特許 7210385 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】

(24)【登録日】2023-01-13

(45)【発行日】2023-01-23

(54)【発明の名称】観察装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/06 20060101AFI20230116BHJP

   G02B 21/36 20060101ALI20230116BHJP

【ＦＩ】

G02B21/06

G02B21/36

【請求項の数】 21

(21)【出願番号】P 2019107620

(22)【出願日】2019-06-10

(65)【公開番号】P2020201364

(43)【公開日】2020-12-17

【審査請求日】2022-06-08

(73)【特許権者】

【識別番号】322004393

【氏名又は名称】株式会社エビデント

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(74)【代理人】

【識別番号】100182936

【弁理士】

【氏名又は名称】矢野 直樹

(72)【発明者】

【氏名】林 真市

【審査官】岡田 弘

(56)【参考文献】

【文献】特開平０８－１９００５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０３１７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０１０００７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ １９／００－２１／００

Ｇ０２Ｂ ２１／０６－２１／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

観察物体に照射される照明光の光路上に配置された第１強度変調部であって、前記照明光の強度分布を変調する前記第１強度変調部と、
前記照明光が照射された前記観察物体からの観察光の光路上に配置された第２強度変調部であって、前記観察光の強度分布を変調する前記第２強度変調部と、を備え、
前記第１強度変調部の第１光利用率分布は、第１向きに減少し、
前記第２強度変調部の第２光利用率分布は、前記第１向きに対応する第２向きに増加し、
前記観察物体に位相勾配が無い場合において、前記第１強度変調部のより高い光利用率を有する領域が前記第２強度変調部のより低い光利用率を有する領域に投影される
ことを特徴とする観察装置。

【請求項2】

請求項１に記載の観察装置において、
前記第１強度変調部、前記第２強度変調部の光利用率分布は光利用率がゼロの領域を含まない
ことを特徴とする観察装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の観察装置において、さらに、
前記第２強度変調部で変調された前記観察光に基づいて、前記観察物体の画像データを取得する画像取得部と、
前記画像取得部で取得した前記画像データに基づいて、前記観察物体の画像のコントラストを強調する処理を行うコントラスト強調部と、を備える
ことを特徴とする観察装置。

【請求項4】

請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の観察装置において、
前記観察物体の光学像を形成する軸上の主光線に対する前記第１強度変調部の第１光利用率と前記第２強度変調部の第２光利用率の積は、前記光学像を形成する軸外の主光線に対する前記第１強度変調部の第１光利用率と前記第２強度変調部の第２光利用率の積と実質的に等価である
ことを特徴とする観察装置。

【請求項5】

請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の観察装置において、
前記第２強度変調部は、前記第１強度変調部と光学的に共役な位置に配置される
ことを特徴とする観察装置。

【請求項6】

請求項５に記載の観察装置において、さらに、
前記照明光を前記観察物体に照射する照明光学系と、
観察光を検出器に導く観察光学系と、を備え、
前記第１強度変調部は、前記照明光学系の瞳位置、前記照明光学系の瞳位置の近傍、前記瞳と光学的に共役な位置、又は、前記瞳と光学的に共役な位置の近傍に配置され、
前記第２強度変調部は、前記観察光学系の瞳位置、前記観察光学系の瞳位置の近傍、前記瞳と光学的に共役な位置、又は、前記瞳と光学的に共役な位置の近傍に配置される
ことを特徴とする観察装置。

【請求項7】

請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の観察装置において、
前記第１光利用率分布は、互いに異なる光学濃度に対応する少なくとも３つの光利用率を有し、
前記第２光利用率分布は、互いに異なる光学濃度に対応する少なくとも３つの光利用率を有する
ことを特徴とする観察装置。

【請求項8】

請求項７に記載の観察装置において、
前記第１光利用率分布が示す光学濃度分布は、前記第１向きに線形な分布であり、
前記第２光利用率分布が示す光学濃度分布は、前記第２向きに線形な分布である
ことを特徴とする観察装置。

【請求項9】

請求項７に記載の観察装置において、
前記第１光利用率分布が示す光学濃度分布は、前記第１向きに沿ってステップ状の変化する分布であり、
前記第２光利用率分布が示す光学濃度分布は、前記第２向きに沿ってステップ状の変化する分布である
ことを特徴とする観察装置。

【請求項10】

請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の観察装置において、さらに、
開口絞りを有し、
前記開口絞りは、開口径を調整する構造又は心出し構造の少なくとも一方を有する
ことを特徴とする観察装置。

【請求項11】

請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の観察装置において、さらに、
前記第２強度変調部を光軸方向に動かす移動部を備える
ことを特徴とする観察装置。

【請求項12】

請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の観察装置において、
前記第１強度変調部と前記第２強度変調部は、光路に対して挿脱自在に配置される
ことを特徴とする観察装置。

【請求項13】

請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の観察装置において、さらに、
前記第１強度変調部を光軸周りに回転する第１回転部と、
前記第２強度変調部を光軸周りに回転する第２回転部を備える
ことを特徴とする観察装置。

【請求項14】

請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の観察装置において、
前記第１強度変調部の第１波長に対する第１光利用率分布は、前記第１向きに減少し、
前記第２強度変調部の第１波長に対する第２光利用率分布は、前記第２向きに増加し、
前記第１強度変調部の前記第１波長とは異なる第２波長に対する第１光利用率分布は、前記第１向きとは異なる第３向きに減少し、
前記第２強度変調部の前記第２波長に対する第２光利用率分布は、前記第３向きに対応する第４向きに増加する
ことを特徴する観察装置。

【請求項15】

請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の観察装置において、
前記第１強度変調部と前記第２強度変調部のそれぞれは、光学フィルタであり、
前記第１光利用率分布と前記第２光利用率分布のそれぞれは、強度透過率分布である
ことを特徴する観察装置。

【請求項16】

請求項１５に記載の観察装置において、
前記光学フィルタは、楔形状を有する吸収型のNDフィルタを含む
ことを特徴する観察装置。

【請求項17】

請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の観察装置において、
前記第１強度変調部と前記第２強度変調部のそれぞれは、光学ミラーであり、
前記第１光利用率分布と前記第２光利用率分布のそれぞれは、反射率分布である
ことを特徴する観察装置。

【請求項18】

照明光を観察物体に照射する照明光学系と、
前記観察物体からの観察光を検出器に導く観察光学系と、
前記照明光学系と前記観察光学系で共有する光路に配置され、前記照明光の強度分布と前記観察光の強度分布を変調する強度変調部と、を備え、
前記照明光学系と前記観察光学系は、対物レンズを共有し、
前記強度変調部は、前記対物レンズの射出瞳位置又は前記射出瞳位置と光学的に共役な位置に配置され、
前記強度変調部の光利用率分布は、前記対物レンズの光軸と直交する所定の向きに減少し、
前記観察物体に位相勾配が無い場合において、前記強度変調部に入射する前記照明光と前記観察光は光軸に対して対称な位置を通過する
ことを特徴とする観察装置。

【請求項19】

請求項１乃至請求項１８のいずれか１項に記載の観察装置において、
前記観察装置は、顕微鏡装置である
ことを特徴する観察装置。

【請求項20】

請求項１乃至請求項１８のいずれか１項に記載の観察装置において、
前記観察装置は、セルアナライザーである
ことを特徴する観察装置。

【請求項21】

請求項１乃至請求項１８のいずれか１項に記載の観察装置において、
前記観察装置は、材料検査装置である
ことを特徴する観察装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書の開示は、観察装置に関する。

【背景技術】

【0002】

無染色で生細胞を観察する方法の一つとして、微分干渉観察法（Differential Interference Contrast microscopy、以降、ＤＩＣ法と記す。）が知られている。ＤＩＣ法は、
偏光の干渉によって生じる明暗のコントラストで観察物体を可視化する観察法であり、例えば、特許文献１に記載されている。ＤＩＣ法は、位相勾配に応じた明るさによって立体感のある画像（以降、位相勾配画像と記す。）を得ることができるため、生細胞の生育状態などを把握しやすいという点で優れている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】仏国特許発明第１０５９１２３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

偏光を用いて位相勾配画像を得るＤＩＣ法では、偏光の乱れを抑制するため、歪みの少ない専用の対物レンズと専用のコンデンサレンズが用いられるのが通常である。このため、ＤＩＣ法に用いられる装置は高価になりやすく、安価な機器で観察物体の位相勾配画像を得る技術が求められている。

【0005】

以上のような実情から、本発明の一側面に係る目的は、安価な機器構成で観察物体の位相勾配画像を得る技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る観察装置は、観察物体に照射される照明光の光路上に配置された第１強度変調部であって、前記照明光の強度分布を変調する前記第１強度変調部と、前記照明光が照射された前記観察物体からの観察光の光路上に配置された第２強度変調部であ
って、前記観察光の強度分布を変調する前記第２強度変調部と、を備える。前記第１強度変調部の第１光利用率分布は、第１方向に減少し、前記第２強度変調部の第２光利用率分布は、前記第１方向に対応する第２方向に増加し、前記観察物体に位相勾配が無い場合において、前記第１強度変調部のより高い光利用率を有する領域が前記第２強度変調部のより低い光利用率を有する領域に投影される。

【0007】

本発明の別の態様に係る観察装置は、照明光を観察物体に照射する照明光学系と、前記観察物体からの観察光を検出器に導く観察光学系と、前記照明光学系と前記観察光学系で共有する光路に配置され、前記照明光の強度分布と前記観察光の強度分布を変調する強度変調部と、を備える。前記照明光学系と前記観察光学系は、対物レンズを共有する。前記強度変調部は、前記対物レンズの射出瞳位置又は前記射出瞳位置と光学的に共役な位置に配置され、前記強度変調部の光利用率分布は、前記対物レンズの光軸と直交する所定の向きに減少し、前記観察物体に位相勾配が無い場合において、前記強度変調部に入射する前記照明光と前記観察光は光軸に対して対称な位置を通過する。

【発明の効果】

【0008】

上記の態様によれば、安価な機器構成で観察物体の位相勾配画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】顕微鏡装置１の構成を例示した図である。

【図2】変調素子８及び変調素子９の作用について説明するための図である。

【図3】シフト量と像強度の関係を例示した図である。

【図4】瞳位置近傍に配置された場合における変調素子８及び変調素子９の作用について説明するための図である。

【図5】観察装置１０の構成を例示した図である。

【図6】第１実施形態に係る顕微鏡装置１００の構成を例示した図である。

【図7】変調素子１１３の強度透過率分布を例示した図である。

【図8】変調素子１３２の調整方法について説明するための図である。

【図9】コントラスト強調処理の効果を例示した図である。

【図10】照明光学系の開口数と画像のコントラストの関係の一例を示した図である。

【図11】照明光学系の開口数と画像のコントラストの関係の別の例を示した図である。

【図12】変調素子の強度透過率分布と画像のコントラストの関係の一例を示した図である。

【図13】顕微鏡装置１００に用いられる対物レンズ１１９の一例を示した図である。

【図14】変調素子の角度を変更する例を示した図である。

【図15】第２実施形態に係る顕微鏡装置３００の構成を例示した図である。

【図16】第３実施形態に係る顕微鏡装置４００の構成を例示した図である。

【図17】第４実施形態に係る顕微鏡装置５００の構成を例示した図である。

【図18】第５実施形態に係るセルアナライザー６００の構成を例示した図である。

【図19】変調素子６２０の製造方法について説明するための図である。

【図20】第６実施形態に係る材料検査装置７００の構成を例示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１は、顕微鏡装置１の構成を例示した図である。図１に示す顕微鏡装置１は、微分干渉顕微鏡で得られる画像に類似する位相勾配画像を得る観察装置である。

【0011】

顕微鏡装置１は、観察物体４に照射される照明光の光路上に配置された変調素子８と、照明光が照射された観察物体４からの観察光の光路上に配置された変調素子９を備えている。顕微鏡装置１は、さらに、光源２と、照明光学系３と、観察光学系５と、撮像素子６と、表示装置７を備えてもよい。

【0012】

光源２は、例えば、ハロゲンランプである。光源２は、観察物体４を照明する照明光を出射する。照明光学系３は、光源２から出射した照明光を観察物体４に照射する。観察光学系５は、観察光を撮像素子６へ導く。撮像素子６は、例えば、ＣＣＤ（Charge-Coupled
Device）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor）イメ
ージセンサなどの検出器である。撮像素子６は、変調素子９によって変調された観察物体４からの観察光に基づいて観察物体４の画像データを取得する画像取得部の一例である。表示装置７は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（OLED）ディスプレイ、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイなどである。表示装置７は、微分干渉顕微鏡で得られる画像に類似する観察物体４の位相勾配画像を表示する。

【0013】

変調素子８は、照明光の強度分布を変調する第１強度変調部の一例である。変調素子８は、入射光に対して減光した透過光を出射する光学フィルタである。変調素子８は、具体的には、例えば、グラデーションフィルタである。変調素子８は、矢印A1に示す向き（以降、第１向きと記す。）に単調減少する強度透過率分布を有している。変調素子８は、例えば、レンズ３ａ、レンズ３ｂ、レンズ３ｃからなる照明光学系３の瞳位置に配置されている。

【0014】

変調素子９は、観察光の強度分布を変調する第２強度変調部の一例である。変調素子９
は、入射光に対して減光した透過光を出射する光学フィルタであり、具体的には、例えば、グラデーションフィルタである。変調素子９は、第１向きに対応する矢印A2に示す向き（以降、第２向きと記す。）に単調増加する強度透過率分布を有している。変調素子９は、例えば、レンズ５ａ、レンズ５ｂからなる観察光学系５の瞳位置に配置されている。

【0015】

なお、本明細書において“方向”とは、直線で定義され、“向き”とは、矢印で定義される。また、本明細書において、ある方向によって定義される互いに逆向きの２つの向きの一方を、ある方向の正の向きと表現し、２つの向きの他方を、ある方向の負の向きと表現する。つまり、例えば、北向きを南北方向の正の向きと表現し、南向きを南北方向の負の向きと表現する。なお、正負に意味はなく、従って、北向きを南北方向の負の向きと表現し、南向きを南北方向の正の向きと表現してもよい。

【0016】

また、本明細書において、“単調減少”とは、連続的且つ単調に減少する場合の他、少なくとも３段以上のステップで段階的に減少するものを含むものとする。つまり、強度透過率が第１向きに単調減少するとは、強度透過率分布の第１向きの位置に対する微分値が任意の位置において０以下であり、微分値の最小値が０でないことをいう。また、“単調増加”とは、連続的且つ単調に増加する場合の他、少なくとも３段以上のステップで段階的に増加するものを含むものとする。つまり、強度透過率が第２向きに単調増加するとは、強度透過率分布の第２向きの位置に対する微分値が任意の位置において０以上であり、微分値の最大値が０ではないことをいう。

【0017】

また、本明細書において、光軸と直交する２つ平面における“対応する向き”とは、両方の平面に入射する任意の光線が２つの平面を通過する位置によって定義される。具体的には、２つの平面を平面ＦＰ１、平面ＦＰ２とし、平面ＦＰ１と平面ＦＰ２の両方に入射する光線が平面ＦＰ１、平面ＦＰ２を通過する位置を位置ＰＰ１、位置ＰＰ２とした場合、平面ＦＰ１における光軸から位置ＰＰ１に向かう向きと、平面ＦＰ２における光軸から位置ＰＰ２に向かう向きは、互いに対応する向きである。２つ平面が光学的に共役な位置にある場合であれば、一方の平面上に定義されたベクトルを他方の平面に投影したときに、一方の平面における投影前のベクトルの向きと、他方の平面における投影後のベクトルの向きとは、互いに対応する向きである。この例では、変調素子８の位置における第１向きのベクトルを変調素子９の位置に投影したとき、変調素子９の位置に投影されたベクトルの向きは第２向きである。従って、第１向きと第２向きは互いに対応している。

【0018】

以上のように、変調素子８は第１向きに単調減少する強度透過率分布を有し、且つ、変調素子９は第１向きに対応する第２向きに単調増加する強度透過率分布を有するように、変調素子８と変調素子９を配置することで、変調素子８と変調素子９は強度透過率分布に関して相補的関係を有することになる。ここでいう相補的関係とは、観察物体４に位相勾配がない場合において、変調素子８のより高い強度透過率を有する領域を通過した光線が変調素子９のより低い強度透過率を有する領域を通過する関係をいい、その結果、変調素子８の強度透過率分布と変調素子９の強度透過率分布とを合成した強度透過率分布（以降、合成強度透過率分布と記す。）が変調素子８と変調素子９の一方の強度透過率分布よりも均一に近づく関係をいう。

【0019】

図２は、変調素子８及び変調素子９の作用について説明するための図である。図３は、シフト量と像強度の関係を例示した図である。図２に示すように、変調素子８の投影像８ｉが投影される位置は、観察物体４が有する位相勾配に応じて光軸と直交する方向にシフトする。具体的には、図２（ａ）に示すように、観察物体４の位相勾配を有しない部分４ａを観察する場合には、部分４ａを平行平板とみなすことができるため、投影像８ｉは、光軸を中心に投影される。これに対して、図２（ｂ）に示すように、正の位相勾配を有する部分４ｂを観察する場合には、投影像８ｉは、光軸と直交する方向の正の向きにシフト
し、図２（ｃ）に示すように、負の位相勾配を有する部分４ｃを観察する場合には、投影像８ｉは、光軸と直交する方向の負の向きにシフトする。

【0020】

このため、変調素子８と変調素子９が強度透過率分布に関して相補的関係を有する顕微鏡装置１では、観察物体の位相勾配に応じて、合成強度透過率分布が変化する。詳細には、合成強度透過率分布は、観察物体の位相勾配の有無によらず変調素子８と変調素子９の相補的関係によって実質的にフラットな特性を有するが、観察物体の位相勾配に応じて合成強度透過率の値と合成強度透過率の値が０ではない範囲とが変化する。その結果、顕微鏡装置１は、観察物体４の各点は位相勾配に応じた明るさで撮像素子６に投影されるため、観察物体４の位相勾配が可視化された位相勾配画像を得ることができる。

【0021】

より詳細には、観察物体４の位相勾配を有しない部分４ａを観察する場合には、図２（ａ）に示すように、照明光学系３の瞳の中心である点Ｆ２を通過した光線は観察光学系５の瞳の中心である点Ｆ１２を通過する。そして、照明光学系３の瞳の端である点Ｆ１、点Ｆ３を通過した光線は観察光学系５の瞳の端である点Ｆ１１、点Ｆ１３を通過する。このため、合成強度透過率分布は、観察光学系５の瞳全域で中程度の値を有することになる。従って、観察物体４の位相勾配を有しない部分４ａは、図３に示すように、中程度の明るさ（像強度１）で撮像素子６に投影される。

【0022】

正の位相勾配を有する部分４ｂを観察する場合には、図２（ｂ）に示すように、照明光学系３の瞳の中心である点Ｆ５を通過した光線は観察光学系５の瞳の中心から逸れた点Ｆ１５を通過する。変調素子９は、点Ｆ１５において光軸上の点より高い強度透過率を有している。そのため、合成強度透過率分布は、位相勾配を有しない部分４ａを観察する場合よりも高い値を有する。さらに、照明光学系３の瞳の一端である点Ｆ６を通過した光線は観察光学系５の瞳の一端よりも内側の点Ｆ１６を通過する。つまり、観察光学系５の瞳の一端には、光線が入射しない。このため、合成強度透過率分布は、観察光学系５の瞳全域ではなく瞳の一部でのみ０ではない値を有する。なお、照明光学系３の瞳の他端を通過した光線は途中でケラレしてしまい、観察光学系５の瞳に入射しない。照明光学系３の瞳の他端よりも内側の点Ｆ４を通過した光線が観察光学系５の瞳の一端である点Ｆ１４に入射する。従って、観察物体４の正の位相勾配を有する部分４ｂは、合成強度透過率の値の増加分が合成強度透過率の値が０ではない範囲の減少分に勝っているため、図３に示すように、位相勾配を有しない部分よりも高い明るさで撮像素子６に投影される。

【0023】

負の位相勾配を有する部分４ｃを観察する場合には、図２（ｃ）に示すように、照明光学系３の瞳の中心である点Ｆ８を通過した光線は観察光学系５の瞳の中心から逸れた点Ｆ１８を通過する。変調素子９は、点Ｆ１８において光軸上の点より低い強度透過率を有しているため、合成強度透過率分布は、位相勾配を有しない部分４ａを観察する場合よりも低い値を有する。さらに、照明光学系３の瞳の一端である点Ｆ７を通過した光線は観察光学系５の瞳の一端よりも内側の点Ｆ１７を通過する。つまり、観察光学系５の瞳の一端には、光線が入射しない。このため、合成強度透過率分布は、観察光学系５の瞳全域ではなく瞳の一部でのみ０ではない値を有する。なお、照明光学系３の瞳の他端を通過した光線は途中でケラレしてしまい、観察光学系５の瞳に入射しない。照明光学系３の瞳の他端よりも内側の点Ｆ９を通過した光線が観察光学系５の瞳の一端である点Ｆ１９に入射する。従って、観察物体４の負の位相勾配を有する部分４ｃは、合成強度透過率の値が減少し、且つ、合成強度透過率の値が０ではない範囲も減少する。そのため、図３に示すように、位相勾配を有しない部分よりも低い明るさで撮像素子６に投影される。

【0024】

なお、図３の横軸は、光軸を基準とした投影像８ｉのシフト量を瞳半径で割った値を示している。つまり、横軸の値が０の状態は、投影像８ｉが光軸上に投影された状態を示し、横軸の値が±１の状態は、投影像８ｉが瞳半径だけ光軸からシフトした位置に投影され
た状態を示している。横軸の値が±２の状態は、投影像８ｉが瞳径だけ光軸からシフトした状態を示している。横軸の値が２を超える又は－２を下回ると、投影像８ｉは変調素子９外に投影されることになるため、像強度は０になる。また、図３の縦軸は、像強度を示している。像強度は、合成透過率分布を観察光学系５の瞳全域で積分したものであり、シフト量０、つまり、位相勾配なしにおける像強度が１になるように規格化されている。

【0025】

以上のように、顕微鏡装置１では、位相勾配に応じてシフト量が単調に変化し、シフト量に応じて像強度が単調に変化する。その結果、位相勾配の高低が像強度の強弱に変換されるため、顕微鏡装置１は、観察物体４の位相勾配を可視化することができる。即ち、顕微鏡装置１によれば、照明光学系３と観察光学系５のそれぞれに相補的関係を有する変調素子を配置するだけで位相勾配を可視化することが可能であり、安価な機器構成で観察物体の位相勾配画像を得ることができる。

【0026】

図１では、変調素子８を照明光学系３の瞳位置に、変調素子９を観察光学系５の瞳位置に配置する例を示したが、変調素子８は、照明光学系３の瞳と光学的に共役な位置に配置されてもよい。変調素子９は、観察光学系５の瞳と光学的に共役な位置に配置されてもよい。その場合も、変調素子９と変調素子８の位置の光学的に共役な関係は維持される。さらに、変調素子９と変調素子８の位置の光学的に共役な関係が維持される限り、変調素子８は、照明光学系３の瞳位置の近傍に配置されてもよい。変調素子８は、照明光学系３の瞳と光学的に共役な位置の近傍に配置されてもよい。また、変調素子９と変調素子８の位置の光学的に共役な関係が維持される限り、変調素子９は、観察光学系５の瞳位置の近傍に配置されてもよく、観察光学系５の瞳と光学的に共役な位置の近傍に配置されてもよい。

【0027】

図４は、瞳位置近傍に配置された場合における変調素子８及び変調素子９の作用について説明するための図である。図４には、軸上光線の光線束ＰＲ１と軸外光線の光線束ＰＲ２が描かれている。図４に示すように、瞳位置からずれた位置に変調素子が配置されている場合でも、物体面４ｐの各位置を透過し物体面４ｐの像を形成する光線束の主光線に対する変調素子８の強度透過率と変調素子９の強度透過率との積が、物体面４ｐの位置によらず実質的に均一であれば、相補的関係が成立する。これは、観察物体の光学像を形成する軸上の主光線に対する第１強度変調部の第１光利用率と第２強度変調部の第２光利用率の積が、その光学像を形成する軸外の主光線に対する第１強度変調部の第１光利用率と第２強度変調部の第２光利用率の積と実質的に等価である、と言い換えることができる。ただし、軸外光線の光線高は、瞳位置（瞳位置Ｐｏ、瞳位置Ｐｃ）からずれた位置では、瞳位置に比べて高くなる。そのため、瞳位置からずれた位置に配置する場合には、瞳位置に配置する場合よりも大きな変調素子が必要となる。従って、変調素子８と変調素子９は、瞳位置又は瞳と光学的に共役な位置又はそれらの近傍に配置されることが望ましい。

【0028】

図１では、変調素子９を変調素子８と光学的に共役な位置に配置する例を示したが、第１強度変調部と第２の強度変調部は、強度透過率分布に関して相補的関係を有していればよい。また、第１強度変調部と第２の強度変調部の位置関係は、光学的に共役な関係に限らない。例えば、第１強度変調部と第２の強度変調部は、図５に示すように、光学系を挟むことなく、観察物体を挟んで配置されてもよい。

【0029】

図５は、観察装置１０の構成を例示した図である。図５に示す観察装置１０は、観察物体１２に照射される照明光の光路上に配置された変調素子１１と、照明光が照射された観察物体１２からの観察光の光路上に配置された変調素子１３と、観察光を撮像素子１６に導くレンズ１４及びレンズ１５と、撮像素子１６と、を含んでいる。変調素子１１と変調素子１３は、観察物体１２を挟んで配置されている。

【0030】

変調素子１１は、単調減少する強度透過率分布を有し、照明光の強度分布を変調する第１強度変調部の一例である。変調素子１３は、単調増加する強度透過率分布を有し、観察光の強度分布を変調する第２強度変調部の一例である。変調素子１１と変調素子１３は、変調素子１１の強度透過率分布が単調減少する向きと変調素子１３の強度透過率分布が単調増加する向きが同じ向きになるように、配置されている。この場合も、観察物体１２に位相勾配がない場合において、変調素子１１のより高い強度透過率を有する領域を通過した光線が変調素子１３のより低い強度透過率を有する領域を通過する。そのため、第１強度変調部と第２の強度変調部は、強度透過率分布に関して相補的関係を有している。

【0031】

このため、観察装置１０でも、図５に示すように、観察物体１２の位相勾配を有しない平坦な部分（点Ｓ１、点Ｓ４）は、中間的な明るさで撮像素子１６（画素Ｐ１、画素Ｐ４）に投影され、観察物体１２の位相勾配を有する部分（点Ｓ２、点Ｓ３）は、位相勾配に応じた明るさで撮像素子１６（画素Ｐ２、画素Ｐ３）に投影される。従って、観察装置１０によっても、顕微鏡装置１と同様に位相勾配を可視化することができる。
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。

【0032】

［第１実施形態］
図６は、本実施形態に係る顕微鏡装置１００の構成を例示した図である。図７は、変調素子１１３の強度透過率分布を例示した図である。図８は、変調素子１３２の調整方法について説明するための図である。図９は、コントラスト強調処理の効果を例示した図である。

【0033】

顕微鏡装置１００は、図６に示すように、鏡基１１０と鏡筒１２０の間にアダプタ１３０を備える倒立顕微鏡と、カメラ１４０と、制御装置１５０と、表示装置１６０を備えている。

【0034】

鏡基１１０は、光源１１１と、変調素子１１３と、コンデンサ１１４と、ステージ１１５と、対物レンズ１１６と、ノーズピース１１７と、結像レンズ１１８を備えている。鏡筒１２０は、単眼又は双眼鏡筒であり、接眼レンズ１２１を備えている。

【0035】

変調素子１１３は、上述した第１強度変調部の一例であり、コンデンサ１１４の瞳位置に配置されたグラデーションフィルタである。変調素子１１３は、図７に示すように、第１向きに単調減少する強度透過率分布を有している。なお、図７において、Ｔは強度透過率を示し、ξは瞳面内における第１向きの位置を示している。位置ξ＝０は瞳面の中心位置である。位置ξ＝－１、１は、それぞれ瞳面における瞳の端部位置である。変調素子１１３の強度透過率分布は、位置ξ＝０において光学濃度（ＯＤ）１を示し、位置ξ＝－１において光学濃度（ＯＤ）２を示し、位置ξ＝１において光学濃度（ＯＤ）０を示している。つまり、変調素子１１３の強度透過率分布は、光学濃度に換算すると、第１向きに線形な特性を有している。さらに換言すると、変調素子１１３の強度透過率分布が示す光学濃度分布は、第１向きに線形な分布である。

【0036】

アダプタ１３０は、光路切り替えミラー１３６を備えている。光路切り替えミラー１３６の位置を変更することで、結像レンズ１１８が形成した光学像を接眼レンズ１２１の前側焦点位置に投影する目視観察状態と、結像レンズ１１８が形成した光学像をカメラ１４０に投影する撮影状態と、を切り換えることができる。

【0037】

アダプタ１３０は、さらに、リレーレンズ１３１と、変調素子１３２と、スライダ１３３と、ダイヤル１３４と、リレーレンズ１３５を備えている。変調素子１３２が設置されているスライダ１３３は、リレーレンズ１３１とリレーレンズ１３５の間に設けられている。そして、スライダ１３３を所定の位置まで挿入することで、変調素子１３２上に変調
素子１１３の像が投影される。

【0038】

変調素子１３２は、上述した第２強度変調部の一例であり、対物レンズ１１６の瞳共役位置に配置されたグラデーションフィルタである。変調素子１３２は、一定の向きに単調増加する強度透過率分布を有している。変調素子１３２は、図８に示すように、スライダ１３３に設けられたダイヤル１３４の回転に連動して方位が変化する。従って、利用者は、ダイヤル１３４を操作することで、強度透過率が単調増加する向きを調整することが可能である。利用者は、変調素子１３２の強度透過率分布が第１向きに対応する第２向きに単調増加するように調整する。これにより、変調素子１１３と変調素子１３２は強度透過率分布に関して相補的関係を有する。なお、変調素子１３２の強度透過率分布が示す光学濃度分布は、第２向きに線形な分布であることが望ましい。

【0039】

カメラ１４０は、観察光学系によって導かれた観察物体からの光に基づいて観察物体の画像データを取得する画像取得部であり、撮像素子１４１を含んでいる。カメラ１４０は、画像データに基づいて、表示装置１６０に表示される観察物体の画像のコントラストを強調する強調処理を行ってもよい。即ち、カメラ１４０は、画像取得部であり、コントラスト強調部であってもよい。

【0040】

制御装置１５０は、カメラ１４０を制御する制御装置であり、ダイヤル１５１を備えている。利用者がダイヤル１５１を回転することで、顕微鏡装置１００は、強調処理におけるコントラストの強調量を調整することができる。なお、制御装置１５０は、表示装置１６０を制御する制御装置であってもよい。この場合、利用者がダイヤル１５１を回転することで、表示装置１６０が画像データに基づいて、表示装置１６０に表示される観察物体の画像のコントラストを強調する強調処理を行ってもよい。

【0041】

表示装置１６０は、画像データに基づいて観察物体の画像のコントラストを強調するコントラスト強調部１６１を備えている。

【0042】

以上のように構成された顕微鏡装置１００によれば、変調素子１１３と変調素子１３２の相補的関係によって、位相勾配に応じた明るさで観察物体の光学像をカメラ１４０上に形成することができる。このため、図９に示すように、微分干渉顕微鏡で得られる画像２０１に類似した位相勾配画像である画像２０２及び画像２０３を得ることができる。また、顕微鏡装置１００では、変調素子１１３と変調素子１３２が線形な光学濃度分布を有しているため、位相勾配に応じて明るさを滑らかに変化させることができる。なお、画像２０１、画像２０２及び画像２０３は、大小２つの半球状の物体を撮影した画像である。画像２０２は、カメラ１４０でコントラストを強調する前の画像であり、画像２０３は、カメラ１４０でコントラストを強調した後の画像である。

【0043】

顕微鏡装置１００では、変調素子１１３と変調素子１３２によって位相勾配を像強度に変換し、さらに、画像処理によって像強度の差によって生じるコントラストを強調する。これにより、図９の画像２０３に示すように、位相勾配が十分なコントラストで視認される画像を得ることができる。また、顕微鏡装置１００では、常光線と異常光線をずらして合成することによって像を形成する微分干渉顕微鏡に比べて高い解像度を実現可能である。

【0044】

また、顕微鏡装置１００では、既存の顕微鏡にアダプタ１３０を追加し、さらに、コンデンサ１１４の瞳位置に変調素子１１３を配置するだけで位相勾配画像を得ることができる。従って、顕微鏡装置１００によれば、既存の顕微鏡装置を利用した安価な構成によって、観察物体の位相勾配画像を得ることができる。また、顕微鏡装置１００では、微分干渉顕微鏡とは異なり、偏光特性に左右されることなく位相勾配画像を得ることができる。
このため、観察物体を偏光が乱しやすいプラスチック容器に収容したまま観察することができる。

【0045】

図１０及び図１１は、照明光学系の開口数と画像のコントラストの関係を例示した図である。図６には図示しないが、顕微鏡装置１００は、照明光路上に開口絞りを有してもよい。開口絞りは、開口径を調整する構造を有することが望ましい。開口絞りを用いて照明光学系の開口数を調整することで、デフォーカス特性が変化する。図１０に示す画像２０４から画像２０７は、画像処理によってコントラストを強調する前の画像であり、開口絞りで制限された照明光学系の開口数（ＮＡ）を０．６から０．３まで段階的に小さくしたときの画像である。また、図１１に示す画像２０８から画像２１１は、画像処理によってコントラストを強調した後の画像であり、開口絞りで制限された照明光学系の開口数（ＮＡ）を０．６から０．３まで段階的に小さくしたときの画像である。図１０及び図１１に示すように、照明光学系の開口数を小さくすることで、焦点深度が深くなる。そのため、デフォーカスした状態であっても観察物体を探しやすくすることができる。

【0046】

また、開口絞りは、さらに、心出し構造を有してもよい。心出し構造により主光線の光軸に対する傾きを調整することにより、デフォーカスに伴って像位置が変化する事象の発生を抑制することができる。なお、開口絞りは開口径を調整する構造又は心出し構造の少なくとも一方を有することが望ましい。

【0047】

図１２は、変調素子の強度透過率分布と画像のコントラストの関係の一例を示した図である。顕微鏡装置１００は、線形な光学濃度分布を有する変調素子１１３及び変調素子１３２を有するが、変調素子１１３と変調素子１３２の各々の光学濃度分布は、互いに異なる光学濃度に対応する少なくとも３つの強度透過率を有することが望ましい。従って、変調素子１１３は、図７に示すような第１向きに線形な光学濃度分布の代わりに、第１向きに沿ってステップ状の変化する光学濃度分布であってもよい。また、変調素子１３２は、第２向きに線形な光学濃度分布の代わりに、第２向きに沿ってステップ状の変化する光学濃度分布であってもよい。図１２に示す画像２１２から画像２１４は、画像処理によってコントラストを強調した後の画像であり、互いに光学濃度分布が異なる変調素子を用いて取得した画像である。画像２１２は、線形な光学濃度分布を有する変調素子を用いて取得した画像である。画像２１３は、３段階に変化する光学濃度分布を有する変調素子を用いて取得した画像である。画像２１４は、２段階に変化する光学濃度分布を有する変調素子を用いて取得した画像である。図１２に示すように、変調素子の光学濃度分布が３つ以上の光学濃度を有することで、デフォーカス像にゆがみを生じることなく観察物体の各部分を観察することができる。

【0048】

図１３は、顕微鏡装置１００に用いられる対物レンズ１１９の一例を示した図である。顕微鏡装置１００では、第２強度変調部である変調素子１３２をアダプタ１３０を用いて対物レンズ１１６の共役位置に配置する例を示したが、変調素子１３２は、対物レンズの瞳位置に配置されてもよい。その場合、対物レンズの瞳位置は対物レンズ内部に位置することもあるため、顕微鏡装置１００は、対物レンズ１１６の代わりに、図１３に示すような変調素子１３２を対物レンズ鏡筒内に収容した対物レンズ１１９を備えてもよい。変調素子を収容した対物レンズを用いることで、スライダ１３３が不要となると同時に、対物レンズ毎に適切な変調素子を用いることが可能となる。

【0049】

図１４は、変調素子の角度を変更する例を示した図である。図１３では、対物レンズ毎に変調素子を有することで、対物レンズに応じた適切な変調素子を用いる例を示したが、顕微鏡装置１００は、光軸に対する変調素子の角度を変更する構造を有してもよい。顕微鏡装置１００は、例えば、図１４に示すように、変調素子１３２を回動自在に支持する回転軸１３２ｅを有してもよい。この場合、対物レンズの瞳径に合わせて回転軸１３２ｅを
回転することで、変調素子１３２の強度透過率の最も高い領域と最も低い領域を瞳の端部に一致させることができる。このため、変調素子１３２の強度透過率分布を有効に活用して高いコントラストを得ることができる。

【0050】

［第２実施形態］
図１５は、本実施形態に係る顕微鏡装置３００の構成を例示した図である。顕微鏡装置３００は、顕微鏡本体３１０と、コンピュータ３４０と、表示装置１６０を備えている。なお、ＰＭＴ３３２とコンピュータ３４０は、画像取得部３５０を構成する。

【0051】

顕微鏡本体３１０は、レーザ走査型顕微鏡を拡張したものであり、コンピュータ３４０と協働することで共焦点画像を得ることができる。レーザ光源３１１から出射したレーザ光は、ビームエキスパンダ３１２で光束径が拡大される。その後、レーザ光は、開口絞り３１３、ダイクロイックミラー３１４、ガルバノミラー３１５、変調素子３１６及びリレーレンズ３１７を経由して、ノーズピース３１８に装着された対物レンズ３１９に入射する。変調素子３１６は、上述した第１強度変調部である。

【0052】

ノーズピース３１８には、対物レンズ３１９の他に倍率の異なる対物レンズ３２０が装着されている。対物レンズ３１９は、レーザ光を集光して、ステージ３２１に置かれたプラスチックシャーレ３２２内の培養細胞３２３の一点に向かって照射する。レーザ光の集光位置は、ガルバノミラー３１５でのレーザ光の偏向方向によって制御可能である。従って、ガルバノミラー３１５を制御することで培養細胞３２３を二次元に走査することができる。

【0053】

レーザ光が照射された培養細胞３２３では、蛍光が発生し、対物レンズ３１９、リレーレンズ３１７、変調素子３１６、ガルバノミラー３１５を経由してダイクロイックミラー３１４へ入射する。その後、ダイクロイックミラー３１４で反射した蛍光は、レンズ３２４によって共焦点絞り３２５へ照射され、焦点位置から生じた蛍光のみが共焦点絞り３２５に設けられたピンホールを通過して、光電子増倍管（以降、ＰＭＴと記す。）３２６に入射する。

【0054】

コンピュータ３４０は、培養細胞３２３の走査中にＰＭＴ３２６から出力される信号を、レーザ光の走査位置を用いて二次元にマッピングすることで、共焦点画像を得る。

【0055】

顕微鏡本体３１０は、さらに、ユニバーサルコンデンサ３２７と、レンズ３３１と、ＰＭＴ３３２を備えている。ユニバーサルコンデンサ３２７のターレットには、複数の変調素子（変調素子３２８、変調素子３２９、変調素子３３０）が収容されていて、複数の変調素子の中から選択した変調素子を光路上に配置することができる。ユニバーサルコンデンサ３２７に収容されている複数の変調素子のうちの少なくとも１つは、上述した第２強度変調部であり、この例では、変調素子３２９は、第２強度変調部である。

【0056】

培養細胞３２３を透過したレーザ光は、プラスチックシャーレ３２２を透過してユニバーサルコンデンサ３２７に入射する。その後、ユニバーサルコンデンサ３２７内の変調素子３２９、及び、レンズ３３１を経由してＰＭＴ３３２へ入射する。

【0057】

コンピュータ３４０は、培養細胞３２３の走査中にＰＭＴ３３２から出力される信号を、レーザ光の走査位置を用いて二次元にマッピングすることで、位相勾配画像を得る。なお、コンピュータ３４０は、位相勾配画像のコントラストを強調する画像処理を行ってもよく、コンピュータ３４０の代わりに表示装置１６０のコントラスト強調部１６１がコントラストを強調する画像処理を行ってもよい。

【0058】

以上のように構成された顕微鏡装置３００によれば、共焦点画像と同時に、微分干渉顕微鏡で得られる画像に類似した位相勾配画像を得ることができる。このため、運動する生細胞について、蛍光色素の位置と細胞の構造の相関を正確に把握することができる。

【0059】

［第３実施形態］
図１６は、本実施形態に係る顕微鏡装置４００の構成を例示した図である。顕微鏡装置４００は、顕微鏡本体４１０と、カメラ４３０と、制御装置１５０と、表示装置１６０を備えている。なお、カメラ４３０は、画像取得部３５０を構成する。

【0060】

顕微鏡本体４１０は、金属顕微鏡である。投光管４１１内に設けられた光源４１２から出射した光は、コレクタレンズ４１３でコリメートされ、変調素子４１４、照明レンズ４１５、開口絞り４１６、視野絞り４１７を経由して、ハーフミラー４１８に入射する。ハーフミラー４１８を反射した光は、その後、ノーズピース４１９に装着された対物レンズ４２１によって、ステージ４２３に置かれた観察物体４２２に照射される。なお、ノーズピース４１９には、対物レンズ４２１の他に倍率の異なる対物レンズ４２０が装着されている。

【0061】

変調素子４１４は、上述した第１強度変調部であり、対物レンズ４２１の瞳と光学的に共役な位置の近傍に配置されている。変調素子４１４は、照明光路に対して挿脱自在に配置されている。変調素子４１４は、例えば、図８に示すようなスライダに固定されることで照明光路に対して挿脱自在に配置されてもよい。また、顕微鏡装置４００は、変調素子４１４を光軸周りに回転する第１回転部を備えてもよい。第１回転部は、例えば、図８に示すようなダイヤルとベルトからなる構造であってもよく、ダイヤルを回転することで変調素子４１４が光軸周りに回転してもよい。

【0062】

観察物体４２２で反射した光は、対物レンズ４２１、ハーフミラー４１８、瞳リレーレンズ４２４を経由して、変調素子４２５へ入射する。変調素子４２５は、上述した第２強度変調部であり、対物レンズ４２１の瞳と光学的に共役な位置の近傍に配置されている。変調素子４２５は、観察光路に対して挿脱自在に配置されている。変調素子４２５は、例えば、図８に示すようなスライダに固定されることで観察光路に対して挿脱自在に配置されてもよい。また、顕微鏡装置４００は、変調素子４２５を光軸周りに回転する第２回転部を備えてもよい。第２回転部は、例えば、図８に示すようなダイヤルとベルトからなる構造であってもよく、ダイヤルを回転することで変調素子４２５が光軸周りに回転してもよい。さらに、顕微鏡装置４００は、変調素子４２５を光軸方向に動かす移動部を備えてもよい。移動部は、例えば、変調素子４２５を固定したスライダを光軸方向にスライドさせるボールねじであってもよい。

【0063】

変調素子４２５を透過した光は、結像レンズ４２６によってカメラ４３０に集光し、観察物体４２２の光学像を形成する。カメラ４３０は、観察物体の画像データを取得する画像取得部であり、さらに、画像データに基づいて表示装置１６０に表示される観察物体の画像のコントラストを強調するコントラスト強調部であってもよい。なお、カメラ４３０の代わりに表示装置１６０が、画像データに基づいて、表示装置１６０に表示される観察物体の画像のコントラストを強調する強調処理を行ってもよい。

【0064】

以上のように構成された顕微鏡装置４００によれば、既存の金属顕微鏡に、相補的関係を有する変調素子を追加することで、微分干渉顕微鏡で得られる画像に類似した位相勾配画像を得ることができる。また、顕微鏡装置４００は、変調素子を光路から取り除くことで、通常の金属顕微鏡としても利用することができる。さらに、顕微鏡装置４００は、変調素子の相補的関係を維持しながら変調素子を光軸周りに回転させることで、位相勾配画像でコントラストが付く方向、つまり、位相勾配を検出する方向、を調整することができ
る。

【0065】

［第４実施形態］
図１７は、本実施形態に係る顕微鏡装置５００の構成を例示した図である。顕微鏡装置５００は、変調素子４１４及び変調素子４２５の代わりに変調素子５０１を含む点、瞳リレーレンズ４２４がハーフミラー４１８よりも物体側に配置されている点が顕微鏡装置４００とは異なっている。その他の点は、顕微鏡装置４００と同様である。

【0066】

変調素子５０１は、照明光学系と観察光学系が共有している対物レンズ４２１の射出瞳位置と光学的に共役な位置に配置された、照明光の強度分布と観察光の強度分布を変調する強度変調部である。変調素子５０１は、例えば、グラデーションフィルタである。変調素子５０１の強度透過率分布は、対物レンズ４２１の光軸と直交する所定の向きに単調減少する。変調素子５０１に入射する照明光と観察光は光軸に対して対称な位置を通過する。このため、変調素子５０１は、照明光に対して顕微鏡装置４００の変調素子４１４と同様に作用し、且つ、観察光に対して顕微鏡装置４００の変調素子４２５と同様に作用する。

【0067】

従って、顕微鏡装置５００によっても、顕微鏡装置４００と同様に、微分干渉顕微鏡で得られる画像に類似した位相勾配画像を得ることができる。また、顕微鏡装置５００では、例えば、対物レンズ４２１と対物レンズ４２０との切り替えに応じて、変調素子５０１と変調素子５０２を切り替えて使用してもよい。顕微鏡装置５００では、対物レンズに応じて１つの変調素子を交換すればよい。また、１つの変調素子を光軸周り回転することで位相勾配画像にコントラストが付く方向を変更することもできる。このため、変調素子に関する調整作業を大幅に簡素化することができる。

【0068】

［第５実施形態］
図１８は、本実施形態に係るセルアナライザー６００の構成を例示した図である。セルアナライザー６００は、観察装置の一例であり、計数対象の細胞６０１をバッファとともに流すフローセル６０２と、ＬＥＤ光源６０３と、変調素子６０４と、変調素子６０５と、カメラ６０６と、回収容器６１０を備えている。

【0069】

ＬＥＤ光源６０３は、面発光光源であり、空間的に均一な強度の照明光を発光する。このため、ＬＥＤ光源６０３は、変調素子６０４が取り除かれた状態では、フローセル６０２内を流れる空間を実質的に均一な強度で照明する。

【0070】

変調素子６０４は、上述した第１強度変調部であり、変調素子６０５は、上述した第２強度変調部である。変調素子６０４と変調素子６０５は、フローセル６０２を挟んで配置されていて、強度透過率分布に関して相補的関係を有している。具体的には、変調素子６０４は、例えば、フローセル６０２の上流に向かって線形に減少する光学濃度を有している。変調素子６０５は、例えば、フローセル６０２の上流に向かって線形に増加する光学濃度を有している。

【0071】

カメラ６０６は、レンズ６０７とレンズ６０８からなる撮像レンズと、撮像素子６０９とを備えている。撮像レンズは、アフォーカルマクロレンズである。カメラ６０６は、変調素子６０４と変調素子６０５の間に焦点が位置するように配置されている。カメラ６０６は、変調素子６０４と変調素子６０５を経由して検出された光に基づいて、変調素子６０４と変調素子６０５の間を通過する細胞６０１の画像を取得する。

【0072】

細胞６０１は細胞６０１とともに流れるバッファよりも高い屈折率を有しているため、細胞６０１とバッファの間には位相勾配が生じている。このため、セルアナライザー６０
０では、細胞６０１の輪郭部分にコントラストが付いた位相勾配画像を得ることができる。さらに、図示しないプロセッサが位相勾配画像を画像解析することで、セルアナライザー６００は、変調素子６０４と変調素子６０５の間を通過する細胞６０１を計数することができる。

【0073】

以上のように構成されたセルアナライザー６００によれば、相補的関係を有する変調素子によって位相勾配を像強度に変換することができるため、従来のセルアナライザーのように、レーザ光源を必要としない。このため、従来のセルアナライザーよりもコストを抑えることが可能であり、安価に提供することができる。なお、ＬＥＤ光源６０３を拡散板に変更し、カメラ６０６をレンズアダプタ付きのスマートフォンに変更してもよい。これにより、さらに安価にセルアナライザーを提供することができる。

【0074】

図１９は、変調素子６２０の製造方法について説明するための図である。以下、図１９を参照しながら、変調素子の製造方法の一例について説明する。まず、図１９（ａ）に示すように、吸収型のＮＤフィルタ６２１と、ＮＤフィルタ６２１と同屈折率を有する透明基板６２２を接合する。ＮＤフィルタ６２１は、一定の光学濃度を有している。さらに、それらの接合面に対して一定の角度で両面を研磨し、面Ｃ１と面Ｃ２を露出させる。次に、図１９（ｂ）に示すように、面Ｃ３と面Ｃ４で縁取りする。この作業は、主に、ＮＤフィルタ６２１と透明基板６２２の接合物を支持枠に収めるために行われる。これにより、図１９（ｃ）に示すように、ＮＤフィルタ６２１の厚さが線形に変化する変調素子６２０が完成する。変調素子６２０では、ＮＤフィルタ６２１の厚さが線形に変化することで光学濃度も線形に変化する。図１９に示す製造方法によれば、容易に光学濃度が線形に変化する変調素子を製造することができる。

【0075】

［第６実施形態］
図２０は、本実施形態に係る材料検査装置７００の構成を例示した図である。材料検査装置７００は、透明な検査材料７０４を検査する装置であり、光源７０１と、拡散板７０２と、変調素子７０３と、変調素子７０５と、カメラ７０６を備えている。

【0076】

光源７０１から出射した光は、拡散板７０２で拡散され、その結果、拡散板７０２から空間的におよそ均一な強度の照明光が出射する。このため、光源７０１と拡散板７０２は、変調素子７０３が取り除かれた状態では、検査材料７０４を実質的に均一な強度で照明する。

【0077】

変調素子７０３は、上述した第１強度変調部であり、変調素子７０５は、上述した第２強度変調部である。変調素子７０３と変調素子７０５は、検査材料７０４を挟んで配置されていて、強度透過率分布に関して相補的関係を有している。具体的には、変調素子７０３と変調素子７０５は、同じ向きに一方は線形に減少する光学濃度を有し、他方は線形に増加する光学濃度を有している。

【0078】

カメラ７０６は、レンズ７０７とレンズ７０８からなる撮像レンズと、撮像素子７０９とを備えている。カメラ７０６は、変調素子７０３と変調素子７０５の間に焦点が位置するように配置されていて、変調素子７０３と変調素子７０５を経由して検出された光に基づいて、変調素子７０３と変調素子７０５の間に配置された検査材料７０４の画像を取得する。

【0079】

以上のように構成された材料検査装置７００でも、相補的関係を有する変調素子によって位相勾配を像強度に変換することができるため、検査材料７０４内の欠陥、検査材料７０４の表面にある凹凸などを可視化することができる。また、２つの変調素子の光学濃度の勾配を変更することで、位相勾配に対する感度を変更することができる。このため、材
料検査装置７００を検査材料７０４の検査しやすい感度に調整することができる。

【0080】

上述した実施形態は、発明の理解を容易にするための具体例を示したものであり、本発明の実施形態はこれらに限定されるものではない。上述した実施形態の一部を他の実施形態に適用して本発明の更に別の実施形態を構成してもよい。観察装置は、特許請求の範囲の記載を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。

【0081】

上述した実施形態では、２つの強度変調部（第１強度変調部と第２強度変調部）が強度透過率分布を有する光学フィルタである例を示したが、強度反射率が分布を有する光学ミラーを含んでも良い。その場合、２つの強度変調部は、強度反射率分布に関して相補的関係を有していればよい。なお、強度変調部の強度透過率分布と強度変調部の強度反射率分布は、いずれも強度変調部に入射する光強度と強度変調部から出射する光強度の比率を示す分布である。また、強度変調部の強度透過率分布と強度変調部の強度反射率分布は、いずれも強度変調部での光利用率を示す光利用率分布の一例である。このため、観察装置では、第１強度変調部の第１光利用率分布が第１向きに単調減少し、第２強度変調部の第２光利用率分布が第１向きに対応する第２向きに単調増加すればよい。

【0082】

また、上述した実施形態では、波長について特に言及していないが、２つの強度変調部は、波長毎に光利用率分布に関して相補的関係を有していればよい。例えば、第１強度変調部の第１波長に対する第１光利用率分布が第１向きに単調減少し、第２強度変調部の第１波長に対する第２光利用率分布が第１向きに対応する第２向きに単調増加し、さらに、第１強度変調部の第１波長とは異なる第２波長に対する第１光利用率分布が第１向きとは異なる第３向きに単調減少し、第２強度変調部の第２波長に対する第２光利用率分布が第３向きに対応する第４向きに単調増加してもよい。この場合、第１波長と第２の波長を用いて、２つの方向の位相勾配を一度に検出することができる。

【0083】

なお、上述した実施形態では、強度透過率分布や光利用率分布が“単調減少する”、または“単調増加する”として説明したが、必ずしもこれに限らない。本発明の効果を得るためには、図３に示したように、合成強度透過率分布がシフト量０付近において、シフト量により単調増加または単調減少する関係を有すればよい。したがって、強度透過率分布や光利用率分布が“減少する”、または“増加する”ものであってもよい。ここで、強度透過率や光利用率分布が第１向きに“減少する”とは、全体として減少しているものも含み、例えば、強度透過率分布や光利用率分布の第１向きの位置に対する微分値が大部分の位置において０以下であり、微分値の最小値が０でないことをいう。また、強度透過率や光利用率分布が第２向きに“増加する”とは、全体として増加しているものも含み、強度透過率分布や光利用率分布の第２向きの位置に対する微分値が大部分の位置において０以上であり、微分値の最大値が０ではないことをいう。ここで“全体として減少する”、または“全体として増加する”には、大部分が減少している全体の一部分に反対に増加する部分があること、または、大部分が増加している全体の一部分に反対に減少する部分があること、も含まれるものとする。また、大部分の位置とは、有効に作用する位置において例えば７０％以上であればよく、９０％以上であることがより望ましい。

【符号の説明】

【0084】

１、１００、３００、４００、５００ 顕微鏡装置
２、１１１、４１２、７０１ 光源
３ 照明光学系
４、１２、４２２ 観察物体
４ａ、４ｂ、４ｃ 部分
４ｐ 物体面
５ 観察光学系
６、１６、１４１、６０９、７０９ 撮像素子
７、１６０ 表示装置
８、９、１１、１３、１１３、１３２、３１６、３２８－３３０、４１４、４２５、５０１、５０２、６０４、６０５、６２０、７０３、７０５ 変調素子
８ｉ 投影像
１０ 観察装置
１１０ 鏡基
３１３、４１６ 開口絞り
１１４、３２７ コンデンサ
１１５，３２１、４２３ ステージ
１１６，１１９、３１９、３２０、４２０、４２１ 対物レンズ
１１７、３１８、４１９ ノーズピース
１１８、４２６ 結像レンズ
１２０ 鏡筒
１２１ 接眼レンズ
１３０ アダプタ
１３１、１３５、３１７、４２４ リレーレンズ
１３２ｅ 回転軸
１３３ スライダ
１３４、１５１ ダイヤル
１３６ 光路切り替えミラー
１４０、４２７、６０６、７０６ カメラ
１５０ 制御装置
１６１ コントラスト強調部
２０１－２１４ 画像
３１０、４１０ 顕微鏡本体
３１１ レーザ光源
３１２ ビームエキスパンダ
３１４ ダイクロイックミラー
３１５ ガルバノミラー
３２２ プラスチックシャーレ
３２３ 培養細胞
３２５ 共焦点絞り
３２６、３３２ ＰＭＴ
３２７ ユニバーサルコンデンサ
３４０ コンピュータ
３５０ 画像取得部
４１１ 投光管
４１３ コレクタレンズ
４１５ 照明レンズ
４１７ 視野絞り
４１８ ハーフミラー
４２４ 瞳リレーレンズ
６００ セルアナライザー
６０１ 細胞
６０２ フローセル
６０３ ＬＥＤ光源
６１０ 回収容器
６２１ ＮＤフィルタ
６２２ 透明基板
７００ 材料検査装置
７０２ 拡散板
７０４ 検査材料

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】