(57)【要約】【課題】構造化照明の各次数の成分間の比を制御することができる構造化照明装置を提供すること。【解決手段】所定数の光束による干渉縞を標本に形成する光学系を備えた構造化照明装置であって、光学系は、所定数の光束のうち、少なくとも１つの光束の偏光を制御する空間光変調部と、偏光方向を制御された光束から、所定の偏光方向の成分を抽出する偏光部材とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定数の光束による干渉縞を標本に形成する光学系を備えた構造化照明装置であって、
前記光学系は、
前記所定数の光束のうち、少なくとも１つの光束の偏光を制御する空間光変調部と、
前記空間光変調部から出射される前記光束から、所定の偏光方向の成分を抽出する偏光部材と
を備える構造化照明装置。
【請求項２】
前記空間光変調部を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
所定の期間において、前記空間光変調部から出射される光束の偏光が第１の偏光から第２の偏光に変更するように、前記空間光変調部を制御する、
請求項１記載の構造化照明装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記空間光変調部から出射される光束の偏光が、所定の期間において前記第１の偏光となる第１の時間帯と、前記所定の期間において、前記第１の偏光とは異なる第２の偏光となる第２の時間帯とを決定し、決定した前記第１の時間帯及び前記第２の時間帯に基づいて、記空間光変調部を制御する、請求項１に記載の構造化照明装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記光束の波長に応じて、前記第１の時間帯及び前記第２の時間帯を決定することを特徴とする請求項３に記載の構造化照明装置。
【請求項５】
前記決定部は、前記構造化照明装置の光学伝達関数の各成分の係数間の比が、前記波長によらず一定になるように、前記第１の時間帯と、前記第２の時間帯とを決定することを特徴とする請求項４に記載の構造化照明装置。
【請求項６】
光源からの射出光束を前記所定数の光束に分岐する分岐部と、
前記所定数の光束を前記光学系の光軸周りに回動させる回動機構と
を備える請求項１から請求項５のいずれかの一項に記載の構造化照明装置。
【請求項７】
光源からの射出光束を複数の光束に分岐する分岐部と、
前記複数の光束から前記所定数の光束のみを選択する所定数の選択部を有した光束選択部材と、
前記光束選択部材を前記光学系の光軸周りに回動させることにより前記光束選択部材で選択される前記所定数の光束の組み合わせを切り換える回動機構と
を備える請求項１から請求項５のいずれかの一項に記載の構造化照明装置。
【請求項８】
前記光学系は、
対物レンズと、
前記所定数の光束の各々を前記対物レンズの瞳共役面又はその近傍に集光する第１の集光レンズと、
前記瞳共役面を通過した前記所定数の光束の各々を前記対物レンズの瞳面又はその近傍に集光する第２の集光レンズと
を備え、
前記空間光変調部と、前記偏光部材とは、前記第１の集光レンズと、前記第２の集光レンズとの間に設けられている、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の構造化照明装置。
【請求項９】
前記光学系は、前記瞳共役面を通過した前記所定数の光束の各々を略平行光に変換するコリメートレンズを備え、
前記第２の集光レンズは、前記コリメートレンズにより略平行光に変換された前記所定数の光束の各々を前記瞳面に集光し、
前記空間光変調部と、前記偏光部材とは、前記第１の集光レンズと、前記コリメートレンズとの間に設けられている、
請求項８に記載の構造化照明装置。
【請求項１０】
前記空間光変調部は、強誘電体液晶を含み、該強誘電体液晶によって前記光束の偏光を制御する、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の構造化照明装置。
【請求項１１】
前記強誘電体液晶は、位相差πが付与されることにより所定の波長の光に対して、１／２波長板として機能する、請求項１０に記載の構造化照明装置。
【請求項１２】
前記所定の波長は、前記光源からそれぞれ出射する複数の光の波長帯域の中心よりも、短波長側である、請求項１１に記載の構造化照明装置。
【請求項１３】
前記干渉縞の位相をシフトさせる位相シフト部を更に備える、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の構造化照明装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の構造化照明装置と、
前記干渉縞で空間変調された前記標本の画像である変調画像を取得する撮像部と
を備える構造化照明顕微鏡装置。
【請求項１５】
前記変調画像に基づき前記標本の復調画像を生成する演算部を更に備える、請求項１４に記載の構造化照明顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造化照明装置、および構造化照明顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光学顕微鏡の解像限界を超えた顕微鏡法が複数提案され、それらは総称して超解像光学顕微鏡と呼ばれている。超解像光学顕微鏡の一種に、構造化照明顕微鏡がある。この顕微鏡は、標本又は試料の被観察面（標本面又は試料面）にストライプ状の縞パターン（構造化照明）を投影し、それにより励起された蛍光（あるいは散乱など標本から発する何からの光）を撮像素子で取得する。超解像画像を構築するには、位相の異なる構造化照明で励起した複数の画像を取得する必要がある。それら複数画像を解析することで観察用の結像光学系の解像限界を超える超解像画像を取得するものである。また２次元面内において超解像を実現するには、構造化照明の方位も変化させる必要がある。
【０００３】
構造化照明を標本面に投影することで、構造化照明の空間周波数と標本の空間周波数はモアレ縞を生成する。このモアレ縞には、低い空間周波数に周波数変換された、結像光学系の解像限界を超える標本の空間周波数情報が含まれる。そのモアレ縞の空間周波数が通常の結像光学系の解像限界の空間周波数より低ければ、その情報は結像光学系で検出することができる。従って、そのモアレ縞の情報を含む画像を取得し、構造化照明の位相を変えて画像を複数枚取得し、それらを用いて演算処理を行うことにより、超解像を実現することが可能となる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国再発行特許発明第３８３０７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の構造化照明を用いたときに、構造化照明に含まれる各次数の光成分の成分間の理想的な比は、標本によって異なるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、構造化照明に含まれる各次数の光成分の成分間の比を制御することができる構造化照明装置、および構造化照明顕微鏡装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様は、所定数の光束による干渉縞を標本に形成する光学系を備えた構造化照明装置であって、前記光学系は、前記所定数の光束のうち、少なくとも１つの光束の偏光を制御する空間光変調部と、前記空間光変調部から出射される前記光束から、所定の偏光方向の成分を抽出する偏光部材とを備える構造化照明装置である。
【０００８】
また、本発明の他の態様は、上述の構造化照明装置と、前記干渉縞で空間変調された前記標本の画像である変調画像を取得する撮像部とを備える構造化照明顕微鏡装置である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、構造化照明に含まれる各次数の光成分の成分間の比を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の一実施形態に係る構造化照明顕微鏡装置１の構成図である。
【図２】同実施形態に係る光束分岐部１４を説明する図である。
【図３】同実施形態に係る光量調整部１８の構成を示す概略図である。
【図４】同実施形態に係る空間光変調部１８Ａの制御単位を示す図である。
【図５】同実施形態に係る空間光変調部１８Ａの強誘電体液晶の分子の配向を説明する図である。
【図６】同実施形態に係る光量調整部１８による光量の調整を説明する図（その１）である。
【図７】同実施形態に係る光量調整部１８による光量の調整を説明する図（その２）である。
【図８】同実施形態に係る光束選択部１９を説明する図（その１）である。
【図９】同実施形態に係る光束選択部１９を説明する図（その２）である。
【図１０】同実施形態に係る光束選択部１９の機能を説明する図である。
【図１１】同実施形態に係る光束選択部材１９Ｂを説明する図である。
【図１２】同実施形態に係る光束分岐部１４の並進機構１５の動作を説明する図である。
【図１３】同実施形態に係る制御装置４３による制御を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１実施形態］
以下、本発明の一実施形態として構造化照明顕微鏡装置を説明する。
【００１２】
図１は、構造化照明顕微鏡装置１の構成図である。本実施形態に係る構造化照明顕微鏡装置１は、３Ｄ−ＳＩＭ（Structured Illumination Microscopy）モードの構造化照明顕微鏡である。本実施形態における構造化照明顕微鏡装置１は、その照明系の光学伝達関数（Optical Transfer Function；OTF）の０次成分と、１次および２次成分との比を、制御することができる。
【００１３】
先ず、構造化照明顕微鏡装置１の構成を説明する。
【００１４】
図１に示すとおり構造化照明顕微鏡装置１には、レーザユニット１００と、光ファイバ１１と、照明光学系１０と、結像光学系３０と、撮像素子４２と、制御装置４３と、画像記憶・演算装置４４と、画像表示装置４５とが備えられる。なお、照明光学系１０は落射型であり、結像光学系３０の対物レンズ３１及びダイクロイックミラー３３を利用して標本２の照明を行う。
【００１５】
レーザユニット１００には、第１レーザ光源１０１、第２レーザ光源１０２、シャッタ１０３、１０４、ミラー１０５、ダイクロイックミラー１０６、レンズ１０７が備えられる。第１レーザ光源１０１及び第２レーザ光源１０２の各々は可干渉性のあるレーザ光を出射する光源であって、互いの出射波長は異なる。ここでは、第１レーザ光源１０１の波長λ１は、第２レーザ光源１０２の波長λ２よりも長い（λ１＞λ２）。これらの第１レーザ光源１０１、第２レーザ光源１０２、シャッタ１０３、１０４は、それぞれ制御装置４３によって駆動される。
【００１６】
光ファイバ１１は、レーザユニット１００から射出したレーザ光を導光するために、例えば、偏波面保存型のシングルモードファイバによって構成される。この光ファイバ１１の出射端の光軸Ｏ方向の位置は、位置調節機構１１Ａによって調節可能である。この位置調節機構１１Ａは、制御装置４３によって駆動・制御される。なお、位置調節機構１１Ａとしては、例えば、ピエゾ素子等が用いられる。
【００１７】
また、光ファイバ１１として偏波面保存型のシングルモードファイバを使用した場合は、光ファイバ１１の前後でレーザ光の偏波面が保存されるので、偏光板１３は非必須であるが、レーザ光の偏光の品質を保つためには有効である。一方、光ファイバ１１としてマルチモードファイバを使用した場合、偏光板１３は必須である。
【００１８】
照明光学系１０には、光ファイバ１１の出射端側から順に、コレクタレンズ１２と、偏光板１３と、光束分岐部１４と、集光レンズ１７と、光量調整部１８と、光束選択部１９と、レンズ２１と、視野絞り２２と、フィールドレンズ２３と、励起フィルタ２４と、ダイクロイックミラー３３と、対物レンズ３１とが配置される。
【００１９】
光束分岐部１４には、並進機構１５と、回折光学素子（回折格子）１６とが備えられ、光束選択部１９には、１／２波長板１９Ａと、光束選択部材１９Ｂと、回動機構１９Ｃとが備えられる。これらの光束分岐部１４、光束選択部１９の各々は、制御装置４３によって駆動される。
【００２０】
結像光学系３０には、標本２の側から順に、対物レンズ３１と、ダイクロイックミラー３３と、吸収フィルタ３４と、第２対物レンズ３５とが配置される。
【００２１】
標本２は、例えば、平行平板状のガラス表面に配置された蛍光性の細胞（蛍光色素で染色された細胞）や、シャーレ内に存在する蛍光性の生体細胞（蛍光色素で染色された動く細胞）などの細胞である。この細胞には、波長λ１の光によって励起される第１蛍光領域と、波長λ２の光によって励起される第２蛍光領域との双方が発現している。
【００２２】
撮像素子４２は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる二次元の撮像素子である。撮像素子４２は、制御装置４３によって駆動されると、その撮像面４１に形成された像を撮像し、画像を生成する。この画像は、制御装置４３を介して画像記憶・演算装置４４へと取り込まれる。撮像素子４２のフレーム周期（撮像の繰り返し周期）は、撮像素子４２の撮像時間（すなわち電荷蓄積及び電荷読出に要する時間）、干渉縞の方向切り換えに要する時間、その他の所要時間のうち、律速によって定められる。
【００２３】
制御装置４３は、レーザユニット１００、位置調節機構１１Ａ、光束分岐部１４、光量調整部１８、光束選択部１９、撮像素子４２を駆動制御する。制御装置４３は、照明光学系１０の光学伝達関数（Optical Transfer Function；OTF）の０次成分に対する１次成分の比Ｃ１と、０次成分に対する２次成分の比Ｃ２との設定を受け付け、該比Ｃ１、Ｃ２とレーザユニット１００が出射させるレーザ光の波長λとに基づき、光量調整部１８を制御する制御信号Ｓ３を生成する。なお、これらの制御の詳細は、後述する。また、比Ｃ１、Ｃ２は、予め設定されており、制御装置４３は、レーザ光の波長λが変わっても、常に、該比Ｃ１、Ｃ２となるように、制御信号Ｓ３を生成するようにしてもよい。
画像記憶・演算装置４４は、制御装置４３を介して与えられた画像に対して演算を施し、演算後の画像を不図示の内部メモリに格納すると共に、画像表示装置４５へ送出する。
【００２４】
次に、構造化照明顕微鏡装置１におけるレーザ光の振る舞いを説明する。第１レーザ光源１０１から射出した波長λ１のレーザ光（第１レーザ光）は、シャッタ１０３を介してミラー１０５へ入射すると、ミラー１０５で反射され、ダイクロイックミラー１０６へ入射する。一方、第２レーザ光源１０２から射出した波長λ２のレーザ光（第２レーザ光）は、シャッタ１０４を介してダイクロイックミラー１０６へ入射し、第１レーザ光と統合される。ダイクロイックミラー１０６から射出した第１レーザ光及び第２レーザ光は、レンズ１０７を介して光ファイバ１１の入射端に入射する。なお、制御装置４３がレーザユニット１００を制御すると、光ファイバ１１の入射端に入射するレーザ光の波長（＝使用波長λ）は、長い波長λ１と短い波長λ２との間で切り替わる。
【００２５】
光ファイバ１１の入射端に入射したレーザ光は、光ファイバ１１の内部を伝搬して光ファイバ１１の出射端に点光源を生成する。その点光源から射出したレーザ光は、コレクタレンズ１２によって平行光束に変換され、偏光板１３を介して光束分岐部１４の回折格子１６へ入射すると、各次数の回折光束に分岐される。これら各次数の回折光束（以下、「回折光束群」と称す。）は、集光レンズ１７によって瞳共役面２５の互いに異なる位置に集光される。
【００２６】
ここで、瞳共役面２５は、レンズ１７の焦点位置（後ろ側焦点位置）であって、対物レンズ３１の瞳３２（±１次回折光が集光する位置）に対してレンズ２３、レンズ２１を介して共役な位置のことである。この瞳共役面２５にレンズ１７の焦点位置（後ろ側焦点位置）が一致するように、レンズ１７は配置されている。なお、「共役な位置」の概念には、当業者が対物レンズ１７、レンズ２１、２３の収差、ビネッティング等、設計上必要な事項を考慮して決定した位置も含まれる。
【００２７】
なお、光ファイバ１１から射出したレーザ光は基本的に直線偏光しているので、偏光板１３は、省略することも可能であるが、余分な偏光成分を確実にカットするために有効である。また、レーザ光の利用効率を高めるため、偏光板１３の軸は、光ファイバ１１から射出したレーザ光の偏光方向に一致していることが望ましい。
【００２８】
瞳共役面２５に向かった各次数の回折光束は、光量調整部１８へ入射する。光量調整部１８は、制御装置４３からの制御信号Ｓ３に従い、０次の回折光束の光量と、１次および−１次の回折光束の光量とを調整する。なお、ここで、光量とは、撮像素子４２により１つの変調画像を撮像する間の平均の光量である。光量調整部１８により光量が調整された各回折光束は、瞳共役面２５の近傍に配置された光束選択部１９へ入射する。光束選択部１９は、入射した各次数の回折光束のうち、０次回折光束と、１対の回折光束（ここでは±１次回折光束）とを選択的に通過させる。
【００２９】
光束選択部１９を通過した０次回折光束と±１次回折光束は、レンズ２１によって視野絞り２２付近で回折格子１６と共役な面を形成する。その後、０次回折光束と±１次回折光束の各々は、フィールドレンズ２３により収束光に変換され、さらに励起フィルタ２４を経てからダイクロイックミラー３３で反射し、対物レンズ３１の瞳面３２上の互いに異なる位置に集光する。
【００３０】
瞳面３２上に集光した０次回折光束と±１次回折光束の各々は、対物レンズ３１の先端から射出される際には平行光束となり、標本２の表面で互いに干渉し、干渉縞を形成する。この干渉縞が、構造化照明光として使用される。
【００３１】
このような構造化照明光により標本２を照明すると、構造化照明光の周期構造と標本２の（蛍光領域の）周期構造との差に相当するモアレ縞が現れるが、このモアレ縞においては、標本２の高周波数の構造が元の周波数より低周波数側にシフトしているため、この構造を示す光（蛍光）は、元の角度よりも小さい角度で対物レンズ３１へ向かうことになる。よって、構造化照明光により標本２を照明すると、標本２の（蛍光領域の）高周波数の構造情報までもが対物レンズ３１によって伝達される。
【００３２】
標本２で発生した蛍光は、対物レンズ３１に入射すると、対物レンズ３１で平行光に変換された後、ダイクロイックミラー３３とバリアフィルタ３４を透過し、第２対物レンズ３５を介して撮像素子４２の撮像面４１上に標本２の変調像を形成する。
【００３３】
この変調像は、撮像素子４２により画像化され、制御装置４３を介して画像記憶・演算装置４４へと取り込まれる。さらに、取り込まれた変調画像には、画像記憶・演算装置４４において公知の復調演算が施され、復調画像（超解像画像）が生成される。そして、この超解像画像は、画像記憶・演算装置４４の内部メモリ（図示せず）に記憶されるとともに、画像表示装置４５へと送出される。公知の復調演算としては、例えば、米国特許８１１５８０６号明細書に開示された方法が用いられる。
【００３４】
次に、光束分岐部１４を詳しく説明する。図２は、光束分岐部１４を説明する図であり、図２（Ａ）は、光束分岐部１４の回折格子１６を光軸Ｏ方向から見た図であり、図２（Ｂ）は、±１次回折光束が瞳共役面に形成する集光点の位置関係を示す図である。なお、図２（Ａ）は模式図であるため、図２（Ａ）に示した回折格子１６の構造周期は実際の構造周期と同じとは限らない。
【００３５】
図２（Ａ）に示すように、回折格子１６は、照明光学系１０の光軸Ｏと直交する面内の互いに異なる複数方向に周期構造を有した回折格子である。回折格子１６の材質は、例えば石英ガラスである。ここでは、回折格子１６は、１２０°ずつ異なる第１方向Ｖ１、第２方向Ｖ２、第３方向Ｖ３の各々にかけて周期構造を有しており、それら３方向の構造周期は共通であると仮定する。
【００３６】
なお、回折格子１６の周期構造は、濃度（透過率）を利用して形成された濃度型の周期構造、または段差（位相差）を利用して形成された位相型の周期構造の何れであってもよいが、位相差型の周期構造の方が±１次回折光の回折効率が高いという点で好ましい。
【００３７】
このような回折格子１６に入射した平行光束は、第１方向Ｖ１にかけて分岐した第１回折光束群と、第２方向Ｖ２にかけて分岐した第２回折光束群と、第３方向Ｖ３にかけて分岐した第３回折光束群とに変換される。
【００３８】
第１回折光束群には、０次回折光束及び±１次回折光束が含まれ、このうち互いの次数が共通である±１次回折光束は、光軸Ｏに関して対称な方向に進行する。同様に、第２回折光束群には、０次回折光束及び±１次回折光束が含まれ、このうち互いの次数が共通である±１次回折光束は、光軸Ｏに関して対称な方向に進行する。同様に、第３回折光束群には、０次回折光束及び±１次回折光束が含まれ、このうち互いの次数が共通である±１次回折光束は、光軸Ｏに関して対称な方向に進行する。
【００３９】
これらの光束のうち、第１回折光束群の±１次回折光束、第２回折光束群の±１次回折光束、第３回折光束群の±１次回折光束は、前述した集光レンズ１７により、瞳共役面内の互いに異なる位置に集光される。また、０次回折光束は、前述した集光レンズ１７により、瞳共役面と光軸Ｏとの交点に集光される。
【００４０】
そして、図２（Ｂ）に示すように、第１回折光束群の±１次回折光束の集光点２５ｄ、２５ｇは、光軸Ｏに関して対称であり、集光点２５ｄ、２５ｇの配列方向は第１方向Ｖ１に対応している。
【００４１】
ここで、光ファイバ１１から射出されるレーザ光の波長をλ、回折格子１６の構造周期をＰ、レンズ１７の焦点距離をｆｃとすると、光軸Ｏから集光点２５ｄ、２５ｇまでの高さＤは下記の式で表される。
Ｄ∝ｆｃλ／Ｐ
したがって、レーザ光の波長λを変更すると、集光点２５ｄ、２５ｇの位置にズレが生じる。
【００４２】
また、第２回折光束群の±１次回折光束の集光点２５ｃ、２５ｆは、光軸Ｏに関して対称であり、集光点２５ｃ、２５ｆの配列方向は、第２方向Ｖ２に対応している。なお、波長λが同じであるならば、光軸Ｏから第２回折光束群の集光点２５ｃ、２５ｆまでの高さは、光軸Ｏから第１回折光束群の集光点２５ｄ、２５ｇまでの高さと同じである。
【００４３】
また、第３回折光束群の±１次回折光束の集光点２５ｂ、２５ｅは、光軸Ｏに関して対称であり、集光点２５ｂ、２５ｅの配列方向は、第３方向Ｖ３に対応している。なお、波長λが同じであるならば、光軸Ｏから第３光束群の集光点２５ｂ、２５ｅまでの高さは、光軸Ｏから第１回折光束群の集光点２５ｄ、２５ｇまでの高さと同じである。
【００４４】
なお、ここでいう集光点とは、最大強度の８割以上の強度を有する領域の重心位置のことである。そのため、本実施形態の照明光学系１０は、完全な集光点が形成されるまで光束を集光する必要はない。
【００４５】
以上の光束分岐部１４において、並進機構１５は、ピエゾモータ等からなる。並進機構１５は、照明光学系１０の光軸Ｏと垂直な方向であって、前述した第１方向Ｖ１、第２方向Ｖ２、第３方向Ｖ３の各々に対して非垂直な方向にかけて、回折格子１６を並進移動させる。この方向に回折格子１６を並進移動させると、構造化照明光の縞の位相がシフトする（詳細は後述）。
【００４６】
次に、光量調整部１８を詳しく説明する。図３は、光量調整部１８の構成を示す概略図である。光量調整部１８は、空間光変調部１８Ａと、偏光子１８Ｂとを含んで構成される。空間光変調部１８Ａには、０次回折光束Ｒ０、第１回折光束群から第３回折光束群各々の±１次回折光束Ｒ＋１、Ｒ−１が入射される。空間光変調部１８Ａは、その強誘電体液晶（Ferroelectric Liquid Crystal；FLC）の配向が、制御装置４３からの制御信号Ｓ３により制御されることで、入射された光束各々を、第１の偏光か、第２の偏光のいずれかに制御する空間光変調器である。制御信号Ｓ３は、撮像素子４２により１つの変調画像を撮像する間に、第１の偏光に制御している時間と、第２の偏光に制御している時間との比を変えることで、光量を制御する。第１の偏光および第２の偏光については後述する。なお、本実施形態では、空間光変調部１８Ａは、通過型であるが、反射型であってもよい。空間光変調部１８Ａには、強誘電体液晶を用いているので、配向状態の変更を、高速（μｓオーダー）で行うことができる。
【００４７】
偏光子１８Ｂには、空間光変調部１８Ａにより偏光が制御された光束各々が入射する。偏光子１８Ｂは、例えば、偏光板など、特定方向に偏光した光だけを通過させる偏光子である。
【００４８】
図４は、空間光変調部１８Ａの制御単位を示す図である。図４において、領域Ａｂ、Ａｃ、Ａｄ、Ａｅ、Ａｆ、Ａｇ、Ａｏの各々は、制御信号Ｓ３により強誘電体液晶の配向が制御される単位である。これらのうち、領域Ａｏは、０次回折光束が入射する領域である。領域Ａｄ、Ａｇは、第１回折光束群の±１次回折光束が入射する領域である。領域Ａｃ、Ａｆは、第２回折光束群の±１次回折光束が入射する領域である。領域Ａｂ、Ａｅは、第３回折光束群の±１次回折光束が入射する領域である。
【００４９】
図５は、空間光変調部１８Ａの強誘電体液晶の分子の配向を説明する図である。強誘電体液晶の分子は、図５に示す２つの配向状態ＳＴ１、ＳＴ２をとることが出来る。配向状態ＳＴ１の長軸と、配向状態ＳＴ２の長軸とがなす角θは、コーン角と呼ばれ、強誘電体液晶によって決まった値を持つ。強誘電体液晶は、この２つの配向状態ＳＴ１、ＳＴ２を、マイクロセカンドのオーダーで切り替えることができる。
【００５０】
強誘電体液晶の分子の長軸と短軸との屈折率差をΔｎ、空間光変調部１８Ａの厚みをｄ、入射する光束の波長をλとすると、空間光変調部１８Ａが付与する位相差Δφは、以下の式で表される。
Δφ＝２πΔｎｄ／λ
以下の図６、図７では、説明の簡易のために、空間光変調部１８Ａの厚みｄが、Δφ＝πとなる場合、すなわち空間光変調部１８Ａが、１／２波長板として動作する場合を例に説明する。なお、本実施形態では、レーザユニット１００から出射されるレーザの波長λは、一定ではないが、λの取り得る範囲の中心よりも、短波長側の波長のときに、空間光変調部１８Ａが、１／２波長板として動作するように、厚みｄをしておくことが望ましい。短波長側にすると、長い波長側としたときよりも、λの取り得る範囲の中で、１／２波長板に近い動作をする波長の範囲を広くすることができるためである。
【００５１】
図６、図７は、光量調整部１８による光量の調整を説明する図である。図６、図７において、Ｉｐは、空間光変調部１８Ａに入射する光束の偏光の方向を表す。図６では、強誘電体液晶の分子が、配向状態ＳＴ１であり、その分子の長軸Ｌ１は、入射光束の偏光の方向Ｉｐから反時計回りにθ／２だけ回転させたものとなっている。このとき、空間光変調部１８Ａは、分子の長軸Ｌ１が進相軸の１／２波長板として機能している。このため、空間光変調部１８Ａから出射される光束の偏光（第１の偏光）Ｏｐ１は、入射光束の偏光の方向Ｉｐから反時計回りにθ／２の倍、すなわちθだけ回転させたものとなっている。
【００５２】
偏光子１８Ｂには、この第１の偏光Ｏｐ１が入射される。本実施形態では、偏光子１８Ｂの軸のＩｐからの角度θｐは、θと等しい。すなわち、偏光子１８Ｂの軸と、第１の偏光Ｏｐ１の方向と一致させている。このため、偏光子１８Ｂからは、第１の偏光Ｏｐ１が、そのまま偏光Ｏ１として出射される。
【００５３】
一方、図７では、強誘電体液晶の分子が、配向状態ＳＴ２であり、その分子の長軸Ｌ１は、入射光束の偏光の方向Ｉｐから時計回りにθ／２だけ回転させたものとなっている。このとき、空間光変調部１８Ａは、分子の長軸Ｌ２が進相軸の１／２波長板として機能している。このため、空間光変調部１８Ａから出射される光束の偏光（第２の偏光）Ｏｐ２は、入射光束の偏光の方向Ｉｐから時計回りにθ／２の倍、すなわちθだけ回転させたものとなっている。
【００５４】
偏光子１８Ｂには、この第２の偏光Ｏｐ２が入射される。本実施形態では、偏光子１８Ｂの軸は、第１の偏光Ｏｐ１の方向と一致させている。このため、偏光子１８Ｂからは、第２の偏光Ｏｐ２のうち、第１の偏光Ｏｐ１の方向の成分が、偏光Ｏ２として出射される。このように、偏光子１８Ｂから出射される光束の光量は、空間光変調部１８Ａを、配向状態ＳＴ１としているときよりも、配向状態ＳＴ２としているときの方が小さくなる。したがって、領域Ａｂ〜Ａｇ毎に、１つの変調画像を撮像する間に、配向状態をＳＴ１とする時間長と、配向状態をＳＴ２とする時間長とを制御することで、１つの変調画像を撮像する間の平均の光量を、制御することができる。
なお、偏光子１８Ｂは、後述する光束選択部１９よりも回折光学素子（回折格子）１６側に配置する例を説明したが、光束選択部１９よりも標本２側に配置してもよい。
【００５５】
次に、光束選択部１９を詳しく説明する。図８、図９は、光束選択部１９を説明する図である。図８に示すとおり、光束選択部１９の１／２波長板１９Ａは、入射した各次数の回折光束の偏光方向を設定し、図９に示すとおり、光束選択部１９の光束選択部材１９Ｂは、第１〜第３回折光束群のうち何れか１群の±１次回折光束と、０次回折光束とを選択的に通過させるマスクである。
【００５６】
そして、光束選択部１９の回動機構１９Ｃは、光束選択部材１９Ｂを光軸Ｏの周りに回動させることにより、選択される±１次回折光束を第１〜第３回折光束群の間で切り替えると共に、光束選択部材１９Ｂに連動して１／２波長板１９Ａを光軸Ｏの周りに回動させることにより、選択された±１次回折光束が標本２に入射するときの偏光方向をＳ偏光に保つ。
【００５７】
つまり、光束選択部１９は、構造化照明光の縞方向を切り替える。
【００５８】
なお、回動機構１９Ｃには、例えば、光束選択部材１９Ｂを保持し、かつ光軸Ｏの周りに回転可能な不図示の保持部材と、その保持部材の周りに形成された不図示の第１の歯車と、第１の歯車に噛み合う不図示の第２の歯車と、第２の歯車に連結された不図示のモータ（回転モータ）とが備えられる。このモータが駆動されると第２の歯車が回転し、その回転力が第１の歯車へと伝達され、光束選択部材１９Ｂが光軸Ｏの周りに回転する。
【００５９】
以下、縞の状態を保つための条件を具体的に説明する。
【００６０】
先ず、１／２波長板１９Ａの進相軸の向きは、選択される±１次回折光束の分岐方向（第１方向Ｖ１〜第３方向Ｖ３のいずれか）に対して、±１次回折光束の偏光方向が垂直となるように設定される必要がある。なお、ここでいう1／２波長板１９Ａの進相軸とは、その軸の方向に偏光した光が１／２波長板１９Ａを通過するときの位相遅延量が最小となるような方向のことである。
【００６１】
また、光束選択部材１９Ｂの開口パターンは、同一の回折光束群に属する±１次回折光束の一方及び他方を個別に通過させる第１の開口部Ｈ１９Ａ及び第２の開口部Ｈ１９Ｂからなり、これら第１の開口部Ｈ１９Ａと第２の開口部Ｈ１９Ｂとの各々の光軸Ｏ周りの長さは、前述した方向に直線偏光した回折光束が通過できるような長さに設定されている。よって、第１の開口部Ｈ１９Ａ及び第２の開口部Ｈ１９Ｂの各々の形状は、部分輪帯状に近い形状である。
【００６２】
ここで、図３（Ａ）に示すように、１／２波長板１９の進相軸の方向が偏光板１３の軸の方向と平行になるときの１／２波長板１９の回転位置を、１／２波長板１９の回転位置の基準とする（以下、「第１の基準位置」と称する。）。
【００６３】
また、光束選択部材１９Ｂの光束選択方向（＝選択される±１次回折光束の分岐方向）が、偏光子１８Ｂの軸の方向と垂直になるときの光束選択部材１９Ｂの回転位置を、光束選択部材１９Ｂの回転位置の基準とする（以下、「第２の基準位置」と称する。）。
【００６４】
このとき、図８（Ｂ）に示すように、１／２波長板１９Ａの第１基準位置からの回転量は、光束選択部材１９Ｂの第２基準位置からの回転量の２分の１に制御されるべきである。
【００６５】
すなわち、１／２波長板１９Ａの第１基準位置からの回転量がθ／２であるときには、光束選択部材１９Ｂの第２基準位置からの回転量は、θに設定される。
【００６６】
したがって、光束選択部１９の回動機構１９Ｃは、第１回折光束群の±１次回折光束（分岐方向は第１方向Ｖ１）を選択するために、図９（Ａ）に示すように、光束選択部材１９Ｂの光束選択方向を第２の基準位置から右方に回転角θ１だけ回転させた場合、１／２波長板１９Ａの進相軸の方向を、第１の基準位置から右方に回転角θ１／２だけ回転させる。
【００６７】
このとき、１／２波長板１９Ａを通過する前における各次数の回折光束の偏光方向は、図９（Ａ）中に破線両矢印で示すとおり、偏光子１８Ｂの軸の方向と平行となっているのに対し、１／２波長板１９Ａを通過した後における各次数の回折光束の偏光方向は、右方に回転角θ１だけ回転するので、選択された±１次回折光束の偏光方向は、図９（Ａ）に実線両矢印で示すとおり、それら±１次回折光束の分岐方向（第１方向Ｖ１）に対して垂直となる。
【００６８】
換言すると、１／２波長板１９Ａの進相軸の方向は、光束選択部材１９Ｂにより選択される±１次回折光束の分岐方向（第１方向Ｖ１）に応じた方向であって、１／２波長板１９Ａへ入射する±１次回折光束が有していた偏光方向（偏光子１８Ｂの軸方向）と、１／２波長板１９Ａから射出する±１次回折光束が有するべき偏光方向（第１方向Ｖ１に垂直）とが成す角度の２等分線方向に、設定される。
【００６９】
また、光束選択部１９の回動機構１９Ｃは、第２回折光束群の±１次回折光束（分岐方向は第２方向Ｖ２）を選択するために、図９（Ｂ）に示すように、光束選択部材１９の光束選択方向を第２の基準位置から右方に回転角θ２だけ回転させた場合、１／２波長板１９Ａの進相軸の方向を、第１の基準位置から右方に回転角θ２／２だけ回転させる。
このとき、１／２波長板１９Ａを通過する前における各次数の回折光束の偏光方向は、図９（Ｂ）中に破線両矢線で示すとおり、偏光子１８Ｂの軸の方向と平行となっているのに対し、１／２波長板１９Ａを通過した後における各次数の回折光束の偏光方向は、右方に回転角θ２だけ回転するので、選択された±１次回折光束の偏光方向は、図９（Ｂ）に実線両矢印で示すとおり、それら±１次回折光束の分岐方向（第２方向Ｖ２）に対して垂直となる。
【００７０】
換言すると、１／２波長板１９Ａの進相軸の方向は、光束選択部材１９により選択される±１次回折光束の分岐方向（第２方向Ｖ２）に応じた方向であって、１／２波長板１９Ａへ入射する±１次回折光束が有していた偏光方向（偏光子１８Ｂの軸方向）と、１／２波長板１９Ａから射出する±１次回折光束が有するべき偏光方向（第２方向Ｖ２に垂直）とが成す角度の２等分線方向に、設定される。
【００７１】
また、光束選択部１９の回動機構１９Ｃは、第３回折光束群の±１次回折光束（分岐方向は第３方向Ｖ３）を選択するために、図９（Ｃ）に示すように、光束選択部材１９Ｂの光束選択方向を第２の基準位置から左方（標本側から見て。以下同じ）に回転角θ３だけ回転させた場合、１／２波長板１９Ａの進相軸の方向を、第１の基準位置から左方に回転角θ３／２だけ回転させる。
【００７２】
このとき、１／２波長板１９Ａを通過する前における各次数の回折光束の偏光方向は、図９（Ｃ）中に破線両矢線で示すとおり、偏光子１８Ｂの軸の方向と平行となっているのに対し、１／２波長板１９Ａを通過した後における各次数の回折光束の偏光方向は、左方に回転角θ３だけ回転するので、選択された±１次回折光束の偏光方向は、図９（Ｃ）に実両矢印で示すとおり、それら±１次回折光束の分岐方向（第３方向Ｖ３）に対して垂直となる。
【００７３】
換言すると、１／２波長板１９Ａの進相軸の方向は、光束選択部材１９Ｂにより選択される±１次回折光束の分岐方向（第３方向Ｖ３）に応じた方向であって、１／２波長板１９Ａへ入射する±１次回折光束が有していた偏光方向（偏光子１８Ｂの軸方向）と、１／２波長板１９Ａから射出する±１次回折光束が有するべき偏光方向（第３方向Ｖ３に垂直）とが成す角度の２等分線方向に、設定される。
【００７４】
したがって、光束選択部１９の回動機構１９Ｃは、１／２波長板１９Ａ及び光束選択部材１９Ｂをギア比２：１で連動すればよい。
【００７５】
なお、以上の説明では、標本２に入射する±１次回折光束をＳ偏光に保つために回動可能な１／２波長板１９Ａを使用したが、回動可能な１／２波長板１９Ａの代わりに固定配置された液晶素子を使用し、その液晶素子を１／２波長板１９Ａとして機能させてもよい。液晶素子の配向を電気的に制御すれば、液晶素子の屈折率異方性を制御することができるので、１／２波長板としての進相軸を光軸Ｏ周りに回転させることができる。因みに、標本２に入射する±１次回折光束をＳ偏光に保つための方法は他にもある（後述）。
【００７６】
図１０は、以上説明した光束選択部１９の機能を説明する図である。なお、図１０において円形枠で囲まれた両矢線は、光束の偏光方向を示し、四角枠で囲まれた両矢線は、光学素子の軸方向を示している。ただし、空間光変調部１８Ａの進相軸は、配向状態ＳＴ１のときの進相軸である。
【００７７】
また、図１１に示すように、光束選択部材１９Ｂの外周部には、複数の（図１１に示す例では６個の）切り欠きＨ１９Ｃが形成されており、回動機構１９Ｃには、これらの切り欠きＨ１９Ｃを検出するためのタイミングセンサＨ１９Ｄが備えられている。これによって、回動機構１９Ｃは、光束選択部１９の回動位置、ひいては１／２波長板１９Ａの回動位置を検知することができる。
【００７８】
次に、光束分岐部１４の並進機構１５を詳しく説明する。
【００７９】
図１２は、光束分岐部１４の並進機構１５の動作を説明する図である。
【００８０】
先ず、上述した復調演算を可能とするためには、同一の標本２に関する変調画像であって、干渉縞の方向が共通で位相の異なる３枚以上の変調画像が必要である。なぜなら、構造化照明顕微鏡装置１が生成する変調画像には、標本２の構造のうち、構造化照明光により空間周波数の変調された構造情報である０次変調成分、＋１次変調成分、−１次変調成分が含まれており、それら３つの未知パラメータを復調演算で既知とするためには、それら未知パラメータの個数以上の枚数の変調画像が必要だからである。
【００８１】
そこで、光束分岐部１４の並進機構１５は、干渉縞の位相をシフトするために、図１２（Ａ）に示すように、照明光学系１０の光軸Ｏと垂直な方向であって、前述した第１方向Ｖ１、第２方向Ｖ２、第３方向Ｖ３の全てに対して非垂直な方向（ｘ方向）にかけて回折格子１６をシフトさせる。
【００８２】
但し、干渉縞の位相を所望のシフト量φだけシフトさせるのに必要な回折格子１６のシフト量Ｌは、光束選択部１９による光束選択方向が第１方向Ｖ１であるときと、第２方向Ｖ２であるときと、第３方向Ｖ３であるときとでは、同じとは限らない。
【００８３】
図１２（Ｂ）に示すとおり、回折格子１６の第１方向Ｖ１、第２方向Ｖ２、第３方向Ｖ３の各々の構造周期をＰとおき、回折格子１６のシフト方向（ｘ方向）と第１方向Ｖ１とのなす角をθ１とおき、回折格子１６のシフト方向（ｘ方向）と第２方向Ｖ２とのなす角をθ２とおき、回折格子１６のシフト方向（ｘ方向）と第３方向Ｖ３とのなす角をθ３とおくと、光束選択方向が第１方向Ｖ１であるときに必要な回折格子１６のｘ方向のシフト量Ｌ１は、Ｌ１＝φ×Ｐ／（ａ×４π×｜ｃｏｓθ１｜）で表され、光束選択方向が第２方向Ｖ２であるときに必要な回折格子１６のｘ方向のシフト量Ｌ２は、Ｌ２＝φ×Ｐ／（ａ×４π×｜ｃｏｓθ２｜）で表され、光束選択方向が第３方向Ｖ３であるときに必要な回折格子１６のｘ方向のシフト量Ｌ３は、Ｌ３＝φ×Ｐ／（ａ×４π×｜ｃｏｓθ３｜）で表される。
【００８４】
すなわち、干渉縞の位相シフト量を所望の値φとするために必要な回折格子１６のｘ方向のシフト量Ｌは、波長選択方向（第１方向Ｖ１、第２方向Ｖ２、第３方向Ｖ３の何れか）とｘ方向とのなす角θにより式のとおり表される。
【００８５】
Ｌ＝φ×Ｐ／（ａ×４π×｜ｃｏｓθ｜）
因みに、干渉縞の位相シフト量φを２πとするために必要な回折格子１６のｘ方向のシフト量Ｌは、Ｐ／（ａ×２×｜ｃｏｓθ｜）となる。これは、回折格子１６の半周期に相当する量である。つまり、回折格子１６を半周期分シフトさせるだけで、構造化照明光の位相を１周期分シフトできる（なぜなら、±１次回折光からなる干渉縞の縞周期は、回折格子１６の構造周期の２倍に相当する。）。
【００８６】
図１３は、制御装置４３による制御を説明する図である。本実施形態では、１つの復調画像を得るのに、３つの回折光束群各々について、その回折光束群を用いた変調画像を、異なる位相でそれぞれ５つ、すなわち計１５枚の変調画像を用いる。制御装置４３は、これら１５枚の変調画像各々が、決められた条件で撮影されるように、光束分岐部１４の並進機構１５と、光量調整部１８の空間光変調部１８Ａと、光束選択部１９の回動機構１９Ｃと、撮像素子４２とを制御する。
なお、取得した１５枚の変調画像を用いて復調画像を生成するために復調演算としては、例えば、米国特許８１１５８０６号明細書に開示された方法が用いられる。
【００８７】
図１３に示すように、１５枚の変調画像のうち、第１回折光束群を用いた５枚の変調画像は、時間帯Ｔｄ１に撮影される。第２回折光束群を用いた５枚の変調画像は、時間帯Ｔｄ１に続く時間帯Ｔｄ２に撮影される。第３回折光束群を用いた５枚の変調画像は、時間帯Ｔｄ２に続く時間帯Ｔｄ３に撮影される。時間帯Ｔｄ１〜Ｔｄ３は、同様であるので、代表して時間帯Ｔｄ１の詳細を説明する。
【００８８】
時間帯Ｔｄ１は、時間順に時間帯Ｔｃｄ、Ｔｐ１、Ｔｐ２、Ｔｐ３、Ｔｐ４、Ｔｐ５の６つの時間帯からなる。先頭の時間帯Ｔｃｄでは、制御装置４３は、第１回折光束群が、光束選択部１９により選択されるように、回動機構１９Ｃを制御する。次の時間帯Ｔｐ１では、制御装置４３は、干渉縞の位相が第１位相の変調画像を撮影するように制御する。続いて、時間帯Ｔｐ２では、制御装置４３は、干渉縞の位相が第２位相の変調画像を撮影するように制御する。続く、時間帯Ｔｐ３、Ｔｐ４、Ｔｐ５の各々では、制御装置４３は、それぞれ、干渉縞の位相が第３位相、第４位相、第５位相の変調画像を撮影するように制御する。
【００８９】
時間帯Ｔｐ１〜Ｔｐ５は、同様であるので、代表して時間帯Ｔｐ２の詳細を説明する。時間帯Ｔｐ２の先頭の時間帯Ｔｃｐでは、制御装置４３は、干渉縞の位相が第２位相となるように、並進機構１５を制御する。時間帯Ｔｃｐに続く時間帯Ｔｌ０１では、空間光変調部１８Ａの０次回折光束が通過する領域（図４の領域Ａｏ）が、配向状態ＳＴ１となるように、制御装置４３は、空間光変調部１８Ａを制御する。時間帯Ｔｌ０１に続く時間帯Ｔｌ０２では、空間光変調部１８Ａの０次回折光束が通過する領域が、配向状態ＳＴ２となるように、制御装置４３は、空間光変調部１８Ａを制御する。
【００９０】
時間帯Ｔｃｐに続く時間帯であり、時間帯Ｔｌ０１と時間帯Ｔｌ０２とを合わせた時間帯Ｔｌ１１では、空間光変調部１８Ａの±１次回折光束が通過する領域（図４の領域Ａｂ〜Ａｇ）が、配向状態ＳＴ１となるように、制御装置４３は、空間光変調部１８Ａを制御する。そして、制御装置４３、この時間帯Ｔｌ１１の間、撮像素子４２が、１つの変調画像を撮影するように制御する。
【００９１】
時間帯Ｔｌ１１の長さＴは、予め設定されている。制御装置４３は、時間帯Ｔｌ１１を、どのように、時間帯Ｔｌ０１と、時間帯Ｔｌ０２とに分割するか、すなわち、時間帯Ｔｌ０２の長さを、何秒とするかを、以下のようにして決定する。まず、制御装置４３は、照明光学系１０の光学伝達関数（Optical Transfer Function；OTF）の０次成分と、１次成分との比Ｃ１、０次成分と２次成分との比Ｃ２、レーザユニット１００が射出するレーザの波長λとを取得する。制御装置４３は、例えば、ユーザが設定した、これらの値を取得する。制御装置４３は、これら比Ｃ１、Ｃ２、波長λの組合せに対応付けて、予め記憶していた時間帯Ｔｌ０１の長さｔ１を表す値を読み出し、これを用いる。
【００９２】
比Ｃ１、Ｃ２、波長λの組合せと対応付ける、時間帯Ｔｌ０１の長さｔ１は、以下のようにして求めたものを記憶しておく。比Ｃ１、Ｃ２と、時間帯Ｔｌ０１の長さｔ１とは、以下のような関係式（１）で表される。
標本２に形成する構造化照明光の波長を変化させた場合であっても、時間帯Ｔｌ０１の長さｔ１を変化させることで、波長によらず構造化照明に含まれる各次数の光成分の成分間の比を一定にすることができる。なお、０次回折光束の強度が１次回折光束の強度より小さくなる場合は、時間帯Ｔl１１のうちの一部の時間帯を配向状態ＳＴ２に割り当てることが望ましい。
【００９３】
【数１】
2015099177.tif 000003
【００９４】
ここで、Ｔは、時間帯Ｔｌ０１と時間帯Ｔｌ０２とを合わせた長さである。Ｉｉ，ｊは、配向状態ＳＴｊのときのｉ次回折光束の光量調整部１８を出射する際の光量である。Ｉｉは、ｉ次回折光束の光量調整部１８に入射する際の光量である。ここで、Ｉｉ，ｊと、Ｉｉとは、式（２）のような関係で表される。また、Ｉ０と、Ｉ１との比は、回折格子１６によって決まる。
【００９５】
【数２】
2015099177.tif 000004
【００９６】
このα、βは、空間光変調部１８Ａの位相差Δφ、コーン角θ、偏光子１８Ｂの軸の向きθｐによって、以下のように決定できる。
入射光の電場振幅をＥとすると、強誘電体液晶の分子の長軸方向、短軸方向の電場振幅Ｅｌ、Ｅｓは、式（３）、（４）で表される。
【００９７】
【数３】
2015099177.tif 000005
【００９８】
ここで、設計波長λ０において、Δφ＝πとすると、ある波長λにおける位相差Δφは、式（５）で表される。
【００９９】
【数４】
2015099177.tif 000006
【０１００】
配向状態ＳＴ１の電場振幅Ｅｐ１は、式（６）で表され、配向状態ＳＴ２の電場振幅Ｅｐ２は、式（７）で表される。
【０１０１】
【数５】
2015099177.tif 000007
【０１０２】
一般に、電場と光強度との関係は、式（８）で表されるので、α、βは、以下の式（９）、（１０）となる。
【０１０３】
【数６】
2015099177.tif 000008
【０１０４】
この式（９）、（１０）でα、βを算出することで、時間帯Ｔｌ０１の長さｔ１と、比Ｃ１、Ｃ２との対応を算出することができる。レーザの波長がλ０のときは、Δφ＝πであるので、式（９）、（１０）に変えて、以下の式（１１）、（１２）を用いることができる。
【０１０５】
【数７】
2015099177.tif 000009
【０１０６】
さらに、θｐ＝θであるときは、式（９）、（１０）に変えて、以下の式（１３）、（１４）を用いることができる。
【０１０７】
【数８】
2015099177.tif 000010
【０１０８】
なお、本実施形態では、配向状態ＳＴ２を０次回折光束に対してのみ用いる場合を示したが、±１次回折光束に対して用いるようにしてもよい。
また、図１２において、時間帯Ｔｌ０１と、時間帯Ｔｌ０２との時間順を逆にしてもよい。あるいは、時間帯Ｔｐ１における時間帯Ｔｌ０１と、時間帯Ｔｌ０２との時間順と、時間帯Ｔｐ２における時間帯Ｔｌ０１と、時間帯Ｔｌ０２との時間順とを逆にするというように、交互に変えてもよい。交互に変えることで、配向状態の変更回数を半分にすることができる。
【０１０９】
［各実施形態の変形例］
なお、上述した実施形態では、標本２に入射する±１次回折光束をＳ偏光に保つために、光軸の周りを回動可能な１／２波長板１９Ａを使用したが、固定配置された１／４波長板と光軸の周りを回動可能な１／４波長板とを使用してもよい。但し、その場合は、第１の基準位置を基準とした１／４波長板の回転位置は、第２の基準位置を基準とした光束選択部材１９Ｂの回転位置と同じに設定される。
【０１１０】
また、上述した実施形態では、光源からの射出光束を分岐する手段として、周期構造の方向数Ｍが２以上である回折格子１６、すなわち、分岐方向の異なる複数の回折光束群を同時に生成する回折格子１６（図２（Ａ）参照）を使用したが、周期構造の方向数Ｍが１である回折格子、すなわち、分岐方向が共通の回折光束群を１群のみ生成する回折格子を使用してもよい。
【０１１１】
但し、その場合は、干渉縞の方向を切り替えるために、回折格子を光軸の周りに回動可能とすればよい。また、その場合は、回動可能な光束選択部材１９Ｂの代わりに、非可動の±１次より高次の回折光束をカットするマスクを使用すればよい。
【０１１２】
言い換えると、上述した照明光学系１０において、回折手段（１６）は、光軸に垂直な単一方向に亘って周期構造を有した回折格子であってもよく、その場合は、標本（２）に対する１対の光束の入射方向を光軸周りに回転させる回転部（不図示）を更に備えてもよい。
【０１１３】
また、上述した実施形態では、３Ｄ−ＳＩＭモードで標本２へ形成する干渉縞を３光束干渉縞とするために、構造化照明光に寄与する回折光束として、＋１次回折光束と−１次回折光束と０次回折光束との組み合わせを使用したが、他の組み合わせを使用してもよいことは言うまでもない。
【０１１４】
因みに、３光束干渉縞を形成するためには、回折次数の間隔が等間隔な３つの回折光による３光束干渉を生起させればよいので、例えば、０次回折光、１次回折光、２次回折光の組み合わせ、±２次回折光及び０次回折光の組み合わせ、±３次回折光及び０次回折光の組み合わせ、などを用いることが可能である。
【０１１５】
なお、本実施形態の照明光学系１０は、対物レンズ３１よる落射照明光学系で構成されたが、これに限られず、対物レンズ３１に代えてコンデサレンズによる透過・反射照明光学系で構成されてもよい。その場合、集光点が形成されるのは、コンデサレンズの瞳面である。
【０１１６】
また、本実施形態の光束分岐部１４は、光束を分岐する手段として回折格子を用いたが、例えば、位相型回折格子として機能する空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial light modulator）と、空間光変調器に対して駆動信号を与える制御部との組み合わせを用いてもよい。制御部は、空間光変調器に与える駆動信号を切り換えることにより、空間光変調器の構造周期（回折格子としての構造周期）を高速に切り換えることができる。
【０１１７】
また、図１における制御装置４３の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより制御装置４３を実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
【０１１８】
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【０１１９】
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、上述の各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、法令で許容される限りにおいて、上述の各実施形態及び変形例で引用した装置などに関する全ての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。
【符号の説明】
【０１２０】
１…構造化照明顕微鏡装置
１０…照明光学系
１１…光ファイバ
１２…コレクタレンズ
１３…偏光板
１４…光束分岐部
１５…並進機構
１６…回折光学素子
１７…集光レンズ
１８…光量調整部
１８Ａ…空間光変調部
１８Ｂ…偏光子
１９…光束選択部
１９Ａ…１／２波長板
１９Ｂ…光束選択部材
１９Ｃ…回動機構
２１…レンズ
２２…視野絞り
２３…フィールドレンズ
２４…励起フィルタ
３０…結像光学系
３１…対物レンズ
３３…ダイクロイックミラー
４２…撮像素子
４３…制御装置
４４…画像記憶・演算装置
４５…画像表示装置
１００…レーザユニット
【図１】
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【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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