JP2018063291A - Microscope system and three-dimensional image construction method - Google Patents

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Atsushi Miyawaki
敦 宮脇
喜裕 上
Yoshihiro Kami
喜裕 上
賢哉 岡咲
Masaya Okazaki
賢哉 岡咲
樋口 香織
Kaori Higuchi
香織 樋口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To quickly construct a three-dimensional image of a sample in which deterioration in the image quality due to the spherical aberration is suppressed even when the thickness of the sample is thick.SOLUTION: A microscope system 1 includes a microscope device 10, a cutting device 30 and a processing device 20. The microscope device 10 includes an objective lens 110, a correction ring 111 and a correction ring control device 205, and acquires image data of a sample S. The cutting device 30 cuts the sample S along a surface orthogonal to an optical axis of the objective lens 110 to divide the sample into a plurality of regions. The processing device 20 includes: a correction control unit which causes the correction ring control device 205 to change the setting of the correction ring 111 to the setting in accordance with the depth of a focal surface of the objective lens 110; and an image processing unit which constructs the three-dimensional image on the basis of a plurality of pieces of first image data acquired in such a state that the setting according to the depth of the focal surface is applied to the correction ring 111. The plurality of pieces of first image data contain the image data of at least two regions out of the plurality of regions.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の開示は、顕微鏡システム、及び、三次元像構築方法に関する。   The present disclosure relates to a microscope system and a three-dimensional image construction method.

2光子励起顕微鏡法は、低光毒性を有しサンプルの比較的深部まで観察可能であることから、生命科学の研究分野において、非常に有望な顕微鏡法である。しかしながら、2光子励起顕微鏡法によって観察可能な深さには限界があるため、例えばマウスの脳など大きなサンプル全体を観察することは難しい。   Two-photon excitation microscopy is very promising in the life science research field because it has low phototoxicity and can be observed up to a relatively deep part of a sample. However, since there is a limit to the depth that can be observed by two-photon excitation microscopy, it is difficult to observe an entire large sample such as a mouse brain.

特許文献1には、2光子励起顕微鏡法で観察可能な深さの制約を克服する技術として、2光子励起顕微鏡とミクロトームとを備えたシステムが記載されている。特許文献1に記載のシステムは、2光子励起顕微鏡によるイメージングとミクロトームによるサンプルの最上部の除去とを繰り返すことで、サンプル全体をイメージングする。   Patent Document 1 describes a system including a two-photon excitation microscope and a microtome as a technique for overcoming the limitation on the depth that can be observed by two-photon excitation microscopy. The system described in Patent Document 1 images the entire sample by repeating imaging with a two-photon excitation microscope and removal of the top of the sample with a microtome.

米国特許出願公開第2012/0208184号明細書US Patent Application Publication No. 2012/0208184

ところで、ミクロトームでサンプルを切断すると、カット面付近でサンプルが歪んでしまう。このため、切断によって歪んでしまうサンプル中の領域については切断前にイメージングすることが望ましく、従って、次に切断が予定されている面よりも深い領域までイメージングすることが望ましい。しかしながら、イメージングする領域の深さが深くなるほど、サンプルとサンプルに接する媒質(例えば、空気、浸液など)との屈折率差に起因して大きな球面収差が発生し、取得する画像の画質が劣化し得る。   By the way, when the sample is cut with a microtome, the sample is distorted in the vicinity of the cut surface. For this reason, it is desirable to image a region in the sample that is distorted by cutting before cutting, and therefore it is desirable to image to a region deeper than the surface that is scheduled to be cut next. However, as the depth of the imaged region increases, a larger spherical aberration occurs due to the refractive index difference between the sample and the medium in contact with the sample (for example, air, immersion liquid, etc.), and the image quality of the acquired image deteriorates. Can do.

また、ミクロトームによるサンプルの切断には比較的長い時間がかかることが知られている。このため、高速に三次元像を構築するためには、ミクロトームにより除去される切断片の厚さ(以降、カット厚さとも記す)を厚くし、サンプルの切断回数を少なくすることが望ましい。しかしながら、カット厚さを厚くするほど、切断前により深い領域までイメージングすることになるため、画質がさらに劣化し得る。   It is also known that it takes a relatively long time to cut a sample with a microtome. For this reason, in order to construct a three-dimensional image at a high speed, it is desirable to increase the thickness of the cut piece removed by the microtome (hereinafter also referred to as cut thickness) and to reduce the number of cutting of the sample. However, as the cut thickness is increased, imaging is performed to a deeper region before cutting, so that the image quality can be further deteriorated.

以上のような実情を踏まえ、本発明の一側面に係る目的は、サンプルの厚さが厚い場合であっても、球面収差に起因する画質の劣化が抑制されたサンプルの三次元像を高速に構築することである。   In light of the above circumstances, an object according to one aspect of the present invention is to provide a high-speed 3D image of a sample in which deterioration of image quality due to spherical aberration is suppressed even when the sample is thick. Is to build.

本発明の一態様に係る顕微鏡システムは、対物レンズと、球面収差を補正する補正装置と、前記補正装置を制御する補正制御装置と、を有する顕微鏡装置であって、サンプルをイメージングして画像データを取得する顕微鏡装置と、前記対物レンズの光軸と直交する面に沿って前記サンプルを切断し、前記サンプルを複数の領域に区画する切断装置と、前記補正制御装置に前記補正装置の設定を前記対物レンズの焦点面の深さに応じた設定に変更させる補正制御部と、複数の第1の画像データに基づいて前記サンプルの三次元像を構築する画像処理部と、を有する処理装置であって、前記複数の第1の画像データの各々は前記焦点面の深さに応じた設定が前記補正装置に適用された状態で前記顕微鏡装置により取得された画像データであり、前記複数の第1の画像データは前記複数の領域のうちの少なくとも2つの領域の画像データを含む、処理装置と、を備える。   A microscope system according to an aspect of the present invention is a microscope apparatus that includes an objective lens, a correction device that corrects spherical aberration, and a correction control device that controls the correction device. A microscope apparatus for acquiring the sample, a cutting apparatus for cutting the sample along a plane orthogonal to the optical axis of the objective lens, and dividing the sample into a plurality of regions, and setting the correction apparatus to the correction control apparatus. A processing apparatus comprising: a correction control unit that changes the setting according to the depth of the focal plane of the objective lens; and an image processing unit that constructs a three-dimensional image of the sample based on a plurality of first image data. Each of the plurality of first image data is image data acquired by the microscope apparatus in a state where a setting according to the depth of the focal plane is applied to the correction apparatus; First image data of the serial plurality and a comprising processor the image data of at least two regions of the plurality of regions.

本発明の別の態様に係る顕微鏡システムは、対物レンズを有し、サンプルをイメージングして画像データを取得する顕微鏡装置と、前記対物レンズの光軸と直交する面に沿って前記サンプルを切断し、前記サンプルを複数の領域に区画する切断装置であって、前記顕微鏡装置でイメージング済みの領域を除去する切断装置と、複数の第1の画像データに基づいて前記サンプルの三次元像を構築する画像処理部を有する処理装置であって、前記複数の第1の画像データの各々は前記切断装置によって除去される前に前記顕微鏡装置によりイメージングされた画像データであり、前記複数の第1の画像データは前記複数の領域のうちの少なくとも2つの領域の画像データを含む、処理装置と、を備える。   A microscope system according to another aspect of the present invention includes an objective lens, a microscope apparatus that images the sample to acquire image data, and cuts the sample along a plane orthogonal to the optical axis of the objective lens. A cutting device for dividing the sample into a plurality of regions, and a cutting device for removing the region imaged by the microscope device, and constructing a three-dimensional image of the sample based on the plurality of first image data A processing device having an image processing unit, wherein each of the plurality of first image data is image data imaged by the microscope device before being removed by the cutting device, and the plurality of first images A data processing unit including image data of at least two of the plurality of regions.

本発明の更に別の態様に係る顕微鏡システムは、対物レンズと、球面収差を補正する補正装置と、前記補正装置を制御する補正制御装置と、を有する顕微鏡装置であって、サンプルをイメージングして画像データを取得する顕微鏡装置と、前記対物レンズの光軸と直交する面に沿って前記サンプルを切断し、前記サンプルを複数の領域に区画する切断装置と、メモリと前記メモリにつながるプロセッサとを有する処理装置であって、プロセッサが、前記補正制御装置に前記補正装置の設定を前記対物レンズの焦点面の深さに応じた設定に変更させる処理と、複数の第1の画像データに基づいて前記サンプルの三次元像を構築する処理と、行うように構成される処理装置と、を備え、前記複数の第1の画像データの各々は、前記焦点面の深さに応じた設定が前記補正装置に適用された状態で前記顕微鏡装置により取得された画像データであり、前記複数の第1の画像データは、前記複数の領域のうちの少なくとも2つの領域の画像データを含む。   A microscope system according to still another aspect of the present invention is a microscope apparatus including an objective lens, a correction device that corrects spherical aberration, and a correction control device that controls the correction device, and images a sample. A microscope device for acquiring image data, a cutting device for cutting the sample along a plane orthogonal to the optical axis of the objective lens, and partitioning the sample into a plurality of regions, a memory, and a processor connected to the memory A processor having the processor for changing the setting of the correction device to a setting corresponding to the depth of the focal plane of the objective lens, and a plurality of first image data. A process for constructing a three-dimensional image of the sample, and a processing device configured to perform, wherein each of the plurality of first image data has a depth of the focal plane. Image data acquired by the microscope apparatus in a state where the same setting is applied to the correction apparatus, and the plurality of first image data includes image data of at least two of the plurality of areas. Including.

本発明の一態様に係る三次元像構築方法は、対物レンズの光軸と直交する面に沿ってサンプルを切断し、前記サンプルを複数の領域に区画し、前記対物レンズと球面収差を補正する補正装置とを有する顕微鏡装置で、前記対物レンズの焦点面の深さに応じた設定が前記補正装置に適用された状態で前記サンプルをイメージングして、前記複数の領域のうちの少なくとも2つの領域の第1の画像データを含む複数の画像データを取得し、前記複数の第1の画像データに基づいて前記サンプルの三次元像を構築する。   In the three-dimensional image construction method according to one aspect of the present invention, a sample is cut along a plane orthogonal to the optical axis of the objective lens, the sample is partitioned into a plurality of regions, and the objective lens and spherical aberration are corrected. A microscope apparatus having a correction device, wherein the sample is imaged in a state where a setting according to a depth of a focal plane of the objective lens is applied to the correction device, and at least two regions of the plurality of regions A plurality of image data including the first image data is acquired, and a three-dimensional image of the sample is constructed based on the plurality of first image data.

上述の態様によれば、サンプルの厚さが厚い場合であっても、球面収差に起因する画質の劣化が抑制されたサンプルの三次元像を高速に構築することができる。   According to the above-described aspect, even when the sample is thick, a three-dimensional image of the sample in which deterioration of image quality due to spherical aberration is suppressed can be constructed at high speed.

一実施形態に係る顕微鏡システムの構成を例示した図である。It is the figure which illustrated the composition of the microscope system concerning one embodiment. 図1に例示される処理装置の物理構成の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the physical structure of the processing apparatus illustrated by FIG. 図1に例示される処理装置の機能構成の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the function structure of the processing apparatus illustrated by FIG. 図1に例示される顕微鏡の構成を例示した図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a microscope illustrated in FIG. 1. 三次元像構築処理のフローチャートである。It is a flowchart of a three-dimensional image construction process. カット厚さと歪み厚さとイメージング深さの関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between cut thickness, distortion thickness, and imaging depth. 目標値算出処理のフローチャートである。It is a flowchart of a target value calculation process. 目標値算出処理において最初に決定した複数の設定値によって得られる複数の評価値を示した図である。It is the figure which showed the some evaluation value obtained by the some setting value determined initially in the target value calculation process. 目標値算出処理において2回目に決定した複数の設定値によって得られる複数の評価値を示した図である。It is a figure showing a plurality of evaluation values obtained by a plurality of set values determined for the second time in target value calculation processing. 別の目標値算出処理のフローチャートである。It is a flowchart of another target value calculation process. 図10に示す目標値算出処理について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the target value calculation process shown in FIG. 別の三次元像構築処理のフローチャートである。It is a flowchart of another three-dimensional image construction process. 図1に例示される処理装置の機能構成の別の例を示した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating another example of the functional configuration of the processing apparatus illustrated in FIG. 1. 補正関数処理のフローチャートである。It is a flowchart of a correction function process. 補正関数の算出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of a correction function. 別の補正関数処理のフローチャートである。It is a flowchart of another correction function process. 更に別の三次元像構築処理のフローチャートである。It is a flowchart of another three-dimensional image construction process. 図1に例示される処理装置の機能構成の更に別の例を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing still another example of the functional configuration of the processing apparatus exemplified in FIG. 1. 更に別の三次元像構築処理のフローチャートである。It is a flowchart of another three-dimensional image construction process. 切断前後に重複して画像データを取得する領域について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the area | region which acquires image data overlappingly before and behind cutting | disconnection. 補正環111の設定に起因する焦点面の変動を抑える方法について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method to suppress the fluctuation | variation of the focal plane resulting from the setting of the correction ring.

[第1の実施形態]
図1は、本実施例に係る顕微鏡システム1の構成を例示した図である。図2は、図1に例示される処理装置20の物理構成の一例を示した図である。図3は、処理装置20の機能構成の一例を示した図である。図4は、図1に例示される顕微鏡100の構成を例示した図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a microscope system 1 according to the present embodiment. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a physical configuration of the processing apparatus 20 illustrated in FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of the processing device 20. FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of the microscope 100 illustrated in FIG.

図1に示す顕微鏡システム1は、顕微鏡装置10、処理装置20と、切断装置30と、表示装置40と、処理装置20へ指示を入力するための複数の入力装置(キーボード50、補正環操作装置60、Z操作装置70)を備える。   A microscope system 1 shown in FIG. 1 includes a microscope device 10, a processing device 20, a cutting device 30, a display device 40, and a plurality of input devices for inputting instructions to the processing device 20 (a keyboard 50, a correction ring operating device). 60, Z operating device 70).

顕微鏡装置10は、サンプルSをイメージングして画像データを取得する2光子励起顕微鏡装置であり、対物レンズ110と補正環111を有する顕微鏡100と、補正環111を制御する補正環制御装置205を有する顕微鏡制御装置200とを備える。顕微鏡100の詳細な構成については、図4を参照しながら後述する。   The microscope apparatus 10 is a two-photon excitation microscope apparatus that images a sample S to acquire image data, and includes a microscope 100 having an objective lens 110 and a correction ring 111, and a correction ring control apparatus 205 that controls the correction ring 111. A microscope control device 200. The detailed configuration of the microscope 100 will be described later with reference to FIG.

顕微鏡制御装置200は、処理装置20からの指示に従って顕微鏡100を制御する装置である。顕微鏡制御装置200は、顕微鏡100からの入力信号に基づいて画像データを生成し取得する画像取得部201と、顕微鏡100の各種電動部を制御する制御信号を生成する複数の制御装置(光源制御装置202、ズーム制御装置203、Z制御装置204、補正環制御装置205、XY制御装置206)を備える。   The microscope control device 200 is a device that controls the microscope 100 in accordance with instructions from the processing device 20. The microscope control device 200 includes an image acquisition unit 201 that generates and acquires image data based on an input signal from the microscope 100, and a plurality of control devices (light source control devices) that generate control signals for controlling various electric units of the microscope 100. 202, a zoom control device 203, a Z control device 204, a correction ring control device 205, and an XY control device 206).

光源制御装置202は、顕微鏡100が有するレーザー101(図4参照)を制御して、レーザー101からの出力を調整する装置である。ズーム制御装置203は、顕微鏡100が有する走査ユニット102(図4参照)を制御して、顕微鏡100のズーム倍率を調整する装置である。   The light source control device 202 is a device that controls the laser 101 (see FIG. 4) of the microscope 100 and adjusts the output from the laser 101. The zoom control device 203 is a device that adjusts the zoom magnification of the microscope 100 by controlling the scanning unit 102 (see FIG. 4) of the microscope 100.

Z制御装置204は、顕微鏡100が有するZ駆動装置109を制御して、対物レンズ110の焦点面の深さを変更する装置である。補正環制御装置205は、顕微鏡100が有する補正環111を制御して、補正環111の設定値を変更する装置である。なお、補正環111の設定値とは、例えば、基準位置に対する補正環111の回転角度のことである。XY制御装置206は、XYステージ116を制御して、対物レンズ110の光軸に対してサンプルSの位置を変更する装置である。   The Z control device 204 is a device that changes the depth of the focal plane of the objective lens 110 by controlling the Z driving device 109 of the microscope 100. The correction ring control device 205 is a device that controls the correction ring 111 of the microscope 100 and changes the setting value of the correction ring 111. The set value of the correction ring 111 is, for example, the rotation angle of the correction ring 111 with respect to the reference position. The XY control device 206 is a device that controls the XY stage 116 to change the position of the sample S with respect to the optical axis of the objective lens 110.

切断装置30は、対物レンズ110の光軸と直交する面に沿ってサンプルSを切断し、サンプルSを複数の領域(例えば、図1に示す領域Sr1から領域Sr4)に区画する装置であり、例えば、ミクロトームである。切断装置30は、処理装置20からの指示に従って、カッター制御装置34がカッターステージ31に固定されたカッター33を超音波振動子32で振動させることで、サンプルSを切断する超音波カッター装置である。切断装置30は、サンプルSを切断し、顕微鏡装置10でイメージング済みの領域を除去するように構成される。   The cutting device 30 is a device that cuts the sample S along a plane orthogonal to the optical axis of the objective lens 110, and divides the sample S into a plurality of regions (for example, the region Sr1 to the region Sr4 shown in FIG. 1). For example, a microtome. The cutting device 30 is an ultrasonic cutter device that cuts the sample S by causing the cutter control device 34 to vibrate the cutter 33 fixed to the cutter stage 31 with the ultrasonic vibrator 32 in accordance with an instruction from the processing device 20. . The cutting device 30 is configured to cut the sample S and remove the region imaged by the microscope device 10.

処理装置20は、例えば、標準的なコンピュータであり、図2に示すように、プロセッサ21、メモリ22、入出力インターフェース23、ストレージ24、及び、可搬記録媒体26が挿入される可搬記録媒体駆動装置25を備え、これらがバス27によって相互に接続されている。なお、図2は、処理装置20のハードウェア構成の一例であり、処理装置20はこの構成に限定されるものではない。   The processing device 20 is, for example, a standard computer, and a portable recording medium into which a processor 21, a memory 22, an input / output interface 23, a storage 24, and a portable recording medium 26 are inserted as shown in FIG. A driving device 25 is provided, and these are connected to each other by a bus 27. FIG. 2 is an example of the hardware configuration of the processing device 20, and the processing device 20 is not limited to this configuration.

プロセッサ21は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)などであり、プログラムを実行してプログラムされた処理、例えば、後述する三次元像構築処理を行う。メモリ22は、例えば、RAM(Random Access Memory)であり、プログラムの実行の際に、ストレージ24または可搬記録媒体26に記録されているプログラムまたはデータを一時的に記憶する。   The processor 21 is, for example, a CPU (Central Processing Unit), an MPU (Micro Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), or the like, and performs a program programmed by executing a program, for example, a later-described three-dimensional image construction process. Do. The memory 22 is, for example, a RAM (Random Access Memory), and temporarily stores a program or data recorded in the storage 24 or the portable recording medium 26 when the program is executed.

入出力インターフェース23は、処理装置20以外の装置(例えば、顕微鏡装置10、切断装置30、表示装置40、キーボード50、補正環操作装置60、Z操作装置70など)と信号をやり取りする回路である。ストレージ24は、例えば、ハードディスク、フラッシュメモリであり、主に各種データやプログラムの記録に用いられる。可搬記録媒体駆動装置25は、光ディスクやコンパクトフラッシュ(登録商標)等の可搬記録媒体26を収容するものである。可搬記録媒体26は、ストレージ24を補助する役割を有する。   The input / output interface 23 is a circuit that exchanges signals with devices other than the processing device 20 (for example, the microscope device 10, the cutting device 30, the display device 40, the keyboard 50, the correction ring operation device 60, the Z operation device 70, etc.). . The storage 24 is, for example, a hard disk or a flash memory, and is mainly used for recording various data and programs. The portable recording medium driving device 25 accommodates a portable recording medium 26 such as an optical disk or a compact flash (registered trademark). The portable recording medium 26 has a role of assisting the storage 24.

プロセッサ21は、ストレージ24または可搬記録媒体26に記憶されているプログラムをプロセッサ21につながっているメモリ22にロードして実行することで、図3に示す構成(画像処理部91、深さ制御部92、目標値算出部93、補正制御部94)を有する。   The processor 21 loads the program stored in the storage 24 or the portable recording medium 26 into the memory 22 connected to the processor 21 and executes the program, whereby the configuration shown in FIG. Unit 92, target value calculation unit 93, and correction control unit 94).

画像処理部91は、顕微鏡装置10で取得された複数の画像データに基づいてサンプルSの三次元像を構築する。構築した三次元像は、例えば、表示装置40により表示される。なお、三次元像構築に用いられる複数の画像データ(以降、複数の第1の画像データと記す)の各々は、対物レンズ110焦点面の深さに応じた設定が補正環111に適用された状態で顕微鏡装置10により取得された画像データであり、切断装置30により除去される前に顕微鏡装置10でイメージングされた画像データである。また、複数の第1の画像データは、切断装置30により区画されたサンプルSの複数の領域(例えば、図1に示す領域Sr1から領域Sr4)のうちの少なくとも2つの領域の画像データを含んでいる。   The image processing unit 91 constructs a three-dimensional image of the sample S based on a plurality of image data acquired by the microscope apparatus 10. The constructed three-dimensional image is displayed by the display device 40, for example. In addition, for each of a plurality of image data (hereinafter referred to as a plurality of first image data) used for constructing a three-dimensional image, a setting corresponding to the depth of the focal plane of the objective lens 110 is applied to the correction ring 111. This is image data acquired by the microscope apparatus 10 in a state, and is image data imaged by the microscope apparatus 10 before being removed by the cutting apparatus 30. Further, the plurality of first image data includes image data of at least two of the plurality of regions (for example, the region Sr1 to the region Sr4 illustrated in FIG. 1) of the sample S partitioned by the cutting device 30. Yes.

深さ制御部92は、対物レンズ110の焦点面の深さの変更をZ制御装置204に指示する。Z制御装置204が深さ制御部92からの指示に従ってZ駆動装置109を制御することで、対物レンズ110の焦点面の深さがZ駆動装置109により変更される。即ち、顕微鏡システム1では、Z駆動装置109は、焦点面の深さを変更する深さ変更装置であり、Z制御装置204は、深さ制御装置であるZ駆動装置109を制御する深さ制御装置である。   The depth control unit 92 instructs the Z control device 204 to change the depth of the focal plane of the objective lens 110. When the Z control device 204 controls the Z drive device 109 in accordance with an instruction from the depth control unit 92, the depth of the focal plane of the objective lens 110 is changed by the Z drive device 109. That is, in the microscope system 1, the Z driving device 109 is a depth changing device that changes the depth of the focal plane, and the Z control device 204 is a depth control that controls the Z driving device 109 that is a depth control device. Device.

なお、焦点面の深さとは、サンプルSの表面を基準とした深さであり、表面から焦点面までの光軸方向の距離のことである。また、焦点面の深さの基準となるサンプルSの表面は、XYステージ116に配置されたサンプルSの上面のことである。切断装置30によりサンプルSが切断される度に表面は更新され、最新のカット面がサンプルの新たな表面となる。   The depth of the focal plane is a depth based on the surface of the sample S, and is the distance in the optical axis direction from the surface to the focal plane. In addition, the surface of the sample S serving as a reference for the depth of the focal plane is the upper surface of the sample S arranged on the XY stage 116. Each time the sample S is cut by the cutting device 30, the surface is updated, and the latest cut surface becomes a new surface of the sample.

目標値算出部93は、深さ制御部92がZ制御装置204に焦点面の深さの変更を指示すると、目標値を算出する。目標値とは、球面収差が補正される補正環111の設定値のことであり、対物レンズ110の焦点面の深さに応じて異なる。   The target value calculation unit 93 calculates a target value when the depth control unit 92 instructs the Z control device 204 to change the depth of the focal plane. The target value is a set value of the correction ring 111 for correcting the spherical aberration, and differs depending on the depth of the focal plane of the objective lens 110.

補正制御部94は、深さ制御部92がZ制御装置204に焦点面の深さの変更を指示すると、補正環制御装置205に補正環111の設定を対物レンズ110の焦点面の深さに応じた設定に変更させる。具体的には、補正制御部94は、目標値算出部93が算出した目標値を含む設定情報を補正環制御装置205に送出する。補正制御部94が送出した設定情報に従って補正環制御装置205が補正環111を制御することで、補正環111に焦点面の深さに応じた目標値が設定され、顕微鏡100で生じる球面収差が補正される。なお、以降では、焦点面の深さに応じた目標値が補正環111に設定された状態を、焦点面の深さに応じた設定が補正装置に適用された状態と記す。   When the depth controller 92 instructs the Z controller 204 to change the depth of the focal plane, the correction controller 94 sets the correction ring 111 to the depth of the focal plane of the objective lens 110. Change the setting according to your preference. Specifically, the correction control unit 94 sends setting information including the target value calculated by the target value calculation unit 93 to the correction ring control device 205. The correction ring control device 205 controls the correction ring 111 according to the setting information sent from the correction control unit 94, so that a target value corresponding to the depth of the focal plane is set in the correction ring 111, and spherical aberration generated in the microscope 100 is reduced. It is corrected. Hereinafter, the state in which the target value corresponding to the depth of the focal plane is set in the correction ring 111 will be referred to as the state in which the setting corresponding to the depth of the focal plane is applied to the correction device.

表示装置40は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、CRTディスプレイなどである。なお、表示装置40は、タッチパネルセンサを備えてもよく、その場合、入力装置としても機能する。   The display device 40 is, for example, a liquid crystal display, an organic EL display, a CRT display, or the like. The display device 40 may include a touch panel sensor, and in that case, also functions as an input device.

キーボード50は、処理装置20に情報を入力する入力装置である。キーボード50は、利用者による操作に従って、各種情報を処理装置20に入力する。例えば、利用者の操作に従って、対物レンズ110と焦点面の間の媒質の情報(屈折率、光軸方向の厚さ)などが処理装置20へ入力される。   The keyboard 50 is an input device that inputs information to the processing device 20. The keyboard 50 inputs various types of information to the processing device 20 in accordance with user operations. For example, information (refractive index, thickness in the optical axis direction) of the medium between the objective lens 110 and the focal plane is input to the processing device 20 in accordance with a user operation.

補正環操作装置60は、補正環111の設定値を指示するための入力装置である。利用者が補正環操作装置60で補正環111の設定値を指示すると、補正環制御装置205は、補正環111の設定値を指示された値に変更する。なお、補正環操作装置60の代わりに、キーボード50を用いて補正環111の設定値を指示するようにしてもよい。   The correction ring operating device 60 is an input device for instructing the set value of the correction ring 111. When the user instructs the setting value of the correction ring 111 with the correction ring operating device 60, the correction ring control device 205 changes the setting value of the correction ring 111 to the instructed value. Note that the setting value of the correction ring 111 may be instructed using the keyboard 50 instead of the correction ring operating device 60.

Z操作装置70は、焦点面の深さの変更を指示するための入力装置である。利用者がZ操作装置70で焦点面の深さの変更を指示すると、Z制御装置204は、Z駆動装置109を光軸方向に移動させて焦点面の深さを変更する。   The Z operation device 70 is an input device for instructing a change in the depth of the focal plane. When a user instructs the Z operation device 70 to change the depth of the focal plane, the Z control device 204 changes the depth of the focal plane by moving the Z driving device 109 in the optical axis direction.

顕微鏡100は、走査型顕微鏡の一種である2光子励起顕微鏡である。サンプルSは、例えば、マウスの脳などの生体試料である。サンプルSは、透明化試薬によって透明化されていることが望ましい。   The microscope 100 is a two-photon excitation microscope that is a type of scanning microscope. The sample S is a biological sample such as a mouse brain, for example. The sample S is preferably clarified with a clarification reagent.

顕微鏡100は、図4に示すように、照明光路上に、レーザー101と、走査ユニット102と、瞳投影光学系103と、ミラー104と、ダイクロイックミラー105と、対物レンズ110とを備えている。   As shown in FIG. 4, the microscope 100 includes a laser 101, a scanning unit 102, a pupil projection optical system 103, a mirror 104, a dichroic mirror 105, and an objective lens 110 on the illumination optical path.

レーザー101は、例えば、超短パルスレーザーであり、近赤外域のレーザー光を発振する。レーザー101の出力は、光源制御装置202によって調整される。即ち、光源制御装置202は、サンプルに照射するレーザー光のパワーを制御するレーザー制御装置である。   The laser 101 is, for example, an ultrashort pulse laser, and oscillates near-infrared laser light. The output of the laser 101 is adjusted by the light source control device 202. In other words, the light source control device 202 is a laser control device that controls the power of laser light applied to the sample.

走査ユニット102は、例えば、ガルバノスキャナ、レゾナントスキャナなどのスキャナを含み、レーザー光でサンプルSを2次元に走査する。走査ユニット102の走査範囲が変化することでズーム倍率が変化する。走査ユニット102の走査範囲は、ズーム制御装置203によって調整される。   The scanning unit 102 includes, for example, a scanner such as a galvano scanner or a resonant scanner, and scans the sample S two-dimensionally with a laser beam. The zoom magnification changes as the scanning range of the scanning unit 102 changes. The scanning range of the scanning unit 102 is adjusted by the zoom control device 203.

瞳投影光学系103は、走査ユニット102を対物レンズ110の瞳位置に投影する光学系である。ダイクロイックミラー105は、励起光(レーザ光)とサンプルSからの検出光(蛍光)とを分離するスプリッタであり、波長によりレーザー光と蛍光を分離する。   The pupil projection optical system 103 is an optical system that projects the scanning unit 102 onto the pupil position of the objective lens 110. The dichroic mirror 105 is a splitter that separates excitation light (laser light) and detection light (fluorescence) from the sample S, and separates laser light and fluorescence according to wavelength.

対物レンズ110は、補正環111を備えた乾燥系又は液浸系の対物レンズであり、Z駆動装置109に固定されている。Z駆動装置109は、対物レンズ110を対物レンズ110の光軸方向に移動させる装置であり、対物レンズ110の焦点面の深さを変更する深さ変更装置である。Z駆動装置109の移動量(即ち、対物レンズ110の移動)は、Z制御装置204によって調整される。即ち、Z制御装置204は、深さ変更装置であるZ駆動装置109を制御する深さ変更制御装置である。   The objective lens 110 is a dry or immersion objective lens provided with a correction ring 111 and is fixed to the Z driving device 109. The Z driving device 109 is a device that moves the objective lens 110 in the optical axis direction of the objective lens 110 and is a depth changing device that changes the depth of the focal plane of the objective lens 110. The amount of movement of the Z driving device 109 (that is, the movement of the objective lens 110) is adjusted by the Z control device 204. That is, the Z control device 204 is a depth change control device that controls the Z drive device 109 that is a depth change device.

補正環111は、その設定値に応じた位置に対物レンズ110内のレンズを移動させて、球面収差を補正する補正装置であり、補正環制御装置205は、補正装置を制御する補正制御装置である。補正環111は、対物レンズ110に設けられた電動補正環であり、補正環制御装置205がステッピングモーター112の回転を制御することで補正環111の設定が変化する。なお、補正環111の設定値は、補正環111を手動で直接操作することで、変更することもできる。また、補正環制御装置205は、図1に示すベース部材115に取り付けられたリミットセンサー113によるフラグ部材114の検出結果に基づいて、補正環111を初期位置に調整する。   The correction ring 111 is a correction device that corrects spherical aberration by moving the lens in the objective lens 110 to a position corresponding to the set value, and the correction ring control device 205 is a correction control device that controls the correction device. is there. The correction ring 111 is an electric correction ring provided in the objective lens 110, and the setting of the correction ring 111 changes when the correction ring control device 205 controls the rotation of the stepping motor 112. Note that the setting value of the correction ring 111 can be changed by directly operating the correction ring 111 manually. Further, the correction ring control device 205 adjusts the correction ring 111 to the initial position based on the detection result of the flag member 114 by the limit sensor 113 attached to the base member 115 shown in FIG.

顕微鏡100は、さらに、検出光路(ダイクロイックミラー105の反射光路)上に、瞳投影光学系106と、光検出器107とを備えている。光検出器107から出力された信号は、A/D変換器108に出力される。   The microscope 100 further includes a pupil projection optical system 106 and a photodetector 107 on the detection optical path (the reflection optical path of the dichroic mirror 105). The signal output from the photodetector 107 is output to the A / D converter 108.

瞳投影光学系106は、対物レンズ110の瞳を光検出器107に投影する光学系である。光検出器107は、例えば、光電子増倍管(PMT)であり、入射した蛍光の光量に応じたアナログ信号を出力する。A/D変換器108は、光検出器107からのアナログ信号をデジタル信号(輝度信号)に変換して、処理装置20に出力する。   The pupil projection optical system 106 is an optical system that projects the pupil of the objective lens 110 onto the photodetector 107. The photodetector 107 is, for example, a photomultiplier tube (PMT), and outputs an analog signal corresponding to the amount of incident fluorescence. The A / D converter 108 converts the analog signal from the photodetector 107 into a digital signal (luminance signal) and outputs the digital signal to the processing device 20.

以上のように構成された顕微鏡システム1では、顕微鏡100は、走査ユニット102を用いてレーザー光で対物レンズ110の光軸と直交する方向にサンプルSを走査して、サンプルSの各位置からの蛍光を光検出器107で検出する。そして、処理装置20の画像取得装置201が、光検出器107からの信号を変換したデジタル信号(輝度信号)と走査ユニット102からの信号とに基づいて、サンプルSの画像データを生成し、取得する。   In the microscope system 1 configured as described above, the microscope 100 scans the sample S in the direction perpendicular to the optical axis of the objective lens 110 with the laser beam using the scanning unit 102, and from each position of the sample S. The fluorescence is detected by the photodetector 107. Then, the image acquisition device 201 of the processing device 20 generates and acquires the image data of the sample S based on the digital signal (luminance signal) obtained by converting the signal from the photodetector 107 and the signal from the scanning unit 102. To do.

図5は、三次元像構築処理のフローチャートである。図6は、カット厚さと歪み厚さとイメージング深さの関係を示した図である。図7は、目標値算出処理のフローチャートである。図8は、目標値算出処理において最初に決定した複数の設定値によって得られる複数の評価値を示した図である。図9は、目標値算出処理において2回目に決定した複数の設定値によって得られる複数の評価値を示した図である。以下、図5から図9を参照しながら、顕微鏡システム1で行われる三次元像構築処理の一例について、具体的に説明する。   FIG. 5 is a flowchart of the 3D image construction process. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the cut thickness, strain thickness, and imaging depth. FIG. 7 is a flowchart of the target value calculation process. FIG. 8 is a diagram showing a plurality of evaluation values obtained by a plurality of setting values determined first in the target value calculation process. FIG. 9 is a diagram showing a plurality of evaluation values obtained by a plurality of setting values determined for the second time in the target value calculation process. Hereinafter, an example of the three-dimensional image construction process performed in the microscope system 1 will be described in detail with reference to FIGS.

顕微鏡システム1は、まず、撮影設定を読み込む(ステップS101)。ここでは、利用者が、例えばキーボード40を用いて入力した、三次元像を構築するサンプルの領域、イメージング深さDi、媒質情報などを、処理装置20が読み込む。イメージング深さDiは、切断前にイメージングする領域を決定するための、焦点面の深さについての閾値である。媒質情報は、例えば、サンプルSの屈折率、サンプルSが屈折率の異なる屈折率を有する複数の層からなる場合には層毎の屈折率と厚さ、対物レンズ110が液浸系の対物レンズであれば浸液の屈折率などである。   First, the microscope system 1 reads photographing settings (step S101). Here, the processing device 20 reads a sample region, an imaging depth Di, medium information, and the like, which are input by the user using the keyboard 40, for example, to construct a three-dimensional image. The imaging depth Di is a threshold for the depth of the focal plane for determining a region to be imaged before cutting. The medium information includes, for example, the refractive index of the sample S, and when the sample S includes a plurality of layers having different refractive indexes, the refractive index and thickness of each layer, and the objective lens 110 is an immersion objective lens. If so, it is the refractive index of the immersion liquid.

処理装置20は、読み込んだ撮影設定から、切断装置30で除去する切断片の厚さであるカット厚さtcと、画像データを取得する深さ方向の間隔と、画像データを取得すべき複数の観察対象面の位置(以降、撮影位置とも記す)を決定する。   The processing device 20 has a cut thickness tc that is a thickness of a cut piece to be removed by the cutting device 30, an interval in a depth direction for acquiring image data, and a plurality of image data to be acquired from the read photographing setting. The position of the observation target surface (hereinafter, also referred to as a shooting position) is determined.

深さ方向の間隔は、例えば、顕微鏡100の焦点深度などに基づいて決定される。撮影位置は、例えば、三次元像を構築するサンプルの領域と深さ方向の間隔とに基づいて決定される。   The interval in the depth direction is determined based on the depth of focus of the microscope 100, for example. The photographing position is determined based on, for example, a sample region for constructing a three-dimensional image and an interval in the depth direction.

カット厚さtcは、例えば、図6に示すように、利用者が入力したイメージング深さDiと、予め顕微鏡システム1に設定されている歪み厚さtdに基づいて、下式(1)を満たすように決定される。なお、歪み厚さtdは、切断によりカット面C1近傍に生じる空間的に歪んでしまうサンプルS中の領域(以降、歪み領域と記す)Srdの厚さをいう。この歪み厚さtdは、例えば、予め行われた実験に基づいてサンプルの種類毎に設定される。
Di≧tc+td (1)
For example, as shown in FIG. 6, the cut thickness tc satisfies the following expression (1) based on the imaging depth Di input by the user and the strain thickness td set in the microscope system 1 in advance. To be determined. The strain thickness td refers to the thickness of a region (hereinafter referred to as a strain region) Srd in the sample S that is spatially distorted in the vicinity of the cut surface C1 due to cutting. The strain thickness td is set for each sample type based on, for example, an experiment performed in advance.
Di ≧ tc + td (1)

カット厚さtcが厚いほど、切断の回数が少なくなり、三次元像構築に要する時間も短くなる。このため、カット厚さtcは式(1)を満たしながらできる限り大きな値に決定されることが望ましく、従って、Di−tdに近い値に決定することが望ましい。   The thicker the cut thickness tc, the smaller the number of times of cutting and the shorter the time required for constructing the three-dimensional image. For this reason, it is desirable to determine the cut thickness tc as large as possible while satisfying the formula (1), and therefore it is desirable to determine the value close to Di-td.

次に、顕微鏡システム1は、サンプルSの表面に焦点面を合わせ(ステップS102)、さらに、焦点面を初期位置へ移動する(ステップS103)。ここでは、処理装置20の指示に従って、Z制御装置204がZ駆動装置109を光軸方向に移動させて、焦点面の位置をステップS101で決定した複数の観察対象面の位置の一つである初期位置に変更する。   Next, the microscope system 1 aligns the focal plane with the surface of the sample S (step S102), and further moves the focal plane to the initial position (step S103). Here, in accordance with an instruction from the processing device 20, the Z control device 204 moves the Z drive device 109 in the optical axis direction, and the position of the focal plane is one of the positions of the observation target surfaces determined in step S101. Change to the initial position.

焦点面が移動すると、顕微鏡システム1は、焦点面の深さに応じた目標値を算出する(ステップS104)。ここでは、図7に示す目標値算出処理が行われる。   When the focal plane moves, the microscope system 1 calculates a target value corresponding to the depth of the focal plane (step S104). Here, the target value calculation process shown in FIG. 7 is performed.

目標値算出処理では、顕微鏡システム1は、まず、推定される球面収差量に基づいて、補正環111の複数の設定値を決定する(ステップS201)。ここでは、顕微鏡装置10でサンプルSの画像データを取得する際の補正環111の設定値を処理装置20が複数個決定する。具体的には、以下の手順により、複数の設定値が決定される。   In the target value calculation process, the microscope system 1 first determines a plurality of setting values of the correction ring 111 based on the estimated spherical aberration amount (step S201). Here, the processing device 20 determines a plurality of setting values of the correction ring 111 when the image data of the sample S is acquired by the microscope device 10. Specifically, a plurality of set values are determined by the following procedure.

まず、処理装置20は、現在の焦点面の位置とステップS101で取得した媒質情報から、対物レンズ110と焦点面との間の媒質の屈折率とその媒質の対物レンズ110の光軸方向の厚さを特定し、それらの情報に基づいて顕微鏡装置10で発生する球面収差量を推定する。処理装置20では、浸液(対物レンズ110が乾燥系の対物レンズであれば、空気)とサンプルSの屈折率の差が大きいほど、焦点面の深さが深いほど、大きな球面収差量が推定される。そして、球面収差量が推定されると、処理装置20は、予めストレージ24に記憶されている、補正環111の設定値と補正環111が補正する球面収差量である補正量との関係を示す情報(以降、補正環情報と記す)に基づいて、推定された球面収差量に対応する補正環111の設定値(以降、推定設定値と記す)を算出する。推定設定値が算出されると、推定設定値を含む探索範囲を決定し、探索範囲を均等に分割する予め決められた数(ここでは11)の設定値(補正環位置)を、複数の設定値として決定する。なお、図8では、θ0からθ10までの10個の設定値(補正環位置)が決定される例が示されている。   First, the processing device 20 determines the refractive index of the medium between the objective lens 110 and the focal plane and the thickness of the objective lens 110 in the optical axis direction of the medium from the current focal plane position and the medium information acquired in step S101. The spherical aberration amount generated in the microscope apparatus 10 is estimated based on the information. In the processing apparatus 20, the larger the difference between the refractive indexes of the immersion liquid (or air if the objective lens 110 is a dry objective lens) and the sample S, and the greater the depth of the focal plane, the larger the amount of spherical aberration is estimated. Is done. When the spherical aberration amount is estimated, the processing device 20 shows the relationship between the setting value of the correction ring 111 and the correction amount that is the spherical aberration amount corrected by the correction ring 111, which is stored in the storage 24 in advance. Based on the information (hereinafter referred to as correction ring information), a setting value (hereinafter referred to as estimated setting value) of the correction ring 111 corresponding to the estimated spherical aberration amount is calculated. When the estimated set value is calculated, a search range including the estimated set value is determined, and a predetermined number (here, 11) of set values (correction ring positions) for equally dividing the search range are set to a plurality of settings. Determine as value. FIG. 8 shows an example in which ten set values (correction ring positions) from θ0 to θ10 are determined.

次に、顕微鏡システム1は、補正環111の設定を変更する(ステップS202)。ここでは、補正環制御装置205が処理装置20からの指示に従って補正環111の設定値をステップS201で決定した複数の設定値のいずれかに変更する。例えば、補正環制御装置205は、補正環111の設定値をθ0に変更する。   Next, the microscope system 1 changes the setting of the correction ring 111 (step S202). Here, the correction ring control device 205 changes the setting value of the correction ring 111 to one of the plurality of setting values determined in step S201 in accordance with an instruction from the processing device 20. For example, the correction ring control device 205 changes the set value of the correction ring 111 to θ0.

補正環111の設定が変更されると、顕微鏡システム1は、サンプルSの画像データを取得する(ステップS203)。ここでは、顕微鏡装置10が処理装置20からの指示に従って画像データを取得する。例えば、顕微鏡装置10は、補正環111の設定値がθ0の状態で画像データを取得する。   When the setting of the correction ring 111 is changed, the microscope system 1 acquires the image data of the sample S (step S203). Here, the microscope apparatus 10 acquires image data in accordance with an instruction from the processing apparatus 20. For example, the microscope apparatus 10 acquires image data in a state where the setting value of the correction ring 111 is θ0.

その後、顕微鏡システム1は、ステップS201で決定したすべての設定値で画像データを取得したか否かを判定し(ステップS204)、すべての設定値で画像データを取得していない場合には、ステップS202からステップS204の処理を繰り返す。これにより、顕微鏡装置10は、補正環111の設定値が異なる複数の状態で、サンプルSの同一断面をイメージングした複数の画像データを取得する。なお、以降では、ステップS203で取得した複数の画像データを、三次元像の構築に用いられる第1の画像データと区別するため、第2の画像データと記す。   Thereafter, the microscope system 1 determines whether or not the image data has been acquired with all the setting values determined in step S201 (step S204). The processing from S202 to step S204 is repeated. Thereby, the microscope apparatus 10 acquires a plurality of image data obtained by imaging the same cross section of the sample S in a plurality of states where the setting values of the correction ring 111 are different. Hereinafter, the plurality of pieces of image data acquired in step S203 are referred to as second image data in order to distinguish them from the first image data used for constructing the three-dimensional image.

すべての設定値で第2の画像データが取得されると、顕微鏡システム1は、ステップS203で取得した複数の第2の画像データから複数の評価値を算出する(ステップS205)。ここでは、処理装置20が、画素間の画素値(輝度値)の差分に基づいて画像のコントラストを評価する評価式を用いて、複数の画像データから、複数のコントラスト値を算出する。なお、一般に、球面収差が補正された画像ほど高いコントラストを有していることから、コントラスト値は、球面収差が補正されているかどうかを評価する評価値として好適である。   When the second image data is acquired with all the set values, the microscope system 1 calculates a plurality of evaluation values from the plurality of second image data acquired in step S203 (step S205). Here, the processing device 20 calculates a plurality of contrast values from a plurality of image data using an evaluation formula that evaluates the contrast of an image based on a difference in pixel values (luminance values) between pixels. In general, an image in which spherical aberration is corrected has a higher contrast. Therefore, the contrast value is suitable as an evaluation value for evaluating whether spherical aberration is corrected.

画像のコントラストを評価する評価式としては、例えば、x方向にn画素分ずれた位置にある2つの画素の画素値の差分の2乗を、画像データ全体で積算してコントラスト値を算出する、下式が知られている。下式は、J.F.Brennerらによって提案された評価式であり、Brenner gradientと呼ばれている。
As an evaluation formula for evaluating the contrast of an image, for example, the square of the difference between the pixel values of two pixels located at positions shifted by n pixels in the x direction is integrated over the entire image data to calculate a contrast value. The following formula is known. The following formula is an evaluation formula proposed by JFBrenner et al. And is called Brenner gradient.

ここで、FBrennerはコントラスト値であり、xは画像データを構成する画素の列を特定する変数であり、yは画像データを構成する画素の行を特定する変数である。Wは画像データを構成する画素のx方向の画素数(即ち、列数)であり、Hは画像データを構成する画素のy方向の画素数(即ち、行数)である。fは画素値である。nはシフト量であり、画素値の差分が算出される画素間の間隔を示す整数(例えば、2など)である。 Here, F Brenner is a contrast value, x is a variable that identifies a column of pixels that constitute image data, and y is a variable that identifies a row of pixels that constitute image data. W is the number of pixels in the x direction (ie, the number of columns) of the pixels constituting the image data, and H is the number of pixels in the y direction (ie, the number of rows) of the pixels constituting the image data. f is a pixel value. n is a shift amount, and is an integer (for example, 2) indicating an interval between pixels from which a difference in pixel values is calculated.

顕微鏡の分野では、Brenner gradientのシフト量を2に設定するのが通常である。従って、ステップS205では、例えば、シフト量2のBrenner gradientにより、ステップS203で取得した複数の第2の画像データの各々のコントラスト値を算出する。   In the field of the microscope, it is usual to set the shift amount of the Brenner gradient to 2. Accordingly, in step S205, for example, the contrast value of each of the plurality of second image data acquired in step S203 is calculated using a Brenner gradient with a shift amount of 2.

複数の評価値が算出されると、顕微鏡システム1は、所定の条件を満たしているか否かを判定する(ステップS206)。所定の条件としては、例えば、ステップS202からステップS206までの処理の繰り返し回数が所定回数に達しているか否かであってもよく、複数の設定値の平均間隔が所定値以下であるか否かであってもよい。   When a plurality of evaluation values are calculated, the microscope system 1 determines whether or not a predetermined condition is satisfied (step S206). The predetermined condition may be, for example, whether or not the number of repetitions of the processing from step S202 to step S206 has reached a predetermined number, and whether or not the average interval of a plurality of setting values is equal to or less than a predetermined value. It may be.

ステップS206で所定の条件を満たしていない場合には、顕微鏡システム1は、改めて複数の設定値を決定し(ステップS207)、その後、ステップS202からステップS206の処理を繰り返す。   If the predetermined condition is not satisfied in step S206, the microscope system 1 determines a plurality of setting values again (step S207), and then repeats the processing from step S202 to step S206.

ステップS207では、処理装置20は、以下の2つの条件を満たすように複数の設定値を決定する。第1の条件は、ステップS207で決定する複数の設定値の分布範囲(即ち、探索範囲)及び平均間隔が、先の複数の設定値の分布範囲及び平均間隔と比較して、狭いことである。第2の条件は、ステップS207で決定する複数の設定値の分布範囲内に、ステップS205で算出された最大の評価値に対応する補正環111の設定値が含まれることである。なお、本明細書において、評価値に対応する設定値とは、ある画像データから算出された評価値に対するその画像データが取得されたときの補正装置の設定値のことをいうものとする。また、設定値に対応する評価値とは、ある画像データが取得されたときの補正装置の設定値に対するその画像データから算出された評価値のことをいうものとする。   In step S207, the processing device 20 determines a plurality of setting values so as to satisfy the following two conditions. The first condition is that the distribution range (that is, the search range) and the average interval of the plurality of setting values determined in step S207 are narrower than the distribution range and the average interval of the plurality of setting values. . The second condition is that the setting value of the correction ring 111 corresponding to the maximum evaluation value calculated in step S205 is included in the distribution range of the plurality of setting values determined in step S207. In this specification, the setting value corresponding to the evaluation value refers to the setting value of the correction device when the image data for the evaluation value calculated from certain image data is acquired. Further, the evaluation value corresponding to the set value means an evaluation value calculated from the image data with respect to the set value of the correction apparatus when certain image data is acquired.

これにより、顕微鏡装置10は、設定値が異なる複数の状態で複数の画像データを取得する処理を、複数の状態で設定される補正環111の複数の設定値の分布範囲と平均間隔とが繰り返し毎に狭まり、且つ、その分布範囲内に処理装置20が算出した最大の評価値に対応する補正環111の設定値が含まれるように、繰り返す。そして、処理装置20は、繰り返し毎に、複数の画像データから複数の評価値を算出する。   Thereby, the microscope apparatus 10 repeats the process of acquiring a plurality of image data in a plurality of states having different setting values for the distribution range and the average interval of the plurality of setting values of the correction ring 111 set in the plurality of states. It is repeated so that the set value of the correction ring 111 corresponding to the maximum evaluation value calculated by the processing device 20 is included in the distribution range. Then, the processing device 20 calculates a plurality of evaluation values from a plurality of image data for each repetition.

図9は、ステップS207で決定した複数の設定値に基づいて取得した複数の第2の画像データのコントラスト値が示されている。図8と図9を比較すると、図9に示す複数の設定値(補正環位置)は、上記2つの条件を満たしていることが確認できる。なお、図8と図9では、いずれも11個の設定値(補正環位置)が決定されている例が示されているが、設定値の数は、繰り返し毎に設定値の平均間隔が狭くなる限り、同一に限られず、増加しても減少してもよい。   FIG. 9 shows the contrast values of the plurality of second image data acquired based on the plurality of setting values determined in step S207. Comparing FIG. 8 and FIG. 9, it can be confirmed that the plurality of set values (correction ring positions) shown in FIG. 9 satisfy the above two conditions. 8 and 9 each show an example in which eleven set values (correction ring positions) are determined. However, the number of set values is such that the average interval between the set values is narrow for each repetition. As much as possible, it is not limited to the same, and may be increased or decreased.

ステップS206で所定の条件を満たしている場合には、顕微鏡システム1は、ステップS205で算出した複数の評価値と、それら複数の評価値に対応する複数の設定値と、に基づいて目標値を算出し(ステップS208)、目標値算出処理を終了する。ここでは、例えば、最後の繰り返しにおいてステップS205で算出された複数の評価値のうちの最大の評価値に対応する補正環111の設定値が目標値として算出されてもよい。また、最後の繰り返しに限らずステップS205で算出された複数の評価値のうちの最大の評価値に対応する補正環111の設定値が目標値として算出されてもよい。   When the predetermined condition is satisfied in step S206, the microscope system 1 sets the target value based on the plurality of evaluation values calculated in step S205 and the plurality of setting values corresponding to the plurality of evaluation values. Calculation is performed (step S208), and the target value calculation process is terminated. Here, for example, the set value of the correction ring 111 corresponding to the maximum evaluation value among the plurality of evaluation values calculated in step S205 in the last iteration may be calculated as the target value. In addition, the set value of the correction ring 111 corresponding to the maximum evaluation value among the plurality of evaluation values calculated in step S205 is not limited to the last repetition, and may be calculated as a target value.

顕微鏡システム1は、目標値が算出されると、補正環111の設定を変更する(ステップS105)。ここでは、補正環制御装置205が補正環111の設定値をステップS104で算出された目標値に変更する。   When the target value is calculated, the microscope system 1 changes the setting of the correction ring 111 (step S105). Here, the correction ring control device 205 changes the set value of the correction ring 111 to the target value calculated in step S104.

さらに、顕微鏡システム1は、レーザー101の出力を設定する(ステップS106)。ここでは、光源制御装置202が、補正環111の設定値が目標値であるときに顕微鏡装置10で取得された画像データに基づいて、サンプルSに照射するレーザー光のパワーを制御する。例えば、ステップS105で補正環111の設定値を変更した後に改めて画像データを取得して、その画像データから算出される画像の明るさに基づいてレーザー101の出力を設定してもよい。また、ステップS104で補正環111の設定値が目標値であるときの画像データが既に取得されている場合には、その画像データから算出される画像の明るさに基づいてレーザー101の出力を設定してもよいし、光検出器107の感度(ゲイン)を調整してもよい。   Further, the microscope system 1 sets the output of the laser 101 (step S106). Here, the light source control device 202 controls the power of the laser light applied to the sample S based on the image data acquired by the microscope device 10 when the set value of the correction ring 111 is the target value. For example, after changing the setting value of the correction ring 111 in step S105, image data may be acquired again, and the output of the laser 101 may be set based on the brightness of the image calculated from the image data. If the image data when the set value of the correction ring 111 is the target value has already been acquired in step S104, the output of the laser 101 is set based on the brightness of the image calculated from the image data. Alternatively, the sensitivity (gain) of the photodetector 107 may be adjusted.

レーザー101の出力の設定が完了すると、顕微鏡システム1は、画像データを取得する(ステップS107)。ここでは、焦点面の深さに応じた設定が補正環111に適用された状態で、顕微鏡装置10が画像データを取得する。なお、以降では、ステップS107で取得した複数の画像データの各々を、目標値を算出するために用いられる第2の画像データと区別するため、第1の画像データと記す。   When the setting of the output of the laser 101 is completed, the microscope system 1 acquires image data (step S107). Here, the microscope apparatus 10 acquires image data in a state where the setting according to the depth of the focal plane is applied to the correction ring 111. Hereinafter, each of the plurality of image data acquired in step S107 is referred to as first image data in order to distinguish it from the second image data used for calculating the target value.

その後、顕微鏡システム1は、すべての撮影位置で第1の画像データを取得済みか否か判定する(ステップS108)。ここでは、処理装置20が、ステップS101で決定した複数の撮影位置で第1の画像データを取得済みか否か判定する。   Thereafter, the microscope system 1 determines whether or not the first image data has been acquired at all photographing positions (step S108). Here, the processing device 20 determines whether or not the first image data has been acquired at the plurality of shooting positions determined in step S101.

全ての撮影位置で第1の画像データを取得済みでない場合には、顕微鏡システム1は、さらに、焦点面の深さが閾値を超えているか否か判定する(ステップS109)。ここで、処理装置20は、閾値としてイメージング深さDiを用いる。   If the first image data has not been acquired at all photographing positions, the microscope system 1 further determines whether or not the depth of the focal plane exceeds the threshold value (step S109). Here, the processing apparatus 20 uses the imaging depth Di as a threshold value.

焦点面の深さがイメージング深さDiを超えていない場合には、顕微鏡システム1は、焦点面をより深い位置である次の撮影位置に移動する(ステップS110)。ここでは、処理装置20の指示に従って、Z制御装置204がZ駆動装置109を光軸方向に移動させて、焦点面の位置をステップS101で決定した複数の撮影位置のうちの未だ第1の画像データが取得されていない撮影位置に変更する。その後、顕微鏡システム1は、焦点面の深さが閾値(イメージング深さDi)を超えるまで、ステップS104からステップS110の処理を繰り返し実行する。   If the depth of the focal plane does not exceed the imaging depth Di, the microscope system 1 moves the focal plane to the next imaging position that is a deeper position (step S110). Here, in accordance with an instruction from the processing device 20, the Z control device 204 moves the Z driving device 109 in the optical axis direction, and the first image is still the first image among the plurality of shooting positions whose focal plane positions are determined in step S101. Change to a shooting position for which no data has been acquired. Thereafter, the microscope system 1 repeatedly executes the processing from step S104 to step S110 until the depth of the focal plane exceeds a threshold value (imaging depth Di).

焦点面の深さがイメージング深さDiを超えると、顕微鏡システム1は、サンプルSを切断する(ステップS111)。ここでは、処理装置20が切断装置30を制御することで、切断装置30が対物レンズ110の光軸と直交する面に沿ってサンプルSを切断し、ステップS101で算出したカット厚さtcの切断片を除去する。   When the depth of the focal plane exceeds the imaging depth Di, the microscope system 1 cuts the sample S (step S111). Here, the processing device 20 controls the cutting device 30 so that the cutting device 30 cuts the sample S along a plane orthogonal to the optical axis of the objective lens 110 and cuts the cut thickness tc calculated in step S101. Remove the piece.

カット厚さtcは上述した式(1)の関係を満たしている。このため、ステップS111で除去されたカット厚さtcの切断片は、切断装置30によって除去される前に顕微鏡装置10でイメージング済みの領域である。また、サンプルSの切断前にイメージング済みの領域は、所定の厚さの領域を残して切断装置30により除去される。ここで、所定の厚さは、歪み厚さ以上の厚さである。即ち、切断装置30は、イメージング済みの領域全体を除去するのではなく、イメージング済みの領域全体の一部を除去する。   The cut thickness tc satisfies the relationship of the above-described formula (1). For this reason, the cut piece having the cut thickness tc removed in step S <b> 111 is an area that has been imaged by the microscope apparatus 10 before being removed by the cutting apparatus 30. In addition, the region that has been imaged before cutting the sample S is removed by the cutting device 30 while leaving a region having a predetermined thickness. Here, the predetermined thickness is a thickness equal to or greater than the strain thickness. That is, the cutting device 30 does not remove the entire imaged area, but removes a part of the entire imaged area.

サンプルSが切断されると、顕微鏡システム1は、サンプルSの新たな表面(カット面)に焦点面を合わせ(ステップS112)、さらに、焦点面を所定の深さ位置へ移動する(ステップS113)。ここでは、処理装置20(深さ制御部92)が、焦点面の深さが上述した所定の厚さに対応する所定の深さになるようにZ制御装置204にZ駆動装置109を制御させる。なお、所定の厚さは、切断後に残ったイメージング済みの領域の厚さである。所定の厚さに対応する所定の深さは、例えば、所定の厚さに、ステップS101で決定した画像データを取得する深さ方向の間隔を加えることで算出されてもよい。   When the sample S is cut, the microscope system 1 aligns the focal plane with the new surface (cut plane) of the sample S (step S112), and further moves the focal plane to a predetermined depth position (step S113). . Here, the processing device 20 (depth control unit 92) causes the Z control device 204 to control the Z drive device 109 so that the depth of the focal plane becomes a predetermined depth corresponding to the predetermined thickness described above. . The predetermined thickness is the thickness of the imaged region remaining after cutting. The predetermined depth corresponding to the predetermined thickness may be calculated, for example, by adding an interval in the depth direction for acquiring the image data determined in step S101 to the predetermined thickness.

その後、顕微鏡システム1は、すべての撮影位置で第1の画像データを取得するまで、ステップS104からステップS113の処理を繰り返し実行する。そして、すべての撮影位置で第1の画像データを取得すると、顕微鏡システム1は、三次元像を構築し(ステップS114)、三次元像構築処理を終了する。ここでは、処理装置20(画像処理部91)がステップS107で取得された複数の第1の画像データに基づいてサンプルSの三次元像を構築し、表示装置40に表示させる。   Thereafter, the microscope system 1 repeatedly executes the processing from step S104 to step S113 until the first image data is acquired at all photographing positions. When the first image data is acquired at all photographing positions, the microscope system 1 constructs a three-dimensional image (step S114), and ends the three-dimensional image construction process. Here, the processing device 20 (image processing unit 91) constructs a three-dimensional image of the sample S based on the plurality of first image data acquired in step S107, and causes the display device 40 to display the three-dimensional image.

以上のように、顕微鏡システム1は、切断装置30によるサンプルSの切断と顕微鏡装置10による画像データの取得とを繰り返す。これにより、サンプルSの厚さが厚い場合であっても、サンプルS全体に亘って画像データを取得することができる。また、焦点面の深さに応じた設定が補正環111に適用された状態で画像データを取得することで、球面収差に起因する画質の劣化を抑制することができる。これにより、従来よりも焦点面をより深い位置まで移動させてイメージングすることが可能となるため、時間がかかる切断処理の回数を従来よりも少なくすることができる。従って、顕微鏡システム1によれば、サンプルSの厚さが厚い場合であっても、球面収差に起因する画質の劣化が抑制されたサンプルSの三次元像を高速に構築することができる。   As described above, the microscope system 1 repeats the cutting of the sample S by the cutting device 30 and the acquisition of image data by the microscope device 10. Thereby, even if the thickness of the sample S is thick, the image data can be acquired over the entire sample S. Further, by acquiring the image data in a state where the setting according to the depth of the focal plane is applied to the correction ring 111, it is possible to suppress deterioration in image quality due to spherical aberration. As a result, the imaging can be performed by moving the focal plane to a deeper position than before, so that the number of time-consuming cutting processes can be reduced. Therefore, according to the microscope system 1, even when the thickness of the sample S is thick, a three-dimensional image of the sample S in which deterioration of image quality due to spherical aberration is suppressed can be constructed at high speed.

また、顕微鏡システム1では、三次元像構築に用いられる画像データの各々は、切断装置30によって除去される前にイメージングされた画像データであり、顕微鏡装置10は、次回の切断によりサンプルSが歪んでしまうことが想定される領域を切断前にイメージングする。従って、顕微鏡システム1によれば、切断に起因する歪みが三次元像に生じることを回避することができる。   In the microscope system 1, each piece of image data used for constructing the three-dimensional image is image data imaged before being removed by the cutting device 30, and the microscope device 10 distorts the sample S by the next cutting. An area that is supposed to be imaged is imaged before cutting. Therefore, according to the microscope system 1, it is possible to avoid the distortion caused by the cutting from occurring in the three-dimensional image.

また、顕微鏡システム1は、切断によってサンプルSが歪んでしまう領域の厚さを予め設定することで、焦点面の深さを制限する。これにより、カット面よりも過度に深い領域のイメージングを回避することができる。従って、顕微鏡システム1によれば、顕微鏡装置10で発生する球面収差量を抑えることができるため、補正装置で補正しきれないような大きな球面収差が発生する状況を抑制することができる。   The microscope system 1 limits the depth of the focal plane by setting in advance the thickness of the region where the sample S is distorted by cutting. Thereby, imaging of a region excessively deeper than the cut surface can be avoided. Therefore, according to the microscope system 1, since the amount of spherical aberration generated in the microscope apparatus 10 can be suppressed, a situation in which large spherical aberration that cannot be corrected by the correction apparatus can be suppressed.

さらに、顕微鏡システム1は、既にイメージング済みの領域を重複してイメージングすることないように、切断する度に焦点面の深さを所定の深さに変更する。これにより無駄な画像データの取得を防止することができる。また、顕微鏡システム1は、目標値算出処理において、顕微鏡装置10で発生する球面収差量を予め推定し、推定された球面収差量に基づいて補正環111の設定値が異なる複数の状態を決定する。これにより、補正環111の設定値の探索範囲を、図8に示すように、当初からある程度絞り込むことができるため、短時間で高精度に目標値を算出することができる。   Further, the microscope system 1 changes the depth of the focal plane to a predetermined depth every time the cutting is performed so that the already imaged region is not overlapped and imaged. Thereby, useless acquisition of image data can be prevented. Further, in the target value calculation process, the microscope system 1 preliminarily estimates the spherical aberration amount generated in the microscope apparatus 10, and determines a plurality of states in which the setting values of the correction ring 111 are different based on the estimated spherical aberration amount. . As a result, as shown in FIG. 8, the search range for the set value of the correction ring 111 can be narrowed to some extent from the beginning, so that the target value can be calculated with high accuracy in a short time.

図10は、顕微鏡システム1で行われる別の目標値算出処理のフローチャートである。図11は、図10に示す目標値算出処理について説明するための図である。図10及び図11を参照しながら、図10に示す目標値算出処理について説明する。なお、図10に示す目標値算出処理のステップS301からステップS305までの処理は、図7に示す目標値算出処理のステップS201からステップS205までの処理と同様であるので、詳細な説明は割愛する。   FIG. 10 is a flowchart of another target value calculation process performed in the microscope system 1. FIG. 11 is a diagram for explaining the target value calculation processing shown in FIG. The target value calculation process shown in FIG. 10 will be described with reference to FIGS. 10 and 11. Note that the processing from step S301 to step S305 of the target value calculation process shown in FIG. 10 is the same as the processing from step S201 to step S205 of the target value calculation process shown in FIG. .

顕微鏡システム1は、ステップS305で複数の評価値が算出されると、評価値と評価値に対応する設定値の複数の組み合わせに基づいて目標値を算出し(ステップS306)、目標値算出処理を終了する。   When a plurality of evaluation values are calculated in step S305, the microscope system 1 calculates a target value based on a plurality of combinations of the evaluation value and a set value corresponding to the evaluation value (step S306), and performs target value calculation processing. finish.

ステップS306では、処理装置20は、まず、ステップS303で取得した複数の画像データから3つ以上の画像データを選択する。この3つ以上の画像データは、ステップS305で算出した複数の評価値のうちの最大値が算出された画像データが含まれるように、選択される。   In step S306, the processing device 20 first selects three or more image data from the plurality of image data acquired in step S303. The three or more pieces of image data are selected so as to include the image data for which the maximum value of the plurality of evaluation values calculated in step S305 is calculated.

その後、処理装置20は、選択した3つ以上の画像データから得られる評価値とその評価値に対応する設定値の組み合わせに基づいて目標値を算出する。具体的には、3つ以上の評価値と設定値に基づいて、補間又は関数近似により関数を算出する。なお、この関数は、評価値と設定値に関する関数である。そして、算出した関数のピーク座標(評価値が最大となる座標)から得られる設定値が目標値として算出される。   Thereafter, the processing device 20 calculates a target value based on a combination of an evaluation value obtained from three or more selected image data and a setting value corresponding to the evaluation value. Specifically, a function is calculated by interpolation or function approximation based on three or more evaluation values and set values. This function is a function related to the evaluation value and the set value. Then, a set value obtained from the peak coordinates of the calculated function (coordinate at which the evaluation value is maximized) is calculated as a target value.

図11には、最大の評価値が算出される画像データとその前後(つまり、設定値が近い)の画像データからなる3つの画像データを選択し、それらの画像データから得られる3つの評価値と設定値の組み合わせからラグランジュ補間により二次関数を算出し、そのピーク座標から目標値を算出した例が示されている。なお、補間には、ラグランジュ補間、スプライン補間などの任意の補間法が採用され得る。また、関数近似にも、最小二乗法などの任意の近似法が採用され得る。   In FIG. 11, three image data consisting of image data for which the maximum evaluation value is calculated and image data before and after (that is, set values are close) are selected, and three evaluation values obtained from the image data are selected. An example is shown in which a quadratic function is calculated by Lagrangian interpolation from a combination of and setting values, and a target value is calculated from the peak coordinates. For the interpolation, any interpolation method such as Lagrangian interpolation or spline interpolation may be employed. In addition, an arbitrary approximation method such as a least square method can be adopted for the function approximation.

顕微鏡システム1は、図7に示す目標値算出処理の代わりに、図10に示す目標値算出処理を実行した場合であっても、同様の効果を得ることができる。また、図10に示す目標値算出処理を実行した場合には、図7に示す目標値算出処理よりもさらに少ない画像データの取得回数で目標値を高精度に算出することができる。従って、顕微鏡システム1は、より短時間で三次元像を構築することができる。   The microscope system 1 can obtain the same effect even when the target value calculation process shown in FIG. 10 is executed instead of the target value calculation process shown in FIG. In addition, when the target value calculation process shown in FIG. 10 is executed, the target value can be calculated with high accuracy with a smaller number of image data acquisition times than the target value calculation process shown in FIG. Therefore, the microscope system 1 can construct a three-dimensional image in a shorter time.

[第2の実施形態]
図12は、別の三次元像構築処理のフローチャートである。図13は、図1に例示される処理装置の機能構成の別の例を示した図である。図14は、補正関数処理のフローチャートである。図15は、補正関数の算出方法を説明するための図である。以下、図12から図15を参照しながら、本実施形態に係る顕微鏡システムで行われる三次元像構築処理の一例について、具体的に説明する。
[Second Embodiment]
FIG. 12 is a flowchart of another three-dimensional image construction process. FIG. 13 is a diagram illustrating another example of the functional configuration of the processing apparatus illustrated in FIG. FIG. 14 is a flowchart of the correction function process. FIG. 15 is a diagram for explaining a correction function calculation method. Hereinafter, an example of a three-dimensional image construction process performed by the microscope system according to the present embodiment will be specifically described with reference to FIGS.

なお、本実施形態に係る顕微鏡システム(以降、単に顕微鏡システムと記す)は、図5に示す三次元像構築処理の代わりに、図12に示す三次元像構築処理を行う点が、第1の実施形態に係る顕微鏡システム1と異なる。顕微鏡システムの物理構成は、顕微鏡システム1と同様である。   Note that the microscope system according to the present embodiment (hereinafter simply referred to as a microscope system) performs the three-dimensional image construction process shown in FIG. 12 in place of the three-dimensional image construction process shown in FIG. Different from the microscope system 1 according to the embodiment. The physical configuration of the microscope system is the same as that of the microscope system 1.

また、本実施形態に係る顕微鏡システムが有する処理装置20は、図12に示す三次元像構築処理を行うことで、図13に示す機能構成を有する。なお、処理装置20は、図13に示すように、焦点面の深さと補正環111で補正すべき球面収差量との対応関係を示す補正関数を算出する補正関数算出部95を備える。補正関数算出部95が算出した補正関数は、記憶装置であるメモリ22が記憶する。   Further, the processing apparatus 20 included in the microscope system according to the present embodiment has the functional configuration illustrated in FIG. 13 by performing the three-dimensional image construction process illustrated in FIG. As shown in FIG. 13, the processing device 20 includes a correction function calculation unit 95 that calculates a correction function indicating a correspondence relationship between the depth of the focal plane and the amount of spherical aberration to be corrected by the correction ring 111. The correction function calculated by the correction function calculation unit 95 is stored in the memory 22 that is a storage device.

顕微鏡システムは、まず、撮影設定を読み込み(ステップS401)、サンプルSの表面に焦点面を合わせ(ステップS402)、さらに、焦点面を初期位置へ移動する(ステップS403)。なお、ステップS401からステップS403までの処理は、図5に示すステップS101からステップS103までの処理と同様である。   First, the microscope system reads photographing settings (step S401), aligns the focal plane with the surface of the sample S (step S402), and moves the focal plane to the initial position (step S403). Note that the processing from step S401 to step S403 is the same as the processing from step S101 to step S103 shown in FIG.

焦点面が移動すると、顕微鏡システムは、補正関数を算出する(ステップS404)。ここでは、図14に示す補正関数算出処理が行われる。   When the focal plane moves, the microscope system calculates a correction function (step S404). Here, the correction function calculation process shown in FIG. 14 is performed.

補正関数算出処理では、顕微鏡システムは、まず、目標値算出処理を行い、初期位置における目標値を算出する(ステップS501)。なお、ステップS501で行われる目標値算出処理は、図7に示す目標値算出処理であってもよく、図10に示す目標値算出処理であってもよい。   In the correction function calculation process, the microscope system first performs a target value calculation process to calculate a target value at the initial position (step S501). The target value calculation process performed in step S501 may be the target value calculation process shown in FIG. 7 or the target value calculation process shown in FIG.

初期位置における目標値が算出されると、顕微鏡システムは、推定関数を算出する(ステップS502)。ここでは、処理装置20(補正関数算出部95)が、ステップS401で取得した媒質情報とストレージ24に記憶されている補正環情報から、顕微鏡装置10で発生する球面収差量を焦点面の深さ毎に推定し、推定関数を算出する。なお、図15には、サンプルSが屈折率の異なる2層構造を有する場合の、推定関数F1が例示されている。   When the target value at the initial position is calculated, the microscope system calculates an estimation function (step S502). Here, the processing apparatus 20 (correction function calculation unit 95) calculates the spherical aberration amount generated in the microscope apparatus 10 from the medium information acquired in step S401 and the correction ring information stored in the storage 24, and the depth of the focal plane. An estimation function is calculated for each estimation. FIG. 15 illustrates an estimation function F1 when the sample S has a two-layer structure with different refractive indexes.

その後、顕微鏡システムは、補正関数を算出し(ステップS503)、補正関数算出処理を終了する。ここでは、処理装置20(補正関数算出部95)が、ステップS501で算出された目標値と、ステップS502で算出された推定関数に基づいて、焦点面の深さ毎の目標値を表わす補正関数を算出し、記憶装置であるメモリ22に記憶させる。図15には、ステップS502で算出された補正関数F1をステップS501で算出された目標値P1に基づいて変形することで算出された補正関数F2が例示されている。   Thereafter, the microscope system calculates a correction function (step S503), and ends the correction function calculation process. Here, the processing device 20 (correction function calculation unit 95) uses the target value calculated in step S501 and the estimation function calculated in step S502 to indicate a correction function that represents a target value for each depth of the focal plane. Is calculated and stored in the memory 22 which is a storage device. FIG. 15 illustrates a correction function F2 calculated by modifying the correction function F1 calculated in step S502 based on the target value P1 calculated in step S501.

補正関数が算出されると、顕微鏡システムは、補正関数に基づいて目標値を算出し、補正環111の設定を変更する(ステップS405)。ここでは、まず、処理装置20(補正制御部94)が、メモリ22に記憶されている補正関数(焦点面の深さと補正環111で補正すべき球面収差量との対応関係)と現在の焦点面の深さに基づいて、現在の焦点面の深さに応じた目標値を算出する。さらに、その目標値を含む設定情報(即ち、補正環111が行うべき設定を表す設定情報)を補正環制御装置205に送出する。そして、補正環制御装置205が、処理装置20からの設定情報に従って補正環111の設定値を現在の焦点面の深さに応じた目標値に変更する。   When the correction function is calculated, the microscope system calculates a target value based on the correction function, and changes the setting of the correction ring 111 (step S405). Here, first, the processing device 20 (correction control unit 94) causes the correction function (correspondence between the depth of the focal plane and the amount of spherical aberration to be corrected by the correction ring 111) stored in the memory 22 and the current focus. Based on the depth of the surface, a target value corresponding to the depth of the current focal plane is calculated. Further, setting information including the target value (that is, setting information indicating a setting to be performed by the correction ring 111) is sent to the correction ring control device 205. Then, the correction ring control device 205 changes the setting value of the correction ring 111 to a target value corresponding to the current focal plane depth in accordance with the setting information from the processing device 20.

その後、顕微鏡システムは、レーザー101の出力を設定し(ステップS406)、焦点面の深さに応じた設定が補正環111に適用された状態で第1の画像データを取得する(ステップS407)。さらに、顕微鏡システムは、すべての撮影位置で第1の画像データを取得済みか否か判定し(ステップS408)、全ての撮影位置で第1の画像データを取得済みでない場合には、焦点面の深さが閾値を超えているか否か判定する(ステップS409)。焦点面の深さが閾値(イメージング深さDi)を超えていない場合には、顕微鏡システムは、焦点面をより深い位置である次の撮影位置に移動する(ステップS410)。その後、顕微鏡システムは、焦点面の深さが閾値を超えるまで、ステップS405からステップS410の処理を繰り返し実行する。なお、ステップS407からステップS410の処理は、図5に示すステップS105からステップS110までの処理と同様である。   Thereafter, the microscope system sets the output of the laser 101 (step S406), and acquires first image data in a state where the setting according to the depth of the focal plane is applied to the correction ring 111 (step S407). Furthermore, the microscope system determines whether or not the first image data has been acquired at all shooting positions (step S408). If the first image data has not been acquired at all shooting positions, the focal plane is determined. It is determined whether or not the depth exceeds the threshold (step S409). If the depth of the focal plane does not exceed the threshold (imaging depth Di), the microscope system moves the focal plane to the next imaging position that is a deeper position (step S410). Thereafter, the microscope system repeatedly executes the processing from step S405 to step S410 until the depth of the focal plane exceeds the threshold value. Note that the processing from step S407 to step S410 is the same as the processing from step S105 to step S110 shown in FIG.

焦点面の深さが閾値を超えると、顕微鏡システムは、サンプルSを切断し(ステップS411)、サンプルSの新たな表面(カット面)に焦点面を合わせ(ステップS412)、さらに、焦点面を所定の深さ位置へ移動する(ステップS413)。その後、顕微鏡システムは、すべての撮影位置で第1の画像データを取得するまで、ステップS405からステップS413の処理を繰り返し実行する。そして、すべての撮影位置で第1の画像データを取得すると、顕微鏡システムは、三次元像を構築し(ステップS414)、三次元像構築処理を終了する。なお、ステップS411からステップS414の処理は、図5に示すステップS111からステップS114までの処理と同様である。   When the depth of the focal plane exceeds the threshold value, the microscope system cuts the sample S (step S411), aligns the focal plane with the new surface (cut plane) of the sample S (step S412), and further changes the focal plane. Move to a predetermined depth position (step S413). Thereafter, the microscope system repeatedly executes the processing from step S405 to step S413 until the first image data is acquired at all the photographing positions. When the first image data is acquired at all photographing positions, the microscope system constructs a three-dimensional image (step S414), and ends the three-dimensional image construction process. Note that the processing from step S411 to step S414 is the same as the processing from step S111 to step S114 shown in FIG.

本実施形態に係る顕微鏡システムによっても、顕微鏡システム1と同様に、サンプルSの厚さが厚い場合であっても、球面収差に起因する画質の劣化が抑制されたサンプルSの三次元像を高速に構築することができる。さらに、補正関数を用いることで補正関数算出後は画像データを取得することなく目標値を算出することができる。従って、本実施形態に係る顕微鏡システムによれば、顕微鏡システム1よりも高速に三次元像を構築することができる。   Also in the microscope system according to the present embodiment, as in the microscope system 1, even when the thickness of the sample S is large, a three-dimensional image of the sample S in which the deterioration of the image quality due to spherical aberration is suppressed is high-speed. Can be built. Further, by using the correction function, the target value can be calculated without acquiring the image data after calculating the correction function. Therefore, according to the microscope system according to the present embodiment, a three-dimensional image can be constructed at a higher speed than the microscope system 1.

図16は、別の補正関数処理のフローチャートである。本実施形態に係る顕微鏡システムは、図14に示す補正関数算出処理の代わりに、図16に示す補正関数算出処理を行ってもよい。   FIG. 16 is a flowchart of another correction function process. The microscope system according to the present embodiment may perform a correction function calculation process shown in FIG. 16 instead of the correction function calculation process shown in FIG.

図16に示す補正関数算出処理では、顕微鏡システムは、焦点面の深さを変更しながら目標値算出処理を所定回数だけ繰り返す(ステップS601からステップS603)。顕微鏡システムは、異なる深さにおける所定数の目標値が算出されると、補正関数を算出し(ステップS604)、補正関数算出処理を終了する。ここでは、処理装置20(補正関数算出部95)が、目標値と深さの複数の組み合わせに基づいて補正関数を算出する。補正関数は、任意の補間法又は関数近似によって算出し得る。   In the correction function calculation process shown in FIG. 16, the microscope system repeats the target value calculation process a predetermined number of times while changing the depth of the focal plane (steps S601 to S603). When a predetermined number of target values at different depths are calculated, the microscope system calculates a correction function (step S604) and ends the correction function calculation process. Here, the processing device 20 (correction function calculation unit 95) calculates a correction function based on a plurality of combinations of target values and depths. The correction function can be calculated by any interpolation method or function approximation.

顕微鏡システムは、図14に示す補正関数算出処理の代わりに、図16に示す補正関数算出処理を実行した場合であっても、同様の効果を得ることができる。   The microscope system can obtain the same effect even when the correction function calculation process shown in FIG. 16 is executed instead of the correction function calculation process shown in FIG.

[第3の実施形態]
図17は、更に別の三次元像構築処理のフローチャートである。図18は、図1に例示される処理装置20の機能構成の更に別の例を示した図である。以下、図17及び図18を参照しながら、本実施形態に係る顕微鏡システムで行われる三次元像構築処理の一例について、具体的に説明する。
[Third Embodiment]
FIG. 17 is a flowchart of still another 3D image construction process. FIG. 18 is a diagram showing still another example of the functional configuration of the processing apparatus 20 illustrated in FIG. Hereinafter, an example of a three-dimensional image construction process performed by the microscope system according to the present embodiment will be specifically described with reference to FIGS. 17 and 18.

なお、本実施形態に係る顕微鏡システム(以降、単に顕微鏡システムと記す)は、図12に示す三次元像構築処理の代わりに、図17に示す三次元像構築処理を行う点が、第2の実施形態に係る顕微鏡システムと異なる。顕微鏡システムの物理構成は、第2の実施形態に係る顕微鏡システムと同様である。   Note that the microscope system according to the present embodiment (hereinafter simply referred to as a microscope system) performs the 3D image construction process shown in FIG. 17 instead of the 3D image construction process shown in FIG. Different from the microscope system according to the embodiment. The physical configuration of the microscope system is the same as that of the microscope system according to the second embodiment.

また、本実施形態に係る顕微鏡システムが有する処理装置20は、図17に示す三次元像構築処理を行うことで、図18に示す機能構成を有する。なお、処理装置20は、図18に示すように、焦点面の深さと補正環111で補正すべき球面収差量との対応関係を示す補正関数を算出しメモリ22に記憶させる補正関数算出部95と、切断装置30がサンプルSを切断する度に、メモリ22に記憶されている補正関数を更新する更新部96を備える。   Further, the processing apparatus 20 included in the microscope system according to the present embodiment has the functional configuration illustrated in FIG. 18 by performing the three-dimensional image construction process illustrated in FIG. As shown in FIG. 18, the processing device 20 calculates a correction function indicating a correspondence relationship between the depth of the focal plane and the amount of spherical aberration to be corrected by the correction ring 111 and stores the correction function in a memory 22. And an update unit 96 that updates the correction function stored in the memory 22 each time the cutting device 30 cuts the sample S.

図17に示す三次元像構築処理は、サンプルSを切断する度に、複数の第2の画像データを取得して補正関数を算出する補正関数算出処理を行い(ステップS704)、補正関数を更新する点が、図12に示す三次元像構築処理とは異なっている。その他の点は同様であり、ステップS701からステップS714の処理は、図12に示す三次元像構築処理のステップS401からステップS417に対応する。   In the three-dimensional image construction process shown in FIG. 17, every time the sample S is cut, a correction function calculation process for acquiring a plurality of second image data and calculating a correction function is performed (step S704), and the correction function is updated. This is different from the three-dimensional image construction process shown in FIG. The other points are the same, and the processing from step S701 to step S714 corresponds to step S401 to step S417 of the three-dimensional image construction processing shown in FIG.

本実施形態に係る顕微鏡システムによっても、第1の実施形態に係る顕微鏡システム1及び第2の実施形態に係る顕微鏡システムと同様に、サンプルSの厚さが厚い場合であっても、球面収差に起因する画質の劣化が抑制されたサンプルSの三次元像を高速に構築することができる。さらに、補正関数を用いることで目標値算出のために行う画像データ取得回数を少なくすることができる。このため、本実施形態に係る顕微鏡システムによっても、第2の実施形態に係る顕微鏡システムと同様に、顕微鏡システム1よりも高速に三次元像を構築することができる。さらに、本実施形態に係る顕微鏡システムでは、切断装置30がサンプルを切断する度にサンプルSの画像データを取得して補正関数を算出し直すことで、補正関数に基づいて精度の高い目標値を算出することができる。従って、本実施形態に係る顕微鏡システムによれば、第2の実施形態に係る顕微鏡システムよりも高画質な三次元像を構築し得る。   Even with the microscope system according to the present embodiment, as in the microscope system 1 according to the first embodiment and the microscope system according to the second embodiment, even when the sample S is thick, the spherical aberration is reduced. It is possible to construct a three-dimensional image of the sample S in which deterioration of image quality due to the suppression is suppressed at high speed. Furthermore, the use of the correction function can reduce the number of times image data is acquired for target value calculation. For this reason, also by the microscope system according to the present embodiment, a three-dimensional image can be constructed at a higher speed than the microscope system 1 as in the microscope system according to the second embodiment. Furthermore, in the microscope system according to the present embodiment, every time the cutting device 30 cuts the sample, the image data of the sample S is acquired and the correction function is calculated again, so that a highly accurate target value can be obtained based on the correction function. Can be calculated. Therefore, according to the microscope system according to the present embodiment, a three-dimensional image with higher image quality than that of the microscope system according to the second embodiment can be constructed.

[第4の実施形態]
図19は、更に別の三次元像構築処理のフローチャートである。図20は、切断前後に重複して画像データを取得する領域について説明するための図である。以下、図19及び図20を参照しながら、本実施形態に係る顕微鏡システムで行われる三次元像構築処理の一例について、具体的に説明する。
[Fourth Embodiment]
FIG. 19 is a flowchart of still another 3D image construction process. FIG. 20 is a diagram for explaining a region in which image data is acquired before and after cutting. Hereinafter, an example of the three-dimensional image construction process performed by the microscope system according to the present embodiment will be specifically described with reference to FIGS. 19 and 20.

なお、本実施形態に係る顕微鏡システム(以降、単に顕微鏡システムと記す)は、図5に示す三次元像構築処理の代わりに、図19に示す三次元像構築処理を行う点が、第1の実施形態に係る顕微鏡システム1と異なる。顕微鏡システムの物理構成は、顕微鏡システム1と同様である。   Note that the microscope system according to this embodiment (hereinafter simply referred to as a microscope system) performs the 3D image construction process shown in FIG. 19 instead of the 3D image construction process shown in FIG. Different from the microscope system 1 according to the embodiment. The physical configuration of the microscope system is the same as that of the microscope system 1.

図19に示す三次元像構築処理は、サンプルSの1回目の切断までの処理は、図5に示す三次元像構築処理と同様である。即ち、ステップS801からステップS811までの処理は、図5に示すステップS101からステップS111までの処理と同様である。   In the 3D image construction process shown in FIG. 19, the process up to the first cutting of the sample S is the same as the 3D image construction process shown in FIG. That is, the processing from step S801 to step S811 is the same as the processing from step S101 to step S111 shown in FIG.

顕微鏡システム1は、サンプルSの1回目の切断が終了すると、サンプル表面に焦点面を合わせる(ステップS812)。この処理は、図5に示すステップS112の処理と同様である。その後、顕微鏡システム1は、既に行われた切断の回数を判定する(ステップS813、ステップS814)。   When the first cutting of the sample S is completed, the microscope system 1 adjusts the focal plane to the sample surface (step S812). This process is the same as the process of step S112 shown in FIG. Thereafter, the microscope system 1 determines the number of cuts that have already been made (steps S813 and S814).

ステップS813で切断が1回目であると判定されると、ステップS804に戻って、ステップS804からステップS814の処理を繰り返す。つまり、1回目の切断後は、顕微鏡システム1は、サンプル表面(1回目の切断により形成されたカット面C1)から画像データの取得を開始する。これにより、図20に示すように、1回目のカット面C1と2回面のカット面C2の間に1回目の切断前後に重複して画像データが取得される重複領域が生じる。なお、図20に示す領域Riは、各回のカット前にイメージングされる領域を示している。   If it is determined in step S813 that the cutting is the first time, the process returns to step S804 and the processes from step S804 to step S814 are repeated. That is, after the first cutting, the microscope system 1 starts acquiring image data from the sample surface (cut surface C1 formed by the first cutting). As a result, as shown in FIG. 20, there is an overlapping region where image data is acquired before and after the first cut between the first cut surface C1 and the second cut surface C2. Note that a region Ri illustrated in FIG. 20 indicates a region to be imaged before each cut.

ステップS814で切断が2回目であると判定されると、顕微鏡システム1は、取得済みの画像データに基づいて実際の歪み厚さtd2を算出する(ステップS816)。ここでは、処理装置20が、図20に示す重複領域について1回目の切断前に取得した画像データと1回目の切断後に取得した画像データを比較して、切断により歪んだ領域を特定し、実際の歪み領域の厚さtd2を算出する。なお、画像データを比較して歪んだ領域を特定する方法としては、例えば、パターンマッチングを使用した方法、相関係数を使用した方法など、任意の方法が採用し得る。   If it is determined in step S814 that the cutting is the second time, the microscope system 1 calculates the actual strain thickness td2 based on the acquired image data (step S816). Here, the processing device 20 compares the image data acquired before the first cutting with the image data acquired after the first cutting for the overlapping area shown in FIG. The thickness td2 of the strain region is calculated. As a method for identifying a distorted region by comparing image data, for example, an arbitrary method such as a method using pattern matching or a method using a correlation coefficient can be adopted.

実際の歪み厚さtd2が算出されると、顕微鏡システム1は、切断装置30が除去する切断片の厚さであるカット厚さを更新する(ステップS817)。ここでは、処理装置20は、ステップS801で決定したイメージング厚さDiとステップS816で算出した実際の歪み厚さtd2とに基づいて、下式(3)を満たすようにカット厚さtc2を決定し、現在設定されているカット厚さtcをカット厚さtc2に更新する。
Di≧tc2+td2 (3)
When the actual strain thickness td2 is calculated, the microscope system 1 updates the cut thickness, which is the thickness of the cut piece removed by the cutting device 30 (step S817). Here, the processing apparatus 20 determines the cut thickness tc2 to satisfy the following equation (3) based on the imaging thickness Di determined in step S801 and the actual strain thickness td2 calculated in step S816. The currently set cut thickness tc is updated to the cut thickness tc2.
Di ≧ tc2 + td2 (3)

なお、カット厚さtc2は式(3)を満たすできる限り大きな値に決定されることが望ましく、従って、Di−td2に近い値に決定することが望ましい。ステップS817では、カット厚さtc2は、例えば、Di−td2に決定される。   Note that the cut thickness tc2 is desirably determined to be as large as possible to satisfy the expression (3), and accordingly, it is desirable to determine the value close to Di-td2. In step S817, the cut thickness tc2 is determined to be Di-td2, for example.

予め設定されている歪み厚さtdは、歪んでしまう領域を大きめに見積もって算出されることが多いため、実際の歪み厚さtd2よりも大きな値を有するのが通常である。このため、実際の歪み厚さtd2に基づいて算出したカット厚さtc2は、カット厚さtcよりも大きくなることが多い。   Since the strain thickness td set in advance is often calculated by estimating a large strain area, the strain thickness td is generally larger than the actual strain thickness td2. For this reason, the cut thickness tc2 calculated based on the actual strain thickness td2 is often larger than the cut thickness tc.

カット厚さを更新すると、顕微鏡システム1は、焦点面を所定の深さ位置へ移動し(ステップS815)、その後、ステップS804に戻る。ここでは、処理装置20(深さ制御部92)が、焦点面の深さが所定の深さになるようにZ制御装置204にZ駆動装置109を制御させる。所定の深さは、例えば、Di−tc2で算出されるイメージング済みの領域の厚さに、ステップS801で決定した画像データを取得する深さ方向の間隔を加えることで算出されてもよい。   When the cut thickness is updated, the microscope system 1 moves the focal plane to a predetermined depth position (step S815), and then returns to step S804. Here, the processing device 20 (depth control unit 92) causes the Z control device 204 to control the Z drive device 109 so that the depth of the focal plane becomes a predetermined depth. The predetermined depth may be calculated, for example, by adding the interval in the depth direction for acquiring the image data determined in step S801 to the thickness of the imaged region calculated in Di-tc2.

ステップS814で切断が3回目以降であると判定された場合には、顕微鏡システム1は、焦点面を所定の深さ位置へ移動し(ステップS815)、すべての撮影位置で第1の画像データを取得するまで、ステップS804からステップS815の処理を繰り返し実行する。そして、すべての撮影位置で第1の画像データを取得すると、顕微鏡システム1は、三次元像を構築し(ステップS818)、三次元像構築処理を終了する。なお、ステップS818の処理は、図5のステップ114の処理と同様である。   When it is determined in step S814 that the cutting has been performed for the third time or later, the microscope system 1 moves the focal plane to a predetermined depth position (step S815), and the first image data is obtained at all photographing positions. Until it is acquired, the processing from step S804 to step S815 is repeatedly executed. When the first image data is acquired at all photographing positions, the microscope system 1 constructs a three-dimensional image (step S818), and ends the three-dimensional image construction process. Note that the processing in step S818 is similar to the processing in step 114 in FIG.

本実施形態に係る顕微鏡システムによっても、顕微鏡システム1と同様に、サンプルSの厚さが厚い場合であっても、球面収差に起因する画質の劣化が抑制されたサンプルSの三次元像を高速に構築することができる。さらに、2回目の切断以降、実測した歪み厚さtd2に基づいて決定したカット厚さtc2でサンプルを切断する。従って、切断回数をさらに少なくできる可能性が高く、第1の実施形態に係る顕微鏡システム1に比べて、より高速な三次元像構築が可能となる。   Also in the microscope system according to the present embodiment, as in the microscope system 1, even when the thickness of the sample S is large, a three-dimensional image of the sample S in which the deterioration of the image quality due to spherical aberration is suppressed is high-speed. Can be built. Further, after the second cutting, the sample is cut at the cut thickness tc2 determined based on the actually measured strain thickness td2. Therefore, there is a high possibility that the number of times of cutting can be further reduced, and it is possible to construct a three-dimensional image faster than the microscope system 1 according to the first embodiment.

上述した実施形態は、発明の理解を容易にするための具体例を示したものであり、本発明の実施形態はこれらに限定されるものではない。顕微鏡システム、及び、三次元像構築方法は、特許請求の範囲の記載を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。   The embodiments described above show specific examples for facilitating understanding of the invention, and the embodiments of the present invention are not limited to these. The microscope system and the three-dimensional image construction method can be variously modified and changed without departing from the scope of the claims.

顕微鏡装置10が2光子励起顕微鏡装置である例を示したが、顕微鏡システムを構成する顕微鏡装置は、2光子励起顕微鏡装置に限らず、例えば、対物レンズの光軸と直交する方向からサンプルSを照明するライトシート顕微鏡装置であってもよい。   Although the example in which the microscope apparatus 10 is a two-photon excitation microscope apparatus has been shown, the microscope apparatus constituting the microscope system is not limited to the two-photon excitation microscope apparatus. It may be a light sheet microscope apparatus that illuminates.

補正環制御装置205がZ駆動装置109を制御して焦点面の深さを変化させる構成を例示したが、補正環制御装置205は、顕微鏡のステージを光軸方向に移動させることにより焦点面の深さを変化させてもよい。   The configuration in which the correction ring control device 205 controls the Z driving device 109 to change the depth of the focal plane is exemplified, but the correction ring control device 205 moves the microscope stage in the optical axis direction to move the focal plane. The depth may be changed.

補正環111の設定に応じて対物レンズ110の焦点面が変動することがある。そのような対物レンズ110が使用される場合には、図21に示すように、処理装置20(深さ制御部92)は、補正環111の設定が変更される度に、Z駆動装置109に補正環111の設定変更に起因する焦点面の変動を補償するようにZ駆動装置109を制御させてもよい。   Depending on the setting of the correction ring 111, the focal plane of the objective lens 110 may vary. When such an objective lens 110 is used, as shown in FIG. 21, the processing device 20 (depth control unit 92) causes the Z driving device 109 to be changed every time the setting of the correction ring 111 is changed. The Z driving device 109 may be controlled so as to compensate for the focal plane variation caused by the setting change of the correction ring 111.

焦点の深さに応じて変化する球面収差を補正する補正装置として補正環111を例示したが、補正装置は、光路上で生じる球面収差の量を変化させることができるものであればよい。補正装置は、例えば、LCOS(Liquid crystal on silicon、商標)、DFM(Deformable Mirror)、液体レンズなどを用いたAO(Adaptive Optics)デバイスであってもよい。また、発生する球面収差量が大きく単一の補正装置では十分に球面収差を補正しきれない場合には、補正する球面収差量を複数の補正装置で分担し、顕微鏡装置10で生じる球面収差を補正してもよい。   The correction ring 111 is exemplified as a correction device that corrects the spherical aberration that changes according to the depth of focus, but the correction device may be any device that can change the amount of spherical aberration that occurs on the optical path. The correction apparatus may be, for example, an AO (Adaptive Optics) device using LCOS (Liquid crystal on silicon (trademark)), DFM (Deformable Mirror), a liquid lens, or the like. Further, when the amount of generated spherical aberration is large and the single correction device cannot sufficiently correct the spherical aberration, the amount of spherical aberration to be corrected is shared by a plurality of correction devices, and the spherical aberration generated in the microscope apparatus 10 is reduced. It may be corrected.

1・・・顕微鏡システム、10・・・顕微鏡装置、20・・・処理装置、21・・・プロセッサ、22・・・メモリ、23・・・入出力インターフェース、24・・・ストレージ、25・・・可搬記録媒体駆動装置、26・・・可搬記録媒体、27・・・バス、30・・・切断装置、31・・・カッターステージ、32・・・超音波振動子、33・・・カッター、34・・・カッター制御装置、40・・・表示装置、50・・・キーボード、60・・・補正環操作装置、70・・・Z操作装置、91・・・画像処理部、92・・・深さ制御部、93・・・目標値算出部、94・・・補正制御部、95・・・補正関数算出部、96・・・更新部、100・・・顕微鏡、101・・・レーザー、102・・・走査ユニット、103・・・瞳投影光学系、104・・・ミラー、105・・・ダイクロイックミラー、106・・・瞳投影光学系、107・・・光検出器、108・・・A/D変換器、109・・・Z駆動装置、110・・・対物レンズ、111・・・補正環、112・・・ステッピングモーター、113・・・リミットセンサー、114・・・フラグ部材、115・・・ベース部材、116・・・XYステージ、200・・・顕微鏡制御装置、201・・・画像取得装置、202・・・光源制御装置、203・・・ズーム制御装置、204・・・Z制御装置、205・・・補正環制御装置、206・・・XY制御装置、S・・・サンプル、C1・・・カット面、C2・・・カット面、Srd・・・歪み領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Microscope system, 10 ... Microscope apparatus, 20 ... Processing apparatus, 21 ... Processor, 22 ... Memory, 23 ... Input / output interface, 24 ... Storage, 25 ... -Portable recording medium drive device, 26 ... Portable recording medium, 27 ... Bus, 30 ... Cutting device, 31 ... Cutter stage, 32 ... Ultrasonic transducer, 33 ... Cutter 34 ... Cutter control device 40 ... Display device 50 ... Keyboard 60 ... Correction ring operation device 70 ... Z operation device 91 ... Image processing unit 92 .. Depth control unit, 93... Target value calculation unit, 94... Correction control unit, 95... Correction function calculation unit, 96. Laser, 102 ... scanning unit, 103 ... pupil projection light 104, mirror, 105 ... dichroic mirror, 106 ... pupil projection optical system, 107 ... photodetector, 108 ... A / D converter, 109 ... Z drive device, DESCRIPTION OF SYMBOLS 110 ... Objective lens, 111 ... Correction ring, 112 ... Stepping motor, 113 ... Limit sensor, 114 ... Flag member, 115 ... Base member, 116 ... XY stage, 200 ... Microscope control device, 201 ... Image acquisition device, 202 ... Light source control device, 203 ... Zoom control device, 204 ... Z control device, 205 ... Correction ring control device, 206 ..XY control device, S ... sample, C1 ... cut surface, C2 ... cut surface, Srd ... distortion region

Claims (15)

対物レンズと、球面収差を補正する補正装置と、前記補正装置を制御する補正制御装置と、を有する顕微鏡装置であって、サンプルをイメージングして画像データを取得する顕微鏡装置と、
前記対物レンズの光軸と直交する面に沿って前記サンプルを切断し、前記サンプルを複数の領域に区画する切断装置と、
前記補正制御装置に前記補正装置の設定を前記対物レンズの焦点面の深さに応じた設定に変更させる補正制御部と、複数の第1の画像データに基づいて前記サンプルの三次元像を構築する画像処理部と、を有する処理装置であって、前記複数の第1の画像データの各々は前記焦点面の深さに応じた設定が前記補正装置に適用された状態で前記顕微鏡装置により取得された画像データであり、前記複数の第1の画像データは前記複数の領域のうちの少なくとも2つの領域の画像データを含む、処理装置と、を備える
ことを特徴とする顕微鏡システム。
A microscope apparatus having an objective lens, a correction apparatus that corrects spherical aberration, and a correction control apparatus that controls the correction apparatus, and a microscope apparatus that images a sample and acquires image data;
A cutting device for cutting the sample along a plane orthogonal to the optical axis of the objective lens, and dividing the sample into a plurality of regions;
A correction control unit for causing the correction control device to change the setting of the correction device to a setting corresponding to the depth of the focal plane of the objective lens, and constructing a three-dimensional image of the sample based on a plurality of first image data Each of the plurality of first image data is acquired by the microscope apparatus in a state in which a setting corresponding to the depth of the focal plane is applied to the correction apparatus. And a processing device, wherein the plurality of first image data includes image data of at least two of the plurality of regions.
請求項1に記載の顕微鏡システムにおいて、
前記切断装置は、前記光軸と直交する面に沿って前記サンプルを切断し、前記顕微鏡装置でイメージング済みの領域を除去し、
前記複数の第1の画像データの各々は前記切断装置によって除去される前に前記顕微鏡装置によりイメージングされた画像データである
ことを特徴とする顕微鏡システム。
The microscope system according to claim 1, wherein
The cutting device cuts the sample along a plane orthogonal to the optical axis, and removes an area that has been imaged by the microscope device;
Each of the plurality of first image data is image data imaged by the microscope device before being removed by the cutting device.
請求項1又は請求項2に記載の顕微鏡システムにおいて、
前記切断装置は、前記光軸と直交する面に沿って前記サンプルを切断し、前記顕微鏡装置でイメージング済みの領域を所定の厚さの領域を残して除去し、
前記複数の第1の画像データの各々は前記切断装置によって除去される前に前記顕微鏡装置によりイメージングされた画像データである
ことを特徴とする顕微鏡システム。
The microscope system according to claim 1 or 2,
The cutting device cuts the sample along a plane orthogonal to the optical axis, and removes a region that has been imaged by the microscope device, leaving a region of a predetermined thickness,
Each of the plurality of first image data is image data imaged by the microscope device before being removed by the cutting device.
請求項3に記載の顕微鏡システムにおいて、
前記顕微鏡装置は、さらに、
前記焦点面の深さを変更する深さ変更装置と、
前記深さ変更装置を制御する深さ制御装置と、を備え、
前記処理装置は、さらに、前記切断装置が前記サンプルを切断する度に、前記深さ制御装置に前記焦点面の深さが前記所定の厚さに対応する所定の深さになるように前記深さ変更装置を制御させる深さ制御部を備える
ことを特徴とする顕微鏡システム。
The microscope system according to claim 3,
The microscope apparatus further includes:
A depth changing device for changing the depth of the focal plane;
A depth control device for controlling the depth changing device,
The processing apparatus is further configured so that each time the cutting apparatus cuts the sample, the depth control apparatus causes the depth of the focal plane to be a predetermined depth corresponding to the predetermined thickness. A microscope system comprising a depth control unit for controlling the height changing device.
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の顕微鏡システムにおいて、
前記処理装置は、さらに、前記焦点面の深さと前記補正装置で補正すべき球面収差量との対応関係を記憶する記憶装置を備え、
前記補正制御部は、前記記憶装置に記憶されている前記対応関係に基づいて、前記補正装置が行うべき設定を表す設定情報を前記補正制御装置に送出し、
前記補正制御装置は、前記補正制御部が送出した前記設定情報に従って、前記補正装置を制御する
ことを特徴とする顕微鏡システム。
The microscope system according to any one of claims 1 to 4,
The processing device further includes a storage device that stores a correspondence relationship between the depth of the focal plane and the amount of spherical aberration to be corrected by the correction device,
The correction control unit sends setting information indicating settings to be performed by the correction device to the correction control device based on the correspondence relationship stored in the storage device,
The microscope system according to claim 1, wherein the correction control device controls the correction device in accordance with the setting information transmitted by the correction control unit.
請求項5に記載の顕微鏡システムにおいて、
前記処理装置は、さらに、前記記憶装置に記憶されている前記対応関係を、前記切断装置が前記サンプルを切断する度に更新する更新部を備える
ことを特徴とする顕微鏡システム。
The microscope system according to claim 5,
The processing apparatus further includes an update unit that updates the correspondence relationship stored in the storage device each time the cutting device cuts the sample.
請求項6に記載の顕微鏡システムにおいて、
前記更新部は、前記切断装置が前記サンプルを切断する度に前記顕微鏡装置で取得された複数の第2の画像データに基づいて、前記記憶装置に記憶されている前記対応関係を更新し、
前記複数の第2の画像データは、前記補正装置の設定が異なる複数の状態で前記サンプルの同一断面をイメージングした複数の画像データである
ことを特徴とする顕微鏡システム。
The microscope system according to claim 6, wherein
The update unit updates the correspondence stored in the storage device based on a plurality of second image data acquired by the microscope device each time the cutting device cuts the sample,
The plurality of second image data is a plurality of image data obtained by imaging the same cross section of the sample in a plurality of states with different settings of the correction device.
請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の顕微鏡システムにおいて、
前記顕微鏡装置は、2光子励起顕微鏡装置である
ことを特徴とする顕微鏡システム。
The microscope system according to any one of claims 1 to 7,
The microscope system is a two-photon excitation microscope apparatus.
請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の顕微鏡システムにおいて、
前記補正装置は、前記対物レンズに設けられた電動補正環である
ことを特徴とする顕微鏡システム。
The microscope system according to any one of claims 1 to 8,
The microscope system according to claim 1, wherein the correction device is an electric correction ring provided in the objective lens.
請求項3に記載の顕微鏡システムにおいて、
前記補正装置は、前記対物レンズに設けられた電動補正環であり、
前記深さ制御部は、前記電動補正環の設定が変更される度に、前記深さ制御装置に前記電動補正環の設定変更に起因する前記焦点面の変動を補償するように前記深さ変更装置を制御させる
ことを特徴とする顕微鏡システム。
The microscope system according to claim 3,
The correction device is an electric correction ring provided in the objective lens,
The depth control unit changes the depth so that the depth control device compensates for variations in the focal plane due to the setting change of the electric correction ring whenever the setting of the electric correction ring is changed. A microscope system characterized by controlling an apparatus.
対物レンズを有し、サンプルをイメージングして画像データを取得する顕微鏡装置と、
前記対物レンズの光軸と直交する面に沿って前記サンプルを切断し、前記サンプルを複数の領域に区画する切断装置であって、前記顕微鏡装置でイメージング済みの領域を除去する切断装置と、
複数の第1の画像データに基づいて前記サンプルの三次元像を構築する画像処理部を有する処理装置であって、前記複数の第1の画像データの各々は前記切断装置によって除去される前に前記顕微鏡装置によりイメージングされた画像データであり、前記複数の第1の画像データは前記複数の領域のうちの少なくとも2つの領域の画像データを含む、処理装置と、を備える
ことを特徴とする顕微鏡システム。
A microscope apparatus having an objective lens and acquiring image data by imaging a sample;
A cutting device that cuts the sample along a plane orthogonal to the optical axis of the objective lens and divides the sample into a plurality of regions, and a cutting device that removes the region imaged by the microscope device;
A processing device having an image processing unit for constructing a three-dimensional image of the sample based on a plurality of first image data, wherein each of the plurality of first image data is removed by the cutting device A microscope comprising: a processing device that is image data imaged by the microscope device, wherein the plurality of first image data includes image data of at least two regions of the plurality of regions. system.
請求項11に記載の顕微鏡システムにおいて、
前記切断装置は、前記光軸と直交する面に沿って前記サンプルを切断し、前記顕微鏡装置でイメージング済みの領域を所定の厚さの領域を残して除去する
ことを特徴とする顕微鏡システム。
The microscope system according to claim 11, wherein
The cutting apparatus cuts the sample along a plane orthogonal to the optical axis, and removes an area that has been imaged by the microscope apparatus, leaving an area having a predetermined thickness.
請求項12に記載の顕微鏡システムにおいて、
前記顕微鏡装置は、さらに、
前記対物レンズの焦点面の深さを変更する深さ変更装置と、
前記深さ変更装置を制御する深さ制御装置と、を備え、
前記処理装置は、さらに、前記切断装置が前記サンプルを切断する度に、前記深さ制御装置に前記焦点面の深さが前記所定の厚さに対応する所定の深さになるように前記深さ変更装置を制御させる深さ制御部を備える
ことを特徴とする顕微鏡システム。
The microscope system according to claim 12,
The microscope apparatus further includes:
A depth changing device for changing the depth of the focal plane of the objective lens;
A depth control device for controlling the depth changing device,
The processing apparatus is further configured so that each time the cutting apparatus cuts the sample, the depth control apparatus causes the depth of the focal plane to be a predetermined depth corresponding to the predetermined thickness. A microscope system comprising a depth control unit for controlling the height changing device.
対物レンズと、球面収差を補正する補正装置と、前記補正装置を制御する補正制御装置と、を有する顕微鏡装置であって、サンプルをイメージングして画像データを取得する顕微鏡装置と、
前記対物レンズの光軸と直交する面に沿って前記サンプルを切断し、前記サンプルを複数の領域に区画する切断装置と、
メモリと前記メモリにつながるプロセッサとを有する処理装置であって、プロセッサが、前記補正制御装置に前記補正装置の設定を前記対物レンズの焦点面の深さに応じた設定に変更させる処理と、複数の第1の画像データに基づいて前記サンプルの三次元像を構築する処理と、行うように構成される処理装置と、を備え、
前記複数の第1の画像データの各々は、前記焦点面の深さに応じた設定が前記補正装置に適用された状態で前記顕微鏡装置により取得された画像データであり、
前記複数の第1の画像データは、前記複数の領域のうちの少なくとも2つの領域の画像データを含む
ことを特徴とする顕微鏡システム。
A microscope apparatus having an objective lens, a correction apparatus that corrects spherical aberration, and a correction control apparatus that controls the correction apparatus, and a microscope apparatus that images a sample and acquires image data;
A cutting device for cutting the sample along a plane orthogonal to the optical axis of the objective lens, and dividing the sample into a plurality of regions;
A processing device having a memory and a processor connected to the memory, wherein the processor causes the correction control device to change the setting of the correction device to a setting corresponding to the depth of the focal plane of the objective lens; A process for constructing a three-dimensional image of the sample based on the first image data, and a processing device configured to perform the processing,
Each of the plurality of first image data is image data acquired by the microscope apparatus in a state where a setting according to the depth of the focal plane is applied to the correction apparatus,
The microscope system, wherein the plurality of first image data includes image data of at least two of the plurality of regions.
対物レンズの光軸と直交する面に沿ってサンプルを切断し、前記サンプルを複数の領域に区画し、
前記対物レンズと球面収差を補正する補正装置とを有する顕微鏡装置で、前記対物レンズの焦点面の深さに応じた設定が前記補正装置に適用された状態で前記サンプルをイメージングして、前記複数の領域のうちの少なくとも2つの領域の第1の画像データを含む複数の画像データを取得し、
前記複数の第1の画像データに基づいて前記サンプルの三次元像を構築する
ことを特徴とする三次元像構築方法。
Cutting the sample along a plane perpendicular to the optical axis of the objective lens, dividing the sample into a plurality of regions,
A microscope apparatus having the objective lens and a correction apparatus for correcting spherical aberration, imaging the sample in a state where a setting according to a depth of a focal plane of the objective lens is applied to the correction apparatus, and A plurality of image data including the first image data of at least two of the regions;
A three-dimensional image construction method comprising constructing a three-dimensional image of the sample based on the plurality of first image data.
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