JP4540931B2 - 撮像システム - Google Patents
撮像システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP4540931B2 JP4540931B2 JP2002524683A JP2002524683A JP4540931B2 JP 4540931 B2 JP4540931 B2 JP 4540931B2 JP 2002524683 A JP2002524683 A JP 2002524683A JP 2002524683 A JP2002524683 A JP 2002524683A JP 4540931 B2 JP4540931 B2 JP 4540931B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light beam
- sample
- slit
- cross
- sectional shape
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims description 51
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 27
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 95
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 55
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 11
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 11
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 7
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 7
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 7
- 240000001973 Ficus microcarpa Species 0.000 description 6
- 240000006829 Ficus sundaica Species 0.000 description 6
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 5
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000001917 fluorescence detection Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000012472 biological sample Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/10—Scanning systems
- G02B26/105—Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Description
本発明は、スリット形状の光束を試料上に投影し、この光束の入射に応じて試料から出射された光束を撮像する撮像システムに関する。
背景技術
従来の波長分解像を得る装置は、出願人の特許第2,558,864号公報に記載されている。この装置は、試料を裏面側から一様に照明するとともに、試料を透過した透過光像をスリット板上に一様に結像させ、スリット板上に投影される透過光像をガルバノミラーで走査することによってスリット像を切り出し、このスリット像を分光し、分光した像をTVカメラで撮影している。TVカメラで撮影された像は波長毎の試料像として合成される。
発明の開示
しかしながら、上記従来の装置においては、スリット板上に透過光像を投影することによって、スリット像を切り出しているので、スリット像の輝度が弱く、したがって、TVカメラの撮像面に投影される像の検出精度の向上が望まれてきた。
半導体や生物試料等の蛍光像等を撮像する場合には、励起光を試料に照射し、励起光と、励起光によって発生した蛍光とを分離する必要があり、このような場合においても輝度向上が期待されている。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、試料から出射された光束の検出精度を向上可能な撮像システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明に係る撮像システムは、光源から出射された光束の進行方向に垂直な断面内における光束の一方向の成分のみを集光するシリンドリカルレンズと、シリンドリカルレンズから出射された光束が、その集光位置を過ぎた後に入射する対物レンズとを備え、試料上にスリット形状の光束を投影する光学ユニットと、シリンドリカルレンズと対物レンズとの間の前記光束の光路上であって上記集光位置に設けられたガルバノミラーと、試料上へのスリット形状の光束の入射に応じて試料から出射された光束を撮像するTVカメラとを備える。
本システムによれば、光源から出射された光束は、シリンドリカルレンズによって一方向に集光され、これが対物レンズを介することによってスリット形状の光束に変換されるので、光束の強度の減衰量が、従来のスリット板を用いたものよりも低く、且つ、シリンドリカルレンズの集光位置にガルバノミラーが配置されているので、ガルバノミラーを揺動させることにより、このスリット形状の光束で試料上を走査することができる。
発明を実施するための最良の形態
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付しており、重複する説明は省略する。
以下、実施の形態に係る撮像システムについて説明する。同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
(第1実施形態)
図1は、撮像システムのシステム構成図である。
レーザ光を出射する光源1から出射された照明光は、スリット形状の光束を形成する光学ユニット2に入射され、光学ユニット2から出射されたスリット形状の光束は試料S上に投影される。試料Sはステージ(試料台)4上に配置されている。光束が試料Sの下方から照射される場合には、ステージ4は透明板であることとする。照明光としてのスリット形状の光束は、スキャナドライバ5によってスキャナ3を駆動することにより、試料S表面上を(X)方向に沿って走査する。
スキャナコントローラ6は、コンピュータ10からの指示に応じてスキャナドライバ5を駆動するための同期信号を生成する。なお、スリット形状の光束自身は(Y)方向を長手方向とする。
スリット形状の光束によって照明された試料Sの反射光、又は照明光が励起光である場合には試料内において自己発生した光は、再びスキャナ3を介して光学ユニット2内に導入される。光学ユニット2は、試料Sからのスリット形状の光束に所定の処理(時間分解(第2実施形態では波長分解))を施してTVカメラ7の撮像面上に投影する。
TVカメラ7自身は、CCDカメラ等の固体撮像装置によって構成されており、CCDカメラの駆動信号はカメラコントローラ8からこれに入力され、CCDカメラからの映像信号はカメラコントローラ8を介してフレームグラバ9に入力される。
フレームグラバ9は、行列状に複数の画素を配置してなるCCD撮像面上の特定の画素列の映像信号のみを取り出す。特定の画素列からの映像信号が、撮像面の基準列から数えてt秒後にCCDから出力される場合には、フレームグラバ9は基準列からt秒後の映像信号のみをサンプリングしてコンピュータ10に入力する。この画素列は、コンピュータ10によって特定する。
コンピュータ10は、CPU10a、RAM10b及び記憶装置10cを備えており、システム全体を制御している。コンピュータ10は、スキャナドライバ5の揺動を制御するスキャナコントローラ6、フレームグラバ9及び表示器11を制御する。勿論、スキャナコントローラ6及びフレームグラバ9はコンピュータ10によって構成することも可能である。
スキャナ3を駆動し、試料S上をスリット形状の光束で走査しながら、CCD撮像面上の特定の画素列(時間に対応)の映像信号をフレームグラバ9でサンプリングしながら取り出して、記憶装置10cに格納する。すなわち、スキャナ3の角度(試料S上のX方向のスリット形状の光束の位置)、この位置における特定の時間の光束のデータが、コンピュータ10内の記憶装置10cに対応づけて格納される。
次に、上記時間分解画像を得るための光学系について説明する。
図2Aは、上記撮像システムに適用される光学系2,3の斜視図である。この光学系は、気体レーザ1a及び気体レーザ1aから出射された光を増幅するチタンサファイア結晶からなるレーザ光源1を備えている。図2B〜図2Qは、図2Aにおいて矢示される光束の断面形状を示す。なお、光束の断面形状とは、光束の進行方向に垂直な平面内における当該光束の断面形状を意味するものとする。
図2Bに示すように、レーザ光源1から出射した光束は進行方向に垂直な断面形状が円であり、これはミラーM1によって−Z方向に折り曲げられる。
図2Cに示すように、ミラーM1によって反射された直後の光束の断面形状はZ軸を囲む円である。この光束はZ軸に沿って配置されたビームエキスパンダBEに入射する。
図2Dに示すように、ビームエキスパンダBEから出射された直後の光束の断面形状は、その直径が拡大された円となる。この光束は、シリンドリカルレンズCLの円筒面の軸(X軸)に垂直な方向(Z軸)から、当該シリンドリカルレンズCLに入射する。シリンドリカルレンズCLは、入射した光束の進行方向に垂直な断面内における一方向の成分のみを集光する。本例では、円筒面の軸はX軸に設定されているので、Y方向の成分のみが集光される。
シリンドリカルレンズCLから出射された光束はダイクロイックミラーDC上に入射する。
図2Eに示すように、シリンドリカルレンズCL出射後にダイクロイックミラーDC上に入射した光束の断面形状は、X軸を長軸としY軸を短軸とする楕円である。シリンドリカルレンズCLの集光位置までは、この長軸と短軸の比率は拡大していき、集光位置では略スリット形状の光束に整形される。
ダイクロイックミラーDCは、特定の波長帯域の光を透過し、残りの帯域の光を反射するものである。本例では、シリンドリカルレンズCLからダイクロイックミラーDCに入射する光束は、上記残りの帯域の成分を有しているものとし、したがって、X方向に反射されて、これはスキャナ3を構成するガルバノミラー3aに入射する。ガルバノミラー3aは、スキャナコントローラ6からの指示に基づき、揺動モータ3bによって揺動する。
図2Fに示すように、ガルバノミラー3a上の光束の断面形状は、スリット形状となる。すなわち、シリンドリカルレンズCLを通過した光束は、スリット形状に整形されつつガルバノミラー3a上に集光する。このスリット形状の光束の長手方向は、ガルバノミラー3aの反射面の揺動軸に垂直となる。
ガルバノミラー3aによって反射された照明光としてのスリット形状の光束は、集光位置を過ぎると、この位置から発散していくが、この光束は瞳投影レンズLを介して対物レンズOLに入射する。
図2Gに示すように、瞳投影レンズL上の光束の断面形状は、Y軸方向を長軸とし、X軸方向を短軸とする楕円である。
図2Hに示すように、瞳投影レンズLから出射直後の光束の断面形状は、長軸と短軸との比率が縮小した形状となる。対物レンズOLは瞳投影レンズLの焦点位置に配置されている。したがって、シリンドリカルレンズCLによって集光されていない方向の成分は、瞳投影レンズLにより集光され、対物レンズOL上に集光する。シリンドリカルレンズCLによって集光された成分は、ガルバノミラー3a上に一旦集光しているので、瞳投影レンズLに入射する際には既に発散を開始しており、略平行光として対物レンズ上に投影される。
図2Iに示すように、対物レンズOL上の光束の断面形状は、X軸を長手方向とするスリット形状となる。
図2Jは、対物レンズOLから出射され試料S上に投影された光束の断面形状を示す。対物レンズOLを過ぎると、瞳投影レンズLによって集光された成分は発散し、瞳投影レンズLによって集光されていない成分は集光される傾向となる。したがって、試料S上には、Y軸を長手方向とするスリット形状の光束が投影されることとなる。ガルバノミラー3aは、回転角度が制御されることにより揺動するので、試料Sの表面はスリット形状の光束によって、X方向に沿って走査される。
図2Kは、試料Sから出射される光束の断面形状を示し、この光束の形状は、試料Sへの入射光と同じスリット形状である。試料Sは入射光(励起光)に応じて蛍光を発しているものとし、試料Sからの出射光は、試料Sから対物レンズOL方向に向かって逆行する。この光を試料光とする。
図2Lは、試料から出射された光束(試料光)が、対物レンズOLを逆方向に通過直後に変形した光束の断面形状を示し、図2Mは、対物レンズOLを逆方向に通過した直後の光束(試料光)の断面形状を示す。対物レンズOLによって、試料光は一旦集光し、スリット形状の光束となる。この集光位置は試料Sと共役な位置関係にある。
図2Nは、レンズLを逆方向に通過した光束(試料光)の断面形状を示し、図2Oは、ガルバノミラー3a上に逆方向から入射した光束の断面形状を示す。ガルバノミラー3a上では、試料光の断面形状は円となる。すなわち、ガルバノミラー3aと対物レンズOLの射出瞳とは共役な位置に配置されている。
試料光は、入射光とは異なる波長帯域を有するので、ガルバノミラー3aで反射された後、ダイクロイックミラーDCに逆方向から入射し、これを透過する。図2PはダイクロイックミラーDCに逆方向から入射した光束(試料光)の断面形状を示す。
ダイクロイックミラーDCを透過した試料光は、バリアフィルタFを通過することによって、所定の波長帯域が選択され、コンデンサーレンズL’によって集光され、試料面におけるY軸を長手方向とするスリット形状の光束として、ストリークカメラに入射する。ストリークカメラは上記時間分解を行う。
ストリークカメラは、上記スリット形状の光束が入射するストリーク管STと、ストリーク管STの光出射面に対向するTVカメラ7と、ストリーク管STから出射された画像をTVカメラ7に結合させるカップリング光学系とからなる。
図2Qはストリーク管ST上に入射した光束の断面形状を示す。ストリーク管STは、光入射面上にスリットを有するものであり、このスリットの長手方向は、これに入射するスリット形状の光束の長手方向に一致する。ストリーク管STは、入射したスリット形状の光束を光電変換した後、発生した光電子を偏向装置によって周期的に偏向し、偏向方向に沿ってスリット形状の光束をスリット形状の電子像として偏向方向に時間分解し、この電子像を蛍光面に入射させる。蛍光面は電子像に応じて発光するので、ストリーク管STからは、偏向方向に沿って時間分解されたスリット形状の光束が時間に応じて空間分解され、各時刻毎のスリット形状の光束は、TVカメラ7の撮像面の異なる位置に順次投影されることとなる。
TVカメラ7では、特定の試料位置におけるスリット形状の光束を時間分解して検出する。コンピュータ10は、照明光としてのスリット形状の光束が試料Sの全面(観察領域)を走査するように、ガルバノミラー3aを揺動させるので、全位置におけるスリット形状の光束の時間分解データが記憶装置10cに格納される。照明光としてのスリット形状の光束の照射開始又は終了時間から特定の時間、T秒後のスリット形状の光束を、全ての位置において合成すれば、光照射からT秒後の試料像を得ることができ、この試料像は表示器11に表示することができる。
このような時間分解されたスリット形状の光束は、2光子時間分解蛍光検出の際に有用である。本撮像システムを用いた撮像方法を2光子時間分解蛍光検出に適用した場合、通常のスポット走査型の2光子蛍光顕微鏡と比較し、画素当たりの光束の照射時間を長く設定できるので、従来に対してS/N比が同じでよいのであれば、光束(励起光)の強度を低下させることができ、励起光の照射による試料Sの劣化を抑制することができる。
図3は、図2Aに示した光学系を実際の装置に組込んでなる撮像システムの斜視図である。同一符号は同一要素を示しており、支持台100上に図示の部品が配置されている。
レーザ光源1から出射されたレーザ光束は、ミラーM1によって反射され、ビームエキスパンダBEによって口径が広げられ、必要に応じてシャッタSHによって、その通過が制御されつつ、ミラーM2で反射され、フィルタホルダ内に差込まれたフィルタF1、シリンドリカルレンズCLを介してダイクロイックキューブ(ダイクロイックミラー)DCに入射する。
ダイクロイックミラーDCは、シリンドリカルレンズCL方向から入射した光を反射し、反射された光束はガルバノミラー3aに入射する。ガルバノミラー3aは、モータ3bと共にスキャナ3を構成し、スキャナードライバ5からの制御信号によって揺動する。
ガルバノミラー3aによって反射された光束は、瞳投影レンズLを介して、顕微鏡ユニットの光入力ポートIN内に入力される。入力された光束は、ミラーM3によって、上方に向けて反射され、対物レンズOLで集光されて、透明板4を下方から透過し、透明板4上に配置された試料Sに、スリット形状の光束として、下方から照射される。
試料Sから発せられたスリット形状の試料光は、対物レンズOL、ミラーM3、瞳投影レンズL、ガルバノミラー3a、ダイクロイックミラーDC、フィルタF、コンデンサレンズL’を順次透過して、ストリーク管STの入射面にスリット形状の光束として投影される。
ストリークカメラコントローラ8’から、ストリーク管STの偏向電極STEに、適当な掃引電圧を印加することによって、ストリーク管STによって光電変換された電子像を偏向走査し、この電子像を蛍光に変換した後、TVカメラ7で撮像する。偏向のタイミングは、図示の位置に設けられたハーフミラーHMによって反射した光をモニターする光検出器PDからの信号を用いる。すなわち、光検出器PDの出力を基準時刻(t0=0)とし、この基準時刻を偏向の開始時刻の基準点とする。
TVカメラ7から出力された映像信号は、カメラコントローラ8を介してコンピュータ10に入力され、表示器11上に表示される。なお、本例では、図1に示したスキャナコントローラ6及びフレームグラバ9は、コンピュータ10内に組込まれているものとする。
以上、説明したように、上記撮像システムは、光源1から出射された光束の進行方向に垂直な断面内における光束の一方向の成分のみを集光するシリンドリカルレンズCLと、シリンドリカルレンズCLから出射された光束が、その集光位置を過ぎた後に入射する対物レンズOLとを備え、試料S上にスリット形状の光束を投影する光学ユニット2と、シリンドリカルレンズCLと対物レンズOLとの間の前記光束の光路上であって上記集光位置に設けられたガルバノミラー3aと、試料S上へのスリット形状の光束の入射に応じて試料Sから出射された光束を撮像するTVカメラ7とを備えている。
本システムによれば、光源1から出射された光束は、シリンドリカルレンズCLによって一方向に集光され、これが対物レンズOLを介することによってスリット形状の光束に変換されるので、光束の強度の減衰量が従来のスリット板を用いたものよりも低く、且つ、シリンドリカルレンズCLの集光位置にガルバノミラー3aが配置されているので、ガルバノミラー3aを揺動させることにより、このスリット形状の光束で試料S上を走査することができる。
以下、上記撮像システムにおいて、適応可能な撮像モードについて説明しておく。
(1)遅延蛍光取得モード
試料Sはレーザ光の照射によって励起可能なものとし、レーザ光源1からレーザ光を出射して試料S上にスリット形状のレーザ光束を投影した後(投影時刻をt0とする)、試料Sから出射されたスリット形状の励起光をストリークカメラで時間分解して撮像する(例えば、時刻t0+Δt、t0+2Δt、t0+3Δt、t0+4Δtにおいて撮像する)。ガルバノミラー3aを揺動させることにより、試料S上の観察対象領域をスリット形状のレーザ光束で走査した後、各励起時(t0)から少しだけ時間が経過した時刻(例えば、t0+3Δt)に撮像されたスリット形状の像を、コンピュータ10で合成し、表示器11上に表示する。この場合、蛍光寿命の長い物質のみを選択的に撮像することができる。人間の目から見ると、画像はリアルタイムに表示される。
(2)簡易蛍光寿命取得モード
上記(1)との違いは、各励起後の2つの時刻、例えば、t1=t0+Δt、t2=t0+3Δtにおけるスリット形状の光束の像(I1,I2とする)を撮像し、コンピュータ10にI1/I2を演算させ、スリット形状の像に対応させてコンピュータ10で合成し、表示器11上に表示することである。この場合、試料S内領域の寿命を反映して演算値が異なるので、簡易的に蛍光寿命のマッピングを行うことができる。人間の目から見ると、画像はリアルタイムに表示される。
(3)蛍光寿命取得モード
上記(2)との違いは、演算の手法であり、各励起後の全ての時刻(t0+Δt、t0+2Δt+…・)におけるスリット形状の試料像は、ガルバノミラー3aを揺動することにより、観察対象領域内で撮像されているので、これらの試料像の強度に基づいて、TVカメラ7の撮像面における各画素毎に、試料Sから発生した蛍光強度(輝度)の時間減衰特性を示すグラフ、すなわち、蛍光寿命カーブを求め、このカーブにおける最大輝度値の1/eの強度が得られる時間(蛍光寿命)を各画素毎に算出する。この蛍光寿命は、予め測定しておいた装置定数を使用し、上記蛍光寿命カーブにデコンボルーリョンを掛けることにより、厳密に計算することができる。
なお、本システムは上記時間分解構成から波長分解構成に変形することができる。
(第2実施形態)
図4Aは、スリット形状の光束を時間分解するタイプの撮像システムの光学系の斜視図である。図4B、図4C、図4D、図4E、図4F、図4G、図4H、図4I、図4J、図4K、図4L、図4M、図4N、図4O、図4P、図4Qは、図4Aにおける矢示の地点の光束の断面形状を示す。図4B〜図4Qは、図2B〜図2Qと基本的に同一である。
装置構成は、図2Aに示したものと略同一であり、上記がストリーク管STを用いて時間分解された光束をTVカメラ7で撮像するのに対し、以下ではストリーク管STの代わりに回折格子Gを用いることにより、波長分解された光束をTVカメラ7を用いて撮像する。換言すれば、上記時間分解の装置構成において、ストリーク管STを省略する代わりに、波長分解を行う回折格子Gを採用し、時間を波長と読み替えたものが本装置である。
ダイクロイックミラーDCを透過するまでの本実施形態のシステム構成は、上述の実施形態のものと同一である。ダイクロイックミラーDCを透過した試料光はバリアフィルタFによって、所定の波長帯域が選択され、Y軸を長手方向とするスリット形状の光束として透過型の回折格子(分光器)Gに入射する。
回折格子Gは、入射したスリット形状の光束を試料S上の座標におけるX方向に沿って波長分解、すなわち分光して出射する。波長分解された光束は、コンデンサーレンズL’を介して、TVカメラ7の撮像面上に結像する。なお、図4Qはカメラ7の撮像面上に入射した光束(試料光)の進行方向に垂直な平面内における、当該光束の断面形状を示す
本装置においては、図1を参照すると、スキャナ3を駆動し、試料S上をスリット形状の光束で走査しながら、TVカメラ7におけるCCD撮像面上の特定の画素列(波長に対応)の映像信号をフレームグラバ9でサンプリングしながら取り出して、記憶装置10cに格納する。すなわち、スキャナ3の角度(試料S上のX方向のスリット形状の光束の位置)、この位置における特定の波長λのスリット形状の光束のデータが、コンピュータ10内の記憶装置10cに対応づけて格納される。
時刻t=1,2,3,4,5のとき、試料S上のスリット形状の光束のX方向位置:X=1,2,3,4,5であるとする。試料S上のスリット形状の光束のY方向位置をYとし、波長をλとする。なお、これらの単位は任意定数とする。
図5A、5B、5C、5D、5Eは、時刻t=1,2,3,4,5におけるTVカメラ7の撮像面上の画像を示す説明図である。図6A、6B、6C、6D、6Eは、それぞれの時刻t=1,2,3,4,5におけるスリット形状の光束をY方向積算したスペクトル分布を示すグラフである。
例えば、波長λ=2の試料像を得る場合、コンピュータ10は、図5A〜5Eにおけるλ=2の画素列の映像信号をサンプリングするようにフレームグラバ9に指示する。これにより、記憶装置10c内には、試料S上のX方向のスリット形状の光束位置における波長λ=2のスリット形状の光束のデータが、X方向に沿って得られることとなり、これらを合成すると、波長λ=2における試料像が得られる。
図7A、図7B、図7C、図7D、図7E、図7Fは、λ=1,2,3,4,5,6において合成された試料像を示す説明図である。図5A〜図7Fに示されたデータは、表示器11上に表示される。
スリット形状の光束の走査を繰り返すと、試料Sの面内におけるデータ(X,Y,λ(又は時間T))を得ることができるので、コンピュータ10はこれらを再編成し、λとXとの関係を示す画像を作成することができる。
図8A、図8B、図8C、図8Dは、位置Y=1,2,3,4におけるTVカメラ7の撮像面上の画像を示す説明図である。図9A、図9B、図9C、図9Dは、位置Y=1,2,3,4におけるスリット形状の光束のスペクトル分布を示すグラフである。図9〜図9Dに示されたスペクトル(輝度I)分布を積算すると、図10に示すように、試料観察領域全域に亙る積算スペクトル分布を示すグラフが得られる。
(第3実施形態)
図11Aは撮像システムに適用される光学系の変形例に係わる光学系の斜視図である。図11B、図11C、図11D、図11E、図11F、図11G、図11H、図11I、図11J、図11K、図11L、図11M、図11N、図11O、図11P、図11Qは、図11Aにおける矢示の地点の光束の断面形状を示す。図11Aと図4Aとの違いは、図4Aにおける回折格子GにコンデンサレンズL’の集光機能を持たせることにより、コンデンサレンズL’を省略した点だけである。換言すれば、光学部品Gは、回折格子が表面に形成されたコンデンサレンズである。
また、図11B〜図11Qは、図4B〜図4Qと同一である。このようなシステムにもよっても、上記と同じ波長分解を行うことができる。
以上、説明したように、上述の実施形態に係る撮像システムにおいては、シリンドリカルレンズCL、ガルバノミラー3a、対物レンズLを用いることにより、高い光強度のスリット形状の光束で、試料S上を走査することができた。
また、本撮像システムは、シリンドリカルレンズCLとガルバノミラー3aとの間の光束の光路上に配置され所定波長帯域の成分をガルバノミラー3a方向に向けて反射するダイクロイックミラーDCを更に備え、試料Sから出射された光束は対物レンズOL、ガルバノミラー3a、及びダイクロイックミラーDCを順次介してTVカメラに入射している。この場合、試料からの光を選択的に取出すことができるので、高精度の撮像を行うことができる。
また、第2、第3実施形態の撮像システムは、TVカメラ7の前方に配置された分光器Gを更に備えており、スリット形状の光束を波長分解して撮像することができる。
また、第1実施形態の撮像システムは、TVカメラ7の前方に配置されたストリーク管STを更に備えており、スリット形状の光束を時間分解して撮像することができる。
また、第1実施形態の撮像システムは、試料Sが配置される透明板4を更に備え、対物レンズOLから出射された光束は透明板4を介して試料Sに下方から投影されており、試料Sを透明板4上に設置した状態で、上方から蛍光試薬等を試料S内に混入させることができる等の利点がある。また、このような図3に示した構成は、第2、第3実施形態の撮像システムにおいても適用することができる。また、第2、第3実施形態の撮像システムの構成において、波長を時間に読み替えることもできる。
また、上記光学系は落射照明型の構成としたが、これは透過型の構成としてもよい。この場合は試料中を光束が往復するような光学素子を付加する。
TVカメラ7は、CCDを用いたデジタルカメラを用いたが、MOS型イメージセンサを用いたものでも良い。また、各画素からのデータを読み出す前に積算してもよく(ピンニング)、この場合には映像信号の読み出し速度を上げ、波長分解能、画像分解能を下げる、あるいは速度を一定にしたまま、S/Nを上げる効果が期待できる。
上記スリット形状の光束のデータは、各画素の輝度データと試料面上の位置のデータであるので、全データを記憶装置10cに格納しておけば、必要な時に、画像を再構成して表示することができる。
産業上の利用可能性
本発明は撮像システムに利用できる。
【図面の簡単な説明】
図1は撮像システムのシステム構成図である。
図2Aはスリット形状の光束を時間分解するタイプの撮像システムの光学系の斜視図である。
図2Bはレーザ光源1から出射された直後の光束の断面形状を示す図である。
図2CはミラーM1によって反射された直後の光束の断面形状を示す図である。
図2DはビームエキスパンダBEから出射された直後の光束の断面形状を示す図である。
図2EはシリンドリカルレンズCL出射後にダイクロイックミラーDC上に入射した光束の断面形状を示す図である。
図2Fはガルバノミラー3上の光束の断面形状を示す図である。
図2GはレンズL上の光束の断面形状を示す図である。
図2HはレンズLから出射直後の光束の断面形状を示す図である。
図2Iは対物レンズOL上の光束の断面形状を示す図である。
図2Jは対物レンズOLから出射され試料S上に投影された光束の断面形状を示す図である。
図2Kは試料Sから出射される光束の断面形状を示す図である。
図2Lは試料から出射された光束が対物レンズOLを逆方向に通過直後に変形した光束の断面形状を示す図である。
図2Mは対物レンズOLを逆方向に通過した直後の光束の断面形状を示す図である。
図2NはレンズLを逆方向に通過した光束の断面形状を示す図である。
図2Oはガルバノミラー3a上に逆方向から入射した光束の断面形状を示す図である。
図2PはダイクロイックミラーDCに逆方向から入射した光束の断面形状を示す図である。
図2Qはストリーク管ST上に入射した光束の断面形状を示す図である。
図3は図2Aに示した光学系を実際の装置に組込んでなる撮像システムの斜視図である。
図4Aは撮像システムに適用される光学系の斜視図である。
図4Bはレーザ光源1から出射された直後の光束の断面形状を示す図である。
図4CはミラーM1によって反射された直後の光束の断面形状を示す図である。
図4DはビームエキスパンダBEから出射された直後の光束の断面形状を示す図である。
図4EはシリンドリカルレンズCL出射後にダイクロイックミラーDC上に入射した光束の断面形状を示す図である。
図4Fはガルバノミラー3上の光束の断面形状を示す図である。
図4GはレンズL上の光束の断面形状を示す図である。
図4HはレンズLから出射直後の光束の断面形状を示す図である。
図4Iは対物レンズOL上の光束の断面形状を示す図である。
図4Jは対物レンズOLから出射され試料S上に投影された光束の断面形状を示す図である。
図4Kは試料Sから出射される光束の断面形状を示す図である。
図4Lは試料から出射された光束が対物レンズOLを逆方向に通過直後に変形した光束の断面形状を示す図である。
図4Mは対物レンズOLを逆方向に通過した直後の光束の断面形状を示す図である。
図4NはレンズLを逆方向に通過した光束の断面形状を示す図である。
図4Oはガルバノミラー3上に逆方向から入射した光束の断面形状を示す図である。
図4PはダイクロイックミラーDCに逆方向から入射した光束の断面形状を示す図である。
図4Qはカメラ7の撮像面上に入射した光束の断面形状を示す図である。
図5A、5B、5C、5D、5Eは、時刻t=1,2,3,4,5におけるTVカメラ7の撮像面上の画像を示す説明図である。
図6A、6B、6C、6D、6Eは、それぞれの時刻t=1,2,3,4,5におけるスリット形状の光束をY方向積算したスペクトル分布を示すグラフであ
図7A、図7B、図7C、図7D、図7E、図7Fは、λ=1,2,3,4,5,6において合成された試料像を示す説明図である。
図8A、図8B、図8C、図8Dは、位置Y=1,2,3,4におけるTVカメラ7の撮像面上の画像を示す説明図である。
図9A、図9B、図9C、図9Dは、位置Y=1,2,3,4におけるスリット形状の光束のスペクトル分布を示すグラフである。
図10は試料観察領域全域に亙る積算スペクトル分布を示すグラフである。
図11Aは撮像システムに適用される光学系の変形例に係わる光学系の斜視図である。
図11Bはレーザ光源1から出射された直後の光束の断面形状を示す図である。
図11CはミラーM1によって反射された直後の光束の断面形状を示す図である。
図11DはビームエキスパンダBEから出射された直後の光束の断面形状を示す図である。
図11EはシリンドリカルレンズCL出射後にダイクロイックミラーDC上に入射した光束の断面形状を示す図である。
図11Fはガルバノミラー3上の光束の断面形状を示す図である。
図11GはレンズL上の光束の断面形状を示す図である。
図11HはレンズLから出射直後の光束の断面形状を示す図である。
図11Iは対物レンズOL上の光束の断面形状を示す図である。
図11Jは対物レンズOLから出射され試料S上に投影された光束の断面形状を示す図である。
図11Kは試料Sから出射される光束の断面形状を示す図である。
図11Lは試料から出射された光束が対物レンズOLを逆方向に通過直後に変形した光束の断面形状を示す図である。
図11Mは対物レンズOLを逆方向に通過した直後の光束の断面形状を示す図である。
図11NはレンズLを逆方向に通過した光束の断面形状を示す図である。
図11Oはガルバノミラー3上に逆方向から入射した光束の断面形状を示す図である。
図11PはダイクロイックミラーDCに逆方向から入射した光束の断面形状を示す図である。
図11Qはカメラ7の撮像面上に入射した光束の断面形状を示す図である。
Claims (5)
- 光源から出射された光束の進行方向に垂直な断面内における前記光束の一方向の成分のみを集光するシリンドリカルレンズと、前記シリンドリカルレンズから出射された前記光束が、その集光位置を過ぎた後に入射し前記光束を試料に導く対物レンズとを備え、前記試料上にスリット形状の光束を投影する光学ユニットと、前記シリンドリカルレンズと前記対物レンズとの間の前記光束の光路上であって前記集光位置に設けられたガルバノミラーと、前記試料上への前記スリット形状の光束の入射に応じて前記試料から出射された光束を撮像するTVカメラとを備えることを特徴とする撮像システム。
- 前記シリンドリカルレンズと前記ガルバノミラーとの間の前記光束の光路上に配置され所定波長帯域の成分を前記ガルバノミラー方向に向けて反射するダイクロイックミラーを更に備え、前記試料から出射された光束は前記対物レンズ、前記ガルバノミラー、及び前記ダイクロイックミラーを順次介して前記TVカメラに入射することを特徴とする請求の範囲第1項に記載の撮像システム。
- 前記TVカメラの前方に配置された分光器を更に備えることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の撮像システム。
- 前記TVカメラの前方に配置されたストリーク管を更に備えることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の撮像システム。
- 透明板を更に備え、前記試料は前記透明板上に配置され、前記対物レンズから出射された光束は前記透明板を介して前記試料に下方から投影されることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の撮像システム。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2000/005985 WO2002021109A1 (fr) | 2000-09-04 | 2000-09-04 | Appareil d'imagerie |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2002021109A1 JPWO2002021109A1 (ja) | 2004-01-15 |
JP4540931B2 true JP4540931B2 (ja) | 2010-09-08 |
Family
ID=11736424
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002524683A Expired - Fee Related JP4540931B2 (ja) | 2000-09-04 | 2000-09-04 | 撮像システム |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7139073B1 (ja) |
EP (1) | EP1324021B1 (ja) |
JP (1) | JP4540931B2 (ja) |
AU (1) | AU2000268695A1 (ja) |
DE (1) | DE60037682T2 (ja) |
WO (1) | WO2002021109A1 (ja) |
Families Citing this family (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4184228B2 (ja) * | 2003-10-20 | 2008-11-19 | オリンパス株式会社 | 蛍光寿命測定装置 |
EP1775576A4 (en) * | 2004-07-14 | 2012-03-07 | Ryugo Hayano | ANALYTICAL LASER INSTRUMENT, ANALYTICAL LASER METHOD, AND GAS LEAK DETECTION INSTRUMENT |
JP4888127B2 (ja) * | 2007-01-17 | 2012-02-29 | コニカミノルタセンシング株式会社 | 三次元測定装置及び携帯型計測器 |
CN101915984B (zh) * | 2010-07-29 | 2012-07-04 | 北京交通大学 | 一种强激光束的双镜光衰减器 |
JP2012189337A (ja) * | 2011-03-08 | 2012-10-04 | Hipep Laboratories | 蛍光検出装置 |
US9541495B2 (en) * | 2011-09-28 | 2017-01-10 | Kabushiki Kaisha Topcon | Image pickup device |
BR112014010718B1 (pt) | 2011-11-16 | 2020-12-22 | Becton, Dickinson And Company | métodos, sistemas, dispositivos e kits para detecção de analito em amostra |
EP2943788B1 (en) | 2013-01-11 | 2018-08-08 | Becton Dickinson and Company | Low-cost point-of-care assay device |
BR112016009958B1 (pt) | 2013-11-06 | 2021-08-03 | Becton, Dickinson And Company | Dispositivo microfluídico, método, sistema e kit |
JP6518245B2 (ja) | 2013-11-13 | 2019-05-22 | ベクトン・ディキンソン・アンド・カンパニーBecton, Dickinson And Company | 光学撮像システム及びそれを用いた方法 |
US9995627B2 (en) * | 2014-07-31 | 2018-06-12 | Smiths Detection Inc. | Raster optic device for optical hyper spectral scanning |
EP3485927B1 (en) | 2014-10-14 | 2023-10-25 | Becton, Dickinson and Company | Blood sample treatment using open cell foam |
SG11201702377QA (en) | 2014-10-14 | 2017-04-27 | Becton Dickinson Co | Blood sample management using open cell foam |
CN104568872B (zh) * | 2014-12-17 | 2018-01-09 | 深圳先进技术研究院 | 具有光学层析能力的荧光显微光谱成像系统 |
JP6426832B2 (ja) | 2015-03-10 | 2018-11-21 | ベクトン・ディキンソン・アンド・カンパニーBecton, Dickinson And Company | 生物体液の極微標本管理装置 |
WO2017040650A1 (en) | 2015-09-01 | 2017-03-09 | Becton, Dickinson And Company | Depth filtration device for separating specimen phases |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5841337A (ja) * | 1981-09-04 | 1983-03-10 | Hamamatsu Tv Kk | 発光現象の測定装置 |
JPH04256841A (ja) * | 1991-02-08 | 1992-09-11 | Hamamatsu Photonics Kk | 空間・時間分解光解析装置 |
JPH06331441A (ja) * | 1993-05-18 | 1994-12-02 | Fuji Photo Film Co Ltd | 蛍光分光画像計測装置 |
JPH07280733A (ja) * | 1994-04-05 | 1995-10-27 | Hamamatsu Photonics Kk | ラマンスペクトル測定装置 |
JP2000146680A (ja) * | 1998-11-04 | 2000-05-26 | Nec Corp | 環境負荷評価装置 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4736110A (en) * | 1984-09-28 | 1988-04-05 | Nippon Jidoseigyo, Ltd. | Image pick-up apparatus |
JP2558864B2 (ja) | 1989-02-27 | 1996-11-27 | 浜松ホトニクス株式会社 | 分光解析装置 |
GB9016632D0 (en) * | 1990-07-28 | 1990-09-12 | Medical Res Council | Confocal imaging system for microscopy |
US6215587B1 (en) * | 1994-02-14 | 2001-04-10 | Robert R. Alfano | Microscope imaging inside highly scattering media |
JPH07333234A (ja) | 1994-06-07 | 1995-12-22 | Olympus Optical Co Ltd | 蛍光走査型プローブ顕微鏡 |
JP3816632B2 (ja) * | 1997-05-14 | 2006-08-30 | オリンパス株式会社 | 走査型顕微鏡 |
JP2000180362A (ja) | 1998-12-15 | 2000-06-30 | Fuji Photo Film Co Ltd | 画像情報読取方法および画像情報読取装置 |
US6134002A (en) * | 1999-01-14 | 2000-10-17 | Duke University | Apparatus and method for the rapid spectral resolution of confocal images |
-
2000
- 2000-09-04 AU AU2000268695A patent/AU2000268695A1/en not_active Abandoned
- 2000-09-04 JP JP2002524683A patent/JP4540931B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2000-09-04 EP EP00956900A patent/EP1324021B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-09-04 WO PCT/JP2000/005985 patent/WO2002021109A1/ja active IP Right Grant
- 2000-09-04 DE DE60037682T patent/DE60037682T2/de not_active Expired - Fee Related
- 2000-09-04 US US10/363,656 patent/US7139073B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5841337A (ja) * | 1981-09-04 | 1983-03-10 | Hamamatsu Tv Kk | 発光現象の測定装置 |
JPH04256841A (ja) * | 1991-02-08 | 1992-09-11 | Hamamatsu Photonics Kk | 空間・時間分解光解析装置 |
JPH06331441A (ja) * | 1993-05-18 | 1994-12-02 | Fuji Photo Film Co Ltd | 蛍光分光画像計測装置 |
JPH07280733A (ja) * | 1994-04-05 | 1995-10-27 | Hamamatsu Photonics Kk | ラマンスペクトル測定装置 |
JP2000146680A (ja) * | 1998-11-04 | 2000-05-26 | Nec Corp | 環境負荷評価装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1324021A4 (en) | 2005-08-31 |
WO2002021109A1 (fr) | 2002-03-14 |
DE60037682T2 (de) | 2009-01-02 |
US7139073B1 (en) | 2006-11-21 |
EP1324021A1 (en) | 2003-07-02 |
JPWO2002021109A1 (ja) | 2004-01-15 |
EP1324021B1 (en) | 2008-01-02 |
DE60037682D1 (de) | 2008-02-14 |
AU2000268695A1 (en) | 2002-03-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4540931B2 (ja) | 撮像システム | |
JP7424286B2 (ja) | 蛍光観察装置及び蛍光観察方法 | |
US8072680B2 (en) | Confocal microscope apparatus | |
US8704196B2 (en) | Combination microscopy | |
US7307261B2 (en) | Fluorescence detecting apparatus | |
JP3292935B2 (ja) | 蛍光分光画像計測装置 | |
JP4468507B2 (ja) | 走査型レーザ顕微鏡 | |
US20130087718A1 (en) | Confocal fluorescence lifetime imaging system | |
JP2010054391A (ja) | 光学顕微鏡、及びカラー画像の表示方法 | |
JP2019020362A (ja) | 分光蛍光光度計ならびに分光蛍光測定及び画像撮像方法 | |
JP2019020363A (ja) | 光分析装置用の表示装置 | |
JPS59145930A (ja) | 小形時間スペクトル光度計 | |
JP3952499B2 (ja) | 共焦点スキャナ顕微鏡 | |
JP4140490B2 (ja) | X線分析装置とその焦点合わせ装置 | |
JP2002286639A (ja) | 時間分解蛍光検出装置 | |
JP3326881B2 (ja) | 走査型光学顕微鏡 | |
JPH09304701A (ja) | 共焦点レーザ走査顕微鏡 | |
JP2001041821A (ja) | スリット像検出装置 | |
JP5190603B2 (ja) | 光学顕微鏡、及び観察方法 | |
JP2004177732A (ja) | 光学測定装置 | |
JP2004354346A (ja) | 測定装置 | |
JPH0918772A (ja) | 顕微鏡画像解析装置 | |
JPH10227694A (ja) | 発光現象識別装置 | |
KR100371560B1 (ko) | 유전자 판독기 | |
JP2004144770A (ja) | 光源調整装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070827 |
|
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: 20100622 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100623 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130702 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |