JP2015084062A - Device, method, and program for capturing microscopic images - Google Patents

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政記 藤原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device, method, and program for capturing microscopic images, which allow for capturing images using light having a pattern without deteriorating image quality.SOLUTION: Patterned measurement light is produced by a projection light modulation element 112 and is irradiated on an object S under measurement. A spatial phase of a produced pattern is sequentially shifted on the object S under measurement by predetermined increments by the light modulation element 112. A light receiving unit 120 receives light from the object S under measurement and outputs a light reception signal that represents received light intensity. A plurality of sets of image data generated at a plurality of phases of the pattern using the light reception signal from the light receiving unit 120 is used to generate sectioning image data representing an image of the object S under measurement. Based on periodicity of non-light-guiding sections between multiple modulation-pixels of the light modulation element 112, portions of the image data or sectioning image data corresponding to the non-light-guiding sections are removed by a filtering process.

Description

本発明は、顕微鏡撮像装置、顕微鏡撮像方法および顕微鏡撮像プログラムに関する。   The present invention relates to a microscope imaging apparatus, a microscope imaging method, and a microscope imaging program.

光学的セクショニング(切断)により3次元像を作るために使用可能な像を生成する顕微鏡撮像装置が提案されている(特許文献1参照)。   A microscope imaging apparatus that generates an image that can be used to create a three-dimensional image by optical sectioning (cutting) has been proposed (see Patent Document 1).

特許文献1に記載された顕微鏡撮像装置においては、空間的に周期的なパターンで物体が照明されるようにマスクが光源に備えられる。それにより、試料にマスクパターンが投影される。マスクパターンの空間位相を調整するために、キャリッジによりマスクが少なくとも3つの位置に移動される。マスクの少なくとも3つの位置で照明された物体の3つ以上の像を解析することにより、物体の3次元像が生成される。   In the microscope imaging apparatus described in Patent Document 1, a mask is provided in a light source so that an object is illuminated with a spatially periodic pattern. Thereby, a mask pattern is projected on the sample. In order to adjust the spatial phase of the mask pattern, the mask is moved to at least three positions by the carriage. By analyzing three or more images of the object illuminated at at least three positions of the mask, a three-dimensional image of the object is generated.

特表2000−506634号公報Special table 2000-506634

キャリッジ等の機械的な機構に代えて光変調素子を用いることにより、任意のパターンを有する光を用いた撮像が可能となる。しかしながら、光変調素子を用いて得られた画像の画質は、機械的な機構を用いて得られた画像の画質よりも低下することがある。   By using a light modulation element instead of a mechanical mechanism such as a carriage, it is possible to take an image using light having an arbitrary pattern. However, the image quality of an image obtained using a light modulation element may be lower than the image quality of an image obtained using a mechanical mechanism.

本発明の目的は、画像の画質を低下させることなく任意のパターンを有する光を用いた撮像が可能な顕微鏡撮像装置、顕微鏡撮像方法および顕微鏡撮像プログラムを提供することである。   An object of the present invention is to provide a microscope imaging apparatus, a microscope imaging method, and a microscope imaging program capable of imaging using light having an arbitrary pattern without degrading the image quality.

(1)第1の発明に係る顕微鏡撮像装置は、光を出射する投光部と、投光部により出射された光から任意のパターンを有する測定光を生成するように構成された複数の第1の画素を含む光変調素子と、光変調素子により生成された測定光を測定対象物に照射する投光光学系と、測定対象物からの光を受光し、受光量を示す受光信号を出力する受光部と、受光部から出力される受光信号に基づいて画像データを生成する画像データ生成部と、画像データ生成部により生成される画像データに画像処理を行う画像処理部と、パターンを有する測定光を生成するとともに生成されたパターンの空間的な位相を所定量ずつ測定対象物上で順次移動させるように光変調素子を制御し、パターンの複数の位相で生成される複数の画像データに基づいて測定対象物の画像を示すセクショニング画像データを生成するように画像データ生成部を制御する制御部とを備え、光変調素子は、複数の第1の画素間に周期的な非導光部を有し、画像処理部は、光変調素子の非導光部の周期性に基づいて、画像データまたはセクショニング画像データにおける非導光部に相当する部分を除去するフィルタ処理を実行するものである。   (1) A microscope imaging apparatus according to a first aspect of the present invention includes a light projecting unit that emits light, and a plurality of second light sources configured to generate measurement light having an arbitrary pattern from the light emitted by the light projecting unit. A light modulation element including one pixel, a light projecting optical system that irradiates the measurement object with measurement light generated by the light modulation element, and receives light from the measurement object and outputs a received light signal indicating the amount of light received A light receiving unit, an image data generating unit that generates image data based on a light reception signal output from the light receiving unit, an image processing unit that performs image processing on the image data generated by the image data generating unit, and a pattern The light modulation element is controlled so that the spatial phase of the generated pattern is sequentially moved on the measurement object by a predetermined amount while generating the measurement light, and the plurality of image data generated at the plurality of phases of the pattern are generated. Based on measurement A control unit that controls the image data generation unit so as to generate sectioning image data indicating an image of the elephant, and the light modulation element includes a periodic non-light-guiding unit between the plurality of first pixels. The image processing unit executes a filter process for removing a portion corresponding to the non-light-guiding unit in the image data or the sectioning image data based on the periodicity of the non-light-guiding unit of the light modulation element.

この顕微鏡撮像装置においては、投光部により出射された光から複数の第1の画素を含む光変調素子により任意のパターンを有する測定光が生成される。光変調素子により生成された測定光が投光光学系により測定対象物に照射される。生成されたパターンの空間的な位相が光変調素子により所定量ずつ測定対象物上で順次移動される。受光部により測定対象物からの光が受光され、受光量を示す受光信号が出力される。受光部から出力される受光信号に基づいてパターンの複数の位相で生成される複数の画像データに基づいて、測定対象物の画像を示すセクショニング画像データが生成される。   In this microscope imaging apparatus, measurement light having an arbitrary pattern is generated from light emitted from the light projecting unit by a light modulation element including a plurality of first pixels. Measurement light generated by the light modulation element is irradiated onto the measurement object by the light projecting optical system. The spatial phase of the generated pattern is sequentially moved on the measurement object by a predetermined amount by the light modulation element. Light from the measurement object is received by the light receiving unit, and a light reception signal indicating the amount of light received is output. Based on the plurality of image data generated at the plurality of phases of the pattern based on the light reception signal output from the light receiving unit, sectioning image data indicating the image of the measurement object is generated.

ここで、光変調素子は、複数の第1の画素に周期的な非導光部を含む。光変調素子の非導光部からは、測定光が生成されない。したがって、生成される画像データにより表わされる画像には、光変調素子の非導光部に相当する影パターンが映り込む。このような場合でも、光変調素子の非導光部の周期性に基づいて、画像データまたはセクショニング画像データにおける非導光部に相当する部分がフィルタ処理により除去される。これにより、画像の画質を低下させることなく任意のパターンを有する光を用いた撮像が可能になる。   Here, the light modulation element includes a periodic non-light-guiding unit in the plurality of first pixels. No measurement light is generated from the non-light guide portion of the light modulation element. Therefore, a shadow pattern corresponding to the non-light guide portion of the light modulation element is reflected in the image represented by the generated image data. Even in such a case, based on the periodicity of the non-light guide portion of the light modulation element, the portion corresponding to the non-light guide portion in the image data or the sectioning image data is removed by the filtering process. Thereby, imaging using light having an arbitrary pattern can be performed without degrading the image quality of the image.

(2)顕微鏡撮像装置は、フィルタ処理を実行するか否かを指示するための第1の指示部をさらに備え、制御部は、第1の指示部によりフィルタ処理の実行が指示された場合にはフィルタ処理を実行し、第1の指示部によりフィルタ処理の実行が指示されない場合にはフィルタ処理を実行しないように画像処理部を制御してもよい。   (2) The microscope imaging apparatus further includes a first instruction unit for instructing whether or not to execute the filter process, and the control unit is configured to execute the filter process when instructed to execute the filter process by the first instruction unit. May execute the filtering process, and may control the image processing unit not to execute the filtering process when the first instructing unit does not instruct the execution of the filtering process.

この場合、フィルタ処理を実行するか否かが第1の指示部により指示される。これにより、画像に光変調素子の非導光部に相当する影パターンが映り込まない場合のみフィルタ処理を実行することが可能になる。その結果、影パターンが映り込まない画像を表わす画像データまたはセクショニング画像データにフィルタ処理が行われることを防止することができる。   In this case, whether or not to execute the filter process is instructed by the first instruction unit. Accordingly, it is possible to execute the filter process only when a shadow pattern corresponding to the non-light guide portion of the light modulation element does not appear in the image. As a result, it is possible to prevent the filtering process from being performed on image data or sectioning image data representing an image in which no shadow pattern is reflected.

(3)顕微鏡撮像装置は、第1の動作モードまたは第2の動作モードを指示するための第2の指示部をさらに備え、光変調素子は、投光部により出射された光から任意のパターンを有する測定光およびパターンを有しない光を選択的に生成するように構成され、制御部は、第2の指示部により第1の動作モードが指示された場合には、パターンを有する測定光を生成するとともに生成されたパターンの空間的な位相を所定量ずつ測定対象物上で順次移動させるように光変調素子を制御し、パターンの複数の位相で生成される複数の画像データに基づいてセクショニング画像データを生成するように画像データ生成部を制御し、第2の指示部により第2の動作モードが指示された場合には、パターンを有しない測定光を生成するように光変調素子を制御し、パターンを有しない測定光が照射されたときの測定対象物の画像を示す通常画像データを生成するように画像データ生成部を制御してもよい。   (3) The microscope imaging apparatus further includes a second instruction unit for instructing the first operation mode or the second operation mode, and the light modulation element has an arbitrary pattern from the light emitted by the light projecting unit. And the control unit is configured to selectively generate the measurement light having a pattern and the measurement light having the pattern when the first operation mode is instructed by the second instruction unit. The light modulation element is controlled so that the spatial phase of the generated pattern is sequentially moved on the measurement target by a predetermined amount, and sectioning is performed based on a plurality of image data generated at a plurality of phases of the pattern. When the image data generation unit is controlled to generate image data and the second instruction mode is instructed by the second instruction unit, the light modulation element is generated so as to generate measurement light having no pattern. Controls may control the image data generation unit to generate the normal image data representing the image of the measuring object when no measuring light pattern is irradiated.

この場合、第2の指示部により第1の動作モードまたは第2の動作モードが指示される。第1の動作モードにおいては、パターンを有する測定光が光変調素子により生成され、測定対象物に照射される。また、生成されたパターンの空間的な位相が光変調素子により所定量ずつ測定対象物上で順次移動される。パターンの複数の位相で生成される複数の画像データに基づいてセクショニング画像データが生成される。   In this case, the first operation mode or the second operation mode is instructed by the second instruction unit. In the first operation mode, measurement light having a pattern is generated by the light modulation element and irradiated onto the measurement object. Further, the spatial phase of the generated pattern is sequentially moved on the measurement object by a predetermined amount by the light modulation element. Sectioning image data is generated based on a plurality of image data generated at a plurality of phases of the pattern.

一方、第2の動作モードにおいては、パターンを有しない測定光が光変調素子により生成され、測定対象物に照射される。これにより、パターンを有しない測定光が照射されたときの測定対象物の画像を示す通常画像データが生成される。   On the other hand, in the second operation mode, measurement light having no pattern is generated by the light modulation element and irradiated onto the measurement object. Thereby, normal image data indicating an image of the measurement object when the measurement light having no pattern is irradiated is generated.

このように、光変調素子を用いることにより、共通の投光光学系により任意のパターンを有する測定光およびパターンを有しない測定光を測定対象物に照射することができる。これにより、任意のパターンを有する測定光を用いた場合のセクショニング画像データおよびパターンを有しない測定光を用いた場合の通常画像データを得ることができる。   As described above, by using the light modulation element, it is possible to irradiate the measurement object with measurement light having an arbitrary pattern and measurement light having no pattern by a common light projecting optical system. Thereby, sectioning image data when using measurement light having an arbitrary pattern and normal image data when using measurement light having no pattern can be obtained.

また、画像データ、セクショニング画像データまたは通常画像データにおける非導光部に相当する部分がフィルタ処理により除去される。したがって、第1および第2の動作モードにおいて、画質の低下が防止された画像を示す画像データを生成することができる。   Further, a portion corresponding to the non-light guide portion in the image data, sectioning image data, or normal image data is removed by the filtering process. Therefore, in the first and second operation modes, it is possible to generate image data indicating an image in which deterioration in image quality is prevented.

(4)フィルタ処理は、空間フィルタ処理を含んでもよい。この場合、画像データまたはセクショニング画像データにおける光変調素子の非導光部に相当する部分を容易に除去することができる。   (4) The filtering process may include a spatial filtering process. In this case, the portion corresponding to the non-light guide portion of the light modulation element in the image data or the sectioning image data can be easily removed.

(5)画像処理部は、フィルタ処理として、波形変換処理、空間フィルタ処理、および波形変換処理の逆変換処理を順次行ってもよい。   (5) The image processing unit may sequentially perform a waveform conversion process, a spatial filter process, and an inverse conversion process of the waveform conversion process as the filter process.

この場合、波形変換処理により光変調素子の非導光部に相当する画像データまたはセクショニング画像データの部分が他の部分から分離される。これにより、空間フィルタ処理により画像データまたはセクショニング画像データにおける光変調素子の非導光部に相当する部分を効率よく除去することができる。その結果、逆変換処理により光変調素子の非導光部に相当する部分が除去された画像を得ることができる。   In this case, the part of the image data or sectioning image data corresponding to the non-light-guiding part of the light modulation element is separated from the other parts by the waveform conversion process. Thereby, the part equivalent to the non-light guide part of the light modulation element in the image data or the sectioning image data can be efficiently removed by the spatial filter processing. As a result, it is possible to obtain an image from which a portion corresponding to the non-light guide portion of the light modulation element is removed by the inverse conversion process.

(6)波形変換処理は、離散フーリエ変換または離散ウェーブレット変換を含んでもよい。   (6) The waveform conversion process may include discrete Fourier transform or discrete wavelet transform.

この場合、光変調素子の非導光部に対応する空間周波数に基づいて、画像データまたはセクショニング画像データにおける光変調素子の非導光部に相当する部分を他の部分から高い精度で分離することができる。   In this case, based on the spatial frequency corresponding to the non-light guide portion of the light modulation element, the portion corresponding to the non-light guide portion of the light modulation element in the image data or the sectioning image data is separated with high accuracy from the other portions. Can do.

(7)空間フィルタ処理は、ぼかしフィルタ処理を含んでもよい。   (7) The spatial filter process may include a blur filter process.

この場合、ぼかしフィルタ処理により画像がぼかされる。これにより、画像の画質を大きく低下させることなく画像データまたはセクショニング画像データにおける光変調素子の非導光部に相当する部分を容易に除去することができる。   In this case, the image is blurred by the blur filter process. As a result, a portion corresponding to the non-light guide portion of the light modulation element in the image data or the sectioning image data can be easily removed without significantly reducing the image quality.

(8)ぼかしフィルタ処理は、ガウシアンフィルタ処理を含んでもよい。   (8) The blur filter process may include a Gaussian filter process.

この場合、ガウシアンフィルタ処理により光変調素子の非導光部に相当する部分が画像の他の部分よりも大きな重みでぼかされる。これにより、画像の画質をほとんど低下させることなく画像データまたはセクショニング画像データにおける光変調素子の非導光部に相当する部分を容易に除去することができる。   In this case, the portion corresponding to the non-light-guiding portion of the light modulation element is blurred with a greater weight than other portions of the image by the Gaussian filter processing. As a result, the portion corresponding to the non-light guide portion of the light modulation element in the image data or sectioning image data can be easily removed without substantially reducing the image quality.

(9)光変調素子、受光部および投光光学系は、投光光学系の解像度が光変調素子の複数の第1の画素間の隙間の幅よりも低くなるように構成されてもよい。   (9) The light modulation element, the light receiving unit, and the light projection optical system may be configured such that the resolution of the light projection optical system is lower than the width of the gap between the plurality of first pixels of the light modulation element.

この場合、投光光学系の解像度が光変調素子の複数の第1の画素間の隙間の幅よりも低いので、生成されるセクショニング画像データに基づく画像には光変調素子の非導光部に相当する影パターンが映り込まない。これにより、画質がほとんど低下しない画像を示すセクショニング画像データを生成することができる。   In this case, since the resolution of the light projecting optical system is lower than the width of the gap between the plurality of first pixels of the light modulation element, an image based on the generated sectioning image data is displayed on the non-light guide portion of the light modulation element. The corresponding shadow pattern is not reflected. This makes it possible to generate sectioning image data indicating an image that hardly deteriorates in image quality.

(10)光変調素子および受光部の一方は、光変調素子および受光部の他方に対して、投光光学系を介して共役関係となる位置から投光光学系の解像度が光変調素子の複数の第1の画素間の隙間の幅よりも低くなるまでずれた位置に配置されてもよい。   (10) One of the light modulation element and the light receiving unit has a plurality of light modulation elements whose resolution is higher than the other of the light modulation element and the light reception unit from a position having a conjugate relationship via the light projection optical system. It may be arranged at a position shifted until it becomes lower than the width of the gap between the first pixels.

この場合、投光光学系の解像度を光変調素子の複数の第1の画素間の隙間の幅よりも容易に低くすることができる。   In this case, the resolution of the light projecting optical system can be easily made lower than the width of the gap between the plurality of first pixels of the light modulation element.

(11)投光光学系の変調伝達関数の値は、光変調素子の複数の第1の画素間の隙間の幅に対応する空間周波数において、予め定められたしきい値以下であってもよい。   (11) The value of the modulation transfer function of the light projecting optical system may be equal to or less than a predetermined threshold at a spatial frequency corresponding to the width of the gap between the plurality of first pixels of the light modulation element. .

この場合、投光光学系の解像度を光変調素子の複数の第1の画素間の隙間の幅よりも容易に低くすることができる。   In this case, the resolution of the light projecting optical system can be easily made lower than the width of the gap between the plurality of first pixels of the light modulation element.

(12)受光部の受光面を含む平面上において、測定対象物から受光部への光の照射範囲が受光部の受光面を包含するように投光光学系が構成されてもよい。   (12) On the plane including the light receiving surface of the light receiving unit, the light projecting optical system may be configured so that the irradiation range of light from the measurement object to the light receiving unit includes the light receiving surface of the light receiving unit.

投光光学系の配置のずれのため、測定対象物から受光部への光の照射範囲が受光部の受光面に相当する範囲より外れることがある。光が受光部の受光面の一部に照射されない場合、生成されるセクショニング画像データに基づく画像の一部に欠落が発生する。上記の構成によれば、測定対象物から受光部への光の照射範囲が受光部の受光面を包含する。そのため、光の大部分が受光部の受光面に入射する。これにより、投光光学系の配置のずれによる欠落が防止された画像を示すセクショニング画像データを生成することができる。   Due to the misalignment of the light projecting optical system, the irradiation range of light from the measurement object to the light receiving unit may deviate from the range corresponding to the light receiving surface of the light receiving unit. When light is not irradiated to a part of the light receiving surface of the light receiving unit, a part of the image based on the generated sectioning image data is missing. According to said structure, the irradiation range of the light from a measuring object to a light-receiving part includes the light-receiving surface of a light-receiving part. Therefore, most of the light enters the light receiving surface of the light receiving unit. Thereby, sectioning image data indicating an image in which a loss due to the deviation of the arrangement of the projection optical system is prevented can be generated.

(13)受光部は、互いに交差する第1および第2の方向に並ぶ複数の第2の画素を含み、受光部の受光面を含む平面上において、光変調素子の各1個の第1の画素に対応する測定対象物から受光部への光の部分が、第1の方向に並ぶ3個の第2の画素および第2の方向に並ぶ3個の第2の画素を含む領域以下の領域に照射されるように投光光学系が構成されてもよい。   (13) The light receiving unit includes a plurality of second pixels arranged in first and second directions intersecting each other, and each of the first light modulation elements on the plane including the light receiving surface of the light receiving unit. The area below the area including the three second pixels arranged in the first direction and the three second pixels arranged in the second direction in the portion of the light from the measurement object corresponding to the pixel to the light receiving unit The projection optical system may be configured to irradiate the light.

測定対象物から受光部への光の照射範囲が受光部の受光面よりも大き過ぎる場合、光変調素子による測定光のパターンの最小の幅が大きくなることにより、測定対象物の細部を高い精度で撮像する性能(セクショニング性能)が低下する。上記の構成によれば、光変調素子の各1個の第1の画素に対応する光の部分の照射範囲は、第1の方向に並ぶ3個の第2の画素および第2の方向に並ぶ3個の第2の画素を含む領域以下の領域に制限される。これにより、光変調素子による測定光のパターンの最小の幅を小さくすることができる。その結果、セクショニング性能が低下することを防止することができる。   When the light irradiation range from the measurement object to the light receiving part is too large than the light receiving surface of the light receiving part, the minimum width of the measurement light pattern by the light modulation element is increased, so that the details of the measurement object are highly accurate The image capturing performance (sectioning performance) decreases. According to said structure, the irradiation range of the part of the light corresponding to each 1st pixel of a light modulation element is located in a line with the 3rd 2nd pixel arranged in a 1st direction, and a 2nd direction The area is limited to an area equal to or less than an area including three second pixels. Thereby, the minimum width | variety of the pattern of the measurement light by a light modulation element can be made small. As a result, it is possible to prevent the sectioning performance from being lowered.

(14)第2の発明に係る顕微鏡撮像方法は、投光部により光を出射するステップと、投光部により出射された光から複数の第1の画素を含む光変調素子により任意のパターンを有する測定光を生成するステップと、光変調素子により生成された測定光を投光光学系により測定対象物に照射するステップと、生成されたパターンの空間的な位相を光変調素子により所定量ずつ測定対象物上で順次移動させるステップと、受光部により測定対象物からの光を受光し、受光量を示す受光信号を出力するステップと、受光部から出力される受光信号に基づいてパターンの複数の位相で生成される複数の画像データに基づいて、測定対象物の画像を示すセクショニング画像データを生成するステップと、光変調素子の複数の第1の画素間の非導光部の周期性に基づいて、画像データまたはセクショニング画像データにおける非導光部に相当する部分を除去するステップとを含むものである。   (14) In the microscope imaging method according to the second invention, an arbitrary pattern is formed by the step of emitting light by the light projecting unit and the light modulation element including a plurality of first pixels from the light emitted by the light projecting unit. Generating measurement light having a step, irradiating a measurement object with measurement light generated by a light modulation element by a projection optical system, and a spatial phase of the generated pattern by a predetermined amount by the light modulation element A step of sequentially moving on the measuring object, a step of receiving light from the measuring object by the light receiving unit, outputting a light receiving signal indicating the amount of received light, and a plurality of patterns based on the light receiving signal output from the light receiving unit Generating sectioning image data indicating an image of the measurement object based on the plurality of image data generated at the phase of the non-light-guiding unit between the plurality of first pixels of the light modulation element Based on the period property, it is intended to include a step of removing a portion corresponding to the non-light unit in the image data or sectioning image data.

この顕微鏡撮像方法によれば、投光部により出射された光から複数の第1の画素を含む光変調素子により任意のパターンを有する測定光が生成される。光変調素子により生成された測定光が投光光学系により測定対象物に照射される。生成されたパターンの空間的な位相が光変調素子により所定量ずつ測定対象物上で順次移動される。受光部により測定対象物からの光が受光され、受光量を示す受光信号が出力される。受光部から出力される受光信号に基づいてパターンの複数の位相で生成される複数の画像データに基づいて、測定対象物の画像を示すセクショニング画像データが生成される。   According to this microscope imaging method, measurement light having an arbitrary pattern is generated from the light emitted from the light projecting unit by the light modulation element including the plurality of first pixels. Measurement light generated by the light modulation element is irradiated onto the measurement object by the light projecting optical system. The spatial phase of the generated pattern is sequentially moved on the measurement object by a predetermined amount by the light modulation element. Light from the measurement object is received by the light receiving unit, and a light reception signal indicating the amount of light received is output. Based on the plurality of image data generated at the plurality of phases of the pattern based on the light reception signal output from the light receiving unit, sectioning image data indicating the image of the measurement object is generated.

ここで、光変調素子は、複数の第1の画素に周期的な非導光部を含む。光変調素子の非導光部からは、測定光が生成されない。したがって、生成される画像データにより表わされる画像には、光変調素子の非導光部に相当する影パターンが映り込む。このような場合でも、光変調素子の非導光部の周期性に基づいて、画像データまたはセクショニング画像データにおける非導光部に相当する部分が除去される。これにより、画像の画質を低下させることなく任意のパターンを有する光を用いた撮像が可能になる。   Here, the light modulation element includes a periodic non-light-guiding unit in the plurality of first pixels. No measurement light is generated from the non-light guide portion of the light modulation element. Therefore, a shadow pattern corresponding to the non-light guide portion of the light modulation element is reflected in the image represented by the generated image data. Even in such a case, based on the periodicity of the non-light guide portion of the light modulation element, the portion corresponding to the non-light guide portion in the image data or the sectioning image data is removed. Thereby, imaging using light having an arbitrary pattern can be performed without degrading the image quality of the image.

(15)第3の発明に係る顕微鏡撮像プログラムは、処理装置により実行可能な顕微鏡撮像プログラムであって、投光部により光を出射する処理と、投光部により出射された光から複数の第1の画素を含む光変調素子により任意のパターンを有する測定光を生成する処理と、光変調素子により生成された測定光を投光光学系により測定対象物に照射する処理と、生成されたパターンの空間的な位相を光変調素子により所定量ずつ測定対象物上で順次移動させる処理と、受光部により測定対象物からの光を受光し、受光量を示す受光信号を出力する処理と、受光部から出力される受光信号に基づいてパターンの複数の位相で生成される複数の画像データに基づいて、測定対象物の画像を示すセクショニング画像データを生成する処理と、光変調素子の複数の第1の画素間の非導光部の周期性に基づいて、画像データまたはセクショニング画像データにおける非導光部に相当する部分を除去する処理とを、処理装置に実行させるものである。   (15) A microscope imaging program according to a third invention is a microscope imaging program that can be executed by a processing device, and includes a plurality of first processes based on a process of emitting light by a light projecting unit and light emitted by the light projecting unit. A process for generating measurement light having an arbitrary pattern by a light modulation element including one pixel, a process for irradiating a measurement object with measurement light generated by the light modulation element by a light projection optical system, and a generated pattern A process of sequentially moving the spatial phase of the object on the measurement object by a predetermined amount by the light modulation element, a process of receiving light from the measurement object by the light receiving unit, and outputting a light reception signal indicating the amount of received light; Processing for generating sectioning image data indicating an image of a measurement object based on a plurality of image data generated at a plurality of phases of a pattern based on a light reception signal output from the unit, and light modulation The processing device executes processing for removing a portion corresponding to the non-light guide portion in the image data or the sectioning image data based on the periodicity of the non-light guide portion between the plurality of first pixels of the child. is there.

この顕微鏡撮像プログラムによれば、投光部により出射された光から複数の第1の画素を含む光変調素子により任意のパターンを有する測定光が生成される。光変調素子により生成された測定光が投光光学系により測定対象物に照射される。生成されたパターンの空間的な位相が光変調素子により所定量ずつ測定対象物上で順次移動される。受光部により測定対象物からの光が受光され、受光量を示す受光信号が出力される。受光部から出力される受光信号に基づいてパターンの複数の位相で生成される複数の画像データに基づいて、測定対象物の画像を示すセクショニング画像データが生成される。   According to this microscope imaging program, measurement light having an arbitrary pattern is generated from the light emitted from the light projecting unit by the light modulation element including the plurality of first pixels. Measurement light generated by the light modulation element is irradiated onto the measurement object by the light projecting optical system. The spatial phase of the generated pattern is sequentially moved on the measurement object by a predetermined amount by the light modulation element. Light from the measurement object is received by the light receiving unit, and a light reception signal indicating the amount of light received is output. Based on the plurality of image data generated at the plurality of phases of the pattern based on the light reception signal output from the light receiving unit, sectioning image data indicating the image of the measurement object is generated.

ここで、光変調素子は、複数の第1の画素に周期的な非導光部を含む。光変調素子の非導光部からは、測定光が生成されない。したがって、生成される画像データにより表わされる画像には、光変調素子の非導光部に相当する影パターンが映り込む。このような場合でも、光変調素子の非導光部の周期性に基づいて、画像データまたはセクショニング画像データにおける非導光部に相当する部分が除去される。これにより、画像の画質を低下させることなく任意のパターンを有する光を用いた撮像が可能になる。   Here, the light modulation element includes a periodic non-light-guiding unit in the plurality of first pixels. No measurement light is generated from the non-light guide portion of the light modulation element. Therefore, a shadow pattern corresponding to the non-light guide portion of the light modulation element is reflected in the image represented by the generated image data. Even in such a case, based on the periodicity of the non-light guide portion of the light modulation element, the portion corresponding to the non-light guide portion in the image data or the sectioning image data is removed. Thereby, imaging using light having an arbitrary pattern can be performed without degrading the image quality of the image.

本発明によれば、画像の画質を低下させることなく任意のパターンを有する光を用いた撮像が可能になる。   According to the present invention, imaging using light having an arbitrary pattern can be performed without degrading the image quality.

本発明の一実施の形態に係る顕微鏡撮像装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the microscope imaging device which concerns on one embodiment of this invention. 図1の顕微鏡撮像装置の測定部および測定光供給部の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the measurement part and measurement light supply part of the microscope imaging device of FIG. 図1の顕微鏡撮像装置の測定部における光路を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the optical path in the measurement part of the microscope imaging device of FIG. CPUの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of CPU. パターン付与部により出射される測定光の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the measurement light radiate | emitted by a pattern provision part. 測定対象物の通常画像を示す図である。It is a figure which shows the normal image of a measuring object. 通常画像および変換画像の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a normal image and a conversion image. 影パターンの空間周波数の算出に用いられるパターン測定光の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the pattern measurement light used for calculation of the spatial frequency of a shadow pattern. 投影解像サイズの調整方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the adjustment method of projection resolution size. 受光面を含む平面上における蛍光の照射範囲と受光面との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the irradiation range of the fluorescence on the plane containing a light-receiving surface, and a light-receiving surface. 蛍光の照射範囲および受光面の一部の拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of a part of a light irradiation surface and a fluorescence irradiation range. 受光部の模式的拡大図である。It is a typical enlarged view of a light-receiving part.

(1)顕微鏡撮像装置の構成
図1は、本発明の一実施の形態に係る顕微鏡撮像装置の構成を示すブロック図である。図2は、図1の顕微鏡撮像装置500の測定部および測定光供給部300の構成を示す模式図である。図3は、図1の顕微鏡撮像装置500の測定部における光路を示す模式図である。
(1) Configuration of Microscope Imaging Device FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a microscope imaging device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the configuration of the measurement unit and the measurement light supply unit 300 of the microscope imaging apparatus 500 of FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing an optical path in the measurement unit of the microscope imaging apparatus 500 of FIG.

以下、本実施の形態に係る顕微鏡撮像装置500について、図1〜図3を参照しながら説明する。図1に示すように、顕微鏡撮像装置500は、測定部100、PC(パーソナルコンピュータ)200、測定光供給部300および表示部400を備える。   Hereinafter, a microscope imaging apparatus 500 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the microscope imaging apparatus 500 includes a measurement unit 100, a PC (personal computer) 200, a measurement light supply unit 300, and a display unit 400.

図2に示すように、測定光供給部300は、電源装置310、投光部320および導光部材330を含む。本例においては、導光部材330は液体ライトガイドである。導光部材330は、例えばガラスファイバまたは石英ファイバであってもよい。電源装置310は、投光部320に電力を供給するとともに、図示しない電源ケーブルを介して測定部100に電力を供給する。   As shown in FIG. 2, the measurement light supply unit 300 includes a power supply device 310, a light projecting unit 320, and a light guide member 330. In this example, the light guide member 330 is a liquid light guide. The light guide member 330 may be, for example, a glass fiber or a quartz fiber. The power supply device 310 supplies power to the light projecting unit 320 and supplies power to the measurement unit 100 via a power cable (not shown).

投光部320は、測定光源321、減光機構322および遮光機構323を含む。測定光源321は、例えばメタルハライドランプである。測定光源321は、水銀ランプまたは白色LED(発光ダイオード)等の他の光源であってもよい。以下、測定光源321により出射される光を測定光と呼ぶ。   The light projecting unit 320 includes a measurement light source 321, a light reduction mechanism 322, and a light shielding mechanism 323. The measurement light source 321 is, for example, a metal halide lamp. The measurement light source 321 may be another light source such as a mercury lamp or a white LED (light emitting diode). Hereinafter, the light emitted from the measurement light source 321 is referred to as measurement light.

減光機構322は、互いに透過率が異なる複数のND(Neutral Density)フィルタを含む。減光機構322は、複数のNDフィルタのいずれかが測定光源321から出射された測定光の光路上に位置するように配置される。測定光の光路上に位置するNDフィルタを選択的に切り替えることにより、減光機構322を通過する測定光の強度を調整することができる。減光機構322は、複数のNDフィルタに代えて、光の強度を調整可能な光変調器等の光学素子を含んでもよい。   The dimming mechanism 322 includes a plurality of ND (Neutral Density) filters having different transmittances. The dimming mechanism 322 is arranged such that any one of the plurality of ND filters is positioned on the optical path of the measurement light emitted from the measurement light source 321. By selectively switching the ND filter located on the optical path of the measurement light, the intensity of the measurement light passing through the dimming mechanism 322 can be adjusted. The dimming mechanism 322 may include an optical element such as an optical modulator capable of adjusting the light intensity instead of the plurality of ND filters.

遮光機構323は、例えばメカニカルシャッタである。遮光機構323は、減光機構322を通過した測定光の光路上に配置される。遮光機構323が開状態である場合には、測定光は遮光機構323を通過し、導光部材330に入力される。一方、遮光機構323が閉状態である場合には、測定光は遮断され、導光部材330に入力されない。遮光機構323は、光の通過および遮断を切り替え可能な光変調器等の光学素子を含んでもよい。   The light shielding mechanism 323 is, for example, a mechanical shutter. The light shielding mechanism 323 is disposed on the optical path of the measurement light that has passed through the dimming mechanism 322. When the light shielding mechanism 323 is in the open state, the measurement light passes through the light shielding mechanism 323 and is input to the light guide member 330. On the other hand, when the light shielding mechanism 323 is in the closed state, the measurement light is blocked and is not input to the light guide member 330. The light blocking mechanism 323 may include an optical element such as an optical modulator that can switch between passage and blocking of light.

測定部100は、例えば蛍光顕微鏡であり、蛍光照明レンズ101、パターン付与部110、受光部120、透過光供給部130、ステージ140、フィルタユニット150、レンズユニット160および制御基板170を含む。受光部120、フィルタユニット150、レンズユニット160、ステージ140および透過光供給部130は、下方から上方に向かってこの順で配置される。   The measuring unit 100 is, for example, a fluorescence microscope, and includes a fluorescent illumination lens 101, a pattern applying unit 110, a light receiving unit 120, a transmitted light supply unit 130, a stage 140, a filter unit 150, a lens unit 160, and a control board 170. The light receiving unit 120, the filter unit 150, the lens unit 160, the stage 140, and the transmitted light supply unit 130 are arranged in this order from the bottom to the top.

ステージ140上には、測定対象物Sが載置される。本例においては、測定対象物Sは種々のタンパク質を含む生物標本である。測定対象物Sには、特定のタンパク質に融合する蛍光試薬が塗布されている。蛍光試薬は、例えばGFP(緑色蛍光タンパク質)、Texas Red(テキサスレッド)およびDAPI(ジアミジノフェニルインドール)を含む。   On the stage 140, the measuring object S is placed. In this example, the measuring object S is a biological specimen containing various proteins. The measuring object S is coated with a fluorescent reagent that fuses with a specific protein. Fluorescent reagents include, for example, GFP (green fluorescent protein), Texas Red (Texas Red), and DAPI (diamidinophenylindole).

GFPは、490nm付近の光を吸収して510nm付近の波長の光を放出する。Texas Redは、波長596nm付近の光を吸収して波長620nm付近の光を放出する。DAPIは、波長345nm付近の光を吸収して波長455nm付近の光を放出する。   GFP absorbs light near 490 nm and emits light with a wavelength near 510 nm. Texas Red absorbs light near a wavelength of 596 nm and emits light near a wavelength of 620 nm. DAPI absorbs light near a wavelength of 345 nm and emits light near a wavelength of 455 nm.

測定対象物Sが載置されるステージ140上の平面(以下、載置面と呼ぶ)内で互いに直交する2方向をX方向およびY方向と定義し、載置面に対して直交する方向をZ方向と定義する。本実施の形態においては、X方向およびY方向は水平方向であり、Z方向は上下方向である。また、本実施の形態においては、ステージ140はX−Yステージであり、図示しないステージ駆動部によりX方向およびY方向に移動可能に配置される。   Two directions perpendicular to each other in a plane (hereinafter referred to as a placement surface) on the stage 140 on which the measurement object S is placed are defined as an X direction and a Y direction, and the directions perpendicular to the placement surface are defined as the directions. It is defined as the Z direction. In the present embodiment, the X direction and the Y direction are horizontal directions, and the Z direction is a vertical direction. In the present embodiment, stage 140 is an XY stage, and is arranged so as to be movable in the X direction and the Y direction by a stage drive unit (not shown).

測定部100には、測定光供給部300から出射される測定光を測定対象物Sに導く光学系、透過光供給部130から出射される光を測定対象物Sに導く光学系および測定対象物Sからの光を受光部120に導く光学系が構成される。   The measurement unit 100 includes an optical system that guides measurement light emitted from the measurement light supply unit 300 to the measurement object S, an optical system that guides light emitted from the transmitted light supply unit 130 to the measurement object S, and the measurement object. An optical system for guiding the light from S to the light receiving unit 120 is configured.

パターン付与部110は、光出力部111、光変調素子112および複数(本例では2個)のミラー113を含む。光出力部111は、導光部材330に入力された測定光を出力する。光出力部111から出力された光は、複数のミラー113により反射され、光変調素子112に入射する。   The pattern providing unit 110 includes a light output unit 111, a light modulation element 112, and a plurality (two in this example) of mirrors 113. The light output unit 111 outputs the measurement light input to the light guide member 330. The light output from the light output unit 111 is reflected by the plurality of mirrors 113 and enters the light modulation element 112.

光変調素子112は、例えばDMD(デジタルマイクロミラーデバイス)である。DMDは2次元状に配列された複数のマイクロミラーにより構成される。光変調素子112は、LCOS(Liquid Crystal on Silicon:反射型液晶素子)またはLCD(液晶ディスプレイ)であってもよい。光変調素子112に入射した光は、後述するパターン生成部212により予め設定されたパターンおよび予め設定された強度(明るさ)に変換され、蛍光照明レンズ101を通ってフィルタユニット150に出射される。   The light modulation element 112 is, for example, a DMD (digital micromirror device). The DMD is composed of a plurality of micromirrors arranged two-dimensionally. The light modulation element 112 may be LCOS (Liquid Crystal on Silicon: reflection type liquid crystal element) or LCD (liquid crystal display). The light incident on the light modulation element 112 is converted into a preset pattern and preset intensity (brightness) by a pattern generation unit 212 described later, and is emitted to the filter unit 150 through the fluorescent illumination lens 101. .

フィルタユニット150は、複数(本例では3個)のフィルタキューブ151およびフィルタターレット152を含む。複数のフィルタキューブ151は、測定対象物Sに塗布される複数種類の蛍光試薬に対応する。図3に示すように、各フィルタキューブ151は、フレーム151a、励起フィルタ151b、ダイクロイックミラー151cおよび吸収フィルタ151dを含む。フレーム151aは、励起フィルタ151b、ダイクロイックミラー151cおよび吸収フィルタ151dを支持する立方体状の部材である。   The filter unit 150 includes a plurality (three in this example) of filter cubes 151 and filter turrets 152. The plurality of filter cubes 151 correspond to a plurality of types of fluorescent reagents applied to the measurement object S. As shown in FIG. 3, each filter cube 151 includes a frame 151a, an excitation filter 151b, a dichroic mirror 151c, and an absorption filter 151d. The frame 151a is a cubic member that supports the excitation filter 151b, the dichroic mirror 151c, and the absorption filter 151d.

図2の励起フィルタ151bは、第1の波長帯域の光を通過させる帯域通過フィルタである。吸収フィルタ151dは、第1の波長帯域と異なる第2の波長帯域の光を通過させる帯域通過フィルタである。ダイクロイックミラー151cは、第1の波長帯域を含む波長帯域の光を反射し、第2の波長帯域を含む波長帯域の光を通過させるミラーである。第1および第2の波長帯域は、蛍光試薬の吸収波長および放出波長に応じてフィルタキューブ151ごとに互いに異なる。   The excitation filter 151b in FIG. 2 is a band-pass filter that passes light in the first wavelength band. The absorption filter 151d is a band-pass filter that passes light in a second wavelength band different from the first wavelength band. The dichroic mirror 151c is a mirror that reflects light in a wavelength band including the first wavelength band and passes light in a wavelength band including the second wavelength band. The first and second wavelength bands are different for each filter cube 151 depending on the absorption wavelength and emission wavelength of the fluorescent reagent.

フィルタターレット152は、円板状を有する。本実施の形態においては、フィルタターレット152に略90°間隔で4個のフィルタキューブ取付部152aが設けられている。各フィルタキューブ取付部152aは、フィルタキューブ151を取り付け可能に形成された開口である。   The filter turret 152 has a disk shape. In the present embodiment, the filter turret 152 is provided with four filter cube mounting portions 152a at approximately 90 ° intervals. Each filter cube attaching part 152a is an opening formed so that the filter cube 151 can be attached.

本実施の形態においては、3個のフィルタキューブ取付部152aにそれぞれ3個のフィルタキューブ151が取り付けられ、残り1個のフィルタキューブ取付部152aにはフィルタキューブ151が取り付けられない。そのため、フィルタキューブ151が取り付けられないフィルタキューブ取付部152aを測定光の光路上に配置させることにより、フィルタキューブ151を用いない明視野観察を行うことが可能である。なお、図2の例においては、フィルタターレット152に2個のフィルタキューブ151が取り付けられている。   In the present embodiment, three filter cubes 151 are attached to the three filter cube attachment parts 152a, respectively, and the filter cube 151 is not attached to the remaining one filter cube attachment part 152a. Therefore, it is possible to perform bright field observation without using the filter cube 151 by arranging the filter cube attachment portion 152a to which the filter cube 151 is not attached on the optical path of the measurement light. In the example of FIG. 2, two filter cubes 151 are attached to the filter turret 152.

フィルタターレット152は、図示しないフィルタターレット駆動部によりZ方向に平行な軸を中心に所定の角度間隔(本例では90°間隔)で回転可能に配置される。使用者は、後述するPC200の操作部250を操作してフィルタターレット152を回転させることにより、測定対象物Sの測定に用いるフィルタキューブ151を選択する。   The filter turret 152 is rotatably arranged at a predetermined angular interval (90 ° interval in this example) around an axis parallel to the Z direction by a filter turret driving unit (not shown). The user selects the filter cube 151 used for measuring the measurement object S by rotating the filter turret 152 by operating the operation unit 250 of the PC 200 described later.

選択されたフィルタキューブ151は、測定光が励起フィルタ151bに入射するようにフィルタユニット150に取り付けられている。図3に示すように、励起フィルタ151bに測定光が入射すると、測定光のうち第1の波長帯域を有する成分のみが励起フィルタ151bを通過する。励起フィルタ151bを通過した測定光は、ダイクロイックミラー151cにより上方のレンズユニット160(図2)に向けて反射される。   The selected filter cube 151 is attached to the filter unit 150 so that the measurement light enters the excitation filter 151b. As shown in FIG. 3, when the measurement light is incident on the excitation filter 151b, only the component having the first wavelength band in the measurement light passes through the excitation filter 151b. The measurement light that has passed through the excitation filter 151b is reflected by the dichroic mirror 151c toward the upper lens unit 160 (FIG. 2).

レンズユニット160は、複数(本例では6個)の対物レンズ161、レンズターレット162および焦点位置調整機構163を含む。複数の対物レンズ161は、互いに異なる倍率を有する。レンズターレット162は、円板状を有する。本実施の形態においては、レンズターレット162上に略60°間隔で6個の対物レンズ取付部162aが設けられている。各対物レンズ取付部162aは、対物レンズ161を取付可能に形成された開口である。   The lens unit 160 includes a plurality (six in this example) of objective lenses 161, a lens turret 162, and a focal position adjustment mechanism 163. The plurality of objective lenses 161 have different magnifications. The lens turret 162 has a disk shape. In the present embodiment, six objective lens mounting portions 162 a are provided on the lens turret 162 at approximately 60 ° intervals. Each objective lens attachment portion 162a is an opening formed so that the objective lens 161 can be attached.

本実施の形態においては、6個の対物レンズ取付部162aにそれぞれ6個の対物レンズ161が取り付けられる。なお、図2の例においては、レンズユニット160に3個の対物レンズ161が取り付けられている。   In the present embodiment, six objective lenses 161 are attached to the six objective lens attachment portions 162a, respectively. In the example of FIG. 2, three objective lenses 161 are attached to the lens unit 160.

レンズターレット162は、図示しないレンズターレット駆動部によりZ方向に平行な軸を中心に所定の角度間隔(本例では60°間隔)で回転可能に配置される。使用者は、後述するPC200の操作部250を操作してレンズターレット162を回転させることにより、測定対象物Sの測定に用いる対物レンズ161を選択する。選択された対物レンズ161は、選択されたフィルタキューブ151と重なる。これにより、図3に示すように、フィルタキューブ151のダイクロイックミラー151cにより反射された測定光は、選択された対物レンズ161を通過する。   The lens turret 162 is disposed so as to be rotatable at a predetermined angular interval (60 ° interval in this example) around an axis parallel to the Z direction by a lens turret driving unit (not shown). The user selects the objective lens 161 used for measuring the measuring object S by operating the operation unit 250 of the PC 200 described later and rotating the lens turret 162. The selected objective lens 161 overlaps the selected filter cube 151. Thereby, as shown in FIG. 3, the measurement light reflected by the dichroic mirror 151 c of the filter cube 151 passes through the selected objective lens 161.

図2の焦点位置調整機構163は、図示しない焦点位置調整機構駆動部によりレンズターレット162をZ方向に移動可能に配置される。これにより、ステージ140上の測定対象物Sと選択された対物レンズ161との相対的な距離が調整される。ステージ140は、略中央部に開口を有する。対物レンズ161を通過した測定光は、集光されつつステージ140の開口を通過して測定対象物Sに照射される。   The focal position adjusting mechanism 163 in FIG. 2 is arranged so that the lens turret 162 can be moved in the Z direction by a focal position adjusting mechanism driving unit (not shown). Thereby, the relative distance between the measuring object S on the stage 140 and the selected objective lens 161 is adjusted. The stage 140 has an opening at a substantially central portion. The measurement light that has passed through the objective lens 161 passes through the opening of the stage 140 while being condensed and is applied to the measurement object S.

測定光が照射された測定対象物Sは、測定光を吸収して、第2の波長帯域を含む波長帯域の蛍光を放出する。測定対象物Sの下方に放出された蛍光は、選択された対物レンズ161ならびに選択されたフィルタキューブ151のダイクロイックミラー151cおよび吸収フィルタ151dを通過する。これにより、蛍光のうち第2の波長帯域を有する成分が受光部120に入射する。   The measurement object S irradiated with the measurement light absorbs the measurement light and emits fluorescence in a wavelength band including the second wavelength band. The fluorescence emitted below the measuring object S passes through the selected objective lens 161 and the dichroic mirror 151c and the absorption filter 151d of the selected filter cube 151. Thereby, a component having the second wavelength band in the fluorescence enters the light receiving unit 120.

本実施の形態において、測定部100は測定対象物Sからの蛍光を観察可能な蛍光顕微鏡であるが、これに限定されない。測定部100は、例えば反射型顕微鏡であってもよい。この場合、フィルタターレット152のフィルタキューブ取付部152aには、フィルタキューブ151に代えてハーフミラーが取り付けられる。   In the present embodiment, the measurement unit 100 is a fluorescence microscope capable of observing fluorescence from the measurement object S, but is not limited thereto. The measurement unit 100 may be, for example, a reflection microscope. In this case, a half mirror is attached to the filter cube attachment portion 152 a of the filter turret 152 instead of the filter cube 151.

透過光供給部130は、測定対象物Sの明視野観察、位相差観察、微分干渉観察、暗視野観察、偏斜観察または偏光観察に用いられる。透過光供給部130は、透過光源131および透過光学系132を含む。透過光源131は、例えば白色LEDである。透過光源131は、ハロゲンランプ等の他の光源であってもよい。以下、透過光源131により出射される光を透過光と呼ぶ。   The transmitted light supply unit 130 is used for bright field observation, phase difference observation, differential interference observation, dark field observation, declination observation, or polarization observation of the measurement object S. The transmitted light supply unit 130 includes a transmitted light source 131 and a transmitted optical system 132. The transmissive light source 131 is, for example, a white LED. The transmissive light source 131 may be another light source such as a halogen lamp. Hereinafter, the light emitted from the transmissive light source 131 is referred to as transmitted light.

透過光学系132は、開口絞り、位相差スリット、リレーレンズ、コンデンサレンズおよびシャッタ等の光学素子を含む。透過光源131により出射された透過光は、透過光学系132を通過してステージ140上の測定対象物Sに照射される。   The transmission optical system 132 includes optical elements such as an aperture stop, a phase difference slit, a relay lens, a condenser lens, and a shutter. The transmitted light emitted from the transmissive light source 131 passes through the transmissive optical system 132 and is applied to the measurement object S on the stage 140.

透過光は、測定対象物Sを透過して、対物レンズ161を通過する。その後、透過光は、フィルタキューブ151が取り付けられていないフィルタターレット152のフィルタキューブ取付部152aを通過して受光部120に入射する。   The transmitted light passes through the measuring object S and passes through the objective lens 161. Thereafter, the transmitted light passes through the filter cube attachment portion 152a of the filter turret 152 to which the filter cube 151 is not attached, and enters the light receiving portion 120.

受光部120は、カメラ121、カラーフィルタ122および結像レンズ123を含む。カメラ121は、例えば撮像素子を含むCCD(電荷結合素子)カメラである。撮像素子は、例えばモノクロCCDである。撮像素子は、カラーCCDであってもよいし、CMOS(相補性金属酸化膜半導体)イメージセンサ等の他の撮像素子であってもよい。撮像素子がカラーCCDである場合には、受光部120にカラーフィルタ122は設けられない。   The light receiving unit 120 includes a camera 121, a color filter 122, and an imaging lens 123. The camera 121 is, for example, a CCD (charge coupled device) camera including an image sensor. The image sensor is, for example, a monochrome CCD. The image sensor may be a color CCD or another image sensor such as a CMOS (complementary metal oxide semiconductor) image sensor. In the case where the image sensor is a color CCD, the light filter 120 is not provided with the color filter 122.

受光部120に入射した蛍光または透過光は、結像レンズ123により集光および結像された後、カラーフィルタ122を通ってカメラ121により受光される。これにより、測定対象物Sの画像が得られる。カメラ121の撮像素子の各画素からは、受光量に対応するアナログの電気信号(以下、受光信号と呼ぶ)が制御基板170に出力される。   The fluorescence or transmitted light incident on the light receiving unit 120 is collected and imaged by the imaging lens 123 and then received by the camera 121 through the color filter 122. Thereby, the image of the measuring object S is obtained. From each pixel of the image sensor of the camera 121, an analog electric signal (hereinafter referred to as a light reception signal) corresponding to the amount of received light is output to the control board 170.

制御基板170には、図示しないA/D変換器(アナログ/デジタル変換器)およびFIFO(First In First Out)メモリが実装される。カメラ121から出力される受光信号は、PC200による制御に基づいて、A/D変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされるとともにデジタル信号に変換される。A/D変換器から出力されるデジタル信号は、FIFOメモリに順次蓄積される。FIFOメモリに蓄積されたデジタル信号は画素データとして順次PC200に転送される。   On the control board 170, an A / D converter (analog / digital converter) and a FIFO (First In First Out) memory (not shown) are mounted. The light reception signal output from the camera 121 is sampled at a constant sampling period by the A / D converter and converted into a digital signal based on control by the PC 200. Digital signals output from the A / D converter are sequentially stored in the FIFO memory. The digital signals stored in the FIFO memory are sequentially transferred to the PC 200 as pixel data.

また、制御基板170は、PC200による制御に基づいて、パターン付与部110、受光部120、透過光供給部130、ステージ140、フィルタユニット150およびレンズユニット160の動作を制御する。さらに、制御基板170は、PC200による制御に基づいて、測定光供給部300の投光部320の動作を制御する。   The control board 170 controls operations of the pattern applying unit 110, the light receiving unit 120, the transmitted light supply unit 130, the stage 140, the filter unit 150, and the lens unit 160 based on control by the PC 200. Further, the control board 170 controls the operation of the light projecting unit 320 of the measurement light supply unit 300 based on the control by the PC 200.

図1に示すように、PC200は、CPU(中央演算処理装置)210、ROM(リードオンリメモリ)220、RAM(ランダムアクセスメモリ)230、記憶装置240および操作部250を含む。操作部250は、キーボードおよびポインティングデバイスを含む。ポインティングデバイスとしては、マウスまたはジョイスティック等が用いられる。   As shown in FIG. 1, the PC 200 includes a CPU (Central Processing Unit) 210, a ROM (Read Only Memory) 220, a RAM (Random Access Memory) 230, a storage device 240 and an operation unit 250. The operation unit 250 includes a keyboard and a pointing device. A mouse or a joystick is used as the pointing device.

表示部400は、例えばLCDパネルまたは有機EL(エレクトロルミネッセンス)パネルにより構成される。図2の例においては、PC200および表示部400は、1台のノート型パーソナルコンピュータにより実現される。   The display unit 400 is configured by, for example, an LCD panel or an organic EL (electroluminescence) panel. In the example of FIG. 2, the PC 200 and the display unit 400 are realized by a single notebook personal computer.

ROM220には、システムプログラムが記憶される。RAM230は、種々のデータの処理のために用いられる。記憶装置240は、ハードディスク等からなる。記憶装置240には、画像処理プログラムおよび顕微鏡撮像プログラムが記憶される。また、記憶装置240は、測定部100から与えられる画素データ等の種々のデータを保存するために用いられる。   The ROM 220 stores a system program. The RAM 230 is used for processing various data. The storage device 240 is composed of a hard disk or the like. The storage device 240 stores an image processing program and a microscope imaging program. The storage device 240 is used for storing various data such as pixel data provided from the measurement unit 100.

図4は、CPU210の構成を示すブロック図である。図4に示すように、CPU210は、画像データ生成部211、パターン生成部212、制御部213および画像処理部214を含む。画像データ生成部211は、測定部100から与えられる画素データに基づいて画像データを生成する。画像データは複数の画素データの集合である。画像処理部214は、画像データ生成部211により生成される画像データを表わす画像に画像処理を行う。詳細は後述する。   FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the CPU 210. As illustrated in FIG. 4, the CPU 210 includes an image data generation unit 211, a pattern generation unit 212, a control unit 213, and an image processing unit 214. The image data generation unit 211 generates image data based on the pixel data given from the measurement unit 100. Image data is a set of a plurality of pixel data. The image processing unit 214 performs image processing on an image representing the image data generated by the image data generation unit 211. Details will be described later.

パターン生成部212は、図2の光変調素子112により出射される測定光のパターンとして、空間的な位相を所定量ずつ順次移動させつつ前記測定対象物に照射すべきパターンを生成する。制御部213は、パターン生成部212により生成されたパターンに基づいて図2の制御基板170を介して光変調素子112を制御することにより、所定のパターンを有する測定光を測定対象物Sに照射しつつパターンの位相を移動させる。   The pattern generation unit 212 generates a pattern to be irradiated to the measurement object while sequentially moving the spatial phase by a predetermined amount as the measurement light pattern emitted from the light modulation element 112 in FIG. The control unit 213 irradiates the measurement object S with measurement light having a predetermined pattern by controlling the light modulation element 112 via the control board 170 in FIG. 2 based on the pattern generated by the pattern generation unit 212. While shifting the phase of the pattern.

また、制御部213は、制御基板170を介して受光部120、透過光供給部130、ステージ140、フィルタユニット150、レンズユニット160および投光部320の動作を制御する。さらに、制御部213は、生成した画像データにRAM230を用いて各種処理を行うとともに、画像データに基づく画像を表示部400に表示させる。   The control unit 213 controls operations of the light receiving unit 120, the transmitted light supply unit 130, the stage 140, the filter unit 150, the lens unit 160, and the light projecting unit 320 via the control board 170. Further, the control unit 213 performs various processes on the generated image data using the RAM 230 and causes the display unit 400 to display an image based on the image data.

測定部100においては、測定対象物Sと図3の対物レンズ161との相対的な距離を変化させることにより、測定対象物Sに対する対物レンズ161の焦点の位置(以下、対物レンズ161の焦点位置と呼ぶ)が変化する。対物レンズ161の焦点位置が変化されつつ測定光が測定対象物Sに照射される。これにより、各焦点位置における測定対象物Sの画像データが生成される。   In the measurement unit 100, the position of the focal point of the objective lens 161 with respect to the measurement target S (hereinafter, the focal position of the objective lens 161) is changed by changing the relative distance between the measurement target S and the objective lens 161 of FIG. Changes). The measuring object S is irradiated with measurement light while the focal position of the objective lens 161 is changed. Thereby, image data of the measuring object S at each focal position is generated.

本実施の形態に係る顕微鏡撮像装置500では、図2の投光部320を用いて測定対象物Sの落射観察を行うことができ、透過光供給部130を用いて測定対象物Sの透過観察を行うことができる。   In the microscope imaging apparatus 500 according to the present embodiment, it is possible to perform epi-illumination observation of the measurement object S using the light projecting unit 320 of FIG. 2 and transmission observation of the measurement object S using the transmitted light supply unit 130. It can be performed.

落射観察としては、以下に説明するパターン化された測定光を用いるセクショニング観察および均一な測定光を用いる通常観察を行うことができる。   As epi-illumination observation, sectioning observation using patterned measurement light and normal observation using uniform measurement light described below can be performed.

(2)セクショニング観察および通常観察
セクショニング観察では、1次元状または2次元状のパターンを有する測定光を測定対象物Sに照射しつつそのパターンの位相を一定量ずつ移動させる。1次元状のパターンを有する測定光は、XY平面上の一方向(例えばY方向)において周期的に変化する強度を有する。2次元状のパターンを有する測定光は、XY平面上の互いに交差する二方向(例えばX方向およびY方向)において周期的に変化する強度を有する。
(2) Sectioning Observation and Normal Observation In sectioning observation, the phase of the pattern is moved by a certain amount while irradiating the measuring object S with measuring light having a one-dimensional or two-dimensional pattern. The measurement light having a one-dimensional pattern has an intensity that periodically changes in one direction (for example, the Y direction) on the XY plane. The measurement light having a two-dimensional pattern has an intensity that periodically changes in two directions (for example, the X direction and the Y direction) intersecting each other on the XY plane.

以下、パターンを有する測定光をパターン測定光と呼ぶ。特に、1次元状のパターンを有する測定光を1次元状パターン測定光と呼び、2次元状のパターンを有する測定光を2次元状パターン測定光と呼ぶ。また、均一な強度を有する測定光を均一測定光と呼ぶ。   Hereinafter, measurement light having a pattern is referred to as pattern measurement light. In particular, measurement light having a one-dimensional pattern is called a one-dimensional pattern measurement light, and measurement light having a two-dimensional pattern is called a two-dimensional pattern measurement light. Further, measurement light having a uniform intensity is referred to as uniform measurement light.

パターン測定光のパターンは、光変調素子112により制御される。以下、パターン測定光のパターンについて説明する。ここで、強度が所定の値以上のパターン測定光の部分を明部分と呼び、強度が所定の値より小さいパターン測定光の部分を暗部分と呼ぶ。図5は、パターン付与部110により出射される測定光の例を示す図である。   The pattern of the pattern measurement light is controlled by the light modulation element 112. Hereinafter, the pattern of the pattern measuring light will be described. Here, the portion of the pattern measurement light having an intensity equal to or higher than a predetermined value is called a bright portion, and the portion of the pattern measurement light having an intensity smaller than the predetermined value is called a dark portion. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of measurement light emitted by the pattern imparting unit 110.

図5(a)は、1次元状パターン測定光の一例を示す。図5(a)の1次元状パターン測定光を矩形波状測定光と呼ぶ。矩形波状測定光の断面は、一方向(例えばX方向)に平行でかつ一方向に直交する他の方向(例えばY方向)に略等間隔で並ぶ複数の直線状の明部分を含み、複数の明部分の間に複数の直線状の暗部分を含む。   FIG. 5A shows an example of the one-dimensional pattern measurement light. The one-dimensional pattern measurement light in FIG. 5A is referred to as rectangular wave measurement light. The cross section of the rectangular wave-shaped measurement light includes a plurality of linear bright portions that are parallel to one direction (for example, the X direction) and arranged at substantially equal intervals in another direction (for example, the Y direction) orthogonal to the one direction. A plurality of linear dark portions are included between the light portions.

図5(b)は、1次元状パターン測定光の他の例を示す。図5(b)の1次元状パターン測定光を1次元正弦波状測定光と呼ぶ。1次元正弦波状測定光の断面は、例えばX方向に平行でかつY方向に強度が正弦波状に変化するパターンを含む。   FIG. 5B shows another example of the one-dimensional pattern measurement light. The one-dimensional pattern measurement light in FIG. 5B is referred to as a one-dimensional sinusoidal measurement light. The cross section of the one-dimensional sinusoidal measurement light includes, for example, a pattern that is parallel to the X direction and whose intensity changes sinusoidally in the Y direction.

図5(c)は、2次元状パターン測定光の一例を示す。図5(c)の2次元状パターン測定光をドット状測定光と呼ぶ。ドット状測定光の断面は、X方向およびY方向に略等間隔で並ぶ複数のドット状の明部分を含む。   FIG. 5C shows an example of the two-dimensional pattern measurement light. The two-dimensional pattern measurement light in FIG. 5C is referred to as dot measurement light. The cross section of the dot-shaped measuring light includes a plurality of dot-shaped bright portions arranged at substantially equal intervals in the X direction and the Y direction.

2次元状パターン測定光の他の例として、パターン測定光は2次元正弦波状測定光であってもよい。2次元正弦波状測定光の断面は、X方向およびY方向に強度が正弦波状に変化するパターンを含む。2次元状パターン測定光のさらに他の例として、パターン測定光は格子状のパターンまたはチェッカーパターン(市松模様)を有してもよい。   As another example of the two-dimensional pattern measurement light, the pattern measurement light may be a two-dimensional sinusoidal measurement light. The cross section of the two-dimensional sinusoidal measurement light includes a pattern in which the intensity changes sinusoidally in the X direction and the Y direction. As still another example of the two-dimensional pattern measurement light, the pattern measurement light may have a lattice pattern or a checker pattern (checkered pattern).

セクショニング観察では、パターン測定光の明部分が測定光の照射範囲の全体に少なくとも1回照射されるようにパターン測定光のパターンの位相を一定量ずつ移動させつつ、測定対象物Sにより放出される蛍光を検出する。これにより、測定対象物Sの複数の画像データが生成される。   In sectioning observation, the pattern measurement light is emitted by the measurement object S while moving the phase of the pattern measurement light by a certain amount so that the bright part of the pattern measurement light is irradiated at least once over the entire irradiation range of the measurement light. Detect fluorescence. Thereby, a plurality of image data of the measuring object S is generated.

以下、測定対象物Sにパターン測定光が照射された場合に得られる画像データをパターン画像データと呼ぶ。パターン画像データに基づく画像をパターン画像と呼ぶ。   Hereinafter, the image data obtained when the measurement object S is irradiated with the pattern measurement light is referred to as pattern image data. An image based on the pattern image data is called a pattern image.

各パターン画像データにおいて、パターン測定光の明部分に対応する画素データは高い値(輝度値)を有し、パターン測定光の暗部分に対応する画素データは低い値(輝度値)を有する。そのため、各パターン画像において、パターン測定光の明部分に対応する画素は明るく、パターン測定光の暗部分に対応する画素は暗い。   In each pattern image data, pixel data corresponding to a bright portion of the pattern measurement light has a high value (luminance value), and pixel data corresponding to a dark portion of the pattern measurement light has a low value (luminance value). Therefore, in each pattern image, the pixel corresponding to the bright part of the pattern measurement light is bright, and the pixel corresponding to the dark part of the pattern measurement light is dark.

複数のパターン画像データから画素ごとに複数の画素データの値を用いて明暗差の度合いを表わす成分(以下、合焦成分と呼ぶ)が算出される。合焦成分を有する画素をつなぎ合わせることにより生成される画像データをセクショニング画像データと呼ぶ。セクショニング画像データに基づく画像をセクショニング画像と呼ぶ。   A component (hereinafter referred to as an in-focus component) representing the degree of contrast is calculated from the plurality of pattern image data using the values of the plurality of pixel data for each pixel. Image data generated by connecting pixels having a focusing component is referred to as sectioning image data. An image based on the sectioning image data is called a sectioning image.

矩形波状測定光またはドット状測定光を用いて生成されたパターン画像データにおいては、合焦成分は、例えば画素データの最大値(最大輝度値)と最小値(最小輝度値)との差、または画素データの値の標準偏差である。1次元正弦波状測定光または2次元正弦波状測定光を用いて生成されたパターン画像データにおいては、合焦成分は、例えば画素データの振幅(ピークトゥピーク)である。   In pattern image data generated using rectangular wave-shaped measurement light or dot-shaped measurement light, the focus component is, for example, the difference between the maximum value (maximum luminance value) and minimum value (minimum luminance value) of pixel data, or This is the standard deviation of the pixel data value. In the pattern image data generated using the one-dimensional sinusoidal measurement light or the two-dimensional sinusoidal measurement light, the focus component is, for example, the amplitude (peak-to-peak) of the pixel data.

最も簡単な方法では、各画素について、複数のパターン画像データから最大値を有する画素データを選択し、全画素について、選択された画素データをつなぎ合せることにより、セクショニング画像データを生成することが可能である。   In the simplest method, it is possible to generate sectioning image data by selecting pixel data having the maximum value from a plurality of pattern image data for each pixel and connecting the selected pixel data for all pixels. It is.

ここで、各パターン画像は、迷光の影響を受ける。それにより、パターン画像のパターンにはボケが生じる。各パターン画像データにおいて迷光による成分をボケ成分と呼ぶ。ボケ成分は、パターン測定光の各明部分自体において発生する迷光によるボケ成分と、パターン測定光の各明部分に隣り合う他の明部分からの迷光によるボケ成分とを含む。   Here, each pattern image is affected by stray light. As a result, the pattern of the pattern image is blurred. A component caused by stray light in each pattern image data is called a blur component. The blur component includes a blur component due to stray light generated in each bright portion of the pattern measurement light and a blur component due to stray light from another bright portion adjacent to each bright portion of the pattern measurement light.

そこで、迷光の影響を除去するために、各画素について、パターン測定光の明部分および暗部分が照射されたときのパターン画像データの画素データの差を算出する。算出された全画素についての差をつなぎ合せることにより、セクショニング画像データを生成する。各画素について、パターン測定光の暗部分が照射されたときのパターン画像データの画素データの値は、ボケ成分に相当する。したがって、迷光の影響が除去されたセクショニング画像データを得ることができる。   Therefore, in order to remove the influence of stray light, the difference between the pixel data of the pattern image data when the bright portion and the dark portion of the pattern measurement light are irradiated is calculated for each pixel. Sectioning image data is generated by connecting the calculated differences for all pixels. For each pixel, the value of the pixel data of the pattern image data when the dark portion of the pattern measurement light is irradiated corresponds to a blur component. Therefore, sectioning image data from which the influence of stray light is removed can be obtained.

セクショニング画像データの生成方法の一例として、本実施の形態では、各画素について、複数のパターン画像データの複数の画素データの最大値(最大輝度値)と最小値(最小輝度値)との差を算出する。算出された全画素についての差をつなぎ合せることにより、セクショニング画像データを生成する。他の方法により、複数のパターン画像データの複数の画素データに基づいてセクショニング画像が生成されてもよい。   As an example of a method for generating sectioning image data, in this embodiment, for each pixel, a difference between a maximum value (maximum luminance value) and a minimum value (minimum luminance value) of a plurality of pixel data of a plurality of pattern image data is calculated. calculate. Sectioning image data is generated by connecting the calculated differences for all pixels. The sectioning image may be generated based on a plurality of pixel data of the plurality of pattern image data by another method.

例えば、各画素について、複数のパターン画像データの複数の画素データの値の標準偏差を算出する。算出された全画素についての標準偏差をつなぎ合せることにより、セクショニング画像データを生成してもよい。   For example, for each pixel, the standard deviation of the values of the plurality of pixel data of the plurality of pattern image data is calculated. Sectioning image data may be generated by connecting standard deviations for all the calculated pixels.

セクショニング観察において、1次元状パターン測定光を用いる場合には、パターン測定光の位相が例えばY方向に移動されるので、Y方向におけるボケ成分が除去されたセクショニング画像データが生成される。また、パターン測定光の位相は例えばX方向に移動される必要がないので、撮像回数が低減される。そのため、比較的高い画質を有するセクショニング画像を高速に得ることができる。   In sectioning observation, when the one-dimensional pattern measurement light is used, the phase of the pattern measurement light is moved in the Y direction, for example, so that sectioning image data from which the blur component in the Y direction has been removed is generated. Further, since the phase of the pattern measurement light does not need to be moved in the X direction, for example, the number of imaging is reduced. Therefore, a sectioning image having a relatively high image quality can be obtained at high speed.

一方、セクショニング観察において、2次元状パターン測定光を用いる場合には、パターン測定光の位相がX方向およびY方向に移動されるので、X方向Y方向におけるボケ成分が除去されたセクショニング画像データが生成される。そのため、1次元状パターン測定光を用いる場合よりも撮像回数が増加するが、非常に高い画質を有するセクショニング画像を得ることができる。   On the other hand, in the sectioning observation, when the two-dimensional pattern measurement light is used, the phase of the pattern measurement light is moved in the X direction and the Y direction, so that the sectioning image data from which the blur component in the X direction and Y direction is removed. Generated. Therefore, although the number of times of imaging is increased as compared with the case where the one-dimensional pattern measurement light is used, a sectioning image having a very high image quality can be obtained.

特に測定部100が蛍光顕微鏡である場合には、多数回のパターン測定光を測定対象物Sに照射することにより測定対象物Sの蛍光試薬が褪色することがある。そのため、測定対象物Sによっては、撮像回数を低減させることが重視されることがある。   In particular, when the measurement unit 100 is a fluorescence microscope, the fluorescent reagent of the measurement object S may be faded by irradiating the measurement object S with a number of times of pattern measurement light. Therefore, depending on the measurement object S, it may be important to reduce the number of times of imaging.

本実施の形態においては、光変調素子112を制御することにより、1次元状パターン測定光と2次元状パターン測定光とを容易かつ高速に切り替えることができる。したがって、使用者は、セクショニング画像データの生成に要する時間(撮像回数)と、得られるセクショニング画像の画質とを考慮して、セクショニング観察に用いるパターン測定光を選択することができる。   In the present embodiment, the one-dimensional pattern measurement light and the two-dimensional pattern measurement light can be switched easily and at high speed by controlling the light modulation element 112. Therefore, the user can select the pattern measurement light used for sectioning observation in consideration of the time required for generating the sectioning image data (number of imaging) and the image quality of the obtained sectioning image.

図5(d)は、均一測定光の一例を示す。均一測定光は、均一な強度分布を有する。すなわち、均一測定光は明部分のみからなる測定光である。通常観察では、図5(d)の均一測定光が測定対象物Sの全ての部分に照射され、測定対象物Sにより放出される蛍光が検出される。これにより、測定対象物Sの画像データが生成される。通常観察において得られる画像データを通常画像データと呼び、通常画像データに基づく画像を通常画像と呼ぶ。   FIG. 5D shows an example of uniform measurement light. The uniform measurement light has a uniform intensity distribution. That is, the uniform measurement light is measurement light composed of only a bright part. In normal observation, the uniform measurement light in FIG. 5D is irradiated to all parts of the measurement object S, and the fluorescence emitted by the measurement object S is detected. Thereby, the image data of the measuring object S is generated. Image data obtained in normal observation is called normal image data, and an image based on the normal image data is called a normal image.

(3)画像処理
光変調素子112は、2次元状に配列された複数の画素により構成される。以下、カメラ121の画素と区別するため、光変調素子112の画素を変調画素と呼ぶ。光変調素子112がDMDである場合には、変調画素はマイクロミラーであり、光変調素子112がLCOSまたはLCDである場合には、変調画素は液晶の画素である。
(3) Image processing The light modulation element 112 includes a plurality of pixels arranged in a two-dimensional shape. Hereinafter, in order to distinguish from the pixel of the camera 121, the pixel of the light modulation element 112 is referred to as a modulation pixel. When the light modulation element 112 is a DMD, the modulation pixel is a micromirror, and when the light modulation element 112 is an LCOS or LCD, the modulation pixel is a liquid crystal pixel.

光変調素子112の複数の変調画素間には、非導光部として微小な隙間が存在する。光変調素子112の非導光部では測定光が反射または透過されない。そのため、光変調素子112の非導光部からは測定光は出射されない。したがって、光変調素子112の非導光部に相当する測定対象物Sの部分には、パターン測定光および均一測定光の明部分が照射されない。   Between the plurality of modulation pixels of the light modulation element 112, there is a minute gap as a non-light guide portion. The measurement light is not reflected or transmitted by the non-light guide portion of the light modulation element 112. Therefore, measurement light is not emitted from the non-light guide portion of the light modulation element 112. Therefore, the portion of the measurement object S corresponding to the non-light guide portion of the light modulation element 112 is not irradiated with the bright portions of the pattern measurement light and the uniform measurement light.

図6は、測定対象物Sの通常画像を示す図である。なお、図6の例における測定対象物Sは白紙である。図6(a)は、光変調素子112を用いることなく均一測定光を測定対象物Sに照射した場合の通常画像である。図6(b)は、光変調素子112を用いて均一測定光を測定対象物Sに照射した場合の通常画像である。図6(c)は、図6(b)のA部の拡大図である。   FIG. 6 is a view showing a normal image of the measuring object S. As shown in FIG. Note that the measurement object S in the example of FIG. 6 is a blank sheet. FIG. 6A is a normal image when the measurement object S is irradiated with uniform measurement light without using the light modulation element 112. FIG. 6B is a normal image when the measurement object S is irradiated with the uniform measurement light using the light modulation element 112. FIG.6 (c) is an enlarged view of the A section of FIG.6 (b).

光変調素子112を用いない場合、測定対象物Sの全ての部分に均一測定光の明部分が照射される。そのため、図6(a)に示すように、測定対象物Sの全体の通常画像が得られる。一方、光変調素子112を用いた場合、変調素子間の非導光部に相当する測定対象物Sの部分には均一測定光の明部分が照射されない。そのため、図6(b),(c)に示すように、得られる通常画像に格子状の影パターンが映り込む。   When the light modulation element 112 is not used, all portions of the measurement object S are irradiated with the bright portion of the uniform measurement light. Therefore, as shown in FIG. 6A, an entire normal image of the measuring object S is obtained. On the other hand, when the light modulation element 112 is used, the portion of the measurement object S corresponding to the non-light guide portion between the modulation elements is not irradiated with the bright portion of the uniform measurement light. Therefore, as shown in FIGS. 6B and 6C, a grid-like shadow pattern is reflected in the obtained normal image.

図6(b),(c)の影パターンがセクショニング画像または通常画像に映り込む場合、セクショニング画像または通常画像の画質が低下する。そこで、本実施の形態においては、CPU210の画像処理部214が以下の画像処理を実行することにより、セクショニング画像または通常画像から影パターンを除去する。以下の説明においては、通常画像から影パターンを除去する手順について説明するが、セクショニング画像から影パターンを除去する手順についても同様である。   When the shadow patterns in FIGS. 6B and 6C are reflected in the sectioning image or the normal image, the image quality of the sectioning image or the normal image is deteriorated. Therefore, in the present embodiment, the image processing unit 214 of the CPU 210 executes the following image processing to remove the shadow pattern from the sectioning image or the normal image. In the following description, the procedure for removing the shadow pattern from the normal image will be described, but the procedure for removing the shadow pattern from the sectioning image is the same.

まず、通常画像データに波形変換処理が実行される。本例においては、波形変換処理は例えばDFT(離散フーリエ変換)である。波形変換処理は、DWT(離散ウェーブレット変換)等の他の波形変換処理であってもよい。これにより、波形変換処理が行われた画像データが生成される。以下、波形変換処理が行われた画像データを変換画像データと呼び、変換画像データに基づく画像を変換画像と呼ぶ。   First, waveform conversion processing is performed on normal image data. In this example, the waveform conversion process is, for example, DFT (Discrete Fourier Transform). The waveform conversion process may be another waveform conversion process such as DWT (Discrete Wavelet Transform). Thereby, the image data subjected to the waveform conversion process is generated. Hereinafter, image data that has undergone waveform conversion processing is referred to as converted image data, and an image based on the converted image data is referred to as a converted image.

図7は、通常画像および変換画像の一例を示す図である。図7(a)は光変調素子112を用いて得られた通常画像を示す。図7(a)の横軸はX方向の位置であり、縦方向はY方向の位置である。図7(a)の通常画像には、格子状の影パターンが映り込んでいる。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a normal image and a converted image. FIG. 7A shows a normal image obtained using the light modulation element 112. The horizontal axis in FIG. 7A is the position in the X direction, and the vertical direction is the position in the Y direction. A grid-like shadow pattern is reflected in the normal image in FIG.

図7(b)は変換画像を示す。図7(b)の横軸はX方向の空間周波数であり、縦軸はY方向の空間周波数である。図7(b)の変換画像の中央部分の画素を示す画素データは、波形変換処理における低周波成分(直流成分)に相当し、大きな値を有する。すなわち、変換画像の中央部分の画素は明るく表示される。   FIG. 7B shows a converted image. The horizontal axis in FIG. 7B is the spatial frequency in the X direction, and the vertical axis is the spatial frequency in the Y direction. The pixel data indicating the pixel in the center portion of the converted image in FIG. 7B corresponds to a low frequency component (DC component) in the waveform conversion process and has a large value. That is, the central pixel of the converted image is displayed brightly.

変調画素間の非導光部は略等間隔で存在するので、通常画像に移り込む影パターンは周期性を有する。したがって、影パターンに相当する画素データは、高い空間周波数でかつ比較的大きな値を有する。図7(b)の例においては、枠で囲まれた4つの領域における画素を示す画素データが影パターンに対応する画素データである。これらの領域における画素は、比較的明るく表示される。なお、図7(b)の変換画像においては、枠で囲まれた領域の画素の明るさを視認しやすくするために、明るさが対数表示されている。   Since the non-light-guiding portions between the modulation pixels exist at substantially equal intervals, the shadow pattern transferred to the normal image has periodicity. Accordingly, the pixel data corresponding to the shadow pattern has a high spatial frequency and a relatively large value. In the example of FIG. 7B, pixel data indicating pixels in four regions surrounded by a frame is pixel data corresponding to the shadow pattern. Pixels in these areas are displayed relatively brightly. In the converted image of FIG. 7B, the brightness is displayed logarithmically in order to make it easier to visually recognize the brightness of the pixels in the area surrounded by the frame.

次に、変換画像データにフィルタ処理が実行される。フィルタ処理としては、低域通過フィルタ処理または帯域遮断フィルタ処理等の公知のフィルタ処理を用いることができる。フィルタ処理のパラメータは、変換画像データの画素データのうち、影パターンに相当する画素データの値が0になるか、または低減されるように決定される。これにより、影パターンに相当する画素データの値が0になるか、または低減された変換画像データが生成される。   Next, a filtering process is performed on the converted image data. As the filter process, a known filter process such as a low-pass filter process or a band cutoff filter process can be used. The parameter of the filter process is determined so that the value of the pixel data corresponding to the shadow pattern among the pixel data of the converted image data becomes 0 or is reduced. Thereby, converted image data in which the value of the pixel data corresponding to the shadow pattern becomes 0 or reduced is generated.

その後、フィルタ処理が実行された変換画像データに波形変換処理の逆変換処理が実行される。波形変換処理がDFTであった場合には、逆変換処理はIDFT(逆離散フーリエ変換)であり、波形変換処理がDWTであった場合には、逆変換処理はIDWT(逆離散ウェーブレット変換)である。これにより、通常画像データが生成される。   Thereafter, inverse conversion processing of waveform conversion processing is executed on the converted image data on which the filtering processing has been executed. When the waveform transformation process is DFT, the inverse transformation process is IDFT (Inverse Discrete Fourier Transform), and when the waveform transformation process is DWT, the inverse transformation process is IDWT (Inverse Discrete Wavelet Transformation). is there. Thereby, normal image data is generated.

変換画像データにおいては、影パターンに相当する画素データの値が0になるか、または低減されるので、逆変換処理により得られる通常画像データにおいては、影パターンに相当する画素データの値が0になるか、または低減される。これにより、逆変換処理により得られる通常画像データに基づく通常画像から影パターンが除去される。   In the converted image data, the value of the pixel data corresponding to the shadow pattern is 0 or reduced. Therefore, in the normal image data obtained by the inverse conversion process, the value of the pixel data corresponding to the shadow pattern is 0. Become or be reduced. Thereby, the shadow pattern is removed from the normal image based on the normal image data obtained by the inverse transformation process.

上記の画像処理に代えて、通常画像データにぼかしフィルタ処理が実行されてもよい。ぼかしフィルタ処理としては、ガウシアンフィルタ処理または移動平均フィルタ処理等の公知のぼかしフィルタ処理を用いることができる。ぼかしフィルタ処理のパラメータは、通常画像データの画素データのうち、影パターンに相当する画素データの値が0になるか、または低減されるように決定される。この場合、ぼかしフィルタ処理により得られる通常画像データに基づく通常画像から影パターンが除去される。   Instead of the image processing described above, blur filter processing may be performed on the normal image data. As the blur filter process, a known blur filter process such as a Gaussian filter process or a moving average filter process can be used. The parameter of the blur filter processing is determined so that the pixel data value corresponding to the shadow pattern in the pixel data of the normal image data is 0 or reduced. In this case, the shadow pattern is removed from the normal image based on the normal image data obtained by the blur filter process.

変換画像データに実行するフィルタ処理のパラメータまたは通常画像データに実行するぼかしフィルタ処理のパラメータは、影パターンの空間周波数等の周期性に基づいて決定される。影パターンの空間周波数は、光変調素子112の複数の変調画素間の間隔、カメラ121の複数の画素間の間隔、蛍光照明レンズ101の倍率および結像レンズ123の倍率に依存する。したがって、これらの光学素子の値に基づいて、影パターンの空間周波数を算出することが可能である。   The parameter of the filter process to be performed on the converted image data or the parameter of the blur filter process to be performed on the normal image data is determined based on periodicity such as the spatial frequency of the shadow pattern. The spatial frequency of the shadow pattern depends on the spacing between the plurality of modulation pixels of the light modulation element 112, the spacing between the plurality of pixels of the camera 121, the magnification of the fluorescent illumination lens 101, and the magnification of the imaging lens 123. Therefore, the spatial frequency of the shadow pattern can be calculated based on the values of these optical elements.

なお、本実施の形態においては、対物レンズ161は、パターン付与部110から測定対象物Sへ向かう測定光と、測定対象物Sから受光部120へ向かう蛍光とに共通に用いられる。そのため、影パターンの空間周波数は、対物レンズ161の倍率には依存しない。   In the present embodiment, the objective lens 161 is used in common for the measurement light traveling from the pattern imparting unit 110 toward the measurement object S and the fluorescence traveling from the measurement object S toward the light receiving unit 120. Therefore, the spatial frequency of the shadow pattern does not depend on the magnification of the objective lens 161.

ここで、上記の手順により算出される影パターンの空間周波数は、実測される影パターンの空間周波数と僅かに異なることがある。これは、変調画素間の間隔の誤差、画素間の間隔の誤差、レンズの倍率の誤差、測定部100の組み立ての誤差および光変調素子112に対する受光部120の傾きの誤差等が原因である。そこで、本実施の形態においては、以下の手順により影パターンの空間周波数が算出される。   Here, the spatial frequency of the shadow pattern calculated by the above procedure may be slightly different from the spatial frequency of the actually measured shadow pattern. This is caused by an error in the spacing between the modulation pixels, an error in the spacing between the pixels, an error in the magnification of the lens, an error in the assembly of the measurement unit 100, an error in the inclination of the light receiving unit 120 with respect to the light modulation element 112, and the like. Therefore, in the present embodiment, the spatial frequency of the shadow pattern is calculated by the following procedure.

図8は、影パターンの空間周波数の算出に用いられるパターン測定光の一例を示す図である。図8(a)はパターン付与部110から出射されるパターン測定光を示し、図8(b)は受光部120により受光されるパターン測定光を示す。図8においては、パターン測定光の明部分が白抜きにより表わされ、暗部分がハッチングパターンにより表わされている。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of pattern measurement light used for calculation of the spatial frequency of the shadow pattern. FIG. 8A shows pattern measurement light emitted from the pattern applying unit 110, and FIG. 8B shows pattern measurement light received by the light receiving unit 120. In FIG. 8, the bright part of the pattern measurement light is represented by white and the dark part is represented by a hatching pattern.

図8(a)の例においては、パターン付与部110から出射されるパターン測定光は、X方向に距離D1だけ離間する2つの明部分を有する。距離D1の単位は変調画素数(modulator pixel)である。パターン付与部110から出射されたパターン測定光が複数のミラーおよびレンズを介して受光部120により受光される。   In the example of FIG. 8A, the pattern measurement light emitted from the pattern imparting unit 110 has two bright portions separated by a distance D1 in the X direction. The unit of the distance D1 is the number of modulation pixels (modulator pixel). The pattern measurement light emitted from the pattern applying unit 110 is received by the light receiving unit 120 through a plurality of mirrors and lenses.

図8(b)に示すように、受光部120により受光されるパターン測定光においては、2つの明部分は距離D2だけ離間し、2つの明部分を結ぶ直線はX方向に対して角度θをなす。距離D2の単位は画素数(image pixel)である。   As shown in FIG. 8B, in the pattern measurement light received by the light receiving unit 120, the two bright portions are separated by a distance D2, and the straight line connecting the two bright portions has an angle θ with respect to the X direction. Eggplant. The unit of the distance D2 is the number of pixels (image pixel).

X方向およびY方向の空間周波数は、それぞれD2×cosθ/(n×D1)およびD2×sinθ/(n×D1)により与えられる。ここで、nはビニング数である。ビニング数とは、複数の画素データを擬似的に結合させて1つの画素データとして扱うビニング処理において結合される画素データの数を意味する。例えば、画素データに3×3のビニング処理が行われた場合、X方向およびY方向の空間周波数は、それぞれD2×cosθ/(3×D1)およびD2×sinθ/(3×D1)となる。   The spatial frequencies in the X and Y directions are given by D2 × cos θ / (n × D1) and D2 × sin θ / (n × D1), respectively. Here, n is the binning number. The binning number means the number of pixel data combined in a binning process in which a plurality of pixel data are combined in a pseudo manner and handled as one pixel data. For example, when 3 × 3 binning processing is performed on pixel data, the spatial frequencies in the X direction and Y direction are D2 × cos θ / (3 × D1) and D2 × sin θ / (3 × D1), respectively.

ぼかしフィルタ処理としてガウシアンフィルタ処理を実行する場合、ガウシアン曲線の標準偏差は、D2/(n×D1)の値に基づいて決定される。本例においては、ガウシアン曲線の標準偏差は、k×D2/(n×D1)により与えられる。ここで、kは適当な比例係数であり、例えば0.5である。   When the Gaussian filter process is executed as the blur filter process, the standard deviation of the Gaussian curve is determined based on the value of D2 / (n × D1). In this example, the standard deviation of the Gaussian curve is given by k × D2 / (n × D1). Here, k is an appropriate proportional coefficient, for example, 0.5.

本実施の形態においては、自動的にフィルタ処理が実行されることによりパターン画像データ、セクショニング画像データまたは通常画像データにおける光変調素子112の非導光部に相当する部分が除去される。ここで、光学系の条件によっては、パターン画像、セクショニング画像または通常画像に影パターンが映り込まないことがある。例えば、対物レンズ161の倍率および開口数が大きい場合には、パターン画像、セクショニング画像または通常画像に影パターンが映り込まない。   In the present embodiment, a portion of the pattern image data, sectioning image data, or normal image data that corresponds to the non-light guiding portion of the light modulation element 112 is removed by automatically performing the filtering process. Here, depending on the conditions of the optical system, the shadow pattern may not be reflected in the pattern image, the sectioning image, or the normal image. For example, when the magnification and numerical aperture of the objective lens 161 are large, no shadow pattern is reflected in the pattern image, sectioning image, or normal image.

このような場合に、フィルタ処理を実行すると、パターン画像、セクショニング画像または通常画像の画質が低下する。そのため、フィルタ処理は自動的に実行されず、使用者の指示に基づいて実行されてもよい。あるいは、フィルタ処理を実行するか否かが使用者により選択されてもよい。この場合、使用者は、図1の操作部250を用いて、フィルタ処理を実行するか否かを指示または選択することができる。   In such a case, when the filter process is executed, the image quality of the pattern image, the sectioning image, or the normal image is degraded. For this reason, the filtering process may not be automatically performed, but may be performed based on a user instruction. Alternatively, the user may select whether to execute the filtering process. In this case, the user can use the operation unit 250 in FIG. 1 to instruct or select whether to execute the filter process.

(4)投影解像サイズの調整
光変調素子112により測定対象物Sにパターン測定光が照射された場合において、受光部120により測定対象物Sとともに認識可能なパターン測定光の明部分または暗部分の最小の幅を光変調素子112の投影解像サイズdと呼ぶ。投影解像サイズdを調整することにより、通常画像から影パターンを除去することも可能である。
(4) Adjustment of Projection Resolution Size When the measurement object S is irradiated with the pattern measuring light by the light modulation element 112, the light or dark portion of the pattern measuring light that can be recognized together with the measurement object S by the light receiving unit 120 Is referred to as the projected resolution size d of the light modulation element 112. The shadow pattern can be removed from the normal image by adjusting the projection resolution size d.

光変調素子112を長期に渡って使用した場合、劣化により光変調素子112の変調画素に欠陥画素が発生することがある。この場合、測定光の明部分から欠陥画素に相当する部分が欠落する。また、複数の変調画素を一組の変調画素群として、測定光の明部分を生成することがある。ここで、変調画素群の複数の変調画素に欠陥画素が発生する場合、測定光の明部分から欠陥画素に相当する部分が大きく欠落する。変調画素または変調画素群の欠陥画素により測定光の明部分の一部が欠落する場合でも、投影解像サイズdを調整することにより、通常画像から欠落部分を除去することが可能である。   When the light modulation element 112 is used for a long time, a defective pixel may occur in the modulation pixel of the light modulation element 112 due to deterioration. In this case, the portion corresponding to the defective pixel is lost from the bright portion of the measurement light. In addition, a bright portion of the measurement light may be generated using a plurality of modulation pixels as a set of modulation pixels. Here, when a defective pixel occurs in a plurality of modulation pixels of the modulation pixel group, a portion corresponding to the defective pixel is largely lost from the bright portion of the measurement light. Even when a part of the bright part of the measurement light is lost due to the defective pixel of the modulation pixel or the modulation pixel group, the missing part can be removed from the normal image by adjusting the projection resolution size d.

図9は、投影解像サイズdの調整方法を説明するための図である。図9に示すように、測定部100には、光変調素子112を配置するための位置として、複数の位置D,C,B,A,B’,C’,D’がこの順で並ぶように設けられる。ここで、光変調素子112の複数の変調画素間の隙間の寸法(幅)をa1とし、変調画素の寸法をa2とし、変調画素群の寸法をa3とする。寸法a3は寸法a2よりも大きく、寸法a2は寸法a1よりも大きい。   FIG. 9 is a diagram for explaining a method of adjusting the projection resolution size d. As shown in FIG. 9, in the measurement unit 100, a plurality of positions D, C, B, A, B ′, C ′, and D ′ are arranged in this order as positions for disposing the light modulation element 112. Provided. Here, the dimension (width) of the gap between the plurality of modulation pixels of the light modulation element 112 is a1, the modulation pixel dimension is a2, and the modulation pixel group dimension is a3. The dimension a3 is larger than the dimension a2, and the dimension a2 is larger than the dimension a1.

光変調素子112が複数の位置D,C,B,A,B’,C’,D’のいずれかに配置されることにより、光変調素子112の投影解像サイズdが調整される。位置Aは、蛍光照明レンズ101および結像レンズ123からなる光学系の解像度が最大になる位置である。すなわち、位置Aは、光変調素子112の投影解像サイズdが最小となる位置であり、蛍光照明レンズ101および結像レンズ123を挟んでカメラ121と共役関係となる位置である。   The projection resolution size d of the light modulation element 112 is adjusted by arranging the light modulation element 112 at any of a plurality of positions D, C, B, A, B ′, C ′, and D ′. The position A is a position where the resolution of the optical system including the fluorescent illumination lens 101 and the imaging lens 123 is maximized. That is, the position A is a position where the projection resolution size d of the light modulation element 112 is minimum, and is a position having a conjugate relationship with the camera 121 with the fluorescent illumination lens 101 and the imaging lens 123 interposed therebetween.

位置Bおよび位置B’は、光学系の解像度が寸法a1よりも低く、寸法a2以上となる位置である。位置Cおよび位置C’は、光学系の解像度が寸法a2よりも低く、寸法a3以上となる位置である。位置Dおよび位置D’は、光学系の解像度が寸法a3よりも低くなる位置である。   The positions B and B ′ are positions where the resolution of the optical system is lower than the dimension a1 and is equal to or larger than the dimension a2. The position C and the position C ′ are positions where the resolution of the optical system is lower than the dimension a2 and equal to or larger than the dimension a3. The positions D and D ′ are positions where the resolution of the optical system is lower than the dimension a3.

したがって、光変調素子112を位置Bまたは位置B’に配置することにより、光変調素子112の投影解像サイズdを寸法a1よりも大きくかつ寸法a2以下に調整することができる。これにより、通常画像から影パターンを除去することができる。   Therefore, by disposing the light modulation element 112 at the position B or the position B ′, the projection resolution size d of the light modulation element 112 can be adjusted to be larger than the dimension a1 and smaller than or equal to the dimension a2. Thereby, the shadow pattern can be removed from the normal image.

光変調素子112を位置Cまたは位置C’に配置することにより、光変調素子112の投影解像サイズdを寸法a2よりも大きくかつ寸法a3以下に調整することができる。これにより、通常画像から影パターンを除去するとともに、変調画素の欠陥画素による欠落部分を除去することができる。   By disposing the light modulation element 112 at the position C or the position C ′, the projection resolution size d of the light modulation element 112 can be adjusted to be larger than the dimension a2 and smaller than or equal to the dimension a3. As a result, the shadow pattern can be removed from the normal image, and the missing portion of the modulation pixel due to the defective pixel can be removed.

光変調素子112を位置Dまたは位置D’に配置することにより、光変調素子112の投影解像サイズdを寸法a3よりも大きく調整することができる。これにより、通常画像から影パターンを除去し、変調画素の欠陥画素による欠落部分を除去するとともに、変調画素群の欠陥画素による欠落部分を除去することができる。   By disposing the light modulation element 112 at the position D or the position D ′, the projection resolution size d of the light modulation element 112 can be adjusted to be larger than the dimension a3. Accordingly, it is possible to remove the shadow pattern from the normal image, remove the missing portion due to the defective pixel of the modulation pixel, and remove the missing portion due to the defective pixel of the modulation pixel group.

本実施の形態においては、光変調素子112がカメラ121と共役関係になる位置(位置A)とは僅かに異なる位置に配置されるが、これに限定されない。測定部100に透過光供給部130が設けられない場合には、光変調素子112が位置Aに配置された状態で、カメラ121の位置が光変調素子112と共役関係となる位置とは僅かに異なる位置に配置されてもよい。   In the present embodiment, the light modulation element 112 is arranged at a position slightly different from the position (position A) in a conjugate relationship with the camera 121, but the present invention is not limited to this. When the transmitted light supply unit 130 is not provided in the measurement unit 100, the position where the position of the camera 121 is conjugate with the light modulation element 112 in a state where the light modulation element 112 is disposed at the position A is slightly different. You may arrange | position in a different position.

上記の方法に代えて、または上記の方法と組み合わせて他の方法により光変調素子112の投影解像サイズdが調整されてもよい。例えば、MTF(変調伝達関数)の値が所望の空間周波数において予め設定されたしきい値よりも小さく(好ましくは0に)なるように蛍光照明レンズ101または結像レンズ123が構成されてもよい。これにより、光変調素子112の投影解像サイズdが調整される。この場合、光変調素子112は、図9の位置Aに配置されてもよい。   The projection resolution size d of the light modulation element 112 may be adjusted by another method instead of the above method or in combination with the above method. For example, the fluorescent illumination lens 101 or the imaging lens 123 may be configured such that the value of MTF (modulation transfer function) is smaller (preferably 0) than a preset threshold value at a desired spatial frequency. . Thereby, the projection resolution size d of the light modulation element 112 is adjusted. In this case, the light modulation element 112 may be disposed at a position A in FIG.

所望の空間周波数が1/(2×a1)である場合、通常画像から影パターンを除去することができる。所望の空間周波数が1/(2×a2)である場合、通常画像から変調画素の欠陥画素による欠落部分をさらに除去することができる。所望の空間周波数が1/(2×a3)である場合、通常画像から変調画素群の欠陥画素による欠落部分をさらに除去することができる。   When the desired spatial frequency is 1 / (2 × a1), the shadow pattern can be removed from the normal image. When the desired spatial frequency is 1 / (2 × a2), it is possible to further remove a missing portion due to a defective pixel of the modulation pixel from the normal image. When the desired spatial frequency is 1 / (2 × a3), a missing portion due to a defective pixel in the modulation pixel group can be further removed from the normal image.

(5)光学系の構成
測定光が測定対象物Sに照射されることにより、測定対象物Sから蛍光が放出される。測定対象物Sから放出される蛍光の強度は、測定対象物Sに照射される測定光の強度に比例する。したがって、測定対象物Sのうち測定光が照射された部分から蛍光が放出され、受光部120のカメラ121に照射される。なお、蛍光の強度は測定光の強度の10−6倍程度である。
(5) Configuration of optical system When measurement light is irradiated onto measurement object S, fluorescence is emitted from measurement object S. The intensity of the fluorescence emitted from the measuring object S is proportional to the intensity of the measuring light applied to the measuring object S. Therefore, fluorescence is emitted from the portion of the measurement object S irradiated with the measurement light and irradiated to the camera 121 of the light receiving unit 120. The intensity of fluorescence is about 10 −6 times the intensity of measurement light.

カメラ121への蛍光の照射範囲は、カメラ121の受光面に一致することが好ましい。具体的には、カメラ121への蛍光の照射範囲の寸法(投影サイズ)および中心位置は、カメラ121の受光面の寸法(観察視野サイズ)および中心位置にそれぞれ一致することが好ましい。   It is preferable that the fluorescence irradiation range of the camera 121 coincides with the light receiving surface of the camera 121. Specifically, it is preferable that the dimension (projection size) and the center position of the fluorescence irradiation range to the camera 121 respectively coincide with the dimension (observation field size) and the center position of the light receiving surface of the camera 121.

しかしながら、測定部100には、種々の光学系の配置のずれが存在する。光学系の配置のずれは、蛍光の光軸に対するフィルタターレット152の傾きを含む。また、光学系の配置のずれは、図3のフィルタキューブ151におけるフレーム151aに対する励起フィルタ151b、ダイクロイックミラー151cおよび吸収フィルタ151dの取り付けのずれをさらに含む。   However, the measurement unit 100 has various optical system misalignments. The deviation in the arrangement of the optical system includes the inclination of the filter turret 152 with respect to the optical axis of fluorescence. Further, the displacement of the arrangement of the optical system further includes a displacement of attachment of the excitation filter 151b, the dichroic mirror 151c, and the absorption filter 151d with respect to the frame 151a in the filter cube 151 of FIG.

これらの光学系の配置のずれのため、蛍光の照射範囲を受光面に一致させることは困難である。受光面の一部に蛍光が照射されない場合、生成された画像データに基づく画像の一部に欠落が発生する。そこで、本実施の形態においては、蛍光の照射範囲を受光面の寸法よりも僅かに大きくし、受光面の全てに蛍光の大部分が照射されるように光学系を構成する。   Due to the misalignment of these optical systems, it is difficult to make the fluorescence irradiation range coincide with the light receiving surface. When fluorescence is not irradiated to a part of the light receiving surface, a part of the image based on the generated image data is missing. Therefore, in the present embodiment, the optical system is configured so that the fluorescence irradiation range is slightly larger than the dimension of the light receiving surface, and most of the fluorescence is irradiated on all the light receiving surfaces.

図10は、受光面120Sを含む平面上における蛍光の照射範囲と受光面との関係を示す図である。図11は、図10の蛍光の照射範囲Rおよび受光面120Sの一部の拡大図である。図11(a)は図10のB部を示し、図11(b)は図10のC部を示す。以下の説明で用いられる寸法は、すべて受光面120Sにおける等価寸法である。   FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the fluorescence irradiation range and the light receiving surface on the plane including the light receiving surface 120S. FIG. 11 is an enlarged view of a part of the fluorescence irradiation range R and the light receiving surface 120S of FIG. FIG. 11A shows part B of FIG. 10, and FIG. 11B shows part C of FIG. The dimensions used in the following description are all equivalent dimensions in the light receiving surface 120S.

図10の例においては、蛍光の照射範囲Rは、X方向に平行な2辺とY方向に平行な2辺とからなる矩形状を有する。同様に、受光面120Sは、X方向に平行な2辺とY方向に平行な2辺とからなる矩形状を有する。図10に示すように、蛍光の照射範囲Rは受光面120Sよりも大きく、受光面120Sは蛍光の照射範囲の略中央に位置する。以下の説明においては、光学系のX方向の寸法および数について説明するが、Y方向の寸法および数についても同様である。   In the example of FIG. 10, the fluorescence irradiation range R has a rectangular shape composed of two sides parallel to the X direction and two sides parallel to the Y direction. Similarly, the light receiving surface 120S has a rectangular shape composed of two sides parallel to the X direction and two sides parallel to the Y direction. As shown in FIG. 10, the fluorescence irradiation range R is larger than the light receiving surface 120S, and the light receiving surface 120S is located at the approximate center of the fluorescence irradiation range. In the following description, the dimension and number in the X direction of the optical system will be described, but the same applies to the dimension and number in the Y direction.

光変調素子112の変調画素数をN1とし、光変調素子112の複数の変調画素間の間隔をL1とし、蛍光照明レンズ101の焦点距離をF1とする。また、受光面の画素数をN2とし、受光面の複数の画素間の間隔をL2とし、結像レンズ123の焦点距離をF2とする。なお、変調画素間の間隔L1は、上記の複数の変調素子間の隙間の間隔をa1と変調素子の寸法をa2との和である。対物レンズ161の焦点距離をF0とすると、蛍光照明レンズ101による投光倍率M1はM1=F0/F1となり、結像レンズ123による投光倍率M2はM2=F2/F0となる。   The number of modulation pixels of the light modulation element 112 is N1, the interval between the plurality of modulation pixels of the light modulation element 112 is L1, and the focal length of the fluorescent illumination lens 101 is F1. Further, the number of pixels on the light receiving surface is N2, the interval between the plurality of pixels on the light receiving surface is L2, and the focal length of the imaging lens 123 is F2. The interval L1 between the modulation pixels is the sum of the gap interval between the plurality of modulation elements a1 and the dimension of the modulation element a2. When the focal length of the objective lens 161 is F0, the light projection magnification M1 by the fluorescent illumination lens 101 is M1 = F0 / F1, and the light projection magnification M2 by the imaging lens 123 is M2 = F2 / F0.

図11(a)に示すように、蛍光の照射範囲Rは拡大された複数の変調画素p1を含み、各変調画素p1の寸法はL1×M1×M2である。すなわち、各変調画素p1の寸法はL1×F2/F1である。これに対し、図11(b)に示すように、受光面120Sの各画素p2の寸法はL2である。   As shown in FIG. 11A, the fluorescence irradiation range R includes a plurality of enlarged modulation pixels p1, and the size of each modulation pixel p1 is L1 × M1 × M2. That is, the dimension of each modulation pixel p1 is L1 × F2 / F1. On the other hand, as shown in FIG. 11B, the size of each pixel p2 on the light receiving surface 120S is L2.

蛍光の照射範囲Rにおいて、複数の変調画素p1はN1個並ぶので、蛍光の照射範囲Rの寸法はN1×L1×F2/F1である。受光面120Sにおいて、複数の画素p2はN2個並ぶので、受光面120Sの寸法はN2×L2である。X方向における受光面120Sの一端から蛍光の照射範囲Rの一端までのマージンおよびX方向における受光面120Sの他端から蛍光の照射範囲Rの他端までのマージンをそれぞれΔとする。この場合、マージンΔはΔ=(N1×L1×F2/F1−N2×L2)/2により与えられる。   Since the plurality of modulation pixels p1 are arranged in the fluorescent irradiation range R, the size of the fluorescent irradiation range R is N1 × L1 × F2 / F1. Since N2 pixels p2 are arranged on the light receiving surface 120S, the size of the light receiving surface 120S is N2 × L2. A margin from one end of the light receiving surface 120S in the X direction to one end of the fluorescence irradiation range R and a margin from the other end of the light receiving surface 120S in the X direction to the other end of the fluorescence irradiation range R are denoted by Δ, respectively. In this case, the margin Δ is given by Δ = (N1 × L1 × F2 / F1−N2 × L2) / 2.

光学系の配置のずれのため、測定対象物Sへの測定光がZ軸に対して傾いた角度で対物レンズ161に入射する場合、または測定対象物Sからの蛍光がZ軸に対して傾いた角度で受光部120に入射する場合、受光面120Sに対して蛍光の照射範囲RがX方向またはY方向にずれる。この場合でも、受光面120Sの全てに蛍光の大部分が照射されるように光学系が構成される。   Due to the displacement of the optical system, the measurement light to the measurement object S enters the objective lens 161 at an angle inclined with respect to the Z axis, or the fluorescence from the measurement object S is inclined with respect to the Z axis. When the light is incident on the light receiving unit 120 at an angle, the fluorescence irradiation range R is shifted in the X direction or the Y direction with respect to the light receiving surface 120S. Even in this case, the optical system is configured such that most of the light receiving surface 120S is irradiated with the majority of the fluorescence.

図12は、受光部120の模式的拡大図である。図12の例においては、測定対象物Sからの蛍光がZ軸に対して角度φだけ傾いている。この場合、受光面120S上のX方向における蛍光の照射位置のずれδは、δ=F2×sinφにより与えられる。   FIG. 12 is a schematic enlarged view of the light receiving unit 120. In the example of FIG. 12, the fluorescence from the measuring object S is inclined by an angle φ with respect to the Z axis. In this case, the deviation δ of the fluorescence irradiation position in the X direction on the light receiving surface 120S is given by δ = F2 × sinφ.

本例においては、フィルタキューブ151におけるフレーム151aへのダイクロイックミラー151cの取り付けの個体差として、4分のずれが発生し得る。また、フィルタキューブ151のフィルタターレット152への取り付けの再現性として、3分のずれが発生し得る。さらに、フィルタターレット152の回転によるフィルタキューブ151の切り替えの再現性として、3分のずれが発生し得る。   In this example, a shift of 4 minutes may occur as an individual difference in the attachment of the dichroic mirror 151c to the frame 151a in the filter cube 151. Further, as the reproducibility of attachment of the filter cube 151 to the filter turret 152, a deviation of 3 minutes may occur. Further, as the reproducibility of switching the filter cube 151 due to the rotation of the filter turret 152, a deviation of 3 minutes may occur.

図3に示すように、光変調素子112から測定対象物Sへの光軸は、フィルタキューブ151においてダイクロイックミラー151cにより90°折り曲げられる。この場合、測定対象物Sへの測定光のZ軸に対する傾きは、設置されたダイクロイックミラー151cの角度ずれの総和の2倍になる。したがって、角度φは、上記のずれの総和の2倍になる。すなわち、角度φはφ=2×10分=0.0058ラジアン程度である。このように、角度φは微小であるため、照射位置のずれδをδ=F2×φに近似することが可能である。   As shown in FIG. 3, the optical axis from the light modulation element 112 to the measuring object S is bent by 90 ° in the filter cube 151 by the dichroic mirror 151c. In this case, the inclination of the measurement light to the measurement object S with respect to the Z axis is twice the sum of the angular deviations of the installed dichroic mirror 151c. Therefore, the angle φ is twice the sum of the deviations. That is, the angle φ is about φ = 2 × 10 minutes = 0.008 radians. Thus, since the angle φ is very small, the irradiation position shift δ can be approximated to δ = F2 × φ.

照射位置のずれδがマージンΔ以下であれば、測定対象物Sからの蛍光がZ軸に対して傾いた角度で受光部120に入射する場合でも、受光面120Sの全てに蛍光の大部分が照射される。したがって、照射位置のずれδとマージンΔとの関係は、下記式(1)により与えられる。

Figure 2015084062
If the irradiation position deviation δ is equal to or less than the margin Δ, even when the fluorescence from the measurement object S enters the light receiving unit 120 at an angle inclined with respect to the Z axis, most of the fluorescence is present on the entire light receiving surface 120S. Irradiated. Therefore, the relationship between the irradiation position deviation δ and the margin Δ is given by the following equation (1).
Figure 2015084062

一方、1つの拡大された変調画素p1に重なる画素p2の数が多くなり過ぎる場合、光変調素子112による測定光のパターンの最小の幅が大きくなることにより、測定対象物の細部を高い精度で撮像する性能(セクショニング性能)が低下する。そこで、1つの拡大された変調画素p1に重なる画素p2の数の上限値αを設定する。したがって、1つの拡大された変調画素p1に重なる画素p2の数と上限値αとの関係は、下記式(2)により与えられる。なお、本例においては、値αは例えば1以上3以下である。

Figure 2015084062
On the other hand, when the number of pixels p2 that overlap one enlarged modulation pixel p1 becomes too large, the minimum width of the pattern of measurement light by the light modulation element 112 is increased, so that details of the measurement object can be obtained with high accuracy. The imaging performance (sectioning performance) decreases. Therefore, an upper limit value α of the number of pixels p2 that overlaps one enlarged modulation pixel p1 is set. Therefore, the relationship between the number of pixels p2 overlapping one enlarged modulation pixel p1 and the upper limit value α is given by the following equation (2). In this example, the value α is, for example, 1 or more and 3 or less.
Figure 2015084062

式(1)および式(2)を整理することにより、下記式(3)の関係が与えられる。蛍光照明レンズ101の焦点距離F1が式(3)により与えられる範囲内に設定される。これにより、測定対象物Sへの測定光がZ軸に対して傾いている場合、または測定対象物Sからの蛍光がZ軸に対して傾いている場合でも、セクショニング性能を低下させない範囲で受光面120Sの全てに蛍光の大部分を照射することができる。その結果、画像の画質の低下および画像の部分の欠落が防止された画像データを生成することができる。

Figure 2015084062
By arranging the equations (1) and (2), the relationship of the following equation (3) is given. The focal length F1 of the fluorescent illumination lens 101 is set within the range given by equation (3). As a result, even when the measuring light to the measuring object S is tilted with respect to the Z-axis or when the fluorescence from the measuring object S is tilted with respect to the Z-axis, it is received within a range that does not degrade the sectioning performance. All of the surface 120S can be irradiated with the majority of the fluorescence. As a result, it is possible to generate image data in which deterioration in image quality and loss of image portions are prevented.
Figure 2015084062

(6)効果
本実施の形態に係る顕微鏡撮像装置500においては、投光部320により出射された光から光変調素子112によりパターン測定光または均一測定光が生成される。セクショニング観察においては、光変調素子112により生成されたパターン測定光が測定対象物Sに照射される。また、生成されたパターンの空間的な位相が光変調素子112により所定量ずつ測定対象物S上で順次移動される。パターンの複数の位相で生成される複数のパターン画像データに基づいてセクショニング画像データが生成される。
(6) Effect In the microscope imaging apparatus 500 according to the present embodiment, pattern measurement light or uniform measurement light is generated by the light modulation element 112 from the light emitted from the light projecting unit 320. In sectioning observation, the measurement object S is irradiated with the pattern measurement light generated by the light modulation element 112. Further, the spatial phase of the generated pattern is sequentially moved on the measurement object S by a predetermined amount by the light modulation element 112. Sectioning image data is generated based on a plurality of pattern image data generated at a plurality of phases of the pattern.

一方、通常観察においては、均一測定光が光変調素子112により生成され、測定対象物Sに照射される。これにより、パターンを有しない測定光が照射されたときの測定対象物Sの画像を示す通常画像データが生成される。   On the other hand, in normal observation, uniform measurement light is generated by the light modulation element 112 and irradiated onto the measurement object S. Thereby, normal image data indicating an image of the measurement object S when the measurement light having no pattern is irradiated is generated.

このように、光変調素子112を用いることにより、共通の蛍光照明レンズ101、フィルタキューブ151および対物レンズ161を通して測定対象物Sにパターン測定光および均一測定光を照射することができる。また、共通の対物レンズ161および結像レンズ123を通して測定対象物Sからの蛍光を受光することができる。これにより、測定対象物Sのセクショニング観察および通常観察を行うことができる。   As described above, by using the light modulation element 112, it is possible to irradiate the measurement object S with the pattern measurement light and the uniform measurement light through the common fluorescent illumination lens 101, the filter cube 151, and the objective lens 161. Further, the fluorescence from the measuring object S can be received through the common objective lens 161 and the imaging lens 123. Thereby, sectioning observation and normal observation of the measuring object S can be performed.

ここで、光変調素子112は、複数の変調画素に周期的な非導光部を含む。光変調素子112の複数の変調画素間の非導光部からは、測定光が生成されない。したがって、セクショニング画像または通常画像には、光変調素子112の複数の変調画素間の非導光部に相当する影パターンが映り込む。このような場合でも、セクショニング画像データまたは通常画像データにおける光変調素子112の非導光部に相当する部分がフィルタ処理により除去される。これにより、画像の画質を低下させることなくセクショニング観察および通常観察を行うことが可能になる。   Here, the light modulation element 112 includes a periodic non-light-guiding unit in a plurality of modulation pixels. Measurement light is not generated from the non-light guide portion between the plurality of modulation pixels of the light modulation element 112. Therefore, a shadow pattern corresponding to a non-light guiding portion between a plurality of modulation pixels of the light modulation element 112 is reflected in the sectioning image or the normal image. Even in such a case, a portion corresponding to the non-light guide portion of the light modulation element 112 in the sectioning image data or the normal image data is removed by the filtering process. As a result, sectioning observation and normal observation can be performed without degrading the image quality of the image.

(7)請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
(7) Correspondence between each component of claim and each part of embodiment The following describes an example of the correspondence between each component of the claim and each part of the embodiment. It is not limited.

上記実施の形態においては、投光部320が投光部の例であり、変調画素p1が第1の画素の例であり、画素p2が第2の画素の例であり、光変調素子112が光変調素子の例であり、測定対象物Sが測定対象物の例である。蛍光照明レンズ101、結像レンズ123、フィルタキューブ151および対物レンズ161が投光光学系の例であり、受光部120が受光部の例であり、制御部213が制御部および処理部の例であり、操作部250が第1および第2の指示部の例である。画像データ生成部211が画像データ生成部の例であり、画像処理部214が画像処理部の例であり、受光面120Sが受光面の例であり、照射範囲Rが照射範囲の例であり、顕微鏡撮像装置500が顕微鏡撮像装置の例である。   In the above embodiment, the light projecting unit 320 is an example of the light projecting unit, the modulation pixel p1 is an example of the first pixel, the pixel p2 is an example of the second pixel, and the light modulation element 112 is It is an example of a light modulation element, and the measuring object S is an example of the measuring object. The fluorescent illumination lens 101, the imaging lens 123, the filter cube 151, and the objective lens 161 are examples of a light projecting optical system, the light receiving unit 120 is an example of a light receiving unit, and the control unit 213 is an example of a control unit and a processing unit. The operation unit 250 is an example of first and second instruction units. The image data generation unit 211 is an example of an image data generation unit, the image processing unit 214 is an example of an image processing unit, the light receiving surface 120S is an example of a light receiving surface, the irradiation range R is an example of an irradiation range, The microscope imaging device 500 is an example of a microscope imaging device.

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。   As each constituent element in the claims, various other elements having configurations or functions described in the claims can be used.

本発明は、種々の顕微鏡撮像装置、顕微鏡撮像方法および顕微鏡撮像プログラムに有効に利用することができる。   The present invention can be effectively used for various microscope imaging apparatuses, microscope imaging methods, and microscope imaging programs.

100 測定部
101 蛍光照明レンズ
110 パターン付与部
111 光出力部
112 光変調素子
113 ミラー
120 受光部
120S 受光面
121 カメラ
122 カラーフィルタ
123 結像レンズ
130 透過光供給部
131 透過光源
132 透過光学系
140 ステージ
150 フィルタユニット
151 フィルタキューブ
151a フレーム
151b 励起フィルタ
151c ダイクロイックミラー
151d 吸収フィルタ
152 フィルタターレット
152a フィルタキューブ取付部
160 レンズユニット
161 対物レンズ
162 レンズターレット
162a 対物レンズ取付部
163 焦点位置調整機構
170 制御基板
200 PC
210 CPU
211 画像データ生成部
212 パターン生成部
213 制御部
214 画像処理部
220 ROM
230 RAM
240 記憶装置
250 操作部
300 測定光供給部
310 電源装置
320 投光部
321 測定光源
322 減光機構
323 遮光機構
330 導光部材
400 表示部
500 顕微鏡撮像装置
p1 変調画素
p2 画素
R 照射範囲
S 測定対象物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Measurement part 101 Fluorescent illumination lens 110 Pattern provision part 111 Light output part 112 Light modulation element 113 Mirror 120 Light receiving part 120S Light receiving surface 121 Camera 122 Color filter 123 Imaging lens 130 Transmitted light supply part 131 Transmitted light source 132 Transmitted optical system 140 Stage 150 Filter unit 151 Filter cube 151a Frame 151b Excitation filter 151c Dichroic mirror 151d Absorption filter 152 Filter turret 152a Filter cube mounting part 160 Lens unit 161 Objective lens 162 Lens turret 162a Objective lens mounting part 163 Focus position adjustment mechanism 170 Control board 200 PC
210 CPU
211 Image Data Generation Unit 212 Pattern Generation Unit 213 Control Unit 214 Image Processing Unit 220 ROM
230 RAM
DESCRIPTION OF SYMBOLS 240 Memory | storage device 250 Operation part 300 Measurement light supply part 310 Power supply device 320 Light projection part 321 Measurement light source 322 Dimming mechanism 323 Shading mechanism 330 Light guide member 400 Display part 500 Microscope imaging device p1 Modulation pixel p2 Pixel R Irradiation range S Measurement object object

Claims (15)

光を出射する投光部と、
前記投光部により出射された光から任意のパターンを有する測定光を生成するように構成された複数の第1の画素を含む光変調素子と、
前記光変調素子により生成された測定光を測定対象物に照射する投光光学系と、
前記測定対象物からの光を受光し、受光量を示す受光信号を出力する受光部と、
前記受光部から出力される受光信号に基づいて画像データを生成する画像データ生成部と、
前記画像データ生成部により生成される画像データに画像処理を行う画像処理部と、
パターンを有する測定光を生成するとともに生成されたパターンの空間的な位相を所定量ずつ前記測定対象物上で順次移動させるように前記光変調素子を制御し、前記パターンの複数の位相で生成される複数の画像データに基づいて前記測定対象物の画像を示すセクショニング画像データを生成するように前記画像データ生成部を制御する制御部とを備え、
前記光変調素子は、前記複数の第1の画素間に周期的な非導光部を有し、
前記画像処理部は、前記光変調素子の非導光部の周期性に基づいて、画像データまたはセクショニング画像データにおける前記非導光部に相当する部分を除去するフィルタ処理を実行する、顕微鏡撮像装置。
A light projecting unit that emits light;
A light modulation element including a plurality of first pixels configured to generate measurement light having an arbitrary pattern from the light emitted by the light projecting unit;
A projection optical system for irradiating a measurement object with measurement light generated by the light modulation element;
A light receiving unit that receives light from the measurement object and outputs a light reception signal indicating the amount of light received;
An image data generation unit that generates image data based on a light reception signal output from the light reception unit;
An image processing unit that performs image processing on the image data generated by the image data generation unit;
The light modulation element is controlled so as to generate measurement light having a pattern and to sequentially move the spatial phase of the generated pattern on the measurement object by a predetermined amount, and is generated with a plurality of phases of the pattern. A control unit that controls the image data generation unit so as to generate sectioning image data indicating an image of the measurement object based on a plurality of image data.
The light modulation element has a periodic non-light guide portion between the plurality of first pixels,
The image processing unit executes a filtering process for removing a portion corresponding to the non-light-guiding unit in image data or sectioning image data based on the periodicity of the non-light-guiding unit of the light modulation element. .
前記フィルタ処理を実行するか否かを指示するための第1の指示部をさらに備え、
前記制御部は、前記第1の指示部により前記フィルタ処理の実行が指示された場合には前記フィルタ処理を実行し、前記第1の指示部により前記フィルタ処理の実行が指示されない場合には前記フィルタ処理を実行しないように前記画像処理部を制御する、請求項1記載の顕微鏡撮像装置。
A first instruction unit for instructing whether to perform the filtering process;
The control unit executes the filter process when the execution of the filter process is instructed by the first instruction unit, and executes the filter process when the execution of the filter process is not instructed by the first instruction unit. The microscope imaging apparatus according to claim 1, wherein the image processing unit is controlled so as not to perform filter processing.
第1の動作モードまたは第2の動作モードを指示するための第2の指示部をさらに備え、
前記光変調素子は、前記投光部により出射された光から任意のパターンを有する測定光およびパターンを有しない光を選択的に生成するように構成され、
前記制御部は、
前記第2の指示部により前記第1の動作モードが指示された場合には、パターンを有する測定光を生成するとともに生成されたパターンの空間的な位相を所定量ずつ前記測定対象物上で順次移動させるように前記光変調素子を制御し、前記パターンの複数の位相で生成される複数の画像データに基づいてセクショニング画像データを生成するように前記画像データ生成部を制御し、
前記第2の指示部により前記第2の動作モードが指示された場合には、パターンを有しない測定光を生成するように前記光変調素子を制御し、パターンを有しない測定光が照射されたときの前記測定対象物の画像を示す通常画像データを生成するように前記画像データ生成部を制御する、請求項1または2記載の顕微鏡撮像装置。
A second instruction unit for instructing the first operation mode or the second operation mode;
The light modulation element is configured to selectively generate measurement light having an arbitrary pattern and light having no pattern from light emitted from the light projecting unit,
The controller is
When the first operation mode is instructed by the second instruction unit, the measurement light having a pattern is generated, and the spatial phase of the generated pattern is sequentially set on the measurement object by a predetermined amount. Controlling the light modulation element to move, controlling the image data generation unit to generate sectioning image data based on a plurality of image data generated at a plurality of phases of the pattern,
When the second operation mode is instructed by the second instruction unit, the light modulation element is controlled to generate measurement light having no pattern, and measurement light having no pattern is irradiated. The microscope imaging apparatus according to claim 1, wherein the image data generation unit is controlled so as to generate normal image data indicating an image of the measurement object at the time.
前記フィルタ処理は、空間フィルタ処理を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の顕微鏡撮像装置。 The microscope imaging apparatus according to claim 1, wherein the filtering process includes a spatial filtering process. 前記画像処理部は、前記フィルタ処理として、波形変換処理、前記空間フィルタ処理、および前記波形変換処理の逆変換処理を順次行う、請求項4記載の顕微鏡撮像装置。 The microscope imaging apparatus according to claim 4, wherein the image processing unit sequentially performs a waveform conversion process, the spatial filter process, and an inverse conversion process of the waveform conversion process as the filter process. 前記波形変換処理は、離散フーリエ変換または離散ウェーブレット変換を含む、請求項5記載の顕微鏡撮像装置。 The microscope imaging apparatus according to claim 5, wherein the waveform conversion processing includes discrete Fourier transform or discrete wavelet transform. 前記空間フィルタ処理は、ぼかしフィルタ処理を含む、請求項4記載の顕微鏡撮像装置。 The microscope imaging apparatus according to claim 4, wherein the spatial filter processing includes blur filter processing. 前記ぼかしフィルタ処理は、ガウシアンフィルタ処理を含む、請求項7記載の顕微鏡撮像装置。 The microscope imaging apparatus according to claim 7, wherein the blur filter process includes a Gaussian filter process. 前記光変調素子、前記受光部および前記投光光学系は、前記投光光学系の解像度が前記光変調素子の前記複数の第1の画素間の隙間の幅よりも低くなるように構成される、請求項1〜8のいずれか一項に記載の顕微鏡撮像装置。 The light modulation element, the light receiving unit, and the light projecting optical system are configured such that a resolution of the light projecting optical system is lower than a width of a gap between the plurality of first pixels of the light modulation element. The microscope imaging apparatus according to any one of claims 1 to 8. 前記光変調素子および前記受光部の一方は、前記光変調素子および前記受光部の他方に対して、前記投光光学系を介して共役関係となる位置から前記投光光学系の解像度が前記光変調素子の前記複数の第1の画素間の隙間の幅よりも低くなるまでずれた位置に配置される、請求項9記載の顕微鏡撮像装置。 One of the light modulation element and the light receiving unit has a resolution of the light projecting optical system from the position that is conjugate to the other of the light modulation element and the light receiving unit via the light projecting optical system. The microscope imaging apparatus according to claim 9, wherein the microscope imaging apparatus is arranged at a position shifted until it becomes lower than a width of a gap between the plurality of first pixels of the modulation element. 前記投光光学系の変調伝達関数の値は、前記光変調素子の前記複数の第1の画素間の隙間の幅に対応する空間周波数において、予め定められたしきい値以下である、請求項9または10記載の顕微鏡撮像装置。 The value of the modulation transfer function of the light projecting optical system is equal to or less than a predetermined threshold at a spatial frequency corresponding to a width of a gap between the plurality of first pixels of the light modulation element. The microscope imaging apparatus according to 9 or 10. 前記受光部の受光面を含む平面上において、前記測定対象物から前記受光部への光の照射範囲が前記受光部の前記受光面を包含するように前記投光光学系が構成される、請求項1〜11のいずれか一項に記載の顕微鏡撮像装置。 The light projecting optical system is configured such that an irradiation range of light from the measurement object to the light receiving unit includes the light receiving surface of the light receiving unit on a plane including the light receiving surface of the light receiving unit. Item 12. The microscope imaging apparatus according to any one of Items 1 to 11. 前記受光部は、互いに交差する第1および第2の方向に並ぶ複数の第2の画素を含み、
前記受光部の受光面を含む平面上において、前記光変調素子の各1個の第1の画素に対応する前記測定対象物から前記受光部への光の部分が、前記第1の方向に並ぶ3個の第2の画素および前記第2の方向に並ぶ3個の第2の画素を含む領域以下の領域に照射されるように前記投光光学系が構成される、請求項12記載の顕微鏡撮像装置。
The light receiving unit includes a plurality of second pixels arranged in first and second directions intersecting each other,
On the plane including the light receiving surface of the light receiving unit, light portions from the measurement object corresponding to each first pixel of the light modulation element to the light receiving unit are arranged in the first direction. The microscope according to claim 12, wherein the light projecting optical system is configured to irradiate a region equal to or smaller than a region including three second pixels and three second pixels arranged in the second direction. Imaging device.
投光部により光を出射するステップと、
前記投光部により出射された光から複数の第1の画素を含む光変調素子により任意のパターンを有する測定光を生成するステップと、
前記光変調素子により生成された測定光を投光光学系により測定対象物に照射するステップと、
生成されたパターンの空間的な位相を前記光変調素子により所定量ずつ前記測定対象物上で順次移動させるステップと、
受光部により前記測定対象物からの光を受光し、受光量を示す受光信号を出力するステップと、
前記受光部から出力される受光信号に基づいて前記パターンの複数の位相で生成される複数の画像データに基づいて、前記測定対象物の画像を示すセクショニング画像データを生成するステップと、
前記光変調素子の前記複数の第1の画素間の非導光部の周期性に基づいて、画像データまたはセクショニング画像データにおける前記非導光部に相当する部分を除去するステップとを含む、顕微鏡撮像方法。
Emitting light by the light projecting unit;
Generating measurement light having an arbitrary pattern from a light emitted from the light projecting unit by a light modulation element including a plurality of first pixels;
Irradiating the measuring object with the light projecting optical system generated by the light modulation element; and
Sequentially moving the spatial phase of the generated pattern on the measurement object by a predetermined amount by the light modulation element;
Receiving light from the measurement object by a light receiving unit and outputting a light reception signal indicating the amount of light received;
Generating sectioning image data indicating an image of the measurement object based on a plurality of image data generated at a plurality of phases of the pattern based on a light reception signal output from the light receiving unit;
Removing a portion corresponding to the non-light-guiding unit in image data or sectioning image data based on the periodicity of the non-light-guiding unit between the plurality of first pixels of the light modulation element. Imaging method.
処理装置により実行可能な顕微鏡撮像プログラムであって、
投光部により光を出射する処理と、
前記投光部により出射された光から複数の第1の画素を含む光変調素子により任意のパターンを有する測定光を生成する処理と、
前記光変調素子により生成された測定光を投光光学系により測定対象物に照射する処理と、
生成されたパターンの空間的な位相を前記光変調素子により所定量ずつ前記測定対象物上で順次移動させる処理と、
受光部により前記測定対象物からの光を受光し、受光量を示す受光信号を出力する処理と、
前記受光部から出力される受光信号に基づいて前記パターンの複数の位相で生成される複数の画像データに基づいて、前記測定対象物の画像を示すセクショニング画像データを生成する処理と、
前記光変調素子の前記複数の第1の画素間の非導光部の周期性に基づいて、画像データまたはセクショニング画像データにおける前記非導光部に相当する部分を除去する処理とを、
前記処理装置に実行させる、顕微鏡撮像プログラム。
A microscope imaging program executable by a processing device,
A process of emitting light by the light projecting unit;
A process of generating measurement light having an arbitrary pattern from the light emitted from the light projecting unit by a light modulation element including a plurality of first pixels;
A process of irradiating the measurement object with the measurement light generated by the light modulation element by the light projecting optical system;
A process of sequentially moving a spatial phase of the generated pattern on the measurement object by a predetermined amount by the light modulation element;
A process of receiving light from the measurement object by a light receiving unit and outputting a light reception signal indicating the amount of received light;
Processing for generating sectioning image data indicating an image of the measurement object based on a plurality of image data generated at a plurality of phases of the pattern based on a light reception signal output from the light receiving unit;
A process of removing a portion corresponding to the non-light guide portion in image data or sectioning image data based on the periodicity of the non-light guide portion between the plurality of first pixels of the light modulation element;
A microscope imaging program to be executed by the processing apparatus.
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