JP2016090768A - Microscope and microscope image acquisition method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、顕微鏡および顕微鏡画像取得方法に関するものである。 The present invention relates to a microscope and a microscope image acquisition method.
従来、標本からの蛍光を検出する検出光学系の光軸に対して直交する平面に沿って、標本を挟んで対向する2方向から異なる波長の平面状の励起光を同時に標本に入射させるシート照明方式の顕微鏡が知られている(例えば、特許文献1参照。)。落射照明方式あるいは透過照明方式においては、共焦点光学系により1点または複数点に集光させた励起光を2次元的に走査することにより、光軸方向のボケ像の少ない2次元的な画像を取得するが、シート照明方式によれば、一度に広い範囲に照明でき、検出光学系の光軸方向の焦点面内で、照明光の焦点のあった範囲のみが照明されるため、画像の取得に要する時間を短縮することができる。 Conventionally, sheet illumination in which planar excitation light having different wavelengths is simultaneously incident on a specimen from two opposite directions across the specimen along a plane orthogonal to the optical axis of a detection optical system that detects fluorescence from the specimen. A type of microscope is known (for example, see Patent Document 1). In the epi-illumination method or the transmission illumination method, a two-dimensional image with less blur image in the optical axis direction is obtained by two-dimensionally scanning the excitation light condensed at one or a plurality of points by the confocal optical system. However, according to the sheet illumination method, it is possible to illuminate a wide range at a time, and only the range in which the illumination light is focused is illuminated within the focal plane in the optical axis direction of the detection optical system. The time required for acquisition can be shortened.
また、特許文献1の顕微鏡は、異なる波長の励起光を対向する方向から同時に同一の標本の同一の領域に入射させるものであり、各励起光に対応して発生する蛍光の波長も異なるので、同一の検出光学系によって一度に撮影し、かつ、波長ごとに蛍光画像を分離することができる。
In addition, the microscope of
しかしながら、対向する方向から同一の標本の近接または重複する領域に同時に照射して蛍光観察を行う場合には、一方の光路から入射された励起光の焦点深度の範囲内に、他方の光路から入射された励起光の焦点深度の範囲外に配される励起光が照射されるため、取得される蛍光画像が不鮮明になるという不都合がある。また、別の光路からの励起光が同時に入射しないように、切り替えて照明する場合には、光路の切替に時間がかかるため画像取得に長時間を有するという不都合があった。 However, when performing fluorescence observation by simultaneously irradiating the adjacent or overlapping area of the same specimen from the opposite direction, it is incident from the other optical path within the range of the focal depth of the excitation light incident from one optical path. Since the excitation light arranged outside the range of the focal depth of the excitation light is irradiated, there is a disadvantage that the acquired fluorescent image becomes unclear. Further, when switching illumination so that excitation light from another optical path does not enter at the same time, it takes a long time to acquire an image because it takes time to switch the optical path.
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、鮮明な蛍光画像を取得するために、異なる方向から同一波長または重複する波長の励起光を同一の標本の近接または重複する領域に、切り替えて照射しても画像の取得時間を高速にすることができるシート照明方式の顕微鏡および顕微鏡画像取得方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and in order to obtain a clear fluorescent image, excitation light having the same wavelength or overlapping wavelengths from different directions is adjacent to or overlapping the same sample. It is an object of the present invention to provide a sheet illumination microscope and a microscope image acquisition method that can increase the image acquisition time even when switched irradiation is performed.
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、標本から発せられる蛍光を検出して蛍光画像を取得する検出光学系と、該検出光学系の光軸に交差する平面に沿って、平面状の励起光を、前記標本の外部の異なる2以上の方向から、入射方向を択一的に切り替えて順次入射させるシート照明光学系と、入射方向が異なる前記励起光の入射時に前記検出光学系により取得された複数の蛍光画像を合成する画像処理部とを備え、前記シート照明光学系が、前記画像処理部による合成処理の前後において同一の入射方向から前記励起光を入射させる順序で、前記励起光の入射方向を切り替える顕微鏡である。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
One embodiment of the present invention is a detection optical system that detects fluorescence emitted from a specimen to acquire a fluorescent image, and planar excitation light along the plane that intersects the optical axis of the detection optical system. A plurality of fluorescent images acquired by the detection optical system at the time of incidence of the excitation light having different incident directions, and a sheet illumination optical system that selectively changes the incident direction from two or more different directions outside A microscope that switches the incident direction of the excitation light in the order in which the sheet illumination optical system enters the excitation light from the same incident direction before and after the combining process by the image processing unit. It is.
本態様によれば、シート照明光学系により平面状の励起光が標本の外部から検出光学系の光軸に交差する平面に沿って入射されるので、その入射平面に検出光学系の焦点面を一致させることにより、焦点面に沿う広い範囲において発生した蛍光を検出光学系によって一度に検出することができる。この場合に、標本の外部の異なる2以上の方向から励起光を入射させることにより、各方向からの励起光の標本への入射深度を浅くすることができ、標本における散乱の影響を抑制して鮮明な蛍光画像を取得することができる。 According to this aspect, the planar illumination light is incident from the outside of the specimen along the plane intersecting the optical axis of the detection optical system by the sheet illumination optical system, so that the focal plane of the detection optical system is placed on the incident plane. By matching, fluorescence generated in a wide range along the focal plane can be detected at once by the detection optical system. In this case, by making the excitation light incident from two or more different directions outside the sample, the depth of incidence of the excitation light from each direction on the sample can be reduced, and the influence of scattering on the sample is suppressed. A clear fluorescent image can be acquired.
異なる2以上の方向からの励起光を択一的に切り替えて順次入射させることにより、同一波長または重複する波長の励起光を同一の標本の近接または重複する領域に照射しても、複数方向からの励起光が混在することが無く、各励起光の焦点深度の範囲において鮮明な蛍光画像を取得することができる。画像処理部において、取得された複数の蛍光画像を合成することにより標本の広範囲にわたる蛍光観察を行うことができる。 By alternately switching excitation light from two or more different directions and sequentially entering the excitation light, even if the same or overlapping excitation light is irradiated on the adjacent or overlapping region of the same specimen, the excitation light can be emitted from a plurality of directions. Therefore, a clear fluorescent image can be acquired in the range of the focal depth of each excitation light. In the image processing unit, fluorescence observation over a wide range of the specimen can be performed by synthesizing a plurality of acquired fluorescence images.
そして、励起光の入射方向を順次切り替えて取得された1組の蛍光画像を画像処理部において合成した後、励起光の入射方向を前回最後の画像取得時と同一の入射方向から入射させる順序で順次切り替えて次の1組の蛍光画像を取得し合成画像に合成することにより、励起光の入射方向の切替回数を少なくし、高速に蛍光画像を取得することができる。 Then, after combining a set of fluorescence images acquired by sequentially switching the incident direction of the excitation light in the image processing unit, the incident direction of the excitation light is made incident from the same incident direction as at the time of the last last image acquisition. By sequentially switching and acquiring the next set of fluorescent images and combining them into a composite image, the number of switching of the incident direction of the excitation light can be reduced and a fluorescent image can be acquired at high speed.
上記態様においては、前記シート照明光学系が、前記標本を前記検出光学系の光軸方向に移動させる移動機構を備え、該移動機構による前記標本の移動の前後において同一の入射方向から前記励起光を入射させる順序で、前記励起光の入射方向を切り替えてもよい。
このようにすることで、移動機構の作動により、標本を検出光学系の光軸方向に移動させて、異なる位置で2次元的な蛍光画像を取得することにより、標本の3次元的な蛍光観察を行うことができる。この場合に、移動機構により標本を移動する前後において励起光の入射方向を変化させないことにより、励起光の入射方向の切替回数を低減して切替に要する時間を節約し、蛍光画像の取得に要する時間を短縮することができる。
In the above aspect, the sheet illumination optical system includes a moving mechanism that moves the specimen in the optical axis direction of the detection optical system, and the excitation light is emitted from the same incident direction before and after the movement of the specimen by the moving mechanism. The incident direction of the excitation light may be switched in the order in which the light is incident.
By doing this, the specimen is moved in the direction of the optical axis of the detection optical system by operating the moving mechanism, and two-dimensional fluorescence images are acquired at different positions, so that the three-dimensional fluorescence observation of the specimen is performed. It can be performed. In this case, by not changing the incident direction of the excitation light before and after the specimen is moved by the moving mechanism, the number of times of switching the incident direction of the excitation light is reduced to save the time required for the switching, and it is necessary to acquire the fluorescence image. Time can be shortened.
また、上記態様においては、前記シート照明光学系が、前記励起光の波長を切替可能に設けられ、該励起光の波長の切替前後において、同一の入射方向から前記励起光を入射させる順序で、前記励起光の入射方向を切り替えてもよい。
このようにすることで、シート照明光学系により励起光の波長を切り替えて、異なる波長の蛍光観察を行うことができる。この場合に、波長ごとに複数の入射方向から励起光を入射させて蛍光画像の取得を行うが、波長の切替前後において励起光の入射方向を変化させないことにより、励起光の入射方向の切替回数を低減して切替に要する時間を節約し、蛍光画像の取得に要する時間を短縮することができる。
Further, in the above aspect, the sheet illumination optical system is provided so that the wavelength of the excitation light can be switched, and before and after switching of the wavelength of the excitation light, the excitation light is incident from the same incident direction. The incident direction of the excitation light may be switched.
By doing so, it is possible to perform fluorescence observation of different wavelengths by switching the wavelength of the excitation light by the sheet illumination optical system. In this case, the fluorescence image is acquired by making excitation light incident from a plurality of incident directions for each wavelength, but the number of times of switching the incident direction of the excitation light is changed by not changing the incident direction of the excitation light before and after the wavelength switching. The time required for switching can be reduced to reduce the time required for acquiring a fluorescent image.
また、上記態様においては、前記シート照明光学系が、前記検出光学系の光軸を挟んで両側から、前記励起光を入射可能であってもよい。
このようにすることで、励起光は標本の半分の深さまで進達させれば済み、2方向からの励起光の入射によって、より効率的に、広範囲にわたる標本の鮮明な合成画像を取得することができる。
Moreover, in the said aspect, the said sheet illumination optical system may be able to inject the said excitation light from both sides on both sides of the optical axis of the said detection optical system.
In this way, the excitation light only needs to reach half the depth of the specimen, and the excitation light from two directions can be used to obtain a clear composite image of a wide range of specimens more efficiently. it can.
また、本発明の他の態様は、標本を通過する同一平面に沿う異なる複数の方向からいずれかの方向を択一的に選択する選択ステップと、該選択ステップにおいて選択された方向に沿って、該方向毎に異なる焦点位置を有する平面状の励起光を前記標本に入射させる入射ステップと、該入射ステップによって前記励起光が入射されたときに、前記標本において発生する蛍光を前記平面に交差する検出方向において検出して蛍光画像を取得する検出ステップと、前記選択ステップにより選択される方向を順次切り替えて、前記入射ステップおよび前記検出ステップを繰り返すことにより取得された複数の蛍光画像を合成する合成ステップとを含み、連続する前記合成ステップによりそれぞれ合成される複数の蛍光画像を取得する際に前記選択ステップにより選択される方向が、各前記合成ステップの前後において同一の方向から前記励起光を入射させる順序で切り替えられる顕微鏡画像取得方法を提供する。 Further, according to another aspect of the present invention, a selection step of alternatively selecting any direction from a plurality of different directions along the same plane passing through the specimen, and along the direction selected in the selection step, An incident step in which planar excitation light having a different focal position in each direction is incident on the sample, and fluorescence generated in the sample intersects the plane when the excitation light is incident in the incident step. A detection step for detecting in the detection direction and acquiring a fluorescent image, and a synthesis for combining a plurality of fluorescent images acquired by sequentially switching the direction selected by the selection step and repeating the incident step and the detection step The selection step when acquiring a plurality of fluorescent images respectively synthesized by the successive synthesis steps. Direction selected by flop provides a microscopic image acquisition method is switched in the order for entering the excitation light from the same direction before and after each said synthesis step.
本態様によれば、選択ステップにおいて選択された一の方向から、入射ステップにおいて平面状の励起光が標本を通過する平面に沿って標本に入射され、該入射平面において発生した蛍光が、検出ステップにおいて励起光の入射平面に交差する検出方向から検出されて蛍光画像が取得される。選択ステップにより入射方向を順次切り替えて、入射ステップおよび検出ステップを繰り返すことにより、標本の異なる領域において合焦した複数の蛍光画像を取得することができる。そして、励起光の入射方向を順次切り替えて取得された1組の蛍光画像を画像処理部において合成した後、励起光の入射方向を前回最後の画像取得時と同一の入射方向から入射させる順序で順次切り替えて次の1組の蛍光画像を取得し合成画像に合成することにより、励起光の入射方向の切替回数を少なくし、高速に蛍光画像を取得することができる。 According to this aspect, from one direction selected in the selection step, planar excitation light is incident on the sample along a plane passing through the sample in the incident step, and fluorescence generated in the incident plane is detected in the detection step. , A fluorescence image is obtained by detection from the detection direction intersecting the incident plane of the excitation light. By sequentially switching the incident direction by the selection step and repeating the incident step and the detection step, a plurality of fluorescent images focused on different regions of the specimen can be acquired. Then, after combining a set of fluorescence images acquired by sequentially switching the incident direction of the excitation light in the image processing unit, the incident direction of the excitation light is made incident from the same incident direction as at the time of the last last image acquisition. By sequentially switching and acquiring the next set of fluorescent images and combining them into a composite image, the number of switching of the incident direction of the excitation light can be reduced and a fluorescent image can be acquired at high speed.
また、上記態様においては、前記標本を前記検出方向に移動させる移動ステップを含み、前記選択ステップが、前記移動ステップによる前記標本の移動の前後において、同一の入射方向から前記励起光を入射させる順序で前記励起光の入射方向を選択してもよい。
このようにすることで、標本を検出方向に移動させて、異なる位置で2次元的な蛍光画像を取得することにより、標本の3次元的な蛍光観察を行うことができる。この場合に、選択ステップが、標本を移動する前後において励起光の入射方向を変化させないことにより、励起光の入射方向の切替回数を低減して切替に要する時間を節約し、蛍光画像の取得に要する時間を短縮することができる。
Moreover, in the said aspect, the movement step which moves the said sample to the said detection direction is included, and the said selection step makes the order which makes the said excitation light inject from the same incident direction before and after the movement of the said sample by the said movement step. The incident direction of the excitation light may be selected.
By doing so, it is possible to perform three-dimensional fluorescence observation of the specimen by moving the specimen in the detection direction and acquiring two-dimensional fluorescence images at different positions. In this case, the selection step does not change the incident direction of the excitation light before and after moving the specimen, thereby reducing the number of times the incident direction of the excitation light is switched and saving the time required for the switching. The time required can be shortened.
また、上記態様においては、前記励起光の波長を切り替える波長切替ステップを含み、前記選択ステップが、前記波長切替ステップによる前記波長の切替前後において、同一の入射方向から前記励起光を入射させる順序で前記励起光の入射方向を選択してもよい。
このようにすることで、波長切替ステップにより、励起光の波長を切り替えて、異なる波長の蛍光観察を行うことができる。この場合に、波長ごとに複数の入射方向から励起光を入射させて蛍光画像の取得を行うが、波長の切替前後において励起光の入射方向を変化させないことにより、励起光の入射方向の切替回数を低減して切替に要する時間を節約し、蛍光画像の取得に要する時間を短縮することができる。
Moreover, in the said aspect, the wavelength switching step which switches the wavelength of the said excitation light is included, and the said selection step is the order which makes the said excitation light incident from the same incident direction before and after the said wavelength switching by the said wavelength switching step. The incident direction of the excitation light may be selected.
By doing so, it is possible to perform fluorescence observation of different wavelengths by switching the wavelength of the excitation light by the wavelength switching step. In this case, the fluorescence image is acquired by making excitation light incident from a plurality of incident directions for each wavelength, but the number of times of switching the incident direction of the excitation light is changed by not changing the incident direction of the excitation light before and after the wavelength switching. The time required for switching can be reduced to reduce the time required for acquiring a fluorescent image.
本発明によれば、異なる方向から同一波長または重複する波長の励起光を同一の標本の近接または重複する領域に照射して鮮明な蛍光画像を取得することができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that a clear fluorescent image can be obtained by irradiating excitation light having the same wavelength or overlapping wavelengths from different directions to an adjacent or overlapping region of the same specimen.
本発明の第1の実施形態に係る顕微鏡1について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡1は、図1に示されるように、顕微鏡本体2と、該顕微鏡本体2に接続される光源装置(シート照明光学系)3と、該光源装置3および顕微鏡本体2を制御する制御部4とを備えている。制御部4にはモニタ5が接続され、顕微鏡本体2により取得された画像を表示するようになっている。
A
As shown in FIG. 1, the
顕微鏡本体2は、標本Sを搭載するステージ6と、該ステージ6に搭載された標本Sから発せられる蛍光を検出する検出光学系7とを備えている。検出光学系7は、該ステージ6に搭載された標本Sの鉛直上方に対向して配置される対物レンズ8と、該対物レンズ8により集光された標本Sからの蛍光を結像させる結像レンズ9と、該結像レンズ9により結像された蛍光を撮影する撮像素子10とを備えている。図中、符号11は、蛍光に含まれる励起光Lを除去するバリアフィルタを備えるフィルタホイールである。
The microscope
光源装置3は、図2(a),(b)に示されるように、略平行光からなる励起光Lを射出する励起光源12と、該励起光源12からの略平行光からなる励起光Lを2つの光路に分岐するハーフミラー13と、分岐された2つの光路を経由した励起光Lを標本Sを挟んで対向する2方向から略平面状の励起光Lとして標本Sを通過する平面に沿って入射させる2つのシリンドリカルレンズ14a,14bとを備えている。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
シリンドリカルレンズ14a,14bは、光軸に直交する一方向にパワーを有し、略平行光からなる励起光Lをその光束径寸法と同じ所定の幅寸法を有するライン状に集光するようになっている。図中、符号15は光路を形成するミラーである。また、符号16は2つの光路に設けられ、択一的に開閉されるシャッタである。
The
各シリンドリカルレンズ14a,14bにより集光される励起光Lの2つの光軸は、検出光学系7の光軸に直交する方向に沿って同一平面上に延びるように配置されている。これにより、各シリンドリカルレンズ14a,14bにより集光される励起光Lの開口数に応じた焦点深度の2倍の範囲内において、検出光学系7の焦点面に沿って略平面状の励起光(シート照明)Lが標本Sに照射され、焦点面の広い範囲にわたって一度に蛍光を発生させることができるようになっている。
The two optical axes of the excitation light L collected by the
本実施形態においては、標本Sの半分が、下式に示される励起光Lの焦点深度Zの2倍の範囲内に配置されるように設定されている。
Z=λ/NA2
ここで、λは励起光Lの波長、NAは開口数である。
In the present embodiment, half of the sample S is set to be arranged in a range twice the focal depth Z of the excitation light L shown in the following equation.
Z = λ / NA 2
Here, λ is the wavelength of the excitation light L, and NA is the numerical aperture.
制御部4は、顕微鏡本体2を制御する顕微鏡制御部(移動機構)17と、光源装置3を制御する光源制御部18と、撮像素子10により取得された画像信号を処理してモニタ5に表示する画像を生成する画像処理部19とを備えている。制御部4は、コンピュータにより構成され、画像処理部19、顕微鏡制御部17および光源制御部18の動作(例えば、画像の生成、入力部20からの指示入力の処理、各種電動部(例えば、ステージ6、レンズ切替器またはズーム機構、フィルタホイール11、シャッタ16など)やモニタ5の表示の制御、各種パラメータの記憶など)がこのコンピュータの演算処理装置とメモリにより実行される。
The
また、顕微鏡制御部17および光源制御部18は、コンピュータからの制御信号に基づいて各種電動部を駆動する制御基板を備えている。
顕微鏡制御部17は、該顕微鏡制御部17に接続された入力部20からの入力によってステージ6を作動させて標本Sを移動させ、対物レンズ8や結像レンズ9を交換あるいは倍率調節し、フィルタホイール11を作動させてフィルタを交換する等の顕微鏡本体2の制御を行うようになっている。
In addition, the
The
光源制御部18は、図2(a)に示されるようにシャッタ16を開閉して、標本Sに対して一方向(図2(a)の紙面に対して標本Sの左側)から励起光Lを入射させる光路(左側光路)に設定して蛍光画像の取得を行い、図2(b)に示されるようにシャッタ16を開閉して、標本Sに対して他方向(図2(b)の紙面に対して標本Sの右側)から励起光Lを入射させる光路(右側光路)に切り替えて蛍光画像の取得を行うようになっている。
The
画像処理部19は、光源装置3の左側光路から励起光Lを入射させたときに取得された蛍光画像と、光源装置3の右側光路から励起光Lを入射させたときに取得された蛍光画像とを合成して合成画像を生成するようになっている。
具体的には、画像処理部19は、取得された複数の蛍光画像を合成する際に、各蛍光画像において対応する画素の輝度値あるいはコントラスト値を比較し、最大輝度値あるいは最大コントラスト値を有する画素を選択するようになっている。
The
Specifically, when the plurality of acquired fluorescent images are combined, the
このように構成された本実施形態に係る顕微鏡1を用いた顕微鏡画像取得方法について説明する。
本実施形態に係る顕微鏡画像取得方法は、図4に示されるように、まず、カウンタkをリセットし(ステップS1)、次いで、光源制御部18が、検出光学系7の焦点面に沿う2方向からいずれかの方向を選択する(選択ステップS2)。
A microscope image acquisition method using the
In the microscope image acquisition method according to the present embodiment, as shown in FIG. 4, first, the counter k is reset (step S <b> 1), and then the light
選択ステップS2においては、カウンタkが奇数であるか否かが判定され(ステップS21)、最初はカウンタkが1であるため左側光路が選択される(ステップS22)。
そして、選択ステップS2において選択された左側光路に沿って、標本Sの左側に焦点位置を有する平面状の励起光Lを標本Sに入射させ(入射ステップS3)、励起光Lが入射されることにより標本Sの焦点面において発生する蛍光を検出光学系7によって検出して蛍光画像を取得する(検出ステップS4)。
In the selection step S2, it is determined whether or not the counter k is an odd number (step S21). Since the counter k is 1 at the beginning, the left optical path is selected (step S22).
Then, along the left optical path selected in the selection step S2, planar excitation light L having a focal position on the left side of the sample S is incident on the sample S (incident step S3), and the excitation light L is incident. Thus, the fluorescence generated in the focal plane of the specimen S is detected by the detection
この時点で、カウンタkがインクリメントされ(ステップS5)、カウンタkが3の倍数(3a)であるか否かが判定される(ステップS6)。カウンタkは2であるため、ステップS2〜S5が繰り返される。
2回目の選択ステップS2においては、カウンタkが奇数であるか否かが判定され(ステップS21)、カウンタkは2であるため、右側光路が選択される(ステップS23)。
At this time, the counter k is incremented (step S5), and it is determined whether or not the counter k is a multiple of 3 (3a) (step S6). Since the counter k is 2, steps S2 to S5 are repeated.
In the second selection step S2, it is determined whether or not the counter k is an odd number (step S21). Since the counter k is 2, the right optical path is selected (step S23).
そして、選択ステップS2において選択された右側光路に沿って、標本Sの右側に焦点位置を有する平面状の励起光Lを標本Sに入射させ(入射ステップS3)、励起光Lが入射されることにより標本Sの焦点面において発生する蛍光を検出光学系7によって検出して蛍光画像を取得する(検出ステップS4)。
Then, along the right optical path selected in the selection step S2, planar excitation light L having a focal position on the right side of the sample S is incident on the sample S (incident step S3), and the excitation light L is incident. Thus, the fluorescence generated in the focal plane of the specimen S is detected by the detection
この段階で、カウンタkがインクリメントされ(ステップS5)、カウンタkが3の倍数であるか否かが判定される(ステップS6)。カウンタkが3であるため、上記2回の検出ステップS4において取得された2枚の蛍光画像が画像処理部19において合成され、合成画像が生成される(ステップS7)。ここで、生成された合成画像はモニタ5に表示される(ステップS8)。そして、カウンタkがインクリメントされ(ステップS9)、kは4になる。
次に、画像生成を停止するか否かが判定される(ステップS10)。画像生成が停止されない場合には、ステップS2からの工程が繰り返される。
At this stage, the counter k is incremented (step S5), and it is determined whether or not the counter k is a multiple of 3 (step S6). Since the counter k is 3, the two fluorescent images acquired in the two detection steps S4 are combined in the
Next, it is determined whether or not to stop image generation (step S10). If the image generation is not stopped, the processes from step S2 are repeated.
再度、選択ステップS2に戻ると、カウンタkが奇数であるか否かが判定され(ステップS21)、カウンタkが4であるため、励起光Lの入射光路の選択順序が反転されて右側光路が選択され(ステップS23)、図3(b)に示されるように、標本Sの右側の蛍光画像が取得される(ステップS3,S4)。そして、カウンタkがインクリメントされ(ステップS5)、カウンタkが3の倍数(3a)であるか否かが判定される(ステップS6)。カウンタkは5であり3の倍数ではないため、ステップS2に戻り、カウンタkが奇数であるため、左側光路が選択され(ステップS22)、図3(a)に示されるように、標本Sの左側の蛍光画像が取得される(ステップS3,S4)。 When returning to the selection step S2 again, it is determined whether or not the counter k is an odd number (step S21). Since the counter k is 4, the selection order of the incident light paths of the excitation light L is reversed and the right light path is changed. Selected (step S23), as shown in FIG. 3B, a fluorescence image on the right side of the specimen S is acquired (steps S3 and S4). Then, the counter k is incremented (step S5), and it is determined whether or not the counter k is a multiple of 3 (3a) (step S6). Since the counter k is 5 and not a multiple of 3, the process returns to step S2, and since the counter k is an odd number, the left optical path is selected (step S22), and as shown in FIG. The left fluorescence image is acquired (steps S3 and S4).
そして、カウンタkがインクリメントされることにより6となって、3の倍数となるので(ステップS5,S6)、上記2回の検出ステップS4において取得された2枚の蛍光画像が画像処理部19において合成され、2枚目の焦点面Z2における2次元の合成画像が生成される(ステップS7)。ここで、生成された合成画像はモニタ5に表示される(ステップS8)。そして、カウンタkがインクリメントされ(ステップS9)、kは7になる。次に、画像生成を停止するか否かが判定される(ステップS10)。画像生成が停止されると処理が終了される。
Then, the counter k is incremented to 6 and becomes a multiple of 3 (steps S5 and S6), so that the two fluorescent images acquired in the two detection steps S4 are displayed in the
取得された蛍光画像は、焦点位置を中心とした焦点深度の2倍の範囲に相当する帯状の領域(図3(a),(b)にハッチングで示す領域B1,B2。)においてコントラストが高く、他の領域においてはコントラストが低くなっている。したがって、ステップS7においては、例えば、取得された蛍光画像の対応する画素のコントラスト値を比較し、コントラスト値が最大となる画素の輝度値を選択することにより、図5に示されるように、視野範囲A内の広範囲にわたって焦点の合った鮮明な合成画像を得ることができる。 The acquired fluorescent image has high contrast in the band-like regions (regions B1 and B2 shown by hatching in FIGS. 3A and 3B) corresponding to a range twice the focal depth centered on the focal position. In other regions, the contrast is low. Therefore, in step S7, for example, by comparing the contrast values of the corresponding pixels of the acquired fluorescent image and selecting the luminance value of the pixel having the maximum contrast value, as shown in FIG. A clear composite image that is in focus over a wide range within the range A can be obtained.
すなわち、本実施形態に係る顕微鏡1および顕微鏡画像取得方法によれば、標本Sの外部の異なる2方向から励起光Lを入射させることにより、各方向からの励起光Lの標本Sへの入射深度を浅くすることができ、標本Sにおける散乱の影響を抑制して鮮明な蛍光画像を取得することができる。
That is, according to the
そして、異なる2方向からの励起光Lを択一的に切り替えて順次入射させることにより、同一波長または重複する波長の励起光Lを同一の標本Sの近接または重複する領域に照射しても、複数方向からの励起光Lが混在することが無く、各励起光Lの焦点深度の2倍の範囲において鮮明な蛍光画像を取得することができるという利点がある。 And by selectively switching and sequentially entering the excitation light L from two different directions, even if the same wavelength or the overlapping wavelength of the excitation light L is irradiated on the adjacent or overlapping region of the same sample S, There is an advantage that the excitation light L from a plurality of directions is not mixed and a clear fluorescent image can be acquired in a range twice the focal depth of each excitation light L.
さらに、励起光Lの入射方向を左側光路、右側光路の順で切り替えて取得された1組の蛍光画像を1つの合成画像に合成してモニタ5に表示した後、励起光Lの入射方向を前回最後の画像取得時と同じ方向から始めて右側光路、左側光路の順で切り替えることで次の1組の蛍光画像を取得し合成画像に合成してモニタ5に表示する。これにより、励起光Lの入射方向の切替回数を少なくして画像取得時間の間隔を短縮し、高速に蛍光画像を取得してモニタ5に表示することができるという利点がある。
Further, after combining a set of fluorescent images acquired by switching the incident direction of the excitation light L in the order of the left optical path and the right optical path into one composite image and displaying it on the
なお、本実施形態においては、画像処理部19による合成画像の生成が、対応する画素のコントラスト値が最大となる輝度値の選択により行われることとしたが、対応する画素の輝度値が最大となる輝度値の選択により行うことにしてもよい。
また、本実施形態においては、ハーフミラー13により励起光Lを2つの光路に分岐してシャッタ16を択一的に開閉して光路を切り替えることとしたが、これに代えて、光路上に挿脱可能な全反射ミラーを設け、該全反射ミラーの挿脱切替によって励起光Lの方向を切り替えてもよい。この場合には、シャッタ16は不要である。
In the present embodiment, the composite image is generated by the
In the present embodiment, the excitation light L is branched into two optical paths by the
次に、本発明の第2の実施形態に係る顕微鏡および顕微鏡画像取得方法について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡は、顕微鏡本体2のステージ6と光源装置3とが連動して制御される点で第1の実施形態に係る顕微鏡1および顕微鏡画像取得方法と相違している。
Next, a microscope and a microscope image acquisition method according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The microscope according to the present embodiment is different from the
すなわち、本実施形態に係る顕微鏡は、第1の実施形態に係る顕微鏡1と同様にして、図6(a),(b)に示されるように、検出光学系7の最初の焦点面Z1において、標本Sの左右の光路からそれぞれ励起光Lを照射して2次元画像を合成した後に、図6(c),(d)に示されるように、顕微鏡制御部17がステージ6を検出光学系7の光軸方向に所定量移動させて標本S内における検出光学系7の焦点面を次の焦点面Z2に移動させ、その位置で蛍光画像を取得して2次元画像を合成することを順次繰り返すようになっている。検出光学系7の光軸方向に異なる位置において複数の合成画像を取得することにより、標本Sの3次元画像を合成することができる。
That is, the microscope according to the present embodiment is similar to the
この場合において、本実施形態に係る顕微鏡の光源制御部18は、隣接する焦点面において励起光Lを入射させる光路の選択順序を反転させるようになっている。例えば、最初の焦点面Z1においては、左側光路、右側光路の順に励起光Lを入射させ、次の焦点面Z2においては右側光路、左側光路の順に励起光Lを入射させるようになっている。さらに次の焦点面においては左側光路、右側光路の順に励起光Lを入射させるようになっている。
In this case, the light
このように構成された本実施形態に係る顕微鏡を用いた顕微鏡画像取得方法について、図7を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡画像取得方法は、図7に示されるように、まず、カウンタk,mをリセットし(ステップS1)、次いで、光源制御部18が、検出光学系7の焦点面に沿う2方向からいずれかの方向を選択する(選択ステップS2)。
A microscope image acquisition method using the microscope according to the present embodiment configured as described above will be described below with reference to FIG.
In the microscope image acquisition method according to the present embodiment, as shown in FIG. 7, first, the counters k and m are reset (step S <b> 1), and then the light
選択ステップS2においては、カウンタkが奇数であるか否かが判定され(ステップS21)、カウンタkが1であるため左側光路が選択される(ステップS22)。
そして、図6(a)に示されるように、選択ステップS2において選択された左側光路に沿って、標本Sの左側に焦点位置を有する平面状の励起光Lを標本Sに入射させ(入射ステップS3)、励起光Lが入射されることにより標本Sの焦点面において発生する蛍光を検出光学系7によって検出して蛍光画像を取得する(検出ステップS4)。
In the selection step S2, it is determined whether or not the counter k is an odd number (step S21). Since the counter k is 1, the left optical path is selected (step S22).
Then, as shown in FIG. 6 (a), planar excitation light L having a focal position on the left side of the sample S is incident on the sample S along the left optical path selected in the selection step S2 (incident step). S3) The fluorescence generated in the focal plane of the specimen S when the excitation light L is incident is detected by the detection
この時点で、カウンタkがインクリメントされ(ステップS5)、カウンタkが3の倍数(3a)であるか否かが判定される(ステップS6)。カウンタkは2であり3の倍数ではないため、ステップS2〜S5が繰り返される。
2回目の選択ステップS2においては、カウンタkが奇数であるか否かが判定され(ステップS21)、カウンタkが2であるため右側光路が選択される(ステップS23)。
At this time, the counter k is incremented (step S5), and it is determined whether or not the counter k is a multiple of 3 (3a) (step S6). Since the counter k is 2 and not a multiple of 3, steps S2 to S5 are repeated.
In the second selection step S2, it is determined whether or not the counter k is an odd number (step S21). Since the counter k is 2, the right optical path is selected (step S23).
そして、図6(b)に示されるように、選択ステップS2において選択された右側光路に沿って、標本Sの右側に焦点位置を有する平面状の励起光Lを標本Sに入射させ(入射ステップS3)、励起光Lが入射されることにより標本Sの焦点面において発生する蛍光を検出光学系7によって検出して蛍光画像を取得する(検出ステップS4)。
Then, as shown in FIG. 6B, planar excitation light L having a focal position on the right side of the sample S is incident on the sample S along the right optical path selected in the selection step S2 (incident step). S3) The fluorescence generated in the focal plane of the specimen S when the excitation light L is incident is detected by the detection
この段階で、カウンタkがインクリメントされ(ステップS5)、カウンタkが3の倍数であるか否かが判定される(ステップS6)。カウンタkが3であるため、上記検出ステップS4において取得された2枚の蛍光画像が画像処理部19において合成され、1枚目の焦点面Z1における2次元の合成画像が生成される(ステップS7)。ここで、カウンタk,mがインクリメントされ(ステップS8)、kは4,mは1となる。
At this stage, the counter k is incremented (step S5), and it is determined whether or not the counter k is a multiple of 3 (step S6). Since the counter k is 3, the two fluorescent images acquired in the detection step S4 are combined in the
次に、カウンタmが所定値Mであるか否かが判定される(ステップS9)。所定値Mとしては、取得する2次元画像の枚数として、任意の値を予め設定しておく。カウンタmが所定値Mではない場合には、顕微鏡制御部17がステージ6を駆動して標本Sを検出光学系7の光軸方向に所定量移動させた後に(ステップS10)、ステップS2からの工程が繰り返される。
Next, it is determined whether or not the counter m is a predetermined value M (step S9). As the predetermined value M, an arbitrary value is set in advance as the number of two-dimensional images to be acquired. When the counter m is not the predetermined value M, the
再度、選択ステップS2に戻ると、カウンタkが奇数であるか否かが判定され(ステップS21)、カウンタkが4であるため、励起光Lの入射光路の選択順序が反転されて右側光路が選択され(ステップS23)、図6(c)に示されるように、標本Sの右側の蛍光画像が取得される(ステップS3,S4)。そして、カウンタkがインクリメントされ(ステップS5)、カウンタkが3の倍数(3a)であるか否かが判定される(ステップS6)。カウンタkは5であり3の倍数ではないため、ステップS2に戻り、カウンタkが奇数であるため、左側光路が選択され(ステップS22)、図6(d)に示されるように、標本Sの左側の蛍光画像が取得される(ステップS3,S4)。 When returning to the selection step S2 again, it is determined whether or not the counter k is an odd number (step S21). Since the counter k is 4, the selection order of the incident light paths of the excitation light L is reversed and the right light path is changed. Selected (step S23), as shown in FIG. 6C, a fluorescence image on the right side of the specimen S is acquired (steps S3 and S4). Then, the counter k is incremented (step S5), and it is determined whether or not the counter k is a multiple of 3 (3a) (step S6). Since the counter k is 5 and not a multiple of 3, the process returns to step S2, and since the counter k is an odd number, the left optical path is selected (step S22), and as shown in FIG. The left fluorescence image is acquired (steps S3 and S4).
そして、カウンタkがインクリメントされることにより6となって、3の倍数となるので(ステップS5,S6)、上記2回の検出ステップS4において取得された2枚の蛍光画像が画像処理部19において合成され、2枚目の焦点面Z2における2次元の合成画像が生成される(ステップS7)。
カウンタmが所定値Mである場合には、画像処理部19において、それまでに取得された複数枚の2次元の合成画像がさらに合成されて3次元の蛍光画像が合成される(合成ステップS11)。
Then, the counter k is incremented to 6 and becomes a multiple of 3 (steps S5 and S6), so that the two fluorescent images acquired in the two detection steps S4 are displayed in the
When the counter m is the predetermined value M, the
このように、本実施形態に係る顕微鏡および顕微鏡画像取得方法によれば、第1の実施形態に係る顕微鏡1および顕微鏡画像取得方法と同様にして、視野範囲A内の広範囲にわたって焦点の合った鮮明な合成画像を得ることができる。また、本実施形態によれば、標本を検出光学系の光軸方向への移動の前後において、励起光Lの入射光路を切り替えないので、シャッタ16の開閉による光路の切替回数を削減することができ、最終的に3次元画像を取得するまでに要する時間を短縮することができるという利点がある。
As described above, according to the microscope and the microscope image acquisition method according to the present embodiment, the sharpness is focused over a wide range in the visual field range A in the same manner as the
なお、上記各実施形態においては、励起光Lの波長λを変化させない場合について説明したが、これに代えて、励起光Lの波長λを切り替えることにしてもよい。
この場合には、励起光Lの波長ごとに上述した第2の実施形態に係る顕微鏡画像取得方法を実施してもよいが、励起光Lの波長の切替時にも励起光Lの入射方向を変化させないことにしてもよい。
In each of the embodiments described above, the case where the wavelength λ of the excitation light L is not changed has been described. However, instead of this, the wavelength λ of the excitation light L may be switched.
In this case, the microscope image acquisition method according to the second embodiment described above may be performed for each wavelength of the excitation light L, but the incident direction of the excitation light L is changed even when the wavelength of the excitation light L is switched. You may decide not to let it.
すなわち、図8に示されるように、まず、標本S内の検出光学系7の焦点面Z1を固定して、波長λ1〜λ3の励起光Lを左右の光路から入射させる場合に、波長λ1においては、(a)左側光路、(b)右側光路、波長λ2においては、(c)右側光路、(d)左側光路、波長λ3においては、(e)左側光路、(f)右側光路の順に入射させると波長の切替に伴う光路の切替回数も低減することができる。
That is, as shown in FIG. 8, when the focal plane Z1 of the detection
次いで、標本Sを移動させて標本S内の検出光学系7の焦点面を焦点面Z2に移動する。この場合に、(f)の状態から波長λ3を変更することなく、焦点面のみ焦点面Z2に移動して固定し、(g)右側光路、(h)左側光路、波長λ2に切り替えて、(i)左側光路、(j)右側光路、波長λ1に切り替えて、(k)右側光路、(l)左側光路の順に励起光Lを入射させると波長の切替および焦点面の切替に伴う光路の切替回数を最小限に抑えることができる。
切り替える焦点面の数および波長の数は任意でよい。
Next, the specimen S is moved to move the focal plane of the detection
The number of focal planes to be switched and the number of wavelengths may be arbitrary.
また、上記各実施形態においては、標本Sを挟んで両側の対向する2方向から励起光Lを入射させる場合について説明したが、これに代えて、異なる3以上の方向から励起光Lを入射させることにしてもよい。 Further, in each of the embodiments described above, the case where the excitation light L is incident from two opposite directions on both sides of the sample S has been described. Instead, the excitation light L is incident from three or more different directions. You may decide.
1 顕微鏡
3 光源装置(シート照明光学系)
4 制御部
7 検出光学系
19 画像処理部
S 標本
1
4
Claims (7)
該検出光学系の光軸に交差する平面に沿って、平面状の励起光を、前記標本の外部の異なる2以上の方向から、入射方向を択一的に切り替えて順次入射させるシート照明光学系と、
入射方向が異なる前記励起光の入射時に前記検出光学系により取得された複数の蛍光画像を合成する画像処理部とを備え、
前記シート照明光学系が、前記画像処理部による合成処理の前後において同一の入射方向から前記励起光を入射させる順序で、前記励起光の入射方向を切り替える顕微鏡。 A detection optical system for detecting fluorescence emitted from the specimen and acquiring a fluorescence image;
A sheet illumination optical system for sequentially making planar excitation light incident sequentially from two or more different directions outside the specimen by selectively switching the incident direction along a plane intersecting the optical axis of the detection optical system When,
An image processing unit that synthesizes a plurality of fluorescent images acquired by the detection optical system at the time of incidence of the excitation light having different incident directions;
A microscope in which the sheet illumination optical system switches the incident direction of the excitation light in the order in which the excitation light is incident from the same incident direction before and after the synthesis processing by the image processing unit.
該選択ステップにおいて選択された方向に沿って、該方向毎に異なる焦点位置を有する平面状の励起光を前記標本に入射させる入射ステップと、
該入射ステップによって前記励起光が入射されたときに、前記標本において発生する蛍光を前記平面に交差する検出方向において検出して蛍光画像を取得する検出ステップと、
前記選択ステップにより選択される方向を順次切り替えて、前記入射ステップおよび前記検出ステップを繰り返すことにより取得された複数の蛍光画像を合成する合成ステップとを含み、
連続する前記合成ステップによりそれぞれ合成される複数の蛍光画像を取得する際に前記選択ステップにより選択される方向が、各前記合成ステップの前後において同一の方向から前記励起光を入射させる順序で切り替えられる顕微鏡画像取得方法。 A selection step of alternatively selecting any direction from a plurality of different directions along the same plane passing through the specimen;
An incident step of causing planar excitation light having different focal positions in each direction to enter the sample along the direction selected in the selection step;
A detection step of obtaining a fluorescence image by detecting fluorescence generated in the specimen in a detection direction intersecting the plane when the excitation light is incident in the incident step;
And sequentially combining the directions selected in the selection step, and combining the plurality of fluorescence images obtained by repeating the incident step and the detection step,
The direction selected by the selection step when acquiring a plurality of fluorescence images respectively synthesized by successive synthesis steps is switched in the order in which the excitation light is incident from the same direction before and after each synthesis step. Microscopic image acquisition method.
前記選択ステップが、前記移動ステップによる前記標本の移動の前後において、同一の入射方向から前記励起光を入射させる順序で前記励起光の入射方向を選択する請求項5に記載の顕微鏡画像取得方法。 A moving step of moving the specimen in the detection direction;
6. The microscope image acquisition method according to claim 5, wherein the selection step selects the incident direction of the excitation light in the order in which the excitation light is incident from the same incident direction before and after the movement of the specimen by the moving step.
前記選択ステップが、前記波長切替ステップによる前記波長の切替前後において、同一の入射方向から前記励起光を入射させる順序で前記励起光の入射方向を選択する請求項5または請求項6に記載の顕微鏡画像取得方法。 A wavelength switching step of switching the wavelength of the excitation light,
The microscope according to claim 5 or 6, wherein the selection step selects an incident direction of the excitation light in an order in which the excitation light is incident from the same incident direction before and after the wavelength switching by the wavelength switching step. Image acquisition method.
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