JP5016340B2

JP5016340B2 - 蛍光顕微鏡

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Publication number: JP5016340B2
Application number: JP2007081512A
Authority: JP
Inventors: 通伸水村
Original assignee: V Technology Co Ltd
Current assignee: V Technology Co Ltd
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2027-03-27
Also published as: JP2008242014A

Description

本発明は、蛍光物質を有する検査対象物に所定波長の光を照射し、蛍光物質で発生する蛍光を検出する蛍光顕微鏡に関し、詳しくは、検査対象物内を移動する蛍光物質を自動追跡し、蛍光物質の挙動を観察可能にしようとする蛍光顕微鏡に係るものである。

従来の蛍光顕微鏡は、光源及び回転式フィルタを備えた光源装置と、二次元に配列された多数の微小ミラーを備え、選択された微小ミラーにより上記光源装置の回転式フィルタを通過した光を点状の照明光に変換して選択された微小ミラーの集合に応じた平行光束を形成するＤＭＤ（米国テキサス・インスツルメンツ社の商標）と、多数のピンホールを有する第１ニポウ板及び多数のマイクロレンズを有する第２ニポウ板よりなり、上記ＤＭＤからの平行光束を上記第２ニプコウ板のマイクロレンズで収束させて上記第１ニポウ板のピンホールに結像させるニポウ板組立と、上記第１ニポウ板のピンホールで結像された光束を視野の対応位置に結像させ、該視野からの蛍光を逆向させる共焦点光学系と、２次元光検出手段と、第１及び第２ニポウ板の間に配置されたダイクロイックミラー及び該ダイクロイックミラーからの反射光を上記光検出手段に結像する結像レンズと、ＤＭＤの多数の微小ミラーを選択してオン、オフ制御する制御装置とを有し、上記視野全体の一部を選択して照明を与えるように構成されていた（例えば、特許文献１参照）。

また、他の蛍光顕微鏡は、光源と、多数のミラーを備え選択されたミラーにより光源からの光を点状の照明光に変換するデジタルマイクロミラー装置と、点状の照明光の像を標本の特定の面に結像してそれにより発生した蛍光を上記選択されたミラーに結像させる対物レンズと、上記蛍光が結像され選択されたミラーの像を記録する記録手段と、デジタルマイクロミラー装置を走査制御する処理装置と、から構成されていた（例えば、特許文献２参照）
特開２００６−２２０８１８号公報特開２００５−２４５９６号公報

しかし、このような従来の蛍光顕微鏡は、いずれも蛍光染色した標本を対物レンズの結像面で光学的に切断して得た画像を観察するためのものであり、検査対象物内を移動する蛍光物質を自動追跡する機能を有していなかった。したがって、検査対象物内の蛍光物質の挙動を観察することができなかった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、検査対象物内を移動する蛍光物質を自動追跡し、蛍光物質の挙動を観察可能にしようとする蛍光顕微鏡を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による蛍光顕微鏡は、自由に移動する蛍光物質を有した検査対象物を載置して少なくとも二次元平面内を移動するステージと、前記ステージの上方に設けられ、光源装置から放射される所定波長の光を入力して複数のビーム光を発生し、前記検査対象物に照射するビーム光照射手段と、前記ビーム光照射手段から照射された複数のビーム光を前記検査対象物上に集光する対物レンズと、前記各ビーム光の照射により前記蛍光物質が励起されて発生する複数の蛍光を、前記ビーム光照射手段を介して二次元の受光部で受光する光検出装置と、前記対物レンズの前記ステージに対する相対的高さ位置を変位させる変位手段と、前記蛍光物質から発生した蛍光が前記光検出手段の受光部で受光されるように前記蛍光物質の移動に追従して前記ステージを移動させると共に、前記変位手段を制御して前記対物レンズの前記相対的高さ位置を変位させながら、前記各ビーム光の照射位置の平面座標、及び前記変位手段から入手した前記対物レンズの相対的高さ位置情報、並びに前記光検出装置で受光された各蛍光の輝度情報に基づいて前記蛍光物質の三次元画像データを生成し、該三次元画像データと、前記対物レンズから前記ビーム光照射手段へ向かう光路が分岐された光路上に配設された観察用カメラで撮像された前記検査対象物の二次元画像データとを合成して表示部にその合成画像を表示させる制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記光源装置の光源を点灯させると同時に、該光源から放射される複数波長の光から前記検査対象物の蛍光物質を励起させて蛍光を発生させるのに好適な波長の光を自動選択すると共に、前記光検出装置をオン駆動すると同時に、該光検出装置で前記検査対象物の蛍光物質が励起されて発光する蛍光を前記選択された波長の光と分離して受光し得るようにするものである。

このような構成により、自由に移動する蛍光物質を有した検査対象物を少なくとも二次元平面内を移動するステージ上に載置し、ステージの上方に設けられたビーム光照射手段で光源装置から放射される所定波長の光を入力して複数のビーム光を発生して検査対象物に照射し、対物レンズでビーム光照射手段から照射された複数のビーム光を検査対象物上に集光し、各ビーム光の照射により蛍光物質が励起されて発生する複数の蛍光を、ビーム光照射手段を介して光検出装置の二次元の受光部で受光し、制御手段により変位手段を制御して対物レンズのステージに対する相対的高さ位置を変位させながら、各ビーム光の照射位置の平面座標、及び変位手段から入手した対物レンズの相対的高さ位置情報、並びに光検出装置で受光された各蛍光の輝度情報に基づいて蛍光物質の三次元画像データを生成し、該三次元画像データと、対物レンズからビーム光照射手段へ向かう光路が分岐された光路上に配設された観察用カメラで撮像された検査対象物の二次元画像データとを合成して表示部にその合成画像を表示させると共に、制御手段で蛍光物質から発生した蛍光が光検出手段の受光部で受光されるように蛍光物質の移動に追従してステージを移動させる。このとき、制御手段により光源装置の光源を点灯させると同時に、該光源から放射される複数波長の光から検査対象物の蛍光物質を励起させて蛍光を発生させるのに好適な波長の光を自動選択すると共に、光検出装置をオン駆動すると同時に、該光検出装置で検査対象物の蛍光物質が励起されて発光する蛍光を上記選択された波長の光と分離して受光し得るようにする。

また、前記対物レンズの側方に、前記検査対象物に前記蛍光物質を注入するための細長状のノズルと、該ノズルに所定の蛍光物質を供給するタンクとを備えた蛍光物質注入装置を前記ノズルの先端部が前記対物レンズの視野内に位置するように配設している。これにより、対物レンズの側方に細長状のノズルの先端部が対物レンズの視野内に位置するように配設した蛍光物質注入装置のタンクでノズルに所定の蛍光物質を供給し、ノズルで検査対象物に蛍光物質を注入する。

さらに、前記制御手段は、生成された前記蛍光物質の前記三次元画像データに含まれる三次元位置情報に基づいて前記蛍光物質の位置情報を取得し、該位置情報と一つ前の位置情報とを比較して前記蛍光物質の移動方向及び移動量を算出し、前記ステージを前記蛍光物質の移動方向と反対方向に前記蛍光物質の移動量と同じだけ移動させるものである。これにより、制御手段で蛍光物質の三次元画像データを生成し、該三次元画像データに含まれる三次元位置情報に基づいて蛍光物質の位置情報を取得し、該位置情報と一つ前の位置情報とを比較して蛍光物質の移動方向及び移動量を算出し、ステージを蛍光物質の移動方向と反対方向に蛍光物質の移動量と同じだけ移動させる。

また、前記光源装置は、前記光源から前記ビーム光照射手段に向かう光路上に設けられ透過光の波長帯域が異なる複数種のフィルタを円周方向に配置した回転式フィルタを備え、前記光検出装置は、二次元の受光部、及び前記ビーム光照射手段から前記光源装置へ向かう光路が分岐された光路上にて前記受光部の手前側に設けられ透過光の波長帯域が異なる複数種のフィルタを円周方向に配置した回転式フィルタを備えたものである。これにより、光源装置の複数波長の光を放射可能とされた光源で複数波長の光を放射し、該光源からビーム光照射手段に向かう光路上に設けられ透過光の波長帯域が異なる複数種のフィルタを円周方向に配置した回転式フィルタで検査対象物に照射する光の波長を選択し、ビーム光照射手段から光源装置へ向かう光路が分岐された光路上にて光検出装置の二次元の受光部の手前側に設けられ透過光の波長帯域が異なる複数種のフィルタを円周方向に配置した回転式フィルタで検査対象物において発生した蛍光の波長を選択し、該蛍光を受光部で受光する。

そして、前記ビーム光照射手段は、前記制御手段によって個別に駆動制御されて傾動する複数のマイクロミラーをマトリクス状に配設したマイクロミラーデバイスである。これにより、制御手段によって個別に駆動制御されて傾動する複数のマイクロミラーをマトリクス状に配設したマイクロミラーデバイスで複数のビーム光を発生する。

また、前記制御手段は、前記変位手段を駆動して前記対物レンズをその光軸方向に変位させながら、前記複数の蛍光の輝度データを取得してメモリに記憶されている輝度データと比較し、前記取得した輝度データが前記メモリに記憶されている輝度データを上回ると該輝度データを新たな輝度データに更新し、この更新が一定回数保持されると最後に更新された輝度データをピーク輝度と定めて、このときの前記対物レンズの相対的高さ位置情報に前記メモリに記憶されている位置情報を書き換え、前記各ビーム光の照射位置の平面座標、前記メモリに記憶された前記複数の蛍光のピーク輝度情報及び該各ピーク輝度情報に対応する前記対物レンズの相対的高さ位置情報に基づいて前記蛍光物質の三次元画像データを作成するものである。これにより、制御手段により変位手段を駆動して対物レンズをその光軸方向に変位させながら、複数の蛍光の輝度データを取得してメモリに記憶されている輝度データと比較し、上記取得した輝度データがメモリに記憶されている輝度データを上回ると該輝度データを新たな輝度データに更新し、この更新が一定回数保持されると最後に更新された輝度データをピーク輝度と定めて、このときの対物レンズの相対的高さ位置情報にメモリに記憶されている位置情報を書き換え、各ビーム光の照射位置の平面座標、メモリに記憶された複数の蛍光のピーク輝度情報及び該各ピーク輝度情報に対応する対物レンズの相対的高さ位置情報に基づいて蛍光物質の三次元画像データを作成する。

請求項１に係る蛍光顕微鏡によれば、検査対象物内を移動する蛍光物質を自動追跡することができる。したがって、検査対象物内の蛍光物質の挙動を観察することができる。この場合、複数波長の光から検査対象物の蛍光物質を励起させて蛍光を発生させるのに好適な波長の光を自動選択すると共に、光検出装置で検査対象物の蛍光物質が励起されて発光する蛍光を上記選択された波長の光と分離して受光し得るようにすることができる。また、蛍光物質の周辺の検査対象物の構造を観察することができる。したがって、検査対象物内を移動する蛍光物質の位置を目視により確認することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、検査対象物への蛍光物質の注入状態、及びその後の蛍光物質の挙動を観察することができる。したがって、例えば薬剤が血管内に注入された後どのようにして患部に集まるか等を観測することができる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、蛍光物質の三次元方向への移動にもステージを追従させることができる。

そして、請求項４に係る発明によれば、蛍光物質を励起させて蛍光を発生させるのに好適な波長の光を選択して照射し、蛍光物質で発生した蛍光を選択して検出することができる。これにより、複数種の蛍光物質を適宜使用することができる。

また、請求項５に係る発明によれば、複数のビーム光を容易に生成することができ、またマイクロミラーの駆動パターンの変更も容易に行なうことができる。したがって、蛍光物質の緻密な三次元画像を生成することができる。

そして、請求項６に係る発明によれば、変位手段を駆動して対物レンズをその光軸方向に変位させながら、複数の蛍光の輝度データを取得してメモリに記憶されている輝度データと比較し、上記取得した輝度データがメモリに記憶されている輝度データを上回ると該輝度データを新たな輝度データに更新し、この更新が一定回数保持されると最後に更新された輝度データをピーク輝度と定めて、このときの対物レンズの相対的高さ位置情報にメモリに記憶されている位置情報を書き換え、各ビーム光の照射位置の平面座標、メモリに記憶された複数の蛍光のピーク輝度情報及び該各ピーク輝度情報に対応する対物レンズの相対的高さ位置情報に基づいて蛍光物質の三次元画像データを作成することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による蛍光顕微鏡の実施形態を示す概要図であり、図２は図１の要部を示す側面図である。この蛍光顕微鏡は、蛍光物質を具備した検査対象物に所定波長の光を照射し、蛍光物質で発生する蛍光を検出するもので、ステージ１と、光源装置２と、ビーム光照射手段３と、対物レンズ４と、結像レンズ５と、光検出装置６と、変位手段７と、観察用カメラ８と、蛍光物質注入装置９と、フォーカス調整手段２５と、制御手段１０と、を備えている。

上記ステージ１は、内部を自由に移動する蛍光物質を有する検査対象物１１を載置してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の三軸方向に移動するものであり、後述の制御手段１０により制御されて駆動する図示省略の駆動部を備えている。この駆動部は、例えば図示省略のモータ、ボールネジによって駆動されてレール上をＸ軸方向に移動する機構と、Ｙ軸方向に移動する機構と、Ｚ軸方向に移動する機構とで構成することができる。

ステージ１の上方には、光源装置２が設けられている。この光源装置２は、所定波長の光を放射するものであり、白色光を放射する例えば水銀ランプやメタルハライドランプ等からなる白色光源１２、及び該白色光源１２から後述のビーム光照射手段３に向かう光路上に設けられ透過光の波長帯域が異なる複数種のフィルタ、例えば図３に示すように赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、黄色（Ｙ）、青（Ｂ）及び紫（Ｖ）の波長帯のフィルタを円周方向に配置した回転式フィルタ１３を備えて構成されている。なお、図１において、符号１４は、白色光源１２から放射された光の径を広げるビームエキスパンダであり、符号１５は、径が広げられた光を平行光にして射出するコリメータレンズである。

ステージ１の上方にて光源装置２の光の放射方向前方には、ビーム光照射手段３が設けられている。このビーム光照射手段３は、光源装置２から放射される所定波長の光を入力して複数のビーム光を発生し、検査対象物１１に照射するものであり、後述の制御手段１０によって個別に駆動制御されて傾動する複数のマイクロミラー１６をマトリクス状に配設したマイクロミラーデバイス（以下、「ＤＭＤ」という）である。

ここで、上記各マイクロミラー１６が光源装置２から入射する光を検査対象物１１方向に反射するように傾動した状態を「オン」状態といい、入射光を検査対象物１１とは異なる方向に反射するように傾動した状態を「オフ」状態という。

上記マイクロミラー１６のサイズは、例えば14μm角程度に形成することが可能であり、該マイクロミラー１６でそれと略同サイズの断面を有するビーム光を生成することができる。また、このマイクロミラー１６は、検査対象物１１の蛍光物質で発生した蛍光に対してはピンホールとして作用する。なお、図２において、符号１７は反射ミラーである。

ステージ１とＤＭＤ３との間には、ステージ１の表面に対向して対物レンズ４が設けられている。この対物レンズ４は、ＤＭＤ３から照射された複数のビーム光を検査対象物１１上に集光するものであり、後述の変位手段７によってその光軸方向（Ｚ軸方向）に所定速度で変位するようになっている。そして、この対物レンズ４は、レンズホルダー１８に対して着脱可能となっている。なお、図１においては、レンズホルダー１８に対物レンズ４が唯一つ取り付けられた場合を示しているが、倍率の異なる複数の対物レンズが取り付けられてもよい。この場合、レンズホルダー１８は、例えば横方向に移動可能にして対物レンズ４の倍率の切換ができるようにするとよい。

対物レンズ４とＤＭＤ３との間には、結像レンズ５が設けられている。この結像レンズ５は、ＤＭＤ３で発生した複数のビーム光が照射されて生成される検査対象物１１上のビームスポットの像を対応するマイクロミラー１６上に結像するものであり、対物レンズ４と共にテレセントリック光学系を構成している。

そして、対物レンズ４がその変位範囲内の所定位置にあるとき、ＤＭＤ３、結像レンズ５、及び対物レンズ４によって共焦点光学系が形成される。

ＤＭＤ３から光源装置２へ向かう光路がハーフミラー１９で分岐された光路上には、光検出装置６が設けられている。この光検出装置６は、ＤＭＤ３で発生した各ビーム光の照射により蛍光物質が励起されて発生する複数の蛍光を、ＤＭＤ３の上記各ビーム光に対応したマイクロミラー１６を介して受光するものであり、複数の受光素子をマトリクス状に配列した二次元の受光部２０、及びＤＭＤ３から光源装置２へ向かう光路が分岐された光路上にて受光部２０の手前側に設けられ透過光の波長帯域が異なる複数種のフィルタ、例えば図３に示すように赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、黄色（Ｙ）、青（Ｂ）及び紫（Ｖ）の波長帯のフィルタを円周方向に配置した回転式フィルタ２１を備えて構成されている。また、光検出装置６には、ＤＭＤ３の各マイクロミラー１６の像を受光部２０の対応する画素に結像させるリレーレンズ２２が備えられている。

対物レンズ４には、変位手段７が設けられている。この変位手段７は、制御手段１０によって制御されて対物レンズ４をＺ軸方向に変位させるものであり、例えばピエゾ素子である。

対物レンズ４からＤＭＤ３へ向かう光路がハーフミラー２３で分岐された光路上には、観察用カメラ８が設けられている。この観察用カメラ８は、検査対象物１１を観察するものであり、例えば二次元のＣＣＤカメラである。なお、図１において、符号２４はリレーレンズである。

上記光源装置２と、ビーム光照射手段３と、対物レンズ４と、結像レンズ５と、光検出装置６と、観察用カメラ８とを備えて構成した顕微鏡本体４２の側部には、フォーカス調整手段２５が設けられている。このフォーカス調整手段２５は、観察用カメラ８の撮像画像が鮮明となるように、顕微鏡本体４２を図１において矢印Ａ，Ｂ方向に変位されるものであり、例えばモータとギアとレールとを組み合わせて構成される。なお、フォーカス調整手段２５は、顕微鏡本体４２を変位させるものに限られず、ステージ１又は対物レンズ４をＺ軸方向に変位させてもよい。ただし、本実施形態においては、フォーカス調整手段２５が顕微鏡本体４２を変位させる場合について説明する。

対物レンズ４の側部には、蛍光物質注入装置９が設けられている。この蛍光物質注入装置９は、検査対象物１１、例えば実験用動物の血管内に蛍光物質を注入するものであり、図１に示す矢印Ｃ，Ｄ方向に進退可能に形成され、検査対象物１１に蛍光物質を注入するための細長状のノズル２６と、該ノズル２６に所定の蛍光物質を供給するタンク２７とを備えて構成され、ノズル２６が矢印Ｃ方向に前進した状態においてノズル２６の先端部が対物レンズ４の視野内で、例えば対物レンズ４の光軸中心に一致するように配設されている。なお、上記タンク２７には、エア配管を介して図示省略のエアコントローラが設けられており、タンク２７内に所定圧力のエアを所定時間導入して所定量の蛍光物質をノズル２６の先端部から押し出すことができるようになっている。また、必要に応じて、複数本のノズル２６を平行に並べて設けて、各ノズル２６に異なる蛍光物質を供給できるようにしてもよい。

上記ステージ１と、光源装置２と、ＤＭＤ３と、光検出装置６と、光検出装置６の受光部２０と、変位手段７と、観察用カメラ８と、フォーカス調整手段２５と、蛍光物質注入装置９とには制御手段１０が結線されている。この制御手段１０は、蛍光物質から発生した蛍光が光検出装置６の受光部２０で受光されるように蛍光物質の移動に追従してステージ１をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の三軸方向に移動させるものであり、各ビーム光の照射位置の平面座標、及び変位手段７から入手した対物レンズ４の高さ位置情報、並びに光検出装置６で受光された各蛍光の輝度情報に基づいて周知の方法により、各蛍光のピーク輝度及び該ピーク輝度が検出された点の三次元位置情報を取得して蛍光物質の三次元画像データを生成し、該三次元画像データに含まれる上記三次元位置情報に基づいて蛍光物質の位置情報を取得し、該位置情報と一つ前の位置情報とを比較して蛍光物質の移動方向及び移動量を算出し、ステージ１を蛍光物質の移動方向と反対方向に蛍光物質の移動量と同じだけ移動させるようになっている。そして、図４に示すように、ステージ駆動コントローラ２８、光源装置駆動コントローラ２９、ＤＭＤ駆動コントローラ３０、光検出装置駆動コントローラ３１、蛍光画像処理部３２、変位手段駆動コントローラ３３、観察用画像処理部３４、フォーカス調整手段駆動コントローラ３５、蛍光物質注入装置駆動コントローラ３６、メモリ３７、演算部３８、及び制御部３９を備えている。

上記ステージ駆動コントローラ２８は、蛍光物質の移動に追従してステージ１をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動させるものである。

また、上記光源装置駆動コントローラ２９は、光源装置２の白色光源１２を点灯及び消灯させると共に、回転式フィルタ１３を回転駆動して所定のフィルタを選択し、検査対象物１１の蛍光物質を励起させて蛍光を発生させるのに好適な波長の光を選択できるようにするものである。

さらに、上記ＤＭＤ駆動コントローラ３０は、ＤＭＤ３のマイクロミラー１６を所定の駆動パターン、例えば五つ置きにオン駆動させるものである。

さらにまた、上記光検出装置駆動コントローラ３１は、光検出装置６をオン及びオフ駆動すると共に、回転式フィルタ２１を回転駆動して検査対象物１１の蛍光物質が励起されて発光する蛍光を主に透過させ、上記光源装置２から放射される照射光を遮断するのに好適なフィルタを選択できるようにするものである。

そして、上記蛍光画像処理部３２は、蛍光物質が複数のビーム光に照射されて発光する各蛍光の輝度のアナログ情報を光検出装置６から入力し、所定の時間間隔で各蛍光の輝度データを生成し、各蛍光のピーク輝度データとそれを検出した位置の三次元座標データとに基づいて撮像された蛍光物質の三次元画像データを生成して出力するものである。

また、上記変位手段駆動コントローラ３３は、変位手段７を駆動制御して対物レンズ４を所定速度で所定の範囲内を変位させるものである。なお、対物レンズ４の変位速度は、検査対象物１１に注入された蛍光物質の移動速度よりも遥かに速い速度に設定される。

さらに、上記観察用画像処理部３４は、観察用カメラ８から入力した二次元画像を処理して二次元の画像データを出力するものである。

さらにまた、上記フォーカス調整手段駆動コントローラ３５は、観察用画像処理部３４の二次元画像データに基づいて、観察用カメラ８で撮像される画像が鮮明となるようにフォーカス調整手段２５を駆動して顕微鏡本体４２を図１において矢印Ａ，Ｂ方向に変位させるものである。

そして、上記蛍光物質注入装置駆動コントローラ３６は、タンク２７へのエアの導入をオン及びオフ制御し、及びそのエアの圧力制御を行なうと共に、ノズル２６の進退動作を制御するものである。

また、上記メモリ３７は、図示省略の操作手段により入力される各種測定用パラメータ、例えば対物レンズ４の変位速度、対物レンズ４が全変位範囲を一方向に移動する間に光検出装置６によって撮像される画像の枚数、ＤＭＤ３のマイクロミラー１６の駆動パターン等や、後述の演算部３８で演算された結果を一時的に保存するものである。

さらに、上記演算部３８は、対物レンズ４の変位速度と撮像枚数とから対物レンズ４のＺ軸方向への送り分解能を演算し、また蛍光画像処理部３２で生成された蛍光物質の三次元画像データに含まれる三次元位置情報に基づいて蛍光物質の位置を演算し、該位置と一つ前の位置とを比較して蛍光物質の移動量を算出するものである。
そして、上記制御部３９は、上記各構成要素が適切に動作するように制御するものである。

次に、このように構成された蛍光顕微鏡の動作について説明する。
先ず、キーボード等からなる操作手段により、対物レンズ４の変位速度、対物レンズ４が全変位範囲を一方向に移動する間に光検出装置６によって撮像される画像の枚数、ＤＭＤ３のマイクロミラー１６の駆動パターン等の各種測定用パラメータ、光源装置２及び光検出装置６の回転式フィルタ１３，２１のフィルタ名が入力される。次に、検査対象物１１がステージ１上の所定位置に載置される。そして、観察用カメラ８の撮像画像に基づいて手動によりステージ１がＸＹＺの三軸方向に移動され、検査対象物１１の所定位置が対物レンズ４の視野内に配置される。なお、このとき、蛍光顕微鏡は初期状態にセットされており、対物レンズ４は変位範囲の例えば最下限に位置し、蛍光物質注入装置９のノズル２６は図１に示す矢印Ｄ方向に後退している。

検査対象物１１の所定位置が対物レンズ４の光軸中心に配置されると、制御手段１０に接続された図示省略の蛍光物質注入スイッチがオンされる。これにより、蛍光物質注入装置９のノズル２６が図１に示す矢印Ｃ方向に前進してその先端部が検査対象物１１の所定位置、例えば実験用動物の血管内に挿入される。そして、制御手段１０の蛍光物質注入装置駆動コントローラ３６によって制御されて、図５に示すように所定量の蛍光物質４０、例えば薬剤が実験動物の血管４１内に注入される。この場合、この蛍光物質４０は、例えば緑の色光（以下、「Ｇ光」という）が照射されると、例えば赤色の蛍光（以下、「Ｒ蛍光」という）が発生するものである。

所定量の蛍光物質４０が検査対象物１１内に注入されると、上記ノズル２６は図１に示す矢印Ｄ方向に後退して停止する。

同時に、光源装置駆動コントローラ２９が起動して白色光源１２が点灯されると共に、光源装置２の回転式フィルタ１３が回転して所定波長帯域のフィルタ、例えばＧフィルタが選択される。これにより、Ｇ光がＤＭＤ３に照射される。また、光検出装置駆動コントローラ３１が起動して光検出装置６がオン駆動されると共に、回転式フィルタ２１が回転されて例えばＲフィルタが選択される。

ＤＭＤ３に入射したＧ光は、オン駆動された複数のマイクロミラー１６により反射されて複数のビーム光となり、対物レンズ４を介して検査対象物１１上の複数の点を照射する。このとき、Ｇ光の複数のビーム光が蛍光物質４０に照射されると、該ビーム光の各照射点ではＲ蛍光が発生する。このＲ蛍光は、上記複数のビーム光を逆行して対応するマイクロミラー１６に入射し、該マイクロミラー１６で光検出装置６の方向に反射される。

マイクロミラー１６で反射されたＲ蛍光は、光検出装置６の回転式フィルタ２１のＲフィルタを透過して受光部２０の上記マイクロミラー１６に対応した画素に入射する。そして、受光部２０の各画素で検出されたアナログの各Ｒ蛍光の輝度は、制御手段１０の蛍光画像処理部３２において画像処理されて輝度データに変換される。この各Ｒ蛍光の輝度データは、各Ｒ蛍光を検出した受光部２０の各画素のＸＹ座標データと、変位手段７から取得した対物レンズ４のＺ軸方向の位置データと共にメモリ３７に記憶される。

次に、変位手段駆動コントローラ３３が起動して変位手段７が駆動され、対物レンズ４が所定の速度で例えば変位範囲の下限位置から上限位置に向かって移動を開始する。同時に、検査対象物１１に注入された蛍光物質４０で発生した各Ｒ蛍光が上述と同様にして光検出装置６の受光部２０の各画素で検出され、蛍光画像処理部３２において所定の時間間隔で画像処理されて輝度データが得られる。そして、各Ｒ蛍光に対応したＸＹ座標データと、上記各画像処理タイミングにおける対物レンズ４のＺ位置データと共にメモリ３７に記憶される。

この際、蛍光画像処理部３２では、複数のＲ蛍光について夫々取得された輝度データを、メモリ３７に記憶されている対応する輝度データと比較し、上記取得した輝度データがメモリ３７に記憶されている輝度データを上回るとメモリ３７に記憶されている輝度データを更新し、この輝度データの更新が止まって一定の輝度データが所定回数保持されると、最後に更新がなされた輝度データをピーク輝度と定め、このときの対物レンズ４のＺ位置データでメモリ３７に記憶されているＺ位置データを書き換える。

このようにして、対物レンズ４が変位範囲の下限位置から上限位置まで変位され、全てのＲ蛍光について夫々ピーク輝度データが取得されると、蛍光画像処理部３２において、該各ピーク輝度データとそれが取得された各点の三次元の座標データとに基づいて蛍光物質４０の三次元画像データが作成される。同時に、上記三次元の座標データに基づいて蛍光物質４０の位置、例えば中心位置Ｍ_１が演算部３８で演算され、その結果がメモリ３７に保存される。

また、上記三次元画像データは、観察用カメラ８で撮像された画像の二次元画像データと制御部３９で合成され、その合成画像が図示省略の表示部に表示される。これにより、図５に示すように、蛍光物質４０の周辺の検査対象物１１の構造、例えば実験動物の血管４１の構造が明らかになり、蛍光物質４０が注入された位置が明確になる。

引き続いて、対物レンズ４が変位範囲の上限位置から下限位置に向かって変位され、上述と同様にして、全てのＲ蛍光について夫々ピーク輝度データ、及び該各ピーク輝度データが取得された各点の三次元の座標データが取得され、図示省略の表示部に表示される。

同時に、上記三次元の座標データに基づいて蛍光物質４０の移動後の位置、例えば中心位置Ｍ_２が演算部３８で演算され、該中心位置Ｍ_２とメモリ３７に保存されている蛍光物質４０の一つ前の位置、例えば注入直後の蛍光物質４０の中心位置Ｍ_１との間の距離が演算されて蛍光物質４０の移動量が算出される。この場合、図５に示すように蛍光物質４０が矢印Ｅ方向に移動しているときには、ステージ１を蛍光物質４０の移動方向（矢印Ｅ方向）と反対方向に上記蛍光物質４０の移動量と同じだけ移動する。これにより、蛍光物質４０が移動しても該蛍光物質４０は、常時、対物レンズ４の視野の略中心に位置付けられることになる。なお、同図において、蛍光物質４０の移動方向がＸＹの二次元平面内で示されているが、蛍光物質４０はＺ軸方向にも移動するものである。

一方、ステージ１の移動に伴って、フォーカス調整手段２５により顕微鏡本体４２が矢印Ａ，Ｂ方向に移動され、観察用カメラ８による撮像画像が常時鮮明となるようにオートフォーカスされる。

以後、上述と同様にして蛍光物質４０の三次元形状測定、及び三次元位置計測が行なわれ、該蛍光物質４０の移動に追従してステージ１が蛍光物質４０の移動方向と逆方向に三次元的に移動される。これにより、蛍光物質４０が例えば血管４１内を移動してどの部位に到達するのか等の蛍光物質４０の検査対象物１１内における挙動を観察することができる。

なお、上記実施形態においては、光源装置２及び光検出装置６に夫々回転式フィルタ１３，２１を備えた場合について説明したが、本発明はこれに限られず、光源装置２とＤＭＤ３との間の光路上に、所定波長の光を透過し蛍光を反射する波長選択性ミラー、又は所定波長の光を反射し蛍光を透過する波長選択性ミラーを配設してもよい。この場合、光源としては、白色光を放射する白色光源１２に限られず、複数波長の光を放射可能とされたレーザ光源であってもよく、上記所定波長の光を主として放射する光源であってもよい。

また、上記実施形態においては、蛍光物質注入装置９を対物レンズ４の側部に取り付けた場合について説明したが、本発明はこれに限られず、対物レンズ４の側方にて顕微鏡本体４２の下端部のいずれかの部位に取り付けてもよい。

さらに、上記実施形態においては、観察用カメラ８を備えた場合について説明したが、本発明はこれに限られず、観察用カメラ８はなくてもよい。

また、上記実施形態においては、対物レンズ４を変位させる場合について説明したが、本発明はこれに限られず、ステージ１又は結像レンズ５をＺ軸方向に変位させてもよい。

さらに、上記実施形態においては、蛍光物質４０の移動に追従してステージ１を三次元方向に移動する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、ステージ１は二次元平面内を移動可能とされ、蛍光物質４０のＺ軸方向への移動追跡は、顕微鏡本体４２をＺ軸方向へ移動させて行ってもよい。

さらにまた、上記実施形態においては、ビーム光照射手段がＤＭＤ３の場合について説明したが、本発明はこれに限られず、ビーム光照射手段は複数のピンホールを所定間隔で設けたピンホール板や液晶表示素子であってもよい。

そして、以上の説明においては、検査対象物１１が実験動物の場合について述べたが、本発明はこれに限られず、移動する蛍光物質４０の挙動を観察しようとするものであれば如何なるものであってもよい。

本発明による蛍光顕微鏡の実施形態を示す概要図である。図１の要部を示す側面図である。上記蛍光顕微鏡に使用される回転式フィルタの一構成例を示す平面図である。上記蛍光顕微鏡の制御手段の概略構成を示すブロック図である。検査対象物内を移動する蛍光物質に対するステージの追従について示す説明図である。

符号の説明

１…ステージ
２…光源装置
３…ＤＭＤ（ビーム光照射手段）
４…対物レンズ
６…光検出装置
７…変位手段
８…観察用カメラ
９…蛍光物質注入装置
１０…制御手段
１１…検査対象物
１２…白色光源
１３，２１…回転式フィルタ
１６…マイクロミラー
２０…受光部
２６…ノズル
２７…タンク
３７…メモリ
４０…蛍光物質

Claims

自由に移動する蛍光物質を有した検査対象物を載置して少なくとも二次元平面内を移動するステージと、
前記ステージの上方に設けられ、光源装置から放射される所定波長の光を入力して複数のビーム光を発生し、前記検査対象物に照射するビーム光照射手段と、
前記ビーム光照射手段から照射された複数のビーム光を前記検査対象物上に集光する対物レンズと、
前記各ビーム光の照射により前記蛍光物質が励起されて発生する複数の蛍光を、前記ビーム光照射手段を介して二次元の受光部で受光する光検出装置と、
前記対物レンズの前記ステージに対する相対的高さ位置を変位させる変位手段と、
前記蛍光物質から発生した蛍光が前記光検出手段の受光部で受光されるように前記蛍光物質の移動に追従して前記ステージを移動させると共に、前記変位手段を制御して前記対物レンズの前記相対的高さ位置を変位させながら、前記各ビーム光の照射位置の平面座標、及び前記変位手段から入手した前記対物レンズの相対的高さ位置情報、並びに前記光検出装置で受光された各蛍光の輝度情報に基づいて前記蛍光物質の三次元画像データを生成し、該三次元画像データと、前記対物レンズから前記ビーム光照射手段へ向かう光路が分岐された光路上に配設された観察用カメラで撮像された前記検査対象物の二次元画像データとを合成して表示部にその合成画像を表示させる制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記光源装置の光源を点灯させると同時に、該光源から放射される複数波長の光から前記検査対象物の蛍光物質を励起させて蛍光を発生させるのに好適な波長の光を自動選択すると共に、前記光検出装置をオン駆動すると同時に、該光検出装置で前記検査対象物の蛍光物質が励起されて発光する蛍光を前記選択された波長の光と分離して受光し得るようにすることを特徴とする蛍光顕微鏡。
前記対物レンズの側方に、前記検査対象物に前記蛍光物質を注入するための細長状のノズルと、該ノズルに所定の蛍光物質を供給するタンクとを備えた蛍光物質注入装置を前記ノズルの先端部が前記対物レンズの視野内に位置するように配設したことを特徴とする請求項１記載の蛍光顕微鏡。
前記制御手段は、生成された前記蛍光物質の前記三次元画像データに含まれる三次元位置情報に基づいて前記蛍光物質の位置情報を取得し、該位置情報と一つ前の位置情報とを比較して前記蛍光物質の移動方向及び移動量を算出し、前記ステージを前記蛍光物質の移動方向と反対方向に前記蛍光物質の移動量と同じだけ移動することを特徴とする請求項１又は２記載の蛍光顕微鏡。
前記光源装置は、前記光源から前記ビーム光照射手段に向かう光路上に設けられ透過光の波長帯域が異なる複数種のフィルタを円周方向に配置した回転式フィルタを備え、
前記光検出装置は、二次元の受光部、及び前記ビーム光照射手段から前記光源装置へ向かう光路が分岐された光路上にて前記受光部の手前側に設けられ透過光の波長帯域が異なる複数種のフィルタを円周方向に配置した回転式フィルタを備えた、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蛍光顕微鏡。
前記ビーム光照射手段は、前記制御手段によって個別に駆動制御されて傾動する複数のマイクロミラーをマトリクス状に配設したマイクロミラーデバイスであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蛍光顕微鏡。
前記制御手段は、前記変位手段を駆動して前記対物レンズをその光軸方向に変位させながら、前記複数の蛍光の輝度データを取得してメモリに記憶されている輝度データと比較し、前記取得した輝度データが前記メモリに記憶されている輝度データを上回ると該輝度データを新たな輝度データに更新し、この更新が一定回数保持されると最後に更新された輝度データをピーク輝度と定めて、このときの前記対物レンズの相対的高さ位置情報に前記メモリに記憶されている位置情報を書き換え、前記各ビーム光の照射位置の平面座標、前記メモリに記憶された前記複数の蛍光のピーク輝度情報及び該各ピーク輝度情報に対応する前記対物レンズの相対的高さ位置情報に基づいて前記蛍光物質の三次元画像データを作成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の蛍光顕微鏡。