JP2020091320A - Observation device, endoscope device, microscope device, and observation method - Google Patents

Observation device, endoscope device, microscope device, and observation method Download PDF

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Abstract

To perform measurement taking into account the fact that three-dimensional distribution of birefringence present in a sample causes a change in a state of polarized light from the sample in accordance with an irradiation direction of illumination light.SOLUTION: An observation device comprises: a light source unit to irradiate a sample with polarized light; a change unit to change a direction of irradiation of the sample with the polarized light; and an optical system to focus, on a detection unit, at least one of scattered light and reflected light from the sample irradiated with the polarized light.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、観察装置、内視鏡装置、顕微鏡装置および観察方法に関する。 The present invention relates to an observation device, an endoscope device, a microscope device, and an observation method.

従来から、偏光を試料に照射して、試料で反射した偏光を集光して画像を記録する落射照明式の偏光顕微鏡が知られている（たとえば、特許文献１）。しかしながら、実際の資料の複屈折には３次元的な分布が存在し、照明光の照射方向によって試料からの偏光の状態が変化するが、このことを考慮した計測を行うものではなかった。 2. Description of the Related Art An epi-illumination polarization microscope that irradiates a sample with polarized light and collects the polarized light reflected by the sample to record an image has been known (for example, Patent Document 1). However, the birefringence of the actual material has a three-dimensional distribution, and the state of polarization from the sample changes depending on the irradiation direction of the illumination light, but this was not taken into consideration for measurement.

特開２００１−３５６２７６号公報JP, 2001-356276, A

第１の態様によると、観察装置は、試料に偏光を照射する光源部と、前記試料に対する前記偏光の照射方向を変更する変更部と、前記偏光が照射された前記試料からの反射光および散乱光の少なくとも一方を検出部に結像させる光学系と、を備える。
第２の態様によると、観察方法は、試料に偏光を照射することと、前記試料に対する前記偏光の照射方向を変更することと、前記偏光が照射された前記試料からの反射光および散乱光の少なくとも一方を検出部に結像させることと、を含む。 According to the first aspect, the observation device includes a light source unit that irradiates the sample with polarized light, a changing unit that changes the irradiation direction of the polarized light with respect to the sample, and reflected light and scattering from the sample irradiated with the polarized light. And an optical system for forming an image of at least one of the lights on the detection unit.
According to the second aspect, the observation method includes irradiating the sample with polarized light, changing the irradiation direction of the polarized light with respect to the sample, and reflecting light and scattered light from the sample irradiated with the polarized light. Forming an image on at least one of the detectors.

第１の実施の形態による観察装置を有する顕微鏡装置の要部構成を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically the principal part structure of the microscope apparatus which has the observation apparatus by 1st Embodiment. 照明光の照射方向を変更するための移動機構の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the moving mechanism for changing the irradiation direction of illumination light. 試料に対する照明光の照射方位と照明光の照射角度との変更について説明する図である。It is a figure explaining change of an irradiation direction of illumination light to a sample, and an irradiation angle of illumination light. 第２の実施の形態による観察装置を有する顕微鏡装置の要部構成を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically the principal part structure of the microscope apparatus which has the observation apparatus by 2nd Embodiment. 第３の実施の形態による観察装置を有する顕微鏡装置の要部構成を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically the principal part structure of the microscope apparatus which has the observation apparatus by 3rd Embodiment. 第３の実施の形態において、照明光の照射方向を変更するための移動機構の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the moving mechanism for changing the irradiation direction of illumination light in 3rd Embodiment. 第３の実施の形態の他の例による観察装置を有する顕微鏡装置の要部構成を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically the principal part structure of the microscope apparatus which has the observation apparatus by the other example of 3rd Embodiment. 第３の実施の形態の他の例による観察装置の光源の配置を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically arrangement|positioning of the light source of the observation apparatus by the other example of 3rd Embodiment. 内視鏡に観察装置を組み込んだ構成を模式的に示す概略図である。It is a schematic diagram showing typically composition which incorporated an observation device into an endoscope.

−第１の実施の形態−
図面を参照して、本実施の形態における観察装置を有する顕微鏡装置を一例に挙げて説明を行う。図１は、観察装置１を有する顕微鏡装置５の要部構成の一例を模式的に示すブロック図である。なお、図１に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる直交座標系を用いて以下の説明を行う。図１では、Ｘ軸を図１の紙面に対して垂直方向、Ｙ軸を図１の紙面の水平方向、Ｚ軸を図１の紙面の上下方向に設定した場合を示す。 -First Embodiment-
With reference to the drawings, description will be given by taking an example of a microscope apparatus having an observation apparatus according to the present embodiment. FIG. 1 is a block diagram schematically showing an example of the main configuration of a microscope device 5 having an observation device 1. Note that, as shown in FIG. 1, the following description will be given using an orthogonal coordinate system composed of an X axis, a Y axis, and a Z axis. FIG. 1 shows a case in which the X axis is set in the vertical direction with respect to the paper surface of FIG. 1, the Y axis is set in the horizontal direction of the paper surface of FIG. 1, and the Z axis is set in the vertical direction of the paper surface of FIG.

顕微鏡装置５は、観察装置１と、試料２を載置する試料台２１と、検出部３と、演算装置４とを有する。観察装置１は試料２へＺ方向＋側から偏光を照明光として照射する。すなわち、観察装置１は試料２を落射照明する。観察装置１は、光源部１１と、観察光学系１２と、光源部１１をＸＹ平面内で移動させる移動機構１３とを有する。光源部１１は、照明光を発生する光源１１１と、照明光から偏光を生成する偏光生成部１１２とを有する。偏光生成部１１２は、例えば偏光板と波長板とが照明光の進行方向（Ｚ方向）に沿って配置され、照明光がこの偏光板と波長板とを通過することにより電場の振動方向が調整されて、所望の偏光が生成される。偏光生成部１１２の偏光板と波長板とは、それぞれ、照明光の光路への挿抜や光軸を中心とする回転を機械的に行うことができる。例えば、直線偏光板のみを照明光の光路に挿入し、光軸周りの向きを制御することにより、照射光の電場の向きが設定される。すなわち、直線偏光の透過光軸が設定される。また、直線偏光板と１/４波長板とを挿入し、これらの光軸周りの向きを制御することにより、進相軸と遅相軸の向きが設定されて、円偏光の回転方向が設定される。なお、偏光板と波長板との機能をそれぞれ電気的に制御することが可能な素子を用いることにより、所望の偏光を電気的に生成することも可能である。偏光生成部１１２の偏光状態は、後述する演算装置４の制御部４１により偏光板と波長板とが制御されて設定される。
なお、光源部１１を、複数の光源１１１により構成し、それぞれの光源１１１に対して、偏光板と位相板とをその組み合わせが異なるように配置する。複数の光源１１１のそれぞれから出射された照明光は、それぞれの偏光生成部１１２により、互いに異なる偏光状態の偏光となる。この複数の光源１１１のうちオンとなる光源１１１を適宜切り替えるごとに、光源部１１からは異なる偏光状態の偏光が出射される。これにより、試料２に対して、異なる方向から異なる種類の偏光を照射することができる。なお、オンとする光源１１１の切り替えは、後述する演算装置４により制御するとよい。 The microscope device 5 includes an observation device 1, a sample table 21 on which the sample 2 is placed, a detection unit 3, and an arithmetic device 4. The observation apparatus 1 irradiates the sample 2 with polarized light as illumination light from the + side in the Z direction. That is, the observation apparatus 1 illuminates the sample 2 by epi-illumination. The observation device 1 includes a light source unit 11, an observation optical system 12, and a moving mechanism 13 that moves the light source unit 11 in the XY plane. The light source unit 11 includes a light source 111 that generates illumination light and a polarization generation unit 112 that generates polarized light from the illumination light. In the polarization generation unit 112, for example, a polarizing plate and a wave plate are arranged along the traveling direction of the illumination light (Z direction), and the vibration direction of the electric field is adjusted by passing the illumination light through the polarizing plate and the wave plate. Then, the desired polarized light is generated. The polarizing plate and the wave plate of the polarization generation unit 112 can mechanically perform insertion/extraction into/from the optical path of the illumination light and rotation about the optical axis. For example, the direction of the electric field of the irradiation light is set by inserting only the linear polarization plate into the optical path of the illumination light and controlling the direction around the optical axis. That is, the transmission optical axis of linearly polarized light is set. In addition, by inserting a linear polarizing plate and a quarter-wave plate and controlling the directions around these optical axes, the directions of the fast axis and the slow axis are set, and the rotation direction of circularly polarized light is set. To be done. Note that it is also possible to electrically generate desired polarized light by using elements capable of electrically controlling the functions of the polarizing plate and the wavelength plate, respectively. The polarization state of the polarization generation unit 112 is set by controlling the polarizing plate and the wave plate by the control unit 41 of the arithmetic unit 4 described later.
The light source unit 11 is composed of a plurality of light sources 111, and a polarizing plate and a phase plate are arranged so that the combination thereof is different for each light source 111. The illumination light emitted from each of the plurality of light sources 111 becomes polarized light having different polarization states by each polarization generation unit 112. Each time the light source 111 that is turned on is switched among the plurality of light sources 111 as appropriate, polarized light having a different polarization state is emitted from the light source unit 11. This allows the sample 2 to be irradiated with different types of polarized light from different directions. The switching of the light source 111 to be turned on may be controlled by the arithmetic unit 4 described later.

偏光の偏光状態はストークスベクトルで記述することができる。このストークスベクトルは以下の式（１）のように４行１列で表したものである。

Figure 2020091320
…（１）
ここで、ストークス行列の各成分（ストークス成分）は、Ｓ０が光強度、Ｓ１がｘ−ｙ直線偏光、Ｓ２が４５°直線偏光、Ｓ３が円偏光を示す。水平直線偏光は［１１００］（「Ｓ１＋」と示す）、垂直直線偏光は［１−１００］（「Ｓ１−」と示す）、４５°直線偏光は［１０１０］（「Ｓ２＋」と示す）、−４５°直線偏光は［１０−１０］「Ｓ２−」と示す）、右回り円偏光は［１００１］（「Ｓ３＋」と示す）、左回り円偏光は［１００−１］（「Ｓ３−」と示す）で表す。すなわち、光源部１１は、偏光生成部１１２の透過軸および進相軸方位の組み合わせに応じて、上記の６種類の異なる偏光状態の偏光を照明光として照射する。
本実施の形態では、光源部１１から出射した照明光は、観察光学系１２の光路内の一部を通過して試料２を照射する。なお、光源部１１から照射された光の波長帯域および帯域幅は、後述する検出部３により検出すべき解像度、すなわち、検出部３のイメージセンサ３２上に結像させようとする干渉縞の必要本数及び必要な幅によって定められることが好ましい。 The polarization state of polarized light can be described by a Stokes vector. This Stokes vector is represented by 4 rows and 1 column as in the following Expression (1).
Figure 2020091320
 …(1)
Here, in each component (Stokes component) of the Stokes matrix, S 0 represents light intensity, S 1 represents xy linearly polarized light, S 2 represents 45° linearly polarized light, and S 3 represents circularly polarized light. Horizontal linearly polarized light is [1100] (denoted as “S 1 +”), vertical linearly polarized light is [1-100] (denoted as “S 1 − ”), and 45° linearly polarized light is [1010] (“S 2 +”). , -45° linearly polarized light is [10-10] "S 2 -"), right-handed circularly polarized light is [1001] (indicated as "S 3 +"), and left-handed circularly polarized light is [100-. 1] (indicated as “S 3 − ”). That is, the light source unit 11 irradiates, as illumination light, polarized light in the above-described six different polarization states according to the combination of the transmission axis and the fast axis direction of the polarization generation unit 112.
In the present embodiment, the illumination light emitted from the light source unit 11 passes through a part of the optical path of the observation optical system 12 and illuminates the sample 2. The wavelength band and the bandwidth of the light emitted from the light source unit 11 need to have a resolution to be detected by the detection unit 3, which will be described later, that is, the interference fringes to be imaged on the image sensor 32 of the detection unit 3. It is preferably determined by the number and the width required.

観察光学系１２において、光源部１１から試料２に照射した偏光のうち、試料２からの反射光（偏光）や散乱光（偏光）を、後述する検出部３により受光する。なお、本実施の形態においては、観察光学系１２の光軸ＡＸの方向にＺ軸を設定している。移動機構１３は、観察光学系１２と、後述する検出部３との間に設けられる。移動機構１３は、光源部１１を、観察光学系１２の光軸ＡＸと交わる面内（たとえばＸＹ平面内）で、光源部１１を移動させる。本実施の形態においては、移動機構１３は、観察光学系１２の光軸ＡＸを中心とする円の周方向と、上記円の径方向とに移動させるための構成を有する。移動機構１３の詳細については、説明を後述する。 In the observation optical system 12, reflected light (polarized light) or scattered light (polarized light) from the sample 2 among the polarized light emitted from the light source unit 11 to the sample 2 is received by the detection unit 3 described later. In addition, in the present embodiment, the Z axis is set in the direction of the optical axis AX of the observation optical system 12. The moving mechanism 13 is provided between the observation optical system 12 and the detection unit 3 described later. The moving mechanism 13 moves the light source unit 11 within a plane intersecting the optical axis AX of the observation optical system 12 (for example, within the XY plane). In the present embodiment, the moving mechanism 13 has a structure for moving in a circumferential direction of a circle centered on the optical axis AX of the observation optical system 12 and in a radial direction of the circle. The details of the moving mechanism 13 will be described later.

検出部３は、偏光分離部３１と、イメージセンサ３２とを有し、観察装置１の光源部１１から試料２に照射した偏光のうち、試料２からの反射光や散乱光を受光する。偏光分離部３１は、例えば、２枚のサバール板と、これらのサバール板の間に配置された１／２波長板とを有する。本実施の形態では、サバール板は、複屈折性を有する一軸結晶からなる１枚の平行平面板（例えば、方解石（ＣａＣｏ３）やイットリウム・バナデート（ＹＶＯ４））と、これら平行平面板の間に配置された１／２波長板とを有する。サバール板は、複屈折性を有する一対の平行平板を、その光学軸が９０°異なるように貼り合わせて形成される。サバール板に入射する偏光（すなわち試料２からの反射光や散乱光）は、サバール板の固有偏光に分けられ、さらに空間的に分離して出射される。サバール板から出射した光は、イメージセンサ３２の試料２の光学像を撮像面上に結像させるレンズ（不図示）を通り、検光子である偏光板（不図示）を通過してイメージセンサ３２に入射する。 The detection unit 3 includes a polarization separation unit 31 and an image sensor 32, and receives reflected light or scattered light from the sample 2 among the polarized light emitted from the light source unit 11 of the observation device 1 to the sample 2. The polarized light separating unit 31 has, for example, two Savart plates and a half-wave plate arranged between these Savart plates. In the present embodiment, the Savart plate is arranged between one parallel plane plate (for example, calcite (CaCo 3 ) or yttrium vanadate (YVO 4 )) made of uniaxial crystal having birefringence and these parallel plane plates. ½ wavelength plate. The Savart plate is formed by laminating a pair of parallel flat plates having birefringence so that their optical axes differ by 90°. The polarized light incident on the Savart plate (that is, the reflected light and the scattered light from the sample 2) is divided into the intrinsic polarized light of the Savart plate, and is further spatially separated and emitted. The light emitted from the Savart plate passes through a lens (not shown) that forms an optical image of the sample 2 of the image sensor 32 on the imaging surface, passes through a polarizing plate (not shown) that is an analyzer, and passes through the image sensor 32. Incident on.

イメージセンサ３２は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子により構成され、その撮像面上の試料２の光学像に試料２からの反射光や散乱光に依存した光の干渉縞が重畳する。イメージセンサ３２は、撮像面上に結像された干渉縞の画像を画像信号として演算装置４へ出力する。本実施の形態のイメージセンサ３２は、撮像面上に生成（形成）された干渉縞を撮像するため、微細な干渉縞が明瞭に撮像可能な解像度を有している。イメージセンサ３２の撮像面上に生成（形成）された干渉縞の本数および幅は、上述したように、観察装置１の光源部１１から出射する光の波長帯域および帯域幅に依存する。 The image sensor 32 is composed of an image pickup device such as CCD or CMOS, and an interference fringe of light depending on reflected light or scattered light from the sample 2 is superimposed on an optical image of the sample 2 on the image pickup surface. The image sensor 32 outputs the image of the interference fringes formed on the imaging surface to the arithmetic unit 4 as an image signal. Since the image sensor 32 of the present embodiment images the interference fringes generated (formed) on the image pickup surface, it has a resolution capable of clearly capturing fine interference fringes. The number and width of the interference fringes generated (formed) on the imaging surface of the image sensor 32 depend on the wavelength band and the bandwidth of the light emitted from the light source unit 11 of the observation device 1 as described above.

演算装置４は、プロセッサーやその他の周辺回路を有する演算回路であり、記憶部（不図示）に格納されているプログラムを読み出し、このプログラムを実行することにより顕微鏡装置５の動作に必要な各種の演算を行う。演算装置４は、制御部４１と、照射方向制御部４２と、画像処理／判定部４３とを機能として備える。制御部４１は、顕微鏡装置５の各部の動作を制御する。照射方向制御部４２は、光源部１１からの照明光（すなわち偏光）が試料２を照射する際の偏光の照射方向を制御するために、上述した移動機構１３の動作を制御する。なお、照射方向とは、後述するように、試料２を照明する偏光の照射方位と、試料２を照明する照明光が試料台２１（すなわちＸＹ平面）となす照射角度との少なくとも一方を意味する。画像処理／判定部４３は、イメージセンサ３２から出力された画像信号を用いて、試料２の画像データを生成する。画像処理／判定部４３は、生成した画像データを用いて、試料２の状態を判定する。 The arithmetic unit 4 is an arithmetic circuit having a processor and other peripheral circuits, and reads out a program stored in a storage unit (not shown) and executes the program to perform various operations necessary for the operation of the microscope apparatus 5. Calculate. The arithmetic device 4 includes a control unit 41, an irradiation direction control unit 42, and an image processing/determination unit 43 as functions. The control unit 41 controls the operation of each unit of the microscope device 5. The irradiation direction control unit 42 controls the operation of the moving mechanism 13 described above in order to control the irradiation direction of the polarized light when the illumination light (that is, the polarized light) from the light source unit 11 irradiates the sample 2. Note that the irradiation direction means at least one of the irradiation direction of polarized light that illuminates the sample 2 and the irradiation angle that the illumination light that illuminates the sample 2 makes with the sample table 21 (that is, the XY plane), as described below. .. The image processing/determination unit 43 uses the image signal output from the image sensor 32 to generate image data of the sample 2. The image processing/determination unit 43 determines the state of the sample 2 using the generated image data.

画像処理／判定部４３によるストークス成分Ｓ０〜Ｓ３の測定原理（すなわち、試料２の状態の判定）について説明する（K. Oka and N. Saito, "Snapshot complete imaging polarimeter using Savart plates", Proc. SPIE 6295, 629508 (2006)参照）。 The measurement principle of the Stokes components S 0 to S 3 by the image processing/determination unit 43 (that is, the determination of the state of the sample 2) will be described (K. Oka and N. Saito, "Snapshot complete imaging polarimeter using Savart plates", Proc. . See SPIE 6295, 629508 (2006)).

イメージセンサ３２により撮像された光の強度分布をＩ（ｘ，ｙ）とする。イメージセンサ３２に入射した反射光や散乱光に含まれる各ストークス成分の２次元分布をそれぞれＳ０（ｘ，ｙ）、Ｓ１（ｘ，ｙ）、Ｓ２（ｘ，ｙ）、Ｓ３（ｘ，ｙ）とすると、これらのストークス成分の２次元分布を用いて光強度分布を表すと次式のようになる。

Figure 2020091320
ここで、Ｓ１３（σ）＝Ｓ１（σ）＋ｉＳ３（σ）であり、ａｒｇは複素数の偏角を示す関数であり、Ｕ１及びＵ２は、それぞれ２枚のサバール板により導入される空間キャリア周波数である。 The intensity distribution of the light imaged by the image sensor 32 is I(x, y). The two-dimensional distributions of Stokes components included in the reflected light and the scattered light incident on the image sensor 32 are S 0 (x, y), S 1 (x, y), S 2 (x, y), and S 3 ( x, y), the light intensity distribution is expressed by the following equation using the two-dimensional distribution of these Stokes components.
Figure 2020091320
 Here, S 13 (σ)=S 1 (σ)+iS 3 (σ), arg is a function indicating the argument of a complex number, and U 1 and U 2 are respectively introduced by two Savart plates. Spatial carrier frequency.

上式におけるＳ０（ｘ，ｙ）、Ｓ２（ｘ，ｙ）及びＳ１３（ｘ，ｙ）は、これら（特にＳ１３（ｘ，ｙ）については実数成分及び虚数成分）がそれぞれ異なる４つの空間キャリア周波数ｆｙ＝０、Ｕ２、Ｕ２−Ｕ１、Ｕ２＋Ｕ１を有し、光強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）を空間周波数フィルタリングすることにより得られる。従って、これらのストークス成分の２次元分布は、抽出された成分の振幅及び位相から得ることができる。その際、空間周波数フィルタリング及び振幅、位相の変調は、ストークス成分の２次元分布の変調に適した形にされたフーリエ変換技術により一度に行うことができる。 S 0 (x, y), S 2 (x, y) and S 13 (x, y) in the above equation are different from each other (especially, S 13 (x, y) has a real number component and an imaginary number component) 4 It has two spatial carrier frequencies fy=0, U 2 , U 2 −U 1 , U 2 +U 1 and is obtained by spatial frequency filtering the light intensity distribution I(x,y). Therefore, the two-dimensional distribution of these Stokes components can be obtained from the amplitude and phase of the extracted components. At that time, the spatial frequency filtering and the modulation of the amplitude and the phase can be performed at one time by a Fourier transform technique that is suitable for the modulation of the two-dimensional distribution of Stokes components.

画像処理／判定部４３は、イメージセンサ３２から出力される画像信号の強度の２次元分布を取得し、この強度の２次元分布をフーリエ変換することで、試料２からの光の偏光状態、具体的にはストークス成分Ｓ０〜Ｓ３の２次元分布を得る。このストークス成分Ｓ０〜Ｓ３の２次元分布を用いて、試料２の偏光特性を求めることができ、この偏光特性に基づいて、例えば試料２の粘膜層の厚みを算出し、これにより、がんの浸潤度等を判定することができる。 The image processing/determination unit 43 acquires the two-dimensional distribution of the intensity of the image signal output from the image sensor 32, and Fourier transforms the two-dimensional distribution of the intensity to determine the polarization state of the light from the sample 2, Specifically, a two-dimensional distribution of Stokes components S 0 to S 3 is obtained. By using the two-dimensional distribution of the Stokes components S 0 to S 3 , the polarization characteristic of the sample 2 can be obtained, and based on this polarization characteristic, for example, the thickness of the mucous membrane layer of the sample 2 is calculated. The degree of invasion of cancer can be determined.

試料２への入射光のストークス行列をＳ＝（Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）とし、この試料２からの光のストークス行列をＳ′＝（Ｓ′０，Ｓ′１，Ｓ′２，Ｓ′３）とすると、これらのストークス行列の関係は、以下に示す４行４列のミュラー行列Ｍを用いた下記の式（２）により表される。ミュラー行列Ｍは試料２の偏光特性に相当する。

Figure 2020091320
ここで、ミュラー行列Ｍの全１６の要素ｍ００〜ｍ３３の各要素と偏光の物理的特性との厳密な対応は難しいが、おおまかな関係として次のように表すことができる。要素ｍ０１、ｍ０２、ｍ１０及びｍ２０は二色性（直線複吸収）を表し、要素ｍ00、ｍ０３及びｍ３０は円二色性（円複吸収）を表し、要素ｍ１１、ｍ１２、ｍ２１及びｍ２２は旋光性（円複屈折）を表し、要素ｍ１１〜ｍ１３、ｍ２１〜ｍ２３及びｍ３１〜ｍ３３は複屈折性（直線複屈折）を表すものである。 The Stokes matrix of the light incident on the sample 2 is S=(S 0 , S 1 , S 2 , S 3 ), and the Stokes matrix of the light from the sample 2 is S′=(S′ 0 , S′ 1 , S ′ 2 , S′ 3 ), the relationship between these Stokes matrices is expressed by the following equation (2) using the Mueller matrix M of 4 rows and 4 columns shown below. The Mueller matrix M corresponds to the polarization characteristic of the sample 2.
Figure 2020091320
 Here, although it is difficult to make a strict correspondence between each of the 16 elements m 00 to m 33 of the Mueller matrix M and the physical characteristics of the polarized light, it can be expressed as a rough relationship as follows. The elements m 01 , m 02 , m 10 and m 20 represent dichroism (linear double absorption), the elements m 00 , m 03 and m 30 represent circular dichroism (circular double absorption), and the element m 11 , m 12 , m 21 and m 22 represent optical activity (circular birefringence), and elements m 11 to m 13 , m 21 to m 23 and m 31 to m 33 represent birefringence (linear birefringence). is there.

上述したように、本実施の形態の光源部１１は、６種類の互いに偏光状態の異なる偏光を試料２に照射する。すなわち、異なるストークス成分（このストークス成分は全て既知である）を有するストークス行列により表される偏光を試料２に照射し、それぞれの偏光が試料２からの光のストークス成分を検出する。試料２に照射する６種類の偏光は、水平直線偏光［１１００］（「Ｓ１＋」と示す）、垂直直線偏光［１−１００］（「Ｓ１−」と示す）、４５°直線偏光［１０１０］（「Ｓ２＋」と示す）、−４５°直線偏光［１０−１０］（「Ｓ２−」と示す）、右回り円偏光［１００１］（「Ｓ３＋」と示す）、左回り円偏光［１００−１］（「Ｓ３−」と示す）とする。また、これらの照射偏光に対応する試料２からの戻り偏光をそれぞれ、「Ｓ’１＋、Ｓ’１−、Ｓ’２＋、Ｓ’２−、Ｓ’３＋、Ｓ’３−」とする。例えば、水平直線偏光に関しては、（Ｓ’１＋）＝Ｍ（Ｓ１＋）からミュラー行列Ｍの各成分を求めることができる。他の偏光についても同様にミュラー行列Ｍの各成分を求めることができる。すなわち、本実施の形態において、４種類の偏光状態に相当する偏光生成部１１２の透過軸および進相軸方位の組み合わせを用いて、４種類の偏光状態についての行列式を解くことでミュラー行列Ｍの各成分は一意に定まる。また、６種類の偏光状態に相当する偏光生成部１１２の透過軸および進相軸方位の組み合わせを用いて、６種類の偏光状態について最小二乗法を用いてミュラー行列Ｍの各成分を求めることができる。 As described above, the light source unit 11 of the present embodiment irradiates the sample 2 with six types of polarized light having different polarization states. That is, the polarized light represented by the Stokes matrix having different Stokes components (all the Stokes components are known) is applied to the sample 2, and each polarized light detects the Stokes component of the light from the sample 2. Six types of polarized light with which the sample 2 is irradiated include horizontal linearly polarized light [1100] (denoted as “S 1 +”), vertical linearly polarized light [1-100] (denoted as “S 1 − ”), and 45° linearly polarized light [ 1010] (denoted as "S 2 +"), -45° linearly polarized light [10-10] (denoted as "S 2 -"), clockwise circularly polarized light [1001] (denoted as "S 3 +"), left and - (referred to as "S 3") circular polarization [100-1]. In addition, the return polarizations from the sample 2 corresponding to these irradiation polarizations are referred to as “S′ 1 +, S′ 1 −, S′ 2 +, S′ 2 −, S′ 3 +, S′ 3 −”, respectively. To do. For example, for horizontal linearly polarized light, each component of the Mueller matrix M can be obtained from (S′ 1 +)=M(S 1 +). Each component of the Mueller matrix M can be similarly obtained for other polarizations. That is, in the present embodiment, the Mueller matrix M is obtained by solving the determinant for the four types of polarization states using the combination of the transmission axis and the fast axis direction of the polarization generation unit 112 corresponding to the four types of polarization states. Each component of is uniquely determined. Further, by using the combination of the transmission axis and the fast axis direction of the polarization generation unit 112 corresponding to the six types of polarization states, each component of the Mueller matrix M can be obtained by using the least squares method for the six types of polarization states. it can.

試料２からの光のストークス行列Ｓ′＝（Ｓ′０，Ｓ′１，Ｓ′２，Ｓ′３）のストークス成分の２次元分布が明らかになるので、ミュラー行列Ｍの各成分の２次元分布も求めることができる。すなわち、試料２の偏光特性の２次元分布を求めることができる。その結果、例えば試料２の偏光特性の２次元分布に基づいて試料２の粘膜層の厚みの２次元分布を算出し、これにより、例えば、がんの浸潤度を判定することができる。 Since the two-dimensional distribution of the Stokes components of the Stokes matrix S′=(S′ 0 , S′ 1 , S′ 2 , S′ 3 ) of the light from the sample 2 becomes clear, the two-dimensional distribution of each component of the Mueller matrix M becomes clear. The distribution can also be obtained. That is, the two-dimensional distribution of the polarization characteristics of the sample 2 can be obtained. As a result, for example, the two-dimensional distribution of the thickness of the mucous membrane layer of the sample 2 is calculated based on the two-dimensional distribution of the polarization characteristics of the sample 2, and thus the degree of cancer invasion can be determined.

次に、本実施の形態の移動機構１３について説明する。
図２は、移動機構１３を下部（Ｚ方向−側）から見た場合の外観を模式的に示す図である。移動機構１３は、例えば、光源部１１を保持する保持部１３１と、保持部１３１に設けられ、光源部１１を移動させるための案内部１３２とを有する。保持部１３１は、例えば、開口１３１ａを有するリング状の部材である。保持部１３１の中心（すなわち開口１３１ａの中心）は観察光学系１２の光軸ＡＸ上に設けられ、保持部１３１は、観察光学系１２の光軸ＡＸを中心として、例えばモータ等の駆動部により回転可能に観察装置１内の支持部（不図示）により支持される。 Next, the moving mechanism 13 of this embodiment will be described.
FIG. 2 is a diagram schematically showing the external appearance of the moving mechanism 13 when viewed from below (Z direction-side). The moving mechanism 13 includes, for example, a holding unit 131 that holds the light source unit 11, and a guide unit 132 that is provided in the holding unit 131 and that moves the light source unit 11. The holding part 131 is, for example, a ring-shaped member having an opening 131a. The center of the holding unit 131 (that is, the center of the opening 131a) is provided on the optical axis AX of the observation optical system 12, and the holding unit 131 is centered on the optical axis AX of the observation optical system 12 by a driving unit such as a motor. It is rotatably supported by a support section (not shown) in the observation apparatus 1.

案内部１３２は、保持部１３１のＺ軸方向−側に設けられ、保持部１３１の径方向（光軸ＡＸから放射方向）に沿って延びる、例えばガイドレールである。光源部１１は、この案内部１３２上に設けられる。光源部１１は、例えばモータ等の駆動部により案内部１３２に沿って、開口１３１ａ側端部（第１端部１３２ａ）と保持部１３１の外縁側端部（第２端部１３２ｂ）との間を移動する。上記の構成により、保持部１３１が観察光学系１２の光軸ＡＸ周りに回転することにより、案内部１３２上に設けられた光源部１１も観察光学系１２の光軸ＡＸの周りに回転する。光源部１１が案内部１３２に沿って移動することにより、観察光学系１２の光軸ＡＸから径方向に移動する。なお、保持部１３１に案内部１３２を設けるものに代えて、保持部１３１が、例えばガイドレール等に沿って観察光学系１２の光軸ＡＸから放射方向に移動可能に配置されてもよい。
なお、開口１３１ａは、試料２により反射、散乱されて観察光学系１２を透過した反射光や散乱光を、検出部３に入射させるために設けられる。 The guide portion 132 is a guide rail that is provided on the −axis side of the holding portion 131 and extends along the radial direction (radial direction from the optical axis AX) of the holding portion 131. The light source unit 11 is provided on the guide unit 132. The light source unit 11 is disposed between the end portion (first end portion 132a) on the opening 131a side and the end portion (second end portion 132b) on the outer edge side of the holding unit 131 along the guide portion 132 by a driving unit such as a motor. To move. With the above configuration, when the holding unit 131 rotates about the optical axis AX of the observation optical system 12, the light source unit 11 provided on the guide unit 132 also rotates about the optical axis AX of the observation optical system 12. By moving the light source unit 11 along the guide unit 132, the light source unit 11 moves in the radial direction from the optical axis AX of the observation optical system 12. Note that instead of providing the guide portion 132 to the holding portion 131, the holding portion 131 may be arranged so as to be movable in the radial direction from the optical axis AX of the observation optical system 12 along a guide rail or the like.
The opening 131 a is provided to allow the reflected light or scattered light reflected and scattered by the sample 2 and transmitted through the observation optical system 12 to enter the detection unit 3.

光源部１１が上記のように観察光学系１２の光軸ＡＸの周りの回転と、径方向に沿った移動とを行うことにより、試料２を照射する照明光（偏光）の照射方位と照射角度とが変更される。すなわち、照射方向を変更することができる。照射方位は、試料２をＺ軸＋側から見たときに、試料２を照射する照明光の光軸をＸＹ平面に投影した際に試料２へ向かう光軸の方向である。照射角度は、試料２を照明する照明光が試料台２１（すなわちＸＹ平面）となす角度である。 By the light source unit 11 rotating the observation optical system 12 around the optical axis AX and moving in the radial direction as described above, the irradiation direction and the irradiation angle of the illumination light (polarized light) that irradiates the sample 2 And are changed. That is, the irradiation direction can be changed. The irradiation azimuth is the direction of the optical axis toward the sample 2 when the optical axis of the illumination light that illuminates the sample 2 is projected onto the XY plane when the sample 2 is viewed from the Z axis + side. The irradiation angle is an angle formed by the illumination light that illuminates the sample 2 with the sample table 21 (that is, the XY plane).

図３を参照して、照射方位と照射角度との変更について説明する。図３（ａ）は、保持部１３１をＺ方向＋側から見た図であり、保持部１３１のＺ方向−側の面に設けられた光源部１１を破線で示す。光源部１１が位置Ｐ１にあるときには、光源部１１からの照明光の照射方位は、Ｙ方向＋側からＹ方向−側に向かう方向である。保持部１３１が、例えば時計回りに回転して、光源部１１が図の位置Ｐ２に移動したとする。この場合、光源部１１からの照明光の照射方位は、Ｘ方向−側からＸ方向＋側に向かう方向に変化する。このように、保持部１３１が観察光学系１２の光軸ＡＸの周りに回転することにより、光源部１１からの照明光が試料２を照射する照射方向（照射方位）は変更される。 The change of the irradiation direction and the irradiation angle will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a diagram of the holding unit 131 viewed from the +Z direction side, and the light source unit 11 provided on the surface of the holding unit 131 on the −Z direction − side is indicated by a broken line. When the light source unit 11 is at the position P1, the irradiation direction of the illumination light from the light source unit 11 is from the Y direction + side to the Y direction − side. It is assumed that the holding unit 131 rotates, for example, clockwise and the light source unit 11 moves to the position P2 in the figure. In this case, the irradiation direction of the illumination light from the light source unit 11 changes from the X direction − side to the X direction + side. In this way, by rotating the holding unit 131 around the optical axis AX of the observation optical system 12, the irradiation direction (irradiation direction) with which the illumination light from the light source unit 11 irradiates the sample 2 is changed.

次に、照明光が試料２を照射する角度の変更について説明する。図３（ｂ）に示すように、光源部１１が、保持部１３１の観察光学系１２の光軸ＡＸに近い側の位置Ｐ３にある場合の、光源部１１から試料２までの照明光の光路をＬ１で表す。この場合、照明光は、観察光学系１２を通過して、ＸＹ平面に対して角度θ１にて試料２を照射する。すなわち、照射角度はθ１である。光源部１１が案内部１３２に沿って位置Ｐ３から、保持部１３１の周辺側の位置Ｐ４に移動した場合の、光源部１１から試料２までの照明光の光路をＬ２で示す。この場合、照明光は、観察光学系１２を通過して、ＸＹ平面に対して角度θ２にて試料２を照射する。すなわち、照射角度はθ２である。このように、光源部１１が案内部１３２に沿って観察光学系１２の光軸ＡＸに近い側から径方向に移動することにより、光源部１１からの照明光が試料２を照射する照射方向（照射角度）は変更される。 Next, changing the angle at which the illumination light irradiates the sample 2 will be described. As shown in FIG. 3B, the optical path of the illumination light from the light source unit 11 to the sample 2 when the light source unit 11 is at the position P3 on the side of the holding unit 131 near the optical axis AX of the observation optical system 12. Is represented by L1. In this case, the illumination light passes through the observation optical system 12 and illuminates the sample 2 at an angle θ1 with respect to the XY plane. That is, the irradiation angle is θ1. An optical path of illumination light from the light source unit 11 to the sample 2 when the light source unit 11 moves from the position P3 along the guide unit 132 to the position P4 on the peripheral side of the holding unit 131 is indicated by L2. In this case, the illumination light passes through the observation optical system 12 and illuminates the sample 2 at an angle θ2 with respect to the XY plane. That is, the irradiation angle is θ2. In this way, the light source unit 11 moves along the guide unit 132 in the radial direction from the side close to the optical axis AX of the observation optical system 12, whereby the illumination light from the light source unit 11 irradiates the sample 2 in the irradiation direction ( The irradiation angle) is changed.

なお、上述した図２や図３に示す保持部１３１や案内部１３２は、移動機構１３の構成としての一例を示すものであり、移動機構１３は図２に示す構成や形状等に限定されるものではなく、光源部１１を観察光学系１２の光軸ＡＸの周りと径方向とに移動可能な他の構成や形状等を取り得る。
また、上述した説明では、移動機構１３は、光源部１１をＸＹ平面上において、光軸ＡＸを中心とする円の周方向および径方向に移動させる場合を例に挙げたが、光源部１１を光軸ＡＸを中心とする円の周方向または径方向のいずれかに移動させてもよい。 Note that the holding unit 131 and the guide unit 132 shown in FIGS. 2 and 3 described above are examples of the configuration of the moving mechanism 13, and the moving mechanism 13 is limited to the configuration, the shape, and the like shown in FIG. Instead, the light source unit 11 may have another configuration or shape that is movable around the optical axis AX of the observation optical system 12 and in the radial direction.
Further, in the above description, the moving mechanism 13 exemplifies the case where the light source unit 11 is moved on the XY plane in the circumferential direction and the radial direction of the circle centered on the optical axis AX. It may be moved either in the circumferential direction of the circle having the optical axis AX as the center or in the radial direction.

演算装置４の照射方向制御部４２は、移動機構１３に駆動指示信号を出力して、保持部１３１の回転量（すなわち光源部１１の周方向の移動量）と、光源部１１の案内部１３２上の移動量（すなわち光源部１１の径方向の移動量）とを制御する。照射方向制御部４２は、例えば、時計回りにて保持部１３１を所定角度（例えば、３０°や４０°や６０°等）ごとに移動させて、光源部１１を案内部１３２上において、円周上の異なる複数の照明位置に移動させることができる。また、照射方向制御部４２は、光源部１１を案内部１３２に沿って径方向に移動させて、例えば、第１端部１３２ａ（図２参照）と、第２端部１３２ｂ（図２参照）と、それらの中間位置に順次移動させる。すなわち、案内部１３２上での一つの照明位置において光源部１１から出射された照明光が試料２により反射、散乱されて検出部３のイメージセンサ３２にて撮像されるごとに、照射方向制御部４２は、保持部１３１を上記の所定角度にて回転させるか、案内部１３２に沿って径方向に移動するように駆動指示信号を出力する。すなわち、移動機構１３は、試料２に対する照明光の照射方向を変更する変更部として機能する。上記の例の場合、移動機構１３により試料２に対する照明光の照射方位と照射角度とが変更される。
なお、照射方向制御部４２が光源部１１をある照明位置から他の照明位置に移動させるタイミングとして、イメージセンサ３２により検出される試料２からの反射および／または散乱された光の光量が、所定の値（例えば、露出時間に基づいて決まる値）を超えたときを一例とすることができる。 The irradiation direction control unit 42 of the arithmetic device 4 outputs a drive instruction signal to the moving mechanism 13 to rotate the holding unit 131 (that is, the circumferential moving amount of the light source unit 11) and the guide unit 132 of the light source unit 11. The amount of upward movement (that is, the amount of radial movement of the light source unit 11) is controlled. The irradiation direction control unit 42 moves the holding unit 131 by a predetermined angle (for example, 30°, 40°, 60°, or the like) in a clockwise direction to move the light source unit 11 on the guide unit 132 along the circumference. It can be moved to different illumination positions above. In addition, the irradiation direction control unit 42 moves the light source unit 11 in the radial direction along the guide unit 132, and, for example, the first end 132a (see FIG. 2) and the second end 132b (see FIG. 2). And sequentially move them to their intermediate position. That is, each time the illumination light emitted from the light source unit 11 at one illumination position on the guide unit 132 is reflected and scattered by the sample 2 and imaged by the image sensor 32 of the detection unit 3, the irradiation direction control unit. The reference numeral 42 outputs a drive instruction signal to rotate the holding portion 131 at the above-described predetermined angle or to move the holding portion 131 in the radial direction along the guide portion 132. That is, the moving mechanism 13 functions as a changing unit that changes the irradiation direction of the illumination light with respect to the sample 2. In the case of the above example, the moving mechanism 13 changes the irradiation direction and the irradiation angle of the illumination light with respect to the sample 2.
As the timing at which the irradiation direction control unit 42 moves the light source unit 11 from one illumination position to another illumination position, the amount of light reflected and/or scattered from the sample 2 detected by the image sensor 32 is predetermined. An example may be the case where the value of (ex. the value determined based on the exposure time) is exceeded.

異なる照射方向ごとに、試料２からの光を撮像したイメージセンサ３２から出力された画像信号を用いて、画像処理／判定部４３は、試料２の判定を行う。すなわち、画像処理／判定部４３は、上述した式（２）に基づいて、試料２のミュラー行列を算出する。画像処理／判定部４３は、算出した試料２のミュラー行列と、予め異常を有するサンプルを実測して得られたミュラー行列（サンプルミュラー行列）とを比較して、比較結果に基づいて、試料２の異常の有無を判定する。この場合、サンプルミュラー行列（偏光特性）とサンプルの状態（異常の種類や異常の程度）とが予め関連付けされている。画像処理／判定部４３は、比較の結果、試料２を実測して得られた実測結果のミュラー行列（偏光特性）との類似度が高いサンプルミュラー行列に関連付けされた状態を、実測した試料２の状態として判定する。なお、上記のサンプルミュラー行列は、異なる照射方位、異なる照射角度ごとに取得されたミュラー行列であり、予め記憶部に記憶されている。画像処理／判定部４３は、複数のサンプルミュラー行列の中から、算出したミュラー行列の照射方位と照射角度とが同一のサンプルミュラー行列を読み出し、比較を行う。制御部４１は、画像処理／判定部４３による判定の結果（すなわち試料２の異常の結果）をモニタ（不図示）に表示させたり、記憶媒体に記憶させる。
サンプルミュラー行列を一つの照射方位および照射角度で取得し、実測した複数のミュラー行列のそれぞれとサンプルミュラー行列とを比較することにより、試料２の異常の有無を判定してもよい。 The image processing/determination unit 43 determines the sample 2 by using the image signal output from the image sensor 32 that images the light from the sample 2 for each different irradiation direction. That is, the image processing/determination unit 43 calculates the Mueller matrix of the sample 2 based on the above-mentioned formula (2). The image processing/determination unit 43 compares the calculated Mueller matrix of the sample 2 with a Mueller matrix (sample Mueller matrix) obtained by actually measuring a sample having an anomaly in advance, and based on the comparison result, the sample 2 The presence or absence of abnormality is judged. In this case, the sample Mueller matrix (polarization characteristic) and the state of the sample (type of abnormality and degree of abnormality) are associated in advance. As a result of the comparison, the image processing/judgment unit 43 actually measured the sample 2 which was associated with the sample Mueller matrix having a high similarity with the Mueller matrix (polarization characteristic) of the measurement result obtained by actually measuring the sample 2. It is judged as the state of. The sample Mueller matrix is a Mueller matrix acquired for each of different irradiation directions and different irradiation angles, and is stored in the storage unit in advance. The image processing/determination unit 43 reads out a sample Mueller matrix having the same irradiation direction and irradiation angle of the calculated Mueller matrix from the plurality of sample Mueller matrices, and compares the sample Mueller matrices. The control unit 41 causes the monitor (not shown) to display the result of the determination by the image processing/determination unit 43 (that is, the result of the abnormality of the sample 2) or stores the result in the storage medium.
The presence or absence of abnormality of the sample 2 may be determined by acquiring the sample Mueller matrix with one irradiation direction and one irradiation angle and comparing each of the actually measured Mueller matrices with the sample Mueller matrix.

試料２に空間的な屈折率異方性が存在する場合、試料２からの反射光、散乱光の偏光状態は、試料２に照射する偏光の照射方向により影響を受ける。すなわち、同じ試料２であっても、試料２に対して異なる角度や方向から照明光を照射した場合に、試料２からの光の偏光状態は変化する。例えば、試料２に対して、ある照射方向により偏光を照射した場合には異常と判定されず、別の照射方向により同一種類の偏光を照射した場合には異常と判定されることが起こり得る。本実施の形態では、上記のようにして、異なる照射方向から試料２に偏光を照射して、それぞれの場合における、試料２からの反射光、散乱光の偏光状態に基づいて試料２の状態を判定する。従って、本実施の形態の観察装置１によれば、試料２の判定精度を向上させることができる。 When the sample 2 has a spatial refractive index anisotropy, the polarization states of the reflected light and the scattered light from the sample 2 are affected by the irradiation direction of the polarized light with which the sample 2 is irradiated. That is, even for the same sample 2, the polarization state of the light from the sample 2 changes when the illumination light is applied to the sample 2 from different angles and directions. For example, when the sample 2 is irradiated with polarized light in a certain irradiation direction, it is not determined to be abnormal, and when the same type of polarized light is irradiated in another irradiation direction, it may be determined to be abnormal. In the present embodiment, the sample 2 is irradiated with polarized light from different irradiation directions as described above, and the state of the sample 2 is changed based on the polarization states of the reflected light and the scattered light from the sample 2 in each case. judge. Therefore, according to the observation device 1 of the present embodiment, the determination accuracy of the sample 2 can be improved.

上述した第１の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）移動機構１３は、試料２に対する偏光の照射方向を変更する変更部として機能する。これにより、空間的な屈折率異方性を有するような試料２の正常または異常の判定精度を向上させることができる。 According to the above-described first embodiment, the following operational effects can be obtained.
(1) The moving mechanism 13 functions as a changing unit that changes the irradiation direction of polarized light with respect to the sample 2. As a result, the accuracy of determining whether the sample 2 having a spatial refractive index anisotropy is normal or abnormal can be improved.

（２）偏光生成部１１２は、複数の偏光状態の偏光を生成する。これにより、照明光の照射方位や照射角度ごとに、複数の偏光状態の偏光を照射することができるので、各照射方位や各照射角度ごとに、異なる偏光の照射に伴うミュラー行列を得て、試料２の異常の判定を高精度に行うことが可能となる。 (2) The polarization generation unit 112 generates polarization in a plurality of polarization states. Thereby, since it is possible to irradiate the polarized light of a plurality of polarization states for each irradiation direction and irradiation angle of the illumination light, for each irradiation direction and each irradiation angle, obtain a Mueller matrix associated with irradiation of different polarized light, The abnormality of the sample 2 can be determined with high accuracy.

（３）移動機構１３は、観察光学系１２の光軸ＡＸと交わる平面（たとえばＸＹ平面）において、光源部１１を移動させる。これにより、試料２と光源部１１との相対的な位置関係を変更して、試料２を照明する偏光の照射方位と照射角度との少なくとも一方を変更することができる。 (3) The moving mechanism 13 moves the light source unit 11 on a plane (for example, an XY plane) that intersects the optical axis AX of the observation optical system 12. This makes it possible to change the relative positional relationship between the sample 2 and the light source unit 11 and change at least one of the irradiation direction and the irradiation angle of the polarized light that illuminates the sample 2.

（４）移動機構１３は、光源部１１を、光軸ＡＸを中心とする円の周方向および径方向の少なくとも一方に沿って移動させて、照射方向を変更する。これにより、試料２への照射方位と照射角度とを変更することができるように、光源部１１を移動させることができる。
（５）画像処理／判定部４３は、複数の照射方向から照射された偏光のうち、検出部３により検出した試料２からの反射光および散乱光の少なくとも一方に基づいて、試料に含まれる異常を判定する。複数の照射方向による実測結果に基づいて判定を行うので、空間的な屈折率異方性を有するような試料２の正常または異常の判定精度を向上させることができる。
（６）画像処理／判定部４３は、サンプルの異常と関連付けされたサンプルミュラー行列と、試料２を実測して得られたミュラー行列とを比較した結果に基づいて、試料２の状態を判定する。これにより、試料２の状態（異常の種類や異常の状態等）を判定することができる。 (4) The moving mechanism 13 moves the light source unit 11 along at least one of the circumferential direction and the radial direction of a circle centered on the optical axis AX to change the irradiation direction. Accordingly, the light source unit 11 can be moved so that the irradiation direction and the irradiation angle of the sample 2 can be changed.
(5) The image processing/determination unit 43 detects abnormalities contained in the sample based on at least one of the reflected light from the sample 2 and the scattered light detected by the detection unit 3 among the polarized lights emitted from the plurality of irradiation directions. To judge. Since the determination is performed based on the measurement result of a plurality of irradiation directions, it is possible to improve the determination accuracy of normality or abnormality of the sample 2 having a spatial refractive index anisotropy.
(6) The image processing/determination unit 43 determines the state of the sample 2 based on the result of comparison between the sample Mueller matrix associated with the abnormality of the sample and the Mueller matrix obtained by actually measuring the sample 2. .. Thereby, the state of the sample 2 (type of abnormality, state of abnormality, etc.) can be determined.

−第２の実施の形態−
図面を参照して、第２の実施の形態による観察装置を有する顕微鏡装置について説明を行う。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同様である。本実施の形態においては、観察装置の光源部が観察光学系の光路外に配置される点が第１の実施の形態と異なる。 -Second Embodiment-
A microscope apparatus having an observation apparatus according to the second embodiment will be described with reference to the drawings. In the following description, the same components as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the differences are mainly described. The points that are not particularly described are the same as those in the first embodiment. The present embodiment differs from the first embodiment in that the light source unit of the observation device is arranged outside the optical path of the observation optical system.

図４は、第２の実施の形態による観察装置１０を有する顕微鏡装置５０の要部構成の一例を模式的に示すブロック図である。なお、図４においても、図１の場合と同様にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる直交座標系を設定する。本実施の形態の観察装置１０は、光源部１１と、観察光学系１２と、光源部１１をＸＹ平面内で移動させる移動機構１３０と、照明光学系１４とを有する。光源部１１は、観察光学系１２の光路外に設けられ、Ｚ方向−側へ向けて照明光（偏光）を出射する。移動機構１３０は、第１の実施の形態と同様の保持部１３１と、照射角度変更部１３３とを有する。光源部１１は保持部１３１のＺ方向−側に設けられ、保持部１３１がモータ等の駆動部により観察光学系１２の光軸ＡＸの周りに回転すると、光源部１１も共に観察光学系１２の光軸ＡＸの周りに回転移動する。照明光学系１４は、例えばプリズムである。光源部１１からＺ方向−側へ向けて出射された照明光は、照明光学系１４にて屈折されて進行方向が変わり、試料２を照射する。 FIG. 4 is a block diagram schematically showing an example of the main configuration of a microscope device 50 having the observation device 10 according to the second embodiment. Note that, also in FIG. 4, as in the case of FIG. 1, an orthogonal coordinate system including the X axis, the Y axis, and the Z axis is set. The observation device 10 of the present embodiment includes a light source unit 11, an observation optical system 12, a moving mechanism 130 that moves the light source unit 11 in the XY plane, and an illumination optical system 14. The light source unit 11 is provided outside the optical path of the observation optical system 12, and emits illumination light (polarized light) toward the − direction in the Z direction. The moving mechanism 130 has a holding unit 131 and an irradiation angle changing unit 133 similar to those in the first embodiment. The light source unit 11 is provided on the −Z direction side of the holding unit 131, and when the holding unit 131 is rotated around the optical axis AX of the observation optical system 12 by a driving unit such as a motor, the light source unit 11 and the observation optical system 12 are also rotated. It rotates around the optical axis AX. The illumination optical system 14 is, for example, a prism. The illumination light emitted from the light source unit 11 toward the −Z direction − side is refracted by the illumination optical system 14 to change its traveling direction, and illuminates the sample 2.

照明光学系１４は、支持部１３４を介して移動機構１３の保持部１３１に支持される。保持部１３１が観察光学系１２の光軸ＡＸの周りに回転すると、支持部１３４を介して保持部１３１と連接する照明光学系１４も共に観察光学系１２の光軸ＡＸの周りに回転する。これにより、光源部１１と照明光学系１４とは、共に観察光学系１２の光軸ＡＸの周りを回転する。このような構成により、第１の実施の形態の場合と同様に、試料２を照射する照明光の照射方位を変更することができる。 The illumination optical system 14 is supported by the holding portion 131 of the moving mechanism 13 via the support portion 134. When the holder 131 rotates around the optical axis AX of the observation optical system 12, the illumination optical system 14 connected to the holder 131 via the support 134 also rotates around the optical axis AX of the observation optical system 12. As a result, both the light source unit 11 and the illumination optical system 14 rotate around the optical axis AX of the observation optical system 12. With such a configuration, the irradiation direction of the illumination light that irradiates the sample 2 can be changed, as in the case of the first embodiment.

照射角度変更部１３３は、照明光学系１４をＸ軸に平行な駆動軸を中心に回動可能に配置されており、モータ等により駆動軸を中心に回動させることができる。すなわち、図４に矢印で示すように照明光学系１４を回動させることができる。これにより、照射光に対する照明光学系１４の傾斜角度が変更され、照明光学系１４からの照射光の照射角度を変更する。照射角度変更部１３３により照明光の照射角度が変更される。すなわち、移動機構１３０は、試料２に対する偏光の照射方位と照射角度とを変更する変更部として機能する。 The irradiation angle changing unit 133 is arranged so that the illumination optical system 14 can be rotated about a drive shaft parallel to the X axis, and can be rotated about the drive shaft by a motor or the like. That is, the illumination optical system 14 can be rotated as shown by the arrow in FIG. Thereby, the inclination angle of the illumination optical system 14 with respect to the irradiation light is changed, and the irradiation angle of the irradiation light from the illumination optical system 14 is changed. The irradiation angle changing unit 133 changes the irradiation angle of the illumination light. That is, the moving mechanism 130 functions as a changing unit that changes the irradiation direction and the irradiation angle of the polarized light with respect to the sample 2.

なお、光源部１１から出射された照明光は、ファイバ等のリレー光学系により照明光学系１４に導かれてもよい。この場合、リレー光学系も、移動機構１３０により、光源部１１と照明光学系１４と共に、観察光学系１２の光軸ＡＸの周りに回転移動するように支持部１３４等により支持される。
なお、移動機構１３０は、光源部１１をＸＹ平面上において、光軸ＡＸの周方向と径方向とに移動させる場合を例に挙げたが、光源部１１を光軸ＡＸの周方向または径方向のいずれかに移動させてもよい。 The illumination light emitted from the light source unit 11 may be guided to the illumination optical system 14 by a relay optical system such as a fiber. In this case, the relay optical system is also supported by the support unit 134 and the like by the moving mechanism 130 so as to rotate together with the light source unit 11 and the illumination optical system 14 around the optical axis AX of the observation optical system 12.
Although the moving mechanism 130 has exemplified the case where the light source unit 11 is moved in the circumferential direction and the radial direction of the optical axis AX on the XY plane, the light source unit 11 is moved in the circumferential direction or the radial direction of the optical axis AX. You may move to either of.

上記の構成を有することにより、光源部１１を観察光学系１２の光路外に配置した場合であっても、第１の実施の形態と同様に、試料２を照射する照明光の照射方位と照射角度とを変更することができる。この結果、第２の実施の形態においても、試料２に対して照明光を異なる複数の照射方位と照射角度にて照明し、それぞれにおける試料２からの光に基づいて画像処理／判定部４３が判定を行うので、試料２の判定精度を向上させることができる。 With the above configuration, even when the light source unit 11 is arranged outside the optical path of the observation optical system 12, the irradiation direction and the irradiation direction of the illumination light for irradiating the sample 2 are similarly to the first embodiment. The angle and can be changed. As a result, also in the second embodiment, the sample 2 is illuminated with illumination light at a plurality of different irradiation directions and irradiation angles, and the image processing/determination unit 43 is operated based on the light from the sample 2 in each of them. Since the determination is performed, the determination accuracy of the sample 2 can be improved.

上述した第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態にて得られた（１）〜（４）の作用効果に加えて、次の作用効果が得られる。
（５）移動機構１３０は、光源部１１が出射した偏光を試料２へ導く照明光学系１４を光源部１１とともに光軸ＡＸを中心とする円の周方向に移動させる。これにより、観察光学系１２の光路外に配置された光源部１１が光軸ＡＸを中心とする円の周方向に移動させて、異なる照射方位で照明光を試料２に照射させることができる。 According to the above-described second embodiment, the following operational effect is obtained in addition to the operational effects (1) to (4) obtained in the first embodiment.
(5) The moving mechanism 130 moves the illumination optical system 14 that guides the polarized light emitted from the light source unit 11 to the sample 2 in the circumferential direction of the circle around the optical axis AX together with the light source unit 11. As a result, the light source unit 11 arranged outside the optical path of the observation optical system 12 can be moved in the circumferential direction of the circle centered on the optical axis AX, and the sample 2 can be irradiated with the illumination light in different irradiation directions.

（６）移動機構１３０は、照明光学系１４の傾斜を変更して照射角度を変更する。これにより、観察光学系１２の光路外に光源部１１を配置した場合であっても、試料２への照明光の照射角度を変更することができる。 (6) The moving mechanism 130 changes the irradiation angle by changing the inclination of the illumination optical system 14. Thereby, even when the light source unit 11 is arranged outside the optical path of the observation optical system 12, the irradiation angle of the illumination light to the sample 2 can be changed.

−第３の実施の形態−
図面を参照して、第３の実施の形態による観察装置を有する顕微鏡装置について説明を行う。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同様である。本実施の形態においては、試料がリング照明により照明される点が第１の実施の形態と異なる。 -Third Embodiment-
A microscope apparatus having an observation apparatus according to the third embodiment will be described with reference to the drawings. In the following description, the same components as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the differences are mainly described. The points that are not particularly described are the same as those in the first embodiment. The present embodiment is different from the first embodiment in that the sample is illuminated by ring illumination.

図５は、第３の実施の形態による観察装置１００を有する顕微鏡装置５００の要部構成の一例を模式的に示すブロック図である。なお、図５においても、図１の場合と同様にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる直交座標系を設定する。観察装置１００は、光源部１１と、観察光学系１２と、リング照明光生成部１５と、移動機構２３と、集光部１７とを有する。本実施の形態の光源部１１は、照明光をＹ方向−側に出射するように配置される。リング照明光生成部１５は、コリメートレンズ１５１と、コリメートレンズ１５１からの照明光が通過するリング状の開口部を有する絞り１５２と、ミラー１５３とを有する。光源部１１から出射された偏光は、コリメートレンズ１５１により平行光束となり、絞り１５２に設けられたリング状の開口部を通過してリング状の光束（リング光）となる。ミラー１５３はリング状の形状を有し、ＸＹ平面に対して、たとえば４５°傾斜するように配置され、絞り１５２により生成されたリング光をＺ方向−側に向けて反射させる。ミラー１５３のうち、観察光学系１２の光路と重複する領域には、開口部が設けられ、試料２で反射、散乱された光は、ミラー１５３の開口部を通過して検出部３に入射する。
なお、観察装置１０が集光部１７を備えず、照明光を観察光学系１２により集光させてもよい。すなわち、観察光学系１２が集光部１７を兼ねるように構成されてもよい。 FIG. 5 is a block diagram schematically showing an example of the main configuration of a microscope apparatus 500 having an observation apparatus 100 according to the third embodiment. Note that also in FIG. 5, as in the case of FIG. 1, an orthogonal coordinate system including the X axis, the Y axis, and the Z axis is set. The observation device 100 includes a light source unit 11, an observation optical system 12, a ring illumination light generation unit 15, a moving mechanism 23, and a condensing unit 17. The light source unit 11 of the present embodiment is arranged so as to emit the illumination light in the Y direction minus side. The ring illumination light generation unit 15 includes a collimator lens 151, a diaphragm 152 having a ring-shaped opening through which the illumination light from the collimator lens 151 passes, and a mirror 153. The polarized light emitted from the light source unit 11 becomes a parallel light flux by the collimator lens 151, passes through a ring-shaped opening provided in the diaphragm 152, and becomes a ring-shaped light flux (ring light). The mirror 153 has a ring shape, is arranged so as to be inclined by, for example, 45° with respect to the XY plane, and reflects the ring light generated by the diaphragm 152 toward the −Z direction side. An opening is provided in a region of the mirror 153 that overlaps the optical path of the observation optical system 12, and the light reflected and scattered by the sample 2 passes through the opening of the mirror 153 and enters the detection unit 3. ..
The observation device 10 may not include the light condensing unit 17, and the illumination light may be condensed by the observation optical system 12. That is, the observation optical system 12 may be configured to also serve as the light converging unit 17.

図６に示すように、移動機構２３は、リング光の照明光を遮光するリング形状を有する板状部材からなる遮光部１６と、遮光部１６を観察光学系１２の光軸ＡＸの周りに回転させるモータ（不図示）等と、遮光部１６を観察光学系１２の光軸ＡＸを中心とする円の径方向に沿って移動させるスライドレール（不図示）等を有する。遮光部１６の一部には開口１６１が設けられる。開口１６１は、リング光のうちの一部が通過するための通過領域である。遮光部１６の開口１６１を通過した光（照明光）は、集光部１７により試料２に集光される。集光部１７は、試料２により反射、散乱された光が観察光学系１２に向けて伝搬できるように、中央部に開口が設けられたリング形状を有する。
なお、光源部１１に偏光生成部１１２を設ける構成に代えて、遮光部１６の開口１６１近傍に偏光生成部１１２を設けてもよい。 As shown in FIG. 6, the moving mechanism 23 rotates the light blocking portion 16 formed of a plate-shaped member having a ring shape that blocks the illumination light of the ring light, and the light blocking portion 16 around the optical axis AX of the observation optical system 12. It has a motor (not shown) and the like, and a slide rail (not shown) that moves the light shielding unit 16 along the radial direction of a circle centered on the optical axis AX of the observation optical system 12. An opening 161 is provided in a part of the light shielding unit 16. The opening 161 is a passage area through which a part of the ring light passes. The light (illumination light) that has passed through the opening 161 of the light shielding unit 16 is condensed on the sample 2 by the light condensing unit 17. The light condensing unit 17 has a ring shape having an opening in the center thereof so that the light reflected and scattered by the sample 2 can propagate toward the observation optical system 12.
Note that the polarization generation unit 112 may be provided near the opening 161 of the light shielding unit 16 instead of the configuration in which the polarization generation unit 112 is provided in the light source unit 11.

移動機構２３において、遮光部１６を回転させることにより開口１６１の位置を変更することができる。これにより、試料２に対する照明光の照射方位を変更することができる。また、遮光部１６を観察光学系１２の光軸ＡＸを中心とする円の径方向に沿って移動させることにより、試料２を照射する照明光の照射角度を変更することができる。すなわち、移動機構２３は、試料２に対する偏光の照射方向を変更する変更部として機能する。
なお、図５においては、遮光部１６をミラー１５３と集光部１７との間に配置した例を示したが、遮光部１６を、絞り１５２とミラー１５３との間に配置してもよいし、あるいは、遮光部１６を、コリメートレンズ１５１と絞り１５２との間に配置してもよい。これらの場合、移動機構２３は、遮光部１６をコリメートレンズ１５１の光軸ＡＸ’の周りに回転させるモータ等と、コリメートレンズ１５１の光軸ＡＸ’を中心とする円の径方向に沿って移動させるスライドレール等とにより構成される。
また、遮光部１６が観察光学系１２の光軸ＡＸを中心とする円の周方向と径方向とに沿って移動する場合や、コリメートレンズ１５１の光軸ＡＸ’の周方向と径方向とに移動するものに代えて、観察光学系１２の光軸ＡＸの周方向または径方向のいずれかに移動したり、コリメートレンズ１５１の光軸ＡＸ’の周方向または径方向のいずれかに移動してもよい。 In the moving mechanism 23, the position of the opening 161 can be changed by rotating the light shielding unit 16. Thereby, the irradiation direction of the illumination light with respect to the sample 2 can be changed. Further, the irradiation angle of the illumination light that irradiates the sample 2 can be changed by moving the light shielding unit 16 along the radial direction of the circle centered on the optical axis AX of the observation optical system 12. That is, the moving mechanism 23 functions as a changing unit that changes the irradiation direction of the polarized light with respect to the sample 2.
Although FIG. 5 shows an example in which the light shielding unit 16 is arranged between the mirror 153 and the light collecting unit 17, the light shielding unit 16 may be arranged between the diaphragm 152 and the mirror 153. Alternatively, the light shielding unit 16 may be arranged between the collimator lens 151 and the diaphragm 152. In these cases, the moving mechanism 23 moves along the radial direction of the circle around the optical axis AX′ of the collimator lens 151 and the motor that rotates the light shielding unit 16 around the optical axis AX′ of the collimator lens 151. It is composed of a slide rail and the like.
Further, in the case where the light shielding portion 16 moves along the circumferential direction and the radial direction of a circle having the optical axis AX of the observation optical system 12 as the center, or in the circumferential direction and the radial direction of the optical axis AX′ of the collimator lens 151. Instead of moving, the optical axis AX of the observation optical system 12 is moved in either the circumferential direction or the radial direction, or the optical axis AX′ of the collimating lens 151 is moved in the circumferential direction or the radial direction. Good.

上記の構成を有することにより、リング光の一部を試料２を照射するための照明光として用いる場合に、第１および第２の実施の形態と同様に、試料２を照射する照明光の照射方位と照射角度とを変更することができる。この結果、第３の実施の形態においても、試料２に対して照明光を異なる複数の照射方位と照射角度にて照射し、それぞれにおける試料２からの光に基づいて画像処理／判定部４３が判定を行うので、試料２の判定精度を向上させることができる。 With the above configuration, when a part of the ring light is used as the illumination light for irradiating the sample 2, the illumination light for irradiating the sample 2 is irradiated as in the first and second embodiments. The azimuth and the irradiation angle can be changed. As a result, also in the third embodiment, the sample 2 is irradiated with the illumination light at a plurality of different irradiation directions and irradiation angles, and the image processing/determination unit 43 uses the light from the sample 2 in each of them. Since the determination is performed, the determination accuracy of the sample 2 can be improved.

なお、絞り１５２によりリング光を生成する代わりに、複数の光源１１１と偏光生成部１１２との組からなる光源部１１を円周上に配置した構成としてもよい。図７に、このような構成を有する観察装置１１０を備える顕微鏡装置５１０の要部構成の一例を模式的に示す。なお、図７においても、図１の場合と同様にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる直交座標系を設定する。観察装置１１０は、複数の光源１１１を有する光源部１１と、観察光学系１２とを有する。光源１１１は、第１の実施の形態と同様にリング状に形成された保持部１３１のＺ方向−側の面に取り付けられる。 Instead of generating the ring light by the diaphragm 152, the light source unit 11 including a set of the plurality of light sources 111 and the polarization generation unit 112 may be arranged on the circumference. FIG. 7 schematically shows an example of the main configuration of a microscope device 510 including the observation device 110 having such a configuration. Note that, also in FIG. 7, as in the case of FIG. 1, an orthogonal coordinate system including the X axis, the Y axis, and the Z axis is set. The observation device 110 includes a light source unit 11 having a plurality of light sources 111 and an observation optical system 12. The light source 111 is attached to the surface on the −Z direction side of the holding portion 131 formed in a ring shape as in the first embodiment.

図８は、光源１１１の保持部１３１上への取り付け状態を模式的に示す図であり、Ｚ方向−側から保持部１３１を見た場合を示す。図８では、一例として、保持部１３１の径方向に沿って並べられた３個一組の光源１１１を、３０°の角度ごとの等角度に配置した場合を示す。なお、光源１１１を２個一組として等角度に配置してもよいし、あるいは、４個以上を一組として等角度に配置してもよい。なお、光源１１１の各組は３０°ごとに配置されるものに限定されず、また、等角度に配置されるものにも限定されない。このように配置された光源１１１のそれぞれは、演算装置４の照射方向制御部４２によりオン／オフが制御される。 FIG. 8 is a diagram schematically showing a mounting state of the light source 111 on the holding portion 131, and shows a case where the holding portion 131 is viewed from the − side in the Z direction. In FIG. 8, as an example, a case is shown in which a set of three light sources 111 arranged along the radial direction of the holding portion 131 is arranged at equal angles for every 30°. It should be noted that the two light sources 111 may be arranged as a set at equal angles, or four or more light sources may be arranged as a set at equal angles. It should be noted that each set of the light sources 111 is not limited to those arranged at every 30°, and is not limited to those arranged at equal angles. Each of the light sources 111 arranged in this way is controlled to be turned on/off by the irradiation direction control unit 42 of the arithmetic unit 4.

たとえば、照射方向制御部４２は、光源１１１−１をオンとなるように制御した状態において撮像が終了した後、光源１１１−１をオフ、光源１１１−２をオンとなるように制御して撮像を行う。これにより、試料２に対する照明光の照射方位を変更することができる。このような動作を繰り返すことにより、試料２に対して複数の照射方位により偏光の照明光を照射することができる。 For example, the irradiation direction control unit 42 controls the light source 111-1 to be turned off and the light source 111-2 to be turned on after the imaging is completed in a state where the light source 111-1 is controlled to be turned on. I do. Thereby, the irradiation direction of the illumination light with respect to the sample 2 can be changed. By repeating such an operation, it is possible to irradiate the sample 2 with polarized illumination light in a plurality of irradiation directions.

また、照射方向制御部４２は、光源１１１−１をオンとなるように制御した状態において撮像が終了した後、光源１１１−１をオフ、光源１１１−３をオンとなるように制御して撮像を行う。これにより、試料２に対する照明光の照射角度を変更することができる。このような動作を繰り返すことにより、試料２に対して複数の照射角度により偏光の照明光を照射することができる。
照射方向制御部４２が上記のように光源１１１のオン／オフを制御することにより、試料２に対して照明光を異なる複数の照射方位および異なる複数の照射角度の組み合わせで照射し、それぞれにおいて試料２から反射、散乱された光に基づいて画像処理／判定部４３が判定を行うので、試料２の判定精度を向上させることができる。
なお、光源１１１と偏光生成部１１２とからなる光源部１１の複数個を一組として径方向に沿って光源保持部１３１に配置し、モータ等を有する移動機構が、光源保持部１３１を観察光学系１２の光軸ＡＸの周りに回転させてもよい。この場合には、移動機構が光源保持部１３１を回転させることにより照明光の照射方位を変更し、照明方向制御部４２がオンに制御する光源１１１を選択することにより照明光の照射角度を変更することができる。 In addition, the irradiation direction control unit 42 controls the light source 111-1 to be turned off and the light source 111-3 to be turned on after the imaging is completed in a state where the light source 111-1 is controlled to be turned on. I do. Thereby, the irradiation angle of the illumination light with respect to the sample 2 can be changed. By repeating such an operation, it is possible to irradiate the sample 2 with polarized illumination light at a plurality of irradiation angles.
The irradiation direction control unit 42 controls the ON/OFF of the light source 111 as described above, thereby irradiating the sample 2 with the illumination light in a plurality of different irradiation directions and a plurality of different irradiation angles, and in each case, the sample is sampled. Since the image processing/determination unit 43 makes the determination based on the light reflected and scattered from 2, the determination accuracy of the sample 2 can be improved.
A plurality of light source units 11 each including the light source 111 and the polarization generation unit 112 are arranged as a set in the light source holding unit 131 along the radial direction, and a moving mechanism having a motor or the like observes the light source holding unit 131 for observation optical It may be rotated about the optical axis AX of the system 12. In this case, the moving mechanism rotates the light source holding unit 131 to change the irradiation direction of the illumination light, and the lighting direction control unit 42 selects the light source 111 to be turned on, thereby changing the irradiation angle of the illumination light. can do.

上述した第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態により得られた（１）、（２）の作用効果に加えて、次の作用効果が得られる。
（７）図５、６に示す例においては、光源部１１は、観察光学系１２の光軸ＡＸを中心としたリング状の照射領域を有する照明光を照射し、遮光部１６は、光源部１１からの照明光のうち、一部を透過する開口１６１を有する。移動機構２３は、遮光部１６の開口１６１を透過する照明光が試料２を照明する位置を光軸ＡＸの周りに回転させる。開口１６１の位置を選択することにより、試料２に対する照明光の照射方向を変更することができる。 According to the above-described third embodiment, the following operational effect is obtained in addition to the operational effects (1) and (2) obtained in the first embodiment.
(7) In the examples shown in FIGS. 5 and 6, the light source unit 11 emits illumination light having a ring-shaped irradiation region centered on the optical axis AX of the observation optical system 12, and the light shielding unit 16 is the light source unit. There is an opening 161 through which a part of the illumination light from 11 is transmitted. The moving mechanism 23 rotates the position where the illumination light transmitted through the opening 161 of the light shield 16 illuminates the sample 2 around the optical axis AX. By selecting the position of the opening 161, the irradiation direction of the illumination light with respect to the sample 2 can be changed.

（８）図７、８に示す例においては、観察光学系１２の光軸ＡＸを中心として周方向および径方向の少なくとも一方に沿って複数の光源１１１を有し、照射方向制御部４２は、複数の光源１１１のそれぞれのオン／オフを制御する。これにより、複雑な機構を有することなく、光源１１１のオン／オフを制御することにより照明光の照射方向を変更することができる。 (8) In the example shown in FIGS. 7 and 8, the irradiation direction control unit 42 has a plurality of light sources 111 along at least one of the circumferential direction and the radial direction about the optical axis AX of the observation optical system 12. The on/off of each of the plurality of light sources 111 is controlled. This makes it possible to change the irradiation direction of the illumination light by controlling the on/off of the light source 111 without having a complicated mechanism.

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。 The following modifications are also within the scope of the present invention, and it is possible to combine one or more modifications with the above-described embodiment.

（１）第１〜第３の実施の形態では、試料２に対して１つの照射方位から照明光を照射する場合を例に挙げた。１つのミュラー行列を複数の領域に分割し、それぞれの領域に異なる照明光による偏光特性の変化を割り当てるために、２以上の複数の照射方位から照明光を照射してもよい。この場合、２以上の照明光の偏光状態は同じでもよいし異なっていてもよい。第１または第２の実施の形態に適用する場合には、図２に示す保持部１３１のＺ方向−側の面に、例えば、１２０°ごとに光源部１１を配置してよい。また、第３の実施の形態に適用する場合には、遮光部１６に、例えば、１２０°ごとに開口１６１を設けるとよい。また、図７、図８に示す観察装置１１０においては、保持部１３１に配置された複数の光源１１１のうち、例えば１２０°ごとの位置に配置された光源１１１をオンするように照射方向制御部４２が制御を行うとよい。これにより、試料２に対して、異なる照射方向から照明光を照射することができる。この結果、一度に複数回分の試料２からの反射光および／または散乱光を取得できるので、判定のための測定時間を短縮することが可能になる。 (1) In the first to third embodiments, the case where the sample 2 is irradiated with the illumination light from one irradiation direction has been described as an example. One Mueller matrix may be divided into a plurality of regions, and the illumination light may be irradiated from two or more irradiation directions in order to allocate a change in the polarization characteristic due to different illumination light to each region. In this case, the polarization states of the two or more illumination lights may be the same or different. When applied to the first or second embodiment, the light source unit 11 may be arranged, for example, at intervals of 120° on the surface of the holding unit 131 shown in FIG. Further, when applied to the third embodiment, it is preferable to provide the light shielding portion 16 with the openings 161 at intervals of 120°, for example. Further, in the observation device 110 shown in FIGS. 7 and 8, of the plurality of light sources 111 arranged in the holding unit 131, for example, the irradiation direction control unit is turned on so as to turn on the light sources 111 arranged at positions of 120°. 42 preferably controls. This allows the sample 2 to be illuminated with illumination light from different illumination directions. As a result, it is possible to acquire the reflected light and/or the scattered light from the sample 2 for a plurality of times at a time, so that it is possible to shorten the measurement time for the determination.

（２）光源部１１からの照明光の照射方位を変更するために、第１〜第３の実施の形態の構成に代えて、試料台２１を観察光学系１２の光軸ＡＸの周りに回転可能に配置されてよい。この場合、移動機構１３、２３、１３０は、試料台２１を回転させるためのモータ等の駆動部を有する。
また、試料台２１のＸＹ平面に対する傾斜を変更可能に構成してもよい。この場合、移動機構１３、２３、１３０は、試料台２１の傾斜を変更するために、試料台２１を駆動するモータ等の駆動部を有する。これにより、第１〜第３の実施の形態のように、光源部１１の位置を移動したり、照明光学系１４の傾斜を変更したり、複数の光源１１１のオン／オフを制御することに代えて、試料２を照射する照明光の照射角度を変更することができる。なお、第１〜第３の実施の形態の構成に試料台２１の傾斜を変更するための構成を追加することができる。この場合においても、移動機構１３、２３、１３０は、上述した試料台２１を駆動するためのモータ等の駆動部を有する。移動機構１３、２３、１３０は、駆動部を制御して、試料台２１の傾斜の変更を、試料２への照射角度の変更のために行うものに代えて、検出部３で検出される像のコントラスト（すなわちフォーカス状態）が一定になるために行う。または、移動機構１２、２３、１３０は、駆動部を制御して、試料２を照射中の照明光の照射位置が異なる照射角度ごとにずれないようにするために試料台２１の傾斜の変更を行う。 (2) In order to change the irradiation direction of the illumination light from the light source unit 11, the sample table 21 is rotated around the optical axis AX of the observation optical system 12 instead of the configuration of the first to third embodiments. It may be arranged as possible. In this case, the moving mechanisms 13, 23, 130 have a drive unit such as a motor for rotating the sample table 21.
Further, the inclination of the sample table 21 with respect to the XY plane may be changeable. In this case, the moving mechanisms 13, 23, 130 have a drive unit such as a motor for driving the sample table 21 in order to change the inclination of the sample table 21. Thereby, as in the first to third embodiments, the position of the light source unit 11 is moved, the inclination of the illumination optical system 14 is changed, and the ON/OFF of the plurality of light sources 111 is controlled. Instead, the irradiation angle of the illumination light that irradiates the sample 2 can be changed. A configuration for changing the inclination of the sample table 21 can be added to the configurations of the first to third embodiments. Also in this case, the moving mechanisms 13, 23, and 130 have a drive unit such as a motor for driving the sample table 21 described above. The moving mechanisms 13, 23, 130 control the drive unit to change the inclination of the sample table 21 for changing the irradiation angle of the sample 2, and instead of the image detected by the detection unit 3. This is done so that the contrast (that is, the focus state) becomes constant. Alternatively, the moving mechanisms 12, 23, 130 control the drive unit to change the inclination of the sample table 21 so that the irradiation position of the illumination light during irradiation of the sample 2 does not shift at different irradiation angles. To do.

（３）画像処理／判定部４３は、複数の方位、角度で照射された照明光が試料２により反射、散乱された光に基づいて生成された画像信号から、試料２の深さ方向の情報も含む３次元画像を生成してもよい。これにより、試料２の異常の有無だけでなく、異常が発生した周辺の状態に関する情報を取得することができる。生成された３次元画像は、モニタ（不図示）に表示させたり、記憶媒体に記憶させてよい。 (3) The image processing/determination unit 43 obtains information about the depth direction of the sample 2 from the image signal generated based on the light that the illumination light emitted in a plurality of directions and angles is reflected and scattered by the sample 2. A three-dimensional image including the above may be generated. As a result, it is possible to acquire not only the presence/absence of an abnormality in the sample 2 but also information about the state of the periphery where the abnormality occurs. The generated three-dimensional image may be displayed on a monitor (not shown) or stored in a storage medium.

（４）観察装置１、１０、１００、１１０を、内視鏡装置に組み込むことができる。図９に、一例として、内視鏡装置２００に観察装置１１０に相当する構成を組み込んだ場合の概略図を示す。図９（ａ）は内視鏡装置２００の先端部２１３の外観の斜視図、図９（ｂ）は内部の断面図である。先端部２１３には、観察光学系１２と、複数の照明窓２１７等が配置される。先端部２１３は、偏光分離部３１およびイメージセンサ３２を有する検出部３と、光源１１１からの照明光から偏光を生成する偏光生成部１１２とを有する。光源１１１は、上述した図８に示すように、保持部１３１に複数配置され、照明方向制御部４２により、それぞれの光源１１１のオンとオフが制御される。光源１１１からの光は、光ファイバ等の光ガイド２２６Ａにより偏光生成部１１２に導かれ、偏光生成部１１２により偏光が生成される。そして、照明窓２１７から偏光が異なる方向から対象物へ出射する。図９に示す例では、偏光生成部１１２は、６種の異なる偏光状態の偏光を出射するように、偏光板と位相板の組み合わせによる６種類の光学系で構成されている。例えば、偏光軸が４５°刻みとなるように配置した４種類の光学系と、偏光板の偏光軸とλ／４板の進相軸とを４５°および−４５°傾けた２種類の光学系の６種類の光学系を構成する。これにより、水平直線偏光、垂直直線偏光、４５°直線偏光、−４５°直線偏光、右回り円偏光、および左回り円偏光の６種類の偏光状態の偏光を出射することができる。この６種類の光学系により、光源１１１からの光は、偏光生成部１１２により６種類のそれぞれ異なる偏光状態の光となって、照明窓２１７を介して偏光対象物に照射される。このような構成により、試料２に対して異なる照射方向により偏光による照明光を照射することができる。 (4) The observation devices 1, 10, 100, 110 can be incorporated into the endoscope device. FIG. 9 shows, as an example, a schematic diagram in the case where a configuration corresponding to the observation device 110 is incorporated in the endoscope device 200. 9A is a perspective view of the outer appearance of the distal end portion 213 of the endoscope device 200, and FIG. 9B is a sectional view of the inside. The observation optical system 12, a plurality of illumination windows 217, and the like are arranged at the tip portion 213. The tip portion 213 includes the detection unit 3 having the polarization separation unit 31 and the image sensor 32, and the polarization generation unit 112 that generates polarization from the illumination light from the light source 111. As shown in FIG. 8 described above, a plurality of light sources 111 are arranged in the holder 131, and the illumination direction controller 42 controls ON and OFF of each light source 111. The light from the light source 111 is guided to the polarization generation unit 112 by a light guide 226A such as an optical fiber, and the polarization generation unit 112 generates polarization. Then, the light is emitted from the illumination window 217 to the object from different polarization directions. In the example shown in FIG. 9, the polarization generation unit 112 is configured by six types of optical systems including a combination of a polarizing plate and a phase plate so as to emit polarized lights of six different polarization states. For example, four types of optical systems arranged such that the polarization axes are in increments of 45°, and two types of optical systems in which the polarization axis of the polarizing plate and the fast axis of the λ/4 plate are inclined by 45° and −45°. 6 types of optical systems are constructed. As a result, it is possible to emit polarized light in six different polarization states: horizontal linearly polarized light, vertical linearly polarized light, 45° linearly polarized light, −45° linearly polarized light, right-handed circularly polarized light, and left-handed circularly polarized light. With these six types of optical systems, the light from the light source 111 is converted into six types of light with different polarization states by the polarization generation unit 112, and the polarized object is irradiated through the illumination window 217. With such a configuration, it is possible to irradiate the sample 2 with illumination light of polarized light in different irradiation directions.

試料２からの光は、観察光学系１２を介して検出部３に受光される。この結果、内視鏡装置２００においても、試料２に対して照明光を異なる複数の照射方位と照射角度にて照明し、それぞれにおける試料２からの光に基づいて、上述した画像処理／判定部４３が行う判定と同様の判定を行うことができるので、試料２の判定精度を向上させることができる。 The light from the sample 2 is received by the detection unit 3 via the observation optical system 12. As a result, also in the endoscopic device 200, the sample 2 is illuminated with illumination light at a plurality of different irradiation directions and irradiation angles, and based on the light from the sample 2 in each, the above-described image processing/determination unit. Since it is possible to make the same judgment as the judgment made by 43, the judgment accuracy of the sample 2 can be improved.

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments as long as the characteristics of the present invention are not impaired, and other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention. ..

１、１０、１００、１１０…観察装置
２…試料
３…検出部
４…演算装置
５、５０、５００、５１０…顕微鏡装置
１１…光源部
１２…観察光学系
１３、２３、１３０…移動機構
１４…照明光学系
１５…リング照明光生成部
１６…遮光部
２１…試料台
３２…イメージセンサ
４２…照射方向制御部
４３…画像処理／判定部
１１１…光源
１１２…偏光生成部
１３１…保持部
２００…内視鏡装置 1, 10, 100, 110... Observing device 2... Sample 3... Detecting unit 4... Computing device 5, 50, 500, 510... Microscope device 11... Light source unit 12... Observing optical system 13, 23, 130... Moving mechanism 14... Illumination optical system 15... Ring illumination light generation unit 16... Shading unit 21... Sample stage 32... Image sensor 42... Irradiation direction control unit 43... Image processing/determination unit 111... Light source 112... Polarization generation unit 131... Holding unit 200... Inside Endoscope device

Claims (23)

試料に偏光を照射する光源部と、
前記試料に対する前記偏光の照射方向を変更する変更部と、
前記偏光が照射された前記試料からの反射光および散乱光の少なくとも一方を検出部に結像させる光学系と、
を備える観察装置。 A light source unit for irradiating the sample with polarized light;
A change unit that changes the irradiation direction of the polarized light with respect to the sample,
An optical system for forming at least one of reflected light and scattered light from the sample irradiated with the polarized light on a detection unit,
An observation device equipped with. 請求項１に記載の観察装置において、
前記変更部は、前記試料に対する前記偏光の照射方位と照射角度との少なくとも一方を変化させて、前記照射方向を変更する、観察装置。 The observation device according to claim 1,
The observation device, wherein the changing unit changes at least one of an irradiation direction and an irradiation angle of the polarized light with respect to the sample to change the irradiation direction. 請求項１または２に記載の観察装置において、
複数の偏光状態の前記偏光を生成する偏光生成部を有する、観察装置。 The observation device according to claim 1 or 2,
An observation apparatus having a polarization generation unit that generates the polarized light in a plurality of polarization states. 請求項１から３までのいずれか一項に記載の観察装置において、
前記変更部は、前記光学系の光軸と交差する平面において前記光源部を移動させる、観察装置。 The observation device according to any one of claims 1 to 3,
The observation unit, wherein the changing unit moves the light source unit in a plane that intersects the optical axis of the optical system. 請求項４に記載の観察装置において、
前記変更部は、前記光源部を、前記光軸を中心とする円の周方向および径方向の少なくとも一方に沿って移動させて前記照射方向を変更する、観察装置。 The observation device according to claim 4,
An observation apparatus in which the changing unit changes the irradiation direction by moving the light source unit along at least one of a circumferential direction and a radial direction of a circle about the optical axis. 請求項１から５までのいずれか一項に記載の観察装置において、
前記光源部は、前記光学系を介して前記偏光を前記試料へ照射する、観察装置。 The observation device according to any one of claims 1 to 5,
The observation device, wherein the light source unit irradiates the sample with the polarized light via the optical system. 請求項４に記載の観察装置において、
前記光源部からの前記偏光を前記試料へ導く照明光学系をさらに備え、
前記変更部は、前記照明光学系を前記光源部とともに前記光軸の中心とする円の周方向に移動させる、観察装置。 The observation device according to claim 4,
Further comprising an illumination optical system that guides the polarized light from the light source unit to the sample,
The observation unit, wherein the changing unit moves the illumination optical system together with the light source unit in a circumferential direction of a circle having the center of the optical axis. 請求項７に記載の観察装置において、
前記光源部からの前記偏光を前記試料へ導く照明光学系をさらに備え、
前記変更部は、前記照明光学系の傾斜角度を変更して前記照射方向を変更する、観察装置。 The observation device according to claim 7,
Further comprising an illumination optical system that guides the polarized light from the light source unit to the sample,
An observation apparatus in which the changing unit changes the inclination angle of the illumination optical system to change the irradiation direction. 請求項１から３までのいずれか一項に記載の観察装置において、
前記光源部は、前記光学系の光軸を中心としたリング状の照射領域を有する照明光を照射し、
前記光源部からの前記照明光のうち、一部を透過する透過領域を有する遮光部材をさらに備え、
前記変更部は、前記透過領域を透過した前記照明光が前記試料を照明する位置を前記光軸の周りに回転させる、観察装置。 The observation device according to any one of claims 1 to 3,
The light source unit irradiates illumination light having a ring-shaped irradiation region centered on the optical axis of the optical system,
The illumination light from the light source unit further includes a light blocking member having a transmissive region that partially transmits,
The observation unit, wherein the changing unit rotates a position, at which the illumination light transmitted through the transmission region illuminates the sample, around the optical axis. 請求項３に従属する請求項９に記載の観察装置において、
前記遮光部材は、前記透過領域に前記偏光生成部を有する、観察装置。 The observation device according to claim 9 subordinate to claim 3,
The observation device, wherein the light shielding member has the polarization generation unit in the transmission region. 請求項１または２に記載の観察装置において、
前記光学系の光軸を中心として周方向および径方向の少なくとも一方に沿って複数の前記光源部を有し、
前記変更部は、前記複数の光源部のそれぞれのオン／オフを制御する、観察装置。 The observation device according to claim 1 or 2,
A plurality of light source units are provided along at least one of a circumferential direction and a radial direction about the optical axis of the optical system,
The observation device, wherein the changing unit controls ON/OFF of each of the plurality of light source units. 請求項１から３までのいずれか一項に記載の観察装置において、
前記変更部は、前記試料を載置した試料台を前記光学系の光軸の周りに回転させる、観察装置。 The observation device according to any one of claims 1 to 3,
An observation apparatus in which the changing unit rotates a sample table on which the sample is placed around an optical axis of the optical system. 請求項１から１２までのいずれか一項に記載の観察装置において、
前記変更部は、前記試料を載置する試料台の傾度を変更する、観察装置。 The observation device according to any one of claims 1 to 12,
The observation unit, wherein the changing unit changes the inclination of a sample table on which the sample is placed. 請求項１から１３までのいずれか一項に記載の観察装置において、
前記偏光が照射された前記試料からの反射光および散乱光の少なくとも一方の計測に基づいて、前記試料の状態を判定する判定部と、
前記判定部により判定された結果を示す画像を表示する表示部と、を備える観察装置。 The observation device according to any one of claims 1 to 13,
Based on the measurement of at least one of the reflected light and scattered light from the sample irradiated with the polarized light, a determination unit for determining the state of the sample,
An observation apparatus comprising: a display unit that displays an image showing a result determined by the determination unit. 請求項１４に記載の観察装置において、
前記判定部は、予め少なくとも１つの前記照射方向で計測された試料の偏光特性および試料の状態の関係と、実測した前記試料の偏光特性との比較に基づいて、実測した前記試料の状態を判定する、観察装置。 The observation device according to claim 14,
The determination unit determines the actually measured state of the sample based on a comparison between the polarization characteristic of the sample and the state of the sample measured in advance in at least one of the irradiation directions and the measured polarization characteristic of the sample. Observing device. 請求項１から１１までのいずれか一項に記載の観察装置を有する内視鏡装置。 An endoscope apparatus comprising the observation device according to any one of claims 1 to 11. 請求項１から１５までのいずれか一項の観察装置と、
前記偏光のうち前記試料で散乱した散乱光を検出する検出部と、を備える顕微鏡装置。 An observation device according to any one of claims 1 to 15,
A microscope unit, comprising: a detector that detects scattered light scattered by the sample in the polarized light. 請求項１７に記載の顕微鏡装置において、
複数の前記照射方向から照射された前記偏光のうち前記検出部により検出した前記試料からの反射光および散乱光の少なくとも一方に基づいて、前記試料の状態を判定する判定部を備える、顕微鏡装置。 The microscope apparatus according to claim 17,
A microscope apparatus comprising: a determination unit that determines a state of the sample based on at least one of reflected light and scattered light from the sample detected by the detection unit among the polarized lights emitted from a plurality of the irradiation directions. 請求項１８に記載の顕微鏡装置において、
前記判定部は、予め少なくとも１つの前記照射方向で計測された試料の偏光特性および試料の状態の関係と、実測した前記試料の偏光特性との比較に基づいて、実測した前記試料の状態を判定する、顕微鏡装置。 The microscope apparatus according to claim 18,
The determination unit determines the actually measured state of the sample based on a comparison between the polarization characteristic of the sample and the state of the sample measured in advance in at least one of the irradiation directions and the measured polarization characteristic of the sample. A microscope device. 請求項１８または１９に記載の顕微鏡装置において、
前記判定部により判定された結果を示す画像を表示する表示部、を備える顕微鏡装置。 The microscope apparatus according to claim 18 or 19,
A microscope device comprising: a display unit that displays an image showing a result determined by the determination unit. 試料に偏光を照射することと、
前記試料に対する前記偏光の照射方向を変更することと、
前記偏光が照射された前記試料からの反射光および散乱光の少なくとも一方を検出部に結像させることと、を含む観察方法。 Illuminating the sample with polarized light;
Changing the irradiation direction of the polarized light with respect to the sample;
Forming at least one of reflected light and scattered light from the sample irradiated with the polarized light on a detection unit. 請求項２１に記載の観察方法において、
前記偏光が照射された前記試料からの反射光および散乱光の少なくとも一方の計測に基づいて、前記試料の状態を判定することを含む観察方法。 The observation method according to claim 21,
An observation method including determining the state of the sample based on measurement of at least one of reflected light and scattered light from the sample irradiated with the polarized light. 請求項２２に記載の観察方法において、
予め少なくとも１つの前記照射方向で計測された試料の偏光特性および試料の状態の関係と、実測した前記試料の偏光特性との比較に基づいて、実測した前記試料の状態を判定する観察方法。 The observation method according to claim 22,
An observation method for determining the actually measured state of the sample based on a comparison between the relationship between the polarization characteristic of the sample and the state of the sample measured in advance in at least one of the irradiation directions and the actually measured polarization characteristic of the sample.
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