特許 5939301 構造化照明観察装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5939301

(24)【登録日】2016年5月27日

(45)【発行日】2016年6月22日

(54)【発明の名称】構造化照明観察装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/06 20060101AFI20160609BHJP

   G01N 21/64 20060101ALI20160609BHJP

【ＦＩ】

   G02B21/06

   G01N21/64 E

【請求項の数】9

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-528003(P2014-528003)

(86)(22)【出願日】2013年7月31日

(86)【国際出願番号】JP2013004640

(87)【国際公開番号】WO2014020911

(87)【国際公開日】20140206

【審査請求日】2014年11月21日

(31)【優先権主張番号】特願2012-171373(P2012-171373)

(32)【優先日】2012年8月1日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004112

【氏名又は名称】株式会社ニコン

(74)【代理人】

【識別番号】100072718

【弁理士】

【氏名又は名称】古谷 史旺

(74)【代理人】

【識別番号】100116001

【弁理士】

【氏名又は名称】森 俊秀

(72)【発明者】

【氏名】大内 由美子

【審査官】 殿岡 雅仁

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００８／０７２５９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 登録実用新案第３１０７３８８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０８−２３３５４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２７５５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０６９６７５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−０８８８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２３３３７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２１／００

Ｇ０２Ｂ ２１／０６ − ２１／３６

Ｇ０１Ｎ ２１／６２ − ２１／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光拡散素子を含み、レーザ光源からのレーザ光により生成された干渉縞で試料を照明する構造化照明光学系と、
前記構造化照明光学系により照明された前記試料を繰り返し撮像する撮像部と、
前記光拡散素子において前記レーザ光が照射される領域の拡散パターンを周期的に変化させる制御部と、を備え、
前記撮像部の露光時間は、前記光拡散素子の拡散パターンの変化周期よりも短く設定され、
前記制御部は、
前記撮像部の露光時間における前記拡散パターンの変化が、繰り返される複数の撮像の間で互いに同じになるように設定を行う
ことを特徴とする構造化照明観察装置。

【請求項2】

請求項１に記載の構造化照明観察装置において、
前記制御部は、
前記撮像部による撮像の繰り返し周期が前記拡散パターンの変化周期の整数倍になるように前記設定を行う
ことを特徴とする構造化照明観察装置。

【請求項3】

請求項２に記載の構造化照明観察装置において、
前記制御部は、
前記拡散パターンの変化周期に応じて前記撮像の繰り返し周期を調整する
ことを特徴とする構造化照明観察装置。

【請求項4】

請求項３に記載の構造化照明観察装置において、
前記制御部は、
前記撮像の繰り返し周期を調整するために前記撮像部への駆動信号を調整する
ことを特徴とする構造化照明観察装置。

【請求項5】

請求項２に記載の構造化照明観察装置において、
前記制御部は、
前記撮像の繰り返し周期に応じて前記拡散パターンの変化周期を調整する
ことを特徴とする構造化照明観察装置。

【請求項6】

請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の構造化照明観察装置において、
前記光拡散素子は、回転可能な光拡散板であり、
前記光拡散板は前記制御部により回転制御される
ことを特徴とする構造化照明観察装置。

【請求項7】

請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の構造化照明観察装置において、
前記光拡散素子は、拡散パターンが可変の光拡散素子であり、
前記拡散パターンは前記制御部により制御される
ことを特徴とする構造化照明観察装置。

【請求項8】

請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の構造化照明観察装置において、
前記レーザ光源と前記構造化照明光学系との間で前記レーザ光を中継するマルチモードの光ファイバを更に備え、
前記光拡散素子は、前記レーザ光源と前記光ファイバとの間に配置される
ことを特徴とする構造化照明観察装置。

【請求項9】

請求項１〜請求項８の何れか一項に記載の構造化照明観察装置において、
前記レーザ光源は、
第１レーザ光を出射する第１レーザ光源と、前記第１レーザ光とは波長の異なる第２レーザ光を出射する第２レーザ光源とを含み、
前記撮像部は、
前記第１レーザ光に応じて前記試料から射出した第１観察光を受光する第１撮像素子と、前記第２レーザ光に応じて前記試料から射出した第２観察光を受光する第２撮像素子とを含み、
前記第１撮像素子の１回の露光時間と、前記第２撮像素子の１回の露光時間とは、前記制御部により個別に調整可能である
ことを特徴とする構造化照明観察装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、構造化照明観察装置に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ光源を使用した顕微鏡の１つに構造化照明顕微鏡がある。或る構造化照明顕微鏡では、レーザ光による干渉縞（構造化照明光）で標本を照明しながら複数枚の変調画像を取得し、それらの変調画像に対して復調演算を施すことにより、標本の超解像画像（復調画像）を生成している。この構造化照明顕微鏡では、復調演算の精度を保つために、干渉縞の強度は標本上の少なくとも観察対象領域内で均一化されている必要がある。

【0003】

しかし、レーザ光の可干渉性に起因し、干渉縞にはノイズ干渉縞やスペックルノイズの重畳される可能性がある。これが原因で変調画像内に干渉縞パターンとは異なる輝度（強度）ムラ（以下、単に「フレーム内の輝度ムラ」と称す。）が発生すると、復調演算の精度に影響を及ぼす。この輝度ムラに対する公知の解決策としては、レーザ光の光路へ回転拡散板を挿入し、レーザ光の時間的コヒーレンシーを下げる方法が挙げられる（特許文献１等を参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許発明第６９２５２２５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、観察対象が生体標本である場合などには、撮像期間を短縮する必要があるため、変調画像１枚当たりの露光時間の短縮を図ることがある。しかし、１枚当たりの露光時間が短いと、フレーム間の輝度ムラが目立ち、それが原因で復調演算に失敗する虞のあることが判明した。

【0006】

そこで本発明は、フレーム内の輝度ムラだけでなくフレーム間の輝度ムラをも軽減することのできる構造化照明観察装置を提供することを目的する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の構造化照明観察装置の一例は、光拡散素子を含み、レーザ光源からのレーザ光により生成された干渉縞で試料を照明する構造化照明光学系と、前記構造化照明光学系により照明された前記試料を繰り返し撮像する撮像部と、前記光拡散素子において前記レーザ光が照射される領域の拡散パターンを周期的に変化させる制御部と、を備え、前記撮像部の露光時間は、前記光拡散素子の拡散パターンの変化周期よりも短く設定され、前記制御部は、前記撮像部の露光時間における前記拡散パターンの変化が、繰り返される複数の撮像の間で互いに同じになるように設定を行う。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】構造化照明顕微鏡装置1の構成図である。

【図2】図２（Ａ）は、回転拡散板１０９を光軸に沿った方向から見た図であり、図２（Ｂ）は、光軸を含む平面で回転拡散板１０９を切断してできる断面図である。

【図3】図３（Ａ）は、３方向回折格子１３１’を光軸に沿った方向から見た図であり、図３（Ｂ）は、光束選択部材１８を光軸に沿った方向から見た図である。

【図4】図４（Ａ）は、センサ１０９Ｂの生成するタイミング信号であり、図４（Ｂ）は、第１撮像素子３５１の露光タイミングを示す図であり、図４（Ｃ）は、第２撮像素子３５２の露光タイミングを示す図である（フレーム周期Ｔｆが回転周期Ｔｒの整数倍のとき。）。

【図5】図５（Ａ）は、回転拡散板１０９上でレーザスポットが第１撮像素子３５１の露光期間中に掃引する領域を示す図であり、図５（Ｂ）は、回転拡散板１０９上でレーザスポットが第２撮像素子３５２の露光期間中に掃引する領域を示す図である（フレーム周期Ｔｆが回転周期Ｔｒの整数倍のとき。）。

【図6】図６（Ａ）は、センサ１０９Ｂの生成するタイミング信号であり、図６（Ｂ）は、第１撮像素子３５１の露光タイミングを示す図であり、図６（Ｃ）は、第２撮像素子３５２の露光タイミングを示す図である（フレーム周期Ｔｆが回転周期Ｔｒの非整数倍のとき）。

【図7】図７（Ａ）は、回転拡散板１０９上でレーザスポットが第１撮像素子３５１の露光期間中に掃引する領域を示す図であり、図７（Ｂ）は、回転拡散板１０９上でレーザスポットが第２撮像素子３５２の露光期間中に掃引する領域を示す図である（フレーム周期Ｔｆが回転周期Ｔｒの非整数倍のとき。）。

【発明を実施するための形態】

【0018】

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態として構造化照明顕微鏡装置を説明する。

【0019】

先ず、構造化照明顕微鏡装置１の構成を説明する。

【0020】

図１は、構造化照明顕微鏡装置１の構成図である。図１に示すとおり構造化照明顕微鏡装置１には、レーザユニット１００と、光ファイバ１１と、照明光学系１０と、結像光学系３０と、第１撮像素子３５１、第２撮像素子３５２と、制御装置３９と、画像記憶・演算装置４０と、画像表示装置４５とが備えられる。なお、照明光学系１０は落射型であり、結像光学系３０の第１ダイクロイックミラー７及び対物レンズ６を介して標本５の照明を行う。

【0021】

レーザユニット１００には、第１レーザ光源１０１、第２レーザ光源１０２、シャッタ１０３、１０４、ミラー１０５、ダイクロイックミラー１０６、音響光学可変フィルタ（ＡＯＴＦ）１０７、レンズ１０８、回転拡散板１０９、回転機構１０９Ａ、センサ１０９Ｂ、レンズ１１０、１１１、ＦＣコネクタ１１２が備えられる。

【0022】

第１レーザ光源１０１及び第２レーザ光源１０２の各々は可干渉光源であって、互いの出射波長は異なる。ここでは、第１レーザ光源１０１の波長λ１は、第２レーザ光源１０２の波長λ２よりも長いと仮定する（λ１＞λ２）。

【0023】

第１レーザ光源１０１から射出した波長λ１のレーザ光（第１レーザ光）は、シャッタ１０３、ミラー１０５を介してダイクロイックミラー１０６へ入射すると、そのダイクロイックミラー１０６を反射する。一方、第２レーザ光源１０２から射出した波長λ２のレーザ光（第２レーザ光）は、シャッタ１０４を介してビームスプリッタ１０６へ入射すると、そのダイクロイックミラー１０６を透過し、第１レーザ光と統合される。

【0024】

ダイクロイックミラー１０６から射出したレーザ光（第１レーザ光及び第２レーザ光の少なくとも一方）は、ＡＯＴＦ１０７、レンズ１０８、回転拡散板１０９、レンズ１１０、レンズ１１１、ＦＣコネクタ１１２を介して光ファイバ１１の入射端に入射する。

【0025】

このうちレンズ１０８には、レーザ光（第１レーザ光及び第２レーザ光の少なくとも一方）を回転拡散板１０９上に集光させる機能があり、レンズ１１０、１１０には、回転拡散板１０９上に形成された集光点（レーザスポット）の像を、光ファイバ１１の入射端に適当な倍率で投影する働きがある。

【0026】

ここで、回転拡散板１０９は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すとおり多数の微細な構造物（微細レンズや微細粒子など）をランダムに配列した透過型の拡散板であり、その基板の一部をレーザ光の光路（レーザスポットの近傍）へ挿入させている。この回転拡散板１０９の回転軸１０９Ｓは、レーザ光の光路に対して平行であって、レーザ光の集光点（レーザスポット）から外れている。この回転軸１０９Ｓの周りに回転拡散板１０９が回転すると、レーザスポットに作用する拡散パターンが変化し、その回転が繰り返されると、レーザスポットに作用する拡散パターンが周期変化する。よって、この回転拡散板１０９には、光ファイバ１１に向かうレーザ光の時間的コヒーレンシーを低減し、後述する干渉縞の強度ムラを抑えるという働きがある。

【0027】

なお、回転拡散板１０９を回転させる回転機構１０９Ａ（図１）のモータとしては、振動の少ないブラシレスモータなどが適している。ブラシレスモータは、１００００ｒｐｍ〜４００００ｒｐｍの回転数で回転拡散板１０９を回転させることが可能であり、現状では、１００００ｒｐｍ程度であれば回転拡散板１０９の回転速度を安定させることができる。よって、以下では回転拡散板１０９の回転数は１００００ｒｐｍに設定されたと仮定する。因みにこの回転数１００００ｒｐｍを回転周期に換算すると、６ｍｓである。
ここで、回転周期とは、回転拡散板１０９が１回転するのに要する時間のことである。

【0028】

また、回転拡散板１０９の外周側の所定位置には、非透過性のマーク１０９Ａが形成されており、マーク１０９Ａの軌跡上の所定箇所には、センサ１０９Ｂが非接触の状態で配置される。このセンサ１０９Ｂはフォトインタラプタなどで構成されており、センサ１０９Ｂにマーク１０９Ａが正対しているときには、センサ１０９Ｂの検出信号の値は小さくなり、センサ１０９Ｂにマーク１９０Ａが正対していないときには、センサ１０９Ｂの検出信号の値は大きくなる。よって、センサ１０９Bの検出信号は、回転拡散板１０９の回転タイミングを示す信号（タイミング信号）として使用可能である。

【0029】

図１に戻り、光ファイバ１１は、レーザ光を導光するマルチモード光ファイバであり、回転拡散板１０９によるコヒーレンシー低減効果を維持したままレーザ光を導光することができる。この光ファイバ１１の入射端に入射したレーザ光（第１レーザ光及び第２レーザ光の少なくとも一方）は、光ファイバ１１の内部を伝搬して光ファイバ１１の出射端に点光源を生成し、照明光学系１０へ入射する。

【0030】

照明光学系１０には、点光源の側から順に、コレクタレンズ１２と、偏光板２３と、回折光学素子（回折格子）１３と、集光レンズ１６と、０次光カットマスク１４と、レンズ２５と、視野絞り２６と、フィールドレンズ２７と、励起フィルタ２８と、第１ダイクロイックミラー７と、対物レンズ６とが配置される。

【0031】

点光源から射出したレーザ光（第１レーザ光及び第２レーザ光の少なくとも一方）は、コレクタレンズ１２によって平行光束に変換され、偏光板２３を介して回折格子１３へ入射すると、各次数の回折光束に分岐される。これら各次数の回折光束は、集光レンズ１６によって瞳共役面６Ａ’の互いに異なる位置に集光される。

【0032】

ここで、瞳共役面６Ａ’とは、レンズ１６の焦点位置（後ろ側焦点位置）であって、後述する対物レンズ６の瞳６Ａ（±１次回折光が集光する位置）に対してレンズ２７、レンズ２５を介して共役な位置のことである（これらの位置の概念には、当業者が対物レンズ６、レンズ２７、２５の収差、ビネッティング等の設計上必要な事項を考慮して決定した位置も含まれる。）。
また、回折格子１３は、照明光学系１０の光軸と垂直な方向にかけて周期構造を有した１方向回折格子であり、偏光板２３は、レーザ光の偏光方向を回折格子１３の格子線と同じ方向に整える偏光板である。

【0033】

このうち回折格子１３は、ピエゾモータ等からなる並進機構１５Ａによって回折光束の分岐方向（＝瞳共役面６Ａ’における±１次回折光束の集光点の配列方向）にかけて並進移動が可能である。なお、並進移動の方向は、分岐方向に一致していなくとも、分岐方向と同方向の成分を有した方向であればよい。この方向に回折格子１３が並進移動すると、後述する干渉縞の位相がシフトする。

【0034】

また、回折格子１３及び偏光板２３及び並進機構１５Ａの双方は、電気モータ等からななる回動機構１５Ｂによって光軸の周りに１２０°のピッチで回動可能である。回折格子１３が回動すると、後述する干渉縞の方向が０°、１２０°、２４０°の間で切り替わり、回折格子１３と共に偏光板２３が回動すれば、干渉縞の方向と偏光方向との関係は維持される。

【0035】

なお、並進機構１５Ａによる並進移動の方向は、回折格子１３の回動位置が０°、１２０°、２４０°の何れであった場合にも干渉縞の位相をシフトできるような所定方向に設定されるものとする。但し、この場合、並進移動量と位相シフト量との関係は回折格子１３の回動位置によって異なるので、回折格子１３の回動位置に依らず位相シフト量が等しくなるよう、並進移動のピッチは回折格子１３の回動位置毎に設定されるものとする。

【0036】

回折格子１３から射出し、瞳共役面６Ａ’に向かった各次数の回折光束は、瞳共役面６Ａ’の近傍に配置された０次光カットマスク１４へ入射する。０次光カットマスク１４は、入射した各次数の回折光束のうち必要な回折光束のみ（ここでは±１次回折光束のみとする。）を選択的に通過させるマスクである。なお、０次光カットマスク１４は、マスク用の基板に複数の開口部又は透過部を形成したものであり、基板において開口部又は透過部の形成される位置は、瞳共役面６Ａ’において±１次回折光束が入射する位置に対応する。

【0037】

この０次光カットマスク１４を通過した±１次回折光束は、レンズ２５によって視野絞り２６付近で回折格子１３と共役な面を形成した後に、フィールドレンズ２７により平行光に変換され、さらに励起フィルタ２８を経てから第１ダイクロイックミラー７で反射し、対物レンズ６の瞳面６Ａ上の互いに異なる位置に集光される。

【0038】

瞳面６Ａ上に集光した±１次回折光束の各々は、対物レンズ６の先端から射出される際には平行光束となり、標本５の表面で互いに重なり合い、干渉縞を形成する。この干渉縞が、構造化照明光として使用される。

【0039】

このような干渉縞により標本５を照明すると、干渉縞の周期構造と標本５の（蛍光領域の）周期構造とがモアレ縞を生成するが、このモアレ縞においては、標本５の高周波数の構造が元の周波数より低周波数側にシフトしているため、この構造に応じて発生した光は、元の角度よりも小さい角度で対物レンズ６へ向かうことになる。よって、干渉縞により標本５を照明すると、標本５の有する高周波数の構造情報までもが対物レンズ６によって伝達される。

【0040】

ここで、標本５は、例えば、平行平板状のガラス表面に滴下された培養液であって、その培養液におけるガラス界面の近傍には、蛍光性を有した細胞（蛍光色素で染色された細胞）が存在している。この細胞には、波長λ１の第１レーザ光によって励起される第１蛍光領域と、波長λ２の第２レーザ光によって励起される第２蛍光領域との双方が発現している。第１蛍光領域では、第１レーザ光に応じて中心波長λ１’の第１蛍光が発生し、第２蛍光領域では、第２レーザ光に応じて中心波長λ２’の第２蛍光が発生する。

【0041】

標本５で発生した蛍光（第１蛍光及び第２蛍光の少なくとも一方）は、結像光学系３０へ入射する。結像光学系３０には、標本５の側から順に、対物レンズ６と、第１ダイクロイックミラー７と、バリアフィルタ３１と、第２対物レンズ３２と、第２ダイクロイックミラー３５とが配置される。

【0042】

標本５で発生した蛍光（第１蛍光及び第２蛍光の少なくとも一方）は、対物レンズ６に入射すると、対物レンズ６で平行光に変換された後、第１ダイクロイックミラー７、バリアフィルタ３１、第２対物レンズ３２を介して第２ダイクロイックミラー３５へ入射する。第２ダイクロイックミラー３５へ入射した第１蛍光は、第２ダイクロイックミラー３５を反射し、第２ダイクロイックミラー３５へ入射した第２蛍光は、第２ダイクロイックミラー３５を透過する。

【0043】

第２ダイクロイックミラー３５を反射した第１蛍光は、第１撮像素子３５１の撮像面３６１上に第１蛍光領域の変調像を形成し、第２ダイクロイックミラー３５を透過した第２蛍光は、第２撮像素子３５２の撮像面３６２上に第２蛍光領域の変調像を形成する。

【0044】

第１撮像素子３５１、第２撮像素子３５２の各々は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の電荷蓄積型の二次元撮像素子である。第１撮像素子３５１は、第１蛍光領域の変調像を撮像することで第１変調画像を生成して制御装置３９へ送出し、第２撮像素子３５２は、第２蛍光領域の変調像を撮像することで第２変調画像を生成して制御装置３９へ送出する。

【0045】

制御装置３９は、第１レーザ光源１０１、第２レーザ光源１０２、シャッタ１０３、１０４、ＡＯＴＦ１０７、回転機構１０９Ａ、センサ１０９Ｂ、並進機構１５Ａ、回動機構１５Ｂ、第１撮像素子３５１、第２撮像素子３５２の各々を制御することで一連の第１変調画像及び一連の第２変調画像を取得すると、それら一連の第１変調画像及び一連の第２変調画像を画像記憶・演算装置４０へ与える。

【0046】

ここで、制御装置３９は、ＡＯＴＦ１０７の波長λ１に対する透過率を制御することにより、標本５に対する第１レーザ光の照射強度を制御することができる。これによって、第１蛍光領域の変調像の明るさを適正にし、撮像素子３５１のダイナミックレンジを有効利用することができる。

【0047】

また、制御装置３９は、ＡＯＴＦ１０７の波長λ２に対する透過率を制御することにより、標本５に対する第２レーザ光の照射強度を制御することができる。これによって、第２蛍光領域の変調像の明るさを適正にし、撮像素子３５２のダイナミックレンジを有効利用することができる。

【0048】

また、制御装置３９は、第１レーザ光源１０１のオン／オフタイミング、シャッタ１０３の開／閉タイミング、ＡＯＴＦ１０７の波長λ１に対するオン／オフタイミングの組み合わせを制御することにより、標本５に対する第１レーザ光の照射タイミングを制御することができる。

【0049】

また、制御装置３９は、第２レーザ光源１０２のオン／オフタイミング、シャッタ１０４の開／閉タイミング、ＡＯＴＦ１０７の波長λ２に対するオン／オフタイミングの組み合せを制御することにより、標本５に対する第２レーザ光の照射タイミングを制御することができる。

【0050】

また、制御装置３９は、第１撮像素子３５１の電荷蓄積タイミング及び電荷読出タイミングを制御することにより、第１撮像素子３５１のフレーム周期を制御することができる。

【0051】

また、制御装置３９は、第２撮像素子３５２の電荷蓄積タイミング及び電荷読出タイミングを制御することにより、第２撮像素子３５２のフレーム周期を制御することができる。
ここで、フレーム周期とは、撮像素子による、ある画像の撮像開始から次の画像の撮像開始までの時間のことである。

【0052】

また、制御装置３９は、第１撮像素子３５１のフレーム周期内の電荷蓄積期間と、第１撮像素子３５１と標本５との間に配置されたメカシャッタ（不図示）のフレーム周期内の開放期間との組み合わせを制御することにより、第１撮像素子３５１のフレーム周期内の露光時間（蛍光の受光時間）を制御することができる。

【0053】

また、制御装置３９は、第２撮像素子３５２のフレーム周期内の電荷蓄積期間と、第２撮像素子３５２と標本５との間に配置されたメカシャッタ（不図示）のフレーム周期内の開放期間と組み合わせを制御することにより、第２撮像素子３５２のフレーム周期内の露光時間（蛍光の受光時間）を制御することができる。

【0054】

なお、第１撮像素子３５１の露光時間の制御は、第１レーザ光の照射期間の制御により行うことも可能だが、第１レーザ光の照射期間と第１蛍光の発光期間とは完全に一致するとは限らず、制御の応答性を維持するのが難しい。よって、本実施形態では、第１撮像素子３５１の露光時間の制御は、上記したとおり、第１レーザ光の照射期間以外のパラメータの制御により行われるものとする。この場合、第１レーザ光の照射波形は連続波（ＣＷ）に設定される。

【0055】

同様に、第２撮像素子３５２の露光時間の制御は、第２レーザ光の照射期間の制御により行うことも可能だが、第２レーザ光の照射期間と第２蛍光の発光期間とは完全に一致するとは限らず、制御の応答性を維持するのが難しい。よって、本実施形態では、第２撮像素子３５２の露光時間の制御は、上記したとおり、第２レーザ光の照射期間以外のパラメータの制御により行われるものとする。この場合、第２レーザ光の照射波形は連続波（ＣＷ）に設定される。

【0056】

また、本実施形態では、第１撮像素子３５１のフレーム周期内の露光時間Ｔｅ_１と、第２撮像素子３５２のフレーム周期内の露光時間Ｔｅ_２とが個別に設定されるのに対して、第１撮像素子３５１のフレーム周期と第２撮像素子３５２のフレーム周期とは、共通の値Ｔｆに設定されるものとする。また、本実施形態では簡単のため、第１撮像素子３５１の電荷読出時間と、第２撮像素子５３２の電荷読出時間とは、共通の値Ｔｏ（例えば１０ｍｓ）であると仮定する。

【0057】

画像記憶・演算装置４０は、制御装置３９から与えられた一連の第１変調画像に対して公知の復調演算を施し、第１復調画像（第１超解像画像）を生成すると共に、制御装置３９から与えられた一連の第２変調画像に対して公知の復調演算を施し、第２復調画像（第２超解像画像）を生成する。なお、公知の復調演算としては、例えば、米国特許８１１５８０６に開示された方法を用いることができる。画像記憶・演算装置４０は、それらの第１超解像画像及び第２超解像画像を画像記憶・演算装置４０の内部メモリ（図示せず）に記憶するとともに、画像表示装置４５へと送出する。

【0058】

次に、制御装置３９の動作を詳しく説明する。制御装置３９は、復調演算に必要な一連の第１変調画像と、復調演算に必要な一連の第２変調画像とを、以下の手順（１）〜（７）で取得する。

【0059】

（１）制御装置３９は、回動機構１５Ｂを駆動することにより、回折格子１３（及び偏光板２３）の回動位置を０°（第１方向）に設定する。また、制御装置３９は、回転機構１０９Ａを駆動することにより、回転拡散板１０９の回転を開始する。

【0060】

（２）制御装置３９は、回転拡散板１０９の回転数が安定した時点で、並進機構１５Ａの駆動を開始することにより、回折格子１３の並進移動を開始する。

【0061】

（３）制御装置３９は、回折格子１３の並進移動中に第１撮像素子３５１、第２撮像素子３５２の双方の露光（撮像）を複数枚に亘って繰り返す。

【0062】

ここで、標本５が生体標本である場合には、複数枚に亘る撮像期間中に標本５が変化する可能性があり、その場合は、変調画像上に疑似モアレが発生し、復調画像上にアーティファクトノイズの重畳する虞がある。このため、標本５が生体標本である場合は、フレーム周期内の第１撮像素子３５１の露光時間Ｔｅ_１と、フレーム周期内の第２撮像素子５３２の露光時間Ｔｅ_２とをそれぞれ最小限（例えば１ｍｓ未満）に抑え、このうち長い方の露光時間（例えばＴｅ_２＝１ｍｓ）と電荷読出時間Ｔｏ（例えば１０ｍｓ）との和によって表される最短フレーム周期Ｔｓ＝１１ｍｓに、第１撮像素子３５１及び第２撮像素子３５２のフレーム周期Ｔｆを設定することが考えられる。

【0063】

しかしながら、第１撮像素子３５１及び第２撮像素子３５２のフレーム周期Ｔｆを最短フレーム周期Ｔｓ＝１１ｍｓに設定すると、一連の第１変調画像のフレーム間及び一連の第２変調画像のフレーム間に輝度ムラの発生することが判明した。そこで、本実施形態の制御装置３９は、複数枚に亘る撮像期間中に以下の手順（４）を実行する。

【0064】

（４）制御装置３９は、複数枚に亘る撮像期間中、センサ１０９Ｂを駆動することで回転拡散板１０９の回転周期Ｔｒ（回転拡散板１０９が１回転するのに要する時間）を検知し、第１撮像素子３５１及び第２撮像素子３５２のフレーム周期Ｔｆを、図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すとおり、その回転周期Ｔｒの整数倍に設定する。

【0065】

具体的に、制御装置３９は、第１撮像素子３５１の露光時間Ｔｅ_１と第２撮像素子３５２の露光時間Ｔｅ_２とのうち長い方の露光時間（例えばＴｅ_２＝１ｍｓ）と電荷読出時間Ｔｏ＝１０ｍｓとの和からなる最短フレーム周期Ｔｓ＝１１ｍｓを算出し、回転周期Ｔｒ＝６ｍｓの整数倍（Ｔｒ＝６ｍｓ、２Ｔｒ＝１２ｍｓ、３Ｔｒ＝１８ｍｓ、４Ｔｒ＝２４ｍｓ、…）のうち、最短フレーム周期Ｔｓ＝１１ｍｓ以上であって、その最短フレーム周期Ｔｓ＝１１ｍｓに最も近い値（１２ｍｓ）に、フレーム周期Ｔｆを設定する。

【0066】

但し、複数枚に亘る撮像期間中には回転周期Ｔｒが揺らぐ虞もある。そこで、この手順（４）における制御装置３９は、センサ１０９Ｂの生成するタイミング信号をトリガーとして各フレームの露光を行う。つまり、フレーム周期ＴｆがＴｆ＝ｎ×Ｔｒで表される場合、制御装置３９は、タイミング信号がｎ回生成される毎に第１撮像素子３５１及び第２撮像素子３５２を駆動する。このようにすれば、回転周期Ｔｒの揺らぎに対処することができる。

【0067】

因みに、タイミング信号の生成から第１撮像素子３５２及び第２撮像素子３５２の露光開始までに多少のディレイ時間が発生するが、複数枚に亘る撮像期間中にディレイ時間が変動しないのであれば、ディレイ時間が発生すること自体には何ら問題が無い。

【0068】

このように、第１撮像素子３５１のフレーム周期Ｔｆを回転周期Ｔｒの整数倍に制御すれば、図５（Ａ）に示すとおり、回転拡散板１０９上でレーザスポットが第１撮像素子３５１の露光期間中に掃引する領域（掃引領域）をフレーム間で共通化することができるので、回転拡散板１０９の透過率にムラがあったとしても、一連の第１変調画像のフレーム間に輝度ムラが発生することは無い。このことは、第２撮像素子３５２（つまり第２変調画像）についても同様に当てはまる（図５（Ｂ）参照。）。

【0069】

因みに、図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すとおり、第１撮像素子３５１のフレーム周期Ｔｆを回転周期Ｔｒの非整数倍にした場合は、図７（Ａ）に示すとおり、回転拡散板１０９上でレーザスポットが第１撮像素子３５１の露光期間中に掃引する領域（掃引領域）をフレーム間で共通化することはできないので、回転拡散板１０９の透過率にムラがあったならば、一連の第１変調画像のフレーム間に輝度ムラが発生する。このことは、第２撮像素子３５２（つまり第２変調画像）についても同様に当てはまる（図７（Ｂ）参照。）。

【0070】

また、第１変調画像のフレーム間の輝度ムラは、図７（Ａ）に示す掃引領域が短いときほど、つまり露光時間Ｔｅ_１が回転周期Ｔｒと比較して短いときほど、発生しやすいので、この手順（４）を実行する意義は大きいと考えられる。このことは、第２変調画像（つまり第２撮像素子３５２）についても同様に当てはまる。

【0071】

（５）制御装置３９は、複数枚に亘る撮像期間中、回折格子１３の並進移動のピッチを、前述したフレーム周期Ｔｆに応じたピッチに設定することで、一連の第１変調画像の隣接フレーム間の干渉縞の位相差と、一連の第２変調画像の隣接フレーム間の干渉縞の位相差との各々を、２π未満の所定値Δφに設定する。

【0072】

（６）制御装置３９は、回動機構１５Ｂを駆動することにより、回折格子１３（及び偏光板２３）の回動位置を１２０°（第２方向）に設定し、その状態で手順（２）〜（５）を実行する。

【0073】

（７）制御装置３９は、回転機構１５Ｂを駆動することにより、回折格子１３（及び偏光板２３）の回動位置を２４０°（第３方向）に設定し、その状態で手順（２）〜（５）を実行する。

【0074】

以上の手順（１）〜（７）により、制御装置３９は、干渉縞の方向が第１方向であって干渉縞の位相がΔφずつずれた少なくとも３枚の第１変調画像と、干渉縞の方向が第２方向であって干渉縞の位相がΔφずつずれた少なくとも３枚の第１変調画像と、干渉縞の方向が第３方向であって干渉縞の位相がΔφずつずれた少なくとも３枚の第１変調画像とを順に取得する。これらの少なくとも９枚の第１変調画像が、第１超解像画像の生成に必要な一連の第１変調画像である。

【0075】

それと並行して、以上の手順（１）〜（７）により、制御装置３９は、干渉縞の方向が第１方向であって干渉縞の位相がΔφずつずれた少なくとも３枚の第２変調画像と、干渉縞の方向が第２方向であって干渉縞の位相がΔφずつずれた少なくとも３枚の第２変調画像と、干渉縞の方向が第３方向であって干渉縞の位相がΔφずつずれた少なくとも３枚の第２変調画像とを順に取得する。これらの少なくとも９枚の第２変調画像が、第２超解像画像の生成に必要な一連の第２変調画像である。

【0076】

以上、本実施形態の構造化照明顕微鏡装置１は、レーザ光源（１０１、１０２）からのレーザ光で試料（標本５）を照明する照明光学系（１０）と、前記照明光学系（１０）により照明された前記試料（標本５）を繰り返し撮像する撮像部（撮像素子３５１、３５２）とを備え、前記照明光学系（１０）は、光拡散素子（回転拡散板１０９）を含み、前記光拡散素子（回転拡散板１０９）において前記レーザ光が照射される領域の拡散パターンを周期的に変化させる制御部（回転機構１０９Ａ、制御装置３９）を更に備え、前記制御部（回転機構１０９Ａ、制御装置３９）は、前記撮像の撮像時間中における前記拡散パターンの変化が、繰り返される複数の前記撮像の間で互いに同じになるように設定を行う。

【0077】

また、前記制御部（回転機構１０９Ａ、制御装置３９）は、前記撮像の繰り返し周期（Ｔｆ）が拡散パターンの変化周期（Ｔｒ）の整数倍になるように前記設定を行う。

【0078】

なお、撮像の繰り返し周期（Ｔｆ）とは、フレーム周期と同様に、前記試料（標本５）の像（変調像）の撮像開始から次の標本の像（変調像）の撮像開始までの時間のことである。

【0079】

また、拡散パターンの変化周期（Ｔｒ）とは、一連の拡散パターンの（１セット分の）変化に要する時間のことである。

【0080】

また、ここでは、拡散パターンの変化が複数の前記撮像の間で互いに同じとみなす範囲を、次のとおりとする。すなわち、撮像される実視野内が一様な明るさである試料（標本５）を共通の照明条件及び共通の撮像条件で繰り返し撮像することにより複数の画像（画像セット）を取得したと仮定し、その画像セットのうち、画像を構成する全画素の輝度値の平均値が最も低い画像を基準画像とおく。このとき、基準画像以外の画像の各画素の輝度値と基準画像の対応画素の輝度値との差が±７％以下（好ましくは±５％以下）である場合に、繰り返された複数の前記撮像の間で、拡散パターンの変化が同じであったとみなす。これを実現するためには、前記光拡散素子（回転拡散板１０９）のうち撮像開始タイミングで光束が通過する位置と、拡散パターンの回転基準位置とのズレが、撮像時間に光束が掃引する弧の長さに対して±７％以下（好ましくは±５％以下）であればよい。整数倍の条件についても上記範囲内であれば整数倍とみなす。

【0081】

したがって、本実施形態の構造化照明顕微鏡装置１は、フレーム内の輝度ムラとフレーム間の輝度ムラとの双方を抑えることができる。

【0082】

具体的に、上述した手順（４）において、フレーム周期Ｔｆを１１ｍｓ（つまり回転周期Ｔｒの非整数倍）に設定した場合は、フレーム間の輝度変動量がフレーム間の平均輝度の１８％もあったのに対し、フレーム周期Ｔｆを１２ｍｓ（つまり回転周期Ｔｒの整数倍）に設定した場合は、フレーム間の輝度変動量がフレーム間の平均輝度の０．６％にまで抑えることができた。

【0083】

また、フレーム間の輝度ムラを抑える別の方法として、回転拡散板の枚数を複数化する方法もあるが、この方法で本実施形態と同様の効果を得るためには、回転拡散板の枚数を３以上にする必要があり、これではレーザ光の光量ロスが大きい。したがって、本実施形態の方法は、レーザ光の光量ロスが抑えられるという点においても有効である。

【0084】

また、前記制御部（回転機構１０９Ａ、制御装置３９）は、前記拡散パターンの変化周期（Ｔｒ）に応じて前記撮像の繰り返し周期（Ｔｆ）を調整する。

【0085】

また、前記制御部（回転機構１０９Ａ、制御装置３９）は、前記撮像の繰り返し周期（Ｔｆ）を調整するために前記撮像部（撮像素子３５１、３５２）への駆動信号を調整する。

【0086】

したがって、前記制御部（回転機構１０９Ａ、制御装置３９）は、拡散パターンの変化周期（Ｔｒ）に揺らぎが生じたとしても、それに対処することができる。

【0087】

また、本実施形態の構造化照明顕微鏡装置１において、前記光拡散素子（回転拡散板１０９）は、回転可能な光拡散板である。

【0088】

したがって、本実施形態の構造化照明顕微鏡装置１は、拡散パターンの変化周期（Ｔｒ）を安定させることが容易であり、その結果、撮像の繰り返し周期（Ｔｆ）を拡散パターンの変化周期（Ｔｒ）の整数倍に維持することも容易である。

【0089】

また、本実施形態の構造化照明顕微鏡装置１では、前記レーザ光源（１０１、１０２）と前記照明光学系（１０）との間でレーザ光を中継するマルチモードの光ファイバ（１１）を更に備え、前記光拡散素子（回転拡散板１０９）の挿入箇所は、レーザ光源（１０１、１０２）と光ファイバ（１１）との間である。

【0090】

したがって、本実施形態の構造化照明顕微鏡装置１では、振動の発生源となりうる前記光拡散素子（回転拡散板１０９）の挿入箇所を照明光学系（１０）から隔離することと、前記光拡散素子（回転拡散板１０９）によるコヒーレンシーの低減効果を維持することとの双方が可能である。

【0091】

また、本実施形態の構造化照明顕微鏡装置１において、前記レーザ光源（１０１、１０２）には、第１レーザ光を出射する第１レーザ光源（１０１）と、第１レーザ光とは波長の異なる第２レーザ光を出射する第２レーザ光源（１０２）とがあり、前記撮像部（５３１、５３２）には、第１レーザ光に応じて前記試料（標本５）から射出した第１観察光（第１蛍光）を受光する第１撮像素子（５３１）と、第２レーザ光に応じて前記試料（標本５）から射出した第２観察光（第２蛍光）を受光する第２撮像素子（３５２）とがあり、第１撮像素子（３５１）の１回の撮像の露光時間（Ｔｅ_１）と、第２撮像素子（３５２）の１回の撮像の露光時間（Ｔｅ_２）とは、前記制御部（制御装置３９）により個別に調整可能である。

【0092】

したがって、本実施形態の構造化照明顕微鏡装置１は、波長の異なる２つの像を並行して撮像することができ、しかも、それら２つの像の明るさの相違にも対処することができる。

【0093】

また、本実施形態の構造化照明顕微鏡装置１は、レーザ光による干渉縞で前記試料（標本５）を構造化照明するものであって、前記撮像部（撮像素子３５１、３５２）が取得した一連の変調画像は、超解像画像を生成するための復調演算に使用される。

【0094】

したがって、上述したとおりフレーム間の輝度ムラを抑えれば、復調演算の精度を向上させ、超解像効果を高めることができる。

【0095】

［第１実施形態の変形例］
なお、第１実施形態の制御装置３９は、拡散パターンの変化周期（Ｔｒ）に応じて撮像の繰り返し周期（Ｔｆ）を調整したが、その反対に、撮像の繰り返し周期（Ｔｆ）に応じて拡散パターンの変化周期（Ｔｒ）を調整してもよい。

【0096】

具体的に、制御装置３９は、第１撮像素子３５１の露光時間Ｔｅ_１と第２撮像素子３５２の露光時間Ｔｅ_２とのうち長い方の露光時間と電荷読出時間との和によって表される最短フレーム周期Ｔｓに第１撮像素子３５１及び第２撮像素子３５２のフレーム周期Ｔｆを一致させ、フレーム周期Ｔｆが回転周期Ｔｒの整数倍となるよう、そのフレーム周期Ｔｆに応じて回転周期Ｔｒを設定する。よって、例えば、フレーム周期Ｔｆが１１ｍｓである場合は、回転周期Ｔｒは５．５ｍｓなどに設定される。この回転周期を回転数に換算すると、１０９０９ｒｐｍである。

【0097】

このように、フレーム周期Ｔｆに応じて回転周期Ｔｒの方を調節すれば、フレーム周期Ｔｆを最短フレーム周期Ｔｓに一致させることができるので、動きの速い標本５を観察する場合に好適である。

【0098】

但し、回転周期Ｔｒの調整をするためには、回転機構１０９Ａのモータの回転速度を調整する必要があり、その回転速度が設定速度に安定するまでには時間が掛かるので、撮像期間の前に一定の準備期間が必要となる。

【0099】

また、第１実施形態の構造化照明顕微鏡装置１では、光拡散素子として回転可能な光拡散板を使用したが、拡散パターンが可変の光拡散素子（例えば、液晶素子など）を使用し、その拡散パターンを電気制御によって周期変化させてもよい。

【0100】

また、第１実施形態の構造化照明顕微鏡装置１では、励起フィルタ２８、第１ダイクロイックミラー７、バリアフィルタ３１の各々をデュアルバンド対応型（２種類のレーザ光又は２種類の蛍光に作用するタイプ）としたが、このうち励起フィルタ２８、バリアフィルタ３１については、デュアルバンド対応型でなくても構わない。また、励起フィルタ２８は省略することが可能であり、バリアフィルタ３１の配置先は、第２ダイクロイックミラー３５の前段ではなく後段（第１撮像素子３５１、第２撮像素子３５２の各々の直前）であっても構わない。

【0101】

また、第１実施形態の構造化照明顕微鏡装置１では、波長の異なる２つの変調像を２つの撮像素子（第１撮像素子３５１、第２撮像素子３５２）で並行に撮像したが、波長の異なる２つの変調像を２つの撮像素子（第１撮像素子３５１、第２撮像素子３５２）で順次に撮像してもよい。その場合、制御装置３９は、第１撮像素子３５１のフレーム周期Ｔｆ_１と第２撮像素子３５２のフレーム周期Ｔｆ_２とを個別に設定することができる。

【0102】

例えば、制御装置３９は、第１撮像素子３５１の露光時間Ｔｅ_１と電荷読出時間Ｔｏとの和からなる最短フレーム周期Ｔｓ_１を算出し、回転周期Ｔｒの整数倍（Ｔｒ、２Ｔｒ、３Ｔｒ、４Ｔｒ、…）のうち、その最短フレーム周期Ｔｓ_１以上であって、その最短フレーム周期Ｔｓ_１に最も近い値に、第１撮像素子３５１のフレーム周期Ｔｆ_１を設定すればよい。また、制御装置３９は、第２撮像素子３５２の露光時間Ｔｅ_２と電荷読出時間Ｔｏとの和からなる最短フレーム周期Ｔｓ_２を算出し、回転周期Ｔｒの整数倍（Ｔｒ、２Ｔｒ、３Ｔｒ、４Ｔｒ、…）のうち、その最短フレーム周期Ｔｓ_２以上であって、その最短フレーム周期Ｔｓ_２に最も近い値に、第２撮像素子３５１のフレーム周期Ｔｆ_２を設定すればよい。

【0103】

また、第１実施形態の構造化照明顕微鏡装置１では、光源波長の数の切り替え数を２としたが、３以上としてもよい。また、その場合、撮像素子の数を３以上としてもよい。

【0104】

また、第１実施形態の構造化照明顕微鏡装置１では、波長の異なる複数の変調像を並行して撮像するために、撮像素子の個数を複数としたが、複数の変調像を順次に撮像する場合は、撮像素子の個数を１としてもよい。

【0105】

その場合は、第２ダイクロイックミラー３５及び撮像素子３５１を省略すると共に、励起フィルタ２８、第１ダイクロイックミラー７、バリアフィルタ３１からなるユニット（キューブ）を複数個用意し、光路に配置されるユニットをそれら複数のユニットの間で切り替えながら、撮像素子３５２を繰り返し駆動すればよい。

【0106】

また、第１実施形態の構造化照明顕微鏡１では、干渉縞の方向を切り替えるために、回動可能な回折格子を使用したが、電気信号に応じて格子方向を切り替えることが可能な回折格子（空間光変調素子）などを使用してもよい。

【0107】

また、第１実施形態では、干渉縞の方向を１２０°のピッチで切り替えるために、１２０°のピッチで回動可能な１方向回折格子１３と、（非回転の）０次光カットマスク１４との組み合わせを使用したが、１２０°ずつ異なる３方向にかけて周期構造を有した（非回転の）３方向回折格子１３１’（図３（Ａ））と、１２０°のピッチで回動可能な光束選択部材１８（図３（Ｂ））との組み合わせを使用してもよい。

【0108】

図３（Ａ）に示すとおり回折格子１３１’は、０°の方向Ｖ_０、１２０°の方向Ｖ_１２０、２４０°の方向Ｖ_２４０の各々にかけて周期構造を有しており、それら各方向の周期構造（格子線）の周期（格子ピッチ）は共通である。０°の方向Ｖ_０にかけて配列された複数の格子線は、入射光束を０°の方向Ｖ_０に分岐するための格子線であり、１２０°の方向Ｖ_１２０にかけて配列された複数の格子線は、入射光束を１２０°の方向Ｖ_１２０にかけて分岐するための格子線であり、２４０°の方向Ｖ_２４０にかけて配列された複数の格子線は、入射光束を２４０°の方向Ｖ_２４０にかけて分岐するための格子線である。よって、回折格子１３１’は、方向Ｖ_０にかけて分岐した±１次回折光束と、方向Ｖ_１２０にかけて分岐した±１次回折光束と、方向Ｖ_２４０にかけて分岐した±１次回折光束とを、同時に生成することができる。

【0109】

図３（Ｂ）に示すとおり光束選択部材１８の開口パターンは、これら３対の±１次回折光束のうち何れか１対の±１次回折光束のみを通過させる第１の開口部１９及び第２の開口部２０からなる。この光束選択部材１８は、上述した偏光板２３に連動して、光軸の周りに１２０°のピッチで回動し、干渉縞の方向を３つの方向Ｖ_０、Ｖ_１２０、Ｖ_２４０の間で切り替える。因みに、これら第１の開口部１９と第２の開口部２０との各々の光軸周りの長さは、直線偏光した±１次回折光束が通過できるような長さに設定されている。つまり、第１の開口部１９及び第２の開口部２０の各々の形状は、部分輪帯状に近い形状である。

【0110】

また、光束選択部材１８の外周部には、図３（Ｂ）に示すように複数の（図３（Ｂ）に示す例では６個の）切り欠き２１が形成されており、光束選択部材１８の近傍において切り欠き２１の軌跡に正対する位置には、これらの切り欠き２１の有無を検出するためのセンサ２２が配置される。このセンサ２２は、フォトインタラプタなどで構成され、センサ２２に切り欠き２１が正対しているときには、センサ２２の検出信号の値は大きくなり、センサ２２に切り欠き２１が正体していないときには、センサ２２の検出信号の値は小さくなる。よって、センサ２２の検出信号は、光束選択部材１８の回動位置を示す信号（角度信号）として使用可能である。

【0111】

また、干渉縞の位相をシフトさせるための回折格子１３１’（図３（Ａ））の並進方向は、干渉縞の方向（＝選択された±次回折光束の分岐方向）が０°、１２０°、２４０°の何れであった場合にも干渉縞の位相をシフトできるような所定方向に設定されるものとする。但し、この場合、並進移動量と位相シフト量との関係は３つの方向Ｖ_０、Ｖ_１２０、Ｖ_２４０の間で異なるので、干渉縞の方向に依らず位相シフト量が等しくなるよう、並進移動のピッチは干渉縞の方向毎に設定されるものとする。

【0112】

また、第１実施形態の構造化照明顕微鏡１では、干渉縞の位相をシフトさせるために、並進移動可能な回折格子を使用したが、電気信号に応じて格子位置をシフトさせることが可能な回折格子（空間光変調素子）などを使用してもよい。

【0113】

また、第１実施形態では、干渉縞の方向が同一であり干渉縞の位相のみが異なる一連の第１変調画像の枚数を「少なくとも３」と説明したが、例えば、３枚、又は５枚などと設定される。その場合、第１超解像画像の生成に使用される一連の第１変調画像の枚数は、９枚又は１５枚となる。

【0114】

同様に、第１実施形態では、干渉縞の方向が同一であり干渉縞の位相のみが異なる一連の第２変調画像の枚数を「少なくとも３」と説明したが、例えば、３枚、又は５枚などと設定される。その場合、第２超解像画像の生成に使用される一連の第２変調画像の枚数は、９枚又は１５枚となる。

【0115】

また、第１実施形態では、構造化照明顕微鏡装置１を２次元構造化照明顕微鏡装置として使用される場合を説明したが、構造化照明顕微鏡装置１を３次元構造化照明顕微鏡装置（３Ｄ−ＳＩＭ：3D-Structured Illumination Microscopy）として利用することもできる。

【0116】

その場合は、０次光カットマスク１４又は光束選択部材１８には、０次回折光束を通過するための開口部が更に設けられる。なお、この開口部の形成先は、光軸の近傍であって、この開口部の形状は、例えば円形である。このような０次光カットマスク１４又は光束選択部材１８によると、±１次回折光束だけでなく０次回折光束をも干渉縞に寄与させることができる。

【0117】

このように、３つの回折光束の干渉（３光束干渉）によって生成される干渉縞は、標本５の表面方向だけでなく、標本５の深さ方向にも空間変調されている。よって、この干渉縞によると、標本５の３次元超解像画像を生成することが可能となる。

【0118】

また、第１実施形態では、構造化照明顕微鏡装置１を２次元構造化照明顕微鏡装置として使用する際に、干渉縞に寄与する回折光束として、＋１次回折光束と−１次回折光束との組み合わせを使用したが、他の組み合わせを使用してもよいことは言うまでもない。

【0119】

また、第１実施形態では、構造化照明顕微鏡装置１を３次元構造化照明顕微鏡装置として使用する際に、干渉縞に寄与する回折光束として、＋１次回折光束と−１次回折光束と０次回折光束との組み合わせを使用したが、他の組み合わせを使用してもよいことは言うまでもない。

【0120】

また、第１実施形態では、被観察物（試料）の例として生物標本を説明したが、これに限られることはなく、工業製品の部品等を被観察物（試料）とした場合にも本発明は適用可能である。

【符号の説明】

【0121】

１…構造化照明顕微鏡装置、１００…レーザユニット、１０９…回転拡散板、１０９Ａ…回転機構、１０９Ｂ…センサ、１１…光ファイバ、１０…照明光学系、３０…結像光学系、３５…撮像素子、３９…制御装置、４０…画像記憶・演算装置、４５…画像表示装置、１２…コレクタレンズ、２３…偏光板、１３…１方向回折格子、１４…０次光カットマスク、１３１’…３方向回折格子、１８…光束選択部材、１６…集光レンズ、２５…レンズ、２６…視野絞り、２７…フィールドレンズ、２８…励起フィルタ、７…ダイクロイックミラー、６…対物レンズ、５…標本

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】