JP2004133465A - 偏光干渉顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】　　　　　　ひとみ位置とは無関係に使用可能な偏光位相差顕微鏡。
【解決手段】　　　　光源、偏光要素、検光要素、及び該偏光要素と該検光要素との間に配される対物プリズムとを有する偏光干渉顕微鏡において、複屈折補償要素が、前記偏光要素と前記検光要素との間に配されることを特徴とする。
【選択図】　　　　　図３

Description

　本発明は、一般に偏光干渉顕微鏡に関し、とりわけ光源、偏光要素、検光要素、及び該偏光要素と該検光要素との間に配される対物プリズムを有する偏光干渉顕微鏡に関する。

　この種の分野に好適な多種多様な顕微鏡は、被検対象の顕微鏡検査に使用されている。微分干渉（コントラスト）（Differential Interference Contrast）法を使用する顕微鏡は、透過光中の着色されていない透明な被検対象の検査に使用することができる。そのような顕微鏡の作動原理は、平面波が被検対象の構造により位相変調されるという事実に基づき、被検対象のトポグラフィカル（立体的ないし幾何学的：topographical）な差異が可視化（ヴィジュアル化）されるということである。このような変調波は、変調されていない基準光ビームと干渉させることができる。このようにして得られる（干渉）パターンにより、被検対象中の光路長の差を量的に決定することができる。この方法によって、光路長の差をレリーフ画像又はカラーコントラスト画像へと変換することもできる。

　変調波と非変調基準光ビームとの間の干渉から画像を生成する方法の他にも、いわゆる微分干渉（コントラスト）（ＤＩＣ）を使用して画像を生成する方法もある。この方法により、被検対象の表面におけるトポグラフィカルな差異及び物質依存性の位相変化は、高い光コントラストで可視化することができる。干渉コントラスト法の場合と異なり、微分干渉（コントラスト）法では、変調波は、非変調基準光ビームと干渉するのではなく、横方向に（波面が）ずらされた位相変調物体波自身と干渉する。従って、微分干渉（コントラスト）法では、被検対象の隣接する複数地点の微分値（ないし微小差値）（複数）が、画像の生成に関与する。従って、被検対象の細部は、隣接する（２つの）波の干渉により十分に可視化されうる屈折率勾配又は厚さ勾配のごく近傍に位置するもののみが可視化される。

　上述の微分干渉（コントラスト）法を使用する顕微鏡は、既知である（例えば、特許文献１及び２参照）。これらの顕微鏡では、直線偏光光がコンデンサプリズムによって分割されて、互いに対し垂直方向に偏光され、かつ互いに対し平行方向にずらされる２つのサブビームが生成する。そして、この２つのサブビームは、被検対象をその異なる（２つの）地点で通過し、該被検対象に後置された対物プリズムによって再び結合される。このビーム路に沿って更に下流に位置する検光子（analyzer）により、この２つのサブビームは干渉を行なう。そして、トポグラフィカルな差異又は物質依存性の位相変化に起因する光路長の差は、強度の差に変換される。そして、この強度の差により、被検対象の鮮鋭な画像を生成することができる。

　原理的には、この方法は、コンデンサプリズムがなくても実行することは可能である。しかしながら、それは高コントラスト画像を生成するためには必須である。コンデンサプリズムは、２つのプリズム部分からなる対物プリズムにおける経路（光路長）の差を補償することができるいわゆる補償プリズムとして作動する。

　このような画像生成（イメージング）方法において偏光光を使用する顕微鏡も既に知られている（特許文献３参照）。

ドイツ特許第24 01 973号 米国特許第2,601,175号 米国特許第3,563,629号

　しかしながら、そのような顕微鏡では、照明光アパーチャを大幅により小さくしなければ解決できないような問題がある。この種の顕微鏡を使用する場合、従って、相応のプリズムをひとみ位置の各々に配するよう開発しなければならない。このため、そのような顕微鏡の製造コストは大きくなる。

　それゆえ、本発明の課題は、ひとみ位置とは無関係に使用可能な偏光位相差顕微鏡を提供することである。

　上記の課題を解決するために、本発明の一視点によれば、光源、偏光要素、検光要素、及び該偏光要素と該検光要素との間に配される対物プリズムとを有する偏光干渉顕微鏡が提供される。この偏光干渉顕微鏡において、（対物プリズムの直径に亘って、サブビーム間の光路長の差を補償するための）複屈折補償要素が、（互いに直交方向に配向ないし直交ニコルの状態にされる）前記偏光要素と前記検光要素との間に配されることを特徴とする（形態１・基本構成）。

　本発明の独立請求項１により、所定の課題として掲げた効果が上述の通り達成される。即ち、本発明の偏光干渉顕微鏡は、ひとみ位置を考慮することなく使用することができる。
　更に、各従属請求項により、後述のとおり付加的な効果がそれぞれ達成される。

　以下に、本発明の好ましい実施の形態を示すが、これらは従属請求項の対象でもある。
　（２）　上記の偏光干渉顕微鏡において、前記複屈折補償要素は、前記対物プリズムに近接して配されることが好ましい（形態２）。
　（３）　上記の偏光干渉顕微鏡において、前記複屈折補償要素は、前記検光要素と前記対物プリズムとの間、又は前記対物プリズムと対物レンズとの間に配されることが好ましい（形態３）。
　（４）　上記の偏光干渉顕微鏡において、前記複屈折補償要素は、位相シフト型の液晶マトリクス要素（liquid crystal matrix element）から構成されることが好ましい（形態４）。
　（５）　上記の偏光干渉顕微鏡において、透過光照明による（ないし透過型）顕微鏡、又は半透鏡を有する投下光照明による（ないし反射型）顕微鏡として構成されることが好ましい（形態５）。

　上記補償要素は、透過光で作動する顕微鏡（透過型顕微鏡）にも、投下光法を使用する顕微鏡（反射型顕微鏡）にも導入することができる。透過光顕微鏡の場合にとりわけ有利な点は、対物レンズのひとみ位置は、最早画像の質に影響を与えないということである。そのため、複屈折補償要素を使用することにより、ひとみ位置に関係なく良好な画像の質を保証する顕微鏡が実現可能となる。従って、例えば被検対象の全体ないし広範囲の画像（overview image）において大きなひとみ収差（開口絞りの像としてのひとみに生じる収差）を有する対物レンズであっても使用することができる。更に、コンデンサ側のコンデンサプリズムを完全に省くことも可能である。

　投下光顕微鏡の場合も、複屈折補償要素を使用することにより得られる利点は、ひとみ位置を考慮することなくに顕微鏡を使用することができるということである。一次反射の弁別もより良好である。

　以下に本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例は、発明の理解の容易化のためのものであり、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において当業者により実施可能な修正・変更等を排除することを意図しない。また、特許請求の範囲に付した図面参照符号も発明の理解の容易化のためのものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図しない。これらの点に関しては、補正・訂正後においても同様である。

　図１に、従来技術の偏光干渉顕微鏡において形成される光路を模式的に示した。光源１０から放射された光ビーム１２は、偏光要素１４に導かれる。そして偏光要素１４から射出される光ビーム１３は、直線偏光化され、更に、コンデンサプリズム１６によって分割され、互いに対し直交方向に偏光される２つのサブビーム１５、１７が生成する。この２つのサブビーム１５、１７は、互いに対し平行方向に（波面が）ずらされ、コンデンサ１８を通過して進行し被検対象２０を照射する。被検対象２０では、サブビーム１５、１７は、それぞれ、各照射位置に位置する被検対象の各部位の特定の性質に応じて、各別に変調される。

　互いに対し平行方向にずらされているサブビーム１５、１７は、次いで、対物レンズ２２によって結合され、対物プリズム２４を通過する。対物プリズム２４に後置される（下流に位置する）検光要素（アナライザ）２６は、ここで、２つのサブビームを干渉させる。この干渉により、被検対象２０との相互作用により引き起こされる光路長の差は、強度の差に変換される。

　原理的には、従来技術から既知のこの微分干渉（コントラスト）法は、コンデンサプリズム１６がなくても機能する。しかしながら、その場合、コンデンサのアパーチャは、狭いスリットとして構成しなければならない。その結果、所望のコントラストの効果は、対物プリズム２４を使用しなければ達成することができない。しかしながら、このことは、アパーチャを制限する。そのため、高コントラストの画像を生成できるようにするためには、「補償プリズム」と称されるコンデンサプリズム１６をコンデンサ側にも使用することが必要となる。というのは、それが、２つのプリズムのくさびによって引き起こされる対物プリズム２４における経路（光路長）の差を補償する唯一の方法だからである。それゆえ、対物プリズム２４は「主プリズム」と、コンデンサプリズム１６は「補償プリズム」と称することもできる。

　例えば、主プリズム又は補償プリズムとして使用可能なプリズム２１を通過した直線偏光された光ビーム１３の経路に関する状況を、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した。図２（ａ）では、直線偏光光ビーム１３が、プリズム２１の中心を通過している。入射光ビーム１３は、接合されたくさび面２３で分割される。２つのくさびの厚さは等しいので、プリズムの後方（下流側）では、２つのサブビーム１５、１７には経路（光路長）の差はない。この状態を、図２（ａ）に、同一の面に位置する２つの水平線２５及び２７により模式的に示した。

　図２（ｂ）に、中心からずれた位置においてプリズム２１を照射する２つの直線偏光ビーム１３、１３’に関する状況を示した。ビーム１３は、この場合も、（中心からずれた一方の端部側において）くさび面２３を照射する。しかしながら、この場合、プリズム２１の２つのくさびの厚さは異なるので、直線２５及び２７で示したように、サブビーム１５及び１７の間には、ポジティブな経路（光路長）の差が現れる。これに対応して、プリズム２１の他端側でくさび面２３を照射する直線偏光光ビーム１３’の場合は、直線２７’及び２５’で示したように、２つのサブビーム１５’及び１７’の間にネガティブな経路（光路長）の差が生じる。従って、通常、第２のプリズムを用いてこれらの経路（光路長）の差を補償する必要がある。

　上述のような第２のプリズム（いわゆる補償プリズム）の使用の必要性を排除するために、本発明に基づき、光ビームの進路に付加的な複屈折補償要素２８が配される。そのような構成の一例を図３に示した。この例では、複屈折補償要素２８は、（互いに直交方向に配向ないし直交ニコルの状態にある）偏光要素と検光要素との間に導入される。複屈折補償要素２８は、プリズム２４の直径全体に亘ってサブビーム１５、１７間の光路長の差を補償することができるよう構成される。この目的のため、液晶マトリクス要素（ＬＣＤ）を使用するのが好ましい。機能を適正化するためには、補償要素２８が対物プリズム２４にごく近接して配されることが根本的に重要である。図３に示した本発明の一実施例では、複屈折補償要素２８は、検光要素２６と対物プリズム２４の間に配される。或いはまた、複屈折補償要素２８を対物プリズム２４と対物レンズ２２との間に配することも可能である。

　複屈折補償要素２８を使用することにより、透過光構成の場合、対物レンズのひとみ位置には依存しないため、最早ひとみ位置の各々に相応のプリズムを開発して配する必要はない。従って、大きなひとみ収差（これは典型的には被検対象の全体画像に現れる）を示す対物レンズであっても、使用することができる。従って、（対物レンズの）各倍率（範囲）ごとに対応して１つの補償プリズムをコンデンサ側に設ける必要は最早ない。

　本発明によれば、複屈折補償要素２８は、投下光モードで作動する（反射型）顕微鏡でも使用することができる。その一例を図４に模式的に示した。光源１０から放射された光ビーム１３は、偏光要素１４で直線偏光化され、半透鏡３０を介して対物レンズ２２に導かれ、被検対象２０を照射する。被検対象２０からの反射光は、対物レンズ２２通過後半透鏡３０を通過して進行し、対物プリズム２４を介して検光要素２６に至る。プリズム２４の直径に亘って２つのサブビーム間の光路長の差を補償する複屈折補償要素２８は、この実施例の場合も、検光要素２６と対物プリズム２４との間に配される。複屈折補償要素としては、この観点から、位相シフトを行うタイプの液晶マトリクス要素を使用するのが好ましい。複屈折補償要素は、ひとみ位置に依存しない構成を可能とし、更に、一次反射のより良い弁別を可能とする。

従来技術の微分干渉（コントラスト）法を使用する透過光偏光干渉顕微鏡において形成される光路。 （ａ）　従来技術に関し、プリズムを通過する光ビームの経路に生じる状態の一例。　（ｂ）　従来技術に関し、プリズムを通過する光ビームの経路に生じる状態の他の例。 本発明の透過光タイプ（透過型）の偏光干渉顕微鏡において形成される光路の一例。 本発明の投下光タイプ（反射型）の偏光干渉顕微鏡において形成される光路の一例。

符号の説明

　１０　光源
　１２　光ビーム
　１３　偏光光ビーム
　１４　偏光要素
　１５　サブビーム
　１６　コンデンサプリズム
　１７　サブビーム
　１８　コンデンサ
　２０　被検対象
　２１　プリズム
　２２　対物レンズ
　２３　くさび面
　２４　対物プリズム
　２５、２５’　直線（波面）
　２６検光要素（アナライザ）
　２７、２７’　直線（波面）
　２８　複屈折補償要素
　３０　半透鏡（ハーフミラー）

Claims (5)

1. 　光源、偏光要素、検光要素、及び該偏光要素と該検光要素との間に配される対物プリズムを有する偏光干渉顕微鏡において、
   　複屈折補償要素（２８）が、前記偏光要素（１４）と前記検光要素（２６）との間に配されること
   　を特徴とする偏光干渉顕微鏡。
2. 　前記複屈折補償要素（２８）は、前記対物プリズム（２４）に近接して配されること
   　を特徴とする請求項１に記載の偏光干渉顕微鏡。
3. 　前記複屈折補償要素（２８）は、前記検光要素（２６）と前記対物プリズム（２４）との間、又は前記対物プリズム（２４）と対物レンズ（２２）との間に配されること
   　を特徴とする請求項１又は２に記載の偏光干渉顕微鏡。
4. 　前記複屈折補償要素（２８）は、位相シフト型液晶マトリクス要素から構成されること
   　を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の偏光干渉顕微鏡。
5. 　透過光照明による顕微鏡、又は半透鏡（３０）を有する投下光照明による顕微鏡として構成されること
   　を特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の偏光干渉顕微鏡。

Images