(57)【要約】【課題】構造化照明の周期方向を変更しなくても超解像画像を取得可能な顕微鏡を提供する。【解決手段】顕微鏡は、第１光が照射されて蛍光が発生する試料が配置される試料面の第１方向において強度が周期的に変化する第１光を、試料面の第１領域に照射する第１照射部と、第１方向に交差する第２方向において強度が変化し、蛍光の発生を抑制する第２光を、試料面の第２領域に照射する第２照射部と、試料面を第２方向に第１光と第２光とで走査する走査部と、走査される第１光と第２光とに基づいて発生する蛍光を検出する検出部と、を備える。【選択図】図１
2020098257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光が照射されて蛍光が発生する試料が配置される試料面の第１方向において強度が周期的に変化する前記第１光を、前記試料面の第１領域に照射する第１照射部と、
前記第１方向に交差する第２方向において強度が変化し、前記蛍光の発生を抑制する第２光を、前記試料面の第２領域に照射する第２照射部と、
前記試料面を前記第２方向に前記第１光と前記第２光とで走査する走査部と、
前記走査される前記第１光と前記第２光とに基づいて発生する前記蛍光を検出する検出部と、を備える顕微鏡。
【請求項２】
前記第１領域の少なくとも一部の領域に照射される前記第１光は、前記第１方向において前記第２方向よりも長い光束である、
請求項１に記載の顕微鏡。
【請求項３】
前記第２照射部は、前記第１領域の少なくとも一部の領域に関して前記第２方向における第１側と前記第１側の反対側の第２側とに設定される前記第２領域に対して前記第２光を照射する、
請求項１または請求項２に記載の顕微鏡。
【請求項４】
前記第２照射部は、前記第１領域の少なくとも一部の領域を前記第２方向において挟む位置に設定される一対の前記第２領域に対して、前記第２光を照射する、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項５】
前記第１領域の少なくとも一部の領域は、前記第２方向において前記第２光の強度が極小になる位置を含む領域である、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項６】
前記第２方向において前記第２光の強度が極大になる位置は、前記第１領域の少なくとも一部の領域の外側に設定される、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項７】
前記第１照射部は、
前記第２方向に対応するパワーが前記第１方向に対応するパワーよりも強い第１光学部材と、
前記第１光を複数の光束に分岐する分岐部と、
前記分岐部で分岐した前記複数の光束が入射する位置に配置されるマスクと、
前記マスクを通った前記複数の光束の少なくとも一部の干渉によって生成される干渉縞を前記試料面に照射する第１光学系と、を備える、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項８】
前記第２照射部は、
前記第２方向に対応するパワーが前記第１方向に対応するパワーよりも強い第２光学部材と、
前記第２光が入射する第１領域および第２領域を含み、前記第１領域に入射した前記第２光と前記第２領域に入射した前記第２光とに位相差を付与する位相調整部と、
前記位相調整部によって位相差が付与された前記第２光の干渉による干渉縞を前記試料面に照射する第２光学系と、を備える、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項９】
前記第１照射部と前記第２照射部とは少なくとも一部の光学系が共通であり、
前記光学系は、
前記第２方向に対応するパワーが前記第１方向に対応するパワーよりも強い光学部材と、
前記第１光および前記第２光が入射する第５領域および第６領域を含み、前記第１光と前記第２光とのうち前記第５領域に入射した前記第２光と前記第６領域に入射した前記第２光とに選択的に位相差を付与する位相調整部と、
前記第１光が透過し、前記第２光を遮断する領域と、前記第１光を遮断し、前記第２光が透過する領域とを含むマスクと、を含む、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項１０】
前記検出部の検出結果から得られる前記試料の前記第１方向の解像度と前記第２方向の解像度とに基づいて、前記第１方向において前記第１光の強度が変化する周期が設定される
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項１１】
前記第１方向において前記第１光の強度が変化する周期を制御する制御部を備える
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項１２】
前記制御部は、前記第１方向における前記第１光の強度の周期が第１周期である条件で前記検出部の検出結果から得られる前記試料の前記第２方向の解像度が前記第１方向の解像度より低い場合に、前記第１方向における前記前記第１光の強度の周期を前記第１周期よりも長い第２周期へ変更する、
請求項１１に記載の顕微鏡。
【請求項１３】
前記第１方向における前記第１光の強度の周期が前記第２周期である条件で取得される前記検出部の検出結果に基づいて画像を生成する画像処理部を備える、
請求項１２に記載の顕微鏡。
【請求項１４】
前記検出部の検出結果から得られる前記試料の前記第１方向の解像度と前記第２方向の解像度とに基づいて、前記第１側の前記第２領域と前記第２側の前記第２領域との前記第２方向における間隔が設定される
請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項１５】
前記第１側の前記第２領域と前記第２側の前記第２領域との前記第２方向における間隔を制御する制御部を備える
請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項１６】
前記制御部は、前記間隔が第１間隔である条件で前記検出部の検出結果から得られる前記試料の前記第２方向の解像度が前記第１方向の解像度より低い場合に、前記間隔を前記第１間隔よりも短い第２間隔へ変更する、
請求項１５に記載の顕微鏡。
【請求項１７】
前記間隔が前記第２間隔である条件で取得される前記検出部の検出結果に基づいて画像を生成する画像処理部を備える
請求項１６に記載の顕微鏡。
【請求項１８】
前記検出部の検出結果から得られる空間周波数成分の前記第１方向に対応するカットオフ周波数と前記第２方向に対応するカットオフ周波数とに基づいて、前記第１方向において前記第１光の強度が変化する周期と、前記第１側の前記第２領域と前記第２側の前記第２領域との前記第２方向における間隔との一方または双方を制御する制御部を備える
請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項１９】
前記検出部の検出結果に対してフーリエ変換を施して得られる空間周波数成分の前記第１方向に対応する第１カットオフ周波数と前記第２方向に対応する第２カットオフ周波数とを算出し、
前記第１カットオフ周波数と前記第２カットオフ周波数とに基づいて前記第１光の強度が変化する周期と、前記第２方向における前記第１側の前記第２領域と前記第２側の前記第２領域と、の間隔との一方または双方が設定された状態における前記検出部の検出結果に基づいて、画像を生成する
画像処理部を備える
請求項１から請求項１８のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項２０】
前記検出部の検出結果に基づいて画像を生成する画像処理部を備える
請求項１から請求項１９のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項２１】
前記第１照射部は、前記第１光として、前記試料に含まれる蛍光物質を励起する励起光を照射し、
前記第２照射部は、前記第２光として、前記第１光によって励起した前記蛍光物質を不活性化する不活性化光を照射する、
請求項１から請求項２０のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項２２】
前記励起光は、前記蛍光物質を活性化する活性化光と同じ波長である、
請求項２１に記載の顕微鏡。
【請求項２３】
前記第１光の波長は、前記第２光の波長と異なる、
請求項２１または請求項２２記載の顕微鏡。
【請求項２４】
前記第１照射部は、前記第１光として、前記試料に含まれる蛍光物質を励起する励起光を照射し、
前記第２照射部は、前記第２光として、前記第１光によって励起した前記蛍光物質に誘導放出を発生させる誘導放出光を照射する、
請求項１から請求項２０のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項２５】
第１光が照射されて蛍光が発生する試料が配置される試料面の第１方向において強度が周期的に変化する前記第１光を、前記試料面の第１領域に照射することと、
前記第１方向に交差する第２方向において強度が変化し、前記蛍光の発生を抑制する第２光を、前記試料面の第２領域に照射することと、
前記試料面を前記第２方向に前記第１光と前記第２光とで走査することと、
前記走査される前記第１光と前記第２光とに基づいて発生する前記蛍光を検出することと、を含む観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡および観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造化照明を用いた顕微鏡が知られている（例えば、下記の特開２０１４−１０９４９０号公報を参照）。構造化照明は、光学系の回折限界を超えた超解像画像を取得する顕微鏡に利用される場合がある。この場合の顕微鏡は、例えば、強度の周期方向が１方向である縞パターンを構造化照明として用いて、周期方向を複数の方向に変更して試料を検出する。こうした構造化照明を用いる顕微鏡は、例えば、処理の高速化のため、構造化照明の周期方向を変更する処理を減らすことが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１０９４９０号公報
【発明の概要】
【０００４】
本発明の第１の態様に従えば、第１光が照射されて蛍光が発生する試料が配置される試料面の第１方向において強度が周期的に変化する第１光を、試料面の第１領域に照射する第１照射部と、第１方向に交差する第２方向において強度が変化し、蛍光の発生を抑制する第２光を、試料面の第２領域に照射する第２照射部と、試料面を第２方向に第１光と第２光とで走査する走査部と、走査される第１光と第２光とに基づいて発生する蛍光を検出する検出部と、を備える顕微鏡が提供される。
【０００５】
本発明の第２の態様に従えば、第１光が照射されて蛍光が発生する試料が配置される試料面の第１方向において強度が周期的に変化する第１光を、試料面の第１領域に照射することと、第１方向に交差する第２方向において強度が変化し、蛍光の発生を抑制する第２光を、試料面の第２領域に照射することと、試料面を第２方向に第１光と第２光とで走査することと、走査される第１光と第２光とに基づいて発生する蛍光を検出することと、を含む観察方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態の顕微鏡を示す図である。
【図２】（Ａ）および（Ｂ）は、第１実施形態の第１照射部を示す図である。
【図３】（Ａ）は第１実施形態の瞳面において第１光が入射する領域を示す図であり、（Ｂ）は第１実施形態の試料面における第１光の強度分布を示す図である。
【図４】（Ａ）および（Ｂ）は、第１実施形態の第２照射部を示す図である。
【図５】（Ａ）は第１実施形態の瞳面における第２光の位相を示す図であり、（Ｂ）は第１実施形態の試料面における第２領域を示す図であり、（Ｃ）は第１実施形態の試料面における第２光の強度分布を示す図である。
【図６】（Ａ）から（Ｃ）は、第１実施形態の顕微鏡の動作を示す図である。
【図７】第１実施形態の観察方法を示すフローチャートである。
【図８】第２実施形態の顕微鏡を示す図である。
【図９】（Ａ）および（Ｂ）は、第２実施形態の第１照射部および第２照射部を示す図である。
【図１０】（Ａ）および（Ｂ）は、第２実施形態の位相調整部を示す図である。
【図１１】（Ａ）から（Ｃ）は、第２実施形態のマスクを示す図である。
【図１２】（Ａ）および（Ｂ）は第２実施形態の第２照射部の光路を示す図である。
【図１３】（Ａ）および（Ｂ）は第３実施形態の第１照射部を示す図である。
【図１４】（Ａ）から（Ｃ）は、第３実施形態の分岐部を示す図である。
【図１５】（Ａ）から（Ｃ）は、第３実施形態の画像処理部の処理を示す図である。
【図１６】（Ａ）から（Ｃ）は、第４実施形態の第２照射部を示す図である。
【図１７】（Ａ）から（Ｃ）は、第４実施形態の画像処理部の処理を示す図である。
【図１８】第５実施形態の顕微鏡の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
［第１実施形態］
第１実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態の顕微鏡を示す図である。顕微鏡ＭＳは、蛍光物質で標識された試料Ｓの蛍光観察に利用される。顕微鏡ＭＳは、試料Ｓに含まれる蛍光物質が発する蛍光を検出する。試料Ｓは、生きた細胞を含んでもよいし、ホルムアルデヒド溶液等の組織固定液を用いて固定された細胞を含んでもよく、組織等を含んでもよい。試料Ｓは、観察対象物を保持する保持部材を含んでもよい。上記保持部材は、例えばカバーガラス、シャーレなどである
【０００８】
本実施形態において、蛍光物質は、フォトスイッチャブル  プローブ（Photoswitchable Probe、適宜ＰＰと表す）を含む。蛍光物質は、活性化光が照射されることで不活性状態から活性状態に遷移する。蛍光物質は、活性状態において励起光が照射されることによって、基底状態から励起状態に遷移する。蛍光物質は、励起状態において蛍光を発して、基底状態に遷移する。また、蛍光物質は、不活性化光が照射されることによって活性化状態から不活性状態に遷移する。不活性状態において、蛍光物質は、励起光が照射されても励起状態に遷移せず、蛍光を発しない。
【０００９】
上記の蛍光物質は、一例として、シアニン（ｃｙａｎｉｎｅ）染料等の蛍光色素でもよいし、蛍光タンパク質でもよい。試料Ｓに含まれる蛍光物質の種類は、１種類でもよいし、２種類以上でもよい。活性化光の波長、励起光の波長、及び不活性化光の波長は、蛍光物質の種類によって定まる。活性化光の波長は、不活性化光の波長と異なる。励起光の波長は、蛍光物質の種類によって、活性化光の波長または不活性化光の波長と同じ場合がある。また、励起光の波長は、蛍光物質の種類によって、活性化光の波長および不活性化光の波長のいずれとも異なる場合がある。
【００１０】
試料Ｓは、第１光Ｌ１が照射されて蛍光Ｌが発生する。第１光Ｌ１は、試料Ｓに含まれる蛍光物質に蛍光Ｌを発生させる蛍光発生光である。本実施形態において、第１光Ｌ１は、試料Ｓに含まれる蛍光物質を活性化する活性化光と、活性化光によって活性化された蛍光物質を励起する励起光とを兼ねる。本実施形態において、励起光の波長は、活性化光の波長と同じである。試料Ｓは、活性化光および励起光として第１光Ｌ１が照射されて、蛍光Ｌが発生する。
【００１１】
また、試料Ｓは、後述の第２照射部２によって第２光Ｌ２が照射されて蛍光Ｌの発生が抑制される。第２光は、試料Ｓに含まれる蛍光物質に蛍光Ｌが発生することを抑制する蛍光抑制光である。本実施形態において、第２光Ｌ２は、試料Ｓに含まれる蛍光物質を不活性化する不活性化光を含む。第２光Ｌ２は、活性化光として第１光が照射されることで活性化した蛍光物質を、不活性化することで蛍光物質に蛍光Ｌが発生することを抑制する。
【００１２】
実施形態に係る顕微鏡ＭＳは、例えば、ライン状の第１光Ｌ１で試料Ｓを走査しながら照明し、蛍光Ｌを検出するライン走査型の蛍光顕微鏡である。図１の符号ＳＦは、試料Ｓの観察時に試料Ｓが配置される試料面である。実施形態に係る顕微鏡ＭＳは、例えば、試料面ＳＦから離れた位置で発生した蛍光Ｌの検出を抑制する共焦点顕微鏡である。顕微鏡ＭＳは、第１照射部１と、第２照射部２と、走査部３と、検出部４と、画像処理部５とを備える。
【００１３】
第１照射部１は、試料Ｓに第１光を照射する。第１照射部１は、試料面ＳＦの第１領域Ａ１に第１光Ｌ１を照射する。第１光Ｌ１は、試料面ＳＦの第１方向Ｄ１において強度が周期的に変化する。図１などにおいて符号Ｄ２は、試料面ＳＦにおいて第１方向Ｄ１と異なる第２方向である。第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１と交差する方向（例、非平行な方向、垂直な方向）である。第１領域Ａ１の少なくとも一部の領域（例えば、図１の領域Ａ０）に照射される第１光Ｌ１は、第１方向Ｄ１において第２方向Ｄ２よりも長い光束である。なお、試料面ＳＦは、光（例、第１光）が照射される被照射面を含む。例えば、第１方向Ｄ１は、試料面ＳＦにおいて第１光Ｌ１の光軸又は鉛直方向に交差する（例、直交する）方向を含む。
【００１４】
第２照射部２は、試料Ｓに第２光Ｌ２を照射する。第２光Ｌ２は、第１方向Ｄ１に交差する第２方向Ｄ２において強度が変化する。第２照射部２は、試料面ＳＦの第２領域Ａ２ａと第２領域Ａ２ｂとに第２光Ｌ２を照射する。第２領域Ａ２ａは、第１領域Ａ１の少なくとも一部の領域（例えば、図１の領域Ａ０）に関して、第２方向Ｄ２における第１側に設定される。第１側は、例えば、図１の第２方向Ｄ２において矢印の向きと反対側である。第２領域Ａ２ｂは、第１領域Ａ１の少なくとも一部（例えば、図１の領域Ａ０）に関して、第２方向Ｄ２における第１側と反対側の第２側に設定される。第２側は、例えば、図１の第２方向Ｄ２において矢印の向きと同じ側である。第２領域Ａ２ｂは、領域Ａ０に関して第２領域Ａ２ａと反対側に配置される。
【００１５】
以下の説明において適宜、第２領域Ａ２ａと第２領域Ａ２ｂとを一組にして一対の第２領域Ａ２ａ、Ａ２ｂと表し、第２領域Ａ２ａと第２領域Ａ２ｂとを包括して第２領域Ａ２と表す。第２領域Ａ２は、第２方向Ｄ２において、第１領域Ａ１の少なくとも一部の領域Ａ０を挟む位置に設定される。領域Ａ０は、蛍光Ｌを検出する対象の領域である。領域Ａ０は、例えば、第１方向Ｄ１において第２方向Ｄ２よりも長い帯状の領域である。なお、符号Ｄ３は、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２の双方に対して垂直な第３方向である。第３方向Ｄ３は、例えば、試料面ＳＦに垂直な方向である。第３方向Ｄ３は、試料面ＳＦにおいて、顕微鏡ＭＳの光学系の光軸と同軸の方向、又は顕微鏡ＭＳの光学系の光軸と平行な方向である。
【００１６】
走査部３は、試料面ＳＦを第２方向Ｄ２に第１光Ｌ１と第２光Ｌ２とで走査する。走査部３は、試料面ＳＦにおいて第１光Ｌ１が入射する第１領域Ａ１の位置と、試料面ＳＦにおいて第２光Ｌ２が入射する第２領域Ａ２の位置とを走査によって変更する。検出部４は、試料Ｓで発生した蛍光Ｌを検出する。画像処理部５は、検出部４の検出結果に基づいて画像を生成する。以下、顕微鏡ＭＳの各部について説明する。
【００１７】
第１照射部１は、試料Ｓに対して第１光Ｌ１を照射する。第１光Ｌ１は、試料面ＳＦにおいて明部と暗部が交互に並ぶ縞パターンである。以下の説明において、試料面ＳＦの第１方向Ｄ１における第１光Ｌ１の強度の周期を、適宜、第１光Ｌ１の縞周期と称する。第１照射部１は、第１光源１１と、第１光学系１２とを備える。第１光源１１は、例えばレーザダイオードあるいは発光ダイオードなどの固体光源を含む。
【００１８】
第１光学系１２は、第１光源１１から発せられた第１光Ｌ１を試料Ｓに照射する。第１光学系１２は、第１光Ｌ１の縞パターンで試料Ｓを照明する。第１光学系１２は、第１光源１１から発せられた第１光Ｌ１を複数の光束に分岐させ、分岐した２以上の光束の干渉によって第１光Ｌ１の縞パターンを形成する。第１光学系１２は、第１光Ｌ１を回折によって複数の回折光に分岐させ、２以上の回折光の干渉によって試料面ＳＦに第１光Ｌ１の縞パターンを形成する。例えば、第１光学系１２は、＋１次の回折光と−１次の回折光との２光束干渉によって試料面ＳＦに第１光Ｌ１の縞パターンを形成する。
【００１９】
第１光学系１２は、第１光源１１から試料Ｓに向かう順に、レンズ１３と、光学部材１４と、分岐部１５と、レンズ１６と、マスク１７と、レンズ１８と、レンズ１９と、ミラー２０と、ダイクロイックミラー２１と、レンズ２２と、ダイクロイックミラー２３と、走査ミラー２４と、レンズ２５と、レンズ２６と、レンズ２７とを備える。
【００２０】
図１において、符号Ｐ０はレンズ２７の瞳面であり、符号Ｐ１から符号Ｐ３は、それぞれ、瞳面Ｐ０と光学的に共役な瞳共役面である。また、符号ＳＦ１から符号ＳＦ５は、それぞれ、試料面ＳＦと光学的に共役な試料共役面である。第１光学系１２は、試料共役面ＳＦ２の位置に第１光Ｌ１の縞パターンを形成し、形成した第１光Ｌ１の縞パターンを試料面ＳＦに投影する。図１において、顕微鏡ＭＳの光学系は、反射屈折光学系である。以下の説明において適宜、顕微鏡ＭＳの光学系の少なくとも一部を、図１と等価な屈折系光学系で置き換えて表す。
【００２１】
図２（Ａ）および（Ｂ）は、第１実施形態の第１照射部を示す図である。以下の説明において、適宜、図２（Ａ）等に示すＸＹＺ直交座標系を参照する。このＸＹＺ直交座標系のＺ方向は、顕微鏡ＭＳの光学系の光軸上の各位置における光軸の方向である。Ｘ方向は、顕微鏡ＭＳの光学系の光軸上の各位置においてＺ方向に直交し、図１の第２方向Ｄ２に対応する方向である。Ｙ方向は、顕微鏡ＭＳの光学系の光軸上の各位置においてＺ方向に直交し、図１の第１方向Ｄ１に対応する方向である。
【００２２】
図２（Ａ）は、第１照射部１において第１光源１１から試料共役面ＳＦ２までの光路を、Ｘ方向から見た図である。また、図２（Ｂ）は、第１照射部１において第１光源１１から試料共役面ＳＦ２までの光路を、Ｙ方向から見た図である。
【００２３】
レンズ１３は、例えばコリメータである。レンズ１３は、第１光源１１から出射した第１光Ｌ１を平行光に変換する。光学部材１４は、第２方向Ｄ２に対応するパワーが第１方向Ｄ１に対応するパワーよりも強い。本明細書において、パワーは焦点距離の逆数であり、レンズなどの透過型の光学部材の場合に屈折力とも呼ばれる。第２方向Ｄ２に対応するパワーは、第２方向Ｄ２に対応する方向（ここでは、Ｘ方向）と光学系の光軸方向とを含む面における焦点距離の逆数である。第２方向Ｄ２に対応するパワーは、第２方向Ｄ２に対応するＸ方向に光線を偏向させる屈折力である。第１方向Ｄ１に対応するパワーは、第１方向Ｄ１に対応する方向（ここでは、Ｙ方向）と光学系の光軸方向（ここでは、Ｚ方向）とを含む面における焦点距離の逆数である。第１方向Ｄ１に対応するパワーは、第１方向Ｄ１に対応するＹ方向に光線を偏向させる屈折力である。本明細書において、パワーを有する光学部材は、レンズなどの透過型の光学部材でもよいし、凹面鏡などの反射型の光学部材でもよい。光学部材１４は、第１光Ｌ１に作用して非点収差を発生する非点収差部材である。光学部材１４は、例えばシリンドリカルレンズである。第１光学系１２は、光学部材１４の代わりに、第１光Ｌ１に作用して非点収差を発生する非点収差光学系を備えてもよい。
【００２４】
図２（Ａ）に示すように、光学部材１４は、光線をＹ方向に偏向させる屈折力がほぼ０である。光学部材１４を通った第１光Ｌ１は、ＹＺ面においてほぼ平行光として、分岐部１５に入射する。図２（Ｂ）に示すように、光学部材１４は、光線をＸ方向に偏向させる屈折力がＹ方向に偏向させる屈折力よりも強い。光学部材１４を通った第１光Ｌ１は、ＸＺ面において、分岐部１５に集光する。
【００２５】
分岐部１５は、第１光Ｌ１を複数の光束に分岐させる。分岐部１５は、第１光Ｌ１を、試料面ＳＦの第１方向Ｄ１に対応するＹ方向に分岐させる。分岐部１５は、例えば、第１光Ｌ１を回折によって複数の光束（例、回折光）に分岐させる。本実施形態では、分岐部１５が回折格子であるものとして説明し、分岐部１５としての回折格子を符号１５で表す。なお、分岐部１５は、回折格子の代わりに空間光変調器（Spatial Light Modulator、適宜、ＳＬＭと表す）を用いるものでもよい。
【００２６】
回折格子１５は、第１方向Ｄ１に対応するＹ方向において構造が周期的に変化する。回折格子１５は、第１光学系１２の光軸に交差する面内に、例えば１次元の周期構造を有する。この周期構造は、透過率と位相差との一方または双方が周期的に変化する構造である。回折格子１５は、試料面ＳＦと光学的に共役な試料共役面ＳＦ１の位置またはその近傍の位置に配置される。「近傍の位置」は、光学的な特性が許容される範囲で、対象からずれた位置である。例えば、回折格子１５に関して、「光学的な特性」が試料面ＳＦにおける縞パターンのコントラストであり、「対象」が試料共役面ＳＦ１である場合、回折格子１５の近傍の位置は、試料面ＳＦの縞パターンのコントラストが許容される範囲で、試料共役面ＳＦ１からずれた位置である。以下の説明において適宜、「近傍の位置」を同様の意味で用いる。
【００２７】
第１照射部１は、分岐部１５を制御することによって、試料面ＳＦにおける第１光Ｌ１の縞パターンの位相を変更可能である。例えば、分岐部１５が回折格子である場合、第１照射部１は、回折格子１５を、第１方向Ｄ１に対応するＹ方向に移動させることで、試料面ＳＦにおける第１光Ｌ１の第１方向Ｄ１の縞パターンの位相を変更する。第１照射部１は、分岐部１５がＳＬＭである場合、ＳＬＭにおける屈折率の分布を変更することで第１光Ｌ１の縞パターンの位相を変更してもよい。
【００２８】
レンズ１６は、その光源側の焦点がＳＦ１の位置またはその近傍の位置になるように、配置される。以下の説明において、適宜、レンズの光源側の焦点を光源側焦点と称し、レンズの試料側の焦点を試料側焦点と称する。レンズ１６は、ＸＺ面において第１光Ｌ１を平行光に変換する。
【００２９】
マスク１７は、瞳共役面Ｐ１の位置またはその近傍の位置に配置される。マスク１７は、レンズ１６の試料側焦点の位置またはその近傍の位置に配置される。マスク１７は、第１光Ｌ１が通る開口部１７ａを有する。開口部１７ａの周囲の部分は、第１光Ｌ１を遮光する遮光部１７ｂである。開口部１７ａは、回折格子１５で発生した複数の回折光のうち縞パターンを形成する回折光が入射する位置に配置される。
【００３０】
本実施形態において、第１光Ｌ１の縞パターンは＋１次回折光と−１次回折光との干渉によって形成され、開口部１７ａは、回折格子１５で発生した＋１次回折光が入射する位置と、回折格子１５で発生した−１次回折光が入射する位置とに配置される。遮光部１７ｂは、回折格子１５で発生した０次回折光が入射する位置に配置される。図２（Ｂ）に示すように第１光Ｌ１は、Ｙ方向から見た場合にマスク１７に平行光として入射する。開口部１７ａは、第２方向Ｄ２に対応するＸ方向の寸法が第１方向Ｄ１に対応するＹ方向のよりも大きい。
【００３１】
マスク１７を通った第１光Ｌ１は、レンズ１８に入射する。レンズ１８は、その光源側焦点が瞳共役面Ｐ１の位置またはその近傍の位置になるように、配置される。レンズ１８は、その試料側焦点が試料共役面ＳＦ２の位置またはその近傍の位置になるように、配置される。試料共役面ＳＦ２において、第１光Ｌ１の強度分布は、回折格子１５のパターンに対応する強度分布になる。このように、試料共役面ＳＦ２には、第１光Ｌ１の縞パターンが形成される。
【００３２】
図１の説明に戻り、第１光学系１２は、試料共役面ＳＦ２に形成される縞パターンを試料面ＳＦにリレーする。試料共役面ＳＦ２を通った第１光Ｌ１は、レンズ１９に入射し、レンズ１９で屈折してミラー２０に入射する。ミラー２０は、折り曲げミラーである。ミラー２０で反射した第１光Ｌ１は、ダイクロイックミラー２１に入射する。
【００３３】
図１の符号２１Ａは、波長に対するダイクロイックミラー２１の光学特性を表す。図１には、光学特性２１Ａとして、波長に対する反射率、及び波長に対する透過率が表されている。光学特性２１Ａにおいて、λ１は第１光Ｌ１の波長であり、λ２は第２光Ｌ２の波長である。波長λ１は、第１光Ｌ１の中心波長でもよいし、第１光Ｌ１の強度が最大になるピーク波長でもよい。波長λ２は、第２光Ｌ２の中心波長でもよいし、第２光Ｌ２の強度が最大になるピーク波長でもよい。
【００３４】
ダイクロイックミラー２１は、第１光Ｌ１の波長λ１に対する反射率が第２光Ｌ２の波長λ２に対する反射率よりも低い。また、ダイクロイックミラー２１は、第１光Ｌ１の波長λ１に対する透過率が第２光Ｌ２の波長λ２に対する透過率よりも高い。ダイクロイックミラー２１に入射した第１光Ｌ１の少なくとも一部は、ダイクロイックミラー２１を透過して、レンズ２２に入射する。
【００３５】
レンズ１９とレンズ２２との間の光路には、瞳共役面Ｐ２が配置される。レンズ２２は、リレー光学系であり、瞳共役面Ｐ２における第１光Ｌ１の強度分布を走査部３へリレーする。レンズ２２を通った第１光Ｌ１は、ダイクロイックミラー２３に入射する。図１の符号２３Ａは、波長に対するダイクロイックミラー２３の光学特性を表す。図１には、光学特性２３Ａとして、波長に対する反射率、及び波長に対する透過率が表されている。
【００３６】
光学特性２３Ａにおいて、λ３は、蛍光Ｌの波長である。波長λ３は、蛍光Ｌの中心波長でもよいし、蛍光Ｌの強度が最大になるピーク波長でもよい。ダイクロイックミラー２３は、第１光Ｌ１の波長λ１に対する反射率が蛍光Ｌの波長λ３に対する反射率よりも高い。また、ダイクロイックミラー２３は、第１光Ｌ１の波長λ１に対する透過率が蛍光Ｌの波長λ３に対する透過率よりも低い。
【００３７】
ダイクロイックミラー２３に入射した第１光Ｌ１の少なくとも一部は、ダイクロイックミラー２３で反射して走査ミラー２４に入射する。走査部３は、例えば、ガルバノミラー、ＭＥＭＳミラー、又はポリゴンミラーを含む。走査部３は、第１光Ｌ１を偏向させ、第１光Ｌ１が試料面ＳＦに入射する位置を調整する。走査部３は、走査ミラー２４によって、試料面ＳＦにおいて第１光Ｌ１が入射する第１領域Ａ１を、試料面ＳＦで第２方向Ｄ２に移動させる。
【００３８】
走査部３は、走査ミラー２４と、駆動部２９とを備える。走査ミラー２４は、瞳共役面の位置またはその近傍の位置に配置される。ダイクロイックミラー２３で反射した第１光Ｌ１は、走査ミラー２４に入射し、走査ミラー２４で反射する。駆動部２９は、走査ミラー２４を駆動し、第１光学系１２の光軸に対する走査ミラー２４の角度を変更する。第１光Ｌ１は、第１光学系１２の光軸に対する走査ミラー２４の角度に基づいて、試料面ＳＦに対して入射する位置が変化する。
【００３９】
走査ミラー２４で反射した第１光Ｌ１は、レンズ２５に入射し、レンズ２５で屈折してレンズ２６に入射する。レンズ２５とレンズ２６との間の光路には、試料共役面ＳＦ３が配置される。レンズ２６に入射した第１光Ｌ１は、レンズ２６で屈折してレンズ２７に入射する。レンズ２７は、対物レンズである。レンズ２７の試料側焦点は、試料面ＳＦの位置に相当する。レンズ２７の光源側焦点は、瞳面Ｐ０に相当する。レンズ２７に入射した第１光は、レンズ２７で屈折して、試料面ＳＦに照射される。
【００４０】
図３（Ａ）は第１実施形態の瞳面において第１光が入射する領域を示す図である。第１光Ｌ１は、瞳面Ｐ０上の領域Ｐ０ａと領域Ｐ０ｂとに入射する。領域Ｐ０ａと領域Ｐ０ｂは、それぞれ、図２（Ａ）に示したマスク１７の開口部１７ａに対応する領域である。領域Ｐ０ａと領域Ｐ０ｂは、それぞれ、第２方向Ｄ２に対応するＸ方向において第１方向Ｄ１に対応するＹ方向よりも長い帯状の領域である。領域Ｐ０ａと領域Ｐ０ｂとは、Ｙ方向に並んでいる。
【００４１】
図３（Ｂ）は、第１実施形態の試料面における第１光の強度分布を示す図である。図３（Ｂ）の符号ΔＤ１は、第１方向Ｄ１において第１光Ｌ１の強度が極大になる位置の間隔である。間隔ΔＤ１は、第１方向Ｄ１において第１光Ｌ１の強度が極小になる位置の間隔と同じである。第１光Ｌ１の縞周期は、間隔ΔＤ１を用いて表される。第２方向Ｄ２において第１領域Ａ１の端の位置は、第１光Ｌ１の強度が蛍光物質を活性化かつ励起するのに必要な強度以上から以下となる境界の位置で表される。
【００４２】
図１の説明に戻り、第２照射部２は、試料Ｓに対して第２光Ｌ２を照射する。第２照射部２は、試料面ＳＦの第２領域Ａ２に第２光Ｌ２を照射する。第２領域Ａ２ａは、第１領域Ａ１の少なくとも一部の領域Ａ０（例、蛍光を検出する対象領域）に対して、第２方向Ｄ２の一方側に配置される。第２領域Ａ２ｂは、第１領域Ａ１の少なくとも一部の領域Ａ０に対して、第２方向Ｄ２の他方側に配置される。第２領域Ａ２ｂは、第１領域Ａ１の少なくとも一部の領域Ａ０に対して、第２方向Ｄ２において第２領域Ａ２ａと反対側に配置される。例えば、複数の第２領域Ａ２（第２領域Ａ２ａ、第２領域Ａ２ｂ、等）は、第１領域Ａ１の少なくとも一部の領域Ａ０を基準にして第２方向Ｄ２に沿って領域Ａ０の両側に隣接してそれぞれ配置される。
【００４３】
図１において、第２領域Ａ２ａおよび第２領域Ａ２ｂは、それぞれ、第１領域Ａ１の一部と重なるように設定される。例えば、第２領域Ａ２ａは、第１領域Ａ１の一部の領域Ａ１ａと重なる。また、第２領域Ａ２ｂは、第１領域Ａ１の一部の領域Ａ１ｂと重なる。なお、第２領域Ａ２ａと第２領域Ａ２ｂとの一方または双方は、第１領域Ａ１と重ならなくてもよい。
【００４４】
第２照射部２は、第２光源３１と、第２光学系３２とを備える。第２光源３１は、例えばレーザダイオードあるいは発光ダイオードなどの固体光源を含む。第２光学系３２は、第２光源３１から発せられた第２光Ｌ２を試料Ｓに照射する。第２光学系３２は、第２方向Ｄ２において強度が変化する第２光Ｌ２で試料Ｓを照明する。第２光学系３２は、第２光源３１から発せられた第２光Ｌ２に含まれる複数の光束の位相を相対的に変化させることで、第２光の強度分布（例えば、強度パターン）を形成する。例えば、第２光学系３２は、第２光の第１光束と第２光束とに位相差を与えることによって、第２光Ｌ２のパターン光（例えば、構造化光）を形成する。第２光Ｌ２の強度分布については、後に図５（Ｃ）等で説明する。
【００４５】
第２光学系３２は、第２光源３１から試料Ｓに向かう順に、レンズ３３と、位相調整部３４と、光学部材３５と、レンズ３６と、ダイクロイックミラー２１と、レンズ２２と、ダイクロイックミラー２３と、走査ミラー２４と、レンズ２５と、レンズ２６と、レンズ２７とを備える。第２光学系３２は、ダイクロイックミラー２１からレンズ２７までの構成が第１光学系１２と共用である。ダイクロイックミラー２１からレンズ２７までの各構成要素（例えば、レンズ等の光学部材）は、第１光Ｌ１が入射する領域と、第２光Ｌ２が入射する領域とを含む領域に配置される。第２光Ｌ２の光路は、ダイクロイックミラー２１からレンズ２７までの間において、第１光Ｌ１の光路の少なくとも一部と共通でもよい。第２光学系３２の光軸は、ダイクロイックミラー２１からレンズ２７までの間において、第１光学系１２の光軸と同軸である。
【００４６】
図４（Ａ）および（Ｂ）は、第１実施形態の第２照射部を示す図である。図４（Ａ）は、第２照射部２において第２光源３１からレンズ２２までの光路を、Ｘ方向から見た図である。また、図４（Ｂ）は、第２照射部２において第２光源３１からレンズ２２までの光路を、Ｙ方向から見た図である。第２光学系３２の光軸は、レンズ３６とレンズ２２との間においてダイクロイックミラー２１（図１参照）によって折れ曲がるが、図４（Ａ）および（Ｂ）では、ダイクロイックミラー２１の図示を省略し、光軸が直線になるように等価な屈折光学系として示した。
【００４７】
位相調整部３４は、試料面ＳＦにおける第２光Ｌ２の強度分布を調整する強度分布調整部である。位相調整部３４は、瞳共役面Ｐ３の位置またはその近傍の位置に配置される。図４（Ｂ）に示すように、位相調整部３４は、第２光Ｌ２が入射する領域３４ａおよび領域３４ｂを含む。領域３４ａと領域３４ｂとの境界は、第２光学系３２の光軸３２aを含み、図１の第１方向Ｄ１に対応するＹ方向に平行な平面である。
【００４８】
位相調整部３４は、領域３４ａに入射した第２光Ｌ２と領域３４ｂに入射した第２光Ｌ２とに位相差を付与する。以下の説明において適宜、領域３４ａに入射する第２光Ｌ２を符号Ｌ２ａで表し、領域３４ｂに入射する第２光Ｌ２を符号Ｌ２ｂで表す。位相調整部３４は、第２光Ｌ２ａと第２光Ｌ２ｂとの位相差を調整することによって、試料面ＳＦにおける第２光Ｌ２の強度分布を調整する。試料面ＳＦにおける第２光Ｌ２の強度分布は、第２光Ｌ２ａと第２光Ｌ２ｂとの干渉によって形成される干渉縞に対応する。この干渉縞において、強度が極大になる位置Ｄ２ａ（後に図５（Ｃ）に示す）および強度が極小になる位置Ｄ２ｃ（後に図５（Ｃ）に示す）は、第２光Ｌ２ａと第２光Ｌ２ｂとの位相差に依存する。位相調整部３４は、図１に示した第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とが所定の位置関係となるように、第２光Ｌ２ａと第２光Ｌ２ｂとの位相差を調整する。
【００４９】
図１において、第１光学系１２の光出射側の光軸と第２光学系３２の光出射側の光軸とが同軸である。一対の第２領域Ａ２ａ、Ａ２ｂは、第２光Ｌ２ａと第２光Ｌ２ｂとの位相差がπの奇数倍である場合、第１領域Ａ１に対して対称的に配置される。本実施形態において、第２光Ｌ２ａと第２光Ｌ２ｂとの位相差は、πの奇数倍に設定される。例えば、位相調整部３４は、第２光Ｌ２ａと第２光Ｌ２ｂとの位相差をπの奇数倍に調整する。
【００５０】
位相調整部３４は、領域３４ａにおける光学的距離と、領域３４ｂにおける光学的距離とが異なる。位相調整部３４は、第１部分３７と第２部分３８とを含む。第１部分３７は、第２光Ｌ２の少なくとも一部が透過する部材である。第１部分３７は、第２光学系３２の光軸方向の寸法（例、厚み）が領域３４ａと領域３４ｂとで異なる。領域３４ａにおける第１部分３７の厚みは、領域３４ｂにおける第１部分３７の厚みに対してステップ的に変化する。図４（Ｂ）の第１部分３７は、領域３４ａにおいて領域３４ｂよりも薄い。
【００５１】
第２部分３８は、第１部分３７と屈折率が異なる。図４において、第２部分３８は、雰囲気ガス等に占められる空隙部あるいは空間部である。第２部分３８は、屈折率が第１部分３７と異なる部材を含んでもよい。第２部分３８は、領域３４ａに配置される。領域３４ａにおける第２光Ｌ２ａの光学的距離は、領域３４ｂにおける第２光Ｌ２ｂの光学的距離と比べて、第２光Ｌ２の波長の半分の奇数倍だけ異なる。領域３４ａを透過した第２光Ｌ２ａは、領域３４ｂを透過した第２光Ｌ２ｂとの位相差がπの奇数倍である。位相調整部３４を透過した第２光Ｌ２は、光学部材３５に入射する。
【００５２】
光学部材３５は、第２方向Ｄ２に対応するパワーが第１方向Ｄ１に対応するパワーよりも強い。第２方向Ｄ２に対応するそのパワーは、第２方向Ｄ２に対応するＸ方向に光線を偏向させる屈折力である。第１方向Ｄ１に対応するパワーは、第１方向Ｄ１に対応するＹ方向に光線を偏向させる屈折力である。光学部材３５は、第１光Ｌ１に作用して非点収差を発生する非点収差部材である。光学部材３５は、例えばシリンドリカルレンズである。第２光学系３２は、光学部材３５の代わりに、第２光Ｌ２に作用して非点収差を発生する非点収差光学系を備えてもよい。
【００５３】
図４（Ａ）に示すように、光学部材３５は、光線をＹ方向に偏向させる屈折力がほぼ０である。光学部材３５を通った第２光Ｌ２は、ＹＺ面においてほぼ平行光として、分岐部１５に入射する。図４（Ｂ）に示すように、光学部材３５は、光線をＸ方向に偏向させる屈折力がＹ方向に偏向させる屈折力よりも強い。光学部材３５を通った第２光Ｌ２は、ＸＺ面において、試料共役面ＳＦ４に集光する。
【００５４】
位相調整部３４の領域３４ａを透過した第２光Ｌ２ａと、位相調整部３４の領域３４ｂを透過した第２光Ｌ２ｂとは、試料共役面ＳＦ４上に集光して干渉し、第２光Ｌ２のパターン光を形成する。第２光学系３２は、試料共役面ＳＦ４に形成される第２光Ｌ２のパターン光を試料面ＳＦ（図１参照）に投影する。試料共役面ＳＦ２を通った第２光Ｌ２は、レンズ３６に入射する。レンズ３６は、その光源側焦点が試料共役面ＳＦ４の位置またはその近傍の位置になるように、配置される。レンズ３６は、その試料側焦点が瞳共役面Ｐ２の位置またはその近傍の位置になるように、配置される。
【００５５】
図１の説明に戻り、レンズ３６に入射した第２光Ｌ２は、レンズ３６で屈折してダイクロイックミラー２１に入射する。光学特性２１Ａに示すように、ダイクロイックミラー２１は、第２光Ｌ２の波長λ２に対する反射率が第１光Ｌ１の波長λ１に対する反射率よりも高い。また、ダイクロイックミラー２１は、第２光Ｌ２の波長λ２に対する透過率が第１光Ｌ１の波長λ１に対する透過率よりも低い。ダイクロイックミラー２１に入射した第２光Ｌ２の少なくとも一部は、ダイクロイックミラー２１で反射して、レンズ２２に入射する。レンズ３６とレンズ２２との間の光路には、瞳共役面Ｐ２が配置される。
【００５６】
レンズ２２から出射した第２光Ｌ２は、ダイクロイックミラー２３に入射する。光学特性２３Ａに示すように、ダイクロイックミラー２３は、第２光Ｌ２の波長λ２に対する反射率が蛍光Ｌの波長λ３に対する反射率よりも高い。また、ダイクロイックミラー２３は、第２光Ｌ２の波長λ２に対する透過率が蛍光Ｌの波長λ３に対する透過率よりも低い。
【００５７】
ダイクロイックミラー２３に入射した第２光Ｌ２の少なくとも一部は、ダイクロイックミラー２３で反射して走査ミラー２４に入射する。走査部３は、第２光Ｌ２を偏向させ、第２光Ｌ２が試料面ＳＦに入射する位置を調整する。走査部３は、試料面ＳＦにおいて第２光Ｌ２が入射する第２領域Ａ２を、試料面ＳＦで第２方向Ｄ２に移動させる。走査部３は、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とを同期して試料面ＳＦで移動させる。
【００５８】
このように、ダイクロイックミラー２３で反射した第２光Ｌ２は、走査ミラー２４に入射し、走査ミラー２４で反射する。駆動部２９は、走査ミラー２４を駆動し、第２光学系３２の光軸に対する走査ミラー２４の角度を変更する。第２光Ｌ２は、第２光学系３２の光軸に対する走査ミラー２４の角度に基づいて、試料面ＳＦに対して入射する位置が変化する。
【００５９】
そして、走査ミラー２４で反射した第２光Ｌ２は、レンズ２５に入射し、レンズ２５で屈折してレンズ２６に入射する。レンズ２５とレンズ２６との間の光路には、試料共役面ＳＦ３が配置される。レンズ２６に入射した第２光Ｌ２は、レンズ２６で屈折してレンズ２７に入射する。レンズ２７に入射した第２光Ｌ２は、レンズ２７で屈折して、試料面ＳＦに照射される。
【００６０】
図５（Ａ）は第１実施形態の瞳面における第２光の位相を示す図である。図５（Ａ）において、符号ＦＰは、第２光学系３２の光軸３２Ａを含み、第１方向Ｄ１に対応するＹ方向に平行な面（ＹＺ面に平行な面）である。符号Ｐ０ｃおよびＰ０ｄは、それぞれ、第２光Ｌ２が入射する領域である。領域Ｐ０ｃは面ＦＰに対して一方側に配置され、領域Ｐ０ｄは、面ＦＰに関して領域Ｐ０ｃと反対側に配置される。領域Ｐ０ｃに入射する第２光Ｌ２と領域Ｐ０ｄに入射する第２光Ｌ２とは、位相がずれている。領域Ｐ０ｃに入射する第２光Ｌ２と、領域Ｐ０ｄに入射する第２光Ｌ２との位相差は、例えばπである。
【００６１】
図５（Ｂ）は第１実施形態の試料面における第２領域を示す図であり、図５（Ｃ）は第１実施形態の試料面における第２光の強度分布を示す図である。第２方向Ｄ２における第２領域Ａ２ａの中心位置は、第２光Ｌ２の強度が極大値になる位置Ｄ２ａ（適宜、第１の極大位置という）である。また、第２領域Ａ２ｂの中心位置は、第２光Ｌ２の強度が極大になる位置Ｄ２ｂ（適宜、第２の極大位置という）である。第２方向Ｄ２において第２光の強度が極大になる位置Ｄ２aおよび位置Ｄ２ｂは、図１に示した第１領域Ａ１の少なくとも一部の領域Ａ０の外側に設定される。
【００６２】
また、符号Ｄ２ｃは、位置Ｄ２ａと位置Ｄ２ｂとの間で、第２方向Ｄ２における第２光Ｌ２の強度が極小になる位置（適宜、極小位置という）である。図１に示した第１領域Ａ１の少なくとも一部の領域Ａ０は、第２方向Ｄ２において第２光Ｌ２の強度が極小になる位置Ｄ２ｃを含む領域である。第２光Ｌ２の強度が極小になる位置Ｄ２ｃは、例えば、第２方向Ｄ２における第１領域Ａ１（図１参照）の中心位置に設定される。図５（Ｃ）において、符号Ｉｔｈは、蛍光物質を不活性化するのに必要とされる強度である。第２方向Ｄ２における第２領域Ａ２ａの端の位置および第２領域Ａ２ｂの端の位置は、それぞれ、第２光Ｌ２の強度が強度Ｉｔｈ以上又は以下となる境界の位置で表される。
【００６３】
図４（Ｂ）で説明したように、試料面ＳＦにおいて第２光Ｌ２の強度が極大となる位置Ｄ２ａと、第２光Ｌ２の強度が極小となる位置Ｄ２ｃとは、第２光Ｌ２ａと第２光Ｌ２ｂとの位相差に依存する。この位相差は、一対の第２領域Ａ２ａ、Ａ２ｂとの間に第１領域Ａ１の少なくとも一部（例、蛍光Ｌを検出する対象の領域）が配置されるように設定される。この位相差は、例えばπの奇数倍に設定される。なお、第２光Ｌ２ａと第２光Ｌ２ｂとの位相差は、πの偶数倍と異なる値に設定され、πの奇数倍でもよいし、πの奇数倍と異なる値でもよい。
【００６４】
図１の説明に戻り、試料面ＳＦの第１領域Ａ１において、第２領域Ａ２と重ならない領域Ａ０における蛍光物質は、第１光Ｌ１が照射され、かつ第２光Ｌ２が照射されないことによって蛍光Ｌが発生する。第２領域Ａ２における蛍光物質は、第２光Ｌ２の照射による不活性化によって蛍光Ｌの発生が抑制される。検出部４は、領域Ａ０における試料Ｓで発生した蛍光Ｌを検出する。なお、試料面ＳＦは、少なくとも上記の第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とによって形成される。
【００６５】
検出部４は、第３光学系４１と、受光部４２とを備える。第３光学系４１は、試料Ｓから受光部４２に向かう順に、レンズ２７と、レンズ２６と、レンズ２５と、走査ミラー２４と、ダイクロイックミラー２３と、レンズ４３と、マスク４４とを備える。第３光学系４１は、レンズ２７からダイクロイックミラー２３までの構成が第１光学系１２および第２光学系３２と共用である。
【００６６】
試料Ｓから生じた蛍光Ｌは、レンズ２７、レンズ２６、及びレンズ２５を介して、走査ミラー２４に入射する。蛍光Ｌは、走査ミラー２４で反射して、ダイクロイックミラー２３に入射する。光学特性２３Ａに示すように、ダイクロイックミラー２３は、蛍光Ｌの波長λ３に対する反射率が第１光Ｌ１の波長λ１、第２光Ｌ２の波長λ２に対する反射率よりも低い。また、ダイクロイックミラー２３は、蛍光Ｌの波長λ３に対する透過率が第１光Ｌ１の波長λ１、第２光Ｌ２の波長λ２に対する透過率よりも高い。
【００６７】
ダイクロイックミラー２３に入射した蛍光Ｌの少なくとも一部は、ダイクロイックミラー２３を透過してレンズ４３に入射する。レンズ４３に入射した蛍光Ｌは、試料面ＳＦと光学的に共役な試料共役面ＳＦ５に集光する。マスク４４は、試料共役面ＳＦ５の位置またはその近傍の位置に配置される。マスク４４は、蛍光Ｌが通る開口部４４ａを有する。マスク４４は、試料面ＳＦで発生した蛍光Ｌが開口部４４ａを通るように、配置される。マスク４４は、第３方向Ｄ３において試料面ＳＦとずれた面で発生した蛍光を遮光するように、配置される。開口部４４ａは、試料面ＳＦにおいて蛍光Ｌが発生する領域Ａ０と同様の形状である。開口部４４ａは、例えばスリット状であり、第２方向Ｄ２に対応する方向に比べて第１方向Ｄ１に対応する方向に長い帯状である。
【００６８】
受光部４２は、試料共役面ＳＦ５の位置またはその近傍の位置に配置される。マスク４４の開口部４４ａを通った蛍光Ｌは、受光部４２に入射する。受光部４２は、マスク４４の開口部４４ａを通った蛍光Ｌを検出する。受光部４２は、第１方向Ｄ１に対応する方向に配列される複数のフォトダイオードを備える。受光部４２は、蛍光Ｌを検出した検出結果を画像処理部５に出力する。なお、第３光学系４１は、試料共役面ＳＦ５をリレーするリレー光学系を備えてもよく、受光部４２は、試料共役面ＳＦ５がリレーされた試料共役面の位置またはその近傍の位置に配置されてもよい。
【００６９】
画像処理部５は、受光部４２の検出結果に基づいて画像を生成する。図１において、画像処理部５は、制御装置６に設けられる。制御装置６は、画像処理部５、制御部７、及び記憶部８を備える。制御部７は、顕微鏡ＭＳの各部を制御する。制御部７は、第１照射部１を制御して、所定のタイミングおよび強度で第１光Ｌ１を試料Ｓに照射させる。制御部７は、第１照射部１を制御して、第１光Ｌ１が試料Ｓ（例えば、試料面ＳＦ）に入射する期間を制御する。制御部７は、第２照射部２を制御して、所定のタイミング及び強度で第２光Ｌ２を試料Ｓに照射させる。制御部７は、第２照射部２を制御して、第２光Ｌ２が試料Ｓ（例えば、試料面ＳＦ）に入射する期間を制御する。制御部７は、第１照射部１と第２照射部２とを同期して制御する。制御部７は、第２光Ｌ２が試料Ｓ（例えば、試料面ＳＦ）に入射する期間の少なくとも一部と、第１光Ｌ１が試料Ｓ（例えば、試料面ＳＦ）に入射する期間とが重複するように、第１照射部１と第２照射部２とを制御する。制御部７は、走査部３を制御して、試料面ＳＦの第１領域Ａ１の位置および第２領域Ａ２の位置を制御する。制御部７は、検出部４を制御して、蛍光Ｌの検出を実行させる。制御部７は、受光部４２の検出結果を制御装置６に出力させる。
【００７０】
記憶部８は、例えば、不揮発性のメモリ、ハードディスクドライブ（適宜、ＨＤＤと表す）、ソリッドステートドライブ（適宜、ＳＳＤと表す）などである。記憶部８は、例えば、顕微鏡ＭＳの各部の動作を規定した設定情報を記憶する。上記各部の動作は、第１照射部１によって第１光Ｌ１を試料Ｓに照射する動作、第２照射部２によって第２光Ｌ２を試料Ｓに照射する動作、走査部３によって試料面ＳＦを第１光Ｌ１と第２光Ｌ２とで走査する動作、及び検出部４によって蛍光Ｌを検出する動作の少なくとも１つを含む。上記各部の動作が第１照射部１によって第１光Ｌ１を試料Ｓに照射する動作である場合、上記設定情報は、例えば、第１照射部１によって第１光Ｌ１が試料面ＳＦが照射される期間と、試料面ＳＦに照射される第１光Ｌ１の強度との一方または双方を規定する情報を含む。上記各部の動作が第２照射部２によって第２光Ｌ２を試料Ｓに照射する動作である場合、上記設定情報は、例えば、第２照射部２によって第２光Ｌ２が試料面ＳＦが照射される期間と、試料面ＳＦに照射される第２光Ｌ２の強度との一方または双方を規定する情報を含む。上記各部の動作が走査部３によって試料面ＳＦを第１光Ｌ１と第２光Ｌ２とで走査する動作である場合、上記設定情報は、例えば、走査部３における走査ミラー２４の各時刻における角度を規定する情報を含む。上記各部の動作が検出部４によって蛍光Ｌを検出する動作である場合、上記設定情報は、例えば、検出部４が蛍光Ｌを検出する期間（例えば、露光を開始するタイミング、露光時間、露光を終了するタイミング）を規定する情報を含む。
【００７１】
制御部７は、記憶部８に記憶された設定情報に基づいて、顕微鏡ＭＳの各部を制御する。また、記憶部８は、受光部４２の検出結果を、受光部４２が検出を実行した検出タイミングと関連付けて記憶する。画像処理部５は、記憶部８に記憶されている受光部４２の検出結果を読み出し、画像を生成する。記憶部８は、画像処理部５が生成した画像のデータを記憶する。制御装置６は、画像処理部５が生成した画像のデータを表示装置に出力し、この画像を表示装置に表示させる。上記表示装置は、顕微鏡ＭＳの一部でもよいし、顕微鏡ＭＳの外部の装置（例、デスクトップパソコン、携帯型端末など）でもよい。
【００７２】
図６（Ａ）から（Ｃ）は、第１実施形態の顕微鏡の動作を示す図である。顕微鏡ＭＳの各部については、適宜、図１等を参照する。制御部７は、第１照射部１を制御して、第１光Ｌ１の縞パターンの位相を第１位相に設定する。第１光Ｌ１の縞パターンが第１位相に設定された状態において、制御部７は、走査部３を制御して、第１光Ｌ１と第２光Ｌ２とで試料面ＳＦを所定方向（この場合、第２方向Ｄ２）に走査させる（図６（Ａ）参照）。例えば、制御部７は、試料面ＳＦの第１領域Ａ１の位置と第２領域Ａ２の位置とを、連続的に変化させる。また、制御部７は、試料面ＳＦを第１光Ｌ１と第２光Ｌ２とで走査させながら、検出部４を制御して受光部４２に所定のサンプリング周波数で検出を実行させる。
【００７３】
画像処理部５は、記憶部８に記憶された設定情報に基づいて、受光部４２の各検出タイミングにおける第１領域Ａ１の位置を特定する。画像処理部５は、特定した第１領域Ａ１の位置と、受光部４２の検出結果とを対応付けることで、走査部３が一連の走査を実行する間に受光部４２によって得られる検出結果を表す画像（以下、第１画像という）を生成する。図６（Ｂ）において、符号Ｉｍ１は、第１光Ｌ１の縞パターンが第１位相に設定された状態における受光部４２の検出結果を表す第１画像である。図６（Ｂ）において、点線の矢印は位相の変化を示す。
【００７４】
制御部７は、第１光Ｌ１の縞パターンが第１位相に設定された状態において受光部４２が予定された検出を完了した後に、第１照射部１を制御して、第１光Ｌ１の縞パターンの位相を第１位相と異なる第２位相に設定する。第１位相と第２位相との位相差は、例えば２π／３である。制御部７は、第１光Ｌ１の縞パターンが第２位相に設定された状態において、走査部３を制御して、第１光Ｌ１と第２光Ｌ２とで試料面ＳＦを所定方向に走査させる。また、制御部７は、試料面ＳＦを第１光Ｌ１と第２光Ｌ２とで走査させながら、検出部４を制御して受光部４２に所定のサンプリング周波数で検出を実行させる。符号Ｉｍ２は、第１光Ｌ１の縞パターンが第２位相に設定された状態における受光部４２の検出結果を表す第１画像である。
【００７５】
制御部７は、第１光Ｌ１の縞パターンが第２位相に設定された状態において受光部４２が予定された検出を完了した後に、第１照射部１を制御して、第１光Ｌ１の縞パターンの位相を第１位相および第２位相のいずれとも異なる第３位相に設定する。第２位相と第３位相との位相差は、例えば２π／３である。制御部７は、第１光Ｌ１の縞パターンが第３位相に設定された状態において、走査部３を制御して、第１光Ｌ１と第２光Ｌ２とで試料面ＳＦを所定方向に走査させる。また、制御部７は、試料面ＳＦを第１光Ｌ１と第２光Ｌ２とで走査させながら、検出部４を制御して受光部４２に所定のサンプリング周波数で検出を実行させる。符号Ｉｍ３は、第１光Ｌ１の縞パターンが第２位相に設定された状態における受光部４２の検出結果を表す第１画像である。
【００７６】
画像処理部５は、上記で得た複数の第１画像（例、第１画像Ｉｍ１、第１画像Ｉｍ２、第１画像Ｉｍ３）に基づいて、第１画像と解像度が異なる第２画像を生成する。第２画像は、例えば、第１画像よりも解像度が高い超解像画像である。例えば、画像処理部５は、複数の第１画像を用いて周波数空間における領域ごとの成分を分離し、分離した成分を再構築した後に実空間上の成分へ戻すことによって、第２画像を生成する。図６（Ｃ）において、符号ｋｙは、第１方向Ｄ１に対応する周波数空間上の第１軸方向である。また、符号ｋｘは、第２方向Ｄ２に対応する周波数空間上の第２軸方向である。
【００７７】
また、符号Ｆ１は、顕微鏡ＭＳの光学系の光学伝達関数（Optical transfer function、適宜、ＯＴＦと表す）に対応する領域である。領域Ｆ１の外側の空間周波数成分は、縞パターンの照明によって空間周波数がシフトし、領域Ｆ１内に他の空間周波数の成分と混在して表れることで、光学系を介して検出可能になる。実施形態に係る顕微鏡ＭＳは、第１光Ｌ１の位相が異なる複数の条件で、試料Ｓから放射される蛍光Ｌを検出する。画像処理部５は、第１光Ｌ１の位相が異なる複数の条件で受光部４２が取得する複数の検出結果を用いて、空間周波数がシフトした空間周波数成分を分離する。画像処理部５は、分離した空間周波数成分をシフト前の空間周波数の空間周波数成分として配置して、空間周波数成分の分布を再構築する。そして、画像処理部５は、再構築した空間周波数成分の分布を逆フーリエ変換によって実空間上の成分（例、強度）の分布に変換することによって、第２画像を生成する。
【００７８】
図６（Ｃ）の符号Ｆ２は、分離された空間周波数成分が配置された領域である。領域Ｆ２は、空間周波数成分が存在する領域である。領域Ｆ２は、第１光Ｌ１の強度が第１方向Ｄ１に変化していることで、第１方向Ｄ１に対応する第１軸方向ｋｙにおいて、ＯＴＦに対応する領域Ｆ１よりも高周波数側まで広がっている（例、カットオフ周波数が高い）。また、領域Ｆ２は、第２方向Ｄ２において第１領域Ａ１を挟むように第２領域Ａ２が設定されていることで、第２方向Ｄ２に対応する第２軸方向ｋｘにおいて、ＯＴＦに対応する領域Ｆ１よりも高周波数側まで広がっている（例、カットオフ周波数が高い）。画像処理部５は、領域Ｆ２における空間周波数成分を逆フーリエ変換することによって、例えば第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２との双方において解像度が高い超解像画像を生成する。なお、第２画像は、少なくとも１方向において第１画像と同じ解像度または第１画像よりも低い解像度でもよい。
【００７９】
次に、上記顕微鏡ＭＳの構成および動作に基づいて、実施形態に係る観察方法について説明する。図７は、第１実施形態の観察方法を示すフローチャートである。顕微鏡ＭＳの各部については、適宜、図１から図６を参照する。ステップＳ１において、制御部７は、第１光Ｌ１の位相を設定する。制御部７は、第１光Ｌ１の位相を予定された位相に設定する。ここでは、予定された位相は、図６に示した第１位相、第２位相、及び第３位相であり、制御部７が第１光Ｌ１の位相を第１位相に設定するものとする。
【００８０】
ステップＳ２において、制御部７は、第１光Ｌ１および第２光Ｌ２による試料Ｓの走査を開始させる。ステップＳ２の処理は、ステップＳ３の処理およびステップＳ４の処理を含む。第１照射部１は、第１光Ｌ１を第１領域Ａ１に照射する。第２照射部２は、第２光Ｌ２を第２領域Ａ２に照射する。第１照射部１および第２照射部２は、試料面ＳＦの第１領域Ａ１の位置と第２領域Ａ２の位置とを走査部３の走査によって変更しながら、ステップＳ２の処理とステップＳ３の処理とを並行して実行する。ステップＳ４の処理は、その少なくとも一部がステップＳ３の処理の後に実行されてもよい。
【００８１】
ステップＳ５において、検出部４は蛍光Ｌを検出する。ステップＳ６において、制御部７は、所定領域に対する蛍光Ｌの検出が完了したか否かを判定する。所定領域は、例えば、観察対象の領域として予め設定された領域である。制御部７は、走査部３を制御する情報（設定情報など）に基づいて、上記所定領域に対する第１光Ｌ１と第２光とによる走査が完了したか否かを判定する。制御部７は、上記所定領域に対する走査が完了していないと判定した場合、所定領域に対する蛍光Ｌの検出が完了していないと判定する（ステップＳ６；Ｎｏ）。制御部７は、所定領域に対する蛍光Ｌの検出が完了していないと判定した場合（ステップＳ６；Ｎｏ）、ステップＳ５における蛍光Ｌの検出を繰り返し実行させる。
【００８２】
制御部７は、上記所定領域に対する走査が完了したと判定した場合、所定領域に対する蛍光Ｌの検出が完了したと判定する（ステップＳ６；Ｙｅｓ）。制御部７は、所定領域に対する蛍光Ｌの検出が完了したと判定した場合（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、ステップＳ７において、第１光Ｌ１および第２光Ｌ２による試料Ｓの走査を停止させる。ステップＳ８において、制御部７は、第１光Ｌ１の位相を変更するか否かを判定する。制御部７は、予定された位相の一部（例、複数の位相に対して一部の位相、残りの位相など）についてステップＳ２からステップＳ７の処理が完了していない場合、第１光Ｌ１の位相を変更すると判定する（ステップＳ８；Ｙｅｓ）。
【００８３】
制御部７は、第１光Ｌ１の位相を変更すると判定した場合（ステップＳ８；Ｙｅｓ）、ステップＳ１において第１光Ｌ１を設定された複数の位相のうち次の位相に設定する。ここでは、制御部７は、第１光Ｌ１を第２位相に設定する。そして、顕微鏡ＭＳは、ステップＳ２からステップＳ８の処理を実行する。制御部７は、次に第１光Ｌ１の位相を変更すると判定した場合（ステップＳ８；Ｙｅｓ）、ステップＳ１において第１光Ｌ１を次の位相に設定する。ここでは、制御部７は、第１光Ｌ１を第３位相に設定する。そして、顕微鏡ＭＳは、ステップＳ２からステップＳ８の処理を実行する。
【００８４】
制御部７は、第１光Ｌ１の位相を変更しないと判定した場合（ステップＳ８；Ｎｏ）、画像処理部５に画像処理を実行させる。ステップＳ９において、画像処理部５は、蛍光Ｌの検出結果（複数の画像）に基づいて画像（例、高解像度の合成画像）を生成する。画像処理部５は、例えば、図６（Ｂ）で説明した第１画像Ｉｍ１、第１画像Ｉｍ２、及び第１画像Ｉｍ３に基づいて、第１画像と解像度が異なる第２画像を生成する。例えば、画像処理部５は、第２画像として、第１画像よりも解像度が高い超解像画像を生成する。
【００８５】
上述のような実施形態に係る顕微鏡ＭＳは、例えば、従来のＳＩＭと同じ枚数の撮像画像を用いて第２画像を生成する場合、従来のＳＩＭと比べて高解像度の画像を取得可能である。また、実施形態に係る顕微鏡ＭＳは、例えば、照明光の方向を変更する従来のＳＩＭと比較して、照明光の方向を変更する動作又は構成を省くことができる。
【００８６】
本実施形態において、第１照射部１が第１光Ｌ１を照射する第１期間は、第２照射部２が第２光Ｌ２を照射する第２期間の少なくとも一部と重複する。第２照射部２は、第１照射部１による第１光Ｌ１の照射の少なくとも一部と並行して、第２光Ｌ２を照射する。検出部４は、検出期間のうち第１期間と第２期間とが重複する期間に検出を実行する。この場合、顕微鏡ＭＳは、例えば試料Ｓを第１光Ｌ１と第２光Ｌ２とで連続的に走査することによって、第１光Ｌ１の照射により蛍光Ｌが検出された領域の蛍光物質を連続的に不活性化することができる。この場合、顕微鏡ＭＳは、例えば第１光Ｌ１を照射するタイミングと第２光Ｌ２を照射するタイミングとを制御する処理が簡略化される。
【００８７】
なお、第１照射部１は、第１光Ｌ１として連続光を照射してもよいし、パルス光を照射してもよい。また、第２照射部２は、第２光Ｌ２として連続光を照射してもよいし、パルス光を照射してもよい。走査部３は、第１光Ｌ１と第２光Ｌ２とを連続的に走査してもよいし、ステップ的に走査してもよい。なお、例えば、第２照射部２は、第２方向Ｄ２に強度を変化させた第２光Ｌ２を一対の第２領域Ａ２に照射する。また、第１照射部１は、一対の第２領域Ａ２の間に強度を変化させた第１光Ｌ１を照射する。
【００８８】
ここで、走査部３がステップ的に走査する場合について説明する。走査部３は、領域Ａ０が第１の位置（走査位置）になるように、走査ミラー２４を第１の角度に設定する。そして、走査ミラー２４が第１の角度に設定された状態で、第１照射部１は第１光Ｌ１を第１領域Ａ１に照射し、第２照射部２は第２光Ｌ２を第２領域Ａ２に照射する。そして、検出部４は、第１光Ｌ１と第２光Ｌ２とが試料Ｓに照射されている状態で蛍光Ｌを検出する。そして、走査部３は、検出部４による検出の終了後に領域Ａ０が第１の位置と異なる第２の位置になるように、走査ミラー２４を第２の角度に設定する。そして、検出部４は、走査部３が領域Ａ０を第２の位置（走査位置）に設定した状態で蛍光Ｌを検出する。そして、走査ミラー２４が第２の角度に設定された状態で、第１照射部１は第１光Ｌ１を第１領域Ａ１に照射し、第２照射部２は第２光Ｌ２を第２領域Ａ２に照射する。そして、検出部４は、第１光Ｌ１と第２光Ｌ２とが試料Ｓに照射されている状態で蛍光Ｌを検出する。顕微鏡ＭＳは、このような処理を繰り返すことによって、試料Ｓの予定された領域において発生した蛍光Ｌを検出する。
【００８９】
なお、励起光の波長は、不活性化光の波長と同じでもよい。例えば、第１光Ｌ１は、蛍光物質を活性化させる活性化光であり、第２光Ｌ２は、蛍光物質を励起する励起光と、蛍光物質を不活性化する不活性化光とを兼ねていてもよい。この場合、試料Ｓに励起光として照射される第２光Ｌ２の光量は、試料Ｓに不活性化光として照射される第２光の光量と異なってもよい。第２光Ｌ２の光量は、第２光Ｌ２の強度と照射時間との一方または双方を変更することによって、調整可能である。
【００９０】
なお、励起光の波長は、活性化光の波長および不活性化光の波長のいずれとも異なってもよい。この場合、顕微鏡ＭＳは、第１光Ｌ１として励起光が照射される第１領域Ａ１の少なくとも一部を含む領域に、活性化光を照射する。そして、顕微鏡ＭＳは、第１光Ｌ１として励起光を照射し、第２光Ｌ２として不活性化光を照射して、検出部４によって蛍光Ｌを検出する。また、励起光の波長が活性化光の波長と異なる場合、第１照射部１は、第１光Ｌ１として活性化光を照射してもよい。例えば、顕微鏡ＭＳは、第１光Ｌ１として活性化光を照射する。そして、顕微鏡ＭＳは、第１光Ｌ１が照射される第１領域Ａ１の少なくとも一部に励起光を照射し、第２光Ｌ２として不活性化光を照射して、検出部４によって蛍光Ｌを検出する。
【００９１】
なお、第１照射部１は、第１光Ｌ１として、試料Ｓに含まれる蛍光物質を励起する励起光を照射し、第２照射部２は、第２光Ｌ２として、第１光Ｌ１によって励起した蛍光物質に誘導放出を発生させる誘導放出光を照射してもよい。この場合、励起した蛍光物質は、第２光Ｌ２が照射されて誘導放出光が発生することによって基底状態になり、蛍光Ｌが発生することが抑制される。
【００９２】
なお、本実施形態において、蛍光Ｌが発生する領域Ａ０は、第１方向Ｄ１において第２方向Ｄ２よりも長い領域であるが、第１方向Ｄ１において第２方向Ｄ２と同じ大きさの領域でもよいし、第１方向Ｄ１において第２方向Ｄ２よりも短い領域でもよい。走査部３は、第１光Ｌ１と第２光Ｌ２とを第２方向Ｄ２において走査するが、第１光Ｌ１と第２光Ｌ２とを第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２において走査してもよい。例えば、顕微鏡ＭＳは、第１光Ｌ１および第２光Ｌ２による局在化縞照明を用いる顕微鏡でもよい。
【００９３】
なお、顕微鏡ＭＳは、第１光源１１と第２光源３１との一方または双方を備えなくてもよい。例えば、顕微鏡ＭＳは、第１光源１１を備えない状態で提供されてもよい。第１光源１１は、顕微鏡ＭＳが使用される際に、顕微鏡ＭＳに取り付けられてもよい。第１光源１１は、第１照射部１に対して交換可能（例、取り付け可能、取り外し可能）でもよい。また、顕微鏡ＭＳは、第２光源３１を備えない状態で提供されてもよい。第２光源３１は、顕微鏡ＭＳが使用される際に、顕微鏡ＭＳに取り付けられてもよい。第２光源３１は、第２照射部２に対して交換可能（例、取り付け可能、取り外し可能）でもよい。
【００９４】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。図８は、第２実施形態に係る顕微鏡を示す図である。本実施形態において、第１照射部１と第２照射部２とで光学系（照明光学系）の少なくとも一部が共用である。第１照射部１は、第１光源１１と、光学系５１とを備える。光学系５１は、図１の第１光学系１２に対応し、第１光源１１から発せられた第１光Ｌ１を試料面ＳＦの第１領域Ａ１に照射する。第２照射部２は、第２光源３１と、光学系５１とを備える。光学系５１は、図１の第２光学系３２に対応し、第２光源３１から発せられた第２光Ｌ２を試料面ＳＦの第２領域Ａ２に照射する。第１照射部１と第２照射部２とは、光学系５１が共用である。第１照射部１は、第２照射部２の一部（例、光学系５１）を含む。また、第２照射部２は、第１照射部１の一部（例、光学系５１）を含む。
【００９５】
光学系５１は、第１光源１１とレンズ２２との間の構成が図１の第１光学系１２と異なる。光学系５１は、第２光源３１とレンズ２２との間の構成が図１の第２光学系３２と異なる。光学系５１は、ダイクロイックミラー５２と、レンズ５３と、位相調整部５４と、光学部材５５と、分岐部１５と、レンズ５６と、マスク５７と、レンズ５８と、レンズ５９と、ミラー６０とを備える。
【００９６】
図８のダイクロイックミラー５２は、第１光源１１から出射した第１光Ｌ１が入射し、第２光源３１から出射した第２光Ｌ２が入射する位置に配置される。ダイクロイックミラー５２は、図１に示したダイクロイックミラー２１と同様である。第１光源１１から出射した第１光Ｌ１は、ダイクロイックミラー５２を波長選択的に透過して、レンズ５３に入射する。第２光源３１から出射した第２光Ｌ２は、ダイクロイックミラー５２で波長選択的に反射して、レンズ５３に入射する。
【００９７】
レンズ５３は、例えばコリメータである。レンズ５３は、第１光源１１から出射した第１光Ｌ１を平行光に変換する。また、レンズ５３は、第２光源３１から出射した第２光Ｌ２を平行光に変換する。レンズ５３を透過した第１光Ｌ１および第２光Ｌ２は、それぞれ、位相調整部５４に入射する。以下、図９から図１２を参照して、位相調整部５４からレンズ５８までの構成について説明する。
【００９８】
まず、第１光Ｌ１の光路について説明する。図９（Ａ）および（Ｂ）は、第２実施形態の第１照射部および第２照射部を示す図である。図９（Ａ）は、第１光源１１からレンズ５８までの第１光Ｌ１の光路を、Ｘ方向から見た図である。図９（Ｂ）は、第１光源１１からレンズ５８までの第１光Ｌ１の光路を、Ｙ方向から見た図である。位相調整部５４は、瞳共役面Ｐ５の位置またはその近傍に配置される。位相調整部５４は、入射する光の波長に基づいて位相を調整する光学部材である。
【００９９】
図１０（Ａ）および（Ｂ）は、第２実施形態の位相調整部を示す図である。図１０（Ａ）には、位相調整部５４に入射する前後の第１光Ｌ１を示した。また、図１０（Ｂ）には、位相調整部５４に入射する前後の第２光Ｌ２を示した。位相調整部５４は図４の位相調整部３４と同様の形状であり、位相調整部５４の各部を図４と同じ符号で表す。
【０１００】
まず、第１光Ｌ１について説明する。以下の説明において適宜、領域３４ａに入射する第１光Ｌ１を符号Ｌ１ａで表し、領域３４ｂに入射する第１光Ｌ１を符号Ｌ１ｂで表す。位相調整部５４は、第１光Ｌ１ａと第１光Ｌ１ｂとの位相差を調整する。第１光Ｌ１ａと第１光Ｌ１ｂとの位相差がπの偶数倍、又はπの偶数倍に近い場合、試料面ＳＦにおける第一光Ｌ１の強度分布は位相変調部５４が無い場合と同等の強度分布が得られる。位相調整部５４は、第１光Ｌ１ａと第１光Ｌ１ｂとの位相差を、例えばπの偶数倍に調整する。第１部分３７および第２部分３８は、領域３４ａから出射した第１光Ｌ１ａと領域３４ｂから出射した第１光Ｌ１ａとの位相差がπの偶数倍になるように、屈折率および寸法などの光学特性が設定される。
【０１０１】
ここで、光学系５１の光軸の方向における第２部分３８の寸法をｄで表し、第１光Ｌ１の波長λ１に対する第１部分３７の屈折率をｎ１１で表し、第２部分３８の屈折率をｎ１２で表す。また、領域３４ａから出射した第１光Ｌ１ａと領域３４ｂから出射した第１光Ｌ１ｂとの位相差をＷ１で表し、整数（−３、−２、−１、０、１、２、３、・・・）をＮで表す。位相差Ｗ１は、Ｗ１＝２Ｎ×πに設定され、λ１、ｎ１１、ｎ１２、及びｄは下記の式（１）を満たすように、設定される。
Ｗ１＝２Ｎ×π＝２π（ｎ１１−ｎ１２）ｄ／λ１      ・・・（１）
【０１０２】
次に、第２光Ｌ２について説明する。第１部分３７および第２部分３８は、領域３４ａから出射した第２光Ｌ２ａと領域３４ｂから出射した第２光Ｌ２ｂとの位相差がπの奇数倍になるように、屈折率および寸法などの光学特性が設定される。ここで、第２光Ｌ２の波長λ２に対する第１部分３７の屈折率をｎ２１で表し、第２光Ｌ２の波長λ２に対する第２部分３８の屈折率をｎ２２で表す。また、領域３４ａから出射した第２光Ｌ２ａと領域３４ｂから出射した第２光Ｌ２ｂとの位相差をＷ２で表し、整数（−３、−２、−１、０、１、２、３、・・・）をＭで表す。位相差Ｗ２は、Ｗ２＝（２Ｍ−１）×πに設定され、λ２、ｎ２１、ｎ２２、及びｄは下記の式（２）を満たすように、設定される。
Ｗ２＝（２Ｍ−１）×π＝２π（ｎ２１−ｎ２２）ｄ／λ２      ・・・（２）
【０１０３】
本実施形態に係る位相調整部５４は、第１光Ｌ１の波長であるλ１と、第２光Ｌ２の波長であるλ２に基づいて、第１部分３７の屈折率および寸法、並びに第２部分３８の屈折率および寸法が設定される。例えば、位相調整部５４は、上記の式（１）および式（２）を満たすように、あるいは上記の式（１）に対する残差と上記の式（２）に対する残差とが最小になるように、構成される。例えば、式（１）に関する残差をΔＷ１で表す。ΔＷ１は、Ｎ、λ１、ｎ１１、ｎ１２、及びｄの値を下記の式（３）に代入した値である。
ΔＷ１＝２Ｎπ−２π（ｎ１１−ｎ１２）ｄ／λ１      ・・・（３）
また、式（２）に関する残差をΔＷ２で表す。ΔＷ２は、Ｍ、λ２、ｎ２１、ｎ２２、及びｄの値を下記の式（４）に代入した値である。
ΔＷ２＝２（Ｍ−１）×π−２π（ｎ２１−ｎ２２）ｄ／λ２      ・・・（４）
また、残差に関する評価関数を以下の式（５）で定義する。
ΔＷ＝｜ΔＷ１｜×Ｋ１＋｜ΔＷ２｜×Ｋ２      ・・・（５）
式（５）におけるＫ１およびＫ２は、それぞれ重み付けの係数である。位相調整部５４は、評価関数の値であるΔＷが閾値以下となるように構成される。
【０１０４】
図９（Ａ）および（Ｂ）の説明に戻り、位相調整部５４から出射した第１光Ｌ１は、光学部材５５に入射する。光学部材５５は、第２方向Ｄ２に対応するパワーが第１方向Ｄ１に対応するパワーよりも強い。第２方向Ｄ２に対応するパワーは、第２方向Ｄ２に対応するＸ方向に光線を偏向させる屈折力である。第１方向Ｄ１に対応するパワーは、第１方向Ｄ１に対応するＹ方向に光線を偏向させる屈折力である。光学部材５５は、第１光Ｌ１に作用して非点収差を発生し、かつ第２光Ｌ２に作用して非点収差を発生する非点収差部材である。光学部材５５は、例えばシリンドリカルレンズである。光学系５１は、光学部材５５の代わりに、第１光Ｌ１に作用して非点収差を発生し、かつ第２光Ｌ２に作用して非点収差を発生する非点収差光学系を備えてもよい。
【０１０５】
光学部材５５から出射した第１光Ｌ１は、分岐部１５に入射する。分岐部１５は、試料共役面ＳＦ６の位置またはその近傍に配置される。第１光Ｌ１は、分岐部１５で回折してＹ方向に分岐する。第１光Ｌ１は、分岐部１５で複数の回折光に分岐し、レンズ５６に入射する。レンズ５６は、その光源側焦点が試料共役面ＳＦ６の位置またはその近傍の位置になるように、配置される。レンズ５６から出射した第１光Ｌ１は、マスク５７に入射する。マスク５７は、瞳共役面Ｐ６の位置またはその近傍の位置に配置される。マスク５７は、レンズ５６の試料側焦点の位置またはその近傍の位置に配置される。
【０１０６】
図１１（Ａ）から（Ｃ）は、第２実施形態のマスクを示す図である。マスク５７は、波長選択性を有する遮光部材である。マスク５７は、第１光Ｌ１の透過率と、第２光Ｌ２の透過率とがマスク５７上の領域で異なる。マスク５７は、開口部５７ａと、開口部５７ｂと、遮光部５７ｃとを含む。開口部５７ａは、分岐部１５で分岐した第１光Ｌ１の＋１次回折光が入射する位置と−１次回折光が入射する位置とに配置される。開口部５７ａは、図９に示した試料面ＳＦの第１方向Ｄ１に対応するＹ方向の寸法が第２方向Ｄ２に対応するＸ方向の寸法よりも小さい。
【０１０７】
開口部５７ｂは、分岐部１５で分岐した第１光Ｌ１の０次回折光が入射する位置に配置される。開口部５７ｂは、図９に示した試料面ＳＦの第１方向Ｄ１に対応するＹ方向の寸法が第２方向Ｄ２に対応するＸ方向の寸法よりも小さい。
【０１０８】
図１１（Ｂ）は、開口部５７ａにおける波長に対する透過率を示す図である。開口部５７ａは、第１光Ｌ１が透過し、第２光Ｌ２を遮光する。開口部５７ａは、第１光Ｌ１の波長λ１に対する透過率が第２光Ｌ２の波長λ２に対する透過率よりも高い。図１１（Ｃ）は、開口部５７ｂにおける光の波長に対する透過率を示す図である。開口部５７ｂは、第１光Ｌ１を遮光し、第２光Ｌ２が透過する。開口部５７ｂは、第１光Ｌ１の波長λ１に対する透過率が第２光Ｌ２の波長λ２に対する透過率よりも低い。図１１（Ａ）の遮光部５７ｃは、開口部５７ａの周囲の部分、及び開口部５７ｂの周囲の部分である。遮光部５７ｃは、第１光Ｌ１の波長および第２光Ｌ２の波長の双方に対して、開口部５７ａおよび開口部５７ｂに比べて透過率が低い。
【０１０９】
図９（Ａ）および（Ｂ）の説明に戻り、マスク５７を透過した第１光Ｌ１は、レンズ５８に入射する。レンズ５８は、その光源側焦点の位置がマスク５７の位置またはその近傍の位置になるように、配置される。レンズ５８は、その試料側焦点の位置が試料共役面ＳＦ７の位置またはその近傍の位置になるように、配置される。レンズ５８から出射した第１光Ｌ１は、試料共役面ＳＦ７に集光する。
【０１１０】
次に、第２光Ｌ２の光路について説明する。図１２（Ａ）および（Ｂ）は、第２実施形態の第２照射部の光路を示す図である。図１２（Ａ）は、第２光源３１からレンズ５８までの第２光Ｌ２の光路を、Ｘ方向から見た図である。図１２（Ｂ）は、第２光源３１からレンズ５８までの第２光Ｌ２の光路を、Ｙ方向から見た図である。第２光源３１から出射した第２光Ｌ２は、ダイクロイックミラー５２で反射し、レンズ５３に入射する。レンズ５３から出射した第２光Ｌ２は、位相調整部５４に入射し、図１０（Ｂ）で説明したように第２光Ｌ２ａと第２光Ｌ２ｂとの位相差が調整される。
【０１１１】
位相調整部５４から出射した第２光Ｌ２は、光学部材５５（例、シリンドリカルレンズ）に入射する。第２光Ｌ２は、図１２（Ａ）に示すように、光学部材５５によってＹＺ面において平行光に変換され、分岐部１５に入射する。第２光Ｌ２は、図１２（Ｂ）に示すように、光学部材５５によってＸＺ面において集光して、分岐部１５に入射する。第２光Ｌ２は、分岐部１５で回折してＹ方向に分岐する。
【０１１２】
分岐部１５から出射した第２光Ｌ２は、レンズ５６で集光し、マスク５７に入射する。分岐部１５で分岐した第２光Ｌ２の０次回折光は、図１１に示した開口部５７ｂに入射する。開口部５７ｂは、図１１（Ｃ）に示すように第２光Ｌ２の波長λ２に対する透過率が相対的に高い。開口部５７ｂに入射した第２光Ｌ２は、開口部５７ｂを透過して、レンズ５８に入射する。また、分岐部１５で分岐した第２光Ｌ２の＋１次回折光および−１次回折光は、図１１に示した開口部５７ａに入射する。開口部５７ａは、図１１（Ｂ）に示すように第２光Ｌ２の波長λ２に対する透過率が相対的に低い。開口部５７ａに入射した第２光Ｌ２は、開口部５７ａで遮光される。
【０１１３】
なお、マスク５７において第１光Ｌ１の１次回折光が入射する領域と、マスク５７において第２光Ｌ２の１次回折光が入射する領域とが異なる場合（例、分離している場合）、マスク５７において第１光Ｌ１の１次回折光が入射する領域を開口部とし、マスク５７において第２光Ｌ２の１次回折光が入射する領域を遮光部にしてもよい。この開口部は、波長選択性がなくてもよい。
【０１１４】
レンズ５８に入射した第２光Ｌ２は、図１２（Ａ）に示すように、ＹＺ面において平行光に変換され、試料共役面ＳＦ７に入射する。また、レンズ５８に入射した第２光Ｌ２は、図１２（Ｂ）に示すように、ＸＺ面において試料共役面ＳＦ７に集光する。
【０１１５】
図８の説明に戻り、レンズ５８から出射した第１光Ｌ１は、レンズ５９に入射する。レンズ５９から出射した第１光Ｌ１は、ミラー６０で反射してレンズ２２に入射する。レンズ２２から出射した第１光Ｌ１は、第１実施形態と同様に、ダイクロイックミラー２３で反射して、走査ミラー２４とレンズ２５とレンズ２６とレンズ２７を介して、試料面ＳＦの第１領域Ａ１に照射される。
【０１１６】
また、レンズ５８から出射した第２光Ｌ２は、レンズ５９に入射する。レンズ５９から出射した第２光Ｌ２は、ミラー６０で反射してレンズ２２に入射する。レンズ２２から出射した第２光Ｌ２は、第１実施形態と同様に、ダイクロイックミラー２３で反射して、走査ミラー２４とレンズ２５とレンズ２６とレンズ２７を介して、試料面ＳＦの第２領域Ａ２に照射される。
【０１１７】
本実施形態に係る顕微鏡ＭＳは、第１実施形態と比べて第１光学系１２と第２光学系３２とで共用の構成が多く、光学系の部品数を減らすことができる。本実施形態に係る顕微鏡ＭＳは、光学系の部品数を減らすことによって、例えばレンズ等の位置合わせに要するコストを低減できる。
【０１１８】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。図１３（Ａ）および（Ｂ）は、第３実施形態の第１照射部を示す図である。本実施形態は、分岐部１５の構成が上記実施形態と異なる。
【０１１９】
本実施形態において、第１照射部１は、第１光Ｌ１の縞周期を可変である。第１照射部１は、第１光源１１の光出射側に、レンズ１３と、偏光素子７５と、光学部材１４と、分岐部１５と、レンズ１６と、マスク１７とを備える。レンズ１３、光学部材１４（例、シリンドリカルレンズ）、レンズ１６、及びマスク１７は、第１実施形態と同様であり、その説明を省略あるいは簡略化する。
【０１２０】
分岐部１５は、偏光素子７６と、ＳＬＭ７７（空間光変調器）とを含む。図１３（Ａ）には、第１照射部１において、第１光源１１からＳＬＭ７７までの第１光Ｌ１の光路を示した。また、図１３（Ｂ）には、第１照射部１において、ＳＬＭ７７からマスク１７までの第１光Ｌ１の光路を示した。
【０１２１】
偏光素子７６は、偏光分離膜７８を備える。偏光分離膜７８は、第１光学系１２の光軸１２Ａに対して傾いている。偏光分離膜７８が光軸１２Ａとなす角度は、例えば４５°である。偏光分離膜７８は、偏光分離膜７８に対するＰ偏光が透過し、偏光分離膜７８に対するＳ偏光が反射する光学特性を有する。本実施形態において適宜、「偏光分離膜７８に対するＰ偏光」を「Ｐ偏光」と表し、「偏光分離膜７８に対するＳ偏光」を「Ｓ偏光」と表す。
【０１２２】
第１光源１１は、例えばレーザーダイオードであり、Ｐ偏光の第１光Ｌ１を発する。偏光素子７５は、Ｐ偏光が透過し、Ｓ偏光を遮光する。偏光素子７５は、例えばＳ偏光を吸収する偏光板であるが、Ｓ偏光が反射する偏光素子でもよい。偏光素子７５は、第１光源１１と偏光素子７６との間の光路に配置される。図１３（Ａ）において、偏光素子７５は、レンズ１３と光学部材１４との間の光路に配置される。
【０１２３】
偏光素子７６は、例えば偏光ビームスプリッタ（Polarizing Beam Splitter、適宜、ＰＢＳと表す）である。図１３（Ａ）の偏光素子７６は、ＰＢＳプリズムであり、偏光分離膜７８を備える。偏光素子７５を透過したＰ偏光の第１光Ｌ１は、偏光分離膜７８を透過して、ＳＬＭ７７に入射する。ＳＬＭ７７は、第１光Ｌ１が入射する複数の領域７９を有する。ＳＬＭ７７は、例えば、液晶を用いたＳＬＭであり、領域７９は１または２以上の画素である。ＳＬＭ７７は、領域７９ごとに屈折率又は反射率が可変である。ＳＬＭ７７は、入射した第１光Ｌ１の偏光状態を領域７９ごとに調整可能である。ＳＬＭ７７は、画素に所定の電界が印加された状態で、画素に入射したＰ偏光をＳ偏光に変換する。
【０１２４】
図１３（Ｂ）は、ＳＬＭ７７から出射する第１光Ｌ１におけるＳ偏光の光路を示す図である。ＳＬＭ７７から出射したＳ偏光の第１光Ｌ１は、偏光分離膜７８に入射し、偏光分離膜７８で反射する。偏光分離膜７８で反射したＳ偏光の第１光Ｌ１は、レンズ１６を介してマスク１７に入射する。マスク１７を透過した第１光Ｌ１は、第１実施形態と同様に、試料面ＳＦに照射される。一方、ＳＬＭ７７から出射した第１光Ｌ１におけるＰ偏光は、偏光分離膜７８を透過して、試料面ＳＦへ向かう光路から外れる。
【０１２５】
図１４（Ａ）から（Ｃ）は、第３実施形態の分岐部を示す図である。ＳＬＭ７７は、制御部７に制御されて、第１光Ｌ１の偏光状態を調整する。例えば、制御部７は、複数の領域７９のそれぞれに印加する電圧を表すデータ（例、ビットマップデータ）をＳＬＭ７７に供給する。ＳＬＭ７７は、制御部７から供給されるデータに基づいて、複数の領域７９における電圧のパターンを設定する。図１に示した第１光Ｌ１の縞周期は、複数の領域７９における電圧のパターンの周期に依存する。制御部７は、ＳＬＭ７７を制御することによって、図１に示した第１光Ｌ１の縞周期を制御する。
【０１２６】
図１４（Ｂ）および図１４（Ｃ）において、プラス電圧が印加される領域７９を符号７９ａで表し、マイナス電圧が印加される領域７９を符号７９ｂで表す。図１４（Ｂ）において、符号ΔＰａは、図１に示した第１方向Ｄ１に対応するＹ方向の領域７９ａの周期を表す。領域７９ａの周期ΔＰａは、領域７９ａの中心間の距離に対応する。また、符号ＰＬ１ａは、図１の試料面ＳＦに形成される第１光Ｌ１の縞パターンであり、符号ΔＤ１ａは、第１光Ｌ１の縞周期である。第１光Ｌ１の縞周期ΔＤ１ａは、領域７９ａの周期ΔＰａと、光学系の倍率などによって定まる。
【０１２７】
図１４（Ｃ）において、符号ΔＰｂは、図１に示した第１方向Ｄ１に対応するＹ方向の領域７９ａの周期である。領域７９ａの周期ΔＰｂは、領域７９ａの中心間の距離に対応する。また、符号ＰＬ１ｂは、図１の試料面ＳＦに形成される第１光Ｌ１の縞パターンであり、符号ΔＤ１ｂは、第１光Ｌ１の縞周期である。第１光Ｌ１の縞周期ΔＤ１ａは、領域７９ａの周期ΔＰａと、光学系の倍率などによって定まる。図１４（Ｃ）における領域７９ａの周期ΔＰｂは、図１４（Ｂ）における領域７９ａの周期ΔＰｂよりも長く、図１４（Ｃ）における第１光Ｌ１の縞周期ΔＤ１ｂは、図１４（Ｂ）における第１光Ｌ１の縞周期ΔＤ１ａよりも長い。
【０１２８】
図１に示した画像処理部５が生成する第２画像（例、超解像画像）において、第２画像の第１方向Ｄ１に対応する解像度は、第１光Ｌ１の縞周期に依存する。本実施形態に係る顕微鏡ＭＳは、制御部７によって第１光Ｌ１の縞周期を制御し、画像処理部５が生成する第２画像において第１方向Ｄ１に対応する解像度を変更可能である。
【０１２９】
図１５（Ａ）から（Ｃ）は、第３実施形態の画像処理部の処理を示す図である。図１５（Ａ）から（Ｃ）において、符号ｋｙは、第１方向Ｄ１に対応する周波数空間上の第１軸方向である。また、符号ｋｘは、第２方向Ｄ２に対応する周波数空間上の第２軸方向である。また、符号Ｆ１は、顕微鏡ＭＳの光学系のＯＴＦに対応する領域である。
【０１３０】
ここで、図１４（Ｂ）等に示したＳＬＭ７７における領域７９ａの周期が所定の値に設定された状態を、第１状態という。図１５（Ａ）は、その第１状態において得られる空間周波数成分を示す図である。画像処理部５は、第１状態において検出部４の検出結果から得られる複数の第１画像を用いて、空間周波数成分を分離する。画像処理部５は、分離した空間周波数成分を配置する。符号Ｆ３は、第１状態における検出部４の検出結果に基づいて画像処理部５が処理を実行することによって、空間周波数成分が得られる領域である。符号Ｆ３ｙは、第１軸方向ｋｙにおける領域７９の範囲（例、幅）である。範囲Ｆ３ｙの端の空間周波数は、第１方向Ｄ１に対応するカットオフ周波数である。また、符号Ｆ３ｘは、第２軸方向ｋｘにおける領域Ｆ３の範囲（例、幅）である。範囲Ｆ３ｘの端の空間周波数は、第２方向Ｄ２に対応するカットオフ周波数である。
【０１３１】
また、ＳＬＭ７７における領域７９ａの周期が第１状態に比べて短い状態を第２状態とする。図１５（Ｂ）は、その第２状態において得られる空間周波数成分を示す図である。符号Ｆ４は、第２状態における検出部４の検出結果に基づいて画像処理部５が処理を実行することによって、空間周波数成分が得られる領域である。符号Ｆ４ｙは、第１軸方向ｋｙにおける領域Ｆ４の範囲（例、幅）である。範囲Ｆ４ｙの端の空間周波数は、第１方向Ｄ１に対応するカットオフ周波数である。また、符号Ｆ４ｘは、第２軸方向ｋｘにおける領域Ｆ４の範囲（例、幅）である。範囲Ｆ４ｘの端の空間周波数は、第２方向Ｄ２に対応するカットオフ周波数である。
【０１３２】
領域Ｆ４の第１軸方向ｋｙの範囲Ｆ４ｙは、図１５（Ａ）の領域Ｆ３の第１軸方向ｋｙの範囲Ｆ３ｙよりも広い。領域Ｆ４は、図１５（Ａ）の領域Ｆ３に比べて、第１方向Ｄ１に対応するカットオフ周波数が高い。画像処理部５は、領域Ｆ４における空間周波数成分を用いることによって、第１状態に対応する検出部４の検出結果を用いる場合（図１５（Ａ）参照）に比べて、第１方向Ｄ１の解像度が高い第２画像を生成できる。
【０１３３】
更に、ＳＬＭ７７における領域７９ａの周期が第１状態よりも長い状態を第３状態とする。図１５（Ｃ）は、その第３状態において得られる空間周波数成分を示す図である。符号Ｆ５は、第３状態における検出部４の検出結果に基づいて画像処理部５が処理を実行することによって、空間周波数成分が得られる領域である。符号Ｆ５ｙは、第１軸方向ｋｙにおける領域Ｆ５の範囲（例、幅）である。範囲Ｆ５ｙの端の空間周波数は、第１方向Ｄ１に対応するカットオフ周波数である。また、符号Ｆ５ｘは、第２軸方向ｋｘにおける領域Ｆ５の範囲（例、幅）である。範囲Ｆ５ｘの端の空間周波数は、第２方向Ｄ２に対応するカットオフ周波数である。
【０１３４】
領域Ｆ５の第１軸方向ｋｙの範囲Ｆ５ｙは、図１５の領域Ｆ３の第１軸方向ｋｙの範囲Ｆ３ｙよりも狭い。領域Ｆ５は、図１５（Ａ）の領域Ｆ３に比べて、第１方向Ｄ１に対応するカットオフ周波数が低い。画像処理部５は、領域Ｆ５における空間周波数成分を用いることによって、第１状態に対応する検出部４の検出結果を用いる場合（図１５（Ａ）参照））に比べて、第１方向Ｄ１の解像度が低い第２画像を生成できる。
【０１３５】
上述のように、本実施形態に係る顕微鏡ＭＳは、画像処理部５が生成する第２画像において第１方向Ｄ１に対応する解像度を調整可能である。制御部７は、例えば、第２画像の第２方向Ｄ２の解像度に基づいて、第２画像の第１方向Ｄ１の解像度を設定する。例えば、制御部７は、第２画像の第１方向Ｄ１の解像度と、第２画像の第２方向Ｄ２の解像度とが揃うように（又は近くなるように）、ＳＬＭ７７を制御する。
【０１３６】
ここで、顕微鏡ＭＳに取得される第２画像において、第１方向Ｄ１の解像度が第２方向の解像度と異なる場合の制御部７の制御について説明する。まず、第２画像の第１方向Ｄ１の解像度が第２方向の解像度よりも高いケース（以下、第１のケースという）の制御部７の制御について説明する。
【０１３７】
第１のケースは、例えば図１５（Ｂ）に対応する。ここでは、図１５（Ｂ）における顕微鏡ＭＳによる蛍光の検出条件は、第１光Ｌ１の縞周期が第１周期である条件であるとする。また、この条件において、空間周波数成分が存在する領域Ｆ４は、第１軸方向ｋｙにおける範囲Ｆ４ｙが第２軸方向ｋｘにおける範囲Ｆ４ｘよりも広いとする。画像処理部５は、例えば、領域Ｆ４の全域に含まれる空間周波数成分に基づいて、第２画像を生成する。この第２画像において、第１方向Ｄ１の解像度は、第２方向Ｄ２の解像度よりも高い。
【０１３８】
第１のケースにおいて、制御部７は、第１光Ｌ１の縞周期を第１周期よりも長い第２周期へ変更する。第１光Ｌ１の縞周期が第２周期である条件は、例えば図１５（Ａ）における顕微鏡ＭＳによる蛍光の検出条件に相当する。図１５（Ａ）の領域Ｆ３の第１軸方向ｋｙにおける範囲Ｆ３ｙは、上記第１周期に対応する図１５（Ｂ）の領域Ｆ４の第１軸方向ｋｙにおける範囲Ｆ４ｙに比べて狭い。
【０１３９】
画像処理部５は、例えば、第２周期に対応する図１５（Ａ）の領域Ｆ３の全域に含まれる空間周波数成分に基づいて、第２画像を生成する。この第２画像の第１方向Ｄ１の解像度は、上記第１周期に対応する第２画像の第１方向の解像度よりも低い。上記第２周期に対応する第２画像の第２方向の解像度は、上記第１周期に対応する第２画像に比べて、第１方向Ｄ１の解像度が第２方向Ｄ２の解像度と近くなる。
【０１４０】
例えば、上記第２周期に対応する図１５（Ａ）の領域Ｆ３において、第１軸方向ｋｙの範囲Ｆ３ｙは、第２軸方向ｋｘの範囲Ｆ３ｘと同じであるとする。画像処理部５は、例えば領域Ｆ３の全域に含まれる空間周波数成分に基づいて、第１方向Ｄ１の解像度と第２方向Ｄ２の解像度とが同じである第２画像を生成することができる。
【０１４１】
このように、制御部７は、上記第１周期に対応する第２画像に比べて、上記第２周期に対応する第２画像の第１方向Ｄ１の解像度が第２方向Ｄ２の解像度に近くなるように、第１光Ｌ１の縞周期を第１周期よりも長い第２周期へ変更する。これにより、顕微鏡ＭＳは、例えば、解像度の等方性が向上した第２画像を取得できる。
【０１４２】
次に、第２画像の第１方向Ｄ１の解像度が第２方向の解像度よりも低いケース（以下、第２のケースという）の制御部７の制御について説明する。第２のケースは、例えば図１５（Ｃ）に対応する。ここでは、図１５（Ｃ）における顕微鏡ＭＳによる蛍光の検出条件は、第１光Ｌ１の縞周期が第３周期である条件であるとする。また、この条件において、空間周波数成分が存在する領域Ｆ５は、第１軸方向ｋｙにおける範囲Ｆ５ｙが第２軸方向ｋｘにおける範囲Ｆ５ｘよりも狭いとする。画像処理部５は、例えば、領域Ｆ５の全域に含まれる空間周波数成分に基づいて、第１方向Ｄ１の解像度が第２方向Ｄ２の解像度よりも低い第２画像を生成する。
【０１４３】
第２のケースにおいて、制御部７は、第１光Ｌ１の縞周期を第３周期よりも短い第４周期へ変更する。第１光Ｌ１の縞周期が第４周期である条件は、例えば図１５（Ａ）における顕微鏡ＭＳによる蛍光の検出条件に相当する。図１５（Ａ）の領域Ｆ３の第１軸方向ｋｙにおける範囲Ｆ３ｙは、上記第３周期に対応する図１５（Ｃ）の領域Ｆ５の第１軸方向ｋｙにおける範囲Ｆ５ｙに比べて広い。
【０１４４】
画像処理部５は、例えば、第２周期に対応する図１５（Ａ）の領域Ｆ３の全域に含まれる空間周波数成分に基づいて、第２画像を生成する。この第２画像の第１方向Ｄ１の解像度は、上記第３周期に対応する第２画像の第１方向の解像度よりも高い。上記第４周期に対応する第２画像の第２方向の解像度は、上記第３周期に対応する第２画像に比べて、第１方向Ｄ１の解像度が第２方向Ｄ２の解像度と近くなる。
【０１４５】
例えば、上記第４周期に対応する図１５（Ａ）の領域Ｆ３において、第１軸方向ｋｙの範囲Ｆ３ｙは、第２軸方向ｋｘの範囲Ｆ３ｘと同じであるとする。画像処理部５は、例えば領域Ｆ３の全域に含まれる空間周波数成分に基づいて、第１方向Ｄ１の解像度と第２方向Ｄ２の解像度とが同じである第２画像を生成することができる。
【０１４６】
このように、制御部７は、上記第３周期に対応する第２画像に比べて、上記第４周期に対応する第２画像の第１方向Ｄ１の解像度が第２方向Ｄ２の解像度に近くなるように、第１光Ｌ１の縞周期を第３周期よりも短い第４周期へ変更する。これにより、顕微鏡ＭＳは、例えば、解像度の等方性が向上した第２画像を取得できる。
【０１４７】
上述のように、第１光Ｌ１の縞周期は、検出部４の検出結果から得られる試料Ｓの第１方向Ｄ１の解像度と第２方向Ｄ２の解像度とに基づいて設定されてもよい。例えば、顕微鏡ＭＳは、第１の検出条件で蛍光Ｌを検出し、第１の検出条件に対応する検出部４の検出結果に基づいて、第１光Ｌ１の縞周期を変更してもよい。この場合、画像処理部５は、第１の検出条件に対応する検出部４の検出結果に基づいて周波数解析してもよい。例えば、画像処理部５は、検出部４の検出結果に対してフーリエ変換を施して得られる空間周波数成分の第１方向Ｄ１に対応する第１カットオフ周波数と第２方向Ｄ２に対応する第２カットオフ周波数とを算出する。
【０１４８】
制御部７は、画像処理部５による周波数解析の結果に基づいて、蛍光Ｌを検出する条件を、第１光Ｌ１の縞周期が上記第１の検出条件と異なる第２の検出条件に設定してもよい。制御部７は、検出部４の検出結果から得られる空間周波数成分の第１方向Ｄ１に対応するカットオフ周波数と第２方向Ｄ２に対応するカットオフ周波数とに基づいて、第１方向Ｄ１において第１光Ｌ１の強度が変化する周期を制御してもよい。
【０１４９】
検出部４は、上記第２の検出条件において蛍光Ｌを検出し、画像処理部５は、第２の検出条件に対応する検出部４の検出結果に基づいて第２画像を生成してもよい。画像処理部５は、上記第１の検出条件に対応する第２画像を生成してもよいし、生成しなくてもよい。
【０１５０】
なお、第２の検出条件は、第１光Ｌ１の波長、第１光学系１２の光学特性、第２光Ｌ２の波長、及び第２光学系３２の光学特性の少なくとも１つに基づいて、理論的に又は実験的に予め導出されていてもよい。第１実施形態において、顕微鏡ＭＳによって蛍光Ｌを検出する検出条件は、予め導出された第２の検出条件に設定されていてもよい。この場合、第１照射部１は、第１光Ｌ１の縞周期を変更しなくてもよい。
【０１５１】
なお、顕微鏡ＭＳは、例えば蛍光物質の種類に基づいて、第１光Ｌ１の波長と第２光Ｌ２の波長との一方または双方が変更される場合がある。例えば、第１光源１１と第２光源３１との一方または双方は、蛍光物質の種類に基づいて交換される場合がある。このような場合、本実施形態に係る顕微鏡ＭＳは、第１光Ｌ１の波長と第２光Ｌ２の波長との一方または双方に基づいて、第１光Ｌ１の縞周期を変更してもよい。本実施形態に係る顕微鏡ＭＳは、第２画像の解像度と異なるパラメータ（例、波長）に基づいて、第１光Ｌ１の縞周期を変更してもよい。
【０１５２】
［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。図１６（Ａ）から図１６（Ｃ）は第４実施形態の第２照射部を示す図である。本実施形態において、第２照射部２は、図１等に示した第２光Ｌ２のパターンをマスク８１を用いて設定し、このパターンを試料面ＳＦに投影する（例、リレーする）。本実施形態において、マスク８１はＳＬＭを含み、第２照射部２は、第２光Ｌ２が照射される一対の第２領域Ａ２ａ、Ａ２ｂの間隔を可変である。以下の説明において適宜、マスク８１をＳＬＭ８１と表す。
【０１５３】
図１６（Ａ）には、第２照射部２における第２光源３１からレンズ２２までの構成を示した。第２照射部２は、第２光源３１の光出射側に、レンズ３３と、ＳＬＭ８１と、レンズ３６と、レンズ２２とを備える。第２光源３１およびレンズ３３の構成、並びにレンズ２２から試料面ＳＦ（図１参照）までの構成は、第１実施形態と同様であり、その説明を簡略化あるいは省略する。
【０１５４】
第２光源３１から出射した第２光Ｌ２は、レンズ３３を介してＳＬＭ８１に入射する。ＳＬＭ８１は、試料共役面ＳＦ４の位置またはその近傍に配置される。ＳＬＭ８１は、第２光Ｌ２が入射する複数の領域８２を有する。ＳＬＭ８１は、例えば、液晶を用いたＳＬＭであり、領域８２は１または２以上の画素である。ＳＬＭ８１は、領域８２ごとに透過率が可変である。ＳＬＭ８１は、各領域８２を、第２光Ｌ２を遮光する遮光状態と、第２光Ｌ２が透過する透過状態とに切替可能である。ＳＬＭ８１は、制御部７に制御されて、透過率を調整する。例えば、制御部７は、複数の領域８２のそれぞれに印加する電圧を表すデータ（例、ビットマップデータ）をＳＬＭ８１に供給する。ＳＬＭ８１は、制御部７から供給されるデータに基づいて、複数の領域８２における電圧のパターンを設定する。
【０１５５】
図１６（Ｂ）および図１６（Ｃ）は、それぞれ、ＳＬＭ８１における透過率の分布と試料面ＳＦにおける第２領域Ａ２とを示す図である。図１４（Ｂ）および図１４（Ｃ）において、透過率が相対的に高い領域８２を符号８２ａで表し、透過率が相対的に低い領域を符号８２ｂで表す。例えば、領域８２ａは上記透過状態の領域８２であり、領域８２ｂは上記遮光状態の領域８２である。領域８２ａは、第２領域Ａ２と対応する形状である。領域８２ａは、第１方向Ｄ１に対応するＹ方向の寸法が第２方向Ｄ２に対応するＸ方向の寸法よりも大きい帯状である。
【０１５６】
図１６（Ｂ）の符号ΔＱａは、試料面ＳＦの第２方向Ｄ２に対応するＹ方向における、領域８２ａの間隔（例、中心間の距離）である。また、符号ΔＤ２ａは、試料面ＳＦの第２方向Ｄ２における一対の第２領域Ａ２ａ、Ａ２ｂの間隔（例、中心間の距離）である。以下の説明において適宜、試料面ＳＦの第２方向Ｄ２における一対の第２領域Ａ２ａ、Ａ２ｂの間隔を、第２領域Ａ２の間隔という。第２領域Ａ２の間隔ΔＤ２ａは、ＳＬＭ８１における領域８２ａの間隔ΔＱａと、光学系の倍率などによって
---定まる。
【０１５７】
図１６（Ｃ）の符号ΔＱｂは、試料面ＳＦの第２方向Ｄ２に対応するＸ方向における、領域８２ａの間隔である。また、符号ΔＤ２ｂは、試料面ＳＦの第２領域Ａ２の間隔である。第２領域Ａ２の間隔ΔＤ２ｂは、ＳＬＭ８１における領域８２ａの間隔ΔＱｂと、光学系の倍率などによって定まる。図１６（Ｃ）における領域８２ａの間隔ΔＱｂは、図１６（Ｂ）における領域８２ａの間隔ΔＱａよりも狭く、図１６（Ｃ）における第２領域Ａ２の間隔ΔＤ２ｂは、図１６（Ｂ）における第２領域Ａ２の間隔ΔＤ２ａよりも狭い。
【０１５８】
制御部７は、ＳＬＭ８１を制御することによって、第２方向Ｄ２における一対の第２領域Ａ２の間隔を制御する。制御部７は、ＳＬＭ８１における領域８２ａのパターンを設定することで、試料面ＳＦにおける第２領域Ａ２の位置および寸法の一方または双方を設定可能である。
【０１５９】
図１に示した画像処理部５が生成する第２画像（例、超解像画像）において、第２方向Ｄ２に対応する解像度は、第２領域Ａ２の間隔に依存する。第２方向Ｄ２における一対の第２領域Ａ２の間隔は、検出部４の検出結果から得られる試料Ｓの第１方向Ｄ１の解像度と第２方向Ｄ２の解像度とに基づいて設定される。本実施形態に係る顕微鏡ＭＳは、制御部７によって第２領域Ａ２の間隔を制御し、画像処理部５が生成する第２画像において第２方向Ｄ２に対応する解像度を変更可能である。
【０１６０】
図１７（Ａ）から（Ｃ）は、第４実施形態の画像処理部の処理を示す図である。図１７（Ａ）から（Ｃ）において、符号ｋｙは、第１方向Ｄ１に対応する周波数空間上の第１軸方向である。また、符号ｋｘは、第２方向Ｄ２に対応する周波数空間上の第２軸方向である。また、符号Ｆ１は、顕微鏡ＭＳの光学系のＯＴＦに対応する領域である。
【０１６１】
ここで、ＳＬＭ８１における領域８２ａの間隔が所定の値に設定された状態を、第４状態という。図１７（Ａ）は、その第４状態において得られる空間周波数成分を示す図である。図１７（Ａ）は、図１５（Ａ）と同じであり、その説明を省略する。
【０１６２】
また、ＳＬＭ８１における領域８２ａの間隔が第４状態に比べて広い状態を第５状態とする。図１７（Ｂ）は、その第５状態において得られる空間周波数成分を示す図である。符号Ｆ６は、第５状態における検出部４の検出結果に基づいて画像処理部５が処理を実行することによって、空間周波数成分が得られる領域である。符号Ｆ６ｙは、第１軸方向ｋｙにおける領域Ｆ６の範囲（例、幅）である。範囲Ｆ６の端の空間周波数は、第１方向Ｄ１に対応するカットオフ周波数である。また、符号Ｆ６ｘは、第２軸方向ｋｘにおける領域Ｆ６の範囲（例、幅）である。範囲Ｆ６の端の空間周波数は、第２方向Ｄ２に対応するカットオフ周波数である。
【０１６３】
領域Ｆ６の第２軸方向ｋｘの範囲Ｆ６ｘは、は、図１７（Ａ）の領域Ｆ３の第２軸方向ｋｘの範囲Ｆ３ｘよりも狭い。図１７（Ｂ）の領域Ｆ６は、図１７（Ａ）の領域Ｆ３に比べて、第２方向Ｄ２に対応するカットオフ周波数が低い。画像処理部５は、領域Ｆ６における空間周波数成分を用いることによって、第４状態に対応する検出部４の検出結果を用いる場合（図１７（Ａ）参照）に比べて、第２方向Ｄ２の解像度が低い第２画像を生成できる。
【０１６４】
また、ＳＬＭ８１における領域８２ａの間隔が第４状態よりも狭い状態を第６状態とする。図１７（Ｃ）は、その第６状態において得られる空間周波数成分を示す図である。符号Ｆ７は、第６状態における検出部４の検出結果に基づいて画像処理部５が処理を実行することによって、空間周波数成分が得られる領域である。符号Ｆ７ｙは、第１軸方向ｋｙにおける領域Ｆ７の範囲（例、幅）である。範囲Ｆ７ｙの端の空間周波数は、第１方向Ｄ１に対応するカットオフ周波数である。また、符号Ｆ７ｘは、第２軸方向ｋｘにおける領域Ｆ７の範囲（例、幅）である。範囲Ｆ７ｘの端の空間周波数は、第２方向Ｄ２に対応するカットオフ周波数である。
【０１６５】
第６状態に対応する領域Ｆ７の第２軸方向ｋｘの範囲Ｆ７ｘは、図１７（Ａ）に示した第４状態に対応する領域Ｆ３の第２軸方向ｋｘの範囲Ｆ３ｘよりも広い。図１７（Ｃ）の領域Ｆ７は、図１７（Ａ）の領域Ｆ３に比べて、第２方向Ｄ２に対応するカットオフ周波数が高い。画像処理部５は、領域Ｆ７における空間周波数成分を用いることによって、第４状態に対応する検出部４の検出結果を用いる場合（図１７（Ａ）参照）に比べて、第２方向Ｄ２の解像度が高い第２画像を生成できる。
【０１６６】
上述のように、本実施形態に係る顕微鏡ＭＳは、画像処理部５が生成する第２画像において第２方向Ｄ２に対応する解像度を調整可能である。制御部７は、例えば、第２画像の第１方向Ｄ１の解像度に基づいて、第２画像の第２方向Ｄ２の解像度を設定する。例えば、制御部７は、第２画像の第１方向Ｄ１の解像度と、第２画像の第２方向Ｄ２の解像度とが揃うように、ＳＬＭ８１を制御する。
【０１６７】
ここで、顕微鏡ＭＳに取得される第２画像において、第１方向Ｄ１の解像度が第２方向の解像度と異なる場合の制御部７の制御について説明する。まず、第２画像の第１方向Ｄ１の解像度が第２方向の解像度よりも高いケース（以下、第３のケースという）の制御部７の制御について説明する。
【０１６８】
第３のケースは、例えば図１７（Ｂ）に対応する。ここでは、図１７（Ｂ）における顕微鏡ＭＳによる蛍光の検出条件は、第２領域Ａ２の間隔が第１間隔である条件であるとする。また、この条件において、領域Ｆ６は、第１軸方向ｋｙにおける範囲Ｆ６ｙが第２軸方向ｋｘにおける範囲Ｆ６ｘよりも広いとする。画像処理部５は、例えば、第１間隔に対応する領域Ｆ６の全域に含まれる空間周波数成分に基づいて、第１方向Ｄ１の解像度が第２方向Ｄ２の解像度よりも高い第２画像を生成する。
【０１６９】
第３のケースにおいて、制御部７は、第２領域Ａ２の間隔を第１間隔よりも狭い第２間隔へ変更する。第２領域Ａ２の間隔が第２間隔である条件は、例えば図１７（Ａ）における顕微鏡ＭＳによる蛍光の検出条件に相当する。図１７（Ａ）の領域Ｆ３の第２軸方向ｋｘにおける範囲Ｆ３ｘは、第１間隔に対応する図１７（Ｂ）の領域Ｆ６の第２軸方向ｋｘにおける範囲Ｆ６ｘに比べて広い。
【０１７０】
画像処理部５は、例えば、第２間隔に対応する領域Ｆ３の全域に含まれる空間周波数成分に基づいて、第２画像を生成する。この第２画像の第１方向Ｄ１の解像度（図１７（Ａ）参照）は、上記第１間隔に対応する第２画像の第１方向の解像度（図１７（Ｂ）参照）よりも高い。図１７（Ａ）に対応する第２画像の第２方向の解像度は、図１７（Ｂ）に対応する第２画像に比べて、第２方向Ｄ２の解像度が第１方向Ｄ１の解像度と近くなる。
【０１７１】
例えば、上記第２間隔に対応する図１７（Ａ）の領域Ｆ３において、第２軸方向ｋｘの範囲Ｆ３ｘは、第１軸方向ｋｙの範囲Ｆ３ｙと同じであるとする。画像処理部５は、例えば領域Ｆ３の全域に含まれる空間周波数成分に基づいて、第１方向Ｄ１の解像度と第２方向Ｄ２の解像度とが同じである第２画像を生成できる。
【０１７２】
このように、制御部７は、上記第１間隔に対応する第２画像に比べて、上記第２間隔に対応する第２画像の第２方向Ｄ２の解像度が第１方向Ｄ１の解像度に近くなるように、第２領域の間隔を第１間隔よりも狭い第２間隔へ変更する。これにより、顕微鏡ＭＳは、例えば、解像度の等方性が向上した第２画像を取得できる。
【０１７３】
次に、第２画像の第２方向の解像度が第１方向Ｄ１の解像度よりも高いケース（以下、第４のケースという）の制御部７の制御について説明する。第４のケースは、例えば図１７（Ｃ）に対応する。ここでは、図１７（Ｃ）における顕微鏡ＭＳによる蛍光の検出条件は、第２領域Ａ２の間隔が第３間隔である条件であるとする。また、この条件において、領域Ｆ７は、第２軸方向ｋｘにおける範囲Ｆ７ｘが第１軸方向ｋｙにおける範囲Ｆ７ｙよりも広いとする。画像処理部５は、例えば、第３間隔に対応する領域Ｆ７の全域に含まれる空間周波数成分に基づいて、第２方向Ｄ２の解像度が第１方向Ｄ１の解像度よりも高い第２画像を生成する。
【０１７４】
上記第３のケースにおいて、制御部７は、第２領域Ａ２の間隔を第３間隔よりも広い第４間隔へ変更する。第２領域Ａ２の間隔が第４間隔である条件は、例えば図１７（Ａ）における顕微鏡ＭＳによる蛍光の検出条件に相当する。図１７（Ａ）の領域Ｆ３の第２軸方向ｋｘにおける範囲Ｆ３ｘは、第４間隔に対応する図１７（Ｃ）の領域Ｆ７の第２軸方向ｋｘにおける範囲Ｆ７ｘに比べて狭い。
【０１７５】
画像処理部５は、例えば、第４間隔に対応する領域Ｆ３の全域に含まれる空間周波数成分に基づいて、第２画像を生成する。この第２画像の第１方向Ｄ１の解像度（図１７（Ａ）参照）は、上記第４間隔に対応する第２画像の第１方向の解像度（図１７（Ｃ）参照）よりも低い。図１７（Ａ）に対応する第２画像の第２方向の解像度は、図１７（Ｃ）に対応する第２画像に比べて、第２方向Ｄ２の解像度が第１方向Ｄ１の解像度と近くなる。
【０１７６】
例えば、上記第４間隔に対応する図１７（Ａ）の領域Ｆ３において、第２軸方向ｋｘの範囲Ｆ３ｘは、第１軸方向ｋｙの範囲Ｆ３ｙと同じであるとする。画像処理部５は、例えば領域Ｆ３の全域に含まれる空間周波数成分に基づいて、第１方向Ｄ１の解像度と第２方向Ｄ２の解像度とが同じである第２画像を生成できる。
【０１７７】
このように、制御部７は、上記第３間隔に対応する第２画像に比べて、上記第４間隔に対応する第２画像の第２方向Ｄ２の解像度が第１方向Ｄ１の解像度に近くなるように、第２領域の間隔を第３間隔よりも広い第４間隔へ変更する。これにより、顕微鏡ＭＳは、例えば、解像度の等方性が向上した第２画像を取得できる。
【０１７８】
上述のように、第２領域Ａ２の間隔は、検出部４の検出結果から得られる試料Ｓの第１方向Ｄ１の解像度と第２方向Ｄ２の解像度とに基づいて設定されてもよい。例えば、顕微鏡ＭＳは、第３の検出条件で蛍光Ｌを検出し、第３の検出条件に対応する検出部４の検出結果に基づいて、第２領域Ａ２の間隔を変更してもよい。この場合、画像処理部５は、第３の検出条件に対応する検出部４の検出結果に基づいて周波数解析してもよい。例えば、画像処理部５は、検出部４の検出結果に対してフーリエ変換を施して得られる空間周波数成分の第１方向Ｄ１に対応する第１カットオフ周波数と第２方向Ｄ２に対応する第２カットオフ周波数とを算出する。
【０１７９】
制御部７は、画像処理部５による周波数解析の結果に基づいて、蛍光Ｌを検出する条件を、第２領域Ａ２の間隔が上記第３の検出条件と異なる第４の検出条件に設定してもよい。制御部７は、検出部４の検出結果から得られる空間周波数成分の第１方向Ｄ１に対応するカットオフ周波数と第２方向Ｄ２に対応するカットオフ周波数とに基づいて、第１方向Ｄ１において第２領域Ａ２の間隔を制御してもよい。検出部４は、上記第４の検出条件において蛍光Ｌを検出し、画像処理部５は、第４の検出条件に対応する検出部４の検出結果に基づいて第２画像を生成してもよい。画像処理部５は、上記第３の検出条件に対応する第２画像を生成してもよいし、生成しなくてもよい。
【０１８０】
なお、第４の検出条件は、第１光Ｌ１の波長、第１光学系１２の光学特性、第２光Ｌ２の波長、及び第２光学系３２の光学特性の少なくとも１つに基づいて、理論的に又は実験的に予め導出されていてもよい。第１実施形態において、顕微鏡ＭＳによって蛍光Ｌを検出する検出条件は、予め導出された第４の検出条件に設定されていてもよい。この場合、第１照射部１は、第２領域Ａ２の間隔を変更しなくてもよい。この場合、マスク８１は、ＳＬＭでなくてもよい。
【０１８１】
なお、顕微鏡ＭＳは、例えば蛍光物質の種類に基づいて、第１光Ｌ１の波長と第２光Ｌ２の波長との一方または双方が変更される場合がある。例えば、第１光源１１と第２光源３１との一方または双方は、蛍光物質の種類に基づいて交換される場合がある。このような場合、本実施形態に係る顕微鏡ＭＳは、第１光Ｌ１の波長と第２光Ｌ２の波長との一方または双方に基づいて、第２領域Ａ２の間隔を変更してもよい。本実施形態に係る顕微鏡ＭＳは、第２画像の解像度と異なるパラメータ（例、波長）に基づいて、第２領域Ａ２の間隔を変更してもよい。
【０１８２】
［第５実施形態］
次に、第５実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。本実施形態に係る顕微鏡ＭＳは、第３実施形態で説明したように第１光Ｌ１の縞周期を可変であり、また第４実施形態で説明したように第２領域Ａ２の間隔を可変である。顕微鏡ＭＳは、検出部４の検出結果から得られる解像度に基づいて、照明条件を調整する。照明条件は、第１光Ｌ１の縞周期と第２領域Ａ２の間隔との一方または双方を含む。検出部４は、照明条件が調整された状態で試料Ｓから放射される蛍光Ｌを検出する。画像処理部５は、照明条件が調整された状態における検出部４の検出結果に基づいて画像を生成する。
【０１８３】
図１８は、第５実施形態の顕微鏡の動作を示すフローチャートである。顕微鏡ＭＳの各部については、図１、図１４、図１６などを参照する。また、図１８のステップＳ１からステップＳ８の処理は、図７と同様であり、その説明を省略あるいは簡略化する。
【０１８４】
顕微鏡ＭＳは、ステップＳ１からステップＳ８の処理によって、図６（Ａ）および（Ｂ）で説明したように、第１光Ｌ１の位相が異なる複数の条件で、蛍光Ｌを検出する。ステップＳ１１において、画像処理部５は、検出部４による蛍光の検出結果をフーリエ変換する。ステップＳ１２において、画像処理部５は、フーリエ変換を施して得られる空間周波数成分の第１方向Ｄ１に対応する第１カットオフ周波数と第２方向Ｄ２に対応する第２カットオフ周波数とを算出する。
【０１８５】
ステップＳ１３において、制御部７は、生成する第２画像の解像度を調整するか否かを判定する。例えば、制御部７は、画像処理部５が算出した第１カットオフ周波数と第２カットオフ周波数とが所定の条件を満たす場合に、解像度を調整すると判定する（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）。上記所定の条件は、例えば第１カットオフ周波数と第２カットオフ周波数と比が所定の範囲外である条件であるが、その他の条件でもよい。
【０１８６】
制御部７は、解像度を調整すると判定した場合（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、ステップＳ１４において、第１光Ｌ１の縞周期と第２領域Ａ２の間隔との一方または双方を調整する。例えば、制御部７は、画像処理部５が算出した第１カットオフ周波数と第２カットオフ周波数とに基づいて、ステップＳ１４の処理を実行する。例えば、制御部７は、第１カットオフ周波数と第２カットオフ周波数とで低い方のカットオフ周波数を、高い方のカットオフ周波数に近づけるように、第１光Ｌ１の縞周期と第２領域Ａ２の間隔との一方または双方を調整する。
【０１８７】
ここで、第１カットオフ周波数が第２カットオフ周波数よりも高いとする。この場合、制御部７は、第２カットオフ周波数が第１カットオフ周波数に近づくように、図１６（Ａ）から（Ｃ）に示したＳＬＭ８１を制御して第２領域Ａ２の間隔を狭くする。なお、制御部７は、第１カットオフ周波数が第２カットオフ周波数に近づくように、図１４（Ａ）から（Ｃ）に示したＳＬＭ７７を制御して第１光Ｌ１の縞周期を長くしてもよい。例えば、制御部７は、透過状態の領域８２ａの間隔が下限値（例、１画素）であって、かつ第１カットオフ周波数と第２カットオフ周波数とが所定の条件を満たさない場合、第１光Ｌ１の縞周期を長くしてもよい。
【０１８８】
ここで、第１カットオフ周波数が第２カットオフ周波数よりも低いとする。この場合、制御部７は、第１カットオフ周波数が第２カットオフ周波数に近づくように、図１４（Ａ）から（Ｃ）に示したＳＬＭ７７を制御して第１光Ｌ１の縞周期を短くする。なお、制御部７は、第２カットオフ周波数が第１カットオフ周波数に近づくように、図１６（Ａ）から（Ｃ）に示したＳＬＭ８１を制御して第２領域Ａ２の間隔を広くしてもよい。例えば、制御部７は、第１光Ｌ１の縞周期が下限値（例、シフトした空間周波数成分を、光学系を介して検出可能な限界）であって、かつ第１カットオフ周波数と第２カットオフ周波数とが所定の条件を満たさない場合、第２領域Ａ２の間隔を広くしてもよい。
【０１８９】
制御部７は、ステップＳ１４の処理後に、ステップＳ１からステップＳ１３の処理を繰り返す。解像度を調整しないと制御部７が判定した場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）、ステップＳ９において、画像処理部５は、ステップＳ１からステップＳ８の処理で得られた検出部４の検出結果に基づいて画像を生成する。ステップＳ９の処理は、図７と同様である。
【０１９０】
なお、制御部７は、ステップＳ１３において、ユーザの指定に基づいて生成する第２画像の解像度を調整するか否かを判定してもよい。例えば、顕微鏡ＭＳは、図７と同様にステップＳ１からステップＳ９の処理を実行して、画像処理部５が生成した画像（例、超解像画像）を表示装置に表示させ、解像度を調整するか否かのユーザの指定を受け付けてもよい。制御部７は、解像度を調整しないとユーザが指定した場合、あるいは解像度を調整すると指定しない場合に、解像度を調整しないと判定してもよい。また、制御部７は、解像度を調整するとユーザが指定した場合、あるいは解像度を調整しないとユーザが指定しない場合に、解像度を調整すると判定してもよい。この場合、顕微鏡ＭＳは、ステップＳ１１、ステップＳ１２、及びステップＳ１４の処理を、解像度を調整すると制御部７が判定した場合にステップＳ１３の後で実行してもよい。
【０１９１】
上述の実施形態において、制御装置６は、例えばコンピュータシステムを含む。制御装置６は、記憶部８に記憶されている観察プログラムを読み出し、この観察プログラムに従って各種の処理を実行する。この観察プログラムは、例えば、コンピュータに、第１光が照射されて蛍光が発生する試料が配置される試料面の第１方向において強度が周期的に変化する第１光を、試料面の第１領域に照射する制御と、第１領域の少なくとも一部に関して第１方向に交差する第２方向における第１側と第１側の反対側の第２側とに設定される第２領域に対して、試料における蛍光の発生を抑制する第２光を照射する制御と、試料面を第２方向に第１光と第２光とで走査する制御と、走査される第１光と第２光とに基づいて発生する蛍光を検出する制御と、とを実行させる。上記の観察プログラムは、コンピュータに、検出の検出結果から得られる試料の第１方向の解像度と第２方向の解像度とに基づいて、第１方向において第１光の強度が変化する周期の制御と、第１側の第２領域と第２側の第２領域との第２方向における間隔の制御との一方または双方を実行させてもよい。この観察プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体（例、非一時的な記録媒体、non-transitory tangible media）に記録されて提供されてもよい。
【０１９２】
なお、本発明の技術範囲は、上述の実施形態などで説明した態様に限定されるものではない。上述の実施形態などで説明した要件の１つ以上は、省略されることがある。また、上述の実施形態などで説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、法令で許容される限りにおいて、上述の実施形態などで引用した全ての文献の開示を援用して本文の記載の一部とする。
【符号の説明】
【０１９３】
１・・・第１照射部、２・・・第２照射部、３・・・走査部、４・・・検出部、５・・・画像処理部、１１・・・第１光源、１２・・・第１光学系、１４・・・光学部材、１５・・・分岐部（回折格子）、３２・・・第２光学系、３４・・・位相調整部、５４・・・位相調整部、５５・・・光学部材、Ａ１・・・第１領域、Ａ２・・・第２領域、Ｄ１・・・第１方向、Ｄ２・・・第２方向、Ｌ・・・蛍光、Ｌ１・・・第１光、Ｌ２・・・第２光、ＭＳ・・・顕微鏡、Ｓ・・・試料
【図１】
2020098257.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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