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JP7607322B2 - Digital holographic microscope for highly efficient measurement of fluorescent images - Google Patents

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JP7607322B2 JP2021025769A JP2021025769A JP7607322B2 JP 7607322 B2 JP7607322 B2 JP 7607322B2 JP 2021025769 A JP2021025769 A JP 2021025769A JP 2021025769 A JP2021025769 A JP 2021025769A JP 7607322 B2 JP7607322 B2 JP 7607322B2
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Description

本発明は、蛍光ホログラフィーで3次元蛍光分布を高効率で取得するディジタルホログラフィック顕微鏡に関する。 The present invention relates to a digital holographic microscope that uses fluorescence holography to obtain three-dimensional fluorescence distributions with high efficiency.

生きた細胞の動的3次元イメージングは、バイオ応用分野において重要な計測技術である。例えば、蛍光顕微鏡を使って細胞核中の特定DNAに蛍光分子を導入し、有糸分裂する細胞の変化を計測する蛍光標識技術が知られている。蛍光分子で染色された細胞内の核やタンパク質の相互作用を可視化することで様々な観測が可能になる。蛍光像を高分解能かつ高コントラストで計測できるものとして、共焦点レーザ走査型顕微鏡が知られている。しかし、共焦点レーザ走査型顕微鏡では計測物体の一点ごとに集光点の走査が必要なため、蛍光像を得るためには時間がかかり、動的物体の変化が速い現象の計測や奥行き位置が異なる複数の細胞の同時計測は不向きであるという本質的な限界がある。
また、蛍光像でだけでなく細胞核や細胞壁などの構造を同時に観察する技術も求められている。構造観察の手段として、位相差顕微鏡や微分干渉顕微鏡などがある。位相差像は透明物体の形状測定に有効である。蛍光像および位相像を同時観察することができれば、異なる情報を同時に取得することができるため、バイオ反応においてより詳細な情報を提供することが可能になる。
Dynamic 3D imaging of living cells is an important measurement technique in the field of biological applications. For example, a fluorescent labeling technique is known in which a fluorescent molecule is introduced into specific DNA in a cell nucleus using a fluorescence microscope to measure changes in cells undergoing mitosis. Various observations become possible by visualizing the interactions between nuclei and proteins in cells stained with fluorescent molecules. Confocal laser scanning microscopes are known as a technique that can measure fluorescent images with high resolution and high contrast. However, confocal laser scanning microscopes require scanning of the focal point for each point on the measurement object, so it takes time to obtain a fluorescent image, and there are inherent limitations to the technique, such as being unsuitable for measuring phenomena in which dynamic objects change rapidly or for simultaneously measuring multiple cells at different depth positions.
There is also a demand for technology that can simultaneously observe structures such as cell nuclei and cell walls in addition to fluorescent images. Phase contrast microscopes and differential interference microscopes are available as means of structural observation. Phase contrast images are effective for measuring the shape of transparent objects. If fluorescent images and phase images can be observed simultaneously, different information can be obtained at the same time, making it possible to provide more detailed information on bioreactions.

瞬時的な3次元計測を可能とするツールとして、ディジタルホログラフィック顕微鏡が知られている。ディジタルホログラフィック顕微鏡では、3次元情報をホログラム情報として取得し、計算機内で光波の逆伝搬計算を行うことで奥行き位置に対する物体の光波情報を再構成する。ディジタルホログラフィック顕微鏡の特徴としては、特殊な蛍光染色が必要なく生体細胞の3次元観察が可能であること、計算機再構成により焦点位置を任意に変更できるオートフォーカシング機能を有すること、定量的位相計測が可能であることが挙げられる。このため、3次元的に細胞が動くような状況においても、再構成計算により自動的にピントの合った再構成画像を得ることができる。 Digital holographic microscopes are known as a tool that enables instantaneous 3D measurements. In digital holographic microscopes, 3D information is acquired as hologram information, and the light wave information of the object relative to its depth position is reconstructed by performing backpropagation calculations of light waves within a computer. Features of digital holographic microscopes include the ability to observe living cells in 3D without the need for special fluorescent staining, an autofocusing function that allows the focal position to be changed arbitrarily through computer reconstruction, and the ability to perform quantitative phase measurement. Therefore, even in situations where cells move three-dimensionally, a reconstructed image that is automatically in focus can be obtained through reconstruction calculations.

ディジタルホログラフィック顕微鏡を細胞観察に応用する場合、蛍光情報のホログラム取得が必要となるが、蛍光を用いてホログラフィー技術を実現するためには、蛍光が非常に干渉しにくいインコヒーレント光であり、近年、インコヒーレント光からホログラムを作る方法が次々に提案されており、蛍光ディジタルホログラフィック顕微鏡に向けた研究が活発である。
また、蛍光ディジタルホログラフィック顕微鏡は、ターゲッティング計測には適しているが、蛍光を発生しない物質に対しては無力であるという問題がある。また、蛍光観察を行う場合に、有害な蛍光分子を使うために計測対象が制限される問題も生じる。そのため、ディジタルホログラフィック顕微鏡の応用拡大といった視点で見ると、位相像や蛍光像さらには偏光などの多様な情報が観測可能なマルチモーダルディジタルホログラフィック顕微鏡が必要である。
When applying digital holographic microscopes to cell observation, it is necessary to obtain holograms of fluorescent information. However, in order to realize holography technology using fluorescence, fluorescent light must be incoherent light, which is highly resistant to interference. In recent years, a number of methods have been proposed for creating holograms from incoherent light, and research into fluorescent digital holographic microscopes is active.
In addition, while the fluorescence digital holographic microscope is suitable for targeted measurement, it has the problem that it is ineffective for substances that do not emit fluorescence. In addition, when performing fluorescence observation, the measurement target is limited because harmful fluorescent molecules are used. Therefore, from the perspective of expanding the application of the digital holographic microscope, a multimodal digital holographic microscope that can observe various information such as phase images, fluorescence images, and even polarization is required.

既に、本発明者の一人は、蛍光ディジタルホログラフィック顕微鏡と位相像検出ディジタルホログラフィック顕微鏡を結合し、蛍光像と位相像を同時に計測できるディジタルホログラフィック顕微鏡を提案している(特許文献1,2を参照)。
しかしながら、ディジタルホログラフィック顕微鏡では、2つの光波の干渉を利用するため、光波を空間的に広げた後、2つの光波に分割し、再び重ね合わせる必要があるため、イメージセンサで観測するには蛍光エネルギーを大きくする必要がある。その結果、観測対象に照射する光エネルギーが大きくなり、観測対象が生きた細胞である場合には、細胞にダメージを与える光毒性が大きな問題となる。バイオイメージング分野に、ディジタルホログラフィック顕微鏡を適用する場合には、この光毒性を避けるため、光エネルギー利用効率の更なる向上(高効率化)が必要である。
One of the present inventors has already proposed a digital holographic microscope that combines a fluorescence digital holographic microscope with a phase image detection digital holographic microscope and is capable of measuring fluorescence images and phase images simultaneously (see Patent Documents 1 and 2).
However, in digital holographic microscopes, the interference of two light waves is used, so the light wave must be spatially expanded, then split into two light waves and then superimposed again, which requires a large amount of fluorescent energy to be observed with an image sensor. As a result, the light energy irradiated to the observation target becomes large, and if the observation target is a living cell, phototoxicity that damages the cell becomes a major problem. When applying digital holographic microscopes to the bioimaging field, it is necessary to further improve (highly efficient) the efficiency of light energy utilization in order to avoid this phototoxicity.

再表2018/070451Re-table 2018/070451 再表2016/163560Re-table 2016/163560

上記状況に鑑みて、本発明は、蛍光ホログラフィーで3次元蛍光分布を高効率かつ簡便な系で取得できるディジタルホログラフィック顕微鏡を提供することを目的とする。また、本発明は、蛍光ディジタルホログラフィック顕微鏡と位相像検出ディジタルホログラフィック顕微鏡が結合され、蛍光像と位相像を同時に計測でき、かつ高効率で蛍光像を計測できるディジタルホログラフィック顕微鏡を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention aims to provide a digital holographic microscope that can obtain a three-dimensional fluorescence distribution by fluorescence holography with high efficiency and a simple system. The present invention also aims to provide a digital holographic microscope that combines a fluorescence digital holographic microscope with a phase image detection digital holographic microscope, can measure fluorescence images and phase images simultaneously, and can measure fluorescence images with high efficiency.

上記課題を達成すべく、本発明のディジタルホログラフィック顕微鏡は、観察対象試料の蛍光信号光による蛍光像を取得する蛍光ホログラフィック光学系を備えるディジタルホログラフィック顕微鏡において、蛍光ホログラフィック光学系は、偏光方向が互いに直交する2つの偏光に蛍光信号光を分離する分離手段と、蛍光信号光を2つに分離させた光を再び合波させる際にオフアクシスホログラムを生じさせて蛍光像を取得する光学系を備える。
上記構成によれば、蛍光ホログラフィーで3次元蛍光分布を高効率かつ簡便な系で取得できる。
ここで、分離手段は、偏光方向が互いに直交する2つの偏光に分離できる複屈折偏光素子が用いられる。具体的には、複屈折を利用した偏光プリズムを用いて、蛍光信号光を相互に直交する直線偏光に分離する。偏光プリズムは、ウォーラストンプリズム、ロションプリズム、ニコルプリズム、グラントムソンプリズム等があるが、特に、ウォーラストンプリズムが好適に用いられる。
In order to achieve the above object, the digital holographic microscope of the present invention is equipped with a fluorescence holographic optical system that acquires a fluorescent image from fluorescent signal light of an observation sample, the fluorescent holographic optical system comprising a separation means that separates the fluorescent signal light into two polarized lights whose polarization directions are perpendicular to each other, and an optical system that generates an off-axis hologram when the two separated fluorescent signal lights are recombined to acquire a fluorescent image.
According to the above configuration, a three-dimensional fluorescence distribution can be obtained by fluorescence holography with high efficiency and in a simple system.
Here, the separation means is a birefringent polarizing element capable of separating the light into two polarized lights whose polarization directions are orthogonal to each other. Specifically, a polarizing prism utilizing birefringence is used to separate the fluorescent signal light into linearly polarized lights that are orthogonal to each other. Examples of polarizing prisms include a Wollaston prism, a Rochon prism, a Nicol prism, and a Glan-Thompson prism, and in particular, a Wollaston prism is preferably used.

本発明のディジタルホログラフィック顕微鏡は、観察対象試料を通過する物体光と通過しない参照光とを重ね合せた干渉光による位相像を取得する位相像検出ホログラフィック光学系を更に備えることでもよい。これにより、蛍光像と位相像を同時に計測でき、かつ高効率で蛍光像を計測できる。
本発明のディジタルホログラフィック顕微鏡において、分離手段は、蛍光ホログラフィック光学系にのみに作用するように設計される。
位相像を取得する位相像検出ホログラフィック光学系の物体光の偏光には感度がなく、レンズ作用を起こすことがないように分離手段を設計し、一方、蛍光像を取得する蛍光ホログラフィック光学系の蛍光の偏光には強い感度を持たせるように設計する。これにより、蛍光ホログラフィック光学系の蛍光の偏光だけが、分離手段によって分離され、光を再び合波させる際にオフアクシスホログラムが生じることになる。
The digital holographic microscope of the present invention may further include a phase image detection holographic optical system that obtains a phase image by interference light obtained by superimposing an object light that passes through a sample to be observed and a reference light that does not pass through the sample, thereby making it possible to simultaneously measure a fluorescent image and a phase image, and to measure the fluorescent image with high efficiency.
In the digital holographic microscope of the present invention, the separating means is designed to act only on the fluorescent holographic optical system.
The separation means is designed to have no sensitivity to the polarization of the object light of the phase image detection holographic optical system that acquires a phase image and to cause no lens action, while it is designed to have strong sensitivity to the polarization of the fluorescence of the fluorescence holographic optical system that acquires a fluorescent image. As a result, only the polarization of the fluorescence of the fluorescent holographic optical system is separated by the separation means, and an off-axis hologram is generated when the light is combined again.

本発明のディジタルホログラフィック顕微鏡では、蛍光ホログラフィック光学系と位相像検出ホログラフィック光学系とが共に反射型であることが好ましい。
観察対象試料の蛍光励起光による蛍光像を取得する蛍光ホログラフィック光学系において、蛍光信号は微弱であるので、透過型にした場合に、強い蛍光励起光だけをカットするのは非常に困難になるため、反射型が好ましい。蛍光ホログラフィック光学系と位相像検出ホログラフィック光学系と共に反射型にし、光学系を共通化することにより、装置のコンパクト化が図れる。なお、蛍光ホログラフィック光学系を反射型でなく透過型にする場合は、蛍光信号を励起する蛍光励起光を十分にカットし、蛍光信号のみを通過させるダイクロイックミラーや蛍光波長の特定の波長および位相計測のためのレーザ波長を通過させるバンドパスフィルタを用いる必要がある。
In the digital holographic microscope of the present invention, it is preferable that both the fluorescence holographic optical system and the phase image detection holographic optical system are of the reflective type.
In a fluorescence holographic optical system that obtains a fluorescence image by using fluorescence excitation light of a sample to be observed, the fluorescence signal is weak, so if it is a transmission type, it is very difficult to cut out only the strong fluorescence excitation light, so a reflection type is preferable. By making both the fluorescence holographic optical system and the phase image detection holographic optical system a reflection type and sharing the optical system, the device can be made more compact. If the fluorescence holographic optical system is a transmission type rather than a reflection type, it is necessary to use a dichroic mirror that sufficiently cuts out the fluorescence excitation light that excites the fluorescence signal and passes only the fluorescence signal, or a bandpass filter that passes a specific wavelength of the fluorescence wavelength and the laser wavelength for phase measurement.

本発明のディジタルホログラフィック顕微鏡において、蛍光ホログラフィック光学系の撮像手段と、位相像検出ホログラフィック光学系の撮像手段が共用化され、撮像手段は、蛍光像と位相像をホログラムとして同時に取得する。そして、蛍光像と位相像とを、空間周波数面において分離し、それぞれの干渉強度分布から物体光と蛍光信号光を再構成する。
蛍光像は、蛍光ホログラフィック光学系の蛍光信号光の2つの偏光が合波する際にオフアクシスホログラムとして取得される。位相像も同様に、オフアクシスホログラムとして取得できる。共に、オフアクシスホログラムの等傾角干渉パターンとなるが、空間周波数面で分離することが可能であり、撮像手段により撮像した像から、蛍光像のホログラムパターンと位相像のホログラムパターンを空間周波数面で分離することができる。2つのホログラムパターンをフーリエ変換することで、空間周波数面で、等傾角干渉パターンの成分をバンドパスフィルタによって抽出することができる。
In the digital holographic microscope of the present invention, the imaging means of the fluorescence holographic optical system and the imaging means of the phase image detection holographic optical system are shared, and the imaging means simultaneously acquires a fluorescent image and a phase image as holograms. The fluorescent image and the phase image are then separated in the spatial frequency plane, and the object light and the fluorescent signal light are reconstructed from the respective interference intensity distributions.
The fluorescent image is obtained as an off-axis hologram when two polarized lights of the fluorescent signal light of the fluorescent holographic optical system are combined. Similarly, the phase image can be obtained as an off-axis hologram. Both are equi-angle interference patterns of off-axis holograms, but they can be separated in the spatial frequency plane, and the hologram pattern of the fluorescent image and the hologram pattern of the phase image can be separated in the spatial frequency plane from the image captured by the imaging means. By Fourier transforming the two hologram patterns, the components of the equi-angle interference pattern can be extracted in the spatial frequency plane using a bandpass filter.

本発明のディジタルホログラフィック顕微鏡は、バイオイメージング分野における強力な計測ルールとして、蛍光像と位相像を同時かつ高速撮影することを可能にする。すなわち、本発明のディジタルホログラフィック顕微鏡を用いて、蛍光像により細胞核の時空間情報と、位相像により細胞核や細胞壁の時空間構造とを同時に取得する細胞観察方法を実現できる。 The digital holographic microscope of the present invention makes it possible to simultaneously capture fluorescent images and phase images at high speed, which is a powerful measurement rule in the field of bioimaging. In other words, by using the digital holographic microscope of the present invention, a cell observation method can be realized that simultaneously obtains spatiotemporal information of a cell nucleus from a fluorescent image and the spatiotemporal structure of the cell nucleus and cell wall from a phase image.

本発明のディジタルホログラフィック顕微鏡によれば、蛍光ホログラフィーで3次元蛍光分布を高効率かつ簡便な系で取得でき、バイオイメージング分野における光毒性問題を解消できるといった効果がある。また、本発明のディジタルホログラフィック顕微鏡によれば、蛍光ディジタルホログラフィック顕微鏡と位相像検出ディジタルホログラフィック顕微鏡が結合され、蛍光像と位相像の同時計測、かつ蛍光像の高効率計測が可能であるといった効果がある。
本発明者が既に提案したディジタルホログラフィック顕微鏡のように、回折格子を用いた方法では、回折を利用するので、対象が複雑な蛍光分布をもつ画像に対して十分大きい回折効率を実現することは困難であるが、本発明のディジタルホログラフィック顕微鏡によれば、回折光学素子を利用しないため光エネルギー利用効率が高くできる。
The digital holographic microscope of the present invention has the effect of being able to obtain a three-dimensional fluorescence distribution by fluorescence holography in a highly efficient and simple system, and of being able to solve the phototoxicity problem in the field of bioimaging. In addition, the digital holographic microscope of the present invention has the effect of combining a fluorescence digital holographic microscope and a phase image detection digital holographic microscope, and is able to simultaneously measure a fluorescence image and a phase image, and to measure the fluorescence image with high efficiency.
Methods using a diffraction grating, such as the digital holographic microscope already proposed by the inventors, utilize diffraction, making it difficult to achieve a sufficiently high diffraction efficiency for images in which the subject has a complex fluorescence distribution. However, the digital holographic microscope of the present invention does not use a diffractive optical element, so the efficiency of light energy utilization can be increased.

実施例1のディジタルホログラフィック顕微鏡の光学系の構成図FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an optical system of a digital holographic microscope according to a first embodiment of the present invention. ウォーラストンプリズムの説明図Illustration of a Wollaston prism ウォーラストンプリズムによって生じるオフアクシスホログラムの説明図Illustration of an off-axis hologram produced by a Wollaston prism 蛍光ホログラムとその再構成像Fluorescence hologram and its reconstructed image 実施例2のディジタルホログラフィック顕微鏡の光学系の構成図FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an optical system of a digital holographic microscope according to a second embodiment of the present invention. 実施例3のディジタルホログラフィック顕微鏡の光学系の構成図FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an optical system of a digital holographic microscope according to a third embodiment of the present invention. 蛍光ホログラムと位相ホログラムの分離再生原理の説明図1Diagram 1 of the principle of separation and reconstruction of fluorescence hologram and phase hologram 蛍光ホログラムと位相ホログラムの分離再生原理の説明図2Diagram 2 explaining the principle of separation and reconstruction of fluorescence hologram and phase hologram 3つの再構成像の再構成伝搬距離における強度分布グラフIntensity distribution graphs for the three reconstructed images over the reconstruction propagation distance ヒメツリガネゴケの蛍光測定および位相測定の結果を示す図Figure showing the results of fluorescence and phase measurements of Physcomitrella patens ウォーラストンプリズムを用いた微分干渉顕微鏡の光学系の説明図Illustration of the optical system of a differential interference microscope using a Wollaston prism

以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しながら詳細に説明していく。なお、本発明の範囲は、以下の実施例や図示例に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。 An example of an embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Note that the scope of the present invention is not limited to the following examples and illustrated examples, and many modifications and variations are possible.

図1は、本発明のディジタルホログラフィック顕微鏡の一実施形態の光学系の構成を示す。図1に示すディジタルホログラフィック顕微鏡101は、観察対象試料の蛍光信号光による蛍光像を取得する蛍光ホログラフィック光学系を備えるディジタルホログラフィック顕微鏡において、蛍光ホログラフィック光学系が、偏光方向が互いに直交する2つの偏光に蛍光信号光を分離する分離手段と、蛍光信号光を2つに分離させた光を再び合波させる際にオフアクシスホログラムを生じさせて蛍光像を取得する光学系を備えるものである。 Figure 1 shows the configuration of an optical system of one embodiment of the digital holographic microscope of the present invention. The digital holographic microscope 101 shown in Figure 1 is a digital holographic microscope equipped with a fluorescent holographic optical system that acquires a fluorescent image from the fluorescent signal light of an observation target sample, and the fluorescent holographic optical system is equipped with a separation means that separates the fluorescent signal light into two polarized lights whose polarization directions are perpendicular to each other, and an optical system that generates an off-axis hologram when the two separated fluorescent signal lights are recombined to acquire a fluorescent image.

ディジタルホログラフィック顕微鏡101の光学系について、図1~3を参照して説明する。ディジタルホログラフィック顕微鏡101では、レーザ光源12を用いて試料ステージ11上の観察対象試料1の計測物体に蛍光励起光を照射することにより、観察対象試料1の蛍光分子を励起する。ディジタルホログラフィック顕微鏡101は、対物レンズ14と同じ側から照明光があり、観察対象試料1から反射された光によって試料の像を観察する反射型顕微鏡である。
励起された蛍光分子は、蛍光励起光の照射によって長波長の蛍光信号光を発し、対物レンズ14に入射する。ダイクロイックミラー13は、特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過する光学素子であり、蛍光励起光を反射し、蛍光信号光を透過する。
The optical system of the digital holographic microscope 101 will be described with reference to Figures 1 to 3. In the digital holographic microscope 101, a laser light source 12 is used to irradiate a measurement object of the observation sample 1 on a sample stage 11 with fluorescence excitation light, thereby exciting fluorescent molecules in the observation sample 1. The digital holographic microscope 101 is a reflection microscope in which illumination light comes from the same side as the objective lens 14, and an image of the sample is observed by the light reflected from the observation sample 1.
The excited fluorescent molecules emit fluorescent signal light of a long wavelength when irradiated with the fluorescent excitation light, and the fluorescent signal light enters the objective lens 14. The dichroic mirror 13 is an optical element that reflects light of a specific wavelength and transmits light of other wavelengths, and reflects the fluorescent excitation light and transmits the fluorescent signal light.

ダイクロイックミラー13を通過した蛍光信号光は、レンズ17aを通り、その後、偏光子15を通過する。図3に示すように、ランダム偏光31の蛍光信号光は偏光子15によって、振動方向(振動面)が特定の一つの方向のみに振動する直線偏光32となる。蛍光信号光は、偏光子15を通過した後、ウォーラストンプリズム16を通り、振動方向が互いに直交する2つの直線偏光(33,34)に分離され、異なる角度で進行する。
ここで、ウォーラストンプリズムは、図2に示すように、2つの方解石の結晶(3a,3b)が相互に光学軸が直交するように接合された偏光プリズムである。ウォーラストンプリズム3に対して垂直に入射した光は、2つの接合されたプリズムによって相互に直交する2つの直線偏光の射出光となり、それぞれがほぼ等しい光量である。
The fluorescence signal light that has passed through the dichroic mirror 13 passes through the lens 17a and then the polarizer 15. As shown in Fig. 3, the randomly polarized fluorescence signal light 31 is converted by the polarizer 15 into linearly polarized light 32 whose vibration direction (vibration plane) vibrates in only one specific direction. After passing through the polarizer 15, the fluorescence signal light passes through the Wollaston prism 16 and is separated into two linearly polarized light beams (33, 34) whose vibration directions are perpendicular to each other and travel at different angles.
Here, the Wollaston prism is a polarizing prism in which two calcite crystals (3a, 3b) are bonded together so that their optical axes are perpendicular to each other, as shown in Fig. 2. Light that is perpendicularly incident on the Wollaston prism 3 becomes two linearly polarized light beams that are perpendicular to each other and emerge from the two bonded prisms, each of which has approximately equal light intensity.

ウォーラストンプリズム16を通過した蛍光信号光は、レンズ17bを通り集光し、その後、偏光子18を通過することで偏光を揃えて、分離した2つの直交する直線偏光が合波する。図3に示すとおり、分離した2つの直交する直線偏光は、合波する際に、わずかに角度がついているため、オフアクシス型干渉となり、等傾角パターンのオフアクシス(off-axis)ホログラム40を生じる。また、結像系により2つの光波を空間的、時間的に重ねる。
干渉により奥行き情報である2次の位相項が残留するため、奥行き方向を記録できる。また、ウォーラストンプリズムなどの複屈折を利用した偏光プリズムにおいて、常光線と異常光線の間に位相差が生じることも物体の奥行き情報である2次の位相項が残留することに寄与する。複屈折を利用した偏光プリズムとイメージセンサを結像関係とすることで、分離された2つの直交する蛍光直線偏光は完全に重なり、かつ等傾角パターンのオフアクシス(off-axis)ホログラムを形成するため、高効率で時空間的に安定したホログラムとなる。
The fluorescent signal light that has passed through the Wollaston prism 16 is collected through the lens 17b, and then passes through the polarizer 18 to align the polarization, and the two separated orthogonal linearly polarized lights are combined. As shown in Fig. 3, the two separated orthogonal linearly polarized lights are slightly angled when combined, resulting in off-axis interference, which produces an off-axis hologram 40 with an equiangular pattern. The imaging system also superimposes the two light waves spatially and temporally.
The depth direction can be recorded because the second-order phase term, which is depth information, remains due to interference. In addition, in a polarizing prism using birefringence such as a Wollaston prism, the phase difference between the ordinary ray and the extraordinary ray also contributes to the second-order phase term, which is depth information of an object, remaining. By placing a polarizing prism using birefringence and an image sensor in an imaging relationship, the two separated orthogonal fluorescent linearly polarized lights completely overlap and form an off-axis hologram with an equi-tilt pattern, resulting in a hologram that is highly efficient and stable in time and space.

偏光子18によって合波した蛍光信号光は、その後、バンドパスフィルタ19を通り、EM(Electron Multiplying)-CCD(Charge Coupled Device)カメラ20によって撮像される。バンドパスフィルタ19は、蛍光信号光の蛍光波長の帯域の波長を通過させる。
バンドパスフィルタは、時間コヒーレンスを向上させ、干渉縞のコントラストを向上させる。この結果、再構成像においてノイズが低減され、高コントラスト、高解像度な再構成像が得られる。
The fluorescent signal light combined by the polarizer 18 then passes through a bandpass filter 19 and is imaged by an EM (Electron Multiplying)-CCD (Charge Coupled Device) camera 20. The bandpass filter 19 passes wavelengths in the fluorescent wavelength band of the fluorescent signal light.
The bandpass filter improves the temporal coherence and contrast of the interference fringes, resulting in reduced noise in the reconstructed image and a high-contrast, high-resolution reconstruction.

撮像手段であるEM-CCDカメラ20で、蛍光像を等傾角パターンのオフアクシスホログラムとして取得し、コンピュータ(図示せず)によって、等傾角干渉パターンのホログラムから、フーリエ変換法を用いて蛍光信号光の振幅分布と位相分布を抽出し、オフアクシス法によって観察対象試料の蛍光分子の位置まで逆伝搬させることにより、観察対象試料の蛍光信号光の波面が再生されることになり、蛍光信号光を再構成する。EM-CCDカメラ20によれば、電子増倍機能を備えるCCDイメージセンサが搭載されており、ノイズを増やすことなく光信号を増倍し、微弱光でも高速撮影が可能である。 The EM-CCD camera 20, which is the imaging means, captures the fluorescent image as an off-axis hologram of an equiangular pattern, and a computer (not shown) extracts the amplitude and phase distributions of the fluorescent signal light from the hologram of the equiangular interference pattern using the Fourier transform method, and by backpropagating the fluorescence signal light to the position of the fluorescent molecules in the sample to be observed using the off-axis method, the wavefront of the fluorescent signal light from the sample to be observed is reproduced, and the fluorescent signal light is reconstructed. The EM-CCD camera 20 is equipped with a CCD image sensor with an electron multiplication function, which multiplies the optical signal without increasing noise, making it possible to capture images at high speed even with weak light.

図4は、本実施例1のディジタルホログラフィック顕微鏡を用いて蛍光測定した蛍光ホログラムとその再構成像を示している。図4(1)に示す蛍光ホログラムでは、綺麗な直線状の干渉稿が得られており、分離性が良くなっていた。 Figure 4 shows a fluorescent hologram measured by using the digital holographic microscope of this Example 1 and its reconstructed image. The fluorescent hologram shown in Figure 4 (1) shows beautiful linear interference fringes, and the separation is good.

図5は、本発明のディジタルホログラフィック顕微鏡の他の実施形態の光学系の構成を示す。図5に示すディジタルホログラフィック顕微鏡102は、実施例1のディジタルホログラフィック顕微鏡101と同様、観察対象試料の蛍光信号光による蛍光像を取得する蛍光ホログラフィック光学系を備えるディジタルホログラフィック顕微鏡において、蛍光ホログラフィック光学系が、偏光方向が互いに直交する2つの偏光に蛍光信号光を分離する分離手段と、蛍光信号光を2つに分離させた光を再び合波させる際にオフアクシスホログラムを生じさせて蛍光像を取得する光学系を備えるものである。実施例1のディジタルホログラフィック顕微鏡101が反射型(落射型)であるのに対して、本実施例のディジタルホログラフィック顕微鏡102は透過型である。
透過型にする場合は、蛍光信号光を励起する蛍光励起光を十分にカットする必要があり、蛍光信号光のみを通過させるダイクロイックミラーや蛍光波長光の特定の波長を通過させるバンドパスフィルタが重要になる。
Fig. 5 shows the configuration of an optical system of another embodiment of the digital holographic microscope of the present invention. The digital holographic microscope 102 shown in Fig. 5 is a digital holographic microscope equipped with a fluorescence holographic optical system for acquiring a fluorescent image by the fluorescent signal light of an observation target sample, similar to the digital holographic microscope 101 of Example 1, in which the fluorescent holographic optical system includes a separation means for separating the fluorescent signal light into two polarized lights whose polarization directions are orthogonal to each other, and an optical system for generating an off-axis hologram when the two separated fluorescent signal lights are recombined to acquire a fluorescent image. The digital holographic microscope 101 of Example 1 is a reflection type (epi-illumination type), whereas the digital holographic microscope 102 of this example is a transmission type.
When using a transmissive type, it is necessary to sufficiently cut out the fluorescence excitation light that excites the fluorescence signal light, and so a dichroic mirror that passes only the fluorescence signal light and a bandpass filter that passes specific wavelengths of fluorescent wavelength light are important.

図6は、本発明のディジタルホログラフィック顕微鏡の他の実施形態の光学系の構成を示す。図6に示すディジタルホログラフィック顕微鏡103は、実施例1のディジタルホログラフィック顕微鏡101に、反射型の位相像検出ディジタルホログラフィック光学系を更に設け、蛍光ホログラフィック光学系と位相像検出ホログラフィック光学系の2つの光学系において、共通光路として、物体光と蛍光信号光を試料ステージから対物レンズを透過し、更にイメージセンサの撮像手段まで、同軸に重畳させて、共通の撮像手段で位相像と蛍光像の2つのホログラムを同時に取得できるものである。
以下、蛍光ホログラフィック光学系と位相像検出ホログラフィック光学系のそれぞれについて説明する。
Fig. 6 shows the configuration of the optical system of another embodiment of the digital holographic microscope of the present invention. The digital holographic microscope 103 shown in Fig. 6 further includes a reflection-type phase image detection digital holographic optical system in addition to the digital holographic microscope 101 of Example 1, and in the two optical systems, the fluorescence holographic optical system and the phase image detection holographic optical system, the object light and the fluorescent signal light are transmitted through an objective lens from the sample stage to the imaging means of the image sensor as a common optical path, and are superimposed coaxially, so that two holograms, a phase image and a fluorescent image, can be simultaneously obtained by the common imaging means.
The fluorescent holographic optical system and the phase image detection holographic optical system will be described below.

まず、蛍光ホログラフィック光学系は、実施例1と同様な構成であり、レーザ光源12を用いて試料ステージ11上の観察対象試料1の計測物体に蛍光励起光を照射することにより、観察対象試料1の蛍光分子を励起する。
励起された蛍光分子は、蛍光励起光の照射によって長波長の蛍光信号光を発し、対物レンズ14に入射する。ダイクロイックミラー13は、特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過する光学素子であり、蛍光励起光を反射し、蛍光信号光を透過する。レーザ光源12から出射した蛍光励起光は、ダイクロイックミラー13によって反射し、試料ステージ11上の観察対象試料1に照射される。観察対象試料1の中の蛍光分子は、蛍光励起光の照射によって長波長の蛍光信号光を発する。蛍光信号光は、試料ステージ11のガラス基板底面のミラー10で反射された蛍光励起光とともにダイクロイックミラー13に進む。ダイクロイックミラー13では、蛍光励起光を反射し、蛍光信号光を透過することから、蛍光励起光を十分に減衰させ、蛍光信号光を強調できる。
First, the fluorescence holographic optical system has a configuration similar to that of Example 1, and uses a laser light source 12 to irradiate a measurement object, which is the observation sample 1 on the sample stage 11, with fluorescence excitation light to excite fluorescent molecules in the observation sample 1.
The excited fluorescent molecules emit fluorescent signal light of a long wavelength when irradiated with the fluorescent excitation light, and enter the objective lens 14. The dichroic mirror 13 is an optical element that reflects light of a specific wavelength and transmits light of other wavelengths, and reflects the fluorescent excitation light and transmits the fluorescent signal light. The fluorescent excitation light emitted from the laser light source 12 is reflected by the dichroic mirror 13 and irradiated onto the observation target sample 1 on the sample stage 11. The fluorescent molecules in the observation target sample 1 emit fluorescent signal light of a long wavelength when irradiated with the fluorescent excitation light. The fluorescent signal light proceeds to the dichroic mirror 13 together with the fluorescent excitation light reflected by the mirror 10 on the bottom surface of the glass substrate of the sample stage 11. The dichroic mirror 13 reflects the fluorescent excitation light and transmits the fluorescent signal light, so that the fluorescent excitation light can be sufficiently attenuated and the fluorescent signal light can be emphasized.

ダイクロイックミラー13を通過した蛍光信号光は、レンズ17aを通り、その後、偏光子15によって、振動方向が特定の一つの方向のみに振動する直線偏光となる。蛍光信号光は、偏光子15を通過した後、ウォーラストンプリズム16を通り、振動方向が互いに直交する2つの直線偏光に分離される。
ウォーラストンプリズム16を通過した蛍光信号光は、レンズ17bを通り集光し、その後、偏光子18によって、分離した2つの直交する直線偏光が合波する。合波する際に、オフアクシス型干渉による等傾角パターンのオフアクシス(off-axis)ホログラムを生じる。
偏光子18によって合波した蛍光信号光は、その後、バンドパスフィルタ19を通り、EM-CCDカメラ20によって撮像される。撮像手段であるEM-CCDカメラ20で、蛍光像を等傾角パターンのオフアクシスホログラムとして取得し、コンピュータによって、等傾角干渉パターンのホログラムから、フーリエ変換法を用いて蛍光信号光の振幅分布と位相分布を抽出し、蛍光信号光を再構成する。
The fluorescent signal light that has passed through the dichroic mirror 13 passes through the lens 17a, and is then converted into linearly polarized light that oscillates in only one specific direction by the polarizer 15. After passing through the polarizer 15, the fluorescent signal light passes through the Wollaston prism 16 and is separated into two linearly polarized light beams whose oscillation directions are perpendicular to each other.
The fluorescent signal light that has passed through the Wollaston prism 16 passes through the lens 17b and is collected, and then the two separated orthogonal linearly polarized lights are combined by the polarizer 18. When the lights are combined, an off-axis hologram with an equi-tilt angle pattern is generated by off-axis interference.
The fluorescent signal light combined by the polarizer 18 then passes through a bandpass filter 19 and is imaged by an EM-CCD camera 20. The EM-CCD camera 20, which serves as an imaging means, acquires a fluorescent image as an off-axis hologram of an equiangular pattern, and a computer extracts the amplitude distribution and phase distribution of the fluorescent signal light from the hologram of the equiangular interference pattern using the Fourier transform method, thereby reconstructing the fluorescent signal light.

一方、位相像検出ホログラフィック光学系では、蛍光ホログラフィック光学系と同じく、レーザ光源12を用いて試料ステージ11上の観察対象試料1の計測物体を照明する。但し、レーザ光は、ビームスプリッター21により、計測物体を透過する物体光の経路と、何もない参照光の経路に分けられる。計測物体を透過した物体光は、観測対象試料1の下のミラー10で反射し、対物レンズ14に入射した後、ダイクロイックミラー13に進む。計測物体を透過するレーザ光の波長が、蛍光励起光やそれより長波長の蛍光信号光の波長より長いことを利用し、ダイクロイックミラー13を用いて、計測物体を透過する物体光のみを反射させ、その他の光を透過させる。計測物体を透過する物体光は、ビームスプリッター24により参照光と干渉する。この際、物体光と参照光の間にわずかに角度をつけることによって、オフアクシス(off-axis)ホログラム、すなわち等傾角干渉パターンのホログラムが生じる。これをEM-CCDカメラ20で取得する。EM-CCDカメラ20で取得した等傾角干渉パターンのホログラムから、フーリエ変換法を用いて物体光の振幅分布と位相分布を抽出する。オフアクシス法では元の物体位置まで逆伝搬させることにより、観察対象試料の物体光の波面が再生されることになり、物体光を再構成できる。 On the other hand, in the phase image detection holographic optical system, a laser light source 12 is used to illuminate the measurement object of the observation sample 1 on the sample stage 11, just like the fluorescence holographic optical system. However, the laser light is split by the beam splitter 21 into an object light path that passes through the measurement object and an empty reference light path. The object light that passes through the measurement object is reflected by the mirror 10 below the observation sample 1, enters the objective lens 14, and then proceeds to the dichroic mirror 13. Taking advantage of the fact that the wavelength of the laser light that passes through the measurement object is longer than the wavelength of the fluorescent excitation light and the fluorescent signal light with a longer wavelength, the dichroic mirror 13 is used to reflect only the object light that passes through the measurement object and transmit the other light. The object light that passes through the measurement object interferes with the reference light by the beam splitter 24. At this time, by making a slight angle between the object light and the reference light, an off-axis hologram, that is, a hologram of an equal angle interference pattern, is generated. This is captured by the EM-CCD camera 20. The amplitude and phase distributions of the object light are extracted using the Fourier transform method from the hologram of the equi-angle interference pattern captured by the EM-CCD camera 20. In the off-axis method, the wavefront of the object light of the sample being observed is reproduced by propagating it back to the original object position, and the object light can be reconstructed.

ここで、蛍光ホログラムと位相ホログラムの分離再生原理について、図7,8を参照して説明する。本実施例のディジタルホログラフィック顕微鏡では、蛍光ホログラムと位相ホログラムを共用のEM-CCDカメラ20で取得する。蛍光ホログラムと位相ホログラムは、共に、等傾角干渉パターンのホログラムである。しかしながら、位相ホログラムと蛍光ホログラムの2つのパターンをフーリエ変換することにより、空間周波数面で原点からずれた位置に存在する信号の等傾角干渉パターンの成分を、窓関数フィルタによって抽出できる。具体的には、ウィンドウ関数を用いて、空間周波数面で、異なる場所に現れる蛍光ホログラムと、原点からずれた位置に存在する位相ホログラムの2つのホログラムを分離する。 The principle of separating and reproducing a fluorescent hologram and a phase hologram will now be described with reference to Figures 7 and 8. In the digital holographic microscope of this embodiment, a fluorescent hologram and a phase hologram are acquired by a shared EM-CCD camera 20. Both the fluorescent hologram and the phase hologram are holograms of an equiangular interference pattern. However, by performing a Fourier transform on the two patterns, the phase hologram and the fluorescent hologram, it is possible to extract the equiangular interference pattern components of a signal that exists at a position shifted from the origin in the spatial frequency plane using a window function filter. Specifically, a window function is used to separate two holograms, a fluorescent hologram that appears at different locations in the spatial frequency plane, and a phase hologram that exists at a position shifted from the origin.

本実施例のディジタルホログラフィック顕微鏡を用いて、直径10μmの蛍光ビーズをスライドガラス上に配置させた試料を用いて、これを高さ方向に移動させることで、奥行き方向の記録と再生が可能なことを実証した。図9は、焦点が合っている位置(z=0)から-30 μmから+10μmまで、試料の高さ位置を変化させたときの、焦点が合う再構成像が得られるときの再構成伝搬距離を示したものである。
図9から、本実施例のディジタルホログラフィック顕微鏡では、-30μmから+10μmまで、奥行き方向の記録と再生が可能であることがわかり、奥行き位置と再生距離は比例関係ではないものの、再構成距離から奥行き位置を求めることができ、3次元計測が可能であることが理解できる。
Using the digital holographic microscope of this embodiment, we demonstrated that a sample in which fluorescent beads with a diameter of 10 μm were placed on a slide glass could be recorded and reproduced in the depth direction by moving the sample in the height direction. Figure 9 shows the reconstruction propagation distance at which a reconstructed image in focus was obtained when the height position of the sample was changed from -30 μm to +10 μm from the in-focus position (z = 0).
From Figure 9, it can be seen that the digital holographic microscope of this embodiment is capable of recording and reproducing in the depth direction from -30 μm to +10 μm. Although the depth position and the reproduction distance are not in a proportional relationship, it can be seen that the depth position can be determined from the reconstruction distance, making three-dimensional measurement possible.

次に、蛍光タンパク質を導入したヒメツリガネゴケを用いて、生きた植物細胞の蛍光3次元イメージングが可能であることを実証した。図10は、本実施例のディジタルホログラフィック顕微鏡を用いて、蛍光タンパク質を導入したヒメツリガネゴケの蛍光測定および位相測定を行った結果を示したものである。図10(1)は、蛍光ホログラムで、z=-10μmからz=20μmまでの再構成像を示している。矢印のところで焦点があった細胞核のイメージングが再現されている。図10(2)は、蛍光ホログラムの測定と同時に測定した位相分布である。z=-5μmとz=20μmを比較すると、z=-5μmではエッジが鮮明にでており、周辺部分に焦点があっている。z=20μmでは中央付近の葉緑体の構造が綺麗に観察できていた。蛍光と位相で、それぞれ、細胞核、細胞壁や葉緑体など異なるものを構造観察できることから、蛍光像と位相像の同時測定は、観察対象試料の情報をより多く取れていることを示している。 Next, we demonstrated that fluorescent 3D imaging of living plant cells is possible using Physcomitrella patens introduced with fluorescent proteins. Figure 10 shows the results of fluorescence and phase measurements of Physcomitrella patens introduced with fluorescent proteins, using the digital holographic microscope of this example. Figure 10 (1) shows the reconstructed images from z = -10 μm to z = 20 μm in a fluorescent hologram. The image of the cell nucleus, which was in focus at the arrow, is reproduced. Figure 10 (2) shows the phase distribution measured simultaneously with the measurement of the fluorescent hologram. Comparing z = -5 μm and z = 20 μm, at z = -5 μm, the edges are clearly visible and the periphery is in focus. At z = 20 μm, the structure of the chloroplast near the center could be clearly observed. Since different structures such as the cell nucleus, cell wall, and chloroplasts can be observed using fluorescence and phase, respectively, the simultaneous measurement of fluorescence and phase images indicates that more information can be obtained from the sample being observed.

図11は、微分干渉観察の原理を説明する光路の模式図である。微分干渉観察は、光が観察試料を透過する際、試料を透過した部位の屈折率および厚さの違いによって、透過した光の進む距離に違い(光路差)が生じることから、この光路差を利用して透明な試料を観察するものである。微分干渉顕微鏡では、細胞内の微小な屈折率差を捉えて明暗のコントラストを作ることができる。図11に示す模式図では、2つのウォーラストンプリズム(52,57)を用いて微分干渉観察の光学系50を構成している。まず、ランダム偏光の光は偏光子51を通過し、直線偏光となる。ウォーラストンプリズム52で、互いに直交する2つの直線偏光に分離され、異なる角度で進行する。レンズ53で光軸に平行になり、ガラス基板54と観察対象試料55を通過する。このとき、ウォーラストンプリズム52の作用により2つの直線偏光は空間的に離れた位置を通過する。レンズ56とウォーラストンプリズム57により2つの偏光の光は光軸に平行な光となり、偏光子58を通過することで、空間的に離れた位置での位相差をもつ干渉強度に変換される。 Figure 11 is a schematic diagram of the optical path explaining the principle of differential interference observation. In differential interference observation, when light passes through an observation sample, the difference in the refractive index and thickness of the part of the sample through which the light passes causes a difference in the distance the light travels (optical path difference), and this optical path difference is used to observe transparent samples. A differential interference microscope can capture the minute refractive index difference within a cell to create a light-dark contrast. In the schematic diagram shown in Figure 11, two Wollaston prisms (52, 57) are used to configure the optical system 50 for differential interference observation. First, randomly polarized light passes through a polarizer 51 and becomes linearly polarized light. The Wollaston prism 52 separates the light into two linearly polarized lights that are orthogonal to each other and travel at different angles. The light becomes parallel to the optical axis through a lens 53 and passes through a glass substrate 54 and a sample 55 to be observed. At this time, the two linearly polarized lights pass through positions spatially separated by the action of the Wollaston prism 52. The two polarized lights are made parallel to the optical axis by lens 56 and Wollaston prism 57, and by passing through polarizer 58, they are converted into interference intensities with phase differences at spatially separated positions.

一方、本発明のディジタルホログラフィック顕微鏡では、ウォーラストンプリズムにより、異なる角度をもつ相互に直交する2つの偏光に分離し、結像レンズにより2つの光波を空間的、時間的に重ねる。また、偏光子を通過させることで偏光を揃えて、等傾角干渉縞を形成するものであり、微分干渉顕微鏡と比べて、目的(位相差と偏光記録)や手段が異なるものである。 In contrast, the digital holographic microscope of the present invention uses a Wollaston prism to separate the light into two mutually orthogonal polarized lights with different angles, and then uses an imaging lens to overlap the two light waves spatially and temporally. In addition, the light is passed through a polarizer to align the polarized light, forming equiangular interference fringes, and has a different purpose (phase difference and polarization recording) and means compared to a differential interference microscope.

本発明は、バイオイメージング分野の顕微鏡に有用である。 The present invention is useful for microscopes in the field of bioimaging.

101,102,103 ディジタルホログラフィック顕微鏡
1,55 観察対象試料
11 試料ステージ
12 レーザ光源
13 ダイクロイックミラー
14 対物レンズ
15,18 偏光子
3,16 ウォーラストンプリズム
19 バンドパスフィルタ
20 EM-CCDカメラ
17a~17c レンズ
10,20,23 ミラー
21,24 ビームスプリッター
40 オフアクシスホログラム
101, 102, 103 Digital holographic microscope 1, 55 Observation sample 11 Sample stage 12 Laser light source 13 Dichroic mirror 14 Objective lens 15, 18 Polarizer 3, 16 Wollaston prism 19 Bandpass filter 20 EM-CCD camera 17a to 17c Lens 10, 20, 23 Mirror 21, 24 Beam splitter 40 Off-axis hologram

Claims (9)

観察対象試料の蛍光信号光による蛍光像を取得する蛍光ホログラフィック光学系を備えるディジタルホログラフィック顕微鏡において、
前記蛍光ホログラフィック光学系は、偏光方向が互いに直交する2つの偏光に前記蛍光信号光を分離する分離手段と、前記蛍光信号光を2つに分離させた光を再び合波させる際にオフアクシスホログラムを生じさせて前記蛍光像を取得する光学系を備えることを特徴とするディジタルホログラフィック顕微鏡。
1. A digital holographic microscope having a fluorescence holographic optical system for acquiring a fluorescence image of an observation target sample using fluorescence signal light,
The fluorescent holographic optical system is a digital holographic microscope characterized in that it comprises: a separation means for separating the fluorescent signal light into two polarized lights whose polarization directions are perpendicular to each other; and an optical system for generating an off-axis hologram when the two separated fluorescent signal lights are recombined to obtain the fluorescent image.
前記蛍光像を取得する光学系は、結像系を構成することを特徴とする請求項1に記載のディジタルホログラフィック顕微鏡。 The digital holographic microscope according to claim 1, characterized in that the optical system for acquiring the fluorescent image constitutes an imaging system. 前記分離手段は、複屈折を利用した偏光プリズムを用いて、前記蛍光信号光を相互に直交する直線偏光に分離することを特徴とする請求項1又は2に記載のディジタルホログラフィック顕微鏡。 The digital holographic microscope according to claim 1 or 2, characterized in that the splitting means splits the fluorescent signal light into mutually orthogonal linearly polarized lights using a polarizing prism that utilizes birefringence. 前記偏光プリズムと、前記蛍光像を取得するイメージセンサとが、結像関係にあることを特徴とする請求項3に記載のディジタルホログラフィック顕微鏡。 The digital holographic microscope according to claim 3, characterized in that the polarizing prism and the image sensor that captures the fluorescent image are in an imaging relationship. 前記偏光プリズムは、ウォーラストンプリズム、ロションプリズム、ニコルプリズム、又は、グラントムソンプリズムの何れかであることを特徴とする請求項3又は4に記載のディジタルホログラフィック顕微鏡。 The digital holographic microscope according to claim 3 or 4, characterized in that the polarizing prism is any one of a Wollaston prism, a Rochon prism, a Nicol prism, and a Glan-Thompson prism. 前記観察対象試料を通過する物体光と通過しない参照光とを重ね合せた干渉光による位相像を取得する位相像検出ホログラフィック光学系を更に備えることを特徴とする請求項1~5の何れかに記載のディジタルホログラフィック顕微鏡。 The digital holographic microscope according to any one of claims 1 to 5, further comprising a phase image detection holographic optical system that acquires a phase image by interference light obtained by superimposing object light that passes through the observation sample and reference light that does not pass through the observation sample. 前記分離手段は、前記蛍光ホログラフィック光学系にのみに作用することを特徴とする請求項6に記載のディジタルホログラフィック顕微鏡。 The digital holographic microscope according to claim 6, characterized in that the separation means acts only on the fluorescent holographic optical system. 前記蛍光ホログラフィック光学系の撮像手段と、前記位相像検出ホログラフィック光学系の撮像手段が共用化され、
前記撮像手段は、蛍光像と位相像をホログラムとして同時に取得し、オフアクシスホログラムの蛍光像と、オフアクシスホログラムの位相像とを、空間周波数面において分離し、それぞれの干渉強度分布から物体光と蛍光信号光を再構成することを特徴とする請求項6に記載のディジタルホログラフィック顕微鏡。
an imaging means for the fluorescence holographic optical system and an imaging means for the phase image detection holographic optical system are shared;
The digital holographic microscope according to claim 6, characterized in that the imaging means simultaneously acquires a fluorescent image and a phase image as holograms, separates the fluorescent image of the off-axis hologram and the phase image of the off-axis hologram in the spatial frequency plane, and reconstructs the object light and the fluorescent signal light from their respective interference intensity distributions.
前記蛍光ホログラフィック光学系と前記位相像検出ホログラフィック光学系とが共に反射型であることを特徴とする請求項6に記載のディジタルホログラフィック顕微鏡。
7. The digital holographic microscope according to claim 6, wherein the fluorescence holographic optical system and the phase image detection holographic optical system are both of a reflection type.
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