微分干渉顕微鏡
【課題】装置構成を小型化できる微分干渉顕微鏡装置を提供する。
【解決手段】光源２と、前記光源から射出された光のうち試料４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２０と、を備えた微分干渉顕微鏡１に関する。横ズレ量可変装置は、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２１と、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空間光変調部を保持する保持部と、を有する。
【解決手段】光源２と、前記光源から射出された光のうち試料４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２０と、を備えた微分干渉顕微鏡１に関する。横ズレ量可変装置は、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２１と、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空間光変調部を保持する保持部と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微分干渉顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２６７９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【発明の効果】
【０００７】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第一実施形態に係る微分干渉顕微鏡の構成を示す図。
【図２】空間光変調装置の概略構成を示す図。
【図３】シャー量可変装置の原理を説明するための図。
【図４】対物レンズの焦点距離とシャー量との関係を示した図。
【図５】第ニ実施形態に係る微分干渉顕微鏡の構成を示す図。
【図６】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説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
（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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
【数１】
【００２１】
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。
【００２２】
【数２】
【００２３】
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。
【００２４】
【数３】
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
（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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【符号の説明】
【００４６】
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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微分干渉顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２６７９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【発明の効果】
【０００７】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第一実施形態に係る微分干渉顕微鏡の構成を示す図。
【図２】空間光変調装置の概略構成を示す図。
【図３】シャー量可変装置の原理を説明するための図。
【図４】対物レンズの焦点距離とシャー量との関係を示した図。
【図５】第ニ実施形態に係る微分干渉顕微鏡の構成を示す図。
【図６】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説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
（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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
【数１】
【００２１】
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。
【００２２】
【数２】
【００２３】
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。
【００２４】
【数３】
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
（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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【符号の説明】
【００４６】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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を有することを特徴とする微分干渉顕微鏡。
【請求項２】
前記空間光変調部は、液晶装置と前記試料に対向配置される対物レンズとを含むことを特徴とする請求項１に記載の微分干渉顕微鏡。
【請求項３】
前記横ズレ量可変装置は、前記光源から射出された光を前記第１の偏光及び前記第２の偏光に分離する第１空間光変調部と、該第１空間光変調部と平行に配置され、前記試料を透過した前記第１の偏光及び前記第２の偏光を重ね合わせる第２空間光変調部と、を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の微分干渉顕微鏡。
【請求項４】
前記空間光変調部は前記光源から射出された光の振幅を個別に変調可能な複数の画素を有しており、
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。
【請求項５】
前記制御部は、前記試料における観察領域を複数に分割した個別観察領域の各々に対応する前記画素を含む画素領域毎に前記光の振幅変調量を制御することを特徴とする請求項４に記載の微分干渉顕微鏡。
【請求項１】
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を有することを特徴とする微分干渉顕微鏡。
【請求項２】
前記空間光変調部は、液晶装置と前記試料に対向配置される対物レンズとを含むことを特徴とする請求項１に記載の微分干渉顕微鏡。
【請求項３】
前記横ズレ量可変装置は、前記光源から射出された光を前記第１の偏光及び前記第２の偏光に分離する第１空間光変調部と、該第１空間光変調部と平行に配置され、前記試料を透過した前記第１の偏光及び前記第２の偏光を重ね合わせる第２空間光変調部と、を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の微分干渉顕微鏡。
【請求項４】
前記空間光変調部は前記光源から射出された光の振幅を個別に変調可能な複数の画素を有しており、
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。
【請求項５】
前記制御部は、前記試料における観察領域を複数に分割した個別観察領域の各々に対応する前記画素を含む画素領域毎に前記光の振幅変調量を制御することを特徴とする請求項４に記載の微分干渉顕微鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−８８５４５（Ｐ２０１２−８８５４５Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３５４６４（Ｐ２０１０−２３５４６４）
【出願日】平成２２年１０月２０日（２０１０．１０．２０）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２０日（２０１０．１０．２０）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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