JP4792207B2 - Scanning laser observation apparatus, observation method, and observation program - Google Patents
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Description
本発明は、光学系を介して試料を光で走査し、試料からの反射光または透過光に基づいた試料の観察画像を画面上に表示する走査型レーザ観察装置、観察方法及び観察プログラムに関し、特に、多重染色された蛍光試料を複数の励起波長を用いて励起して各励起波長に対応して発生した複数の蛍光を観察する、顕微鏡や内視鏡に代表される走査型レーザ観察装置、観察方法及び観察プログラムに関するものである。 The present invention relates to a scanning laser observation apparatus, an observation method, and an observation program for scanning a sample with light via an optical system and displaying an observation image of the sample on the screen based on reflected light or transmitted light from the sample, In particular, a scanning laser observation device typified by a microscope or an endoscope that excites a multiple-stained fluorescent sample using a plurality of excitation wavelengths and observes a plurality of fluorescence generated corresponding to each excitation wavelength, The present invention relates to an observation method and an observation program.
従来の走査型レーザ観察装置の動作について説明する。
図16は、従来の走査型レーザ観察装置の全体構成を示す図であり、図17は、図16中に示したターレット104の105矢視図である。
The operation of a conventional scanning laser observation apparatus will be described.
FIG. 16 is a diagram showing an overall configuration of a conventional scanning laser observation apparatus, and FIG. 17 is a view taken along arrow 105 of the turret 104 shown in FIG.
図16に示すように、ターレット104は、488nmに透過特性を持つ励起フィルタ104aが反射ミラー103と励起ダイクロイックミラー106との間の光路上に配置され、反射ミラー104cが焦点ピンホール116を通過した光の進行路上に配置されている。 As shown in FIG. 16, in the turret 104, an excitation filter 104a having a transmission characteristic at 488 nm is disposed on the optical path between the reflection mirror 103 and the excitation dichroic mirror 106, and the reflection mirror 104c passes through the focal pinhole 116. It is arranged on the light path.
図16においては、クリプトンアルゴンレーザ101を発振したレーザ光は、ビームエクスパンダ102により所望の径に拡大され、反射ミラー103で下方に反射される。そして、ターレット104上の励起フィルタ104aにより488nmの波長が選択される。そして、励起ダイクロイックミラー106で反射して走査光学系107を通ってから励起ダイクロイックミラー108で反射して瞳投影レンズ109から結像レンズ110を通り、対物レンズ111により試料112上にビームスポットとして結像する。 In FIG. 16, the laser light oscillated from the krypton argon laser 101 is enlarged to a desired diameter by the beam expander 102 and reflected downward by the reflection mirror 103. Then, the wavelength of 488 nm is selected by the excitation filter 104 a on the turret 104. Then, it is reflected by the excitation dichroic mirror 106, passes through the scanning optical system 107, then reflected by the excitation dichroic mirror 108, passes through the pupil projection lens 109, passes through the imaging lens 110, and is formed as a beam spot on the sample 112 by the objective lens 111. Image.
そして、試料112上のフレオレスセインにより発せられた蛍光が、上記光路を逆にたどり励起ダイクロイックミラー106を透過する。励起ダイクロイックミラー106を透過した蛍光が結像レンズ114、ミラー115を介して共焦点ピンホール116を通過する。このとき、この蛍光の進行路上にはターレット104上の反射ミラー104cが配置されているので、反射ミラー104cで反射されバリアフィルタ119で488nmの反射光をカットされた後、光検出器117で検出される。 Then, the fluorescence emitted by the fluorescein on the sample 112 passes through the excitation dichroic mirror 106 along the optical path. The fluorescence transmitted through the excitation dichroic mirror 106 passes through the confocal pinhole 116 via the imaging lens 114 and the mirror 115. At this time, since the reflection mirror 104c on the turret 104 is arranged on the traveling path of the fluorescence, the reflected light of 488 nm is reflected by the reflection mirror 104c and cut off by the barrier filter 119, and then detected by the photodetector 117. Is done.
走査光学系107を構成するガルバノメータスキャナミラーを振ることにより、光ビームを試料112上で2次元方向に走査することになり、各走査位置においての光検出器117により検出される光量を電気信号に変換する。 By shaking the galvanometer scanner mirror constituting the scanning optical system 107, the light beam is scanned in a two-dimensional direction on the sample 112, and the light amount detected by the photodetector 117 at each scanning position is converted into an electric signal. Convert.
以上のように、図16の状態でXY方向に1回走査し、フレオレスセインより発した蛍光を、光検出器117で検出した直後にコンピュータ200からの指示でモータ202によりターレット104を90度回転させ、568nmを選択する励起フィルタ104dと空穴104bを各光路上に配置させる。 As described above, the turret 104 is rotated 90 degrees by the motor 202 in response to an instruction from the computer 200 immediately after the fluorescence emitted from the fluorescein is scanned once in the XY directions in the state of FIG. The excitation filter 104d for selecting 568 nm and the hole 104b are arranged on each optical path by rotating.
図18は、図16に示した従来の走査型レーザ観察装置において、568nmによりTEXAS RED(商標)を励起し、その蛍光を検出している状態を示している図であり、図19は、図18中に示したターレット104の105矢視図である。 FIG. 18 is a diagram showing a state in which TEXAS RED (trademark) is excited by 568 nm and the fluorescence is detected in the conventional scanning laser observation apparatus shown in FIG. 16, and FIG. 18 is a view of the turret 104 shown in FIG.
図19に示した状態は、ターレット104を図16の状態から90度回転させた状態である。
このような状態でクリプトンアルゴンレーザ101を発振した波長のうち568nmの波長は、励起フィルタ104dにより選択され励起ダイクロイックミラー106を反射し試料112上にビームスポットとして結像する。そして、試料112上のTEXAS RED(商標)により発せられた蛍光が励起ダイクロイックミラー108を透過し、結像レンズ114およびミラー115を介して共焦点ピンホール116を通過する。このとき、蛍光の光路上にはターレット104上の空穴104bが配置されているので、ターレット104上の空穴104bを透過し、バリアフィルタ120で568nmの反射光をカットされ光検出器118で検出される。
The state shown in FIG. 19 is a state in which the turret 104 is rotated 90 degrees from the state of FIG.
In this state, the wavelength of 568 nm among the wavelengths oscillated by the krypton argon laser 101 is selected by the excitation filter 104d and reflected by the excitation dichroic mirror 106 to form an image on the sample 112 as a beam spot. Then, the fluorescence emitted from the TEXAS RED (trademark) on the sample 112 passes through the excitation dichroic mirror 108 and passes through the confocal pinhole 116 via the imaging lens 114 and the mirror 115. At this time, since the air hole 104b on the turret 104 is disposed on the optical path of the fluorescence, the reflected light of 568 nm is cut by the barrier filter 120 and detected by the photodetector 118.
ここでも、走査光学系107のガルバノメータスキャナミラーを振ることで、光ビームを試料112上で2次元に走査し、各走査位置において光検出器118により検出される光を電気信号に変換してコンピュータ200に入力する。 Again, the light beam is scanned two-dimensionally on the sample 112 by shaking the galvanometer scanner mirror of the scanning optical system 107, and the light detected by the photodetector 118 at each scanning position is converted into an electrical signal. Enter 200.
そして、走査光学系107の走査に同期させて1フレーム走査毎にターレット104を90度回転させることにより、図16乃至図18を用いて説明した2つの工程を行ない、光検出器117および光検出器118で検出した電気信号をコンピュータ200に順次取り込む。そして、例えば、光検出器117によるものを緑色に擬似カラー処理し、光検出器118によるものを赤色に擬似カラー処理してモニタ201上に重ねて表示する(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、従来の構成で、走査機構による走査に同期して1画素受光中に波長選択手段による選択励起波長および光路選択手段による選択光路を切り換えるには、1画素受光毎に回転板を所望の位置へ回転させる必要があり、1画素毎の受光サンプリングレートを高速化できない、という問題点があった。 However, in the conventional configuration, in order to switch the selective excitation wavelength by the wavelength selection unit and the selection optical path by the optical path selection unit during light reception by one pixel in synchronization with scanning by the scanning mechanism, the rotating plate is moved to a desired position for each pixel reception. There is a problem that the light receiving sampling rate for each pixel cannot be increased.
また、上記走査機構による走査に同期してフレームもしくはライン毎に上記波長選択手段による選択励起波長を切り換える場合、ラインもしくは画素毎に切り換える場合と比較して、波長別に観察の時間差が発生してしまうという問題点があった。 In addition, when the selective excitation wavelength is switched by the wavelength selection unit for each frame or line in synchronization with the scanning by the scanning mechanism, an observation time difference occurs for each wavelength as compared with the case of switching for each line or pixel. There was a problem.
さらに、同時に多波長を観察したい場合、多波長分全てを励起しながら走査すると、画像取得に膨大な時間がかかってしまうという問題点があった。
本発明は、上記従来技術の欠点に鑑みてなされたもので、1画素毎の受光サンプリングレートを高速化することが可能で、走査機構による走査に同期して1フレーム走査、1ライン走査または1画素受光中に波長選択手段による選択励起波長を切り換える場合の波長別の時間差を極力抑え、同時に多波長を観察する場合でも画像取得の時間を短縮することが可能な走査型レーザ観察装置、観察方法及び観察プログラムを提供することを目的とする。
Furthermore, when it is desired to observe multiple wavelengths at the same time, if scanning is performed while exciting all of the multiple wavelengths, there is a problem that it takes an enormous amount of time for image acquisition.
The present invention has been made in view of the above-described drawbacks of the prior art. It is possible to increase the light receiving sampling rate for each pixel, and one frame scan, one line scan or one scan in synchronization with the scan by the scanning mechanism. Scanning laser observation apparatus and observation method capable of minimizing the time difference for each wavelength when switching the selective excitation wavelength by the wavelength selection means during light reception of the pixel, and shortening the image acquisition time even when observing multiple wavelengths at the same time And to provide an observation program.
本発明は、上記課題を解決するため、下記のような構成を採用した。
すなわち、本発明の一態様によれば、本発明の走査型レーザ観察装置は、光源からの光ビームを試料に照射し走査機構によって上記試料を上記光ビームで走査する走査型レーザ観察装置であって、波長の異なる複数種類の励起光を出射する複数の光源手段と、上記複数種類の波長の中から所定の波長の励起光を選択する波長選択手段と、上記複数種類の波長でそれぞれ励起される複数種類の蛍光をそれぞれ検出する複数の検出手段と、上記走査機構による走査に同期して1フレーム走査、1ライン走査または1画素受光中に上記波長選択手段により選択される励起光を切り換えるゲート手段とを備えることを特徴とする。
The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems.
That is, according to one aspect of the present invention, the scanning laser observation apparatus of the present invention is a scanning laser observation apparatus that irradiates a sample with a light beam from a light source and scans the sample with the light beam by a scanning mechanism. A plurality of light source means for emitting a plurality of types of excitation light having different wavelengths, a wavelength selection means for selecting the excitation light having a predetermined wavelength from the plurality of types of wavelengths, and the plurality of types of wavelengths. A plurality of detection means for detecting a plurality of types of fluorescence, and a gate for switching excitation light selected by the wavelength selection means during one-frame scanning, one-line scanning, or one-pixel light reception in synchronization with scanning by the scanning mechanism Means.
また、本発明の走査型レーザ観察装置は、上記波長選択手段が、波長の種類および検出の順序に関しての予め定められた規則に基づいて励起光を選択することが望ましい。
また、本発明の走査型レーザ観察装置は、上記波長選択手段が、1次元X、Y、Z、2次元XY、XZ、YZまたは3次元XYZ画像を時間T経過毎に取得する場合に、予め次元XYZTのいずれかに重み付けを行って励起光を選択することが望ましい。
In the scanning laser observation apparatus of the present invention, it is preferable that the wavelength selection unit selects the excitation light based on a predetermined rule regarding the type of wavelength and the order of detection.
In addition, the scanning laser observation apparatus of the present invention is configured so that the wavelength selection unit obtains a one-dimensional X, Y, Z, two-dimensional XY, XZ, YZ, or three-dimensional XYZ image every time T in advance. It is desirable to select excitation light by weighting one of the dimensions XYZT.
また、本発明の走査型レーザ観察装置は、上記波長選択手段が、1次元X、Y、Z、2次元XY、XZ、YZまたは3次元XYZ画像を時間T経過毎に取得する場合に、観察する分解能の粗細に応じて次元XYZTのいずれかに重み付けを行って励起光を選択することが望ましい。 Further, the scanning laser observation apparatus of the present invention provides an observation when the wavelength selection unit acquires a one-dimensional X, Y, Z, two-dimensional XY, XZ, YZ, or three-dimensional XYZ image every time T. It is desirable to select excitation light by weighting one of the dimensions XYZT according to the resolution of the resolution to be performed.
また、本発明の走査型レーザ観察装置は、上記波長選択手段が、1次元X、Y、Z、2次元XY、XZ、YZまたは3次元XYZ画像を時間T経過毎に取得する場合に、レーザ光の励起による蛍光反応の時間が異なる波長に応じて重み付けを行って励起光を選択することが望ましい。 Further, the scanning laser observation apparatus of the present invention provides a laser when the wavelength selection unit acquires a one-dimensional X, Y, Z, two-dimensional XY, XZ, YZ, or three-dimensional XYZ image every time T. It is desirable to select excitation light by performing weighting according to the wavelength at which the fluorescence reaction time due to light excitation differs.
また、本発明の走査型レーザ観察装置は、上記波長選択手段が、1次元X、Y、Z、2次元XY、XZ、YZまたは3次元XYZ画像を時間T経過毎に取得する場合に、蛍光反応の強弱が異なる波長に応じて重み付けを行って励起光を選択することが望ましい。 Further, the scanning laser observation apparatus of the present invention is arranged such that when the wavelength selection means acquires a one-dimensional X, Y, Z, two-dimensional XY, XZ, YZ or three-dimensional XYZ image every time T, It is desirable to select the excitation light by performing weighting according to the wavelength of the reaction intensity.
また、本発明の走査型レーザ観察装置は、上記ゲート手段によって1フレーム走査、1ライン走査または1画素受光中に切り換えて得られる各蛍光波長を合成して表示する表示手段をさらに備えることが望ましい。 The scanning laser observation apparatus of the present invention preferably further comprises display means for synthesizing and displaying each fluorescence wavelength obtained by switching between one frame scanning, one line scanning, or one pixel light reception by the gate means. .
また、本発明の走査型レーザ観察装置は、各次元均等で各波長均等に間引いたプレビューでの輝度データに基づいて、次元や波長の間引き方を設定する設定手段をさらに備えることが望ましい。 The scanning laser observation apparatus of the present invention preferably further includes setting means for setting a method for thinning out dimensions and wavelengths based on luminance data in a preview that is thinned out evenly in each dimension and in each wavelength.
また、本発明の一態様によれば、本発明の観察方法は、光源からの光ビームを試料に照射し走査機構によって上記試料を上記光ビームで走査する走査型レーザ観察装置が実行する観察方法であって、複数の光源手段から出射する波長の異なる複数種類の励起光の中から所定の波長の励起光を選択し、上記複数種類の波長でそれぞれ励起される複数種類の蛍光をそれぞれ検出し、上記走査機構による走査に同期して1フレーム走査、1ライン走査または1画素受光中に上記選択される励起光を切り換えることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, the observation method of the present invention includes an observation method performed by a scanning laser observation apparatus that irradiates a sample with a light beam from a light source and scans the sample with the light beam by a scanning mechanism. And selecting excitation light of a predetermined wavelength from a plurality of types of excitation light having different wavelengths emitted from a plurality of light source means, and detecting a plurality of types of fluorescence respectively excited by the plurality of types of wavelengths. The selected excitation light is switched during one-frame scanning, one-line scanning, or one-pixel light reception in synchronization with scanning by the scanning mechanism.
また、本発明の一態様によれば、本発明の観察プログラムは、光源からの光ビームを試料に照射し走査機構によって上記試料を上記光ビームで走査する走査型レーザ観察装置に実行させるための観察プログラムであって、複数の光源手段から出射する波長の異なる複数種類の励起光の中から所定の波長の励起光を選択する手順と、上記複数種類の波長でそれぞれ励起される複数種類の蛍光をそれぞれ検出する手順と、上記走査機構による走査に同期して1フレーム走査、1ライン走査または1画素受光中に上記選択される励起光を切り換える手順とを実行させるためのコンピュータ実行可能な観察プログラムである。 Further, according to one aspect of the present invention, an observation program of the present invention causes a scanning laser observation apparatus that irradiates a sample with a light beam from a light source and scans the sample with the light beam by a scanning mechanism. An observation program, a procedure for selecting excitation light having a predetermined wavelength from a plurality of types of excitation light having different wavelengths emitted from a plurality of light source means, and a plurality of types of fluorescence that are respectively excited at the plurality of types of wavelengths. And a computer-executable observation program for executing a procedure for switching the excitation light selected during one-frame scanning, one-line scanning, or one-pixel light reception in synchronization with scanning by the scanning mechanism It is.
本発明によれば、1画素毎の受光サンプリングレートを高速化することが可能で、走査機構による走査に同期して1フレーム走査、1ライン走査または1画素受光中に波長選択手段による選択励起波長を切り換える場合の波長別の観察の時間差を極力抑え、同時に多波長を観察する場合でも画像取得の時間を短縮することが可能な走査型レーザ観察装置、観察方法及び観察プログラムを提供することができる。 According to the present invention, the light receiving sampling rate for each pixel can be increased, and the selective excitation wavelength by the wavelength selecting means during one frame scanning, one line scanning or one pixel light reception in synchronization with the scanning by the scanning mechanism. It is possible to provide a scanning laser observation apparatus, an observation method, and an observation program capable of suppressing the time difference of observation for each wavelength when switching between the two, and reducing the image acquisition time even when observing multiple wavelengths at the same time. .
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について述べる。
まず、図1乃至図4を用いて、本発明の第1の実施の形態について説明する。
図1は、本発明を適用した走査型レーザ観察装置の光学系の構成を示す図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical system of a scanning laser observation apparatus to which the present invention is applied.
図1において、走査型レーザ観察装置1は、4つのレーザ光源1a、1b、1c、1dを備え、各レーザ光源1a、1b、1c、1dは、それぞれ異なる波長λa、λb、λc、λdを出射(出力)する。レーザ光源1a、1b、1c、1dから出射されたそれぞれのレーザ光は、シャッタ2a、2b、2c、2dを通過し、あるいはシャッタ2a、2b、2c、2dで遮断される。そして、シャッタ2a、2b、2c、2dを通過したレーザ光は、ミラー3で反射し、あるいは波長合成ダイクロイックミラー4b、4c、4dで反射および合成を行う。 In FIG. 1, a scanning laser observation apparatus 1 includes four laser light sources 1a, 1b, 1c, and 1d. The laser light sources 1a, 1b, 1c, and 1d emit different wavelengths λa, λb, λc, and λd, respectively. (Output. The laser beams emitted from the laser light sources 1a, 1b, 1c, and 1d pass through the shutters 2a, 2b, 2c, and 2d, or are blocked by the shutters 2a, 2b, 2c, and 2d. The laser light that has passed through the shutters 2a, 2b, 2c, and 2d is reflected by the mirror 3, or reflected and synthesized by the wavelength synthesis dichroic mirrors 4b, 4c, and 4d.
ミラー3で反射し、波長合成ダイクロイックミラー4b、4c、4dで反射および合成されたレーザ光は、励起ダイクロイックミラー5で反射されるとともに、後述の蛍光を透過させる機能を有する。そして、励起ダイクロイックミラー5で反射されたレーザ光は、偏向素子6x、6yおよび対物レンズ7を介して試料8に照射される。 The laser light reflected by the mirror 3 and reflected and synthesized by the wavelength synthesizing dichroic mirrors 4b, 4c, 4d is reflected by the excitation dichroic mirror 5 and has a function of transmitting fluorescence described later. Then, the laser beam reflected by the excitation dichroic mirror 5 is irradiated onto the sample 8 via the deflecting elements 6 x and 6 y and the objective lens 7.
そして、レーザ光が照射された試料8からの反射あるいは透過光である蛍光は、再度対物レンズ7および偏向素子6x、6yを介し、さらに励起ダイクロイックミラー5、フィルタ9を介して、分光ダイクロイックミラー10a、10b、10cで分光および反射され、ミラー11で反射される。さらに、反射された蛍光は、集光レンズ12a、12b、12c、12d、共焦点開口13a、13b、13c、13d、およびバリアフィルタ14a、14b、14c、14dを介して、光検出器(PMT)15a、15b、15c、15dで検出される。 Then, the fluorescence, which is reflected or transmitted from the sample 8 irradiated with the laser light, again passes through the objective lens 7 and the deflecting elements 6x and 6y, and further passes through the excitation dichroic mirror 5 and the filter 9, thereby the spectral dichroic mirror 10a. 10b and 10c are spectrally reflected and reflected, and reflected by the mirror 11. Further, the reflected fluorescence is reflected by a photodetector (PMT) via the condenser lenses 12a, 12b, 12c, 12d, the confocal apertures 13a, 13b, 13c, 13d, and the barrier filters 14a, 14b, 14c, 14d. Detected at 15a, 15b, 15c, and 15d.
なお、試料8は、波長λaを励起された場合に波長λa´(ダッシュ)を蛍光し、波長λbを励起された場合に波長λb´(ダッシュ)を蛍光し、波長λcを励起された場合に波長λc´(ダッシュ)を蛍光し、波長λdを励起された場合に波長λd´(ダッシュ)を蛍光する。 Sample 8 fluoresces wavelength λa ′ (dash) when excited with wavelength λa, fluoresces wavelength λb ′ (dash) when excited with wavelength λb, and excites wavelength λc. The wavelength λc ′ (dash) is fluorescent, and when the wavelength λd is excited, the wavelength λd ′ (dash) is fluorescent.
図2は、本発明を適用した走査型レーザ観察装置の制御系および表示系の構成を示す図である。
図2において、システム制御手段16は、走査型レーザ観察装置1全体の制御を行う他、備向素子6x、6yにより1画素移動したことを示すサンプリングクロックの生成を行う。レーザ制御手段17は、各波長のレーザ光源1a、1b、1c、1dのパワーやON/OFF等を制御する。パワー設定手段18a、18b、18c、18dは、レーザ光のパワーを設定する。波長選択手段19は、サンプリングクロックに同期して波長の選択を行う。レーザON/OFF手段20a、20b、20c、20dは、波長選択手段19により選択された波長のレーザ光が出力されるように、あるいは波長選択手段19に選択されない波長のレーザ光が出力されないように、レーザ光源1a、1b、1c、1dから出射されるレーザ光のオンオフを制御しする。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a control system and a display system of a scanning laser observation apparatus to which the present invention is applied.
In FIG. 2, the system control unit 16 controls the entire scanning laser observation apparatus 1 and generates a sampling clock indicating that one pixel has been moved by the preparation elements 6x and 6y. The laser control means 17 controls the power, ON / OFF, and the like of the laser light sources 1a, 1b, 1c, and 1d of the respective wavelengths. The power setting means 18a, 18b, 18c, and 18d set the power of the laser beam. The wavelength selecting unit 19 selects a wavelength in synchronization with the sampling clock. The laser ON / OFF means 20a, 20b, 20c, and 20d are configured so that laser light having a wavelength selected by the wavelength selecting means 19 is output or laser light having a wavelength not selected by the wavelength selecting means 19 is not output. The laser light emitted from the laser light sources 1a, 1b, 1c, and 1d is controlled on and off.
そして、検出処理手段21a・21b・21c・21dは、サンプリングクロックに同期して光検出器15a、15b、15c、15dからの蛍光検出信号を処理し、出力した結果をメモリ22に格納しておく。表示手段23は、メモリ22への蓄積量に応じて表示を行う。 The detection processing means 21a, 21b, 21c, and 21d process the fluorescence detection signals from the photodetectors 15a, 15b, 15c, and 15d in synchronization with the sampling clock, and store the output results in the memory 22. . The display means 23 performs display according to the amount stored in the memory 22.
次に、上述の様に構成された走査型レーザ観察装置1の動作について説明する。
図3は、第1の実施の形態に係る走査型レーザ観察装置で試料に励起するレーザ光の波長を画素毎に示した図であり、図4は、図3内の先頭2ライン分の励起するレーザ光の波長の時間変化を示した図である。
Next, the operation of the scanning laser observation apparatus 1 configured as described above will be described.
FIG. 3 is a diagram showing the wavelength of the laser beam excited on the sample for each pixel in the scanning laser observation apparatus according to the first embodiment, and FIG. 4 is the excitation for the first two lines in FIG. It is the figure which showed the time change of the wavelength of the laser beam to perform.
これらの図3および図4では、波長λa´の蛍光状態を詳しく観察し、他の波長λb´・λc´・λd´は大まかに観察したい場合の例を示している。
図3に示す様に、励起するレーザ光を画素毎に、波長λaと波長λbの組合せ、波長λaと波長λcの組合せ、波長λaと波長λdの組合せ、といった順番で繰り返す様にする。図3では説明の簡素化のために、XY平面上で9画素×9画素としているが、実際の観察では512画素×512画素の様な、広い領域を詳細に観察する。
FIGS. 3 and 4 show examples in which the fluorescence state of the wavelength λa ′ is observed in detail, and the other wavelengths λb ′, λc ′, and λd ′ are roughly observed.
As shown in FIG. 3, the excitation laser light is repeated for each pixel in the order of a combination of wavelength λa and wavelength λb, a combination of wavelength λa and wavelength λc, and a combination of wavelength λa and wavelength λd. In FIG. 3, for simplification of explanation, 9 pixels × 9 pixels are set on the XY plane, but in actual observation, a wide area such as 512 pixels × 512 pixels is observed in detail.
予め励起する波長のレーザ光を図3の様に決めているため、観察前にシステム制御手段16へ、XY走査、9画素×9画素、走査速度、1画素で励起する波長2種類、(波長λaと波長λb)−>(波長λaと波長λc)−>(波長λaと波長λd)等の設定を行う。(波長λaと波長λb)−>(波長λaと波長λc)−>(波長λaと波長λd)とは、始めの1画素では波長λaと波長λbのレーザを励起し、次の1画素では波長λaと波長λcのレーザを励起し、その次の1画素では波長λaと波長λdのレーザを励起する、といった一連の動作を繰り返すことを意味する。 Since the laser light having a wavelength to be excited in advance is determined as shown in FIG. 3, before the observation, two types of wavelengths to be excited by XY scanning, 9 pixels × 9 pixels, scanning speed, 1 pixel are sent to the system control means 16 (wavelength λa and wavelength λb)-> (wavelength λa and wavelength λc)-> (wavelength λa and wavelength λd) are set. (Wavelength λa and Wavelength λb)-> (Wavelength λa and Wavelength λc)-> (Wavelength λa and Wavelength λd) means that the first pixel excites the laser of wavelength λa and wavelength λb, and the next one pixel has wavelength This means that a series of operations such as exciting the lasers of λa and λc and exciting the lasers of wavelength λa and λd in the next one pixel is repeated.
これらの情報がシステム制御手段16へ設定されると、それらの情報はレーザ制御手段17へ伝達され、全波長のレーザ光を出力する期間やレーザパワー、(波長λaと波長λc)−>(波長λaと波長λc)−>(波長λaと波長λd)等といった設定がされる。 When these pieces of information are set to the system control means 16, the information is transmitted to the laser control means 17, and the period and laser power for outputting laser light of all wavelengths, (wavelength λa and wavelength λc)-> (wavelength λa and wavelength λc)-> (wavelength λa and wavelength λd) are set.
システム制御手段16で走査が開始されると、まずXが1画素目でありYが1画素目であり1画素内励起1番目であること(以下、(X1画素目・Y1画素目・画素内1番目)と記す)が、サンプリングクロック等の出力を用いて、システム制御手段16からレーザ制御手段17、検出処理手段21等へ知らされる。レーザ制御手段17経由で(X1画素目・Y1画素目・画素内1番目)を知らされた波長選択手段19は、始めの画素で励起する波長λaと波長λbのうち、1番目の波長λaのレーザを選択する。この選択により、レーザON/OFF手段20aは、レーザ光源1aをONとし、レーザON/OFF手段20b、20c、20dはレーザ光源1b、1c、1dをOFFとする。これにより、レーザ光源1aから波長λaのレーザ光が出力されるが、レーザ光源1b、1c、1dからレーザ光は出力されない。 When scanning is started by the system control means 16, X is the first pixel, Y is the first pixel, and is the first excitation within one pixel (hereinafter referred to as (X1 pixel / Y1 pixel / inside pixel). 1) is notified from the system control means 16 to the laser control means 17 and the detection processing means 21 using the output of the sampling clock or the like. The wavelength selection means 19 informed of the laser control means 17 (X1 pixel / Y1 pixel / first in the pixel) has the first wavelength λa out of the wavelength λa and the wavelength λb excited by the first pixel. Select a laser. By this selection, the laser ON / OFF means 20a turns on the laser light source 1a, and the laser ON / OFF means 20b, 20c, 20d turns off the laser light sources 1b, 1c, 1d. As a result, laser light having a wavelength λa is output from the laser light source 1a, but no laser light is output from the laser light sources 1b, 1c, and 1d.
レーザ光源1aから出力された波長λaのレーザ光は、ミラー3で反射し、ダイクロイックミラー4b、4cで透過し、ダイクロイックミラー4dで反射して、励起ダイクロイックミラー5で反射し、偏向素子6xでX方向に走査され、偏向素子6yでY方向に走査されて、対物レンズ7を通り、試料8へ照射される。試料8へ波長λaのレーザが照射されると、試料8から波長λa´の蛍光が発生し、対物レンズ7、偏向素子6を経由して、励起ダイクロイックミラー5を透過する。 The laser light having the wavelength λa output from the laser light source 1a is reflected by the mirror 3, transmitted by the dichroic mirrors 4b and 4c, reflected by the dichroic mirror 4d, reflected by the excitation dichroic mirror 5, and X by the deflection element 6x. The sample 8 is scanned in the direction, scanned in the Y direction by the deflection element 6 y, passes through the objective lens 7, and is irradiated onto the sample 8. When the sample 8 is irradiated with the laser with the wavelength λa, the sample 8 generates fluorescence with the wavelength λa ′, and passes through the excitation dichroic mirror 5 via the objective lens 7 and the deflection element 6.
透過した波長λa´の蛍光は、レーザ光に相当する波長λa、λb、λc、λdをカットし蛍光波長λa´、λb´、λc´、λd´を透過する特性をもつフィルタ9を透過し、分光ダイクロイックミラー10aで波長λa´の蛍光は反射する。分光ダイクロイックミラー10aで反射した波長λa´の蛍光は、集光レンズ12a、共焦点開口13a、バリアフィルタ14aを介して光検出器15aで波長λa´の光が検出される。 The transmitted fluorescence having the wavelength λa ′ is transmitted through the filter 9 having a characteristic of cutting the wavelengths λa, λb, λc, and λd corresponding to the laser light and transmitting the fluorescence wavelengths λa ′, λb ′, λc ′, and λd ′. The spectral dichroic mirror 10a reflects the fluorescence having the wavelength λa ′. The fluorescence having the wavelength λa ′ reflected by the spectroscopic dichroic mirror 10a is detected by the photodetector 15a through the condenser lens 12a, the confocal aperture 13a, and the barrier filter 14a.
光検出器15aで検出された蛍光値は、光検出器15a、15b、15c、15d毎に検出処理手段21a、21b、21c、21dでメモリ22が扱うことのできる形式ヘサンプリングクロックに同期して変換され、メモリ22に(X1画素目・Y1画素目・画素内1番目)の蛍光データとして蓄積される。 The fluorescence value detected by the photodetector 15a is synchronized with the sampling clock that can be handled by the memory 22 by the detection processing means 21a, 21b, 21c, and 21d for each of the photodetectors 15a, 15b, 15c, and 15d. It is converted and stored in the memory 22 as (X1 pixel / Y1 pixel / first pixel) fluorescence data.
次に、Xが1画素目でありYが1画素目であり1画素内励起2番目であることが、サンプリングクロック等の出力を用いて、システム制御手段16からレーザ制御手段17、検出処理手段21a、21b、21c、21dへ知らされる。レーザ制御手段17経由で(X1画素目・Y1画素目・画素内2番目)を知らされた波長選択手段19は、始めの画素で励起する波長λaと波長λbのうち、2番目の波長λbのレーザを選択する。この選択により、レーザON/OFF手段20bは、レーザ光源1bをONとし、レーザON/OFF手段20a・20c・20dはレーザ光源1a、1c、1dをOFFとする。これにより、レーザ光源1bから波長λbのレーザが出力されるが、レーザ光源1a、1c、1dからレーザ光は出力されない。レーザ光源1bから出力された波長λbのレーザ光は、ダイクロイックミラー4bで反射し、ダイクロイックミラー4cで反射し、ダイクロイックミラー4dで反射して、励起ダイクロイックミラー5で反射し、偏向素子6xでX方向に走査され、偏向素子6yでY方向に走査されて、対物レンズ7を通り、試料8へ照射される。 Next, the fact that X is the first pixel and Y is the first pixel and the second excitation within one pixel is determined from the system control means 16 to the laser control means 17 and the detection processing means using the output of the sampling clock or the like. 21a, 21b, 21c, 21d. The wavelength selection means 19 informed of the laser control means 17 (X1 pixel / Y1 pixel / second pixel) has the second wavelength λb among the wavelengths λa and λb excited by the first pixel. Select a laser. By this selection, the laser ON / OFF means 20b turns on the laser light source 1b, and the laser ON / OFF means 20a, 20c, 20d turns off the laser light sources 1a, 1c, 1d. As a result, a laser having a wavelength λb is output from the laser light source 1b, but no laser light is output from the laser light sources 1a, 1c, and 1d. The laser light having the wavelength λb outputted from the laser light source 1b is reflected by the dichroic mirror 4b, reflected by the dichroic mirror 4c, reflected by the dichroic mirror 4d, reflected by the excitation dichroic mirror 5, and is deflected by the deflecting element 6x in the X direction. Is scanned in the Y direction by the deflection element 6y, passes through the objective lens 7, and is irradiated onto the sample 8.
試料8へ波長λbのレーザ光が照射されると、試料8から波長λb´の蛍光が発生し、対物レンズ7、偏向素子6を経由して、励起ダイクロイックミラー5を透過する。透過した波長λb´の蛍光は、レーザ光に相当する波長λa、λb、λc、λdをカットし蛍光波長λa´、λb´、λc´、λd´を透過する特性をもつフィルタ9を透過し、分光ダイクロイックミラー10aで透過し、分光ダイクロイックミラー10bで波長λb´の蛍光は反射する。 When the sample 8 is irradiated with laser light having a wavelength λb, fluorescence having a wavelength λb ′ is generated from the sample 8 and passes through the excitation dichroic mirror 5 via the objective lens 7 and the deflection element 6. The transmitted fluorescence having the wavelength λb ′ is transmitted through the filter 9 having a characteristic of cutting the wavelengths λa, λb, λc, and λd corresponding to the laser light and transmitting the fluorescence wavelengths λa ′, λb ′, λc ′, and λd ′. The light is transmitted by the spectroscopic dichroic mirror 10a, and the fluorescence having the wavelength λb 'is reflected by the spectroscopic dichroic mirror 10b.
分光ダイクロイックミラー10bで反射した波長λb´の蛍光は、集光レンズ12b、共焦点開口13b、バリアフィルタ14bを介して光検出器15bで波長λb´の光が検出される。光検出器15で検出された蛍光値は、光検出器15a、15b、15c、15d毎に検出処理手段21a、21b、21c、21dでメモリ22が扱うことのできる形式ヘサンプリングクロックに同期して変換され、メモリ22に(X1画素目・Y1画素目・画素内2番目)の蛍光データとして蓄積される。 The fluorescence having the wavelength λb ′ reflected by the spectroscopic dichroic mirror 10b is detected by the photodetector 15b through the condenser lens 12b, the confocal aperture 13b, and the barrier filter 14b. The fluorescence value detected by the photodetector 15 is synchronized with a sampling clock that can be handled by the memory 22 by the detection processing means 21a, 21b, 21c, and 21d for each of the photodetectors 15a, 15b, 15c, and 15d. It is converted and stored in the memory 22 as fluorescence data of (X1 pixel, Y1 pixel, second pixel).
これらの処理の間に、偏向素子6XはX2画素目・Y1画素目へと試料8へ照射するレーザ光の光軸をずらし、試料8上の照射位置を移動させている。
この照射位置がX2画素目、Y1画素目へ到達した時、システム制御手段16はレーザ制御手段17、検出処理手段21a、21b、21c、21d、表示手段22等へ(X2画素目・Y1画素目・画素内1番目)であることをサンプリングクロック等の出力を用いて伝達する。レーザ制御手段17経由で(X2画素目・Y1画素目・画素内1番目)を知らされた波長選択手段19は、予め設定されている2番目の画素で励起する波長λaと波長λcのうち、1番目の波長λaのレーザを選択する。この選択により、レーザON/OFF手段20aはレーザ光源1aをONとし、レーザON/OFF手段20b・20c・20dはレーザ光源1b、1c、1dをOFFとする。これにより、レーザ光源1aから波長λaのレーザ光が出力されるが、レーザ光源1b、1c、1dからレーザ光は出力されない。
During these processes, the deflecting element 6X shifts the irradiation position on the sample 8 by shifting the optical axis of the laser beam applied to the sample 8 toward the X2 pixel and the Y1 pixel.
When this irradiation position reaches the X2 pixel and the Y1 pixel, the system control means 16 moves to the laser control means 17, the detection processing means 21a, 21b, 21c, 21d, the display means 22, etc. (X2 pixel / Y1 pixel). (1) in the pixel is transmitted using an output such as a sampling clock. The wavelength selection means 19 informed of (the X2 pixel, the Y1 pixel, and the first in the pixel) via the laser control means 17 is the wavelength λa and the wavelength λc that are excited by the second pixel set in advance. The laser with the first wavelength λa is selected. By this selection, the laser ON / OFF means 20a turns on the laser light source 1a, and the laser ON / OFF means 20b, 20c, and 20d turn off the laser light sources 1b, 1c, and 1d. As a result, laser light having a wavelength λa is output from the laser light source 1a, but no laser light is output from the laser light sources 1b, 1c, and 1d.
レーザ光源1aから出力された波長λaのレーザ光はミラー3で反射し、ダイクロイックミラー4b、4cで透過し、ダイクロイックミラー4dで反射して、励起ダイクロイックミラー5で反射し、偏向素子6xでX方向に走査され、偏向素子6yでY方向に走査されて、対物レンズ7を通り、試料8へ照射される。 The laser light of wavelength λa output from the laser light source 1a is reflected by the mirror 3, transmitted by the dichroic mirrors 4b and 4c, reflected by the dichroic mirror 4d, reflected by the excitation dichroic mirror 5, and X direction by the deflecting element 6x. Is scanned in the Y direction by the deflection element 6y, passes through the objective lens 7, and is irradiated onto the sample 8.
試料8へ波長λaのレーザが照射されると、試料8から波長λa´の蛍光が発生し、対物レンズ7、偏向素子6を経由して、励起ダイクロイックミラー5を透過する。透過した波長λa´の蛍光は、レーザ光に相当する波長λa、λb、λc、λdをカットし蛍光波長λa´、λb´、λc´、λd´を透過する特性をもつフィルタ9を透過し、分光ダイクロイックミラー10aで波長λa´の蛍光は反射する。 When the sample 8 is irradiated with the laser with the wavelength λa, the sample 8 generates fluorescence with the wavelength λa ′, and passes through the excitation dichroic mirror 5 via the objective lens 7 and the deflection element 6. The transmitted fluorescence having the wavelength λa ′ is transmitted through the filter 9 having a characteristic of cutting the wavelengths λa, λb, λc, and λd corresponding to the laser light and transmitting the fluorescence wavelengths λa ′, λb ′, λc ′, and λd ′. The spectral dichroic mirror 10a reflects the fluorescence having the wavelength λa ′.
分光ダイクロイックミラー10aで反射した波長λa´の蛍光は、集光レンズ12a、共焦点開口13a、バリアフィルタ14aを介して光検出器15aで波長λa´の光が検出される。光検出器15aで検出された蛍光値は、光検出器15a、15b、15c、15d毎に検出処理手段21a、21b、21c、21dでメモリ22が扱うことのできる形式へ変換され、メモリ22に(X2画素目・Y1画素目・画素内1番目)の蛍光データとして蓄積される。 The fluorescence having the wavelength λa ′ reflected by the spectroscopic dichroic mirror 10a is detected by the photodetector 15a through the condenser lens 12a, the confocal aperture 13a, and the barrier filter 14a. The fluorescence value detected by the photodetector 15a is converted into a format that can be handled by the memory 22 by the detection processing means 21a, 21b, 21c, and 21d for each of the photodetectors 15a, 15b, 15c, and 15d. Accumulated as fluorescence data (X2 pixel, Y1 pixel, first pixel).
次に、Xが2画素目でありYが1画素目であり1画素内励起2番目であることが同様に処理され、メモリ22に(X2画素目・Y1画素目・画素内2番目)の蛍光データとして蓄積される。 Next, X is the second pixel, Y is the first pixel, and the second excitation in one pixel is processed in the same manner, and the memory 22 stores (X2 pixel, Y1 pixel, second pixel). Accumulated as fluorescence data.
これらの処理の間にも、偏向素子6xはX3画素目、Y1画素目へと試料8へ照射するレーザ光の光軸をずらし、試料8上の照射位置を移動させている。
この照射位置がX3画素目、Y1画素目へ到達した時、同様に処理され、メモリ22へ(X3画素目・Y1画素目・画素内1番目)の蛍光データと(X3画素目・Y1画素目・画素内2番目)の蛍光データとして蓄積される。
Also during these processes, the deflection element 6x shifts the irradiation position on the sample 8 by shifting the optical axis of the laser beam irradiated to the sample 8 toward the X3 pixel and the Y1 pixel.
When this irradiation position reaches the X3 pixel and the Y1 pixel, the same processing is performed, and the fluorescence data (X3 pixel, Y1 pixel, first pixel) and the (X3 pixel, Y1 pixel) are stored in the memory 22. -Accumulated as second fluorescence data in the pixel.
X4画素目、Y1画素目には、(波長λaと波長λb)のレーザ光を励起する状態に戻り、再度一連の(波長λaと波長λb)−>(波長λaと波長λc)−>(波長λaと波長λd)の動作を繰り返し、設定されたX9画素分までX方向の走査を行う。 The X4 pixel and the Y1 pixel are returned to the state of exciting the laser light of (wavelength λa and wavelength λb), and a series of (wavelength λa and wavelength λb)-> (wavelength λa and wavelength λc)-> (wavelength The operation of λa and wavelength λd) is repeated, and scanning in the X direction is performed up to the set X9 pixels.
そして、X9画素に到達したら、X1画素目、Y2画素目へ移動し、再度Y1画素目すなわち1ライン目に相当する1ライン分の動作と同様の動作を、Y2画素目すなわち2ライン目で繰り返す。 When the pixel reaches the X9 pixel, it moves to the X1 pixel and the Y2 pixel, and the same operation as the operation for one line corresponding to the Y1 pixel, that is, the first line is repeated again at the Y2 pixel, that is, the second line. .
同様にして、設定されたY9画素目までY方向の走査を行う。
この様にして、1画面分の蛍光データがメモリ22へ蓄積されると、システム制御手段16はメモリ22から蛍光データを読出し、表示手段23へ表示させる。ここでは、1画面分蓄積してからメモリ22の蛍光データを表示させているが、システム制御手段16の処理負荷に応じて、任意数ライン分や任意数画素分であっても構わない。
Similarly, scanning in the Y direction is performed up to the set Y9th pixel.
When the fluorescence data for one screen is accumulated in the memory 22 in this way, the system control means 16 reads the fluorescence data from the memory 22 and displays it on the display means 23. Here, the fluorescence data in the memory 22 is displayed after being accumulated for one screen, but it may be for an arbitrary number of lines or an arbitrary number of pixels depending on the processing load of the system control means 16.
以上の様な、一連の1画面分の蛍光データ表示を繰り返して、XY面での時間的変化を観察することができる。
なお、ここで、レーザ光源とシャッタは、半導体レーザであるレーザ光源1a、1b、1c、1dとシャッタ2a、2b、2c、2dから構成されたものに限らず、シングルラインレーザ光を発振する複数のガスレーザとAOTF(Acousto−Optic Tunable Filter)との組み合わせ、あるいはマルチラインレーザ光を発振するガスレーザとAOTFとの組み合わせのような構成でも構わず、レーザ光のON/OFF制御と光量制御が可能な構成をとっていればよい。
By repeating the series of fluorescence data display for one screen as described above, temporal changes on the XY plane can be observed.
Here, the laser light source and the shutter are not limited to the laser light sources 1a, 1b, 1c, and 1d that are semiconductor lasers and the shutters 2a, 2b, 2c, and 2d, but a plurality of lasers that oscillate single-line laser light. A combination of a gas laser and an AOTF (Acousto-Optic Tunable Filter), or a combination of a gas laser that oscillates a multi-line laser beam and an AOTF can be used, and laser light ON / OFF control and light amount control are possible. What is necessary is just to take the structure.
ここで、大まかに観察したい波長λb´・λc´・λd´の蛍光は、X方向に対して3画素に1回励起されており、1画素毎に1回励起される場合と比較して、検出の時間を1/3に短縮しており、且つメモリ22の容量も1/3で済む。また、詳細に観察したい波長λa´の蛍光は、1画素毎に1回励起されており、1画素分の分解能をもち、詳細にXY分解能良く観察できる。 Here, the fluorescence of wavelengths λb ′, λc ′, and λd ′ to be roughly observed is excited once every three pixels in the X direction, and compared with the case where it is excited once every pixel, The detection time is reduced to 1/3, and the capacity of the memory 22 is also reduced to 1/3. In addition, the fluorescence of the wavelength λa ′ to be observed in detail is excited once for each pixel, has a resolution of one pixel, and can be observed in detail with good XY resolution.
更に、複数の波長のレーザ光のうち、光路中に存在する励起波長は、どの時間帯であっても一波長であるため、蛍光クロストークの問題も除去できる。また、1画素毎に複数のレーザ波長を切り換えていることから、各蛍光波長間での時間的なズレを極力抑えることができる効果がある。 Furthermore, since the excitation wavelength existing in the optical path is a single wavelength in any time zone among the laser beams having a plurality of wavelengths, the problem of fluorescence crosstalk can be eliminated. In addition, since a plurality of laser wavelengths are switched for each pixel, there is an effect that temporal deviation between fluorescence wavelengths can be suppressed as much as possible.
次に、図5乃至図7を用いて、本発明の第2の実施の形態について説明する。
第2の実施の形態では、どの波長でもZの変化がそれ程大きくないが、XYの分解能を高くして観察したい場合の例を示す。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the second embodiment, the change in Z is not so large at any wavelength, but an example is shown in which observation is performed with high XY resolution.
図5は、第2の実施の形態に係る走査型レーザ観察装置で試料に励起するレーザ光の波長を画素毎に示した図で、3次元XYZのZ面を示す図ある。図6は、第2の実施の形態に係る走査型レーザ観察装置で試料に励起するレーザ光の波長を画素毎に示した図で、奇数Z面におけるレーザ光の波長を画素毎に示した図である。また、図7は、第2の実施の形態に係る走査型レーザ観察装置で試料に励起するレーザ光の波長を画素毎に示した図で、偶数Z面におけるレーザ光の波長を画素毎に示した図ある。 FIG. 5 is a diagram showing the wavelength of the laser beam excited on the sample for each pixel in the scanning laser observation apparatus according to the second embodiment, and showing the Z plane of the three-dimensional XYZ. FIG. 6 is a diagram showing, for each pixel, the wavelength of the laser beam excited on the sample in the scanning laser observation apparatus according to the second embodiment, and is a diagram showing the wavelength of the laser beam on the odd Z plane for each pixel. It is. FIG. 7 is a diagram showing the wavelength of the laser light excited on the sample for each pixel in the scanning laser observation apparatus according to the second embodiment, and shows the wavelength of the laser light on the even Z plane for each pixel. There is a figure.
どの波長でもZの変化がそれ程大きくないが、XYの分解能を高くして観察したい場合には、図6に示すように、奇数Z面では、1ライン目を波長λaで励起した後に、同じ1ライン目を波長λcで励起し、その後でY1ライン分移動して、2ライン目を同様に波長λaで励起した後に同じ2ライン目を波長λcで励起することを、ライン毎に繰り返す様にする。また、図7に示すように、偶数Z面では、1ライン目を波長λbで励起した後に、同じ1ライン目を波長λdで励起し、その後でY1ライン分移動して、2ライン目を同様に波長λbで励起した後に同じ2ライン目を波長λdで励起することを、ライン毎に繰り返す様にする。 Although the change in Z is not so large at any wavelength, when it is desired to observe with a high resolution of XY, as shown in FIG. 6, after the first line is excited with the wavelength λa on the odd Z plane, the same 1 The line is excited with the wavelength λc, and then the Y1 line is moved, and the second line is similarly excited with the wavelength λa, and then the same second line is excited with the wavelength λc so as to be repeated for each line. . Also, as shown in FIG. 7, in the even Z plane, after the first line is excited with the wavelength λb, the same first line is excited with the wavelength λd and then moved by Y1 line, and the second line is the same. Then, the same second line is excited with the wavelength λd after being excited with the wavelength λb.
光学系、制御系および表示系の構成は、図1および図2に示した第1の実施の形態と同一であるが、本第2の実施の形態では、1画面分の蛍光データをメモリ22へ格納したら、試料8の観察するZ方向の位置を変化させて、3次元XYZの蛍光状態を観察する。 The configuration of the optical system, control system, and display system is the same as that of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, but in the second embodiment, the fluorescence data for one screen is stored in the memory 22. Is stored, the position of the sample 8 in the Z direction to be observed is changed, and the three-dimensional XYZ fluorescence state is observed.
また、予め励起する波長のレーザを図6および図7のように決めているため、観察前にシステム制御手段16へ、XYZ走査、8画素×8画素×8画素、走査速度、1ラインで励起する波長2種類、(波長λaと波長λc)−>(波長λbと波長λd)、等の設定を行う。(波長λaと波長λc)−>(波長λbと波長λd)とは、始めのZ1面内の全ラインでは波長λaと波長λcのレーザ光をライン毎に切り換えて励起し、次のZ2面内の全ラインでは波長λbと波長λdのレーザ光をライン毎に切り換えて励起する、といった一連の動作を繰り返すことを意味する。 Since the laser having the wavelength to be excited in advance is determined as shown in FIG. 6 and FIG. 7, the system control unit 16 is excited by XYZ scanning, 8 pixels × 8 pixels × 8 pixels, scanning speed, 1 line before observation. Two types of wavelengths to be set, (wavelength λa and wavelength λc)-> (wavelength λb and wavelength λd), etc. are set. (Wavelength λa and Wavelength λc)-> (Wavelength λb and Wavelength λd) means that all the lines in the first Z1 plane are excited by switching the laser light of wavelength λa and wavelength λc for each line. This means that a series of operations such as switching and exciting the laser light of wavelength λb and wavelength λd for each line is repeated in all the lines.
これらの情報がシステム制御手段16へ設定されると、それらの情報はレーザ制御手段17へ伝達され、全波長のレーザ光を出力する期間やレーザパワー、(波長λaと波長λc)−>(波長λbと波長λd)等といった設定がされる。 When these pieces of information are set to the system control means 16, the information is transmitted to the laser control means 17, and the period and laser power for outputting laser light of all wavelengths, (wavelength λa and wavelength λc)-> (wavelength λb and wavelength λd) are set.
システム制御手段16で走査が開始されると、まずZ1面のY1ライン目でX走査されながら波長λaが励起され、波長λa´のデータがメモリ22へ格納される。次に、同じY1ライン目のX走査されながら波長λcが励起され、波長λc´の蛍光データがメモリ22へ格納される。ここで、設定された1ラインで励起する波長2種類を走査し終えたため、システム制御手段16は、1ライン分移動し、Y2ライン目を波長λa、λc別に励起しながらX走査し、波長λa´、λc´別に蛍光データがメモリ22へ格納される。同様にして、Y8ライン目まで波長λa、λc別のX走査を繰り返す。 When scanning is started by the system control means 16, the wavelength λa is first excited while X scanning is performed on the Y1 line of the Z1 plane, and the data of the wavelength λa ′ is stored in the memory 22. Next, the wavelength λc is excited while X scanning of the same Y1 line is performed, and the fluorescence data of the wavelength λc ′ is stored in the memory 22. Here, since the two types of wavelengths to be excited by one set line have been scanned, the system control means 16 moves by one line, performs X scanning while exciting the Y2 line separately for wavelengths λa and λc, and wavelength λa Fluorescence data is stored in the memory 22 for each of ′ and λc ′. Similarly, X scanning for each of the wavelengths λa and λc is repeated up to the Y8th line.
Y8ライン目のX走査が終了すると、メモリ22内のデータを表示させると共に、設定されたXYZ走査の情報に基づき、試料8の観察するZ方向の位置を変化きせて、Z2面のY1ライン目でX走査されながら波長λbが励起され、波長λb´の蛍光データがメモリ22へ格納される。 When the X-scan of the Y8th line is completed, the data in the memory 22 is displayed, and the position of the specimen 8 in the Z direction to be observed is changed based on the set XYZ scan information, so that the Y1th line of the Z2 plane is changed. The wavelength λb is excited while X scanning is performed at, and the fluorescence data of the wavelength λb ′ is stored in the memory 22.
次に、同じY1ライン目のX走査されながら波長λdが励起され、波長λd´の蛍光データがメモリ22へ格納される。ここで、設定された1ラインで励起する波長2種類を走査し終えたため、システム制御手段16は、1ライン分移動し、Y2ライン目を波長λb、λd別に励起しながらX走査し、波長λb´、λd別に蛍光データがメモリ22へ格納される。同様にして、Y8ライン目まで波長λb、λd別のX走査を繰り返す。 Next, the wavelength λd is excited while X scanning is performed on the same Y1 line, and the fluorescence data of the wavelength λd ′ is stored in the memory 22. Here, since the two types of wavelengths to be excited with one set line have been scanned, the system control means 16 moves by one line, performs X scanning while exciting the Y2 line separately for wavelengths λb and λd, and wavelength λb Fluorescent data is stored in the memory 22 for each of ′ and λd. Similarly, X scanning for each of the wavelengths λb and λd is repeated until the Y8th line.
Y8ライン目のX走査が終了すると、メモリ22内のデータを表示させると共に、Z3面に関して、Z1面と同様な走査をし、波長λa´、λc´の蛍光データを蓄積する。Z3面の走査終了後は、メモリ22内のデータを表示させると共に、Z4面に関して、Z2面と同様な走査をし、波長λb´、λd´の蛍光データを蓄積する。 When the X scan of the Y8th line is completed, the data in the memory 22 is displayed, and the Z3 plane is scanned in the same manner as the Z1 plane, and the fluorescence data of the wavelengths λa ′ and λc ′ is accumulated. After the scanning of the Z3 plane, the data in the memory 22 is displayed, and the Z4 plane is scanned in the same manner as the Z2 plane, and the fluorescence data of the wavelengths λb ′ and λd ′ is accumulated.
同様な動作をZ面を変える毎に繰り返し、Z8面まで走査したら、Z1面に戻り、再度Z1面からZ8面までの動作を繰り返すことにより、3次元XYZの蛍光状態の時間的変化を観察する。 The same operation is repeated every time the Z plane is changed, and after scanning up to the Z8 plane, the process returns to the Z1 plane and the operation from the Z1 plane to the Z8 plane is repeated again to observe the temporal change in the three-dimensional XYZ fluorescence state. .
ここで、大まかに観察したいZ方向の蛍光は、各波長共均等に2画素に1回励起されており、1画素毎に1回励起される場合と比較して、検出の時間を1/2に短縮しており、且つメモリ22の容量も1/2で済む。また、詳細に観察したいXY面の蛍光は、各波長共均等に1画素毎に1回励起されており、1画素分の分解能をもち、詳細にXY分解能良く観察できる。 Here, the fluorescence in the Z direction to be roughly observed is excited by two pixels evenly for each wavelength, and the detection time is halved compared to the case of being excited once for each pixel. And the capacity of the memory 22 can be halved. In addition, the fluorescence on the XY plane to be observed in detail is excited once for each pixel equally for each wavelength, has a resolution of one pixel, and can be observed in detail with good XY resolution.
更に、複数の波長のレーザのうち、光路中に存在する励起波長は、どの時間帯であっても一波長であるため、蛍光クロストークの問題も除去できる。
Z方向の蛍光が2画素に1回励起されることは、画像取得のシーケンスを1/2に間引いていることになるが、Z1面を波長λa、Z2面を波長λb、Z3面を波長λc、Z4面を波長λdの様に、Z方向を1/4に間引けば画像取得の時間は1/4に短縮され、プレビュー等の用途に適する。
Further, among the lasers having a plurality of wavelengths, the excitation wavelength existing in the optical path is one wavelength in any time zone, so that the problem of fluorescence crosstalk can be eliminated.
When the fluorescence in the Z direction is excited once by two pixels, the image acquisition sequence is decimated by half. However, the Z1 surface has a wavelength λa, the Z2 surface has a wavelength λb, and the Z3 surface has a wavelength λc. If the Z direction is thinned down to ¼ like the wavelength λd on the Z4 surface, the image acquisition time is shortened to ¼, which is suitable for applications such as preview.
次に、図8を用いて、本発明の第3の実施の形態について説明する。
第3の実施の形態では、どの波長でもXYの変化がそれ程大きくないが、Zの分解能を高くして観察したい場合の例を示す。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The third embodiment shows an example in which the change in XY is not so large at any wavelength, but the observation is made with a high resolution of Z.
図8は、第3の実施の形態に係る走査型レーザ観察装置で試料に励起するレーザの波長を画素毎に示した図である。
どの波長でもXYの変化がそれ程大きくないが、Zの分解能を高くして観察したい場合には、図4に示すように、全Z面において、奇数ライン目は波長λaで励起した後に波長λbで励起することを1画素毎に切り換えて、その後でY1ライン分移動して、偶数ライン目は波長λcで励起した後に波長λdで励起することを1画素毎に切り換えて、その後でY1ライン分移動して、再度奇数ライン目に移行し、同様の動作を繰り返す様にする。
FIG. 8 is a diagram showing, for each pixel, the wavelength of the laser excited on the sample by the scanning laser observation apparatus according to the third embodiment.
The change in XY is not so great at any wavelength, but when it is desired to observe with a high resolution of Z, as shown in FIG. 4, the odd-numbered line is excited at wavelength λa and then at wavelength λb on all Z planes. Switch excitation for each pixel, then move for Y1 line, switch even-numbered line for excitation with wavelength λc and then for excitation with wavelength λd, then move for Y1 line Then, the process shifts to the odd line again, and the same operation is repeated.
光学系、制御系および表示系の構成は、図1および図2に示した第1の実施の形態と同一であるが、本第3の実施の形態では、1画面分の蛍光データをメモリ22へ格納したら、試料8の観察するZ方向の位置を変化させて、3次元XYZの蛍光状態を観察する。 The configurations of the optical system, the control system, and the display system are the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, but in the third embodiment, the fluorescence data for one screen is stored in the memory 22. Is stored, the position of the sample 8 in the Z direction to be observed is changed, and the three-dimensional XYZ fluorescence state is observed.
また、予め励起する波長のレーザを図8のように決めているため、観察前にシステム制御手段16へ、XYZ走査、8画素×8画素×8画素、走査速度、1画素で励起する波長1種類、奇数ライン目は(波長λa)−>(波長λb)、偶数ライン目は(波長λc)−>(波長λd)、等の設定を行う。(波長λa)−>(波長λb)とは、始めの1画素では波長λaのレーザ光を励起し、次の1画素では波長λbのレーザ光を励起する、といった一連の動作を1ライン分繰り返すことを意味し、(波長λc)−>(波長λd)とは、始めの1画素では波長λcのレーザを励起し、次の1画素では波長λdのレーザを励起する、といった一連の動作を1ライン分繰り返すことを意味する。 Further, since the laser having a wavelength to be excited in advance is determined as shown in FIG. 8, the wavelength 1 to be excited by XYZ scanning, 8 pixels × 8 pixels × 8 pixels, scanning speed, 1 pixel to the system control means 16 before observation. The type, odd wavelength line (wavelength λa)-> (wavelength λb), even line number (wavelength λc)-> (wavelength λd) are set. (Wavelength λa)-> (wavelength λb) means that a series of operations such as exciting the laser light of wavelength λa in the first pixel and exciting the laser light of wavelength λb in the next pixel are repeated for one line. (Wavelength λc)-> (wavelength λd) means that a series of operations such as exciting the laser of wavelength λc in the first pixel and exciting the laser of wavelength λd in the next pixel. It means repeating for the line.
これらの情報がシステム制御手段16へ設定されると、それらの情報はレーザ制御手段17へ伝達され、全波長のレーザを出力する期間やレーザパワー、奇数ライン目は(波長λa)−>(波長λb)、偶数ライン目は(波長λc)−>(波長λd)、等といった設定がされる。なお、ここでは、予め奇数ライン目は(波長λa)−>(波長λb)、偶数ライン目は(波長λc)−>(波長λd)の様に設定しているが、偶数ライン目から奇数ライン目への変更時に(波長λa)−>(波長λb)の設定をし直し、奇数ライン目から偶数ライン目への変更時に(波長λc)−>(波長λd)の設定をし直す様に、動作状況に応じて設定も変更して動作させても良い。 When these pieces of information are set to the system control means 16, the information is transmitted to the laser control means 17, and the period and laser power for outputting lasers of all wavelengths, and the odd-numbered lines are (wavelength λa)-> (wavelength (λb), the even-numbered line is set such as (wavelength λc)-> (wavelength λd). Here, the odd-numbered line is set in advance as (wavelength λa)-> (wavelength λb), and the even-numbered line is set as (wavelength λc)-> (wavelength λd). (Wavelength λa)-> (wavelength λb) is reset when changing to the eye, and (wavelength λc)-> (wavelength λd) is reset when changing from the odd-numbered line to the even-numbered line. The setting may be changed in accordance with the operation status to operate.
このような状態で走査すれは、3次元XYZの蛍光状態の時間的変化を観察することができる。
ここで、大まかに観察したいXY面の蛍光は、各波長共均等に4画素に1回励起されており、1画素毎に1回励起される場合と比較して、検出の時間を1/4に短縮しており、且つメモリ22の容量も1/4で済む。また、詳細に観察したいZ方向の蛍光は、各波長共均等に1画素毎に1回励起されており、1画素分の分解能をもち、詳細にZ分解能良く観察できる。これにより、多波長の画像取得が高速化され、Zの変化を観察しやすくなる。
When scanning in such a state, it is possible to observe a temporal change in the three-dimensional XYZ fluorescence state.
Here, the fluorescence of the XY plane to be roughly observed is excited once for each of the four pixels evenly for each wavelength, and the detection time is reduced to ¼ compared to the case of being excited once for each pixel. And the capacity of the memory 22 can be reduced to ¼. Further, the fluorescence in the Z direction that is desired to be observed in detail is excited once for each pixel evenly for each wavelength, has a resolution of one pixel, and can be observed in detail with good Z resolution. This speeds up the acquisition of multi-wavelength images and makes it easier to observe changes in Z.
次に、図9を用いて、本発明の第4の実施の形態について説明する。
第4の実施の形態では、波長λa´の蛍光状態を詳しく観察し、波長λc´、λd´は大まかに観察し、波長λb´は中程度に観察したい場合の例を示す。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the fourth embodiment, an example in which the fluorescence state of the wavelength λa ′ is observed in detail, the wavelengths λc ′ and λd ′ are roughly observed, and the wavelength λb ′ is moderately observed is shown.
図9は、第4の実施の形態に係る走査型レーザ観察装置で試料に励起するレーザの波長を画素毎に示した図である。
波長λa´の蛍光状態を詳しく観察し、波長λc´・λd´は大まかに観察し、波長λb´は中程度に観察したい場合には、図9に示すように、励起するレーザを画素毎に、奇数ライン目では波長λaと波長λbの組合せ、波長λaと波長λcの組合せ、といった順番で繰り返し、偶数ライン目では波長λaと波長λdの組合せ、波長λaと波長λbの組合せ、といった順番で繰り返す様にする。
FIG. 9 is a diagram showing, for each pixel, the wavelength of the laser excited on the sample in the scanning laser observation apparatus according to the fourth embodiment.
If the fluorescence state of the wavelength λa ′ is observed in detail, the wavelengths λc ′ and λd ′ are roughly observed, and the wavelength λb ′ is moderately observed, as shown in FIG. In the odd-numbered line, the combination of the wavelength λa and the wavelength λb is repeated in the order of the combination of the wavelength λa and the wavelength λc. In the even-numbered line, the combination of the wavelength λa and the wavelength λd is repeated Like.
光学系、制御系および表示系の構成は、図1および図2に示した第1の実施の形態と同一であるが、本第4の実施の形態では、大まかに観察したい波長λc´・λd´の蛍光は、4画素に1回励起される。また、詳細に観察したい波長λa´の蛍光は、1画素毎に1回励起されており、1画素分の分解能をもち、詳細にZ分解能良く観察できる。さらに、中程度で観察したい波長λb´の蛍光は、2画素に1回励起されている。 The configurations of the optical system, the control system, and the display system are the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, but in the fourth embodiment, wavelengths λc ′ and λd that are desired to be roughly observed are used. The fluorescence of ′ is excited once every four pixels. In addition, the fluorescence of the wavelength λa ′ that is desired to be observed in detail is excited once per pixel, has a resolution of one pixel, and can be observed in detail with good Z resolution. Further, the fluorescence having the wavelength λb ′ to be observed at a medium level is excited once per two pixels.
これにより、レーザ光の励起による蛍光反応の時間が異なる波長間や、蛍光反応の強弱が異なる波長間で、励起に間引きの重み付けを行うことができ、適切に画像取得を間引くことができる。 Thereby, it is possible to perform thinning weighting for excitation between wavelengths having different fluorescence reaction times by excitation of laser light or between wavelengths having different intensity of fluorescence reaction, and image acquisition can be appropriately thinned out.
次に、図10を用いて、本発明の第5の実施の形態について説明する。
図10は、第5の実施の形態に係る走査型レーザ観察装置で試料に励起するレーザの波長を画素毎に示した図である。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a diagram showing, for each pixel, the wavelength of the laser excited on the sample by the scanning laser observation apparatus according to the fifth embodiment.
本第5の実施の形態では、図10に示すように、波長λb、λc、λdに関しては表示の1画素を、励起や検出の1画素分に対してX2画素×Y2画素=4画素で構成させている。 In the fifth embodiment, as shown in FIG. 10, with respect to the wavelengths λb, λc, and λd, one display pixel is composed of X2 pixels × Y2 pixels = 4 pixels for one excitation or detection pixel. I am letting.
光学系、制御系および表示系の構成は、図1および図2を用いて説明した第1の実施の形態と同一であり、レーザ光の出力からメモリ22への格納までの動作は、第4の実施の形態と同一である。但し、波長λbは青、波長λcは緑、波長λdは赤を割り当てる。 The configurations of the optical system, the control system, and the display system are the same as those in the first embodiment described with reference to FIGS. 1 and 2, and the operation from the output of the laser light to the storage in the memory 22 is the fourth. This is the same as the embodiment. However, wavelength λb is assigned blue, wavelength λc is assigned green, and wavelength λd is assigned red.
メモリ22に格納された蛍光データは、システム制御手段16により波長λaによる蛍光データが抽出され表示される。その他に、波長λb、λc、λdに関しては、X2画素×Y2画素=4画素で1表示画素となるように、システム制御手段16により、まず各色毎に蛍光データが抽出され、これらの光量を合成してカラーデータを生成して、波長λaによる蛍光データとは別にカラー画像データが表示される。 The fluorescence data stored in the memory 22 is extracted by the system control means 16 and displayed with the wavelength λa. In addition, for the wavelengths λb, λc, and λd, fluorescence data is first extracted for each color by the system control means 16 so that X2 pixels × Y2 pixels = 4 pixels and one display pixel, and these light amounts are combined. Then, color data is generated, and color image data is displayed separately from the fluorescence data by the wavelength λa.
これにより、特定の波長毎に観察内容を解析するのではなく、感覚的に観察内容の大まかな傾向を把握し易くなる。
次に、図11乃至図15を用いて、本発明の第6の実施の形態について説明する。
This makes it easier to grasp the general tendency of the observation contents in a sensuous manner rather than analyzing the observation contents for each specific wavelength.
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図11は、第6の実施の形態に係る走査型レーザ観察装置の制御系および表示系の構成図である。
第1の実施の形態の説明に用いた図2に示した機能と同一の機能を有する構成には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
FIG. 11 is a configuration diagram of a control system and a display system of a scanning laser observation apparatus according to the sixth embodiment.
The components having the same functions as those shown in FIG. 2 used for the description of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
すなわち、図11において、走査型レーザ観察装置30は、図2に示した走査型レーザ観察装置1が備える各構成に加え、設定手段31および自動間引き手段35を備える。
そして、設定手段31は、プレビュー時モード設定手段32、プレビュー有スキャン操作手段33およびプレビュー無スキャン操作手段34を備え、自動間引き手段35は、プレビューデータ格納メモリ36、モード別データ処理手段37および間引き自動設定手段38を備える。
That is, in FIG. 11, the scanning laser observation apparatus 30 includes a setting unit 31 and an automatic thinning unit 35 in addition to the components included in the scanning laser observation apparatus 1 illustrated in FIG. 2.
The setting unit 31 includes a preview mode setting unit 32, a scan-with-preview operation unit 33, and a non-preview scan operation unit 34. An automatic thinning-out unit 35 includes a preview data storage memory 36, a mode-specific data processing unit 37, and a thinning-out unit. Automatic setting means 38 is provided.
プレビュー時モード設定手段32は、差分が大きい軸を間引くモードA、差分が小さい軸を間引くモードB、バックグラウンドレベルから急に発生する輝度の波長を高分解能で確認するモードC等々、プレビュー時に自動間引きするモードを設定する。プレビュー有スキャン操作手段33は、プレビュー有りのスキャンスタート・スキャンストップを操作する。そして、プレビュー無スキャン操作手段34は、プレビュー無しのスキャンスタート・スキャンストップを操作する。 The mode setting means 32 for preview is automatically selected at the time of preview, such as mode A for thinning out an axis with a large difference, mode B for thinning out an axis with a small difference, and mode C for confirming a wavelength of a brightness suddenly generated from a background level with high resolution. Set the thinning mode. The scanning operation means 33 with a preview operates a scan start / stop with a preview. The non-preview scan operating means 34 operates a scan start / stop without a preview.
また、プレビューデータ格納メモリ36は、プレビューデータを格納するメモリであり、プレビュー有スキャンにおけるX/Y/λが均等に間引かれたプレビュー時の輝度データを格納する。モード別データ処理手段37は、モードA時にはX/Y軸それぞれでの隣り合う画素との差分を演算して差分が大きい軸を抽出し、モードB時にはX/Y軸それぞれでの隣り合う画素との差分を演算して差分が小さい軸を抽出し、モードC時には観察開始時に全ての画素で一定のバックグラウンドレベル以下の輝度であるが特定の時間に高輝度となる波長を抽出する。そして、間引き自動設定手段38は、モード別データ処理手段37で抽出された軸や波長に応じて、X/Y/λを適切に間引く設定を行う。 The preview data storage memory 36 is a memory for storing preview data, and stores brightness data at the time of preview in which X / Y / λ in the scan with preview is evenly thinned. The mode-specific data processing unit 37 calculates a difference between adjacent pixels on each of the X / Y axes in the mode A and extracts an axis having a large difference. In the mode B, the data processing unit 37 extracts the adjacent pixels on the X / Y axes. In mode C, when the observation is started, a wavelength that is lower than a certain background level but has a high luminance at a specific time is extracted. Then, the thinning automatic setting unit 38 performs setting for appropriately thinning out X / Y / λ according to the axis and wavelength extracted by the mode-specific data processing unit 37.
次に、上述の様に構成された走査型レーザ観察装置30の動作について説明する。
図12は、XY走査、8画素×8画素での画素毎に励起する波長を示した図(プレビュー時)であり、図13は、XY走査、8画素×8画素での画素毎に励起する波長を示した図(X軸を均等に間引いた時)であり、図14は、XY走査、8画素×8画素での画素毎に励起する波長を示した図(Y軸を均等に間引いた時)であり、図15は、XY走査、8画素×8画素での画素毎に励起する波長を示した図(モードCで波長λaを高分解能に抽出した時)である。
Next, the operation of the scanning laser observation apparatus 30 configured as described above will be described.
FIG. 12 is a diagram showing the wavelength to be excited for each pixel in XY scanning, 8 pixels × 8 pixels (in preview), and FIG. 13 is for XY scanning, excitation for each pixel in 8 pixels × 8 pixels. FIG. 14 is a diagram showing wavelengths (when the X-axis is evenly thinned), and FIG. 14 is a diagram showing wavelengths to be excited for each pixel of XY scanning, 8 pixels × 8 pixels (Y-axis is evenly thinned). FIG. 15 is a diagram (wavelength λa is extracted with high resolution in mode C) showing the wavelength excited for each pixel of XY scanning and 8 pixels × 8 pixels.
上述の様に構成された第6の実施の形態において、プレビュー時モード設定手段32でモードAを選択して、プレビュー有スキャン走査手段33をスキャンスタートさせた場合、まずどの波長も均等にX軸/Y軸の画素を均等に間引いたプレビューとして上述の第3の実施の形態と同様に、1画素毎に波長λa、λb、λc、λdを切り換えて、画素が隣り合うX2画素×Y2画素エリア内で波長λa、λb、λc、λdが1回づつ照射され、蛍光データを収集し、プレビューに適切なデータ量を収集したらスキャンストップする。 In the sixth embodiment configured as described above, when mode A is selected by the preview mode setting means 32 and the scan-with-preview scanning means 33 is started to scan, all wavelengths are first evenly X-axis. / X2 pixel × Y2 pixel area where pixels are adjacent to each other by switching wavelengths λa, λb, λc, and λd for each pixel as a preview in which the Y-axis pixels are thinned out evenly In this case, the wavelengths λa, λb, λc, and λd are irradiated once, fluorescence data is collected, and scanning is stopped when a data amount appropriate for the preview is collected.
この蛍光データは表示手段23で表示されると共に、プレビューデータ格納メモリ36へ格納され、モード別データ処理手段37でX/Y軸それぞれでの隣り合う画素との差分を演算して差分が大きい軸を抽出し、差分が大きいX軸もしくはY軸の画素を間引く様に間引き自動設定手段38が適切な間引き方に設定する。 The fluorescence data is displayed on the display means 23 and stored in the preview data storage memory 36. The mode-specific data processing means 37 calculates the difference between adjacent pixels on each of the X / Y axes, and the axis having the large difference. , And the thinning automatic setting means 38 sets an appropriate thinning method so as to thin out X-axis or Y-axis pixels having a large difference.
具体的には、差分が大きい軸がX軸の場合には図13のように間引かれ、差分が大きい軸がY軸の場合には図14の様に間引かれる。この様に設定された状態で、再度スキャンを開始して、表示手段23で輝度データが表示され、プレビュー有スキャン操作手段33でスキャンストップされるまで、一連の動作を繰り返す。 Specifically, when the axis having a large difference is the X axis, thinning is performed as shown in FIG. 13, and when the axis having the large difference is the Y axis, thinning is performed as shown in FIG. In such a state, the scanning is started again, the luminance data is displayed on the display means 23, and the series of operations is repeated until the scanning is stopped by the scanning operation means 33 with preview.
プレビュー時モード設定手段32でモードBを選択した場合には、モード別データ処理手段37でX/Y軸それぞれでの隣り合う画素との差分を演算して差分が小さい軸を抽出し、差分が小さいX軸もしくはY軸の画素を間引く様に間引き自動設定手段38が適切な間引き方に設定し、再度スキャンする。 When mode B is selected by the preview mode setting means 32, the mode-specific data processing means 37 calculates the difference between adjacent pixels on each of the X / Y axes to extract an axis with a small difference. The thinning automatic setting means 38 sets an appropriate thinning method so as to thin out small X-axis or Y-axis pixels, and scans again.
プレビュー時モード設定手段32でモードCを選択した場合には、モード別データ処理手段37が各波長別の時間経過の変化を演算し、予め取得しているバックグラウンドレベルから急に現れる高輝度の波長を抽出し、間引き自動設定手段38で抽出した波長が高分解能になる様に設定し、再度スキャンする。波長λaが抽出された場合として具体的には、図15の様に間引かれる。 When the mode C is selected by the preview mode setting means 32, the mode-specific data processing means 37 calculates the change in the passage of time for each wavelength, and the high luminance that appears suddenly from the background level acquired in advance. The wavelength is extracted, the wavelength extracted by the thinning automatic setting means 38 is set so as to have a high resolution, and scanning is performed again. More specifically, the case where the wavelength λa is extracted is thinned as shown in FIG.
以上、本発明の各実施の形態では、4波長励起で4波長蛍光の構成の場合で説明したが、これに限定される訳ではなく、観察したい蛍光波長の種類に応じてレーザ光および光学フィルタ等々を適切な種類で適切な数で構成し、多波長観察に適用されることは言うまでも無い。 As described above, in each of the embodiments of the present invention, the case of the configuration of the four-wavelength fluorescence by the four-wavelength excitation has been described. However, the present invention is not limited to this. Needless to say, etc. are configured by an appropriate number of appropriate types and applied to multi-wavelength observation.
また本発明では、1ライン毎に切り換えて走査する波長を、XYの異なる面で違う波長とする概念、1画素毎に切り換えて走査する波長を、Yの異なるラインで違う波長とする概念、1画素毎に切り換えて走査する波長を、XYの異なる面で違う波長とする概念をも含む。 Further, in the present invention, the concept of changing the scanning wavelength for each line to a different wavelength on different planes of XY, the concept of changing the scanning wavelength for each pixel to a different wavelength for different lines of Y, 1 It also includes the concept that the wavelength to be switched and scanned for each pixel is different on different XY planes.
また、本発明が適用される走査型レーザ観察装置は、その機能が実行されるのであれば、上述の各実施の形態等に限定されることなく、単体の装置であっても、複数の装置からなるシステムあるいは統合装置であっても、LAN、WAN等のネットワークを介して処理が行なわれるシステムであってもよいことは言うまでもない。 Further, the scanning laser observation apparatus to which the present invention is applied is not limited to the above-described embodiments and the like as long as the function is executed, and a plurality of apparatuses may be used even if they are a single apparatus. Needless to say, the system or the integrated device may be a system in which processing is performed via a network such as a LAN or a WAN.
また、バスに接続されたCPU、ROMやRAMのメモリ、入力装置、出力装置、外部記録装置、媒体駆動装置、可搬記録媒体、ネットワーク接続装置で構成されるシステムでも実現できる。すなわち、前述してきた各実施の形態のシステムを実現するソフトェアのプログラムコードを記録したROMやRAMのメモリ、外部記録装置、可搬記録媒体を、走査型レーザ観察装置に供給し、その走査型レーザ観察装置のコンピュータがプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。 It can also be realized by a system comprising a CPU, ROM or RAM memory connected to the bus, input device, output device, external recording device, medium driving device, portable recording medium, and network connection device. That is, a ROM or RAM memory, an external recording device, or a portable recording medium that records the program code of the software that realizes the system of each of the embodiments described above is supplied to the scanning laser observation device, and the scanning laser Needless to say, this can also be achieved by the computer of the observation apparatus reading and executing the program code.
この場合、可搬記録媒体等から読み出されたプログラムコード自体が本発明の新規な機能を実現することになり、そのプログラムコードを記録した可搬記録媒体等は本発明を構成することになる。 In this case, the program code itself read from the portable recording medium or the like realizes the novel function of the present invention, and the portable recording medium or the like on which the program code is recorded constitutes the present invention. .
プログラムコードを供給するための可搬記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、DVD−ROM、DVD−RAM、磁気テープ、不揮発性のメモリーカード、ROMカード、電子メールやパソコン通信等のネットワーク接続装置(言い換えれば、通信回線)を介して記録した種々の記録媒体などを用いることができる。 Examples of portable recording media for supplying program codes include flexible disks, hard disks, optical disks, magneto-optical disks, CD-ROMs, CD-Rs, DVD-ROMs, DVD-RAMs, magnetic tapes, and non-volatile memories. Various recording media recorded through a network connection device (in other words, a communication line) such as a card, a ROM card, electronic mail or personal computer communication can be used.
また、コンピュータがメモリ上に読み出したプログラムコードを実行することによって、前述した各実施の形態の機能が実現される他、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOSなどが実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によっても前述した各実施の形態の機能が実現される。 In addition, the functions of the above-described embodiments are realized by executing the program code read out on the memory by the computer, and the OS running on the computer is actually executed based on the instruction of the program code. The functions of the above-described embodiments are also realized by performing part or all of the process.
さらに、可搬型記録媒体から読み出されたプログラムコードやプログラム(データ)提供者から提供されたプログラム(データ)が、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によっても前述した各実施の形態の機能が実現され得る。 Furthermore, a program code read from a portable recording medium or a program (data) provided by a program (data) provider is provided in a function expansion board inserted into a computer or a function expansion unit connected to a computer. The CPU of the function expansion board or function expansion unit performs part or all of the actual processing based on the instruction of the program code, and the functions of the above-described embodiments are also performed by the processing. Can be realized.
すなわち、本発明は、以上に述べた各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成または形状を取ることができる。 That is, the present invention is not limited to the embodiments described above, and can take various configurations or shapes without departing from the gist of the present invention.
1 走査型レーザ観察装置
1a レーザ光源
1b レーザ光源
1c レーザ光源
1d レーザ光源
2a シャッタ
2b シャッタ
2c シャッタ
2d シャッタ
3 ミラー
4b 波長合成ダイクロイックミラー
4c 波長合成ダイクロイックミラー
4d 波長合成ダイクロイックミラー
5 励起ダイクロイックミラー
6x 偏向素子
6y 偏向素子
7 対物レンズ
8 試料
9 フィルタ
10a 分光ダイクロイックミラー
10b 分光ダイクロイックミラー
10c 分光ダイクロイックミラー
11 ミラー
12a 集光レンズ
12b 集光レンズ
12c 集光レンズ
12d 集光レンズ
13a 共焦点開口
13b 共焦点開口
13c 共焦点開口
13d 共焦点開口
14a バリアフィルタ
14b バリアフィルタ
14c バリアフィルタ
14d バリアフィルタ
15a 光検出器(PMT)
15b 光検出器(PMT)
15c 光検出器(PMT)
15d 光検出器(PMT)
16 システム制御手段
17 レーザ制御手段
18a パワー設定手段
18b パワー設定手段
18c パワー設定手段
18d パワー設定手段
19 波長選択手段
20a レーザON/OFF手段
20b レーザON/OFF手段
20c レーザON/OFF手段
20d レーザON/OFF手段
21a 検出処理手段
21b 検出処理手段
21c 検出処理手段
21d 検出処理手段
22 メモリ
23 表示手段
30 走査型レーザ観察装置
31 設定手段
32 プレビュー時モード設定手段
33 プレビュー有スキャン操作手段
34 プレビュー無スキャン操作手段
35 自動間引き手段
36 プレビューデータ格納メモリ
37 モード別データ処理手段
38 間引き自動設定手段
101 クリプトンアルゴンレーザ
102 ビームエクスパンダ
103 反射ミラー
104 ターレット
104a 励起フィルタ
104b 空穴
104c 反射ミラー
104d 励起フィルタ
106 励起ダイクロイックミラー
107 走査光学系
108 励起ダイクロイックミラー
109 瞳投影レンズ
110 結像レンズ
111 対物レンズ
112 試料
114 結像レンズ
115 ミラー
116 共焦点ピンホール
117 光検出器
118 光検出器
119 バリアフィルタ
120 バリアフィルタ
200 コンピュータ
201 モニタ
202 モータ(M)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Scanning laser observation apparatus 1a Laser light source 1b Laser light source 1c Laser light source 1d Laser light source 2a Shutter 2b Shutter 2c Shutter 2d Shutter 3 Mirror 4b Wavelength synthesis dichroic mirror 4c Wavelength synthesis dichroic mirror 4d Wavelength synthesis dichroic mirror 5 Excitation dichroic mirror 6x 6y deflection element 7 objective lens 8 sample 9 filter 10a spectral dichroic mirror 10b spectral dichroic mirror 10c spectral dichroic mirror 11 mirror 12a condenser lens 12b condenser lens 12c condenser lens 12d condenser lens 13a confocal aperture 13b confocal aperture 13c Focal aperture 13d Confocal aperture 14a Barrier filter 14b Barrier filter 14c Barrier filter 14d Barrier filter 15 a Photodetector (PMT)
15b Photodetector (PMT)
15c Photodetector (PMT)
15d Photodetector (PMT)
16 system control means 17 laser control means 18a power setting means 18b power setting means 18c power setting means 18d power setting means 19 wavelength selection means 20a laser ON / OFF means 20b laser ON / OFF means 20c laser ON / OFF means 20d laser ON / OFF means 20d laser ON / OFF OFF means 21a Detection processing means 21b Detection processing means 21c Detection processing means 21d Detection processing means 22 Memory 23 Display means 30 Scanning laser observation device 31 Setting means 32 Preview mode setting means 33 Preview scanning operation means 34 Preview non-scanning operation means 35 Automatic thinning means 36 Preview data storage memory 37 Mode-specific data processing means 38 Thinning automatic setting means 101 Krypton argon laser 102 Beam expander 103 Mirror 104 Turret 104a Excitation filter 104b Air hole 104c Reflection mirror 104d Excitation filter 106 Excitation dichroic mirror 107 Scanning optical system 108 Excitation dichroic mirror 109 Pupil projection lens 110 Imaging lens 111 Objective lens 112 Sample 114 Imaging lens 115 Mirror 116 Confocal pin Hall 117 Photo detector 118 Photo detector 119 Barrier filter 120 Barrier filter 200 Computer 201 Monitor 202 Motor (M)
Claims (10)
波長の異なる複数種類の励起光を出射する複数の光源手段と、
前記複数種類の波長の中から所定の波長の励起光を選択する波長選択手段と、
前記複数種類の波長でそれぞれ励起される複数種類の蛍光をそれぞれ検出する複数の検出手段と、
前記走査機構による走査に同期して1フレーム走査、1ライン走査または1画素受光中に前記波長選択手段により選択される励起光を切り換える遮断手段とを具備し、
前記波長選択手段は、1次元X、Y、Z、2次元XY、XZ、YZまたは3次元XYZ画像を取得する場合に、予め決められた重み付けを行なって励起光を選択することを特徴とする走査型レーザ観察装置。 In a scanning laser observation apparatus that irradiates a sample with a light beam from a light source and scans the sample with the light beam by a scanning mechanism,
A plurality of light source means for emitting a plurality of types of excitation light having different wavelengths;
Wavelength selection means for selecting excitation light of a predetermined wavelength from the plurality of types of wavelengths;
A plurality of detection means for detecting a plurality of types of fluorescence respectively excited at the plurality of types of wavelengths;
A blocking means for switching excitation light selected by the wavelength selection means during one frame scanning, one line scanning, or one pixel light reception in synchronization with scanning by the scanning mechanism ;
The wavelength selection unit selects excitation light by performing predetermined weighting when acquiring a one-dimensional X, Y, Z, two-dimensional XY, XZ, YZ, or three-dimensional XYZ image. Scanning laser observation device.
複数の光源手段から出射する波長の異なる複数種類の励起光の中から所定の波長の励起光を選択し、
前記複数種類の波長でそれぞれ励起される複数種類の蛍光をそれぞれ検出し、
前記走査機構による走査に同期して1フレーム走査、1ライン走査または1画素受光中に前記選択される励起光を、1次元X、Y、Z、2次元XY、XZ、YZまたは3次元XYZ画像を取得する場合に、予め決められた重み付けに基づいて選択することを特徴とする観察方法。 An observation method performed by a scanning laser observation apparatus that irradiates a sample with a light beam from a light source and scans the sample with the light beam by a scanning mechanism,
Select excitation light of a predetermined wavelength from a plurality of types of excitation light with different wavelengths emitted from a plurality of light source means,
Detecting a plurality of types of fluorescence respectively excited at the plurality of types of wavelengths,
The one-dimensional X, Y, Z, two-dimensional XY, XZ, YZ, or three-dimensional XYZ image represents the excitation light selected during one-frame scanning, one-line scanning, or one-pixel light reception in synchronization with scanning by the scanning mechanism. An observation method characterized in that the selection is made on the basis of a predetermined weighting when acquiring .
複数の光源手段から出射する波長の異なる複数種類の励起光の中から所定の波長の励起光を選択する手順と、
前記複数種類の波長でそれぞれ励起される複数種類の蛍光をそれぞれ検出する手順と、
前記走査機構による走査に同期して1フレーム走査、1ライン走査または1画素受光中に前記選択される励起光を、1次元X、Y、Z、2次元XY、XZ、YZまたは3次元XYZ画像を取得する場合に、予め決められた重み付けに基づいて選択する手順と、
を実行させるためのコンピュータ実行可能な観察プログラム。
An observation program for causing a scanning laser observation apparatus that irradiates a sample with a light beam from a light source and scans the sample with the light beam by a scanning mechanism,
A procedure for selecting excitation light of a predetermined wavelength from a plurality of types of excitation light having different wavelengths emitted from a plurality of light source means;
Detecting a plurality of types of fluorescence respectively excited at the plurality of types of wavelengths;
The one-dimensional X, Y, Z, two-dimensional XY, XZ, YZ, or three-dimensional XYZ image represents the excitation light selected during one-frame scanning, one-line scanning, or one-pixel light reception in synchronization with scanning by the scanning mechanism. A procedure for selecting based on a predetermined weight when acquiring
A computer-executable observation program for executing the program.
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