JP2015138095A - 顕微鏡装置および顕微鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】サンプルの特定部分ごとに照明光を最適化することができる顕微鏡装置および顕微鏡システムを提供する。
【解決手段】本発明の顕微鏡装置は、照明光を出射する光源と、光源からの照明光を被検体に照射する照明光学系と、被検体からの光を結像する結像光学系と、結像光学系による被検体の画像を生成する画像生成素子と、を備え、照明光学系は、被検体に照射される照明光の照明瞳形状を可変に調整する第１の空間光変調素子と、第１の空間光変調素子の光射出側における複数の所定領域に対応して設けられるレンズアレイと、を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、顕微鏡装置および顕微鏡システムに関するものである。

従来、光学式の顕微鏡装置として、明視野顕微鏡や位相差顕微鏡が用いられている。このような顕微鏡装置では、照明光の角度成分により見え方が変化する。これは、最終的な光学像が照明光の照明瞳形状およびサンプルの構造に依存するためである。

例えば、下記特許文献１では、空間変調素子等を用いることでサンプルの観察に適した照明瞳形状を有する照明光に調整するようにしている。

特開２０１２−２２０８０１号公報

しかしながら、上述した従来の顕微鏡装置では、サンプル全体に対して照明光の照明瞳形状が最適化されるため、サンプルの構造によっては見えやすい部分と見えにくい部分とが混在してしまうといった問題があった。

本発明の態様は、サンプルの特定部分ごとに照明光を最適化することができる顕微鏡装置および顕微鏡システムを提供すること目的としている。

本発明の第１の態様に従えば、照明光を出射する光源と、前記光源からの照明光を被検体に照射する照明光学系と、前記被検体からの光を結像する結像光学系と、前記結像光学系による前記被検体の画像を生成する画像生成素子と、を備え、前記照明光学系は、前記被検体に照射される前記照明光の光強度分布を可変に調整する第１の空間光変調素子と、前記第１の空間光変調素子の光射出側における複数の所定領域に対応して設けられるレンズアレイと、を含む顕微鏡装置が提供される。

本発明の第２の態様に従えば、第１の態様に係る顕微鏡装置と、前記顕微鏡装置に接続される制御部と、を備えた顕微鏡システムであって、前記制御部は、全ての前記所定領域における前記照明光の光強度分布が等しくなるように前記第１の空間光変調素子を駆動させた状態で前記画像生成素子により前記被検体の画像を生成する画像生成動作を、前記光強度分布を調整する度に複数回繰り返し、調整した前記光強度分布に対応した複数の前記被検体の画像を取得する第１ステップと、少なくともいずれかの前記所定領域について前記第１ステップにより取得した複数の前記被検体の画像の中からユーザーにより選択された所定の画像を用いて、前記被検体の全体画像を生成する第２ステップと、を実行する制御を行う顕微鏡システムが提供される。

本発明によれば、サンプルの特定部分ごとに照明光を最適化することができる。また、サンプルの特定部分ごとに照明光が最適化された画像を取得することができる。

第１実施形態に係る顕微鏡システムの概略構成図である。 空間光変調素子の概略構成を示す図である。 空間光変調素子の光出射面側における平面構成を示す図である。 第１実施形態に係る顕微鏡装置の動作を説明するための図である。 ユーザーによる画像の選択動作を説明するための図である。 第２実施形態に係る顕微鏡システムの概略構成図である。 第３実施形態に係る顕微鏡システムの概略構成図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
なお、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、便宜上特徴となる部分を模式的に示している場合があり、また、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態として図１に示す顕微鏡システム１について説明する。
なお、図１は、第１実施形態に係る顕微鏡システム１の概略構成図である。

顕微鏡システム１は、図１に示すように、顕微鏡装置１Ａと、該顕微鏡装置１Ａに接続されることで各部の制御を行う制御部６と、を備えている。顕微鏡装置１Ａは、観察対象である被検体Ｓに照明光Ｌを照射し、この被検体Ｓからの透過光によって得られた被検体Ｓの拡大像を観察する明視野顕微鏡である。

顕微鏡装置１Ａは、照明光Ｌを出射する光源２と、光源２からの照明光Ｌを被検体Ｓに照射する照明光学系３と、被検体Ｓからの透過光Ｌｐを結像する結像光学系４と、結像光学系４により結像された透過光Ｌｐを受光し電気信号に変換して被検体Ｓの画像を生成する画像生成素子５とを備えている。

制御部６は、コンピュータ（ＣＰＵ）等からなり、その内部に記録された制御プログラムに従って、顕微鏡装置１Ａの各部を駆動するための制御等を行う。また、制御部６は、各部の制御を実行するための演算等を行う。また、制御部６には、例えば液晶表示パネルなどのモニター（表示部）１６が接続されている。

また、照明光学系３と結像光学系４との間には、ステージ７が配置されている。このステージ７は、被検体Ｓが載置される載置面７ａを有している。また、ステージ７は、その面内において互いに直交する２つの方向（図１中に示すＸ軸方向及びＹ軸方向）に移動操作される。これにより、被検体Ｓの観察位置を任意に変更することが可能となっている。さらに、ステージ７は、高さ方向（図１中に示すＺ軸方向）に移動操作される構成であってもよい。

なお、以下の説明では、光源２から出射された照明光Ｌの光軸（光束の中心軸）をＺ軸方向とし、このＺ軸と直交する面内において互いに直交する２つの方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として説明するものとする。なお、図１では、光源２から出射された照明光Ｌを破線で模式的に示している。

光源２は、例えば白色光などの可視光又はその近傍の波長域の光を照明光Ｌとして照射する。光源２には、反射鏡等を利用して自然光や白色蛍光灯、白色電球などの外部光源からの光を照明光Ｌとして用いることができる。また、光源２には、ハロゲンランプやタングステンランプなどの内部光源からの光を照明光Ｌとして用いることができる。

また、光源２には、発光ダイオード（ＬＥＤ）等を用いてもよい。この場合、光源２は、例えば赤、青、緑の各波長の光を発するＬＥＤの組み合わせにより構成することができる。また、これら波長の異なるＬＥＤの点灯及び消灯を制御することによって、光源２が発する照明光の波長を可変に制御できるため、このようなＬＥＤを光源２に用いた場合は、後述する波長フィルタ９を省略することも可能である。

照明光学系３は、光源２側から順に、コリメートレンズ８と、波長フィルタ９と、空間光変調素子（第１の空間光変調素子）１０と、マイクロレンズアレイ１１と、コンデンサレンズ１２とが配置された構成を有している。

このうち、コリメートレンズ８は、光源２から出射された照明光Ｌを平行化するためのものであり、コンデンサレンズ１２は、照明光Ｌをステージ７上の被検体Ｓに集光させるためのものである。

一方、波長フィルタ９は、照明光Ｌの波長を特定の範囲内に制限するものである。この波長フィルタ９には、例えば特定範囲の波長の光のみを透過するバンドパスフィルタが用いられる。また、波長フィルタ９は、着脱可能とされており、それぞれ異なる波長の光を透過する複数のバンドパスフィルタを予め用意しておき、その入れ替えを行うことによって、波長フィルタ９を透過する照明光Ｌの波長を選択的に調整することが可能となっている。

なお、波長フィルタ９は、画像生成素子５において特定の波長の光を受光させることを目的としているため、その配置については特に限定されることはなく、上述したコリメートレンズ８と空間光変調素子１０との間に配置された構成に限らず、光源２と画像生成素子５との間の何れの光路中に配置することが可能である。

空間光変調素子１０は、結像光学系４の瞳位置に対して共役となる位置に配置されている。空間光変調素子１０は、被検体Ｓに照射される照明光Ｌの照明瞳形状（光角度分布）を可変に調整するもの（絞り）であり、この絞りの開口（照明光Ｌを通過させる領域）の形状や大きさ等を自由に変化させることが可能となっている。

結像光学系４は、対物レンズ１５から構成される。この対物レンズ１５は、被検体Ｓからの透過光Ｌｐを画像生成素子５の受光面上に結像させるものである。

画像生成素子５は、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの受光波長の異なる受光素子を複数有するものからなり、上述した結像光学系４により結像された透過光Ｌｐを受光し電気信号（画像信号）に変換して制御部６に出力する。

図２は空間光変調素子１０の概略構成を示す図である。
空間光変調素子１０は、図２に示すように、一対のガラス基板３０，３１間に液晶３２を挟持した液晶パネルから構成されており、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、全ての画素３５に亘って共通電極３４が設けられている。空間光変調素子１０は、上記画素電極３３および共通電極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からの照明光Ｌの光線を選択的に通過させることが可能となっている。なお、空間光変調素子１０は、一対のガラス基板３０，３１の両側外面に配置された一対の偏光板を含む。

ところで、明視野顕微鏡では、被検体に照射される照明光の照明瞳形状によって観察される画像が変化する。これは、最終的な光学像が照明瞳形状（光角度分布）およびサンプルの構造に依存するためである。すなわち、ある被検体にとって最適な照明パターンが一様照明であるとは限らない。例えば、被検体が高周波成分を多く有する構造である場合、輪帯型の照明瞳形状を有する照明光を用いることで高周波成分を格段に見え易くすることが可能となる。また、被検体が特定方向に強い構造である場合、この方向に沿った２つの開口を持つ照明瞳形状による照明光（２極照明）を用いることでこのような構造を格段に見え易くすることが可能となる。

このような課題に対し、本実施形態に係る顕微鏡装置１Ａでは、空間光変調素子１０の光射出面側にマイクロレンズアレイ１１を配置することで、被検体Ｓに照射される照明光Ｌの照明瞳形状を被検体Ｓの所定部分ごとに調整した観察画像を良好に得ることを可能としている。

ここで、独立して照明光Ｌの照明瞳形状（光の角度分布）を変形させることができる被検体部分の細かさ（以下、サンプル分割数と称す）は、マイクロレンズアレイ１１のレンズ１１ａのレンズ数（Ｎ）により規定される。図１に示したように、マイクロレンズアレイ１１は、複数のレンズ１１ａを含む。

図３は、空間光変調素子１０の光出射面側における平面構成を示す図であり、空間光変調素子１０とマイクロレンズアレイ１１との配置関係を示す平面図である。
各レンズ１１ａは、図３に示すように、空間光変調素子１０の光射出面を分割した複数の分割領域（所定領域）１０ａに対応するように配置されている。本実施形態において、空間光変調素子１０は、光射出面が例えば、例えば２５個に分割されており、分割領域１０ａにレンズ１１ａがそれぞれ配置されている。すなわち、本実施形態において、マイクロレンズアレイ１１は、空間光変調素子１０の光射出面に５行５列で２次元的に配列された２５個のレンズ１１ａを含む。本実施形態において、レンズ数はＮ＝２５となる。

Ｎ＝２５の場合、サンプル分割数も２５セクターということになる。すなわち、本実施形態において、被検体Ｓにおける２５カ所の部分（以下、セクターＳＣと称す）ごとに照明光Ｌの照明瞳形状を最適化することが可能である。ここで、セクターＳＣとは、画像生成素子５において照明光Ｌの照明瞳形状の調整が行われる分割領域を規定するものである。

変形することのできる瞳形状の自由度は、各セクターに内在する空間光変調素子１０のピクセル数（画素３５の数）で決まる。本実施形態において、空間光変調素子１０は、例えば、ピクセル数２０００×２０００の画素構造を有する。このとき、各分割領域１０ａは、ピクセル数４００×４００の画素構造を有する。各分割領域１０ａを透過した照明光Ｌは、レンズ１１ａを介して被検体Ｓの全域に重畳して照明される。

各分割領域１０ａは、各セクターＳＣに対応した瞳形状調整領域２０を複数（２５個）含む。瞳形状調整領域２０は、８０×８０ピクセルの画素構造を有している。各瞳形状調整領域２０は、それぞれセクターＳＣに１対１で対応している。そのため、瞳形状調整領域２０により照明瞳形状が調整された照明光Ｌは、被検体Ｓにおける対応するセクターＳＣにそれぞれ照射される。つまり、各セクターＳＣでの照明瞳形状の設計自由度は８０×８０ピクセルということになる。

本実施形態において、空間光変調素子１０は、照明光Ｌの照明瞳形状（光角度分布）を調整する絞りとして分割領域１０ａ（瞳形状調整領域２０）を機能させることができ、この絞り（瞳形状調整領域２０）の開口（照明光Ｌを通過させる領域）の形状や大きさ等を自由に変化させることが可能となっている。具体的に、空間光変調素子１０は、瞳形状調整領域２０において、各画素３５を選択的にＯＮ／ＯＦＦすることで通過させる照明光Ｌの形状を調整する。これにより、各セクターＳＣに照射される照明光Ｌの瞳形状を異ならせることができる。なお、上述した空間光変調素子１０における分割領域１０ａの数、瞳形状調整領域２０の数、画素３５の数、およびレンズ１１ａの数は一例であり、これらの数値に限定されることはなく、適宜変更可能である。

図１に示したように、分割領域１０ａ（瞳形状調整領域２０）を通過してレンズ１１ａに入射した照明光Ｌは、コンデンサレンズ１２を介してステージ７の載置面７ａに載置された被検体Ｓに入射される。マイクロレンズアレイ１１は、空間光変調素子１０の分割領域１０ａを通過した照明光Ｌの光束を重畳して被検体Ｓに入射させる。また、分割領域１０ａにおける各瞳形状調整領域２０を通過した照明光の光束は、被検体Ｓにおける対応するセクターＳＣに照射される。よって、瞳形状調整領域２０における絞りの開口形状を調整することでセクターＳＣごとに照射される照明光Ｌの瞳形状を調整することができる。

なお、空間光変調素子１０としては、例えばエレクトロクロミック素子（図示せず。）を用いてもよい。このエレクトロクロミック素子は、透明電極とエレクトロクロミック層とを組み合わせた積層構造からなり、エレクトロクロミック層に電圧が印加されると、その電圧が印加された領域のエレクトロクロミック層が可逆的に電解酸化又は還元反応して、その領域での照明光Ｌの透過又は不透過が可逆的に変化することを利用したものである。したがって、空間光変調素子１０として、このようなエレクトロクロミック素子を用いた場合も、被検体Ｓに照射される照明光Ｌの照明瞳形状を任意に変化させることが可能である。なお、エレクトロクロミック素子については、例えば特開平８−２２０５６８号公報に開示されているものなどを用いることができる。

また、空間光変調素子１０としては、例えば電気刺激の印加によって透過率等の特定の光学特性が変化する電気活性材料が封入され、ＴＦＴ等の電極が形成された複数の空間を有する光学素子（図示せず。）を用いてもよい。この光学素子は、密封封止されアレイ状に形成されたセルを有しており、各セルには電気活性材料が封入されている。そして、各セルには電極が形成されてセル毎に独立に電圧を印加することができ、各セルの印加電圧を制御することで、セルを光が透過する状態及び光を透過しない状態を可逆的に変化させることができる。

したがって、空間光変調素子１０として、このような光学素子を用いた場合も、被検体Ｓに照射される照明光Ｌの照明瞳形状を任意に変化させることが可能である。なお、このような光学素子については、例えば特表２０１０−５０７１１９号公報に開示されているものを用いることができる。

以上のような構造を有する顕微鏡システム１では、光源２から出射された照明光Ｌがコリメートレンズ８を通過することによって、平行な照明光Ｌに変換された後、この平行な照明光Ｌが波長フィルタ９を透過することによって、特定の波長の照明光Ｌが空間光変調素子１０に入射することになる。

そして、空間光変調素子１０の分割領域１０ａ（瞳形状調整領域２０）を通過した照明光Ｌがマイクロレンズアレイ１１の各レンズ１１ａを介してコンデンサレンズ１２を通過することで集光されてステージ７に載置された被検体Ｓに裏面側から照射される。

そして、被検体Ｓからの透過光Ｌｐを対物レンズ１５が画像生成素子５の受光面上に結像させることによって、画像生成素子５が受光した透過光Ｌｐを電気信号（画像信号）に変換して制御部６に出力する。これにより、制御部６が被検体Ｓの画像を生成し、その画像をモニター１６に表示することが可能となる。

図４は、顕微鏡装置１Ａの動作を説明するための図である。なお、図４では図を見易くするため、ステージ７に載置される被検体Ｓの図示を省略している。なお、本実施形態において、制御部６は、被検体Ｓのセクターごとに最適な照明光Ｌの照明瞳形状（光角度分布）を得ることが可能な瞳形状調整領域２０の絞りの開口形状を記憶している。

制御部６は、図４に示すように、分割領域１０ａにおいて、瞳形状調整領域２０の各画素３５（図３参照）をＯＮ／ＯＦＦ制御し、瞳形状調整領域２０ごとに照明光Ｌの光角度分布を調整する。なお、本実施形態では、全ての分割領域１０ａにおいて、同じセクターＳＣに対応する瞳形状調整領域２０における照明光Ｌの光角度分布を等しくしている。

図４では、分割領域１０ａ１（所定の瞳形状調整領域２０）を通過することで角度分布が調整された照明光Ｌを３つの光線Ｌ１で示し、分割領域１０ａ２（所定の瞳形状調整領域２０）を通過することで角度分布が調整された照明光Ｌを１つの光線Ｌ２で示し、分割領域１０ａ３（所定の瞳形状調整領域２０）を通過することで角度分布が調整された照明光Ｌを２つの光線Ｌ３で示している。

図４に示されるように、分割領域１０ａ１を通過した光線Ｌ１は、レンズ１１ａおよびコンデンサレンズ１２を介してステージ７（被検体Ｓ）の第１部分７ａ１、第２部分７ａ２および第３部分７ａ３に入射する。また、分割領域１０ａ２を通過した光線Ｌ２は、レンズ１１ａおよびコンデンサレンズ１２を介してステージ７（被検体Ｓ）の第２部分７ａ２に重畳して入射する。また、分割領域１０ａ３を通過した光線Ｌ３は、レンズ１１ａおよびコンデンサレンズ１２を介してステージ７（被検体Ｓ）の第１部分７ａ１および第２部分７ａ２に重畳して入射する。ステージ７における第１部分７ａ１、第２部分７ａ２および第３部分７ａ３は、画像生成素子５における第１セクターＳＣ１、第２セクターＳＣ２および第３セクターＳＣ３にそれぞれ対応する。

具体的に、顕微鏡装置１Ａは、被検体Ｓのうち第１部分７ａ１に対応する部分（第１セクターＳＣ１）において光線Ｌ１，Ｌ３による２極照明を照射し、被検体Ｓのうち第２部分７ａ２に対応する部分（第２セクターＳＣ２）において光線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３による一様照明を照射し、被検体Ｓのうち第３部分７ａ３に対応する部分（第３セクターＳＣ３）において光線Ｌ１による斜入射照明を照射することができる。

なお、図４においては、被検体Ｓの全セクターＳＣ（２５個）のうち、３つのセクターＳＣ（第１セクターＳＣ１、第２セクターＳＣ２、および第３セクターＳＣ３）のみを図示しているが、他のセクターＳＣについても同様に最適な角度分布の照明光Ｌが入射される。

このように、本実施形態によれば、被検体Ｓに照射される照明光Ｌの照明瞳形状（光角度分布）を瞳形状調整領域２０ごとに調整することができる。よって、被検体ＳのセクターＳＣごとに照明光Ｌの光角度分布を最適化することができる。これにより、被検体Ｓには、最適化された照明光Ｌが照射される。
したがって、画像生成素子５は、被検体Ｓについて高分解能且つ高コントラストな画像を生成することができる。

以上のように本実施形態に係る顕微鏡システム１（顕微鏡装置１Ａ）によれば、被検体Ｓを最適な状態で観察した画像を取得することができる。

また、第１実施形態においては、制御部６に記憶されたデータ（セクターＳＣごとにおける照明光Ｌの最適角度分布）に基づいて空間光変調素子１０の各分割領域１０ａの画素３５のＯＮ／ＯＦＦを制御することで照明光Ｌの照明瞳形状を最適化して被検体Ｓの観察画像を取得する場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ユーザーに選択された条件に基づいて、照明光Ｌを最適化することで被検体Ｓの観察画像を生成するようにしてもよい。

この場合、制御部６は第１ステップを実行する。
第１ステップにおいて、制御部６は、全てのセクターＳＣにおける照明光Ｌの照明瞳形状（光角度分布）が等しくなるように空間光変調素子１０の各分割領域１０ａにおける瞳形状調整領域２０を駆動させた状態で画像生成素子５により被検体Ｓの画像を生成する画像生成動作を、照明瞳形状を調整する度に繰り返し実行し、調整した照明瞳形状に対応した複数の被検体Ｓの画像を取得する。これにより、照明光Ｌの光角度分布条件（照明瞳形状）が異なる複数の被検体Ｓの画像が生成され、制御部６に記憶される。

続いて、制御部６は、第２ステップを実行する。
第２ステップにおいて、制御部６は、セクターＳＣごとに第１ステップにより取得した複数の被検体Ｓの画像の中からユーザーにより選択された画像を用いて、被検体Ｓの全体画像を生成する。

ユーザーによる画像の選択は、例えば、以下のようにして行われる。
制御部６は、第１ステップで生成した複数の画像をモニター１６に表示する。本実施形態では、例えば、第１ステップにおいて照明瞳形状を５パターンで調整したものとする。この場合において、制御部６は、モニター１６に５パターンの被検体Ｓの画像を表示する。モニター１６に表示された被検体Ｓの各画像（５パターンの画像）には、例えば、図５（ａ）に示すようにセクターＳＣ数（２５個）に対応した分割線Ｓ１が表示されている。

ユーザーは、モニター１６に表示された５パターンの被検体Ｓの画像の中から、例えば、あるセクターＳＣにおいて最も高画質（高解像度あるいは高コントラスト）な画像を上記５パターンの中から選択する。制御部６は、選択された画像に対応する照明瞳形状（照明光Ｌの角度分布形状）を記憶する。

続いて、ユーザーは、モニター１６に表示された５パターンの被検体Ｓの画像の中から、別のセクターＳＣにおいて最も高画質の画像を選択する。制御部６は、選択された画像に対応する照明瞳形状（照明光Ｌの角度分布形状）を記憶する。以下、同様に上記動作を繰り返し、全てのセクターＳＣ（本実施形態では２５個）についてモニター１６に表示された５パターンの被検体Ｓの画像の中から最も高画質の画像を選択し、選択された画像に対応する照明瞳形状（照明光Ｌの角度分布形状）を制御部６に記憶させる。以上により、第２ステップが完了する。

制御部６は各セクターＳＣにおける最適な照明瞳形状を得るように空間光変調素子１０を駆動し、被検体Ｓの全体画像を生成する。これにより、モニター１６には、図５（ｂ）に示すように、分割線Ｓ１で区画される各セクターＳＣが最適な画像によって構成された全体画像が表示されることとなる。なお、全体画像を表示する際、分割線Ｓ１をモニター１６に表示させないようにしても構わない。

このように本実施形態に係る顕微鏡システム１によれば、ユーザーの選択によって照明光ＬがセクターＳＣごとに最適化された被検体Ｓの全体画像を得ることができる。

上記説明では、全てのセクターＳＣに対してユーザーが画像選択を行う場合を例に挙げたが、一部のセクターＳＣ（例えば、四隅のセクターＳＣ）のみについて画像選択を行い、残りのセクターＳＣについては制御部６が補完するようにしても良い。これによれば、セクターＳＣの数が多い場合においても、被検体Ｓの全体画像を短時間で生成することができる。

なお、制御部６は、照明光ＬがセクターＳＣ毎に最適化された被検体Ｓの全体画像を自動的に生成することも可能である。この場合、制御部６は、上記第２ステップにおけるユーザーによる画像の選択を自動的に行う。例えば、制御部６は、第１ステップで取得した複数の画像について、セクターＳＣごとに空間周波数分布の広がりや方向性などを分析し、被検体Ｓの形状を推定しながら、この演算結果を照明光Ｌの照明瞳形状に反映させる。なお、このように被検体Ｓの画像から空間周波数分布を分析する方法については、例えば特開２０１２−２２０８０１号公報、特開２０１２−２２２６７２号公報、あるいは特開２０１２−２４２５３２号公報、に開示されているものを用いることができる。

このようにして、制御部６は、全てのセクターＳＣごとに照明光Ｌの最適な照明瞳形状（光角度分布）を求めることができる。制御部６は選択した画像データを用いて、被検体Ｓの全体画像を高分解能且つ高コントラストで生成し、モニター１６に表示する。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る顕微鏡システムについて説明する。図６は、第２実施形態に係る顕微鏡システム１０１の概略構成図である。
本実施形態に係る顕微鏡システム１０１は、図６に示すように、顕微鏡装置１０１Ａと、該顕微鏡装置１０１Ａに接続されることで各部の制御を行う制御部５５と、を備えている。顕微鏡装置１０１Ａは、観察対象である被検体Ｓに照明光Ｌを照射し、この被検体Ｓからの透過光Ｌｐの位相差を明暗差に変換することによって得られた被検体Ｓの拡大像を観察する位相差顕微鏡である。

具体的に、顕微鏡装置１０１Ａは、照明光Ｌを出射する光源５１と、光源５１からの照明光Ｌを被検体Ｓに照射する照明光学系５３と、被検体Ｓからの透過光Ｌｐを結像する結像光学系５４と、結像光学系５４により結像された透過光Ｌｐを受光し電気信号に変換して被検体Ｓの画像を生成する画像生成素子５とを備えている。

制御部５５は、コンピュータ（ＣＰＵ）等からなり、その内部に記録された制御プログラムに従って、顕微鏡装置１０１Ａの各部を駆動するための制御等を行う。また、制御部５５は、各部の制御を実行するための演算等を行う。また、制御部５５には、例えば液晶表示パネルなどのモニター１６が接続されている。

また、照明光学系５３と結像光学系５４との間には、ステージ１７が配置されている。
ステージ１７は、その面内において互いに直交する２つの方向（図６中に示すＸ軸方向及びＹ軸方向）に移動操作される。これにより、被検体Ｓの観察位置を任意に変更することが可能となっている。また、ステージ１７は、高さ方向（図６中に示すＺ軸方向）に移動操作される構成であってもよい。

なお、以下の説明では、光源５１から出射された照明光Ｌの光軸（光束の中心軸）をＺ軸方向とし、このＺ軸と直交する面内において互いに直交する２つの方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として説明するものとする。なお、図６では、光源５１から出射された照明光Ｌを破線で模式的に示している。

本実施形態において、光源５１は、例えば赤、青、緑の各波長の光を発するＬＥＤの組み合わせにより構成されている。これら波長の異なるＬＥＤの点灯及び消灯を制御することによって、光源５１が発する照明光の波長が可変に制御される。そのため、本実施形態においては、図１に示したような波長フィルタ９を省略することが可能である。

照明光学系５３は、光源５１側から順に、コリメートレンズ８と、空間光変調素子１０と、マイクロレンズアレイ１１と、コンデンサレンズ１２とが配置された構成を有している。

本実施形態において、空間光変調素子１０は、光射出面が例えば、例えば４９個に分割されており、分割領域１０ａにレンズ１１ａがそれぞれ配置されている。すなわち、本実施形態において、マイクロレンズアレイ１１は、空間光変調素子１０の光射出面に７行７列で２次元的に配列された４９個のレンズ１１ａを含む。本実施形態において、レンズ数はＮ＝４９となる。この場合、サンプル分割数が４９セクターとなる。すなわち、図６においては、空間光変調素子１０の光射出面に対し、Ｘ方向に沿ってレンズ１１ａが７個配置されており、図示を省略するものの、Ｙ方向に沿ってもレンズ１１ａが７個配置されている。

すなわち、本実施形態においては、被検体Ｓにおける４９カ所の部分（セクターＳＣ）ごとに照明光Ｌの照明瞳形状を最適化することが可能である。

本実施形態において、空間光変調素子１０は、例えば、ピクセル数２４５０×２４５０の画素構造を有する。このとき、各分割領域１０ａは、ピクセル数３５０×３５０の画素構造を有する。各分割領域１０ａを透過した照明光Ｌは、被検体Ｓの全域に重畳して照明される。

各分割領域１０ａは、各セクターＳＣに対応した瞳形状調整領域２０を複数（４９個）含む。本実施形態において、瞳形状調整領域２０は、５０×５０ピクセルの画素構造を有している。そのため、各セクターＳＣでの照明瞳形状の設計自由度は５０×５０ピクセルということになる。

本実施形態において、結像光学系５４は、上記ステージ１７側から順に、第１対物レンズ６０ａと、前段側空間光変調素子（第２の空間光変調素子）６１と、後段側空間光変調素子（第３の空間光変調素子）６２と、第２対物レンズ６０ｂとが配置された構成を有している。

第１対物レンズ６０ａは、被検体Ｓからの透過光Ｌｐを前段側空間光変調素子６１の表面上に結像させるものであり、第２対物レンズ６０ｂは、後段側空間光変調素子６２からの透過光を画像生成素子５の受光面上に結像させるものである。

前段側空間光変調素子６１は、結像光学系５４の瞳位置又はその近傍に配置されている。また、空間光変調素子１０と前段側空間光変調素子６１とは、互いに共役な位置に配置されている。

前段側空間光変調素子６１および後段側空間光変調素子６２は、空間光変調素子１０と同様、液晶パネルから構成されている。すなわち、図２に示したように、前段側空間光変調素子６１および後段側空間光変調素子６２は、一対のガラス基板間に液晶を挟持した液晶パネルから構成されている。

前段側空間光変調素子６１は、被検体Ｓからの透過光Ｌｐの透過率の空間分布を可変に調整するものである。すなわち、前段側空間光変調素子６１は、各画素を選択的にＯＮ／ＯＦＦすることで透過光Ｌｐの振幅（輝度）を調整可能である。本実施形態において、前段側空間光変調素子６１は、被検体Ｓからの透過光Ｌｐのうち、被検体Ｓを通過した直接光（０次光）の振幅を小さくする（減光する）。

前段側空間光変調素子６１は、被検体Ｓからの透過光Ｌｐのうち、直接光Ｌｐ１を減光させた状態で透過させる振幅変調領域６１ａと、この振幅変調領域６１ａの周囲に被検体Ｓで回折した回折光Ｌｐ２をそのままの減光させることなく透過させる回折光透過領域６１ｂとを含む。前段側空間光変調素子６１は、各画素における印可電圧を調整することで、回折光透過領域６１ｂに対して振幅変調領域６１ａの形状や大きさ等を自由に変化させることが可能である。すなわち、前段側空間光変調素子６１は、振幅変調領域６１ａに対応する画素のみを選択的に駆動して光の透過率を小さくする。これにより、透過光Ｌｐのうち光強度が強い直接光（０次光）の光強度を弱める調整を行うことができる。

後段側空間光変調素子６２は、被検体Ｓからの透過光Ｌｐに付加する位相の空間分布を可変に調整するものであり、透過光Ｌｐに付加する位相を０°又は±９０°に調整する。後段側空間光変調素子６２は、被検体Ｓからの透過光Ｌｐのうち、被検体Ｓを通過した直接光（０次光）Ｌｐ１を４分の１波長（±９０°）だけ位相がずれた状態で透過させる位相変調領域６２ａと、この位相変調領域６２ａの周囲に被検体Ｓで回折した回折光Ｌｐ２をそのままの位相（０°）で透過させる回折光透過領域６２ｂとを含む。後段側空間光変調素子６２は、各画素における印可電圧を調整することで、回折光透過領域６２ｂに対して位相変調領域６２ａの形状や大きさ等を自由に変化させることが可能である。すなわち、後段側空間光変調素子６２は、位相変調領域６２ａに対応する画素のみを選択的に駆動して光の位相をずらす。これにより、透過光Ｌｐのうち直接光の位相を回折光に対してずらすことができる。

ところで、本実施形態のような位相差顕微鏡においても、被検体に照射される照明光の照明瞳形状によって観察される画像が変化する。本実施形態に係る顕微鏡装置１０１Ａでは、空間光変調素子１０の光射出面側にマイクロレンズアレイ１１を配置することで、被検体Ｓに照射される照明光Ｌの照明瞳形状を被検体Ｓの所定部分ごとに調整した観察画像を良好に得ることを可能としている。

以下、本実施形態に係る顕微鏡装置１０１Ａの動作について説明する。なお、本実施形態において、制御部５５は、被検体Ｓの観察部分（セクター）ごとの最適な照明光Ｌの照明瞳形状を得ることが可能な瞳形状調整領域２０の絞りの開口形状と、空間光変調素子１０により最適化された照明光Ｌの被検体Ｓからの透過光Ｌｐに対する振幅変調領域６１ａおよび位相変調領域６２ａの最適形状（直接光が入射する領域の形状）と、を記憶しているものとする。

制御部５５は、被検体Ｓのセクター毎に照明光Ｌの照明瞳形状を最適化すべく、空間光変調素子１０の分割領域１０ａにおいて各画素３５をＯＮ／ＯＦＦ制御することで通過させる照明光Ｌの照明瞳形状を調整する。図６では、分割領域１０ａ１（瞳形状調整領域２０）を通過することで角度分布が調整された照明光Ｌを３つの光線Ｌ１１で示し、分割領域１０ａ３（瞳形状調整領域２０）を通過することで角度分布が調整された照明光Ｌを３つの光線Ｌ１３で示している。

分割領域１０ａ１を通過した光線Ｌ１は、レンズ１１ａおよびコンデンサレンズ１２を介して載置面１７ａ（被検体Ｓ）の第１部分１７ａ１、第２部分１７ａ２および第３部分１７ａ３に入射する。また、分割領域１０ａ３を通過した光線Ｌ３は、レンズ１１ａおよびコンデンサレンズ１２を介して載置面７ａ（被検体Ｓ）の第１部分１７ａ１、第２部分１７ａ２および第３部分１７ａ３に重畳して入射する。ステージ１７における第１部分１７ａ１、第２部分１７ａ２および第３部分１７ａ３は、画像生成素子５における第１セクターＳＣ１、第２セクターＳＣ２および第３セクターＳＣ３にそれぞれ対応する。

本実施形態において、顕微鏡装置１０１Ａは、被検体Ｓのうち第１部分１７ａ１に対応する部分（第１セクターＳＣ１）に光線Ｌ１１，Ｌ１３による２極照明を照射し、被検体Ｓのうち第２部分１７ａ２に対応する部分（第２セクターＳＣ２）に光線Ｌ１１，Ｌ１３による２極照明を照射し、被検体Ｓのうち第３部分１７ａ３に対応する部分（第３セクターＳＣ３）に光線Ｌ１１，Ｌ１３による２極照明を照射することができる。

なお、図６においては、被検体Ｓの全セクターＳＣ（４９個）のうち、３つのセクターＳＣ（第１セクターＳＣ１、第２セクターＳＣ２、および第３セクターＳＣ３）のみを図示しているが、他のセクターＳＣについても同様に最適な角度分布の照明光Ｌを入射させることができる。

本実施形態によれば、被検体Ｓに照射される照明光Ｌの照明瞳形状（光角度分布）を瞳形状調整領域２０ごとに調整することができるため、被検体ＳのセクターＳＣごとに光角度分布が最適化された照明光Ｌを照射することができる。

被検体Ｓに照射された照明光Ｌは被検体Ｓを透過して透過光Ｌｐとなる。被検体Ｓからの透過光Ｌｐは第１対物レンズ６０ａを通過した後、前段側空間光変調素子６１に入射する。制御部５５は、予め記憶された情報（最適な振幅変調領域の形状に関する情報）に基づいて、透過光Ｌｐのうち直接光Ｌｐ１が入射する振幅変調領域に対応する画素を選択的に駆動させるように前段側空間光変調素子６１を制御する。これにより、被検体Ｓからの透過光Ｌｐのうち、直接光Ｌｐ１が減光された状態で後段側空間光変調素子６２の位相変調領域に入射する。

続いて、制御部５５は、予め記憶された情報（最適な位相変調領域の形状に関する情報）に基づいて、透過光Ｌｐのうち直接光Ｌｐ１が入射する位相変調領域に対応する画素を選択的に駆動させるように後段側空間光変調素子６２を制御する。これにより、減光された直接光Ｌｐ１は４分の１波長だけ位相がずれた状態で第２対物レンズ６０ｂにより画像生成素子５の受光面上に結像される。

一方、被検体Ｓからの透過光Ｌｐのうち、回折光Ｌｐ２は減光されない状態で前段側空間光変調素子６１を通過し、後段側空間光変調素子６２の回折光透過領域に入射する。回折光Ｌｐ２はそのままの位相（０°）状態で第２対物レンズ６０ｂにより画像生成素子５の受光面上に結像される。

本実施形態において、画像生成素子５は、受光面上で直接光Ｌｐ１および回折光Ｌｐ２が干渉する。画像生成素子５は、位相の変化を光の明暗として観察する。画像生成素子５は受光した干渉光を電気信号（画像信号）に変換して制御部５５に出力する。これにより、制御部５５が被検体Ｓの画像を生成し、その画像をモニター１６に表示することができる。

本実施形態によれば、被検体ＳのセクターＳＣごとに最適な角度分布の照明光Ｌを照射できるので、明るい光を生成することができる。よって、画像生成素子５の受光面上に干渉光を良好に生じさせることができ、画像生成素子５が被検体Ｓの高分解能且つ高コントラストな画像を生成することができる。
以上のように本実施形態に係る顕微鏡システム１０１（顕微鏡装置１０１Ａ）によれば、被検体Ｓを最適な状態で観察することができる。

また、第２実施形態においては、制御部５５に記憶されたデータ（セクターＳＣごとにおける照明光Ｌの最適角度分布、振幅変調領域および位相変調領域の最適形状）に基づいて空間光変調素子１０、前段側空間光変調素子６１および後段側空間光変調素子６２を制御することで被検体Ｓの観察画像を取得する場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ユーザーに選択された条件に基づいて、最適化された被検体Ｓの観察画像を生成するようにしてもよい。

この場合、制御部５５は第１ステップを実行する。なお、第１ステップを実行する際、制御部５５は、前段側空間光変調素子６１および後段側空間光変調素子６２を所定の初期条件で駆動させる。

第１ステップにおいて、制御部５５は、全てのセクターＳＣにおける照明光Ｌの照明瞳形状（光角度分布）が等しくなるように空間光変調素子１０の各分割領域１０ａにおける瞳形状調整領域２０を駆動させた状態で画像生成素子５により被検体Ｓの画像を生成する画像生成動作を、照明瞳形状を調整する度に繰り返し実行し、調整した照明瞳形状に対応した複数の被検体Ｓの画像を取得する。これにより、照明光Ｌの光角度分布条件（照明瞳形状）が異なる複数の被検体Ｓの画像が生成され、制御部５５に記憶される。

続いて、制御部５５は、第２ステップを実行する。
第２ステップにおいて、制御部５５は、セクターＳＣごと（本実施形態では、４９個のセクターＳＣ）に第１ステップにより取得した複数の被検体Ｓの画像の中からユーザーにより選択された画像を用いて、被検体Ｓの全体画像を生成する。

制御部５５は、第１ステップで生成した複数の画像をモニター１６に表示する。本実施形態では、例えば、第１ステップにおいて照明瞳形状を５パターンで調整したものとする。この場合において、制御部５５はモニター１６に５パターンの被検体Ｓの画像を表示する。モニター１６に表示された被検体Ｓの画像にはセクターＳＣに対応した分割線が表示されている（図５参照）。

ユーザーは、モニター１６に表示された５パターンの被検体Ｓの画像の中から、例えば、あるセクターＳＣにおいて最も高画質（高解像度あるいは高コントラスト）な画像を上記５パターンの中から選択する。制御部５５は、選択された画像に対応する照明瞳形状（照明光Ｌの角度分布形状）を記憶する。

続いて、ユーザーは、モニター１６に表示された５パターンの被検体Ｓの画像の中から、別のセクターＳＣにおいて最も高画質の画像を選択する。制御部５５は、選択された画像に対応する照明瞳形状（照明光Ｌの角度分布形状）を記憶する。以下、同様に上記動作を繰り返し、全てのセクターＳＣ（本実施形態では４９個）についてモニター１６に表示された５パターンの被検体Ｓの画像の中から最も高画質の画像を選択し、選択された画像に対応する照明瞳形状（照明光Ｌの角度分布形状）を制御部５５に記憶させる（図５参照）。

続いて、制御部５５は、上記第２ステップでユーザーにより選択された照明瞳形状が各セクターＳＣにおいて得られるように空間光変調素子１０を制御した状態とし、前段側空間光変調素子６１および後段側空間光変調素子６２を複数の異なる条件で駆動させる度に画像生成素子５により被検体Ｓの画像を生成する画像生成動作を実行し、画像生成動作ごとに複数の被検体Ｓの画像を取得する。これにより、前段側空間光変調素子６１および後段側空間光変調素子６２の駆動条件が異なる複数の被検体Ｓの画像が生成され、制御部５５に記憶される。

制御部５５は、前段側空間光変調素子６１および後段側空間光変調素子６２における駆動条件が異なる複数の画像をモニター１６に表示する。本実施形態は、前段側空間光変調素子６１および後段側空間光変調素子６２の駆動条件を例えば５パターンに設定した。この場合において、制御部５５はモニター１６に５パターンの被検体Ｓの画像を表示する。

ユーザーは、モニター１６に表示された５パターンの被検体Ｓの画像の中から、例えば最も高画質（高解像度あるいは高コントラスト）な画像を選択する。これにより、制御部５５はユーザーに選択された画像から被検体Ｓの全体画像を生成し、モニター１６に表示させる。この構成によれば、ユーザーの選択によって照明光ＬがセクターＳＣごとに最適化された被検体Ｓの全体画像を得ることができる。

なお、制御部５５は、上記ステップ（被検体Ｓの全体画像の生成ステップ）を自動的に行うことも可能である。この場合、制御部５５は、上記第２ステップにおけるユーザーによる画像の選択を自動的に行う。

例えば、制御部５５は、第１ステップで取得した複数の画像について、セクターＳＣごとに空間周波数分布の広がりや方向性などを分析し、被検体Ｓの形状を推定しながら、この演算結果を照明光Ｌの照明瞳形状に反映させる。なお、このように被検体Ｓの画像から空間周波数分布を分析する方法については、例えば特開２０１２−２２０８０１号公報、特開２０１２−２２２６７２号公報、あるいは特開２０１２−２４２５３２号公報、に開示されているものを用いることができる。

このようにして、制御部５５は、全てのセクターＳＣごとに照明光Ｌの最適な照明瞳形状を求めることができる。
続いて、制御部５５は、上記第１ステップで自動的に選択した照明瞳形状が各セクターＳＣにおいて得られるように空間光変調素子１０を制御した状態とし、前段側空間光変調素子６１および後段側空間光変調素子６２を複数の異なる条件で駆動させる度に画像生成素子５により被検体Ｓの画像を生成する画像生成動作を実行し、画像生成動作ごとに複数の被検体Ｓの画像を取得する。これにより、前段側空間光変調素子６１および後段側空間光変調素子６２の駆動条件が異なる複数の被検体Ｓの画像が生成され、制御部５５に記憶される。

続いて、制御部５５は、前段側空間光変調素子６１および後段側空間光変調素子６２における駆動条件が異なる複数の画像の選択を上記分析方法により自動的に行う。
このようにして、制御部５５は、全てのセクターＳＣごとに最適な照明瞳形状（光角度分布）を得る空間光変調素子１０の駆動条件、前段側空間光変調素子６１および後段側空間光変調素子６２の最適な駆動条件を自動的に判別することができる。以上のようにして、制御部５５は被検体Ｓの高分解能且つ高コントラストな全体画像を自動的に生成し、モニター１６に表示させることができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る顕微鏡システムについて説明する。図７は、第３実施形態に係る顕微鏡システム２０１の概略構成図である。
本実施形態に係る顕微鏡システム２０１は、図７に示すように、顕微鏡装置２０１Ａと、該顕微鏡装置２０１Ａに接続されることで各部の制御を行う制御部７５と、を備えている。顕微鏡装置２０１Ａは、観察対象である被検体Ｓに照明光Ｌを照射し、この被検体Ｓからの透過光によって得られた被検体Ｓの拡大像を明視野および暗視野を併用した状態で観察可能な顕微鏡である。

具体的に、顕微鏡装置２０１Ａは、照明光Ｌを出射する光源７１と、光源７１からの照明光Ｌを被検体Ｓに照射する照明光学系７２と、被検体Ｓからの透過光Ｌｐを結像する結像光学系７３と、結像光学系７３により結像された透過光Ｌｐを受光し電気信号に変換して被検体Ｓの画像を生成する画像生成素子５とを備えている。

制御部７５は、コンピュータ（ＣＰＵ）等からなり、その内部に記録された制御プログラムに従って、顕微鏡装置１０１Ａの各部を駆動するための制御等を行う。また、制御部７５は、各部の制御を実行するための演算等を行う。また、制御部７５には、例えば液晶表示パネルなどのモニター１６が接続されている。

また、照明光学系７２と結像光学系７３との間には、ステージ２７が配置されている。
ステージ２７は、その面内において互いに直交する２つの方向（図７中に示すＸ軸方向及びＹ軸方向）に移動操作される。これにより、被検体Ｓの観察位置を任意に変更することが可能となっている。また、ステージ２７は、高さ方向（図７中に示すＺ軸方向）に移動操作される構成であってもよい。

なお、以下の説明では、光源７１から出射された照明光Ｌの光軸（光束の中心軸）をＺ軸方向とし、このＺ軸と直交する面内において互いに直交する２つの方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として説明するものとする。なお、図７では、光源７１から出射された照明光Ｌを破線で模式的に示している。

光源７１は、第２実施形態同様、例えば赤、青、緑の各波長の光を発するＬＥＤの組み合わせにより構成されている。そのため、本実施形態においても、図１に示したような波長フィルタ９を省略することが可能である。

照明光学系７２は、光源７１側から順に、コリメートレンズ８と、空間光変調素子１０と、マイクロレンズアレイ１１と、コンデンサレンズ１２とが配置された構成を有している。

本実施形態において、空間光変調素子１０は、第２実施形態と同様、光射出面が例えば４９個に分割されており、分割領域１０ａにレンズ１１ａがそれぞれ配置されている。そのため、本実施形態において、サンプル分割数は４９セクターとなっている。

各分割領域１０ａは、各セクターＳＣに対応した瞳形状調整領域２０を複数（４９個）含む。本実施形態において、瞳形状調整領域２０は、５０×５０ピクセルの画素構造を有している。すなわち、各セクターＳＣでの照明瞳形状の設計自由度は５０×５０ピクセルである。

本実施形態において、結像光学系７３は、上記ステージ７側から順に、第１対物レンズ７０ａと、第２の空間光変調素子７６と、第２対物レンズ７０ｂとが配置された構成を有している。

第１対物レンズ７０ａは、被検体Ｓからの透過光Ｌｐを第２の空間光変調素子７６の表面上に結像させるものであり、第２対物レンズ７０ｂは、第２の空間光変調素子７６からの透過光Ｌｐを画像生成素子５の受光面上に結像させるものである。

第２の空間光変調素子７６は、結像光学系７３の瞳位置又はその近傍に配置されている。また、空間光変調素子１０と第２の空間光変調素子７６とは、互いに共役な位置に配置されている。

第２の空間光変調素子７６は、空間光変調素子１０と同様、液晶パネルから構成されている。すなわち、図２に示したように、第２の空間光変調素子７６は、一対のガラス基板間に液晶を挟持した液晶パネルから構成されている。

第２の空間光変調素子７６は、被検体Ｓからの透過光Ｌｐの透過率の空間分布を可変に調整するもの（絞り）であり、この絞りの開口（透過光Ｌｐを通過させる領域）の形状や大きさ等を自由に変化させることが可能である。

本実施形態において、第２の空間光変調素子７６は、結像光学系７３の開口数（ＮＡ）を規定する。すなわち、第２の空間光変調素子７６は、被検体Ｓからの透過光Ｌｐの所定の角度成分を選択的に通過させることで画像生成素子５の受光面上での視野状態を調整する。ここで、受光面上での視野状態とは、明視野領域および暗視野領域のいずれか一方に切り替わった状態、あるいは、明視野領域および暗視野領域が混在した状態を意味する。

以下、本実施形態に係る顕微鏡装置２０１Ａの動作について説明する。なお、本実施形態において、制御部７５は、被検体Ｓの観察部分（セクターＳＣ）ごとの最適な照明光Ｌの照明瞳形状を得ることが可能な瞳形状調整領域２０の絞りの開口形状を記憶しているものとする。また、制御部７５は、空間光変調素子１０により最適化された照明光Ｌの被検体Ｓにおける透過光Ｌｐを観察する場合において、画像生成素子５の受光面上における最適な視野状況に関する情報を記憶しているものとする。

制御部７５は、被検体ＳのセクターＳＣ毎に照明光Ｌの照明瞳形状を最適化すべく、空間光変調素子１０の分割領域１０ａにおいて各画素３５をＯＮ／ＯＦＦ制御することで通過させる照明光Ｌの照明瞳形状を調整する。図７では、分割領域１０ａ１（瞳形状調整領域２０）を通過することで角度分布が調整された照明光Ｌを２つの光線Ｌ２１で示し、分割領域１０ａ２（瞳形状調整領域２０）および分割領域１０ａ３（瞳形状調整領域２０）を通過することで角度分布が調整された照明光Ｌをそれぞれ１つの光線Ｌ２２、Ｌ２３でそれぞれ示し、分割領域１０ａ４（瞳形状調整領域２０）を通過することで角度分布が調整された照明光Ｌを２つの光線Ｌ２４で示している。

分割領域１０ａ１を通過した光線Ｌ２１は、レンズ１１ａおよびコンデンサレンズ１２を介して載置面２７ａ（被検体Ｓ）の一部（第２部分２７ａ２および第３部分２７ａ３）に入射される。また、分割領域１０ａ２を通過した光線Ｌ２２は、レンズ１１ａおよびコンデンサレンズ１２を介して載置面２７ａ（被検体Ｓ）の一部（第１部分２７ａ１）に入射する。また、分割領域１０ａ３を通過した光線Ｌ２３は、レンズ１１ａおよびコンデンサレンズ１２を介して載置面２７ａ（被検体Ｓ）の一部（第１部分２７ａ１）に入射する。また、分割領域１０ａ４を通過した光線Ｌ２４は、レンズ１１ａおよびコンデンサレンズ１２を介して載置面２７ａ（被検体Ｓ）の一部（第２部分２７ａ２および第３部分２７ａ３）に入射する。ステージ２７における第１部分２７ａ１、第２部分２７ａ２、第３部分２７ａ３および第４部分２７ａ４は、画像生成素子５における第１セクターＳＣ１、第２セクターＳＣ２、第３セクターＳＣ３および第４セクターＳＣ４にそれぞれ対応する。

本実施形態において、顕微鏡装置２０１Ａは、被検体Ｓのうち第１部分２７ａ１に対応する部分（第１セクターＳＣ１）に光線Ｌ２２，Ｌ２３による２極照明を照射し、被検体Ｓのうち第２部分２７ａ２に対応する部分（第２セクターＳＣ２）に光線Ｌ２１，Ｌ２４による２極照明を照射し、被検体Ｓのうち第３部分２７ａ３に対応する部分（第３セクターＳＣ３）に光線Ｌ２１，Ｌ２４による２極照明を照射することができる。

なお、図７においては、被検体Ｓの全セクターＳＣ（４９個）のうち、３つのセクターＳＣ（第１セクターＳＣ１、第２セクターＳＣ２、および第３セクターＳＣ３）のみを図示しているが、他のセクターＳＣについても同様に最適な角度分布の照明光Ｌを入射させることができる。

本実施形態においても、被検体Ｓに照射される照明光Ｌの照明瞳形状（光角度分布）を瞳形状調整領域２０ごとに調整することができるため、被検体ＳのセクターＳＣごとに光角度分布が最適化された照明光Ｌを照射することができる。

被検体Ｓに照射された照明光Ｌ（光線Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４）は被検体Ｓを透過することで透過光Ｌｐとなる。
本実施形態において、第１部分２７ａ１に入射した光線Ｌ２２，Ｌ２３は、第１対物レンズ７０ａを透過して第２の空間光変調素子７６に入射する。第２部分２７ａ２に入射した光線Ｌ２１，Ｌ２４は、第１対物レンズ７０ａを透過して第２の空間光変調素子７６に入射する。第３部分２７ａ３に入射した光線Ｌ２１，Ｌ２４は、第１対物レンズ７０ａを透過して第２の空間光変調素子７６に入射する。

制御部７５は、記憶された情報（最適な位相変調領域の形状に関する情報）に基づいて、後述のように所定の画素を選択的に駆動するように第２の空間光変調素子７６を制御する。

第３部分２７ａ３に入射した光線Ｌ２１，Ｌ２４のうち直接光Ｌ２１ａ´，Ｌ２４ａ´は、第２の空間光変調素子７６に形成された絞りの開口７６ａの外側の領域によって遮光される。一方、第３部分２７ａ３に入射した光線Ｌ２１，Ｌ２４のうち回折光Ｌ２１ｂ´，Ｌ２４ｂ´は、第２の空間光変調素子７６に形成された絞りの開口７６ａを通過し、第２対物レンズ７０ｂにより画像生成素子５の受光面上の第１領域５ａに入射する。画像生成素子５において、第１領域５ａは、被検体Ｓの第１セクターＳＣ１に対応する領域であり、回折光Ｌ２１ｂ´，Ｌ２４ｂ´が入射する。そのため、画像生成素子５は、被検体Ｓの第３セクターＳＣ３に対応した第３領域５ｃが暗視野となる。

第２部分７ａ２に入射した光線Ｌ２１，Ｌ２４のうち直接光Ｌ２１ａ，Ｌ２４ａは、第２の空間光変調素子７６に形成された絞りの開口７６ａの外側の領域によって遮光される。一方、光線Ｌ２１，Ｌ２４のうち回折光Ｌ２１ｂ，Ｌ２４ｂは、第２の空間光変調素子７６に形成された絞りの開口７６ａを通過し、第２対物レンズ７０ｂにより画像生成素子５の受光面上の第２領域５ｂに入射する。画像生成素子５において、第２領域５ｂは、被検体Ｓの第２セクターＳＣ２に対応する領域であり、回折光Ｌ２１ｂ，Ｌ２４ｂが入射する。そのため、画像生成素子５は、被検体Ｓの第２セクターＳＣ２に対応した第２領域５ｂが暗視野となる。

第１部分７ａ１に入射した光線Ｌ２２，Ｌ２３のうち直接光Ｌ２２ａ，Ｌ２３ａは、第２の空間光変調素子７６に形成された絞りの開口７６ａを通過し、第２対物レンズ７０ｂにより画像生成素子５の受光面上の第３領域５ｃに入射する。画像生成素子５において、第３領域５ｃは、被検体Ｓの第３セクターＳＣ３に対応する領域であり、直接光Ｌ２２ａ，Ｌ２３ａが入射する。そのため、画像生成素子５は、被検体Ｓの第１セクターＳＣ１に対応した第１領域５ａが明視野となる。

本実施形態によれば、画像生成素子５の受光面上において暗視野領域（第２領域５ｂおよび第３領域５ｃ）と明視野領域（第１領域５ａ）とを混在させた状態とすることが可能である。制御部７５は、視野状況が最適化された被検体Ｓの全体画像を生成し、モニター１６に表示させる。したがって、ユーザーは、被検体Ｓの場所毎に最適な明るさの視野で観察を行うことができる。

また、本実施形態においては、制御部７５に記憶されたデータ（セクターＳＣごとにおける照明光Ｌの最適角度分布、画像生成素子５の受光面上における視野状況に関する情報）に基づいて空間光変調素子１０および第２の空間光変調素子７６を制御することで被検体Ｓの観察画像を取得する場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ユーザーに選択された条件に基づいて、最適化された被検体Ｓの観察画像を生成するようにしてもよい。

この場合、制御部７５は第１ステップを実行する。なお、第１ステップを実行する際、制御部７５は、第２の空間光変調素子７６を所定の初期条件で駆動させる。

第１ステップにおいて、制御部７５は、全てのセクターＳＣにおける照明光Ｌの照明瞳形状（光角度分布）が等しくなるように空間光変調素子１０の各分割領域１０ａにおける瞳形状調整領域２０を駆動させた状態で画像生成素子５により被検体Ｓの画像を生成する画像生成動作を、照明瞳形状を調整する度に繰り返し実行し、調整した照明瞳形状に対応した複数の被検体Ｓの画像を取得する。これにより、照明光Ｌの光角度分布条件（照明瞳形状）が異なる複数の被検体Ｓの画像が生成され、制御部７５に記憶される（図５参照）。

続いて、制御部７５は、第２ステップを実行する。
第２ステップにおいて、制御部７５は、第２実施形態と同様に、セクターＳＣごとに第１ステップにより取得した複数の被検体Ｓの画像の中からユーザーにより選択された画像を得るように空間光変調素子１０を駆動し、被検体Ｓの全体画像を生成する。

ユーザーは、全てのセクターＳＣにおいてモニター１６に表示された複数の被検体Ｓの画像の中から最も高画質の画像を選択し、選択された画像に対応する光強度分布（照明光Ｌの形状）を制御部７５に記憶させる。

続いて、制御部７５は、上記第２ステップでユーザーにより選択された照明瞳形状が各セクターＳＣにおいて得られるように空間光変調素子１０を制御した状態とし、第２の空間光変調素子７６を複数の異なる条件で駆動させる度に画像生成素子５により被検体Ｓの画像を生成する画像生成動作を実行し、画像生成動作ごとに複数の被検体Ｓの画像を取得する。これにより、第２の空間光変調素子７６の駆動条件が異なる複数の被検体Ｓの画像が生成され、制御部７５に記憶される。

制御部７５は、第２の空間光変調素子７６における駆動条件が異なる複数の画像をモニター１６に表示する。本実施形態は、第２の空間光変調素子７６の駆動条件として、例えば、絞りの開口７６ａの大きさ又は形状を異ならせた５パターンを用意する。これにより、モニター１６には、異なる視野状況に対応した５パターンの被検体Ｓの画像が表示される。

ユーザーは、モニター１６に表示された５パターンの被検体Ｓの画像の中から、例えば最も高画質（高解像度あるいは高コントラスト）な画像を選択する。これにより、制御部７５はユーザーに選択された画像から被検体Ｓの全体画像を生成し、モニター１６に表示させる。この構成によれば、ユーザーの選択によって照明光ＬがセクターＳＣごとに最適化され、且つ視野状況が被検体ＳのセクターＳＣ毎に最適化された全体画像を得ることができる。

なお、制御部７５は、上記ステップ（視野状況が最適化された被検体Ｓの全体画像の生成ステップ）を自動的に行うことも可能である。この場合、制御部７５は、上記第２ステップにおけるユーザーによる画像の選択を自動的に行う。例えば、制御部７５は、第１ステップで取得した複数の画像について、セクターＳＣごとに空間周波数分布の広がりや方向性などを分析し、被検体Ｓの形状を推定しながら、この演算結果を照明光Ｌの形成に反映させる。なお、このように被検体Ｓの画像から空間周波数分布を分析する方法については、例えば特開２０１２−２２０８０１号公報、特開２０１２−２２２６７２号公報、あるいは特開２０１２−２４２５３２号公報、に開示されているものを用いることができる。

このようにして、制御部７５は、全てのセクターＳＣごとに最適な照明瞳形状（光強度分布）を求めることができる。
続いて、制御部７５は、上記第ステップで自動的に選択した照明瞳形状が各セクターＳＣにおいて得られるように空間光変調素子１０を制御した状態とし、第２の空間光変調素子７６を複数の異なる条件（開口７６ａの大きさ又は形状を異ならせる条件）で駆動させる度に画像生成素子５により被検体Ｓの画像を生成する画像生成動作を実行し、画像生成動作ごとに複数の被検体Ｓの画像を取得する。これにより、第２の空間光変調素子７６の駆動条件が異なる複数の被検体Ｓの画像が生成され、制御部７５に記憶される。

続いて、制御部７５は、第２の空間光変調素子７６における駆動条件が異なる複数の画像の選択を上記分析方法により自動的に行う。このようにして、制御部７５は、全てのセクターＳＣごとに最適な照明瞳形状（光角度分布）を得る空間光変調素子１０の駆動条件、第２の空間光変調素子７６の最適な駆動条件（最適な視野状況を得る駆動条件）を自動的に判別することができる。以上のようにして、制御部７５は視野状況が最適化された被検体Ｓの全体画像を自動的に生成し、モニター１６に表示させることができる。

第３実施形態に係る顕微鏡システム２０１は、第２実施形態に係る顕微鏡システム１０１の構成を用いても実現可能である。例えば、顕微鏡システム１０１が備える後段側空間光変調素子６２における位相変調機能をＯＦＦ（全画素をＯＮ状態とすることで照明光Ｌを全透過させる状態）し、前段側空間光変調素子６１を第２の空間光変調素子７６として機能させればよい。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本発明の顕微鏡装置は、上述した明視野顕微鏡や位相差顕微鏡を構成するものの以外にも、被検体Ｓからの反射光や散乱光によって得られた被検体Ｓの拡大像を観察する暗視野顕微鏡を構成するもの等であってもよい。

また、本発明の顕微鏡装置は、上述したモニター１６，６２に表示された被検体Ｓの画像を観察するものに限らず、接眼レンズ（図示略）を通して被検体Ｓの画像を観察するものであってもよい。

１，１０１，２０１…顕微鏡システム、１Ａ，１０１Ａ，２０１Ａ…顕微鏡装置、２…光源、３，５３，７２…照明光学系、４，５４，７３…結像光学系、５…画像生成素子、６，５５，７５…制御部、１０…空間光変調素子（第１の空間光変調素子）、１０ａ…分割領域（所定領域）、１１…マイクロレンズアレイ、１１ａ…レンズ、６１…前段側空間光変調素子（第１の空間光変調素子）、６２…後段側光変調素子（第１の空間光変調素子）、７６…第２の空間光変調素子、Ｌ…照明光、Ｓ…被検体、ＳＣ…セクター

Claims (5)

1. 照明光を出射する光源と、
   前記光源からの照明光を被検体に照射する照明光学系と、
   前記被検体からの光を結像する結像光学系と、
   前記結像光学系による前記被検体の画像を生成する画像生成素子と、を備え、
   前記照明光学系は、前記被検体に照射される前記照明光の照明瞳形状を可変に調整する第１の空間光変調素子と、前記第１の空間光変調素子の光射出側における複数の所定領域に対応して設けられるレンズアレイと、を含むことを特徴とする顕微鏡装置。
2. 前記レンズアレイは、複数のレンズを含み、
   前記レンズは、前記前記第１の空間光変調素子からの光を前記画像生成素子の光入射面上に重畳させることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
3. 前記結像光学系は、前記被検体からの光の振幅を可変に調整する第２の空間光変調素子を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の顕微鏡装置。
4. 前記結像光学系は、前記第２の空間光変調素子からの光の位相の空間分布を可変に調整する第３の光変調素子を含むことを特徴とする請求項３に記載の顕微鏡装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の顕微鏡装置と、
   前記顕微鏡装置に接続される制御部と、を備えることで前記被検体に対する前記照明瞳形状の調整がセクターごとに行われる顕微鏡システムであって、
   前記制御部は、
   全ての前記セクターにおける前記照明光の照明瞳形状が等しくなるように前記第１の空間光変調素子を駆動させた状態で前記画像生成素子により前記被検体の画像を生成する画像生成動作を、前記照明瞳形状を調整する度に繰り返し実行し、調整した前記照明瞳形状に対応した複数の前記被検体の画像を取得する第１ステップと、
   少なくともいずれかの前記セクターについて前記第１ステップにより取得した複数の前記被検体の画像の中から選択された所定の画像を用いて、前記被検体の全体画像を生成する第２ステップと、を含む制御を行うことを特徴とする顕微鏡システム。

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