JPWO2020016971A1 - 標本観察装置 - Google Patents

Abstract

様々な観察法による画像を簡単に生成できる標本観察装置を提供する。標本観察装置は、光源ユニット２６と、照明光学系２１と、観察光学系２２と、光検出素子２４と、走査ユニット７１と、保持部材２３と、画像処理装置２５と、を備え、照明光学系２１によって、光スポットが形成され、観察光学系２２から出射された光は、光検出素子２４で受光され、走査ユニット７１は、光スポットと保持部材２３とを相対的に移動させ、照明光学系２１の瞳位置と共役な位置に、観察光学系２２の瞳と光検出素子２４とが位置し、画像処理装置２５は、所定の画像とフィルタ１４とに基づいて、標本３２の画像を生成し、所定の画像は、光検出素子２４から出力された信号に基づく画像であり、フィルタ１４は、第１領域１４ａと、第２領域１４ｂと、を有し、第１領域１４ａにおける値は、第２領域１４ｂにおける値よりも大きい。

Description

本発明は、標本を観察する装置に関する。

標本を観察する装置として、特許文献１に開示された走査型光学顕微鏡が知られている。走査型光学顕微鏡は、光源と、対物レンズと、光偏向部材と、光検出器と、を有する。走査型光学顕微鏡では、光源から出射した光が対物レンズに入射する。対物レンズで、入射した光から光スポットが形成される。光源から出射した光が光偏向部材で偏向されることで、光スポットが標本上を移動する。

標本からの光は、光検出器に入射する。光検出器は、２つの受光素子を有する。各々の受光素子から、信号が出力される。出力された２つの信号から、和信号と差信号が得られる。和信号から、明視野画像が得られる。差信号から、微分位相画像が得られる。また、２つの信号から、暗視野画像が得られる。

この走査型光学顕微鏡では、対物レンズの瞳は、光源から出射した光で満たされた状態になっている。この状態で、視野内を光スポットで走査している。よって、この走査型光学顕微鏡では、結果的に、明視野照明が行われている。

特開昭６１−２１９９１９公報

従来の光学顕微鏡（以下、「顕微鏡」という）の観察では、通常、標本全体が照明される。顕微鏡による観察として、明視野観察、位相差観察、偏射照明観察、暗視野観察、及びインバージョンコントラスト観察が知られている。インバージョンコントラスト観察（以下、「ＩＶＣ観察」という）は、特許第５９９６７９３号公報に開示されている。

明視野観察は、コントラストを持つ標本の観察に用いられることが多い。明視野観察以外の観察は、無色透明な標本の観察に用いられることが多い。これらの観察では、撮像素子を用いることができる。撮像素子を用いることで、明視野画像、位相差画像、偏射照明画像、暗視野画像、及びインバージョンコントラスト画像（以下、「ＩＶＣ画像」という）が取得できる。

特許文献１に開示された走査型光学顕微鏡では、明視野画像、微分位相画像、及び暗視野画像が得られる。これらの画像は、明視野照明が行われた状態で得られる。

しかしながら、微分位相画像では、微分方向は、受光素子の並んでいる方向のみに限定される。そのため、微分方向を容易に変更できない。また、暗視野画像の取得には、集光位置に黒点状の遮光物を配置しなくてはならない。

位相差観察、偏射照明観察、及びＩＶＣ観察では、明視野照明とは異なる照明が用いられる。これらの観察では、光源から出射した光を部分的に遮光した状態で、標本が照明される。上述のように、特許文献１に開示された走査型光学顕微鏡では、明視野照明が用いられる。そのため、位相差画像、偏射照明画像、及びＩＶＣ画像は得られない。

このように、特許文献１に開示された走査型光学顕微鏡では、様々な観察方法による画像を、簡単に生成することが困難である。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、様々な観察方法による画像を簡単に生成できる標本観察装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の標本観察装置は、
光源ユニットと、照明光学系と、観察光学系と、光検出素子と、走査ユニットと、保持部材と、画像処理装置と、を備え、
光源ユニットから出射された光は、照明光学系に入射し、
照明光学系によって、光スポットが形成され、
光スポットが形成された位置から、観察光学系に光が入射し、
観察光学系から出射された光は、光検出素子で受光され、
走査ユニットは、光スポットと保持部材とを相対的に移動させ、
光検出素子は、２次元アレイ状に配置された複数の光電変換素子を有し、
照明光学系の瞳位置と共役な位置に、観察光学系の瞳と光検出素子とが位置し、
画像処理装置は、所定の画像とフィルタとに基づいて、標本の画像を生成し、
所定の画像は、保持部材に標本が載置されているときに、光検出素子から出力された信号に基づく画像であり、
フィルタは、第１領域と、第２領域と、を有し、
第１領域における値は、第２領域における値よりも大きいことを特徴とする。

本発明によれば、様々な観察方法による画像を簡単に生成できる標本観察装置を提供することができる。

第１の状態における照明光の様子と結像光の様子を示す図である。 第１の状態における照明光の様子を示す図である。 第２の状態における照明光の様子と結像光の様子を示す図である。 第２の状態における結像光の様子を示す図である。 第３の状態における照明光の様子と結像光の様子を示す図である。 第３の状態における結像光の様子を示す図である。 相対移動の例を示す図である。 結像光の様子を示す図である。 第１のフィルタを示す図である。 所定の画像を示す図である。 フィルタを示す図である。 所定の画像とフィルタとを重ねた画像である。 第２のフィルタを示す図である。 所定の画像を示す図である。 フィルタを示す図である。 所定の画像とフィルタとを重ねた画像である。 結像光の画像のシフト量と明るさとの関係を示すグラフである。 第２のフィルタの変形例１を示す図である。 第２のフィルタの変形例２を示す図である。 結像光の画像のシフト量と明るさとの関係を示すグラフである。 第３のフィルタを示す図である。 所定の画像を示す図である。 フィルタを示す図である。 所定の画像とフィルタとを重ねた画像である。 結像光の画像のシフト量と明るさとの関係を示すグラフである。 第４のフィルタを示す図である。 散乱光が発生する様子を示す図である。 位相膜を配置したときの照明光の様子と結像光の様子を示す図である。 ０次回折の結像光の様子を示す図である。 １次回折の結像光の様子を示す図である。 容器の中央における光の屈折を示す図である。 容器の周辺における光の屈折を示す図である。 本実施形態の標本観察装置の構成を示す図である。 本実施形態の標本観察装置の構成を示す図である。 本実施形態の標本観察装置の構成を示す図である。 本実施形態の標本観察装置の構成を示す図である。 本実施形態の標本観察装置の構成を示す図である。 照明光学系の例を示す図である。 照明光学系の別の例を示す図である。

以下に、本発明に係る標本観察装置の実施形態及び実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態及び実施例によりこの発明が限定されるものではない。

本実施形態の標本観察装置は、光源ユニットと、照明光学系と、観察光学系と、光検出素子と、走査ユニットと、保持部材と、画像処理装置と、を備え、光源ユニットから出射された光は、照明光学系に入射し、照明光学系によって、光スポットが形成され、光スポットが形成された位置から、観察光学系に光が入射し、観察光学系から出射された光は、光検出素子で受光され、走査ユニットは、光スポットと保持部材とを相対的に移動させ、光検出素子は、２次元アレイ状に配置された複数の光電変換素子を有し、照明光学系の瞳位置と共役な位置に、観察光学系の瞳と光検出素子とが位置し、画像処理装置は、所定の画像とフィルタとに基づいて、標本の画像を生成し、所定の画像は、保持部材に標本が載置されているときに、光検出素子から出力された信号に基づく画像であり、フィルタは、第１領域と、第２領域と、を有し、第１領域における値は、第２領域における値よりも大きいことを特徴とする。

本実施形態の標本観察装置の具体的な構成は、後述する。本実施形態の標本観察装置では、様々な観察方法による画像を生成できる。画像の生成では、光検出素子から出力された信号を利用する。

光検出素子から出力される信号は、標本から観察光学系に入射した光を光検出素子で受光することで得られる。そこで、標本に照射される照明光と、標本から観察光学系に入射する光（以下、「結像光」という）について説明する。

第１の状態における照明光と結像光の関係について説明する。図１は、第１の状態における照明光の様子と結像光の様子を示す図である。第１の状態では、標本の表面が平坦で、標本の表面の法線（以下、「面の法線」という）が光軸と平行になっている。

図１に示すように、照明光学系１と観察光学系２は、両者がステージ３を挟んで対向するように配置されている。照明光学系１は、遮光部材４とコンデンサレンズ５とを有する。観察光学系２は対物レンズ６を有する。対物レンズ６は絞り７を有する。

遮光部材４には、例えば、矩形状の金属板が用いられる。遮光部材４は、遮光領域４ａと透過領域４ｂとで構成されている。遮光領域４ａは金属板で形成されている。透過領域４ｂには何も存在しない。

透過領域４ｂは、遮光部材４の中央部に形成されている。遮光部材４は、中央部が光軸１０を含むように配置されている。よって、遮光領域４ａには光軸１０は含まれていないが、透過領域４ｂには光軸１０が含まれている。

遮光部材４が光路中に配置されることで、照明光Ｌ_IL1は、遮光領域４ａで遮光される光と透過領域４ｂを通過する光とに分かれる。照明光Ｌ_IL1では、光軸と直交する面内において光強度の分布が均一になっているものとする。

遮光部材４に、透明板が用いられても良い。この場合、例えば、遮光塗料の塗布や、遮光部材の貼付によって、遮光領域４ａが形成される。一方、透過領域４ｂには、遮光塗料の塗布や遮光部材の貼付は行わない。よって、透過領域４ｂには、透明板のみが存在することになる。

絞り７は、遮光部７ａと透過部７ｂとを有する。絞り７には、例えば、円形の金属板や透明板が用いられる。絞り７に金属板が用いられた場合、遮光部７ａは金属板で、透過部７ｂは金属板に形成された孔である。絞り７に透明板が用いられた場合、遮光塗料の塗布や、遮光部材の貼付によって、遮光部７ａが形成される。透過部７ｂには透明板のみが存在する。

絞り７は、対物レンズ６の瞳と光学的に等価である。よって、絞り７の位置に、光束の通過を制限する部材、例えば、上述の金属板や透明板が存在していなくても良い。

ステージ３の上には、標本８が載置されている。標本８と対物レンズ６との間は、液浸媒質９（以下「浸液９」という）で満たされている。ここでは、標本８は屈折率がｎの液体、浸液９は屈折率がｎ’の液体としている。また、ｎ＞ｎ’である。

照明光Ｌ_IL1は平行な光束であって、光束中に光軸１０が含まれるように形成されている。照明光Ｌ_IL1は、照明光学系１の光路を標本８に向かって進行する。照明光学系１の光路中には、遮光部材４とコンデンサレンズ５が配置されている。

照明光Ｌ_IL1は、遮光領域４ａで遮光される光と透過領域４ｂを通過する光とに分かれる。遮光部材４は、透過領域４ｂが光軸１０を含むように配置されている。そのため、遮光領域４ａには光軸１０は含まれていない。透過領域４ｂを通過したとき、照明光Ｌ_IL2の領域の形状は円形になる。

遮光部材４の位置は、コンデンサレンズ５と対物レンズ６によって、絞り７の位置と共役になっている。

透過領域４ｂを通過した照明光Ｌ_IL2は、コンデンサレンズ５に入射する。コンデンサレンズ５に入射した照明光Ｌ_IL2は、コンデンサレンズ５で集光される。コンデンサレンズ５からは、照明光Ｌ_IL3が出射する。照明光Ｌ_IL3は、標本８上の観察点１１に入射する。これにより、観察点１１が照明される。

照明光Ｌ_IL3は、標本８を透過する。上述のように、第１の状態では、面の法線が光軸と平行になっている。面の法線が光軸と平行な状態では、標本の表面は傾斜していない。標本の表面が傾斜していない場合、照明光Ｌ_IL3のうちで光軸１０上を進む光線（以下「中心光線Ｌ_ILC」という）は、標本８の表面で屈折されない。

標本８から出射した光（以下、「結像光Ｌ_IM1」という）は、対物レンズ６に到達する。対物レンズ６に到達した結像光Ｌ_IM1は、全て対物レンズ６に入射する。対物レンズ６に入射した結像光Ｌ_IM1は、遮光部７ａで遮られることなく、絞り７を通過する。

図２は、第１の状態における結像光の様子を示す図である。図２に示すように、結像光Ｌ_IM1の面積は、透過部７ｂの面積よりも小さくなっている。結像光Ｌ_IM1は透過部７ｂの内側に位置している。

また、第１の状態では、標本８の表面が傾斜していない。この場合、中心光線Ｌ_ILCは標本８の表面で屈折されない。そのため、結像光Ｌ_IM1のうちで中心光線Ｌ_ILCに対応する光線（以下、「中心光線Ｌ_IMC」という）も、光軸１０上を進む。中心光線Ｌ_IMCを結像光Ｌ_IM1の中心とみなすと、第１の状態では、結像光Ｌ_IM1の中心は光軸１０と一致する。

図２は、結像光Ｌ_IM1を撮影したときの様子を示している。結像光Ｌ_IM1の撮影では、例えば、絞り７の位置に光検出素子が配置される。光検出素子は、絞り７の位置と共役な位置に配置されていても良い。

絞り７は、対物レンズ６の瞳と光学的に等価である。よって、光検出素子は、対物レンズ６の瞳位置に配置されていることになる。更に、遮光部材４の位置は、コンデンサレンズ５と対物レンズ６によって、絞り７の位置と共役になっている。よって、光検出素子は、コンデンサレンズ５の瞳位置と共役な位置に配置されている。

光検出素子は、複数の光電変換素子を有する。複数の光電変換素子は、２次元アレイ状に配置されている。光検出素子としては、例えば、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサが用いられる。

図２における四角の枠は、撮影領域を示している。図２では、撮影領域は正方形であるが、正方形に限られない。例えば、撮影領域は長方形でも良い。また、図２では、透過部７ｂの外縁は、撮影領域に内接している。しかしながら、透過部７ｂの外縁は、撮影領域と交差していても、撮影領域の外側に位置していても良い。

結像光の撮影では、結像光よりも広い範囲が撮影される。よって、撮影で得られた画像には、結像光の画像（以下、「画像Ｉ_Light」という）と、結像光以外の画像（以下、「画像Ｉ_Out」という）が含まれている。結像光の周りには、光は存在しない。よって、画像Ｉ_Outの明るさは、画像Ｉ_Lightの明るさに比べて暗くなる。しかしながら、図２では、見易さのために、結像光Ｌ_IM1の方を暗く描いている。

次に、第２の状態における照明光と結像光の関係について説明する。図３は、第２の状態における照明光の様子と結像光の様子を示す図である。第２の状態では、標本の表面は平坦であるが、面の法線が光軸と非平行になっている。

図３に示すように、面の法線１２と光軸１０とのなす角はθ_sであるので、標本８の表面は傾斜角θ_sで傾斜していることになる。角度の正負は、光軸１０を基準にして、反時計周りの方向に面の法線１２が位置する場合を正、時計周りの方向に面の法線１２が位置する場合を負とする。第２の状態では、θ_sは正の値である。

第２の状態でも、第１の状態と同様に照明が行われる。照明光Ｌ_IL3は標本８上の観察点１１に入射する。これにより、観察点１１が照明される。

照明光Ｌ_IL3は、標本８を透過する。上述のように、第２の状態では、面の法線が光軸と非平行になっている。面の法線が光軸と非平行な状態では、標本の表面が傾斜している。標本の表面が傾斜している場合、中心光線Ｌ_ILCは、標本８の表面で屈折される。

標本８から出射した結像光Ｌ_IM1は、対物レンズ６に到達する。対物レンズ６に到達した結像光Ｌ_IM1は、全て対物レンズ６に入射する。対物レンズ６に入射した結像光Ｌ_IM1は、遮光部７ａで遮られることなく、絞り７を通過する。

図４は、第２の状態における結像光の様子を示す図である。図４に示すように、結像光Ｌ_IM1の面積は、透過部７ｂの面積よりも小さくなっている。結像光Ｌ_IM1は透過部７ｂの内側に位置している。

また、第２の状態では、標本８の表面が傾斜角＋θ_sで傾斜している。この場合、中心光線Ｌ_ILCは、標本８の表面で屈折される。そのため、中心光線Ｌ_IMCは、光軸１０から離れる方向に進む。その結果、第２の状態では、結像光Ｌ_IM1の中心は光軸１０と一致しない。

図２と図４との比較から分かるように、第２の状態における結像光Ｌ_IM1の中心は、第１の状態における結像光Ｌ_IM1の中心よりも、光軸１０から離れる方向にシフトしている。また、第２の状態では、シフトする方向は、紙面内の右方向になっている。

次に、第３の状態における照明光と結像光の関係について説明する。図５は、第３の状態における照明光の様子と結像光の様子を示す図である。第３の状態では、標本の表面は平坦であるが、面の法線が光軸と非平行になっている。

図５に示すように、面の法線１２と光軸１０とのなす角はθ_sであるので、標本８の表面は傾斜角θ_sで傾斜している面のことになる。ただし、第２の状態とは異なり、第３の状態ではθ_sは負の値になっている。

第３の状態でも、第１の状態と同様に照明が行われる。照明光Ｌ_IL3は標本８上の観察点１１に入射する。これにより、観察点１１が照明される。

照明光Ｌ_IL3は、標本８を透過する。上述のように、第３の状態では、面の法線が光軸と非平行になっている。面の法線が光軸と非平行な状態では、標本の表面が傾斜している。標本の表面が傾斜している場合、中心光線Ｌ_ILCは、標本８の表面で屈折される。

標本８から出射した結像光Ｌ_IM1は、対物レンズ６に到達する。対物レンズ６に到達した結像光Ｌ_IM1は、全て対物レンズ６に入射する。対物レンズ６に入射した結像光Ｌ_IM1は、遮光部７ａで遮られることなく、絞り７を通過する。

図６は、第３の状態における結像光の様子を示す図である。図６に示すように、結像光Ｌ_IM1の面積は、透過部７ｂの面積よりも小さくなっている。結像光Ｌ_IM1は透過部７ｂの内側に位置している。

また、第３の状態では、標本８の表面が傾斜角−θ_sで傾斜している。この場合、中心光線Ｌ_ILCは、標本８の表面で屈折される。そのため、中心光線Ｌ_IMCは、光軸１０から離れる方向に進む。その結果、第３の状態では、結像光Ｌ_IM1の中心は光軸１０と一致しない。

図２と図６との比較から分かるように、第３の状態における結像光Ｌ_IM1の中心は、第１の状態における結像光Ｌ_IM1の中心よりも、光軸１０から離れる方向にシフトしている。また、第３の状態では、シフトする方向は、紙面内の左方向になっている。

第１の状態、第２の状態及び第３の状態のいずれにおいても、観察光学系２から出射する際、結像光Ｌ_IM1は平行光束になっている。そして、第２の状態と第３の状態では、結像光Ｌ_IM1は、光軸１０から離れる方向に平行移動する。

上述のように、結像光を光検出素子で撮影することで、画像Ｉ_Lightが得られる。結像光の撮影には、保持部材に標本が載置されているときに行う撮影と、保持部材に標本が載置されていないときに行う撮影と、がある。

保持部材に標本が載置されているときに行う撮影では、所定の画像が得られる。所定の画像は、保持部材に標本が載置されているときに、光検出素子から出力された信号に基づく画像である。

結像光の撮影では、結像光よりも広い範囲が撮影される。よって、所定の画像には、画像Ｉ_Lightと画像Ｉ_Outとが含まれている。

画像Ｉ_Lightと画像Ｉ_Outは、各々、複数の画素で形成されている。各画素は、結像光の明るさに応じた値を有している。画像Ｉ_Lightにおいて各画素の値を足し合わせたときの合計値（以下、「合計値Ｉ_sum」という）は、結像光の明るさを表していると言える。所定の画像は、保持部材に標本が載置されているときに得た画像である。よって、合計値Ｉ_sumは、標本上の一点の情報を表していると言える。

ただし、第１の状態、第２の状態及び第３の状態では、標本上の一点しか照明されていない。そのため、標本８全体の情報を得られない。

図１に示すように、照明光Ｌ_IL3は、観察点１１に集光される。観察点１１には、照明光学系１によって、光スポットが形成される。標本８は、ステージ３上に載置されている。ステージ３は、保持部材である。

観察点１１には、標本８が位置している。そこで、走査ユニットで、光スポットと保持部材とを相対的に移動させる。このようにすると、観察点１１と標本８とを、相対的に移動させることができる。その結果、標本８全体の情報が得られる。走査ユニットについては、後述する。

図７Ａは、相対移動の例を示す図である。この例では、光スポット１３を固定した状態で、ステージ３を移動させている。これにより、標本８全体の情報が得られる。

図７Ｂは、結像光の様子を示す図である。図７Ｂには、位置Ｐａでの結像光の様子、位置Ｐｂでの結像光の様子、及び位置Ｐｃでの結像光の様子が示されている。この結像光は、光スポット１３で標本８を照明したときに、標本８から出射した光である。

図７Ｂから分かるように、標本８の表面の傾斜に応じて、撮影領域における結像光の位置が変化する。この位置の変化を利用して、様々な観察方法による画像を生成できる。

画像の生成について説明する。本実施形態の標本観察装置では、所定の画像とフィルタとに基づいて、標本の画像が生成される。標本の画像の生成は、例えば、画像処理装置で行えば良い。

所定の画像とフィルタは、複数の画素を有する。例えば、所定の画像の明るさが２５６階調で表される場合、ゼロから２５５までの間の数値が、各画素に設定される。フィルタについても、同様である。第１領域の明るさと第２領域の明るさが２５６階調で表される場合、ゼロから２５５までの間の数値が、第１領域の各画素と第２領域の各画素に設定される。

フィルタは、第１領域と、第２領域と、を有する。第１領域における値は、第２領域における値よりも大きい。第１領域における値と第２領域における値は、フィルタの数値である。

フィルタの画素数は、所定の画像の画素数と等しい。また、フィルタのアスペクト比は、所定の画像のアスペクト比と等しい。よって、フィルタの各画素と所定の画像の各画素は、一対一で対応している。

標本の画像の生成は、画像処理装置で行われる。画像処理装置では、所定の画像とフィルタとに基づいて、標本の画像が生成される。フィルタは、現像用のフィルタ画像である。すなわち、フィルタは、所定の画像から標本の画像を生成するために用いられる画像である。

フィルタの各画素と所定の画像の各画素は、一対一で対応している。そこで、一対一で対応する画素ごとに、所定の画像の値とフィルタの値との積を求める。これにより、新たな画像（以下、「積画像」という）が得られる。積画像にも、画像Ｉ_Lightに対応する画像（以下、「画像ＩＳ_Light」という）と、画像Ｉ_Outに対応する画像と、が含まれている。

上述のように、合計値Ｉ_sumは、標本上の一点の情報を表している。よって、画像ＩＳ_Lightの値から求めた合計値も（以下、「合計値ＩＳ_sum」という）、標本上の一点の情報を表している。ただし、画像ＩＳ_Lightの生成には、フィルタが用いられている。そのため、合計値ＩＳ_sumは、フィルタの影響を受ける。

合計値ＩＳ_sumは、標本上の一点の情報を表している。そして、合計値ＩＳ_sumは、フィルタの影響を受ける。よって、標本上の一点の情報は、フィルタの影響を受ける。

標本の画像は、標本上の一点の情報の集合体である。上述のように、標本上の一点の情報は、フィルタの影響を受ける。よって、標本の画像は、フィルタの影響を受ける。言い換えると、使用するフィルタが異なると、生成される標本の画像も異なる。

本実施形態の標本観察装置では、第１領域は、円形の領域で、第２領域は、第１領域の外側に位置していることが好ましい。

第１のフィルタについて説明する。図８は、第１のフィルタを示す図である。フィルタ１４は、顕微鏡の明視野画像に対応する画像（以下、「画像ＩＳ_BRI」という）の生成に用いられる。

フィルタ１４は、第１領域１４ａと、第２領域１４ｂと、を有する。第１領域１４ａは、円形の領域である。第２領域１４ｂは、第１領域１４ａの外側に位置している。第１領域１４ａの大きさは、画像Ｉ_Lightの大きさに基づいて設定されている。

第１領域１４ａと第２領域１４ｂは、各々、複数の画素を有する。画素に設定できる値の範囲は、予め決められている。第１領域１４ａの各画素には、同じ値が設定されている。第２領域１４ｂの各画素にも、同じ値が設定されている。

ただし、第１領域１４ａの画素に設定されている値と、第２領域１４ｂの画素に設定されている値は異なる。第１領域１４ａの画素に設定されている値は、第２領域１４ｂの画素に設定されている値よりも大きい。

図９Ａは、所定の画像を示す図である。図９Ｂは、フィルタを示す図である。図９Ｃは、所定の画像とフィルタとを重ねた画像である。

図９Ａは、図７Ｂと同一の図である。図９Ａには、紙面の左側から順に、位置Ｐａでの結像光の画像（以下「画像Ｉ_Ｐａ」という）、位置Ｐｂでの結像光の画像（以下「画像Ｉ_Ｐｂ」という）、及び位置Ｐｃでの結像光の画像（以下「画像Ｉ_Ｐｃ」という）が示されている。

画像Ｉ_Ｐａ、画像Ｉ_Ｐｂ、及び画像Ｉ_Ｐｃは、図７Ａに示す光スポット１３から生じた結像光を撮影した画像である。よって、画像Ｉ_Ｐａ、画像Ｉ_Ｐｂ、及び画像Ｉ_Ｐｃでは、形と大きさの各々が、３つの画像で同一になる。

また、図７Ａでは、標本８は、無色透明な物体である。よって、画像Ｉ_Ｐａ、画像Ｉ_Ｐｂ、及び画像Ｉ_Ｐｃでは、各画素における値が、３つの画像で同一になる。

図９Ｂに示すように、積画像の取得では、３つの所定の画像の各々に、同一のフィルタ、すなわち、フィルタ１４が用いられる。

図９Ｃには、画像Ｉ_Ｐａ’、画像Ｉ_Ｐｂ’、及び画像Ｉ_Ｐｃ’が示されている。画像Ｉ_Ｐａ’は、画像Ｉ_Ｐａの画像のうち、第１領域１４ａ内に位置する画像である。画像Ｉ_Ｐｂ’は、画像Ｉ_Ｐｂの画像のうち、第１領域１４ａ内に位置する画像である。画像Ｉ_Ｐｃ’は、画像Ｉ_Ｐｃの画像のうち、第１領域１４ａ内に位置する画像である。

フィルタ１４では、第１領域１４ａは、画像Ｉ_Ｐａの全体、画像Ｉ_Ｐｂの全体、及び画像Ｉ_Ｐｃの全体を含む大きさに設定されている。そのため、図９Ｃに示すように、画像Ｉ_Ｐａ’の形と大きさは、画像Ｉ_Ｐａと同一である。画像Ｉ_Ｐｂ’の形と大きさは、画像Ｉ_Ｐｂと同一である。画像Ｉ_Ｐｃ’の形と大きさは、画像Ｉ_Ｐｃと同一である。

このように、フィルタ１４を用いると、画像Ｉ_Ｐａ’の面積、画像Ｉ_Ｐｂ’の面積、及び画像Ｉ_Ｐｃ’の面積は、３つの画像で同一になる。

３つの所定の画像とフィルタ１４とから、３つの積画像が得られる。３つの積画像は、各々、画像ＩＳ_Ｐａ、画像ＩＳ_Ｐｂ、及び画像ＩＳ_Ｐｃを有する。画像ＩＳ_Ｐａは、画像Ｉ_Ｐａ’に対応する画像である。画像ＩＳ_Ｐｂ’は、画像Ｉ_Ｐｂ’に対応する画像である。画像ＩＳ_Ｐｃは、画像Ｉ_Ｐｃ’に対応する画像である。

画像Ｉ_Ｐａ’、画像Ｉ_Ｐｂ’、及び画像Ｉ_Ｐｃ’では、各画素における値は、３つの画像で同一である。そして、積画像の取得に用いるフィルタも、同一である。よって、画像ＩＳ_Ｐａ、画像ＩＳ_Ｐｂ、及び画像ＩＳ_Ｐｃでは、各画素における値は３つの画像で同一になる。

また、フィルタ１４を用いると、上述のように、画像Ｉ_Ｐａ’の面積、画像Ｉ_Ｐｂ’の面積、及び画像Ｉ_Ｐｃ’の面積は、３つの画像で同一になる。よって、画像ＩＳ_Ｐａ、画像ＩＳ_Ｐｂ、及び画像ＩＳ_Ｐｃでは、面積は３つの画像で同一になる。

上述のように、合計値ＩＳ_sumは、標本上の一点の情報を表している。画像ＩＳ_Ｐａ、画像ＩＳ_Ｐｂ、及び画像ＩＳ_Ｐｃでは、面積と各画素における値の各々が、３つの画像で同一である。そのため、画像ＩＳ_Ｐａ、画像ＩＳ_Ｐｂ、及び画像ＩＳ_Ｐｃでは、画像から求めた合計値は、３つの画像で同一になる。

画像ＩＳ_Ｐａ、画像ＩＳ_Ｐｂ、及び画像ＩＳ_Ｐｃでは、光スポットの照射位置における位相量は、画像ＩＳ_Ｐａと画像ＩＳ_Ｐｂとで異なり、また、画像ＩＳ_Ｐｂと画像ＩＳ_Ｐｃとで異なっている。画像ＩＳ_Ｐａと画像ＩＳ_Ｐｃとでは、位相量は同じだが、位相が変化する方向が異なる。

合計値が３つの画像で同一ということは、フィルタ１４を用いた場合、標本が無色透明な物体だと、位相量の変化や位相が変化する方向を、明るさの変化として検出できないということを意味している。

顕微鏡による明視野観察でも、標本が無色透明な物体の場合、位相量の変化や位相が変化する方向を、明るさの変化として検出できない。よって、フィルタ１４を用いることで、顕微鏡の明視野画像と同じような画像を生成できる。

本実施形態の標本観察装置では、第１領域は、半円形の領域で、第２領域は、第１領域の外側に位置していることが好ましい。

第２のフィルタについて説明する。図１０は、第２のフィルタを示す図である。フィルタ１５は、顕微鏡の偏射照明画像に対応する画像（以下、「画像ＩＳ_OBL」という）の生成に用いられる。

フィルタ１５は、第１領域１５ａと、第２領域１５ｂと、を有する。第１領域１５ａは、半円形の領域である。第２領域１５ｂは、第１領域１５ａの外側に位置している。第１領域１５ａの大きさは、画像Ｉ_Lightの大きさに基づいて設定されている。

第１領域１５ａと第２領域１５ｂは、各々、複数の画素を有する。画素に設定できる値の範囲は、予め決められている。第１領域１５ａの各画素には、同じ値が設定されている。第２領域１５ｂの各画素にも、同じ値が設定されている。

ただし、第１領域１５ａの画素に設定されている値と、第２領域１５ｂの画素に設定されている値は異なる。第１領域１５ａの画素に設定されている値は、第２領域１５ｂの画素に設定されている値よりも大きい。

図１１Ａは、所定の画像を示す図である。図１１Ｂは、フィルタを示す図である。図１１Ｃは、所定の画像とフィルタとを重ねた画像である。

図１１Ａは、図７Ｂと同一の図である。図１１Ａには、画像Ｉ_Ｐａ、画像Ｉ_Ｐｂ、及び画像Ｉ_Ｐｃが示されている。画像Ｉ_Ｐａ、画像Ｉ_Ｐｂ、及び画像Ｉ_Ｐｃについては、説明を省略する。

図１１Ｂに示すように、積画像の取得では、３つの所定の画像の各々に、同一のフィルタ、すなわち、フィルタ１５が用いられる。

図１１Ｃには、画像Ｉ_Ｐａ’、画像Ｉ_Ｐｂ’、及び画像Ｉ_Ｐｃ’が示されている。画像Ｉ_Ｐａ’は、画像Ｉ_Ｐａの画像のうち、第１領域１５ａ内に位置する画像である。画像Ｉ_Ｐｂ’は、画像Ｉ_Ｐｂの画像のうち、第１領域１５ａ内に位置する画像である。画像Ｉ_Ｐｃ’は、画像Ｉ_Ｐｃの画像のうち、第１領域１５ａ内に位置する画像である。

フィルタ１５では、第１領域１５ａは、画像Ｉ_Ｐａの一部、画像Ｉ_Ｐbの一部、及び画像Ｉ_Ｐｃの一部を含む大きさに設定されている。そのため、図１１Ｃに示すように、画像Ｉ_Ｐａ’の形と大きさは、画像Ｉ_Ｐａと異なる。画像Ｉ_Ｐｂ’の形と大きさは、画像Ｉ_Ｐｂと異なる。画像Ｉ_Ｐｃ’の形と大きさは、画像Ｉ_Ｐｃと異なる。

また、第１領域１５ａに対する位置が、画像Ｉ_Ｐａ、画像Ｉ_Ｐｂ、及び画像Ｉ_Ｐｃの各々で、異なる。そのため、フィルタ１５を用いると、画像Ｉ_Ｐａ’の面積、画像Ｉ_Ｐｂ’の面積、及び画像Ｉ_Ｐｃ’面積は、３つの画像で異なる。

３つの所定の画像とフィルタ１５とから、３つの積画像が得られる。３つの積画像は、各々、画像ＩＳ_Ｐａ、画像ＩＳ_Ｐｂ、及び画像ＩＳ_Ｐｃを有する。

画像Ｉ_Ｐａ’、画像Ｉ_Ｐｂ’、及び画像Ｉ_Ｐｃ’では、各画素における値は、３つの画像で同一である。そして、積画像の取得に用いるフィルタも、同一である。よって、画像ＩＳ_Ｐａ、画像ＩＳ_Ｐｂ、及び画像ＩＳ_Ｐｃでは、各画素における値は３つの画像で同一になる。

ただし、フィルタ１５を用いると、上述のように、画像Ｉ_Ｐａ’の面積、画像Ｉ_Ｐｂ’の面積、及び画像Ｉ_Ｐｃ’の面積は、３つの画像で異なる。よって、画像ＩＳ_Ｐａ、画像ＩＳ_Ｐｂ、及び画像ＩＳ_Ｐｃでも、面積は３つの画像で異なる。

上述のように、合計値ＩＳ_sumは、標本上の一点の情報を表している。画像ＩＳ_Ｐａ、画像ＩＳ_Ｐｂ、及び画像ＩＳ_Ｐｃでは、各画素における値は３つの画像で同一であるが、面積は３つの画像で異なる。そのため、画像ＩＳ_Ｐａ、画像ＩＳ_Ｐｂ、及び画像ＩＳ_Ｐｃでは、画像から求めた合計値は、３つの画像で異なる。

画像ＩＳ_Ｐａ、画像ＩＳ_Ｐｂ、及び画像ＩＳ_Ｐｃでは、光スポットの照射位置における位相量は、画像ＩＳ_Ｐａと画像ＩＳ_Ｐｂとで異なり、また、画像ＩＳ_Ｐａと画像ＩＳ_Ｐｃとで異なっている。画像ＩＳ_Ｐａと画像ＩＳ_Ｐｃとでは、位相量は同じだが、位相が変化する方向が異なる。

合計値が３つの画像で異なるということは、フィルタ１５を用いた場合、標本が無色透明な物体では、位相量の変化や位相が変化する方向を、明るさの変化として検出できるということを意味している。

顕微鏡による偏射照明観察でも、標本が無色透明な物体の場合、位相量の変化や位相が変化する方向を、明るさの変化として検出できる。よって、フィルタ１５を用いることで、顕微鏡の偏射照明画像と同じような画像を生成できる。

図１１Ａに示す所定の画像と、図９Ａに示す所定の画像は、図７Ａに示す光スポット１３によって得られた画像である。これは、本実施形態の標本観察装置では、画像ＩＳ_OBLの生成と画像ＩＳ_BRIの生成とで、照明状態が同じであることを意味している。このように、本実施形態の標本観察装置では、画像ＩＳ_BRIの生成の際に用いる照明と同じ照明で、画像ＩＳ_OBLが生成できる。

図１２は、結像光の画像のシフト量と明るさとの関係を示すグラフである。このグラフは、フィルタ１５を用いたときのグラフである。

図１に示すように、コンデンサレンズ５には、遮光部材４が配置されている。画像Ｉ_Lightは、透過領域４ｂを通過する光の画像である。よって、横軸は、コンデンサレンズ５に配置された開口のシフト量と見なすことができる。一方、縦軸の明るさは、画像Ｉ_Lightと、フィルタの第１領域との重なりから求めることができる。

フィルタ１５を用いると、図１１Ｃに示すように、画像Ｉ_Ｐａ’の面積は、画像Ｉ_Ｐｂ’の面積よりも小さくなり、画像Ｉ_Ｐｂ’の面積は画像Ｉ_Ｐｃ’の面積よりも小さくなる。

よって、図７Ａに示す標本８の画像では、位置Ｐａでの明るさは、位置Ｐｂでの明るさに比べて暗く、位置Ｐｂでの明るさは、位置Ｐｃでの明るさに比べて暗い。すなわち、位置Ｐａ、位置Ｐｂ、位置Ｐｃの順で、明るさが明るくなる。

図１２に示すグラフでは、例えば、シフト量Ｓ１のときの明るさが、位置Ｐａにおける明るさに対応する。シフト量Ｓ２のときの明るさが、位置Ｐｂにおける明るさに対応する。シフト量Ｓ３のときの明るさが、位置Ｐｃにおける明るさに対応する。

図１３は、第２のフィルタの変形例１を示す図である。フィルタ１５’も、画像ＩＳ_Oの生成に用いられる。フィルタ１５’は、フィルタ１５を９０度回転させた画像である。

フィルタ１５’では、フィルタ１５と直交する方向における位相の変化を、明るさの変化として検出できる。

図１４は、第２のフィルタの変形例２を示す図である。フィルタ１５”も、画像ＩＳ_Oの生成に用いられる。

フィルタ１５”では、第２領域が、領域１５ｂ１と、領域１５ｂ２と、を有する。フィルタ１５”では、第１領域１５ａに設定された値が最も大きく、領域１５ｂ２に設定された値が最も小さい。

例えば、フィルタ１５では、第２領域１５ｂに、最小値としてゼロが設定されているとする。この場合、画像Ｉ_Lightが第２領域１５ｂに位置すると、画像ＩＳ_Lightの値はゼロになる。

これに対して、フィルタ１５”では、領域１５ｂ２に最小値としてゼロが設定される。この場合、ゼロより大きい値が、領域１５ｂ１に設定される。そのため、画像Ｉ_Lightが領域１５ｂ１に位置しても、画像ＩＳ_Lightの値はゼロにはならない。その結果、位相の変化を明るさの変化として検出できる範囲が広くなる。

図１５は、結像光の画像のシフト量と明るさとの関係を示すグラフである。このグラフは、フィルタ１５”を用いたときのグラフである。図１２に示すグラフに比べると、明るさの変化が大きくなっている。そのため、ＳＮ比の高い画像を生成できる。

本実施形態の標本観察装置では、フィルタは、第３領域を有し、第１領域は、円環形の領域で、第２領域は、第１領域の外側に位置し、第３領域は、第１領域の内側に位置していることが好ましい。

第３のフィルタについて説明する。図１６は、第３のフィルタを示す図である。フィルタ１６は、顕微鏡のＩＶＣ画像に対応する画像（以下、「画像ＩＳ_IVC」という）の生成に用いられる。

フィルタ１６は、第１領域１６ａと、第２領域１６ｂと、を有する。フィルタ１６は、更に、第３領域１６ｃを有する。

第１領域１６ａは、円環形の領域である。第２領域１６ｂは、第１領域１６ａの外側に位置している。第３領域１６ｃは、第１領域１６ａの内側に位置している。第３領域１６ｃは、円形の領域である。第１領域１６ａの位置と大きさは、画像Ｉ_Lightの大きさに基づいて設定されている。

第１領域１６ａの位置と大きさ適切に設定されると、第１の状態では、画像Ｉ_Lightの外縁は、第１領域１６ａに含まれている。すなわち、画像Ｉ_Lightの外縁は、第３領域１６ｃよりも外側で、且つ第２領域１６ｂよりも内側に位置する。

第１領域１６ａと第２領域１６ｂは、各々、複数の画素を有する。画素に設定できる値の範囲は、予め決められている。第１領域１６ａの各画素には、同じ値が設定されている。第２領域１６ｂの各画素にも、同じ値が設定されている。

ただし、第１領域１６ａの画素に設定されている値と、第２領域１６ｂの画素に設定されている値は異なる。第１領域１６ａの画素に設定されている値は、第２領域１６ｂの画素に設定されている値よりも大きい。

第３領域１６ｃも、複数の画素を有する。画素に設定できる値の範囲は、予め決められている。第３領域１６ｃの各画素には、同じ値が設定されている。

第１領域１６ａの画素に設定されている値と、第３領域１６ｃの画素に設定されている値は異なる。第１領域１６ａの画素に設定されている値は、第３領域１６ｃの画素に設定されている値よりも大きい。

第２領域１６ｂの画素に設定されている値と第３領域１６ｃの画素に設定されている値は、同じであっても、異なっていても良い。また、第２領域１６ｂの画素に設定されている値は、第３領域１６ｃの画素に設定されている値よりも大きくても、小さくても良い。

図１７Ａは、所定の画像を示す図である。図１７Ｂは、フィルタを示す図である。図１７Ｃは、所定の画像とフィルタとを重ねた画像である。

図１７Ａは、図７Ｂと同一の図である。よって、図１７Ａには、画像Ｉ_Ｐａ、画像Ｉ_Ｐｂ、及び画像Ｉ_Ｐｃが示されている。画像Ｉ_Ｐａ、画像Ｉ_Ｐｂ、及び画像Ｉ_Ｐｃについては、説明を省略する。

図１７Ｂに示すように、積画像の取得では、３つの所定の画像の各々に、同一のフィルタ、すなわち、フィルタ１６が用いられる。

図１７Ｃには、画像Ｉ_Ｐａ’、画像Ｉ_Ｐｂ’、及び画像Ｉ_Ｐｃ’が示されている。画像Ｉ_Ｐａ’は、画像Ｉ_Ｐａの画像のうち、第１領域１６ａ内に位置する画像である。画像Ｉ_Ｐｂ’は、画像Ｉ_Ｐｂの画像のうち、第１領域１６ａ内に位置する画像である。画像Ｉ_Ｐｃ’は、画像Ｉ_Ｐｃの画像のうち、第１領域１６ａ内に位置する画像である。

フィルタ１６では、第１領域１６ａは、画像Ｉ_Ｐａの一部、画像Ｉ_Ｐbの一部、及び画像Ｉ_Ｐｃの一部を含む大きさに設定されている。そのため、図１７Ｃに示すように、画像Ｉ_Ｐａ’の形と大きさは、画像Ｉ_Ｐａと異なる。画像Ｉ_Ｐｂ’の形と大きさは、画像Ｉ_Ｐｂと異なる。画像Ｉ_Ｐｃ’の形と大きさは、画像Ｉ_Ｐｃと異なる。

また、第１領域１６ａに対する位置が、画像Ｉ_Ｐａ、画像Ｉ_Ｐｂ、及び画像Ｉ_Ｐｃの各々で、異なる。ただし、画像Ｉ_Ｐａの位置と画像Ｉ_Ｐｃの位置は、画像Ｉ_Ｐｂの位置に対して対称である。そのため、フィルタ１６を用いると、画像Ｉ_Ｐｂ’の面積は、画像Ｉ_Ｐａ’の面積や画像Ｉ_Ｐｃ’の面積と異なるが、画像Ｉ_Ｐａ’の面積と画像Ｉ_Ｐｃ’の面積は同じである。

３つの所定の画像とフィルタ１６とから、３つの積画像が得られる。３つの積画像は、各々、画像ＩＳ_Ｐａ、画像ＩＳ_Ｐｂ、及び画像ＩＳ_Ｐｃを有する。

画像Ｉ_Ｐａ’、画像Ｉ_Ｐｂ’、及び画像Ｉ_Ｐｃ’では、各画素における値は、３つの画像で同一である。そして、積画像の取得に用いるフィルタも、同一である。よって、画像ＩＳ_Ｐａ、画像ＩＳ_Ｐｂ、及び画像ＩＳ_Ｐｃでは、各画素における値は３つの画像で同一になる。

ただし、フィルタ１６を用いると、上述のように、画像Ｉ_Ｐｂ’の面積は、画像Ｉ_Ｐａ’の面積や画像Ｉ_Ｐｃ’の面積と異なるが、画像Ｉ_Ｐａ’の面積と画像Ｉ_Ｐｃ’の面積は同じである。よって、画像ＩＳ_Ｐａ、画像ＩＳ_Ｐｂ、及び画像ＩＳ_Ｐｃでも、画像ＩＳ_Ｐｂの面積は、画像ＩＳ_Ｐａの面積や画像ＩＳ_Ｐｃの面積と異なるが、画像ＩＳ_Ｐａの面積と画像ＩＳ_Ｐｃの面積は同じである。

上述のように、画像ＩＳ_Lightの値から求めた合計値は、標本上の一点の情報を表している。画像ＩＳ_Ｐａ、画像ＩＳ_Ｐｂ、及び画像ＩＳ_Ｐｃでは、各画素における値は３つの画像で同一である。しかしながら、画像ＩＳ_Ｐｂと画像ＩＳ_Ｐａとで面積は異なり、画像ＩＳ_Ｐｂと画像ＩＳ_Ｐｃとで面積は異なり、画像ＩＳ_Ｐａと画像ＩＳ_Ｐｃとで面積は同じになる。

そのため、画像ＩＳ_Ｐａ、画像ＩＳ_Ｐｂ、及び画像ＩＳ_Ｐｃでは、画像から求めた合計値は、画像ＩＳ_Ｐｂと画像ＩＳ_Ｐａとで異なり、画像ＩＳ_Ｐｂと画像ＩＳ_Ｐｃとで異なり、画像ＩＳ_Ｐａと画像ＩＳ_Ｐｃとで同じになる。

画像ＩＳ_Ｐａ、画像ＩＳ_Ｐｂ、及び画像ＩＳ_Ｐｃでは、光スポットの照射位置における位相量は、画像ＩＳ_Ｐａと画像ＩＳ_Ｐｂとで異なり、また、画像ＩＳ_Ｐａと画像ＩＳ_Ｐｃとで異なっている。画像ＩＳ_Ｐａと画像ＩＳ_Ｐｃとでは、位相量は同じだが、位相が変化する方向が異なる。

合計値が画像ＩＳ_Ｐｂと画像ＩＳ_Ｐａとで異なり、画像ＩＳ_Ｐｂと画像ＩＳ_Ｐｃとで異なり、画像ＩＳ_Ｐａと画像ＩＳ_Ｐｃとで同じになるということは、フィルタ１６を用いた場合、標本が無色透明な物体では、位相の変化は明るさの変化として検出できるが、位相が変化する方向は明るさの変化として検出できないということを意味している。

顕微鏡によるＩＶＣ観察でも、標本が無色透明な物体の場合、位相の変化は明るさの変化として検出できる。また、ＩＶＣ観察では、位相が変化する方向は、明るさの変化として検出しない。そのため、ＩＶＣ観察では、方向性のない像が得られる。よって、フィルタ１６を用いることで、顕微鏡のＩＶＣ画像と同じような画像を生成できる。

図１７Ａに示す所定の画像と、図９Ａに示す所定の画像は、図７Ａに示す光スポット１３によって得られた画像である。これは、本実施形態の標本観察装置では、画像ＩＳ_IVCの生成と画像ＩＳ_BRIの生成とで、照明状態が同じであることを意味している。このように、本実施形態の標本観察装置では、画像ＩＳ_BRIの生成の際に用いる照明と同じ照明で、画像ＩＳ_IVCが生成できる。

図１８は、結像光の画像のシフト量と明るさとの関係を示すグラフである。このグラフは、フィルタ１６を用いたときのグラフである。

フィルタ１６を用いると、図１７Ｃに示すように、画像Ｉ_Ｐｂ’の面積は、画像Ｉ_Ｐａ’の面積や画像Ｉ_Ｐｃ’の面積よりも小さくなる。また、画像Ｉ_Ｐａ’の面積と画像Ｉ_Ｐｃ’の面積は等しい。

よって、図７Ａに示す標本８の画像では、位置Ｐｂでの明るさは、位置Ｐａでの明るさや位置Ｐｃで明るさに比べて暗い。また、位置Ｐａでの明るさと位置Ｐｃで明るさが等しい。

本実施形態の標本観察装置では、第１領域は、第２領域の外側に位置し、第２領域は、円形の領域であることが好ましい。

第４のフィルタについて説明する。図１９は、第４のフィルタを示す図である。フィルタ１７は、顕微鏡の暗視野画像に対応する画像（以下、「画像ＩＳ_DAR」という）の生成に用いられる。

フィルタ１７は、第１領域１７ａと、第２領域１７ｂと、を有する。第１領域１７ａは、第２領域１７ｂの外側に位置している。第２領域１７ｂは、円形の領域である。第２領域１７ｂの大きさは、画像Ｉ_Lightの大きさに基づいて設定されている。

第１領域１７ａと第２領域１７ｂは、各々、複数の画素を有する。画素に設定できる値の範囲は、予め決められている。第１領域１７ａの各画素には、同じ値が設定されている。第２領域１７ｂの各画素にも、同じ値が設定されている。

ただし、第１領域１７ａの画素に設定されている値と、第２領域１７ｂの画素に設定されている値は異なる。第１領域１７ａの画素に設定されている値は、第２領域１７ｂの画素に設定されている値よりも大きい。

図２０は、散乱光が発生する様子を示す図である。標本８が散乱面、又は散乱物質を有する場合、照明光Ｌ_IL3は標本８で散乱される。その結果、散乱光が発生する。散乱光は、様々な方向に発生する。

図２０に示す散乱光Ｌ_DIFは、結像光Ｌ_IM1の開口数で決まる角度よりも大きい角度の散乱光である。散乱光Ｌ_DIFは、結像光Ｌ_IM1の外側に位置している。この場合、所定の画像には、画像Ｉ_Lightと、散乱光の画像と、が含まれる。

散乱光の画像は、画像Ｉ_Lightの外側に位置している。そこで、第２領域１７ｂの大きさを、画像Ｉ_Lightの大きさと略一致させる。そして、所定の画像の値とフィルタ１７の値との積を求める。

積画像には、画像ＩＳ_Lightが含まれている。しかしながら、第２領域１７ｂの画素に設定されている値は、第１領域１７ａの画素に設定されている値よりも小さい。そのため、積画像から画像ＩＳ_Lightが取り除かれる。その結果、散乱光の画像に対応する画像のみが得られる。この画像の値から求めた合計値は、散乱光を表している。

顕微鏡による暗視野観察でも、標本が散乱面、又は散乱物質を有する場合、を有する場合、散乱光を検出できる。よって、フィルタ１７を用いることで、顕微鏡の暗視野画像と同じような画像を生成できる。

図示を省略するが、画像ＩＳ_DARの生成に用いられる所定の画像は、図９Ａに示す所定の画像と同じく、画像Ｉ_Ｐａ、画像Ｉ_Ｐｂ、及び画像Ｉ_Ｐｃを有する。図９Ａにおける画像Ｉ_Ｐａ、画像Ｉ_Ｐｂ、及び画像Ｉ_Ｐｃは、図７Ａに示す光スポット１３によって得られた画像である。これは、本実施形態の標本観察装置では、画像ＩＳ_DARの生成と画像ＩＳ_BRIの生成とで、照明状態が同じであることを意味している。このように、本実施形態の標本観察装置では、画像ＩＳ_BRIの生成の際に用いる照明と同じ照明で、画像ＩＳ_DARが生成できる。

本実施形態の標本観察装置では、照明光学系の瞳位置に位相膜が配置され、第１領域は、観察光学系の瞳位置における位相膜の像の領域に対応し、第２領域は、第１領域の内側に位置する領域であり、第１領域の外側に位置する領域は、第３領域であることが好ましい。

図１６に示すフィルタ１６は、顕微鏡の位相差画像に対応する画像（以下、「画像ＩＳ_PHA」という）の生成に利用できる。

上述のように、画像ＩＳ_IVCの生成では、第１領域１６ａの位置と大きさは、画像Ｉ_Lightの大きさに基づいて設定されている。一方、画像ＩＳ_PHAの生成では、照明光学系の瞳位置に、位相膜が配置されている。そのため、第１領域１６ａの位置と大きさは、位相膜の位置と大きさに基づいて設定される。

観察光学系の瞳位置には、位相膜の像が形成される。よって、第１領域は、観察光学系の瞳位置における位相膜の像の領域に対応する。また、第２領域は、第１領域の内側に位置する領域である。第１領域の外側に位置する領域は、第３領域である。第１領域における値は、第３領域における値よりも大きい。

このように、画像ＩＳ_IVCの生成に用いられるフィルタ１６と、画像ＩＳ_PHAの生成に用いられるフィルタ１６は、異なる。以下の説明でも、フィルタ１６が用いられているが、フィルタ１６は画像ＩＳ_PHAの生成に用いられる画像である。

図２１は、位相膜を配置したときの照明光の様子と結像光の様子を示す図である。図１と同じ構成については同じ番号を付し、説明は省略する。

図２１に示すように、透過領域４ｂに、位相膜１８が配置されている。この場合、照明光Ｌ_IL2には、位相膜１８を通過した照明光Ｌ_IL2Pと、位相膜１８を通過しない照明光Ｌ_IL2Nと、が含まれている。照明光Ｌ_IL2Pでは、照明光Ｌ_IL2Nに比べてλ／４だけ位相が進んでいる。

照明光Ｌ_IL2は、コンデンサレンズ５に入射する。コンデンサレンズ５からは、照明光Ｌ_IL3が出射する。照明光Ｌ_IL3は、標本８上の観察点１１に入射する。観察点１１出射した結像光Ｌ_IM1は、対物レンズ６に到達する。

対物レンズ６に到達した結像光Ｌ_IM1は、全て対物レンズ６に入射する。対物レンズ６に入射した結像光Ｌ_IM1は、絞り７を通過する。結像光Ｌ_IM1には、位相膜１８を通過した結像光Ｌ_IM1Pと、位相膜１８を通過しない結像光Ｌ_IM1Nと、が含まれている。
図２２Ａは、０次回折の結像光の様子を示す図である。図２２Ｂは、１次回折の結像光の様子を示す図である。

結像光Ｌ_IM1Pと結像光Ｌ_IM1Nは、共に、標本８で回折されない光、すなわち、０次回折光である。０次回折光では、位置Ｐ_Dに結像光Ｌ_IM1Pが到達する。結像光Ｌ_IM1Pは、位相膜１８を通過した光である。よって、結像光Ｌ_IM1Pでは、結像光Ｌ_IM1Nに比べてλ／４だけ位相が進んでいる。

結像光Ｌ_IM1PDと結像光Ｌ_IM1NDは、共に、標本８で回折された光、例えば、１次回折光である。１次回折光では、位置Ｐ_Dに結像光Ｌ_IM1NDが到達する。結像光Ｌ_IM1NDは、位相膜１８を通過していない光である。ただし、標本８で回折されている。よって、結像光Ｌ_IM1NDでは、結像光Ｌ_IM1Nに比べてλ／４だけ位相が遅れている。

結像光Ｌ_IM1Pと結像光Ｌ_IM1NDは、同時に、位置Ｐ_Dに到達する。位置Ｐ_Dでは、結像光Ｌ_IM1Pと結像光Ｌ_IM1NDとが干渉する。この場合、結像光Ｌ_IM1Pと結像光Ｌ_IM1NDとの位相差はλ／２になるので、干渉光は暗くなる。干渉光の明暗は、位相の変化によって生じる。

位相膜１８の形状が円環の場合、位置Ｐ_Dと同じ位置が複数生じる。位置Ｐ_Dと同じ位置は円環状に分布する。フィルタ１６では、第１領域１６ａは、円環形の領域である。よって、第１領域１６ａが位置Ｐ_Dを含むように、第１領域１６ａの領域を決定する。このようにすることで、干渉光の明暗を検出できる。

干渉光の明暗は、位相の変化によって生じる。位相膜とフィルタ１６を用いた場合、標本が無色透明な物体では、位相量の変化や位相が変化する方向を、明るさの変化として検出できるということを意味している。

顕微鏡による位相差観察でも、標本が無色透明な物体の場合、位相量の変化を明るさの変化として検出できる。よって、位相膜とフィルタ１６を用いることで、顕微鏡の位相差画像と同じような画像を生成できる。

１次回折光の明るさは、０次回折光の明るさに比べて暗い。位相膜１８には吸収膜も設けられている。０次回折光が吸収膜を通過することで、０次回折光の明るさを、１次回折光の明るさとほぼ同じにできる。よって、干渉光のコントラストを高くできる。

顕微鏡による位相差観察では、対物レンズに位相膜が配置され、照明光学系には位相膜に適したリングスリットが配置されている。位相膜の大きさは、対物レンズの倍率で異なる。そのため、顕微鏡による位相差観察では、対物レンズを交換すると、場合によっては、リングスリットの交換が必要になる。

これに対して、本実施形態の標本観察装置では、照明光学系に位相膜が配置されている。そのため、対物レンズに位相膜が配置されている必要がない。その結果、本実施形態の標本観察装置では、明視野観察に用いる対物レンズを使用できる。

また、本実施形態の標本観察装置では、対物レンズを交換すると、位相膜の像の位置と大きさが変化する。この場合も、フィルタを、位相膜の像の位置と大きさに適した画像に変更するだけで良い。

本実施形態の標本観察装置では、第１領域は、最大明るさの３％以上、３０％以下の範囲の明るさで決まり、最大明るさは、照明光学系の瞳の像における最大の明るさであり、照明光学系の瞳の像は、観察光学系の瞳位置に形成されていることが好ましい。

上述のように、遮光部材４の位置は、コンデンサレンズ５と対物レンズ６によって、絞り７の位置と共役になっている。よって、絞り７の位置に、位相膜１８の像が形成される。第１領域１６ａは、位相膜１８の像に基づいて設定すれば良い。第１領域１６ａは、第１領域１６ａと第２領域１６ｂとの境界（以下、「第１境界」という）、及び第２領域１６ｂと第３領域１６ｃとの境界（以下、「第２境界」という）で決まる。

第１領域は、最大明るさの３％以上、３０％以下の範囲の明るさで決めることができる。例えば、最大明るさの２０％となる値を持つ画素を、第１境界を表す画素と、第２境界を表す画素にすれば良い。

第１境界を表す画素の値と第２境界を表す画素の値は、異なっていても良い。例えば、最大明るさの５％となる値を持つ画素を、第１境界を表す画素とし、最大明るさの２５％となる値を持つ画素を、第２境界を表す画素とすることができる。

最大明るさは、照明光学系の瞳の像における最大の明るさである。照明光学系の瞳の像は、観察光学系の瞳位置に形成されている。よって、最大の明るさは、観察光学系の瞳位置における明るさである。

遮光部材４の位置に位相膜１８が配置されている場合、観察光学系の瞳位置には、位相膜１８の像が形成されている。よって、最大の明るさは、位相膜１８の像の明るさに基づいて設定しても良い。

位相膜の像の明るさが均一でない場合は、位相膜の像における最大の明るさを基準にして、第１領域を設定できる。例えば、上述の２つの境界は、以下の条件を満足れば良い。
０．０３≦Ｉ／Ｉmax≦０．３
ここで、
Ｉは、境界上の点における明るさ、
Ｉmaxは、位相膜の像における最大の明るさ、
である。

本実施形態の標本観察装置では、画像処理装置は、光スポットと保持部材との相対位置に応じて、フィルタを変化させることが好ましい。

位相差観察方法は、生細胞の観察に適した観察方法の一つである。生細胞の観察は、容器に培養液や保存液を満たした状態で行われる。

図２３Ａは、容器の中央における光の屈折を示す図である。図２３Ｂは、容器の周辺における光の屈折を示す図である。図２３Ａと図２３Ｂには、光軸と平行な光が容器を通過する様子が示されている。

容器１９の中央では、液面は平坦である。容器１９の中央では、光は屈折されること無く、容器１９から出射する。

容器１９の面積が小さい場合、容器１９の中央で液面が平坦であっても、容器１９の周辺部では、液面は中央に比べて高くなる。容器１９の面積が小さい場合、液面は凹面になる。そのため、容器１９の周辺は、光は屈折されて容器１９から出射する。

光スポットが容器１９の中央に位置する場合、光は屈折されない。そのため、図２２Ａに示すように、位置Ｐ_Dに結像光Ｌ_IM1Pが到達する。一方。光スポットが容器１９の周辺に位置する場合、光は屈折される。この場合、位置Ｐ_Dには結像光Ｌ_IM1Pが到達しない。

そのため、このままでは、中央に位置する標本では画像ＩＳ_PHAを生成できるが、周辺に位置する標本では、画像ＩＳ_PHAを生成できない。

そこで、光スポットと保持部材との相対位置に応じて、フィルタを変化させる。例えば、第１領域の形状や位置を変化させる。このようにすることで、画像ＩＳ_PHAを、標本全体で生成できる。

本実施形態の標本観察装置では、画像処理装置は、フィルタを複数有し、複数のフィルタの中から、観察方法に応じて一つのフィルタを選択し、選択されたフィルタを用いて標本の画像を生成することが好ましい。

上述のように、フィルタでは、第１領域と第２領域とで、領域の形状や領域の位置を異ならせることで、様々な観察方法による画像を生成できる。そこで、フィルタを、予め複数用意しておく。

このようにすることで、複数のフィルタの中から、観察方法に応じて一つのフィルタを選択することで、所望の観察方法による画像を生成できる。

「観察方法に応じて」とは、明視野観察方法、偏射照明観察方法、インバージョンコントラスト観察方法、暗視野観察方法、位相差観察方法などの観察方法の切り替えに応じて、フィルタを変えるということである。

本実施形態の標本観察装置について説明する。図２４は、本実施形態の標本観察装置の構成を示す図である。標本観察装置２０は、例えば、正立型顕微鏡であって、光源２６と、照明光学系２１と、観察光学系２２と、保持部材２３と、検出素子２４と、処理装置２５と、を備える。照明光学系２１は、コンデンサ２７を有する。観察光学系２２は、対物レンズ３０を有する。対物レンズの３０の内部には、対物レンズの瞳３１が位置している。光源２６は、光源ユニットである。検出素子２４は、光検出素子である。

コンデンサ２７には、コンデンサレンズ２８と開口部材２９とが設けられている。ここでは、コンデンサレンズ２８と開口部材２９とが、一体でコンデンサ２７に保持されている。しかしながら、コンデンサレンズ２８と開口部材２９を、それぞれ別々に保持しても良い。開口部材２９には、金属板が用いられている。

光源２６から、照明光Ｌ_IL1が出射する。照明光Ｌ_IL1は平行な光束であるが、略平行な光束であっても良い。光源２６から出射した照明光Ｌ_IL1は、コンデンサ２７に入射する。照明光Ｌ_IL1は、開口部材２９に入射する。

開口部材２９は、遮光部２９ａと透過部２９ｂとを有する。透過部２９ｂの大きさは、照明光Ｌ_IL1の光束径よりも小さい。そのため、照明光Ｌ_IL1の一部の光束は遮光部２９ａで遮光され、残りの光束が透過部２９ｂを通過する。透過部２９ｂからは照明光Ｌ_IL2が出射する。透過部２９ｂの大きさは、照明光Ｌ_IL1の光束径と同じであっても良い。

開口部材２９は、コンデンサレンズ２８よりも光源２６側に位置している。そして、透過部２９ｂは、観察光学系２２の瞳を通過する照明光の領域の面積が、観察光学系２２の瞳の面積よりも小さくなるように、設定されている。

照明光Ｌ_IL2は、コンデンサレンズ２８に入射する。照明光Ｌ_IL2は、コンデンサレンズ２８で集光される。コンデンサレンズ２８から照明光Ｌ_IL3が出射する。照明光Ｌ_IL3は、保持部材２３に到達する。

保持部材２３は、照明光学系２１と観察光学系２２との間に配置されている。保持部材２３上には、標本３２が載置されている。標本３２は、保持部材２３で保持されている。

照明光学系２１から出射した照明光Ｌ_IL3は、標本３２に照射される。標本３２に照射された照明光Ｌ_IL3は、標本３２を透過する。標本３２からは、結像光Ｌ_IM1が出射する。

標本３２を出射した結像光Ｌ_IM1は、観察光学系２２に入射する。結像光Ｌ_IM1は対物レンズ３０に入射して、対物レンズの瞳３１を通過する。

対物レンズの瞳３１を通過した結像光Ｌ_IM1は、観察光学系２２から出射する。観察光学系２２から出射した結像光Ｌ_IM1は、検出素子２４によって受光される。

このように、標本観察装置２０では、光源２６から出射された光は、照明光学系２１に入射する。照明光学系２１によって、光スポットが形成される。光スポットが形成された位置から、観察光学系２２に光が入射する。記観察光学系２１から出射された光は、検出素子２４で受光される。

検出素子２４からの信号は、処理装置２５に送信される。処理装置２５では、上述のように、所定の画像とフィルタとに基づいて、標本の画像が生成される。

標本観察装置２０では、標本３２の表面の傾斜の有無に関係なく、観察光学系２２から出射する際、結像光Ｌ_IM1は平行光束になっている。そして、標本３２の表面に傾斜がある場合、結像光Ｌ_IM1は、光軸３３から離れる方向に平行移動する。

よって、結像光Ｌ_IM1が平行光束になっている位置であれば、検出素子２４はどの位置に配置しても良い。すなわち、検出素子２４は、観察光学系２２の瞳位置や、観察光学系２２の瞳位置と共役な位置に配置しなくても良い。

標本観察装置２０では、結像光Ｌ_IM1の領域の面積は、対物レンズの瞳３１の面積よりも小さくなっている。よって、結像光Ｌ_IM1が光軸３３から離れる方向にシフトしても、結像光Ｌ_IM1の領域の形状は変化しない。すなわち、標本３２の表面に傾斜がない場合と傾斜がある場合とで、結像光Ｌ_IM1の領域の形状は同じである。

本実施形態の標本観察装置では、光検出素子は、複数の光電変換素子で構成されていることが好ましい。

このようにすることで、所定の照明領域の位置を算出することができる。検出素子２４としては、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサがある。

本実施形態の標本観察装置では、光検出素子は、観察光学系の瞳位置に配置されていることが好ましい。

図２５は、本実施形態の標本観察装置の構成を示す図である。図２４と同じ構成については同じ番号を付し、説明は省略する。

標本観察装置４０は、検出素子４１を有する。検出素子４１は光検出素子であって、対物レンズの瞳３１の位置に配置されている。対物レンズの瞳３１は、観察光学系２２の瞳でもある。よって、標本観察装置４０では、検出素子４１は、観察光学系２２の瞳位置に配置されていることになる。これにより、観察光学系の瞳位置で、結像光Ｌ_IM1を受光することができる。

本実施形態の標本観察装置では、光検出素子は、観察光学系の瞳と共役な位置に配置されていることが好ましい。

図２６は、本実施形態の標本観察装置の構成を示す図である。図２４と同じ構成については同じ番号を付し、説明は省略する。

標本観察装置５０は、リレー光学系５１を有する。リレー光学系５１は、レンズ５２とレンズ５３とを有する。レンズ５２とレンズ５３とによって、レンズ５２と処理装置２５との間に、対物レンズの瞳３１の像が形成される。検出素子２４は、対物レンズの瞳３１の像位置に配置されている。

対物レンズの瞳３１の像は、観察光学系２２の瞳の像でもある。よって、標本観察装置５０では、検出素子２４は、観察光学系２２の瞳と共役な位置に配置されていることになる。これにより、観察光学系の瞳と共役な位置で、結像光Ｌ_IM1を受光することができる。

本実施形態の標本観察装置は、光軸と直交する面内で、光スポットと保持部材とを相対的に移動させる走査ユニットを有することが好ましい。走査ユニットは、光源ユニットから光スポットが形成される位置までの間に配置できる。

このようにすることで、標本の複数の位置における情報を算出することができる。

図２７は、本実施形態の標本観察装置の構成を示す図である。図２４と同じ構成については同じ番号を付し、説明は省略する。

標本観察装置６０は、走査ユニットとして、走査機構６１を有する。走査機構６１は、第１のステージ６１ａ、第２のステージ６１ｂ及びベース６１ｃで構成されている。第２のステージ６１ｂは、ベース６１ｃ上に位置する。ベース６１ｃには、第２のステージ６１ｂを移動させる機構が設けられている。第１のステージ６１ａは、第２のステージ６１ｂ上に位置する。第２のステージ６１ｂには、第１のステージ６１ａを移動させる機構が設けられている。

第１のステージ６１ａと第２のステージ６１ｂは、互いに直交する方向に移動する。例えば、第１のステージ６１ａは紙面内の左右方向に移動し、第２のステージ６１ｂは紙面と直交する方向に移動する。このようにすることで、照明光と標本との相対的な移動を、標本の移動によって行うことができる。

標本観察装置６０では、照明光Ｌ_IL3は、常に、光軸３３上に集光している。そこで、第１のステージ６１ａに標本３２を載置して、第１のステージ６１ａと第２のステージ６１ｂを移動させる。このようにすると、標本３２の表面の様々な場所が、照明光Ｌ_IL3の集光点を横切っていく。その結果、標本３２の複数の位置における情報を算出することができる。

第１のステージ６１ａの移動や第２のステージ６１ｂの移動は手動で行えるが、電動で行った方が良い。各ステージの移動を電動で行うことで、各ステージの移動や位置決めを、高速且つ正確に行なうことができる。このようなことから、標本観察装置６０では、第１の駆動素子６２と第２の駆動素子６３とが、走査機構６１に設けられている。第１の駆動素子６２と第２の駆動素子６３としては、例えば、ステッピングモータがある。

第１の駆動素子６２は、第２のステージ６１ｂに設けられている。第１の駆動素子６２によって、第１のステージ６１ａを移動させることができる。第２の駆動素子６３は、ベース６１ｃに設けられている。第２の駆動素子６３によって、第２のステージ６１ｂを移動させることができる。

標本観察装置６０でも、標本３２の表面の傾斜の有無に関係なく、観察光学系２２から出射する際、結像光Ｌ_IM1は平行光束になっている。そして、標本３２の表面に傾斜がある場合、結像光Ｌ_IM1は、光軸３３から離れる方向に平行移動する。

よって、結像光Ｌ_IM1が平行光束になっている位置であれば、検出素子２４はどの位置に配置しても良い。すなわち、検出素子２４は、観察光学系２２の瞳位置や、観察光学系２２の瞳位置と共役な位置に配置しなくても良い。

本実施形態の標本観察装置では、走査ユニットは、照明光を移動させる駆動装置を有することが好ましい。

図２８は、本実施形態の標本観察装置の構成を示す図である。図２６と同じ構成については同じ番号を付し、説明は省略する。

標本観察装置７０は、走査ユニットとして、走査機構７１を有する。走査機構７１は、第１の光偏向素子と第２の光偏向素子とで構成されている。第１の光偏向素子や第２の光偏向素子としては、例えば、ガルバノスキャナ、ポリゴンミラー及び音響光学偏向素子（ＡＯＤ）がある。

標本観察装置７０では、第１の光偏向素子と第２の光偏向素子の各々に、ガルバノスキャナが用いられている。図２８では、第１のガルバノスキャナのミラー（以下、「第１のミラー７１ａ」という）と、第２のガルバノスキャナのミラー（以下、「第１のミラー７１ｂ」という）と、が図示されている。

光源２６から出射した照明光Ｌ_IL1は、第１のミラー７１ａに入射する。照明光Ｌ_IL1は、第１のミラー７１ａで反射される。続いて、照明光Ｌ_IL1は、第２のミラー７１ｂに入射する。照明光Ｌ_IL1は、第２のミラー７１ｂで反射される。

第１の光偏向素子では、第１のミラー７１ａの向きを変えることで、照明光Ｌ_IL1の偏向が行われる。第２の光偏向素子では、第２のミラー７１ｂの向きを変えることで、照明光Ｌ_IL1の偏向が行われる。

第１の光偏向素子は、回転軸が紙面と平行となるように配置されている。第２の光偏向素子は、回転軸が紙面と垂直となるように配置されている。よって、第１のミラー７１ａの向きと第２のミラー７１ｂの向きを変えることで、照明光Ｌ_IL1は、直交する２つの方向に偏向される。このようにすることで、照明光と標本との相対的な移動を、照明光の移動によって行うことができる。

第２の光偏向素子から出射した照明光Ｌ_IL1は、リレー光学系７２に入射する。リレー光学系７２は、アフォーカル光学系である。リレー光学系７２は、レンズ７２ａとレンズ７２ｂとで構成されている。リレー光学系７２から出射した照明光Ｌ_IL1は、ミラー７３で反射された後、コンデンサ２７に入射する。

第１のミラー７１ａと第２のミラー７１ｂとの間には、不図示のリレー光学系が配置されている。リレー光学系によって、第１のミラー７１ａの位置と第２のミラー７１ｂの位置とが共役になっている。

第２のミラー７１ｂの位置は、リレー光学系７２によって、照明光学系２１の瞳の位置と共役になっている。よって、照明光Ｌ_IL1の偏向は、透過部２９ｂの位置で行なわれていると見なすことができる。図２８では、偏向された照明光Ｌ_IL1が点線で示されている。

標本観察装置７０では、標本３２’の位置は固定されている。そこで、第１のミラー７１ａの向きと第２のミラー７１ｂの向きを、変化させる。このようにすることで、標本３２’の表面の様々な場所を、照明光Ｌ_IL3の集光点が横切っていく。その結果、標本３２’の複数の位置における情報を算出することができる。

標本観察装置７０では、光軸３３上や、光軸３３から離れた位置（以下、「軸外位置」という）に、照明光Ｌ_IL3が照射される。

照明光Ｌ_IL3が光軸３３上に照射された場合、実線で示すように、光軸３３上から結像光Ｌ_IM1が出射する。この結像光Ｌ_IM1は、標本３２の表面に傾斜が無い場合、光軸３３と交差しない。そのため、対物レンズ３０よりも検出素子２４側では、光軸３３上のどの位置でも、結像光Ｌ_IM1の中心は対物レンズ３０の光軸３３と一致している。

一方、照明光Ｌ_IL3が軸外位置に照射された場合、破線で示すように、軸外位置から結像光Ｌ_IM1が出射する。この結像光Ｌ_IM1は、標本３２’の表面に傾斜が無い場合であっても、光軸３３と交差する。そのため、対物レンズ３０よりも検出素子２４側では、光軸３３上の位置によっては、結像光Ｌ_IM1の中心が光軸３３と一致しない。このような位置に検出素子２４を配置すると、算出した情報は誤ったものになる。

このようなことから、標本観察装置７０では、検出素子２４は、観察光学系２２の瞳位置、又は、観察光学系２２の瞳位置と共役な位置に配置することが好ましい。瞳位置又は瞳位置と共役な位置では、標本３２’の表面に傾斜が無い場合であっても、軸外位置から出射した結像光Ｌ_IM1の中心と光軸３３とが一致する。よって、正確な情報を算出することができる。

第１のミラー７１ａと第２のミラー７１ｂとの間にリレー光学系７２が配置されている場合、第１のミラー７１ａの位置、第２のミラー７１ｂの位置、及び照明光学系２１の瞳の位置が共役になる。この場合、照明光学系２１の瞳の位置で、第１のミラー７１ａによる偏向と、第２のミラー７１ｂによる偏向が行われていると見なすことができる。

よって、図２８に示すように、光軸３３上から出射した結像光Ｌ_IM1の中心と、軸外位置から出射した結像光Ｌ_IM1の中心は、検出素子２４の位置では、光軸３３と一致する。

第１のミラー７１ａと第２のミラー７１ｂとの間に、リレー光学系７２を配置しなくても良い。この場合、第１のミラー７１ａと第２のミラー７１ｂとは近接して配置されている。

２つのミラーが近接して配置されている場合、リレー光学系７２によって、第２のミラー７１ｂの位置を照明光学系２１の瞳の位置と共役にすると、第１のミラー７１ａの位置と照明光学系２１の瞳の位置とは共役にならない。

この場合、第２のミラー７１ｂによる偏向は、照明光学系２１の瞳の位置で行われる。しかしながら、第１のミラー７１ａによる偏向は、照明光学系２１の瞳の位置からずれた位置で行われる。そのため、検出素子２４の位置では、光軸３３上から出射した結像光Ｌ_IM1の中心は光軸３３と一致するが、軸外位置から出射した結像光Ｌ_IM1の中心は光軸３３と一致しなくなる。

軸外位置から出射した結像光Ｌ_IM1の位置と、中心は光軸３３とのずれ量は、偏向角に応じて変化する。偏向角の変化は、光スポットと保持部材との相対位置の変化である。

このように、本実施形態の標本観察装置では、光スポットと保持部材との相対位置に応じて、フィルタを変化させることができる。よって、２つのミラーが近接して配置されている場合であっても、正確な情報を算出できる。

本実施形態の標本観察装置では、照明光学系は、光源とコンデンサレンズとの間に、光学部材を有し、光学部材は、レンズで構成されていることが好ましい。

図２９は、照明光学系の例を示す図である。図２４と同じ構成については同じ番号を付し、説明は省略する。

照明光学系１１０は、光源２６とコンデンサレンズ２８との間に、光学部材を有する。光学部材はレンズ１１１で構成されている。光源２６は点光源である。レンズ１１１の焦点位置が光源２６の発光点と一致するように、光源２６とレンズ１１１とが位置決めされている。

図２４に示す標本観察装置２０では、光源２６とコンデンサレンズ２８との間に、開口部材２９が配置されている。そして、開口部材２９に、照明光Ｌ_IL1が照射されている。このとき、照明光Ｌ_IL1の照射面積は、透過部２９ｂの面積よりも広くなっている。そのため、開口部材２９において、照明光の光量損失が生じる。

照明光Ｌ_IL1の照射面積を、透過部２９ｂの面積と略等しくすることで、照明光の光量損失を防止することができる。更に、開口部材２９の配置を省略することができる。

照明光学系１１０では、照明光Ｌ_IL2の径と一致するように、レンズ１１１の焦点位置が設定されている。そのため、照明光の光量損失が発生せず、しかも、開口部材を必要としない。また、レンズ１１１の焦点位置を変えることで、照明光Ｌ_IL2の径を変えることができる。

照明光学系１１０では、光源２６とレンズ１１１との間に、更に、別のレンズが配置されていても良い。この場合、別のレンズで、点光源の像を形成する。そして、点光源の像から出射した光を、レンズ１１１で平行光束に変換すれば良い。

また、レンズ１１１とコンデンサ２７との間に、アフォーカルズーム光学系が配置されていても良い。このようにすることで、照明光Ｌ_IL2の径を変えることができる。

本実施形態の標本観察装置では、光源は、レーザ光源であり、照明光学系は、光源と光学部材との間に、光ファイバを有することが好ましい。

図３０は、照明光学系の別の例を示す図である。図２９と同じ構成については同じ番号を付し、説明は省略する。

照明光学系１２０は、光源２６とコンデンサレンズ２８との間に、光学部材を有する。光学部材はレンズ１１１で構成されている。更に、光源２６から出射したレーザ光は、光ファイバ１２１に入射する。レーザ光は光ファイバ１２１内を進行して、光ファイバ１２１の出射端１２２から出射する。

光ファイバ１２１がシングルモードファイバの場合、出射端１２２には点光源が形成されている。そこで、レンズ１１１の焦点位置が出射端１２２と一致するように、出射端１２２とレンズ１１１とが位置決めされている。その結果、上述の照明光学系１１０と同じ効果を得ることができる。

照明光学系１２０では、光ファイバ１２１とレンズ１１１との間に、更に、別のレンズが配置されていても良い。この場合、別のレンズで、点光源の像を形成する。そして、点光源の像から出射した光を、レンズ１１１で平行光束に変換すれば良い。

また、レンズ１１１とコンデンサ２７との間に、アフォーカルズーム光学系が配置されていても良い。このようにすることで、照明光Ｌ_IL2の径を変えることができる。

（付記項１）
走査ユニットは、光源ユニットから光スポットが形成される位置までの間に配置されていることを特徴とする。

（付記項２）
フィルタとは別のフィルタを有し、
別のフィルタは、第１領域と、第２領域と、を有し、
第１領域の形状は、フィルタと別のフィルタとで異なり、
第２領域の形状は、フィルタと別のフィルタとで異なることを特徴とする。

以上のように、本発明は、様々な観察法による画像を簡単に生成できる標本観察装置に適している。

１ 照明光学系
２ 観察光学系
３ ステージ
４ 遮光部材
４ａ 遮光領域
４ｂ 透過領域
５ コンデンサレンズ
６ 対物レンズ
７ 絞り
７ａ 遮光部
７ｂ 透過部
８ 標本
９ 液浸媒質（浸液)
１０ 光軸
１１ 観察点
１２ 面の法線
１３ 光スポット
１４、１５、１５’、１５”、１６、１７ フィルタ
１４ａ、１５ａ、１６ａ、１７ａ 第１領域
１４ｂ、１５ｂ、１６ｂ、１７ｂ 第２領域
１５ｂ１、１５ｂ２ 領域
１６ｃ 第３領域
１８ 位相膜
１９ 容器
２０ 標本観察装置
２１ 照明光学系
２２ 観察光学系
２３ 保持部材
２４ 検出素子
２５ 処理装置
２６ 光源
２７ コンデンサ
２８ コンデンサレンズ
２９ 開口部材
２９ａ 遮光部
２９ｂ 透過部
３０ 対物レンズ
３１ 対物レンズの瞳
３２、３２’ 標本
３３ 光軸
４０、５０ 標本観察装置
４１ 検出素子
５１ リレー光学系
５２、５３ レンズ
６０ 標本観察装置
６１ 走査機構
６１ａ 第１のステージ
６１ｂ 第２のステージ
６１ｃ ベース
６２ 第１の駆動素子
６３ 第２の駆動素子
７０ 標本観察装置
７１ 走査機構
７１ａ 第１のミラー（第１のガルバノスキャナのミラー）
７１ｂ 第２のミラー（第２のガルバノスキャナのミラー）
７２ リレー光学系
７２ａ、７２ｂ レンズ
７３ ミラー
１１０、１２０ 照明光学系
１１１ レンズ
１２１ 光ファイバ
１２２ 出射端
Ｌ_IL1、Ｌ_IL2、Ｌ_IL3 照明光
Ｌ_IM1 結像光
Ｌ_IMC 中心光線

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の標本観察装置は、
光源ユニットと、照明光学系と、観察光学系と、光検出素子と、走査ユニットと、保持部材と、画像処理装置と、を備え、
光源ユニットから出射された光は、照明光学系に入射し、
照明光学系によって、光スポットが形成され、
光スポットが形成された位置から、観察光学系に光が入射し、
観察光学系から出射された光は、光検出素子で受光され、
走査ユニットは、光スポットと保持部材とを相対的に移動させ、
光検出素子は、２次元アレイ状に配置された複数の光電変換素子を有し、
照明光学系の瞳位置と共役な位置に、観察光学系の瞳と光検出素子とが位置し、
画像処理装置は、所定の画像とフィルタとに基づいて、標本の画像を生成し、
所定の画像は、保持部材に標本が載置されているときに、光検出素子から出力された信号に基づく画像であり、
フィルタは、第１領域と、第２領域と、を有し、
第１領域における値は、第２領域における値よりも大きく、
照明光学系の瞳位置に位相膜が配置され、
第１領域は、観察光学系の瞳位置における位相膜の像の領域に対応し、
第２領域は、第１領域の内側に位置する領域であり、
第１領域の外側に位置する領域は、第３領域であることを特徴とする。

Claims (9)

1. 光源ユニットと、照明光学系と、観察光学系と、光検出素子と、走査ユニットと、保持部材と、画像処理装置と、を備え、
   前記光源ユニットから出射された光は、前記照明光学系に入射し、
   前記照明光学系によって、光スポットが形成され、
   前記光スポットが形成された位置から、前記観察光学系に光が入射し、
   前記観察光学系から出射された光は、前記光検出素子で受光され、
   前記走査ユニットは、前記光スポットと前記保持部材とを相対的に移動させ、
   前記光検出素子は、２次元アレイ状に配置された複数の光電変換素子を有し、
   前記照明光学系の瞳位置と共役な位置に、前記観察光学系の瞳と前記光検出素子とが位置し、
   前記画像処理装置は、所定の画像とフィルタとに基づいて、標本の画像を生成し、
   前記所定の画像は、前記保持部材に前記標本が載置されているときに、前記光検出素子から出力された信号に基づく画像であり、
   前記フィルタは、第１領域と、第２領域と、を有し、
   前記第１領域における値は、前記第２領域における値よりも大きいことを特徴とする標本観察装置。
2. 前記第１領域は、円形の領域で、
   前記第２領域は、前記第１領域の外側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の標本観察装置。
3. 前記第１領域は、半円形の領域で、
   前記第２領域は、前記第１領域の外側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の標本観察装置。
4. 前記フィルタは、第３領域を有し、
   前記第１領域は、円環形の領域で、
   前記第２領域は、前記第１領域の外側に位置し、
   前記第３領域は、前記第１領域の内側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の標本観察装置。
5. 前記第１領域は、前記第２領域の外側に位置し、
   前記第２領域は、円形の領域であることを特徴とする請求項１に記載の標本観察装置。
6. 前記照明光学系の瞳位置に位相膜が配置され、
   前記第１領域は、前記観察光学系の瞳位置における前記位相膜の像の領域に対応し、
   前記第２領域は、前記第１領域の内側に位置する領域であり、
   前記第１領域の外側に位置する領域は、第３領域であることを特徴とする請求項１に記載の標本観察装置。
7. 前記第１領域は、最大明るさの３％以上、３０％以下の範囲の明るさで決まり、
   前記最大明るさは、前記照明光学系の瞳の像における最大の明るさであり、
   前記照明光学系の瞳の像は、前記観察光学系の瞳位置に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の標本観察装置。
8. 前記画像処理装置は、前記光スポットと前記保持部材との相対位置に応じて、前記フィルタを変化させることを特徴とする請求項１に記載の標本観察装置。
9. 前記画像処理装置は、前記フィルタを複数有し、
   複数の前記フィルタの中から、観察方法に応じて一つの前記フィルタを選択し、
   選択された前記フィルタを用いて前記標本の画像を生成することを特徴とする請求項１に記載の標本観察装置。

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