本發(fā)明的一個方面涉及受激發(fā)射損耗顯微鏡裝置。

背景技術(shù)：

在非專利文獻1中記載有涉及受激發(fā)射損耗(Stimulated Emission Depletion：STED)顯微鏡的技術(shù)。在該文獻所記載的STED顯微鏡中，使用相位調(diào)制型的空間光調(diào)制器而生成環(huán)狀的STED光束。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2013-92687號公報

非專利文獻

非專利文獻1：Travis J.Gould et al.,“Adaptive optics enables 3D STED microscopy in aberrating specimens”,OPTICS EXPRESS Vol.20 No.19,pp.20998-21009(2012)

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的問題

目前，正在開發(fā)通過光學(xué)的衍射界限以下的分辨率取得圖像的、所謂超高分辨率顯微鏡。作為該超高分辨率顯微鏡所使用的超高分辨率技術(shù)提出有各種方法，其一可以列舉STED顯微鏡。STED顯微鏡通過向觀察對象物大致同時地照射作為觀察用激勵光(以下，稱為激勵光束)的激光、受激發(fā)射用的短脈沖激光(以下，稱為STED光束)，能夠局部地產(chǎn)生來自觀察對象物的熒光。

以下表示STED顯微鏡的原理。圖18(a)和圖18(b)是表示熒光的產(chǎn)生原理的圖。如圖18(a)所示，當對觀察對象物照射具有激勵波長的激勵光LE時，電子從基底狀態(tài)被激勵為激勵狀態(tài)(圖中的箭頭A1)。之后，電子在幾微秒之間從激勵狀態(tài)向基底狀態(tài)轉(zhuǎn)化(圖中的箭頭A2)，此時，產(chǎn)生與基底狀態(tài)與激勵狀態(tài)之間的能量差相當?shù)牟ㄩL的熒光PL。

另一方面，圖18(b)所示的STED光LS從被照射上述的激勵光LE起具有規(guī)定的時間差地被照射于觀察對象物。被激勵光LE激勵為激勵狀態(tài)的電子被STED光LS激發(fā)，轉(zhuǎn)化為基底狀態(tài)(圖中的箭頭A3)。此時，因為僅相當于STED光LS的波長的能量大小發(fā)生轉(zhuǎn)化，所以產(chǎn)生的光LA的波長等于STED光LS的波長。通過這樣的作用，在被照射激勵光LE后被照射STED光LS的區(qū)域，代替熒光PL而產(chǎn)生波長與熒光PL不同的光LA。此外，通過令上述規(guī)定的時間差為納米級，能夠在熒光PL的產(chǎn)生時機與光LA的產(chǎn)生時機之間賦予時間差。

圖19是表示(a)激勵光LE、(b)STED光LS和(c)熒光PL各自的形狀的一個例子的圖。在STED顯微鏡，如圖19(a)所示，首先向某個觀察對象區(qū)域照射圓形的激勵光LE。之后，如圖19(b)所示，與該圓形的區(qū)域重疊而照射圓環(huán)形狀的STED光LS。由此，在圓環(huán)形狀的區(qū)域抑制熒光PL的產(chǎn)生，因此，如圖19(c)所示，能夠僅從該圓環(huán)形狀的中心附近(被該圓環(huán)形狀包圍的區(qū)域)那樣極小的區(qū)域產(chǎn)生熒光PL，能夠由衍射界限以下的分辨率取得圖像。

在上述的STED顯微鏡中，分辨率由圖19(c)所示的熒光PL的直徑D₂決定。為了提高分辨率，將直徑D₂變小即可，但是，這樣會使得掃描(scan)觀察對象區(qū)域的全體所需要的時間變長。此外，如果為了縮短掃描(scan)觀察對象區(qū)域的全體所需要的時間而將直徑D₂變大，則分辨率會降低。因此，在現(xiàn)有的STED顯微鏡中，在分辨率的提高與所需時間的縮短之中，僅能夠?qū)崿F(xiàn)任意一方，存在便利性欠缺等的問題。

本發(fā)明是鑒于這樣的問題而完成的發(fā)明，其一個方面的目的在于，提供能夠在分辨率和所需時間方面提高使用者的便利性的STED顯微鏡裝置。

解決問題的技術(shù)手段

為了解決上述問題，本發(fā)明的一個方面的STED顯微鏡(microscope)裝置是對觀察對象物照射STED光和激勵光并檢測熒光的裝置，包括輸出STED光的STED光源、輸出激勵光的激勵光源、呈現(xiàn)用于通過相位調(diào)制令STED光成形為圓環(huán)狀的第一相位圖案的相位調(diào)制型的第一空間光調(diào)制器、用于對觀察對象區(qū)域照射激勵光和相位調(diào)制后的STED光的光學(xué)系統(tǒng)、檢測從觀察對象區(qū)域產(chǎn)生的熒光的檢測器和控制第一相位圖案的控制部，控制部為了控制相位調(diào)制后的STED光的圓環(huán)的內(nèi)徑而設(shè)定第一相位圖案。

此外，本發(fā)明的一個方面的STED顯微(microscopy)方法是對觀察對象物照射STED光和激勵光并檢測熒光的方法，包括：利用STED光源輸出STED光的步驟(STED光輸出步驟)；利用激勵光源輸出激勵光的步驟(激勵光輸出步驟)；利用呈現(xiàn)用于令STED光成形為圓環(huán)狀的第一相位圖案的相位調(diào)制型的第一空間光調(diào)制器，對STED光進行相位調(diào)制的步驟(調(diào)制步驟，第一調(diào)制步驟)；利用光學(xué)系統(tǒng)，對觀察對象區(qū)域照射激勵光和相位調(diào)制后的STED光的步驟(照射步驟)；利用檢測器檢測從觀察對象區(qū)域產(chǎn)生的熒光的步驟(檢測步驟)；和為了控制相位調(diào)制后的STED光的圓環(huán)的內(nèi)徑而設(shè)定第一相位圖案的步驟(設(shè)定步驟)。

在上述的STED顯微鏡裝置和STED顯微方法中，從STED光源輸出的STED光通過在第一空間光調(diào)制器的相位調(diào)制而成形為圓環(huán)狀。該圓環(huán)狀的STED光在激勵光被照射于觀察對象區(qū)域后被照射于該觀察對象區(qū)域。由此，在圓環(huán)狀的區(qū)域抑制熒光的產(chǎn)生，僅從被圓環(huán)狀的STED光包圍的區(qū)域產(chǎn)生熒光。因而，根據(jù)上述的STED顯微鏡裝置和STED顯微方法，能夠由衍射界限以下的分辨率取得圖像。

此外，在上述的STED顯微鏡裝置和STED顯微方法中，通過控制部改變相位圖案，從而能夠改變相位調(diào)制后的STED光的圓環(huán)的內(nèi)徑。由此，能夠在需要提高分辨率時使圓環(huán)的內(nèi)徑變小，在要縮短掃描(scan)觀察對象區(qū)域的全體所需的時間時使圓環(huán)的內(nèi)徑變大。這樣，根據(jù)上述的STED顯微鏡裝置和STED顯微方法，在分辨率和所需時間方面，能夠提高使用者的便利性。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明的一個方面的STED顯微鏡裝置，能夠在分辨率和所需時間方面提高使用者的便利性。

附圖說明

圖1是表示第一實施方式所涉及的STED顯微鏡裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。

圖2(a)是表示被輸入到SLM的STED光的與光軸垂直的截面形狀的圖，(b)是表示從SLM輸出的STED光的與光軸垂直的截面形狀的圖。

圖3(a)～(d)是示意地表示在SLM呈現(xiàn)的STED光成形用相位圖案所包含的、用于將STED光成形為圓環(huán)形狀的圖案的圖。

圖4(a)～(d)是通過顏色的濃淡表示圖3所示的圖案的各像素的相位值的圖。

圖5(a)～(d)是表示圖3所示的圖案分別通過在SLM被呈現(xiàn)而得到的STED光的形狀的圖。

圖6是表示STED顯微鏡裝置的動作的流程圖。

圖7是表示控制部的處理的流程圖。

圖8是表示控制部的處理的流程圖。

圖9是表示作為比較例的STED顯微鏡裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。

圖10是示意地表示在SLM呈現(xiàn)的STED光成形用相位圖案所包含的、用于將STED光成形為圓環(huán)形狀的圖案的圖。

圖11(a)、(b)是表示在SLM呈現(xiàn)的STED光成形用相位圖案所包含的、用于將STED光成形為圓環(huán)形狀的圖案的圖，(c)是表示作為比較例的圖案的圖。

圖12(a)～(c)是示意地表示m＝2π、2π＜m＜4π和m＝4π的情況下的STED光的圓環(huán)形狀的圖。

圖13(a)是表示通過分割激勵光而生成的多個激勵光的圖，(b)是表示通過分割STED光而生成的多個STED光的圖，(c)是表示多個熒光的圖。

圖14是表示用于對STED光進行分割而生成多個STED光的圖案的一個例子的圖。

圖15是表示作為第四變形例的STED顯微鏡裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。

圖16(a)是示意地表示在第四變形例的二維攝像裝置的受光面掃描熒光的成像點的情形的圖，(b)是表示激勵光和STED光的照射時機的圖表。

圖17是表示作為第五變形例的STED顯微鏡裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。

圖18(a)、(b)是表示熒光的產(chǎn)生原理的圖。

圖19是表示(a)激勵光、(b)STED光和(c)熒光各自的形狀的一個例子的圖。

具體實施方式

以下，參照附圖，對本發(fā)明的受激發(fā)射損耗(STED)顯微鏡裝置的實施方式進行詳細的說明。另外，在附圖的說明中，對相同的要素標注相同的符號，省略重復(fù)的說明。

圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式所涉及的STED顯微鏡裝置1A的結(jié)構(gòu)的框圖。STED顯微鏡裝置1A例如是用于獲得細胞標本等觀察對象物B的熒光圖像的裝置。如圖1所示，本實施方式的STED顯微鏡裝置1A包括STED光源11、激勵光源12、空間光調(diào)制器(Spatial Light Modulator：SLM)13和14、光學(xué)系統(tǒng)15A、檢測器16以及運算控制裝置17。

STED光源11是產(chǎn)生、輸出STED光LS₁的光源。STED光源11例如是輸出激光等具有高的相干性的光的脈沖光源。作為STED光源11，例如能夠列舉燈類光源、激光二極管等激光光源或LED等。STED光LS₁的波長是不與在觀察對象物B產(chǎn)生的熒光PL的峰波長重疊且包含于該熒光PL的波長區(qū)域內(nèi)的任意的波長。另外，STED光源11也可以不是脈沖光源，例如也可以由輸出連續(xù)光(CW光)的光源與光開閉器(shutter)或脈沖調(diào)制用AOM(Acousto-Optic Modulator(聲光調(diào)制器))的組合構(gòu)成。

激勵光源12是產(chǎn)生、輸出激勵光LE₁的光源。激勵光源12例如是輸出激光等具有高的相干性的光的脈沖光源。作為激勵光源12，例如，能夠列舉激光二極管等激光光源或LED等。激勵光LE₁的波長為包含下述的觀察對象物B所包含的熒光物質(zhì)的激勵波長的波長。另外，激勵光源12也可以不是脈沖光源，例如也可以由輸出連續(xù)光(CW光)的光源與光開閉器或脈沖調(diào)制用AOM的組合構(gòu)成。

SLM13為相位調(diào)制型SLM，在二維的調(diào)制面的各部調(diào)制輸入光的相位，輸出相位調(diào)制后的光。SLM13是本實施方式中的第一空間光調(diào)制器。SLM13與STED光源11光學(xué)結(jié)合。SLM13從STED光源11接收STED光LS₁，輸出調(diào)制后的STED光LS₂。SLM13通過在調(diào)制面呈現(xiàn)通過數(shù)值計算求得的相位圖案(開諾全息照片)，控制STED光LS₂的聚光位置、聚光強度、聚光形狀等聚光照射條件。

圖2(a)是表示被輸入到SLM13的STED光LS₁的與光軸垂直的截面形狀的圖。此外，圖2(b)是表示從SLM13輸出的STED光LS₂的與光軸垂直的截面形狀的圖。在本實施方式中，向SLM13輸入圖2(a)所示那樣的圓形的STED光LS₁，在SLM13呈現(xiàn)用于通過相位調(diào)制令STED光LS₂成為具有圖2(b)所示那樣的內(nèi)徑D₁的圓環(huán)狀的STED光成形用相位圖案(第一相位圖案)。該STED光成形用相位圖案根據(jù)從運算控制裝置17的控制部17a發(fā)送的圖案信號SP1控制。

另外，SLM13也可以為反射型和透過型中的任一種。此外，作為SLM13，例如優(yōu)選使用折射率變化材料型SLM。作為折射率變化材料型等的SLM，例如能夠列舉LCOS(Liquid Crystal on Silicon(硅基液晶))型SLM、LCD(Liquid Crystal Display(液晶顯示器))、電地址型液晶元件、光地址型液晶元件和可變鏡型SLM(Segment Mirror(拼接鏡面)型SLM，Continuous Deformable Mirror(連續(xù)變形鏡)型SLM)等。

再次參照圖1。SLM14是本實施方式中的第二空間光調(diào)制器。SLM14與激勵光源12光學(xué)結(jié)合。SLM14從激勵光源12接收激勵光LE₁，輸出調(diào)制后的激勵光LE₂。SLM14通過在調(diào)制面呈現(xiàn)通過數(shù)值計算求得的相位圖案(開諾全息照片)，控制激勵光LE₂的聚光位置、聚光強度、聚光形狀等聚光照射條件。在本實施方式中，在SLM14呈現(xiàn)用于通過相位調(diào)制令激勵光LE₂成形為圓形(參照圖19(a))的激勵光成形用相位圖案(第二相位圖案)。該激勵光成形用相位圖案根據(jù)從控制部17a發(fā)送的圖案信號SP2控制。

另外，SLM14既可以為相位調(diào)制型，也可以為強度調(diào)制(振幅調(diào)制)型。作為相位調(diào)制型的SLM，能夠列舉與上述的SLM13相同的SLM。此外，SLM14也可以為反射型和透過型中的任一種。此外，也可以代替SLM14而設(shè)置DOE(Diffractive Optical Element(衍射光學(xué)元件))。在以下的說明中，主要對SLM14為相位調(diào)制型的情況進行說明。

光學(xué)系統(tǒng)15A為了向觀察對象物B的觀察對象區(qū)域照射激勵光LE₂和STED光LS₂而設(shè)置。光學(xué)系統(tǒng)15A至少具有與SLM13和激勵光源12光學(xué)結(jié)合的物鏡15d。此外，在STED顯微鏡裝置1A，光學(xué)系統(tǒng)15A具有分色鏡15a和15b、光掃描儀15c、物鏡15d以及成像光學(xué)系統(tǒng)15e。

分色鏡15a將包含STED光LS₂的波長的波長區(qū)域的光反射，將包含在觀察對象物B產(chǎn)生的熒光PL的波長的波長區(qū)域的光透過。分色鏡15a配置在連結(jié)物鏡15d與成像光學(xué)系統(tǒng)15e的光軸上。分色鏡15a從SLM13接收STED光LS₂，將該STED光LS₂向觀察對象物B反射。此外，分色鏡15a將來自觀察對象物B的熒光PL透過。

分色鏡15b將包含激勵光LE₂的波長的波長區(qū)域的光反射，將包含STED光LS₂和在觀察對象物B產(chǎn)生的熒光PL的各波長的波長區(qū)域的光透過。分色鏡15b配置在連結(jié)物鏡15d與分色鏡15a的光軸上。分色鏡15b從SLM14接收激勵光LE₂，將該激勵光LE₂向觀察對象物B反射。此外，分色鏡15b將來自分色鏡15a的STED光LS₂和來自觀察對象物B的熒光PL透過。

光掃描儀15c是用于在觀察對象物B上掃描STED光LS₂和激勵光LE₂的聚光位置的裝置。光掃描儀15c與SLM13、激勵光源12和物鏡15d光學(xué)結(jié)合。光掃描儀15c配置在連結(jié)物鏡15d與分色鏡15b的光軸上。作為光掃描儀15c，例如能夠優(yōu)選使用加爾瓦諾(檢流計反射鏡)、諧振器、多棱鏡、MEMS(Micro Electro Mechanical System(微機電系統(tǒng)))反射鏡或音響光學(xué)元件(AOM或AOD(Acousto-Optic Deflector(聲光偏轉(zhuǎn)器)))等。

物鏡15d與SLM13和激勵光源12光學(xué)結(jié)合。物鏡15d以與觀察對象物B對峙的方式例如配置在其上方，將STED光LS₂和激勵光LE₂聚光并照射于觀察對象物B。此時，由SLM13和14以使得STED光LS₂和激勵光LE₂的各光軸彼此一致的方式控制它們的光軸。此外，物鏡15d對由于激勵光LE₂的照射而在觀察對象物B產(chǎn)生的熒光PL進行準直(Collimate)。

成像光學(xué)系統(tǒng)15e與物鏡15d光學(xué)結(jié)合。成像光學(xué)系統(tǒng)15e配置在分色鏡15a與檢測器16之間的光軸上。成像光學(xué)系統(tǒng)15e被物鏡15d準直并接收通過了分色鏡15a、15b的熒光PL，使該熒光PL在檢測器16的檢測面上成像。

檢測器16對通過成像光學(xué)系統(tǒng)15e成像的熒光PL的光強度進行檢測。作為檢測器16，例如能夠優(yōu)選使用光電倍增管、光電二極管或雪崩光電二極管等檢測一個點的光強度的光傳感器、CCD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器等區(qū)域圖像傳感器、線傳感器等一維檢測器或多陽極光電倍增管。檢測器16與光掃描儀15c光學(xué)結(jié)合，被光掃描儀15c退掃描(Descanned)，檢測在觀察對象物B產(chǎn)生的熒光PL。

檢測器16將表示熒光PL的光強度的光強度信號SD₁提供給運算控制裝置17。特別是在使用多陽極光電倍增管和區(qū)域圖像傳感器的情況下，如下述的第四變形例所示那樣，如果采用由SLM13和SLM14生成多點的結(jié)構(gòu)，則能夠在檢測器16檢測降低了掃描產(chǎn)生的影響的固定多點熒光PL，能夠減少掃描時間。另外，在使用多陽極光電倍增管的情況下，優(yōu)選采用能夠按各個檢測部進行增益調(diào)整的結(jié)構(gòu)。

運算控制裝置17例如由具有CPU和存儲器的計算機構(gòu)成。運算控制裝置17包括控制部17a和圖像處理部17b?？刂撇?7a與SLM13和SLM14電結(jié)合?？刂撇?7a控制在SLM13呈現(xiàn)的第一相位圖案和在SLM14呈現(xiàn)的第二相位圖案。即，控制部17a根據(jù)STED光LS₁的波長、STED光LS₂的圓環(huán)形狀的所期望的內(nèi)徑和外徑?jīng)Q定在SLM13呈現(xiàn)的STED光成形用相位圖案。此外，控制部17a根據(jù)激勵光LE₁的波長、激勵光LE₂的圓形的所期望的直徑?jīng)Q定在SLM14呈現(xiàn)的激勵光成形用相位圖案。

另外，STED光LS₁和激勵光LE₁彼此波長不同，因此根據(jù)各自的波長設(shè)計相位圖案。詳細而言，在SLM13呈現(xiàn)的STED光成形用相位圖案根據(jù)STED光LS₁的波長設(shè)計，在SLM14呈現(xiàn)的激勵光成形用相位圖案根據(jù)激勵光LE₁的波長設(shè)計。

更詳細而言，控制部17a使以賦予使STED光LS₂在規(guī)定的位置聚光的相位分布的方式設(shè)計的開諾全息照片的相位圖案φ_kinoform與用于使STED光LS₂成形為圓環(huán)形狀的聚光控制圖案φ_pat之和φ_SLM＝φ_kinoform+φ_pat作為STED光成形用相位圖案呈現(xiàn)在SLM13。同樣，控制部17a使以賦予使激勵光LE₂在規(guī)定的位置聚光的相位分布的方式設(shè)計的開諾全息照片的相位圖案φ_kinoform與用于使激勵光LE₂成形為圓形的聚光控制圖案φ_pat之和φ_SLM＝φ_kinoform+φ_pat作為激勵光成形用相位圖案呈現(xiàn)在SLM14。另外，當令被輸入到相位型SLM的光的相位為φ_in、令在相位型SLM被賦予的相位值為φ_SLM時，輸出的調(diào)制光的相位φ_out成為φ_out＝φ_SLM+φ_in。

此外，在STED顯微鏡，需要對觀察對象物B、從照射激勵光LE₂起經(jīng)過規(guī)定的時間地照射STED光LS₂。因此，控制部17a以在激勵光源12照射脈沖狀的激勵光LE₁之后、并經(jīng)過上述規(guī)定的時間后使得STED光源11照射脈沖狀的STED光LS₁的方式，控制STED光源11和激勵光源12的光出射時機。此外，控制部17a通過控制光掃描儀15c，在觀察對象物B上掃描激勵光LE₂和STED光LS₂的聚光位置。

圖像處理部17b輸入來自檢測器16的光強度信號SD₁。圖像處理部17b根據(jù)在檢測器16檢測到的熒光PL的光強度和光掃描儀15c的聚光位置，制作熒光圖像。由圖像處理部17b制作的熒光圖像顯示在表示裝置19。顯示裝置19與圖像處理部17b電結(jié)合。

此處，在本實施方式中，通過控制部17a設(shè)定或改變在SLM13呈現(xiàn)的STED光成形用相位圖案，能夠設(shè)定或改變STED光LS₂的圓環(huán)的內(nèi)徑D₁(參照圖2(b))。以下對這一點進行說明。

圖3(a)～圖3(d)是示意地表示在SLM13呈現(xiàn)的STED光成形用相位圖案所包含的、用于將STED光LS₂成形為圓環(huán)形狀的圖案P₁₁～P₁₄的圖。此外，圖4(a)～圖4(d)分別是通過顏色的濃淡表示圖3(a)～圖3(d)各自所示的圖案P₁₁～P₁₄的各像素的相位值的圖，顏色越淡則相位值越接近0(rad)，顏色越濃則相位值越接近2π(rad)。

如圖3和圖4所示，這些圖案P₁₁～P₁₄是將以某個點A為中心螺旋狀地從0(rad)增加至2π(rad)的相位的增加重復(fù)n次(n為1以上的整數(shù))的圖案。圖3(a)和圖4(a)表示n＝1的情況，圖3(b)和圖4(b)表示n＝2的情況，圖3(c)和圖4(c)表示n＝3的情況，圖3(d)和圖4(d)表示n＝4的情況。

另外，圖案P₁₁～P₁₄是所謂拉蓋爾高斯(LG)光束的相位圖案。這樣的圖案P₁₁～P₁₄也能夠使用拉蓋爾多項式表達。此外，在STED光成形用相位圖案中，從0(rad)達到2π(rad)為止的灰度范圍根據(jù)STED光LS₁的波長設(shè)定。

圖5(a)～圖5(d)分別是表示通過在SLM13分別呈現(xiàn)上述的圖案P₁₁～P₁₄獲得的STED光LS₂的形狀的圖。另外，在圖5(a)～圖5(d)，以顏色的濃淡表示光強度，光強度越大則越淡，光強度越小則越濃。參照圖5(a)～圖5(d)可知，重復(fù)次數(shù)n越大，則STED光LS₂的圓環(huán)的內(nèi)徑越大。即，控制部17a能夠通過設(shè)定或改變重復(fù)次數(shù)n來控制圖2(b)所示的圓環(huán)的內(nèi)徑D₁。

控制部17a例如也可以具有預(yù)先存儲與圓環(huán)的多個內(nèi)徑D1分別對應(yīng)的重復(fù)次數(shù)的多個圖案的存儲部17c(參照圖1)。在這種情況下，控制部17a根據(jù)從與控制部17a電結(jié)合的輸入裝置18(輸入部，參照圖1)輸入的所期望的內(nèi)徑D1選擇與該內(nèi)徑D1對應(yīng)的圖案，使該圖案與STED光成形用相位圖案重疊?；蛘?，控制部17a也可以根據(jù)從與控制部17a電結(jié)合輸入裝置18輸入的所期望的內(nèi)徑D1計算出能夠?qū)崿F(xiàn)該內(nèi)徑D1的重復(fù)次數(shù)n，使基于該重復(fù)次數(shù)n的圖案與STED光成形用相位圖案重疊。另外，存儲部17c也可以由與運算控制裝置17電結(jié)合的外部裝置構(gòu)成。

對以上說明的本實施方式的STED顯微鏡裝置1A的動作進行說明。圖6是表示STED顯微鏡裝置1A的動作的流程圖。如圖6所示，首先，與STED光LS₁和激勵光LE₁相關(guān)的信息經(jīng)輸入裝置18被輸入運算控制裝置17(步驟S1)。接著，運算控制裝置17的控制部17a決定STED光成形用相位圖案和激勵光成形用相位圖案(步驟S2：設(shè)定步驟)。

然后，激勵光源12根據(jù)來自控制部17a的指示輸出激勵光LE₁(步驟S31：激勵光輸出步驟)。從激勵光LE₁的輸出延后僅規(guī)定時間、STED光源11根據(jù)來自控制部17a的指示輸出STED光LS₁(步驟S41：STED光輸出步驟)。激勵光LE₁被SLM14成形為圓形(步驟S32：第二調(diào)制步驟)，STED光LS₁被SLM13成形為圓環(huán)形狀(步驟S42：調(diào)制步驟，第一調(diào)制步驟)。

成形后的激勵光LE₂經(jīng)分色鏡15b、光掃描儀15c和物鏡15d照射于觀察對象物B的觀察對象區(qū)域(步驟S33)。之后，在上述規(guī)定時間之后，成形后的STED光LS₂經(jīng)分色鏡15a、光掃描儀15c和物鏡15d，與觀察對象物B的觀察對象區(qū)域重疊地被照射(步驟S43：照射步驟)。由此，在圓環(huán)形狀的區(qū)域抑制熒光PL的產(chǎn)生，僅從被該圓環(huán)形狀包圍的區(qū)域產(chǎn)生熒光PL(參照圖19(c))。接著，在檢測器16檢測熒光PL的光強度(步驟S5：檢測步驟)。關(guān)于熒光PL的光強度的光強度信號SD1從檢測器16被送到運算控制裝置17。

步驟S5結(jié)束之后，觀察對象物B上的STED光LS₂和激勵光LE₂的聚光位置通過光掃描儀15c而移動。然后，再次進行上述步驟S2～S5。這樣，通過交替地重復(fù)聚光位置的移動和上述步驟S2～S5，檢測觀察對象物B的寬的區(qū)域上的熒光PL的強度。接著，在運算控制裝置17的圖像處理部17b制作熒光圖像(步驟S6)。該熒光圖像由顯示裝置19顯示(步驟S7)。

另外，為了取得三維的熒光圖像，在上述步驟S1～S之后，改變物鏡15d與觀察對象物B的距離，再次進行上述步驟S1～S6即可。通過將這樣的動作重復(fù)多次，蓄積平面的斷層圖像。之后，圖像處理部17b基于該蓄積數(shù)據(jù)進行三維圖像再構(gòu)成處理即可。另外，也可以使用計數(shù)器等對圖像取得進行測量，通過重復(fù)多次使觀察對象物B向光軸方向移動而改變觀察深度的動作取得連續(xù)改變深度后的圖像組，通過對各圖像間進行插補(線形插補、樣條(spline)等)再次構(gòu)成三維圖像。

此外，控制部17a也可以預(yù)先存儲與圓環(huán)的多個內(nèi)徑D1分別對應(yīng)的多個圖案P₁₁～P₁₄，根據(jù)來自輸入裝置18的輸入，從這些圖案P₁₁～P₁₄選擇恰當?shù)膱D案。圖7是表示這樣的控制部17a的處理的流程圖。如圖7所示，首先，由使用者從與多個掃描時間或多個分辨率相應(yīng)的多個動作模式(掃描模式)中選擇所期望的動作模式(步驟S11)。接著，控制部17a從圖案P₁₁～P₁₄中選擇與所選擇的動作模式對應(yīng)的圖案(步驟S12)。接著，控制部17a制作包含所選擇的圖案的STED光成形用相位圖案，并使該STED光成形用相位圖案呈現(xiàn)在SLM13(步驟S13)。

或者，控制部17a也可以通過以下那樣的處理制作STED光成形用相位圖案。圖8是表示控制部17a的處理的流程圖。如圖8所示，首先，由使用者輸入所期望的內(nèi)徑D1(步驟S21)。接著，控制部17a根據(jù)所期望的內(nèi)徑D1計算出能夠?qū)崿F(xiàn)該內(nèi)徑D1的重復(fù)次數(shù)n(步驟S22)。之后，控制部17a制作基于計算出的重復(fù)次數(shù)n的圖案(步驟S23)，制作包含該圖案的STED光成形用相位圖案，并使該STED光成形用相位圖案呈現(xiàn)在SLM13(步驟S24)。

對通過以上說明的本實施方式的STED顯微鏡裝置1A獲得的效果進行說明。在STED顯微鏡裝置1A中，從STED光源11輸出的STED光LS₁，通過在SLM13的相位調(diào)制而成形為圓環(huán)狀。圓環(huán)狀的STED光LS₂在對觀察對象區(qū)域照射激勵光LE₂后、與該觀察對象區(qū)域重疊地被照射。由此，在圓環(huán)狀的區(qū)域抑制熒光PL的產(chǎn)生，僅從被圓環(huán)狀的STED光LS₂包圍的區(qū)域產(chǎn)生熒光PL。因而，根據(jù)本實施方式的STED顯微鏡裝置1A，能夠由衍射界限以下的分辨率取得圖像。

此外，圖9是表示作為比較例的STED顯微鏡裝置100的結(jié)構(gòu)的框圖。該STED顯微鏡裝置100不具備SLM13、14而具備用于將STED光LS₂成形為圓環(huán)狀的相位板102。在這樣的結(jié)構(gòu)中，為了改變STED光LS₂的圓環(huán)形狀的內(nèi)徑D1，需要將相位板102更換為別的相位板。

與此相對，在本實施方式的STED顯微鏡裝置1A中，通過控制部17a對相位圖案進行設(shè)定或改變，能夠設(shè)定或改變相位調(diào)制后的STED光LS₂的圓環(huán)的內(nèi)徑D1。由此，能夠在需要提高分辨率時使圓環(huán)的內(nèi)徑D1變小，在要縮短對觀察對象區(qū)域的全體進行掃描(scan)所需的時間時使圓環(huán)的內(nèi)徑D1變大。這樣，根據(jù)本實施方式的STED顯微鏡裝置1A，在分辨率和所需時間方面能夠提高使用者的便利性。

此外，也可以如本實施方式那樣，STED顯微鏡裝置1A具備用于通過相位調(diào)制將激勵光LE₂成形為圓形的SLM14，控制部17a對在SLM14呈現(xiàn)的激勵光成形用相位圖案進行控制。由此，能夠任意且容易地控制激勵光LE₂的形狀。

此外，如圖3和圖4所示，STED光成形用相位圖案也可以包含將以某個點A為中心螺旋狀地0(rad)～2π(rad)的相位的增加重復(fù)n次的圖案P₁₁～P₁₄中的任一圖案，控制部17a通過設(shè)定或改變整數(shù)n而控制圓環(huán)的內(nèi)徑D1。例如能夠通過這樣的STED光成形用相位圖案恰當?shù)乜刂葡辔徽{(diào)制后的STED光LS₂的圓環(huán)的內(nèi)徑D1。

此外，也可以如本實施方式那樣，控制部17a具有存儲與STED光LS₂的圓環(huán)的多個內(nèi)徑D1分別對應(yīng)的多個圖案的存儲部17c，在STED光成形用相位圖案中含有所選擇的圖案。由此，使用者能夠根據(jù)所期望的分辨率和所需時間容易地設(shè)定或改變STED光成形用相位圖案。

此外，也可以如本實施方式那樣，檢測器16對通過光掃描儀15c后的光進行檢測。由此，即使不像一般的共聚焦顯微鏡裝置那樣使用共焦針孔，也能夠取得共聚焦圖像。

(第一變形例)

圖10是示意地表示在SLM13呈現(xiàn)的STED光成形用相位圖案所包含的、用于將STED光LS₂成形為圓環(huán)形狀的圖案P₁₅的圖。在上述實施方式中，控制部17a也可以代替圖3所示的圖案P₁₁～P₁₄而使圖10所示的圖案P₁₅與在SLM13呈現(xiàn)的STED光成形用相位圖案重疊。

如圖10所示，該圖案P₁₅是相位以某個點A為中心螺旋狀地從0(rad)增加至2π×n(rad)(n為1以上的整數(shù))的圖案。例如，在n＝2的情況下，圖案P₁₅成為相位以點A為中心螺旋狀地從0(rad)增加至4π(rad)的圖案，但利用這樣的圖案實現(xiàn)的圓環(huán)的內(nèi)徑D1與通過將螺旋狀地從0(rad)至2π(rad)的相位的增加重復(fù)兩次的圖案(參照圖3(b))實現(xiàn)的圓環(huán)的內(nèi)徑D1相等。另外，圖案P₁₅是所謂拉蓋爾高斯(LG)光束的相位圖案。這樣的圖案P₁₅也能夠使用拉蓋爾多項式表達。

如本變形例那樣，STED光成形用相位圖案也可以包含相位以某個點A為中心螺旋狀地從0(rad)增加至2π×n(rad)的圖案P₁₅，控制部17a通過設(shè)定或改變整數(shù)n來控制圓環(huán)的內(nèi)徑D1。例如通過這樣的STED光成形用相位圖案，能夠恰當?shù)乜刂葡辔徽{(diào)制后的STED光LS₂的圓環(huán)的內(nèi)徑D1。另外，在SLM13的相位調(diào)制幅為0～2π(rad)的情況下，如圖3所示的圖案P₁₁～P₁₄那樣，使用將螺旋狀地從0(rad)至2π(rad)的相位的增加重復(fù)n次的(即，按相位2π折返的)圖案即可。

(第二變形例)

圖11(a)是示意地表示在SLM13呈現(xiàn)的STED光成形用相位圖案所包含的用于將STED光LS₂成形為圓環(huán)形狀的圖案P₁₆的圖。在上述實施方式中，控制部17a也可以代替圖3所示的圖案P₁₁～P₁₄而使圖11(a)所示的圖案P₁₆與在SLM13呈現(xiàn)的STED光成形用相位圖案重疊。

如圖11(a)所示，該圖案P₁₆是相位以某個點A為中心螺旋狀地從0(rad)增加至m(rad)(m為2π以上的實數(shù))的圖案。例如，在m＝3π的情況下，圖案P₁₆成為相位以點A為中心螺旋狀地從0(rad)增加至3π(rad)的圖案。STED光成形用相位圖案包含這樣的圖案P₁₆，控制部17a通過設(shè)定或改變實數(shù)m，也能夠恰當?shù)乜刂茍A環(huán)的內(nèi)徑D1。在本變形例中，控制部17a根據(jù)從輸入裝置18輸入的所期望的內(nèi)徑D1，計算出能夠?qū)崿F(xiàn)該內(nèi)徑D1的實數(shù)m，使基于實數(shù)m的圖案與STED光成形用相位圖案重疊。

另外，如圖11(b)所示，本變形例的圖案也可以為在相位螺旋狀地從0(rad)增加至2π(rad)之后，在2π(rad)折回、相位再次從0(rad)增加至π(rad)那樣的圖案P₁₇。通過這樣的圖案P₁₇實現(xiàn)的圓環(huán)的內(nèi)徑D1與通過相位螺旋狀地從0(rad)增加至3π(rad)的圖案P₁₆實現(xiàn)的圓環(huán)的內(nèi)徑D1相等。不過，如圖11(c)所示，在相位螺旋狀地從0(rad)增加至1.5π(rad)之后在1.5π(rad)折回、相位再次從0(rad)增加至1.5π(rad)那樣的圖案P₁₈中，不能將STED光LS₂成形為圓環(huán)形狀。

圖12(a)～圖12(c)是示意地表示m＝2π、2π＜m＜4π和m＝4π的情況下的STED光LS₂的圓環(huán)形狀的圖。如圖12所示，m的值越小圓環(huán)的內(nèi)徑D1就越小，m的值越大圓環(huán)的內(nèi)徑D1就越大。因而，控制部17a能夠通過設(shè)定實數(shù)m而恰當?shù)乜刂茍A環(huán)的內(nèi)徑D1。

(第三變形例)

在上述實施方式中，控制部17a也可以分割激勵光LE₁并使用于將分割后的激勵光LE₂同時照射至多個區(qū)域的圖案進一步與激勵光成形用相位圖案重疊。圖13(a)是表示通過分割激勵光LE₁而生成的多個激勵光LE₂的圖。在這種情況下，控制部17a將STED光LS₁分割為多個，并使用于將分割后的STED光LS₂同時照射至觀察對象物B的多個區(qū)域的圖案進一步與STED光成形用相位圖案重疊即可。

圖13(b)是表示通過分割STED光LS₁而生成的多個STED光LS₂的圖。在照射圖13(a)的激勵光LE₂之后立即照射圖13(b)的STED光LS₂的情況下，如圖13(c)所示，從觀察對象物B的多個區(qū)域同時產(chǎn)生熒光PL。另外，在圖13(a)～圖13(c)，以顏色的濃淡表示光強度，光強度越大就越淡，光強度越小就越濃。

圖14是表示用于分割STED光LS₁而生成多個STED光LS₂的圖案的一個例子的圖。在圖14中，各像素的相位值以顏色的濃淡表示，顏色越淡則相位值越接近0(rad)，顏色越濃則相位值越接近2π(rad)。在本變形例中，例如通過在用于成形為圓環(huán)狀的圖案(例如圖3所示的圖案P₁₁～P₁₄)重疊圖14所示那樣的圖案，生成圓環(huán)形狀的多個STED光LS₂。另外，用于分割激勵光LE₁而生成多個激勵光LE₂的圖案也與用于將激勵光LE₂成形為圓形的圖案重疊。另外，圖14所示的圖案基于STED光LS₁的波長設(shè)計。

根據(jù)本變形例，能夠同時觀察觀察對象物B的多個區(qū)域。因而，光掃描儀15c的掃描時間少些即可，因此能夠進一步縮短觀察所需的時間。

(第四的變形例)

圖15是作為上述實施方式的第四變形例而表示STED顯微鏡裝置1B的結(jié)構(gòu)的框圖。本變形例的STED顯微鏡裝置1B與上述實施方式的STED顯微鏡裝置1A的差異在于熒光PL的攝像方式。即，本變形例的STED顯微鏡裝置1B代替上述實施方式的光學(xué)系統(tǒng)15A和檢測器16而具備光學(xué)系統(tǒng)15B和二維攝像裝置20。另外，STED顯微鏡裝置1B的其它結(jié)構(gòu)與上述實施方式相同。

光學(xué)系統(tǒng)15B為了向觀察對象物B的觀察對象區(qū)域照射激勵光LE₂和STED光LS₂而設(shè)置。光學(xué)系統(tǒng)15B至少具有與SLM13和激勵光源12光學(xué)結(jié)合的物鏡15d。此外，在STED顯微鏡裝置1B，光學(xué)系統(tǒng)15B具有分色鏡15a和15b、光掃描儀15c、物鏡15d、分色鏡15f以及成像光學(xué)系統(tǒng)15g。另外，分色鏡15a和15b、光掃描儀15c以及物鏡15d的結(jié)構(gòu)與上述實施方式相同。

分色鏡15f將包含在觀察對象物B產(chǎn)生的熒光PL的波長的波長區(qū)域的光反射，將包含STED光LS₂的波長和激勵光LE₂的波長的波長區(qū)域的光透過。另外，在本變形例中，STED光LS₂的波長設(shè)定為熒光PL的波長與激勵光LE₂的波長之間的波長。分色鏡15f配置在連結(jié)物鏡15d與光掃描儀15c的光軸上。分色鏡15f從觀察對象物B接收熒光PL，將該熒光PL向二維攝像裝置20反射。成像光學(xué)系統(tǒng)15g配置在分色鏡15f與二維攝像裝置20之間，接收在分色鏡15f反射的熒光PL，使該熒光PL在二維攝像裝置20的檢測面成像。

二維攝像裝置20對通過成像光學(xué)系統(tǒng)15g成像的熒光PL的光強度進行檢測。二維攝像裝置20不與光掃描儀15c光學(xué)結(jié)合，不通過光掃描儀15c而檢測在觀察對象物B產(chǎn)生的熒光PL。作為二維攝像裝置20，例如優(yōu)選使用CCD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器等區(qū)域圖像傳感器。二維攝像裝置20將熒光PL的光像的光像信號SD₂提供給運算控制裝置17。運算控制裝置17的圖像處理部17b根據(jù)在二維攝像裝置20攝像的熒光PL的光像，制作熒光圖像。由圖像處理部17b制作成的熒光圖像顯示在顯示裝置19。

圖16(a)是示意地表示在本變形例的二維攝像裝置20的受光面20a、掃描熒光PL的成像點的情形的圖。在圖16(a)，以實線的箭頭表示熒光PL的掃描方向。受光面20a具有呈M行N列(M、N為2以上的整數(shù))二維狀排列的多個像素20b。光掃描儀15c以沿?zé)晒釶L行方向掃描各像素20b、完成一行的掃描之后進行下一行的掃描的方式控制激勵光LE₂和STED光LS₂的照射位置。另外，二維攝像裝置20的曝光時間設(shè)定為從熒光PL的掃描開始至掃描結(jié)束的時間。

此外，圖16(b)是表示激勵光LE₂和STED光LS₂的照射時機的圖表，橫軸對應(yīng)圖16(a)所示的一行的掃描時間。在本變形例中，為了提高分辨率，優(yōu)選避免一個像素20b多次接收熒光PL。因而，激勵光LE₂和STED光LS₂的脈沖時間間隔T優(yōu)選根據(jù)掃描方向的像素20b的寬度、光掃描儀15c的掃描速度以及物鏡15d和成像光學(xué)系統(tǒng)15g的成像倍率設(shè)定。

具體而言，如圖16(b)所示，首先，在熒光PL的光軸位于該行的最初的像素20b時，連續(xù)照射激勵光LE₂和STED光LS₂，此時產(chǎn)生的熒光PL入射至最初的像素20b。接著，在激勵光LE₂和STED光LS₂的光軸被光掃描儀15c移動而使得熒光PL的光軸位于該行的下一像素20b之后，連續(xù)照射激勵光LE₂和STED光LS₂，此時產(chǎn)生的熒光PL入射至下一像素20b。通過在該行的多個像素20b重復(fù)進行這樣的動作，獲得一行的熒光圖像。然后，通過在多個行重復(fù)進行這樣的動作，獲得一張熒光圖像。

(第五變形例)

圖17是作為上述實施方式的第五變形例而表示STED顯微鏡裝置1C的結(jié)構(gòu)的框圖。本變形例的STED顯微鏡裝置1C與上述實施方式的STED顯微鏡裝置1A的差異在于，不使用從激勵光源12接收激勵光LE₁并輸出調(diào)制后的激勵光LE₂的SLM14。即，本變形例的STED顯微鏡裝置1C通過具備反射鏡22和分色鏡23，使來自激勵光源12的激勵光LE₁的光軸與來自STED光源11的STED光LS₁的光軸彼此一致，在SLM13接收STED光LS₁和激勵光LE₁雙方。因而，SLM13與STED光源11和激勵光源12光學(xué)結(jié)合。另外，STED顯微鏡裝置1C的其它結(jié)構(gòu)與上述實施方式相同。

來自激勵光源12的激勵光LE₁在反射鏡22被反射，被輸入至分色鏡23。分色鏡23使STED光LS₁的波長透過、使激勵光LE₁反射，因此能夠使來自激勵光源12的激勵光LE₁的光軸與來自STED光源11的STED光LS₁的光軸一致，SLM13接收激勵光LE₁和STED光LS₁。

此處，在SLM13為例如LCOS-SLM等那樣僅對特定的偏振光的光進行調(diào)制的空間光調(diào)制器的情況下，能夠通過令STED光LS₁的偏振光為該特定的偏振光、令激勵光LE₁的偏振光為與該特定的偏振光正交的偏振光而僅對STED光LS₁進行調(diào)制。詳細而言，在SLM13為LCOS-SLM的情況下，LCOS-SLM能夠僅對與液晶的取向方向相同方向的偏振光成分(例如，水平偏振光成分)進行相位調(diào)制。因此，當以應(yīng)該以成為圓環(huán)形狀的方式被相位調(diào)制的STED光LS₁為水平偏振光、以不需要相位調(diào)制的激勵光LE₁為垂直偏振光地將它們預(yù)先在同軸進行波的合成并輸入SLM13時，STED光LS₁被進行相位調(diào)制，作為STED光LS₂輸出。另一方面，激勵光LE₁不被調(diào)制，直接作為激勵光LE₁輸出。另外，在STED顯微鏡裝置1C，也可以使用STED顯微鏡裝置1B中的光學(xué)系統(tǒng)15B和二維攝像裝置20代替光學(xué)系統(tǒng)15A和檢測器16。

根據(jù)本變形例的STED顯微鏡裝置1C那樣的結(jié)構(gòu)，能夠在STED光源11和激勵光源12與SLM13之間、例如使用保存偏振光的偏振光纖進行導(dǎo)光，能夠?qū)TED光源11和激勵光源12與光學(xué)系統(tǒng)15A物理分離。由此，能夠緩和由于在STED光源11和激勵光源12產(chǎn)生的振動和熱而對光學(xué)系統(tǒng)15A產(chǎn)生的影響，實現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)15A的小型化·穩(wěn)定化，此外，容易進行STED光源11和激勵光源12的變更。

本發(fā)明的STED顯微鏡裝置并不限定于上述的實施方式和結(jié)構(gòu)例、變形例，能夠進行各種變形。

在上述實施方式的受激發(fā)射損耗(STED)顯微鏡裝置中，包括產(chǎn)生受激發(fā)射損耗光(STED光)的受激發(fā)射損耗光源(STED光源)、產(chǎn)生激勵光的激勵光源、呈現(xiàn)用于通過相位調(diào)制將受激發(fā)射損耗光成形為圓環(huán)狀的第一相位圖案的相位調(diào)制型的第一空間光調(diào)制器、用于向觀察對象區(qū)域照射激勵光和相位調(diào)制后的受激發(fā)射損耗光的光學(xué)系統(tǒng)、對從觀察對象區(qū)域產(chǎn)生的熒光進行檢測的檢測器和控制第一相位圖案的控制部，控制部能夠通過改變第一相位圖案而改變相位調(diào)制后的受激發(fā)射損耗光的圓環(huán)的內(nèi)徑。

或者，上述實施方式的受激發(fā)射損耗(STED)顯微鏡裝置包括：輸出受激發(fā)射損耗光(STED光)的受激發(fā)射損耗光源(STED光源)；輸出激勵光的激勵光源；與受激發(fā)射損耗光源光學(xué)結(jié)合、呈現(xiàn)用于通過相位調(diào)制將受激發(fā)射損耗光成形為圓環(huán)狀的第一相位圖案的相位調(diào)制型的第一空間光調(diào)制器；與激勵光源和第一空間光調(diào)制器光學(xué)結(jié)合、用于向觀察對象區(qū)域照射激勵光和相位調(diào)制后的受激發(fā)射損耗光的光學(xué)系統(tǒng)；與光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)結(jié)合、對從觀察對象區(qū)域產(chǎn)生的熒光進行檢測的檢測器；和與第一空間光調(diào)制器電結(jié)合、控制第一相位圖案的控制部，控制部為了控制相位調(diào)制后的受激發(fā)射損耗光的圓環(huán)的內(nèi)徑而設(shè)定第一相位圖案。

此外，上述實施方式的受激發(fā)射損耗(STED)顯微方法包括：利用受激發(fā)射損耗光源(STED光源)，輸出受激發(fā)射損耗光(STED光)的步驟(受激發(fā)射損耗光輸出步驟，STED光輸出步驟)；利用激勵光源，輸出激勵光的步驟(激勵光輸出步驟)；利用與受激發(fā)射損耗光源光學(xué)結(jié)合、呈現(xiàn)用于將受激發(fā)射損耗光成形為圓環(huán)狀的第一相位圖案的相位調(diào)制型的第一空間光調(diào)制器，對受激發(fā)射損耗光進行相位調(diào)制的步驟(調(diào)制步驟，第一調(diào)制步驟)；利用與激勵光源和第一空間光調(diào)制器光學(xué)結(jié)合的光學(xué)系統(tǒng)，向觀察對象區(qū)域照射激勵光和相位調(diào)制后的受激發(fā)射損耗光的步驟(照射步驟)；利用與光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)結(jié)合的檢測器，對從觀察對象區(qū)域產(chǎn)生的熒光進行檢測的步驟(檢測步驟)；和為了控制相位調(diào)制后的受激發(fā)射損耗光的圓環(huán)的內(nèi)徑而設(shè)定第一相位圖案的步驟(設(shè)定步驟)。

此外，上述的STED顯微鏡裝置也可以進一步包括與激勵光源光學(xué)結(jié)合、呈現(xiàn)用于通過相位調(diào)制將激勵光成形為圓形的第二相位圖案的第二空間光調(diào)制器，控制部進一步控制第二相位圖案。此外，上述的STED顯微方法也可以進一步包括利用與激勵光源光學(xué)結(jié)合、呈現(xiàn)用于將激勵光成形為圓形的第二相位圖案的第二空間光調(diào)制器，對激勵光進行相位調(diào)制的步驟(第二調(diào)制步驟)。由此，能夠任意地控制激勵光的形狀和大小。

此外，上述的STED顯微鏡裝置也可以采用控制部分割STED光而使用于向多個區(qū)域照射的圖案與第一相位圖案重疊、并且分割激勵光而使用于向多個區(qū)域照射的圖案與第二相位圖案重疊的結(jié)構(gòu)。此外，上述的STED顯微方法也可以在第一調(diào)制步驟分割STED光而使用于向多個區(qū)域照射的圖案與第一相位圖案重疊、并且第二調(diào)制步驟分割激勵光而使用于向多個區(qū)域照射的圖案與第二相位圖案重疊。由此，能夠同時對多個區(qū)域進行觀察，能夠進一步縮短所需時間。

此外，上述的STED顯微鏡裝置和STED顯微方法的檢測器也可以為二維檢測器。

此外，在這種情況下，STED顯微鏡裝置也可以進一步包括使熒光在二維檢測器的受光面上進行掃描的光掃描儀，激勵光和受激發(fā)射損耗光的照射時間間隔根據(jù)掃描方向的受光面的像素的寬度和光掃描儀的掃描速度、以使得各像素不對熒光進行多次受光的方式設(shè)定。此外，STED顯微方法也可以進一步包括利用光掃描儀使熒光在二維檢測器的受光面上進行掃描的步驟(掃描步驟)，激勵光和受激發(fā)射損耗光的照射時間間隔根據(jù)掃描方向的受光面的像素的寬度和光掃描儀的掃描速度、以使得各像素不對熒光進行多次受光的方式設(shè)定。由此，能夠提高分辨率。

此外，上述的STED顯微鏡裝置也可以為第一相位圖案包含相位以某個點為中心螺旋狀地從0(rad)增加至2π×n(rad)(n為1以上的整數(shù))的圖案、控制部為了控制圓環(huán)的內(nèi)徑而設(shè)定整數(shù)n的結(jié)構(gòu)。此外，上述的STED顯微方法也可以為，第一相位圖案包含相位以某個點為中心螺旋狀地從0(rad)增加至2π×n(rad)(n為1以上的整數(shù))的圖案，在設(shè)定步驟，為了控制圓環(huán)的內(nèi)徑而設(shè)定整數(shù)n。例如根據(jù)這樣的第一相位圖案，能夠恰當?shù)乜刂葡辔徽{(diào)制后的STED光的圓環(huán)的內(nèi)徑。

此外，上述的STED顯微鏡裝置也可以為第一相位圖案包含將以某個點為中心螺旋狀地從0(rad)增加至2π(rad)的相位的增加重復(fù)進行n次(n為1以上的整數(shù))的圖案，控制部為了控制圓環(huán)的內(nèi)徑而設(shè)定整數(shù)n。此外，上述的STED顯微方法也可以為，第一相位圖案包含將以某個點為中心螺旋狀地從0(rad)增加至2π(rad)的相位的增加重復(fù)進行n次(n為1以上的整數(shù))的圖案，在設(shè)定步驟，為了控制圓環(huán)的內(nèi)徑而設(shè)定整數(shù)n。例如根據(jù)這樣的第一相位圖案，能夠恰當?shù)乜刂葡辔徽{(diào)制后的STED光的圓環(huán)的內(nèi)徑。

此外，上述的STED顯微鏡裝置也可以進一步包括存儲與受激發(fā)射損耗光的圓環(huán)的多個內(nèi)徑分別對應(yīng)的多個圖案的存儲部，將從多個圖案中選擇的圖案包含于第一相位圖案。此外，上述的STED顯微方法也可以在設(shè)定步驟將從存儲在存儲部的、與受激發(fā)射損耗光的圓環(huán)的多個內(nèi)徑分別對應(yīng)的多個圖案中選擇的圖案包含于第一相位圖案。由此，使用者能夠根據(jù)所期望的分辨率和所需時間，容易地設(shè)定或改變第一相位圖案。

此外，上述的STED顯微鏡裝置也可以進一步包括輸入圓環(huán)的內(nèi)徑的期望值的輸入部，第一相位圖案包含相位以某個點為中心螺旋狀地從0(rad)增加至m(rad)(m為2π以上的實數(shù))的圖案，控制部基于從輸入部輸入的圓環(huán)的內(nèi)徑的期望值設(shè)定實數(shù)m。此外，上述的STED顯微方法也可以為，第一相位圖案包含相位以某個點為中心螺旋狀地從0(rad)增加至m(rad)(m為2π以上的實數(shù))的圖案，在設(shè)定步驟，基于從輸入部輸入的圓環(huán)的內(nèi)徑的期望值設(shè)定實數(shù)m。例如根據(jù)這樣的第一相位圖案，能夠恰當?shù)乜刂葡辔徽{(diào)制后的STED光的圓環(huán)的內(nèi)徑。

工業(yè)上的可利用性

本發(fā)明能夠作為在分辨率和所需時間方面能夠提高使用者的便利性的STED顯微鏡裝置加以利用。

符合的說明

1A…STED顯微鏡裝置、1B…STED顯微鏡裝置、11…STED光源、12…激勵光源、13、14…SLM、15A、15B…光學(xué)系統(tǒng)、15a、15b…分色鏡、15c…光掃描儀、15d…物鏡、15e…成像光學(xué)系統(tǒng)、15f…分色鏡、15g…成像光學(xué)系統(tǒng)、16…檢測器、17…運算控制裝置、17a…控制部、17b…圖像處理部、17c…存儲部、18…輸入裝置、19…顯示裝置、20…二維攝像裝置、20a…受光面、20b…像素、B…觀察對象物、LE₁、LE₂…激勵光、LS₁、LS₂…STED光、PL…熒光。