本發(fā)明涉及一種拍攝裝置及其拍攝方法，檢測來自被拍攝物的反射光和參照光的干涉光分量進行拍攝，尤其對被承載在具有透光性的載體的被拍攝物進行拍攝。

背景技術(shù)：

在醫(yī)學(xué)和生物化學(xué)的技術(shù)領(lǐng)域中，對在容器中培養(yǎng)的細胞、微生物等承載在適當(dāng)?shù)妮d體的試樣進行觀察。作為不給觀察對象的細胞等帶來影響進行觀察的方法，提出了利用顯微鏡等對細胞等進行拍攝的技術(shù)。作為這樣的一種技術(shù)，有利用光學(xué)相干斷層拍攝的技術(shù)。該技術(shù)通過將從光源出射的低相干光作為照明光入射被拍攝物，通過檢測來自被拍攝物的反射光(信號光)和已知光程長度的參照光的干涉光，求出來自被拍攝物的反射光在深度方向的強度分布進行斷層圖像化。該技術(shù)中由于來自被拍攝物具有的多個界面的反射光重疊，有時發(fā)生稱為自相關(guān)噪聲的重影(Ghost)的圖像噪聲。

為應(yīng)對該問題，例如日本特開2010-038910號公報記載的技術(shù)中，在來自被檢測物的返光的光程和參照物的光程分別設(shè)有擋板。而且，根據(jù)需要開關(guān)擋板分別單獨檢測返光和參照光，能夠求出各自的自相關(guān)分量。另外例如國際公開第2013/136476號公開了遮擋來自被攝體的反射光的擋板機構(gòu)，記載了該機構(gòu)用于軟性去除圖像噪聲。推測為這是用于消除由參照光的自相關(guān)分量引起的噪聲的。

將所述細胞等作為被拍攝物時，有時經(jīng)由具有透光性的載體的壁面(例如底面)進行拍攝。此時，由于來自載體壁面的反射光與信號光重疊起到與參照光同樣的作用，按照壁面和被拍攝物之間的距離，有時在與原本不同的深度出現(xiàn)似被拍攝物的重影的圖像噪聲。針對這種圖像噪聲，所述現(xiàn)有技術(shù)需要進行事后去除圖像噪聲的處理，不能實時進行應(yīng)對。另外，通過開關(guān)擋板，也不能對來自壁面的反射光和來自被拍攝物的反射光進行分離。另外所述現(xiàn)有技術(shù)中的光學(xué)系統(tǒng)需要可動機構(gòu)，進一步需要分別在擋板的開狀態(tài)和關(guān)狀態(tài)進行信號檢測等，所以在機構(gòu)以及動作方面結(jié)構(gòu)復(fù)雜。因此，期待確立不需要復(fù)雜結(jié)構(gòu)，就能夠抑制由來自載體壁面的反射光引起的圖像噪聲的技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是鑒于所述問題而提出的，本發(fā)明的目的在于，提供一種拍攝裝置及其拍攝方法，利用來自被拍攝物的反射光和參照光的干涉對被拍攝物進行拍攝，以簡單的結(jié)構(gòu)就能夠抑制由承載被拍攝物的載體壁面的反射引起的圖像噪聲。

本發(fā)明的一實施方式提供一種拍攝裝置，對承載在具有透光性的壁面的載體上的被拍攝物進行斷層拍攝，為實現(xiàn)所述目的，其中，所述拍攝裝置包括：光源，出射低相干光；檢測單元，檢測信號光和參照光干涉生成的干涉光，并輸出與被檢測的所述干涉光對應(yīng)的干涉信號，所述信號光將來自所述光源的光分支為多個光程中的一分支光作為照明光，經(jīng)由物體光學(xué)系統(tǒng)入射所述被拍攝物，被所述被拍攝物反射并入射所述物體光學(xué)系統(tǒng)，所述參照光基于另一分支光形成；以及信號處理單元，基于所述干涉信號，求出沿所述照明光入射方向的所述被拍攝物的反射光強度分布。

另外，本發(fā)明其他實施方式提供一種拍攝方法，對承載在具有透光性的壁面的載體上的被拍攝物進行斷層拍攝，為實現(xiàn)所述目的，其中，所述拍攝方法：檢測信號光和參照光干涉生成的干涉光，并基于被檢測的所述干涉光，求出沿所述照明光的入射方向的所述被拍攝物的反射光強度分布，所述信號光將從所述光源出射的低相干光分支為多個光程中的一分支光作為照明光，經(jīng)由物體光學(xué)系統(tǒng)入射所述被拍攝物，被所述被拍攝物反射并入射所述物體光學(xué)系統(tǒng)，所述參照光基于另一分支光形成。

在此，所述物體光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成為，包括：物鏡，與所述壁面相向配置，使所述照明光經(jīng)由所述壁面會聚到所述被拍攝物，并對來自所述被拍攝物的經(jīng)由所述壁面出射的所述信號光進行集光；以及光限制部，在隔著所述物鏡的與所述被拍攝物相反的一側(cè)，配置在所述照明光的光程上，所述光限制部包括形成有透過圖案的光限制面，所述透過圖案規(guī)律性地配置高透過部和低透過部，所述高透過部以比較高的透過率透過所述照明光，所述低透過部對所述照明光的透過率比所述高透過部低，所述透過圖案相對所述物鏡的光軸旋轉(zhuǎn)對稱，而且，關(guān)于所述物鏡的光軸和所述光限制面相交的點與所述高透過部內(nèi)的任意的點處在點對稱的位置的點包含在所述低透過部。

這樣構(gòu)成的發(fā)明中，照明光經(jīng)由光限制部的光限制面、物鏡及載體壁面入射被拍攝物。照明光中入射光限制面的高透過部的光通過光限制面到達載體壁面，其一部分被載體壁面反射。在載體壁面的正反射光經(jīng)由物鏡再次到達光限制面。

考慮經(jīng)由光限制面和物鏡入射物鏡的物體側(cè)焦點面附近的反射面，在該反射面被正反射經(jīng)由物鏡和光限制面返回的光的光程。將該光程中從光源入射反射面的光程稱為入射光程，被反射面反射的光的光程稱為反射光程。此時，因為光限制面的透過圖案具有所述對稱性，入射光程中通過光限制面的高透過部的光在反射光程中通過光限制面的低透過部。另一方面，在反射光程中作為正反射光通過光限制面的高透過部的光，被限定為在入射光程中通過光限制面的低透過部的光。

這樣，從光源出射經(jīng)由物體光學(xué)系統(tǒng)入射反射面，在反射面被正反射通過物體光學(xué)系統(tǒng)的光的光程上，必然存在光限制面的低透過部。因此，通過該光程的光將大幅衰減。另一方面，能夠?qū)⒂杀慌臄z物散射的散射光用作信號光，散射光朝向各個方向出射。因此，通過光限制面的信號光，只是按照高透過部和低透過部的透過率以及面積比受到衰減。所以，通過設(shè)置光限制部，正反射光相對經(jīng)由物體光學(xué)系統(tǒng)入射檢測單元的信號光的比率變得格外小。換言之，信號光相對正反射光的S/N比(Signal to Noise Ratio)變大。

載體壁面位于物鏡的焦點位置附近時，由于其正反射光起到模擬參照光的作用與信號光干涉，有可能生成重影的圖像噪聲。在本發(fā)明中由于入射檢測單元的正反射光大幅降低，所以能夠有效抑制這樣的圖像噪聲的發(fā)生。

本發(fā)明的光限制部具有對通過的光進行局部限制的作用。通常為實現(xiàn)這樣的目的使用孔徑光闌。但是，為有選擇地限制正反射光，且防止導(dǎo)致分辨率下降的物體光學(xué)系統(tǒng)的NA(數(shù)值孔徑；Numerical Aperture)的減少，需要具有所述對稱性的特殊的透過圖案。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在經(jīng)由載體壁面進行的拍攝中，能夠大幅降低由于來自載體壁面的正反射光起到恰似參照光的作用而產(chǎn)生的圖案噪聲。

附圖說明

圖1是示出本發(fā)明一實施方式的拍攝裝置的圖像處理裝置的圖。

圖2A和圖2B是說明本圖像處理裝置的拍攝原理的圖。

圖3是示出本圖像處理裝置的動作的流程圖。

圖4A至4C是示出不設(shè)置光限制構(gòu)件的結(jié)構(gòu)的問題點的圖。

圖5A至5B是示出光限制構(gòu)件的結(jié)構(gòu)的圖。

圖6A至6C是示出光限制構(gòu)件的作用的圖。

圖7A至7C是示出透過圖案的其他例的圖。

圖8A至8B是示出光限制構(gòu)件的效果的圖。

圖9A至9B是示出OCT裝置的其他構(gòu)成例的圖。

附圖標(biāo)記說明：

1：圖像處理裝置(拍攝裝置)

20、20a、20b：拍攝單元(檢測單元)

21：光源

22、217：分束鏡(光分路器)

24：參照鏡

25：分光器

26：光檢測器

27：物鏡(物體光學(xué)系統(tǒng))

28：光限制構(gòu)件(光限制部)

210：光纖耦合器(光分路器)

281：基體材料

282：光限制膜(遮光性表面層)

30：控制單元(圖像處理單元)

31：CPU

33：信號處理部

AX：(物鏡27的)光軸

P1：高透過部

P2：低透過部

具體實施方式

圖1是示出本發(fā)明一實施方式的拍攝裝置的圖像處理裝置的圖。本圖像處理裝置1對在液體(例如培養(yǎng)液)中培養(yǎng)的細胞球體(細胞集落)進行斷層拍攝，將得到的斷層圖像進行圖像處理，作成細胞球體的立體像。以下為統(tǒng)一表示各圖的方向，設(shè)定如圖1所示的XYZ正交坐標(biāo)軸。在此XY平面表示水平面。另外，Z軸表示鉛直軸，更詳細地(-Z)方向表示鉛直向下方向。

圖像處理裝置1包括保持部10。保持部10將孔板WP(例如被稱為微板)以孔W的開口面向上大致水平姿勢保持，所述孔板WP在板狀構(gòu)件的上表面形成有多個能夠承載液體的凹部(孔)W。在孔板WP的各孔W事先注入規(guī)定量的適當(dāng)培養(yǎng)液，在孔W的底面Wb的液中培養(yǎng)細胞球體Sp。雖然在圖1中僅在一部分的孔W上記載有細胞球體Sp，但是在各孔W中培養(yǎng)細胞球體Sp。

在由保持部10保持的孔板WP的下方配置有拍攝單元20。拍攝單元20使用能夠以非接觸、非破壞(非侵襲)方式對被拍攝物的斷層圖像進行拍攝的光干涉斷層拍攝(Optical Coherence Tomography；OCT)裝置。以下進行詳述，OCT裝置即拍攝單元20包括發(fā)生朝向被拍攝物的照明光的光源21、分割來自光源21的光的分束鏡22、物體光學(xué)系統(tǒng)200、參照鏡24、分光器25、及光檢測器26。

另外，圖像處理裝置1進一步包括控制裝置的動作的控制單元30和驅(qū)動拍攝單元20的可動部的行進驅(qū)動機構(gòu)40?？刂茊卧?0包括CPU(Central Processing Unit)31、A/D轉(zhuǎn)換器32、信號處理部33、3D還原部34、接口(IF)部35、圖像存儲器36及存儲器37。

CPU31通過執(zhí)行規(guī)定的控制程序管理整個裝置的動作，CPU31執(zhí)行的控制程序、處理中生成的數(shù)據(jù)保存在存儲器37。A/D轉(zhuǎn)換器32按照光檢測器26的拍攝單元20的受光光量將輸出信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)。信號處理部33基于從A/D轉(zhuǎn)換器32輸出的數(shù)字數(shù)據(jù)進行下述的信號處理，作成被拍攝物的斷層圖像。3D還原部34具有基于作成的多個斷層圖像的圖像數(shù)據(jù)，作成被拍攝的細胞集落的立體像(3D像)的功能。由信號處理部33作成的斷層圖像的圖像數(shù)據(jù)和由3D還原部34作成的立體像的圖像數(shù)據(jù)，由圖像存儲器36適當(dāng)記憶保存。

接口部35承擔(dān)圖像處理裝置1與外部之間的通信。具體地，接口部35具有用于與外部設(shè)備進行通信的通信功能和用于接收用戶的操作輸入或者向用戶通知各種信息的用戶接口功能。為實現(xiàn)該目的，在接口部35連接有輸入設(shè)備351和顯示部352。輸入設(shè)備351是能夠接收裝置的功能選擇、動作條件設(shè)定等相關(guān)的操作輸入的例如鍵盤、鼠標(biāo)及觸摸屏等。顯示部352顯示由信號處理部33作成的斷層圖像、由3D還原部34作成的立體像等各種的處理結(jié)果，例如液晶顯示器。

另外，CPU31向行進驅(qū)動機構(gòu)40發(fā)出控制指令，行進驅(qū)動機構(gòu)40按照控制指令使拍攝單元20進行規(guī)定的行進移動。如下說明的那樣，根據(jù)由行進驅(qū)動機構(gòu)40執(zhí)行的拍攝單元20的行進移動和由光檢測器26的受光光量的檢測的組合，能夠取得被拍攝物即細胞集落的斷層圖像。

圖2A和圖2B是說明本圖像處理裝置的拍攝原理的圖。更具體地，圖2A是示出拍攝單元20的光程的圖，圖2B是示意性的示出細胞球體的斷層拍攝情形的圖。如上所述，拍攝單元20作為光干涉斷層拍攝(OCT)裝置發(fā)揮作用。

在拍攝單元20中，從具有例如發(fā)光二極管或者超輻射發(fā)光二極管(SLD)等發(fā)光元件的光源21出射含有寬帶波長分量的低相干光束L1。光束L1入射分束鏡22分支，如虛線箭頭所示一部分的光L2朝向孔W，如點劃線箭頭所示一部分的光L3朝向參照鏡24。

朝向孔W的光L2經(jīng)由物體光學(xué)系統(tǒng)200入射孔W。更具體地，從分束鏡22出射的光L2經(jīng)由被設(shè)置在物體光學(xué)系統(tǒng)200的光限制構(gòu)件28和物鏡27入射孔底面Wb。以下詳述，光限制構(gòu)件28具有遮光一部分的來自分束鏡22朝向孔W的光和來自孔W朝向分束鏡22的光，提高入射光檢測器26的光的S/N比(Signal to Noise Ratio)的功能。另外，物鏡27具有將來自分束鏡22朝向孔W的光L2會聚到孔W內(nèi)的被拍攝物(此時為細胞球體Sp)的功能和對從被拍攝物出射的反射光進行集光導(dǎo)向分束鏡22的功能。

物鏡27的光軸與鉛直方向平行，因此與平面形狀的孔底面Wb垂直。另外，朝向物鏡27的照明光的入射方向與光軸平行，物體光學(xué)系統(tǒng)200的配置被確定為照明光中心與光軸一致。

如果細胞球體Sp對光L2不具有透過性，經(jīng)由孔底面Wb入射的光L2會在細胞球體Sp表面反射。另一方面，細胞球體Sp對光L2具有一定程度的透過性時，光L2進入至細胞球體Sp內(nèi)會被其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)物反射。例如利用近紅外線作為光L2，能夠使入射光到達細胞球體Sp內(nèi)部。來自細胞球體Sp的反射光成為散射光朝向各個方向輻射。其中輻射到物鏡27的集光范圍內(nèi)的光L4，被物鏡27會聚發(fā)送分束鏡22。

在細胞球體Sp的表面或者內(nèi)部的反射面被反射的反射光L4與被參照鏡24反射的參照光L5，經(jīng)由分束鏡22入射光檢測器26。此時，由反射光L4和參照光L5之間的相位差引起干涉，但是干涉光的光譜根據(jù)反射面的深度不同。即，干涉光的光譜具有被拍攝物的深度方向的信息。因此，通過將干涉光按照波長分光檢測光量，對被檢測的干涉信號進行傅里葉變換，能夠求出被拍攝物的深度方向的反射光強度分布。基于這樣的原理的OCT拍攝技術(shù)，被稱為傅里葉域(Fourier Domain)OCT(FD-OCT)。

在本實施方式的拍攝單元20中，在來自分束鏡22至光檢測器26的干涉光的光程上設(shè)有分光器25。分光器25可以使用例如利用棱鏡的、利用衍射光柵的等。干涉光被分光為各個波長分量由光檢測器26受光。

通過對按照光檢測器26檢測的干涉光從光檢測器26輸出的干涉信號進行傅里葉變換，求出細胞球體Sp在光束L2的入射位置的深度方向即Z方向的反射光強度分布。通過將入射孔W的光束L2在X方向行進，求出與XZ平面平行的平面的反射光強度分布，能夠基于該結(jié)果作成將該平面作為截面的細胞球體Sp的斷層圖像。

如圖2A的點線箭頭所示，將相對孔W的拍攝單元20的相對位置沿Y方向分多個階段變更，并每次進行斷層圖像的拍攝。由此，如圖2B所示，能夠獲得在與XZ平面平行的截面對細胞球體Sp進行斷層拍攝的多個斷層圖像It。如果將Y方向的行進間距縮小，就能夠獲得足夠把握細胞球體Sp的立體結(jié)構(gòu)的分辨率的圖像數(shù)據(jù)。拍攝單元20的所述各部的行進移動是由從CPU31接受控制指令的行進驅(qū)動機構(gòu)40動作來實現(xiàn)。

需要說明的是，所述說明中，拍攝單元20利用分束鏡22使來自被拍攝物的反射光和來自參照鏡24的參照光產(chǎn)生干涉。但是，作為OCT裝置除這些以外還有利用光纖耦合器使反射光和參照光發(fā)生干涉的，如下所述，在本實施方式中也可以利用這種類型的OCT裝置。

圖3是示出本圖像處理裝置的動作的流程圖。此動作通過CPU31執(zhí)行事先寫入存儲器37的控制程序，控制裝置各部使各部進行規(guī)定的動作來實現(xiàn)。最初，由用戶或者搬運機器人將共同承載有需要拍攝的細胞球體Sp和培養(yǎng)液的孔板Wp安裝到保持部1(步驟S101)。CPU31控制拍攝單元20和行進驅(qū)動機構(gòu)40，對被拍攝物即孔W內(nèi)的細胞球體Sp進行斷層拍攝(步驟S102～S104)。

更詳細地，通過行進光束L2將對孔W的入射位置沿X方向變化，由光檢測器26檢測各位置的干涉光，取得與XZ平面平行的截面的干涉信號(S102)。被數(shù)字數(shù)據(jù)化的干涉信號記憶保存在存儲器37。行進驅(qū)動機構(gòu)40將對孔W的拍攝單元20的相對位置沿Y方向以規(guī)定的間距進行變更(步驟S103)，且至對整個孔W的拍攝結(jié)束為止(步驟S104)反復(fù)進行所述處理。

基于這樣在孔W的各個位置獲得的干涉信號，信號處理部33算出各個位置的深度反向的反射光強度分布(步驟S105)。而且，信號處理部33基于X方向的各個位置的反射光強度分布，作成表示孔W內(nèi)的與XZ平面平行的1個截面的斷層圖像的斷層圖像數(shù)據(jù)(步驟S106)。在Y方向的各個位置同樣作成斷層圖像數(shù)據(jù)。做成的斷層圖像數(shù)據(jù)記憶保存在圖像存儲器36。

基于這樣獲得的斷層圖像數(shù)據(jù)，3D還原部34作成與細胞球體Sp的立體像對應(yīng)的3D圖像數(shù)據(jù)(步驟S107)。具體地，通過例如對在Y反向上離散性取得的斷層圖像數(shù)據(jù)在Y方向上插補，能夠獲得3D圖像數(shù)據(jù)。由于從斷層圖像數(shù)據(jù)作成3D圖像數(shù)據(jù)的技術(shù)已經(jīng)被實用化，因此省略詳細說明。

其次，對在被設(shè)置在分束鏡22和孔底面Wb之間的物體光學(xué)系統(tǒng)200設(shè)置光限制構(gòu)件28的意義進行說明。首先，參照圖4A至圖4C對不設(shè)置光限制構(gòu)件的普通結(jié)構(gòu)的OCT裝置的問題點進行說明。為易于理解，對與所述的圖像處理裝置1的結(jié)構(gòu)相同或者對應(yīng)的結(jié)構(gòu)標(biāo)注相同符號，省略說明。

OCT裝置檢測信號光(圖2A的光L4)和從參照鏡24出射的參照光(圖2A的光L5)的干涉光分量，求出來自被拍攝物的反射光強度分布，所述信號光是照明光由被拍攝物(細胞球體Sp)散射成的散射光。參照光的光程長度選成與來自被拍攝物的反射光的光程長度相同程度。由此，光程長度中來自被拍攝物的界面的反射光和參照光發(fā)生干涉，所述被拍攝物的界面位于假設(shè)與參照鏡24相等位置的假想的基準(zhǔn)面(參照基準(zhǔn)面)的附近。從該干涉光能夠檢測出存在被拍攝物的界面。

但是，經(jīng)由具有透光性的孔底面Wb對孔W內(nèi)的細胞球體Sp進行拍攝時，需要入射被拍攝物即細胞球體Sp的照明光的一部分被孔底面Wb反射。在孔底面Wb有可能發(fā)生以下2種反射，在與孔W中承載的培養(yǎng)基接觸的一側(cè)即孔內(nèi)底面的反射、入射照明光的一側(cè)即孔外底面的反射，但是本說明書中將包含這兩種的概念稱為“孔底面Wb”。特別是作成平滑的面會產(chǎn)生強烈的正反射光。

圖4A至4C是示出不設(shè)置光限制構(gòu)件的結(jié)構(gòu)的問題點的圖。圖4A是設(shè)置物鏡27的結(jié)構(gòu)的例子。如圖4A所示，需要獲得高倍率的圖像設(shè)有物鏡27的結(jié)構(gòu)中，為使照明光會聚到細胞球體Sp，并對從細胞球體Sp輻射的反射光進行高效集光，將物鏡27的焦點(物體側(cè)焦點)大致調(diào)整到細胞球體Sp。即，在鉛直方向(Z方向)，物鏡27和細胞球體Sp之間的距離設(shè)定成與物鏡27的焦點距離f相同程度。

如圖中實線箭頭所示，在圖4A所示的具有物鏡的結(jié)構(gòu)，圖4B所示的未設(shè)置物鏡的結(jié)構(gòu)中的任一個，入射孔底面Wb的照明光的一部分都有可能正反射。在孔底面Wb附近存在細胞球體Sp時，由于來自孔底面Wb的正反射光和圖中虛線所示的來自細胞球體Sp的反射光以微小的光程長度差耦合產(chǎn)生干涉。即，來自孔底面Wb的正反射光，模擬地起到參照光同樣的作用。

因此，如圖4C所示，來自被檢測的反射光強度分布求出的被拍攝物的斷層圖像成為以下結(jié)果，除由參照鏡24的位置確定的原來的參照基準(zhǔn)面Sr之外，恰似存在與孔底面Wb的位置對應(yīng)的模擬參照基準(zhǔn)面Sv。具體地，在參照基準(zhǔn)面Sr的附近出現(xiàn)的原來的細胞球體的像Ir上重疊有圖像噪聲即在正反射光的模擬參照基準(zhǔn)面Sv附近出現(xiàn)的重影的細胞球體的像Iv的圖像。這種圖像噪聲是被稱為相干噪聲的一種，有時尤其被稱為自相關(guān)噪聲。

此時的圖像噪聲是因為孔底面Wb恰似起到參照鏡一樣的作用而產(chǎn)生的。因此只要使來自孔底面Wb的正反射光不入射光檢測器26就不會產(chǎn)生。本實施方式的光限制構(gòu)件28就是為應(yīng)對該問題而設(shè)置的，具有局部限制通過的光的功能。

圖5A至5B是示出光限制構(gòu)件的結(jié)構(gòu)的圖。另外，圖6A至6C是示出光限制構(gòu)件的作用的圖。更詳細地，圖5A是示出光限制構(gòu)件28的配置的圖，圖5B是示出光限制構(gòu)件28具有的透過圖案的圖。另外，圖6A和圖6B是示出通過光限制構(gòu)件28的光的光程的圖，圖6C是說明透過圖案的設(shè)定例的圖。需要說明的是，在圖6A和圖6B中示出了將物體光學(xué)系統(tǒng)200的朝向旋轉(zhuǎn)90度的狀態(tài)。

如圖5A和圖5B所示，光限制構(gòu)件28在對于照明光透明的平板形狀的基體材料281的表面，形成有具有透過圖案的光限制膜282，所述透過圖案規(guī)律性的配置有高透過部P1和低透過部P2，所述高透過部P1對照明光具有較高透過率，所述低透過部P2對照明光的透過率比高透過部P1低。光限制膜282能夠使用例如金屬蒸鍍膜。可以將高透光部P1的透過率設(shè)為例如100％，將低透過部P2的透過率設(shè)為例如0％，但不限于此。即，高透過部P1的透過率也可以不足100％，而且低透過部P2的透過率也可以大于0％。需要說明的是，為回避由物體光學(xué)系統(tǒng)200內(nèi)的多重反射引起的弊端，低透過部P2優(yōu)選具有吸光性的，或者散射入射光的。

光限制構(gòu)件28隔著物鏡27被設(shè)置在與被拍攝物相反的一側(cè)。例如可以配置在物鏡27的焦點位置附近，但可以不用嚴格配置在焦點位置。在光限制構(gòu)件28被設(shè)置在物鏡27的焦點位置時，物鏡27和光限制構(gòu)件28之間的距離成為物鏡27的焦點距離f。

光限制膜282可以設(shè)置在基體材料281的上表面(物體側(cè))、下表面(光源側(cè))的任何一方。設(shè)有光限制膜282一方的基體材料表面，起到管理光的通過的有效光限制面的作用。需要說明的是光限制構(gòu)件28不限于基體材料和光限制膜的組合。也可以是例如在起到低透過部作用的具有遮光性的平板上，設(shè)有相當(dāng)于高透過部的開口的。

參照圖5B對光限制構(gòu)件28具有的透過圖案進行說明。如圖中點線所示，光限制構(gòu)件28的光限制膜282具有的透過圖案中對光的通過限制有效起到作用的是，大致以與物鏡27的光軸AX相交的點C為中心以物鏡27的有效半徑為半徑的圓形區(qū)域。以下將該區(qū)域稱為有效區(qū)域Re。在有效區(qū)域Re中高透過部P1和低透過部P2配置成以下方式。

有效區(qū)域Re由通過點C被等角度間隔配置的3條直線，劃分成互相全等的6個扇形。而且，對于6個扇形高透過部P1和低透過部P2交替分配。因此，配置成1個高透過部P1的2側(cè)被2個低透過部P2夾住，1個低透過部P2的2側(cè)被2個高透過部P1夾住。而且，整個圖案以點C為中心具有120度和240度的旋轉(zhuǎn)對稱性，但是不具有180度的旋轉(zhuǎn)對稱性。

在此，對于包含在高透過部P1的任意的1點Q1，考慮關(guān)于點C即以點C作為對稱中心的點對稱的點Q2時，點Q2必然包含在低透過部P2。同樣地，與低透過部P2內(nèi)的任意的點處于對稱位置的點必然包含在高透過部P1。

參照圖6A至圖6C對這樣做的理由進行說明。圖6A的光限制構(gòu)件28相當(dāng)于圖5B的A-A線截面圖。在光限制膜282中的有效區(qū)域Re內(nèi)，比物鏡27的光軸AX靠上側(cè)為高透過部P1，靠下側(cè)為低透過部P2。實線箭頭示出來自位于圖中左側(cè)的光源入射的照明光的光程。入射高透過部P1的照明光L21由物鏡27向光軸AX側(cè)折射，入射位于物鏡27的焦點位置附近的反射面S。

在反射面S的正反射光L41以與入射角相同的反射角出射，經(jīng)由物鏡27朝向光限制構(gòu)件28。該反射光L41入射光限制膜282的位置與入射光L21入射的位置關(guān)于C點為點對稱的位置。因此，正反射光入射光限制膜282的低透過部P2。所以，朝向比光限制構(gòu)件28更靠光檢測器側(cè)(圖中左側(cè))行進的光被光限制膜282遮擋。圖中以點線表示的箭頭，示出不受光限制膜282的限制行進時的光的路線。

另一方面，入射光限制膜282的低透過部P2的光L22，被光限制膜282遮擋不會透過到物鏡27側(cè)。如點線箭頭所示，假設(shè)入射光L22透過光限制膜282，經(jīng)由物鏡27入射反射面S正反射的光L42，通過光限制膜282的高透過部P1出射到光檢測器側(cè)。但是，由于入射光L22被光限制膜282遮擋，因此這樣的正反射光的出射不會實現(xiàn)。

這樣，對于來自光源21經(jīng)由物體光學(xué)系統(tǒng)200入射反射面S在反射面S被正反射返回物體光學(xué)系統(tǒng)200的光，在來自光源21側(cè)朝向反射面S側(cè)的圖中向右的光程，或者來自反射面S側(cè)朝向光檢測器26的圖中向左的光路中任一個，設(shè)有低透過部P2。因此，來自光限制構(gòu)件28朝向光檢測器側(cè)出射的正反射光被大幅降低。

對此，如圖6A的虛線箭頭所示，來自反射面S的散射光L43朝向各個方向出射。因此，一部分光被光限制面282的低透過部P2遮擋，其他一部分通過光限制膜282的高透過部P1出射到光檢測器側(cè)。被物鏡27集光的散射光被遮擋的比率取決于高透過部P1和低透過部P2的面積比。

如上所述，光限制構(gòu)件28通過在來自反射面S的正反射光的光程上設(shè)置低透過部P2，能夠可靠衰減來自反射面S的正反射光，另一方面以一定比率通過散射光。在位于物鏡27的焦點位置附近的孔底面Wb和細胞球體Sp內(nèi)的界面起到反射面S的作用時，來自細胞球體Sp的散射光成為檢測目標(biāo)的信號光L4，另一方面來自孔底面Wb的正反射光起到模擬參照光的作用產(chǎn)生圖像噪聲。

在本實施方式中，正反射光相對由物鏡27集光經(jīng)由光限制構(gòu)件28透過到光檢測器26側(cè)的光的信號光的比率被大幅降低，信號光的S/N比被大幅改善。即，能夠大幅降低由來自孔底面Wb的正反射光起到模擬參照光的作用引起的圖像噪聲。

圖6B出示更普通的透過圖案。在圖6A的示例中比物鏡27的光軸AX靠上側(cè)成為高透過部P1，靠下側(cè)成為低透過部P2。如圖6B所示的是更普通的透過圖案，在物鏡27的右側(cè)焦點位置假設(shè)設(shè)定與光軸AX垂直的反射面S，在從透過圖案TP的左側(cè)入射經(jīng)由物鏡27在反射面S正反射的光的光程上必須存在低透過部P2那樣的圖案，起到與所述同樣的作用。

但是，即使是例如以通過點C的單一直線將有效區(qū)域Re二等分那樣的透過圖案，也可以構(gòu)成為使所述的在孔底面Wb的正反射光不入射光檢測器26。但是，此時入射試樣的照明光的集光角度范圍和被物鏡27集光入射光檢測器26的光信號的引入角度范圍被限制。其結(jié)果，光學(xué)系統(tǒng)的有效的NA變小，導(dǎo)致分辨率降低。為防止產(chǎn)生這樣的NA下降，光限制構(gòu)件28的透過圖案關(guān)于與物鏡27的光軸AX相交的點C具有旋轉(zhuǎn)對稱性成為必要條件。

根據(jù)所述，為了在不降低拍攝分辨率的情況下降低由來自孔底面Wb的正反射光引起的圖像噪聲，需要以滿足以下2個條件的方式設(shè)置光限制構(gòu)件28的有效區(qū)域Re內(nèi)的透過圖案。

(1)關(guān)于與物鏡27的光軸AX相交的點C具有旋轉(zhuǎn)對稱性，

(2)關(guān)于點C，與高透過部P1內(nèi)的任意1點處于點對稱位置的點包含在低透過部P2。

圖6C是示出一例透過圖案基本的設(shè)定方法。如圖所示，由通過點C的3以上的奇數(shù)條直線(圖以虛線表示)將有效區(qū)域Re等角度間隔劃分，相對被劃分的扇形各個區(qū)域，以交替排列的方式分配高透過部P1和低透過部P2即可。由此，有效區(qū)域Re內(nèi)的透過圖案的高透過部P1和低透過部P2面積相同，散射光(信號光)被光限制構(gòu)件28遮光的概率為50％。假如散射光均勻的出射到物鏡側(cè)時，散射光中的一半將通過光限制構(gòu)件28?？煽康卣诠庹瓷涔馇彝ㄟ^光限制構(gòu)件28的散射光的光量在此時成為最大。

另一方面，正反射光經(jīng)由低透過部P2受到很大衰減，S/N比的改善效果大。將有效區(qū)域Re以偶數(shù)條直線劃分時，高透過部彼此，低透過部彼此被分配到點對稱的位置，得不到所述效果。

圖7A至7C是示出透過圖案的其他例的圖。如果劃分有效區(qū)域Re的直線數(shù)量為3以上的奇數(shù)條則為任意數(shù)量，在圖7A的示例中，在虛線所示的以通過點C的9條直線等分的18個區(qū)域中，交替分配有高透過部P1和低透過部P2。另外，如圖7B所示，也可以為被奇數(shù)條直線劃分的各個區(qū)域由以點C為中心的1個或者多個圓在直徑方向上被進一步劃分，在圓周方向和直徑方向的兩方面交替排列高透過部P1和低透過部P2的配置。此時，關(guān)于點C與高透過部P1中任一點處于點對稱位置的點包含在低透過部P2，且整個透過圖案具有旋轉(zhuǎn)對稱性。

另外，如圖7C所示，在被劃分的如上所述各個區(qū)域分配有高透過部P1和低透過部P2，而且，也可以是低透過部P2從區(qū)域的邊界向高透過部P1側(cè)凸出一些的圖案。在這樣的透過圖案中，關(guān)于點C與低透過部P2的一部分處于點對稱的位置也在低透過部P2。即，有時對于低透過部P2位于相互點對稱位置的2個點均包含在低透過部P2。

與高透過部P1中的任意的位置處于點對稱的位置的點全部包含在低透過部P2。因此，依然保持著抑制在孔底面Wb的正反射光入射光檢測器26的功能。由于低透過部P2的面積進一步擴大，能夠更有效地抑制正反射光朝向光檢測器26泄漏。另一方面，由于高透過部P1的面積減少而低透過部P2的面積增大，所以信號光的衰減也變大一些。尤其在由正反射光的泄漏引起的圖像噪聲成為問題的類型中，有時這樣的透過圖案就變得有效。

從對信號光進行最高效集光的觀點出發(fā)，最優(yōu)選高透過部P1和低透過部P2的面積相等的狀態(tài)。在高透過部P1一方的面積變大的類型中，由于存在正反射光不受低透過部P2的衰減通過光限制構(gòu)件28的光程，導(dǎo)致圖像噪聲增大，所以不優(yōu)選。

圖8A至8B是示出光限制構(gòu)件的效果的圖。本申請發(fā)明人在圖2A所示的構(gòu)成中，遮擋來自參照鏡24的參照光的光程作為參照光L5不入射光檢測器26的狀態(tài)，僅檢測來自適當(dāng)?shù)谋粰z測物的反射光測量了深度方向的反射光強度分布。圖8A是不設(shè)置光限制構(gòu)件28進行測量的例子，圖8B是設(shè)置光限制構(gòu)件28進行測量的例子。透過圖案使用了圖7A所示的透過圖案。

如圖8A所示，在不設(shè)置光限制構(gòu)件時，除在深度0.03mm、0.07mm、0.1mm附近看到由光學(xué)系統(tǒng)引起的重影信號之外，在各處出現(xiàn)細小峰值，這些是由被拍攝物的自相關(guān)信號引起的。另一方面，如圖8B所示，設(shè)置光限制構(gòu)件28時，尤其在深度0.04mm至0.15mm范圍的自相關(guān)信號被大幅降低，顯示了光限制構(gòu)件28起到的重影抑制效果。

如上所述，在本實施方式中，對孔W的底面Wb附近存在的細胞球體等的被拍攝物經(jīng)由孔底面Wb進行拍攝時，光限制構(gòu)件28隔著物鏡27被配置在與被拍攝物的相反的一側(cè)。光限制構(gòu)件28具有交替且規(guī)律地配置有高透光部P1和低透光部P2的透過圖案，使來自被拍攝物的信號光(散射光)以一定程度的概率通過，且將來自孔底面Wb的正反射光有選擇性地遮擋。

由此，在本實施方式中，由于正反射光起到模擬參照光的作用，所以能夠有效地抑制重影圖像噪聲。即，能夠?qū)碜钥椎酌婺菢拥钠矫嫘螤畹臉?gòu)造物的正反射光有選擇性地遮擋且對來自被拍攝物的信號光以高S/N比進行檢測。因此，尤其在利用高倍率物體光學(xué)系統(tǒng)的拍攝中，能夠取得以優(yōu)異的分辨率表現(xiàn)被拍攝物的細微結(jié)構(gòu)的斷層圖像。

本實施方式中，通過設(shè)置適當(dāng)設(shè)定有透過圖案的光限制構(gòu)件28，能夠?qū)崿F(xiàn)使來自被拍攝物的散射光入射光檢測器26，并使來自孔底面Wb的正反射光達不到光檢測器26的結(jié)構(gòu)。因此，沒必要像現(xiàn)有技術(shù)那樣利用擋板開關(guān)信號光的光程，或者進行來自被檢測的光事后去除正反射光分量的處理。因此，在結(jié)構(gòu)的簡易度和處理速度方面比現(xiàn)有技術(shù)更優(yōu)異。

需要說明的是，如圖2A所示，所述實施方式的拍攝單元20是利用分束鏡22將信號光L4和參照光L5耦合產(chǎn)生干涉。另一方面，作為OCT拍攝裝置中能夠?qū)⒐獠ǚ种Щ蛘唏詈系母鞣N光分路器，已知的除有這樣的分束鏡之外還有利用例如光纖耦合器產(chǎn)生干涉的。如下說明，也可以通過在所述結(jié)構(gòu)的裝置中設(shè)置與本實施方式同樣的光限制構(gòu)件來實現(xiàn)降低圖像噪聲。

圖9A至9B是示出OCT裝置的其他構(gòu)成例的圖。另外，為易于理解，在以下說明中對與其他實施方式的結(jié)構(gòu)相同或者相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)標(biāo)注相同的符號。其結(jié)構(gòu)和功能，除有特別說明以外與所述實施方式基本相同，省略詳細說明。

在圖9A的示例中，拍攝單元20a包括替代分束鏡22作為光分路器的光纖耦合器210。由于檢測由光纖耦合器的干涉光的OCT拍攝原理已為公知，省略詳細說明。

構(gòu)成光纖耦合器210的1個光纖211與光源21連接，來自光源21出射的低相干光由光纖耦合器210分支成朝向2個光纖212、214的光。光纖212構(gòu)成物體側(cè)光程。更具體地，從光纖212的端部出射的光經(jīng)由準(zhǔn)直透鏡213入射物體光學(xué)系統(tǒng)200。來自被拍攝物的反射光(信號光)經(jīng)由物體光學(xué)系統(tǒng)200、準(zhǔn)直透鏡213入射光纖212。

另外的光纖214構(gòu)成參照系統(tǒng)光程。更具體地，從光纖214的端部出射的光經(jīng)由準(zhǔn)直透鏡215入射參照鏡24。來自參照鏡24的反射光(參照光)經(jīng)由準(zhǔn)直透鏡215入射光纖214。光纖212傳輸?shù)男盘柟夂凸饫w214傳輸?shù)膮⒄展庠诠饫w耦合器210干涉，干涉光經(jīng)由光纖216和分路器25入射光檢測器26。從被光檢測器26受光的干涉光求出被拍攝物的反射光的強度分布與所述實施方式同樣。

在本例中，在構(gòu)成物體系統(tǒng)光程的準(zhǔn)直透鏡213和物鏡27之間配置光限制構(gòu)件28。其結(jié)構(gòu)和功能與所述實施方式相同，有選擇性地遮擋來自孔底面Wb的正反射光，并將來自被拍攝物的散射光作為信號光導(dǎo)向光纖212。

在如圖9B的示例中，也在拍攝單元20b設(shè)有光纖耦合器210。但是沒有使用光纖214，在從光纖212出射的光的光程設(shè)有分束鏡217作為準(zhǔn)直透鏡213和光分路器。而且，與所述實施方式同樣，在由分束鏡217分支的2個光程分別配置物體光學(xué)系統(tǒng)200、參照鏡24。在這樣的結(jié)構(gòu)中信號光和參照光由分束鏡217耦合，由此生成的干涉光通過光纖212、216導(dǎo)向光檢測器26。

在本例中，也在分束鏡217和物鏡27之間配置光限制構(gòu)件28。由此，抑制在孔底面Wb反射的正反射光入射分束鏡217，能夠僅將散射光作為信號光導(dǎo)向光檢測器26。這樣，對于具有圖9A、圖9B所示結(jié)構(gòu)的拍攝裝置，通過設(shè)置光限制構(gòu)件28，也能夠防止發(fā)生由來自孔底面Wb的正反射光引起圖像噪聲。

如上說明的那樣，本實施方式的圖像處理裝置1相當(dāng)于將細胞球體Sp等作為“被拍攝物”的本發(fā)明的“拍攝裝置”。而且，拍攝單元20、20a、20b分別起到本發(fā)明的“檢測單元”的作用，控制單元30起到“信號處理裝置”的作用。另外，光限制構(gòu)件28起到本發(fā)明的“光限制部”的作用，與物鏡27共同構(gòu)成本發(fā)明的“物體光學(xué)系統(tǒng)”。另外，在光限制構(gòu)件28的基體材料281的表面形成的光限制膜282對應(yīng)本發(fā)明的“遮光性表面層”。

需要說明的是，本發(fā)明并不限定于如上所述的實施方式，在不脫離發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)可以進行除所述以外的各種變更。例如，所述實施方式的光限制構(gòu)件28在具有透光性的平板形狀的基體材料281的一面形成有具有遮光性的光限制膜282。但是，本發(fā)明的“光限制部”不限定于這樣的結(jié)構(gòu)。例如如上所述，也可以是在作為低透過部P2的具有遮光性的平板形狀的構(gòu)件上，設(shè)有作為高透過部P1的開口結(jié)構(gòu)。另外，光限制部不限定于平板形狀，也可以是具有更復(fù)雜形狀的構(gòu)件的一部分具有起到本發(fā)明的“光限制面”的作用的平面部的結(jié)構(gòu)。也可以是例如支撐物鏡的筒體的壁面中與物鏡對置的一面起到光限制面的作用的結(jié)構(gòu)。

另外，所述實施方式是，使用包含廣范圍波長分量的照明光，根據(jù)每個波長的干涉強度求出深度方向的反射光強度分布的，即傅里葉域OCT拍攝裝置。但是，本發(fā)明除此之外也適用于利用OCT拍攝原理進行斷層拍攝的各種拍攝裝置，例如時間域(Time Domain)OCT拍攝裝置。

另外，作為所述實施方式的控制單元30，可以利用個人計算機或工作站等普通結(jié)構(gòu)的通用處理裝置。即，也可以通過組合拍攝單元20、行進驅(qū)動機構(gòu)40、拍攝裝置及個人計算機等構(gòu)成圖像拍攝裝置1，所述拍攝裝置具有用于動作所述拍攝單元20、所述行進驅(qū)動機構(gòu)40的最小限度的控制功能，所述個人計算機等通過執(zhí)行描述所述處理內(nèi)容的控制程序起到控制單元30的作用。

以上，如示例具體地實施方式進行說明的那樣，在本發(fā)明中，例如透過圖案也可以是高透過部和低透過部在多個扇形上交替分配的圖案，多個所述扇形由在一點相交等角度間隔配置的三根以上的奇數(shù)條直線將以該點為中心的圓劃分而成。這樣設(shè)定的透過圖案具備有選擇地限制正反射光的條件，能夠防止由有效的數(shù)值孔徑的降低引起的分辨率的降低，并在成為信號光的來自被拍攝物的散射光和正反射光之間確保高S/N比。

另外例如光限制面也可以構(gòu)成為，關(guān)于物鏡的光軸通過的點與低透過部內(nèi)的任意的點處于點對稱位置的點包含在高透過部。從可靠地限制正反射光的通過的目的出發(fā)，至少使與高透過部內(nèi)的點處于點對稱的位置的點位于低透過部內(nèi)即可。從這點出發(fā)，與低透過部內(nèi)的點處于點對稱的位置的點也可以位于低透過部內(nèi)。但是，低透過部的面積增加等同于遮擋信號光的面積增大，導(dǎo)致被檢測的信號光的光量變少。設(shè)置成與高透過部內(nèi)的任意的點處于點對稱的位置的點位于低透過部，與低透過部內(nèi)的任意的點處于點對稱的位置的點位于高透過部，無非就是將有效起到光限制面作用的區(qū)域的高透過部和低透過部的面積設(shè)為相等，此時能夠使通過光限制面的信號光的光量最大化。

另外例如低透過部也可以具有光吸收性或者散射性。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，能夠抑制被低透過部反射的光成為雜散光產(chǎn)生新的圖像噪聲。

另外例如光限制面也可以配置在物鏡的焦點位置。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，能夠獲得與在焦點位置設(shè)有孔徑光闌的物體側(cè)遠心(telecentric)光學(xué)系統(tǒng)同樣地效果，即即使被拍攝物的深度方向位置發(fā)生變化，像的大小也不會變化的特性。

另外例如光限制部也可以在具有遮光性的平板上局部地設(shè)置有作為高透過部的開口。或者，光限制部也可以在具有遮光性的平板上局部地形成有作為低透過部的遮光性表面層。根據(jù)任一個結(jié)構(gòu)都能使成為信號光的散射光通過，并有選擇地限制成為噪聲源的正反射光。

另外例如所述物鏡也可以配置成光軸相對壁面垂直。作為不使正反射光入射檢測單元的結(jié)構(gòu)，可以考慮將物鏡的光軸相對壁面傾斜。但是，尤其在高倍率拍攝中利用NA大的光學(xué)系統(tǒng)時，想要完全遮擋正反射光就必須加大光軸的傾斜，因此不現(xiàn)實。即使在這種情況下，通過使用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，無需傾斜光軸，無需降低光學(xué)系統(tǒng)的NA，就能夠利用光限制部限制正反射光，能夠抑制圖像噪聲的發(fā)生。

另外例如也可以構(gòu)成為，光源出射具有多個波長分量的光，檢測單元對干涉光進行分光，將每個波長分量的光強度作為干涉信號輸出。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，利用產(chǎn)生干涉的反射面的深度根據(jù)波長不同這點，無需機械性的改變參照光的光程長度就能夠求出深度方向的反射光強度分布。因此，能夠在短處理時間取得斷層圖像。

另外，檢測單元例如也可以構(gòu)成為，包括：光分路器，具有將來自光源的光分支為多個的功能和將信號光與參照光合成的功能；參照鏡，使從光分路器出射的參照光朝向光分路器反射以確定所述參照光的光程長度；以及光檢測器，將從光分路器出射的信號光和參照光的合成光作為接受光輸出干涉信號。具有這種結(jié)構(gòu)的檢測單元的拍攝裝置是已知的OCT拍攝裝置，能夠很好地適用于取得斷層圖像的目的上。

本發(fā)明能夠很好地適用于整個OCT拍攝技術(shù)。尤其能夠很好的適用于對在孔板等的容器中培養(yǎng)的細胞、細胞集落進行拍攝的醫(yī)學(xué)、生物化學(xué)及制藥領(lǐng)域。