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公開番号2025138250
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-25
出願番号2024037234
出願日2024-03-11
発明の名称透過型光学顕微鏡
出願人株式会社フォトニックラティス
代理人個人,個人
主分類G02B 21/36 20060101AFI20250917BHJP(光学)
要約【課題】断層観察機能を持つ透過型光学顕微鏡を提供する。
【解決手段】透過型光学顕微鏡100であって、所定パターンの光を出射する投光部10と、物体が配置される観察空間に焦点面Fが形成されるように光を集光する集光レンズ30と、観察空間を通過した光を集光する対物レンズ40と、対物レンズ40にて集光された光を電気信号に変換する受光素子51と、電気信号を処理して画像化する信号処理部60を備える。投光部10は、xyzの直交座標系からなる3次元観察空間において、焦点面Fで明度がy方向には一様でx方向には周期的に変化する縞模様の光を、当該縞模様のx方向の位置をずらして複数パターンで出射する。信号処理部60は、複数パターンの光から変換された電気信号に基づいて、焦点面Fに対してz方向の所望の深さにある物体の像を選択的に取得する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
所定パターンの光を出射する投光部と、
物体が配置される観察空間に焦点面が形成されるように前記光を集光する集光レンズと、
前記観察空間を通過した前記光を集光する対物レンズと、
前記対物レンズにて集光された光を電気信号に変換する受光素子と、
前記電気信号を処理して画像化する信号処理部を備え、
前記投光部は、ｘｙｚの直交座標系からなる３次元観察空間において、前記焦点面で明度がｙ方向には一様でｘ方向には周期的に変化する縞模様の光を、当該縞模様のｘ方向の位置をずらして複数パターンで出射し、
前記信号処理部は、前記複数パターンの光から変換された電気信号に基づいて、前記焦点面に対してｚ方向の所望の深さにある物体の像を選択的に取得する
透過型光学顕微鏡。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記信号処理部は、前記集光レンズの前記焦点面からｚ方向に外れた物体の像のコントラストを低下させる
請求項１に記載の透過型光学顕微鏡。
【請求項３】
前記信号処理部は、前記観察空間におけるｚ方向の位置が前記集光レンズの前記焦点面から遠いほど物体の像のコントラストをより低下させる
請求項１に記載の透過型光学顕微鏡。
【請求項４】
前記複数パターンは３通り以上である
請求項１に記載の透過型光学顕微鏡。
【請求項５】
前記複数のパターンは、Ａ、Ｂ、及びＣの３通りであって、パターンごとに前記縞模様の位置がｘ方向の１／３周期ずつずれており、
Ａ、Ｂ、Ｃのパターンの前記焦点面での強度分布を、それぞれ、
I
A
(x,y)=I
0
(1+cosβx)、
I
B
(x,y)=I
0
(1+cosβx+2π/3)、
I
C
(x,y)=I
0
(1+cosβx+4π/3) と表し、
Ａ、Ｂ、Ｃの像をそれぞれ、
S
A
(x,y)、
S
B
(x,y)、
S
C
(x,y) と定義し、
Ａ、Ｂ、Ｃの像の平均値を、
S=(S
A
+S
B
+S
C
)/3 と定義すると、
Ａ、Ｂ、Ｃのパターンごとの物体の像は、
σ(x,y)=√([(S
A
-S)
2
+(S
B
-S)
2
+(S
C
-S)
2
]/3)
という演算処理により求められる
請求項１に記載の透過型光学顕微鏡。
【請求項６】
前記投光部と前記観察空間の間に配置された偏光子と、
前記観察空間と前記受光素子の間に配置された検光子をさらに備える
請求項１に記載の透過型光学顕微鏡。
【請求項７】
前記投光部と前記観察空間の間に配置された第１の円偏光フィルタと、
前記観察空間と前記受光素子の間に配置された第２の円偏光フィルタをさらに備える
請求項１に記載の透過型光学顕微鏡。
【請求項８】
前記投光部と前記観察空間の間に配置された第１の偏光分離・合成プリズムと、
前記観察空間と前記受光素子の間に配置された第２の偏光分離・合成プリズムをさらに備える
請求項１に記載の透過型光学顕微鏡。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過型光学顕微鏡に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
透過型光学顕微鏡は、試料に光を透過させて拡大観察する顕微鏡である。透過型顕微鏡は薄い透明試料の観察に適しており、生物試料の観察に広く用いられている（例えば特許文献１）。透過型光学顕微鏡の基本構成は、光源、レンズ、試料、対物レンズ、接眼レンズからなる。光源からの光はレンズにより平行光に整形されて試料を透過する。試料を透過した光は、対物レンズにより画像を結ばせ、最終的に接眼レンズを通して観察者の眼に入射する。また、接眼レンズに代えて受光素子（光センサ）を設けることで、試料を透過した光を電気信号に変換し画像を生成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０１９／０３９５８１号
【非特許文献】
【０００４】
M. Neil 他, Optics Letters, December 15, 1997, p.1905, Method of obtaining optical sectioning by using structured light in a conventional microscope
深野・宮脇、光学、2004年12月 33巻12号 p.719、ディジタルマイクロミラーデバイスを用いた蛍光顕微鏡
野中茂樹光シート顕微鏡生体観察の球の新しい顕微鏡法顕微鏡 47巻3号 2012年3月 p.162 光シート顕微鏡生体観察の球の新しい顕微鏡法
S. Inoue, K. R. Spring著寺川、市江、渡邊訳ビデオ顕微鏡共立出版 nenngetu pp.108 - 114
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、顕微鏡にとって、観察対象の物体が置かれる観察空間を光軸に沿って階層的に観察することのできる断層観察機能が備わっていることが望ましいことは周知である。しかしながら、従来の透過型光学顕微鏡は、試料の観察深度が浅く、試料の奥行方向（高軸方向）の情報が得られないという問題がある。すなわち、通常の透過型光学顕微鏡では、焦点面に近い試料ほど像が鮮明となり、焦点面から遠い試料ほどボケが生じるため、このボケの程度が奥行方向における試料のおおよその位置を把握するが手がかりになる。このように、通常の透過型光学顕微鏡では、観察される像の微細構造の可視性（高い空間周波数成分の有無や大小）が奥行方向の情報を得る一応の手がかりになるものの、奥行方向の情報を自動化に取得したり記録したりすることは容易でない。
【０００６】
観察対象となる試料は、その種類や顕微鏡の結像方式によって異なる見え方をするが、そのような多様な試料の集まりを観察するにあたっては、奥行方向の前後関係を知ること、あるいは試料が置かれた観察空間を光軸に垂直に輪切りにして断層内の光の明暗のみを取り出すことが望まれる。一般的にいえば、このような断層観察には共焦点顕微鏡やリボンビーム顕微鏡が広く用いられるが、適用範囲は散乱性の強い試料や蛍光を発する試料に制限される（非特許文献１～４）。一方で、透過型光学顕微鏡にこのような断層観察機能を実装する手段は従来知られていなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、断層観察機能を持つ透過型光学顕微鏡を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、透過型光学顕微鏡に関する。本発明に係る透過型光学顕微鏡は、投光部、集光レンズ、対物レンズ、受光素子、及び信号処理部を備える。投光部は、所定パターンの光を出射するものであり、例えば公知のプロジェクタによって実現できる。集光レンズは、物体（試料）が配置される観察空間に焦点面が形成されるように光を集光する。対物レンズは、この観察空間を通過した光を集光する。対物レンズで集光された光は受光素子の受光面で結像する。受光素子は、対物レンズにて集光された光を電気信号に変換する。信号処理部は、受光素子から得られる電気信号を処理して画像化する。ここで、投光部は、ｘｙｚの直交座標系からなる３次元観察空間において、焦点面（ｘｙ面）で明度がｙ方向には一様でｘ方向には周期的に変化する縞模様の光を、当該縞模様のｘ方向の位置をずらして複数パターンで出射する。特に、縞模様のパターンは時間経過に伴ってｘ方向に徐々にずれると良い。また、信号処理部は、複数パターンの光から変換された電気信号に基づいて、焦点面に対してｚ方向の所望の深さにある物体の像を選択的に取得する。このような発光パターンの制御と信号処理によって、断層観察機能を持つ透過型光学顕微鏡を実現できる。
【０００９】
本発明に係る透過型光学顕微鏡において、信号処理部は、集光レンズの焦点面からｚ方向に外れた物体の像のコントラストを低下させることが好ましい。これにより、集光レンズの焦点面に近い物体と焦点面から外れた位置にある物体との区別が容易になる。
【００１０】
本発明に係る透過型光学顕微鏡において、信号処理部は、観察空間におけるｚ方向の位置が集光レンズの前記焦点面から遠いほど物体の像のコントラストをより低下させることが好ましい。これにより、集光レンズの焦点面に近い物体の観察が容易になるとともに、焦点面から外れた物体の像は背景光の明るさに近づき対象物体の観察を妨げなくなる。
（【００１１】以降は省略されています）

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