JP2004021206A - Light source adjusting device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡などの照明光学系に適用される光源調整装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ケーラー照明法は、光源の像を対物レンズの瞳に作り、光源の絞り(視野絞り)の像を標本上に結ばせるようにしたもので、明るく均一で、対物レンズの性能を十分に活かすことのできる照明法である。
【0003】
ところで、このようなケーラー照明法を用いて標本の観察を行う場合、光源のフォーカス調整を行う必要である。
【0004】
ここで、光源のフォーカス調整とは、光源の像が対物レンズの瞳上に投影された状態を得られるように、コレクタレンズの位置を調整することであり、このようなフォーカス調整を正確に行うことによって、最も明るく、しかもムラのない状態で標本観察を行うことが可能になる。
【0005】
このように光源のフォーカス調整は、重要な作業であるが、一方で難しい作業でもあり、このため、従来から種々の調整方法が考えられている。
【0006】
特開平11−72713号は、光源のフォーカス調整の一例を開示したもので、ランプとコレクタレンズを内蔵するハウジングに、コレクタレンズを光軸方向に移動させてランプのフォーカス調整をするフォーカス調整機構を設け、このフォーカス調整機構の調整つまみにフォーカス位置を示す目盛を設け、調整つまみを回転させ、指針を目盛に合わせるだけでフォーカス合焦位置へ調整できるようにしている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このように構成したものは、フォーカス位置を示す目盛とコレクタレンズの位置関係を、予め精度よく決めておかなければならないが、ここでの位置関係の決定に人間による作業が入ってしまう。また、この作業には、作業者個人の主観が入るため、作業をする者の調整の違いによるばらつきが発生し易く、安定した調整が難しい。
【0008】
また、設計値などから目盛とコレクタレンズの位置関係を算出したとしても、ランプやランプハウスの個体差をカバーすることができない。さらに、例え、コレクタレンズのフォーカス位置を正確に表す目盛りが付けられたとしても、ランプハウスの温度が上昇し、熱膨張などにより寸法が変化してしまった場合には、目盛とコレクタレンズの位置関係が変化してしまい、調整つまみにより指針を目盛に合わせるだけでは、正確な調整ができなくなるという問題を生じる。
【0009】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、定量的に光源の調整を行うことができる光源調整装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、光源と、前記光源からの光を集光するコレクタレンズを有するケーラー照明系と、前記コレクタレンズを光軸方向に移動させるコレクタレンズ移動手段と、前記コレクタレンズを介して前記光源からの光が照射される試料と、前記試料からの光を撮影する撮像手段と、前記撮像手段で取得された画像データから光強度を取り出し光量むらを演算する演算手段と、前記演算手段の演算結果を表示する表示手段とを具備したことを特徴としている。
【0011】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記試料は、均一な蛍光を発する蛍光部材からなることを特徴としている。
【0012】
請求項3記載の発明は、光源と、前記光源からの光を集光するコレクタレンズを有するケーラー照明系と、前記コレクタレンズを光軸方向に電動駆動させるコレクタレンズ電動駆動手段と、前記コレクタレンズを介して前記光源からの光が照射される試料と、前記試料からの光を撮影する撮像手段と、前記撮像手段で取得された画像データから光強度を取り出し光量むらを演算する演算手段と、を具備し、前記演算手段の演算結果に基づいて前記コレクタレンズ電動駆動手段を制御し前記コレクタレンズの最適位置を設定することを特徴としている。
【0013】
この結果、本発明によれば、算出した光量むらの演算結果を用いて、光源の調整を定量的に行うことができる。
【0014】
また、本発明によれば、コレクタレンズの位置決めを光量むらの演算結果に基づいて自動的に行うことができ、光源の自動調整が可能である。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【0016】
(第1の実施の形態)
図1は、本発明が適用されるDNAチップの解析に用いられるワンボックスタイプの蛍光顕微鏡を用いたアレイリーダーの概略構成を示している。
【0017】
図において、1ランプハウスで、このランプハウス1には、光源2が収容されている。この場合、光源2には、水銀ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプなどが用いられる。
【0018】
ランプハウス1には、コレクタレンズ移動手段として、フォーカス調整部3が設けられている。フォーカス調整部3には、筒状のレンズ保持部3aが設けられ、このレンズ保持部3aの中空部にコレクタレンズ4が保持されている。
【0019】
レンズ保持部3aは、つまみ部3bを有している。つまみ部3bを回転させると、この回転に応じてコレクタレンズ4が光軸方向に移動し、この移動により光源2のフォーカス調整を可能にしている。この場合、つまみ部3bには、例えば偏心カムが取り付けられていて、このつまみ部3bの回転とコレクタレンズ4の光軸方向の移動の関係は、つまみ部3bが1回転(360°)する間に、コレクタレンズ4を所定距離前進させるとともに、同じ距離だけ後退させるようになっている。
【0020】
光源2より発せられた光は、コレクタレンズ4を通って平行光に変換され、シャッタ5、リレーレンズ系6、AS(開口絞り)16、FS(視野絞り)17を介して励起フィルタ7に入射される。
【0021】
励起フィルタ7は、試料11の蛍光を励起するための励起光のみを取り出すものである。この励起フィルタ7で取り出された励起光は、ダイクロイックミラー8により反射され、対物レンズ10を介して試料11に照射される。
【0022】
また、励起光の照射により試料11から発せられた蛍光は、ダイクロイックミラー8を透過し、吸収フィルタ9で、不要な波長成分が除去された後、結像レンズ18を介して撮像手段としてのCCDカメラ12の撮像面に結像され撮像される。
【0023】
ここで、CCDカメラ12には、例えば、Roper Scientific社製のCooISNAP−Pro MONOCHROME CAMERAが用いられている。勿論、CCDカメラ12は、これに限らず、どのような撮像手段であってもよい。
【0024】
CCDカメラ12の画像データは、演算手段としての演算部13に取り込まれる。演算部13は、画像データから光強度を取り込んで光量むらを算出し、この結果を表示手段の表示部14に表示し、最適な光源調整の評価を行うようになっている。
【0025】
ここで、演算部13での光強度の取り込みと光量むらの算出アルゴリズムについて簡単に説明する。
【0026】
いま、CCDカメラ12より撮像された画像データの平均強度値Iaveと光量むら△Iを取得して、これら2つの値を使用して、最適な光源調整の評価を行うとすると、まず、CCDカメラ12により取得した図2に示す画像A中から、20×20=400箇所のポイントBに着目する。ここでの1ポイントは、直径20ピクセル(約100μm)分の円領域とする。
【0027】
そして、これら各ポイントB内での輝度値の平均値を求め、これをポイントB単位の光強度値とするとともに、これら400個所のポイントBの光強度値の平均を平均強度値Iaveとして求める。
【0028】
一方、光量むら△Iを、下記から求める。
【0029】
△I={(Imax−Imin)/Iave}×100 [%]…(1)
ここで、Iaveはある範囲における平均の光量値、Imaxは、ある範囲における最高の光量値を、Iminは、ある範囲における最小の光量値である。
【0030】
(1)式は、△Iの値が小さいほど、むらがなく均一であることを表わしている。従って、この(1)式に、上述した400個所のポイントBから求めた平均強度値Iaveの値を代入して光量むら△Iを算出することにより、照明光の光量むらの評価を行うことができる。また、このような光量むらの評価を、コレクタレンズ4を光軸に沿って移動させて多数の位置において行い、このうちで最高に評価される点を見つけ出すことで、最適な光源調整を行うことが可能である。
【0031】
一例として、実験により算出した光量むら△Iと平均強度値Iaveをプロットしたものとして図3に示すグラフが求められる。ここでは、フォーカス調整部3のレンズ保持部3aをつまみ部3bの操作により、5°ずつ360°回転させ、それぞれの角度ごとにCCDカメラ12で撮像された画像を取得し、上述した(1)式を用いて、平均強度値Iave(同図a)と光量むら△I(同図b)を求めている。なお、図3のグラフにおいて横軸は、フォーカス調整部3のつまみ部3bの回転角度である。また、このときのつまみ部3bの回転角度に応じて、コレクタレンズ4は、同図cに示すように光軸に沿って前後方向に移動距離lを変化しながら移動する。
【0032】
このグラフにおいて、ケーラー照明の条件は、むらがなく、輝度が高いことから、光量むら△Iが小さく、平均強度値Iaveが大きい点を見つけ出すようにすれば、コレクタレンズ4の最適位置、つまり、光源2の像を対物レンズ10の瞳10a上に投影した状態にあるコレクタレンズ4の位置を求めることができる。
【0033】
また、演算部13は、このような結果を用いて、実際にフォーカス調整部3のつまみ部3bを回転操作するための操作基準となる、以下の2つのグラフを作成し、この結果を表示部14に表示させる。
【0034】
図4は、強度プロファイルを表示したグラフである。このグラフは、CCDカメラ12から取り込んだ画像から任意に設定したある1方向の輝度分布を示したもので、このグラフにより、輝度分布の均一性を視覚的に数値として表示するようにしている。また、図5は、平均強度値Iaveと光量むら△Iの関係を算出し、評価ポイントとして表示したものである。この算出結果から平均強度値Iaveと光量むら△Iの関係が最小値(図示m)を示すときが、最も光量むらの小さい状態であることを表わしている。
【0035】
このような構成において、実際に光源調整を行う例を説明する。
【0036】
この場合、試料11として、蛍光部材、例えば均一な蛍光を発する蛍光基板を使用する。この蛍光基板には、例えば、住友化学製のスミペックス651(商品名)が用いられる。
【0037】
この状態からの動作手順を図6に示すフローチャートに従い説明する。
【0038】
まず、ステップ601で、光源調整を開始し、ステップ602で、シャッタ5を開放し、光源2より発せられコレクタレンズ4を通って平行光に変換された照明光を光路に導く。この光は、励起フィルタ7を介して励起光としてダイクロイックミラー8で反射し、対物レンズ10を介して試料11に照射される。
【0039】
また、励起光の照射により試料11から発せられた蛍光成分を、ダイクロイックミラー8を透過し、吸収フィルタ9を介してCCDカメラ12により、試料11面の動画像として撮像する(ステップ603)。
【0040】
次に、ステップ604で、フォーカス調整部3のレンズ保持部3aをつまみ部3bの操作により所定角度(例えば5°程度)だけ回転し、コレクタレンズ4を光軸に沿って所定距離移動させる。
【0041】
そして、この状態でも、コレクタレンズ4を通した光を、励起フィルタ7を介して試料11に照射し、試料11から発せられた蛍光をCCDカメラ12により取得し、画像データとして演算部13に送出する。演算部13では、この画像データから、平均強度値Iaveと光量むら△Iを算出し、上述した強度プロファイルと評価ポイントを生成して、これらを一時保存する(ステップ606)。
【0042】
次に、ステップ607により調整を終了したかを判断し、終了していなければ、ステップ604に戻り、再度フォーカス調整部3のつまみ部3bを所定角度回転し、コレクタレンズ4を光軸に沿って、さらに所定距離移動させる。
【0043】
以下、同様にして、フォーカス調整部3のつまみ部3bを所定角度ずつ1回転(360°)させ、コレクタレンズ4を光軸に沿って所定距離前進させるとともに、この前進距離だけ後退させる。そして、これらコレクタレンズ4の各位置での画像データをCCDカメラ12により取得し、演算部13により平均強度値Iaveと光量むら△Iを算出し、それぞれの強度プロファイルと評価ポイントを保存する。
【0044】
その後、このようにして得られた評価ポイントを図5に示すようなグラフとして表示部14に表示させる。
【0045】
作業者は、このグラフを参照して平均強度値Iaveと光量むら△Iの関係が極小値を示す点mを、最も光量むらの小さい状態であると判断し、この判断結果に基づいてコレクタレンズ4の光軸方向の最適な位置を決定する。また、この位置での輝度分布の均一性を、図4に強度プロファイルのグラフにより視覚的に確認する。これにより、最適な光源調整を完了する。つまり、この状態で、光源2の像が対物レンズ10の瞳10a上に投影されるように、コレクタレンズ4の位置調整が行われたこととなる。
【0046】
ステップ607で調整終了を判断すると、ステップ608に進み、シャッタ5を閉じて、ステップ609で光源調整を終了する。
【0047】
その後、試料11として、蛍光基板に代えてDNAチップ15を配置すれば、ケーラー照明による観察結果がCCDカメラ12により取得される。
【0048】
従って、このようにすれば、コレクタレンズ4を光軸に沿って移動させたときの平均強度値Iaveと光量むら△Iの関係を表わす評価ポイントのグラフ上から、最も光量むらの小さい状態を判断するのみで、コレクタレンズ4を光軸上の最適な位置に調整することができるので、定量的に光源調整を行うことができる。これにより、光源調整のための作業が極めて簡単であり、初めて調整を行う人や不慣れな人であっても、照明の最適な状態を正確に調整することができる。
【0049】
なお、上述では、蛍光顕微鏡を用いたワンボックスタイプのアレイリーダーについて述べたが、ここに示した構成は一例であり、通常の蛍光顕微鏡や、明視野顕微鏡などで、同様な光源の調整装置を備えるものであれば適用できる。また、使用光源としては、例えば、水銀ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプなどが実施可能であり、これにより、使用されるフィルタなどの特性も任意に選択可能である。
【0050】
また、上述では、フォーカス調整部3のレンズ保持部3aをつまみ部3bにより1回転させてコレクタレンズ4の最適な位置を深すようにしたが、実験前にユーザーが必要な強度値の最低ラインを設定しておけば、その強度値以上になるコレクタレンズ4の位置で、光量むら△Iが最小値を示す位置を最適と判断することができる。このことは、図5に示すように極小値が2個所有るような場合に、誤って強度値の小さいほうを選んでしまうことを防ぐことができる。
【0051】
さらに、前述の実施の形態では、平均輝度値として400点を選択したが、選択する点は400点に限らず、例えば、精度は多少落ちてしまうが計算速度を早くするために、選択する点数を少なくすることや、精度をより上げるために選択する点数を多くして、実施することも可能である。
【0052】
さらに、最適な状態として、最も光量むらの小さくなる点(△Iが最も小さくなる点)を選択したが、使用状況によって、少しくらい暗くともむらが最小限にして使用したい場合や、少しむらがおおきくなってしまってもより明るくして使用したい場合の二つが選択されると考えられる。この場合、輝度優先、むら優先の重み付けのユーザ設定が必要であり、前述の実施の形態では、この選択が可能であり、ユーザーにとって最適な状態の設定を任意に行える。
【0053】
さらに、前述の実施の形態においては、調整終了は、図5のグラフが極小値を示した状態を目視で判断したが、極小値を示した時に、演算部13から音が出るようにして判断する方法を採用しても、同様な効果を得ることが可能である。これは、例えば表示部14が遠くにあって見えにくいときにも、音を頼りに、つまみ部3bを操作すればよく、容易に調整が可能になるという効果がある。
【0054】
さらに、フォーカス調整後に、不用意につまみ部3bを動かしてしまっても、図5のグラフを見ながら極小値を探すことで、調整し直すことができ、簡単に修正することが可能である。また、この方法により、コレクタレンズ4を同じ位置に戻すこともできるので、始めのフォーカス調整後とまったく同じ状態を簡単に再現することもできる。
【0055】
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。
【0056】
図7は、第2の実施の形態の概略構成を示すもので、図1と同一部分には、同符号を付している。
【0057】
この場合、図7は、図1に示した第1の実施の形態と異なるところは、透過型の顕微鏡の形態であることで、光源2より発せられた光は、コレクタレンズ4を通って平行光に変換され、シャッタ5を介して励起フィルタ7に入射される。この励起フィルタ7で取り出された励起光は、FS17を介してミラー21で反射し、窓レンズ19、AS16、コンデンサレンズ20を介して試料11に照射され、試料11からの透過光が対物レンズ10、吸収フィルタ9、結像レンズ18を介してCCDカメラ12により撮像される。
【0058】
このようにれば、第1の実施の形態と同様な効果を期待できるとともに、落射型の蛍光顕微鏡だけでなく、透過型の顕微鏡にも、本発明の光源調整装置を適用することができる。
【0059】
(第3の実施の形態)
次に、本発明の第3の実施の形態を説明する。
【0060】
図8は、第3の実施の形態の概略構成を示すもので、図1と同一部分には、同符号を付している。
【0061】
この場合、ランプハウス1に設けられるフォーカス調整部3は、レンズ保持部3aの回転を電動駆動するコレクタレンズ電動駆動手段として構成され、つまみ部に代わってモータ31が設けられている。
【0062】
モータ31には、演算部13が接続されている。演算部13は、モータ31に対して制御信号を送り、コレクタレンズ4の移動を制御することで、フォーカス調整を行うようになっている。
【0063】
このような構成による動作手順を図9に示すフローチャートに従い説明する。
【0064】
まず、ステップ901で、光源調整を開始し、ステップ902で、シャッタ5を開放し、光源2より発せられコレクタレンズ4を通って平行光に変換された照明光を光路に導く。
【0065】
ステップ903で、演算部13から制御信号をモータ31に送り、レンズ保持部3aを所定角度、例えば5°だけ回転させ、コレクタレンズ4を移動させる。ステップ904では、その位置での照明光により得られた試料11の画像をCCDカメラ12により取り込む。そして、ステップ905で、この取り込んだ画像から、第1の実施の形態で述べた方法で、演算部13にて演算を行い平均強度値Iaveと光量むら△Iを算出し、これらを演算部13内に一時保存する。
【0066】
次に、ステップ906で、コレクタレンズ4の移動が全領域に及んだかを判断し、終了していなければ、ステップ903に戻り、演算部13からモータ31に制御信号を送り、再度フォーカス調整部3のレンズ保持部3aを所定角度回転させ、コレクタレンズ4を移動させる。
【0067】
以下、同様にして、モータ31によりフォーカス調整部3のレンズ保持部3aを所定角度ずつ1回転(360°)させ、コレクタレンズ4を光軸に沿って所定距離前進させるとともに、この前進距離だけ後退させる。そして、これらコレクタレンズ4の各位置での画像データをCCDカメラ12により取得し、演算部13により平均強度値Iaveと光量むら△Iを算出し、これらを演算部13内に保存していく。
【0068】
その後、ステップ906で、コレクタレンズ4の移動が全領域に及んだと判断されると、ステップ907に進み、シャッタ5を閉じ、画像取得を終了とする。
【0069】
次に、ステップ908で、第1の実施の形態で述べたと同様にして、コレクタレンズ4の全領域の移動により取得された平均強度値Iaveと光量むら△Iの関係を求めるとともに、これらの関係が極小値を示す点を求める。
【0070】
そして、ステップ909で、このときの極小値に基づいて、モータ31によりフォーカス調整部3のレンズ保持部3aを回転させて、コレクタレンズ4を最適位置まで移動させ、ステップ910で光源調整を終了する。つまり、この状態で、光源2の像が対物レンズ10の瞳10a上に投影されるように、コレクタレンズ4の位置調整が行われたこととなる。
【0071】
従って、このようにすれば、コレクタレンズ4の位置決めを、人の手を介さずに自動的に行い、最適な照明状態を得ることが可能となる。これにより、フォーカス調整部3のレンズ保持部3aを手動操作できないような状況、例えば、レンズ保持部3aのつまみ部に手が届かない場合や、ワンボックスタイプの装置内につまみ部が入ってしまったような場合においても、簡単に光源調整を行うことができる。
【0072】
また、光源2の変更やミラーユニット(励起フィルタ7、ダイクロイックミラー8、吸収フィルタ9などを有するもの)の変更などによる照明状態の変化にも簡単に対応することが可能である。このことから、定期的に再調整するような測定ルーチンを立てることで、常に最適で、かつ、一定の照明状態での測定が実現できる。
【0073】
なお、上述した第2の実施の形態では、平均強度値Iaveと光量むら△Iの関係が最小値を示す位置を探すようにしたが、ユーザーがあらかじめ必要な最低強度値を設定しておくことで、その強度値以上になるコレクタレンズ4の位置で、光量むら△Iが最小値を示す位置を最適と判断するような方法でも実現可能である。これに加え、最低強度値を設定することにより、もしも極小値が2つあった場台も、確実に一方の状態を排除することが可能となる。
【0074】
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。上述した実施の形態では、光源調整の際に、試料11として均一な蛍光を発する蛍光基板としてプラスチック材料を用いていたが、これに代えて蛍光ガラス、オパールガラス、セラミック蛍光体などを用いることも可能である。これらは耐久性がよく、退色が少なく、性能が変化することが少ないという点を備え持ち、長期間使用することが可能である。特に、蛍光ガラスは、蛍光発光がどの部分においても均一であるため、より好ましい。さらに、蛍光ガラスにより励起波長を選ぶことが可能であるため、フィルターの特性までを考慮して光源調整が可能であるのも、大変よい点である。また、オパールガラスは、一般的な材料であり入手性がよく、安価であるという点で好ましい。
【0075】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【0076】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、定量的に光源の調整を行うことができる光源調整装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に適用される蛍光顕微鏡の概略構成を示す図。
【図2】第1の実施の形態において取得した画像から光強度値を取り出す際の測定点を配置した画像。
【図3】第1の実施の形態のつまみ部の回転角度に対する光量むらと平均強度値との関係の測定結果の一例を示す図。
【図4】第1の実施の取得画像から得られた強度プロファイルを表示するグラフの模式図。
【図5】第1の実施の形態の演算結果から平均強度値に対する光量むらの関係の測定結果の一例を示す図。
【図6】第1の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【図7】本発明の第2の実施の形態の概略構成を示す図。
【図8】本発明の第3の実施の形態の概略構成を示す図。
【図9】第3の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
1…ランプハウス
2…光源
3…フォーカス調整部
3a…レンズ保持部
4…コレクタレンズ
5…シャッタ
6…リレーレンズ系
7…励起フィルタ
8…ダイクロイックミラー
9…吸収フィルタ
10…対物レンズ
11…試料
12…CCDカメラ
13…演算部
14…表示部
15…DNAチップ
21…ミラー
31…モータ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light source adjustment device applied to an illumination optical system such as a microscope.
[0002]
[Prior art]
In Koehler illumination, the image of the light source is created on the pupil of the objective lens, and the image of the aperture of the light source (field stop) is formed on the specimen. It is bright, uniform, and fully utilizes the performance of the objective lens. It is a lighting method that can be used.
[0003]
By the way, when observing a sample using such Koehler illumination method, it is necessary to adjust the focus of the light source.
[0004]
Here, the focus adjustment of the light source is to adjust the position of the collector lens so as to obtain a state in which the image of the light source is projected on the pupil of the objective lens. Such a focus adjustment is performed accurately. This makes it possible to observe the specimen in the brightest and even state.
[0005]
As described above, the focus adjustment of the light source is an important task, but it is also a difficult task. Therefore, various adjustment methods have been conventionally considered.
[0006]
Japanese Patent Laying-Open No. 11-72713 discloses an example of a focus adjustment of a light source. In a housing having a built-in lamp and a collector lens, a focus adjustment mechanism for adjusting the focus of the lamp by moving the collector lens in the optical axis direction is provided. A scale indicating the focus position is provided on the adjustment knob of the focus adjustment mechanism, and the adjustment knob can be rotated so that the focus can be adjusted by simply adjusting the pointer to the scale.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a configuration, the positional relationship between the scale indicating the focus position and the collector lens must be accurately determined in advance. However, the determination of the positional relationship here involves human work. In addition, since this work involves the subjectivity of the individual worker, variations due to differences in the adjustment of the workers are likely to occur, and stable adjustment is difficult.
[0008]
Further, even if the positional relationship between the scale and the collector lens is calculated from design values or the like, individual differences between lamps and lamp houses cannot be covered. Furthermore, even if a scale that accurately indicates the focus position of the collector lens is provided, if the temperature of the lamp house rises and the dimensions change due to thermal expansion or the like, the scale and the position of the collector lens may be changed. The relationship changes, and there arises a problem that accurate adjustment cannot be performed only by adjusting the pointer to the scale using the adjustment knob.
[0009]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a light source adjustment device capable of quantitatively adjusting a light source.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 includes a light source, a Koehler illumination system having a collector lens for condensing light from the light source, a collector lens moving means for moving the collector lens in the optical axis direction, and the collector lens. A sample irradiated with light from the light source, imaging means for photographing light from the sample, arithmetic means for extracting light intensity from image data acquired by the imaging means, and calculating light intensity unevenness, Display means for displaying the calculation result of the means.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the sample is made of a fluorescent member that emits uniform fluorescence.
[0012]
The invention according to
[0013]
As a result, according to the present invention, the adjustment of the light source can be performed quantitatively using the calculation result of the calculated light amount unevenness.
[0014]
Further, according to the present invention, the positioning of the collector lens can be automatically performed based on the calculation result of the uneven light amount, and the light source can be automatically adjusted.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
(First Embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of an array reader using a one-box type fluorescence microscope used for analysis of a DNA chip to which the present invention is applied.
[0017]
In the figure, one lamp house 1 houses a
[0018]
The lamp house 1 is provided with a
[0019]
The lens holding section 3a has a knob 3b. When the knob 3b is rotated, the collector lens 4 moves in the optical axis direction in accordance with the rotation, and the movement enables the focus adjustment of the
[0020]
The light emitted from the
[0021]
The excitation filter 7 extracts only excitation light for exciting the fluorescence of the sample 11. The excitation light extracted by the excitation filter 7 is reflected by the dichroic mirror 8 and irradiates the sample 11 via the objective lens 10.
[0022]
Further, the fluorescence emitted from the sample 11 by the irradiation of the excitation light passes through the dichroic mirror 8, and after unnecessary wavelength components are removed by the absorption filter 9, the CCD as an imaging means is passed through the imaging lens 18. An image is formed on the imaging surface of the
[0023]
Here, as the
[0024]
The image data of the
[0025]
Here, an algorithm for capturing the light intensity and calculating the light intensity unevenness in the
[0026]
Now, suppose that the average intensity value Iave and the light intensity unevenness ΔI of the image data captured by the
[0027]
Then, the average value of the luminance values in each of the points B is obtained, and the average value is used as the light intensity value in the unit of the point B, and the average of the light intensity values of the 400 points B is obtained as the average intensity value Iave.
[0028]
On the other hand, the light amount unevenness ΔI is obtained from the following.
[0029]
ΔI = {(Imax−Imin) / Iave} × 100 [%] (1)
Here, Iave is an average light amount value in a certain range, Imax is a highest light amount value in a certain range, and Imin is a minimum light amount value in a certain range.
[0030]
Equation (1) indicates that the smaller the value of ΔI, the more uniform and uniform. Therefore, it is possible to evaluate the uneven light amount of the illumination light by calculating the uneven light amount ΔI by substituting the average intensity value Iave obtained from the 400 points B into the equation (1). it can. In addition, such an evaluation of the light amount unevenness is performed at a large number of positions by moving the collector lens 4 along the optical axis, and finding the point that is evaluated the best among them, thereby performing the optimal light source adjustment. Is possible.
[0031]
As an example, a graph shown in FIG. 3 is obtained by plotting the unevenness in light amount ΔI calculated by the experiment and the average intensity value Iave. Here, the lens holding unit 3a of the
[0032]
In this graph, the condition of Koehler illumination is that there is no unevenness and the brightness is high, so that a point where the unevenness of the light amount ΔI is small and the average intensity value Iave is large is found. The position of the collector lens 4 in a state where the image of the
[0033]
In addition, the
[0034]
FIG. 4 is a graph showing an intensity profile. This graph shows the luminance distribution in one direction arbitrarily set from the image taken in from the
[0035]
An example in which light source adjustment is actually performed in such a configuration will be described.
[0036]
In this case, a fluorescent member, for example, a fluorescent substrate that emits uniform fluorescent light is used as the sample 11. For this fluorescent substrate, for example, Sumipex 651 (trade name) manufactured by Sumitomo Chemical is used.
[0037]
The operation procedure from this state will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
[0038]
First, in
[0039]
The fluorescent component emitted from the sample 11 by the irradiation of the excitation light passes through the dichroic mirror 8 and is captured as a moving image of the surface of the sample 11 by the
[0040]
Next, in
[0041]
Then, even in this state, the light passing through the collector lens 4 is applied to the sample 11 via the excitation filter 7, the fluorescence emitted from the sample 11 is acquired by the
[0042]
Next, it is determined whether or not the adjustment has been completed in step 607. If the adjustment has not been completed, the process returns to step 604, the knob 3b of the
[0043]
Hereinafter, similarly, the knob 3b of the
[0044]
After that, the evaluation points thus obtained are displayed on the
[0045]
The operator refers to this graph to judge that the point m at which the relationship between the average intensity value Iave and the uneven light amount ΔI shows the minimum value is in the state where the uneven light amount is the smallest, and based on the result of this determination, the collector lens 4 is determined in the optical axis direction. Further, the uniformity of the luminance distribution at this position is visually confirmed by a graph of the intensity profile in FIG. Thereby, the optimal light source adjustment is completed. That is, in this state, the position of the collector lens 4 is adjusted so that the image of the
[0046]
If it is determined in step 607 that the adjustment has been completed, the process proceeds to step 608, where the shutter 5 is closed, and in
[0047]
After that, if the DNA chip 15 is arranged as the sample 11 instead of the fluorescent substrate, the observation result by Koehler illumination is obtained by the
[0048]
Accordingly, with this configuration, the state of the smallest light quantity unevenness is determined from the graph of the evaluation points representing the relationship between the average intensity value Iave and the light quantity unevenness ΔI when the collector lens 4 is moved along the optical axis. Only by doing so, the collector lens 4 can be adjusted to the optimum position on the optical axis, so that the light source can be quantitatively adjusted. Accordingly, the operation for adjusting the light source is extremely simple, and even if the adjustment is performed for the first time or an inexperienced person, the optimal state of the illumination can be adjusted accurately.
[0049]
In the above description, a one-box type array reader using a fluorescence microscope has been described. However, the configuration shown here is an example, and an ordinary fluorescence microscope, a bright-field microscope, or the like requires a similar light source adjustment device. Anything that can be applied is applicable. Further, as a light source to be used, for example, a mercury lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, or the like can be implemented, whereby the characteristics of a filter to be used can be arbitrarily selected.
[0050]
In the above description, the lens holding unit 3a of the
[0051]
Further, in the above-described embodiment, 400 points were selected as the average luminance value. However, the number of points to be selected is not limited to 400 points. It is also possible to reduce the number of points and to increase the number of points selected to further increase the accuracy.
[0052]
Furthermore, as the optimum state, the point where the light quantity unevenness is minimized (the point where ΔI becomes the smallest) is selected. Even if it gets bigger, it is considered that there are two cases where the user wants to use it brighter and use it. In this case, it is necessary to set a user for weighting of luminance priority and unevenness priority. In the above-described embodiment, this selection is possible, and setting of an optimal state for the user can be arbitrarily performed.
[0053]
Furthermore, in the above-described embodiment, the end of the adjustment is visually determined in a state where the graph of FIG. 5 shows the minimum value, but when the minimum value is shown, the sound is output from the
[0054]
Further, even if the knob 3b is inadvertently moved after the focus adjustment, the adjustment can be made again by searching for the minimum value while looking at the graph of FIG. 5, and the correction can be easily made. Further, since the collector lens 4 can be returned to the same position by this method, the same state as that after the initial focus adjustment can be easily reproduced.
[0055]
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0056]
FIG. 7 shows a schematic configuration of the second embodiment, and the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
[0057]
In this case, FIG. 7 is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that the light emitted from the
[0058]
In this way, the same effects as those of the first embodiment can be expected, and the light source adjustment device of the present invention can be applied not only to the epi-illumination type fluorescence microscope but also to the transmission type microscope.
[0059]
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
[0060]
FIG. 8 shows a schematic configuration of the third embodiment, and the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
[0061]
In this case, the
[0062]
The
[0063]
The operation procedure with such a configuration will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
[0064]
First, in
[0065]
In
[0066]
Next, in
[0067]
In the same manner, the lens holding unit 3a of the
[0068]
Thereafter, if it is determined in
[0069]
Next, in
[0070]
In
[0071]
Therefore, in this manner, the positioning of the collector lens 4 can be automatically performed without human intervention, and an optimal illumination state can be obtained. This makes it impossible to manually operate the lens holding unit 3a of the
[0072]
Further, it is possible to easily cope with a change in the illumination state due to a change in the
[0073]
In the above-described second embodiment, the position where the relationship between the average intensity value Iave and the light intensity unevenness ΔI shows the minimum value is searched, but the user needs to set the necessary minimum intensity value in advance. Therefore, it is also possible to realize a method in which the position where the intensity unevenness ΔI has the minimum value at the position of the collector lens 4 at which the intensity value is equal to or more than the intensity value is determined to be optimal. In addition to this, by setting the minimum intensity value, even if there are two minimum values, it is possible to reliably exclude one of the states.
[0074]
In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified in an implementation stage without departing from the spirit of the invention. In the above-described embodiment, at the time of adjusting the light source, a plastic material is used as the fluorescent substrate that emits uniform fluorescent light as the sample 11, but instead of this, fluorescent glass, opal glass, ceramic phosphor, or the like may be used. It is possible. They have good durability, little discoloration, and little change in performance, and can be used for a long time. In particular, fluorescent glass is more preferable because the fluorescent light emission is uniform in any part. Further, since the excitation wavelength can be selected by the fluorescent glass, it is a very good point that the light source can be adjusted in consideration of the characteristics of the filter. Opal glass is a general material and is preferable because it is easily available and inexpensive.
[0075]
Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent features. For example, even if some components are deleted from all the components shown in the embodiments, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the problem described in the column of the effect of the invention can be solved. In the case where the effect described above is obtained, a configuration from which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
[0076]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a light source adjustment device capable of quantitatively adjusting a light source.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a fluorescence microscope applied to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an image in which measurement points for extracting light intensity values from an image acquired in the first embodiment are arranged.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a measurement result of a relationship between uneven light intensity and an average intensity value with respect to a rotation angle of a knob according to the first embodiment.
FIG. 4 is a schematic diagram of a graph displaying an intensity profile obtained from an image obtained in the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a measurement result of a relationship between light intensity unevenness and an average intensity value from a calculation result according to the first embodiment.
FIG. 6 is a flowchart for explaining the operation of the first embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a flowchart for explaining the operation of the third embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (3)
前記光源からの光を集光するコレクタレンズを有するケーラー照明系と、
前記コレクタレンズを光軸方向に移動させるコレクタレンズ移動手段と、
前記コレクタレンズを介して前記光源からの光が照射される試料と、
前記試料からの光を撮影する撮像手段と、
前記撮像手段で取得された画像データから光強度を取り出し光量むらを演算する演算手段と、
前記演算手段の演算結果を表示する表示手段と
を具備したことを特徴とする光源調整装置。A light source,
A Koehler illumination system having a collector lens for condensing light from the light source,
Collector lens moving means for moving the collector lens in the optical axis direction,
A sample irradiated with light from the light source through the collector lens,
Imaging means for capturing light from the sample,
An arithmetic unit for extracting light intensity from the image data acquired by the imaging unit and calculating the light intensity unevenness;
Display means for displaying a result of the calculation by the calculation means.
前記光源からの光を集光するコレクタレンズを有するケーラー照明系と、
前記コレクタレンズを光軸方向に電動駆動させるコレクタレンズ電動駆動手段と、
前記コレクタレンズを介して前記光源からの光が照射される試料と、
前記試料からの光を撮影する撮像手段と、
前記撮像手段で取得された画像データから光強度を取り出し光量むらを演算する演算手段と、を具備し、
前記演算手段の演算結果に基づいて前記コレクタレンズ電動駆動手段を制御し前記コレクタレンズの最適位置を設定することを特徴とする光源調整装置。A light source,
A Koehler illumination system having a collector lens for condensing light from the light source,
Collector lens electric drive means for electrically driving the collector lens in the optical axis direction,
A sample irradiated with light from the light source through the collector lens,
Imaging means for capturing light from the sample,
Computing means for extracting light intensity from the image data obtained by the imaging means and calculating light quantity unevenness,
A light source adjustment device, wherein the collector lens electric drive unit is controlled based on a calculation result of the calculation unit to set an optimum position of the collector lens.
Priority Applications (1)
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JP2005347263A (en) * | 2004-06-04 | 2005-12-15 | Lumileds Lighting Us Llc | Separate wavelength conversion in lighting device |
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CN116430570B (en) * | 2023-06-13 | 2023-09-01 | 睿励科学仪器(上海)有限公司 | Light intensity correction, illumination, microscope imaging and silicon wafer defect detection device and method |
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