(57)【要約】  本開示に係る光学顕微鏡装置（１０）は、光に反応して機能を変化させる生体材料を含む標本を照明するための照明光を出射する光源（１０１）と、前記照明光の偏光状態を制御するＬＣＯＳ空間光変調素子（１１３）と、前記ＬＣＯＳ空間光変調素子を均一照明する第１の照明用光学部材と、前記照明光の偏光状態に応じて前記ＬＣＯＳ空間光変調素子側から前記標本側へと向かう前記照明光の透過状態を制御する偏光光学素子と、を有する第１の照明光学系（１３Ａ）と、前記第１の照明光学系（１３Ａ）からの光束を標本面に結像させる第２の照明用光学部材を有する第２の照明光学系（１３Ｂ）と、撮像光学部材と撮像素子（１２７）とを有し、前記標本面を撮像するための撮像光学系（１３Ｃ）と、を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光に反応して機能を変化させる生体材料を含む標本を照明するための照明光を出射する光源と、前記照明光の偏光状態を制御するＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）空間光変調素子と、前記ＬＣＯＳ空間光変調素子を均一照明する第１の照明用光学部材と、前記照明光の偏光状態に応じて前記ＬＣＯＳ空間光変調素子側から前記標本側へと向かう前記照明光の透過状態を制御する偏光光学素子と、を有する第１の照明光学系と、
前記第１の照明光学系からの光束を標本面に結像させる第２の照明用光学部材を有する第２の照明光学系と、
撮像光学部材と撮像素子とを有し、前記標本面を撮像するための撮像光学系と、
を備える、光学顕微鏡装置。
【請求項２】
前記第１の照明光学系は、偏光補償素子を更に備える、請求項１に記載の光学顕微鏡装置。
【請求項３】
前記第１の照明光学系は、スペックル除去素子を更に備える、請求項１に記載の光学顕微鏡装置。
【請求項４】
前記第１の照明光学系及び前記第２の照明光学系は、前記標本面に対し、前記照明光を場所特異的に照射する、請求項１に記載の光学顕微鏡装置。
【請求項５】
前記第１の照明光学系及び前記第２の照明光学系は、前記標本面に対し、前記照明光を時間特異的に照射する、請求項４に記載の光学顕微鏡装置。
【請求項６】
前記標本は、所定波長の照明光が照射されると発光する発光性のタンパク質を含む前記生体材料、又は、所定の発光色素で標識された前記生体材料を含む、請求項１に記載の光学顕微鏡装置。
【請求項７】
前記第１の照明光学系は、複数の前記光源を有しており、
前記複数の光源の少なくとも何れかから照射された前記照明光により、前記発光性のタンパク質が発光するか、又は、前記発光色素が励起されることで発光する、請求項６に記載の光学顕微鏡装置。
【請求項８】
前記第１の照明光学系では、前記標本の発光状態に応じて前記ＬＣＯＳ空間光変調素子により前記照明光の照射パターンが制御される、請求項７に記載の光学顕微鏡装置。
【請求項９】
前記標本面に対して第２の照明光を照射する第２の光源と、前記標本面を均一に照射する第３の照明光学部材と、を有する第２の照明光学系を更に備える、請求項１に記載の光学顕微鏡装置。
【請求項１０】
前記第１の照明光学系では、前記第３の照明光学系による標本像に応じて前記ＬＣＯＳ空間光変調素子により前記照明光の照射パターンが制御される、請求項９に記載の光学顕微鏡装置。
【請求項１１】
前記第１の照明光学系、及び、前記第２の照明光学系は、前記撮像光学系に対して透過照明として配置される、請求項１に記載の光学顕微鏡装置。
【請求項１２】
前記第１の照明光学系では、前記第１の照明光学系及び前記第２の照明光学系による標本像に応じて前記ＬＣＯＳ空間光変調素子により前記照明光の照射パターンが制御される、請求項１１に記載の光学顕微鏡装置。
【請求項１３】
前記第１の照明光学系では、場所特異的な前記照明光を前記生体材料に追随させるように、前記ＬＣＯＳ空間光変調素子が制御される、請求項８に記載の光学顕微鏡装置。
【請求項１４】
前記第１の照明光学系では、場所特異的な前記照明光を前記生体材料に追随させるように、前記ＬＣＯＳ空間光変調素子が制御される、請求項１０に記載の光学顕微鏡装置。
【請求項１５】
前記第１の照明光学系では、場所特異的な前記照明光を前記生体材料に追随させるように、前記ＬＣＯＳ空間光変調素子が制御される、請求項１２に記載の光学顕微鏡装置。
【請求項１６】
標本を照明するための照明光を出射する光源と、前記照明光の偏光状態を制御するＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）空間光変調素子と、前記ＬＣＯＳ空間光変調素子を均一照明する第１の照明用光学部材と、前記照明光の偏光状態に応じて前記ＬＣＯＳ空間光変調素子側から前記標本側へと向かう前記照明光の透過状態を制御する偏光光学素子と、を有する第１の照明光学系と、
前記第１の照明光学系からの光束を標本面に結像させる第２の照明用光学部材を有する第２の照明光学系と、
撮像光学部材と撮像素子とを有し、前記標本面を撮像するための撮像光学系と、
を備える、光学顕微鏡装置。
【請求項１７】
光に反応して機能を変化させる生体材料を含む標本を照明するための照明光を出射する光源と、前記照明光の偏光状態を制御するＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）空間光変調素子と、前記ＬＣＯＳ空間光変調素子を均一照明する第１の照明用光学部材と、前記照明光の偏光状態に応じて前記ＬＣＯＳ空間光変調素子側から前記標本側へと向かう前記照明光の透過状態を制御する偏光光学素子と、を有する第１の照明光学系と、
前記第１の照明光学系からの光束を標本面に結像させる第２の照明用光学部材を有する第２の照明光学系と、
撮像光学部材と撮像素子とを有し、前記標本面を撮像するための撮像光学系と、
を備える、光学顕微鏡装置と、
前記光学顕微鏡装置の動作状態を制御する制御部と、
前記撮像素子により生成された前記標本の撮像画像を画像処理する画像処理部と、
を有する、光学顕微鏡システム。
【請求項１８】
前記画像処理部は、前記撮像画像を画像処理することで光照射による前記生体材料の変化を特定する、請求項１７に記載の光学顕微鏡システム。
【請求項１９】
前記制御部は、前記画像処理部により特定された前記生体材料の変化に応じて、前記光学顕微鏡装置の動作状態を制御して、前記照明光の前記標本への照射状態を前記生体材料に追随させる、請求項１８に記載の光学顕微鏡システム。
【請求項２０】
前記画像処理部は、前記標本の撮像画像に対して、前記標本に関する情報、又は、前記光学顕微鏡装置の状態に関する情報の少なくとも何れかを重畳して表示するよう制御する、請求項１７に記載の光学顕微鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光学顕微鏡装置及び光学顕微鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、細胞の位置や形状が経時的に変化する様子を観察するために、各種の観察装置が提案されている。例えば以下の特許文献１には、細胞の位置や形状に合わせて光刺激の位置を変化させるとともに、光刺激直後の細胞を観察することが可能な観察装置が開示されており、光刺激のための照明光の照射領域を変化させる機構として、ガルバノミラー及びＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２５７５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１のようにガルバノミラーを用いて照明光を走査する場合、観察対象物の複数個所に同時に照明光を照射することは困難である。また、ＤＭＤは、その機構上、オフ時の光が散乱して迷光になりやすく、照明光を照射したい位置にのみ照明光を照射しつつ、照射したくない位置には照明光を照射しない、という精度において改良の余地がある。【０００５】
このように、光に反応して機能を変化させる生体材料を含む標本に対してであっても、より均一かつより精度の高い照明方法を実現することが希求されている。【０００６】
そこで、本開示では、光に反応して機能を変化させる生体材料を含む標本に対してであっても、より均一かつより精度の高い照明を実現することが可能な、光学顕微鏡装置及び光学顕微鏡システムを提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示によれば、光に反応して機能を変化させる生体材料を含む標本を照明するための照明光を出射する光源と、前記照明光の偏光状態を制御するＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）空間光変調素子と、前記ＬＣＯＳ空間光変調素子を均一照明する第１の照明用光学部材と、前記照明光の偏光状態に応じて前記ＬＣＯＳ空間光変調素子側から前記標本側へと向かう前記照明光の透過状態を制御する偏光光学素子と、を有する第１の照明光学系と、前記第１の照明光学系からの光束を標本面に結像させる第２の照明用光学部材を有する第２の照明光学系と、撮像光学部材と撮像素子とを有し、前記標本面を撮像するための撮像光学系と、を備える、光学顕微鏡装置が提供される。【０００８】
また、本開示によれば、標本を照明するための照明光を出射する光源と、前記照明光の偏光状態を制御するＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）空間光変調素子と、前記ＬＣＯＳ空間光変調素子を均一照明する第１の照明用光学部材と、前記照明光の偏光状態に応じて前記ＬＣＯＳ空間光変調素子側から前記標本側へと向かう前記照明光の透過状態を制御する偏光光学素子と、を有する第１の照明光学系と、前記第１の照明光学系からの光束を標本面に結像させる第２の照明用光学部材を有する第２の照明光学系と、撮像光学部材と撮像素子とを有し、前記標本面を撮像するための撮像光学系と、を備える、光学顕微鏡装置が提供される。【０００９】
また、本開示によれば、光に反応して機能を変化させる生体材料を含む標本を照明するための照明光を出射する光源と、前記照明光の偏光状態を制御するＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）空間光変調素子と、前記ＬＣＯＳ空間光変調素子を均一照明する第１の照明用光学部材と、前記照明光の偏光状態に応じて前記ＬＣＯＳ空間光変調素子側から前記標本側へと向かう前記照明光の透過状態を制御する偏光光学素子と、を有する第１の照明光学系と、前記第１の照明光学系からの光束を標本面に結像させる第２の照明用光学部材を有する第２の照明光学系と、撮像光学部材と撮像素子とを有し、前記標本面を撮像するための撮像光学系と、を備える、光学顕微鏡装置と、前記光学顕微鏡装置の動作状態を制御する制御部と、前記撮像素子により生成された前記標本の撮像画像を画像処理する画像処理部と、を有する、光学顕微鏡システムが提供される。【００１０】
本開示によれば、第１の照明光学系は、標本に対して出射された照明光の偏光状態をＬＣＯＳ空間光変調素子により制御し、偏光状態の制御された照明光を第２の照明光学系へと導光する。第２の照明光学系は、第１の照明光学系からの光束を標本面に結像させ、撮像光学系は、照明光の照射されている標本面を撮像する。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように本開示によれば、光に反応して機能を変化させる生体材料を含む標本に対してであっても、より均一かつより精度の高い照明を実現することが可能となる。【００１２】
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、又は、本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の実施形態に係る光学顕微鏡システムの全体構成を示した説明図である。
【図２】同実施形態に係る光学顕微鏡装置の全体構成の一例を模式的に示した説明図である。
【図３】同実施形態に係る光学顕微鏡装置におけるＬＣＯＳ空間光変調素子について説明するための説明図である。
【図４】同実施形態に係る光学顕微鏡装置について説明するための説明図である。
【図５】同実施形態に係る光学顕微鏡装置の全体構成の他の一例を模式的に示した説明図である。
【図６】同実施形態に係る光学顕微鏡装置の全体構成の他の一例を模式的に示した説明図である。
【図７】同実施形態に係る光学顕微鏡装置の全体構成の他の一例を模式的に示した説明図である。
【図８】同実施形態に係る光学顕微鏡装置の全体構成の他の一例を模式的に示した説明図である。
【図９】同実施形態に係る光学顕微鏡装置について説明するための説明図である。
【図１０】同実施形態に係る光学顕微鏡装置の全体構成の他の一例を模式的に示した説明図である。
【図１１】同実施形態に係る演算処理装置の構成の一例を模式的に示したブロック図である。
【図１２】同実施形態に係る演算処理装置について説明するための説明図である。
【図１３】同実施形態に係る演算処理装置のハードウェア構成の一例を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１５】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．光学顕微鏡システムの全体構成について
２．光学顕微鏡装置について
２．１．第１の照明光学系について
２．２．第２の照明光学系について
２．３．撮像光学系について
２．４．変形例について
３．演算処理装置について
３．１．演算処理装置の構成について
３．２．顕微鏡制御部２０１、画像処理部２０５が実施する処理の具体例について
３．３．演算処理装置のハードウェア構成について
４．標本の観察方法について
【００１６】
（光学顕微鏡システムの全体構成について）
まず、図１を参照しながら、本開示の実施形態に係る光学顕微鏡システムの全体構成について、簡単に説明する。図１は、本実施形態に係る光学顕微鏡システムの全体構成の一例を示した説明図である。
【００１７】
本実施形態に係る光学顕微鏡システムは、光に反応して機能を変化させる生体材料を観察するために用いられる。この光学顕微鏡システム１は、図１に示したように、光学顕微鏡装置１０と、演算処理装置２０と、を有している。
【００１８】
光学顕微鏡装置１０は、演算処理装置２０による制御のもとで動作する。光学顕微鏡装置１０は、光に反応して機能を変化させる生体材料を含む標本を撮像して、生成した撮像画像のデータを、演算処理装置２０に出力する。かかる光学顕微鏡装置１０の詳細な構成については、以下で改めて説明する。
【００１９】
演算処理装置２０は、光学顕微鏡装置１０に対して所定の制御信号を送信して、光学顕微鏡装置１０の少なくとも一部の構成の動作状態を統括的に制御する。また、演算処理装置２０は、光学顕微鏡装置１０から出力された標本の撮像画像のデータに対して画像処理を実施し、得られた画像処理結果を、光学顕微鏡システム１のユーザに提供する。更に、演算処理装置２０は、得られた画像処理結果を用いて、光学顕微鏡装置１０の動作状態を制御することも可能である。かかる演算処理装置２０の詳細な構成については、以下で改めて説明する。なお、演算処理装置２０は、光学顕微鏡装置１０の一部の構成の動作状態のみを制御することも可能である。例えば、演算処理装置２０は、光学顕微鏡装置１０の各種光学系の少なくとも一部の構成（例えば、以下で詳述する第１の照明光学系又は撮像光学系の少なくとも何れか）のみを制御して、光学顕微鏡装置１０のその他の構成（例えば、ステージや対物レンズなど）は制御しないという態様を実現することも可能である。
【００２０】
以上、図１を参照しながら、本実施形態に係る光学顕微鏡システムの全体構成について、簡単に説明した。
【００２１】
（光学顕微鏡装置の構成について）
次に、図２〜図１０を参照しながら、本実施形態に係る光学顕微鏡装置の構成について、詳細に説明する。
図２は、本実施形態に係る光学顕微鏡装置の全体構成の一例を模式的に示した説明図である。図３は、本実施形態に係る光学顕微鏡装置におけるＬＣＯＳ空間光変調素子について説明するための説明図であり、図４、図９は、本実施形態に係る光学顕微鏡装置について説明するための説明図である。図５〜図８、図１０は、本実施形態に係る光学顕微鏡装置の全体構成の他の一例を模式的に示した説明図である。
【００２２】
本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０には、観察対象物を含む標本が配設されるステージ１１が設けられている。本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０は、光に反応して機能を変化させる生体材料であっても光を照射しながら観察を行うことが可能であり、光に反応して機能を変化させる生体材料を含む標本Ｓが、ステージ１１上に設けられる。
【００２３】
ここで、光に反応して機能を変化させる生体材料（以下、単に「光応答性の生体材料」ともいう。）は、特に限定されるものではなく、光に反応して機能を変化させるものであれば、公知の様々な生体材料を観察対象物とすることができる。このような光応答性の生体材料として、例えば、チャネルロドプシン２（Ｃｈａｎｎｅｌｒｈｏｄｏｐｓｉｎ−２、ＣｈＲ２）等に代表される各種の光活性化タンパク質、及び、植物由来の光受容ドメイン（ＡｓＬＯＶ２、ＣＲＹ２／ＣＩＢ１）等に代表される各種の光受容ドメインなどのような、各種のタンパク質、脂質、遺伝子等を挙げることができる。
【００２４】
上記のような光応答性の生体材料を含む標本Ｓを観察するために、本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０は、図２に模式的に示したように、第１の照明光学系１３Ａと、第２の照明光学系１３Ｂと、撮像光学系１３Ｃと、を少なくとも有している。以下、これら３種類の光学系について、詳細に説明する。なお、以下で詳述する本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０を用いることで、上記のような光応答性の生体材料を含まない標本Ｓであっても、良好に観察を行うことが可能である。
【００２５】
＜第１の照明光学系１３Ａ＞
第１の照明光学系１３Ａは、標本Ｓに対して照射される照明光の偏光状態を制御することにより、標本Ｓへの照明光の照射パターンを制御する光学系である。この第１の照明光学系１３Ａは、図２に模式的に示したように、光源１０１（１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ）と、第１の照明用光学部材の一例としてのインテグレータ１０７及びコンデンサレンズ１０９と、偏光光学素子の一例としての偏光ビームスプリッタ１１１と、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）空間光変調素子１１３と、を有している。また、第１の照明光学系１３Ａは、上記のような各種の光学素子に加えて、カップリングレンズ（指向角変換素子）１０３（１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ）と、光路合成素子の一例としてのダイクロイックプリズム１０５（１０５Ａ、１０５Ｂ）を有していることが好ましい。
【００２６】
光源１０１は、標本Ｓ中に含まれる光応答性の生体材料に対して、光刺激を与えるための照明光を出射するものである。本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０において、かかる照明光は、所定の偏光方向を有していることが好ましい。
【００２７】
また、所定波長の照明光が照射されると発光する発光性のタンパク質を更に含む、光に反応して機能を変化させる生体材料、又は、所定の発光色素で標識された生体材料等を観察対象とする場合、光源１０１として、上記のような発光を生じさせるための照明光を照射可能な光源を、更に有していてもよい。このような観点から、図２では、第１の照明光学系１３Ａが３種類の光源１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃを有している場合について図示しているが、本開示において、光源１０１は、少なくとも１つ以上存在すればよい。
【００２８】
光源１０１は、標本Ｓ中に含まれる光応答性の生体材料に対して、光刺激を与えたり、上記のような各種の発光を生じさせたりする波長の光を出射することが可能なものであれば、任意の公知の光源を用いることができる。このような光源として、例えば、各種のレーザ光源を挙げることができるが、レーザダイオード（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）を用いることが簡便である。レーザダイオードを用いることで、高出力の直線偏光を容易に利用可能だからである。また、所定の偏光状態を有していない、無偏光の照明光を出射する光源を用いる場合には、第１の照明光学系１３Ａは、光源１０１からＬＣＯＳ空間光変調素子１１３までの間の光路上に、無偏光の照明光に対して所定の偏光方向を付与する偏光子を設ければよく、光源１０１そのものに対して偏光子を設けてもよい。以下では、光源１０１から、所定の偏向状態を有する照明光が出射される場合を例に挙げて説明を行うものとする。
【００２９】
図２に示した例において、光源１０１Ａから出射した所定の偏光を有する照明光は、カップリングレンズ１０３Ａに入射する。同様に、光源１０１Ｂ、１０１Ｃから出射した所定の偏光を有する照明光のそれぞれは、各光源に対応するカップリングレンズ１０３Ｂ、１０３Ｃにそれぞれ入射する。
【００３０】
カップリングレンズ１０３は、図２に示したように、各光源１０１から出射した照明光を略平行光とするものであり、各光源１０１から出射した照明光の指向角を、平行光の指向角と等しくなるように、又は、平行光の指向角に近づくように変換する。それぞれのカップリングレンズ１０３は、各光源１０１から出射した照明光のうち指向角内の光が入射する位置に配置されている。ここで、図２では、カップリングレンズ１０３が単一のレンズによって構成される場合を図示しているが、カップリングレンズ１０３は、複数のレンズによって構成されていてもよい。
【００３１】
ここで、図２に示したように、光学顕微鏡装置１０が複数の光源１０１を有している場合、各光源１０１から出射したそれぞれの照明光は、光路合成素子の一例としてのダイクロイックプリズム１０５により、１つの光束となるように合波される。図２に示した構成例では、光源１０１Ａから出射し、カップリングレンズ１０３Ａを透過した照明光、及び、光源１０１Ｂから出射し、カップリングレンズ１０３Ｂを透過した照明光のそれぞれは、ダイクロイックプリズム１０５Ａに入射する。ダイクロイックプリズム１０５Ａの内部には、波長選択性を有するミラーが設けられている。かかるミラーは、光源１０１Ａ側から入射した光はミラーを透過し、かつ、光源１０１Ａ側から入射した光はミラーで反射するような波長選択性を有している。これにより、光源１０１Ａから出射した照明光と光源１０１Ｂから出射した照明光とが合波されて、１つの光束となる。合波された照明光と、光源１０１Ｃから出射し、カップリングレンズ１０３Ｃを透過した照明光のそれぞれは、ダイクロイックプリズム１０５Ｂに入射する。ダイクロイックプリズム１０５Ｂの内部においても、波長選択性を有するミラーが設けられている。かかるミラーは、光源１０１Ａ側から入射した光はミラーを透過し、かつ、光源１０１Ｃ側から入射した光はミラーで反射するような波長選択性を有している。これにより、光源１０１Ｃから出射した照明光はダイクロイックプリズム１０５Ａから入射した照明光と合波されて、１つの光束となる。
【００３２】
１つの光束となった照明光は、第１の照明用光学部材の一例としてのインテグレータ１０７及びコンデンサレンズ１０９に、順に入射する。インテグレータ１０７は、後段に位置するＬＣＯＳ空間光変調素子１１３を均一な強度分布で照明する。かかるインテグレータ１０７は、例えば、所定の配列状態（例えば、マトリクス状など）に配置された複数のレンズを有している。一般に、光源１０１から出射された光束は、その進行方向に垂直な面において不均一な強度分布（輝度分布）を有している。そのため、これら光束をそのままＬＣＯＳ空間光変調素子１１３に導光すると、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３での強度分布が不均一になってしまう。これに対して、光源１０１から出射された光束をインテグレータ１０７によって複数の光束に分割して、分割されたそれぞれの光束をＬＣＯＳ空間光変調素子１１３に重畳的に導くようにすれば、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３上の強度分布を均一にする（換言すれば、照度分布の不均一性を低減する）ことが可能となる。その結果、標本Ｓ中の複数の位置に存在する光応答性の生体材料を照明する際に、着目する複数の光応答性の生体材料を同一光量で照明することが可能となる。
【００３３】
また、コンデンサレンズ１０９は、インテグレータ１０７によって複数の光束に分割された光束のそれぞれを、重畳的にＬＣＯＳ空間光変調素子１１３へと導光する。かかるコンデンサレンズ１０９については、特に限定されるものではなく、任意の構成のものを用いることができる。
【００３４】
なお、図２では、インテグレータ１０７が１つのフライアイレンズで構成される場合を図示しているが、インテグレータ１０７は、一対のフライアイレンズで構成されていてもよい。また、図２では、コンデンサレンズ１０９が単一のレンズによって構成される場合を図示しているが、コンデンサレンズ１０９は、複数のレンズによって構成されていてもよい。
【００３５】
偏光光学素子の一例としての偏光ビームスプリッタ１１１は、照明光の偏光状態に応じて、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３側から標本Ｓ側へと向かう照明光の透過状態を制御する。具体的には、偏光ビームスプリッタ１１１は、光源１０１側から入射した光束（すなわち、照明光と同じ偏光方向を有している光束）は、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３側へと反射させる。また、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３側から入射した光束について、照明光と同じ偏光方向を有している光束については光源１０１側へと反射させ、照明光と異なる（例えば、照明光と直交する偏光状態となっている）光束については標本Ｓ側へと透過させる。以下で詳述するように、偏光ビームスプリッタ１１１とＬＣＯＳ空間光変調素子１１３とを組み合わせて用いることで、不要な照明光が標本Ｓ側に照射されないようにすることができる。
【００３６】
ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３は、ステージ１１上の標本面において所望の照明光の照射状態（すなわち、照射パターン）が実現されるように、コンデンサレンズ１０９を透過した光束を、２次元的に変調する。本実施形態において、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３は、標本Ｓの標本面と光学的に共役な位置となるように、第１の照明光学系１３Ａの光路上に配置される。
【００３７】
ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３は、シリコン基板上に液晶が配置された構造を有する空間光変調素子であり、シリコン基板上には、公知の半導体技術によって電気アドレス回路が構築されており、最上層にはアルミ等の公知の電極金属が設けられることで、画素が構築されている。このようなＬＣＯＳ空間光変調素子１１３では、液晶の配向を画素毎に制御することで、入射した光の位相を画素単位で独立して制御することが可能となる。上記のような構造を有するＬＣＯＳ空間光変調素子１１３は、開口率が高いために、ステージ１１上に載置された標本Ｓを隙間なく照明することができる。
【００３８】
このようなＬＣＯＳ空間光変調素子１１３は、例えば、ＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）型の液晶（正の屈折率異方性を有する液晶分子）を用いた液晶パネルによって構成されている。具体的には、マトリクス状に配置された複数の画素ごとに、照明光の照射パターンに基づく駆動電圧が印加される一対の基板間に、ＴＮモードの液晶を用いた液晶層が挟まれた構造となっている。
【００３９】
かかるＬＣＯＳ空間光変調素子１１３では、上記のようなＴＮ型の液晶を用いた場合、駆動電圧の無印加時及び印加時で、それぞれ以下のようにして光変調が行われる。
【００４０】
ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３の画素に駆動電圧が印加されないとき（照射パターンに基づく照射が行われる時）を考える。この場合、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３は、ＴＮ型の液晶がツイストして配向することで、画素に入射した光に対して入射面内における位相差を付与し、偏光軸を約９０度回転させたうえで出射する特性を有している。つまり、駆動電圧の無印加時には、入射時における偏光の状態と出射時における偏光の状態が直交するように（例えば、Ｓ偏光で入射した光がＰ偏光で出射するように）、画素に入射した光を反射しつつ、光変調を行うようになっている。
【００４１】
次に、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３に駆動電圧が印加されたとき（照射パターンに基づく照射が行われない時）を考える。この場合、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３は、素子の厚み方向に液晶分子が揃って配向することで、画素に入射した光に対して入射面内における位相差を付与せず、偏光軸を保持したうえで画素に入射した光を出射する特性を有している。つまり、駆動電圧の印加時には、入射時における偏光の状態と出射時における偏光の状態が平行となるように（例えば、Ｓ偏光で入射した光がＳ偏光で出射するように）、画素に入射した光を反射しつつ、光変調を行うようになっている。
【００４２】
このように、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３から出射した照射光の偏光は、駆動電圧の無印加時と印加時とで互いに異なるものとなる。このようなＬＣＯＳ空間光変調素子１１３の偏光特性を、図３に模式的に示したようにＬＣＯＳ空間光変調素子１１３の各画素で所望の状態に制御した上で、偏光ビームスプリッタ１１１における光学特性と組み合わせることで、標本Ｓの所望の位置に照明光が照射され、かつ、照射したくない位置には照明光が確実に到達しないようにできる。すなわち、かかるＬＣＯＳ空間光変調素子１１３と偏光ビームスプリッタ１１１とを組み合わせることで、優れた精度を有する場所特異的な照明が実現される。
【００４３】
なお、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３が備える液晶パネルは、上述したＴＮ型の液晶パネルに限定されるものではなく、他の方式の液晶を用いた液晶パネルが設けられていてもよい。具体的には、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３には、例えば、ＶＡ（ＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）型、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ  Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）型、ＩＰＳ（Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）型、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｅｎｄ）型、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉｄｏｍａｉｎ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）型、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ  Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ａｌｉｇｎｅｄ  Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）型などの方式の液晶を用いた液晶パネルが設けられていてもよい。また、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３には、ネマティック液晶以外のスメクティック液晶（例えば、強誘電性液晶など）を用いた液晶パネルが設けられていてもよい。
【００４４】
ここで、ＬＣＯＳ空間光変調素子以外の空間光変調素子として、デジタル・マイクロミラー・デバイス（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ：ＤＭＤ）を用いることが可能なようにも思われる。しかしながら、ＤＭＤは、その機構上、マイクロミラーが向いている方向を連続的に変化させることで光変調を行う素子であるため、オフ時の光が散乱して迷光になりやすい。一方で、本実施形態で着目する観察対象物は、光応答性の生体材料であるため、かかる生体材料へ照明光が照射されたか否かは、観察精度上、厳密に区別されるべきものである。この際、空間光変調素子としてＤＭＤを用いると、ユーザの意図しない迷光が知らぬ間に光応答性の生体材料に照射されて、意図しない観察精度の低下が生じる可能性がある。そのため、本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０では、空間光変調素子として、上記のようなＬＣＯＳ空間光変調素子を用いている。
【００４５】
ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３で偏光状態が制御され、かつ、偏光ビームスプリッタ１１１を透過した照明光の光束は、第１の照明光学系１３Ａから第２の照明光学系１３Ｂへと導光される。
【００４６】
＜第２の照明光学系１３Ｂ＞
第２の照明光学系１３Ｂは、第１の照明光学系１３Ａからの照明光の光束を、標本Ｓ（より詳細には、標本面）に結像させる光学系である。この第２の照明光学系１３Ｂは、第２の照明用光学部材の一例としてのコンデンサレンズ１１５及び対物レンズ１２１を有している。また、第２の照明光学系１３Ｂは、上記のような光学素子に加えて、バンドパスフィルタ１１７と、ダイクロイックミラー１１９と、を有していることが好ましい。
【００４７】
第１の照明光学系１３Ａからの照明光の光束は、コンデンサレンズ１１５に入射する。コンデンサレンズ１１５は、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３からの照明光の均一な光束を、後述する対物レンズ１２１にカップリングさせる。ここで、本実施形態に係るコンデンサレンズ１１５は、特に限定されるものではなく、公知の各種のコンデンサレンズを用いることが可能である。また、図２では、単一のコンデンサレンズ１１５を用いた場合について図示しているが、コンデンサレンズ１１５は複数のレンズで構成されていてもよい。
【００４８】
コンデンサレンズ１１５を透過した照明光の光束は、バンドパスフィルタ１１７を経てダイクロイックミラー１１９へと入射する。バンドパスフィルタ１１７は、特定の波長帯域の光を反射し、それ以外の波長帯域の光を透過させるものである。照明光の光束がバンドパスフィルタ１１７を透過することで、所望の波長帯域の照明光が標本面に照射され、かつ、意図しない波長帯域の光が標本面に照射されないようにすることができる。かかるバンドパスフィルタ１１７は、特に限定されるものではなく、本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０に設けられる光源１０１から出射される照明光の波長帯域に応じて、適切なものを適宜設置すればよい。
【００４９】
ダイクロイックミラー１１９は、入射した光の半分は透過させ、半分は反射させるミラーである。照明光の光束がダイクロイックミラー１１９へと入射することで、照明光の光束は対物レンズ１２１へとカップリングされる。なお、かかるダイクロイックミラー１１９は特に限定されるものではなく、公知の各種のダイクロイックミラーを用いることが可能である。
【００５０】
対物レンズ１２１は、コンデンサレンズ１１５によりカップリングされた照明光の光束を、標本Ｓの標本面に結像させる。ここで、本実施形態に係る対物レンズ１２１は、特に限定されるものではなく、公知の各種の対物レンズを用いることが可能である。また、図２では、単一の対物レンズ１２１が図示されているが、本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０は、複数の対物レンズ１２１を有していてもよい。
【００５１】
以上説明したような第２の照明光学系１３Ｂにより、照明光の光束は、標本Ｓの標本面に結像する。ここで、本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０において、先だって言及したように、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３と標本面とが光学的に共役の関係となっているため、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３で実現された照明光の照射パターン（図３等に示した照射パターン）が保持されたままで、標本面に照明光が照射されることとなる。
【００５２】
これにより、標本Ｓ中に存在する、光に反応して機能を変化させる生体材料（光応答性の生体材料）は、照明光中に、機能を変化させるために適切な波長帯域の光が存在した場合、かかる波長帯域の光に反応して、機能を変化させる。このような光応答性の生体材料における機能の変化の様子が、以下で詳述する撮像光学系１３Ｃにより撮像素子まで導光され、画像として記録される。
【００５３】
また、標本Ｓ中の光応答性の生体材料が、所定波長の照明光が照射されると発光する発光性のタンパク質を含む場合、又は、所定の発光色素で標識されている場合に、照明光中に機能を変化させるために適切な波長帯域の光と、発光性のタンパク質や発光色素を反応させるために適切な波長帯域の光と、が存在する場合を考える。この場合には、照明光が照射した位置の発光性のタンパク質が発光して蛍光やリン光が放射されたり、標識に用いられた発光色素が励起されて蛍光やリン光が放射されたりするようになる他、光応答性の生体材料は、その機能を変化させる。これにより、観測者は、照明光を照射している光応答性の生体材料を、放射される蛍光やリン光により明確に特定することが可能となる。このような光応答性の生体材料における機能の変化の様子が、以下で詳述する撮像光学系１３Ｃにより撮像素子まで導光され、画像として記録される。
【００５４】
例えば図２に模式的に示したように、光学顕微鏡装置１０に３種類の光源１０１Ａ〜１０１Ｃが存在し、着目する光応答性の生体材料が、例えば図４に模式的に示したように、光源１０１Ａから出射される波長帯域の照明光に反応して、機能を変化させるものとする。光応答性の生体材料自体は、機能の変化に際して発光しないものが多いため、着目している光応答性の生体材料に確実に照明光が照射されているか否かを、ユーザは把握することはできない。また、例えば、光応答性を有する単一の細胞が複数存在するような標本において、各細胞に個別に照明光を照射したい場合等も生じうる。
【００５５】
そこで、例えば図４に示したような、光源１０１Ｂ又は光源１０１Ｃから出射される波長帯域の照明光に反応して発光する発光色素（例えば、蛍光色素）を用いて、光応答性の生体材料を予め標識しておく。これにより、光源１０１Ｂ又は光源１０１Ｃからの照明光により発光色素が発光することで、観測者は、着目している光応答性の生体材料の位置を把握することができ、着目している光応答性の生体材料に確実に照明光を照射することが可能となる。
【００５６】
＜撮像光学系１３Ｃ＞
撮像光学系１３Ｃは、撮像光学部材と撮像素子とを有する、ステージ１１上に載置された標本Ｓの標本面を撮像するための光学系である。かかる撮像光学系１３Ｃは、撮像光学部材の一例としての対物レンズ１２１及び結像レンズ１２５と、撮像素子１２７と、を有している。また、かかる撮像光学系１３Ｃは、更に、ダイクロイックミラー１１９と、バンドパスフィルタ１２３とを有していることが好ましい。
【００５７】
標本面からの光束は、第２の照明光学系１３Ｂとしても機能する対物レンズ１２１により集光されて、第２の照明光学系１３Ｂとしても機能するダイクロイックミラー１１９を透過する。その後、標本面からの光束は、バンドパスフィルタ１２３に入射する。
【００５８】
バンドパスフィルタ１２３は、特定の波長帯域の光を反射し、それ以外の波長帯域の光を透過させるものである。標本面からの光束がバンドパスフィルタ１２３を透過することで、所望の波長帯域の光束のみが撮像素子１２７に結像するようにすることができる。かかるバンドパスフィルタ１２３は、特に限定されるものではなく、本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０に設けられる光源１０１から出射される照明光の波長帯域、及び、標本Ｓから生じうる発光の波長帯域に応じて、適切なものを適宜設置すればよい。
【００５９】
バンドパスフィルタ１２３を透過した標本面からの光束は、結像レンズ１２５へと入射する。結像レンズ１２５は、対物レンズ１２１により集光された標本面からの光束を、撮像素子１２７に結像させるものである。本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０において、かかる結像レンズ１２５は、任意の構成のものを用いることが可能である。
【００６０】
前述の通り、第２の照明光学系１３Ｂと撮像光学系１３Ｃとは、対物レンズ１２１を共有していることから、その倍率比は、コンデンサレンズ１１５の焦点距離と結像レンズ１２５の焦点距離との比等で決めることができる。そのためには、例えば、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３と撮像素子１２７の画素サイズ、又は、画素サイズ×画素数で決まるＬＣＯＳ空間光変調素子１１３と撮像素子１２７のデバイスサイズを基準とする。
【００６１】
例えば、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３と撮像素子１２７の画素サイズがそれぞれ、６μｍ、３μｍであり、標本面上に投影される画素サイズを統一したい場合（＝１：１）には、コンデンサレンズ１１５の焦点距離と結像レンズ１２５の焦点距離との比を、２：１とすればよい。また、標本面上に投影される画素サイズを４：１にしたい場合には、コンデンサレンズ１１５の焦点距離と結像レンズ１２５の焦点距離との比を１：２にすればよい。更に、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３と撮像素子１２７の画素サイズがそれぞれ、６μｍ、３μｍであり、画素数がそれぞれ、２０００×１０００、４０００×２０００であり、かつ、標本面上に投影されるデバイスサイズを統一したい場合には、コンデンサレンズ１１５の焦点距離と結像レンズ１２５の焦点距離との比を、１：１にすればよい。
【００６２】
撮像素子１２７は、標本面からの光束による像を撮像して、撮像画像を生成する。かかる撮像素子１２７としては、特に限定されるものではなく、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等といった、公知の撮像素子を適宜用いることが可能である。
【００６３】
撮像素子１２７として、モノクロ撮像用の撮像素子を用いることも可能であるが、３チャンネル以上のチャンネル構成を有するカラー撮像用の撮像素子（例えば、Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅの３チャンネル構成の撮像素子や、Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅ、Ｉｎｆｒａｒｅｄの４チャンネル構成の撮像素子等）を用いることが好ましい。カラー撮像用の撮像素子を用いて、発光性のタンパク質や発光色素を含む光応答性の生体材料の像を撮像することで、例えば図４に模式的に示したように、光応答性の生体材料の像をある１つのチャンネル（例えば、Ｂ画素）で画像化し、発光色素からの発光の像をある１つのチャンネル（例えば、Ｒ画素）で画像化する等といったことが可能となる。すなわち、複数の波長帯域の像を、１つのカラー撮像用の撮像素子で画像化することが可能となる。
【００６４】
以上、本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０の構成について、図２〜図４を参照しながら詳細に説明した。
【００６５】
＜変形例＞
続いて、図５〜図１０を参照しながら、本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０の変形例について説明する。以下では、図２に示した光学顕微鏡装置１０との相違点を主に説明するものとし、図２に示した光学顕微鏡装置１０と同様の構成を有するものについては、詳細な説明は省略する。
【００６６】
［偏光補償素子１３１］
図５は、本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０の第１の変形例である。第１の変形例に係る光学顕微鏡装置１０は、図２に示した本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０の構成に加えて、偏光ビームスプリッタ１１１とＬＣＯＳ空間光変調素子１１３との間の光路上に、偏光補償素子１３１を有している。
【００６７】
偏光補償素子１３１は、入射した光に対して位相差を付与して、入射した光の偏光状態を変化させる素子である。具体的には、偏光補償素子１３１は、まず、光軸に沿って互いに対向する第１面（偏光ビームスプリッタ１１１側の光通過面）及び第２面（ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３側の光通過面）を有している。そして、かかる偏光補償素子１３１は、偏光ビームスプリッタ１１１（第１面）側からの光入射時と、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３（第２面）側からの光入射時とで、互いに逆極性（逆方向）、かつ、略同等の絶対値からなる位相差を付与するようになっている。つまり、偏光補償素子１３１は、光の入射方向に依存しない位相差特性（位相差の対称性）を有している。これにより、偏光補償素子１３１において偏光ビームスプリッタ１１１側からの光入射時に付与される位相差と、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３における光変調時に生ずる位相差と、偏光補償素子１３１においてＬＣＯＳ空間光変調素子１１３側からの光入射時に付与される位相差と、の総和によって、照明光を照射していないときの標本面への漏れ光を低減させることが可能となる。その結果、より精度の高い照明光の照射が可能となるとともに、撮像素子１２７におけるバックグラウンドの持ち上がりが抑制されて、より優れた撮像画像を得ることができる。
【００６８】
なお、本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０では、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３と標本面との間に偏光ビームスプリッタ１１１が設けられていることで、照明光を照射していないときの標本面への漏れ光は生じないようにも思われる。しかしながら、本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０では、所定の偏光方向を有している照明光を、コンデンサレンズ１０９により集光しているため、偏光ビームスプリッタ１１１に対して斜入射する偏光成分が生じうる。このような斜入射した偏光成分が原因となって、照明光を照射していないときの標本面への漏れ光が生じうる。
【００６９】
上記のような偏光補償素子１３１を設けることで、より精度の高い場所特異的な照明を実現することが可能となる。
【００７０】
［スペックル除去素子１３３］
図６は、本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０の第２の変形例である。第２の変形例に係る光学顕微鏡装置１０は、図２に示した本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０の構成に加えて、インテグレータ１０７に対してスペックル除去素子１３３が設けられている。
【００７１】
本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０では、光源１０１として可干渉性を有する光を出射することが可能な光源を用いることが好ましいことから、照明光の照射面においてスペックルが発生する可能性がある。そこで、スペックル除去素子１３３を設けてインテグレータ１０７を振動させることで、上記のようなスペックルの発生を抑制することが可能となる。
【００７２】
上記のようなスペックル除去素子１３３は、第１の照明光学系１３Ａのアライメントを崩さない程度にインテグレータ１０７を振動させることが可能なものであれば、任意の公知の部材を用いることが可能であり、例えばピエゾ素子等の各種の圧電素子を用いることが可能である。
【００７３】
上記のようなスペックル除去素子１３３を設けることで、特に微小領域を照明するような場合に、光量の均一性を更に向上させることが可能となる。
【００７４】
［偏光補償素子１３１とスペックル除去素子１３３の併用］
図７は、本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０の第３の変形例である。第３の変形例に係る光学顕微鏡装置１０は、図２に示した本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０の構成に加えて、偏光補償素子１３１とスペックル除去素子１３３の双方が設けられている。上記のような偏光補償素子１３１とスペックル除去素子１３３の双方を設けることで、光量の均一性が更に向上した、より精度の高い場所特異的な照明を実現することができる。
【００７５】
［第３の照明光学系１３Ｄ］
図８は、本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０の第４の変形例である。第４の変形例に係る光学顕微鏡装置１０は、図２に示した本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０の構成に加えて、透過照明光学系として機能する第３の照明光学系１３Ｄが設けられている。図２に示した光学顕微鏡装置１０の構成では、観察対象物を観察した場合に蛍光画像等が得られるが、透過照明光学系として機能する第３の照明光学系１３Ｄを更に設けることで、例えば図９に示したような観察対象物の明視野画像を得たり、観察対象物の位相差画像を得たりすることが可能となる。観察対象物の明視野画像等が得られることで、ユーザは、照明光を照射したい生体材料を、より容易に選別することが可能となる。
【００７６】
なお、図８では、図２に示した本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０の構成に対し、第３の照明光学系１３Ｄが設けられている場合を図示しているが、図８に示した構成例に対して、更に、偏光補償素子１３１又はスペックル除去素子１３３の少なくとも何れか一方を設けてもよいことは、言うまでもない。
【００７７】
かかる第３の照明光学系１３Ｄは、標本Ｓの標本面を、第１及び第２の照明光学系１３Ａ，１３Ｂとは逆側から均一に照明するものである。第３の照明光学系１３Ｄは、図８に模式的に示したように、第２の光源１４１と、第３の照明光学部材の一例としての光源レンズ１４３、視野絞り１４５、リレーレンズ１４７、開口絞り１４９及びコンデンサレンズ１５１と、を有している。
【００７８】
第２の光源１４１は、特に限定されるものではなく、公知の任意の光源を用いることが可能である。ただし、本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０が着目する観察対象物は、光応答性の生体材料であるため、かかる生体材料が反応しない波長帯域の光（換言すれば、図４に示したような光応答性の生体材料の吸収スペクトルに重畳しない波長帯域の光）を照射可能な光源を用いることが重要である。このような光源として、ハロゲンランプや白色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等といった広波長帯域の光源を用いてもよいし、各種のレーザ光源等のような狭波長帯域の光源を用いてもよい。ただし、広波長帯域の光源を用いる場合には、上記のような理由から、光応答性の生体材料の吸収スペクトルと重畳する波長帯域の光を除くための光学フィルタ類を、第２の光源１４１と、標本面との間の光路上に設けることが重要である。
【００７９】
第２の光源１４１から出射した第２の照明光は、光源レンズ１４３に入射する。光源レンズ１４３は、第２の照明光の光束を略平行光とするものであり、略平行光となった第２の照明光は、視野絞り１４５へと入射する。かかる光源レンズ１４３は、光束をコリメートすることが可能なように、各種の光学レンズを適宜単独又は組み合わせて用いることで、実現することが可能である。
【００８０】
視野絞り１４５は、第２の照明光の光束による標本面の照明範囲を調整するためのものであり、標本面と光学的に共役な位置に設けられる。第２の照明光の光束は、かかる視野絞り１４５によって照射範囲が調整された後、リレーレンズ１４７へと入射する。かかる視野絞り１４５については、特に限定されるものではなく、公知の各種の絞りを適宜用いることが可能である。
【００８１】
リレーレンズ１４７は、略平行光となった第２の照明光を収束させるためのレンズであり、開口絞り１４９は、標本面へと到達する第２の照明光の明るさを調整するための絞りである。リレーレンズ１４７によって収束した後、発散していく第２の照明光は、開口絞り１４９によって明るさが調整された後、コンデンサレンズ１５１へと入射する。なお、リレーレンズ１４７及び開口絞り１４９については、特に限定されるものではなく、公知の各種の光学部材を適宜用いることが可能である。
【００８２】
コンデンサレンズ１５１は、リレーレンズ１４７によって収束した後発散する第２の照明光の光束を、再び略平行光とするレンズである。かかるコンデンサレンズ１５１は、特に限定されるものではなく、公知の各種のコンデンサレンズを用いることが可能である。コンデンサレンズ１５１により略平行光となった第２の照明光は、標本面の一部に照射されて、標本面の一部を照明する。
【００８３】
以上説明したように、図８に示した第３の照明光学系１３Ｄは、いわゆるケーラー照明光学系を構築するものであり、標本Ｓの一部を均一照明して、明視野画像や位相差画像等を実現する。
【００８４】
［第１及び第２の照明光学系１３Ａ，１３Ｂを透過照明側に配置］
図１０は、本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０の第５の変形例である。第５の変形例に係る光学顕微鏡装置１０は、図２に示した本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０の第１の照明光学系１３Ａを、透過照明側に配置し、かつ、透過照明とした第１の照明光の光束を適切に標本面に導光するために、第２の照明光学系１３Ｂを再構成したものとなっている。また、第１及び第２の照明光学系１３Ａ、１３Ｂを透過照明側に配置した結果、図２に示した光学顕微鏡装置１０と比較して、撮像光学系１３Ｃも簡略化されたものとなっている。
【００８５】
第１及び第２の照明光学系１３Ａ、１３Ｂを透過照明側に配置することで、場所特異的に照射している照明光の位置を実際に撮像することが可能となり、照射位置の確からしさを確認することが可能となる。これにより、標本の観察画像をはじめとする各種の情報を、図１０に図示しない双眼顕微光学系等を通じてユーザに提示することができる。その結果、例えば、まず特定視野を接眼レンズを覗いて探すような場合に、ユーザは、いちいち接眼レンズから眼を離して標本の情報や顕微鏡の状態等を確認しなくともよくなり、作業性を向上させることができる。なお、標本の状態の一例として、病理スライドにおける患者情報等を挙げることが可能であり、顕微鏡の状態の一例として、対物レンズの倍率や観察位置（ＸＹ位置）等を挙げることが可能である。
【００８６】
本変形例では、図１０に模式的に示したように、図２に示した第１の照明光学系１３Ａが、そのまま透過照明側に設けられている。ただし、第１の照明光学系１３Ａの配置に際して、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３が、標本Ｓの標本面と光学的に共役な位置となるように、第１の照明光学系１３Ａを配置することが重要である。ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３と標本面とが光学的に共役の関係となることで、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３で実現された照明光の照射パターンが保持されたままで、標本面に照明光を照射することが可能となる。ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３により偏光状態を制御され、偏光ビームスプリッタ１１１を透過した照明光の光束は、第２の照明光学系１３Ｂへと導光される。
【００８７】
なお、図１０では、図２に示した本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０における第１の照明光学系１３Ａの構成を図示しているが、図１０に示した構成例に対して、更に、偏光補償素子１３１又はスペックル除去素子１３３の少なくとも何れか一方を設けてもよいことは、言うまでもない。
【００８８】
また、本変形例では、光応答性の生体材料の機能を変化させるための波長帯域の照明光以外の光（例えば、図４に示したような吸収スペクトルを示す光応答性の生体材料の場合、光源１０１Ｂ及び／又は光源１０１Ｃの光）を用いて、明視野画像や位相差画像を得ることができる。
【００８９】
本変形例に係る第２の照明光学系１３Ｂは、第２の照明用光学部材の一例としてのリレーレンズ１６１、開口絞り１６３及びコンデンサレンズ１６５を有している。
【００９０】
リレーレンズ１６１は、第１の照明光学系１３Ａからの照明光を略平行光とするためのレンズであり、開口絞り１６３は、標本面へと到達する照明光の明るさを調整するための絞りである。リレーレンズ１６１によってコリメートされた照明光は、開口絞り１６３によって明るさが調整された後、コンデンサレンズ１６５へと入射する。なお、リレーレンズ１６１及び開口絞り１６３については、特に限定されるものではなく、公知の各種の光学部材を適宜用いることが可能である。
【００９１】
コンデンサレンズ１６５は、リレーレンズ１６１によって略平行光となった照明光の光束を、標本面に収束させるためのレンズである。かかるコンデンサレンズ１６５は、特に限定されるものではなく、公知の各種のコンデンサレンズを用いることが可能である。コンデンサレンズ１６５により収束された照明光は、標本面の一部に照射されて、標本面の一部を照明する。
【００９２】
以上説明したように、図１０に示した第１及び第２の照明光学系１３Ａ、１３Ｂは、いわゆるクリティカル照明光学系を構築するものであり、標本Ｓの一部を均一照明する。
【００９３】
また、本変形例に係る撮像光学系１３Ｃは、対物レンズ１２１と、結像レンズ１２５と、撮像素子１２７と、を有している。これらの構成については、図２に示したものとほぼ同様の機能を有し、ほぼ同様の効果を奏するものであることから、詳細な説明は省略する。
【００９４】
以上、図５〜図１０を参照しながら、本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０の変形例について説明した。
【００９５】
（演算処理装置について）
次に、図１１〜図１３を参照しながら、本実施形態に係る光学顕微鏡システムが有する演算処理装置について、詳細に説明する。
図１１は、本実施形態に係る演算処理装置の構成の一例を模式的に示したブロック図であり、図１２は、本実施形態に係る演算処理装置について説明するための説明図である。図１３は、本実施形態に係る演算処理装置のハードウェア構成の一例を示したブロック図である。
【００９６】
＜演算処理装置２０の構成について＞
本実施形態に係る演算処理装置２０は、以上説明したような光学顕微鏡装置１０に対して、所定の接続端子により直接接続されていてもよく、有線又は無線で、イントラネットやインターネット等の各種のネットワークを介して、光学顕微鏡装置１０と接続されていてもよい。
【００９７】
かかる演算処理装置２０は、先だって言及したように、光学顕微鏡装置１０に対して所定の制御信号を送信して、光学顕微鏡装置１０の動作状態を統括的に制御する。また、演算処理装置２０は、光学顕微鏡装置１０から出力された標本の撮像画像のデータに対して画像処理を実施し、得られた画像処理結果を、光学顕微鏡システム１のユーザに提供する。更に、演算処理装置２０は、得られた画像処理結果を用いて、光学顕微鏡装置１０の動作状態を制御することも可能である。
【００９８】
かかる機能を有する演算処理装置２０は、図１１に模式的に示したように、顕微鏡制御部２０１と、画像データ取得部２０３と、画像処理部２０５と、表示制御部２０７と、記憶部２０９と、を主に備える。
【００９９】
顕微鏡制御部２０１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、入力装置、出力装置、通信装置等により実現される。顕微鏡制御部２０１は、光学顕微鏡装置１０の動作状態を統括的に制御する制御部である。顕微鏡制御部２０１は、ユーザが実施したユーザ操作や、後述する画像処理部２０５における画像処理結果等に基づいて所定の制御信号を光学顕微鏡装置１０に出力することで、光学顕微鏡装置１０の動作状態を制御する。
【０１００】
具体的には、顕微鏡制御部２０１は、ユーザが実施したユーザ操作や、後述する画像処理部２０５における画像処理結果等に基づいて、光源１０１のオン／オフ状態や、光源１０１からの照明光の照射タイミング、照射光量、照射時間等を制御することが可能である。また、光学顕微鏡装置１０に複数の光源１０１が存在する場合に、上記のような各光源１０１のオン／オフ状態等を制御したり、各光源１０１の照射タイミングの切り替えを制御したり、各光源１０１からの照明光の照射時間を制御したりすることができる。
【０１０１】
これにより、例えば、所定波長の照明光が照射されると発光する発光性のタンパク質を更に含む、光に反応して機能を変化させる生体材料、又は、所定の発光色素で標識された生体材料等を観察対象とする場合に、生体材料の光応答を生じさせるための照明光の照射時間及び照射強度と、発光性のタンパク質や発光色素を発光させるための照明光の照射時間及び照射強度と、をタイミング良く切り替えることが可能となる。その結果、生体材料の光応答を生じさせるために、特定の波長を有する照明光を、照射強度を弱くして短い時間照射したり、発光性のタンパク質や発光色素を発光させるために、特定の波長を有する照明光を、照射強度を強くして長い時間照射したりすることができ、生体材料のより精度の良い観察が可能となる。
【０１０２】
また、顕微鏡制御部２０１は、ユーザが実施したユーザ操作や、後述する画像処理部２０５における画像処理結果等に基づいて、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３における各画素のオン／オフ状態を制御して場所特異的な照明を実現することが可能であり、また、時間変化に伴って各画素のオン／オフ状態を制御することで照明光が照射される位置を変化させる、場所特異的かつ時間特異的な照明を実現することも可能である。これにより、顕微鏡制御部２０１は、照明光の標本への照射状態を、生体材料に追随させることが可能となる。
【０１０３】
更に、顕微鏡制御部２０１は、ユーザが実施したユーザ操作や、後述する画像処理部２０５における画像処理結果等に基づいて、撮像素子１２７における撮像位置（換言すれば、ＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ  Ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）の設定）、撮像タイミング、露光時間等を制御することも可能である。また、顕微鏡制御部２０１は、光学顕微鏡装置１０のステージ１１や対物レンズ１２１の動作状態を制御する機能を有していてもよい。
【０１０４】
画像データ取得部２０３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。画像データ取得部２０３は、光学顕微鏡装置１０が生成した標本Ｓの標本面に関する画像データを光学顕微鏡装置１０から取得して、後述する画像処理部２０５へと出力する。また、画像データ取得部２０３は、取得した画像データに、当該画像データを取得した日時等に関する時刻データを関連付けて、履歴情報として記憶部２０９等に格納してもよい。
【０１０５】
画像処理部２０５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。画像処理部２０５は、画像データ取得部２０３から伝送された標本面の画像データに対して、各種の画像処理を施したり、かかる画像データを解析することで、標本に関する各種の情報を取得したりすることができる。
【０１０６】
例えば、画像処理部２０５は、取得した複数の画像データを用いて積算処理を行い、より明るい画像データや、ダイナミックレンジの広い（Ｈｉｇｈ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｇｅ）画像を生成することが可能である。
【０１０７】
また、画像処理部２０５は、取得した画像データを公知の画像認識処理等を用いて解析することで、照射光が照射されている位置を特定したり、生体材料中の細胞の位置を特定したり、核などの細胞内の特定部位等を特定したりすることが可能である。また、このような画像解析処理を用いることで、標本中の特定の部位の時間的な変化を特定したり評価したりすることも可能となる。
【０１０８】
また、先だって説明したように、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３における画素と、撮像素子１２７における画素とは、特定の関係が成立している。そこで、画像処理部２０５は、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３における各画素のオン／オフ制御の状態から、撮像素子１２７（ひいては、生成される撮像画像）における照明光の照射位置を推定することも可能である。
【０１０９】
画像処理部２０５は、上記のような画像処理結果や画像解析結果を、顕微鏡制御部２０１へと出力することができる。顕微鏡制御部２０１は、このような画像処理結果や画像解析結果に基づいて、光学顕微鏡装置１０の動作状態を制御することができる。これにより、標本中の着目する部位の時間変化に光学顕微鏡装置１０の動作を追随させて、経時的な観察を可能することができる。
【０１１０】
また、画像処理部２０５は、上記のような画像処理結果や画像解析結果を、演算処理装置２０の外部に設けられた各種のサーバ等を含むコンピュータに出力することも可能であるし、紙などの媒体に印刷することも可能であるし、各種の記録媒体にデータを保存することも可能である。更に、画像処理部２０５は、上記のような画像処理結果や画像解析結果を、後述する表示制御部２０７を介して、演算処理装置２０に設けられたディスプレイ等の画像表示装置や、演算処理装置２０の外部に設けられたディスプレイ等の画像表示装置に表示させることも可能である。
【０１１１】
以上説明したような、顕微鏡制御部２０１及び画像処理部２０５における具体的な動作例については、以下で改めて説明する。
【０１１２】
表示制御部２０７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、出力装置、通信装置等により実現される。表示制御部２０７は、画像処理部２０５により画像処理された標本の画像や、かかる画像に関連する各種の情報を、演算処理装置２０が備えるディスプレイ等の出力装置や演算処理装置２０の外部に設けられた出力装置等に表示する際の表示制御を行う。これにより、光学顕微鏡システム１のユーザは、観察している生体材料に関する様々な情報を、その場で把握することが可能となる。
【０１１３】
記憶部２０９は、例えば本実施形態に係る演算処理装置２０が備えるＲＡＭやストレージ装置等により実現される。記憶部２０９には、顕微鏡制御部２０１や画像処理部２０５が各種の処理を実施する際に利用する各種のデータベースやソフトウェアプログラム等が格納されている。また、記憶部２０９には、顕微鏡制御部２０１が実施する光学顕微鏡装置１０の制御処理や画像処理部２０５が実施する各種の画像処理等における各種の設定情報や、本実施形態に係る演算処理装置２０が何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等が、適宜記録される。この記憶部２０９は、顕微鏡制御部２０１、画像データ取得部２０３、画像処理部２０５、表示制御部２０７等が、自由にデータのリード／ライト処理を行うことが可能である。
【０１１４】
以上、図１１を参照しながら、本実施形態に係る演算処理装置２０の全体構成について、詳細に説明した。
【０１１５】
＜顕微鏡制御部２０１、画像処理部２０５が実施する処理の具体例＞
以下では、本実施形態に係る顕微鏡制御部２０１や画像処理部２０５が実施する処理の一例について、具体的に説明する。本実施形態に係る光学顕微鏡システム１では、演算処理装置２０の顕微鏡制御部２０１と画像処理部２０５とが協働することで、光学顕微鏡装置１０において様々な動作状態を実現することが可能となる。
【０１１６】
［具体例−１］
例えば、所定波長の照明光が照射されると発光する発光性のタンパク質を更に含む、光に反応して機能を変化させる生体材料、又は、所定の発光色素で標識された生体材料等を観察対象とする場合を考える。この際、顕微鏡制御部２０１は、第１の照明光学系１３Ａにおいて、上記のような標本の発光状態に応じてＬＣＯＳ空間光変調素子１１３により照明光の照射パターンが制御されるように、第１の照明光学系１３Ａを制御することができる。すなわち、顕微鏡制御部２０１は、発光性のタンパク質又は発光色素を発光させる波長帯域の照明光を照射する光源１０１を制御するとともに、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３の状態を制御して、照明範囲の全体に上記のような照明光を照射して、発光性のタンパク質又は発光色素を発光させ、かかる発光状態を撮像した撮像画像を生成させる。得られた撮像画像を参考にすることで、光応答性の生体材料に対応した照明光を、場所特異的に照射することが可能となる。
【０１１７】
例えば、発光状態を撮像した撮像画像そのもの、又は、画像処理部２０５が画像処理することで、生体材料が存在しうる候補地を示した情報を、ユーザ自身が確認し、所定のユーザ操作を行うことで、光応答性の生体材料を反応させるための照明光の照射位置を、顕微鏡制御部２０１に指定することが可能となる。また、画像処理部２０５が発光状態を撮像した撮像画像を公知の画像解析処理により解析して、顕微鏡制御部２０１が、光応答性の生体材料を反応させるための照明光の照射位置を、自動で設定することも可能である。
【０１１８】
更に、顕微鏡制御部２０１と画像処理部２０５とが協働することで、発光性のタンパク質又は発光色素を発光させるための照明光の照射と、光応答性の生体材料を反応させるための場所特異的な照明光の照射とを、交互に繰り返しながら、特定の観察対象のみを追随して、照明光を照射し続けることも可能である。この場合、顕微鏡制御部２０１は、場所特異的な照明光を生体材料に追随させるように、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３を制御することとなる。このような追随制御は、例えば線虫やがん細胞のような動き回る標本や、ターゲットが移動したり増加したりするような細胞増殖過程を観察する際に、特に有効な制御である。
【０１１９】
［具体例−２］
また、光学顕微鏡装置１０が、図８又は図１０に示したような、明視野画像又は位相差画像を取得可能な光学系を有している場合を考える。この際、顕微鏡制御部２０１は、得られた明視野画像又は位相差画像（すなわち、標本像）に応じて、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３により照明光の照射パターンが制御されるように、第１の照明光学系１３Ａを制御することができる。具体的には、演算処理装置２０は、図９に示したような得られた明視野画像、又は、位相差画像をユーザに提示して、例えば図９中にＲＯＩ１、ＲＯＩ２等と示したように、手動で実際に照明光を照射する位置を選別させ、顕微鏡制御部２０１は、ユーザの選別結果を用いて、光学顕微鏡装置１０の制御を行うことが可能である。また、画像処理部２０５が明視野画像又は位相差画像を公知の画像解析処理により解析して、顕微鏡制御部２０１が、光応答性の生体材料を反応させるための照明光の照射位置を、自動で設定することも可能であり、自動で順に照明光を照射させていくことも可能である。
【０１２０】
更に、顕微鏡制御部２０１と画像処理部２０５とが協働することで、明視野画像又は位相差画像を得るための照明光の照射と、光応答性の生体材料を反応させるための場所特異的な照明光の照射とを、交互に繰り返しながら、特定の観察対象のみを追随して、照明光を照射し続けることも可能である。この場合、顕微鏡制御部２０１は、場所特異的な照明光を生体材料に追随させるように、ＬＣＯＳ空間光変調素子１１３を制御することとなる。このような追随制御は、例えば線虫やがん細胞のような動き回る標本や、ターゲットが移動したり増加したりするような細胞増殖過程を観察する際に、特に有効な制御である。
【０１２１】
また、図１０に示したような光学系が実現されている場合、場所特異的に照射している照明光の位置を実際に画像化することが可能であり、その照射位置の確からしさを確認することができる。この際、画像処理部２０５は、表示制御部２０７と連携しながら、文字や図形等を用いた各種の情報を、標本の撮像画像に重畳させることも可能である。これにより、例えば図１２に模式的に示したように、標本中の光刺激を与えた領域を強調して表示したり、標本に関する情報や光学顕微鏡装置の状態を重畳させたり、特異的な細胞や組織に該当する部位を、強調して表示したりすることが可能となる。このような画像を、ユーザに対して直接提示することで、まず特定視野を接眼レンズを覗いて探すような場合に、いちいち接眼レンズから眼を離して標本の情報や光学顕微鏡装置の状態を確認しなくともよくなり、ユーザの作業性を更に向上させることが可能となったり、演算処理装置２０から補助的な情報を得ることが可能となったりする。例えば、病理診断を実施する場合に、病理スライドを顕微鏡で覗きながら、撮像光学系により取り込まれた画像を、ＡＩ等を用いて補助診断を行い、がん細胞と考えられる箇所（特異的な細胞や組織に該当する部位）を強調して表示させることで、演算処理装置２０は、病理診断を支援することも可能となる。
【０１２２】
［具体例−３］
以上説明したように、光応答性の生体材料に対して、場所特異的に照明光を照射した結果、どのような変化があったかを観察することも重要である。例えば、特定の神経細胞に光を照射した場合にどの筋肉が動作するかといったインタラクションを観察したり、特定の心筋細胞に一定間隔で光を照射した場合に拍動のリズムがどう変化するかを観察したり、特定の細胞に光を照射した際にイオンの流れがどう変化するかを観察したり、といった場合がある。上記のような観察は、顕微鏡制御部２０１と画像処理部２０５とが協働し、明視野画像又は位相差画像を取得しながら、得られたこれらの画像を画像解析することによって、可能となる。また、発光性タンパク質を反応させない光源波長を用いた発光イメージングも、上記のような観察に有効である。例えば、顕微鏡制御部２０１及び画像処理部２０５は、場所特異的な光照射をした後又は光照射を実施しながら、位相差画像を取得し、筋肉細胞の動きを解析することで、細胞のインタラクションを特定したり、拍動の変化を定量的に特定したりすることが可能となる。
【０１２３】
以上、本実施形態に係る顕微鏡制御部２０１や画像処理部２０５が実施する処理の一例について、具体的に説明した。
【０１２４】
以上、本実施形態に係る演算処理装置２０の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【０１２５】
なお、上述のような本実施形態に係る演算処理装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【０１２６】
＜演算処理装置のハードウェア構成について＞
次に、図１３を参照しながら、本開示の実施形態に係る演算処理装置２０のハードウェア構成について、詳細に説明する。図１３は、本開示の実施形態に係る演算処理装置２０のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
【０１２７】
演算処理装置２０は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、演算処理装置２０は、更に、ホストバス９０７と、ブリッジ９０９と、外部バス９１１と、インターフェース９１３と、入力装置９１５と、出力装置９１７と、ストレージ装置９１９と、ドライブ９２１と、接続ポート９２３と、通信装置９２５とを備える。
【０１２８】
ＣＰＵ９０１は、演算処理装置及び制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１９、又はリムーバブル記録媒体９２７に記録された各種プログラムに従って、演算処理装置２０内の動作全般又はその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるホストバス９０７により相互に接続されている。
【０１２９】
ホストバス９０７は、ブリッジ９０９を介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バス９１１に接続されている。
【０１３０】
入力装置９１５は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチ及びレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９１５は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、演算処理装置２０の操作に対応した携帯電話やＰＤＡ等の外部接続機器９２９であってもよい。さらに、入力装置９１５は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。ユーザは、この入力装置９１５を操作することにより、演算処理装置２０に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【０１３１】
出力装置９１７は、取得した情報をユーザに対して視覚的又は聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置及びランプなどの表示装置や、スピーカ及びヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１７は、例えば、演算処理装置２０が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、演算処理装置２０が行った各種処理により得られた結果を、テキスト又はイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
【０１３２】
ストレージ装置９１９は、演算処理装置２０の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１９は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、又は光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１９は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、及び外部から取得した各種データなどを格納する。
【０１３３】
ドライブ９２１は、記録媒体用リーダライタであり、演算処理装置２０に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９２１は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２７に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９２１は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２７に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２７は、例えば、ＤＶＤメディア、ＨＤ−ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）メディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２７は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、又は、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ  ｍｅｍｏｒｙ  ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２７は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  ｃａｒｄ）又は電子機器等であってもよい。
【０１３４】
接続ポート９２３は、機器を演算処理装置２０に直接接続するためのポートである。接続ポート９２３の一例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート等がある。接続ポート９２３の別の例として、ＲＳ−２３２Ｃポート、光オーディオ端子、ＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート等がある。この接続ポート９２３に外部接続機器９２９を接続することで、演算処理装置２０は、外部接続機器９２９から直接各種データを取得したり、外部接続機器９２９に各種データを提供したりする。
【０１３５】
通信装置９２５は、例えば、通信網９３１に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９２５は、例えば、有線又は無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又はＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９２５は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｌｉｎｅ）用のルータ、又は、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９２５は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９２５に接続される通信網９３１は、有線又は無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信又は衛星通信等であってもよい。
【０１３６】
以上、本開示の実施形態に係る演算処理装置２０の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。
【０１３７】
以上、本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０と演算処理装置２０とを有する光学顕微鏡システム１について、図１〜図１３を参照しながら詳細に説明した。
【０１３８】
なお、以上説明したような光学顕微鏡装置１０と演算処理装置２０とを有する光学顕微鏡システム１は、手術用のプロジェクタを含む各種のプロジェクタに対しても適用することが可能である。
【０１３９】
（標本の観察方法について）
以下では、以上説明したような、本実施形態に係る光学顕微鏡装置１０を用いた標本の観察方法の流れの一例について、簡単に説明する。
【０１４０】
本実施形態に係る標本の観察方法は、（ａ）光応答性の生体材料を含む標本を照明する所定の偏光方向を有する照明光を出射する光源から当該照明光を出射させて、第１の照明用光学部材を介して、照明光をＬＣＯＳ空間光変調素子に均一に照射させることと、（ｂ）ＬＣＯＳ空間光変調素子により偏光状態が制御された照明光について、偏光光学素子により、照明光の偏光状態に応じてＬＣＯＳ空間光変調素子側から標本側へと向かう照明光の透過状態を制御することと、（ｃ）第２の照明用光学部材により、偏光光学素子からの照明光の光束を標本面に結像させることと、（ｄ）撮像光学部材及び撮像素子を有する撮像光学系により、標本面を撮像することと、を含む。
【０１４１】
このような流れで標本を観察することで、光応答性の生体材料を含む標本であっても、より精度の高い照明を用いて観察することが可能となる。
【０１４２】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１４３】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【０１４４】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
光に反応して機能を変化させる生体材料を含む標本を照明するための照明光を出射する光源と、前記照明光の偏光状態を制御するＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）空間光変調素子と、前記ＬＣＯＳ空間光変調素子を均一照明する第１の照明用光学部材と、前記照明光の偏光状態に応じて前記ＬＣＯＳ空間光変調素子側から前記標本側へと向かう前記照明光の透過状態を制御する偏光光学素子と、を有する第１の照明光学系と、
前記第１の照明光学系からの光束を標本面に結像させる第２の照明用光学部材を有する第２の照明光学系と、
撮像光学部材と撮像素子とを有し、前記標本面を撮像するための撮像光学系と、
を備える、光学顕微鏡装置。
（２）
前記第１の照明光学系は、偏光補償素子を更に備える、（１）に記載の光学顕微鏡装置。
（３）
前記第１の照明光学系は、スペックル除去素子を更に備える、（１）又は（２）に記載の光学顕微鏡装置。
（４）
前記第１の照明光学系及び前記第２の照明光学系は、前記標本面に対し、前記照明光を場所特異的に照射する、（１）〜（３）の何れか１つに記載の光学顕微鏡装置。
（５）
前記第１の照明光学系及び前記第２の照明光学系は、前記標本面に対し、前記照明光を時間特異的に照射する、（１）〜（４）の何れか１つに記載の光学顕微鏡装置。
（６）
前記標本は、所定波長の照明光が照射されると発光する発光性のタンパク質を含む前記生体材料、又は、所定の発光色素で標識された前記生体材料を含む、（１）〜（５）の何れか１つに記載の光学顕微鏡装置。
（７）
前記第１の照明光学系は、複数の前記光源を有しており、
前記複数の光源の少なくとも何れかから照射された前記照明光により、前記発光性のタンパク質が発光するか、又は、前記発光色素が励起されることで発光する、（６）に記載の光学顕微鏡装置。
（８）
前記第１の照明光学系では、前記標本の発光状態に応じて前記ＬＣＯＳ空間光変調素子により前記照明光の照射パターンが制御される、（６）又は（７）に記載の光学顕微鏡装置。
（９）
前記標本面に対して第２の照明光を照射する第２の光源と、前記標本面を均一に照射する第３の照明光学部材と、を有する第２の照明光学系を更に備える、（１）〜（５）の何れか１つに記載の光学顕微鏡装置。
（１０）
前記第１の照明光学系では、前記第３の照明光学系による標本像に応じて前記ＬＣＯＳ空間光変調素子により前記照明光の照射パターンが制御される、（９）に記載の光学顕微鏡装置。
（１１）
前記第１の照明光学系、及び、前記第２の照明光学系は、前記撮像光学系に対して透過照明として配置される、（１）〜（５）の何れか１つに記載の光学顕微鏡装置。
（１２）
前記第１の照明光学系では、前記第１の照明光学系及び前記第２の照明光学系による標本像に応じて前記ＬＣＯＳ空間光変調素子により前記照明光の照射パターンが制御される、（１１）に記載の光学顕微鏡装置。
（１３）
前記第１の照明光学系では、場所特異的な前記照明光を前記生体材料に追随させるように、前記ＬＣＯＳ空間光変調素子が制御される、（８）に記載の光学顕微鏡装置。
（１４）
前記第１の照明光学系では、場所特異的な前記照明光を前記生体材料に追随させるように、前記ＬＣＯＳ空間光変調素子が制御される、（１０）に記載の光学顕微鏡装置。
（１５）
前記第１の照明光学系では、場所特異的な前記照明光を前記生体材料に追随させるように、前記ＬＣＯＳ空間光変調素子が制御される、（１２）に記載の光学顕微鏡装置。
（１６）
標本を照明するための照明光を出射する光源と、前記照明光の偏光状態を制御するＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）空間光変調素子と、前記ＬＣＯＳ空間光変調素子を均一照明する第１の照明用光学部材と、前記照明光の偏光状態に応じて前記ＬＣＯＳ空間光変調素子側から前記標本側へと向かう前記照明光の透過状態を制御する偏光光学素子と、を有する第１の照明光学系と、
前記第１の照明光学系からの光束を標本面に結像させる第２の照明用光学部材を有する第２の照明光学系と、
撮像光学部材と撮像素子とを有し、前記標本面を撮像するための撮像光学系と、
を備える、光学顕微鏡装置。
（１７）
光に反応して機能を変化させる生体材料を含む標本を照明するための照明光を出射する光源と、前記照明光の偏光状態を制御するＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）空間光変調素子と、前記ＬＣＯＳ空間光変調素子を均一照明する第１の照明用光学部材と、前記照明光の偏光状態に応じて前記ＬＣＯＳ空間光変調素子側から前記標本側へと向かう前記照明光の透過状態を制御する偏光光学素子と、を有する第１の照明光学系と、
前記第１の照明光学系からの光束を標本面に結像させる第２の照明用光学部材を有する第２の照明光学系と、
撮像光学部材と撮像素子とを有し、前記標本面を撮像するための撮像光学系と、
を備える、光学顕微鏡装置と、
前記光学顕微鏡装置の動作状態を制御する制御部と、
前記撮像素子により生成された前記標本の撮像画像を画像処理する画像処理部と、
を有する、光学顕微鏡システム。
（１８）
前記画像処理部は、前記撮像画像を画像処理することで光照射による前記生体材料の変化を特定する、（１７）に記載の光学顕微鏡システム。
（１９）
前記制御部は、前記画像処理部により特定された前記生体材料の変化に応じて、前記光学顕微鏡装置の動作状態を制御して、前記照明光の前記標本への照射状態を前記生体材料に追随させる、（１８）に記載の光学顕微鏡システム。
（２０）前記画像処理部は、前記標本の撮像画像に対して、前記標本に関する情報、又は、前記光学顕微鏡装置の状態に関する情報の少なくとも何れかを重畳して表示するよう制御する、（１７）〜（１９）の何れか１つに記載の光学顕微鏡システム。
【符号の説明】
【０１４５】
１    光学顕微鏡システム
１０    光学顕微鏡装置
１３Ａ  第１の照明光学系
１３Ｂ  第２の照明光学系
１３Ｃ  撮像光学系
１３Ｄ  第３の照明光学系
２０    演算処理装置
１０１    光源
１０３    カップリングレンズ
１０５    ダイクロイックプリズム
１０７    インテグレータ
１０９，１１５，１５１，１６５    コンデンサレンズ
１１１    偏光ビームスプリッタ
１１３    ＬＣＯＳ空間光変調素子
１１７，１２３    バンドパスフィルタ
１１９    ダイクロイックミラー
１２１    対物レンズ
１２５    結像レンズ
１２７    撮像素子
１３１    偏光補償素子
１３３    スペックル除去素子
１４１    第２の光源
１４３    光源レンズ
１４５    視野絞り
１４７，１６１    リレーレンズ
１４９，１６３    開口絞り
２０１    顕微鏡制御部
２０３    画像データ取得部
２０５    画像処理部
２０７    表示制御部
２０９    記憶部
【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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