本發(fā)明涉及一種光學儀器、相位板及像形成方法。

背景技術(shù)：

例如，在光學顯微鏡這種光學儀器中，利用光的相位調(diào)制能夠提高分辨率、校正像差等，實現(xiàn)各種功能。在特開（日本專利公開）2010-25922號公報中記述了一種在一定的寬光譜范圍內(nèi)調(diào)制復數(shù)種互不相同的波長的光束的相位的相位調(diào)制器。此相位調(diào)制器通過衍射光柵使光源照射的光束按照波長不同分別衍射向不同的角度。根據(jù)波長不同而分別衍射的光束經(jīng)過聚光鏡入射到空間相位調(diào)制器。相位調(diào)制器具有與各波長分別對應的復數(shù)個相位調(diào)制區(qū)域，經(jīng)衍射光柵的衍射后，各波長的光束入射到與各波長相對應的相位調(diào)制區(qū)域。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的技術(shù)問題

根據(jù)特開（日本專利公開）2010-25922號公報中所述技術(shù)，要讓光束入射到各波長所對應的相位調(diào)制區(qū)域的話就需要用衍射光柵和棱鏡等讓光束衍射。因此會帶來光學系統(tǒng)復雜化、相位調(diào)制結(jié)構(gòu)復雜化等問題。此外，特開（日本專利公開）2010-25922號公報中所述的相位調(diào)制器針對每種波長都設有復數(shù)個相位調(diào)制區(qū)域，因此還存在相位調(diào)制器大型化的問題。

解決技術(shù)問題的技術(shù)手段

本發(fā)明第一技術(shù)方案涉及一種光學儀器。本技術(shù)方案所涉及的光學儀器具有：對第1波長的光施以第1相位調(diào)制并對第2波長的光施以第2相位調(diào)制的通用的相位調(diào)制掩膜；使第1波長的光和第2波長的光入射相位調(diào)制掩膜的同一入射區(qū)域的照射光學系統(tǒng)；以及聚集經(jīng)第1相位調(diào)制后的第1波長的光和經(jīng)第2相位調(diào)制后的第2波長的光并形成與點擴展函數(shù)相應的像的聚光光學系統(tǒng)。

優(yōu)選地，所述相位調(diào)制掩膜是相位板；所述相位板在所述入射區(qū)域包括：對所述第1波長的光施以第1相位調(diào)制的第1區(qū)域、以及對所述第2波長的光施以第2相位調(diào)制的第2區(qū)域。

優(yōu)選地，所述相位調(diào)制掩膜是能夠根據(jù)輸入來設定相位調(diào)制圖形的相位調(diào)制器；所述相位調(diào)制圖形在所述入射區(qū)域包括：用于對所述第1波長的光施以第1相位調(diào)制的第1區(qū)域、以及用于對所述第2波長的光施以第2相位調(diào)制的第2區(qū)域。

優(yōu)選地，所述第1區(qū)域和所述第2區(qū)域分別由復數(shù)個區(qū)域構(gòu)成；所述第1區(qū)域的各區(qū)域和所述第2區(qū)域的各區(qū)域彼此相鄰。

優(yōu)選地，所述第1區(qū)域的各區(qū)域和所述第2區(qū)域的各區(qū)域為方形。

優(yōu)選地，所述第1區(qū)域的各區(qū)域和所述第2區(qū)域的各區(qū)域從所述入射區(qū)域的一端延伸到另一端。

優(yōu)選地，所述第1區(qū)域的各區(qū)域和所述第2區(qū)域的各區(qū)域為環(huán)狀。

優(yōu)選地，所述第1波長的光和所述第2波長的光分別是從熒光物質(zhì)中產(chǎn)生的第1熒光和第2熒光。

優(yōu)選地，所述第1熒光的波段和所述第2熒光的波段分別有一定寬度，所述第1熒光的波段的一部分和所述第2熒光的波段的一部分互相重合。

優(yōu)選地，所述第1波長的光是強度峰值在所述第1波長的光，所述第2波長的光是強度峰值在所述第2波長的光。

優(yōu)選地，所述照射光學系統(tǒng)具有物鏡，所述相位調(diào)制掩膜在拍攝面上分別使所述第1波長的光的光點和所述第2波長的光的光點成像于兩點，并與所述物鏡與所述第1波長的光的光點和所述第2波長的光的光點的距離相應地調(diào)制所述第1熒光和所述第2熒光的相位，以使得在所述拍攝面上形成所述第1波長的光的兩個光點像和所述第2波長的光的兩個光點像旋轉(zhuǎn)的所述點擴展函數(shù)。

優(yōu)選地，所述聚光光學系統(tǒng)包括拍攝所述第1波長的光的所述像和所述第2波長的光的所述像的拍攝部件。

優(yōu)選地，還包括用于放置試樣的臺；所述照射光學系統(tǒng)向所述試樣照射光源部件射出的光；所述聚光光學系統(tǒng)聚集從所述試樣中所含有的物質(zhì)中產(chǎn)生的所述第1波長的光和所述第2波長的光。

優(yōu)選地，所述試樣包含第1熒光色素和第2熒光色素；所述光源部件用光照射所述試樣，使所述第1熒光色素和所述第2熒光色素反復處于活性狀態(tài)和非活性狀態(tài)；所述拍攝部件在所述第1熒光物質(zhì)和所述第2熒光物質(zhì)反復處于活性狀態(tài)和非活性狀態(tài)期間拍攝所述第1熒光物質(zhì)所產(chǎn)生的所述第1波長的光的所述像和所述第2熒光物質(zhì)所產(chǎn)生的所述第2波長的光的所述像。

本發(fā)明第二技術(shù)方案涉及一種光學儀器。此技術(shù)方案涉及的光學儀器具有：對第1波長的光和第2波長的光施以相位調(diào)制的通用的相位調(diào)制掩膜；使第1波長的光和第2波長的光入射相位調(diào)制掩膜的照射光學系統(tǒng)；以及聚集經(jīng)相位調(diào)制掩膜相位調(diào)制后的第1波長的光和第2波長的光并形成與點擴展函數(shù)相應的像的聚光光學系統(tǒng)。相位調(diào)制掩膜是相位板。相位板的厚度在第1波長的光用的相位板厚度和第2波長的光用的相位板的厚度之間。

本發(fā)明第三技術(shù)方案涉及一光學儀器。本技術(shù)方案所涉及的光學儀器具有：對第1波長的光和第2波長的光施以相位調(diào)制的通用的相位調(diào)制掩膜；使第1波長的光和第2波長的光入射相位調(diào)制掩膜的照射光學系統(tǒng)；聚集經(jīng)相位調(diào)制掩膜相位調(diào)制后的第1波長的光和第2波長的光并形成與點擴展函數(shù)相應的像的聚光光學系統(tǒng)。相位調(diào)制掩膜是能夠根據(jù)輸入來設定相位調(diào)制模式的相位調(diào)制器。相位調(diào)制器通過基于第1波長的光用的灰度和第2波長的光用的灰度之間的灰度的輸入而設定的相位調(diào)制圖形來對第1波長的光和第2波長的光施以相位調(diào)制。

本發(fā)明第四技術(shù)方案涉及一種使第1波長的光和第2波長的光入射到同一入射區(qū)域供使用的相位板。本技術(shù)方案涉及的相位板在入射區(qū)域包括對第1波長的光施以第1相位調(diào)制的第1區(qū)域和對第2波長的光施以第2相位調(diào)制的第2區(qū)域，且對第1波長的光施以第1相位調(diào)制，對第2波長的光施以第2相位調(diào)制。

本發(fā)明第五技術(shù)方案涉及一種根據(jù)第1波長的光和第2波長的光形成與點擴展函數(shù)相應的像的方法。本技術(shù)方案涉及的像形成方法如下：讓第1波長的光和第2波長的光入射相位調(diào)制掩膜的同一入射區(qū)域，用對第1波長的光施以第1相位調(diào)制并對第2波長的光施以第2相位調(diào)制的通用的相位調(diào)制掩膜對第1波長的光和第2波長的光施以相位調(diào)制，聚集經(jīng)第1相位調(diào)制后的第1波長的光和經(jīng)第2相位調(diào)制后的第2波長的光，形成第1波長的光和第2波長的光的點擴展函數(shù)。

優(yōu)選地，所述相位調(diào)制掩膜是相位板；所述相位板在所述入射區(qū)域包括對所述第1波長的光施以第1相位調(diào)制的第1區(qū)域和對所述第2波長的光施以第2相位調(diào)制的第2區(qū)域。

優(yōu)選地，所述相位調(diào)制掩膜是能夠根據(jù)輸入來設定相位調(diào)制圖形的相位調(diào)制器；所述相位調(diào)制圖形在所述入射區(qū)域包括用于對所述第1波長的光施以第1相位調(diào)制的第1區(qū)域和用于對所述第2波長的光施以第2相位調(diào)制的第2區(qū)域。

本發(fā)明第六技術(shù)方案涉及一種根據(jù)第1波長的光和第2波長的光形成與點擴展函數(shù)相應的像的方法。本技術(shù)方案所涉及的像形成方法如下：讓第1波長的光和第2波長的光入射通用的相位板，聚集經(jīng)相位板相位調(diào)制后的第1波長的光和第2波長的光，形成點擴展函數(shù)相應的像；其中，所述通用的相位板的厚度在第1波長的光用的相位板厚度與第2波長的光用的相位板的厚度之間且其對第1波長的光和第2波長的光施以相位調(diào)制。

本發(fā)明第七技術(shù)方案涉及一種根據(jù)第1波長的光和第2波長的光形成與點擴展函數(shù)相應的像的方法。本技術(shù)方案所涉及的像形成方法如下：使第1波長的光和第2波長的光入射通用的相位調(diào)制器，并聚集經(jīng)相位調(diào)制器相位調(diào)制后的第1波長的光和第2波長的光，形成與點擴展函數(shù)相應的像；其中，所述通用的相位調(diào)制器通過基于第1波長的光用的灰度和第2波長的光用的灰度之間的灰度的輸入所設定的相位調(diào)制圖形來對第1波長的光和第2波長的光施以相位調(diào)制。

發(fā)明效果

本發(fā)明能夠用簡單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)復數(shù)種熒光的相位調(diào)制。

附圖說明

圖1為實施方式涉及的具有相位調(diào)制掩膜的光學儀器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2（a）為實施方式涉及的兩個光點像與z軸方向上的熒光發(fā)光點位置相應地在拍攝面上旋轉(zhuǎn)的示意圖；圖2（b）為實施方式涉及的dh-psf示圖；

圖3（a）為實施方式涉及的所有第1熒光色素處于活性狀態(tài)的示意圖；圖3（b）為實施方式涉及的所有第1熒光色素處于非活性狀態(tài)的示意圖；圖3（c）、（d）為實施方式涉及的第1熒光色素的一部分處于活性狀態(tài)的示意圖；圖3（e）為實施方式涉及的所有第2熒光色素處于活性狀態(tài)的示意圖；圖3（f）為實施方式涉及的所有第2熒光色素處于非活性狀態(tài)的示意圖；圖3（g）、（h）為實施方式涉及的第2熒光色素的一部分處于活性狀態(tài)的示意圖；

圖4（a）~(e)為實施方式涉及的獲取第1三維超分辨率圖像的步驟示意圖；圖4（f）為實施方式涉及的獲取第1物質(zhì)的數(shù)量的步驟示意圖；

圖5（a）為實施方式涉及的從復數(shù)張第1二維圖像獲取的第1三維超分辨率圖像、以及從復數(shù)張第2二維圖像獲取的第2三維超分辨率圖像的示意圖；圖5（b）為實施方式的變更例涉及的從復數(shù)張通用的二維圖像獲取的第1和第2三維超分辨率圖像的示意圖；

圖6（a）為實施方式涉及的具有相位調(diào)制器的光學儀器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6（b）為實施方式涉及的相位調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7（a）、（b）分別為實施方式涉及的相位調(diào)制器中設定的第1相位調(diào)制圖形和第2相位調(diào)制圖形的示圖；

圖8（a）、（b）為用實施方式涉及的第1相位調(diào)制圖形觀察第1熒光時的成像狀態(tài)與圖形的示圖；圖8（c）、（d）為用實施方式涉及的第1相位調(diào)制圖形觀察第2熒光時的成像狀態(tài)與圖形的示圖；圖8(e)、（f）為用實施方式涉及的第2相位調(diào)制圖形觀察第1熒光時的成像狀態(tài)與圖形的示圖；圖8（g）、（h）為用實施方式涉及的第2相位調(diào)制圖形觀察第2熒光時的成像狀態(tài)與圖形的示圖；

圖9為實施例1的相位調(diào)制圖形的結(jié)構(gòu)示圖；

圖10為采用實施例1的相位調(diào)制圖形時第1熒光的成像狀態(tài)示圖；

圖11為采用實施例1的相位調(diào)制圖形時第2熒光的成像狀態(tài)示圖；

圖12（a）、（b）為用實施例1的相位調(diào)制圖形觀察第1熒光時的成像狀態(tài)與圖形的示圖；圖12（c）、（d）為用實施例1的相位調(diào)制圖形觀察第2熒光時的成像狀態(tài)與圖形的示圖；

圖13（a）~（c）為詳細說明整合實施例1的相位調(diào)制圖形涉及的第1相位調(diào)制圖形和第2相位調(diào)制圖形的示圖；圖13（a）~（c）分別為在第1相位調(diào)制圖形、第2相位調(diào)制圖形和實施例1的相位調(diào)制圖形中液晶面板的一個像素位置的示意圖；

圖14（a）為實施例2的相位調(diào)制圖形中的區(qū)域配置的示意圖；圖14（b）~（d）為實施例2的相位調(diào)制圖形結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖15（a）、（b）為用實施例2的相位調(diào)制圖形觀察第1熒光時的成像狀態(tài)與圖形的示圖；圖15（c）、（d）為用實施例2的相位調(diào)制圖形觀察第2熒光時的成像狀態(tài)與圖形的示圖；圖15(e)、（f）為用實施例2的相位調(diào)制圖形觀察第1熒光和第2熒光時的成像狀態(tài)的示圖；

圖16（a）、（b）分別為用實施例2的相位調(diào)制圖形以寬視野觀察第1熒光和第2熒光所得到的結(jié)果的示圖；

圖17（a）為實施例3的相位調(diào)制圖形中的區(qū)域配置的示意圖；圖17（b）~（d）為實施例3的相位調(diào)制圖形的結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖18（a）、（b）為用實施例3的相位調(diào)制圖形觀察第1熒光時的成像狀態(tài)與圖形的示圖；圖18（c）、（d）為用實施例3的相位調(diào)制圖形觀察第2熒光時的成像狀態(tài)與圖形的示圖；圖18(e)、（f）為用實施例3的相位調(diào)制圖形觀察第1熒光和第2熒光時的成像狀態(tài)的示圖；

圖19（a）、（b）分別為用實施例3的相位調(diào)制圖形以寬視野觀察第1熒光和第2熒光所得到的結(jié)果的示圖；

圖20（a）為實施例4的相位調(diào)制圖形中的區(qū)域配置的示意圖；圖20（b）~（d）為實施例4的相位調(diào)制圖形的結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖21（a）、（b）為用實施例4的相位調(diào)制圖形觀察第1熒光時的成像狀態(tài)與圖形的示圖；圖21（c）、（d）為用實施例4的相位調(diào)制圖形觀察第2熒光時的成像狀態(tài)與圖形的示圖；圖21(e)、（f）為用實施例4的相位調(diào)制圖形觀察第1熒光和第2熒光時的成像狀態(tài)的示圖；

圖22（a）、（b）分別為用實施例4的相位調(diào)制圖形以寬視野觀察第1熒光和第2熒光所得到的結(jié)果的示圖；

圖23（a）為實施例5的相位調(diào)制圖形中的區(qū)域配置的示意圖；圖23（b）~（e）為實施例5的相位調(diào)制圖形的結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖24（a）、（b）為用實施例5的相位調(diào)制圖形觀察第1熒光時的成像狀態(tài)與圖形的示圖；圖24（c）、（d）為用實施例5的相位調(diào)制圖形觀察第2熒光時的成像狀態(tài)與圖形的示圖；圖24(e)、（g）為用實施例5的相位調(diào)制圖形觀察第1熒光時的成像狀態(tài)的示圖；圖24(f)、（h）為用實施例5的相位調(diào)制圖形觀察第2熒光時的成像狀態(tài)的示圖；

圖25（a）、（b）分別為用實施例5的相位調(diào)制圖形以寬視野觀察第1熒光和第2熒光所得到的結(jié)果的示圖；

圖26為實施例6的相位調(diào)制圖形的結(jié)構(gòu)的示圖；

圖27（a）、（c）、(e)、（g）為用實施例6的相位調(diào)制圖形觀察第1熒光時的成像狀態(tài)的示圖；圖27（b）、（d）、(f)、（h）為用實施例6的相位調(diào)制圖形觀察第2熒光時的成像狀態(tài)的示圖；

圖28（a）、（c）、(e)、（g）為用實施例6的相位調(diào)制圖形觀察第1熒光時的成像狀態(tài)的示圖；圖28（b）、（d）、(f)、（h）為用實施例6的相位調(diào)制圖形觀察第2熒光時的成像狀態(tài)的示圖；

圖29（a）為實施方式涉及的與第1相位調(diào)制圖形相應地制成的相位板的示意圖；圖29（b）為實施方式涉及的與第2相位調(diào)制圖形相對應地制成的相位板的示意圖；圖29（c）是與實施例1的相位調(diào)制圖形同樣地進行了整合的相位板的示意圖；圖29（d）~(f)為實施方式涉及的相位板在與厚度方向平行的平面剖開后的截面示意圖；

圖30（a）為實施方式涉及的與第1相位調(diào)制圖形相對應地制作的相位板的示意圖；圖30（b）為實施方式涉及的與第2相位調(diào)制圖形相對應地制作的相位板的示意圖；圖30（c）是與實施例2的相位調(diào)制圖形同樣地整合后的相位板的示意圖；圖30（d）~(f)為從厚度方向地看實施方式涉及的相位板時的區(qū)域的示意圖；圖30（g）~(i)為實施方式涉及的相位板在與厚度方向平行的平面剖開后的截面示意圖。

具體實施方式

以下實施方式是本發(fā)明在用于觀察中心波長不同的兩種熒光的光學儀器中的應用。實施方式涉及的光學儀器是用光照射試樣并通過拍攝部件拍攝從試樣產(chǎn)生的熒光的熒光顯微鏡。本發(fā)明適用的光學儀器不限于以下實施方式，本發(fā)明也適用于熒光顯微鏡以外的顯微鏡、照相機等拍攝儀器、望遠鏡、內(nèi)窺鏡、天象儀等。此外，本發(fā)明適用的光學儀器不限于用來拍攝和觀察熒光的裝置，本發(fā)明也適用于用來拍攝和觀察熒光以外的其他光的裝置。

如圖1所示，光學儀器10具有照射光學系統(tǒng)30、擴束器37、臺40、相位調(diào)制掩膜50、聚光光學系統(tǒng)60、控制器71和72、信息處理裝置100。圖1中顯示了相互垂直相交的xyz軸。

臺40上放置承載有試樣的載玻片41。實施方式中的試樣是包含受檢細胞的生物試樣。受檢細胞比如采自病變組織。受檢細胞的細胞核包括第1物質(zhì)和第2物質(zhì)。作為拍攝對象的第1物質(zhì)和第2物質(zhì)比如是作為疾病標志物的基因、蛋白質(zhì)或肽等生物物質(zhì)。實施方式中的第1物質(zhì)是her2基因，實施方式中的第2物質(zhì)是17號染色體的著絲粒區(qū)域cep17。

通過試樣的制備，第1物質(zhì)和第2物質(zhì)上分別結(jié)合了熒光物質(zhì)。在實施方式中，結(jié)合到第1物質(zhì)的熒光物質(zhì)為第1熒光色素，結(jié)合到第2物質(zhì)的熒光物質(zhì)為第2熒光色素。此外，通過試樣的制備，受檢細胞的細胞核被第3熒光色素特異性地染色。

第1熒光色素能夠轉(zhuǎn)換為在來自后述光源21的光的照射下產(chǎn)生以第1波長為中心波長的第1熒光的活性狀態(tài)、或即使收到來自光源21的光的照射也不會產(chǎn)生第1熒光的非活性狀態(tài)。第1熒光色素被來自光源21的光照射時是非活性的，在被來自后述光源23的光照射時是活性的。第2熒光色素能夠轉(zhuǎn)換為在來自后述光源22的光的照射下產(chǎn)生以第2波長為中心波長的第2熒光的活性狀態(tài)、或者是即使收到來自光源22的光的照射也不會產(chǎn)生第2熒光的非活性狀態(tài)。第2熒光色素在被來自光源22的光照射時是非活性的，在受到來自光源23的光照射時是活性的。第3熒光色素在受到來自光源23的光照射時產(chǎn)生以第3波長為中心波長的第3熒光。

拍攝對象物質(zhì)不限于上述與物質(zhì)結(jié)合的熒光色素，拍攝對象物質(zhì)也可以是產(chǎn)生自體熒光的物質(zhì)。承載于載玻片41上的試樣不限于生物試樣。拍攝對象物質(zhì)不限于生物試樣所含有的物質(zhì)，拍攝對象物質(zhì)也可以是非來源于生物試樣的物質(zhì)。比如，拍攝對象物質(zhì)也可以是熒光小球等產(chǎn)生熒光的粒子等的熒光物質(zhì)。

照射光學系統(tǒng)30具有光源部件20、快門31、1/4波片32、擴束器33、聚光鏡34、分色鏡35、物鏡36。照射光學系統(tǒng)30用光照射試樣，使試樣中所含有的熒光標記的第1~第3物質(zhì)分別產(chǎn)生第1~第3熒光，并讓第1熒光和第2熒光入射相位調(diào)制掩膜50中的同一入射區(qū)域。

光源部件20具有光源21~23、鏡24、分色鏡25和26。

光源21~23分別射出不同波長的光。具體而言，光源21、22、23所射出的光的波長分別為640nm、488nm、405nm。光源21~23宜使用激光光源，但也可以使用水銀燈、氙燈、led等。如上所述，光源21射出的光使受檢細胞中所含有的第1熒光色素激發(fā)，產(chǎn)生第1熒光，且使第1熒光色素成為非活性狀態(tài)。光源22射出的光使受檢細胞中所含有的第2熒光色素激發(fā)，產(chǎn)生第2熒光，并使第2熒光色素成為非活性狀態(tài)。光源23所射出的光使受檢細胞中所含有的第3熒光色素激發(fā)，產(chǎn)生第3熒光，并使第1熒光色素和第2熒光色素成為活性狀態(tài)。在實施方式中，作為第1熒光中心波長的第1波長為690nm，作為第2熒光中心波長的第2波長為530nm。

鏡24反射來自光源21的光。分色鏡25讓來自光源21的光透過并反射來自光源22的光。分色鏡26讓來自光源21、22的光透過并反射來自光源23的光。來自光源21~23的光的光軸經(jīng)鏡24和分色鏡25、26的統(tǒng)一而相互一致。也可以由一個光源取代光源21~23來射出波長640nm、488nm、405nm的光。

快門31在控制器71驅(qū)動下在讓光源部件20射出的光通過的狀態(tài)和阻斷光源部件20所射出的光的狀態(tài)中切換。以此調(diào)整光對受檢細胞的照射時間。1/4波片32將光源部件20射出的線性偏振光轉(zhuǎn)換成圓偏振光。熒光色素會對一定偏振方向的光有反應。因此，將光源部件20射出的激發(fā)用光轉(zhuǎn)換成圓偏振光就容易使激發(fā)用光的偏振方向與熒光色素反應的偏振方向一致。以此就能更高效地使受檢細胞中所含有的熒光色素激發(fā)熒光。擴束器33用于括大載玻片41上的光的照射區(qū)域。聚光鏡34使光聚集并使平行光從物鏡36照射到載玻片41上。

分色鏡35反射光源部件20射出的光且讓受檢細胞產(chǎn)生的熒光透過。物鏡36將分色鏡35反射的光導向載玻片41。臺40被控制器72驅(qū)動并在水平面——即x-y平面內(nèi)移動。受檢細胞產(chǎn)生的熒光通過物鏡36，透過分色鏡35，并由擴束器37轉(zhuǎn)換為平行光。

相位調(diào)制掩膜50對第1熒光和第2熒光施以相位調(diào)制。相位調(diào)制掩膜50配置于由物鏡36、分色鏡35、擴束器37和聚光鏡61構(gòu)成的光學系統(tǒng)的傅里葉面，其作用是調(diào)制入射到相位調(diào)制掩膜50的同一入射區(qū)域的光的相位。

相位差為“θ”的情況下和相位差為“θ＋ｎ×２π”（ｎ＝±０、１、２、３……）的情況下，施于熒光的相位差實質(zhì)上是一樣的。因此，通過相位調(diào)制掩膜50施于第1熒光的相位差和施于第2熒光的相位差不限于一個值，也可以是一個值加上ｎ×２π所得到的值。

相位調(diào)制掩膜50調(diào)制透過相位調(diào)制掩膜50的光的相位時會如圖1所示地配置。調(diào)制透過的光的相位的相位調(diào)制掩膜50比如由丙烯酸樹脂等透明構(gòu)件構(gòu)成的相位板、具有液晶面板的相位調(diào)制器等構(gòu)成。

相位調(diào)制掩膜50在調(diào)制被相位調(diào)制掩膜50反射的光的相位時會如圖6（a）所示地配置。用來調(diào)制反射的光的相位的相位調(diào)制掩膜50比如由具有液晶面板的相位調(diào)制器、變形鏡、以及與變形鏡具有同樣結(jié)構(gòu)的反射構(gòu)件等構(gòu)成。當相位調(diào)制掩膜50由具有液晶面板的相位調(diào)制器構(gòu)成時，如圖6（a）所示，配置偏光板38和鏡39來取代擴束器37，相位調(diào)制掩膜50配置在相位調(diào)制器51的位置。當相位調(diào)制掩膜50由變形鏡或與變形鏡同樣結(jié)構(gòu)的反射構(gòu)件等構(gòu)成時，將會從圖6（a）所示結(jié)構(gòu)中省略掉偏光板38，而相位調(diào)制掩膜50會配置在相位調(diào)制器51的位置。

關(guān)于調(diào)制透過的光的相位的相位調(diào)制掩膜50的結(jié)構(gòu)例，隨后將參照圖29（a）~圖30（i）加以說明。關(guān)于調(diào)制反射的光的相位的相位調(diào)制掩膜50的結(jié)構(gòu)例，隨后將參照圖6（a）~圖28（h）加以說明。

相位調(diào)制掩膜50形成與從第1熒光色素產(chǎn)生的第1熒光的點擴展函數(shù)相應的像，還形成與從第2熒光色素產(chǎn)生的第2熒光的點擴展函數(shù)相應的像。實施方式涉及的相位調(diào)制掩膜50在拍攝部件62的拍攝面62a讓從一種第1熒光色素產(chǎn)生的第1熒光在兩個焦點成像，并在拍攝部件62的拍攝面62a讓從一種第2熒光色素產(chǎn)生的第2熒光在兩個焦點成像。這種點擴展函數(shù)被稱為dh-psf(double-helixpointspreadfunction，雙螺旋點擴展函數(shù))。相位調(diào)制掩膜50調(diào)制入射傅里葉面的第1熒光和第2熒光的相位，并就第1熒光和第2熒光兩者在拍攝面62a形成與dh-psf相應的像。

與第1熒光和第2熒光的情況不同，相位調(diào)制掩膜50不會就第3熒光在拍攝面62a形成與dh-psf相應的像。其原因如后所述，因為第3熒光僅用于確定細胞核區(qū)域。透過相位調(diào)制掩膜50的第3熒光的相位被相位調(diào)制掩膜50輕微地調(diào)制，但只要通過拍攝部件62拍攝第3熒光就完全能夠確定細胞核的區(qū)域。

聚光光學系統(tǒng)60聚集經(jīng)相位調(diào)制后的第1熒光和第2熒光并形成與dh-psf相應的像。聚光光學系統(tǒng)60具有聚光鏡61和拍攝部件62。聚光鏡61聚集通過相位調(diào)制掩膜50的熒光并引導至拍攝部件62的拍攝面62a。拍攝部件62拍攝照在拍攝面62a的熒光的像并生成二維圖像。拍攝部件62比如由ccd等構(gòu)成。

在此，如上所述，從一個第1熒光色素產(chǎn)生的第1熒光和從一個第2熒光色素產(chǎn)生的第2熒光在相位調(diào)制掩膜50的作用下分別在拍攝面62a上成像于兩個焦點。即，在拍攝面62a形成第1熒光和第2熒光的與dh-psf相應的像。此時，在相位調(diào)制掩膜50的作用下，如圖2（a）所示，兩個焦點所分別對應的光點像與z軸方向——即載玻片41深度方向上熒光的發(fā)光點的位置相應地在拍攝面62a上旋轉(zhuǎn)。即，連接兩個光點像的直線和作為基準的直線所構(gòu)成的角與z軸方向上熒光的發(fā)光點位置相應地在拍攝面62a上變化。

即，相位調(diào)制掩膜50與物鏡36距試樣中第1熒光色素的距離相應地調(diào)制第1熒光的相位且在拍攝面62a上形成第1熒光的兩個光點像旋轉(zhuǎn)的dh-psf。同樣，相位調(diào)制掩膜50與物鏡36與試樣中第2熒光色素的距離相應地調(diào)制第2熒光的相位，并在拍攝面62a上形成第2熒光的兩個光點像旋轉(zhuǎn)的dh-psf。

比如，在載玻片41中，z軸方向上不同的兩個位置的熒光色素所產(chǎn)生的熒光分別被相位調(diào)制掩膜50分割為二并照射在拍攝面62a上。此時，例如圖2（a）所示，拍攝面62a上連接兩個光點像的直線就一個熒光色素與基準線形成+θ1的角，并就另一熒光色素與基準面形成+θ2的角。因此，只要獲取連接兩個光點像的直線相對于基準線所構(gòu)成的角，就能夠獲得z軸方向上的熒光色素的位置。在實施方式中，針對第1熒光和第2熒光，根據(jù)拍攝部件62所拍攝的二維圖像如上所述地獲取z軸方向上的位置。

另外，dh-psf可以用圖2（b）所示的公式表示。在圖2（b）所示的公式中，“光點像1”和“光點像2”表示如圖2（a）所示的在拍攝面62a成像的兩個光點像?！芭臄z面上的坐標”表示兩個光點像的基礎(chǔ)——即熒光色素的拍攝面62a上的坐標。

如上所述，第1熒光和第2熒光都入射到相位調(diào)制掩膜50的同一入射區(qū)域，相位調(diào)制掩膜50針對波長各異的第1熒光和第2熒光分別進行相位調(diào)制。以此，不需要將第1熒光引導至用于調(diào)制第1熒光的相位的區(qū)域，無需將第2熒光引導至用于調(diào)制第2熒光的相位的區(qū)域。因此，無需分別設置第1熒光的相位調(diào)制區(qū)域和第2熒光的相位調(diào)制區(qū)域，從而也不需要設置用于使光束衍射的衍射光柵和用于使光束分叉的棱鏡等來將第1熒光和第2熒光引導至不同的相位調(diào)制區(qū)域。這樣，通過相位調(diào)制掩膜50就能以簡單的結(jié)構(gòu)對第1熒光和第2熒光兩者調(diào)制相位并形成第1熒光和第2熒光的與dh-psf相應的像。

另外，如果使第1熒光和第2熒光分叉到不同光路的話，則各光路的光學元件排列布置等所產(chǎn)生的錯位可能會導致無法形成所希望得到的與dh-psf相應的像。然而，采用相位調(diào)制掩膜50后就不再需要使光路分叉的光學元件，因此能夠防止因光學元件的排列布置等的錯位所造成的影響。因此能夠生成高精度的二維圖像。在后述生成三維超分辨率圖像的實施方式的光學儀器10中尤其適于如上所述地提高二維圖像的精度。

返回圖1，信息處理裝置100是個人電腦，其具有主機110、顯示部件120、輸入部件130。主機110具有處理部件111、存儲部件112和接口113。

處理部件111例如是cpu。存儲部件112是rom、ram、硬盤等。處理部件111根據(jù)存儲部件112所存儲的程序通過接口113控制光源部件20的光源21~23、拍攝部件62、控制器71、72。

處理部件111根據(jù)第1熒光的二維圖像如上獲取第1熒光的發(fā)光點在z軸方向的位置，生成第1熒光的三維超分辨率圖像。同樣，處理部件111根據(jù)第2熒光的二維圖像如上獲取第2熒光的發(fā)光點在z軸方向的位置，生成第2熒光的三維超分辨率圖像。以下稱第1熒光的二維圖像為“第1二維圖像”，稱第2熒光的二維圖像為“第2二維圖像”，稱第3熒光的二維圖像為“第3二維圖像”。稱第1熒光的三維超分辨率圖像為“第1三維超分辨率圖像”，稱第2熒光的三維超分辨率圖像為“第2三維超分辨率圖像”。

顯示部件120是用于顯示處理部件111的處理結(jié)果等的顯示器。輸入部件130是用于接受用戶的指示的輸入的鍵盤和鼠標。

下面就第1和第2三維超分辨率圖像的生成步驟進行說明。

首先參照圖3（a）~(d)就獲取第1二維圖像的步驟進行說明。

如圖3（a）所示，在制備試樣時，第1熒光色素通過與第1物質(zhì)特異性結(jié)合的中間物質(zhì)與第1物質(zhì)結(jié)合。第1物質(zhì)是基因，故中間物質(zhì)可以使用核酸探針。多個第1熒光色素結(jié)合于一個第1物質(zhì)。圖3（a）中示意性地顯示了第1熒光色素分別結(jié)合的兩個第1物質(zhì)。在初始狀態(tài)下，所有第1熒光色素均處于活性狀態(tài)。在圖3（a）所示狀態(tài)下，來自光源21的光照射受檢細胞一定時間后，如圖3（b）所示，所有第1熒光色素成為非活性狀態(tài)。

在圖3（b）所示狀態(tài)下，來自光源23的光照射受檢細胞一定時間后，例如，如圖3（c）所示，部分第1熒光色素變?yōu)榛钚?。通過調(diào)整來自光源23的光的照射時間來使活性第1熒光色素的比例發(fā)生變化。在圖3（c）所示狀態(tài)下，來自光源21的光再照射受檢細胞一定時間，則活性第1熒光色素中會產(chǎn)生第1熒光，然后，如圖3（b）所示，所有第1熒光色素成為非活性狀態(tài)。

然后，來自光源23的光再次照射受檢細胞一定時間，則會例如圖3（d）所示地，部分第1熒光色素變?yōu)榛钚?。在圖3（d）所示狀態(tài)下，來自光源21的光再次照射受檢細胞一定時間，則會從活性第1熒光色素中產(chǎn)生第1熒光，然后，如圖3（b）所示，所有第1熒光色素成為非活性狀態(tài)。如圖3（c）、（d）所示，在各次活性處理中變?yōu)榛钚缘牡?熒光色素的分布每次都有所相同。

處理部件111驅(qū)動光源21、23，如上對第1熒光色素反復進行活性處理和非活性處理。拍攝部件62對每次不同的第1熒光色素的分布情況進行拍攝。如此，處理部件111獲取復數(shù)張第1二維圖像，例如獲取3000張第1二維圖像。

接著，參照圖3（e）~（h）就獲取第2二維圖像的步驟進行說明。第2二維圖像的獲取方法與第1二維圖像的獲取大致相同。

即，在圖3（e）所示初始狀態(tài)下，來自光源22的光照射受檢細胞一定時間后，如圖3（f）所示，所有第2熒光色素成為非活性狀態(tài)。在圖3（f）所示狀態(tài)下，來自光源23的光照射受檢細胞一定時間后，例如圖3（g）所示地，部分第2熒光色素變?yōu)榛钚浴Ｔ趫D3（g）所示狀態(tài)下，來自光源22的光再次照射受檢細胞一定時間，則活性第2熒光色素會產(chǎn)生第2熒光，然后，如圖3（f）所示，所有第2熒光色素成為非活性狀態(tài)。然后，來自光源23的光再次照射受檢細胞一定時間后，例如圖3（h）所示地，部分第2熒光色素成為活性。

處理部件111驅(qū)動光源22、23，如上對第2熒光色素反復進行活性處理和非活性處理。拍攝部件62對每次不同的第2熒光色素的分布情況進行拍攝。如此，處理部件111獲取復數(shù)張第2二維圖像，例如獲取3000張第2二維圖像。

下面參照圖4（a）~（e）就生成第1三維超分辨率圖像的步驟進行說明。因第2三維超分辨率圖像的生成步驟與第1三維超分辨率圖像相同，下文中僅說明第1三維超分辨率圖像的生成步驟。

如圖4（a）所示，如上獲取了復數(shù)張第1二維圖像。圖4（a）所示第1二維圖像上用黑圓圈表示所拍攝的第1熒光。如圖4（b）所示，處理部件111在各個第1二維圖像中通過高斯擬合來提取第1熒光的光點81。然后，處理部件111就提取的光點81獲取x-y平面中的坐標和亮度。

接著，處理部件111查看亮度相同且距離在一定范圍內(nèi)的兩個光點81。處理部件111將查看的兩個光點81與事先存儲在存儲部件112中的兩個光點進行模型擬合。處理部件111將能以某精度以上的精度擬合的兩個光點81判斷為被相位調(diào)制掩膜50分割后的、從一個第1熒光色素產(chǎn)生的第1熒光，并將兩者配對。

然后，如圖4（c）所示，處理部件111根據(jù)第1熒光色素為基礎(chǔ)的在x-y平面中所生成的成對的兩個光點81獲取點82。然后，如圖4（d）所示，處理部件111獲取連接成對的兩個光點81的直線和基準線所成的角度θ。處理部件111根據(jù)獲取的角度θ算出z軸方向上的第1熒光色素的坐標。于是，如圖4（e）所示，處理部件111根據(jù)x-y平面中的坐標和z軸方向上的坐標獲取復數(shù)個第1熒光色素的三維坐標。然后，如圖4（e）所示，處理部件111將在各個第1二維圖像中獲取的復數(shù)個三維坐標疊加在一起來生成第1三維超分辨率圖像。

如此獲取第1和第2三維超分辨率圖像時，與使用第1和第2二維圖像的情況相比能夠精確掌握第1熒光的發(fā)光點和第2熒光的發(fā)光點。以此，醫(yī)生等能夠通過查看第1和第2三維超分辨率圖像來掌握z軸方向上第一物質(zhì)的分布情況，能夠更確切地判斷病情、決定治療方針。

下面參照圖4（f）說明獲取第一物質(zhì)的數(shù)量的步驟。

如圖4（f）所示，處理部件111將第1三維超分辨率圖像的坐標點分類為第一物質(zhì)所對應的組。比如，處理部件111在三維坐標空間中掃描一定的查看空間，提取查看空間中所含有的坐標點的數(shù)量多于閾值且坐標點的數(shù)量多于周圍的查看空間的位置。然后，如圖4（f）虛線所示，處理部件111在所提取的位置上將查看空間所含有的坐標點的組分類為一個第一物質(zhì)所對應的組。

接著，處理部件111獲取受檢細胞在三維空間的細胞核的范圍。具體而言，處理部件111讓物鏡36在z軸方向移動位置，在z軸方向不同的復數(shù)個焦點位置獲取基于第3熒光的第3二維圖像。在第3二維圖像中，檢測出第3熒光的區(qū)域?qū)诩毎?，未檢測出第3熒光的區(qū)域?qū)诩毎艘酝獾牟糠郑醇毎|(zhì)等。處理部件111就復數(shù)張第3二維圖像逐張從檢測出第3熒光的區(qū)域獲取細胞核的輪廓。然后，處理部件111根據(jù)各焦點位置和在該位置上的細胞核的輪廓獲取細胞核在三維坐標空間中的范圍。

接下來，處理部件111在三維坐標空間獲取受檢細胞細胞核的范圍中所包含的組的數(shù)量作為第一物質(zhì)的數(shù)量。另外，第1三維超分辨率圖像中包含復數(shù)個受檢細胞時，例如，第一物質(zhì)的數(shù)量通過平均就各個受檢細胞獲取的第一物質(zhì)的數(shù)量來獲取。處理部件111還根據(jù)第2三維超分辨率圖像通過同樣方式獲取第二物質(zhì)的數(shù)量。

處理部件111算出如上獲取的第一物質(zhì)的數(shù)量和第二物質(zhì)的數(shù)量之比，即“第一物質(zhì)的數(shù)量/第二物質(zhì)的數(shù)量”。關(guān)于“第一物質(zhì)的數(shù)量/第二物質(zhì)的數(shù)量”，例如，大于2.2就可以判斷為乳腺癌陽性，小于1.8就可以判斷為乳腺癌陰性，1.8以上2.2以下則可以判斷為臨界。

如此，根據(jù)第1和第2三維圖像獲取第一物質(zhì)和第二物質(zhì)的數(shù)量后就能精確算出“第一物質(zhì)的數(shù)量/第二物質(zhì)的數(shù)量”。據(jù)此就能向醫(yī)生等提供更精準的判斷結(jié)果。

(拍攝步驟的變更例)

在上述拍攝步驟中，通過拍攝部件62分別拍攝了第1熒光和第2熒光。此時，如圖5（a）所示，處理部件111在獲取復數(shù)張第1二維圖像后再獲取復數(shù)張第2二維圖像。然后，處理部件111根據(jù)復數(shù)張第1二維圖像獲取第1三維超分辨率圖像，并根據(jù)復數(shù)張第2二維圖像獲取第2三維超分辨率圖像。如此，第1二維圖像和第2二維圖像分別拍攝時，拍攝所需要的時間較長。

因此，也可以采用通過拍攝部件62同時拍攝第1熒光和第2熒光的方法來取代上述拍攝步驟。此時，處理部件111在第1和第2熒光色素處于活性狀態(tài)時同時亮起光源21、22，同時使來自光源21、22的光照射受檢細胞。以此，受檢細胞會同時產(chǎn)生第1熒光和第2熒光，拍攝部件62的拍攝面62a同時被第1熒光和第2熒光照射。如圖5（b）所示，此時獲得的二維圖像為第1二維圖像和第2二維圖像疊加起來的通用的二維圖像。另外，如此同時產(chǎn)生第1熒光和第2熒光時，拍攝部件62由彩色ccd等構(gòu)成。

此時，如圖5（b）所示，處理部件111根據(jù)通用的二維圖像中的第1熒光生成第1三維超分辨率圖像，并根據(jù)通用的二維圖像中的第2熒光生成第2三維超分辨率圖像。如此通過拍攝部件62同時拍攝第1熒光和第2熒光就能使拍攝時間大大縮短。

（相位調(diào)制掩膜的提前驗證）

如上所述，相位調(diào)制掩膜50能夠應對波長互不相同的第1熒光和第2熒光。在此做一說明，用于產(chǎn)生與一種熒光最相適的相位差并正確地形成一種熒光的點擴展函數(shù)相應的像的相位調(diào)制掩膜已經(jīng)普遍為人所知。在此，本發(fā)明人為了使相位調(diào)制掩膜應對兩種熒光而首先進行了驗證，即通過最適合第1熒光的相位調(diào)制掩膜來調(diào)制第1熒光和第2熒光的相位并進行驗證、通過最適合第2熒光的相位調(diào)制掩膜調(diào)制第1熒光和第2熒光的相位并進行驗證。

如圖6（a）所示，在此驗證中使用的光學儀器10與圖1所示結(jié)構(gòu)相比配備了偏光板38和鏡39并由此取代擴束器37，此外，還配備了相位調(diào)制器51來取代相位調(diào)制掩膜50。偏光板38比如由偏光棱鏡構(gòu)成。設置偏光板38時要使得光偏振方向相對于相位調(diào)制器51來說是合適的。鏡39反射通過偏光板38的熒光并將其引導至相位調(diào)制器51。在此驗證中使用的相位調(diào)制掩膜是反射入射光時調(diào)制相位的相位調(diào)制器51。相位調(diào)制器51配置于由物鏡36、分色鏡35、偏光板38、鏡39、聚光鏡61構(gòu)成的光學系統(tǒng)的傅里葉面。與圖1所示相位調(diào)制掩膜50同樣地，相位調(diào)制器51也具有調(diào)制拍攝面62a上的點擴展函數(shù)的作用。

如圖6（b）所示，相位調(diào)制器51具有液晶面板51a。驅(qū)動相位調(diào)制器51后，與設定相應地，液晶面板51a內(nèi)的液晶分子51b旋轉(zhuǎn)，光入射方向上的液晶分子51b的幅度會發(fā)生變化。如此，各液晶分子51b的幅度在光的入射方向上發(fā)生變化后，會與相位調(diào)制器51在入射區(qū)域的位置相應地產(chǎn)生折射率之差。以此，入射到液晶面板51a并被鏡51c反射的光的相位就會與入射位置相應地被調(diào)制。

相位調(diào)制器51在有圖像輸入后根據(jù)輸入的圖像設定液晶面板51a的各像素的灰度。輸入到相位調(diào)制器51的圖像包含表示相位調(diào)制器51的各像素的灰度的信息。相位調(diào)制器51從所輸入的圖像中獲取就各像素設定的灰度并設定各液晶分子51b的旋轉(zhuǎn)角度，使各像素的灰度成為基于輸入圖像的理想的灰度。如此，相位調(diào)制器51根據(jù)輸入圖像來設定液晶分子51b的旋轉(zhuǎn)角度，設定各像素的灰度圖形。另外，當相位調(diào)制器51采用了能夠接受圖像以外內(nèi)容的結(jié)構(gòu)時，也可以根據(jù)帶有表示相位調(diào)制器51的各像素灰度的信息的圖像以外的數(shù)據(jù)來設定液晶面板51a各像素的灰度。

在本驗證中，相位調(diào)制器51使用的是日本濱松光子學株式會社(日語：浜松ホトニクス)制造的“l(fā)cos-slm01”。臺40的載玻片41上配置了第1熒光小球和第2熒光小球。第1熒光小球在來自光源21的光的照射下會產(chǎn)生中心波長690nm的熒光，即第1熒光。第2熒光小球在來自光源22的光照射下會產(chǎn)生中心波長530nm的熒光，即第2熒光。

在本驗證中，觀察第1熒光時，針對第1熒光小球使物鏡36在z軸方向掃描，使第1熒光小球在z軸方向上的位置相對地出現(xiàn)變化。同樣地，觀察第2熒光時針對第2熒光小球使物鏡36在z軸方向掃描，使第2熒光小球在z軸方向上的位置相對變化。如此使物鏡36在z軸方向掃描，就能得到與復數(shù)個熒光小球配置在z軸方向的不同位置時相同的狀態(tài)。然后，通過拍攝部件62拍攝熒光，并針對物鏡36的各掃描位置分別獲取熒光圖像。

相位調(diào)制器51的液晶面板51a能夠通過如圖6（b）所示地改變液晶分子51b的傾斜度來以1像素256級灰度進行相位調(diào)制。各像素的灰度可設定為0~255，通過將灰度設定為0~255中的任意數(shù)值就能實現(xiàn)256級灰度的相位調(diào)制。將對液晶面板51a全部像素設定的灰度的圖形分布作為調(diào)制相位的分布，并在以下稱之為“相位調(diào)制圖形”。即，就液晶面板51a的各像素設定的灰度分布相當于相位調(diào)制圖形。將圖像輸入相位調(diào)制器51并設定相位調(diào)制圖形，以此來設定液晶面板51a的各像素灰度，如圖6（b）所示，入射相位調(diào)制器51的熒光相位根據(jù)各像素而有所變化。

圖7（a）所示第1相位調(diào)制圖形是第1波長的光用的，即最適合第1熒光的相位調(diào)制圖形。第1相位調(diào)制圖形對第1波長的光——即第1熒光施以第1相位調(diào)制。圖7（b）所示第2相位調(diào)制圖形是第2波長的光用的，即最適合第2熒光的相位調(diào)制圖形。第2相位調(diào)制圖形對第2波長的光——即第2熒光施以第2相位調(diào)制。相位調(diào)制器51的相位調(diào)制圖形設定為第1相位調(diào)制圖形時，會就入射相位調(diào)制器51的第1熒光在拍攝面62a形成dh-psf所對應的像。相位調(diào)制器51的相位調(diào)制圖形設定為第2相位調(diào)制圖形時，會就入射相位調(diào)制器51的第2熒光在拍攝面62a形成dh-psf所對應的像。

在圖7（a）、（b），用黑色表示灰度為0的像素，灰度為255的像素用白色表示。灰度為0的像素不調(diào)制入射光的相位。入射灰度為255的像素的第1熒光的相位相對于入射灰度為0的像素的第1熒光的相位來說相差2π。入射灰度為183的像素的第2熒光相位相對于入射灰度為0的像素的第2熒光的相位來說相差2π。

另外，在本驗證和后述驗證中，為了校正因相位調(diào)制器51的入射面而產(chǎn)生的像差，使第1熒光入射相位調(diào)制器51的情況下，在相位調(diào)制器51所設定的相位調(diào)制圖形上合成一定的第1校正掩膜，使第2熒光入射相位調(diào)制器51的情況下，在相位調(diào)制器51所設定的相位調(diào)制圖形上合成一定的第2校正掩膜。合成第1校正掩膜，針對灰度超過255的像素，用其灰度除以256所得余數(shù)值即為該像素的灰度。合成第2校正掩膜，對于灰度超過183的像素，用其灰度除以184所得到的余數(shù)值即為該像素的灰度。

下面參照圖8（a）~(h)就相位調(diào)制器的提前驗證結(jié)果進行說明。

圖8（a）、（b）是相位調(diào)制器51中設定第1相位調(diào)制圖形并觀察第1熒光時的驗證結(jié)果。此時，如圖8（a）所示，第1熒光在拍攝面62a成像于兩點，物鏡36在z軸方向掃描，使兩點成像位置所成的直線旋轉(zhuǎn)180度。此外，如圖8（b）所示，物鏡36在z軸方向的掃描位置與兩點成像位置所成直線的角度之間的關(guān)系為一一對應的曲線。從圖8（a）、（b）的結(jié)果可以看出，此時能夠恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應地第1熒光的像。

圖8（c）、（d）是在相位調(diào)制器51中設定第1相位調(diào)制圖形并觀察第2熒光時的驗證結(jié)果。此時，如圖8（c）所示，dh-psf的形狀會在z軸方向的某些位置而有所變形。如圖8（d）所示，在表示角度和掃描位置的關(guān)系的曲線中，有一部分位置出現(xiàn)了很大的落差。從圖8（c）、（d）的結(jié)果可以看出，此時不能恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第2熒光的像。

圖8（e）、（f）是在相位調(diào)制器51中設定第2相位調(diào)制圖形并觀察第1熒光時的驗證結(jié)果。此時，如圖8（e）所示，在z軸方向的某些位置dh-psf的形狀會有所變形。此外，如圖8（f）所示，表示掃描位置和角度之間的關(guān)系的曲線變形嚴重，掃描位置和角度并非一一對應。從圖8（e）、（f）的結(jié)果可以看出，此時不能恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第1熒光的像。

圖8（g）、（h）是在相位調(diào)制器51中設定第2相位調(diào)制圖形并觀察第2熒光時的驗證結(jié)果。此時，如圖8（g）所示，兩光點像是恰當?shù)?。此外，如圖8（h）所示，角度與掃描位置的關(guān)系為一一對應的曲線。從圖8（g）、（h）的結(jié)果可以看出，此時能夠恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第2熒光的像。

從圖8（a）、（b）、（g）、（h）的結(jié)果可知，當相位調(diào)制器51的相位調(diào)制圖形的設定與入射相位調(diào)制器51的熒光的中心波長為最佳搭配時，能夠恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的熒光的像?？梢哉f結(jié)果是適宜的。另一方面，當相位調(diào)制器51的相位調(diào)制圖形的設定與入射相位調(diào)制器51的熒光的中心波長并非最佳搭配時，不能恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的熒光的像。由此得知，必須對相位調(diào)制器51的相位調(diào)制圖形的設定與入射相位調(diào)制器51的熒光作出合適的選擇。

基于以上結(jié)果，本發(fā)明人考慮到整合最適合第1熒光的第1相位調(diào)制圖形和最適合第2熒光的第2相位調(diào)制圖形，以便得到一種能應對第1熒光和第2熒光兩者的技術(shù)。當時，本發(fā)明人著眼于第1熒光和第2熒光的波段有重合一事。第1熒光是強度峰值在第1波長的光，第2熒光是強度峰值在第2波長的光。即，第1熒光的波段以第1波長為中心波長并具有一定程度的寬度，第2熒光的波段以第2波長為中心波長并具有一定程度的寬度。且第1熒光波段的一部分與第2熒光波段的一部分相互重合。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在第1熒光波段的一部分與第2熒光波段的一部分相互重合時，如下整合最適合第1熒光的第1相位調(diào)制圖形和最適合第2熒光的第2相位調(diào)制圖形就能通過整合后的相位調(diào)制圖形恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第1熒光和第2熒光的像。以下所示實施例1~6的相位調(diào)制圖形是以各種方法整合第1相位調(diào)制圖形和第2相位調(diào)制圖形的例示。此外，發(fā)明人還通過實施例1~6的相位調(diào)制圖形驗證了是否能恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第1熒光和第2熒光的像。

（實施例1的相位調(diào)制圖形）

實施例1的相位調(diào)制圖形是通過就各個位置以一定比例合成第1相位調(diào)制圖形和第2相位調(diào)制圖形而生成的。以a比b合成第1相位調(diào)制圖形和第2相位調(diào)制圖形時，如下式所示，實施例1的相位調(diào)制圖形的灰度根據(jù)第1相位調(diào)制圖形的第1灰度和第2相位調(diào)制圖形的第2灰度算出。

實施例1的相位調(diào)制圖形的灰度=（第1灰度×a+第2灰度×b）/（a+b）

(a、b均為正實數(shù))

具體而言，使用實施例1的相位調(diào)制圖形時，制成與實施例1的相位調(diào)制圖形相應的圖像，所制成的圖像輸入到相位調(diào)制器51，根據(jù)輸入的圖像在相位調(diào)制器51實現(xiàn)實施例1的相位調(diào)制圖形。與實施例1的相位調(diào)制圖形相應的圖像的各像素中的灰度設定為第1波長的光用的灰度和第2波長的光用的灰度之間的灰度。即，根據(jù)最適于第1熒光的第1相位調(diào)制圖形在同一像素位置上的灰度和最適于第2熒光的第2相位調(diào)制圖形在同一像素位置上的灰度按照上述公式計算出來。如此制成的與實施例1的相位調(diào)制圖形相應的圖像輸入到相位調(diào)制器51，以此在相位調(diào)制器51中設定實施例1的相位調(diào)制圖形，設定液晶面板51a的各液晶分子51b的旋轉(zhuǎn)角度。

圖9為(a、b)=（9、1）、（8、2）、（7、3）、（6、4）、（5、5）、（4、6）、（3、7）、（2、8）、（1、9）時實施例1的相位調(diào)制圖形的示圖。以下顯示了就這九個相位調(diào)制圖形進行驗證的結(jié)果。

圖10為用上述實施例1的9種相位調(diào)制圖形、第1相位調(diào)制圖形、第2相位調(diào)制圖形觀察第1熒光時拍攝面62a上的第1熒光的成像狀態(tài)的示圖。上下方向表示物鏡36的掃描位置。最左側(cè)的“690nm”和最右側(cè)的“530nm”分別表示的是用第1相位調(diào)制圖形和第2相位調(diào)制圖形時的情況。

如圖10所示，在各掃描位置中的任一位置，隨著向右推進——即隨著第2相位調(diào)制圖形的所占比率上升且相位調(diào)制圖形接近第2相位調(diào)制圖形，與dh-psf相應的光點像越來越模糊。而且，掃描位置為-3μm或-4μm時，在向右推進的過程中，兩個光點中間出現(xiàn)了基于0次光的新光點。特別是使用(a、b)=（1、9）的相位調(diào)制圖形和第2相位調(diào)制圖形時，如實線所框范圍內(nèi)的部分所示，0級光的光點像的光點強度高于與dh-psf相應的光點像。此時，如果將0級光誤當作dh-psf的光點就有可能無法恰當?shù)厣杀硎緬呙栉恢门c角度的關(guān)系的曲線和三維超分辨率圖像。

圖11為用上述實施例1的9種相位調(diào)制圖形、第1相位調(diào)制圖形、第2相位調(diào)制圖形觀察第2熒光時拍攝面62a上第2熒光的成像狀態(tài)的示圖。

如圖11所示，在各掃描位置的任一位置，隨著向左推進——即隨著第1相位調(diào)制圖形所占比率上升且相位調(diào)制圖形接近第1相位調(diào)制圖形，與dh-psf相應的光點像越來越模糊。特別是使用(a、b)=（9、1）、（8、2）、（7、3）的相位調(diào)制圖形和第1相位調(diào)制圖形時，如實線所框范圍內(nèi)的部分所示，在有的掃描位置光點多于兩點。

從圖10、11的結(jié)果得知，以(a、b)=（6、4）、（5、5）、（4、6）、（3、7）、（2、8）設定實施例1的相位調(diào)制圖形時，能夠恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第1熒光以及第2熒光的像。

下面參照圖12（a）~(d)進一步說明以(a、b)=（5、5）設定實施例1的相位調(diào)制圖形時的驗證結(jié)果。

圖12（a）、(b)顯示了觀察第1熒光時的結(jié)果，圖12（c）、(d)顯示了觀察第2熒光時的結(jié)果。如圖12（a）、（c）所示，基于兩點成像位置所制作的直線的傾斜度在-90度~+90度的范圍內(nèi)，此時能夠恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第1熒光以及第2熒光的像。又如圖12(b)、(d)所示，角度與掃描位置的關(guān)系為一一對應的曲線。

從以上驗證結(jié)果可知，當在相位調(diào)制器51中設定實施例1的相位調(diào)制圖形時，只要以一定比例合成第1相位調(diào)制圖形和第2相位調(diào)制圖形來得出實施例1的相位調(diào)制圖形，就能用實施例1的相位調(diào)制圖形恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第1熒光以及第2熒光的像。另外，對于中心波長不同的三種以上的熒光，同樣地，通過以一定比例合成最適于三種熒光的相位調(diào)制圖形就能恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的三種熒光的像。

下面參照圖13（a）~(c)詳細說明如上合成第1相位調(diào)制圖形和第2相位調(diào)制圖形的情況。圖13（a）~(c)分別為在第1相位調(diào)制圖形、第2相位調(diào)制圖形、以及實施例1的相位調(diào)制圖形下的液晶面板51a的一個像素位置的示意圖。為方便起見，在圖13（a）~(c)中假設用一個液晶分子51b設定一個像素的灰度。

如圖13（a）所示，為了根據(jù)第1熒光恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的像，將入射一定像素位置的第1熒光往返地通過液晶分子51b的距離設為第一距離l1。同樣，如圖13（b）所示，為了恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第2熒光的像，將入射一定像素位置的第2熒光往返地通過液晶分子51b的距離設定為第二距離l2。通過第一距離l1調(diào)制第1熒光相位的大小程度等于通過第二距離l2調(diào)制第2熒光相位的大小程度。即，考慮到第1熒光的波長、第2熒光的波長、液晶分子51b的折射率，基于第一距離l1的第1熒光的光路長度與基于第二距離l2的第2熒光的光路長度彼此相等。

如圖13(c)所示，為了恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第1熒光以及第2熒光的像，將入射一定像素位置的第1熒光和第2熒光往返地通過液晶分子51b的距離設為第三距離l3。此時，將第三距離l3設定在第一距離和第二距離之間。即，將實施例1相位調(diào)制圖形的各位置上的相位調(diào)制的大小程度設定在第1相位調(diào)制圖形中相位調(diào)制的大小程度和第2相位調(diào)制圖形中相位調(diào)制的大小程度之間。具體而言，與上述實施例1的相位調(diào)制圖形的公式同樣地，第三距離l3按照以下公式算出。

第三距離l3=（第1距離l1×a+第2距離l2×b）/（a+b）

設定實施例1的相位調(diào)制圖形后，在所有像素位置進行如圖13(c)所示的設定。以此，實施例1的相位調(diào)制圖形就能夠恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第1熒光以及第2熒光的像。

另外，（a、b）=（5、5）時，第三距離l3設定在第一距離l1和第二距離l2的中間。此時，第1熒光所產(chǎn)生的相位調(diào)制的大小程度在通過第1相位調(diào)制圖形對第1熒光進行相位調(diào)制時的大小程度與通過第2相位調(diào)制圖形對第1熒光進行相位調(diào)制時的大小程度中間。第2熒光所產(chǎn)生的相位調(diào)制的大小程度在通過第1相位調(diào)制圖形對第2熒光進行相位調(diào)制時的大小程度與通過第2相位調(diào)制圖形對第2熒光進行相位調(diào)制時的大小程度中間。

（實施例2的相位調(diào)制圖形）

如圖14（a）所示，實施例2的相位調(diào)制圖形是通過馬賽克狀地配置第1相位調(diào)制圖形和第2相位調(diào)制圖形而制成的。在實施例2的相位調(diào)制圖形中，將入射區(qū)域劃分成多個部分而成的區(qū)域群分為由淺灰色區(qū)域構(gòu)成的第一區(qū)域和由深灰色區(qū)域構(gòu)成的第二區(qū)域。第一區(qū)域的各區(qū)域和第二區(qū)域的各區(qū)域分別相鄰。在淺灰色區(qū)域中設定第1相位調(diào)制圖形，在深灰色區(qū)域中設定第2相位調(diào)制圖形。實施例2的相位調(diào)制圖形中，第一區(qū)域的一個區(qū)域和第二區(qū)域的一個區(qū)域均為一邊為m像素的正方形。

即，實施例2的相位調(diào)制圖形在入射區(qū)域包括：用于對第1波長的光施以第1相位調(diào)制的區(qū)域——即設定了第1相位調(diào)制圖形的第1區(qū)域、以及用于對第2波長的光施以第2相位調(diào)制的區(qū)域——即設定了第2相位調(diào)制圖形的第2區(qū)域。換言之，在入射區(qū)域的某區(qū)域，在實施例2的相位調(diào)制圖形下，入射第一區(qū)域的光束為進行相位調(diào)制而前進的距離設定為圖13（a）所示第一距離l1，入射第二區(qū)域的光束為進行相位調(diào)制而前進的距離設定為圖13（b）所示第二距離l2。

圖14（b）~（d）分別為m=1、3、5時的實施例2的相位調(diào)制圖形的示圖。圖14（b）~（d）中放大顯示了中央附近的第1相位調(diào)制圖形和第2相位調(diào)制圖形的配置。以下顯示就這三個相位調(diào)制圖形進行驗證的結(jié)果。

圖15（a）~（d）為使用m=1的實施例2的相位調(diào)制圖形觀察熒光的結(jié)果的示圖。如圖15（a）、（b）所示，觀察第1熒光時，兩個光點像是恰當?shù)模瑨呙栉恢煤徒嵌鹊年P(guān)系也是一一對應的曲線。如圖15（c）、（d）所示，觀察第2熒光時也同樣，兩個光點像是恰當?shù)模瑨呙栉恢煤徒嵌鹊年P(guān)系也是一一對應的曲線。據(jù)此可知，使用m=1的實施例2的相位調(diào)制圖形就能夠恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第1熒光以及第2熒光的像。

圖15（e）、（f）為使用m=5的實施例2的相位調(diào)制圖形觀察第1熒光和第2熒光時的結(jié)果的示圖。此時，同樣地，觀察第1熒光時和觀察第2熒光時，兩個光點像都是恰當?shù)?。?jù)此可知，使用m=5的實施例2的相位調(diào)制圖形就能夠恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第1熒光以及第2熒光的像。

圖16（a）為使用m=1、3的實施例2的相位調(diào)制圖形以寬視野觀察第1熒光的結(jié)果的示圖。圖16（b）為使用m=1、3的實施例2的相位調(diào)制圖形以寬視野觀察第2熒光時的結(jié)果的示圖。在圖16（a）、（b）中，上半部分是直接觀察熒光時通過拍攝部件62生成的圖像。下半部分是對上半部分圖像的對比度加以調(diào)整后所得到的圖像。在圖16（a）、（b）中，左側(cè)圖像對應著m=1的相位調(diào)制圖形，右側(cè)圖像則與m=3的相位調(diào)制圖形相對應。

在圖16（a）、（b）的下半部分圖像中，光點出現(xiàn)在箭頭所示位置。此光點基于因第1相位調(diào)制圖形和第2相位調(diào)制圖形馬賽克狀地周期性配置而產(chǎn)生的衍射光。m值越大衍射角越小，所以與使用m=1的相位調(diào)制圖形相比，使用m=3的相位調(diào)制圖形時，衍射光會出現(xiàn)在離圖像中心較近的區(qū)域。可以看出，當m=3時，本來想要觀察的與dh-psf相應的光點的一部分上有衍射光重疊。

因此，使用實施例2的相位調(diào)制圖形時，可以說m值越小越好。但是，當相位調(diào)制器51的一個像素的尺寸較小的話，即使增大m值后衍射光也無法進入視野的可能性充分存在。而且，衍射光的光點比本想觀察的與dh-psf相應的光點暗，因此，根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度計算三維坐標時不會出現(xiàn)特別的問題。另外，能恰當?shù)匦纬芍行牟ㄩL不同的兩種熒光的與dh-psf相應的像的m值不限于上述1、3、5。

（實施例3的相位調(diào)制圖形）

如圖17（a）所示，與實施例2的相位調(diào)制圖形同樣地，實施例3的相位調(diào)制圖形也是通過馬賽克狀地配置第1相位調(diào)制圖形和第2相位調(diào)制圖形而制成。但是，在實施例3的相位調(diào)制圖形中，第一區(qū)域中的一個區(qū)域和第二區(qū)域中的一個區(qū)域均為上下方向為m像素、左右方向為n像素的長方形。

圖17（b）~（d）分別為（m、n）=（1、2）、（1、4）、（1、32）時實施例3的相位調(diào)制圖形的示圖。就這三個相位調(diào)制圖形進行驗證的結(jié)果如下。

圖18（a）~（d）為使用（m、n）=（1、2）的實施例3的相位調(diào)制圖形觀察熒光的結(jié)果的示圖。如圖18（a）、（b）所示，觀察第1熒光時，兩個光點像是恰當?shù)模瑨呙栉恢门c角度的關(guān)系也為一一對應的曲線。如圖18（c）、（d）所示，觀察第2熒光時同樣地兩個光點像是恰當?shù)?，掃描位置和角度的關(guān)系也是一一對應的曲線。據(jù)此可知，通過（m、n）=（1、2）的實施例3的相位調(diào)制圖形就能恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第1熒光以及第2熒光的像。

圖18（e）、（f）為用（m、n）=（1、32）的實施例3的相位調(diào)制圖形觀察第1熒光和第2熒光的結(jié)果的示圖。此時同樣地，觀察第1熒光時和觀察第2熒光時，兩個光點像是恰當?shù)?。?jù)此可知，通過使用（m、n）=（1、32）的實施例3的相位調(diào)制圖形就能恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第1熒光以及第2熒光的像。

圖19（a）為使用（m、n）=（1、2）、（1、4）的實施例3的相位調(diào)制圖形以寬視野觀察第1熒光的結(jié)果的示圖。圖19（b）為使用（m、n）=（1、2）、（1、4）的實施例3的相位調(diào)制圖形以寬視野觀察第2熒光的結(jié)果的示圖。在圖19（a）、（b）中，左側(cè)圖像對應著（m、n）=（1、2）的相位調(diào)制圖形，右側(cè)圖像則與（m、n）=（1、4）的相位調(diào)制圖形相對應。

在圖19（a）、（b）的下半部分的圖像中，與圖16（a）、（b）同樣地，光點出現(xiàn)在箭頭所示位置。圖17（a）的上下方向和左右方向在圖19（a）、（b）的圖像中分別對應于左右方向和上下方向。在本驗證中，m值固定為1，所以如圖19（a）、（b）的下半部分的圖像所示，衍射光在左右方向上出現(xiàn)在兩端的同一位置。另一方面，n值增大，則衍射光在保持左右方向上的位置的同時在上下方向接近圖像中心。此外，關(guān)于使用（m、n）=（2、4）的條件所示長方形的實施例3的相位調(diào)制圖形時的情況，如從實施例2的相位調(diào)制圖形的驗證所知，隨著m值從1向2增大，衍射光在左右方向會向圖像中心靠近。

因此，使用實施例3的相位調(diào)制圖形時，可以說m、n的值越小越好。另外，能恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的中心波長不同的兩種熒光的像的m、n的值不限于上述（1、2）、（1、4）、（1、32）。

（實施例4的相位調(diào)制圖形）

如圖20（a）所示，實施例4的相位調(diào)制圖形是通過條帶狀地配置第1相位調(diào)制圖形和第2相位調(diào)制圖形而制成的。第一區(qū)域的一個區(qū)域和第二區(qū)域的一個區(qū)域均為左右方向為m像素的條帶形。第一區(qū)域的各區(qū)域和第二區(qū)域的各區(qū)域從第1熒光和第2熒光入射的入射區(qū)域的一端延伸到另一端。即，上下方向的長度為所能設定的長度的最大像素值。

圖20（b）~（d）分別為m=1、2、16時實施例4的相位調(diào)制圖形的示圖。以下為就這三個相位調(diào)制圖形進行驗證的結(jié)果。

圖21（a）~（d）為使用m=1的實施例4的相位調(diào)制圖形觀察熒光的結(jié)果的示圖。如圖21（a）、（b）所示，觀察第1熒光時，兩個光點像是恰當?shù)?，掃描位置與角度的關(guān)系也為一一對應的曲線。如圖21（c）、（d）所示，觀察第2熒光時，同樣地兩個光點像是恰當?shù)模瑨呙栉恢煤徒嵌鹊年P(guān)系也是一一對應的曲線。據(jù)此可知，使用m=1的實施例4的相位調(diào)制圖形就能恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第1熒光以及第2熒光的像。

圖21（e）、（f）為使用m=16的實施例4的相位調(diào)制圖形觀察第1熒光和第2熒光的結(jié)果的示圖。此時同樣地，觀察第1熒光時和觀察第2熒光時，兩個光點像是恰當?shù)?。?jù)此可知，使用m=16的實施例4的相位調(diào)制圖形就能恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第1熒光以及第2熒光的像。

圖22（a）為使用m=1、2的實施例4的相位調(diào)制圖形以寬視野觀察第1熒光的結(jié)果的示圖。圖22（b）為用m=1、2的實施例4的相位調(diào)制圖形以寬視野觀察第2熒光的結(jié)果的示圖。在圖22（a）、（b）中，左側(cè)圖像對應于m=1的相位調(diào)制圖形，右側(cè)圖像則與m=2的相位調(diào)制圖形相對應。

在圖22（a）、（b）的下半部分的圖像中，與圖16（a）、（b）同樣地，光點出現(xiàn)在箭頭所示位置。但是，不同于實施例2的相位調(diào)制圖形的是，如圖22（a）、（b）的下半部分的圖像所示，衍射光只出現(xiàn)在上下方向。而當m值增大的話，與實施例2的相位調(diào)制圖形同樣地，衍射光在上下方向靠近圖像的中心。

因此，使用實施例4的相位調(diào)制圖形時，可以說m的值越小越好。另外，能恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的中心波長不同的兩種熒光的像的m值不限于上述1、2、16。

（實施例5的相位調(diào)制圖形）

如圖23（a）所示，實施例5的相位調(diào)制圖形是通過將第1相位調(diào)制圖形和第2相位調(diào)制圖形同心圓狀地配置而制成的。換言之，第一區(qū)域的各區(qū)域和第二區(qū)域的各區(qū)域為同心圓環(huán)形。第一區(qū)域的各區(qū)域的中心和第二區(qū)域的各區(qū)域的中心也可以錯位。每遠離中心m像素，第一區(qū)域的一個區(qū)域和第二區(qū)域的一個區(qū)域便互換一次。

圖23（b）~（e）分別為m=1、2、5、60時實施例5的相位調(diào)制圖形的示圖。以下為就這四個相位調(diào)制圖形進行驗證的結(jié)果。

圖24（a）~（d）為使用m=1的實施例5的相位調(diào)制圖形觀察熒光的結(jié)果的示圖。如圖24（a）、（b）所示，觀察第1熒光時，兩個光點像是恰當?shù)模瑨呙栉恢门c角度的關(guān)系也是一一對應的曲線。如圖24（c）、（d）所示，觀察第2熒光時，同樣地，兩個光點像是恰當?shù)?，掃描位置和角度的關(guān)系也是一一對應的曲線。據(jù)此可知，使用m=1的實施例5的相位調(diào)制圖形就能夠恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第1熒光以及第2熒光的像。

圖24（e）、（f）為使用m=5的實施例5的相位調(diào)制圖形觀察第1熒光和第2熒光的結(jié)果的示圖。此時，同樣地，觀察第1熒光時和觀察第2熒光時，兩個光點像是恰當?shù)?。?jù)此可知，使用m=5的實施例5的相位調(diào)制圖形就能恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第1熒光以及第2熒光的像。

圖24（g）、（h）為使用m=60的實施例5的相位調(diào)制圖形觀察第1熒光和第2熒光的結(jié)果的示圖。此時觀察第1熒光時和觀察第2熒光時可以看到兩個光點像變形。據(jù)此可知，m值過大的話，將無法恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第1熒光和第2熒光的像。

圖25（a）為使用m=2、5的實施例5的相位調(diào)制圖形以寬視野觀察第1熒光的結(jié)果的示圖。圖25（b）為使用m=2、5的實施例5的相位調(diào)制圖形以寬視野觀察第2熒光的結(jié)果的示圖。在圖25（a）、（b）中，左側(cè)圖像對應于m=2的相位調(diào)制圖形，右側(cè)圖像則與m=5的相位調(diào)制圖形相對應。

在圖25（a）、（b）的下半部分的圖像中，出現(xiàn)了如箭頭所示的圍繞光點像的環(huán)狀衍射光。查看m=2、5的下半部分的圖像，可以看出，此衍射光隨著m值的增大而作為直徑較小的環(huán)狀衍射光出現(xiàn)，并且接近本來想觀察的與dh-psf相應的光點。因此，可以說使用實施例5的相位調(diào)制圖形時m值越小越好。另外，能夠恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的中心波長不同的兩種熒光的像的m值不限于上述1、2、5。

此外，采用實施例5的相位調(diào)制圖形時，與實施例2~4的相位調(diào)制圖形相比，衍射光會沿著圓周分散在更廣的范圍，因此衍射光的亮度減弱。因此，使用實施例5的相位調(diào)制圖形時，即使衍射光與本來想觀察的dh-psf相應的光點重疊也不會有太大問題。由此可見，m值小的實施例5的相位調(diào)制圖形與實施例2~4的相位調(diào)制圖形相比能夠更恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第1熒光和第2熒光的像。

（實施例6的相位調(diào)制圖形）

實施例6的相位調(diào)制圖形是通過將位置和大小等經(jīng)過變更的第1相位調(diào)制圖形和第2相位調(diào)制圖形與實施例2的相位調(diào)制圖形同樣地配置成正方形馬賽克狀而制成的。

圖26為8種實施例5的相位調(diào)制圖形的示圖?！癿osaicrotate5”是繞中心旋轉(zhuǎn)5度后的第1相位調(diào)制圖形和第2相位調(diào)制圖形配置成馬賽克狀所得到的相位調(diào)制圖形。“mosaicrotate30”是繞中心旋轉(zhuǎn)30度后的第1相位調(diào)制圖形和第2相位調(diào)制圖形配置成馬賽克狀所得到的相位調(diào)制圖形?！癿osaicshift5”是向右移動5像素的第1相位調(diào)制圖形和向左移動5像素的第2相位調(diào)制圖形配置成馬賽克狀的相位調(diào)制圖形。“mosaicshift10”是向右移動10像素的第1相位調(diào)制圖形和向左移動10像素的第2相位調(diào)制圖形配置成馬賽克狀所得到的相位調(diào)制圖形。

“mosaicexpand10”是直徑擴大10像素后的第1相位調(diào)制圖形和第2相位調(diào)制圖形配置成馬賽克狀而得到的相位調(diào)制圖形?！癿osaicexpand40”是直徑擴大40像素后的第1相位調(diào)制圖形和第2相位調(diào)制圖形配置成馬賽克狀所得到的相位調(diào)制圖形?！癿osaicreduce20”是將直徑縮小20像素后的第1相位調(diào)制圖形和第2相位調(diào)制圖形配置成馬賽克狀所得到的相位調(diào)制圖形?！癿osaicreduce40”是直徑縮小40像素后的第1相位調(diào)制圖形和第2相位調(diào)制圖形配置成馬賽克狀所得到的相位調(diào)制圖形。以下是對上述8個相位調(diào)制圖形進行驗證的結(jié)果。

圖27（a）、（b）為使用“mosaicrotate5”觀察熒光的結(jié)果的示圖。此時，觀察第1熒光時和觀察第2熒光時兩個光點像是恰當?shù)摹D27（c）、（d）為使用“mosaicrotate30”觀察熒光的結(jié)果的示圖。在此情況下，觀察第1熒光時和觀察第2熒光時看到兩個光點像均變形。據(jù)此可知，第1相位調(diào)制圖形的旋轉(zhuǎn)角度和第2相位調(diào)制圖形的旋轉(zhuǎn)角度之差增大后將無法恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第1熒光和第2熒光的像。

圖27（e）、（f）為使用“mosaicshift5”觀察熒光的結(jié)果的示圖。此時，觀察第1熒光時和觀察第2熒光時兩個光點像是恰當?shù)?。圖27（g）、（h）為使用“mosaicshift10”觀察熒光的結(jié)果的示圖。在此情況下，觀察第1熒光時和觀察第2熒光時兩個光點像是恰當?shù)?，但與“mosaicshift5”相比光點像略有變形。

另外，考慮一下某中心波長的熒光入射到僅與該一個中心波長最適合的相位調(diào)制圖形的情況，則“mosaicshift10”的光點像與“mosaicshift5”相比略有變形的原因是顯而易見的。即，即使入射到相位調(diào)制圖形的熒光是最適合該相位調(diào)制圖形的熒光，入射光束的中心離相位調(diào)制圖形的中心越遠光點像就越會變形。因此，在從中心移動的量較大的“mosaicshift10”的情況下，光點像容易變形。

圖28（a）、（b）為使用“mosaicexpand10”觀察熒光的結(jié)果的示圖。在此情況下，觀察第1熒光時和觀察第2熒光時兩個光點像是恰當?shù)?。圖28（c）、（d）為使用“mosaicexpand40”觀察熒光的結(jié)果的示圖。在此情況下，觀察第1熒光時和觀察第2熒光時兩個光點像是恰當?shù)?，但與“mosaicexpand10”相比光點像略有變形。

另外，考慮一下某中心波長的熒光入射到僅與該一個中心波長最合適的相位調(diào)制圖形時的情形，則“mosaicexpand40”的光點像與“mosaicexpand10”相比略有變形的原因是顯而易見的。即，即使入射到相位調(diào)制圖形的熒光是最適合該相位調(diào)制圖形的熒光，但入射光束的直徑與相位調(diào)制圖形的直徑差距越大光點像就越容易變形。因此，在直徑偏離量較大的“mosaicexpand40”的情況下光點像容易變形。

圖28（e）、（f）是使用“mosaicreduce20”觀察熒光的結(jié)果的示圖。在此情況下，觀察第1熒光時和觀察第2熒光時兩個光點像是恰當?shù)?。圖28（g）、（h）為使用“mosaicreduce40”觀察熒光的結(jié)果的示圖。在此情況下，觀察第1熒光時和觀察第2熒光時兩個光點像是恰當?shù)?，但與“mosaicreduce20”相比光點像略有變形。另外，“mosaicreduce40”的光點像與“mosaicreduce20”相比略有變形的原因和采用“mosaicexpand40”時的變形的原因相同。

(在由透明構(gòu)件構(gòu)成的相位板中的應用)

下面參照圖29（a）~（f）就實施例1所示相位調(diào)制圖形在由透明構(gòu)件構(gòu)成的相位板中的應用例進行說明。

圖29（a）是與圖7（a）所示第1相位調(diào)制圖形相應地制成的相位板91。圖29（b）是與圖7（b）所示第2相位調(diào)制圖形相應地制成的相位板92。相位板91、92由與相位板52同樣的材料制成。在相位板91，厚度大的部分對應于第1相位調(diào)制圖形中靠近白色的區(qū)域，厚度小的部分對應于第1相位調(diào)制圖形中靠近黑色的區(qū)域。同樣，在相位板92，厚度大的部分對應于第2相位調(diào)制圖形中靠近白色的區(qū)域，厚度小的部分對應于第2相位調(diào)制圖形中靠近黑色的區(qū)域。

相位板91的最大厚度使入射到最大厚度的部分的第1熒光的相位錯開1波長。同樣，相位板92的最大厚度使入射到最大厚度的部分的第2熒光的相位錯開1波長。相位板91對第1波長的光——即第1熒光施以第1相位調(diào)制。相位板92對第2波長的光——即第2熒光施以第2相位調(diào)制。

與實施例1的相位調(diào)制圖形同樣地合成上述相位板91、92，如圖29（c）所示，制作相位板52。相位板52的厚度在第1波長的光用的相位板厚度和第2波長的光用的相位板厚度之間，即其厚度在最適合第1熒光的相位板91的厚度和最適合第2熒光的相位板92的厚度之間。相位板52由丙烯酸樹脂等透明構(gòu)件制成。在此，制成相位板52的透明構(gòu)件不一定要是透明的，只要光能透過即可。

另外，相位板91的厚度t1和相位板92的厚度t2通過以下公式算出。在以下公式中，n1為相位板91、92周邊的折射率——即空氣的折射率。n2為相位板91、92的折射率——即要制作的相位板52的折射率。λ1為第1熒光的中心波長，λ2為第2熒光的中心波長。θ為相位的移動量。

厚度t1=λ1×θ/{2π(n2-n1)}

厚度t2=λ2×θ/{2π(n2-n1)}

另外，t2/t1=λ2/λ1。

比如，在相位板91、92，第1熒光和第2熒光相位的最大移動量為θmax時，將θmax代入上式得到的厚度t1、t2分別對應于相位板91、92的最大厚度。此外，將相位板52的厚度設定在相位板91的最大厚度和相位板92的最大厚度之間。同樣，在相位板91、92的最大厚度區(qū)域外的區(qū)域中，同樣地，相位板52的厚度也設定在根據(jù)相位移動量所獲得的厚度t1和厚度t2之間。

另外，在上述計算厚度的公式中，θ的范圍滿足2(m-1)π<θ≦2mπ（m為正整數(shù)）時，宜采用以下算式。以此能夠防止光透射率下降。

厚度t1=λ1{θ-2(m-1)π}/{2π(n2-n1)}

厚度t2=λ2{θ-2(m-1)π}/{2π(n2-n1)}

圖29（d）~（f）分別為圖29（a）~（c）中虛線所圍起的區(qū)域通過平行于厚度方向的平面而被剖開時的截面示意圖。虛線所圍起的區(qū)域的厚度在相位板91的情況下為第1厚度h1，在相位板92的情況下為第2厚度h2。第1厚度h1是用于恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第1熒光的像的厚度，第2厚度h2是用于恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第2熒光的像的厚度。在此，相位板52是根據(jù)與實施例1的相位調(diào)制圖形的制作方法同樣的方法制作而成的，相位板52的厚度分布在相位板91的厚度和相位板92的厚度之間。因此，設虛線所圍起的區(qū)域的相位板52的厚度為第3厚度h3的話，第3厚度h3通過以下算式計算出來。

第3厚度h3=（第1厚度h1×a+第2厚度h2×b）/(a+b)

與實施例1的相位調(diào)制圖形設定在相位調(diào)制器51時同樣地，如上制作的相位板52也能夠恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第1熒光以及第2熒光的像。另外，與實施例1的相位調(diào)制圖形中的驗證結(jié)果同樣地，a的值和b的值越接近就越能恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第1熒光以及第2熒光的像。

下面參照圖30（a）~（i）就實施例2所示相位調(diào)制圖形應用于由透明構(gòu)件構(gòu)成的相位板時的例子進行說明。

圖30（a）的相位板91與圖29（a）的相位板相同，圖30（b）的相位板92與圖29（b）的相位板相同。將此相位板91、92與實施例2的相位調(diào)制圖形同樣地配置成馬賽克狀，如圖30（c）所示制作相位板52。

如圖30（d）中淺灰色所示，關(guān)于制作的相位板91，厚度在全部區(qū)域上僅適于第1熒光。如圖30（e）中深灰色所示，關(guān)于所制作的相位板92，厚度在全部區(qū)域只適于第2熒光。即，與第1相位調(diào)制圖形同樣地設定相位板91，與第2相位調(diào)制圖形同樣地設定相位板92。如圖30（f）中淺灰色和深灰色的馬賽克形狀所示，關(guān)于圖30（c）所示相位板52，厚度最適于第1熒光的第1區(qū)域和厚度最適于第2熒光的第2區(qū)域配置為馬賽克狀。

換言之，圖30（f）中淺灰色所示第1區(qū)域是在入射區(qū)域?qū)Φ?波長的光——即第1熒光施以第1相位調(diào)制的區(qū)域。圖30（f）中深灰色所示第2區(qū)域是在入射區(qū)域?qū)Φ?波長的光——即第2熒光施以第2相位調(diào)制的區(qū)域。

圖30（g）~(i)分別為圖30（d）~（f）的虛線所圍起的區(qū)域通過平行于厚度方向的平面剖開時的截面示意圖。為方便起見，以下在實施例2的相位調(diào)制圖形中設m值為1。虛線所圍起的區(qū)域的4像素區(qū)間中的厚度在相位板91的情況下為第1厚度h11~h14，在相位板92的情況下為第2厚度h21~h24。此時，例如如圖30（i）所示，相位板52的厚度呈現(xiàn)相位板91的厚度和相位板92的厚度交替出現(xiàn)的情況。

換言之，圖30（i）所示相位板52的結(jié)構(gòu)如下。如圖30（f）所示，相位板52在入射區(qū)域包括由淺灰色區(qū)域構(gòu)成的第1區(qū)域和由深灰色區(qū)域構(gòu)成的第2區(qū)域。第1區(qū)域的各區(qū)域和第2區(qū)域的各區(qū)域彼此相鄰。對第1區(qū)域設定與相位板91同樣的厚度。對第2區(qū)域設定與相位板92同樣的厚度。如圖30（i）所示，與第1區(qū)域?qū)奈恢玫暮穸葹榈?厚度h11、h13，與第2區(qū)域?qū)奈恢玫暮穸葹榈?厚度h22、h24。

與實施例1的相位調(diào)制圖形設定于相位調(diào)制器51時的情況同樣地，如此制作的相位板52也能夠恰當?shù)匦纬膳cdh-psf相應的第1熒光以及第2熒光的像。

如上所述，以上說明了由透明構(gòu)件構(gòu)成的相位板52和具有液晶面板51a的相位調(diào)制器51并將其作為圖1所示相位調(diào)制掩膜50的結(jié)構(gòu)例，但相位調(diào)制掩膜50的結(jié)構(gòu)例不限于此。比如，相位調(diào)制掩膜50也可以是變形鏡，此時使變形鏡具有在入射面內(nèi)各位置的入射方向不同的位置上與設定相應地反射光的微小的鏡?；蛘呦辔徽{(diào)制掩膜50也可以是在入射面內(nèi)各位置的入射方向不同的位置上反射光的反射構(gòu)件。

編號說明

10光學儀器

20光源部件

30照射光學系統(tǒng)

40臺

36物鏡

50相位調(diào)制掩膜

51相位調(diào)制器

52相位板

60聚光光學系統(tǒng)

62拍攝部件

62a拍攝面

111處理部件