(57)【要約】【課題】フィルタの作成が容易で安価でありながら、高いコントラストが得られる顕微鏡装置を提供すること。【解決手段】コヒーレント光源１からの光を平行光として標本３に照射する照明光学系１０と、前記標本からの光を対物レンズ６で集光し標本像を結像する結像光学系３０と、前記対物レンズの後側焦点面、または前記後側焦点面の共役面に配置されるフィルタ部材９とを有し、前記フィルタ部材は、前記標本からの光に１８０度の位相差を与える第１の位相領域と第２の位相領域を有し、かつ前記光源のスポット像が前記第１の位相領域と前記第２の位相領域の位相境界部分に重なるように配置される位相板７と、前記光源のスポット像を遮光する遮蔽板１１とを有する顕微鏡装置１００。【選択図】図１
2008185719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光源からの光を平行光として標本に照射する照明光学系と、
前記標本からの光を対物レンズで集光し標本像を結像する結像光学系と、
前記対物レンズの後側焦点面、または前記後側焦点面の共役面に配置されるフィルタ部材とを有し、
前記フィルタ部材は、前記標本からの光に１８０度の位相差を与える第１の位相領域と第２の位相領域を有し、かつ前記光源のスポット像が前記第１の位相領域と前記第２の位相領域の位相境界部分に重なるように配置される位相板と、前記光源のスポット像を遮光する遮蔽板とを有することを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項２】
前記フィルタ部材において、前記位相境界部分をＹ軸とし、前記Ｙ軸と光軸とに垂直な軸をＸ軸、前記Ｙ軸と前記Ｘ軸との交点を原点とするとき、
前記遮蔽板のＸ軸方向の幅ｄ１が以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
ｄ１≦０．２×２×ｆ×ＮＡ×ｍ
ただし、
ｆ：  前記対物レンズの焦点距離
ＮＡ：  前記対物レンズの開口数
ｍ：  前記対物レンズの後側焦点面から前記フィルタ部材が配置される面への倍率
【請求項３】
コヒーレント光源からの光をコンデンサレンズの前側焦点面に輪帯状に集光し、前記コンデンサレンズを介して標本に照射する照明光学系と、
前記標本からの光を対物レンズで集光し標本像を結像する結像光学系と、
前記対物レンズの後側焦点面、または前記後側焦点面の共役面に配置されるフィルタ部材とを有し、
前記フィルタ部材は、前記標本からの光に１８０度の位相差を与える第１の位相領域と第２の位相領域とを有し、かつ前記輪帯状にの集光した前記光源からの光が前記だい１の位相領域と前記第２の位相領域の円形状の位相境界部分に重なるように配置される位相板と、前記輪帯状に集光した前記光源からの光を遮光する遮蔽板とを有することを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項４】
前記フィルタ部材は、複数の前記位相板と複数の前記遮蔽板とを有し、
前記複数の位相板と前記複数の遮蔽版を、光軸に対してそれぞれ独立に交換可能に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の顕微鏡装置。
【請求項５】
前記フィルタ部材は、光軸に対して挿脱可能に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の顕微鏡装置。
【請求項６】
前記フィルタ部材は、ＸＹＺ軸方向に移動可能である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顕微鏡装置。
【請求項７】
前記照明光学系は、回折拡散板をさらに有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、顕微鏡の被検物は、振幅物体と位相物体に大別される。振幅物体は光の明暗や色を変化させるので、その変化を目やＣＣＤ等の撮像素子でコントラストとして識別できる。一方、位相物体は光の位相を変化させるだけなので、そのままではコントラストが低く識別が難しい。そこで従来より、位相物体の位相変化を識別可能なコントラストに変換する手法による顕微鏡装置が提案されてきた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−９５１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の顕微鏡装置では、位相変化を検出するためのフィルタの透過率特性がＳｉｎ２関数で表される特性を有する必要があり、フィルタの作成が難しく高価であると言う課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、本発明は、コヒーレント光源からの光を平行光として標本に照射する照明光学系と、前記標本からの光を対物レンズで集光し標本像を結像する結像光学系と、前記対物レンズの後側焦点面、または前記後側焦点面の共役面に配置されるフィルタ部材とを有し、前記フィルタ部材は、前記標本からの光に１８０度の位相差を与える第１の位相領域と第２の位相領域を有し、かつ前記光源のスポット像が前記第１の位相領域と前記第２の位相領域の位相境界部分に重なるように配置される位相板と、前記光源のスポット像を遮光する遮蔽板とを有することを特徴とする顕微鏡装置を提供する。
【０００５】
また、本発明は、コヒーレント光源からの光をコンデンサレンズの前側焦点面に輪帯状に集光し、前記コンデンサレンズを介して標本に照射する照明光学系と、前記標本からの光を対物レンズで集光し標本像を結像する結像光学系と、前記対物レンズの後側焦点面、または前記後側焦点面の共役面に配置されるフィルタ部材とを有し、前記フィルタ部材は、前記標本からの光に１８０度の位相差を与える第１の位相領域と第２の位相領域とを有し、かつ前記輪帯状にの集光した前記光源からの光が前記だい１の位相領域と前記第２の位相領域の円形状の位相境界部分に重なるように配置される位相板と、前記輪帯状に集光した前記光源からの光を遮光する遮蔽板とを有することを特徴とする顕微鏡装置を提供する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、フィルタの作成が容易で安価でありながら、高いコントラストが得られる顕微鏡装置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】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態に関し図面を参照しつつ説明する。以下の実施の形態では、透過型顕微鏡を用いて説明する。
【０００８】
（第１実施の形態）
図１は、第１実施の形態にかかる顕微鏡装置の概略構成図である。
【０００９】
図１において、コヒーレント光源である不図示のレーザ光源の光を光ファイバ１を介して導き、光ファイバ１の端面から射出した照明光は、エクスパンダレンズ２ａで平行光に拡大された後、コレクタレンズ２ｂでコンデンサレンズ４の前側焦点面３若しくは照明光学系１０内におけるコンデンサレンズ４の前側焦点面３と共役な面にレーザスポットＬＳとして集光され、コンデンサレンズ４を含む照明光学系１０により試料（標本）５を照明する。試料５を透過した光は、対物レンズ６で集光され１８０度の位相差を与えるπ位相板７を透過して結像光学系３０を介して像面８に試料像として形成される。
【００１０】
なお、光ファイバ１を使用せず、エクスパンダレンズ２ａの前側焦点位置にレーザ光源の射出端を配置しても良い。また、光ファイバ１の射出端をコンデンサレンズ４の前側焦点面３に配置しても良い。
【００１１】
π位相板７は、コンデンサレンズ４の前側焦点面３と共役な面に配置される。この面は、対物レンズ６の後側焦点面若しくはその共役面に相当する面である。後述するように、π位相板７は、レーザ光の集光位置がπ位相板７の位相境界部分７ｃでほぼ二分されるように（図２又は図３参照）配置されている。また、π位相板７には遮蔽板１１が、位相境界部分７ｃを覆うように配置されている。第１実施の形態では、π位相板７と遮蔽板１１でフィルタ部材９が構成されている。
【００１２】
ここで、光軸方向をＺ軸とし、光軸に直交する面上にＸＹ軸を設定する。π位相板７はＸＹＺ方向に移動可能である。Ｚ軸方向の移動は、対物レンズ６を交換した際の、対物レンズ６の後側焦点位置の変化に対応するために設けられている。ＸＹ軸方向の移動は、π位相板７の芯だし調整および目視観察時や不図示の撮像素子等による画像取得時のコントラスト調節に使用する。このようにして顕微鏡装置１００が構成されている。
【００１３】
図２は、π位相板７と遮蔽板１１、及びレーザスポットＬＳの位置関係を示す説明図である。図２(ａ)は、図１の矢印Ａ側からπ位相板７を見た図を表し、光軸に垂直なＸＹ軸は互いに垂直で、かつπ位相板７面内に含まれる。図２（ａ）において、外周円７ａは対物レンズ６の瞳の有効径を表し、瞳の有効径はｘ＝１、及びｘ＝−１に規格化して示している。また図２（ａ）中の矩形の黒塗り部分は遮蔽板１１を示す。図２(ｂ)は、π位相板７面上における瞳径に対応したＸ軸方向の透過率分布を表し、図２(ｃ)は、Ｘ軸に沿ったπ位相板７の位相分布を示す。π位相板７は、Ｙ軸を基準に、−Ｘ側に位相差−π／２の位相板７ｅを、＋Ｘ側に位相差＋π／２の位相板７ｆを有し、両者の境界である位相境界部分７ｃがＹ軸と一致している。
【００１４】
なお、ここでは位相板７ｅが−π／２、位相板７ｆが＋π／２であり、両方で位相差πを有する場合について説明したが、両者の位相差がπであれば良く、上記構成に限定されることはない。また、π位相板７の透過率分布や位相分布が外周円７ａよりも外側でもゼロでない値を持つのは、π位相板７をＸＹ軸方向に移動した時に対物レンズ６の瞳の有効径がπ位相板７でケラレないようにするためである。
【００１５】
次に、結像シミュレーションについて説明する。始めに図３を用いて遮蔽板１１がない場合についてのシミュレーション結果を説明する。図３（ａ）は、π位相板７とレーザスポットＬＳの位置関係を示す説明図である。図３(ｂ)は、π位相板７上における瞳径に対応したＸ軸方向の透過率分布を表し、図３(ｃ)は、π位相板７の位相分布を示す。
【００１６】
図３の外周円７ａ内におけるＸ軸方向の位相分布Ｆ(x)を式(ａ１)に示す。
F(x)＝i ・ sgn(x)，
sgn(x)＝    1，  0<x<=1
0，    X=0
-1    -1<=x<O              (ａ１)
(ａ１)式は、１次元ヒルベルト変換の周波数空間における伝達関数である。位相分布図３(ｃ)がｘ＝０を境界として位相差がπであるため、位相分布をもつ試料５を通過した光はその約半分がπの位相シフトを受けて像面８に到達し干渉する。その結果、試料５の位相分布が像面８にて強度分布として可視化される。
【００１７】
試料５における位相分布が像面８で試料像として可視化される様子を以下に説明する。
【００１８】
簡単のために１次元(Ｘ軸方向)で考える。試料５を点光源で照明した試料５の振幅分布をｓ（ｘ’）、そのフーリエ変換をＳ（ｘ）とし、像面８における試料像の振幅分布をｇ（ｘ’）、そのフーリエ変換をＧ(ｘ)とする。Ｓ（ｘ）、Ｇ（ｘ）、Ｆ（ｘ）は(ａ２)式の関係で表される。
Ｇ(ｘ)＝Ｓ(ｘ)・Ｆ(ｘ)                        (ａ２)
ここで、試料５として弱位相物体を仮定すると、
Ｓ(ｘ’)＝ｅｘｐ（ｉφ（ｘ’））≒1十ｉφ(ｘ’)    (ａ３)
であり、試料５による回折光はそのフーリエ変換Ｓ(ｘ)で与えられる。
Ｓ（ｘ）＝δ(ｘ)十Φ(ｘ)                      (ａ４)
ただしΦ(ｘ)はφのフーリエ変換である。
【００１９】
（ａ２）式に代入すると、位相分布成分φ(ｘ)が残る。
Ｇ(ｘ)＝Φ(ｘ)・Ｆ(ｘ)                        (ａ５)
Ｆ(ｘ)はヒルベルト変換の周波数空間における伝達関数であるから、φ(ｘ’)のヒルベルト変換をφＨ(ｘ’)とすると、像振幅分布ｇ(ｘ’)は、
ｇ(ｘ’)＝φＨ(ｘ’)                          (ａ６)
像強度分布は、
｜ｇ（ｘ’）｜２＝φH（ｘ’）２                  (ａ７)
となる。
【００２０】
これを像空間に移行すると、試料５を点光源で照明した分布ｓ（ｘ’）に(ａ１)式のフーリエ逆変換ｆ（ｘ’）を点像分布関数として畳み込み積分したものがｇ（ｘ’）となり、(ａ８)式で表す。    
ｇ(ｘ’)＝ｓ(ｘ’)＊ｆ（ｘ’），  （＊は畳み込み積分を表す）  (ａ８)
【００２１】
図４にｆ（ｘ’）のグラフを示す。図４より、ヒルベルト変換における点像分布は、位相物体に対してコントラストをもち、そのコントラスト形状はいわゆる微分像の様子を呈することがわかる。
【００２２】
次に、理想レンズによる結像シミュレーションの結果を示す。
【００２３】
計算条件は生物観察において汎用的な４０倍の対物レンズを想定し、対物レンズ６の開口数ＮＡ＝０．６、対物レンズ６の焦点距離ｆ＝５ｍｍ、対物レンズ６の後側焦点面からフィルタ部材９が配置される面への倍率をｍ＝１とする。
【００２４】
また試料５は、透過率＝１（１００％）、位相差１００ｎｍ、幅Ｗ＝１００μｍ(像面換算)の矩形位相物体が視野中央(ｘ＝０)にあると仮定する。波長はλ＝５８８ｎｍである。
【００２５】
理想レンズによる結像シミュレーション結果を図５に示す。図５より、矩形位相物体が、いわゆる擬似レリーフ像のようなコントラスト像が得られるもののノイズの多い像であることがわかる。例えば、ｘ値が−５０μｍ以下、およびＸ値が＋５０μｍ以上ではバックグラウンド信号が凸凹の波状になるノイズが見られる。
【００２６】
次に、遮蔽板１１がある場合における結像シミュレーション結果に関し説明する。
【００２７】
図２に示すように、第１実施の形態では、遮蔽板１１は、π位相板７の位相境界部分７ｃを完全に遮蔽し、かつ遮蔽面積が位相境界部分７ｃでほぼ二分される状態となるように使用する。また、π位相板７の位相境界部分７ｃを、レーザスポットＬＳの中央になるように配置し、遮蔽板１１でほぼ遮蔽すると、背景が暗く、試料５の位相変化部分が明るく光る、エッジ強調像のような位相コントラスト像が得られる。π位相板７と遮蔽板１１とを一緒にＸ軸方向に微小移動すると、遮蔽板１１が無い場合とほぼ同等ないわゆるレリーフ像が得られる。すなわち第１実施の形態では、π位相板７と位遮蔽板１１の微小移動により、コントラスト状態を簡単に切り替えて観察することが可能である。
【００２８】
シミュレーションした結果を図６（ａ），（ｂ）に示す。図６（ａ）はπ位相板７の位相境界部分７ｃをｘ＝０に一致させた場合、図６（ｂ）はｘ＝２０μｍの場合のコントラスト像である。
【００２９】
また、図２における遮蔽板１１の幅ｄ１は、レーザスポットＬＳの直径よりも大きくとり、試料５からの０次回折光成分を完全に遮蔽する必要がある。ｄ１を大きくとればとるほど遮蔽の余裕率は高くなるが、一方であまりｄ１を大きくすると結像光学系３０の瞳を遮蔽する面積が広がるので好ましくない。具体的には、像面８における±１次回折光のうち低周波成分が遮蔽板１１によりカットされることに相当するため、高周波フィルタをかけたような像が得られ、かつコントラストが低くなる。
【００３０】
具体例として、図７に、ｄ１を対物レンズ６の後側焦点面の有効径（瞳径）の２０％とした場合のシミュレーション像を示す。図７（a）はπ位相板７の位相境界部分７ｃをｘ＝０に一致させた場合、（ｂ）は位相境界部分７ｃがｘ＝２０μｍの場合のコントラスト像である。図より、ｄ１＝０．２×２×ｆ×ＮＡ（ｍ＝１の場合）おいてｘ＝０におけるコントラストが約１／５となっていることが判る。
【００３１】
この結果から、遮蔽板１１の幅ｄ１は、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
（１）  ｄ１≦０．２×２×ｆ×ＮＡ×ｍ
【００３２】
但し、ｆは対物レンズ６の焦点距離、ＮＡは対物レンズ６の開口数、及びｍは対物レンズ６の後側焦点面からフィルタ部材が配置される面への倍率である。
【００３３】
条件式（１）を満たさない場合、上述したようにコントラストが低くなりすぎ観察条件として不適当になる。
【００３４】
また、π位相板７および遮蔽板１１のＸ軸方向の微小移動量Δｘは、部分遮蔽板１１の幅に対してΔｘ≒ｄ１を満たす必要がある。この条件の近傍でΔｘを微調整することにより、最適なレリーフ像を得ることが可能となる。
【００３５】
また、遮蔽板１１の透過率ｔを上げるにつれてバックグラウンドの光強度が上がり、相対的にコントラストが低くなるので、適当な透過率に制限することが必要である。本実施の形態では、透過率ｔは以下の条件式（２）を満たすことが望ましい。
（２）  ０≦  ｔ  ≦  ５０  （単位：％）
【００３６】
なお、本実施の形態では、遮蔽板１１の幅ｄ１の範囲で透過率ｔが一定となる場合を説明したが、本実施の形態の変形として透過率ｔがｘ＝０の位置を最低値として、ｘ＝０からＸ軸方向に沿って離れるに従って透過率ｔ増加する、Ｙ軸を対称軸とする透過率分布とすることもできる。
【００３７】
（第２実施の形態）
図８は、第２実施の形態にかかる顕微鏡装置の概略構成図である。
【００３８】
図８において、コヒーレント光源である不図示のレーザ光源の光を光ファイバ１を介して導く。光ファイバ１の端面から射出した照明光は、エクスパンダレンズ２ａで平行光に拡大された後、アキシコンプリズム２１とコレクタレンズ２ｂでコンデンサレンズ４の前側焦点面３若しくは照明光学系１０内におけるコンデンサレンズ４の前側焦点面３と共役な面に輪帯状のレーザリングＬＲに集光され、コンデンサレンズ４を含む照明光学系１０により試料（標本）５を照明する。試料５を透過した光は、対物レンズ６で集光され１８０度の位相差を与えるπ位相板２７を透過して結像光学系３０を介して像面８に試料像として形成される。なお、光ファイバ１を使用せず、エクスパンダレンズ２ａの前側焦点位置にレーザ光源の射出端を配置しても良い。
【００３９】
π位相板２７は、コンデンサレンズ４の前側焦点面３と共役な面に配置される。この面は、対物レンズ６の後側焦点面若しくはその共役面に相当する面である。後述するように、π位相板２７は、輪帯状のレーザリングＬＲの集光位置がπ位相板２７の位相境界部分２７ｃでほぼ二分されるように（図９参照）配置されている。第２実施の形態では、π位相板２７のみでフィルタ部材９が構成されている。
【００４０】
ここで、光軸方向をＺ軸とし、光軸に直交する面上にＸＹ軸を設定する。π位相板２７はＸＹＺ方向に移動可能である。Ｚ軸方向の移動は、対物レンズ６を交換した際の、対物レンズ６の後側焦点位置の変化に対応するために設けられている。ＸＹ軸方向の移動は、π位相板２７の芯だし調整および目視観察時や不図示の撮像素子等による画像取得時のコントラスト調節に使用する。このようにして顕微鏡装置１００が構成されている。
【００４１】
図９は、π位相板２７、及び輪帯状のレーザリングＬＲの位置関係を示す説明図である。図９(ａ)は、図８の矢印Ａ側からπ位相板２７を見た図を表し、光軸に垂直なＸＹ軸は互いに垂直で、かつπ位相板２７面内に含まれる。図９（ａ）において、外周円２７ａは対物レンズ６の瞳の有効径を表し、瞳の有効径はｘ＝１、及びｘ＝−１に規格化して示している。図９(ｂ)は、π位相板２７面上における瞳径に対応したＸ軸方向の透過率分布を表し、図９(ｃ)は、π位相板２７の位相分布を示す。π位相板２７は、ＸＹ軸の交点を中心として、位相差−π／２を与える円盤状の位相板２７ｅと、位相差＋π／２を与える輪帯状の位相板２７ｆを有し、両者の境界に位相境界部２７ｃが形成されている。
【００４２】
なお、ここでは位相板２７ｅが−π／２、位相板２７ｆが＋π／２であり、両方で位相差πを有する場合について説明したが、両者の位相差がπであれば良く上記構成に限定されることはない。また、π位相板２７の透過率分布や位相分布が外周円２７ａよりも外側でもゼロでない値を持つのは、π位相板２７をＸＹ軸方向に移動した時に対物レンズ６の瞳の有効径がπ位相板２７でケラレないようにするためである。
【００４３】
このように、第２実施の形態では、アキシコンプリズム２１で形成された輪帯状のレーザリングＬＲをπ位相板２７の位相境界部分２７ｃでほぼ二分されるように配置することで、方向性のない位相分布の微分像（エッジ強調像）を得ることができる。なお、輪帯状のレーザリングＬＲをアキシコンプリズム２１で形成したが、これに限定されるわけではなく、同様の輪帯状の集光光をコンデンサレンズ４の前側焦点面３上に形成できる装置であれば良い。例えば、回折拡散板を用いることもできる。また、回転楔プリズムでレーザスポットを走査し、時間平均的に輪帯照明になっていても良い。このような、レーザスポットを輪帯状の円周上を走査する方式の照明光学系では、レーザ光の可干渉性から発生するスペクルノイズや干渉縞を平均化して低減することが可能になる。
【００４４】
（第２実施の形態の変形例）
図１０は、第２実施の形態の変形例を示す図である。本変形例では、第２実施の形態の輪帯状のレーザリングＬＲを遮蔽板２３で遮光する点が異なり、その他の構成は第２実施の形態と同様であり説明を省略する。
【００４５】
図１０は、π位相板２７、及び輪帯状のレーザ光の集光位置の詳細を示す説明図である。図１０(ａ)は、図８の矢印Ａ側からπ位相板２７を見た図を表し、光軸に垂直なＸＹ軸は互いに垂直で、かつπ位相板２７面内に含まれる。図１０（ａ）において、外周円２７ａは対物レンズ６の瞳の有効径を表し、瞳の有効径はｘ＝１、及びｘ＝−１に規格化して示している。図１０(ｂ)は、π位相板２７面上における瞳径に対応したＸ軸方向の透過率分布を表し、図９(ｃ)は、π位相板２７の位相分布を示す。π位相板２７の構成は、第２実施の形態と同様であり詳細な説明は省略する。また、π位相板２７には遮蔽板２３が、位相境界部分２７ｃとレーザリングＬＲとを覆うように配置されている。本変形例では、π位相板２７と遮蔽板２３でフィルタ部材９が構成されている。
【００４６】
なお、ここでは位相板２７ｅが−π／２、位相板２７ｆが＋π／２であり、両方で位相差πを有する場合について説明したが、両者の位相差がπであれば良く上記構成に限定されることはない。また、π位相板２７の透過率分布や位相分布が外周円２７ａよりも外側でもゼロでない値を持つのは、π位相板２７をＸＹ軸方向に移動した時に対物レンズ６の瞳の有効径がπ位相板２７でケラレないようにするためである。
【００４７】
また、遮蔽板２３の透過率ｔは、第１実施形態と同様に以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
（２）  ０  ≦  ｔ  ≦  ５０  （単位：％）
【００４８】
このように、遮蔽板２３の幅ｄ１の部分を透過率ｔにすることによって、得られる試料像は第１実施形態と同様にバックグラウンド光は暗くなり、信号光が相対的に強くなるため、透過率ｔの領域が無い場合にくらべてコントラストが高くなる。
【００４９】
なお、遮蔽板２３の幅ｄ１は透過率ｔを一定に形成しても良いし、位相境界領域２７ｃを最低値とし、位相境界領域２７ｃに対して対称に透過率ｔが高くなるような透過率分布としても良い。その場合、透過率ｔの変化は、位相境界領域２７ｃの半径をｒｃとして半径に対し｜ｒ−ｒｃ｜に比例する、ｓｉｎ２（｜ｒ−ｒｃ｜）に比例する、｜ｒ−ｒｃ｜に応じて段階的に高くなる、などの分布をとることが可能である。
【００５０】
また、π位相板２７は、ＸＹＺ軸方向に移動可能に構成されており、その作用、効果は第１実施の形態と同様である。
【００５１】
このように、本変形例では、アキシコンプリズム２１で形成された輪帯状のレーザ光をπ位相板２７の位相境界部分２７ｃでほぼ二分されるように配置し、輪帯状の遮蔽板２３でレーザリングＬＲを遮蔽することで、方向性のない位相分布の微分像（エッジ強調像）を得ることができる。輪帯状の遮蔽板２３を配置することにより、背景の暗い像が得られるため、高いコントラスト像を得ることが可能になる。また、第２実施の形態では、位相境界部分２７ｃと輪帯状のレーザリングＬＲを正確に重ね合わせる調整が必要であるが、本変形例では、輪帯状の部分遮蔽板２３の幅ｄ１の範囲にレーザ光が含まれていれば良く調整が容易であるという効果がある。
【００５２】
なお、輪帯状のレーザリングＬＲをアキシコンプリズム２１で形成したが、これに限定されるわけではなく、同様の輪帯状の集光光をコンデンサレンズ４の前側焦点面３上に形成できる装置であれば良い。例えば、回折拡散板を用いることもできる。また、回転楔プリズムでレーザスポットＬＳを走査し、時間平均的に輪帯照明になっていても良い。このような、レーザスポットＬＳを輪帯状の円周上を走査する方式の照明光学系では、レーザ光野可干渉性から発生するスペクルノイズや干渉縞を平均化して低減することが可能になる。
【００５３】
（第３実施の形態）
図１１は、第３実施の形態に係る顕微鏡装置の概略構成図である。図１２は、第３実施の形態に係る顕微鏡に用いられるフィルタ部材の構成例である。
【００５４】
本第３実施の形態が第１実施の形態、第２実施の形態と異なる点は、第１実施の形態、第２実施の形態では、レーザスポットＬＳと輪帯状のレーザリングＬＲに対応したπ位相板と遮蔽板がそれぞれ１個の場合のフィルタ部材であったが、本第３実施の形態は、照明光学系ではレーザスポットＬＳと輪帯状のレーザリングＬＲが選択可能であり、フィルタ部材はそれぞれのレーザ光に対応したπ位相板と遮蔽板をそれぞれ有し、それらを結像光学系３０の光軸に挿脱切替可能に構成されている。第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。
【００５５】
図１１において、輪帯状のレーザリングＬＲを形成するアキシコンプリズム２１が、エクスパンダレンズ２ａとコレクタレンズ２ｂとの間の照明光学系１０の光軸に挿脱可能に配設され、レーザスポットＬＳと輪帯状のレーザリングＬＲとに切替可能に構成されている。また、結像光学系３０の対物レンズ６の後側焦点面に、スライダー式位相板ホルダ５７が配置されて構成されている。なお、スライダー式位相板ホルダ５７は結像光学系３０内の対物レンズ６の後側焦点面と共役な面に配置しても良い。スライダー式位相板ホルダ５７は、レーザスポットＬＳと輪帯状のレーザリングＬＲに対応する、π位相板、π位相板と遮蔽部材のセット、を結像光学系３０の光軸に挿脱可能に構成されている。
【００５６】
図１２は、スライダー式位相板ホルダ５７の一例を示す。スライダー式位相板ホルダ５７には、第１実施の形態のπ位相板７、π位相板７と遮蔽版１１、輪帯状のπ位相板２７、及び輪帯状のπ位相板２７と輪帯状の遮蔽板２３、の四種類のフィルタがほぼ同一平面内に配置され、結像光学系３０の光軸に対して交換可能に構成されている。
【００５７】
なお、π位相版７と、π位相板７と遮蔽版１１は第１実施の形態で、π位相版２７と、π位相板２７と遮蔽版２３は第２実施の形態で説明されたフィルタと同等であり構成等の説明を省略する。また、遮蔽版１１、２３の幅ｄ１は、条件式（１）を満足し、透過率ｔは条件式（２）を満足する。
【００５８】
また、各フィルタは一つの支持部材５７ａで支持され、光軸に垂直な平面内のＸＹ軸方向に微動可能とするために、支持部材５７ａをＸ軸方向に微動させるための微動機構５８とＹ軸方向に微動させるための微動機構５９とが設けられている。また、スライダー式位相板ホルダ５７はＺ軸方向にも移動可能に構成され、対物レンズ６の変更に伴う後側焦点面の変化に対応可能に構成されている。
【００５９】
このように、第３実施の形態では、上記四種類のフィルタを照明光学系１０に挿脱されるアキシコンプリズム２１の挿脱に対応して切替えることで高いコントラストの標本像を観察可能にできる。
【００６０】
（第３実施の形態の変形例）
図１３は、第３実施の形態の変形例を示し、（ａ）はスライダー式フィルタ部材の構成図を、（ｂ）は遮蔽板を、（ｃ）はπ位相板を、（ｄ）は両者を組み合わせた状態をそれぞれ示す。
【００６１】
本変形例では、照明光学系１０及び結像光学系３０は第２実施の形態と同様であり、結像光学系３０の対物レンズ６の後側焦点位置に配置されるフィルタ部材の構成が異なっている。以下の説明では、フィルタ部材に関して説明し、光学系の説明は省略する。また、第１から第３実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明する。
【００６２】
本変形例では、π位相板７と透過率ｔを変える遮蔽板１１とを個別に光軸に挿脱可能に構成してある。
【００６３】
図１３において、透過率ｔの遮蔽板１１を有するスライダー式遮蔽板１９とπ位相板７を有するスライダー式π位相板２０が、結像光学系３０の光軸に挿脱可能に構成されている。スライダー式遮蔽板１９とスライダー式π位相板２０とは、対物レンズ６の後側焦点面にそれぞれ挿脱可能に構成されている。なお、スライダー式遮蔽板１９とスライダー式π位相板２０は第１実施の形態と同様の構成を例示してありその作用、効果等の説明は省略する。また、スライダ式π位相板２０には、第２実施の形態の変形例と同様の構成を採用することも可能である。
【００６４】
本変形例では、照明光学系１０の光軸からアキシコンプリズム２１を取り外して照明光をレーザスポットＬＳとし、結像光学系３０の光軸にスライダー式π位相板２０を挿入した場合を示している。スライダー式π位相板２０のみを光路に挿入すると第１実施の形態における結像シミュレーションと同様の構成となり、さらにスライダー式遮蔽板１９も結像光学系３０の光軸に挿入するとスライダー式π位相板２０とスライダー式遮蔽板１９の特性を合わせた特性のフィルタとなり第１実施の形態の顕微鏡装置１００が実現できる。さらに透過率分布や位相分布を変えたものをそれぞれ準備し交換することで、多様な観察条件を実現することが可能となる。
【００６５】
また、アキシコンプリズム２１を照明光学系１０の光軸に挿入して照明光をレーザリングＬＲとして、スライダー式遮蔽板１９とスライダー式π位相版２０とを、第２実施の形態と同様の遮蔽板２３、π位相板１７としスライダー式遮蔽板１９及びスライダー式π位相板２０にそれぞれ交換することで、上述した第２実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００６６】
また、遮蔽板の幅ｄ１は、条件式（１）を満足し、透過率ｔは条件式（２）を満足する。
【００６７】
また、スライダー式遮蔽板１１とスライダー式π位相板２０フィルタ部材５９は、それぞれＸＹＺ軸方向に移動可能に構成され、π位相板と遮蔽板とレーザ光との位置関係を調節可能に構成されている。なお、スライダー式遮蔽板１１とスライダー式π位相板２０フィルタ部材５９の移動は一体に行えるように構成されてあっても良い。
【００６８】
なお、上記すべての形態では、顕微鏡を透過型顕微鏡の場合について説明したが、以上の実施の形態は反射型顕微鏡にも適用可能である。また、レーザ光は可干渉であるため、像には様々なスペックルノイズや干渉縞ノイズが発生しやすい。そこで、ノイズ対策として、照明光学系１０内に少なくとも一つの回転拡散板を挿入しても良い。また、ファイバ１よりも手前に様々な長さのバンドルファイバを挿入しても良い。
【００６９】
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】
【００７０】
【図１】第１実施例にかかる顕微鏡装置の概略構成図である。
【図２】第１実施の形態のπ位相板と遮蔽板、及びレーザスポットの位置関係を示す説明図であり、(ａ)は図１の矢印Ａ側からπ位相板７を見た図を表し、(ｂ)はπ位相板面上における瞳径に対応したＸ軸方向の透過率分布を表し、(ｃ)はπ位相板の位相分布を示す。
【図３】（ａ）は結像シミュレーションにおけるπ位相板とレーザスポットの位置関係を示す説明図であり、(ｂ)はπ位相板面上における瞳径に対応したＸ軸方向の透過率分布を表し、３(ｃ)はπ位相板の位相分布を示す。
【図４】図３（ｃ）に示す位相特性を有するπ位相板の応答特性。
【図５】図３（ｃ）に示すπ位相板における結像シュミレーション結果。
【図６】図２（ｃ）に示すπ位相板の結像シミュレーション結果（１）。
【図７】図２（ｃ）に示すπ位相板の結像シミュレーション結果（２）。
【図８】第２実施の形態にかかる顕微鏡装置の概略構成図である。
【図９】第２実施の形態のπ位相板、及び輪帯状のレーザリングの位置関係を示す説明図であり、(ａ)は、図８の矢印Ａ側からπ位相板を見た図を表し、(ｂ)は、π位相板面上における瞳径に対応したＸ軸方向の透過率分布を表し、(ｃ)は、π位相板の位相分布を示す。
【図１０】第２実施の形態の変形例を示す図であり、（ａ）はπ位相板、及び輪帯状のレーザリングの位置関係を示す説明図であり、(ｂ)は、π位相板面上における瞳径に対応したＸ軸方向の透過率分布を表し、(ｃ)は、π位相板の位相分布を示す。
【図１１】第３実施の形態に係る顕微鏡装置の概略構成図である。
【図１２】第３実施の形態のスライダー式フィルタ部材の構成を示す図。
【図１３】第３実施の形態の変形例を示し、（ａ）フィルタ部材の構成図、（ｂ）は遮蔽版、（ｃ）はπ位相板、（ｃ）（ｂ）と（ｃ）とを組み合わせた図。
【符号の説明】
【００７１】
１    レーザ光源（光ファイバ）
４    コンデンサレンズ
５    試料（標本）
６    対物レンズ
７、２７    π位相板
９    フィルタ部材
１０    照明光学系
１１、２３    遮蔽版
２１    アキシコンプリズム
３０    結像光学系
ＬＳ    レーザスポット
ＬＲ    レーザリング
１００、２００    顕微鏡装置
【図１】
2008185719.tif 000003
【図２】
2008185719.tif 000004
【図３】
2008185719.tif 000005
【図４】
2008185719.tif 000006
【図５】
2008185719.tif 000007
【図６】
2008185719.tif 000008
【図７】
2008185719.tif 000009
【図８】
2008185719.tif 000010
【図９】
2008185719.tif 000011
【図１０】
2008185719.tif 000012
【図１１】
2008185719.tif 000013
【図１２】
2008185719.tif 000014
【図１３】
2008185719.tif 000015