JP-2026077700-A - 顕微鏡装置

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Abstract

【課題】試料における３次元の屈折率分布をより正確に求めることが可能な顕微鏡装置を提供する。【解決手段】顕微鏡装置は、第１の方向に向けた第１照明光を試料に照射して前記第１照明光の照射に応じた前記試料からの光を検出する第１顕微鏡部と、前記第１の方向と異なる第２の方向に向けた第２照明光を前記試料に照射して前記第２照明光の照射に応じた前記試料からの光を検出する第２顕微鏡部と、前記第１顕微鏡部により検出された光の検出信号および、前記第２顕微鏡部により検出された光の検出信号に基づいて、前記試料における３次元の屈折率分布を生成するデータ処理部とを有する。【選択図】図１

Inventors

池田諭史
福武直樹

Assignees

株式会社ニコン

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20260209

Claims (1)

第１の方向に向けた第１照明光を試料に照射して前記第１照明光の照射に応じた前記試料からの光を検出する第１顕微鏡部と、前記第１の方向と異なる第２の方向に向けた第２照明光を前記試料に照射して前記第２照明光の照射に応じた前記試料からの光を検出する第２顕微鏡部と、前記第１顕微鏡部により検出された光の検出信号および、前記第２顕微鏡部により検出された光の検出信号に基づいて、前記試料における３次元の屈折率分布を生成するデータ処理部とを有する顕微鏡装置。

Description

本発明は、顕微鏡装置に関する。近年、位相物体等の試料における３次元の屈折率分布を求める方法が考案されている（例えば、特許文献１を参照）。国際公開第２０２０／１６１８２６号パンフレット本発明に係る顕微鏡装置は、第１の方向に向けた第１照明光を試料に照射して前記第１照明光の照射に応じた前記試料からの光を検出する第１顕微鏡部と、前記第１の方向と異なる第２の方向に向けた第２照明光を前記試料に照射して前記第２照明光の照射に応じた前記試料からの光を検出する第２顕微鏡部と、前記第１顕微鏡部により検出された光の検出信号および、前記第２顕微鏡部により検出された光の検出信号に基づいて、前記試料における３次元の屈折率分布を生成するデータ処理部とを有する。第１実施形態に係る顕微鏡装置の模式図である。第１実施形態に係る顕微鏡装置を示す概略構成図である。第１実施形態におけるステージの拡大図である。変調素子の光の透過率の分布を示すグラフである。試料の複数の断面の画像データに基づいてデコンボリューションを行う方法を示す模式図である。従来の方法で生成した明視野観察による試料の画像を示す図である。従来の方法で生成した試料の屈折率分布の画像を示す図である。従来におけるＰＯＴＦの分布を示す図である。従来におけるＰＯＴＦのミッシングコーン領域を推定して補完したスペクトルの分布を示す図である。明視野観察による試料の画像を示す図である。試料の屈折率分布の画像を示す図である。ＰＯＴＦの分布を示す図である。ＰＯＴＦのミッシングコーン領域を推定して補完したスペクトルの分布を示す図である。第１実施形態に係るデータ生成方法を示すフローチャートである。第１実施形態に係る顕微鏡装置の変形例を示す概略構成図である。第２実施形態に係る顕微鏡装置を示す概略構成図である。第２実施形態におけるステージの拡大図である。第２実施形態に係る顕微鏡装置の変形例を示す概略構成図である。第３実施形態に係る顕微鏡装置を示す概略構成図である。第３実施形態におけるステージの拡大図である。第３実施形態に係る顕微鏡装置の変形例を示す概略構成図である。第４実施形態に係る顕微鏡装置の模式図である。第４実施形態に係る顕微鏡装置を示す概略構成図である。第４実施形態におけるステージの拡大図である。第５実施形態に係る顕微鏡装置の模式図である。第６実施形態に係る顕微鏡装置の模式図である。変形例に係る第１顕微鏡部を示す概略構成図である。以下、各実施形態に係る顕微鏡装置について説明する。以下の説明で用いる図は、特徴を分かり易くするために、便宜上、構成部品を拡大して示している場合があり、各構成部品の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。＜第１実施形態＞まず、図１および図２を用いて、第１実施形態に係る顕微鏡装置１について説明する。第１実施形態に係る顕微鏡装置１は、図１および図２に示すように、第１顕微鏡部１０と、第２顕微鏡部５０とを有する。さらに、顕微鏡装置１は、図２に示すように、ステージ２と、制御部９０と、画像処理部９１とを有する。ステージ２は、試料ＳＡを支持する。試料ＳＡは、例えば細胞等の位相物体である。ステージ２には、ステージ駆動部（図示せず）が設けられる。ステージ駆動部は、ステージ２を第１顕微鏡部１０の光軸ＡＸ１に沿って移動させる。図２に示すように、第１顕微鏡部１０の光軸方向（上下方向）に延びる座標軸をｚ軸とし、ｚ軸と垂直な座標軸をｘ軸およびｙ軸とする。ステージ駆動部によりステージ２をｚ方向に移動させることで、図３に示すように、所定の位置Ｚ０、位置Ｚ０から＋Δｚだけ離れた位置Ｚ０＋Δｚ、位置Ｚ０から－Δｚだけ離れた位置Ｚ０－Δｚ、位置Ｚ０から＋２Δｚだけ離れた位置Ｚ０＋２Δｚ、位置Ｚ０から－２Δｚだけ離れた位置Ｚ０－２Δｚ…における試料ＳＡの断面の画像データを取得することが可能である。第１顕微鏡部１０は、図１および図２に示すように、第１光源１１と、第１照明光学系２０と、第１検出光学系３０と、第１検出器４０とを有する。第１光源１１は、ハロゲンランプやＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の白色光源を用いて構成される。また、第１光源１１は、ハロゲンランプやＬＥＤ等の近赤外光源を用いて構成されてもよい。第１光源１１は、所定の波長帯域の照明光（以降、第１照明光と称する）を発生させる。第１照明光学系２０は、第１光源１１から発光した第１照明光Ｌ１を－ｚ方向（第１の方向）に向けて試料ＳＡに照射する。第１照明光学系２０は、図２に示すように、第１光源１１側から順に、コレクタレンズ２１と、視野絞り２３と、リレーレンズ２４と、第１変調素子２５と、開口絞り２６と、コンデンサレンズ２７とを有する。第１光源１１として白色光源が用いられる場合、第１照明光の波長帯域を狭くする素子が設けられることが好ましい。例えば、第１照明光学系２０におけるコレクタレンズ２１と視野絞り２３との間の光路に、所定の分光透過率特性を有するバンドパスフィルター２２を挿入することで、第１照明光の波長帯域を狭くすることが可能である。第１照明光の波長帯域を狭くすることで、詳細は後述するＰＯＴＦ等の計算値の精度を高くすることができる。バンドパスフィルター２２の分光透過率特性は、明視野観察等の観察の用途に応じた照明光の波長帯域に基づいて設定される。なお、第１照明光学系２０における視野絞り２３とリレーレンズ２４との間の光路に、バンドパスフィルター２２を挿入してもよい。第１変調素子２５および開口絞り２６は、第１照明光学系２０におけるリレーレンズ２４とコンデンサレンズ２７との間の瞳（以降、照明瞳と称する場合がある）の位置Ｐ１において第１顕微鏡部１０（第１照明光学系２０）の光軸ＡＸ１と垂直な面に配置される。第１変調素子２５は、開口絞り２６に隣接して（一例として、図２のように開口絞り２６の上側に）配置される。照明瞳の位置Ｐ１における第１顕微鏡部１０の光軸ＡＸ１と垂直な面を、照明瞳の面と称する。第１変調素子２５は、一例として、光の透過性を有する平板であって、この平板の面内で光の透過率が変化する平板である。この平板は、例えば、ガラス基板等の平行平板に、光の透過率を低減させることが可能な（遮光性のある）膜を蒸着させることにより形成される。一例として、金属膜を蒸着させる。例えば、膜が蒸着される平行平板の部位に応じて膜厚を変化させることにより、平行平板の部位に応じて光の透過率を変化させることができる（膜厚が厚いほど、透過率は低くなる）。この第１変調素子２５を、照明瞳の面に配置することによって、照明瞳の面内で光の透過率を変化させることができる。したがって、第１変調素子２５の光の透過率が照明瞳の面内で変化すると言える。第１変調素子２５の光の透過率は、照明瞳の面内で連続的（もしくは離散的）に変化する。なお、第１変調素子２５の部位に応じて光の透過率が変化することにより、第１変調素子２５の光の透過率の分布（言い換えれば、照明瞳の面における光の透過率の分布）が決まる。第１変調素子２５として、光の透過率の変化、すなわち光の透過率の分布が異なる複数の第１変調素子２５のうちいずれかを選択して照明瞳の位置Ｐ１に配置することが可能である。第１変調素子２５の光の透過率の詳細については、後述する。なお、第１変調素子２５が配置される位置は、照明瞳の位置Ｐ１に限られない。例えば、第１変調素子２５は、照明瞳と共役な位置において光軸ＡＸ１と垂直な面（言い換えれば、照明瞳と共役な面）に配置されてもよい。また、第１光源１１は、照明瞳と共役な位置に配置される。コンデンサレンズ２７は、ステージ２の上方に対向して配置される。コンデンサレンズ２７として、光学特性が異なる複数のコンデンサレンズ２７のうちいずれかを選択してステージ２の上方に配置することが可能である。第１検出光学系３０は、試料ＳＡを挟んで第１照明光学系２０と反対の側から第１照明光Ｌ１の照射に応じた試料ＳＡからの光を受ける。第１検出光学系３０は、図２に示すように、試料ＳＡ側から順に、対物レンズユニット３１と、結像レンズ３６と、ミラー３７とを有する。対物レンズユニット３１は、複数の第１対物レンズ３２と、レンズ保持部３３と、ユニット駆動部３４とを有する。第１対物レンズ３２は、ステージ２の下方に対向して配置される。レンズ保持部３３は、焦点距離が異なる複数の第１対物レンズ３２を保持する。レンズ保持部３３は、例えば、レボルバやターレット等を用いて構成される。ユニット駆動部３４は、レンズ保持部３３を駆動し、複数の第１対物レンズ３２のうちいずれかを選択してステージ２の下方に配置することが可能である。なお、ユニット駆動部３４は、レンズ保持部３３をｚ軸に沿って移動させてもよい。この場合、前述のステージ駆動部を併用してもよいし、ステージ駆動を使わなくてもよい。ステージ２の下方に配置された第１対物レンズ３２には、第１照明光の照射に応じた試料ＳＡからの光が入射する。第１対物レンズ３２を透過した光は、結像レンズ３６に入射する。結像レンズ３６を透過した光は、ミラー３７で反射して所定の像面Ｉで結像する。ここで、所定の像面Ｉの位置は、試料ＳＡにおける第１対物レンズ３２の焦点位置と共役な位置である。なお、ミラー３７の代わりにハーフミラーを設け、当該ハーフミラーを透過する光の光路上に接眼レンズ（図示せず）を有する観察光学系（図示せず）を設けてもよい。これにより、観察者は、接眼レンズを用いて試料ＳＡの像を観察することが可能である。第１検出光学系３０の像面Ｉに、第１検出器４０が配置される。第１検出器４０は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子を用いて構成される。第１検出器４０は、第１検出光学系３０を介して試料ＳＡからの光を検出する。第２顕微鏡部５０は、図１および図２に示すように、光源ユニット５１と、第２照明光学系７０と、第２検出光学系７５と、第２検出器８０とを有する。光源ユニット５１は、ビーム操作ユニット（Beam Steering unit）とも称される。光源ユニット５１は、図２に示すように、第２光源５２と、第１レンズ５３と、第１ガルバノミラー５４と、第２レンズ５５と、第３レンズ５６と、第２ガルバノミラー５７と、液体レンズ５９と、第４レンズ６０と、第５レンズ６１とを有する。また、光源ユニット５１は、第１レンズ５３と第１ガルバノミラー５４との間の光路に挿脱可能なシリンドリカルレンズ（図示せず）を有する。第２光源５２は、レーザー光源を用いて構成される。第２光源５２は、所定の波長帯域の照明光（以降、第２照明光と称する）を発光させる。第１レンズ５３は、第２光源５２から発光した第２照明光を平行にする。第１ガルバノミラー５４は、第１レンズ５３からの第２照明光を第２レンズ５５に向けて反射させる。第１ガルバノミラー５４は、反射面の向きを変化させることにより、第２照明光の進行方向を変化させることが可能である。第１ガルバノミラー５４が第２照明光の進行方向を変化させることで、試料ＳＡにおける第２照明光の集光位置をｙ方向に変化させる。第２レンズ５５および第３レンズ５６は、第１ガルバノミラー５４で反射した第２照明光を第２ガルバノミラー５７に入射させる。なお、第１ガルバノミラー５４と第２ガルバノミラー５７が瞳と共役な位置に配置される場合、第２レンズ５５および第３レンズ５６は、設けられていなくてもよい。第２ガルバノミラー５７は、第３レンズ５６からの第２照明光を液体レンズ５９に向けて反射させる。第２ガルバノミラー５７は、反射面の向きを変化させることにより、第２照明光の進行方向を変化させることが可能である。第２ガルバノミラー５７が第２照明光の進行方向を変化させること