JP2015007754A - Structured illumination device and structured illumination microscope device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、構造化照明装置及び構造化照明顕微鏡装置に関する。 The present invention relates to a structured illumination apparatus and a structured illumination microscope apparatus.
生体標本などの被観察物を超解像観察するための手法に、被観察物の構造の空間周波数を照明光で変調する手法がある（特許文献１を参照）。 As a technique for super-resolution observation of an observation object such as a biological specimen, there is a technique of modulating the spatial frequency of the structure of the observation object with illumination light (see Patent Document 1).
この手法では、空間変調された照明光で被観察物を照明し、被観察物の構造に含まれる解像限界を超える高い空間周波数の情報を、顕微鏡光学系の結像に寄与させる。また、空間照明のパターンを切り替え、互いに異なる照明パターンの下で得られた複数の変調像のデータ（以下、「変調画像」と称す。）へ演算を施すことにより、復調像のデータ（以下、「復調画像」又は「超解像画像」と称す。）を取得する。 In this technique, the object to be observed is illuminated with spatially modulated illumination light, and high spatial frequency information exceeding the resolution limit included in the structure of the object to be observed is contributed to the imaging of the microscope optical system. Further, by switching the spatial illumination pattern and performing operations on a plurality of modulated image data (hereinafter referred to as “modulated images”) obtained under different illumination patterns, demodulated image data (hereinafter referred to as “modulated image data”). (Referred to as “demodulated image” or “super-resolution image”).
本発明は、超解像画像（復調画像）の生成に必要な複数の変調画像の取得効率を向上させることを目的とする。 An object of the present invention is to improve the acquisition efficiency of a plurality of modulated images necessary for generating a super-resolution image (demodulated image).
本発明の構造化照明装置の一例は、光源からの射出光束を複数の分岐光束に分岐する分岐部と、前記複数の分岐光束による干渉縞を標本面に形成する光学系と、前記標本面に形成される前記干渉縞の方向を切り換える切換部とを備えた構造化照明装置であって、前記切換部は、前記複数の分岐光束を所定の軸から逸れた方向へ偏向する第１偏向部と、前記第１偏向部から射出した前記複数の分岐光束を反射する反射部と、前記反射部から射出した前記複数の分岐光束を前記軸に沿った方向へ偏向する第２偏向部とを備え、前記第１偏向部及び前記第２偏向部は、前記軸周りに回動可能に構成され、前記反射部は、前記軸周りの複数位置の各々に配置された固定型反射面で構成される。 An example of the structured illuminating device of the present invention includes a branching unit that branches an emitted light beam from a light source into a plurality of branched light beams, an optical system that forms interference fringes due to the plurality of branched light beams on a sample surface, and a sample surface. A structured illumination device comprising: a switching unit that switches a direction of the formed interference fringes, wherein the switching unit includes a first deflection unit that deflects the plurality of branched light beams in a direction deviating from a predetermined axis; A reflection unit that reflects the plurality of branched light beams emitted from the first deflection unit; and a second deflection unit that deflects the plurality of branched light beams emitted from the reflection unit in a direction along the axis; The first deflecting unit and the second deflecting unit are configured to be rotatable around the axis, and the reflecting unit is configured by a fixed reflecting surface disposed at each of a plurality of positions around the axis.
本発明の構造化照明顕微鏡装置の一例は、本発明の構造化照明装置の一例と、前記干渉縞で空間変調された前記標本の画像である変調画像を撮像する撮像素子とを備える。 An example of the structured illumination microscope apparatus of the present invention includes the example of the structured illumination apparatus of the present invention and an imaging element that captures a modulated image that is an image of the sample spatially modulated by the interference fringes.
本発明によれば、超解像画像（復調画像）の生成に必要な複数の変調画像の取得効率を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the acquisition efficiency of a plurality of modulated images necessary for generating a super-resolution image (demodulated image).
［第１実施形態］
先ず、構造化照明顕微鏡装置の構成を説明する。
[First Embodiment]
First, the structure of the structured illumination microscope apparatus will be described.
図１は、構造化照明顕微鏡装置１の構成図である。以下では構造化照明顕微鏡装置１を全反射蛍光顕微鏡（ＴＩＲＦＭ：Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy）として使用する場合も適宜併せて説明する。ＴＩＲＦＭは、蛍光性を有した試料（標本）５の表面の極めて薄い層を観察するものである。
FIG. 1 is a configuration diagram of the structured
先ず、構造化照明顕微鏡装置１の構成を説明する。図１に示すとおり構造化照明顕微鏡装置１には、レーザユニット１００と、光ファイバ１１と、照明光学系１０と、結像光学系３０と、第１撮像素子３５１と、第２撮像素子３５２と、制御装置３９と、画像記憶・演算装置４０と、画像表示装置４５とが備えられる。なお、照明光学系１０は落射型であり、結像光学系３０の対物レンズ６及びダイクロイックミラー７を利用して標本５の照明を行う。以下、照明光学系１０の光軸Ｏの方向にＺ軸を配し、光軸Ｏに直交する紙面内の方向にＹ軸を配し、光軸Ｏに直交する紙面の奥行方向にＸ軸を配したＸＹＺ直交座標系を想定する（図１の右下を参照。）。
First, the structure of the structured
レーザユニット１００には、第１レーザ光源１０１、第２レーザ光源１０２、シャッタ１０３１、１０３２、ミラー１０５、ダイクロイックミラー１０６、レンズ１０７が備えられる。第１レーザ光源１０１及び第２レーザ光源１０２の各々は可干渉光源であって、互いの出射波長は異なる。ここでは、第１レーザ光源１０１の波長λ１は、第２レーザ光源１０２の波長λ２よりも長いと仮定する（λ１＞λ２）。これらの第１レーザ光源１０１、第２レーザ光源１０２、シャッタ１０３１、１０３２は、それぞれ制御装置３９によって駆動される。
The
光ファイバ１１は、レーザユニット１００から射出したレーザ光を導光するために、例えば、偏波面保存型のシングルモードファイバによって構成される。光軸Ｏの方向における光ファイバ１１の出射端の位置は、位置調整機構１１Ａによって調節可能である。この位置調整機構１１Ａは、制御装置３９によって駆動される。
The
照明光学系１０には、光ファイバ１１の出射端側から順に、コレクタレンズ１２と、回折光学素子（回折格子）１３と、１／４波長板３１と、イメージローテータ５０と、１／４波長板３１’と、集光レンズ１６と、０次光シャッタ２００と、高次光カット部材１８と、レンズ２５と、視野絞り２６と、フィールドレンズ２７と、励起フィルタ２８と、ダイクロイックミラー７と、対物レンズ６とが配置される。
The illumination
なお、照明光学系１０には、並進機構１５Ａ、回動機構５０Ａ、３１Ａ、２００Ａなども備えられ、これらの並進機構１５Ａ、回動機構５０Ａ、３１Ａ、２００Ａは、それぞれ制御装置３９によって駆動される。
The illumination
結像光学系３０には、標本５の側から順に、対物レンズ６と、ダイクロイックミラー７と、バリアフィルタ３１０と、第２対物レンズ３２と、第２ダイクロイックミラー３５と、が配置される。
In the imaging
標本５は、例えば、平行平板状のガラス表面に配置された蛍光性の細胞（蛍光色素で染色された細胞）や、シャーレ内に存在する蛍光性の生体細胞（蛍光色素で染色された動く細胞）などの細胞である。この細胞には、波長λ１の光によって励起される第１蛍光領域と、波長λ２の光によって励起される第２蛍光領域との双方が発現している。 The specimen 5 is, for example, fluorescent cells (cells stained with a fluorescent dye) arranged on a parallel flat glass surface, or fluorescent living cells (moving cells stained with a fluorescent dye) present in a petri dish. ) And so on. In this cell, both the first fluorescent region excited by light of wavelength λ1 and the second fluorescent region excited by light of wavelength λ2 are expressed.
なお、第１蛍光領域は、波長λ１の光に応じて中心波長λ１’の第１蛍光を発生させ、第２蛍光領域は、波長λ２の光に応じて中心波長λ２’の第２蛍光を発生させる。 The first fluorescent region generates the first fluorescence having the center wavelength λ1 ′ in response to the light having the wavelength λ1, and the second fluorescent region generates the second fluorescence having the center wavelength λ2 ′ in response to the light having the wavelength λ2. Let
構造化照明顕微鏡装置１がＴＩＲＦＭ（全反射蛍光顕微鏡）として使用される場合、対物レンズ６は、液浸型（油浸型）の対物レンズとして構成される。つまり、対物レンズ６と標本５のガラスとの間隙は、浸液（油）で満たされる。
When the structured
第１撮像素子３５１、第２撮像素子３５２の各々は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる二次元の撮像素子である。第１撮像素子３５１、第２撮像素子３５２の各々は、制御装置３９によって駆動されると、第１撮像素子３５１の撮像面３６１、第２撮像素子３５２の撮像面３６２の各々に形成された像を撮像し、画像を生成する。これら第１撮像素子３５１、第２撮像素子３５２の各々が生成した画像は、制御装置３９を介して画像記憶・演算装置４０へと取り込まれる。
Each of the
なお、第１撮像素子３５１、第２撮像素子３５２の各々は、所定のフレーム周期で画像生成（撮像）を繰り返すことが可能である。第１撮像素子３５１、第２撮像素子３５２の各々のフレーム周期は、例えば、３０ｍｓｅｃ、６０ｍｓｅｃなどに設定される。個々の撮像素子のフレーム周期（撮像の繰り返し周期）は、通常、撮像素子の電荷蓄積時間、電荷転送時間などによって定められる。
Note that each of the
制御装置３９は、第１レーザ光源１０１、第２レーザ光源１０２、シャッタ１０３１、１０３２、位置調整機構１１Ａ、並進機構１５Ａ、回動機構５０Ａ、３１Ａ、２００Ａ、第１撮像素子３５１、第２撮像素子３５２を駆動制御する。
The
画像記憶・演算装置４０は、制御装置３９を介して与えられた画像に対して波長毎に復調演算を施し、演算後の画像（波長毎の超解像画像）を不図示の内部メモリに格納すると共に、画像表示装置４５へ送出する。
The image storage /
次に、構造化照明顕微鏡装置１におけるレーザ光の振る舞いを説明する。
Next, the behavior of laser light in the structured
第１レーザ光源１０１から射出した波長λ１のレーザ光（第１レーザ光）は、シャッタ１０３１を介してミラー１０５へ入射すると、ミラー１０５を反射し、ダイクロイックミラー１０６へ入射する。一方、第２レーザ光源１０２から射出した波長λ２のレーザ光（第２レーザ光）は、シャッタ１０３２を介してビームスプリッタ１０６へ入射し、第１レーザ光と統合される。ダイクロイックミラー１０６から射出した第１レーザ光及び第２レーザ光は、レンズ１０７を介して光ファイバ１１の入射端に入射する。
When the laser beam (first laser beam) having the wavelength λ1 emitted from the first
なお、制御装置３９は、第１レーザ光源１０１、第２レーザ光源１０２、シャッタ１０３１、１０３２を制御することにより、レーザユニット１００の出射波長（＝光源波長）を、長い波長λ１と短い波長λ２との間で切り替えたり、光源波長を長い波長λ１と短い波長λ２との双方に設定したりすることができる。
The
光ファイバ１１の入射端に入射したレーザ光は、光ファイバ１１の内部を伝搬して光ファイバ１１の出射端に点光源を生成する。その点光源から射出したレーザ光は、コレクタレンズ１２によって平行光束に変換され、回折格子１３へ入射すると、各次数の回折光束（以下、「回折光束群」と称す。）に分岐される。この回折光束群の各回折光束は、１／４波長板３１、イメージローテータ５０、１／４波長板３１’を順に介して集光レンズ１６に入射すると、集光レンズ１６によって瞳共役面６Ａ’の互いに異なる位置に集光される。
The laser light incident on the incident end of the
ここで、瞳共役面６Ａ’は、集光レンズ１６の焦点位置（後ろ側焦点位置）であって、後述する対物レンズ６の瞳６Ａ（±１次回折光が集光する位置）に対してフィールドレンズ２７、レンズ２５を介して共役な位置のことである。但し、ここでいう「共役な位置」の概念には、当業者が対物レンズ６、フィールドレンズ２７、レンズ２５の収差、ビネッティング等の設計上必要な事項を考慮して決定した位置も含まれるものとする。
Here, the
瞳共役面６Ａ’に向かった回折光束群は、瞳共役面６Ａ’の近傍に配置された０次光シャッタ２００へ入射する。この０次光シャッタ２００を通過した回折光束群は、高次光カット部材１８へ入射する。
The group of diffracted light beams directed toward the
ここで、構造化照明顕微鏡装置１がＴＩＲＦＭ（全反射蛍光顕微鏡）として利用される場合、０次光シャッタ２００は、入射した回折光束群のうち０次回折光束を遮光し、高次光カット部材１８は、２次以降の高次回折光束を遮光する。よって、高次光カット部材１８を通過できるのは、±１次回折光束のみとなる。
Here, when the structured
高次光カット部材１８を通過した±１次回折光束は、レンズ２５によって視野絞り２６付近で回折格子１３と共役な面を形成する。その後、±１次回折光束の各々は、フィールドレンズ２７により収束光に変換され、さらに励起フィルタ２８を経てからダイクロイックミラー７で反射し、対物レンズ６の瞳面６Ａ上の互いに異なる位置に集光される。
The ± first-order diffracted light beams that have passed through the high-order light cut
瞳面６Ａ上に集光した±１次回折光束の各々は、対物レンズ６の先端から射出される際には平行光束となり、標本５の表面で互いに干渉し、干渉縞を形成する。この干渉縞が、構造化照明光として使用される。
Each of the ± first-order diffracted light beams collected on the
また、構造化照明顕微鏡装置１がＴＩＲＦＭ（全反射蛍光顕微鏡）として利用される場合、標本５の表面に入射する際の入射角度は、エバネッセント場の生成条件（全反射条件）を満たす。以下、全反射条件を「ＴＩＲＦ条件」と称す。
When the structured
ＴＩＲＦ条件を満たすためには、瞳面６Ａにおける±１次回折光束の集光点は、瞳面６Ａの最外周に位置する所定の輪帯状領域に位置していればよい。この場合、標本５の表面近傍には、干渉縞によるエバネッセント場が生起する。
In order to satisfy the TIRF condition, the condensing point of the ± 1st-order diffracted light beam on the
このような干渉縞により標本５を照明すると、干渉縞の周期構造と標本５上の蛍光領域の周期構造との差に相当するモアレ縞が現れるが、このモアレ縞においては、蛍光領域の高周波数の構造が元の周波数より低周波数側にシフトしているため、この構造を示す蛍光は、元の角度よりも小さい角度で対物レンズ６へ向かうことになる。よって、干渉縞により標本５を照明すると、蛍光領域の高周波数の構造情報までもが対物レンズ６によって伝達される。 When the specimen 5 is illuminated with such interference fringes, a moire fringe corresponding to the difference between the periodic structure of the interference fringes and the periodic structure of the fluorescent region on the specimen 5 appears. Since the structure is shifted to a lower frequency side than the original frequency, the fluorescence indicating this structure is directed toward the objective lens 6 at an angle smaller than the original angle. Therefore, when the specimen 5 is illuminated by the interference fringes, even the high-frequency structural information of the fluorescent region is transmitted by the objective lens 6.
標本５で発生した蛍光は、対物レンズ６に入射すると、対物レンズ６で平行光に変換された後、ダイクロイックミラー７及びバリアフィルタ３１０を透過し、第２ダイクロイックミラー３５へ入射する。第２ダイクロイックミラー３５へ入射した波長λ１’の第１蛍光は、第２ダイクロイックミラー３５を反射し、第２ダイクロイックミラー３５へ入射した波長λ２’の第２蛍光は、第２ダイクロイックミラー３５を透過する。
When the fluorescence generated in the sample 5 is incident on the objective lens 6, it is converted into parallel light by the objective lens 6, then passes through the dichroic mirror 7 and the
第２ダイクロイックミラー３５を反射した第１蛍光は、第１撮像素子３５１の撮像面３６１上に第１蛍光領域の変調像を形成し、第２ダイクロイックミラー３５を透過した第２蛍光は、第２撮像素子３５２の撮像面３６２上に第２蛍光領域の変調像を形成する。
The first fluorescence reflected from the second
撮像面３６１に形成された第１蛍光領域の変調像、撮像面３６２に形成された第２蛍光領域の変調像は、第１撮像素子３５１、第２撮像素子３５２によって個別に画像化され、第１蛍光領域の変調画像と、第２蛍光領域の変調画像とが生成される。
The modulated image of the first fluorescent region formed on the
第１蛍光領域の変調画像と、第２蛍光領域の変調画像とは、制御装置３９を介して画像記憶・演算装置４０へと取り込まれる。さらに、取り込まれた第１蛍光領域の変調画像と、第２蛍光領域の変調画像との各々には、画像記憶・演算装置４０において復調演算が施され、第１蛍光領域の復調画像（超解像画像）と、第２蛍光領域の復調画像（超解像画像）とが生成される。そして、これらの超解像画像は、画像記憶・演算装置４０の内部メモリ（図示せず）に記憶されるとともに、画像表示装置４５へと送出される。なお、復調演算としては、例えば、米国特許８１１５８０６号明細書に開示された方法が用いられる。
The modulated image of the first fluorescent region and the modulated image of the second fluorescent region are taken into the image storage /
次に、回折格子１３を詳しく説明する。
Next, the
図２（Ａ）は、回折格子１３を光源側から見た図であり、図２（Ｂ）は、瞳共役面６Ａ’を光源側から見た図である。なお、図２（Ａ）は模式図であるため、図２（Ａ）に示した回折格子１３の構造周期は実際の構造周期と同じとは限らない。
2A is a diagram of the
図２（Ａ）に示すように回折格子１３は、照明光学系１０の光軸Ｏと垂直な面内（ＸＹ平面内）において所定方向Ｄ１かけて周期構造を有した１方向回折格子である。以下、周期構造の形成方向Ｄ１はＹ軸方向であると仮定する。
The
この回折格子１３の材質は、例えばガラスである。回折格子１３の周期構造は、濃度（透過率）を利用して形成された濃度型の周期構造、段差（位相差）を利用して形成された位相型の周期構造の何れであってもよいが、位相差型の周期構造の方が＋１次回折光の回折効率が高いという点で好ましい。
The material of the
このような回折格子１３に入射した平行光束は、周期構造の方向Ｄ１（＝Ｙ軸方向）にかけて分岐した回折光束群に変換される。
The parallel light beam incident on the
この回折光束群には、０次回折光束及び±１次回折光束が含まれ、このうち互いの次数が共通である±１次回折光束は、光軸Ｏに関して対称な方向に進行し、０次回折光束は、光軸Ｏに沿って進行する。 This diffracted light beam group includes a 0th-order diffracted light beam and a ± 1st-order diffracted light beam. Among these, the ± 1st-order diffracted light beams having the same order travel in a symmetric direction with respect to the optical axis O, and the 0th order. The folded light beam travels along the optical axis O.
これらの±１次回折光束及び０次回折光束は、前述したイメージローテータ５０及び集光レンズ１６を通過した後、瞳共役面６Ａ’の互いに異なる位置に集光する。
These ± 1st order diffracted light beams and 0th order diffracted light beams pass through the
図２（Ｂ）に示すように、０次回折光束の集光点１４ａは光軸Ｏ上に位置し、±１次回折光束の集光点１４ｂ、１４ｃは、光軸Ｏに関して対称である。因みに、イメージローテータ５０の後述する回動角θ’がゼロであるときには、集光点１４ｃ、１４ａ、１４ｂの配列方向は、図２（Ｂ）に示すとおり周期構造の方向Ｄ１（＝Ｙ軸方向）と同じになる。
As shown in FIG. 2B, the
なお、ここでいう集光点とは、最大強度の８割以上の強度を有する領域の重心位置のことである。そのため、本実施形態の照明光学系１０は、完全な集光点が形成されるまで光束を集光する必要はない。
また、以上の回折格子１３は、ピエゾモータなどからなる前述した並進機構１５Ａによって並進移動が可能である。並進機構１５Ａによる回折格子１３の並進移動の方向は、照明光学系１０の光軸Ｏと垂直な方向であって、周期構造の方向Ｄ１（＝Ｙ軸方向）に対して非垂直な方向である。この方向に回折格子１３が並進移動すると、干渉縞の位相がシフトする（詳細は後述。）。
In addition, a condensing point here is a gravity center position of the area | region which has an intensity |
The
次に、イメージローテータ５０を詳しく説明する。
Next, the
図１に示したとおり、イメージローテータ５０には、光源側から順に、偏向プリズム５０−１と、反射プリズム５０−２と、偏向プリズム５０−３とが配置される。
As shown in FIG. 1, in the
偏向プリズム５０−１、反射プリズム５０−２、偏向プリズム５０−３の全体は、入射光軸と射出光軸とを照明光学系１０の光軸Ｏ上に配したダブプリズム（平行系用のダブプリズム）と同じ機能を有している。但し、偏向プリズム５０−１、５０−３は、回動機構５０Ａによって光軸Ｏの周りに回動可能であるのに対して、反射プリズム５０−２は、予め固定されている。
The deflecting prism 50-1, the reflecting prism 50-2, and the deflecting prism 50-3 are entirely composed of a dove prism (a dub for a parallel system) in which an incident optical axis and an outgoing optical axis are arranged on the optical axis O of the illumination
先ず、偏向プリズム５０−１は、非平行な入射面及び射出面を有した楔プリズムである。照明光学系１０の光軸Ｏに沿った方向から偏向プリズム５０−１へ入射した回折光束群は、偏向プリズム５０−１を通過することで光路を偏向させ、光軸Ｏから逸れた方向へと進行する。
First, the deflection prism 50-1 is a wedge prism having a non-parallel entrance surface and exit surface. The diffracted light beam group that has entered the deflecting prism 50-1 from the direction along the optical axis O of the illumination
次に、反射プリズム５０−２は、正六角形状の底面を有した六角柱プリズムであって、その中心線（底面の中心を通る母線方向の直線）を、照明光学系１０の光軸Ｏ上に配置している。また、反射プリズム５０−２の各側面には、金属などからなる反射膜が蒸着されている。よって、偏向プリズム５０−１から射出した回折光束群は、反射プリズ５０−２の一方の底面から反射プリズム５０−２の内部へ入射すると、反射プリズム５０−２の側面である反射面で内面反射（全反射）する。なお、その反射面に対する回折光束群の入射角度が十分に大きい場合は、反射膜の形成を省略することも可能である。そして、その反射面で反射した回折光束群は、反射プリズム５０−２の他方の底面から反射プリズム５０−２の外部へ射出する。
Next, the reflecting prism 50-2 is a hexagonal prism having a regular hexagonal bottom surface, and its center line (a straight line in the generatrix direction passing through the center of the bottom surface) is placed on the optical axis O of the illumination
次に、偏向プリズム５０−３は、非平行な入射面及び射出面を有した楔プリズムである。反射プリズム５０−２から射出した回折光束群は、偏向プリズム５０−３を通過することで光路を偏向させ、照明光学系１０の光軸Ｏに沿った方向へ進行する。
Next, the deflection prism 50-3 is a wedge prism having a non-parallel entrance surface and exit surface. The group of diffracted light beams emitted from the reflecting prism 50-2 passes through the deflecting prism 50-3, deflects the optical path, and travels in the direction along the optical axis O of the illumination
ここで、イメージローテータ５０の入射側に配置された偏向プリズム５０−１と、イメージローテータ５０の射出側に配置された偏向プリズム５０−３とは、同型同大、同質であって、偏向プリズム５０−１の姿勢及び配置先と、偏向プリズム５０−３の姿勢及び配置先とは、反射プリズム５０−２の長手方向（照明光学系１０の光軸Ｏ方向）における中心点を通り光軸Ｏと垂直な平面ＰＡに関して対称である。また、偏向プリズム５０−１と偏向プリズム５０−３との配置間隔（光軸Ｏの方向における間隔）は、偏向プリズム５０−１の入射光軸と偏向プリズム５０−３の射出光軸とが一致するような最適値に設定されている。
Here, the deflecting prism 50-1 disposed on the incident side of the
そして、偏向プリズム５０−１、５０−３は、回動機構５０Ａによって光軸Ｏの周りに回動可能である。但し、その回転の際、１対の偏向プリズム５０−１、５０−３の姿勢及び配置先の対称性は、維持される。
The deflecting prisms 50-1 and 50-3 can be rotated around the optical axis O by a
なお、回動機構５０Ａには、例えば、偏向プリズム５０−１、５０−３の各々を保持し、かつ光軸Ｏの周りに回転可能な不図示の保持部材（鏡筒など）と、その保持部材の周りに形成された不図示の第１の歯車と、第１の歯車に噛み合う不図示の第２の歯車と、第２の歯車に連結された不図示のモータ（回転モータ）とが備えられる。このモータが駆動されると第２の歯車が回転し、その回転力が第１の歯車へと伝達され、偏向プリズム５０−１、５０−３が光軸Ｏの周りに回転する。
For example, the
図３は、イメージローテータ５０の動作を説明する図である。図３（Ａ）〜（Ｃ）は、イメージローテータ５０を構成する各光学要素の姿勢変化を示す斜視図であり、図３（Ａ’）は、図３（Ａ）の状態における各光学要素を光源側から見た様子であり、図３（Ｂ’）は、図３（Ｂ）の状態における各光学要素を光源側から見た様子であり、図３（Ｃ’）は、図３（Ｃ）の状態における各光学要素を光源側から見た様子である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the
なお、図３（Ａ）〜（Ｃ）では、偏向プリズム５０−１から反射プリズム５０−２からまでの間隔と、反射プリズム５０−２から偏向プリズム５０−３までの間隔とを、図１におけるそれよりも強調して描いた。また、図３中に示したＸＹＺ座標軸は、図１に示したＸＹＺ座標軸に対応しており、図３中に示した白抜き矢印は、回折光束群の分岐方向（例えば−１次回折光束を基準とした＋１次回折光束の分岐方向）を示している。また、図３において１対の偏向プリズム５０−１、５０−３の各々から突出した短くて太い矢印は、１対の偏向プリズム５０−１、５０−３の各々の頂部の向き、すなわち１対の偏向プリズム５０−１、５０−３の各々が厚さ分布を有している方向（楔方向）を、ＸＹ平面上のベクトルで表したものである。 3A to 3C, the distance from the deflecting prism 50-1 to the reflecting prism 50-2 and the distance from the reflecting prism 50-2 to the deflecting prism 50-3 are shown in FIG. I drew more emphasis than that. Also, the XYZ coordinate axes shown in FIG. 3 correspond to the XYZ coordinate axes shown in FIG. 1, and the white arrow shown in FIG. 3 indicates the branch direction of the diffracted light beam group (for example, the −1st order diffracted light beam). The + 1st order diffracted light beam branching direction) is shown. Further, in FIG. 3, a short and thick arrow protruding from each of the pair of deflection prisms 50-1 and 50-3 indicates the direction of the top of each of the pair of deflection prisms 50-1 and 50-3, ie, one pair. A direction (wedge direction) in which each of the deflection prisms 50-1 and 50-3 has a thickness distribution is represented by a vector on the XY plane.
以下、１対の偏向プリズム５０−１、５０−３の楔方向がＹ軸に対して成す角度を、１対の偏向プリズム５０−１、５０−３の回動角θ’とし、光源側から見た左周りの角度を「正」にとる（その他の角度も同様。）。 Hereinafter, the angle formed by the wedge direction of the pair of deflecting prisms 50-1 and 50-3 with respect to the Y axis is defined as the rotation angle θ ′ of the pair of deflecting prisms 50-1 and 50-3, and from the light source side. Take the angle around the left view as "positive" (the same applies to other angles).
さて、本実施形態において、１対の偏向プリズム５０−１、５０−３の回動角θ’は、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すとおり６０°の角度周期で３通り（０°、６０°、１２０°）に切り換わる。 In the present embodiment, the rotation angle θ ′ of the pair of deflecting prisms 50-1 and 50-3 is three (0 °) with an angular period of 60 ° as shown in FIGS. , 60 °, 120 °).
先ず、図３（Ａ’）に示すとおりθ’＝０°のとき、Ｙ軸方向に分岐した回折光束群は、イメージローテータ５０へ入射すると、偏向プリズム５０−１によって偏向された後に反射プリズム５０−２へ入射し、反射プリズム５０−２の反射面５０−２ａで反射され、反射プリズム５０−２から射出すると、偏向プリズム５０−３によって偏向された後にイメージローテータ５０から射出する。このときにイメージローテータ５０から射出する回折光束群の分岐方向は、イメージローテータ５０へ入射した回折光束群の分岐方向（＝Ｙ軸方向）に対して１８０°だけ回転している。よって、θ’＝０°のとき、イメージローテータ５０から射出する回折光束群の分岐方向は、イメージローテータ５０へ入射した回折光束群の分岐方向（＝Ｙ軸方向）と実質的に同じになる。
First, as shown in FIG. 3A ′, when θ ′ = 0 °, the diffracted light beam group branched in the Y-axis direction enters the
次に、図３（Ｂ’）に示すとおり、θ’＝＋６０°のとき、Ｙ軸方向に分岐した回折光束群は、イメージローテータ５０へ入射すると、偏向プリズム５０−１によって偏向された後に反射プリズム５０−２へ入射し、反射プリズム５０−２の反射面５０−２ｂで反射され、反射プリズム５０−２から射出すると、偏向プリズム５０−３によって偏向された後にイメージローテータ５０から射出する。このときにイメージローテータ５０から射出する回折光束群の分岐方向は、θ’＝０°のとき（図３（Ａ’）参照）にイメージローテータ５０から射出する回折光束群の分岐方向に対して、１２０°だけ回転している。
Next, as shown in FIG. 3B ′, when θ ′ = + 60 °, the diffracted beam group branched in the Y-axis direction is incident on the
次に、図３（Ｃ’）に示すとおり、θ’＝＋１２０°のとき、Ｙ軸方向に分岐した回折光束群は、イメージローテータ５０へ入射すると、偏向プリズム５０−１によって偏向された後に反射プリズム５０−２へ入射し、反射プリズム５０−２の反射面５０−２ｃで反射され、反射プリズム５０−２から射出すると、偏向プリズム５０−３によって偏向された後にイメージローテータ５０から射出する。このときにイメージローテータ５０から射出する回折光束群の分岐方向は、θ’＝０°のとき（図３（Ａ’）参照）にイメージローテータ５０から射出する回折光束群の分岐方向に対して、２４０°だけ回転している。
Next, as shown in FIG. 3C ′, when θ ′ = + 120 °, the diffracted beam group branched in the Y-axis direction is incident on the
したがって、本実施形態では、１対の偏向プリズム５０−１、５０−３の回動角θ’が６０°の角度周期で３通り（０°、６０°、１２０°）に切り換わると、イメージローテータ５０から射出する回折光束群の分岐方向が、光軸Ｏの周りに１２０°の角度周期で３通りに切り換わる。
Therefore, in the present embodiment, when the rotation angle θ ′ of the pair of deflecting prisms 50-1 and 50-3 is switched to three (0 °, 60 °, 120 °) with an angular period of 60 °, the image The branching direction of the diffracted light beam group emitted from the
つまり、イメージローテータ５０から射出する回折光束群の分岐方向の回動角θと、１対の偏向プリズム５０−１、５０−３の回動角θ’との関係は、ダブプリズムを使用した従来のイメージローテータと同様、θ＝２θ’である（但し、ここではθ’＝０°におけるθの値をゼロとした。）。
That is, the relationship between the rotation angle θ in the branching direction of the diffracted light beam group emitted from the
また、本実施形態のイメージローテータ５０では、１対の偏向プリズム５０−１、５０−３が回動するのに対して、反射プリズム５０−２は固定されたままである。
In the
しかし、本実施形態のイメージローテータ５０における反射プリズム５０−２は、光軸Ｏの周りの６０°ずつ異なる各位置に反射面（固定された反射面５０−２ａ、５０−２ｂ、５０−２ｃ）を有しているので、偏向プリズム５０−１、５０−３の回動角θ’が０°、６０°、１２０°の何れであったとしても、偏向プリズム５０−１と偏向プリズム５０−３との間で回折光束群を中継することができる。
However, the reflecting prism 50-2 in the
なお、反射プリズム５０−２の側面（固定された反射面５０−２ａ、５０−２ｂ、５０−２ｃ）のサイズは、回折光束群の全体（少なくとも±１次回折光束及び０次回折光束の全体）を反射できるような大きさに設定されている。 The size of the side surfaces (fixed reflecting surfaces 50-2a, 50-2b, 50-2c) of the reflecting prism 50-2 is the same as the entire diffracted light beam group (at least ± 1st order diffracted light beam and 0th order diffracted light beam). ) To reflect.
次に、１対の偏向プリズム５０−１、５０−３の回動角θ’と、瞳共役面６Ａ’に形成される集光点の配列方向と、標本５に形成される干渉縞の方向との関係を説明する。
Next, the rotation angle θ ′ of the pair of deflecting prisms 50-1 and 50-3, the arrangement direction of the condensing points formed on the
図４は、集光点の配列方向と干渉縞の方向との関係を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the arrangement direction of the condensing points and the direction of the interference fringes.
先ず、偏向プリズム５０−１、５０−３の回動角θ’が０°であるとき（図３（Ａ）参照）における集光点１４ｂ、１４ａ、１４ｃの配列方向を、第１方向Ｖ１とおく（図４（Ａ１）参照）。このとき、標本５に形成される干渉縞の方向は、第１方向Ｖ１に対応した方向となる（図４（Ａ２）参照）。
First, when the rotation angle θ ′ of the deflecting prisms 50-1 and 50-3 is 0 ° (see FIG. 3A), the arrangement direction of the condensing
次に、１対の偏向プリズム５０−１、５０−３の回動角θ’が＋６０°だけ変化すると（図３（Ｂ））、集光点１４ｂ、１４ａ、１４ｃの配列方向は、第１方向Ｖ１から＋１２０°だけ回転した第２方向Ｖ２となる（図４（Ｂ１）参照）。このとき、標本５に形成される干渉縞の方向は、第２方向Ｖ２に対応した方向となる（図４（Ｂ２）参照）。
Next, when the rotation angle θ ′ of the pair of deflecting prisms 50-1 and 50-3 changes by + 60 ° (FIG. 3B), the arrangement direction of the condensing
次に、１対の偏向プリズム５０−１、５０−３の回動角θ’が更に＋６０°だけ変化すると（図３（Ｃ）参照）、集光点１４ｂ、１４ａ、１４ｃの配列方向は、第２方向Ｖ２から＋１２０°だけ回転した第３方向Ｖ３となる（図４（Ｃ１）参照）。このとき、標本５に形成される干渉縞の方向は、第３方向Ｖ３に対応した方向となる（図４（Ｃ２）参照）。
Next, when the rotation angle θ ′ of the pair of deflecting prisms 50-1 and 50-3 further changes by + 60 ° (see FIG. 3C), the arrangement direction of the condensing
つまり、本実施形態のイメージローテータ５０は、反射プリズム５０−２を固定したまま１対の偏向プリズム５０−１、５０−３を＋６０°の角度周期で回動させるだけで、干渉縞の方向を＋１２０°の角度周期で切り換えることができる。
That is, the
したがって、本実施形態のイメージローテータ５０は、ダブプリズムを使用した従来のイメージローテータと同様に干渉縞の方向を切り換えることができると共に、その切り換えに必要な可動部分の重量を、従来のイメージローテータよりも低く抑えることができる。
Therefore, the
このため、本実施形態の構造化照明顕微鏡装置１は、干渉縞の方向切り換えを高速化することができる。
For this reason, the structured
次に、０次光シャッタ２００を詳しく説明する。
Next, the 0th-
図５（Ａ）は、０次光シャッタ２００を説明する図である。図５（Ａ）に示すとおり０次光シャッタ２００は、円形の透明基板の一部に円形の遮光部２００Ｃを形成してなる空間フィルタである。
FIG. 5A is a diagram illustrating the 0th-order
０次光シャッタ２００の遮光部２００Ｃは、０次回折光束の光路（集光点１４ａ）をカバーし、０次光シャッッタ２００の非遮光部（透過部２００Ｂ）は、±１次回折光束の光路となりうる領域（集光点１４ｂ、１４ｃの掃引軌道）をカバーする。
The light-shielding
この０次光シャッタ２００は、前述した回動機構２００Ａにより、照明光学系１０の光軸Ｏと平行、かつその光軸Ｏから離れた直線（軸ＡＲ）の周りに回動可能である。
The zero-
なお、 回動機構２００Ａには、例えば、０次光シャッタ２００を保持し、かつ軸ＡＲの周りに回転可能な不図示の回動軸と、その回動軸へ回転力を与える不図示のモータ（回転モータ）とが備えられる。このモータが駆動されると、回転軸が回転し、０次光シャッタ２００が軸ＡＲの周りに回転する。
The
０次光シャッタ２００の回動角が図５（Ａ）に示した基準角度（０°）に設定されると、遮光部２００Ｃが０次回折光束の光路（集光点１４ａ）に挿入され、０次光シャッタ２００の回動位置が基準角度から外れた所定角度（例えば３０°）に設定されると、遮光部２００Ｃが０次回折光束の光路から外れる。
When the rotation angle of the 0th-
したがって、０次光シャッタ２００の回動角を０°と３０°との間で切り換えれば、±１次回折光束をオンしたまま０次回折光束のみをオン／オフすることができる。
Therefore, if the rotation angle of the 0th-
但し、０次光シャッタ２００の回動角が基準角度（０°）、所定角度（３０°）の何れである場合にも、０次光シャッタ２００の遮光部２００Ｃは、±１次回折光束の光路となりうる領域（集光点１４ｂ、１４ｃの掃引軌道）を遮ることは無いものとする。
However, even when the rotation angle of the 0th-
なお、ここでは０次光シャッタ２００を回動可能な空間フィルタとしたが、スライド可能な空間フィルタや、固定配置された液晶素子などで０次光シャッタ２００を構成してもよい。液晶素子の配向を電気的に制御すれば、液晶素子の屈折率異方性を制御することができるので、液晶素子を０次光シャッタ２００として機能させることができる。
Here, although the 0th-
次に、高次光カット部材１８を詳しく説明する。
Next, the high-order light cut
図５（Ｂ）は、高次光カット部材１８を説明する図である。図５（Ｂ）に示すとおり高次光カット部材１８は、円形の不透明基板（マスク用基板）に、円形の開口部１８ａと輪帯状の開口部１８ｂとを形成してなる空間フィルタである。
FIG. 5B is a diagram illustrating the high-order light cut
高次光カット部材１８において円形の開口部１８ａは、０次回折光束の集光点１４ａをカバーしており、輪帯状の開口部１８ｂは、±１次回折光束の光路となりうる領域（集光点１４ｂ、１４ｃの掃引軌道）をカバーしている。また、高次光カット部材１８において２次以降の高次回折光束の光路となりうる領域は、遮光部（非開口部）となっている。
In the high-order light cut
なお、輪帯状の開口部１８ｂの径方向の長さは、光源波長の切り換え、又は、光源の多波長化に対処できるよう、十分な大きさを有している。なぜなら、回折格子１３における回折角度は光源波長に依存するので、照明光学系１０の光軸Ｏから集光点１４ｂ、１４ｃまでの高さも光源波長に依存する。
The length in the radial direction of the ring-shaped
因みに、光源波長をλとおき、回折格子１３の構造周期をＰとおき、レンズ１６の焦点距離をｆｃとおくと、光軸Ｏから集光点１４ｂ、１４ｃまでの高さＤは、Ｄ＝ｆｃ×λ／Ｐで表される。
Incidentally, if the light source wavelength is λ, the structural period of the
次に、１／４波長板３１、３１’の機能を詳しく説明する。
Next, the function of the
前述した１／４波長板３１、３１’は、標本５へ入射する回折光束の偏光状態をＳ偏光に制御するために使用される。標本５へ入射する回折光束をＳ偏光に制御すれば、干渉縞のコントラストを高く維持できるからである。
The quarter-
先ず、図６（Ａ）に示すとおり集光点の配列方向が第１方向Ｖ１であるときには、回折光束群の偏光方向は、図６（Ａ）に点線矢印で示した方向Ｖ１’とされるべきである。この方向Ｖ１’は、方向Ｖ１を光軸Ｏの周りに９０°だけ回転させた方向である。 First, when the arrangement direction of as focal point shown in FIG. 6 (A) is a first direction V 1 was, the polarization direction of the diffracted light flux group, a direction V 1 'indicated by the dotted line arrow in FIG. 6 (A) It should be. This direction V 1 ′ is a direction obtained by rotating the direction V 1 around the optical axis O by 90 °.
次に、図６（Ｂ）に示すとおり集光点の配列方向が第２方向Ｖ２であるときには、回折光束群の偏光方向は、図６（Ｂ）に点線矢印で示した方向Ｖ２’とされるべきである。この方向Ｖ２’は、方向Ｖ２を光軸Ｏの周りに９０°だけ回転させた方向である。 Next, as shown in FIG. 6B, when the arrangement direction of the condensing points is the second direction V 2 , the polarization direction of the diffracted light beam group is the direction V 2 ′ indicated by the dotted arrow in FIG. Should be. This direction V 2 ′ is a direction obtained by rotating the direction V 2 around the optical axis O by 90 °.
次に、図６（Ｃ）に示すとおり集光点の配列方向が第３方向Ｖ３であるときには、回折光束群の偏光方向は、図６（Ｃ）に点線矢印で示した方向Ｖ３’とされるべきである。この方向Ｖ３’は、方向Ｖ３を光軸Ｏの周りに９０°だけ回転させた方向である。 Next, as shown in FIG. 6C, when the arrangement direction of the condensing points is the third direction V 3 , the polarization direction of the diffracted light beam group is the direction V 3 ′ indicated by the dotted arrow in FIG. Should be. This direction V 3 ′ is a direction obtained by rotating the direction V 3 around the optical axis O by 90 °.
そこで本実施形態では、イメージローテータ５０の上流側に配置された１／４波長板３１の進相軸を予め決められた方向に固定し、イメージローテータ５０の下流側に配置された１／４波長板３１’を回動機構３１Ａ（図１参照）によって光軸Ｏの周りに回動させる。
Therefore, in the present embodiment, the fast axis of the
なお、回動機構３１Ａには、例えば、１／４波長板３１’を保持し、かつ光軸Ｏの周りに回転可能な不図示の保持部材（金物）と、その保持部材の周りに形成された不図示の第１の歯車と、第１の歯車に噛み合う不図示の第２の歯車と、第２の歯車に連結された不図示のモータ（回転モータ）とが備えられる。このモータが駆動されると第２の歯車が回転し、その回転力が第１の歯車へと伝達され、１／４波長板３１’が光軸Ｏの周りに回転する。
The
また、１／４波長板３１の進相軸の方向は、入射した回折光束群の偏光方向に対して４５°の角度を成すように設定される。この場合、１／４波長板３１から射出する回折光束群の偏光状態は、円偏光となる。
The direction of the fast axis of the
一方、１／４波長板３１’の進相軸の方向は、１対の偏向プリズム５０−１、５０−３の回動角θ’に応じた方向に設定される。 On the other hand, the direction of the fast axis of the quarter wavelength plate 31 'is set to a direction corresponding to the rotation angle θ' of the pair of deflecting prisms 50-1 and 50-3.
具体的に、回動角θ’が０°であるとき、１／４波長板３１’の進相軸の方向は、図６（Ａ）に示した方向Ｖ１’に対して４５°の角度を成すように設定される。以下、この状態における１／４波長板３１’の回動角θ”を、θ”＝０°とおく。この場合、１／４波長板３１’から射出する回折光束群の偏光状態は、方向Ｖ１’にかけて偏光した直線偏光となる。
Specifically, when the rotation angle θ ′ is 0 °, the direction of the fast axis of the quarter-
次に、回動角θ’が６０°であるとき、１／４波長板３１’の進相軸の方向は、図６（Ｂ）に示した方向Ｖ２’に対して４５°の角度を成すように設定される。この状態における１／４波長板３１’の回動角θ”は、θ”＝−６０°である。この場合、１／４波長板３１’から射出する回折光束群の偏光状態は、方向Ｖ２’にかけて偏光した直線偏光となる。
Next, when the rotation angle θ ′ is 60 °, the direction of the fast axis of the quarter-
次に、回動角θ’が１２０°であるとき、１／４波長板３１’の進相軸の方向は、図６（Ｃ）に示した方向Ｖ３’に対して４５°の角度を成す方向に設定される。この状態における１／４波長板３１’の回動角θ”は、θ”＝−１２０°である。この場合、１／４波長板３１’から射出する回折光束群の偏光状態は、方向Ｖ３’にかけて偏光した直線偏光となる。
Next, when the rotation angle θ ′ is 120 °, the direction of the fast axis of the quarter-
したがって、本実施形態では、回動機構５０Ａが偏向プリズム５０−１、５０−３の回動角θ’を６０°の角度周期で切り換える際に、回動機構３１Ａは、１／４波長板３１’の回動角θ”を−６０°の角度周期で切り換えればよい。
Therefore, in the present embodiment, when the
なお、本実施形態では、標本５へ入射する回折光束をＳ偏光とするために、固定配置された１／４波長板と回動可能な１／４波長板との組み合わせを使用したが、固定配置された直線偏光板と回動可能な１／２波長板との組み合わせを使用してもよい。 In this embodiment, in order to make the diffracted light beam incident on the specimen 5 S-polarized light, a combination of a fixed quarter wave plate and a rotatable quarter wave plate is used. You may use the combination of the arrange | positioned linear polarizing plate and the rotatable 1/2 wavelength plate.
また、その場合、回動可能な１／２波長板の代わりに、固定配置された液晶素子を使用し、その液晶素子を１／２波長板１７として機能させてもよい。液晶素子の配向を電気的に制御すれば、液晶素子の屈折率異方性を高速に制御することができるので、１／２波長板としての進相軸を高速に回転させることができる。 In that case, instead of the rotatable half-wave plate, a liquid crystal element fixedly arranged may be used, and the liquid crystal element may function as the half-wave plate 17. If the orientation of the liquid crystal element is electrically controlled, the refractive index anisotropy of the liquid crystal element can be controlled at high speed, so that the fast axis as a half-wave plate can be rotated at high speed.
次に、並進機構１５Ａ（図１参照）の機能を詳しく説明する。
Next, the function of the
図７は、並進機構１５Ａの機能を説明する図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating the function of the
上述した復調演算には、例えば、同一の標本５かつ同一方向の干渉縞に関する変調画像であって、干渉縞の位相の異なる２枚以上の変調画像が使用される。なぜなら、構造化照明顕微鏡装置１が生成する変調画像には、標本５の蛍光領域の構造のうち、干渉縞により空間周波数の変調された構造情報である０次変調成分、＋１次変調成分、−１次変調成分が含まれており、それら３つの未知パラメータを復調演算で既知とする必要があるからである。
In the demodulation operation described above, for example, two or more modulated images that are related to interference fringes in the same sample 5 and in the same direction and having different phases of the interference fringes are used. This is because the modulated image generated by the structured
そこで、並進機構１５Ａは、干渉縞の位相をシフトするために、図７に示すように、照明光学系１０の光軸Ｏと垂直な方向であって、周期構造の形成方向Ｄ１に対して非垂直な方向（ｘ方向）にかけて回折格子１３をシフトさせる。
Therefore, the
回折格子１３の構造周期をＰとおき、回折格子１３のシフト方向（ｘ方向）と方向Ｄ１とのなす角をθ１とおき、干渉縞の位相シフト量をφとおくと、回折格子１３のｘ方向のシフト量Ｌは、Ｌ＝φ×Ｐ／（４π×｜ｃｏｓθ１｜）で表される。
When the structural period of the
因みに、干渉縞の位相シフト量φを２πとするために必要な回折格子１３のｘ方向のシフト量Ｌは、Ｐ／（２×｜ｃｏｓθ１｜）となる。これは、回折格子１３の半周期に相当する量である。つまり、回折格子１３を半周期分シフトさせるだけで、干渉縞の位相を１周期分シフトできる（なぜなら、±１次回折光からなる干渉縞の縞周期は、回折格子１３の構造周期の２倍に相当する。）。
Incidentally, the shift amount L in the x direction of the
次に、制御装置３９の動作手順を説明する。
Next, the operation procedure of the
制御装置３９は、以下の手順（１）〜（５）を実行することにより、超解像画像の生成に必要なデータを取得する。
The
（１）制御装置３９は、レーザユニット１００の出射波長（光源波長）を、２種類の波長λ１、λ２の双方に設定する。また、回動機構２００Ａを駆動することにより、０次回折光束をオフする。
(1) The
（２）制御装置３９は、回動機構５０Ａ、３１Ａを駆動することにより、１対の偏向プリズム５０−１、５０−２の回動角θ’を０°に設定すると共に、１／４波長板３１’の回動角θ”を０°に設定する。
(2) The
（３）制御装置３９は、並進機構１５Ａを駆動することにより、干渉縞の位相を複数段階にシフトさせると共に、それら位相の各々の下で、レーザユニット１００、第１撮像素子３５１、第２撮像素子３５２を駆動することにより、複数枚の画像を波長毎に取得する。
(3) The
（４）制御装置３９は、回動機構５０Ａ、３１Ａを駆動することにより、偏向プリズム５０−１、５０−２の回動角θ’を＋６０°だけ変化させると共に、１／４波長板３１’の回動角θ”を−６０°だけ変化させ、手順（３）を実行する。
(4) The
（５）制御装置３９は、回動機構５０Ａ、３１Ａを駆動することにより、偏向プリズム５０−１、５０−２の回動角θ’を＋６０°だけ変化させると共に、１／４波長板３１’の回動角θ”を−６０°だけ変化させ、手順（３）を実行する（以上、手順（５））。
(5) The
上述したとおり本実施形態では、干渉縞の方向切り換えに関する手順（４）、（５）を高速化できる。したがって、本実施形態では、超解像に必要なデータの取得速度を高めることができる。 As described above, in this embodiment, it is possible to speed up the procedures (4) and (5) regarding the direction switching of the interference fringes. Therefore, in this embodiment, the acquisition speed of data necessary for super-resolution can be increased.
なお、本実施形態の制御装置３９は、手順（１）〜（５）からなる一連の処理を繰り返し、本実施形態の画像記憶・演算装置４０は、その一連の処理が完了する度に超解像画像の生成（更新）を行ってもよい。
Note that the
但し、一連の処理を繰り返す場合、２回目以降の処理では、制御装置３９は上述した手順（１）、（２）の代わりに以下の手順（１’）を実行すればよい。
However, when a series of processing is repeated, in the second and subsequent processing, the
（１’）制御装置３９は、回動機構５０Ａ、３１Ａを駆動することにより、１対の偏向プリズム５０−１、５０−２の回動角θ’を＋６０°だけ変化させると共に、１／４波長板３１’の回動角θ”を−６０°だけ変化させる。
(1 ′) The
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態として第１実施形態の変形例を説明する。ここでは、第１実施形態との相違点のみを説明する。相違点は、屈折型のイメージローテータ５０の代わりに反射型のイメージローテータ６０が使用された点にある。
[Second Embodiment]
Hereinafter, modifications of the first embodiment will be described as a second embodiment of the present invention. Here, only differences from the first embodiment will be described. The difference is that a
図８は、本実施形態のイメージローテータ６０及びその周辺を示す図である。なお、図８では、イメージローテータ６０の光学要素以外の部分の図示を省略し、０次回折光束以外の回折光束の図示を省略した。
FIG. 8 is a diagram showing the
図８に示すとおり本実施形態のイメージローテータ６０は、第１実施形態のイメージローテータ５０において、１対の偏向プリズムの代わりに１対の偏向ミラー６０−１、６０−３を配置し、反射プリズムの代わりに中空反射ミラー６０−２を配置したものである。
As shown in FIG. 8, the
偏向ミラー６０−１は、照明光学系１０の光軸Ｏに対して傾斜配置された平面反射ミラーである。照明光学系１０の光軸Ｏに沿った方向から偏向ミラー６０−１へ入射した回折光束群は、偏向ミラー６０−１を反射することで光路を偏向させ、光軸Ｏから逸れた方向へと進行する。
The deflection mirror 60-1 is a plane reflection mirror that is disposed to be inclined with respect to the optical axis O of the illumination
中空反射ミラー６０−２は、中空の角柱状ミラー、具体的には、中空の六角柱ミラーであって、その中心線（底面の中心を通る母線方向の直線）を、照明光学系１０の光軸上に配置している。よって、偏向ミラー６０−１から射出した回折光束群は、中空反射ミラー６０−２の何れか１つの内側面で反射すると、反射ミラー６０−２の他方の開口に向かって進行する。
The hollow reflection mirror 60-2 is a hollow prismatic mirror, specifically, a hollow hexagonal column mirror. The center line (a straight line in the generatrix direction passing through the center of the bottom surface) is used as the light of the illumination
偏向ミラー６０−３は、照明光学系１０の光軸に対して傾斜配置された平面反射ミラーである。中空反射ミラー６０−２から射出した回折光束群は、偏向ミラー６０−３にて反射することで光路を偏向させ、照明光学系１０の光軸Ｏに沿った方向へと進行する。
The deflection mirror 60-3 is a plane reflection mirror that is disposed to be inclined with respect to the optical axis of the illumination
ここで、イメージローテータ６０の入射側に配置された偏向ミラー６０−１と、イメージローテータ６０の射出側に配置された偏向ミラー６０−３とは、同型同大であって、偏向ミラー６０−１の姿勢及び配置先と、偏向ミラー６０−３の姿勢及び配置先とは、中空反射ミラー６０−２の長手方向（照明光学系１０の光軸Ｏ方向）における中心点を通り光軸Ｏと垂直な平面に関して対称である。また、偏向ミラー６０−１と偏向ミラー６０−３との配置間隔（光軸Ｏ方向の間隔）は、偏向ミラー６０−１の入射光軸と偏向ミラー６０−３の射出光軸とが一致するような最適値に設定されている。
Here, the deflecting mirror 60-1 disposed on the incident side of the
そして、偏向ミラー６０−１、６０−３は、回動機構６０Ａ（図９参照）によって光軸Ｏの周りに回動可能である。但し、その回転の際、１対の偏向ミラー６０−１、６０−３の姿勢及び配置先の対称性は、維持される。
The deflection mirrors 60-1 and 60-3 can be rotated around the optical axis O by a
ここで、１対の偏向ミラー６０−１、６０−３の回動角θ’は、６０°の角度周期で３通り（０°、６０°、１２０°）に切り換わる。 Here, the rotation angle θ ′ of the pair of deflection mirrors 60-1 and 60-3 is switched to three (0 °, 60 °, 120 °) at an angular period of 60 °.
１対の偏向ミラー６０−１、６０−３の回動角θ’が０°であるときには、中空反射ミラー６０−２の或る反射面（「第１内側面」と称す。）が反射に使用され、１対の偏向ミラー６０−１、６０−３の回動角θ’が６０°であるときには、中空反射ミラー６０−２の第１内側面に隣接する第２内側面が反射に使用され、１対の偏向ミラー６０−１、６０−３の回動角θ’が１２０°であるときには、中空反射ミラー６０−２の第２内側面に隣接する第３内側面が反射に使用される。 When the rotation angle θ ′ of the pair of deflection mirrors 60-1 and 60-3 is 0 °, a certain reflection surface (referred to as “first inner side surface”) of the hollow reflection mirror 60-2 is reflected. When the rotation angle θ ′ of the pair of deflecting mirrors 60-1 and 60-3 is 60 °, the second inner side surface adjacent to the first inner side surface of the hollow reflecting mirror 60-2 is used for reflection. When the rotation angle θ ′ of the pair of deflection mirrors 60-1 and 60-3 is 120 °, the third inner side surface adjacent to the second inner side surface of the hollow reflection mirror 60-2 is used for reflection. The
このように、本実施形態のイメージローテータ６０では、１対の偏向ミラー６０−１、６０−３が回動するのに対して、中空反射ミラー６０−２は固定されたままである。
Thus, in the
しかし、本実施形態のイメージローテータ６０における反射ミラー６０−２は、光軸Ｏの周りの６０°ずつ異なる各角度位置に反射面（固定された反射面）を有しているので、偏向ミラー６０−１、６０−３の回動角θ’が０°、６０°、１２０°の何れであったとしても、偏向ミラー６０−１と偏向ミラー６０−３との間で回折光束群を中継することができる。
However, since the reflection mirror 60-2 in the
なお、中空反射ミラー６０−２の内側面（固定された反射面）のサイズは、回折光束群の全体（少なくとも±１回折光束及び０次回折光束の全体）を反射できるような大きさに設定されている。 The size of the inner side surface (fixed reflecting surface) of the hollow reflecting mirror 60-2 is set to a size that can reflect the entire diffracted light beam group (at least ± 1 diffracted light beam and 0th order diffracted light beam). Has been.
したがって、本実施形態では、１対の偏向ミラー６０−１、６０−３の回動角θ’が６０°の角度周期で３通りに切り換わると、イメージローテータ５０から射出する回折光束群の分岐方向が光軸Ｏの周りに１２０°の角度周期で３通りに切り換わる。
Therefore, in this embodiment, when the rotation angle θ ′ of the pair of deflection mirrors 60-1 and 60-3 is switched in three ways with an angular period of 60 °, the diffracted light beam group emitted from the
なお、イメージローテータ５０から射出する回折光束群の分岐方向の回動角θと、１対の偏向ミラー６０−１、６０−３の回動角度θ’との関係は、ダブプリズムを使用した従来のイメージローテータと同様、θ＝２θ’である（但し、ここではθ’＝０°におけるθの値をゼロとした。）。
The relationship between the rotation angle θ in the branching direction of the diffracted light beam group emitted from the
次に、本実施形態の回動機構６０Ａの一例を説明する。
Next, an example of the
図９（Ａ）は、光軸Ｏを含む或る切断面でイメージローテータ６０及び回動機構６０Ａを切断してできる断面図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）における切断面Ｂ−Ｂ’でイメージローテータ６０及び回動機構６０Ａを切断してできる断面図である。なお、図９において符号Ａの付与された各要素が回動機構６０Ａの構成要素であり、符号６０Ｂの付与された部分は構造化照明顕微鏡装置１のベースである。
9A is a cross-sectional view obtained by cutting the
図９（Ａ）、（Ｂ）に示すとおり１対の偏向ミラー６０−１、６０−３は、照明光学系１０の光軸Ｏ上に配設された回動軸６０Ａ−２を介して、中空反射ミラー６０−２の中空部に配設された回転モータ６０Ａ−１に連結されている。その回転モータ６０Ａ−１が駆動されると、１対の偏向ミラー６０−１、６０−３が回動軸６０Ａ−２の周りに等角度で回動する。
As shown in FIGS. 9A and 9B, the pair of deflection mirrors 60-1 and 60-3 is arranged via a
また、図９（Ｂ）に示すとおりモータ６０Ａ−１は、アーム６０Ａ−３を介してベース６０Ｂに固定されている。中空反射ミラー６０−２において互いに隣接する２つの反射面の間には間隙が設けられており、その間隙をアーム６０Ａ−３が貫くことにより、中空反射ミラー６０−２の中空部に位置するモータ６０Ａ−１と、中空反射ミラー６０−２の外部に位置するベース６０Ｂとが互いに固定されている。
Further, as shown in FIG. 9B, the
［第２実施形態の補足］
なお、第１実施形態のイメージローテータ５０は完全屈折型で構成されたのに対して、第２実施形態のイメージローテータ６０は完全反射型で構成されたが、第１実施形態のイメージローテータ５０の一部（屈折部材）と第２実施形態のイメージローテータ６０の他の一部（反射部材）とを組み合わせてなる反射屈折型のイメージローテータを構造化照明顕微鏡装置１に使用してもよいことは言うまでもない。
[Supplement of the second embodiment]
The
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態として第１実施形態の変形例を説明する。ここでは、第１実施形態との相違点のみを説明する。相違点は、イメージローテータ５０の代わりにイメージローテータ７０が使用された点にある。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a modification of the first embodiment will be described as a third embodiment of the present invention. Here, only differences from the first embodiment will be described. The difference is that an
図１０（Ａ）は、本実施形態のイメージローテータ７０及びその周辺を示す図である。なお、図１０（Ａ）では、イメージローテータ７０の光学要素以外の部分の図示を省略し、０次回折光束以外の回折光束の図示を省略した。
FIG. 10A is a diagram showing the
図１０（Ａ）に示すとおり本実施形態のイメージローテータ７０は、第１実施形態のイメージローテータ５０において、１対の偏向プリズムの各々と反射プリズムとの間に、それら１対の偏向プリズムの偏向機能を補助する補助偏向プリズムを追加したものである。つまり、本実施形態のイメージローテータ７０には、光源側から順に、偏向プリズム５０−１と、補助偏向プリズム７０−１’と、反射プリズム５０−２と、補助偏向プリズム７０−３’と、偏向プリズム５０−３とが配置される。
As shown in FIG. 10A, the
補助偏向プリズム７０−１’補助偏向プリズム７０−３’とは同型同大、同質であって、補助偏向プリズム７０−１’の姿勢及び配置先と、補助偏向プリズム７０−３’の姿勢及び配置先とは、反射プリズム５０−２の長手方向（照明光学系１０の光軸Ｏ方向）における中心点を通り光軸Ｏと垂直な平面に関して対称である。 The auxiliary deflection prism 70-1 'is the same type and the same size as the auxiliary deflection prism 70-3', and the posture and arrangement of the auxiliary deflection prism 70-1 'and the posture and arrangement of the auxiliary deflection prism 70-3'. The tip is symmetrical with respect to a plane that passes through the central point in the longitudinal direction of the reflecting prism 50-2 (the direction of the optical axis O of the illumination optical system 10) and is perpendicular to the optical axis O.
また、１対の偏向プリズム５０−１、５０−３は、不図示の回動機構によって照明光学系１０の光軸Ｏの周りに回動可能であるのに対して、補助偏向プリズム７０−１’、反射プリズム５０−２、補助偏向プリズム７０−３’は、予め固定されている。
The pair of deflecting prisms 50-1 and 50-3 can be rotated around the optical axis O of the illumination
本実施形態の偏向プリズム５０−１の機能は、第１実施形態の偏向プリズム５０−１の機能と基本的に同じであるが、本実施形態の偏向プリズム５０−１の光偏向量は、第１実施形態の偏向プリズム５０−１の光偏向量よりも小さく抑えられている。 The function of the deflecting prism 50-1 of the present embodiment is basically the same as the function of the deflecting prism 50-1 of the first embodiment, but the amount of light deflection of the deflecting prism 50-1 of the present embodiment is the first. It is suppressed to be smaller than the light deflection amount of the deflection prism 50-1 of the embodiment.
よって、本実施形態の偏向プリズム５０−１の頂角（楔角度）は、第１実施形態の偏向プリズム５０−１の頂角よりも小さく抑えられ、本実施形態の偏向プリズム５０−１の重量は、第１実施形態の偏向プリズム５０−１の重量よりも低く抑えられる。 Therefore, the apex angle (wedge angle) of the deflecting prism 50-1 of the present embodiment is suppressed to be smaller than the apex angle of the deflecting prism 50-1 of the first embodiment, and the weight of the deflecting prism 50-1 of the present embodiment. Is suppressed to be lower than the weight of the deflecting prism 50-1 of the first embodiment.
また、これによって不足した偏向量は、補助偏向プリズム７０−１’によって補償される。 Further, the insufficient deflection amount is compensated by the auxiliary deflection prism 70-1 '.
また、本実施形態の反射プリズム５０−２の機能は、第１実施形態の反射プリズム５０−２の機能と同じである。 The function of the reflecting prism 50-2 of the present embodiment is the same as the function of the reflecting prism 50-2 of the first embodiment.
また、本実施形態の偏向プリズム５０−３の機能は、第１実施形態の偏向プリズム５０−３の機能と基本的に同じであるが、本実施形態の偏向プリズム５０−３の光偏向量は、第１実施形態の偏向プリズム５０−３の光偏向量よりも小さく抑えられている。 The function of the deflecting prism 50-3 of the present embodiment is basically the same as the function of the deflecting prism 50-3 of the first embodiment, but the amount of light deflection of the deflecting prism 50-3 of the present embodiment is The amount of light deflection of the deflecting prism 50-3 of the first embodiment is suppressed to be smaller.
よって、本実施形態の偏向プリズム５０−３の頂角（楔角度）は、第１実施形態の偏向プリズム５０−３の頂角よりも小さく抑えられ、本実施形態の偏向プリズム５０−３の重量は、第１実施形態の偏向プリズム５０−３の重量よりも低く抑えられる。 Therefore, the apex angle (wedge angle) of the deflecting prism 50-3 of the present embodiment is suppressed to be smaller than the apex angle of the deflecting prism 50-3 of the first embodiment, and the weight of the deflecting prism 50-3 of the present embodiment. Is suppressed to be lower than the weight of the deflecting prism 50-3 of the first embodiment.
また、これによって不足した偏向量は、補助偏向プリズム７０−３’によって補償される。 Further, the insufficient deflection amount is compensated by the auxiliary deflection prism 70-3 '.
したがって、本実施形態のイメージローテータ７０は、第１実施形態のイメージローテータ５０よりも、可動部分の重量を更に抑えることができる。
Therefore, the
ここで、本実施形態において追加された補助偏向プリズム７０−１’は、照明光学系１０の光軸Ｏ周りの６０°ずつ異なる各位置に楔プリズム要素（固定された屈折要素）を配置してなるので、偏向プリズム５０−１の回動角θ’が０°、６０°、１２０°の何れであったとしても、偏向プリズム５０−１と反射プリズム５０−２との間で回折光束群を中継することができる。
Here, the auxiliary deflection prism 70-1 ′ added in the present embodiment has wedge prism elements (fixed refractive elements) arranged at respective positions different by 60 ° around the optical axis O of the illumination
また、本実施形態において追加された補助偏向プリズム７０−３’は、照明光学系１０の光軸周りの６０°ずつ異なる各位置に楔プリズム要素（固定された屈折要素）を配置してなるので、偏向プリズム５０−３の回動角θ’が０°、６０°、１２０°の何れであったとしても、反射プリズム５０−２と偏向プリズム５０−３との間で回折光束群を中継することができる。
Further, the auxiliary deflection prism 70-3 ′ added in the present embodiment is formed by arranging wedge prism elements (fixed refractive elements) at different positions around the optical axis of the illumination
さて、以上のイメージローテータ７０において、偏向プリズム５０−１、５０−３及び反射プリズム５０−２における回折光束群の屈折角度は、基本的に光源波長に依存し、その屈折角度は、光源波長が長いときほど小さくなる。このため、１対の偏向プリズム５０−１、５０−３の最適な配置間隔、つまりイメージローテータ７０の入射光軸と射出光軸とを一致させるために必要な配置間隔は、光源波長が長いときほど広くなる。
In the
因みに、イメージローテータ７０の入射光軸と射出光軸とのズレが大きくなると、干渉縞の位相が設計値どおりにならない、±１次回折光束の一方が標本５に到達できなくなる、といった不具合が生じ、干渉縞パターンが不適切になる。
Incidentally, when the deviation between the incident optical axis and the outgoing optical axis of the
そこで、本実施形態のイメージローテータ７０には、１対の偏向プリズム５０−１、５０−３の配置間隔（光軸Ｏの方向の間隔）を調整する調節機構（不図示）が備えられる。
Therefore, the
この調節機構は、具体的に、光源波長が短い波長λ２であるとき（つまり屈折角度が大きいとき）には、１対の偏向プリズム５０−１、５０−３の配置間隔を図１０（Ａ）に示すとおり狭く設定し、光源波長が長い波長λ１であるとき（つまり屈折角度が小さいとき）には、１対の偏向プリズム５０−１、５０−３の配置間隔を図１０（Ｂ）に示すとおり広く設定することで、イメージローテータ７０の入射光軸と射出光軸とのズレ量を、波長に依らずゼロに抑える。
Specifically, in this adjustment mechanism, when the light source wavelength is a short wavelength λ2 (that is, when the refraction angle is large), the arrangement interval of the pair of deflection prisms 50-1 and 50-3 is set as shown in FIG. When the light source wavelength is a long wavelength λ1 (that is, when the refraction angle is small) as shown in FIG. 10, the arrangement interval of the pair of deflection prisms 50-1 and 50-3 is shown in FIG. By setting as wide as possible, the amount of deviation between the incident optical axis and the outgoing optical axis of the
したがって、本実施形態のイメージローテータ７０によれば、第１実施形態と同様の効果に加えて、光源波長に依らず干渉縞パターンを適正に保つことができるという付加的な効果も得られる。
Therefore, according to the
［第３実施形態の補足］
なお、第３実施形態で説明した調整機構は、第１実施形態又は第２実施形態のイメージローテータにも同様に搭載することが可能である。
[Supplement of the third embodiment]
The adjustment mechanism described in the third embodiment can be similarly mounted on the image rotator of the first embodiment or the second embodiment.
また、第３実施形態では、イメージローテータ７０に１対の偏向プリズム５０−１、５０−３を使用したが、１対の偏向プリズム５０−１、５０−３の代わりに、第２実施形態で説明した１対の偏向ミラー６０−１、６０−３を使用してもよい。
In the third embodiment, the pair of deflecting prisms 50-1 and 50-3 are used for the
なお、第３実施形態では、イメージローテータ７０に反射プリズム５０−２を使用したが、反射プリズム５０−２の代わりに、第２実施形態で説明した中空反射ミラー６０−２を使用してもよい。
In the third embodiment, the reflecting prism 50-2 is used for the
また、第３実施形態では、イメージローテータ７０に１対の補助偏向プリズム７０−１’、７０−３’を使用したが、１対の補助偏向プリズム７０−１’、７０−３’の代わりに、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すような１対の補助偏向ミラー８０−１’、８０−３’を使用してもよい。補助偏向ミラー８０−１’は、補助偏向プリズム７０−１’を反射型で構成したものであって、補助偏向ミラー８０−３’は、補助偏向プリズム７０−３’を反射型で構成したもの（固定された反射要素で構成したもの）である。
In the third embodiment, the pair of auxiliary deflection prisms 70-1 ′ and 70-3 ′ is used for the
なお、イメージローテータ７０の一部の屈折部材を反射部材に置換すれば、波長による光路のズレ量（色収差の発生量）が小さく抑えられるので、可動部分（１対の偏向プリズム５０−１、５０−３）の間隔調整量（ストローク）も小さく抑えることができる。
If a part of the refracting members of the
因みに、図１２に示すイメージローテータ８０は、第３実施形態のイメージローテータ７０において、可動部分（１対の偏向プリズム５０−１、５０−３）以外の全ての光学要素を反射型で構成したものである。
Incidentally, the
［イメージローテータの角度関係］
次に、イメージローテータを構成する各要素の角度関係を説明する。
[Angle relation of image rotator]
Next, the angular relationship between the elements constituting the image rotator will be described.
ここでは、一例として、図１２に示したイメージローテータ８０を想定する。
Here, the
図１３は、イメージローテータ８０の一部の概念図である。
FIG. 13 is a conceptual diagram of a part of the
図１３に示すとおり偏向プリズム５０−１の頂角（楔角度）をαとおき、偏向プリズム５０−１の屈折率をｎとおき、補助偏向ミラー８０−１’の配置角度をβとおく。 As shown in FIG. 13, the apex angle (wedge angle) of the deflecting prism 50-1 is set to α, the refractive index of the deflecting prism 50-1 is set to n, and the arrangement angle of the auxiliary deflecting mirror 80-1 ′ is set to β.
この場合、偏向プリズム５０−１の入射面に対する平行光束の入射角度は、αとなる。 In this case, the incident angle of the parallel light flux with respect to the incident surface of the deflecting prism 50-1 is α.
また、その面に対する平行光束の入射角度αと、その面から射出する平行光束の射出角度θ１との関係は、ｓｉｎα＝ｎｓｉｎθ１である。よって、角度θ１は以下の式で表される。 Further, the relationship between the incident angle α of the parallel light beam on the surface and the emission angle θ 1 of the parallel light beam emitted from the surface is sin α = n sin θ 1 . Therefore, the angle θ 1 is expressed by the following formula.
［各実施形態の補足］
なお、上述した実施形態のイメージローテータは、可動部分（偏向プリズム又は偏向ミラー）の回動角度θ’を「６０°」の角度周期で切り換えたので、固定部分（反射プリズム又は中空反射ミラー）の側面数を「６枚」に設定したが、回動角度θ’の切り換えの角度周期と固定部分の側面数との組み合わせは、他の組み合わせに設定されてもよい。
[Supplement of each embodiment]
In the image rotator of the above-described embodiment, the rotation angle θ ′ of the movable part (deflection prism or deflection mirror) is switched at an angular period of “60 °”, so that the fixed part (reflection prism or hollow reflection mirror) Although the number of side surfaces is set to “6”, the combination of the angle period for switching the rotation angle θ ′ and the number of side surfaces of the fixed portion may be set to other combinations.
例えば、回動角度θ’の切り換えの角度周期を「３６°」に設定し、固定部分の側面数を「１０枚」に設定してもよい。この場合、六角柱状の反射プリズムの代わりに１０角柱状の反射プリズムを使用し、六角柱状の中空ミラーの代わりに１０角柱状の中空ミラーを使用し、補助偏向プリズムの要素数を１０とし、補助偏向ミラーの要素数を１０とすればよい。 For example, the angle period for switching the rotation angle θ ′ may be set to “36 °”, and the number of side surfaces of the fixed portion may be set to “10”. In this case, a decagonal prism is used instead of the hexagonal prism, a decagonal hollow mirror is used instead of the hexagonal hollow mirror, the number of elements of the auxiliary deflection prism is 10, and the auxiliary prism is used. The number of elements of the deflection mirror may be 10.
或いは、回動角度θ’の切り換えの角度周期を「４５°」に設定し、固定部分の側面数を「８枚」に設定してもよい。この場合、六角柱状の反射プリズムの代わりに８角柱状の反射プリズムを使用し、六角柱状の中空ミラーの代わりに８角柱状の中空ミラーを使用し、補助偏向プリズムの要素数を８とし、補助偏向ミラーの要素数を８とすればよい。 Alternatively, the angle period for switching the rotation angle θ ′ may be set to “45 °”, and the number of side surfaces of the fixed portion may be set to “8”. In this case, an octagonal prismatic reflecting prism is used in place of the hexagonal prismatic reflecting prism, an octagonal columnar hollow mirror is used in place of the hexagonal columnar hollow mirror, the number of elements of the auxiliary deflection prism is 8, and the auxiliary prism is used. The number of deflection mirror elements may be set to eight.
つまり、回動角度θ’の切り換えの角度周期Δθ（ｒａｄ）と、固定部分の側面数Ｎとの関係は、Ｎ＝（２π／Δθ）に設定されればよい。 That is, the relationship between the angle period Δθ (rad) for switching the rotation angle θ ′ and the number of side surfaces N of the fixed portion may be set to N = (2π / Δθ).
因みに、回動角度θ’の切り換えの角度周期Δθを小さくして固定部分の側面数Ｎを増やせば、超解像可能な方位の数を増やすことができる。 Incidentally, if the angle period Δθ for switching the rotation angle θ ′ is reduced to increase the number N of the side surfaces of the fixed portion, the number of directions capable of super-resolution can be increased.
また、上述した実施形態のイメージローテータでは、１対の光学要素（１対の偏向プリズム又は２対の偏向ミラー）の双方を共通の回動機構で駆動してもよいが、１対の光学要素を１対の回動機構で個別に駆動してもよいことは言うまでもない。但し、その場合は、１対の回動機構は同期制御されることが望ましい。 In the image rotator of the above-described embodiment, both the pair of optical elements (one pair of deflection prisms or two pairs of deflection mirrors) may be driven by a common rotation mechanism. Needless to say, these may be driven individually by a pair of rotation mechanisms. However, in that case, it is desirable that the pair of rotation mechanisms be controlled synchronously.
また、上述した実施形態では、０次光回折光束をオフして標本５へ投影する干渉縞を２光束干渉縞とした（すなわち、構造化照明顕微鏡装置１を２Ｄ−ＳＩＭモードで使用する例を説明した）が、０次光回折光束をオンすれば、標本５へ投影する干渉縞を３光束干渉縞とすること（すなわち、構造化照明顕微鏡装置１を３Ｄ−ＳＩＭモードで使用すること）も可能である。
Further, in the above-described embodiment, the interference fringes that turn off the 0th-order light diffracted light beam and project it onto the specimen 5 are the two light beam interference fringes (that is, an example in which the structured
このように、３つの回折光束の干渉（３光束干渉）によって生成される干渉縞は、標本２の表面方向だけでなく、標本５の深さ方向にも空間変調されている。よって、この干渉縞によると、標本５の深さ方向にも超解像効果を得ることができる。
Thus, the interference fringes generated by the interference of the three diffracted light beams (three-beam interference) are spatially modulated not only in the surface direction of the
但し、構造化照明顕微鏡装置１を３Ｄ−ＳＩＭモードで使用する場合には、０次回折光束と±１次回折光束との間の強度バランスを調整するために、例えば０次回折光束の単独光路へ減光フィルタ（ＮＤフィルタ）を配置することが望ましい。
However, when the structured
また、２Ｄ−ＳＩＭモードと３Ｄ−ＳＩＭモードとの間では、画像記憶・演算装置４０が実行すべき復調演算の内容が異なる。なぜなら、２Ｄ−ＳＩＭモードで生成される変調画像には、蛍光の０次変調成分、蛍光の＋１次変調成分、蛍光の−１次変調成分の３成分が重畳されているのに対して、３Ｄ−ＳＩＭモードで生成される変調画像には、蛍光の０次変調成分、蛍光の＋１次変調成分、蛍光の−１次変調成分、蛍光の＋２次変調成分、蛍光の−２次変調成分の５成分が重畳されているからである。
Further, the contents of the demodulation operation to be executed by the image storage /
また、２Ｄ−ＳＩＭモードと３Ｄ−ＳＩＭモードとの間では、変調画像に重畳する変調成分の数が異なるので、制御装置４３が取得すべき変調画像のフレーム数なども異なる。 Further, since the number of modulation components to be superimposed on the modulated image is different between the 2D-SIM mode and the 3D-SIM mode, the number of frames of the modulated image to be acquired by the control device 43 is also different.
また、上述した実施形態では、干渉縞の位相をシフトさせるために回折格子１３をシフトさせたが、回折格子１３をシフトさせる代わりに、±１次回折光束の光路長差を変化させてもよい。その場合は、例えば、＋１次回折光束の光路と−１次回折光束の光路との少なくとも一方に対して位相板を挿脱させてもよい。
In the embodiment described above, the
但し、位相板の厚さと位相シフト量との関係は、使用波長によって異なるので、厚さの異なる複数の位相板をターレットに装着し、それらの位相板を光源波長に応じて選択的に光路へ挿入してもよい。 However, since the relationship between the thickness of the phase plate and the amount of phase shift differs depending on the wavelength used, a plurality of phase plates with different thicknesses are attached to the turret, and these phase plates are selectively transferred to the optical path according to the light source wavelength. It may be inserted.
また、上述した実施形態では、光源波長の数を２としたが、１としてもよく、また、３以上に拡張してもよい。 In the above-described embodiment, the number of light source wavelengths is 2, but it may be 1 or may be expanded to 3 or more.
また、上述した実施形態では、標本５に入射する±１次回折光束をＳ偏光に保つために、固定された１／４波長板と光軸Ｏの周りを回動可能な１／４波長板との組み合わせを使用したが、回動可能な１／２波長板を使用してもよい。 Further, in the above-described embodiment, in order to keep the ± first-order diffracted light beam incident on the specimen 5 as S-polarized light, a fixed quarter-wave plate and a quarter-wave plate that can rotate around the optical axis O are used. However, a rotatable half-wave plate may be used.
また、上述した実施形態では、光ファイバ１１の出射端と波長板との間に直線偏光板を挿入し、余分な偏光成分をカットしてもよい。但し、レーザ光の利用効率を高めるため、その偏光板の軸は、光ファイバ１１から射出したレーザ光の偏光方向に一致していることが望ましい。
In the above-described embodiment, a linearly polarizing plate may be inserted between the output end of the
また、上述した実施形態では、干渉縞（２Ｄ−ＳＩＭモードの２光束干渉縞又は３Ｄ−ＳＩＭモードの３光束干渉縞）を形成するための回折光として、±１次回折光及び０次回折光の組み合わせを用いたが、他の組み合わせを用いてもよい。３光束干渉縞を形成するためには、回折次数の間隔が等間隔な３つの回折光による３光束干渉を生起させればよいので、例えば、０次回折光、１次回折光、２次回折光の組み合わせ、±２次回折光及び０次回折光の組み合わせ、±３次回折光及び０次回折光の組み合わせ、などを用いることが可能である。 In the above-described embodiment, a combination of ± first-order diffracted light and zero-order diffracted light is used as diffracted light for forming interference fringes (two-beam interference fringes in 2D-SIM mode or three-beam interference fringes in 3D-SIM mode). However, other combinations may be used. In order to form a three-beam interference fringe, three-beam interference is generated by three diffracted lights having equal intervals of diffraction orders. For example, a combination of zero-order diffracted light, first-order diffracted light, and second-order diffracted light , A combination of ± 2nd order diffracted light and 0th order diffracted light, a combination of ± 3rd order diffracted light and 0th order diffracted light, and the like can be used.
［その他］
なお、上述の各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、法令で許容される限りにおいて、上述の各実施形態及び変形例で引用した装置などに関する全ての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。
[Others]
Note that the requirements of the above-described embodiments can be combined as appropriate. Some components may not be used. In addition, as long as it is permitted by law, the disclosure of all publications and US patents relating to the devices cited in the above embodiments and modifications are incorporated herein by reference.
１…構造化照明顕微鏡装置、１００…レーザユニット、１１…光ファイバ、１０…照明光学系、３０…結像光学系、３５１…第１撮像素子、３５２…第２撮像素子、３９…制御装置、４０…画像記憶・演算装置、４５…画像表示装置、１２…コレクタレンズ、３１…１／４波長板、１６…集光レンズ、２００…０次光シャッタ、１８…高次光カット部材、２５…レンズ、２６…視野絞り、２７…フィールドレンズ、２８…励起フィルタ、７…ダイクロイックミラー、６…対物レンズ、５…標本、３１’…１／４波長板、１５Ａ…並進機構、５０Ａ…回動機構、３１Ａ…回動機構、２００Ａ…回動機構
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記複数の分岐光束による干渉縞を標本面に形成する光学系と、
前記標本面に形成される前記干渉縞の方向を切り換える切換部と、
を備えた構造化照明装置であって、
前記切換部は、
前記複数の分岐光束を所定の軸から逸れた方向へ偏向する第１偏向部と、
前記第１偏向部から射出した前記複数の分岐光束を反射する反射部と、
前記反射部から射出した前記複数の分岐光束を前記軸に沿った方向へ偏向する第２偏向部とを備え、
前記第１偏向部及び前記第２偏向部は、前記軸周りに回動可能に構成され、
前記反射部は、前記軸周りの複数位置の各々に配置された固定型反射面で構成される
ことを特徴とする構造化照明装置。 A branching portion for branching the emitted light beam from the light source into a plurality of branched light beams;
An optical system for forming interference fringes by the plurality of branched light beams on the sample surface;
A switching unit for switching the direction of the interference fringes formed on the sample surface;
A structured lighting device comprising:
The switching unit is
A first deflecting unit that deflects the plurality of branched light beams in a direction deviating from a predetermined axis;
A reflection part for reflecting the plurality of branched light beams emitted from the first deflection part;
A second deflecting unit that deflects the plurality of branched light beams emitted from the reflecting unit in a direction along the axis;
The first deflection unit and the second deflection unit are configured to be rotatable around the axis,
The structured illuminating device, wherein the reflecting section includes fixed reflecting surfaces arranged at a plurality of positions around the axis.
前記第１偏向部と前記反射部との間には、前記第１偏向部の偏向機能を補助する固定型第１補助偏向部が配置され、
前記反射部と前記第２偏向部との間には、前記第２偏向部の偏向機能を補助する固定型第２補助偏向部が配置される
ことを特徴とする構造化照明装置。 The structured lighting device according to claim 1,
A fixed first auxiliary deflection unit for assisting a deflection function of the first deflection unit is disposed between the first deflection unit and the reflection unit,
A structured illuminating device, wherein a fixed second auxiliary deflection unit for assisting a deflection function of the second deflection unit is disposed between the reflection unit and the second deflection unit.
前記第１偏向部と前記第２偏向部との間隔は、調整可能である
ことを特徴とする構造化照明装置。 The structured lighting device according to claim 1 or 2,
The structured illuminating device, wherein an interval between the first deflection unit and the second deflection unit is adjustable.
前記第１補助偏向部は、前記軸周りの複数位置の各々に配置された固定型屈折要素で構成され、
前記第２補助偏向部は、前記軸周りの複数位置の各々に配置された固定型屈折要素で構成される
ことを特徴とする構造化照明装置。 The structured lighting device according to claim 2 or claim 3,
The first auxiliary deflection unit is composed of a fixed refraction element disposed at each of a plurality of positions around the axis,
The structured auxiliary lighting device, wherein the second auxiliary deflecting unit is composed of fixed refractive elements disposed at a plurality of positions around the axis.
前記第１補助偏向部は、前記軸周りの複数位置の各々に配置された固定型反射要素で構成され、
前記第２補助偏向部は、前記軸周りの複数位置の各々に配置された固定型反射要素で構成される
ことを特徴とする構造化照明装置。 The structured lighting device according to claim 2 or claim 3,
The first auxiliary deflection unit is composed of fixed reflective elements disposed at each of a plurality of positions around the axis,
The structured auxiliary lighting device, wherein the second auxiliary deflecting unit is composed of fixed reflective elements arranged at a plurality of positions around the axis.
前記反射部は、
前記軸上に中心線を配した角柱状のプリズムである
ことを特徴とする構造化照明装置。 In the structured lighting device according to any one of claims 1 to 5,
The reflective portion is
A structured lighting device, wherein the prism is a prism having a center line on the axis.
前記反射部は、
前記軸上に中心線を配した角柱状の中空ミラーである
ことを特徴とする構造化照明装置。 In the structured lighting device according to any one of claims 1 to 5,
The reflective portion is
A structured illuminating device comprising a prismatic hollow mirror having a center line on the axis.
前記プリズムは、
六角柱状のプリズムである
ことを特徴とする構造化照明装置。 The structured lighting device according to claim 6.
The prism is
A structured illumination device characterized by being a hexagonal prism.
前記中空ミラーは、
六角柱状の中空ミラーである
ことを特徴とする構造化照明装置。 The structured lighting device according to claim 7.
The hollow mirror is
A structured lighting device characterized by being a hexagonal column-shaped hollow mirror.
前記第１偏向部及び前記第２偏向部の各々は、屈折部材である
ことを特徴とする構造化照明装置。 In the structured lighting device according to any one of claims 1 to 9,
Each of said 1st deflection | deviation part and said 2nd deflection | deviation part is a refractive member. The structured illuminating device characterized by the above-mentioned.
前記第１偏向部及び前記第２偏向部の各々は、反射部材である
ことを特徴とする構造化照明装置。 In the structured lighting device according to any one of claims 1 to 9,
Each of said 1st deflection | deviation part and said 2nd deflection | deviation part is a reflecting member. The structured illuminating device characterized by the above-mentioned.
前記干渉縞の位相をシフトさせる位相シフト手段を更に備える
ことを特徴とする構造化照明装置。 In the structured lighting device according to any one of claims 1 to 11,
The structured illumination device further comprising phase shift means for shifting the phase of the interference fringes.
前記干渉縞で空間変調された前記標本の画像である変調画像を撮像する撮像素子と、
を備えたことを特徴とする構造化照明顕微鏡装置。 The structured lighting device according to any one of claims 1 to 12,
An imaging device that captures a modulated image that is an image of the sample spatially modulated by the interference fringes;
A structured illumination microscope apparatus comprising:
前記変調画像に基づき前記標本の復調画像を生成する演算手段を更に備える
ことを特徴とする構造化照明顕微鏡装置。
The structured illumination microscope apparatus according to claim 13,
A structured illumination microscope apparatus, further comprising arithmetic means for generating a demodulated image of the sample based on the modulated image.
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