JP2015001674A - Light modulation method using spatial light modulator and device provided with spatial light modulator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空間光変調器を用いた光の変調方法、及び、空間光変調器を備えた装置に関する。 The present invention relates to a light modulation method using a spatial light modulator and an apparatus including the spatial light modulator.
空間光変調器(SLM: Spatial Light Modulator)としては、DMD(Digital Mirror Device)に代表される光の強度を変調する強度変調型の空間光変調器、LCOS(商標)(Liquid Crystal On Silicon)に代表される光の位相を変調する位相変調型の空間光変調器などが知られている。それらは、それぞれ様々な分野で広く用いられている。 Spatial Light Modulator (SLM) is an intensity modulation type spatial light modulator, LCOS (trademark) (Liquid Crystal On Silicon) that modulates the intensity of light represented by DMD (Digital Mirror Device). A phase modulation type spatial light modulator that modulates the phase of representative light is known. They are widely used in various fields.
ところで、これらの空間光変調器には、各々が独立して光を変調する複数の画素要素が配列されているが、これら複数の画素要素の各々は周囲の画素要素に印加されている電圧などの影響を受ける。このため、周囲の画素要素からの影響により各画素要素において所望の変調が実現されないことがある。 By the way, in these spatial light modulators, a plurality of pixel elements each independently modulating light are arranged. Each of the plurality of pixel elements has a voltage applied to surrounding pixel elements, etc. Affected by. For this reason, desired modulation may not be realized in each pixel element due to the influence from surrounding pixel elements.
特許文献1には、このような技術的課題に対して、変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数に応じて、空間周波数が高い部分では信号レベルを大きくし、低い部分では信号レベルを小さくするように変化させることにより、目的の変調量からのずれを補正する装置が開示されている。
In
特許文献1に開示される装置では、同値の画素要素が連続している数(ピクセル数)によって空間周波数の高低が判断され、同値の画素要素が連続している領域(以降、連続領域と記す)毎に信号レベルが決定される。従って、特許文献1に開示される装置では、連続領域のエッジ部分の画素要素(連続領域外の画素要素と隣接する画素要素)とそれ以外の部分の画素要素(つまり、連続領域内の画素要素のみと隣接する画素要素)とは、同じ信号レベルに補正されることになる。
In the device disclosed in
しかしながら、所望の変調量からのずれ量は、エッジ部分の画素要素とそれ以外の部分の画素要素で同一ではなく、エッジ部分の画素要素の方が大きいのが通常である。従って、特許文献1に開示される装置では、所望の変調量からのずれ量を適切に補正することは困難である。
However, the amount of deviation from the desired modulation amount is not the same for the pixel elements in the edge portion and the pixel elements in the other portions, and the pixel elements in the edge portion are usually larger. Therefore, it is difficult for the apparatus disclosed in
以上のような実情を踏まえ、空間光変調器の各画素要素において所望の変調を実現するための技術を提供することを目的とする。 Based on the above situation, an object is to provide a technique for realizing desired modulation in each pixel element of a spatial light modulator.
本発明の第1の態様は、それぞれ独立して光を変調する複数の画素要素を有する空間光変調器を用いた光の変調方法であって、前記空間光変調器を制御するための変調パターン信号であって、前記空間光変調器で実現されるべき光の変調パターンに対応する変調パターン信号を算出する第1の信号算出ステップと、前記空間光変調器の画素要素毎に、前記変調パターン信号を構成する前記複数の画素要素の変調画素信号に基づいて、前記複数の画素要素のうちの当該画素要素以外の画素要素からの影響を示す影響度を算出する影響度算出ステップと、前記空間光変調器の画素要素毎に、当該画素要素に対して算出された前記影響度に基づいて、当該画素要素以外の画素要素からの影響が相殺されるように補正された当該画素要素の変調画素信号を算出する第2の信号算出ステップと、前記複数の画素要素の補正された変調画素信号からなる補正された変調パターン信号を前記空間光変調器に入力する信号入力ステップと、前記補正された変調パターン信号が入力された前記空間光変調器で光を変調する光変調ステップと、を含む光の変調方法を提供する。 A first aspect of the present invention is a light modulation method using a spatial light modulator having a plurality of pixel elements each independently modulating light, and a modulation pattern for controlling the spatial light modulator A first signal calculating step of calculating a modulation pattern signal corresponding to a modulation pattern of light to be realized by the spatial light modulator, and for each pixel element of the spatial light modulator, the modulation pattern An influence degree calculating step for calculating an influence degree indicating an influence from a pixel element other than the pixel element of the plurality of pixel elements based on the modulated pixel signals of the plurality of pixel elements constituting the signal; and the space For each pixel element of the light modulator, based on the influence degree calculated for the pixel element, the modulation pixel of the pixel element corrected so that the influence from the pixel elements other than the pixel element is offset Trust A signal input step of inputting a corrected modulation pattern signal composed of corrected pixel signals of the plurality of pixel elements to the spatial light modulator, and the corrected modulation And a light modulation step of modulating light by the spatial light modulator to which a pattern signal is input.
本発明の第2の態様は、請求項1に記載の光の変調方法において、前記第2の信号算出ステップは、当該画素要素に対して算出された前記影響度の絶対値が大きいほど、大きく補正された当該画素要素の変調画素信号を算出するステップである光の変調方法を提供する。
According to a second aspect of the present invention, in the light modulation method according to
本発明の第3の態様は、請求項2に記載の光の変調方法において、前記影響度算出ステップは、前記空間光変調器の画素要素毎に、当該画素要素の変調画素信号の値と当該画素要素以外の画素要素の変調画素信号の値とを比較した相対値を、当該画素要素以外の画素要素毎に算出する相対値算出ステップと、当該画素要素と当該画素要素以外の画素要素との位置関係に基づいて決定される重み付け係数を前記相対値に掛け合わせた重み付けされた相対値を、当該画素要素以外の画素要素毎に算出する重み付けステップと、当該画素要素以外の画素要素毎に算出された前記重み付けされた相対値の総和を、当該画素要素の影響度として算出する総和算出ステップと、を含む光の変調方法を提供する。
According to a third aspect of the present invention, in the light modulation method according to
本発明の第4の態様は、請求項3に記載の光の変調方法において、前記相対値算出ステップは、当該画素要素の変調画素信号の値と当該画素要素以外の画素要素の変調画素信号の値の差を前記相対値として算出するステップである光の変調方法を提供する。
According to a fourth aspect of the present invention, in the light modulation method according to
本発明の第5の態様は、請求項2乃至請求項4のいずれか1項に記載の光の変調方法において、前記第2の信号算出ステップは、前記空間光変調器の画素要素毎に、当該画素要素に対して算出された前記影響度に基づいて補正係数を決定する補正係数決定ステップと、補正された当該画素要素の変調画素信号の値が当該画素要素の決定された補正係数と当該画素要素の変調画素信号の値とを掛け合わせた値になるように、補正された当該画素要素の変調画素信号を算出する補正信号算出ステップと、を含む光の変調方法を提供する。
According to a fifth aspect of the present invention, in the light modulation method according to any one of
本発明の第6の態様は、請求項5に記載の光の変調方法において、前記補正係数は、前記影響度と線形な関係を有する光の変調方法を提供する。
A sixth aspect of the present invention provides the light modulation method according to
本発明の第7の態様は、請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の光の変調方法において、前記第1の信号算出ステップは、計算機ホログラムを計算するステップである光の変調方法を提供する。
According to a seventh aspect of the present invention, in the light modulation method according to any one of
本発明の第8の態様は、それぞれ独立して光を変調する複数の画素要素を有する空間光変調器と、前記空間光変調器を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記空間光変調器を制御するための変調パターン信号であって、前記空間光変調器で実現されるべき光の変調パターンに対応する変調パターン信号を算出し、前記空間光変調器の画素要素毎に、前記変調パターン信号に含まれる前記複数の画素要素の変調画素信号に基づいて、前記複数の画素要素のうちの当該画素要素以外の画素要素からの影響を示す影響度を算出し、前記空間光変調器の画素要素毎に、当該画素要素に対して算出された前記影響度に基づいて、当該画素要素以外の画素要素からの影響が相殺されるように補正された当該画素要素の変調画素信号を算出し、前記複数の画素要素の補正された変調画素信号からなる補正された変調パターン信号を前記空間光変調器に入力する、ように構成される装置を提供する。 An eighth aspect of the present invention includes a spatial light modulator having a plurality of pixel elements that independently modulate light, and a control device that controls the spatial light modulator, wherein the control device includes A modulation pattern signal for controlling the spatial light modulator, calculating a modulation pattern signal corresponding to a modulation pattern of light to be realized by the spatial light modulator, and for each pixel element of the spatial light modulator The spatial light is calculated based on the modulation pixel signal of the plurality of pixel elements included in the modulation pattern signal, and the degree of influence indicating the influence from pixel elements other than the pixel element among the plurality of pixel elements is calculated. For each pixel element of the modulator, the modulated pixel signal of the pixel element corrected so that the influence from the pixel elements other than the pixel element is canceled based on the influence degree calculated for the pixel element To calculate Inputting a corrected modulation pattern signal consisting corrected modulated pixel signals of the serial plurality of pixel elements in the spatial light modulator provides an apparatus configured to.
本発明によれば、空間光変調器の各画素要素において所望の変調を実現するための技術を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the technique for implement | achieving desired modulation in each pixel element of a spatial light modulator can be provided.
図1は、本発明の一実施形態に係る顕微鏡システム100の構成を示した図である。図1に示される顕微鏡システム100は、2光子励起顕微鏡と、2光子励起顕微鏡を制御するコンピュータ70と、コンピュータ70に接続されたモニタ80及び入力装置90と、を備えた装置であり、任意のパターンの光で標本11を刺激するパターン刺激機能と、標本11の走査画像を取得する画像取得機能を有している。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
顕微鏡システム100を構成する2光子励起顕微鏡は、図1に示されるように、レーザ光源1と、ビームエクスパンダ2と、位相変調型の空間光変調器であるLCOS3と、リレーレンズ4と、0次光カットフィルタ5と、ガルバノミラー6と、リレーレンズ7と、ミラー8と、ダイクロイックミラー9と、対物レンズ10と、リレーレンズ12と、光電子増倍管(PMT:photomultiplier tube)13とを備えている。
As shown in FIG. 1, the two-photon excitation microscope that constitutes the
LCOS3とガルバノミラー6は、それぞれ対物レンズ10の瞳位置と光学的に共役な位置に配置されている。また、PMT13も、対物レンズ10の瞳位置と光学的に共役な位置に配置されている。さらに、0次光カットフィルタ5は、光路に対して挿脱可能に配置されている。顕微鏡システム100では、0次光カットフィルタ5が光路に挿入された状態でパターン刺激が行われ、0次光カットフィルタ5が光路から取り外された状態で画像取得が行われる。
The
LCOS3は、それぞれ独立して制御されて光を変調する複数の画素要素を有し、それらは2次元に配列されている。2光子励起顕微鏡では、LCOS3の各画素要素でレーザ光の位相を変調することにより、例えば、標本11へのパターン刺激、集光位置におけるレーザ光の収差補正などが行われる。
The LCOS 3 includes a plurality of pixel elements that are controlled independently and modulate light, and are arranged in two dimensions. In the two-photon excitation microscope, the phase of the laser light is modulated by each pixel element of the
コンピュータ70は、ハードディスクやメモリなどからなる記憶部71を備えた制御装置であり、2光子励起顕微鏡の構成要素のうちの少なくとも、レーザ光源1、LCOS3、ガルバノミラー6、及び、PMT13に接続されている。コンピュータ70は、これらの構成要素を制御するとともに、これらの構成要素からの信号を受信し処理する。
図2は、図1に示す顕微鏡システム100に含まれるコンピュータ70の主要な機能を示した機能ブロック図である。
The
FIG. 2 is a functional block diagram showing main functions of the
コンピュータ70は、記憶部71に記憶されている制御プログラムを実行することにより、図2に示すように、レーザ光源1の発光を制御する光源制御部72、ガルバノミラー6の走査位置情報とPMT13から信号に基づいて画像を生成する走査画像取得部73、及び、LCOS3を制御するために入力装置90からの入力に基づいてLCOS3に入力する変調パターン信号を算出するSLM変調制御部74として機能する。
As shown in FIG. 2, the
顕微鏡システム100でパターン刺激が行われる場合には、レーザ光源1から出射されたレーザ光は、ビームエクスパンダ2で光束径を調整され、LCOS3に入射する。LCOS3に入射したレーザ光は、入射した画素要素でその位相が変調される。この位相変調は、利用者が入力装置90に入力した照明(ここでは刺激)に関する設定に基づいてコンピュータ70が変調パターン信号を算出し、算出された変調パターン信号に従ってLCOS3が制御されることにより行われる。その後、レーザ光はリレーレンズ4、ガルバノミラー6、リレーレンズ7を介してミラー8に入射するが、LCOS3で生じた0次回折光はリレーレンズ4中に設けられた0次光カットフィルタ5でカットされる。レーザ光は、ミラー8で対物レンズ10の光軸方向に反射し、レーザ光を透過させ且つ蛍光を反射する特性を有するダイクロイックミラー9を透過して、対物レンズ10に入射する。そして、対物レンズ10がレーザ光を標本11に照射することで、入力装置90に入力された設定に従ったパターン刺激が行われる。
When pattern stimulation is performed in the
顕微鏡システム100で画像取得が行われる場合には、0次光カットフィルタ5が光路から取り外される。そして、レーザ光源1から出射されたレーザ光は、ビームエクスパンダ2で光束径を調整され、LCOS3に入射する。LCOS3に入射したレーザ光は、入射した画素要素でその位相が変調される。この位相変調は、利用者が入力装置90に入力した照明(ここでは収差補正)に関する設定に基づいてコンピュータ70が変調パターン信号を算出し、LCOS3が算出された変調パターン信号に従って制御されることにより行われる。その後、レーザ光はリレーレンズ4、ガルバノミラー6、リレーレンズ7を介してミラー8に入射する。レーザ光は、ミラー8で対物レンズ10の光軸方向に反射し、レーザ光を透過させ且つ蛍光を反射する特性を有するダイクロイックミラー9を透過して、対物レンズ10に入射する。レーザ光は、標本11上で適切に収差が補正されるようにLCOS3で変調されていることから、対物レンズ10によって標本11上の一点に集光する。そして、対物レンズ10とLCOS3の間に配置されたガルバノミラー6がレーザ光の偏向方向を制御することで、標本11が2次元に走査される。レーザ光の照射により標本11から生じた蛍光は、対物レンズ10を介して入射するダイクロイックミラー9で反射し、リレーレンズ12を介してPMT13に入射する。蛍光を検出したPMT13はその検出で生じた電気信号をコンピュータ70へ送信する。コンピュータ70は、PMT13からの電気信号を受信し、受信した電気信号と走査位置を示すガルバノミラー6の制御情報から標本11の画像を生成する。
When image acquisition is performed with the
図3は、顕微鏡システム100で行われるLCOS3を用いた光の変調処理全体のフローチャートである。図4は、図3に示す影響度を算出する処理(ステップS40)のフローチャートである。図5は、図3に示す補正された変調画素信号を算出する処理(ステップS50)のフローチャートである。以下、図3から図5に示すフローチャートを参照しながら、パターン刺激を行う場合を例にして、顕微鏡システム100でLCOS3を用いて行われる光の変調方法について具体的に説明する。なお、図3から図5に示す処理は、コンピュータ70が記憶部71に記憶されている制御プログラムを実行することにより行われる。
FIG. 3 is a flowchart of the entire light modulation process using the
まず、利用者が入力装置90を用いて照明設定を入力すると、コンピュータ70は、入力された照明設定を取得する(図3のステップS10)。具体的には、入力装置90に入力された、標本11に照射すべき刺激光のパターン(刺激パターン)、レーザ波長、使用する対物レンズ10の倍率などの情報を取得する。図6は、入力装置90に入力された刺激パターンの一例を示した図であり、星型のパターンと三角形のパターンを標本11上に同時に形成する例を示している。このような刺激パターンは、例えば、モニタ80に表示されるGUI画面を見ながら入力装置90を操作することにより、指定される。
First, when a user inputs lighting settings using the
次に、コンピュータ70は、入力された照明設定に基づいて、LCOS3で実現されるべき光の変調パターン(以降、目標とする変調パターンと記す)を算出する(図3のステップS20)。目標とする変調パターンとは、空間光変調器の各画素要素で行われるべき光の変調量の集合であり、顕微鏡システム100では、LCOS3の各画素要素で行われるべき光の位相変調量の集合である。目標とする変調パターンは、ステップS10で取得した標本11上での刺激パターンなどに基づいて算出される。
Next, the
目標とする変調パターンが算出されると、コンピュータ70は、目標とする変調パターンに対応する変調パターン信号S1を算出する(図3のステップS30)。変調パターン信号とは、LCOS3を制御するための信号であり、各画素要素を制御する変調画素信号の集合である。目標とする変調パターンに対応する変調パターン信号S1は、目標とする変調パターンから算出される。図7は、ステップS30で算出された変調パターン信号の一例である。なお、図7に示す変調パターン信号S1は、説明を簡略化するため、X方向の座標情報のみを有する一次元の信号が例示されている。
When the target modulation pattern is calculated, the
変調パターン信号S1が算出されると、コンピュータ70は、変調パターン信号を構成するLCOS3の複数の画素要素の変調画素信号に基づいて、LCOS3の画素要素毎に、周囲の画素要素(つまり、注目する画素要素以外の画素要素)からの影響を示す影響度を算出する(図3のステップS40)。影響度とは、画素要素での変調量に周囲の画素要素が及ぼす影響の大小を示す値である。ステップS40は、より詳細には、図4に示すように4つの処理から構成されていて、画素要素毎にこれら4つの処理が行われる。以降では、画素要素毎に行われる処理において注目しているその画素要素を注目画素要素と記す。
When the modulation pattern signal S1 is calculated, the
ステップS40では、まず、コンピュータ70は、注目画素要素の周囲の画素要素に割り当てる重み付け係数を決定する(図4のステップS41)。重み付け係数は、注目画素要素と注目画素要素以外の画素要素との位置関係に基づいて決定される。具体的には、注目画素要素から遠い画素要素ほど小さな重み付け係数が割り当てられる。図8Aから図8Cには、周囲の画素要素に割り当てる重み付け係数の例が示されている。図8Aには、注目画素要素と辺で隣接する4つ画素要素に対して重み付け係数1を、注目画素要素と点で隣接する4つ画素要素に対して重み付け係数0.7を、それ以外の画素要素に0を割り当てる例が示されている。図8Bには、注目画素要素と辺で隣接する4つ画素要素に対して重み付け係数1を、それ以外の画素要素に0を割り当てる例が示されている。図8Cには、注目画素要素と隣接する画素要素(隣接画素要素)に加えて、隣接画素要素と隣接する画素要素にも重み付け係数を割り当てる例を示している。これらのどれを使用するかについては、例えば刺激パターン形状が単純か複雑か、計算に時間がかかるか等を考慮して予め設定される。
In step S40, first, the
重み付け係数の割り当てが完了すると、コンピュータ70は、注目画素要素と注目画素要素以外の画素要素を比較して相対値を算出する(図4のステップS42)。相対値は、注目画素要素以外の画素要素の変調画素信号の値と注目画素要素の変調画素信号の値を比較して算出されるこれらの差異の大小を示す値であり、注目画素要素以外の画素要素毎に算出される。この相対値は、例えば、変調画素信号の値の差であってもよく、また、変調画素信号の値の比であってもよい。
When the assignment of the weighting coefficient is completed, the
相対値の算出が完了すると、コンピュータ70は、相対値に重み付け係数を掛けて、重み付けされた相対値を算出する(図4のステップS43)。重み付けされた相対値は、相対値と同様に注目画素要素以外の画素要素毎に算出される値であり、注目画素要素以外の各画素要素が注目画素要素に対して与える影響の大小を示す値である。
When the calculation of the relative value is completed, the
重み付けされた相対値の算出が完了すると、コンピュータ70は、注目画素要素以外の画素要素毎に算出された重み付けされた相対値の総和を求めて、得られた結果を影響度とする(図4のステップS44)。
When the calculation of the weighted relative value is completed, the
コンピュータ70では、ステップS41からステップS44の処理がLCOS3の画素要素毎に行われることにより、各画素要素の影響度が算出される。図9A、図9Bは、それぞれ図8A、図8Bに例示される重み付け係数を用いて算出した、各画素要素の影響度を示している。なお、図9A及び図9Bに示す相対値は、変調画素信号の値の差である。ステップS42及びステップS43では、相対値及び重み付け相対値を注目画素要素以外の画素要素毎に算出する例を示したが、重み付け係数が0となる画素要素の相対値はステップS44で算出される影響度に影響しないため、重み付け係数が0以外の画素要素の相対値及び重み付け相対値のみを算出しても良い。
In the
LCOS3の画素要素毎の影響度が算出されると、図3に戻り、コンピュータ70は、LCOS3の画素要素毎に、その画素要素に対して算出された影響度に基づいて、その画素要素以外の画素要素からの影響が相殺されるように補正された当該画素要素の変調画素信号を算出する(図3のステップS50)。ここでは、その画素要素に対して算出された影響度の絶対値が大きいほど、変調画素信号が周囲の画素要素からの影響により大きく変動することになるため、大きく補正された変調画素信号を算出する。
ステップS50は、より詳細には、図5に示すように2つの処理から構成されている。
When the degree of influence for each pixel element of LCOS3 is calculated, the processing returns to FIG. A modulated pixel signal of the pixel element corrected so as to cancel the influence from the pixel element is calculated (step S50 in FIG. 3). Here, the larger the absolute value of the degree of influence calculated for that pixel element, the more the modulation pixel signal will fluctuate due to the influence from surrounding pixel elements, so a greatly corrected modulation pixel signal is calculated. To do.
More specifically, step S50 includes two processes as shown in FIG.
まず、画素要素毎に、その画素要素に対して算出された影響度に基づいて補正係数を決定する(図5のステップS51)。影響度は、上述したように、各画素要素の変調画素信号に周囲の画素要素が及ぼす影響の大小を示す値である。これに対して、補正係数は、影響度が示す影響を相殺するように変調画素信号を補正するために用いられる係数であり、各影響度に対して一意に決定される。補正係数は、影響度が示す影響を相殺するためのものであるので影響度に応じて変化し、典型的には、影響度と図10に示すような線形の関係を有する。 First, for each pixel element, a correction coefficient is determined based on the degree of influence calculated for that pixel element (step S51 in FIG. 5). As described above, the influence degree is a value indicating the magnitude of the influence of surrounding pixel elements on the modulated pixel signal of each pixel element. On the other hand, the correction coefficient is a coefficient used for correcting the modulation pixel signal so as to cancel the influence indicated by the influence degree, and is uniquely determined for each influence degree. Since the correction coefficient is for canceling the influence indicated by the influence degree, the correction coefficient changes according to the influence degree, and typically has a linear relationship as shown in FIG.
補正係数が決定されると、画素要素毎に、その画素要素に対して決定された補正係数に基づいて、その画素要素の補正された変調画像信号を算出する(図5のステップS52)。具体的には、その画素要素の補正された変調画素信号の値がその画素要素の決定された補正係数とその画素要素の補正される前の変調画素信号の値とを掛け合わせた値になるように、その画素要素の補正された変調画素信号を算出する。 When the correction coefficient is determined, for each pixel element, based on the correction coefficient determined for the pixel element, the corrected modulated image signal of the pixel element is calculated (step S52 in FIG. 5). Specifically, the value of the corrected modulation pixel signal of the pixel element is a value obtained by multiplying the determined correction coefficient of the pixel element by the value of the modulation pixel signal before correction of the pixel element. Thus, the corrected modulated pixel signal of the pixel element is calculated.
コンピュータ70では、ステップS51及びステップS52の処理がLCOS3の画素要素毎に行われることにより、複数の画素要素の補正された変調画素信号からなる補正された変調パターン信号が算出される。図11は、補正前後の変調画素信号からなる変調パターン信号を示した図であり、変調パターン信号S1が補正前の変調パターン信号を、変調パターン信号S2が補正後の変調パターン信号を示している。図11に示すように、補正された変調パターン信号S2は、補正前の変調パターン信号S1に比べて、全体的にエッジ部分が強調された信号となる。
In the
補正された変調パターン信号の算出が完了すると、コンピュータ70は、その補正された変調パターン信号をLCOS3に入力し(図3のステップS60)、コンピュータ70の制御の下、LCOS3が補正された変調パターン信号に従って光を変調する(図3のステップS70)。
When the calculation of the corrected modulation pattern signal is completed, the
以上のように、顕微鏡システム100では、コンピュータ70は、標本11に照射すべき光のパターンから変調パターン信号を算出する(つまり、計算機ホログラムを計算する)だけではなく、算出した変調パターン信号に基づいて周囲の画素要素からの影響が相殺されるように補正された変調パターン信号を算出し、補正された変調パターン信号をLCOS3に入力する。このため、顕微鏡システム100によれば、各画素要素が周囲の画素要素からの影響を受けているにもかかわらず、LCOS3の各画素要素において所望の変調を実現することができる。
As described above, in the
顕微鏡システム100では、コンピュータ70は、画素要素毎に周囲の画素要素からの影響を算出し、画素要素毎に補正された信号を算出する。つまり、変調が行われる最小単位で影響を補正された信号が算出される。また、コンピュータ70は、注目画素要素の信号値とその周囲の画素要素の信号値を比較して周囲の画素要素からの影響を算出する。この際、信号値の差異の有無だけではなく差異の大きさも考慮して影響が算出される。さらに、注目画素要素から遠い画素要素ほど小さな重み付け係数を割り当てることで、隣接する画素要素だけではなく隣接する画素要素以外の画素要素からの影響も適切に考慮して影響が算出される。
In the
従って、変調パターンのうち、空間周波数が高い部分(つまり、画素要素数当たりの信号値の変化が大きい部分)ほど、大きく補正された信号が算出される。これにより、連続領域のエッジ部分の画素要素の信号がそれ以外の部分の画素要素の信号に比べて大きく補正されるため、エッジ部分の変調が鈍ってしまうという課題を解決することができる。 Therefore, a signal with a larger correction is calculated for a portion having a higher spatial frequency in the modulation pattern (that is, a portion having a large change in signal value per number of pixel elements). Thereby, since the signal of the pixel element of the edge part of a continuous area | region is correct | amended largely compared with the signal of the pixel element of a part other than that, the subject that the modulation | alteration of an edge part will become dull can be solved.
このように、顕微鏡システム100によれば、画素要素毎に、周囲の画素要素が及ぼす影響が適切に評価されて、それが相殺されるように信号が補正されるため、所望の変調を精度良く実現することができる。
As described above, according to the
上述した実施形態は、発明の理解を容易にするために具体例を示したものであり、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。この実施形態に係る光の変調方法及び装置は、特許請求の範囲により規定される本発明の思想を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。 The above-described embodiment is a specific example for facilitating understanding of the invention, and the present invention is not limited to this embodiment. The light modulation method and apparatus according to this embodiment can be variously modified and changed without departing from the spirit of the present invention defined by the claims.
位相変調型の空間光変調器であるLCOS3で光を変調する例を示したが、DMDなどの強度変調型の空間光変調器での光の変調にも、本願発明を適用することができる。 Although an example in which light is modulated by LCOS3 which is a phase modulation type spatial light modulator has been shown, the present invention can also be applied to light modulation by an intensity modulation type spatial light modulator such as DMD.
また、パターン刺激を行うためにLCOS3で光を変調する例を示したが、パターン刺激の代わりに収差補正を行うための光の変調にも、本願発明を適用することができる。 Moreover, although the example which modulates light by LCOS3 in order to perform pattern irritation | stimulation was shown, this invention is applicable also to modulation of the light for performing aberration correction instead of pattern irritation | stimulation.
さらに、LCOS3を備えた顕微鏡システムを例示したが、空間光変調器が用いられる装置であればよく、例えば、レーザ加工装置などにも、本願発明を適用することができる。
Furthermore, although the microscope system including the
1 レーザ光源
2 ビームエクスパンダ
3 LCOS
4、7、12 リレーレンズ
5 0次光カットフィルタ
6 ガルバノミラー
8 ミラー
9 ダイクロイックミラー
10 対物レンズ
11 標本
13 PMT
70 コンピュータ
71 記憶部
72 光源制御部
73 走査画像取得部
74 SLM変調制御部
80 モニタ
90 入力装置
100 顕微鏡システム
S1、S2 変調パターン信号
1 Laser
4, 7, 12
70
Claims (8)
前記空間光変調器を制御するための変調パターン信号であって、前記空間光変調器で実現されるべき光の変調パターンに対応する変調パターン信号を算出する第1の信号算出ステップと、
前記空間光変調器の画素要素毎に、前記変調パターン信号を構成する前記複数の画素要素の変調画素信号に基づいて、前記複数の画素要素のうちの当該画素要素以外の画素要素からの影響を示す影響度を算出する影響度算出ステップと、
前記空間光変調器の画素要素毎に、当該画素要素に対して算出された前記影響度に基づいて、当該画素要素以外の画素要素からの影響が相殺されるように補正された当該画素要素の変調画素信号を算出する第2の信号算出ステップと、
前記複数の画素要素の補正された変調画素信号からなる補正された変調パターン信号を前記空間光変調器に入力する信号入力ステップと、
前記補正された変調パターン信号が入力された前記空間光変調器で光を変調する光変調ステップと、を含む
ことを特徴とする光の変調方法。 A light modulation method using a spatial light modulator having a plurality of pixel elements each independently modulating light,
A first signal calculating step for calculating a modulation pattern signal for controlling the spatial light modulator, the modulation pattern signal corresponding to a modulation pattern of light to be realized by the spatial light modulator;
For each pixel element of the spatial light modulator, based on the modulation pixel signal of the plurality of pixel elements constituting the modulation pattern signal, the influence from pixel elements other than the pixel element among the plurality of pixel elements is affected. An influence calculation step for calculating the influence shown,
For each pixel element of the spatial light modulator, based on the influence degree calculated for the pixel element, the pixel element corrected so that the influence from the pixel elements other than the pixel element is offset A second signal calculating step for calculating a modulated pixel signal;
A signal input step of inputting a corrected modulation pattern signal composed of corrected modulation pixel signals of the plurality of pixel elements to the spatial light modulator;
And a light modulation step of modulating light by the spatial light modulator to which the corrected modulation pattern signal is input.
前記第2の信号算出ステップは、当該画素要素に対して算出された前記影響度の絶対値が大きいほど、大きく補正された当該画素要素の変調画素信号を算出するステップである
ことを特徴とする光の変調方法。 The light modulation method according to claim 1,
The second signal calculating step is a step of calculating a modulated pixel signal of the pixel element that is corrected to be larger as the absolute value of the influence calculated for the pixel element is larger. Light modulation method.
前記影響度算出ステップは、前記空間光変調器の画素要素毎に、
当該画素要素の変調画素信号の値と当該画素要素以外の画素要素の変調画素信号の値とを比較した相対値を、当該画素要素以外の画素要素毎に算出する相対値算出ステップと、
当該画素要素と当該画素要素以外の画素要素との位置関係に基づいて決定される重み付け係数を前記相対値に掛け合わせた重み付けされた相対値を、当該画素要素以外の画素要素毎に算出する重み付けステップと、
当該画素要素以外の画素要素毎に算出された前記重み付けされた相対値の総和を、当該画素要素の影響度として算出する総和算出ステップと、を含む
ことを特徴とする光の変調方法。 The light modulation method according to claim 2.
In the influence calculation step, for each pixel element of the spatial light modulator,
A relative value calculation step of calculating a relative value comparing the value of the modulation pixel signal of the pixel element and the value of the modulation pixel signal of the pixel element other than the pixel element for each pixel element other than the pixel element;
Weighting that calculates a weighted relative value obtained by multiplying the relative value by a weighting coefficient determined based on a positional relationship between the pixel element and a pixel element other than the pixel element for each pixel element other than the pixel element Steps,
A light modulation method comprising: a sum total calculation step of calculating a sum of the weighted relative values calculated for each pixel element other than the pixel element as an influence degree of the pixel element.
前記相対値算出ステップは、当該画素要素の変調画素信号の値と当該画素要素以外の画素要素の変調画素信号の値の差を前記相対値として算出するステップである
ことを特徴とする光の変調方法。 The light modulation method according to claim 3,
The relative value calculating step is a step of calculating a difference between a value of a modulated pixel signal of the pixel element and a value of a modulated pixel signal of a pixel element other than the pixel element as the relative value. Method.
前記第2の信号算出ステップは、前記空間光変調器の画素要素毎に、
当該画素要素に対して算出された前記影響度に基づいて補正係数を決定する補正係数決定ステップと、
補正された当該画素要素の変調画素信号の値が当該画素要素の決定された補正係数と当該画素要素の変調画素信号の値とを掛け合わせた値になるように、補正された当該画素要素の変調画素信号を算出する補正信号算出ステップと、を含む
ことを特徴とする光の変調方法。 The light modulation method according to any one of claims 2 to 4,
In the second signal calculation step, for each pixel element of the spatial light modulator,
A correction coefficient determining step for determining a correction coefficient based on the degree of influence calculated for the pixel element;
The corrected pixel element of the pixel element corrected so that the corrected value of the modulated pixel signal of the pixel element is a value obtained by multiplying the determined correction coefficient of the pixel element by the value of the modulated pixel signal of the pixel element. And a correction signal calculation step of calculating a modulation pixel signal.
前記補正係数は、前記影響度と線形な関係を有する
ことを特徴とする光の変調方法。 The light modulation method according to claim 5,
The light modulation method, wherein the correction coefficient has a linear relationship with the influence degree.
前記第1の信号算出ステップは、計算機ホログラムを計算するステップである
ことを特徴とする光の変調方法。 The light modulation method according to any one of claims 1 to 6,
The method for modulating light, wherein the first signal calculating step is a step of calculating a computer generated hologram.
前記空間光変調器を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記空間光変調器を制御するための変調パターン信号であって、前記空間光変調器で実現されるべき光の変調パターンに対応する変調パターン信号を算出し、
前記空間光変調器の画素要素毎に、前記変調パターン信号に含まれる前記複数の画素要素の変調画素信号に基づいて、前記複数の画素要素のうちの当該画素要素以外の画素要素からの影響を示す影響度を算出し、
前記空間光変調器の画素要素毎に、当該画素要素に対して算出された前記影響度に基づいて、当該画素要素以外の画素要素からの影響が相殺されるように補正された当該画素要素の変調画素信号を算出し、
前記複数の画素要素の補正された変調画素信号からなる補正された変調パターン信号を前記空間光変調器に入力する、ように構成される
ことを特徴とする装置。
A spatial light modulator having a plurality of pixel elements each independently modulating light;
A controller for controlling the spatial light modulator,
The controller is
A modulation pattern signal for controlling the spatial light modulator, and calculating a modulation pattern signal corresponding to a modulation pattern of light to be realized by the spatial light modulator;
For each pixel element of the spatial light modulator, based on the modulation pixel signal of the plurality of pixel elements included in the modulation pattern signal, the influence from pixel elements other than the pixel element of the plurality of pixel elements is affected. Calculate the degree of impact
For each pixel element of the spatial light modulator, based on the influence degree calculated for the pixel element, the pixel element corrected so that the influence from the pixel elements other than the pixel element is offset Calculate the modulated pixel signal,
An apparatus configured to input a corrected modulation pattern signal composed of corrected pixel signals of the plurality of pixel elements to the spatial light modulator.
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