JP2012073591A - 位相物体の可視化方法及び可視化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】可視化装置10は、光源11aと、光源11aからの光を被観察物体に導く照明光学系12と、被観察物体の光学像を像面上に形成する結像光学系14と、像面に配置された撮像素子15と、撮像素子15から得られる被観察物体の複数の第1の電子画像を演算して、第2の電子画像を生成する制御装置16と、照明光学系12による偏射照明の照明方向を制御する偏斜照明制御手段18と、を含み、複数の第1の電子画像は、偏斜照明制御手段18により異なる照明方向から照明された被観察物体の第1の電子画像を含む。また、可視化方法は、被観察物体を偏射照明で照明して、異なる照明方向から照明された被観察物体の複数の第1の電子画像を取得する工程と、複数の第1の電子画像を演算して、第2の電子画像を生成する工程と、を含む。
【選択図】図8
Description
しかしながら、位相差観察と蛍光観察とが併用される場合には、位相差観察のために、コンデンサ内の瞳位置にリングスリットが設けられ、対物レンズ内のリングスリットと共役な位置に位相膜が設けられる。従って、位相膜での蛍光の吸収により、結像光学系を構成する対物レンズの透過率が低下することになる。
このような技術的な課題に対して有効な技術が、非特許文献1、特許文献3、及び、特許文献4に開示されている。
可視化方法を提供する。
本発明の各実施例に係る可視化方法は、位相物体である被観察物体を偏斜照明で照明して、異なる照明方向から照明された被観察物体の複数の位相分布画像(以降、第1の電子画像と記す。)を取得する工程と、第1の工程で取得した複数の第1の電子画像を演算して、新たな位相分布画像(以降、第2の電子画像と記す。)を生成する工程を含んでいる。
まず第1に、複数の第1の電子画像を取得する工程は、偏斜照明で第1の照明方向から照明された位相物体である被観察物体の第1の電子画像を取得する工程と、偏斜照明で第2の照明方向から照明された被観察物体の第1の電子画像を取得する工程と、を含み、第1の照明方向と第2の照明方向が、被観察物体を照明する照明光学系の光軸に対して略対称であることが望ましい。
より具体的には、コントラストの反転した位相分布画像(第1の電子画像)を差演算することが望ましい。コントラストの反転した位相分布画像を差演算することで、位相物体のコントラストをより強調することができる。また、背景部分については、偏斜照明の照明方向に関わらずおよそ同じ像強度分布で可視化されるため、差演算により像強度分布が相殺されることになる。このため、より高いコントラストを有する位相分布画像(第2の電子画像)を生成することができる。
結像光学系を介して得られる被観察物体の像強度分布関数Iは、以下の式(1)で表されることが知られている。
I(x)=F−1[OTF(f)・OA(f)] ・・・(1)
OTF(f)=MTF(f)・exp(2πi・PTF(f)) ・・・(2)
I(x)=F−1[MTF(f)・exp(2πi・PTF(f))・OA(f)]
・・・(3)
I(x)=F−1[MTF(f)・2πi・PTF(f)・OP(f)]+BGC
・・・(4)
次に、図1から図6を参照しながら、異なる照明方向の偏斜照明により、コントラストが反転した位相分布画像(第1の電子画像)を得られることについて説明する。
図7に例示されるように、第1の照明方向の偏斜照明で得られるMTFとPTFの積から、第2の照明方向の偏斜照明で得られるMTFとPTFの積を、差演算して得られるMTFとPTFの積は、原点に対して対称な奇関数となる。より具体的には、差演算の結果として得られるMTFとPTFの積は、演算前の2つのMTFとPTFの積の空間周波数範囲を包含し、且つ、より大きな値を有する奇関数であり、X方向にレリーフ状(微分像)のコントラストを有する像強度分布が得られる。
図8に例示される顕微鏡装置10は、被観察物体である位相物体を可視化する可視化装置であり、光源11aとコレクタレンズ11bを含む光源ユニット11と、光源11aからの光を位相物体13である生体標本に導くコンデンサレンズ12aを含む照明光学系12と、位相物体13の光学像を像面上に形成する結像光学系14と、像面に配置された撮像素子15と、偏光子の制御等を行う制御装置16と、照明光学系12による偏斜照明の照明方向を制御する偏斜照明制御手段18と、を含んでいる。また、制御装置16には、撮像素子15から得られる位相物体13の複数の位相分布画像(第1の電子画像)を演算して、新たな位相分布画像(第2の電子画像)を生成する演算装置16aが含まれている。
なお、演算装置16aは、制御装置16の外部に独立して配置され、画像の演算を行うものとしてもよい。
例えば、偏光子を用いず、図1(b)の瞳位置に配置された開口パターンを回転させるものとしても良い。
また、偏光子21の代わりに偏光子と液晶素子からなる偏光方向を回転させる液晶デバイスを用いても良い。液晶デバイスを用いて、液晶デバイスから射出される光の偏光方向を、偏光子20aを透過する偏光方向(偏光子20bを透過する偏光方向)に対して平行または直交(直交又は平行)となるように制御することで、偏光子21を回転させる場合に比べて、さらに偏斜照明の照明方向の切り換えを高速化することができる。
図10に例示される顕微鏡装置30は、光源ユニット11の代わりにLED光源31を、偏斜照明制御手段18の代わりに偏斜照明制御手段38を含む点を除いて、図8に例示される顕微鏡装置10と同様である。このため、以降では、図8に例示される顕微鏡装置10と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
図12に例示される顕微鏡装置40は、撮像素子15の代わりにカラーCCD45を、偏斜照明制御手段18の代わりに偏斜照明制御手段48を含む点を除いて、図8に例示される顕微鏡装置10と同様である。このため、以降では、図8に例示される顕微鏡装置10と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
以上のように構成された顕微鏡装置40では、単板式や3板式のカラーCCD45を用いることで、偏斜照明制御手段48により異なる照明方向から照明された位相物体13の位相分布画像を各色フィルタに対応した画素からの情報を取り出すことで取得することができる。
図15に例示される顕微鏡装置60は、撮像素子15の代わりに偏光カメラ65を、偏斜照明制御手段18の代わりに偏斜照明制御手段68を含む点を除いて、図8に例示される顕微鏡装置10と同様である。このため、以降では、図8に例示される顕微鏡装置10と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
以上のように構成された顕微鏡装置60では、偏光カメラ65を用いることで、偏斜照明制御手段68により異なる照明方向から照明された位相物体13の位相分布画像を取得することができる。
図21は、図20に例示される偏斜照明手段を使用して被観察物体を照明したときの結像光学系のMTFを示す図である。図21(a)には、図20(a)に例示される偏斜照明手段84を使用して被観察物体を照明したときの結像光学系のMTFが示されている。図21(b)には、図20(b)に例示される偏斜照明手段85を使用して被観察物体を照明したときの結像光学系のMTFが示されている。
図22は、図21に例示されるMTFとそれと対称なMTFとを差演算した結果を示す図である。図22(a)には、図21(a)に例示されるMTFとそれと対称なMTFとを差演算した結果が示されている。図22(b)には、図21(b)に例示されるMTFとそれと対称なMTFとを差演算した結果が示されている。
0.4≦d/r ・・・(5)
ここで、dは、結像光学系14の瞳Pの中心と偏斜照明手段19の複数の開口(開口19a、開口19b)が結像光学系14の瞳位置に投影された複数の開口像(開口像14b、開口像14c)の各々の瞳Pの中心に最も近い開口端(以降、内側開口端と記す。)との距離である。即ち、結像光学系14の瞳Pの中心と結像光学系14の瞳Pの中心に最も近い位置に入射する光が結像光学系14の瞳Pを通過する位置との距離である。rは、結像光学系14の瞳半径である。
より具体的には、図23に例示されるように瞳Pの中心から瞳半径rだけ離れた位置、または、瞳半径rよりもさらに離れたに位置に、開口像14b及び開口像14cの瞳中心に最も遠い開口端(以降、外側開口端と記す。)が形成されることが望ましい。
Claims (17)
- 被観察物体を偏射照明で照明して、異なる照明方向から照明された前記被観察物体の複数の第1の電子画像を取得する工程と、
前記複数の第1の電子画像を演算して、第2の電子画像を生成する工程と、を含む
ことを特徴とする可視化方法。 - 請求項1に記載の可視化方法において、
前記複数の第1の電子画像を取得する工程は、
偏射照明で第1の照明方向から照明された前記被観察物体の第1の電子画像を取得する工程と、
偏射照明で第2の照明方向から照明された前記被観察物体の第1の電子画像を取得する工程と、を含み、
前記第1の照明方向と前記第2の照明方向は、前記被観察物体を照明する照明光学系の光軸に対して略対称である
ことを特徴とする可視化方法。 - 請求項1または請求項2に記載の可視化方法において、
前記複数の第1の電子画像を取得する工程は、
dを結像光学系の瞳中心と前記結像光学系の瞳中心に最も近い位置に入射する光が前記結像光学系の瞳を通過する位置との距離とし、rを前記結像光学系の瞳半径とするとき、以下の条件式
0.4≦d/r
を満たすように前記被観察物体を偏射照明で照明する工程を含む
ことを特徴とする可視化方法。 - 請求項3に記載の可視化方法において、さらに、
前記複数の第1の電子画像を取得する工程の前に、前記被観察物体を、当該被観察物体の光学像を形成する結像光学系の焦点位置から、前記結像光学系の光軸方向にずらした位置に配置する工程を含む
ことを特徴とする可視化方法。 - 請求項3または請求項4に記載の可視化方法において、
前記第2の電子画像を生成する工程は、前記複数の第1の電子画像を差演算する工程を含む
ことを特徴とする可視化方法。 - 請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載の可視化方法において、
前記複数の第1の電子画像を取得する工程は、
偏射照明で第1の照明方向から前記被観察物体を照明する工程と、
偏射照明で第2の照明方向から前記被観察物体を照明する工程と、
偏射照明で前記第1の照明方向から照明された前記被観察物体の第1の電子画像を取得する工程と、
偏射照明で前記第2の照明方向から照明された前記被観察物体の第1の電子画像を取得する工程と、を含み、
前記第1の照明方向と前記第2の照明方向は、前記被観察物体を照明する照明光学系の光軸に対して略対称である
ことを特徴とする可視化方法。 - 請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載の可視化方法において、
前記複数の第1の電子画像を取得する工程は、
偏射照明で第1の照明方向と第2の照明方向から同時に前記被観察物体を照明する工程と、
偏射照明で前記第1の照明方向から照明された前記被観察物体の第1の電子画像を取得する工程と、
偏射照明で前記第2の照明方向から照明された前記被観察物体の第1の電子画像を取得する工程と、を含み、
前記第1の照明方向と前記第2の照明方向は、前記被観察物体を照明する照明光学系の光軸に対して略対称である
ことを特徴とする可視化方法。 - 光源と、
前記光源からの光を被観察物体に導く照明光学系と、
前記被観察物体の光学像を像面上に形成する結像光学系と、
前記像面に配置された撮像素子と、
前記撮像素子から得られる前記被観察物体の複数の第1の電子画像を演算して、第2の電子画像を生成する演算装置と、
前記照明光学系による偏射照明の照明方向を制御する偏射照明制御手段と、を含み、
前記複数の第1の電子画像は、前記偏射照明制御手段により異なる照明方向から照明された前記被観察物体の第1の電子画像を含む
ことを特徴とする可視化装置。 - 請求項8に記載の可視化装置において、
前記複数の第1の電子画像は、
第1の照明方向から照明された前記被観察物体の第1の電子画像と、
第2の照明方向から照明された前記被観察物体の第1の電子画像と、を含み、
前記第1の照明方向と前記第2の照明方向は、前記照明光学系の光軸に対して略対称である
ことを特徴とする可視化装置。 - 請求項8または請求項9に記載の可視化装置において、
前記偏射照明制御手段は、
前記照明光学系の瞳位置近傍に配置された、偏斜照明の照明角度を規定する複数の開口を有する偏射照明手段を含み、
dを前記結像光学系の瞳中心と前記複数の開口が前記結像光学系の瞳位置に投影された複数の開口像の各々の瞳中心に最も近い開口端との距離とし、rを前記結像光学系の瞳半径とするとき、以下の条件式
0.4≦d/r
を満たすことを特徴とする可視化装置。 - 請求項10に記載の可視化装置において、
前記結像光学系は、前記被観察物体に対して当該結像光学系の焦点位置をずらして配置される
ことを特徴とする可視化装置。 - 請求項10または請求項11に記載の可視化装置において、
前記演算装置は、前記複数の第1の電子画像を差演算して、前記第2の電子画像を生成する
ことを特徴とする可視化装置。 - 請求項10乃至請求項12のいずれか1項に記載の可視化装置において、
前記偏射照明制御手段は、
前記照明光学系の瞳位置近傍に配置された、開口を有する偏射照明手段と、
前記開口上に配置された、第1の偏光方向の光を透過する第1の偏光子と、
前記開口上に配置された、前記第1の偏光方向と直交する第2の偏光方向の光を透過する第2の偏光子と、
前記光源と前記第1の偏光子及び前記第2の偏光子との間に、光の偏光方向を制御する偏光方向制御手段と、を含み、
前記第1の偏光子と前記第2の偏光子は、前記照明光学系の光軸に対して略対称な位置に配置される
ことを特徴とする可視化装置。 - 請求項10乃至請求項12のいずれか1項に記載の可視化装置において、
前記偏射照明制御手段は、照明光学系の瞳位置近傍に配置された、少なくとも第1の開口と第2の開口を有する偏射照明手段を含み、
前記第1の開口と前記第2の開口は、前記照明光学系の光軸に対して略対称な位置に設けられ、
前記光源は、
前記第1の開口を照明する第1の光源と、
前記第2の開口を照明する第2の光源と、を含む
ことを特徴とする可視化装置。 - 請求項10乃至請求項12のいずれか1項に記載の可視化装置において、
前記偏射照明制御手段は、
前記照明光学系の瞳位置近傍に配置された、開口を有する偏射照明手段と、
前記開口上に配置された、第1の波長域の光を透過する第1の光学フィルタと、
前記開口上に配置された、前記第1の波長域と異なる第2の波長域の光を透過する第2の光学フィルタと、を含み、
前記第1の光学フィルタと前記第2の光学フィルタは、前記照明光学系の光軸に対して略対称な位置に配置され、
前記撮像素子は、
前記第1の波長域の光を検出する複数の第1の画素と、
前記第2の波長域の光を検出する複数の第2の画素と、を含む
ことを特徴とする可視化装置。 - 請求項10乃至請求項12のいずれか1項に記載の可視化装置において、
前記偏射照明制御手段は、
前記照明光学系の瞳位置近傍に配置された、開口を有する偏射照明手段と、
前記開口上に配置された、第1の偏光方向の光を透過する第1の偏光子と、
前記開口上に配置された、前記第1の偏光方向と直交する第2の偏光方向の光を透過する第2の偏光子と、を含み、
前記第1の偏光子と前記第2の偏光子は、前記照明光学系の光軸に対して略対称な位置に配置され、
前記撮像素子は、
前記第1の偏光方向の光を検出する複数の第1の画素と、
前記第2の偏光方向の光を検出する複数の第2の画素と、を含む
ことを特徴とする可視化装置。 - 請求項10乃至請求項16のいずれか1項に記載の可視化装置において、さらに、
前記演算装置により生成された第2の電子画像を表示する表示装置と、を含む
ことを特徴とする可視化装置。
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