JPH11305133A - High resolution microscope - Google Patents

High resolution microscope

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JPH11305133A
JPH11305133A JP10113485A JP11348598A JPH11305133A JP H11305133 A JPH11305133 A JP H11305133A JP 10113485 A JP10113485 A JP 10113485A JP 11348598 A JP11348598 A JP 11348598A JP H11305133 A JPH11305133 A JP H11305133A
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JP
Japan
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optical system
light
polarization
illumination
sample
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JP10113485A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideyuki Takaoka
高岡秀行
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH11305133A publication Critical patent/JPH11305133A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily realize super resolution without requiring a complicated mechanism. SOLUTION: The high resolution microscope includes a light source 1, a collector lens 2, a polarized light separating optical system 51, a polarizer 3, a condenser lens 5, a sample 6, an objective lens 7, a polarized light synthesizing optical system 52, and an image forming lens 10 arranged in the order of light passage, the optical system 51 separates an incident beam into two illuminiating beams of which polarizing directions intersect with each other at right angles, the optical system 52 synthesizes diffracted beams diffracted from the sample 6 and having different polarization directions, and both the optical systems 51, 52 respectively include polarized beam splitters and mirrors. Each mirror is constituted so that incident light upon each of the optical systems 51, 52 passes the polarized beam splitter twice, two separated illuminating beams are allowed to pass respectively different positions on the pupil surface of an illuminating optical system and a pair of light rays separated from the same light ray out of these illuminating beams are applied to the same point on a sample surface.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高解像顕微鏡に関
し、特に、比較的容易に超解像を実現できる高解像顕微
鏡に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-resolution microscope, and more particularly to a high-resolution microscope that can realize super-resolution relatively easily.

【0002】[0002]

【従来の技術】試料の微小構造の観察や計測、あるいは
欠陥検査等の分野においては、より高い空間分解能での
観測が求められる。試料の面内分解能を高めるための方
法として、試料からの回折光の中、高い空間周波数成分
の光を結像させるため、試料面近傍で、あるいは照明光
学系中の試料面と共役な位置で、それぞれ回折光あるい
は照明光にある種の変調を加え、結像光学系中の試料面
と略共役な位置で変調に対応する復調を行うという手法
がある。この例として、Lukoszの方法(W.Lukos
z,"Optical systems with resolving powers exceeding
the clasical limit.II",Journal of the Optical Soc
iety of America,Vol.37,PP.932(1967))やLohma
nn等の方法(A.W.Lohmann and D.P.Paris," Superres
olution forNonbirefringent Objects",Applied Optic
s,Vol.3,PP.1037(1964) )をあげることができる。
2. Description of the Related Art Observation with higher spatial resolution is required in fields such as observation and measurement of a minute structure of a sample and defect inspection. As a method for increasing the in-plane resolution of the sample, in order to form an image of a high spatial frequency component in the diffracted light from the sample, the sample is located near the sample surface or at a position conjugate with the sample surface in the illumination optical system. There is a method of applying a certain type of modulation to the diffracted light or the illumination light, respectively, and performing demodulation corresponding to the modulation at a position substantially conjugate with the sample surface in the imaging optical system. An example of this is the method of Lukosz (W. Lukos
z, "Optical systems with resolving powers exceeding
the clasical limit.II ", Journal of the Optical Soc
society of America, Vol. 37, PP. 932 (1967)) and Lohma
nn et al. (AWLohmann and DPParis, "Superres
olution for Nonbirefringent Objects ", Applied Optic
s, Vol.3, PP.1037 (1964)).

【0003】Lukoszの方法の光学系を図12に示
す。Lukoszの方法では、試料6近傍及び結像光学
系中の試料面と略共役な位置に共役な格子定数を持つ回
折格子101及び102を配置し、それらを共役的に動
かす。試料面近傍に配置された回折格子101は、本来
結像光学系の対物レンズ7に入射することのできない回
折光を像面11に到達させることができる。結像光学系
中の試料面と略共役な位置に配置された回折格子102
により、試料面近傍の回折格子101による回折光が復
調され、本来の回折成分として結像される。本来結像に
寄与しなかった高い空間周波数成分を持つ光が回折格子
101により像面11に到達するため、通常より高い空
間分解能を得ることができるというものである。
FIG. 12 shows an optical system of the Lukosz method. In Lukosz's method, diffraction gratings 101 and 102 having conjugate lattice constants are arranged near the sample 6 and at a position substantially conjugate with the sample surface in the imaging optical system, and move them conjugately. The diffraction grating 101 arranged in the vicinity of the sample surface can make diffracted light that cannot originally enter the objective lens 7 of the imaging optical system reach the image plane 11. Diffraction grating 102 arranged at a position substantially conjugate with the sample surface in the imaging optical system
As a result, the light diffracted by the diffraction grating 101 near the sample surface is demodulated and formed as an original diffraction component. Light having a high spatial frequency component that originally did not contribute to image formation reaches the image plane 11 by the diffraction grating 101, so that a higher spatial resolution than usual can be obtained.

【0004】次に、Lohmann等の方法の光学系を
図13に示す。Lohmann等の方法では、コンデン
サーレンズ5の前側と対物レンズ7の後側のそれぞれ試
料面と略共役な位置に、ウォラストンプリズム等の複屈
折プリズム4及び8を配置する。偏光板3を通過した入
射光はコンデンサーレンズ前側の複屈折プリズム4によ
り振動方向が直交する2偏光に分離され、それぞれの偏
光成分を持つ2光束はコンデンサーレンズ5の瞳面上で
異なる面内位置を通過する。分離された2偏光は試料面
でその照射位置が一致する。同一の光線から分離された
直交する2偏光が、それぞれ異なる角度で試料6に斜入
射することになり、それぞれに対する回折光が独立に対
物レンズ7を通過する。対物レンズ7後側に配置された
複屈折プリズム8により2偏光は干渉し、結像される。
直交した2偏光の試料6への斜入射角度に応じた高い空
間周波数成分を持つ回折光が、独立した2偏光として対
物レンズ7を通過し、それらが像面11では干渉するた
め、通常の顕微鏡に比べて、高い空間分解能を実現でき
る。
FIG. 13 shows an optical system according to the method of Lohmann et al. According to the method of Lohmann et al., Birefringent prisms 4 and 8 such as Wollaston prisms are arranged at positions substantially conjugate with the sample surface on the front side of the condenser lens 5 and on the rear side of the objective lens 7, respectively. The incident light that has passed through the polarizing plate 3 is separated into two polarized lights whose vibration directions are orthogonal to each other by a birefringent prism 4 on the front side of the condenser lens. Pass through. The irradiation positions of the separated two polarized lights coincide with each other on the sample surface. The two orthogonally polarized lights separated from the same light beam are obliquely incident on the sample 6 at different angles, and the diffracted lights for each pass through the objective lens 7 independently. The two polarized lights interfere with each other by the birefringent prism 8 disposed behind the objective lens 7 to form an image.
Diffracted light having a high spatial frequency component corresponding to the oblique incident angle of the two orthogonally polarized lights to the sample 6 passes through the objective lens 7 as independent two polarized lights, and interferes on the image plane 11. , A higher spatial resolution can be realized.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】Lukoszの方法で
は、試料側と結像面側の2つの回折格子を同期して連続
的に動かす必要があり、その機構が非常に複雑となる。
一方、Lohmann等の方法では、Lukoszの方
法のような複雑な可動部分がないのが利点であるが、ウ
ォラストンプリズム等のシェア量は固定されているた
め、最適な解像やコントラストを得るために、コンデン
サーレンズの瞳面での直交2偏光の分離位置を調節する
ことができない。また、超解像はウォラストンプリズム
等による偏光の分離の方向に対して得られるが、他の方
向でも超解像性を得るためには、ポラライザーやウォラ
ストンプリズム等を光軸に対して回転させるか、あるい
は、試料を光軸に対して回転させる必要があり、その操
作は煩雑なものとなる。これを図14(a)、(b)、
(c)により説明する。図14(a)、(b)、(c)
は、図13の対物レンズ7の瞳面を通過する試料6から
の散乱光(回折光)の中、0次光の光束を示したもので
ある。符号7aはある対物レンズにおける瞳の領域を示
したものであり、符号41dと42dは偏光分離された
2光束に対応する0次回折光の光束を表している。光束
41dと42dの中心位置を点41cと42cで表して
いる。この対物レンズに代えて、瞳のより小さい対物レ
ンズを使用した場合を考えると、図13に示したウォラ
ストンプリズム4による偏光分離の分離の角度αは変化
しないから、図14(b)のように対物レンズの瞳面内
における点41cと42cの位置は変化しないまま、対
物レンズの瞳7a’及び0次回折光の光束41d’、4
2d’の大きさのみが小さくなる。したがって、対物レ
ンズの瞳7a’に対して相対的な2光束41d’、42
d’の位置は瞳7a’から大きく外れる。瞳7aに対す
る光束41cと42cの相対的な位置は解像力とコント
ラストに影響するため、αを変化させない限りこれらを
調節することができない。また、超解像性は偏光光束の
分離の方向(図13ではx軸方向)に対して得られる
が、これに垂直な方向で超解像性を得たい場合には、図
14(c)のように0次回折光の光束41dと42dが
y軸方向に分離することが必要である。しかし、このた
めにはポラライザー3と共に照明側及び結像側のウォラ
ストンプリズム4、8を回転する必要がある。又は、試
料6を回転する必要がある。
In the method of Lukosz, two diffraction gratings on the sample side and the image plane need to be continuously moved in synchronization with each other, and the mechanism becomes very complicated.
On the other hand, the method of Lohmann et al. Has the advantage that there is no complicated movable part unlike the method of Lukosz. However, since the share amount of the Wollaston prism and the like is fixed, it is necessary to obtain optimal resolution and contrast. In addition, it is impossible to adjust the separation position of the orthogonal two polarized lights on the pupil plane of the condenser lens. In addition, super-resolution is obtained in the direction of polarization separation by a Wollaston prism or the like, but in order to obtain super-resolution in other directions, a polarizer or a Wollaston prism is rotated with respect to the optical axis. Or the sample needs to be rotated with respect to the optical axis, and the operation becomes complicated. This is shown in FIGS. 14 (a), (b),
This will be described with reference to (c). 14 (a), (b), (c)
Shows the luminous flux of the zero-order light in the scattered light (diffracted light) from the sample 6 passing through the pupil plane of the objective lens 7 in FIG. Reference numeral 7a indicates a pupil region in a certain objective lens, and reference numerals 41d and 42d indicate light beams of the 0th-order diffracted light corresponding to the two light beams separated by polarization. The center positions of the light beams 41d and 42d are represented by points 41c and 42c. Considering the case where an objective lens having a smaller pupil is used instead of this objective lens, the angle α of the polarization separation by the Wollaston prism 4 shown in FIG. 13 does not change, and as shown in FIG. While the positions of the points 41c and 42c in the pupil plane of the objective lens remain unchanged, the pupil 7a 'of the objective lens and the light beams 41d',
Only the size of 2d 'is reduced. Therefore, the two light beams 41d ', 42 relative to the pupil 7a' of the objective lens
The position of d 'largely deviates from the pupil 7a'. Since the relative positions of the light beams 41c and 42c with respect to the pupil 7a affect the resolving power and contrast, they cannot be adjusted unless α is changed. The super-resolution is obtained with respect to the direction of separation of the polarized light beam (x-axis direction in FIG. 13). If it is desired to obtain the super-resolution in a direction perpendicular to this direction, FIG. It is necessary that the light beams 41d and 42d of the 0th-order diffracted light be separated in the y-axis direction as described above. However, for this purpose, it is necessary to rotate the Wollaston prisms 4 and 8 on the illumination side and the imaging side together with the polarizer 3. Alternatively, the sample 6 needs to be rotated.

【0006】一方、瞳の大きな対物レンズ等に対して超
解像を得るために、照明光束を偏光分離する場合等、照
明光束の分離量を大きくすためには、図13に示した偏
光分離の分離角αを大きくする必要があるが、そのため
には複屈折プリズム4、8を厚くする必要がある。複屈
折プリズム4、8が厚くなると、プリズムに角度を持っ
て入射する光線のプリズムからの射出方向と、プリズム
に垂直に入射した光線の射出方向とのずれが大きくな
る。また、偏光分離された一対の光線間の強度に差が出
てくる。したがって、像のコントラストを劣化させる原
因となる。
On the other hand, in order to increase the amount of separation of the illumination light beam, for example, in the case where the illumination light beam is polarization-separated in order to obtain super-resolution for an objective lens having a large pupil, the polarization separation shown in FIG. It is necessary to increase the separation angle α of the birefringent prisms. As the birefringent prisms 4 and 8 become thicker, the deviation between the exit direction of the light beam entering the prism at an angle and the exit direction of the light beam perpendicularly incident on the prism increases. In addition, a difference appears in the intensity between a pair of polarized light beams. Therefore, it causes deterioration of image contrast.

【0007】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、複雑な機構を必
要とせず、比較的容易に超解像を実現できる高解像顕微
鏡を提供することである。また、解像力の調節や超解像
性が得られる方向の調整ができる機構を備え、コントラ
ストの劣化が起き難い高解像顕微鏡を提供することを目
的とする。
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a high-resolution microscope capable of relatively easily realizing super-resolution without requiring a complicated mechanism. To provide. It is another object of the present invention to provide a high-resolution microscope which has a mechanism capable of adjusting the resolution and the direction in which the super-resolution is obtained, and in which the contrast is hardly deteriorated.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の高解像顕微鏡は、光源からの光を照明光学
系に導くコレクターレンズ、試料を照明する照明光学
系、試料からの回折光を取り込む対物レンズとで構成さ
れる顕微鏡において、コレクターレンズと照明光学系の
間に、入射光束を偏光方向が直交した2つの照明光束に
分離する偏光分離光学系を配置し、対物レンズと像検出
位置の間に、前記照明光束により試料から回折された偏
光方向の異なる回折光を合成する偏光合成光学系を配置
し、前記偏光分離光学系は偏光ビームスプリッターとミ
ラーを含み、前記ミラーは前記偏光分離光学系に入射し
た光が、前記偏光ビームスプリッターを2度通過するよ
うに構成され、前記2つの照明光束が前記照明光学系の
瞳面上でそれぞれ異なる位置を通過し、それぞれの照明
光束の中、同一の光線から分離された一対の光線が試料
面上の同一の点を照射するように構成され、前記偏光合
成光学系は偏光ビームスプリッターとミラーを含み、前
記ミラーは前記偏光合成光学系に入射した光が、前記偏
光ビームスプリッターを2度通過するように構成される
ことを特徴とするものである。
To achieve the above object, a high-resolution microscope according to the present invention comprises a collector lens for guiding light from a light source to an illumination optical system, an illumination optical system for illuminating a sample, and a In a microscope configured with an objective lens that captures diffracted light, a polarization separation optical system that separates an incident light beam into two illumination light beams whose polarization directions are orthogonal to each other is arranged between a collector lens and an illumination optical system. Between the image detection positions, a polarization combining optical system that combines diffracted lights having different polarization directions diffracted from the sample by the illumination light beam is arranged, the polarization separation optical system includes a polarizing beam splitter and a mirror, and the mirror is The light incident on the polarization splitting optical system is configured to pass through the polarizing beam splitter twice, and the two illumination light beams are different on the pupil plane of the illumination optical system. And a pair of light beams separated from the same light beam in each of the illumination light beams illuminate the same point on the sample surface, and the polarization combining optical system includes a polarizing beam splitter and a mirror. Wherein the mirror is configured such that light incident on the polarization combining optical system passes twice through the polarization beam splitter.

【0009】図1に、本発明による透過型顕微鏡の構成
を示し、本発明の上記手段と作用を説明する。図1の顕
微鏡の照明光学系は、光源1、コレクターレンズ2、ポ
ラライザー3、偏光分離光学系51、コンデンサーレン
ズ5からなり、一方、結像光学系は、対物レンズ7、偏
光合成光学系52、結像レンズ10からなる。図1で
は、光源1から光軸上を進む照明光束と試料6によって
回折されない0次光束を直線で代表させて描いてある。
光源1を発した光は、コレクターレンズ2を通過し、ポ
ラライザー3により直線偏光となり、照明光学系内の偏
光分離光学系51に入射する。ポラライザー3は、その
偏光方向が偏光分離光学系51で分離される2つの偏光
に対して45°の角度をなすように配置される。偏光分
離光学系51により入射光は、偏光方向が直交した2つ
の光束41、42(図2)に分離される。光束41、4
2はコンデンサーレンズ5に入射し、試料6を照明す
る。一方、試料6による散乱光(回折光)は対物レンズ
7を通過し、結像光学系内の偏光合成光学系52に入射
する。照明光束41、42に対応する試料6によって回
折されなかった0次光41d、42dは偏光合成光学系
52により合成され、結像レンズ10により像検出位置
11において結像される。
FIG. 1 shows the configuration of a transmission microscope according to the present invention, and the above means and operation of the present invention will be described. The illumination optical system of the microscope of FIG. 1 includes a light source 1, a collector lens 2, a polarizer 3, a polarization separation optical system 51, and a condenser lens 5, while the imaging optical system includes an objective lens 7, a polarization combining optical system 52, It comprises an imaging lens 10. In FIG. 1, the illumination light beam traveling on the optical axis from the light source 1 and the zero-order light beam that is not diffracted by the sample 6 are represented by straight lines.
The light emitted from the light source 1 passes through the collector lens 2, becomes linearly polarized light by the polarizer 3, and enters the polarization separation optical system 51 in the illumination optical system. The polarizer 3 is arranged so that its polarization direction forms an angle of 45 ° with the two polarized lights separated by the polarization separation optical system 51. The polarization splitting optical system 51 splits the incident light into two light beams 41 and 42 (FIG. 2) whose polarization directions are orthogonal to each other. Luminous flux 41, 4
2 enters the condenser lens 5 and illuminates the sample 6. On the other hand, the scattered light (diffracted light) by the sample 6 passes through the objective lens 7 and enters the polarization combining optical system 52 in the imaging optical system. The zero-order lights 41d and 42d that are not diffracted by the sample 6 corresponding to the illumination light beams 41 and 42 are combined by the polarization combining optical system 52, and formed into an image at the image detection position 11 by the imaging lens 10.

【0010】本発明における偏光分離光学系51は、偏
光ビームスプリッター21及びミラー22、23を有
し、偏光合成光学系52は、偏光ビームスプリッター6
1及びミラー62、63を有している。偏光ビームスプ
リッター21及び偏光ビームスプリッター61は試料面
と略共役な位置に配置されている。偏光分離光学系51
に入射し、偏光ビームスプリッター21により分離され
た光は、ミラー22、23で反射されて再び偏光ビーム
スプリッター21に入射した後、偏光分離光学系51か
ら射出される。
The polarization splitting optical system 51 of the present invention has the polarization beam splitter 21 and mirrors 22 and 23, and the polarization combining optical system 52 has the polarization beam splitter 6
1 and mirrors 62 and 63. The polarizing beam splitter 21 and the polarizing beam splitter 61 are arranged at positions substantially conjugate with the sample surface. Polarization separation optical system 51
Is split by the polarization beam splitter 21, is reflected by the mirrors 22 and 23, reenters the polarization beam splitter 21, and is emitted from the polarization splitting optical system 51.

【0011】図2は、コンデンサーレンズ5の瞳面内で
の対物レンズ7の瞳7aと照明光束41、42の通過領
域との相対的な位置関係を示したものである。図2
(b)のように、偏光分離光学系51によって分離され
た照明光束41、42はコンデンサーレンズ5の瞳面上
の異なる位置を通過する。照明光束41、42の中、同
一の光線から分離された一対の光線は、試料面上で同一
の点を照射する。この点から散乱された光は偏光合成光
学系52で合成される。図1において、偏光分離光学系
51で分離され、偏光合成光学系52で合成される光の
中、光束41と41dが通過する光路と、光束42と4
2dが通過する光路との光路長差は略0となっている。
FIG. 2 shows the relative positional relationship between the pupil 7a of the objective lens 7 and the passage areas of the illumination light beams 41 and 42 in the pupil plane of the condenser lens 5. FIG.
As shown in (b), the illumination light beams 41 and 42 separated by the polarization separation optical system 51 pass through different positions on the pupil plane of the condenser lens 5. A pair of light beams separated from the same light beam in the illumination light beams 41 and 42 irradiate the same point on the sample surface. Light scattered from this point is combined by the polarization combining optical system 52. In FIG. 1, of the light separated by the polarization splitting optical system 51 and combined by the polarization combining optical system 52, the light paths through which the light beams 41 and 41d pass, and the light beams 42 and 4
The optical path length difference from the optical path through which 2d passes is substantially zero.

【0012】対物レンズ7瞳面上で、図2(b)の照明
光束41、42に対応する0次光束を41d、42dと
すると、光束41による回折光が通過できる領域は、図
4(a)の斜線部41fで示され、同様に光束42によ
る回折光が通過できる領域は図4(b)の斜線部42f
で示される。光束41、42は偏光方向が直交してお
り、それらによる回折光も瞳面上で干渉しないため、領
域41f、42fが両者共対物レンズ7の瞳7aの領域
と同一ではあるものの、対物レンズ7の瞳面上ではそれ
ぞれ独立な回折光が存在している領域であると考えられ
る。光束41及び42による試料6からの回折光は偏光
合成光学系52により合成される。光束41d、42d
はそれぞれ試料面上の同一の領域から発せられた光であ
るから、光束41d、42dは偏光合成光学系52を通
過した後、一致した光束となる。したがって、対物レン
ズ7の瞳面上で試料6からの回折光が通過できる見かけ
上の領域は図4(a)と図4(b)の光束41dと42
dを一致させたときの斜線部分41fと42fとを合わ
せた領域となる。これを図3(b)に示す。
On the pupil plane of the objective lens 7, assuming that the zero-order light beams 41d and 42d corresponding to the illumination light beams 41 and 42 of FIG. 2B are 41d and 42d, the region through which the diffracted light by the light beam 41 can pass is shown in FIG. 4B), the region through which the diffracted light by the light beam 42 can similarly pass is indicated by the hatched portion 42f in FIG.
Indicated by Since the light beams 41 and 42 have polarization directions orthogonal to each other, and the diffracted light beams do not interfere on the pupil plane, the regions 41f and 42f are the same as the region of the pupil 7a of the objective lens 7; Is considered to be a region where independent diffracted light exists on the pupil plane. Diffracted light from the sample 6 by the light beams 41 and 42 is combined by the polarization combining optical system 52. Light flux 41d, 42d
Are light emitted from the same region on the sample surface, so that the light beams 41d and 42d become identical light beams after passing through the polarization combining optical system 52. Therefore, the apparent area through which the diffracted light from the sample 6 can pass on the pupil plane of the objective lens 7 is the luminous fluxes 41d and 42 in FIGS. 4 (a) and 4 (b).
An area is obtained by combining the hatched portions 41f and 42f when d is matched. This is shown in FIG.

【0013】したがって、回折光が通ることのできる領
域は、通常の光学系では図3(a)のように、瞳7aの
内部71fだけであるのに対し、本発明の顕微鏡では、
図3(b)のように、見かけ上領域41fと42fとを
合わせた領域72fで瞳7aの約2倍にまで広げること
ができる。瞳の大きさが大きい程、試料の高い空間周波
数成分による回折光が結像光学系を通過できるため分解
能は向上する。したがって、本発明の顕微鏡によれば、
通常の顕微鏡の解像力をはるかに超えた観察を行うこと
ができる。
Accordingly, the area through which the diffracted light can pass is only the inside 71f of the pupil 7a as shown in FIG.
As shown in FIG. 3B, in the region 72f where the apparent regions 41f and 42f are combined, the pupil 7a can be expanded to about twice as large as the pupil 7a. The larger the size of the pupil, the higher the resolution because the diffracted light due to the high spatial frequency component of the sample can pass through the imaging optical system. Therefore, according to the microscope of the present invention,
Observation far beyond the resolution of a normal microscope can be performed.

【0014】さらに、A.W.Lohmann等が示し
た透過型光学系ではウォラストンプリズム等の複屈折プ
リズムを用いているが、本発明の構成では複屈折プリズ
ムを使用しないので、複屈折プリズムによる偏光分離の
角度を大きくしたときのプリズム厚が起こすコントラス
トの劣化は発生しない。
Further, A.I. W. Although the transmission type optical system shown by Lohmann et al. Uses a birefringent prism such as a Wollaston prism, the configuration of the present invention does not use a birefringent prism, so that the angle of polarization separation by the birefringent prism is increased. No degradation in contrast caused by the prism thickness occurs.

【0015】図1では、透過型顕微鏡の構成を示してい
るが、本発明の高解像顕微鏡は、対物レンズを照明光学
系としても使用する落射型顕微鏡てあって、コレクター
レンズと偏光分離光学系の間、又は、偏光分離光学系と
対物レンズの間に、照明光束と結像光束を分離する光線
分割器が配置されるように構成することもできる。
FIG. 1 shows the configuration of a transmission microscope. The high-resolution microscope of the present invention is an epi-illumination microscope using an objective lens also as an illumination optical system, and includes a collector lens and a polarization separation optical system. A beam splitter for separating an illumination light beam and an image forming light beam may be arranged between the systems or between the polarization splitting optical system and the objective lens.

【0016】また、その光線分割器は、コレクターレン
ズと偏光分離光学系の間に配置され、偏光分離光学系と
偏光合成光学系とが共通の偏光分離・合成光学系として
構成され、その偏光分離・合成光学系と対物レンズの間
に偏光変換素子が配置されるように構成してもよい。こ
の構成により、より少ない光学素子で高解像顕微鏡を実
現することができる。その偏光変換素子には4分の1波
長板又は4分の1波長板と同等の機能を持つ光学素子を
使用することができる。
The beam splitter is disposed between the collector lens and the polarization splitting optical system, and the polarization splitting optical system and the polarization combining optical system are configured as a common polarization splitting / synthesizing optical system. -The polarization conversion element may be arranged between the combining optical system and the objective lens. With this configuration, a high-resolution microscope can be realized with fewer optical elements. As the polarization conversion element, a quarter-wave plate or an optical element having a function equivalent to that of the quarter-wave plate can be used.

【0017】偏光分離光学系は、そのミラーが傾斜する
ことで、照明光学系の瞳面上での2つの照明光束の通過
位置が変化するように構成することができる。また、そ
のミラーが移動することによっても、照明光学系の瞳面
上での2つの照明光束の通過位置を変化させることがで
きる。このとき、照明光束に対する0次光が偏光合成光
学系により合成されるように、偏光合成光学系内のミラ
ーも傾斜あるいは移動させる。図1の光学系において
は、ミラー22、23、62、63をx−z面内で傾斜
させて、コンデンサーレンズ5の瞳面上で照明光束4
1、42の通過位置をx方向に変化させることができ
る。したがって、対物レンズ7の瞳が小さく図14
(b)のように0次光束の通過位置が瞳に対して大きく
離れているような場合には、ミラー22、23、62、
63を傾斜させることで、照明光束41、42の通過位
置を変化させ、図14(b)における光束41d’、4
2d’の位置を調節することにより、最適な解像を得る
ことができる(図2(c)、(d))。また、図1で
は、ミラー22、23、62、63はx−z面内で傾斜
しており、超解像性は試料面内のx方向で得られるが、
y−z面内で傾斜させることにより、図14(c)のよ
うに照明光束41、42がy方向に分離して瞳を通過す
るため、試料のy方向の構造についても超解像を得るこ
とができる。
The polarization splitting optical system can be configured such that the position of the two illumination light beams passing on the pupil plane of the illumination optical system changes when the mirror is tilted. In addition, the position at which the two illumination light beams pass on the pupil plane of the illumination optical system can be changed by moving the mirror. At this time, the mirror in the polarization combining optical system is also tilted or moved so that the zero-order light for the illumination light beam is combined by the polarization combining optical system. In the optical system of FIG. 1, the mirrors 22, 23, 62, and 63 are tilted in the xz plane, and the illumination light beam 4 is focused on the pupil plane of the condenser lens 5.
The passing positions of 1, 42 can be changed in the x direction. Therefore, the pupil of the objective lens 7 is small, as shown in FIG.
In the case where the passing position of the zero-order light beam is far away from the pupil as in (b), the mirrors 22, 23, 62,
By inclining 63, the passing positions of the illumination light beams 41 and 42 are changed, and the light beams 41d 'and 4d' in FIG.
By adjusting the position of 2d ', an optimum resolution can be obtained (FIGS. 2C and 2D). In FIG. 1, the mirrors 22, 23, 62, and 63 are inclined in the xz plane, and the super-resolution is obtained in the x direction in the sample plane.
By inclining in the yz plane, the illumination light beams 41 and 42 are separated in the y direction and pass through the pupil as shown in FIG. 14C, so that a super-resolution can be obtained even in the structure of the sample in the y direction. be able to.

【0018】さらに、照明光学系の瞳半径をrとしたと
き、照明光学系の瞳面上で2つの照明光束の中心間の距
離が1.5r以上、かつ、2r以下であるように構成す
ることが望ましい。このとき、最適な超解像性を得るこ
とができる。2つの照明光束の中心間の距離が図2
(c)のように1.5r未満のときは、図3(c)の領
域73fで示したように、回折光が見かけ上通過できる
範囲は、図3(b)の領域72fより狭くなるため、高
い分解能は得られない。
Further, when the pupil radius of the illumination optical system is r, the distance between the centers of the two illumination light beams on the pupil plane of the illumination optical system is 1.5r or more and 2r or less. It is desirable. At this time, optimal super-resolution can be obtained. Fig. 2 shows the distance between the centers of the two illumination beams.
When the distance is less than 1.5r as shown in FIG. 3C, as shown by a region 73f in FIG. 3C, the apparent range through which the diffracted light can pass is smaller than the region 72f in FIG. 3B. , High resolution cannot be obtained.

【0019】一方、2つの照明光束間の中心間の距離が
図2(d)のように2rを超える場合は、回折光が見か
け上通過できる範囲は、図3(d)に74fで示すよう
にな領域となり、試料の空間周波数成分の中、高周波成
分がやや強調され、中程度の周波数成分のコントラスト
が低く抑えられてしまう。
On the other hand, when the distance between the centers of the two illumination light beams exceeds 2r as shown in FIG. 2D, the range in which the diffracted light can pass apparently is indicated by 74f in FIG. 3D. In this case, the high frequency component is slightly emphasized in the spatial frequency components of the sample, and the contrast of the medium frequency component is suppressed low.

【0020】これまでに示した本発明の顕微鏡の構成に
おいて、偏光合成光学系が有する偏光ビームスプリッタ
ーは、結像光学系の瞳位置近傍又は瞳と共役な位置の近
傍に配置されるように構成することができる。これによ
り、無限遠補正対物レンズを使用することができる。
In the configuration of the microscope according to the present invention described above, the polarization beam splitter of the polarization combining optical system is arranged so as to be located near the pupil position of the imaging optical system or near a position conjugate with the pupil. can do. This allows the use of an infinity corrected objective lens.

【0021】図1のように、偏光ビームスプリッター2
1、61の一端面から射出した光を再び同じ端面に入射
させる場合には、偏光ビームスプリッター21、61と
ミラー22、23、62、63との間に偏光変換素子2
4、25、64、65を配置する。偏光変換素子24、
25、64、65は偏光ビームスプリッター21、61
の一端面を射出した光の偏光方向と、再び同じ端面に入
射する光の偏光方向が相互に90°異なるように偏光状
態を変換することができる光学素子である。この偏光変
換素子24、25、64、65には4分の1波長板又は
4分の1波長板と同等の機能を持つ光学素子を使用する
ことができる。4分の1波長板の中性軸の方向は、偏光
ビームスプリッターで反射あるいは透過した後のそれぞ
れの光偏光方向に対して45°の方向に設定される。
As shown in FIG. 1, the polarization beam splitter 2
To make the light emitted from one end face of each of the first and second light incident on the same end face again, the polarization conversion element 2 is disposed between the polarization beam splitters 21 and 61 and the mirrors 22, 23, 62 and 63.
4, 25, 64 and 65 are arranged. Polarization conversion element 24,
25, 64, 65 are polarization beam splitters 21, 61
Is an optical element that can change the polarization state such that the polarization direction of light emitted from one end face of the light-emitting element differs from the polarization direction of light incident on the same end face by 90 °. As the polarization conversion elements 24, 25, 64, and 65, a quarter-wave plate or an optical element having the same function as the quarter-wave plate can be used. The direction of the neutral axis of the quarter-wave plate is set at 45 ° with respect to the respective light polarization directions after being reflected or transmitted by the polarizing beam splitter.

【0022】また、偏光合成光学系と像検出位置の間に
アナライザーを配置してもよい。これにより、像のコン
トラストを高めることができる。アナライザーは、その
振動方向がポラライザーと略平行になるように配置され
るのが好ましい。
Further, an analyzer may be arranged between the polarization combining optical system and the image detection position. Thereby, the contrast of the image can be increased. The analyzer is preferably arranged so that its vibration direction is substantially parallel to the polarizer.

【0023】さらに、前記アナライザーを回転可能とし
てもよい。これにより、像のコントラストの調整を行う
ことができる。
Further, the analyzer may be rotatable. Thereby, the contrast of the image can be adjusted.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明の高解像顕微鏡のい
くつかの実施例を図面に基づいて説明する。 (実施例1)図5(a)、(b)は、本発明による落射
型顕微鏡の光学系の例を示したものである。ここで、図
5(a)は、偏光分離光学系51と偏光合成光学系52
を各々照明光学系、結像光学系に配置した場合であり、
図1の透過型顕微鏡の光学系と機能は基本的に同じであ
る。また、図5(b)は、偏光分離光学系と偏光合成光
学系を1つの光学系で構成して偏光分離・合成光学系5
3とした場合で、偏光分離・合成光学系53が照明光学
系と結像光学系で共通に使用されている。何れの場合に
おいても、対物レンズ7の後方(結像光学系側)にハー
フミラー27を配置して、光源1から発し偏光分離光学
系51を通過した照明光をハーフミラー27で反射して
対物レンズ7に導き、対物レンズ7を介して試料6を照
明できるようにしている。また、試料6からの反射光は
対物レンズ7を介して集光され試料6の像を結像するの
で、対物レンズ7は照明光学系と結像光学系で共用され
ていることになる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Some embodiments of the high-resolution microscope of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIGS. 5A and 5B show an example of an optical system of an epi-illumination microscope according to the present invention. Here, FIG. 5A shows a polarization separation optical system 51 and a polarization combining optical system 52.
Are arranged in the illumination optical system and the imaging optical system, respectively.
The function and the optical system of the transmission microscope of FIG. 1 are basically the same. FIG. 5B shows a polarization separation / synthesis optical system 5 composed of one polarization separation optical system and one polarization synthesis optical system.
In the case of 3, the polarization separation / synthesis optical system 53 is commonly used by the illumination optical system and the imaging optical system. In any case, the half mirror 27 is disposed behind the objective lens 7 (on the side of the imaging optical system), and the illumination light emitted from the light source 1 and passing through the polarization splitting optical system 51 is reflected by the half mirror 27 so as to be objective. The sample 6 is guided to the lens 7 so that the sample 6 can be illuminated via the objective lens 7. Further, the reflected light from the sample 6 is condensed via the objective lens 7 and forms an image of the sample 6, so that the objective lens 7 is shared by the illumination optical system and the imaging optical system.

【0025】本実施例の詳細な説明を図5(b)に基づ
いて行う。光源1、コレクターレンズ2、ポラライザー
3、ハーフミラー27を通過した照明光は、偏光分離・
合成光学系53に入射する。偏光分離・合成光学系53
を射出した光は、4分の1波長板26、対物レンズ7を
通って試料6を照明する。試料6からの散乱光は、対物
レンズ7、4分の1波長板26を通過し、再び偏光分離
・合成光学系53に入射・射出後、ハーフミラー27で
反射されて、光軸に対して回転可能なアナライザー9を
通過し、結像レンズ10により像検出位置11に結像す
る。ここで、ポラライザー3とアナライザー9の振動方
向は略平行となるように設定されている。また、偏光分
離・合成光学系53を構成している偏光ビームスプリッ
ター81は、試料6と略共役な位置に配置されている。
The present embodiment will be described in detail with reference to FIG. The illumination light passing through the light source 1, the collector lens 2, the polarizer 3, and the half mirror 27 is polarized and separated.
The light enters the combining optical system 53. Polarization separation / synthesis optical system 53
Illuminates the sample 6 through the quarter-wave plate 26 and the objective lens 7. The scattered light from the sample 6 passes through the objective lens 7, the quarter-wave plate 26, enters and exits the polarization separation / combination optical system 53 again, is reflected by the half mirror 27, and After passing through a rotatable analyzer 9, an image is formed on an image detection position 11 by an imaging lens 10. Here, the vibration directions of the polarizer 3 and the analyzer 9 are set to be substantially parallel. The polarization beam splitter 81 constituting the polarization separation / synthesis optical system 53 is arranged at a position substantially conjugate with the sample 6.

【0026】図6に、偏光分離・合成光学系53と試料
6との間の光学系を拡大して示す。ポラライザー3によ
り直線偏光となった照明光束40は、偏光ビームスプリ
ッター81により反射光と透過光とに分離される。反射
光と透過光の偏光方向はそれぞれ91、92で示した方
向であり、直交している。ポラライザー3の振動方向
は、91、92で示した偏光方向に対して45°の方向
に設定されている。同じく、4分の1波長板84及び8
5の中性軸も、91、92で示した方向に対して45°
の方向に設定されている。偏光ビームスプリッター81
による反射光は、4分の1波長板84を通過し、ミラー
82で反射され、再び4分の1波長板84を通過して偏
光ビームスプリッター81に入射する。このとき、偏光
方向は4分の1波長板84により91で示した方向と直
交した方向に変化しているので、偏光ビームスプリッタ
ー81を透過し、93で示した偏光方向を持つ光とな
る。同様に、偏光ビームスプリッター81を透過した9
2で示した偏光方向の光は、4分の1波長板85、ミラ
ー83を経て再び偏光ビームスプリッター81に入射
し、反射されて、94で示した偏光方向の光となる。偏
光分離・合成光学系53と対物レンズ7の間に配置され
た4分の1波長板26の中性軸の方向は、93及び94
で示した偏光方向と45°の角度をなすように設定され
ている。したがって、93で示した偏光方向の光は4分
の1波長板26を通過し、対物レンズにより試料を照明
し、試料で回折されなかった0次光は再び4分の1波長
板26を通過して、94で示した偏光方向の光に変換さ
れる。同様に、94で示した偏光方向の照明光による試
料からの0次光は、93で示した偏光方向の光に変換さ
れる。偏光ビームスプリッター81で分離された一対の
照明光線に対する0次光はそれぞれお互いの照明光路を
再び戻り、偏光分離・合成光学系53で合成されて射出
される。
FIG. 6 shows an enlarged view of the optical system between the polarization separation / synthesis optical system 53 and the sample 6. The illumination light beam 40 that has been linearly polarized by the polarizer 3 is separated into reflected light and transmitted light by a polarization beam splitter 81. The polarization directions of the reflected light and the transmitted light are the directions indicated by 91 and 92, respectively, and are orthogonal to each other. The vibration direction of the polarizer 3 is set at 45 ° with respect to the polarization directions indicated by 91 and 92. Similarly, quarter wave plates 84 and 8
5 also has a neutral axis of 45 ° with respect to the directions indicated by 91 and 92.
The direction is set. Polarizing beam splitter 81
Is reflected by the mirror 82, passes through the quarter-wave plate 84 again, and is incident on the polarization beam splitter 81. At this time, since the polarization direction is changed by the quarter-wave plate 84 in a direction orthogonal to the direction indicated by 91, the light transmits through the polarization beam splitter 81 and becomes light having the polarization direction indicated by 93. Similarly, 9 transmitted through the polarizing beam splitter 81
The light in the polarization direction indicated by 2 enters the polarization beam splitter 81 again via the quarter-wave plate 85 and the mirror 83, is reflected, and becomes light in the polarization direction indicated by 94. The directions of the neutral axes of the quarter-wave plate 26 disposed between the polarization separation / synthesis optical system 53 and the objective lens 7 are 93 and 94
Is set to form an angle of 45 ° with the polarization direction indicated by. Therefore, the light in the polarization direction shown by 93 passes through the quarter-wave plate 26, illuminates the sample with the objective lens, and the zero-order light that is not diffracted by the sample passes through the quarter-wave plate 26 again. Then, the light is converted into light having the polarization direction indicated by 94. Similarly, the zero-order light from the sample due to the illumination light of the polarization direction indicated by 94 is converted into light of the polarization direction indicated by 93. The zero-order lights for the pair of illumination light beams separated by the polarization beam splitter 81 return to the respective illumination light paths again, are combined by the polarization separation / combination optical system 53, and are emitted.

【0027】対物レンズ7が交換される等して、対物レ
ンズ7の瞳の大きさが変化した場合には、偏光分離・合
成光学系53のミラー82、83の傾斜角を同時に変化
させることで、照明光束41と42の分離の間隔を変え
ることができる。図7は、対物レンズ7の瞳の大きさが
図5の光学系の対物レンズ7の瞳より小さい場合を示し
ている。この場合、ミラー82、83の傾きをx−z面
内で変化させることで、瞳の大きさに対して最適な分離
間隔を得ることができる。
When the size of the pupil of the objective lens 7 changes due to the exchange of the objective lens 7 or the like, the inclination angles of the mirrors 82 and 83 of the polarization separation / synthesis optical system 53 are simultaneously changed. The separation interval between the illumination light beams 41 and 42 can be changed. FIG. 7 shows a case where the pupil of the objective lens 7 is smaller than the pupil of the objective lens 7 of the optical system of FIG. In this case, by changing the inclination of the mirrors 82 and 83 in the xz plane, it is possible to obtain an optimum separation interval for the size of the pupil.

【0028】図5、図7では、試料面内のx方向で高い
分解能を得ることができるが、y方向において高い分解
能で観察する場合には、図8(a)の光学系において、
ミラー82及び83を図8(b)及び図8(c)のよう
に傾けることで実現できる。つまり、ミラー82をy−
z面内で傾け、ミラー83をx−y面内で傾ける。これ
により、照明光束41、42はy方向に分離されるた
め、y方向において超解像を得ることができる。ミラー
82、83の傾け方によっては、x、y軸から外れた方
向にも照明光束を分離させることができるので、試料面
内のあらゆる方向で高い分解能の像を観察することがで
きる。
In FIGS. 5 and 7, a high resolution can be obtained in the x direction in the sample plane. However, when observing with a high resolution in the y direction, the optical system shown in FIG.
This can be realized by tilting the mirrors 82 and 83 as shown in FIGS. 8B and 8C. That is, the mirror 82 is moved to y-
The mirror 83 is tilted in the xy plane while the mirror 83 is tilted in the z plane. Thereby, the illumination light beams 41 and 42 are separated in the y direction, so that a super-resolution can be obtained in the y direction. Depending on how the mirrors 82 and 83 are tilted, the illumination light beam can be separated even in directions deviating from the x and y axes, so that a high-resolution image can be observed in all directions in the sample plane.

【0029】(実施例2)図9は、本発明による落射型
顕微鏡の光学系の別の例を示したものである。実施例1
と同様に、照明光学系の偏光分離光学系と結像光学系の
偏光合成光学系を1個の偏光分離・合成光学系53で構
成し、照明光学系と結像光学系とで共通に使用してい
る。また、偏光分離・合成光学系53が有する偏光ビー
ムスプリッターは、対物レンズ7の瞳位置又は瞳と共役
な位置の近傍に配置されている。照明光束41と42は
互いに平行になるように構成されている。このとき、対
物レンズ7には無限遠補正対物レンズを使用することが
できる。
(Embodiment 2) FIG. 9 shows another example of the optical system of the epi-illumination microscope according to the present invention. Example 1
Similarly to the above, the polarization splitting optical system of the illumination optical system and the polarization combining optical system of the imaging optical system are composed of one polarization separating / combining optical system 53, and are commonly used by the illumination optical system and the imaging optical system. doing. The polarization beam splitter of the polarization separation / synthesis optical system 53 is disposed near the pupil position of the objective lens 7 or a position conjugate with the pupil. The illumination light beams 41 and 42 are configured to be parallel to each other. At this time, an infinity correction objective lens can be used as the objective lens 7.

【0030】光源1、コレクターレンズ2、ポラライザ
ー3、ハーフミラー27を通過した照明光は、偏光分離
・合成光学系53に入射し、偏光分離・合成光学系53
内の偏光ビームスプリッター81により反射光と透過光
とに分離される。反射光は91で示した偏光方向の光で
あり、透過光は92で示した偏光方向の光であるとす
る。反射光は、偏光ビームスプリッター81を射出した
後、ミラー82及び83で反射され、再び偏光ビームス
プリッター81に入射し、偏光ビームスプリッター81
で反射されて、93で示した偏光方向の照明光束42と
なる。同様に、92で示した偏光方向を持つ透過光は、
ミラー83、82で反射され、再び偏光ビームスプリッ
ター81に入射し、偏光ビームスプリッター81を透過
して94で示した偏光方向の照明光束41となる。本実
施例では、偏光ビームスプリッター81とミラー82及
び83との間に4分の1波長板を配置する必要がない。
The illumination light that has passed through the light source 1, the collector lens 2, the polarizer 3, and the half mirror 27 enters the polarization separation / combination optical system 53,
The light is separated into reflected light and transmitted light by the polarization beam splitter 81 inside. It is assumed that the reflected light is light in the polarization direction indicated by 91 and the transmitted light is light in the polarization direction indicated by 92. The reflected light exits the polarizing beam splitter 81, is reflected by mirrors 82 and 83, re-enters the polarizing beam splitter 81, and
And becomes the illumination light beam 42 in the polarization direction indicated by 93. Similarly, transmitted light having the polarization direction indicated by 92 is
The light is reflected by the mirrors 83 and 82, reenters the polarization beam splitter 81, passes through the polarization beam splitter 81, and becomes the illumination light beam 41 in the polarization direction indicated by 94. In this embodiment, it is not necessary to arrange a quarter-wave plate between the polarizing beam splitter 81 and the mirrors 82 and 83.

【0031】照明光束41と42の分離の間隔を変える
ためには、ミラー83を固定したまま、ミラー82をz
方向に移動することで実現できる。図10は、対物レン
ズ7の瞳の大きさが図9の光学系の対物レンズ7の瞳よ
り小さい場合を示している。このとき、図9に対してミ
ラー82を−z方向に平行に移動することで、最適な照
明光束の間隔を得ることができる。
In order to change the separation interval between the illumination light beams 41 and 42, the mirror 82 is moved while the mirror 83 is fixed.
It can be realized by moving in the direction. FIG. 10 shows a case where the size of the pupil of the objective lens 7 is smaller than the pupil of the objective lens 7 of the optical system of FIG. At this time, by moving the mirror 82 in parallel with the −z direction with respect to FIG. 9, an optimal interval between the illumination light beams can be obtained.

【0032】(実施例3)図1では、本発明による透過
型顕微鏡の例が示されている。図1においては、偏光分
離光学系51と偏光合成光学系52は等しい光学系で構
成されているが、それぞれ異なる光学系によって構成す
ることもできる。その例を図11に示す。
(Embodiment 3) FIG. 1 shows an example of a transmission microscope according to the present invention. In FIG. 1, the polarization splitting optical system 51 and the polarization combining optical system 52 are configured by the same optical system, but may be configured by different optical systems. An example is shown in FIG.

【0033】図11の透過型顕微鏡においては、光源
1、コレクターレンズ2、ポラライザー3を通過した光
は、偏光分離光学系51に入射、射出され、コンデンサ
ーレンズ5を通過し、試料6を照明する。試料6からの
散乱光は、対物レンズ7を通過し、偏光合成光学系52
に入射され、射出光は、アナライザー9、結像レンズ1
0を通過し、像検出位置11で結像される。偏光分離光
学系51は、図1に示した透過型顕微鏡の偏光分離光学
系51と同じ光学系である。一方、偏光合成光学系52
は、図9に示した落射型顕微鏡の偏光分離・合成光学系
53と同じ光学系である。
In the transmission microscope shown in FIG. 11, light that has passed through the light source 1, the collector lens 2, and the polarizer 3 enters the polarization separation optical system 51, is emitted, passes through the condenser lens 5, and illuminates the sample 6. . The scattered light from the sample 6 passes through the objective lens 7 and is
Is emitted to the analyzer 9 and the imaging lens 1
0, and the image is formed at the image detection position 11. The polarization separation optical system 51 is the same optical system as the polarization separation optical system 51 of the transmission microscope shown in FIG. On the other hand, the polarization combining optical system 52
Is the same optical system as the polarization separation / combination optical system 53 of the epi-illumination microscope shown in FIG.

【0034】図1では、偏光ビームスプリッター21及
び偏光ビームスプリッター61は、それぞれコンデンサ
ーレンズ5より前側及び対物レンズ7より後側の試料6
と略共役な位置に配置されているが、図11では、偏光
合成光学系52を構成する偏光ビームスプリッター61
は、対物レンズ7の瞳位置又は瞳と共役な位置の近傍に
配置されている。
In FIG. 1, the polarizing beam splitter 21 and the polarizing beam splitter 61 are respectively provided on the sample 6 on the front side of the condenser lens 5 and on the rear side of the objective lens 7.
In FIG. 11, the polarization beam splitter 61 constituting the polarization combining optical system 52 is disposed.
Is disposed near the pupil position of the objective lens 7 or a position conjugate with the pupil.

【0035】以上、本発明の高解像顕微鏡を実施例に基
づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定さ
れず種々の変形が可能である。
Although the high-resolution microscope of the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made.

【0036】以上の本発明の高解像顕微鏡は例えば次の
ように構成することができる。 〔1〕 光源からの光を照明光学系に導くコレクターレ
ンズ、試料を照明する照明光学系、試料からの回折光を
取り込む対物レンズを備えて構成される顕微鏡におい
て、コレクターレンズと照明光学系の間に、入射光束を
偏光方向が直交した2つの照明光束に分離する偏光分離
光学系を配置し、対物レンズと像検出位置の間に、前記
照明光束により試料から回折された偏光方向の異なる回
折光を合成する偏光合成光学系を配置し、前記偏光分離
光学系は偏光ビームスプリッターとミラーを含み、前記
ミラーは前記偏光分離光学系に入射した光が、前記偏光
ビームスプリッターを2度通過するように構成され、前
記2つの照明光束が前記照明光学系の瞳面上でそれぞれ
異なる位置を通過し、それぞれの照明光束の中、同一の
光線から分離された一対の光線が試料面上の同一の点を
照射するように構成され、前記偏光合成光学系は偏光ビ
ームスプリッターとミラーを含み、前記ミラーは前記偏
光合成光学系に入射した光が、前記偏光ビームスプリッ
ターを2度通過するように構成されることを特徴とする
高解像顕微鏡。
The above high-resolution microscope of the present invention can be configured, for example, as follows. [1] In a microscope including a collector lens that guides light from a light source to an illumination optical system, an illumination optical system that illuminates a sample, and an objective lens that captures diffracted light from the sample, between the collector lens and the illumination optical system A polarization separation optical system for separating an incident light beam into two illumination light beams having polarization directions orthogonal to each other, and diffracted light beams having different polarization directions diffracted from the sample by the illumination light beam between an objective lens and an image detection position. The polarization splitting optical system is arranged such that the polarization splitting optical system includes a polarizing beam splitter and a mirror, and the mirror is such that light incident on the polarization splitting optical system passes through the polarizing beam splitter twice. The two illumination light beams pass through different positions on the pupil plane of the illumination optical system, and one of the illumination light beams is separated from the same light beam. The pair of light beams is configured to irradiate the same point on the sample surface, and the polarization combining optical system includes a polarizing beam splitter and a mirror, and the mirror is configured to convert the light incident on the polarization combining optical system into the polarization beam. A high-resolution microscope configured to pass through a splitter twice.

【0037】〔2〕 前記対物レンズを前記照明光学系
としても使用する落射型顕微鏡であって、前記コレクタ
ーレンズと前記偏光分離光学系の間、又は、前記偏光分
離光学系と前記対物レンズの間に、照明光束と結像光束
を分離する光線分割器が配置されることを特徴とする上
記1記載の高解像顕微鏡。
[2] An epi-illumination microscope using the objective lens also as the illumination optical system, wherein the objective lens is between the collector lens and the polarization separation optical system or between the polarization separation optical system and the objective lens. 2. The high-resolution microscope according to claim 1, further comprising a light beam splitter for separating an illumination light beam and an imaging light beam.

【0038】〔3〕 前記光線分割器は、前記コレクタ
ーレンズと前記偏光分離光学系の間に配置され、前記偏
光分離光学系と前記偏光合成光学系とが共通の偏光分離
・合成光学系として構成され、前記偏光分離・合成光学
系と前記対物レンズの間に偏光変換素子が配置されるこ
とを特徴とする上記2記載の高解像顕微鏡。
[3] The light beam splitter is disposed between the collector lens and the polarization separation optical system, and the polarization separation optical system and the polarization combination optical system are configured as a common polarization separation / combination optical system. 3. The high-resolution microscope according to claim 2, wherein a polarization conversion element is disposed between the polarization separation / synthesis optical system and the objective lens.

【0039】〔4〕 前記偏光分離光学系は、前記ミラ
ーが傾斜することで前記照明光学系の瞳面上での前記2
つの照明光束の通過位置が変化するように構成されてい
ることを特徴とする上記1から3の何れか1項記載の高
解像顕微鏡。
[4] The polarization splitting optical system is configured so that, when the mirror is tilted, the polarization splitting optical system is positioned on the pupil plane of the illumination optical system.
4. The high-resolution microscope according to any one of the above items 1 to 3, wherein a position at which two illumination light beams pass is changed.

【0040】〔5〕 前記偏光分離光学系は、前記ミラ
ーが移動することで前記照明光学系の瞳面上での前記2
つの照明光束の通過位置が変化するように構成されてい
ることを特徴とする上記1から3の何れか1項記載の高
解像顕微鏡。
[5] The polarized light separating optical system moves the mirror on the pupil plane of the illumination optical system by moving the mirror.
4. The high-resolution microscope according to any one of the above items 1 to 3, wherein a position at which two illumination light beams pass is changed.

【0041】〔6〕 前記照明光学系の瞳半径をrとし
たとき、前記照明光学系の瞳面上で前記2つの照明光束
の中心間の距離が1.5r以上、かつ、2r以下である
ことを特徴とする上記1から5の何れか1項記載の高解
像顕微鏡。
[6] When the pupil radius of the illumination optical system is r, the distance between the centers of the two illumination light beams on the pupil plane of the illumination optical system is 1.5r or more and 2r or less. The high-resolution microscope according to any one of the above items 1 to 5, wherein:

【0042】〔7〕 前記偏光合成光学系が有する前記
偏光ビームスプリッターが、結像光学系の瞳位置近傍又
は瞳と共役な位置の近傍に配置されることを特徴とする
上記1から6の何れか1項記載の高解像顕微鏡。
[7] Any of the above items 1 to 6, wherein the polarization beam splitter of the polarization combining optical system is arranged near a pupil position of the imaging optical system or near a position conjugate with the pupil. 2. The high-resolution microscope according to claim 1.

【0043】〔8〕 前記偏光ビームスプリッターと前
記ミラーとの間に偏光変換素子が配置されることを特徴
とする上記1から7の何れか1項記載の高解像顕微鏡。
[8] The high-resolution microscope according to any one of [1] to [7], wherein a polarization conversion element is disposed between the polarization beam splitter and the mirror.

【0044】[0044]

〔9〕 前記偏光変換素子が4分の1波長
板又は4分の1波長板と同等の機能を持つ光学素子であ
ることを特徴とする上記3又は8記載の高解像顕微鏡。
[9] The high-resolution microscope according to the above [3] or [8], wherein the polarization conversion element is a quarter-wave plate or an optical element having the same function as a quarter-wave plate.

【0045】〔10〕 前記偏光合成光学系と、像検出
位置の間にアナライザーが配置されることを特徴とする
上記1から9の何れか1項記載の高解像顕微鏡。
[10] The high-resolution microscope according to any one of [1] to [9], wherein an analyzer is arranged between the polarization combining optical system and an image detection position.

【0046】〔11〕 前記アナライザーは回転可能で
あることを特徴とする上記10記載の高解像顕微鏡。
[11] The high-resolution microscope according to the item 10, wherein the analyzer is rotatable.

【0047】〔12〕 光源からの光を試料に導くコレ
クターレンズと、試料を照明すると共に試料からの回折
光を取り込む対物レンズとを備えて構成される顕微鏡に
おいて、コレクターレンズと対物レンズの間に、入射光
束を偏光方向が直交した2つの照明光束に分離する偏光
分離光学系を配置し、対物レンズと像検出位置の間に前
記照明光束により試料から回折された偏光方向の異なる
回折光を合成する偏光合成光学系を配置し、光線分割器
を前記対物レンズと前記光線合成光学系との間に配置
し、前記偏光分離光学系は偏光ビームスプリッターとミ
ラーを含み、前記ミラーは前記コレクターレンズから前
記偏光分離・合成光学系に入射光が、前記偏光ビームス
プリッターを2度通過するように構成され、前記2つの
照明光束が前記対物レンズの瞳面上でそれぞれ異なる位
置を通過し、それぞれの照明光束の中、同一の光線から
分離された一対の光線が試料面上の同一の点を照射する
ように構成され、前記偏光合成光学系は偏光ビームスプ
リッターとミラーを含み、前記ミラーは前記偏光合成光
学系に入射した光が、前記ビームスプリッターを2度通
過するように構成されたことを特徴とする高解像顕微
鏡。
[12] In a microscope having a collector lens for guiding light from a light source to a sample and an objective lens for illuminating the sample and taking in diffracted light from the sample, a microscope is provided between the collector lens and the objective lens. A polarization separation optical system that separates an incident light beam into two illumination light beams whose polarization directions are orthogonal to each other, and combines diffracted light beams having different polarization directions diffracted from the sample by the illumination light beam between an objective lens and an image detection position. A polarizing beam splitter is disposed between the objective lens and the beam combining optical system, the polarization splitting optical system includes a polarizing beam splitter and a mirror, and the mirror is separated from the collector lens. The polarization splitting / synthesizing optical system is configured such that the incident light passes through the polarizing beam splitter twice, and the two illumination light beams are directed to the objective lens. A pair of light beams that pass through different positions on the pupil plane of the lens, and are separated from the same light beam in each of the illumination light beams, irradiate the same point on the sample surface, A high resolution microscope, wherein the system includes a polarizing beam splitter and a mirror, wherein the mirror is configured such that light incident on the polarization combining optical system passes twice through the beam splitter.

【0048】〔13〕 光源からの光を試料に導くコレ
クターレンズと、試料を照明すると共に試料からの回折
光を取り込む対物レンズとを備えて構成される顕微鏡に
おいて、コレクターレンズと対物レンズの間に、入射光
束を偏光方向が直交した2つの照明光束に分離し前記対
物レンズに入射させると共に、前記照明光束により試料
から回折された偏光方向の異なる回折光を合成する偏光
分離・合成光学系を配置し、光線分割器を前記コレクタ
ーレンズと前記偏光分離・合成光学系との間に配置し、
前記偏光分離・合成光学系は偏光ビームスプリッターと
ミラーを含み、前記ミラーは前記コレクターレンズから
前記偏光分離・合成光学系に入射光が、前記偏光ビーム
スプリッターを2度通過するように構成され、前記2つ
の照明光束が前記対物レンズの瞳面上でそれぞれ異なる
位置を通過し、それぞれの照明光束の中、同一の光線か
ら分離された一対の光線が試料面上の同一の点を照射
し、試料から回折された前記回折光が前記ビームスプリ
ッターを2度通過するように構成されたことを特徴とす
る高解像顕微鏡。
[13] In a microscope having a collector lens for guiding light from a light source to a sample and an objective lens for illuminating the sample and taking in diffracted light from the sample, a microscope is provided between the collector lens and the objective lens. And a polarization separation / combination optical system that separates an incident light beam into two illumination light beams having polarization directions orthogonal to each other and causes the light beam to enter the objective lens, and combines diffracted light beams having different polarization directions diffracted from a sample by the illumination light beam. A light splitter is arranged between the collector lens and the polarization splitting / combining optical system,
The polarization separation / synthesis optical system includes a polarization beam splitter and a mirror, and the mirror is configured such that incident light from the collector lens to the polarization separation / synthesis optical system passes through the polarization beam splitter twice, The two illumination light beams pass through different positions on the pupil plane of the objective lens, and in each illumination light beam, a pair of light beams separated from the same light beam illuminate the same point on the sample surface, A high-resolution microscope, wherein the diffracted light diffracted from the light beam passes through the beam splitter twice.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、複雑な機構を必要とせずに、比較的容易に通
常の顕微鏡の分解能を超える高い解像力を持つ顕微鏡を
実現することができる。また、解像力の調節や、超解像
性が得られる方向の調整が容易に行え、コントラストの
劣化も起き難い、高解像顕微鏡を実現することができ
る。
As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to relatively easily realize a microscope having a high resolution exceeding the resolution of a normal microscope without requiring a complicated mechanism. it can. Further, it is possible to easily adjust the resolving power and the direction in which the super-resolution is obtained, and it is possible to realize a high-resolution microscope in which the contrast hardly deteriorates.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による透過型顕微鏡の構成を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a transmission microscope according to the present invention.

【図2】対物レンズの瞳と照明光束の通過領域との相対
的な位置関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a relative positional relationship between a pupil of an objective lens and a region through which an illumination light beam passes.

【図3】図2に対応した見かけ上の回折光の通過領域を
示す図である。
FIG. 3 is a view showing an apparent diffracted light passage area corresponding to FIG. 2;

【図4】照明光に対応する回折光の通過領域を示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram showing a region through which diffracted light corresponding to illumination light passes.

【図5】実施例1の落射型顕微鏡の構成を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of an epi-illumination microscope according to the first embodiment.

【図6】図5の一部を拡大した図である。FIG. 6 is an enlarged view of a part of FIG. 5;

【図7】ミラーを傾斜させることにより照明光束の分離
間隔を調整できることを示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing that the separation interval of the illumination light beam can be adjusted by tilting the mirror.

【図8】ミラーを傾斜させることにより照明光束の分離
の方向を調整できることを示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing that the direction of separation of the illumination light beam can be adjusted by tilting the mirror.

【図9】実施例2の落射型顕微鏡の構成を示す図であ
る。
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of an epi-illumination microscope according to a second embodiment.

【図10】ミラーを平行移動させることにより照明光束
の分離間隔を調整できることを示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing that the separation interval of the illumination light beam can be adjusted by moving the mirror in parallel.

【図11】実施例3の透過型顕微鏡の構成を示す図であ
る。
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a transmission microscope according to a third embodiment.

【図12】従来のLukoszの方法を説明する図であ
る。
FIG. 12 is a diagram illustrating a conventional Lukosz method.

【図13】従来のLohmann等の方法を説明する図
である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a conventional method such as Lohmann.

【図14】Lohmann等の方法における対物レンズ
の瞳面を通過する試料からの0次光の光束を示した図で
ある。
FIG. 14 is a diagram showing a light beam of zero-order light from a sample passing through a pupil plane of an objective lens in the method of Lohmann et al.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光源 2…コレクターレンズ 3…ポラライザー 5…コンデンサーレンズ 6…試料 7…対物レンズ 7a,7a’…対物レンズの瞳 9…アナライザー 10…結像レンズ 11…像検出位置 21、61、81…偏光ビームスプリッター 22、23、62、63、82、83…ミラー 24、25、64、65…偏光変換素子(4分の1波長
板) 26、84、85…4分の1波長板 27…ハーフミラー 40、41、42…照明光束 41f、42f…回折光の通過領域 41d、42d、41d’、42d’…0次回折光の光
束 51…偏光分離光学系 52…偏光合成光学系 53…偏光分離・合成光学系 71f、72f、73f、74f…回折光が通過できる
見かけ上の領域 91、92、93、94…直線偏光の偏光方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source 2 ... Collector lens 3 ... Polarizer 5 ... Condenser lens 6 ... Sample 7 ... Objective lens 7a, 7a '... Pupil of an objective lens 9 ... Analyzer 10 ... Imaging lens 11 ... Image detection position 21, 61, 81 ... Polarization Beam splitters 22, 23, 62, 63, 82, 83: mirrors 24, 25, 64, 65: polarization conversion elements (quarter wavelength plates) 26, 84, 85: quarter wavelength plates 27: half mirrors 40, 41, 42: illumination light beams 41f, 42f: diffracted light passing areas 41d, 42d, 41d ', 42d': 0th-order diffracted light beams 51: polarized light separating optical system 52: polarized light combining optical system 53: polarized light separating / combining Optical system 71f, 72f, 73f, 74f: Apparent area through which diffracted light can pass 91, 92, 93, 94: Polarization direction of linearly polarized light

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源からの光を照明光学系に導くコレク
ターレンズ、試料を照明する照明光学系、試料からの回
折光を取り込む対物レンズを備えて構成される顕微鏡に
おいて、 コレクターレンズと照明光学系の間に、入射光束を偏光
方向が直交した2つの照明光束に分離する偏光分離光学
系を配置し、 対物レンズと像検出位置の間に、前記照明光束により試
料から回折された偏光方向の異なる回折光を合成する偏
光合成光学系を配置し、 前記偏光分離光学系は偏光ビームスプリッターとミラー
を含み、前記ミラーは前記偏光分離光学系に入射した光
が、前記偏光ビームスプリッターを2度通過するように
構成され、前記2つの照明光束が前記照明光学系の瞳面
上でそれぞれ異なる位置を通過し、それぞれの照明光束
の中、同一の光線から分離された一対の光線が試料面上
の同一の点を照射するように構成され、 前記偏光合成光学系は偏光ビームスプリッターとミラー
を含み、前記ミラーは前記偏光合成光学系に入射した光
が、前記偏光ビームスプリッターを2度通過するように
構成されることを特徴とする高解像顕微鏡。
1. A microscope comprising a collector lens for guiding light from a light source to an illumination optical system, an illumination optical system for illuminating a sample, and an objective lens for taking in diffracted light from the sample, comprising: a collector lens and an illumination optical system. Between the objective lens and the image detection position, the polarization direction diffracted from the sample by the illumination light beam is different between the objective lens and the image detection position. A polarization combining optical system for combining diffracted light is disposed, wherein the polarization splitting optical system includes a polarizing beam splitter and a mirror, and the mirror passes light that has entered the polarization splitting optical system twice through the polarizing beam splitter. The two illumination light beams pass through different positions on the pupil plane of the illumination optical system, and are separated from the same light beam in the respective illumination light beams. The pair of light beams is configured to irradiate the same point on the sample surface, the polarization combining optical system includes a polarizing beam splitter and a mirror, the mirror is a light incident on the polarization combining optical system, A high-resolution microscope configured to pass through a polarizing beam splitter twice.
【請求項2】 前記対物レンズを前記照明光学系として
も使用する落射型顕微鏡であって、前記コレクターレン
ズと前記偏光分離光学系の間、又は、前記偏光分離光学
系と前記対物レンズの間に、照明光束と結像光束を分離
する光線分割器が配置されることを特徴とする請求項1
記載の高解像顕微鏡。
2. An epi-illumination microscope using the objective lens also as the illumination optical system, wherein the objective lens is between the collector lens and the polarization separation optical system or between the polarization separation optical system and the objective lens. And a beam splitter for separating the illumination light beam and the image forming light beam from each other.
High resolution microscope as described.
【請求項3】 前記偏光分離光学系は、前記ミラーが傾
斜することで前記照明光学系の瞳面上での前記2つの照
明光束の通過位置が変化するように構成されていること
を特徴とする請求項1又は2記載の高解像顕微鏡。
3. The polarization splitting optical system is characterized in that the position of the two illumination light beams on the pupil plane of the illumination optical system changes when the mirror is tilted. The high-resolution microscope according to claim 1 or 2, wherein
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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