JP2020194190A - Sample observation device and sample observation method - Google Patents

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Abstract

To provide a sample observation device and a sample observation method that improve throughput until observation image data is obtained.SOLUTION: A sample observation device 1 comprises: an irradiation optical system 3 that irradiates a sample S with planar light L2; a scanning part 4 that scans the sample S with respect to a surface R irradiated with the planar light L2; an image formation optical system 5 that has an observation axis P2 inclined with respect to the irradiated surface R and forms observation light L3 into an image, the observation light generated from the sample S through the irradiation with the planar light L2; an image acquisition part 6 that acquires a plurality of pieces of partial image data corresponding to part of an optical image formed from the observation light L3 by the image formation optical system 5; and an image creation part 8 that creates observation image data of the sample S on the basis of the plurality of pieces of partial image data created by the image acquisition part 6.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、試料観察装置及び試料観察方法に関する。 The present disclosure relates to a sample observation device and a sample observation method.

細胞などの3次元立体構造を持つ試料の内部を観察する手法の一つとして、SPIM(Selective Plane Illumination Microscopy)が知られている。例えば特許文献1に記載の断層像観察装置は、SPIMの基本的な原理を開示したものであり、面状光を試料に照射し、試料の内部で発生した蛍光又は散乱光を結像面に結像させて試料内部の観察画像データを取得する。 SPIM (Selective Plane Illumination Microscopy) is known as one of the methods for observing the inside of a sample having a three-dimensional structure such as a cell. For example, the tomographic image observing apparatus described in Patent Document 1 discloses the basic principle of SPIM, irradiates a sample with planar light, and emits fluorescence or scattered light generated inside the sample to an imaging surface. An image is formed and the observation image data inside the sample is acquired.

面状光を用いた他の試料観察装置としては、例えば特許文献2に記載のSPIM顕微鏡が挙げられる。この従来のSPIM顕微鏡では、試料の配置面に対して一定の傾斜角をもって面状光を照射し、面状光の照射面に対して直交する観察軸を有する観察光学系によって試料からの観察光を撮像する。 Examples of other sample observation devices using planar light include the SPIM microscope described in Patent Document 2. In this conventional SPIM microscope, the surface of the sample is irradiated with planar light at a constant inclination angle, and the observation light from the sample is observed by an observation optical system having an observation axis orthogonal to the irradiation surface of the planar light. To image.

特開昭62−180241号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-180241 特開2014−202967号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-202967

上述した特許文献2に記載の試料観察装置では、観察光学系のフォーカス面の全面に面状光を照射することで、1回の撮像によって観察軸方向の断層面の画像を取得し得る。したがって、試料の3次元情報を取得するためには、観察軸方向に試料を走査し、観察軸方向の複数断層面の画像を取得する必要があった。このような従来の試料観察装置では、全ての断層面の画像を取得するまでに、画像を取得する断層面の選択(試料の走査及び停止)と画像取得とを繰り返す必要があった。また、観察対象が存在する領域が撮像領域よりも広い場合には、観察軸方向の断面画像を取得する動作に加え、観察軸方向とは異なる方向へステージを移動して撮像視野を選択する動作などが必要となっていた。このため、観察画像データを得るまでに時間を要することが課題となっていた。 In the sample observation apparatus described in Patent Document 2 described above, by irradiating the entire surface of the focus surface of the observation optical system with planar light, an image of the tomographic surface in the observation axis direction can be acquired by one imaging. Therefore, in order to acquire the three-dimensional information of the sample, it is necessary to scan the sample in the observation axis direction and acquire images of a plurality of tomographic planes in the observation axis direction. In such a conventional sample observation device, it is necessary to repeat selection (scanning and stopping of the sample) and image acquisition of the tomographic planes to be imaged before acquiring images of all the tomographic planes. When the area where the observation target exists is wider than the imaging area, in addition to the operation of acquiring the cross-sectional image in the observation axis direction, the operation of moving the stage in a direction different from the observation axis direction to select the imaging field. Etc. were needed. Therefore, it has been a problem that it takes time to obtain the observation image data.

本開示は、上記課題の解決のためになされたものであり、観察画像データを得るまでのスループットの向上が図られる試料観察装置及び試料観察方法を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and an object of the present disclosure is to provide a sample observation device and a sample observation method capable of improving the throughput until the observation image data is obtained.

本開示の一側面に係る試料観察装置は、試料に面状光を照射する照射光学系と、面状光の照射面に対して試料を走査する走査部と、照射面に対して傾斜する観察軸を有し、面状光の照射によって試料で発生した観察光を結像する結像光学系と、結像光学系によって結像された観察光による光像の一部に対応する部分画像データを複数取得する画像取得部と、画像取得部によって生成された複数の部分画像データに基づいて試料の観察画像データを生成する画像生成部と、を備える。 The sample observation device according to one aspect of the present disclosure includes an irradiation optical system for irradiating a sample with planar light, a scanning unit for scanning the sample with respect to the surface light irradiation surface, and an observation tilted with respect to the irradiation surface. Partial image data that has an axis and forms an image of the observation light generated in the sample by irradiation with planar light, and a part of the optical image of the observation light formed by the imaging optical system. It is provided with an image acquisition unit for acquiring a plurality of images, and an image generation unit for generating observation image data of a sample based on a plurality of partial image data generated by the image acquisition unit.

この試料観察装置では、面状光の照射面に対して試料が走査され、また、面状光の照射面に対し、結像光学系の観察軸が傾斜している。このため、画像取得部では、面状光の光軸方向における断層面の部分画像データを順次取得することが可能となり、画像生成部では、複数の部分画像データに基づいて、試料の観察画像データを生成できる。この試料観察装置では、視野選択動作が不要となり、試料の走査と画像取得とを同時進行することが可能となるため、観察画像データを得るまでのスループットの向上が図られる。 In this sample observation device, the sample is scanned against the surface illuminated by the planar light, and the observation axis of the imaging optical system is tilted with respect to the irradiated surface of the planar light. Therefore, the image acquisition unit can sequentially acquire the partial image data of the tomographic plane in the optical axis direction of the planar light, and the image generation unit can acquire the observation image data of the sample based on the plurality of partial image data. Can be generated. In this sample observation device, the visual field selection operation becomes unnecessary, and the scanning of the sample and the acquisition of the image can proceed at the same time, so that the throughput until the observation image data is obtained can be improved.

また、試料は、面状光の入力面を有する試料容器によって保持され、照射光学系による面状光の光軸は、試料容器の入力面に対して直交するように配置されていてもよい。この場合、試料容器によって複数の試料を一度に走査することが可能となる。また、面状光の光軸を試料容器の入力面に対して直交させることで、画像取得部で取得した部分画像データの位置補正などが不要となり、観察画像データの生成処理を容易化できる。 Further, the sample may be held by a sample container having a planar light input surface, and the optical axis of the planar light by the irradiation optical system may be arranged so as to be orthogonal to the input surface of the sample container. In this case, the sample container makes it possible to scan a plurality of samples at once. Further, by making the optical axis of the planar light orthogonal to the input surface of the sample container, it is not necessary to correct the position of the partial image data acquired by the image acquisition unit, and the process of generating the observation image data can be facilitated.

また、走査部は、照射光学系による面状光の光軸に対して直交する方向に試料を走査してもよい。この場合、画像取得部で取得した部分画像データの位置補正などの画像処理が不要となり、観察画像データの生成処理を容易化できる。 Further, the scanning unit may scan the sample in a direction orthogonal to the optical axis of the planar light produced by the irradiation optical system. In this case, image processing such as position correction of the partial image data acquired by the image acquisition unit becomes unnecessary, and the generation process of the observation image data can be facilitated.

また、面状光の照射面に対する結像光学系の観察軸の傾斜角度は、10°〜80°となっていてもよい。この範囲では、観察画像の解像度を十分に確保できる。 Further, the inclination angle of the observation axis of the imaging optical system with respect to the irradiation surface of the planar light may be 10 ° to 80 °. In this range, the resolution of the observed image can be sufficiently secured.

また、面状光の照射面に対する結像光学系の観察軸の傾斜角度は、20°〜70°となっていてもよい。この範囲では、観察画像の解像度を一層十分に確保できる。また、観察軸の角度変化量に対する視野の変化を抑えることができ、視野の安定度を確保できる。 Further, the inclination angle of the observation axis of the imaging optical system with respect to the irradiation surface of the planar light may be 20 ° to 70 °. In this range, the resolution of the observed image can be further sufficiently secured. In addition, the change in the visual field with respect to the amount of change in the angle of the observation axis can be suppressed, and the stability of the visual field can be ensured.

また、面状光の照射面に対する結像光学系の観察軸の傾斜角度は、30°〜65°となっていてもよい。この範囲では、観察画像の解像度及び視野の安定度を一層好適に確保できる。 Further, the inclination angle of the observation axis of the imaging optical system with respect to the irradiation surface of the planar light may be 30 ° to 65 °. In this range, the resolution of the observed image and the stability of the visual field can be more preferably secured.

また、画像取得部は、二次元撮像装置を含んで構成され、二次元撮像装置から出力されたデータから観察光の光像の一部に対応する画像データを部分画像データとして抽出してもよい。このような構成により、部分画像データを精度良く取得できる。 Further, the image acquisition unit is configured to include a two-dimensional image pickup device, and image data corresponding to a part of the optical image of the observation light may be extracted as partial image data from the data output from the two-dimensional image pickup device. .. With such a configuration, partial image data can be acquired with high accuracy.

また、画像取得部は、観察光による光像の一部を撮像し、部分画像データを出力するラインセンサを含んでいてもよい。このような構成により、部分画像データを精度良く取得できる。 Further, the image acquisition unit may include a line sensor that captures a part of the light image by the observation light and outputs the partial image data. With such a configuration, partial image data can be acquired with high accuracy.

また、画像取得部は、観察光による光像の一部を通過させるスリットと、スリットを通過した光像を検出する光検出器とを含み、光検出器から出力されたデータに基づいて部分画像データを生成してもよい。このような構成により、部分画像データを精度良く取得できる。 Further, the image acquisition unit includes a slit for passing a part of the light image by the observation light and a photodetector for detecting the light image passing through the slit, and the partial image is based on the data output from the photodetector. Data may be generated. With such a configuration, partial image data can be acquired with high accuracy.

また、画像生成部は、複数の部分画像データに基づいて、面状光の光軸に直交する面における試料の観察画像データを生成してもよい。これにより、バックグラウンドの影響を抑えた試料の断面画像を観察画像として得ることができる。 Further, the image generation unit may generate observation image data of the sample on a plane orthogonal to the optical axis of the planar light based on the plurality of partial image data. As a result, a cross-sectional image of the sample in which the influence of the background is suppressed can be obtained as an observation image.

また、試料観察装置は、観察画像データを解析し、解析結果を生成する解析部を更に備えていてもよい。画像生成部によって生成された観察画像データを解析部で解析するため、解析のスループットも向上させることができる。 Further, the sample observation device may further include an analysis unit that analyzes the observation image data and generates an analysis result. Since the observation image data generated by the image generation unit is analyzed by the analysis unit, the analysis throughput can also be improved.

また、本発明の一側面に係る試料観察方法は、試料に面状光を照射する照射ステップと、面状光の照射面に対して試料を走査する走査ステップと、照射面に対して傾斜する観察軸を有する結像光学系を用い、面状光の照射によって試料で発生した観察光を結像する結像ステップと、結像光学系によって結像された観察光による光像の一部に対応する部分画像データを複数取得する画像取得ステップと、複数の部分画像データに基づいて試料の観察画像データを生成する画像生成ステップと、を備える。 Further, the sample observation method according to one aspect of the present invention includes an irradiation step of irradiating the sample with planar light, a scanning step of scanning the sample against the irradiated surface of the planar light, and an inclination with respect to the irradiated surface. Using an imaging optical system with an observation axis, the imaging step of imaging the observation light generated in the sample by irradiation with planar light and a part of the optical image by the observation light imaged by the imaging optical system It includes an image acquisition step of acquiring a plurality of corresponding partial image data, and an image generation step of generating observation image data of a sample based on the plurality of partial image data.

この試料観察方法では、面状光の照射面に対して試料が走査され、また、面状光の照射面に対して観察軸が傾斜している結像光学系を用いる。このため、画像取得ステップでは、面状光の光軸方向における断層面の部分画像データを順次取得することが可能となり、画像生成ステップでは、複数の部分画像データに基づいて、試料の観察画像データを生成できる。この試料観察方法では、視野選択動作が不要となり、試料の走査と画像取得とを同時進行することが可能となるため、観察画像データを得るまでのスループットの向上が図られる。 In this sample observation method, an imaging optical system is used in which the sample is scanned against the surface illuminated by planar light and the observation axis is inclined with respect to the irradiated surface of planar light. Therefore, in the image acquisition step, it is possible to sequentially acquire the partial image data of the tomographic plane in the optical axis direction of the planar light, and in the image generation step, the observation image data of the sample is based on the plurality of partial image data. Can be generated. In this sample observation method, the visual field selection operation becomes unnecessary, and the scanning of the sample and the acquisition of the image can proceed at the same time, so that the throughput until the observation image data is obtained can be improved.

この試料観察装置及び試料観察方法によれば、観察画像データを得るまでのスループットの向上が図られる。 According to this sample observation device and sample observation method, the throughput until the observation image data is obtained can be improved.

試料観察装置の一実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one Embodiment of a sample observation apparatus. 試料の近傍を示す要部拡大図である。It is an enlarged view of the main part which shows the vicinity of a sample. 画像取得部の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an image acquisition part. 試料観察装置を用いた試料観察方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the sample observation method using a sample observation apparatus. 画像生成部による観察画像データの生成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the generation of observation image data by an image generation part. 比較例における画像取得の様子を示す図である。It is a figure which shows the state of the image acquisition in the comparative example. 実施例における画像取得の様子を示す図である。It is a figure which shows the state of image acquisition in an Example. 試料観察装置における視野の算出例を示す図である。It is a figure which shows the calculation example of the field of view in a sample observation apparatus. 観察軸の傾斜角度と解像度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the tilt angle of an observation axis, and a resolution. 観察軸の傾斜角度と視野の安定度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the inclination angle of an observation axis, and the stability of a visual field. 観察軸の傾斜角度と試料からの観察光の透過率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the inclination angle of the observation axis, and the transmittance of the observation light from a sample. 結像光学系の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the imaging optical system.

以下、図面を参照しながら、本開示の一側面に係る試料観察装置及び試料観察方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
[試料観察装置の構成]
Hereinafter, preferred embodiments of the sample observation apparatus and the sample observation method according to one aspect of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.
[Configuration of sample observation device]

図1は、試料観察装置の一実施形態を示す概略構成図である。この試料観察装置1は、面状光L2を試料Sに照射し、試料Sの内部で発生した蛍光又は散乱光を結像面に結像させて試料S内部の観察画像データを取得する装置である。この種の試料観察装置1としては、スライドガラスに保持される試料Sの画像を取得し表示するスライドスキャナ、あるいはマイクロプレートに保持される試料Sの画像データを取得し、画像データを解析するプレートリーダなどがある。試料観察装置1は、図1に示すように、光源2と、照射光学系3と、走査部4と、結像光学系5と、画像取得部6と、コンピュータ7とを備えて構成されている。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a sample observation device. This sample observation device 1 is a device that irradiates the sample S with planar light L2 and forms an image of fluorescence or scattered light generated inside the sample S on the imaging surface to acquire observation image data inside the sample S. is there. As this type of sample observation device 1, a slide scanner that acquires and displays an image of sample S held on a slide glass, or a plate that acquires image data of sample S held on a microplate and analyzes the image data. There is a reader and so on. As shown in FIG. 1, the sample observation device 1 includes a light source 2, an irradiation optical system 3, a scanning unit 4, an imaging optical system 5, an image acquisition unit 6, and a computer 7. There is.

観察対象となる試料Sとしては、例えばヒト或いは動物の細胞、組織、臓器、動物或いは植物自体、植物の細胞、組織などが挙げられる。また、試料Sは、溶液、ゲル、或いは試料Sとは屈折率の異なる物質に含まれていてもよい。 Examples of the sample S to be observed include human or animal cells, tissues, organs, animals or plants themselves, plant cells, tissues, and the like. Further, the sample S may be contained in a solution, a gel, or a substance having a refractive index different from that of the sample S.

光源2は、試料Sに照射される光L1を出力する光源である。光源2としては、例えばレーザダイオード、固体レーザ光源といったレーザ光源が挙げられる。また、光源2は、発光ダイオード、スーパールミネッセントダイオード、ランプ系光源であってもよい。光源2から出力された光L1は、照射光学系3に導光される。 The light source 2 is a light source that outputs the light L1 that is applied to the sample S. Examples of the light source 2 include a laser light source such as a laser diode and a solid-state laser light source. Further, the light source 2 may be a light emitting diode, a superluminescent diode, or a lamp-based light source. The light L1 output from the light source 2 is guided to the irradiation optical system 3.

照射光学系3は、光源2から出力された光L1を面状光L2に整形し、整形された面状光L2を光軸P1に沿って試料Sに照射する光学系である。以下の説明では、照射光学系3の光軸P1を面状光L2の光軸という場合もある。照射光学系3は、例えばシリンドリカルレンズ、アキシコンレンズ、或いは空間光変調器などの光整形素子を含んで構成され、光源2に対して光学的に結合されている。照射光学系3は、対物レンズを含んで構成されていてもよい。照射光学系3によって形成された面状光L2は、試料Sに照射される。面状光L2が照射された試料Sでは、面状光L2の照射面Rにおいて観察光L3が発生する。観察光L3は、例えば面状光L2によって励起された蛍光、面状光L2の散乱光、或いは面状光L2の拡散反射光である。 The irradiation optical system 3 is an optical system in which the light L1 output from the light source 2 is shaped into a planar light L2, and the shaped planar light L2 is irradiated to the sample S along the optical axis P1. In the following description, the optical axis P1 of the irradiation optical system 3 may be referred to as the optical axis of the planar light L2. The irradiation optical system 3 includes an optical shaping element such as a cylindrical lens, an axicon lens, or a spatial light modulator, and is optically coupled to the light source 2. The irradiation optical system 3 may be configured to include an objective lens. The planar light L2 formed by the irradiation optical system 3 irradiates the sample S. In the sample S irradiated with the planar light L2, the observation light L3 is generated on the irradiation surface R of the planar light L2. The observation light L3 is, for example, fluorescence excited by the planar light L2, scattered light of the planar light L2, or diffusely reflected light of the planar light L2.

試料Sの厚さ方向に観察を行う場合、分解能を考慮して、面状光L2は、厚さ2mm以下の薄い面状光であることが好ましい。また、試料Sの厚さが非常に小さい場合、すなわち、後述するZ方向解像度以下の厚さの試料Sを観察する場合には、面状光L2の厚さは分解能に影響しない。したがって、厚さ2mmを超える面状光L2を用いてもよい。 When observing the sample S in the thickness direction, the planar light L2 is preferably a thin planar light having a thickness of 2 mm or less in consideration of resolution. Further, when the thickness of the sample S is very small, that is, when observing the sample S having a thickness equal to or lower than the resolution in the Z direction described later, the thickness of the planar light L2 does not affect the resolution. Therefore, planar light L2 having a thickness of more than 2 mm may be used.

走査部4は、面状光L2の照射面Rに対して試料Sを走査する機構である。本実施形態では、走査部4は、試料Sを保持する試料容器11を移動させる移動ステージ12によって構成されている。試料容器11は、例えばマイクロプレート、スライドガラス、シャーレ等である。本実施形態では、マイクロプレートを例示する。試料容器11は、図2に示すように、試料Sが配置される複数のウェル13が一直線状(或いはマトリクス状)に配列された板状の本体部14と、本体部14の一面側においてウェル13の一端側を塞ぐように設けられた板状の透明部材15とを有している。 The scanning unit 4 is a mechanism for scanning the sample S with respect to the irradiation surface R of the planar light L2. In the present embodiment, the scanning unit 4 is composed of a moving stage 12 for moving the sample container 11 holding the sample S. The sample container 11 is, for example, a microplate, a slide glass, a petri dish, or the like. In this embodiment, a microplate is illustrated. As shown in FIG. 2, the sample container 11 has a plate-shaped main body 14 in which a plurality of wells 13 in which the sample S is arranged are arranged in a straight line (or matrix), and wells on one surface side of the main body 14. It has a plate-shaped transparent member 15 provided so as to close one end side of the 13.

ウェル13内への試料Sの配置にあたっては、ウェル13内が水などの媒体で充填されていてもよい。透明部材15は、ウェル13内に配置された試料Sに対する面状光L2の入力面15aを有している。透明部材15の材質は、面状光L2に対する透明性を有する部材であれば特に限定はされないが、例えばガラス、石英、或いは合成樹脂である。試料容器11は、入力面15aが面状光L2の光軸P1と直交するように移動ステージ12に対して配置されている。なお、ウェル13の他端側は、外部に開放された状態となっている。試料容器11は、移動ステージ12に対して固定されていてもよい。 When arranging the sample S in the well 13, the well 13 may be filled with a medium such as water. The transparent member 15 has an input surface 15a of planar light L2 with respect to the sample S arranged in the well 13. The material of the transparent member 15 is not particularly limited as long as it is a member having transparency to the planar light L2, and is, for example, glass, quartz, or synthetic resin. The sample container 11 is arranged with respect to the moving stage 12 so that the input surface 15a is orthogonal to the optical axis P1 of the planar light L2. The other end of the well 13 is open to the outside. The sample container 11 may be fixed to the moving stage 12.

移動ステージ12は、図1に示すように、コンピュータ7からの制御信号に従い、予め設定された方向に試料容器11を走査する。本実施形態では、移動ステージ12は、面状光L2の光軸P1と直交する平面内の一方向に試料容器11を走査する。以下の説明では、面状光L2の光軸P1方向をZ軸、移動ステージ12による試料容器11の走査方向をY軸、面状光L2の光軸P1と直交する平面内においてY軸に直交する方向をX軸と称する。試料Sに対する面状光L2の照射面Rは、XZ平面内の面となる。 As shown in FIG. 1, the moving stage 12 scans the sample container 11 in a preset direction according to a control signal from the computer 7. In the present embodiment, the moving stage 12 scans the sample container 11 in one direction in a plane orthogonal to the optical axis P1 of the planar light L2. In the following description, the optical axis P1 direction of the planar light L2 is the Z axis, the scanning direction of the sample container 11 by the moving stage 12 is the Y axis, and the plane light L2 is orthogonal to the Y axis in a plane orthogonal to the optical axis P1. The direction of light is referred to as the X-axis. The irradiation surface R of the planar light L2 with respect to the sample S is a surface in the XZ plane.

結像光学系5は、面状光L2の照射によって試料Sで発生した観察光L3を結像する光学系である。結像光学系5は、図2に示すように、例えば対物レンズ16及び結像レンズ等を含んで構成されている。結像光学系5の光軸は、観察光L3の観察軸P2となっている。この結像光学系5の観察軸P2は、試料Sにおける面状光L2の照射面Rに対して傾斜角度θをもって傾斜している。傾斜角度θは、試料Sに向かう面状光L2の光軸P1と観察軸P2とがなす角とも一致する。傾斜角度θは、10°〜80°となっている。観察画像の解像度を向上させる観点から、傾斜角度θは、20°〜70°であることが好ましい。また、観察画像の解像度の向上及び視野の安定性の観点から、傾斜角度θは、30°〜65°であることが更に好ましい。 The imaging optical system 5 is an optical system that forms an image of the observation light L3 generated in the sample S by irradiation with the planar light L2. As shown in FIG. 2, the imaging optical system 5 includes, for example, an objective lens 16 and an imaging lens. The optical axis of the imaging optical system 5 is the observation axis P2 of the observation light L3. The observation axis P2 of the imaging optical system 5 is inclined with an inclination angle θ with respect to the irradiation surface R of the planar light L2 in the sample S. The inclination angle θ also coincides with the angle formed by the optical axis P1 and the observation axis P2 of the planar light L2 toward the sample S. The inclination angle θ is 10 ° to 80 °. From the viewpoint of improving the resolution of the observed image, the inclination angle θ is preferably 20 ° to 70 °. Further, from the viewpoint of improving the resolution of the observed image and the stability of the visual field, the inclination angle θ is more preferably 30 ° to 65 °.

画像取得部6は、図1に示すように、結像光学系5によって結像された観察光L3による光像の一部に対応する部分画像データを複数取得する装置である。画像取得部6は、例えば観察光L3による光像を撮像する撮像装置を含んで構成されている。撮像装置としては、例えばCMOSイメージセンサ、CCDイメージセンサといったエリアイメージセンサが挙げられる。これらのエリアイメージセンサは、結像光学系5による結像面に配置され、例えばグローバルシャッタ或いはローリングシャッタによって光像を撮像し、二次元画像のデータをコンピュータ7に出力する。 As shown in FIG. 1, the image acquisition unit 6 is a device that acquires a plurality of partial image data corresponding to a part of an optical image formed by the observation light L3 imaged by the imaging optical system 5. The image acquisition unit 6 includes, for example, an imaging device that captures an optical image by the observation light L3. Examples of the image pickup device include area image sensors such as a CMOS image sensor and a CCD image sensor. These area image sensors are arranged on the imaging surface of the imaging optical system 5, capture an optical image with, for example, a global shutter or a rolling shutter, and output two-dimensional image data to the computer 7.

観察光L3による光像の部分画像データの取得方法については、種々の態様を採り得る。例えば図3(A)に示すように、エリアイメージセンサ21の撮像面においてサブアレイを設定してもよい。この場合、サブアレイに含まれる画素列21aのみを読み出すことができるので、観察光L3による光像の一部を撮像して部分画像データを取得できる。また、図3(B)に示すように、エリアイメージセンサ21の全ての画素列を読み出しエリアとし、その後の画像処理によって二次元画像の一部を抽出して部分画像データを取得してもよい。 Various modes can be adopted for the method of acquiring the partial image data of the optical image by the observation light L3. For example, as shown in FIG. 3A, a sub-array may be set on the imaging surface of the area image sensor 21. In this case, since only the pixel sequence 21a included in the sub-array can be read out, a part of the optical image by the observation light L3 can be imaged to acquire partial image data. Further, as shown in FIG. 3B, all the pixel strings of the area image sensor 21 may be used as a readout area, and a part of the two-dimensional image may be extracted by subsequent image processing to acquire partial image data. ..

さらに、図3(C)に示すように、エリアイメージセンサ21に代えてラインセンサ22を用い、撮像面自体を一の画素列に限定して部分画像データを取得してもよい。図3(D)に示すように、観察光L3の一部のみを透過させるスリット23をエリアイメージセンサ(光検出器)21の前面に配置し、スリット23に対応する画素列21aの画像データを部分画像データとして取得してもよい。スリット23を用いる場合、エリアイメージセンサ21に代えて光電子増倍管などのポイントセンサ(光検出器)を用いてもよい。 Further, as shown in FIG. 3C, a line sensor 22 may be used instead of the area image sensor 21, and the imaging surface itself may be limited to one pixel sequence to acquire partial image data. As shown in FIG. 3D, a slit 23 that transmits only a part of the observation light L3 is arranged in front of the area image sensor (photodetector) 21, and image data of the pixel sequence 21a corresponding to the slit 23 is displayed. It may be acquired as partial image data. When the slit 23 is used, a point sensor (photodetector) such as a photomultiplier tube may be used instead of the area image sensor 21.

コンピュータ7は、物理的には、RAM、ROM等のメモリ、及びCPU等のプロセッサ(演算回路)、通信インターフェイス、ハードディスク等の格納部、ディスプレイ等の表示部を備えて構成されている。かかるコンピュータ7としては、例えばパーソナルコンピュータ、クラウドサーバ、スマートデバイス(スマートフォン、タブレット端末など)などが挙げられる。コンピュータ7は、メモリに格納されるプログラムをコンピュータシステムのCPUで実行することにより、光源2及び移動ステージ12の動作を制御するコントローラ、試料Sの観察画像データを生成する画像生成部8、及び観察画像データを解析する解析部10として機能する(図1参照)。 The computer 7 is physically configured to include a memory such as a RAM and a ROM, a processor (arithmetic circuit) such as a CPU, a communication interface, a storage unit such as a hard disk, and a display unit such as a display. Examples of such a computer 7 include a personal computer, a cloud server, a smart device (smartphone, tablet terminal, etc.) and the like. The computer 7 has a controller that controls the operations of the light source 2 and the moving stage 12 by executing a program stored in the memory on the CPU of the computer system, an image generation unit 8 that generates observation image data of the sample S, and an observation. It functions as an analysis unit 10 that analyzes image data (see FIG. 1).

コントローラとしてのコンピュータ7は、ユーザによる測定開始の操作の入力を受け、光源2、移動ステージ12、及び画像取得部6を同期させて駆動する。この場合、コンピュータ7は、移動ステージ12による試料Sの移動中、光源2が光L1を連続的に出力するように光源2を制御してもよく、画像取得部6による撮像に合わせて光源2による光L1の出力のON/OFFを制御してもよい。また、照射光学系3が光シャッタ(不図示)を備えている場合、コンピュータ7は、当該光シャッタの制御によって試料Sへの面状光L2の照射をON/OFFさせてもよい。 The computer 7 as a controller receives an input of a measurement start operation by the user, and drives the light source 2, the moving stage 12, and the image acquisition unit 6 in synchronization with each other. In this case, the computer 7 may control the light source 2 so that the light source 2 continuously outputs the light L1 while the sample S is being moved by the moving stage 12, and the light source 2 may be matched with the image captured by the image acquisition unit 6. The ON / OFF of the output of the optical L1 may be controlled. When the irradiation optical system 3 is provided with an optical shutter (not shown), the computer 7 may turn on / off the irradiation of the planar light L2 to the sample S by controlling the optical shutter.

また、画像生成部8としてのコンピュータ7は、画像取得部6によって生成された複数の部分画像データに基づいて試料Sの観察画像データを生成する。画像生成部8は、画像取得部6から出力された複数の部分画像データに基づいて、例えば面状光L2の光軸P1に直交する面(XY面)における試料Sの観察画像データを生成する。画像生成部8は、ユーザによる所定の操作に従って、生成した観察画像データの格納、モニタ等への表示等を実行する。 Further, the computer 7 as the image generation unit 8 generates the observation image data of the sample S based on the plurality of partial image data generated by the image acquisition unit 6. The image generation unit 8 generates observation image data of the sample S on a plane (XY plane) orthogonal to the optical axis P1 of the planar light L2, for example, based on the plurality of partial image data output from the image acquisition unit 6. .. The image generation unit 8 executes the storage of the generated observation image data, the display on the monitor, and the like according to a predetermined operation by the user.

解析部10としてのコンピュータ7は、画像生成部8によって生成された観察画像データに基づいて解析を実行し、解析結果を生成する。解析部10は、ユーザによる所定の操作に従って、生成した解析結果の格納、モニタ等への表示等を実行する。なお、画像生成部によって生成された観察画像データのモニタ等への表示は行わず、解析部10によって生成された解析結果のみをモニタ等に表示してもよい。
[試料観察方法]
The computer 7 as the analysis unit 10 executes the analysis based on the observation image data generated by the image generation unit 8 and generates the analysis result. The analysis unit 10 stores the generated analysis result, displays it on a monitor, or the like according to a predetermined operation by the user. The observation image data generated by the image generation unit may not be displayed on the monitor or the like, and only the analysis result generated by the analysis unit 10 may be displayed on the monitor or the like.
[Sample observation method]

図4は、試料観察装置を用いた試料観察方法の一例を示すフローチャートである。同図に示すように、この試料観察方法は、照射ステップ(ステップS01)、走査ステップ(ステップS02)、結像ステップ(ステップS03)、画像取得ステップ(ステップS04)、画像生成ステップ(ステップS05)、及び解析ステップ(ステップS06)を備えている。 FIG. 4 is a flowchart showing an example of a sample observation method using a sample observation device. As shown in the figure, this sample observation method includes an irradiation step (step S01), a scanning step (step S02), an imaging step (step S03), an image acquisition step (step S04), and an image generation step (step S05). , And an analysis step (step S06).

照射ステップS01では、試料Sに面状光L2を照射する。ユーザによって測定開始の操作が入力されると、コンピュータ7からの制御信号に基づいて光源2が駆動し、光源2から光L1が出力される。光源2から出力された光L1は、照射光学系3によって整形されて面状光L2となり、試料Sに照射される。 In the irradiation step S01, the sample S is irradiated with the planar light L2. When the operation to start measurement is input by the user, the light source 2 is driven based on the control signal from the computer 7, and the light L1 is output from the light source 2. The light L1 output from the light source 2 is shaped by the irradiation optical system 3 to become planar light L2, which is irradiated to the sample S.

走査ステップS02では、面状光L2の照射面Rに対して試料Sを走査する。ユーザによって測定開始の操作が入力されると、コンピュータ7からの制御信号に基づいて、光源2の駆動と同期して移動ステージ12が駆動する。これにより、試料容器11がY軸方向に一定の速度で直線的に駆動し、面状光L2の照射面Rに対してウェル13内の試料Sが走査される。 In the scanning step S02, the sample S is scanned against the irradiation surface R of the planar light L2. When the operation to start measurement is input by the user, the moving stage 12 is driven in synchronization with the drive of the light source 2 based on the control signal from the computer 7. As a result, the sample container 11 is linearly driven in the Y-axis direction at a constant speed, and the sample S in the well 13 is scanned with respect to the irradiation surface R of the planar light L2.

結像ステップS03では、照射面Rに対して傾斜する観察軸P2を有する結像光学系5を用い、面状光L2の照射によって試料Sで発生した観察光L3を画像取得部6の結像面に対して結像する。画像取得ステップS04では、結像光学系5によって結像された観察光L3による光像の一部に対応する部分画像データを複数取得する。部分画像データは、画像取得部6から画像生成部8に順次出力される。 In the imaging step S03, the imaging optical system 5 having the observation axis P2 inclined with respect to the irradiation surface R is used, and the observation light L3 generated in the sample S by the irradiation of the planar light L2 is imaged by the image acquisition unit 6. An image is formed on a surface. In the image acquisition step S04, a plurality of partial image data corresponding to a part of the optical image formed by the observation light L3 imaged by the imaging optical system 5 is acquired. The partial image data is sequentially output from the image acquisition unit 6 to the image generation unit 8.

画像生成ステップS05では、複数の部分画像データに基づいて試料Sの観察画像データを生成する。本実施形態では、図1及び図2に示したように、試料Sに対する面状光L2の照射面Rは、XZ平面内の面であり、試料Sに対して照射面RがY軸方向に走査される。したがって、画像生成部8には、図5(A)に示すように、部分画像データであるXZ断面画像データ31をY軸方向に複数取得することによって、試料Sの3次元情報が蓄積される。画像生成部8では、複数のXZ断面画像を用いてデータが再構築され、例えば図5(B)に示すように、試料SにおけるZ軸方向の任意の位置において任意の厚さを持ったXY断面画像が、バックグラウンドを抑えた観察画像32として生成される。 In the image generation step S05, the observation image data of the sample S is generated based on the plurality of partial image data. In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the irradiation surface R of the planar light L2 with respect to the sample S is a surface in the XZ plane, and the irradiation surface R with respect to the sample S is in the Y-axis direction. It is scanned. Therefore, as shown in FIG. 5A, the image generation unit 8 accumulates the three-dimensional information of the sample S by acquiring a plurality of XZ cross-sectional image data 31 which are partial image data in the Y-axis direction. .. In the image generation unit 8, data is reconstructed using a plurality of XZ cross-sectional images, and as shown in FIG. 5B, for example, XY having an arbitrary thickness at an arbitrary position in the Z-axis direction in the sample S. The cross-sectional image is generated as an observation image 32 with a suppressed background.

解析ステップS06では、解析部10によって観察画像データを解析し、解析結果を生成する。例えば創薬スクリーニングでは、試料容器11に試料S及び試薬を入れ、観察画像データを取得する。そして、解析部10は、観察画像データに基づいて試薬を評価し、評価データを解析結果として生成する。
[作用効果]
In the analysis step S06, the analysis unit 10 analyzes the observed image data and generates an analysis result. For example, in drug discovery screening, sample S and reagents are placed in a sample container 11 and observation image data is acquired. Then, the analysis unit 10 evaluates the reagent based on the observed image data, and generates the evaluation data as the analysis result.
[Action effect]

比較例に係る試料観察装置100は、図6(A)に示すように、面状光L2の照射面Rに対して直交する観察軸P2を有している。この試料観察装置100では、観察光学系のフォーカス面の全面に面状光L2を照射することで、1回の撮像によって試料Sにおける観察軸P2方向に直交する断層面の画像を取得し得る。したがって、試料Sの3次元情報を取得するためには、観察軸P2方向に試料Sを走査し、観察軸P2方向に直交する複数の断層面の画像を取得する必要があった。このような比較例に係る試料観察装置100では、図6(B)に示すように、全ての断層面の画像を取得するまでに、画像を取得する断層面の選択(試料Sの走査及び停止)と画像取得とを繰り返す必要があった。また、観察対象が存在する領域が撮像よりも広い場合には、観察軸P2方向の断面画像を取得する動作に加え、観察軸方向とは異なる方向へステージを移動することにより撮像視野を選択する動作などが必要となっていた。 As shown in FIG. 6A, the sample observation device 100 according to the comparative example has an observation axis P2 orthogonal to the irradiation surface R of the planar light L2. In the sample observation device 100, by irradiating the entire surface of the focus surface of the observation optical system with the planar light L2, it is possible to acquire an image of the tomographic plane orthogonal to the observation axis P2 direction in the sample S by one imaging. Therefore, in order to acquire the three-dimensional information of the sample S, it is necessary to scan the sample S in the observation axis P2 direction and acquire images of a plurality of tomographic planes orthogonal to the observation axis P2 direction. In the sample observation device 100 according to such a comparative example, as shown in FIG. 6B, selection of the tomographic plane to be acquired (scanning and stopping of the sample S) is performed before the images of all the tomographic planes are acquired. ) And image acquisition had to be repeated. When the area where the observation target exists is wider than the imaging, the imaging field of view is selected by moving the stage in a direction different from the observation axis direction in addition to the operation of acquiring the cross-sectional image in the observation axis P2 direction. Operation was required.

これに対し、実施例に係る試料観察装置1では、図7(A)に示すように、面状光L2の照射面Rに対して試料Sを走査しながら画像取得部6によって画像取得を行い、また、面状光L2の照射面Rに対し、結像光学系5の観察軸P2が傾斜している。このため、画像取得部6では、面状光L2の光軸P1方向(Z軸方向)における断層面の部分画像データを順次取得することが可能となり、画像生成部8では、複数の部分画像データに基づいて、試料Sの観察画像データ32を生成できる。 On the other hand, in the sample observation device 1 according to the embodiment, as shown in FIG. 7A, the image acquisition unit 6 acquires an image while scanning the sample S with respect to the irradiation surface R of the planar light L2. Further, the observation axis P2 of the imaging optical system 5 is inclined with respect to the irradiation surface R of the planar light L2. Therefore, the image acquisition unit 6 can sequentially acquire partial image data of the fault plane in the optical axis P1 direction (Z-axis direction) of the planar light L2, and the image generation unit 8 can acquire a plurality of partial image data. The observation image data 32 of the sample S can be generated based on the above.

この試料観察装置1では、図7(B)に示すように、試料Sを走査させながら画像取得を順次行うことが可能となる。比較例に係る試料観察装置100の動作では、移動ステージ12の駆動及び停止の際の度に、慣性の影響等により時間的なロスが生じる。一方、試料観察装置1では、移動ステージ12の駆動及び停止の回数を削減し、試料Sの走査動作と画像取得とを同時進行することで、観察画像データ32を得るまでのスループットの向上が図られる。 In this sample observation device 1, as shown in FIG. 7B, it is possible to sequentially acquire images while scanning the sample S. In the operation of the sample observation device 100 according to the comparative example, a time loss occurs due to the influence of inertia and the like each time the moving stage 12 is driven and stopped. On the other hand, in the sample observation device 1, the number of times of driving and stopping the moving stage 12 is reduced, and the scanning operation of the sample S and the image acquisition are simultaneously performed, so that the throughput until the observation image data 32 is obtained is improved. Be done.

また、試料観察装置1では、図2に示したように、試料Sが面状光L2の入力面15aを有する試料容器11によって保持され、照射光学系3による面状光L2の光軸P1が試料容器11の入力面15aに対して直交するように配置されている。さらに、試料観察装置1では、照射光学系3による面状光L2の光軸P1(Z軸方向)に対して直交する方向(Y軸方向)に走査部4が試料Sを走査する。これにより、画像取得部6で取得した部分画像データの位置補正などの画像処理が不要となり、観察画像データの生成処理を容易化できる。 Further, in the sample observation device 1, as shown in FIG. 2, the sample S is held by the sample container 11 having the input surface 15a of the planar light L2, and the optical axis P1 of the planar light L2 by the irradiation optical system 3 is held. It is arranged so as to be orthogonal to the input surface 15a of the sample container 11. Further, in the sample observation device 1, the scanning unit 4 scans the sample S in a direction (Y-axis direction) orthogonal to the optical axis P1 (Z-axis direction) of the planar light L2 by the irradiation optical system 3. This eliminates the need for image processing such as position correction of the partial image data acquired by the image acquisition unit 6, and facilitates the generation processing of the observation image data.

また、試料観察装置1では、試料Sにおける面状光L2の照射面Rに対する結像光学系5の観察軸P2の傾斜角度θが10°〜80°、好ましくは、20°〜70°、より好ましくは30°〜65°となっている。以下、この点について考察する。 Further, in the sample observation device 1, the inclination angle θ of the observation axis P2 of the imaging optical system 5 with respect to the irradiation surface R of the planar light L2 in the sample S is 10 ° to 80 °, preferably 20 ° to 70 °. It is preferably 30 ° to 65 °. This point will be considered below.

図8は、試料観察装置における視野の算出例を示す図である。同図に示す例では、結像光学系が屈折率n1の媒質A中に位置し、面状光の照射面が屈折率n2の媒質B中に位置している。結像光学系における視野をV、照射面をV’、照射面に対する観察軸の傾斜角度をθ、媒質A,Bの境界面での屈折角をθ’、視野Vの傾斜角度θにおける媒質Aと媒質Bの界面での距離をLとした場合、以下の式(1)〜(3)が成り立つ。
[数1]
FIG. 8 is a diagram showing an example of calculating the field of view in the sample observation device. In the example shown in the figure, the imaging optical system is located in the medium A having a refractive index n1, and the irradiation surface of the planar light is located in the medium B having a refractive index n2. The field of view in the imaging optical system is V, the irradiation surface is V', the inclination angle of the observation axis with respect to the irradiation surface is θ, the refraction angle at the interface between the media A and B is θ', and the medium A at the inclination angle θ of the field V. When the distance at the interface between the medium B and the medium B is L, the following equations (1) to (3) hold.
[Number 1]

L=V/cosθ …(1)
[数2]
L = V / cosθ ... (1)
[Number 2]

sinθ’=(n1/n2)sinθ …(2)
[数3]
sinθ'= (n1 / n2) sinθ ... (2)
[Number 3]

V’=L/tanθ’ …(3) V'= L / tanθ'... (3)

図9は、観察軸の傾斜角度と解像度との関係を示す図である。同図では、横軸を観察軸の傾斜角度θとし、縦軸を視野の相対値V’/Vとしている。そして、媒質Aの屈折率n1を1(空気)とし、媒質Bの屈折率n2を1.0から2.0まで0.1刻みで変化させたときのV’/Vの値を傾斜角度θに対してプロットしたものである。V’/Vの値が小さいほど試料の深さ方向の解像度(以下、「Z方向解像度」と称す)が高く、大きいほどZ方向解像度が低いことを示している。 FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the tilt angle of the observation axis and the resolution. In the figure, the horizontal axis is the tilt angle θ of the observation axis, and the vertical axis is the relative value V'/ V of the visual field. Then, the refractive index n1 of the medium A is set to 1 (air), and the value of V'/ V when the refractive index n2 of the medium B is changed from 1.0 to 2.0 in increments of 0.1 is set to the inclination angle θ. It is plotted against. The smaller the value of V'/ V, the higher the resolution in the depth direction of the sample (hereinafter referred to as "Z direction resolution"), and the larger the value, the lower the resolution in the Z direction.

図9に示す結果から、媒質Aの屈折率n1と媒質Bの屈折率n2とが等しい場合には、傾斜角度θに対してV’/Vの値が反比例していることが分かる。また、媒質Aの屈折率n1と媒質Bの屈折率n2とが異なる場合には、傾斜角度θに対してV’/Vの値が放物線を描くことが分かる。この結果から、試料の配置空間の屈折率、結像光学系の配置空間の屈折率、及び観察軸の傾斜角度θによってZ方向解像度をコントロールできることが分かる。そして、傾斜角度θが10°〜80°の範囲では、傾斜角度θが10°未満及び80°を超える範囲に比べて良好なZ方向解像度が得られることが分かる。 From the results shown in FIG. 9, it can be seen that when the refractive index n1 of the medium A and the refractive index n2 of the medium B are equal, the value of V'/ V is inversely proportional to the inclination angle θ. Further, when the refractive index n1 of the medium A and the refractive index n2 of the medium B are different, it can be seen that the value of V'/ V draws a parabola with respect to the inclination angle θ. From this result, it can be seen that the resolution in the Z direction can be controlled by the refractive index of the arrangement space of the sample, the refractive index of the arrangement space of the imaging optical system, and the inclination angle θ of the observation axis. Then, it can be seen that in the range of the inclination angle θ of 10 ° to 80 °, better Z-direction resolution can be obtained as compared with the range of the inclination angle θ of less than 10 ° and more than 80 °.

また、図9に示す結果から、Z方向解像度が最大となる傾斜角度θは、屈折率n1と屈折率n2との差が大きくなるにつれて小さく傾向があることが分かる。屈折率n2が1.1〜2.0の範囲では、Z方向解像度が最大となる傾斜角度θは、約47°〜約57°の範囲となる。例えば屈折率n2が1.33(水)の場合、Z方向解像度が最大となる傾斜角度θは、およそ52°と見積もられる。また、例えば屈折率n2が1.53(ガラス)の場合、Z方向解像度が最大となる傾斜角度θは、およそ48°と見積もられる。 Further, from the results shown in FIG. 9, it can be seen that the inclination angle θ at which the resolution in the Z direction is maximized tends to decrease as the difference between the refractive index n1 and the refractive index n2 increases. When the refractive index n2 is in the range of 1.1 to 2.0, the inclination angle θ at which the resolution in the Z direction is maximized is in the range of about 47 ° to about 57 °. For example, when the refractive index n2 is 1.33 (water), the inclination angle θ at which the resolution in the Z direction is maximized is estimated to be about 52 °. Further, for example, when the refractive index n2 is 1.53 (glass), the inclination angle θ at which the resolution in the Z direction is maximized is estimated to be about 48 °.

図10は、観察軸の傾斜角度と視野の安定度との関係を示す図である。同図では、横軸を観察軸の傾斜角度θとし、縦軸を視野の安定度としている。安定度は、傾斜角度θでのV’/Vに対する傾斜角度θ+1でのV’/Vと傾斜角度θ−1でのV’/Vとの差分値の割合で表され、下記式(4)に基づいて算出される。安定度が0%に近い程、傾斜角度の変化に対する視野の変化が小さく、視野が安定していると評価できる。この図10では、図9と同様に、媒質Aの屈折率n1を1(空気)とし、媒質Bの屈折率n2を1.0から2.0まで0.1刻みで変化させたときの安定度がプロットされている。
[数4]
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the tilt angle of the observation axis and the stability of the visual field. In the figure, the horizontal axis is the tilt angle θ of the observation axis, and the vertical axis is the stability of the visual field. The stability is expressed by the ratio of the difference value between V'/ V at the tilt angle θ + 1 and V'/ V at the tilt angle θ-1 with respect to V'/ V at the tilt angle θ, and is expressed by the following equation (4). It is calculated based on. It can be evaluated that the closer the stability is to 0%, the smaller the change in the visual field with respect to the change in the tilt angle, and the more stable the visual field is. In FIG. 10, similarly to FIG. 9, the refractive index n1 of the medium A is 1 (air), and the refractive index n2 of the medium B is stable when changed from 1.0 to 2.0 in 0.1 steps. Degrees are plotted.
[Number 4]

安定度(%)=((V’/V)θ+1−(V’/V)θ−1)/(V’/V)θ …(4) Stability (%) = ((V'/ V) θ + 1- (V'/ V) θ-1 ) / (V'/ V) θ ... (4)

図10に示す結果から、傾斜角度θが10°未満及び80°を超える範囲では、安定度が±20%を超えており、視野のコントロールが困難であることが分かる。一方、傾斜角度θが10°〜80°の範囲では、安定度が±20%以下となり、視野のコントロールが可能となる。さらに、傾斜角度θが20°〜70°の範囲では、安定度が±10%以下となり、視野のコントロールが容易となる。 From the results shown in FIG. 10, it can be seen that the stability exceeds ± 20% in the range where the inclination angle θ is less than 10 ° and exceeds 80 °, and it is difficult to control the visual field. On the other hand, when the inclination angle θ is in the range of 10 ° to 80 °, the stability is ± 20% or less, and the visual field can be controlled. Further, when the inclination angle θ is in the range of 20 ° to 70 °, the stability is ± 10% or less, and the visual field can be easily controlled.

図11は、観察軸の傾斜角度と試料からの観察光の透過率との関係を示す図である。同図では、横軸を観察軸の傾斜角度θとし、左側の縦軸を視野の相対値、右側の縦軸を透過率としている。この図11では、試料容器における試料の保持状態を考慮し、媒質Aの屈折率n1を1(空気)、媒質Bの屈折率n2を1.53(ガラス)、媒質Cの屈折率n3を1.33(水)とし、透過率の値は、媒質B,Cの界面及び媒質A,Bの界面の透過率の積としている。図11には、P波の透過率、S波の透過率、及びこれらの平均値の角度依存性がプロットされている。また、図11には、媒質Cにおける視野の相対値が併せてプロットされている。 FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the tilt angle of the observation axis and the transmittance of the observation light from the sample. In the figure, the horizontal axis is the tilt angle θ of the observation axis, the vertical axis on the left side is the relative value of the field of view, and the vertical axis on the right side is the transmittance. In FIG. 11, in consideration of the holding state of the sample in the sample container, the refractive index n1 of the medium A is 1 (air), the refractive index n2 of the medium B is 1.53 (glass), and the refractive index n3 of the medium C is 1. It is set to .33 (water), and the value of the transmittance is the product of the transmittances of the interfaces of the media B and C and the interfaces of the media A and B. In FIG. 11, the transmittance of the P wave, the transmittance of the S wave, and the angle dependence of the average value thereof are plotted. Further, in FIG. 11, the relative values of the visual fields in the medium C are also plotted.

図11に示す結果から、観察軸の傾斜角度θを変化させることで、試料から結像光学系に至る観察光の透過率が可変となることが分かる。傾斜角度θが80°以下の範囲では、少なくとも50%以上の透過率が得られることが分かる。また、傾斜角度θが70°以下の範囲では、少なくとも60%以上の透過率が得られ、傾斜角度θが65°以下の範囲では、少なくとも75%以上の透過率が得られることが分かる。 From the results shown in FIG. 11, it can be seen that the transmittance of the observation light from the sample to the imaging optical system becomes variable by changing the inclination angle θ of the observation axis. It can be seen that at least 50% or more transmittance can be obtained in the range where the inclination angle θ is 80 ° or less. Further, it can be seen that at least 60% or more transmittance is obtained in the range where the inclination angle θ is 70 ° or less, and at least 75% or more is obtained in the range where the inclination angle θ is 65 ° or less.

以上の結果から、試料のZ方向解像度が要求される場合には、例えば視野の相対値であるV’/Vの値が3以下であり、安定度が5%未満、かつ観察光の透過率(P波及びS波の平均値)が75%以上となるように、傾斜角度θを30°〜65°の範囲から選択することが好適である。また、試料のZ方向解像度が要求されない場合には、傾斜角度θを10°〜80°の範囲から適宜選択すればよく、1画素当たりの視野の範囲を確保する観点から、10°〜30°若しくは65°〜80°の範囲から選択することが好適である。 From the above results, when the Z-direction resolution of the sample is required, for example, the value of V'/ V, which is the relative value of the visual field, is 3 or less, the stability is less than 5%, and the transmittance of the observed light. It is preferable to select the inclination angle θ from the range of 30 ° to 65 ° so that (the average value of the P wave and the S wave) is 75% or more. When the Z-direction resolution of the sample is not required, the inclination angle θ may be appropriately selected from the range of 10 ° to 80 °, and from the viewpoint of securing the range of the visual field per pixel, 10 ° to 30 °. Alternatively, it is preferable to select from the range of 65 ° to 80 °.

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば面状光L2の光軸P1と試料容器11の入力面15aとは、必ずしも直交していなくてもよく、面状光L2の光軸P1と走査部4による試料Sの走査方向とは、必ずしも直交していなくてもよい。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the optical axis P1 of the planar light L2 and the input surface 15a of the sample container 11 do not necessarily have to be orthogonal to each other, and the optical axis P1 of the planar light L2 and the scanning direction of the sample S by the scanning unit 4 are different. It does not necessarily have to be orthogonal.

また、例えば上記実施形態では、試料容器11においてウェル13の一端側を塞ぐように透明部材15が設けられており、透明部材15の入力面15aから面状光L2を入力させているが、ウェル13の他端側から面状光L2を入力させる構成としてもよい。この場合、屈折率が異なる媒質の界面の数が少なくなり、観察光L3の屈折回数を減らすことが可能となる。さらに、試料容器11に代えて、ゲル等の固形物に試料Sを保持してもよく、フローサイトメーターのように、透明容器内に水等の流体を流して試料Sを移動させるようにしてもよい。 Further, for example, in the above embodiment, the transparent member 15 is provided in the sample container 11 so as to close one end side of the well 13, and the planar light L2 is input from the input surface 15a of the transparent member 15. The planar light L2 may be input from the other end side of 13. In this case, the number of interfaces between media having different refractive indexes is reduced, and the number of refractions of the observation light L3 can be reduced. Further, instead of the sample container 11, the sample S may be held in a solid substance such as a gel, and the sample S may be moved by flowing a fluid such as water into the transparent container like a flow cytometer. May be good.

また、結像光学系5及び画像取得部6を複数対配置してもよい。この場合、観察範囲を拡大できるほか、複数の異なる波長の観察光L3を観察することが可能となる。また、結像光学系5に対して複数の画像取得部6を配置してもよく、複数の結像光学系5に対して画像取得部6を配置してもよい。複数の画像取得部6は、異なる種類の光検出器あるいは撮像装置を組み合わせてもよい。光源2は、波長の異なる光を出力する複数の光源によって構成されてもよい。この場合、波長の異なる励起光を試料Sに照射することができる。 Further, a plurality of pairs of the imaging optical system 5 and the image acquisition unit 6 may be arranged. In this case, the observation range can be expanded, and a plurality of observation lights L3 having different wavelengths can be observed. Further, a plurality of image acquisition units 6 may be arranged with respect to the imaging optical system 5, or an image acquisition unit 6 may be arranged with respect to the plurality of imaging optical systems 5. The plurality of image acquisition units 6 may combine different types of photodetectors or image pickup devices. The light source 2 may be composed of a plurality of light sources that output light having different wavelengths. In this case, the sample S can be irradiated with excitation light having different wavelengths.

また、非点収差の緩和のため、結像光学系5にプリズムを配置してもよい。この場合、例えば図12に示すように、対物レンズ16の後段側(対物レンズ16と画像取得部6との間)にプリズム41を配置してもよい。デフォーカス対策のため、観察軸P2に対して画像取得部6における撮像装置の撮像面を傾斜させてもよい。この他、例えば結像光学系5と画像取得部6との間にダイクロイックミラー或いはプリズムを配置して観察光L3の波長分離を行う構成としてもよい。 Further, in order to alleviate astigmatism, a prism may be arranged in the imaging optical system 5. In this case, for example, as shown in FIG. 12, the prism 41 may be arranged on the rear side of the objective lens 16 (between the objective lens 16 and the image acquisition unit 6). As a measure against defocusing, the imaging surface of the imaging device in the image acquisition unit 6 may be tilted with respect to the observation axis P2. In addition, for example, a dichroic mirror or a prism may be arranged between the imaging optical system 5 and the image acquisition unit 6 to separate the wavelengths of the observation light L3.

1…試料観察装置、3…照射光学系、4…走査部、5…結像光学系、6…画像取得部、8…画像生成部、10…解析部、11…試料容器、15a…入力面、21…エリアイメージセンサ(撮像装置)、22…ラインセンサ、23…スリット、31…部分画像データ、32…観察画像データ、L2…面状光、L3…観察光、P2…観察軸、R…照射面、S…試料、θ…傾斜角度。 1 ... sample observation device, 3 ... irradiation optical system, 4 ... scanning unit, 5 ... imaging optical system, 6 ... image acquisition unit, 8 ... image generation unit, 10 ... analysis unit, 11 ... sample container, 15a ... input surface , 21 ... Area image sensor (imaging device), 22 ... Line sensor, 23 ... Slit, 31 ... Partial image data, 32 ... Observation image data, L2 ... Planar light, L3 ... Observation light, P2 ... Observation axis, R ... Irradiation surface, S ... sample, θ ... tilt angle.

Claims (12)

試料に面状光を照射する照射光学系と、
前記面状光の照射面に対して前記試料を走査する走査部と、
前記照射面に対して傾斜する観察軸を有し、前記面状光の照射によって前記試料で発生した観察光を結像する結像光学系と、
前記結像光学系によって結像された前記観察光による光像の一部に対応する部分画像データを複数取得する画像取得部と、
前記画像取得部によって生成された複数の部分画像データに基づいて前記試料の観察画像データを生成する画像生成部と、を備えた試料観察装置。
An irradiation optical system that irradiates the sample with planar light,
A scanning unit that scans the sample against the surface illuminated by the planar light,
An imaging optical system having an observation axis inclined with respect to the irradiation surface and forming an image of the observation light generated in the sample by irradiation with the planar light.
An image acquisition unit that acquires a plurality of partial image data corresponding to a part of an optical image formed by the observation light imaged by the imaging optical system, and an image acquisition unit.
A sample observation device including an image generation unit that generates observation image data of the sample based on a plurality of partial image data generated by the image acquisition unit.
前記試料は、前記面状光の入力面を有する試料容器によって保持され、
前記照射光学系による前記面状光の光軸は、前記試料容器の前記入力面に対して直交するように配置されている請求項1記載の試料観察装置。
The sample is held by a sample container having the planar light input surface.
The sample observation device according to claim 1, wherein the optical axis of the planar light by the irradiation optical system is arranged so as to be orthogonal to the input surface of the sample container.
前記走査部は、前記照射光学系による前記面状光の光軸に対して直交する方向に前記試料を走査する請求項1又は2記載の試料観察装置。 The sample observation device according to claim 1 or 2, wherein the scanning unit scans the sample in a direction orthogonal to the optical axis of the planar light by the irradiation optical system. 前記面状光の照射面に対する前記結像光学系の前記観察軸の傾斜角度は、10°〜80°となっている請求項1〜3のいずれか一項記載の試料観察装置。 The sample observation device according to any one of claims 1 to 3, wherein the angle of inclination of the observation axis of the imaging optical system with respect to the irradiation surface of the planar light is 10 ° to 80 °. 前記面状光の照射面に対する前記結像光学系の前記観察軸の傾斜角度は、20°〜70°となっている請求項1〜4のいずれか一項記載の試料観察装置。 The sample observation device according to any one of claims 1 to 4, wherein the angle of inclination of the observation axis of the imaging optical system with respect to the irradiation surface of the planar light is 20 ° to 70 °. 前記面状光の照射面に対する前記結像光学系の前記観察軸の傾斜角度は、30°〜65°となっている請求項1〜5のいずれか一項記載の試料観察装置。 The sample observation device according to any one of claims 1 to 5, wherein the angle of inclination of the observation axis of the imaging optical system with respect to the irradiation surface of the planar light is 30 ° to 65 °. 前記画像取得部は、二次元撮像装置を含み、前記二次元撮像装置から出力されたデータから前記観察光の光像の一部に対応する画像データを前記部分画像データとして抽出する請求項1〜6のいずれか一項記載の試料観察装置。 The image acquisition unit includes a two-dimensional image pickup device, and extracts image data corresponding to a part of an optical image of the observation light from the data output from the two-dimensional image pickup device as the partial image data. The sample observation apparatus according to any one of 6. 前記画像取得部は、前記観察光による光像の一部を撮像し、前記部分画像データを出力するラインセンサを含む請求項1〜6のいずれか一項記載の試料観察装置。 The sample observation device according to any one of claims 1 to 6, wherein the image acquisition unit includes a line sensor that captures a part of an optical image by the observation light and outputs the partial image data. 前記画像取得部は、前記観察光による光像の一部を通過させるスリットと、前記スリットを通過した光像を検出する光検出器とを含み、前記光検出器から出力されたデータに基づいて前記部分画像データを生成する請求項1〜6のいずれか一項記載の試料観察装置。 The image acquisition unit includes a slit through which a part of the light image by the observation light is passed and a photodetector for detecting the light image passing through the slit, and is based on the data output from the photodetector. The sample observation device according to any one of claims 1 to 6, which generates the partial image data. 前記画像生成部は、前記複数の部分画像データに基づいて、前記面状光の光軸に直交する面における前記試料の観察画像データを生成する請求項1〜9のいずれか一項記載の試料観察装置。 The sample according to any one of claims 1 to 9, wherein the image generation unit generates observation image data of the sample on a plane orthogonal to the optical axis of the planar light based on the plurality of partial image data. Observation device. 前記観察画像データを解析し、解析結果を生成する解析部を更に備える請求項1〜10のいずれか一項記載の試料観察装置。 The sample observation apparatus according to any one of claims 1 to 10, further comprising an analysis unit that analyzes the observation image data and generates an analysis result. 試料に面状光を照射する照射ステップと、
前記面状光の照射面に対して前記試料を走査する走査ステップと、
前記照射面に対して傾斜する観察軸を有する結像光学系を用い、前記面状光の照射によって前記試料で発生した観察光を結像する結像ステップと、
前記結像光学系によって結像された前記観察光による光像の一部に対応する部分画像データを複数取得する画像取得ステップと、
前記複数の部分画像データに基づいて前記試料の観察画像データを生成する画像生成ステップと、を備えた試料観察方法。
An irradiation step of irradiating the sample with planar light,
A scanning step of scanning the sample against the surface illuminated by the planar light,
An imaging step of imaging the observation light generated in the sample by irradiation of the planar light using an imaging optical system having an observation axis inclined with respect to the irradiation surface.
An image acquisition step of acquiring a plurality of partial image data corresponding to a part of an optical image formed by the observation light imaged by the imaging optical system, and an image acquisition step.
A sample observation method comprising an image generation step of generating observation image data of the sample based on the plurality of partial image data.
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