WO2008004679A1

WO2008004679A1 - Dispositif à MICROSCOPE

Info

Publication number: WO2008004679A1
Application number: PCT/JP2007/063613
Authority: WO
Inventors: Kumiko Matsui
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2006-07-04
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2009-01-04
Also published as: EP2037310A4; US20090168155A1; EP2037310A1; JPWO2008004679A1; JP4883086B2; US8446668B2; EP2037310B1

Description

' 明細書顕微鏡装置技術分野

本発明は、顕微鏡装置に関する。背景技術

従来、顕微鏡の被検物は、振幅物体と位相物体に大別される。振幅物体は光の明暗や色を変化させるので、その変化を目や C C D等の撮像素子でコントラス卜として識別できる。一方、位相物体は光の位相を変化させるだけなので、そのままではコントラストが低く識別が難しい。そこで従来より、位相物体の位相変化を識別可能なコントラストに変換する手法が提案されてきた（例えば、特開平

1 1 - 9 5 1 7 4号公報参照）。

しかしながら、特開平 1 1— 9 5 1 7 4号公報の開示例では、位相物体の位相変化を識別可能なコントラストに変換するためには、光源がコヒ一レント光源に限定されると言う問題がある。発明の開示

本発明は、上記課題に鑑みて行われたものであり、顕微鏡で通常使われるハロゲンや水銀ランプ等の白色光源のような広がりを持つた光源を用いて位相物体の位相変化を十分なコントラス卜で観察可能にする顕微鏡装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第 1の態様は、光源からの照明光を標本に照射する照明光学系と、前記標本からの光を対物レンズで集光し標本像を結像する結像光学系と、前記照明光学系内の前記対物レンズの後側焦点面と共役な面の近傍に配置され、前記照明光を制限する開口を有する開口部材と、前記結像光学系内の前記対物レンズの後側焦点面近傍、または前記後側焦点面の共役面の近傍に配置され、前記標本からの光に 1 8 0度の位相差を与える第 1の位相領域と第 2の位相領域とを有し、前記第 1の位相領域と前記第 2の位相領域の位相境界部分は、前記開口に共役な開口内に位置付けられている位相板を有するフィル夕部材とを有して成ることを特徴とする顕微鏡装置を提供する。

また、本発明の第 1の態様によれば、前記開口は、スリット状開口であり、前記位相境界部分は、前記スリツト状開口の長辺方向と略平行に位置付けられていることが好ましい。

また、本発明の第 1の態様によれば、前記スリット状開口の短辺方向の幅 d 1 は、以下の条件式（1 ) を満たすことが好ましい。

( 1 ) 0 . 0 5 · ≤ d 1 / ( 2 X N A X f X m) ≤ 0 . 6

但し、

N A：前記対物レンズの開口数

f ：前記対物レンズの焦点距離

m：前記対物レンズの後側焦点面から前記照明光学系内の前記スリット状の開口が配置される面への倍率

また、本発明の第 1の態様によれば、前記フィルタ部材は、前記位相板の前記スリツ卜状開口と共役な位置の透過率を制御する透過率制御板を更に有し、前記透過率制御板は、前記位相板の前記スリット状開口と共役な位置の透過率が略一定であり、前記透過率 tは、以下の条件式（2 ) を満たすことが好ましい。

( 2 ) 0 ≤ t ≤ 5 0 (単位：％) - また、本発明の第 1の態様によれば、前記位相板において、前記位相境界部分を Y軸とし、前記 Y軸と光軸とに垂直な軸を X軸、前記 Y軸と前記 X軸との交点を原点とするとき、前記フィル夕部材は、前記原点の近傍で前記透過率が最小で前記原点から離れるに従って前記透過率が高くなる、前記 Y軸に対して対称な透過率分布を持つ透過率制御板を更に有することが好ましい。

また、本発明の第 1の態様によれば、前記位相板において、前記位相境界部分を Y軸とし、前記 Y軸と光軸とに垂直な軸を X軸、前記 Y軸と前記 X軸との交点を原点とするとき、前記フィル夕部材は、前記原点から離れるにつれて階段状に透過率が高くなる、前記 Y軸に対して対称な透過率分布を持つ透過率制御板を更に有することが好ましい。

また、本発明の第 1の態様によれば、前記開口部材の前記開口は、輪帯開口であり、前記位相板の前記位相境界部分は、円形状であり、前記位相境界部分は、前記輪帯開口と共役な輪帯開口の略中央に位置付けられていることが好ましい。また、本発明の第 1の態様によれば、前記輪帯開口の開口幅 d 2は、以下の条件式（3 ) を満たすことが好ましい。

( 3 ) 0 . 0 2 5 ≤ d 2 / ( 2 X NA X f X m) ≤ 0 . 3

但し、

N A：前記対物レンズの開口数

f ：前記対物レンズの焦点距離

m：前記対物レンズの後側焦点面から前記照明光学系内の前記輪帯状開口が配置される面への倍率

また、本発明の第 1の態様によれば、前記フィル夕部材は、前記位相板の前記輪帯開口位置と共役な位置の透過率を制御する透過率制御板を更に有し、前記透過率制御板は、前記位相板の前記輪帯開口位置と共役な位置の透過率が略一定であり、前記透過率 tは以下の条件式（2 ) を満たすことが好ましい。

( 2 ) 0 ≤ t ≤ 5 0 (単位：％)

また、本発明の第 1の態様によれば、前記フィルタ部材は、光軸を中心とした同心円状の透過率分布を有する透過率制御板を更に有し、前記同心円状の透過率分布は、前記位相板の前記輪帯開口と略共役な開口位置で最も透過率が低く、前記輪帯開口と略共役な開口位置から遠ざかるに従つて段階的に透過率が高くなり、前記輸帯開口と共役な開口の内周部から前記輪帯開口の中心方向と前記輪帯開口と共役な開口の外周部の外側方向で略対称であることが好ましい。

また、本発明の第 1の態様によれば、前記フィル夕部材は、複数の前記位相板と複の前記透過率制御板とを有し、前記複数の位相板と前記複数の透過率制御板を、光軸に対してそれぞれ独立に交換可能に形成されていることが好ましレ^ また、本発明の第 1の態様によれば、前記フィルタ部材は、光軸に対して挿脱可能に形成されていることが好ましい。

本発明によれば、顕微鏡で通常使われるハロゲンや水銀ランプ等の白色光源のような広がりを持った光源を用いて位相物体の位相変化を十分なコントラストで観察可能にする顕微鏡装置を提供することができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1実施形態にかかる顕微鏡装置の概略構成図である。図 2 A、 2 B、 2 Cは、第 1実施形態の顕微鏡装置に配設された兀位相板に関し、図 2 Aは、その構成とスリット状開口の位置関係を示し、図 2 Bは 7T位相板の透過率特性を示し、図 2 Cは π位相板の位相特性をそれぞれ示す。

図 3は、図 2 Cに示す位相特性を有する π位相板の応答特性を示す。

図 4 A〜4 Dは、図 2 Aに示す π位相板のひ = 0において、 x値を変化させた時の結像シミュレ一シヨン結果を示す。

図 5 A〜 5 Dは、図 2 Aに示す π位相板の x = 0において、ひ値を変化させた時の結像シミュレーション結果を示す。

図 6は、図 2 Aに示す π位相板の x = 0において、 σ値を変化させた時のコン卜ラス卜の明視野観察との比較結果を示す。

図 7 A、 7 B、 7 Cは、本発明の第 2実施形態に係る顕微鏡装置に配設された透過率 tのフィル夕を有する π位相板に関し、図 7 Αは、その構成とスリット状開口の位置関係を示し、図 7 Bは 7T位相板の透過率特性を示し、図 7 Cは 7T位相板の位相特性をそれぞれ示す。

図 8A〜8 Fは、図 7 Aに示す T位相板の σ = 0. 1において、透過率 tと χ 値を変化させた時の結像シミュレーション結果を示す。 · ·

図 9A、 9B、 9Cは、本発明の第 3実施形態に係る顕微鏡装置に配設された兀位相板に関し、図 9 Aは、その構成と輪帯開口の位置関係を示し、図 9Bは π 位相板の透過率特性を示し、図 9 Cは 7C位相板の位相特性をそれぞれ示す。図 10A、 10 B、 10 Cは、本発明の第 3実施形態の変形例であり、図 10 Aは透過率 tのフィル夕を有する 7T位相板の構成と輪帯開口の位置関係を示す、図 10 Bは 7Γ位相板の透過率特性を示す、図 10 Cは兀位相板の位相特性をそれぞれ示す。

図 1 1は、本発明の第 4実施形態にかかる顕微鏡装置の概略構成図である。図 12A、 12Bは、第 4実施形態に用いられるスライダー式開口部材とスラィダ一式位相板ホルダの一例をそれぞれ示す。

図' 13は、本発明の第 4実施形態にかかる顕微鏡装置の変形例の概略構成図である。

図 14A、 14B、 14Cは、第 4実施形態の変形例に関し、図 14Aはスライダー式フィルタ部材、図 14Bはスライダー式 7C位相板、図 14Cは、図 14 Aと図 14 Bを組み合わせた状態の例を示す。発明の実施の形態

以下、本発明の実施の形態に関し図面を参照しつつ説明する。以下の実施の形態では、透過型顕微鏡を用いて説明する。

(第 1実施形態）

図 1は、本発明の第 1実施形態にかかる顕微鏡装置の概略構成図である。

図 1において、ハロゲンランプや水銀ランプ等の白色光源 1から射出した照明光は、コレクタレンズ 2で集光されスリツト状の開口 3 aを有するスリツト部材 3を透過し、コンデンサレンズ 4を含む照明光学系 1 0により試料（標本） 5を照明する。試料 5を透過した光は、対物レンズ 6で集光され 1 8 0度の位相差を与える Γ位相板 7を透過して結像光学系 3 0を介して像面 8に試料像として形成される。

T位相板 7は、対物レンズ 6の後側焦点面の近傍に配置され、スリット部材 3 は、 7T位相板 7と共役な面であるコンデンサレンズ 4の前側焦点面近傍に配置される；ここで、対物レンズ 6の後側焦点面とコンデンサレンズ 4の前側焦点面とは共役の関係にある。なお、兀位相板 7は結像光学系 3 0内の対物レンズ 6の後側焦点面と共役な面の近傍に配置しても良い。また、スリット部材 3は照明光学系 3 0内のコンデンサレンズ 4の前側焦点面と共役な面の近傍に配置しても良い。

ここで、光軸方向を Z軸とし、光軸に直交する面上に X Y軸を設定する。 π位相板 7は Χ Υ Ζ方向に移動可能である。 Ζ軸方向の移動は、対物レンズ 6を交換した際の、対物レンズ 6の後側焦点位置の変化に対応するために設けられている。 Χ Υ軸方向の移動は、 7Τ位相板 7の芯だし調整および目視観察時や不図示の撮像素子等による画像取得時のコントラスト調節に使用する。このようにして顕微鏡装置 1 0 0が構成されている。

図 2 Α、 2 Β、 2 Cは、兀位相板 7とスリツト状の開口 3 aの詳細を示す説明図である。図 2 Aは、図 1の矢印 A側から 7T位相板 7を見た図を表し、光軸に垂直な X Y軸は互いに垂直で、かつ 7C位相板 7面内に含まれる。図 2 Aにおいて、外周円 7 aは対物レンズ 6の対物瞳の有効径を表し、対物瞳の有効径は x = 1、及び y = 1に規格化して示している。なお、この規格化は、以降の他の実施形態でも同様である。また図 2 A中の四角い実線はスリット部材 3のスリット状の開口 3 aの共役な開口を示し、兀位相板 7面上に投影したときのスリット状の開口像を示し、符号は同じ 3 aで示す。図 2 Bは、 π位相板 7面上における対物瞳径に対応した X軸方向の透過率分布を表し、図 2 Cは、 π位相板 7の位相分布を示す。 c位相板 7は、 Y軸を基準に、 — X側に位相差一 7TZ2の位相板 7 eを、 + X側に位相差 +πΖ2の位相板 7 ίを有し、両者の境界である位相境界部 7 が Υ軸と一致している場合を示している。なお、ここでは位相板 7 eがー ττΖ2、位相板 7 fが +π/2であり、両方で位相差 πを有する場合について説明したが、両者の位相差が兀であれば良く上記構成に限定されることはない。また、 π位相板 Ίの透過率分布や位相分布が外周円 7 aよりも外側でもゼロでない値を持つものは、 7T位相板 7を XY軸方向に移動した時に対物レンズ 6の瞳の有効径がケラレないためである。

次に、結像シミュレーションについて説明する。

図 2 Cの外周円 7 a内における X軸方向の位相分布 F (x)を式（a 1 )に示す。

F (x) = i · s g n (x) ,

ここで、 s g n ( x ) = 1、 0 < x≤ 1

0、 x= 0

-1、 - 1≤x<0 (a 1)

(a l )式は、 1次元ヒルベルト変換の周波数空間における伝達関数である。位相分布図 2 (c)が x=0を境界として位相差が πであるため、位相分布をもつ試料 5を通過した光はその約半分が tの位相シフトを受けて像面 8に到達し干渉する。その結果、試料 5の位相分布が像面 8にて強度分布として可視化される。試料 5における位相分布が像面 8で試料像として可視化される様子を以下に説明する。

簡単のために 1次元（X軸方向）で考える。またスリット状の開口 3 aが無限小ピンホールであると仮定する。試料 5を点光源で照明した試料 5の振幅分布を s (χ' ) 、そのフ一リエ変換を S (x) とし、像面 8における試料像の振幅分布を g (χ' ) 、そのフーリエ変換を G(x)とする。 S (X) 、 G (X) 、 F (X) は（a 2)式の関係で表される。

G(x)-S (x) · F (x) (a 2) ここで、試料 5として弱位相物体を仮定すると、

s (x ' ) = e X p ( i φ (χ ' ) ) =1 -I- i φ (χ ' ) ( 3) であり、試料 5による回折光はそのフーリエ変換 S (X)で与えられる。

S (χ) = δ (χ) +Φ (χ) (a 4)

ただし Φ (χ)は Φのフーリエ変換である。

(a 2)式に代入すると、位相分布成分 φ (χ)が残る。

F (x)はヒルベルト変換の周波数空間における伝達関数であるから、 φ ' ) のヒルベルト変換を φΗ(χ' )とすると、像振幅分布 g (x' )は、

g (χ ' ) = φΗ(χ ' ) (a 6)

像強度分布は、

I g (χ' ) I ²=φΗ (χ' ) ² (a 7) となる。

これを像空間に移行すると、試料 5を点光源で照明した分布 s (χ ' ) に（a 1)式のフーリエ逆変換 f (χ' ) を点像分布関数として畳み込み積分したものが g (χ ' ) となり、（a 8)式で表す。

g (χ ' ) = s (χ ' ) * f (χ ' ) 、（*は畳み込み積分を表す）（a

8) '

図 3に f (χ ' ) のグラフを示す。図 3より、ヒルベルト変換における点像分布は、位相物体に対してコントラストをもち、そのコントラスト形状はいわゆる微分像の様子を呈することがわかる。

以下に、理想レンズによる結像シミュレーションの比較結果を示す。

計算条件は生物観察において汎用的な 40倍の対物レンズを想定し、照明光のコヒーレンシーひを、

1/ (2 XNAX f Xm) (0)

で表す。 d 1は、照明光を制限する開口の開口幅であり、図 2 Aのスリット幅 d 1に対応している。

式.（0) において対物レンズ 6の開口数 NA=0. 6、対物レンズ 6の焦点距離 f == 5 mm、対物レシズ 6の後側焦点面からスリツト部材 3が配置される面への倍率 m= 1とする。

また試料は、透過率 = 1 (100%) , 位相差 100 nm、幅 W= 100 xm (像面換算）の矩形位相物体が視野中央（X = 0 )にあると仮定する。波長は λ = 5 88 nmである。

式（0) の σ = 0、すなわち光源 1をコヒ一レント光源とみなしたときの結像シミュレーション結果を図 4に示す。ここで、 σ = 0とは、開口幅 el lが無限小と仮定した場合であり、 d 1=0を示すものではない。なお、ひ =0のコヒ一レント光源を用いた場合は、スリット部材 3は不要であり、本願発明を適用することが無意味となる。図 4A〜4Dに示す結像シミュレーション結果が得られる。図 4 Aは、 π位相板 7の位相境界部 7 cを光軸に一致させて配置した（原点： χ =0) ときに相当し、図 4B〜4Dは 7C位相板 7の位置を X軸方向に 0. 2 mm ずつずらしていったときの結像シミュレーション結果である。図 4Aより、いわゆる微分像に類似したコントラスト像が得られているものの、ノイズの多い像であることがわかる。例えば、 X値が— 50 / m以下、および X値が + 50 m以上ではノックグラウンド信号が凸凹の波状になるノィズが見られる。さらに図 4 8〜'40に示すょぅに兀位相板7を軸方向にずらすと、いわゆる擬似レリーフ像のようなコントラスト像が得られるが、同時に X軸方向ずらし量に応じた周波数成分のうねりがバックグラウンド信号に乗ってしまうことがわかる。これは、 7T位相板 7の X軸方向のずらしカ^ ずらし量に応じた周波数変調をかけたことに相当することによる。このようなうねり成分がバックグラウンド信号にのるのは顕微鏡像として好ましくない。，

このように、 σ = 0、すなわち光源 1がコヒ一レント光源である場合には好ましいコントラスト像を得ることが困難であることがわかる。次に本発明においてびを、ひ =0. 05、 0. 1、 0. 2 (スリット'幅 d lを変えた場合に相当する）の時の x== 0における結像シミユレーション結果を図 5 A〜5 Cに示す。図 5A〜5Cにより、照明光学系 10中に各スリット幅 d 1のスリツト状の開口 3 aを有するスリツト部材 3を設ける事により、コントラストはコヒーレント光源（ひ =0 ：図 4 A参照）の場合よりも低くなるが、バックグラウンド信号のノィズが明らかに少なくなると共に、いわゆる微分像の特性も良くなっている事がわかる。

また、図 5Dは、ひ =0. 1、 x= 0. 3 mmの結像シミュレーション結果である。 X軸方向のずらしによりコントラス卜がいわゆる擬似レリーフ像を形成するが、図 4 Cに比べてバックグラウンド信号に周波数変調成分のうねりは発生せず、ほぼ均一なバックグラウンド信号が得られることが判る。これは、スリット幅 d 1の範囲内で周波数変調成分が積算されて平均化される効果によるものである。この効果は計算によれば図 5 Aの σ = 0. 05では不足しておりバックグラウンド信号に凸凹の波状のノイズが残るが、図 4 Αに比較すると実用上問題ない程度のノイズである。図 5Bのび =0. 1では、さらにノイズが減少し良好なコントラスト像が得られる。この結果から、ひの下限値が 0. 05程度であることがわかる。なお、本発明の効果を確実にするためには、 σの下限値を 0. 1にする事が好ましい。

このような背景の積算効果は、びの値を大きくするほど高くなる傾向にあるカ^ 一方で図 5 Α〜 5 Cのようにコントラストが相対的に低くなるので、むやみに σ の値を大きくすることはできず、ある上限値が存在することがわかる。以下、 σ の上限値の条件について考える。

図 6は、 χ=0においてひの値を変化させたときの、コントラスト値が変化していく様子を Αで示す。図 6中には、参考として明視野観察で同じ試料 5を観察したときのコントラスト値を Bで示してある。明視野観察におけるコントラスト値はひ =0のとき最大で 0. 22である。少なくとも明視野観察よりもコントラス卜に優れる必要があることから、これと同じコントラスト値をとるひ値をダラフより求めると約 0 . 6となり、これがひの上限値となる。なお、本発明の効果を確実にするためにはひの上限値を 0 . 5にする事が好ましい。これにより、コン卜ラス卜をよりよくすることができる。

以上の結果から、本発明にかかる顕微鏡装置 1 0 0では、以下の条件式（1 ) を満足することが望ましい。

( 1 ) 0 . 0 5 ≤ d 1 / ( 2 X N A X f X m) ≤ 0 . 6

但し、 cl 1はスリット状の開口 3 aの開口幅、 N Aは対物レンズ 6の開口数、 ΐ は対物レンズ 6の焦点距離、 mは対物レンズ 6の後側焦点面から照明光学系 1 0 内のスリッ卜状の開口 3 aが配置される面への倍率である。

また、実用上は、 σ = 0 . 4であるのがより望ましい。もちろん、コントラスト重視、あるいはノイズ低減効果重視の場合にはこの限りではなく、用途や目的に応.じて条件式（1 ) の範囲内で σ値を選択すれば良い。

(第 2実施形態）

次に、本発明の第 2実施形態にかかる顕微鏡装置について図 7 Α、 7 Β、 7 C、図 8 A〜 8 Fを参照しつつ説明する。本第 2実施形態の顕微鏡装置 1 0 0は、第 1実施形態の顕微鏡装置 1 0 0と光学系の構成は同様で 7T位相板の一部に透過率を制御するフィル夕を有することが異なるのみであり、構成全体の説明は第 1 実施形態と同様であり詳細な説明を省略する。

図 7 A、 7 B、 7 Cは、本発明の第 2実施形態の顕微鏡装置 1 0 0の π位相板 1 7諸特性を示し、図 7 Αは兀位相板 1 7の構成を、図 7 Bは 7T位相板 1 7の透過率特性を、図 7 Cは π位相板 1 7の位相特性をそれぞれ示している。

図 7 Αにおいて、 π位相板 1 7の外周円 1 7 aは対物レンズ 6の対物瞳の有効怪を表している。また図 7 A中の四角い実線はスリット部材 3のスリット状の開口 1 3 aの共役な開口を示し、兀位相板 7面上で観察したときのスリッ卜状の開口像を示し、同じ符号 1 3 aを付してある。また、このスリット状の開口 1 3 a を覆うように透過率 tのフィル夕 18が形成されている。なお、フィルタ 18は、 7T位相板 17の表面に形成しても良いし、別体に形成して 7t位相板 17と一体的に構成しても良い。

図 7 Bは、 π位相板 17面上における対物瞳径 17 aに対応した X軸方向の透過率分布を表し、フィル夕 18の部分のみ透過率が減少している。図 7 Cは、 π 位相板 17の位相分布を示し、 Υ軸を基準に、一 X側に位相差一兀/ 2の位相板 17 eを、 + 側に位相差+兀72の位相板17 f を有し、両者の境界である位相境界部 17 cが Y軸に一致している場合を示している。なお、ここでは位相板 17 e力― ττΖ2、位相板 17 fが + πΖ 2で位相差 πを有する場について説明したが、両者の位相差が兀であれば良く、上記構成に限定されることはない。このように.して、兀位相板 17が形成されている。また、第 1実施形態と同様に、スリット幅 d lは条件式（1) の範囲を満たしていることが望ましい。

また、スリット幅 d 1のスリット状の開口 13 aを覆うフィルタ 18の透過率 tは、 50 %以下となるようにしてあるため、図 8 Aに示すように、いわゆる直接光（0次光）成分が弱められて第 1実施形態と比べると視野は暗くなる。しかし信号光強度比がバックグラウンド信号に対して相対的に強くなるため、結果的にコントラストは第 1実施形態よりも向上する。特に X軸方向のずらし量が小さい（x=0近傍）状態でのコントラスト向上効果が高い。用途や目的に応じてフィル夕 18は、適切な透過率 tを選べば良い。

図 8 A〜8 Fは、図 7 Aに示す兀位相板 17において、 σ = 0. 1の場合の結像シミュレーション結果の一例を示し、図 8 Αは t = 10%、 x=0、図 8Bは t = 10 x= 0. 4mmX軸方向にずらした場合をそれぞれ示す。シミュレーシヨン条件は、第 1実施形態と同様である。図 5と比較して、特に x=0 (図 5 Bと図 8 A参照）でのコントラストが向上しているのがわかる。図 8 Cは t = 40 %、 x = 0、図 8Dは t =40%、 x= 0. 4 mm, 図 8 Eは t = 50%、 x = 0 mm, 図 8 Fは t = 50%、 x = 0. 4mmにおける結像シミュレーション結果をそれぞれ示している。これらの図から、透過率 tを上げるにつれてバックグラウンドの光強度が上がり、相対的にコントラストが低くなることが判るが、 t = 5 0 %の場合でも十分実用に耐えるコントラストを保っていることが判る。これらの結果から、透過率 tは以下の条件式（2 ) を満たすことが望ましい。 ( 2 ) 0≤ t ≤ 5 0 (単位： %)

なお、本第 2実施形態では、スリット状の開口 1 3 aの開口幅 cl 1の範囲で透過率 tが一定となる場合を説明したが、本第 2実施形態の変形例として透過率 t が X = 0の位置を最低値として、 X = 0から X軸方向に沿つて離れるに従つて透過率 t増加する、 Y軸を対称軸とする透過率分布とすることもできる。例えば、透過率 tが X値に比例する、 s i n ² ( X ) に比例する、或いは X値に対して段階的に変化するように構成することができる。

(第 3実施形態）

次に、本発明の第 3実施形態にかかる顕微鏡装置について説明する。本第 3実施形態では、第 1実施形態における位相板とスリット部材の構成が異なり、その他の構成は第 1実施形態と同様であるため、位相板と開口部材についてのみ説明する；

図 9 Aは、本発明の第 3実施形態にかかる顕微鏡装置の兀位相板 2 7と開口部材 3に形成した輪帯開口 2 3 aとの位置関係を示している。すなわち、本第 3実施形態では、第 1実施形態の図 1において、スリット部材 3の位置に輪帯幅 d 2 の輪帯開口 2 3 aを有する開口部材 3が配置され、対物レンズ 6の後側焦点面近傍には、一 7T Z 2の位相差を与える円板状の位相板 2 7 eと、その外周側に + 7T 2の位相差を与える輪帯状の位相板 2 7 f とを有する 7t位相板 2 7が配置されている。また図 9 Bは、 π位相板 2 7の透過率特性を示し、図 9 Cは、 ττ位相板 2 7の位相差特性をそれぞれ示している。なお、ここでは位相板 2 7 eがー π Ζ 2、位相板 2 7 fが + π Ζ 2で位相差 7tを有する場合について説明したが、両音の位相差が 7Τであれば良く、上記構成に限定されることはない。また図 9 A、 9 B、 9 Cにおいて、位相板' 27 eと位相板 27 f と境界である円形の位相境界部分 27 cは、照明光学系 10の兀位相板 27と共役な位置に配置された輪帯幅 cl 2の輪帯開口 23 aのほぼ中央付近に位置付けられるように配置されている。

7T位相板 2 7と輪帯開口 2 3 aが配置された顕微鏡装置 1 00により得られる画像は、第 1実施形態で x=0としたときに類似している（よってここでは像の計算結果を省略する）。第 1実施形態では開口幅 d 1の方向（即ち、 X軸方向）にしか像が分解を特たないという方向性を有するのに対して、本第 3実施形態では輪帯開口 23 aで試料 5を輪帯照明しているため、得られる像は方向性を持たないという特徴がある。そのため、得られる 2次元像はいわゆるエッジ強調画像のような見え方となる。

また、輪帯開口 23 aの開口幅 d 2と第 1実施形態のスリット状の開口 3 aの開口幅 d 1とは、

d 2 = cl 1 / 2

の関係を満たしている。この結果、本第 2実施形態では、第 1実施形態の条件式 (1) に相当する条件式（3) を満足することが望ましい。

(3) 0 · 025 ≤ d 2/ (2 XNAX f Xm) ≤ 0. 3

条件式（ 3 )の意味するところは、第 1実施形態と同様であり説明を省略する。なお、本発明の効果を確実にするために、条件式（3) の下限値を 0. 0 5にする事が好ましい。また、本発明の効果を確実にするためには、条件式（3) の上限値を、 0. 2 5にする事が好ましい。また、本発明の効果を更に確実にするためには、条件式（3) の上限値を 0. 20にする事が好ましい。

図 1 0A、 1 0 B、 1 0 Cは、本第 3実施形態の変形例を示す。図 1 OAは π 位相板 37を、図 10 Βは 7Τ位相板 27の透過率特性を、図 1 0 Cは位相特性をそれぞれ示している。

図 1 0A、 1 0B、 1 0 Cにおいて、兀位相板 37は輪帯幅 d 2の輪帯開口 2 3 aの位置の透過率 tが、輪帯開口 2 3 a以外の部分に比べて低い透過率 tを有するようにフィル夕 3 8が形成されている。なお、透過率 tのフィルタ 3 8は、 7T位相板 3 7面上に形成されてあつても良いし、フィル夕 3 8を別体に作成して 7T位相板 3 7と一体的に構成しても良い。

また、透過率 tは、第 1実施形態と同様に以下の条件式（2 ) を満足することが望ましい。

( 2 ) 0 ≤ t ≤ 5 0 (単位：％)

このように、輪帯幅 d 2の輪帯開口 2 3 a部分に、透過率 tのフィル夕 3 8を設けることによって、得られる試料像は第 2実施形態と同様にバックグラウンド —光は暗くなり、信号光が相対的に強くなるため、透過率 tの領域が無い図 9の場合にくらベてコントラス卜が高くなる。

なお、フィル夕部分 3 8は、上記のように輪帯幅 d 2に亘つて透過率 tが一定に形成しても良いし、位相差の境界領域 3 7 cを最低値とし、境界領域 3 7 cに対して対称に透過率 tが高くなるような透過率分布を有するフィルタ部分 3 8 としても良い。その場合、透過率 tの変化は、境界領域 3 7 cの半径を r cとして半径に対し I r— r c I に比例する、 s i n ² ( | r— r c | ) に比例する、 I r - r c I に応じて段階的に高くなる、などの分布をとることが可能である。まこ、位相板 2 7、 3 7は、 X Y Z軸方向に移動可能に構成されており、その作用、効果は第 1実施形態と同様である。

(第 4実施形態）

次に、本発明の第 4実施形態にかかる顕微鏡装置について説明する。図 1 1は、本発明の第 4実施形態にかかる顕微鏡装置の概略構成図である。本第 4実施形態が第 1実施形態から第 3実施形態と異なる点は、第 1実施形態から第 3実施形態では、開口部材と π位相板がそれぞれ 1個の場合であつたが、本第 4実施形態は、開口部材が複数の開口を有し、それぞれの開口を照明光学系の光軸に挿脱切替可能であり、開口形状に対応した Τ位相板を複数有する位相板ホルダを有し結像光学系の光軸に揷脱切替可能に構成されている。第 1実施形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。

図 ·1 1において、第 4実施形態にかかる顕微鏡装置 2 0 0は、照明光学系 1 0 中の、対物レンズ 6の後側焦点面と共役な位置にスライダー式の開口部材 5 3が配置され、結像光学系 3 0の対物レンズ 6の後側焦点面の近傍に、スライダ一式の位相板ホルダ 5 7が配置されて構成されている。なお、スライダー式の π位相板ホルダ 5 7は結像光学系 3 0内の対物レンズ 6の後側焦点面と共役な面の近傍に配置しても良い。また、スライダー式の開口部材 5 3は照明光学系 3 0内のコンデンサレンズ 4の前側焦点面と共役な面の近傍に配置しても良い。

スライダー式の開口部材 5 3には、図 1 2 Αに示す、スリット状の開口 3 a、 1 3 a、及び輪帯開口 2 3 aがほぼ同一平面内に配置され、照明光学系 1 0の光軸に対して交換可能に構成されている。なお、開口 3 aは第 1実施形態で、開口 1 3 aは第 2実施形態で、開口 2 3 aは第 3実施形態で説明された開口と同等であり構成等の説明を省略する。

スライダー式位相板ホルダ 5 7には、図 1 2 Bに示す、スリット状の開口 3 a に対して用いられる C位相板 7、スリット状の開口 1 3 aに対して用いられるフィル夕 1 8を有する T位相板 1 7、及び輪帯開口 2 3 aに対して用いられる π位相板 2 7がほぼ同一平面内に配置され、光軸に対して交換可能に構成されている。なお、 U位相板 7は第 1実施形態で、 Γ位相板 1 7は第 2実施形態で、 π位相板 2 7は第 3実施形態で説明された π位相板と同等であり構成等の説明を省略する。また、各 π位相板 7 , 1 7， 2 7は一つの支持部材 5 7 aで支持され、光軸に垂直な平面内の X Y軸方向に微動可能とするために、支持部材 5 7 aを X軸方向に微動させるための微動機構 5 8と Y軸方向に微動させるための微動機構 5 9とが設けられている。また、スライダー式位相板ホルダ 5 7は Z軸方向にも移動可能に構成され、対物レンズ 6の変更に伴う後側焦点面の変化に対応可能に構成されている。本第 4実施形態では、上述のように開口部材 53と位相板ホルダ 57が構成されているため、開口 3 a、 1 3 a、 23 aと兀位相板 7、 1 7、 27の組合せを必要に応じて切り替えることにより、サンプルに応じた最適な観察方法を選択できる。位相板ホルダ 5 7の支持部材 57 aは XY軸方向に微動可能であり、像のコントラストを調整することができる。なお、第 4本実施形態ではスライダ式の開口部材 5 3及びスライダー式の位相板ホルダ 57で揷脱切り替えを説明した力^ ターレツ卜式で回転による揷脱切り替えやその他類似の方法でも良い。また、開口部がスリット状の開口 3 a、 1 3 aの場合の開口幅 d 1は、条件式 (1) を満足し、輪帯開口 23 aの場合の開口幅 d 2は条件式（3) を満足し、フィル夕 1 8の透過率 tは条件式（ 2 ) を満足する。

図 1 3及び図 14 A、 14 B、 14 Cは、本発明の第 4実施形態に係る変形例を示す図である。図 1 3は変形例にかかる顕微鏡装置 200を、図 14 Aは位相板を^し、図 14Bはフィルタを示し、図 14 Cは両者を組み合わせた状態をそれぞれ示す。本変形例では、 T位相板 1 7と透過率 tを変えるフィル夕 18とを個別に光軸に揷脱可能に構成してある。また、開口 3 a、 1 3 a、 23 aの交換の仕方は前述と同様である。

図 1 3、図 14A、 14B、 14 Cにおいて、透過率 tのフィル夕 18を有するスライダー式フィルタ部材 1 9と T位相板 1 7を有するスライダー式 C位相板 20力結像光学系 30の光軸に揷脱可能に構成されている。スライダー式フィル夕部材 1 9とスライダ一式 7T位相板 20とは、対物レンズ 6の後側焦点面の近傍にそれぞれ挿脱可能に構成されている。なお、スライダー式フィル夕部材 1 9とスライダー式 T位相板 20は、第 2実施形態と同様の構成を例示してあり、その作用、効果等の説明は省略する。

本変形例では、照明光学系 1 0の光軸にスリット状の開口 1 3 aを挿入し、結像光学系 30の光軸にスライダー式 7C位相板 20を揷入した場合を示している。スライダ一式 T位相板 20のみを光路に挿入すると第 1実施形態と同様の顕微鏡装置 1 0 0となり、さらにスライダー式フィル夕部材 1 9も結像光学系 3 0の光軸に揷入するとスライダー式 7C位相板 2 0とスライダー式フィルタ部材 1 9 の特性を合わせた特性の 7T位相板となり第 2実施形態の顕微鏡装置 1 0 0が実現できる。さらに透過率分布や位相分布を微妙に変えたもの等をそれぞれ準備し交換することで、多様な観察条件を実現することが可能となる。

また、スライダー式フィル夕部材 1 9とスライダー式 7T位相板 2 0とを、スラィダ一式開口 5 3に配設されている開口の形状に対応するスライダー式フィル夕部材及びスライダー式 7C位相板にそれぞれ交換することで、上述した各実施形態と同様の効果を奏することができる。

また、開口部がスリット状の開口 3 a、 1 3 aの場合の開口幅 d 1は、条件式 ( 1 ) を満足し、輪帯開口 2 3 aの場合の開口幅 d 2は条件式（3 ) を満足し、透過率 tは条件式（2 ) を満足する。

なお、上記各実施形態では、透過型顕微鏡の場合について説明したが、反射型顕微鏡でも同様の効果を奏することができる。反射型顕微鏡の場合には、照明光学系と結像光学系とに共用される例えばハーフミラ一部材に対して、開口を有する開口部材或いはスライダー式開口部材は照明光学系の光源とハーフミラー部材との間の対物レンズの後側焦点面と略共役な位置に配置し、 7C位相板またはスライダー式位相板ホルダ或いはフィル夕部材はハーフミラ一部材と像面との間の対物レンズの後側焦点面と略共役な位置に配置することが必要である。

なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。

Claims

1 . 光源からの照明光を標本に照射する照明光学系と、

前記標本からの光を対物レンズで集光し標本像を結像する結像光学系と、前記照明光学系内の前記対物レンズの後側焦点面と共役な面の近傍に配置され、前記照明光を制限する開口を有する開ロ部材と、

前記結像光学系内の前記対物レンズの後側焦点面近傍、または前記後側焦点面の共役面の近傍に配置され、前記標本かのらの光に 1 8 0度の位相差を与える第 1 の位相領域と第 2の位相領域とを有し、

前記第 1の位相領域と前期第 2の位相領域の位囲相境界部分は、前記開口に共役な開口内に位置付けられている位相板を有するフィルタ部材とを有して成ることを特徴とする顕微鏡装置。

2 . 前記開口は、スリット状開口であり、

前記位相境界部分は、前記スリット状開口の長辺方向と略平行に位置付けられていることを特徴とする請求項 1に記載の顕微鏡装置。

3 . 前記スリット状開口の短辺方向の幅 d 1は、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項 2に記載の顕微鏡装置。

0 . 0 5 ≤ d 1 / ( 2 X N A X f X m) ≤ 0 . 6

但し、

N A：前記対物レンズの開口数

f ：前記対物レンズの焦点距離

4 . 前記フィル夕部材は、前記位相板の前記スリット状開口と共役な位置の透過率を制御する透過率制御板を更に有し、前記透過率制御板は、前記位相板の前記スリット状開口と共役な位置の透過率が略一定であり、

前記透過率 tは、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項 3記載の顕微鏡装置。

0 ≤ t ≤ 5 0 (単位：％)

5 . · 前記フィルタ部材は、複数の前記位相板と複数の前記透過率制御板とを有し、

前記複数の位相板と前記複数の透過率制御板を、光軸に対してそれぞれ独立に交換可能に形成されていることを特徴とする請求項 4記載の顕微鏡装置。

6 . 前記フィルタ部材は、光軸に対して揷脱可能に形成されていることを特徴とする請求項 5記載の顕微鏡装置。

7 . 前記位相板において、前記位相境界部分を Y軸とし、前記 Y軸と光軸とに垂直な軸を X軸、前記 Y軸と前記 X軸との交点を原点とするとき、

前記フィル夕部材は、前記原点の近傍で前記透過率が最小で前記原点から離れるに従って前記透過率が高くなる、前記 Y軸に対して対称な透過率分布を持つ透過率制御板を更に有することを特徴とする請求項 3記載の顕微鏡装置。

8 . 前記位相板において、前記位相境界部分を Y軸とし、前記 Y軸と光軸とに垂直な軸を X軸、前記 Y軸と前記 X軸との交点を原点とするとき、

前記フィル夕部材は、前記原点から離れるにつれて階段状に透過率が高くなる、前記 Y軸に対して対称な透過率分布を持つ透過率制御板を更に有することを特徴とする請求項 3記載の顕微鏡装置。

9 . 前記フィル夕部材は、光軸に対して挿脱可能に形成されていることを特徴とする請求項 3記載の顕微鏡装置。

1 0 . 前記フィル夕部材は、前記位相板の前記スリット状開口と共役な位置の透過率を制御する透過率制御板を更に有し、前記透過率制御板は、前記位相板の前記スリット状開口と共役な位置の透過率が略一定であり、

前記透過率 tは、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項 2記載の顕微鏡装置。

0 ≤ t ≤ 5 0 (単位：％) 丄 1 . 前記位相板において、前記位相境界部分を Y軸とし、前記 Y軸と光軸とに垂直な軸を X軸、前記 Y軸と前記 X軸との交点を原点とするとき、

前記フィル夕部材は、前記原点の近傍で前記透過率が最小で前記原点から離れるに従って前記透過率が高くなる、前記 Y軸に対して対称な透過率分布を持つ透過率制御板を更に有することを特徴とする請求項 2記載の顕微鏡装置。

1 2 . 前記位相板において、前記位相境界部分を Y軸とし、前記 Y軸と光軸とに垂直な軸を X軸、前記 Y軸と前記 X軸との交点を原点とするとき、

前記フィル夕部材は、前記原点から離れるにつれて階段状に透過率が高くなる、前記 Y軸に対して対称な透過率分布を持つ透過率制御板を更に有することを特徴とする請求項 2記載の顕微鏡装置。

1 3 . 前記位相板において、前記位相境界部分を Y軸とし、前記 Y軸と光軸とに垂直な軸を X軸、前記 Y軸と前記 X軸との交点を原点とするとき、

前記フィル夕部材は、前記原点の近傍で前記透過率が最小で前記原点から離れるに従って前記透過率が高くなる、前記 Y軸に対して対称な透過率分布を持つ透過率制御板を更に有することを特徴とする請求項 1記載の顕微鏡装置。

1 4 . 前記位相板において、前記位相境界部分を Y軸とし、前記 Y軸と光軸とに垂直な軸を X軸、前記 Y軸と前記 X軸との交点を原点とするとき、

前記フィル夕部材は、前記原点から離れるにつれて階段状に透過率が高くなる、前記 Y軸に対して対称な透過率分布を持つ透過率制御板を更に有することを特徴とする請求項 1記載の顕微鏡装置。

1 5 . 前記開口部材の前記開口は、輪帯開口であり、

前記位相板の前記位相境界部分は、円形状であり、

前記位相境界部分は、前記輪帯開口と共役な輪帯開口の略中央に位置付けられていることを特徴とする請求項 1に記載の顕微鏡装置。

1 6 . 前記輪帯開口の開口幅 d 2は、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項 1 5に記載の顕微鏡装置。

0 . 0 2 5 ≤ d 2 / ( 2 X NA X f X m) ≤ 0 . 3

但し、

Ν Ά ：前記対物レンズの開口数 .

f ：前記対物レンズの焦点距離

1 7 . 前記フィルタ部材は、前記位相板の前記輪帯開口位置と共役な位置の透過率を制御する透過率制御板を更に有し、前記透過率制御板は、前記位相板の前記輪帯開口位置と共役な位置の透過率が略一定であり、 O 2008/004679

23

前記透過率 tは以下の条件を満たすことを特徴とする請求項 1 6記載の顕微鏡装置。

0 . ≤ t ≤ 5 0 (単位：％)

1 8 . 前記フィル夕部材は、複数の前記位相板と複数の前記透過率制御板とを有し、

前記複数の位相板と前記複数の透過率制御板を、光軸に対してそれぞれ独立に交換可能に形成されていることを特徴とする請求項 1 7記載の顕微鏡装置。

1 9 . 前記フィルタ部材は、光軸に対して揷脱可能に形成されていることを特徴とする請求項 1 8記載の顕微鏡装置。

2 0 . 前記フィルタ部材は、光軸を中心とした同心円状の透過率分布を有する透過率制御板を更に有し、

前記同心円状の透過率分布は、前記位相板の前記輪帯開口と略共役な開口位置で最も透過率が低く、前記輪帯開口と略共役な開口位置から遠ざかるに従って段階的に透過率が高くなり、前記輸帯開口と共役な開口の内周部から前記輪帯開口の中心方向と前記輪帯開口と共役な開口の外周部の外側方向で略対称であることを特徴とする請求項 1 6記載の顕微鏡装置。

2 1 . 前記フィル夕部材は、光軸に対して挿脱可能に形成されていることを特徴とする請求項 1 6記載の顕微鏡装置。

2 2 . 前記フィル夕部材は、前記位相板の前記輪帯開口位置と共役な位置の透過率を制御する透過率制御板を更に有し、前記透過率制板は、前記位相板の前記輪帯開口位置と共役な位置の透過率が略一定であり、 O 2008/004679

24

前記透過率 tは以下の条件を満たすことを特徴とする請求項 1 5記載の顕微鏡装置。

0 ≤ t ≤ 5 0 (単位：％)

2 3 . 前記フィル夕部材は、光軸を中心とした同心円状の透過率分布を有する透過率制御板を更に有し、

前記同心円状の透過率分布は、前記位相板の前記輪帯開口と略共役な開口位置で最も透過率が低く、前記輪帯開口と略共役な開口位置から遠ざかるに従つて段階的に透過率が高くなり、前記輸帯開口と共役な開口の内周部から前記輪帯開口の中心方向と前記輪帯開口と共役な開口の外周部の外側方向で略対称であることを特徴とする請求項 1 5記載の顕微鏡装置。