JP2019215437A - Microscope, method and program - Google Patents

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Abstract

To provide a microscope, a method and a program that determine conditions where aberrations are excellent as photographing images.SOLUTION: A confocal microscope 100 comprises: an objective lens 21 that has a correction ring 21a; a detection unit 25 that detects light from a sample; and a microscope control unit 10 that serves as a correction ring control unit. The microscope control unit 10 is configured to: calculate an evaluation value on the basis of a plurality of images acquired at each of a plurality of rotation positions of the correction ring 21a; and determine the rotation position of the correction ring 21a on the basis of a plurality of calculated evaluation values.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、顕微鏡、方法、及びプログラムに関する。   The present invention relates to a microscope, a method, and a program.

従来、波面変換素子を変調するための制御データに基づいて変調する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, a technique of modulating based on control data for modulating a wavefront conversion element is known (for example, see Patent Document 1).

特開2005−292538号公報JP 2005-292538 A

本発明の第一の態様に係る顕微鏡は、補正環を有する対物レンズと、試料からの光を検出する検出部と、補正環制御部と、を有し、前記補正環制御部は、前記補正環の複数の回転位置それぞれにおいて取得された複数の画像に基づいて評価値を算出し、算出した複数の評価値に基づいて補正環の回転位置を決定する。   A microscope according to a first aspect of the present invention includes an objective lens having a correction ring, a detection unit that detects light from a sample, and a correction ring control unit, wherein the correction ring control unit includes the correction ring An evaluation value is calculated based on the plurality of images acquired at each of the plurality of rotation positions of the ring, and the rotation position of the correction ring is determined based on the calculated plurality of evaluation values.

本発明の第二の態様に係る顕微鏡は、試料に照明光を照射する照明光学系と、前記試料からの観察光を検出する検出部と、前記照明光及び前記観察光の少なくとも一方の収差を補正する収差補正光学系と、収差補正光学系制御部と、を有し、前記収差補正光学系制御部は、前記収差補正光学系の複数の設定状態それぞれにおいて取得された複数の画像に基づいて評価値を算出し、算出した複数の評価値に基づいて収差補正光学系の設定を決定する。   The microscope according to the second aspect of the present invention is an illumination optical system that irradiates a sample with illumination light, a detection unit that detects observation light from the sample, and an aberration of at least one of the illumination light and the observation light. An aberration correction optical system to correct, and an aberration correction optical system control unit, wherein the aberration correction optical system control unit is based on a plurality of images acquired in each of a plurality of setting states of the aberration correction optical system. The evaluation value is calculated, and the setting of the aberration correction optical system is determined based on the calculated plurality of evaluation values.

本発明の第三の態様に係る顕微鏡は、補正環を有する対物レンズと、試料からの光を検出する検出部と、補正環制御部と、を有し、前記補正環制御部は、前記補正環の第1〜n(nは2以上の整数)の回転位置それぞれにおいて評価値を算出し、前記第nの回転位置で前記評価値を算出した後に、前記第1の回転位置で2回目の評価値を算出して、前記第1の回転位置で取得された1回目の評価値と2回目の評価値とに基づいて前記補正環の第2〜nの回転位置における評価値を補正する。   A microscope according to a third aspect of the present invention includes an objective lens having a correction ring, a detection unit that detects light from a sample, and a correction ring control unit, wherein the correction ring control unit includes the correction ring control unit. After calculating an evaluation value at each of the first to nth (n is an integer of 2 or more) rotational positions of the ring and calculating the evaluation value at the nth rotational position, a second time at the first rotational position is calculated. An evaluation value is calculated, and the evaluation value at the second to nth rotation positions of the correction ring is corrected based on the first evaluation value and the second evaluation value acquired at the first rotation position.

本発明の第四の態様に係る顕微鏡は、試料に照明光を照射する照明光学系と、前記試料からの観察光を検出する検出部と、前記照明光及び前記観察光の少なくとも一方の収差を補正する収差補正光学系と、収差補正光学系制御部と、を有し、前記収差補正光学系制御部は、前記収差補正光学系の第1〜n(nは2以上の整数)の設定状態それぞれにおいて評価値を算出し、前記第nの設定状態で前記評価値を算出した後に、前記第1の設定状態で2回目の評価値を算出して、前記第1の設定状態で取得された1回目の評価値と2回目の評価値とに基づいて前記収差補正光学系の第2〜nの設定状態における評価値を補正する。   A microscope according to a fourth aspect of the present invention is an illumination optical system that irradiates a sample with illumination light, a detection unit that detects observation light from the sample, and an aberration of at least one of the illumination light and the observation light. An aberration correction optical system to be corrected, and an aberration correction optical system control unit, wherein the aberration correction optical system control unit sets the first to n (n is an integer of 2 or more) setting states of the aberration correction optical system. After calculating the evaluation value in each case, calculating the evaluation value in the n-th setting state, calculating the second evaluation value in the first setting state, and obtaining the evaluation value in the first setting state. The evaluation values in the second to nth setting states of the aberration correction optical system are corrected based on the first evaluation value and the second evaluation value.

本発明の第一の態様に係る方法は、補正環を有する対物レンズと、試料からの光を検出する検出部と、補正環制御部と、を有する顕微鏡の前記補正環制御部で実行される方法であって、前記補正環の複数の回転位置それぞれにおいて取得された複数の画像に基づいて評価値を算出するステップと、算出した複数の評価値に基づいて補正環の回転位置を決定するステップと、を有する。   The method according to the first aspect of the present invention is performed by the correction ring control unit of a microscope including an objective lens having a correction ring, a detection unit that detects light from a sample, and a correction ring control unit. A method, comprising: calculating an evaluation value based on a plurality of images acquired at each of a plurality of rotation positions of the correction ring; and determining a rotation position of the correction ring based on the calculated plurality of evaluation values. And

本発明の第二の態様に係る方法は、試料に照明光を照射する照明光学系と、前記試料からの観察光を検出する検出部と、前記照明光及び前記観察光の少なくとも一方の収差を補正する収差補正光学系と、収差補正光学系制御部と、を有する顕微鏡の前記収差補正光学系制御部で実行される方法であって、前記収差補正光学系の複数の設定状態それぞれにおいて取得された複数の画像に基づいて評価値を算出するステップと、算出した複数の評価値に基づいて収差補正光学系の設定を決定するステップと、を有する。   The method according to the second aspect of the present invention is an illumination optical system that irradiates the sample with illumination light, a detection unit that detects observation light from the sample, and an aberration of at least one of the illumination light and the observation light. A method executed by the aberration correction optical system control unit of the microscope having an aberration correction optical system to correct and an aberration correction optical system control unit, the method being performed in each of a plurality of setting states of the aberration correction optical system. Calculating an evaluation value based on the obtained plurality of images, and determining the setting of the aberration correction optical system based on the calculated plurality of evaluation values.

本発明の第三の態様に係る方法は、補正環を有する対物レンズと、試料からの光を検出する検出部と、補正環制御部と、を有する顕微鏡の前記補正環制御部で実行される方法であって、前記補正環の第1〜n(nは2以上の整数)の回転位置それぞれにおいて評価値を算出するステップと、前記第nの回転位置で前記評価値を算出した後に、前記第1の回転位置で2回目の評価値を算出するステップと、前記第1の回転位置で取得された1回目の評価値と2回目の評価値とに基づいて前記補正環の第2〜nの回転位置における評価値を補正するステップと、を有する。   A method according to a third aspect of the present invention is performed in the correction ring control unit of a microscope having an objective lens having a correction ring, a detection unit that detects light from a sample, and a correction ring control unit. Calculating an evaluation value at each of the first to n-th (n is an integer of 2 or more) rotational positions of the correction ring, and calculating the evaluation value at the n-th rotational position. Calculating a second evaluation value at the first rotation position; and calculating the second to n-th correction values based on the first evaluation value and the second evaluation value acquired at the first rotation position. And correcting the evaluation value at the rotational position of (i).

本発明の第四の態様に係る方法は、試料に照明光を照射する照明光学系と、前記試料からの観察光を検出する検出部と、前記照明光及び前記観察光の少なくとも一方の収差を補正する収差補正光学系と、収差補正光学系制御部と、を有する顕微鏡の前記補正光学系制御部で実行される方法であって、前記収差補正光学系の第1〜n(nは2以上の整数)の設定状態それぞれにおいて評価値を算出するステップと、前記第nの設定状態で前記評価値を算出した後に、前記第1の設定状態で2回目の評価値を算出するステップと、前記第1の設定状態で取得された1回目の評価値と2回目の評価値とに基づいて前記収差補正光学系の第2〜nの設定状態における評価値を補正するステップと、を有する。   A method according to a fourth aspect of the present invention is an illumination optical system that irradiates the sample with illumination light, a detection unit that detects observation light from the sample, and an aberration of at least one of the illumination light and the observation light. A method performed by the correction optical system control unit of a microscope having an aberration correction optical system to correct and an aberration correction optical system control unit, wherein the first to nth (n is 2 or more) of the aberration correction optical system Calculating an evaluation value in each of the setting states of (i), calculating the evaluation value in the n-th setting state, and then calculating a second evaluation value in the first setting state; Correcting the evaluation values in the second to n setting states of the aberration correction optical system based on the first evaluation value and the second evaluation value acquired in the first setting state.

本発明の第一の態様に係るプログラムは、補正環を有する対物レンズと、試料からの光を検出する検出部と、補正環制御部と、を有する顕微鏡の前記補正環制御部で実行されるプログラムであって、前記補正環制御部を、前記補正環の複数の回転位置それぞれにおいて取得された複数の画像に基づいて評価値を算出する手段、及び算出した複数の評価値に基づいて補正環の回転位置を決定する手段として機能させる。   A program according to a first aspect of the present invention is executed by the correction ring control unit of a microscope including an objective lens having a correction ring, a detection unit that detects light from a sample, and a correction ring control unit. Means for calculating an evaluation value based on a plurality of images acquired at each of a plurality of rotational positions of the correction ring, and a correction ring based on the calculated plurality of evaluation values. Function as a means for determining the rotational position of.

本発明の第二の態様に係るプログラムは、試料に照明光を照射する照明光学系と、前記試料からの観察光を検出する検出部と、前記照明光及び前記観察光の少なくとも一方の収差を補正する収差補正光学系と、収差補正光学系制御部と、を有する顕微鏡の前記収差補正光学系制御部で実行されるプログラムであって、前記収差補正光学系制御部を、前記収差補正光学系の複数の設定状態それぞれにおいて取得された複数の画像に基づいて評価値を算出する手段、及び算出した複数の評価値に基づいて収差補正光学系の設定を決定する手段として機能させる。   A program according to a second aspect of the present invention includes an illumination optical system that irradiates a sample with illumination light, a detection unit that detects observation light from the sample, and an aberration of at least one of the illumination light and the observation light. A program executed by the aberration correction optical system control unit of the microscope having an aberration correction optical system to correct and an aberration correction optical system control unit, wherein the aberration correction optical system control unit includes the aberration correction optical system. Function as means for calculating an evaluation value based on the plurality of images acquired in each of the plurality of setting states, and means for determining the setting of the aberration correction optical system based on the calculated plurality of evaluation values.

本発明の第三の態様に係るプログラムは、補正環を有する対物レンズと、試料からの光を検出する検出部と、補正環制御部と、を有する顕微鏡の前記補正環制御部で実行されるプログラムであって、前記補正環制御部を、前記補正環の第1〜n(nは2以上の整数)の回転位置それぞれにおいて評価値を算出する手段、前記第nの回転位置で前記評価値を算出した後に、前記第1の回転位置で2回目の評価値を算出する手段、及び前記第1の回転位置で取得された1回目の評価値と2回目の評価値とに基づいて前記補正環の第2〜nの回転位置における評価値を補正する手段として機能させる。   A program according to a third aspect of the present invention is executed by the correction ring control unit of a microscope including an objective lens having a correction ring, a detection unit that detects light from a sample, and a correction ring control unit. Means for calculating an evaluation value at each of the first to nth (n is an integer of 2 or more) rotational positions of the correction ring, wherein the evaluation value is calculated at the nth rotational position. Means for calculating a second evaluation value at the first rotation position after calculating, and the correction based on the first evaluation value and the second evaluation value obtained at the first rotation position. It is made to function as means for correcting the evaluation values at the second to nth rotational positions of the ring.

本発明の第四の態様に係るプログラムは、試料に照明光を照射する照明光学系と、前記試料からの観察光を検出する検出部と、前記照明光及び前記観察光の少なくとも一方の収差を補正する収差補正光学系と、収差補正光学系制御部と、を有する顕微鏡の前記補正光学系制御部で実行されるプログラムであって、前記補正光学系制御部を、前記収差補正光学系の第1〜n(nは2以上の整数)の設定状態それぞれにおいて評価値を算出する手段、前記第nの設定状態で前記評価値を算出した後に、前記第1の設定状態で2回目の評価値を算出する手段、及び前記第1の設定状態で取得された1回目の評価値と2回目の評価値とに基づいて前記収差補正光学系の第2〜nの設定状態における評価値を補正する手段として機能させる。   A program according to a fourth aspect of the present invention is an illumination optical system that irradiates a sample with illumination light, a detection unit that detects observation light from the sample, and an aberration of at least one of the illumination light and the observation light. An aberration correction optical system to correct, and a program executed by the correction optical system control unit of the microscope having an aberration correction optical system control unit, wherein the correction optical system control unit, the second of the aberration correction optical system Means for calculating an evaluation value in each of 1 to n (n is an integer of 2 or more) setting states, calculating the evaluation value in the n-th setting state, and then calculating a second evaluation value in the first setting state And correcting the evaluation values of the aberration correction optical system in the second to nth setting states based on the first evaluation value and the second evaluation value obtained in the first setting state. Function as a means.

共焦点顕微鏡の外観構成の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an external configuration of a confocal microscope. 共焦点顕微鏡の収差補正部の外観構成の一部分を拡大した図である。It is the figure which expanded a part of external appearance structure of the aberration correction part of the confocal microscope. 収差補正算出装置の機能構成の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of an aberration correction calculation device. 情報処理装置の表示装置に表示されるユーザインタフェースの一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a user interface displayed on a display device of the information processing device. 同一画像取得条件で取得した2画像の相関値と収差との関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between a correlation value and aberration of two images acquired under the same image acquisition condition. 収差量と画像の輝度(強度)との関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between an aberration amount and luminance (intensity) of an image. SN比と相関値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between SN ratio and a correlation value. 第1の実施形態に係る収差補正算出装置の動作を示すフローチャートである。4 is a flowchart illustrating an operation of the aberration correction calculation device according to the first embodiment. 第1の実施形態における補正環位置で撮像される画像と評価値との関係を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a relationship between an image captured at a correction ring position and an evaluation value according to the first embodiment. 第2の実施形態におけるz位置探索の概要を示す説明図である。It is an explanatory view showing the outline of z position search in a 2nd embodiment. 第2の実施形態における補正環位置と評価値の関係を示すグラフである。9 is a graph illustrating a relationship between a correction ring position and an evaluation value according to the second embodiment. 第2の実施形態に係る収差補正算出装置の動作を示すフローチャートである。9 is a flowchart illustrating an operation of the aberration correction calculation device according to the second embodiment. 第3の実施形態における補正環位置とz方向の探索の関係を示す説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating a relationship between a correction ring position and a search in the z direction according to the third embodiment. 第4の実施形態における退色補正による評価値の取得方法を示す説明図である。It is an explanatory view showing a method of acquiring an evaluation value by fading correction in a fourth embodiment. 第4の実施形態に係る収差補正算出装置の機能構成の一例を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of an aberration correction calculation device according to a fourth embodiment. 第4の実施形態に係る収差補正算出装置の動作の前段を示すフローチャートである。13 is a flowchart illustrating a first stage of the operation of the aberration correction calculation device according to the fourth embodiment. 第4の実施形態に係る収差補正算出装置の動作の後段を示すフローチャートである。15 is a flowchart illustrating a second stage of the operation of the aberration correction calculation device according to the fourth embodiment. 第4の実施形態における退色補正による評価値の取得方法の変形例を示す説明図である。FIG. 19 is an explanatory diagram showing a modification of the method for acquiring an evaluation value by fading correction in the fourth embodiment. 補正環位置と画質との関係を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a relationship between a correction ring position and image quality.

以下、好ましい実施形態について図面を参照して説明する。図1は、共焦点顕微鏡100の外観構成の一例を示す図であり、図2は、共焦点顕微鏡100の一部である収差補正部20の外観構成の一部分を拡大した図である。以下、共焦点顕微鏡100を例示して説明するが、これに限られず、例えば、微分干渉顕微鏡(Differential Interference Contrast microscope;DIC)、位相差顕微鏡、蛍光顕微鏡、共焦点顕微鏡、超解像顕微鏡、多光子励起蛍光顕微鏡であってもよい。この図1に示すように、共焦点顕微鏡100は、収差補正算出装置である顕微鏡制御部10と、共焦点顕微鏡100の光学系に設けられた収差補正部20とを備える。なお、以降の説明において、図1等に示すように、対物レンズ21の光軸方向をz軸とし、このz軸に直交する面内において直交する方向をそれぞれx軸及びy軸とする。   Hereinafter, preferred embodiments will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an external configuration of the confocal microscope 100, and FIG. 2 is an enlarged view of a part of an external configuration of the aberration correction unit 20 that is a part of the confocal microscope 100. Hereinafter, the confocal microscope 100 will be described by way of example, but is not limited thereto. For example, a differential interference contrast microscope (DIC), a phase contrast microscope, a fluorescence microscope, a confocal microscope, a super-resolution microscope, It may be a photon excitation fluorescence microscope. As shown in FIG. 1, the confocal microscope 100 includes a microscope control unit 10 as an aberration correction calculation device, and an aberration correction unit 20 provided in an optical system of the confocal microscope 100. In the following description, as shown in FIG. 1 and the like, the direction of the optical axis of the objective lens 21 is defined as the z-axis, and directions orthogonal to the plane orthogonal to the z-axis are defined as the x-axis and the y-axis, respectively.

図2に示すように、収差補正部20とは、電動モータにより球面収差の補正が可能な収差補正光学系(例えば、補正環21aにより光軸OA方向に移動される収差補正レンズ21b)を備えた対物レンズ21により、試料を拡大した観察と観察像の取得に関わる顕微鏡の一部構成である。試料とは、具体的には、観察対象となる生体試料、ビーズなどである。生体試料とは、厚みがある蛍光染色された細胞などの試料である。ビーズとは、蛍光標識されたポリスチレンの微小球体(例えば直径0.2umなど)である。   As shown in FIG. 2, the aberration correction unit 20 includes an aberration correction optical system (for example, an aberration correction lens 21b moved in the optical axis OA direction by a correction ring 21a) capable of correcting spherical aberration by an electric motor. This is a partial configuration of a microscope relating to observation in which a sample is enlarged by an objective lens 21 and acquisition of an observation image. The sample is, specifically, a biological sample or a bead to be observed. A biological sample is a sample such as a thick fluorescent-stained cell. The beads are fluorescently labeled polystyrene microspheres (for example, 0.2 μm in diameter).

また、球面収差とは、点光源から出射される光線が、光学系を通過後に1点の焦点に集束しない収差である。球面収差は、具体的には、観察対象(上述した試料)を通過した光の観察波長や、温度変化、カバーガラス厚、観察面の深さに応じて変化する。補正環は、この球面収差を補正する。   Further, the spherical aberration is an aberration in which a light beam emitted from a point light source does not converge at a single focal point after passing through an optical system. Specifically, the spherical aberration changes according to the observation wavelength of light passing through the observation target (the above-described sample), a temperature change, a cover glass thickness, and a depth of an observation surface. The correction ring corrects this spherical aberration.

まず、図1を参照して、ステージ23上に配置された試料(例えば、蛍光色素が添加された細胞)などの観察対象TPの画像を取得する顕微鏡である共焦点顕微鏡100の構成について説明する。共焦点顕微鏡100は、光源26a、シャッタ26b、及び音響光学素子26cから構成される光源部26、照明用レンズ27、励起フィルタ28、及びダイクロイックミラー29を含む。光源26aとしては、所定の波長のレーザ光等の励起光を発光する装置を用いることができる。共焦点顕微鏡100は、ダイクロイックミラー29から観察対象TP側に配置されている、スキャナ210、及び対物レンズ21を含む。スキャナ210として、ガルバノスキャナ又はレゾナントスキャナを用いることができる。共焦点顕微鏡100の照明光学系は、照明用レンズ27、励起フィルタ28、ダイクロイックミラー29、スキャナ210、及び対物レンズ21を含む。共焦点顕微鏡100は、ダイクロイックミラー29から観察対象TP側とは反対側に配置されている、蛍光フィルタ211、集光レンズ212、検出部25を含む。検出部25として、光電子増倍管を用いることができる。共焦点顕微鏡100の観察光学系は、スキャナ210、対物レンズ21、蛍光フィルタ211、及び集光レンズ212を含む。共焦点顕微鏡100は、観察対象TPが配置されたステージ23を平面状に移動させるステージ駆動部213を含む。なお、ステージ駆動部213は、ステージ23を対物レンズ21の光軸方向に移動させてもよい。共焦点顕微鏡100は、検出部25の光の入射側に配置された、観察対象TPの焦点面と共役の位置に配置され、その径により、ある一定以上焦点面から光軸方向にずれた位置の光を除去するピンホール214と、ピンホール214のサイズを調整するピンホール駆動部215とを含む。共焦点顕微鏡100は、画像を取得するために作動する複数の構成部、例えば、検出部25、光源部26、ピンホール駆動部215、及びステージ駆動部213等の作動を制御する顕微鏡制御部10を含む。この顕微鏡である共焦点顕微鏡100は外部の情報処理装置101と情報のやり取りが可能に構成されている。   First, a configuration of a confocal microscope 100 that is a microscope that acquires an image of an observation target TP such as a sample (for example, a cell to which a fluorescent dye is added) disposed on the stage 23 will be described with reference to FIG. . The confocal microscope 100 includes a light source unit 26 including a light source 26a, a shutter 26b, and an acousto-optic element 26c, an illumination lens 27, an excitation filter 28, and a dichroic mirror 29. As the light source 26a, a device that emits excitation light such as laser light having a predetermined wavelength can be used. The confocal microscope 100 includes a scanner 210 and an objective lens 21 arranged on the side of the observation target TP from the dichroic mirror 29. As the scanner 210, a galvano scanner or a resonant scanner can be used. The illumination optical system of the confocal microscope 100 includes an illumination lens 27, an excitation filter 28, a dichroic mirror 29, a scanner 210, and an objective lens 21. The confocal microscope 100 includes a fluorescent filter 211, a condenser lens 212, and a detection unit 25, which are arranged on a side opposite to the observation target TP side from the dichroic mirror 29. As the detection unit 25, a photomultiplier tube can be used. The observation optical system of the confocal microscope 100 includes a scanner 210, an objective lens 21, a fluorescent filter 211, and a condenser lens 212. The confocal microscope 100 includes a stage driving unit 213 that moves the stage 23 on which the observation target TP is arranged in a plane. Note that the stage driving section 213 may move the stage 23 in the optical axis direction of the objective lens 21. The confocal microscope 100 is arranged at a position conjugate with the focal plane of the observation target TP, which is arranged on the light incident side of the detection unit 25, and is shifted from the focal plane by a certain amount or more in the optical axis direction depending on its diameter. And a pinhole driving unit 215 for adjusting the size of the pinhole 214. The confocal microscope 100 includes a microscope control unit 10 that controls operations of a plurality of components that operate to acquire an image, for example, the detection unit 25, the light source unit 26, the pinhole drive unit 215, and the stage drive unit 213. including. The confocal microscope 100 as this microscope is configured to be able to exchange information with an external information processing apparatus 101.

次に、図2を参照して収差補正部20について説明する。以下の説明では、収差補正部20が共焦点顕微鏡(倒立顕微鏡)の一部構成である場合について説明するが、これに限られない。収差補正部20は、微分干渉顕微鏡(Differential Interference Contrast microscope;DIC)、位相差顕微鏡、蛍光顕微鏡、共焦点顕微鏡、超解像顕微鏡、多光子励起蛍光顕微鏡等の一部構成であってもよい。   Next, the aberration corrector 20 will be described with reference to FIG. In the following description, the case where the aberration corrector 20 is a part of a confocal microscope (inverted microscope) will be described, but the present invention is not limited to this. The aberration correction unit 20 may have a partial configuration such as a differential interference contrast microscope (DIC), a phase contrast microscope, a fluorescence microscope, a confocal microscope, a super-resolution microscope, and a multiphoton excitation fluorescence microscope.

収差補正部20(補正環制御部、収差補正光学系制御部)は、対物レンズ21と、補正環駆動部22と、ステージ23と、対物レンズ駆動部24と、ステージ駆動部213と、検出部25とを備える。対物レンズ駆動部24は、対物レンズ21の位置を光軸OA方向に動かすモータを有しており、対物レンズ21を保持するレボルバ(不図示)を上下動することで、対物レンズ21を光軸OA方向に動かすことができる。なお、対物レンズ21を光軸OA方向に移動させるだけでなく、試料が載置されたステージ23を光軸OA方向に移動させるように構成してもよい。図2中、対物レンズ21を観察対象(上述した試料)TPに対して相対移動させて、対物レンズ21と観察対象TPとの相対位置が変化すると、対物レンズ21の焦点位置が変化する。以下の説明において、対物レンズ21の焦点位置を、OFと記載する。   The aberration correction unit 20 (correction ring control unit, aberration correction optical system control unit) includes an objective lens 21, a correction ring drive unit 22, a stage 23, an objective lens drive unit 24, a stage drive unit 213, and a detection unit. 25. The objective lens driving unit 24 has a motor for moving the position of the objective lens 21 in the direction of the optical axis OA, and moves the revolver (not shown) holding the objective lens 21 up and down to move the objective lens 21 to the optical axis OA. It can be moved in the OA direction. In addition, not only the objective lens 21 may be moved in the direction of the optical axis OA, but also the stage 23 on which the sample is placed may be moved in the direction of the optical axis OA. In FIG. 2, when the objective lens 21 is relatively moved with respect to the observation target (the above-described sample) TP and the relative position between the objective lens 21 and the observation target TP changes, the focal position of the objective lens 21 changes. In the following description, the focal position of the objective lens 21 is described as OF.

本実施形態において、対物レンズ21は、補正環21aを備える。補正環21aを調節し、対物レンズ21を保持する鏡筒内に設けられる収差補正レンズ21bの光軸方向の位置を変更することにより、対物レンズ21の球面収差は補正される。対物レンズ21の球面収差を補正すると、対物レンズ21の焦点位置OFが光軸OA方向に移動してしまう。このような補正環21aは、必須のものではなく、カム構造を用い収差補正レンズ21bを光軸OA方向に移動させる構成でもよい。また、収差補正光学系として、収差補正レンズ21bの代わりに、デフォーマブルミラーや液晶素子などの位相変調素子を用いてもよい。収差補正光学系は、対物レンズ21と光源部26との間、又は対物レンズ21と検出部25との間に配置される。 なお、正立顕微鏡では、収差補正光学系は、試料と光源部26との間、又は試料と検出部25との間に配置されてもよい。つまり、収差補正光学系は、試料に光を照明する照明光学系に設けられてもよいし試料からの光を検出器に導く観察光学系に設けられてもよいし照明光と試料からの検出光の両方が通る共通光路に設けられてもよい。位相変調素子は、試料に入射される励起光、及び試料からの検出光の少なくとも一方の位相を変調することにより収差を補正する。   In the present embodiment, the objective lens 21 includes a correction ring 21a. The spherical aberration of the objective lens 21 is corrected by adjusting the correction ring 21a and changing the position of the aberration correction lens 21b provided in the lens barrel holding the objective lens 21 in the optical axis direction. When the spherical aberration of the objective lens 21 is corrected, the focal position OF of the objective lens 21 moves in the direction of the optical axis OA. Such a correction ring 21a is not essential, and may have a configuration in which the aberration correction lens 21b is moved in the optical axis OA direction using a cam structure. Further, a phase modulation element such as a deformable mirror or a liquid crystal element may be used as the aberration correction optical system instead of the aberration correction lens 21b. The aberration correction optical system is disposed between the objective lens 21 and the light source unit 26 or between the objective lens 21 and the detection unit 25. In the erecting microscope, the aberration correction optical system may be arranged between the sample and the light source unit 26 or between the sample and the detection unit 25. That is, the aberration correction optical system may be provided in the illumination optical system that illuminates the sample with light, may be provided in the observation optical system that guides light from the sample to the detector, or may be provided in the illumination light and the detection from the sample. It may be provided in a common optical path through which both light passes. The phase modulation element corrects aberration by modulating at least one phase of the excitation light incident on the sample and the detection light from the sample.

これらのデフォーマブルミラーや液晶素子などの位相変調素子も、補正環21aに相当する調整手段を有する。調整手段は、収差補正光学系の設定状態を変更(調整)する。調整手段は、収差補正光学系が対物レンズ21に含まれる補正レンズ21bである場合、補正レンズ21bの光軸OA方向の位置(設定状態)を変更(調整)する。調整手段は、収差補正光学系が位相変調素子である場合、位相変調素子の位相変調量(設定状態)を変更(調整)する。例えば、調整手段は、収差補正光学系がデフォーマブルミラーである場合、デフォーマブルミラーに印加される電圧値を制御することにより、ミラーの形状(設定状態)を変更(調整)する。例えば、調整手段は、収差補正光学系が液晶素子である場合、液晶素子に印加される電圧値を制御することにより液晶の分布(設定状態)を変更(調整)する。   These phase modulating elements such as deformable mirrors and liquid crystal elements also have adjustment means corresponding to the correction ring 21a. The adjusting means changes (adjusts) the setting state of the aberration correction optical system. When the aberration correcting optical system is the correcting lens 21b included in the objective lens 21, the adjusting unit changes (adjusts) the position (setting state) of the correcting lens 21b in the direction of the optical axis OA. The adjusting unit changes (adjusts) the amount of phase modulation (setting state) of the phase modulation element when the aberration correction optical system is a phase modulation element. For example, when the aberration correction optical system is a deformable mirror, the adjusting unit changes (adjusts) the shape (setting state) of the mirror by controlling the voltage value applied to the deformable mirror. For example, when the aberration correcting optical system is a liquid crystal element, the adjusting unit changes (adjusts) the distribution (setting state) of the liquid crystal by controlling the voltage value applied to the liquid crystal element.

補正環駆動部22は、補正環21aの回転位置を移動させて(補正環21aを回転させて)収差補正レンズ21bの位置を変更させる。補正環駆動部22とは、具体的には、電動モータなどの駆動装置であり、電動モータにより補正環21aを回転させる(補正環21aの回転位置を移動させる)。補正環21aが回転することにより(補正環21aの回転位置が移動することにより)収差補正レンズ21bは位置が変更される。   The correction ring drive unit 22 changes the position of the aberration correction lens 21b by moving the rotational position of the correction ring 21a (by rotating the correction ring 21a). The correction ring driving unit 22 is, specifically, a driving device such as an electric motor, and rotates the correction ring 21a by the electric motor (moves the rotational position of the correction ring 21a). The position of the aberration correction lens 21b is changed by rotating the correction ring 21a (by moving the rotational position of the correction ring 21a).

光源部26から射出された励起光は、照明用レンズ27で略平行光に変換されて励起光フィルタ28を透過してダイクロイックミラー29に入射し、ダイクロイックミラー29で反射されてスキャナ210に入射する。スキャナ210は、入射した励起光を走査し、走査された光は、対物レンズ21により、ステージ23上の観察対象TPに集光される。スキャナ210により光の集光位置は2次元的に走査される。   The excitation light emitted from the light source unit 26 is converted into substantially parallel light by the illumination lens 27, passes through the excitation light filter 28, enters the dichroic mirror 29, is reflected by the dichroic mirror 29, and enters the scanner 210. . The scanner 210 scans the incident excitation light, and the scanned light is focused on the observation target TP on the stage 23 by the objective lens 21. The light condensing position of the light is two-dimensionally scanned by the scanner 210.

観察対象TP上の励起光が照射された位置からは、光(蛍光)が発せられる。その観察対象TPから射出した光(蛍光)は、対物レンズ21、スキャナ210を通り、ダイクロイックミラー29へ入射する。ダイクロイックミラー29に入射した光(蛍光)は、励起光の波長と異なるので、ダイクロイックミラー29を透過し、蛍光フィルタ211を通り、集光レンズ212にて、集光される。集光した光(蛍光)は検出部25に入射し、検出部25は、入射された光の光電子変換を行い、大きさがその光の量(明るさ)に対応する値のデジタルデータを生成し、生成したデジタルデータを顕微鏡制御部10に送信する。   Light (fluorescence) is emitted from the position on the observation target TP where the excitation light is irradiated. The light (fluorescence) emitted from the observation target TP passes through the objective lens 21 and the scanner 210 and enters the dichroic mirror 29. Since the light (fluorescence) incident on the dichroic mirror 29 is different from the wavelength of the excitation light, it passes through the dichroic mirror 29, passes through the fluorescent filter 211, and is condensed by the condenser lens 212. The condensed light (fluorescence) is incident on the detection unit 25, and the detection unit 25 performs photoelectric conversion of the incident light, and generates digital data having a value corresponding to the amount (brightness) of the light. Then, the generated digital data is transmitted to the microscope control unit 10.

顕微鏡制御部10はそのデータを1画素のデータとして、顕微鏡制御部10に備えられたRAM(図示せず)に記録する。この記録をスキャナ210の2次元的に走査するタイミングと同期して並べることで1つの画像として生成することで、画像が取得される。   The microscope control unit 10 records the data as one-pixel data in a RAM (not shown) provided in the microscope control unit 10. By arranging the records in synchronization with the timing of two-dimensional scanning of the scanner 210 to generate one image, an image is obtained.

顕微鏡制御部10は、画像を取得するために作動する複数の構成部である、光源部26、ピンホール駆動部215、及びステージ駆動部213等の作動を制御する。また、顕微鏡制御部10は、画像の取得条件として、例えば、光源部26の励起光の強さ、ピンホール214のサイズ、観察対象TP上のスポットの走査速度等を設定する。   The microscope control unit 10 controls operations of the light source unit 26, the pinhole driving unit 215, the stage driving unit 213, and the like, which are a plurality of components that operate to acquire an image. Further, the microscope control unit 10 sets, for example, the intensity of the excitation light of the light source unit 26, the size of the pinhole 214, the scanning speed of the spot on the observation target TP, and the like as the image acquisition conditions.

上述したように、観察対象TPである細胞に蛍光物質を励起する励起光を照射することで、検出部25により、細胞に添加された蛍光試薬から発光される蛍光を検出し、検出された結果を顕微鏡制御部10で画像として生成する。本実施形態においては、細胞を蛍光試薬で染色して、細胞画像を取得する。なお、検出部25が検出した信号により画像が生成される生体試料は、例えば、固定標本、透明化標本、生きたままの標本であってもよい。   As described above, by irradiating the cell that is the observation target TP with the excitation light that excites the fluorescent substance, the detection unit 25 detects the fluorescence emitted from the fluorescent reagent added to the cell, and the detection result is obtained. Is generated by the microscope control unit 10 as an image. In the present embodiment, cells are stained with a fluorescent reagent to obtain a cell image. The biological sample for which an image is generated by the signal detected by the detection unit 25 may be, for example, a fixed sample, a transparent sample, or a living sample.

収差補正算出装置(補正環制御部、収差補正光学系制御部)である顕微鏡制御部10は、補正環21aの最適位置を決定(算出)する。本実施形態において、顕微鏡制御部10は、図3に示すように、制御部12を有しており、情報処理装置101と接続されている。情報処理装置101は、制御部を有する。また、情報処理装置101の制御部は、入出力制御部17を備える。また、情報処理装置101は、表示装置11(表示部)と、接続されている。表示装置11は、例えば液晶ディスプレイ等である。表示装置11は、例えば、情報処理装置101に外付けされる装置であるが、情報処理装置101の一部でもよい。また、情報処理装置101は入力装置(入力部)9と接続される。入力装置9は、ユーザが操作可能な入力インターフェースである。入力装置9は、例えば、マウス、キーボード、タッチパッド、トラックボールの少なくとも1つを含む。入力装置9は、ユーザによる操作を検出し、その検出結果をユーザが入力した入力情報として情報処理装置101に供給する。入力装置9は、例えば、情報処理装置101に外付けされる装置であるが、情報処理装置101の一部(例、内臓型のタッチパッド)でもよい。また、入力装置9は、表示装置11と一体のタッチパネル等でもよい。顕微鏡制御部10は、補正環21aの最適位置を決定する。情報処理装置101の入出力制御部17は、観察者が顕微鏡を操作するために必要なGUIや、試料の画像、顕微鏡制御部10が算出した結果などを表示装置11に表示する。なお、図3は、収差補正算出装置である顕微鏡制御部10の機能構成の一例を示す図である。   The microscope control unit 10, which is an aberration correction calculation device (correction ring control unit, aberration correction optical system control unit), determines (calculates) the optimum position of the correction ring 21a. In the present embodiment, the microscope control unit 10 includes a control unit 12 as shown in FIG. The information processing device 101 has a control unit. The control unit of the information processing device 101 includes an input / output control unit 17. The information processing device 101 is connected to the display device 11 (display unit). The display device 11 is, for example, a liquid crystal display or the like. The display device 11 is, for example, a device externally attached to the information processing device 101, but may be a part of the information processing device 101. Further, the information processing device 101 is connected to the input device (input unit) 9. The input device 9 is an input interface that can be operated by a user. The input device 9 includes, for example, at least one of a mouse, a keyboard, a touchpad, and a trackball. The input device 9 detects an operation by the user, and supplies the detection result to the information processing device 101 as input information input by the user. The input device 9 is, for example, a device externally attached to the information processing device 101, but may be a part of the information processing device 101 (for example, a built-in touch pad). Further, the input device 9 may be a touch panel or the like integrated with the display device 11. The microscope control unit 10 determines an optimum position of the correction ring 21a. The input / output control unit 17 of the information processing apparatus 101 displays on the display device 11 a GUI necessary for the observer to operate the microscope, an image of the sample, a result calculated by the microscope control unit 10, and the like. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of the microscope control unit 10 as the aberration correction calculation device.

顕微鏡制御部10は、上述した制御部12に加えて、画像生成部13と、評価値算出部14と、補正環21aの最適位置を決定(算出)する補正環位置決定部15と、記憶部16と、z位置算出部18と、を備える。   The microscope control unit 10 includes, in addition to the control unit 12 described above, an image generation unit 13, an evaluation value calculation unit 14, a correction ring position determination unit 15 that determines (calculates) an optimum position of the correction ring 21a, and a storage unit. 16 and a z-position calculator 18.

本実施形態では、情報処理装置101の入出力制御部17は、補正環位置決定部15が算出した補正環最適位置CPを表示装置11に表示する。補正環駆動部22は、補正環位置決定部15が決定した補正環最適位置CPを取得する。補正環駆動部22は、取得した補正環最適位置CPに基づいて、補正環21aを駆動させる。   In the present embodiment, the input / output control unit 17 of the information processing apparatus 101 displays the correction ring optimal position CP calculated by the correction ring position determination unit 15 on the display device 11. The correction ring driving unit 22 acquires the correction ring optimum position CP determined by the correction ring position determination unit 15. The correction ring driving unit 22 drives the correction ring 21a based on the obtained correction ring optimum position CP.

入出力制御部17は、観察者が入力装置9を用いて入力した観察領域ROI、補正環開始位置、基準フォーカス面位置(パラメータ)などを検出し、制御部12に出力する。   The input / output control unit 17 detects an observation region ROI, a correction ring start position, a reference focus surface position (parameter), and the like input by the observer using the input device 9, and outputs the detection region ROI to the control unit 12.

制御部12は、観察者が入力したパラメータに基づいて、検出部25、対物レンズ駆動部24及び補正環駆動部22に規定の動作をさせる。また、制御部12は、撮像時の対物レンズ21の位置と補正環21aの位置を記憶部16へ出力する。   The control unit 12 causes the detection unit 25, the objective lens driving unit 24, and the correction ring driving unit 22 to perform specified operations based on the parameters input by the observer. Further, the control unit 12 outputs the position of the objective lens 21 and the position of the correction ring 21a at the time of imaging to the storage unit 16.

検出部25は、制御部12からの入力に従ってスキャナ210を制御し、取得した検出信号を画像生成部13へ出力する。   The detection unit 25 controls the scanner 210 according to the input from the control unit 12 and outputs the obtained detection signal to the image generation unit 13.

画像生成部13は、検出部25から取得した検出信号に基づいて画像TIを生成し、生成した画像TIを評価値算出部14及び記憶部16へ出力する。具体的には、画像生成部13は、生成した基準画像を記憶部16へ出力する。また、画像生成部13は、生成した複数画像(評価値算出用画像)を評価値算出部14へ出力する。また、画像生成部13は、生成した複数画像(zスタック)をz位置算出部18へ出力する。なお、対物レンズ21またはステージ23を対物レンズの光軸方向(z方向)に所定の移動量だけ移動させて画像を取得する処理をz方向の所定の範囲で繰り返すことにより取得された画像群をzスタックと称する。   The image generation unit 13 generates an image TI based on the detection signal acquired from the detection unit 25, and outputs the generated image TI to the evaluation value calculation unit 14 and the storage unit 16. Specifically, the image generation unit 13 outputs the generated reference image to the storage unit 16. In addition, the image generation unit 13 outputs the generated plurality of images (images for calculating an evaluation value) to the evaluation value calculation unit 14. Further, the image generation unit 13 outputs the generated plurality of images (z stack) to the z position calculation unit 18. Note that an image group obtained by moving the objective lens 21 or the stage 23 in the optical axis direction (z direction) of the objective lens by a predetermined movement amount and repeating the process of obtaining an image in a predetermined range in the z direction is obtained. Called z-stack.

評価値算出部14は、画像生成部13から観察対象TPの画像TIを取得する。評価値算出部14は、画像生成部13が生成した画像TIから評価値vを算出する。評価値vの詳細は後述する。評価値算出部14は、算出した評価値vを、記憶部16に記憶する。   The evaluation value calculation unit 14 acquires the image TI of the observation target TP from the image generation unit 13. The evaluation value calculation unit 14 calculates an evaluation value v from the image TI generated by the image generation unit 13. Details of the evaluation value v will be described later. The evaluation value calculation unit 14 stores the calculated evaluation value v in the storage unit 16.

記憶部16は、例えば、RAM等のメモリやハードディスク等の外部記憶装置である。記憶部16は、保持する基準画像をz位置算出部18へ出力する。また、記憶部16は、保持する補正環位置と評価値vを補正環位置決定部15へ出力する。   The storage unit 16 is, for example, a memory such as a RAM or an external storage device such as a hard disk. The storage unit 16 outputs the held reference image to the z-position calculation unit 18. The storage unit 16 outputs the held correction ring position and the evaluation value v to the correction ring position determination unit 15.

z位置算出部18は、画像生成部13から入力されたzスタックと記憶部16から入力された基準画像から複数画像(評価値算出用画像)を取得する対物レンズ21のz位置を算出し、制御部12へ出力する。   The z-position calculator 18 calculates the z-position of the objective lens 21 that acquires a plurality of images (evaluation value calculation images) from the z stack input from the image generator 13 and the reference image input from the storage 16, Output to the control unit 12.

補正環位置決定部15は、記憶部16から取得した情報に基づいて、補正環21aの最適位置を決定する。補正環位置決定部15は、算出した補正環21aの最適位置に相当する補正環最適位置CPに関する情報を、入出力制御部17と、制御部12に対して出力する。入出力制御部17は上記補正環最適位置CPに関する情報を表示装置11に出力(表示)する 。   The correction ring position determining unit 15 determines the optimum position of the correction ring 21a based on the information obtained from the storage unit 16. The correction ring position determination unit 15 outputs information on the calculated correction ring optimum position CP corresponding to the calculated optimum position of the correction ring 21a to the input / output control unit 17 and the control unit 12. The input / output control unit 17 outputs (displays) information on the correction ring optimum position CP to the display device 11.

制御部12は、補正環21aを最適位置へ動作させるよう補正環駆動部22を制御する。   The control unit 12 controls the correction ring driving unit 22 to move the correction ring 21a to the optimum position.

図4は、情報処理装置101の表示装置11に表示される補正環21aを調整するためのグラフィカルユーザインタフェース(補正環調整画面)の一例を示す図である。図4(a)に示す補正環位置の指定画面において観察者は、補正環位置をバーで指定することにより、指定された位置に補正環21aを移動(回転)させることができる。また、観察者が、図4(a)に示す補正環位置の指定画面において、右下に表示されている自動調整のボタンを押すと、図4(b)に示す補正環自動調整の設定画面が表示される。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a graphical user interface (correction ring adjustment screen) for adjusting the correction ring 21a displayed on the display device 11 of the information processing apparatus 101. The observer can move (rotate) the correction ring 21a to the specified position by specifying the correction ring position with a bar on the correction ring position designation screen shown in FIG. When the observer presses an automatic adjustment button displayed at the lower right on the correction ring position designation screen shown in FIG. 4A, a correction ring automatic adjustment setting screen shown in FIG. 4B is displayed. Is displayed.

図4(b)は補正環自動調整の設定画面である。この補正環自動調整の設定画面では、補正環位置の探索範囲と探索ステップ数、を設定することができる(図4(b)の例では、補正環の探索範囲は探索範囲の上下限をバーの位置で指定し、探索ステップ数を数値として入力することで指定する場合を示している)。補正環位置の探索範囲とは評価値vを取得する補正環位置(補正環の回転位置)の最大値と最小値であり、探索ステップ数は評価値vを取得する補正環位置(補正環の回転位置)の数である。観察者が、画面右下の調整開始ボタンを押すと、設定された補正環位置(補正環開始位置)、探索範囲及び探索ステップ数に基づいて、補正環位置の自動調整処理が開始される。図4(a)、図4(b)で設定された情報は入出力制御部17に入力される。なお、調整に用いる基準位置は、現在観察しているz位置及びx、y位置(光軸に直行する面内の座標)となる。補正環自動調整が完了すると、上述した補正環位置の指定画面(図4(c))が表示される。   FIG. 4B is a setting screen of the correction ring automatic adjustment. On the correction ring automatic adjustment setting screen, a search range of the correction ring position and the number of search steps can be set (in the example of FIG. 4B, the upper and lower limits of the search range are indicated by bars). ), And the number of search steps is specified by inputting as a numerical value.) The search range of the correction ring position is the maximum value and the minimum value of the correction ring position (rotation position of the correction ring) for obtaining the evaluation value v, and the number of search steps is the correction ring position (the correction ring position of the correction ring) for obtaining the evaluation value v. Rotation position). When the observer presses the adjustment start button at the lower right of the screen, automatic adjustment processing of the correction ring position is started based on the set correction ring position (correction ring start position), the search range, and the number of search steps. The information set in FIGS. 4A and 4B is input to the input / output control unit 17. The reference positions used for the adjustment are the currently observed z position and the x, y positions (coordinates in a plane perpendicular to the optical axis). When the correction ring automatic adjustment is completed, the above-described correction ring position designation screen (FIG. 4C) is displayed.

図4(c)に示すように、自動調整された結果として、補正環21aの最適位置が、バーとして補正環位置の指定画面に表示される。   As shown in FIG. 4C, as a result of the automatic adjustment, the optimum position of the correction ring 21a is displayed as a bar on the correction ring position designation screen.

以下、同一画像取得条件で取得した2画像の相関値を評価値として用いる方法を説明する。図5は、同一画像取得条件で取得した2画像の相関値と収差との関係を示す図であり、図6は収差量と画像の輝度(強度)との関係を示す図である。図5に示すように、収差が大きい場合には2画像の相関値は小さく、収差が小さい場合には2画像の相関値は大きくなるため、2画像の相関値を評価値として用いることができる。以下にその理由を説明する。   Hereinafter, a method of using a correlation value of two images acquired under the same image acquisition condition as an evaluation value will be described. FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the correlation value and the aberration of two images acquired under the same image acquisition condition, and FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the amount of aberration and the luminance (intensity) of the image. As shown in FIG. 5, when the aberration is large, the correlation value of the two images is small, and when the aberration is small, the correlation value of the two images is large. Therefore, the correlation value of the two images can be used as the evaluation value. . The reason will be described below.

1.輝度(共焦点顕微鏡の実効PSF(Point Spread Function))と収差(球面収差)の関係
図6に示すように、収差量が大きくなるほど(PSFの強度が低下し)画像の輝度が低下する。
2.輝度とSNの関係
輝度が低いほどSN比が低くなる(輝度が高いほどSN比が高くなる)。以下理由を説明する。
1. Relationship between Luminance (Effective PSF (Point Spread Function) of Confocal Microscope) and Aberration (Spherical Aberration) As shown in FIG. 6, as the amount of aberration increases (PSF intensity decreases), the luminance of the image decreases.
2. Relationship between luminance and SN The lower the luminance, the lower the SN ratio (the higher the luminance, the higher the SN ratio). The reason will be described below.

共焦点顕微鏡において、ノイズはフォトンノイズが支配的である。画像全体の輝度平均をバー付きのIとすると、ノイズσN(輝度値のランダムなばらつきの標準偏差)はフォトンノイズの性質より輝度の平方根に比例し、次式(a)の関係を有する。 In a confocal microscope, photon noise is dominant in noise. Assuming that the average luminance of the entire image is I with a bar, the noise σ N (the standard deviation of the random variation in the luminance value) is proportional to the square root of the luminance due to the nature of the photon noise, and has the following equation (a).

また、SN比をSNRとすると、次式(b)の関係を有し、輝度の平方根に比例する。   When the SNR is SNR, the SNR has the relationship of the following equation (b), and is proportional to the square root of luminance.

例えば、輝度の平均値が4のとき、ノイズは2でSN比は2となり、輝度の平均値が2のとき、ノイズは2の平方根でSN比は2の平方根となる。すなわち、輝度が高いときの方が2の平方根倍、SN比が高くなる。   For example, when the average value of the luminance is 4, the noise is 2 and the SN ratio is 2, and when the average value of the luminance is 2, the noise is the square root of 2 and the SN ratio is the square root of 2. That is, when the luminance is high, the square root of 2 and the SN ratio are higher.

上記1により、収差量が大きくなるほど画像の輝度が低下することが分かり、上記2により、輝度が低いほどSN比が低くなることがわかる。これらの関係より、収差が大きいほど(輝度が低下し)SN比が低くなることが分かる。   According to 1 above, it is understood that the brightness of the image decreases as the aberration amount increases, and according to 2 above, the SN ratio decreases as the brightness decreases. From these relationships, it can be seen that the larger the aberration (the lower the luminance), the lower the SN ratio.

したがって、取得した画像のSN比を評価(比較)することにより、収差の大小を判断することができる。ここで、取得した画像のSN比は、同一画像取得条件(対物レンズに対するz位置や視野の位置、露光条件など)において取得した2つの画像の相関値と関連があることを説明する。   Therefore, the magnitude of the aberration can be determined by evaluating (comparing) the SN ratio of the acquired image. Here, it will be described that the SN ratio of the acquired image is related to the correlation value of the two images acquired under the same image acquisition conditions (the z position with respect to the objective lens, the position of the field of view, the exposure condition, and the like).

ノイズのみが異なる2つの画像I1、I2の正規化相互相関を計算する。それぞれの画像を、Iをノイズのない画像とし、N1、N2をノイズとし、i,jを画像のピクセル(画素)の座標とすると、次式(c)として表される。 Compute the normalized cross-correlation of the two images I 1 , I 2 which differ only in the noise. When I is a noise-free image, N 1 and N 2 are noises, and i and j are coordinates of a pixel (pixel) of the image, each image is represented by the following equation (c).

このとき、ノイズは平均値が0、分散が同じで、ノイズ間に相関がないという以下の条件(ノイズの性質から成り立つ条件)が次式(d)として成り立つ。なお、式(d)において「<>」はi,jについての平均を表す。   At this time, the following condition (conditions based on the nature of the noise) that the noise has the average value of 0, the same variance, and no correlation between the noises is satisfied as the following expression (d). In equation (d), “<>” represents the average of i and j.

以上に示した式(c)及び式(d)を用いると、2画像の正規化相互相関の相関値Rは、次式(e)として表される。   Using the equations (c) and (d) shown above, the correlation value R of the normalized cross-correlation of the two images is expressed as the following equation (e).

この式(e)の関係より、相関値Rは、ノイズの分散とノイズを含まない画像の分散(シグナルに相当)の比で表される。   From the relationship of the equation (e), the correlation value R is represented by the ratio of the variance of noise to the variance (corresponding to a signal) of an image that does not include noise.

また、式(e)からSN比と相関値Rの関係が図7のようになることが分かる。図7は、SN比と相関値との関係を示すグラフである。図7に示されるように、SN比が高くなるほど相関値が大きくなる。したがって、収差が大きいほど(輝度が低下し)SN比が低くなるので、相関値は小さくなる。   Also, it can be seen from equation (e) that the relationship between the SN ratio and the correlation value R is as shown in FIG. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the SN ratio and the correlation value. As shown in FIG. 7, the correlation value increases as the SN ratio increases. Therefore, the larger the aberration (the lower the luminance), the lower the SN ratio, and the smaller the correlation value.

以上説明したように、収差が大きい場合には2画像の相関値は小さく、収差が小さい場合には2画像の相関値は大きいため、図5に示すように、2画像の相関値を評価値として用いることができる。   As described above, when the aberration is large, the correlation value of the two images is small, and when the aberration is small, the correlation value of the two images is large. Therefore, as shown in FIG. Can be used as

以上の説明のように、共焦点顕微鏡等の顕微鏡において補正環を調整することで球面収差を低減し画質を改善することができる(図19参照)。本実施形態における収差補正算出装置である顕微鏡制御部10の目的は画質が最もよくなるように補正環21aを自動調整することである。補正環位置を変えて同一画像取得条件で画像を取得し、これらの画像からそれぞれの補正環位置での評価値を算出、評価値が最大となる補正環位置を見つける。なお、図19は、補正環位置と画質との関係を示す説明図である。   As described above, adjusting the correction ring in a microscope such as a confocal microscope can reduce spherical aberration and improve image quality (see FIG. 19). The purpose of the microscope control unit 10, which is the aberration correction calculation device in the present embodiment, is to automatically adjust the correction ring 21a so as to obtain the best image quality. Images are acquired under the same image acquisition conditions while changing the correction ring position, the evaluation values at the respective correction ring positions are calculated from these images, and the correction ring position at which the evaluation value is maximized is found. FIG. 19 is an explanatory diagram showing the relationship between the correction ring position and the image quality.

以下に、上述した2枚の画像から得られる相関値(以下「評価値」とも呼ぶ)を算出して最適な画像が得られるように補正環の位置を決定する4つの実施形態について説明する。   Hereinafter, four embodiments will be described in which the correlation value (hereinafter also referred to as “evaluation value”) obtained from the two images described above is calculated and the position of the correction ring is determined so that an optimal image is obtained.

(第1の実施形態)
第1の実施形態は、ある観察位置において補正環位置を変化させ、評価値が最大となる補正環位置を探索する。図8は、第1の実施形態に係る収差補正算出装置の動作を示すフローチャートであり、図9は、第1の実施形態における補正環位置で取得される画像と評価値との関係を示す説明図である。
(1st Embodiment)
In the first embodiment, the correction ring position is changed at a certain observation position, and a correction ring position having the maximum evaluation value is searched for. FIG. 8 is a flowchart illustrating the operation of the aberration correction calculation device according to the first embodiment. FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between an image acquired at a correction ring position and an evaluation value according to the first embodiment. FIG.

図8に示すように、観察者は試料である観察対象TPを観察するために、情報処理装置101の入力装置9を用いて対物レンズ21をz方向(光軸OA方向)に移動させることにより、この対物レンズ21を任意の観察位置に相対移動させる。また、観察者が、情報処理装置101の表示装置11に表示される補正環21aを調整するためのグラフィカルユーザインタフェース(補正環調整画面)において、観察者が入力装置9を用いて収差補正の開始を指示すると(ステップS110)、制御部12は、補正環駆動部22に制御信号を送信し、この制御信号を受信した補正環駆動部22は、補正環21aを初期状態の位置(補正環開始位置CB)に移動させる(ステップS120)。なお、補正環21aの位置は、この補正環21aにより動かされる収差補正レンズ21bの対物レンズ21内における位置に対応している。また、対物レンズ21の位置である撮像開始位置ZBや、補正環開始位置CBは、観察者により情報処理装置101の入力装置9により入力される(これらの説明は、以下の実施形態でも同様とする)。   As shown in FIG. 8, the observer moves the objective lens 21 in the z direction (optical axis OA direction) using the input device 9 of the information processing apparatus 101 in order to observe the observation target TP which is a sample. Then, the objective lens 21 is relatively moved to an arbitrary observation position. Further, in the graphical user interface (correction ring adjustment screen) for the observer to adjust the correction ring 21a displayed on the display device 11 of the information processing apparatus 101, the observer starts the aberration correction using the input device 9. (Step S110), the control unit 12 transmits a control signal to the correction ring driving unit 22, and the correction ring driving unit 22, which has received the control signal, sets the correction ring 21a to the initial position (correction ring start position). (Step S120). The position of the correction ring 21a corresponds to the position of the aberration correction lens 21b moved by the correction ring 21a in the objective lens 21. The imaging start position ZB and the correction ring start position CB, which are the positions of the objective lens 21, are input by the observer through the input device 9 of the information processing apparatus 101 (these descriptions are the same in the following embodiments). Do).

顕微鏡制御部10の画像生成部13は、検出部25の信号により、観察対象TPの画像TIを複数回取得する(ステップS130)。ここでは、ステップS130において2枚の画像を取得する場合で説明する。   The image generation unit 13 of the microscope control unit 10 acquires the image TI of the observation target TP a plurality of times based on the signal of the detection unit 25 (Step S130). Here, a case where two images are acquired in step S130 will be described.

顕微鏡制御部10の評価値算出部14は、ステップS130で取得された複数枚(例えば2枚)の画像を用いて、上述した式(e)により評価値(相関値)vを算出し、記憶部16に補正環21aの現在の位置とともに記憶させて保持する(ステップS140)。   The evaluation value calculation unit 14 of the microscope control unit 10 calculates the evaluation value (correlation value) v by the above-described equation (e) using the plurality of (for example, two) images acquired in step S130, and stores the same. The section 16 stores and holds the current position of the correction ring 21a together with the current position (step S140).

制御部12は、補正環21aの位置を規定回数変えたか否かを判断する(ステップS150)。制御部12が、補正環21aの位置を規定回数変えていないと判断した場合(ステップS150:No)、制御部12は、補正環駆動部22に制御信号を送信し、この制御信号を受信した補正環駆動部22は、補正環21aを規定量だけに移動させ(ステップS160)、ステップS130に戻って上述した処理を繰り返す。以上の処理により、補正環21aを初期状態から、規定の移動量で規定回数だけ移動させたときの、それぞれの補正環21aの位置での評価値を取得することができる。図9に補正環21aの位置c0〜C6、その位置で撮像される2枚の画像、及びそれぞれの画像から算出される評価値(図9におてはv0〜v6として表している)の関係を示す。   The control unit 12 determines whether the position of the correction ring 21a has been changed a specified number of times (step S150). When the control unit 12 determines that the position of the correction ring 21a has not been changed the specified number of times (step S150: No), the control unit 12 transmits a control signal to the correction ring driving unit 22 and receives this control signal. The correction ring drive unit 22 moves the correction ring 21a by a specified amount (step S160), returns to step S130, and repeats the above-described processing. With the above processing, it is possible to acquire the evaluation value at the position of each correction ring 21a when the correction ring 21a has been moved from the initial state by the specified movement amount by the specified number of times. FIG. 9 shows the relationship between the positions c0 to C6 of the correction ring 21a, two images captured at the positions, and evaluation values calculated from the respective images (represented as v0 to v6 in FIG. 9). Is shown.

制御部12が、補正環21aの位置を規定回数変えたと判断した場合(ステップS150:Yes)、顕微鏡制御部10の補正環位置決定部15は記憶部16に記憶されている補正環21aの位置毎の評価値vを比較して評価値vが最大となる補正環21aの位置を決定する(ステップS170)。顕微鏡制御部10の補正環位置決定部15は、ステップS170で決定された補正環21aの位置を補正環駆動部22に制御信号として送信し、この制御信号を受信した補正環駆動部22は、補正環21aを当該位置となるように(補正環21aを評価値が最大となる位置に)移動させ(ステップS180)、収差補正算出装置の動作を終了する。   When the control unit 12 determines that the position of the correction ring 21a has been changed a specified number of times (step S150: Yes), the correction ring position determination unit 15 of the microscope control unit 10 determines the position of the correction ring 21a stored in the storage unit 16. The position of the correction ring 21a at which the evaluation value v becomes maximum is determined by comparing the evaluation values v for each (step S170). The correction ring position determining unit 15 of the microscope control unit 10 transmits the position of the correction ring 21a determined in step S170 as a control signal to the correction ring driving unit 22, and the correction ring driving unit 22 that has received this control signal The correction ring 21a is moved to this position (the correction ring 21a is moved to a position where the evaluation value is maximized) (step S180), and the operation of the aberration correction calculation device ends.

この第1の実施形態に係る収差補正算出装置の制御方法(収差補正部の最適位置決定方法)によれば、観察者が任意に選択した観察位置において撮像される画像の球面収差が最適に補正される補正環21aの位置を決定することができる。   According to the control method of the aberration correction calculation device according to the first embodiment (the optimal position determination method of the aberration correction unit), the spherical aberration of the image captured at the observation position arbitrarily selected by the observer is optimally corrected. The position of the correction ring 21a to be performed can be determined.

(第2の実施形態)
上述した第1の実施形態に係る収差補正算出装置の制御方法によると、補正環21aの状態(補正環位置(補正環21aの回転位置)であって、収差補正レンズ21bの位置に対応する)を変化させたときに、対物レンズ21のフォーカス位置が変化する。そこで第2の実施形態では、補正環位置(補正環21aの回転位置)を変えた後、基準画像(観察者が選択した任意の観察位置での画像(基準フォーカス面情報TFI))と同じ画像が取得可能なz位置(対物レンズ21の光軸OA方向の位置)を探索し、そのz位置において本手法により評価値を取得する。図10は、z位置探索の概要を示す説明図であり、図11は、第2の実施形態に係る補正環位置と評価値の関係を示すグラフであり、図12は、第2の実施形態に係る収差補正算出装置の動作を示すフローチャートである。
(Second Embodiment)
According to the control method of the aberration correction calculation device according to the first embodiment described above, the state of the correction ring 21a (the position of the correction ring (the rotational position of the correction ring 21a), which corresponds to the position of the aberration correction lens 21b). Is changed, the focus position of the objective lens 21 changes. Therefore, in the second embodiment, after changing the correction ring position (the rotation position of the correction ring 21a), the same image as the reference image (the image at the arbitrary observation position selected by the observer (reference focus plane information TFI)) is used. Is searched for (a position of the objective lens 21 in the direction of the optical axis OA), and an evaluation value is obtained at this z position by the present method. FIG. 10 is an explanatory diagram showing an outline of the z position search, FIG. 11 is a graph showing the relationship between the correction ring position and the evaluation value according to the second embodiment, and FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the aberration correction calculation device according to the first embodiment.

z位置の探索は、図10に示すように、補正環を21a動かした後にzスタック(対物レンズ21をz方向に所定の移動量だけ移動させて画像を取得する処理をz方向の所定の範囲で繰り返すことにより取得された画像群)を取得し、zスタックの各画像と基準画像との相関値を計算する。そして相関値の補間を行い、補間後の相関値が最大となるz位置へ対物位置を戻す(対物レンズ21を移動させる)。そのz位置で複数枚画像を取得し評価値を算出後再び補正環21aを動かし同様のz位置探索を行う。図11に示すように、規定の全ての補正環位置で評価値を取得後、評価値の補間を行い、最大となる補正環位置(最適補正環位置)を求める。その後、補正環位置を最適補正環位置へ戻し、基準画像と同じ画像取得可能なz位置を再び相関により探索する。   As shown in FIG. 10, the search for the z position is performed by moving the correction ring 21a and then acquiring the image by moving the objective lens 21 by a predetermined movement amount in the z direction by a predetermined range in the z direction. ), And a correlation value between each image of the z stack and the reference image is calculated. Then, the correlation value is interpolated, and the objective position is returned to the z position where the interpolated correlation value is maximized (the objective lens 21 is moved). After obtaining a plurality of images at the z position and calculating the evaluation value, the correction ring 21a is moved again to perform the same z position search. As shown in FIG. 11, after obtaining the evaluation values at all the specified correction ring positions, the evaluation values are interpolated to obtain the maximum correction ring position (optimum correction ring position). Thereafter, the correction ring position is returned to the optimum correction ring position, and the same image obtainable z position as the reference image is searched again by correlation.

以下に、第2の実施形態に係る収差補正算出装置の制御方法について説明する。図12に示すように、観察者が観察対象TPを観察するために、情報処理装置101の入力装置9を用いて対物レンズ21をz方向(光軸OA方向)に移動させることにより、この対物レンズ21を任意の観察位置に相対移動させる。また、観察者が、情報処理装置101の表示装置11に表示される補正環21aを調整するためのグラフィカルユーザインタフェース(補正環調整画面)において、観察者が入力装置9を用いて収差補正の開始を指示すると(ステップS210)、制御部12は、補正環駆動部22に制御信号を送信し、この制御信号を受信した補正環駆動部22は、補正環21aを初期状態の位置(補正環開始位置CB)に移動させる(ステップS212)。   Hereinafter, a control method of the aberration correction calculation device according to the second embodiment will be described. As shown in FIG. 12, the observer moves the objective lens 21 in the z direction (the direction of the optical axis OA) using the input device 9 of the information processing apparatus 101 in order to observe the observation target TP. The lens 21 is relatively moved to an arbitrary observation position. Further, in the graphical user interface (correction ring adjustment screen) for the observer to adjust the correction ring 21a displayed on the display device 11 of the information processing apparatus 101, the observer starts the aberration correction using the input device 9. (Step S210), the control unit 12 transmits a control signal to the correction ring driving unit 22, and the correction ring driving unit 22, which has received the control signal, sets the correction ring 21a to the initial position (correction ring start position). (Step S212).

顕微鏡制御部10の画像生成部13は、検出部25からの信号に基づいて、観察対象TPの基準画像(基準フォーカス面情報TFI)を取得し、記憶部16に記憶して保持する(ステップS214)。   The image generation unit 13 of the microscope control unit 10 acquires a reference image (reference focus surface information TFI) of the observation target TP based on the signal from the detection unit 25, and stores and stores the reference image in the storage unit 16 (Step S214). ).

顕微鏡制御部10の画像生成部13は、検出部25の信号により、観察対象TPの画像TIを複数回取得する(ステップS216)。ここでは、ステップS216において2枚の画像を取得する場合で説明する。なお、ステップS214の処理を省略し、最初に取得された(補正環開始位置CBで取得された)観察対象TPの複数の画像TIの少なくとも一方を基準画像(基準フォーカス面情報TFI)としてもよい。   The image generation unit 13 of the microscope control unit 10 acquires the image TI of the observation target TP a plurality of times based on the signal of the detection unit 25 (Step S216). Here, a case where two images are acquired in step S216 will be described. Note that the processing of step S214 may be omitted, and at least one of the plurality of images TI of the observation target TP acquired first (acquired at the correction ring start position CB) may be used as the reference image (reference focus plane information TFI). .

顕微鏡制御部10の評価値算出部14は、ステップS216で取得された複数枚(例えば2枚)の画像を用いて、上述した式(e)により評価値(相関値)vを算出し、記憶部16に補正環の現在の位置(補正量CL)とともに記憶させて保持する(ステップS218)。   The evaluation value calculation unit 14 of the microscope control unit 10 calculates the evaluation value (correlation value) v by the above-described equation (e) using the plurality of (for example, two) images obtained in step S216, and stores the evaluation value. The section 16 stores and holds the current position (correction amount CL) of the correction ring (step S218).

制御部12は、補正環21aの位置を規定回数変えたか否かを判断する(ステップS220)。制御部12が、補正環21aの位置を規定回数変えていないと判断した場合(ステップS220:No)、制御部12は、補正環駆動部22に制御信号を送信し、この制御信号を受信した補正環駆動部22は、補正環21aを規定量だけ移動させる(ステップS222)。   The control unit 12 determines whether the position of the correction ring 21a has been changed a specified number of times (step S220). When the control unit 12 determines that the position of the correction ring 21a has not been changed the specified number of times (step S220: No), the control unit 12 transmits a control signal to the correction ring driving unit 22 and receives this control signal. The correction ring driving unit 22 moves the correction ring 21a by a specified amount (step S222).

制御部12は、現在の補正環21aの位置で、対物レンズ駆動部24に制御信号を送信して対物レンズ21を光軸方向に移動させながら検出部25で信号を取得し、画像生成部13で上述したzスタックを取得する(ステップS224)。zスタックの取得方法は、例えば、図10に示すように、現在の対物レンズ21の位置からz方向(光軸OA方向)に、所定の範囲で所定の移動量ずつ動かして観察対象TPの画像を取得し、画像が取得されたときの対物レンズ21のz位置(光軸OA方向の位置)と対応付けてz位置算出部18へ出力する。   The control unit 12 transmits a control signal to the objective lens driving unit 24 at the current position of the correction ring 21a, acquires a signal with the detection unit 25 while moving the objective lens 21 in the optical axis direction, and Then, the above-mentioned z stack is acquired (step S224). For example, as shown in FIG. 10, the method of acquiring the z stack is to move the image of the observation target TP by moving a predetermined amount of movement within a predetermined range from the current position of the objective lens 21 in the z direction (optical axis OA direction). And outputs it to the z-position calculator 18 in association with the z-position (position in the direction of the optical axis OA) of the objective lens 21 when the image is obtained.

顕微鏡制御部10のz位置算出部18は、ステップS214で取得した基準画像と、ステップS224で取得したzスタックの各画像との相関値を、上述した式(e)により算出する(ステップS226)。   The z-position calculator 18 of the microscope controller 10 calculates the correlation value between the reference image acquired in step S214 and each image of the z stack acquired in step S224 by using the above-described equation (e) (step S226). .

顕微鏡制御部10のz位置算出部18は、ステップS226で算出されたzスタックの各画像と基準画像との相関値を補間する(ステップS228)。顕微鏡制御部10のz位置算出部18は、補間された相関値のうち、最大となる相関値のz位置(対物レンズ21の光軸OA方向の位置)を算出して制御部12へ出力し、制御部12は、z位置算出部18で算出されたz位置に基づいて、対物レンズ駆動部24に制御信号として送信して対物レンズ21を当該位置へ移動させる(ステップS230)。制御部12は、ステップS216に戻って上述した処理を繰り返す。以上の処理により、補正環21aを初期状態から、規定の移動量で規定回数だけ光軸OA方向に移動させたときの、それぞれの補正環21aの位置で、基準画像と同じ画像の評価値を取得することができる。   The z-position calculator 18 of the microscope controller 10 interpolates the correlation value between each image of the z stack calculated in step S226 and the reference image (step S228). The z-position calculator 18 of the microscope controller 10 calculates the z-position (the position of the objective lens 21 in the optical axis OA direction) of the maximum correlation value among the interpolated correlation values, and outputs the calculated z-position to the controller 12. The control unit 12 transmits a control signal to the objective lens driving unit 24 based on the z position calculated by the z position calculation unit 18 to move the objective lens 21 to the position (step S230). The control unit 12 returns to step S216 and repeats the above-described processing. By the above processing, the evaluation value of the same image as the reference image is obtained at the position of each correction ring 21a when the correction ring 21a is moved from the initial state by the specified amount of movement by the specified number of times in the optical axis OA direction. Can be obtained.

制御部12が、補正環21aの位置を規定回数変えたと判断した場合(ステップS220:Yes)、顕微鏡制御部10の補正環位置決定部15は、記憶部16に記憶されている補正環21aの位置毎の評価値vを補間する(ステップS232)。この一例では、補正環位置決定部15は、評価値v同士を二次曲線フィッティングする。具体的には、補正環位置決定部15は、最小二乗法により、評価値v同士を二次曲線フィッティングする。なお、補正環位置決定部15は、評価値vによって、一次関数フィッティングや、指数関数フィッティングによって、評価値v同士をフィッティングしてもよい。図11は、評価値v同士を二次曲線フィッティングした一例を示す図である。   When the control unit 12 determines that the position of the correction ring 21a has been changed the specified number of times (step S220: Yes), the correction ring position determination unit 15 of the microscope control unit 10 determines the position of the correction ring 21a stored in the storage unit 16. The evaluation value v for each position is interpolated (step S232). In this example, the correction ring position determining unit 15 performs quadratic curve fitting between the evaluation values v. Specifically, the correction ring position determination unit 15 performs quadratic curve fitting between the evaluation values v by the least square method. Note that the correction ring position determination unit 15 may fit the evaluation values v with each other by a linear function fitting or an exponential function fitting based on the evaluation value v. FIG. 11 is a diagram illustrating an example in which the evaluation values v are fitted with a quadratic curve.

顕微鏡制御部10の補正環位置決定部15は、ステップS232で補間された評価値vから、この評価値vが最大となる補正環21aの位置を決定し、この位置を補正環駆動部22に制御信号として送信し、この制御信号を受信した補正環駆動部22は、補正環21aを当該位置となるようにz方向(光軸OA方向)に(補正環21aを補間された評価値が最大となる位置に)移動させる(ステップS234)。   The correction ring position determination unit 15 of the microscope control unit 10 determines the position of the correction ring 21a at which the evaluation value v becomes maximum from the evaluation value v interpolated in step S232, and sends this position to the correction ring drive unit 22. The correction ring driving unit 22 that has transmitted the control signal and received the control signal moves the correction ring 21a in the z direction (the direction of the optical axis OA) so that the correction ring 21a is located at the corresponding position. (Step S234).

最後に、補間された評価値vが最大になる位置に補正環21aがある状態で、制御部12は、対物レンズ駆動部24に制御信号を送信して対物レンズ21を光軸方向に相対移動させながら検出部25で信号を取得し、画像生成部13でzスタックを取得し、画像が取得されたときの対物レンズ21のz位置(光軸OA方向の位置)と対応付けてz位置算出部18へ出力する(ステップS236)。   Finally, with the correction ring 21a at the position where the interpolated evaluation value v is maximized, the control unit 12 sends a control signal to the objective lens driving unit 24 to relatively move the objective lens 21 in the optical axis direction. The signal is acquired by the detection unit 25 while the z-stack is acquired by the image generation unit 13, and the z-position is calculated in association with the z-position (position in the optical axis OA direction) of the objective lens 21 when the image is acquired. Output to the unit 18 (step S236).

顕微鏡制御部10のz位置算出部18は、ステップS214で取得した基準画像と、ステップS236で取得したzスタックの各画像との相関値を、上述した式(e)により算出する(ステップS238)。   The z-position calculator 18 of the microscope controller 10 calculates the correlation value between the reference image acquired in step S214 and each image of the z stack acquired in step S236 by using the above-described equation (e) (step S238). .

顕微鏡制御部10のz位置算出部18は、ステップS238で算出されたzスタックの各画像と基準画像との相関値を補間する(ステップS240)。顕微鏡制御部10のz位置算出部18は、補間された相関値のうち、最大となる相関値のz位置を算出して制御部12へ出力し、制御部12は、z位置算出部18で算出されたz位置に基づいて、対物レンズ駆動部24に制御信号として送信して対物レンズ21を当該位置へ移動させ(ステップS242)、収差補正算出装置の動作を終了する。   The z position calculator 18 of the microscope controller 10 interpolates the correlation value between each image of the z stack calculated in step S238 and the reference image (step S240). The z-position calculation unit 18 of the microscope control unit 10 calculates the z-position of the maximum correlation value among the interpolated correlation values and outputs the calculated z-position to the control unit 12. Based on the calculated z position, the control signal is transmitted as a control signal to the objective lens driving unit 24 to move the objective lens 21 to the position (step S242), and the operation of the aberration correction calculation device ends.

この第2の実施形態に係る収差補正算出装置の制御方法(収差補正部の最適位置決定方法)によれば、観察者が任意に選択した観察位置において撮像される基準画像とほぼ同じフォーカス位置で、かつ、球面収差が最適に補正される補正環21aの位置を決定することができる。   According to the control method of the aberration correction calculation device (the optimal position determination method of the aberration correction unit) according to the second embodiment, the focus position is substantially the same as the reference image captured at the observation position arbitrarily selected by the observer. In addition, the position of the correction ring 21a at which the spherical aberration is optimally corrected can be determined.

(第3の実施形態)
図13は、第3の実施形態を説明する図である。第3の実施形態では、図13に示すように、補正環21aの位置(補正環位置c)を変え、その位置毎にzスタックの取得を行うが、このときすべての画像を複数回(本実施形態では2回ずつ)撮影する。規定のすべての補正環位置でzスタックの撮影を終えたら、補正環21aの位置毎に、基準画像とzスタックの各2画像の少なくとも一方との相関値を計算し、相関値が最大となる画像に対応する対物レンズ21のz位置で撮像された2画像を選択する。そして、上述した第2の実施形態と同様に、選択された2画像の相関値を評価値として算出する。その後、上述した第2の実施形態と同様に、図12のステップS232〜S242の処理を実行する。
(Third embodiment)
FIG. 13 is a diagram illustrating the third embodiment. In the third embodiment, as shown in FIG. 13, the position of the correction ring 21a (correction ring position c) is changed, and the z stack is obtained for each position. (Two times in the embodiment). When the photographing of the z stack is completed at all the specified correction ring positions, the correlation value between the reference image and at least one of each of the two images of the z stack is calculated for each position of the correction ring 21a, and the correlation value becomes the maximum. Two images taken at the z position of the objective lens 21 corresponding to the images are selected. Then, similarly to the above-described second embodiment, the correlation value of the two selected images is calculated as the evaluation value. After that, similarly to the above-described second embodiment, the processing of steps S232 to S242 in FIG. 12 is executed.

(第4の実施形態)
第4の実施形態は、第2の実施形態に退色補正の処理を追加した構成である。図15に第4の実施形態に係る収差補正算出装置の構成を示す。図15に示すように、第4実施形態では、図3の構成に対して、評価値の退色補正を行う評価値補正部19が設けられている。
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment has a configuration in which a fading correction process is added to the second embodiment. FIG. 15 shows the configuration of the aberration correction calculation device according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 15, in the fourth embodiment, an evaluation value correction unit 19 that performs the fading correction of the evaluation value is provided in the configuration of FIG.

以下に、第4の実施形態に係る収差補正算出装置の制御方法について説明する。図16に示すように、観察者が観察対象TPを観察するために、情報処理装置101の入力装置9を用いて対物レンズ21をz方向(光軸OA方向)に移動させることにより、この対物レンズ21を任意の観察位置に相対移動させる。また、観察者が、情報処理装置101の表示装置11に表示される補正環21aを調整するためのグラフィカルユーザインタフェース(補正環調整画面)において、観察者が入力装置9を用いて収差補正の開始を指示すると(ステップS310)、制御部12は、補正環駆動部22に制御信号を送信し、この制御信号を受信した補正環駆動部22は、補正環21aを初期状態の位置(補正環開始位置CB)に移動させる(ステップS312)。   Hereinafter, a control method of the aberration correction calculation device according to the fourth embodiment will be described. As shown in FIG. 16, the observer moves the objective lens 21 in the z direction (the direction of the optical axis OA) using the input device 9 of the information processing apparatus 101 in order to observe the observation target TP. The lens 21 is relatively moved to an arbitrary observation position. Further, in the graphical user interface (correction ring adjustment screen) for the observer to adjust the correction ring 21a displayed on the display device 11 of the information processing apparatus 101, the observer starts the aberration correction using the input device 9. (Step S310), the control unit 12 transmits a control signal to the correction ring driving unit 22, and the correction ring driving unit 22, which has received the control signal, sets the correction ring 21a to the initial position (correction ring start position). (Step S312).

顕微鏡制御部10の画像生成部13は、検出部25の信号により、観察対象TPの基準画像(基準フォーカス面情報TFI)を取得し、記憶部16に記憶して保持する(ステップS314)。   The image generation unit 13 of the microscope control unit 10 acquires a reference image (reference focus plane information TFI) of the observation target TP from the signal of the detection unit 25, and stores and stores the reference image in the storage unit 16 (Step S314).

顕微鏡制御部10の画像生成部13は、検出部25の信号により、観察対象TPの画像TIを複数回取得する(ステップS316)。ここでは、ステップS316において2枚の画像を取得する場合で説明する。なお、ステップS314の処理を省略し、最初に取得された(補正環開始位置CBで取得された)観察対象TPの複数の画像TIの少なくとも一方を基準画像(基準フォーカス面情報TFI)としてもよい。   The image generation unit 13 of the microscope control unit 10 acquires the image TI of the observation target TP a plurality of times based on the signal of the detection unit 25 (Step S316). Here, a case where two images are acquired in step S316 will be described. In addition, the process of step S314 may be omitted, and at least one of the plurality of images TI of the observation target TP acquired first (acquired at the correction ring start position CB) may be set as a reference image (reference focus surface information TFI). .

顕微鏡制御部10の評価値算出部14は、ステップS316で取得された複数枚(例えば2枚)の画像を用いて、上述した式(e)により評価値(相関値)vを算出し、記憶部16に補正環の現在の位置(補正量CL)とともに記憶させて保持する(ステップS318)。   The evaluation value calculation unit 14 of the microscope control unit 10 calculates the evaluation value (correlation value) v by the above-described equation (e) using the plurality of (for example, two) images acquired in step S316, and stores the evaluation value. The section 16 stores and holds the current position (correction amount CL) of the correction ring (step S318).

制御部12は、補正環21aの位置を規定回数変えたか否かを判断する(ステップS320)。制御部12が、補正環21aの位置を規定回数変えていないと判断した場合(ステップS320:No)、制御部12は、補正環駆動部22に制御信号を送信し、この制御信号を受信した補正環駆動部22は、補正環21aを規定量だけ移動させる(ステップS322)。   The control unit 12 determines whether the position of the correction ring 21a has been changed a specified number of times (step S320). When the control unit 12 determines that the position of the correction ring 21a has not been changed the specified number of times (step S320: No), the control unit 12 transmits a control signal to the correction ring driving unit 22 and receives this control signal. The correction ring drive unit 22 moves the correction ring 21a by a specified amount (step S322).

制御部12は、現在の補正環21aの位置で、対物レンズ駆動部24に制御信号を送信して対物レンズ21を光軸方向に移動させながら検出部25で信号を取得し、画像生成部13でzスタックを取得し、zスタックの画像毎に、当該画像が取得されたときの対物レンズ21のz位置(光軸OA方向の位置)と対応付けて記憶部16に記憶させて保持する(ステップS324)。zスタックの取得方法は、第2の実施形態で説明した通りである。   The control unit 12 transmits a control signal to the objective lens driving unit 24 at the current position of the correction ring 21a, acquires a signal with the detection unit 25 while moving the objective lens 21 in the optical axis direction, and The z stack is acquired, and the image is stored in the storage unit 16 for each z stack image in association with the z position (position in the optical axis OA direction) of the objective lens 21 when the image is acquired ( Step S324). The method for obtaining the z stack is as described in the second embodiment.

顕微鏡制御部10のz位置算出部18は、ステップS314で取得した基準画像と、ステップS324で取得したzスタックの各画像との相関値を、上述した式(e)により算出する(ステップS326)。   The z-position calculator 18 of the microscope controller 10 calculates the correlation value between the reference image acquired in step S314 and each image of the z stack acquired in step S324 by using the above-described equation (e) (step S326). .

顕微鏡制御部10のz位置算出部18は、ステップS326で算出されたzスタックの各画像と基準画像との相関値を補間する(ステップS328)。顕微鏡制御部10のz位置算出部18は、補間された相関値のうち、最大となる相関値のz位置(対物レンズ21の光軸OA方向の位置)を算出して制御部12へ出力し、制御部12は、z位置算出部18で算出されたz位置に基づいて、対物レンズ駆動部24に制御信号として送信して対物レンズ21を当該位置へ移動させる(ステップS330)。制御部12は、ステップS316に戻って上述した処理を繰り返す。以上の処理により、補正環21aを初期状態から、規定の移動量で規定回数だけ光軸OA方向に移動させたときの、観察者が任意に選択した観察位置において撮像される基準画像とほぼ同じフォーカス位置において、補正環21aの位置での評価値を取得することができる。   The z-position calculator 18 of the microscope controller 10 interpolates the correlation value between each image of the z-stack calculated in step S326 and the reference image (step S328). The z-position calculator 18 of the microscope controller 10 calculates the z-position (the position of the objective lens 21 in the optical axis OA direction) of the maximum correlation value among the interpolated correlation values, and outputs the calculated z-position to the controller 12. The control unit 12 transmits the control signal to the objective lens driving unit 24 based on the z position calculated by the z position calculation unit 18 to move the objective lens 21 to the position (step S330). The control unit 12 returns to step S316 and repeats the above-described processing. By the above processing, the correction ring 21a is almost the same as the reference image captured at the observation position arbitrarily selected by the observer when the correction ring 21a is moved from the initial state by the specified amount of movement in the direction of the optical axis OA by the specified number of times At the focus position, the evaluation value at the position of the correction ring 21a can be obtained.

制御部12が、補正環21aの位置を規定回数変えたと判断した場合(ステップS320:Yes)、制御部12は、補正環駆動部22に制御信号を送信して補正環駆動部22により補正環21aを基準画像取得位置(初期状態)へ移動させる(ステップS332)。   When the control unit 12 determines that the position of the correction ring 21a has been changed a specified number of times (step S320: Yes), the control unit 12 transmits a control signal to the correction ring drive unit 22 and the correction ring drive unit 22 corrects the position. 21a is moved to the reference image acquisition position (initial state) (step S332).

制御部12は、現在の補正環21aの位置において、対物レンズ駆動部24に制御信号を送信して対物レンズ21を光軸方向に移動させながら検出部25で信号を取得し、画像生成部13でzスタックを取得し、画像が取得されたときの対物レンズ21のz位置(光軸OA方向の位置)と対応付けてz位置算出部18へ出力する(ステップS334)。   The control unit 12 transmits a control signal to the objective lens driving unit 24 at the current position of the correction ring 21a to acquire a signal by the detection unit 25 while moving the objective lens 21 in the optical axis direction, and the image generation unit 13 To obtain the z stack, and outputs the z stack to the z position calculator 18 in association with the z position (position in the optical axis OA direction) of the objective lens 21 when the image is obtained (step S334).

顕微鏡制御部10のz位置算出部18は、ステップS314で取得した基準画像と、ステップS334で取得したzスタックの各画像との相関値を、上述した式(e)により算出する(ステップS336)。   The z-position calculator 18 of the microscope controller 10 calculates the correlation value between the reference image acquired in step S314 and each image of the z stack acquired in step S334, using the above-described equation (e) (step S336). .

顕微鏡制御部10のz位置算出部18は、ステップS336で算出されたzスタックの各画像と基準画像との相関値を補間する(ステップS338)。顕微鏡制御部10のz位置算出部18は、補間された相関値のうち、最大となる相関値のz位置を算出して制御部12へ出力し、制御部12は、z位置算出部18で算出されたz位置に基づいて、対物レンズ駆動部24に制御信号として送信して対物レンズ21を当該位置へ移動させる(ステップS340)。   The z position calculator 18 of the microscope controller 10 interpolates the correlation value between each image of the z stack calculated in step S336 and the reference image (step S338). The z-position calculation unit 18 of the microscope control unit 10 calculates the z-position of the maximum correlation value among the interpolated correlation values and outputs the calculated z-position to the control unit 12. Based on the calculated z position, the control signal is transmitted to the objective lens driving unit 24 as a control signal to move the objective lens 21 to the position (step S340).

図17に示すように、顕微鏡制御部10の画像生成部13は、現在の対物レンズ21及び補正環21aの位置で、検出部25の信号により、観察対象TPの画像TIを複数回(例えば2回)取得する(ステップS342)。また、顕微鏡制御部10の評価値算出部14は、ステップS342で取得された複数枚(例えば2枚)の画像を用いて、上述した式(e)により評価値(相関値)vを算出し、記憶部16に補正環の現在の位置(補正環最適位置CP又は補正量CLに相当する)とともに記憶させて保持する(ステップS344)。   As illustrated in FIG. 17, the image generation unit 13 of the microscope control unit 10 outputs the image TI of the observation target TP a plurality of times (for example, 2 Times) (Step S342). The evaluation value calculation unit 14 of the microscope control unit 10 calculates an evaluation value (correlation value) v by the above-described equation (e) using the plurality of (for example, two) images acquired in step S342. Is stored in the storage unit 16 together with the current position of the correction ring (corresponding to the correction ring optimum position CP or the correction amount CL) (step S344).

蛍光顕微鏡では試料(観察対象TP)の退色により画像の輝度が暗くなる。収差の評価値は評価値算出方法によらず一般に退色の影響を受ける(同じ収差状態でも退色により評価値が変化する)。図14(a)は、1〜6の符号が付けられた6箇所の補正環21aの位置で評価値を算出した場合を示している。そして、補正環21aを、基準画像を取得したときの位置に戻し、ステップS334〜S344を実行することで、退色後の観察対象TPの画像から評価値を再度取得する。この評価値は、図14(a)において7の符号が付けられた評価値に相当する。すなわち、符号1〜6の評価値を取得した後に取得された符号7の評価値は、符号1の評価値と比較することにより、この間に発生した退色の影響(補正環21aの最適位置を決定する処理の間に試料や装置の状態変化に起因する影響)を表していることになる。したがって、顕微鏡制御部10の評価値補正部19は、最初に取得した評価値(符号1)と補正環21aが同じ位置にあるときに、最後に取得した評価値(符号7)との差を求め、図14(b)に示すように、符号2〜6の評価値に対して、その時間経過を考慮して符号1と符号7の評価値の差を用いて退色補正を行い、補正された評価値v′を記憶部16に記憶する(ステップS346)。すなわち、最初の評価値が取得されてから最後の評価値が取得されるまでの時間、又は、最初の評価値が取得されてから最後の評価値が取得されるまでの間で画像が取得された回数(試料に励起光が照射された回数)により試料の状態変化度合いを予測し、評価値を補正する。   In the fluorescence microscope, the brightness of the image becomes dark due to the fading of the sample (the observation target TP). The evaluation value of aberration is generally affected by fading regardless of the evaluation value calculation method (the evaluation value changes due to fading even in the same aberration state). FIG. 14A shows a case where the evaluation value is calculated at six positions of the correction ring 21a, which are denoted by reference numerals 1 to 6. Then, the correction ring 21a is returned to the position at which the reference image was obtained, and steps S334 to S344 are executed, whereby the evaluation value is obtained again from the image of the observation target TP after the fading. This evaluation value corresponds to the evaluation value indicated by reference numeral 7 in FIG. That is, the evaluation value of the code 7 obtained after obtaining the evaluation values of the codes 1 to 6 is compared with the evaluation value of the code 1 to determine the influence of the fading occurring during this time (to determine the optimal position of the correction ring 21a). Of the sample or the device during the process. Therefore, the evaluation value correction unit 19 of the microscope control unit 10 determines the difference between the evaluation value (reference numeral 1) obtained first and the evaluation value (reference numeral 7) obtained last when the correction ring 21a is at the same position. Then, as shown in FIG. 14B, the fading correction is performed on the evaluation values of reference numerals 2 to 6 by using the difference between the evaluation values of reference numerals 1 and 7 in consideration of the elapse of time. The evaluated value v 'is stored in the storage unit 16 (step S346). That is, the time between when the first evaluation value is obtained and when the last evaluation value is obtained, or when the image is obtained between when the first evaluation value is obtained and when the last evaluation value is obtained. The degree of state change of the sample is predicted based on the number of times (the number of times the sample is irradiated with the excitation light), and the evaluation value is corrected.

最後に、顕微鏡制御部10の補正環位置決定部15は、補正環駆動部22に制御信号を送信して、評価値補正部19で退色補正された評価値v′が最大になる位置に補正環21aを移動させる(ステップS348)。   Finally, the correction ring position determination unit 15 of the microscope control unit 10 transmits a control signal to the correction ring drive unit 22 and corrects the position to the position where the evaluation value v ′ subjected to the color fading correction by the evaluation value correction unit 19 becomes the maximum. The ring 21a is moved (step S348).

退色補正された評価値v′が最大になる位置に補正環21aがある状態で、制御部12は、対物レンズ駆動部24に制御信号を送信して対物レンズ21を光軸方向に移動させながら検出部25で信号を取得し、画像生成部13でzスタックを取得し、画像が取得されたときの対物レンズ21のz位置(光軸OA方向の位置)と対応付けてz位置算出部18へ出力する(ステップS350)。   In a state where the correction ring 21a is located at a position where the evaluation value v ′ subjected to the fading correction is maximized, the control unit 12 transmits a control signal to the objective lens driving unit 24 to move the objective lens 21 in the optical axis direction. The signal is acquired by the detection unit 25, the z stack is acquired by the image generation unit 13, and the z position calculation unit 18 is associated with the z position (position in the optical axis OA direction) of the objective lens 21 when the image is acquired. (Step S350).

顕微鏡制御部10のz位置算出部18は、ステップS314で取得した基準画像と、ステップS350で取得したzスタックの各画像との相関値を、上述した式(e)により算出する(ステップS352)。   The z-position calculator 18 of the microscope controller 10 calculates the correlation value between the reference image acquired in step S314 and each image of the z stack acquired in step S350 by using the above-described equation (e) (step S352). .

顕微鏡制御部10のz位置算出部18は、ステップS352で算出されたzスタックの各画像と基準画像との相関値を補間する(ステップS354)。顕微鏡制御部10のz位置算出部18は、補間された相関値のうち、最大となる相関値の位置を算出して制御部12へ出力し、制御部12は、z位置算出部18で算出されたz位置に基づいて、対物レンズ駆動部24に制御信号として送信して対物レンズ21を当該位置へ移動させ(ステップS356)、収差補正算出装置の動作を終了する。   The z-position calculator 18 of the microscope controller 10 interpolates the correlation value between each image of the z-stack calculated in step S352 and the reference image (step S354). The z-position calculator 18 of the microscope controller 10 calculates the position of the maximum correlation value among the interpolated correlation values and outputs the calculated position to the controller 12, and the controller 12 calculates the position of the correlation value by the z-position calculator 18. Based on the z position thus set, a control signal is transmitted to the objective lens driving unit 24 to move the objective lens 21 to the position (step S356), and the operation of the aberration correction calculation device ends.

この第4の実施形態に係る収差補正算出装置の制御方法(収差補正部の最適位置決定方法)によれば、観察者が任意に選択した観察位置において撮像される画像とほぼ同じフォーカス位置で、かつ、球面収差が最適に補正される補正環21aの位置を決定することができる。また、退色補正をすることにより、補正環21aの最適位置を決定する処理における観察対象のTPの退色の効果を補正できるので、より正確な評価値を求めることができる。   According to the control method of the aberration correction calculation apparatus according to the fourth embodiment (optimum position determination method of the aberration correction unit), the focus position is substantially the same as the image captured at the observation position arbitrarily selected by the observer. In addition, the position of the correction ring 21a at which the spherical aberration is optimally corrected can be determined. Further, by performing the fading correction, it is possible to correct the fading effect of the observation target TP in the process of determining the optimum position of the correction ring 21a, so that a more accurate evaluation value can be obtained.

なお、上述した第4の実施形態に係る収差補正算出装置の制御方法(収差補正部の最適位置決定方法)では、補正環位置を移動させて評価値を算出するときに、最初と最後の評価値(図14の符号1と符号7の評価値)を比較して、その他の評価値(符号2〜6の評価値)の補正を行っていたが、退色補正をするための評価値の取得は、最初と最後の値の比較に限定されることはない。例えば、図14と同様に、6箇所の補正環21aの位置で評価値を算出する場合について説明すると、図18に示すように、符号1〜4が付された評価値を算出後に、符号1に対応する位置に補正環21aを戻して、符号5の評価値を算出し、続いて、符号6及び7が付された評価値を算出後に、符号1に対応する位置に補正環21aを戻して、符号8の評価値を算出する。そして、符号2〜4に対しては、符号1と符号5の評価値の差分から上述した補正を行い、符号6及び7に対しては、符号5と符号8の評価値の差分から上述した補正を行う。移動される補正間の位置が多い場合には、所定の数の位置において評価値を算出したときに、符号1の位置に戻って評価値を算出するという処理を繰り返してもよい。このように、補正環21aの位置を最初に取得した位置に戻して評価値を算出するという処理を繰り返すことにより、退色補正の精度を向上させることができる。   In the control method of the aberration correction calculation device according to the above-described fourth embodiment (the optimal position determination method of the aberration correction unit), the first and last evaluations are performed when the correction ring position is moved to calculate the evaluation value. The values (evaluation values 1 and 7 in FIG. 14) are compared to correct other evaluation values (evaluation values 2 to 6). However, acquisition of evaluation values for fading correction is performed. Is not limited to comparing the first and last values. For example, as in FIG. 14, the case where the evaluation values are calculated at the positions of the six correction rings 21a will be described. As shown in FIG. The correction ring 21a is returned to the position corresponding to, the evaluation value of the reference numeral 5 is calculated, and subsequently, the correction value of the correction ring 21a is returned to the position corresponding to the reference numeral 1 after calculating the evaluation values assigned the reference numerals 6 and 7. Then, the evaluation value of reference numeral 8 is calculated. For the codes 2 to 4, the above-described correction is performed based on the difference between the evaluation values of the codes 1 and 5, and for the codes 6 and 7, the correction is performed based on the difference between the evaluation values of the codes 5 and 8. Make corrections. When there are many positions between the corrections to be moved, when the evaluation value is calculated at a predetermined number of positions, the process of returning to the position of the reference numeral 1 and calculating the evaluation value may be repeated. As described above, by repeating the process of returning the position of the correction ring 21a to the first acquired position and calculating the evaluation value, the accuracy of the fading correction can be improved.

なお、以上で説明した条件及び構成は、それぞれが上述した効果を発揮するものであり、全ての条件及び構成を満たすものに限定されることはなく、いずれかの条件又は構成、或いは、いずれかの条件又は構成の組み合わせを満たすものでも、上述した効果を得ることが可能である。   Note that the conditions and configurations described above exhibit the above-described effects, and are not limited to those satisfying all the conditions and configurations. The above-described effects can be obtained even if the conditions or combinations of the configurations are satisfied.

以上のような構成により、収差(特に球面収差)が良好な状態を、画像を撮影しながら決定することができる。なお、上述した説明では、電動補正環自動調整を用いた場合について説明したが、補償光学など収差最適化全般に使用可能である。   With the above-described configuration, it is possible to determine a state in which aberration (especially, spherical aberration) is favorable while capturing an image. In the above description, the case where the electric correction ring automatic adjustment is used has been described, but the present invention can be used for aberration optimization in general such as adaptive optics.

10 顕微鏡制御部(補正環制御部、収差補正光学系制御部)
12 制御部 13 画像生成部 14 評価値算出部
15 補正環位置決定部 19 評価値補正部
20 収差補正部 21 対物レンズ 21a 補正環
21b 収差補正レンズ(収差補正光学系)
25 検出部 100 共焦点顕微鏡(顕微鏡)
10 Microscope control unit (correction ring control unit, aberration correction optical system control unit)
Reference Signs List 12 control unit 13 image generation unit 14 evaluation value calculation unit 15 correction ring position determination unit 19 evaluation value correction unit 20 aberration correction unit 21 objective lens 21a correction ring 21b aberration correction lens (aberration correction optical system)
25 detection unit 100 confocal microscope (microscope)

Claims (29)

補正環を有する対物レンズと、
試料からの光を検出する検出部と、
補正環制御部と、
を有し、
前記補正環制御部は、前記補正環の複数の回転位置それぞれにおいて取得された複数の画像に基づいて評価値を算出し、算出した複数の評価値に基づいて補正環の回転位置を決定する
顕微鏡。
An objective lens having a correction ring,
A detection unit for detecting light from the sample,
A correction ring controller,
Have
The correction ring control unit calculates an evaluation value based on a plurality of images acquired at each of a plurality of rotation positions of the correction ring, and determines a rotation position of the correction ring based on the calculated plurality of evaluation values. .
前記補正環制御部は、評価値の最大値に基づいて補正環の回転位置を決定する
請求項1に記載の顕微鏡。
The microscope according to claim 1, wherein the correction ring control unit determines a rotational position of the correction ring based on a maximum evaluation value.
前記補正環制御部は、前記評価値が最大となる前記補正環の回転位置に基づいて補正環の回転位置を決定する
請求項1または2に記載の顕微鏡。
The microscope according to claim 1, wherein the correction ring control unit determines the rotation position of the correction ring based on the rotation position of the correction ring at which the evaluation value is maximum.
前記補正環制御部は、前記補正環の複数の回転位置それぞれにおいて複数の画像に基づいて評価値を算出することにより、補正環の回転位置を決定する
請求項1〜3のいずれか一項に記載の顕微鏡。
The correction ring control unit determines a rotation position of the correction ring by calculating an evaluation value based on a plurality of images at each of a plurality of rotation positions of the correction ring. Microscope as described.
前記補正環制御部は、補間された評価値が最大となる前記補正環の回転位置に基づいて補正環の回転位置を決定する
請求項1〜4のいずれか一項に記載の顕微鏡。
The microscope according to any one of claims 1 to 4, wherein the correction ring control unit determines the rotation position of the correction ring based on the rotation position of the correction ring at which the interpolated evaluation value is maximized.
前記補正環制御部は、決定した補正環の回転位置に基づいて、補正環の回転位置を調整する
請求項1〜5のいずれか一項に記載の顕微鏡。
The microscope according to any one of claims 1 to 5, wherein the correction ring control unit adjusts the rotation position of the correction ring based on the determined rotation position of the correction ring.
前記評価値は、前記複数の画像間の相関値、又は、画像処理を施した前記複数の画像間の相関値である
請求項1〜6のいずれか一項に記載の顕微鏡。
The microscope according to any one of claims 1 to 6, wherein the evaluation value is a correlation value between the plurality of images or a correlation value between the plurality of images subjected to image processing.
共焦点顕微鏡又は多光子励起蛍光顕微鏡である
請求項1〜7のいずれか一項に記載の顕微鏡。
The microscope according to any one of claims 1 to 7, which is a confocal microscope or a multiphoton excitation fluorescence microscope.
試料に照明光を照射する照明光学系と、
前記試料からの観察光を検出する検出部と、
前記照明光及び前記観察光の少なくとも一方の収差を補正する収差補正光学系と、
収差補正光学系制御部と、
を有し、
前記収差補正光学系制御部は、
前記収差補正光学系の複数の設定状態それぞれにおいて取得された複数の画像に基づいて評価値を算出し、算出した複数の評価値に基づいて収差補正光学系の設定を決定する
顕微鏡。
An illumination optical system for irradiating the sample with illumination light,
A detection unit that detects observation light from the sample,
An aberration correction optical system that corrects at least one aberration of the illumination light and the observation light,
An aberration correction optical system control unit,
Have
The aberration correction optical system control unit,
A microscope that calculates an evaluation value based on a plurality of images acquired in each of a plurality of setting states of the aberration correction optical system, and determines a setting of the aberration correction optical system based on the calculated plurality of evaluation values.
前記収差補正光学系は、前記照明光を放射する光源と前記試料との間に設けられる
請求項9に記載の顕微鏡。
The microscope according to claim 9, wherein the aberration correction optical system is provided between a light source that emits the illumination light and the sample.
前記収差補正光学系は、前記検出部と前記試料との間に設けられる
請求項9に記載の顕微鏡。
The microscope according to claim 9, wherein the aberration correction optical system is provided between the detection unit and the sample.
前記収差補正光学系は、前記対物レンズに含まれる収差補正レンズであり、
前記設定状態は、前記収差補正レンズの光軸方向の位置である
請求項9〜11のいずれか一項に記載の顕微鏡。
The aberration correction optical system is an aberration correction lens included in the objective lens,
The microscope according to claim 9, wherein the setting state is a position of the aberration correction lens in an optical axis direction.
前記収差補正光学系は、デフォーマブルミラーであり、前記設定状態は、ミラーの形状である
請求項9〜11のいずれか一項に記載の顕微鏡。
The microscope according to any one of claims 9 to 11, wherein the aberration correction optical system is a deformable mirror, and the setting state is a mirror shape.
前記収差補正光学系は、液晶素子であり、前記設定状態は前記液晶の分布である
請求項9〜11のいずれか一項に記載の顕微鏡。
The microscope according to any one of claims 9 to 11, wherein the aberration correction optical system is a liquid crystal element, and the setting state is a distribution of the liquid crystal.
前記収差補正光学系は、位相変調素子であり、前記設定状態は位相変調量である
請求項9〜11のいずれか一項に記載の顕微鏡。
The microscope according to any one of claims 9 to 11, wherein the aberration correction optical system is a phase modulation element, and the setting state is a phase modulation amount.
前記評価値は、前記複数の画像間の相関値、又は、画像処理を施した前記複数の画像間の相関値である
請求項9〜15のいずれか一項に記載の顕微鏡。
The microscope according to any one of claims 9 to 15, wherein the evaluation value is a correlation value between the plurality of images or a correlation value between the plurality of images subjected to image processing.
共焦点顕微鏡又は多光子励起蛍光顕微鏡である
請求項9〜16のいずれか一項に記載の顕微鏡。
The microscope according to any one of claims 9 to 16, which is a confocal microscope or a multiphoton excitation fluorescence microscope.
補正環を有する対物レンズと、
試料からの光を検出する検出部と、
補正環制御部と、
を有し、
前記補正環制御部は、
前記補正環の第1〜n(nは2以上の整数)の回転位置それぞれにおいて評価値を算出し、前記第nの回転位置で前記評価値を算出した後に、前記第1の回転位置で2回目の評価値を算出して、前記第1の回転位置で取得された1回目の評価値と2回目の評価値とに基づいて前記補正環の第2〜nの回転位置における評価値を補正する
顕微鏡。
An objective lens having a correction ring,
A detection unit for detecting light from the sample,
A correction ring controller,
Have
The correction ring control unit,
An evaluation value is calculated at each of the first to nth (n is an integer of 2 or more) rotational positions of the correction ring, and the evaluation value is calculated at the nth rotational position. A second evaluation value is calculated, and the evaluation values at the second to nth rotation positions of the correction ring are corrected based on the first evaluation value and the second evaluation value acquired at the first rotation position. A microscope.
前記補正環制御部は、
前記第1の回転位置で2回目の評価値を算出した後、前記補正環の第n+1〜m(mはn+1以上の整数)の回転位置それぞれにおいて評価値を算出した後に、前記第1の回転位置で3回目の前記評価値を算出し、
前記第1の回転位置で取得された1回目の評価値と2回目の評価値とに基づいて前記補正環の第2〜nの回転位置の評価値を補正し、
前記第1の回転位置で取得された2回目の評価値と3回目の評価値とに基づいて前記補正環の第n+1〜mの回転位置における評価値を補正する
請求項18に記載の顕微鏡。
The correction ring control unit,
After calculating a second evaluation value at the first rotation position, calculating an evaluation value at each of the (n + 1) to m (m is an integer of n + 1 or more) rotation positions of the correction ring, and then performing the first rotation. Calculate the third evaluation value at the position,
Correcting the evaluation values of the second to nth rotation positions of the correction ring based on the first evaluation value and the second evaluation value acquired at the first rotation position;
19. The microscope according to claim 18, wherein the evaluation value at the (n + 1) to m-th rotation positions of the correction ring is corrected based on the second evaluation value and the third evaluation value acquired at the first rotation position.
試料に照明光を照射する照明光学系と、
前記試料からの観察光を検出する検出部と、
前記照明光及び前記観察光の少なくとも一方の収差を補正する収差補正光学系と、
収差補正光学系制御部と、
を有し、
前記収差補正光学系制御部は、
前記収差補正光学系の第1〜n(nは2以上の整数)の設定状態それぞれにおいて評価値を算出し、前記第nの設定状態で前記評価値を算出した後に、前記第1の設定状態で2回目の評価値を算出して、前記第1の設定状態で取得された1回目の評価値と2回目の評価値とに基づいて前記収差補正光学系の第2〜nの設定状態における評価値を補正する
顕微鏡。
An illumination optical system for irradiating the sample with illumination light,
A detection unit that detects observation light from the sample,
An aberration correction optical system that corrects at least one aberration of the illumination light and the observation light,
An aberration correction optical system control unit,
Have
The aberration correction optical system control unit,
After calculating an evaluation value in each of the first to n (n is an integer of 2 or more) setting states of the aberration correction optical system, and calculating the evaluation value in the n-th setting state, the first setting state To calculate the second evaluation value, and based on the first evaluation value and the second evaluation value obtained in the first setting state, in the second to n setting states of the aberration correction optical system. A microscope that corrects evaluation values.
前記補正環制御部は、
前記第1の設定状態で2回目の評価値を算出した後、前記収差補正光学系の第n+1〜m(mはn+1以上の整数)の設定状態それぞれにおいて評価値を算出した後に、前記第1の設定状態で3回目の前記評価値を算出し、
前記第1の設定状態で取得された1回目の評価値と2回目の評価値とに基づいて前記収差補正光学系の第2〜nの設定状態の評価値を補正し、
前記第1の設定状態で取得された2回目の評価値と3回目の評価値とに基づいて前記収差補正光学系の第n+1〜mの回転位置における評価値を補正する
請求項20に記載の顕微鏡。
The correction ring control unit,
After calculating the second evaluation value in the first setting state, after calculating the evaluation value in each of the (n + 1) to m (m is an integer of n + 1 or more) setting states of the aberration correction optical system, the first evaluation value is calculated. The third evaluation value is calculated in the setting state of
Correcting the evaluation values of the second to n setting states of the aberration correction optical system based on the first evaluation value and the second evaluation value acquired in the first setting state;
The evaluation value of the aberration correction optical system at the (n + 1) to (m) th rotational positions of the aberration correction optical system is corrected based on the second evaluation value and the third evaluation value acquired in the first setting state. microscope.
補正環を有する対物レンズと、
試料からの光を検出する検出部と、
補正環制御部と、
を有する顕微鏡の前記補正環制御部で実行される方法であって、
前記補正環の複数の回転位置それぞれにおいて取得された複数の画像に基づいて評価値を算出するステップと、
算出した複数の評価値に基づいて補正環の回転位置を決定するステップと、
を有する方法。
An objective lens having a correction ring,
A detection unit for detecting light from the sample,
A correction ring controller,
A method performed by the correction ring control unit of the microscope having:
Calculating an evaluation value based on a plurality of images acquired at each of a plurality of rotational positions of the correction collar;
Determining the rotational position of the correction ring based on the plurality of calculated evaluation values;
Having a method.
試料に照明光を照射する照明光学系と、
前記試料からの観察光を検出する検出部と、
前記照明光及び前記観察光の少なくとも一方の収差を補正する収差補正光学系と、
収差補正光学系制御部と、
を有する顕微鏡の前記収差補正光学系制御部で実行される方法であって、
前記収差補正光学系の複数の設定状態それぞれにおいて取得された複数の画像に基づいて評価値を算出するステップと、
算出した複数の評価値に基づいて収差補正光学系の設定を決定するステップと、
を有する方法。
An illumination optical system for irradiating the sample with illumination light,
A detection unit that detects observation light from the sample,
An aberration correction optical system that corrects at least one aberration of the illumination light and the observation light,
An aberration correction optical system control unit,
A method executed by the aberration correction optical system control unit of the microscope having
Calculating an evaluation value based on a plurality of images obtained in each of a plurality of setting states of the aberration correction optical system,
Determining the setting of the aberration correction optical system based on the calculated plurality of evaluation values,
Having a method.
補正環を有する対物レンズと、
試料からの光を検出する検出部と、
補正環制御部と、
を有する顕微鏡の前記補正環制御部で実行される方法であって、
前記補正環の第1〜n(nは2以上の整数)の回転位置それぞれにおいて評価値を算出するステップと、
前記第nの回転位置で前記評価値を算出した後に、前記第1の回転位置で2回目の評価値を算出するステップと、
前記第1の回転位置で取得された1回目の評価値と2回目の評価値とに基づいて前記補正環の第2〜nの回転位置における評価値を補正するステップと、
を有する方法。
An objective lens having a correction ring,
A detection unit for detecting light from the sample,
A correction ring controller,
A method performed by the correction ring control unit of the microscope having:
Calculating an evaluation value at each of the first to nth (n is an integer of 2 or more) rotational positions of the correction ring;
Calculating the evaluation value at the first rotation position after calculating the evaluation value at the n-th rotation position;
Correcting the evaluation values at the second to nth rotation positions of the correction ring based on the first evaluation value and the second evaluation value acquired at the first rotation position;
Having a method.
試料に照明光を照射する照明光学系と、
前記試料からの観察光を検出する検出部と、
前記照明光及び前記観察光の少なくとも一方の収差を補正する収差補正光学系と、
収差補正光学系制御部と、
を有する顕微鏡の前記補正光学系制御部で実行される方法であって、
前記収差補正光学系の第1〜n(nは2以上の整数)の設定状態それぞれにおいて評価値を算出するステップと、
前記第nの設定状態で前記評価値を算出した後に、前記第1の設定状態で2回目の評価値を算出するステップと、
前記第1の設定状態で取得された1回目の評価値と2回目の評価値とに基づいて前記収差補正光学系の第2〜nの設定状態における評価値を補正するステップと、
を有する方法。
An illumination optical system for irradiating the sample with illumination light,
A detection unit that detects observation light from the sample,
An aberration correction optical system that corrects at least one aberration of the illumination light and the observation light,
An aberration correction optical system control unit,
A method executed by the correction optical system control unit of the microscope having
Calculating an evaluation value in each of the first to n (n is an integer of 2 or more) setting states of the aberration correction optical system;
Calculating the second evaluation value in the first setting state after calculating the evaluation value in the n-th setting state;
Correcting the evaluation values in the second to n setting states of the aberration correction optical system based on the first evaluation value and the second evaluation value acquired in the first setting state;
Having a method.
補正環を有する対物レンズと、
試料からの光を検出する検出部と、
補正環制御部と、
を有する顕微鏡の前記補正環制御部で実行されるプログラムであって、
前記補正環制御部を、
前記補正環の複数の回転位置それぞれにおいて取得された複数の画像に基づいて評価値を算出する手段、及び
算出した複数の評価値に基づいて補正環の回転位置を決定する手段
として機能させるプログラム。
An objective lens having a correction ring,
A detection unit for detecting light from the sample,
A correction ring controller,
A program executed by the correction ring control unit of the microscope having
The correction ring control unit,
A program functioning as means for calculating an evaluation value based on a plurality of images acquired at each of a plurality of rotation positions of the correction ring, and means for determining a rotation position of the correction ring based on the calculated plurality of evaluation values.
試料に照明光を照射する照明光学系と、
前記試料からの観察光を検出する検出部と、
前記照明光及び前記観察光の少なくとも一方の収差を補正する収差補正光学系と、
収差補正光学系制御部と、
を有する顕微鏡の前記収差補正光学系制御部で実行されるプログラムであって、
前記収差補正光学系制御部を、
前記収差補正光学系の複数の設定状態それぞれにおいて取得された複数の画像に基づいて評価値を算出する手段、及び
算出した複数の評価値に基づいて収差補正光学系の設定を決定する手段
として機能させるプログラム。
An illumination optical system for irradiating the sample with illumination light,
A detection unit that detects observation light from the sample,
An aberration correction optical system that corrects at least one aberration of the illumination light and the observation light,
An aberration correction optical system control unit,
A program executed by the aberration correction optical system control unit of the microscope having
The aberration correction optical system control unit,
Means for calculating an evaluation value based on a plurality of images acquired in each of the plurality of setting states of the aberration correction optical system; and means for determining setting of the aberration correction optical system based on the calculated plurality of evaluation values. Program to let.
補正環を有する対物レンズと、
試料からの光を検出する検出部と、
補正環制御部と、
を有する顕微鏡の前記補正環制御部で実行されるプログラムであって、
前記補正環制御部を、
前記補正環の第1〜n(nは2以上の整数)の回転位置それぞれにおいて評価値を算出する手段、
前記第nの回転位置で前記評価値を算出した後に、前記第1の回転位置で2回目の評価値を算出する手段、及び
前記第1の回転位置で取得された1回目の評価値と2回目の評価値とに基づいて前記補正環の第2〜nの回転位置における評価値を補正する手段
として機能させるプログラム。
An objective lens having a correction ring,
A detection unit for detecting light from the sample,
A correction ring controller,
A program executed by the correction ring control unit of the microscope having
The correction ring control unit,
Means for calculating an evaluation value at each of the first to n-th (n is an integer of 2 or more) rotational positions of the correction ring;
Means for calculating the second evaluation value at the first rotation position after calculating the evaluation value at the n-th rotation position; and calculating the first evaluation value and the second evaluation value at the first rotation position. A program functioning as means for correcting the evaluation value at the second to nth rotational positions of the correction ring based on the evaluation value at the time.
試料に照明光を照射する照明光学系と、
前記試料からの観察光を検出する検出部と、
前記照明光及び前記観察光の少なくとも一方の収差を補正する収差補正光学系と、
収差補正光学系制御部と、
を有する顕微鏡の前記補正光学系制御部で実行されるプログラムであって、
前記補正光学系制御部を、
前記収差補正光学系の第1〜n(nは2以上の整数)の設定状態それぞれにおいて評価値を算出する手段、
前記第nの設定状態で前記評価値を算出した後に、前記第1の設定状態で2回目の評価値を算出する手段、及び
前記第1の設定状態で取得された1回目の評価値と2回目の評価値とに基づいて前記収差補正光学系の第2〜nの設定状態における評価値を補正する手段
として機能させるプログラム。
An illumination optical system for irradiating the sample with illumination light,
A detection unit that detects observation light from the sample,
An aberration correction optical system that corrects at least one aberration of the illumination light and the observation light,
An aberration correction optical system control unit,
A program executed by the correction optical system control unit of the microscope having
The correction optical system control unit,
Means for calculating an evaluation value in each of the first to n (n is an integer of 2 or more) setting states of the aberration correction optical system;
Means for calculating the second evaluation value in the first setting state after calculating the evaluation value in the n-th setting state; and the first evaluation value and the second evaluation value obtained in the first setting state. A program for functioning as a means for correcting the evaluation value in the second to nth setting states of the aberration correction optical system based on the evaluation value of the second time.
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