(57)【要約】【課題】光検出器の出力信号から正確な入射光量を算出し、入射光量をできるだけ正確に反映した復元画像を取得すことが可能な構造化照明顕微鏡を提供すること。【解決手段】光源１と、前記光源からの照明光を標本に導く照明光学系４０と、前記標本からの光を光検出器に結像させる結像光学系５０と、前記照明光学系の光軸上に配置され、前記標本と共役な位置に配置された回折格子６と、前記回折格子を光軸に直交する方向に駆動する駆動手段２１と、前記駆動手段で駆動された前記回折格子により空間変調された前記照明光を照射され、前記標本の像を検出する光検出器１７と、前記光検出器で取得された画像に演算処理して標本画像を生成し、前記画像を取得する光検出器の入射光量と出力信号の間に生じる非線形特性を補正する補正手段を含む画像処理装置１９と、を有することを特徴とする構造化照明顕微鏡１００。【選択図】図１
2008216778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの照明光を標本に導く照明光学系と、
前記標本からの光を光検出器に結像させる結像光学系と、
前記照明光学系の光軸上に配置され、前記標本と共役な位置に配置された回折格子と、
前記回折格子を光軸に直交する方向に駆動する駆動手段と、
前記駆動手段で駆動された前記回折格子により空間変調された前記照明光を照射され、前記標本の像を検出する光検出器と、
前記光検出器で取得された画像に演算処理して標本画像を生成し、前記画像を取得する光検出器の入射光量と出力信号の間に生じる非線形特性を補正する補正手段を含む画像処理装置と、を有することを特徴とする構造化照明顕微鏡。
【請求項２】
前記補正手段は、前記光検出器の前記入射光量と前記出力信号の関数を含むことを特徴とする請求項１に記載の構造化照明顕微鏡。
【請求項３】
前記関数は、前記出力信号の多項式を含むことを特徴とする請求項２に記載の構造化照明顕微鏡。
【請求項４】
前記補正手段は、前記光検出器の前記入射光量に対応する前記出力信号のテーブルを有し、
前記テーブルを用いて前記出力信号から前記入射光量を求めることを特徴とする請求項１に記載の構造化照明顕微鏡。
【請求項５】
前記テーブルの補間計算により前記出力信号と前記入射光量の補間値を求めることを特徴とする請求項４に記載の構造化照明顕微鏡。
【請求項６】
前記標本画像は、前記照明光の位相を変化させてそれぞれ取得した複数の画像を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の構造化照明顕微鏡。
【請求項７】
前記標本画像は、前記照明光の変調振幅を変化させてそれぞれ取得した複数の画像を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の構造化照明顕微鏡。
【請求項８】
前記回折格子は、光軸に直交する格子を有し、
前記駆動手段は、前記格子の格子に直交する方向を含む方向に前記回折格子を駆動可能であ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構造化照明顕微鏡。
【請求項９】
前記回折格子は、光軸に垂直な面内で互いに直交する二つの格子からなり、
前記駆動手段は、前記二つの格子それぞれに沿ってそれぞれ前記回折格子を駆動可能であ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構造化照明顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造化照明顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学顕微鏡の分解能は対物レンズの開口数と波長により決まり、分解能を高めるためには、一般に波長を短くするか開口数を大きくするより方法がないとされてきた。その一方で、開口数と波長により決定されるそれよりも高い分解能で標本を観察したいと言う要求がある。
【０００３】
この要求に答える技術の一つとしてW. Lukoszが"Optical systems with resolving powers  exceeding the classical limit. II", Journal of the Optical Society of America, Vol.37, no.7 (1967)で示した格子超解像と呼ばれる技術がある。この手法では、観察物体の近傍に置いた回折格子で標本像を空間変調し、標本と撮像素子の間に存在する結像光学系を通りえない空間周波数成分を撮像素子へ導き、撮像素子近傍の回折格子で復調して高い分解能を持った光学顕微鏡を構成しようというものである。これは、Lukosz自身が認めているように現実的ではないが、より現実的にしたものとして、例えば、J. T. Frohnらが"True optical resolution beyond the Rayleigh limit achieved by standing wave illumination", PNAS, Vol.97, No.13で紹介している顕微鏡構成がある。
【０００４】
この顕微鏡では、照明光学系に観察する標本付近の照明光の空間周波数を変調する手段を設け、空間周波数を変調しながら複数の撮影画像を取得し、複数の撮影画像をもとに線形計算により複数の撮影画像を復調することにより、高分解能の画像を得ることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２４２１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の顕微鏡では、画像取得に用いられる光検出器の入射光量と出力信号の間に生じる非線形性を考慮していないため、復調によって得られた画像は誤ったものとなる可能性がある。
【０００６】
一般に光検出器は、入射光量に比例した出力信号が得られるように作られている。しかし実際には、製造誤差などから±数％もの非線形性が生じる場合がある。
【０００７】
構造化照明顕微鏡では、構造化照明の条件を変化させながら複数枚の画像を取得し、そこから回折成分を分離した後、本来の波数空間に並べ直して合成することで復元画像を取得する。このため、元画像における信号の非線形性が拡大されてしまい正しい画像とならないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、光源と、前記光源からの照明光を標本に導く照明光学系と、前記標本からの光を光検出器に結像させる結像光学系と、前記照明光学系の光軸上に配置され、前記標本と共役な位置に配置された回折格子と、前記回折格子を光軸に直交する方向に駆動する駆動手段と、前記駆動手段で駆動された前記回折格子により空間変調された前記照明光を照射され、前記標本の像を検出する光検出器と、前記光検出器で取得された画像に演算処理して標本画像を生成し、前記画像を取得する光検出器の入射光量と出力信号の間に生じる非線形特性を補正する補正手段を含む画像処理装置と、を有することを特徴とする構造化照明顕微鏡を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光検出器の出力信号から正確な入射光量を算出し、入射光量をできるだけ正確に反映した復元画像を取得することができる構造化照明顕微鏡を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態にかかる構造化照明顕微鏡について説明する。
【００１１】
（第１実施の形態）
図１は、第１実施の形態にかかる構造化照明顕微鏡の概略構成図である。
【００１２】
図１において、ランプ光源１からの光は、コレクタレンズ２、リレーレンズ３を介して、開口絞り４の開口部に集光され、フィールドレンズ５で光軸に対して略平行光に変換され、回折格子６に入射される。回折格子６を射出した光は、コンデンサレンズ７で集光され、対物レンズ１３の瞳面１４の共役位置に配置された折返しミラー８で偏向され、リレーレンズ９、視野絞り１０、第二対物レンズ１１を介して、ハーフミラー１２に入射される。ハーフミラー１２で対物レンズ１３側に反射され、対物レンズ１３の瞳面１４に集光され、対物レンズ１３を介して標本１５に照射される。以上で照明光学系４０が構成されている。
【００１３】
標本１５からの光は、対物レンズ１３で集光され、ハーフミラー１２を透過して結像レンズ１６を介して光検出器１７に結像される。以上で結像光学系５０が構成されている。
【００１４】
光検出器１７からの出力信号は制御装置１８の画像処理装置１９に入力され、後述する画像処理が行われる。画像処理後の標本画像は制御装置１８の不図示のメモリに記憶されると共にモニター２０に表示されユーザに観察される。また、回折格子６には、回折格子６の格子に対して直交する方向に回折格子６を駆動する回折格子駆動装置２１が接続され、制御装置１８により駆動が制御されている。このようにして、画像処理装置１９を含む構造化照明顕微鏡１００が構成されている。
【００１５】
以下、構造化照明顕微鏡１００の画像取得について説明する。
【００１６】
回折格子６は紙面内に１次元の透過率分布を持つ回折格子、もしくは、光源１の波長に対して１／２波長の光路差となるような位相回折格子であり、図１の破線で示す回折光を生じさせる。後述する理由により本技術で高い空間分解能を得るためには、回折格子６は標本１５上に変調された照明光が投影できる範囲で周期の細かいものが望ましい。
【００１７】
この際、十分細かい正弦波状の照明を標本１５に対して行えればいいので、結像限界付近の周期を持った格子に対して斜光照明を行うか、あるいは±1次光の回折が結像できる周期の回折格子６に対して±1次光のみが透過できるように対物レンズ１３の瞳面１４と共役な面に遮光板を置いてもよい。
【００１８】
図１には±１次光が標本１５上で干渉し解像限界付近の周期の照明となるような回折格子６を用いた場合を示す。回折格子６によって±１次光はそれぞれフィールドレンズ７周辺部を通るように分離され、＋１次光と−１次光は瞳面上に置かれた折返しミラー８の周辺部の位置にそれぞれスポットを作る。ここで、折返しミラー８上で±１次光が重ならないように開口絞り４を調節しておく。なお、光源１として単色光を利用した場合には上記±1次光が重ならないような照明条件とすることは容易であるため、開口絞り４はなくてもよい。
【００１９】
回折格子６の種類と照明条件によっては０次光が発生するので、さらに、折り返しミラー８面上の光軸上に０次光を遮る部材を用意し、正弦波状の照明に不要な０次光を除去することが望ましい。なお、図１では折り返しミラー８を瞳面上に置いたため０次光除去部材を折り返しミラー８上に用意したが、折り返しミラー８を使用しない場合、あるいは、それが瞳面と異なる位置に置かれた場合は、折り返しミラー８上ではなく照明光学系４０中の瞳面１４と共役なの位置に０次光除去部材を設けることが望ましい。
【００２０】
折返しミラー８で偏向された±１次光は、対物レンズ１３の瞳面１４の周縁部を通り、標本１５付近で互いに干渉することにより縞構造を有する照明光を標本１５に照射する。
【００２１】
標本像の撮影は、例えばＣＣＤ等の光検出器（撮像素子とも言う）１７によって行われる。回折格子駆動装置２１により、回折格子６の格子とほぼ直交する方向に正確にその周期の１／ＮだけずらしながらＮ枚の画像を取得する。ただし、Ｎは３以上であり、できるだけ大きいことが望ましい。
【００２２】
これらの複数の撮影画像を画像処理装置１９により演算処理することにより標本画像を作成する。演算の内容を次に示す。
【００２３】
画像上の点ｒ=（ｘ、ｙ）における点像強度分布Ｐ（ｒ）を持つ顕微鏡光学系において、標本Ｏ（ｒ）にある強度分布をもった照明を与えると標本１５における回折光は空間変調を受ける。単一の空間周波数成分ベクトルＫを持つ正弦波状の照明の場合、空間変調成分としては、０、±１次の３変調成分となる。これらの空間変調をｍｌｅｘｐ（ｉｌｋｒ＋ｉｌφ）,(ｌ＝１、０、−１)と表記すると、空間変調を受けた標本の像は、
【数１】
2008216778.tif 000003
と表すことができる。ここで、ｒは標本上の位置ベクトルでありＫｒは内積を示し、＊は畳み込み積分を表す。
【００２４】
前述のように回折格子６をずらしながら撮像を行うと、同一の変調周波数、変調振幅を持ち、変調位相φのみ異なる画像がＮ枚得られるが、このときのｊ番目の画像信号強度Ij(r)は、j番目の画像の構造化照明位相をφjと表すと、
【数２】
2008216778.tif 000004
であり、Ｎ個の方程式が得られる。
【００２５】
また、光検出器の入力光量と出力信号の事前の測定データから、入射光量Ｉ（ｒ）を出力信号Ｓ（ｒ）の多項式によって次式のように近似する。なお、事前の測定データは、テーブルとして制御装置１８の不図示のメモリに記憶しておくことが望ましい。
【数３】
2008216778.tif 000005
【００２６】
図２は、光検出器１７である冷却ＣＣＤカメラへの入射光の輝度と出力信号の間の線形性を示すデータの一例である。図２において、横軸は光検出器１７の出力信号を示す。実線は、輝度が既知である入射光に対する出力信号を測定したデータを示す（縦軸は左）。図２の一点鎖線はこのデータの直線からのずれをほぼ線形性が保たれていると思われる領域の最大輝度で規格化したものである。線形性が保たれていると見える領域でも±０．６％のずれがあることがわかる。
【００２７】
この実測値に対して５次でフィッティングを行うと、次の（４）式が得られた。
I(r)=4.17192×10−17S5(r)−3.38634×10−13S４(r)＋1.04250×10−9S3(r)
−1.47742×10−6S2(r)+2.37467×10−3S(r)−7.60269×10−1            （４）
【００２８】
図２の点線は、（４）式から得られた近似値と実測値との差（縦軸は右）を示す。このような近似を行うことで、線形性を±０．２％程度まで向上することが可能となった。
【００２９】
なお、入射光量と出力信号の関係は、例えばＣＣＤなどの光検出器１７の温度によって異なる。したがって、実際に利用する光検出器１７の温度に合わせて、それぞれデータを取得し、近似する必要があり、それぞれの温度でデータを取得し、テーブルとして制御装置１８の不図示のメモリに記憶しておくことが望ましい。
【００３０】
あるいは、単純な補間計算で光検出器１７の出力信号の補正を行うことができる場合もある。
【００３１】
光検出器１７への入射光の輝度と出力信号の間の線形性を測定する際には、有限な測定点数におけるそれらの関係のデータが得られるに過ぎないが、これが十分多くの入射光輝度値において良いＳ／Ｎ比で測定できるならば、測定点と測定点の間の点については補間計算で出力信号に対する入射光量を求めることももできる。
【００３２】
補間計算式としては、必要とする精度によって線形補間、多項式補間、スプライン補間などから選べば良い。
【００３３】
入射光の輝度と出力信号の間の関係はほぼ線形であり、そこからのずれを求めたいのであるから、通常は線形補間でも十分なことが多い。この場合には、出力信号Ｓ（ｒ）を上下から挟む測定点における出力信号Ｓａ、Ｓｂと、その測定点における入射光輝度Ｉａ、Ｉｂから、出力信号Ｓ（ｒ）に対応する入射光輝度Ｉ（ｒ）は、
【数４−１】
2008216778.tif 000006
で求めることができる。
【００３４】
光検出器１７の入射光量と出力信号の間に生じる非線形性の補正は、光検出器１７からの読み出し直後に行うことも可能であるが、回折成分分離計算と同時に行った方がＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔの略）による処理速度の点で有利である。多くのＭＰＵにはキャッシュメモリが搭載されているが、これは通常のデータ処理に見られる処理の局在性を利用して、大きなコストアップを避けつつ高性能を達成する技術である。
【００３５】
従って、このようなアーキテクチャを持ったＭＰＵで画像処理を行う場合には、同一画素についての演算はなるべくまとめて処理するのが望ましい。従って、信号強度を補正する処理は回折成分の分離とともに行うのが望ましい。
式（２）、式（３）より、次式のようなＮ個の方程式が得られる。
Σｎ[cｎSｊｎ(r)]=Σl[ml(O(r)exp(ilKr+ilφj))*P(r)]      （５）
【００３６】
これらの方程式ではＯ（ｒ）ｅｘｐ（ｉｌＫｒ），（ｌ=−１，０，１）が未知数であり、それらはＮ≧３の画像を取得することで求めることができる。Ｎ個の方程式（５）のうち３つの式を用いると、次式が得られる。
【数６】
2008216778.tif 000007
【００３７】
この方程式を解くことで、Ｏ（ｒ）ｅｘｐ（ｉｌＫｒ）*Ｐ（ｒ），（ｌ=−１，０，１）を求めることができる。
【００３８】
または、Ｎ≧４の画像から、公知の手法により最小２乗法を用いて求めてもよい。最小２乗法を用いることでノイズを低減させることができる。これらは、ｌ=０が超解像ではない通常の顕微鏡像に、ｌ=±１が超解像成分に対応する。
【００３９】
上記で求められるＯ（ｒ）ｅｘｐ（ｉｌＫｒ）*Ｐ（ｒ），（ｌ=−１，０，１）は波数空間では、それぞれＯｋ（ｋ）Ｐｋ（ｒ+ｌＫ），（ｌ=−１，０，１）に対応する。
【００４０】
ここで、Ｏｋ（ｋ）は標本における発光体の分布のフーリエ変換、Ｐｋ（ｋ）は強度分布を持たない照明を与えた場合の顕微鏡光学系が持つ伝達関数（ＯＴＦ; Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）である。
【００４１】
強度分布を持たない照明を与えた場合の通常の伝達関数は光の波長λ、対物レンズ１３のＮＡに対してｋ=−２ＮＡ／λ〜２ＮＡ／λであるから、上記で得られた標本情報Ｏ（ｒ）ｅｘｐ（ｉｌＫｒ）*Ｐ（ｒ），（ｌ=−１，０，１）は、ｌ=−１，０，１に対して、ｋ=−２ＮＡ／λ−Ｋ〜２ＮＡ／λ−Ｋ、ｋ=２ＮＡ／λ〜２ＮＡ／λ、ｋ=−２ＮＡ／λ+Ｋ〜２ＮＡ／λ+Ｋの情報を含むことがわかる。従って、Ｏ（ｒ）ｅｘｐ（ｉｌＫｒ）*Ｐ（ｒ）全体としてはｋ=−２ＮＡ／λ−Ｋ〜２ＮＡ／λ+Ｋまでの情報を含むので、高い解像度を持った顕微鏡画像を得ることができる。
【００４２】
上述のような補正に基づいて得られた像は、空間変調がなされた１次元方向のみに高い解像度を持つが、空間変調を施す方向を少なくとも２方向に変化させ、それぞれの方向について１次元と同様の処理を施すことで２次元方向の高い解像度を持った顕微鏡を構成することもできる。
【００４３】
このとき、空間変調を施す方向は３方向が望ましい。２方向のみの場合はそれら２方向の中間方向に超解像効果があまり得られないが、３方向ではそれら３方向の間の方向でも超解像効果の最大となる方向とくらべ遜色のない程度までの超解像効果が得られる。４方向以上とすると撮像枚数の増加のわりには照明方向の間における超解像の低下を抑える効果が少なくなる。
【００４４】
（第２実施の形態）
次に、本発明の第２実施の形態にかかる構造化照明顕微鏡に関し説明する。第２実施の形態は、第１実施の形態に対して回折格子と回折格子駆動装置の構成、およびこれに伴う画像処理方法が異なっている。第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明する。
【００４５】
図３は、第２実施の形態にかかる構造化照明顕微鏡の概略構成図である。図３において、ランプ光源１からの光は、コレクタレンズ２、リレーレンズ３を介して、開口絞り４の開口部に集光され、フィールドレンズ５で光軸に対して略平行光に変換され、回折格子２６に入射される。回折格子２６を射出した光は、コンデンサレンズ７で集光され、対物レンズ１３の瞳面１４の共役位置に配置された折返しミラー８で偏向され、リレーレンズ９、視野絞り１０、第二対物レンズ１１を介して、ハーフミラー１２に入射される。ハーフミラー１２で対物レンズ１３側に反射され、対物レンズ１３の瞳面１４に集光され、対物レンズ１３を介して標本１５に照射される。以上で照明光学系４０が構成されている。
【００４６】
標本１５からの光は、対物レンズ１３で集光され、ハーフミラー１２を透過して結像レンズ１６を介して光検出器１７に結像される。以上で結像光学系５０が構成されている。
【００４７】
光検出器１７からの出力信号は制御装置１８の画像処理装置１９に入力され、後述する画像処理が行われる。画像処理後の標本画像は制御装置１８の不図示のメモリに記憶されると共にモニター２０に表示されユーザに観察される。また、回折格子２６には、回折格子２６の格子に対して直交する方向に回折格子２６をそれぞれ駆動する回折格子駆動装置３１が接続され、制御装置１８により駆動が制御されている。このようにして、画像処理装置１９を含む構造化照明顕微鏡２００が構成されている。
【００４８】
以下、構造化照明顕微鏡２００の画像取得について説明する。
【００４９】
回折格子２６は光軸に対して垂直な面内で直行する正弦波状の透過率分布を持つ回折格子である。回折格子２６は光軸に対して垂直な面内の２方向に格子が形成され、それぞれの格子は必ずしも直交している必要はないが、以下で説明する演算処理が単純となるため直交していたほうが望ましい。
【００５０】
この回折格子２６は紙面に垂直な方向に沿った格子によって破線で示す回折光を生じさせる。また、紙面内の方向に沿った格子によって、紙面の上下を通る図示しない回折光が生じる。本技術により高い空間分解能を得るためには回折格子２６は標本上に変調された照明光が投影できる範囲で周期の細かいものが望ましい。このため、回折光のうち考慮しなければならないのは±１次光のみとなる。なお、２方向の格子の周期は同じであるほうが望ましいが、２方向の解像度が異なることが問題とならない場合には、２方向の周期は異なっていてもかまわない。
【００５１】
回折格子２６は０次光成分が十分少ない必要があるため、光源の波長に対して１／２波長の光路差となるような位相回折格子が望ましいが、十分細かい正弦波状の照明を標本１５に対して行えればいいので、例えば透過率を変調させた結像限界付近の周期を持った格子に対して斜光照明を行うか、あるいは±１次光の回折が結像できる周期の回折格子２６対して±1次光のみが透過できるように照明光学系４０中の対物レンズ１３の瞳面１４と共役な面に遮光板を置いてもよい。
【００５２】
回折格子２６によって±１次光はそれぞれフィールドレンズ７周辺部を通るように分離され、＋１次光と−１次光は折返しミラーの周辺部の位置にそれぞれスポットを作る。ここで、折返しミラー８上で±１次光が重ならないように開口絞り４を調節しておく。なお、光源１として単色光を利用した場合には上記±１次光が重なることはないため、開口絞り４はなくてもよい。
【００５３】
折返しミラー８で偏向された±１次光は対物レンズ１３の瞳面１４の周縁部を通り、標本１５付近で互いに干渉することにより縞構造を有する照明光を照射する。
【００５４】
撮影は、光検出器１７によって行われる。回折格子２６が直交する二つの方向の格子となっているため、標本１５上には直交する二つの方向の格子に基づく光が照明されている。回折格子駆動装置３１により、二つの格子の方向に正確にその周期の１／Ｎだけ位置をずらしながら画像を取得する。
【００５５】
すなわち、一つの格子の方向(これをＹ方向とする)に１／Ｎずつ位置をずらしながらＮ枚の画像を取得する。次にもう一方の格子の方向(これをＸ方向とする)に１／Ｎだけ位置をずらしてから、Ｙ方向に１／Ｎずつ位置をずらしながらＮ枚の画像を取得する。以下、これを繰り返して、Ｘ方向についてもＮ回位置をずらすことで（Ｎ×Ｎ）枚の画像を取得する。
【００５６】
上記のように格子をずらしながら撮像を行うと、一方の格子パターンにおける同一位相の画像がＮ枚取得できるが、これらの画像はもう一方の格子パターンにより変調振幅が異なる。すなわち、上記格子パターンの方向をそれぞれｘ、ｙ方向とすると、構造化照明強度Ｉｒｉは一般に、
【数７】
2008216778.tif 000008
と書けるので、位相φｘをｘ方向にφｘ=０，…，２πｊ／Ｎｘ，…，２π（Ｎｘ−１）／Ｎｘとなるようにずらすと、ある特定のｘにおいてはｙ方向の照明振幅は、ｃｏｓ（２πｊ／Ｎｙ）に比例した値を持つことになる。すなわち変調振幅の異なる画像が得られることになる。
【００５７】
具体的には、（７）式で示す構造化照明で標本を照明し、φｙ=０を固定とし、φｘをφｘ=０，…，２πｊ／Ｎｘ，…，２π（Ｎｘ−１）／Ｎｘと変化させながらＮｘ枚の標本像を撮像する。そのときの画像信号をＳｊ（ｒ）とし、第１実施の形態における１次元の場合と同様に（４）式を使い、（５）式と同様の方程式
Σn[cnSjn(r)]=Σl[mlx(O(r)exp(ilxKr+iφxj))*P(r)]        （８）
を３個作成して（６）式を解くか、もしくは、Ｎ≧４の画像から公知の最小自乗法を利用した方法を用いてＯ（ｒ）ｅｘｐ（ｉｌｘＫｒ）*Ｐ（ｒ），（ｌ=−１，０，１）を求め、これをＯｘ（ｒ）ｅｘｐ（ｉｌｘＫｘ ｘ）*Ｐ（ｒ）とする。
【００５８】
次に、これらをφｙ=２π／Ｎｙ，…，２πｊ／Ｎｙ，…，２π（Ｎｙ−１）／Ｎｙと変化させながら前記φｙ=０の場合も含めてＮｙ組繰り返すとＯｘ（ｒ）ｅｘｐ（ｉｌｘＫｘ ｘ）*Ｐ（ｒ）をＮｙ組計算することができる。
【００５９】
最後に、φｙを変化させて得られたＮｙ組のＯｘ（ｒ）ｅｘｐ（ｉｌｘＫｘ ｘ）*Ｐ（ｒ），（ｌ=−１，０，１）から３組を選ぶと、（６）式に相当する（９）式がｌ=−１，０，１に対してそれぞれ1個づつできるので、これら
【数９】
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をｌｘごとに解くことで、Ｏ（ｒ）ｅｘｐ（ｉｌｘＫｘ ｘ+ｉｌｙＫｙ ｙ）*Ｐ（ｒ）， （ｌｘ=−１，０，+１，ｌｙ=−１，０，+１）を求めることができる。
【００６０】
これらのうちｌｘ=０，ｌｙ=０の成分が通常の顕微鏡画像に対応するが、その他の成分は超解像情報に対応する成分であるため、第１実施の形態と同様に合成することで超解像画像を得ることができる。
【００６１】
なお、ここでは、構造化照明位相を等間隔で変化させる場合について述べたが、実際には不等間隔でも上に述べた補正演算手法により画像の復調は可能であり、これらの複数の撮影画像を画像処理装置１９により補正演算することにより標本画像を作成する。演算処理は第１実施の形態で述べた手法を二次元に拡張して適用すればよい。
【００６２】
以上述べたように、実施の形態によれば、光検出器の入射光量対出力信号の非線形性を前もって測定した結果を用いて、出力信号から正確な入射光量を算出し、入射光量をできるだけ正確に反映した復元画像を取得することが可能な構造化照明顕微鏡を提供することができる。
【００６３】
なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】第１実施の形態にかかる構造化照明顕微鏡の概略構成図である。
【図２】光検出器への入射光の輝度と出力信号の間の線形性を示すデータの一例である。
【図３】第２実施の形態にかかる構造化照明顕微鏡の概略構成図である。
【符号の説明】
【００６５】
１    光源
２    コレクタレンズ
３    リレーレンズ
４    開口絞り
５    フィールドレンズ
６、２６  回折格子
７    コンデンサレンズ
８    折り返しミラー
９    リレーレンズ
１０  視野絞り
１１  第二対物レンズ
１２  ハーフミラー
１３  対物レンズ
１４  瞳面
１５  標本
１６  結像レンズ
１７  光検出器
１８  制御装置
１９  画像処理装置
２０  モニター
２１、３１  回折格子駆動装置
４０  照明光学系
５０  結像光学系
１００、２００  構造化照明顕微鏡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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