本發(fā)明涉及光刺激裝置以及光刺激方法。

背景技術(shù)：

非專利文獻1公開了通過將特定的波長的光刺激給予使由來于綠藻類的感光性的離子通道蛋白質(zhì)即光敏感通道(ChR2)或嗜鹽菌紫質(zhì)(NpHR)表現(xiàn)出的哺乳類的神經(jīng)細胞等，從而控制神經(jīng)細胞的鈉離子或氯離子的通道的開閉。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

非專利文獻

非專利文獻1：E.S.Boyden et al.“Millisecond-timescale,geneticallytargetedoptical control of neural activity”,Nature Neuroscience,1263-8,(2005)

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題

近年來，通過進行相對于哺乳類、其他動物、植物等生物體對象物的光刺激從而進行神經(jīng)回路等內(nèi)部器官的功能的調(diào)查或者使功能的獲得或欠缺發(fā)生的光遺傳學(optogenetics)正在被研究。光遺傳學中的光刺激有必要在生物體內(nèi)的所希望的位置上以毫秒級的時間精度來進行控制。

然而，在多數(shù)情況下，生物體對象物的表面不是平坦的。因此，起因于生物體對象物的表面形狀的像差會產(chǎn)生。另外，生物體對象物由血管及細胞組織等構(gòu)成。因此，在生物體對象物，存在紅血球或脂質(zhì)之類的折射率分別不同的物質(zhì)。因此，在生物體對象物的內(nèi)部產(chǎn)生像差。這樣，起因于生物體對象物中的伴有折射率差的形狀，會產(chǎn)生像差。如果照射光受到這樣的像差的影響的話，則照射光的聚光強度在生物體對象物內(nèi)部的所希望的照射位置上變?nèi)?，或者聚光范圍擴大。因此，產(chǎn)生限定在所希望的照射位置來進行光刺激變得困難等問題。

本發(fā)明的一個方面是鑒于這樣的問題而完成的發(fā)明，其目的在于，提供一種能夠抑制生物體對象物的內(nèi)部的照射光的聚光強度的降低以及聚光形狀的擴大的光刺激裝置以及光刺激方法。

解決問題的技術(shù)手段

為了解決上述的問題，本發(fā)明的一個方面的光刺激裝置，是通過照射光來刺激生物體對象物的裝置，具備：物鏡，與生物體對象物相對地配置；光源，輸出經(jīng)由物鏡而被照射于生物體對象物的光；形狀取得部，取得與生物體對象物中的伴有折射率差的形狀相關(guān)的信息；全息圖制作部，基于在形狀取得部中取得的信息，制作用于修正起因于伴有折射率差的形狀的像差的像差修正全息數(shù)據(jù)；空間光調(diào)制器，呈現(xiàn)基于像差修正全息數(shù)據(jù)的全息圖并調(diào)制從光源輸出的光。

另外，本發(fā)明的一個方面的光刺激方法，是通過照射光來刺激生物體對象物的方法，包含：取得與生物體對象物中的伴有折射率差的形狀相關(guān)的信息的步驟(形狀取得步驟)，生物體對象物與物鏡相對；基于在形狀取得步驟中取得的信息，制作用于修正起因于伴有折射率差的形狀的像差的像差修正全息數(shù)據(jù)的步驟(全息圖制作步驟)；將基于像差修正全息數(shù)據(jù)的全息圖呈現(xiàn)于空間光調(diào)制器，由空間光調(diào)制器調(diào)制從光源輸出的光，并向生物體對象物照射調(diào)制后的光的步驟(光照射步驟)。

在上述的光刺激裝置以及光刺激方法中，取得與生物體對象物中的伴有折射率差的形狀(例如表面形狀或表面正下方的結(jié)構(gòu))相關(guān)的信息。然后，基于該信息，生成用于修正像差的像差修正全息數(shù)據(jù)。另外，由基于該數(shù)據(jù)的全息圖調(diào)制照射光。由此，因為起因于生物體對象物中的伴有折射率差的形狀的像差被適宜地修正，所以能夠抑制生物體對象物的內(nèi)部的照射光的聚光強度的降低以及聚光形狀的擴大。

另外，上述的光刺激裝置以及光刺激方法中，伴有折射率差的形狀也可以包含生物體對象物的表面形狀。根據(jù)上述的光刺激裝置以及光刺激方法，例如在這樣的情況下，能夠適宜地抑制生物體對象物的內(nèi)部的照射光的聚光強度的降低以及聚光形狀的擴大。

另外，上述的光刺激裝置以及光刺激方法中，伴有折射率差的形狀也可以包含生物體對象物的表面正下方的結(jié)構(gòu)。根據(jù)上述的光刺激裝置以及光刺激方法，例如在這樣的情況下，能夠適宜地抑制生物體對象物的內(nèi)部的照射光的聚光強度的降低以及聚光形狀的擴大。

另外，上述的光刺激裝置中，全息圖制作部也可以為了制作像差修正全息數(shù)據(jù)，基于信息，進行使用了幾何光學、波動光學或者電磁場解析的波陣面計算。同樣的，上述的光刺激方法中，也可以在全息圖制作步驟中，基于信息，進行使用了幾何光學、波動光學或者電磁場解析的波陣面計算，從而制作像差修正全息數(shù)據(jù)。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明的一個方面的光刺激裝置以及光刺激方法，能夠抑制生物體對象物的內(nèi)部的照射光的聚光強度的降低以及聚光形狀的擴大。

附圖說明

圖1是表示第1實施方式所涉及的光刺激裝置的結(jié)構(gòu)的圖。

圖2是表示光刺激裝置的動作的流程圖。

圖3是概略地表示像差的產(chǎn)生的情況的圖。

圖4概念性地表示在沒有被像差修正的平面波即照射光被物鏡聚光的時候生物體對象物與其外側(cè)的邊界從相對于光軸垂直的平面傾斜的時候的照射光的情況。

圖5是用于說明計算光線集中于光軸上的任意的點的那樣的波陣面的方法的圖。

圖6概略地表示存在2個折射率的邊界的情況。

圖7是表示使用反向傳播解析求得的波陣面的圖，通過濃淡表示相位。

圖8是從側(cè)方看生物體對象物的圖，并且概念性地表示照射光通過包含折射率互相不同的介質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并被聚光的情況。

圖9是表示第2實施方式的光刺激裝置的結(jié)構(gòu)的圖。

圖10是表示光刺激裝置的動作的流程圖。

圖11是用于說明第1變形例的動作的圖，并且是從光軸方向看生物體對象物的表面的圖。

圖12是表示第1變形例的掃描的情況的圖。

圖13是表示第2變形例所涉及的光刺激裝置的結(jié)構(gòu)的圖。

圖14是表示第4變形例所涉及的光刺激裝置的結(jié)構(gòu)的圖。

圖15是表示第5變形例所涉及的光刺激裝置的照射光學單元以及形狀測量單元的結(jié)構(gòu)的圖。

圖16是表示第6變形例所涉及的光刺激裝置的結(jié)構(gòu)的圖。

具體實施方式

以下，參照附圖，對本發(fā)明的一個方面的光刺激裝置以及光刺激方法的實施方式進行詳細的說明。還有，在附圖的說明中，將相同符號標注于相同要素，省略重復(fù)的說明。

(第1實施方式)

圖1是表示本發(fā)明的一個方面的一個實施方式所涉及的光刺激裝置1A的結(jié)構(gòu)的圖。光刺激裝置1A是用于通過照射光來刺激生物體對象物B的裝置。如圖1所示，光刺激裝置1A具備照射光學單元10、形狀測量單元20、照射光生成單元30以及控制單元40。

照射光學單元10將來自后面所述的形狀測量單元20以及照射光生成單元30的光照射于生物體對象物B并且向形狀測量單元20輸出來自生物體對象物B的光。照射光學單元10具有生物體對象物臺11、物鏡12、物鏡移動機構(gòu)13、分束器14以及反射鏡15。

生物體對象物臺11是用于支撐生物體對象物B(或者容納生物體對象物B的容器)的板狀的構(gòu)件。生物體對象物臺11例如由透過照射光L1的材質(zhì)構(gòu)成，例如由玻璃或塑料等構(gòu)成。例如，生物體對象物臺11是載玻片、底皿(bottom dish)、微板(microplate)等。在本實施方式中，照射光L1被照射于生物體對象物臺11的背面，并透過生物體對象物臺11而被照射于生物體對象物B。

物鏡12以與生物體對象物B相對的方式被配置，并將照射光L1聚光于生物體對象物B的內(nèi)部。還有，在下述的照射光生成單元30中觀察來自生物體對象物B的光(例如熒光、高次諧波產(chǎn)生、反射光、透過光等。以下，稱為被檢測光)的情況下，也可以分別設(shè)置用于照射光L1的物鏡和用于被檢測光的物鏡。例如，也可以為了照射光L1而使用數(shù)值孔徑(NA)高的物鏡并通過像差修正而被局部地聚光。另外，也可以為了被檢測光而使用瞳孔大的物鏡并取出更多的光。也可以以夾著生物體對象物B的方式配置用于照射光L1的物鏡和用于被檢測光的物鏡，并將照射光L1的生物體對象物B中的透過光作為被檢測光來取得。

物鏡移動機構(gòu)13是用于在照射光L1的光軸方向上使物鏡12移動的機構(gòu)。物鏡移動機構(gòu)13例如由步進馬達或者壓電致動器等構(gòu)成。

分束器14對與照射光生成單元30之間的光路、以及與形狀測量單元20之間的光路進行分割以及合成。具體來說，分束器14朝向物鏡12反射從照射光生成單元30到達照射光學單元10的照射光L1。另外，分束器14透過來自形狀測量單元20的光L32以及生物體對象物B中的光L32的反射光。分束器14例如可以由半反半透鏡或分色鏡構(gòu)成。還有，反射鏡15為了變更光L32的光軸方向而根據(jù)需要進行配置。

形狀測量單元20是本實施方式中的形狀取得部。形狀測量單元20包含檢測器24，與物鏡12光學結(jié)合。形狀測量單元20取得與生物體對象物B的表面形狀(伴隨于生物體對象物B和周圍(空氣)所產(chǎn)生的折射率差的形狀)相關(guān)的信息來作為與伴有生物體對象物B的折射率分布的形狀相關(guān)的信息。形狀測量單元20例如也可以是使用了邁克爾遜干涉儀的測量生物體對象物B的表面形狀的干涉光測量單元。在此情況下，形狀測量單元20如圖1所示具有相干光源21、分束器22、參照光用鏡23以及檢測器24。

相干光源21產(chǎn)生被照射于生物體對象物B的相干光L3。相干光源21例如可以由半導(dǎo)體激光元件構(gòu)成。

分束器22將來自相干光源21的相干光L3分支成參照光L31和朝著照射光學單元10的光L32。另外，分束器22使在參照光用鏡23上反射的參照光L31反射并且使光L32的來自生物體對象物B表面的反射光透過。由此，分束器22合成這些光而生成干涉光L4。干涉光L4被輸入到檢測器24。還有，參照光用鏡23既可以構(gòu)成為能夠相對于參照光L31的光軸方向移動，也可以被固定。

檢測器24檢測由分束器22合成的干涉光L4，并輸出檢測信號S1。檢測器24例如包含CCD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器等二維光檢測元件。

還有，形狀測量單元并不限于本實施方式的結(jié)構(gòu)。例如，形狀測量單元也可以具有Mirau型以及Riniku型等干涉測量方式?；蛘撸螤顪y量單元可以具有共焦反射顯微鏡(confocal reflectance microscopy)，也可以具有共光路徑干涉儀(common path interferometer)。根據(jù)這樣的顯微鏡，能夠使用對焦信息來適宜地測量生物體對象物B的表面形狀。另外，形狀測量單元也可以是使用瞬逝光(evanescent light)的單元。由此，生物體對象物B是否接地到生物體對象物臺11這類的形狀把握變得容易。

照射光生成單元30生成被照射于生物體對象物B的照射光L1。本實施方式的照射光生成單元30具有激光光源31、光束擴展器32、空間光調(diào)制器(Spatial Light Modulator：SLM)33以及光掃描器35。

激光光源31為本實施方式中的光照射部，相對于生物體對象物B，經(jīng)由物鏡12而照射光L5。激光光源31為輸出經(jīng)由物鏡12而被照射于生物體對象物B的光L5的光源。激光光源31與物鏡12光學結(jié)合。光L5例如是包含應(yīng)該照射于生物體對象物B的波長的光的激光。激光光源31例如包含半導(dǎo)體激光元件來構(gòu)成。光束擴展器32例如包含被排列配置于光L5的光軸上的多個透鏡32a,32b來構(gòu)成，調(diào)整相對于光L5的光軸垂直的截面的大小。

空間光調(diào)制器33與激光光源31光學結(jié)合?？臻g光調(diào)制器33呈現(xiàn)包含用于修正起因于生物體對象物B的表面形狀的像差的像差修正全息圖的全息圖。空間光調(diào)制器33通過調(diào)制來自激光光源31的光L5從而生成向生物體對象物B照射的照射光L1。還有，生物體對象物B的表面形狀由上述的形狀測量單元20測量?？臻g光調(diào)制器33可以是相位調(diào)制型，也可以是振幅(強度)調(diào)制型。另外，空間光調(diào)制器33也可以是反射型以及透過型中的任一種。還有，關(guān)于像差修正全息圖的詳細情況，在后面敘述。

光掃描器35通過在垂直于照射光L1的光軸的面內(nèi)使照射光L1的光軸移動從而掃描生物體對象物B上的照射光L1的照射位置。光掃描器35例如由檢流計反射鏡(galvanometer mirror)、共振鏡、MEMS鏡或者多棱鏡(polygon mirror)構(gòu)成。

還有，本實施方式的照射光生成單元30除了上述的結(jié)構(gòu)之外，還具有鏡39a。鏡39a為了使光掃描器35與照射光學單元10的分束器14光學結(jié)合而使照射光L1的光軸彎曲。另外，照射光生成單元30具備用于檢測來自生物體對象物B的被檢測光并制作圖像的結(jié)構(gòu)(光檢測器等)。

在物鏡12與空間光調(diào)制器33的距離較長的情況下，也可以將至少一個4f光學系統(tǒng)設(shè)置于照射光L1以及被檢測光L2的光軸上。作為一個例子，在圖1中表示2個4f光學系統(tǒng)51以及52。4f光學系統(tǒng)51以及52具有向物鏡12的后側(cè)焦點傳輸在空間光調(diào)制器33中生成的照射光L1的波陣面的作用。還有，4f光學系統(tǒng)也可以包含遠心中繼光學系統(tǒng)。另外，在物鏡12和空間光調(diào)制器33極為接近的情況下，也可以省去4f光學系統(tǒng)。

控制單元40包含處理器(control processor)?？刂茊卧?0控制照射光學單元10、形狀測量單元20以及照射光生成單元30。例如，控制單元40在照射光學單元10中使用物鏡移動機構(gòu)13來控制物鏡12的光軸方向的位置。另外，控制單元40在與光軸方向交叉的方向上使支撐生物體對象物B的生物體對象物臺11移動。另外，控制單元40進行形狀測量單元20的相干光源21、檢測器24以及參照光用鏡23的控制。再有，控制單元40控制照射光生成單元30的激光光源31、空間光調(diào)制器33以及光掃描器35。本實施方式的控制單元40包含鼠標或鍵盤等的輸入裝置41以及計算機43來構(gòu)成。

另外，控制單元40構(gòu)成本實施方式中的形狀取得部的一部分?？刂茊卧?0與形狀測量單元20的檢測器24電性結(jié)合?？刂茊卧?0輸入從形狀測量單元20的檢測器24輸出的檢測信號S1?？刂茊卧?0基于該檢測信號S1使用運用了傅立葉變換的方法或λ/4相移干涉法，取得與生物體對象物B的表面形狀相關(guān)的信息。另外，控制單元40為本實施方式中的全息圖制作部?？刂茊卧?0基于所獲得的信息，制作用于修正起因于生物體對象物B的表面形狀的像差的像差修正全息數(shù)據(jù)。像差修正全息數(shù)據(jù)被提供給空間光調(diào)制器33。還有，控制單元40可以用相同的處理器來實現(xiàn)控制各個單元的功能、作為形狀取得部的功能以及作為全息圖制作部的功能，也可以用不同的處理器來實現(xiàn)。

圖2是表示上述的光刺激裝置1A的動作的流程圖。參照圖2，對本實施方式的光刺激方法進行說明。

首先，將生物體對象物B載置于生物體對象物臺11上。接著，從形狀測量單元20的光源21輸出光L3，在檢測器24中檢測來自生物體對象物B表面的反射光與參照光L31的干涉光L4。由此，觀測生物體對象物B表面上的干涉條紋。然后，基于該干涉條紋，在控制單元40中，取得與生物體對象物B的表面形狀相關(guān)的信息(形狀取得步驟S11)。

接著，基于在形狀取得步驟S11中取得的信息，由控制單元40制作用于修正起因于生物體對象物B的表面形狀的像差的像差修正全息數(shù)據(jù)(全息圖制作步驟S12)。接著，基于像差修正全息數(shù)據(jù)的全息圖被呈現(xiàn)于空間光調(diào)制器33。然后，由空間光調(diào)制器33調(diào)制從激光光源31輸出的光L5，并向生物體對象物B照射調(diào)制后的照射光L1(光照射步驟S13)。還有，在本實施方式中，一邊由光掃描器35掃描照射光L1一邊反復(fù)進行光照射步驟S13。

對由具備上述的結(jié)構(gòu)的本實施方式的光刺激裝置1A以及光刺激方法獲得的效果進行說明。在多數(shù)情況下，生物體對象物B的表面不是平坦的。因此，起因于生物體對象物B的表面形狀的像差會產(chǎn)生。如果物鏡12的數(shù)值孔徑(NA)小或者是生物體對象物B的淺的位置的觀察，則其影響小，但在數(shù)值孔徑(NA)大或者深的位置的觀察時不能夠無視像差的影響。于是，如果照射光L1受到這樣的像差的影響，則照射光L1的聚光強度在生物體對象物B內(nèi)部的所希望的照射位置變?nèi)?，或者聚光范圍擴大。因此，產(chǎn)生限定于所希望的照射位置來進行光刺激變得困難等的問題。

圖3是概略地表示像差的產(chǎn)生的情況的圖。在圖3中，曲線B1表示生物體對象物B的表面、即生物體對象物B與其外側(cè)的邊界。還有，將生物體對象物B的外部的折射率設(shè)定為n1，將生物體B的內(nèi)部的折射率設(shè)定為n2(≠n1)。照射光L1由物鏡12而被聚光于生物體對象物B的內(nèi)部(表面正下方)。此時，照射光L1中通過物鏡12的光軸A2附近的光L11基本上不受到生物體對象物B的表面形狀的影響，并且朝向聚光點C直進。另一方面，照射光L1中通過從物鏡12的光軸A2分開的位置的光L12會受到生物體對象物B的表面形狀的影響而折射，并從聚光點C脫離。由這樣的現(xiàn)象，照射光L1的聚光強度在生物體對象物B內(nèi)部變?nèi)?，聚光像D會擴大。

在本實施方式的光刺激裝置1A以及光刺激方法中，取得與生物體對象物B的表面形狀相關(guān)的信息。然后，基于該信息，生成用于修正像差的像差修正全息數(shù)據(jù)。另外，由基于該數(shù)據(jù)的全息圖調(diào)制照射光L1。由此，因為起因于生物體對象物B的表面形狀的像差被適宜地修正，所以能夠抑制生物體對象物B的內(nèi)部的照射光L1的聚光強度的降低以及聚光形狀的擴大。

另外，如本實施方式那樣，在形狀測量單元20以及形狀取得步驟中取得的與伴有折射率差的形狀相關(guān)的信息也可以包含生物體對象物B的表面形狀。根據(jù)上述的光刺激裝置1A以及光刺激方法，例如在這樣的情況下，能夠適宜地抑制生物體對象物B的內(nèi)部的照射光L1的聚光強度的降低以及聚光形狀的擴大。

在此，對像差修正全息圖的設(shè)計方法的細節(jié)進行敘述。圖4概念性地表示在沒有被像差修正的平面波即照射光L6被物鏡12聚光的時候，生物體對象物B與其外側(cè)的邊界B1從相對于光軸A2垂直的平面H僅傾斜角度α的時候的照射光L6的情況。在此，圖中的光線L6a、L6b是通過了物鏡12的中心附近的光線，并且稱為近軸光線。另外，圖中的光線L6c、L6d是通過了物鏡12的邊緣附近的光線，并且稱為外周部光線。

在光線通過生物體對象物B與其外側(cè)的邊界的時候，根據(jù)由下述式(1)進行表示的斯涅爾定律，求得光線的向邊界B1的入射角θ₁以及出射角θ₂的關(guān)系。

[數(shù)1]

n₁sin(θ₁±α)＝n₂sin(θ₂±α)···(1)

關(guān)于近軸光線，因為入射角小，所以入射角以及出射角的變化量小。另一方面，關(guān)于外周部光線，因為入射角大，所以入射角以及出射角的變化量大。另外，因為邊界B1相對于垂直于光軸A2的面傾斜，所以近軸光線以及外周部光線在光軸上不重疊。由此，產(chǎn)生各種像差，作為結(jié)果，聚光像成為與衍射極限像不同的失真像。

圖5是用于說明計算光線集中于光軸A2上的任意的點O’的那樣的波陣面的方法的圖。圓弧Q,Q’為平面波通過了焦點距離f的物鏡12之后的波陣面，例如是半徑一定的球冠。在假設(shè)生物體對象物B不存在的情況下，如以圖中的兩點劃線所示的那樣，照射光L6A聚光于光軸A2上的別的點O。在此，線段OQ(或者OQ’)與線段OT所成的角θ_max如下述式(2)所示。其中，NA為物鏡12的數(shù)值孔徑。另外，T為圓弧Q,Q’與光軸A2的交點。

[數(shù)2]

θ_max＝sin^-1(NA/n1)···(2)

照射光L6A的光線從紙面的左側(cè)輸入到物鏡12，并作為收斂光向紙面的右側(cè)行進。將該方向定義為正的傳播方向，例如通過反向傳播求得從點O’經(jīng)邊界B1上的點V而到達圓弧QQ’上的點W的光路。在本實施方式中，例如使用以下所說明的逆光線跟蹤、波陣面?zhèn)鞑ヒ约半姶艌鼋馕龅鹊姆椒?，由反向傳播求得上述光路?/p>

＜逆光線跟蹤＞

在本實施方式中，在光路計算的前階段，進行使用了干涉測量的生物體對象物B的結(jié)構(gòu)把握。因此，從生物體對象物B的結(jié)構(gòu)推定生物體對象物B內(nèi)的折射率分布，并求得折射率的邊界B1。通過對該折射率的邊界B1進行多項式近似或者地圖化從而能夠?qū)ξ恢眠M行特定。

接著，決定光線從點O’經(jīng)折射率的邊界B1上的點V而到達至圓弧QQ’上的點W的路徑以及光路長。如果使來自點O’的光線反向傳播的話，則到達折射率的邊界B1上的點V。點V由上述的多項式近似等求得。光線由邊界B1的前后的折射率差，根據(jù)斯涅爾定律在點V進行折射。在本實施方式中，因為設(shè)想不均勻(具有不規(guī)則的凹凸)的邊界B1，所以應(yīng)用下述式(3)所示的那樣的使用了向量和外積的三維的斯涅爾定律。

[數(shù)3]

n₁·m×VW＝n₂·m×O′V···(3)

其中，數(shù)式(3)中的×表示外積。另外，在數(shù)式(3)中，m為點V上的法線向量，VW、O’V分別為邊界通過后、通過前的方向向量。折射后，再次使光線反向傳播并向圓弧QQ’上的點W傳播。這樣，查尋從點O’到點W的光路，計算光路長L。光路長L例如由下述式(4)求得。

[數(shù)4]

L＝n₁|VW|+n₂|O′V|···(4)

相對于多個光線進行上述的計算，求得到達球冠的光線全部的光路長。從這些光路長經(jīng)光路差求得相位差，消除該相位差的那樣的圖案成為像差修正圖案即像差修正全息數(shù)據(jù)。還有，實際上，因為折射率的邊界B1存在有多個，所以也可以在每個折射率的邊界B1進行折射并使光線跟蹤。此時，變更數(shù)式(4)。

＜波陣面?zhèn)鞑ィ?/p>

使用菲涅耳衍射或菲涅耳-基爾霍夫的衍射等，從聚光預(yù)定位置(點O’)漸漸地向物鏡12反向傳播。此時，將折射率的邊界B1加到傳播來進行計算。該方法也可以與上述的逆光線跟蹤或者后面所述的電磁場解析組合。例如，也可以相對于除了折射率的邊界B1的部分進行逆光線跟蹤，相對于包含折射率的邊界B1的部分進行波陣面?zhèn)鞑?。由此，能夠減輕計算負擔。

＜電磁場解析＞

使用FDTD(Finite-Difference Time-Domain(時域有限差分))法或RCWA(Rigorous Coupled-Wave Analysis(嚴格耦合波分析))法，從想聚光的點O’向物鏡12側(cè)進行解析。此時，將折射率的邊界B1加到邊界條件。該方法也可以與上述的逆光線跟蹤或者波陣面?zhèn)鞑ソM合。

上述的各個方法所進行的反向傳播解析即使是存在2個折射率的邊界的情況也能夠適用。圖6概略地表示2個折射率的邊界B2,B3存在的情況。使邊界B2相對于光軸垂直。另外，將垂直于光軸A2的面H與邊界B3所成的角設(shè)定為α。將邊界B2的外側(cè)的折射率設(shè)定為n1，將邊界B2與邊界B3之間的折射率設(shè)定為n2，將邊界B3的內(nèi)側(cè)的折射率設(shè)定為n3。

圖7(a)以及圖7(b)是表示在這樣的情況下使用反向傳播解析求得的波陣面的圖，通過濃淡表示相位。還有，圖7使用相位折疊等的技術(shù)來表現(xiàn)。圖7(a)表示作為α＝0°求得的波陣面。另外，圖7(b)表示作為α＝0.3°求得的波陣面。還有，在這些波陣面的計算中設(shè)定n1＝1、n2＝1.33、n3＝1.38。在此情況下，n1模擬空氣，n2模擬水，n3模擬細胞。在n1與n2的邊界B2上存在蓋玻片，但是使蓋玻片所引起的像差被物鏡12的玻璃修正功能修正。夾持于光軸上的邊界B2和邊界B3的區(qū)域(即，夾持于蓋玻片和細胞的區(qū)域)例如被磷酸緩沖食用鹽水充滿。光軸上的邊界B2與邊界B3的距離E1例如是30μm。再有，將物鏡12的倍率設(shè)定為40倍，將數(shù)值孔徑(NA)設(shè)定為0.75，將光軸上的點O與邊界B3的距離E2設(shè)定為300μm，將點O與點O’的距離E3設(shè)定為80μm。還有，在上述的條件下，除了球面像差之外慧形像差(coma aberration)以及散光(astigmatism)被包含于波陣面。如圖7(a)以及圖7(b)所示，通過上述的反向傳播解析，適宜地求得照射光所需要的波陣面。然后，基于該波陣面，適宜地求得像差修正全息圖。

還有，作為修正起因于生物體對象物B的表面形狀的像差的方法，例如考慮組合相位調(diào)制器(主要是可變形反射鏡(deformable mirror))和波陣面測量器(夏克-哈特曼傳感器(Shack-Hartmann sensor))并進一步將大小或形狀已知的熒光珠埋入到生物體對象物B的內(nèi)部的特定的位置的方法。在該方法中，激發(fā)光和來自熒光珠的熒光一起受到像差的影響。因此，通過使用波陣面測量器測量熒光強度分布從而能夠測量像差。然后，將修正該像差的那樣的全息圖呈現(xiàn)于相位調(diào)制器。此時，將熒光珠作為參照信息來進行使用。然而，在這樣的方法中，有必要通過外科手術(shù)埋入熒光珠，埋入熒光珠是困難的，或者在生物體對象物B的狀態(tài)會通過埋入熒光珠而發(fā)生變化的那樣的情況下不能夠適用。相對于此，根據(jù)本實施方式的方法，沒有必要埋入熒光珠。

另外，也考慮將被設(shè)想為像差減少的多個全息圖提示于空間光調(diào)制器，掃描由該空間光調(diào)制器調(diào)制后的照射光，并選擇所獲得的圖像的亮度或分辨率提高的全息圖等的由試誤法獲得像差修正全息圖的方法。然而，在這樣的方法中為了重復(fù)實驗以及設(shè)計而需要長時間。另外，所獲得的像差修正全息圖成為近似解的可能性高，精度被抑制得較低。相對于此，在本實施方式的方法中，因為將像差修正全息數(shù)據(jù)的計算全部在計算機43中進行，所以與伴有操作者所進行的試誤法的方法相比較，可以縮短所需要時間。另外，在本實施方式的方法中，因為計算機43基于在形狀測量單元20中取得的表面形狀的信息來制作像差修正全息數(shù)據(jù)，所以能夠提高像差修正的精度。

還有，被呈現(xiàn)于空間光調(diào)制器33的全息圖也可以不是像差修正全息圖其本身。例如，也可以是重疊了用于控制被照射于生物體對象物B的照射光L1的聚光形狀或聚光位置的全息圖等的其他全息圖和像差修正全息圖的全息圖。

(第2實施方式)

在上述第1實施方式中，作為伴有成為像差的產(chǎn)生原因的折射率差的形狀，例示了生物體對象物B的表面形狀，但是，作為伴有折射率差的形狀，除此以外還可以列舉例如生物體對象物B的表面正下方的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。以下，對那樣的情況進行詳細的說明。

即使是在將具有一定的光強度的照射光照射于生物體對象物B的情況下，在生物體對象物B的深的位置和淺的位置上照射光的每單位體積的強度也不同。這是由起因于生物體對象物B的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的照射光的散射以及像差引起的。這樣的散射以及像差的產(chǎn)生中，由宏觀上血管等的結(jié)構(gòu)、微觀上構(gòu)成細胞的器官的折射率差產(chǎn)生的光路變化成為一個原因。特別是在生物體對象物B的深的位置上，光路由內(nèi)部結(jié)構(gòu)而發(fā)生變化，照射光的聚光形狀會發(fā)生大幅變化。由此，照射光的聚光強度在生物體對象物B內(nèi)部的所希望的照射位置上變?nèi)?，或者聚光范圍擴大。因此，限定于所希望的照射位置來進行光刺激變得困難。

因此，在本實施方式中，測量伴有生物體對象物B的表面正下方的折射率差的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將包含用于修正起因于該內(nèi)部結(jié)構(gòu)的像差的像差修正全息圖的全息圖呈現(xiàn)于空間光調(diào)制器33。由此，能夠抑制照射光L1的聚光強度強度的降低以及聚光范圍的擴大。

圖8是從側(cè)方看生物體對象物B的圖，并且概念性地表示照射光通過包含折射率互相不同的介質(zhì)Ba以及Bb的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并被聚光的情況。圖8(a)以及圖8(b)表示假定無像差的時候的照射光L7的聚光的情況，并且表示分別聚光于生物體對象物B的淺的位置和深的位置的情況。如圖8(a)所示，在聚光于淺的位置的情況下，存在于光路上的折射率的邊界比較少，但是，如圖8(b)所示，越是聚光于深的位置，則存在于光路上的折射率的邊界越是增加。因此，在這樣的情況下，實際上如圖8(c)所示照射光受到生物體對象物B的內(nèi)部結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的影響。如圖8(c)所示不進行像差修正的情況下，透鏡外周部附近的光線L7c,L7d受到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響而發(fā)生折射。另一方面，光軸A2附近的光線因為折射角小，所以難以受到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。其結(jié)果，光軸A2附近的光線的聚光位置和光線L7c,L7d的聚光位置互相不同，像差產(chǎn)生。圖8(d)表示這樣的像差被修正了的情況。通過考慮內(nèi)部結(jié)構(gòu)的折射率分布來修正照射光L7的波陣面，從而光軸A2附近的光線的聚光位置和光線L7c,L7d的聚光位置互相一致，并且照射光L7的高密度下的聚光成為可能。

圖9是表示本實施方式的光刺激裝置1B的結(jié)構(gòu)的圖。如圖9所示，光刺激裝置1B與上述的第1實施方式的光刺激裝置1A相比較，不具備形狀測量單元20，取而代之具備分色鏡34、檢測器37以及過濾器38。檢測器37以及過濾器38構(gòu)成本實施方式中的形狀取得部即形狀測量單元60。形狀測量單元60包含檢測器37，與物鏡12光學結(jié)合。

分色鏡34將來自空間光調(diào)制器33的照射光L1以及來自照射光學單元10的被檢測光L2中的一方透過，將另一方反射。在圖1所示的例子中，分色鏡34透過照射光L1并反射被檢測光L2。在此，被檢測光L2是由照射光L1而在生物體對象物B上發(fā)生的光，例如是照射光L1的反射光、照射光L1的高次諧波、或者被照射光L1激發(fā)的熒光。被檢測光L2被物鏡12聚集并經(jīng)4f光學系統(tǒng)52、反射鏡39、光掃描器35以及4f光學系統(tǒng)51而到達分色鏡34。

檢測器37檢測經(jīng)由物鏡12從生物體對象物B輸出的被檢測光L2的光強度，并輸出檢測信號S2。被檢測光L2被光掃描器35雙能量掃描(de-scan)，在分色鏡34上被反射，并被檢測器37檢測。檢測器37也可以是PMT(Photomultiplier Tube(光電倍增管))、光電二極管、雪崩光電二極管等的點傳感器?；蛘?，檢測器37也可以是CCD圖像傳感器、CMOS圖像傳感器、多陽極PMT、光電二極管陣列等的面圖像傳感器。還有，也可以在檢測器37的正前方配置聚光透鏡37a。

過濾器38被配置于分色鏡34與檢測器37之間的光軸上。過濾器38從輸入到檢測器37的光中將照射光L1的波長以及觀察所不需要的熒光等的波長截止(cut)。還有，過濾器38也可以被配置于聚光鏡37a的前段、后段中的任一方。

如上所述，本實施方式的光刺激裝置1B不具備形狀測量單元20，取而代之具備形狀測量單元60。形狀測量單元60是取得與生物體對象物B的表面正下方的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相關(guān)的信息的形狀取得部。然后，在本實施方式中，使物鏡12在光軸方向上移動，基于所獲得的檢測信號S2，計算機43取得與生物體對象物B的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相關(guān)的信息。

由本實施方式的結(jié)構(gòu)，能夠取得與生物體對象物B的表面正下方的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相關(guān)的信息。即，如果使用恰當?shù)臒晒獠牧系脑挘瑒t在所獲得的熒光像中包含與生物體對象物B的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相關(guān)的信息。因此，使用物鏡移動機構(gòu)13，按順序使物鏡12與生物體對象物B的距離進行變化。如果使照射光(激發(fā)光)L1聚光于生物體對象物B內(nèi)部的深的位置的話，則從存在于照射光(激發(fā)光)L1的光路上的生物體對象物B內(nèi)部的結(jié)構(gòu)物發(fā)出熒光(自身含有熒光)。因此，通過使聚光位置變淺并取得熒光強度，從而能夠把握生物體對象物B的折射率分布。于是，通過將考慮了被把握的折射率分布的像差修正全息圖呈現(xiàn)于空間光調(diào)制器33，從而能夠減輕像差的影響。還有，在本實施方式中，生物體對象物B可以是由熒光色素、熒光蛋白質(zhì)、自身熒光、SecondHarmonic Geberation(SHG)等而從特定的部位發(fā)出熒光的物質(zhì)。另外，在以下的說明中，將物鏡移動機構(gòu)13、激光光源31、光掃描器35以及檢測器37所形成的用于上述那樣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的測量的動作稱為預(yù)掃描。

在光刺激裝置1B中，為了觀察相對于光軸垂直的面內(nèi)的熒光像，由光掃描器35(例如XY檢流計)進行掃描。于是，通過物鏡12或者生物體對象物臺11在光軸方向上進行移動，從而獲得深度分別不同的多個面內(nèi)的信息。最終，通過組合這些信息從而構(gòu)筑出三維信息。

另外，形狀取得部也可以替代上述的結(jié)構(gòu)或者與上述的結(jié)構(gòu)一起使用被用于單光子的熒光觀察的光片光(light sheet light)或者超聲波等來測量折射率分布。由此，在觀察前預(yù)先把握大概的結(jié)構(gòu)，能夠適宜地設(shè)計用于修正起因于該結(jié)構(gòu)的像差的像差修正全息圖。

圖10是表示上述的光刺激裝置1B的動作以及本實施方式的光刺激方法的流程圖。首先，將生物體對象物B載置于生物體對象物臺11上。接著，一邊在光軸方向上移動物鏡12一邊漸漸地使聚光位置從生物體對象物B的淺的位置向深的位置移動。同時，從激光光源31輸出光L15并使照射光L1聚光于生物體對象物B的表面正下方，在檢測器37中檢測來自生物體對象物B的表面正下方的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的被檢測光(熒光)L2。還有，此時，不進行空間光調(diào)制器33所進行的像差修正。由此，檢測出起因于生物體對象物B的表面正下方的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的深度方向的熒光的變化。于是，一邊由光掃描器35使照射光L1的光軸移動一邊重復(fù)進行該動作。由此，構(gòu)筑出與生物體對象物B的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相關(guān)的三維信息。然后，從被構(gòu)筑出的三維信息推定折射率分布(形狀取得步驟S21)。

之后，進行與第1實施方式相同的全息圖制作步驟S12以及光照射步驟S13。還有，在向深的位置的照射中，因為照射光L1通過被推定的折射率分布的一部分乃至全部，所以在全息圖制作步驟S12中，可以以相對于通過中的照射光L1的折射率分布的影響變小的方式制作像差修正全息圖。在本實施方式中，像差修正全息圖使用幾何光學、波動光學、電磁場解析等并基于由反向傳播求得的波陣面來設(shè)計。所謂幾何光學，例如是逆光線跟蹤，所謂波動光學，例如是菲涅耳波陣面?zhèn)鞑セ蛘叻颇?基爾霍夫的衍射，所謂電磁場解析，例如是FDTD或者RCWA。

還有，在上述第1實施方式中基于生物體對象物B的表面形狀制作像差修正全息圖，在本實施方式中基于伴有生物體對象物B的表面正下方的折射率分布的結(jié)構(gòu)來制作像差修正全息圖，但是，也可以基于生物體對象物B的表面形狀和生物體對象物B的表面正下方的結(jié)構(gòu)的雙方來制作像差修正全息圖。

另外，本實施方式的形狀取得部使用通過照射照射光L1而獲得的熒光來取得與生物體對象物B的表面正下方的結(jié)構(gòu)相關(guān)的信息，但是，形狀取得部可以使用超聲波來測量生物體對象物B的表面正下方的折射率分布，也可以使用相位差或微分干涉來測量表面正下方的折射率分布?；蛘?，形狀取得部也可以擺動光軸的角度或者改變浸液的折射率，并從反射和透過等推定表面正下方的折射率分布或散射程度。由此，能夠推定特別是生物體對象物B的表面上的折射率分布。例如在擺動光軸的角度的情況下，能夠從布儒斯特角(Brewster's angle)或角度與反射率的關(guān)系推定生物體對象物B的表面的折射率或試樣內(nèi)部的折射率分布。

對由具備上述的結(jié)構(gòu)的本實施方式的光刺激裝置1B以及光刺激方法獲得的效果進行說明。在本實施方式的光刺激裝置1B以及光刺激方法中，取得與生物體對象物B的表面正下方的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相關(guān)的信息。然后，基于該信息，生成用于修正像差的像差修正全息數(shù)據(jù)。另外，由基于該數(shù)據(jù)的全息圖調(diào)制照射光L1。由此，因為起因于生物體對象物B的表面正下方的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的像差被適宜地修正，所以能夠抑制生物體對象物B的內(nèi)部的照射光L1的聚光強度的降低以及聚光形狀的擴大。

另外，如本實施方式那樣，在形狀測量單元60以及形狀取得步驟中取得的與伴有折射率差的形狀相關(guān)的信息也可以包含生物體對象物B的表面正下方的結(jié)構(gòu)。根據(jù)上述的光刺激裝置1B以及光刺激方法，例如在這樣的情況下，能夠適宜地抑制生物體對象物B的內(nèi)部的照射光L1的聚光強度的降低以及聚光形狀的擴大。

(第1變形例)

圖11是用于說明第1變形例的動作的圖，并且是從光軸方向看生物體對象物B的表面的圖。在第2實施方式中，形狀取得部(在形狀取得步驟中)，也可以如圖11所示將生物體對象物B的表面分割成格子狀的多個區(qū)域F1～F4，并且對每個區(qū)域F1～F4并行地進行小面積上的掃描。在此情況下，對每個區(qū)域F1～F4制作個別的像差修正全息圖，并在空間光調(diào)制器33呈現(xiàn)具有像差修正以及多點生成的效果的全息圖。

圖12(a)以及圖12(b)是表示與生物體對象物B的外側(cè)的邊界B1的一個例子的圖。如圖12(a)所示，在掃描照射光L1寬的區(qū)域的情況下，因為物鏡12與邊界B1的距離以及生物體對象物B的表面正下方的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化，所以也可以在中途切換像差修正全息圖。然而，在此情況下，因為空間光調(diào)制器的動作遲緩，所以會牽涉到時間的損失。相對于此，如圖12(b)所示，如果分割成多個區(qū)域F1～F4并減小掃描區(qū)域的話，則沒有必要切換像差修正全息圖，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度而且高速的掃描。

(第2變形例)

圖13是表示第2變形例所涉及的光刺激裝置1C的結(jié)構(gòu)的圖。在本變形例的光刺激裝置1C中，形狀測量單元20B構(gòu)成形狀取得部。形狀測量單元20B具有光源25、分色鏡26、光掃描器27、檢測器28以及過濾器29。形狀測量單元20B包含檢測器28并與物鏡12光學結(jié)合。

光源25輸出被照射于生物體對象物B的激發(fā)光L8。還有，即使在本變形例中，也與第2實施方式相同，生物體對象物B可以是由熒光色素、熒光蛋白質(zhì)、自身熒光、SHG等而從特定的部位發(fā)出熒光的物質(zhì)。于是，激發(fā)光L8是包含激發(fā)生物體對象物B的波長的光。激發(fā)光L8可以是與從激光光源31輸出的光L5相同的波長的光，也可以是不同的波長的光。

分色鏡26將來自光源25的激發(fā)光L8以及來自照射光學單元10的熒光L9中的一方透過，將另一方反射。在圖13所表示的例子中，分色鏡26反射激發(fā)光L8，并透過熒光L9。

光掃描器27通過在垂直于激發(fā)光L8的光軸的面內(nèi)使激發(fā)光L8的光軸移動從而掃描生物體對象物B上的激發(fā)光L8的照射位置。光掃描器27例如由檢流計反射鏡、共振鏡或者多棱鏡構(gòu)成。另外，來自生物體對象物B的熒光L9經(jīng)由光掃描器27被檢測。由此，能夠使激發(fā)光L8的光軸與熒光L9的光軸互相一致。

檢測器28檢測經(jīng)由物鏡12而從生物體對象物B輸出的熒光L9的光強度，并輸出檢測信號S3。檢測器28也可以是PMT、光電二極管、雪崩光電二極管等的點傳感器?；蛘撸瑱z測器28也可以是CCD圖像傳感器、CMOS圖像傳感器、多陽極PMT、光電二極管陣列等的面圖像傳感器。還有，也可以通過在檢測器28的前段配置針孔來提供共焦效應(yīng)。

過濾器29被配置于分色鏡26與檢測器28之間的光軸上。過濾器29從輸入到檢測器28的光中將激發(fā)光L8的波長以及觀察所不需要的熒光等的波長截止。

在物鏡12與光源25的距離較長的情況下，也可以將至少一個4f光學系統(tǒng)設(shè)置于激發(fā)光L8以及熒光L9的光軸上。作為一個例子，在圖13中表示一個4f光學系統(tǒng)53。4f光學系統(tǒng)53被配置于光掃描器27與分束器14之間的光軸上。

在本變形例中，首先，將生物體對象物B載置于生物體對象物臺11上。接著，一邊在光軸方向上移動物鏡12一邊漸漸地使聚光位置從生物體對象物B的淺的位置向深的位置移動。同時，從光源25輸出激發(fā)光L8，在檢測器28中檢測來自生物體對象物B的表面正下方的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的熒光L9。由此，檢測出起因于生物體對象物B的表面正下方的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的深度方向的熒光的變化。于是，一邊由光掃描器27使激發(fā)光L8的光軸移動一邊重復(fù)進行該動作。由此，構(gòu)筑出與生物體對象物B的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相關(guān)的三維信息。然后，從被構(gòu)筑出的三維信息推定折射率分布。以后的動作與上述的第2實施方式相同。還有，在激發(fā)光L8的波長包含于從激光光源31輸出的光L5的波長的情況下，由激光光源31以及光掃描器35，也可以實現(xiàn)光源25以及光掃描器27的功能。在此情況下，光源25、光掃描器27以及分色鏡26變得不需要。

(第3變形例)

在上述的第2實施方式中，重復(fù)多次預(yù)掃描，在第2次以后的預(yù)掃描中，也可以基于前一次的預(yù)掃描的結(jié)果，由空間光調(diào)制器33修正光L5的像差。由此，能夠在將光L5照射于生物體對象物B的時候減輕起因于生物體對象物B的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的像差的影響，能夠更加正確地把握生物體對象物B的結(jié)構(gòu)，并獲得更高分辨率的圖像。

具體來說，在最初的預(yù)掃描的時候，因為不實施像差修正，所以照射光L1成為平面波，但是，在第2次的預(yù)掃描中，將修正像差的那樣的波陣面提供給照射光L1。于是，基于由第2次以后的預(yù)掃描獲得的生物體對象物B的結(jié)構(gòu)，設(shè)計像差修正全息圖?；蛘?，也可以由最初的預(yù)掃描進行大概的像差修正，并由第2次以后的預(yù)掃描進行更加細致的像差修正。

(第4變形例)

圖14是表示第4變形例所涉及的光刺激裝置1D的結(jié)構(gòu)的圖。在本變形例中，將瞬逝場(evanescent field)用于生物體對象物B的表面形狀的測量。由此，生物體對象物B是否接地于生物體對象物臺11等的形狀把握變得容易。還有，在變形例中，為了使瞬逝場發(fā)生而使用產(chǎn)生全反射的那樣的物鏡12以及生物體對象物臺11(蓋玻片)。

在本變形例的光刺激裝置1D中，形狀測量單元20C構(gòu)成形狀取得部。形狀測量單元20C具有光源25、分色鏡26、檢測器28、過濾器29以及聚光透鏡61。還有，光源25、分色鏡26、檢測器28以及過濾器29的結(jié)構(gòu)與第3變形例相同。形狀測量單元20C與物鏡12光學結(jié)合。

聚光透鏡61在激發(fā)光L8為面照明的情況下被設(shè)置，并且被配置于分色鏡26與照射光學單元10之間的光軸上。聚光透鏡61使激發(fā)光L8聚光于物鏡12的后側(cè)焦點面。還有，在激發(fā)光L8為點照明的情況下，不需要聚光透鏡61。在此情況下，也可以例如使平面波即激發(fā)光L8輸入到物鏡12的產(chǎn)生全反射的區(qū)域，并由光掃描器或者生物體對象物臺11的平面移動來進行激發(fā)光L8的掃描。另外，也可以替代物鏡12而使用棱鏡或光纖。

(第5變形例)

圖15是表示第5變形例所涉及的光刺激裝置的照射光學單元10B以及形狀測量單元20D的結(jié)構(gòu)的圖。在本變形例中，由超聲波測量生物體對象物B的彈性，并利用生物體對象物B的區(qū)域間的彈性差來獲得生物體對象物B的結(jié)構(gòu)。于是，基于所獲得的結(jié)構(gòu)，制作像差修正全息圖。還有，在圖15中，省略圖1所表示的照射光生成單元30以及控制單元40的圖示。

如圖15所示，本變形例的形狀測量單元20D具有脈沖發(fā)生源62以及檢測器即信號接收器63。脈沖發(fā)生源62產(chǎn)生用于使超聲波產(chǎn)生的脈沖信號S4。信號接收器63對包含與生物體對象物B的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相關(guān)的信息的脈沖信號S5進行接收。

照射光學單元10B替代圖1所表示的照射光學單元10的物鏡12而具有附有壓電薄膜的透鏡64。還有，關(guān)于其他結(jié)構(gòu)，與照射光學單元10相同。附有壓電薄膜的透鏡64以與生物體對象物B相對的方式被配置，由壓電薄膜將脈沖信號S4轉(zhuǎn)換成超聲波并將該超聲波照射于生物體對象物B，另外，將在生物體對象物B上反射的超射波轉(zhuǎn)換成脈沖信號S5。還有，在本變形例中，相對于脈沖信號S4和脈沖信號S5使用共同的附有壓電薄膜的透鏡，但是，也可以分別地設(shè)置脈沖信號S4用的附有壓電薄膜的透鏡和脈沖信號S5用的附有壓電薄膜的透鏡。

(第6變形例)

圖16是表示第6變形例所涉及的光刺激裝置1E的結(jié)構(gòu)的圖。在本變形例中，將相位差·微分干涉用于生物體對象物B的表面形狀的測量。在本變形例的光刺激裝置1E中，形狀測量單元20E構(gòu)成形狀取得部。形狀測量單元20E具有光源21、分束器22、檢測器24、微分干涉(DIC)棱鏡66以及偏光片67。形狀測量單元20E與物鏡12光學結(jié)合。還有，光源21、分束器22、檢測器24的結(jié)構(gòu)與第1實施方式相同。

DIC棱鏡66以及偏光片67被排列配置于分束器22與物鏡12之間的光路上。DIC棱鏡66將來自光源21的光L3分支成2根，另外，使來自生物體對象物B的返回光L10重疊。偏光片67限制光L3以及L10的偏光。從生物體對象物B經(jīng)DIC棱鏡66以及偏光片67而到達分束器22的光L10透過分束器22并被輸入到檢測器24。

本發(fā)明的一個方面的光刺激裝置以及光刺激方法并不限于上述的實施方式，除此之外可以進行各種變形。例如，在上述的實施方式中，對照射光學單元10為倒立型顯微鏡的情況進行了說明，但是，照射光學單元10也可以是正立型顯微鏡。

另外，也可以取代激光光源31而使用輸出非相干光的非相干光源。非相干光源例如包括超輻射發(fā)光二極管(SLD)或發(fā)光二極管(LED)、ASE(Amplified Spontaneous Emission(放大自發(fā)發(fā)射))光源、燈類光源。

產(chǎn)業(yè)上的利用可能性

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，能夠提供一種能夠抑制生物體對象物的內(nèi)部的照射光的聚光強度的降低以及聚光形狀的擴大的光刺激裝置以及光刺激方法。

符號的說明

1A～1E…光刺激裝置、10,10B…照射光學單元、11…生物體對象物臺、12…物鏡、13…物鏡移動機構(gòu)、14…分束器、15…反射鏡、20,20B～20E,60…形狀測量單元、21…相干光源、22…分束器、23…參照光用鏡、24…檢測器、30…照射光生成單元、31…激光光源、32…光束擴展器、33…空間光調(diào)制器、35…光掃描器、40…控制單元、A2…光軸、B…生物體對象物、L1…照射光、L3…相干光、L4…干涉光。