(57)【要約】  高精度の偏光画像を得ることを目的とする。光源と、該光源からの照明光の偏光状態を変換するポラライザと、該ポラライザを透過した照明光を標本に集光するコンデンサレンズとを有する照明光学系３と、標本からの観察光を集光する対物レンズと、該対物レンズにより集光された観察光の偏光状態を変換するアナライザと、該アナライザを透過した観察光を撮像する撮像素子とを有する撮像光学系と、撮像光学系における観察光の偏光面の回転角の変化を補償する観察光角度補償要素と、撮像光学系における観察光のＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化を補償する観察光位相差補償要素とを備え、これら補償要素による補償量が、光軸に交差する方向に沿って変化する偏光顕微鏡を提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、該光源からの照明光の偏光状態を変換するポラライザと、該ポラライザを透過した照明光を標本に集光するコンデンサレンズとを有する照明光学系と、
標本からの観察光を集光する対物レンズと、該対物レンズにより集光された観察光の偏光状態を変換するアナライザと、該アナライザを透過した観察光を撮像する撮像素子とを有する撮像光学系と、
撮像光学系における観察光の偏光面の回転角の変化を補償する観察光角度補償要素と、
撮像光学系における観察光のＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化を補償する観察光位相差補償要素とを備え、
前記観察光角度補償要素および観察光位相差補償要素による補償量が、光軸に交差する方向に沿って変化する偏光顕微鏡。
【請求項２】
照明光学系における照明光の偏光面の回転角の変化を補償する照明光角度補償要素と、
照明光学系における照明光のＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化を低減する照明光位相差低減手段とを備える請求項１に記載の偏光顕微鏡。
【請求項３】
前記照明光位相差低減手段が、標本に入射する照明光の開口数を標本から発せられる観察光の開口数よりも小さくすることにより構成されている請求項２に記載の偏光顕微鏡。
【請求項４】
前記照明光位相差低減手段が、反射防止用コーティングを有しないコンデンサレンズにより構成されている請求項２に記載の偏光顕微鏡。
【請求項５】
前記照明光位相差低減手段が、照明光学系における照明光のＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化を補償する照明光位相差補償要素により構成され、
前記照明光角度補償要素および照明光位相差補償要素による補償量が、光軸に交差する方向に沿って変化する請求項２に記載の偏光顕微鏡。
【請求項６】
前記照明光角度補償要素および前記照明光位相差補償要素が、前記コンデンサレンズのほぼ瞳位置またはその共役な位置に配置されている請求項５に記載の偏光顕微鏡。
【請求項７】
前記観察光角度補償要素および前記観察光位相差補償要素が、前記対物レンズのほぼ瞳位置またはその共役な位置に配置されている請求項１から請求項６のいずれかに記載の偏光顕微鏡。
【請求項８】
前記各補償要素が、フォトニック結晶または液晶素子により構成されている請求項１から請求項７のいずれかに記載の偏光顕微鏡。
【請求項９】
光源と、該光源からの照明光の偏光状態を変換するポラライザと、該ポラライザを透過した照明光を標本に集光するコンデンサレンズとを有する照明光学系と、
標本からの観察光を集光する対物レンズと、該対物レンズにより集光された観察光の偏光状態を変換するアナライザと、該アナライザを透過した観察光を撮像する撮像素子とを有する撮像光学系と、
該撮像光学系における観察光の偏光面の回転角の変化および観察光のＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化を補償する偏光補償要素とを備え、
該偏光補償要素による補償量が、光軸に交差する方向に沿って変化する偏光顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源から発せられた光をポラライザに透過させることで、所定の偏光状態を付与した偏光光を標本に照射し、標本からの反射光あるいは透過光のうち、アナライザを透過した光のみを撮像する偏光顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１参照。）。ポラライザとアナライザとは、一般に、その透過方位が直交するように配置される（クロスニコル配置）。【０００３】
このような偏光顕微鏡においては、標本が配置されていない状態では、理想的には、全ての光がアナライザを通過できず、視野が暗黒となる。そして、標本が配置されると、標本の各部の複屈折と方位の相違によって、異なる偏光状態となった光がアナライザを透過して撮像される結果、取得された画像により、標本の組織構造等を可視化することができる。【０００４】
しかしながら、現実には、標本に光を集光するコンデンサレンズや、標本からの光を集光する対物レンズは複雑な光学系となる。このため、ポラライザとアナライザの透過方位が互いに直交していても、視野が暗黒とならない状況が発生する。【０００５】
具体的には、第１に、コンデンサレンズや対物レンズが高倍率となる場合にはレンズの曲率が大きくなり、その面での屈折角も大きくなるため、光軸から離れるに従って偏光面の回転角が大きくなる。このため、レンズの周辺を通過した光のうち、本来アナライザを透過すべきでない光がアナライザを透過してしまい、消光比が劣化するという不都合がある。
また、第２に、コンデンサレンズや対物レンズには、レンズ表面に反射防止用のコーティングが施されるため、該コーティング面において生ずる多重反射によって、Ｐ偏光とＳ偏光との位相差が発生し、直線偏光が楕円偏光化する。これによって消光比が劣化する。【０００６】
これらの問題を解決するために、特許文献１においては、ポラライザからアナライザまでの光路中に液晶素子を配置して、制御手段により液晶素子の偏光特性を変化させることとしている。【０００７】
また、特許文献１の従来技術においては、コンデンサレンズと対物レンズのそれぞれについて偏光特性を補償するためにレクティファイアとλ／２板とを組み合わせた偏光補償素子を配置することが開示されている。
レクティファイアは強い屈折面を持つ一対のレンズでトータルの屈折力がゼロであるため、コンデンサレンズと対物レンズのそれぞれにおいて発生する偏光面の回転角を補償することができる。
【特許文献１】特開２００１−３５６２７６号公報
【発明の開示】
【０００８】
しかしながら、レクティファイアとλ／２板との組合せによる偏光補償素子では、偏光面の回転角の補償は可能であるものの、Ｐ偏光とＳ偏光との位相差の変化を補償することはできないという不都合がある。
したがって、特許文献１の偏光顕微鏡では、標本を分子レベルで観察、解析する場合に、標本の組織構造を精度よく表した偏光画像を得ることができないという不都合がある。
【０００９】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、高精度の偏光画像を得ることができる偏光顕微鏡を提供することを目的としている。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の第１の態様は、光源と、該光源からの照明光の偏光状態を変換するポラライザと、該ポラライザを透過した照明光を標本に集光するコンデンサレンズとを有する照明光学系と、標本からの観察光を集光する対物レンズと、該対物レンズにより集光された観察光の偏光状態を変換するアナライザと、該アナライザを透過した観察光を撮像する撮像素子とを有する撮像光学系と、撮像光学系における観察光の偏光面の回転角の変化を補償する観察光角度補償要素と、撮像光学系における観察光のＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化を補償する観察光位相差補償要素とを備え、前記観察光角度補償要素および観察光位相差補償要素による補償量が、光軸に交差する方向に沿って変化する偏光顕微鏡である。
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、照明光学系において、光源から発せられた照明光がポラライザを透過することにより所定の偏光状態に変換され、コンデンサレンズによって標本に集光されると、標本において観察光が発生する。発生した観察光は、撮像光学系において、対物レンズによって集められ、アナライザによって偏光状態を変換され、撮像素子により撮像される。
【００１２】
この場合において、本発明の第１の態様によれば、標本からの観察光は観察光位相差補償要素と観察光角度補償要素とを通過させられるので、偏光面の回転角およびＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化を補償されて撮像素子により撮像される。その結果、対物レンズを含む撮像光学系において偏光面の回転角の変化およびＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化が生じても、撮像素子には、それらの変化が補償された状態の観察光が撮像される。したがって、消光比を向上して、鮮明かつ精度の高い偏光画像を得ることができる。
【００１３】
また、偏光面の回転角の変化のみならずＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化も補償することができるので、照明光学系および撮像光学系を構成するレンズ等の表面に反射防止膜をコーティングすることができ、ノイズの少ない明るい偏光画像を得ることができる。
さらに、光軸に交差する方向に異なる偏光面の回転角およびＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化量に対して、適正に補償することができる。
【００１４】
上記態様においては、照明光学系における照明光の偏光面の回転角の変化を補償する照明光角度補償要素と、照明光学系における照明光のＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化を低減する照明光位相差低減手段とを備えることが好ましい。
このようにすることで、光源からの照明光が照明光角度補償要素を透過させられることにより偏光面の回転角を補償される。また、光源からの照明光は照明光位相差低減手段の作動によりＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化を発生させることなくあるいは補償された後に標本に照射される。その結果、コンデンサレンズを含む照明光学系において偏光面の回転角の変化およびＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化の低減された状態の照明光が標本に照射されるので、標本上の各位置に均一な偏光状態の励起光を照射することができる。
【００１５】
また、上記態様においては、前記照明光位相差低減手段が、標本に入射する照明光の開口数を標本から発せられる観察光の開口数よりも小さくすることにより構成されていることとしてもよい。
このようにすることで、照明光における位相差変化量を小さく抑えることができ、簡易に位相差変化の低減された状態の照明光を標本に照射することができる。
【００１６】
また、上記態様においては、前記照明光位相差低減手段が、反射防止用コーティングを有しないコンデンサレンズにより構成されていることとしてもよい。
このようにすることによっても、照明光における位相差変化量を小さく抑えることができ、簡易に位相差変化の低減された状態の照明光を標本に照射することができる。
【００１７】
さらに、上記態様においては、前記照明光位相差低減手段が、照明光学系における照明光のＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化を補償する照明光位相差補償要素により構成され、前記照明光角度補償要素および照明光位相差補償要素による補償量が、光軸に交差する方向に沿って変化することとしてもよい。
このようにすることで、コンデンサレンズを含む照明光学系において偏光面の回転角の変化およびＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化の低減された状態の照明光が標本に照射されるので、標本上の各位置に均一な偏光状態の励起光を照射することができ、同一条件で観察光を発生させることができる。したがって、標本を分子レベルで観察、解析するような場合に、各分子に均一な照明光を照射でき、鮮明かつ精度の高い偏光画像を得ることができる。
【００１８】
また、上記態様においては、前記照明光角度補償要素および前記照明光位相差補償要素が、前記コンデンサレンズのほぼ瞳位置に配置されていることが好ましい。
このようにすることで、軸上の照明光のみならず軸外の照明光に対しても適正な補償を行うことができる。
【００１９】
また、上記態様においては、前記観察光角度補償要素および前記観察光位相差補償要素が、前記対物レンズのほぼ瞳位置に配置されていることが好ましい。
このようにすることで、軸上の観察光のみならず軸外の観察光に対しても適正な補償を行うことができる。
【００２０】
また、上記態様においては、前記各補償要素が、フォトニック結晶または液晶素子により構成されていることが好ましい。
これらの素子により各補償要素を構成することで、偏光面の回転角およびＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化を効果的に補償することができる。また、これらの素子によれば、薄く構成できるので、小型化を図ることができる。特に、フォトニック結晶によれば、温度、湿度や衝撃に対する耐性を向上することができる。
【００２１】
また、本発明の第２の態様は、光源と、該光源からの照明光の偏光状態を変換するポラライザと、該ポラライザを透過した照明光を標本に集光するコンデンサレンズとを有する照明光学系と、標本からの観察光を集光する対物レンズと、該対物レンズにより集光された観察光の偏光状態を変換するアナライザと、該アナライザを透過した観察光を撮像する撮像素子とを有する撮像光学系と、該撮像光学系における観察光の偏光面の回転角の変化および観察光のＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化を補償する偏光補償要素とを備え、該偏光補償要素による補償量が、光軸に交差する方向に沿って変化する偏光顕微鏡である。
【００２２】
本発明の第２の態様によれば、照明光学系において、光源から発せられた照明光がポラライザを透過することにより所定の偏光状態に変換され、コンデンサレンズによって標本に集光されると、標本において観察光が発生する。発生した観察光は、撮像光学系において、対物レンズによって集められ、アナライザによって偏光状態を変換され、撮像素子により撮像される。
【００２３】
この場合において、本発明の第２の態様によれば、標本からの観察光は偏光補償要素を通過させられるので、偏光面の回転およびＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化を補償されて撮像素子により撮像される。その結果、対物レンズを含む撮像光学系において偏光面の回転角の変化およびＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化が生じても、撮像素子には、それらの変化が補償された状態の観察光が撮像される。したがって、消光比を向上して、鮮明かつ精度の高い偏光画像を得ることができる。
【００２４】
また、偏光面の回転角の変化のみならずＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化も補償することができ、照明光学系および撮像光学系を構成するレンズ等の表面に反射防止膜をコーティングすることができる。その結果、ノイズの少ない明るい偏光画像を得ることができる。
さらに、光軸に交差する方向に異なる偏光面の回転角およびＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化量に対して、適正に補償することができる。
【００２５】
本発明によれば、高精度の偏光画像を得ることができ、かつ、高い消光比で偏光を観察することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る偏光顕微鏡を模式的に示す全体構成図である。
【図２】図１のコンデンサレンズあるいは対物レンズを通過する際に励起光あるいは蛍光が受ける偏光面の回転角変化およびＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化の様子を示す説明図である。
【図３】図１の偏光顕微鏡の第１の変形例を示す全体構成図である。
【図４】図１の偏光顕微鏡の第２の変形例を示す全体構成図である。
【図５】図１の偏光顕微鏡の第３の変形例を示す全体構成図である。
【図６】図１の偏光顕微鏡の第４の変形例を示す全体構成図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る偏光顕微鏡を模式的に示す全体構成図である。
【図８】図７の偏光顕微鏡における偏光状態の補償方法を説明する図である。
【図９】図８の補償方法に用いられる観察光リターダの一例を示す図である。
【図１０】図９の観察光リターダとともに用いられるクロスニコル用のアナライザの一例を示す図である。
【図１１】図９の観察光リターダとともに用いられるパラニコル用のアナライザの一例を示す図である。
【図１２】図７の偏光顕微鏡の変形例を示す図である。
【図１３】アナライザを簡略化するための工夫を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の第１の実施形態に係る偏光顕微鏡１について、図１および図２を参照して説明する。
本実施形態に係る偏光顕微鏡１は、図１に示されるように、標本Ａを搭載するステージ２と、該ステージ２の上方に配置される照明光学系３と、ステージ２の下方に配置される撮像光学系４とを備えている。【００２８】
前記照明光学系３は、照明光Ｅを出射する光源５と、光源５からの照明光Ｅを集光するコレクタレンズ６と、集光された照明光Ｅを通過させることで、その偏光状態を直線偏光状態にするポラライザ７と、ポラライザ７を通過した照明光Ｅを通過させることで、その偏光状態を補償する照明光リターダ８と、該照明光リターダ８を通過した照明光Ｅを標本Ａに集光するコンデンサレンズ９とを備えている。図中、符号１０はミラー、符号１１はリレーレンズである。【００２９】
前記照明光リターダ８は、例えば、フォトニック結晶により構成されている。フォトニック結晶は、サブミクロンの周期を持つ多次元の屈折率周期構造体であり、そのパターンを調節することにより、通過する照明光Ｅの偏光面の回転角およびＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化を補償することができるようになっている。本実施形態においては、コンデンサレンズ９を含む照明光学系全体の照明光Ｅの偏光面の回転角およびＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化を補償することができるように設定されている。【００３０】
また、照明光学系３の偏光面の回転角およびＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化量は、光軸に交差する方向に変化する。したがって、照明光リターダ８における補償量もその変化に対応して、全ての位置において補償することができるように、光軸に交差する方向に異なる補償量を有している。フォトニック結晶を用いて、光軸に交差する方向に異なる補償量を有する照明光リターダ８を構成するには、例えば、偏光角度変化の補償量および位相差変化の補償量の異なる微細なフォトニック結晶をマトリクス状に配列することにより達成することができる。また、マトリクス状に配列することに代えて、補償量が光軸に交差する方向に連続的に変化するようにフォトニック結晶を一体的に形成することにしてもよい。【００３１】
ポラライザ７を通過しただけの照明光Ｅは、その偏光方向が一方向に揃えられているが、照明光学系３の他のレンズ、特にコンデンサレンズ９を通過する際に偏光方向が回転し、また、Ｐ偏光とＳ偏光の割合も変化する。したがって、照明光リターダ８を配置しない場合には、標本Ａに照射される照明光Ｅは、図２に示されるように、光軸を通り、ポラライザ７による偏光方向に沿う方向とこれに直交する方向については、照明光Ｅの偏光方向が揃った直線偏光となるが、それ以外の領域における照明光Ｅは、Ｐ偏光とＳ偏光とが含まれる楕円偏光となり、その長軸の角度および扁平率が各位置ごとに異なるようになる。【００３２】
本実施形態によれば、照明光リターダ８が、光軸に交差する方向に沿って異なる補償量の分布を有しているので、照明光Ｅを照明光リターダ８に透過させることにより、偏光面の回転角、すなわち楕円の長軸方向の傾きが補償され、かつ、Ｐ偏光とＳ偏光との位相差、すなわち、楕円偏光の扁平率が補償されるようになっている。その結果、全ての位置において、偏光面の回転角およびＰ偏光とＳ偏光との位相差が揃えられた均一な照明光Ｅが標本に照射されるようになっている。
また、照明光リターダ８は、コンデンサレンズ９の入射瞳位置に配置されている。【００３３】
また、前記撮像光学系４は、標本Ａから発せられた光（観察光）Ｆを集光する対物レンズ１２と、該対物レンズ１２により集光された観察光Ｆを集光して中間像を結像させる結像レンズ１３と、中間像を結像した観察光Ｆを集光して略平行光にする瞳リレーレンズ１４と、略平行光にされた観察光Ｆを通過させることでその偏光状態を補償する観察光リターダ１５と、所定の透過軸を有するアナライザ１６と、冷却ＣＣＤ（撮像素子）１７とを備えている。図中、符号１８はプリズム、符号１９はＴＶレンズである。【００３４】
前記観察光リターダ１５も、例えば、フォトニック結晶により構成されている。そして、そのパターンを調節することにより、対物レンズ１２を含む撮像光学系４全体の観察光Ｆの偏光面の回転角およびＰ偏光とＳ偏光との位相差の変化を補償することができるように構成されている。また、観察光リターダ１５における補償量も、照明光リターダ８と同様に、光軸に交差する方向に沿う全ての位置において補償することができるように、光軸に交差する方向に異なる補償量を分布させている。【００３５】
前記アナライザ１６としては、ポラライザ７の透過軸に直交する透過軸を有する第１のアナライザ１６ａと、ポラライザ７の透過軸と平行な透過軸を有する第２のアナライザ１６ｂとを交換可能に備えている。アナライザ１６ａを光軸上に配置（クロスニコル配置）して取得した画像と、アナライザ１６ｂを光軸上に配置（パラニコル配置）して取得した画像の強度差分や強度比を取ることによって、標本の分子レベルの変化を検出することができる。
また、アナライザ１６は、瞳リレーレンズ１４によってリレーされた対物レンズ１２の瞳位置と共役な位置に配置されている。【００３６】
このように構成された本実施形態に係る偏光顕微鏡１の作用について説明する。
光源から発せられた照明光Ｅは、コレクタレンズ６によって集光され、リレーレンズ１１によってリレーされた後、ミラー１０によって反射され、ポラライザ７を透過させられることにより、所定の偏光方向を有する直線偏光の照明光Ｅとなる。その後、照明光Ｅは照明光リターダ８を透過させられた後に、コンデンサレンズ９によって集光され、ステージ２上の標本Ａに照射される。【００３７】
本実施形態に係る偏光顕微鏡１によれば、標本Ａに照射される照明光Ｅが、コンデンサレンズ９を通過することにより、その偏光面の回転角およびＰ偏光とＳ偏光との位相差を変化させられても、その変化は、予め照明光リターダ８を透過させられることにより補償されているので、偏光方向を揃えられた均一な直線偏光として標本Ａに照射される。特に、本発明の照明光リターダ８は、光軸方向に変化量の異なる回転角および位相差に合わせて補償量を分布させているので、照明光Ｅの光束の横断面の全ての位置において、回転角および位相差の変化を補償することができる。したがって、標本Ａ上の各位置において均一な照射条件を達成することができる。【００３８】
また、標本Ａにおいて発生した観察光Ｆは、対物レンズ１２によって集光された後、結像レンズ１３を通過させられることにより中間像を結像する。そして、中間像を結像した観察光Ｆはプリズム１８によって反射され、瞳リレーレンズ１４によってリレーされ、観察光リターダ１５を透過された後に第１のアナライザ１６ａに入射され、該第１のアナライザ１６ａを通過した観察光ＦのみがＴＶレンズ１９を介して冷却ＣＣＤ１７により撮像される。この場合に、観察光Ｆは対物レンズ１２を通過する際に、その偏光面の回転角およびＰ偏光とＳ偏光との位相差に変化を生ずることとなるが、本実施形態によれば、その回転角および位相差の変化が観察光リターダ１５によって補償される。【００３９】
観察光リターダ１５も照明光リターダ８と同様に、光軸方向に変化量の異なる回転角および位相差に合わせて補償量を分布させているので、観察光Ｆの光束の横断面の全ての位置において、回転角および位相差の変化を補償することができる。したがって、ポラライザ７と第１のアナライザ１６ａとの正確なクロスニコル配置を達成でき、コンデンサレンズ９や対物レンズ１２を透過することによる偏光面の回転角や位相差の変化を補償して、標本Ａにおいて偏光面の回転角や位相差が変化した観察光Ｆのみを検出できる。その結果、ノイズが少なく、分解能の高い鮮明な偏光画像を取得することができる。【００４０】
また、本実施形態に係る偏光顕微鏡１によれば、照明光リターダ８および観察光リターダ１５により、偏光面の回転角の変化のみならず、Ｐ偏光とＳ偏光との位相差に変化をも補償するので、コンデンサレンズ９や対物レンズ１２等の光学系に反射防止膜をコーティングすることができ、ノイズをさらに低減でき、また明るい偏光画像を取得することができる。【００４１】
また、本実施形態に係る偏光顕微鏡１によれば、照明光リターダ８および観察光リターダ１５をフォトニック結晶によって構成しているので、設置スペースを削減して小型化を図ることができる。また、温度、湿度や衝撃による耐性も向上することができる。
また、本実施形態に係る偏光顕微鏡１によれば、照明光リターダ８および観察光リターダ１５がそれぞれコンデンサレンズ９および対物レンズ１２の瞳位置またはこれに共役な位置に配置されているので、軸上の照明光Ｅや観察光Ｆのみならず軸外の照明光Ｅや観察光Ｆに対しても回転角および位相差の変化をより確実に補償することができる。【００４２】
なお、本実施形態においては、照明光リターダ８および観察光リターダ１５がフォトニック結晶からなることとしたが、これに代えて、液晶素子により構成してもよい。
また、照明光リターダ８および観察光リターダ１５として、偏光面の回転角およびＰ偏光とＳ偏光の位相差の変化を同時に補償する構造のものを例示したが、別々に設けることにしてもよい。【００４３】
また、光源５として照明光Ｅを発生する光源５を用いた場合について説明したが、光源５として、励起光Ｅを発生するもの、あるいは、図３に示されるように、白色光Ｗを発生するものを用い、励起フィルタ２０によって励起光Ｅを選択的に標本Ａに照射させ、標本Ａから発せられる蛍光Ｆを観察することにしてもよい。この場合、標本Ａを透過する励起光Ｅが冷却ＣＣＤ１７に入射されるのを防止する吸収フィルタ２１を撮像光学系３内に配置することが好ましい。【００４４】
また、図４に示されるように、光源としてレーザ光源２２を用いることとしてもよい。図中符号２３はレーザ変調器、符号２４はスペックル除去装置である。レーザ光Ｌは光束径が小さく、光強度が高いので光ファイバ２５あるいはファイババンドルによって導くことが可能である。【００４５】
また、アナライザ１６として交換可能な第１のアナライザ１６ａと第２のアナライザ１６ｂとを有する場合について説明したが、これに代えて、単一のアナライザを光軸回りに回転可能に支持することとしてもよい。これにより、２種類のアナライザ１６ａ，１６ｂを用意することなく、クロスニコル状態とパラニコル状態の観察を行うことができる。【００４６】
さらに、上記実施形態においては透過照明型の偏光顕微鏡１を例示したが、これに代えて、図５および図６に示されるように、落射照明型の偏光顕微鏡１を構成してもよい。図中符号２６はハーフミラーであり、対物レンズ１２とコンデンサレンズとが兼ねられている。【００４７】
また、ポラライザ７およびアナライザ１６としては、グレーティングや液晶素子を用いることもできるが、フォトニック結晶により構成することとすれば、省スペースと高耐性を達成できるので効果的である。【００４８】
さらに、上記実施形態においては、照明光リターダ８により標本Ａに照射する照明光Ｅあるいは励起光Ｅの位相差の変化を補償することとしたが、これに代えて、照明光リターダ８を設けることなく、照明光Ｅにおける位相差の変化を低減する照明光位相差低減手段を採用することにしてもよい。照明光位相差低減手段としては、標本Ａに照射される照明光Ｅの開口数を十分に小さくすることや、コンデンサレンズを含む照明光学系に反射防止用のコーティングを施さないことが挙げられる。これらの照明光位相差低減手段を採用することで、標本Ａに照射される照明光Ｅの光量が低下する場合には、光源５の光量を増加させることで、これを補償することができる。【００４９】
次に、本発明の第２の実施形態に係る偏光顕微鏡３０について、図７〜図１０を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る偏光顕微鏡１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。【００５０】
本実施形態に係る偏光顕微鏡３０は、標本Ａに照射される照明光Ｅの開口数を十分に小さくした場合のものであって、図７に示されるように、照明光学系３１に、照明光リターダ８を有していない。また、観察光リターダ３２による補償前に偏光状態を劣化させる反射面を有するプリズム１８や吸収フィルタ２１を配置していない点においても相違している。図中、符号３３は、ハロゲンランプからなる光源３４からの光から励起光Ｅを抽出する励起フィルタである。また、符号３５は、ミラーである。【００５１】
また、本実施形態に係る偏光顕微鏡３０は、クロスニコル用の第１のアナライザ３６ａおよびパラニコル用の第２のアナライザ３６ｂのそれぞれに対して、観察用リターダ３２を配置している。
ここで、観察光リターダ３２およびアナライザ３６ａ，３６ｂの構成について、図８〜図１０を参照して説明する。【００５２】
上述したように、観察光Ｆも、図２に示されるように、光軸に交差する方向に分布する異なる偏光状態を備えている。そこで、これを補償するために、本実施形態においては、観察光リターダ３２およびアナライザ３６ａ，３６ｂを以下のように構成している。
すなわち、光軸に交差する方向の任意の点において、観察光Ｆは、偏光面の回転角およびＰ偏光とＳ偏光との位相差の割合が変化し、図８に示されるように長軸Ｂ１および短軸Ｂ２が角度αだけ傾斜した所定の扁平率の楕円偏光となっている。【００５３】
そこで、まず、観察光リターダ３２を１／４波長板により構成し、その進相軸を図８の楕円偏光の長軸Ｂ１に一致させる。これにより、観察光Ｆは、Ｐ偏光とＳ偏光との位相差がほぼ０°となって、楕円の長軸Ｂ１と短軸Ｂ２とを辺とする長方形Ｃの対角線Ｄ方向に偏光面を配置した直線偏光となるようになっている。
本実施形態における観察光リターダ３２も、フォトニック結晶により構成され、図９に示されるように、光軸に交差する方向に沿う全ての位置において、上記補償が行われるように結晶のパターンが調整されている。【００５４】
また、第１のアナライザ３６ａとして、観察光リターダ３２を通過した後の観察光Ｆの偏光方向に直交する透過軸を有するものを採用し、第２のアナライザ３６ａとして、観察光リターダ３２を通過した後の観察光Ｆの偏光方向に平行な透過軸を有するものを採用している。
これらのアナライザ３６ａ，３６ｂも、フォトニック結晶により構成され、図１０および図１１に示されるように、光軸に交差する方向に沿う全ての位置において、上記条件が満たされるように結晶のパターンが調整されている。【００５５】
このように構成された本実施形態に係る偏光顕微鏡３０によれば、ポラライザ７とアナライザ３６ａ，３６ｂとの間に偏光状態を劣化させるミラー１８や吸収フィルタ２１が存在しないので、コンデンサレンズ９や対物レンズ１２を透過することによる偏光面の回転角や位相差の変化を補償して、ノイズが少なく、分解能の高い鮮明な偏光画像を取得することができる。
また、観察光リターダ３２を第１および第２のアナライザ３６ａ，３６ｂのそれぞれに設けているので、観察光リターダ３２の光軸に交差する方向に分布する偏光面の回転角や位相差の変化の補償量と、アナライザ３６ａ，３６ｂの透過軸方向とを精度よく対応させた状態に維持し、さらに分解能が高く鮮明な偏光画像を取得することができる。【００５６】
また、いずれも対物レンズ１２の瞳位置またはこれと共役な位置に配置することが望ましい観察光リターダ３２およびアナライザ３６ａ，３６ｂを相互に隙間なく近接させて、瞳位置またはこれと共役な位置に近接配置することができる。したがって、軸上光のみならず軸外光に対しても適正な補償を行うことができる。【００５７】
なお、本実施形態においては、ポラライザ７とアナライザ３６ａ，３６ｂとの間に配置されるミラー１８を排除することで、偏光状態の劣化を防止することとしたが、これに代えて、図１２に示されるように、反射面を複数有するミラー３７ａ，３７ｂあるいはプリズム（図示略）配置して、反射面への観察光Ｆの入射角を小さくしていくことにより、偏光状態の劣化を防止することとしてもよい。【００５８】
また、本実施形態に係る偏光顕微鏡３０においては、観察光リターダ３２を用いて各位置毎に異なる偏光方向を有する直線偏光に変換し、アナライザ３６ａ，３６ｂとしてはその偏光方向に対応して各位置毎に異なる透過軸方向を有するものを採用したが、これに代えて、図１３に示されるように、観察光リターダ３２を工夫することにより、透過軸方向が均一なアナライザを使用することが可能となる。【００５９】
すなわち、楕円偏光の長軸Ｂ１方向に、１／４波長板からなる観察光リターダ３２の進相軸を一致させるか遅相軸を一致させるかを切り替えることにより、得られる直線偏光の偏光方向を楕円偏光の長軸Ｂ１について反転させることができる。したがって、光軸に交差する方向に沿う各位置において、楕円偏光の長軸Ｂ１の傾斜角度αと、該長軸Ｂ１に対する直線偏光Ｄの傾斜角度βとが相殺する方向に、進相軸あるいは遅相軸の方向を適宜設定することにより、全ての点においてほぼ平行な偏光方向を有する直線偏光に変換することができる。【００６０】
このようにすることで、透過軸方向が均一なアナライザを使用して、クロスニコル状態およびパラニコル状態を達成することができ、複雑なアナライザ３６ａ，３６ｂを使用することなく、低コストの偏光顕微鏡を構成することができる。
【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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【国際調査報告】
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