显微镜系统的制作方法

技术领域

本发明涉及一种获得并形成适于观测的照明光强分布的显微镜系统。

本发明要求于2010年10月20日提交的申请号为2010-235155的日本专利申请，其内容以引用的方式合并于此。

背景技术：

在明视场显微镜中，通过改变具有圆形形状的光阑来调节照明光强分布。此外，可基于观测者的决定选择并应用光阑的形状。在相差(phase-contrast)显微镜中，环形光阑和相位环形成照明光强分布。

由于照明光强分布对样本的观测图像有很大的影响，因而圆形光阑、环形光阑及相位环等都有待于测试以进一步改善样本的观测图像。例如，在公开号为2009-237109的日本未审专利申请中，提供调制部件来环绕以相位环的环形形状形成的环形区域，该调制部件被形成为使得调制部件的透射轴方向不同于除调制部件以外的区域的透射轴方向，从而实现了能够连续改变对比度的相差显微镜。

技术实现要素：

然而，在上述显微镜中，光阑的形状一定程度上都是固定的，在照明光强分布的调节上存在限制。此外，即使在选择光阑的形状的情况下，仍基于观测者的决定或经验来进行选择，因而光阑形状并不能总是被形成以在观测期间能够以其最佳条件来观测目标图像。此外，在相差显微镜中，环形光阑和相位环的位置是固定的，因而难以自由地选择形状，以及在观测期间以其最佳条件来观测目标图像。

因此，本发明提供了一种显微镜系统，其获得并形成适于观测样本的照明光强分布。

根据第一方面，一种显微镜系统，作为用于观测样本的光学显微镜系统，包括：成像光学系统，其形成透射光或从样本反射的光的图像；照明光源，向样本照射照明光；照明光学系统，其具有第一空间光调制元件，该第一空间光调制元件改变在成像光学系统的光瞳的共轭位置处的照明光强分布，且将源自照明光源的光线照射在样本上；图像传感器，其探测通过成像光学系统的光线；以及计算部件，其基于由第一空间光调制元件形成的照明光强分布和图像传感器探测的输出数据来计算适于样本观测的照明光强分布。

根据本发明，提供了一种显微镜系统，其获得并形成适于在观测期间以良好条件观测目标图像的照明光强分布。

附图说明

图1是显微镜系统100的示意性结构图。

图2A是在其中第一空间光调制元件90为液晶面板93的示意性结构图。图2B是在其中第一空间光调制元件90为数字微镜装置(DMD)94的示意性结构图。

图3是找到合适照明区域91的“爬山法”(hill climbing method)的流程图。

图4A是显示部件21的区域设定部分22和参数设定部分23的图。

图4B是设定第一空间光调制元件90的照明区域91的显示部件21的图。

图5是由第一空间光调制元件90形成的照明区域91的示意性俯视平面图。

图6是使用遗传算法的流程图。

图7A是具有较大直径的圆形形状的照明区域91的第一空间光调制元件90的示意性俯视平面图。

图7B是具有较小直径的圆形形状的照明区域91的第一空间光调制元件90的示意性俯视平面图。

图7C是具有环形形状的照明区域91的第一空间光调制元件90的示意性俯视平面图。

图7D是具有四个较小圆形形状的照明区域91的第一空间光调制元件90的示意性俯视平面图，其中照明区域91关于光轴轴对称地设置。

图7E是具有两个四边形形状的照明区域91的第一空间光调制元件90的示意性俯视平面图，其中照明区域91关于光轴轴对称地设置。

图7F是在其中非轴对称地形成照明区域91的第一空间光调制元件90的示意性俯视平面图。

图8A是图示在图7A和图7B之间组合的例子的图。

图8B是图示在图7A和图7D之间组合的例子的图。

图9A是估计样本60的相位信息的方法1的流程图。

图9B是在显示部件21的参数设定部分23上显示的目标信息获取屏23d的图。

图9C是估计样本60的显微结构信息的方法的流程图。

图9D是估计关于样本60的照明光的波长特性的信息的方法的流程图。

图10A是估计样本60的相位信息的方法2的流程图。

图10B是以第一空间光调制元件90的示意性视图示出的显示部件21的图。

图11是显微镜系统200的示意性结构图。

图12是探测目标的空间频率信息的方法的流程图。

图13A是显示部件21的图，其中显示了在样本60为集成电路(IC)时，由第二图像传感器280探测的光瞳273的图像的画面。

图13B是显示部件21的图，其中显示了在样本60为生物目标时，由第二图像传感器280探测的光瞳273的图像的画面。

图13C是显示部件21的图，其中显示了在样本60为生物目标时，由第二图像传感器280探测的在红光、蓝光和绿光的每个波长上的光瞳273的图像的画面。

图14A是显微镜系统300的示意性结构图。

图14B是第一空间光调制元件390的俯视平面图。

图14C是第二空间光调制元件396的俯视平面图。

附图标记说明

20：计算部件

21：显示部件

22：区域设定部分

23：参数设定部分

23a至23g：目标信息获取屏

24：观测区域

30：照明光源

32：点光源

40：照明光学系统

41：第一聚光透镜

42：第二聚光透镜

44：波长滤波器

50：平台

60：样本

70：成像光学系统

71：物镜

80：图像传感器

90，390：第一空间光调制元件

91：照明区域

92：光遮挡部件

93：液晶面板

94：数字微镜装置(DMD)

100，200，300：显微镜系统

242：中继透镜

272：分束器

273：光瞳

280：第二图像传感器

396：第二空间光调制元件

397：相位调制区域

398：衍射光透射区域

具体实施方式

(第一示例)

在第一示例中，将给出显微镜系统100的描述，其通过自由改变光阑的形状来获得适于在观测期间以较佳条件观测目标图像的照明光强分布来进行自动调节。

<显微镜系统100>

图1是显微镜系统100的示意性结构图。显微镜系统100主要包括：照明光源30；照明光学系统40；平台50；成像光学系统70；图像传感器80；以及计算部件20。下文中，由照明光源30射出的光线的中心轴被设为Z轴方向，以及垂直于Z轴且相互正交的方向被设为X轴方向和Y轴方向。

照明光源30例如将白色照明光照射在样本60上。照明光学系统40包括第一聚光透镜41、波长滤波器44、第一空间光调制元件90以及第二聚光透镜42。此外，成像光学系统70包括物镜71。在其上放置有具有诸如细胞组织等未知结构的样本60的状态下，平台50在XY轴方向上可以移动。此外，成像光学系统70在图像传感器80上形成透射光或样本60的反射光的图像。

在照明光学系统40中，例如在与成像光学系统70的光瞳位置共轭的位置处设置照明光学系统40的第一空间光调制元件90，该第一空间光调制元件能够改变在成像光学系统70的光瞳的共轭位置处的照明光强分布。此外，第一空间光调制元件90具有其形状和尺寸可自由改变的照明区域91，且能够通过改变照明区域91的尺寸或形状任意改变照明光强分布。此外，波长滤波器44将透射光线的波长限制在特定范围内。作为波长滤波器44，例如使用仅透射波长在特定范围内的光线的带通滤波器。波长滤波器44可被移除，并通过提供用于透射具有各个不同波长的多个光线的带通滤波器来替代。因而，能够控制通过波长滤波器44透射的光的波长。

计算部件20接收由图像传感器80探测的输出数据，并在诸如监视器的显示部件21上显示该输出数据。此外，通过分析该输出数据，来计算适于样本60的观测的照明光强分布。此外，计算部件20能够对通过波长滤波器44透射的光线的波长范围进行控制，例如第一空间光调制元件90的照明区域91的控制和驱动。

在图1中，以虚线指示由照明光源30射出的光线。由照明光源30射出的光线LW11通过第一聚光透镜41被转换成平行光LW12。光线LW12通过波长滤波器44透射，从而指定光线LW12的波长范围，并入射在第一空间光调制元件90上。穿过第一空间光调制元件90的照明区域91的光线LW13通过第二聚光透镜42透射，并被转换为光线LW14，朝着平台50传播。通过平台50透射的光线LW15，通过成像光学系统70透射，被转换为光线LW16且在图像传感器80上形成样本60的图像。

由图像传感器80探测的样本60的图像被作为输出数据发送至计算部件20。计算部件20基于可由图像传感器80获得的输出数据、波长滤波器44的透射波长以及由第一空间光调制元件90形成的照明区域91的形状数据估计样本60的结构，从而计算适于样本60的观测的照明形状，即照明光强分布。随后，经计算适于样本60的观测的形状被传输至第一空间光调制元件90，且以适于样本60的观测的照明形状形成照明区域91。此外，同样地，也由计算部件20计算出适于样本60的观测的照明光波长，且最适于样本60的观测的带通滤波器被选择作为波长滤波器44。

<照明光学系统40>

作为第一空间光调制元件90，可使用液晶面板93、数字微镜装置(DMD)94等。参考图2，下文将描述在使用上述器件情况下的第一空间光调制元件90。

图2A是其中第一空间光调制元件90为液晶面板93时的示意性结构图。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组成。液晶薄膜93a填充有液晶材料，且在其上形成有诸如薄膜晶体管(TFT)的电极，借由此能够向液晶薄膜93a的任意位置施加电压。由照明光源30射出的光线LW11通过第一聚光透镜41被转换成平行光LW12，且其波长范围由波长滤波器44指定，从而光线被限制为由第一偏振膜93b单向偏振化的光线LW12a。通过向液晶薄膜93a施加电压，光线LW12a被偏转90度转换为光线LW12c，而未向液晶薄膜93a施加电压，未被偏转的光线LW12b通过液晶薄膜93a。第二偏振膜93c被设置为在透射通过第一偏振膜93b的光线中仅透射偏转90度的光线。因而，仅有光线LW12c通过第二偏振膜93c透射，通过第二偏振膜93c透射的为光线LW13。在液晶面板93中，通过控制液晶薄膜93a上施加电压的位置，可以任意形状形成照明区域91。

图2B是其中第一空间光调制元件90为数字微镜装置(DMD)94时的示意性结构图。在DMD94的表面上形成有多个小型可移动反射镜的集合体(图中未示出)，并且每个镜子都是可独立移动的。由照明光源30射出的光线LW11通过第一聚光透镜41被转换成平行光LW12，且其波长范围由波长滤波器44指定，从而光线照射在整个DMD94上。当设置在DMD94的区域94a上的可移动反射镜指向光线LW11被样本60反射的方向时，光线LW13a照射在样本60上。当在第一空间光调制元件90中使用DMD94时，通过执行关于可移动反射镜移动的位置的控制，能够将具有任意形状的光照射在样本60上。这意味着，可以任意形状形成在图1中示出的第一空间光调制元件90的照明区域91。

作为第一空间光调制元件90，可使用电致变色(electrochromic)元件。电致变色元件主要以其中将诸如TFT的透明电极和电致变色层组合且层压的结构形成。在电致变色层中，当施加电压时，在施加电压的区域中可逆地发生电解氧化和还原反应。因而，能够可逆地改变光被透射的状态和光未被透射的状态。因此，在电致变色元件中，通过控制施加电压的电致变色层的位置，可以任意形状形成照明区域91。例如，公开号为H8-220568的日本未审专利申请中披露了电致变色元件的运行和结构的详细描述。

此外，作为第一空间光调制元件90，如果该光学元件具有多个其中包裹有电活性材料且形成有诸如TFT的电极的空间，可使用光学元件，该电活性材料具有由电刺激的应用改变的诸如透射率的特定光学特性。该光学元件具有被气密密封且以阵列形状形成的单元，并且在每个单元中密封有电活性材料。在各个单元中形成电极，并可对每个单元单独地施加电压。因此，通过控制施加至单元的电压，能够可逆地改变光透射通过单元的状态和光未透射通过单元的状态。在该光学元件中，通过执行关于施加电压的单元的控制，可以任意形状形成照明区域91。例如，公开号为2010-507119的PCT日本翻译专利中披露了这种光学元件的运行和结构的详细描述。

在图1中，波长滤波器44设置在第一聚光透镜41和第一空间光调制元件90之间，但为了探测通过图像传感器80的具有特定波长的光，滤波器可设置在照明光源30与图像传感器80之间的某一位置上。

此外，替代使用照射白色照明光的光源作为照明光源30以及波长滤波器44，可使用LED(发光二极管)等作为照明光源30。例如当照明光源30由LED构成时，照明光源可由发射具有红光、蓝光和绿光的各个波长的光线的LED的组合构成。具有每个波长的LED的打开/关闭由计算部件20控制，从而控制了由照明光源30发射的光线的波长。以这种方式，可使用LED光源替代波长滤波器44和白光照明光源的组合。此外，作为图像传感器80，可使用诸如CCD和CMOS的具有多个所接收的光波长不同的光接收元件的图像提取装置。在这种情况下，例如通过提取接收具有红光波长的光的光接收元件的信号，能够获得通过样本60透射的具有红光波长的光。

<获得照明形状(照明光强分布)的方法>

在下文中，将描述计算适于样本60的观测的照明形状的方法。作为计算方法，存在有诸如模拟退火和Tabu搜索的多种方法。下文中，将描述“爬山法”(最大坡度方法)和使用遗传算法的方法的这两种方法。

<“爬山法”>

“爬山法”是一种递增地改变初始设定的照明形状、并对每次改变获取画面的输出数据，从而寻找到在其中输出数据最接近于由观测者设定的条件的条件的方法。下面将参考附图3给出描述。

图3是通过递增地改变照明形状来找到适合的照明形状的“爬山法”的流程图。

在步骤S101中，首先，第一空间光调制元件90的照明区域91被设定为初始设置的尺寸和形状。例如，初始设定的照明区域91具有直径为最大值的圆形形状。在这种状态下，由图像传感器80探测样本60的图像。探测样本60的图像的目的在于在调节照明区域91的形状和尺寸之前获取参考画面。由图像传感器80探测的样本60的图像画面的输出数据被发送至计算部件20，随后样本60的画面显示在连接至计算部件20的诸如监视器的显示部件21上。

在步骤S102中，显示部件21上的区域设定部分22(参见图4A)设定观测图像的观测区域24(参见图4A)。在步骤S101中，样本60的画面显示在区域设定部分22中。参考图4A，将详细地描述区域设定部分22和观测区域24。

在步骤S103中，设定用于形成样本60的观测图像的参数。在参数设定部分23(参见图4A)中，观测者能够对样本60的观测图像设定用于输入已由观测者请求和允许的观测条件的参数。在下文将参考图4A描述显示部件21的显示示例。

图4A是显示部件21的区域设定部分22和参数设定部分23的图。优选地，显示部件21由GUI(图形用户界面)形成，其通过鼠标、触控板等进行输入。由于观测者能够通过GUI直观地执行操作，因而GUI使得操作更便利。例如，显示部件21可显示区域设定部分22和参数设定部分23。样本60的图像显示在区域设定部分22中，因而能够设定观测者所期望的观测区域。此外，在参数设定部分23中，能够输入观测者所期望的观测条件的设定。例如，在参数设定部分23中显示观测条件设定项目显示屏23a。例如在显示观测条件设定项目显示屏23a中，显示诸如区域设定、空间频带设备和波段设定的项目。当选择区域设定时，则显示部件21的屏幕转换为区域设定屏22a。此外，当选择空间频带设定和波段设定时，显示部件21的屏幕分别转换为空间频带设定屏23b和波段设定屏23c。

例如，区域设定部分22表示为区域设定屏22a。在区域设定部分22中，显示在步骤S101中探测的样本60的画面。观测者能够设定用于样本60的观测图像的观测区域24。例如，观测者可设定整个样本60作为观测区域24，或仅设定样本60的一部分。此外，在区域设定部分22中，可一次设定两个或更多的观测区域24。此外，区域设定部分22可通过非光学地和电子地放大来显示样本60，从而观测者可以容易地设定观测区域24，或可以通过减小样本60的画面来显示样本60的整个图像。此外，观测区域24被设定为在其中反射由参数设定部分23设定的参数的区域。

此外，观测区域24可由计算部件20自动设定。例如，计算在步骤S101中获得的画面输出数据的对比度，且区域被粗略地分类为高对比度区域和低对比度区域。随后，图4A的区域设定屏22a中的低对比度区域被自动设定为观测区域24，因而能够优化观测区域24中的观测条件。在该示例中，区域被粗略地分类为高对比度区域和低对比度区域，但本发明并不限于这两个区域。例如，通过对比度阈值的适时设定，区域可被分类为包括中等对比度区域的三个或更多的区域。此外，在该示例中，低对比度区域被设定为观测区域24，但替代地，也可设定高对比度区域或中等对比度区域。此外，观测区域24的设定也不限于基于对比度的方法。例如，基于通过下文描述的探测目标的空间频率信息的方法得到的空间频率等，可自动设定观测区域24。

在空间频带设定屏23b中，观测者能够设定所期望的样本60的空间频带。如图4A所示，可以以观测者输入数值的方式，或是观测者能够从多个选项中选出期望的空间频带的方式来作出空间频带的设定。此外，在波段设定屏23c中，观测者能够设定旨在被使用或被观测的光线的波段。例如，当在稍后描述的估计目标信息的方法1中估计适于样本60的观测的波长时，可通过波段设定屏23c设定波长。如图4A所示，可以以观测者输入数值的方式，或是观测者能够从诸如红光、绿光和蓝光的多个选项中选出期望的波段的方式来作出波段的设定。

另外，当观测者不想设定观测区域24时，可跳过步骤S102。在这种情况下，由图像传感器80探测的样本60的整个图像被设定为观测区域24。

如图4A所示，在观测者要求或允许的情况下，观测者通过使用显示部件21的参数设定部分23来设定参数。设定参数的示例包括旨在以高对比度来观测的样本60的特定位置，样本60的特定空间频率区间等。例如，通过给定到其的阴影影响或是为了清晰地观测观测区域24的详细图像，在步骤S102中可能存在在步骤S102中设定的观测观测区域24的要求。在这种情况下，观测者能够设定波段和空间频带。

此外，观测者可将照明区域91初始化为单个参数。例如，能够初始化在稍后描述的步骤S104中首先使用的照明区域91的形状。此外，在步骤S101中，在优选用于样本60的照明区域91的形状可预期这样的情况下，可使用照明区域91的形状作为初始设定。通过初始化照明区域91的形状，能够减少最终确定照明区域91的形状的时间。参见图4B，将给出观测者初始化照明区域91的情况的示例的描述。

图4B是在初始化第一空间光调制元件90的照明区域91的情况下的显示部件21的图。在图4B中，在显示部件21的右侧和左侧的两个位置上形成参数设定部分23。在右侧参数设定部分23中，由虚线示出第一空间光调制元件90的俯视平面图。此外，在图4B中，由阴影线示出光遮挡部分92且在光遮挡部分92中形成的照明区域91。此外，在图4B中，示出坐标线97，从而可辨识第一空间光调制元件90的中心轴。观测者能够自由初始化第一空间光调制元件90的照明区域91。例如为了形成照明区域91，可在图4B的左侧参数设定部分23中显示照明区域91的形状样本，且可从其中选出期望的照明区域91。另外，也可通过自由画出照明区域的形状来形成期望的照明区域91。此外，不必将照明区域91设置在第一空间光调制元件90的中心轴上。也即，如图4B所示，观测者可将照明区域91设置在远离中心轴的位置上。此外，也可同时设定两个或更多的照明区域91。

图4A或4B中示出的屏选择性地显示为显示部件21上的窗口。此外，显示部件21可仅显示区域设定部分22或参数设定部分23。

返回图3，在步骤S104中，计算部件20改变第一空间光调制元件90的照明区域91的尺寸。当观测者在步骤S103中设定照明区域91时，计算部件20使用设定的照明区域91作为初始设定值，并改变照明区域91的尺寸。当未在步骤S103中设定照明区域91时，计算部件20轻微地改变在步骤S101中设定的初始设定值的照明区域91的尺寸。即，轻微地改变照明光强分布。

参见图5，将描述照明光强分布的改变。图5是第一空间光调制元件90的示意性俯视平面图。在图5中，在第一空间光调制元件90的光遮挡部分92的中心部分上形成圆形照明区域91。图5示出在步骤S103中，将照明区域91初始化为在第一空间光调制元件90的中心上直径为W13的圆的情况下的示例。

光遮挡部分92的直径为W11，并且初始设定的照明区域91的直径为W13。随后，在步骤S104中轻微地改变照明区域91的尺寸，照明区域91的直径变为W12。在图5的示例中，计算部件20将照明区域91的直径从直径W13变为比W13稍大一点的直径W12，这样来进行改变使得其照明光强分布彼此相似。

在步骤S105中，图像传感器80探测样本60的图像。例如，在图5中，在照明区域91的直径被改变为直径W12的情况下，由图像传感器80探测样本60的图像，且将输出数据发送至计算部件20。

在步骤S106中，确定发送至计算部件20的当前输出数据是否比先前的输出数据差。例如，如图4A所示，由显示部件21的区域设定部分22设定了观测区域24，且假定设定旨在增加的观测区域24的对比度通过参数设定部分23执行。关于基于当前获得的输出数据(例如，当照明区域91具有直径W12时)所计算的对比度是否比基于先前获得的输出数据(例如，当照明区域91具有直径W13时)所计算的对比度差来执行比较。如果并非较差，则程序返回至步骤S104，改变照明区域91的直径，且探测输出数据(步骤S105)。也即，由于观测区域24的对比度增大，则程序返回至步骤S104，并且继续改变照明区域91的尺寸。相反，如果当前对比度比先前对比度差，则先前照明区域91的直径具有最大的对比度。因而，程序前进至下一步S107。

在步骤S107中，选择适于样本60的观测的照明形状。也即，恰好在观测区域24的对比度变差之前使用的照明形状被假定为用于样本60的观测的照明形状，且在样本60的观测中使用。

在流程图的步骤S104中，以相似的形状来改变照明区域91的尺寸。然而，不仅可执行改变为相似的形状，也可以执行形状本身的改变。例如，圆形照明区域91可逐渐地变形以最终形成三角形形状，或者圆形照明区域91可逐渐地变形以最终形成具有预定宽度的环形形状。

<使用遗传算法的方法>

接下来，将描述使用遗传算法的方法。遗传算法是一种通过获取分别与多个预先提供的照明形状相关联的画面数据片来找到照明形状，并执行适于样本60的观测的照明形状的组合的方法。

图6是使用遗传算法的流程图。

首先，在步骤S201中，第一空间光调制元件90的照明区域91被设定为具有初始设定的尺寸和形状。例如，初始设定的照明区域91具有最大直径的圆形形状。在这种状态下，由图像传感器80探测样本60的图像。

在步骤S202中，由区域设定部分22设定观测图像的观测区域24。通过步骤S201，样本60的图像画面显示在区域设定部分22上。

在步骤S203中，设定用于形成样本60的观测图像的参数。在参数设定部分23中，观测者能够设定由观测者要求和允许的用于输入样本60的观测到的图像的观测条件的参数。类似在图4A中所示出的参数，设定参数的示例包括样本60的指定位置，样本60的空间频带和波段等。然而，如图4B所示，无需观测者设定第一空间光调制元件90的照明区域91。计算部件20随意初始化照明区域91。

在步骤S204中，通过使用两个或更多的初始复数个照明形状，由图像传感器80探测样本60的图像。随后，计算部件20获取由通过使用该复数个照明形状所测量的样本60的图像画面的各个输出数据片。参见图7，将描述复数个照明形状的示例。

图7示出第一空间光调制元件90的多个照明形状的图。在图7中，轮廓部分表示照明区域91，而阴影区域表示光遮挡部分92。

图7A是具有较大直径的圆形照明形状的第一空间光调制元件90的示意性俯视平面图。如图7A所示，第一空间光调制元件90的照明形状可以是关于照明光学系统的光轴轴对称的圆形形状。图7B是具有较小直径的圆形照明形状的第一空间光调制元件90的示意性俯视平面图。图7B示出的其中仅在照明形状的尺寸上与图7A不同且关于照明光学系统40的光轴轴对称的圆形形状。如图7B所示，第一空间光调制元件90的照明形状可包括形状与其他图形相似的图形。图7C是具有较大环形照明形状的第一空间光调制元件90的示意性俯视平面图。在图7C中，在图7A的大圆形照明形状的中心部分处光被遮挡。

此外，图7D是具有在其中关于光轴轴对称地设置照明区域91的照明形状的第一空间光调制元件90的示意性俯视平面图，其中该照明区域具有四个每个具有较小直径的圆形形状。图7E是具有在其中提供并且关于光轴轴对称地设置照明区域91的照明形状的第一空间光调制元件90的示意性俯视平面图，其中该照明区域91具有两个四边形形状。

图7F是在其中关于光轴非对称地形成照明区域91的第一空间光调制元件90的示意性俯视平面图。在图7F中，第一空间光调制元件90的照明形状形成为月牙形状，且关于光轴对称是非轴对称的。通常，非轴对称的照明区域91主要使用在倾斜照明中，因而能够增加样本60的对比度。然而，非轴对称的照明区域91增大仅部分目标的对比度，因而得到具有不均匀对比度的画面，因而并不适于观测整个样本60。因此，对于遗传算法，优选地是图4A中示出的显示部件21的参数设定部分23被配置为是否使用非轴对称的开口是可选的。

返回图6，在步骤S205中，通过比较在步骤S204中获得的样本60画面的各个输出数据片，选出在输出数据片中最适于设定的参数的照明形状中形成的第一照明光强分布，和在其中次适于的照明形状中形成的第二照明光强分布。

在步骤S206中，计算部件20依据遗传算法的交叉(crossover)或突变(mutation)的方法，由第一照明光强分布和第二照明光强分布形成具有下一代照明光强分布的照明形状。参见图8，将给出在其中形成具有下一代照明光强分布的照明形状的示例的描述。

图8A是图示在图7A和图7B之间的第一空间光调制元件90的组合例子的图。在步骤S205中，第一照明光强分布具有如图7A所示的较大直径的圆形照明形状，并且第二照明光强分布具有如图7B所示的较小直径的圆形照明形状。计算部件20能够通过交叉(组合)这两个形状来形成多个新的照明形状。所形成的照明形状的示例包括：具有直径比图7A的照明区域91略小的照明区域91的第一空间光调制元件90a；具有直径比图7B的照明区域91略大的照明区域91的第一空间光调制元件90b；在其中照明区域91形成为椭圆形的第一空间光调制元件90c等。

图8B是图示在图7A和图7D之间的第一空间光调制元件90组合的例子的图。在步骤S205中，第一照明光强分布具有如图7A所示的较大直径的圆形照明形状，并且第二照明光强分布具有在其中如图7D所示的四个较小圆形照明区域81关于光轴轴对称设置的照明形状。计算部件20能够通过交叉(组合)这两个形状来形成例如：具有形状为在其中关于光轴轴对称设置圆形环的四部分的形状照明区域91的第一空间光调制元件90d；在其中照明区域91形成为“X”形状的第一空间光调制元件90e等。

图8A和8B只是组合的示例。实际上，可任意形成第一空间光调制元件90的形状，因而新形成的照明区域91的形状可以是无数个。照明区域91的形状的数目也可以是几个。此外，可通过使用不同的方法来进行组合。例如，可将第一空间光调制元件90分成多个显微镜区域，并在每个区域上进行诸如再组合和突变的操作。此外，通过创建独立函数，也可根据函数来进行组合。

返回图6，在步骤S207中，从第一照明光强分布、第二照明光强分布及下一代照明光强分布中选出最适于样本60观测的第一照明光强分布，和次适于的第二照明光强分布。

在步骤S208中，确定交叉或突变是否被执行达到预定代，例如，1000代。如果交叉等未执行达到预定代，则程序返回至步骤S206，并搜寻更适于样本观测的照明光强分布。如果交叉等执行到预定代，则程序前进至步骤S209。

在步骤S209中，从通过交叉等达到预定代所获得的照明区域91中，例如1000代中，选择出接近于观测者所要求的条件的代的照明形状。其后，在样本60的观测中，使用在该代的照明形状的第一空间光调制元件90。

<估计目标信息的方法1>

当样本60的结构或特性未知时，优选在得到最适于样本60的照明形状之前获取样本60的结构或特性信息。这是由于，在估计最合适的观测条件的情况下通过参考样本60的结构或特性，能够在较短时期内可靠地获得最合适的观测条件。下文中，将给出估计样本60的相位信息、显微结构信息以及照明光波长的特性信息的方法的描述。

<目标的相位信息的估计方法1>

通过改变第一空间光调制元件90的照明区域91的形状，并观测样本60，能够估计样本60的对比度是否是对比度较高的强度目标或对比度较低的相位目标。通过在样本60上照射具有不同的相干因子(σ)值的光线，可估计样本60是否为相位目标或强度目标。由σ＝NA’/NA来定义σ值。NA’是照明光学系统40的数值孔径，NA是物镜71的数值孔径。通过改变第一空间光调制元件90的照明区域91的形状，可以控制照明光学系统40的数值孔径NA’。在NA’中，将照明区域91假定为点形状(下文中称为点光源)，因而σ值被认为是0。此外，当第一空间光调制元件90的照明区域91具有直径较大的圆形形状时，NA’等于1。

图9A是估计样本60的相位信息的方法1的流程图。

首先，在步骤S301中，观测者选择出在图9B的显示部件21上显示的目标信息获取屏23e的相位信息。

图9B是在估计目标信息的方法中，显示部件21的参数设定部分23和区域设定部分22的图。首先，在显示部件21的参数设定部分23上显示目标信息获取屏23d。当执行估计目标的相位信息的方法1时，观测者通过目标信息获取屏23d选择目标信息探测1，当执行估计稍后描述的目标的相位信息的方法2时，选择目标信息探测2，并且当执行估计目标的相位信息的方法1和估计目标的相位信息的方法2时，选择批量测量。当选择估计目标的相位信息的方法1时，屏幕转换为目标信息获取屏23e，当选择估计目标的相位信息的方法2时，屏幕转换为目标信息获取屏23f。此外，目标信息获取屏23g是由目标信息获取屏23e转换的屏幕。

目标信息获取屏23e显示相位信息1、显微结构、波长特性以及批量测量项目。此处，当选择相位信息1时，计算部件20执行估计目标的相位信息的方法1。当选择显微结构时，计算部件20执行估计目标的显微结构信息的方法。当选择波长特性时，计算部件20执行估计目标的波长特性信息的方法。此外，当选择批量测量时，计算部件20执行所有项目的估计。在每个选项被选择后，自动获取所选择项目的信息。

返回图9A，在步骤S302中，第一空间光调制元件90的照明区域91的形状形成为点光源(σ≈0)，且由图像传感器80探测由点光源照明形成的样本60的图像。如果照射的光线是相干的，即使样本60为相位目标或强度目标也可观测样本60中的对比度。

接下来，在步骤S303中，第一空间光调制元件90的照明区域91的形状形成为直径较大的圆形形状(σ≈1)，且由图像传感器80探测由较大的圆形形状的照明形成的样本60的图像。如果照射的光线是不相干的，当样本60中存在对比度时，作为强度目标的样本60可被观测，但当样本60中不存在对比度时，作为相位目标的样本60不能被观测。

随后，在步骤S304中，估计样本60是否是相位目标或强度目标。如果由步骤S302中探测的相干光形成的图像和由步骤S303中探测的非相干光形成的图像之间没有变化，则估计样本60为强度目标。如果由步骤S302中探测的相干光形成的图像和由步骤S303中探测的非相干光形成的图像之间存在不同，则估计样本60为相位目标。

接下来，在步骤S305中，估计适于样本60观测的照明区域91的形状。在相位目标中，计算部件20设定第一空间光调制元件90的照明区域91的形状为较小或倾斜的照明(例如，参见图7F)。原因在于当样本60为相位目标时，照明区域91的形状中较小或倾斜的照明适于样本60的观测。此外，当样本60为强度目标时，计算部件20增大第一空间光调制元件90的照明区域91的圆的直径。原因在于当光量较大时，可容易地观测强度目标。

<目标显微结构信息的估计方法>

通过改变第一空间光调制元件90的照明区域91的形状并观测样本60，可估计样本60中是否包括显微结构。

图9C是估计样本60的显微结构信息的方法的流程图。首先，在步骤S311中，观测者在图9B的显示部件21上显示的目标信息获取屏23e上选择显微结构信息。

接下来，在步骤S312中，第一空间光调制元件90的照明区域91的形状形成为点光源，且由图像传感器80探测样本60的图像。当第一空间光调制元件90的照明区域91的形状为点光源时(σ＝0)，即使样本60包括显微结构，在样本60的图像中也不呈现显微结构。

随后，在步骤S313中，第一空间光调制元件90的照明区域91的形状形成为环形形状，且由图像传感器80探测样本60的图像。此时，优选地，环形形状的轮廓较大。当照明区域91的形状为环形形状时，如果样本60包括显微结构，则探测显微结构。

接下来，在步骤S314中，估计样本60是否包括显微结构。如果当照明区域91形成为点光源时并且当其形成为环形形状时，在所获得的样本60的图像之间没有变化，则计算部件20确定样本60并不包括显微结构。相反，当照明区域91形成为点光源时并且当其形成为环形形状时，在所获得的样本60的图像之间的输出数据中可能存在差异，且当照明区域91形成为环形形状时可探测样本60的图像。在这种情况下，计算部件20确定样本60包括显微结构。

其后，在步骤S315中，估计出适于样本60观测的照明区域91的形状。例如，如果样本60包括显微结构，优选地照明区域91形成为环形形状等。

<估计关于目标照明光的波长特性的信息的方法>

当改变样本60上照射光的波长时，由于样本60的结构和特性，示出不同的输出数据。因而，优选地，掌握样本60的照明光的波长特性。

图9D是估计关于样本60的照明光的波长特性信息的方法的流程图。

首先，在步骤S321中，观测者选择关于显示在图9B的显示部件21上的目标信息获取屏23e上的波长特性信息。

接下来，在步骤S322中，照射在样本60上的照明光生成为单色光，且由图像传感器80探测样本60的图像。例如，假定照明光源30采用具有红、蓝和绿三色的光源的LED。这种情况下，例如，仅打开绿光LED，且关闭具有不同波长的LED。然后，由图像传感器80探测样本60的图像。

随后，在步骤S323中，确定是否在所有波长上探测了样本60的图像。例如，如果在红、蓝和绿的每个波长上探测样本60的图像，程序前进至步骤S325。如果还有在其上仍没探测到样本60的图像的波长，则程序前进至步骤S324。

接下来，在步骤S324中，作为照明光源30的波长，选择在其上还未获得样本60的图像的波长，且由图像传感器80探测样本60的图像。例如，如果仅获取在绿光波长上的样本60的图像，则打开红光或蓝光LED，且关闭具有不同波长的LED。在这种情况下，由图像传感器80探测样本60的图像。其后，程序在此返回至步骤S323，且验证是否在所有波长上探测到样本60的图像。

在步骤S325中，估计样本60的照明光的波长特性。比较在步骤S322和步骤S324中探测的样本60的图像。例如，如果相较于在其他波长上的样本60的图像，在蓝光波长上探测的样本60的图像更好，则计算部件20确定样本60在蓝光波长上具有优良的对比度。

接下来，在步骤S326中，计算部件20估计具有最适于样本60观测的波长的照明光。例如，当样本60旨在采用给定其的最大对比度来观测，且当在步骤S325中使用蓝光波长时，可以给定其比在不同波长上探测的图像更好的对比度来观测样本60的图像。在这种情况下，计算部件20确定具有蓝光波长的照明光适于样本60的观测。

在估计关于目标的照明光的波长特性的信息的方法中，照明区域91的形状可为任意形状。然而，通过与上述的估计目标相位信息的方法1和估计目标的显微结构信息的方法一起使用，有时，能够进一步可靠地估计目标的相位信息和显微结构信息。在这种情况下，在通过图9B中示出的目标信息获取屏23e选择出相位信息或显微结构信息之后，通过将屏幕转换为图9B中示出的目标信息获取屏23g，是否改变波长是可选择的。

通过在执行上述获得照明形状的方法之前，执行上述估计目标信息的方法1，能够缩短获得照明形状的时间。

<估计目标信息的方法2>

在图3和6中示出的流程图中，在步骤S103和步骤S203中，设定用于设定样本60的观测图像的参数。对于半导体等的集成电路的线宽，当能够预先获得样本60的目标信息时，观测者能够基于信息设定参数。然而，当样本60为生物目标时，大部分情况下，可能不能获得样本60的目标信息，因而观测者不能获知设定参数的最优方式。此外，通过估计目标信息的方法1获得的信息可能并不充分。在这种情况下，在确定照明形状之前，可进一步特定地检验目标信息。下文中，将描述估计目标的相位信息的方法2和探测目标的空间频率信息的方法。

估计目标信息的方法2以观测者通过图9B的目标信息获取屏23d来选择目标信息探测2这样的方式实施。在选择目标信息探测2之后，屏幕转换至目标信息获取屏23f。目标信息获取屏23f显示相位信息2、空间频率信息以及批量测量的项目。此处，当选择相位信息2时，执行估计目标相位信息的方法2，并且当选择空间频率信息时，执行探测目标的空间频率信息的方法。此外，当选择批量测量时，执行项目的所有估计。在选择每个选项之后，自动获取所选择项目的信息。

<估计目标相位信息的方法2>

在第一空间光调制元件90的照明区域91具有最小尺寸以致于形成为点光源且照明光被设置为单色光的情况下，通过测量样本60来估计目标的相位信息。关于单色光的波长，当通过估计目标信息的方法1等估计适于样本60观测的波长，优选地，该波长被设定为照明光的波长。

通过借由图9B的目标信息获取屏23f选择相位信息2，来执行估计目标相位信息的方法2。下文中参考图10A将描述估计样本60的相位信息的方法2。

图10A是估计样本60的相位信息的方法2的流程图。

首先，在步骤S401中，观测者通过图9B的目标信息获取屏23f选择相位信息2。其后，显示部件21转换至稍后描述的图10B中示出的屏幕。

首先，在步骤S402中，观测者通过在图10B的显示部件21上显示的屏幕来指定点光源的数目和各点光源的设立位置。下文中，参考图10B将描述点光源的数目和各点光源的设立位置的示例。

图10B是在第一空间光调制元件90的示意性视图中示出的显示部件21的图。在图10B中，在显示部件21的区域设定部分22中由虚线指示的圆31表示通过第一空间光调制元件90透射的光的直径最大化的情形。在样本60的相位信息的估计中使用的点光源(σ≈0)成形为点光源或成形为具有被认为是点光源的尺寸。即，在由虚线指示的圆31内，计算部件20在第一空间光调制元件90中形成具有点形状的照明区域91。在图10B中，可设定被显示部件21的参数设定部分23测量的点光源的数目和使用的光的波长。当将点光源的数目设定为5，例如，在圆31的中心点(位于光轴上)上，和在具有X和Y轴上的最大正、负值的点上形成全部5个点光源。此外，可输入光波长。关于波长，仅可输入一个波长，也可输入多个光波长。在这种情况下，在每个波长上执行5个点光源的测量。

在圆31的中心点处的点光源由点光源32a的黑点表示，具有在X轴上最大正、负值的点光源分别由点光源32b和32d的黑点表示，以及具有在Y轴上最大正、负值的点光源分别由点光源32c和32e的黑点表示。优选地，点光源包括在圆31的最外侧周边部分附近形成的点光源。原因在于相干光可以不同的角度入射在样本60上，因而能够在倾斜照明时获得衍射光。

另外，观测者并不设定点光源的数目和各个点光源的位置，但计算部件20可自动将图10B中示出的点光源的数目设定为5。

接下来，在步骤S403中，将照明光波长设定为单色，以及第一空间光调制元件90在预定位置处形成点光源。通过仅透射具有特定波长的光的波长滤波器44在例如白光照明光源30中形成单色照明光。此外，第一空间光调制元件90形成具有如图10B所示的单个点光源的尺寸的照明区域91。在采用点光源且具有单色波长的光是相干光的情况下，其相干性增大。因而，在估计样本60的相位信息中是有利的。

在步骤S404中，由图像传感器80探测由点光源和具有单色波长的光所形成的样本60的图像。

在步骤S405中，计算部件20确定是否获取由具有单色波长的光和在所有点光源位置处形成的画面。例如，如果未测量图10B中示出的全部5个点光源，则程序前进至步骤S406。如果测量了所有指定的点光源，则程序前进至步骤S407。

在步骤S406中，计算部件20能够改变用作点光源的照明区域91的位置。例如，在步骤S404中，可测量图10B的点光源32a，而不测量点光源32b。这种情况下，照明区域91的位置仅形成在点光源32b的位置上。其后，程序前进至步骤S404。

在步骤S407中，计算部件20分析样本60的衍射光。例如，根据分析的衍射光信息，能够找到在观测区域24上具有特定空间频率分量的衍射光，因而能够有效地找到适于观测的照明形状。

在步骤S408中，计算部件20设定合适的照明条件。此外，在显示部件21上显示分析的衍射光信息，且观测者通过参考衍射光信息来估计样本60的相位信息。观测者能够基于通过图3的步骤S102和S103以及图6的步骤S202和S203所估计的相位信息来设定观测区域24和参数。

在上述估计样本60的相位信息的方法2中，可对多个波长中的每一个都实施测量。因而，在图10A示出的流程图中，可提供用于检查图10B中设定的所有波长是否都被测量的步骤。

空间频率表示样本60的单元长度的迭代循环。也即，在相同的空间频率集中的位置上非常容易采集到相似的结构。因此，使用样本60的空间频率信息作为图3的步骤S102和S103以及图6的步骤S202和S203中观测区域24和参数设定的参考。通过获取成像光学系统70的光瞳画面的输出数据来探测样本60的空间频率信息。此外，通过估计样本60的相位信息的方法2，借由使用上述单色波长的点光源来测量样本60。下文中将参考图11和12描述探测样本60的空间频率信息的方法。

图11是显微镜系统200的示意性结构图。下文中，与图1中描述的显微镜系统100相同的元件由相同的附图标记表示，且省略这些元件的详细描述。

在显微镜系统200中，分束器272设置在成像光学系统70的光瞳273的位置处或其附近。此外，显微镜系统200具有转播分束光LW21的中继透镜243，以及设置在与光瞳273的位置共轭的位置上的第二图像传感器280。分束器272将来自成像光学系统70的光分束。分束光LW21经由中继透镜243入射在第二图像传感器280上。光LW21通过中继透镜243透射，且转换为光LW22，并且光LW22在第二图像传感器280上形成光瞳273的图像。在第二图像传感器280上形成的光瞳273的图像的信息被发送至计算部件20且被其分析。

图12是探测样本60的空间频率信息的方法的流程图。

首先，在步骤S501中，观测者通过图9B的目标信息获取屏23f选择空间频率信息。其后，显示部件21转换成图10B所示出的屏幕。

接下来，在步骤S502中，观测者通过显示部件21来指定点光源(σ＝0)的数目和各个点光源的设立位置。

接下来，在步骤S503中，将照明光的波长设定为单色，且在预定位置上形成具有接近于点光源的尺寸的开口。

步骤S502与S503与图10A的步骤S402与S403是相同的。此外，将给出在其中与图10B相似地所形成的点光源的数目为5个的示例的描述。

在步骤S504中，由第二图像传感器280探测光瞳273中样本60的图像。例如，如果在步骤S503中指定图10B中示出的点光源32a，则仅通过使用作为照明光源的点光源32a，由第二图像传感器280探测样本60的画面。

图13A是显示部件21的图，其中显示样本60为集成电路(IC)时，由第二图像传感器280探测的光瞳273的图像画面。例如，画面显示在显示部件21的区域设定部分22上。由图13A的虚线表示的圆233被定义为能够通过可被透射的光线的范围。由第二图像传感器280探测的画面数据是光瞳273中的光强分布。例如，光强分布由图13的点234来表示。点234的位置是信号的探测位置，且其尺寸反映了点光源的尺寸。在图13A中，黑点234表示探测信号较强，而白点234表示探测信号较弱，灰色点234表示探测信号具有在黑点234和白点234之间的中等强度。实际上，点234以缩小的方式显示，并且几乎没有尺寸。然而，在图13A中，为了方便描述，点234具有尺寸，且为了表示信号的强度，点234具有不同的颜色。在图13A中，在画面的右上区域中采集到黑点234，在屏幕的左下部分中采集到白点234。这意味着，屏幕的右上区域中的空间频率较大，而屏幕的左下部分中的空间频率较小。此外，该IC具有周期性结构，因而由第二图像传感器280探测的点234趋于被周期性地探测到。

图13B是显示部件21的图，其中显示了在样本60为生物目标时，由第二图像传感器280探测的光瞳273的图像画面。在图13B中，由第二图像传感器280探测的点234显示在显示部件21上。在图13B中，点234由没有尺寸的点表示。与图13A相似，在各个点上在图13B中示出的点234具有不同强度的信号。当样本60为生物目标时，如图13B的点234所指示的，点234不具有周期性，且它们大部分都随机示出。原因在于生物目标的周期性结构的数量小于具有图13A所示的周期性结构的IC的数量。

在步骤S505中，确定是否获取例如在该5个点上的所有点光源位置上的光强信息。若未获取所有点光源的光强信息，则程序前进至步骤S506。若已获取了所有点光源的光强信息，则程序前进至步骤S507。

在步骤S506中，用作为点光源的照明区域91的位置被改变。例如，在步骤S504中可测量图10B的点光源32a，且不测量点光源32b。这种情况下，照明区域91的仅在点光源32b的位置上形成。其后，程序前进至步骤S504。

在步骤S507中，测量样本60的傅立叶频谱，因而计算样本60的空间频率分布。如图13所示，空间频率分布可被表示为光强分布，且光强分布转换为空间频率并显示在显示部件21上。根据样本60的空间频率分布，计算样本60的结构周期性。如图13B所示，如果样本60的空间频率分布是随机的，则在这种情况下，不能计算出样本60的结构周期性。

在步骤S508中，计算部件20设定适于样本60观测的照明条件。此外，其结果可现实在显示部件21上。观测者基于所分析的样本60的空间频率信息通过显示部件21设定参数、或设定观测区域24(参见图4)。在图3的步骤S102和S103以及图6的步骤S202和S203中，观测者设定参数或设定观测区域24。例如，特定空间频率的采集表示相同的结构。如果仅旨在观测该结构，则通过借由显示部件21的参数设定部分23来设定旨在被观测的结构的空间频率，能够依据空间频率来调节样本60的观测图像。

通过借由上述方法探测样本60的信息，计算部件20能够自动设定适于样本观测的照明形状。然而，可对这些示例进一步实施各种修改。

例如，在图11示出的显微镜系统200中，通过同时使用两个图像传感器，能够同时获得成像平面的图像和光瞳273的图像这两个信息片。然而，通过在光瞳273和图像传感器80之间插入可分离的中继透镜，且在图像传感器80上形成与光瞳273共轭的图像，能够甚至在仅使用单个图像传感器时获取样本60的空间频率信息。

此外，显微镜系统200可配置为使得在显微镜系统200中建立干涉仪，且获取光瞳的干涉图像。采用这种配置，通过检查光瞳的振幅信息，也能够获取样本60的相位信息。干涉仪可使得通过样本60透射的目标光和未通过样本60透射的参考光彼此发生干涉，测量通过第二图像传感器80的干涉图像且获得目标的傅立叶频谱，因而能够获得目标的相位信息。在形成有干涉仪的情况下，优选地在照明光源30中使用激光器等。通过使用激光器，能够获得较强的单色光，从而能够进一步缩小点光源的尺寸。此外，由图像传感器80从多个照明方向上探测在目标光的衍射光和参考光之间的干涉图像，也由此能够形成样本60的三维画面。例如公开号为2008/123408的PCT日本翻译专利再公开中披露了使用干涉仪的显微镜的详细描述。

此外，可通过使用具有点状开口的掩模来替代第一空间光调制元件90来形成图10B所示的点光源。

此外，沿着圆31的外周部分形成大量如图10B所示的点光源。因而，在从更多方向上向样本60施加倾斜照明时，能够获取空间频率或衍射光。此外，可在多个单波长上测量图10B所示的多个点光源，例如在红光、蓝光和绿光的各个波长上。在红光、蓝光和绿光上测量图10B所示的各个点光源时，将参考图13C给出的描述。

图13C是显示部件21的图，其显示样本60为生物目标时，由第二图像传感器280探测的在红光、蓝光和绿光的每个波长上的光瞳273的图像画面。图13C是通过使用红光、蓝光和绿光的各个波长来测量样本的情况下的图，例如通过图10B的点光源32b。在实际测量中，测量由所有点光源32a至32c形成的光瞳273的图像。在图13C中，在相同的屏幕上显示在红光波长上探测的图像234a、在蓝光波长上探测的图像234b以及在绿光波长上探测的图像234c。由于空间频率与波长成反比，通过对每个光的波长测量光瞳273中的样本60的图像，能够进一步精确地检查样本60的空间频率分布。在图13C中，估计出在其中在红光波长上探测的画面234a的区域具有相对较小的空间频率、而在蓝光波长上探测的画面234b的区域具有相对较大的空间频率的结构的存在。

(第二实施例)

在第一实施例中，描述了具有明视场显微镜的显微镜系统100，在第二实施例中，将描述具有相差显微镜的显微镜系统300。

图14A是显微镜系统300的示意性结构图。显微镜系统300是用于观测样本60的光学显微镜系统。显微镜系统300主要包括：照明光源30；照明光学系统40；成像光学系统70；图像传感器80；以及计算部件20。此外，照明光学系统40包括：第一聚光透镜；波长滤波器44；第一空间光调制元件390；以及第二聚光透镜42。成像光学系统70包括物镜71和第二空间光调制元件396。此外，在照明光学系统40和成像光学系统70之间设置有平台50，样本60放置在平台50上。

第二空间光调制元件396设置在成像光学系统70的光瞳的位置上或在其附近。此外，第一空间光调制元件390设置在照明光学系统400中与成像光学系统70的光瞳共轭的位置上。第一空间光调制元件390是能够任意改变透射光的强度分布的元件，并由液晶面板、DMD等构成。第二空间光调制元件396由诸如液晶面板的能够改变相位的元件构成。此外，优选地，第二空间光调制元件被配置为随意地改变相位和光强分布。

在图14A中，以虚线示出由照明光源30射出的光线。由照明光源30射出的光线LW31通过第一聚光透镜41被转换成光LW32。光线LW32入射在第一空间光调制元件390上。通过第一空间光调制元件390透射的光线LW33通过第二聚光透镜42透射，并被转换为光线LW34，并朝着样本60传播。通过样本60透射的光线LW35，通过物镜71透射，并被转换为光线LW36且入射在第二空间光调制元件396上。通过第二空间光调制元件396透射的光线LW36被转换为光线LW37，且在图像传感器80上形成图像。在图像传感器80上形成的画面的输出数据被发送至计算部件20。计算部件20基于从图像传感器80获得的画面的输出数据、由第一空间光调制元件390形成的透射区域(照明区域)391的形状数据以及第二空间光调制元件396的形状数据，计算出最适于样本60的照明形状。随后，经计算适于样本60观测的形状被传输至第一空间光调制元件390和第二空间光调制元件396。另外，当提供波长滤波器44时，仅具有特定波长的光线通过波长滤波器44透射，并入射在第一空间光调制元件390上。

图14B是第一空间光调制元件390的俯视平面图。在第一空间光调制元件390中，光透射区域(照明区域)391形成为环形，且除了透射区域391的区域形成为光遮挡区域392。

图14C是第二空间光调制元件396的俯视平面图。因为在第二空间光调制元件396中，相位调制区域397形成为环形，所以通过相位调制区域397透射的光的相位将移位1/4波长。通过如相位调制区域397以外区域的衍射光透射区域398透射的光线的相位则未发生改变。相位调制区域397形成为与第一空间光调制元件390的透射区域391共轭。

显微镜系统300的0-级光(透射光)通过第一空间光调制元件390透射，并通过第二空间光调制元件396的相位调制区域397透射，并到达图像传感器80。此外，由样本60发射的衍射光通过第二空间光调制元件396的衍射光透射区域398透射，并到达图像传感器80。随后，0-级光和衍射光在图像传感器80上形成图像。通常，0-级光具有比衍射光更强的强度，因而优选地形成用于调节相位调制区域397的光强的滤波器。通过在第二空间光调制元件396上增设能够随意改变透射率的空间分布的光学元件等来形成该滤波器，其中光学元件具有单元阵列，且可被电控(例如，公开号为2010-507119的PCT日本翻译专利公开)。

第一空间光调制元件390和第二空间光调制元件396能够随意改变透射区域391和相位调制区域397的形状。例如，当第一空间光调制元件390的透射区域391的直径增大时，透射光的数值孔径增大，因而能够增大分辨率。此外，通过使用第一示例中示出的获得照明形状的方法，可优化第一空间光调制元件390的透射区域391的形状。第二空间光调制元件396的环形区域397总是形成为与第一空间光调制元件390的透射区域391共轭。因此，优选地同步改变透射区域391和环形区域397的形状。

到目前为止，已描述了用于实施本发明的最佳模式，但在不背离本发明的技术范围的情况下，对这些示例进行各种修改对本领域技术人员而言将是显而易见的。