ディジタルホログラフィを用いた位相差増幅法による光干渉計測の高精度化の研究とその光学顕微鏡への応用

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透明な生体組織を光学顕微鏡で観察する場合、その組織を可視化するため、染色したり、位相差顕微鏡と呼ばれる特殊な観察方法を用いたりということが行われている。しかしながらこれらの観察で得られる情報は、厚み方向(顕微鏡の光軸方向)については定量性がない。ずなわち組織の有無や形は分かるものの、光軸方向の厚みは分からない。もし光軸方向の厚みまで分かる顕微鏡があれぱ、組織の立体的な分布や形状が分かって有用である。透明な物体中を透過する光波は位相遅れを生ずるので、その位相遅れを光干渉計で測定すれば、光軸方向の厚みを知ることができる。したがって、光干渉計を光学顕微鏡に応用すれば、生体組織の立体的な観察が可能となる。本研究では位相測定の高感度化のため、位相差増幅という方法を用いた。位相差増幅は、高次回折光を計算することによって達成される。位相差増幅法白体は古くから知られており、以前はハードウェア的、アナログ的に増幅が行われていた。本研究では、この位相差増幅をソフトウェア的、デジタル的に行う。特にディジタルホログラフィの手法を用いて、像の横方向(光軸に垂直な方向)への拡大率と、縦方向(光軸方向)への拡大率を等しくするソフトウェア開発を行った。実験的にはまず、標準段差を測定し、デジタル的な位相差増幅という方法論の実証と、実験装置の動作確認を行った。44nmの段差を持つ試料を測定したところ、良好な結果が得られ、段差測定において本方法が有効であることが示された。次に、実際の生体試料として、赤血球の観察を行った。通常の光干渉計で測定される位相分布図を位相差増幅法によって4倍拡大して観察したところ、縦方向と横方向が同じ割合で拡大されていることが確認され、生体試料の観察においても本方法が有効であることが示された。