TW201403122A - 顯微鏡裝置 - Google Patents

Abstract

顯微鏡裝置(1)具備：光源(2)；照明光學系統(3)，其係以來自光源(2)之光對被檢體(S)進行照明之照明光學系統(3)，且具有可調整光強度分布之空間光調變元件(10)；成像光學系統(4)，其使來自被檢體(S)之光成像；固態攝影元件(5)，其根據來自成像光學系統(4)之光而生成被檢體(S)之影像；以及控制裝置(6)，其係可調整空間光調變元件(10)之控制裝置(6)，且根據在以第1照明光對被檢體(S)進行照明時自固態攝影元件(5)輸出之第1影像，調整空間光調變元件(10)，以第2照明光對被檢體(S)進行照明。

Description

顯微鏡裝置

本發明係關於用以觀察被檢體之顯微鏡裝置。

本申請案根據2012年6月5日提出申請之特願2012-127911號而主張優先權，且將其內容引用於本申請案。

自習知以來，使用明視野顯微鏡或相位差顯微鏡等作為光學式顯微鏡裝置。其中，明視野顯微鏡係藉由可變地調整圓形光圈而調整照明光之光強度分布。又，有時亦根據觀察者之判斷而選用形狀不同之光圈。另一方面，相位差顯微鏡係使用環形光圈及相位環而形成照明光之光強度分布。

照明光之光強度分布會對作為觀察對象之被檢體的影像產生較大影響，因此，對上述圓形光圈、或環形光圈及相位環等進行改良，採取各種措施以獲得良好之被檢體的影像(例如參照專利文獻1)。

例如，於下述專利文獻1中揭示有如下相位差顯微鏡，其以包圍相位環的設置為環狀的環狀區域之方式設置有調變部，且以使調變部與該調變部以外之區域的透射軸之方向不同之方式形成，藉此，可使對比度連續地變化。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2009-237109號公報

然而，對於上述習知之顯微鏡裝置而言，由於在某種程度上，光圈之形狀已確定，因此，於照明光的光強度分布之調整方面存在限制。又，於選擇光圈之形狀之情形時，亦根據觀察者之判斷或經驗而進行選擇，因此，光圈之形狀未必會成為能夠以最佳狀態對觀察中之被檢體之影像進行觀察之形狀。進而，於相位差顯微鏡之情形時，由於環形光圈與相位環之位置已固定，因此，無法自由地選擇該等形狀，從而難以以最佳狀態觀察被檢體。

本發明之形態之目的在於提供如下顯微鏡裝置，該顯微鏡裝置將照射至被檢體之照明光的光強度分布最佳化，獲得良好之被檢體的影像，藉此，可以最佳狀態觀察被檢體。

根據本發明之形態，提供如下顯微鏡裝置，其具備：光源；照明光學系統，其係以來自光源之光對被檢體進行照明之照明光學系統，且具有可調整光強度分布之空間光調變元件；成像光學系統，其使來自被檢體之光成像；固態攝影元件，其根據來自成像光學系統之光而生成被檢體之影像；以及控制裝置，其係可調整空間光調變元件之控制裝置，且根據在以第1照明光對被檢體進行照明時自固態攝影元件輸出之第1影像，調整空間光調變元件，以第2照明光對被檢體進行照明。

根據本發明之形態，提供如下顯微鏡裝置，該顯微鏡裝置將照射至被檢體之照明光的光強度分布最佳化，獲得良好之被檢體之影像，藉此，可以最佳狀態觀察被檢體。

1‧‧‧顯微鏡裝置(第1實施形態)

2‧‧‧光源

3‧‧‧照明光學系統

4‧‧‧成像光學系統

5‧‧‧固態攝影元件

6‧‧‧控制部

7‧‧‧載台

8‧‧‧第1聚光透鏡

9‧‧‧波長濾波器

10‧‧‧空間光調變元件

10a‧‧‧開口(使照明光通過之區域)

11‧‧‧第2聚光透鏡

12‧‧‧液晶面板

14‧‧‧DMD

15‧‧‧物鏡

16‧‧‧監視器(顯示部)

50‧‧‧顯微鏡裝置(第2實施形態)

51‧‧‧光源

52‧‧‧照明光學系統

53‧‧‧成像光學系統

54‧‧‧固態攝影元件

55‧‧‧控制部

56‧‧‧載台

57‧‧‧第1聚光透鏡

58‧‧‧第1空間光調變元件

59‧‧‧第2聚光透鏡

60‧‧‧物鏡

61‧‧‧第2空間光調變元件

61a‧‧‧相位調變區域

61b‧‧‧繞射光透過區域

62‧‧‧監視器(表示部)

S‧‧‧被檢體

L‧‧‧照明光

圖1係表示為第1實施形態之顯微鏡裝置的概略構成圖。

圖2A係將液晶元件用作顯微鏡裝置所具備的空間光調變元件時之構成圖。

圖2B係將DMD用作顯微鏡裝置所具備的空間光調變元件時之構成圖。

圖3A係將空間光調變元件的光圈之開口設為圓形時之俯視圖。

圖3B係將空間光調變元件的光圈之開口設為圓環狀時之俯視圖。

圖4(a)係表示使用第1照明光而獲得之第1影像之一例的顯微鏡照片，圖4(b)係藉由傅立葉轉換對第1影像進行二進位化所得之影像，圖4(c)係將空間光調變元件的光圈之開口設為橢圓環狀時之俯視圖、圖4(d)係表示使用第2照明光而獲得之第2影像之一例的顯微鏡照片。

圖5係將空間光調變元件的光圈之開口設為圓環狀時之俯視圖。

圖6係藉由顯微鏡裝置觀察到的其他被檢體之影像。

圖7係藉由顯微鏡裝置觀察到的其他被檢體之影像。

圖8係表示為第2實施形態之顯微鏡裝置的概略構成圖。

圖9A係將第1空間光調變元件的光圈之開口設為圓環狀時之俯視圖。

圖9B係將第2空間光調變元件的相位調整區域設為圓環狀時之俯視圖。

圖10A係將第1空間光調變元件的光圈之開口設為橢圓環狀時之俯視圖。

圖10B係將第2空間光調變元件的相位調整區域設為橢圓環狀時之俯視圖。

以下，一邊參照圖式，一邊對本發明之實施形態進行說明。

再者，方便起見，以下說明中所使用之圖式有時模式性地表示作為特徵之部分，以使特徵易於理解。又，各構成要素的尺寸比率等並不限於與實際相同。

(第1實施形態)

首先，對作為第1實施形態而表示於圖1之顯微鏡裝置1進行說明。

再者，圖1係表示為第1實施形態之顯微鏡裝置1之概略構成圖。

作為第1實施形態而表示於圖1之顯微鏡裝置1構成明視野顯微鏡，其將照明光L照射至作為觀察對象之被檢體S，觀察藉由來自被檢體S之透射光而獲得之被檢體S的放大像。

具體而言，該顯微鏡裝置1具備：光源2，其射出照明光L；照明光學系統3，其將來自光源2之照明光L照射至被檢體S；成像光學系統4，其使來自被檢體S之透射光Lp成像；固態攝影元件5，其接收已藉由成像光學系統4而成像之透射光Lp，將其轉換為電訊號，從而生成被檢體S之影像；以及控制部6，其對各部分進行控制。

於照明光學系統3與成像光學系統4之間配置有載台7。載台7具有設置被檢體S之設置面7a。又，載台7受到操作而於其面內彼此 正交之兩個方向(圖1中所示之X軸方向及Y軸方向)上移動。藉此，可任意地變更被檢體S之觀察位置。

進而，載台7亦可為受到操作而於高度方向(圖1中所示之Z軸方向)上移動之構成。

以下，將自光源2射出之照明光L的光軸(光束的中心軸)作為Z軸方向，將於與該Z軸正交之面內彼此正交之兩個方向作為X軸方向及Y軸方向而進行說明。再者，於圖1中，以虛線模式性地表示自光源2射出之照明光L。

光源2照射出例如白色光等可見光或其附近波長區域之光作為照明光L。光源2可利用反射鏡等將自然光或來自白色螢光燈、白色燈泡等外部光源之光用作照明光L。又，光源2可將來自鹵素燈或鎢絲燈等內部光源之光用作照明光L。

又，光源2亦可使用發光二極體(LED)等。於該情形時，亦可藉由例如發出紅、藍、綠之各波長之光的LED之組合而構成光源2。又，藉由控制該等波長不同之LED之點燈及熄燈，能夠可變地控制光源2所發出之照明光的波長，因此，於將此種LED使用於光源2之情形時，亦可省略下述之波長濾波器9。

照明光學系統3具有如下構成：自光源2側依序配置有第1聚光透鏡8、波長濾波器9、空間光調變元件10、及第2聚光透鏡11。

第1聚光透鏡8及第2聚光透鏡11使自光源2射出之照明光L彙聚於載台7上的被檢體S。

波長濾波器9將照明光L之波長限制於特定範圍內。使用 例如僅使特定範圍之波長之光透過的帶通濾波器作為波長濾波器9。又，波長濾波器9可裝卸，預先準備各自使不同波長之光透過之複數個帶通濾波器，對上述複數個帶通濾波器進行替換，藉此，可選擇性地調整透過波長濾波器9之照明光L之波長。

再者，波長濾波器9之目的在於使固態攝影元件5接收特定波長之光，因此，其配置並無特別限定。不限於上述於第1聚光透鏡8與空間光調變元件10之間配置有波長濾波器9之構成，可將上述波長濾波器9配置於光源2與固態攝影元件5之間的任意光路中。

空間光調變元件10配置於與成像光學系統4的光瞳位置共軛之位置。空間光調變元件10係可變地調整照射至被檢體S之照明光L的光強度分布之元件(光圈)。可使該光圈的開口(使照明光L通過之區域)10a之形狀或大小等自由地變化。

例如可使用如圖2A所示之液晶面板(液晶元件)12作為空間光調變元件10。具體而言，圖2A所示之空間光調變元件10具有如下構造：於夾持液晶面板12之兩側配置有一對偏光板13a、13b。空間光調變元件10對配置於液晶面板12的面內之各點之施加電壓進行控制，藉此，可使照射至被檢體S之照明光L的光強度分布(開口10a之形狀或大小等)任意地變化。

又，例如可使用如圖2B所示之數位反射元件(DMD)14作為空間光調變元件10。具體而言，DMD14係由在面內排列配置有複數個可改變其斜度之微鏡(micro mirror)之元件構成。於空間光調變元件10中，一邊任意地切換各鏡之斜度，一邊控制照明光L之反射方向，藉此，可使 照射至被檢體S之照明光L的光強度分布(開口10a之形狀或大小)任意地變化。

例如亦可使用電致變色元件(未圖示)作為空間光調變元件10。該電致變色元件係由組合有透明電極與電致變色層之積層構造構成。若對電致變色層施加電壓，則施加有該電壓之區域的電致變色層會可逆地發生電解氧化或還原反應，該區域中之照明光L之透過或不透過會可逆地變化。

因此，於使用此種電致變色元件作為空間光調變元件10之情形時，亦可使照射至被檢體S之照明光L的光強度分布(開口10a之形狀或大小等)任意地變化。再者，例如亦可使用日本特開平8-220568號公報所揭示之元件等作為電致變色元件。

又，例如亦可使用具有複數個空間之光學元件(未圖示)作為空間光調變元件10，上述複數個空間封入有透射率等特定光學特性會因施加電刺激而發生變化之電活性材料，且形成有TFT等電極。該光學元件具有被密封且形成為陣列狀之小室，於各小室內封入有電活性材料。而且，於各小室中形成有電極，可獨立地對每個小室施加電壓，藉由控制各小室之施加電壓，可使小室的使光透過之狀態及不使光透過之狀態可逆地變化。

因此，於使用此種光學元件作為空間光調變元件10之情形時，亦可使照射至被檢體S之照明光L的光強度分布(開口10a之形狀或大小等)任意地變化。再者，例如可使用日本特表2010-507119號公報所揭示之元件作為此種光學元件。

如圖1所示，成像光學系統4具有物鏡15。物鏡15使來自 被檢體S之透射光Lp於固態攝影元件5的受光面上成像。

固態攝影元件5例如係由CCD影像感測器或CMOS影像感測器等具有複數個受光波長不同之受光元件之影像感測器構成。固態攝影元件5接收上述已藉由成像光學系統4而成像之透射光Lp，將其轉換為電訊號(影像訊號)，且輸出至控制部6。

控制部6係由電腦(CPU)等構成。控制部6根據其內部所記錄之控制程式，進行用以驅動顯微鏡裝置1的各部分之控制等。又，控制部6進行用以執行各部分之控制之運算等。例如液晶顯示面板等監視器(顯示部)16連接於控制部6。

於具有如上所述之構造之顯微鏡裝置1中，自光源2射出之照明光L因通過第1聚光透鏡8而被轉換為平行之照明光L。其後，該平行之照明光L透過波長濾波器9，藉此，特定波長之照明光L射入至空間光調變元件10。

而且，已通過空間光調變元件10的開口10a之照明光L因通過第2聚光透鏡11而被轉換為平行之照明光L。其後，該平行之照明光L照射至載台7的設置面7a上所載置之被檢體S。

而且，物鏡15使來自被檢體S之透射光Lp於固態攝影元件5的受光面上成像，藉此，固態攝影元件5將已接收之透射光Lp轉換為電訊號(影像訊號)，且輸出至控制部6。藉此，控制部6能夠生成被檢體S之影像，且將該影像顯示於監視器16。

然而，於本實施形態之顯微鏡裝置1中，為了獲得最適合於觀察被檢體S之影像，進行用以將照射至被檢體S之照明光L的光強度分 布最佳化之控制。

具體而言，控制部6進行如下控制：當空間光調變元件10(第1模式)將根據來自光源2之照明光L(於下述之調整之前)而形成之第1照明光照射至被檢體S時，取得固態攝影元件5所生成之被檢體S之第1影像。

控制部6進行如下控制：根據該第1影像，由空間光調變元件10(第2模式)調整照射至被檢體S之第1照明光的光強度分布，當空間光調變元件10將調整第1照明光的光強度分布之後所形成之第2照明光照射至被檢體S時，取得固態攝影元件5所生成之被檢體S之第2影像。

亦即，於控制部6之控制下，照明光學系統3經由第1模式之空間光調變元件10，以第1照明光對被檢體S進行照明。固態攝影元件5接收來自成像光學系統4之光，該成像光學系統4包含被第1照明光照明之被檢體S之像。控制部6根據自固態攝影元件5輸出之與第1影像相關之訊號，將空間光調變元件10調整為第2模式。照明光學系統3經由第2模式之空間光調變元件10，以第2照明光對被檢體S進行照明。固態攝影元件5接收來自成像光學系統4之光，並且輸出與第2影像相關之訊號，該成像光學系統4包含被第2照明光照明之被檢體S之像。

可使用在與其光軸正交之面內具有各向同性之光強度分布之照明光L作為第1照明光。為了獲得上述具有各向同性之光強度分布之照明光L，例如以使照射至被檢體S之照明光L的光強度分布成為圓形之方式，由控制部6控制空間光調變元件10。亦即，進行如下控制：將空間光調變元件10的光圈之開口(使照明光L通過之區域)10a例如設為如圖 3A所示之圓形。

又，光圈之開口(使照明光L通過之區域)10a設為完全覆蓋物鏡15之光瞳(物鏡光瞳)之大小。亦即，光圈之開口10a之外徑d大於物鏡光瞳。

再者，作為具有各向同性之光強度分布之照明光L，除了可使用上述具有圓形狀光強度分布之照明光L以外，亦可使用例如具有圓環狀光強度分布之照明光L。於該情形時，控制部6進行如下控制：將空間光調變元件10的光圈之開口(使照明光L通過的區域)10a例如設為如圖3B所示之圓環狀。

而且，控制部6於將第1照明光照射至被檢體S時，取得固態攝影元件5所生成之被檢體S之第1影像。例如，圖4(a)係表示使用第1照明光而獲得之第1影像之一例的顯微鏡照片。

其次，控制部6進行調整照射至被檢體S之照明光L的光強度分布之控制，以獲得最適合於觀察被檢體S之影像(第2影像)。亦即，控制部6進行如下運算，該運算將具有被設定為一個參數之光強度分布之第1照明光，轉換為具有最適合於觀察被檢體S之光強度分布之第2照明光。

具體而言，作為用以由控制部6將第1照明光轉換為第2照明光之運算方法，首先，藉由傅立葉轉換將第1影像轉換為二進位化之影像。

圖4(b)表示藉由傅立葉轉換對圖4(a)所示之第1影像進行二進位化所得之影像。圖4(b)所示之二進位化影像係減去圖4(a)所示之第1 影像所具有之空間頻率分布中的既定之雜訊位準，將其二進位化而表示之影像。

其次，藉由對二進位化之影像的主成分進行分析，求出第1影像所具有之空間頻率分布。具體而言，考慮如下之xy座標，該xy座標將該二進位化之影像的空間頻率分布中之中心作為原點。而且，當將二進位化之影像的各點中的具有「1」值而非具有「0」值之第i個點(1≦i≦N：N為具有值之點的數量)之xy座標設為(X_i，Y_i)時，對於下述式(1)所表示之2列2行之矩陣，藉由運算而求出兩個固有值。

再者，二進位化之影像之主成分分析並不限於上述主成分分析，亦可使用除此以外之分析方法。

控制部6一邊根據該運算結果而分析第1影像所具有之空間頻率分布之分散度或方向性等，推斷被檢體S之形狀，一邊使該運算結果反映於第2照明光之形成。

亦即，控制部6進行如下控制：根據該運算結果，調整與照射至被檢體S之照明光L的光軸正交之兩個方向之光強度分布。具體而言，進行如下控制：強調兩個方向之光強度分布中的關於第1影像之空間頻率分布且與高空間頻率成分相對應之方向的光強度分布。代替或附加地進行 如下控制：使關於第1影像之空間頻率分布且與低空間頻率成分相對應之方向的光強度分布縮小。

例如，使用具有橢圓環狀空間頻率分布之照明光L作為第2照明光。

其次表示第2照明光之參數設定之一例。使對應於式(1)所示之矩陣的兩個固有值中的較大之固有值的固有矢量之朝向與橢圓環的長軸之朝向一致。使橢圓環的長軸之長度與物鏡15之光瞳直徑一致。使橢圓環的短軸之長度相對於橢圓環的長軸之長度為(較小之固有值/較大之固有值)之二次方倍，以強調被檢體S所具有之高頻率成分。藉此，可求出具有最適合於觀察被檢體S之光強度分布之第2照明光。

為了獲得此種第2照明光，控制部6進行如下控制：將空間光調變元件10的光圈之開口(使照明光L通過之區域)10a例如設為如圖4(c)所示之橢圓環狀。

其次，控制部6於將第2照明光照射至被檢體S時，取得固態攝影元件5所生成之被檢體S之第2影像。例如，圖4(d)係表示使用第2照明光而獲得之第2影像之一例之顯微鏡照片。

根據圖4(a)所示之第1影像、與圖4(d)所示之第2影像之比較，可知第2影像之析像度高於第1影像之析像度高，且對比度亦已提高。

如上所述，根據本實施形態，將照射至被檢體S之照明光L的光強度分布(形狀)最佳化，獲得被檢體S的高析像度且高對比度之影像，藉此，能夠以最佳狀態觀察被檢體S。

再者，關於第2照明光，可使用如下照明光L，該照明光L藉由強調上述與高空間頻率成分相對應之方向之光強度分布，或使與低空間頻率成分相對應之方向之光強度分布縮小，在與光軸正交之面內具有各向異性之光強度分布，尤其可使用在與光軸正交之面內具有橢圓環狀光強度分布之照明光L。

另一方面，根據控制部6之運算結果，亦存在如下情形：第2照明光具有各向同性之光強度分布作為最適合於觀察被檢體S之光強度分布。於該情形時，照射至被檢體S之照明光L(第2照明光)的光強度分布之最佳形狀並非上述橢圓環狀而是圓環狀。

因此，為了獲得此種第2照明光，控制部6進行如下控制：將空間光調變元件10的光圈之開口(使照明光L通過之區域)10a例如設為如圖5所示之圓環狀。再者，根據上述運算結果，將光圈的開口10a之外徑d設定為最佳值。

又，根據控制部6之運算結果，於第1影像之空間頻率分布未超過既定閾值之情形時，亦可將照射至被檢體S之照明光L的光強度分布調整為接近於點光源之狀態。亦即，於第1影像所具有之空間頻率分布之分散度小於既定區域之情形時，可不使用橢圓狀照明光L，而是使用接近於點光源之照明光L。

再者，不僅可使用上述橢圓環狀或圓環狀等環狀(輪體狀)之照明光L作為第2照明光，亦可使用環狀(輪體)的一部分被切斷所得之形狀之照明光L作為第2照明光。

亦即，於本實施形態中，可根據第1影像而使空間光調變元件10的光 圈之開口(使照明光L通過之區域)10a自由地變化，以獲得具有反映了其空間頻率分布之分散度或方向性等之最佳光強度分布之第2照明光。

又，圖6及圖7表示藉由顯微鏡裝置1觀察到的其他被檢體S之影像。於圖6及圖7所示之影像中，(a)表示使用第1照明光而獲得之第1影像，(b)表示藉由傅立葉轉換對第1影像進行二進位化所得之影像，(c)表示將空間光調變元件的光圈之開口設為橢圓環狀時之俯視圖，(d)表示使用第2照明光而獲得之第2影像。

如圖6及圖7所示，可知第2影像的析像度均高於第1影像的析像度，且對比度亦已提高。

(第2實施形態)

其次，作為第2實施形態，對圖8所示之顯微鏡裝置50進行說明。

圖8係表示為第2實施形態之顯微鏡裝置50之概略構成圖。

作為第2實施形態而表示於圖8之顯微鏡裝置50構成相位差顯微鏡，該相位差顯微鏡將照明光L照射至作為觀察對象之被檢體S，觀察藉由將來自被檢體S之透射光Lp之相位差轉換為明暗差而獲得之被檢體S的放大像。

具體而言，顯微鏡裝置50具備：光源51，其射出照明光L；照明光學系統52，其將來自光源51之照明光L照射至被檢體S；成像光學系統53，其使來自被檢體S之透射光Lp成像；固態攝影元件54，其接收已藉由成像光學系統53而成像之透射光Lp，將其轉換為電訊號，從而生成被檢體S之影像；以及控制部55，對各部分進行控制。

於照明光學系統52與成像光學系統53之間配置有載台56。

載台56具有設置被檢體S之設置面56a。又，載台56受到操作而於其面內彼此正交之兩個方向(圖8中所示之X軸方向及Y軸方向)上移動。藉此，可任意地變更被檢體S之觀察位置。進而，載台56亦可為受到操作而於高度方向(圖8中所示之Z軸方向)上移動之構成。

以下，將自光源51射出之照明光L的光軸(光束的中心軸)作為Z軸方向，將於與該Z軸正交之面內彼此正交之兩個方向作為X軸方向及Y軸方向而進行說明。再者，於圖8中，以虛線模式性地表示自光源51射出之照明光L。

光源51照射出例如白色光等可見光或其附近波長區域之光作為照明光L。光源51可利用反射鏡等將自然光或來自白色螢光燈、白色燈泡等外部光源之光用作照明光L。又，光源51可將來自鹵素燈或鎢絲燈等內部光源之光用作照明光L。

又，光源51亦可使用發光二極體(LED)等。於該情形時，可藉由例如發出紅、藍、綠之各波長之光的LED之組合而構成光源51。又，藉由控制該等波長不同之LED之點燈及熄燈，能夠可變地控制光源51所發出之照明光的波長。

照明光學系統52具有如下構成：自光源51側依序配置有第1聚光透鏡57、第1空間光調變元件58、及第2聚光透鏡59。

第1聚光透鏡57及第2聚光透鏡59使自光源51射出之照明光L彙聚於載台56上的被檢體S。

第1空間光調變元件58配置於與成像光學系統53的光瞳位置共軛之位置。第1空間光調變元件58係可變地調整照射至被檢體S之照 明光L的光強度分布之元件(光圈)。可使該光圈之開口(使照明光L通過之區域)58a之形狀或大小等自由地變化。可使用與圖1所示之空間光調變元件10相同之元件作為第1空間光調變元件58。

成像光學系統53具有如下構成：自載台56側依序配置有物鏡60與第2空間光調變元件61。

物鏡60使來自被檢體S之透射光Lp於固態攝影元件54的受光面上成像。

第2空間光調變元件61係配置於成像光學系統53之光瞳位置或其附近。又，第1空間光調變元件58與第2空間光調變元件61係配置於相互共軛之位置。

第2空間光調變元件61可變地調整附加於來自被檢體S之透射光Lp之相位的空間分布。第2空間光調變元件61例如將附加於透射光Lp之相位調整為0°或±90°。

具體而言，第2空間光調變元件61具有：相位調變區域61a，其使來自被檢體S之透射光Lp中的通過了被檢體S之直接光(0次光)在相位偏移了四分之一波長(±90°)之狀態下透過；以及繞射光透過區域61b，其使在上述相位調變區域61a周圍因被檢體S而繞射之繞射光直接以相位(0°)透過。

第2空間光調變元件61可相對於繞射光透過區域61b而使相位調變區域61a之形狀或大小等自由地變化。例如可使用液晶面板(液晶元件)等作為此種第2空間光調變元件61。

進而，第2空間光調變元件61可具有如下功能：可變地調 整上述相位之空間分布、及使來自被檢體S之透射光Lp透過之透射率之空間分布。一般而言，通過第2空間光調變元件61之透射光Lp中的透過相位調變區域61a之直接光與透過繞射光透過區域61b之繞射光相比較，光強度較強，因此，使用ND濾光器等進行使光強度減弱之調整。

再者，例如可使用日本特表2010-507119號公報所揭示之能夠可變地調整透射率之空間分布之光學元件等作為此種ND濾光器。又，可使用附加有此種光學元件等之元件作為第2空間光調變元件61。

固態攝影元件54例如係由CCD影像感測器或CMOS影像感測器等具有複數個受光波長不同之受光元件之感測器構成，且接收上述已藉由成像光學系統53而成像之透射光Lp，將其轉換為電訊號(影像訊號)，且輸出至控制部55。

控制部55係由電腦(CPU)等構成，且根據其內部所記錄之控制程式，進行用以驅動顯微鏡裝置50的各部分之控制等。又，控制部55進行用以執行各部分之控制之運算等。例如液晶顯示面板等監視器(顯示部)62連接於控制部55。

於具有如上所述之構造之顯微鏡裝置50中，自光源51射出之照明光L因通過第1聚光透鏡57而被轉換為平行之照明光L。其後，該平行之照明光L射入至第1空間光調變元件58。

而且，已通過第1空間光調變元件58的開口58a之照明光L因通過第2聚光透鏡59而被轉換為平行之照明光L。其後，該平行之照明光L照射至載台56的設置面56a上所載置之被檢體S。

來自被檢體S之透射光Lp通過物鏡60之後，射入至第2 空間光調變元件61。此時，來自被檢體S之透射光Lp中的透過了相位調變區域61a之直接光在相位偏移了四分之一波長之狀態下，因ND濾光器而衰減之後，於固態攝影元件54的受光面上成像。另一方面，透過了繞射光透過區域61b之繞射光直接以相位(0°)，於固態攝影元件54的受光面上成像。相位差顯微鏡能夠藉由該等直進光與繞射光之干渉，將相位之變化觀察為光之明暗。

而且，固態攝影元件54將接收之透射光Lp轉換為電訊號(影像訊號)，且輸出至控制部55。藉此，控制部55可生成被檢體S之影像，且將該影像顯示於監視器62。

然而，於本實施形態之顯微鏡裝置50中，為了獲得最適合於觀察被檢體S之影像，進行如下控制，該控制用以將照射至被檢體S之照明光L的光強度分布、及附加於來自被檢體S之透射光Lp之相位的空間分布最佳化。

具體而言，控制部55進行如下控制：當第1空間光調變元件58(A1模式)將根據來自光源51之照明光L(於下述之調整之前)而形成之第1照明光照射至被檢體S，且第2空間光調變元件61(B1模式)使來自被檢體S之透射光透過時，取得固態攝影元件54所生成之被檢體S之第1影像。

控制部55進行如下控制：根據該第1影像，由第1空間光調變元件58調整照射至被檢體S之第1照明光的光強度分布，並且由第2空間光調變元件61調整附加於來自被檢體S之透射光之相位的空間分布。

進而，控制部55進行如下控制：當第1空間光調變元件58(A2模式) 將調整上述第1照明光的光強度分布之後所形成之第2照明光照射至被檢體S，且第2空間光調變元件61(B2模式)調整了附加於透射光之相位的空間分布時，取得固態攝影元件54所生成之被檢體S之第2影像。

亦即，於控制部55之控制下，照明光學系統52經由A1模式之第1空間光調變元件58，以第1照明光對被檢體S進行照明。成像光學系統53經由B1模式之第2空間調變器61，形成被第1照明光照明之被檢體S之像。固態攝影元件54接收來自成像光學系統53之光，該成像光學系統53包含被第1照明光照明之被檢體S之像。控制部55根據與自固態攝影元件53輸出之第1影像相關之訊號，將第1空間光調變元件58及第2空間光調變元件61分別調整為A2模式及B2模式。照明光學系統52經由A2模式之第1空間光調變元件58，以第2照明光對被檢體S進行照明。成像光學系統53經由B2模式之第2空間調變器61，形成被第2照明光照明之被檢體S之像。固態攝影元件54接收來自成像光學系統53之光，並且輸出與第2影像相關之訊號，該成像光學系統53包含被第2照明光照明之被檢體S之像。

關於第1照明光，以使照射至被檢體S之照明光L的光強度分布成為圓環狀之方式，由控制部55控制第1空間光調變元件58。亦即，進行如下控制：將第1空間光調變元件58的光圈之開口(使照明光L通過之區域)58a例如設為如圖9A所示之圓環狀。

又，光圈之開口(使照明光L通過之區域)58a設為完全覆蓋物鏡60之光瞳(物鏡光瞳)之大小。亦即，光圈之開口58a之外徑d大於物鏡光瞳。

關於第2空間光調變元件61，如圖9B所示，以使相對於繞射光透過區域61b之相位調變區域61a的形狀成為與第1空間光調變元件58的光圈之開口(使照明光L通過之區域)58a相對應之形狀即圓環狀之方式，由控制部55控制第2空間光調變元件61。

而且，控制部55於將該第1照明光照射至被檢體S，且第2空間光調變元件61使來自被檢體S之透射光透過時，取得固態攝影元件54所生成之被檢體S之第1影像。

其次，為了獲得最適合於觀察被檢體S之影像(第2影像)，控制部55進行如下控制：調整照射至被檢體S之照明光L的光強度分布。亦即。控制部55進行如下運算，該運算用以將具有被設定為一個參數之光強度分布之第1照明光，轉換為具有最適合於觀察被檢體S之光強度分布之第2照明光。

具體而言，作為用以由控制部55將第1照明光轉換為第2照明光之運算方法，可使用與上述第1實施形態相同之運算方法。亦即，控制部55使用與第1實施形態相同之運算方法，一邊分析上述第1影像所具有之空間頻率分布之分散度或方向性等，推斷被檢體S之形狀，一邊使該運算結果反映於第2照明光之形成。藉此，可求出具有最適合於觀察被檢體S之光強度分布之第2照明光。

為了獲得如此第2照明光，控制部55進行如下控制：將第1空間光調變元件58的光圈之開口(使照明光L通過之區域)58a例如設為如圖10A所示之橢圓環狀。

又，關於第2空間光調變元件61，以使相對於繞射光透過 區域61b之相位調變區域61a的形狀成為與第1空間光調變元件58的光圈之開口(使照明光L通過之區域)58a相對應之形狀即如圖10B所示之橢圓環狀之方式，由控制部55控制第2空間光調變元件61。

如此，控制部55一邊使第1空間光調變元件58與第2空間光調變元件61彼此同步，一邊以使第1空間光調變元件58的開口(使照明光L通過之區域)58a、與第2空間光調變元件61的相位調變區域61a之形狀始終共軛之方式，進行各自之調整。

其次，控制部55於將該第2照明光照射至被檢體S，且第2空間光調變元件61調整了附加於透射光之相位的空間分布時，取得固態攝影元件54所生成之被檢體S之第2影像。藉此，可獲得析像度及對比度均高於第1影像之第2影像。

如上所述，根據本實施形態，將照射至被檢體S之照明光L的光強度分布(形狀)、及附加於來自被檢體S之透射光Lp之相位的空間分布最佳化，獲得被檢體S之高析像度且高對比度之影像，藉此，能夠以最佳狀態觀察被檢體S。

再者，本發明未必限定於上述實施形態，可於不脫離本發明之宗旨之範圍內添加各種變更。

例如，本發明之顯微鏡裝置除了可為上述構成明視野顯微鏡或相位差顯微鏡之裝置以外，亦可為構成暗視野顯微鏡之裝置等，該暗視野顯微鏡觀察藉由來自被檢體S之反射光或散射光而獲得之被檢體S的放大像。

又，當將被檢體S的影像顯示於上述監視器16、62時，不僅可分別顯示上述第1影像與上述第2影像，亦可並排顯示第1影像與第2 影像。

又，本發明之顯微鏡裝置並不限於觀察監視器16、62所顯示之被檢體S的影像之顯微鏡裝置，其亦可為透過目鏡(未圖示)而觀察被檢體S的影像之顯微鏡裝置。

1‧‧‧顯微鏡裝置

2‧‧‧光源

3‧‧‧照明光學系統

4‧‧‧成像光學系統

5‧‧‧固態攝影元件

6‧‧‧控制部

7‧‧‧載台

7a‧‧‧設置面

8‧‧‧第1聚光透鏡

9‧‧‧波長濾波器

10‧‧‧空間光調變元件

10a‧‧‧開口(使照明光通過之區域)

11‧‧‧第2聚光透鏡

15‧‧‧物鏡

16‧‧‧監視器(顯示部)

S‧‧‧被檢體

L‧‧‧照明光

Lp‧‧‧透射光

Claims (16)

1. 一種顯微鏡裝置，其特徵在於具備：光源；照明光學系統，其係以來自該光源之光對被檢體進行照明之照明光學系統，且具有可調整光強度分布之空間光調變元件；成像光學系統，其使來自該被檢體之光成像；固態攝影元件，其根據來自該成像光學系統之光而生成該被檢體之影像；以及控制裝置，其係可調整該空間光調變元件之控制裝置，且根據在以第1照明光對該被檢體進行照明時自該固態攝影元件輸出之第1影像，調整該空間光調變元件，以第2照明光對該被檢體進行照明。
2. 如申請專利範圍第1項之顯微鏡裝置，其中，該控制部進行用以將該第1照明光轉換為該第2照明光之運算；該空間光調變元件根據其運算結果，調整照射至該被檢體之照明光的光強度分布。
3. 如申請專利範圍第2項之顯微鏡裝置，其中，該控制部於藉由傅立葉轉換將該第1影像轉換為二進位化之影像之後，對該二進位化之影像之主成分進行分析，藉此，求出該第1影像所具有之空間頻率分布；該空間光調變元件根據該第1影像之該空間頻率分布，調整與光軸正交之兩個方向的光強度分布。
4. 如申請專利範圍第3項之顯微鏡裝置，其中， 該空間光調變元件進行如下調整：強調該兩個方向之光強度分布中的關於該第1影像之空間頻率分布且與高空間頻率成分相對應之方向的光強度分布，及/或使關於該第1影像之空間頻率分布且與低空間頻率成分相對應之方向的光強度分布縮小。
5. 如申請專利範圍第4項之顯微鏡裝置，其中，該第1照明光於與光軸正交之面內具有各向同性之光強度分布；該第2照明光於與光軸正交之面內具有各向異性或各向同性之光強度分布。
6. 如申請專利範圍第5項之顯微鏡裝置，其中，該第1照明光於與光軸正交之面內具有圓環狀或圓形狀之光強度分布；該第2照明光於與光軸正交之面內具有橢圓環狀或圓環狀之光強度分布。
7. 如申請專利範圍第3項之顯微鏡裝置，其中，該空間光調變元件於該空間頻率分布未超過既定閾值之情形時，將照射至該被檢體之照明光的光強度分布調整為實質上與點光源的光強度分布同等之狀態。
8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項之顯微鏡裝置，其中，該照明光學系統包含第1空間光調變元件，該第1空間光調變元件可變地調整照射至該被檢體之照明光的光強度分布；該成像光學系統包含第2空間光調變元件，該第2空間光調變元件可變地調整附加於來自該被檢體之透射光之相位的空間分布；該控制部進行如下控制：當該第1空間光調變元件將根據來自該光源之照明光而形成之第1照明光照射至該被檢體，且該第2空間光調變元件 使來自該被檢體之透射光透過時，取得該固態攝影元件所生成之該被檢體之第1影像；根據該第1影像，由該第1空間光調變元件調整照射至該被檢體之該第1照明光的光強度分布，並且由該第2空間光調變元件調整附加於來自該被檢體之透射光之相位的空間分布；當該第1空間光調變元件將調整該第1照明光的光強度分布之後所形成之第2照明光照射至該被檢體，且該第2空間光調變元件調整附加於該透射光之相位的空間分布時，取得該固態攝影元件所生成之該被檢體之第2影像。
9. 如申請專利範圍第8項之顯微鏡裝置，其中，該第2空間光調變元件具有：相位調變區域，其使來自該被檢體之透射光在相位偏移了四分之一波長之狀態下透過；以及透過區域，其使來自該被檢體之透射光在該相位調變區域周圍直接以其相位透過；相對於該透過區域可變地調整該相位調變區域。
10. 如申請專利範圍第8或9項之顯微鏡裝置，其中，該第2空間光調變元件將相對於該繞射光透過區域之該相位調變區域的形狀，調整為與該第1空間光調變元件所調整之照明光的光強度分布相對應之形狀。
11. 如申請專利範圍第8至10項中任一項之顯微鏡裝置，其中，該第2空間光調變元件可變地調整該相位的空間分布、及使來自該被檢體之透射光透過之透射率的空間分布。
12. 如申請專利範圍第8至11項中任一項之顯微鏡裝置，其中， 該第1空間光調變元件與該第2空間光調變元件一邊彼此同步，一邊進行各自之調整。
13. 如申請專利範圍第1至12項中任一項之顯微鏡裝置，其中，該成像光學系統接收來自該被檢體之透射光、反射光及散射光中之至少一種光。
14. 如申請專利範圍第1至13項中任一項之顯微鏡裝置，其中，該空間光調變元件或該第1空間光調變元件為液晶元件、電致變色元件或數位微鏡元件中之任一種元件。
15. 如申請專利範圍第8至13項中任一項之顯微鏡裝置，其中，該第2空間光調變元件為液晶元件。
16. 如申請專利範圍第1至15項中任一項之顯微鏡裝置，其中，該固態攝影元件為CCD影像感測器或CMOS影像感測器中之任一種影像感測器。