JP4158077B2 - Confocal microscope - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、共焦点顕微鏡に関し、より詳細には、高精度の共焦点画像を記録し、画像解析を容易にする共焦点顕微鏡に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
共焦点顕微鏡は、ピンホールを用いて空間分解能を高めるニポウディスク方式を採用することにより、光を微小なピンポイントに絞って試料に照射し、試料からの余分な散乱光やボケを排除して、3次元空間中の1点を正確に計測できる。共焦点顕微鏡は、試料を超薄切片にすることなく断層(スライス)画像が得られ、スライス画像データから正確な三次元立体像を構築できるので、生物及びバイオテクノロジーの分野における生きた細胞の生理反応観察・形態観察や半導体市場におけるLSIの表面観察に使用される。
【0003】
図4は、従来の共焦点顕微鏡のブロック図である。共焦点スキャナ2は、顕微鏡3のカメラポートに取り付けられ、顕微鏡3、アクチュエータ4、及び、対物レンズ5を経由して、試料の像を共焦点画像としてビデオレートカメラ1に入力し、画像を観測する。ビデオレートカメラ1は、変換したビデオ信号101を共焦点スキャナ2及び画像処理装置6に入力する。画像処理装置6は、ビデオ信号101を画像データに変換し記録するキャプチャを開始する。共焦点スキャナ2は、ビデオ信号101に同期して、回転同期制御を行う。任意波形発生器7は、コントローラ8に走査信号104を入力し、コントローラ8は、走査信号104に基づいて制御信号105を発生し、アクチュエータ4を制御する。アクチュエータ4は、顕微鏡3に対する対物レンズ5の光軸上の位置を調整する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
画像処理装置6のキャプチャの開始と任意波形発生器7の走査信号104の発生は、独立に行われる。ビデオ信号101が発生する画像生成タイミング、共焦点スキャナ2による回転同期制御、画像処理装置6によるキャプチャの開始タイミング、及び、任意波形発生器7による画像の焦点方向の走査の開始タイミングは、相互に同期しない。このため、画像処理装置6による画像取得の開始タイミング、及び、任意波形発生器7による画像の焦点方向の走査の開始タイミングは、データ取得時間が最大で32msecのバラツキがあり、個々の共焦点画像の取得時間のバラツキを生じるので、複数の共焦点画像から得られるスライス画像の信頼性が低下する。
【0005】
本発明は、上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、信頼性の高いスライス画像が得られる共焦点顕微鏡を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の共焦点顕微鏡は、ニポウディスクを有し試料の像を共焦点画像として取得する共焦点スキャナと、前記共焦点画像をビデオ信号に変換するビデオレートカメラと、前記ビデオ信号を画像データに変換する画像処理装置と、対物レンズの焦点位置を制御し前記共焦点スキャナで取得する画像の焦点方向の深さ位置を指定する光学制御系とを備え、試料のスライス画像を取得する共焦点顕微鏡において、前記ニポウディスクの回転同期制御、前記画像処理装置によるビデオ信号の取得の開始タイミング、及び、前記光学制御系による対物レンズの焦点位置の走査開始のタイミングを、前記ビデオ信号に同期して行うと共に前記スライス画像と走査開始タイミングを同時に記録することを特徴とする。
【0007】
本発明の共焦点顕微鏡は、ニポウディスクの回転同期制御、画像処理装置によるビデオ信号の取得の開始タイミング、及び、光学制御系による対物レンズの焦点位置の走査開始のタイミングが、全てビデオ信号に同期することにより、共焦点画像の位置精度が向上し、複数のスライス画像を取得する際に個々の取得時間のバラツキが無くなるので、信頼性の高いスライス画像が得られる。
【0008】
また、本発明の共焦点顕微鏡は、ニポウディスクを有し試料の像を共焦点画像として取得する共焦点スキャナと、前記共焦点画像をビデオ信号に変換するビデオレートカメラと、前記ビデオ信号を画像データに変換する画像処理装置と、対物レンズの焦点位置を制御し前記共焦点スキャナで取得する画像の焦点方向の深さ位置を指定する光学制御系とを備え、試料のスライス画像を取得する共焦点顕微鏡において、外部信号に応答して、前記ビデオレートカメラによるビデオ信号の生成、前記ニポウディスクの回転同期制御、前記画像処理装置によるビデオ信号の取得、及び、前記光学制御系による対物レンズの焦点位置の走査を開始すると共に前記スライス画像と走査開始タイミングを同時に記録することを特徴とする。
【0009】
本発明の共焦点顕微鏡は、外部信号を発生する装置が、共焦点スキャナを制御することにより、ニポウディスクの回転数を任意に可変できる。
【0010】
本発明の共焦点顕微鏡では、前記光学制御系は、対物レンズの焦点位置を制御するピエゾアクチュエータを備えることが好ましい。この場合、光学制御系による対物レンズの焦点位置の走査が高速で高精度になる。
【0011】
また、本発明の共焦点顕微鏡では、前記画像処理装置は、スライス画像を記録媒体の画像領域に記録し、前記対物レンズの焦点位置の走査開始タイミングを前記記録媒体の音声領域に記録することが好ましい。この場合、記録媒体の音声領域に記録したレンズの焦点位置の走査開始タイミングをサーチすることにより、スライス画像の先頭フレームを検出できるので、記録したスライス画像の解析や編集が容易になる。
【0012】
前記記録媒体がビデオテープであることも本発明の好ましい態様である。この場合、画像処理装置にビデオデッキを採用することにより、スライス画像の長時間記録が可能なシステムを容易に構成できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例に基づいて、本発明の共焦点顕微鏡について図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1実施形態例の共焦点顕微鏡のブロック図である。本実施形態例の共焦点顕微鏡は、ビデオレートカメラ1、共焦点スキャナ2、顕微鏡3、アクチュエータ4、対物レンズ5、画像処理装置6、任意波形発生器7、コントローラ8、及び、同期インターフェイスボックス9で構成される。
【0014】
ビデオレートカメラ1、共焦点スキャナ2、顕微鏡3、アクチュエータ4、及び、対物レンズ5は、同じ光軸上に配置される。共焦点スキャナ2は、2万個のピンホールを持つニポウディスク、及び、それに対応するマイクロレンズアレイを有し、シンプルな光学系から成るニポウディスク方式が採用されるコンパクトなアドオンタイプである。共焦点スキャナ2を顕微鏡3のカメラポートに取り付けることにより、手持ちの顕微鏡3を共焦点顕微鏡にグレードアップする。共焦点顕微鏡は、対物レンズ5、アクチュエータ4、及び、顕微鏡3を経由して、試料の像を共焦点スキャナ2に入力する。共焦点スキャナ2は、試料の像から共焦点画像を作成し、ビデオレートカメラ1に入力して、画像観測が行われる。
【0015】
図2は、図1の共焦点顕微鏡が取り扱う各種信号のタイムチャートである。ビデオレートカメラ1は、共焦点画像をビデオ信号101に変換し、共焦点スキャナ2、同期インターフェイスボックス9の信号入力端子、及び、画像処理装置6の画像入力端子にビデオ信号101を入力する。共焦点スキャナ2は、ビデオ信号101に同期して、ニポウディスクの回転同期制御を行う。
【0016】
画像処理装置6にビデオテープデッキを採用する場合、ビデオテープデッキは、画像入力端子から入力されるビデオ信号101、及び、音声入力端子から入力される開始信号103を長時間用のビデオテープに同時に記録する。また、開始信号103に代えて走査信号104を記録することもでき、デジタルビデオテープデッキを採用すれば、スーパーインポーズ等の画像入力領域以外の別の領域に開始信号103を記録することもできる。ビデオテープには、リアルタイムに変化する共焦点画像、及び、対物レンズ5の焦点位置の走査開始のタイミングが同時に記録される。この場合、記録媒体の音声領域に記録した対物レンズの焦点位置の走査開始タイミングをサーチすることにより、スライス画像の先頭フレームを検出できるので、記録したスライス画像の解析や編集が容易になる。また、画像処理装置にビデオデッキを採用すれば、スライス画像の長時間記録が可能なシステムを容易に構成できる。
【0017】
同期インターフェイスボックス9は、ビデオ信号101の偶数側パルス列又は奇数側パルス列の何れか一方を抽出し、内部A信号を作成する。任意波形発生器7は、Hレベルのパルス信号であるトリガ信号102を発生し、同期インターフェイスボックス9のトリガ入力端子に入力して、焦点面の走査の開始タイミングに利用する。
【0018】
同期インターフェイスボックス9は、トリガ信号102の立下りに同期して、内部B信号を作成する。内部B信号は、Hレベルのパルス幅時間が35msec程度有し、ビデオレートカメラ1のビデオレートの時間に比して若干長いパルス信号である。同期インターフェイスボックス9は、内部A信号の反転信号と内部B信号とを論理積演算することにより、開始信号103を発生し、画像処理装置6及び任意波形発生器7の同期入力端子に入力する。画像処理装置6は、同期入力端子からの開始信号103の立上りに同期して、ビデオ信号101を画像データに変換し記録するキャプチャを開始する。同期インターフェイスボックス9は、信号入力端子からのビデオ信号101に基づいて、共焦点スキャナ2によるニポウディスクの回転同期制御、画像処理装置6によるビデオ信号の取得の開始タイミング、及び、光学制御系による対物レンズの焦点位置の走査開始のタイミングを全て同期させる。
【0019】
上記構成に代えて、ビデオ信号101を発生する画像生成のタイミングが外部からの外部トリガ信号に同期するビデオレートカメラ1(例えば、デジタルカメラ)を採用する場合、外部装置は、開始信号103に代えて、外部トリガ信号をビデオレートカメラ1、画像処理装置6、及び、任意波形発生器7に入力して、画像生成のタイミング、ニポウディスクの回転同期制御、ビデオ信号の取得の開始タイミング、及び、対物レンズの焦点位置の走査開始のタイミングを同期する。共焦点スキャナ2は、外部装置からの制御に基づいて、任意に回転数が可変される。この場合、同期インターフェイスボックス9を除くことができ、外部装置からの制御により、共焦点スキャナの同期回転数が変化する。
【0020】
任意波形発生器7は、開始信号103の立上りに同期して、光学制御系による対物レンズ5の焦点位置の走査を開始する。任意波形発生器7は、走査信号104を発生し、コントローラ8に入力する。走査信号104は、LレベルからHレベルまで一定時間で直線的に増加するノコギリ波状の信号である。コントローラ8は、走査信号104をアクチュエータ4に入力する。アクチュエータ信号105は実際のアクチュエータの位置信号であり、伸びきってから一気に原点に戻ったあとにオーバーシュートがあり、この間は不感帯となる。
【0021】
アクチュエータ4は、顕微鏡3の対物レンズレボルバーと対物レンズ5との間に取り付けられ、ピエゾ駆動により走査信号104のレベルに比例して画像の焦点方向の長さが変化し、対物レンズ5の焦点位置を制御する。共焦点顕微鏡は、走査信号104に基づいて、焦点面を走査することにより、試料のスライス画像を取得する。
【0022】
上記実施形態例によれば、ニポウディスクの回転同期制御、画像処理装置によるビデオ信号の取得の開始タイミング、及び、光学制御系によるレンズの焦点位置の走査開始のタイミングが、全てビデオ信号に同期することにより、共焦点画像の位置精度が向上し、複数のスライス画像を取得する際に個々の取得時間のバラツキが無くなるので、信頼性の高いスライス画像が得られる。
【0023】
図3は、本発明の第2実施形態例の共焦点顕微鏡が取り扱う各種信号のタイムチャートである。本実施形態例は、先の実施形態例の画像処理装置6にパーソナルコンピュータを採用する。パーソナルコンピュータは、画像を記録するビデオキャプチャボード、ビデオキャプチャボードをコントロールする制御ソフトウェア、一時的な記録媒体のRAM、及び、周辺記憶装置のハードディスク(HDD)を有する。また、周辺記憶装置は、DVD、CD−RW、又は、MOであってもよい。
【0024】
パーソナルコンピュータは、時刻t0の開始信号103の立上りに同期して、第1回目の画像記録を開始する。入力するビデオ信号101からp枚数分の画像データに変換し、画像データをRAMに一時的に記録して、RAMへの記録が完了する時刻t1に、RAM上の画像データをHDDに転送する。HDDへの記録が完了する時刻t2に、第1回目の画像記録を終了する。第2回目の画像記録は、上記と同様にして、時刻t2に開始し、時刻t4に終了する。
【0025】
時間Taは、ビデオ信号101からp枚数分の画像データに変換し、RAMに記録する処理時間であり、指定する画像データの枚数pによって決定する。時間Tbは、RAM上の画像データをHDDに転送する転送時間であり、RAM上の画像データの大きさ、及び、HDDヘッドスキャン時間によって決定する。時間Ta及びTbは、予め測定され、トリガ信号102の周期Tcは、Tc=Ta+Tbとして設計される。
【0026】
現在のRAMで使用できる記憶領域の大きさは、せいぜい1GB程度である。例えば、画像が画面サイズに640×480pixelを有し、階調に8bitのグレイスケールレベルを有する場合、この画像をビデオレートで取り込むと、記録可能時間が約90secになり、特に生物の動態観察において満足できない場合がある。また、画像圧縮により記録可能時間を長くすると、画質の低下や画像データの欠落が生じる。このため、一時的に記録したRAM上の画像データを周辺記憶装置に転送する。
【0027】
また、パーソナルコンピュータに市販の画像解析ソフトウェアを搭載すれば、取得したスライス画像から正確な三次元立体構造を再構築することが可能になり、画像解析の操作性も向上する。
【0028】
上記実施形態例によれば、一時的に記録したRAM上の画像データを周辺記憶装置に転送することにより、リアルタイムに収集した共焦点画像から画像解析できるので、長時間のタイムラプス測定が可能になる。
【0029】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明の共焦点顕微鏡は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものでなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した共焦点顕微鏡も、本発明の範囲に含まれる。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の共焦点顕微鏡では、ニポウディスクの回転同期制御、画像処理装置によるビデオ信号の取得の開始タイミング、及び、光学制御系によるレンズの焦点位置の走査開始のタイミングが、全てビデオ信号に同期すると共に前記スライス画像と走査開始タイミングを同時に記録することにより、共焦点画像の位置精度が向上し、複数のスライス画像を取得する際に個々の取得時間のバラツキが無くなるので、信頼性の高いスライス画像が得られると共にスライス画像の先頭フレームが検出できるので、記録したスライス画像の解析や編集が容易になる。
【0031】
また、外部信号を発生する装置が、共焦点スキャナを制御することにより、ニポウディスクの回転数を任意に可変できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態例の共焦点顕微鏡のブロック図である。
【図2】図1の共焦点顕微鏡が取り扱う各種信号のタイムチャートである。
【図3】本発明の第2実施形態例の共焦点顕微鏡が取り扱う各種信号のタイムチャートである。
【図4】従来の共焦点顕微鏡のブロック図である。
【符号の説明】
1 ビデオレートカメラ
2 共焦点スキャナ
3 顕微鏡
4 アクチュエータ
5 対物レンズ
6 画像処理装置
7 任意波形発生器
8 コントローラ
9 同期インターフェイスボックス
101 ビデオ信号
102 トリガ信号
103 開始信号
104 走査信号
105 アクチュエータ信号
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a confocal microscope, and more particularly to a confocal microscope that records a highly accurate confocal image and facilitates image analysis.
[0002]
[Prior art]
The confocal microscope adopts the Niipou disc method that uses pinholes to increase the spatial resolution, squeezes the light to a minute pinpoint, irradiates the sample, eliminates excess scattered light and blur from the sample, One point in a three-dimensional space can be measured accurately. The confocal microscope can obtain a tomographic (slice) image without making an ultrathin section of a sample, and can construct an accurate three-dimensional stereoscopic image from the slice image data. Therefore, the physiology of living cells in the field of biological and biotechnology can be obtained. Used for reaction observation, morphology observation and LSI surface observation in the semiconductor market.
[0003]
FIG. 4 is a block diagram of a conventional confocal microscope. The confocal scanner 2 is attached to the camera port of the microscope 3, and the sample image is input to the video rate camera 1 as a confocal image via the microscope 3, the actuator 4, and the objective lens 5, and the image is observed. To do. The video rate camera 1 inputs the converted video signal 101 to the confocal scanner 2 and the image processing device 6. The image processing device 6 starts capture for converting and recording the video signal 101 into image data. The confocal scanner 2 performs rotation synchronization control in synchronization with the video signal 101. The arbitrary waveform generator 7 inputs a scanning signal 104 to the controller 8, and the controller 8 generates a control signal 105 based on the scanning signal 104 and controls the actuator 4. The actuator 4 adjusts the position on the optical axis of the objective lens 5 with respect to the microscope 3.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The start of capture of the image processing device 6 and generation of the scanning signal 104 of the arbitrary waveform generator 7 are performed independently. The image generation timing at which the video signal 101 is generated, the rotation synchronization control by the confocal scanner 2, the capture start timing by the image processing device 6, and the scan start timing of the image in the focal direction by the arbitrary waveform generator 7 are mutually Do not synchronize. For this reason, the start timing of image acquisition by the image processing device 6 and the start timing of scanning in the focal direction of the image by the arbitrary waveform generator 7 vary in a maximum data acquisition time of 32 msec, and individual confocal images Therefore, the reliability of slice images obtained from a plurality of confocal images is reduced.
[0005]
The present invention has been made to solve the problems of the conventional techniques as described above, and an object thereof is to provide a confocal microscope capable of obtaining a highly reliable slice image.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a confocal microscope of the present invention includes a confocal scanner having a nipou disk and acquiring a sample image as a confocal image, a video rate camera for converting the confocal image into a video signal, An image processing device that converts the video signal into image data, and an optical control system that controls a focal position of an objective lens and designates a depth position in a focal direction of an image acquired by the confocal scanner, and slices a sample In the confocal microscope for acquiring an image, the rotation synchronization control of the Niipou disc, the start timing of acquisition of a video signal by the image processing device, and the start timing of scanning of the focal position of the objective lens by the optical control system, The slice image and the scan start timing are recorded simultaneously in synchronization with the signal.
[0007]
In the confocal microscope of the present invention, the rotation synchronization control of the Nipo disk, the start timing of video signal acquisition by the image processing device, and the scan start timing of the focal position of the objective lens by the optical control system are all synchronized with the video signal. As a result, the positional accuracy of the confocal image is improved, and variations in individual acquisition times are eliminated when a plurality of slice images are acquired, so that a highly reliable slice image can be obtained.
[0008]
The confocal microscope of the present invention includes a confocal scanner having a nipou disk and acquiring a sample image as a confocal image, a video rate camera for converting the confocal image into a video signal, and the video signal as image data. And an optical control system that controls the focal position of the objective lens and designates the depth position in the focal direction of the image obtained by the confocal scanner, and obtains a slice image of the sample. In a microscope, in response to an external signal, generation of a video signal by the video rate camera, rotation synchronization control of the Niipou disc, acquisition of a video signal by the image processing device, and a focal position of an objective lens by the optical control system The scanning is started and the slice image and the scanning start timing are simultaneously recorded .
[0009]
In the confocal microscope of the present invention, an apparatus for generating an external signal can arbitrarily change the rotation speed of the Niipou disk by controlling the confocal scanner.
[0010]
In the confocal microscope of the present invention, it is preferable that the optical control system includes a piezo actuator that controls a focal position of the objective lens. In this case, scanning of the focal position of the objective lens by the optical control system becomes fast and highly accurate.
[0011]
In the confocal microscope of the present invention, the image processing apparatus records a slice image in an image area of a recording medium, and records a scan start timing of a focal position of the objective lens in an audio area of the recording medium. preferable. In this case, since the first frame of the slice image can be detected by searching the scanning start timing of the focal position of the lens recorded in the audio area of the recording medium, analysis and editing of the recorded slice image is facilitated.
[0012]
It is also a preferred aspect of the present invention that the recording medium is a video tape. In this case, by adopting a video deck as the image processing apparatus, a system capable of recording slice images for a long time can be easily configured.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a confocal microscope of the present invention will be described with reference to the drawings based on an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a block diagram of a confocal microscope according to a first embodiment of the present invention. The confocal microscope according to this embodiment includes a video rate camera 1, a confocal scanner 2, a microscope 3, an actuator 4, an objective lens 5, an image processing device 6, an arbitrary waveform generator 7, a controller 8, and a synchronization interface box 9. Consists of.
[0014]
The video rate camera 1, the confocal scanner 2, the microscope 3, the actuator 4, and the objective lens 5 are disposed on the same optical axis. The confocal scanner 2 is a compact add-on type that employs a nipou disk system having a simple optical system and having a nipou disk having 20,000 pinholes and a corresponding microlens array. By attaching the confocal scanner 2 to the camera port of the microscope 3, the handheld microscope 3 is upgraded to a confocal microscope. The confocal microscope inputs an image of the sample into the confocal scanner 2 via the objective lens 5, the actuator 4, and the microscope 3. The confocal scanner 2 creates a confocal image from the sample image and inputs it to the video rate camera 1 for image observation.
[0015]
FIG. 2 is a time chart of various signals handled by the confocal microscope of FIG. The video rate camera 1 converts the confocal image into a video signal 101, and inputs the video signal 101 to the confocal scanner 2, the signal input terminal of the synchronization interface box 9, and the image input terminal of the image processing device 6. The confocal scanner 2 performs rotation synchronization control of the Niipou disc in synchronization with the video signal 101.
[0016]
When a video tape deck is used for the image processing apparatus 6, the video tape deck simultaneously applies the video signal 101 input from the image input terminal and the start signal 103 input from the audio input terminal to the video tape for a long time. Record. In addition, the scanning signal 104 can be recorded instead of the starting signal 103. If a digital video tape deck is employed, the starting signal 103 can be recorded in another area other than the image input area such as a superimpose. . On the video tape, the confocal image that changes in real time and the scanning start timing of the focal position of the objective lens 5 are simultaneously recorded. In this case, since the first frame of the slice image can be detected by searching the scanning start timing of the focal position of the objective lens recorded in the audio area of the recording medium, analysis and editing of the recorded slice image is facilitated. If a video deck is adopted as the image processing apparatus, a system capable of recording slice images for a long time can be easily configured.
[0017]
The synchronous interface box 9 extracts either the even-numbered pulse train or the odd-numbered pulse train of the video signal 101 and creates an internal A signal. The arbitrary waveform generator 7 generates a trigger signal 102 which is an H level pulse signal, inputs the trigger signal 102 to the trigger input terminal of the synchronous interface box 9, and uses it for the start timing of scanning of the focal plane.
[0018]
The synchronization interface box 9 creates an internal B signal in synchronization with the falling edge of the trigger signal 102. The internal B signal is a pulse signal having an H level pulse width time of about 35 msec and slightly longer than the video rate time of the video rate camera 1. The synchronous interface box 9 generates a start signal 103 by performing an AND operation on the inverted signal of the internal A signal and the internal B signal, and inputs it to the synchronous input terminals of the image processing device 6 and the arbitrary waveform generator 7. The image processing device 6 starts capture for converting and recording the video signal 101 into image data in synchronization with the rising edge of the start signal 103 from the synchronization input terminal. The synchronization interface box 9 is based on the video signal 101 from the signal input terminal, and the rotation synchronization control of the Niipou disc by the confocal scanner 2, the start timing of the video signal acquisition by the image processing device 6, and the objective lens by the optical control system All the scanning start timings of the focal positions are synchronized.
[0019]
When the video rate camera 1 (for example, a digital camera) in which the timing of image generation for generating the video signal 101 is synchronized with an external trigger signal from the outside is employed instead of the above configuration, the external device replaces the start signal 103. The external trigger signal is input to the video rate camera 1, the image processing device 6, and the arbitrary waveform generator 7, and the image generation timing, the Nipo disk rotation synchronization control, the video signal acquisition start timing, and the objective The scanning start timing of the focal position of the lens is synchronized. The confocal scanner 2 is arbitrarily variable in the number of rotations based on control from an external device. In this case, the synchronization interface box 9 can be omitted, and the synchronization rotational speed of the confocal scanner changes under the control of the external device.
[0020]
The arbitrary waveform generator 7 starts scanning the focal position of the objective lens 5 by the optical control system in synchronization with the rise of the start signal 103. The arbitrary waveform generator 7 generates a scanning signal 104 and inputs it to the controller 8. The scanning signal 104 is a sawtooth signal that increases linearly from L level to H level in a certain time. The controller 8 inputs the scanning signal 104 to the actuator 4. The actuator signal 105 is an actual actuator position signal, and after having fully extended, there is an overshoot after returning to the origin at once, and during this time, there is a dead zone.
[0021]
The actuator 4 is attached between the objective lens revolver of the microscope 3 and the objective lens 5, and the length in the focal direction of the image changes in proportion to the level of the scanning signal 104 by piezo driving, and the focal position of the objective lens 5 To control. The confocal microscope acquires a slice image of the sample by scanning the focal plane based on the scanning signal 104.
[0022]
According to the above embodiment, the rotation synchronization control of the Niipou disc, the start timing of video signal acquisition by the image processing device, and the start timing of scanning of the focal position of the lens by the optical control system are all synchronized with the video signal. As a result, the positional accuracy of the confocal image is improved, and variations in individual acquisition times are eliminated when acquiring a plurality of slice images, so that a highly reliable slice image can be obtained.
[0023]
FIG. 3 is a time chart of various signals handled by the confocal microscope according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, a personal computer is adopted as the image processing apparatus 6 of the previous embodiment. The personal computer includes a video capture board that records images, control software that controls the video capture board, a RAM as a temporary recording medium, and a hard disk (HDD) as a peripheral storage device. Further, the peripheral storage device may be a DVD, a CD-RW, or an MO.
[0024]
The personal computer starts the first image recording in synchronization with the rise of the start signal 103 at time t0. The input video signal 101 is converted into image data for the p number of sheets, the image data is temporarily recorded in the RAM, and the image data on the RAM is transferred to the HDD at time t1 when the recording to the RAM is completed. At the time t2 when the recording to the HDD is completed, the first image recording is finished. The second image recording starts at time t2 and ends at time t4 in the same manner as described above.
[0025]
The time Ta is a processing time for converting the video signal 101 into image data for p sheets and recording it in the RAM, and is determined by the number p of designated image data. The time Tb is a transfer time for transferring the image data on the RAM to the HDD, and is determined by the size of the image data on the RAM and the HDD head scan time. The times Ta and Tb are measured in advance, and the period Tc of the trigger signal 102 is designed as Tc = Ta + Tb.
[0026]
The size of the storage area that can be used with the current RAM is at most about 1 GB. For example, when an image has a screen size of 640 × 480 pixels and a gradation has an 8-bit gray scale level, when the image is captured at a video rate, the recordable time is about 90 seconds, and particularly in observation of dynamics of living organisms. You may not be satisfied. Further, if the recordable time is lengthened by image compression, image quality is deteriorated and image data is lost. Therefore, the temporarily recorded image data on the RAM is transferred to the peripheral storage device.
[0027]
If commercially available image analysis software is installed in a personal computer, an accurate three-dimensional structure can be reconstructed from the acquired slice image, and the operability of image analysis is improved.
[0028]
According to the above-described embodiment, the image data can be analyzed from the confocal image collected in real time by transferring the temporarily recorded image data on the RAM to the peripheral storage device, so that a long time lapse measurement can be performed. .
[0029]
As described above, the present invention has been described based on the preferred embodiment. However, the confocal microscope of the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment example. Confocal microscopes with modifications and changes are also within the scope of the present invention.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, in the confocal microscope of the present invention, the rotation synchronization control of the Niipou disk, the acquisition timing of the video signal by the image processing device, and the scanning start timing of the focal position of the lens by the optical control system are all By recording the slice image and the scan start timing at the same time as synchronizing with the video signal, the position accuracy of the confocal image is improved, and there is no variation in individual acquisition time when acquiring a plurality of slice images. Since a highly reliable slice image is obtained and the first frame of the slice image can be detected, analysis and editing of the recorded slice image is facilitated.
[0031]
In addition, the device that generates the external signal can control the confocal scanner to arbitrarily change the rotation speed of the Nipo disk.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a confocal microscope according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a time chart of various signals handled by the confocal microscope of FIG.
FIG. 3 is a time chart of various signals handled by a confocal microscope according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram of a conventional confocal microscope.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Video rate camera 2 Confocal scanner 3 Microscope 4 Actuator 5 Objective lens 6 Image processing apparatus 7 Arbitrary waveform generator 8 Controller 9 Synchronous interface box 101 Video signal 102 Trigger signal 103 Start signal 104 Scan signal 105 Actuator signal

Claims (5)

ニポウディスクを有し試料の像を共焦点画像として取得する共焦点スキャナと、前記共焦点画像をビデオ信号に変換するビデオレートカメラと、前記ビデオ信号を画像データに変換する画像処理装置と、対物レンズの焦点位置を制御し前記共焦点スキャナで取得する画像の焦点方向の深さ位置を指定する光学制御系とを備え、試料のスライス画像を取得する共焦点顕微鏡において、
前記ニポウディスクの回転同期制御、前記画像処理装置によるビデオ信号の取得の開始タイミング、及び、前記光学制御系による対物レンズの焦点位置の走査開始のタイミングを、前記ビデオ信号に同期して行うと共に前記スライス画像と走査開始タイミングを同時に記録することを特徴とする共焦点顕微鏡。
A confocal scanner having a nipou disc and acquiring a sample image as a confocal image, a video rate camera for converting the confocal image into a video signal, an image processing device for converting the video signal into image data, and an objective lens An optical control system that controls the focal position of the image and specifies the depth position in the focal direction of the image acquired by the confocal scanner, and a confocal microscope that acquires a slice image of the sample,
The slice synchronization control is performed in synchronization with the video signal while the rotation synchronization control of the Nipkow disk, the video signal acquisition start timing by the image processing apparatus, and the scanning start timing of the focal position of the objective lens by the optical control system are performed. A confocal microscope characterized by simultaneously recording an image and scanning start timing .
ニポウディスクを有し試料の像を共焦点画像として取得する共焦点スキャナと、前記共焦点画像をビデオ信号に変換するビデオレートカメラと、前記ビデオ信号を画像データに変換する画像処理装置と、対物レンズの焦点位置を制御し前記共焦点スキャナで取得する画像の焦点方向の深さ位置を指定する光学制御系とを備え、試料のスライス画像を取得する共焦点顕微鏡において、
外部信号に応答して、前記ビデオレートカメラによるビデオ信号の生成、前記ニポウディスクの回転同期制御、前記画像処理装置によるビデオ信号の取得、及び、前記光学制御系による対物レンズの焦点位置の走査を開始すると共に前記スライス画像と走査開始タイミングを同時に記録することを特徴とする共焦点顕微鏡。
A confocal scanner having a nipou disc and acquiring a sample image as a confocal image, a video rate camera for converting the confocal image into a video signal, an image processing device for converting the video signal into image data, and an objective lens An optical control system that controls the focal position of the image and specifies the depth position in the focal direction of the image acquired by the confocal scanner, and a confocal microscope that acquires a slice image of the sample,
In response to an external signal, generation of a video signal by the video rate camera, rotation synchronization control of the Niipou disc, acquisition of a video signal by the image processing device, and scanning of the focal position of the objective lens by the optical control system are started. And simultaneously recording the slice image and the scanning start timing .
前記光学制御系は、対物レンズの焦点位置を制御するピエゾアクチュエータを備える、
請求項1又は2に記載の共焦点顕微鏡
The optical control system includes a piezo actuator that controls the focal position of the objective lens.
The confocal microscope according to claim 1 or 2
前記画像処理装置は、前記スライス画像を記録媒体の画像領域に記録し、前記対物レンズの焦点位置の走査開始タイミングを前記記録媒体の音声領域に記録する、
請求項1〜3の何れかに記載の共焦点顕微鏡。
The image processing apparatus records the slice image in an image area of a recording medium, and records a scan start timing of the focal position of the objective lens in an audio area of the recording medium.
The confocal microscope according to claim 1.
前記記録媒体がビデオテープである、
請求項4に記載の共焦点顕微鏡。
The recording medium is a video tape;
The confocal microscope according to claim 4.
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