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JP6908390B2 - Imaging method and imaging device - Google Patents
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Description

この発明は、被撮像物からの反射光と参照光との干渉光成分を検出して撮像を行う技術に関し、特に光透過性を有する容器の壁部を介して被撮像物を撮像する技術に関するものである。 The present invention relates to a technique of detecting an interference light component between reflected light from an imaged object and reference light to perform imaging, and particularly to a technique of imaging an imaged object through a wall portion of a container having light transmission. It is a thing.

医学や生化学の技術分野では、容器中で培養された細胞や微生物を観察することが行われる。観察対象となる細胞等に影響を与えることなく観察を行う方法として、顕微鏡等を用いて細胞等を撮像する技術が提案されている。このような技術の1つとして、光コヒーレンストモグラフィ(Optical Coherence Tomography;OCT)技術を利用したものがある。この技術は、光源から出射される低コヒーレンス光を照明光として被撮像物に入射させ、被撮像物からの反射光(信号光)と光路長が既知である参照光との干渉光を検出することで、被撮像物からの反射光の深さ方向における強度分布を求めて断層画像化するものである。 In the technical fields of medicine and biochemistry, observation of cells and microorganisms cultured in a container is performed. As a method of observing cells or the like to be observed without affecting them, a technique of imaging cells or the like using a microscope or the like has been proposed. As one of such techniques, there is one using optical coherence tomography (OCT) technique. In this technique, low coherence light emitted from a light source is incident on an imaged object as illumination light, and interference light between reflected light (signal light) from the imaged object and reference light having a known optical path length is detected. Therefore, the intensity distribution of the reflected light from the imaged object in the depth direction is obtained and a tomographic image is formed.

OCT撮像技術においては、画像品質に影響を与える因子として、被撮像物から反射される信号光を集光する物体光学系の焦点の設定位置と、信号光の光路上において信号光の光路長が参照光の光路長と等しくなる仮想的な面である参照基準面(コヒーレンスゲートとも呼ばれる)の設定位置とがある。すなわち、信号光に被撮像物の鮮明な情報が含まれるのは焦点位置の近傍であり、干渉光の強度が強くなり被撮像物の情報を精度よく取り出せるのは参照基準面の近傍である。良好な画像品質を得るためにはこれらの設定位置の調整が必要となる。しかしながら、撮像されたときの焦点位置および参照基準面の位置がどこにあったについては、撮像により得られた断層画像からは読み取れない。このため、詳しい知識を有していないユーザがこれらの設定を適切に行うことは容易でない。 In OCT imaging technology, the factors that affect the image quality are the setting position of the focal point of the object optical system that collects the signal light reflected from the object to be imaged and the optical path length of the signal light on the optical path of the signal light. There is a set position of a reference reference plane (also called a coherence gate), which is a virtual plane equal to the optical path length of the reference light. That is, the signal light includes clear information of the imaged object in the vicinity of the focal position, and the intensity of the interference light becomes strong and the information of the imaged object can be accurately extracted in the vicinity of the reference reference plane. In order to obtain good image quality, it is necessary to adjust these set positions. However, the position of the focal point and the position of the reference reference plane at the time of imaging cannot be read from the tomographic image obtained by imaging. Therefore, it is not easy for a user who does not have detailed knowledge to make these settings properly.

信号光の光路長と参照光の光路長との光路長差を調整することで所期の品質の断層画像を得ようとする技術としては、例えば特許文献1に記載されたものがある。この技術は、コヒーレンスゲートの位置を多段階に変更しながら撮像を行い、それぞれで得られた画像からコヒーレンスゲートの最適位置を求めるというものである。この技術は眼科用機器を想定したものであり、開示されている装置は網膜を撮像するものである。 As a technique for obtaining a tomographic image of the desired quality by adjusting the optical path length difference between the optical path length of the signal light and the optical path length of the reference light, for example, there is one described in Patent Document 1. In this technique, imaging is performed while changing the position of the coherence gate in multiple stages, and the optimum position of the coherence gate is obtained from the images obtained from each. This technique is intended for ophthalmic devices, and the disclosed device images the retina.

特開2016−019635号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-019635

容器中に担持された細胞等を被撮像物とする場合、光透過性を有する容器の壁部(例えば底部)を介して撮像が行われる場合がある。このような場合、信号光は容器壁部を介して集光されることとなり、容器での信号光の屈折により、被撮像物における焦点位置は容器を介さない場合の焦点位置とは異なったものとなる。そして、容器としては壁部の厚さや屈折率において種々のものが使用され得る。このような場合の断層画像における焦点位置を把握する方法は確立されておらず、焦点位置および参照光路長の調整がさらに困難になっているという問題があった。 When cells or the like supported in a container are used as an image to be imaged, imaging may be performed through a wall portion (for example, the bottom portion) of the container having light transmission. In such a case, the signal light is collected through the wall of the container, and due to the refraction of the signal light in the container, the focal position in the object to be imaged is different from the focal position when not passing through the container. It becomes. As the container, various containers can be used in terms of the thickness of the wall portion and the refractive index. A method for grasping the focal position in the tomographic image in such a case has not been established, and there is a problem that the adjustment of the focal position and the reference optical path length becomes more difficult.

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、被撮像物からの反射光と参照光との干渉を利用して容器内の被撮像物を撮像する技術において、容器の壁部を介して撮像される断層画像における焦点位置を特定することのできる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in a technique for imaging an imaged object in a container by utilizing the interference between the reflected light from the imaged object and the reference light, the image is imaged through the wall portion of the container. It is an object of the present invention to provide a technique capable of specifying a focal position in a tomographic image to be performed.

この発明の一の態様は、光透過性の壁部を有する容器に担持された媒質内の被撮像物を断層撮像する撮像方法であって、光源から出射される低コヒーレンス光が分岐された一の分岐光を前記被撮像物に入射させその反射光を前記壁部を介して物体光学系により集光した信号光と、他の一の分岐光から生成され参照ミラーで反射された参照光とが干渉して生じる干渉光を検出し、検出された前記干渉光に応じた干渉信号を出力する工程と、前記干渉信号に基づき前記被撮像物の反射光強度分布を求め、該反射光強度分布から断層画像を作成する工程とを備えている。 One aspect of the present invention is an imaging method for tomographic imaging of an imaged object in a medium supported by a container having a light-transmitting wall portion, wherein low coherence light emitted from a light source is branched. The signal light that is incident on the object to be imaged and the reflected light is focused by the object optical system through the wall portion, and the reference light that is generated from the other branched light and reflected by the reference mirror. The step of detecting the interference light generated by the interference and outputting the interference signal corresponding to the detected interference light, and the reflected light intensity distribution of the object to be imaged based on the interference signal, and the reflected light intensity distribution. It has a process of creating a tomographic image from.

また、この発明の他の態様は、光透過性の壁部を有する容器に担持された媒質内の被撮像物を断層撮像する撮像装置であって、光源から出射される低コヒーレンス光が分岐された一の分岐光を前記被撮像物に入射させその反射光を前記壁部を介して物体光学系により集光した信号光と、他の一の分岐光から生成され参照ミラーで反射された参照光とが干渉して生じる干渉光を検出し、検出された前記干渉光に応じた干渉信号を出力する検出手段と、前記干渉信号に基づき前記被撮像物の反射光強度分布を求め、該反射光強度分布から断層画像を作成する信号処理手段と、前記物体光学系の光軸方向における前記物体光学系の焦点位置を変更する焦点位置調整手段と、前記参照方向の光路に沿った方向における前記参照ミラーの位置を変更するミラー位置調整手段と、前記断層画像における前記物体光学系の焦点位置を算出する焦点位置算出手段とを備えている。 Another aspect of the present invention is an imaging device for tomographic imaging of an image to be imaged in a medium supported by a container having a light-transmitting wall portion, in which low coherence light emitted from a light source is branched. A reference that is generated from the signal light generated by the object optical system and the reflected light reflected by the reference mirror and the signal light that is incident on the object to be imaged and the reflected light is condensed by the object optical system through the wall portion. A detection means that detects interference light generated by interference with light and outputs an interference signal corresponding to the detected interference light, and obtains a reflected light intensity distribution of the object to be imaged based on the interference signal, and the reflection is obtained. A signal processing means for creating a tomographic image from a light intensity distribution, a focus position adjusting means for changing the focal position of the object optical system in the optical axis direction of the object optical system, and the above in a direction along an optical path in the reference direction. The mirror position adjusting means for changing the position of the reference mirror and the focal position calculating means for calculating the focal position of the object optical system in the tomographic image are provided.

そして、これらの発明では、上記目的を達成するため、前記信号光の光路の光学的な長さを物体光路長、前記参照光の光路の光学的な長さを参照光路長とそれぞれ称し、前記壁部の主面のうち、前記物体光学系側の主面を第1主面、前記被撮像物側の主面を第2主面とそれぞれ称し、前記物体光学系の光軸に沿った方向を光軸方向と称し、前記物体光学系の操作に伴う空気中での焦点位置の前記光軸方向の移動量を焦点位置調整量と称し、前記信号光の光路上で前記物体光路長が前記参照光路長と等しい位置にある仮想的な平面を参照基準面と称するとき、前記物体光学系が前記第1主面に合焦するときの前記焦点位置調整量を第1調整量とし、前記物体光学系が前記第2主面に合焦するときの前記焦点位置調整量を第2調整量とし、前記焦点位置調整量が前記第1調整量であるときの前記物体光路長と前記参照光路長とが等しくなる前記参照ミラーの位置よりも、前記参照光路長が所定長さだけ長くなる位置に前記参照ミラーを位置決めすることで、前記参照基準面を前記第1主面と前記第2主面との間に設定し、かつ前記焦点位置調整量を前記第2調整量に設定した状態で、前記干渉信号を取得して前記光軸方向における前記反射光強度分布を求め、該反射光強度分布から求められる前記参照基準面と前記第2主面との光学的距離を第1距離、前記所定長さを第2距離として、前記焦点位置調整量が前記物体光学系を前記第2主面よりも前記被撮像物側で合焦させる第3調整量に設定されて取得された前記干渉信号から求められる前記光軸方向の前記反射光強度分布において、前記第1主面からの前記光軸方向の光学的距離が、前記第3調整量と前記第2調整量との差に、前記媒質の屈折率の2乗を乗じた値と、前記第1距離と、前記第2距離との和で表される位置が、前記物体光学系の焦点位置とされる。 And, in these inventions, to achieve the above object, called the object beam path length of the optical length of the optical path of the signal light, respectively reference optical path length of the optical length of the optical path of the reference light, wherein Of the main surfaces of the wall portion, the main surface on the object optical system side is referred to as the first main surface, and the main surface on the image subject side is referred to as the second main surface, respectively, and the directions along the optical axis of the object optical system. Is referred to as an optical axis direction, the amount of movement of the focal position in the air in the optical axis direction due to the operation of the object optical system is referred to as a focal position adjustment amount, and the object optical path length is the object optical path length on the optical path of the signal light. when referring an imaginary plane which is equal to the reference optical path length position and the reference surface, the position adjustment amount before Kiase point when the object optical system is focused before Symbol first major surface and a first adjustment amount , the position adjustment amount before Kiase point when the object optical system is focused on the front Stories second major surface and the second adjustment amount, the time before Kiase point position adjustment amount is the first adjustment amount By positioning the reference mirror at a position where the reference optical path length is longer than the position of the reference mirror at which the object optical path length and the reference optical path length are equal to each other by a predetermined length, the reference reference plane is set to the first. set between the main surface and the second major surface, and before the Kiase point position adjustment amount in a state set in the second adjustment amount, the reflected light in the optical axis direction to obtain the interference signal obtains the intensity distribution, the first distance optical distance between the reference surface and the second main surface obtained from the reflected light intensity distribution, the predetermined length as the second distance, before Kiase point position adjustment amount In the reflected light intensity distribution in the optical axis direction obtained from the interference signal obtained by setting the object optical system to a third adjustment amount for focusing on the object to be imaged side with respect to the second main surface. optical distance of the optical axis direction from the first main surface, the difference between the second adjustment amount and the third adjustment amount, and a value obtained by multiplying the square of the refractive index of the medium, the first The position represented by the sum of one distance and the second distance is defined as the focal position of the object optical system.

ここで、「反射光強度分布」は、被撮像物における位置と反射光強度との関係を表したものである。また、「焦点位置調整量」とは、物体光学系を操作することで得られる空気中での焦点位置の移動量を意味している。例えば焦点位置調整量を第1調整量から第2調整量に変更した場合、空気中であれば、焦点位置は第1調整量と第2調整量との差に相当する量だけ変化する。一方、容器の壁部を介して容器内の媒質中で合焦させる場合の焦点位置は、容器および媒質の屈折率の影響により空気中での焦点位置および変化量とは一致しない。 Here, the "reflected light intensity distribution" represents the relationship between the position on the image subject and the reflected light intensity. Further, the "focus position adjustment amount" means the amount of movement of the focal position in the air obtained by operating the object optical system. For example, when the focus position adjustment amount is changed from the first adjustment amount to the second adjustment amount, the focus position changes by an amount corresponding to the difference between the first adjustment amount and the second adjustment amount in the air. On the other hand, the focal position when focusing in the medium inside the container through the wall portion of the container does not match the focal position and the amount of change in the air due to the influence of the refractive index of the container and the medium.

光が容器の壁部を通過する場合、その光路長と物理的な長さとは容器の屈折率を介して相互に変換され得る。本発明の場合、焦点位置調整量の変化量と焦点位置の変化量とが容器の屈折率を介して相互に変換可能ということになるが、容器壁部の厚さや屈折率は様々であるため、断層画像における焦点位置を正しく特定することが困難となっている。 When light passes through the wall of a container, its optical path length and physical length can be converted to each other via the index of refraction of the container. In the case of the present invention, the amount of change in the focal position adjustment amount and the amount of change in the focal position can be converted to each other via the refractive index of the container, but since the thickness and the refractive index of the container wall portion vary. , It is difficult to correctly identify the focal position in the tomographic image.

本発明では、以下のようにして断層画像における焦点位置を特定することができる。まず、物体光学系が壁部の主面のうち物体光学系側の第1主面に合焦するときの物体光学系の焦点位置調整量を第1調整量とする。また、壁部の主面のうち第1主面とは反対の、つまり被撮像物側の第2主面に合焦するときの物体光学系の焦点位置調整量を第2調整量とする。第1主面および第2主面は強い反射面であるから、例えば物体光学系の焦点位置を変化させながら強い反射光が検出される位置を探索することで特定可能である。 In the present invention, the focal position in the tomographic image can be specified as follows. First, the focal position adjustment amount of the object optical system when the object optical system focuses on the first main surface on the object optical system side of the main surface of the wall portion is defined as the first adjustment amount. Further, the focal position adjustment amount of the object optical system when focusing on the second main surface on the image subject side, which is opposite to the first main surface of the main surface of the wall portion, is defined as the second adjustment amount. Since the first main surface and the second main surface are strong reflecting surfaces, they can be identified by searching for a position where strong reflected light is detected while changing the focal position of the object optical system, for example.

ここで、第1主面からの反射光は容器内を通過していないから、そのときの物体光路長は容器の屈折率に影響されない。したがって、物体光学系が第1主面に合焦するときの物体光路長は第1調整量から特定することができ、このときの物体光路長と参照光路長とを一致させるための参照ミラーの位置も容易に求められる Here, since the reflected light from the first main surface does not pass through the container, the object optical path length at that time is not affected by the refractive index of the container. Therefore, the object optical path length when the object optical system is focused on the first main surface can be specified from the first adjustment amount, and the object optical path length at this time and the reference optical path length of the reference mirror for matching are matched. The position is also easily determined .

一方、参照ミラーを、物体光学系が第1主面に合焦するときの物体光路長と参照光路長とが同じになる位置から参照光路長が長くなる方向に寄った位置に位置決めし、参照基準面を第1主面と第2主面との間、つまり容器壁部の内部に設定した状態を考える。このときの参照光路長の増加量、すなわち本発明の「所定長さ」は、第1主面から参照基準面までの光路長に等しく、したがって容器壁部内に仮想的に設定される参照基準面と第1主面との物理的距離に壁部の屈折率を乗じた値と等しい。 On the other hand, positioning a reference mirror, a position where the object optical system closer to the direction of the object light path length and the reference optical path length from a reference optical path length is the same position becomes longer when focusing on the first main surface, ginseng Consider a state in which the reference plane is set between the first main plane and the second main plane, that is , inside the container wall portion. The amount of increase in the reference optical path length at this time, that is, the "predetermined length" of the present invention is equal to the optical path length from the first main surface to the reference reference surface, and therefore the reference reference surface virtually set in the container wall portion. Is equal to the value obtained by multiplying the physical distance between and the first main surface by the refractive index of the wall portion.

また、同じ状態で取得された干渉信号に基づき求められる反射光強度分布のプロファイルにおいては、入射光の光路上に存在する反射面からの反射光に対応する成分が、参照基準面の位置を基準とする当該反射面の深さに応じた位置に現れる。参照基準面が容器壁部の内部に設定された状態では、参照基準面よりも深い方向、つまり物体光路長が参照光路長よりも長くなる方向において最初に現れる強い反射面は第2主面である。そして、その深さは容器壁部内に仮想的に設定される参照基準面と第2主面との間の光路長に等しく、両者の物理的距離に壁部の屈折率を乗じた値と等しい。この値が本発明の第1距離である。 Further, in the profile of the reflected light intensity distribution obtained based on the interference signal acquired in the same state, the component corresponding to the reflected light from the reflecting surface existing on the optical path of the incident light is based on the position of the reference reference surface. Appears at a position corresponding to the depth of the reflective surface. When the reference reference plane is set inside the container wall, the strong reflective plane that first appears in the direction deeper than the reference reference plane, that is, in the direction in which the object optical path length is longer than the reference optical path length, is the second main surface. be. The depth is equal to the optical path length between the reference reference plane and the second main plane virtually set in the container wall, and is equal to the value obtained by multiplying the physical distance between the two by the refractive index of the wall. .. This value is the first distance of the present invention.

したがって、第1距離と第2距離との和は、光が容器の壁部を通過するときの光路長、いわば壁部の光学的な厚さに相当する。このように、容器の壁部の屈折率や物理的厚さがわかっていなくても、実際に光を入射させて得られる信号を検出することで、容器壁部の屈折率と物理的厚さとの積で表される光学的な厚さを特定することが可能である。 Therefore, the sum of the first distance and the second distance corresponds to the optical path length when light passes through the wall portion of the container, so to speak, the optical thickness of the wall portion. In this way, even if the refractive index and physical thickness of the wall of the container are not known, the refractive index and physical thickness of the wall of the container can be determined by detecting the signal obtained by actually injecting light. It is possible to specify the optical thickness represented by the product of.

さらに、物体光学系を第1主面に合焦させるための第1調整量と第2主面に合焦させるための第2調整量との差は、容器壁部の物理的厚さをその屈折率で除した値に等しい。このように、壁部の物理的厚さに屈折率を乗じた値、および壁部の物理的厚さを屈折率で除した値の双方が求められれば、物理的厚さ、屈折率のそれぞれを個別に求めることも可能である。 Further, the difference between the first adjustment amount for focusing the object optical system on the first main surface and the second adjustment amount for focusing on the second main surface is the physical thickness of the container wall portion. Equal to the value divided by the index of refraction. In this way, if both the value obtained by multiplying the physical thickness of the wall portion by the refractive index and the value obtained by dividing the physical thickness of the wall portion by the refractive index are obtained, the physical thickness and the refractive index are obtained, respectively. Can also be obtained individually.

これらの情報から、焦点位置調整量が第3調整量に設定された状態で取得された断層画像において、実際の焦点位置がどこにあったかを特定することを考える。なお、断層画像における被撮像物の深さ方向位置は撮像時の参照光路長の設定によって変動する。より一般的には、断層画像の基となる反射光強度分布において、物理的な位置が既知である基準物に対応する成分の位置に対する相対位置として焦点位置が特定されれば足りる。これらの相対位置は両者間の物体光路長の差によって決まり、参照光路長の設定によらないからである。 From this information, it is considered to identify where the actual focal position was in the tomographic image acquired with the focal position adjustment amount set to the third adjustment amount. The position of the object to be imaged in the tomographic image in the depth direction varies depending on the setting of the reference optical path length at the time of imaging. More generally, in the reflected light intensity distribution that is the basis of the tomographic image, it suffices if the focal position is specified as a relative position with respect to the position of the component corresponding to the reference object whose physical position is known. This is because these relative positions are determined by the difference in the object optical path lengths between the two, and do not depend on the setting of the reference optical path length.

ここでは、容器の第1主面を基準として用いる。物体光学系を第1主面に合焦させるための焦点位置の位置調整量およびそのときの物体光路長と参照光路長とを一致させるための参照ミラーの位置は既に判っている。したがって、第1主面を基準として焦点位置を表すことができれば、このときの参照ミラーの位置と撮像時の参照ミラーの位置との関係から、断層画像中における絶対的な焦点位置を特定することが可能である。 Here, the first main surface of the container is used as a reference. The amount of position adjustment of the focal position for focusing the object optical system on the first main surface and the position of the reference mirror for matching the object optical path length and the reference optical path length at that time are already known. Therefore, if the focal position can be expressed with reference to the first main surface, the absolute focal position in the tomographic image should be specified from the relationship between the position of the reference mirror at this time and the position of the reference mirror at the time of imaging. Is possible.

まず反射光強度分布における第2主面と焦点位置との距離を考える。第2主面と焦点位置との間に容器の壁部は存在しないので、容器に担持された媒質を通過する光だけを考えればよい。位置調整量を第2主面に合焦する第2調整量から第3調整量に変化させたときの媒質内における焦点位置の物理的な変化量は、第2調整量と第3調整量との差に媒質の屈折率を乗じたものである。 First, consider the distance between the second main surface and the focal position in the reflected light intensity distribution. Since there is no wall portion of the container between the second main surface and the focal position, only the light passing through the medium supported on the container needs to be considered. When the position adjustment amount is changed from the second adjustment amount focusing on the second main surface to the third adjustment amount, the physical change amount of the focal position in the medium is the second adjustment amount and the third adjustment amount. Is multiplied by the refractive index of the medium.

一方、反射光強度分布において、第2主面に対応する成分の現れる位置と焦点位置との距離は、両者の物理的な距離と媒質の屈折率との積により表される。上記のように両者の物理的距離は第2調整量と第3調整量との差に媒質の屈折率を乗じたものであるから、第2調整量と第3調整量との差に媒質の屈折率の2乗を乗じた値が、反射光強度分布における第2主面と焦点位置との距離を表す。この値に、反射光強度分布のプロファイル中での第1主面と第2主面との距離、つまり容器壁部の光学的厚さを加算することで、第1主面を基準としたときの焦点位置が求められる。結局、反射光強度分布において第1主面を基準としたときの焦点位置は、第2調整量と第3調整量との差に媒質の屈折率の2乗を乗じた値と、第1距離と、第2距離との和により表すことができる。 On the other hand, in the reflected light intensity distribution, the distance between the position where the component corresponding to the second main surface appears and the focal position is represented by the product of the physical distance between the two and the refractive index of the medium. As described above, the physical distance between the two is the difference between the second adjustment amount and the third adjustment amount multiplied by the refractive index of the medium. Therefore, the difference between the second adjustment amount and the third adjustment amount is multiplied by the refractive index of the medium. The value obtained by multiplying the square of the refractive index represents the distance between the second main surface and the focal position in the reflected light intensity distribution. When the distance between the first main surface and the second main surface in the profile of the reflected light intensity distribution, that is, the optical thickness of the container wall is added to this value, and the first main surface is used as a reference. The focal position of is required. After all, the focal position when the first main surface is used as a reference in the reflected light intensity distribution is the value obtained by multiplying the difference between the second adjustment amount and the third adjustment amount by the square of the refractive index of the medium and the first distance. Can be expressed by the sum of and the second distance.

このようにして反射光強度分布における焦点位置が特定されれば、例えば断層画像においてどの位置に合焦しているかを明示することが可能となる。これにより、例えばユーザが断層画像を見ながら被撮像物中の所望の位置に焦点位置を移動させるという操作が可能となる。また、断層画像中で焦点位置がどこに表示されるかは撮像時の参照光路長に依存するので、参照光路長の変更設定により、断層画像中における焦点位置の表示位置を任意に設定することが可能となる。 If the focal position in the reflected light intensity distribution is specified in this way, it becomes possible to clearly indicate, for example, which position is in focus in the tomographic image. This enables, for example, an operation in which the user moves the focal position to a desired position in the image to be imaged while viewing the tomographic image. Also, where the focal position is displayed in the tomographic image depends on the reference optical path length at the time of imaging, so the display position of the focal position in the tomographic image can be arbitrarily set by changing the reference optical path length. It will be possible.

上記のように、本発明によれば、反射光強度分布における焦点位置を、第1主面の位置に対する相対位置として特定することが可能である。実際に検出される光から得られる情報に基づき焦点位置が特定されるので、この方法は、容器壁部の厚さや屈折率が未知であっても成立する。 As described above, according to the present invention, the focal position in the reflected light intensity distribution can be specified as a position relative to the position of the first main surface. Since the focal position is specified based on the information obtained from the actually detected light, this method is valid even if the thickness and refractive index of the container wall portion are unknown.

本発明にかかる撮像装置の一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the image pickup apparatus which concerns on this invention. この撮像装置における撮像原理を説明する図である。It is a figure explaining the image pickup principle in this image pickup apparatus. OCT装置の具体的構成例を示す図である。It is a figure which shows the specific configuration example of the OCT apparatus. 物体光学系の焦点深さと参照基準面との位置関係を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the positional relationship between the focal depth of an object optical system, and a reference reference plane. 参照基準面の位置と反射光強度分布との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the position of a reference reference plane, and the reflected light intensity distribution. 容器を介して集光する場合の光路を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the optical path at the time of condensing through a container. 焦点位置特定処理の原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of a focal position specifying process. 物体光学系が容器底面に合焦する条件を特定する処理を示す図である。It is a figure which shows the process which specifies the condition which the object optical system focuses on the bottom surface of a container. 容器底部の光学的厚さを求めるための処理の原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of the process for determining the optical thickness of the bottom of a container. 参照光路長と焦点位置との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the reference optical path length and a focal position. 焦点位置と参照光路長との関係を特定するための処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process for specifying the relationship between a focal position and a reference optical path length. この撮像装置における撮像処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the image pickup processing in this image pickup apparatus.

図1は本発明にかかる撮像装置の一実施形態を示す図である。この撮像装置1は、培地M中で培養された細胞や、多数の細胞からなるスフェロイド(細胞集塊)、組織様構造体など(以下、「細胞等」と総称する)を被撮像物として断層撮像し、得られた断層画像を画像処理して、被撮像物の立体像を作成する。なお、ここでは培地中のスフェロイドを被撮像物とした例を説明するが、被撮像物はこれに限定されない。以下の各図における方向を統一的に示すために、図1に示すようにXYZ直交座標軸を設定する。ここでXY平面が水平面を表す。また、Z軸が鉛直軸を表し、より詳しくは(−Z)方向が鉛直下向き方向を表している。 FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an imaging device according to the present invention. This imaging device 1 uses a tomographic image of cells cultured in medium M, a spheroid (cell agglomerate) composed of a large number of cells, a tissue-like structure, etc. (hereinafter, collectively referred to as “cells, etc.”). An image is taken and the obtained tomographic image is image-processed to create a stereoscopic image of the imaged object. Although an example in which the spheroid in the medium is used as the imaged object will be described here, the imaged object is not limited to this. In order to show the directions in each of the following figures in a unified manner, the XYZ orthogonal coordinate axes are set as shown in FIG. Here, the XY plane represents the horizontal plane. Further, the Z axis represents the vertical axis, and more specifically, the (−Z) direction represents the vertical downward direction.

撮像装置1は保持部10を備えている。保持部10は、ガラス製または樹脂製の透明で均質な平底を有する浅皿状のディッシュと呼ばれる容器11を、その開口面を上向きにして略水平姿勢に保持する。容器11には予め適宜の培地Mが所定量注入されており、培地中では容器11の底部111付近にスフェロイドSpが培養されている。図1では1つのスフェロイドSpのみが記載されているが、1つの容器11内で複数のスフェロイドSpが培養されていてもよい。 The image pickup apparatus 1 includes a holding unit 10. The holding portion 10 holds a container 11 called a shallow dish-shaped dish having a transparent and homogeneous flat bottom made of glass or resin in a substantially horizontal posture with its opening surface facing upward. A predetermined amount of the appropriate medium M is injected into the container 11 in advance, and the spheroid Sp is cultured in the medium near the bottom 111 of the container 11. Although only one spheroid Sp is shown in FIG. 1, a plurality of spheroid Sps may be cultured in one container 11.

保持部10により保持された容器11の下方に、撮像ユニット20が配置される。撮像ユニット20には、被撮像物の断層画像を非接触、非破壊(非侵襲)で撮像することが可能な光干渉断層撮像(Optical Coherence Tomography;OCT)装置が用いられる。詳しくは後述するが、OCT装置である撮像ユニット20は、被撮像物への照明光を発生する光源21と、ビームスプリッタ22と、物体光学系23と、参照ミラー24と、分光器25と、光検出器26とを備えている。 The imaging unit 20 is arranged below the container 11 held by the holding unit 10. The imaging unit 20 uses an optical coherence tomography (OCT) device capable of capturing a tomographic image of an imaged object in a non-contact, non-destructive (non-invasive) manner. As will be described in detail later, the imaging unit 20 which is an OCT device includes a light source 21 that generates illumination light for an object to be imaged, a beam splitter 22, an object optical system 23, a reference mirror 24, a spectroscope 25, and the like. It includes a photodetector 26.

また、撮像装置1はさらに、装置の動作を制御する制御ユニット30と、撮像ユニット20の可動機構を制御する駆動制御部40とを備えている。制御ユニット30は、CPU(Central Processing Unit)31、A/Dコンバータ32、信号処理部33、3D復元部34、インターフェース(IF)部35、画像メモリ36およびメモリ37を備えている。 Further, the image pickup device 1 further includes a control unit 30 that controls the operation of the device, and a drive control unit 40 that controls the movable mechanism of the image pickup unit 20. The control unit 30 includes a CPU (Central Processing Unit) 31, an A / D converter 32, a signal processing unit 33, a 3D restoration unit 34, an interface (IF) unit 35, an image memory 36, and a memory 37.

CPU31は、所定の制御プログラムを実行することで装置全体の動作を司り、CPU31が実行する制御プログラムや処理中に生成したデータはメモリ37に保存される。A/Dコンバータ32は、撮像ユニット20の光検出器26から受光光量に応じて出力される信号をデジタルデータに変換する。信号処理部33は、A/Dコンバータ32から出力されるデジタルデータに基づき後述する信号処理を行って、被撮像物の断層画像を作成する。3D復元部34は、撮像された複数の断層画像の画像データに基づいて、撮像された細胞集塊の立体像(3D像)を作成する機能を有する。信号処理部33により作成された断層画像の画像データおよび3D復元部34により作成された立体像の画像データは、画像メモリ36により適宜記憶保存される。 The CPU 31 controls the operation of the entire device by executing a predetermined control program, and the control program executed by the CPU 31 and the data generated during the processing are stored in the memory 37. The A / D converter 32 converts a signal output from the photodetector 26 of the image pickup unit 20 according to the amount of received light into digital data. The signal processing unit 33 performs signal processing described later based on the digital data output from the A / D converter 32 to create a tomographic image of the image to be imaged. The 3D restoration unit 34 has a function of creating a three-dimensional image (3D image) of the captured cell clumps based on the image data of the plurality of captured tomographic images. The image data of the tomographic image created by the signal processing unit 33 and the image data of the stereoscopic image created by the 3D restoration unit 34 are appropriately stored and saved in the image memory 36.

インターフェース部35は撮像装置1と外部との通信を担う。具体的には、インターフェース部35は、外部機器と通信を行うための通信機能と、ユーザからの操作入力を受け付け、また各種の情報をユーザに報知するためのユーザインターフェース機能とを有する。この目的のために、インターフェース部35には、装置の機能選択や動作条件設定などに関する操作入力を受け付け可能な例えばキーボード、マウス、タッチパネルなどの入力デバイス351と、信号処理部33により作成された断層画像や3D復元部34により作成された立体像など各種の処理結果を表示する例えば液晶ディスプレイからなる表示部352とが接続されている。 The interface unit 35 is responsible for communication between the image pickup device 1 and the outside. Specifically, the interface unit 35 has a communication function for communicating with an external device and a user interface function for receiving operation input from the user and notifying the user of various information. For this purpose, the interface unit 35 has an input device 351 such as a keyboard, a mouse, and a touch panel capable of accepting operation inputs related to device function selection and operating condition setting, and a fault created by the signal processing unit 33. A display unit 352 made of, for example, a liquid crystal display, which displays various processing results such as an image and a stereoscopic image created by the 3D restoration unit 34, is connected.

また、CPU31は駆動制御部40に制御指令を与え、これに応じて駆動制御部40は撮像ユニット20の可動機構に所定の動作を行わせる。次に説明するように、駆動制御部40により実行される撮像ユニット20の走査移動と、光検出器26による受光光量の検出との組み合わせにより、被撮像物であるスフェロイド(細胞集塊)の断層画像が取得される。 Further, the CPU 31 gives a control command to the drive control unit 40, and the drive control unit 40 causes the movable mechanism of the image pickup unit 20 to perform a predetermined operation in response to the control command. As will be described next, by combining the scanning movement of the imaging unit 20 executed by the drive control unit 40 and the detection of the amount of received light by the photodetector 26, a tomography of the spheroid (cell agglomerate) to be imaged is obtained. The image is acquired.

図2はこの撮像装置における撮像原理を説明する図である。より具体的には、図2(a)は撮像ユニット20における光路を示す図であり、図2(b)はスフェロイドの断層撮像の様子を模式的に示す図である。前記したように、撮像ユニット20は光干渉断層撮像(OCT)装置として機能するものである。 FIG. 2 is a diagram illustrating an imaging principle in this imaging device. More specifically, FIG. 2A is a diagram showing an optical path in the imaging unit 20, and FIG. 2B is a diagram schematically showing a state of tomographic imaging of spheroids. As described above, the imaging unit 20 functions as an optical coherence tomography (OCT) device.

撮像ユニット20では、例えば発光ダイオードまたはスーパールミネッセントダイオード(SLD)などの発光素子を有する光源21から、広帯域の波長成分を含む低コヒーレンス光ビームL1が出射される。光ビームL1はビームスプリッタ22に入射して分岐し、破線矢印で示すように一部の光L2が容器11に向かい、一点鎖線矢印で示すように一部の光L3が参照ミラー24に向かう。 In the image pickup unit 20, a low coherence light beam L1 containing a wide-band wavelength component is emitted from a light source 21 having a light emitting element such as a light emitting diode or a superluminescent diode (SLD). The light beam L1 is incident on the beam splitter 22 and branches, and a part of the light L2 is directed to the container 11 as shown by the dashed arrow, and a part of the light L3 is directed toward the reference mirror 24 as shown by the alternate long and short dash arrow.

容器11に向かった光L2は、物体光学系23を経て容器11に入射する。より具体的には、ビームスプリッタ22から出射される光L2は、物体光学系23を介して容器底部111に入射する。物体光学系23は、ビームスプリッタ22から容器11に向かう光L2を容器11内の被撮像物(この場合にはスフェロイドSp)に収束させる機能と、被撮像物から出射される反射光を集光してビームスプリッタ22に向かわせる機能とを有する。図では物体光学系23は単一の対物レンズにより代表的に表されているが、複数の光学素子が組み合わされたものであってもよい。 The light L2 directed toward the container 11 enters the container 11 via the object optical system 23. More specifically, the light L2 emitted from the beam splitter 22 enters the container bottom 111 via the object optical system 23. The object optical system 23 has a function of converging the light L2 directed from the beam splitter 22 toward the container 11 onto the object to be imaged (in this case, the spheroid Sp) in the container 11, and condensing the reflected light emitted from the object to be imaged. It has a function of directing the beam splitter 22. Although the object optical system 23 is typically represented by a single objective lens in the figure, it may be a combination of a plurality of optical elements.

物体光学系23は、駆動制御部40に設けられた焦点調整機構41により、Z方向に移動可能に支持されている。これにより、被撮像物に対する物体光学系23の焦点位置がZ方向に変更可能となっている。以下、深さ方向(Z方向)における物体光学系23の焦点位置を「焦点深さ」と称することがある。物体光学系23の光軸は鉛直方向と平行であり、したがって平面状の容器底部111に垂直である。また、物体光学系23への照明光の入射方向は光軸と平行であり、その光中心が光軸と一致するように、物体光学系23の配置が定められている。 The object optical system 23 is movably supported in the Z direction by a focus adjusting mechanism 41 provided in the drive control unit 40. As a result, the focal position of the object optical system 23 with respect to the object to be imaged can be changed in the Z direction. Hereinafter, the focal position of the object optical system 23 in the depth direction (Z direction) may be referred to as “focal depth”. The optical axis of the object optical system 23 is parallel to the vertical direction and therefore perpendicular to the flat container bottom 111. Further, the arrangement of the object optical system 23 is determined so that the incident direction of the illumination light on the object optical system 23 is parallel to the optical axis and the optical center thereof coincides with the optical axis.

ユーザが入力デバイス351を介して焦点深さの設定情報を与えることにより、焦点調整機構41は設定情報に応じて物体光学系23の焦点位置を変更する。具体的には、ユーザは設定入力として、焦点位置調整量、つまり物体光学系23の焦点位置を所定の初期位置からどれだけ移動させるかを入力する。焦点調整機構41は、例えば物体光学系23に含まれる対物レンズを光軸方向に移動させることにより、焦点位置を変更することができる。この場合、対物レンズの移動量を焦点位置調整量とすることができる。1ステップ当たりの焦点位置の変化量が予め定められたステップ単位で焦点位置を調整する構成であってもよい。 When the user gives the focus depth setting information via the input device 351, the focus adjustment mechanism 41 changes the focal position of the object optical system 23 according to the setting information. Specifically, as a setting input, the user inputs a focal position adjustment amount, that is, how much the focal position of the object optical system 23 is moved from a predetermined initial position. The focus adjustment mechanism 41 can change the focal position by, for example, moving the objective lens included in the object optical system 23 in the optical axis direction. In this case, the amount of movement of the objective lens can be used as the amount of focus position adjustment. The amount of change in the focal position per step may be adjusted in predetermined step units.

スフェロイドSpが光L2に対する透過性を有するものでなければ、容器底部111を介して入射した光L2はスフェロイドSpの表面で反射される。一方、スフェロイドSpが光L2に対してある程度の透過性を有するものである場合、光L2はスフェロイドSp内まで進入してその内部の構造物により反射される。光L2として例えば近赤外線を用いることで、入射光をスフェロイドSp内部まで到達させることが可能である。スフェロイドSpからの反射光は散乱光として種々の方向に放射される。そのうち物体光学系23の集光範囲内に放射された光L4が、物体光学系23で集光されてビームスプリッタ22へ送られる。 Unless the spheroid Sp is transparent to the light L2, the light L2 incident through the bottom 111 of the container is reflected by the surface of the spheroid Sp. On the other hand, when the spheroid Sp has a certain degree of transparency with respect to the light L2, the light L2 enters the inside of the spheroid Sp and is reflected by the structure inside the spheroid Sp. By using, for example, near infrared rays as the light L2, it is possible to allow the incident light to reach the inside of the spheroid Sp. The reflected light from the spheroid Sp is radiated in various directions as scattered light. Among them, the light L4 radiated within the focusing range of the object optical system 23 is condensed by the object optical system 23 and sent to the beam splitter 22.

参照ミラー24は、駆動制御部40に設けられたミラー駆動機構42により、その反射面を光L3の入射方向に対し垂直姿勢に、しかも、該入射方向に沿った方向(図ではY方向)に移動可能に支持されている。参照ミラー24に入射した光L3は反射面で反射されて、入射光路を逆向きに辿るように進む光L5としてビームスプリッタ22に向かう。この光L5が参照光となる。ミラー駆動機構42により参照ミラー24の位置が変更されることにより、参照光の光路長が変化する。参照ミラー24の位置は撮像の用途に応じて自動的に設定されるほか、入力デバイス351を介したユーザからの設定入力に応じて適宜変更される。 The reference mirror 24 uses a mirror drive mechanism 42 provided in the drive control unit 40 to make its reflecting surface perpendicular to the incident direction of the light L3, and in a direction along the incident direction (Y direction in the figure). It is supported so that it can be moved. The light L3 incident on the reference mirror 24 is reflected by the reflecting surface and heads toward the beam splitter 22 as light L5 traveling in the opposite direction along the incident optical path. This light L5 serves as a reference light. By changing the position of the reference mirror 24 by the mirror drive mechanism 42, the optical path length of the reference light changes. The position of the reference mirror 24 is automatically set according to the purpose of imaging, and is appropriately changed according to the setting input from the user via the input device 351.

参照光L3,L5の光路上には開閉自在のシャッター27が設けられている。より具体的には、シャッター27は駆動制御部40により制御されており、駆動制御部40からの制御指令によりシャッター27が閉じられた状態では、シャッター27は参照光L3の光路上で参照光L3を遮蔽する。したがって参照ミラー24による反射光L5のビームスプリッタ22への入射がなくなる。一方、シャッター27が開かれた状態では、参照光L3が参照ミラー24で反射され、反射光L5としてビームスプリッタ22に入射する。 A shutter 27 that can be opened and closed is provided on the optical path of the reference lights L3 and L5. More specifically, the shutter 27 is controlled by the drive control unit 40, and when the shutter 27 is closed by a control command from the drive control unit 40, the shutter 27 is on the optical path of the reference light L3. Shield. Therefore, the reflected light L5 is not incident on the beam splitter 22 by the reference mirror 24. On the other hand, when the shutter 27 is opened, the reference light L3 is reflected by the reference mirror 24 and is incident on the beam splitter 22 as the reflected light L5.

スフェロイドSpの表面もしくは内部の反射面で反射された反射光L4と、参照ミラー24で反射された参照光L5とは、ビームスプリッタ22を介して光検出器26に入射する。このとき、反射光L4と参照光L5との間で位相差に起因する干渉が生じるが、干渉光の分光スペクトルは反射面の深さにより異なる。つまり、干渉光の分光スペクトルは被撮像物の深さ方向の情報を有している。したがって、干渉光を波長ごとに分光して光量を検出し、検出された干渉信号をフーリエ変換することにより、被撮像物の深さ方向における反射光強度分布を求めることができる。このような原理に基づくOCT撮像技術は、フーリエドメイン(Fourier Domain)OCT(FD−OCT)と称される。 The reflected light L4 reflected by the surface or the internal reflecting surface of the spheroid Sp and the reference light L5 reflected by the reference mirror 24 are incident on the photodetector 26 via the beam splitter 22. At this time, interference due to the phase difference occurs between the reflected light L4 and the reference light L5, but the spectral spectrum of the interference light differs depending on the depth of the reflecting surface. That is, the spectral spectrum of the interference light has information in the depth direction of the object to be imaged. Therefore, the reflected light intensity distribution in the depth direction of the object to be imaged can be obtained by detecting the amount of light by splitting the interference light for each wavelength and Fourier transforming the detected interference signal. The OCT imaging technique based on such a principle is called a Fourier domain OCT (FD-OCT).

この実施形態の撮像ユニット20では、ビームスプリッタ22から光検出器26に至る干渉光の光路上に分光器25が設けられている。分光器25としては、例えばプリズムを利用したもの、回折格子を利用したもの等を用いることができる。干渉光は分光器25により波長成分ごとに分光されて光検出器26に受光される。 In the imaging unit 20 of this embodiment, the spectroscope 25 is provided on the optical path of the interference light from the beam splitter 22 to the photodetector 26. As the spectroscope 25, for example, one using a prism, one using a diffraction grating, or the like can be used. The interference light is separated by the spectroscope 25 for each wavelength component and received by the photodetector 26.

光検出器26が検出した干渉光に応じて光検出器26から出力される干渉信号をフーリエ変換することで、スフェロイドSpのうち、光ビームL2の入射位置における深さ方向、つまりZ方向の反射光強度分布が求められる。容器11に入射する光ビームL2をX方向に走査することで、XZ平面と平行な平面における反射光強度分布が求められ、その結果から当該平面を断面とするスフェロイドSpの断層画像を作成することができる。以下、本明細書では、X方向へのビーム走査によってXZ平面と平行な断面における1つの断層画像Itを取得する一連の動作を、1回の撮像と称することとする。 By Fourier transforming the interference signal output from the photodetector 26 according to the interference light detected by the photodetector 26, the reflection of the spheroid Sp in the depth direction at the incident position of the light beam L2, that is, in the Z direction. The light intensity distribution is required. By scanning the light beam L2 incident on the container 11 in the X direction, the reflected light intensity distribution in a plane parallel to the XZ plane is obtained, and from the result, a tomographic image of a spheroid Sp having the plane as a cross section is created. Can be done. Hereinafter, in the present specification, a series of operations for acquiring one tomographic image It in a cross section parallel to the XZ plane by beam scanning in the X direction will be referred to as one imaging.

また、Y方向におけるビーム入射位置を多段階に変更しながら、その都度断層画像の撮像を行うことで、図2(b)に示すように、スフェロイドSpをXZ平面と平行な断面で断層撮像した多数の断層画像Itを得ることができる。Y方向の走査ピッチを小さくすれば、スフェロイドSpの立体構造を把握するのに十分な分解能の画像データを得ることができる。X方向およびY方向へのビーム走査は、例えば図示しないガルバノミラー等の光路を変化させる光学部品を用いてビーム入射位置をXY方向に変化させる方法、スフェロイドSpを担持する容器11と撮像ユニット20とのいずれかをXY方向に移動させてこれらの相対位置を変化させる方法などにより実現可能である。 Further, by taking a tomographic image each time while changing the beam incident position in the Y direction in multiple stages, as shown in FIG. 2B, the spheroid Sp was tomographically imaged in a cross section parallel to the XZ plane. A large number of tomographic images It can be obtained. If the scanning pitch in the Y direction is reduced, image data having a resolution sufficient to grasp the three-dimensional structure of the spheroid Sp can be obtained. Beam scanning in the X and Y directions is performed by a method of changing the beam incident position in the XY direction by using an optical component that changes the optical path such as a galvanometer mirror (not shown), a container 11 carrying a spheroid Sp, and an imaging unit 20. It can be realized by a method of moving any of the above in the XY direction to change their relative positions.

なお、上記の原理説明では、撮像ユニット20において光源21からの光を照明光と参照光とに分岐させる分波機能、および信号光と参照光とを合成して干渉光を生じさせる機能がビームスプリッタ22により実現されている。一方、近年では、OCT装置においてこのような分波・合波機能を担うものとして、以下に例示するような光ファイバカプラが用いられる場合がある。 In the above explanation of the principle, the beam is a beam that splits the light from the light source 21 into the illumination light and the reference light in the imaging unit 20 and the function of combining the signal light and the reference light to generate interference light. It is realized by the splitter 22. On the other hand, in recent years, an optical fiber coupler as illustrated below may be used as an OCT apparatus capable of performing such demultiplexing / combining functions.

図3はOCT装置の具体的構成例を示す図である。なお、理解を容易にするために、以下の説明では、上記した原理図の構成と同一のまたは相当する構成に同一符号を付すものとする。その構造および機能は、特に説明のない限り上記原理図のものと基本的に同じであり、詳しい説明は省略する。また、光ファイバカプラによる干渉光を検出するOCT撮像原理も基本的に上記と同じであるので、詳しい説明を省略する。 FIG. 3 is a diagram showing a specific configuration example of the OCT apparatus. In addition, in the following description, in order to facilitate understanding, the same reference numerals are given to the same or corresponding configurations as those in the above-mentioned principle diagram. Unless otherwise specified, its structure and function are basically the same as those in the above principle diagram, and detailed description thereof will be omitted. Further, since the OCT imaging principle for detecting the interference light by the optical fiber coupler is basically the same as the above, detailed description thereof will be omitted.

図3(a)に示す構成例では、撮像ユニット20aは、ビームスプリッタ22に代わる分波・合波器として光ファイバカプラ220を備えている。光ファイバカプラ220を構成する光ファイバの1つ221は光源21に接続されており、光源21から出射される低コヒーレンス光は、光ファイバカプラ220により2つの光ファイバ222,223への光に分岐される。光ファイバ222は物体系光路を構成する。より具体的には、光ファイバ222の端部から出射される光はコリメータレンズ223を介して物体光学系23に入射する。被撮像物からの反射光(信号光)は物体光学系23、コリメータレンズ223を介して光ファイバ222に入射する。 In the configuration example shown in FIG. 3A, the imaging unit 20a includes an optical fiber coupler 220 as a demultiplexer / combiner instead of the beam splitter 22. One of the optical fibers 221 constituting the optical fiber coupler 220 is connected to the light source 21, and the low coherence light emitted from the light source 21 is branched into light to the two optical fibers 222 and 223 by the optical fiber coupler 220. Will be done. The optical fiber 222 constitutes an object-based optical path. More specifically, the light emitted from the end of the optical fiber 222 enters the object optical system 23 via the collimator lens 223. The reflected light (signal light) from the image subject is incident on the optical fiber 222 via the object optical system 23 and the collimator lens 223.

他の光ファイバ224は参照系光路を構成する。より具体的には、光ファイバ224の端部から出射される光はコリメータレンズ225を介して参照ミラー24に入射する。参照ミラー24からの反射光(参照光)はコリメータレンズ225を介して光ファイバ224に入射する。光ファイバ222を伝搬する信号光と光ファイバ224を伝搬する参照光とが光ファイバカプラ220において干渉し、干渉光が光ファイバ226および分光器25を介して光検出器26に入射する。光検出器26により受光された干渉光から被撮像物における反射光の強度分布が求められることは上記原理通りである。 The other optical fiber 224 constitutes a reference system optical path. More specifically, the light emitted from the end of the optical fiber 224 enters the reference mirror 24 via the collimator lens 225. The reflected light (reference light) from the reference mirror 24 is incident on the optical fiber 224 via the collimator lens 225. The signal light propagating in the optical fiber 222 and the reference light propagating in the optical fiber 224 interfere with each other in the optical fiber coupler 220, and the interfering light is incident on the optical detector 26 via the optical fiber 226 and the spectroscope 25. According to the above principle, the intensity distribution of the reflected light in the image subject can be obtained from the interference light received by the photodetector 26.

図3(b)に示す例でも、撮像ユニット20bに光ファイバカプラ220が設けられる。ただし光ファイバ224は使用されず、光ファイバ222から出射される光の光路に対してコリメータレンズ223およびビームスプリッタ227が設けられる。そして、前述の原理通り、ビームスプリッタ227により分岐される2つの光路にそれぞれ物体光学系23、参照ミラー24が配置される。このような構成ではビームスプリッタ227により信号光と参照光とが合成され、それにより生じた干渉光が光ファイバ222,226を通って光検出器26へ導かれる。 Also in the example shown in FIG. 3B, the optical fiber coupler 220 is provided in the image pickup unit 20b. However, the optical fiber 224 is not used, and the collimator lens 223 and the beam splitter 227 are provided for the optical path of the light emitted from the optical fiber 222. Then, according to the above-mentioned principle, the object optical system 23 and the reference mirror 24 are arranged in the two optical paths branched by the beam splitter 227, respectively. In such a configuration, the signal light and the reference light are combined by the beam splitter 227, and the interference light generated thereby is guided to the photodetector 26 through the optical fibers 222 and 226.

これらの例では、図1では空間中を進行する各光の光路の一部が光ファイバに置き換えられているが動作原理は同じである。これらの例においても、焦点調整機構41が物体光学系23を容器11に対し接近・離間方向に移動させることにより、被撮像物に対する物体光学系23の焦点深さを調整することが可能である。また、ミラー駆動機構42が参照ミラー24を光の入射方向に沿って移動させることにより、参照光の光路長を変更可能である。 In these examples, in FIG. 1, a part of the optical path of each light traveling in space is replaced with an optical fiber, but the operating principle is the same. Also in these examples, the focus adjustment mechanism 41 moves the object optical system 23 in the approaching / separating direction with respect to the container 11 to adjust the focal depth of the object optical system 23 with respect to the object to be imaged. .. Further, the mirror drive mechanism 42 moves the reference mirror 24 along the incident direction of the light, so that the optical path length of the reference light can be changed.

以下、この画像処理装置1による撮像動作について説明する。撮像ユニットの構成は、上記したビームスプリッタを用いるもの、光ファイバカプラを用いるもののいずれであっても同じ撮像動作が可能である。 Hereinafter, the image pickup operation by the image processing device 1 will be described. The same imaging operation can be performed regardless of whether the imaging unit uses the above-mentioned beam splitter or an optical fiber coupler.

図4は物体光学系の焦点深さと参照基準面との位置関係を模式的に示す図である。また、図5は参照基準面の位置と反射光強度分布との関係を示す図である。OCT撮像装置では、その原理上、信号光の光路長が参照光の光路長と同じになる位置が、画像における深さ方向の基準位置となる。 FIG. 4 is a diagram schematically showing the positional relationship between the focal depth of the object optical system and the reference reference plane. Further, FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the position of the reference reference plane and the reflected light intensity distribution. In the OCT imaging device, in principle, the position where the optical path length of the signal light becomes the same as the optical path length of the reference light is the reference position in the depth direction in the image.

以下の説明では、図4に示すように、物体光学系23を介して照明光L2および信号光L4が伝搬する物体系光路において、参照系光路における参照ミラー24の反射面と対応する、つまり互いの光路長が等しくなる位置にある仮想的な平面を参照基準面Srと称する。また、容器11の底部111のうち物体光学系23い近い側の表面を下部底面Sa、これとは反対側の表面、つまり被撮像物であるスフェロイドSpに近い側の培地と接触する内底面を上部底面Sbと称する。さらに、物体光学系23の焦点面、つまり物体光学系23の物体側焦点FPを含み物体光学系23の光軸AXに垂直な平面を符号Sfにより表す。また、以下では物体系光路における光路長を「物体光路長」、参照系光路における光路長を「参照光路長」と称する。 In the following description, as shown in FIG. 4, in the object system optical path in which the illumination light L2 and the signal light L4 propagate through the object optical system 23, they correspond to the reflecting surfaces of the reference mirror 24 in the reference system optical path, that is, each other. A virtual plane at a position where the optical path lengths of the above are equal is referred to as a reference reference plane Sr. Further, the surface of the bottom 111 of the container 11 on the side close to the object optical system 23 is the lower bottom surface Sa, and the surface on the opposite side, that is, the inner bottom surface in contact with the medium on the side close to the spheroid Sp, which is the object to be imaged. It is referred to as an upper bottom surface Sb. Further, the focal plane of the object optical system 23, that is, the plane including the object-side focal point FP of the object optical system 23 and perpendicular to the optical axis AX of the object optical system 23 is represented by the reference numeral Sf. In the following, the optical path length in the object system optical path will be referred to as "object optical path length", and the optical path length in the reference system optical path will be referred to as "reference optical path length".

また、後の説明のために、下部底面Saと上部底面Sbとの距離、つまり容器底部111の厚さを符号Tにより表す。また、上部底面Sbと焦点面Sfとの距離、つまり容器11の内底面から焦点FPまでの距離を符号Dにより表す。この距離Dは、容器11の内底面(上部底面Sb)を起点としたときの物体光学系23の焦点深さであるということもできる。 Further, for later description, the distance between the lower bottom surface Sa and the upper bottom surface Sb, that is, the thickness of the container bottom portion 111 is represented by reference numeral T. Further, the distance between the upper bottom surface Sb and the focal plane Sf, that is, the distance from the inner bottom surface of the container 11 to the focal point FP is represented by reference numeral D. It can also be said that this distance D is the focal depth of the object optical system 23 when the inner bottom surface (upper bottom surface Sb) of the container 11 is the starting point.

物体系光路において参照基準面Srに仮想的な反射面があるとき、当該反射面で反射される光の光路長(物体光路長)は、参照ミラー24の反射面で反射される光の光路長(参照光路長)と等しくなる。被撮像物近傍にある各反射面の深さ方向位置は、参照基準面SrからのZ方向距離により表される。 When the reference reference surface Sr has a virtual reflection surface in the object system optical path, the optical path length of the light reflected by the reflection surface (object optical path length) is the optical path length of the light reflected by the reflection surface of the reference mirror 24. Equal to (reference optical path length). The position in the depth direction of each reflecting surface in the vicinity of the object to be imaged is represented by the distance in the Z direction from the reference reference surface Sr.

被撮像物(スフェロイドSp)が焦点面Sfに反射面を有するとき、フーリエ変換後の反射光強度分布においては、当該反射面からの反射光強度に対応する大きさの信号が、参照基準面Srから当該反射面(すなわち焦点面Sf)までの距離に対応する深さの位置に現れる。実際の被撮像物においては、種々の深さにある反射面からの反射光に対応する信号が各位置に現れ、反射光強度分布はそれらの信号が重畳されたものなる。ただし、ここでは理解を容易にするために、焦点面Sfにある反射面からの信号のみを考えることとする。 When the object to be imaged (Spheroid Sp) has a reflecting surface on the focal plane Sf, in the reflected light intensity distribution after the Fourier transform, a signal having a magnitude corresponding to the reflected light intensity from the reflecting surface is the reference reference plane Sr. Appears at a depth position corresponding to the distance from the reflecting surface (that is, the focal plane Sf). In an actual object to be imaged, signals corresponding to the reflected light from the reflecting surfaces at various depths appear at each position, and the reflected light intensity distribution is a superposition of these signals. However, in order to facilitate understanding, only the signal from the reflecting surface on the focal plane Sf will be considered here.

容器底部111の平坦な表面Sa、Sbも強い反射面であり、反射光強度分布においては、これらに対応する信号が参照基準面Srからの距離に応じた位置にそれぞれ現れる。例えば図5に示すように、反射光強度分布においては焦点面Sfに対応する信号Pf、下部底面Saに対応する信号Pa、上部底面Sbに対応する信号Pbが、それぞれ参照基準面Srからの距離に応じた位置に現れる。 The flat surfaces Sa and Sb of the bottom 111 of the container are also strong reflecting surfaces, and in the reflected light intensity distribution, signals corresponding to these appear at positions corresponding to the distances from the reference reference surface Sr. For example, as shown in FIG. 5, in the reflected light intensity distribution, the signal Pf corresponding to the focal plane Sf, the signal Pa corresponding to the lower bottom surface Sa, and the signal Pb corresponding to the upper bottom surface Sb are the distances from the reference reference surface Sr, respectively. Appears at the position according to.

この場合の「距離」は、厳密に言えば光路長の差である。このため、空気の屈折率とは異なる屈折率を有する容器11および培地Mを通る物体系光路上の各面の物理的距離と、反射光強度分布に示される各面の光学的距離とは必ずしも同じではない。空気中の屈折率はほぼ1である。一方、容器11の材料として広く使用されるガラスやアクリル樹脂等の屈折率はこれより大きく1.5程度、一般的な培地Mの主成分である水の屈折率は1.33程度である。 Strictly speaking, the "distance" in this case is the difference in the optical path length. Therefore, the physical distance of each surface on the object system optical path passing through the container 11 and the medium M having a refractive index different from the refractive index of air and the optical distance of each surface shown in the reflected light intensity distribution are not necessarily the same. not the same. The refractive index in air is approximately 1. On the other hand, the refractive index of glass, acrylic resin, etc. widely used as the material of the container 11 is larger than this, about 1.5, and the refractive index of water, which is the main component of the general medium M, is about 1.33.

以下では、空気の屈折率を1と近似し、容器11の屈折率を符号Nc、培地Mの屈折率を符号Nsにより表す。また、被撮像物が細胞等である場合、その屈折率は水とほとんど変わらないことが知られている。そこで、以下では被撮像物であるスフェロイドSpの屈折率も培地Mと等しいものとする。 In the following, the refractive index of air is approximated to 1, the refractive index of the container 11 is represented by the symbol Nc, and the refractive index of the medium M is represented by the symbol Ns. Further, it is known that when the object to be imaged is a cell or the like, its refractive index is almost the same as that of water. Therefore, in the following, it is assumed that the refractive index of the spheroid Sp, which is the image to be imaged, is also equal to that of the medium M.

図6は容器を介して集光する場合の光路を模式的に示す図である。上記したように、容器11の屈折率Ncは空気中よりも高く、また培地MおよびスフェロイドSpの屈折率Nsは容器11の屈折率Ncよりも小さい。このため、図6に示すように、光は容器11の下部底面Saと空気との界面および上部底面Sbと培地Mとの界面でそれぞれ屈折し、物体光学系23から見たときの物体光学系23の焦点面Sfの深さは、空気中での焦点距離FDとは異なる深さになる。 FIG. 6 is a diagram schematically showing an optical path when condensing light through a container. As described above, the refractive index Nc of the container 11 is higher than that in air, and the refractive index Ns of the medium M and the spheroid Sp is smaller than the refractive index Nc of the container 11. Therefore, as shown in FIG. 6, light is refracted at the interface between the lower bottom surface Sa of the container 11 and air and the interface between the upper bottom surface Sb and the medium M, respectively, and the object optical system when viewed from the object optical system 23. The depth of the focal plane Sf of 23 is different from the focal length FD in the air.

このように、容器11表面での屈折により焦点位置が変動し、しかもその変動の態様は容器底部111の材料や厚さによって変わる。このため、ユーザは撮像により得られた断層画像においてどの位置に合焦しているかを正しく知ることができない。また物体光学系23における焦点位置の調整量と被撮像物における焦点位置の変化量とが一致しないため、ユーザは所望の位置に焦点を合わせるために物体光学系23にどのような設定入力を与えればよいのかがわからない。 In this way, the focal position fluctuates due to the refraction on the surface of the container 11, and the mode of the fluctuation changes depending on the material and thickness of the container bottom 111. Therefore, the user cannot correctly know which position is in focus in the tomographic image obtained by imaging. Further, since the adjustment amount of the focal position in the object optical system 23 and the change amount of the focal position in the object to be imaged do not match, the user can give the object optical system 23 what setting input to focus on the desired position. I don't know what to do.

断層画像がどの位置に合焦して撮像されたかが明らかになると、ユーザが焦点位置や参照光路長の調整を行う上で便宜である。この目的のために、容器11を介した撮像において、屈折の影響も加味して断層画像中の焦点位置を特定することが必要となる。以下、これを可能とする本実施形態の焦点位置特定処理の原理および具体的な処理内容について説明する。 When it becomes clear at which position the tomographic image is focused and captured, it is convenient for the user to adjust the focal position and the reference optical path length. For this purpose, it is necessary to specify the focal position in the tomographic image in consideration of the influence of refraction in the imaging through the container 11. Hereinafter, the principle and specific processing contents of the focus position specifying process of the present embodiment that make this possible will be described.

図7は焦点位置特定処理の原理を示す図である。図7に示すように、物体光学系23が容器11の下部底面Sa内の点F1に合焦するケース、容器11の上部底面Sb内の点F2に合焦するケース、および、培地M内の任意の点F3に合焦するケースを仮想的に考える。点F3を含む水平面が培地内に合焦するときの焦点面Sfに相当する。そして、点F1、点F2、点F3にそれぞれ合焦させるための物体光学系23の焦点位置調整量をそれぞれOP1、OP2、OP3とする。 FIG. 7 is a diagram showing the principle of the focus position specifying process. As shown in FIG. 7, the case where the object optical system 23 focuses on the point F1 in the lower bottom surface Sa of the container 11, the case where the object optical system 23 focuses on the point F2 in the upper bottom surface Sb of the container 11, and the case in the medium M. Virtually consider the case of focusing on an arbitrary point F3. Corresponds to the focal plane Sf when the horizontal plane containing the point F3 is in focus in the medium. Then, the focal position adjustment amounts of the object optical system 23 for focusing on the points F1, F2, and F3 are set to OP1, OP2, and OP3, respectively.

図4に示したように、容器底部111の物理的厚さは符号T、容器11の上部底面Sbと焦点面Sfとの物理的距離は符号Dによりそれぞれ表される。また、容器11の屈折率は符号Nc、培地M(およびスフェロイドSp)の屈折率は符号Nsにより表される。 As shown in FIG. 4, the physical thickness of the bottom portion 111 of the container is represented by the reference numeral T, and the physical distance between the top bottom surface Sb of the container 11 and the focal plane Sf is represented by the reference numeral D. The refractive index of the container 11 is represented by the symbol Nc, and the refractive index of the medium M (and the spheroid Sp) is represented by the symbol Ns.

なお、前記した通り、屈折率の異なる物質を介して進む光においては、光路の物理的な長さと光路長とが必ずしも一致しない。このため、以下では必要に応じて、Z方向における物理的な距離を表す座標軸をZo、光路長に対応する光学的な距離を表す座標軸をZrとして区別することとする。 As described above, in the light traveling through substances having different refractive indexes, the physical length of the optical path and the optical path length do not always match. Therefore, in the following, if necessary, the coordinate axis representing the physical distance in the Z direction will be distinguished as Zo, and the coordinate axis representing the optical distance corresponding to the optical path length will be distinguished as Zr.

物体光学系23が容器11の下部底面Saに合焦した状態から焦点位置を変更し、上部底面Sbに合焦させた場合を考えると、このときの焦点位置の移動量は容器底部111の厚さTと等しい。一方、この移動を実現するための物体光学系23の焦点位置調整量は、この間を埋める物質の屈折率Ncを用いて次式:
|OP2−OP1|=T/Nc … (1)
により表される。
Considering the case where the object optical system 23 changes the focal position from the state of being in focus on the lower bottom surface Sa of the container 11 and focusing on the upper bottom surface Sb, the amount of movement of the focal position at this time is the thickness of the container bottom portion 111. Is equal to T. On the other hand, the amount of focus position adjustment of the object optical system 23 for realizing this movement is calculated by the following equation using the refractive index Nc of the substance that fills this space.
| OP2-OP1 | = T / Nc ... (1)
Represented by.

同様に、物体光学系23が容器11の上部底面Sbの点F2に合焦した状態から点F3に合焦した状態に変化させた場合を考えると、このときの焦点位置の移動量は容器11の上部底面Sbと焦点面Sfとの距離Dと等しい。一方、この移動を実現するための物体光学系23の焦点位置調整量は、この間を埋める物質の屈折率Nsを用いて次式:
|OP3−OP2|=D/Ns … (2)
により表される。
Similarly, considering the case where the object optical system 23 is changed from the state where the object optical system 23 is focused on the point F2 of the upper bottom surface Sb of the container 11 to the state where the object optical system 23 is focused on the point F3, the amount of movement of the focal position at this time is the container 11. Is equal to the distance D between the upper bottom surface Sb and the focal plane Sf. On the other hand, the amount of focus position adjustment of the object optical system 23 for realizing this movement is calculated by the following equation using the refractive index Ns of the substance that fills the space.
| OP3-OP2 | = D / Ns… (2)
Represented by.

次に、検出された干渉光から求められる反射光強度分布のプロファイルにおいて各面Sa、Sb、Sfに対応する信号成分が現れる位置を考える。各成分間の間隔は各面間の光路長に相当するから、下部底面Saに対応する信号Paと上部底面Sbに対応する信号Pbとの距離は、両者の物理的距離Tにこの間の屈折率Ncを乗じた値T・Ncとなる。同様に、上部底面Sbに対応する信号Pbと焦点面Sfに対応する信号Pfとの距離は、両者の物理的距離Dにこの間の屈折率Nsを乗じた値D・Nsとなる。 Next, consider the position where the signal component corresponding to each surface Sa, Sb, Sf appears in the profile of the reflected light intensity distribution obtained from the detected interference light. Since the distance between each component corresponds to the optical path length between each surface, the distance between the signal Pa corresponding to the lower bottom surface Sa and the signal Pb corresponding to the upper bottom surface Sb is the physical distance T between the two and the refractive index between them. It becomes the value T · Nc multiplied by Nc. Similarly, the distance between the signal Pb corresponding to the upper bottom surface Sb and the signal Pf corresponding to the focal plane Sf is a value DNs obtained by multiplying the physical distance D between the two by the refractive index Ns between them.

反射光強度分布を表す座標軸Zrにおいて各信号成分が出現する絶対的な位置は基準参照面の位置により変化するが、各信号成分間の距離は変化しない。したがって、反射光強度分布のプロファイル中における焦点位置については、プロファイル中に現れる特定の信号成分に対する相対位置として表すことができれば足りる。例えば容器11の下部底面Saの位置を基準として表すことができる。この位置を原点とするとき、図7から明らかなように、焦点位置Zrfは次式:
Zrf=D・Ns+T・Nc … (3)
により表すことができる。これに式(2)を代入して、次式:
Zrf=|OP3−OP2|・Ns2+T・Nc … (4)
が得られる。式(4)の右辺第1項は、容器11の上部底面Sbから焦点面Sfまでの距離が、容器11の上部底面Sbに合焦した状態からの撮像時の焦点位置調整量と培地Mの屈折率Nsとにより表されることを意味している。また、右辺第2項は容器底部111の光学的厚さを表している。
The absolute position where each signal component appears on the coordinate axis Zr representing the reflected light intensity distribution changes depending on the position of the reference reference plane, but the distance between each signal component does not change. Therefore, it is sufficient that the focal position in the profile of the reflected light intensity distribution can be expressed as a relative position with respect to a specific signal component appearing in the profile. For example, it can be expressed with reference to the position of the lower bottom surface Sa of the container 11. With this position as the origin, as is clear from FIG. 7, the focal position Zrf is expressed by the following equation:
Zrf = D ・ Ns + T ・ Nc… (3)
Can be represented by. Substituting equation (2) into this, the following equation:
Zrf = | OP3-OP2 | ・ Ns 2 + T ・ Nc… (4)
Is obtained. The first term on the right side of the equation (4) describes the amount of focus position adjustment and the medium M at the time of imaging when the distance from the upper bottom surface Sb of the container 11 to the focal plane Sf is in focus on the upper bottom surface Sb of the container 11. It means that it is represented by the refractive index Ns. The second term on the right side represents the optical thickness of the bottom portion 111 of the container.

屈折率Nsは培地Mの種類によって決まり培地Mが特定されればその値は既知である。したがって、任意の容器11について、上部底面Sbに合焦させるための焦点位置調整量OP2、容器底部111の光学的厚さT・Ncが特定されれば、任意の焦点位置調整量OP3で撮像された断層画像における焦点位置Zrfを式(4)により求めることができる。以下、これらの値を特定するための具体的な処理内容の流れについて順に説明する。 The refractive index Ns is determined by the type of medium M, and its value is known if medium M is specified. Therefore, for any container 11, if the focus position adjustment amount OP2 for focusing on the upper bottom surface Sb and the optical thickness T / Nc of the container bottom portion 111 are specified, the image is taken with the arbitrary focus position adjustment amount OP3. The focal position Zrf in the tomographic image can be obtained by Eq. (4). Hereinafter, the flow of specific processing contents for specifying these values will be described in order.

図8は物体光学系が容器底面に合焦する条件を特定する処理を示す図である。図8に示すように、物体光学系23と下部底面Saとの距離が焦点距離FDと等しいとき、物体光学系23は下部底面Saに合焦する。このときの焦点位置調整量が符号OP1により表される。このときの焦点位置調整量OP1を、以下では「第1調整量」と称する。物体光学系23をさらに容器底部111に接近させることにより、物体光学系23が上部底面Sbに合焦する。このときの焦点位置調整量が符号OP2により表される。このときの焦点位置調整量OP2を、以下では「第2調整量」と称する。 FIG. 8 is a diagram showing a process of specifying a condition for the object optical system to focus on the bottom surface of the container. As shown in FIG. 8, when the distance between the object optical system 23 and the lower bottom surface Sa is equal to the focal length FD, the object optical system 23 focuses on the lower bottom surface Sa. The focal position adjustment amount at this time is represented by the reference numeral OP1. The focal position adjustment amount OP1 at this time is hereinafter referred to as a "first adjustment amount". By further bringing the object optical system 23 closer to the container bottom portion 111, the object optical system 23 is focused on the upper bottom surface Sb. The focal position adjustment amount at this time is represented by the reference numeral OP2. The focal position adjustment amount OP2 at this time is hereinafter referred to as a "second adjustment amount".

図8に点線矢印で示すように、物体光学系23を容器底部111に接近させてゆき、光検出器26に入射する信号光の強度を検出する。物体光学液23の焦点が容器底部111の外部にある状態では空気中での光の伝搬のみを考えればよいから、物体光学系23の焦点距離FDが既知であれば焦点位置の初期位置については比較的容易に調整を行うことが可能である。 As shown by the dotted arrow in FIG. 8, the object optical system 23 is brought closer to the bottom portion 111 of the container, and the intensity of the signal light incident on the photodetector 26 is detected. When the focal point of the object optical liquid 23 is outside the container bottom 111, only the propagation of light in the air needs to be considered. Therefore, if the focal length FD of the object optical system 23 is known, the initial position of the focal position can be determined. It is possible to make adjustments relatively easily.

このとき、参照光の光路を遮蔽するシャッター27は閉じられた状態とされる。したがって、光検出器26に入射する光は信号光と参照光との干渉光ではなく、信号光のみである。分光器25から光検出器26に入射する光のうち特定の波長成分の強度、または各成分の強度の合計、積分値等により信号光の強度を評価することができる。 At this time, the shutter 27 that shields the optical path of the reference light is in a closed state. Therefore, the light incident on the photodetector 26 is not the interference light between the signal light and the reference light, but only the signal light. The intensity of the signal light can be evaluated by the intensity of a specific wavelength component of the light incident on the photodetector 26 from the spectroscope 25, or the total intensity of each component, an integral value, or the like.

検出される信号光の強度は、物体系光路上にある反射面に物体光学系23が合焦するときに特に大きくなる。すなわち、図8下部に示すように、焦点位置調整量が第1調整量OP1である、つまり物体光学系23が下部底面Saに合焦するときと、焦点位置調整量が第2調整量OP2である、つまり物体光学系23が上部底面Sbに合焦するときとのそれぞれで強いピークが検出されると考えられる。これらのピーク位置から、焦点位置調整量OP1、OP2を特定することができる。具体的には、焦点深さを変えながら取得した信号光強度における2つの極大値のうち、容器底部111から遠い方の極大値を取るときの焦点位置調整量が第1調整量OP1に対応し、容器底部111に近い方の極大値を取るときの焦点位置調整量が第2調整量OP2に対応すると見なすことができる。前記したように、第1調整量OP1と第2調整量OP2との間の距離は、容器底部111の厚さTを屈折率Ncで除した値と等しい。 The intensity of the detected signal light becomes particularly large when the object optical system 23 focuses on the reflecting surface on the object system optical path. That is, as shown in the lower part of FIG. 8, the focal position adjustment amount is the first adjustment amount OP1, that is, when the object optical system 23 is in focus on the lower bottom surface Sa, and the focus position adjustment amount is the second adjustment amount OP2. It is considered that a strong peak is detected at each time, that is, when the object optical system 23 is in focus on the upper bottom surface Sb. From these peak positions, the focal position adjustment amounts OP1 and OP2 can be specified. Specifically, of the two maximum values of the signal light intensity acquired while changing the focal depth, the focal position adjustment amount when the maximum value far from the container bottom 111 is taken corresponds to the first adjustment amount OP1. It can be considered that the focal position adjustment amount when the maximum value closer to the container bottom 111 is taken corresponds to the second adjustment amount OP2. As described above, the distance between the first adjustment amount OP1 and the second adjustment amount OP2 is equal to the value obtained by dividing the thickness T of the bottom portion 111 of the container by the refractive index Nc.

以上の処理によって、物体光学系23が下部底面Saに合焦するときの焦点位置調整量である第1調整量OP1、物体光学系23が上部底面Sbに合焦するときの焦点位置調整量である第2調整量OP2、および、容器底部111の厚さを容器材料の屈折率で除した値(T/Nc)が特定される。これらの情報を用いて容器底部111の光学的厚さを求めるための処理について、次に説明する。 By the above processing, the first adjustment amount OP1 which is the focus position adjustment amount when the object optical system 23 focuses on the lower bottom surface Sa, and the focus position adjustment amount when the object optical system 23 focuses on the upper bottom surface Sb. A certain second adjustment amount OP2 and a value (T / Nc) obtained by dividing the thickness of the bottom portion 111 of the container by the refractive index of the container material are specified. The process for determining the optical thickness of the container bottom 111 using this information will be described below.

図9は容器底部の光学的厚さを求めるための処理の原理を示す図である。図9に点線で示すように物体光学系23の焦点位置調整量が第1調整量OP1に設定されるとき、物体光学系23は容器11の下部底面Saに合焦する。このときの下部底面Saまでの物体光路長を符号Loにより表す。このときの物体系光路には容器11は含まれないので、物体光路長Loは装置各部の機械的寸法と第1調整量OP1と物体光学系23の焦点距離FDとを用いて一義的に表すことが可能である。また、参照光路長Lr1がこのときの物体光路長Loと等しくなるための参照ミラー24の位置P1についても、第1調整量OP1がわかれば装置各部の機械的寸法から一義的に求めることが可能である。この位置P1を以下では「第1位置」と称する。 FIG. 9 is a diagram showing the principle of processing for determining the optical thickness of the bottom of the container. As shown by the dotted line in FIG. 9, when the focal position adjustment amount of the object optical system 23 is set to the first adjustment amount OP1, the object optical system 23 is focused on the lower bottom surface Sa of the container 11. The object optical path length up to the lower bottom surface Sa at this time is represented by the symbol Lo. Since the container 11 is not included in the object system optical path at this time, the object optical path length Lo is uniquely expressed by using the mechanical dimensions of each part of the device, the first adjustment amount OP1, and the focal length FD of the object optical system 23. It is possible. Further, the position P1 of the reference mirror 24 for the reference optical path length Lr1 to be equal to the object optical path length Lo at this time can also be uniquely obtained from the mechanical dimensions of each part of the apparatus if the first adjustment amount OP1 is known. Is. This position P1 is hereinafter referred to as a "first position".

ここで、参照ミラー24の位置を上記第1位置P1よりも参照光路長が長くなる位置P2に設定し、物体系光路上における参照基準面Srが容器底部111の内部に設定されるようにした場合を考える。この位置P2を以下では「第2位置」と称する。図ではこのときの参照光路長を符号Lr2として示しており、この値Lr2は先の値Lr1よりも大きい。物体系光路において、容器11の上部底面Sbと参照基準面Srとの距離を符号T1、下部底面Saと参照基準面Srとの距離を符号T2により表す。図から明らかなように、これらの値T1、T2の和は容器底部111の物理的厚さTに相当する。 Here, the position of the reference mirror 24 is set to the position P2 in which the reference optical path length is longer than that of the first position P1, so that the reference reference surface Sr on the object-based optical path is set inside the container bottom 111. Consider the case. This position P2 is hereinafter referred to as a "second position". In the figure, the reference optical path length at this time is shown as the symbol Lr2, and this value Lr2 is larger than the previous value Lr1. In the object-based optical path, the distance between the upper bottom surface Sb of the container 11 and the reference reference surface Sr is represented by the reference numeral T1, and the distance between the lower bottom surface Sa and the reference reference surface Sr is represented by the reference numeral T2. As is clear from the figure, the sum of these values T1 and T2 corresponds to the physical thickness T of the bottom 111 of the container.

このうち値T2については、参照ミラー24の2つの位置P1,P2の間における参照光路長の差と容器材料の屈折率とを用いて次式:
Lr2−Lr1=T2・Nc …(5)
により表すことができる。式(5)の左辺は参照ミラー24を第1位置P1から第2位置P2まで移動させるために必要な移動量に相当する。上記したように第1位置P1は第1調整量OP1を用いて特定することができるから、任意に設定される第2位置P2についても、その設定値から第1位置P1との距離を特定することが可能である。
Regarding the value T2, the following equation is used using the difference in the reference optical path length between the two positions P1 and P2 of the reference mirror 24 and the refractive index of the container material.
Lr2-Lr1 = T2 ・ Nc… (5)
Can be represented by. The left side of the equation (5) corresponds to the amount of movement required to move the reference mirror 24 from the first position P1 to the second position P2. Since the first position P1 can be specified by using the first adjustment amount OP1 as described above, the distance from the first position P1 is specified from the set value of the second position P2 which is arbitrarily set. It is possible.

また、値T1については次のようにして求めることができる。値T1は物体系光路における参照基準面Srと上部底面Sbとの物理的距離であり、参照基準面Srと上部底面Sbとの間の光路長は、両者の物理的距離と容器材料の屈折率との積T1・Ncにより表すことができる。つまり、光検出器26が出力する干渉信号から求められる深さ方向の反射光強度分布プロファイルでは、上部底面Sbからの反射光に対応する信号Pbは、参照基準面Srを深さ0としたとき深さT1・Ncの位置に現れる。 Further, the value T1 can be obtained as follows. The value T1 is the physical distance between the reference reference surface Sr and the upper bottom surface Sb in the optical path of the object system, and the optical path length between the reference reference surface Sr and the upper bottom surface Sb is the physical distance between the two and the refractive index of the container material. It can be expressed by the product T1 · Nc with. That is, in the reflected light intensity distribution profile in the depth direction obtained from the interference signal output by the photodetector 26, the signal Pb corresponding to the reflected light from the upper bottom surface Sb has a reference reference surface Sr of 0 depth. Appears at depths T1 and Nc.

以下では、この値T1・Ncを、参照基準面Srと上部底面Sbとの光学的距離という意味で「第1距離」と称することがある。また同様に、参照基準面Srと下部底面Saとの光学的距離を表す値T2・Ncを「第2距離」と称することがある。 Hereinafter, the values T1 and Nc may be referred to as "first distance" in the sense of the optical distance between the reference reference surface Sr and the upper bottom surface Sb. Similarly, the values T2 and Nc representing the optical distance between the reference reference surface Sr and the lower bottom surface Sa may be referred to as a "second distance".

したがって、シャッター27が開かれた状態で干渉光を光検出器26に受光させ、出力される干渉信号から求めた反射光強度分布プロファイルにおける上部底面Sbの深さを求めることにより、値T1・Ncを特定することが可能である。この場合、反射光強度分布において他の反射面に対応する信号の影響を受けることなく上部底面Sbに対応する信号を特定するために、次の2点に留意することが望ましい。 Therefore, the value T1 · Nc is obtained by receiving the interference light to the photodetector 26 with the shutter 27 open and obtaining the depth of the upper bottom surface Sb in the reflected light intensity distribution profile obtained from the output interference signal. Can be identified. In this case, it is desirable to pay attention to the following two points in order to specify the signal corresponding to the upper bottom surface Sb without being affected by the signal corresponding to the other reflecting surface in the reflected light intensity distribution.

第1に、物体光学系23が上部底面Sbからの反射光を最も効率よく集光することができるようにするために、物体光学系23の焦点が上部底面Sbに合っていることが望ましい。このとき反射光強度分布プロファイルにおいて上部底面Sbに対応する信号Pbのレベルが最大となるからである。焦点調整機構41による物体光学系23の焦点位置調整量を既に求められている第2調整量OP2またはそれに近い値に設定することで、この目的は達成される。 First, it is desirable that the object optical system 23 is in focus on the upper bottom surface Sb so that the object optical system 23 can collect the reflected light from the upper bottom surface Sb most efficiently. At this time, the level of the signal Pb corresponding to the upper bottom surface Sb is maximized in the reflected light intensity distribution profile. This object is achieved by setting the focus position adjustment amount of the object optical system 23 by the focus adjustment mechanism 41 to the second adjustment amount OP2 or a value close to the already obtained second adjustment amount OP2.

第2に、他の反射面からの反射に起因する複素共役信号が上部底面Sbに対応する信号Pbの近傍に現れないようにする必要がある。複素共役信号が信号Pbに重畳されることで、信号が遮蔽されたりピーク位置がずれたりすることがあるからである。特に下部底面Saからの強い反射光に起因する複素共役信号が問題となり得る。下部底面Saに対応する複素共役信号Pacは、参照系光路における参照基準面Srから下部底面Saまでの光路長に相当する深さ、つまり深さT2・Ncの位置に現れる。一方、上部底面Sbに対応する信号Pbは深さT1・Ncの位置に現れるから、両者を分離するためには第1距離T1、第2距離T2の差をできるだけ大きくするのが望ましい。 Secondly, it is necessary to prevent the complex conjugate signal due to the reflection from the other reflecting surface from appearing in the vicinity of the signal Pb corresponding to the upper bottom surface Sb. This is because the complex conjugate signal is superimposed on the signal Pb, so that the signal may be shielded or the peak position may shift. In particular, the complex conjugate signal caused by the strong reflected light from the lower bottom surface Sa can be a problem. The complex conjugate signal Pac corresponding to the lower bottom surface Sa appears at a depth corresponding to the optical path length from the reference reference plane Sr to the lower bottom surface Sa in the reference system optical path, that is, at the position of the depth T2 · Nc. On the other hand, since the signal Pb corresponding to the upper bottom surface Sb appears at the positions of the depths T1 and Nc, it is desirable to make the difference between the first distance T1 and the second distance T2 as large as possible in order to separate them.

このことから、参照基準面Srは上部底面Sbにできるだけ近い位置に設定されることが望ましい。これにより、反射光強度分布プロファイルにおいて最も参照基準面Srに近い、つまり浅い位置に現れる信号を上部底面Sbに対応するものと見なすことができる。ただし、参照基準面Srが上部底面Sbよりも被撮像物側に設定されると、媒質M内における光路長も考慮する必要が生じて処理が複雑になる。したがって、参照基準面Srは容器壁部111の内部に設定されることが望ましい。 From this, it is desirable that the reference reference surface Sr is set at a position as close as possible to the upper bottom surface Sb. Thereby, the signal appearing at the position closest to the reference reference plane Sr, that is, at the shallow position in the reflected light intensity distribution profile can be regarded as corresponding to the upper bottom surface Sb. However, if the reference reference surface Sr is set closer to the object to be imaged than the upper bottom surface Sb, it becomes necessary to consider the optical path length in the medium M, which complicates the process. Therefore, it is desirable that the reference reference surface Sr is set inside the container wall portion 111.

この時点で容器底部111の光学的厚さT・Ncは特定されていないから、参照系光路において上部底面Sbに相当する位置、つまり上部底面Sbまでの物体光路長と参照光路長とが等しくなる参照ミラー24の位置を正確に把握することもできない。このため、参照基準面Srを容器壁部111内部の適当な位置に設定するために、何らかの仮定を導入する必要がある。 Since the optical thickness T / Nc of the container bottom 111 is not specified at this point, the position corresponding to the upper bottom surface Sb in the reference system optical path, that is, the object optical path length to the upper bottom surface Sb and the reference optical path length become equal. It is also not possible to accurately grasp the position of the reference mirror 24. Therefore, it is necessary to introduce some assumptions in order to set the reference reference surface Sr at an appropriate position inside the container wall portion 111.

物体光学系23の焦点位置調整量については第1調整量OP1および第2調整量OP2が既に特定されており、式(1)よりT/Ncの値は求められるから、例えば容器底部111を構成する材料の屈折率Ncを適宜の値に仮定して第1距離T・Ncの概略値を見積もるという方法がある。 Regarding the focal position adjustment amount of the object optical system 23, the first adjustment amount OP1 and the second adjustment amount OP2 have already been specified, and the value of T / Nc can be obtained from the equation (1). Therefore, for example, the container bottom 111 is configured. There is a method of estimating the approximate value of the first distance T · Nc by assuming an appropriate value of the refractive index Nc of the material to be used.

容器底部111の材料として使用され得る材料としてはガラス、石英および各種の樹脂などがあるが、これらの屈折率は概ね1.45ないし1.6程度の範囲内にある。そこで、容器底部111が有する屈折率Ncの値を、想定される屈折率の最小値以下の値、より好ましくはこれより小さい値、例えば1.4程度に仮設定してT・Ncの値を求めれば、実際の底部111の光学的厚さよりも僅かに小さい値が得られる。第1位置P1からの距離がこの値となるような第2位置P2を特定してこの位置に参照ミラー24を位置決めすることで、いずれの材料であっても参照基準面Srを確実に容器底部111の内部に設定することが可能となる。式(1)の関係から明らかなように、第1調整量OP1と第2調整量OP2との差の絶対値に仮設定した屈折率の値の2乗を乗じることで、必要な値は求められる。 Materials that can be used as the material for the bottom 111 of the container include glass, quartz, and various resins, and their refractive indexes are generally in the range of about 1.45 to 1.6. Therefore, the value of the refractive index Nc possessed by the bottom portion 111 of the container is tentatively set to a value equal to or less than the minimum value of the assumed refractive index, more preferably a value smaller than this, for example, about 1.4, and the value of T · Nc is set. If obtained, a value slightly smaller than the actual optical thickness of the bottom 111 can be obtained. By specifying the second position P2 such that the distance from the first position P1 is this value and positioning the reference mirror 24 at this position, the reference reference surface Sr can be reliably set at the bottom of the container regardless of the material. It is possible to set it inside 111. As is clear from the relationship of equation (1), the required value is obtained by multiplying the absolute value of the difference between the first adjustment amount OP1 and the second adjustment amount OP2 by the square of the temporarily set refractive index value. Be done.

また例えば、上記のように容器底部111の屈折率Ncは1より大きいから、式(1)に示されるように、第1調整量OP1と第2調整量OP2との差は容器底部111の物理的厚さTよりも小さい。したがって、第1位置P1と第2位置P2との距離が第1調整量OP1と第2調整量OP2との差となるように第2位置P2を設定することによっても、参照基準面Srを確実に容器底部111の内部に設定することが可能となる。 Further, for example, since the refractive index Nc of the container bottom 111 is larger than 1, as described above, the difference between the first adjustment amount OP1 and the second adjustment amount OP2 is the physics of the container bottom 111 as shown in the equation (1). It is smaller than the target thickness T. Therefore, the reference reference plane Sr can be ensured even by setting the second position P2 so that the distance between the first position P1 and the second position P2 is the difference between the first adjustment amount OP1 and the second adjustment amount OP2. It is possible to set the inside of the container bottom 111.

また例えば、容器底部111の材料の屈折率が既知である場合には、その値を用いて第2位置P2を適宜に設定することが可能である。また例えば、第2位置P2(またはそれを決定するための屈折率Ncの仮設定値)をユーザの設定入力によって決めることのできる構成であってもよい。 Further, for example, when the refractive index of the material of the container bottom 111 is known, the second position P2 can be appropriately set by using the value. Further, for example, the second position P2 (or a temporary setting value of the refractive index Nc for determining the second position P2) may be determined by a user's setting input.

ミラー駆動機構42がこうして設定された第2位置P2に参照ミラー24を位置決めし、また焦点調整機構41が物体光学系23の焦点位置調整量を第2調整量OP2に設定し、さらにシャッター27が開かれた状態で、光検出器26による干渉光の検出が行われる。こうして得られた干渉信号に基づく反射光強度分布から、第1距離T1・Ncを上部底面Sbに対応する信号Pbの深さとして求めることが可能である。第2距離T2・Ncは参照ミラー24の設定位置から既知であるので、これらの値の和として容器底部111の光学的厚さT・Ncが求められる。 The mirror drive mechanism 42 positions the reference mirror 24 at the second position P2 thus set, the focus adjustment mechanism 41 sets the focus position adjustment amount of the object optical system 23 to the second adjustment amount OP2, and the shutter 27 further releases the shutter 27. In the open state, the photodetector 26 detects the interference light. From the reflected light intensity distribution based on the interference signal thus obtained, it is possible to obtain the first distance T1 · Nc as the depth of the signal Pb corresponding to the upper bottom surface Sb. Since the second distance T2 · Nc is known from the set position of the reference mirror 24, the optical thickness T · Nc of the container bottom 111 is obtained as the sum of these values.

このようにしてOP1、OP2およびT・Ncの各値が求められれば、それらの値および式(1)から容器底部111の厚さTと屈折率Ncとをそれぞれ一意に求めることが可能である。ただし、式(4)で示される焦点位置を特定するという目的からは、容器底部111の光学的厚さT・Ncが求められば足り、厚さTと屈折率Ncとを個別に特定する必要は必ずしもない。 If the values of OP1, OP2 and T / Nc are obtained in this way, the thickness T of the container bottom 111 and the refractive index Nc can be uniquely obtained from these values and the formula (1). .. However, for the purpose of specifying the focal position represented by the equation (4), it is sufficient to obtain the optical thickness T / Nc of the container bottom 111, and it is necessary to individually specify the thickness T and the refractive index Nc. Is not always.

撮像時の焦点位置調整量OP3はユーザにより適宜設定される値である。以下では、この値OP3を「第3調整量」と称する。これまでの処理により値OP2、T・NcおよびNsが既に判っているから、任意に設定される焦点位置調整量OP3に対して、式(4)より反射光強度分布における焦点位置Zrfを特定することができる。なお、撮像時においては基準参照面Srの位置、つまり参照光路長を焦点位置とは独立して設定することが可能である。任意の焦点位置調整量(第3調整量)OP3および参照光路長の設定値について成立する一般式は、次のようにして求めることが可能である。 The focus position adjustment amount OP3 at the time of imaging is a value appropriately set by the user. Hereinafter, this value OP3 is referred to as a “third adjustment amount”. Since the values OP2, T · Nc, and Ns are already known by the processing so far, the focal position Zrf in the reflected light intensity distribution is specified from the equation (4) for the focal position adjustment amount OP3 set arbitrarily. be able to. At the time of imaging, the position of the reference reference surface Sr, that is, the reference optical path length can be set independently of the focal position. The general formula that holds for the arbitrary focal position adjustment amount (third adjustment amount) OP3 and the set value of the reference optical path length can be obtained as follows.

図10は参照光路長と焦点位置との関係を示す図である。基本的な考え方は上記と同じであるが、参照基準面Srの位置、つまり参照光路長Lrが任意に設定され得る。反射光強度分布において参照基準面Srを基準としたときの焦点位置までの距離Zfを求める。物体系光路における容器11の下部底面Saまでの物体光路長をLoとするとき、図10(a)に示す関係から明らかなように、
Lr+Zf=Lo+Zrf=Lo+D・Ns+T・Nc
=Lo+|OP3−OP2|・Ns2+T・Nc … (6)
である。この式(6)の意義は次の通りである。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the reference optical path length and the focal position. The basic idea is the same as above, but the position of the reference reference plane Sr, that is, the reference optical path length Lr can be arbitrarily set. In the reflected light intensity distribution, the distance Zf to the focal position when the reference reference plane Sr is used as a reference is obtained. As is clear from the relationship shown in FIG. 10A, where Lo is the object optical path length to the lower bottom surface Sa of the container 11 in the object system optical path.
Lr + Zf = Lo + Zrf = Lo + D ・ Ns + T ・ Nc
= Lo + | OP3-OP2 | ・ Ns 2 + T ・ Nc… (6)
Is. The significance of this equation (6) is as follows.

図10(b)に示すように、反射光強度分布から得られる断層画像Itは、参照基準面Srを画像の一端として所定の撮像範囲内の被撮像物の像を含む。この断層画像Itにおいて、参照基準面Srに対応する画像端から焦点位置までの距離、つまり画像中での焦点深さが式(6)における値Zfにより表される。このように、式(6)により、断層画像It中における物体光学系23の焦点深さZfと撮像時の焦点位置調整量OP3および参照光路長Lrとが関連付けられる。 As shown in FIG. 10B, the tomographic image It obtained from the reflected light intensity distribution includes an image of an imaged object within a predetermined imaging range with the reference reference plane Sr as one end of the image. In this tomographic image It, the distance from the image edge corresponding to the reference reference plane Sr to the focal position, that is, the focal depth in the image is represented by the value Zf in the equation (6). As described above, according to the equation (6), the focal depth Zf of the object optical system 23 in the tomographic image It, the focal position adjustment amount OP3 at the time of imaging, and the reference optical path length Lr are related.

このため、例えば断層画像中における合焦位置を撮像時の条件から特定することが可能であり、表示される断層画像に焦点位置を表す情報を付加することができる。FD−OCT撮像装置では被撮像物への光走査から断層画像化までの時間遅れを小さくすることができ、実質的にリアルタイムでの表示が可能である。リアルタイム表示される断層画像に合焦位置を示すラインやマーカー等を表示するようにすれば、ユーザは、顕微鏡観察の場合と同様に画像を見ながら焦点位置の調整を行うことが可能である。 Therefore, for example, the in-focus position in the tomographic image can be specified from the conditions at the time of imaging, and information indicating the focal position can be added to the displayed tomographic image. In the FD-OCT imaging device, the time delay from optical scanning of the image to be imaged to tomographic imaging can be reduced, and the display can be performed in substantially real time. By displaying a line or a marker indicating the in-focus position on the tomographic image displayed in real time, the user can adjust the focal position while looking at the image as in the case of microscopic observation.

また、例えば撮像範囲を変更する目的で参照光路長が変更された場合でも、参照基準面Srに対応する画像端と焦点位置との関係が求められるため、変更後に表示される断層画像においても焦点位置を正しく指摘することが可能である。すなわち、参照光路長の変更により断層画像に含まれる範囲が変化する場合でも、これに追従して焦点位置の表示位置を変化させることができる。 Further, for example, even if the reference optical path length is changed for the purpose of changing the imaging range, the relationship between the image edge corresponding to the reference reference plane Sr and the focal position is required, so that the tomographic image displayed after the change is also focused. It is possible to point out the position correctly. That is, even if the range included in the tomographic image changes due to the change in the reference optical path length, the display position of the focal position can be changed accordingly.

逆に言えば、画像端と表示上の焦点位置との距離を一定に維持した状態で焦点位置を移動させることも可能である。すなわち、物体光学系23の位置調整量OP3が変更されたときに、式(6)に基づき画像内での焦点位置Zfが一定となるように参照光路長Lrを変化させることで、断層画像中における焦点位置を常に一定とすることができる。これにより、例えば常に画像中の特定位置(例えば中央)が焦点位置となるようにしたいという要求に応えることが可能である。 Conversely, it is also possible to move the focal position while maintaining a constant distance between the image edge and the focal position on the display. That is, when the position adjustment amount OP3 of the object optical system 23 is changed, the reference optical path length Lr is changed so that the focal position Zf in the image becomes constant based on the equation (6) in the tomographic image. The focal position in is always constant. This makes it possible to meet the demand that, for example, a specific position (for example, the center) in the image is always the focal position.

具体的には、焦点位置を断層画像中のどこに設定した画像を撮像するかを例えばユーザ設定により決定することが可能である。すなわち、画像端から焦点位置までの距離をユーザが設定しておけば、焦点位置を移動させたとしても画像内での焦点位置は変わらないようにすることができる。この場合、ユーザが焦点位置を変更する操作を行うと、被撮像物に対する合焦位置は移動するが断層画像内での焦点位置は変わらないので、焦点位置の変更に伴って被撮像物の像が深さ方向にスクロールすることになる。 Specifically, it is possible to determine where in the tomographic image the focal position is set to be captured, for example, by user setting. That is, if the user sets the distance from the image edge to the focal position, the focal position in the image can be kept unchanged even if the focal position is moved. In this case, when the user changes the focal position, the in-focus position with respect to the imaged object moves, but the focal position in the tomographic image does not change. Therefore, the image of the imaged object changes as the focal position changes. Will scroll in the depth direction.

また、OCT撮像においては参照基準面の近傍において最も画像品質が良好である。焦点位置と参照基準面の位置との関係が明確になり両者の距離が管理されることで、これらの乖離に起因する画像品質の劣化を抑制することができる。特に、分解能を高くするために開口数の大きな物体光学系が使用される場合、被写界深度の範囲から外れることで参照基準面の近傍でも画像が不鮮明となることがあり得る。式(6)により焦点位置と参照基準面の位置とが明示されることにより、このような問題を未然に回避することが可能となる。例えばユーザの操作に応じて焦点位置および参照光路長が変更される撮像装置において、焦点位置と参照基準面との距離の上限を定めておき、これを超えるような設定を禁止するといった運用が可能である。 Further, in OCT imaging, the image quality is the best in the vicinity of the reference reference plane. By clarifying the relationship between the focal position and the position of the reference reference plane and managing the distance between them, deterioration of image quality due to these deviations can be suppressed. In particular, when an object optical system having a large numerical aperture is used to increase the resolution, the image may become unclear even in the vicinity of the reference reference plane due to the deviation from the range of the depth of field. By clarifying the focal position and the position of the reference reference plane by the equation (6), such a problem can be avoided in advance. For example, in an imaging device in which the focal position and the reference optical path length are changed according to the user's operation, it is possible to set an upper limit of the distance between the focal position and the reference reference plane and prohibit the setting beyond this. Is.

このように、容器底部111の厚さや屈折率等がわかっていない場合でも、撮像に供される容器11に照明光を入射させて各種の計測を行うことにより、断層画像中における焦点位置を特定するための情報を取得することが可能である。以下、このための処理の具体的内容について説明する。 In this way, even if the thickness, refractive index, etc. of the container bottom 111 are not known, the focal position in the tomographic image can be specified by injecting illumination light into the container 11 to be imaged and performing various measurements. It is possible to obtain information to do so. Hereinafter, the specific contents of the process for this purpose will be described.

図11は焦点位置と参照光路長との関係を特定するための処理を示すフローチャートである。後述するように、この処理は、被撮像物を含む培地Mが担持された容器11が撮像装置1にセットされた後に撮像の前処理として実行される。最初に物体光学系23の焦点位置が初期設定される(ステップS101)。初期状態の焦点位置は適宜の位置に自動設定されてもよく、またユーザによる概略の調整操作により設定されてもよい。自動設定の場合には、容器11の下部底面Saよりもさらに下方で合焦するような設定が望ましい。また、シャッター27が参照系光路上で参照光を遮蔽する遮蔽位置に位置決めされる(ステップS102)。 FIG. 11 is a flowchart showing a process for specifying the relationship between the focal position and the reference optical path length. As will be described later, this process is executed as a pretreatment for imaging after the container 11 on which the medium M containing the image to be imaged is supported is set in the imaging device 1. First, the focal position of the object optical system 23 is initially set (step S101). The focal position in the initial state may be automatically set to an appropriate position, or may be set by a rough adjustment operation by the user. In the case of automatic setting, it is desirable to set the focus to be further below the lower bottom surface Sa of the container 11. Further, the shutter 27 is positioned on the reference system optical path at a shielding position that shields the reference light (step S102).

この状態から、焦点調整機構41が物体光学系23を駆動して焦点位置を多段階に変更設定しながら、その都度光検出器26が検出を行う(ステップS103)。このとき参照系光路の光は遮蔽されているため、物体系光路上の反射面からの反射光、つまり信号光のみが光検出器26により検出される。物体系光路において最も物体光学系23に近い位置で強い反射光を生じさせるのは容器11の下部底面Saであり、物体光学系23が下部底面Saに合焦するときその反射光強度は最大となる。そこで、物体光学系23に最も近い位置に現れる第1のピークが下部底面Saへの合焦状態を示すものとみなし、そのときの焦点位置調整量を第1調整量OP1として記憶する(ステップS104)。 From this state, the photodetector 26 detects each time while the focus adjusting mechanism 41 drives the object optical system 23 to change and set the focal position in multiple stages (step S103). At this time, since the light in the reference system optical path is blocked, only the reflected light from the reflecting surface on the object system optical path, that is, the signal light is detected by the photodetector 26. It is the lower bottom surface Sa of the container 11 that generates strong reflected light at the position closest to the object optical system 23 in the object system optical path, and when the object optical system 23 focuses on the lower bottom surface Sa, the reflected light intensity is maximum. Become. Therefore, it is considered that the first peak appearing at the position closest to the object optical system 23 indicates the focusing state on the lower bottom surface Sa, and the focal position adjustment amount at that time is stored as the first adjustment amount OP1 (step S104). ).

また、物体系光路において下部底面Saに次いで物体光学系23に近い位置で強い反射光を生じさせるのは容器11の上部底面Sbであり、物体光学系23が上部底面Sbに合焦するときその反射光強度は最大となる。そこで、第1のピークの次に現れる第2のピークが上部底面Sbへの合焦状態を示すものとみなし、そのときの焦点位置調整量を第2調整量OP2として記憶する(ステップS105)。 Further, in the object system optical path, it is the upper bottom surface Sb of the container 11 that generates strong reflected light at a position closest to the object optical system 23 next to the lower bottom surface Sa, and when the object optical system 23 focuses on the upper bottom surface Sb, The reflected light intensity is maximized. Therefore, it is considered that the second peak that appears after the first peak indicates the focusing state on the upper bottom surface Sb, and the focus position adjustment amount at that time is stored as the second adjustment amount OP2 (step S105).

そして、これらの情報に基づいて参照ミラー24に関する第1位置P1、第2位置P2が特定される(ステップS106)。具体的には、物体光学系23の焦点位置調整量を第1調整量OP1に設定したときの物体光路長と参照光路長が等しくなる参照ミラー24の位置が、第1位置P1として特定される。また、第1位置P1よりも参照光路長が長く、かつ第1位置P1からの距離が容器底部111の光学的厚さよりも小さい位置として、第2位置P2が特定される。そして、第1位置P1と第2位置P2との間の距離として、第2距離T2・Ncが特定される。これらの位置および第2距離の値はメモリ37に記憶される。 Then, the first position P1 and the second position P2 regarding the reference mirror 24 are specified based on this information (step S106). Specifically, the position of the reference mirror 24 in which the object optical path length and the reference optical path length are equal to each other when the focal position adjustment amount of the object optical system 23 is set to the first adjustment amount OP1 is specified as the first position P1. .. Further, the second position P2 is specified as a position where the reference optical path length is longer than the first position P1 and the distance from the first position P1 is smaller than the optical thickness of the container bottom 111. Then, the second distance T2 · Nc is specified as the distance between the first position P1 and the second position P2. The values of these positions and the second distance are stored in the memory 37.

次いで、焦点調整機構41が物体光学系23の焦点位置調整量を第2調整量OP2に設定し(ステップS107)、ミラー駆動機構42が参照ミラー24を第2位置P2に位置決めする(ステップS108)。また、シャッター27は参照光を遮蔽することなく通過させる通過位置に位置決めされ、開状態とされる(ステップS109)。これらの処理順序は上記に限定されず任意である。 Next, the focus adjustment mechanism 41 sets the focus position adjustment amount of the object optical system 23 to the second adjustment amount OP2 (step S107), and the mirror drive mechanism 42 positions the reference mirror 24 at the second position P2 (step S108). .. Further, the shutter 27 is positioned at a passing position through which the reference light is passed without being shielded, and is opened (step S109). These processing orders are not limited to the above and are arbitrary.

この状態で、光検出器26による検出を行う。このときに検出されるのは信号光と参照光とが合成された干渉光であり、信号処理部33は検出された干渉光のスペクトルから深さ方向の反射光強度分布を算出する(ステップS110)。求められた反射光強度分布において最も浅い、つまり最も参照基準面Srに近い位置に現れる信号が容器の上部底面Sbに対応する。この信号Pbが現れる深さが第1距離T1・Ncとして算出される(ステップS111)。第1距離T1・Ncはメモリ37に記憶される。 In this state, the photodetector 26 performs detection. What is detected at this time is the interference light obtained by combining the signal light and the reference light, and the signal processing unit 33 calculates the reflected light intensity distribution in the depth direction from the spectrum of the detected interference light (step S110). ). The signal appearing at the shallowest position in the obtained reflected light intensity distribution, that is, at the position closest to the reference reference plane Sr, corresponds to the upper bottom surface Sb of the container. The depth at which this signal Pb appears is calculated as the first distance T1 · Nc (step S111). The first distance T1 · Nc is stored in the memory 37.

ここまでに求められた各値から容器底部111の光学的厚さT・Ncが求められる(ステップS112)。ここまでの処理により、式(6)に含まれるパラメータOP2、Lo、T・Ncがそれぞれ求められる。他のパラメータLr、Zf、OP3は撮像時に決定され、屈折率Nsは使用される培地Mに固有の値を有する。したがって、撮像前に取得しておくべきパラメータは全て取得された状態となる。 From each value obtained so far, the optical thickness T / Nc of the container bottom 111 can be obtained (step S112). By the processing up to this point, the parameters OP2, Lo, and T / Nc included in the equation (6) are obtained, respectively. The other parameters Lr, Zf, OP3 are determined at the time of imaging, and the refractive index Ns has a value specific to the medium M used. Therefore, all the parameters that should be acquired before imaging are in the acquired state.

以下は撮像において必須の処理ではないが、値OP1、OP2、T・Ncが特定されていることから、これらの値と式(1)とを用いて容器11の厚さTおよび屈折率Ncをそれぞれ算出することが可能である(ステップS113)。 The following is not an essential process for imaging, but since the values OP1, OP2, and T / Nc have been specified, the thickness T and the refractive index Nc of the container 11 can be determined using these values and the formula (1). Each can be calculated (step S113).

図12はこの撮像装置における撮像処理を示すフローチャートである。培地M中に被撮像物を含む容器11が保持部10にセットされると(ステップS201)、CPU31が予め記憶された制御プログラムを実行し装置各部に以下に示す動作を行わせることで、撮像処理が実現される。まず、容器11中の培地Mに関する培地情報の設定入力をユーザから受け付ける(ステップS202)。培地情報は使用されている培地Mの屈折率を特定するために必要な情報であり、屈折率の数値そのものであってもよく、また培地の種類を特定するものであってもよい。培地の種類と屈折率とを対応付けたテーブルを準備しておけば、これを参照することで、入力された培地の種類から屈折率を特定することが可能である。 FIG. 12 is a flowchart showing an imaging process in this imaging apparatus. When the container 11 containing the object to be imaged is set in the holding unit 10 in the medium M (step S201), the CPU 31 executes a control program stored in advance and causes each unit of the apparatus to perform the following operations for imaging. Processing is realized. First, a setting input of medium information regarding the medium M in the container 11 is received from the user (step S202). The medium information is information necessary for specifying the refractive index of the medium M used, and may be the numerical value of the refractive index itself or may specify the type of medium. If a table in which the type of medium and the refractive index are associated with each other is prepared, it is possible to specify the refractive index from the input type of medium by referring to the table.

また、細胞や組織の培養を目的として一般的に使用される培地の屈折率は概ね1.33ないし1.37程度であり、培地の種類による差異はさほど大きくない。したがって、培地Mの屈折率については予め定められた規定値が用いられてもよい。 Further, the refractive index of a medium generally used for culturing cells and tissues is about 1.33 to 1.37, and the difference depending on the type of medium is not so large. Therefore, a predetermined predetermined value may be used for the refractive index of the medium M.

次に、焦点位置と参照光路長との関係を特定するための撮像前処理が実行される(ステップS203)。撮像前処理の具体的な処理の流れについては先に説明した通りである。撮像前処理により、使用される容器11に応じて各パラメータ、すなわち第1調整量OP1、第2調整量OP2および容器11の光学的厚さT・Ncが特定される。 Next, pre-imaging processing for specifying the relationship between the focal position and the reference optical path length is executed (step S203). The specific flow of the pre-imaging process is as described above. By the imaging pretreatment, each parameter, that is, the first adjustment amount OP1, the second adjustment amount OP2, and the optical thickness T / Nc of the container 11 is specified according to the container 11 used.

撮像前処理が終了すると、容器11中の被撮像物の撮像が可能な状態となる。まず撮像時の条件に関するユーザからの設定入力が受け付けられる(ステップS204)。設定されるべき撮像条件は主として物体光学系23の焦点位置調整量、つまり第3調整量OP3と参照ミラー24の位置、つまり参照光路長Lrとである。ただしこの時点では仮設定値であってよく、特に参照光路長Lrについては予め定められた初期値が用いられてもよい。例えば画像中での焦点深さZfを画像の高さの半分としておけば、断層画像では焦点位置を中心として上下方向に同程度の広がりを有する範囲が表示されることとなるので、ユーザによる焦点位置の微調整がしやすくなる。これらの設定に応じて焦点調整機構41が物体光学系23を駆動して焦点位置を設定するとともに、ミラー駆動機構42が参照ミラー24の位置を設定する(ステップS205)。 When the pre-imaging process is completed, the object to be imaged in the container 11 can be imaged. First, a setting input from the user regarding the conditions at the time of imaging is accepted (step S204). The imaging conditions to be set are mainly the focal position adjustment amount of the object optical system 23, that is, the third adjustment amount OP3 and the position of the reference mirror 24, that is, the reference optical path length Lr. However, at this point, it may be a provisional set value, and in particular, a predetermined initial value may be used for the reference optical path length Lr. For example, if the focal depth Zf in the image is set to half the height of the image, the tomographic image displays a range having the same extent in the vertical direction with the focal position as the center. It becomes easier to fine-tune the position. The focus adjustment mechanism 41 drives the object optical system 23 to set the focus position according to these settings, and the mirror drive mechanism 42 sets the position of the reference mirror 24 (step S205).

そして、撮像ユニット20がX方向に光走査しながら干渉光のスペクトル情報を取得し(ステップS206)、それに基づき信号処理部33が反射光強度分布を算出し(ステップS207)、被撮像物のうち光が走査された1つのXZ断面における断層画像を作成する。作成された断層画像については、焦点位置を示すマーカーとともに表示部352に表示することで(ステップS208)、ユーザに提示される。 Then, the image pickup unit 20 acquires the spectral information of the interference light while light scanning in the X direction (step S206), and the signal processing unit 33 calculates the reflected light intensity distribution based on the spectrum information (step S207). Create a tomographic image of one XZ cross section where light is scanned. The created tomographic image is presented to the user by displaying it on the display unit 352 together with the marker indicating the focal position (step S208).

ユーザは、表示される画像を見て撮像範囲および焦点位置を調整することが可能である。すなわち、断層画像には被撮像物のうち撮像範囲内に含まれる部分の像が現れ、しかも焦点位置がマーカーにより明示されている。これを見てユーザが焦点位置や撮像範囲を変更したい場合には、入力デバイス351を介してその旨の設定入力を行うことができる。また、画像内での焦点位置が固定される表示態様がユーザにより選択されると、式(5)に基づき、焦点位置の設定に応じて参照ミラー24の位置が自動的に調整される。ユーザがこれらの撮像条件の変更を希望するときにはステップS104に戻り(ステップS209においてYES)、撮像条件が再設定される。 The user can adjust the imaging range and the focal position by looking at the displayed image. That is, in the tomographic image, an image of a part of the image to be imaged that is included in the imaging range appears, and the focal position is clearly indicated by a marker. When the user wants to change the focal position or the imaging range in view of this, he / she can input the setting to that effect via the input device 351. Further, when the display mode in which the focal position is fixed in the image is selected by the user, the position of the reference mirror 24 is automatically adjusted according to the setting of the focal position based on the equation (5). When the user wishes to change these imaging conditions, the process returns to step S104 (YES in step S209), and the imaging conditions are reset.

このような撮像条件の調整を繰り返し変更が不要となれば(ステップS209においてNO)、引き続き最終的な撮像が行われる(ステップS210)。このときの撮像は、1つのXZ断面についての撮像であってもよく、また照明光の入射位置をY方向に異ならせた複数のXZ断面についての撮像であってもよい。撮像により得られた断層画像のデータは画像メモリ36に保存される。複数のXZ断面について撮像が行われた場合、それらの断層画像データから、3D復元部34は必要に応じて被撮像物の立体像を作成する。 If it is not necessary to repeatedly change the adjustment of the imaging conditions (NO in step S209), the final imaging is continuously performed (step S210). The imaging at this time may be an imaging of one XZ cross section, or may be an imaging of a plurality of XZ cross sections in which the incident positions of the illumination light are different in the Y direction. The tomographic image data obtained by imaging is stored in the image memory 36. When imaging is performed on a plurality of XZ cross sections, the 3D restoration unit 34 creates a stereoscopic image of the imaged object as necessary from the tomographic image data.

以上のように、この実施形態は、照明光に対する光透過性の壁部(底部111)を有する容器11に担持された培地M中の被撮像物をOCT撮像する撮像装置1である。この撮像装置1では、撮像前処理によって容器11に関する各種情報を取得することにより、容器11による屈折の影響を排除して、断層画像における撮像光学系23の合焦位置を特定することが可能である。 As described above, this embodiment is an imaging device 1 that performs OCT imaging of an image to be imaged in a medium M supported on a container 11 having a wall portion (bottom 111) that is transparent to illumination light. In this imaging device 1, by acquiring various information about the container 11 by pre-imaging processing, it is possible to eliminate the influence of refraction by the container 11 and specify the focusing position of the imaging optical system 23 in the tomographic image. be.

そのためユーザは、得られた断層画像がどの位置に合焦して撮像されたものかを知ることができ、画像の的確な評価が可能となる。また、リアルタイム表示される断層画像において合焦位置がマーカーにより示されることにより、被撮像物に対する焦点位置の調整や、断層画像内での焦点位置の設定を容易に行うことが可能となる。また、断層画像内に表示される焦点位置を予め設定しておけば、ユーザによる被撮像物に対する焦点位置の調整に応じて参照光路長を自動的に設定することができる。このように、本実施形態の撮像装置1は、ユーザが撮像原理に関する詳しい知識を有していなくても、その希望に応じた適切な断層画像を提供することができるものである。 Therefore, the user can know the position where the obtained tomographic image is focused and captured, and the image can be accurately evaluated. Further, since the in-focus position is indicated by the marker in the tomographic image displayed in real time, it is possible to easily adjust the focal position with respect to the imaged object and set the focal position in the tomographic image. Further, if the focal position displayed in the tomographic image is set in advance, the reference optical path length can be automatically set according to the adjustment of the focal position with respect to the image to be imaged by the user. As described above, the image pickup apparatus 1 of the present embodiment can provide an appropriate tomographic image according to the desire even if the user does not have detailed knowledge about the imaging principle.

以上説明したように、上記実施形態の撮像装置1においては、撮像ユニット20が本発明の「検出手段」として機能しており、焦点調整機構41およびミラー駆動機構42がそれぞれ本発明の「焦点位置調整手段」および「ミラー位置調整手段」として機能している。また、信号処理部33が本発明の「信号処理手段」として機能し、CPU31が本発明の「焦点位置算出手段」として機能している。また、表示部352が本発明の「表示手段」および「表示装置」として機能する一方、入力デバイス351が本発明の「受付手段」として機能している。 As described above, in the image pickup apparatus 1 of the above embodiment, the image pickup unit 20 functions as the "detection means" of the present invention, and the focus adjustment mechanism 41 and the mirror drive mechanism 42 respectively have the "focus position" of the present invention. It functions as "adjustment means" and "mirror position adjustment means". Further, the signal processing unit 33 functions as the "signal processing means" of the present invention, and the CPU 31 functions as the "focus position calculating means" of the present invention. Further, the display unit 352 functions as the "display means" and the "display device" of the present invention, while the input device 351 functions as the "reception means" of the present invention.

またシャッター27が本発明の「シャッター部材」として機能している。また、上記実施形態においては、容器11の下部底面Saが本発明の「第1主面」に相当する一方、上部底面Sbが「第2主面」に相当している。また、上記実施形態の培地Mが、本発明の「媒質」に相当している。 Further, the shutter 27 functions as the "shutter member" of the present invention. Further, in the above embodiment, the lower bottom surface Sa of the container 11 corresponds to the "first main surface" of the present invention, while the upper bottom surface Sb corresponds to the "second main surface". Further, the medium M of the above embodiment corresponds to the "medium" of the present invention.

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態の説明では、容器11の下部底面Saを位置基準として焦点位置を導出し式(3)および式(4)を得ている。これは、容器11の下部底面Saの位置が容器底部111の厚さや屈折率に影響されずに特定可能であるため、直接的な位置基準として適切であると考えられるからである。しかしながら、上記したように、撮像前処理によって容器11の上部底面Sbの位置についても間接的に特定可能であることから、上部底面Sbを位置基準として焦点位置を特定するようにしてもよい。この場合、式(4)の右辺第1項によって焦点位置を表すことができる。どの位置を基準として焦点位置を表すかは任意であり、基準位置に応じて各式を適宜改変することにより、上記技術思想と実質的に等価な処理を実現することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the description of the above embodiment, the focal position is derived with the lower bottom surface Sa of the container 11 as a position reference, and equations (3) and (4) are obtained. This is because the position of the lower bottom surface Sa of the container 11 can be specified without being affected by the thickness and the refractive index of the container bottom portion 111, and is therefore considered to be appropriate as a direct position reference. However, as described above, since the position of the upper bottom surface Sb of the container 11 can also be indirectly specified by the pre-imaging process, the focal position may be specified using the upper bottom surface Sb as a position reference. In this case, the focal position can be represented by the first term on the right side of the equation (4). Which position is used as a reference to represent the focal position is arbitrary, and by appropriately modifying each equation according to the reference position, it is possible to realize a process substantially equivalent to the above technical idea.

また、上記実施形態では、被撮像物を担持する容器11の底部111を介して撮像ユニット20が下方から撮像を行うが、撮像の方向は上記に限定されず任意である。例えば容器の側壁を介して撮像が行われる場合にも、上記手法を適用可能である。 Further, in the above embodiment, the image pickup unit 20 takes an image from below via the bottom 111 of the container 11 that carries the object to be imaged, but the direction of the image pickup is not limited to the above and is arbitrary. For example, the above method can be applied even when the image is taken through the side wall of the container.

また、上記実施形態の撮像装置1はFD−OCT撮像原理に基づく撮像装置であるが、FD−OCTに限定されず、光干渉を利用した種々の断層撮像技術に対し本発明の技術思想を適用可能である。 Further, the image pickup apparatus 1 of the above embodiment is an image pickup apparatus based on the FD-OCT imaging principle, but is not limited to the FD-OCT, and the technical idea of the present invention is applied to various tomographic imaging techniques using optical interference. It is possible.

また例えば、上記実施形態の被撮像物は浅皿型のディッシュと呼ばれる容器11に担持されたスフェロイドSpであるが、被撮像物およびそれを担持する容器の種類はこれに限定されない。例えば、試料を担持可能な複数のウェルが1つのプレートに設けられたウェルプレートで培養された細胞等が被撮像物とされてもよい。 Further, for example, the object to be imaged in the above embodiment is a spheroid Sp supported on a container 11 called a shallow dish, but the type of the object to be imaged and the container on which it is supported are not limited to this. For example, a cell or the like cultured in a well plate in which a plurality of wells capable of supporting a sample are provided on one plate may be used as an image subject.

また上記実施形態では、被撮像物であるスフェロイドSpの全体が撮像ユニット20の深さ方向における撮像範囲内に収まるという前提で説明した。一方で、深さ方向に撮像範囲を変えて撮像された部分画像を合成することで広範囲の断層画像を得る方法もある。特に物体光学系23に高倍率、高分解能を求めると物体光学系の被写界深度が浅くなるため、本来的には深さ方向に広く撮像可能なFD−OCT装置であっても、1回の撮像で得られる画像の深さ方向の範囲は限定される。このような場合にも、上記手法でそれぞれ撮像された部分画像を合成することにより、広範囲をカバーし画像品質の良好な断層画像を得ることが可能となる。 Further, in the above embodiment, the description has been made on the premise that the entire spheroid Sp, which is the image to be imaged, is within the imaging range in the depth direction of the imaging unit 20. On the other hand, there is also a method of obtaining a wide range of tomographic images by synthesizing the captured partial images by changing the imaging range in the depth direction. In particular, if the object optical system 23 is required to have high magnification and high resolution, the depth of field of the object optical system becomes shallow. The range of the image obtained by imaging in the depth of field is limited. Even in such a case, by synthesizing the partial images captured by the above methods, it is possible to obtain a tomographic image that covers a wide area and has good image quality.

また、上記実施形態の制御ユニット30としては、パーソナルコンピュータやワークステーション等の一般的な構成の汎用処理装置を用いることも可能である。すなわち、撮像ユニット20、駆動制御部40およびこれらの動作させるための最小限の制御機能を有する撮像装置と、上記処理内容を記述した制御プログラムを実行することで制御ユニット30として機能するパーソナルコンピュータ等との組み合わせにより、画像処理装置1が構成されてもよい。 Further, as the control unit 30 of the above embodiment, it is also possible to use a general-purpose processing device having a general configuration such as a personal computer or a workstation. That is, an image pickup unit 20, a drive control unit 40, an image pickup device having a minimum control function for operating these, a personal computer that functions as a control unit 30 by executing a control program that describes the above processing contents, and the like. The image processing device 1 may be configured in combination with the above.

以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、本発明にかかる撮像方法は、例えば、物体光学系の光軸方向の焦点位置調整量を変更しながら信号光を検出して、信号光の強度が極大となる2つの反射面を探索し、該2つの反射面のうち物体光学系に近い側の一方を第1主面、他方を第2主面とみなす構成であってよい。このような構成によれば、容器外部との境界で強い反射面となる第1主面と、媒質との境界で強い反射面となる第2主面とを確実に見出すことができる。 As described above by exemplifying a specific embodiment, the imaging method according to the present invention detects, for example, signal light while changing the amount of focus position adjustment in the optical axis direction of the object optical system. The configuration may be such that two reflecting surfaces having the maximum signal light intensity are searched for, and one of the two reflecting surfaces near the object optical system is regarded as the first main surface and the other is regarded as the second main surface. .. According to such a configuration, it is possible to surely find the first main surface which becomes a strong reflection surface at the boundary with the outside of the container and the second main surface which becomes a strong reflection surface at the boundary with the medium.

また例えば、第2距離は、第1調整量と第2調整量との差に、壁部の屈折率としての仮定値の2乗を乗じた値以下に設定されてよい。このような構成によれば、屈折率が未知である容器に対しても、参照基準面を壁部内部の適宜の位置に設定することが可能となる。 Further, for example, the second distance may be set to be equal to or less than the value obtained by multiplying the difference between the first adjustment amount and the second adjustment amount by the square of the assumed value as the refractive index of the wall portion. According to such a configuration, the reference reference plane can be set at an appropriate position inside the wall portion even for a container whose refractive index is unknown.

また例えば、本発明にかかる撮像装置は、参照光の光路に開閉可能なシャッター部材が設けられた構成であってよい。このような構成によれば、シャッター部材が参照光を通過させる開状態で、信号光との干渉光を生成させることが可能である。また、シャッター部材が参照光を遮蔽する閉状態では信号光のみを検出することが可能となり、例えば物体光学系が容器の第1主面に合焦する条件を容易に見出すことが可能になる。 Further, for example, the image pickup apparatus according to the present invention may have a configuration in which a shutter member that can be opened and closed is provided in the optical path of the reference light. According to such a configuration, it is possible to generate interference light with the signal light in the open state in which the shutter member allows the reference light to pass through. Further, in the closed state where the shutter member shields the reference light, it is possible to detect only the signal light, and for example, it is possible to easily find the condition in which the object optical system is in focus on the first main surface of the container.

また例えば、本発明にかかる撮像方法は、焦点位置を示す情報が付加された断層画像を表示装置に表示させる構成であってよい。また、本発明にかかる撮像装置は、例えば焦点位置を示す情報が付加された断層画像を表示する表示手段を備える構成であってよい。このような構成によれば、撮像時の合焦位置をユーザに提示することができる。 Further, for example, the imaging method according to the present invention may have a configuration in which a tomographic image to which information indicating a focal position is added is displayed on a display device. Further, the imaging apparatus according to the present invention may be configured to include, for example, a display means for displaying a tomographic image to which information indicating a focal position is added. According to such a configuration, the focusing position at the time of imaging can be presented to the user.

また例えば、第3調整量に関する設定入力を受け付け、該設定入力に応じて物体光学系の焦点位置調整量を設定する構成であってよい。このような構成によれば、ユーザが撮像時の焦点位置を所望の位置に設定して撮像を行うことができる。 Further, for example, the configuration may be such that a setting input relating to the third adjustment amount is received and the focal position adjustment amount of the object optical system is set according to the setting input. According to such a configuration, the user can set the focal position at the time of imaging to a desired position and perform imaging.

また例えば、第3調整量をユーザから受け付けた設定入力に応じて設定し、参照ミラーの位置を第3調整量の設定値に応じて変更する構成であってよい。このような構成によれば、ユーザが焦点位置を調整することで参照光路長が自動的に設定されるので、ユーザによる調整操作を効果的に支援することができる。 Further, for example, the third adjustment amount may be set according to the setting input received from the user, and the position of the reference mirror may be changed according to the set value of the third adjustment amount. According to such a configuration, the reference optical path length is automatically set by the user adjusting the focal position, so that the adjustment operation by the user can be effectively supported.

この発明は、OCT撮像技術全般に適用することができる。特に、ディッシュ等の容器中で培養された細胞や細胞集塊を撮像する医学・生化学・創薬の分野において好適に適用することができる。 The present invention can be applied to all OCT imaging techniques. In particular, it can be suitably applied in the fields of medicine, biochemistry, and drug discovery for imaging cells and cell agglomerates cultured in a container such as a dish.

1 画像処理装置(撮像装置)
11 容器
20 撮像ユニット(検出手段)
27 シャッター(シャッター部材)
31 CPU(焦点位置算出手段)
33 信号処理部(信号処理手段)
40 駆動制御部
41 焦点調整機構(焦点位置調整手段)
42 ミラー駆動機構(ミラー位置調整手段)
111 (容器11の)底部(壁部)
Sa (容器11の)下部底面(第1主面)
Sb (容器11の)上部底面(第2主面)
Sf 焦点面
Sp スフェロイド(被撮像物)
Sr 基準参照面
1 Image processing device (imaging device)
11 Container 20 Imaging unit (detection means)
27 Shutter (shutter member)
31 CPU (focus position calculation means)
33 Signal processing unit (signal processing means)
40 Drive control unit 41 Focus adjustment mechanism (focus position adjustment means)
42 Mirror drive mechanism (mirror position adjusting means)
111 Bottom (wall of container 11)
Sa (container 11) lower bottom surface (first main surface)
Upper bottom surface (second main surface) of Sb (container 11)
Sf focal plane Sp spheroid (object to be imaged)
Sr reference reference plane

Claims (10)

光透過性の壁部を有する容器に担持された媒質内の被撮像物を断層撮像する撮像方法において、
光源から出射される低コヒーレンス光が分岐された一の分岐光を前記被撮像物に入射させその反射光を前記壁部を介して物体光学系により集光した信号光と、他の一の分岐光から生成され参照ミラーで反射された参照光とが干渉して生じる干渉光を検出し、検出された前記干渉光に応じた干渉信号を出力する工程と、
前記干渉信号に基づき前記被撮像物における位置と反射光強度との関係を表す反射光強度分布を求め、該反射光強度分布から断層画像を作成する工程と
を備え、
前記信号光の光路の光学的な長さを物体光路長、前記参照光の光路の光学的な長さを参照光路長とそれぞれ称し、
前記壁部の主面のうち、前記物体光学系側の主面を第1主面、前記被撮像物側の主面を第2主面とそれぞれ称し、
前記物体光学系の光軸に沿った方向を光軸方向と称し、
前記物体光学系の操作に伴う空気中での焦点位置の前記光軸方向の移動量を焦点位置調整量と称し、
前記信号光の光路上で前記物体光路長が前記参照光路長と等しい位置にある仮想的な平面を参照基準面と称するとき、
前記物体光学系が前記第1主面に合焦するときの前記焦点位置調整量を第1調整量とし、
前記物体光学系が前記第2主面に合焦するときの前記焦点位置調整量を第2調整量とし、
記焦点位置調整量が前記第1調整量であるときの前記物体光路長と前記参照光路長とが等しくなる前記参照ミラーの位置よりも、前記参照光路長が所定長さだけ長くなる位置に前記参照ミラーを位置決めすることで、前記参照基準面を前記第1主面と前記第2主面との間に設定し、かつ前記焦点位置調整量を前記第2調整量に設定した状態で、前記干渉信号を取得して前記光軸方向における前記反射光強度分布を求め、該反射光強度分布から求められる前記参照基準面と前記第2主面との光学的距離を第1距離、前記所定長さを第2距離として、
記焦点位置調整量が前記物体光学系を前記第2主面よりも前記被撮像物側で合焦させる第3調整量に設定されて取得された前記干渉信号から求められる前記光軸方向の前記反射光強度分布において、前記第1主面からの前記光軸方向の光学的距離が
前記第3調整量と前記第2調整量との差に、前記媒質の屈折率の2乗を乗じた値と、
前記第1距離と、
前記第2距離
和で表される位置を、前記物体光学系の焦点位置とする撮像方法。
In an imaging method for tomographic imaging of an image to be imaged in a medium supported on a container having a light-transparent wall portion.
One branch light in which low coherence light emitted from a light source is branched is incident on the object to be imaged, and the reflected light is condensed by an object optical system via the wall portion, and another branch. A step of detecting interference light generated by interference with reference light generated from light and reflected by a reference mirror, and outputting an interference signal corresponding to the detected interference light.
A step of obtaining a reflected light intensity distribution representing the relationship between the position of the object to be imaged and the reflected light intensity based on the interference signal and creating a tomographic image from the reflected light intensity distribution is provided.
The optical length of the optical path of the signal light is referred to as an object optical path length, and the optical length of the optical path of the reference light is referred to as a reference optical path length.
Of the main surfaces of the wall portion, the main surface on the object optical system side is referred to as the first main surface, and the main surface on the image subject side is referred to as the second main surface.
The direction along the optical axis of the object optical system is referred to as the optical axis direction.
The amount of movement of the focal position in the air in the optical axis direction due to the operation of the object optical system is referred to as a focal position adjustment amount.
When a virtual plane in which the object optical path length is equal to the reference optical path length on the optical path of the signal light is referred to as a reference reference plane.
The position adjustment amount before Kiase point when the object optical system is focused before Symbol first major surface and a first adjustment amount,
The position adjustment amount before Kiase point when the object optical system is focused on the front Stories second major surface and the second adjustment amount,
Than said position of the reference mirror is object light path length and said reference optical path length equal, the reference optical path length is longer by a predetermined length position when front Kiase point position adjustment amount is the first adjustment amount by the reference positioning the mirror to set the reference surface between the first major surface and said second major surface, and setting the pre Kiase point position adjustment amount in the second adjustment amount state, acquires the interference signal determined the reflected light intensity distribution in the optical axis direction, the first distance optical distance between the reference surface and the second main surface obtained from the reflected light intensity distribution , With the predetermined length as the second distance
The optical axis direction front Kiase point position adjustment amount is calculated from the interference signal the acquired is set to the third adjustment amount focus it object to be imaged side of the second main surface of the object optical system in the reflected light intensity distribution, the optical path length from the optical axis direction from the first main surface,
A value obtained by multiplying the difference between the third adjustment amount and the second adjustment amount by the square of the refractive index of the medium .
Said first distance,
Said second distance
An imaging method in which the position represented by the sum of is the focal position of the object optical system.
前記物体光学系の焦点位置を前記光軸方向変更しながら前記信号光を検出して、前記信号光の強度が極大となる2つの反射面を探索し、該2つの反射面のうち前記物体光学系に近い側の一方を前記第1主面、他方を前記第2主面とみなす請求項1に記載の撮像方法。 The signal light is detected while changing the focal position of the object optical system in the optical axis direction , two reflecting surfaces having the maximum intensity of the signal light are searched, and the object of the two reflecting surfaces is searched for. The imaging method according to claim 1, wherein one of the sides close to the optical system is regarded as the first main surface and the other is regarded as the second main surface. 前記所定長さは、前記第1調整量と前記第2調整量との差に、前記壁部の屈折率としての仮定値の2乗を乗じた値以下に設定される請求項1または2に記載の撮像方法。 According to claim 1 or 2, the predetermined length is set to be equal to or less than a value obtained by multiplying the difference between the first adjustment amount and the second adjustment amount by the square of an assumed value as the refractive index of the wall portion. The imaging method described. 前記焦点位置を示す情報が付加された前記断層画像を表示装置に表示させる請求項1ないし3のいずれかに記載の撮像方法。 The imaging method according to any one of claims 1 to 3, wherein the tomographic image to which information indicating the focal position is added is displayed on a display device. 前記第3調整量をユーザから受け付けた設定入力に応じて設定し、前記参照ミラーの位置を前記第3調整量の設定値に応じて変更する請求項1ないし4のいずれかに記載の撮像方法。 The imaging method according to any one of claims 1 to 4, wherein the third adjustment amount is set according to a setting input received from the user, and the position of the reference mirror is changed according to the set value of the third adjustment amount. .. 光透過性の壁部を有する容器に担持された媒質内の被撮像物を断層撮像する撮像装置において、
光源から出射される低コヒーレンス光が分岐された一の分岐光を前記被撮像物に入射させその反射光を前記壁部を介して物体光学系により集光した信号光と、他の一の分岐光から生成され参照ミラーで反射された参照光とが干渉して生じる干渉光を検出し、検出された前記干渉光に応じた干渉信号を出力する検出手段と、
前記干渉信号に基づき前記被撮像物における位置と反射光強度との関係を表す反射光強度分布を求め、該反射光強度分布から断層画像を作成する信号処理手段と、
前記物体光学系の光軸方向における前記物体光学系の焦点位置を変更する焦点位置調整手段と、
前記参照の光路に沿った方向における前記参照ミラーの位置を変更するミラー位置調整手段と、
前記断層画像における前記物体光学系の焦点位置を算出する焦点位置算出手段と
を備え、
前記信号光の光路の光学的な長さを物体光路長、前記参照光の光路の光学的な長さを参照光路長とそれぞれ称し、
前記壁部の主面のうち、前記物体光学系側の主面を第1主面と、前記被撮像物側の主面を第2主面とそれぞれ称し、
前記物体光学系の光軸に沿った方向を光軸方向と称し、
前記焦点位置調整手段の作動に伴う空気中での焦点位置の前記光軸方向の移動量を焦点位置調整量と称し、
前記信号光の光路上で前記物体光路長が前記参照光路長と等しい位置にある仮想的な平面を参照基準面と称するとき、
前記物体光学系が前記第1主面に合焦するときの前記焦点位置調整量を第1調整量とし、
前記物体光学系が前記第2主面に合焦するときの前記焦点位置調整量を第2調整量とし、
記ミラー位置調整手段が、前記焦点位置調整量が前記第1調整量であるときの前記物体光路長と前記参照光路長とが等しくなる前記参照ミラーの位置よりも、前記参照光路長が所定長さだけ長くなる位置に前記参照ミラーを位置決めすることで、前記参照基準面を前記第1主面と前記第2主面との間に設定し、かつ、前記焦点位置調整手段が、前記焦点位置調整量を前記第2調整量に設定した状態で、前記検出手段が前記干渉信号を取得し、該干渉信号に基づき前記信号処理手段が前記光軸方向における前記反射光強度分布を求め、該反射光強度分布から求められる前記参照基準面と前記第2主面との光学的距離を第1距離、前記所定長さを第2距離として、
前記焦点位置算出手段は、前記焦点位置調整手段が前記焦点位置調整量を前記物体光学系が前記第2主面よりも前記被撮像物側で合焦する第3調整量に設定して取得された前記干渉信号から求められる前記光軸方向の前記反射光強度分布において、前記第1主面からの前記光軸方向の光学的距離が
前記第3調整量と前記第2調整量との差に、前記媒質の屈折率の2乗を乗じた値と、
前記第1距離と、
前記第2距離
和で表される位置を、前記物体光学系の焦点位置とする撮像装置。
In an imaging device that tomographically images an image to be imaged in a medium supported on a container having a light-transmitting wall portion.
One branch light in which low coherence light emitted from a light source is branched is incident on the object to be imaged, and the reflected light is condensed by an object optical system via the wall portion, and another branch. A detection means that detects interference light generated by interference with reference light generated from light and reflected by a reference mirror, and outputs an interference signal corresponding to the detected interference light.
A signal processing means that obtains a reflected light intensity distribution that represents the relationship between the position of the object to be imaged and the reflected light intensity based on the interference signal and creates a tomographic image from the reflected light intensity distribution.
A focal position adjusting means for changing the focal position of the object optical system in the optical axis direction of the object optical system, and
A mirror position adjusting means for changing the position of the reference mirror in a direction along the optical path of the reference light, and
A focal position calculation means for calculating the focal position of the object optical system in the tomographic image is provided.
The optical length of the optical path of the signal light is referred to as an object optical path length, and the optical length of the optical path of the reference light is referred to as a reference optical path length.
Of the main surfaces of the wall portion, the main surface on the object optical system side is referred to as a first main surface, and the main surface on the image subject side is referred to as a second main surface.
The direction along the optical axis of the object optical system is referred to as the optical axis direction.
The amount of movement of the focal position in the air in the optical axis direction due to the operation of the focal position adjusting means is referred to as a focal position adjusting amount.
When a virtual plane in which the object optical path length is equal to the reference optical path length on the optical path of the signal light is referred to as a reference reference plane.
The position adjustment amount before Kiase point when the object optical system is focused before Symbol first major surface and a first adjustment amount,
The position adjustment amount before Kiase point when the object optical system is focused on the front Stories second major surface and the second adjustment amount,
Previous SL mirror position adjustment means, from the position of the reference mirror before the object light path length when an Kiase point position adjustment amount of the first adjustment amount and said reference optical path length are equal, the reference optical path length By positioning the reference mirror at a position where is longer by a predetermined length, the reference reference surface is set between the first main surface and the second main surface , and the focal position adjusting means is used. the pre Kiase point position adjustment amount in a state set in the second adjustment amount, the detection means acquires the interference signal, the interference signal based-out to the signal processing means the reflected light in the direction of the optical axis obtains the intensity distribution, the first distance optical distance between the reference surface and the second main surface obtained from the reflected light intensity distribution, the predetermined length as the second distance,
The focal position calculating means, the focal position adjusting means is obtained by setting the third adjustment amount for focusing at the object to be imaged side of the focal position adjustment amount the object optical system and the second main surface In the reflected light intensity distribution in the optical axis direction obtained from the interference signal, the optical distance in the optical axis direction from the first main surface is determined .
A value obtained by multiplying the difference between the third adjustment amount and the second adjustment amount by the square of the refractive index of the medium .
Said first distance,
Said second distance
An imaging device in which the position represented by the sum of the above is the focal position of the object optical system.
前記参照光の光路に、開閉可能なシャッター部材が設けられた請求項6に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 6, wherein a shutter member that can be opened and closed is provided in the optical path of the reference light. 前記焦点位置を示す情報が付加された前記断層画像を表示する表示手段を備える請求項6または7に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 6 or 7, further comprising a display means for displaying the tomographic image to which information indicating the focal position is added. 前記第3調整量に関する設定入力を受け付ける受付手段を備え、
該設定入力に応じて、前記焦点位置調整手段が前記物体光学系の焦点位置を前記光軸方向に移動させる請求項6ないし8のいずれかに記載の撮像装置。
A reception means for receiving a setting input regarding the third adjustment amount is provided.
Depending on the setting input, the imaging device according to any one of to the focal position adjusting means claims 6 Before moving the focal position location of the object optical system to the optical axis 8.
前記受付手段は、前記参照ミラーの位置を変更するための設定入力を受け付け、該設定入力に応じて、前記ミラー位置調整手段が前記参照ミラーの位置を設定する請求項9に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 9, wherein the receiving means receives a setting input for changing the position of the reference mirror, and the mirror position adjusting means sets the position of the reference mirror in response to the setting input.
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