JP2021173960A - Optical sheet microscope and imaging method - Google Patents

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Abstract

To provide an optical sheet microscope and an imaging method using the principle which makes a degree of freedom high in alignment between an observation object and an optical system while making a configuration of an optical system comparatively simple, and thereby can observe the whole raw sample.SOLUTION: A raw sample S that is an observation object is stored in a sample container 21 having a bottom surface made of a fluorine resin. The sample container 21 is held in a state in which the bottom surface is immersed in water W stored in the storage container 22. From the bottom surface of the storage container 22, fluorescence is incident on the raw sample S through an incident window 221 orthogonal to exciting light beam Le shaped into a sheet like. The fluorescence emitted from the raw sample S is incident on an observation optical system 41 through an emission window 222 orthogonal to an optical axis of the observation optical system 41.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、光シート顕微鏡装置およびその原理を用いた撮像方法に関するものであり、特に液体中の生試料を観察対象物とする場合に好適な技術に関する。 The present invention relates to an optical sheet microscope device and an imaging method using the principle thereof, and particularly to a technique suitable for observing a raw sample in a liquid.

細胞や生体組織等の生試料を観察、撮像する用途に好適な装置として、光シート顕微鏡がある。これは、薄いシート状に整形された励起光を生試料に入射して、生試料のうちシート光が通過する部分から蛍光を発生させ、シート面に垂直な方向から蛍光撮像を行うことによって、シート面に沿った断面に相当する蛍光画像を得るものである。この技術は、他の撮像技術、例えば共焦点顕微鏡撮像技術と比較すると、観察対象部分のみに励起光が入射するため生試料の退色や光毒性が小さく、また蛍光撮像方向において観察可能な深さが大きいという特徴がある。 An optical sheet microscope is an apparatus suitable for observing and imaging raw samples such as cells and biological tissues. This is done by injecting excitation light shaped into a thin sheet into the raw sample, generating fluorescence from the portion of the raw sample through which the sheet light passes, and performing fluorescence imaging from a direction perpendicular to the sheet surface. A fluorescence image corresponding to a cross section along the sheet surface is obtained. Compared with other imaging technologies such as confocal microscope imaging technology, this technology has less fading and phototoxicity of the raw sample because the excitation light is incident only on the observation target part, and the depth is observable in the fluorescence imaging direction. Is large.

例えば特許文献1に記載の光シート顕微鏡は、透明な平底容器であって内部に液体とともに生試料を担持する試料配置部の下面側に、励起用および観察用の光学系がそれぞれ配置された構成を有する。具体的には、試料配置部の下面側から斜め上向きにシート状の励起光が入射され、該励起光の光路に対し直交する光軸を有する観察光学系により、試料配置部の下面を介して蛍光の検出が行われる。また、特許文献1には、観察光学系の対物レンズと試料配置部の下面との間を液密状態とした、いわゆる液浸レンズを用いた構成例も開示されている。 For example, the optical sheet microscope described in Patent Document 1 is a transparent flat-bottomed container in which optical systems for excitation and observation are arranged on the lower surface side of a sample arrangement portion that carries a raw sample together with a liquid inside. Has. Specifically, a sheet-shaped excitation light is incident obliquely upward from the lower surface side of the sample arrangement portion, and an observation optical system having an optical axis orthogonal to the optical path of the excitation light is used through the lower surface of the sample arrangement portion. Fluorescence detection is performed. Further, Patent Document 1 also discloses a configuration example using a so-called immersion lens in which the space between the objective lens of the observation optical system and the lower surface of the sample arrangement portion is in a liquid-tight state.

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

観察対象となる生試料の大きさや容器内での位置は様々であり、所望の位置を観察するためには、励起光の光路と観察光学系の焦点位置とをそれぞれ観察したい位置に合わせる必要がある。すなわち、生試料のうちの観察対象位置と、励起用光学系による励起光の光路と、観察光学系の焦点位置との三者の間での位置合わせが必要である。特許文献1に記載の技術では、励起用および観察用の光学系と、試料配置部との間の相対位置を変化させることでこれを実現することになる。しかしながら、試料配置部と、励起用および観察用の光学系との位置関係が固定されているため、例えば容器底面から離隔して上方にある(浮いている)生試料や上下方向に大きな試料については、その全体を撮像することが困難である。 The size of the raw sample to be observed and the position in the container vary, and in order to observe the desired position, it is necessary to match the optical path of the excitation light and the focal position of the observation optical system to the desired positions. be. That is, it is necessary to align the observation target position in the raw sample, the optical path of the excitation light by the excitation optical system, and the focal position of the observation optical system. In the technique described in Patent Document 1, this is realized by changing the relative position between the optical system for excitation and observation and the sample arrangement portion. However, since the positional relationship between the sample placement portion and the excitation and observation optical systems is fixed, for example, for a raw sample that is separated from the bottom surface of the container and is above (floating) or a sample that is large in the vertical direction. Is difficult to image the whole image.

また、液浸レンズを用いた構成では、試料配置部とレンズとの間に空気層が介在しないため、屈折に起因する収差を抑えてより優れた画像品質を得ることが可能である。しかしながら、この構成では、液密状態を保ったままレンズと試料配置部との距離を大きく変更することが難しく、位置合わせに関する自由度が低い。結果として、生試料の少なくとも一部が観察可能な範囲から外れてしまう場合が生じ得る。また、生試料の交換等で試料配置部を取り外す際に、レンズとの間を満たす液体が流出を防止するような対策も必要である。このように、液浸レンズを用いた構成は、光学系の構成が複雑になり高コストになりがちであるという問題もある。 Further, in the configuration using the immersion lens, since the air layer does not intervene between the sample arrangement portion and the lens, it is possible to suppress the aberration caused by refraction and obtain better image quality. However, in this configuration, it is difficult to greatly change the distance between the lens and the sample placement portion while maintaining the liquidtight state, and the degree of freedom regarding alignment is low. As a result, at least a portion of the raw sample may be out of the observable range. In addition, when removing the sample arrangement portion for exchanging a raw sample or the like, it is necessary to take measures to prevent the liquid filling the space between the lens and the lens from flowing out. As described above, the configuration using the immersion lens also has a problem that the configuration of the optical system becomes complicated and the cost tends to be high.

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、光シート顕微鏡およびその原理を用いた撮像方法において、光学系の構成を比較的簡素なものとしつつ、観察対象物である生試料と光学系との位置合わせにおいても自由度を高くすることで、生試料全体の観察を行うことのできる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in the optical sheet microscope and the imaging method using the principle thereof, the raw sample and the optical system, which are the objects to be observed, while making the structure of the optical system relatively simple. It is an object of the present invention to provide a technique capable of observing the entire raw sample by increasing the degree of freedom in the alignment of the raw sample.

この発明の一の態様は、光シート顕微鏡であって、上記目的を達成するため、第1の液体を貯留する貯留容器と、生試料を含んだ第2の液体を担持する試料容器を、前記試料容器の少なくとも底面を前記貯留容器内の前記第1の液体に浸漬した状態で、かつ前記貯留容器に対して前記試料容器を相対移動可能に保持する保持部と、前記貯留容器の下方に配置されて、励起光としてのシート光を斜め上向きに出射し、前記貯留容器の底面および前記試料容器の底面を介して前記シート光を前記試料容器に入射させる照射部と、前記貯留容器の下方に配置されて、光軸が前記シート光の光路に対し垂直かつ前記試料容器内で交差し、その交点に焦点が合わせられて、前記生試料から励起された蛍光を前記試料容器の底面および前記貯留容器の底面を介して受光する観察光学系とを備えている。ここで、前記試料容器の底面が光透過性を有するフッ素樹脂により形成されており、前記第1の液体が前記フッ素樹脂と略等しい屈折率を有し、前記貯留容器の底面の少なくとも一部が下向きに突出しており、当該突出部位に、前記励起光の光路に垂直に交わる平坦な入射面を有し前記励起光に対して光透過性を有する入射窓と、前記観察光学系の前記光軸に垂直に交わる平坦な出射面を有し前記蛍光に対して光透過性を有する出射窓とが設けられている。 One aspect of the present invention is an optical sheet microscope, wherein, in order to achieve the above object, a storage container for storing a first liquid and a sample container for carrying a second liquid containing a raw sample are described. A holding portion that holds at least the bottom surface of the sample container immersed in the first liquid in the storage container and that holds the sample container so as to be relatively movable with respect to the storage container, and is arranged below the storage container. Then, the sheet light as the excitation light is emitted diagonally upward, and the sheet light is incident on the sample container through the bottom surface of the storage container and the bottom surface of the sample container, and below the storage container. Arranged, the optical axes are perpendicular to the optical path of the sheet light and intersect within the sample container, the intersection is focused, and the fluorescence excited from the raw sample is transferred to the bottom surface of the sample container and the storage. It is equipped with an observation optical system that receives light through the bottom surface of the container. Here, the bottom surface of the sample container is formed of a light-transmitting fluororesin, the first liquid has a refractive index substantially equal to that of the fluororesin, and at least a part of the bottom surface of the storage container is. An incident window that protrudes downward, has a flat incident surface that intersects the optical path of the excitation light perpendicularly to the excitation light, and is light-transmitting to the excitation light, and the optical axis of the observation optical system. An exit window having a flat exit surface perpendicular to the light and having light transmission to the fluorescence is provided.

また、この発明の他の一の態様は、生試料を蛍光撮像する撮像方法であって、上記目的を達成するため、貯留容器に第1の液体を貯留させ、前記生試料を、底面が光透過性を有するフッ素樹脂により形成された試料容器に第2の液体とともに担持させ、前記第1の液体と前記フッ素樹脂とは略等しい屈折率を有し、前記貯留容器に貯留された前記第1の液体に、前記試料容器の少なくとも底面を浸漬した状態で保持し、前記貯留容器の下方から、励起光としてのシート光を斜め上向きに出射し、前記貯留容器の底面および前記試料容器の底面を介して前記シート光を前記試料容器に入射させ、前記貯留容器の下方に配置されて、光軸が前記シート光の光路に対し垂直かつ前記試料容器内で交差し、その交点に焦点が合わせられて、前記生試料から励起された蛍光を前記試料容器および前記貯留容器の底面を介して受光する観察光学系を用いて蛍光像を撮像する。ここで、前記貯留容器の底面の少なくとも一部が下向きに突出しており、当該突出部位に、前記励起光の光路に垂直に交わる平坦な入射面を有し前記励起光に対して光透過性を有する入射窓と、前記観察光学系の前記光軸に垂直に交わる平坦な出射面を有し前記蛍光に対して光透過性を有する出射窓とが設けられている。 Further, another aspect of the present invention is an imaging method in which a raw sample is fluorescently imaged, and in order to achieve the above object, a first liquid is stored in a storage container, and the raw sample is illuminated by light on the bottom surface. The first liquid is supported together with the second liquid in a sample container formed of a permeable fluororesin, and the first liquid and the fluororesin have substantially the same refractive index and are stored in the storage container. At least the bottom surface of the sample container is immersed in the liquid of the above, and the sheet light as excitation light is emitted diagonally upward from below the storage container to expose the bottom surface of the storage container and the bottom surface of the sample container. The sheet light is incident on the sample container through the sample container, and is arranged below the storage container so that the optical axis intersects the optical path of the sheet light and intersects in the sample container, and the intersection is focused. Then, a fluorescence image is imaged using an observation optical system that receives the fluorescence excited from the raw sample through the sample container and the bottom surface of the storage container. Here, at least a part of the bottom surface of the storage container protrudes downward, and the protruding portion has a flat incident surface perpendicularly intersecting the optical path of the excitation light to provide light transmission to the excitation light. An incident window having an entrance window and an exit window having a flat exit surface perpendicular to the optical axis of the observation optical system and having light transmission to the fluorescence are provided.

このように構成された発明では、シート状の励起光は貯留容器の底面に設けられた入射窓を介して貯留容器内の第1の液体に入射し、さらに試料容器のフッ素樹脂製の底面を介して試料容器に入射する。一方、試料容器内の生試料において励起された蛍光は、試料容器の底面および出射窓を介して観察光学系に入射する。 In the invention configured as described above, the sheet-shaped excitation light is incident on the first liquid in the storage container through the incident window provided on the bottom surface of the storage container, and further presses the bottom surface of the sample container made of fluororesin. It enters the sample container through the sample container. On the other hand, the fluorescence excited in the raw sample in the sample container is incident on the observation optical system through the bottom surface of the sample container and the exit window.

ここで、入射窓および出射窓は貯留容器の底面に設けられた突出部位に配置されており、しかも、励起光は入射窓の入射面に垂直に入射し、励起により生じた蛍光は出射窓の出射面から垂直に出射するように構成されている。したがって、大気と貯留容器底面との界面で生じる屈折に起因する光路のずれや収差の増大を最小限に抑えることが可能である。 Here, the entrance window and the exit window are arranged at the protruding portion provided on the bottom surface of the storage container, and the excitation light is vertically incident on the incident surface of the entrance window, and the fluorescence generated by the excitation is emitted from the exit window. It is configured to emit vertically from the exit surface. Therefore, it is possible to minimize the deviation of the optical path and the increase in aberration caused by the refraction that occurs at the interface between the atmosphere and the bottom surface of the storage container.

また、生試料を含む液体を担持する試料容器の底面はフッ素樹脂製であり、しかも貯留容器内に貯留された、当該フッ素樹脂と同等の屈折率を有する第1の液体に浸漬された状態である。そのため、試料容器と第1の液体との界面での屈折はほぼ無視することができる。つまり、貯留容器の底面と生試料との間には、屈折を生じるような光学的な界面が実質的に存在しないものと見なすことができる。したがって、この界面による屈折に起因する画質低下の問題を排除することができる。 Further, the bottom surface of the sample container carrying the liquid containing the raw sample is made of fluororesin, and is immersed in the first liquid having the same refractive index as the fluororesin stored in the storage container. be. Therefore, the refraction at the interface between the sample container and the first liquid can be almost ignored. That is, it can be considered that there is substantially no optical interface that causes refraction between the bottom surface of the storage container and the raw sample. Therefore, the problem of image quality deterioration due to refraction due to this interface can be eliminated.

さらに、貯留容器と試料容器とを相対移動させれば、貯留容器から見た生試料の相対位置を任意に変化させることができる。上記のように貯留容器内における試料容器底面は光学的な界面として作用しないから、励起光および蛍光の光路に影響を与えることなく、見かけ上は貯留容器内の液中で生試料を自由に移動させることができる。このため、生試料の任意の部分を、励起光の進路と観察光学系の光軸との交点に位置決めして観察対象とすることができる。貯留容器に対して試料容器が種々の方向に動ける自由度があれば、生試料の位置決めの自由度も高いものとなる。 Further, by moving the storage container and the sample container relative to each other, the relative position of the raw sample as seen from the storage container can be arbitrarily changed. As described above, since the bottom surface of the sample container in the storage container does not act as an optical interface, the raw sample can apparently move freely in the liquid in the storage container without affecting the optical path of excitation light and fluorescence. Can be made to. Therefore, any part of the raw sample can be positioned at the intersection of the path of the excitation light and the optical axis of the observation optical system and used as an observation target. If the sample container has a degree of freedom to move in various directions with respect to the storage container, the degree of freedom in positioning the raw sample is also high.

上記のように、本発明では、光学系の構成が比較的簡素でありながら、観察対象物である生試料と光学系との位置合わせにおいても自由度が高いため、生試料の全体を観察することが可能である。 As described above, in the present invention, although the configuration of the optical system is relatively simple, the degree of freedom in positioning the raw sample as an observation object and the optical system is high, so that the entire raw sample is observed. It is possible.

本発明に係る光シート顕微鏡の一実施形態の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of one Embodiment of the optical sheet microscope which concerns on this invention. 蛍光撮像処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the fluorescence imaging process. 試料容器の位置と撮像される断面の位置との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the position of a sample container, and the position of the cross section to be imaged. 貯留容器の外観形状を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the appearance shape of a storage container. 貯留容器の変形例の外観形状を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the appearance shape of the modified example of a storage container. 貯留容器の他の形状例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other shape example of a storage container.

図1は本発明に係る光シート顕微鏡の一実施形態の概略構成を示す図である。この光シート顕微鏡1は、細胞や組織の標本などの生試料の像を取得する機能を有しており、例えば蛍光試薬が導入された標本に励起光を照射して蛍光像を撮像することが可能である。この点において、本発明に係る撮像方法を実行するのに好適な装置である。なお、光シート顕微鏡の原理については公知であるため、ここでは説明しない。以下の説明において方向を統一的に示すために、図1に示すようにXYZ直交座標系を設定する。ここで、XY平面は水平面であり、Z方向は鉛直方向を表す。より具体的には、(−Z)方向が鉛直下向きを表す。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment of an optical sheet microscope according to the present invention. This optical sheet microscope 1 has a function of acquiring an image of a raw sample such as a cell or tissue specimen. For example, a specimen into which a fluorescent reagent has been introduced can be irradiated with excitation light to capture a fluorescent image. It is possible. In this respect, it is a suitable device for carrying out the imaging method according to the present invention. Since the principle of the optical sheet microscope is known, it will not be described here. In order to show the directions in a unified manner in the following description, the XYZ Cartesian coordinate system is set as shown in FIG. Here, the XY plane is a horizontal plane, and the Z direction represents a vertical direction. More specifically, the (-Z) direction represents vertically downward.

光シート顕微鏡1は、試料保持ユニット20と、照射ユニット30と、蛍光撮像ユニット40と、光学観察ユニット50と、制御ユニット90とを備えている。試料保持ユニット20は、撮像対象物である生試料Sを保持するとともに、生試料Sを適正な撮像位置へ位置決めする機能を有する。照射ユニット30は、生試料Sに蛍光を励起するための励起光を照射する。蛍光撮像ユニット40は、生試料Sが発する蛍光を受光して生試料Sの蛍光像を撮像する。光学観察ユニット50は、ユーザーが生試料Sを目視観察する際に用いられる。 The optical sheet microscope 1 includes a sample holding unit 20, an irradiation unit 30, a fluorescence imaging unit 40, an optical observation unit 50, and a control unit 90. The sample holding unit 20 has a function of holding the raw sample S, which is the object to be imaged, and positioning the raw sample S at an appropriate imaging position. The irradiation unit 30 irradiates the raw sample S with excitation light for exciting fluorescence. The fluorescence imaging unit 40 receives the fluorescence emitted by the raw sample S and images the fluorescence image of the raw sample S. The optical observation unit 50 is used when the user visually observes the raw sample S.

制御ユニット90は、上記の各ユニットを制御する機能を有している。この目的のために、制御ユニット90には、各種の演算処理を実行するCPU91、データを一時的に記憶するメモリ92、制御プログラムや撮像で得られたデータを記憶するストレージ93、ユーザーからの操作入力の受け付けや処理結果の出力を司るユーザーインターフェース部94などが設けられている。図示を省略するが、ユーザーインターフェース部94には、ユーザーからの操作入力を受け付ける入力デバイスと、処理の進行状況を表すメッセージや処理結果等を表示出力する出力デバイスとが設けられる。 The control unit 90 has a function of controlling each of the above units. For this purpose, the control unit 90 includes a CPU 91 that executes various arithmetic processes, a memory 92 that temporarily stores data, a storage 93 that stores data obtained by a control program or imaging, and an operation from a user. A user interface unit 94 or the like that controls input reception and output of processing results is provided. Although not shown, the user interface unit 94 is provided with an input device that accepts operation input from the user and an output device that displays and outputs a message indicating the progress of processing, a processing result, and the like.

これらおよび必要に応じて設けられる専用ハードウェアが所定の制御プログラムに基づき動作することで、制御ユニット90には、光源制御部95、位置決め制御部96、焦点制御部97および画像処理部98などの機能ブロックが実現される。 By operating these and dedicated hardware provided as needed based on a predetermined control program, the control unit 90 includes a light source control unit 95, a positioning control unit 96, a focus control unit 97, an image processing unit 98, and the like. Functional blocks are realized.

試料保持ユニット20は、生試料Sを液体Lq中に保持する試料容器21を備えている。液体Lqとしては、水を主体とする適宜の液体(例えば培養液)を用いることができ、例えば適宜のゲル化剤によりゲル化されたものでもよい。試料容器21は、例えば上面が開口した平底の容器であり、少なくともその底面211が光透過性を有するフッ素樹脂材料により形成されている。もちろん試料容器21の全体がフッ素樹脂製であってもよく、この場合には後述する底面を介した光の入出射に加え側面からの入出射も許容されることとなる。また、試料容器21の形状は平底状のものに限定されず、また開口は生試料Sの出し入れができればよく、例えば開口に蓋が設けられてもよい。生試料Sが培養によって形成されるものである場合、生試料Sは、試料容器21を培養容器として培養されてもよく、また撮像の際に培養容器から試料容器21に移される態様であってもよい。 The sample holding unit 20 includes a sample container 21 that holds the raw sample S in the liquid Lq. As the liquid Lq, an appropriate liquid mainly composed of water (for example, a culture solution) can be used, and for example, a liquid Lq gelled by an appropriate gelling agent may be used. The sample container 21 is, for example, a flat-bottomed container having an open top surface, and at least the bottom surface 211 thereof is made of a fluororesin material having light transmission. Of course, the entire sample container 21 may be made of fluororesin, and in this case, in addition to the light entering and exiting through the bottom surface, which will be described later, the entrance and exit from the side surface is also permitted. Further, the shape of the sample container 21 is not limited to a flat bottom shape, and the opening may be provided as long as the raw sample S can be taken in and out. For example, the opening may be provided with a lid. When the raw sample S is formed by culturing, the raw sample S may be cultivated using the sample container 21 as a culture container, or is transferred from the culture container to the sample container 21 at the time of imaging. May be good.

試料保持ユニット20はまた、上面が試料容器21の平面サイズよりも十分に大きく開口し、内部に水Wを貯留する貯留容器22を備えている。貯留容器22は全体としては平底形状であるが、底面225の中央部には下向きに突出する突出部220が設けられている。突出部220はポリカーボネート樹脂、PET(ポリエチレンテレフタレート)樹脂等の透明材料または光透過性を有するフッ素樹脂材料により形成されており、後述するように、生試料Sに入射される励起光および生試料から発せられる蛍光を透過させる光学窓として機能する。貯留容器22は支持部23により、図示しない装置筐体に固定されている。水Wの注入、交換等の便宜のために、貯留容器22は支持部23に対し着脱可能であることが望ましい。 The sample holding unit 20 also includes a storage container 22 having an upper surface that opens sufficiently larger than the plane size of the sample container 21 and stores water W inside. The storage container 22 has a flat bottom shape as a whole, but a protruding portion 220 that protrudes downward is provided at the center of the bottom surface 225. The protruding portion 220 is formed of a transparent material such as a polycarbonate resin or PET (polyethylene terephthalate) resin or a fluororesin material having light transmittance, and as will be described later, from the excitation light incident on the raw sample S and the raw sample. It functions as an optical window that transmits the emitted fluorescence. The storage container 22 is fixed to a device housing (not shown) by a support portion 23. For convenience of water W injection, replacement, etc., it is desirable that the storage container 22 is removable from the support portion 23.

試料容器21は、保持ハンド24によって着脱自在に保持されている。保持ハンド24は、試料容器21の底面211を貯留容器22に貯留された水Wに浸漬させた状態で試料容器21を保持する。保持ハンド24は位置決め機構25に連結されており、位置決め機構25は、制御ユニット90に設けられた位置決め制御部96からの制御指令に応じて試料容器21をX方向、Y方向およびZ方向に移動させる。 The sample container 21 is detachably held by the holding hand 24. The holding hand 24 holds the sample container 21 in a state where the bottom surface 211 of the sample container 21 is immersed in the water W stored in the storage container 22. The holding hand 24 is connected to the positioning mechanism 25, and the positioning mechanism 25 moves the sample container 21 in the X direction, the Y direction, and the Z direction in response to a control command from the positioning control unit 96 provided in the control unit 90. Let me.

貯留容器22の下方に、照射ユニット30、蛍光撮像ユニット40および光学観察ユニット50が配置されている。より具体的には、突出部220の直下位置に光学観察ユニット50が配置され、これをY方向に挟むように、(+Y)側に照射ユニット30が、(−Y)側に蛍光撮像ユニット40が、それぞれ配置される。 An irradiation unit 30, a fluorescence imaging unit 40, and an optical observation unit 50 are arranged below the storage container 22. More specifically, the optical observation unit 50 is arranged directly below the protrusion 220, the irradiation unit 30 is on the (+ Y) side, and the fluorescence imaging unit 40 is on the (-Y) side so as to sandwich the optical observation unit 50 in the Y direction. Are placed respectively.

照射ユニット30は、貯留容器22の下方から斜め上向きに、シート状に整形された励起光を生試料Sに照射する。具体的には、照射ユニット30は、生試料Sに導入された蛍光試薬を励起することのできる波長の光を出射するレーザー光源31を有している。その光路に沿って、シリンドリカルレンズ32、コリメーターレンズ33および対物レンズ34が順に配置されている。レーザー光源31は、制御ユニット90の光源制御部95からの制御指令に応じて作動する。 The irradiation unit 30 irradiates the raw sample S with excitation light shaped into a sheet diagonally upward from below the storage container 22. Specifically, the irradiation unit 30 has a laser light source 31 that emits light having a wavelength capable of exciting the fluorescent reagent introduced into the raw sample S. A cylindrical lens 32, a collimator lens 33, and an objective lens 34 are arranged in this order along the optical path. The laser light source 31 operates in response to a control command from the light source control unit 95 of the control unit 90.

シリンドリカルレンズ32は、レーザー光源31から出射されるレーザー光をシート状の、つまり光路に直交する一の方向において薄く整形された光ビームに変化させる。すなわち、シリンドリカルレンズ32がレーザー光を一の方向(この例ではレーザー光の進行方向およびX方向に直交する方向)に収束させることによって、シリンドリカルレンズ32の焦点位置付近では、当該一の方向に狭くX方向に幅広い扁平なビーム断面を有するシート状の光ビーム(シート光)が形成される。 The cylindrical lens 32 changes the laser light emitted from the laser light source 31 into a sheet-like light beam that is thinly shaped in one direction orthogonal to the optical path. That is, the cylindrical lens 32 converges the laser light in one direction (in this example, the direction orthogonal to the traveling direction and the X direction of the laser light), so that the vicinity of the focal position of the cylindrical lens 32 is narrowed in the one direction. A sheet-like light beam (sheet light) having a wide flat beam cross section in the X direction is formed.

対物レンズ34から出射される励起光ビームLeの光路、具体的にはその光中心の進路が一点鎖線L1で示されている。励起光ビームLeは、突出部220に設けられ励起光に対し透過性を有する入射窓221、貯留容器22内の水W、および試料容器21の底面211を介して液体Lqに入射し、コリメーターレンズ33および対物レンズ34からなる照明光学系に対してシリンドリカルレンズ32の焦点と共役な位置においてシート状に収束する。 The optical path of the excitation light beam Le emitted from the objective lens 34, specifically, the path of the optical center thereof is indicated by the alternate long and short dash line L1. The excitation light beam Le is incident on the liquid Lq through the incident window 221 provided on the projecting portion 220 and transparent to the excitation light, the water W in the storage container 22, and the bottom surface 211 of the sample container 21, and is a collimator. It converges in a sheet shape at a position conjugate with the focal point of the cylindrical lens 32 with respect to the illumination optical system including the lens 33 and the objective lens 34.

この収束位置に合焦するように、蛍光撮像ユニット40の観察光学系41が配置される。より具体的には、観察光学系41は対物レンズ411、蛍光観察用フィルター412および結像レンズ413を有している。そして、上記の収束位置において、一点鎖線L1で示される励起光ビームの光路に直交し、かつ該ビームのシート面に直交するように、二点鎖線L2で示される観察光学系41の光軸が設定されている。 The observation optical system 41 of the fluorescence imaging unit 40 is arranged so as to focus on this convergence position. More specifically, the observation optical system 41 includes an objective lens 411, a fluorescence observation filter 412, and an imaging lens 413. Then, at the above convergence position, the optical axis of the observation optical system 41 indicated by the alternate long and short dash line L2 is orthogonal to the optical path of the excitation light beam indicated by the alternate long and short dash line L1 and orthogonal to the sheet surface of the beam. It is set.

なお、以下の各図においても、一点鎖線L1は励起光ビームLeの光路を、二点鎖線L2は観察光学系41の光軸を、それぞれ表すものとする。 In each of the following figures, the alternate long and short dash line L1 represents the optical path of the excitation light beam Le, and the alternate long and short dash line L2 represents the optical axis of the observation optical system 41.

制御ユニット90の焦点制御部97は、対物レンズ411をその光軸方向に沿って変位させることで観察光学系41の焦点位置を調整可能である。焦点制御部97により、観察光学系41は、観察光学系41の光軸(二点鎖線L2)と励起光ビームLeの光路(一点鎖線L1)との交点に合焦するように調整される。 The focus control unit 97 of the control unit 90 can adjust the focal position of the observation optical system 41 by displacing the objective lens 411 along the optical axis direction thereof. The focus control unit 97 adjusts the observation optical system 41 so as to focus on the intersection of the optical axis of the observation optical system 41 (dashed-dotted line L2) and the optical path of the excitation light beam Le (dashed-dotted line L1).

励起光ビームLeが生試料Sに照射されることで、生試料Sのうち、当該光ビームLeが通過した領域から蛍光が励起される。発生した蛍光のうち突出部220に設けられ蛍光に対し透過性を有する出射窓222を介して貯留容器22の下方へ透過し対物レンズ411に入射した一部が、観察光学系41を介してカメラ42により受光される。すなわち、カメラ42は生試料Sの蛍光像を撮像可能である。 By irradiating the raw sample S with the excitation light beam Le, fluorescence is excited from the region of the raw sample S through which the light beam Le has passed. Of the generated fluorescence, a part of the generated fluorescence transmitted below the storage container 22 through the exit window 222 provided on the protruding portion 220 and having transparency to the fluorescence and incident on the objective lens 411 was captured by the camera via the observation optical system 41. It is received by 42. That is, the camera 42 can take a fluorescence image of the raw sample S.

励起光ビームLeはシート状に整形されており、観察光学系41の光軸は励起光ビームLeのシート面に直交するように、かつシート面に合焦するように配置されている。このため、当該シート面を断面とする生試料Sの一断面の蛍光像が、カメラ42によって撮像されることとなる。蛍光観察用フィルター412により、生試料Sから放出される光のうち特定の波長成分の蛍光のみを選択的に受光することができる。 The excitation light beam Le is shaped into a sheet, and the optical axis of the observation optical system 41 is arranged so as to be orthogonal to the sheet surface of the excitation light beam Le and to be in focus on the sheet surface. Therefore, a fluorescence image of one cross section of the raw sample S having the sheet surface as the cross section is imaged by the camera 42. The fluorescence observation filter 412 can selectively receive only the fluorescence of a specific wavelength component among the light emitted from the raw sample S.

このように、光シート顕微鏡1は、生試料Sの一断面の蛍光像を取得することが可能である。そして、異なる断面の蛍光像を画像処理によって合成することで、生試料Sの三次元蛍光像を作成することが可能である。このような画像処理は、制御ユニット90の画像処理部98によって実行される。 In this way, the optical sheet microscope 1 can acquire a fluorescence image of one cross section of the raw sample S. Then, by synthesizing the fluorescence images of different cross sections by image processing, it is possible to create a three-dimensional fluorescence image of the raw sample S. Such image processing is executed by the image processing unit 98 of the control unit 90.

上記のような撮像を実現するためには、励起光ビームLeの光路と観察光学系41の光軸との交点に生試料Sを配置する必要がある。また互いに異なる断面の蛍光像を取得して三次元像を作成するためには、生試料Sに対する励起光ビームLeの通過位置を順次異ならせて複数回の撮像を行う必要がある。 In order to realize the above-mentioned imaging, it is necessary to arrange the raw sample S at the intersection of the optical path of the excitation light beam Le and the optical axis of the observation optical system 41. Further, in order to acquire fluorescence images having different cross sections and create a three-dimensional image, it is necessary to perform a plurality of imagings by sequentially changing the passing position of the excitation light beam Le with respect to the raw sample S.

良好な撮像を行うためには、励起光ビームLeの光路と観察光学系41の光軸と生試料Sとの相対的な位置合わせが必要である。具体的には、励起光ビームLeの光路と観察光学系41の光軸とを垂直に交わらせ、かつその交点に観察光学系41を合焦させること、および、その交点と生試料Sとの相対的位置関係を任意に設定可能であることが必要である。以下、この要請に応えるための本実施形態の構成について説明する。 In order to perform good imaging, it is necessary to align the optical path of the excitation light beam Le, the optical axis of the observation optical system 41, and the raw sample S relative to each other. Specifically, the optical path of the excitation light beam Le and the optical axis of the observation optical system 41 are vertically intersected, and the observation optical system 41 is focused on the intersection, and the intersection and the raw sample S are aligned with each other. It is necessary that the relative positional relationship can be set arbitrarily. Hereinafter, the configuration of the present embodiment for responding to this request will be described.

この実施形態では、励起光ビームLeが、貯留容器22底面の入射窓221を介して貯留容器22に入射する。入射窓221のうち外部雰囲気との界面である外側の主面は平坦な入射面221aとなっており、励起光ビームLeが入射面221aに対し垂直に入射するように、励起光ビームLeの光路と入射面221aの傾きとが設定されている。このような構造により、入射面221aにおける屈折により励起光ビームLeの光路が曲げられることは回避される。水平面に対する入射面221aの傾きは、例えば45度とすることができる。 In this embodiment, the excitation light beam Le is incident on the storage container 22 through the incident window 221 on the bottom surface of the storage container 22. The outer main surface of the incident window 221 which is the interface with the external atmosphere is a flat incident surface 221a, and the optical path of the excitation light beam Le is such that the excitation light beam Le is incident perpendicularly to the incident surface 221a. And the inclination of the incident surface 221a are set. With such a structure, it is possible to prevent the optical path of the excitation light beam Le from being bent by refraction at the incident surface 221a. The inclination of the incident surface 221a with respect to the horizontal plane can be, for example, 45 degrees.

同様に、出射窓222のうち外部雰囲気との界面である外側の主面は、平坦な出射面222aとなっている。励起光ビームLeの光路と観察光学系41の光軸とが直交する関係上、入射面221aと出射面222aとは互いに垂直であることが望ましい。この例では、水平面に対する出射面222aの傾きを45度とすればよい。そして、観察光学系41の光軸が出射面222aと垂直に交わるように設定されている。これにより、出射窓222を介した撮像における観察光学系41の収差を小さく抑えて、良好な画像品質で撮像を行うことができる。 Similarly, the outer main surface of the exit window 222, which is an interface with the external atmosphere, is a flat exit surface 222a. Since the optical path of the excitation light beam Le and the optical axis of the observation optical system 41 are orthogonal to each other, it is desirable that the entrance surface 221a and the emission surface 222a are perpendicular to each other. In this example, the inclination of the exit surface 222a with respect to the horizontal plane may be 45 degrees. The optical axis of the observation optical system 41 is set to intersect the exit surface 222a perpendicularly. As a result, the aberration of the observation optical system 41 in the image pickup through the exit window 222 can be suppressed to a small value, and the image pickup can be performed with good image quality.

このように、励起光ビームLeが入射面221aに対し垂直に入射し、しかも観察光学系41の光軸が出射面222aに直交しているため、入射面221aおよび出射面222aにおける屈折による光路のずれや収差の増大は回避されている。このため、励起光ビームLeの光路と観察光学系41の光軸とを確実に直交させることが可能であり、またそのための調整作業も、容器底面と光軸とが斜交する場合に比べて比較的容易である。 As described above, since the excitation light beam Le is incident perpendicularly to the incident surface 221a and the optical axis of the observation optical system 41 is orthogonal to the exit surface 222a, the optical path due to refraction on the incident surface 221a and the exit surface 222a Increased deviation and aberration are avoided. Therefore, it is possible to ensure that the optical path of the excitation light beam Le and the optical axis of the observation optical system 41 are orthogonal to each other, and the adjustment work for that purpose is also performed as compared with the case where the bottom surface of the container and the optical axis are obliquely crossed. It's relatively easy.

入射窓221および出射窓222に求められる光学的特性として、少なくとも励起光および生試料Sから放出される蛍光に対し透過性を有することが求められる。この点から、各種の透明材料を用いることが可能である。特に、水と同等の屈折率を有する材料を用いれば、貯留容器22内に貯留される水Wとの界面における屈折率の違いをほぼ無視できるレベルまで低減することができる。例えばフッ素樹脂を好適に適用可能である。 As the optical characteristics required for the entrance window 221 and the exit window 222, it is required to have at least transparency to the excitation light and the fluorescence emitted from the raw sample S. From this point, various transparent materials can be used. In particular, if a material having a refractive index equivalent to that of water is used, the difference in the refractive index at the interface with the water W stored in the storage container 22 can be reduced to a level that can be almost ignored. For example, a fluororesin can be preferably applied.

なお、貯留容器22のうち入射窓221および出射窓222が設けられる突出部220以外の各部については、光学的特性に関して特に要求される事項はない。このため、突出部220のみを上記した光学的特性を有する材料で構成し、それ以外の部分については他の適宜の材料で構成してよい。貯留容器22には試料容器21を収容するだけのサイズとそれに見合った量の水Wを貯留可能な機械的強度とが求められるから、所定の光学的特性が求められる部分とそれ以外の部分とを別体とすることで、それぞれの材料選択の自由度を高めることができる。 It should be noted that there is no particular requirement regarding the optical characteristics of each part of the storage container 22 other than the protruding portion 220 provided with the incident window 221 and the exit window 222. Therefore, only the protruding portion 220 may be made of the material having the above-mentioned optical characteristics, and the other parts may be made of other appropriate materials. Since the storage container 22 is required to have a size sufficient to accommodate the sample container 21 and a mechanical strength capable of storing an amount of water W commensurate with the size, there are a portion required to have predetermined optical characteristics and a portion other than that. By separating the above, the degree of freedom in selecting each material can be increased.

また、生試料Sは、貯留容器22内の水Wに底面が浸漬された試料容器21に担持されており、生試料Sへの励起光ビームLeの入射および生試料Sから発生する蛍光の受光は、試料容器21の底面211を介して行われる。試料容器21の底面211はフッ素樹脂製であり、その両面が水または水を主体とする液体で覆われている。底面211が水とほぼ等しい屈折率(約1.33)を有するフッ素樹脂材料で形成されていることで、底面211と液体との間の光学的な界面の存在をほぼ無視することができる。つまり、貯留容器22の底面と生試料Sとの間は、光学的には界面がなくほぼ一様な媒質で満たされていると見なすことができる。そのため、入射窓221を介して試料Sに入射する励起光ビームLe、および試料Sから出射窓222を介して出射される蛍光の光路が、貯留容器22内で屈折により曲げられることはない。 Further, the raw sample S is supported on the sample container 21 whose bottom surface is immersed in the water W in the storage container 22, and the excitation light beam Le is incident on the raw sample S and the fluorescence generated from the raw sample S is received. Is performed via the bottom surface 211 of the sample container 21. The bottom surface 211 of the sample container 21 is made of fluororesin, and both sides thereof are covered with water or a liquid mainly composed of water. Since the bottom surface 211 is made of a fluororesin material having a refractive index (about 1.33) substantially equal to that of water, the existence of an optical interface between the bottom surface 211 and the liquid can be almost ignored. That is, it can be considered that the bottom surface of the storage container 22 and the raw sample S are optically filled with a substantially uniform medium having no interface. Therefore, the excitation light beam Le incident on the sample S through the incident window 221 and the fluorescent optical path emitted from the sample S through the exit window 222 are not bent by refraction in the storage container 22.

なお、入射窓221のうち水Wに接する側の面221bにおける屈折を低減させるためには、この面221bが励起光ビームLeの光路に直交する、つまり入射面221aと平行であることが望ましい。同様に、出射窓222のうち水Wに接する側の面222bにおける屈折を低減させるためには、この面222bが観察光学系41の光軸に直交する、つまり出射面222aと平行であることが望ましい。ただし入射窓221および出射窓222が水とほぼ等しい屈折率を有する材料(例えばフッ素樹脂)で構成されている場合には、これらの面221b,222bでの屈折はほぼ問題とならない。 In order to reduce the refraction of the surface 221b of the incident window 221 on the side in contact with the water W, it is desirable that the surface 221b is orthogonal to the optical path of the excitation light beam Le, that is, parallel to the incident surface 221a. Similarly, in order to reduce refraction on the surface 222b of the exit window 222 on the side in contact with the water W, this surface 222b must be orthogonal to the optical axis of the observation optical system 41, that is, parallel to the exit surface 222a. desirable. However, when the entrance window 221 and the exit window 222 are made of a material having a refractive index substantially equal to that of water (for example, fluororesin), refraction on these surfaces 221b and 222b is not a problem.

入射窓221および出射窓222をフッ素樹脂製とする場合、貯留容器22全体をフッ素樹脂製とする必要はない。例えば、入射窓221および出射窓222を含む突出部220全体をフッ素樹脂材料により一体形成し、貯留容器22本体の底面中央部に設けられた開口部に嵌め込むような構造とすることができる。こうすることで、貯留容器22全体としての強度を保ちつつ、光が透過する入射窓221および出射窓222については所定の光学的特性を充足することができる。また、機械的強度を必要とする部分と光学的特性を優先すべき部分とを別材料とすることで、装置のコスト配分の適正化を図ることができる。また、入射窓221および出射窓222を含む突出部220を一体形成することで、部品点数を低減することができる。 When the entrance window 221 and the exit window 222 are made of fluororesin, it is not necessary that the entire storage container 22 is made of fluororesin. For example, the entire protruding portion 220 including the incident window 221 and the exit window 222 may be integrally formed of a fluororesin material, and may be fitted into an opening provided in the center of the bottom surface of the main body of the storage container 22. By doing so, it is possible to satisfy predetermined optical characteristics of the incident window 221 and the exit window 222 through which light is transmitted while maintaining the strength of the storage container 22 as a whole. Further, by using different materials for the part that requires mechanical strength and the part that should give priority to optical characteristics, it is possible to optimize the cost allocation of the device. Further, the number of parts can be reduced by integrally forming the protruding portion 220 including the incident window 221 and the exit window 222.

次に、光路と生試料Sとの位置合わせについては、位置決め機構25が試料容器21を移動させることにより実現される。試料容器21は、上記したように光学的にはその存在がほぼ無視できる一方で、機械的には、生試料Sを内部に保持した状態で貯留容器22に対し移動させることが可能となっている。具体的には、位置決め機構25の作動により、試料容器21を保持する保持ハンド24が移動することで、試料容器21は底面211を貯留容器22の水Wに浸漬させたまま種々の方向に移動する。このとき、生試料Sは試料容器21とともに貯留容器22内を移動する。 Next, the alignment of the optical path and the raw sample S is realized by moving the sample container 21 by the positioning mechanism 25. As described above, the existence of the sample container 21 is optically negligible, but mechanically, the raw sample S can be moved to the storage container 22 while being held inside. There is. Specifically, the operation of the positioning mechanism 25 moves the holding hand 24 that holds the sample container 21, so that the sample container 21 moves in various directions while the bottom surface 211 is immersed in the water W of the storage container 22. do. At this time, the raw sample S moves in the storage container 22 together with the sample container 21.

つまり、貯留容器22内で試料容器21の位置を変化させることで、励起光ビームLeおよび蛍光の光路に影響を与えることなく、それらの光路に対する生試料Sの位置を任意に変化させることが可能である。したがって、生試料Sの被撮像部分が、励起光ビームLeの光路と観察光学系41の光軸との交点に位置するように試料容器21を位置決めすることで、光路と生試料Sとの間の位置合わせを行うことが可能である。 That is, by changing the position of the sample container 21 in the storage container 22, the position of the raw sample S with respect to the optical path of the excitation light beam Le and the fluorescence can be arbitrarily changed. Is. Therefore, by positioning the sample container 21 so that the imaged portion of the raw sample S is located at the intersection of the optical path of the excitation light beam Le and the optical axis of the observation optical system 41, the space between the optical path and the raw sample S is reached. It is possible to align the.

このような位置合わせをユーザーが円滑に行うために、光学観察ユニット50を利用することが可能である。光学観察ユニット50は、貯留容器22の直下に配置された対物レンズ51と結像レンズ52とカメラ53とを有している。具体的には、対物レンズ51は略垂直な光軸を有し、貯留容器22下部の突出部220の下端に設けられた略水平で透明な観察用窓223に臨んで設けられている。結像レンズ52は、対物レンズ51により集光された光をカメラ53の受光面に結像させる。したがって、カメラ53が撮像する画像により、ユーザーは試料容器21内の生試料Sの位置を目視観察することが可能である。 The optical observation unit 50 can be used in order for the user to smoothly perform such alignment. The optical observation unit 50 has an objective lens 51, an imaging lens 52, and a camera 53 arranged directly below the storage container 22. Specifically, the objective lens 51 has a substantially vertical optical axis, and is provided so as to face a substantially horizontal and transparent observation window 223 provided at the lower end of the protruding portion 220 at the lower part of the storage container 22. The imaging lens 52 forms an image of the light focused by the objective lens 51 on the light receiving surface of the camera 53. Therefore, the image captured by the camera 53 allows the user to visually observe the position of the raw sample S in the sample container 21.

ユーザーは、カメラ53により撮像される画像を確認しつつ、所望の位置を撮像範囲に位置させるための指示入力を、UI部94を介して位置決め制御部96に与える。これに応じて位置決め制御部96が位置決め機構25を作動させることで試料容器21が移動し、結果として生試料Sがユーザー指示に応じて移動することになる。このようにして、生試料Sの位置合わせを行うことができる。 While confirming the image captured by the camera 53, the user gives an instruction input for locating a desired position in the imaging range to the positioning control unit 96 via the UI unit 94. In response to this, the positioning control unit 96 operates the positioning mechanism 25 to move the sample container 21, and as a result, the raw sample S moves according to the user's instruction. In this way, the alignment of the raw sample S can be performed.

上記のような構成によれば、生試料Sとの位置合わせのために、生試料Sを収容する試料容器21が貯留容器22に対して移動する一方、照射ユニット30および蛍光撮像ユニット40については移動させる必要がない。移動対象物が小型、軽量の試料容器21のみであり、重量物を移動させる必要がないため、位置合わせのための機構をコンパクトに構成することができる。 According to the above configuration, the sample container 21 containing the raw sample S moves with respect to the storage container 22 for alignment with the raw sample S, while the irradiation unit 30 and the fluorescence imaging unit 40 No need to move. Since the object to be moved is only the small and lightweight sample container 21 and it is not necessary to move the heavy object, the mechanism for alignment can be compactly configured.

また、貯留容器22と、照射ユニット30と、蛍光撮像ユニット40との位置関係が不変である。したがって、撮像位置を変える際にこれらの間の位置合わせは必要なく、位置合わせ作業が簡単になる。また、照射ユニット30と入射窓221との位置関係、および、観察光学系41と出射窓222との位置関係もまた不変である。つまり、入射窓221に対する励起光ビームLeの入射位置、および観察光学系41の光軸が出射窓222と交わる位置も、生試料Sの位置によらず一定である。したがって、貯留容器22に対する試料容器21の可動範囲の大きさと関係なく、入射窓221および出射窓222の位置および大きさを一意に確定させることができる。結果として、これらの面積を必要以上に大きく取らなくて済み、貯留容器22の大型化を抑制することができる。 Further, the positional relationship between the storage container 22, the irradiation unit 30, and the fluorescence imaging unit 40 is unchanged. Therefore, when changing the imaging position, it is not necessary to align between them, and the alignment work becomes simple. Further, the positional relationship between the irradiation unit 30 and the incident window 221 and the positional relationship between the observation optical system 41 and the exit window 222 are also unchanged. That is, the incident position of the excitation light beam Le with respect to the incident window 221 and the position where the optical axis of the observation optical system 41 intersects with the exit window 222 are also constant regardless of the position of the raw sample S. Therefore, the positions and sizes of the entrance window 221 and the exit window 222 can be uniquely determined regardless of the size of the movable range of the sample container 21 with respect to the storage container 22. As a result, it is not necessary to take these areas larger than necessary, and it is possible to suppress the increase in size of the storage container 22.

試料容器21内では、生試料Sは水平方向、鉛直方向において種々の位置に存在し得る。このような場合であっても、貯留容器22内での試料容器21の可動範囲が許容する限りにおいて、生試料Sを励起光ビームLeの光路と観察光学系41の光軸との交点に位置させて撮像することが可能である。また、試料容器21内に撮像対象物たる生試料Sが複数含まれている場合にも、試料容器21を移動させることにより、それらを順次撮像範囲に移動させて撮像を行うことができる。 In the sample container 21, the raw sample S can exist at various positions in the horizontal direction and the vertical direction. Even in such a case, the raw sample S is positioned at the intersection of the optical path of the excitation light beam Le and the optical axis of the observation optical system 41 as long as the movable range of the sample container 21 in the storage container 22 allows. It is possible to make an image. Further, even when a plurality of raw samples S as imaging objects are contained in the sample container 21, by moving the sample container 21, they can be sequentially moved to the imaging range for imaging.

また、貯留容器22に入射する励起光ビームLeは入射窓221に垂直に入射し、貯留容器22から出射され観察光学系41に入射する蛍光の光路は観察光学系41の光軸に対し垂直である。このため、貯留容器22の底面と外部空間(大気)との間の屈折率の違いに起因する光路のずれや収差の増大を抑えて、良好な画像品質で撮像を行うことが可能である。このため、照射ユニット30および蛍光撮像ユニット40のメンテナンスも容易である。 Further, the excitation light beam Le incident on the storage container 22 is vertically incident on the incident window 221 and the optical path of fluorescence emitted from the storage container 22 and incident on the observation optical system 41 is perpendicular to the optical axis of the observation optical system 41. be. Therefore, it is possible to suppress an increase in optical path deviation and aberration caused by a difference in refractive index between the bottom surface of the storage container 22 and the external space (atmosphere), and to perform imaging with good image quality. Therefore, maintenance of the irradiation unit 30 and the fluorescence imaging unit 40 is easy.

次に、以上のように構成された光シート顕微鏡1を用いた蛍光撮像処理について説明する。この蛍光撮像処理は、予め準備された生試料Sを蛍光撮像し、その三次元蛍光像を撮像データに基づき作成する処理である。この処理の要部は、制御ユニット90のCPU91が予め準備された制御プログラムを実行し装置各部に所定の動作を行わせることにより実現される。なお、生試料Sには予め蛍光試薬が導入されているものとする。 Next, the fluorescence imaging process using the optical sheet microscope 1 configured as described above will be described. This fluorescence imaging process is a process of fluorescently imaging a prepared raw sample S and creating a three-dimensional fluorescence image thereof based on the imaging data. The main part of this processing is realized by the CPU 91 of the control unit 90 executing a control program prepared in advance and causing each part of the device to perform a predetermined operation. It is assumed that the fluorescent reagent has been introduced into the raw sample S in advance.

図2は蛍光撮像処理を示すフローチャートである。最初に、試料容器21に撮像対象物である生試料Sが収容される(ステップS101)。試料容器21は支持ハンド24に対し着脱自在となっており、生試料Sの収容のための作業は、試料容器21を支持ハンド24から取り外した状態で行うことが可能である。生試料Sは、外部で作製されて試料容器21に収容される態様であってもよく、試料容器21を培養容器としてその内部で培養されたものであってもよい。 FIG. 2 is a flowchart showing a fluorescence imaging process. First, the raw sample S, which is the object to be imaged, is housed in the sample container 21 (step S101). The sample container 21 is detachable from the support hand 24, and the work for accommodating the raw sample S can be performed with the sample container 21 removed from the support hand 24. The raw sample S may be prepared externally and stored in the sample container 21, or may be cultured in the sample container 21 as a culture container.

生試料Sを収容する試料容器21は支持ハンド24に装着され、支持ハンド24は、水Wが張られた貯留容器22に試料容器21の底面を浸漬させた状態で試料容器21を保持する(ステップS102)。次に、試料容器21の位置調整が行われる(ステップS103)。 The sample container 21 for accommodating the raw sample S is attached to the support hand 24, and the support hand 24 holds the sample container 21 in a state where the bottom surface of the sample container 21 is immersed in the storage container 22 filled with water W ( Step S102). Next, the position of the sample container 21 is adjusted (step S103).

具体的には、光学観察ユニット50のカメラ53により撮像される画像をユーザーが確認しながら、生試料Sの所望の部位が撮像範囲に収まるように、UI部94を介して制御ユニット90に指示入力を与える。これに応じて、位置決め制御部96が位置決め機構25を作動させ、試料容器21を移動させる。このようにして、ユーザーによる生試料Sの位置決め作業が行われる。 Specifically, the user confirms the image captured by the camera 53 of the optical observation unit 50, and instructs the control unit 90 via the UI unit 94 so that the desired portion of the raw sample S falls within the imaging range. Give input. In response to this, the positioning control unit 96 operates the positioning mechanism 25 to move the sample container 21. In this way, the user positions the raw sample S.

位置決め後、撮像が行われる(ステップS104)。具体的には、照射ユニット30からシート状に収束された励起光ビームLeが生試料Sに照射され、生試料Sにおいて励起される蛍光が、観察光学系41を介してカメラ42に受光される。これにより、励起光ビームLeのシート面を断面とする生試料Sの蛍光像が取得される。発光波長の異なる複数の蛍光試薬が導入されており、これらの蛍光像を個別に撮像する場合には、撮像対象の蛍光試薬に応じて励起光の波長と蛍光観察用フィルター412とを交換してその都度撮像を行えばよい。 After positioning, imaging is performed (step S104). Specifically, the excitation light beam Le converged in a sheet shape from the irradiation unit 30 is irradiated to the raw sample S, and the fluorescence excited in the raw sample S is received by the camera 42 via the observation optical system 41. .. As a result, a fluorescence image of the raw sample S having the sheet surface of the excitation light beam Le as a cross section is acquired. When a plurality of fluorescence reagents having different emission wavelengths are introduced and these fluorescence images are individually imaged, the wavelength of the excitation light and the fluorescence observation filter 412 are exchanged according to the fluorescence reagent to be imaged. Imaging may be performed each time.

三次元蛍光像を作成するためには、互いに異なる複数の断面について撮像を行う必要がある。この実施形態では、位置決め機構25が試料容器21を移動させて、生試料Sを観察光学系41の光軸方向に沿って移動させる。具体的には、一の断面についての撮像後、次の断面についての撮像が必要であるか否かを判断し(ステップS105)、必要であれば(ステップS105においてYES)試料容器21の位置を光軸方向に所定の距離だけ移動させる(ステップS106)。これにより、観察光学系41の焦点が励起光ビームLeのシート面に合焦した状態のまま、撮像対象となる断面だけが光軸方向に1段階移動する。 In order to create a three-dimensional fluorescence image, it is necessary to take images of a plurality of cross sections that are different from each other. In this embodiment, the positioning mechanism 25 moves the sample container 21 to move the raw sample S along the optical axis direction of the observation optical system 41. Specifically, after imaging one cross section, it is determined whether or not imaging of the next cross section is necessary (step S105), and if necessary (YES in step S105), the position of the sample container 21 is determined. It is moved by a predetermined distance in the optical axis direction (step S106). As a result, only the cross section to be imaged moves one step in the optical axis direction while the focal point of the observation optical system 41 remains in focus on the sheet surface of the excitation light beam Le.

この状態で再び撮像を行うことで(ステップS104)、新たな断面における試料Sの蛍光像が取得される。三次元像を構成するのに必要十分な断面における蛍光像が取得されるまで(ステップS105においてNO)、この処理が繰り返される。 By performing imaging again in this state (step S104), a fluorescence image of the sample S in a new cross section is acquired. This process is repeated until a fluorescence image having a cross section necessary and sufficient to form a three-dimensional image is obtained (NO in step S105).

図3は試料容器の位置と撮像される断面の位置との関係を示す図である。図3(a)に示すように、生試料Sが適宜の位置に位置決めされた状態では、励起光ビームLeの光路(一点鎖線L1)と観察光学系41の光軸(二点鎖線L2)との交点を含み、かつ該光軸に垂直な、太線で表される一の断面S1について撮像が行われる。その後、試料容器21が観察光学系41の光軸と平行な方向Dmに沿って所定距離だけ移動される。これにより、図3(b)に示すように、生試料Sのうち励起光ビームLeが横切る位置は、観察光学系41の光軸に沿って所定距離だけ移動する。したがって、次の撮像では、先に撮像された断面S1とは光軸方向に所定距離だけ離れた他の断面S2の蛍光像が撮像される。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the position of the sample container and the position of the cross section to be imaged. As shown in FIG. 3A, when the raw sample S is positioned at an appropriate position, the optical path of the excitation light beam Le (dashed line L1) and the optical axis of the observation optical system 41 (dashed line L2) Imaging is performed on one cross section S1 represented by a thick line, which includes the intersection of the above and is perpendicular to the optical axis. After that, the sample container 21 is moved by a predetermined distance along the direction Dm parallel to the optical axis of the observation optical system 41. As a result, as shown in FIG. 3B, the position of the raw sample S that the excitation light beam Le crosses moves by a predetermined distance along the optical axis of the observation optical system 41. Therefore, in the next imaging, a fluorescence image of another cross section S2 that is separated from the previously imaged cross section S1 by a predetermined distance in the optical axis direction is imaged.

このような生試料Sの移動を生試料Sから見ると、生試料Sに対する励起光ビームLeの入射位置および観察光学系41の焦点位置が、観察光学系41の光軸方向に沿って順次移動してゆくことになる。 Looking at the movement of the raw sample S from the raw sample S, the incident position of the excitation light beam Le with respect to the raw sample S and the focal position of the observation optical system 41 sequentially move along the optical axis direction of the observation optical system 41. I will continue to do it.

試料容器21の位置が、方向Dmに沿ってさらに所定距離だけ移動されると、図3(c)に示すように、次の撮像では、先に撮像された断面S2とは光軸方向に所定距離だけ離れた他の断面S3の蛍光像が撮像されることになる。このようにして、光軸方向に沿った深さが互いに異なる複数の断面像が取得される。なお、試料容器Sについては、観察光学系41の光軸と平行な方向Dmに沿った移動に限定されず、XYZ方向に任意の方向に移動することが可能である。例えば、各位置での撮像後に、複数の蛍光像から、それらの移動方向および移動距離に基づき生試料Sの三次元蛍光像を作成することが可能である。これにより、生試料Sの観察したい部分を任意に選択して観察することが可能になる。 When the position of the sample container 21 is further moved by a predetermined distance along the direction Dm, as shown in FIG. 3C, in the next imaging, the cross section S2 previously imaged is predetermined in the optical axis direction. A fluorescence image of another cross section S3 separated by a distance will be imaged. In this way, a plurality of cross-sectional images having different depths along the optical axis direction are acquired. The sample container S is not limited to the movement along the direction Dm parallel to the optical axis of the observation optical system 41, and can move in any direction in the XYZ direction. For example, after imaging at each position, it is possible to create a three-dimensional fluorescence image of the raw sample S from a plurality of fluorescence images based on their moving directions and moving distances. This makes it possible to arbitrarily select and observe the portion of the raw sample S to be observed.

励起光がシート状に整形されているため、1回の撮像で生試料Sに励起光が入射するのは励起光のシート面に沿った薄い領域のみである。複数の撮像では生試料Sを通過するシート面の位置が順次移動してゆくため、生試料S内の同一箇所に何度も励起光が照射されることはない。このため、蛍光試薬の退色や光毒性による生試料Sの劣化を最小限に抑えることができる。また、1回の撮像では限られた領域、つまり撮像対象である断面からのみ蛍光が発生するため、当該断面以外からの蛍光の混入に起因するノイズを抑えて鮮明な画像を得ることができる。 Since the excitation light is shaped into a sheet, the excitation light is incident on the raw sample S in one imaging only in a thin region along the sheet surface of the excitation light. In a plurality of imagings, the position of the sheet surface passing through the raw sample S moves in sequence, so that the same location in the raw sample S is not repeatedly irradiated with the excitation light. Therefore, deterioration of the raw sample S due to fading of the fluorescent reagent and phototoxicity can be minimized. Further, since fluorescence is generated only from a limited region, that is, a cross section to be imaged in one imaging, it is possible to suppress noise caused by mixing of fluorescence from other than the cross section and obtain a clear image.

図2に戻って撮像処理の説明を続ける。1つの試料容器21に収容されている生試料Sについて、引き続き他の位置においても撮像するときは(ステップS107においてYES)、ステップS103に戻って、再びユーザーによる位置調整を受け付け、上記した撮像を行う。 Returning to FIG. 2, the description of the imaging process will be continued. When the raw sample S contained in one sample container 21 is continuously imaged at another position (YES in step S107), the process returns to step S103, the position adjustment by the user is accepted again, and the above-mentioned imaging is performed. conduct.

必要な全ての撮像が終了すると(ステップS107においてNO)、これまでのそれぞれの撮像で得られた撮像データに基づき、画像処理部98が生試料Sの三次元像を作成する(ステップS108)。断面画像の画像データから三次元像を再構成する画像処理は公知であるので、ここでは説明を省略する。以上のようにして、試料容器21内の生試料Sの断面および三次元蛍光像が得られる。 When all the necessary imaging is completed (NO in step S107), the image processing unit 98 creates a three-dimensional image of the raw sample S based on the imaging data obtained in each imaging so far (step S108). Since image processing for reconstructing a three-dimensional image from image data of a cross-sectional image is known, description thereof will be omitted here. As described above, the cross section and the three-dimensional fluorescence image of the raw sample S in the sample container 21 can be obtained.

次に、貯留容器22の構造、特に突出部220の形状についてさらに詳しく説明する。貯留容器22は、上部が開口する内部空間に液体を貯留可能である。その平面サイズは、内部空間に収容される試料容器21が所定の可動範囲内で移動できる程度の大きさとなっている。また、その底面225には、下向きに突出し、その側面が入射窓221および出射窓222となる突出部220が設けられている。X軸に直交する平面を切断面とする貯留容器22の断面形状は図1に示した通りである。 Next, the structure of the storage container 22, particularly the shape of the protrusion 220 will be described in more detail. The storage container 22 can store the liquid in the internal space where the upper part opens. The plane size is such that the sample container 21 housed in the internal space can move within a predetermined movable range. Further, the bottom surface 225 is provided with a protruding portion 220 that projects downward and whose side surfaces serve as an incident window 221 and an exit window 222. The cross-sectional shape of the storage container 22 having a plane orthogonal to the X-axis as a cut surface is as shown in FIG.

図4は貯留容器の外観形状を示す斜視図である。より具体的には、図4(a)は貯留容器22を斜め上から見たときの内部構造を示し、図4(b)は貯留容器22を斜め下から見たときの内部構造を示している。貯留容器22の底面225の中央部分は下向きに突出し突出部220を形成している。突出部220の下面が観察用窓223となる一方、それぞれ傾き45度の斜面となっている(−Y)側の側面が出射窓222、(+Y)側の側面が入射窓221をそれぞれ構成している。 FIG. 4 is a perspective view showing the external shape of the storage container. More specifically, FIG. 4A shows the internal structure when the storage container 22 is viewed from diagonally above, and FIG. 4B shows the internal structure when the storage container 22 is viewed from diagonally below. There is. The central portion of the bottom surface 225 of the storage container 22 projects downward to form a protruding portion 220. The lower surface of the projecting portion 220 serves as the observation window 223, while the side surface on the (-Y) side having an inclination of 45 degrees constitutes the exit window 222 and the side surface on the (+ Y) side constitutes the incident window 221. ing.

図4(b)に示すように、入射窓221のうち貯留容器22内から見て外側の表面221aは略平坦な入射面を構成している。一方、出射窓222のうち貯留容器22内から見て外側の表面222aは略平坦な出射面を構成している。なお、前記したように、入射窓221に対する励起光ビームLeの入射位置および出射窓222に対する観察光学系41の光軸位置は基本的に不変であるから、これらの位置およびその周囲において入射面221aおよび出射面222aが平坦であればよい。 As shown in FIG. 4B, the outer surface 221a of the incident window 221 when viewed from the inside of the storage container 22 constitutes a substantially flat incident surface. On the other hand, the outer surface 222a of the exit window 222 when viewed from the inside of the storage container 22 constitutes a substantially flat exit surface. As described above, since the incident position of the excitation light beam Le with respect to the incident window 221 and the optical axis position of the observation optical system 41 with respect to the exit window 222 are basically unchanged, the incident surface 221a is present at these positions and around them. And the exit surface 222a may be flat.

図5は貯留容器の変形例の外観形状を示す斜視図である。より具体的には、図5(a)は、この変形例の貯留容器22Aを斜め上から見たときの内部構造を示し、図5(b)は貯留容器22Aを斜め下から見たときの内部構造を示している。この変形例では、貯留容器22Aの底面に設けられた突出部220Aは、X方向における貯留容器22AのX方向における一端部から他端部まで延びている。つまり、X方向における両端部を除けば、X軸に直交する切断面における貯留容器22Aの断面形状は一定である。 FIG. 5 is a perspective view showing an external shape of a modified example of the storage container. More specifically, FIG. 5A shows the internal structure of the storage container 22A of this modified example when viewed from diagonally above, and FIG. 5B shows the storage container 22A when viewed from diagonally below. Shows the internal structure. In this modification, the protruding portion 220A provided on the bottom surface of the storage container 22A extends from one end to the other end of the storage container 22A in the X direction in the X direction. That is, the cross-sectional shape of the storage container 22A on the cut surface orthogonal to the X axis is constant except for both ends in the X direction.

このような構造では、図4に示す構造と比べて、入射窓221Aおよび出射窓222AがX方向により広がっている。ただし、前記のように、励起光ビームLeの入射位置および観察光学系41の光軸位置は不変であるため、撮像技術の点からは、このように入射窓221Aおよび出射窓222Aを広げる必要性は必ずしもない。例えば製造上の都合で有利である場合に、このような形状を採用すればよい。例えば、突出部220Aと、それ以外の貯留容器22Aとが別体として形成される場合には、連続的な押し出し成型で各部を形成することができるという点で、図5の形状が有利である。 In such a structure, the incident window 221A and the exit window 222A are wider in the X direction as compared with the structure shown in FIG. However, as described above, since the incident position of the excitation light beam Le and the optical axis position of the observation optical system 41 are unchanged, it is necessary to expand the incident window 221A and the exit window 222A in this way from the viewpoint of imaging technology. Is not always. For example, such a shape may be adopted when it is advantageous in terms of manufacturing. For example, when the protruding portion 220A and the other storage container 22A are formed as separate bodies, the shape of FIG. 5 is advantageous in that each portion can be formed by continuous extrusion molding. ..

図6は貯留容器の他の形状例を示す断面図である。図1および図4に示した貯留容器22は、突出部220に水平な観察用窓223を有している。この観察用窓223は、目視観察用の光学系、あるいは他の撮像原理に基づく撮像装置、例えば光コヒーレンストモグラフィ(OCT)撮像装置の光学系を配置して機能拡張を図ることが可能なものであるが、光シート顕微鏡撮像を行う上で必須の構成というわけではない。このため、例えば図6(a)に示す貯留容器22Bのように、観察用窓を省き、入射窓221Bと出射窓222Bとで突出部220Bが構成されるようにしてもよい。 FIG. 6 is a cross-sectional view showing another shape example of the storage container. The storage container 22 shown in FIGS. 1 and 4 has an observation window 223 horizontal to the protrusion 220. The observation window 223 can be expanded in function by arranging an optical system for visual observation or an optical system of an imaging device based on another imaging principle, for example, an optical coherence tomography (OCT) imaging device. However, it is not an indispensable configuration for performing optical sheet microscope imaging. Therefore, for example, as in the storage container 22B shown in FIG. 6A, the observation window may be omitted, and the projecting portion 220B may be formed by the incident window 221B and the exit window 222B.

また、貯留容器に対する励起光ビームLeの入射位置および観察光学系41の光軸位置は一定であるから、入射窓および出射窓をより小さくしてもよい。例えば図6(b)に示す貯留容器22Cのように、小サイズの入射窓221Cに対応する突出部220Caと、出射窓222Cに対応する突出部220Cbとが個別に、貯留容器22Cの底面225Cに設けられてもよい。この場合において、2つの突出部220Ca,220Cbの大きさが同じである必要はない。また、2つの突出部220Ca,220Cbの間の水平部分を観察用窓223Cとすることができる。 Further, since the incident position of the excitation light beam Le with respect to the storage container and the optical axis position of the observation optical system 41 are constant, the incident window and the exit window may be made smaller. For example, as in the storage container 22C shown in FIG. 6B, the protruding portion 220Ca corresponding to the small-sized incident window 221C and the protruding portion 220Cb corresponding to the exit window 222C are individually provided on the bottom surface 225C of the storage container 22C. It may be provided. In this case, the sizes of the two protrusions 220Ca and 220Cb do not have to be the same. Further, the horizontal portion between the two protrusions 220Ca and 220Cb can be used as the observation window 223C.

また、上記実施形態の貯留容器22では、入射窓221の入射面221aと、出射窓222の出射面222aとがいずれも水平面に対し45度の傾きを有している。しかしながら、入射面と出射面とが互いに垂直であればよく、これらの傾きが同じである必要はない。例えば図6(c)に示す貯留容器22Dのように、水平面に対し入射面221Daがなす角θ1と、出射面222Daがなす角θ2とが互いに異なっていてもよい。このような構成では、入射窓221Dと出射窓222Dとの面積を互いに異ならせることが可能である。例えば、光学特性上、照射ユニット30の対物レンズ34と観察光学系41の対物レンズ411とのうち一方のサイズ(直径)を他方よりも大きくする必要がある場合に、突出部220Dの形状としてこのような形状を採用することができる。 Further, in the storage container 22 of the above embodiment, both the incident surface 221a of the incident window 221 and the exit surface 222a of the exit window 222 have an inclination of 45 degrees with respect to the horizontal plane. However, the incident surface and the exit surface need not be the same as long as they are perpendicular to each other. For example, as in the storage container 22D shown in FIG. 6C, the angle θ1 formed by the incident surface 221Da and the angle θ2 formed by the exit surface 222Da with respect to the horizontal plane may be different from each other. In such a configuration, the areas of the entrance window 221D and the exit window 222D can be made different from each other. For example, when it is necessary to make the size (diameter) of one of the objective lens 34 of the irradiation unit 30 and the objective lens 411 of the observation optical system 41 larger than the other due to the optical characteristics, the shape of the protrusion 220D is set as this. Such a shape can be adopted.

これらの変形例に示すように、入射窓および出射窓を設けるために貯留容器の底部に形成される突出部の形状としては種々のものが考えられ、上記はその一部の例を示したものである。なお、貯留容器の底部を上向きに窪ませてそこに入射窓および出射窓を設けることも考えられるが、試料容器に干渉せず試料容器の可動範囲を大きく取れるという点で、上記例のように下向きに突出させる構造の方が有利である。 As shown in these modifications, various shapes of protrusions formed at the bottom of the storage container for providing the entrance window and the exit window can be considered, and the above shows some examples thereof. Is. It is conceivable to dent the bottom of the storage container upward and provide an incident window and an exit window there, but as in the above example, the movable range of the sample container can be increased without interfering with the sample container. A structure that projects downward is more advantageous.

なお、上記と同様の技術思想として、上記のように試料容器と貯留容器との二重構造を採らず、生試料を担持する試料容器の底面に入射窓と出射窓とを設けた構成も考えられる。この場合でも、試料容器を移動させることにより撮像位置を変化させることが可能である。しかしながら、この移動によって、試料容器の入射窓と照射ユニットの対物レンズとの距離や、試料両機の出射窓と観察光学系の対物レンズとの距離が、光学設計において想定された距離とは異なることとなり、これによる収差が発生することになる。また、試料容器内での生試料の位置によっては、励起光と観察光学系の光軸との交点に生試料を位置決めすること自体が不可能な場合も生じ得る。収差の発生を抑えつつ自由度の高い位置決めを可能とするためには、本実施形態のような二重構造とすることが有効である。 As a technical idea similar to the above, it is also conceivable to consider a configuration in which an incident window and an exit window are provided on the bottom surface of the sample container that supports the raw sample, instead of adopting the double structure of the sample container and the storage container as described above. Be done. Even in this case, the imaging position can be changed by moving the sample container. However, due to this movement, the distance between the incident window of the sample container and the objective lens of the irradiation unit and the distance between the exit window of both samples and the objective lens of the observation optical system are different from the distance assumed in the optical design. This causes aberrations to occur. Further, depending on the position of the raw sample in the sample container, it may be impossible to position the raw sample at the intersection of the excitation light and the optical axis of the observation optical system. In order to enable positioning with a high degree of freedom while suppressing the occurrence of aberrations, it is effective to have a double structure as in this embodiment.

また、上記実施形態では、入射窓221の入射面221aは励起光ビームLeに対し、また出射窓222の出射面222aは観察光学系41の光軸に対し、それぞれ垂直に交わっている。このうち出射面222aに関しては、レンズ収差による画質劣化を最小に抑えるために、観察光学系41の光軸に対し垂直であることが強く要請される。一方、入射面221aに関しては、シート状に収束された光ビームを貯留容器22内の所定位置に所定方向から入射させることができれば足り、必ずしも光ビームの光路に垂直でなくてもよいとも考えられる。 Further, in the above embodiment, the entrance surface 221a of the entrance window 221 intersects the excitation light beam Le, and the emission surface 222a of the emission window 222 intersects the optical axis of the observation optical system 41 perpendicularly to each other. Of these, the exit surface 222a is strongly required to be perpendicular to the optical axis of the observation optical system 41 in order to minimize the deterioration of image quality due to lens aberration. On the other hand, with respect to the incident surface 221a, it is sufficient that the light beam converged in a sheet shape can be incident on a predetermined position in the storage container 22 from a predetermined direction, and it is considered that the light beam does not necessarily have to be perpendicular to the optical path of the light beam. ..

特に、上記実施形態では入射面221aに対する励起光ビームLeの入射位置や方向が不変である。そのため、入射窓221における屈折の影響を加味した上で、貯留容器22内の所定位置に所定角度で励起光ビームLeを入射させるような光学系を設計することは可能である。この意味において、入射面は光ビームの光路に垂直でなくてもよい場合があり得るが、特別な事情がない限り、そのようにする利点もないと考えられる。 In particular, in the above embodiment, the incident position and direction of the excitation light beam Le with respect to the incident surface 221a do not change. Therefore, it is possible to design an optical system in which the excitation light beam Le is incident at a predetermined position in the storage container 22 at a predetermined angle, taking into consideration the influence of refraction in the incident window 221. In this sense, the incident surface may not be perpendicular to the optical path of the light beam, but unless there are special circumstances, it is considered that there is no advantage in doing so.

以上説明したように、上記実施形態の光シート顕微鏡1では、貯留容器22および試料容器21が、それぞれ本発明の「貯留容器」および「試料容器」として機能している。そして、保持ハンド24および位置決め機構25が一体として、本発明の「保持部」として機能している。また、照射ユニット30が本発明の「照射部」として機能している。また、観察光学系41が本発明の「観察光学系」として機能する一方、カメラ42が本発明の「撮像部」として機能している。また、本実施形態における突出部220が、本発明の「突出部位」に相当している。さらに、上記実施形態では、水Wが本発明の「第1の液体」に、また液体Lqが本発明の「第2の液体」に、それぞれ相当している。 As described above, in the optical sheet microscope 1 of the above embodiment, the storage container 22 and the sample container 21 function as the “storage container” and the “sample container” of the present invention, respectively. Then, the holding hand 24 and the positioning mechanism 25 integrally function as the "holding portion" of the present invention. Further, the irradiation unit 30 functions as the "irradiation unit" of the present invention. Further, the observation optical system 41 functions as the "observation optical system" of the present invention, while the camera 42 functions as the "imaging unit" of the present invention. Further, the protruding portion 220 in the present embodiment corresponds to the "protruding portion" of the present invention. Further, in the above embodiment, the water W corresponds to the "first liquid" of the present invention, and the liquid Lq corresponds to the "second liquid" of the present invention.

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記説明では、試料容器21が光シート顕微鏡1の装置構成の一部として扱われている。しかしながら、試料容器については、光シート顕微鏡とは別体の独立した製品として扱われてもよい。例えば、市販されている培養容器または試料容器でその底面がフッ素樹脂製のものがあれば、それを本実施形態の試料容器として用いることが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above description, the sample container 21 is treated as a part of the apparatus configuration of the optical sheet microscope 1. However, the sample container may be treated as an independent product separate from the optical sheet microscope. For example, if there is a commercially available culture container or sample container whose bottom surface is made of fluororesin, it can be used as the sample container of the present embodiment.

また、上記実施形態では、試料容器21内の液体Lqに直接生試料Sが収容されているが、これに代えて、例えばシート状、チューブ状、メッシュ状等の担体に生試料が担持された状態で試料容器に収容されていてもよい。この場合、これらの担体が撮像に及ぼす影響を抑制するために、担体は試料容器中の液体とほぼ等しい屈折率を有する材料で形成されたものであることが望ましい。例えばフッ素樹脂材料が好適である。 Further, in the above embodiment, the raw sample S is directly contained in the liquid Lq in the sample container 21, but instead, the raw sample is supported on a carrier such as a sheet, a tube, or a mesh. It may be contained in a sample container in a state. In this case, in order to suppress the influence of these carriers on imaging, it is desirable that the carriers are made of a material having a refractive index substantially equal to that of the liquid in the sample container. For example, a fluororesin material is suitable.

このような場合、生試料Sは試料容器21の底面から上方に離れて存在することがあり得る。本実施形態では、貯留容器22内での試料容器21の位置を変化させることで、生試料Sの位置を大きく動かすことができるので、このようなケースであっても、生試料Sを適正な撮像位置、つまり励起光と観察光学系の光軸との交点に位置させて撮像を行うことが可能である。 In such a case, the raw sample S may exist above the bottom surface of the sample container 21. In the present embodiment, the position of the raw sample S can be greatly moved by changing the position of the sample container 21 in the storage container 22, so that the raw sample S is appropriate even in such a case. It is possible to perform imaging by positioning it at the imaging position, that is, at the intersection of the excitation light and the optical axis of the observation optical system.

また、上記実施形態の照射ユニット30は、レーザー光をシリンドリカルレンズ32により収束させてシート状に整形するものである。一方、光シート顕微鏡用のシート光を生成する光源としては、レーザー光を一方向に走査することでシート状に整形するものも知られている。本実施形態においても、このような光源を適用することが可能である。 Further, the irradiation unit 30 of the above embodiment converges the laser beam with the cylindrical lens 32 and shapes it into a sheet shape. On the other hand, as a light source for generating sheet light for an optical sheet microscope, a light source that scans a laser beam in one direction to form a sheet is also known. It is possible to apply such a light source also in this embodiment.

また、上記実施形態では、貯留容器22に対して試料容器21を移動させることで、撮像系に対する生試料Sの位置合わせを実現している。しかしながら、試料容器21を動かさず、他の構成、つまり貯留容器22、照射ユニット30および蛍光撮像ユニット40を一体的に移動させることによっても、光学系と生試料Sとの位置合わせは可能である。ただし、上記実施形態のように、試料容器21を移動させ他を固定する方が、装置構成としては明らかに有利である。 Further, in the above embodiment, the alignment of the raw sample S with respect to the imaging system is realized by moving the sample container 21 with respect to the storage container 22. However, the alignment of the optical system and the raw sample S is also possible by integrally moving the storage container 22, the irradiation unit 30, and the fluorescence imaging unit 40 without moving the sample container 21. .. However, it is clearly advantageous as an apparatus configuration to move the sample container 21 and fix the other as in the above embodiment.

また例えば、励起光ビームLeの光路と観察光学系41の光軸との交点の位置を変化させるために、照射ユニット30および蛍光撮像ユニット40の少なくとも一方を貯留容器22に対して移動させるような調整機構を加えてもよい。このようにすると、例えば、その形状によってこれまで使用することのできなかったような試料容器への対応も可能になる。この場合においても、励起光ビームLeは入射窓221に垂直に入射し、観察光学系41の光軸は出射窓に対し垂直に交わることが求められる。 Further, for example, in order to change the position of the intersection of the optical path of the excitation light beam Le and the optical axis of the observation optical system 41, at least one of the irradiation unit 30 and the fluorescence imaging unit 40 is moved with respect to the storage container 22. An adjustment mechanism may be added. In this way, for example, it becomes possible to deal with a sample container that could not be used until now due to its shape. Also in this case, the excitation light beam Le is required to be vertically incident on the incident window 221 and the optical axis of the observation optical system 41 to intersect the exit window perpendicularly.

また、上記実施形態では、貯留容器22中の液体は水であるが、この液体は水に限定されない。すなわち、本発明の技術思想によれば、貯留容器22の底面と生試料Sとの間に光学的界面が実質的にないと見なすことができればよく、これを満たす各種の液体を貯留容器22に貯留することができる。例えば試料容器中の液体と略同一成分のものを用いてもよい。このように、試料容器21中の液体、培養容器22中の液体がいずれも水を主体とし、かつ励起光および蛍光に対して光透過性を有するものであれば、これらの液体とフッ素樹脂製の試料容器底面211とは屈折率がほぼ同じとなり、これらの間の界面は実質的にないものと見なせる。 Further, in the above embodiment, the liquid in the storage container 22 is water, but this liquid is not limited to water. That is, according to the technical idea of the present invention, it suffices if it can be considered that there is substantially no optical interface between the bottom surface of the storage container 22 and the raw sample S, and various liquids satisfying this can be provided in the storage container 22. Can be stored. For example, a liquid having substantially the same composition as the liquid in the sample container may be used. As described above, if the liquid in the sample container 21 and the liquid in the culture container 22 are mainly water and have light transmission to excitation light and refraction, these liquids and a fluororesin are used. The refractive index is almost the same as that of the bottom surface 211 of the sample container, and it can be considered that there is virtually no interface between them.

以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、この発明に係る光シート顕微鏡においては、入射面と出射面とが直交するように構成されてもよい。このような構成によれば、入射面に垂直に入射するシート光の光路と、出射面に垂直に交わる観察光学系の光軸とが互いに垂直に交わることになり、光シート顕微鏡の原理から、良好な画像品質を得ることが可能である。 As described above by exemplifying a specific embodiment, the optical sheet microscope according to the present invention may be configured such that the entrance surface and the emission surface are orthogonal to each other. According to such a configuration, the optical path of the sheet light incident perpendicularly to the incident surface and the optical axis of the observation optical system perpendicularly intersecting the exit surface intersect each other perpendicularly, and from the principle of the optical sheet microscope, It is possible to obtain good image quality.

また例えば、入射窓と出射窓とが、光透過性を有するフッ素樹脂により形成されていてもよい。このような構成によれば、入射窓および出射窓と、貯留容器内に貯留された水との間で屈折率をほぼ同じとすることができ、これらの界面における屈折の影響をほぼなくすことができる。 Further, for example, the entrance window and the exit window may be formed of a fluororesin having light transmission. According to such a configuration, the refractive index can be made substantially the same between the incident window and the exit window and the water stored in the storage container, and the influence of refraction at these interfaces can be almost eliminated. can.

また例えば、第1の液体は、水を主成分とし励起光および蛍光に対して光透過性を有する液体であってもよい。このような構成によれば、第1の液体と試料容器のフッ素樹脂製底面との間で屈折率がほぼ等しいため、光学的には界面が存在しないもの見なすことができる。一方、第2の液体については、生試料Sを良好な状態で担持することが最優先であるが、その限りにおいて上記した第1の液体と同様の条件を有していることが望ましい。 Further, for example, the first liquid may be a liquid containing water as a main component and having light transmission to excitation light and fluorescence. According to such a configuration, since the refractive index is substantially equal between the first liquid and the fluororesin bottom surface of the sample container, it can be considered that there is no interface optically. On the other hand, with respect to the second liquid, it is the highest priority to support the raw sample S in a good state, but it is desirable that the second liquid has the same conditions as the first liquid described above.

また例えば、本発明に係る光シート顕微鏡および撮像方法は、貯留容器に対し試料容器を相対移動させて、生試料に対する観察光学系の合焦位置を多段階に変化させるように構成されてもよい。このような構成によれば、互いに異なる断面の蛍光像をそれぞれ合焦状態で取得することができる。このような各断面の蛍光像は、生試料の三次元蛍光像を作成するのに利用可能である。すなわち、本発明に係る光シート顕微鏡および撮像方法では、合焦位置が互いに異なる複数の蛍光像から、生試料の三次元蛍光像を作成することが可能である。 Further, for example, the optical sheet microscope and the imaging method according to the present invention may be configured to move the sample container relative to the storage container to change the focusing position of the observation optical system with respect to the raw sample in multiple stages. .. According to such a configuration, fluorescence images having different cross sections can be obtained in the focused state. Such a fluorescence image of each cross section can be used to create a three-dimensional fluorescence image of a raw sample. That is, in the optical sheet microscope and the imaging method according to the present invention, it is possible to create a three-dimensional fluorescence image of a raw sample from a plurality of fluorescence images having different focusing positions.

また、試料容器が保持部に対し着脱可能であってもよい。このような構成によれば、生試料を試料容器ごと取り換えることで、各種の生試料を観察することが可能である。また、細胞等を培養するための培養容器を、本発明の試料容器として利用することも可能である。 Further, the sample container may be detachable from the holding portion. According to such a configuration, various raw samples can be observed by replacing the raw sample together with the sample container. It is also possible to use a culture container for culturing cells and the like as a sample container of the present invention.

この発明は、細胞、組織標本等の生試料を蛍光観察、撮像する目的に好適に利用可能であり、特にそれらの生試料の三次元蛍光像を作成する用途に適している。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used for the purpose of fluorescence observation and imaging of raw samples such as cell and tissue specimens, and is particularly suitable for the use of creating a three-dimensional fluorescence image of those raw samples.

1 光シート顕微鏡
21 試料容器
22 貯留容器
24 保持ハンド(保持部)
25 位置決め機構(保持部)
30 照射ユニット(照射部)
41 観察光学系
42 カメラ(撮像部)
98 画像処理部
220 突出部(突出部位)
221 入射窓
221a 入射面
222 出射窓
222a 出射面
Le 励起光ビーム(シート光)
Lq 液体(第2の液体)
W 水(第1の液体)
1 Optical sheet microscope 21 Sample container 22 Storage container 24 Holding hand (holding part)
25 Positioning mechanism (holding part)
30 Irradiation unit (irradiation part)
41 Observation optical system 42 Camera (imaging unit)
98 Image processing unit 220 Protruding part (protruding part)
221 Incident window 221a Incident surface 222 Exit window 222a Exit surface Le Excitation light beam (sheet light)
Lq liquid (second liquid)
W water (first liquid)

Claims (10)

第1の液体を貯留する貯留容器と、
生試料を含んだ第2の液体を担持する試料容器を、前記試料容器の少なくとも底面を前記貯留容器内の前記第1の液体に浸漬した状態で、かつ前記貯留容器に対して前記試料容器を相対移動可能に保持する保持部と、
前記貯留容器の下方に配置されて、励起光としてのシート光を斜め上向きに出射し、前記貯留容器の底面および前記試料容器の底面を介して前記シート光を前記試料容器に入射させる照射部と、
前記貯留容器の下方に配置されて、光軸が前記シート光の光路に対し垂直かつ前記試料容器内で交差し、その交点に焦点が合わせられて、前記生試料から励起された蛍光を前記試料容器の底面および前記貯留容器の底面を介して受光する観察光学系と
を備え、
前記試料容器の底面が光透過性を有するフッ素樹脂により形成されており、前記第1の液体が前記フッ素樹脂と略等しい屈折率を有し、
前記貯留容器の底面の少なくとも一部が下向きに突出しており、当該突出部位に、前記励起光の光路に垂直に交わる平坦な入射面を有し前記励起光に対して光透過性を有する入射窓と、前記観察光学系の前記光軸に垂直に交わる平坦な出射面を有し前記蛍光に対して光透過性を有する出射窓とが設けられた、
光シート顕微鏡。
A storage container for storing the first liquid,
A sample container carrying a second liquid containing a raw sample is placed in a state where at least the bottom surface of the sample container is immersed in the first liquid in the storage container, and the sample container is placed in the storage container. A holding part that holds it so that it can be moved relative to each other,
An irradiation unit that is arranged below the storage container, emits sheet light as excitation light diagonally upward, and causes the sheet light to enter the sample container via the bottom surface of the storage container and the bottom surface of the sample container. ,
Arranged below the storage vessel, the optical axis is perpendicular to the optical path of the sheet light and intersects within the sample vessel, and the intersection is focused on the fluorescence excited from the raw sample. It is provided with an observation optical system that receives light through the bottom surface of the container and the bottom surface of the storage container.
The bottom surface of the sample container is formed of a fluororesin having light transmittance, and the first liquid has a refractive index substantially equal to that of the fluororesin.
At least a part of the bottom surface of the storage container protrudes downward, and an incident window having a flat incident surface perpendicular to the optical path of the excitation light and having light transmission to the excitation light is provided at the protruding portion. And an emission window having a flat emission surface perpendicular to the optical axis of the observation optical system and having light transmission to the fluorescence.
Optical sheet microscope.
前記入射面と前記出射面とが直交する請求項1に記載の光シート顕微鏡。 The optical sheet microscope according to claim 1, wherein the entrance surface and the exit surface are orthogonal to each other. 前記入射窓と、前記出射窓とが、光透過性を有するフッ素樹脂により形成されている請求項1または2に記載の光シート顕微鏡。 The optical sheet microscope according to claim 1 or 2, wherein the incident window and the exit window are formed of a fluororesin having light transmittance. 前記第1の液体は、水を主成分とし前記励起光および前記蛍光に対して光透過性を有する液体である請求項1ないし3のいずれかに記載の光シート顕微鏡。 The optical sheet microscope according to any one of claims 1 to 3, wherein the first liquid is a liquid containing water as a main component and having light transmission to the excitation light and the fluorescence. 前記保持部が、前記貯留容器に対し前記試料容器を相対移動させて、前記生試料に対する前記観察光学系の合焦位置を多段階に変化させる請求項1ないし4のいずれかに記載の光シート顕微鏡。 The optical sheet according to any one of claims 1 to 4, wherein the holding portion moves the sample container relative to the storage container to change the focusing position of the observation optical system with respect to the raw sample in multiple stages. microscope. 前記合焦位置が互いに異なる複数の蛍光像を撮像する撮像部と、
前記複数の蛍光像から前記生試料の三次元蛍光像を作成する画像処理部と
を備える請求項5に記載の光シート顕微鏡。
An imaging unit that captures a plurality of fluorescence images having different focusing positions, and an imaging unit.
The optical sheet microscope according to claim 5, further comprising an image processing unit that creates a three-dimensional fluorescence image of the raw sample from the plurality of fluorescence images.
前記試料容器が、前記保持部に対し着脱可能である請求項1ないし6のいずれかに記載の光シート顕微鏡。 The optical sheet microscope according to any one of claims 1 to 6, wherein the sample container is removable from the holding portion. 生試料を蛍光撮像する撮像方法であって、
貯留容器に第1の液体を貯留させ、
前記生試料を、底面が光透過性を有するフッ素樹脂により形成された試料容器に第2の液体とともに担持させ、前記第1の液体と前記フッ素樹脂とは略等しい屈折率を有し、
前記貯留容器に貯留された前記第1の液体に、前記試料容器の少なくとも底面を浸漬した状態で保持し、
前記貯留容器の下方から、励起光としてのシート光を斜め上向きに出射し、前記貯留容器の底面および前記試料容器の底面を介して前記シート光を前記試料容器に入射させ、
前記貯留容器の下方に配置されて、光軸が前記シート光の光路に対し垂直かつ前記試料容器内で交差し、その交点に焦点が合わせられて、前記生試料から励起された蛍光を前記試料容器および前記貯留容器の底面を介して受光する観察光学系を用いて蛍光像を撮像し、
前記貯留容器の底面の少なくとも一部が下向きに突出しており、当該突出部位に、前記励起光の光路に垂直に交わる平坦な入射面を有し前記励起光に対して光透過性を有する入射窓と、前記観察光学系の前記光軸に垂直に交わる平坦な出射面を有し前記蛍光に対して光透過性を有する出射窓とが設けられている、
撮像方法。
This is an imaging method in which a raw sample is fluorescently imaged.
The first liquid is stored in the storage container,
The raw sample is supported together with the second liquid in a sample container whose bottom surface is made of a fluororesin having light transmission, and the first liquid and the fluororesin have substantially the same refractive index.
At least the bottom surface of the sample container is held in a state of being immersed in the first liquid stored in the storage container.
Sheet light as excitation light is emitted obliquely upward from below the storage container, and the sheet light is incident on the sample container via the bottom surface of the storage container and the bottom surface of the sample container.
Arranged below the storage vessel, the optical axis is perpendicular to the optical path of the sheet light and intersects within the sample vessel, and the intersection is focused on the fluorescence excited from the raw sample. A fluorescence image is imaged using an observation optical system that receives light through the container and the bottom surface of the storage container.
At least a part of the bottom surface of the storage container protrudes downward, and an incident window having a flat incident surface perpendicularly intersecting the optical path of the excitation light and having light transmission to the excitation light is provided at the protruding portion. And an emission window having a flat emission surface perpendicular to the optical axis of the observation optical system and having light transmission to the fluorescence.
Imaging method.
前記貯留容器に対し前記試料容器を相対移動させて、前記生試料に対する前記観察光学系の合焦位置を多段階に変化させ、その都度撮像を行う請求項8に記載の撮像方法。 The imaging method according to claim 8, wherein the sample container is relatively moved with respect to the storage container, the focusing position of the observation optical system with respect to the raw sample is changed in multiple stages, and imaging is performed each time. 前記合焦位置が互いに異なる複数の蛍光像から、前記生試料の三次元蛍光像を作成する請求項9に記載の撮像方法。 The imaging method according to claim 9, wherein a three-dimensional fluorescence image of the raw sample is created from a plurality of fluorescence images having different focusing positions.
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