JP2016181010A - 顕微鏡システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 顕微鏡システムは、照明光を被検体に照射する照明光源と、被検体の透過光又は反射光を結像する結像光学系と、結像光学系の瞳の共役位置における照明光の強度分布を変化させる第1空間光変調素子を有し、照明光源からの光を被検体に照射する照明光学系と、結像光学系を介した光を検出するイメージセンサと、第1空間光変調素子で照明光の強度分布を変化させるごとに、照明光の強度分布を変化させた後にイメージセンサで検出される出力データと照明光の強度分布を変化させる前にイメージセンサで検出された出力データとを比較し、被検体の観察に適した照明光の強度分布を逐次的に求める計算部と、を備える。
【選択図】図1
Description
そこで、被検体を観察するために適した照明光の強度分布を導き出して形成する顕微鏡システムを提供する。
(第1実施例)
第1実施例として、絞りの形状を自由に変えることができ、さらに観察中の物体の像を良い状態で観察するために適した照明光の強度分布を導き出して自動的に調整される顕微鏡システム100について説明する。
図1は、顕微鏡システム100の概略構成図である。顕微鏡システム100は主に、照明光源30と、照明光学系40と、ステージ50と、結像光学系70と、イメージセンサ80と、計算部20と、を有している。以下、照明光源30から射出される光束の中心軸をZ軸方向とし、Z軸に垂直で互いに直交する方向をX軸方向及びY軸方向として説明する。
第1空間光変換素子90には、液晶パネル93及びデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)94等を用いることができる。これらを用いた場合の第1空間光変換素子90について図2を用いて説明する。
被検体60の観察に適した照明形状を計算する方法を以下に説明する。計算方法は焼きなまし法、タブーサーチなど幾つかある。以下、山登り法(最急勾配法)と遺伝的アルゴリズムを用いた方法との2つの方法について説明する。
山登り法は、最初に設定された照明形状を少しずつ変化させていき、変化ごとに画像の出力データを取得して、この出力データが観察者によって設定された条件に最も近くなる条件を探していく方法である。図3を参照しながら以下に説明する。
ステップS101では、まず第1空間光変換素子90の照明領域91が初期設定の大きさ及び形状に設定される。例えば初期設定の照明領域91は円形で最大口径である。その状態で、被検体60の像がイメージセンサ80で検出される。被検体60の像の検出は、照明領域91の形状及び大きさを調整する前に、基準となる画像の取得が目的である。イメージセンサ80で検出された被検体60の像の画像の出力データは計算部20に送られ、計算部20に接続されたモニター等の表示部21に被検体60の画像が映し出される。
次に遺伝的アルゴリズムを用いた方法について説明する。遺伝的アルゴリズムは、あらかじめ用意された複数の照明形状のそれぞれについて画像データを取得し、その中で被検体60の観察に適した照明形状同士の組み合わせを行うことにより照明形状を探していく方法である。
まず、ステップS201で、まず第1空間光変換素子90の照明領域91が初期設定の大きさ及び形状に設定される。例えば初期設定の照明領域91は円形で最大口径である。その状態で、被検体60の像がイメージセンサ80で検出される。
図7(a)は、大きな直径の円状の照明形状を有する第1空間光変換素子90の概略平面図である。第1空間光変換素子90の照明形状は、図7(a)に示すように、照明光学系の光軸に対して軸対称な円形であることができる。図7(b)は、小さな直径の円状の照明形状を示した第1空間光変換素子90の概略平面図である。図7(b)は図7(a)と照明形状の大きさのみが異なる照明光学系40の光軸に対して軸対称な円形である。第1空間光変換素子90の照明形状は、図7(b)に示すように他の図形と相似な形状の図形を含んでいても良い。図7(c)は、大きな円環状の照明形状を有する第1空間光変換素子90の概略平面図である。図7(c)は、図7(a)の大きな円状の照明形状において中心部分が遮光されている。
被検体60の構造又は性質が未知の場合には、被検体60に最適な照明形状を導出する前に被検体60の構造又は性質の情報を取得しておくことが望ましい。被検体60の構造又は性質を最適な観察条件を推定する場合の参考とすることで、より短時間で確実に最適な観察条件を求めることができるためである。以下に被検体60の位相情報、微細構造の情報、及び照明光の波長に対する性質の情報の推定方法を説明する。
第1空間光変換素子90の照明領域91の形状を変えて被検体60を観察することにより、被検体60がコントラストが高い強度物体であるか、コントラストが低い位相物体であるかを推定することができる。被検体60が位相物体であるか強度物体であるか否かはコヒーレンスファクタ(σ)値が異なる光を被検体60に照射することにより推定することができる。σ値は、σ=NA’/NAにより定義される。NA’は照明光学系40の開口数であり、NAは対物レンズ71の開口数である。照明光学系40の開口数NA’は第1空間光変調素子90の照明領域91の形状を変えることにより制御することができる。NA’は、照明領域91を点形状にする(以下、点光源という。)ことによってσ値は0とみなすことができる。また、第1空間光変調素子90の照明領域91を直径の大きな円形状としたときにNA’は1となる。
まず、ステップS301で、観察者が、図9Bの表示部21に示された物体情報取得画面23eの位相情報を選択する。
被検体60に微細な構造が含まれているか否かに関しても、第1空間光変換素子90の照明領域91の形状を変えて被検体60を観察することにより推定することができる。
被検体60は、照明光の波長を変化させた場合に、被検体60の構造及び性質に起因して異なる出力データが示される場合がある。そのため、被検体60の照明光の波長に対する性質を把握しておくことが望ましい。
まず、ステップS321で、観察者が、図9Bの表示部21に示された物体情報取得画面23eの波長に対する性質の情報を選択する。
図3及び図6に示したフローチャートではステップS103及びステップS203で被検体60の観察像を形成するためのパラメータが設定された。半導体の集積回路等の線幅のように、予め被検体60の物体情報が得られている場合は、その情報から観察者はパラメータを設定することができる。しかし、被検体60が生体等の場合は被検体60の物体情報が得られていない場合が多く、観察者はどのようにパラメータを設定すれば良いか分からない場合がある。また、物体情報の推定方法1により得られた情報ではまだ不足している場合もある。そのような場合は、照明形状を決める前にさらに詳しく物体情報を調べておいてもよい。以下に、物体の位相情報の推定方法2及び物体の空間周波数情報の検出方法を説明する。
物体の位相情報は、第1空間光変調素子90の照明領域91が点光源となるように大きさを極小に設定し、照明光を単色光にして被検体60を測定することにより推定することができる。この単色光の波長は、物体情報の推定方法1等により被検体60の観察に最適な波長が推測されている場合には、その波長を照明光の波長とすることが望ましい。
まず、ステップS401で、観察者が図9Bの物体情報取得画面23fで位相情報2を選択する。その後、表示部21は後述する図10Bに示される画面に切り替わる。
ステップS405では、計算部20は全ての点光源位置かつ単色波長の光による画像を取得したか否かが判断される。例えば、図10Bに示した5点の点光源の全てで測定されていない場合はステップS406に進む。指定した点光源の全てで測定された場合はステップS407に進む。
空間周波数は、被検体60の単位長さの繰り返しの周期を示している。つまり、同じ空間周波数が集まっている場所には似たような構造体が集まっている可能性が高い。そのため、被検体60の空間周波数の情報は、図3のステップS102及びステップS103、図6のステップS202及びステップS203における観察領域24及びパラメータの設定の参考になる。被検体60の空間周波数情報の検出は、結像光学系70の瞳の画像の出力データを取得することにより行う。また、被検体60の位相情報の推定方法2で述べたような単色波長の点光源を用いて被検体60を測定する。以下に、図11及び図12を用いて被検体60の空間周波数情報の検出方法について説明する。
まず、ステップS501で、観察者が図9Bの物体情報取得画面23fで空間周波数情報を選択する。その後、表示部21は図10Bに示される画面に切り替わる。
次に、ステップS503で、照明光の波長が単色にされ、所定の位置で点光源に近い大きさの開口が形成される。
第1実施例によれば、観察中の物体の像を良い状態で観察するために適した照明光の強度分布を導き出して形成する顕微鏡システムが提供される。
第1実施例では明視野顕微鏡を有する顕微鏡システム100について説明したが、第2実施例では、位相差顕微鏡を有する顕微鏡システム300について説明する。
図14(a)は、顕微鏡システム300の概略構成図である。顕微鏡システム300は、被検体60を観察するための光学式の顕微鏡システムである。顕微鏡システム300は主に、照明光源30と、照明光学系40と、結像光学系70と、イメージセンサ80と、計算部20とにより構成されている。また照明光学系40は、第1コンデンサレンズ、波長フィルタ44、第1空間光変調素子390及び第2コンデンサレンズ42を備えており、結像光学系70は対物レンズ71及び第2空間光変調素子396を含んでいる。また、照明光学系40と結像光学系70との間にはステージ50が配置され、ステージ50には被検体60が設置される。
第2実施例によれば、観察中の物体の像を良い状態で観察するために適した照明光の強度分布を導き出して形成する顕微鏡システムが提供される。
21 … 表示部
22 … 領域設定部
23 … パラメータ設定部
23a〜23g … 物体情報取得画面
24 … 観察領域
30 … 照明光源
32 … 点光源
40 … 照明光学系
41 … 第1コンデンサレンズ、 42 … 第2コンデンサレンズ
44 … 波長フィルタ
50 … ステージ
60 … 被検体
70 … 結像光学系、 71 … 対物レンズ
80 … イメージセンサ
90、390 … 第1空間光変調素子
91 … 照明領域
92 … 遮光部
93 … 液晶パネル
94 … デジタルマイクロミラーディバイス(DMD)
100、200、300 … 顕微鏡システム
242 … リレーレンズ
272 … ビームスプリッター
273 … 瞳
280 … 第2イメージセンサ
396 … 第2空間光変調素子
397 … 位相変調領域
398 … 回折光透過領域
Claims (7)
- 照明光を被検体に照射する照明光源と、
前記被検体の透過光又は反射光を結像する結像光学系と、
前記結像光学系の瞳の共役位置における前記照明光の強度分布を変化させる第1空間光変調素子を有し、前記照明光源からの光を前記被検体に照射する照明光学系と、
前記結像光学系を介した光を検出するイメージセンサと、
前記第1空間光変調素子で前記照明光の強度分布を変化させるごとに、前記照明光の強度分布を変化させた後に前記イメージセンサで検出される出力データと前記照明光の強度分布を変化させる前に前記イメージセンサで検出された出力データとを比較し、前記被検体の観察に適した前記照明光の強度分布を逐次的に求める計算部と、
を備える顕微鏡システム。 - 前記計算部は、前記イメージセンサで検出される出力データに基づき、前記被検体のコントラスト又は空間周波数を計算する請求項1に記載の顕微鏡システム。
- 前記計算部は、前記コントラスト又は前記空間周波数に基づいて前記被検体の観察領域を設定する請求項2に記載の顕微鏡システム。
- 前記照明光源は、前記被検体に照射される前記照明光の波長を変化させ、
前記計算部は、前記変化された波長毎の前記出力データに基づいて、前記被検体の観察に適した波長を計算する請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の顕微鏡システム。 - 前記計算部は、前記照明光の強度分布を変化させて第1及び第2の照明光強度分布を形成し、それらに対応する第1及び第2の画像出力データを取得し、これら前記第1及び第2の画像出力データを初期データとして遺伝的アルゴリズムにより前記被検体の観察に適した前記照明光の強度分布を求める請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の顕微鏡システム。
- 前記遺伝的アルゴリズムの一世代毎に少なくともひとつの遺伝的アルゴリズムが生成した照明光強度分布に従って前記照明光の強度分布を変化させ、対応する画像出力データを取得し、この画像出力データを次の遺伝的アルゴリズム計算に用いる請求項5に記載の顕微鏡システム。
- 前記結像光学系の瞳位置または瞳の共役位置近傍で、かつ前記第1空間光変調素子と共役の位置に配置された第2空間光変調素子を備え、
前記第2空間光変調素子は、透過光に与える付加位相の空間分布を変化させる請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の顕微鏡システム。
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JPH063599A (ja) * | 1992-06-24 | 1994-01-14 | Olympus Optical Co Ltd | 顕微鏡の開口絞り径設定装置 |
JP2003121749A (ja) * | 2001-08-09 | 2003-04-23 | Olympus Optical Co Ltd | 顕微鏡 |
JP2005292538A (ja) * | 2004-04-01 | 2005-10-20 | Olympus Corp | 走査型光学顕微鏡 |
JP2012083755A (ja) * | 2010-10-12 | 2012-04-26 | Leica Microsystems Cms Gmbh | 顕微鏡照明システム、顕微鏡および傾斜入射照明方法 |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH063599A (ja) * | 1992-06-24 | 1994-01-14 | Olympus Optical Co Ltd | 顕微鏡の開口絞り径設定装置 |
JP2003121749A (ja) * | 2001-08-09 | 2003-04-23 | Olympus Optical Co Ltd | 顕微鏡 |
JP2005292538A (ja) * | 2004-04-01 | 2005-10-20 | Olympus Corp | 走査型光学顕微鏡 |
JP2012083755A (ja) * | 2010-10-12 | 2012-04-26 | Leica Microsystems Cms Gmbh | 顕微鏡照明システム、顕微鏡および傾斜入射照明方法 |
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