JP2016038528A - 偏光顕微鏡および偏光顕微鏡制御装置、並びに円偏光観察方法 - Google Patents

Abstract

【課題】円偏光観察時におけるコントラストを向上させることができるようにする。【解決手段】光源３１からの光は、右円偏光素子３５を有する照明光学系２２により標本１２に照射され、これにより標本１２から発せられた光は、左円偏光素子４２を有する結像光学系２３により結像位置ＦＰ１１に集光される。また、結像光学系２３には、標本１２のコントラストを調整するためのコンペンセータ４１が設けられており、コンペンセータ４１は、回転駆動機構４６により回転される。この回転駆動機構４６により、標本１２の円偏光観察時において、標本１２を回転させることなく標本１２とコンペンセータ４１の方位合わせを行い、コントラストを向上させることができる。本発明は、透過型偏光顕微鏡に適用することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、円偏光観察時におけるコントラストを向上させることができるようにした偏光顕微鏡および偏光顕微鏡制御装置、並びに円偏光観察方法に関する。

従来、顕微鏡において円偏光素子を利用して標本を観察する円偏光観察が知られている。円偏光観察では、右円偏光素子と左円偏光素子の組み合わせにより、標本の明るさが、標本の偏光の方位に関係なく標本の有するリターデーションに応じた明るさとなる。

例えば、仮に標本に偏光特性がない場合、すなわち標本のリターデーション量がゼロである場合、観察側は暗黒の状態となる。これは一般の直線偏光を利用した偏光観察における場合と同様である。

このような顕微鏡として、顕微鏡の透過観察光学系において、円偏光素子を照明側と観察側に配置することで、円偏光観察を実現するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特表２００７−５１３３４２号公報

ところで、例えば円偏光観察される生物標本の例として、培養細胞、臓器や筋肉の切片、単細胞生物、線虫のような微小生物がある。そして、それらの生物標本のなかの観察される部位は、細胞内の微小な構造、細胞膜形状、繊毛等であり、サイズが数ミクロンからサブミクロンといった小さな構造である。加えて、各構造体の持つ複屈折率が低いため、円偏光観察のコントラストを左右するリターデーション量は１／４波長以下という小さい値となる。

このように生物標本では、リターデーション量が小さいことから円偏光観察で得られる偏光観察画像は、標本部分が僅かに周囲より明るいという低いコントラストの画像となる。そのため、円偏光観察時に標本のコントラストを調整する技術が必要とされている。

なお、円偏光観察の標本とされるものには、上述した生物標本以外にも、アスベスト等の鉱物標本や、樹脂、セラミックス等の工業材料などにおいて、その形状が細い場合や薄い場合に生物標本と同様にコントラストの低いものがある。

しかしながら、上述した技術では、標本の偏光コントラストを向上させることはできなかった。

例えば、直線偏光素子を利用している偏光顕微鏡では、偏光素子とコンペンセータの方位が予め決められており、標本が偏光素子の方位に合わせて回転調整される。偏光顕微鏡では、このように標本を所定の回転方位に調整した後、コンペンセータを偏光顕微鏡の光路に挿入することでコントラストを向上させることができる。

ところが、円偏光を利用した円偏光観察の場合には、標本の方位に関係なく偏光観察が可能であるという特徴がある一方で、標本の方位が不明である。そのため、コントラストを調整するコンペンセータを、直線偏光観察時のように予め決められた方位で光路に挿入したとしても期待するコントラスト向上の効果を得ることができない。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、円偏光観察時におけるコントラストを向上させることができるようにするものである。

本発明の偏光顕微鏡は、第１の円偏光素子を有し、標本に光を照射する照明光学系と、第２の円偏光素子を有し、前記標本からの光の像を結像させる結像光学系と、前記照明光学系と前記結像光学系の光路における前記第１の円偏光素子と前記第２の円偏光素子の間に配置されたコンペンセータと、前記光路と平行な直線を回転軸として前記コンペンセータを回転させる回転駆動機構とを備えることを特徴とする。

本発明の偏光顕微鏡制御装置は、第１の偏光板および第１の１／４波長板からなる第１の円偏光素子を有し、標本に光を照射する照明光学系と、第２の偏光板および第２の１／４波長板からなる第２の円偏光素子を有し、前記標本からの光の像を結像させる結像光学系との光路における、前記第１の円偏光素子と前記第２の円偏光素子の間に配置されたコンペンセータを、前記光路と平行な直線を回転軸として回転させるコンペンセータ回転制御部と、前記光路に対する前記コンペンセータの挿脱を制御するコンペンセータ挿脱部と、前記光路に対する前記第１の１／４波長板の挿脱を制御する第１の１／４波長板挿脱部と、前記光路に対する前記第２の１／４波長板の挿脱を制御する第２の１／４波長板挿脱部と、前記標本が載置されたステージの回転を制御するステージ回転制御部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、円偏光観察時におけるコントラストを向上させることができる。

透過型偏光顕微鏡の構成例を示す図である。 偏光板と１／４波長板の方位関係を示す図である。 偏光板と１／４波長板の方位関係を示す図である。 透過型偏光顕微鏡の他の構成例を示す図である。 透過型偏光顕微鏡の他の構成例を示す図である。 偏光観察画像のコントラストを調整するシステムの構成例を示す図である。 コンペンセータの回転制御について説明する図である。 透過型偏光顕微鏡の他の構成例を示す図である。 顕微鏡システムの構成例を示す図である。 リターデーション測定処理を説明するフローチャートである。 リターデーション測定処理を説明するフローチャートである。 透過型偏光顕微鏡の他の構成例を示す図である。 透過型偏光顕微鏡の他の構成例を示す図である。 顕微鏡システムの構成例を示す図である。 リターデーション測定処理を説明するフローチャートである。 リターデーション測定処理を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明を適用した実施の形態について説明する。

〈第１の実施の形態〉
〈透過型偏光顕微鏡の構成例〉
図１は、本発明を適用した透過型偏光顕微鏡の一実施の形態の構成例を示す図である。

透過型偏光顕微鏡１１は、偏光特性を有する標本１２を円偏光観察するための透過型の偏光顕微鏡であり、観察対象となる標本１２は透過型偏光顕微鏡１１のステージ２１上に載置される。

例えばステージ２１は、標本１２を照明するための照明光学系２２と、標本１２を観察するための結像光学系２３との光軸ＯＡ１１に対して垂直な方向に移動することで、光軸ＯＡ１１に対する標本１２の位置を調整する。なお、ステージ２１は、光軸ＯＡ１１を中心に標本１２を回転させる機構が設けられた回転ステージとされてもよい。

また、透過型偏光顕微鏡１１に設けられた光学系は透過型の光学系であるため、透過型偏光顕微鏡１１には、光学系として標本１２を挟むようにして照明光学系２２と結像光学系２３とが設けられている。

照明光学系２２は照明光を標本１２に照射し、結像光学系２３は、照明光を標本１２に照射することで標本１２から発せられた観察光の像を結像させる。

すなわち、光源３１から発せられた照明光としての自然光は、コレクタレンズ３２、視野絞り３３、およびリレーレンズ３４を通って、右円偏光素子３５に入射する。

右円偏光素子３５は、直線偏光素子である偏光板３６と、１／４波長板３７とにより構成されており、リレーレンズ３４から入射した自然光を右円偏光の光に変換する。すなわち、リレーレンズ３４からの自然光は偏光板３６により直線偏光の光に変換され、さらにこの直線偏光の光は１／４波長板３７により右円偏光の光に変換されて開口絞り３８に入射する。

また、右円偏光素子３５から開口絞り３８に入射した右円偏光の光は、開口絞り３８を通ってコンデンサレンズ３９により集光され、標本１２に照射される。

照明光学系２２は、このようにして光源３１からの照明光により標本１２を照明するコレクタレンズ３２乃至コンデンサレンズ３９から構成される。

また、照明光学系２２により標本１２に照明光が照射され、これにより標本１２から発せられる光は観察光となって対物レンズ４０に入射する。そして、標本１２から対物レンズ４０に入射した光は対物レンズ４０により集光され、コンペンセータ４１を通って左円偏光素子４２に入射する。

コンペンセータ４１は、例えばリターデーション量が１／４波長以下である１／４波長板などからなり、結像光学系２３の光路に挿脱可能に設けられている。この例では、コンペンセータ４１は観察側、つまり結像光学系２３側の左円偏光素子４２と、対物レンズ４０との間に設けられている。特に、標本１２のリターデーション量が小さい場合には、コンペンセータ４１のリターデーション量を１／４波長以下とすると、コントラストの向上に有効である。

左円偏光素子４２は、１／４波長板４３と、直線偏光素子である偏光板４４とにより構成されており、コンペンセータ４１から入射した光を直線偏光の光に変換する。すなわち、コンペンセータ４１からの光は１／４波長板４３により直線偏光の光に変換され、さらにこの直線偏光の光は偏光板４４を通って第二対物レンズ４５に入射する。

第二対物レンズ４５は、左円偏光素子４２から入射した光の像を所定の結像位置ＦＰ１１に結像させる。標本１２からの光が結像位置ＦＰ１１で結像されると、観察者は、その像を接眼レンズを介して観察したり、結像位置ＦＰ１１で結像された像を撮像することで得られた偏光観察画像上で標本１２を観察したりすることができるようになる。

結像光学系２３は、このようにして標本１２からの光を結像させる対物レンズ４０乃至第二対物レンズ４５から構成される。

また、透過型偏光顕微鏡１１には、照明光学系２２と結像光学系２３の光軸ＯＡ１１を回転軸として、光軸ＯＡ１１を中心に矢印Ｂ１１の方向にコンペンセータ４１を回転させる回転駆動機構４６も設けられている。この回転駆動機構４６は透過型偏光顕微鏡１１の内部または外部に設けられてもよいし、コンペンセータ４１に設けられるようにしてもよい。また、コンペンセータ４１は、光軸ＯＡ１１、つまり結像光学系２３の光路と平行な直線を軸として回転されてもよい。

なお、円偏光による標本１２の観察は、右円偏光と左円偏光を組み合わせればよいので、照明光学系２２側に左円偏光素子を設け、結像光学系２３側に右円偏光素子を設ける構成としてもよい。

例えば、左円偏光素子４２の偏光板４４と１／４波長板４３が、図２に示す偏光板３６と１／４波長板３７の方位関係を有し、右円偏光素子３５の偏光板３６と１／４波長板３７が、図２に示す偏光板４４と１／４波長板４３の方位関係を有するようにしてもよい。

ここで、図２に右円偏光素子３５を構成する偏光板３６と１／４波長板３７の方位関係、および左円偏光素子４２を構成する１／４波長板４３と偏光板４４の方位関係を示す。なお、図２において、図１における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

図２の左側には、光軸ＯＡ１１と垂直な方向から見た右円偏光素子３５と左円偏光素子４２が示されている。また、図中、右側には矢印Ａ１１に示す方向、つまり観察者側である第二対物レンズ４５側から光軸ＯＡ１１と平行な方向に右円偏光素子３５と左円偏光素子４２を見た場合における偏光板３６、１／４波長板３７、１／４波長板４３、および偏光板４４が示されている。

図中、右側に示すように偏光板３６の偏光の方位は矢印ＡＸ１１に示す方向とされ、１／４波長板３７の進相軸は矢印ＡＸ１２に示す方向とされる。矢印ＡＸ１２に示される１／４波長板３７の進相軸の方向は、矢印ＡＸ１１に示す偏光板３６の偏光の方位（方向）を、図中、反時計回りの方向に４５度だけ回転させた方向となっている。

また、１／４波長板４３の進相軸は矢印ＡＸ１３に示す方向とされ、偏光板４４の偏光の方位は矢印ＡＸ１４に示す方向とされる。ここで、矢印ＡＸ１４に示す偏光板４４の偏光の方位は、矢印ＡＸ１１に示す偏光板３６の偏光の方位と垂直な方向とされている。さらに、矢印ＡＸ１３に示される１／４波長板４３の進相軸の方向は、矢印ＡＸ１４に示す偏光板４４の偏光の方位を、図中、反時計回りの方向に４５度だけ回転させた方向となっている。

右円偏光素子３５と左円偏光素子４２を構成する各素子の方位関係が図２に示す関係となるように、右円偏光素子３５と左円偏光素子４２を配置することで、透過型偏光顕微鏡１１では標本１２の円偏光観察が可能となる。

なお、図２は、右円偏光素子３５または左円偏光素子４２を構成する偏光板と１／４波長板の方位関係を示すものであり、右円偏光素子３５と左円偏光素子４２の方位関係は関係なく円偏光観察が可能である。

また、図２に示した状態において、さらに図３の矢印Ｑ１１に示すように、右円偏光素子３５の方位を図２および図３における、反時計回りの方向に４５度回転させた位置にすると、１／４波長板３７の方位が図３中、上下方向となる。なお、図３は、図２の右側における場合と同様に、第二対物レンズ４５側から光軸ＯＡ１１と平行な方向に右円偏光素子３５を見た場合における偏光板３６と１／４波長板３７を示している。また、図３において図２における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

図３の矢印Ｑ１１に示す例では、右円偏光素子３５の方位を図２に示した状態から、図３中、反時計回りの方向に４５度回転させることで、偏光板３６の偏光の方位は矢印ＡＸ２１に示す方向とされる。また、１／４波長板３７の進相軸は矢印ＡＸ２２に示す方向とされる。

矢印Ｑ１１に示す状態から、さらに矢印Ｑ１２に示すように偏光板３６の偏光の方位が図中、左右方向、つまり矢印ＡＸ２３に示す方向となるように偏光板３６を回転させると、偏光の原理から、１／４波長板３７を図中、左右方向の直線偏光がそのまま透過することになる。つまり、１／４波長板３７が光路に挿入されたままの状態で、通常の偏光顕微鏡のポラライザと同じ方位の直線偏光が得られるという効果が得られる。

また、ここでは右円偏光素子３５や左円偏光素子４２が、偏光素子と１／４波長板から構成される例について説明したが、右円偏光素子３５や左円偏光素子４２を、偏光素子と１／４波長板を一体化した円偏光板としてもよい。

そのような場合、円偏光素子を構成する偏光素子と１／４波長板が別の素子となっている場合と比べて、円偏光板をより薄くすることができるだけでなく、透過型偏光顕微鏡１１の光軸ＯＡ１１への円偏光板の挿脱を一度に行なうことが可能となる。

〈標本の円偏光観察について〉
以上のように透過型偏光顕微鏡１１の光学系は、円偏光による光学系とされているため、標本１２の構造による偏光方向を考えることなく、ステージ２１上に任意の方向で標本１２を置いて円偏光観察を行なうことができる。

例えば、標本１２が生物標本である場合、標本１２のリターデーション量は小さく、観察される標本１２のコントラストは低くなる。そこで、観察者は結像光学系２３の光路中にコンペンセータ４１を挿入し、標本１２のコントラストを向上させる。

すなわち、観察者は透過型偏光顕微鏡１１を操作して、回転駆動機構４６により光軸ＯＡ１１を中心としてコンペンセータ４１を回転させることで、標本１２とコンペンセータ４１の方位合わせを行い、標本１２のコントラストが最適なものとなるように調整する。

例えば観察者は、図示せぬモニタに表示された偏光観察画像を確認しながらコンペンセータ４１を回転させ、偏光観察画像上の標本１２のコントラストを調整する。このとき、標本１２を通るより速度の速い光波の振動方向（以下、振動方向Ｘ’と称する）と、コンペンセータ４１を通るより速度の速い光波の振動方向Ｘ’とが一致すると、標本１２のコントラストは最も強くなる。

このように透過型偏光顕微鏡１１では、コンペンセータ４１を回転させることで、標本１２内部の異なった方位の構造体に合わせてコントラストを変えることができるので、標本１２を回転させずに任意の構造体を強調して観察することができる。

標本１２を回転させずに各構造体を観察することができれば、標本１２全体を走査して特定の物質を探したり、微小な欠陥を見つけ出したりする場合に、標本１２の各観察部位を透過型偏光顕微鏡１１の視野内に移動させる度に標本１２を回転させずに済む。これにより、標本１２の走査の時間を短縮することができる。

例えば、空気中のアスベストをフィルタで捉えて顕微鏡用に標本化し、標本全体からアスベストを見つけ出す場合、つまりスクリーニングを行う場合、通常の直線偏光による観察では観察視野を移動させる度に標本を９０度以上回転しなければアスベストを見落としてしまう。これに対して、透過型偏光顕微鏡１１では、方位に関係なく観察を可能とする右円偏光素子３５や左円偏光素子４２と、回転可能なコンペンセータ４１とを有しているので、標本１２の回転が不要であり、最適なコントラストでアスベストを見つけ出すことが可能となる。

また、観察時に標本１２を回転させる必要がないので、透過型偏光顕微鏡１１を構成するステージ２１として、回転ステージよりも安価な、直交方向に移動するＸＹステージを利用することが可能である。

その他、観察時に標本１２を回転させてしまうと、回転中にピント位置がずれたり、観察視野内での移動を起こしたりすることがあり、その修正に手間がかかってしまうが、透過型偏光顕微鏡１１では、そのような修正が不要であり、使い勝手を向上させることができる。

さらに、従来の円偏光観察が可能な顕微鏡では、標本のリターデーション量を概測することができなかったが、透過型偏光顕微鏡１１では、標本１２のリターデーション（複屈折の量）を測定することができる。

標本１２のリターデーションの測定時には、右円偏光素子３５と左円偏光素子４２の方位関係を図２に示した関係とし、さらに標本１２およびコンペンセータ４１の方位を、偏光板３６または偏光板４４の方位、つまり消光位に合わせる必要がある。ここで消光位とは、直線偏光素子である偏光板３６と偏光板４４をクロスニコルの状態で配置し、偏光板３６と偏光板４４の間に標本１２とコンペンセータ４１を配置したときに観察側が暗くなる方位である。

標本１２とコンペンセータ４１が消光位となるように方位調整が行なわれると、続いて測定用コンペンセータの手順に従った操作が行なわれ、リターデーションが測定される。

例えば、コンペンセータ４１がセナルモン・コンペンセータである場合、セナルモン・コンペンセータによる標本１２のリターデーション測定の手順概要は次のようになる。

すなわち、まずコンペンセータ４１が消光位となっている状態のまま光路から一度外される。

次に、例えば回転ステージからなるステージ２１により標本１２が消光位から光軸ＯＡ１１を中心として４５度だけ回転されて対角位とされ、一度光路から外されたコンペンセータ４１が再び光路に入れられる。

さらに、アナライザにあたる偏光板４４が回転されて標本観察像が暗い方位となる角度が読み取られる。このようにして読み取られた角度が、照明基準波長に対する標本１２のリターデーションとなる。

なお、ここでは、標本１２のリターデーションの測定の例として、セナルモン・コンペンセータを利用する場合について説明したが、他のコンペンセータが用いられる場合にも、リターデーションの測定が可能である。

例えば、１／１０波長以下という小さなリターデーション量を測定するブレースケーラ・コンペンセータをコンペンセータ４１として用いる場合にも、上述したセナルモン・コンペンセータにおける場合と同様の手順でリターデーションを測定することができる。

さらに、透過型偏光顕微鏡１１によれば、標本１２の形態とリターデーションの関係を見出すことができる。そのような場合、コンペンセータ４１として、予め方位が分かっているコンペンセータ、特にリターデーション量が５３０ｎｍである鋭敏色板と呼ばれるコンペンセータが利用される。

この場合、上述したように回転駆動機構４６によりコンペンセータ４１を回転可能とすることで、標本１２を回転させることなく、コンペンセータ４１を回転させて標本１２の形態とリターデーションの関係を見出すことができる。すなわち、観察者は、回転駆動機構４６によりコンペンセータ４１を回転させることで、コンペンセータ４１と標本１２との方位を合致させ、鋭敏色と呼ばれる赤紫色からの色の変化により標本１２の形態とリターデーションの関係を見出すことができる。ここで、標本１２の形態とは、例えば標本１２の伸長方向などの形状である。

例えば、鋭敏色板と呼ばれるリターデーションが５３０ｎｍであるコンペンセータが、直交する直線偏光フィルタ間に置かれているとする。そして方位関係において、鋭敏色板の結晶の光波の速い振動方向Ｘ’（または光波の遅い振動方向Ｚ’）が、直線偏光フィルタによる光波の振動方向に対して４５度の角度をなす位置になると、鋭敏色板は赤紫色を呈する。

このような状態で、直線偏光フィルタ間にリターデーションが２００ｎｍ以下である標本を入れて回転させ、標本の振動方向Ｘ’を鋭敏色板の振動方向Ｘ’に合致させると、これまで観察されていた赤紫色が、青色または青色がかった色に変化する。仮に、標本の振動方向Ｘ’を鋭敏色板の振動方向Ｚ’と合致させると、これまで観察されていた赤紫色は、黄色または黄色がかった色に変化する。

このような相加、相減と呼ばれる現象を利用すれば、標本の光学性とおおよそのリターデーションを知ることができる。

これに対して、円偏光フィルタの間に鋭敏色板を入れると、鋭敏色板の回転方向に関係なく鋭敏色板は赤紫色を呈する。すなわち、図１において右円偏光素子３５と左円偏光素子４２の間にコンペンセータ４１として鋭敏色板を配置すると、回転駆動機構４６によるコンペンセータ４１の回転角度に関係なく、観察側からは赤紫色が観察される。

この状態で、標本１２としてリターデーションが２００ｎｍ以下である標本１２を透過型偏光顕微鏡１１の光路上に置いてコンペンセータ４１（鋭敏色板）を回転させたとする。このとき、標本１２の振動方向Ｘ’とコンペンセータ４１の振動方向Ｘ’とが合致すると、観察される標本１２は青色または青色がかった色に変化する。観察者は、標本１２の色と、干渉色チャートとから、標本１２のおおよそのリターデーションを知ることができる。

また、コンペンセータ４１を回転させ、標本１２の振動方向Ｘ’と、コンペンセータ４１の光波の遅い振動方向Ｚ’とが合致すると、観察される標本１２は黄色または黄色がかった色に変化する。

このように円偏光フィルタである右円偏光素子３５や左円偏光素子４２と、鋭敏色板であるコンペンセータ４１とを利用し、コンペンセータ４１を回転可能とすれば、標本１２を回転せずに、標本１２の光学性とおおよそのリターデーションを知ることができる。

例えば、標本１２がアスベストである場合、アスベストの種類によって、細長い結晶の長い方向が振動方向Ｘ’であるか、または振動方向Ｚ’であるかが異なっていることが知られている。上述したように透過型偏光顕微鏡１１では、円偏光フィルタである右円偏光素子３５や左円偏光素子４２を利用して、標本１２としてのアスベストの回転方向に関係なく標本１２を観察することができる。さらに、透過型偏光顕微鏡１１では、鋭敏色板をコンペンセータ４１として利用し、回転可能とすることで、アスベストの種類の判定や、アスベストのリターデーションの概測が可能となる。

また、透過型偏光顕微鏡１１のコンペンセータ４１としてくさび形検板（くさび形コンペンセータ）を用いれば、標本１２のリターデーション量を概測することができる。

そのような場合、まずコンペンセータ４１としてのくさび形検板が透過型偏光顕微鏡１１に挿入され、コンペンセータ４１の方位が標本１２の方位と合致するように、回転駆動機構４６によりコンペンセータ４１が回転されて、方位合わせが行なわれる。より詳細には、コンペンセータ４１と標本１２の方位が、偏光板３６と偏光板４４に対して対角位となるように、コンペンセータ４１と標本１２の偏光の方位が調整される。

さらに、コンペンセータ４１が、その長手方向、すなわち例えば図１中、左右方向等の不図示の動作の光軸に直角な方向にスライドされて、コンペンセータ４１のリターデーション量が変更される。そして、コンペンセータ４１の位置が、標本１２のリターデーションとコンペンセータ４１のリターデーションとが打ち消し合う位置となったとき、コンペンセータ４１にあるリターデーション量の目盛が読み取られる。この読み取られた目盛の値から標本１２のリターデーション量が分かる。

但し、くさび形検板の目盛は１λ単位と粗いため、リターデーション量の精密な測定はできない。つまり、リターデーション量の概測ができるだけである。

〈第１の実施の形態の変形例〉
〈透過型偏光顕微鏡の構成例〉
また、以上においては、コンペンセータ４１が観察側、つまり結像光学系２３に設けられる例について説明したが、コンペンセータ４１が照明側、つまり照明光学系２２に設けられるようにしてもよい。

そのような場合、透過型偏光顕微鏡１１は、例えば図４に示すように構成される。なお、図４において、図１における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

図４に示す透過型偏光顕微鏡１１では、コンペンセータ４１は照明側の右円偏光素子３５とコンデンサレンズ３９の間に設けられており、回転駆動機構４６により矢印Ｂ１１の方向に回転される。また、結像光学系２３は、対物レンズ４０、左円偏光素子４２、および第二対物レンズ４５からなり、結像光学系２３にはコンペンセータは設けられていない。

このような透過型偏光顕微鏡１１では、光源３１から発せられた照明光は、コレクタレンズ３２、視野絞り３３、リレーレンズ３４、右円偏光素子３５、コンペンセータ４１、開口絞り３８、およびコンデンサレンズ３９を通って標本１２に照射される。

そして、これにより標本１２から発せられた光は、対物レンズ４０、左円偏光素子４２、および第二対物レンズ４５を通って結像位置ＦＰ１１で結像する。

このような円偏光観察時には、回転駆動機構４６によりコンペンセータ４１が回転され、コントラストの調整等が行なわれる。

〈第２の実施の形態〉
〈透過型偏光顕微鏡の構成例〉
さらに、透過型偏光顕微鏡１１にコンペンセータ４１を傾斜させる機構を設けることで、コントラスト調整量を増加させるようにしてもよい。

そのような場合、透過型偏光顕微鏡１１は例えば図５に示すように構成される。なお、図５において図１における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は省略する。

図５に示す透過型偏光顕微鏡１１では、図１に示した透過型偏光顕微鏡１１に対してさらに傾斜機構７１が設けられている。

傾斜機構７１は、例えば光軸ＯＡ１１と垂直な直線を回転軸としてコンペンセータ４１を回転させることで、コンペンセータ４１を傾斜させる。これにより、例えばコンペンセータ４１の面が光軸ＯＡ１１と直交している状態から、コンペンセータ４１の面の法線と光軸ＯＡ１１とが所定の角度をなす状態となるように、コンペンセータ４１が傾けられる。

このようにコンペンセータ４１を傾斜させることで、コンペンセータ４１のリターデーション量を増加させることができる。その結果、観察者により観察される標本１２の像や、偏光観察画像上の標本１２のコントラストの調整量を増加させることができるようになる。

〈第３の実施の形態〉
〈コントラストを調整するシステムの構成例〉
また、標本１２の円偏光観察時に、観察者が偏光観察画像を見ながらコンペンセータ４１を回転させてコントラストを調整するようにしてもよいが、自動制御によりコントラスト調整がされるようにしてもよい。

以下では、観察側からみた標本１２の画像である偏光観察画像をテレビジョンカメラで撮影するときに、偏光観察画像のコントラストを自動的に制御する例について説明する。

そのような場合、標本１２のコントラストを調整するシステムは、図６に示すように構成される。なお、図６において図１における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

図６では、透過型偏光顕微鏡１１１を構成する図示せぬステージ２１に標本１２が載置される。透過型偏光顕微鏡１１１には、図１に示した照明光学系２２と結像光学系２３とが設けられており、結像光学系２３における左円偏光素子４２と対物レンズ４０の間には、結像光学系２３に対して挿脱可能なコンペンセータ４１が配置されている。

また、コンペンセータ４１には回転駆動機構１１２が設けられており、コンペンセータ４１は回転駆動機構１１２により駆動され、図示せぬ光軸ＯＡ１１を中心として回転する。

さらに、透過型偏光顕微鏡１１１における結像位置ＦＰ１１には、標本１２の画像をとらえるテレビジョンカメラである撮影部１１３が取り付けられている。撮影部１１３は、第二対物レンズ４５から入射した光を光電変換し、得られた画像信号をCCU（camera control unit）１１４（カメラコントロールユニット）に供給する。

撮影部１１３の制御はCCU１１４により行なわれ、撮影部１１３で得られた画像信号は、CCU１１４によりモニタ１１５に供給される。モニタ１１５は、CCU１１４からの画像信号に基づいて偏光観察画像を表示する。

また、撮影部１１３で得られた画像信号は、CCU１１４により制御装置１１６にも供給される。制御装置１１６は、CCU１１４からの画像信号に基づいて回転駆動機構１１２によるコンペンセータ４１の回転や、回転ステージからなるステージ２１の回転を制御する。

次に、回転駆動機構１１２の制御について説明する。

例えば、標本１２がアスベストなどの１本の繊維状の標本であり、その標本１２の長手方向に直角な方向の画像信号を得るとする。すなわち、標本１２の長手方向と垂直な方向から標本１２の撮影を行い、偏光観察画像の画像信号を得るものとする。

そのような場合に透過型偏光顕微鏡１１１において、光源３１からの光が照明光学系２２、標本１２、および結像光学系２３を通って撮影部１１３に入射し、撮影部１１３による光電変換によって図７に示す画像信号が得られたとする。

なお、図７において横軸は光軸ＯＡ１１と垂直な方向の各検出位置、つまり偏光観察画像における標本１２の長手方向の各位置を示しており、縦軸は偏光観察画像の画像信号の各位置における信号強度を示している。

例えば、図中、上側に示す偏光観察画像の画像信号ＳＧ１１では、画像信号ＳＧ１１の信号強度が他の位置よりも高い領域ＳＡ１１の部分が、標本１２の領域となっている。画像信号ＳＧ１１は、領域ＳＡ１１における信号強度が予め定められた閾値ＴＨ１１よりも低くなっており、周囲の信号強度と同様に標本１２の部分である領域ＳＡ１１の信号強度が低い状態となっている。つまり、偏光観察画像では標本１２のコントラストが低い状態となっている。

一方、図中、下側に示す偏光観察画像の画像信号ＳＧ１２は、標本１２の部分が閾値ＴＨ１１以上の高い信号強度となり、十分なコントラストとなった状態を示している。

すなわち、画像信号ＳＧ１２において、信号強度が他の位置よりも高い領域ＳＡ１２の部分が標本１２の領域であり、領域ＳＡ１２の信号強度は閾値ＴＨ１１以上の強度となっている。また、画像信号ＳＧ１２の領域ＳＡ１２以外の部分の信号強度は閾値ＴＨ１１未満の値となっている。したがって、画像信号ＳＧ１２が得られる状態では、偏光観察画像上の標本１２のコントラストは十分高い状態となっている。

例えば、制御装置１１６は、CCU１１４から供給された画像信号の各検出位置の信号強度が図７中、上側に示した画像信号ＳＧ１１のように閾値ＴＨ１１未満である場合、回転駆動機構１１２を制御してコンペンセータ４１を回転させる。このとき、制御装置１１６は、図７中、下側に示した画像信号ＳＧ１２のように、所定の検出位置における信号強度が閾値ＴＨ１１以上となるように、コンペンセータ４１を回転させる。

このようなコンペンセータ４１の回転制御を行なえば、標本１２の円偏光観察時において、観察者は特に何も操作することなく適切なコントラストの偏光観察画像を得ることができる。

また、図６に示した構成では、第１の実施の形態で説明したセナルモン・コンペンセータを利用した標本１２のリターデーション測定を行うことができる。

そのような場合、クロスニコルの配置とされた偏光板３６と偏光板４４に対して、標本１２とコンペンセータ４１が消光位となっている状態から、ステージ２１としての回転ステージを４５度回転させるのに制御装置１１６が利用される。

すなわち、制御装置１１６は、CCU１１４から供給される画像信号に基づいてステージ２１を制御し、標本１２が最も明るい方位である対角位となるようにステージ２１を回転させ、方位調整を行なう。

偏光観察画像における標本１２の明るさが最も明るくなるように標本１２の位置（方位）を調整するのには、人の目よりもテレビジョンカメラなどの撮影部１１３や制御装置１１６などからなる検出機構の方が適している。したがって、制御装置１１６による回転制御を利用すれば、より高精度なリターデーション測定を実現することができる。

また、上述した閾値ＴＨ１１は、予め定められた値とされてもよいし、標本１２ごとに動的に設定された値、つまり可変値とされるようにしてもよい。

例えば、観察者が偏光観察画像における標本１２の観察すべき位置を指定した場合、制御装置１１６は、観察者により指定された位置の画像信号と同じ信号強度を有する偏光観察画像上の領域を観察領域とする。そして、制御装置１１６は、観察領域の信号強度と、偏光観察画像の観察領域とは異なる領域（以下、ノイズ領域とも称する）の信号強度とに基づいて、閾値ＴＨ１１を算出する。具体的には、例えば観察領域の信号強度とノイズ領域の信号強度との中間の値が、閾値ＴＨ１１とされる。

また、観察者が観察領域を指定する場合について説明したが、制御装置１１６が観察領域を決定するようにしてもよい。そのような場合、例えば制御装置１１６は、予め観察領域となる標本１２の画像や形状などを保持しておき、画像認識や形状認識などにより、偏光観察画像から観察領域を抽出する。

なお、目的となる観察領域を検出するためには、観察領域の信号強度は、ノイズ領域の信号強度の幅に対して５倍以上の差があることが好ましい。そこで、ノイズ領域の信号強度の幅、例えばノイズ領域における信号強度の最大値と最小値の差の５倍の値が閾値ＴＨ１１とされるようにしてもよい。

また、この場合、観察領域の信号強度が、ノイズ領域の信号強度の幅の５倍以上とならないときには、手動により閾値ＴＨ１１が設定されたり、標本１２とノイズの信号強度差が大きくなるように、偏光観察画像に画像処理が施されたりするようにしてもよい。画像処理においては、画像信号の信号強度が大きい部分や小さい部分、つまり明るい部分や暗い部分よりも、信号強度が中程度である部分が強調されるようにすればよい。

さらに、図６におけるシステムにおいて回転駆動機構１１２を、図示せぬ直線駆動機構に置き換え、コンペンセータ４１としてくさび形検板（くさび形コンペンセータ）や、ベレック・コンペンセータなどを用いれば、標本１２のリターデーション量を測定することができる。

そのような場合、第１の実施の形態で説明したように、観察者はクロスニコルの配置とされた偏光板３６と偏光板４４に対して、標本１２とコンペンセータ４１が消光位となるように、標本１２とコンペンセータ４１を配置する。さらに、標本１２とコンペンセータ４１が対角位となるように方位調整が行なわれる。

そして、制御装置１１６は、CCU１１４から供給される画像信号に基づいて直線駆動機構を制御することで、画像信号における標本１２の部分の信号強度が最小となるように、コンペンセータ４１を駆動する。

つまり、画像信号における標本１２の部分、例えば図７に示した領域ＳＡ１１の部分の信号強度が、標本１２のない周囲の部分の信号強度と同じレベルとなるように、コンペンセータ４１が直線駆動機構により駆動される。

そして、画像信号における標本１２の部分の信号強度が最小となる状態とされると、観察者は、コンペンセータ４１にある目盛を読み取って、読み取った数値を標本１２のリターデーション量とする。

〈第４の実施の形態〉
〈透過型偏光顕微鏡の構成例〉
また、透過型偏光顕微鏡において、コンペンセータ４１や他の光学素子を光路に対して挿脱したり、他の光学素子を回転駆動させたりする機構がさらに設けられるようにしてもよい。そのような場合、透過型偏光顕微鏡は、例えば図８に示すように構成される。なお、図８において、図１における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

図８に示す透過型偏光顕微鏡１５１には、ステージ２１を挟むようにして照明光学系２２と結像光学系２３とが設けられている。

また、透過型偏光顕微鏡１５１には、照明光学系２２に対して１／４波長板３７を挿脱する挿脱機構１７１、結像光学系２３に対してコンペンセータ４１を挿脱する挿脱機構１７２、および結像光学系２３に対して１／４波長板４３を挿脱する挿脱機構１７３が設けられている。

さらに、透過型偏光顕微鏡１５１には、光軸ＯＡ１１を回転軸として偏光板４４を回転させる回転機構１７４が設けられている。

なお、透過型偏光顕微鏡１５１では、コンペンセータ４１は、セナルモン・コンペンセータから構成され、ステージ２１は電動の回転ステージから構成されるものとする。また、照明光学系２２における光源３１と右円偏光素子３５との間には、図示せぬ干渉フィルタが設けられているものとし、干渉フィルタの基準波長は546nmであるとする。さらに、１／４波長板４３および１／４波長板３７の基準波長も546nmであるものとする。

〈顕微鏡システムの構成例〉
このような透過型偏光顕微鏡１５１の各部の駆動を図示せぬコントローラにより制御すれば、より簡単に標本１２のリターデーション量を測定することが可能となる。

例えば、透過型偏光顕微鏡１５１で観察される標本１２のリターデーション量を測定する顕微鏡システムは、図９に示す構成とすることができる。すなわち、図９に示す顕微鏡システムは、透過型偏光顕微鏡１５１、撮影装置２０１、コントローラ２０２、およびモニタ２０３から構成される。

透過型偏光顕微鏡１５１に装着された撮影装置２０１は、コントローラ２０２の制御に応じて、第二対物レンズ４５から入射した光を光電変換し、得られた偏光観察画像の画像信号をコントローラ２０２に供給する。この撮影装置２０１は、透過型偏光顕微鏡１５１の結像位置ＦＰ１１に配置される。

コントローラ２０２は、撮影装置２０１から供給された偏光観察画像をモニタ２０３に供給して表示させたり、透過型偏光顕微鏡１５１の各素子の光路への挿脱や回転駆動を制御したりする。

すなわち、コントローラ２０２の入力部２１１は、例えばマウスやボタンなどからなり、観察者の入力操作に応じた信号を制御部２１３に供給する。また、記録部２１２は、各種の画像やプログラムを記録する。

制御部２１３は、入力部２１１からの信号に応じて、コントローラ２０２全体の動作を制御する。例えば、制御部２１３は、撮影された偏光観察画像をモニタ２０３に供給して表示させる。１／４波長板挿脱部２１４は、制御部２１３の指示に従って透過型偏光顕微鏡１５１の挿脱機構１７１の駆動を制御する。ステージ制御部２１５は、制御部２１３の指示に従ってステージ２１の駆動を制御する。

コンペンセータ挿脱部２１６は、制御部２１３の指示に従って挿脱機構１７２の駆動を制御し、コンペンセータ回転部２１７は、制御部２１３の指示に従って回転駆動機構４６の駆動を制御する。

１／４波長板挿脱部２１８は、制御部２１３の指示に従って挿脱機構１７３の駆動を制御する。偏光板回転部２１９は、制御部２１３の指示に従って回転機構１７４の駆動を制御する。撮影制御部２２０は、制御部２１３の指示に従って撮影装置２０１による画像の撮影を制御したり、撮影された画像を制御部２１３に供給したりする。

このようなコントローラ２０２によれば、図６を参照して説明した例と同様に、コンペンセータ回転部２１７が、撮影装置２０１で得られた偏光観察画像に基づいて回転駆動機構４６を制御し、コンペンセータ４１を回転させることで、標本１２のコントラスト調整を行なうことができる。

〈リターデーション測定処理の説明〉
次に、図９に示した顕微鏡システムの動作について説明する。

例えば観察者により標本１２のリターデーション量の測定開始が指示されると、コントローラ２０２はリターデーション測定処理を開始して、標本１２のリターデーションを測定する。このとき、コントローラ２０２は、透過型偏光顕微鏡１５１に１／４波長板３７、コンペンセータ４１、および１／４波長板４３が挿入されていない状態とさせる。

すなわち、制御部２１３は、１／４波長板挿脱部２１４、コンペンセータ挿脱部２１６、および１／４波長板挿脱部２１８に対して、光学素子の光路からの取り外し（抜去）を指示する。すると、１／４波長板挿脱部２１４は、制御部２１３の指示に応じて挿脱機構１７１を駆動させ、１／４波長板３７が照明光学系２２から外された状態とさせる。同様に、１／４波長板挿脱部２１８は、制御部２１３の指示に応じて挿脱機構１７３を駆動させ、１／４波長板４３が結像光学系２３から外された状態とさせる。また、コンペンセータ挿脱部２１６は、制御部２１３の指示に応じて挿脱機構１７２を駆動させ、コンペンセータ４１が結像光学系２３から外された状態とさせる。

このような状態となると、コントローラ２０２はリターデーション測定処理を行なって、標本１２のリターデーションを測定する。以下、図１０のフローチャートを参照して、コントローラ２０２によるリターデーション測定処理について説明する。

ステップＳ１１において、撮影制御部２２０は、撮影装置２０１を制御して偏光観察画像の撮影を開始する。撮影制御部２２０は、撮影装置２０１による撮影により得られた偏光観察画像を撮影装置２０１から取得して、制御部２１３に供給する。制御部２１３は、撮影制御部２２０からの偏光観察画像をモニタ２０３に供給して表示させる。

なお、この時点において、ステージ２１上の標本１２は、その標本１２内の観察対象物から外れた透明な部分を観察位置としている。このとき、観察に十分なサイズの透明な部分がない場合には、透明部分を持つ他の標本１２に交換される。また、この時点では、偏光板３６と偏光板４４とがクロスニコルの状態で配置されている。

ステップＳ１２において、コンペンセータ挿脱部２１６は、挿脱機構１７２を駆動させ、コンペンセータ４１を結像光学系２３の光路に挿入させる。

ステップＳ１３において、コンペンセータ回転部２１７は、制御部２１３を介して撮影制御部２２０から供給された偏光観察画像に基づいて回転駆動機構４６を駆動させ、偏光観察画像が暗くなるようにコンペンセータ４１を回転させる。例えば、偏光観察画像全体の信号強度が最小となるようにコンペンセータ４１が回転される。これにより、コンペンセータ４１の方位が、偏光板３６と偏光板４４の方位に対して消光位となるように方位調整される。

ステップＳ１４において、コンペンセータ挿脱部２１６は、挿脱機構１７２を駆動させ、コンペンセータ４１を結像光学系２３の光路から外させる。

このようにしてコンペンセータ４１の方位調整が行なわれると、観察者は標本１２内にある観察対象物を観察位置に移動させ、透過型偏光顕微鏡１５１の観察視野内で標本１２の目的とする部位が観察されるように、必要に応じて透過型偏光顕微鏡１５１に対する操作を行なう。例えば、観察者は入力部２１１を操作して、ステージ制御部２１５にステージ２１を水平方向に移動させる。

ステップＳ１５において、ステージ制御部２１５は、制御部２１３を介して撮影制御部２２０から供給された偏光観察画像に基づいて、偏光観察画像が暗くなるようにステージ２１を回転させる。例えば、偏光観察画像全体の信号強度が最小となるようにステージ２１が回転される。これにより、標本１２の方位が、偏光板３６と偏光板４４の方位に対して消光位となるように方位調整される。

ステップＳ１６において、ステージ制御部２１５は、ステージ２１を４５度だけ回転させる。これにより、標本１２の方位が、偏光板３６と偏光板４４の方位に対して対角位となるように方位調整され、偏光観察画像が最も明るい状態となる。

ステップＳ１７において、コンペンセータ挿脱部２１６は、挿脱機構１７２を駆動させ、標本１２がステージ２１上に置かれている状態でコンペンセータ４１を結像光学系２３の光路に挿入させる。

ステップＳ１８において、偏光板回転部２１９は、制御部２１３を介して撮影制御部２２０から供給された偏光観察画像に基づいて回転機構１７４を駆動させ、偏光観察画像が暗くなるように偏光板４４を回転させることで、偏光板４４の方位を変化させる。例えば、偏光観察画像全体の信号強度が最小となるように偏光板４４が回転される。

そして、偏光板回転部２１９は偏光板４４を回転させた角度θを回転機構１７４から取得し、制御部２１３に供給する。

なお、偏光板回転部２１９は、偏光板４４を回転させた結果、偏光観察画像が暗くならない場合、つまり明るくなる場合には、偏光板４４をその時点において回転させている方向とは逆方向に回転させる。

ステップＳ１９において、制御部２１３は、偏光板回転部２１９から供給された角度θに基づいて次式（１）を計算し、標本１２のリターデーションＲｅを算出する。

なお、式（１）において、θは偏光板４４の回転角度を示しており、回転角度であるθ度に乗算される定数「546」は、光源３１と右円偏光素子３５の間に配置されている干渉フィルタの中心波長（＝コンペンセータの基準波長）を示している。

制御部２１３は、算出した標本１２のリターデーションＲｅを必要に応じてモニタ２０３に供給して表示させ、リターデーション測定処理は終了する。

以上のようにしてコントローラ２０２は、撮影装置２０１により撮影された偏光観察画像を適宜利用して各素子の方位調整等を行い、標本１２のリターデーションを算出する。このように、偏光観察画像を利用して各素子の方位調整を行なうことで、観察者に難しい操作をさせることなく簡単かつ高精度にリターデーションを求めることができる。

また、このようにしてリターデーションを測定した標本１２について、観察者が引き続き標本１２の他の部分を目的とする部分として観察し、その部分のリターデーションの測定を行なう場合がある。

そのような場合、例えば標本１２が、アスベストなど標本の形状と偏光特性の方位が一致している結晶等であるときには、１／４波長板３７と１／４波長板４３が透過型偏光顕微鏡１５１の光路に挿入された状態のまま、以降のリターデーション測定を行うことができる。つまり、円偏光観察を行なっている状態でリターデーションを測定することができる。

例えば標本１２の例として、アスベストの結晶は針のように細長く、アスベストの種類によりその細長い方向と各々が有する偏光特性の方位によって決まった角度関係がある。換言すれば、標本１２としてのアスベストは、そのアスベストの形態（形状）に対して方位が定まっている。

このように、標本１２の一部のリターデーションを測定した後、他の部分のリターデーションを測定する場合、コントローラ２０２は、次のようなリターデーション測定処理を行なう。すなわち以下、図１１のフローチャートを参照して、このような場合にコントローラ２０２により行なわれるリターデーション測定処理について説明する。

なお、このリターデーション測定処理が開始される時点では、偏光板３６と偏光板４４とがクロスニコルの状態で透過型偏光顕微鏡１５１の光路に配置されている。また、１／４波長板３７、１／４波長板４３、およびコンペンセータ４１は透過型偏光顕微鏡１５１の光路から外された状態となっている。

ステップＳ５１において、撮影制御部２２０は、撮影装置２０１を制御して、現時点においてステージ２１に置かれている標本１２の偏光観察画像を、目標物画像として撮影させ、撮影装置２０１から供給された目標物画像を制御部２１３に供給する。制御部２１３は、撮影制御部２２０から供給された目標物画像を、必要に応じて記録部２１２に供給して記録させる。

この目標物画像は、これまで観察していた標本１２の部分、つまり図１０のフローチャートを参照して説明した１回目のリターデーション測定処理で観察対象とされた標本１２の画像である。

目標物画像では、標本１２の偏光の方位が、偏光板３６と偏光板４４の方位に対して対角位となっている。したがって、標本１２の形状と偏光特性が一致している場合、これから観察しようとするステージ２１上の標本１２の部分と、目標物画像上の標本１２とを重ね合わせれば、ステージ２１上の標本１２の方位は、偏光板３６と偏光板４４の方位に対して対角位となる。

ステップＳ５２において、１／４波長板挿脱部２１４および１／４波長板挿脱部２１８は、挿脱機構１７１および挿脱機構１７３を駆動させ、１／４波長板３７および１／４波長板４３を、照明光学系２２および結像光学系２３の光路に挿入させる。

１／４波長板３７と１／４波長板４３が透過型偏光顕微鏡１５１の光路上に配置されると、観察者は撮影装置２０１で撮影され、モニタ２０３に表示される偏光観察画像を見ることで、標本１２を円偏光観察することができるようになる。

観察者は、このような状態で、例えば入力部２１１を操作してステージ制御部２１５にステージ２１を水平方向に移動させ、標本１２のこれから観察しようとする部分が、透過型偏光顕微鏡１５１の観察視野内で観察されるようにする。

ステップＳ５３において、制御部２１３は、ステップＳ５１の処理で撮影制御部２２０から供給された目標物画像をモニタ２０３に供給して表示させる。これにより、モニタ２０３には、ステージ２１上の標本１２の偏光観察画像と目標物画像とが重畳されて表示される。

ステップＳ５４において、ステージ制御部２１５は、制御部２１３から目標物画像と偏光観察画像を取得して、それらの目標物画像と偏光観察画像に基づいてステージ２１を回転させ、目標物画像上の標本１２と偏光観察画像上の標本１２とを重ね合わせる。すなわち、目標物画像と偏光観察画像から得られる標本１２の形態情報に基づいて、ステージ２１上の観察対象としている標本１２の方位が、偏光板３６と偏光板４４の方位に対して対角位となるように方位調整が行なわれる。

例えば標本１２としてアスベスト結晶を観察する場合、目標物画像上のアスベストの輪郭と、偏光観察画像上のアスベストの輪郭とが重なるように、必要に応じてステージ２１が回転されたり、ステージ２１が光軸ＯＡ１１とほぼ垂直な方向に平行移動されたりする。

なお、ここでは標本１２の方位調整がコントローラ２０２により行なわれると説明したが、観察者が手動で方位調整を行なうようにしてもよい。そのような場合、観察者は、例えばモニタ２０３に重畳表示された目標物画像と偏光観察画像を見ながら入力部２１１を操作して、ステージ２１を回転させたり平行移動させたりする。

このような方位調整が行なわれると、その後、ステップＳ５５乃至ステップＳ５７の処理が行なわれてリターデーション測定処理は終了するが、これらの処理は図１０のステップＳ１７乃至ステップＳ１９の処理と同様であるので、その説明は省略する。なお、ステップＳ５５の処理では、コンペンセータ４１の方位が、偏光板３６と偏光板４４の方位に対して消光位となっている状態で、コンペンセータ４１の結像光学系２３の光路への挿入が行なわれる。

以上のようにしてコントローラ２０２は、予め撮影しておいた目標物画像を利用して標本１２の方位調整を行い、標本１２のリターデーションを算出する。このように、目標物画像を利用して標本１２の方位調整を行なうことで、観察者に難しい操作をさせることなく簡単かつ高精度にリターデーションを求めることができる。

〈第４の実施の形態の変形例１〉
〈透過型偏光顕微鏡の構成例〉
また、図８に示した透過型偏光顕微鏡１５１に対して、さらに偏光板３６を回転させる機構を設けることで、図３を参照して説明した機能を実現することができる。そのような場合、透過型偏光顕微鏡１５１は、例えば図１２に示すように構成される。なお、図１２において、図８における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

図８に示した透過型偏光顕微鏡１５１では、右円偏光素子３５において、照明光学系２２に対して１／４波長板３７を挿脱する挿脱機構１７１が設けられた構成とされていた。これに対して、図１２に示す透過型偏光顕微鏡１５１では、右円偏光素子３５において、挿脱機構１７１が設けられておらず、光軸ＯＡ１１を回転軸として偏光板３６を回転させる回転機構２３１が設けられている。

このように回転機構２３１を設けて偏光板３６を回転させ、偏光板３６の偏光の方位と１／４波長板３７の進相軸との関係が図３の矢印Ｑ１１に示した位置関係となるようにすれば、図８に示した透過型偏光顕微鏡１５１の光路に１／４波長板３７と１／４波長板４３が挿入された状態と同じ状態にすることができる。

また、回転機構２３１を設けて偏光板３６を回転させ、偏光板３６の偏光の方位と１／４波長板３７の進相軸との関係が図３の矢印Ｑ１２に示した位置関係となるようにすれば、図８に示した透過型偏光顕微鏡１５１の光路に１／４波長板３７と１／４波長板４３が挿入されていない状態と同じ状態にすることができる。

〈第５の実施の形態〉
〈透過型偏光顕微鏡の構成例〉
なお、以上においては、コンペンセータ４１がセナルモン・コンペンセータである場合に、コントローラによる制御によって、各光学素子を挿脱したり、回転駆動させたりする例について説明したが、コンペンセータ４１は他のどのようなコンペンセータであってもよい。以下では、コンペンセータ４１がくさび形検板である場合に、コントローラによる制御によって、各光学素子を駆動させる例について説明する。

そのような場合、透過型偏光顕微鏡は、例えば図１３に示すように構成される。なお、図１３において、図８における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

図１３に示す透過型偏光顕微鏡２５１には、ステージ２１を挟むようにして照明光学系２２と結像光学系２３とが設けられている。

また、透過型偏光顕微鏡２５１には、１／４波長板３７を挿脱する挿脱機構１７１、コンペンセータ４１を挿脱する挿脱機構１７２、および１／４波長板４３を挿脱する挿脱機構１７３が設けられている。

さらに、透過型偏光顕微鏡２５１には、コンペンセータ４１としてのくさび形検板を構成するくさび形状の板を、光軸ＯＡ１１と垂直な方向に平行移動させることで、くさび形検板のリターデーションを連続的に変化させる直線駆動機構２６１が設けられている。

なお、以下において、直線駆動機構２６１がくさび形検板のリターデーションを変化させるために、くさび形検板を構成するくさび形状の板を平行移動（スライド）させることを、単にコンペンセータ４１を平行移動（スライド）させるとも称する。

また、透過型偏光顕微鏡２５１では、ステージ２１は電動の回転ステージから構成されるものとする。さらに、光源３１からは白色光が射出されるようになされており、光源３１と右円偏光素子３５との間には、上述した干渉フィルタは設けられていない。

〈顕微鏡システムの構成例〉
このような透過型偏光顕微鏡２５１の各部の駆動を図示せぬコントローラにより制御すれば、より簡単に標本１２のリターデーション量を概測することが可能となる。

例えば、透過型偏光顕微鏡２５１で観察される標本１２のリターデーション量を概測する顕微鏡システムは、図１４に示す構成とすることができる。すなわち、図１４に示す顕微鏡システムは、透過型偏光顕微鏡２５１、撮影装置２０１、コントローラ２９１、およびモニタ２０３から構成される。

なお、図１４において、図９における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

透過型偏光顕微鏡２５１に装着された撮影装置２０１は、コントローラ２９１の制御に応じて、第二対物レンズ４５から入射した光を光電変換し、得られた偏光観察画像の画像信号をコントローラ２９１に供給する。

コントローラ２９１は、撮影装置２０１から供給された偏光観察画像をモニタ２０３に供給して表示させたり、透過型偏光顕微鏡２５１の各素子の光路への挿脱や回転駆動を制御したりする。

コントローラ２９１には、入力部２１１、記録部２１２、制御部３０１、１／４波長板挿脱部２１４乃至１／４波長板挿脱部２１８、コンペンセータスライド部３０２、および撮影制御部２２０から構成される。

制御部３０１は、入力部２１１からの信号に応じて、コントローラ２９１全体の動作を制御する。コンペンセータスライド部３０２は、制御部３０１の指示に従って透過型偏光顕微鏡２５１の直線駆動機構２６１の駆動を制御し、コンペンセータ４１をスライドさせるとともに、そのスライド量を直線駆動機構２６１から取得して制御部３０１に供給する。

〈リターデーション測定処理の説明〉
次に、図１４に示した顕微鏡システムの動作について説明する。

例えば観察者により標本１２のリターデーション量の測定開始が指示されると、コントローラ２９１はリターデーション測定処理を開始して、標本１２のリターデーションの概測を行う。このとき、コントローラ２９１は、透過型偏光顕微鏡２５１に１／４波長板３７、コンペンセータ４１、および１／４波長板４３が挿入されていない状態とさせる。

このような状態となると、コントローラ２９１はリターデーション測定処理を行なって、標本１２のリターデーションを測定する。以下、図１５のフローチャートを参照して、コントローラ２９１によるリターデーション測定処理について説明する。

ステップＳ８１において、撮影制御部２２０は、撮影装置２０１を制御して偏光観察画像の撮影を開始する。撮影制御部２２０は、撮影装置２０１による撮影により得られた偏光観察画像を撮影装置２０１から取得して、制御部３０１に供給する。制御部３０１は、撮影制御部２２０からの偏光観察画像をモニタ２０３に供給して表示させる。

なお、この時点においては、ステージ２１上の標本１２は、その標本１２内の観察対象物から外れた透明な部分を観察位置としている。このとき、観察に十分なサイズの透明な部分がない場合には、透明部分を持つ他の標本１２に交換される。また、この時点では、偏光板３６と偏光板４４とがクロスニコルの状態で配置されている。

ステップＳ８２において、コンペンセータ挿脱部２１６は、挿脱機構１７２を駆動させ、コンペンセータ４１を結像光学系２３の光路に挿入させる。

ステップＳ８３において、コンペンセータ回転部２１７は、制御部３０１を介して撮影制御部２２０から供給された偏光観察画像に基づいて回転駆動機構４６を駆動させ、偏光観察画像が暗くなるようにコンペンセータ４１を回転させる。すなわち、コンペンセータ４１の方位が、偏光板３６と偏光板４４の方位に対して消光位となるように方位調整される。

ステップＳ８４において、コンペンセータ回転部２１７は回転駆動機構４６を駆動させ、コンペンセータ４１を４５度だけ回転させる。これにより、偏光観察画像が明るくなり、コンペンセータ４１の方位が、偏光板３６と偏光板４４の方位に対して対角位となる。

ステップＳ８５において、コンペンセータ挿脱部２１６は、挿脱機構１７２を駆動させ、コンペンセータ４１を結像光学系２３の光路から外させる。

このようにしてコンペンセータ４１の方位調整が行なわれると、標本１２内にある観察対象物を観察位置に移動させ、透過型偏光顕微鏡２５１の観察視野内で標本１２の目的とする部位が観察されるように、必要に応じて透過型偏光顕微鏡２５１に対する操作を行なう。

ステップＳ８６において、ステージ制御部２１５は、制御部３０１を介して撮影制御部２２０から供給された偏光観察画像に基づいて、偏光観察画像が暗くなるようにステージ２１を回転させる。すなわち、標本１２の方位が、偏光板３６と偏光板４４の方位に対して消光位となるように方位調整される。

ステップＳ８７において、ステージ制御部２１５は、ステージ２１を４５度だけ回転させる。これにより、標本１２の方位が、偏光板３６と偏光板４４の方位に対して対角位となるように方位調整され、偏光観察画像が最も明るい状態となる。

ステップＳ８８において、コンペンセータ挿脱部２１６は、挿脱機構１７２を駆動させ、標本１２がステージ２１上に置かれている状態でコンペンセータ４１を結像光学系２３の光路に挿入させる。

ステップＳ８９において、コンペンセータスライド部３０２は、制御部３０１を介して撮影制御部２２０から供給された偏光観察画像に基づいて直線駆動機構２６１を駆動させ、コンペンセータ４１をスライドさせる。

例えば、コンペンセータスライド部３０２は、偏光観察画像上の標本１２の部分に黒い縞が重なった状態となるように、コンペンセータ４１が結像光学系２３に挿入される方向にスライドさせる。

なお、偏光観察画像上に現れる黒い縞は、偏光観察画像の各領域の輝度値、つまり信号強度から特定することができる。

また、コンペンセータ４１をスライドさせても偏光観察画像に黒い縞模様が発生しない場合には、ステージ制御部２１５はステージ２１を９０度回転させる。この回転方向は、時計回りの方向でもよいし、反時計回りの方向でもよい。

ステップＳ９０において、制御部３０１は標本１２のリターデーションを求め、リターデーション測定処理は終了する。すなわち、制御部３０１は、コンペンセータスライド部３０２を介して直線駆動機構２６１から、コンペンセータ４１のスライド量を取得して、そのスライド量に基づいて標本１２のリターデーションを求める。

なお、観察者がコンペンセータ４１の上面にある目盛りを読み取って、その読み取られた数値が標本１２のリターデーションとされるようにしてもよい。コンペンセータ４１としてのくさび形検板では、１λ乃至６λという数値と、それらの数値の半分の位置にリターデーションの目盛り線が刻まれているだけであるので、正確な数値を読み取ることはできない。そのため、くさび形検板を用いて得られるリターデーションは概測値となる。

以上のようにしてコントローラ２９１は、撮影装置２０１により撮影された偏光観察画像を適宜利用して各素子の方位調整等を行い、標本１２のリターデーションを算出する。このように、偏光観察画像を利用して各素子の方位調整を行なうことで、観察者に難しい操作をさせることなく簡単にリターデーションを求めることができる。

また、このようにしてリターデーションを測定した標本１２について、観察者が引き続き標本１２の他の部分を目的とする部分として観察し、その部分のリターデーションの測定を行なう場合には、次のようなリターデーション測定処理が行なわれる。但し、この場合、標本１２がアスベストなど、標本１２の形状と偏光特性に一定の方位関係を持つ結晶等である必要がある。

以下、図１６のフローチャートを参照して、このような場合にコントローラ２９１により行なわれるリターデーション測定処理について説明する。

なお、このリターデーション測定処理が開始される時点では、偏光板３６と偏光板４４とがクロスニコルの状態で透過型偏光顕微鏡２５１の光路に配置されている。また、１／４波長板３７、１／４波長板４３、およびコンペンセータ４１は透過型偏光顕微鏡２５１の光路から外された状態となっている。

さらに、ステップＳ１２１乃至ステップＳ１２４の処理は、図１１のステップＳ５１乃至ステップＳ５４の処理と同様であるので、その説明は省略する。これらの処理では、標本１２が円偏光観察されている状態でステージ２１が回転され、標本１２の方位が偏光板３６と偏光板４４の方位に対して対角位となるように方位調整が行なわれる。

ステップＳ１２５において、コンペンセータ挿脱部２１６は、挿脱機構１７２を駆動させ、標本１２がステージ２１上に置かれている状態でコンペンセータ４１を結像光学系２３の光路に挿入させる。すなわち、コンペンセータ４１は、偏光板３６と偏光板４４の方位に対して対角位となっている状態で、結像光学系２３の光路に挿入される。

コンペンセータ４１が結像光学系２３に挿入されると、その後、ステップＳ１２６およびステップＳ１２７の処理が行なわれてリターデーション測定処理は終了するが、これらの処理は図１５のステップＳ８９およびステップＳ９０の処理と同様であるので、その説明は省略する。

以上のようにしてコントローラ２９１は、予め撮影しておいた目標物画像を利用して標本１２の方位調整を行い、標本１２のリターデーションを求める。このように、目標物画像を利用して標本１２の方位調整を行なうことで、観察者に難しい操作をさせることなく簡単にリターデーションを求めることができる。

また、コントローラ２９１では、図１５のステップＳ８４で方位調整が行なわれたコンペンセータ４１が一度、光路から外された後、図１６のステップＳ１２２で１／４波長板が光路に挿入されて、ステップＳ１２４で標本１２の方位調整が行なわれる。そして、その後、方位調整済みのコンペンセータ４１が再び光路に挿入される。

このように、少なくともコンペンセータ４１と１／４波長板を光路に対して挿脱する機構、コンペンセータ４１を回転させる機構、およびステージ２１を回転させる機構を設ければ、コンペンセータ４１と標本１２の方位調整を簡単に行なうことができる。これにより、標本１２を円偏光観察する場合でも、十分に標本１２のコントラストを向上させることができる。

なお、以上においては、コンペンセータ４１として１／４波長板や、セナルモン・コンペンセータ、鋭敏色板、くさび形検板などを例として説明したが、他のコンペンセータについても、上述したように回転機構を設け、透過型偏光顕微鏡に挿脱可能とすることで、同様の効果を得ることができる。すなわち、標本１２の円偏光観察において、標本１２を回転せずにコンペンセータ４１を利用することが可能になる。

例えば、比較的大きなリターデーション量を持つ１０λ板や、２０λ板などのコンペンセータをコンペンセータ４１として用いるようにしてもよい。

また、本技術を透過型偏光顕微鏡に適用する場合を例として説明したが、反射型の偏光顕微鏡に本技術を適用することも勿論可能である。この場合、偏光顕微鏡において、照明光学系が標本に対して結像光学系と同じ側に設けられ、照明光学系と結像光学系の一部は共通の光学系を有することになる。

さらに、上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行することもできるし、ソフトウェアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行する場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、例えばコントローラ２０２やコントローラ２９１により記録媒体から読み出されて記録される。そして、記録されたプログラムが、コントローラ２０２やコントローラ２９１により実行され、リターデーション測定処理等が行われる。

なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１１ 透過型偏光顕微鏡， ２２ 照明光学系， ２３ 結像光学系， ３５ 右円偏光素子， ３６ 偏光板， ３７ １／４波長板， ３９ コンデンサレンズ， ４０ 対物レンズ， ４１ コンペンセータ， ４２ 左円偏光素子， ４３ １／４波長板， ４４ 偏光板， ４６ 回転駆動機構， ７１ 傾斜機構， １１２ 回転駆動機構， １１３ 撮影部， １１６ 制御装置， ２１４ １／４波長板挿脱部， ２１５ ステージ制御部， ２１６ コンペンセータ挿脱部， ２１７ コンペンセータ回転部， ２１８ １／４波長板挿脱部， ２１９ 偏光板回転部， ３０２ コンペンセータスライド部

Claims (13)

1. 第１の円偏光素子を有し、標本に光を照射する照明光学系と、
   第２の円偏光素子を有し、前記標本からの光の像を結像させる結像光学系と、
   前記照明光学系と前記結像光学系の光路における前記第１の円偏光素子と前記第２の円偏光素子の間に配置されたコンペンセータと、
   前記光路と平行な直線を回転軸として前記コンペンセータを回転させる回転駆動機構と
   を備える偏光顕微鏡。
2. 前記コンペンセータは前記光路に対して挿脱可能である
   請求項１に記載の偏光顕微鏡。
3. 前記コンペンセータは、前記結像光学系における前記第２の円偏光素子と対物レンズの間に配置されている
   請求項１または請求項２に記載の偏光顕微鏡。
4. 前記コンペンセータは、前記照明光学系における前記第１の円偏光素子とコンデンサレンズの間に配置されている
   請求項１または請求項２に記載の偏光顕微鏡。
5. 前記コンペンセータのリターデーション量が１／４波長以下である
   請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の偏光顕微鏡。
6. 前記コンペンセータのリターデーション量が５３０ｎｍである
   請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の偏光顕微鏡。
7. 前記コンペンセータはくさび形検板である
   請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の偏光顕微鏡。
8. 前記コンペンセータを傾斜させる傾斜機構をさらに備える
   請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の偏光顕微鏡。
9. 前記標本の観察画像の画像信号に基づいて、前記回転駆動機構による前記コンペンセータの回転を制御する制御部をさらに備える
   請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の偏光顕微鏡。
10. 第１の偏光板および第１の１／４波長板からなる第１の円偏光素子を有し、標本に光を照射する照明光学系と、第２の偏光板および第２の１／４波長板からなる第２の円偏光素子を有し、前記標本からの光の像を結像させる結像光学系との光路における、前記第１の円偏光素子と前記第２の円偏光素子の間に配置されたコンペンセータを、前記光路と平行な直線を回転軸として回転させるコンペンセータ回転制御部と、
    前記光路に対する前記コンペンセータの挿脱を制御するコンペンセータ挿脱部と、
    前記光路に対する前記第１の１／４波長板の挿脱を制御する第１の１／４波長板挿脱部と、
    前記光路に対する前記第２の１／４波長板の挿脱を制御する第２の１／４波長板挿脱部と、
    前記標本が載置されたステージの回転を制御するステージ回転制御部と
    を備える偏光顕微鏡制御装置。
11. 前記標本の方位は、前記標本の形態に対して定まっており、
    前記ステージ回転制御部は、予め用意された、方位調整が行なわれた前記標本の目標物画像と、前記ステージに載置された前記標本の観察画像とに基づいて前記ステージを回転させ、前記標本の方位調整を行なう
    請求項１０に記載の偏光顕微鏡制御装置。
12. 前記コンペンセータ回転制御部は、前記ステージに載置された前記標本の観察画像に基づいて前記コンペンセータを回転させ、前記コンペンセータの方位調整を行なう
    請求項１０または請求項１１に記載の偏光顕微鏡制御装置。
13. 第１の偏光板および第１の１／４波長板からなる第１の円偏光素子を有し、標本に光を照射する照明光学系と、第２の偏光板および第２の１／４波長板からなる第２の円偏光素子を有し、前記標本からの光の像を結像させる結像光学系との光路において、前記第１の１／４波長板と前記第２の１／４波長板が配置されていない状態で、前記第１の円偏光素子と前記第２の円偏光素子の間に配置されたコンペンセータを、前記光路と平行な直線を回転軸として回転させるコンペンセータ回転制御ステップと、
    前記光路から前記コンペンセータが外された状態で、前記第１の１／４波長板および前記第２の１／４波長板を前記光路に挿入する１／４波長板挿入ステップと、
    形態に対して方位が定まっているステージ上の前記標本の観察画像と、予め用意された、方位調整が行なわれた前記標本の目標物画像とに基づいて前記ステージを回転させるステージ回転制御ステップと、
    前記光路に前記コンペンセータを挿入するコンペンセータ挿入ステップと
    を含む円偏光観察方法。

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