WO2018092246A1

WO2018092246A1 - 標本観察装置

Info

Publication number: WO2018092246A1
Application number: PCT/JP2016/084153
Authority: WO
Inventors: 鈴木良政; 大平まゆみ
Original assignee: オリンパス株式会社
Priority date: 2016-11-17
Filing date: 2016-11-17
Publication date: 2018-05-24
Also published as: JP6784773B2; JPWO2018092246A1; US20190271644A1; US10983055B2

Abstract

位相差観察法を使わずに、無色透明な標本の像を取得できる標本観察装置を提供する。　標本観察装置１は、光源ユニット２と、照明光学系３と、検出光学系４と、光検出素子５と、画像処理装置６と、を備え、照明光学系３によって、照明光学系３と検出光学系４との間に光スポットが形成され、光源ユニット２から光検出素子５までの光路中に、光走査ユニット９が配置され、光走査ユニット９は、光スポットと標本７とを相対移動させ、照明光学系３と検出光学系４の少なくとも一方に光学部材１５が配置され、照明光学系３と検出光学系４は、照明光学系３の瞳の像が検出光学系４の瞳位置に形成されるように配置され、照明光学系３の瞳の像は、標本７で生じた屈折によって、検出光学系４の瞳に対して偏心し、照明光学系３、検出光学系４及び光学部材１５は、偏心によって、検出光学系４の瞳を通過する光量が変化するように構成されている。

Description

標本観察装置

　本発明は、無色透明な標本の像の観察や取得が可能な装置に関する。

　無色透明な標本の像の観察や取得が行える装置として、特許文献１に開示された装置がある。

　特許文献１の装置は、位相差対物レンズと、レーザ光源と、走査手段と、第１の検出器と、第２の検出器と、リングスリットと、を有する。第１の検出器は、標本面からの放射光を検出する。第２の検出器は、標本面からの透過光を検出する。

　特許文献１の装置では、光路中に、位相差対物レンズとリングスリットとが配置されている。よって、第２の検出器で検出する光学像は、位相差像になる。標本が蛍光色素で染色されている場合、標本から蛍光が発生する。よって、第１の検出器で検出する光学像は、蛍光像になる。

特開２０１０－５４６０１号公報

　特許文献１の装置では、位相差像が形成されるので、無色透明な標本の像の観察や取得が行える。位相差像の形成では、位相差観察法が用いられる。位相差観察法は、位相変調量の小さく薄い細胞でもコントラスト画像を得られる、という特徴を持つ。

　しかしながら、例えば、標本が厚みを有する細胞の場合、細胞の輪郭が白く輝くアーティファクトが発生する。輪郭が白く輝く現象はハローと呼ばれ、光学像の分解能を低下させる要因になる。ただし、ハローを減らすことは、理論的に困難であることが知られている（K. Yamamoto and A. Taira, J. Microsc. 129, 49 (1983) ）。

　本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、位相差観察法を使わずに、無色透明な標本の像を取得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、検出光学系と、光検出素子と、画像処理装置と、を備え、
　照明光学系と検出光学系とは、標本を挟んで対向して配置され、
　光源ユニットから出射した光は、照明光学系に入射し、
　照明光学系によって、照明光学系と検出光学系との間に光スポットが形成され、
　光源ユニットから光検出素子までの光路中に、走査手段が配置され、
　走査手段は、光スポットと標本とを相対移動させ、
　照明光学系と検出光学系の少なくとも一方に光学部材が配置され、
　照明光学系と検出光学系は、照明光学系の瞳の像が検出光学系の瞳位置に形成されるように配置され、
　照明光学系の瞳の像は、標本で生じた屈折によって、検出光学系の瞳に対して偏心し、
　照明光学系、検出光学系及び光学部材は、偏心によって、検出光学系の瞳を通過する光量が変化するように構成され、
　画像処理装置は、光検出素子の検出結果から、標本の画像を生成することを特徴とする。

　本発明によれば、位相差観察法を使わずに、無色透明な標本の像を取得できる標本観察装置を提供することができる。

本実施形態の標本観察装置を示す図である。第１例の走査手段を示す図である。第２例の走査手段を示す図である。第３例の走査手段を備えた標本観察装置を示す図である。共焦点基板の構造を示す図である。不透明な部材で構成された開口部材を示す図である。透明な部材で構成された開口部材を示す図である。標本位置における光の屈折の様子を示す図である。照明光学系の瞳の像と開口部材との関係を示す図である。標本位置における光の屈折の様子を示す図である。照明光学系の瞳の像と開口部材との関係を示す図である。標本位置における光の屈折の様子を示す図である。検出光学系の瞳と開口部材の像との関係を示す図である。検出光学系の瞳を通過する光束の様子を示す図である。標本位置における光の屈折の様子を示す図である。検出光学系の瞳と開口部材の像との関係を示す図である。検出光学系の瞳を通過する光束の様子を示す図である。ずれ量Δと瞳投影レンズの瞳を通過する光束の量Ｉとの関係を示すグラフである。対物レンズの瞳に対する開口部材の像のずれを示す図である。本実施形態の別の標本観察装置を示す図である。透過部の透過率が連続的に変化している開口部材を示す図である。ずれ量Δと瞳投影レンズの瞳を通過する光束の量Ｉとの関係を示すグラフである。透過部の外側に遮光部が形成されている開口部材図である。透過部の外側に遮光部が形成されていない開口部材を示す図である。標本位置における光の屈折の様子を示す図である。対物レンズの瞳と開口部材の像との関係を示す図である。対物レンズの瞳を通過する光束の様子を示す図である。標本位置における光の屈折の様子を示す図である。対物レンズの瞳と開口部材の像との関係を示す図である。対物レンズの瞳を通過する光束の様子を示す図である。標本位置における光の屈折の様子を示す図である。対物レンズの瞳と開口部材の像との関係を示す図である。対物レンズの瞳を通過する光束の様子を示す図である。ずれ量Δ_H1と瞳投影レンズの瞳を通過する光束の量Ｉの関係を示すグラフである。対物レンズの瞳に対する開口部材の像のずれを示す図である。本実施形態の別の標本観察装置を示す図である。照明光の光強度分布を示す図である。照明側開口部材を示す図である。検出側開口部材を示す図である。別の開口部材の構成を示す図である。本実施形態の標本観察装置で取得した標本の画像である。位相差観察法で取得した標本の画像である。

　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、検出光学系と、光検出素子と、画像処理装置と、を備え、照明光学系と検出光学系とは、標本を挟んで対向して配置され、光源ユニットから出射した光は、照明光学系に入射し、照明光学系によって、照明光学系と検出光学系との間に光スポットが形成され、光源ユニットから光検出素子までの光路中に、走査手段が配置され、走査手段は、光スポットと標本とを相対移動させ、照明光学系と検出光学系の少なくとも一方に光学部材が配置され、照明光学系と検出光学系は、照明光学系の瞳の像が検出光学系の瞳位置に形成されるように配置され、照明光学系の瞳の像は、標本で生じた屈折によって、検出光学系の瞳に対して偏心し、照明光学系、検出光学系及び光学部材は、偏心によって、検出光学系の瞳を通過する光量が変化するように構成され、画像処理装置は、光検出素子の検出結果から、標本の画像を生成することを特徴とする。

　図１は、本実施形態の標本観察装置を示す図である。標本観察装置１は、光源ユニット２と、照明光学系３と、検出光学系４と、光検出素子５と、画像処理装置６と、を備える。標本観察装置１では、照明光学系３と検出光学系４とは、標本７を挟んで対向して配置されている。

　光源ユニット２は、点光源、又は、面光源を有する。点光源としては、例えば、レーザがある。面光源としては、例えば、ＬＥＤ、水銀ランプ、キセノンランプがある。

　面光源は、微小開口と共に用いられる。微小開口としては、例えば、ピンホールがある。面光源と微小開口の組み合わせによって、点光源から出射した光と実質的に同じ光が、光源ユニット２から出射する。

　光源ユニット２から出射した光（以下、「照明光」という）は、光線分離手段１０に入射する。光線分離手段１０では、入射した照明光が、透過光と反射光とに分かれて出射する。２つの光に分ける方法としては、光強度による分割、偏光方向の違いによる分割、波長の違いによる分割がある。

　光線分離手段１０で反射された照明光は、照明光学系３に入射する。照明光学系３によって、照明光学系３と検出光学系４との間に光スポットが形成される。照明光学系３と検出光学系４との間には、標本７が配置されている。光スポットの位置に標本７の位置を一致させることで、標本７を光スポットで照明することができる。

　光スポットが形成されるためには、照明光が、点光源から出射した光であれば良い。上述のように、光源ユニットで２から出射する光は、点光源から出射した光である。よって、標本観察装置１では、光スポットが形成される。

　標本観察装置１では、顕微鏡光学系が用いられている。よって、標本観察装置１では、照明光学系３として、顕微鏡対物レンズ８（以下、「対物レンズ８」という）が用いられている。

　上述のように、標本７は光スポットで照明される。この場合、標本７上の１点しか照明されない。標本７の全体を照明するためには、光スポットと標本７を相対移動させなくてはならない。光源ユニット２から光検出素子５までの光路中に、走査手段を配置することで、光スポットと標本７を相対移動させることができる。

　標本観察装置１では、走査手段として、光源ユニット２と照明光学系３との間の光路に、光走査ユニット９が配置されている。光走査ユニット９は、２つの光偏向素子で構成されている。光偏向素子としては、ガルバノメータスキャナ、ポリゴンスキャナ、音響光偏向素子がある。

　光走査ユニット９では、光走査ユニット９に入射した光が、直交する２方向、例えば、Ｘ方向とＹ方向に偏向される。このように、光走査ユニット９で、走査パターンが生成される。

　光走査ユニット９と対物レンズ８との間には、瞳投影光学系１１が配置されている。瞳投影光学系１１は、レンズ１２とレンズ１３とで構成されている。瞳投影光学系１１によって、光走査ユニット９と対物レンズ８の瞳とが共役になっている。

　２つの光偏向素子が近接している場合、一方の偏向素子の偏向面から他方の偏向素子の偏向面までの間の任意の位置が、対物レンズ８の瞳位置と共役になっている。２つの偏向素子の間にレンズが配置されている場合、一方の偏向素子の偏向面と他方の偏向素子の偏向面の両方が、対物レンズ８の瞳と共役になっている。

　光走査ユニット９で生成された走査パターンは、対物レンズ８の瞳に投影される。この走査パターンに基づいて、光スポットが標本７上を移動していく。このとき、光スポットだけが移動し、標本７は移動しない。

　このように、標本観察装置１では、光軸と直交する面内で、光スポットと標本７とが相対移動する。その結果、離散的又は連続的に、標本を光スポットで走査することができる。

　標本７を透過した光（以下、「結像光」という）は、検出光学系４に入射する。上述のように、本実施形態の標本観察装置では、照明光学系と検出光学系の少なくとも一方に光学部材が配置されていれば良い。標本観察装置１では、光学部材１５が検出光学系４に配置されている。

　検出光学系４は、瞳投影レンズ１４、光学部材１５、レンズ１６、及びレンズ１７を有する。瞳投影レンズ１４として、例えば、顕微鏡のコンデンサレンズを用いることができる。

　検出光学系４に入射した結像光は、瞳投影レンズ１４と光学部材１５を通過して、レンズ１６に入射する。レンズ１６に入射した結像光は、レンズ１７を通過して、光検出素子５の受光面に到達する。

　標本観察装置１では、瞳投影レンズ１４の瞳位置と光検出素子５の位置とは、共役になっていない。瞳投影レンズ１４の瞳位置と光検出素子５の位置とを共役にしても良い。上述のように、光走査ユニット９と対物レンズ８の瞳位置とが共役になっている。更に、対物レンズ８の瞳位置と瞳投影レンズ１４の瞳位置とが共役になっている。瞳投影レンズ１４の瞳位置と光検出素子５の位置とを共役にすることで、光走査ユニット９と光検出素子５の位置とを共役にすることができる。

　光走査ユニット９では、照明光の偏向が行われる。この偏向では、照明光と光軸とのなす角が変化する。ただし、光軸と直交する面内では、照明光の位置は変化しない。光走査ユニット９と光検出素子５の位置とが共役にしておくと、光検出素子５では、受光面に入射する結像光の入射角度は変化するが、受光面における入射位置は変化しなくなる。

　光検出素子５では、光電変換が行われる。結像光は電気信号に変換され、これにより、標本７の画像信号が生成される。標本７の画像信号は、画像処理装置６に入力される。画像処理装置６では、様々な処理が行われる。

　標本観察装置１では、照明光学系３と検出光学系４は、照明光学系３の瞳の像が検出光学系４の瞳位置に形成されるように配置されている。よって、対物レンズ８の瞳の像が、瞳投影レンズ１４の瞳位置に形成される。このように、標本観察装置１では、対物レンズ８の瞳位置と瞳投影レンズ１４の瞳位置とが共役になっている。

　よって、標本観察装置１では、照明光学系３の瞳の像は、標本７で生じた屈折によって、検出光学系４の瞳に対して偏心する。そして、照明光学系３、検出光学系４及び光学部材１５は、偏心によって、検出光学系４の瞳を通過する光量が変化するように構成されている。

　このように、本実施形態の標本観察装置では、標本における形状の変化（傾斜の変化）が、照明光学系の像のずれの変化に変換される。そして、照明光学系の像のずれの変化によって、検出光学系の瞳を通過する光束の量に変化が生じる。すなわち、標本における形状の変化を明暗の変化として検出できる。その結果、標本が無色透明であっても、陰影のある標本像を得ることができる。

　しかも、本実施形態の標本観察装置では、変調コントラスト法のように変調器を用いる必要がない。そのため、変調器に対する開口部材の位置調整が不要になる。その結果、開口部材の位置調整が簡素になる。更に、変調器を用いないことで、対物レンズは明視野観察法の対物レンズを使用できる。よって、同じ対物レンズで、様々な観察方法（例えば、明視野観察や、蛍光観察や、偏光観察等の観察方法）が手軽に行える。

　本実施形態の標本観察装置は、標本からの放射光を検出するための第２の光検出素子を更に備え、第２の光検出素子で蛍光の検出を行うことが好ましい。

　標本７に照明光が照射されると、標本７で反射光が生じる。また、標本が蛍光染色されている場合、標本７から蛍光が発生する。よって、これらの光を用いて光学像を形成することができる。

　反射光や蛍光の一部は、照明光学系３に入射する。照明光学系３に入射した光は、瞳投影光学系１１と光走査ユニット９を通過して、光線分離手段１０に入射する。

　光線分離手段１０に入射した光は、光線分離手段１０を通過して、共焦点レンズ１８で集光される。集光位置には、共焦点ピンホール１９が配置されている。共焦点ピンホール１９を通過した光は、光検出器２０で検出される。

　光検出器２０は、第２の光検出素子である。光検出器２０では、標本７から反射した光や蛍光が検出される。よって、標本７の反射像や標本７の蛍光像を得ることができる。

　光検出器２０では、光電変換が行われる。共焦点ピンホール１９を通過した光は電気信号に変換され、これにより、標本７の画像信号が生成される。この時の画像信号は、共焦点画像の信号である。

　本実施形態の標本観察装置では、光検出器２０を備えているので、一度の照明で、陰影のある標本像と蛍光像とを、観察することが可能である。また、陰影のある標本像の画像と蛍光像の画像とを重ね合わせることで、２つの像を同時に観察することができる。この場合、２つの画像を正確に重ね合わせることが可能である。

　標本観察装置１では、走査手段として、２つの光偏向素子が用いられている。しかしながら、走査手段はこれに限られない。別の走査手段について説明する。

　第１例の走査手段について説明する。図２Ａは、第１例の走査手段を示す図である。第１例の走査手段では、一方の方向の走査を光スポットの移動で行い、他方の方向の走査をステージの移動で行う。よって、第１例の走査手段では、光スポットと標本が共に移動する。

　第１例の走査手段では、光源ユニットと照明光学系との間の光路に、光走査ユニットが配置されている。光走査ユニットは、１つの光偏向素子で構成されている。また、保持部材３１上に、移動ステージ３２が載置されている。標本は、移動ステージ３２上に載置されている。

　第１例の走査手段では、光偏向素子によって、照明光３０をＸ方向に移動させる。また、移動ステージ３２によって、標本をＹ方向に移動させる。このようにすることで、離散的又は連続的に、標本を光スポットで走査することができる。

　第２例の走査手段について説明する。図２Ｂは、第２例の走査手段を示す図である。第２例の走査手段では、一方の方向の走査と他方の方向の走査を、共にステージの移動で行う。よって、第２例の走査手段では、光スポットは移動せず、標本のみが移動する。

　第２例の走査手段では、保持部材３１上に、移動ステージ３２と移動ステージ３３とが載置されている。標本は、移動ステージ３３上に載置されている。光源ユニットと照明光学系との間の光路に、光走査ユニットは配置されていない。

　第２例の走査手段では、照明光３０は移動しない。その代わりに、移動ステージ３２によって標本をＹ方向に移動させると共に、移動ステージ３３によって標本をＸ方向に移動させる。このようにすることで、離散的又は連続的に、標本を光スポットで走査することができる。

　第３例の走査手段について説明する。図３は、第３例の走査手段を備えた標本観察装置を示す図である。図１と同じ構成には、図１と同じ番号を付し、説明は省略する。

　標本観察装置４０は、光源ユニット４１と、照明光学系３と、検出光学系４と、光検出素子５と、画像処理装置６と、を備える。標本観察装置４０は、第３例の走査手段として、共焦点基板４２を有する。共焦点基板４２は、光源ユニット４１と照明光学系３との間の光路に、配置されている。

　光源ユニット４１は、点光源、又は、面光源を有する。光源ユニット４１から出射した光は、点光源から出射した光と面光源から出射した光のどちらでも良い。ここでは、光源ユニット４１から出射した光は、点光源から出射した光とする。

　光源ユニット４１から出射した光は、コリメータレンズ４４により、略平行な光となる。略平行になった光は、ビームスプリッタ４５で反射されて、共焦点基板４２に照射される。共焦点基板４２は、モータ（不図示）によって、軸４３の周りに回転可能になっている。

　図４は、共焦点基板の構造を示す図である。共焦点基板４２は円形の平板であって、遮光部４２ａと透過部４２ｂとを備えている。遮光部４２ａは不透明な部材、例えば、金属板で構成されている。透過部４２ｂは金属板に形成された空隙（孔）である。

　共焦点基板４２は、例えば、ガラス板や樹脂板で構成されていても良い。遮光部４２ａは、例えば、遮光塗料をガラス板上に塗布することで形成されている。一方、透過部４２ｂには何も塗布されていない。よって、透過部４２ｂはガラス板そのものである。

　透過部４２ｂの大きさは、非常に小さい。よって、透過部４２ｂからは、点光源から出射した光と実質的に同じ光が出射する。また、透過部４２ｂは、複数形成されている。共焦点基板４２に照射される光の径は、複数の透過部４２ｂを含むように設定されている。そのため、共焦点基板４２の複数の箇所から、点光源から出射した光と実質的に同じ光が出射する。

　共焦点基板４２から出射した光は、結像レンズ４６を通過して、対物レンズ８に入射する。対物レンズ８に入射した光は、標本７に照射される。標本観察装置４０では、共焦点基板４２の位置と標本７の位置とが共役になっている。そのため、標本７上に、複数の光スポットが生成される。

　上述のように、共焦点基板４２は、軸４３の周りに回転可能になっている。共焦点基板４２を回転させると、標本７上に形成された複数の光スポットが移動する。その結果、連続的に、標本を光スポットで走査することができる。

　標本７を透過した光は、検出光学系４を介して、光検出素子５の受光面に入射する。標本観察装置４０では、標本７上に、複数の光スポットが生成される。よって、光検出素子５の位置は、標本７の位置と共役になっている。

　標本７で反射された光や、標本７で発生した蛍光は、対物レンズ８、結像レンズ４６を通過して、共焦点基板４２に入射する。これらの光は、透過部４２ｂとビームスプリッタ４５を通過して、レンズ４７で集光される。

　集光位置には、光検出器４８が配置されている。レンズ４７で集光された光は、光検出器４８で検出される。透過部４２ｂは、ピンホールと見なすことができる。よって、光検出器４８から、共焦点画像の信号が得られる。

　光学部材１５について説明する。光学部材１５は、遮光部又は減光部と、透過部と、を有する開口部材である。開口部材の構造について説明する。

　開口部材の構成を図５Ａ、図５Ｂに示す。図５Ａは不透明な部材で構成された開口部材を示し、図５Ｂは透明な部材で構成された開口部材を示している。

　図５Ａに示すように、開口部材５０は、遮光部５０ａ１と透過部５０ｂとを有する。更に、開口部材５０は遮光部５０ａ２を有する。遮光部５０ａ１と５０ａ２は不透明な部材、例えば、金属板で構成されている。透過部５０ｂは金属板に形成された空隙（孔）である。

　開口部材５０では、遮光部５０ａ１を保持するために、遮光部５０ａ１と遮光部５０ａ２との間に接続部５０ａ３が３つ形成されている。そのため、透過部５０ｂは３つに分かれている。透過部５０ｂの各々の形状は略扇状（離散的な輪帯形状）になっている。なお、接続部５０ａ３の数は３つに限定されない。

　開口部材５０は、遮光部５０ａ１が照明光学系の光軸を含むように配置されている。また、遮光部５０ａ１の外縁５０ｃは、照明光学系の光軸から所定の距離だけ離れた位置にある。よって、開口部材５０に入射した照明光は、光束の中心が遮光部５０ａ１によって遮光される。ここで、遮光部５０ａ１と透過部５０ｂとの境が、遮光部５０ａ１の外縁５０ｃになる。

　遮光部５０ａ２は、遮光部５０ａ１や透過部５０ｂよりも外側（光軸から離れる方向）に位置している。ここで、透過部５０ｂと遮光部５０ａ２との境が、遮光部５０ａ２の内縁５０ｄになる。

　透過部５０ｂは、遮光部５０ａ１の外縁５０ｃよりも外側に位置している。ここで、遮光部５０ａ１と透過部５０ｂとの境が、透過部５０ｂの内縁になる。また、透過部５０ｂと遮光部５０ａ２との境が、透過部５０ｂの外縁になる。よって、５０ｃは、遮光部５０ａ１の外縁と透過部５０ｂの内縁とを示し、５０ｄは、遮光部５０ａ２の内縁と透過部５０ｂの外縁とを示している。

　遮光部５０ａ１、５０ａ２及び接続部５０ａ３では、表面の反射率が低く抑えられている。よって、遮光部５０ａ１、５０ａ２及び接続部５０ａ３では、光の反射がほとんど生じない。開口部材５０に金属板が用いられた場合、遮光部５０ａ１、５０ａ２及び接続部５０ａ３には、反射防止処理、例えば、黒メッキ処理が施されている。

　結像光は、光学部材１５、例えば、開口部材５０に入射する。以下、５０ａ１を例に説明する。結像光の一部は、遮光部５０ａ１に照射される。この照射によって、遮光部５０ａ１では、反射光が生じる。

　結像光は標本７を透過した光なので、光強度が大きい。遮光部５０ａ１の反射率が高いと、遮光部５０ａ１で発生した反射光の光強度も大きくなる。この場合、強度の大きな反射光が標本７面に戻される。この光はフレアになる。

　更に、時間的コヒーレンスの高い光源、例えば、レーザを用いた場合、標本面で、照明光と遮光部５０ａ１からの反射光とが干渉する。その結果、標本７面に干渉縞が発生する。そのため、標本７の像に干渉縞の影響がでてしまう。遮光部５０ａ１における反射率を低くすることで、遮光部５０ａ１で生じる反射光の光強度を小さくすることができる。その結果、フレアの発生や干渉縞の発生を抑制することができる。

　また、図５Ｂに示すように、開口部材５０’は、遮光部５０’ａ１と透過部５０’ｂとを有する。更に、開口部材５０’は遮光部５０’ａ２を有する。遮光部５０’ａ１、５０’ａ２及び透過部５０’ｂは透明な部材、例えば、ガラス板や樹脂板で構成されている。遮光部５０’ａ１と５０’ａ２は、例えば、遮光塗料をガラス板上に塗布することで形成されている。一方、透過部５０’ｂには何も塗布されていない。よって、透過部５０’ｂはガラス板そのものである。

　開口部材５０’では、透過部５０’ｂの形状は円環になっている。これは、遮光部５０’ａ２を保持する必要が無いからである。そのため、開口部材５０’では、遮光部５０’ａ１と遮光部５０’ａ２との間に接続部は形成されていない。

　なお、開口部材５０’と開口部材５０との主な違いは、材料と接続部の有無である。よって、遮光部５０’ａ１、５０’ａ２及び透過部５０’ｂについての詳細な説明は省略する。

　なお、開口部材５０の遮光部５０ａ２と接続部５０ａ３や開口部材５０’の遮光部５０’ａ２は、必ずしも必要ではない。例えば、照明光の光束径（直径）を、透過部５０ｂの外縁や透過部５０’ｂの外縁と一致させるようにすれば良い。

　以上のように、開口部材５０、５０’は遮光部５０ａ１、５０’ａ１と透過部５０ｂ、５０’ｂとを備えている。よって、開口部材５０、５０’からは、略円環状又は円環状（以下、適宜、「円環状」という）の照明光が出射する。

　本実施形態の標本観察装置では、検出光学系が光学部材を有し、光学部材は、遮光部又は減光部と、透過部と、を有する開口部材であって、開口部材は、遮光部又は減光部が検出光学系の光軸を含むように配置され、透過部は、遮光部又は減光部の外縁よりも外側に位置し、透過部の内縁と透過部の外縁との間に、照明光学系の瞳の外縁の像が形成されることが好ましい。

　光学部材１５によって生じる作用について説明する。本実施形態の標本観察装置では、照明光学系と検出光学系の少なくとも一方に光学部材が配置されている。ここでは、検出光学系に光学部材が配置されている場合について説明する。光学部材には、図５Ｂに示した開口部材５０’が用いられている。

　開口部材５０’は、遮光部５０’ａ１と、遮光部５０’ａ２と、透過部５０’ｂと、を有する。開口部材５０’は、遮光部５０’ａ１が検出光学系４の光軸を含むように配置されている。透過部５０’ｂは、遮光部５０’ａ１の外縁よりも外側に位置している。

　図６Ａは標本位置における光の屈折の様子を示す図、図６Ｂは照明光学系の瞳の像と開口部材との関係を示す図である。図６Ａと図６Ｂは、標本が存在しない場合を示している。標本が存在しない場合には、標本は存在するものの、その表面が平坦になっている場合が含まれる。

　図７Ａは標本位置における光の屈折の様子を示す図、図７Ｂは照明光学系の瞳の像と開口部材との関係を示す図である。図７Ａと図７Ｂは、標本が存在する場合を示している。標本が存在する場合とは、標本の表面が傾斜している（非平坦になっている）場合である。よって、標本は存在するものの、その表面が平坦になっている場合は、標本が存在する場合に含まれない。

　標本が存在しない場合、図６Ａに示すように、保持部材５５へ入射する光と保持部材５５から出射する光とは、光の進行方向が同じになる。その結果、瞳投影レンズ１４の瞳位置、すなわち、光学部材１５の位置に形成される対物レンズの瞳の像は、図６Ｂに示すようになる。なお、符号５８で示す円（円周）は対物レンズの外縁像で、円（円周）の内側が対物レンズの瞳の像になる。

　図６Ｂに示すように、透過部５６の形状は円環で、遮光部５７の形状は円で、外縁像５８の形状は円である。そして、透過部５６と、遮光部５７と、外縁像５８とが同心状になっている。また、透過部５６の中心と、遮光部５７の中心と、外縁像５８の中心とは一致している。

　ここで、透過部５６の中心とは、透過部の外縁５６ａを形作る円の中心のことである（透過部５６は円環なので、透過部５６の中心は、透過部の内縁５６ｂを形作る円の中心でもある）。

　外縁像５８は、透過部の内縁５６ｂよりも外側（光軸から離れる方向）に位置すると共に、透過部の外縁５６ａよりも内側（光軸に近づく方向）に位置している。このように、本実施形態の標本観察装置では、透過部の内縁５６ｂと透過部の外縁５６ａとの間に、対物レンズの瞳の外縁像５８が形成される。

　ここで、外縁像５８よりも外側の光は、対物レンズ８から出射しないので、透過部５６を通過しない。よって、透過部５６を通過する光束の領域は、透過部の内縁５６ｂから外縁像５８までの間の領域になる。そして、この領域全体の面積が、標本像の明るさに対応する。

　一方、標本が存在する場合、図７Ａに示すように、保持部材５５へ入射する光と保持部材５５から出射する光とは、光の進行方向が異なる。その結果、光学部材１５の位置に形成される対物レンズの瞳の像は、図７Ｂに示すようになる。図７Ｂにおいても、符号５８で示す円（円周）は外縁像で、円（円周）の内側が対物レンズの瞳の像になる。

　図７Ｂに示すように、透過部５６の形状は円環で、遮光部５７の形状は円で、外縁像５８の形状は円である。ただし、透過部５６及び遮光部５７と、外縁像５８とは同心状になっていない。また、透過部５６の中心及び遮光部５７の中心と、外縁像５８の中心とは一致していない。すなわち、透過部５６の中心及び遮光部５７の中心に対して、外縁像５８の中心は紙面内の左方向にずれている。

　図７Ｂにおいても、外縁像５８よりも外側の光は、対物レンズ８から出射しないので、透過部５６を通過しない。よって、透過部５６を通過する光束の領域は、透過部の内縁５６ｂから外縁像５８までの間の領域になる。そして、この領域全体の面積が、標本像の明るさに対応する。

　ここで、外縁像５８は、透過部の内縁５６ｂよりも外側に位置している。言い換えると、図７Ｂでは、遮光部５７は、外縁像５８の内側に位置している。これは、標本の表面の傾斜が小さいからである。一方、標本が存在しない場合でも、遮光部５７は、外縁像５８の内側に位置している。そのため、標本が存在する場合であっても、標本の表面の傾斜が小さいと、標本像の明るさは、標本が存在しない場合と同じになる。

　しかしながら、標本の表面の傾斜が更に大きくなると、透過部５６の中心に対する外縁像５８の中心のずれが更に大きくなる。この場合、外縁像５８の一部が、透過部の内縁５６ｂよりも内側に位置するようになる。また、外縁像５８の一部が、透過部の外縁５６ａよりも外側に位置するようになる。言い換えると、外縁像５８の一部が、遮光部５７の内側に位置する。その結果、透過部５６を通過する光束の領域は大きく変化する。すなわち、標本が存在しない場合と、標本像の明るさが異なる。

　このように、標本観察装置１では、照明光学系の瞳の偏心した量に応じて、光学部材１５を通過する光量が増加する。

　以上のように、本実施形態の標本観察装置では、標本における形状の変化が、照明光学系の瞳の像のずれの変化に変換される。そして、照明光学系の瞳の像のずれの変化によって、検出光学系に設けた透過部を通過する光束の量に変化が生じる。すなわち、標本における形状の変化を結像光の明暗の変化として検出できる。その結果、標本が無色透明であっても、陰影のある標本像を得ることができる。

　本実施形態の標本観察装置では、照明光学系が対物レンズを有し、検出光学系が瞳投影レンズを有し、以下の条件式（１）を満たすことが好ましい。
　（Ｒill×β－Ｒ0）／（Ｒ1－Ｒill×β）＜１　　　（１）
　ここで、
　Ｒ0は、検出光学系の光軸から透過部の内縁までの長さ、
　Ｒ1は、検出光学系の光軸から透過部の外縁までの長さ、
　Ｒillは、照明光学系の瞳の半径、
　βは、瞳投影レンズの焦点距離を対物レンズの焦点距離で割った値、
である。

　条件式（１）を満足することで、標本における形状の変化を明暗の変化として検出できる。その結果、標本が無色透明であっても、陰影のある標本像を得ることができる。

　なお、（Ｒill×β－Ｒ0）が大きくなりすぎると、条件式（１）を満足しなくなる。この場合、遮光部の大きさが小さくなりすぎる。そのため、標本像の明るさが変化しない状態が長くなってしまう。この場合、標本における細やかな形状の変化を、明暗の変化として検出することが難しくなる。

　また、（Ｒ1－Ｒill×β）が小さくなり過ぎると、条件式（１）を満足しなくなる。この場合、透過部の外縁から外縁像までの間隔が狭くなりすぎる。照明光学系の瞳の像のずれが大きくなると、外縁像よりも内側に円環状の遮光部（例えば、図５Ｂの遮光部５０ｂ’）が位置するようになる。そのため、対物レンズの瞳を通過する光束が少なくなる。その結果、標本像が暗くなる。

　本実施形態の標本観察装置では、照明光学系が対物レンズを有し、検出光学系が瞳投影レンズを有し、以下の条件式（２）、（３）を満たすことが好ましい。
　０．７≦Ｒ0／（Ｒill×β）＜１　　　（２）
　１＜Ｒ1／（Ｒill×β）≦２　　　（３）
　ここで、
　Ｒ0は、検出光学系の光軸から透過部の内縁までの長さ、
　Ｒ1は、検出光学系の光軸から透過部の外縁までの長さ、
　Ｒillは、照明光学系の瞳の半径、
　βは、瞳投影レンズの焦点距離を対物レンズの焦点距離で割った値、
である。

　条件式（２）の下限値を下回ると、透過部の内縁から外縁像までの間隔が広くなり過ぎる。この場合、照明光学系の瞳の像のずれが０の場合と０でない場合とで、瞳投影レンズの瞳を通過する光束の量に差がつきにくくなくなる。そのため、標本における形状の変化を、明暗の変化として検出することが困難になる。その結果、陰影のある標本像を得ることが困難になる。あるいは、標本像のコントラストが悪くなってしまう。

　条件式（２）の上限値を上回ると、透過部が、常に対物レンズの瞳の像の外側に位置する。そのため、標本における形状の変化を、明暗の変化として検出することができない。よって、条件式（２）の上限値を上回ることはない。

　条件式（３）の下限値を下回ると、透過部が、対物レンズの瞳の像の内側に位置する。そのため、標本における形状の変化を、明暗の変化として検出することが困難になる。よって、条件式（３）の下限値を下回ることはない。

　条件式（３）の上限値を上回らないようにすることで、透過部よりも外側の部分を通過する光束を少なくできる。そのため、フレアやゴーストの発生を防止できる。

　なお、条件式（２）に代えて、以下の条件式（２’）を満足すると良い。
　０．８≦Ｒ0／（Ｒill×β）＜１　　　（２’）
　さらに、条件式（２）に代えて、以下の条件式（２”）を満足するとなお良い。
　０．９≦Ｒ0／（Ｒill×β）＜１　　　（２”）

　なお、条件式（３）に代えて、以下の条件式（３’）を満足すると良い。
　１＜Ｒ1／（Ｒill×β）≦１．５　　　（３’）
　さらに、条件式（３）に代えて、以下の条件式（３”）を満足するとなお良い。
　１＜Ｒ1／（Ｒill×β）≦１．３　　　（３”）

　本実施形態の標本観察装置は、以下の条件式（４）を満たすことが好ましい。
　Ｔin＜Ｔout　　　（４）
　ここで、
　Ｔinは、透過部の内縁近傍における透過率、
　Ｔoutは、透過部の外側近傍における透過率、
である。

　条件式（４）を満足することで、照明光学系の瞳の像のずれが変化しても光束の量Ｉが変化しない状態を少なくすることができる。その結果、標本におけるより細やかな形状の変化を、明暗の変化として検出することができる。

　以上、検出光学系に光学部材が配置されている場合について説明した。ただし、光学部材は、照明光学系に配置されていても良い。照明光学系に光学部材が配置されている場合について説明する。光学部材には、図５Ｂに示した開口部材５０’が用いられている。

　図８Ａは標本位置における光の屈折の様子を示す図、図８Ｂは検出光学系の瞳と開口部材の像との関係を示す図、図８Ｃは検出光学系の瞳を通過する光束の様子を示す図である。図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃは、標本が存在しない場合を示している。標本が存在しない場合には、標本は存在するものの、その表面が平坦になっている場合が含まれる。

　図９Ａは標本位置における光の屈折の様子を示す図、図９Ｂは検出光学系の瞳と開口部材の像との関係を示す図、図９Ｃは検出光学系の瞳を通過する光束の様子を示す図である。図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃは、標本が存在する場合を示している。標本が存在する場合とは、標本の表面が傾斜している（非平坦になっている）場合である。よって、標本は存在するものの、その表面が平坦になっている場合は、標本が存在する場合に含まれない。

　標本が存在しない場合、図８Ａに示すように、保持部材５５へ入射する光と保持部材５５から出射する光とは、光の進行方向が同じになる。その結果、瞳投影レンズ１４の瞳位置に形成される開口部材の像は、図８Ｂに示すようになる。なお、符号６２で示す円（円周）は瞳投影レンズの瞳の外縁で、円（円周）の内側が瞳投影レンズの瞳になる。

　図８Ａに示すように、透過部の像６０の形状は円環で、遮光部の像６１の形状は円で、外縁６２の形状は円である。そして、透過部の像６０と、遮光部の像６１と、外縁６２とが同心状になっている。また、透過部の像６０の中心と、遮光部の像６１の中心と、外縁６２の中心とは一致している。遮光部の像６１は、例えば、開口部材５０や開口部材５０’における遮光部５０ａ１や５０’ａ１の像である。

　ここで、透過部の像６０の中心とは、透過部の外縁の像６０ａを形作る円の中心のことである（透過部の像６０は円環なので、透過部の像６０の中心は、透過部の内縁の像６０ｂを形作る円の中心でもある）。

　そして、透過部の内縁の像６０ｂは、外縁６２よりも内側（光軸に近づく方向）に位置している。また、透過部の外縁の像６０ａは、外縁６２の外縁よりも外側（光軸から離れる方向）に位置している。このように、本実施形態の標本観察装置では、外縁６２よりも内側に、透過部の内縁の像６０ｂが形成され、外縁６２よりも外側に、透過部の外縁の像６０ａが形成される。

　ここで、外縁６２よりも外側の光は、瞳投影レンズの瞳を通過しない（瞳投影レンズから出射しない）。よって、瞳投影レンズの瞳を通過する光束の領域は、図８Ｃに示すように、透過部の内縁の像６０ｂから外縁６２までの間の領域になる。そして、この領域全体の面積が、標本像の明るさに対応する。

　一方、標本が存在する場合、図９Ａに示すように、保持部材５５へ入射する光と保持部材５５から出射する光とは、光の進行方向が異なる。その結果、瞳投影レンズの瞳位置に形成される開口部材の像は、図９Ｂに示すようになる。なお、図９Ｂにおいても、符号６２で示す円（円周）は対物レンズの瞳の外縁で、円（円周）の内側が対物レンズの瞳になる。

　図９Ｂに示すように、透過部の像６０の形状は円環で、遮光部の像６１の形状は円で、外縁６２の形状は円である。ただし、透過部の像６０及び遮光部の像６１と、外縁６２とは同心状になっていない。また、透過部の像６０の中心及び遮光部の像６１の中心と、外縁６２の中心とは一致していない。すなわち外縁６２の中心に対して、透過部の像６０の中心及び遮光部の像６１の中心は紙面内の左方向にずれている。

　また、瞳投影レンズの瞳を通過する光束の領域は、図９Ｃに示すように、透過部の内縁の像６０ｂから外縁６２までの間の領域になる。そして、この領域全体の面積が、標本像の明るさに対応する。

　ここで、図９Ｂでは、透過部の内縁の像６０ｂは、外縁６２の内側に位置している。言い換えると、図９Ｂでは、遮光部の像６１は、外縁６２の内側に位置している。これは、標本の表面の傾斜が小さいからである。一方、標本が存在しない場合でも、遮光部の像６１は、外縁６２の内側に位置している。そのため、標本が存在する場合であっても、標本の表面の傾斜が小さいと、標本像の明るさは、標本が存在しない場合と同じになる。

　しかしながら、標本の表面の傾斜が更に大きくなると、瞳投影レンズの瞳の中心に対する透過部の像６０の中心のずれ（以下、適宜、「透過部の像のずれ」という）が更に大きくなる。この場合、後述（図１０Ｂ）するように、透過部の内縁の像６０ｂの一部が、外縁６２よりも外側に位置するようになる。また、透過部の外縁の像６０ａの一部が、外縁６２よりも内側に位置するようになる。言い換えると、遮光部の像６１の一部が、外縁６２の外側に位置する。その結果、瞳投影レンズの瞳を通過する光束の領域は大きく変化する。すなわち、標本が存在しない場合と、標本像の明るさが異なる。

　このように、本実施形態の標本観察装置では、標本における形状の変化（傾斜の変化）が、透過部の像のずれの変化に変換される。そして、透過部の像のずれの変化によって、瞳投影レンズの瞳を通過する光束の量に変化が生じる。すなわち、標本における形状の変化を明暗の変化として検出できる。その結果、標本が無色透明であっても、陰影のある標本像を得ることができる。

　照明光学系に光学部材が配置されている場合、瞳投影レンズの瞳に対して、光学部材の像、すなわち、開口部材の像がずれる。ずれ量Δを、瞳投影レンズの瞳に対する開口部材の像のずれ量とし、面積Ｓを、瞳投影レンズの瞳を通過する光束の面積とする。ずれ量Δを変化させると、面積Ｓも変化する。図１０Ａは、ずれ量Δと面積Ｓとの関係を示すグラフである。図１０Ｂは、対物レンズの瞳に対する開口部材の像のずれを示す図である。

　図１０Ａでは、Ｒ’0×β＝０．９７×ＲPL、Ｒ’1×β＝１．１５×ＲPLで、計算を行っている。ここで、
　Ｒ’0は、照明光学系の光軸から透過部の内縁までの長さ、
　Ｒ’1は、照明光学系の光軸から透過部の外縁までの長さ、
　ＲPLは、瞳投影レンズの瞳の半径、
　βは、瞳投影レンズの焦点距離を対物レンズの焦点距離で割った値、
である。

　また、透過部の透過率は１００％にしている。また、図１０Ａにおいて、横軸の数値は、ずれ量Δを瞳投影レンズの瞳の半径ＲPLで規格化している。また、縦軸の数値は、ずれ量Δが０のときの面積（π（ＲPL^２－（Ｒ0×β）^２））で規格化している。

　なお、面積Ｓは瞳投影レンズの瞳を通過する光束の範囲を示している。よって、面積Ｓは光束の量Ｉに置き換えることができる。そこで、図１０Ａでは、縦軸の変数としてＩを用いている。

　標本が存在しない場合（あるいは、標本の表面が平坦な場合）、ずれ量Δは０である。この場合、対物レンズの瞳と開口部材の像との関係は、図１０Ｂの（Ａ）のようになる。よって、矢印Ａで示すように、光束の量Ｉは１になる。

　次に、標本が存在する場合、ずれ量Δは０でない。ここで、標本の表面の傾斜が小さいと、瞳投影レンズの瞳と開口部材の像との関係は、図１０Ｂの（Ｂ）のようになる。しかしながら、図１０Ｂの（Ａ）と図１０Ｂの（Ｂ）とでは、遮光部の像の位置は瞳投影レンズの瞳内において異なっているものの、どちらも、瞳投影レンズの瞳の外縁の内側に遮光部の像が位置している。そのため、矢印Ｂで示すように、光束の量Ｉは１になる。

　一方、標本の表面の傾斜が大きいと、瞳投影レンズの瞳と開口部材の像との関係は、図１０Ｂの（Ｃ）のようになる。この場合、遮光部の像の一部が瞳投影レンズの瞳の外側に位置する状態になる。そのため、矢印Ｃで示すように、光束の量Ｉは１よりも大きくなる。

　このように、本実施形態の標本観察装置では、矢印Ｂから矢印Ｃまでの間で、ずれ量Δの変化に応じて光束の量Ｉが変化する。そのため、本実施形態の標本観察装置によれば、標本における形状の変化を明暗の変化として検出できる。その結果、標本が無色透明であっても、陰影のある標本像を得ることができる。

　なお、「瞳投影レンズの瞳の外縁よりも内側に、透過部の内縁の像が形成される」には、図１０Ｂの（Ｂ）で示すように、瞳投影レンズの瞳の外縁よりも内側に、透過部の内縁の像が全部含まれる場合のみならず、図１０Ｂの（Ｃ）で示すように、透過部の内縁の像が一部含まれる場合も含まれる。

　本実施形態の標本観察装置では、光源と走査手段の間に、光束径を変化させる光学素子を配置されていることが好ましい。

　本実施形態の別の標本観察装置について説明する。図１１は、本実施形態の別の標本観察装置を示す図である。図１と同じ構成には、図１と同じ番号を付し、説明は省略する。

　標本観察装置７０は、光源ユニット７１と、光束径変更部材７２と、を有する。標本観察装置７０では、検出光学系４が光学部材１５を有している。光学部材１５は、遮光部又は減光部と、透過部と、を有する開口部材である。

　標本観察装置７０では、透過部の内縁と透過部の外縁との間に、照明光学系の瞳の外縁の像が形成される。よって、標本における形状の変化を、照明光学系の瞳の像のずれの変化に変換することができる。

　照明光は、照明光学系の瞳を通過する。以下の説明では、照明光学系の瞳の外縁を、照明光束の外縁に置き換えて説明する。標本における形状の変化が、照明光学系の瞳の像のずれの変化に変換されるためには、透過部の内縁と透過部の外縁との間に、照明光束の外縁の像が形成されれば良いことになる。

　標本観察装置７０では、顕微鏡光学系が用いられている。よって、対物レンズ８として、乾燥系の顕微鏡対物レンズや、液浸系の顕微鏡対物レンズが用いられる。乾燥系の顕微鏡対物レンズが用いられた状態を第１の状態とし、液浸系の顕微鏡対物レンズが用いられた状態を第２の状態とする。

　第１の状態で、透過部の内縁と透過部の外縁との間に、照明光束の外縁の像が形成されているとする。第１の状態から第２の状態に変更すると、対物レンズ８が、乾燥系の顕微鏡対物レンズから液浸系の顕微鏡対物レンズに変わる。

　通常、液浸系の顕微鏡対物レンズの開口数は、乾燥系の顕微鏡対物レンズの開口数よりも大きい。そのため、光源ユニット７１から出射する照明光束の径が、第１の状態における光束径のままだと、第２の状態では、照明光学系の瞳の外縁の像は、透過部の内縁と透過部の外縁との間に形成されなくなる。その結果、第２の状態では、標本における形状の変化を、照明光学系の瞳の像のずれの変化に変換することが困難になる。

　標本観察装置７０では、光源ユニット７１から光線分離手段１０までの間の光路において、光束径変更部材７２の光路への挿入が可能になっている。光束径変更部材７２は、開口部を有する。開口部の大きさは、第１の状態において光源ユニット７１から出射する照明光束の径よりも小さく設定されている。

　第１の状態から第２の状態への変更に伴い、光束径変更部材７２を光路中に挿入する。これにより、光源ユニット７１から出射する照明光束の径を、第１の状態における照明光束の径よりも小さくすることができる。これにより、第２の状態でも、照明光学系の瞳の外縁の像は、透過部の内縁と透過部の外縁との間に形成される。その結果、第２の状態でも、標本における形状の変化を、照明光学系の瞳の像のずれの変化に変換することが可能になる。

　以上、対物レンズ８が、乾燥系の顕微鏡対物レンズから液浸系の顕微鏡対物レンズに変わった場合について説明したが、これに限られない。照明光学系の開口数の変更に合わせて、光源ユニット７１から出射する照明光束の径が変化できれば良い。また、検出光学系の開口数の変更に合わせて、光源ユニット７１から出射する照明光束の径が変化できれば良い。

　このように、本実施形態の標本観察装置では、照明光学系の開口数や検出光学系の開口数が変化しても、標本における形状の変化が、透過部の像のずれの変化に変換される。そして、透過部の像のずれの変化によって、瞳投影レンズの瞳を通過する光束の量に変化が生じる。すなわち、標本における形状の変化を明暗の変化として検出できる。その結果、標本が無色透明であっても、陰影のある標本像を得ることができる。

　開口部材の変形例について説明する。図１２Ａは透過部の透過率が連続的に変化している開口部材を示す図、図１２Ｂはずれ量Δと瞳投影レンズの瞳を通過する光束の量Ｉとの関係を示すグラフである。

　図１２Ａに示すように、開口部材８０は、遮光部８１と、遮光部８２と、透過部８３とを有する。遮光部８１、８２及び透過部８３は透明な部材、例えば、ガラス板で構成されている。遮光部８１と８２は、例えば、遮光塗料をガラス板上に塗布することで形成されている。図１２Ｂに示すように、遮光部８１の透過率と、遮光部８２の透過率は、共に０％である。

　透過部８３では、透過率が連続的に変化している。そのために、透過部８３には、例えば、透過率が連続的に変化する反射膜（吸収膜）が形成されている。ここで、透過率が変化する方向は、中心から周辺（遮光部８１側から遮光部８２側）に向かう方向である。また、透過率は、中心から周辺に向かって、透過率が徐々に大きくなるように変化している。

　遮光部８１の形状は円で、遮光部８２の形状は円環である。透過部８３の形状は円環である。

　開口部材８０では、円周８４が透過部８３の内縁に該当する。また、円周８５が透過部８３の外縁に該当する。円周８４と円周８５では、円周上の各点から照明光学系の光軸までの距離は同じである。よって、Ｒ₀は、照明光学系の光軸から円周８４までの長さになる。Ｒ₁は、照明光学系の光軸から円周８５までの長さになる。

　遮光部８２は、対物レンズの瞳の像の外縁を含むように形成されている。そのため、透過部８３は、対物レンズの瞳の像の外縁よりも内側に位置する。このとき、透過部８３は、少なくとも条件式（１）を満足するように形成されている。よって、標本が無色透明であっても、コントラストが高い陰影像を得ることができる。また、陰影の発生方向が限定されない。

　更に、開口部材８０では、透過部における透過率が場所によって異なる。そして、開口部材８０は、条件式（３）を満足する開口部材である。したがって、このような開口部材を用いた本実施形態の観察装置によれば、ずれ量Δの増大に伴って、透過率の大きい領域が対物レンズの瞳の像の外側に移動するため、図１２Ｂに示すように、ずれ量Δが変化したときの光束の量Ｉの変化を大きくすることができる。その結果、高い感度で標本の表面の傾斜を検出することができる。すなわち、標本における細やかな形状の変化を、明暗の変化として検出することができる。

　本実施形態の標本観察装置では、透過部は、照明光学系の光軸に対して非対称に配置されていることが好ましい。

　このような透過部を持つ開口部材について説明する。開口部材の構成を、図１３Ａ、図１３Ｂに示す。図１３Ａは透過部の外側に遮光部が形成されている開口部材示す図、図１３Ｂは透過部の外側に遮光部が形成されていない開口部材を示す図である。なお、遮光部の代わりに減光部を用いても良い。

　まず、開口部材９０について説明する。図１３Ａに示すように、開口部材９０は、遮光部９０ａ１と、遮光部９０ａ２と、透過部９０ｂと、を有する。なお、図１３Ａでは、説明上、遮光部９０ａ１と遮光部９０ａ２とを区別して描いている。しかしながら、両者を区別しなくても良い。よって、遮光部９０ａ１と遮光部９０ａ２は単一の部材で構成されていても良い。

　開口部材９０では、遮光部９０ａ１と遮光部９０ａ２は不透明な部材、例えば、金属板で構成されている。この場合、透過部９０ｂは金属板に形成された空隙（孔）である。あるいは、遮光部９０ａ１、９０ａ２及び透過部９０ｂは透明な部材、例えば、ガラス板や樹脂板で構成されている。この場合、遮光部９０ａ１と遮光部９０ａ２は、例えば、遮光塗料をガラス板上に塗布することで形成されている。一方、透過部９０ｂには何も塗布されていない。よって、透過部９０ｂはガラス板そのものである。

　遮光部９０ａ１は、照明光学系の光軸ＡＸ_iを含むように形成されている。遮光部９０ａ１の形状は、第１の外縁９０ｃと第２の外縁９０ｄとで規定される。第１の外縁９０ｃの両端は、第２の外縁９０ｄを介して繋がっている。図１３Ａでは、第１の外縁９０ｃは円周の一部で、第２の外縁９０ｄは直線である。第１の外縁９０ｃと第２の外縁９０ｄとで示されるように、遮光部９０ａ１の形状は円の一部を切り取った形状で、いわゆるＤカット状になっている。

　透過部９０ｂの形状は、外縁９０ｅと内縁９０ｆとによって規定される。外縁９０ｅの両端は、内縁９０ｆを介して繋がっている。図１３Ａでは、外縁９０ｅは円周の一部で、内縁９０ｆは直線である。外縁９０ｅと内縁９０ｆとで示されるように、透過部９０ｂの形状は円の一部を切り取った形状で、弓状になっている。

　遮光部９０ａ２の形状は円環である。遮光部９０ａ２は必ずしも設ける必要はないが、遮光部９０ａ１よりも外側に遮光部９０ａ２を設けることで、外縁９０ｅがより明確になる。これにより、開口部材９０に入射させる光束の径を外縁９０ｅより大きくしても、開口部材９０に入射した光束は、透過部９０ｂを通過する際に外縁９０ｅによって制限を受ける。

　そのため、開口部材９０から出射する光束の最大径は、外縁９０ｅによって決まる径になる。その結果、次に述べる開口部材９０’に比べると、開口部材９０に入射させる光束の径を、外縁９０ｅに対して高い精度で一致させる必要がない。

　次に、開口部材９０’について説明する。図１３Ｂに示すように、開口部材９０’は遮光部９０’ａ１を有する。開口部材９０’では、開口部材９０と同様に、遮光部９０’ａ１は不透明な部材、例えば、金属板で構成することができる。あるいは、遮光部９０’ａ１は透明な部材、例えば、ガラス板や樹脂板で構成しても良い。遮光部９０’ａ１は、例えば、遮光塗料をガラス板上に塗布することで形成されている。

　遮光部９０’ａ１は、検出光学系の光軸ＡＸ_iを含むように形成されている。遮光部９０’ａ１の形状は、第１の外縁９０’ｃと第２の外縁９０’ｄとで規定される。第１の外縁９０’ｃの両端は、第２の外縁９０’ｄを介して繋がっている。図１３Ｂでは、第１の外縁９０’ｃは円周の一部で、第２の外縁９０’ｄは直線である。第１の外縁９０’ｃと第２の外縁９０’ｄとで示されるように、遮光部９０’ａ１の形状は円の一部を切り取った形状で、いわゆるＤカット状になっている。

　透過部９０’ｂの形状は、外縁９０’ｅと内縁９０’ｆとによって規定される。外縁９０’ｅの両端は、内縁９０’ｆを介して繋がっている。図１３Ｂでは、外縁９０’ｅは円周の一部で、内縁９０’ｆは直線である。外縁９０’ｅと内縁９０’ｆとで示されるように、透過部９０’ｂの形状は円の一部を切り取った形状で、弓状になっている。

　以上のように、透過部９０ｂと透過部９０’ｂの形状は、いずれも、円の一部を切り取った形状になっている。そのため、透過部９０ｂと透過部９０’ｂは、いずれも、照明光学系の光軸ＡＸ_iに対して非対称に配置されているということができる。

　なお、開口部材９０’を金属板で構成する場合、透過部９０’ｂは物理的に存在しない。そのため、透過部９０’ｂの外縁が物理的に存在しなくなる。また、開口部材９０’を透明な部材で構成する場合、透明部材の形状を遮光部９０’ａ１の形状と同じにすると、透過部９０’ｂは物理的に存在しない。そのため、透過部９０’ｂの外縁が物理的に存在しなくなる。

　一方、透明な部材の形状を円にすると、透過部９０’ｂが物理的に存在する。この場合、透明部材の縁が透過部９０’ｂの外縁になるので、透過部９０’ｂの外縁が物理的に存在する。しかしながら、透過部９０’ｂは透明であるので、光学的には、開口部材９０’を金属板で構成した場合と実質的に同じである。よって、透明な部材の形状を円にした場合も、透過部９０’ｂの外縁が物理的に存在しているとは言い難い。

　そこで、開口部材９０’を用いる場合は、開口部材９０に入射させる光束の径を、第１の外縁９０’ｃと一致させるようにすれば良い。この場合、光束の最も外側が透過部９０’ｂの外縁になる。また、透過部９０’ｂの内縁は第２の外縁９０’ｄと同じである。以上のことから、光束の最も外側と第２の外縁９０’ｄとを用いて、透過部９０’ｂの形状を規定することができる。

　上述のように、本実施形態の標本観察装置では、照明光学系と検出光学系の少なくとも一方に光学部材が配置されている。よって、開口部材９０や開口部材９０’は、検出光学系に配置されていても良い。この場合、透過部は、検出光学系の光軸に対して非対称に配置されていることになる。

　開口部材９０や開口部材９０’によって生じる作用について説明する。ここでは、検出光学系に光学部材が配置されている場合について説明する。前述の開口部材５０’を用いた例では、瞳投影レンズの瞳の位置での様子を説明した。以下の説明では、対物レンズの瞳の位置での様子について説明する。

　対物レンズの瞳と開口部材の像との関係について説明する。なお、以下の説明では、図１３Ａに示す開口部材９０と同じ構造を持つ開口部材が用いられているものとする。

　開口部材９０において、第２の外縁９０ｄあるいは内縁９０ｆは、遮光部９０ａ１と透過部９０ｂとを区切る境界である。ここで、この境界に対して垂直な軸を第１の軸とし、境界と平行な軸を第２の軸とする。図１３Ａでは、第１の軸は紙面内の左右方向の軸で、第２の軸は紙面内の上下方向の軸になる。以下の説明では、第１の軸と第２の軸を用いて説明する。

　図１４Ａは標本位置における光の屈折の様子を示す図、図１４Ｂは対物レンズの瞳と開口部材の像との関係を示す図、図１４Ｃは対物レンズの瞳を通過する光束の様子を示す図である。図１４Ａでは、標本は存在していない。標本が存在しない場合には、標本は存在するものの、その表面が平坦になっている場合が含まれる。

　図１５Ａは標本位置における光の屈折の様子を示す図、図１５Ｂは対物レンズの瞳と開口部材の像との関係を示す図、図１５Ｃは対物レンズの瞳を通過する光束の様子を示す図である。図１５Ａでは、標本の表面の傾斜は右肩上がり、すなわち、標本の表面は第１の軸の左側から右側に向かって高くなっている。

　図１６Ａは標本位置における光の屈折の様子を示す図、図１６Ｂは対物レンズの瞳と開口部材の像との関係を示す図、図１６Ｃは対物レンズの瞳を通過する光束の様子を示す図である。図１６Ａでは、標本の表面の傾斜は右肩下がり、すなわち、標本の表面は第１の軸の左側から右側に向かって低くなっている。

　標本が存在する場合とは、標本の表面が傾斜している（非平坦になっている）場合である。よって、標本は存在するものの、その表面が平坦になっている場合は、標本が存在する場合に含まれない。

　標本が存在しない場合、図１４Ａに示すように、保持部材５５へ入射する光と保持部材５５から出射する光とは、光の進行方向が同じになる。その結果、対物レンズの瞳位置に形成される開口部材の像１００は、図１４Ｂに示すようになる。なお、符号１０３で示す円（円周）は対物レンズの瞳の外縁で、円（円周）の内側が対物レンズの瞳になる。

　図１４Ｂに示すように、透過部の像１０１の形状は弓状で、対物レンズの瞳１０３の形状は円である。ここで、透過部の像１０１は、対物レンズの瞳１０３の外縁の一部を含むように位置している。一方、遮光部の像１０２は、透過部の像１０１の領域を除いて対物レンズの瞳１０３全体を覆うように位置している。

　そして、透過部の内縁の像１０１ａは、対物レンズの瞳１０３の外縁よりも内側（光軸に近づく方向）に位置している。また、透過部の外縁の像１０１ｂは、対物レンズの瞳１０３の外縁よりも外側（光軸から離れる方向）に位置している。このように、本実施形態の標本観察装置では、対物レンズの瞳１０３の外縁よりも内側に、透過部の内縁の像１０１ａが形成され、対物レンズの瞳１０３の外縁よりも外側に、透過部の外縁の像１０１ｂが形成される。

　ここで、対物レンズの瞳１０３の外縁よりも外側の光は、対物レンズの瞳１０３を通過しない（対物レンズ１０３から出射しない）。よって、対物レンズの瞳１０３を通過する光束の領域１０４は、図１４Ｃに示すように、透過部の内縁の像１０１ａから対物レンズの瞳１０３の外縁までの間の領域になる。そして、この領域１０４全体の面積が、標本像の明るさに対応する。

　なお、透過部の内縁の像１０１ａの両端は、対物レンズの瞳１０３の外縁よりも外側に位置している。そのため、透過部の内縁の像１０１ａは、全部が対物レンズの瞳１０３の外縁よりも内側に位置しているわけではない。しかしながら、透過部の内縁の像１０１ａのほとんどは、対物レンズの瞳１０３の外縁よりも内側に位置している。よって、このような状態であっても、対物レンズの瞳１０３の外縁よりも内側に、透過部の内縁の像１０１ａが形成されているものとする。

　一方、標本が存在する場合、図１５Ａや図１６Ａに示すように、保持部材５５へ入射する光と標本から出射する光とは、光の進行方向が異なる。

　図１５Ａでは、標本の表面は、第１の軸の左側から右側に向かって高くなっている。そして、標本から出射する光は光軸に近づく方向に屈折されている。その結果、対物レンズの瞳位置に形成される開口部材の像は、図１５Ｂに示すようになる。なお、図１５Ｂにおいても、符号１０３で示す円（円周）は対物レンズの瞳の外縁で、円（円周）の内側が対物レンズの瞳になる。

　図１５Ｂに示すように、透過部の像１０１の形状は弓状で、対物レンズの瞳１０３の形状は円である。ここで、透過部の像１０１は、対物レンズの瞳１０３の外縁の一部を含むように位置している。一方、遮光部の像１０２は、透過部の像１０１の領域を除いて対物レンズの瞳全体を覆うように位置している。

　そして、透過部の内縁の像１０１ａは、対物レンズの瞳１０３の外縁よりも内側（光軸に近づく方向）に位置している。また、透過部の外縁の像１０１ｂは、対物レンズの瞳１０３の外縁よりも外側（光軸から離れる方向）に位置している。

　しかしながら、標本が存在しない場合に比べると、開口部材の像１００は、対物レンズの瞳１０３に対して第１の軸に沿って左方向にずれている。そのため、図１５Ｃに示すように、透過部の内縁の像１０１ａから対物レンズの瞳１０３の外縁までの間隔が、図１４Ｃに比べて狭くなっている。この場合、領域１０４の面積は、図１４Ｃにおける領域１０４の面積に比べて小さくなる。そのため、図１５Ｃにおける標本像の明るさは、図１４Ｃにおける標本像の明るさに比べて暗くなる。

　なお、標本の表面の傾斜が急になると、標本から出射する光は光軸に対して近づく。この場合、標本像の明るさは暗くなる。逆に、標本の表面の傾斜が緩やかになると、標本から出射する光は光軸に対して離れる。この場合、標本像の明るさは明るくなる。

　図１６Ａでは、標本の表面は、第１の軸の左側から右側に向かって低くなっている。そして、標本から出射する光は光軸から離れる方向に屈折されている。その結果、対物レンズの瞳位置に形成される開口部材の像は、図１６Ｂに示すようになる。なお、図１６Ｂにおいても、符号１０３で示す円（円周）は対物レンズの瞳の外縁で、円（円周）の内側が対物レンズの瞳になる。

　図１６Ｂに示すように、透過部の像１０１の形状は弓状で、対物レンズの瞳１０３の形状は円である。ここで、透過部の像１０１は、対物レンズの瞳１０３の外縁の一部を含むように位置している。一方、遮光部の像１０２は、透過部の像１０１の領域を除いて対物レンズの瞳全体を覆うように位置している。

　しかしながら、標本が存在しない場合に比べると、開口部材の像１００は対物レンズの瞳１０３に対して第１の軸に沿って右方向にずれている。そのため、図１６Ｃに示すように、透過部の内縁の像１０１ａから対物レンズの瞳１０３の外縁までの間隔が、図１４Ｃに比べて広くなっている。この場合、領域１０４の面積は、図１４Ｃにおける領域１０４の面積に比べて大きくなる。そのため、図１６Ｃにおける標本像の明るさは、図１４Ｃにおける標本像の明るさに比べて明るくなる。

　なお、標本の表面の傾斜が急になると、標本から出射する光は光軸から離れる。この場合、標本像の明るさは明るくなる。逆に、標本の表面の傾斜が緩やかになると、標本から出射する光は光軸に対して近づく。この場合、標本像の明るさは暗くなる。

　図１７Ａは、ずれ量Δ_H1と瞳投影レンズの瞳を通過する光束の量Ｉの関係を示すグラフである。図１７Ｂは、対物レンズの瞳に対する開口部材の像のずれを示す図である。ここで、ずれ量Δ_H1は、対物レンズの瞳に対する開口部材の像のずれ量であって、第１の軸に沿う方向におけるずれ量、光束の量Ｉは、瞳投影レンズの瞳を通過する光束の量である。

　図１７Ｂでは、対物レンズの瞳に対して、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の順で、矢印の方向に開口部材の像が移動している。また、開口部材の像がずれる方向は第１の軸に沿う方向である。

　図１７Ａでは、Ｌ’0×β＝０．８×ＲPL、Ｌ’1×β＝１．１×ＲPLで、計算を行っている。ここで、
　Ｌ’0は、照明光学系の光軸から所定の位置までの長さ、
　Ｌ’1は、照明光学系の光軸から透過部の外縁までの長さであって、照明光学系の光軸と所定の位置とを結ぶ線上における長さ、
　所定の位置は、透過部の内縁上の位置のうち、照明光学系の光軸からの長さが最小となる位置、
　ＲPLは、瞳投影レンズの瞳の半径、
　βは、瞳投影レンズの焦点距離を対物レンズの焦点距離で割った値、
である。

　また、透過部の透過率は１００％にしている。また、図１７Ａにおいて、横軸の数値は、ずれ量Δ_H1を瞳投影レンズの瞳の半径ＲPLで規格化している。また、縦軸の数値は、ずれ量Δ_H1が０のときの面積、
　Ｓ₀＝ＲPL²×θ－ＲPL×Ｌ’0×β×sinθ、ただしθ＝cos^-1（Ｌ’0×β／ＲPL）
で規格化している。

　なお、面積Ｓは瞳投影レンズの瞳を通過する光束の範囲を示している。よって、面積Ｓは光束の量Ｉに置き換えることができる。そこで、図１７Ａでは、縦軸の変数としてＩを用いている。

　標本が存在しない場合（あるいは、標本の表面が平坦な場合）、ずれ量Δ_H1は０である。この場合、対物レンズの瞳と開口部材の像との関係は、図１７Ｂの（Ｂ）のようになる。よって、光束の量Ｉは矢印Ｂで示す量になる。

　次に、標本が存在する場合、ずれ量Δ_H1は０でない。ここで、標本の表面が第１の軸の左側から右側に向かって高いと、対物レンズの瞳と開口部材の像との関係は、図１７Ｂの（Ａ）のようになる。この場合、透過部の像の領域のうち、対物レンズの瞳内に位置する領域は、ずれ量Δ_H1が０である場合に比べて少なくなる。そのため、光束の量Ｉは矢印Ａで示す量になる。

　一方、標本の表面が第１の軸の左側から右側に向かって低いと、対物レンズの瞳と開口部材の像との関係は、図１７Ｂの（Ｃ）のようになる。この場合、透過部の像の領域のうち、対物レンズの瞳内に位置する領域は、ずれ量Δ_H1が０である場合に比べて多くなる。そのため、光束の量Ｉは矢印Ｃで示す量になる。

　このように、本実施形態の標本観察装置では、ずれ量Δ_H1の変化に応じて光束の量Ｉが変化する。そのため、本実施形態の標本観察装置によれば、標本における形状の変化を明暗の変化として検出できる。その結果、標本が無色透明であっても、陰影のある標本像を得ることができる。

　透過部が照明光学系の光軸に対して非対称に配置されている場合について説明した。透過部が検出光学系の光軸に対して非対称に配置されている場合でも、上述した作用効果が得られる。

　以上のように、本標本観察装置では、標本が存在する場合と標本が存在しない場合とで、標本像の明るさが異なる。更に、標本の表面の傾斜の方向や傾斜の緩急に応じて、標本像の明るさが変化する。

　これにより、本実施形態の標本観察装置では、標本における形状の変化が、透過部の像のずれの変化に変換される。そして、透過部の像のずれの変化によって、瞳投影レンズの瞳を通過する光束の量に変化が生じる。すなわち、標本における形状の変化を明暗の変化として検出できる。その結果、標本が無色透明であっても、陰影のある標本像を得ることができる。

　しかも、本実施形態の標本観察装置では、変調コントラスト法のように変調器を用いる必要がない。そのため、変調器に対する開口部材の位置調整が不要になる。その結果、開口部材の位置調整が簡素になる。更に、変調器を用いないことで、対物レンズは明視野観察法の対物レンズを使用できる。よって、同じ対物レンズで、様々な観察方法が手軽に行える。

　また、陰影の発生方向は、対物レンズの瞳に対する透過部の像の位置で決まるが、本実施形態の標本観察装置では、透過部の像の位置は自由に変えることができるので、陰影の発生方向を自由に変えることができる。

　本実施形態の標本観察装置では、透過部は、検出光学系の光軸に対して非対称に配置され、以下の条件式（５）を満たすことが好ましい。
　Ｌ0＜Ｒill×β＜Ｌ1　　　（５）
　ここで、
　Ｌ0は、検出光学系の光軸から所定の位置までの長さ、
　Ｌ1は、検出光学系の光軸から透過部の外縁までの長さであって、検出光学系の光軸と所定の位置とを結ぶ線上における長さ、
　所定の位置は、透過部の内縁上の位置のうち、照明光学系の光軸からの長さが最小となる位置、
　Ｒillは、照明光学系の瞳の半径、
　βは、瞳投影レンズの焦点距離を対物レンズの焦点距離で割った値、
である。

　透過部が照明光学系の光軸に対して非対称に配置されているので、標本像に陰影が発生する。そのため、立体感のある標本像が得られる。

　本実施形態の標本観察装置では、透過部は、検出光学系の光軸に対して非対称に配置され、以下の条件式（６）を満たすことが好ましい。
　０．２＜（Ｒill×β－Ｌ0）／（Ｌ1－Ｒill×β）＜１０　　　（６）
　ここで、
　Ｌ0は、検出光学系の光軸から所定の位置までの長さ、
　Ｌ1は、検出光学系の光軸から透過部の外縁までの長さであって、検出光学系の光軸と所定の位置とを結ぶ線上における長さ、
　所定の位置は、透過部の内縁上の位置のうち、照明光学系の光軸からの長さが最小となる位置、
　Ｒillは、照明光学系の瞳の半径、
　βは、瞳投影レンズの焦点距離を対物レンズの焦点距離で割った値、
である。

　透過部が照明光学系の光軸に対して非対称に配置されているいので、標本像に陰影が発生する。そのため、立体感のある標本像が得られる。

　条件式（６）を満足することで、開口部材の像が第１の軸に沿う方向にずれる場合に光量の変化量が、左方向にずれたときと右方向にずれたときとで略同じなる。すなわち、左方向にずれたときの光量変化と右方向にずれたときの光量変化とが対称になる。

　本実施形態の標本観察装置では、開口部材とは別の開口部材を有し、開口部材と別の開口部材とを移動させる移動機構を有することが好ましい。

　このようにすることで、透過部の像の大きさや位置を変化させることができる。すなわち、開口部材を異なる開口部材に変更することで、光軸から透過部の内縁までの長さや光軸から透過部の外縁までの長さを、自由に変化させることができる。そのため、標本に応じて、陰影が最も良く発生するような照明状態を作り出すことができる。

　さらに、位相差用対物レンズを使用する場合は以下の効果がある。照明開口に位相差観察用のリングスリットを用いれば位相差観察ができ、図５Ａや図５Ｂに示す開口部材を用いることで、本実施形態の標本観察装置による観察ができる。つまり、対物レンズを交換することなく、本実施形態の標本観察装置による観察と位相差観察とができる。なお、微分干渉観察やホフマンモジュレーションコントラスト観察などの方法でも、同様に対物レンズを交換することなく、本実施形態の標本観察装置による観察とこれらの観察ができる。

　本実施形態の標本観察装置では、照明光学系が光学部材を有し、光学部材は、遮光部又は減光部と、透過部と、を有する開口部材であって、開口部材は、所定の位置に、遮光部又は減光部が照明光学系の光軸を含むように配置され、所定の位置は、光源ユニットと走査手段との間の位置、又は照明光学系の瞳位置であり、透過部は、遮光部又は減光部の外縁よりも外側に位置し、検出光学系の瞳の外縁よりも内側に、透過部の内縁の像が形成され、検出光学系の瞳の外縁よりも外側に、透過部の外縁の像が形成されることが好ましい。

　本実施形態の別の標本観察装置について説明する。図１８は、本実施形態の別の標本観察装置を示す図である。図１と同じ構成には、図１と同じ番号を付し、説明は省略する。

　標本観察装置１１０は、光学部材１１１を有する。光学部材１１１は、遮光部又は減光部と、透過部と、を有する開口部材である。光学部材１１１として、例えば、上述の、開口部材５０、開口部材５０’、開口部材９０、又は開口部材９０’を用いることができる。

　光学部材１１１は、所定の位置に配置されている。所定の位置は、光源と走査手段との間の位置、又は照明光学系の瞳位置である。標本観察装置１１０では、光学部材１１１は、光源ユニット２と光走査ユニット９との間に配置されている。

　光学部材１１１は、遮光部又は減光部が照明光学系の光軸を含むように配置されている。そのため、光学部材１１１から出射する照明光の形状は、円環状になっている。

　光源ユニット２と光走査ユニット９との間の位置は、照明光学系３の瞳位置と共役な位置である。よって、光学部材１１１は、照明光学系３の瞳位置に配置されていると見なすことができる。また、照明光学系３の瞳位置は、検出光学系４の瞳の位置と共役である。よって、光学部材１１１の像が、検出光学系の瞳１１２に形成される。

　光学部材が照明光学系に配置されている場合については、既に説明した。すなわち、図１７Ａに示すように、本実施形態の標本観察装置では、矢印Ｂから矢印Ｃまでの間で、ずれ量Δの変化に応じて光束の量Ｉが変化する。そのため、本実施形態の標本観察装置によれば、標本における形状の変化を明暗の変化として検出できる。その結果、標本が無色透明であっても、陰影のある標本像を得ることができる。

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

　光検出素子を小型化することができる。

　図１９は、照明光の光強度分布を示す図である。照明光１２０は、光強度が不均一に分布している照明光である。開口部材に入射する直前では、照明光１２０の形状は円である。

　照明光１２０では、光束の中央１２１と光束の周辺１２２とで光強度が異なる。中央１２１における光強度は、周辺１２２における光強度よりも小さい。また、光強度は、中央１２１から周辺１２２に向かって大きくなっている。そのため、標本の表面の傾斜による瞳投影レンズの瞳を通過する光束の変化を大きくすることができる。

　本実施形態の別の標本観察装置では、照明光学系と検出光学系の両方に、開口部材を配置している。ここで、照明光学系には照明側開口部材が配置され、検出光学系には検出側開口部材が配置されている。そして、照明側開口部材と検出側開口部材は、共に複数の透過部を有している。

　図２０Ａは照明側開口部材を示す図、図２０Ｂは検出側開口部材を示す図である。
　照明側開口部材１３０は、図２０Ａに示すように、遮光部１３０ａ１と透過部１３０ｂとを有する。更に、開口部材１３０は遮光部１３０ａ２を有する。

　遮光部１３０ａ１、１３０ａ２及び透過部１３０ｂは透明な部材、例えば、ガラス板や樹脂板で構成されている。遮光部１３０ａ１と１３０ａ２は、例えば、遮光塗料をガラス板上に塗布することで形成されている。一方、透過部１３０ｂには何も塗布されていない。よって、透過部１３０ｂはガラス板そのものである。

　遮光部１３０ａ１の形状は円である。一方、透過部１３０ｂの形状は帯状で、具体的には円環になっている。

　照明側開口部材１３０では、遮光部１３０ａ１が複数形成されている。そのため、透過部１３０ｂも複数生成されている。具体的には、４つの透過部１３０ｂが形成されている。そして、４つの透過部１３０ｂは、２次元状に配置されている。照明側開口部材１３０は、光学部材の位置に配置されている。

　一方、検出側開口部材１４０は、図２０Ｂに示すように、遮光部１４０ａと透過部１４０ｂとを有する。遮光部１４０ａと透過部１４０ｂは透明な部材、例えば、ガラス板や樹脂板で構成されている。

　遮光部１４０ａは、例えば、遮光塗料をガラス板上に塗布することで形成されている。一方、透過部１４０ｂには何も塗布されていない。よって、透過部１４０ｂはガラス板そのものである。

　透過部１４０ｂの外形は、透過部１３０ｂの外形と相似形になっている。具体的には、透過部１３０ｂの外形は円なので、透過部１４０ｂの外形も円になっている。

　検出側開口部材１４０では、透過部１４０ｂが複数形成されている。具体的には、４つの透過部１４０ｂが形成されている。そして、４つの透過部１４０ｂは、２次元状に配置されている。検出側開口部材１４０は、瞳投影レンズの瞳位置に配置されている。

　また、１つの透過部１３０ｂと１つの透過部１４０ｂは、対をなしている。そして、１対の透過部１３０ｂと透過部１４０ｂとは、互いの中心が共役になるように配置されている。

　例えば、照明側開口部材１４０の右上の透過部１３０ｂと、観察側開口部材１４０の左下の透過部１４０ｂとが対をなしている。また、左下の透過部１４０ｂの位置に、右上の透過部１３０ｂの像が形成されたとき、左下の透過部１４０ｂの中心と右上の透過部１３０ｂの像とは一致する。

　また、透過部１４０ｂの外縁よりも内側に、透過部１３０ｂの内縁の像が形成され、透過部１４０ｂの外縁よりも外側に、透過部１３０ｂの外縁の像が形成される。そのため、上述の作用効果が、１対の透過部１３０ｂと透過部１４０ｂを用いた場合にも同様に生じる。

　その結果、本実施形態の標本観察装置では、標本における形状の変化が、透過部の像のずれの変化に変換される。そして、透過部の像のずれの変化によって、瞳投影レンズの瞳を通過する光束の量に変化が生じる。すなわち、標本における形状の変化を明暗の変化として検出できる。その結果、標本が無色透明であっても、陰影のある標本像を得ることができる。

　更に、本実施形態の標本観察装置では、対物レンズの瞳の周辺を通過する光だけでなく、対物レンズの瞳の中心を通過する光も結像に寄与することになる。そのため、より明るい陰影像を得ることができる。

　図２１は、別の開口部材の構成を示す図である。開口部材２７０は、第１の遮光部２７１、第２の遮光部２７２、第３の遮光部２７３、第１の透過部２７４及び第２の透過部２７５を有する。第３の遮光部２７３は、必ずしも必要ではない。

　開口部材２７０は、照明光学系と検出光学系のどちらに配置されても構わない。ここでは、検出光学系に開口部材２７０が配置されているものとする。

　開口部材２７０は、第１の遮光部２７１が検出光学系の光軸を含むように配置される。第１の透過部２７４は、第１の遮光部２７１の外縁よりも外側に位置し、第２の遮光部２７２は、第１の透過部２７４の外縁よりも外側に位置し、第２の透過部２７５は、第２の遮光部２７２の外縁よりも外側に位置している。

　第１の遮光部２７１、第２の遮光部２７２、第３の遮光部２７３、第１の透過部２７４及び第２の透過部２７５は透明な部材、例えば、ガラス板や樹脂板で構成されている。第１の遮光部２７１や、第２の遮光部２７２や第３の遮光部２７３は、例えば、遮光塗料をガラス板上に塗布することで形成されている。

　一方、第１の透過部２７４や第２の透過部２７５には何も塗布されていない。よって、第１の透過部２７４や第２の透過部２７５はガラス板そのものである。開口部材２７０は、図５Ｂに示す開口部材５０’の遮光部５０’ａ１に第１の透過部２７４を設けたものになる。

　本実施形態の標本観察装置では、複数の対物レンズを使用することができる。例えば、観察目的に応じて、開口数が大きい対物レンズと開口数が小さい対物レンズを使い分ける。開口数が大きい対物レンズでは、開口数が小さい対物レンズに比べて、照明光の光束径が大きくなる。

　開口部材の透過部の数が一つで、透過部の位置や幅が、開口数が大きい対物レンズ用に設けられているとする。このような開口部材だと、開口数が大きい対物レンズを開口数が小さい対物レンズに交換したときに、透過部を結像光が通過しなくなる恐れがある。

　開口部材２７０では、２つの透過部、すなわち、第１の透過部２７４と第２の透過部２７５とが設けられている。第１の透過部２７４は、第２の透過部２７５の内側に位置している。よって、第１の透過部２７４を開口数が小さい対物レンズ用とし、第２の透過部２７５を開口数が大きい対物レンズ用にする。このようにすることで、開口部材数が１つであるにもかかわらず、異なる対物レンズによる無色透明な標本の像を取得できる。

　本実施形態の標本観察装置では、検出光学系に光学部材と拡散部材が配置され、拡散部材は、光学部材よりも光検出素子側で、光学部材の近傍に配置されていることが好ましい。

　倍率が小さい対物レンズでは、倍率が大きい対物レンズに比べて、観察視野が広くなる。そのため、観察視野の周辺からの結像光は、光軸に対して大きな角度で検出光学系に入射し、光学部材に到達する。光学部材の透過部を通過した結像光でも、光軸に対する光線の角度が大きくなっている。

　光学部材と光検出素子との間にレンズが配置されている場合、光軸に対する光線の角度が大きいと、結像光がレンズを通過しなくなる。この場合、結像光を光検出素子で検出することができなくなる。

　拡散部材が、光学部材よりも光検出素子側で、光学部材の近傍に配置されていると、光線は拡散部材によって様々な角度に拡散される。そのため、光学部材の透過部を通過した結像光の一部を、光検出素子で検出することができる。従って、倍率が小さい対物レンズを用いた場合、又は、観察視野が広い場合でも、無色透明な標本の像を取得することができる。

　本実施形態の標本観察装置で取得した標本の画像を示す。図２２Ａは、本実施形態の標本観察装置で取得した標本の画像である。図２２Ｂは、位相差観察法で取得した標本の画像である。

　使用した対物レンズの倍率は１０倍で、開口数は０．２５である。レーザ光の波長は４８８ｎｍである。標本は、ｉＰＳ細胞である。

　図２２Ａに示すように、本実施形態の標本観察装置では、標本が厚みを有する細胞であっても、ハローの発生が少ない。よって、本実施形態の標本観察装置における画像では、コロニー表面の細かい凹凸構造がよく分かる。

　これに対して、位相差観察法における画像では、図２２Ｂに示すように、ハローが大きく発生している。そのため、コロニーの表面の構造が不鮮明になっている。

　以上のように、本発明は、位相差観察法を使わずに、無色透明な標本の像を取得できる標本観察装置に適している。

　１　標本観察装置
　２　光源ユニット
　３　照明光学系
　４　検出光学系
　５　光検出素子
　６　画像処理装置
　７　標本
　８　対物レンズ
　９　光走査ユニット
　１０　光線分離手段
　１１　瞳投影光学系
　１２、１３　レンズ
　１４　瞳投影レンズ
　１５　光学部材
　１６、１７　レンズ
　１８　共焦点レンズ
　１９　共焦点ピンホール
　２０　光検出器
　３０　照明光
　３１　保持部材
　３２、３３　移動ステージ
　４０　標本観察装置
　４１　光源ユニット
　４２　共焦点基板
　４２ａ　遮光部
　４２ｂ　透過部
　４３　軸
　４４　コリメータレンズ
　４５　ビームスプリッタ
　４６　結像レンズ
　４７　レンズ
　４８　光検出器
　５０、５０’　開口部材
　５０ａ１、５０ａ２、５０’ａ１、５０’ａ２　遮光部
　５０ｂ、５０’ｂ　透過部
　５０ａ３　接続部
　５０ｃ　遮光部の外縁（透過部の内縁）
　５０ｄ　遮光部の内縁（透過部の外縁）
　５５　保持部材
　５６　透過部
　５６ａ　透過部の外縁
　５６ｂ　透過部の内縁
　５７　遮光部
　５８　外縁像
　６０　透過部の像
　６０ａ　透過部の外縁の像
　６０ｂ　透過部の内縁の像
　６１　遮光部の像
　６２　外縁
　７０　標本観察装置
　７１　光源ユニット
　７２　光束径変更部材
　８０　開口部材
　８１　遮光部
　８２　遮光部
　８３　透過部
　８４、８５　円周
　９０、９０’　開口部材
　９０ａ１、９０ａ２、９０’ａ１　遮光部
　９０ｂ、９０’ｂ　透過部
　９０ｃ、９０’ｃ　第１の外縁
　９０ｄ、９０’ｄ　第２の外縁
　９０ｅ、９０’ｅ　外縁
　９０ｆ、９０’ｆ　内縁
　１００　開口部材の像
　１０１　透過部の像
　１０１ａ　透過部の内縁の像
　１０１ｂ　透過部の外縁の像
　１０２　遮光部の像
　１０３　対物レンズの瞳
　１０４　光束の領域
　１１０　標本観察装置
　１１１　光学部材
　１１２　検出光学系の瞳
　１２０　照明光
　１２１　光束の中央
　１２２　光束の周辺
　１３０　照明側開口部材
　１３０ａ１、１３０ａ２　遮光部
　１３０ｂ　透過部
　１４０　検出側開口部材
　１４０ａ　遮光部
　１４０ｂ　透過部
　２７０　開口部材
　２７１　第１の遮光部
　２７２　第２の遮光部
　２７３　第３の遮光部
　２７４　第１の透過部
　２７５　第２の透過部
　ＡＸ_i　光軸

Claims

　光源ユニットと、照明光学系と、検出光学系と、光検出素子と、画像処理装置と、を備え、
　前記照明光学系と前記検出光学系とは、標本を挟んで対向して配置され、
　前記光源ユニットから出射した光は、前記照明光学系に入射し、
　前記照明光学系によって、前記照明光学系と前記検出光学系との間に光スポットが形成され、
　前記光源ユニットから前記光検出素子までの光路中に、走査手段が配置され、
　前記走査手段は、前記光スポットと前記標本とを相対移動させ、
　前記照明光学系と前記検出光学系の少なくとも一方に光学部材が配置され、
　前記照明光学系と前記検出光学系は、前記照明光学系の瞳の像が前記検出光学系の瞳位置に形成されるように配置され、
　前記照明光学系の瞳の像は、標本で生じた屈折によって、前記検出光学系の瞳に対して偏心し、
　前記照明光学系、前記検出光学系及び前記光学部材は、前記偏心によって、前記検出光学系の瞳を通過する光量が変化するように構成され、
　前記画像処理装置は、前記光検出素子の検出結果から、前記標本の画像を生成することを特徴とする標本観察装置。
　前記検出光学系が前記光学部材を有し、
　前記光学部材は、遮光部又は減光部と、透過部と、を有する開口部材であって、
　前記開口部材は、前記遮光部又は前記減光部が前記検出光学系の光軸を含むように配置され、
　前記透過部は、前記遮光部又は前記減光部の外縁よりも外側に位置し、
　前記透過部の内縁と前記透過部の外縁との間に、前記照明光学系の瞳の外縁の像が形成されることを特徴とする請求項１に記載の標本観察装置。
　前記照明光学系が対物レンズを有し、
　前記検出光学系が瞳投影レンズを有し、
　以下の条件式（１）を満たすことを特徴とする請求項２に記載の標本観察装置。
　（Ｒill×β－Ｒ0）／（Ｒ1－Ｒill×β）＜１　　　（１）
　ここで、
　Ｒ0は、前記検出光学系の光軸から前記透過部の内縁までの長さ、
　Ｒ1は、前記検出光学系の光軸から前記透過部の外縁までの長さ、
　Ｒillは、照明光学系の瞳の半径、
　βは、前記瞳投影レンズの焦点距離を前記対物レンズの焦点距離で割った値、
である。
　前記照明光学系が対物レンズを有し、
　前記検出光学系が瞳投影レンズを有し、
　以下の条件式（２）、（３）を満たすことを特徴とする請求項２に記載の標本観察装置。
　０．７≦Ｒ0／（Ｒill×β）＜１　　　（２）
　１＜Ｒ1／（Ｒill×β）≦２　　　（３）
　ここで、
　Ｒ0は、前記検出光学系の光軸から前記透過部の内縁までの長さ、
　Ｒ1は、前記検出光学系の光軸から前記透過部の外縁までの長さ、
　Ｒillは、照明光学系の瞳の半径、
　βは、前記瞳投影レンズの焦点距離を前記対物レンズの焦点距離で割った値、
である。
　以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の標本観察装置。
　Ｔin＜Ｔout　　　（４）
　ここで、
　Ｔinは、前記透過部の内縁近傍における透過率、
　Ｔoutは、前記透過部の外側近傍における透過率、
である。
　前記透過部は、前記検出光学系の光軸に対して非対称に配置され、以下の条件式（５）を満たすことを特徴とする請求項２に記載の標本観察装置。
　Ｌ0＜Ｒill×β＜Ｌ1　　　（５）
　ここで、
　Ｌ0は、前記検出光学系の光軸から所定の位置までの長さ、
　Ｌ1は、前記検出光学系の光軸から前記透過部の外縁までの長さであって、前記検出光学系の光軸と前記所定の位置とを結ぶ線上における長さ、
　前記所定の位置は、透過部の内縁上の位置のうち、照明光学系の光軸からの長さが最小となる位置、
　Ｒillは、前記照明光学系の瞳の半径、
　βは、前記瞳投影レンズの焦点距離を前記対物レンズの焦点距離で割った値、
である。
　前記透過部は、前記検出光学系の光軸に対して非対称に配置され、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項２又は６に記載の標本観察装置。
　０．２＜（Ｒill×β－Ｌ0）／（Ｌ1－Ｒill×β）＜１０　　　（６）
　ここで、
　Ｌ0は、前記検出光学系の光軸から所定の位置までの長さ、
　Ｌ1は、前記検出光学系の光軸から前記透過部の外縁までの長さであって、前記検出光学系の光軸と前記所定の位置とを結ぶ線上における長さ、
　前記所定の位置は、透過部の内縁上の位置のうち、照明光学系の光軸からの長さが最小となる位置、
　Ｒillは、前記照明光学系の瞳の半径、
　βは、前記瞳投影レンズの焦点距離を前記対物レンズの焦点距離で割った値、
である。
　前記開口部材とは別の開口部材を有し、
　前記開口部材と前記別の開口部材とを移動させる移動機構を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の標本観察装置。
　光源と走査手段の間に、光束径を変化させる光学素子を配置されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の標本観察装置。
　前記照明光学系が前記光学部材を有し、
　前記光学部材は、遮光部又は減光部と、透過部と、を有する開口部材であって、
　前記開口部材は、所定の位置に、前記遮光部又は前記減光部が前記照明光学系の光軸を含むように配置され、
　前記所定の位置は、前記光源ユニットと前記走査手段との間の位置、又は前記照明光学系の瞳位置であり、
　前記透過部は、前記遮光部又は前記減光部の外縁よりも外側に位置し、
　前記検出光学系の瞳の外縁よりも内側に、前記透過部の内縁の像が形成され、
　前記検出光学系の瞳の外縁よりも外側に、前記透過部の外縁の像が形成されることを特徴とする請求項１に記載の標本観察装置。
　前記光検出素子は、前記標本と共役な位置に配置され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。
　前記標本からの放射光を検出するための、第２の光検出素子を更に備え、
　前記第２の光検出素子で蛍光の検出を行うことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の標本観察装置。