JP4844157B2 - Scanning microscope - Google Patents

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Description

本発明は、走査型顕微鏡に関する。   The present invention relates to a scanning microscope.

従来、励起光を試料上で二次元的に走査し、試料からの蛍光をピンホールを介して検出する走査型顕微鏡が知られている。この走査型顕微鏡では、ピンホールによって焦点面以外から発せられる蛍光を除去することができるため、試料の光軸方向の薄い断面の画像を測定することができる。これによって、試料の位置を光軸方向にずらして複数の画像を取得し、試料の立体的な形状を測定することが可能である(例えば、特許文献1参照)。
特開平11−295051号公報
2. Description of the Related Art Conventionally, a scanning microscope is known that scans excitation light two-dimensionally on a sample and detects fluorescence from the sample through a pinhole. In this scanning microscope, since the fluorescence emitted from other than the focal plane can be removed by the pinhole, an image of a thin cross section in the optical axis direction of the sample can be measured. Accordingly, it is possible to acquire a plurality of images by shifting the position of the sample in the optical axis direction and measure the three-dimensional shape of the sample (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 11-295051

しかしながら、細胞などの生体試料は、細胞の立体的な形状が時間的に変化するので測定するたびに光軸方向の測定範囲を設定しなければならないと言う問題がある。   However, a biological sample such as a cell has a problem that the measurement range in the optical axis direction must be set every time measurement is performed because the three-dimensional shape of the cell changes with time.

本発明は、上記課題に鑑みて行われたものであり、試料の立体的な形状が時間的に変化する場合でも、光軸方向に試料が存在する範囲で試料の画像を取得することができる走査型顕微鏡を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and even when the three-dimensional shape of a sample changes with time, an image of the sample can be acquired in a range where the sample exists in the optical axis direction. An object is to provide a scanning microscope.

上記課題を解決するために、本発明は、対物レンズと、試料を載置するステージと、照明光を前記試料上で走査する走査手段と、前記試料と共役な位置に配置されたピンホールと、前記ピンホールを介して前記試料を検出する検出器とを有する走査型顕微鏡において、前記対物レンズと前記ステージとを相対的に移動する駆動手段と、前記駆動手段により駆動された結果、前記対物レンズの光軸方向の任意位置において前記検出器からの信号を取得し、前記試料の画像データを生成する画像生成手段と、前記画像生成手段からの画像データに基づき、前記試料の注視すべき注視領域を設定する注視領域設定手段と、前記注視領域設定手段で設定された注視領域の画像データに基づき、前記試料の有無を判定する基準値を設定する基準値設定手段と、前記駆動手段により前記対物レンズと前記ステージとを相対的に駆動し、前記画像生成手段により前記光軸方向の異なる位置における複数の前記画像データを取得し、前記注視領域の画像データと前記基準値設定手段で設定された基準値とを比較することで、前記試料が存在しないと判断したときに前記駆動手段を停止制御する制御手段とを備えたことを特徴とする走査型顕微鏡を提供する。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides an objective lens, a stage on which a sample is placed, scanning means for scanning illumination light on the sample, and a pinhole disposed at a position conjugate with the sample. In the scanning microscope having the detector for detecting the sample through the pinhole, the objective lens and the stage are moved relative to each other, and as a result of being driven by the drive means, the objective An image generating means for acquiring a signal from the detector at an arbitrary position in the optical axis direction of the lens and generating image data of the sample, and a gaze to be watched by the sample based on the image data from the image generating means A gaze area setting means for setting an area, and a reference value setting means for setting a reference value for determining the presence or absence of the sample based on image data of the gaze area set by the gaze area setting means And the drive means relatively drives the objective lens and the stage, the image generation means acquires a plurality of the image data at different positions in the optical axis direction, and the gaze area image data and the Provided is a scanning microscope characterized by comprising a control means for stopping and controlling the driving means when it is determined that the sample does not exist by comparing with a reference value set by a reference value setting means To do.

本発明によれば、試料の立体的な形状が時間的に変化する場合でも、光軸方向に試料が存在する範囲で試料の画像を取得することができる走査型顕微鏡を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even when the three-dimensional shape of a sample changes temporally, the scanning microscope which can acquire the image of a sample in the range in which a sample exists in an optical axis direction can be provided.

以下、本発明の実施の形態に関し図面を参照しつつ説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施の形態にかかる走査型顕微鏡の概略構成図を示す。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a scanning microscope according to an embodiment of the present invention.

図1において、レーザー光源1から射出されたレーザー光は、ダイクロイックミラー2で対物レンズ4方向に反射され、試料(シャーレ内で培養された細胞)5上を二次元に走査する二次元スキャナ3に入射する。二次元スキャナ3で二次元走査されたレーザー光は対物レンズ4に入射し、ステージ(XYZ方向に移動するステージ)6に載置された試料5に集光される。試料5上で集光されたレーザー光は、試料5に予め含まれている蛍光色素を励起して蛍光光が試料5から発せられる。なお、対物レンズ4とステージ6とは相対的に光軸方向に移動できれば、どちらが駆動されても良い。   In FIG. 1, the laser light emitted from the laser light source 1 is reflected by the dichroic mirror 2 in the direction of the objective lens 4 and applied to a two-dimensional scanner 3 that scans a sample (cells cultured in a petri dish) 5 two-dimensionally. Incident. Laser light that is two-dimensionally scanned by the two-dimensional scanner 3 enters the objective lens 4 and is focused on the sample 5 placed on a stage (stage that moves in the XYZ directions) 6. The laser light condensed on the sample 5 excites the fluorescent dye contained in the sample 5 in advance, and the fluorescent light is emitted from the sample 5. Any one of the objective lens 4 and the stage 6 may be driven as long as it can move in the optical axis direction relatively.

試料5で発せられた蛍光光は、対物レンズ4で集光され、二次元スキャナ3でデスキャンされてダイクロイックミラー2に入射する。ダイクロイックミラー2に入射した蛍光光は、ダイクロイックミラー2を透過して試料5と共役な位置に配設されたピンホール7に入射する。ピンホール7は対物レンズ4の焦点位置と共役な位置に配設されているため、光軸上の位置として、集光されたレーザー光の焦点位置より手前あるいは奥の位置で励起された蛍光光を通さず、焦点位置で励起された蛍光光のみを通過させる。   The fluorescent light emitted from the sample 5 is collected by the objective lens 4, descanned by the two-dimensional scanner 3, and enters the dichroic mirror 2. The fluorescent light incident on the dichroic mirror 2 passes through the dichroic mirror 2 and enters a pinhole 7 disposed at a position conjugate with the sample 5. Since the pinhole 7 is disposed at a position conjugate with the focal position of the objective lens 4, the fluorescent light excited at a position before or behind the focal position of the focused laser beam as a position on the optical axis. Only the fluorescent light excited at the focal position is allowed to pass through.

ピンホール7を通過した蛍光光は、光電子倍増管8に入射する。光電子倍増管8は、受光した光強度を電気信号に変換し、コンピュータ9に送出する。コンピュータ9は、受信した電気信号をA/D変換しデジタルデータにする。このデジタルデータを二次元スキャナ3の走査に同期して二次元に配置することで、コンピュータ9内に焦点位置のみの情報を持った二次元画像データを取得することができる。   The fluorescent light that has passed through the pinhole 7 enters the photomultiplier tube 8. The photomultiplier tube 8 converts the received light intensity into an electrical signal and sends it to the computer 9. The computer 9 A / D converts the received electrical signal into digital data. By arranging this digital data two-dimensionally in synchronization with the scanning of the two-dimensional scanner 3, two-dimensional image data having only information on the focal position can be acquired in the computer 9.

コンピュータ9は、二次元画像データを取得した後、ステージ6に光軸方向に一定量移動する命令を伝達する。この命令を受けてステージ6は、光軸方向に一定量移動する。移動が完了後、二次元画像データ取得を行うことで焦点位置の異なる二次元画像データを取得することができる。   After acquiring the two-dimensional image data, the computer 9 transmits to the stage 6 a command for moving a certain amount in the optical axis direction. In response to this command, the stage 6 moves a certain amount in the optical axis direction. After the movement is completed, two-dimensional image data having different focal positions can be acquired by acquiring two-dimensional image data.

この様に、「ステージ6を光軸方向に一定量移動する」、「二次元画像データ取得を行う」と言う操作を繰り返すことで、焦点位置の異なる複数の二次元画像データを取得することができる。対物レンズ4から射出したレーザー光の焦点位置は不変であり。ステージ6の光軸位置が変化すると相対的に試料5上での焦点位置が変化する。この結果、取得されたそれぞれの二次元画像データは、それぞれの試料5の位置に対応した焦点位置の情報を持つ二次元画像データとなる。   In this way, by repeating operations such as “moving the stage 6 by a certain amount in the optical axis direction” and “performing two-dimensional image data acquisition”, a plurality of two-dimensional image data having different focal positions can be acquired. it can. The focal position of the laser light emitted from the objective lens 4 is unchanged. When the optical axis position of the stage 6 changes, the focal position on the sample 5 changes relatively. As a result, each acquired two-dimensional image data becomes two-dimensional image data having information on the focal position corresponding to the position of each sample 5.

使用者は、後述するようにプレビュー画像を取得し、コンピュータ9は取得された二次元画像データについて後述する方法で最小コントラスト値を求める。コンピュータ9は、本画像取得後に求められたコントラスト値が、使用者が設定した最小コントラスト値を下回っていた場合、「ステージ6を光軸方向に一定量移動する」、「二次元画像データ取得を行う」と言う繰り返し処理を中止し、複数枚の二次元画像データの取得を終了する。   The user acquires a preview image as will be described later, and the computer 9 obtains a minimum contrast value for the acquired two-dimensional image data by a method described later. When the contrast value obtained after acquiring the main image is below the minimum contrast value set by the user, the computer 9 “moves the stage 6 by a certain amount in the optical axis direction”, “acquires two-dimensional image data acquisition”. The repeat process of “perform” is stopped, and the acquisition of a plurality of pieces of two-dimensional image data is ended.

この様にして取得されたそれぞれの二次元画像データは、コンピュータ9のメモリに記憶される。また、取得した、あるいは記憶されている二次元画像データをコンピュータ9で処理し、モニター10に二次元画像表示、あるいは三次元画像表示して蛍光像を観察することができる。この様にして、倒立型の走査型顕微鏡100が構成されている。   Each two-dimensional image data acquired in this way is stored in the memory of the computer 9. Further, the acquired or stored two-dimensional image data can be processed by the computer 9 and the fluorescence image can be observed by displaying a two-dimensional image or a three-dimensional image on the monitor 10. In this way, the inverted scanning microscope 100 is configured.

なお、本実施の形態にかかる走査型顕微鏡では、ダイクロイックミラー2は、レーザー光を反射し蛍光光を透過する特性を有するものであるが、ダイクロイックミラー2としてダイクロイックイミラーと蛍光フィルタが組となったフィルターセットを用いることも可能である。また、レーザー光源1は1個に限らず複数の波長のレーザー光源を照明光学系の光軸に切替えて入射するように構成することも可能である。   In the scanning microscope according to the present embodiment, the dichroic mirror 2 has a characteristic of reflecting laser light and transmitting fluorescent light, but the dichroic mirror 2 is a set of a dichroic mirror and a fluorescent filter. It is also possible to use a filter set. Further, the number of laser light sources 1 is not limited to one, and a laser light source having a plurality of wavelengths can be configured to be switched to the optical axis of the illumination optical system.

次に、取得された二次元画像データからコントラスト値を計算する方法の例を示す。図2(a)は、垂直方向コントラスト計算フィルタの一例を、図2(b)は、水平方向コントラスト計算フィルタを、図2(c)は、ラプラシアンフィルタをそれぞれ示している。   Next, an example of a method for calculating the contrast value from the acquired two-dimensional image data will be shown. 2A shows an example of the vertical contrast calculation filter, FIG. 2B shows the horizontal contrast calculation filter, and FIG. 2C shows the Laplacian filter.

上述の測定で取得された二次元画像データ中の注目画素をnとする。注目画素nの近傍の画素について図2(a)に示す垂直方向コントラスト計算フィルタを行列演算で掛け合わせる。その結果を注目画素nの垂直方向コントラスト値Vnとする。   Let the pixel of interest in the two-dimensional image data acquired by the above-mentioned measurement be n. A vertical direction contrast calculation filter shown in FIG. 2A is multiplied by a matrix operation for a pixel in the vicinity of the target pixel n. The result is set as a vertical contrast value Vn of the pixel of interest n.

同様に、図2(b)に示す水平方向コントラスト計算フィルタを行列演算で掛け合わせた結果を注目画素nの水平方向コントラスト値Vhとする。   Similarly, the horizontal contrast value Vh of the target pixel n is obtained by multiplying the horizontal contrast calculation filter shown in FIG.

続いて、Vn、およびVhそれぞれを二乗して加えた値を注目画素nのコントラスト値とする。   Subsequently, a value obtained by squaring Vn and Vh is set as the contrast value of the target pixel n.

全ての画素(例えば、m個とする)についてコントラスト値を計算し、m個のコントラスト値を合計する。この合計したコントラスト値を全ての画素数(m)で割った値がその二次元画像データのコントラスト値となる。   Contrast values are calculated for all pixels (eg, m), and the m contrast values are summed. A value obtained by dividing the total contrast value by the number of all pixels (m) is the contrast value of the two-dimensional image data.

さらに、このコントラスト値を画像データの取り得る最大値(例えば、デジタルデータが8ビットの場合は255)の二乗を2倍した値で割り、0から1までのデータとして正規化する。この様にすることで、デジタルデータのビット数が異なる場合(例えば、10ビットの場合)にも対応できる。   Further, the contrast value is divided by a value obtained by doubling the square of the maximum value that the image data can take (for example, 255 when the digital data is 8 bits), and normalized as data from 0 to 1. In this way, it is possible to cope with a case where the number of bits of digital data is different (for example, 10 bits).

本実施の形態においては、コントラスト値の計算に垂直方向コントラスト計算フィルタと水平方向コントラスト計算フィルタを用いる場合を説明したが、図2(c)に示すラプラシアンフィルタを用いて計算することも可能である。ラプラシアンフィルタを用いる場合は、取得された二次元画像データの注目画素nとその近傍の画素についてラプラシアンフィルタを行列演算で掛け合わせ、その結果を二乗したものを注目画素nのエッジ値Enとし、前述の正規化処理は、全ての画素数(m)の二乗を4倍したもので割ることで対応できる。なお、コントラスト値の計算に用いるフィルタは上述の垂直方向コントラスト計算フィルタ、水平方向コントラスト計算フィルタ、あるいはラプラシアンフィルタ以外のフィルタを用いても良い。   In the present embodiment, the case where the vertical direction contrast calculation filter and the horizontal direction contrast calculation filter are used for calculating the contrast value has been described. However, it is also possible to calculate using the Laplacian filter shown in FIG. . When using the Laplacian filter, the Laplacian filter is multiplied by a matrix operation for the pixel of interest n of the acquired two-dimensional image data and its neighboring pixels, and the result squared is used as the edge value En of the pixel of interest n. Can be handled by dividing the square of all the number of pixels (m) by four times. Note that a filter other than the above-described vertical direction contrast calculation filter, horizontal direction contrast calculation filter, or Laplacian filter may be used as a filter used for calculating the contrast value.

また、コンピュータ9でコントラスト値を計算する画像データの範囲を設定するようにすることで、コントラスト値の計算量を減らすことが可能になり、処理の高速化が可能になる。さらに、画面内に複数の細胞が存在している場合、ある特定の細胞のみに注目して複数枚の二次元画像データを取得することができる。   In addition, by setting the range of image data for which the contrast value is calculated by the computer 9, it is possible to reduce the amount of calculation of the contrast value and to increase the processing speed. Furthermore, when there are a plurality of cells in the screen, it is possible to acquire a plurality of two-dimensional image data by paying attention to only a specific cell.

また、背景に対応する画素のうちコントラスト値がゼロに近いデータ、あるいはコントラスト値が飽和してしまい白とびしたデータが、計算で求めるコントラスト値に与える影響を除去するため、予め(プレビュー時等)取得された二次元画像データに対して輝度値のヒストグラム解析を行い、図3に示すようなヒストグラム解析を用いて背景の画素の閾値値Aおよび飽和した画素の閾値値Bを決定する。   In addition, in order to remove the influence that the contrast value close to zero among the pixels corresponding to the background, or the data where the contrast value is saturated and overexposed has an influence on the calculated contrast value (preview time, etc.) A histogram analysis of luminance values is performed on the acquired two-dimensional image data, and a threshold value A of a background pixel and a threshold value B of a saturated pixel are determined using a histogram analysis as shown in FIG.

図3において、横軸は画素の輝度値を0から255の段階で示す。縦軸は、輝度値の出現頻度を示す。   In FIG. 3, the horizontal axis indicates the luminance value of the pixel from 0 to 255. The vertical axis indicates the appearance frequency of the luminance value.

本発明の実施の形態にかかる走査型顕微鏡100の場合は、蛍光画像の背景は暗いので(画素データとしては値が小さくほぼセロ付近の値となる)、例えば、コントラスト計算に使用する画素を決めるために、画素データの輝度値が下限値Aを下回る背景の画素データと見なして使用しない。図3の例では、0〜255のうち輝度値18と言う値を設定した例を示している。同様に、コントラスト計算に使用しない画素としては、白とびして飽和したデータ有する画素とし上限値Bを上回る画素を設定する。図3の例では、0〜255のうち輝度値230と言う値を設定した例を示している。なお、下限値A及び上限値Bはコンピュータ9から固定値として入力しても良いし、図3のヒストグラムを解析して所定の閾値を用いて自動的に設定するようにしても良い。   In the case of the scanning microscope 100 according to the embodiment of the present invention, since the background of the fluorescent image is dark (the pixel data has a small value and a value close to sero), for example, the pixel used for the contrast calculation is determined. Therefore, the pixel data is not used because it is regarded as background pixel data whose luminance value is lower than the lower limit A. In the example of FIG. 3, an example in which a value of luminance value 18 is set from 0 to 255 is shown. Similarly, as pixels that are not used for contrast calculation, pixels that have over-saturated data and pixels that exceed the upper limit B are set. In the example of FIG. 3, an example in which a value of luminance value 230 is set from 0 to 255 is shown. The lower limit value A and the upper limit value B may be input as fixed values from the computer 9, or may be automatically set using a predetermined threshold value by analyzing the histogram of FIG.

そして、コントラスト値の計算において、図3の下限値Aと上限値Bの間の画素データのみを用いて計算することで、暗い背景データおよび白とびの飽和データの影響を除去することができる。即ち、下限値A未満及び上限値Bを超えるデータはコントラスト値の計算には使用せず、またコントラスト値を計算した画素数にも加えないように処理する。   In the calculation of the contrast value, the influence of dark background data and overexposure saturation data can be eliminated by calculating using only pixel data between the lower limit value A and the upper limit value B in FIG. That is, data that is less than the lower limit value A and exceeds the upper limit value B is not used for the calculation of the contrast value, and the contrast value is not added to the calculated number of pixels.

以上の処理工程を一定時間間隔で行うことで、細胞などの試料5を所定の時間間隔で測定する、いわゆるタイムラプス測定を行うことが可能になる。また、このとき細胞の立体的な形状が時間的に変化したとしても、コントラスト値が下限値Aを下回らない限り、つまり画像のコントラスト情報が存在している限りステージ6を光軸方向に移動させて二次元画像データの取得を継続する。   By performing the above processing steps at regular time intervals, it is possible to perform so-called time lapse measurement in which the sample 5 such as a cell is measured at predetermined time intervals. At this time, even if the three-dimensional shape of the cell changes with time, the stage 6 is moved in the optical axis direction as long as the contrast value does not fall below the lower limit A, that is, as long as the image contrast information exists. Continue to acquire 2D image data.

このように、本発明の実施の形態にかかる走査型顕微鏡100では、試料5の測定開始前のプレビュー画像の二次元画像データから、輝度値の下限値A及び上限値Bを設定し、その範囲内の画像データに基き、試料5の有無を判定するための最小コントラスト値(基準値)を算出することができる。以後の長時間測定の際に試料5の立体的な形状が変化したとしても、順次取得した二次元画像データのコントラスト値と試料5の最小コントラスト値とを比較して試料5の有無を判定して、ステージ6を光軸方向に移動させて二次元画像データの取得を継続するかどうかを決めることができる。よって、細胞等の試料の立体的な形状の変化に追従し、かつ最適な厚さ分の立体的な形状を二次元画像データとして取得することができる。   Thus, in the scanning microscope 100 according to the embodiment of the present invention, the lower limit value A and the upper limit value B of the luminance value are set from the two-dimensional image data of the preview image before the measurement of the sample 5 is started, and the range thereof The minimum contrast value (reference value) for determining the presence or absence of the sample 5 can be calculated based on the image data. Even if the three-dimensional shape of the sample 5 changes during the subsequent long-time measurement, the presence or absence of the sample 5 is determined by comparing the contrast value of the two-dimensional image data acquired sequentially with the minimum contrast value of the sample 5. Thus, it is possible to determine whether or not to continue the acquisition of the two-dimensional image data by moving the stage 6 in the optical axis direction. Therefore, it is possible to follow a change in the three-dimensional shape of a sample such as a cell and obtain a three-dimensional shape having an optimum thickness as two-dimensional image data.

なお、上述の処理は一例であり、画像を処理する場合に、コントラスト値、エッジ値などの特徴量を抽出するほかの手段を用いて、画像内に背景でも飽和でもない画像データが存在しているかどうかを判断することで、同様な効果を奏することができる。   Note that the above-described processing is an example, and when processing an image, there is image data that is neither background nor saturated in the image using another means for extracting a feature value such as a contrast value or an edge value. By determining whether or not, the same effect can be obtained.

図4は、本発明の実施の形態にかかる走査型顕微鏡100のタイムラプス画像取得フローチャートを示す。以下、ステップ毎に説明する。   FIG. 4 shows a time-lapse image acquisition flowchart of the scanning microscope 100 according to the embodiment of the present invention. Hereinafter, each step will be described.

(ステップS01)
走査型顕微鏡100のステージ6に試料5を載置して観察位置に対物レンズ4をセットし、試料5に励起光を照射し、試料5の蛍光画像をプレビュー画像として記録し、モニター10で観察する。このプレビュー画像は、所定のZ軸上の1枚の画像でも良いし、複数のZ軸上の複数枚の画像でも良い。
(Step S01)
Place the sample 5 on the stage 6 of the scanning microscope 100, set the objective lens 4 at the observation position, irradiate the sample 5 with excitation light, record the fluorescence image of the sample 5 as a preview image, and observe it on the monitor 10 To do. The preview image may be a single image on a predetermined Z axis or a plurality of images on a plurality of Z axes.

(ステップS02)
使用者は、ステップS01で記録されたプレビュー画像をモニター10上で見ながら注視細胞を決定する。また使用者は、リアルタイムの蛍光画像のプレビュー画像を見ながらステージ6をXYZ方向に移動して所望の細胞を探査し、二次元画像データを取得する観察対象の細胞を決める。
(Step S02)
The user determines a gaze cell while viewing the preview image recorded in step S01 on the monitor 10. In addition, the user moves the stage 6 in the XYZ directions while looking at the preview image of the real-time fluorescent image, searches for a desired cell, and determines a cell to be observed from which two-dimensional image data is acquired.

(ステップS03)
観察対象の細胞を決めたら、使用者は、プレビュー画像の表示されているウインドウ上で対象の細胞を囲むようにコントラスト値計算位置を指定する。即ち、注視領域の設定を行う。なお、この注視領域の設定は、コンピュータ9側で細胞を自動認識して、自動的に設定しても良い。
(Step S03)
When the cell to be observed is determined, the user designates the contrast value calculation position so as to surround the target cell on the window in which the preview image is displayed. That is, the gaze area is set. The gaze area may be set automatically by automatically recognizing cells on the computer 9 side.

(ステップS04)
表示されているプレビュー画像のヒストグラム解析を行い、解析結果を図3に示すようなグラフでモニター10上に表示する。
(Step S04)
Histogram analysis is performed on the displayed preview image, and the analysis result is displayed on the monitor 10 as a graph as shown in FIG.

(ステップS05)
使用者は、モニター10上に表示されたヒストグラム上で、試料5のコントラスト値の計算を行う下限値Aと上限値Bとをコンピュータ9の入力手段で設定する。
(Step S05)
The user sets the lower limit value A and the upper limit value B for calculating the contrast value of the sample 5 on the histogram displayed on the monitor 10 using the input means of the computer 9.

(ステップS06)
使用者は、光軸方向にステージ6を動かし、二次元画像データの取得を終了する所望の最小のコントラスト値(この値以下になったら二次元画像データ取得を終了する基準値、例えば、0.05〜0.1程度)をコンピュータ9の入力手段で設定する。即ち、使用者は、走査型顕微鏡100をプレビューモードにセットする(不図示のスイッチによりモード切替を行うことが可能)。走査型顕微鏡100は、コンピュータ9により制御され、試料5のプレビュー画像をモニター10に表示する。使用者は、プレビュー画像を見ながらXYZ方向にステージ6を移動し、所望の画像が得られる位置を探す。その中の一つのプレビュー画像から使用者が注視する注視領域を設定することで、その注視領域から試料5の最小コントラスト値を求める。また使用者は、本画像取得時に、その取得動作を終了する最小コントラスト値を決定する。
(Step S06)
The user moves the stage 6 in the direction of the optical axis, and finishes the acquisition of the two-dimensional image data. A desired minimum contrast value (a reference value for ending the acquisition of the two-dimensional image data when the value becomes equal to or less than this value, for example, 0. Is set by the input means of the computer 9. That is, the user sets the scanning microscope 100 to the preview mode (mode switching can be performed by a switch (not shown)). The scanning microscope 100 is controlled by the computer 9 and displays a preview image of the sample 5 on the monitor 10. The user moves the stage 6 in the XYZ directions while looking at the preview image, and searches for a position where a desired image can be obtained. The minimum contrast value of the sample 5 is obtained from the gaze area by setting a gaze area where the user gazes from one of the preview images. Further, the user determines a minimum contrast value for ending the acquisition operation when acquiring the main image.

(ステップS07)
ステージ6を移動する光軸方向(Z方向)の最大移動範囲を設定する。設定する値は、二次元画像データの取得を開始するZ0位置(開始位置)、ステージ6の送り間隔(ΔZ)、及びステージ6の最大移動位置Zm(これを超えてステージ6を移動させることが無いようにする値)である。なお、開始位置Z0は、細胞の上面近傍に(対物レンズ4から遠い位置)設定し、ステージ6の送りは、細胞の上面から下面方向(対物レンズ4に近い位置)に向かって行われる。この結果、測定中に対物レンズ4が試料5に衝突する虞は無い。
(Step S07)
A maximum moving range in the optical axis direction (Z direction) for moving the stage 6 is set. The values to be set are the Z0 position (start position) at which the acquisition of the two-dimensional image data is started, the feed interval (ΔZ) of the stage 6, and the maximum movement position Zm of the stage 6 (the stage 6 can be moved beyond this). It is a value to avoid). The start position Z0 is set near the upper surface of the cell (a position far from the objective lens 4), and the stage 6 is fed from the upper surface of the cell toward the lower surface (a position close to the objective lens 4). As a result, there is no possibility that the objective lens 4 collides with the sample 5 during the measurement.

(ステップS08)
タイムラプスの設定条件を設定する。即ち、二次元画像データ取得時間間隔、および取得枚数をコンピュータ9の入力手段(モニター10のGUIのポインタやキーボード)から設定する。
(Step S08)
Set the time-lapse setting conditions. That is, the two-dimensional image data acquisition time interval and the number of acquired images are set from the input means of the computer 9 (GUI pointer or keyboard of the monitor 10).

(ステップS09)
本画像取得のためのタイムラプス開始のスタート釦をONする。使用者は、二次元画像データ取得を開始する。
(Step S09)
The start button for starting the time lapse for acquiring this image is turned on. The user starts acquiring 2D image data.

(ステップS10)
タイムラプス設定条件を取得する。
(Step S10)
Get the time lapse setting condition.

(ステップS11)
設定された取得開始位置Z0にステージ6を移動する。
(Step S11)
The stage 6 is moved to the set acquisition start position Z0.

(ステップS12)
XYZ取得(三次元取得)を開始する。
(Step S12)
XYZ acquisition (three-dimensional acquisition) is started.

(ステップS13)
まず、二次元画像データを取得する。
(Step S13)
First, two-dimensional image data is acquired.

(ステップS14)
取得した二次元画像データからコントラスト値を計算する。
(Step S14)
A contrast value is calculated from the acquired two-dimensional image data.

(ステップS15)
計算されたコントラスト値が(ステップS06)で入力した最小のコントラスト値より小さいかどうかを判定する。コントラス値が最小のコントラス値より小さい場合には(ステップS18)にジャンプして二次元画像データ取得を終了する。コントラスト値が最小のコントラスト値以上であれば(ステップS16)を実行する。
(Step S15)
It is determined whether or not the calculated contrast value is smaller than the minimum contrast value input in (Step S06). When the contrast value is smaller than the minimum contrast value, the process jumps to (step S18) and the two-dimensional image data acquisition is completed. If the contrast value is equal to or greater than the minimum contrast value, step S16 is executed.

(ステップS16)
ステージ6を送り間隔ΔZ値だけ移動して次の目標位置に設定する。
(Step S16)
The stage 6 is moved by the feed interval ΔZ value and set to the next target position.

(ステップS17)
ステージ6を移動した後のステージ位置(Z値)が、最大移動位置Zmを越えたかどうかを判定する。ステージ6のZ位置が最大移動位置Zmを越えた時には(ステップS18)にジャンプして二次元画像データ取得を終了する。ステージ6が最大移動位置Zm以内にあれば(ステップS13)にジャンプして(ステップS13)以降のステップを実行する。
(Step S17)
It is determined whether the stage position (Z value) after moving the stage 6 exceeds the maximum movement position Zm. When the Z position of the stage 6 exceeds the maximum movement position Zm, the process jumps to (Step S18) and the two-dimensional image data acquisition is completed. If the stage 6 is within the maximum movement position Zm, the process jumps to (Step S13) (Step S13) and the subsequent steps are executed.

(ステップS18)
XYZ取得終了する。
(Step S18)
XYZ acquisition ends.

(ステップS19)
タイムラプス撮影取得枚数に達しているかどうかを判定する。撮影枚数が達していれば(ステップS22)にジャンプしてタイムラプス取得を終了し、併せて二次元画像データの取得を終了する。撮影枚数が達していないときは(ステップS20)を実行する。
(Step S19)
It is determined whether or not the time-lapse shooting acquisition number has been reached. If the number of shots has been reached (step S22), the time lapse acquisition is terminated, and the acquisition of two-dimensional image data is also terminated. If the number of shots has not been reached, (step S20) is executed.

(ステップS20)
(ステップS08)で設定した取得時間間隔の間待機する。
(Step S20)
Wait for the acquisition time interval set in (Step S08).

(ステップS21)
待機時間が取得時間間隔に達したかどうかを判定する。取得時間間隔に達したときは(ステップS11)にジャンプし以降のステップを実行する。達していないときは、(ステップS20)と(ステップS21)とを繰り返す。
(Step S21)
It is determined whether the waiting time has reached the acquisition time interval. When the acquisition time interval is reached, the process jumps to (Step S11) and the subsequent steps are executed. If not, (step S20) and (step S21) are repeated.

(ステップS22)
タイムラプス撮影を終了する。
(Step S22)
End time-lapse shooting.

以上のフローで試料5の三次元画像データがコンピュータ9に取得されメモリに記憶される。以後、取得した三次元画像データを基に種々の解析が可能となる。   Through the above flow, the three-dimensional image data of the sample 5 is acquired by the computer 9 and stored in the memory. Thereafter, various analyzes are possible based on the acquired three-dimensional image data.

なお、前もって二次元画像データのZ方向の最大取得範囲を設定しておき、ステージ6がZ方向の最大取得範囲の最大値に移動し、コントラスト値が基準値(最小コントラスト値)を下回っていない場合でも強制的に次の二次元画像データの取得を中断する。この様にすることで、予想外に二次元画像データ取得範囲が大きくなることを防ぐことができる。   Note that the maximum acquisition range in the Z direction of the two-dimensional image data is set in advance, the stage 6 moves to the maximum value of the maximum acquisition range in the Z direction, and the contrast value does not fall below the reference value (minimum contrast value). Even in this case, the acquisition of the next two-dimensional image data is forcibly interrupted. By doing so, it is possible to prevent an unexpected increase in the two-dimensional image data acquisition range.

また、上述の実施の形態では、蛍光画像の取得の例について説明したが、蛍光画像に限らず、位相観察やDIC観察等の別の観察方法にも適用可能である。   In the above-described embodiment, an example of acquiring a fluorescence image has been described. However, the present invention is not limited to the fluorescence image, and can be applied to other observation methods such as phase observation and DIC observation.

本発明によれば、画像取得する細胞の立体的な構造の変化に対応した三次元画像データの取得を可能にする走査型顕微鏡を実現することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the scanning microscope which enables acquisition of the three-dimensional image data corresponding to the change of the three-dimensional structure of the cell which acquires an image is realizable.

なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。   The above-described embodiment is merely an example, and is not limited to the above-described configuration and shape, and can be appropriately modified and changed within the scope of the present invention.

本発明の実施の形態にかかる走査型顕微鏡の概略構成図を示す。1 is a schematic configuration diagram of a scanning microscope according to an embodiment of the present invention. コントラスト値計算の際に用いるフィルタの例を示し、(a)は垂直方向コントラスト計算フィルタの一例を、(b)は水平方向コントラスト計算フィルタを、(c)はラプラシアンフィルタをそれぞれ示している。An example of a filter used for the contrast value calculation is shown. (A) shows an example of a vertical contrast calculation filter, (b) shows a horizontal contrast calculation filter, and (c) shows a Laplacian filter. コントラスト値計算に用いるヒストグラムの例と、下限値及び上限値の設定例を示す。The example of the histogram used for contrast value calculation, and the setting example of a lower limit and an upper limit are shown. 本発明の実施の形態にかかる走査型顕微鏡のタイムラプス画像取得フローチャートを示す。3 shows a time-lapse image acquisition flowchart of a scanning microscope according to an embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 レーザー光源
2 ダイクロイックミラー
3 二次元スキャナ
4 対物レンズ
5 試料
6 ステージ
7 ピンホール
8 光電子倍増管
9 コンピュータ
10 モニター
100 走査型顕微鏡
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light source 2 Dichroic mirror 3 Two-dimensional scanner 4 Objective lens 5 Sample 6 Stage 7 Pinhole 8 Photomultiplier tube 9 Computer 10 Monitor 100 Scanning microscope

Claims (4)

対物レンズと、
試料を載置するステージと、
照明光を前記試料上で走査する走査手段と、
前記試料と共役な位置に配置されたピンホールと、
前記ピンホールを介して前記試料を検出する検出器とを有する走査型顕微鏡において、
前記対物レンズと前記ステージとを相対的に移動する駆動手段と、
前記駆動手段により駆動された結果、前記対物レンズの光軸方向の任意位置において前記検出器からの信号を取得し、前記試料の画像データを生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段からの画像データに基づき、前記試料の注視すべき注視領域を設定する注視領域設定手段と、
前記注視領域設定手段で設定された注視領域の画像データに基づき、前記試料の有無を判定する基準値を設定する基準値設定手段と、
前記駆動手段により前記対物レンズと前記ステージとを相対的に駆動し、前記画像生成手段により前記光軸方向の異なる位置における複数の前記画像データを取得し、前記注視領域の画像データと前記基準値設定手段で設定された基準値とを比較することで、前記試料が存在しないと判断したときに前記駆動手段を停止制御する制御手段とを備えたことを特徴とする走査型顕微鏡。
An objective lens;
A stage on which a sample is placed;
Scanning means for scanning the sample with illumination light;
A pinhole disposed at a position conjugate with the sample;
In a scanning microscope having a detector for detecting the sample through the pinhole,
Driving means for relatively moving the objective lens and the stage;
As a result of being driven by the driving means, an image generating means for acquiring a signal from the detector at an arbitrary position in the optical axis direction of the objective lens and generating image data of the sample;
Based on the image data from the image generation means, gaze area setting means for setting a gaze area to be watched of the sample,
Reference value setting means for setting a reference value for determining the presence or absence of the sample based on the image data of the gaze area set by the gaze area setting means;
The drive means relatively drives the objective lens and the stage, the image generation means acquires a plurality of the image data at different positions in the optical axis direction, and the gaze area image data and the reference value A scanning microscope comprising: a control unit that controls to stop the driving unit when it is determined that the sample does not exist by comparing with a reference value set by a setting unit.
前記注視領域の画像データに基づいて算出されたコントラスト値の最小値を前記基準値設定手段を介して手動で設定することを特徴とする請求項1に記載の走査型顕微鏡。 Scanning microscope according to claim 1, characterized in that to set the minimum value of the contrast value calculated based on the image data of the region of interest manually via the reference value setting means. 前記コントラスト値を計算する領域は、前記注視領域の画像データの輝度データに基き、前記注視領域設定手段が設定することを特徴とする請求項に記載の走査型顕微鏡。 Region for calculating the contrast value, based on the Luminance data of the image data of the attention area, the scanning microscope according to claim 2, wherein the fixation region setting means sets. 前記駆動手段は、前記試料の前記対物レンズから遠い位置から近い位置に向けて、前記光軸方向に所定間隔でステップ移動をすることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の走査型顕微鏡。

It said drive means, towards a position close to a position farther from the objective lens of said sample, according to any one of claims 1 3, characterized by the step movement at a predetermined interval in the optical axis direction Scanning microscope.

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