JP2022032268A - Optical microscope system and method for generating visual field extended image - Google Patents

Optical microscope system and method for generating visual field extended image Download PDF

Info

Publication number
JP2022032268A
JP2022032268A JP2020135876A JP2020135876A JP2022032268A JP 2022032268 A JP2022032268 A JP 2022032268A JP 2020135876 A JP2020135876 A JP 2020135876A JP 2020135876 A JP2020135876 A JP 2020135876A JP 2022032268 A JP2022032268 A JP 2022032268A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
observation
image
lens
galvano mirror
positions
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2020135876A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7473191B2 (en
Inventor
忠義 青山
Tadayoshi Aoyama
更宇 竹野
Sarau Takeno
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokai National Higher Education and Research System NUC
Original Assignee
Tokai National Higher Education and Research System NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokai National Higher Education and Research System NUC filed Critical Tokai National Higher Education and Research System NUC
Priority to JP2020135876A priority Critical patent/JP7473191B2/en
Publication of JP2022032268A publication Critical patent/JP2022032268A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7473191B2 publication Critical patent/JP7473191B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

To extend the actual visual field of an optical microscope.SOLUTION: An optical microscope system 10 comprises: at least one galvanomirror 16, 18 which observation light 42 from one of a plurality of observation positions enters; an objective lens 20 which the observation light 42 reflected by the at least one galvanomirror 16, 18 enters; a focus-variable lens 22 which the observation light 42 having passed through the objective lens 20 enters; an imaging device 24 for imaging the observation light 42 having passed through the focus-variable lens 22 and generating an imaged image; mirror drive mechanisms 26, 28 for biaxially driving the at least one galvanomirror 16, 18 and sequentially switching the plurality of observation positions; a lens drive mechanism 30 for switching the focal distance of the focus-variable lens 22 in accordance with changes of the geometric distance of the optical path of the observation light 42 from each observation position to the objective lens 20 due to switching of the plurality of observation positions; and a control device 32 for generating a visual field extended image on the basis of the plurality of imaged images in which the plurality of observation positions are imaged.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

特許法第30条第2項適用申請有り ロボティクス・メカトロニクス講演会2020 in Kanazawa、オンライン予稿集、令和2年5月27日(掲載日) ロボティクス・メカトロニクス講演会2020 in Kanazawa、オンラインポスター発表、令和2年5月28日(発表日)Patent Law Article 30, Paragraph 2 Application Applicable Robotics and Mechatronics Lecture 2020 in Kanazawa, Online Proceedings, May 27, 2 (Posted) Robotics and Mechatronics Lecture 2020 in Kanazawa, Online Poster Presentation, Ordinance May 28, 2nd year (announcement date)

本開示は、光学顕微鏡に関する。 The present disclosure relates to an optical microscope.

光学顕微鏡は、試料を拡大して観察するために広く使用されている。近年では、対物レンズおよび撮像レンズによって拡大された光学像を撮像素子を用いて撮像し、試料の画像データを取得する構成が一般的に用いられている。光学顕微鏡の実視野の大きさは、対物レンズの倍率、撮像レンズの倍率および撮像素子のサイズで決まり、拡大倍率を変えずに実視野を広げるためには撮像レンズや撮像素子のサイズを大きくする必要がある。実視野を拡張する別の手法として、対物レンズと撮像レンズの間にステアリングミラーを設け、試料から撮像素子に向かう光路のうち対物レンズを通過する部分の光軸の傾きを対物レンズの光軸に対して可変にする構成が提案されている。 Optical microscopes are widely used for magnifying and observing samples. In recent years, a configuration in which an optical image magnified by an objective lens and an image pickup lens is imaged by using an image pickup element and image data of a sample is acquired is generally used. The size of the actual field of view of an optical microscope is determined by the magnification of the objective lens, the magnification of the image pickup lens, and the size of the image pickup element. There is a need. As another method for expanding the actual field of view, a steering mirror is provided between the objective lens and the image pickup lens, and the tilt of the optical axis of the part of the optical path from the sample to the image pickup element that passes through the objective lens is used as the optical axis of the objective lens. On the other hand, a variable configuration has been proposed.

特表2008-529082号公報Japanese Patent Publication No. 2008-52882

上記提案によって実視野を拡張するためには、対物レンズのサイズを大きくする必要がある。また、対物レンズを通過する部分の光路の傾きが変わることによる像面の歪みを補償するための補償光学系が必要となり、コストの大幅な増加につながる。 In order to expand the actual field of view by the above proposal, it is necessary to increase the size of the objective lens. Further, an adaptive optics system for compensating the distortion of the image plane due to the change in the inclination of the optical path of the portion passing through the objective lens is required, which leads to a significant increase in cost.

本開示はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的の一つは、光学顕微鏡の実視野を拡張する技術を提供することにある。 The present disclosure has been made in view of these problems, and one of its exemplary purposes is to provide a technique for expanding the actual field of view of an optical microscope.

本開示のある態様の光学顕微鏡システムは、試料を支持するステージと、ステージ上の試料を照明する照明装置と、ステージ上でのx方向およびy方向の二次元座標が異なるように設定される複数の観察位置のいずれか一つからの観察光が入射する少なくとも一つのガルバノミラーと、少なくとも一つのガルバノミラーで反射された観察光が入射する対物レンズと、対物レンズを通過した観察光が入射する焦点可変レンズと、焦点可変レンズを通過した観察光を撮像して撮像画像を生成する撮像装置と、少なくとも一つのガルバノミラーを二軸で駆動して複数の観察位置を順に切り替えるミラー駆動機構と、複数の観察位置の切り替えによる各観察位置から対物レンズまでの観察光の光路の幾何学的距離の変化に応じて焦点可変レンズの焦点距離を切り替えるレンズ駆動機構と、複数の観察位置を撮像した複数の撮像画像に基づいて視野拡張画像を生成する制御装置と、を備える。 The optical microscope system of one aspect of the present disclosure includes a stage that supports a sample, a lighting device that illuminates the sample on the stage, and a plurality of optical microscope systems that are set so that the two-dimensional coordinates in the x-direction and the y-direction on the stage are different. At least one galvano mirror in which observation light from any one of the observation positions of the above is incident, an objective lens in which observation light reflected by at least one galvano mirror is incident, and observation light that has passed through the objective lens are incident. A variable focus lens, an image pickup device that captures the observation light that has passed through the variable focus lens to generate an image, and a mirror drive mechanism that drives at least one galvano mirror in two axes to switch between multiple observation positions in order. A lens drive mechanism that switches the focal distance of the variable focus lens according to changes in the geometrical distance of the optical path of the observation light from each observation position to the objective lens by switching between multiple observation positions, and a plurality of images of multiple observation positions. It is provided with a control device for generating a field expansion image based on the captured image of the above.

本開示の別の態様は、光学顕微鏡を用いた視野拡張画像の生成方法である。光学顕微鏡は、試料を支持するステージと、ステージ上の試料を照明する照明装置と、ステージ上でのx方向およびy方向の二次元座標が異なるように設定される複数の観察位置のいずれか一つからの観察光が入射する少なくとも一つのガルバノミラーと、少なくとも一つのガルバノミラーで反射された観察光が入射する対物レンズと、対物レンズを通過した観察光が入射する焦点可変レンズと、焦点可変レンズを通過した観察光を撮像して撮像画像を生成する撮像装置と、を備える。この生成方法は、少なくとも一つのガルバノミラーを二軸で駆動して複数の観察位置を順に切り替えるステップと、複数の観察位置の切り替えによる各観察位置から対物レンズまでの観察光の光路の幾何学的距離の変化に応じて焦点可変レンズの焦点距離を切り替えるステップと、複数の観察位置を順に撮像して複数の撮像画像を生成するステップと、複数の撮像画像に基づいて視野拡張画像を生成するステップと、を備える。 Another aspect of the present disclosure is a method of generating a field-extended image using an optical microscope. The optical microscope is one of a stage that supports the sample, a lighting device that illuminates the sample on the stage, and a plurality of observation positions that are set so that the two-dimensional coordinates in the x and y directions on the stage are different. At least one galvano mirror in which observation light from one is incident, an objective lens in which observation light reflected by at least one galvano mirror is incident, a focus variable lens in which observation light that has passed through the objective lens is incident, and a variable focus lens. It includes an image pickup device that captures the observation light that has passed through the lens and generates an image captured image. This generation method consists of a step of driving at least one galvanometer mirror on two axes to switch between multiple observation positions in order, and a geometrical geometric path of the optical path of the observation light from each observation position to the objective lens by switching between multiple observation positions. A step of switching the focal length of the variable focus lens according to a change in distance, a step of sequentially capturing a plurality of observation positions to generate a plurality of captured images, and a step of generating a field expansion image based on a plurality of captured images. And prepare.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本開示の構成要素や表現を方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本開示の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above components and those in which the components and expressions of the present disclosure are mutually replaced between methods, systems and the like are also effective as aspects of the present disclosure.

本開示によれば、光学顕微鏡の実視野を拡張できる。 According to the present disclosure, the actual field of view of the optical microscope can be expanded.

実施の形態に係る光学顕微鏡システムの構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the optical microscope system which concerns on embodiment. 第1ガルバノミラーおよび第2ガルバノミラーの配置を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the arrangement of the 1st galvano mirror and the 2nd galvano mirror. 複数の観察位置の配置を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the arrangement of a plurality of observation positions. 複数の撮像範囲の切り替え順序を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the switching order of a plurality of imaging ranges. 全体拡張画像と部分拡張画像を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the whole extended image and the partially expanded image. 表示装置に表示される画面例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the screen example displayed on the display device. 観察位置に応じた観察光の光路の傾きの影響を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the influence of the inclination of the optical path of the observation light according to the observation position. 実施の形態に係る視野拡張画像の生成方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the method of generating the field of view expansion image which concerns on embodiment.

まず、本開示の概要を説明する。本開示は、光学顕微鏡の実視野を拡張する技術に関する。光学顕微鏡の実視野は、観察対象の試料が見える範囲である。試料の実視野の大きさは、対物レンズの倍率M1、撮像レンズの倍率M2および撮像素子のサイズSによって決まり、S/(M1×M2)となる。したがって、拡大倍率を固定した場合、実視野を大きくするには撮像素子のサイズSを大きくしなければならない。一般的に流通する撮像素子のサイズは決まっているため、実視野を大きくするには特注サイズの撮像素子を用いる必要がある。また、撮像素子のサイズを大きくするには、撮像レンズのサイズも大きくする必要があり、コストの大幅な増加につながってしまう。 First, the outline of the present disclosure will be described. The present disclosure relates to a technique for expanding the actual field of view of an optical microscope. The actual field of view of the optical microscope is the range in which the sample to be observed can be seen. The size of the actual field of view of the sample is determined by the magnification M1 of the objective lens, the magnification M2 of the image pickup lens, and the size S of the image pickup element, and is S / (M1 × M2). Therefore, when the magnification is fixed, the size S of the image sensor must be increased in order to increase the actual field of view. Since the size of the image sensor that is generally distributed is fixed, it is necessary to use a custom-sized image sensor in order to increase the actual field of view. Further, in order to increase the size of the image pickup device, it is necessary to increase the size of the image pickup lens, which leads to a significant increase in cost.

本開示では、複数の観察位置を撮像した複数の撮像画像を生成し、複数の撮像画像をリアルタイムに合成することで視野拡張画像を生成する。本開示では、試料と対物レンズの間にガルバノミラーを配置し、ガルバノミラーを駆動することで複数の観察位置を高速に切り替え可能とする。特にガルバノミラーを二軸で駆動することで、x方向およびy方向の二次元座標が異なる複数の観察位置を撮像できるようにする。また、撮像装置として高速度カメラを用いることで、視野拡張画像の生成に必要な複数の撮像画像を短時間で取得可能にする。さらに、観察位置の違いによる対物レンズの焦点位置のずれを抑制するために焦点可変レンズを使用する。観察位置に応じて焦点可変レンズの焦点距離を切り替えることで、複数の撮像画像のピントが合った状態とする。本開示のある実施例では、毎秒500フレームのカメラを使用し、25枚の撮像画像を組み合わせることで、実視野のx方向およびy方向の大きさを約5倍に拡張することができ、毎秒17回のサイクルで視野拡張画像を更新できる。 In the present disclosure, a plurality of captured images obtained by capturing a plurality of observation positions are generated, and a plurality of captured images are combined in real time to generate a field-extended image. In the present disclosure, a galvano mirror is arranged between the sample and the objective lens, and a plurality of observation positions can be switched at high speed by driving the galvano mirror. In particular, by driving the galvano mirror in two axes, it is possible to image a plurality of observation positions having different two-dimensional coordinates in the x-direction and the y-direction. Further, by using a high-speed camera as an image pickup device, it is possible to acquire a plurality of captured images necessary for generating a field-expanded image in a short time. Further, a variable focus lens is used to suppress the deviation of the focal position of the objective lens due to the difference in the observation position. By switching the focal length of the variable focus lens according to the observation position, a plurality of captured images are in focus. In one embodiment of the present disclosure, by using a camera at 500 frames per second and combining 25 captured images, the size of the actual field of view in the x-direction and y-direction can be expanded by about 5 times, and per second. The field-extended image can be updated in 17 cycles.

図1は、実施の形態に係る光学顕微鏡システム10の構成を模式的に示す図である。光学顕微鏡システム10は、倒立型の顕微鏡構成を有する。光学顕微鏡システム10は、ステージ12と、照明装置14と、第1ガルバノミラー16と、第2ガルバノミラー18と、対物レンズ20と、焦点可変レンズ22と、撮像装置24と、第1ミラー駆動機構26と、第2ミラー駆動機構28と、レンズ駆動機構30と、制御装置32とを備える。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an optical microscope system 10 according to an embodiment. The optical microscope system 10 has an inverted microscope configuration. The optical microscope system 10 includes a stage 12, a lighting device 14, a first galvano mirror 16, a second galvano mirror 18, an objective lens 20, a variable focus lens 22, an image pickup device 24, and a first mirror drive mechanism. 26, a second mirror drive mechanism 28, a lens drive mechanism 30, and a control device 32 are provided.

図1において、ステージ12を基準とする座標系を設定している。ステージ12の支持面12aに直交する方向をz方向とし、ステージ12の支持面12aに平行な方向をx方向およびy方向としている。本明細書において、x方向を横方向といい、y方向を縦方向といい、z方向を上下方向ということがある。 In FIG. 1, a coordinate system with respect to the stage 12 is set. The direction orthogonal to the support surface 12a of the stage 12 is the z direction, and the directions parallel to the support surface 12a of the stage 12 are the x direction and the y direction. In the present specification, the x direction may be referred to as a horizontal direction, the y direction may be referred to as a vertical direction, and the z direction may be referred to as a vertical direction.

ステージ12は、試料40を水平に支持するための支持面12aと、試料40からの観察光42を通過させるための開口12bとを有する。観察対象とする試料40は特に問わないが、ヒトや動物などの細胞を観察対象とすることができる。試料40は、例えば、ガラスなどの透明材料で構成される試料皿38に収容され、試料皿38がステージ12の上に配置される。 The stage 12 has a support surface 12a for horizontally supporting the sample 40 and an opening 12b for passing the observation light 42 from the sample 40. The sample 40 to be observed is not particularly limited, but cells such as humans and animals can be observed. The sample 40 is housed in a sample dish 38 made of a transparent material such as glass, and the sample dish 38 is arranged on the stage 12.

ステージ12の上方には、試料40を操作するためのホールディングピペット46およびインジェクションピペット48が設けられる。例えば、ホールディングピペット46を用いて細胞を固定し、インジェクションピペット48を用いて細胞内への遺伝子導入などの細胞操作がなされる。このような細胞操作は、複数の細胞を対象として連続的に実行されることが一般的である。拡張された視野を提供することで、複数の細胞を同時に視認しつつ、操作対象となる細胞を適切な倍率に拡大して視認することが可能となり、細胞操作の利便性を高めることができる。 Above the stage 12, a holding pipette 46 and an injection pipette 48 for operating the sample 40 are provided. For example, the holding pipette 46 is used to fix the cells, and the injection pipette 48 is used to perform cell manipulation such as gene transfer into the cells. Such cell manipulation is generally performed continuously on a plurality of cells. By providing an expanded field of view, it is possible to visually recognize a plurality of cells at the same time while magnifying the cells to be manipulated to an appropriate magnification, and it is possible to enhance the convenience of cell manipulation.

照明装置14は、ステージ12の上方に設けられ、ステージ12上の試料40を照射する。照明装置14は、試料40に向けて白色光などの照明光44を投射する。照明装置14は、蛍光観察などのために選択された特定波長の可視光の照明光44を投射可能であってもよい。照明装置14は、例えば、ステージ12上の照度分布が均一となる照明光44を投射する。照明装置14は、透過照明を提供するよう構成される。なお、反射照明を提供する照明装置が設けられてもよく、例えば、焦点可変レンズ22と撮像装置24の間に配置されるビームスプリッタを介して試料40に向けて照明光が投射されてもよい。 The lighting device 14 is provided above the stage 12 and irradiates the sample 40 on the stage 12. The lighting device 14 projects illumination light 44 such as white light toward the sample 40. The lighting device 14 may be capable of projecting the illumination light 44 of visible light having a specific wavelength selected for fluorescence observation or the like. The lighting device 14 projects, for example, the illumination light 44 having a uniform illuminance distribution on the stage 12. The illuminating device 14 is configured to provide transmitted illumination. An illumination device that provides reflected illumination may be provided, and for example, illumination light may be projected toward the sample 40 via a beam splitter arranged between the variable focus lens 22 and the image pickup apparatus 24. ..

第1ガルバノミラー16および第2ガルバノミラー18は、ステージ12の開口12bの直下に設けられる。第1ガルバノミラー16は、z方向の軸まわりに回動するよう構成される。第2ガルバノミラー18は、x方向の軸まわりに回動するよう構成される。第2ガルバノミラー18は、試料40からの観察光42を第1ガルバノミラー16に向けて反射させるよう配置される。第1ガルバノミラー16は、第2ガルバノミラー18で反射された観察光42を対物レンズ20に向けて反射させるよう配置される。第1ガルバノミラー16および第2ガルバノミラー18の回動範囲は特に限られないが、例えば±10度である。 The first galvano mirror 16 and the second galvano mirror 18 are provided directly below the opening 12b of the stage 12. The first galvano mirror 16 is configured to rotate about an axis in the z direction. The second galvano mirror 18 is configured to rotate about an axis in the x direction. The second galvano mirror 18 is arranged so as to reflect the observation light 42 from the sample 40 toward the first galvano mirror 16. The first galvano mirror 16 is arranged so as to reflect the observation light 42 reflected by the second galvano mirror 18 toward the objective lens 20. The rotation range of the first galvano mirror 16 and the second galvano mirror 18 is not particularly limited, but is, for example, ± 10 degrees.

図2は、第1ガルバノミラー16および第2ガルバノミラー18の配置を模式的に示す斜視図である。図2では、分かりやすさのため、上下方向を図1とは逆にしている。第2ガルバノミラー18は、ステージ12の原点Oから-z方向に第2距離d2だけ離れた位置に配置されている。第1ガルバノミラー16は、第2ガルバノミラー18から第1距離d1だけ-y方向に離れた位置に配置されている。 FIG. 2 is a perspective view schematically showing the arrangement of the first galvano mirror 16 and the second galvano mirror 18. In FIG. 2, the vertical direction is reversed from that in FIG. 1 for the sake of clarity. The second galvano mirror 18 is arranged at a position separated by a second distance d2 in the −z direction from the origin O of the stage 12. The first galvano mirror 16 is arranged at a position separated from the second galvano mirror 18 by a first distance d1 in the −y direction.

第1ガルバノミラー16は、ステージ12上の観察位置50のx方向の位置を変化させる。第2ガルバノミラー18は、ステージ12上の観察位置50のy方向の位置を変化させる。観察位置50は、第2ガルバノミラー18および第1ガルバノミラー16にて反射されて対物レンズ20に入射する観察光42の出射位置に相当する。観察位置50の二次元座標(x,y)は、原点Oを基準とすると、第1ガルバノミラー16の第1回動角αおよび第2ガルバノミラー18の第2回動角βを用いて、x=(d1+d2)tanα、y=d2tanβと記述することができる。 The first galvano mirror 16 changes the position of the observation position 50 on the stage 12 in the x direction. The second galvanometer mirror 18 changes the position of the observation position 50 on the stage 12 in the y direction. The observation position 50 corresponds to the emission position of the observation light 42 reflected by the second galvano mirror 18 and the first galvano mirror 16 and incident on the objective lens 20. The two-dimensional coordinates (x, y) of the observation position 50 are set by using the first rotation angle α of the first galvano mirror 16 and the second rotation angle β of the second galvano mirror 18 with respect to the origin O. It can be described as x = (d1 + d2) tanα and y = d2tanβ.

観察位置50が変化すると、観察位置50から対物レンズ20までの観察光42の光路の幾何学的距離が変化する。具体的には、第1ガルバノミラー16における観察光42の第1反射点16aから第2ガルバノミラー18における観察光42の第2反射点18aまでの第1光路L1の幾何学的距離(つまり、長さ)と、第2反射点18aから観察位置50までの第2光路L2の幾何学的距離(つまり、長さ)とが変化する。第1光路L1の長さは、d1/cosαであり、第2光路L2の長さは、d2・√(1+tanα+tanβ)である。 When the observation position 50 changes, the geometric distance of the optical path of the observation light 42 from the observation position 50 to the objective lens 20 changes. Specifically, the geometric distance of the first optical path L1 from the first reflection point 16a of the observation light 42 in the first galvano mirror 16 to the second reflection point 18a of the observation light 42 in the second galvano mirror 18 (that is,). The length) and the geometric distance (that is, the length) of the second optical path L2 from the second reflection point 18a to the observation position 50 change. The length of the first optical path L1 is d1 / cosα, and the length of the second optical path L2 is d2 · √ (1 + tan 2 α + tan 2 β).

本実施の形態では、一軸で駆動する第1ガルバノミラー16と、一軸で駆動する第2ガルバノミラー18とを組み合わせて用いることで、観察位置50を二次元でスキャンするよう構成される。別の実施の形態では、二軸で駆動する1枚のガルバノミラーを用いて、観察位置50を二次元でスキャンするようにしてもよい。したがって、光学顕微鏡システム10は、少なくとも一つのガルバノミラーを備え、少なくとも一つのガルバノミラーを二軸で駆動することで、観察位置50の二次元スキャンが実現されてもよい。少なくとも一つのガルバノミラーは、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラーであってもよい。 In the present embodiment, the observation position 50 is configured to scan the observation position 50 in two dimensions by using the first galvano mirror 16 driven by one axis and the second galvano mirror 18 driven by one axis in combination. In another embodiment, one galvanometer mirror driven by two axes may be used to scan the observation position 50 in two dimensions. Therefore, the optical microscope system 10 may include at least one galvano mirror, and by driving the at least one galvano mirror in two axes, a two-dimensional scan of the observation position 50 may be realized. At least one galvano mirror may be a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror.

図1に戻り、対物レンズ20は、第1ガルバノミラー16からの観察光42が入射する位置に配置される。対物レンズ20は、第1ガルバノミラー16から+x方向に離れた位置に配置される。対物レンズ20は、比較的長い作動距離(WD;Working Distance)を有することが望ましい。対物レンズ20の拡大倍率や作動距離などの仕様は特に限られないが、例えば、10倍~50倍の拡大倍率において20mm~40mmの作動距離を有する超長作動タイプの対物レンズを用いることができる。 Returning to FIG. 1, the objective lens 20 is arranged at a position where the observation light 42 from the first galvano mirror 16 is incident. The objective lens 20 is arranged at a position separated from the first galvano mirror 16 in the + x direction. It is desirable that the objective lens 20 has a relatively long working distance (WD). Specifications such as the magnifying power and working distance of the objective lens 20 are not particularly limited, but for example, an ultra-long working type objective lens having a working distance of 20 mm to 40 mm at a magnifying power of 10 to 50 times can be used. ..

焦点可変レンズ22は、対物レンズ20を通過した観察光42が入射する位置に配置される。焦点可変レンズ22は、対物レンズ20と撮像装置24の間に配置され、例えば対物レンズ20に隣接または近接して配置される。焦点可変レンズ22は、焦点距離が所定の範囲内で可変となるよう構成される。焦点可変レンズ22は、正の屈折力のみを有する凸レンズであってもよいし、負の屈折力のみを有する凹レンズであってもよいし、正負の屈折力を切り替えできるように構成されてもよい。 The variable focus lens 22 is arranged at a position where the observation light 42 that has passed through the objective lens 20 is incident. The variable focus lens 22 is arranged between the objective lens 20 and the image pickup apparatus 24, and is arranged adjacent to or close to the objective lens 20, for example. The focal length variable lens 22 is configured so that the focal length is variable within a predetermined range. The variable focus lens 22 may be a convex lens having only a positive refractive power, a concave lens having only a negative refractive power, or may be configured to be able to switch between positive and negative refractive powers. ..

焦点可変レンズ22は、例えば、液体レンズで構成され、液体レンズを封止する可撓性の透明膜を変形させることで焦点距離が可変となるよう構成される。透明膜の形状は、透明膜に加える圧力を変化させることで制御される。例えば、電磁アクチュエータや圧電素子を用いることで焦点可変レンズ22の焦点距離を電気的に制御できる。焦点可変レンズ22は、例えば、対物レンズ20と焦点可変レンズ22の組み合わせによる実効的な作動距離を2mm程度の範囲で可変にするよう構成される。 The variable focus lens 22 is composed of, for example, a liquid lens, and is configured to have a variable focal length by deforming a flexible transparent film that seals the liquid lens. The shape of the transparent film is controlled by changing the pressure applied to the transparent film. For example, the focal length of the variable focal length lens 22 can be electrically controlled by using an electromagnetic actuator or a piezoelectric element. The variable focus lens 22 is configured to make the effective working distance of the combination of the objective lens 20 and the variable focus lens 22 variable within a range of about 2 mm, for example.

撮像装置24は、焦点可変レンズ22を通過した観察光42を撮像して撮像画像を生成する。撮像装置24は、撮像レンズ24aと、撮像素子24bとを有する。撮像レンズ24aは、観察光42を撮像素子24bに結像させる。撮像素子24bは、CMOSセンサなどの画像センサであり、高フレームレートで撮像画像を生成することが可能である。撮像装置24のフレームレートは特に限られないが、毎秒100フレーム以上であることが好ましく、毎秒500フレーム以上または毎秒1,000フレーム以上であることがより好ましい。 The image pickup apparatus 24 captures the observation light 42 that has passed through the variable focus lens 22 and generates an captured image. The image pickup device 24 includes an image pickup lens 24a and an image pickup element 24b. The image pickup lens 24a forms an image of the observation light 42 on the image pickup element 24b. The image pickup device 24b is an image sensor such as a CMOS sensor, and can generate an image pickup image at a high frame rate. The frame rate of the image pickup apparatus 24 is not particularly limited, but is preferably 100 frames or more per second, and more preferably 500 frames or more per second or 1,000 frames or more per second.

撮像装置24は、図2に示される観察位置50を中心とする撮像範囲52を撮像対象とする。撮像範囲52の形状は、撮像素子24bの形状に対応し、例えば矩形状である。一般的に流通する撮像素子24bの形状は、縦方向のサイズと横方向のサイズが異なっており、縦方向のサイズよりも横方向のサイズが大きい。縦方向のサイズと横方向のサイズの比率は、例えば3:4や9:16である。この場合、撮像範囲52のx方向の幅wxは、撮像範囲52のy方向の幅wyよりも大きく、x方向の幅wxとy方向の幅wyの比率は、3:4や9:16である。 The image pickup apparatus 24 takes an image pickup range 52 centered on the observation position 50 shown in FIG. 2 as an image pickup target. The shape of the image pickup range 52 corresponds to the shape of the image pickup element 24b, and is, for example, rectangular. The shapes of the image pickup devices 24b that are generally distributed differ in the vertical size and the horizontal size, and the horizontal size is larger than the vertical size. The ratio of the vertical size to the horizontal size is, for example, 3: 4 or 9:16. In this case, the width wx in the x direction of the imaging range 52 is larger than the width wy in the y direction of the imaging range 52, and the ratio of the width wx in the x direction to the width wy in the y direction is 3: 4 or 9:16. be.

対物レンズ20、焦点可変レンズ22および撮像装置24は、x方向に延びる観察軸Aに沿って配置され、例えばx方向に延びる鏡筒に対して固定される。なお、焦点可変レンズ22と撮像装置24の間に図示しない追加の反射鏡が設けられてもよく、観察軸Aが途中で折り返される構成であってもよい。 The objective lens 20, the varifocal lens 22, and the image pickup device 24 are arranged along the observation axis A extending in the x direction, and are fixed to, for example, a lens barrel extending in the x direction. An additional reflecting mirror (not shown) may be provided between the variable focus lens 22 and the image pickup device 24, or the observation axis A may be folded back in the middle.

第1ミラー駆動機構26は、第1ガルバノミラー16を駆動し、第1ガルバノミラー16の第1回動角αを制御する。第1ミラー駆動機構26は、ステージ12上での観察位置50をx方向にスキャンさせるよう構成される。第2ミラー駆動機構28は、第2ガルバノミラー18を駆動し、第2ガルバノミラー18の第2回動角βを制御する。第2ミラー駆動機構28は、ステージ12上での観察位置50をy方向にスキャンさせるよう構成される。 The first mirror drive mechanism 26 drives the first galvano mirror 16 and controls the first rotation angle α of the first galvano mirror 16. The first mirror drive mechanism 26 is configured to scan the observation position 50 on the stage 12 in the x direction. The second mirror drive mechanism 28 drives the second galvano mirror 18 and controls the second rotation angle β of the second galvano mirror 18. The second mirror drive mechanism 28 is configured to scan the observation position 50 on the stage 12 in the y direction.

第1ミラー駆動機構26および第2ミラー駆動機構28は、撮像装置24の撮像周期と同期して第1ガルバノミラー16または第2ガルバノミラー18の回動角α,βを変化させる。第1ミラー駆動機構26および第2ミラー駆動機構28は、撮像装置24が撮像するフレーム中において第1ガルバノミラー16または第2ガルバノミラー18を静止させる。第1ミラー駆動機構26および第2ミラー駆動機構28は、撮像装置24が撮像しないフレーム間のタイミングにおいて第1ガルバノミラー16または第2ガルバノミラー18を回動させて観察位置50を切り替える。 The first mirror drive mechanism 26 and the second mirror drive mechanism 28 change the rotation angles α and β of the first galvano mirror 16 or the second galvano mirror 18 in synchronization with the image pickup cycle of the image pickup device 24. The first mirror drive mechanism 26 and the second mirror drive mechanism 28 make the first galvano mirror 16 or the second galvano mirror 18 stationary in the frame imaged by the image pickup device 24. The first mirror drive mechanism 26 and the second mirror drive mechanism 28 rotate the first galvano mirror 16 or the second galvano mirror 18 at the timing between frames when the image pickup device 24 does not take an image to switch the observation position 50.

レンズ駆動機構30は、焦点可変レンズ22を駆動し、焦点可変レンズ22の焦点距離を切り替える。レンズ駆動機構30は、第1ミラー駆動機構26および第2ミラー駆動機構28と同期して動作し、ステージ12上での観察位置50に応じて焦点可変レンズ22の焦点距離を変化させる。ステージ12上での観察位置50を変化させると、第1ガルバノミラー16および第2ガルバノミラー18で反射される観察光42の光路の幾何学的距離が変化する。レンズ駆動機構30は、観察位置50の変化に応じて観察光42の光路の幾何学的距離が変化することにより、対物レンズ20の焦点位置と観察位置50がずれて撮像画像のピントが合わなくなることを防ぐように焦点可変レンズ22を動作させる。 The lens drive mechanism 30 drives the variable focus lens 22 and switches the focal length of the variable focus lens 22. The lens drive mechanism 30 operates in synchronization with the first mirror drive mechanism 26 and the second mirror drive mechanism 28, and changes the focal length of the variable focus lens 22 according to the observation position 50 on the stage 12. When the observation position 50 on the stage 12 is changed, the geometric distance of the optical path of the observation light 42 reflected by the first galvano mirror 16 and the second galvano mirror 18 changes. In the lens drive mechanism 30, the focal position of the objective lens 20 and the observation position 50 are deviated from each other due to the change in the geometrical distance of the optical path of the observation light 42 according to the change in the observation position 50, and the captured image is out of focus. The variable focus lens 22 is operated so as to prevent this from happening.

レンズ駆動機構30は、観察位置50が変化したとしても、観察位置50が対物レンズ20の被写界深度内に含まれるように対物レンズ20の実効的な作動距離を調整する。レンズ駆動機構30は、対物レンズ20から観察位置50までの観察光42の光路の幾何学的距離と、対物レンズ20の実効的な作動距離とが一致するように焦点可変レンズ22を駆動することが好ましい。つまり、レンズ駆動機構30は、観察位置50の変化に応じた観察光42の光路の幾何学的距離の変化量と、対物レンズ20の実効的な作動距離の変化量とが一致するように焦点可変レンズ22を駆動することが好ましい。 The lens driving mechanism 30 adjusts the effective working distance of the objective lens 20 so that the observation position 50 is included in the depth of field of the objective lens 20 even if the observation position 50 changes. The lens driving mechanism 30 drives the variable focus lens 22 so that the geometrical distance of the optical path of the observation light 42 from the objective lens 20 to the observation position 50 matches the effective working distance of the objective lens 20. Is preferable. That is, the lens driving mechanism 30 focuses so that the amount of change in the geometrical distance of the optical path of the observation light 42 according to the change in the observation position 50 and the amount of change in the effective working distance of the objective lens 20 match. It is preferable to drive the variable lens 22.

制御装置32は、光学顕微鏡システム10の動作全般を制御する。制御装置32は、ハードウェア的には、コンピュータのCPUやメモリをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現される。制御装置32は、例えば、汎用のパーソナルコンピュータにより構成される。制御装置32は、液晶ディスプレイなどの表示装置34と、キーボードやマウスなどの入力装置36と接続されている。 The control device 32 controls the overall operation of the optical microscope system 10. The control device 32 can be realized by an element such as a CPU and a memory of a computer or a mechanical device in terms of hardware, and can be realized by a computer program or the like in terms of software. The control device 32 is composed of, for example, a general-purpose personal computer. The control device 32 is connected to a display device 34 such as a liquid crystal display and an input device 36 such as a keyboard and a mouse.

制御装置32は、第1ミラー駆動機構26および第2ミラー駆動機構28の動作を制御し、複数の観察位置50が所定の順序で切り替わるようにする。制御装置32は、レンズ駆動機構30の動作を制御し、観察位置50の切り替えに応じて対物レンズ20の実効的な作動距離を制御する。制御装置32は、レンズ駆動機構30の動作を制御することで、複数の観察位置50のそれぞれにおいてピントの合った撮像画像が生成されるようにする。 The control device 32 controls the operation of the first mirror drive mechanism 26 and the second mirror drive mechanism 28 so that the plurality of observation positions 50 are switched in a predetermined order. The control device 32 controls the operation of the lens drive mechanism 30 and controls the effective working distance of the objective lens 20 according to the switching of the observation position 50. The control device 32 controls the operation of the lens driving mechanism 30 so that an image captured in focus is generated at each of the plurality of observation positions 50.

図3は、複数の観察位置50の配置を模式的に示す図であり、複数の観察位置50のそれぞれを中心とする複数の撮像範囲52を図示している。複数の撮像範囲52は、互いに重なり合うように設定され、複数の撮像範囲52の間に隙間が生じないように複数の観察位置50が定められる。図3に示す例では、25個の観察位置50が設定されている。撮像範囲52の形状は、撮像素子24bの形状に対応した矩形状である。 FIG. 3 is a diagram schematically showing the arrangement of the plurality of observation positions 50, and illustrates a plurality of imaging ranges 52 centered on each of the plurality of observation positions 50. The plurality of imaging ranges 52 are set so as to overlap each other, and the plurality of observation positions 50 are determined so that no gap is formed between the plurality of imaging ranges 52. In the example shown in FIG. 3, 25 observation positions 50 are set. The shape of the image pickup range 52 is a rectangular shape corresponding to the shape of the image pickup element 24b.

複数の観察位置50は、基準観察位置50aと、複数の第1周囲観察位置50bと、複数の第2周囲観察位置50cとを含む。基準観察位置50aは、図2の原点Oに相当する。複数の第1周囲観察位置50bは、基準観察位置50aの周囲に設定される。図示する例では、8箇所の第1周囲観察位置50bが設定されている。複数の第2周囲観察位置50cは、第1周囲観察位置50bの周囲に設定される。図示する例では、16箇所の第2周囲観察位置50cが設定されている。なお、複数の第2周囲観察位置50cの周囲にさらに追加の周囲観察位置が設定されてもよい。 The plurality of observation positions 50 include a reference observation position 50a, a plurality of first perimeter observation positions 50b, and a plurality of second perimeter observation positions 50c. The reference observation position 50a corresponds to the origin O in FIG. The plurality of first surrounding observation positions 50b are set around the reference observation position 50a. In the illustrated example, eight first peripheral observation positions 50b are set. The plurality of second perimeter observation positions 50c are set around the first perimeter observation position 50b. In the illustrated example, 16 second perimeter observation positions 50c are set. Further, additional peripheral observation positions may be set around the plurality of second peripheral observation positions 50c.

複数の撮像範囲52は、基準撮像範囲52aと、複数の第1周囲撮像範囲52bと、複数の第2周囲撮像範囲52cとを含む。基準撮像範囲52aは、基準観察位置50aを中心とした矩形状の範囲であり、図3において太線枠で示される。第1周囲撮像範囲52bは、第1周囲観察位置50bを中心とした矩形状の範囲であり、図3において細線枠で示される。第1周囲撮像範囲52bは、基準撮像範囲52aと隣接または重複するように設定される。第2周囲撮像範囲52cは、第2周囲観察位置50cを中心とした矩形状の範囲であり、図3において破線枠で示される。第2周囲撮像範囲52cは、第1周囲撮像範囲52bと隣接または重複するように設定される。 The plurality of imaging ranges 52 include a reference imaging range 52a, a plurality of first peripheral imaging ranges 52b, and a plurality of second peripheral imaging ranges 52c. The reference imaging range 52a is a rectangular range centered on the reference observation position 50a, and is shown by a thick line frame in FIG. The first peripheral imaging range 52b is a rectangular range centered on the first peripheral observation position 50b, and is shown by a thin line frame in FIG. The first peripheral imaging range 52b is set so as to be adjacent to or overlap with the reference imaging range 52a. The second peripheral imaging range 52c is a rectangular range centered on the second peripheral observation position 50c, and is shown by a broken line frame in FIG. The second peripheral imaging range 52c is set so as to be adjacent to or overlap the first peripheral imaging range 52b.

複数の第1周囲観察位置50bは、観察光42の光路の幾何学的距離が互いに共通となるように設定される。つまり、複数の第1周囲観察位置50bのそれぞれにおいて、図2に示される第1光路L1と第2光路L2の合計の長さが同じとなる。同様に、複数の第2周囲観察位置50cは、観察光42の光路の幾何学的距離が互いに共通となるように設定される。光路の長さが同じとなる複数の観察位置50は、例えば、原点Oを中心とする円弧上または楕円弧上に存在する。したがって、複数の第1周囲観察位置50bは、基準観察位置50aを中心とする円弧上または楕円弧上に設定される。同様に、複数の第2周囲観察位置50cは、基準観察位置50aを中心とする円弧上または楕円弧上に設定される。 The plurality of first peripheral observation positions 50b are set so that the geometric distances of the optical paths of the observation light 42 are common to each other. That is, at each of the plurality of first peripheral observation positions 50b, the total length of the first optical path L1 and the second optical path L2 shown in FIG. 2 is the same. Similarly, the plurality of second ambient observation positions 50c are set so that the geometric distances of the optical paths of the observation light 42 are common to each other. A plurality of observation positions 50 having the same optical path length exist, for example, on an arc centered on the origin O or on an elliptical arc. Therefore, the plurality of first peripheral observation positions 50b are set on an arc or an elliptical arc centered on the reference observation position 50a. Similarly, the plurality of second peripheral observation positions 50c are set on an arc or an elliptical arc centered on the reference observation position 50a.

光路の長さが同じとなる円弧または楕円弧の形状は、図2の第1距離d1と第2距離d2の大小関係によって決まる。第1距離d1と第2距離d2が等しい場合(d1=d2)、光路の長さが同じとなる複数の観察位置50は、円弧上に存在する。一方、第1距離d1と第2距離d2が等しくない場合(d1≠d2)、光路の長さが同じとなる複数の観察位置50は、楕円弧上に存在する。第1距離d1が第2距離d2よりも大きい場合(d1>d2)、x方向が長軸、y方向が短軸となる楕円弧となる。第1距離d1が第2距離d2よりも小さい場合(d1<d2)、x方向が短軸、y方向が長軸となる楕円弧となる。図2および図3の例では、d1>d2とし、x方向が長軸、y方向が短軸となる楕円弧上の複数の観察位置50において光路の長さが共通となる。 The shape of an arc or an elliptical arc having the same optical path length is determined by the magnitude relationship between the first distance d1 and the second distance d2 in FIG. When the first distance d1 and the second distance d2 are equal (d1 = d2), a plurality of observation positions 50 having the same optical path length exist on an arc. On the other hand, when the first distance d1 and the second distance d2 are not equal (d1 ≠ d2), a plurality of observation positions 50 having the same optical path length exist on the elliptical arc. When the first distance d1 is larger than the second distance d2 (d1> d2), the elliptical arc has a major axis in the x direction and a minor axis in the y direction. When the first distance d1 is smaller than the second distance d2 (d1 <d2), an elliptical arc has a minor axis in the x direction and a major axis in the y direction. In the examples of FIGS. 2 and 3, d1> d2, and the lengths of the optical paths are common at a plurality of observation positions 50 on an elliptical arc having a major axis in the x direction and a minor axis in the y direction.

図3の例では、撮像範囲52のx方向の幅を撮像範囲52のy方向の幅よりも大きくしている。つまり、光路の長さが同じとなる楕円弧の形状と対応させて、楕円の長軸方向(つまりx方向)の幅を大きくし、楕円の短軸方向(つまりy方向)の幅を小さくしている。撮像範囲52の形状と、光路の長さが同じとなる楕円弧の形状とを対応させることで、複数の撮像範囲52を効率的に配置することができる。 In the example of FIG. 3, the width of the imaging range 52 in the x direction is made larger than the width of the imaging range 52 in the y direction. That is, the width of the ellipse in the major axis direction (that is, the x direction) is increased and the width of the ellipse in the minor axis direction (that is, the y direction) is decreased in correspondence with the shape of the elliptical arc having the same optical path length. There is. By associating the shape of the imaging range 52 with the shape of an elliptical arc having the same optical path length, a plurality of imaging ranges 52 can be efficiently arranged.

なお、複数の第1周囲観察位置50bは、光路の長さが同じとなる円弧上または楕円弧上に厳密に配置されていなくてもよく、円弧または楕円弧から多少ずれて配置されてもよい。例えば、複数の第1周囲撮像範囲52bが円弧または楕円弧と重なるように複数の第1周囲観察位置50bが設定されてもよい。複数の第2周囲観察位置50cについても同様であり、例えば、複数の第2周囲撮像範囲52cが円弧または楕円弧と重なるように複数の第2周囲観察位置50cが設定されてもよい。 The plurality of first perimeter observation positions 50b may not be strictly arranged on an arc or an elliptical arc having the same optical path length, and may be arranged slightly deviated from the arc or the elliptical arc. For example, a plurality of first perimeter observation positions 50b may be set so that the plurality of first perimeter imaging ranges 52b overlap with an arc or an elliptical arc. The same applies to the plurality of second perimeter observation positions 50c. For example, a plurality of second perimeter observation positions 50c may be set so that the plurality of second perimeter imaging ranges 52c overlap with an arc or an elliptical arc.

図4は、複数の撮像範囲52の切り替え順序を模式的に示す図である。複数の撮像範囲52は、矢印Bで示されるように螺旋状に順番に切り替えされる。まず、基準観察位置50aに切り替えされて基準撮像範囲52aが撮像される。次に、第1周囲観察位置50bに切り替えされ、複数の第1周囲観察位置50bを円弧または楕円弧に沿って順番に切り替えていくことで複数の第1周囲撮像範囲52bが撮像される。複数の第1周囲撮像範囲52bの全てが撮像されると、次に第2周囲観察位置50cに切り替えされ、複数の第2周囲観察位置50cを円弧または楕円弧に沿って順番に切り替えていくことで複数の第2周囲撮像範囲52cが撮像される。これにより、全ての撮像範囲52が撮像され、撮像の1サイクルが完了する。 FIG. 4 is a diagram schematically showing the switching order of the plurality of imaging ranges 52. The plurality of imaging ranges 52 are sequentially switched in a spiral as shown by the arrow B. First, the reference observation position 50a is switched to and the reference imaging range 52a is imaged. Next, the first peripheral observation position 50b is switched to, and the plurality of first peripheral observation positions 50b are sequentially switched along an arc or an elliptical arc to image a plurality of first peripheral imaging ranges 52b. When all of the plurality of first perimeter imaging ranges 52b are imaged, the second perimeter observation position 50c is then switched to, and the plurality of second perimeter observation positions 50c are sequentially switched along an arc or an elliptical arc. A plurality of second peripheral imaging ranges 52c are imaged. As a result, the entire imaging range 52 is imaged, and one cycle of imaging is completed.

複数の撮像範囲52を撮像するサイクルは繰り返し実行される。複数の第2周囲撮像範囲52cの全てが撮像されると、次に基準観察位置50aに切り替えされて基準撮像範囲52aが撮像され、次の撮像サイクルが実行される。円弧または楕円弧に沿って螺旋状に観察位置50を切り替えることで、光路の長さが同じとなる複数の撮像範囲52bまたは52cを連続的に撮像できる。その結果、焦点可変レンズ22の焦点距離を切り替える回数を少なくすることができ、より高速な切り替えを実現できる。なお、図4の切り替え順は一例にすぎず、図4とは逆の順序で複数の撮像範囲52が切り替えされてもよい。 The cycle of imaging a plurality of imaging ranges 52 is repeatedly executed. When all of the plurality of second peripheral imaging ranges 52c are imaged, the reference observation position 50a is then switched to image the reference imaging range 52a, and the next imaging cycle is executed. By switching the observation position 50 spirally along an arc or an elliptical arc, it is possible to continuously image a plurality of imaging ranges 52b or 52c having the same optical path length. As a result, the number of times the focal length of the variable focal length lens 22 is switched can be reduced, and faster switching can be realized. The switching order in FIG. 4 is only an example, and a plurality of imaging ranges 52 may be switched in the reverse order of FIG.

制御装置32は、撮像装置24が生成する撮像画像を取得して画像処理を施す。制御装置32は、複数の観察位置50のそれぞれの撮像範囲52を撮像した複数の撮像画像を組み合わせて視野拡張画像を生成し、表示装置34に表示させる。制御装置32は、全ての観察位置50に対応する複数の撮像画像を組み合わせた全体拡張画像を生成してもよい。制御装置32は、全体拡張画像の一部を切り出した部分拡張画像を生成してもよい。部分拡張画像の切り出し範囲は、例えば、入力装置36からの入力操作に基づいて任意に指定できてもよい。部分拡張画像は、一つの撮像画像のみに基づいて生成されてもよいし、複数の撮像画像に基づいて生成されてもよい。制御装置32は、全体拡張画像と部分拡張画像を同時に生成して表示装置34に表示させてもよい。 The control device 32 acquires the captured image generated by the image pickup device 24 and performs image processing. The control device 32 combines a plurality of captured images captured in each of the imaging ranges 52 of the plurality of observation positions 50 to generate a field-extended image, and displays the image on the display device 34. The control device 32 may generate an overall extended image in which a plurality of captured images corresponding to all the observation positions 50 are combined. The control device 32 may generate a partially expanded image obtained by cutting out a part of the entire expanded image. The cutout range of the partially expanded image may be arbitrarily specified based on, for example, an input operation from the input device 36. The partially expanded image may be generated based on only one captured image, or may be generated based on a plurality of captured images. The control device 32 may simultaneously generate the entire expanded image and the partially expanded image and display them on the display device 34.

図5は、全体拡張画像56と部分拡張画像58を模式的に示す図である。全体拡張画像56は、図3の複数の撮像範囲52のそれぞれを撮像した複数の撮像画像54の全てを組み合わせることで生成される。複数の撮像画像54は、各観察位置50に対応する位置に配置されて互いに重畳される。制御装置32は、互いに重なり合った複数の撮像画像54を合成することで全体拡張画像56を生成する。二以上の撮像画像54が重なり合う部分について、アルファブレンディングなどの技術を用いて二以上の撮像画像54を合成してもよいし、いずれか一つの撮像画像54のみを優先して用いてもよい。いずれか一つの撮像画像54のみを用いる場合、基準観察位置50aからの距離が近い画像を優先してもよいし、撮像タイミングが新しい画像を優先してもよい。部分拡張画像58は、全体拡張画像56の一部を任意に切り出すことで生成される。図5では、部分拡張画像58の切り出し範囲を一点鎖線で示している。 FIG. 5 is a diagram schematically showing a fully expanded image 56 and a partially expanded image 58. The overall expanded image 56 is generated by combining all of the plurality of captured images 54 that image each of the plurality of imaging ranges 52 in FIG. The plurality of captured images 54 are arranged at positions corresponding to each observation position 50 and superimposed on each other. The control device 32 generates the overall expanded image 56 by synthesizing a plurality of captured images 54 that overlap each other. For the portion where the two or more captured images 54 overlap, two or more captured images 54 may be combined by using a technique such as alpha blending, or only one of the captured images 54 may be preferentially used. When only one of the captured images 54 is used, an image having a short distance from the reference observation position 50a may be prioritized, or an image having a new imaging timing may be prioritized. The partially expanded image 58 is generated by arbitrarily cutting out a part of the entire expanded image 56. In FIG. 5, the cut-out range of the partially expanded image 58 is shown by a alternate long and short dash line.

図6は、表示装置34に表示される画面例を模式的に示す図である。図6の例では、全体拡張画像56と部分拡張画像58が同時に表示装置34に表示されている。全体拡張画像56には、部分拡張画像58の切り出し範囲を示す枠60が重畳して表示されている。例えば、枠60の位置や大きさをマウスなどの入力装置36を用いて変更することで、部分拡張画像58として表示される切り出し範囲の位置や大きさが変更される。制御装置32は、全体拡張画像56を生成しているため、切り出し範囲の位置や大きさの異なる部分拡張画像58をリアルタイムで生成できる。つまり、ステージ12を動かして観察位置を変更したり、レンズを交換して拡大倍率を変更したりすることなく、実視野の位置、範囲および拡大倍率の変更をソフトウェアの処理で実現できる。 FIG. 6 is a diagram schematically showing an example of a screen displayed on the display device 34. In the example of FIG. 6, the entire expanded image 56 and the partially expanded image 58 are displayed on the display device 34 at the same time. A frame 60 showing a cutout range of the partially expanded image 58 is superimposed and displayed on the entire expanded image 56. For example, by changing the position and size of the frame 60 using an input device 36 such as a mouse, the position and size of the cutout range displayed as the partially expanded image 58 can be changed. Since the control device 32 generates the entire expanded image 56, the partially expanded image 58 having different positions and sizes of the cutout range can be generated in real time. That is, it is possible to change the position, range, and magnifying power of the actual field of view by software processing without moving the stage 12 to change the observation position or exchanging the lens to change the magnifying power.

制御装置32は、部分拡張画像58を生成する場合、複数の撮像範囲52の切り替えパターンを変更してもよい。例えば、部分拡張画像58に含まれる撮像範囲52への切り替え頻度を相対的に高くし、部分拡張画像58に含まれない撮像範囲52への切り替え頻度を相対的に低くしてもよい。例えば、全ての撮像範囲52を撮像するための1サイクルにおいて、部分拡張画像58に含まれる撮像範囲52への切り替え回数を2回以上とし、部分拡張画像58に含まれない撮像範囲52への切り替え回数を1回のみとしてもよい。部分拡張画像58に含まれない撮像範囲52への切り替え頻度を高めることで、部分拡張画像58の更新頻度を高めることができ、部分拡張画像58を視認しながらの作業の利便性を高めることができる。 When the control device 32 generates the partially expanded image 58, the control device 32 may change the switching pattern of the plurality of imaging ranges 52. For example, the frequency of switching to the imaging range 52 included in the partially expanded image 58 may be relatively high, and the frequency of switching to the imaging range 52 not included in the partially expanded image 58 may be relatively low. For example, in one cycle for capturing the entire imaging range 52, the number of switching to the imaging range 52 included in the partially expanded image 58 is set to two or more, and the switching to the imaging range 52 not included in the partially expanded image 58 is performed. The number of times may be only once. By increasing the frequency of switching to the imaging range 52 that is not included in the partially expanded image 58, the frequency of updating the partially expanded image 58 can be increased, and the convenience of work while visually recognizing the partially expanded image 58 can be improved. can.

制御装置32は、各撮像範囲52を撮像した撮像画像54をそのまま利用するのではなく、撮像画像54に対して所定の画像処理を施した上で全体拡張画像56や部分拡張画像58の生成に使用してもよい。制御装置32は、撮像画像54がステージ12の支持面12aに対して斜めに撮像されることによる画像の歪みを補正してもよい。制御装置32は、撮像画像54がステージ12の支持面12aに対して斜めに撮像されることによって撮像画像54の中央部と外周部のピント位置がz方向にずれる影響を補正してもよい。制御装置32は、例えば、試料40とピントが合っている撮像画像54の中央部のみを切り出して全体拡張画像56や部分拡張画像58の生成に使用してもよい。 The control device 32 does not use the captured image 54 captured in each imaging range 52 as it is, but performs predetermined image processing on the captured image 54 to generate the entire expanded image 56 or the partially expanded image 58. You may use it. The control device 32 may correct the distortion of the image due to the captured image 54 being imaged obliquely with respect to the support surface 12a of the stage 12. The control device 32 may correct the effect that the focus positions of the central portion and the outer peripheral portion of the captured image 54 are displaced in the z direction due to the captured image 54 being imaged obliquely with respect to the support surface 12a of the stage 12. The control device 32 may, for example, cut out only the central portion of the captured image 54 that is in focus with the sample 40 and use it for generating the entire expanded image 56 or the partially expanded image 58.

図7は、観察位置50a,50b,50cに応じた観察光42a,42b,42cの光路の傾きの影響を模式的に示す図である。図7は、図1の試料40の近傍を拡大しており、観察光42a~42cの光路のx方向の傾きを示している。また、各観察位置50a~50cにおける撮像範囲52a,52b,52cのx方向の幅wxおよびz方向の幅wzを示している。撮像範囲52a~52cのz方向の幅wzは、ピントが合う深さ方向の範囲であり、対物レンズ20の被写界深度に対応する。 FIG. 7 is a diagram schematically showing the influence of the inclination of the optical path of the observation lights 42a, 42b, 42c according to the observation positions 50a, 50b, 50c. FIG. 7 is an enlargement of the vicinity of the sample 40 of FIG. 1, and shows the inclination of the optical path of the observation lights 42a to 42c in the x direction. Further, the width wx in the x direction and the width wz in the z direction of the imaging ranges 52a, 52b, 52c at each observation position 50a to 50c are shown. The width wz in the z direction of the imaging range 52a to 52c is a range in the depth direction in which the focus is achieved, and corresponds to the depth of field of the objective lens 20.

基準観察位置50aでは、観察光42aはz方向に平行であり、ステージ12の支持面12aに対して傾いていない。そのため、基準撮像範囲52aを撮像した撮像画像54は、補正する必要がない。一方、第1周囲観察位置50bや第2周囲観察位置50cでは、観察光42aはz方向に対してx方向に角度α1またはα2で傾いている。そのため、第1周囲撮像範囲52bや第2周囲撮像範囲52cを撮像した撮像画像54は、傾きに応じた補正処理がなされることが好ましい。 At the reference observation position 50a, the observation light 42a is parallel to the z direction and is not tilted with respect to the support surface 12a of the stage 12. Therefore, the captured image 54 that captures the reference imaging range 52a does not need to be corrected. On the other hand, at the first perimeter observation position 50b and the second perimeter observation position 50c, the observation light 42a is tilted at an angle α1 or α2 in the x direction with respect to the z direction. Therefore, it is preferable that the captured image 54 that captures the first peripheral imaging range 52b and the second peripheral imaging range 52c is corrected according to the inclination.

第1の補正処理として、撮像画像54が試料40に対して斜めに撮像されることによる画像の歪みを補正してもよい。例えば、第1周囲観察位置50bでは、観察光42bの光路に直交する平面からz方向に直交する平面への座標変換をし、第1周囲撮像範囲52bを撮像した撮像画像54をステージ12の支持面12aに射影することで、画像の歪みを補正できる。なお、第1周囲観察位置50bにおける観察光42bの光路は、z方向に対してy方向に角度β1(不図示)で傾いている場合がある。その場合、x方向の角度α1およびy方向の角度β1の傾きの双方を補正することが好ましい。同様に、第2周囲観察位置50cでは、観察光42cの光路の傾きのx方向の角度α2およびy方向の角度β2(不図示)に基づいて第1の補正処理がなされてもよい。 As the first correction process, the distortion of the image due to the captured image 54 being imaged obliquely with respect to the sample 40 may be corrected. For example, at the first peripheral observation position 50b, the coordinates are converted from the plane orthogonal to the optical path of the observation light 42b to the plane orthogonal to the z direction, and the captured image 54 in which the first peripheral imaging range 52b is imaged is supported by the stage 12. By projecting onto the surface 12a, distortion of the image can be corrected. The optical path of the observation light 42b at the first peripheral observation position 50b may be inclined at an angle β1 (not shown) in the y direction with respect to the z direction. In that case, it is preferable to correct both the inclination of the angle α1 in the x direction and the angle β1 in the y direction. Similarly, at the second peripheral observation position 50c, the first correction process may be performed based on the angle α2 in the x direction and the angle β2 (not shown) in the y direction of the inclination of the optical path of the observation light 42c.

第2の補正処理として、試料40とピントが合っている撮像画像54の中央部のみを切り出してもよい。例えば、第1周囲観察位置50bでは、試料40の厚みtと第1周囲撮像範囲52bが重なる第1範囲Wbのみが切り出されてもよい。第1範囲Wbのx方向の幅は、試料40の厚さt、対物レンズ20の被写界深度wzおよび第1周囲観察位置50bにおける観察光42bの光路のx方向の傾きの角度α1を用いて幾何的に算出できる。なお、第1周囲観察位置50bにおける観察光42bの光路は、z方向に対してy方向に角度β1で傾いている場合がある。その場合、第1範囲Wbのy方向の幅は、試料40の厚さt、対物レンズ20の被写界深度Dおよび第1周囲観察位置50bにおける観察光42bの光路のy方向の傾きの角度β1を用いて幾何的に算出できる。同様に、第2周囲観察位置50cでは、観察光42cの光路の傾きのx方向の角度α2およびy方向の角度β2に基づいて、試料40の厚みtと第2周囲撮像範囲52cが重なる第2範囲Wcのみが切り出されてもよい。 As the second correction process, only the central portion of the captured image 54 that is in focus with the sample 40 may be cut out. For example, at the first peripheral observation position 50b, only the first range Wb where the thickness t of the sample 40 and the first peripheral imaging range 52b overlap may be cut out. The width of the first range Wb in the x direction uses the thickness t of the sample 40, the depth of field wz of the objective lens 20, and the angle α1 of the inclination of the optical path of the observation light 42b at the first peripheral observation position 50b in the x direction. Can be calculated geometrically. The optical path of the observation light 42b at the first peripheral observation position 50b may be inclined at an angle β1 in the y direction with respect to the z direction. In that case, the width of the first range Wb in the y direction is the thickness t of the sample 40, the depth of field D of the objective lens 20, and the angle of inclination of the optical path of the observation light 42b at the first peripheral observation position 50b in the y direction. It can be calculated geometrically using β1. Similarly, at the second peripheral observation position 50c, the thickness t of the sample 40 and the second peripheral imaging range 52c overlap each other based on the angle α2 in the x direction and the angle β2 in the y direction of the inclination of the optical path of the observation light 42c. Only the range Wc may be cut out.

上述の第2の補正処理がなされる場合、撮像画像54の切り出し範囲Wb,Wcに応じて第1周囲観察位置50bおよび第2周囲観察位置50cの配置が設定されることが好ましい。具体的には、撮像画像54の切り出し範囲Wb,Wcが互いに隣接または重複するように第1周囲観察位置50bおよび第2周囲観察位置50cの配置が設定されることが好ましい。これにより、複数の撮像画像54の一部を切り出した画像に基づいて視野拡張画像を生成した場合に、撮像できていない空白の領域の発生を防止できる。 When the above-mentioned second correction process is performed, it is preferable that the arrangement of the first peripheral observation position 50b and the second peripheral observation position 50c is set according to the cutout ranges Wb and Wc of the captured image 54. Specifically, it is preferable that the arrangement of the first peripheral observation position 50b and the second peripheral observation position 50c is set so that the cutout ranges Wb and Wc of the captured image 54 are adjacent to or overlap each other. As a result, it is possible to prevent the occurrence of a blank region that cannot be captured when a field-of-view expansion image is generated based on an image obtained by cutting out a part of a plurality of captured images 54.

つづいて、光学顕微鏡システム10の動作の流れを説明する。図8は、実施の形態に係る視野拡張画像の生成方法を示すフローチャートである。まず、少なくとも一つのガルバノミラーを駆動して観察位置50を切り替える(S10)。観察位置50の切り替えの前後で観察光42の光路の長さが変化していれば(S12のY)、焦点可変レンズ22の焦点距離を切り替える(S14)。S12において光路の長さが変化していなければ(S12のN)、S14の処理をスキップする。次に、切り替え後の観察位置50を撮像装置24で撮像して撮像画像54を生成する(S16)。撮像画像54の補正が必要であれば(S18のY)、観察位置50に応じて撮像画像54を補正する(S20)。撮像画像54の補正が不要であれば(S18のN)、S20の処理をスキップする。つづいて、補正前または補正後の撮像画像54を用いて視野拡張画像を生成し(S24)、生成した視野拡張画像を表示装置34に表示する(S24)。 Next, the flow of operation of the optical microscope system 10 will be described. FIG. 8 is a flowchart showing a method of generating a field-of-view expansion image according to the embodiment. First, at least one galvano mirror is driven to switch the observation position 50 (S10). If the length of the optical path of the observation light 42 changes before and after switching the observation position 50 (Y in S12), the focal length of the variable focus lens 22 is switched (S14). If the length of the optical path has not changed in S12 (N in S12), the processing in S14 is skipped. Next, the observation position 50 after switching is imaged by the image pickup apparatus 24 to generate an image captured image 54 (S16). If correction of the captured image 54 is necessary (Y in S18), the captured image 54 is corrected according to the observation position 50 (S20). If the correction of the captured image 54 is unnecessary (N in S18), the process of S20 is skipped. Subsequently, a visual field expansion image is generated using the captured image 54 before or after the correction (S24), and the generated visual field expansion image is displayed on the display device 34 (S24).

図8のS10~S24の処理は、繰り返し実行される。例えば、図4に示される所定の順序に基づいて複数の観察位置50が順番に切り替えされ、複数の観察位置50を撮像した複数の撮像画像54が生成され、複数の撮像画像54に基づいて視野拡張画像が生成される。複数の観察位置50の全体に対応する視野拡張画像の生成後は、新たに撮像した撮像画像54に基づいて、視野拡張画像の一部領域の表示が更新される。 The processes of S10 to S24 in FIG. 8 are repeatedly executed. For example, a plurality of observation positions 50 are sequentially switched based on a predetermined order shown in FIG. 4, a plurality of captured images 54 in which a plurality of observation positions 50 are imaged are generated, and a field of view is generated based on the plurality of captured images 54. An extended image is generated. After the generation of the field-of-view expansion image corresponding to the entire of the plurality of observation positions 50, the display of a part of the field-of-view expansion image is updated based on the newly captured captured image 54.

本実施の形態の一例によれば、撮像装置24は毎秒500フレームの撮像周期で2ミリ秒ごとに撮像画像54を生成する。複数の観察位置50は、撮像周期と同期して2ミリ秒ごとに切り替えされ、第1ガルバノミラー16および第2ガルバノミラー18は、2ミリ秒ごとに駆動される。一方、焦点可変レンズ22は、2ミリ秒ごとに駆動されなくてもよい。例えば、8箇所の第1周囲観察位置50bの全てを撮像するために必要な16ミリ秒間は、焦点可変レンズ22の焦点距離が固定されてもよい。同様に、16箇所の第2周囲観察位置50cの全てを撮像するために必要な32ミリ秒間は、焦点可変レンズ22の焦点距離が固定されてもよい。焦点可変レンズ22の焦点距離の切り替えは、基準観察位置50aから第1周囲観察位置50bへの切り替え時、第1周囲観察位置50bから第2周囲観察位置50cへの切り替え時および第2周囲観察位置50cから基準観察位置50aの切り替え時のみに実行されてもよい。 According to an example of the present embodiment, the image pickup apparatus 24 generates an image pickup image 54 every 2 milliseconds with an image pickup cycle of 500 frames per second. The plurality of observation positions 50 are switched every 2 milliseconds in synchronization with the imaging cycle, and the first galvano mirror 16 and the second galvano mirror 18 are driven every 2 milliseconds. On the other hand, the variable focus lens 22 does not have to be driven every 2 milliseconds. For example, the focal length of the variable focal length lens 22 may be fixed for 16 milliseconds required to image all of the eight first peripheral observation positions 50b. Similarly, the focal length of the variable focus lens 22 may be fixed for 32 milliseconds required to image all of the 16 second peripheral observation positions 50c. The focal length of the variable focal length lens 22 is switched when the reference observation position 50a is switched to the first peripheral observation position 50b, when the first peripheral observation position 50b is switched to the second peripheral observation position 50c, and when the second peripheral observation position is switched. It may be executed only when switching from the reference observation position 50a from 50c.

焦点可変レンズ22の応答速度は、撮像装置24の撮像周期と同程度に高速であることが好ましいが、一般的に入手可能な焦点可変レンズ22の場合、撮像装置24の撮像周期(例えば2ミリ秒)を実現できないことがある。焦点可変レンズ22の応答速度の一例は、4ミリ秒程度である。この場合、観察位置50の2ミリ秒ごとの切り替えと同期して焦点可変レンズ22を駆動することはできず、焦点可変レンズ22の焦点距離の切り替えが完了するまで観察位置50の切り替えを待つ必要がある。したがって、図8のS14の処理では、焦点可変レンズ22の焦点距離の切り替えが完了するまでの4ミリ秒間において、観察位置50が切り替えされずに固定されてもよい。焦点可変レンズ22の焦点距離の切り替え中に撮像装置24が撮像した撮像画像54は、視野拡張画像の生成に使用されなくてもよい。 The response speed of the variable focus lens 22 is preferably as fast as the image pickup cycle of the image pickup device 24, but in the case of the generally available variable focus lens 22, the image pickup cycle of the image pickup device 24 (for example, 2 mm) is preferable. Seconds) may not be realized. An example of the response speed of the variable focus lens 22 is about 4 milliseconds. In this case, the variable focus lens 22 cannot be driven in synchronization with the switching of the observation position 50 every 2 milliseconds, and it is necessary to wait for the switching of the observation position 50 until the switching of the focal length of the variable focus lens 22 is completed. There is. Therefore, in the process of S14 in FIG. 8, the observation position 50 may be fixed without being switched in 4 milliseconds until the switching of the focal length of the variable focal length lens 22 is completed. The captured image 54 captured by the image pickup apparatus 24 during the switching of the focal length of the variable focus lens 22 may not be used for generating the field-extended image.

本実施の形態によれば、1回の撮像サイクルにおける観察位置50の切り替え回数(例えば25回)に比べて、焦点可変レンズ22の焦点距離の切り替え回数(例えば3回)を大幅に少なくできる。その結果、焦点可変レンズ22の焦点距離の切り替えに必要な待ち時間を最小化することができ、より高速な観察位置50の切り替えが可能となり、視野拡張画像の全体が更新される間隔を短くできる。視野拡張画像を高頻度で更新することで、細胞操作などのリアルタイム表示が必要となる用途に対して、適切な視野拡張画像を提供することができる。 According to the present embodiment, the number of times the focal length of the variable focal length lens 22 is switched (for example, 3 times) can be significantly reduced as compared with the number of times the observation position 50 is switched (for example, 25 times) in one imaging cycle. As a result, the waiting time required for switching the focal length of the variable focal length lens 22 can be minimized, the observation position 50 can be switched at a higher speed, and the interval at which the entire field-extended image is updated can be shortened. .. By updating the field-enhanced image at high frequency, it is possible to provide an appropriate field-of-view-expanded image for applications that require real-time display such as cell manipulation.

以上、本開示を実施の形態にもとづいて説明した。本開示は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。 The present disclosure has been described above based on the embodiments. It is understood by those skilled in the art that the present disclosure is not limited to the above embodiment, various design changes are possible, various modifications are possible, and such modifications are also within the scope of the present disclosure. It is about to be.

10…光学顕微鏡システム、12…ステージ、14…照明装置、16…第1ガルバノミラー、18…第2ガルバノミラー、20…対物レンズ、22…焦点可変レンズ、24…撮像装置、26…第1ミラー駆動機構、28…第2ミラー駆動機構、30…レンズ駆動機構、32…制御装置、34…表示装置、36…入力装置、40…試料、42…観察光、44…照明光、50…観察位置、50a…基準観察位置、50b…第1周囲観察位置、50c…第2周囲観察位置、52…撮像範囲、52a…基準撮像範囲、52b…第1周囲撮像範囲、52c…第2周囲撮像範囲、54…撮像画像、56…全体拡張画像、58…部分拡張画像。 10 ... Optical microscope system, 12 ... Stage, 14 ... Illumination device, 16 ... First galvano mirror, 18 ... Second galvano mirror, 20 ... Objective lens, 22 ... Variable focus lens, 24 ... Imaging device, 26 ... First mirror Drive mechanism, 28 ... Second mirror drive mechanism, 30 ... Lens drive mechanism, 32 ... Control device, 34 ... Display device, 36 ... Input device, 40 ... Sample, 42 ... Observation light, 44 ... Illumination light, 50 ... Observation position , 50a ... Reference observation position, 50b ... First peripheral observation position, 50c ... Second peripheral observation position, 52 ... Imaging range, 52a ... Reference imaging range, 52b ... First peripheral imaging range, 52c ... Second peripheral imaging range, 54 ... captured image, 56 ... whole expanded image, 58 ... partially expanded image.

Claims (10)

試料を支持するステージと、
前記ステージ上の前記試料を照明する照明装置と、
前記ステージ上でのx方向およびy方向の二次元座標が異なるように設定される複数の観察位置のいずれか一つからの観察光が入射する少なくとも一つのガルバノミラーと、
前記少なくとも一つのガルバノミラーで反射された前記観察光が入射する対物レンズと、
前記対物レンズを通過した前記観察光が入射する焦点可変レンズと、
前記焦点可変レンズを通過した前記観察光を撮像して撮像画像を生成する撮像装置と、
前記少なくとも一つのガルバノミラーを二軸で駆動して前記複数の観察位置を順に切り替えるミラー駆動機構と、
前記複数の観察位置の切り替えによる各観察位置から前記対物レンズまでの前記観察光の光路の幾何学的距離の変化に応じて前記焦点可変レンズの焦点距離を変化させるレンズ駆動機構と、
前記複数の観察位置を撮像した複数の撮像画像に基づいて視野拡張画像を生成する制御装置と、を備えることを特徴とする光学顕微鏡システム。
The stage that supports the sample and
A lighting device that illuminates the sample on the stage,
At least one galvanometer mirror to which observation light from any one of a plurality of observation positions set so that the two-dimensional coordinates in the x-direction and the y-direction on the stage are incident is incident.
An objective lens to which the observation light reflected by the at least one galvano mirror is incident, and
A varifocal lens to which the observation light that has passed through the objective lens is incident,
An image pickup device that captures the observation light that has passed through the focus variable lens and generates an image.
A mirror drive mechanism that drives the at least one galvano mirror in two axes and switches the plurality of observation positions in order.
A lens drive mechanism that changes the focal length of the variable focus lens according to a change in the geometrical distance of the optical path of the observation light from each observation position to the objective lens by switching the plurality of observation positions.
An optical microscope system comprising: a control device for generating a field-extended image based on a plurality of captured images obtained by capturing the plurality of observation positions.
前記ミラー駆動機構は、前記撮像装置の撮像周期と同期して前記複数の観察位置を順に切り替えることを特徴とする請求項1に記載の光学顕微鏡システム。 The optical microscope system according to claim 1, wherein the mirror drive mechanism sequentially switches the plurality of observation positions in synchronization with the image pickup cycle of the image pickup apparatus. 前記複数の観察位置は、基準観察位置と、前記基準観察位置の周囲に設定される複数の周囲観察位置とを含み、
前記ミラー駆動機構は、前記複数の周囲観察位置を順に切り替えする前または後に前記基準観察位置に切り替えることを特徴とする請求項1または2に記載の光学顕微鏡システム。
The plurality of observation positions include a reference observation position and a plurality of ambient observation positions set around the reference observation position.
The optical microscope system according to claim 1 or 2, wherein the mirror drive mechanism switches to the reference observation position before or after switching the plurality of ambient observation positions in order.
前記複数の周囲観察位置は、各観察位置から前記対物レンズまでの前記観察光の光路の幾何学的距離が互いに共通となるように設定されることを特徴とする請求項3に記載の光学顕微鏡システム。 The optical microscope according to claim 3, wherein the plurality of ambient observation positions are set so that the geometrical distances of the optical paths of the observation light from each observation position to the objective lens are set to be common to each other. system. 前記複数の周囲観察位置は、前記基準観察位置を中心とする円弧上または楕円弧上に設定されることを特徴とする請求項3または4に記載の光学顕微鏡システム。 The optical microscope system according to claim 3 or 4, wherein the plurality of ambient observation positions are set on an arc or an elliptical arc centered on the reference observation position. 前記撮像装置は、各観察位置を中心とし、前記x方向の幅が前記y方向の幅よりも大きい矩形範囲を撮像対象とするよう構成され、
前記複数の周囲観察位置は、前記x方向が長軸、前記y方向が横軸となる楕円弧上に設定されることを特徴とする請求項5に記載の光学顕微鏡システム。
The image pickup apparatus is configured to take a rectangular range centered on each observation position and having a width in the x direction larger than the width in the y direction as an image pickup target.
The optical microscope system according to claim 5, wherein the plurality of ambient observation positions are set on an elliptical arc whose x-direction is a major axis and the y-direction is a horizontal axis.
前記少なくとも一つのガルバノミラーは、前記ステージのz方向の軸まわりに回動する第1ガルバノミラーと、前記x方向の軸まわりに回動する第2ガルバノミラーとを含み、前記第1ガルバノミラーは、前記第2ガルバノミラーで反射された観察光を前記対物レンズに向けて反射するよう配置され、
前記第1ガルバノミラーから前記第2ガルバノミラーまでの第1距離は、前記第2ガルバノミラーから前記ステージ上の前記試料までの第2距離よりも長いことを特徴とする請求項6に記載の光学顕微鏡システム。
The at least one galvano mirror includes a first galvano mirror that rotates about the axis in the z direction of the stage and a second galvano mirror that rotates about the axis in the x direction, and the first galvano mirror is the first galvano mirror. , The observation light reflected by the second galvano mirror is arranged so as to be reflected toward the objective lens.
The optics according to claim 6, wherein the first distance from the first galvano mirror to the second galvano mirror is longer than the second distance from the second galvano mirror to the sample on the stage. Microscope system.
前記制御装置は、前記複数の撮像画像のそれぞれの少なくとも一部の範囲を切り出した複数の画像を組み合わせて前記視野拡張画像を生成し、
前記制御装置は、各観察位置における前記観察光の光路の傾きに応じて、各観察位置に対応する撮像画像の切り出し範囲を変化させることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の光学顕微鏡システム。
The control device generates the field-extended image by combining a plurality of images obtained by cutting out at least a part of each of the plurality of captured images.
The control device according to any one of claims 1 to 7, wherein the control device changes the cutting range of the captured image corresponding to each observation position according to the inclination of the optical path of the observation light at each observation position. The optical microscope system described.
前記制御装置は、前記複数の撮像画像の全てに基づいて全体拡張画像を生成し、前記複数の撮像画像の少なくとも一つに基づいて部分拡張画像を生成し、前記全体拡張画像および前記部分拡張画像を表示装置に同時に表示させることを可能とし、
前記ミラー駆動機構は、前記部分拡張画像に含まれる観察位置に切り替える頻度を前記部分拡張画像に含まれない観察位置に切り替えるよりも高くすることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の光学顕微鏡システム。
The control device generates a fully expanded image based on all of the plurality of captured images, generates a partially expanded image based on at least one of the plurality of captured images, and the totally expanded image and the partially expanded image. Can be displayed on the display device at the same time.
One of claims 1 to 8, wherein the mirror drive mechanism makes the frequency of switching to the observation position included in the partially expanded image higher than that of switching to the observation position not included in the partially expanded image. The optical microscope system described in.
光学顕微鏡を用いた視野拡張画像の生成方法であって、前記光学顕微鏡は、
試料を支持するステージと、
前記ステージ上の前記試料を照明する照明装置と、
前記ステージ上でのx方向およびy方向の二次元座標が異なるように設定される複数の観察位置のいずれか一つからの観察光が入射する少なくとも一つのガルバノミラーと、
前記少なくとも一つのガルバノミラーで反射された前記観察光が入射する対物レンズと、
前記対物レンズを通過した前記観察光が入射する焦点可変レンズと、
前記焦点可変レンズを通過した前記観察光を撮像して撮像画像を生成する撮像装置と、を備え、
前記生成方法は、
前記少なくとも一つのガルバノミラーを二軸で駆動して前記複数の観察位置を順に切り替えるステップと、
前記複数の観察位置の切り替えによる各観察位置から前記対物レンズまでの前記観察光の光路の幾何学的距離の変化に応じて前記焦点可変レンズの焦点距離を切り替えるステップと、
前記複数の観察位置を順に撮像して複数の撮像画像を生成するステップと、
前記複数の撮像画像に基づいて視野拡張画像を生成するステップと、を備えることを特徴とする視野拡張画像の生成方法。
It is a method of generating a field-expanded image using an optical microscope, and the optical microscope is a method.
The stage that supports the sample and
A lighting device that illuminates the sample on the stage,
At least one galvanometer mirror to which observation light from any one of a plurality of observation positions set so that the two-dimensional coordinates in the x-direction and the y-direction on the stage are incident is incident.
An objective lens to which the observation light reflected by the at least one galvano mirror is incident, and
A varifocal lens to which the observation light that has passed through the objective lens is incident,
An image pickup device that captures the observation light that has passed through the focus variable lens and generates an image capture image is provided.
The generation method is
A step of driving the at least one galvano mirror in two axes to switch the plurality of observation positions in order, and
A step of switching the focal length of the variable focus lens according to a change in the geometrical distance of the optical path of the observation light from each observation position to the objective lens by switching the plurality of observation positions.
The step of capturing the plurality of observation positions in order to generate a plurality of captured images, and
A method for generating a field-expanded image, which comprises a step of generating a field-expanded image based on the plurality of captured images.
JP2020135876A 2020-08-11 2020-08-11 Optical microscope system and method for generating a field-of-view-extended image Active JP7473191B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020135876A JP7473191B2 (en) 2020-08-11 2020-08-11 Optical microscope system and method for generating a field-of-view-extended image

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020135876A JP7473191B2 (en) 2020-08-11 2020-08-11 Optical microscope system and method for generating a field-of-view-extended image

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022032268A true JP2022032268A (en) 2022-02-25
JP7473191B2 JP7473191B2 (en) 2024-04-23

Family

ID=80349774

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020135876A Active JP7473191B2 (en) 2020-08-11 2020-08-11 Optical microscope system and method for generating a field-of-view-extended image

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7473191B2 (en)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4348455B2 (en) 1998-12-09 2009-10-21 レーザーテック株式会社 Imaging device
GB0112392D0 (en) 2001-05-22 2001-07-11 Medical Res Council Optical imaging appartus and associated specimen support means
US20070035855A1 (en) 2003-03-03 2007-02-15 Dickensheets David L Miniature confocal optical device, system, and method
JP2006343595A (en) 2005-06-09 2006-12-21 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd Confocal inspection device
CN111258045B (en) 2020-02-25 2022-02-11 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 High-resolution optical sheet microscopic imaging system for observing free-moving zebra fish

Also Published As

Publication number Publication date
JP7473191B2 (en) 2024-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4871264B2 (en) Microscope image capturing device
JP4915071B2 (en) Microscope and virtual slide creation system
JP5497386B2 (en) Image acquisition device
US20170139193A1 (en) Light sheet microscope and sheet illumination method
JP2005321657A5 (en)
JP2014163976A (en) Image acquisition device and image acquisition system
JP5283976B2 (en) Optical scanning device
US11487099B2 (en) Imaging via diffuser modulation by translating a sample
JP7473191B2 (en) Optical microscope system and method for generating a field-of-view-extended image
US20200310099A1 (en) Imaging via translated speckle illumination and translated diffuser modulation
US20180343396A1 (en) Reflective truncated ball imaging system
US20140036143A1 (en) Image acquisition apparatus and image acquisition system
US7102815B2 (en) Optical microscope system and optical axis correcting method
JP7266514B2 (en) Imaging device and surface inspection device
US7804058B2 (en) Optical tweezers controlling device
JPH05336549A (en) Stereoscopic video device
JP2004317704A (en) Three-dimensional confocal microscope
JP3951833B2 (en) Material presentation device
Buddha et al. Optical sectioning microscopy with both mechanical and non-mechanical beam scanning mechanisms
US10534163B2 (en) Microscope device, microscope system, and illumination device
Hayakawa et al. Focus adjustable motion-blur compensation method using deformable mirror
WO2014155942A1 (en) Observation device, signal output method and signal generation program
JP2006276391A (en) Enlarging observation system
JP2020170366A5 (en)
JP2005156756A (en) Scanning microscope

Legal Events

Date Code Title Description
A80 Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A80

Effective date: 20200824

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230616

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240318

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240326

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240404

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7473191

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150