鋭く絞った光を入射して点光源を作成し、該点光源から球面波状に放射される反射光を上記補償光学装置を駆動するための参照光として利用することを特徴とする補償光学用参照点光源の作成法。
【請求項２】
映像装置で撮影される被測定物体と上記映像装置との間に存在する媒質のゆらぎ、及び上記映像装置に設置される対物レンズの収差に起因する物体像の歪みを補正するための補償光学装置を駆動する補償光学用参照点光源の作成法であって、
上記被測定物体の近傍に蛍光分子を光ピンセット装置を用いて非接触で捕捉して点光源を作成し、該点光源から球面波状に放射される蛍光を上記補償光学装置を駆動するための参照光として利用することを特徴とする補償光学用参照点光源の作成法。
【請求項３】
映像装置で撮影される被測定物体と上記映像装置との間に存在する媒質のゆらぎ、及び上記映像装置に設置される対物レンズの収差に起因する物体像の歪みを補正するための補償光学装置を駆動する補償光学用参照点光源の作成法であって、
上記被測定物体の近傍に色素を添加した微粒子を光ピンセット装置を用いて非接触で捕捉して点光源を作成し、該点光源から球面波状に放射される蛍光もしくはレーザー光を上記補償光学装置を駆動するための参照光として利用することを特徴とする補償光学用参照点光源の作成法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、補償光学技術を各種映像装置に適用する場合に必要な、参照点光源を人工的に作成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光の波面歪みを実時間で検出し補正する補償光学装置は、大気ゆらぎの影響によりぼやけた天体像を改善することを目的として、主に、天文学の分野で利用されてきた。
【０００３】
この従来技術を図２に示す。光路中の媒質のゆらぎによって乱された参照光の波面２１を形状可変鏡２２で反射させ、その波面の一部をビームスプリッター（ＢＳ）２５によって取り出し、それを波面センサー２６に入射させる。ここで、形状可変鏡とは、薄い鏡２３の背面にアクチュエーター２４が複数個取り付けられ、それぞれのアクチュエーターを制御することによって鏡の形状を任意に変化させることができる装置である。
【０００４】
波面センサー２６では波面の歪みが計測され、その計測結果が制御装置２７に入力される。制御装置２７では、その計測結果に基づいて波面を補正するために必要な鏡の形状が計算され、それに基づいて個々のアクチュエーター２４を制御することにより形状可変鏡２２の形状を変化させる。この一連の動作を素早く行うことで、入射光の波面の歪みを形状可変鏡２２での反射により実時間で補正することができる。（補償光学装置に関しては、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００５】
この補償光学装置を天体望遠鏡に組み込む際には、観測対象となる天体の近傍に存在する明るい恒星を参照光として利用する。恒星からの光は地球上の大気層に突入するまでは平面波として伝搬するが、望遠鏡に入射するまでに大気の影響を受け、その波面は歪んでしまう。この歪んだ参照光を利用して上述のように光路中に存在する大気のゆらぎの影響を打ち消すように形状可変鏡を制御し、その制御された形状可変鏡を通して観測対象となる天体を観測することにより、大気ゆらぎの影響を排除した鮮明な天体像を観測することができる。
【０００６】
また、観測対象となる天体の近傍に明るい星がない場合には、波長５８９ｎｍで発振する高出力のレーザー光を空に向かって出射し、高度９０ｋｍ付近のナトリウム原子層において共鳴散乱による発光を起こし（人工星）、それを参照光として利用することもできる。（人工星については、例えば、特許文献４参照。）。
【０００７】
さらに、この補償光学装置を眼底カメラに組み込む際には、参照光として、レーザー光を眼に入射し網膜上で鋭く絞ることによって作成された網膜上の輝点を利用する。網膜上の輝点からは球面波状の反射光が得られるため、角膜や水晶体に歪みがない場合には、角膜や水晶体のレンズ作用により、網膜上の輝点からの球面波は平面波となり眼から出射される。しかし、一般には、人の眼の角膜や水晶体には歪みがあるため、眼から出射される網膜上の輝点からの光の波面は歪んでしまう。
【０００８】
この参照光に基づいて光路中に存在する角膜や水晶体の歪みの影響を打ち消すように形状可変鏡を制御し、その制御された形状可変鏡を通して観測対象となる網膜を観察することにより、角膜や水晶体の歪みの影響を排除した高分解能の網膜像を観測することができる。（例えば、特許文献５参照。）。
【０００９】
一方、レーザー光源及びレーザービームを走査するためのガルバノミラー等で構成され、レーザー光の放射圧を利用して金属や誘電体の微粒子、分子、細胞等を非接触で捕捉し移動させる装置（例えば、特許文献６、特許文献７、特許文献８参照。）が知られており、本明細書ではこのような装置を光ピンセット装置と言う。
【００１０】
【特許文献１】
特開平５−３２３２１３号公報
【特許文献２】
特開平６−２５０１０８号公報
【特許文献３】
特許第３０７０８９２号公報
【特許文献４】
特開２００２−３３５２１８号公報
【特許文献５】
特表２００１−５０７２５８号公報
【特許文献６】
特開平５−１０７４９８号公報
【特許文献７】
特開平５−９３８７１号公報
【特許文献８】
特許第２９４７９７１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
補償光学装置を各種映像装置、特に、脳室鏡や膀胱鏡をはじめとする医療用内視鏡や生物観察用の顕微鏡に適用する場合、眼底カメラに適用する場合と同様に、レーザー光を絞って被測定物体に照射し、そこに形成される輝点を参照光として利用する方法も考えられる。しかし、医療用内視鏡や生物顕微鏡における被測定物体は、一般に、その表面形状が不規則でかつ反射率が低いため、その表面上に輝点を作成して参照光として利用することは困難である。
【００１２】
本発明は、このように補償光学装置を各種映像装置に適用する際に必要となる参照点光源を、被測定物体の性状に依存することなく作成する手法を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、映像装置で撮影される被測定物体と上記映像装置との間に存在する媒質のゆらぎ、及び上記映像装置に設置される対物レンズの収差に起因する物体像の歪みを補正するための補償光学装置を駆動する補償光学用参照点光源の作成法であって、上記被測定物体の近傍に金属や誘電体の微粒子を光ピンセット装置を用いて非接触で捕捉し、該捕捉された微粒子に鋭く絞った光を入射して点光源を作成し、該点光源から球面波状に放射される反射光を上記補償光学装置を駆動するための参照光として利用することを特徴とする補償光学用参照点光源の作成法を提供する。
【００１４】
本発明は上記課題を解決するために、映像装置で撮影される被測定物体と上記映像装置との間に存在する媒質のゆらぎ、及び上記映像装置に設置される対物レンズの収差に起因する物体像の歪みを補正するための補償光学装置を駆動する補償光学用参照点光源の作成法であって、上記被測定物体の近傍に蛍光分子を光ピンセット装置を用いて非接触で捕捉して点光源を作成し、該点光源から球面波状に放射される蛍光を上記補償光学装置を駆動するための参照光として利用することを特徴とする補償光学用参照点光源の作成法を提供する。
【００１５】
本発明は上記課題を解決するために、映像装置で撮影される被測定物体と上記映像装置との間に存在する媒質のゆらぎ、及び上記映像装置に設置される対物レンズの収差に起因する物体像の歪みを補正するための補償光学装置を駆動する補償光学用参照点光源の作成法であって、上記被測定物体の近傍に色素を添加した微粒子を光ピンセット装置を用いて非接触で捕捉して点光源を作成し、該点光源から球面波状に放射される蛍光もしくはレーザー光を上記補償光学装置を駆動するための参照光として利用することを特徴とする補償光学用参照点光源の作成法を提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を実施例に基づいて図面を参照して説明する。本発明に係る補償光学用参照点光源の作成法は、図１に示すように、補償光学装置１３の設置された映像装置１２、及び測定系１１で構成されるシステムにおいて利用され、それを実現するために、光ピンセット装置２０及び必要に応じて参照点光源用の光源１９が設置される。
【００１７】
この映像装置１２は、対物レンズＬ１と結像レンズＬ２の２枚のレンズの作用により、被測定物体Ｏの像をＣＣＤカメラ１７上に形成する作用があり、例えば、脳室鏡や膀胱鏡などの医療用内視鏡、もしくは生体組織や微生物を観察するための顕微鏡を表している。また、補償光学装置１３は、一般的には、形状可変鏡１６、ビームスプリッター（ＢＳ３）、波面センサー１４、制御装置１５で構成される。
【００１８】
（実施例）
映像装置１２が医療用内視鏡である場合を例として、本発明の実施例を以下に説明する。測定系１１に存在する被測定物体Ｏは、映像装置１２が脳室鏡の場合には脳であり、膀胱鏡の場合には膀胱壁となる。被測定物体Ｏを照明し（照明用の光学系は、図には記載せず）反射した光を映像装置１２の対物レンズＬ１、ビームスプリッターＢＳ１、光ピンセット装置用のレーザー光を遮断する光学フィルターＦ、補償光学装置１３、結像レンズＬ２を介してＣＣＤカメラ１７で撮影し、モニター１８上に被測定物体Ｏの像を表示する。
【００１９】
このとき、被測定物体Ｏと対物レンズＬ１との間にある媒質（脳室鏡の場合には脳脊髄液、膀胱鏡の場合には膀胱に注入する水）のゆらぎと、対物レンズＬ１の収差の影響により、取得される映像は一般に不鮮明となる。
【００２０】
上記被測定物体Ｏと対物レンズＬ１との間にある媒質のゆらぎと、対物レンズＬ１の収差を補正し、鮮明な物体像を得ることを目的として、映像装置１２に設置された補償光学装置１３を駆動する。なお、この例における映像装置１２は、対物レンズＬ１と結像レンズＬ２の２枚のレンズで構成されているが、像の品質を向上させるために組合せレンズを用いたり、像を内視鏡の内部で伝達させるためにリレーレンズ系を加えたり等、同様の動作をするその他の構成も考えられる。一方、上記映像装置１２に組み込まれる補償光学装置１３についても、形状可変鏡１６に代わり液晶位相変調素子が用いられる等（例えば、特開２００２−４０３６８「光駆動型波面補正映像方法及び装置」を参照）、同様の動作をするその他の構成も考えられる。
【００２１】
補償光学装置１３を駆動するためには、上記被測定物体Ｏと対物レンズＬ１との間にある媒質のゆらぎと、対物レンズＬ１の収差を忠実に反映して歪んだ光の波面を上記補償光学装置１３に入力しなければならない。そのためには、被測定物体Ｏの近傍に理想的な点光源を作成し、そこから放射される球面波状の光を利用する方法が考えられる。
【００２２】
なお、作成される点光源は、上記被測定定物体Ｏと対物レンズＬ１との間にある媒質のゆらぎと、対物レンズＬ１の収差が全くない場合に、補償光学装置１３に平面波が入力されるように配置されなければならない。このとき作成される点光源の位置は、必然的に、対物レンズＬ１の焦点面上であり、被測定物体Ｏの近傍となる。
【００２３】
上記の点光源を作成するために、最初に、金属もしくは誘電体の微粒子Ｐを被測定物体Ｏの近くに導入する。この微粒子Ｐに光ピンセット装置２０からのレーザー光を鋭く絞って照射し、その微粒子Ｐを焦点付近に捕捉する。次に、微粒子Ｐを捕捉したままレーザー光の焦点位置を走査して、この微粒子Ｐを上記点光源を配置すべき位置に移動させる。所定の位置で捕捉された金属もしくは誘電体の微粒子Ｐに、参照点光源用の光源１９からのレーザー光をビームスプリッターＢＳ２及びビームスプリッターＢＳ１を介して、対物レンズＬ１により鋭く絞って照射する。この場合の上記微粒子Ｐの大きさ及び形状は、照射された鋭く絞ったレーザー光が、球面波状の反射光となって放射されるように適宜選択する必要がある。
【００２４】
例えば、上記微粒子Ｐの大きさが照射するレーザーのスポットサイズよりも小さい場合には、ミー散乱の理論に基づいてほぼ球面波状の反射光が得られるように、その形状はほぼ球形でなければならない。このようにして実現される、鋭く絞ったレーザー光を照射した上記微粒子Ｐが、補償光学装置を駆動するための参照点光源となる。
【００２５】
光ピンセット装置２０において微粒子を捕捉するために利用されるレーザー光の波長と、参照点光源用の光源１９において利用されるレーザー光の波長は、一般的な光学フィルターで分離できる程度に異なっていなければならない。なお、図１では、光ピンセット装置から出射される微粒子捕捉用のレーザー光を、微粒子Ｐを捕捉する位置まで導入するために、映像装置１２の内部のビームスプリッターＢＳ１と対物レンズＬ１を介した光路を採用しているが、上記ビームスプリッターＢＳ１及び対物レンズＬ１を利用せずに、その他の光学素子を利用して同様の動作を実現することも可能である。
【００２６】
上記微粒子Ｐからの球面波状の反射光は対物レンズＬ１、ビームスプリッターＢＳ１、及び光学フィルターＦを通過して補償光学装置１３へ入射される。光学フィルターＦは、光ピンセット装置用のレーザー光が微粒子Ｐを捕捉する際に発生する散乱光が、補償光学装置１３に入射するのを防ぐために設置される。
【００２７】
微粒子Ｐからの球面波状の反射光は、被測定物体Ｏと対物レンズＬ１との間にある媒質のゆらぎと、対物レンズＬ１の収差がなければ、理想的に平面波となって補償光学装置１３に入射される。しかし、多くの場合には、それら被測定物体Ｏと対物レンズＬ１との間にある媒質のゆらぎと、対物レンズＬ１の収差の影響により、補償光学装置１３には歪みをもった波面が入射される。その歪んだ波面は形状可変鏡１６で反射され、ビームスプリッターＢＳ３によって、その反射波面の一部が波面センサー１４に入力される。波面センサー１４では波面の歪みが計測され、その計測結果が制御装置１５に入力される。
【００２８】
制御装置１５では、その計測結果に基づいて形状可変鏡１６の形状を変化させる。例えば、波面が凸面状の歪みをもっていた場合には、反射の過程で凸面状の波面が平坦な波面に変換されるように形状可変鏡を凹面状に変形させる。被測定物体Ｏからの反射光（被測定物体Ｏの情報を含んでいる撮影用の光）についても、微粒子Ｐからの反射光と同様の理由により波面が歪み、その影響でＣＣＤカメラ１７で撮影される被測定物体Ｏの像は不鮮明となる。そのため、微粒子Ｐからの反射光を利用して制御された形状可変鏡を通して被測定物体Ｏを観察すると、上記被測定定物体Ｏと対物レンズＬ１との間にある媒質のゆらぎと、対物レンズＬ１の収差による波面の歪みが補正され、原理的には鮮明な物体像を得ることが可能となる。
【００２９】
以上述べてきた方法では、補償光学装置１３を駆動するための参照点光源として、金属もしくは誘電体の微粒子Ｐを利用した。次に、上記微粒子Ｐの代わりに、１個もしくは複数個の蛍光分子Ｐ（実施例１と同様に図１、２を説明で利用する都合上、「微粒子Ｐ」と同じ「Ｐ」を付す。）を上記光ピンセット装置２０を用いて上述の位置に捕捉することを考える。
【００３０】
この場合、上記蛍光分子（群）を捕捉するための上記光ピンセット装置からのレーザー光の作用により、上記蛍光分子から上記レーザー光とは異なる波長の蛍光が発せられる。蛍光分子（群）の大きさが十分に小さく、そこからの蛍光が球面波状に放射される場合を考える。これを上記補償光学装置１３を駆動するための参照点光源として利用すると、これまでに述べてきた原理に基づき、上記補償光学装置１３を動作させることができ、最終的には、上記被測定定物体Ｏと対物レンズＬ１との間にある媒質のゆらぎと、対物レンズＬ１の収差の影響を排除した鮮明な物体像を得ることができる。
【００３１】
次に、蛍光分子Ｐに代わって、色素を添加した微粒子Ｐ（実施例１と同様に図１、２を説明で利用する都合上、「微粒子Ｐ」と同じ「Ｐ」を付す。）を上記光ピンセット装置２０を用いて上述の位置に捕捉することを考える。この場合、蛍光分子の場合と同様に、上記微粒子Ｐを捕捉するための上記光ピンセット装置からのレーザー光の作用により、上記微粒子Ｐから上記レーザー光とは異なる波長の蛍光が発せられる。
【００３２】
また、条件によっては、微粒子が共振器として振る舞い、レーザー発振が生じる。これらの色素を添加した微粒子から球面波状に放射される蛍光もしくはレーザー光を上記補償光学装置１３を駆動するための参照点光源として利用すると、これまでに述べてきた原理に基づき、上記補償光学装置１３を動作させることができ、最終的には、上記被測定物体Ｏと対物レンズＬ１との間にある媒質のゆらぎと、対物レンズＬ１の収差の影響を排除した鮮明な物体像を得ることができる。
【００３３】
なお，上記微粒子にて発振したレーザーを利用する際には、金属もしくは誘電体微粒子を利用する場合と同様に、参照点光源用の光源からのレーザー光を上記微粒子に照射してそれを励起光としてレーザー発振させることも可能である。
【００３４】
以上本発明に係る補償光学用参照点光源の作成法の実施の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されることなく特許請求の範囲記載の範囲内でいろいろな実施例があることは言うまでもない。
【００３５】
【発明の効果】
上述したように本発明の補償光学用参照点光源の作成法によると、補償光学装置を各種映像装置に適用する際に必要となる参照点光源を、被測定物体の性状に依存することなく作成することができ、補償光学装置の適用分野を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す概念図である。
【図２】形状可変鏡を用いた従来の補償光学システムの概念図である。
【符号の説明】
１１  測定系
１２  映像装置
１３  補償光学装置
１４  波面センサー
１５  制御装置
１６  形状可変鏡
１７  ＣＣＤカメラ
１８  モニター
１９  参照点光源用の光源
２０  光ピンセット装置
２１  参照光の波面
２２  形状可変鏡
２３  薄い鏡
２４  アクチュエーター
２５  ビームスプリッター（ＢＳ）
２６  波面センサー
２７  制御装置
Ｐ  金属もしくは誘電体の微粒子、蛍光分子、色素を添加した微粒子
Ｏ  被測定物体
Ｌ１  対物レンズ
Ｌ２  結像レンズ
Ｆ  光学フィルター
ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３、ＢＳ  ビームスプリッター
【図１】
2004303827.tif 000003
【図２】
2004303827.tif 000004