特許 5965476 微分干渉コントラスト像の生成のためのアセンブリ

(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】5965476

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月3日

(54)【発明の名称】微分干渉コントラスト像の生成のためのアセンブリ

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/06 20060101AFI20160721BHJP

【ＦＩ】

   G02B21/06

【請求項の数】4

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-511789(P2014-511789)

(86)(22)【出願日】2012年3月28日

(65)【公表番号】特表2014-515500(P2014-515500A)

(43)【公表日】2014年6月30日

(86)【国際出願番号】EP2012055532

(87)【国際公開番号】WO2012163566

(87)【国際公開日】20121206

【審査請求日】2014年10月1日

(31)【優先権主張番号】102011050674.8

(32)【優先日】2011年5月27日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】513298402

【氏名又は名称】ハー・エス・エー・ベー・ドレスデン・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＨＳＥＢ ＤＲＥＳＤＥＮ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】シュミット，クリスティーネ

【審査官】 越河 勉

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−２６８１９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−００５３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０８−５０２６００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２８９４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／０１９６９８０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０５７０８５２６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６１３０７７６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５４６１５１６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

結像平面中の対象物の微分干渉コントラスト像（ＤＩＣ）の生成のためのアセンブリであって、
（ａ） 非偏光光の放射源と、
（ｂ） 前記放射源からの光で前記対象物を照明するためのケーラー照明光学アセンブリと、
（ｃ） 結像平面中に対物面を結像するための対物レンズとを備え、前記対物レンズには射出瞳および入射瞳が設けられ、前記対物レンズの前記入射瞳は前記ケーラー照明光学アセンブリの照明瞳の中に位置決めされ、さらに
（ｄ） 干渉の生成のための要素を備え、
（ｅ） 前記干渉の生成のための要素は、前記対物レンズの前記射出瞳の中に位置決めされ、非偏光光の干渉を生成し、
（ｆ） 前記干渉の生成のための要素は、振幅透過率Ｆ_DIC（ｘ，ｙ）を有する振幅フィルタによって形成され、振幅透過率は

【数1】

に従い、
式中、ｘ，ｙは射出瞳平面中の座標であり、
Ｆ_DIC（ｘ，ｙ）はｘおよびｙの関数としての振幅フィルタ透過および前記振幅フィルタの位相を記述するための関数式であり、
ｔ（ｘ，ｙ）は前記振幅フィルタの前記振幅透過率の実数部分である変数であり、この場合

【数2】

であり、
Ｔ（ｘ，ｙ）は前記振幅フィルタの透過度であり、Ｆ^*_DIC（ｘ，ｙ）がＦ_DIC（ｘ，ｙ）の共役複素を示す場合には、Ｔ（ｘ，ｙ）＝Ｆ_DIC（ｘ，ｙ）・Ｆ^*_DIC（ｘ，ｙ）＝ｔ²（ｘ，ｙ）であり、
Ｆ₊（ｘ，ｙ）はＦ_DICの「正」部分であり、この場合

【数3】

であり、
φは前記射出瞳平面におけるＤＩＣの効果の方位角であり、
Ｐ（ｘ，ｙ）は前記振幅フィルタの位相分布であり、この場合

【数4】

であり、
Ｆ_-（ｘ，ｙ）はＦ_DICの「負」部分であり、この場合

【数5】

であり、
Ｐ₀は、振幅フィルタＦ_DIC（ｘ，ｙ）の実数位相オフセットである定数であり、
Ｔ₀は、それぞれＦ_DICまたはＦ₊およびＦ_-の実数振幅透過率であってＴ₀≠０の定数であり、
Ｐ_maxは、それぞれＦ₊またはＦ_-の実数最大位相である定数である、ことを特徴とする、アセンブリ。

【請求項2】

前記振幅フィルタは、あらゆる点で同じ基板厚みを有する強度フィルタであることを特徴とする、請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項3】

振幅透過分布の生成のための前記振幅フィルタは、アルミニウムまたは任意の他の好適な吸収材料で被覆されることを特徴とする、請求項１または２に記載のアセンブリ。

【請求項4】

対象物によって回折される光のゼロ回折次数は最大強度で通ることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のアセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

発明は、結像面における対象物の微分干渉コントラスト像（ＤＩＣ）の生成のためのアセンブリであって、
（ａ）放射源と、
（ｂ）放射源からの光で対象物を照明するためのケーラー照明光学アセンブリと、
（ｃ）結像面に対物面を結像するための対物レンズとを備え、対物レンズには射出瞳と入射瞳とが設けられ、対物レンズの入射瞳はケーラー照明光学アセンブリの照明瞳の中に位置決めされ、さらに
（ｄ）干渉の生成のための要素を備える、アセンブリに関する。

【背景技術】

【0002】

微分干渉コントラスト顕微鏡法（ＤＩＣ）は、立体感（plastischem Eindruck/plastic impression）を用いて位相物体を表示するのに用いられる偏光コントラスト法である。位相物体は、光経路で位相差が生成される物体である。ＤＩＣ顕微鏡法では、対象物はケーラー照明アセンブリで照明される。偏光フィルタ、すなわち偏光子が放射源の前に挿入されて、偏光された光を生成する。別の偏光フィルタ、すなわち検光子（Analysator/analyzator）が検出器の前に配置される。ＤＩＣ顕微鏡法では、光学的に偏光子の後ろにある照明光経路に、いわゆるノマルスキープリズムである複屈折プリズムを設ける。光学的に検光子の前に、さらなる同様の複屈折プリズムを設ける。用いられるノマルスキープリズムは同じ設計を有する。それらは複屈折結晶からなる。偏光された放射束は、ノマルスキープリズムにおいて、位相および偏光方向が異なる２つの部分に分けられる。

【0003】

アセンブリを用いて２つの垂直の偏光放射経路が生成される。放射経路は同じ振幅を有する。それらは、合成後に互いと干渉する可能性がある。たとえば厚みが異なるまたは回折指数が異なるために２つの部分の光学的経路長が異なる位相物体は、付加的な位相シフトを行なう。これは、検光子の後ろの結像平面で、明るさの違いという形で認識できる。

【0004】

先行技術
ＤＩＣ顕微鏡法のためのアセンブリは、http://www.olympusmicro.com/primer/techniques/dic/dicintro.html、「ＤＩＣ顕微鏡法における基本概念（Fundamental Concepts in DIC Microscopy）」およびhttp://olympusmicro.com/primer/java/dic/wollastonwavefronts/index.html、「ウォラストンおよびノマルスキープリズムにおける波面シアリング（Wavefront Shear in Wollaston and Nomarski Prisms）」でインターネットから、ならびにR. Danz, et al.,「PlasDIC−微分干渉コントラストの有効な修正（PlasDIC - a useful modification of the differential interference contrast）」、Photonic, Vol. 36, 1 (2004), S. 42-45から公知である。このアセンブリの場合、偏光子および検光子ならびに割当てられたノマルスキープリズムを互いに対して好適に向けなければならない。倍率が異なる顕微鏡対物レンズには、それに適したノマルスキープリズムを用いなければならない。顕微鏡の軸に対してノマルスキープリズムを横方向にシフトさせることまたは顕微鏡の軸を回転させることが公知である。

【0005】

反射光顕微鏡法の場合、照明および結像放射経路の共通部分の単一のノマルスキープリズムで微分干渉コントラストを達成可能である。透過型顕微鏡法には１対のプリズムが必要である。

【0006】

要件とされる光学的要素および機械的要素は比較的高価である。顕微鏡の調節および同期ならびに設置には時間がかかる。

【0007】

像の強度分布は対象物の振幅および位相特性に比例する。そのような比例性は、放射経路の２つの部分の像のそれぞれのシフトおよびその方向に依存する。さらに、比例性は、対象物の機械的複屈折との、２つの異なって偏光される照明部分の相互作用に依存する。これにより、方法は本質的には定性的方法である。したがって、単純な偏光コントラスト法とは対照的に、ＤＩＣ顕微鏡法は機械的複屈折対象物には好適でない。

【0008】

位相コントラスト法とは対照的に、照明法は原則的に、ＤＩＣ顕微鏡法によって限定されない。ＤＩＣは、λ／１０よりもはるかに厚みが大きいサンプルの試験を可能にする。

【0009】

光効率が低く、典型的には明視野像の明るさのわずか数パーセントであることは、位相コントラスト法およびＤＩＣの欠点である。低効率の主な理由は、偏光された光を用いる必要性である。さらに、ＤＩＣは、照明における偏光子と検出器との間の放射経路中の低機械的複屈折光学アセンブリを要件とする。

【0010】

「フーコーのナイフエッジテスト」という用語は、光学機器を試験するためにナイフエッジが結像平面中に位置決めされる方法を示す。この方法に従うと、瞳およびナイフエッジが実際に同じ場所に位置決めされる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

発明の開示
発明の目的は、単純であり、高い光スループットを有し、かつ容易に調節される、以上で言及した種類のアセンブリを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

発明の局面に従うと、この目的は、
（ｅ） 干渉の生成のための要素が対物レンズの射出瞳の中に位置決めされ、かつ
（ｆ） 干渉の生成のための要素が、振幅透過率Ｆ_DIC（ｘ，ｙ）を有する振幅フィルタで形成されることによって達成され、振幅透過率は、式

【0013】

【数1】

【0014】

に従い、
式中、ｘ，ｙは射出瞳平面中の座標であり、
Ｆ_DIC（ｘ，ｙ）はｘおよびｙの関数としての振幅フィルタ透過および振幅フィルタの位相を記述するための関数式であり、
ｔ（ｘ，ｙ）は振幅フィルタの振幅透過率の実数部分である変数であり、この場合

【0015】

【数2】

【0016】

であり、
Ｔ（ｘ，ｙ）は振幅フィルタの透過度であり、Ｆ^*_DIC（ｘ，ｙ）がＦ_DIC（ｘ，ｙ）の共役複素を示す場合には、Ｔ（ｘ，ｙ）＝Ｆ_DIC（ｘ，ｙ）・Ｆ^*_DIC（ｘ，ｙ）＝ｔ²（ｘ，ｙ）であり、
Ｆ₊（ｘ，ｙ）はＦ_DICの「正」部分であり、この場合

【0017】

【数3】

【0018】

であり、
φは射出瞳平面におけるＤＩＣの効果の方位角であり、
Ｐ（ｘ，ｙ）は振幅フィルタの位相分布であり、この場合

【0019】

【数4】

【0020】

であり、
Ｆ_-（ｘ，ｙ）はＦ_DICの「負」部分であり、この場合

【0021】

【数5】

【0022】

であり、
Ｐ₀は、振幅フィルタＦ_DIC（ｘ，ｙ）の実数位相オフセットである定数であり、
Ｔ₀は、それぞれＦ_DICまたはＦ₊およびＦ_-の実数振幅透過率である定数であり、
Ｐ_maxは、それぞれＦ₊またはＦ_-の実数最大位相である定数である。

【0023】

射出瞳内の位相分布Ｐ（ｘ，ｙ）は、最大の２つの関連値を有する位相ステップである。

【0024】

発明によると、対象物と像との間の開口絞りまたは瞳が物理的にアクセス可能である場合は、光学結像列（optische Abbildungsketten/optical imaging chain）を変更することができる。変更は、対物レンズの射出瞳中の付加的な要素を用いて行なわれる。これにより、通常は見えない対象物の特徴が見えるようになり、検出器で検出可能となる。

【0025】

本発明に従うと、付加的な要素は、微分干渉コントラスト（ＤＩＣ）顕微鏡法と同じ光学的効果を生成する光学振幅フィルタである。しかしながら、ＤＩＣ特有の要素をすべて省略することができる。偏光された光を用いる必要はない。したがって、本発明は偏光コントラスト法ではない。アセンブリは偏光に対して感度を有しない。したがって、結像光学アセンブリは、公知のＤＩＣ顕微鏡よりも容易な要件しか満たさなくてよい。透過光については、アセンブリは本質的に倍率とは独立しており、ある実施形態では完全に倍率とは独立している。アセンブリが振幅フィルタを用いて容易にグレードアップされかつ容易に調節されることが発明の特別な利点である。

【0026】

Ｆ_DIC（ｘ，ｙ）は、座標ｘおよびｙに依存する、振幅フィルタ透過および振幅フィルタの位相を記述するための関数式である。ｘおよびｙ方向への振幅フィルタの透過度の分布は、複素値Ｆ_DIC（ｘ，ｙ）Ｆ^*_DIC（ｘ，ｙ）によって記述される。

【0027】

φは、射出瞳平面におけるＤＩＣの効果の方位角である。しかしながら、これは、射出瞳のｘおよびｙによって記述される座標系が像平面に転写されれば、像平面における方位角を等しく記述することができる。

【0028】

Ｐ（ｘ，ｙ）は、振幅フィルタの位相分布、すなわち入射放射の位相に対する効果の分布を表わす。位相は、フィルタの複素偏角、すなわちＰ（ｘ，ｙ）＝ａｒｇ（Ｆ_DIC）によって記述される。そのような位相の実際的な実現は、振幅フィルタの基板の厚みの差Δｄによって影響され得る。そのような差は以下の式に従う。

【0029】

【数6】

【0030】

式中、λは放射源からの光の波長であり、ｎは波長λでのフィルタ基板の回折指数である。発明の代替的な変更例では、位相分布はフィルタ基板の好適な被覆によって影響され得る。

【0031】

Ｐ₀は振幅フィルタの位相オフセットである。位相オフセットは好きなように選ぶことができる。これは像の生成には影響しない。位相オフセットは、十分に扱うことができるフィルタ基板厚みを有する振幅フィルタの使用を可能にする。

【0032】

Ｔ₀は振幅フィルタの振幅透過率を表わす。これは、射出瞳中の座標ｘおよびｙとは独立した一定係数である。換言すると、Ｔ₀はフィルタ基板の基本透過を表わす。

【0033】

以上の式に本質的に従う特性を有する振幅フィルタの使用は、いくつかの近似を有するいくつかの特別な場合を含む。

【0034】

振幅フィルタは、あらゆる点で同じ厚みを有する、すなわちΔｄ（ｘ，ｙ）＝０である、純粋な強度フィルタによって形成可能である。位相分布および特に位相差は生成されない。放射源からの放射は単色であってはならない。そのような強度フィルタの透過度は、Ｆ_DIC（ｘ，ｙ）Ｆ^*_DIC（ｘ，ｙ）に従う分布を有する。位相分布Ｐ（ｘ，ｙ）は、すべての点（ｘ，ｙ）についてゼロに設定される。位相差を有する振幅フィルタと比較すると、この近似にも拘わらず、像がより拡散するのはごくわずかでしかない。

【0035】

振幅透過の分布の生成のため、振幅フィルタをアルミニウムまたは別の好適な吸収材料で被覆することができる。これにより、強度の分布が好適に影響される。代替的に、座標ｘおよびｙに依存して光学的厚みが異なるプレートを用いる。

【0036】

さらなる近似では位相差も生成されない。すなわち、位相分布Ｐ（ｘ，ｙ）はすべての点（ｘ，ｙ）についてゼロに設定される。さらに、振幅フィルタは、一方側ではいずれの強度も通さず、射出瞳の１つの部分では放射を妨げ、射出瞳の残余の部分では他方側で最大強度を通す、射出瞳中のナイフエッジであるようにされる。すなわち、透過度Ｔ（ｘ，ｙ）は、Ｔ（ｘ，ｙ）≦Ｓについてすべての点でゼロに設定され、式中Ｓは０≦Ｓ≦Ｔ₀²であるしきい値である。好ましくは、ナイフエッジは、放射の少なくとも半分が最大強度で通るように配置される。

【0037】

発明の代替的な実施形態では、単色放射および位相ステップを用いる。次に位相をゼロに設定することができる。

【0038】

偏光子およびノマルスキープリズムがいずれも必要ないことがすべての実施形態の共通の特徴である。これにより、光学アセンブリの光スループットは公知の方法よりもはるかに高い。干渉性の光または小さな照明アパーチャを用いる必要もない。光源の種類とは独立してかつ光の偏光とは独立して、アセンブリを用いることができる。

【0039】

射出瞳における振幅フィルタの効果を以下の考察から導出することができる。
理論的には、微分干渉コントラスト（ＤＩＣ）は、顕微鏡における部分的に干渉性の結像の際の光学的透過機能に対する２つの独立した振幅フィルタの結果として説明することができる。微分干渉コントラストは、垂直に偏光されて、それにより独立した２つの明視野照明器から像空間中に生成される。放射は、顕微鏡の対物レンズの入射瞳における系統的な位相勾配によって互いから区別される。位相勾配は両者とも絶対値が同じであり、それらは「準線形」であり、同じ方向を有する。しかしながら、位相勾配は反対の方向感覚を有する、すなわち、それらは符号が反対である。位相勾配の方向は、照明経路におけるノマルスキープリズムの２つのウェッジの方向によって設定される。

【0040】

第１のノマルスキープリズムは、光学的に、顕微鏡対物レンズの入射瞳の範囲内であるが結像列中で対象物の前にある。ノマルスキープリズムにより、２つの偏光依存反対位相勾配がノマルスキープリズムのウェッジの方向に沿って生じる。

【0041】

第２のノマルスキープリズムは、顕微鏡対物レンズの射出瞳の範囲内の結像放射経路中に物理的に配置される。光学的には、これは第１のノマルスキープリズムと同じ位置にあるが、結像列中で対象物の後ろにある。しかしながら、これは、第１のノマルスキープリズムの２つの偏光依存位相勾配を補償するように向けられる。

【0042】

顕微鏡中における部分的に干渉性の像の見地から考えると、ケーラー照明は、顕微鏡対物レンズの入射瞳中のほぼ全体的に非干渉性である置換光源を生成し、そのような置換光源は、結像列中で対象物の前にある。したがって、結像列中の対象物の前にも位置決めされ、入射瞳の中にある第１のノマルスキープリズムは、像について関連のある効果を有しない。これを省略することができる。第２のノマルスキープリズムは、射出瞳で反対の位相勾配を生成する。置換光源の非干渉性の点に属する対象物によって回折される各々の波の各々の個別の振幅分布は、２つの反対の位相勾配の１つの上に刻印される（aufgepragt/impressed）。これは、各々の非干渉性照明部分毎に偏光に依存して自動的に行なわれる。偏光子を結像列中の第２のノマルスキープリズムのすぐ前に置くことで十分である。照明放射経路中の偏光子は第１のノマルスキープリズムの動作についてしか関連がなく、したがって省略可能である。

【0043】

排他的に準線形位相勾配からなる顕微鏡対物レンズの射出瞳中の全体的に透明の振幅フィルタは顕微鏡像の横方向シフトを生じる。以下が当てはまる。

【0044】

【数7】

【0045】

式中、Δｚは位相勾配の方向の顕微鏡の対物面中で対物面について算出される像の横方向シフトであり、
Ａは顕微鏡の対物口径であり、
Ｐ_maxは、顕微鏡の射出瞳の端縁における最大絶対値を有する位相勾配の位相である。

【0046】

本発明に従う振幅フィルタは、偏光に依存する２つの準線形の反対の位相勾配＋Ｐ_maxおよび−Ｐ_maxによって導出可能である。そのような振幅フィルタを用いる場合、光線の結像経路において第２のノマルスキープリズム、その偏光子、およびその検光子を省略することができる。

【0047】

仮想（fiktiven/fictive）振幅フィルタの反対の位相勾配±Ｐ_maxの偏光に対する依存性は、微分干渉コントラスト効果自体については無関係である。好ましくは、対象物の偏光特性は仮想振幅フィルタとも無関係である。仮想振幅フィルタは一般的な偏光コントラスト法との組合せを可能にする。

【0048】

仮想偏光独立振幅フィルタの数学的表現は、反対の位相勾配を表わしかつそれについて上記の記載が当てはまる仮想振幅透過率Ｆ₊およびＦ_-によって影響を受ける。

【0049】

【数8】

【0050】

振幅透過率Ｔ₀は実数であり、射出瞳に沿って一定であり、典型的には０から１の間にある。φは射出瞳における位相勾配の向きであり、−πから＋πの間の値を有する。φ＝０は「メリジオナル正」、すなわち射出瞳の座標系中の＋ｙを意味する。φ＝−π／２は「サジタル正」、すなわち射出瞳の座標系中の＋ｘを意味する。

【0051】

仮想振幅透過率Ｆ₊は、たとえば、射出瞳における被覆ガラス板によって実際に実現可能である。ガラス板は、以上言及した記載にある分布を有する透過度Ｆ₊Ｆ^*₊および厚みの変化Δｄ₊を有する位相板である。

【0052】

【数9】

【0053】

射出瞳において、以上の式が記述する位相板に反対の位相板を加えると、振幅フィルタの全体的な効果は以下のようになる。

【0054】

【数10】

【0055】

換言すると、対の反対のシフトは行なわれない。光は位相板の２つの部分に割当てられないので、横方向のシフトは全く存在しない。

【0056】

以下の特性

【0057】

【数11】

【0058】

を有する場合は技術的に実践できない請求される振幅フィルタは、光を２つの部分に分離し、これにより微分干渉コントラストの生成に必要な、所望の対にされた横方向シフトを生成する。組立てられた振幅フィルタの効果Ｆ_DIC（ｘ，ｙ）は、合算された位相分布を伴なう、合算された振幅透過率の分布を有することが重要である。仮想振幅フィルタ対Ｆ₊、Ｆ_-の組合せ効果は、透過度Ｔ（ｘ，ｙ）と位相Ｐ（ｘ，ｙ）との複素積の形態で振幅フィルタを表現することにより、技術的に実践可能な強度フィルタおよび技術的にも実践可能な位相板の上に分布可能である。Ｔ（ｘ，ｙ）およびＰ（ｘ，ｙ）は、複素光振幅に対してＦ_DIC（ｘ，ｙ）と同じ効果を有しなければならず、これは、（ｘ，ｙ）でのおそらくは負の振幅透過率

【0059】

【数12】

【0060】

が負でない振幅透過率

【0061】

【数13】

【0062】

によって置き換えられ、かつＰ（ｘ，ｙ）＝Ｐ₀／２＋πである付加的な位相πが位相Ｐ₀／２に加えられた場合にのみ、明白なやり方で行なうことができる。このように、振幅透過率は、光学密度の形態ではっきりと表現することができる。次に、おそらくは変更された位相Ｐ（ｘ，ｙ）を、フィルタ基板のガラス板の厚みの変化によって表現することができる。

【0063】

任意の分布Ｉ_T（ｘ，ｙ）＝Ｉ₀・Ｔ（ｘ，ｙ）を、振幅フィルタＦ_DIC（ｘ，ｙ）の透過度Ｉ_T（ｘ，ｙ）の分布に用いることができ、ここで０＜Ｉ₀はランダムな倍率である。以下の式は、おそらくは変更された位相Ｐ（ｘ，ｙ）を表わす位相板に当てはまる。

【0064】

【数14】

【0065】

記載のアセンブリはフーコーのナイフエッジとは異なる。フーコーのナイフエッジは対物レンズの結像平面または中間像平面に置かれる。ＤＩＣナイフエッジは、射出瞳の中または対物レンズの瞳の中にある。理想的には、フーコーのナイフエッジとともに点対象物を用いる。対象物の延長は、少なくともエアリーの円盤のオーダ（１．２２・λ／Ａ）にあるべきである。ＤＩＣナイフエッジは、延長された対象物に適用された場合のみ有用である。これは点状の対象物については意味をなさない。フーコーのナイフエッジは強度対象物について用いられ、位相物体には有用でない。ＤＩＣナイフエッジは純粋な位相物体について特に有利である。

【0066】

本発明のさらなる変更例が従属請求項の主題である。添付の図面を参照して実施形態を以下により詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0067】

【図1】微分干渉コントラスト像の生成のための透過光顕微鏡の構成要素の概略図である。

【図2】図１のアセンブリにおける光経路を概略的に示す図である。

【図3】図１と同様の微分干渉コントラスト像の生成のための反射光顕微鏡における構成要素および光経路の概略図である。

【図4a】振幅フィルタを有する例の特性を示す図である。

【図4b】振幅フィルタを有する例の特性を示す図である。

【図4c】振幅フィルタを有する例の特性を示す図である。

【図4d】振幅フィルタを有する例の特性を示す図である。

【図5】図４の振幅フィルタで生成される純粋な位相物体の像の図である。

【図6】図４ａに従うＦ_DICの実数部分を示す、振幅フィルタのプロファイル断面の図である。

【図7】図４ｂに従うＦ_DICの虚数部分を示す、振幅フィルタのプロファイル断面の図である。

【図8】図４ｃに従うＦ_DICの位相／２πを示す、振幅フィルタのプロファイル断面の図である。

【図9】絶対値Ｆ_DIC^*Ｆ_DICの平方としてＦ_DICの透過度を示す、振幅フィルタのプロファイル断面の図である。

【発明を実施するための形態】

【0068】

実施形態の説明
図１は、一般的に番号１０で示す、微分干渉コントラスト像の生成のための透過顕微鏡を示す。顕微鏡１０には放射源としてランプ１２が設けられる。光束視野絞り平面にランプ１２の前にレンズアセンブリおよび光束視野絞りを有するコレクタ１４が配置される。顕微鏡１０の照明アセンブリにはさらに、レンズアセンブリおよび照明開口絞り２２を有するコンデンサ１８が設けられる。コレクタ１４およびコンデンサ１８は、対物面における対象物２０がケーラー照明で照明されるように配置される。これにより、光束視野絞り平面がコンデンサ１８によって対物面に結像される。これは、図２に示す光経路で容易に認識できる。対物面は不均等に発光する放射源を用いた場合でも均等に照明される。

【0069】

対物面に位置決めされる対象物２０は、好適な対物レンズアセンブリを有する対物レンズ２４およびチューブレンズ２６を用いて、通常のやり方で像平面２８に結像される。図２に見られるように、光学アセンブリは、照明開口面２２が対物レンズ２４の射出瞳平面３０に結像されるように設計される。

【0070】

上述のアセンブリは当該技術分野で周知であり、通常の顕微鏡アセンブリに対応する。しかしながら、公知の顕微鏡とは反対に、振幅フィルタは射出瞳平面に位置決めされる。振幅フィルタは本質的には厚みが異なる薄いガラス板である。ガラス板はアルミニウムで被覆される。アルミニウム層は均等ではない。これにより、層の厚みに対応する強度透過分布が生成される。

【0071】

射出平面３０中のガラス板は本質的に以下の条件に従う。

【0072】

【数15】

【0073】

式中、ｘ，ｙは射出瞳平面中の座標であり、
Ｆ_DIC（ｘ，ｙ）はｘおよびｙの関数としての振幅フィルタ透過および振幅フィルタの位相を記述するための関数式であり、
ｔ（ｘ，ｙ）は振幅フィルタの振幅透過率の実数部分である変数であり、この場合

【0074】

【数16】

【0075】

であり、
Ｔ（ｘ，ｙ）は振幅フィルタの透過度であり、Ｆ^*_DIC（ｘ，ｙ）がＦ_DIC（ｘ，ｙ）の共役複素を示す場合には、Ｔ（ｘ，ｙ）＝Ｆ_DIC（ｘ，ｙ）・Ｆ^*_DIC（ｘ，ｙ）＝ｔ²（ｘ，ｙ）であり、
Ｆ₊（ｘ，ｙ）はＦ_DICの「正」部分であり、この場合

【0076】

【数17】

【0077】

であり、
φは射出瞳平面におけるＤＩＣの効果の方位角であり、
Ｐ（ｘ，ｙ）は振幅フィルタの位相分布であり、この場合

【0078】

【数18】

【0079】

であり、
Ｆ_-（ｘ，ｙ）はＦ_DICの「負」部分であり、この場合

【0080】

【数19】

【0081】

であり、
Ｐ₀は、振幅フィルタＦ_DIC（ｘ，ｙ）の実数位相オフセットである定数であり、
Ｔ₀は、それぞれＦ_DICまたはＦ₊およびＦ_-の実数振幅透過率である定数であり、
Ｐ_maxは、それぞれＦ₊またはＦ_-の実数最大位相である定数である。

【0082】

ガラス板の厚みは、ベース厚みからの偏差Δｄが

【0083】

【数20】

【0084】

に対応する分布を有する。
これにより位相が生成され、これを図４ｃに一例として示す。図８に、切断線３４（図４ｄ）に沿った位相のプロファイル断面を示す。ガラス板の厚みが３６で上昇していることがわかる。

【0085】

図４ａは上記振幅関数Ｆ_DICの実数部分を示し、図４ｂは虚数部分を示す。図６および図７に対応のプロファイル断面が示される。そのような分布から結果的に生じる透過度Ｔ（ｘ，ｙ）を図４ｄおよび図９に示す。強度透過の分布はアルミニウム被覆により実践される。

【0086】

位置の関数である位相勾配の生成のためのそのような形状および位置の関数である強度透過の生成のためのそのような被覆を有する振幅フィルタは、微分干渉コントラスト像を生成することができる。位相物体のそのような画像の例を図５に一例として示す。

【0087】

透過光顕微鏡の代わりに、図３に概略的に示すような反射光顕微鏡を用いることも可能である。振幅フィルタはここでも対物レンズの射出瞳平面に配置される。側方からの照明の開始は、対物レンズとレンズ管との間の光経路中の半透明鏡４０によって行なわれる。

【0088】

発明は、一体化された振幅フィルタを用いて実践可能であり、この場合、強度透過プロファイルおよび位相の変化が１枚のガラス板の中で行なわれる。しかしながら、強度透過プロファイルを有するフィルタおよび別個の位相板を用いることも可能である。

【0089】

位相板のみまたは透過プロファイルを有するフィルタのみが用いられた場合でも、非常に良好な結像結果が達成され、かつ典型的ＤＩＣ像が達成されたことが分かった。これらの要素は、それらを単独で用いた場合ですら、２つの像の間のシフトを生成する。位相式は、そのような場合、２つの仮想フィルタのうち一方、たとえばＦ＋を用い、そうすると位相式は、Ｐ（ｘ，ｙ）＝±ａｂｓ（ａｒｇ（Ｆ₊））＋オフセットおよびＴ（ｘ，ｙ）＝定数であり、式中、２つの符号「±」のうちのいずれかを用いてもよい。オフセットＰ_maxおよび光学軸の周りの回転が像の出現を決める。オフセットは、光学軸に対して横方向にフィルタをシフトさせることによって容易に変化させることができる。分布Ｐ（ｘ，ｙ）は線形であってはならず、より重要なことには「±ａｂｓ」、すなわち、選ばれた符号に依存する射出瞳内の最小または最大の存在である。発明の特に容易な実施形態では、単純なナイフエッジのみが用いられる。このことは、フィルタが、端縁の一方側では強度を全く透過せず。端縁の他方側では全強度を透過することを意味する。この実施形態の場合ですら、結像の品質に関する小さな妥協しか行なう必要がない。端縁のより外に配置される程、より多くの光が結像平面中の検出器の上に当たるようになる。しかしながら、結像の品質が低下する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図4d】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】