顯微鏡系統(tǒng)的制作方法

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種獲得并形成適于觀測的照明光強分布的顯微鏡系統(tǒng)。

本發(fā)明要求于2010年10月20日提交的申請?zhí)枮?010-235155的日本專利申請，其內(nèi)容以引用的方式合并于此。

背景技術(shù)：

在明視場顯微鏡中，通過改變具有圓形形狀的光闌來調(diào)節(jié)照明光強分布。此外，可基于觀測者的決定選擇并應(yīng)用光闌的形狀。在相差(phase-contrast)顯微鏡中，環(huán)形光闌和相位環(huán)形成照明光強分布。

由于照明光強分布對樣本的觀測圖像有很大的影響，因而圓形光闌、環(huán)形光闌及相位環(huán)等都有待于測試以進一步改善樣本的觀測圖像。例如，在公開號為2009-237109的日本未審專利申請中，提供調(diào)制部件來環(huán)繞以相位環(huán)的環(huán)形形狀形成的環(huán)形區(qū)域，該調(diào)制部件被形成為使得調(diào)制部件的透射軸方向不同于除調(diào)制部件以外的區(qū)域的透射軸方向，從而實現(xiàn)了能夠連續(xù)改變對比度的相差顯微鏡。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

然而，在上述顯微鏡中，光闌的形狀一定程度上都是固定的，在照明光強分布的調(diào)節(jié)上存在限制。此外，即使在選擇光闌的形狀的情況下，仍基于觀測者的決定或經(jīng)驗來進行選擇，因而光闌形狀并不能總是被形成以在觀測期間能夠以其最佳條件來觀測目標圖像。此外，在相差顯微鏡中，環(huán)形光闌和相位環(huán)的位置是固定的，因而難以自由地選擇形狀，以及在觀測期間以其最佳條件來觀測目標圖像。

因此，本發(fā)明提供了一種顯微鏡系統(tǒng)，其獲得并形成適于觀測樣本的照明光強分布。

根據(jù)第一方面，一種顯微鏡系統(tǒng)，作為用于觀測樣本的光學顯微鏡系統(tǒng)，包括：成像光學系統(tǒng)，其形成透射光或從樣本反射的光的圖像；照明光源，向樣本照射照明光；照明光學系統(tǒng)，其具有第一空間光調(diào)制元件，該第一空間光調(diào)制元件改變在成像光學系統(tǒng)的光瞳的共軛位置處的照明光強分布，且將源自照明光源的光線照射在樣本上；圖像傳感器，其探測通過成像光學系統(tǒng)的光線；以及計算部件，其基于由第一空間光調(diào)制元件形成的照明光強分布和圖像傳感器探測的輸出數(shù)據(jù)來計算適于樣本觀測的照明光強分布。

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種顯微鏡系統(tǒng)，其獲得并形成適于在觀測期間以良好條件觀測目標圖像的照明光強分布。

附圖說明

圖1是顯微鏡系統(tǒng)100的示意性結(jié)構(gòu)圖。

圖2A是在其中第一空間光調(diào)制元件90為液晶面板93的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖2B是在其中第一空間光調(diào)制元件90為數(shù)字微鏡裝置(DMD)94的示意性結(jié)構(gòu)圖。

圖3是找到合適照明區(qū)域91的“爬山法”(hill climbing method)的流程圖。

圖4A是顯示部件21的區(qū)域設(shè)定部分22和參數(shù)設(shè)定部分23的圖。

圖4B是設(shè)定第一空間光調(diào)制元件90的照明區(qū)域91的顯示部件21的圖。

圖5是由第一空間光調(diào)制元件90形成的照明區(qū)域91的示意性俯視平面圖。

圖6是使用遺傳算法的流程圖。

圖7A是具有較大直徑的圓形形狀的照明區(qū)域91的第一空間光調(diào)制元件90的示意性俯視平面圖。

圖7B是具有較小直徑的圓形形狀的照明區(qū)域91的第一空間光調(diào)制元件90的示意性俯視平面圖。

圖7C是具有環(huán)形形狀的照明區(qū)域91的第一空間光調(diào)制元件90的示意性俯視平面圖。

圖7D是具有四個較小圓形形狀的照明區(qū)域91的第一空間光調(diào)制元件90的示意性俯視平面圖，其中照明區(qū)域91關(guān)于光軸軸對稱地設(shè)置。

圖7E是具有兩個四邊形形狀的照明區(qū)域91的第一空間光調(diào)制元件90的示意性俯視平面圖，其中照明區(qū)域91關(guān)于光軸軸對稱地設(shè)置。

圖7F是在其中非軸對稱地形成照明區(qū)域91的第一空間光調(diào)制元件90的示意性俯視平面圖。

圖8A是圖示在圖7A和圖7B之間組合的例子的圖。

圖8B是圖示在圖7A和圖7D之間組合的例子的圖。

圖9A是估計樣本60的相位信息的方法1的流程圖。

圖9B是在顯示部件21的參數(shù)設(shè)定部分23上顯示的目標信息獲取屏23d的圖。

圖9C是估計樣本60的顯微結(jié)構(gòu)信息的方法的流程圖。

圖9D是估計關(guān)于樣本60的照明光的波長特性的信息的方法的流程圖。

圖10A是估計樣本60的相位信息的方法2的流程圖。

圖10B是以第一空間光調(diào)制元件90的示意性視圖示出的顯示部件21的圖。

圖11是顯微鏡系統(tǒng)200的示意性結(jié)構(gòu)圖。

圖12是探測目標的空間頻率信息的方法的流程圖。

圖13A是顯示部件21的圖，其中顯示了在樣本60為集成電路(IC)時，由第二圖像傳感器280探測的光瞳273的圖像的畫面。

圖13B是顯示部件21的圖，其中顯示了在樣本60為生物目標時，由第二圖像傳感器280探測的光瞳273的圖像的畫面。

圖13C是顯示部件21的圖，其中顯示了在樣本60為生物目標時，由第二圖像傳感器280探測的在紅光、藍光和綠光的每個波長上的光瞳273的圖像的畫面。

圖14A是顯微鏡系統(tǒng)300的示意性結(jié)構(gòu)圖。

圖14B是第一空間光調(diào)制元件390的俯視平面圖。

圖14C是第二空間光調(diào)制元件396的俯視平面圖。

附圖標記說明

20：計算部件

21：顯示部件

22：區(qū)域設(shè)定部分

23：參數(shù)設(shè)定部分

23a至23g：目標信息獲取屏

24：觀測區(qū)域

30：照明光源

32：點光源

40：照明光學系統(tǒng)

41：第一聚光透鏡

42：第二聚光透鏡

44：波長濾波器

50：平臺

60：樣本

70：成像光學系統(tǒng)

71：物鏡

80：圖像傳感器

90，390：第一空間光調(diào)制元件

91：照明區(qū)域

92：光遮擋部件

93：液晶面板

94：數(shù)字微鏡裝置(DMD)

100，200，300：顯微鏡系統(tǒng)

242：中繼透鏡

272：分束器

273：光瞳

280：第二圖像傳感器

396：第二空間光調(diào)制元件

397：相位調(diào)制區(qū)域

398：衍射光透射區(qū)域

具體實施方式

(第一示例)

在第一示例中，將給出顯微鏡系統(tǒng)100的描述，其通過自由改變光闌的形狀來獲得適于在觀測期間以較佳條件觀測目標圖像的照明光強分布來進行自動調(diào)節(jié)。

<顯微鏡系統(tǒng)100>

圖1是顯微鏡系統(tǒng)100的示意性結(jié)構(gòu)圖。顯微鏡系統(tǒng)100主要包括：照明光源30；照明光學系統(tǒng)40；平臺50；成像光學系統(tǒng)70；圖像傳感器80；以及計算部件20。下文中，由照明光源30射出的光線的中心軸被設(shè)為Z軸方向，以及垂直于Z軸且相互正交的方向被設(shè)為X軸方向和Y軸方向。

照明光源30例如將白色照明光照射在樣本60上。照明光學系統(tǒng)40包括第一聚光透鏡41、波長濾波器44、第一空間光調(diào)制元件90以及第二聚光透鏡42。此外，成像光學系統(tǒng)70包括物鏡71。在其上放置有具有諸如細胞組織等未知結(jié)構(gòu)的樣本60的狀態(tài)下，平臺50在XY軸方向上可以移動。此外，成像光學系統(tǒng)70在圖像傳感器80上形成透射光或樣本60的反射光的圖像。

在照明光學系統(tǒng)40中，例如在與成像光學系統(tǒng)70的光瞳位置共軛的位置處設(shè)置照明光學系統(tǒng)40的第一空間光調(diào)制元件90，該第一空間光調(diào)制元件能夠改變在成像光學系統(tǒng)70的光瞳的共軛位置處的照明光強分布。此外，第一空間光調(diào)制元件90具有其形狀和尺寸可自由改變的照明區(qū)域91，且能夠通過改變照明區(qū)域91的尺寸或形狀任意改變照明光強分布。此外，波長濾波器44將透射光線的波長限制在特定范圍內(nèi)。作為波長濾波器44，例如使用僅透射波長在特定范圍內(nèi)的光線的帶通濾波器。波長濾波器44可被移除，并通過提供用于透射具有各個不同波長的多個光線的帶通濾波器來替代。因而，能夠控制通過波長濾波器44透射的光的波長。

計算部件20接收由圖像傳感器80探測的輸出數(shù)據(jù)，并在諸如監(jiān)視器的顯示部件21上顯示該輸出數(shù)據(jù)。此外，通過分析該輸出數(shù)據(jù)，來計算適于樣本60的觀測的照明光強分布。此外，計算部件20能夠?qū)νㄟ^波長濾波器44透射的光線的波長范圍進行控制，例如第一空間光調(diào)制元件90的照明區(qū)域91的控制和驅(qū)動。

在圖1中，以虛線指示由照明光源30射出的光線。由照明光源30射出的光線LW11通過第一聚光透鏡41被轉(zhuǎn)換成平行光LW12。光線LW12通過波長濾波器44透射，從而指定光線LW12的波長范圍，并入射在第一空間光調(diào)制元件90上。穿過第一空間光調(diào)制元件90的照明區(qū)域91的光線LW13通過第二聚光透鏡42透射，并被轉(zhuǎn)換為光線LW14，朝著平臺50傳播。通過平臺50透射的光線LW15，通過成像光學系統(tǒng)70透射，被轉(zhuǎn)換為光線LW16且在圖像傳感器80上形成樣本60的圖像。

由圖像傳感器80探測的樣本60的圖像被作為輸出數(shù)據(jù)發(fā)送至計算部件20。計算部件20基于可由圖像傳感器80獲得的輸出數(shù)據(jù)、波長濾波器44的透射波長以及由第一空間光調(diào)制元件90形成的照明區(qū)域91的形狀數(shù)據(jù)估計樣本60的結(jié)構(gòu)，從而計算適于樣本60的觀測的照明形狀，即照明光強分布。隨后，經(jīng)計算適于樣本60的觀測的形狀被傳輸至第一空間光調(diào)制元件90，且以適于樣本60的觀測的照明形狀形成照明區(qū)域91。此外，同樣地，也由計算部件20計算出適于樣本60的觀測的照明光波長，且最適于樣本60的觀測的帶通濾波器被選擇作為波長濾波器44。

<照明光學系統(tǒng)40>

作為第一空間光調(diào)制元件90，可使用液晶面板93、數(shù)字微鏡裝置(DMD)94等。參考圖2，下文將描述在使用上述器件情況下的第一空間光調(diào)制元件90。

圖2A是其中第一空間光調(diào)制元件90為液晶面板93時的示意性結(jié)構(gòu)圖。例如，液晶面板93由液晶薄膜93a、第一偏振膜93b以及第二偏振膜93c組成。液晶薄膜93a填充有液晶材料，且在其上形成有諸如薄膜晶體管(TFT)的電極，借由此能夠向液晶薄膜93a的任意位置施加電壓。由照明光源30射出的光線LW11通過第一聚光透鏡41被轉(zhuǎn)換成平行光LW12，且其波長范圍由波長濾波器44指定，從而光線被限制為由第一偏振膜93b單向偏振化的光線LW12a。通過向液晶薄膜93a施加電壓，光線LW12a被偏轉(zhuǎn)90度轉(zhuǎn)換為光線LW12c，而未向液晶薄膜93a施加電壓，未被偏轉(zhuǎn)的光線LW12b通過液晶薄膜93a。第二偏振膜93c被設(shè)置為在透射通過第一偏振膜93b的光線中僅透射偏轉(zhuǎn)90度的光線。因而，僅有光線LW12c通過第二偏振膜93c透射，通過第二偏振膜93c透射的為光線LW13。在液晶面板93中，通過控制液晶薄膜93a上施加電壓的位置，可以任意形狀形成照明區(qū)域91。

圖2B是其中第一空間光調(diào)制元件90為數(shù)字微鏡裝置(DMD)94時的示意性結(jié)構(gòu)圖。在DMD94的表面上形成有多個小型可移動反射鏡的集合體(圖中未示出)，并且每個鏡子都是可獨立移動的。由照明光源30射出的光線LW11通過第一聚光透鏡41被轉(zhuǎn)換成平行光LW12，且其波長范圍由波長濾波器44指定，從而光線照射在整個DMD94上。當設(shè)置在DMD94的區(qū)域94a上的可移動反射鏡指向光線LW11被樣本60反射的方向時，光線LW13a照射在樣本60上。當在第一空間光調(diào)制元件90中使用DMD94時，通過執(zhí)行關(guān)于可移動反射鏡移動的位置的控制，能夠?qū)⒕哂腥我庑螤畹墓庹丈湓跇颖?0上。這意味著，可以任意形狀形成在圖1中示出的第一空間光調(diào)制元件90的照明區(qū)域91。

作為第一空間光調(diào)制元件90，可使用電致變色(electrochromic)元件。電致變色元件主要以其中將諸如TFT的透明電極和電致變色層組合且層壓的結(jié)構(gòu)形成。在電致變色層中，當施加電壓時，在施加電壓的區(qū)域中可逆地發(fā)生電解氧化和還原反應(yīng)。因而，能夠可逆地改變光被透射的狀態(tài)和光未被透射的狀態(tài)。因此，在電致變色元件中，通過控制施加電壓的電致變色層的位置，可以任意形狀形成照明區(qū)域91。例如，公開號為H8-220568的日本未審專利申請中披露了電致變色元件的運行和結(jié)構(gòu)的詳細描述。

此外，作為第一空間光調(diào)制元件90，如果該光學元件具有多個其中包裹有電活性材料且形成有諸如TFT的電極的空間，可使用光學元件，該電活性材料具有由電刺激的應(yīng)用改變的諸如透射率的特定光學特性。該光學元件具有被氣密密封且以陣列形狀形成的單元，并且在每個單元中密封有電活性材料。在各個單元中形成電極，并可對每個單元單獨地施加電壓。因此，通過控制施加至單元的電壓，能夠可逆地改變光透射通過單元的狀態(tài)和光未透射通過單元的狀態(tài)。在該光學元件中，通過執(zhí)行關(guān)于施加電壓的單元的控制，可以任意形狀形成照明區(qū)域91。例如，公開號為2010-507119的PCT日本翻譯專利中披露了這種光學元件的運行和結(jié)構(gòu)的詳細描述。

在圖1中，波長濾波器44設(shè)置在第一聚光透鏡41和第一空間光調(diào)制元件90之間，但為了探測通過圖像傳感器80的具有特定波長的光，濾波器可設(shè)置在照明光源30與圖像傳感器80之間的某一位置上。

此外，替代使用照射白色照明光的光源作為照明光源30以及波長濾波器44，可使用LED(發(fā)光二極管)等作為照明光源30。例如當照明光源30由LED構(gòu)成時，照明光源可由發(fā)射具有紅光、藍光和綠光的各個波長的光線的LED的組合構(gòu)成。具有每個波長的LED的打開/關(guān)閉由計算部件20控制，從而控制了由照明光源30發(fā)射的光線的波長。以這種方式，可使用LED光源替代波長濾波器44和白光照明光源的組合。此外，作為圖像傳感器80，可使用諸如CCD和CMOS的具有多個所接收的光波長不同的光接收元件的圖像提取裝置。在這種情況下，例如通過提取接收具有紅光波長的光的光接收元件的信號，能夠獲得通過樣本60透射的具有紅光波長的光。

<獲得照明形狀(照明光強分布)的方法>

在下文中，將描述計算適于樣本60的觀測的照明形狀的方法。作為計算方法，存在有諸如模擬退火和Tabu搜索的多種方法。下文中，將描述“爬山法”(最大坡度方法)和使用遺傳算法的方法的這兩種方法。

<“爬山法”>

“爬山法”是一種遞增地改變初始設(shè)定的照明形狀、并對每次改變獲取畫面的輸出數(shù)據(jù)，從而尋找到在其中輸出數(shù)據(jù)最接近于由觀測者設(shè)定的條件的條件的方法。下面將參考附圖3給出描述。

圖3是通過遞增地改變照明形狀來找到適合的照明形狀的“爬山法”的流程圖。

在步驟S101中，首先，第一空間光調(diào)制元件90的照明區(qū)域91被設(shè)定為初始設(shè)置的尺寸和形狀。例如，初始設(shè)定的照明區(qū)域91具有直徑為最大值的圓形形狀。在這種狀態(tài)下，由圖像傳感器80探測樣本60的圖像。探測樣本60的圖像的目的在于在調(diào)節(jié)照明區(qū)域91的形狀和尺寸之前獲取參考畫面。由圖像傳感器80探測的樣本60的圖像畫面的輸出數(shù)據(jù)被發(fā)送至計算部件20，隨后樣本60的畫面顯示在連接至計算部件20的諸如監(jiān)視器的顯示部件21上。

在步驟S102中，顯示部件21上的區(qū)域設(shè)定部分22(參見圖4A)設(shè)定觀測圖像的觀測區(qū)域24(參見圖4A)。在步驟S101中，樣本60的畫面顯示在區(qū)域設(shè)定部分22中。參考圖4A，將詳細地描述區(qū)域設(shè)定部分22和觀測區(qū)域24。

在步驟S103中，設(shè)定用于形成樣本60的觀測圖像的參數(shù)。在參數(shù)設(shè)定部分23(參見圖4A)中，觀測者能夠?qū)颖?0的觀測圖像設(shè)定用于輸入已由觀測者請求和允許的觀測條件的參數(shù)。在下文將參考圖4A描述顯示部件21的顯示示例。

圖4A是顯示部件21的區(qū)域設(shè)定部分22和參數(shù)設(shè)定部分23的圖。優(yōu)選地，顯示部件21由GUI(圖形用戶界面)形成，其通過鼠標、觸控板等進行輸入。由于觀測者能夠通過GUI直觀地執(zhí)行操作，因而GUI使得操作更便利。例如，顯示部件21可顯示區(qū)域設(shè)定部分22和參數(shù)設(shè)定部分23。樣本60的圖像顯示在區(qū)域設(shè)定部分22中，因而能夠設(shè)定觀測者所期望的觀測區(qū)域。此外，在參數(shù)設(shè)定部分23中，能夠輸入觀測者所期望的觀測條件的設(shè)定。例如，在參數(shù)設(shè)定部分23中顯示觀測條件設(shè)定項目顯示屏23a。例如在顯示觀測條件設(shè)定項目顯示屏23a中，顯示諸如區(qū)域設(shè)定、空間頻帶設(shè)備和波段設(shè)定的項目。當選擇區(qū)域設(shè)定時，則顯示部件21的屏幕轉(zhuǎn)換為區(qū)域設(shè)定屏22a。此外，當選擇空間頻帶設(shè)定和波段設(shè)定時，顯示部件21的屏幕分別轉(zhuǎn)換為空間頻帶設(shè)定屏23b和波段設(shè)定屏23c。

例如，區(qū)域設(shè)定部分22表示為區(qū)域設(shè)定屏22a。在區(qū)域設(shè)定部分22中，顯示在步驟S101中探測的樣本60的畫面。觀測者能夠設(shè)定用于樣本60的觀測圖像的觀測區(qū)域24。例如，觀測者可設(shè)定整個樣本60作為觀測區(qū)域24，或僅設(shè)定樣本60的一部分。此外，在區(qū)域設(shè)定部分22中，可一次設(shè)定兩個或更多的觀測區(qū)域24。此外，區(qū)域設(shè)定部分22可通過非光學地和電子地放大來顯示樣本60，從而觀測者可以容易地設(shè)定觀測區(qū)域24，或可以通過減小樣本60的畫面來顯示樣本60的整個圖像。此外，觀測區(qū)域24被設(shè)定為在其中反射由參數(shù)設(shè)定部分23設(shè)定的參數(shù)的區(qū)域。

此外，觀測區(qū)域24可由計算部件20自動設(shè)定。例如，計算在步驟S101中獲得的畫面輸出數(shù)據(jù)的對比度，且區(qū)域被粗略地分類為高對比度區(qū)域和低對比度區(qū)域。隨后，圖4A的區(qū)域設(shè)定屏22a中的低對比度區(qū)域被自動設(shè)定為觀測區(qū)域24，因而能夠優(yōu)化觀測區(qū)域24中的觀測條件。在該示例中，區(qū)域被粗略地分類為高對比度區(qū)域和低對比度區(qū)域，但本發(fā)明并不限于這兩個區(qū)域。例如，通過對比度閾值的適時設(shè)定，區(qū)域可被分類為包括中等對比度區(qū)域的三個或更多的區(qū)域。此外，在該示例中，低對比度區(qū)域被設(shè)定為觀測區(qū)域24，但替代地，也可設(shè)定高對比度區(qū)域或中等對比度區(qū)域。此外，觀測區(qū)域24的設(shè)定也不限于基于對比度的方法。例如，基于通過下文描述的探測目標的空間頻率信息的方法得到的空間頻率等，可自動設(shè)定觀測區(qū)域24。

在空間頻帶設(shè)定屏23b中，觀測者能夠設(shè)定所期望的樣本60的空間頻帶。如圖4A所示，可以以觀測者輸入數(shù)值的方式，或是觀測者能夠從多個選項中選出期望的空間頻帶的方式來作出空間頻帶的設(shè)定。此外，在波段設(shè)定屏23c中，觀測者能夠設(shè)定旨在被使用或被觀測的光線的波段。例如，當在稍后描述的估計目標信息的方法1中估計適于樣本60的觀測的波長時，可通過波段設(shè)定屏23c設(shè)定波長。如圖4A所示，可以以觀測者輸入數(shù)值的方式，或是觀測者能夠從諸如紅光、綠光和藍光的多個選項中選出期望的波段的方式來作出波段的設(shè)定。

另外，當觀測者不想設(shè)定觀測區(qū)域24時，可跳過步驟S102。在這種情況下，由圖像傳感器80探測的樣本60的整個圖像被設(shè)定為觀測區(qū)域24。

如圖4A所示，在觀測者要求或允許的情況下，觀測者通過使用顯示部件21的參數(shù)設(shè)定部分23來設(shè)定參數(shù)。設(shè)定參數(shù)的示例包括旨在以高對比度來觀測的樣本60的特定位置，樣本60的特定空間頻率區(qū)間等。例如，通過給定到其的陰影影響或是為了清晰地觀測觀測區(qū)域24的詳細圖像，在步驟S102中可能存在在步驟S102中設(shè)定的觀測觀測區(qū)域24的要求。在這種情況下，觀測者能夠設(shè)定波段和空間頻帶。

此外，觀測者可將照明區(qū)域91初始化為單個參數(shù)。例如，能夠初始化在稍后描述的步驟S104中首先使用的照明區(qū)域91的形狀。此外，在步驟S101中，在優(yōu)選用于樣本60的照明區(qū)域91的形狀可預期這樣的情況下，可使用照明區(qū)域91的形狀作為初始設(shè)定。通過初始化照明區(qū)域91的形狀，能夠減少最終確定照明區(qū)域91的形狀的時間。參見圖4B，將給出觀測者初始化照明區(qū)域91的情況的示例的描述。

圖4B是在初始化第一空間光調(diào)制元件90的照明區(qū)域91的情況下的顯示部件21的圖。在圖4B中，在顯示部件21的右側(cè)和左側(cè)的兩個位置上形成參數(shù)設(shè)定部分23。在右側(cè)參數(shù)設(shè)定部分23中，由虛線示出第一空間光調(diào)制元件90的俯視平面圖。此外，在圖4B中，由陰影線示出光遮擋部分92且在光遮擋部分92中形成的照明區(qū)域91。此外，在圖4B中，示出坐標線97，從而可辨識第一空間光調(diào)制元件90的中心軸。觀測者能夠自由初始化第一空間光調(diào)制元件90的照明區(qū)域91。例如為了形成照明區(qū)域91，可在圖4B的左側(cè)參數(shù)設(shè)定部分23中顯示照明區(qū)域91的形狀樣本，且可從其中選出期望的照明區(qū)域91。另外，也可通過自由畫出照明區(qū)域的形狀來形成期望的照明區(qū)域91。此外，不必將照明區(qū)域91設(shè)置在第一空間光調(diào)制元件90的中心軸上。也即，如圖4B所示，觀測者可將照明區(qū)域91設(shè)置在遠離中心軸的位置上。此外，也可同時設(shè)定兩個或更多的照明區(qū)域91。

圖4A或4B中示出的屏選擇性地顯示為顯示部件21上的窗口。此外，顯示部件21可僅顯示區(qū)域設(shè)定部分22或參數(shù)設(shè)定部分23。

返回圖3，在步驟S104中，計算部件20改變第一空間光調(diào)制元件90的照明區(qū)域91的尺寸。當觀測者在步驟S103中設(shè)定照明區(qū)域91時，計算部件20使用設(shè)定的照明區(qū)域91作為初始設(shè)定值，并改變照明區(qū)域91的尺寸。當未在步驟S103中設(shè)定照明區(qū)域91時，計算部件20輕微地改變在步驟S101中設(shè)定的初始設(shè)定值的照明區(qū)域91的尺寸。即，輕微地改變照明光強分布。

參見圖5，將描述照明光強分布的改變。圖5是第一空間光調(diào)制元件90的示意性俯視平面圖。在圖5中，在第一空間光調(diào)制元件90的光遮擋部分92的中心部分上形成圓形照明區(qū)域91。圖5示出在步驟S103中，將照明區(qū)域91初始化為在第一空間光調(diào)制元件90的中心上直徑為W13的圓的情況下的示例。

光遮擋部分92的直徑為W11，并且初始設(shè)定的照明區(qū)域91的直徑為W13。隨后，在步驟S104中輕微地改變照明區(qū)域91的尺寸，照明區(qū)域91的直徑變?yōu)閃12。在圖5的示例中，計算部件20將照明區(qū)域91的直徑從直徑W13變?yōu)楸萕13稍大一點的直徑W12，這樣來進行改變使得其照明光強分布彼此相似。

在步驟S105中，圖像傳感器80探測樣本60的圖像。例如，在圖5中，在照明區(qū)域91的直徑被改變?yōu)橹睆絎12的情況下，由圖像傳感器80探測樣本60的圖像，且將輸出數(shù)據(jù)發(fā)送至計算部件20。

在步驟S106中，確定發(fā)送至計算部件20的當前輸出數(shù)據(jù)是否比先前的輸出數(shù)據(jù)差。例如，如圖4A所示，由顯示部件21的區(qū)域設(shè)定部分22設(shè)定了觀測區(qū)域24，且假定設(shè)定旨在增加的觀測區(qū)域24的對比度通過參數(shù)設(shè)定部分23執(zhí)行。關(guān)于基于當前獲得的輸出數(shù)據(jù)(例如，當照明區(qū)域91具有直徑W12時)所計算的對比度是否比基于先前獲得的輸出數(shù)據(jù)(例如，當照明區(qū)域91具有直徑W13時)所計算的對比度差來執(zhí)行比較。如果并非較差，則程序返回至步驟S104，改變照明區(qū)域91的直徑，且探測輸出數(shù)據(jù)(步驟S105)。也即，由于觀測區(qū)域24的對比度增大，則程序返回至步驟S104，并且繼續(xù)改變照明區(qū)域91的尺寸。相反，如果當前對比度比先前對比度差，則先前照明區(qū)域91的直徑具有最大的對比度。因而，程序前進至下一步S107。

在步驟S107中，選擇適于樣本60的觀測的照明形狀。也即，恰好在觀測區(qū)域24的對比度變差之前使用的照明形狀被假定為用于樣本60的觀測的照明形狀，且在樣本60的觀測中使用。

在流程圖的步驟S104中，以相似的形狀來改變照明區(qū)域91的尺寸。然而，不僅可執(zhí)行改變?yōu)橄嗨频男螤睿部梢詧?zhí)行形狀本身的改變。例如，圓形照明區(qū)域91可逐漸地變形以最終形成三角形形狀，或者圓形照明區(qū)域91可逐漸地變形以最終形成具有預定寬度的環(huán)形形狀。

<使用遺傳算法的方法>

接下來，將描述使用遺傳算法的方法。遺傳算法是一種通過獲取分別與多個預先提供的照明形狀相關(guān)聯(lián)的畫面數(shù)據(jù)片來找到照明形狀，并執(zhí)行適于樣本60的觀測的照明形狀的組合的方法。

圖6是使用遺傳算法的流程圖。

首先，在步驟S201中，第一空間光調(diào)制元件90的照明區(qū)域91被設(shè)定為具有初始設(shè)定的尺寸和形狀。例如，初始設(shè)定的照明區(qū)域91具有最大直徑的圓形形狀。在這種狀態(tài)下，由圖像傳感器80探測樣本60的圖像。

在步驟S202中，由區(qū)域設(shè)定部分22設(shè)定觀測圖像的觀測區(qū)域24。通過步驟S201，樣本60的圖像畫面顯示在區(qū)域設(shè)定部分22上。

在步驟S203中，設(shè)定用于形成樣本60的觀測圖像的參數(shù)。在參數(shù)設(shè)定部分23中，觀測者能夠設(shè)定由觀測者要求和允許的用于輸入樣本60的觀測到的圖像的觀測條件的參數(shù)。類似在圖4A中所示出的參數(shù)，設(shè)定參數(shù)的示例包括樣本60的指定位置，樣本60的空間頻帶和波段等。然而，如圖4B所示，無需觀測者設(shè)定第一空間光調(diào)制元件90的照明區(qū)域91。計算部件20隨意初始化照明區(qū)域91。

在步驟S204中，通過使用兩個或更多的初始復數(shù)個照明形狀，由圖像傳感器80探測樣本60的圖像。隨后，計算部件20獲取由通過使用該復數(shù)個照明形狀所測量的樣本60的圖像畫面的各個輸出數(shù)據(jù)片。參見圖7，將描述復數(shù)個照明形狀的示例。

圖7示出第一空間光調(diào)制元件90的多個照明形狀的圖。在圖7中，輪廓部分表示照明區(qū)域91，而陰影區(qū)域表示光遮擋部分92。

圖7A是具有較大直徑的圓形照明形狀的第一空間光調(diào)制元件90的示意性俯視平面圖。如圖7A所示，第一空間光調(diào)制元件90的照明形狀可以是關(guān)于照明光學系統(tǒng)的光軸軸對稱的圓形形狀。圖7B是具有較小直徑的圓形照明形狀的第一空間光調(diào)制元件90的示意性俯視平面圖。圖7B示出的其中僅在照明形狀的尺寸上與圖7A不同且關(guān)于照明光學系統(tǒng)40的光軸軸對稱的圓形形狀。如圖7B所示，第一空間光調(diào)制元件90的照明形狀可包括形狀與其他圖形相似的圖形。圖7C是具有較大環(huán)形照明形狀的第一空間光調(diào)制元件90的示意性俯視平面圖。在圖7C中，在圖7A的大圓形照明形狀的中心部分處光被遮擋。

此外，圖7D是具有在其中關(guān)于光軸軸對稱地設(shè)置照明區(qū)域91的照明形狀的第一空間光調(diào)制元件90的示意性俯視平面圖，其中該照明區(qū)域具有四個每個具有較小直徑的圓形形狀。圖7E是具有在其中提供并且關(guān)于光軸軸對稱地設(shè)置照明區(qū)域91的照明形狀的第一空間光調(diào)制元件90的示意性俯視平面圖，其中該照明區(qū)域91具有兩個四邊形形狀。

圖7F是在其中關(guān)于光軸非對稱地形成照明區(qū)域91的第一空間光調(diào)制元件90的示意性俯視平面圖。在圖7F中，第一空間光調(diào)制元件90的照明形狀形成為月牙形狀，且關(guān)于光軸對稱是非軸對稱的。通常，非軸對稱的照明區(qū)域91主要使用在傾斜照明中，因而能夠增加樣本60的對比度。然而，非軸對稱的照明區(qū)域91增大僅部分目標的對比度，因而得到具有不均勻?qū)Ρ榷鹊漠嬅妫蚨⒉贿m于觀測整個樣本60。因此，對于遺傳算法，優(yōu)選地是圖4A中示出的顯示部件21的參數(shù)設(shè)定部分23被配置為是否使用非軸對稱的開口是可選的。

返回圖6，在步驟S205中，通過比較在步驟S204中獲得的樣本60畫面的各個輸出數(shù)據(jù)片，選出在輸出數(shù)據(jù)片中最適于設(shè)定的參數(shù)的照明形狀中形成的第一照明光強分布，和在其中次適于的照明形狀中形成的第二照明光強分布。

在步驟S206中，計算部件20依據(jù)遺傳算法的交叉(crossover)或突變(mutation)的方法，由第一照明光強分布和第二照明光強分布形成具有下一代照明光強分布的照明形狀。參見圖8，將給出在其中形成具有下一代照明光強分布的照明形狀的示例的描述。

圖8A是圖示在圖7A和圖7B之間的第一空間光調(diào)制元件90的組合例子的圖。在步驟S205中，第一照明光強分布具有如圖7A所示的較大直徑的圓形照明形狀，并且第二照明光強分布具有如圖7B所示的較小直徑的圓形照明形狀。計算部件20能夠通過交叉(組合)這兩個形狀來形成多個新的照明形狀。所形成的照明形狀的示例包括：具有直徑比圖7A的照明區(qū)域91略小的照明區(qū)域91的第一空間光調(diào)制元件90a；具有直徑比圖7B的照明區(qū)域91略大的照明區(qū)域91的第一空間光調(diào)制元件90b；在其中照明區(qū)域91形成為橢圓形的第一空間光調(diào)制元件90c等。

圖8B是圖示在圖7A和圖7D之間的第一空間光調(diào)制元件90組合的例子的圖。在步驟S205中，第一照明光強分布具有如圖7A所示的較大直徑的圓形照明形狀，并且第二照明光強分布具有在其中如圖7D所示的四個較小圓形照明區(qū)域81關(guān)于光軸軸對稱設(shè)置的照明形狀。計算部件20能夠通過交叉(組合)這兩個形狀來形成例如：具有形狀為在其中關(guān)于光軸軸對稱設(shè)置圓形環(huán)的四部分的形狀照明區(qū)域91的第一空間光調(diào)制元件90d；在其中照明區(qū)域91形成為“X”形狀的第一空間光調(diào)制元件90e等。

圖8A和8B只是組合的示例。實際上，可任意形成第一空間光調(diào)制元件90的形狀，因而新形成的照明區(qū)域91的形狀可以是無數(shù)個。照明區(qū)域91的形狀的數(shù)目也可以是幾個。此外，可通過使用不同的方法來進行組合。例如，可將第一空間光調(diào)制元件90分成多個顯微鏡區(qū)域，并在每個區(qū)域上進行諸如再組合和突變的操作。此外，通過創(chuàng)建獨立函數(shù)，也可根據(jù)函數(shù)來進行組合。

返回圖6，在步驟S207中，從第一照明光強分布、第二照明光強分布及下一代照明光強分布中選出最適于樣本60觀測的第一照明光強分布，和次適于的第二照明光強分布。

在步驟S208中，確定交叉或突變是否被執(zhí)行達到預定代，例如，1000代。如果交叉等未執(zhí)行達到預定代，則程序返回至步驟S206，并搜尋更適于樣本觀測的照明光強分布。如果交叉等執(zhí)行到預定代，則程序前進至步驟S209。

在步驟S209中，從通過交叉等達到預定代所獲得的照明區(qū)域91中，例如1000代中，選擇出接近于觀測者所要求的條件的代的照明形狀。其后，在樣本60的觀測中，使用在該代的照明形狀的第一空間光調(diào)制元件90。

<估計目標信息的方法1>

當樣本60的結(jié)構(gòu)或特性未知時，優(yōu)選在得到最適于樣本60的照明形狀之前獲取樣本60的結(jié)構(gòu)或特性信息。這是由于，在估計最合適的觀測條件的情況下通過參考樣本60的結(jié)構(gòu)或特性，能夠在較短時期內(nèi)可靠地獲得最合適的觀測條件。下文中，將給出估計樣本60的相位信息、顯微結(jié)構(gòu)信息以及照明光波長的特性信息的方法的描述。

<目標的相位信息的估計方法1>

通過改變第一空間光調(diào)制元件90的照明區(qū)域91的形狀，并觀測樣本60，能夠估計樣本60的對比度是否是對比度較高的強度目標或?qū)Ρ榷容^低的相位目標。通過在樣本60上照射具有不同的相干因子(σ)值的光線，可估計樣本60是否為相位目標或強度目標。由σ＝NA’/NA來定義σ值。NA’是照明光學系統(tǒng)40的數(shù)值孔徑，NA是物鏡71的數(shù)值孔徑。通過改變第一空間光調(diào)制元件90的照明區(qū)域91的形狀，可以控制照明光學系統(tǒng)40的數(shù)值孔徑NA’。在NA’中，將照明區(qū)域91假定為點形狀(下文中稱為點光源)，因而σ值被認為是0。此外，當?shù)谝豢臻g光調(diào)制元件90的照明區(qū)域91具有直徑較大的圓形形狀時，NA’等于1。

圖9A是估計樣本60的相位信息的方法1的流程圖。

首先，在步驟S301中，觀測者選擇出在圖9B的顯示部件21上顯示的目標信息獲取屏23e的相位信息。

圖9B是在估計目標信息的方法中，顯示部件21的參數(shù)設(shè)定部分23和區(qū)域設(shè)定部分22的圖。首先，在顯示部件21的參數(shù)設(shè)定部分23上顯示目標信息獲取屏23d。當執(zhí)行估計目標的相位信息的方法1時，觀測者通過目標信息獲取屏23d選擇目標信息探測1，當執(zhí)行估計稍后描述的目標的相位信息的方法2時，選擇目標信息探測2，并且當執(zhí)行估計目標的相位信息的方法1和估計目標的相位信息的方法2時，選擇批量測量。當選擇估計目標的相位信息的方法1時，屏幕轉(zhuǎn)換為目標信息獲取屏23e，當選擇估計目標的相位信息的方法2時，屏幕轉(zhuǎn)換為目標信息獲取屏23f。此外，目標信息獲取屏23g是由目標信息獲取屏23e轉(zhuǎn)換的屏幕。

目標信息獲取屏23e顯示相位信息1、顯微結(jié)構(gòu)、波長特性以及批量測量項目。此處，當選擇相位信息1時，計算部件20執(zhí)行估計目標的相位信息的方法1。當選擇顯微結(jié)構(gòu)時，計算部件20執(zhí)行估計目標的顯微結(jié)構(gòu)信息的方法。當選擇波長特性時，計算部件20執(zhí)行估計目標的波長特性信息的方法。此外，當選擇批量測量時，計算部件20執(zhí)行所有項目的估計。在每個選項被選擇后，自動獲取所選擇項目的信息。

返回圖9A，在步驟S302中，第一空間光調(diào)制元件90的照明區(qū)域91的形狀形成為點光源(σ≈0)，且由圖像傳感器80探測由點光源照明形成的樣本60的圖像。如果照射的光線是相干的，即使樣本60為相位目標或強度目標也可觀測樣本60中的對比度。

接下來，在步驟S303中，第一空間光調(diào)制元件90的照明區(qū)域91的形狀形成為直徑較大的圓形形狀(σ≈1)，且由圖像傳感器80探測由較大的圓形形狀的照明形成的樣本60的圖像。如果照射的光線是不相干的，當樣本60中存在對比度時，作為強度目標的樣本60可被觀測，但當樣本60中不存在對比度時，作為相位目標的樣本60不能被觀測。

隨后，在步驟S304中，估計樣本60是否是相位目標或強度目標。如果由步驟S302中探測的相干光形成的圖像和由步驟S303中探測的非相干光形成的圖像之間沒有變化，則估計樣本60為強度目標。如果由步驟S302中探測的相干光形成的圖像和由步驟S303中探測的非相干光形成的圖像之間存在不同，則估計樣本60為相位目標。

接下來，在步驟S305中，估計適于樣本60觀測的照明區(qū)域91的形狀。在相位目標中，計算部件20設(shè)定第一空間光調(diào)制元件90的照明區(qū)域91的形狀為較小或傾斜的照明(例如，參見圖7F)。原因在于當樣本60為相位目標時，照明區(qū)域91的形狀中較小或傾斜的照明適于樣本60的觀測。此外，當樣本60為強度目標時，計算部件20增大第一空間光調(diào)制元件90的照明區(qū)域91的圓的直徑。原因在于當光量較大時，可容易地觀測強度目標。

<目標顯微結(jié)構(gòu)信息的估計方法>

通過改變第一空間光調(diào)制元件90的照明區(qū)域91的形狀并觀測樣本60，可估計樣本60中是否包括顯微結(jié)構(gòu)。

圖9C是估計樣本60的顯微結(jié)構(gòu)信息的方法的流程圖。首先，在步驟S311中，觀測者在圖9B的顯示部件21上顯示的目標信息獲取屏23e上選擇顯微結(jié)構(gòu)信息。

接下來，在步驟S312中，第一空間光調(diào)制元件90的照明區(qū)域91的形狀形成為點光源，且由圖像傳感器80探測樣本60的圖像。當?shù)谝豢臻g光調(diào)制元件90的照明區(qū)域91的形狀為點光源時(σ＝0)，即使樣本60包括顯微結(jié)構(gòu)，在樣本60的圖像中也不呈現(xiàn)顯微結(jié)構(gòu)。

隨后，在步驟S313中，第一空間光調(diào)制元件90的照明區(qū)域91的形狀形成為環(huán)形形狀，且由圖像傳感器80探測樣本60的圖像。此時，優(yōu)選地，環(huán)形形狀的輪廓較大。當照明區(qū)域91的形狀為環(huán)形形狀時，如果樣本60包括顯微結(jié)構(gòu)，則探測顯微結(jié)構(gòu)。

接下來，在步驟S314中，估計樣本60是否包括顯微結(jié)構(gòu)。如果當照明區(qū)域91形成為點光源時并且當其形成為環(huán)形形狀時，在所獲得的樣本60的圖像之間沒有變化，則計算部件20確定樣本60并不包括顯微結(jié)構(gòu)。相反，當照明區(qū)域91形成為點光源時并且當其形成為環(huán)形形狀時，在所獲得的樣本60的圖像之間的輸出數(shù)據(jù)中可能存在差異，且當照明區(qū)域91形成為環(huán)形形狀時可探測樣本60的圖像。在這種情況下，計算部件20確定樣本60包括顯微結(jié)構(gòu)。

其后，在步驟S315中，估計出適于樣本60觀測的照明區(qū)域91的形狀。例如，如果樣本60包括顯微結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地照明區(qū)域91形成為環(huán)形形狀等。

<估計關(guān)于目標照明光的波長特性的信息的方法>

當改變樣本60上照射光的波長時，由于樣本60的結(jié)構(gòu)和特性，示出不同的輸出數(shù)據(jù)。因而，優(yōu)選地，掌握樣本60的照明光的波長特性。

圖9D是估計關(guān)于樣本60的照明光的波長特性信息的方法的流程圖。

首先，在步驟S321中，觀測者選擇關(guān)于顯示在圖9B的顯示部件21上的目標信息獲取屏23e上的波長特性信息。

接下來，在步驟S322中，照射在樣本60上的照明光生成為單色光，且由圖像傳感器80探測樣本60的圖像。例如，假定照明光源30采用具有紅、藍和綠三色的光源的LED。這種情況下，例如，僅打開綠光LED，且關(guān)閉具有不同波長的LED。然后，由圖像傳感器80探測樣本60的圖像。

隨后，在步驟S323中，確定是否在所有波長上探測了樣本60的圖像。例如，如果在紅、藍和綠的每個波長上探測樣本60的圖像，程序前進至步驟S325。如果還有在其上仍沒探測到樣本60的圖像的波長，則程序前進至步驟S324。

接下來，在步驟S324中，作為照明光源30的波長，選擇在其上還未獲得樣本60的圖像的波長，且由圖像傳感器80探測樣本60的圖像。例如，如果僅獲取在綠光波長上的樣本60的圖像，則打開紅光或藍光LED，且關(guān)閉具有不同波長的LED。在這種情況下，由圖像傳感器80探測樣本60的圖像。其后，程序在此返回至步驟S323，且驗證是否在所有波長上探測到樣本60的圖像。

在步驟S325中，估計樣本60的照明光的波長特性。比較在步驟S322和步驟S324中探測的樣本60的圖像。例如，如果相較于在其他波長上的樣本60的圖像，在藍光波長上探測的樣本60的圖像更好，則計算部件20確定樣本60在藍光波長上具有優(yōu)良的對比度。

接下來，在步驟S326中，計算部件20估計具有最適于樣本60觀測的波長的照明光。例如，當樣本60旨在采用給定其的最大對比度來觀測，且當在步驟S325中使用藍光波長時，可以給定其比在不同波長上探測的圖像更好的對比度來觀測樣本60的圖像。在這種情況下，計算部件20確定具有藍光波長的照明光適于樣本60的觀測。

在估計關(guān)于目標的照明光的波長特性的信息的方法中，照明區(qū)域91的形狀可為任意形狀。然而，通過與上述的估計目標相位信息的方法1和估計目標的顯微結(jié)構(gòu)信息的方法一起使用，有時，能夠進一步可靠地估計目標的相位信息和顯微結(jié)構(gòu)信息。在這種情況下，在通過圖9B中示出的目標信息獲取屏23e選擇出相位信息或顯微結(jié)構(gòu)信息之后，通過將屏幕轉(zhuǎn)換為圖9B中示出的目標信息獲取屏23g，是否改變波長是可選擇的。

通過在執(zhí)行上述獲得照明形狀的方法之前，執(zhí)行上述估計目標信息的方法1，能夠縮短獲得照明形狀的時間。

<估計目標信息的方法2>

在圖3和6中示出的流程圖中，在步驟S103和步驟S203中，設(shè)定用于設(shè)定樣本60的觀測圖像的參數(shù)。對于半導體等的集成電路的線寬，當能夠預先獲得樣本60的目標信息時，觀測者能夠基于信息設(shè)定參數(shù)。然而，當樣本60為生物目標時，大部分情況下，可能不能獲得樣本60的目標信息，因而觀測者不能獲知設(shè)定參數(shù)的最優(yōu)方式。此外，通過估計目標信息的方法1獲得的信息可能并不充分。在這種情況下，在確定照明形狀之前，可進一步特定地檢驗?zāi)繕诵畔?。下文中，將描述估計目標的相位信息的方?和探測目標的空間頻率信息的方法。

估計目標信息的方法2以觀測者通過圖9B的目標信息獲取屏23d來選擇目標信息探測2這樣的方式實施。在選擇目標信息探測2之后，屏幕轉(zhuǎn)換至目標信息獲取屏23f。目標信息獲取屏23f顯示相位信息2、空間頻率信息以及批量測量的項目。此處，當選擇相位信息2時，執(zhí)行估計目標相位信息的方法2，并且當選擇空間頻率信息時，執(zhí)行探測目標的空間頻率信息的方法。此外，當選擇批量測量時，執(zhí)行項目的所有估計。在選擇每個選項之后，自動獲取所選擇項目的信息。

<估計目標相位信息的方法2>

在第一空間光調(diào)制元件90的照明區(qū)域91具有最小尺寸以致于形成為點光源且照明光被設(shè)置為單色光的情況下，通過測量樣本60來估計目標的相位信息。關(guān)于單色光的波長，當通過估計目標信息的方法1等估計適于樣本60觀測的波長，優(yōu)選地，該波長被設(shè)定為照明光的波長。

通過借由圖9B的目標信息獲取屏23f選擇相位信息2，來執(zhí)行估計目標相位信息的方法2。下文中參考圖10A將描述估計樣本60的相位信息的方法2。

圖10A是估計樣本60的相位信息的方法2的流程圖。

首先，在步驟S401中，觀測者通過圖9B的目標信息獲取屏23f選擇相位信息2。其后，顯示部件21轉(zhuǎn)換至稍后描述的圖10B中示出的屏幕。

首先，在步驟S402中，觀測者通過在圖10B的顯示部件21上顯示的屏幕來指定點光源的數(shù)目和各點光源的設(shè)立位置。下文中，參考圖10B將描述點光源的數(shù)目和各點光源的設(shè)立位置的示例。

圖10B是在第一空間光調(diào)制元件90的示意性視圖中示出的顯示部件21的圖。在圖10B中，在顯示部件21的區(qū)域設(shè)定部分22中由虛線指示的圓31表示通過第一空間光調(diào)制元件90透射的光的直徑最大化的情形。在樣本60的相位信息的估計中使用的點光源(σ≈0)成形為點光源或成形為具有被認為是點光源的尺寸。即，在由虛線指示的圓31內(nèi)，計算部件20在第一空間光調(diào)制元件90中形成具有點形狀的照明區(qū)域91。在圖10B中，可設(shè)定被顯示部件21的參數(shù)設(shè)定部分23測量的點光源的數(shù)目和使用的光的波長。當將點光源的數(shù)目設(shè)定為5，例如，在圓31的中心點(位于光軸上)上，和在具有X和Y軸上的最大正、負值的點上形成全部5個點光源。此外，可輸入光波長。關(guān)于波長，僅可輸入一個波長，也可輸入多個光波長。在這種情況下，在每個波長上執(zhí)行5個點光源的測量。

在圓31的中心點處的點光源由點光源32a的黑點表示，具有在X軸上最大正、負值的點光源分別由點光源32b和32d的黑點表示，以及具有在Y軸上最大正、負值的點光源分別由點光源32c和32e的黑點表示。優(yōu)選地，點光源包括在圓31的最外側(cè)周邊部分附近形成的點光源。原因在于相干光可以不同的角度入射在樣本60上，因而能夠在傾斜照明時獲得衍射光。

另外，觀測者并不設(shè)定點光源的數(shù)目和各個點光源的位置，但計算部件20可自動將圖10B中示出的點光源的數(shù)目設(shè)定為5。

接下來，在步驟S403中，將照明光波長設(shè)定為單色，以及第一空間光調(diào)制元件90在預定位置處形成點光源。通過僅透射具有特定波長的光的波長濾波器44在例如白光照明光源30中形成單色照明光。此外，第一空間光調(diào)制元件90形成具有如圖10B所示的單個點光源的尺寸的照明區(qū)域91。在采用點光源且具有單色波長的光是相干光的情況下，其相干性增大。因而，在估計樣本60的相位信息中是有利的。

在步驟S404中，由圖像傳感器80探測由點光源和具有單色波長的光所形成的樣本60的圖像。

在步驟S405中，計算部件20確定是否獲取由具有單色波長的光和在所有點光源位置處形成的畫面。例如，如果未測量圖10B中示出的全部5個點光源，則程序前進至步驟S406。如果測量了所有指定的點光源，則程序前進至步驟S407。

在步驟S406中，計算部件20能夠改變用作點光源的照明區(qū)域91的位置。例如，在步驟S404中，可測量圖10B的點光源32a，而不測量點光源32b。這種情況下，照明區(qū)域91的位置僅形成在點光源32b的位置上。其后，程序前進至步驟S404。

在步驟S407中，計算部件20分析樣本60的衍射光。例如，根據(jù)分析的衍射光信息，能夠找到在觀測區(qū)域24上具有特定空間頻率分量的衍射光，因而能夠有效地找到適于觀測的照明形狀。

在步驟S408中，計算部件20設(shè)定合適的照明條件。此外，在顯示部件21上顯示分析的衍射光信息，且觀測者通過參考衍射光信息來估計樣本60的相位信息。觀測者能夠基于通過圖3的步驟S102和S103以及圖6的步驟S202和S203所估計的相位信息來設(shè)定觀測區(qū)域24和參數(shù)。

在上述估計樣本60的相位信息的方法2中，可對多個波長中的每一個都實施測量。因而，在圖10A示出的流程圖中，可提供用于檢查圖10B中設(shè)定的所有波長是否都被測量的步驟。

空間頻率表示樣本60的單元長度的迭代循環(huán)。也即，在相同的空間頻率集中的位置上非常容易采集到相似的結(jié)構(gòu)。因此，使用樣本60的空間頻率信息作為圖3的步驟S102和S103以及圖6的步驟S202和S203中觀測區(qū)域24和參數(shù)設(shè)定的參考。通過獲取成像光學系統(tǒng)70的光瞳畫面的輸出數(shù)據(jù)來探測樣本60的空間頻率信息。此外，通過估計樣本60的相位信息的方法2，借由使用上述單色波長的點光源來測量樣本60。下文中將參考圖11和12描述探測樣本60的空間頻率信息的方法。

圖11是顯微鏡系統(tǒng)200的示意性結(jié)構(gòu)圖。下文中，與圖1中描述的顯微鏡系統(tǒng)100相同的元件由相同的附圖標記表示，且省略這些元件的詳細描述。

在顯微鏡系統(tǒng)200中，分束器272設(shè)置在成像光學系統(tǒng)70的光瞳273的位置處或其附近。此外，顯微鏡系統(tǒng)200具有轉(zhuǎn)播分束光LW21的中繼透鏡243，以及設(shè)置在與光瞳273的位置共軛的位置上的第二圖像傳感器280。分束器272將來自成像光學系統(tǒng)70的光分束。分束光LW21經(jīng)由中繼透鏡243入射在第二圖像傳感器280上。光LW21通過中繼透鏡243透射，且轉(zhuǎn)換為光LW22，并且光LW22在第二圖像傳感器280上形成光瞳273的圖像。在第二圖像傳感器280上形成的光瞳273的圖像的信息被發(fā)送至計算部件20且被其分析。

圖12是探測樣本60的空間頻率信息的方法的流程圖。

首先，在步驟S501中，觀測者通過圖9B的目標信息獲取屏23f選擇空間頻率信息。其后，顯示部件21轉(zhuǎn)換成圖10B所示出的屏幕。

接下來，在步驟S502中，觀測者通過顯示部件21來指定點光源(σ＝0)的數(shù)目和各個點光源的設(shè)立位置。

接下來，在步驟S503中，將照明光的波長設(shè)定為單色，且在預定位置上形成具有接近于點光源的尺寸的開口。

步驟S502與S503與圖10A的步驟S402與S403是相同的。此外，將給出在其中與圖10B相似地所形成的點光源的數(shù)目為5個的示例的描述。

在步驟S504中，由第二圖像傳感器280探測光瞳273中樣本60的圖像。例如，如果在步驟S503中指定圖10B中示出的點光源32a，則僅通過使用作為照明光源的點光源32a，由第二圖像傳感器280探測樣本60的畫面。

圖13A是顯示部件21的圖，其中顯示樣本60為集成電路(IC)時，由第二圖像傳感器280探測的光瞳273的圖像畫面。例如，畫面顯示在顯示部件21的區(qū)域設(shè)定部分22上。由圖13A的虛線表示的圓233被定義為能夠通過可被透射的光線的范圍。由第二圖像傳感器280探測的畫面數(shù)據(jù)是光瞳273中的光強分布。例如，光強分布由圖13的點234來表示。點234的位置是信號的探測位置，且其尺寸反映了點光源的尺寸。在圖13A中，黑點234表示探測信號較強，而白點234表示探測信號較弱，灰色點234表示探測信號具有在黑點234和白點234之間的中等強度。實際上，點234以縮小的方式顯示，并且?guī)缀鯖]有尺寸。然而，在圖13A中，為了方便描述，點234具有尺寸，且為了表示信號的強度，點234具有不同的顏色。在圖13A中，在畫面的右上區(qū)域中采集到黑點234，在屏幕的左下部分中采集到白點234。這意味著，屏幕的右上區(qū)域中的空間頻率較大，而屏幕的左下部分中的空間頻率較小。此外，該IC具有周期性結(jié)構(gòu)，因而由第二圖像傳感器280探測的點234趨于被周期性地探測到。

圖13B是顯示部件21的圖，其中顯示了在樣本60為生物目標時，由第二圖像傳感器280探測的光瞳273的圖像畫面。在圖13B中，由第二圖像傳感器280探測的點234顯示在顯示部件21上。在圖13B中，點234由沒有尺寸的點表示。與圖13A相似，在各個點上在圖13B中示出的點234具有不同強度的信號。當樣本60為生物目標時，如圖13B的點234所指示的，點234不具有周期性，且它們大部分都隨機示出。原因在于生物目標的周期性結(jié)構(gòu)的數(shù)量小于具有圖13A所示的周期性結(jié)構(gòu)的IC的數(shù)量。

在步驟S505中，確定是否獲取例如在該5個點上的所有點光源位置上的光強信息。若未獲取所有點光源的光強信息，則程序前進至步驟S506。若已獲取了所有點光源的光強信息，則程序前進至步驟S507。

在步驟S506中，用作為點光源的照明區(qū)域91的位置被改變。例如，在步驟S504中可測量圖10B的點光源32a，且不測量點光源32b。這種情況下，照明區(qū)域91的僅在點光源32b的位置上形成。其后，程序前進至步驟S504。

在步驟S507中，測量樣本60的傅立葉頻譜，因而計算樣本60的空間頻率分布。如圖13所示，空間頻率分布可被表示為光強分布，且光強分布轉(zhuǎn)換為空間頻率并顯示在顯示部件21上。根據(jù)樣本60的空間頻率分布，計算樣本60的結(jié)構(gòu)周期性。如圖13B所示，如果樣本60的空間頻率分布是隨機的，則在這種情況下，不能計算出樣本60的結(jié)構(gòu)周期性。

在步驟S508中，計算部件20設(shè)定適于樣本60觀測的照明條件。此外，其結(jié)果可現(xiàn)實在顯示部件21上。觀測者基于所分析的樣本60的空間頻率信息通過顯示部件21設(shè)定參數(shù)、或設(shè)定觀測區(qū)域24(參見圖4)。在圖3的步驟S102和S103以及圖6的步驟S202和S203中，觀測者設(shè)定參數(shù)或設(shè)定觀測區(qū)域24。例如，特定空間頻率的采集表示相同的結(jié)構(gòu)。如果僅旨在觀測該結(jié)構(gòu)，則通過借由顯示部件21的參數(shù)設(shè)定部分23來設(shè)定旨在被觀測的結(jié)構(gòu)的空間頻率，能夠依據(jù)空間頻率來調(diào)節(jié)樣本60的觀測圖像。

通過借由上述方法探測樣本60的信息，計算部件20能夠自動設(shè)定適于樣本觀測的照明形狀。然而，可對這些示例進一步實施各種修改。

例如，在圖11示出的顯微鏡系統(tǒng)200中，通過同時使用兩個圖像傳感器，能夠同時獲得成像平面的圖像和光瞳273的圖像這兩個信息片。然而，通過在光瞳273和圖像傳感器80之間插入可分離的中繼透鏡，且在圖像傳感器80上形成與光瞳273共軛的圖像，能夠甚至在僅使用單個圖像傳感器時獲取樣本60的空間頻率信息。

此外，顯微鏡系統(tǒng)200可配置為使得在顯微鏡系統(tǒng)200中建立干涉儀，且獲取光瞳的干涉圖像。采用這種配置，通過檢查光瞳的振幅信息，也能夠獲取樣本60的相位信息。干涉儀可使得通過樣本60透射的目標光和未通過樣本60透射的參考光彼此發(fā)生干涉，測量通過第二圖像傳感器80的干涉圖像且獲得目標的傅立葉頻譜，因而能夠獲得目標的相位信息。在形成有干涉儀的情況下，優(yōu)選地在照明光源30中使用激光器等。通過使用激光器，能夠獲得較強的單色光，從而能夠進一步縮小點光源的尺寸。此外，由圖像傳感器80從多個照明方向上探測在目標光的衍射光和參考光之間的干涉圖像，也由此能夠形成樣本60的三維畫面。例如公開號為2008/123408的PCT日本翻譯專利再公開中披露了使用干涉儀的顯微鏡的詳細描述。

此外，可通過使用具有點狀開口的掩模來替代第一空間光調(diào)制元件90來形成圖10B所示的點光源。

此外，沿著圓31的外周部分形成大量如圖10B所示的點光源。因而，在從更多方向上向樣本60施加傾斜照明時，能夠獲取空間頻率或衍射光。此外，可在多個單波長上測量圖10B所示的多個點光源，例如在紅光、藍光和綠光的各個波長上。在紅光、藍光和綠光上測量圖10B所示的各個點光源時，將參考圖13C給出的描述。

圖13C是顯示部件21的圖，其顯示樣本60為生物目標時，由第二圖像傳感器280探測的在紅光、藍光和綠光的每個波長上的光瞳273的圖像畫面。圖13C是通過使用紅光、藍光和綠光的各個波長來測量樣本的情況下的圖，例如通過圖10B的點光源32b。在實際測量中，測量由所有點光源32a至32c形成的光瞳273的圖像。在圖13C中，在相同的屏幕上顯示在紅光波長上探測的圖像234a、在藍光波長上探測的圖像234b以及在綠光波長上探測的圖像234c。由于空間頻率與波長成反比，通過對每個光的波長測量光瞳273中的樣本60的圖像，能夠進一步精確地檢查樣本60的空間頻率分布。在圖13C中，估計出在其中在紅光波長上探測的畫面234a的區(qū)域具有相對較小的空間頻率、而在藍光波長上探測的畫面234b的區(qū)域具有相對較大的空間頻率的結(jié)構(gòu)的存在。

(第二實施例)

在第一實施例中，描述了具有明視場顯微鏡的顯微鏡系統(tǒng)100，在第二實施例中，將描述具有相差顯微鏡的顯微鏡系統(tǒng)300。

圖14A是顯微鏡系統(tǒng)300的示意性結(jié)構(gòu)圖。顯微鏡系統(tǒng)300是用于觀測樣本60的光學顯微鏡系統(tǒng)。顯微鏡系統(tǒng)300主要包括：照明光源30；照明光學系統(tǒng)40；成像光學系統(tǒng)70；圖像傳感器80；以及計算部件20。此外，照明光學系統(tǒng)40包括：第一聚光透鏡；波長濾波器44；第一空間光調(diào)制元件390；以及第二聚光透鏡42。成像光學系統(tǒng)70包括物鏡71和第二空間光調(diào)制元件396。此外，在照明光學系統(tǒng)40和成像光學系統(tǒng)70之間設(shè)置有平臺50，樣本60放置在平臺50上。

第二空間光調(diào)制元件396設(shè)置在成像光學系統(tǒng)70的光瞳的位置上或在其附近。此外，第一空間光調(diào)制元件390設(shè)置在照明光學系統(tǒng)400中與成像光學系統(tǒng)70的光瞳共軛的位置上。第一空間光調(diào)制元件390是能夠任意改變透射光的強度分布的元件，并由液晶面板、DMD等構(gòu)成。第二空間光調(diào)制元件396由諸如液晶面板的能夠改變相位的元件構(gòu)成。此外，優(yōu)選地，第二空間光調(diào)制元件被配置為隨意地改變相位和光強分布。

在圖14A中，以虛線示出由照明光源30射出的光線。由照明光源30射出的光線LW31通過第一聚光透鏡41被轉(zhuǎn)換成光LW32。光線LW32入射在第一空間光調(diào)制元件390上。通過第一空間光調(diào)制元件390透射的光線LW33通過第二聚光透鏡42透射，并被轉(zhuǎn)換為光線LW34，并朝著樣本60傳播。通過樣本60透射的光線LW35，通過物鏡71透射，并被轉(zhuǎn)換為光線LW36且入射在第二空間光調(diào)制元件396上。通過第二空間光調(diào)制元件396透射的光線LW36被轉(zhuǎn)換為光線LW37，且在圖像傳感器80上形成圖像。在圖像傳感器80上形成的畫面的輸出數(shù)據(jù)被發(fā)送至計算部件20。計算部件20基于從圖像傳感器80獲得的畫面的輸出數(shù)據(jù)、由第一空間光調(diào)制元件390形成的透射區(qū)域(照明區(qū)域)391的形狀數(shù)據(jù)以及第二空間光調(diào)制元件396的形狀數(shù)據(jù)，計算出最適于樣本60的照明形狀。隨后，經(jīng)計算適于樣本60觀測的形狀被傳輸至第一空間光調(diào)制元件390和第二空間光調(diào)制元件396。另外，當提供波長濾波器44時，僅具有特定波長的光線通過波長濾波器44透射，并入射在第一空間光調(diào)制元件390上。

圖14B是第一空間光調(diào)制元件390的俯視平面圖。在第一空間光調(diào)制元件390中，光透射區(qū)域(照明區(qū)域)391形成為環(huán)形，且除了透射區(qū)域391的區(qū)域形成為光遮擋區(qū)域392。

圖14C是第二空間光調(diào)制元件396的俯視平面圖。因為在第二空間光調(diào)制元件396中，相位調(diào)制區(qū)域397形成為環(huán)形，所以通過相位調(diào)制區(qū)域397透射的光的相位將移位1/4波長。通過如相位調(diào)制區(qū)域397以外區(qū)域的衍射光透射區(qū)域398透射的光線的相位則未發(fā)生改變。相位調(diào)制區(qū)域397形成為與第一空間光調(diào)制元件390的透射區(qū)域391共軛。

顯微鏡系統(tǒng)300的0-級光(透射光)通過第一空間光調(diào)制元件390透射，并通過第二空間光調(diào)制元件396的相位調(diào)制區(qū)域397透射，并到達圖像傳感器80。此外，由樣本60發(fā)射的衍射光通過第二空間光調(diào)制元件396的衍射光透射區(qū)域398透射，并到達圖像傳感器80。隨后，0-級光和衍射光在圖像傳感器80上形成圖像。通常，0-級光具有比衍射光更強的強度，因而優(yōu)選地形成用于調(diào)節(jié)相位調(diào)制區(qū)域397的光強的濾波器。通過在第二空間光調(diào)制元件396上增設(shè)能夠隨意改變透射率的空間分布的光學元件等來形成該濾波器，其中光學元件具有單元陣列，且可被電控(例如，公開號為2010-507119的PCT日本翻譯專利公開)。

第一空間光調(diào)制元件390和第二空間光調(diào)制元件396能夠隨意改變透射區(qū)域391和相位調(diào)制區(qū)域397的形狀。例如，當?shù)谝豢臻g光調(diào)制元件390的透射區(qū)域391的直徑增大時，透射光的數(shù)值孔徑增大，因而能夠增大分辨率。此外，通過使用第一示例中示出的獲得照明形狀的方法，可優(yōu)化第一空間光調(diào)制元件390的透射區(qū)域391的形狀。第二空間光調(diào)制元件396的環(huán)形區(qū)域397總是形成為與第一空間光調(diào)制元件390的透射區(qū)域391共軛。因此，優(yōu)選地同步改變透射區(qū)域391和環(huán)形區(qū)域397的形狀。

到目前為止，已描述了用于實施本發(fā)明的最佳模式，但在不背離本發(fā)明的技術(shù)范圍的情況下，對這些示例進行各種修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的。