JP2018101092A - Light field microscope - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light field microscope capable of forming illumination light having a uniform luminance distribution in an optical axis direction of the objective lens in an area on a specimen used for imaging with simple configuration at a low cost.SOLUTION: A light field microscope 10 includes: an object lens 11 for capturing light from specimen S; and an illumination unit for irradiating a sample S with a beam of illumination light from a direction perpendicular to the optical axis of the object lens 11. The illumination unit includes: a light source 25 that emits illumination light; a multimode fiber 1 that guides the beam of illumination light from the light source 25 and outputs the same from an exit end face; and an illumination optical system 18 that projects an image on an exit end face 1a on the optical axis of the object lens 11. The illumination unit applies the beam of the illumination light so that the illumination light has a constant thickness in an optical axial direction of the object lens 11 on a projection plane on which an image is projected by the illumination optical system 18.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

ライトフィールド顕微鏡に関する。   It relates to a light field microscope.

ライトフィールド顕微鏡では、一度の撮像により一定範囲(対物レンズの焦点深度によって決まる)の3次元情報を取得することができるため、撮像時における焦点位置を合わせるための調整作業の省略、撮像回数の削減等が可能となり、より効率的な観察を行うことが可能である。このようなライトフィールド顕微鏡に関する技術は、例えば、特許文献1に開示がある。   In a light field microscope, three-dimensional information in a certain range (determined by the focal depth of the objective lens) can be acquired by one imaging, so adjustment work for adjusting the focal position during imaging is omitted and the number of imaging is reduced. It is possible to perform more efficient observation. A technique relating to such a light field microscope is disclosed in Patent Document 1, for example.

米国特許第7723662号明細書US Patent No. 7723662

一方で、ライトフィールド顕微鏡では、上記のように焦点深度内の情報を一度の撮像によって取得するため、他の顕微鏡と比較して、対物レンズの光軸方向において広い照明範囲が撮像に使用される。即ち、撮像に使用する広い照明範囲において、対物レンズの光軸方向における照明光の輝度分布の不均一さは標本の観察に影響し得る。特に、蛍光量の定量を行うような場合には、輝度分布の不均一性が与える影響は大きい。   On the other hand, in the light field microscope, since information within the depth of focus is acquired by one imaging as described above, a wider illumination range in the optical axis direction of the objective lens is used for imaging compared to other microscopes. . That is, in the wide illumination range used for imaging, the unevenness of the luminance distribution of the illumination light in the optical axis direction of the objective lens can affect the observation of the specimen. In particular, when the amount of fluorescence is quantified, the influence of the nonuniformity of the luminance distribution is great.

そして、一般的な点光源を用いる場合、形成される照明光は焦点位置からデフォーカスするにつれ輝度が減衰する輝度分布となり、ライトフィールド顕微鏡を用いた観察において対物レンズの光軸方向に十分な均一性を有しているとはいえない。   When a general point light source is used, the formed illumination light has a luminance distribution in which the luminance is attenuated as it is defocused from the focal position, and is sufficiently uniform in the optical axis direction of the objective lens in observation using a light field microscope. It cannot be said that it has sex.

以上の実情を踏まえて、本発明では、安価且つ簡易な構成により、撮像に使用される標本上の領域で、対物レンズの光軸方向における輝度分布が均一となる照明光を形成できるライトフィールド顕微鏡を提供することを目的とする。   In light of the above circumstances, in the present invention, a light field microscope capable of forming illumination light having a uniform luminance distribution in the optical axis direction of the objective lens in an area on a specimen used for imaging with an inexpensive and simple configuration. The purpose is to provide.

本発明の一態様におけるライトフィールド顕微鏡は、前記標本からの光を取り込む対物レンズと、前記対物レンズの光軸と直交する方向から前記標本へ照明光を照射する照明装置と、を備え、前記照明装置は、前記照明光を射出する光源と、前記光源からの前記照明光を導光し、出射端面から射出するマルチモードファイバーと、前記出射端面の像を、前記対物レンズの光軸上に投影する照明光学系と、を備え、前記照明装置は、前記照明光学系によって投影される投影面上で前記照明光が前記対物レンズの光軸方向に一定の厚みを有するように、前記照明光を照射することを特徴とする。   The light field microscope according to an aspect of the present invention includes an objective lens that captures light from the specimen, and an illumination device that irradiates the specimen with illumination light from a direction orthogonal to the optical axis of the objective lens, and the illumination The apparatus projects a light source that emits the illumination light, a multi-mode fiber that guides the illumination light from the light source and emits the light from an exit end face, and an image of the exit end face on the optical axis of the objective lens. An illumination optical system, and the illumination device emits the illumination light so that the illumination light has a certain thickness in the optical axis direction of the objective lens on a projection surface projected by the illumination optical system. Irradiating.

本発明によれば、安価且つ簡易な構成により、撮像に使用される標本上の領域で、対物レンズの光軸方向における輝度分布が均一となる照明光を形成できるライトフィールド顕微鏡を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a light field microscope capable of forming illumination light having a uniform luminance distribution in the optical axis direction of an objective lens in an area on a specimen used for imaging with an inexpensive and simple configuration. it can.

第1の実施形態のライトフィールド顕微鏡の構成を示す図。The figure which shows the structure of the light field microscope of 1st Embodiment. 第1の実施形態のマルチモードファイバーの出射端面をZ方向から見た様子を示す図。The figure which shows a mode that the output end surface of the multimode fiber of 1st Embodiment was seen from the Z direction. 第1の実施形態の視野絞りをZ方向から見た様子を示す図。The figure which shows a mode that the field stop of 1st Embodiment was seen from the Z direction. 第1の実施形態の制御装置の機能構成を示す図。The figure which shows the function structure of the control apparatus of 1st Embodiment. 第2の実施形態のライトフィールド顕微鏡の構成を示す図。The figure which shows the structure of the light field microscope of 2nd Embodiment. 第3の実施形態のライトフィールド顕微鏡の構成を示す図。The figure which shows the structure of the light field microscope of 3rd Embodiment. 第3の実施形態のマルチモードファイバーの出射端面をZ方向から見た様子を示す図。The figure which shows a mode that the output end surface of the multimode fiber of 3rd Embodiment was seen from the Z direction. 第3の実施形態の視野絞りをZ方向から見た様子を示す図。The figure which shows a mode that the field stop of 3rd Embodiment was seen from the Z direction. 第3の実施形態の明るさ絞りをZ方向から見た様子を示す図。The figure which shows a mode that the brightness stop of 3rd Embodiment was seen from the Z direction. 第3の実施形態の制御装置の機能構成を示す図。The figure which shows the function structure of the control apparatus of 3rd Embodiment. 第4の実施形態のライトフィールド顕微鏡の構成を示す図。The figure which shows the structure of the light field microscope of 4th Embodiment. 第4の実施形態のマルチモードファイバーの出射端面をZ方向から見た様子を示す図。The figure which shows a mode that the output end surface of the multimode fiber of 4th Embodiment was seen from the Z direction. 第4の実施形態の一構成例における視野絞りをZ方向から見た様子を示す図。The figure which shows a mode that the field stop in one structural example of 4th Embodiment was seen from the Z direction.

以下、本発明の第1の実施形態におけるライトフィールド顕微鏡10について図面を参照しつつ説明する。図1は、ライトフィールド顕微鏡10の構成を示す図である。   The light field microscope 10 according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a light field microscope 10.

ライトフィールド顕微鏡10は、光源25と、マルチモードファイバー1と、照明光学系18と、標本Sを内包した光透過性のある容器8を設置するステージ9と、観察光学系19と、ライトフィールド顕微鏡10内の各種構成を制御する制御装置20と、を備えている。尚、以下では、照明光学系18の光軸方向をZ方向、観察光学系19の光軸方向をX方向、X方向及びZ方向に直交する方向をY方向と記載する。図1では、X方向及びZ方向が図示されている。   The light field microscope 10 includes a light source 25, a multimode fiber 1, an illumination optical system 18, a stage 9 on which a light transmissive container 8 containing a specimen S is installed, an observation optical system 19, and a light field microscope. And a control device 20 that controls various components in the system 10. In the following, the optical axis direction of the illumination optical system 18 is referred to as the Z direction, the optical axis direction of the observation optical system 19 is referred to as the X direction, and the direction orthogonal to the X direction and the Z direction is referred to as the Y direction. In FIG. 1, the X direction and the Z direction are shown.

容器8は、例えば、キュベットである。標本Sは、ゼブラフィッシュ等の生態サンプルであり、容器8内にアガロースとともに封入される。   The container 8 is a cuvette, for example. The specimen S is an ecological sample such as zebrafish and is enclosed in the container 8 together with agarose.

ライトフィールド顕微鏡10において、光源25と、マルチモードファイバー1と、照明光学系18は、観察光学系19の対物レンズ11の光軸と直交する方向から標本Sへ照明光を照射する照明装置として機能する。   In the light field microscope 10, the light source 25, the multimode fiber 1, and the illumination optical system 18 function as an illumination device that irradiates the specimen S with illumination light from a direction orthogonal to the optical axis of the objective lens 11 of the observation optical system 19. To do.

光源25は、標本Sから蛍光を発生させるためのレーザ光を照明光として射出する光源である。光源25から射出された照明光は、マルチモードファイバー1を介して導光される。   The light source 25 is a light source that emits laser light for generating fluorescence from the specimen S as illumination light. Illumination light emitted from the light source 25 is guided through the multimode fiber 1.

マルチモードファイバー1は、異なる複数のモードで光を反射させながら伝送する光ファイバーである。マルチモードファイバー1は、光源25からの照明光を導光し、出射端面1aから射出する。   The multimode fiber 1 is an optical fiber that transmits light while reflecting light in a plurality of different modes. The multimode fiber 1 guides the illumination light from the light source 25 and emits it from the emission end face 1a.

図2は、マルチモードファイバー1の出射端面1aをZ方向から見た様子を示す図である。マルチモードファイバー1は、矩形形状を有する矩形コアであるコア1bを含む。コア1bは、コアサイズが200×800μmの矩形コアであり、コア1bの射出NAは、0.1である。ここで、マルチモードファイバー1のコア1bは、外周を成す4辺のうちいずれかの対向する2辺が、観察光学系19が有する対物レンズ11の光軸と直交する方向(即ちY方向)を向いているように配置されている。また、対物レンズ11の光軸と直交する2辺の各辺の長さは、コア1bの対物レンズ11の光軸と平行な2辺の各辺の長さよりも大きく形成される。ここでは、Y方向と平行な2辺が長手方向の2辺となる。   FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which the emission end face 1a of the multimode fiber 1 is viewed from the Z direction. The multimode fiber 1 includes a core 1b that is a rectangular core having a rectangular shape. The core 1b is a rectangular core having a core size of 200 × 800 μm, and the injection NA of the core 1b is 0.1. Here, the core 1b of the multimode fiber 1 has a direction in which any two of the four sides forming the outer periphery are orthogonal to the optical axis of the objective lens 11 included in the observation optical system 19 (that is, the Y direction). It is arranged to face. In addition, the length of each of the two sides orthogonal to the optical axis of the objective lens 11 is formed to be larger than the length of each of the two sides parallel to the optical axis of the objective lens 11 of the core 1b. Here, two sides parallel to the Y direction are two sides in the longitudinal direction.

このようなマルチモードファイバー1により射出される照明光は、その出射端面1aにおいてX方向に200μm、Y方向に800μmの矩形断面を有する光束であって、その出射端面1a上で均一な輝度分布を有する光束となる。そのため、後述するように出射端面1aの像を標本S上に投影することで、標本S上の投影面において均一な輝度分布を有する光束を形成することができる。例えば、光ファイバー用いず点光源からの光を照明光学系を通して射出する場合や、出射端面が点光源と見なせるシングルモードファイバーを用いた場合では、標本上での輝度分布がXY平面上で不均一な輝度分布を有してしまう。本構成のようにマルチモードファイバーを用いることで、XY平面上の断面(XY断面とも記載する)である投影面における照明光の光束(照明光束とも記載する)が均一な輝度分布を有する光束を形成することができる。   The illumination light emitted by the multimode fiber 1 is a light beam having a rectangular cross section of 200 μm in the X direction and 800 μm in the Y direction on the emission end face 1a, and has a uniform luminance distribution on the emission end face 1a. The luminous flux has. Therefore, by projecting the image of the emission end face 1a onto the sample S as described later, a light beam having a uniform luminance distribution on the projection surface on the sample S can be formed. For example, when light from a point light source is emitted through an illumination optical system without using an optical fiber, or when a single mode fiber whose emission end face can be regarded as a point light source is used, the luminance distribution on the sample is not uniform on the XY plane. It has a luminance distribution. By using a multi-mode fiber as in this configuration, a light beam of illumination light (also referred to as illumination light beam) on the projection plane that is a cross-section on the XY plane (also referred to as XY cross-section) has a uniform luminance distribution. Can be formed.

照明光学系18は、レンズ2、3、5、7と、視野絞り4と、明るさ絞り6と、を備えている。照明光学系18は、マルチモードファイバー1の出射端面1aの像を、観察光学系19の対物レンズ11の光軸上に投影するものである。以下、照明光学系18の各構成について説明する。   The illumination optical system 18 includes lenses 2, 3, 5, 7, a field stop 4, and a brightness stop 6. The illumination optical system 18 projects an image of the emission end face 1 a of the multimode fiber 1 onto the optical axis of the objective lens 11 of the observation optical system 19. Hereinafter, each configuration of the illumination optical system 18 will be described.

レンズ2、3は、マルチモードファイバー1から射出された照明光をリレーし、照明光学系18内で中間像を形成する。詳しくは、レンズ2、3は、出射端面1aにおける照明光の像を2倍に拡大して中間像位置に投影する。即ち、この中間像位置には、400×1600μmとなった出射端面1aの矩形光束の像が投影される。また、レンズ2、3は、テレセントリックに構成される。   The lenses 2 and 3 relay the illumination light emitted from the multimode fiber 1 and form an intermediate image in the illumination optical system 18. Specifically, the lenses 2 and 3 enlarge the image of the illumination light on the exit end face 1a twice and project it to the intermediate image position. That is, an image of a rectangular light beam on the exit end face 1a having a size of 400 × 1600 μm is projected at this intermediate image position. The lenses 2 and 3 are configured telecentric.

視野絞り4は、レンズ2、3によって形成される中間像位置もしくはその近傍に配置される絞り(第1の絞り)である。図3は、視野絞り4をZ方向から見た様子を示す図である。視野絞り4は、4枚の絞り板(絞り板4a、4b、4c、4d)で構成され、視野絞り4の照明光が通過する領域の外周に矩形形状を形成している。この矩形形状を成す4辺のうちいずれかの対向する2辺が対物レンズ11の光軸と直交するように配置される。ここでは、絞り板4a、4cで作られる2辺が対物レンズ11の光軸と直交する。視野絞り4は、この4枚の絞り板を図3の矢印の方向に移動させることで、開口幅を調整することが可能であり、レンズ2、3によって投影された光束の矩形の幅(各辺の長さ)を任意に調整することができる。   The field stop 4 is a stop (first stop) disposed at or near the intermediate image position formed by the lenses 2 and 3. FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which the field stop 4 is viewed from the Z direction. The field stop 4 is composed of four stop plates (stop plates 4a, 4b, 4c, 4d), and forms a rectangular shape on the outer periphery of the region through which the illumination light of the field stop 4 passes. Of the four sides forming the rectangular shape, any two opposite sides are arranged so as to be orthogonal to the optical axis of the objective lens 11. Here, two sides formed by the diaphragm plates 4 a and 4 c are orthogonal to the optical axis of the objective lens 11. The field stop 4 can adjust the aperture width by moving the four stop plates in the direction of the arrow in FIG. 3, and the rectangular width of the light beam projected by the lenses 2 and 3 (each The length of the side) can be adjusted arbitrarily.

尚、視野絞り4における開口幅の調整は、制御装置20によって制御される。視野絞り4による開口幅の調整は、照明光学系18の光軸を中心に対称性を維持しながら行われる。また、このときに調整される開口幅は、予め使用する対物レンズ11の種類に対応して決められるとよい。対物レンズ11の倍率が異なると、焦点深度が変化することから、視野絞り4によって観察時の焦点深度に合わせた開口幅となるように変更することが望ましい。制御装置20は、例えば、使用する対物レンズ11の種類と各対物レンズに適した開口幅を記録しておき、対物レンズ11の切替に応じて視野絞り4の開口幅を制御する。   The adjustment of the aperture width in the field stop 4 is controlled by the control device 20. Adjustment of the aperture width by the field stop 4 is performed while maintaining symmetry about the optical axis of the illumination optical system 18. The opening width adjusted at this time may be determined in advance corresponding to the type of the objective lens 11 to be used. If the magnification of the objective lens 11 is different, the depth of focus changes. Therefore, it is desirable to change the field stop 4 so that the aperture width matches the depth of focus at the time of observation. For example, the control device 20 records the type of the objective lens 11 to be used and the aperture width suitable for each objective lens, and controls the aperture width of the field stop 4 according to switching of the objective lens 11.

また、視野絞り4は、図3に示されるような複数の絞り板で構成される可変絞りではなく、大きさの異なる複数の絞りが切替可能に光路中に設置されるような構成であってもよい。   Further, the field stop 4 is not a variable stop composed of a plurality of stop plates as shown in FIG. 3, but a structure in which a plurality of stops having different sizes are switchably installed in the optical path. Also good.

レンズ5、7は、レンズ2、3によって形成された中間像をリレーし、対物レンズ11の光軸上の標本S上に略等倍で投影する。尚、レンズ5、7は、テレセントリックに構成されている。即ち、レンズ2、3及びレンズ5、7はテレセントリックに構成されており、照明光学系18はテレセントリックに構成されている。   The lenses 5 and 7 relay the intermediate image formed by the lenses 2 and 3 and project the intermediate image on the sample S on the optical axis of the objective lens 11 at approximately the same magnification. The lenses 5 and 7 are configured to be telecentric. That is, the lenses 2 and 3 and the lenses 5 and 7 are configured to be telecentric, and the illumination optical system 18 is configured to be telecentric.

また、照明光学系18は、レンズ7の瞳位置、即ち照明光学系18の出射側の瞳位置に明るさ絞り6(第2の絞り)を備えている。明るさ絞り6は、視野絞り4と同様の矩形の開口を有しており、その開口幅がX方向、Y方向に調整可能である。明るさ絞り6を調整することで、照明光束のXY断面の大きさを調整できる。例えば、明るさ絞り6を絞ることで、標本Sへの照射光量は減少するが、照明光軸方向(Z方向)における照明光束のXY断面の大きさの変化を抑えることができる。逆に、明るさ絞り6を拡げることで、照明光束のXY断面の大きさの変化を抑える効果は弱くなるが、標本Sの照射光量は増加する。このように、明るさ絞り6の調整において、照射光量と、照明光束のXY断面の大きさの変化の抑制効果とはトレードオフの関係を有しており、標本Sの特性に応じて明るさ絞り6が調整されることが望ましい。尚、明るさ絞り6の調整は、制御装置20によって制御される。   In addition, the illumination optical system 18 includes a brightness stop 6 (second stop) at the pupil position of the lens 7, that is, the exit pupil position of the illumination optical system 18. The brightness stop 6 has a rectangular opening similar to the field stop 4, and the opening width thereof can be adjusted in the X direction and the Y direction. By adjusting the aperture stop 6, the size of the XY cross section of the illumination light beam can be adjusted. For example, when the aperture stop 6 is reduced, the amount of light applied to the sample S is reduced, but the change in the size of the XY section of the illumination light beam in the illumination optical axis direction (Z direction) can be suppressed. Conversely, by expanding the aperture stop 6, the effect of suppressing the change in the size of the XY cross section of the illumination light beam is weakened, but the amount of light irradiated on the sample S increases. Thus, in the adjustment of the aperture stop 6, the irradiation light quantity and the effect of suppressing the change in the size of the XY cross section of the illumination light beam have a trade-off relationship, and the brightness depends on the characteristics of the sample S. It is desirable that the diaphragm 6 be adjusted. The adjustment of the brightness diaphragm 6 is controlled by the control device 20.

また、明るさ絞り6は、視野絞り4同様複数の絞り板で構成される可変絞りであってもよく、また、大きさの異なる複数の絞りが切替可能に光路中に設置されるような構成であってもよい。即ち、第1の絞り、第2の絞りは、それぞれ絞り具合が可変に構成される、または、大きさの異なる他の絞りと切替可能に構成されるものである。   Further, the aperture stop 6 may be a variable stop configured by a plurality of stop plates like the field stop 4, and a configuration in which a plurality of apertures having different sizes are switchably installed in the optical path. It may be. That is, each of the first diaphragm and the second diaphragm is configured so that the degree of diaphragm can be varied, or can be switched to another diaphragm having a different size.

上記照明装置(光源25、マルチモードファイバー1、照明光学系18)の構成の特徴を以下にまとめる。   The characteristics of the configuration of the illumination device (light source 25, multimode fiber 1, illumination optical system 18) are summarized below.

光源25からの照明光は、マルチモードファイバー1、照明光学系18、を介して標本Sに照射される。マルチモードファイバー1の出射端面1aにおける輝度分布が均一となった像を投影していることから、対物レンズ11の光軸上のXY平面上の断面において均一な輝度分布を有する照明光を標本Sに照射することができる。   The illumination light from the light source 25 is applied to the specimen S through the multimode fiber 1 and the illumination optical system 18. Since an image having a uniform luminance distribution on the exit end face 1a of the multimode fiber 1 is projected, illumination light having a uniform luminance distribution in the cross section on the XY plane on the optical axis of the objective lens 11 is sample S. Can be irradiated.

また、マルチモードファイバー1の出射端面1aにおいて形成される光束は、XY平面上に対向する2辺が対物レンズ11の光軸と直交する方向(即ちY方向)を向いた矩形断面を有する。従って、標本S上の射出端面1aの投影面における照明光束は、対物レンズ11の光軸方向(X方向)に一定の厚みを有し、Y方向に一定の幅を有する。換言すると、照明装置(光源25、マルチモードファイバー1、照明光学系18)は、照明光学系18によって投影される投影面上で照明光が対物レンズ11の光軸方向に一定の厚みを有するように、前記照明光を照射することができる。   Further, the light beam formed on the output end face 1a of the multimode fiber 1 has a rectangular cross section in which two opposite sides on the XY plane face a direction orthogonal to the optical axis of the objective lens 11 (that is, the Y direction). Accordingly, the illumination light beam on the projection surface of the exit end face 1a on the sample S has a constant thickness in the optical axis direction (X direction) of the objective lens 11 and a constant width in the Y direction. In other words, the illumination device (light source 25, multimode fiber 1, illumination optical system 18) is configured so that the illumination light has a certain thickness in the optical axis direction of the objective lens 11 on the projection surface projected by the illumination optical system 18. Further, the illumination light can be irradiated.

従って、照明装置(光源25、マルチモードファイバー1、照明光学系18)の構成によれば、安価且つ簡易な構成により、撮像に使用される標本上の領域で、対物レンズの光軸方向における輝度分布が均一となる照明光を形成することができる。   Therefore, according to the configuration of the illumination device (the light source 25, the multimode fiber 1, and the illumination optical system 18), the luminance in the optical axis direction of the objective lens in the region on the specimen used for imaging can be obtained with an inexpensive and simple configuration. Illumination light having a uniform distribution can be formed.

また、照明光学系18がテレセントリックに構成されていることで、照明光束は、照明光軸方向(Z方向)に対物レンズ11の光軸に対して対称となる。従って、テレセントリックではない照明光学系のように像位置を境にZ方向に非対称な照明光束を照射してしまうことで、標本S上での照明に偏りが生じ、部分的に大きく褪色が進んでしまう事態を抑制することができる。   Further, since the illumination optical system 18 is configured to be telecentric, the illumination light beam is symmetric with respect to the optical axis of the objective lens 11 in the illumination optical axis direction (Z direction). Therefore, as the illumination optical system that is not telecentric is irradiated with an asymmetric illumination light beam in the Z direction with the image position as a boundary, the illumination on the specimen S is biased, and the discoloration is greatly advanced partially. Can be suppressed.

また、照明光が照射されているX方向、Y方向、Z方向で囲まれる領域であり、対物レンズ11の視野範囲内の領域を照明領域と規定する。即ち、照明領域は、一度の撮像に使用される領域である。このとき本実施形態の照明装置によれば、出射端面1aの投影面である対物レンズ11の光軸上のXY断面では、照明光束は、輝度分布の均一性を有している。そして、照明光学系18がテレセントリックに構成されているため、テレセントリックでない照明光学系によって照射される光束と比べて、Z方向においてもある程度、投影面における均一性が維持された照明光束が形成されるといえる。特に対物レンズ11の視野範囲程度であれば投影面における均一性は維持される。従って、対物レンズ11の視野範囲内の上記照明領域中での照明分布についても、均一性を有している。   In addition, an area surrounded by the X direction, the Y direction, and the Z direction irradiated with the illumination light, and an area within the visual field range of the objective lens 11 is defined as an illumination area. That is, the illumination area is an area used for one-time imaging. At this time, according to the illuminating device of the present embodiment, the illumination light flux has a uniform luminance distribution in the XY section on the optical axis of the objective lens 11 which is the projection surface of the emission end face 1a. Since the illumination optical system 18 is telecentric, an illumination light beam is formed that maintains a certain degree of uniformity in the projection plane in the Z direction as compared with a light beam irradiated by a non-telecentric illumination optical system. It can be said. In particular, the uniformity on the projection plane is maintained as long as the visual field range of the objective lens 11 is reached. Therefore, the illumination distribution in the illumination area within the field of view of the objective lens 11 also has uniformity.

観察光学系19は、対物レンズ11と、第1の切替装置12と、エミッションフィルタ13と、結像レンズ14と、マイクロレンズアレイ15と、第2の切替装置16と、カメラ17と、を備えている。   The observation optical system 19 includes an objective lens 11, a first switching device 12, an emission filter 13, an imaging lens 14, a microlens array 15, a second switching device 16, and a camera 17. ing.

対物レンズ11は、標本Sからの光(蛍光を含む)を取り込む。即ち、対物レンズ11は、照明領域からの光を取り込む。また、第1の切替装置12は、観察光学系19の光路上に配置する対物レンズ11を、複数の対物レンズの中から切り替えて配置する切替装置である。第1の切替装置12は、例えば、レボルバーである。   The objective lens 11 takes in light (including fluorescence) from the specimen S. That is, the objective lens 11 captures light from the illumination area. The first switching device 12 is a switching device that switches and arranges the objective lens 11 arranged on the optical path of the observation optical system 19 from among a plurality of objective lenses. The first switching device 12 is, for example, a revolver.

エミッションフィルタ13は、標本Sからの蛍光以外の不要光(照明光の散乱光等)を分離するフィルタである。エミッションフィルタ13は、蛍光を含む一定の波長以上の光を透過するようなフィルタが選ばれる。   The emission filter 13 is a filter that separates unnecessary light (scattered light of illumination light, etc.) other than fluorescence from the specimen S. As the emission filter 13, a filter that transmits light having a certain wavelength or more including fluorescence is selected.

結像レンズ14は、対物レンズ11、エミッションフィルタ13を介して入射した蛍光を結像レンズ14の略焦点位置に配置されたマイクロレンズアレイ15へ結像する。   The imaging lens 14 forms an image of the fluorescence that has entered through the objective lens 11 and the emission filter 13 onto a microlens array 15 that is disposed at a substantially focal position of the imaging lens 14.

マイクロレンズアレイ15は、結像レンズ14の略焦点位置に配置されている。マイクロレンズアレイ15は、複数のマイクロレンズを同一平面(YZ平面)上に配置したレンズアレイである。そのため、照明領域中において、YZ平面上に異なる各標本Sの位置からの光は、それぞれマイクロレンズアレイ15上の異なるマイクロレンズに入射し、カメラ17に導光される。そして、カメラ17はライトフィールドデータを撮像する。   The microlens array 15 is disposed at a substantially focal position of the imaging lens 14. The microlens array 15 is a lens array in which a plurality of microlenses are arranged on the same plane (YZ plane). Therefore, in the illumination area, light from the positions of the different specimens S on the YZ plane is incident on different microlenses on the microlens array 15 and guided to the camera 17. The camera 17 captures light field data.

第2の切替え装置16は、観察光学系19の光路上に配置するマイクロレンズアレイ15を、複数のマイクロレンズアレイの中から切り替えて配置する切替装置である。第2の切替装置16は、例えば、ターレットである。   The second switching device 16 is a switching device that switches and arranges the microlens array 15 disposed on the optical path of the observation optical system 19 from among a plurality of microlens arrays. The second switching device 16 is, for example, a turret.

このように、ライトフィールド顕微鏡10における観察光学系19によれば、照明領域内の情報を一度の撮像で取得し、撮像後の画像処理によって該照明領域における3次元画像データを生成することができる。   Thus, according to the observation optical system 19 in the light field microscope 10, information in the illumination area can be acquired by one imaging, and three-dimensional image data in the illumination area can be generated by image processing after imaging. .

制御装置20は、ライトフィールド顕微鏡10の各構成を制御するための制御用コンピュータである。制御装置20の機能構成を、図面を用いて説明する。図4は、制御装置20の機能構成を示す図である。制御装置20は、絞り制御部21と、ステージ制御部22と、対物レンズ切替部23と、レンズアレイ切替部24と、を備えている。   The control device 20 is a control computer for controlling each component of the light field microscope 10. A functional configuration of the control device 20 will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a diagram illustrating a functional configuration of the control device 20. The control device 20 includes an aperture control unit 21, a stage control unit 22, an objective lens switching unit 23, and a lens array switching unit 24.

絞り制御部21は、視野絞り4及び明るさ絞り6の開口幅を調整する。ステージ制御部22は、ステージ9の位置を少なくともX方向に移動制御する。ステージ9の移動には、モータ等(不図示)が用いられる。特に、標本Sが照明領域に対して大きい場合には、標本Sの全ての領域を撮像するために、ステージ9がY、Z方向においても移動制御されることが望ましい。ステージ9を移動させ、それぞれ異なる位置で取得された画像は、撮像後に貼り合せ等が行われることで、一つの画像とすることもできる。対物レンズ切替部23は、第1の切替装置12(リボルバー等)を制御し、光路上に配置する対物レンズ11を選択する。レンズアレイ切替部24は、第2の切替装置16(ターレット等)を制御し、光路上に配置するマイクロレンズアレイ15を選択する。   The diaphragm control unit 21 adjusts the opening widths of the field diaphragm 4 and the brightness diaphragm 6. The stage control unit 22 controls the movement of the position of the stage 9 at least in the X direction. A motor or the like (not shown) is used for moving the stage 9. In particular, when the specimen S is larger than the illumination area, it is desirable that the stage 9 is controlled to move in the Y and Z directions in order to capture the entire area of the specimen S. Images obtained at different positions by moving the stage 9 can be combined into one image after being imaged. The objective lens switching unit 23 controls the first switching device 12 (revolver or the like) and selects the objective lens 11 disposed on the optical path. The lens array switching unit 24 controls the second switching device 16 (turret or the like) and selects the microlens array 15 disposed on the optical path.

制御装置20の制御の例として、対物レンズ切替部23による対物レンズ11の切り替えに応じて、使用する対物レンズに適した開口幅となるように、絞り制御部21によって視野絞り4が調整される。また、この際、明るさ絞り6についても適宜調整されてもよい。また、レンズアレイ切替部24によるマイクロレンズアレイ15の切り替えは、1つの対物レンズ11に対して異なるマイクロレンズアレイ15が光路上に切り替えて設置される状況が想定される。   As an example of the control of the control device 20, the field stop 4 is adjusted by the stop control unit 21 so that the aperture width is suitable for the objective lens to be used according to the switching of the objective lens 11 by the objective lens switching unit 23. . At this time, the aperture stop 6 may be adjusted as appropriate. Further, the switching of the microlens array 15 by the lens array switching unit 24 is assumed to be a situation in which different microlens arrays 15 are switched and installed on the optical path for one objective lens 11.

以上の構成を有するライトフィールド顕微鏡10によれば、上述したように、照明装置(光源25、マルチモードファイバー1、照明光学系18)によって、撮像に使用される標本上の領域(照明領域)で、対物レンズの光軸方向における輝度分布が均一となる照明光を形成することができる。   According to the light field microscope 10 having the above configuration, as described above, the illumination device (the light source 25, the multimode fiber 1, and the illumination optical system 18) can be used in an area on the specimen (illumination area) used for imaging. The illumination light with uniform luminance distribution in the optical axis direction of the objective lens can be formed.

また、本発明のように照明領域中で均一な輝度分布を有する照明を可能とすることで、ライトフィールド顕微鏡において良好な観察を行うことができるようになる。ライトフィールド顕微鏡の技術分野では、一度の撮像に使用する照明領域(X方向、Y方向、Z方向を含む)は、他の顕微鏡装置(ライトシート顕微鏡等)と比べると、対物レンズの光軸方向(X軸方向)に大きい。そのため、該照明領域における輝度分布の不均一性が撮像に及ぼす影響は大きく、照明光束の断面の輝度分布を均一なものとする技術は、特にライトフィールド顕微鏡の観察において効果的なものとなる。   In addition, by enabling illumination having a uniform luminance distribution in the illumination area as in the present invention, it is possible to perform good observation with a light field microscope. In the technical field of light field microscopes, the illumination area (including the X direction, Y direction, and Z direction) used for one-time imaging is in the direction of the optical axis of the objective lens compared to other microscope devices (such as a light sheet microscope). Large in (X-axis direction). For this reason, the nonuniformity of the luminance distribution in the illumination area has a great influence on the imaging, and the technique for making the luminance distribution of the section of the illumination light beam uniform is particularly effective in observation with a light field microscope.

以下、第2の実施形態におけるライトフィールド顕微鏡30について説明する。図5は、ライトフィールド顕微鏡30の構成を示す図である。ライトフィールド顕微鏡30は、切替可能な複数の照明光学系31と、その切替を行うための第3の切替装置32と、制御装置33を有する点においてライトフィールド顕微鏡10と異なるがそれ以外の点については同様である。   Hereinafter, the light field microscope 30 according to the second embodiment will be described. FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of the light field microscope 30. The light field microscope 30 is different from the light field microscope 10 in that it has a plurality of switchable illumination optical systems 31, a third switching device 32 for performing the switching, and a control device 33. Is the same.

複数の照明光学系31は、投影倍率がそれぞれ異なる光学系である。第3の切替装置32は、配置する照明光学系を、複数の照明光学系31の中から切り替える切替装置である。第3の切替装置32は、例えば、ターレットである。また、制御装置33は、第3の切替装置32の切り替え動作を制御するための機能構成を新たに有し、絞り制御部21を有さない点において制御装置20の機能構成と異なる。   The plurality of illumination optical systems 31 are optical systems having different projection magnifications. The third switching device 32 is a switching device that switches the illumination optical system to be arranged from among the plurality of illumination optical systems 31. The third switching device 32 is, for example, a turret. In addition, the control device 33 has a new functional configuration for controlling the switching operation of the third switching device 32 and is different from the functional configuration of the control device 20 in that the diaphragm control unit 21 is not provided.

また、ライトフィールド顕微鏡30における複数の照明光学系31はいずれも、照明光学系中で中間像を形成せず、絞り(視野絞り4、明るさ絞り6に相当する絞り)を有さず、コア1aの出射端面1bにおける照明光の像がそのまま、対物レンズ11の光軸上に投影されるような光学系である。このような構成によっても、標本S上に均一な輝度分布を有する照明光を形成することができる。   In addition, any of the plurality of illumination optical systems 31 in the light field microscope 30 does not form an intermediate image in the illumination optical system, does not have a stop (a stop corresponding to the field stop 4 and the brightness stop 6), and has a core. This is an optical system in which an image of illumination light on the exit end face 1b of 1a is projected on the optical axis of the objective lens 11 as it is. Even with such a configuration, illumination light having a uniform luminance distribution can be formed on the specimen S.

また、ライトフィールド顕微鏡30は、中間像を形成しない構成であることから、照明光学系の全長をライトフィールド顕微鏡10よりも抑えることができるため、装置を小型化することが可能である。   Further, since the light field microscope 30 has a configuration that does not form an intermediate image, the overall length of the illumination optical system can be suppressed as compared with the light field microscope 10, and thus the apparatus can be miniaturized.

以下、第3の実施形態におけるライトフィールド顕微鏡40について図面を用いて説明する。図6は、ライトフィールド顕微鏡40の構成を示す図である。ライトフィールド顕微鏡40は、照明装置として、光源25(第1の実施形態と同様)、マルチモードファイバー41、照明光学系51を備えているという点、及び、制御装置20の代わりに制御装置60を備えている点において、ライトフィールド顕微鏡10と異なるが、それ以外の点については同様である。   Hereinafter, the light field microscope 40 according to the third embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the light field microscope 40. The light field microscope 40 includes a light source 25 (similar to the first embodiment), a multimode fiber 41, and an illumination optical system 51 as an illumination device, and a control device 60 instead of the control device 20. Although it differs from the light field microscope 10 in the point provided, it is the same about other points.

図7は、マルチモードファイバー41の出射端面41aをZ方向から見た様子を示す図である。マルチモードファイバー41は、矩形形状を有する矩形コアであるコア41bを含む。コア41bは、コアサイズが800×800μmの矩形(正方形)コアであり、コア41bの射出NAは、0.1である。ここで、マルチモードファイバー41のコア41bは、外周を成す4辺のうちいずれかの対向する2辺が、観察光学系19が有する対物レンズ11の光軸と直交する方向(即ちY方向)を向いているように配置されている。   FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which the emission end face 41a of the multimode fiber 41 is viewed from the Z direction. The multimode fiber 41 includes a core 41b that is a rectangular core having a rectangular shape. The core 41b is a rectangular (square) core having a core size of 800 × 800 μm, and the injection NA of the core 41b is 0.1. Here, the core 41b of the multimode fiber 41 has a direction in which any two of the four sides forming the outer periphery are orthogonal to the optical axis of the objective lens 11 included in the observation optical system 19 (that is, the Y direction). It is arranged to face.

照明光学系51は、レンズ42、43と、シリンドリカルレンズ45、47、48、50、及び、視野絞り44と、明るさ絞り46、49を備えている。尚、シリンドリカルレンズ45、47、48、50は、それぞれ第1、2、3、4のシリンドリカルレンズと記載する。各シリンドリカルレンズは、光源側から順に第1、2、3、4のシリンドリカルレンズの順に配置される。   The illumination optical system 51 includes lenses 42 and 43, cylindrical lenses 45, 47, 48 and 50, a field stop 44, and brightness stops 46 and 49. The cylindrical lenses 45, 47, 48, and 50 are referred to as first, second, third, and fourth cylindrical lenses, respectively. Each cylindrical lens is arranged in the order of the first, second, third, and fourth cylindrical lenses from the light source side.

レンズ42、43は、マルチモードファイバー41から射出された照明光をリレーし、照明光学系51内で中間像を形成する。詳しくは、レンズ42、43は、出射端面41aにおける照明光の像を2倍に拡大して中間像位置に投影する。即ち、この中間像位置には、1600×1600μmとなった出射端面1aにおける矩形(正方形)の像が投影される。また、レンズ42、43はテレセントリックに構成される。   The lenses 42 and 43 relay the illumination light emitted from the multimode fiber 41 and form an intermediate image in the illumination optical system 51. Specifically, the lenses 42 and 43 enlarge the image of the illumination light on the emission end face 41a by a factor of 2 and project it on the intermediate image position. That is, a rectangular (square) image on the exit end face 1a having a size of 1600 × 1600 μm is projected at the intermediate image position. The lenses 42 and 43 are configured telecentric.

視野絞り44は、レンズ42、43によって形成される中間像位置もしくはその近傍に配置される絞り(第1の絞り)である。図8は、視野絞り4をZ方向から見た様子を示す図である。視野絞り44は、4枚の絞り板(絞り板44a、44b、44c、44d)で構成され、視野絞り44の照明光が通過する領域の外周に矩形形状を形成している。尚、視野絞り44は、視野絞り4と同様の構成であり、開口幅を任意に調整可能であるとともに、制御装置(ここでは制御装置60)によって制御されることについても同様である。   The field stop 44 is a stop (first stop) disposed at or near the intermediate image position formed by the lenses 42 and 43. FIG. 8 is a diagram illustrating a state in which the field stop 4 is viewed from the Z direction. The field stop 44 is composed of four stop plates (stop plates 44a, 44b, 44c, 44d), and forms a rectangular shape on the outer periphery of the region through which the illumination light of the field stop 44 passes. The field stop 44 has the same configuration as that of the field stop 4, the aperture width can be arbitrarily adjusted, and the same applies to control by the control device (here, the control device 60).

ここで、視野絞り44を通過した光束は照明光学系51中で、図6に示す通り、XZ平面上と、YZ平面上とで異なった寄与を受ける。   Here, the light flux that has passed through the field stop 44 receives different contributions in the illumination optical system 51 on the XZ plane and on the YZ plane as shown in FIG.

XZ平面上で寄与する照明光学系51中の構成について、図6の照明光学系51上部を参照しつつ説明する。シリンドリカルレンズ47、50(第2、第4のシリンドリカルレンズ)は、対物レンズの光軸方向(X方向)にパワーを有するシリンドリカルレンズであり、レンズ42、43による中間像を、標本S上に縮小倍率0.5倍で縮小投影する。また、シリンドリカルレンズ47、50は、対物レンズの光軸方向(X方向)においてテレセントリックに構成される。   A configuration in the illumination optical system 51 that contributes on the XZ plane will be described with reference to the upper portion of the illumination optical system 51 in FIG. The cylindrical lenses 47 and 50 (second and fourth cylindrical lenses) are cylindrical lenses having power in the optical axis direction (X direction) of the objective lens, and an intermediate image formed by the lenses 42 and 43 is reduced on the sample S. Reduced projection at a magnification of 0.5. Further, the cylindrical lenses 47 and 50 are configured telecentric in the optical axis direction (X direction) of the objective lens.

明るさ絞り49は、X方向にのみ寄与する絞りであり、シリンドリカルレンズ50の瞳位置に配置される。図9は、明るさ絞り49をZ方向から見た様子を示す図である。明るさ絞り49は、2枚の絞り板(絞り板49a、49b)で構成され、絞り板49a、49bの幅を変更することで、X方向の光束の厚さを変更する。尚、明るさ絞り49は、第1の実施形態における明るさ絞り6をX方向のみに作用するようにしたものであり、即ち、機能としては、第2の絞りに相当する。また、明るさ絞り49は、制御装置60によって制御される。   The aperture stop 49 is a stop that contributes only in the X direction, and is arranged at the pupil position of the cylindrical lens 50. FIG. 9 is a diagram illustrating a state in which the aperture stop 49 is viewed from the Z direction. The brightness stop 49 is composed of two stop plates (stop plates 49a and 49b), and the thickness of the light beam in the X direction is changed by changing the width of the stop plates 49a and 49b. Note that the brightness stop 49 is configured so that the brightness stop 6 in the first embodiment acts only in the X direction, that is, the function corresponds to the second stop. The brightness stop 49 is controlled by the control device 60.

YZ平面上で寄与する照明光学系51中の構成は、残りのシリンドリカルレンズ45、48(第1、第3のシリンドリカルレンズ)と、明るさ絞り46である。シリンドリカルレンズ45、48(第1、第3のシリンドリカルレンズ)は、対物レンズの光軸と直交する方向(Y方向)にパワーを有するシリンドリカルレンズであり、レンズ42、43による中間像を、標本S上に拡大倍率4倍で拡大投影する。即ち、照明光学系51は、対物レンズ11の光軸と直交する方向(Y方向)に対物レンズ11の光軸方向(X方向)よりも大きな投影倍率を有する。また、シリンドリカルレンズ45、48は、対物レンズの光軸と直交する方向(Y方向)においてテレセントリックに構成される。   The components in the illumination optical system 51 that contribute on the YZ plane are the remaining cylindrical lenses 45 and 48 (first and third cylindrical lenses) and the aperture stop 46. Cylindrical lenses 45 and 48 (first and third cylindrical lenses) are cylindrical lenses having power in a direction (Y direction) orthogonal to the optical axis of the objective lens, and an intermediate image formed by the lenses 42 and 43 is obtained as a sample S. The image is enlarged and projected at an enlargement magnification of 4 times. That is, the illumination optical system 51 has a larger projection magnification in the direction (Y direction) orthogonal to the optical axis of the objective lens 11 than in the optical axis direction (X direction) of the objective lens 11. Further, the cylindrical lenses 45 and 48 are configured telecentric in a direction (Y direction) orthogonal to the optical axis of the objective lens.

明るさ絞り46は、Y方向にのみ寄与する絞りであり、明るさ絞り49と同様の構成の絞りの向きを変えて配置したものである。即ち、明るさ絞り46は、Y方向の光束の幅を変更する。また、明るさ絞り46は、シリンドリカルレンズ48の瞳位置に配置される。明るさ絞り46についても制御装置60によって制御を受ける。   The brightness stop 46 is a stop that contributes only in the Y direction, and is arranged by changing the direction of the stop having the same configuration as the brightness stop 49. That is, the aperture stop 46 changes the width of the light beam in the Y direction. The brightness stop 46 is disposed at the pupil position of the cylindrical lens 48. The brightness stop 46 is also controlled by the control device 60.

上記構成では、照明光学系51により、対物レンズ11の光軸上の標本S上にXY平面上で800×6400μmの矩形断面を有する光束が形成されて、照射される。上述したように、光束の矩形断面は、視野絞り40によって任意の矩形断面に調整することができる。   In the configuration described above, the illumination optical system 51 forms and irradiates a light beam having a rectangular cross section of 800 × 6400 μm on the XY plane on the sample S on the optical axis of the objective lens 11. As described above, the rectangular cross section of the light beam can be adjusted to an arbitrary rectangular cross section by the field stop 40.

図10は、ライトフィールド顕微鏡40の各構成を制御するための制御用コンピュータである制御装置60の機能構成を示す図である。制御装置60は、絞り制御部61と、ステージ制御部62と、対物レンズ切替部63と、レンズアレイ切替部64と、を備えている。絞り制御部61は、複数の明るさ絞り(明るさ絞り46、49)を制御する点で、絞り制御部21と異なる。また、ステージ制御部62と、対物レンズ切替部63と、レンズアレイ切替部64については、制御装置20のステージ制御部22と、対物レンズ切替部23と、レンズアレイ切替部24と同様の機能を有する。   FIG. 10 is a diagram illustrating a functional configuration of a control device 60 that is a control computer for controlling each configuration of the light field microscope 40. The control device 60 includes an aperture control unit 61, a stage control unit 62, an objective lens switching unit 63, and a lens array switching unit 64. The aperture control unit 61 is different from the aperture control unit 21 in that it controls a plurality of brightness apertures (brightness apertures 46 and 49). The stage control unit 62, the objective lens switching unit 63, and the lens array switching unit 64 have the same functions as the stage control unit 22, the objective lens switching unit 23, and the lens array switching unit 24 of the control device 20. Have.

以上のように、照明光学系51は、X方向及びY方向で異なる投影倍率を有するような構成とすることも可能である。特に、本構成では、X方向とY方向のそれぞれに寄与する明るさ絞りが独立に設置されており、これらを適宜調整することで、X方向とY方向での射出NAの差を抑えることが可能である。本構成によれば、光束の矩形断面の幅及び厚さの調整をより幅広く行うことが可能となる。   As described above, the illumination optical system 51 can be configured to have different projection magnifications in the X direction and the Y direction. In particular, in this configuration, an aperture stop that contributes to each of the X direction and the Y direction is independently installed, and by appropriately adjusting these, it is possible to suppress the difference in the emission NA between the X direction and the Y direction. Is possible. According to this configuration, the width and thickness of the rectangular cross section of the light beam can be adjusted more widely.

また、上記のコア41bのコアサイズ、各レンズの投影倍率は、目的の観察に応じて値を変更して設計してもよい。   Further, the core size of the core 41b and the projection magnification of each lens may be designed by changing values according to the target observation.

また、本構成では、対物レンズ11の光軸方向(X方向)、または、対物レンズ11の光軸と直交する方向(Y方向)のそれぞれにテレセントリックとなるように照明光学系51が構成されている。従って、本構成によっても、ライトフィールド顕微鏡10のようにX方向、Y方向の両方に対してテレセントリックに構成される照明光学系とすることができる。また、対物レンズ11の光軸方向(X方向)、または、対物レンズ11の光軸と直交する方向(Y方向)のいずれかがテレセントリックに構成されるようにすることも可能である。   In this configuration, the illumination optical system 51 is configured to be telecentric in the optical axis direction (X direction) of the objective lens 11 or in the direction orthogonal to the optical axis of the objective lens 11 (Y direction). Yes. Therefore, this configuration can also provide an illumination optical system configured telecentrically in both the X direction and the Y direction as in the light field microscope 10. Further, either the optical axis direction (X direction) of the objective lens 11 or the direction (Y direction) orthogonal to the optical axis of the objective lens 11 can be configured to be telecentric.

以下、本発明の第4の実施形態におけるライトフィールド顕微鏡70について図面を用いて説明する。図11は、ライトフィールド顕微鏡70の構成を示す図である。   Hereinafter, a light field microscope 70 according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of the light field microscope 70.

ライトフィールド顕微鏡70は、マルチモードファイバー1の代わりにマルチモードファイバー71を有する点においてライトフィールド顕微鏡10と異なるがそれ以外の構成についてはライトフィールド顕微鏡10と同様である。   The light field microscope 70 is different from the light field microscope 10 in that it has a multimode fiber 71 instead of the multimode fiber 1, but is otherwise the same as the light field microscope 10.

図12は、マルチモードファイバー71の出射端面71aを照明光軸方向(Z方向)から見た様子を示す図である。マルチモードファイバー71は、断面が円形形状のコアであるコア71bを有している。   FIG. 12 is a diagram illustrating a state in which the emission end surface 71a of the multimode fiber 71 is viewed from the illumination optical axis direction (Z direction). The multimode fiber 71 has a core 71b which is a core having a circular cross section.

このような構成であっても、照明光学系18が、第1の絞りである視野絞り4を構成として備えていることで、中間像位置で照明光束がXY断面で矩形形状の光束となり、対物レンズ11の光軸方向(X方向)に一定の厚みを有し、Y方向に一定の幅を有する、照明光を照射することができる。即ち、第4の実施形態では、第1の絞りである視野絞り4が、標本S上のXY断面の投影面における照明光束について、X軸方向に一定の厚みを持たせるという役割を有している。   Even in such a configuration, the illumination optical system 18 includes the field stop 4 as the first stop as a configuration, so that the illumination light beam becomes a rectangular light beam in the XY section at the intermediate image position, and the objective lens Illumination light having a certain thickness in the optical axis direction (X direction) of the lens 11 and a certain width in the Y direction can be irradiated. That is, in the fourth embodiment, the field stop 4 as the first stop has a role of giving a certain thickness in the X-axis direction to the illumination light beam on the projection plane of the XY cross section on the sample S. Yes.

図13は、視野絞り4のその他の構成の例を示す図であり、Z方向から見た様子を示す図である。視野絞り4は、絞り板4a、4bのみを有する構成、即ち、X方向の厚みを一定とし、Y方向には光束の形状を変更しないような構成であってもよい。例えば、対物レンズ11の視野範囲よりも照明光束が十分に大きい場合であれば、Y方向に幅が一定な光束でなくともよい。その場合、対物レンズ11の視野範囲外の光束は撮像に寄与しない。また、この場合、明るさ絞り6は、瞳形状に対応して円形または円形近似の絞りが用いられる。   FIG. 13 is a diagram illustrating an example of another configuration of the field stop 4, and is a diagram illustrating a state viewed from the Z direction. The field stop 4 may have a configuration having only the stop plates 4a and 4b, that is, a configuration in which the thickness in the X direction is constant and the shape of the light beam is not changed in the Y direction. For example, if the illumination light beam is sufficiently larger than the visual field range of the objective lens 11, the light beam does not have to have a constant width in the Y direction. In that case, the light beam outside the field of view of the objective lens 11 does not contribute to imaging. In this case, the aperture stop 6 is a circular or circular approximate stop corresponding to the pupil shape.

また、本実施形態では、視野絞り4のような照明光束を絞る手段は、レンズ2、3によって形成される中間像位置に配置される構成に限らない。例えば、出射端面71aにおいて矩形形状の絞りが設置されることで、円形形状のコアであるコア71bを有するようなマルチモードファイバー71であっても、第1の実施形態のマルチモードファイバー1のような矩形断面の光束を出射端面において形成することができる。   Further, in the present embodiment, the means for narrowing the illumination light beam such as the field stop 4 is not limited to the configuration arranged at the intermediate image position formed by the lenses 2 and 3. For example, even if the multimode fiber 71 has a core 71b that is a circular core by installing a rectangular aperture on the emission end face 71a, the multimode fiber 1 of the first embodiment is similar to the multimode fiber 1 of the first embodiment. A light beam having a rectangular cross section can be formed on the exit end face.

以上のように、本発明において使用されるマルチモードファイバーのコア形状は限定されない。従って、ライトフィールド顕微鏡70によっても、標本S上に均一な輝度分布を有する照明光を形成することができる。   As described above, the core shape of the multimode fiber used in the present invention is not limited. Accordingly, illumination light having a uniform luminance distribution can be formed on the specimen S also by the light field microscope 70.

尚、上述した実施形態は、発明の理解を容易にするために具体例を示したものであり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。上述したライトフィールド顕微鏡は、特許請求の範囲に記載した本発明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 are specific examples for facilitating the understanding of the invention, and the present invention is not limited to these embodiments. The light field microscope described above can be variously modified and changed without departing from the scope of the present invention described in the claims.

10、30、40、70 ライトフィールド顕微鏡
1、41、71 マルチモードファイバー
1a、41a、71a 出射端面
1b、41b、71b コア
2、3、5、7、42、43 レンズ
4、44 視野絞り
6、46、49 明るさ絞り
4a、4b、4c、4d、44a、44b、
44c、44d、49a、49b 絞り板
8 容器
9 ステージ
11 対物レンズ
12 第1の切替装置
13 エミッションフィルタ
14 結像レンズ
15 マイクロレンズアレイ
16 第2の切替装置
17 カメラ
18、51 照明光学系
19 観察光学系
20、33、60 制御装置
25 光源
31 複数の照明光学系
32 第3の切替装置
45、47、48、50 シリンドリカルレンズ
S 標本

10, 30, 40, 70 Light field microscope 1, 41, 71 Multimode fiber 1a, 41a, 71a Outgoing end face 1b, 41b, 71b Core 2, 3, 5, 7, 42, 43 Lens 4, 44 Field stop 6, 46, 49 Brightness stops 4a, 4b, 4c, 4d, 44a, 44b,
44c, 44d, 49a, 49b Aperture plate 8 Container 9 Stage 11 Objective lens 12 First switching device 13 Emission filter 14 Imaging lens 15 Micro lens array 16 Second switching device 17 Camera 18, 51 Illumination optical system 19 Observation optics System 20, 33, 60 Control device 25 Light source 31 Multiple illumination optical system 32 Third switching device 45, 47, 48, 50 Cylindrical lens S Sample

Claims (13)

標本からの光を取り込む対物レンズと、
前記対物レンズの光軸と直交する方向から前記標本へ照明光を照射する照明装置と、を備え、
前記照明装置は、
前記照明光を射出する光源と、
前記光源からの前記照明光を導光し、出射端面から射出するマルチモードファイバーと、
前記出射端面の像を、前記対物レンズの光軸上に投影する照明光学系と、を備え、
前記照明装置は、前記照明光学系によって投影される投影面上で前記照明光が前記対物レンズの光軸方向に一定の厚みを有するように、前記照明光を照射する
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
An objective lens that captures light from the specimen;
An illumination device that irradiates the specimen with illumination light from a direction orthogonal to the optical axis of the objective lens,
The lighting device includes:
A light source for emitting the illumination light;
A multi-mode fiber that guides the illumination light from the light source and emits it from the exit end face;
An illumination optical system that projects an image of the exit end face onto the optical axis of the objective lens,
The illumination device irradiates the illumination light so that the illumination light has a certain thickness in the optical axis direction of the objective lens on a projection surface projected by the illumination optical system. microscope.
請求項1に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
前記照明光学系は、前記照明範囲を前記対物レンズの光軸の方向に一定とする、第1の絞りを有する
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
The light field microscope according to claim 1,
The light field microscope according to claim 1, wherein the illumination optical system includes a first diaphragm that makes the illumination range constant in a direction of an optical axis of the objective lens.
請求項2に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
前記照明光学系は、中間像を形成し、
前記照明光学系は、前記第1の絞りを前記中間像位置若しくはその近傍に有する
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
The light field microscope according to claim 2,
The illumination optical system forms an intermediate image;
The light field microscope, wherein the illumination optical system has the first stop at or near the intermediate image position.
請求項2または請求項3に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
前記第1の絞りは、前記第1の絞りの前記照明光が通過する領域の外周に矩形形状を形成する絞りであり、前記矩形形状を成す4辺のうちいずれかの対向する2辺が前記対物レンズの光軸と直交する
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
The light field microscope according to claim 2 or claim 3,
The first diaphragm is a diaphragm that forms a rectangular shape on an outer periphery of a region through which the illumination light of the first diaphragm passes, and two opposing sides of the four sides forming the rectangular shape are the A light field microscope characterized by being orthogonal to the optical axis of an objective lens.
請求項2乃至請求項4のいずれか1項に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
前記照明光学系は、前記照明光学系における出射側瞳位置に第2の絞りを有する
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
The light field microscope according to any one of claims 2 to 4,
The light field microscope, wherein the illumination optical system has a second stop at an exit pupil position in the illumination optical system.
請求項5に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
前記第1の絞りと前記第2の絞りは、それぞれ絞り具合が可変に構成される、または、大きさの異なる他の絞りと切替可能に構成される
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
The light field microscope according to claim 5,
The light field microscope, wherein the first diaphragm and the second diaphragm are each configured to be variable in degree of diaphragm, or configured to be switchable with other diaphragms having different sizes.
請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
前記マルチモードファイバーのコアは、矩形形状を有する矩形コアであり、前記出射端面において前記矩形コアの外周を成す4辺のうちいずれかの対向する2辺が前記対物レンズの光軸と直交する
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
The light field microscope according to any one of claims 1 to 6,
The core of the multimode fiber is a rectangular core having a rectangular shape, and two opposing sides of the four sides forming the outer periphery of the rectangular core are orthogonal to the optical axis of the objective lens at the emission end face. Light field microscope characterized by.
請求項7に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
前記矩形コアの前記対物レンズの光軸と直交する2辺の各辺の長さは、前記矩形コアの前記対物レンズの光軸と平行な2辺の各辺の長さよりも大きい
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
The light field microscope according to claim 7,
The length of each side of the rectangular core perpendicular to the optical axis of the objective lens is longer than the length of each side of the rectangular core parallel to the optical axis of the objective lens. Light field microscope.
請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
前記照明光学系は、前記対物レンズの光軸方向、または、前記対物レンズの光軸と直交する方向のうちいずれか、または、両方に対してテレセントリックに構成される
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
The light field microscope according to any one of claims 1 to 8,
The illumination optical system is configured to be telecentric with respect to either or both of the optical axis direction of the objective lens and the direction orthogonal to the optical axis of the objective lens. .
請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
前記照明光学系は、前記対物レンズの光軸方向と、前記対物レンズの光軸と直交する方向とで異なる投影倍率を有する
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
The light field microscope according to any one of claims 1 to 9,
The light field microscope, wherein the illumination optical system has different projection magnifications in an optical axis direction of the objective lens and a direction orthogonal to the optical axis of the objective lens.
請求項10に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
前記照明光学系は、前記対物レンズの光軸と直交する方向に前記対物レンズの光軸方向よりも大きな投影倍率を有する
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
The light field microscope according to claim 10,
The light field microscope, wherein the illumination optical system has a larger projection magnification in a direction orthogonal to the optical axis of the objective lens than in the optical axis direction of the objective lens.
請求項10または請求項11に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
前記照明光学系は、前記対物レンズの光軸と直交する方向にパワーを有する第1及び第3のシリンドリカルレンズと、前記対物レンズの光軸方向にパワーを有する第2及び第4のシリンドリカルレンズと、を有し、
前記第1〜前記第4のシリンドリカルレンズは、前記マルチモードファイバーの前記出射端面側から前記第1、前記第2、前記第3、前記第4のシリンドリカルレンズの順に配置される
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
The light field microscope according to claim 10 or claim 11,
The illumination optical system includes first and third cylindrical lenses having power in a direction orthogonal to the optical axis of the objective lens, and second and fourth cylindrical lenses having power in the optical axis direction of the objective lens. Have
The first to fourth cylindrical lenses are arranged in the order of the first, second, third, and fourth cylindrical lenses from the emission end face side of the multimode fiber. Light field microscope.
請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
前記照明光学系は、異なる投影倍率を有する他の照明光学系と切替可能に構成される
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。

The light field microscope according to any one of claims 1 to 12,
The illumination optical system is configured to be switchable with another illumination optical system having a different projection magnification.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113126273A (en) * 2019-12-30 2021-07-16 长春长光华大智造测序设备有限公司 Bar-shaped illumination optical system of microscope objective
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