(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源で発生させた光を分割用ビームスプリッタで照明光と参照光に分割する発生光学系と、
前記照明光を被検体に照射する照明光学系と、
前記照明光のうち前記被検体を透過した透過光と前記被検体から出た物体光をレンズでフーリエ変換し、空間光変調器で前記被検体の空間周波数スペクトルに対して位相変化を与え、再度レンズでフーリエ変換した上で、合成用ビームスプリッタを介して受光素子に照射する測定光学系と、
前記参照光を前記合成用ビームスプリッタで前記透過光及び前記物体光と合成させる参照光学系と、
前記受光素子で取得した光を画像処理して可視化する制御処理系と、を備え、
前記空間光変調器が与える位相をφ、虚数単位をｉ、角度をθとしたとき、
φ＝ｅ＾（ｉθ）であり、
前記参照光で位相情報を取得し、
前記位相情報を基にノイズを除去する位相を与えることにより、前記照明光に付加されたノイズを除去する歪み補正用空間光変調器を備える、
ことを特徴とする位相差干渉顕微装置。
【請求項２】
光源で発生させた光を分割用ビームスプリッタで照明光と参照光に分割する発生ステップと、
前記照明光を被検体に照射する照明ステップと、
前記照明光のうち前記被検体を透過した透過光と前記被検体から出た物体光をレンズでフーリエ変換し、空間光変調器で前記被検体の空間周波数スペクトルに対して位相変化を与え、再度レンズでフーリエ変換した上で、合成用ビームスプリッタを介して受光素子に照射する測定ステップと、
前記参照光を前記合成用ビームスプリッタで前記透過光及び前記物体光と合成させる参照ステップと、
前記受光素子で取得した光を画像処理して可視化する制御処理ステップと、を有し、
前記空間光変調器が与える位相をφ、虚数単位をｉ、角度をθとしたとき、
φ＝ｅ＾（ｉθ）であり、
前記参照光で位相情報を取得し、前記位相情報を基にノイズを除去する位相を歪み補正用空間光変調器に与え、前記照明光に付加されたノイズを除去する、
ことを特徴とする位相差干渉顕微装置を用いた測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明な標本の立体構造を可視化する位相差干渉顕微装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生物細胞は透明なため、通常の生物顕微鏡では、色素で染色しないとその内部構造を確認することができない。しかし、色素で染色すると細胞が死んでしまうため、生きたまま観察することが困難であった。
【０００３】
ところが、標本を透過する光のうち、回折しなかった光の位相を、回折光に対してπ／２（πは円周率）だけ変化させることによって、透明な標本による位相の変化を振幅に変換することができる位相差顕微鏡が発明され、生物細胞の内部構造を染色せずに可視化することができるようになった。これによって、細胞を生きたまま観察することが可能になった。ただ、この技術は比較的厚さが薄い標本では位相に比例した明るさの変化が得られるが、厚い標本では、明るさの変化は位相差に比例しなくなる。また、厚さが急激に変化するところでは、ハロと呼ばれる光の滲みが発生し、分解能を下げてしまう。
【０００４】
一方、標本の僅かに異なる位置を通過した光を干渉させると、位相の変化量に応じた明暗が現れ、透明な物体を可視化することができる微分干渉顕微鏡も存在する。しかし、この顕微鏡では、標本の屈折率変化が大きいと、明るさが変化しなかったり、逆転したりする。また、旋光性や複屈折のある標本では、位相の変化を正しく可視化できない。
【０００５】
これに対して、特許文献１に記載の発明では、光源にレーザ光を用い、分割した光路で標本の干渉像を得ることで、透明な標本を明暗の干渉縞として可視化することができる。この場合、位相差顕微鏡で現れるハロも生じず、微分干渉顕微鏡における偏光の補正も容易である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−３１８８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の発明では、波長を上回る厚さの変化に対しては、干渉像に波長の整数倍による位相の飛びが起こり、正確な形状の把握ができない。
【０００８】
そこで、本発明は、波長を上回る厚さのある標本であっても、干渉像に位相の飛びが起こらない位相差干渉顕微装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明である位相差干渉顕微装置は、光源で発生させた光を分割用ビームスプリッタで照明光と参照光に分割する発生光学系と、前記照明光を被検体に照射する照明光学系と、前記照明光のうち前記被検体を透過した透過光と前記被検体から出た物体光をレンズでフーリエ変換し、空間光変調器で前記被検体の空間周波数スペクトルに対して位相変化を与え、再度レンズでフーリエ変換した上で、合成用ビームスプリッタを介して受光素子に照射する測定光学系と、前記参照光を前記合成用ビームスプリッタで前記透過光及び前記物体光と合成させる参照光学系と、前記受光素子で取得した光を画像処理して可視化する制御処理系と、を備え、前記空間光変調器が与える位相をφ、虚数単位をｉ、角度をθとしたとき、φ＝ｅ＾（ｉθ）であり、前記参照光で位相情報を取得し、前記位相情報を基にノイズを除去する位相を与えることにより、前記照明光に付加されたノイズを除去する歪み補正用空間光変調器を備える、ことを特徴とする。
【００１０】
また、位相差干渉顕微装置は、前記空間光変調器が与える位相をφ、虚数単位をｉ、角度をθとしたとき、φ＝ｅ＾（ｉθ）である、ことを特徴とする。
【００１１】
また、位相差干渉顕微装置は、前記参照光で位相情報を取得し、前記位相情報を基にノイズを除去する位相を与えることにより、前記照明光に付加されたノイズを除去する歪み補正用空間光変調器を備える、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明である位相差干渉顕微装置を用いた測定方法は、光源で発生させた光を分割用ビームスプリッタで照明光と参照光に分割する発生ステップと、前記照明光を被検体に照射する照明ステップと、前記照明光のうち前記被検体を透過した透過光と前記被検体から出た物体光をレンズでフーリエ変換し、空間光変調器で前記被検体の空間周波数スペクトルに対して位相変化を与え、再度レンズでフーリエ変換した上で、合成用ビームスプリッタを介して受光素子に照射する測定ステップと、前記参照光を前記合成用ビームスプリッタで前記透過光及び前記物体光と合成させる参照ステップと、前記受光素子で取得した光を画像処理して可視化する制御処理ステップと、を有し、前記空間光変調器が与える位相をφ、虚数単位をｉ、角度をθとしたとき、φ＝ｅ＾（ｉθ）であり、前記参照光で位相情報を取得し、前記位相情報を基にノイズを除去する位相を歪み補正用空間光変調器に与え、前記照明光に付加されたノイズを除去する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明である位相差干渉顕微装置では、被検体を透過した光に空間光変調器で位相変化を与えることによって、得られる干渉像に位相の飛びを無くすことができるので、波長を上回る厚さのある標本であっても、正確な形状を再構成することができる。また、ノイズが付加されていても、それを補正により除去することにより、鮮明な画像を得ることができる。本発明によれば、どのような標本であっても、例えば、生物細胞のような透明な標本であっても、染色することなく、その立体構造を直接可視化することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明である位相差干渉顕微装置の構成を示す図である。
【図２】本発明である位相差干渉顕微装置で用いる空間光変調器の例を示す図であり、（ａ）は変調パターンの平面イメージであり、（ｂ）は変調パターンの立体イメージである。
【図３】本発明である位相差干渉顕微装置で観察する標本の例を示す図であり、（ａ）は標本の平面イメージであり、（ｂ）は標本の立体イメージである。
【図４】従来の顕微装置で標本を観察した場合の画像を示す図であり、（ａ）は位相差顕微装置で観察した場合であり、（ｂ）は干渉顕微装置で観察した場合である。
【図５】本発明である位相差干渉顕微装置で標本を観察した場合の画像を示す図である。
【図６】本発明である位相差干渉顕微装置のノイズを除去する場合の構成を示す図である。
【図７】本発明である位相差干渉顕微装置で観察するノイズが付加された標本の例を示す図であり、（ａ）は標本の平面イメージであり、（ｂ）は標本の立体イメージである。
【図８】本発明である位相差干渉顕微装置でノイズが付加された標本を観察した場合の画像を示す図であり、（ａ）はその平面イメージであり、（ｂ）はその立体イメージである。
【図９】本発明である位相差干渉顕微装置でノイズが付加された標本を補正した場合の画像を示す図であり、（ａ）はその平面イメージであり、（ｂ）はその立体イメージである。
【図１０】本発明である位相差干渉顕微装置の別の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【実施例１】
【００１６】
本発明である位相差干渉顕微装置の構成について、詳細に説明する。図１は、位相差干渉顕微装置の構成を示す図である。位相差干渉顕微装置１００は、例えば、光源１１０、発生光学系２００、照明光学系３００、移動装置１２０、測定光学系４００、参照光学系５００、受光素子１４０、及び制御処理系７００などを備える。
【００１７】
光源１１０は、光の発生源を有し、発生させた光を照射する装置である。光源１１０としては、例えば、図１に示すように、指向性及び収束性のあるレーザ光を発生させるレーザ発振器などが用いられる。光源１１０で生成された発生光６００は、発生光学系２００を介してビームスプリッタ２５０に照射される。なお、発生光６００は、図１では、実線で示す光である。
【００１８】
発生光学系２００は、光源１１０から、発生光６００を分割するまでに配置される光学系である。なお、光学系は、レンズ、反射鏡、又はプリズムなど光学機器の組み合わせである。具体例としては、図１に示すように、反射鏡２１０、半波長板２２０、拡大レンズ２３０、照射レンズ２４０、ビームスプリッタ２５０、４分の１波長板２６０、及び空間光変調器２７０などを有する。
【００１９】
光源１１０から出射された発生光６００は、反射鏡２１０によって進行方向を変えられ半波長板２２０に送られる。反射鏡２１０は、入射した光を入射角度に応じた反射角度で全反射する光学素子であり、傾斜させた平面鏡などを使用する。例えば、反射鏡２１０を入射角度に対して４５度に傾けて、発生光６００を直角に反射させる。また、半波長板２２０は、位相を変える光学素子であり、位相差πを生じさせて直線偏光の偏光方向を変える。例えば、発生光６００を分割するにあたり、偏光面を傾けておくために使用する。
【００２０】
半波長板２２０を通過した発生光６００は、拡大レンズ２３０によって拡げられた上で照射レンズ２４０からビームスプリッタ２５０に送られる。拡大レンズ２３０は、凸レンズやフレネルレンズなどを用いて、入射した光を拡張させる。照射レンズ２４０は、凸レンズなどを用いて、斜めから入射した光を平行にして照射する。ビームスプリッタ２５０は、ハーフミラーやプリズム等を用いて光を分割する又は合成する光学素子である。例えば、発生光６００を、ビームスプリッタ２５０を透過する光と、反射する光の２つに分割する。
【００２１】
ビームスプリッタ２５０で透過した照明光６１０は、４分の１波長板２６０を介して空間光変調器２７０に送られる。４分の１波長板２６０は、位相を変える光学素子であり、位相差π／２を生じさせて直線偏光と円偏光とを変換する。空間光変調器２７０は、反射性の液晶など複数の光変調素子を二次元的に配置した光学機器であり、光の振幅、位相、又は偏光などの空間的な分布を変化させた上で反射させる。空間光変調器２７０に、変調パターンを与えなければ、光をそのまま反射させる。
【００２２】
空間光変調器２７０で反射した照明光６１０は、再度４分の１波長板２６０を介してビームスプリッタ２５０に返される。４分の１波長板２６０を２回通過することにより、照明光６１０は半波長分だけ偏光する。これによって、照明光６１０は、ビームスプリッタ２５０において反射し、照明光学系３００に送られる。なお、先にビームスプリッタ２５０で反射した参照光６４０は、参照光学系５００に送られる。
【００２３】
照明光学系３００は、発生光６００を照明光６１０と参照光６４０に分割させるビームスプリッタ２５０から、照明光６１０を移動装置１２０に載置された被検体１３０に照射するまでに配置される光学系である。具体例としては、図１に示すように、視野絞り３１０、集光レンズ３２０、開口絞り３３０、照射レンズ３４０、及び反射鏡３５０などを有する。
【００２４】
ビームスプリッタ２５０から出た照明光６１０は、視野絞り３１０によって視野が制限される。視野絞り３１０は、顕微鏡等に備わっている調整機能であり、照明の範囲を変更する。範囲調整された照明光６１０は、集光レンズ３２０に通される。集光レンズ３２０は、単独又は複合の凸レンズであり、光を一点又は一方向に集める光学素子である。照明光６１０は、平行に照射されるので、集光レンズ３２０によって焦点に集光される。
【００２５】
集光レンズ３２０で焦点に集束された照明光６１０は、開口絞り３３０によって明るさが調整される。開口絞り３３０は、顕微鏡等に備わっている調整機能であり、分解能とコントラストを調整する。明るさ調整された照明光６１０は、照射レンズ３４０で平行光にされ、傾けた反射鏡３５０で方向を変えた上で、移動装置１２０で支持された被検体１３０に照射される。照射レンズ３４０も、集光レンズ３２０と同様のレンズを使用する。
【００２６】
移動装置１２０は、照明光６１０が照射される被検体１３０の位置を微調整する機構であり、被検体１３０を載せる移動可能なステージを有する。測定者の指示又は自動により、移動装置１２０に対し、ステージを移動させる命令を出し、被検体１３０の垂直位置又は水平位置を調整する。ステージは、透明な板状、あるいは開口が空けられた不透明な板状であり、下方から照射された照明光６１０はステージを透過する。被検体１３０を透過した光は、測定光学系４００に送られる。なお、被検体１３０は、位相差干渉顕微装置１００で測定される対象であり、ステージに載置された標本のことである。
【００２７】
測定光学系４００は、測定対象である被検体１３０から、測定したものを受光素子１４０に取得させるビームスプリッタ４７０までに配置される光学系である。具体例としては、図１に示すように、集光レンズ４１０、空間光変調器４２０、集光レンズ４３０、集光レンズ４４０、シャッター４５０、集光レンズ４６０、及びビームスプリッタ４７０などを有する。
【００２８】
被検体１３０に照射された照明光６１０のうち、被検体１３０を透過した平行な透過光６２０は、集光レンズ４１０によって集光され、空間光変調器４２０に送られる。また、被検体１３０から出る物体光６３０は、集光レンズ４１０で平行になって、空間光変調器４２０に送られる。なお、物体光６３０は、図１では、点線で示す光である。集光レンズ４１０は、フーリエ変換レンズであり、透過光６２０及び物体光６３０をフーリエ変換する。フーリエ変換では、空間分布を空間周波数スペクトルに変換する、又は空間周波数スペクトルを空間分布に変換する。
【００２９】
空間光変調器４２０では、集光レンズ４１０でフーリエ変換された被検体１３０の空間周波数スペクトルに対して位相変化を与える。空間光変調器４２０は、反射性の液晶など複数の光変調素子を二次元的に配置した光学機器であり、光の振幅、位相、又は偏光などの空間的な分布を変化させる。反射鏡２１０と同様に傾斜させておき、入射角度に応じた反射角度で照射させる。
【００３０】
空間光変調器４２０で位相変化した状態で反射した透過光６２０及び物体光６３０は、集光レンズ４３０を介し、集光レンズ４４０及び集光レンズ４６０でリレーすることで、ビームスプリッタ４７０に送られる。集光レンズ４３０は、フーリエ変換レンズであり、フーリエ変化された透過光６２０及び物体光６３０を、再度フーリエ変換することにより、空間周波数スペクトルを空間分布に変換する。
【００３１】
透過光６２０は、集光レンズ４３０で平行になり、集光レンズ４４０で集光され、集光レンズ４６０で平行になる。また、物体光６３０は、集光レンズ４３０で集光され、集光レンズ４４０で平行になり、集光レンズ４６０で集光される。なお、図１においては、集光レンズ４４０と集光レンズ４６０の間にシャッター４５０を設置している。シャッター４５０は、光を遮断する部材であり、光の強度分布を検出する際に使用する。
【００３２】
ビームスプリッタ４７０は合成用であり、測定光学系４００を通ってきた透過光６２０及び物体光６３０と、参照光学系５００を通ってきた参照光６４０とが、ビームスプリッタ４７０で合成されて受光素子１４０に照射される。なお、透過光６２０及び物体光６３０は、ビームスプリッタ４７０において透過する。また、参照光６４０は、ビームスプリッタ４７０において反射する。光の透過及び反射については、波長板を用いて調整しても良い。
【００３３】
参照光学系５００は、発生光６００の一部をビームスプリッタ２５０で参照光６４０として分割させてから、参照光６４０をビームスプリッタ４７０に送るまでに配置される光学系である。具体例としては、図１に示すように、反射鏡５１０、半波長板５２０、及びシャッター５３０などを有する。参照光６４０は、物体光６３０以外の不要な位相を補正するために必要な位相情報を、あらかじめ取得しておくために利用する。
【００３４】
参照光６４０は、反射鏡５１０を介して半波長板５２０で偏光させた上で、ビームスプリッタ４７０に送られる。半波長板５２０で偏光させることにより、参照光６４０はビームスプリッタ４７０で反射する。なお、参照光学系５００にもシャッター５３０を設けているが、シャッター５３０は参照光６４０を遮断し、シャッター４５０は透過光６２０及び物体光６３０を遮断するので、一方の光のみにしたい場合に、他方を遮断する。
【００３５】
受光素子１４０では、透過光６２０及び物体光６３０と共に参照光６４０が取得され、それらの光が制御処理系７００で処理される。受光素子１４０は、光を画像として取得する半導体などの撮像素子であり、ＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサが用いられる。なお、光源１１０で生成させた発生光６００が干渉性のあるレーザ光の場合、受光素子１４０は、透過光６２０、物体光６３０、及び参照光６４０が干渉した光を取得する。
【００３６】
制御処理系７００は、受光素子１４０で取得した画像を可視化するまでの装置の組み合わせであり、単独の装置でも良いし、複数の装置を組み褪せたシステムでも良い。具体例としては、図１に示すように、制御装置７１０、画像処理装置７２０、変換回路７３０、及び出力装置７４０などを有する。
【００３７】
制御装置７１０は、プロセッサ及びメモリ等を備えたコンピュータである。制御装置７１０は、画像処理装置７２０、移動装置１２０、空間光変調器４２０、及び空間光変調器２７０等に動作指示を出すなど制御する。プロセッサは演算装置であり、予め組まれたプログラムに従って処理を実行する。メモリは半導体等の記憶素子であり、データやプログラムを一時的又は長期的に記憶する。プログラムは、メモリに記録しておいても良いし、その他の記憶装置、記録媒体又は通信回線等を介してメモリに読み込んでも良い。
【００３８】
画像処理装置７２０は、画像処理に特化した演算装置であり、制御装置７１０を補助する。画像処理装置７２０は、変換回路７３０でデジタル化された画像データに対し、被検体１３０の立体構造を可視化して出力装置７４０に表示する処理を実行する。プログラムや必要なデータが制御装置７１０等から提供され、プログラムに従って制御装置７１０から画像処理装置７２０に制御が移されて画像処理が実行される。プログラムは、立体構造を可視化するアルゴリズムに基づいて組まれる。
【００３９】
変換回路７３０は、アナログからデジタルに変換する回路である。受光素子１４０で取得した画像はアナログデータであるので、変換回路７３０でデジタルデータに変換した上で、画像処理装置７２０に送る。なお、受光素子１４０が画像をデジタルデータとして送ることができる場合は不要となる。また、変換回路７３０は、プログラム化されたソフトウェアとして提供されても良い。
【００４０】
出力装置７４０は、画像処理装置７２０によって可視化されたデータを出力する機器である。モニタ等の画面に表示する、又はプリンタ等で用紙に印刷する等して可視化される。なお、位相差干渉顕微装置１００に対してデータや操作指示を入力するための入力装置を組み合わせても良い。また、出力装置７４０は、制御装置７１０から直接に制御されても良い。
【００４１】
位相差干渉顕微装置１００は、以上のような構成であり、標本を透過した光をレンズでフーリエ変換して、標本の空間スペクトルに対して、空間光変調器４２０を用いて位相変化を与える。これにより、得られる干渉像に位相の飛びが起こらないため、波長を上回る厚さのある標本であっても、正確な形状を再構成することができるようになる。
【実施例２】
【００４２】
次に、位相差干渉顕微装置を使用して被検体の立体構造を可視化する具体例について説明する。図２は、位相差干渉顕微装置で用いる空間光変調器の例を示す図である。なお、（ａ）は変調パターンの平面イメージであり、（ｂ）は変調パターンの立体イメージである。
【００４３】
位相差干渉顕微装置１００で被検体１３０の立体構造を可視化するために、被検体１３０の透過光６２０及び物体光６３０の空間分布を集光レンズ４１０でフーリエ変換する。そして、空間周波数スペクトルに対して空間光変調器４２０で位相変化を与え、集光レンズ４３０で再度フーリエ変換する。
【００４４】
このとき、空間光変調器４２０の例として、制御装置７１０によって図２（ａ）に示すような位相を与える変調パターンを設定する。図２（ａ）において、右下部は暗く、右上部は明るくなっており、右下から左下、左上、右上と回り込むように明るさが変化する。これを立体的に表示すると、図２（ｂ）に示すように、右下部は低い位置となり、右下から左下、左上、右上と螺旋状に繋がっており、右上部が高い位置となる。図２（ａ）においては判別できないが、右下部から右上部へは高い段差が存在する。
【００４５】
フーリエ変換された透過光６２０及び物体光６３０が、図２（ａ）に示すような液晶板を用いた空間光変調器４２０に入射すると、φ＝ｅ＾（ｉθ）の位相が与えられて、入射角度に応じた反射角度で反射する。なお、φを位相、ｉを虚数単位、θを角度とする。
【００４６】
次に、被検体１３０として用いる標本について説明する。図３は、位相差干渉顕微装置で観察する標本の例を示す図である。なお、（ａ）は標本の平面イメージであり、（ｂ）は標本の立体イメージである。また、図４は、従来の顕微装置で標本を観察した場合を示す図である。なお、（ａ）は位相差顕微装置で観察した場合であり、（ｂ）は干渉顕微装置で観察した場合である。
【００４７】
図３（ａ）において、左上部、左下部、及び右下部については、中心側が暗く、四隅側が明るくなっており、同心円状に明るさが変化する。それに対し、右上部については、逆に中心側が明るく、四隅側が暗くなっている。これを立体的に表示すると、図３（ｂ）に示すように、左上部、左下部、及び右下部の中心側は低くなり、四隅側が高くなる。また、右上部の中心側は高くなり、四隅側は低くなる。図３（ａ）においては判別できないが、右上部と他部との境界において段差が存在する。
【００４８】
図３は、位相分布を示しており、黒い部分は位相が−４πの点であり、白い部分は位相が８πの点である。それ以外の色はその間の点となる。このような位相物体は透明であり、通常の顕微鏡では位相の分布は観察できない。具体例として、従来の位相差顕微鏡で観察すると、図４（ａ）に示すように、位相の変化は観察できるが、位相の変化が大きいため、位相分布の形を正確に読み取ることはできない。また、標本を透過した光と参照用の平面波（平行光）を干渉させた干渉像を干渉顕微装置で観察すると、図４（ｂ）に示すように、位相分布の形を干渉縞の等高線として明瞭に観察することはできるが、干渉縞が位相の２π毎に繰り返されているため、位相の不連続点では、正確に厚さを読み取ることはできない。
【００４９】
そこで、位相差干渉顕微装置１００で被検体１３０を観察したときに、この立体構造を出力装置７４０において可視化表示する。図５は、位相差干渉顕微装置で標本を観察した場合の画像を示す図である。被検体１３０である標本を透過した透過光６２０及び物体光６３０を、集光レンズ４１０でフーリエ変換し、取得した空間周波数スペクトルに空間光変調器４２０でｅ＾（ｉθ）なる位相を加え、平面波である参照光６４０と干渉させた干渉像を観察すると、図５に示すように、位相分布の形を干渉縞の等高線として明瞭に観察することができ、かつ、干渉縞が渦状になっているため、位相の不連続点もはっきりと観察することができる。
【００５０】
受光素子１４０で取得した干渉像は、変換回路７３０でＡ／Ｄ変換され、制御装置７１０及び画像処理装置７２０で、プログラム化されたアルゴリズムに基づいて、被検体１３０の立体構造として可視化され、出力装置７４０に表示される。
【００５１】
このように、位相差干渉顕微装置１００で被検体１３０を観察することにより、正確な形状を再構成することができるようになる。即ち、位相分布の形を干渉縞の等高線として明瞭に観察することができる。さらに、干渉縞が渦状になっているため、位相の不連続点もはっきりと観察することができる。
【実施例３】
【００５２】
次に、位相差干渉顕微装置で鮮明な画像を得るために、被検体にノイズなど不要な位相が付加された場合の歪み補正について説明する。図６は、位相差干渉顕微装置のノイズを除去する場合の構成を示す図である。位相差干渉顕微装置１０１では、参照光６４０で位相情報を取得し、その位相情報を基にノイズを除去する位相の変調パターンを空間光変調器２７１に与える。
【００５３】
光源１１０としてレーザ発振器を用い、生成されるレーザ光の振幅をＥ０とし、ビームスプリッタ２５０の反射率をｒとすると、被検体１３０に照射される照明光６１０の振幅は（１−ｒ）Ｅ０となる。被検体１３０が容器に試料を入れるようなものである場合には、試料が背景ノイズに覆われた状態となる。背景ノイズは、例えば、試料を入れる容器や媒質の屈折率のゆらぎ等である。被検体１３０の透過率をａｅ＾（ｉφ）とし、背景ノイズの振幅透過率をｂｅ＾（ｉφｎ）とする。
【００５４】
容器に試料を入れず被検体１３０が背景ノイズだけの場合に、空間光変調器４２０には何も与えない状態にすると、受光素子１４０における透過光６２０の振幅は、（１−ｒ）Ｅ０ｂｅ＾（ｉφｎ）となる。一方、参照光６４０の振幅はｒＥ０であるから、受光素子１４０には、強度分布Ｉ＝｜（１−ｒ）Ｅ０ｂｅ＾（ｉφｎ）＋ｒＥ０｜２＝[（１−ｒ）Ｅ０ｂ]２＋（ｒＥ０）２＋２（１−ｒ）ｒＥ０２ｂｃｏｓφｎが得られる。シャッター５３０で参照光６４０を遮断すると、透過光強度Ｉｔ＝[（１−ｒ）Ｅ０ｂ]２が得られ、シャッター４５０で透過光６２０を遮断すると、参照光強度Ｉｒ＝（ｒＥ０）２が得られるから、背景ノイズの位相角はφｎ＝ｃｏｓ−１[（Ｉ−Ｉｔ−Ｉｒ）／２√（ＩｔＩｒ）]となる。
【００５５】
容器に試料を入れた被検体１３０とし、制御装置７１０によって空間光変調器２７１に−φｎの位相を与えると、被検体１３０の透過光６２０の振幅は、（１−ｒ）Ｅ０ｅ＾（−ｉφｎ）ａｂｅ＾[ｉ（φ＋φｎ）]＝（１−ｒ）Ｅ０ａｂｅ＾（ｉφ）となり、背景ノイズによる位相が除去される。
【００５６】
これを、集光レンズ４１０で集光すると、レンズの焦点に置かれた空間光変調器４２０の位置には、透過光６２０のフーリエ変換ＦＴ[（１−ｒ）Ｅ０ａｂｅ＾（ｉφ）]＝（１−ｒ）Ｅ０ｂ[Ａｅ＾（ｉΦ）]が得られる。なお、Ａｅ＾（ｉΦ）＝ＦＴ[ａｅ＾（ｉφ）]である。制御装置７１０によって空間光変調器４２０にｅ＾（ｉθ）の位相変調が与えられると、空間光変調器４２０における反射直後の振幅は、（１−ｒ）Ｅ０ｂＡｅ＾[ｉ（Φ＋θ）]となる。これを、集光レンズ４３０で逆フーリエ変換すると、その振幅は、ＦＴ−１[（１−ｒ）Ｅ０ｂＡｅ＾｛ｉ（Φ＋θ）｝]となる。その後、集光レンズ４４０及び集光レンズ４６０により２回のフーリエ変換を受けるので、受光素子１４０での振幅は変わらないものとなる。
【００５７】
位相差干渉顕微装置１０１では、被検体１３０にノイズが付加されていても、空間光変調器２７１にノイズを除去する位相を与えることにより、ノイズが除去され、鮮明な画像を得ることができる。
【実施例４】
【００５８】
次に、位相差干渉顕微装置を使用してノイズを除去する具体例について説明する。図７は、位相差干渉顕微装置で観察するノイズが付加された標本の例を示す図である。なお、（ａ）は標本の平面イメージであり、（ｂ）は標本の立体イメージである。図８は、位相差干渉顕微装置でノイズが付加された標本を観察した場合の画像を示す図である。なお、（ａ）はその平面イメージであり、（ｂ）はその立体イメージである。図９は、位相差干渉顕微装置でノイズが付加された標本を補正した場合の画像を示す図である。なお、（ａ）はその平面イメージであり、（ｂ）はその立体イメージである。
【００５９】
被検体１３０の透過率には、容器や溶媒の屈折率変動などにより、不要な位相バイアスが乗り、それがノイズとして干渉強度に影響を与えることがある。例えば、ノイズが付加された標本を平面で見ると、図７（ａ）に示すように、中心部に円状の明るい部分を有し、その周りは全体的に暗いが、不鮮明な状態である。これを立体で見ると、図７（ｂ）に示すように、中心部に円錐状の高い突起を有し、その周りの低い部分は平坦ではなく凹凸状である。これは、物体がランダムな位相の上にあるためである。
【００６０】
これを位相差干渉顕微装置１００でノイズを除去せずに観察した干渉像は、図８（ａ）に示すように、干渉強度がランダム位相によって歪んでしまう。画像処理装置７２０によって立体構造を可視化したものを出力装置７４０で表示すると、図８（ｂ）に示すように、中央部の高い突起が低くなり、その周りの凹凸がはっきり出てしまっている。
【００６１】
そこで、位相差干渉顕微装置１０１において、空間光変調器２７１にランダム位相を打ち消す位相を与えると、図９（ａ）に示すように、ランダム位相によって歪んだ干渉像が補正される。画像処理装置７２０によって立体構造を可視化したものを出力装置７４０で表示すると、図９（ｂ）に示すように、中央部の高い突起も鮮明になり、その周りも滑らかな面となる。
【００６２】
位相差干渉顕微装置１０１では、被検体１３０に容器や溶媒の屈折率変動などを原因とする歪みが付加されていても、それを補正することができ、鮮明な画像を得ることができる。
（変形例）
【００６３】
以上、本発明の実施例を述べたが、これらに限定されるものではない。例えば、図１０に示す位相差干渉顕微装置１０２では、ビームスプリッタ２５１の向きを変えることにより、参照光６４０に対し、空間光変調器２７１が位相を与えるようにしても良い。実施例においては、図１に示すような光学系を例として示したが、本発明の本質ではない部分の光学系については、どのように配置しても良く、本発明に含まれるものとする。
【００６４】
また、空間光変調器４２０や空間光変調器２７１が与える位相変化は、実施例に示すパターンだけではなく、様々なパターンが考えられる。そのパターンに応じて、透明な立体構造を可視化するためのアルゴリズムが構築され、その都度、制御装置７１０又は画像処理装置７２０で実行するプログラムが変更される。即ち、位相変化が立体構造の何らかの属性を導出し、それを用いて立体構造が可視化されれば良い。
【符号の説明】
【００６５】
１００：位相差干渉顕微装置
１０１：位相差干渉顕微装置
１０２：位相差干渉顕微装置
１１０：光源
１２０：移動装置
１３０：被検体
１４０：受光素子
２００：発生光学系
２１０：反射鏡
２２０：半波長板
２３０：拡大レンズ
２４０：照射レンズ
２５０：ビームスプリッタ
２５１：ビームスプリッタ
２６０：４分の１波長板
２７０：空間光変調器
２７１：空間光変調器
３００：照明光学系
３１０：視野絞り
３２０：集光レンズ
３３０：開口絞り
３４０：照射レンズ
３５０：反射鏡
４００：測定光学系
４１０：集光レンズ
４２０：空間光変調器
４３０：集光レンズ
４４０：集光レンズ
４５０：シャッター
４６０：集光レンズ
４７０：ビームスプリッタ
５００：参照光学系
５１０：反射鏡
５２０：半波長板
５３０：シャッター
６００：発生光
６１０：照明光
６２０：透過光
６３０：物体光
６４０：参照光
７００：制御処理系
７１０：制御装置
７２０：画像処理装置
７３０：変換回路
７４０：出力装置
【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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