WO2006123712A1

WO2006123712A1 - 偏光顕微鏡

Info

Publication number: WO2006123712A1
Application number: PCT/JP2006/309852
Authority: WO
Inventors: Yoshiharu Saito; Hirofumi Takatsuka; Eiji Nakasho
Original assignee: Olympus Corporation
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2006-11-23
Also published as: JPWO2006123712A1; EP1882968A1; EP1882968A4; US20090040601A1

Abstract

　高精度の偏光画像を得ることを目的とする。光源と、該光源からの照明光の偏光状態を変換するポラライザと、該ポラライザを透過した照明光を標本に集光するコンデンサレンズとを有する照明光学系３と、標本からの観察光を集光する対物レンズと、該対物レンズにより集光された観察光の偏光状態を変換するアナライザと、該アナライザを透過した観察光を撮像する撮像素子とを有する撮像光学系と、撮像光学系における観察光の偏光面の回転角の変化を補償する観察光角度補償要素と、撮像光学系における観察光のＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化を補償する観察光位相差補償要素とを備え、これら補償要素による補償量が、光軸に交差する方向に沿って変化する偏光顕微鏡を提供する。

Description

明細書

偏光顕微鏡

技術分野

[0001] 本発明は、偏光顕微鏡に関するものである。

背景技術

[0002] 従来、光源力発せられた光をボラライザに透過させることで、所定の偏光状態を付与した偏光光を標本に照射し、標本力の反射光あるいは透過光のうち、アナライザを透過した光のみを撮像する偏光顕微鏡が知られている（例えば、特許文献 1参照。；)。ボラライザとアナライザとは、一般に、その透過方位が直交するように配置される（クロス-コル配置)。

[0003] このような偏光顕微鏡においては、標本が配置されていない状態では、理想的には、全ての光がアナライザを通過できず、視野が暗黒となる。そして、標本が配置されると、標本の各部の複屈折と方位の相違によって、異なる偏光状態となった光がァナライザを透過して撮像される結果、取得された画像により、標本の組織構造等を可視ィ匕することができる。

[0004] し力しながら、現実には、標本に光を集光するコンデンサレンズや、標本からの光を集光する対物レンズは複雑な光学系となる。このため、ボラライザとアナライザの透過方位が互いに直交して!/、ても、視野が暗黒とならな、状況が発生する。

[0005] 具体的には、第 1に、コンデンサレンズや対物レンズが高倍率となる場合にはレンズの曲率が大きくなり、その面での屈折角も大きくなるため、光軸から離れるに従って偏光面の回転角が大きくなる。このため、レンズの周辺を通過した光のうち、本来ァナライザを透過すべきでな、光がアナライザを透過してしま、、消光比が劣化するという不都合がある。

また、第 2に、コンデンサレンズや対物レンズには、レンズ表面に反射防止用のコーティングが施されるため、該コーティング面において生ずる多重反射によって、 P偏光と S偏光との位相差が発生し、直線偏光が楕円偏光化する。これによつて消光比が劣化する。 [0006] これらの問題を解決するために、特許文献 1にお、ては、ボラライザ力もアナライザまでの光路中に液晶素子を配置して、制御手段により液晶素子の偏光特性を変化させることとして、る。

[0007] また、特許文献 1の従来技術にお!、ては、コンデンサレンズと対物レンズのそれぞれについて偏光特性を補償するためにレクティファイアと λ Ζ2板とを組み合わせた偏光補償素子を配置することが開示されている。

レクティファイアは強い屈折面を持つ一対のレンズでトータルの屈折力がゼロであるため、コンデンサレンズと対物レンズのそれぞれにおいて発生する偏光面の回転角をネ ΐ償することができる。

特許文献 1：特開 2001— 356276号公報

発明の開示

[0008] し力しながら、レクティファイアと λ Ζ2板との組合せによる偏光補償素子では、偏光面の回転角の補償は可能であるものの、 Ρ偏光と S偏光との位相差の変化を補償することはできな、と!/、う不都合がある。

したがって、特許文献 1の偏光顕微鏡では、標本を分子レベルで観察、解析する場合に、標本の組織構造を精度よく表した偏光画像を得ることができな、と、う不都合がある。

[0009] 本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、高精度の偏光画像を得ることができる偏光顕微鏡を提供することを目的として!/、る。

[0010] 上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。

本発明の第 1の態様は、光源と、該光源からの照明光の偏光状態を変換するポララィザと、該ポラライザを透過した照明光を標本に集光するコンデンサレンズとを有する照明光学系と、標本力の観察光を集光する対物レンズと、該対物レンズにより集光された観察光の偏光状態を変換するアナライザと、該アナライザを透過した観察光を撮像する撮像素子とを有する撮像光学系と、撮像光学系における観察光の偏光面の回転角の変化を補償する観察光角度補償要素と、撮像光学系における観察光の

Ρ偏光と s偏光との位相差の変化を補償する観察光位相差補償要素とを備え、前記観察光角度補償要素および観察光位相差補償要素による補償量が、光軸に交差する方向に沿って変化する偏光顕微鏡である。

[0011] 本発明の第 1の態様によれば、照明光学系において、光源力発せられた照明光がボラライザを透過することにより所定の偏光状態に変換され、コンデンサレンズによつて標本に集光されると、標本において観察光が発生する。発生した観察光は、撮像光学系において、対物レンズによって集められ、アナライザによって偏光状態を変換され、撮像素子により撮像される。

[0012] この場合において、本発明の第 1の態様によれば、標本からの観察光は観察光位相差補償要素と観察光角度補償要素とを通過させられるので、偏光面の回転角および P偏光と s偏光との位相差の変化を補償されて撮像素子により撮像される。その結果、対物レンズを含む撮像光学系において偏光面の回転角の変化および P偏光と s 偏光との位相差の変化が生じても、撮像素子には、それらの変化が補償された状態の観察光が撮像される。したがって、消光比を向上して、鮮明かつ精度の高い偏光画像を得ることができる。

[0013] また、偏光面の回転角の変化のみならず P偏光と S偏光との位相差の変化も補償することができるので、照明光学系および撮像光学系を構成するレンズ等の表面に反射防止膜をコーティングすることができ、ノイズの少ない明る!/、偏光画像を得ることができる。

さらに、光軸に交差する方向に異なる偏光面の回転角および P偏光と s偏光との位相差の変化量に対して、適正に補償することができる。

[0014] 上記態様においては、照明光学系における照明光の偏光面の回転角の変化を補償する照明光角度補償要素と、照明光学系における照明光の P偏光と S偏光との位相差の変化を低減する照明光位相差低減手段とを備えることが好ましい。

このようにすることで、光源力もの照明光が照明光角度補償要素を透過させられることにより偏光面の回転角を補償される。また、光源力ゝらの照明光は照明光位相差低減手段の作動により P偏光と S偏光との位相差の変化を発生させることなくあるいは補償された後に標本に照射される。その結果、コンデンサレンズを含む照明光学系において偏光面の回転角の変化および P偏光と S偏光との位相差の変化の低減された状態の照明光が標本に照射されるので、標本上の各位置に均一な偏光状態の励起光を照射することができる。

[0015] また、上記態様においては、前記照明光位相差低減手段が、標本に入射する照明光の開口数を標本力発せられる観察光の開口数よりも小さくすることにより構成されて、ることとしてもよい。

このようにすることで、照明光における位相差変化量を小さく抑えることができ、簡易に位相差変化の低減された状態の照明光を標本に照射することができる。

[0016] また、上記態様においては、前記照明光位相差低減手段が、反射防止用コーティングを有しな、コンデンサレンズにより構成されて、ることとしてもよ、。

このようにすることによつても、照明光における位相差変化量を小さく抑えることができ、簡易に位相差変化の低減された状態の照明光を標本に照射することができる。

[0017] さらに、上記態様においては、前記照明光位相差低減手段が、照明光学系における照明光の P偏光と S偏光との位相差の変化を補償する照明光位相差補償要素により構成され、前記照明光角度補償要素および照明光位相差補償要素による補償量力光軸に交差する方向に沿って変化することとしてもよい。

このようにすることで、コンデンサレンズを含む照明光学系において偏光面の回転角の変化および P偏光と S偏光との位相差の変化の低減された状態の照明光が標本に照射されるので、標本上の各位置に均一な偏光状態の励起光を照射することができ、同一条件で観察光を発生させることができる。したがって、標本を分子レベルで観察、解析するような場合に、各分子に均一な照明光を照射でき、鮮明かつ精度の高、偏光画像を得ることができる。

[0018] また、上記態様においては、前記照明光角度補償要素および前記照明光位相差補償要素が、前記コンデンサレンズのほぼ瞳位置に配置されて、ることが好ま、。このようにすることで、軸上の照明光のみならず軸外の照明光に対しても適正な補償を行うことができる。

[0019] また、上記態様においては、前記観察光角度補償要素および前記観察光位相差補償要素が、前記対物レンズのほぼ瞳位置に配置されてヽることが好ま、。

このようにすることで、軸上の観察光のみならず軸外の観察光に対しても適正な補償を行うことができる。 [0020] また、上記態様にぉ、ては、前記各補償要素が、フォトニック結晶または液晶素子により構成されて、ることが好まし、。

これらの素子により各補償要素を構成することで、偏光面の回転角および P偏光と s偏光との位相差の変化を効果的に補償することができる。また、これらの素子によれば、薄く構成できるので、小型化を図ることができる。特に、フォトニック結晶によれば、温度、湿度や衝撃に対する耐性を向上することができる。

[0021] また、本発明の第 2の態様は、光源と、該光源からの照明光の偏光状態を変換するボラライザと、該ポラライザを透過した照明光を標本に集光するコンデンサレンズとを有する照明光学系と、標本からの観察光を集光する対物レンズと、該対物レンズにより集光された観察光の偏光状態を変換するアナライザと、該アナライザを透過した観察光を撮像する撮像素子とを有する撮像光学系と、該撮像光学系における観察光の偏光面の回転角の変化および観察光の P偏光と S偏光との位相差の変化を補償する偏光補償要素とを備え、該偏光補償要素による補償量が、光軸に交差する方向に沿って変化する偏光顕微鏡である。

[0022] 本発明の第 2の態様によれば、照明光学系において、光源力発せられた照明光がボラライザを透過することにより所定の偏光状態に変換され、コンデンサレンズによつて標本に集光されると、標本において観察光が発生する。発生した観察光は、撮像光学系において、対物レンズによって集められ、アナライザによって偏光状態を変換され、撮像素子により撮像される。

[0023] この場合において、本発明の第 2の態様によれば、標本からの観察光は偏光補償要素を通過させられるので、偏光面の回転および P偏光と S偏光との位相差の変化を補償されて撮像素子により撮像される。その結果、対物レンズを含む撮像光学系において偏光面の回転角の変化および P偏光と S偏光との位相差の変化が生じても、撮像素子には、それらの変化が補償された状態の観察光が撮像される。したがって、消光比を向上して、鮮明かつ精度の高い偏光画像を得ることができる。

[0024] また、偏光面の回転角の変化のみならず P偏光と S偏光との位相差の変化も補償することができ、照明光学系および撮像光学系を構成するレンズ等の表面に反射防止膜をコーティングすることができる。その結果、ノイズの少ない明るい偏光画像を得ることがでさる。

[0025] 本発明によれば、高精度の偏光画像を得ることができ、かつ、高、消光比で偏光を観察することができるという効果を奏する。

図面の簡単な説明

[0026] [図 1]本発明の第 1の実施形態に係る偏光顕微鏡を模式的に示す全体構成図である

[図 2]図 1のコンデンサレンズあるいは対物レンズを通過する際に励起光あるいは蛍光が受ける偏光面の回転角変化および P偏光と S偏光との位相差の変化の様子を示す説明図である。

[図 3]図 1の偏光顕微鏡の第 1の変形例を示す全体構成図である。

[図 4]図 1の偏光顕微鏡の第 2の変形例を示す全体構成図である。

[図 5]図 1の偏光顕微鏡の第 3の変形例を示す全体構成図である。

[図 6]図 1の偏光顕微鏡の第 4の変形例を示す全体構成図である。

[図 7]本発明の第 2の実施形態に係る偏光顕微鏡を模式的に示す全体構成図である

[図 8]図 7の偏光顕微鏡における偏光状態の補償方法を説明する図である。

[図 9]図 8の補償方法に用いられる観察光リターダの一例を示す図である。

[図 10]図 9の観察光リターダとともに用いられるクロス-コル用のアナライザの一例を示す図である。

[図 11]図 9の観察光リターダとともに用いられるパラ-コル用のアナライザの一例を示す図である。

[図 12]図 7の偏光顕微鏡の変形例を示す図である。

[図 13]アナライザを簡略ィ匕するための工夫を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0027] 以下、本発明の第 1の実施形態に係る偏光顕微鏡 1について、図 1および図 2を参照して説明する。本実施形態に係る偏光顕微鏡 1は、図 1に示されるように、標本 Aを搭載するステージ 2と、該ステージ 2の上方に配置される照明光学系 3と、ステージ 2の下方に配置される撮像光学系 4とを備えて、る。

[0028] 前記照明光学系 3は、照明光 Eを出射する光源 5と、光源 5からの照明光 Eを集光するコレクタレンズ 6と、集光された照明光 Eを通過させることで、その偏光状態を直線偏光状態にするボラライザ 7と、ボラライザ 7を通過した照明光 Eを通過させることで、その偏光状態を補償する照明光リターダ 8と、該照明光リターダ 8を通過した照明光 Eを標本 Aに集光するコンデンサレンズ 9とを備えている。図中、符号 10はミラー、符号 11はリレーレンズである。

[0029] 前記照明光リターダ 8は、例えば、フォトニック結晶により構成されている。フォト-ック結晶は、サブミクロンの周期を持つ多次元の屈折率周期構造体であり、そのパターンを調節することにより、通過する照明光 Eの偏光面の回転角および P偏光と S偏光との位相差の変化を補償することができるようになって、る。本実施形態にぉ、ては、コンデンサレンズ 9を含む照明光学系全体の照明光 Eの偏光面の回転角および P 偏光と S偏光との位相差の変化を補償することができるように設定されて!、る。

[0030] また、照明光学系 3の偏光面の回転角および P偏光と S偏光との位相差の変化量は、光軸に交差する方向に変化する。したがって、照明光リターダ 8における補償量もその変化に対応して、全ての位置において補償することができるように、光軸に交差する方向に異なる補償量を有している。フォトニック結晶を用いて、光軸に交差する方向に異なる補償量を有する照明光リターダ 8を構成するには、例えば、偏光角度変化の補償量および位相差変化の補償量の異なる微細なフォトニック結晶をマトリクス状に配列することにより達成することができる。また、マトリクス状に配列することに代えて、補償量が光軸に交差する方向に連続的に変化するようにフォトニック結晶を一体的に形成することにしてもよい。

[0031] ボラライザ 7を通過しただけの照明光 Eは、その偏光方向が一方向に揃えられている力照明光学系 3の他のレンズ、特にコンデンサレンズ 9を通過する際に偏光方向が回転し、また、 P偏光と S偏光の割合も変化する。したがって、照明光リターダ 8を配置しない場合には、標本 Aに照射される照明光 Eは、図 2に示されるように、光軸を通り、ボラライザ 7による偏光方向に沿う方向とこれに直交する方向については、照明光 Eの偏光方向が揃った直線偏光となる力それ以外の領域における照明光 Eは、 P偏光と S偏光とが含まれる楕円偏光となり、その長軸の角度および扁平率が各位置ごとに異なるようになる。

[0032] 本実施形態によれば、照明光リターダ 8が、光軸に交差する方向に沿って異なる補償量の分布を有しているので、照明光 Eを照明光リターダ 8に透過させることにより、偏光面の回転角、すなわち楕円の長軸方向の傾きが補償され、かつ、 P偏光と S偏光との位相差、すなわち、楕円偏光の扁平率が補償されるようになっている。その結果、全ての位置において、偏光面の回転角および P偏光と S偏光との位相差が揃えられた均一な照明光 Eが標本に照射されるようになって、る。

また、照明光リターダ 8は、コンデンサレンズ 9の入射瞳位置に配置されている。

[0033] また、前記撮像光学系 4は、標本 Aから発せられた光 (観察光) Fを集光する対物レンズ 12と、該対物レンズ 12により集光された観察光光して中間像を結像させる結像レンズ 13と、中間像を結像した観察光 Fを集光して略平行光にする瞳リレーレンズ 14と、略平行光にされた観察光 Fを通過させることでその偏光状態を補償する観察光リターダ 15と、所定の透過軸を有するアナライザ 16と、冷却 CCD (撮像素子） 1 7とを備えている。図中、符号 18はプリズム、符号 19は TVレンズである。

[0034] 前記観察光リターダ 15も、例えば、フォトニック結晶により構成されている。そして、そのパターンを調節することにより、対物レンズ 12を含む撮像光学系 4全体の観察光 Fの偏光面の回転角および P偏光と S偏光との位相差の変化を補償することができるように構成されている。また、観察光リターダ 15における補償量も、照明光リターダ 8 と同様に、光軸に交差する方向に沿う全ての位置において補償することができるように、光軸に交差する方向に異なる補償量を分布させて、る。

[0035] 前記アナライザ 16としては、ボラライザ 7の透過軸に直交する透過軸を有する第 1 のアナライザ 16aと、ボラライザ 7の透過軸と平行な透過軸を有する第 2のアナライザ 16bとを交換可能に備えて、る。アナライザ 16aを光軸上に配置（クロス-コル配置）して取得した画像と、アナライザ 16bを光軸上に配置 (パラ-コル配置）して取得した画像の強度差分や強度比を取ることによって、標本の分子レベルの変化を検出することができる。

また、アナライザ 16は、瞳リレーレンズ 14によってリレーされた対物レンズ 12の瞳位置と共役な位置に配置されている。

[0036] このように構成された本実施形態に係る偏光顕微鏡 1の作用について説明する。

光源力発せられた照明光 Eは、コレクタレンズ 6によって集光され、リレーレンズ 11 によってリレーされた後、ミラー 10によって反射され、ボラライザ 7を透過させられることにより、所定の偏光方向を有する直線偏光の照明光 Eとなる。その後、照明光 Eは照明光リターダ 8を透過させられた後に、コンデンサレンズ 9によって集光され、ステージ 2上の標本 Aに照射される。

[0037] 本実施形態に係る偏光顕微鏡 1によれば、標本 Aに照射される照明光 E力コンデンサレンズ 9を通過することにより、その偏光面の回転角および P偏光と S偏光との位相差を変化させられても、その変化は、予め照明光リターダ 8を透過させられることにより補償されているので、偏光方向を揃えられた均一な直線偏光として標本 Aに照射される。特に、本発明の照明光リターダ 8は、光軸方向に変化量の異なる回転角および位相差に合わせて補償量を分布させているので、照明光 Eの光束の横断面の全ての位置において、回転角および位相差の変化を補償することができる。したがって、標本 A上の各位置において均一な照射条件を達成することができる。

[0038] また、標本 Aにおいて発生した観察光 Fは、対物レンズ 12によって集光された後、結像レンズ 13を通過させられることにより中間像を結像する。そして、中間像を結像した観察光 Fはプリズム 18によって反射され、瞳リレーレンズ 14によってリレーされ、観察光リターダ 15を透過された後に第 1のアナライザ 16aに入射され、該第 1のアナライザ 16aを通過した観察光 Fのみが TVレンズ 19を介して冷却 CCD17により撮像される。この場合に、観察光 Fは対物レンズ 12を通過する際に、その偏光面の回転角および P偏光と S偏光との位相差に変化を生ずることとなるが、本実施形態によれば、その回転角および位相差の変化が観察光リターダ 15によって補償される。

[0039] 観察光リターダ 15も照明光リターダ 8と同様に、光軸方向に変化量の異なる回転角および位相差に合わせて補償量を分布させて！/、るので、観察光 Fの光束の横断面の全ての位置において、回転角および位相差の変化を補償することができる。したがつて、ポラライザ 7と第 1のアナライザ 16aとの正確なクロス-コル配置を達成でき、コンデンサレンズ 9や対物レンズ 12を透過することによる偏光面の回転角や位相差の変化を補償して、標本 Aにおいて偏光面の回転角や位相差が変化した観察光 Fのみを検出できる。その結果、ノイズが少なぐ分解能の高い鮮明な偏光画像を取得することがでさる。

[0040] また、本実施形態に係る偏光顕微鏡 1によれば、照明光リターダ 8および観察光リターダ 15により、偏光面の回転角の変化のみならず、 P偏光と S偏光との位相差に変化をも補償するので、コンデンサレンズ 9や対物レンズ 12等の光学系に反射防止膜をコーティングすることができ、ノイズをさらに低減でき、また明るい偏光画像を取得することができる。

[0041] また、本実施形態に係る偏光顕微鏡 1によれば、照明光リターダ 8および観察光リターダ 15をフォトニック結晶によって構成しているので、設置スペースを削減して小型化を図ることができる。また、温度、湿度や衝撃による耐性も向上することができる。また、本実施形態に係る偏光顕微鏡 1によれば、照明光リターダ 8および観察光リターダ 15がそれぞれコンデンサレンズ 9および対物レンズ 12の瞳位置またはこれに共役な位置に配置されているので、軸上の照明光 Eや観察光 Fのみならず軸外の照明光 Eや観察光 Fに対しても回転角および位相差の変化をより確実に補償することができる。

[0042] なお、本実施形態においては、照明光リターダ 8および観察光リターダ 15がフォトニック結晶からなることとした力これに代えて、液晶素子により構成してもよい。また、照明光リターダ 8および観察光リターダ 15として、偏光面の回転角および P偏光と S偏光の位相差の変化を同時に補償する構造のものを例示したが、別々に設けることにしてちょい。

[0043] また、光源 5として照明光 Eを発生する光源 5を用いた場合について説明したが、光源 5として、励起光 Eを発生するもの、あるいは、図 3に示されるように、白色光 Wを発生するものを用い、励起フィルタ 20によって励起光 Eを選択的に標本 Aに照射させ、標本 Aカゝら発せられる蛍光 Fを観察することにしてもよい。この場合、標本 Aを透過する励起光 Eが冷却 CCD17に入射されるのを防止する吸収フィルタ 21を撮像光学系 3内に配置することが好ま、。

[0044] また、図 4に示されるように、光源としてレーザ光源 22を用いることとしてもよ、。図中符号 23はレーザ変調器、符号 24はスペックル除去装置である。レーザ光 Lは光束径が小さぐ光強度が高いので光ファイバ 25あるいはファイババンドルによって導くことが可能である。

[0045] また、アナライザ 16として交換可能な第 1のアナライザ 16aと第 2のアナライザ 16bとを有する場合について説明した力これに代えて、単一のアナライザを光軸回りに回転可能〖こ支持することとしてもよい。これにより、 2種類のアナライザ 16a, 16bを用意することなぐクロス-コル状態とパラ-コル状態の観察を行うことができる。

[0046] さらに、上記実施形態においては透過照明型の偏光顕微鏡 1を例示したが、これに代えて、図 5および図 6に示されるように、落射照明型の偏光顕微鏡 1を構成してもよい。図中符号 26はハーフミラーであり、対物レンズ 12とコンデンサレンズとが兼ねられている。

[0047] また、ボラライザ 7およびアナライザ 16としては、グレーティングや液晶素子を用いることもできるが、フォトニック結晶により構成することとすれば、省スペースと高耐性を達成できるので効果的である。

[0048] さらに、上記実施形態においては、照明光リターダ 8により標本 Aに照射する照明光 Eあるいは励起光 Eの位相差の変化を補償することとしたが、これに代えて、照明光リターダ 8を設けることなぐ照明光 Eにおける位相差の変化を低減する照明光位相差低減手段を採用することにしてもよい。照明光位相差低減手段としては、標本 A に照射される照明光 Eの開口数を十分に小さくすることや、コンデンサレンズを含む照明光学系に反射防止用のコーティングを施さないことが挙げられる。これらの照明光位相差低減手段を採用することで、標本 Aに照射される照明光 Eの光量が低下する場合には、光源 5の光量を増加させることで、これを補償することができる。

[0049] 次に、本発明の第 2の実施形態に係る偏光顕微鏡 30について、図 7〜図 10を参照して以下に説明する。

なお、本実施形態の説明において、上述した第 1の実施形態に係る偏光顕微鏡 1 と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。 [0050] 本実施形態に係る偏光顕微鏡 30は、標本 Aに照射される照明光 Eの開口数を十分に小さくした場合のものであって、図 7に示されるように、照明光学系 31に、照明光リターダ 8を有していない。また、観察光リターダ 32による補償前に偏光状態を劣化させる反射面を有するプリズム 18や吸収フィルタ 21を配置して、な、点にぉ、ても相違している。図中、符号 33は、ハロゲンランプ力もなる光源 34からの光力も励起光 E を抽出する励起フィルタである。また、符号 35は、ミラーである。

[0051] また、本実施形態に係る偏光顕微鏡 30は、クロス-コル用の第 1のアナライザ 36a およびパラ-コル用の第 2のアナライザ 36bのそれぞれに対して、観察用リターダ 32 を配置している。

ここで、観察光リターダ 32およびアナライザ 36a, 36bの構成について、図 8〜図 1 0を参照して説明する。

[0052] 上述したように、観察光 Fも、図 2に示されるように、光軸に交差する方向に分布する異なる偏光状態を備えている。そこで、これを補償するために、本実施形態においては、観察光リターダ 32およびアナライザ 36a, 36bを以下のように構成している。すなわち、光軸に交差する方向の任意の点において、観察光 Fは、偏光面の回転角および P偏光と S偏光との位相差の割合が変化し、図 8に示されるように長軸および短軸 Bが角度 aだけ傾斜した所定の扁平率の楕円偏光となって!/、る。

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[0053] そこで、まず、観察光リターダ 32を 1Z4波長板により構成し、その進相軸を図 8の楕円偏光の長軸 Bに一致させる。これにより、観察光 Fは、 P偏光と S偏光との位相差がほぼ 0° となって、楕円の長軸 Bと短軸 Bとを辺とする長方形 Cの対角線 D方向

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に偏光面を配置した直線偏光となるようになって、る。

本実施形態における観察光リターダ 32も、フォトニック結晶により構成され、図 9に示されるように、光軸に交差する方向に沿う全ての位置において、上記補償が行われるように結晶のパターンが調整されて、る。

[0054] また、第 1のアナライザ 36aとして、観察光リターダ 32を通過した後の観察光 Fの偏光方向に直交する透過軸を有するものを採用し、第 2のアナライザ 36aとして、観察光リターダ 32を通過した後の観察光 Fの偏光方向に平行な透過軸を有するものを採用している。これらのアナライザ 36a, 36bも、フォトニック結晶により構成され、図 10および図 11 に示されるように、光軸に交差する方向に沿う全ての位置において、上記条件が満たされるように結晶のパターンが調整されて、る。

[0055] このように構成された本実施形態に係る偏光顕微鏡 30によれば、ボラライザ 7とァナライザ 36a, 36bとの間に偏光状態を劣化させるミラー 18や吸収フィルタ 21が存在しないので、コンデンサレンズ 9や対物レンズ 12を透過することによる偏光面の回転角や位相差の変化を補償して、ノイズが少なぐ分解能の高い鮮明な偏光画像を取得することができる。

また、観察光リターダ 32を第 1および第 2のアナライザ 36a, 36bのそれぞれに設けて、るので、観察光リターダ 32の光軸に交差する方向に分布する偏光面の回転角や位相差の変化の補償量と、アナライザ 36a, 36bの透過軸方向とを精度よく対応させた状態に維持し、さらに分解能が高く鮮明な偏光画像を取得することができる。

[0056] また、いずれも対物レンズ 12の瞳位置またはこれと共役な位置に配置することが望ましい観察光リターダ 32およびアナライザ 36a, 36bを相互に隙間なく近接させて、瞳位置またはこれと共役な位置に近接配置することができる。したがって、軸上光のみならず軸外光に対しても適正な補償を行うことができる。

[0057] なお、本実施形態においては、ボラライザ 7とアナライザ 36a, 36bとの間に配置されるミラー 18を排除することで、偏光状態の劣化を防止することとしたが、これに代えて、図 12に示されるように、反射面を複数有するミラー 37a, 37bあるいはプリズム（図示略)配置して、反射面への観察光 Fの入射角を小さくしていくことにより、偏光状態の劣化を防止することとしてもょ、。

[0058] また、本実施形態に係る偏光顕微鏡 30においては、観察光リターダ 32を用いて各位置毎に異なる偏光方向を有する直線偏光に変換し、アナライザ 36a, 36bとしてはその偏光方向に対応して各位置毎に異なる透過軸方向を有するものを採用したが、これに代えて、図 13に示されるように、観察光リターダ 32を工夫することにより、透過軸方向が均一なアナライザを使用することが可能となる。

[0059] すなわち、楕円偏光の長軸 B方向に、 1Z4波長板力なる観察光リターダ 32の進相軸を一致させるか遅相軸を一致させるかを切り替えることにより、得られる直線偏光の偏光方向を楕円偏光の長軸について反転させることができる。したがって、光軸に交差する方向に沿う各位置において、楕円偏光の長軸 Bの傾斜角度 αと、該長軸 Βに対する直線偏光 Dの傾斜角度 |8とが相殺する方向に、進相軸あるいは遅相軸の方向を適宜設定することにより、全ての点にお！ヽてほぼ平行な偏光方向を有する直線偏光に変換することができる。

このようにすることで、透過軸方向が均一なアナライザを使用して、クロスニコル状態およびパラ-コル状態を達成することができ、複雑なアナライザ 36a, 36bを使用することなぐ低コストの偏光顕微鏡を構成することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 光源と、該光源力の照明光の偏光状態を変換するボラライザと、該ポラライザを透過した照明光を標本に集光するコンデンサレンズとを有する照明光学系と、標本力の観察光^^光する対物レンズと、該対物レンズにより集光された観察光の偏光状態を変換するアナライザと、該アナライザを透過した観察光を撮像する撮像素子とを有する撮像光学系と、

撮像光学系における観察光の偏光面の回転角の変化を補償する観察光角度補償要素と、

撮像光学系における観察光の P偏光と s偏光との位相差の変化を補償する観察光位相差補償要素とを備え、

前記観察光角度補償要素および観察光位相差補償要素による補償量が、光軸に交差する方向に沿って変化する偏光顕微鏡。

[2] 照明光学系における照明光の偏光面の回転角の変化を補償する照明光角度補償要素と、

照明光学系における照明光の P偏光と s偏光との位相差の変化を低減する照明光位相差低減手段とを備える請求項 1に記載の偏光顕微鏡。

[3] 前記照明光位相差低減手段が、標本に入射する照明光の開口数を標本から発せられる観察光の開口数よりも小さくすることにより構成されている請求項 2に記載の偏光顕微鏡。

[4] 前記照明光位相差低減手段が、反射防止用コーティングを有しないコンデンサレンズにより構成されている請求項 2に記載の偏光顕微鏡。

[5] 前記照明光位相差低減手段が、照明光学系における照明光の P偏光と S偏光との位相差の変化を補償する照明光位相差補償要素により構成され、

前記照明光角度補償要素および照明光位相差補償要素による補償量が、光軸に交差する方向に沿って変化する請求項 2に記載の偏光顕微鏡。

[6] 前記照明光角度補償要素および前記照明光位相差補償要素が、前記コンデンサレンズのほぼ瞳位置またはその共役な位置に配置されている請求項 5に記載の偏光顕微鏡。

[7] 前記観察光角度補償要素および前記観察光位相差補償要素が、前記対物レンズのほぼ瞳位置またはその共役な位置に配置されて、る請求項 1から請求項 6のヽずれかに記載の偏光顕微鏡。

[8] 前記各補償要素が、フォトニック結晶または液晶素子により構成されている請求項

1から請求項 7のいずれかに記載の偏光顕微鏡。

[9] 光源と、該光源力の照明光の偏光状態を変換するボラライザと、該ポラライザを透過した照明光を標本に集光するコンデンサレンズとを有する照明光学系と、標本力の観察光^^光する対物レンズと、該対物レンズにより集光された観察光の偏光状態を変換するアナライザと、該アナライザを透過した観察光を撮像する撮像素子とを有する撮像光学系と、

該撮像光学系における観察光の偏光面の回転角の変化および観察光の P偏光と S偏光との位相差の変化を補償する偏光補償要素とを備え、

該偏光補償要素による補償量が、光軸に交差する方向に沿って変化する偏光顕微鏡。