JP2010014968A - Living body observation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生体振動による像ブレを抑制する生体振動抑制機能を備えた生体観察装置に関する。 The present invention relates to a biological observation apparatus having a biological vibration suppression function that suppresses image blur due to biological vibration.
生体機能の解析や病理解明などのため、生体を観察する手法に関心が集まってきている。しかし、生体は生きているがゆえに呼吸や拍動・脈動による振動を有している。この振動は観察像をブレさせるなど、観察を阻害する要因として非常に大きな問題である。 In order to analyze biological functions and elucidate pathology, there is an increasing interest in techniques for observing living bodies. However, because the living body is alive, it has vibration due to breathing, pulsation, and pulsation. This vibration is a very big problem as a factor that obstructs observation, such as blurring of the observation image.
像ブレを抑制する技術として、第1に、生体を物理的に押圧し、観察範囲における生体の振動そのものを抑制する技術が開発されている(特許文献1)。特許文献1では、振動している生体をスタビライザで物理的に押圧し、スタビライザ内側に配置される観察範囲の振動そのものを抑制することによって、像ブレの少ない鮮明な画像を得ることができる。
As a technique for suppressing image blur, firstly, a technique for physically pressing a living body and suppressing vibration of the living body in an observation range has been developed (Patent Document 1). In
像ブレを抑制する技術として、第2に、生体の振動そのものを抑制するのではなく、逆に対物レンズを生体の振動に追従させて、像ブレを抑制する技術が開発されている(特許文献2)。特許文献2では、対物レンズを生体振動に追従させるために、振動検出用カメラ、制御装置および対物レンズ駆動装置を設けている。前記振動検出用カメラによって撮像された画像情報を前記制御装置によって演算処理し、生体振動の変位量をデータ化する。この変位量を応じて前記対物レンズ駆動装置を駆動させることにより、対物レンズを生体振動に追従させる。
Secondly, as a technique for suppressing image blur, a technique for suppressing image blur by causing the objective lens to follow the vibration of the living body instead of suppressing the vibration of the living body has been developed (Patent Document). 2). In
対物レンズを生体の振動に追従させるためには、生体の位置情報をリアルタイムに正確に取得する必要がある。その一案として、生体に蛍光色素のような高輝度のマーカを付与し、このマーカから位置情報を取得する方法が提案されている(非特許文献1)。明るいマーカは、振動検出用カメラのフレームシフト(FPS)を高く設定して各撮像の露出時間を短くしてもその位置情報が失われない。
しかしながら、従来、マーカが生体に直接付与されていたため、観察カメラにマーカが映り込んでしまうという問題があった。例えば、マーカと観察像を波長によって分離し、マーカからの光を観察用カメラに入射しないように構成した場合、マーカからの光は遮断できるものの、マーカが存在する部位の生体情報も失われてしまう。所望の観察部位にマーカが存在すると、所望の観察部位の生体情報を得ることができない。 However, conventionally, since the marker is directly applied to the living body, there is a problem that the marker is reflected on the observation camera. For example, if the marker and the observation image are separated according to the wavelength and the light from the marker is not incident on the observation camera, the light from the marker can be blocked, but the biological information of the part where the marker exists is also lost. End up. When a marker is present at a desired observation site, it is not possible to obtain biological information of the desired observation site.
従って、本発明の目的は、マーカが観察用カメラに映り込むことなく、かつマーカの存在によって生体情報が失われることのない、生体観察装置、生体観察装置の制御方法および生体観察方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a living body observation apparatus, a living body observation apparatus control method, and a living body observation method in which the marker is not reflected on the observation camera and the living body information is not lost due to the presence of the marker. There is.
本発明者は、鋭意研究の結果、マーカ付与手段を生体観察装置に新たに設け、マーカを、生体の観察部位から光軸方向に向かって観察光学系の開口数によって決定される距離だけ離して配置することによって上記課題を解決するに至った。 As a result of earnest research, the inventor newly provided a marker providing means in the living body observation apparatus, and separated the marker from the observation part of the living body in the optical axis direction by a distance determined by the numerical aperture of the observation optical system. The arrangement has solved the above-mentioned problems.
即ち、本発明は、生体の観察像を結像する観察用撮像手段と、マーカを、前記生体の観察部位から光軸方向に向かって観察光学系の開口数によって決定される距離だけ離して配置することができるマーカ付与手段と、前記マーカからの光を結像する振動検出用撮像手段と、前記振動検出用撮像手段によって撮像された画像からマーカの変位ベクトルを算出する制御手段と、前記変位ベクトルに応じて駆動可能な対物レンズ駆動手段とを具備する、生体観察装置を提供する。 That is, according to the present invention, the observation imaging means for forming an observation image of the living body and the marker are arranged away from the observation portion of the living body by a distance determined by the numerical aperture of the observation optical system in the optical axis direction. Marker providing means capable of performing imaging, vibration detection imaging means for imaging light from the marker, control means for calculating a marker displacement vector from an image captured by the vibration detection imaging means, and the displacement There is provided a living body observation apparatus including an objective lens driving unit that can be driven according to a vector.
また、本発明は、生体の観察像を結像する観察用撮像手段と、マーカを、前記生体の観察部位から光軸方向に向かって観察光学系の開口数によって決定される距離だけ離して配置することができるマーカ付与手段と、前記マーカからの光を結像する振動検出用撮像手段と、前記振動検出用撮像手段によって撮像された画像からマーカの変位ベクトルを算出する制御手段と、前記変位ベクトルに応じて駆動可能な対物レンズ駆動手段と、検出光学系の開口数が、観察光学系の開口数と比較して低く設定されることにより、前記振動検出用撮像手段の焦点深度が深くなり、前記観察用撮像手段を生体に合焦させたときに前記振動検出用撮像手段にマーカからの光が結像されることを可能にする調節手段とを具備する、生体観察装置を提供する。 In the present invention, the observation imaging means for forming the observation image of the living body and the marker are arranged away from the observation portion of the living body by a distance determined by the numerical aperture of the observation optical system in the optical axis direction. Marker providing means capable of performing imaging, vibration detection imaging means for imaging light from the marker, control means for calculating a marker displacement vector from an image captured by the vibration detection imaging means, and the displacement The objective lens driving means that can be driven according to the vector and the numerical aperture of the detection optical system are set lower than the numerical aperture of the observation optical system, so that the depth of focus of the imaging means for vibration detection becomes deeper. There is provided a living body observing apparatus comprising adjusting means for allowing light from a marker to be imaged on the vibration detecting image pickup means when the observation image pickup means is focused on a living body.
さらにまた、本発明は、生体の観察像を結像する観察用撮像手段と、マーカを、前記生体の観察部位から光軸方向に向かって観察光学系の開口数によって決定される距離だけ離して配置することができるマーカ付与手段と、前記マーカからの光を結像する振動検出用撮像手段と、前記振動検出用撮像手段によって撮像された画像からマーカの変位ベクトルを算出する制御手段と、前記変位ベクトルに応じて駆動可能な対物レンズ駆動手段と、検出光学系の開口数が、観察光学系の開口数と比較して低く設定されることにより、前記振動検出用撮像手段の焦点深度が深くなり、前記観察用撮像手段を生体に合焦させたときに前記振動検出用撮像手段にマーカからの光が結像されることを可能にする調節手段とを具備する、生体観察装置の制御方法であって、観察光学系の開口数と比較して低く設定された検出光学系の開口数によって、前記観察用撮像手段が生体に合焦されたときに前記振動検出用撮像手段にマーカからの光を結像させる工程と、生体の所定の位置に配置され、かつ生体の振動に追従したマーカの移動を、前記振動検出用撮像手段および制御手段により、前記マーカの変位ベクトルに変換する工程と、前記変位ベクトルに応じて前記対物レンズ駆動手段を並進移動させる工程と、前記観察用撮像手段によって撮像された生体の観察画像を表示する工程とを含む、生体観察装置の制御方法を提供する。 Furthermore, the present invention provides an observation imaging unit that forms an observation image of a living body and a marker separated from the observation part of the living body by a distance determined by the numerical aperture of the observation optical system in the optical axis direction. Marker providing means that can be arranged, vibration detection imaging means for forming an image of light from the marker, control means for calculating a displacement vector of the marker from an image captured by the vibration detection imaging means, The objective lens driving means that can be driven according to the displacement vector and the numerical aperture of the detection optical system are set lower than the numerical aperture of the observation optical system, so that the depth of focus of the imaging means for vibration detection is deep. And a control method for the biological observation apparatus, comprising: an adjustment unit that allows the image from the marker to be imaged on the vibration detection imaging unit when the observation imaging unit is focused on the living body. When the observation imaging means is focused on a living body by the numerical aperture of the detection optical system set lower than the numerical aperture of the observation optical system, the vibration detection imaging means A step of forming an image of light, and a step of converting movement of a marker, which is disposed at a predetermined position of the living body and following the vibration of the living body, into a displacement vector of the marker by the vibration detection imaging means and the control means, There is provided a control method for a living body observation apparatus, comprising: a step of translating the objective lens driving unit according to the displacement vector; and a step of displaying an observation image of a living body imaged by the imaging unit for observation.
さらにまた、本発明は、生体の観察像を結像する観察用撮像手段と、マーカを、前記生体の観察部位から光軸方向に向かって観察光学系の開口数によって決定される距離だけ離して配置することができるマーカ付与手段と、前記マーカからの光を結像する振動検出用撮像手段と、前記振動検出用撮像手段によって撮像された画像からマーカの変位ベクトルを算出する制御手段と、前記変位ベクトルに応じて駆動可能な対物レンズ駆動手段と、検出光学系の開口数が、観察光学系の開口数と比較して低く設定されることにより、前記振動検出用撮像手段の焦点深度が深くなり、前記観察用撮像手段を生体に合焦させたときに前記振動検出用撮像手段にマーカからの光が結像されることを可能にする調節手段とを具備する、生体観察装置を使用した生体観察方法であって、検出光学系の開口数を、観察光学系の開口数と比較して低く設定する工程と、前記マーカ付与手段を生体(但し、ヒトを除く)に接触させる工程と、前記観察用撮像手段を前記生体に合焦させる工程と、生体の所定の位置に配置され、かつ生体の振動に追従したマーカの移動を、前記振動検出用撮像手段および制御手段により、前記マーカの変位ベクトルに変換する工程と、前記変位ベクトルに応じて前記対物レンズ駆動手段を並進移動させる工程と、前記観察用撮像手段によって生体の観察画像を得る工程とを含む、生体観察方法を提供する。 Furthermore, the present invention provides an observation imaging unit that forms an observation image of a living body and a marker separated from the observation part of the living body by a distance determined by the numerical aperture of the observation optical system in the optical axis direction. Marker providing means that can be arranged, vibration detection imaging means for forming an image of light from the marker, control means for calculating a displacement vector of the marker from an image captured by the vibration detection imaging means, The objective lens driving means that can be driven according to the displacement vector and the numerical aperture of the detection optical system are set lower than the numerical aperture of the observation optical system, so that the depth of focus of the imaging means for vibration detection is deep. And using a living body observation apparatus comprising adjustment means that allows light from a marker to be imaged on the vibration detection imaging means when the observation imaging means is focused on a living body. A living body observation method, the step of setting the numerical aperture of the detection optical system lower than the numerical aperture of the observation optical system, the step of bringing the marker applying means into contact with a living body (however, excluding humans), The step of focusing the imaging means for observation on the living body, and the movement of the marker arranged at a predetermined position of the living body and following the vibration of the living body are performed by the imaging means for vibration detection and the control means. There is provided a living body observation method including a step of converting into a displacement vector, a step of translating the objective lens driving unit according to the displacement vector, and a step of obtaining an observation image of a living body by the imaging unit for observation.
本発明は、マーカが観察用カメラに映り込むことなく、かつマーカの存在によって生体情報が失われることのない、生体観察装置、生体観察装置の制御方法および生体観察方法を提供することができる。 The present invention can provide a living body observation apparatus, a living body observation apparatus control method, and a living body observation method in which the marker is not reflected on the observation camera and the living body information is not lost due to the presence of the marker.
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。なお、以下に示す各実施形態は、本発明の構成を詳細に説明するために例示的に示したものに過ぎない。従って、本発明は、以下の各実施形態に記載された説明に基づいて限定解釈されるべきではない。本発明の範囲には、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内にある限り、以下の各実施形態の種々の変形、改良形態を含む全ての実施形態が含まれる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, each embodiment shown below is only what was shown in illustration, in order to demonstrate the structure of this invention in detail. Therefore, the present invention should not be construed as being limited based on the description described in the following embodiments. The scope of the present invention includes all embodiments including various modifications and improvements of the following embodiments as long as they are within the scope of the invention described in the claims.
<第1の実施形態>
図1
図1は、第1の実施形態における生体観察装置100の模式図である。本発明の生体観察装置100は、試料Aの観察部位およびマーカ9に光を照射する照明手段150と、前記生体の観察像を結像する高感度カメラ110と、前記マーカを、前記生体の観察部位から光軸方向に向かって観察光学系の開口数によって決定される距離だけ離して配置することができるスタビライザ1と、前記マーカ9からの光を結像する高速度カメラ120と、前記高速度カメラ120によって撮像された画像からマーカの変位ベクトルを算出する制御手段130と、前記変位ベクトルに応じて駆動可能な対物レンズ駆動手段140とを具備する、顕微鏡装置である。なお、本発明は、明視野(透過光、反射光、干渉光等)観察や暗視野観察(蛍光、発光)に適用できるので、照明手段150は無くてもよい。
<First Embodiment>
FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram of a living
前記マーカ付与手段は、例えばスタビライザ1によって構成され、スタビライザ1はアーム部を介して昇降機構に接続され、該昇降機構が生体観察装置本体に接続されている。スタビライザ1はステージ101上に静置された試料Aを上方から押し付ける。ステージ101は、除振台103上に設置され、照準つまみ102によって移動調節することができる。
The marker applying means is constituted by, for example, a
試料Aは、実際に生きている生体であり、例えば、実験小動物の各種組織(例えば、上皮組織、結合組織、筋組織および神経組織)および上記各種組織で構成された臓器(例えば、心臓、脳、肝臓、胃)を観察対象とする。所望の観察部位は、予め蛍光色素ないしGFPにより標識しておくこととし、通常の外科的手法により外界に露出させる。スタビライザ1は、生体の振動のうち光軸方向(Z軸方向)への振動を抑制し、かつ光軸に垂直な方向(X、Y軸方向)への移動を許容する可動部材を備えているため、スタビライザ1に上方から押し付けられた試料Aは、Z軸方向への振動は抑制されるものの、X、Y軸方向への振動は抑制されない。
The sample A is a living organism that is actually living, for example, various tissues (for example, epithelial tissue, connective tissue, muscle tissue and nerve tissue) of small experimental animals and organs (for example, heart, brain) composed of the above various tissues. , Liver, stomach). The desired observation site is previously labeled with a fluorescent dye or GFP, and is exposed to the outside by a normal surgical technique. The
前記観察用撮像手段は、例えば高感度カメラ110によって構成され、試料Aの精細な観察画像を撮像する。撮像された画像データはPC 111に送信され、モニタ112に表示される。
The observation imaging means is constituted by, for example, a high-
前記振動検出用撮像手段は、例えば高速度カメラ120によって構成され、マーカ9を撮像する。
The vibration detection imaging means is constituted by, for example, a high-
制御手段130は、高速度カメラ120によって撮像された画像からマーカの変位ベクトルを算出し、この算出された変位ベクトルに応じて対物レンズ駆動手段140を駆動させる位置制御演算装置である。
The control means 130 is a position control arithmetic device that calculates the displacement vector of the marker from the image captured by the high-
対物レンズ駆動手段は、例えば、前記変位ベクトルに応じて駆動可能なXYステージ140によって構成され、XYステージ140には対物レンズ10が取り付けられている。スタビライザ1によって光軸方向(Z軸方向)への試料Aの振動が抑制されるので、算出される変位ベクトルは(X,Y)で表わされる2次元ベクトルである。従って、対物レンズ駆動手段140はXY平面方向へ駆動可能であれば足り、Z方向への駆動系を備えている必要はない。その他、対物レンズ駆動手段140は、レボルバーおよび昇降機構に取り付けられ、対物レンズの変更、交換および昇降が可能となっている。なお、この昇降機構はスタビライザ1が接続された昇降機構とは別個独立したものである。
The objective lens driving means is constituted by, for example, an
マーカ付与手段として、スタビライザ1の代わりにカバーガラスを使用してもよい。カバーガラスは生体観察装置とは分離独立した部材であり、カバーガラス上面(生体非接触面)に蛍光や化学発光等の高輝度の光を発生し得るマーカが付与されている。カバーガラスをマーカ付与手段として用いた場合、生体の振動はZ軸方向にも展開されるので、制御手段130によって算出される変位ベクトルは(X,Y,Z)で表される3次元ベクトルである。従って、対物レンズ駆動手段140は、XYZで規定される3次元空間の任意の位置に駆動可能である必要がある。
A cover glass may be used instead of the
第1の実施形態において、光学系は、例えば、ダイクロイックミラー(Dichroic Mirror; 以下、DMなどという)および励起フィルタ(Excitation Filter; 以下、EXフィルタなどという)により構成される。 In the first embodiment, the optical system includes, for example, a dichroic mirror (hereinafter referred to as DM) and an excitation filter (hereinafter referred to as EX filter).
例えば、ランプ150によって照射された光は、EXフィルタ160を介してDM1 170へ入射し、DM1 170によってDM2 180側へ反射される。その後、光はDM2 180によって対物レンズ10側へ反射され、対物レンズ10を介して試料Aに照射される。
For example, the light irradiated by the
次に、試料Aからの蛍光/反射光は、対物レンズ10を介してDM2 180に入射し、DM2 180によってDM1 170側へ反射され、DM1 170を透過した後、高感度カメラ110に入射する。
Next, the fluorescence / reflected light from the sample A enters the
一方、マーカ9からの蛍光は、対物レンズ10およびDM2 180を透過した後、高速度カメラ120に入射する。なお、マーカとして化学発光のような励起光を必要としない色素等を用いる場合には、専ら生体観察に適した波長の光を照明光または励起光として用いればよい。
On the other hand, the fluorescence from the
第1の実施形態では、マーカ9が、生体の観察部位から光軸方向に向かって観察光学系の開口数によって決定される距離だけ離れて配置されているので、高感度カメラ110の焦点を生体試料Aに合わせたときに、マーカ9が高感度カメラ110に映り込むことはない。従って、第1の実施形態における生体観察装置は、振動する生体において、マーカの映り込みのないクリアな生体画像を高感度カメラ(観察用カメラ)によって連続的に撮像することができる。
In the first embodiment, the
一般に、マーカは生体と比較して非常に明るく、像における映り込みの影響は非常に大きく(スミア現象、ブルーミング現象)、生体観察における深刻な問題の1つであった。観察画像へのマーカの映り込みの問題を解決することに成功した本発明の生体観察装置は、振動する生体のリアルタイムな観察において極めて高い技術的意義を有する。 In general, a marker is very bright as compared with a living body, and the influence of reflection in an image is very large (smearing phenomenon, blooming phenomenon), which is one of serious problems in living body observation. The living body observation apparatus of the present invention that has succeeded in solving the problem of the reflection of a marker on an observation image has extremely high technical significance in real time observation of a vibrating living body.
ここで、高感度カメラ110へのマーカ9の映り込みを防止するためには、前記生体の観察部位からマーカまでの距離Zmが、以下の不等式で示される距離だけ離れている必要がある。
Here, in order to prevent the reflection of the
a:マーカの位置での光束の直径/マーカの直径
NAo: 観察光学系の開口数
D: マーカの直径
n: 生体の観察部位とマーカとの間の媒質の屈折率。
a: Diameter of the light beam at the marker position / diameter of the marker
NAo: Numerical aperture of observation optics
D: Marker diameter
n: The refractive index of the medium between the observation site of the living body and the marker.
例えば、a=4、NAo=0.5、D=10μm、n=1.5のとき、マーカ9が試料Aの観察部位から光軸方向に向かって60μm以上離れていれば、高感度カメラ110の焦点を生体の観察部位に合わせたとき、高感度カメラ110によって撮像された画像にマーカ9が映り込むことはない。
For example, when a = 4, NAo = 0.5, D = 10 μm, and n = 1.5, if the
前記距離Zmは、式1(数1)から明らかなように、基本的には観察光学系の開口数によって決定される距離である。ここで、観察光学系の開口数とは、観察光学系の開口数を変えることができる観察光学系の種々の手段、例えば、観察用撮像手段、照明手段および光学系によって規定される開口数を意味する。なお、開口数(numerical aperture; 以下、NAなどという)とは、対物レンズの解像力の尺度であり、対物レンズ前面にある媒質の屈折率と、対物レンズに入射するもっとも外側の光線と光軸のなす角の正弦との積によって表わされる。 The distance Zm is basically a distance determined by the numerical aperture of the observation optical system, as is clear from Equation 1 (Equation 1). Here, the numerical aperture of the observation optical system is a numerical aperture defined by various means of the observation optical system that can change the numerical aperture of the observation optical system, for example, the imaging means for observation, the illumination means, and the optical system. means. The numerical aperture (hereinafter referred to as NA) is a measure of the resolving power of the objective lens. The refractive index of the medium in front of the objective lens, the outermost ray incident on the objective lens, and the optical axis. It is represented by the product of the sine of the angle formed.
前記距離Zmは、マーカ付与手段によってもたらされる。例えば、マーカ付与手段がスタビライザで構成されている場合、スタビライザの先端部に取り付けられた透明部材の厚みがこの距離に相当する。また、マーカ付与手段がカバーガラスで構成されている場合、カバーガラスの厚みがこの距離に相当する。 The distance Zm is provided by the marker applying means. For example, when the marker applying means is constituted by a stabilizer, the thickness of the transparent member attached to the tip of the stabilizer corresponds to this distance. Moreover, when the marker provision means is comprised with the cover glass, the thickness of a cover glass corresponds to this distance.
なお、第1の実施形態では、マーカ9が、生体の観察部位から光軸方向に向かって観察光学系の開口数によって決定される距離だけ離れて配置されているため、高速度カメラ120の焦点をマーカ9側に合わせ直す作業が必要になる。すなわち、高感度カメラ110の焦点を試料Aに合わせると、一般に高感度カメラ110に連動して焦点距離が調節される高速度カメラ120の焦点もまた試料Aに合うので、高速度カメラ120の焦点をマーカ9に合わせ直す必要がある。
In the first embodiment, since the
<スタビライザの構造>
図2
図2は、スタビライザ1の外観を示す斜視図である。スタビライザ1は、上部材3および下部材4により構成された筒部材2と、可動部材5と、透明部材6により構成されている。上部材3はアーム部7を有し、アーム部7は昇降機構8に上下動可能に取り付けられている。昇降機構8は、生態観察装置100本体に取り付けられている。アーム部7は全方向への移動が可能な多関節アーム等にしてもよく、また昇降機構8に平面方向への移動可能な機構をもたせることによって生体試料を的確に押さえ付けることができる。
<Stabilizer structure>
FIG.
FIG. 2 is a perspective view showing the appearance of the
透明部材6にはマーカ9が付与されている。マーカ9は透明部材6のうち、対物ユニット9の観察範囲Bの範囲内に付与されていればよい。また、マーカ9は透明部材6の生体非接触面6b側に付与され、透明部材6の厚みが、生体の観察部位から光軸方向に向かって観察光学系の開口数によって決定される距離となる。
The
試料Aを観察するとき、先ず、実験小動物等の外皮Dを切開して、臓器等の試料Aを露出させる。そして、昇降機構8を作動させてスタビライザ1を下降させ、透明部材6の接触面6aを試料Aの上面に接触させる。
When observing the sample A, first, the outer skin D of an experimental small animal or the like is cut open to expose the sample A such as an organ. And the raising / lowering mechanism 8 is operated, the
このとき、スタビライザ1を、生体接触面6aが試料Aを所定の圧力で押圧するまで下降させ、その位置でスタビライザ1を固定する。試料Aは、接触面6aによる上方からの押圧力により、光軸Cの方向(Z軸方向)への振動が抑制される。一方、可動部材5は、光軸Cに垂直な方向(X、Y軸方向)への移動が許容されているので、X、Y軸方向への生体の振動は抑制されない。接触面6aが試料Aを押圧した状態で試料Aが光軸Cに垂直な方向(X、Y軸方向)に振動すると、可動部材5は試料Aの振動と連動して可動するので、マーカ9の位置が当初の試料Aの位置からずれることはない。従って、マーカ9は、試料Aの振動にかかわらず、試料Aの特定の位置を常に示し続けることができる。
At this time, the
この状態で対物レンズ10を筒部材2の内空に降下させ、試料Aに焦点を合わせる。対物レンズ10で捉えたマーカ9の光は、振動検出用撮像手段(高速度カメラ120)によって撮像され、該撮像された画像からマーカの変位ベクトルが制御手段130によって算出される。そして、制御手段130は、この変位ベクトルに応じて対物レンズ10を駆動する。従って、生体の振動に追従して移動するマーカ9の動きに合わせて対物レンズ10も動くので、像ブレが起きず、常に鮮明な画像を得ることができる。
In this state, the
図3
図3は、図2の線B-Bに沿った断面の斜視図である。上部材3の凹部に下部材4を接合し、狭持部12を有する筒部材2が形成される。一方、可動部材5は突起部(フランジ11)を備える。そして、可動部材5のフランジ11が狭持部12に狭持されることによって可動部材5が筒部材2に担持される。筒部材2は、対物レンズ10を挿入するための内空を有していればよく、その形状に特に制限はない。また、筒部材2を構成する上部材3および下部材4の材質に特に制限はなく、例えば、樹脂材料および金属材料の中から適宜選択される。
FIG.
3 is a perspective view of a cross section taken along line BB in FIG. The
可動部材5は、摺動性を有する弾性部材、例えばプラスチックフィルム等の樹脂材料により構成され、その胴部は指圧により変形させることができる。可動部材5を指圧して押し潰すように変形させ、この状態で筒部材2の下方向から可動部材5を挿入する。このとき、可動部材5のフランジ11が狭持部12に入るように回転方向を合わせて差し込むとよい。ここで、指を離すと、可動部材5はそれ自体の弾性により元の形状に復帰し、フランジ11が狭持部12に入り込んで可動部材5が筒部材2に担持される。下部材4の外側下面に狭持部12の方向を示す印をつけておくと入れやすい。
The
可動部材5には、可動部材5の上部にスリット13を設けてもよい。スリット13を設けることによって、可動部材5の胴部の変形をより容易にすることができる。
The
また、可動部材5は、容易に取り外すことができるので、可動部材5を交換もしくは洗浄することによって、生体試料間のコンタミネーションを防止することができる。さらに、カバーガラスの汚れによる観察像の劣化を防ぐことができる。
Moreover, since the
狭持部12は、可動部材5のフランジ11の対応する箇所に設けられる必要があるが、必要に応じてさらに多くの狭持部12を筒部材2内に設けてもよい。例えば、一対のフランジ11を備える可動部材5に対して、4つの狭持部12を筒部材2内に設けることにより、可動部材5の挿入時に、可動部材5のフランジ11がどの方向に向いている場合であっても、容易に狭持部12内にフランジ11を挿入することができる。
The sandwiching
狭持部12の上面および下面には、それぞれ狭持部材12aおよび12bが貼り付けられ、フランジ11の光軸Cに垂直な方向(X、Y軸方向)への移動を許容する。狭持部材には、フランジ11のX、Y軸方向への移動を許容する本願出願時に公知の全ての狭持部材が含まれるが、特に好ましくは、摺動部材、ボールおよび板バネからなる群より選択された任意の組み合わせから構成される。図4では、狭持部材12aおよび12bは、例示的にいずれも摺動部材で構成されている。摺動部材としては、樹脂材料、例えばフッ素樹脂などが好ましい。なお、上部材3および下部材4自体が摺動部材で構成されていてもよい。
Holding
フランジ11は、摺動部材12aおよび12bの間でX、Y軸方向への移動が許容される。生体の振動に追従する可動部材5のX、Y軸方向への移動は、フランジ11の摺動作用によりもたらされる。
The
図4
図4は、図2の線B-Bに沿った断面図である。フランジ11は、可動部材5が狭持部12から外れないような寸法を有する。すなわち、一端のフランジ11aが最端に振れたときに他端のフランジ11bが狭持部12に担持されている必要がある。具体的には、400μmの振動が推定される生体を観察する場合、例えば、筒部材2の内径を可動部材5の外径よりも1mm大きく設計し、かつ狭持部12の内径をフランジ11の外径よりも上記と同様1mm大きく設計することによって、中心軸に設置された可動部材5には前後左右に500μmの可動空間が与えられる。このとき、フランジ11の外径を、可動部材5の胴部の外径よりも4mm大きく設計すれば(すなわち、全長4mmの突起部)、可動部材5が狭持部12から外れることはなく、さらに上部材3または下部材4に引っかかって摺動性が損なわれることもない。
FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. The
マーカ9は、対物レンズ10の観察範囲B(より具体的には、高速度カメラの視野内)に入ればいずれの位置に配置されてもよい。例えば、マーカを視野中央に配置してもよいし、あるいは観察視野から外れた位置に配置してもよい。また、生体の動きや可動部材の初期位置にかかわらず、必ず高速度カメラの視野に入るように、マーカ9を複数配置してもよい。さらにまた、マーカ9は、透明部材6の生体非接触面6b側に付与される。マーカ9の種類および形状等に制限はなく、本願出願時に公知の全てのマーカが含まれる。例えば、マーカ9は、透明部材6上に円形にプリントされた蛍光塗料であり、あるいは十字型に鍍金された反射材料である。マーカ9は内面6b側に付与されているので、マーカ9が生体に接触することはなく、マーカの素材は生体適合性を考慮することなく自由に選択することができる。
The
図5
図5は、可動部材5の斜視図である。1対のフランジ11aおよび11bが可動部材5の円筒本体部に設けられている。フランジ11の形状および数に特に制限はないが、押しつぶしが容易で筒部材2への挿入が容易なように、同図に示すように、1対のフランジ11aおよび11bを円筒円周上で互いに向かい合うように設けるのが好ましい。また任意的に、可動部材5をより容易に押し潰すことができるように円筒円周枠上にスリット13を設けてもよい。スリット13の形状および数に特に制限はないが、1対のスリットを互いに向かい合うように設けるのが好ましい。なお、スリット13を設けると、変形が容易になる分、可動部材5の円筒胴部の厚みをある程度厚くすることができる。可動部材5の円筒胴部の厚みを薄くすれば当然容易に変形可能となるが、その分不可逆的変形を起こしやすくなる。スリット13を設けて可動部材5の円筒胴部にある程度の厚みをもたせ、可動部材5の不可逆的変形を防止しつつ、スリット13の効果により、同時に変形容易性を実現することができる。
FIG.
FIG. 5 is a perspective view of the
可動部材5の先端部には透明部材6が取り付けられている。透明部材6は、光学的に透明な部材であればよく、例えば、カバーガラスなどで構成される。ガラスは生体との密着性がよく、生体の振動に従った可動部材5の併進運動を可能にする。透明部材6の表面上には少なくとも1つのマーカ9が付与されている。透明部材6は可動部材5の内空に内接するようにはめ込んで固定することができる。このとき、可動部材5の内空には、例えば図示しない突起部を設けておき、可動部5の内空にはめ込んだ透明部材6が固定されるような構造としてもよい。また、透明部材6を可動部材5の円筒円周枠上に貼り付け固定してもよい。その他、可動部材5の先端部が分離可能な部材で構成され、該先端部と一体になった透明部材6を可動部材5と合体してもよい。
A
<カバーガラスの構成>
図6
図6は、カバーガラス20の外観を示す斜視図である。カバーガラス20は、試料Aの観察部位上に載置される。カバーガラス20は、スタビライザ1とは異なり生体の光軸方向(Z軸方向)への生体の振動を許容するので、生体は3次元空間座標(X,Y,Z)上を振動する。従って、制御手段130によって算出される変位ベクトルは(X,Y,Z)で表される3次元ベクトルであり、対物レンズ駆動手段は、XYZステージで構成される必要がある。XYZステージとは、3次元空間座標(X,Y,Z)で表される空間の所望の位置に対物レンズを駆動可能なステージを意味する。
<Composition of cover glass>
FIG.
FIG. 6 is a perspective view showing the appearance of the
カバーガラス20には、生体非接触面側にマーカ9が付与されている。マーカ9と生体の観察部位Eとの間の距離Zmは、観察光学系の開口数によって決定される距離であり、その距離は、カバーガラスの厚みによって制御される。
The
<第2の実施形態>
第2の実施形態に係る生体観察装置100は、図1に示す第1の実施形態に係る生体観察装置100に加えて、さらに観察光学系の開口数を調節する第1の調節手段と、検出光学系の開口数を調節する第2の調節手段とを具備する。
<Second Embodiment>
In addition to the living
ここで、検出光学系の開口数(NA)とは、検出光学系の開口数を変えることができる検出光学系の種々の手段、例えば、振動検出用撮像手段、照明手段および光学系によって規定される開口数を意味する。一方、観察光学系の開口数(NA)とは、上述したように、観察光学系の開口数を変えることができる観察光学系の種々の手段、例えば、観察用撮像手段、照明手段および光学系によって規定される開口数を意味する。 Here, the numerical aperture (NA) of the detection optical system is defined by various means of the detection optical system that can change the numerical aperture of the detection optical system, for example, imaging means for vibration detection, illumination means, and the optical system. Numerical aperture. On the other hand, the numerical aperture (NA) of the observation optical system is, as described above, various means of the observation optical system that can change the numerical aperture of the observation optical system, for example, the imaging means for observation, the illumination means, and the optical system. Means the numerical aperture defined by.
第2の実施形態における生体観察装置100では、第1の調節手段が、観察用撮像手段(高感度カメラ110)のための第1の絞り部材で構成され、第2の調節手段が、振動検出用撮像手段(高速度カメラ120)のための第2の絞り部材で構成されている。絞り部材(diaphragm; 以下、DPなどという)は、対物レンズへの入射光の光幅を狭めたり、あるいは生体からの反射光の光幅を狭めることによってNAを小さくすることができる。
In the living
高感度カメラ110に近接して設けられた第1の絞り部材DP1 183は、観察用撮像手段、すなわち高感度カメラ110のNAを調節する役割を果たす。一方、高速度カメラ120に近接して設けられた第2の絞り部材DP2 184は、振動検出用撮像手段、すなわち高速度カメラ120のNAを調節する役割を果たす。なお、絞り部材を使用する代わりに、各カメラの結像レンズの曲率を調節することによって各カメラのNAを調節してもよい。
The first
第2の実施形態に係る生体観察装置100は、絞り部材DP1 183およびDP2 184によって、検出光学系の開口数が観察光学系の開口数と比較して低く設定されることにより、高速度カメラ120の焦点深度が深くなるので、高感度カメラ110の焦点を試料Aに合わせたときに、同時に高速度カメラ120の焦点が試料Aのみならず、マーカ9にも合う。このとき、露出時間が短い高速度カメラ120には、マーカ9に比して暗い生体試料Aはほとんど撮像されることはなく、マーカ9のみが撮像されることになる。従って、高感度カメラ110の焦点を試料Aに合わせるだけで、高速度カメラ120はマーカ9に自動的に合焦し、かつマーカ9のみを撮像可能な状態となる。このため、高速度カメラ120の焦点をマーカ9に個別に合わせ直す作業が不用になり、高感度カメラ110を生体試料に合焦させるだけで、直ちに振動する生体に対物レンズを追従させ、像ブレのない鮮明な生体画像を得ることができる。
The
ここで、検出光学系の開口数(NAm)と観察光学系の開口数(NAo)との関係は、以下の数式で表わされる。 Here, the relationship between the numerical aperture (NAm) of the detection optical system and the numerical aperture (NAo) of the observation optical system is expressed by the following equation.
(i)画素サイズが小さいCCDカメラの場合 (I) For a CCD camera with a small pixel size
NAm: 検出光学系の開口数
NAo: 観察光学系の開口数
λ: マーカの照明波長
a: マーカの位置での光束の直径/マーカの直径
D: マーカの直径
例えば、NAo=0.5、λ=1μm、a=4、D=10μmのとき、NAm≦0.0125となる。
NAm: Numerical aperture of detection optical system
NAo: Numerical aperture of observation optical system λ: Marker illumination wavelength
a: Light flux diameter at marker position / marker diameter
D: Marker diameter For example, when NAo = 0.5, λ = 1 μm, a = 4, D = 10 μm, NAm ≦ 0.0125.
(ii)画素サイズが荒いCCDカメラの場合 (Ii) For a CCD camera with a rough pixel size
NAm: 検出光学系の開口数
NAo: 観察光学系の開口数
M: 検出側光学系全体の横倍率
p: 検出側撮像素子の画素ピッチ
a: マーカの位置での光束の直径/マーカの直径
D: マーカの直径
例えば、NAo=0.5、M=×20、p=10μm、a=4、D=10μmのとき、NAm≦0.025となる。
NAm: Numerical aperture of detection optical system
NAo: Numerical aperture of observation optics
M: Horizontal magnification of the entire detection-side optical system
p: Pixel pitch of the image sensor on the detection side
a: Light flux diameter at marker position / marker diameter
D: Diameter of marker For example, when NAo = 0.5, M = × 20, p = 10 μm, a = 4, D = 10 μm, NAm ≦ 0.025.
CCDカメラの画素ピッチと光学系の条件によって、(i)または(ii)のうち、ゆるいほうを採用する。したがって、ここでは、(ii)の方が適用され、検出光学系の開口数(NAm)は、0.025以下となる。 The looser one of (i) and (ii) is adopted depending on the pixel pitch of the CCD camera and the conditions of the optical system. Therefore, here, (ii) is applied, and the numerical aperture (NAm) of the detection optical system is 0.025 or less.
<第3の実施形態>
図7
図1では、例示的に、顕微鏡装置を図示して説明したが、本発明の生体観察装置はこれに限定されるものではなく、現に生きている生体、すなわち外界刺激や生理現象により絶えず振動している生体を観察する全ての生体観察装置が含まれる。一例として、本発明の生体観察装置の構成を適用した内視鏡150を図示する。
<Third Embodiment>
FIG.
In FIG. 1, the microscope apparatus is illustrated and described as an example, but the living body observation apparatus of the present invention is not limited to this, and vibrates continuously due to an actually living living body, that is, an external stimulus or a physiological phenomenon. All living body observation devices for observing living bodies are included. As an example, an
図7は、第3の実施形態における内視鏡400の先端部の模式図である。内視鏡レンズ(対物レンズ10)がX、Y軸方向への駆動が可能なXYステージ30に固定されている。XYステージ30は昇降機構35に取り付けられ、対物レンズ10をZ軸方向に昇降することができる。対物レンズ10は光ファイバ40に接続され、光ファイバ40は対物レンズ10によってとらえた物体の反射光を光ファイバ40によって図示していない内視鏡本体部に送信する。内視鏡本体部での制御機構は、上述した顕微鏡装置と同様であり、マーカ9の動きに合わせて対物レンズ10を追従させることができる。
FIG. 7 is a schematic diagram of the distal end portion of the endoscope 400 according to the third embodiment. An endoscope lens (objective lens 10) is fixed to an
内視鏡150先端部には、本発明のスタビライザ1が取り付けられている。スタビライザ1は、筒部材2と可動部材5により構成され、可動部材5の先端部には透明部材6が取り付けられている。
The
透明部材6を生体の観察部位に押し付けると、生体の振動に合わせて可動部材5がX、Y平面上を可動する。透明部材6にはマーカ9が付与されているため、マーカ9は生体の振動に合わせて動き、生体のある一点との接触を保つことができる。
When the
マーカ9は、透明部材6の生体非接触面(上面)側に設けられており、透明部材の厚みが、生体の観察部位から光軸方向に向かって観察光学系の開口数によって決定される距離だけ離れて配置されている。したがって、観察用カメラの焦点を生体に合焦させたときにマーカ9が観察画像中に映り込むことはなく、精密な観察画像を得ることができる。
The
<第4の実施形態>
図8
図8は、第4の実施形態における生体観察装置200の模式図である。その基本的構成は第1の実施形態と同じであるが、照明手段が、高感度カメラ110のための第1のランプ201と、高速度カメラ120のための第2のランプ202で構成されている。
<Fourth Embodiment>
FIG.
FIG. 8 is a schematic diagram of a living
第1のランプ201によって照射された光は、DP3 211を通過してEX1 161を介してDM1 170へ入射し、DM1 170によってDM2 180側へ反射される。その後、光はDM2 180によって対物レンズ10側へ反射され、対物レンズ10を通して試料Aに照射される。
The light emitted by the
一方、第2のランプ202によって照射された光は、DP4 212を通過してEX2 162を介してDM3 171へ入射し、DM3 171によってDM2 180側へ反射される。その後、光はDM2 180によって対物レンズ10側へ反射され、対物レンズ10によって試料Aに照射される。
On the other hand, the light irradiated by the
次に、試料Aからの蛍光/反射光は、対物レンズ10を介してDM2 180に入射し、DM2 180によってDM1 170側へ反射され、DM3 171およびDM1 170を透過した後、DP1 183を通過して高感度カメラ110に入射する。
Next, the fluorescence / reflected light from the sample A enters the
一方、マーカ9からの蛍光は、対物レンズ10およびDM2 180を透過した後、DP2 184を通過して高速度カメラ120に入射する。
On the other hand, the fluorescence from the
照明手段を2つに分けることによって、照明手段によるNAの調節が可能になる。すなわち、第2のランプ202の絞り部材DP4 212のスリットを狭めることによって検出光学系のNAが低くなり、結果として高速度カメラ120の焦点深度が深くなる。逆に、第1のランプ201の絞り部材DP3 211のスリットを開くことによって観察光学系のNAが高くなり、結果として高感度カメラ110の焦点深度が浅くなり、より精密な観察画像を得ることができる。
By dividing the illumination means into two, the NA can be adjusted by the illumination means. That is, by narrowing the slit of the
第4の実施形態では、観察光学系のNAは、高感度カメラ110のための第1の絞り部材DP1 183および/または第1のランプ201のための第3の絞り部材DP3 211によって規定され、一方、検出光学系のNAは、高速度カメラ120のための第2の絞り部材DP2 184および/または第2のランプ202のための第4の絞り部材DP4 212によって規定される。カメラ側および照明側の両方、あるいは片方の絞り部材を使用してNAを規定できるので、NA規定の自由度が高くなる。なお、当然ながら、絞り部材の代わりにカメラの結像レンズの曲率を変えることによってNAを規定してもよい。
In the fourth embodiment, the NA of the observation optical system is defined by the first
第4の実施形態では、第1の実施形態と同様、マーカ付与手段としてはスタビライザ1が用いられ、マーカ9が生体の観察部位から光軸方向に向かって観察光学系の開口数によって決定される距離だけ離されて配置されている。なお、第1の実施形態と同様、スタビライザ1の代わりにカバーガラスを使用してもよい。
In the fourth embodiment, as in the first embodiment, the
<第5の実施形態>
図9
図9は、第5の実施形態における生体観察装置300の模式図である。その基本的構成は第1の実施形態と同じであるが、ランプ150から照射された光を、高感度カメラ110のための第1の光と高速度カメラ120のための第2の光に分岐させる光学系を備えている。
<Fifth Embodiment>
FIG.
FIG. 9 is a schematic diagram of a living
ランプ150から照射された光は、DM1 170によって第1の光と第2の光に分岐される。第1の光はDM1 170を通過し、DP5 301をすり抜けて、ハーフミラー(HM)301側に照射される。その後、第1の光は、HM 310によってDM3 172側に反射され、DM3 172を通過して対物レンズ10を介して試料Aに照射される。一方、第2の光は、DM1 170によってDM2 171側に反射される。その後、第2の光は、DM2 171によってDM4 173側に照射される。第2の光は、DP6 302をすり抜けて、DM4 173を通過し、DM3 172に至った後、DM3 172に反射されて対物レンズ10を介して試料Aに照射される。
The light emitted from the
次に、試料Aからの蛍光/反射光は、対物レンズ10を介してDM3 172に入射し、DM3 172によってDM4 173側へ反射され、続けてDM4 173によって反射され、DP1 183をすり抜けて高感度カメラ110に入射する。
Next, the fluorescence / reflected light from the sample A enters the
一方、マーカ9からの蛍光は、対物レンズ10およびDM3 172を透過した後、さらにHM 310を通過し、DP2 184をすり抜けて高速度カメラ120に入射する。
On the other hand, the fluorescence from the
1つの照明手段から照射された光を、2つの光に分岐させることにより、2つの照明手段を備えた第4の実施形態と同様のNAの制御が可能になる。すなわち、第2の光幅を調節可能な第6の絞り部材DP6 302のスリットを狭めることによって検出光学系のNAが低くなり、結果として高速度カメラ120の焦点深度が深くなる。逆に、第1の光幅を調節可能な第5の絞り部材DP5 301のスリットを開くことによって観察光学系のNAが高くなり、結果として高感度カメラ110の焦点深度が浅くなり、より精密な観察画像を得ることができる。
By branching the light emitted from one illumination means into two lights, the same NA control as in the fourth embodiment having two illumination means is possible. That is, by narrowing the slit of the sixth
第5の実施形態では、第4の実施形態と同様、カメラ側および照明側の両方、あるいは片方の絞り部材を使用してNAを規定できるので、NA規定の自由度が高くなる。なお、当然ながら、絞り部材の代わりにカメラの結像レンズの曲率を変えることによってNAを規定してもよい。 In the fifth embodiment, as in the fourth embodiment, the NA can be defined using both the camera side and the illumination side, or one of the diaphragm members, so the degree of freedom of the NA definition is increased. Of course, the NA may be defined by changing the curvature of the imaging lens of the camera instead of the diaphragm member.
第5の実施形態では、第1の実施形態と同様、マーカ付与手段としてはスタビライザ1が用いられ、マーカ9が生体の観察部位から光軸方向に向かって観察光学系の開口数によって決定される距離だけ離されて配置されている。なお、第1の実施形態と同様、スタビライザ1の代わりにカバーガラスを使用してもよい。また、本発明は、明視野(透過光、反射光、干渉光等)観察や暗視野観察(蛍光、発光)に適用できるので、光照明の有無を問わない。
In the fifth embodiment, as in the first embodiment, the
1・・・スタビライザ、2・・・筒部材、3・・・上部材、4・・・下部材、5・・・可動部材、6・・・透明部材、6a・・・生体接触面、6b・・・生体非接触面、7・・・アーム部、8・・・昇降手段、9・・・マーカ部、10・・・対物レンズ、11・・・突起部、11a・・・一端のフランジ、11b・・・他端のフランジ、12・・・狭持部、12a、12b・・・狭持部材、13・・・スリット、20・・・カバーガラス、30・・・XYステージ、35・・・昇降機構、40・・・光ファイバ、100、200、300・・・本発明の生体観察装置、101・・・ステージ、102・・・調節つまみ、103・・・徐振台、110・・・高感度カメラ、111・・・PC、112・・・モニタ、120・・・高速度カメラ、130・・・制御装置、140・・・XYステージ、150、201、202・・・ランプ、160、161、162・・・励起フィルタ、170、171、173、180・・・ダイクロックミラー、183、184、211、212、301、302・・・絞り部材、ハーフミラー・・・310。
DESCRIPTION OF
Claims (15)
マーカを、前記生体の観察部位から光軸方向に向かって観察光学系の開口数によって決定される距離だけ離して配置することができるマーカ付与手段と、
前記マーカからの光を結像する振動検出用撮像手段と、
前記振動検出用撮像手段によって撮像された画像からマーカの変位ベクトルを算出する制御手段と、
前記変位ベクトルに応じて駆動可能な対物レンズ駆動手段と
を具備する、生体観察装置。 An imaging means for observation that forms an observation image of a living body;
Marker providing means capable of arranging the marker by a distance determined by the numerical aperture of the observation optical system from the observation site of the living body toward the optical axis direction;
Vibration detecting imaging means for imaging light from the marker;
Control means for calculating a displacement vector of the marker from the image picked up by the vibration detecting image pickup means;
A biological observation apparatus comprising: an objective lens driving unit that can be driven according to the displacement vector.
マーカを、前記生体の観察部位から光軸方向に向かって観察光学系の開口数によって決定される距離だけ離して配置することができるマーカ付与手段と、
前記マーカからの光を結像する振動検出用撮像手段と、
前記振動検出用撮像手段によって撮像された画像からマーカの変位ベクトルを算出する制御手段と、
前記変位ベクトルに応じて駆動可能な対物レンズ駆動手段と、
検出光学系の開口数が、観察光学系の開口数と比較して低く設定されることにより、前記振動検出用撮像手段の焦点深度が深くなり、前記観察用撮像手段を生体に合焦させたときに前記振動検出用撮像手段にマーカからの光が結像されることを可能にする調節手段と
を具備する、生体観察装置。 An imaging means for observation that forms an observation image of a living body;
Marker providing means capable of arranging the marker by a distance determined by the numerical aperture of the observation optical system from the observation site of the living body toward the optical axis direction;
Vibration detecting imaging means for imaging light from the marker;
Control means for calculating a displacement vector of the marker from the image picked up by the vibration detecting image pickup means;
An objective lens driving means that can be driven according to the displacement vector;
Since the numerical aperture of the detection optical system is set lower than the numerical aperture of the observation optical system, the depth of focus of the imaging means for vibration detection becomes deep, and the observation imaging means is focused on the living body. A living body observation apparatus comprising adjustment means for allowing light from a marker to be imaged on the vibration detection imaging means.
前記マーカを、前記生体の観察部位から光軸方向に向かって観察光学系の開口数によって決定される距離だけ離して配置することができるマーカ付与手段と、
前記マーカからの光を結像する振動検出用撮像手段と、
前記振動検出用撮像手段によって撮像された画像からマーカの変位ベクトルを算出する制御手段と、
前記変位ベクトルに応じて駆動可能な対物レンズ駆動手段と、
前記生体の観察部位およびマーカに光を照射する、前記観察用撮像手段のための第1の照明手段と、
前記生体の観察部位およびマーカに光を照射する、前記振動検出用撮像手段のための第2の照明手段と、
検出光学系の開口数が、観察光学系の開口数と比較して低く設定されることにより、前記振動検出用撮像手段の焦点深度が深くなり、前記観察用撮像手段を生体に合焦させたときに前記振動検出用撮像手段にマーカからの光が結像されることを可能にする調節手段と
を具備する、生体観察装置。 An imaging means for observation that forms an observation image of the living body;
Marker providing means capable of disposing the marker by a distance determined by the numerical aperture of the observation optical system from the observation site of the living body toward the optical axis direction;
Vibration detecting imaging means for imaging light from the marker;
Control means for calculating a displacement vector of the marker from the image picked up by the vibration detecting image pickup means;
An objective lens driving means that can be driven according to the displacement vector;
First illuminating means for the imaging means for observation, which irradiates light to an observation site and a marker of the living body;
A second illuminating means for the vibration detecting imaging means for irradiating the observation site and marker of the living body with light;
Since the numerical aperture of the detection optical system is set lower than the numerical aperture of the observation optical system, the depth of focus of the imaging means for vibration detection becomes deep, and the observation imaging means is focused on the living body. A living body observation apparatus comprising adjustment means for allowing light from a marker to be imaged on the vibration detection imaging means.
前記第2の調節手段が、前記振動検出用撮像手段のための第2の絞り部材および/または前記第2の照明手段のための第4の絞り部材で構成されている、請求項6に記載の生体観察装置。 The first adjusting means comprises a first diaphragm member for the observation imaging means and / or a third diaphragm member for the first illumination means;
The said 2nd adjustment means is comprised by the 4th aperture member for the 2nd aperture member for the said imaging means for a vibration detection, and / or the said 2nd illumination means, The Claim 6 is comprised. Living body observation device.
前記生体の観察像を結像する観察用撮像手段と、
前記マーカを、前記生体の観察部位から光軸方向に向かって観察光学系の開口数によって決定される距離だけ離して配置することができるマーカ付与手段と、
前記マーカからの光を結像する振動検出用撮像手段と、
前記振動検出用撮像手段によって撮像された画像からマーカの変位ベクトルを算出する制御手段と、
前記変位ベクトルに応じて駆動可能な対物レンズ駆動手段と、
前記照明手段から照射された光を、前記観察用撮像手段のための第1の光と、前記振動検出用撮像手段のための第2の光に分岐させる光学系と、
検出光学系の開口数が、観察光学系の開口数と比較して低く設定されることにより、前記振動検出用撮像手段の焦点深度が深くなり、前記観察用撮像手段を生体に合焦させたときに前記振動検出用撮像手段にマーカからの光が結像されることを可能にする調節手段と
を具備する、生体観察装置。 Illuminating means for irradiating light to the observation site and marker of the living body
An imaging means for observation that forms an observation image of the living body;
Marker providing means capable of disposing the marker by a distance determined by the numerical aperture of the observation optical system from the observation site of the living body toward the optical axis direction;
Vibration detecting imaging means for imaging light from the marker;
Control means for calculating a displacement vector of the marker from the image picked up by the vibration detecting image pickup means;
An objective lens driving means that can be driven according to the displacement vector;
An optical system for branching the light emitted from the illumination unit into a first light for the observation imaging unit and a second light for the vibration detection imaging unit;
Since the numerical aperture of the detection optical system is set lower than the numerical aperture of the observation optical system, the depth of focus of the imaging means for vibration detection becomes deep, and the observation imaging means is focused on the living body. A living body observation apparatus comprising adjustment means for allowing light from a marker to be imaged on the vibration detection imaging means.
前記第2の調節手段が、前記振動検出用撮像手段のための第2の絞り部材および/または前記第2の光のための第6の絞り部材で構成されている、請求項9に記載の生体観察装置。 The first adjusting means comprises a first diaphragm member for the observation imaging means and / or a fifth diaphragm member for the first light;
The said 2nd adjustment means is comprised by the 2nd aperture member for the said imaging means for a vibration detection, and / or the 6th aperture member for the said 2nd light. Living body observation device.
前記スタビライザが、対物レンズ挿入口を備えた筒部材と、前記筒部材に分離可能に構成され、前記生体の振動のうち光軸方向への振動を抑制し、かつ光軸に垂直な方向への移動を許容する可動部材と、前記可動部材の先端部に位置して生体接触面を有し、前記生体接触面から光軸方向に向かって観察光学系の開口数によって決定される距離だけ離して1以上の前記マーカが付与された透明部材と、を具備する、請求項1〜10のいずれか1項に記載の生体観察装置。 The marker applying means is composed of a stabilizer,
The stabilizer is configured to be separable into a cylindrical member having an objective lens insertion port and the cylindrical member, and suppresses vibration in the optical axis direction among vibrations of the living body and in a direction perpendicular to the optical axis. A movable member that allows movement; and a living body contact surface that is located at a distal end of the movable member, and is separated from the living body contact surface by a distance determined by the numerical aperture of the observation optical system in the optical axis direction. The living body observation apparatus according to any one of claims 1 to 10, further comprising a transparent member provided with one or more of the markers.
前記カバーガラスが、生体接触面から光軸方向に向かって観察光学系の開口数によって決定される距離だけ離して1以上の前記マーカが付与された透明部材により構成されている、請求項1〜10のいずれか1項に記載の生体観察装置。 The marker applying means is composed of a cover glass,
The said cover glass is comprised by the transparent member to which the one or more said marker was provided | separated by the distance determined by the numerical aperture of an observation optical system toward the optical axis direction from a biological contact surface. The biological observation apparatus according to any one of 10.
NAo: 観察光学系の開口数
D: マーカの直径
n: 生体の観察部位とマーカとの間の媒質の屈折率
によって決定される、請求項1〜10のいずれか1項に記載の生体観察装置。 The distance Zm from the observation site of the living body to the marker is
NAo: Numerical aperture of observation optics
D: Marker diameter
n: The living body observation apparatus according to any one of claims 1 to 10, which is determined by a refractive index of a medium between a living body observation site and a marker.
マーカを、前記生体の観察部位から光軸方向に向かって観察光学系の開口数によって決定される距離だけ離して配置することができるマーカ付与手段と、
前記マーカからの光を結像する振動検出用撮像手段と、
前記振動検出用撮像手段によって撮像された画像からマーカの変位ベクトルを算出する制御手段と、
前記変位ベクトルに応じて駆動可能な対物レンズ駆動手段と、
検出光学系の開口数が、観察光学系の開口数と比較して低く設定されることにより、前記振動検出用撮像手段の焦点深度が深くなり、前記観察用撮像手段を生体に合焦させたときに前記振動検出用撮像手段にマーカからの光が結像されることを可能にする調節手段と
を具備する、生体観察装置の制御方法であって、
観察光学系の開口数と比較して低く設定された検出光学系の開口数によって、前記観察用撮像手段が生体に合焦されたときに前記振動検出用撮像手段にマーカからの光を結像させる工程と、
生体の所定の位置に配置され、かつ生体の振動に追従したマーカの移動を、前記振動検出用撮像手段および制御手段により、前記マーカの変位ベクトルに変換する工程と、
前記変位ベクトルに応じて前記対物レンズ駆動手段を並進移動させる工程と、
前記観察用撮像手段によって撮像された生体の観察画像を表示する工程と
を含む、生体観察装置の制御方法。 An imaging means for observation that forms an observation image of a living body;
Marker providing means capable of arranging the marker by a distance determined by the numerical aperture of the observation optical system from the observation site of the living body toward the optical axis direction;
Vibration detecting imaging means for imaging light from the marker;
Control means for calculating a displacement vector of the marker from the image picked up by the vibration detecting image pickup means;
An objective lens driving means that can be driven according to the displacement vector;
Since the numerical aperture of the detection optical system is set lower than the numerical aperture of the observation optical system, the depth of focus of the imaging means for vibration detection becomes deep, and the observation imaging means is focused on the living body. A control method for a biological observation apparatus, comprising: adjusting means for allowing light from a marker to be imaged on the vibration detecting imaging means.
With the numerical aperture of the detection optical system set to be lower than the numerical aperture of the observation optical system, the light from the marker is imaged on the vibration detection imaging means when the observation imaging means is focused on the living body. A process of
Converting the movement of the marker that is arranged at a predetermined position of the living body and that follows the vibration of the living body into the displacement vector of the marker by the vibration detecting imaging means and the control means;
Translating the objective lens driving means according to the displacement vector;
A method for controlling a living body observation apparatus, including a step of displaying an observation image of a living body imaged by the imaging means for observation.
マーカを、前記生体の観察部位から光軸方向に向かって観察光学系の開口数によって決定される距離だけ離して配置することができるマーカ付与手段と、
前記マーカからの光を結像する振動検出用撮像手段と、
前記振動検出用撮像手段によって撮像された画像からマーカの変位ベクトルを算出する制御手段と、
前記変位ベクトルに応じて駆動可能な対物レンズ駆動手段と、
検出光学系の開口数が、観察光学系の開口数と比較して低く設定されることにより、前記振動検出用撮像手段の焦点深度が深くなり、前記観察用撮像手段を生体に合焦させたときに前記振動検出用撮像手段にマーカからの光が結像されることを可能にする調節手段と
を具備する、生体観察装置を使用した生体観察方法であって、
検出光学系の開口数を、観察光学系の開口数と比較して低く設定する工程と、
前記マーカ付与手段を生体(但し、ヒトを除く)に接触させる工程と、
前記観察用撮像手段を前記生体に合焦させる工程と、
生体の所定の位置に配置され、かつ生体の振動に追従したマーカの移動を、前記振動検出用撮像手段および制御手段により、前記マーカの変位ベクトルに変換する工程と、
前記変位ベクトルに応じて前記対物レンズ駆動手段を並進移動させる工程と、
前記観察用撮像手段によって生体の観察画像を得る工程と
を含む、生体観察方法。 An imaging means for observation that forms an observation image of a living body;
Marker providing means capable of arranging the marker by a distance determined by the numerical aperture of the observation optical system from the observation site of the living body toward the optical axis direction;
Vibration detecting imaging means for imaging light from the marker;
Control means for calculating a displacement vector of the marker from the image picked up by the vibration detecting image pickup means;
An objective lens driving means that can be driven according to the displacement vector;
Since the numerical aperture of the detection optical system is set lower than the numerical aperture of the observation optical system, the depth of focus of the imaging means for vibration detection becomes deep, and the observation imaging means is focused on the living body. A biological observation method using a biological observation apparatus, comprising: adjustment means that allows light from a marker to be imaged on the vibration detection imaging means.
A step of setting the numerical aperture of the detection optical system to be lower than the numerical aperture of the observation optical system;
Bringing the marker applying means into contact with a living body (excluding humans);
Focusing the imaging means for observation on the living body;
Converting the movement of the marker that is arranged at a predetermined position of the living body and that follows the vibration of the living body into the displacement vector of the marker by the vibration detecting imaging means and the control means;
Translating the objective lens driving means according to the displacement vector;
And a step of obtaining an observation image of the living body by the imaging means for observation.
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JP2008174815A JP2010014968A (en) | 2008-07-03 | 2008-07-03 | Living body observation device |
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