JP2009237109A

JP2009237109A - 位相差顕微鏡

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Publication number: JP2009237109A
Application number: JP2008081259A
Authority: JP
Inventors: Kumiko Matsutame; 久美子松爲
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2009-10-15

Abstract

【課題】コントラストを連続可変可能な位相差顕微鏡を提供する。
【解決手段】照明光学系２と、結像光学系３と、を備え、照明光学系２内の瞳若しくはその近傍に配置されたリング絞り２１と、結像光学系３内の、リング絞り２１と共役な位置に配置されたゾーンポラライザ３４と、ポラライザ３２及びアナライザ３５とを有する位相差顕微鏡１０において、ゾーンポラライザ３４を、リング絞り２１の開口部２１ａと共役な位置に設けられた位相リング部ＺＰ（Ａ）と、この位相リング部の周囲を内側及び外側ともに取り囲むように設けられた変調部ＺＰ（Ｃ）と、試料４ａで回折した光が透過する回折光透過部ＺＰ（Ｃ）とから構成し、位相リング部ＺＰ（Ａ）及び回折光透過部ＺＰ（Ｂ）の透過軸の軸方向が互いに直交し、且つ、変調部ＺＰ（Ｃ）の透過軸の軸方向がこれらの軸方向のいずれとも異なる方向であるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、位相差顕微鏡に関する。

位相差顕微鏡は、光の位相差をコントラスト（明暗の差）に変換して、位相物体を可視化して肉眼で観察できるようにしたものである。その基本的な構成は、例えば図７（ａ）に示すようになっており、光源１０２、図７（ｃ）に示すように、リング形状の開口部１２１ａが形成された絞り（リング絞り）１２１、コンデンサレンズ１２２、対物レンズ１３１、ポラライザ（偏光子）１３２、１／４位相板１３３、リング絞り１２１の開口部１２１ａと共役な位置にリング形状の位相膜が形成された位相リング（輪帯偏光板）１３４、及び、アナライザ（検光子）１３５が光軸上にこの順で並んで配置されている。ここで、リング絞り１２１は、対物レンズ１３１の像側焦点面（瞳）と共役な位置若しくはその近傍に配置されており、位相リング１３４は、リング絞り１２１の共役位置である対物レンズ１３１の像側焦点面（又はその共役位置）に配置されている。光源１０２から出射した光はリング絞り１２１によりリング状に絞られた後、コンデンサレンズ１２２に入射する。そして、このコンデンサレンズ１２２を透過した光が試料１０４ａに入射し、試料１０４ａを透過した光が対物レンズ１３１に入射して集光される。

この対物レンズ１３１を透過した光は、ポラライザ１３２で直線偏光若しくは楕円偏光に変換され、さらに、１／４位相板１３３で位相が４分の１波長だけずらされて、位相リング１３４に入射する。そして、この光は、位相リング１３４により、位相物体１０４ａによって回折されない０次成分と他の成分とであって互いに直交する直線偏光に分離され、アナライザ１３５で同一偏光方向の可干渉な光となり、像面Ｉに位相物体１０４ａ（試料面１０４）の位相差像（干渉像）を形成する。

（従来例１）
ところで、位相物体１０４ａ（試料面１０４）の観察を容易にするために、上述の位相リング１３４に代えて図７（ｂ）に示すような分割型偏光素子ＺＰを配置することにより、位相差像のコントラストを連続可変にした位相差顕微鏡１１０が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この位相差顕微鏡１１０に設けられた分割型偏光素子ＺＰは、図７（ｂ）に示すように、上述の位相膜が形成された部分に相当し、０次成分が透過する位相リング部ＺＰ（Ａ）と、位相物体１０４ａで回折した回折光が透過する回折光透過部ＺＰ（Ｂ）とを有し、これらの領域ＺＰ（Ａ），ＺＰ（Ｂ）は、図８に示すように、互いの透過軸の軸方向が直交する偏光板で構成されている。アナライザ１３５を、光軸を中心にこの光軸と直交する面内で回転させることにより、透過する光束の偏光方向を回転させて、位相リング部ＺＰ（Ａ）と回折光透過部ＺＰ（Ｂ）とを透過した光の透過比率を連続的に変えることができ、その結果、像面Ｉに結像する位相物体１０４ａ（試料面１０４）の位相差像のコントラストを連続可変にすることができる。また、ポラライザ１３２を、光軸を中心に回転させて分割型偏光素子ＺＰへ入射する光束の楕円率（位相）を変えることができ、これによっても位相差像のコントラストを変えることができる。例えば、図８において、ポラライザ１３２の透過軸の軸方向がＹ軸と一致する状態（この状態を初期値とする）のとき、アナライザ１３５の角度θｐが０°〜９０°とすると、位相リング部ＺＰ（Ａ）を透過した光の位相が回折光透過部ＺＰ（Ｂ）を透過した光の位相よりも１／４波長進むため、得られる位相差像はダークコントラストとなる。一方、アナライザ１３５の角度θｐを９０°〜１８０°とすると、位相リング部ＺＰ（Ａ）を透過した光の位相が回折光透過部ＺＰ（Ｂ）を透過した光の位相よりも１／４波長遅れるため、得られる位相差像はブライトコントラストとなる。

（従来例２）
このような位相差顕微鏡においては、背景と位相物体との境界部分にハロと呼ばれる光が発生する。そこで、図９に示すように、従来の位相リングの代わりにアポダイズ位相リング２３４を配置した位相差顕微鏡２１０が開発されている（例えば、特許文献２参照）。このアポダイズ位相リング２３４は、上述の位相膜に相当する位相リング部ＡＰ（Ａ）と回折光透過部ＡＰ（Ｂ）との境界（内径側と外径側の両方）に、リング状のアポダイズリングＡＰ（Ｃ）が形成されている。ここで、このアポダイズ位相リング２３４は、位相リング部ＡＰ（Ａ）の透過率をＴａ、回折光透過部ＡＰ（Ｂ）の透過率をＴｂ、アポダイズリングＡＰ（Ｃ）の透過率をＴｃとすると、Ｔａ＜Ｔｃ＜Ｔｂの関係が成り立つように構成されている。このようにアポダイズリングＡＰ（Ｃ）を設けることにより、ハロと呼ばれる隈取り領域の面積を小さくすることができ、例えば、細胞壁近くにある細かい構造を見分けるのが容易になるという利点がある。なお、光源２０２、リング絞り２２１、コンデンサレンズ２２２、及び、対物レンズ２３１は、上述の可変位相差の顕微鏡１１０と同一の機能を有する。
米国特許第２６５５０７７号明細書特許第３６６３９２０号公報

以上のような従来例１として示した可変位相差の位相差顕微鏡１１０に、従来例２として示したアポダイズ位相差顕微鏡２１０のハロを抑制する機能を取り入れようとすると、分割型偏光素子１３５（ＺＰ）に加えて、その位相リング部ＺＰ（Ａ）の周辺に正確に重なる透過率変調部（上述のアポダイズリングＡＰ（Ｃ））を設ける必要がある。従来技術によれば、一般に偏光素子は樹脂製の偏光膜により形成され、透過率変調部（ＡＰ（Ｃ））はＮＤフィルタやＮＤ膜により形成されるが、この透過率変調部ＡＰ（Ｃ）を直接接合あるいは蒸着するのは材料の変質等が発生して性能が低下するという課題がある。そこで、代替として、例えばガラス平板の表裏に、偏光素子ＡＰ（Ａ），ＡＰ（Ｂ）と透過率変調部ＡＰ（Ｃ）とをそれぞれ別々に接合あるいは蒸着する方法が考えられるが、この場合は、高い製作精度や重ね合わせ精度が要求される。また、偏光素子ＡＰ（Ａ），ＡＰ（Ｂ）と透過率変調部ＡＰ（Ｃ）との境界部に隙間がある場合や、あるいは隙間を防ぐために偏光素子ＡＰ（Ａ），ＡＰ（Ｂ）と透過率変調部ＡＰ（Ｃ）とが重なるように形成されていると、アポダイズ効果の大幅な低下や位相差像の変化が発生し、性能を低下させる虞がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、製作精度や重ね合わせの問題がなく、製作容易で且つ高性能な、コントラストを連続可変可能な位相差顕微鏡を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る位相差顕微鏡は、光源からの光を試料に照射する照明光学系と、試料を透過した光を集光し像を形成する結像光学系と、を備え、照明光学系内の瞳若しくはその近傍に配置されたリング絞りと、結像光学系内の、リング絞りと共役な位置に配置された分割型偏光素子と、この分割型偏光素子よりも照明側に配置され、通過する光を直線偏光若しくは楕円偏光に変換する偏光素子と、分割型偏光素子よりも像側に配置され、光路に対して略垂直な面内で回転可能な検光子と、を有して構成される。そして、分割型偏光素子は、リング絞りの開口部と共役な位置に設けられた位相リング部と、この位相リング部の周囲を内側及び外側ともに取り囲むように設けられた変調部と、位相リング部及び変調部以外の部分であって、試料で回折した光が透過する回折光透過部と、を有し、位相リング部及び回折光透過部の透過軸の軸方向が互いに直交し、且つ、変調部の透過軸の軸方向が位相リング部及び回折光透過部の透過軸の軸方向のいずれとも異なる方向であるように構成される。

このような位相差顕微鏡は、位相リング部若しくは回折光透過部のいずれかの透過軸の軸方向に対する変調部の透過軸の軸方向の角度をθｃとしたとき、次式
１００° ≦ θｃ ≦ １３５°
４５° ≦ θｃ ≦ ８０°
のいずれかの条件を満足することが好ましい。

本発明に係る位相差顕微鏡を以上のように構成すると、製作精度や重ね合わせの問題がなく、製作容易で且つ高性能な、コントラストを連続可変可能な位相差顕微鏡を提供することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いて本実施の形態に係る位相差顕微鏡１０の構成について説明する。この位相差顕微鏡１０は、図１（ａ）に示すように、光源１、この光源１からの光を集光して試料面４に載置された試料４ａに照射する照明光学系２と、この試料４ａ（試料面４）を透過した光を集光して像を形成する結像光学系３とから構成される。照明光学系２には、図１（ｃ）に示すようなリング形状の開口部２１ａが形成され、光源１から出射した光のうち、この開口部２１ａを通過した光だけが像面Ｉに到達するようにしたリング絞り２１と、このリング絞り２１を通過した光を試料面４（試料４ａ）に照射するコンデンサレンズ２２とから構成される。また、結像光学系３は、試料面４を透過した光を集光する対物レンズ３１と、この対物レンズ３１を透過した光を直線偏光若しくは楕円偏光に変換する偏光素子であるポラライザ３２と、ポラライザ３２を透過した光の位相を４分の１波長ずらす１／４波長板３３と、偏光軸の軸方向が異なる部分を有する分割型偏光素子であるゾーンポラライザ３４と、ゾーンポラライザ３４を透過した光を同一偏光方向の可干渉な光にする検光子であるアナライザ３５とから構成される。

ゾーンポラライザ３４は、図１（ｂ）に示すように、像面Ｉに届く最大光束の径以上の大きさを有し、リング絞り２１の開口部２１ａと共役な位置に形成されたリング形状の位相リング部ＺＰ（Ａ）と、この位相リング部ＺＰ（Ａ）に隣接して内側と外側から取り囲むように設けられたリング形状の変調部ＺＰ（Ｃ）と、位相リング部ＺＰ（Ａ）及び変調部ＺＰ（Ｃ）以外の部分であって、試料４ａで回折した光線が透過する回折光透過部ＺＰ（Ｂ）とから構成される。図２に示すように、このゾーンポラライザ３４において、位相リング部ＺＰ（Ａ）の透過軸と回折光透過部ＺＰ（Ｂ）の透過軸との軸方向は直交するように構成されており（図２においては、位相リング部ＺＰ（Ａ）の透過軸をＸ軸とし、回折光透過部ＺＰ（Ｂ）の透過軸をＹ軸としている）、変調部ＺＰ（Ｃ）の透過軸のＸ軸に対する軸方向（若しくはＹ軸に対する軸方向でも良い）をθｃとすると、この軸方向θｃは、位相リング部ＺＰ（Ａ）の透過軸の軸方向及び回折光透過部ＺＰ（Ｂ）の透過軸の軸方向のいずれとも異なるように構成されている。

このゾーンポラライザ３４は、上述のように、ゾーン毎に偏光軸の方向が異なる偏光板を組み合わせたものであり、偏光板としては通常の樹脂製偏光板のほかに、構造複屈折材料やワイヤーグリッド等のサブ波長周期の構造を有する光学材料（サブ波長構造素子）を用いることができる。特に構造複屈折材料は、微細な構造を正確に作成することが可能であるため、このようなゾーンポラライザ３４を作成するのに好適である。

なお、この位相差顕微鏡１０において、リング絞り２１、対物レンズ３１、および、ゾーンポラライザ３４の位置関係と、ポラライザ３２及びアナライザ３５を光軸を中心に回転させることにより試料４ａの位相差像のコントラストを可変にする方法は、上述の従来例と同様である。

それでは、ゾーンポラライザ３４を構成する変調部ＺＰ（Ｃ）の透過軸の軸方向θｃの適切な範囲について説明する。図２に示すように、ポラライザ３２の透過軸の軸方向をＹ軸に一致させたときのアナライザ３５の透過軸のＸ軸からの軸方向をθｐとし、１／４波長板３３の透過軸のＸ軸からの軸方向を４５°とする。また、ポラライザ３２とアナライザ３５、及び、ゾーンポラライザ３４は、透過軸方向の透過光強度をそれぞれ１００％と仮定する（すなわち、偏光板による透過率損失はゼロと仮定し、ポラライザ３２，アナライザ３５，及び、ゾーンポラライザ３４の透過軸がすべて平行ならば透過光強度＝１００％とする）。このとき、ゾーンポラライザ３４の位相リング部ＺＰ（Ａ）を通過した透過光の強度をＩａとし、回折光透過部ＺＰ（Ｂ）を通過した透過光の強度をＩｂとすると、位相リング部ＺＰ（Ａ）の相対透過率Ｔａは次式（１）で表される。

Ｔａ［％］＝（Ｉａ／Ｉｂ）×１００（１）

ここで、アナライザ３５の透過軸の軸方向θｐを変化させたときの位相リング部ＺＰ（Ａ）の相対透過率Ｔａは図３のようになる。なお、この図３に示すグラフは０≦θｐ≦１８０°の範囲で描いてある。

位相差法では、位相物体のコントラストを上げるには位相リング部ＺＰ（Ａ）の透過率を低くする必要がある。この位相リング部ＺＰ（Ａ）の透過率Ｔａは、一般に位相差像のコントラストを低く設定する場合で次式（２）の条件を満たすように構成され、位相差像のコントラストを高く設定する場合で次式（３）の条件を満たすように構成される。

Ｔａ ≦ ５０％（２）
５ ≦ Ｔａ ≦ ２０％（３）

顕微鏡観察では一般に、高倍になればなるほど観察サンプルの位相分布（位相差）が小さくなる傾向があるため、そのようなサンプルを十分なコントラストで観察するには位相リング部ＺＰ（Ａ）の透過率を低く設定するのが望ましい。また顕微鏡観察では一般に、高倍になればなるほど高分解な像が必要とされるため、位相リング部ＺＰ（Ａ）のリング径は大きくするのが望ましく、その結果透過率の低い部分が結像光学系瞳に占める面積割合が高くなる。これらの望ましい形態をとる結果、高倍の位相差法では得られる像が非常に暗くなるという問題がある。このように像の暗い高倍で、さらに従来例２に示したアポダイズ位相差法を適用すると、瞳面積における透過率の低い領域の面積割合はさらに高くなり、その結果ただでさえ暗い高倍率での位相差観察像がさらに暗くなり、特に目視での位相差観察に支障をきたすという問題がある。

本実施形態の構成の位相差顕微鏡１０においても、上述の式（２），（３）より、位相リング部ＺＰ（Ａ）の相対透過率Ｔａは、次式（４）の範囲にあるときが一般の位相差法に対応するアナライザ３５の透過軸の軸方向θｐの角度範囲となる。

５ ≦ Ｔａ［％］ ≦ ５０（４）

すなわち、上述の式（４）及び図３より、アナライザ３５の透過軸の軸方向θｐは、ダークコントラストＤＣの場合は、次式（５）の角度範囲であり、ブライトコントラストＢＣの場合は、次式（６）の角度範囲であることがわかる。θｐ＝９０°を境にしてダークコントラストＤＣとブライトコントラストＢＣが入れ替わり、θｐ＝９０°のとき暗視野観察となる。

５５．０° ≦ θｐ ≦ ７７．５° （５）
１０２．５° ≦ θｐ ≦ １２５．０° （６）

図３の状態において、ダークコントラストＤＣの状態に着目して変調部ＺＰ（Ｃ）の透過軸の軸方向θｃの好ましい範囲を求める。変調部ＺＰ（Ｃ）を通過した透過光強度をＩｃとし、この変調部ＺＰ（Ｃ）の相対透過率Ｔｃを次式（７）で定義する。

Ｔｃ［％］＝（Ｉｃ／Ｉｂ）×１００（７）

変調部ＺＰ（Ｃ）の透過軸の軸方向θｃを変化させると、Ｔｃが連続的に変化する。図４は、一般的な位相差法の条件である位相リング部ＺＰ（Ａ）の相対透過率Ｔａ＝５，１０，２０、３０，４０，５０［％］のときに変調部ＺＰ（Ｃ）の相対透過率Ｔｃがそれぞれどのように変化するかをプロットしたものである。

上述の従来例２におけるアポタイズリングＡＰ（Ｃ）に相当する変調部ＺＰ（Ｃ）の透過率Ｔｃは、経験的に次式（８）の範囲とするのが望ましい。これは変調部ＺＰ（Ｃ）の透過率Ｔｃが位相リング部ＺＰ（Ａ）の透過率Ｔａの１．５倍より低いと、変調部ＺＰ（Ｃ）を通過した回折光強度が０次光強度に近づくため、像が暗くなりすぎると共に、変調されすぎてクセのある像となるためである。一方変調部ＺＰ（Ｃ）の透過率Ｔｃが位相リング部ＺＰ（Ａ）の透過率Ｔａの２．５倍より高いと、変調部ＺＰ（Ｃ）の変調効果が薄れてしまい通常の位相差観察とほとんど変わりなくなってしまうためである。なお、この変調部ＺＰ（Ｃ）の透過率Ｔｃは、さらに望ましくは従来例２として示した特許文献２に挙げられている透過率のごとく次式（９）の範囲とするのが良い。

Ｔａ×１．５ ≦ Ｔｃ ≦ Ｔａ×２．５（８）
Ｔａ×２．０ ≦ Ｔｃ ≦ Ｔａ×２．５（９）

図４における△マークは、各Ｔａの値に対するアポダイズの好ましい条件である条件式（８）を満たす変調部ＺＰ（Ｃ）の透過軸の軸方向θｃの上限と下限の位置を表す。この図４より、位相リング部ＺＰ（Ａ）の透過率Ｔａの値によって好ましい軸方向θｃの範囲が大きく異なることがわかる。しかし本実施の形態では位相リング部ＺＰ（Ａ）の透過率Ｔａが可変で一意に決まらないことから、使用する位相リング部ＺＰ（Ａ）の透過率Ｔａの範囲でほぼ実用上有用なアポダイズ効果を有する軸方向θｃを決める必要がある。

そのため、本実施の形態では変調部ＺＰ（Ｃ）の透過率Ｔｃの下限値と上限値という概念を導入し、実用上有用な変調部ＺＰ（Ｃ）の透過軸の軸方向θｃの範囲を決定する。まず、アポダイズ位相差顕微鏡では、Ｔｃ≦２０［％］となるのは得られる位相差像全体が暗すぎて実用上観察に適さないことが経験的に判っているため、変調部ＺＰ（Ｃ）の透過率Ｔｃの第１の下限値（図４におけるＴｃ下限値１）は位相リング部ＺＰ（Ａ）の透過率Ｔａの１．５倍、若しくは２０［％］のいずれか大きい方を採用する。さらに好ましくは、Ｔａ≦１０［％］の場合、Ｔｃ＝２５％であると高コントラスト状態での視野明るさとアポダイズ効果のバランスが良いことが判っているため、Ｔｃの第２の下限値（図４におけるＴｃ下限値２）としては透過率Ｔａの１．５倍、若しくは２５［％］のいずれか大きい方を採用する。

一方、Ｔｃ≧７５［％］となるのはアポダイズ効果がほとんど無く通常の位相差観察像との違いが見られなくなってしまうことが経験的に判っているため、変調部ＺＰ（Ｃ）の透過率Ｔｃの第１の上限値（図４におけるＴｃの上限値１）は７５［％］と透過率Ｔａの２．５倍のいずれか小さい方を採用する。さらにより好ましくは、Ｔｃ≦７０［％］であるとアポダイズ効果がはっきり得られて良いという経験から、透過率Ｔｃの第２の上限値（図４におけるＴｃの上限値２）は７０［％］と透過率Ｔａの２．５倍のいずれか小さい方を採用する。

以上より、一般的な位相差観察の範囲で好ましいアポダイズ効果が得られる変調部ＺＰ（Ｃ）の透過軸の軸方向θｃの範囲は次式（１０）であることが分かる。また、次式（１１）の範囲とするとさらに好ましい。

１００° ≦ θｃ ≦ １４２° （１０）
１０２° ≦ θｃ ≦ １３８° （１１）

なお、図４では、θｃ＜θｐ（θｃ＜９０°）の範囲にも同じ透過率Ｔｃをとる領域が存在するが、ダークコントラストを基準とする場合には、軸方向θｃが次式（１２）の範囲にあると、変調部ＺＰ（Ｃ）を透過する光の位相が回折光透過部ＺＰ（Ｂ）を透過する光の位相よりも位相リング部ＺＰ（Ａ）を透過する光の位相に近くなり、本来位相シフトするべきでない回折光に対して０次光（直接光）と類似の位相シフトが掛かってしまう。これは本実施の形態の目的にそぐわないので除外するのが望ましい。

θｃ＜４５° および θｃ＞１３５° （１２）

同様の理由で、式（１０）、式（１１）においても、式（１２）の制限を適用するのが望ましいため、最終的に本実施形態のダークコントラストにおいて好ましい軸方向θｃの範囲は次式（１３）となり、また、さらに好ましくは次式（１４）となる。

１００° ≦ θｃ ≦ １３５° （１３）
１０２° ≦ θｃ ≦ １３５° （１４）

次に、同様の考え方に基づいてブライトコントラストの場合の変調部ＺＰ（Ｃ）の透過軸の軸方向θｃの範囲を考える。図５は、位相リング部ＺＰ（Ａ）の相対透過率Ｔａ＝５，１０，２０、３０，４０，５０［％］のときに変調部ＺＰ（Ｃ）の相対透過率Ｔｃがそれぞれどのように変化するかをプロットしたものである。図４の場合と同様の条件に基づいて一般的な位相差観察の範囲で好ましいアポダイズ効果が得られる軸方向θｃの範囲を求めると、次式（１５）に示す範囲となり、さらに好ましくは次式（１６）の範囲であることが判る。

３８° ≦ θｃ ≦ ８０° （１５）
４２° ≦ θｃ ≦ ７８° （１６）

さらにこれらの式（１５），（１６）に上述の式（１２）の条件を適用すると、最終的にブライトコントラストＢＣにおいて好ましい軸方向θｃの範囲は次式（１７）となり、さらに好ましくは次式（１８）の範囲であることが判る。
４５° ≦ θｃ ≦ ８０° （１７）
４５° ≦ θｃ ≦ ７８° （１８）

以上の説明では、可変位相差においてコントラストが高い状態すなわち位相リング部ＺＰ（Ａ）のリング外に対する透過率比が低い状態になるに従って、アポダイズのための変調部ＺＰ（Ｃ）の透過率比が高くなるように変化し、もともと像の暗い高コントラスト位相差像でのアポダイズにおいても、像が暗くなりすぎずかつ十分なアポダイズ効果の得られるコントラスト連続可変アポダイズ位相差顕微鏡を提供できる。

上述の実施の形態で説明した位相差顕微鏡１０において、変調部ＺＰ（ｃ）の透過軸の軸方向θｃを１２５°としたときのコントラスト像のシミュレーション結果を図６に示す。なお、この図６に示すシミュレーション条件は、いずれの場合も、対物レンズ５の倍率を１００ｘ、開口数（ＮＡ）を１．３とし、波長λが５４６ｎｍ（ｅ線）の光で試料を観察した場合としている。また、試料面Ｓに載置される位相物体（試料）は、試料面の幅が２［ｕｍ］で、位相差８０［ｎｍ］の矩形段差を有するものとする。また、位相リング部ＺＰ（Ａ）の径の比率は、内側より２５％、３１％、４１％、４６％であるとする。

図６（ａ）は通常のアポダイズ位相差顕微鏡像を、図６（ｂ）は本実施の形態で説明した可変アポダイズ位相差顕微鏡像を示す。これらを比較すると、特に位相リング部ＺＰ（Ａ）の透過率Ｔａが低い（すなわち、位相差像のコントラストが高い）ほど、従来の位相差像と本実施の形態の位相差顕微鏡１０の像が似ていることがわかる。これは、高コントラスト条件下でより通常のアポダイズ位相差顕微鏡像に近くなるように変調部ＺＰ（Ｃ）の透過率の軸方向θｃの条件を決めたためである。もし低コントラスト寄りにしたければこの軸方向θｃを小さく設定すればよい。

なお、本実施の形態においてはゾーンポラライザ３４を結像光学系３内に配置したが、本発明はこれに限るものではない。また、ゾーンポラライザ３４を１／２波長板や１／４波長板で構成したゾーン波長板としてもよい。その場合も、図１に示すように波長板の軸（進相軸もしくは遅相軸のいずれか一方）を位相リング部ＺＰ（Ａ）と回折光透過部ＺＰ（Ｂ）で互いに直交するように配置し、さらに変調部ＺＰ（Ｃ）の軸方向θｃを上述の式（１３），（１４），（１７），（１８）に示す方向に配置することにより、同様の効果を得ることができる。さらに上述の説明では、ポラライザ３２を、光軸を中心に回転可能に配置したが、実際はこれが固定であっても構わない。

また本発明におけるゾーンポラライザ３４は、樹脂製、構造複屈折素子、その他本実施の形態と同様の光学的性質を有する素材で作成することができる。さらにこのような位相差顕微鏡１０において、１／４波長板３３やゾーン波長板は、使用波長域にわたって位相差量が補正された、いわゆる広帯域波長板を用いるのが良い。これにより、使用波長域にわたり良好なコントラスト像を得ることが可能となる。

位相差像のコントラストを可変にした位相差顕微鏡の構成を示す説明図である。上記位相差顕微鏡を構成する光学部材の透過軸の関係を説明する説明図である。位相リング部と回折光透過部の透過率の関係を説明するグラフである。ダークコントラストのときの変調部の適切な透過軸の軸方向示す説明図である。ブライトコントラストのときの変調部の適切な透過軸の軸方向示す説明図である。位相差顕微鏡の位相差像の強度を示すグラフであって、（ａ）は従来の位相差顕微鏡を示し、（ｂ）は本実施の形態に係る位相差顕微鏡を示す。従来例１の位相差顕微鏡の構成を示す説明図である。従来例１の位相差顕微鏡を構成する光学部材の透過軸の関係を説明する説明図である。従来例２の位相差顕微鏡の構成を示す説明図である。

符号の説明

１光源２照明光学系３結像光学系４試料面４ａ試料
１０位相差顕微鏡２１リング絞り２１ａ開口部
３２偏光素子（ポラライザ）３４分割型偏光素子（ゾーンポラライザ）
３５検光子（アナライザ）
ＺＰ（Ａ）位相リング部ＺＰ（Ｂ）回折光透過部ＺＰ（Ｃ）変調部

Claims

光源からの光を試料に照射する照明光学系と、
前記試料を透過した光を集光し像を形成する結像光学系と、を備え、
前記照明光学系内の瞳若しくはその近傍に配置されたリング絞りと、
前記結像光学系内の、前記リング絞りと共役な位置に配置された分割型偏光素子と、
前記分割型偏光素子よりも照明側に配置され、通過する光を直線偏光若しくは楕円偏光に変換する偏光素子と、
前記分割型偏光素子よりも像側に配置され、光路に対して略垂直な面内で回転可能な検光子と、を有し、
前記分割型偏光素子は、
前記リング絞りの開口部と共役な位置に設けられた位相リング部と、
前記位相リング部の周囲を内側及び外側ともに取り囲むように設けられた変調部と、
前記位相リング部及び前記変調部以外の部分であって、前記試料で回折した光が透過する回折光透過部と、を有し、
前記位相リング部及び前記回折光透過部の透過軸の軸方向が互いに直交し、且つ、前記変調部の透過軸の軸方向が前記位相リング部及び前記回折光透過部の透過軸の軸方向のいずれとも異なる方向である位相差顕微鏡。
前記位相リング部若しくは前記回折光透過部のいずれかの透過軸の軸方向に対する前記変調部の透過軸の軸方向の角度をθｃとしたとき、次式
１００° ≦ θｃ ≦ １３５°
４５° ≦ θｃ ≦ ８０°
のいずれかの条件を満足する請求項１に記載の位相差顕微鏡。