JP2003322798A - 偏光光学的干渉コントラスト形成のための構成および方法 - Google Patents
偏光光学的干渉コントラスト形成のための構成および方法Info
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- Polarising Elements (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】被検体用担体あるいは対物レンズやコンデンサ
についても、それらの異方性が問題とならない被検体の
顕微鏡結像のための偏光光学的な干渉コントラストを形
成する方法。 【解決手段】担体上に設置された被検体が、自然光で照
明され、対物レンズ通過後に直線偏光の常光線および異
常光線への分離、干渉、同方位に振動するコヒーレント
光成分のフィルタ分離、および上記手順でのインタフェ
ログラムの描画が行われるレア干渉による微分干渉コン
トラスト法、および光源、被検体通過光を対物レンズ射
出ひとみに結像させる対物レンズ、対物レンズからの光
を直線偏光に変える第１偏光子、さらに第１偏光子の後
方、対物レンズ射出ひとみの近くにシアリング干渉計、
その後方に第２偏光子とからなる光をコンデンサにより
被検体上に結像させるため、偏光光学的な干渉コントラ
スト形成のための顕微鏡内構成。
についても、それらの異方性が問題とならない被検体の
顕微鏡結像のための偏光光学的な干渉コントラストを形
成する方法。 【解決手段】担体上に設置された被検体が、自然光で照
明され、対物レンズ通過後に直線偏光の常光線および異
常光線への分離、干渉、同方位に振動するコヒーレント
光成分のフィルタ分離、および上記手順でのインタフェ
ログラムの描画が行われるレア干渉による微分干渉コン
トラスト法、および光源、被検体通過光を対物レンズ射
出ひとみに結像させる対物レンズ、対物レンズからの光
を直線偏光に変える第１偏光子、さらに第１偏光子の後
方、対物レンズ射出ひとみの近くにシアリング干渉計、
その後方に第２偏光子とからなる光をコンデンサにより
被検体上に結像させるため、偏光光学的な干渉コントラ
スト形成のための顕微鏡内構成。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、特に、任意の（光
学的に等方性または異方性の）担体に設置された、例え
ば培養細胞などの位相被検体を微分干渉コントラスト法
（ＤＩＣ）によりコントラストに富んだ像として鏡検描
画するのに適用する偏光光学的干渉コントラスト形成の
ための構成および方法に関するものである。
学的に等方性または異方性の）担体に設置された、例え
ば培養細胞などの位相被検体を微分干渉コントラスト法
（ＤＩＣ）によりコントラストに富んだ像として鏡検描
画するのに適用する偏光光学的干渉コントラスト形成の
ための構成および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】顕微鏡分析対象の被検体は、振幅生成被
検体と位相被検体に区別できる。振幅生成被検体は、描
画光の明度または色を変化させるので直接目で見ること
が可能になるが、一方位相被検体は、例えばその屈折率
または厚さが周辺と異なることで、光の位相位置を変更
させるだけである。人間の目では、また電子画像変換器
でも位相位置の変化は感知できないので、位相被検体の
描画には、位相変化を振幅変化に変換させる追加的対策
が必要となる。その目的のために、位相コントラスト法
と干渉コントラスト法に分類される様々な方法が開発さ
れた。
検体と位相被検体に区別できる。振幅生成被検体は、描
画光の明度または色を変化させるので直接目で見ること
が可能になるが、一方位相被検体は、例えばその屈折率
または厚さが周辺と異なることで、光の位相位置を変更
させるだけである。人間の目では、また電子画像変換器
でも位相位置の変化は感知できないので、位相被検体の
描画には、位相変化を振幅変化に変換させる追加的対策
が必要となる。その目的のために、位相コントラスト法
と干渉コントラスト法に分類される様々な方法が開発さ
れた。
【０００３】最初の干渉コントラスト法の１つは、１９
４７年にフランシス・スミス（Francis-Smith）がで提
案したものである（技術文献１参照）。それによれば、
顕微鏡光路内のコンデンサ焦点面と対物レンズ焦点面に
それぞれ１つずつウォラストンプリズムが設置されてい
る。光路内の第１ウォラストンプリズムの前には直線偏
光生成のための偏光子が配置されている。光は、第２ウ
ォラストンプリズムの通過後に第２偏光子（検光子）に
よって分析される。その場合、照明側ウォラストンプリ
ズムは、全幅の照明口径で作業できるように、結像側ウ
ォラストンプリズムから発生するひとみ通過偏差を補正
する役割を担っている。
４７年にフランシス・スミス（Francis-Smith）がで提
案したものである（技術文献１参照）。それによれば、
顕微鏡光路内のコンデンサ焦点面と対物レンズ焦点面に
それぞれ１つずつウォラストンプリズムが設置されてい
る。光路内の第１ウォラストンプリズムの前には直線偏
光生成のための偏光子が配置されている。光は、第２ウ
ォラストンプリズムの通過後に第２偏光子（検光子）に
よって分析される。その場合、照明側ウォラストンプリ
ズムは、全幅の照明口径で作業できるように、結像側ウ
ォラストンプリズムから発生するひとみ通過偏差を補正
する役割を担っている。
【０００４】この方法をさらに改良したものを１９５２
年ジョージ・ノマルスキー（Georges-Nomarski）が提案
している（技術文献２参照）。そこでは、常光線および
異常光線の分離および再結合を、プリズム外の平面に移
動させ、それによって光学素子の構成に改善の可能性が
生れるように、ウォラストンプリズムの空間配置に変更
が加えられている。
年ジョージ・ノマルスキー（Georges-Nomarski）が提案
している（技術文献２参照）。そこでは、常光線および
異常光線の分離および再結合を、プリズム外の平面に移
動させ、それによって光学素子の構成に改善の可能性が
生れるように、ウォラストンプリズムの空間配置に変更
が加えられている。
【０００５】１９６３年には、マキシミリアン・プルタ
（Maximilian-Pluta）が、結像側ウォラストンプリズム
を前後に接続されたツインタイプに取り換えることを提
案し、それにより画像分割の大きさを不連続的に３段階
で変更しようと試みた（技術文献３参照）。つい最近、
ケンイチ・クサカが取り上げているＤＩＣ顕微鏡も類似
構成を持っている（技術文献４参照）。
（Maximilian-Pluta）が、結像側ウォラストンプリズム
を前後に接続されたツインタイプに取り換えることを提
案し、それにより画像分割の大きさを不連続的に３段階
で変更しようと試みた（技術文献３参照）。つい最近、
ケンイチ・クサカが取り上げているＤＩＣ顕微鏡も類似
構成を持っている（技術文献４参照）。
【０００６】
【技術文献１】 英国特許第６３９０１４号明細書
【技術文献２】 仏国特許発明第１０５９１２３号明細
書
書
【技術文献３】 米国特許第３４９５８９０号明細書
【技術文献４】 米国特許第６２２９６４４号明細書
【技術文献５】 独逸国特許出願公開第１０００４１３
５号明細書
５号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】これらすべての解決策
に共通することだが、被検体の照明には偏光を用いなけ
ればならない。そのため、対物レンズも照明光路内のす
べての光学素子も等方性を有していなければならない。
これらの素子が光学的に異方性であれば、中間像の像特
性がかなり損なわれることになる。特にプラスチック製
の被検体用担体は複屈折を起こすので使用できない。従
って、細胞培養に使用されるプラスチック製ペトリシャ
ーレは被検体用担体の対象から外される。調査分析には
培養細胞を従来型カバーグラスに載せねばならないが、
それに余分な準備時間、準備コストを要し、生きた培養
体の研究を妨げることになる。
に共通することだが、被検体の照明には偏光を用いなけ
ればならない。そのため、対物レンズも照明光路内のす
べての光学素子も等方性を有していなければならない。
これらの素子が光学的に異方性であれば、中間像の像特
性がかなり損なわれることになる。特にプラスチック製
の被検体用担体は複屈折を起こすので使用できない。従
って、細胞培養に使用されるプラスチック製ペトリシャ
ーレは被検体用担体の対象から外される。調査分析には
培養細胞を従来型カバーグラスに載せねばならないが、
それに余分な準備時間、準備コストを要し、生きた培養
体の研究を妨げることになる。
【０００８】上記欠点を解消するために、特定の光学特
性を持つ特殊ペトリシャーレの使用が提案されている
（技術文献５参照）。しかし、これは製造および使用素
材の選択に多大な労力を必要とする。
性を持つ特殊ペトリシャーレの使用が提案されている
（技術文献５参照）。しかし、これは製造および使用素
材の選択に多大な労力を必要とする。
【０００９】上記状況より、本発明では現状技術の欠点
を克服すること、および鏡検被検体に対して、光学的異
方性である担体の使用や残留応力の存在する対物レンズ
またはコンデンサの使用が可能である偏光光学的コント
ラスト法を提供することを課題としている。
を克服すること、および鏡検被検体に対して、光学的異
方性である担体の使用や残留応力の存在する対物レンズ
またはコンデンサの使用が可能である偏光光学的コント
ラスト法を提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明に従
うことにより、即ちその特徴が請求項１に記載されてい
る偏光光学的干渉コントラスト法により解消される。偏
光光学的干渉コントラスト形成のための本発明に基づく
構成の特徴については請求項２に記載されている。
うことにより、即ちその特徴が請求項１に記載されてい
る偏光光学的干渉コントラスト法により解消される。偏
光光学的干渉コントラスト形成のための本発明に基づく
構成の特徴については請求項２に記載されている。
【００１１】すなわち、公知の方法とは異なり本発明に
基づく方法では、担体上に設置された被検体への照明
は、偏光によるのではなく偏光のない自然光によって行
われる。従って、被検体用担体あるいは対物レンズやコ
ンデンサについても、それらの異方性（例えば、残留応
力を原因とする複屈折）は問題にならない。光は、対物
レンズ通過後に初めて直線偏光に変えられ、シア（Shea
ring）干渉計に導かれる。検光子として用いられる第２
偏光子は、目に見えるインタフェログラムを得るため
に、同方位に振動するコヒーレント光成分をフィルタ分
離する。その場合スリット幅が調整できれば有利であ
る。
基づく方法では、担体上に設置された被検体への照明
は、偏光によるのではなく偏光のない自然光によって行
われる。従って、被検体用担体あるいは対物レンズやコ
ンデンサについても、それらの異方性（例えば、残留応
力を原因とする複屈折）は問題にならない。光は、対物
レンズ通過後に初めて直線偏光に変えられ、シア（Shea
ring）干渉計に導かれる。検光子として用いられる第２
偏光子は、目に見えるインタフェログラムを得るため
に、同方位に振動するコヒーレント光成分をフィルタ分
離する。その場合スリット幅が調整できれば有利であ
る。
【００１２】スリット幅ｂが、
条件式（１） （ｂＢ）／ｆ＜λ／４
を満たしていれば、とりわけ好都合である。但し、Ｂは
被検体平面に対するズレの量、ｆはコンデンサの焦点距
離、およびλは光の波長である。この条件に合致しなけ
ればコントラストの品質が低下することになる。
被検体平面に対するズレの量、ｆはコンデンサの焦点距
離、およびλは光の波長である。この条件に合致しなけ
ればコントラストの品質が低下することになる。
【００１３】単色光による作業では、好ましくも、該ス
リットを、その間隔ｄが、 条件式（２） （ｄＢ）／ｆ＝λ を満たす平行な複数の照明用スリットに置き換えること
も可能である。照明用スリットにおけるこの構成は、格
子定数ｄの格子として実現させることもできる。
リットを、その間隔ｄが、 条件式（２） （ｄＢ）／ｆ＝λ を満たす平行な複数の照明用スリットに置き換えること
も可能である。照明用スリットにおけるこの構成は、格
子定数ｄの格子として実現させることもできる。
【００１４】シア干渉計としては、好ましくも、スミス
式またはノルマルスキー（Nomarski）式のウォラストン
プリズムや、あるいはジャマイン・レベデッフ（Jamin-
Lebedeff）式干渉計が使用できる。本発明を首尾よく実
行するためには、偏光子の少なくとも１つについて、そ
の偏光方向が調整できることが前提条件である。両偏光
子の偏光方向が９０°の角度を形成していれば、とりわ
け良好な結果が達成される。
式またはノルマルスキー（Nomarski）式のウォラストン
プリズムや、あるいはジャマイン・レベデッフ（Jamin-
Lebedeff）式干渉計が使用できる。本発明を首尾よく実
行するためには、偏光子の少なくとも１つについて、そ
の偏光方向が調整できることが前提条件である。両偏光
子の偏光方向が９０°の角度を形成していれば、とりわ
け良好な結果が達成される。
【００１５】本発明のまた別な有利な実施態様として、
偏光子／シア干渉計／検光子の組み合せが、単独照明ス
リットまたは格子の複数照明スリットと方位性に関して
同期回転できるようになっていることから、異なった方
位にあって、通常ならばその方位効果のために消失して
しまうプレパラート内の全構造を、順次コントラスト化
できるものもある。それにより、通常なら必要なテーブ
ルの回転が要らなくなる。
偏光子／シア干渉計／検光子の組み合せが、単独照明ス
リットまたは格子の複数照明スリットと方位性に関して
同期回転できるようになっていることから、異なった方
位にあって、通常ならばその方位効果のために消失して
しまうプレパラート内の全構造を、順次コントラスト化
できるものもある。それにより、通常なら必要なテーブ
ルの回転が要らなくなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下では本発明を図面に基づきよ
り詳しく説明する。図１では、ランプ１の光が、スリッ
ト２およびコンデンサ３を通ってペトリシャーレ４内の
被検体、例えば培養細胞に結像する。被検体平面５は対
物レンズ６によって中間像平面７に結像する。この中間
像平面７の然るべき位置に、両偏極９および１０間に埋
め込まれた状態でウォラストンプリズム８が配置されて
いる。
り詳しく説明する。図１では、ランプ１の光が、スリッ
ト２およびコンデンサ３を通ってペトリシャーレ４内の
被検体、例えば培養細胞に結像する。被検体平面５は対
物レンズ６によって中間像平面７に結像する。この中間
像平面７の然るべき位置に、両偏極９および１０間に埋
め込まれた状態でウォラストンプリズム８が配置されて
いる。
【００１７】常光線１１と異常光線１２が、被検体の別
々な位置１３、１４を通過する。位置１３と１４間の距
離がいわゆる分岐幅（ズレ）であるが、図１では分り易
くするために誇張して大きく描いてある。
々な位置１３、１４を通過する。位置１３と１４間の距
離がいわゆる分岐幅（ズレ）であるが、図１では分り易
くするために誇張して大きく描いてある。
【００１８】図２には、中間像平面７に生じる干渉縞１
５、１６、１７のスリット２平面への逆投影が図示され
ている。
５、１６、１７のスリット２平面への逆投影が図示され
ている。
【００１９】本発明に基づく方法では、スリット２の幅
は、ひとみ通過時のスリット幅方向における有効差幅
が、４分の１波長に比べて小さいか同じになるように、
つまりひとみ内干渉縞間距離の４分の１より小さいかそ
れと同じになるように選択しなければならない。その場
合、基点は干渉ゼロ位にするのが好ましい。この条件下
では、シンク関数に従うミケルソン（MICHELSON）のフ
ィールド・コントラストは０.６４を下回ることがな
い。その条件は式（１）で表わされる。
は、ひとみ通過時のスリット幅方向における有効差幅
が、４分の１波長に比べて小さいか同じになるように、
つまりひとみ内干渉縞間距離の４分の１より小さいかそ
れと同じになるように選択しなければならない。その場
合、基点は干渉ゼロ位にするのが好ましい。この条件下
では、シンク関数に従うミケルソン（MICHELSON）のフ
ィールド・コントラストは０.６４を下回ることがな
い。その条件は式（１）で表わされる。
【００２０】白色光の代わりに単色光を使用すれば、該
照明用スリットは、それぞれが４分の１波長条件を満た
した多数の照明用スリットに置き換えることができる。
その条件は式（２）によって表わされる。
照明用スリットは、それぞれが４分の１波長条件を満た
した多数の照明用スリットに置き換えることができる。
その条件は式（２）によって表わされる。
【００２１】発明の実施態様は、ここで説明した実施例
に限定されるものではない。専門家によってなされる改
良も本発明の領域を越えることにはならない。光源とコ
ンデンサ間のスリットあるいは格子についても、例えば
リング状など別形式の絞りに置き換えることもできる
が、但しその場合はコントラストの品質が低下する。
に限定されるものではない。専門家によってなされる改
良も本発明の領域を越えることにはならない。光源とコ
ンデンサ間のスリットあるいは格子についても、例えば
リング状など別形式の絞りに置き換えることもできる
が、但しその場合はコントラストの品質が低下する。
【図１】光路の経路図
【図２】照明用スリットの大きさ対比図
１ ランプ
２ スリット
３ コンデンサ
４ ペトリシャーレ
５ 被検体平面
６ 対物レンズ
７ 中間像平面
８ ウォラストンプリズム
９,１０ 偏極
１１ 常光線
１２ 異常光線
１３,１４ 位置
１５,１６,１７ 干渉縞
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ピーター ディートリッヒ
ドイツ国 73447 オーバークッヘン レ
ントゲン ストラッセ 11
(72)発明者 アレックス ゾエル
ドイツ国 37136 ヴァアケ フンストレ
ンストラッセ 10
Ｆターム(参考） 2H052 AA05 AB00 AC05 AC16 AD31
AF04
Claims (13)
- 【請求項１】被検体の顕微鏡結像のために偏光光学的な
干渉コントラストを形成する方法において、 自然光による被検体の照明、 被検体通過光の直線偏光への変換、 直線偏光の常光線および異常光線への分離、 常光線および異常光線の干渉、 同種偏光のフィルタ分離および、 上記手順でのインタフェログラムの描画のステップを含
む方法。 - 【請求項２】光をコンデンサにより被検体上に結像させ
るため、光源の設置された偏光光学的な干渉コントラス
ト形成のための顕微鏡内構成において、 そのほかに被検体通過光を対物レンズ射出ひとみに結像
させる対物レンズ、 対物レンズの後方で対物レンズからの光を直線偏光に変
える第１偏光子、 さらに第１偏光子の後方、対物レンズ射出ひとみの近く
にシアリング干渉計、 該干渉計の後方に第２偏光子からなる構成。 - 【請求項３】スリットが、光源とコンデンサの間に配置
されていることを特徴とする請求項２に記載の偏光光学
的干渉コントラスト形成のための構成。 - 【請求項４】スリット幅が、調整可能であることを特徴
とする請求項３に記載の偏光光学的干渉コントラスト形
成のための構成。 - 【請求項５】Ｂを被検体平面に対するズレの量、ｆをコ
ンデンサの焦点距離、λを光の波長であるとして、スリ
ット幅ｂが、 式 （ｂＢ）／ｆ＜λ／４ を満たしていることを特徴とする請求項３に記載の偏光
光学的干渉コントラスト形成のための構成。 - 【請求項６】格子が、光源とコンデンサの間に配置され
ていることを特徴とする請求項２に記載の偏光光学的干
渉コントラスト形成のための構成。 - 【請求項７】Ｂを被検体平面に対するズレの量、ｆをコ
ンデンサの焦点距離、λを光の波長でとして、格子の格
子定数ｄが、 式 （ｄＢ）／ｆ＝λ を満たしていることを特徴とする請求項６に記載の偏光
光学的干渉コントラスト形成のための構成。 - 【請求項８】シアリング干渉計としてジャマン・レベデ
ッフ（Jamin-Lebedeff）式干渉計やスミス式またはノマ
ルスキー（Nomarski）式のウォラストンプリズムが配備
されていることを特徴とする請求項２、３、４、５、６
または７に記載の偏光光学的干渉コントラスト形成のた
めの構成。 - 【請求項９】偏光方向が、偏光子の少なくとも１つにつ
いて調整できることを特徴とする請求項２、３、４、
５、６、７または８に記載の偏光光学的干渉コントラス
ト形成のための構成。 - 【請求項１０】第１偏光子と第２偏光子とが、互いに９
０°の傾斜角を形成していることを特徴とする請求項
２、３、４、５、６、７、８または９に記載の偏光光学
的干渉コントラスト形成のための構成。 - 【請求項１１】スリットが、コンデンサの光軸周囲を回
転できることを特徴とする請求項３、４、５、８、９ま
たは１０に記載の偏光光学的干渉コントラスト形成のた
めの構成。 - 【請求項１２】格子が、コンデンサの光軸周囲を回転で
きることを特徴とする請求項３、６、７、８、９または
１０に記載の偏光光学的干渉コントラスト形成のための
構成。 - 【請求項１３】偏光子／シアリング干渉計／検光子の組
み合せと照明スリットまたは格子とを方位性に関して同
期回転させ得る装置が配置されていることを特徴とする
請求項１１または１２に記載の偏光光学的干渉コントラ
スト形成のための構成。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10219804.7 | 2002-04-30 | ||
| DE10219804A DE10219804A1 (de) | 2002-04-30 | 2002-04-30 | Anordnung und Verfahren zum polarisationsoptischen Interferenzkontrast |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003322798A true JP2003322798A (ja) | 2003-11-14 |
Family
ID=28798986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003043798A Pending JP2003322798A (ja) | 2002-04-30 | 2003-02-21 | 偏光光学的干渉コントラスト形成のための構成および方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7046436B2 (ja) |
| EP (1) | EP1359453B1 (ja) |
| JP (1) | JP2003322798A (ja) |
| AT (1) | ATE336021T1 (ja) |
| DE (2) | DE10219804A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7593157B2 (en) | 2004-11-29 | 2009-09-22 | Nikon Corporation | Zoom microscope |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050096621A1 (en) * | 2003-11-04 | 2005-05-05 | The Procter & Gamble Company | Substantially serpentine shaped tampon with varying density regions |
| US7233434B2 (en) * | 2003-12-17 | 2007-06-19 | Marine Biological Laboratory | Orientation independent differential interference contrast microscopy technique and device |
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| DE102006017327A1 (de) | 2006-04-11 | 2007-10-18 | Leica Microsystems Cms Gmbh | Polarisations-Interferenzmikroskop |
| US8579814B2 (en) | 2007-01-05 | 2013-11-12 | Idexx Laboratories, Inc. | Method and system for representation of current and historical medical data |
| DE102011006667A1 (de) | 2011-04-01 | 2012-10-04 | Carl Zeiss Microimaging Gmbh | Schieber zum Einschieben in den Beobachtungsstrahlengang eines Mikroskops |
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