JP4899408B2 - 顕微鏡装置 - Google Patents
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Description
その理由は、高周波成分が結像に関与できるのは、照明光の干渉縞の方向と同じ方向を持った構造のみであるため、2次元に広がる標本の形状を再現するには、干渉縞の方向を変換して複数の画像を取得して合成する必要があるからである。
標本共役位置近傍に配置された、互いに異なる3方向以上の周期構造を持つ回折格子と、瞳共役位置近傍に配置された、前記回折格子により回折された複数の光束のうち、少なくとも2つの、光軸対称の光束を選択する光束選択手段とを含み、選択された前記2つの、光軸対称の光束を縞構造に空間変調して標本を照射するとともに、前記光束選択手段によって選択する前記2つの光束を変更することにより前記縞構造の前記空間変調の方向を変更する照明光学系と、
前記標本からの光を結像する結像光学系と、
撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された画像を演算処理することにより標本像を生成する画像処理手段と
を有することを特徴とする顕微鏡装置を提供する。
特開平11-242189公報に開示されている方法では、1枚の最終画像を得るためには、照明光の干渉縞の位相を3回変換してそれぞれ取得した画像から演算する必要がある。ここで、生物標本を対象にする場合は、画像取得の速さが問題となる。
p=(M*βis*f4*λ)/(NA*f6)
ここで、M:対物レンズの倍率、βis:1次像→視野絞り倍率、λ:使用波長、NA:対物レンズのNA、f4,f6:図1のレンズ4,6の焦点距離、である。
本実施形態ではそれぞれM=40、βis=0.4、λ=550[nm]、NA=0.75、f4=50[mm]、f6=50[mm]とした。この場合、回折格子のピッチはp=11.7μmとなる。
δ=(√2)*λ
で計算でき、本実施形態ではδ=0.78μmである。この量が圧電アクチュエータで振動させる必要ストロークである。
回折格子を光軸に垂直に移動する際のストローク11.7μmに比べて、非常に小さい移動量で位相変調を行うことができるので、振動の周波数を大きくすることができ、画像取得の速度が上がる。
次に、本実施形態と、位相変調をする素子を光軸と垂直方向に移動させて位相を変調する従来の方式と比較する。
また、特開平11-242189公報に開示の別の方法、すなわち2枚の楔プリズムの一方を光軸と垂直に移動して位相差を与える場合は以下のようになる。楔プリズムの入っている光路とそうでない光路の位相差が、ある状態で波長のm倍(m:整数)だったと仮定し、その状態から、楔プリズムを斜面に沿ってスライドすることにより、該位相差が(m+1)倍となるまでの、移動量(スライド量)をΔx(光軸に垂直方向の移動量)とすると、
Δx=λ/(tanθ*(1−1/n))
ここで、λは波長、θは楔プリズムの頂角、nは楔プリズムの屈折率であり、それぞれλ=550、θ=10度、n=1.5168とおくと、Δx=9.15μmとなる。したがって、この方法でも位相変調のストロークは9μm程度必要とする。
Δ1=λ/2
であるから、λ=550nmとおくと、Δ1=275nmである。あるいは、45度に光路を折り曲げるミラーの部分で行えば、一波長の位相変調に対応する折り曲げミラーの移動量Δ2は、
Δ2=λ/sqrt(2)
であるから、λ=550nmの場合、Δ2=389nmである。いずれにしても、光路に垂直に作用する場合の20分の一以下のストロークで済むことが分かる。
本実施形態は第1の実施形態の回折格子3のかわりに図4(a)に示す構造をもつ回折格子13を使用する。これは互いに60度ずつ向きを変えた3方向の周期構造を持っている。この角度は正確に60度でなくても良いが、概ね3等分する角度である方が好ましい。そしてこの回折格子13によって生じた0次光と±1次光とが、レンズ4を介して瞳共役位置でそれぞれ集光する様子を表わしたのが図4(b)である。図(b)の20は0次光集光部を、21は±1次光集光部を表している。
各領域の形状は、本図に限定されるものではなく、たとえば15aと15d、15bと15e、15cと15fをそれぞれ一体化し、その径方向で第1の実施形態に示したごとくのミラーの角度変調を行っても良い。
本実施形態に係る顕微鏡装置は、上記第1の実施形態における可干渉光源に替えて、干渉長の非常に短い照明光を発する光源として白色光源30を備えており、当該白色光源30からの照明光を光ファイバー1を介さずレンズ2に直接入射させる構成としている。
以上、本実施形態によれば、可干渉光源を用いることなく上記第1の実施形態と同様の効果を奏する顕微鏡装置を実現することができる。
2: コレクタレンズ
3: 回折格子
4: レンズ
5: 折返しミラー
9: 対物レンズ
10:標本
12:撮像手段
13:画像記憶・演算装置
14:画像表示装置
30:白色光源
31:濃度型の回折格子
Claims (6)
- 標本共役位置近傍に配置された、互いに異なる3方向以上の周期構造を持つ回折格子と、瞳共役位置近傍に配置された、前記回折格子により回折された複数の光束のうち、少なくとも2つの、光軸対称の光束を選択する光束選択手段とを含み、選択された前記2つの、光軸対称の光束を縞構造に空間変調して標本を照射するとともに、前記光束選択手段によって選択する前記2つの光束を変更することにより前記縞構造の前記空間変調の方向を変更する照明光学系と、
前記標本からの光を結像する結像光学系と、
撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された画像を演算処理することにより標本像を生成する画像処理手段と
を有することを特徴とする顕微鏡装置。 - 前記照明光学系は、前記瞳共役面近傍に配置され、前記光束の一部あるいは全部を位相変調する位相変調手段を含み、前記縞構造の位相を変調することを特徴とする請求項1に記載の顕微鏡装置。
- 前記位相変調手段は、前記光束を偏向させる反射面を有する角度変調手段からなり、該反射面の角度変調により前記標本に形成される前記縞構造の位相を変調することを特徴とする請求項2に記載の顕微鏡装置。
- 前記位相変調手段は、前記光束を偏向させる反射面を有し、該反射面の位相差または反射率を電気的に制御することにより前記標本面近傍に生成される前記縞構造の位相を変調することを特徴とする請求項2に記載の顕微鏡装置。
- 前記位相変調手段は、光束を透過させる透過面を有し、該透過面の位相差または透過率を電気的に制御することにより前記標本に形成される前記縞構造の位相を変調することを特徴とする請求項2に記載の顕微鏡装置。
- 前記位相変調手段は、複数の領域を備えた透明部材を有し、前記複数の領域は、前記光束が通過した際に互いに異なる位相ずれを与えるように形成されてなり、前記透明部材を回転させることにより前記標本に形成される前記縞構造の位相を変調することを特徴とする請求項2に記載の顕微鏡装置。
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