JP2005300278A - Living body observation device - Google Patents

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JP2005300278A JP2004114715A JP2004114715A JP2005300278A JP 2005300278 A JP2005300278 A JP 2005300278A JP 2004114715 A JP2004114715 A JP 2004114715A JP 2004114715 A JP2004114715 A JP 2004114715A JP 2005300278 A JP2005300278 A JP 2005300278A
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Yoshihisa Tanigawa
慶寿 谷川
Yoshihiro Kono
芳弘 河野
Kazuhiko Cho
和彦 長
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To acquire a clear image not only in the stationary state but also in the active state from a living body showing dynamic behavior. <P>SOLUTION: This living body observation device is equipped with an imaging means 3 for imaging an observation target portion of the living body A showing dynamic behavior, an imaging optical system 19 arranged between the imaging means 3 and the observation target portion, a focal point adjusting means 17 for adjusting the focal position C of the imaging optical system 19, a behavior detection means 16 for detecting the dynamic behavior of the living body A, and a control device 7 for controlling the focal point adjusting means 17 so that the focal position C agrees with the observation target portion based on the dynamic behavior of the living body A detected by the behavior detection means 16. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、例えば、生体を生きたまま(in vivo)観察する生体観察装置に関するものである。   The present invention relates to a living body observation apparatus that observes a living body in a living state (in vivo), for example.

近年、光学顕微鏡を用いて蛍光プローブによるイオン濃度、膜電位などの可視化が行われるようになっており、例えば標本として神経細胞などの生体機能観察、特に動的挙動の観察が行われるようになっている。
このような動的挙動を観察するものとしては、顕微鏡写真撮影装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2000−275539号公報
In recent years, visualization of ion concentration, membrane potential, etc. using a fluorescent probe has been performed using an optical microscope. For example, biological functions such as nerve cells can be observed as specimens, especially dynamic behavior. ing.
As a device for observing such a dynamic behavior, a microphotographing device is known (for example, see Patent Document 1).
JP 2000-275539 A

しかしながら、このような従来の顕微鏡写真撮影装置は、標本の動的な挙動に合わせて写真を撮影するものであるが、カメラの焦点距離を一定に保ちながら、標本の動的な挙動の内の、ピントの合う静止状態を選択的に撮影するものであるため、得られる画像は細切れになり、特に、動いている状態の標本の様子を観察することができないという問題がある。   However, such a conventional microphotographing apparatus takes a photograph in accordance with the dynamic behavior of the specimen. However, while keeping the focal length of the camera constant, the dynamic behavior of the specimen is within the range. Since the in-focus still state is selectively photographed, the obtained image is fragmented, and in particular, there is a problem that the state of the moving sample cannot be observed.

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、動的な挙動を示す生体から鮮明な画像を得ることのできる顕微鏡画像撮影装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a microscopic image capturing apparatus that can obtain a clear image from a living body exhibiting dynamic behavior.

上記目的を達成するために、この発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、動的な挙動を示す生体の観察対象部位を撮像する撮像手段と、該撮像手段と観察対象部位との間に配置される撮像光学系と、該撮像光学系の焦点位置を調節する焦点調節手段と、前記生体の動的な挙動を検出する挙動検出手段と、該挙動検出手段により検出された生体の動的な挙動に基づいて前記焦点位置が観察対象部位に一致するように前記焦点調節手段を制御する制御装置とを備える観察装置を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention relates to an imaging unit that images a biological observation target region that exhibits a dynamic behavior, an imaging optical system disposed between the imaging unit and the observation target region, and a focal position of the imaging optical system is adjusted. Focus adjusting means, behavior detecting means for detecting the dynamic behavior of the living body, and based on the dynamic behavior of the living body detected by the behavior detecting means, the focus position matches the observation target site. An observation apparatus comprising a control device for controlling the focus adjusting means is provided.

この発明によれば、挙動検出手段の作動により、生体の拍動や脈動、あるいは蠕動のような生理現象による動的な挙動が検出される。生体が動的な挙動を示す場合に、撮像光学系の焦点位置を一定に保つと、画像がブレたり、深さ方向の観察位置が変動してしまったりするが、本発明によれば、挙動検出手段により検出された生体の動的な挙動に基づいて、制御手段が焦点調節手段を制御するので、撮像光学系の焦点位置を生体の観察対象部位に一致させた状態に維持することができる。その結果、生体が静止している状態の画像のみならず、動作している状態の鮮明な画像をも得ることができる。   According to this invention, the dynamic behavior due to physiological phenomena such as pulsation and pulsation of the living body or peristalsis is detected by the operation of the behavior detecting means. When the living body exhibits dynamic behavior, if the focus position of the imaging optical system is kept constant, the image may be blurred or the observation position in the depth direction may fluctuate. Since the control means controls the focus adjustment means based on the dynamic behavior of the living body detected by the detection means, the focus position of the imaging optical system can be maintained in a state where it matches the observation target part of the living body. . As a result, not only an image in which the living body is stationary but also a clear image in the operating state can be obtained.

上記発明においては、前記挙動検出手段が生体の表面位置を検出するセンサであることとしてもよい。センサにより表面位置を検出することで、生体の動的な挙動による変位量を直接得ることができる。したがって、撮像光学系の焦点位置の制御に複雑な演算が不要であり、生体の動的な挙動に、撮像光学系の焦点位置を遅れなく追従させることが可能となる。   In the above invention, the behavior detecting means may be a sensor that detects a surface position of a living body. By detecting the surface position by the sensor, the displacement amount due to the dynamic behavior of the living body can be directly obtained. Therefore, complicated calculation is not required for controlling the focal position of the imaging optical system, and the focal position of the imaging optical system can follow the dynamic behavior of the living body without delay.

また、上記発明においては、前記焦点調節手段が、前記制御装置からの制御信号に基づいて焦点距離を変化させる可変焦点レンズを備えることが好ましい。可変焦点レンズによれば、簡易な構成で撮像光学系の焦点位置の調節速度を十分に確保することができる。   Moreover, in the said invention, it is preferable that the said focus adjustment means is provided with the variable focus lens which changes a focal distance based on the control signal from the said control apparatus. According to the variable focus lens, it is possible to sufficiently secure the adjustment speed of the focus position of the imaging optical system with a simple configuration.

また、上記発明においては、前記焦点調節手段が、前記撮像光学系の焦点位置を移動させるリニアアクチュエータからなることとしてもよい。
また、上記発明においては、生体を載置するステージを備え、前記焦点調節手段が、前記制御装置からの制御信号に基づいて前記ステージを変位させるリニアアクチュエータからなることとしてもよい。
リニアアクチュエータとしては、ピエゾモータやボイスコイルモータ等の高速アクチュエータがあり、簡易な構成で撮像光学系の焦点位置の調節速度を十分に確保することができる。
Moreover, in the said invention, the said focus adjustment means is good also as comprising a linear actuator which moves the focus position of the said imaging optical system.
In the invention described above, a stage on which a living body is placed may be provided, and the focus adjustment unit may be a linear actuator that displaces the stage based on a control signal from the control device.
As the linear actuator, there are high-speed actuators such as a piezo motor and a voice coil motor, and a sufficient adjustment speed of the focal position of the imaging optical system can be secured with a simple configuration.

また、上記発明においては、前記制御手段が、前記センサにより検出された生体の表面位置から所定距離だけずれた深さ方向位置に撮像光学系の焦点を維持するよう焦点調節手段を制御することとしてもよい。
観察対象部位が生体の表面下にある場合に、焦点調節手段を制御してセンサによる検出位置から深さ方向に所定距離だけずれた位置に焦点位置を維持することにより、生体の表面の変動に追随して変位する観察対象部位に焦点を合わせた状態に維持して、画像を取得することができる。
In the above invention, the control means controls the focus adjustment means to maintain the focus of the imaging optical system at a position in the depth direction that is deviated by a predetermined distance from the surface position of the living body detected by the sensor. Also good.
When the observation target site is below the surface of the living body, the focus adjustment means is controlled to maintain the focal position at a position shifted by a predetermined distance in the depth direction from the detection position by the sensor. It is possible to acquire an image while maintaining the focused state on the observation target portion that follows and follows.

また、上記発明においては、前記制御手段が、前記挙動検出手段により検出された生体の動的挙動の履歴を記憶する履歴記憶手段と、該履歴記憶手段に記憶された履歴に基づいて、生体の動的挙動を推定する挙動推定手段とを備え、推定された動的挙動に基づいて前記焦点調節手段を制御することとしてもよい。
例えば、拍動のように所定の周期で発生する振動の場合には、履歴記憶手段に記憶された履歴に基づいて推定することで、撮像光学系の焦点位置をさらに高速に観察対象部位に追随させて、より鮮明な画像を取得することが可能となる。
In the above invention, the control means stores a history storage means for storing a history of the dynamic behavior of the living body detected by the behavior detection means, and a history of the living body based on the history stored in the history storage means. It is good also as a behavior estimation means which estimates a dynamic behavior, and controlling the said focus adjustment means based on the estimated dynamic behavior.
For example, in the case of vibration that occurs at a predetermined cycle such as a pulsation, the focal position of the imaging optical system can be tracked at a higher speed by estimating based on the history stored in the history storage means. Thus, a clearer image can be acquired.

本発明によれば、動的な挙動を示す生体を生きたまま観察する際に、生体の動的な挙動に焦点位置を追従させて撮像し、より多くの情報を含む観察結果を得ることができるという効果を奏する。   According to the present invention, when observing a living body exhibiting dynamic behavior while alive, it is possible to obtain an observation result including more information by imaging with the focal position following the dynamic behavior of the living body. There is an effect that can be done.

以下、本発明の第1の実施形態に係る生体観察装置について、図1および図2を参照して説明する。
本実施形態に係る生体観察装置1は、図1に示すように、レーザ光源2と光検出器(撮像手段)3とを備える光学ユニット4と、該レーザ光源2からのレーザ光および光検出器3への蛍光を伝播する光ファイバ5と、該光ファイバ5により伝播されてきたレーザ光を実験小動物等の試料Aに走査し、試料Aから発せられた蛍光を受光して光ファイバ5まで導く測定ヘッド6と、測定ヘッド6の焦点位置を制御する制御装置7とを備えている。
Hereinafter, a living body observation apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
As shown in FIG. 1, the living body observation apparatus 1 according to the present embodiment includes an optical unit 4 including a laser light source 2 and a light detector (imaging means) 3, a laser light from the laser light source 2, and a light detector. An optical fiber 5 that propagates fluorescence to 3 and a laser beam propagated through the optical fiber 5 are scanned onto a sample A such as an experimental small animal, and the fluorescence emitted from the sample A is received and guided to the optical fiber 5. A measuring head 6 and a control device 7 for controlling the focal position of the measuring head 6 are provided.

前記光学ユニット4には、コリメートレンズ8とダイクロイックミラー9とが備えられている。レーザ光源2から発せられたレーザ光は、コリメートレンズ8によって一旦平行光にされた後、ダイクロイックミラー9を透過させられて、再度コリメートレンズ8によって光ファイバ5の一端5aに集光させられるようになっている。一方、光ファイバ5の一端5aから発せられた蛍光は、ダイクロイックミラー9によって反射されて集光レンズ10によって光検出器3に集光され検出されるようになっている。   The optical unit 4 includes a collimating lens 8 and a dichroic mirror 9. The laser light emitted from the laser light source 2 is once collimated by the collimating lens 8, then transmitted through the dichroic mirror 9, and condensed again on the one end 5 a of the optical fiber 5 by the collimating lens 8. It has become. On the other hand, the fluorescence emitted from the one end 5 a of the optical fiber 5 is reflected by the dichroic mirror 9 and is condensed and detected by the condenser lens 10 on the photodetector 3.

前記測定ヘッド6は、光ファイバ5により伝播されてきたレーザ光を平行光に変換するコリメート光学系11と、平行光を偏向して2次元方向に走査する光走査部12と、該光走査部12から発せられた光を中間像位置Bに結像させる瞳投影光学系13と、中間像を形成した光を再度平行光に変換する結像光学系14と、中間像を試料Aの観察対象部位に再結像させる対物光学系15と、測定ヘッド6と試料Aの表面との距離を測定する距離センサ16とを備えている。前記コリメート光学系11には、該コリメート光学系11を構成するレンズの一部または全部を光軸方向に移動させるリニアアクチュエータ17が備えられている。光走査部12は、例えば、相互に直交する2つの軸回りにそれぞれ回転可能な2枚のガルバノミラー12a,12bを備えている。   The measurement head 6 includes a collimating optical system 11 that converts laser light propagated through the optical fiber 5 into parallel light, an optical scanning unit 12 that deflects the parallel light and scans it in a two-dimensional direction, and the optical scanning unit. The pupil projection optical system 13 that forms the light emitted from 12 at the intermediate image position B, the imaging optical system 14 that converts the light that formed the intermediate image into parallel light again, and the intermediate image as the observation object of the sample A An objective optical system 15 that re-images the part and a distance sensor 16 that measures the distance between the measuring head 6 and the surface of the sample A are provided. The collimating optical system 11 is provided with a linear actuator 17 that moves part or all of the lenses constituting the collimating optical system 11 in the optical axis direction. The optical scanning unit 12 includes, for example, two galvanometer mirrors 12a and 12b that can rotate around two axes orthogonal to each other.

前記リニアアクチュエータ17は、例えば、ピエゾモータにより構成されている。
また、前記光検出器3は、例えば、光電子増倍管(Photomultiplier Tube)である。
なお、光検出器3はモニタ18に接続され、撮像された蛍光画像を表示するようになっている。
The linear actuator 17 is constituted by, for example, a piezo motor.
The photodetector 3 is, for example, a photomultiplier tube.
The photodetector 3 is connected to a monitor 18 and displays a captured fluorescent image.

前記制御装置7は、前記距離センサ16からの検出信号を受けて、測定ヘッド6と試料A表面との距離をリアルタイムで演算し、リニアアクチュエータ17の変位指令をリニアアクチュエータ17に対して出力するようになっている。
また、制御装置7には、前記コリメート光学系11から対物光学系15までを含む撮像光学系19の焦点位置Cを所定距離だけオフセットさせるオフセット機能が備えられている。
The control device 7 receives the detection signal from the distance sensor 16, calculates the distance between the measuring head 6 and the surface of the sample A in real time, and outputs a displacement command of the linear actuator 17 to the linear actuator 17. It has become.
The control device 7 is provided with an offset function for offsetting the focal position C of the imaging optical system 19 including the collimating optical system 11 to the objective optical system 15 by a predetermined distance.

このように構成された本実施形態に係る生体観察装置1の作用について以下に説明する。
レーザ光源2から発せられたレーザ光は光ファイバ5内を伝播させられて測定ヘッド6内に入り、コリメート光学系11によって平行光に変換された後、光走査部12によって偏向され、瞳投影光学系13、結像光学系14および対物光学系15を介して、試料Aに結像され、そこで蛍光を発生させる。試料Aにおいて発生した蛍光は、対物光学系15、結像光学系14、瞳投影光学系13、光走査部12およびコリメート光学系11を経て光ファイバ5内を光学ユニット4に戻り、ダイクロイックミラー9によってレーザ光源2方向に向かう光軸から分離されて光検出器3に検出され、モニタ18に表示されることになる。
The operation of the biological observation apparatus 1 according to the present embodiment configured as described above will be described below.
Laser light emitted from the laser light source 2 is propagated through the optical fiber 5 and enters the measuring head 6, converted into parallel light by the collimating optical system 11, deflected by the optical scanning unit 12, and pupil projection optics. An image is formed on the sample A through the system 13, the imaging optical system 14, and the objective optical system 15, and fluorescence is generated there. The fluorescence generated in the sample A returns to the optical unit 4 in the optical fiber 5 through the objective optical system 15, the imaging optical system 14, the pupil projection optical system 13, the optical scanning unit 12, and the collimating optical system 11, and the dichroic mirror 9. Thus, the light beam is separated from the optical axis toward the laser light source 2 and detected by the photodetector 3 and displayed on the monitor 18.

この場合に、実験小動物等の試料Aの観察を開始するには、まず、レーザ光を試料Aに照射して、試料A表面における反射光を検出し、モニタ18に表示する。作業者は、モニタ18を見ながら撮像光学系19の焦点位置Cが試料A表面に一致するように操作する。試料A表面は脈動しているので、例えば、脈動の間の略静止状態において焦点位置Cを試料A表面に一致させればよい。そして、焦点位置Cが試料A表面に一致した時点で制御装置7による制御を開始する。   In this case, in order to start observation of the sample A such as an experimental small animal, first, the sample A is irradiated with laser light, and the reflected light on the surface of the sample A is detected and displayed on the monitor 18. The operator operates the monitor 18 so that the focal position C of the imaging optical system 19 coincides with the surface of the sample A. Since the surface of the sample A is pulsating, for example, the focal position C may be made coincident with the surface of the sample A in a substantially stationary state during the pulsation. Then, when the focal position C coincides with the surface of the sample A, control by the control device 7 is started.

距離センサ16は、測定ヘッド6と試料A表面との距離を測定しているので、制御装置7は、焦点位置Cが試料A表面に一致した状態の測定ヘッド6(本実施形態の場合は測定ヘッド6に固定された距離センサ16の先端面)と試料A表面との距離Lを基準として、そこからの試料A表面の脈動による変位量ΔLを得ることができる。そして、このΔLだけ、試料A表面の変位方向と同一方向に焦点位置Cを変位させるようにコリメート光学系11を移動させるようリニアアクチュエータ17を作動させることにより、焦点位置Cを試料A表面に一致させた状態に維持することができる。特に、本実施形態に係る生体観察装置1においては、リニアアクチュエータ17として高速のピエゾモータを使用しているので、脈動による変動にもかかわらず、焦点位置Cを試料A表面に高速かつ精度よく追従させることができる。   Since the distance sensor 16 measures the distance between the measuring head 6 and the surface of the sample A, the control device 7 measures the measuring head 6 in a state where the focal position C coincides with the surface of the sample A (in the present embodiment, the measurement is performed). With reference to the distance L between the front surface of the distance sensor 16 fixed to the head 6 and the surface of the sample A, a displacement amount ΔL due to the pulsation of the surface of the sample A therefrom can be obtained. Then, by operating the linear actuator 17 to move the collimating optical system 11 so as to displace the focal position C in the same direction as the displacement direction of the surface of the sample A by this ΔL, the focal position C matches the surface of the sample A. It can be maintained in a state of being allowed to enter. In particular, since the high-speed piezo motor is used as the linear actuator 17 in the living body observation apparatus 1 according to the present embodiment, the focal position C follows the surface of the sample A with high speed and accuracy regardless of fluctuation due to pulsation. be able to.

実際には、観察対象部位は、試料A表面から深さ方向に所定距離Dだけ深い位置に配置されているので、オフセット機能を利用してコリメート光学系11を移動させ、図2(a)に鎖線で示すように焦点位置をDだけずらす。これにより、試料Aの脈動により試料A表面がΔLだけ変位したことが制御装置7において算出されると、図2(b)に示されるように、リニアアクチュエータ17の作動により焦点位置CもΔLだけ変位させられるので、焦点位置Cは、試料A表面下、距離Dの位置に維持されることになる。   Actually, since the site to be observed is arranged at a position deeper than the surface of the sample A by a predetermined distance D in the depth direction, the collimating optical system 11 is moved by using the offset function, and FIG. The focal position is shifted by D as indicated by the chain line. Accordingly, when the control device 7 calculates that the surface of the sample A is displaced by ΔL due to the pulsation of the sample A, the focal position C is also ΔL by the operation of the linear actuator 17 as shown in FIG. Since it is displaced, the focal position C is maintained at a distance D below the surface of the sample A.

すなわち、本実施形態に係る生体観察装置1によれば、試料Aの動的な挙動を距離センサ16により検出して、撮像光学系19の焦点位置Cを、試料A表面下、距離Dの位置に配される観察対象部位に一致するようにリアルタイムに調節するので、ブレを抑えた鮮明な画像を得ることができる。また、動的な挙動を示す試料Aの静止状態のみならず動作状態における画像を得ることもできるので、試料Aから得られる情報を無駄なく取得することができる。   That is, according to the living body observation apparatus 1 according to the present embodiment, the dynamic behavior of the sample A is detected by the distance sensor 16, and the focal position C of the imaging optical system 19 is positioned below the surface of the sample A at the distance D. Since it adjusts in real time so that it may correspond to the observation object site | part distribute | arranged to, the clear image which suppressed blurring can be obtained. In addition, since the image in the operating state as well as the stationary state of the sample A showing the dynamic behavior can be obtained, the information obtained from the sample A can be acquired without waste.

なお、本実施形態に係る生体観察装置1においては、コリメート光学系11を移動させるリニアアクチュエータ17としてピエゾモータを採用したが、これに代えて、ボイスコイルモータ等の他の任意の高速リニアアクチュエータを採用してもよい。また、コリメート光学系11により焦点位置Cを調節することとしたが、これに代えて、図3に示されるように、対物光学系15をリニアアクチュエータ17により移動させることで焦点位置Cを調節することにしてもよい。
また、リニアアクチュエータ17により、光ファイバ5の先端部を光軸方向に移動させることにしてもよい。
In the living body observation apparatus 1 according to the present embodiment, a piezo motor is employed as the linear actuator 17 that moves the collimating optical system 11, but instead, any other high-speed linear actuator such as a voice coil motor is employed. May be. In addition, the focal position C is adjusted by the collimating optical system 11, but instead, the focal position C is adjusted by moving the objective optical system 15 by the linear actuator 17, as shown in FIG. You may decide.
Further, the tip of the optical fiber 5 may be moved in the optical axis direction by the linear actuator 17.

また、コリメート光学系11や対物光学系15をリニアアクチュエータ17により移動させる方法に代えて、図4に示されるように、コリメート光学系11または対物光学系15を構成するレンズの一部に、レンズ体内部に充填した液体の圧力を変化させてレンズ体表面の形状を変化させることで、焦点位置Cを変化させる可変焦点レンズ27を採用してもよい。この場合、可変焦点レンズ27に接続するピエゾ素子28のようなリニアアクチュエータを備え、制御装置7からの移動指令により可変焦点レンズ27への加圧力を制御することにより、焦点位置Cを変化させることにしてもよい。   Further, in place of the method of moving the collimating optical system 11 and the objective optical system 15 by the linear actuator 17, as shown in FIG. The variable focus lens 27 that changes the focal position C by changing the shape of the lens body surface by changing the pressure of the liquid filled in the body may be adopted. In this case, a linear actuator such as a piezo element 28 connected to the variable focus lens 27 is provided, and the focal position C is changed by controlling the pressure applied to the variable focus lens 27 by a movement command from the control device 7. It may be.

また、反射型の対物光学系等を採用する場合には、可変焦点ミラー(図示略)を採用することにしてもよい。さらに、距離センサ16を対物光学系15外部に配置する例について説明したが、対物光学系15と同一のハウジング内に内蔵してもよい。   When a reflective objective optical system or the like is employed, a variable focus mirror (not shown) may be employed. Furthermore, although the example which arrange | positions the distance sensor 16 outside the objective optical system 15 was demonstrated, you may incorporate in the housing same as the objective optical system 15. FIG.

また、観察の開始時に目視でピント合わせを行うこととしたが、例えば、検出した画像のコントラストを演算し、コントラストが最も高い位置にリニアアクチュエータ17を変位させることにより、自動焦点合わせを行うことにしてもよい。
さらに、試料Aの動的挙動を検出する手段として距離センサ16を採用したが、これに代えて、他の脈動検出手段、例えば、心電検出器、超音波検出器、音センサ(エレクトレッド・コンデンサ・マイク:ECM)、光干渉断層計(Optical
Coherence Tomography:OCT)、スペックルを用いた面外変位計測装置等を採用してもよい。
In addition, the focus is visually adjusted at the start of the observation. For example, the contrast of the detected image is calculated, and the linear actuator 17 is displaced to the position where the contrast is the highest, thereby performing the automatic focusing. May be.
Further, the distance sensor 16 is adopted as means for detecting the dynamic behavior of the sample A, but instead of this, other pulsation detection means such as an electrocardiogram detector, an ultrasonic detector, a sound sensor (electred red) Condenser microphone: ECM), Optical coherence tomography (Optical)
Coherence Tomography (OCT), an out-of-plane displacement measuring device using speckles, etc. may be employed.

次に、本発明の第2の実施形態に係る生体観察装置について、図5を参照して説明する。
本実施形態の説明において、上述した第1の実施形態に係る生体観察装置1と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を簡略化する。
Next, a living body observation apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the description of the present embodiment, the same reference numerals are given to the portions having the same configuration as the biological observation apparatus 1 according to the first embodiment described above, and the description will be simplified.

本実施形態に係る生体観察装置20は、水平に配されるベース21と、該ベース21から鉛直方向に延びる支柱22と、該支柱22に取り付けられ、前記測定ヘッド6を支持するアーム23と、ベース21に固定され、試料Aを載置するステージ24とを備えている。ステージ24試料Aを水平2方向に移動させるXYテーブル25と、該XYテーブル25を上下方向に移動させる昇降機構26とを備えている。前記測定ヘッド6は、ステージ24の上方に間隔をあけて光軸を鉛直下向きに配置している。   The biological observation apparatus 20 according to the present embodiment includes a base 21 that is horizontally disposed, a column 22 that extends in the vertical direction from the base 21, an arm 23 that is attached to the column 22 and supports the measurement head 6, And a stage 24 on which the sample A is mounted. The stage 24 includes an XY table 25 that moves the sample A in two horizontal directions, and an elevating mechanism 26 that moves the XY table 25 in the vertical direction. The measuring head 6 has an optical axis arranged vertically downward with an interval above the stage 24.

本実施形態に係る生体観察装置20においては、測定ヘッド6側に焦点調節手段を備えておらず、ステージ24の昇降機構26により焦点調節手段が構成されている点において第1実施形態に係る生体観察装置1と相違している。
前記制御装置7は、測定ヘッド6に設けられた距離センサ16からの情報を受け取って、該距離センサ16からの出力変動がゼロになるように、前記昇降機構26に上下方向の移動指令を出力するようになっている。
In the living body observation apparatus 20 according to the present embodiment, the living body observing apparatus according to the first embodiment is not provided with a focus adjusting means on the measurement head 6 side and the focus adjusting means is configured by the lifting mechanism 26 of the stage 24. This is different from the observation apparatus 1.
The control device 7 receives information from the distance sensor 16 provided in the measuring head 6 and outputs a vertical movement command to the elevating mechanism 26 so that the output fluctuation from the distance sensor 16 becomes zero. It is supposed to be.

このように構成された本実施形態に係る生体観察装置20によれば、第1の実施形態に係る生体観察装置1と同様に、試料Aの動的な挙動に関わらず、動作状態の試料Aのブレを抑えた鮮明な画像を得ることができる。また、これに加えて、測定ヘッド6側において焦点位置Cを調節する第1の実施形態とは異なり、試料Aの動的挙動に応じて焦点位置Cにおける動的挙動をキャンセルするようにステージ24を上下動させるので、振動を嫌う撮像光学系19を固定したままで済むという利点がある。   According to the biological observation apparatus 20 according to the present embodiment configured as described above, the sample A in the operating state regardless of the dynamic behavior of the sample A, like the biological observation apparatus 1 according to the first embodiment. A clear image with reduced blurring can be obtained. In addition to this, unlike the first embodiment in which the focal position C is adjusted on the measurement head 6 side, the stage 24 cancels the dynamic behavior at the focal position C according to the dynamic behavior of the sample A. Is moved up and down, so that there is an advantage that the imaging optical system 19 which dislikes vibrations can be fixed.

次に、本発明の第3の実施形態に係る生体観察装置30について、図6を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る生体観察装置30は、制御装置7において上記第1、第2の実施形態に係る生体観察装置1,20と相違している。
Next, a living body observation apparatus 30 according to a third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
The biological observation apparatus 30 according to the present embodiment is different from the biological observation apparatuses 1 and 20 according to the first and second embodiments in the control device 7.

本実施形態に係る生体観察装置30の制御装置7は、図5に示されるように、距離センサ16からの位置情報を逐次受け取って、所定の基準距離Lに対する試料A表面の変動距離ΔLnを算出する変動距離算出部31と、該変動距離算出部31において算出された変動距離ΔLnと、クロック32から発せられる時刻情報tnとを受け取って、両者を対応づけて記憶することにより試料Aの動的挙動の履歴を記憶する履歴記憶手段33と、該履歴記憶手段33に記憶された履歴に基づいて、次のステップにおける変動距離の推定値ΔLn+1を算出する変動距離推定部34と、前記実際の変動距離ΔLnまたは変動距離の推定値ΔLn+1のいずれかを選択する切替手段35と、これら変動距離ΔLnまたは変動距離推定値ΔLn+1のいずれかに基づいて焦点位置移動指令を算出する移動指令算出部36とを備えている。   As shown in FIG. 5, the control device 7 of the living body observation apparatus 30 according to the present embodiment sequentially receives position information from the distance sensor 16 and calculates a variation distance ΔLn of the surface of the sample A with respect to a predetermined reference distance L. The dynamic distance of the sample A is received by receiving the variable distance calculator 31, the variable distance ΔLn calculated by the variable distance calculator 31, and the time information tn generated from the clock 32 and storing them in association with each other. A history storage means 33 for storing a history of behavior, a fluctuation distance estimation unit 34 for calculating an estimated value ΔLn + 1 of a fluctuation distance in the next step based on the history stored in the history storage means 33, and the actual fluctuation The switching means 35 for selecting either the distance ΔLn or the estimated value ΔLn + 1 of the fluctuation distance, and either the fluctuation distance ΔLn or the fluctuation distance estimation value ΔLn + 1 Based on and a movement command calculator 36 which calculates a focus position moving command.

このように構成された本実施形態に係る生体観察装置30によれば、距離センサ16からの位置情報が制御装置7に入力されると、変動距離算出部31において該位置情報に基づいて試料A表面の変動距離ΔLnが算出される。試料Aの動的挙動の履歴が作成される迄の間、変動距離算出部31において算出された変動距離ΔLnはそのまま、リニアアクチュエータ17等の焦点調節手段への焦点位置移動指令の算出の基礎とされ、焦点位置移動指令算出部36からΔLnに基づいて算出された移動指令が出力される。この場合において、変動距離算出部31において算出された変動距離ΔLnはその変動距離ΔLnが発生した時刻tnとともに履歴記憶手段33に入力されて図6に示されるような動的挙動の履歴として記憶される。   According to the living body observation apparatus 30 according to the present embodiment configured as described above, when the position information from the distance sensor 16 is input to the control apparatus 7, the variable distance calculation unit 31 performs the sample A based on the position information. A surface fluctuation distance ΔLn is calculated. Until the history of the dynamic behavior of the sample A is created, the fluctuation distance ΔLn calculated by the fluctuation distance calculation unit 31 remains as it is, and the basis for calculating the focal position movement command to the focus adjusting means such as the linear actuator 17 Then, the movement command calculated based on ΔLn is output from the focal position movement command calculation unit 36. In this case, the fluctuation distance ΔLn calculated by the fluctuation distance calculation unit 31 is input to the history storage means 33 together with the time tn when the fluctuation distance ΔLn occurs, and is stored as a dynamic behavior history as shown in FIG. The

例えば、心臓の拍動のように略一定の周期で発生する動的挙動は、急激に変化するものではなく、ある程度の履歴を考慮することにより次の挙動を予測することができる。変動距離推定部34においては、履歴記憶手段33に記憶された履歴に基づいて、次の変動距離推定値ΔLn+1を算出して出力する。推定は、例えば、過去数周期分の変動距離の平均や、周波数の増減等に基づいて行われることとすればよい。   For example, a dynamic behavior that occurs at a substantially constant cycle, such as a heartbeat, does not change abruptly, and the next behavior can be predicted by considering a certain history. The fluctuation distance estimation unit 34 calculates and outputs the next fluctuation distance estimated value ΔLn + 1 based on the history stored in the history storage unit 33. The estimation may be performed based on, for example, the average of the fluctuation distance for the past several cycles, the increase / decrease of the frequency, or the like.

そして、所定の時間が経過した後、あるいは、必要に応じて切替手段35が作動させられて、変動距離推定値ΔLn+1を選択することにより、変動距離推定値ΔLn+1が焦点調節手段への移動指令の算出の基礎とされることになる。すなわち、本実施形態に係る生体観察装置30によれば、試料Aの動的挙動の履歴に基づいて予め次の動的挙動を推定するので、機構部の遅れや演算の遅れ等により、実際の動的挙動に対して焦点位置の調節動作がずれることを防止して、試料Aの動的挙動に、さらに精度よく焦点位置を追従させることができる。   Then, after a predetermined time has elapsed, or when necessary, the switching means 35 is operated to select the fluctuation distance estimated value ΔLn + 1, so that the fluctuation distance estimated value ΔLn + 1 becomes a movement command to the focus adjusting means. It will be the basis of calculation. That is, according to the living body observation apparatus 30 according to the present embodiment, the next dynamic behavior is estimated in advance based on the history of the dynamic behavior of the sample A. It is possible to prevent the focal position adjustment operation from deviating from the dynamic behavior, and to follow the dynamic position of the sample A more accurately.

本発明の第1の実施形態に係る生体観察装置を示す全体構成図である。It is a whole lineblock diagram showing the living body observation device concerning a 1st embodiment of the present invention. 図1の生体観察装置の焦点位置調節を説明する図である。It is a figure explaining the focus position adjustment of the biological observation apparatus of FIG. 図1の生体観察装置の変形例を示す全体構成図である。It is a whole block diagram which shows the modification of the biological observation apparatus of FIG. 図1の生体観察装置の他の変形例を示す全体構成図である。It is a whole block diagram which shows the other modification of the biological observation apparatus of FIG. 本発明の第2の実施形態に係る生体観察装置を示す全体構成図である。It is a whole block diagram which shows the biological observation apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る生体観察装置の制御装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control apparatus of the biological observation apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 図5の制御装置において作成される生体の動的挙動の履歴を示すグラフである。It is a graph which shows the log | history of the dynamic behavior of the biological body produced in the control apparatus of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

A 試料(生体)
C 焦点位置
1,20,30 生体観察装置
3 光検出器(撮像手段)
7 制御装置
16 距離センサ(挙動検出手段)
17 リニアアクチュエータ(焦点調節手段)
19 撮像光学系
24 ステージ
33 履歴記憶手段
34 挙動推定手段
A Sample (living body)
C Focus position 1, 20, 30 Living body observation device 3 Photodetector (imaging means)
7 Control device 16 Distance sensor (behavior detection means)
17 Linear actuator (focus adjustment means)
19 imaging optical system 24 stage 33 history storage means 34 behavior estimation means

Claims (7)

動的な挙動を示す生体の観察対象部位を撮像する撮像手段と、
該撮像手段と観察対象部位との間に配置される撮像光学系と、
該撮像光学系の焦点位置を調節する焦点調節手段と、
前記生体の動的な挙動を検出する挙動検出手段と、
該挙動検出手段により検出された生体の動的な挙動に基づいて、前記焦点位置が観察対象部位に一致するように前記焦点調節手段を制御する制御装置とを備える生体観察装置。
An imaging means for imaging an observation target part of a living body exhibiting dynamic behavior;
An imaging optical system disposed between the imaging means and the observation target site;
Focus adjusting means for adjusting the focus position of the imaging optical system;
Behavior detecting means for detecting the dynamic behavior of the living body;
A living body observation apparatus comprising: a control device that controls the focus adjustment means so that the focus position coincides with an observation target site based on the dynamic behavior of the living body detected by the behavior detection means.
前記挙動検出手段が、生体の表面位置を検出するセンサである請求項1に記載の生体観察装置。   The living body observation apparatus according to claim 1, wherein the behavior detecting unit is a sensor that detects a surface position of the living body. 前記焦点調節手段が、前記制御装置からの制御信号に基づいて焦点距離を変化させる可変焦点レンズを備える請求項1または請求項2に記載の生体観察装置。   The living body observation apparatus according to claim 1, wherein the focus adjustment unit includes a variable focus lens that changes a focal length based on a control signal from the control apparatus. 前記焦点調節手段が、前記制御装置からの制御信号に基づいて前記撮像光学系の焦点位置を移動させるリニアアクチュエータからなる請求項1または請求項2に記載の生体観察装置。   The living body observation apparatus according to claim 1, wherein the focus adjustment unit includes a linear actuator that moves a focus position of the imaging optical system based on a control signal from the control apparatus. 生体を載置するステージを備え、
前記焦点調節手段が、前記制御装置からの制御信号に基づいて前記ステージを変位させるリニアアクチュエータからなる請求項1または請求項2に記載の生体観察装置。
Equipped with a stage for placing a living body,
The living body observation apparatus according to claim 1, wherein the focus adjustment unit includes a linear actuator that displaces the stage based on a control signal from the control apparatus.
前記制御手段が、前記センサにより検出された生体の表面位置から所定距離だけずれた深さ方向位置に撮像光学系の焦点を維持するよう焦点調節手段を制御する請求項2から請求項5のいずれかに記載の生体観察装置。   6. The control unit according to claim 2, wherein the control unit controls the focus adjustment unit to maintain the focus of the imaging optical system at a position in a depth direction that is shifted by a predetermined distance from the surface position of the living body detected by the sensor. A biological observation apparatus according to claim 1. 前記制御手段が、前記挙動検出手段により検出された生体の動的挙動の履歴を記憶する履歴記憶手段と、該履歴記憶手段に記憶された履歴に基づいて、生体の動的挙動を推定する挙動推定手段とを備え、推定された動的挙動に基づいて前記焦点調節手段を制御する請求項1から請求項6のいずれかに記載の生体観察装置。   The control means stores a history storage means for storing a history of the dynamic behavior of the living body detected by the behavior detection means, and a behavior for estimating the dynamic behavior of the living body based on the history stored in the history storage means The living body observation apparatus according to any one of claims 1 to 6, further comprising an estimation unit, wherein the focus adjustment unit is controlled based on the estimated dynamic behavior.
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