JP2012088545A - Differential interference microscope - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微分干渉顕微鏡に関する。 The present invention relates to a differential interference microscope.
微分干渉顕微鏡は、光源から得られる偏光を利用し、微小に横ズレさせた二つの波を、標本面を透過又は反射させ、その光波を干渉させて位相物体を可視化するものである。このような微分干渉顕微鏡によれば、透明な位相標本や段差のある反射標本にコントラストを付けて観察することが可能である。微分干渉顕微鏡は、光源から得られる偏光をプリズムにより2つに分割している(例えば、特許文献1参照)。このような微分干渉顕微鏡においては、微分干渉像のコントラストや解像力を決めるパラメータとしてシャー量がある。 The differential interference microscope uses polarized light obtained from a light source to transmit or reflect two waves that are slightly shifted laterally through a sample surface and to interfere with the light wave to visualize a phase object. According to such a differential interference microscope, it is possible to observe a transparent phase sample or a reflection sample having a step with a contrast. In a differential interference microscope, polarized light obtained from a light source is divided into two by a prism (see, for example, Patent Document 1). In such a differential interference microscope, there is a shear amount as a parameter for determining the contrast and resolution of the differential interference image.
しかしながら、従来、微分干渉顕微鏡においては、シャー量がプリズムの光学特性によって規定されるため、シャー量を可変な構成を実現するには、各々のシャー量毎に複数のプリズムを用意する必要が生じ、部品点数が多くなってしまい、装置構成が複雑化するといった問題があった。 Conventionally, however, in a differential interference microscope, the amount of shear is defined by the optical characteristics of the prism. Therefore, in order to realize a configuration in which the amount of shear is variable, it is necessary to prepare a plurality of prisms for each amount of shear. However, there is a problem that the number of parts increases and the device configuration becomes complicated.
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、簡便な構成によりシャー量を調節可能とした微分干渉顕微鏡を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a differential interference microscope in which the amount of shear can be adjusted with a simple configuration.
本発明の態様に従えば、光源と、前記光源から射出された光のうち試料表面上での第1の偏光と第2の偏光との横ズレ量を可変可能な横ズレ量可変装置と、を備えた微分干渉顕微鏡において、前記横ズレ量可変装置は、前記光源から射出された光の振幅を変調可能な空間光変調部と、前記光源から射出された光に対して、光入射面を傾けた状態で前記空間光変調部を保持する保持部と、を有する微分干渉顕微鏡が提供される。 According to the aspect of the present invention, a lateral shift amount variable device capable of varying the lateral shift amount of the first polarized light and the second polarized light on the sample surface among the light emitted from the light source and the light source; In the differential interference microscope, the lateral shift amount varying device includes a spatial light modulation unit capable of modulating an amplitude of light emitted from the light source, and a light incident surface with respect to the light emitted from the light source. There is provided a differential interference microscope having a holding unit that holds the spatial light modulation unit in an inclined state.
本発明によれば、簡便な構成によりシャー量を調節することができる。 According to the present invention, the amount of shear can be adjusted with a simple configuration.
以下、図面を参照して本発明の微分干渉顕微鏡の一実施形態に係る構成について説明する。なお、本実施形態は、発明の要旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各要請要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。 Hereinafter, a configuration according to an embodiment of the differential interference microscope of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this embodiment is specifically described in order to make the gist of the invention better understood, and does not limit the present invention unless otherwise specified. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the characteristics easy to understand, there is a case where a main part is shown in an enlarged manner for the sake of convenience. Is not limited.
(第一実施形態)
図1は本実施形態に係る微分干渉顕微鏡1の構成を示す図である。本実施形態に係る微分干渉顕微鏡1は、反射型の顕微鏡装置である。
図1に示すように、微分干渉顕微鏡1は、光源2と、コンデンサーレンズ3と、試料4を載置するステージ5と、結像レンズ7と、ハーフミラー9と、シャー量可変装置20と、制御装置70と、を含む。光源2、コンデンサーレンズ3、及びハーフミラー9は照明光学系を構成し、結像レンズ7、シャー量可変装置20、及びハーフミラー9は観察光学系を構成している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a differential interference microscope 1 according to the present embodiment. The differential interference microscope 1 according to the present embodiment is a reflective microscope apparatus.
As shown in FIG. 1, the differential interference microscope 1 includes a
シャー量可変装置20は、光源2から射出された光を第1の偏光(異常光線)と第2の偏光(常光線)とに分離するとともに、これら第1の偏光及び第2の偏光における試料4の表面上での横ズレ量(以下、シャー量)を可変可能なものである。なお、シャー量可変装置20は、空間光変調装置21と、対物レンズ6と、を含む。
The
光源2からの光束はコンデンサーレンズ3で集められ、リレーレンズ(不図示)を透過して、ハーフミラー9で試料4の方向へ反射され、シャー量可変装置20の構成要素である空間光変調装置21および対物レンズ6を透過することで試料4上に照射されるようになっている。光源2からの光は空間光変調装置21を透過する際に第1の偏光及び第2の偏光の光軸に角度差が生じ、該角度差が上記シャー量に変換されて、横ズレした2つの光に分離され、試料4に照射される。
The light beam from the
試料4で反射したシャー量だけ横ズレした2つの光は、再び対物レンズ6および空間光変調装置21を透過することで1つの光線に合成され、干渉する。この干渉光束は、ハーフミラー9を透過して結像レンズ7で結像される。観察者は結像レンズ7で結像された像を、接眼レンズ(不図示)を介して肉眼で観察することができる。
The two lights laterally shifted by the amount of shear reflected by the sample 4 are again transmitted through the
制御装置70は、例えば各機能の動作を制御する演算制御部(CPU)、各種情報を格納する記憶部、外部機器とデータ通信する通信部から構成されるものである。制御装置70の演算制御部は、主に各機能を統合的に制御し、記憶部に格納されているOSなどを起動して、このOS上で格納されたプログラムを読み出して実行することにより、微分干渉顕微鏡1全体を制御し、微分干渉顕微鏡1固有の動作を行う。例えば制御装置70はシャー量可変装置20、光源2の駆動を制御する。
The
空間光変調装置21は光源2から射出された光の振幅を変調可能であり、後述する線形性変調パターンφ(x)を有している。具体的に本実施形態の空間光変調装置21は、液晶装置から構成されている。図2は空間光変調装置21の概略構成を示す図である。
The
空間光変調装置21は、図2に示すように、一対のガラス基板30,31間に液晶32を挟持することで構成されており、複数の画素35を有している。ガラス基板30の内面側には、各画素35に対応して画素電極33がそれぞれ設けられており、ガラス基板31の内面側には、全画素35に亘って共通電極34が設けられている。空間光変調装置21は、上記電極33,34間に電圧を印加することで液晶32を画素35毎に選択的に駆動させ、各々の画素35について光源2からの出射光に対する屈折率が可変となっている。
As shown in FIG. 2, the
続いてシャー量可変装置20の原理について説明する。図3はシャー量可変装置20の原理を説明するための図であり、図3(a)は斜視構成図を示し、図3(b)は断面構成図を示している。
図3(a)に示されるように、空間光変調装置21は第1の光学軸A1と第2の光学軸A2とを有している。第1の光学軸A1は、上記電極33,34間に印加する電圧を変化させることで、光源2から入射する光のうち、当該軸方向に沿う成分の光に対する屈折率が変化する光学軸である。一方、第2の光学軸A2は、上記電極33,34間に印加する電圧を変化させた場合であっても、当該軸方向に沿う成分の光の屈折率が変化しない光学軸である。
Next, the principle of the shear amount
As shown in FIG. 3A, the
光源2からの光は、不図示の偏光板を介して上記第1の光学軸A1及び第2の光学軸A2に対し、それぞれ45°の角度をなすように空間光変調装置21に入射されるようになっている。空間光変調装置21に入射した光Hは、上述のように第1の光学軸A1及び第2の光学軸A2のそれぞれにおける屈折率が異なることから、図3(b)に示すように紙面に平行な直線偏光(以下、第1の偏光と称す)h1と紙面に垂直な直線偏光(以下、第2の偏光と称す)h2とに分けられる。このとき、第1の偏光h1(異常光線)と第2の偏光h2(常光線)との光軸の角度差θを、対物レンズ6を通して横ずれ量に変換した値がシャー量Sとなる。
Light from the
ここで、図3(b)に示される空間光変調装置21の線形性変調パターンφ(x)は、下式(1)で規定することができる。ここで、下式(1)において、αとは線形係数を規定し、xは空間光変調装置21の面方向における座標を規定している。
Here, the linearity modulation pattern φ (x) of the
また、空間光変調装置21を透過する際に、第1の偏光h1は第2の偏光h2とは異なる方向に出射される(図3(b)参照)。このときの第1の偏光h1及び第2の偏光h2の光軸の角度差θは、下式(2)で規定することができる。ここで、下式(2)において、λとは空間光変調装置21に入射した光Hの波長を規定し、nとは上記第1の光学軸A1に沿った空間光変調装置21内の屈折率を規定している。
Further, when passing through the spatial
シャー量可変装置20により得られるシャー量Sは、下式(3)で規定することができる。ここで、下式(3)において、fとは対物レンズ6における焦点距離を規定している。
The shear amount S obtained by the shear
上記式(1)から(3)に示されるように、電極33,34間に印加する電圧(すなわち、空間光変調装置21における線形係数α)、空間光変調装置21に入射させる光Hの波長λ、及び第1の光学軸A1に沿った空間光変調装置21内の屈折率n、又は対物レンズ6における焦点距離fがシャー量Sを規定するパラメータとなる。なお、微分干渉顕微鏡1は、観察者が指定するコントラスト又は解像度の画像毎に上記シャー量Sを上記式(1)乃至(3)に基づいて予め実験で算出しておき、制御装置70の記憶部に記録しておく。これにより、制御装置70は、観察者が指定するコントラスト又は解像度の画像を得るのに最適なシャー量Sを得るようにシャー量可変装置20を動作し、電極33,34間に印加する電圧を制御するようになっている。
As shown in the above formulas (1) to (3), the voltage applied between the electrodes 33 and 34 (that is, the linear coefficient α in the spatial light modulator 21) and the wavelength of the light H incident on the spatial
図4は上記式により導かれた対物レンズ6の焦点距離fとシャー量Sとの関係を示した表であり、図4(a)は線形係数αが0.25(rad/mm)の場合を示し、図4(b)は線形係数αが0.5(rad/mm)の場合を示している。なお、図4(a),(b)のいずれにおいても、空間光変調装置21に入射する光Hの波長λは500nmであり、第1の光学軸A1に沿った空間光変調装置21内の屈折率nは1.5としている。
図4から、シャー量Sは対物レンズ6の焦点距離fが大きくなると増大し、線形係数αが大きくなると対物レンズ6の焦点距離fが同じ場合であってもシャー量が増大することが確認できる。
FIG. 4 is a table showing the relationship between the focal length f of the
From FIG. 4, it can be confirmed that the amount of shear S increases as the focal length f of the
続いて、微分干渉顕微鏡1の動作について説明する。
はじめに、ステージ5上に適量の試料4を載置する。光源2から出射された光は、コンデンサーレンズ3で集められ、リレーレンズ(不図示)を透過して、ハーフミラー9で試料4の方向へ反射され、空間光変調装置21に入射する。ここで、制御装置70は観察者が指定するコントラスト又は解像度に対応したシャー量Sを得るようにシャー量可変装置20を駆動しておく。具体的には、電極33,34間に所定の電圧値を印加する。
Next, the operation of the differential interference microscope 1 will be described.
First, an appropriate amount of the sample 4 is placed on the
空間光変調装置21に入射した光は、シャー量可変装置20により第1の偏光h1と第2の偏光h2とを所定角度差θで分離し、対物レンズ6を透過させることで試料4上のシャー量Sだけ離れた2点に照射される。シャー量Sだけ横ズレした2つの光束は試料4の表面で反射され、再び対物レンズ6によって集光され、空間光変調装置21を透過することで1つの光線に重ねあわされて干渉し、結像レンズ7で結像される。観察者は結像レンズ7で結像された像を、接眼レンズ(不図示)を介して肉眼で画像を観察することができる。この画像は、2点で反射した時の高さの差分が、二つの光の光路差(位相差)として付与されるため、これら二つの光が干渉することで光路差に応じたコントラストを得ることが可能である。
The light incident on the spatial
以上のように、本実施形態に係る微分干渉顕微鏡1によれば、空間光変調装置21の電極33,34間に印加する電圧値を変化させることにより、シャー量Sを種々に変化させることが可能となる。よって、所望のシャー量Sに応じたコントラスト又は解像度の画像を取得することができる。また、従来のように光源の光をプリズムで分離する場合のように、シャー量毎に複数のプリズムを用意することなく、シャー量を可変とした構成を実現できるので、顕微鏡の装置構成を簡略化できる。
As described above, according to the differential interference microscope 1 according to the present embodiment, the shear amount S can be variously changed by changing the voltage value applied between the
(第二実施形態)
次に、本発明の微分干渉顕微鏡の第二実施形態について説明する。なお、本実施形態に係る構成と第一実施形態に係る構成とは、透過型の顕微鏡である点である。なお、以下の説明ではシャー量可変装置の構成を主に説明し、第一実施形態と同じ構成及び部材については同一の符号を付し、その詳細な説明については省略若しくは簡略化するものとする。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the differential interference microscope of the present invention will be described. The configuration according to the present embodiment and the configuration according to the first embodiment are points that are transmission type microscopes. In the following description, the configuration of the shear amount variable device will be mainly described, the same configurations and members as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted or simplified. .
図5は本実施形態に係る微分干渉顕微鏡100の構成を示す図である。微分干渉顕微鏡100は、ポラライザー101と、アナライザー103、シャー量可変装置104、接眼レンズ105と、を有している。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of the
シャー量可変装置104は、第1空間光変調装置107と、第2空間光変調装置108と、対物レンズ102と、コンデンサーレンズ106と、を含む。なお、第1空間光変調装置107及び第2空間光変調装置108の各々は液晶装置から構成されている。
The shear
第1空間光変調装置107及び第2空間光変調装置108は、同一の液晶装置から構成されており、平面視した状態において、第1の光学軸A1及び第2の光学軸A2の軸方向が一致している。
The first spatial
続いて、本実施形態に係る微分干渉顕微鏡100の動作について説明する。なお、第一実施形態と同一の動作については説明を省略するものとする。
光源2からの光は、ポラライザー101を通ることで所定の直線偏光に変換され、上記第1の光学軸A1及び第2の光学軸A2に対し、それぞれ45°の角度をなすように第1空間光変調装置107に入射する。
Subsequently, the operation of the
The light from the
制御装置70は観察者が指定するコントラスト又は解像度に対応したシャー量Sを得るようにシャー量可変装置104(第1空間光変調装置107及び第2空間光変調装置108)を駆動しておく。具体的には、電極33,34間に所定の電圧値を印加する。
The
第1空間光変調装置107に入射した光は、第1の偏光h1と第2の偏光h2とに分離されることとなる。この第1空間光変調装置107によって二つに分けられた偏光h1,h2はコンデンサーレンズ106を介して、各々が試料4上の2点でシャー量Sだけ離れた位置に集光されるようになる。
The light incident on the first spatial
本実施形態では試料4として媒質内に屈折率の異なる透明物体があるものを用いた。そのため、試料4を透過した光は僅かに横ずれした二つの波面となる。試料4を透過した光は、対物レンズ102を介して第2空間光変調装置108に入射する。これにより、二つの光路は再び一つになり二つの波面が干渉し、接眼レンズ105を介して観察者が肉眼で画像を観察することができる。
In the present embodiment, a sample 4 having a transparent object having a different refractive index in the medium is used. Therefore, the light transmitted through the sample 4 becomes two wavefronts slightly shifted laterally. The light transmitted through the sample 4 enters the second spatial
このように本実施形態によれば、反射型の微分干渉顕微鏡100においても、シャー量可変装置104を備えることでシャー量を可変とする構成を実現できる。よって、シャー量毎に複数種類のプリズムを用意する必要が無く、装置構成を簡略化することができる。
As described above, according to the present embodiment, the reflection type
ところで、一般に微分干渉顕微鏡はシャー量Sを大きくしてコントラストを強めると分解能が落ち、シャー量Sを小さくして分解能を上げるとコントラストが低下するといった特性を有している。すなわち、コントラストと分解能とはトレードオフの関係となっている。 By the way, the differential interference microscope generally has a characteristic that the resolution decreases when the shear amount S is increased to increase the contrast, and the contrast decreases when the shear amount S is decreased and the resolution is increased. That is, there is a trade-off relationship between contrast and resolution.
そこで、上述の微分干渉顕微鏡1,100において、観察者の要望に応じて、制御装置70が試料4における画像の観察領域毎にコントラスト又は分解能のいずれかを優先させたものを取得することもできる。
Therefore, in the above-described differential interference microscope 1,100, according to the request of the observer, the
図6は観察領域毎にコントラスト又は分解能のいずれかを重視した画像を表示する場合の概念を説明するための図である。
図6に示すように、観察領域C1〜C4の各々に対応する空間光変調装置21、第1空間光変調装置107、及び第2空間光変調装置108における画素領域B1〜B4の各画素35の電極33,34間に印加する電圧を変化させることで、画素領域B1〜B4毎にシャー量Sを異ならせることができる。
FIG. 6 is a diagram for explaining the concept when displaying an image that emphasizes either contrast or resolution for each observation region.
As shown in FIG. 6, the spatial
以下、観察領域C1,C3についてはコントラストを重視し、観察領域C2,C4については分解能を重視した画像を得る場合について説明する。コントラストを重視する観察領域C1,C3においては、分解能を重視する観察領域C2,C4に比べて相対的にシャー量Sが大きくなるように画素領域B1,B3の各画素35の電極33,34間に印加する電圧を調整すればよい。さらに、画素領域B1,B3においてそれぞれ要求されるコントラストが異なる場合には、画素領域B1,B3の各画素35における電極33,34間に印加する電圧を異ならせることで、画素領域B1,B3毎にシャー量を異ならせることもできる。
Hereinafter, a case will be described in which an image with an emphasis on contrast is obtained for the observation regions C1 and C3 and an image with an emphasis on resolution is obtained for the observation regions C2 and C4. In the observation areas C1 and C3 where the contrast is important, the shear amount S is relatively larger than the observation areas C2 and C4 where the resolution is important, so that the distance between the
一方、分解能を重視する観察領域C2,C4においては、コントラストを重視する観察領域C1,C3に比べて相対的にシャー量Sが小さくなるように画素領域B2,B4の各画素35の電極33,34間に印加する電圧を調整すればよい。さらに、画素領域B2,B4においてそれぞれ要求される分解能が異なる場合には、画素領域B2,B4の各画素35における電極33,34間に印加する電圧を異ならせることで、画素領域B2,B4毎にシャー量を異ならせることもできる。
On the other hand, in the observation areas C2 and C4 where importance is attached to the resolution, the electrodes 33, What is necessary is just to adjust the voltage applied between 34. Further, when the required resolutions are different in the pixel regions B2 and B4, the voltages applied between the
この構成によれば、観察領域C1〜C4内においてコントラスト又は分解能を部分的に異ならせた試料4の画像を取得することができるので、一つの観察画像にてコントラスト重視の領域においては所望のコントラストを備えると共に、分解能重視の領域においては所望の分解能を備えた付加価値の高い微分干渉顕微鏡を提供できる。 According to this configuration, an image of the sample 4 having a partially different contrast or resolution in the observation regions C1 to C4 can be acquired. Therefore, a desired contrast is obtained in a region where the contrast is important in one observation image. In addition, it is possible to provide a differential interference microscope having a high added value with a desired resolution in an area where resolution is important.
なお、上述の説明においては、観察領域を4つに設定する場合について説明したが、本発明はこれに限定されることは無く、観察領域を2つ、3つ、或いは5つ以上に設定する場合についても本発明は適用可能である。上記実施形態では、空間光変調装置21、第1空間光変調装置107、及び第2空間光変調装置108が液晶装置から構成されているため、画素35毎に屈折率を変化させることができる。すなわち、シャー量Sを画素毎に異ならせることができる。従って、観察領域を複数設定する場合に、本発明は特に効果的なものとなる。
In the above description, the case where four observation areas are set has been described. However, the present invention is not limited to this, and the number of observation areas is set to two, three, or five or more. The present invention can also be applied to cases. In the above embodiment, since the spatial
A1…第1の光学軸、A2…第2の光学軸、B1〜B4…画素領域、C1〜C4…観察領域、h1…第1の偏光、h2…第2の偏光、S…シャー量、1,100…微分干渉顕微鏡、2…光源、4…試料、6…対物レンズ、20…シャー量可変装置、21…空間光変調装置、35…画素、102…対物レンズ、104…シャー量可変装置、107…第1空間光変調装置、108…第2空間光変調装置、109…保持部 A1 ... first optical axis, A2 ... second optical axis, B1-B4 ... pixel region, C1-C4 ... observation region, h1 ... first polarization, h2 ... second polarization, S ... shear amount, 1 , 100 ... Differential interference microscope, 2 ... Light source, 4 ... Sample, 6 ... Objective lens, 20 ... Shear amount variable device, 21 ... Spatial light modulator, 35 ... Pixel, 102 ... Objective lens, 104 ... Shear amount variable device, 107: first spatial light modulator, 108: second spatial light modulator, 109: holding unit
Claims (5)
前記横ズレ量可変装置は、前記光源から射出された光の振幅を変調可能な空間光変調部を有することを特徴とする微分干渉顕微鏡。 In a differential interference microscope comprising: a light source; and a lateral displacement amount varying device capable of varying a lateral displacement amount between the first polarized light and the second polarized light on the sample surface of the light emitted from the light source,
The differential displacement microscope has a spatial light modulator capable of modulating the amplitude of light emitted from the light source.
前記画素における前記光源から出射された前記光の振幅変調量をそれぞれ独立して制御する制御部を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の微分干渉顕微鏡。 The spatial light modulator has a plurality of pixels capable of individually modulating the amplitude of light emitted from the light source,
The differential interference microscope according to claim 1, further comprising a control unit that independently controls an amplitude modulation amount of the light emitted from the light source in the pixel.
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