顯微鏡系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種相位對比顯微鏡系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含：照明光學系統(tǒng)，其采用來自光源的照明光照明樣本；成像光學系統(tǒng)，其從來自樣本的光形成樣本的圖像;第一空間調制元件，其布置在成像光學系統(tǒng)的光瞳位置處并且改變來自樣本的光振幅透射率分布；圖像傳感器，其檢測由成像光學系統(tǒng)所形成的樣本的圖像并且輸出圖片信號；計算部件，其基于由圖像傳感器檢測到的輸出數(shù)據(jù)以及由第一空間調制元件形成的來自樣本的光振幅透射率分布來計算適合用于觀察樣本的來自樣本的光振幅透射率分布。
【專利說明】顯微鏡系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種顯微鏡系統(tǒng)，該顯微鏡系統(tǒng)通過使用相位對比來推定并且形成適合觀察的照明光分布。
[0002]本發(fā)明要求于2011年5月18日提交的日本專利申請N0.2011-111032的優(yōu)先權，其內容通過引用合并于此。
【背景技術】
[0003]在相位對比顯微鏡中，環(huán)形孔徑與相位環(huán)形成照明光的強度分布。
[0004]因為照明光強度分布對樣本的觀察圖像有巨大影響，所以已經(jīng)對相位環(huán)進行測試以便進一步改善樣本的觀察圖片。例如，在日本待審專利申請公開N0.2009-2371091中，提出調制部件以圍繞在相位環(huán)的環(huán)形形狀中形成的環(huán)形區(qū)域，形成該環(huán)形區(qū)域使得調制部件的透射軸的方向與該調制部件以外的區(qū)域的透射軸方向不同，從而呈現(xiàn)能夠連續(xù)改變對比的相位對比顯微鏡。

【發(fā)明內容】

[0005]然而，在上述顯微鏡中，相位環(huán)的形狀在某種程度上是固定的，而且照明光分布的調整存在限制。此外，即使在選擇相位環(huán)的形狀的情況下，該選擇也基于觀察者的決定或經(jīng)驗來實施，從而相位環(huán)的形狀不會總是形成以能夠在觀察期間以其最優(yōu)條件來觀察對象圖像。所以，在相位對比顯微鏡中，難以在觀察期間隨意選擇形狀并且以其最優(yōu)條件來觀察對象的圖像。
[0006]因此，本發(fā)明提供一種顯微鏡系統(tǒng)，該系統(tǒng)推定并且形成適合觀察樣本的光振幅透射率分布。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一方面的相位對比顯微鏡系統(tǒng)包含:照明光學系統(tǒng)，其采用來自光源的照明光來照明樣本；成像光學系統(tǒng)，其從來自樣本的光形成樣本圖像；第一空間調制元件，其被放置在成像光學系統(tǒng)的光瞳位置并且改變來自樣本的光的振幅透射率分布；圖像傳感器，其通過成像光學系統(tǒng)檢測樣本圖像并且輸出圖片信號；計算部件，其基于由圖像傳感器檢測到的輸出數(shù)據(jù)以及由第一空間調制元件形成的來自樣本的光振幅透射率分布來計算適用于觀察樣本的來自樣本的光振幅透射率分布。
[0008]根據(jù)本發(fā)明一方面的程序，該程序觀察安裝在連接到顯微鏡的計算部件中的樣本。該顯微鏡包含:照明光學系統(tǒng)，其采用來自光源的照明光來照明樣本；成像光學系統(tǒng)，其從來自樣本的光來形成樣本圖像；第一空間調制元件，其被放置在成像光學系統(tǒng)的光瞳位置處并且改變來自樣本的光振幅透射率分布；圖像傳感器，其通過成像光學系統(tǒng)檢測樣本圖像并且輸出圖片信號。
[0009]該程序使計算部件基于由圖像傳感器檢測到的輸出數(shù)據(jù)以及來自通過第一空間調制兀件形成的來自樣本的光振幅透射率分布來執(zhí)行適合用于觀察樣本的來自樣本的光振幅透射率分布的計算。[0010]根據(jù)本發(fā)明的方面，提供一種顯微鏡系統(tǒng)，該顯微鏡系統(tǒng)在觀察期間推定并且形成適于以良好條件觀察對象圖像的光振幅透射率分布。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是顯微鏡系統(tǒng)的示意性配置圖。
[0012]圖2A是形成DMD的照明區(qū)域和光阻擋區(qū)域的圖。
[0013]圖2B是形成液晶元件的相位調制區(qū)域和衍射光透射區(qū)域的圖。
[0014]圖3是顯微鏡系統(tǒng)的示意性配置圖。
[0015]圖4通過使用爬坡法從適于觀察的樣本找到光振幅透射率分布的流程圖。
[0016]圖5是在顯示部件中示出的區(qū)域設定部分和波段設定部分的圖。
[0017]圖6A至6C是示出照明區(qū)域和相位調制區(qū)域的改變的圖。
[0018]圖7是基因算法流程圖。
[0019]圖8是示出照明區(qū)域和相位調制區(qū)域的示例的圖。
[0020]圖9是評估函數(shù)Q Cf)的概念圖。
[0021]參考標記描述
[0022]20:計算部件
[0023]21:顯示部件
[0024]22:區(qū)域設定部分
[0025]23:參數(shù)設定部分
[0026]24:觀察區(qū)域
[0027]30:照明光源
[0028]40:照明光學系統(tǒng)
[0029]50:鏡臺
[0030]70:成像光學系統(tǒng)
[0031]71:物鏡
[0032]80:圖像傳感器
[0033]43 =DMD (第二空間調制元件)
[0034]49:衍射光柵(第二空間調制元件)
[0035]43:數(shù)字微鏡裝置(DMD )
[0036]73:液晶元件(第一空間調制元件)
[0037]731:相位調制區(qū)域
[0038]735:衍射光透射區(qū)域
[0039]100, 200:顯微鏡系統(tǒng)
[0040]TS:樣本
【具體實施方式】
[0041](第一示例)
[0042]作為第一示例，將給出顯微鏡系統(tǒng)100的描述，該顯微鏡系統(tǒng)100通過推定照明光強度分布和光振幅透射率分布而自動調整。特別地，顯微鏡系統(tǒng)100適用于不改變光(尤其是透射光)的強度和僅改變相位的相位對象，諸如無色透明細胞。
[0043]<顯微鏡系統(tǒng)100〉
[0044]圖1是顯微鏡系統(tǒng)100的示意性配置圖。顯微鏡系統(tǒng)100包括顯微鏡，該顯微鏡主要包含:照明光源30 ;照明光學系統(tǒng)40 ;鏡臺50 ;成像光學系統(tǒng)70以及圖像傳感器80。此外，顯微鏡系統(tǒng)100包含諸如計算機的計算部件20。在下文中，從照明光源30發(fā)射的光線的中心軸被設定為Z軸方向，而垂直于Z軸并且彼此正交的方向被設定為X軸方向與Y軸方向。
[0045]照明光源30是向樣本TS發(fā)射諸如白色照明光的照明的光源。在當前示例中，使用其中組合紅色、綠色以及藍色LED的光源作為照明光源30。盡管沒有特別討論，但是可以使用白色LED或鹵素燈作為光源。照明光學系統(tǒng)40包含準直透鏡41、第一聚光透鏡42、DMD (數(shù)字微鏡裝置)43、第二聚光透鏡45和第三聚光透鏡47。
[0046]例如，作為DMD 43的第二空間調制元件放置在共軛于照明光源30的位置處。DMD43放置在同樣與在照明光學系統(tǒng)40內部的成像光學系統(tǒng)70的光瞳位置共軛的位置。DMD43可以改變在成像光學系統(tǒng)70的光瞳的共軛位置的照明光的強度分布。在DMD 43的表面中，多個小的可移動反射鏡(在附圖中未示出)通過會聚形成并且每個鏡面可以獨立移動。DMD 43可以將照明光的二維空間分布通過移動可移動反射鏡來關于樣本TS形成為隨機形狀和尺寸。
[0047]包括不確定結構的樣本TS (諸如細胞組織)放置在鏡臺50上并且鏡臺50在XY軸方向上可移動以移動到要觀察的樣本TS的位置。此外，鏡臺50同樣在Z軸方向上可移動以調節(jié)樣本TS的聚焦。
[0048]成像光學系統(tǒng)70包括液晶元件73，該液晶元件73是物鏡71和第一空間調制元件。此外，成像光學系統(tǒng)70向圖像傳感器80形成樣本TS的透射光或反射光圖像。
[0049]液晶元件73放置在成像光學系統(tǒng)70的光瞳的位置或與其接近。液晶元件73被配置為可以自由改變光的相位和光的透射率，并且同樣被配置為可以基于相位和透射率改變二維空間分布。
[0050]計算部件20接收由圖像傳感器80檢測的輸出數(shù)據(jù)并允許在諸如監(jiān)視器的顯示部件21上顯示。此外，計算部件20分析輸出數(shù)據(jù)并計算照明光強度分布和來自適于樣本TS觀察的樣本的光振幅透射分布。
[0051]在圖1中，從照明光源30發(fā)射的光通過虛線示出。從照明光源30發(fā)射的照明光通過準直透鏡41校準，通過第一聚光透鏡42會聚并入射到DMD 43。在DMD 43中，可移動反射鏡中的一些將入射光反射到第二聚光透鏡45側。此外，其余的反射鏡不將入射光反射到第二聚光透鏡45偵U。
[0052]例如，圖2A是DMD 43的平面圖。例如，DMD 43改變對應于環(huán)形形狀的反射鏡的角度并反射入射光。然后形成照明區(qū)域431。此外，其角度沒有改變的反射鏡的區(qū)域是光阻擋區(qū)域435。以這種方式，照明光強度分布可以通過改變微小反射鏡的角度來改變。
[0053]由DMD 43反射的照明光通過第二聚光透鏡45和第三聚光透鏡47通過樣本TS。通過樣本TS的光透射物鏡71并且入射到液晶元件73。已經(jīng)入射到液晶元件73的光在圖像傳感器80上成像，同時一部分光的相位改變。
[0054]圖2B是液晶元件73的平面圖。例如，相位調制區(qū)域可以在液晶元件73上形成為環(huán)形形狀。通過該相位調制區(qū)域731透射的光的相位超前或滯后其四分之一波長。通過衍射光透射區(qū)域735透射的光的相位(其是相位調制區(qū)域731之外的區(qū)域)保持固定。形成相位調制區(qū)域731以與DMD 43的照明區(qū)域431共軛。液晶元件73可以自由改變相位調制區(qū)域731的二維空間分布。
[0055]顯微鏡系統(tǒng)100的零階光(被透射的光)通過DMD 43反射并且照明區(qū)域431的照明光對樣本TS照明，通過樣本TS透射的光通過液晶元件73的相位調制區(qū)域731透射并且到達圖像傳感器80。此外，從樣本TS發(fā)射的衍射光通過液晶元件73的衍射光透射區(qū)域735透射并且到達圖像傳感器80。然后零階光和衍射光在圖像傳感器80上形成圖像。因為零階光的光強度一般強于衍射光，因此最好存在調節(jié)通過相位調制區(qū)域731的光的透射率的函數(shù)。在下文中，除非特別限定，來自樣本TS的光振幅透射率分布的改變意味著相位調制區(qū)域731的二維空間分布的改變和透射率的改變。
[0056]如圖1中所示，在圖像傳感器80上成像的圖片的輸出數(shù)據(jù)被發(fā)送到計算部件20。在計算部件20中，基于從圖像傳感器80獲得圖片的輸出數(shù)據(jù)、由DMD 43形成的孔徑431的形狀數(shù)據(jù)和液晶元件73的形狀數(shù)據(jù)來計算適于樣本TS的觀察的照明光強度分布和光振幅透射率分布。然后用于使適于樣本TS的觀察的所計算的照明光強度分布和照明光振幅透射率分布的形狀數(shù)據(jù)等被發(fā)送到DMD 43和液晶元件73。
[0057]當適于樣本TS的觀察的照明形狀被發(fā)送到DMD 43時，DMD 43改變照明區(qū)域431的尺寸和形狀。類似地，液晶元件73可以自由改變相位調制區(qū)域731的尺寸和形狀。例如，如果DMD 43的照明區(qū)域431的直徑增加，則所透射的光的數(shù)字孔徑增加，因此可以增加分辨率。因為液晶元件73的相位調制區(qū)域731與DMD 43的照明區(qū)域431共軛，因此相位調制區(qū)域731可以改變照明光的強度分布。此外，最好同步改變照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731的形狀和尺寸。
[0058]<顯微鏡系統(tǒng)200〉
[0059]圖3是顯微鏡系統(tǒng)200的示意性配置圖。顯微鏡系統(tǒng)200被配置為與顯微鏡系統(tǒng)100基本上相同，其照明光學系統(tǒng)40的配置與顯微鏡系統(tǒng)100的配置不同。
[0060]顯微鏡系統(tǒng)200的照明光學系統(tǒng)40包括準直透鏡41，可改變衍射光柵49，第二聚光透鏡45和第三聚光透鏡47。
[0061]作為第二空間調制元件的可改變衍射光柵49例如從兩個衍射元件配置。然后，可改變衍射格柵49通過改變在兩個衍射元件之間的空間中在Z軸方向上的距離或在XY軸方向上的相對位置來改變光的衍射角度。此外，可改變衍射格柵49放置于在照明光學系統(tǒng)40中同樣與成像光學系統(tǒng)70的光瞳位置共軛的位置處。然后，可改變衍射格柵49可以改變與成像光學系統(tǒng)70的光瞳位置共軛的照明光的強度分布。
[0062]來自照明光源30的照明光由準直透鏡41校準，所校準的光入射到可改變衍射格柵49。然后，可改變衍射格柵49可以照射如圖2A示出的環(huán)形形狀照明光?？筛淖冄苌涓駯?9可以通過移動兩個衍射元件關于樣本TS將照明光形成為隨機形狀和尺寸。
[0063]作為第二空間調制元件的可改變衍射格柵49可將來自照明光源30的照明光改變成隨機形狀或尺寸而沒有浪費。對于該原因，照明光源30的光量可以不大于必須的量。另一方面，因為DMD 43不將照明光的一部分的方向確定為如在顯微鏡系統(tǒng)100中不出的朝向樣本TS，因此存在浪費來自照明光源30的光的情況。[0064]類似于顯微鏡系統(tǒng)100，穿過樣本TS的光通過物鏡71透射并入射到液晶元件73。已經(jīng)入射到液晶元件73的光在圖像傳感器80上成像，其改變光的一部分的相位。
[0065]?照明光強度分布和光振幅透射率分布的推定方法>>
[0066]用于找到適于樣本TS的觀察的照明光強度分布或來自樣本的光振幅透射率分布的計算方法將在下文中描述。作為計算方法，存在諸如模擬退火和禁忌(Tabu)搜索的多種方法。在下文中，將描述爬坡法(最大等級方法)和使用基因算法的方法的兩種方法。
[0067]<爬坡法>
[0068]爬坡法是遞增改變初始設定的照明光強度分布和光振幅透射率分布的并且獲得每次改變的圖片輸出數(shù)據(jù)以便于因此找到在其中輸出數(shù)據(jù)最接近由觀察者設定的條件的方法。參考圖4，將在下文給出該描述。
[0069]圖4是采用DMD 43和液晶元件73通過遞增改變照明光強度分布和光振幅透射率分布來找到照明光強度分布和適于觀察的照明光強度分布和光振幅透射率分布的爬坡法的流程圖。在步驟S101，首先將DMD 43的照明區(qū)域431設定為初始配置的尺寸和形狀。此外，同樣將液晶元件73的相位調制區(qū)域73設定為初始配置的二維空間分布(尺寸和形狀)。此外，同樣將液晶元件73的相位調制區(qū)域731的透射率設定為初始配置。
[0070]例如，在初始配置中的照明區(qū)域431為寬環(huán)形形狀并且其環(huán)形外部圓具有最大直徑(參考圖6A)。在這種狀態(tài)，樣本TS的圖像通過圖像傳感器80檢測。樣本TS的圖像的檢測擬在調節(jié)照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731的形狀和尺寸之前獲取參考圖片。由圖像傳感器80檢測的樣本TS的圖片輸出數(shù)據(jù)被發(fā)送至計算部件20并且樣本TS的圖片在顯示部件21 (諸如連接到計算部件20的監(jiān)控器)上顯示。
[0071]在步驟S102，觀察區(qū)域通過在顯示部件21上顯示的區(qū)域設定部分23 (參考圖5)設定在樣本TS的圖像上。圖5是區(qū)域設定部分23和波段設定部分29的圖。圖5示出其中在顯示部件21上顯示樣本TS圖片的狀態(tài)。在顯示部件21中，區(qū)域設定部分23顯示在顯示部件21的周圍環(huán)境中。當在區(qū)域設定部分23中的設定框架顯示按鈕25采用鼠標指點器MP點擊時，設定框架顯示按鈕25在顯示部件21上顯示觀察區(qū)域框架24。然后，觀察者將顯示的觀察區(qū)域框架24移動到要采用鼠標指點器MP觀察的樣本TS的位置。然后觀察者點擊設定按鈕27。因此，設定要通過觀察者特別觀察的觀察區(qū)域。
[0072]在圖5中，采用虛線繪出的觀察區(qū)域框架24示出基于設定框架顯示按鈕25的點擊顯示的示例，而采用實線繪出的觀察區(qū)域框架24示出在設定按鈕27已經(jīng)被點擊的狀態(tài)。在圖5中，設定一個觀察區(qū)域24，然而可以一次設定兩個或多個觀察區(qū)域24。此外，樣本TS的整個圖像可以通過使用鼠標指點器MP擴大觀察區(qū)域框架24來設定。
[0073]此外，當觀察者不想設定觀察區(qū)域24時，可以跳過步驟S102。在這種情況下，由圖像傳感器80檢測的樣本TS的整個圖像被設定為觀察區(qū)域24。此外，觀察者將要觀察的樣本TS的區(qū)域移動到中央， 所以圖像傳感器80的中央?yún)^(qū)域可以被自動選擇為區(qū)域的一部分。
[0074]回到圖4，在步驟S103中，采用波段設定部分29 (參考圖5)將波段設定為用于形成樣本TS的觀察圖像的一個參數(shù)。如在圖5中所示，在波段設定部分中，可以設定要由觀察者使用或觀察的光線的波段。例如，如果已經(jīng)估計了適于樣本TS的觀察的波長，則該波長可以采用波段設定部分29設定。如在圖5中所示的，波段的設定可以通過由觀察者輸入數(shù)字值實施并可以通過從諸如紅色、綠色和藍色LED的多種選擇中來選擇由觀察者期望的波段來實施。照明光源30是紅色、綠色和藍色LED的組合，因此如果選擇紅色，照明光源30可以僅發(fā)射紅色光。
[0075]回到圖4，在步驟S104中，計算部件20改變DMD 43的照明區(qū)域431和液晶元件73的相位調制區(qū)域731的尺寸和形狀。計算部件20輕微改變在步驟SlOl中設定的初始配置值中的照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731的尺寸。也就是說，輕微改變照明光的區(qū)域和附加相位的區(qū)域。
[0076]參考圖6A至6C，將描述照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731的強度分布的改變。圖6A是在初始狀態(tài)的DMD 43和液晶元件73的示意性平面圖。在圖6A中，作為照明區(qū)域431的環(huán)形外部圓EC為最大直徑，而作為在環(huán)形外部圓EC和環(huán)形內部圓IC之間的差異的環(huán)形寬度rdl很寬。這同樣適用于相位調制區(qū)域731。圖6B中，作為照明區(qū)域431的環(huán)形外部圓EC為最大直徑,而作為在環(huán)形外部圓EC和環(huán)形內部圓IC之間的差異的環(huán)形寬度rdl很寬。
[0077]圖6B是在保持環(huán)形寬度rdl恒定期間從圖6A的原始狀態(tài)減少環(huán)形內部圓IC的直徑和環(huán)形外部圓EC的直徑的示例。以這種方式，輕微改變照明光的區(qū)域和其他相位的區(qū)域。圖6C是在保持環(huán)形外部圓EC的直徑恒定期間從圖6A的初始狀態(tài)減少環(huán)形內部圓IC的直徑并且減少環(huán)形寬度rd2的示例。以這種方式，照明光強度分布和其他相位區(qū)域輕微改變。盡管未示出，但是在保持環(huán)形內部圓IC的直徑恒定期間可以減少環(huán)形外部圓IC的直徑，或可以在減少環(huán)形寬度rdl的同時減少環(huán)形內部圓IC的直徑和環(huán)形外部圓EC的直徑兩者。
[0078]回到圖4，在步驟S105中，樣本TS的圖像通過圖像傳感器80檢測。例如，在圖6B示出的照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731的條件下，樣本TS的圖像通過圖像傳感器80檢測并且將輸出數(shù)據(jù)發(fā)送到計算部件20。
[0079]在步驟S106，確定當前發(fā)送到計算部件20的輸出數(shù)據(jù)比先前的輸出數(shù)據(jù)更好還是更差。例如，假設已經(jīng)通過在圖5中示出的顯示部件21的區(qū)域設定部分23設定觀察區(qū)域24。如果更好的條件意味著該樣本TS的圖像的觀察區(qū)域24的圖像對比增加，則比較基于當前獲取的輸出數(shù)據(jù)(例如，在圖6B中示出的照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731)所計算的對比是否比基于之前獲取的輸出數(shù)據(jù)(例如，在圖6C中示出的照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731)所計算的對比更好或更差。如果更好，則步驟返回到步驟S104，照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731進一步改變并且檢測到其輸出數(shù)據(jù)(步驟S105)。也就是說，因為觀察區(qū)域24的圖像的對比增加，所以步驟返回到步驟S104并且照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731進一步改變。另一方面，如果當前的對比比之前更差，則先前的照明區(qū)域431和先前的相位調制區(qū)域731具有最高的對比。然后步驟進行到下一步驟S107。
[0080]在步驟S107，選擇適于樣本TS的觀察的照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731。也就是說，恰好在觀察區(qū)域24的對比開始變差之前所使用的照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731的二維空間分布式是適于樣本TS的觀察的二維空間分布。
[0081]在步驟S108，相位調制區(qū)域731的透射率采用在步驟S107中確認的二維空間分布的照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731輕微改變。例如，90%的相位調制區(qū)域731的透射率變?yōu)?80%。
[0082]在步驟S109，樣本TS的圖像通過圖像傳感器80檢測。然后，通過圖像傳感器80檢測的樣本TS的圖像的輸出數(shù)據(jù)被發(fā)送到計算部件20。
[0083]在步驟S110，確定發(fā)送到計算部件20的輸出數(shù)據(jù)比先前的輸出數(shù)據(jù)是否更好或更差。具體地，確定當前發(fā)送到計算部件20的圖片的對比相比先前的圖片的對比是否更好或更差。如果觀察區(qū)域24的圖像的對比增加，則步驟返回到步驟S108并且相位調制區(qū)域731的透射率進一步改變。另一方面，如果當前對比相比之前更差，則先前的照明區(qū)域431和先前的相位調制區(qū)域731具有最高的對比。然后，步驟進入下一步驟S111。
[0084]在步驟S111，選擇樣本TS的相位調制區(qū)域731的透射率。也就是說，恰好在觀察區(qū)域24的對比變差之前所使用的相位調制區(qū)域731的透射率是適于樣本TS的觀察的透射率。
[0085]在上面流程圖的步驟S104，照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731的尺寸以類似的形狀改變。然而，不僅可以實施到相似形狀的改變，而且可以實施其本身形狀的改變。例如，圓環(huán)形形狀可以遞增地形成以最終變成橢圓環(huán)形形狀。
[0086]<使用基因算法的方法>
[0087]接下來，將描述使用基因算法的方法?；蛩惴ㄊ峭ㄟ^獲取圖片數(shù)據(jù)片段，該數(shù)據(jù)片段與先前提供的多個照明光強度分布和光振幅透射率分布分別相關聯(lián)，并且通過合并適于樣本60的觀察的振幅透射率分布來找到照明形狀的方法。
[0088]圖7是使用基因算法的流程圖。在步驟S201，首先將DMD43的照明區(qū)域431和液晶元件73的相位調制區(qū)域731設定為初始配置中的尺寸和形狀。例如在初始配置中的照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731是在圖6A中示出的寬環(huán)形形狀并且其環(huán)形外部圓具有最大的直徑。在這種狀態(tài)下，通過圖像傳感器80檢測樣本TS的圖像。此外，同樣將相位調制區(qū)域731的透射率設定為預定的初始值。
[0089]在步驟S202，通過區(qū)域設定部分23設定樣本TS的觀察區(qū)域24。通過步驟S201，樣本TS的圖像在顯示部件21上顯示。區(qū)域設定部分23可以是如圖5中示出的樣本TS的一部分或整個樣本TS。觀察者將要觀察的樣本TS的區(qū)域移動到中央，因此可以將圖像傳感器80的中央?yún)^(qū)域自動選擇為區(qū)域的一部分。
[0090]在步驟S203，設定用于形成樣本TS的圖像的參數(shù)。觀察者可以設定用于輸入與觀察者請求和允許的樣本TS的圖像相關的觀察條件的參數(shù)。參數(shù)是諸如在圖5中示出的樣本TS的波段。
[0091]在步驟S204，采用圖像傳感器80通過使用兩個或多個作為初始值的照明光強度分布和照明光振幅透射率分布來檢測樣本TS的圖像。然后，計算部件20獲取通過使用多個照明光的強度分布和照明光的振幅透射率分布測量樣本TS的圖像的圖片的所有輸出數(shù)據(jù)。
[0092]在步驟S205，比較在步驟S204中獲取的樣本TS的每個圖片的輸出數(shù)據(jù)。如果更好的條件意味著樣本TS的圖像的觀察區(qū)域24的對比增加，則在基于當前獲得輸出數(shù)據(jù)所計算的對比中選擇產(chǎn)生最優(yōu)對比的照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731，以及產(chǎn)生第二最優(yōu)對比的照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731。具有更好對比的兩個照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731被稱為第一照明光強度分布和第一振幅透射率分布，第二照明光強度分布和第二振幅透射率分布。參考圖8，將描述兩對照明光強度分布和照明光振幅透射率分布的示例。
[0093]圖8示出DMD 43和液晶元件73的多種照明形狀的圖。在圖8中，白色部分對應于照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731，而陰影區(qū)域對應于光阻擋區(qū)域435和衍射光透射區(qū)域735。
[0094]例如如在圖8中所示的，第一照明光強度分布和第一振幅透射率分布是在DMD43a和液晶元件73a中示出的照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731。形成照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731以使得環(huán)形外部圓EC具有最大的直徑并且環(huán)形寬度為rd3。第二照明光強度分布和第二振幅透射率分布是在DMD 43b和液晶元件73b中示出的照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731。形成照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731使得環(huán)形外部圓EC更小并且環(huán)形寬度為rd4。
[0095]回到圖7,在步驟S206中，計算部件20根據(jù)基因算法的融合(crossover)或突變方法，從第一照明強度分布和第一振幅透射率分布以及第二照明強度分布和第二振幅透射率分布形成照明形狀，該照明形狀具有照明光的下一代強度分布。參考圖8，將給出其中形成具有照明光的下一代強度分布的照明形狀的示例的描述。
[0096]在步驟S205，選擇在DMD 43a和液晶元件73a中示出的照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731和在DMD 43b和液晶元件73b中示出的照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731。例如，計算部件20實施兩對照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731的融合(組合)或突變的操作，因此形成在DMD 43c和液晶元件73c中、在DMD 43d和液晶元件73d中和在DMD 43e和液晶元件73e中示出的照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731。
[0097]DMD 43c和液晶元件73c為環(huán)形外部圓EC具有最大的直徑并且環(huán)形寬度為大于環(huán)形寬度rd3的rd5。DMD 43d和液晶元件73d具有環(huán)形外部圓EC，環(huán)形內部圓IC以及作為DMD 43a和液晶元件73a以及DMD 43b和液晶元件73b的照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731的平均的環(huán)形寬度rd6。DMD 43e和液晶元件73e是環(huán)形分成四份的照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域73。
[0098]圖8正示出組合的示例。實際上，隨機形成DMD 43和液晶元件73的形狀，因此照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731的新形成的形狀數(shù)量巨大。此外尤其是當通過具有尺寸和形狀的二維空間分布之外的空間分布改變相位調制區(qū)域73的透射率時，則有無數(shù)的組合。
[0099]回到圖6A至6C，在步驟S207中，通過圖像傳感器80基于第一照明強度分布和第一振幅透射率分布，第二照明強度分布和第二振幅透射率分布以及下一代照明光強度分布和下一代振幅透射率分布檢測樣本TS的每個圖片的輸出數(shù)據(jù)。然后，計算部件20基于這些輸出數(shù)據(jù)比較對比。然后，新選擇最適于樣本TS的觀察的第一照明強度分布和第二適于樣本TS的觀察的第二照明強度分布。
[0100]在步驟S208，確定是否融合或突變實施到預定的代，例如1000代。如果融合等沒有實施到預定的代，則進程返回到步驟S206，并且搜索進一步適于樣本的觀察的照明強度分布和振幅透射率分布。如果融合等實施到預定的代，則進程前進到步驟S209。
[0101]在步驟S209，從由到預定代(例如1000代)的該融合獲得的照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731選擇最優(yōu)對比代的照明形狀和振幅透射率分布。在下文中，將該代的照明形狀和振幅透射率分布的照明區(qū)域431和相位調制區(qū)域731用于樣本TS的觀察。
[0102]爬坡法(最大級別法)的計算方法、在圖4、圖7中示出的基因算法可以作為程序存儲在存儲介質中。然后存儲在該存儲介質中的程序安裝在計算部件20中，因此該計算部件20可以計算適于樣本觀察的照明光強度分布和光振幅透射率分布。[0103]此外，在圖4的步驟S106或步驟SllO中，在圖1的步驟S205或步驟S207，計算部件20比較樣本TS的圖像的對比。然而，不僅樣本TS的圖像的對比，還有使用空間頻率成分的評估函數(shù)或最大傾斜量可以用于比較。最大傾斜量是在空間強度值輪廓(橫軸:例如是X方向上的位置，縱軸:強度值)中的強度值變化的最大值。將使用圖9描述評估函數(shù)。
[0104]圖9是評估函數(shù)Q Cf)的示例。評估函數(shù)Q (f)為包括圖片的傅立葉變換值的公式并且在下面例示。
[0105]Q (f) = a: X f!+ a 2 X f2
[0106]在此，a I和a 2為系數(shù)而f:和f2為變量(函數(shù))。
[0107] 例如，變量和f2為通過濾波器ff (ffl，ff2)乘以樣本的圖片的傅立葉變換值FT所獲得的值標準化的變量。作為圖片特征量的傅立葉變換值FT可以是采用傅立葉變換計算的空間頻率分量的絕對值或采用傅立葉變變換所計算的空間頻率分量的平方值。圖9示出使用傅立葉變換的絕對值的變量和f2。
[0108]濾波器ff (ffl，ff2)是移除圖片的DC分量或低頻分量的濾波器。圖9示意性示出這些濾波器ff。在此，黑色區(qū)域代表移除圖片分量。濾波器ffl移除樣本TS的圖片信號的DC分量,而濾波器移除樣本TS的圖片信號的DC分量和低頻分量。濾波器ffl與ff2在強調圖片信號的高頻分量的程度上不相同。可以使用不同的濾波器ff以及圖9中示出的濾波器ff。
[0109]變量和f2是通過作為圖片特征量的傅立葉變換值FT乘以濾波器ff獲得的值的面積積分除以傅立葉變換值FT的面積積分N所得的值。因此變量4和&被標準化。評估函數(shù)Q (f)將變量和f2乘以系數(shù)a工和a 2。例如，系數(shù)a:等于I而系數(shù)a 2等于2。
[0110]計算部件20從圖像傳感器80接收圖片信號。然后計算部件20將傅立葉變換應用于來自圖像傳感器80的圖片信號。然后，計算部件20計算樣本TS的傅立葉變換值(空間頻率分量)。然后，計算部件20通過使用樣本TS的傅立葉變換值和評估函數(shù)Q (f)采用數(shù)字值來計算與樣本TS的圖片相關的評估。
[0111]本文到此已經(jīng)描述了用于執(zhí)行本發(fā)明的最優(yōu)模式，但是對于本領域技術人員來說顯然在不偏離本發(fā)明的技術范圍的情況下可對示例應用各種修改。
【權利要求】
1.一種相位對比顯微鏡系統(tǒng)，該顯微鏡系統(tǒng)觀察樣本，所述顯微鏡系統(tǒng)包括: 照明光學系統(tǒng)，其采用來自光源的照明光照明所述樣本； 成像光學系統(tǒng)，其從來自所述樣本的光形成所述樣本的圖像； 第一空間調制元件，其放置在所述成像光學系統(tǒng)的光瞳位置處并且改變來自所述樣本的光振幅透射率分布； 圖像傳感器，其通過所述成像光學系統(tǒng)檢測所述樣本的圖像并且輸出圖片信號； 計算部件，其基于由所述圖像傳感器檢測的輸出數(shù)據(jù)和由所述第一空間調制元件形成的來自所述樣本的所述光振幅透射率分布來計算適于觀察所述樣本的來自所述樣本的光振幅透射率分布。
2.根據(jù)權利要求1所述的顯微鏡系統(tǒng)， 其中所述第一空間調制元件基于由所述計算部件所計算的來自所述樣本的光振幅透射率分布來改變來自所述樣本的所述光振幅透射率分布。
3.根據(jù)權利要求2所述的顯微鏡系統(tǒng)， 其中所述第一空間調制元件改變用于通過所述成像光學系統(tǒng)透射的光的其它相位的空間分布。
4.根據(jù)權利要求2所述的顯微鏡系統(tǒng)， 其中所述第一空間調制元件改變用于通過所述成像光學系統(tǒng)透射的光的透射率的空間分布。`
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的顯微鏡系統(tǒng)，該顯微鏡系統(tǒng)還包括: 第二空間調制元件，其改變與所述成像光學系統(tǒng)的所述光瞳位置共軛的所述照明光的強度分布； 其中所述第二空間調制元件通過多個可移動的反射鏡來配置。
6.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的顯微鏡系統(tǒng)，該顯微鏡系統(tǒng)還包括: 第二空間調制元件，其改變在所述成像光學系統(tǒng)的所述光瞳的共軛位置處的所述照明光的強度分布， 其中所述第二空間調制元件通過衍射光柵來配置。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的顯微鏡系統(tǒng)， 其中，改變照明至所述樣本的照明光的波長，而且所述計算部件基于每個所改變的波長的所述輸出數(shù)據(jù)來計算最適合用于觀察所述樣本的波長。
8.根據(jù)權利要求1至6中的任一項所述的顯微鏡系統(tǒng)， 其中所述計算部件基于由所述圖像傳感器檢測的所述輸出數(shù)據(jù)來計算所述樣本的圖像的對比或空間頻率。
9.根據(jù)權利要求6所述的顯微鏡系統(tǒng)， 其中由所述第一空間調制元件形成的相位或透射率的調制區(qū)域的形狀與由所述第二空間調制元件形成的所述照明光的強度分布的形狀相同。
10.根據(jù)權利要求6或9所述的顯微鏡系統(tǒng)， 其中所述計算部件同步改變所述第一空間調制元件和基于此改變所述第二空間調制元件，并且計算適于觀察的所述照明光的強度分布。
11.根據(jù)權利要求1至10中任一項所述的顯微鏡系統(tǒng)，該顯微鏡系統(tǒng)還包括:顯示部件，其顯示參數(shù)設定部分和區(qū)域設定部分，所述參數(shù)設定部分設定用于輸入用于所述樣本的觀察圖像的觀察條件的參數(shù)，所述觀察條件由觀察者請求并允許，所述區(qū)域設定部分設定所述觀察圖像的觀察區(qū)域。
12.根據(jù)權利要求1至11中任一項所述的顯微鏡系統(tǒng)， 其中所述圖像傳感器放置在所述成像光學系統(tǒng)的成像平面上并且檢測所述樣本的圖片輸出數(shù)據(jù)；以及 其中所述計算部件通過細微改變所述照明光的分布并且通過獲取無論何時都改變所述照明光的分布的所述圖片輸出數(shù)據(jù)來順序計算所述照明光的強度分布的適當尺寸。
13.根據(jù)權利要求1至11中任一項所述的顯微鏡系統(tǒng)， 其中所述圖像傳感器放置在所述成像光學系統(tǒng)的成像平面上并且檢測所述樣本的所述圖片的輸出數(shù)據(jù)；以及 其中所述計算部件通過改變所述照明光的強度分布以便形成所述照明光的第一和第二強度分布并且通過獲取與其對應的第一和第二圖片的輸出數(shù)據(jù)來通過基因算法計算所述照明光的最優(yōu)強度分布，其中所述基因算法使用所述第一和第二圖片的輸出數(shù)據(jù)作為初始數(shù)據(jù)。
14.一種程序，該程序通過使用顯微鏡系統(tǒng)觀察樣本，該顯微鏡系統(tǒng)包括觀察所述樣本的相位對比顯微鏡和連接到所述顯微鏡的計算部件，所述顯微鏡包括: 照明光學系統(tǒng)，其采用來自光源的照明光照明所述樣本； 成像光學系統(tǒng)，其從來自所述樣本的光形成所述樣本的圖像； 第一空間調制元件，其放置在所述成像光學系統(tǒng)的光瞳位置處并且改變來自所述樣本的光振幅透射率分布； 圖像傳感器，其檢測由所述成像光學系統(tǒng)形成的所述樣本的圖像并且輸出圖片信號， 其中所述程序使所述計算部件基于由所述圖像傳感器檢測到的輸出數(shù)據(jù)和由所述第一空間調制元件形成的來自所述樣本的所述光振幅透射率分布來計算適于觀察所述樣本的來自所述樣本的光振幅透射率分布。
【文檔編號】G02B21/14GK103534629SQ201280021356
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年1月25日 優(yōu)先權日:2011年5月18日
【發(fā)明者】福武直樹, 矢澤洋紀, 中山繁, 中島伸一 申請人:株式會社尼康