JP6202979B2 - Microscope system - Google Patents

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Description

本発明は、光学系の解像限界を超える超解像の画像や共焦点画像を取得する顕微鏡システムおよびディスクユニットに関するものである。   The present invention relates to a microscope system and a disk unit that acquire super-resolution images and confocal images that exceed the resolution limit of an optical system.

従来、顕微鏡システムでは、対物レンズを介して標本に照明光を照射し、標本が反射した反射光、もしくは照明光の照射によって標本に標識された蛍光色素が励起されて生じた蛍光を、対物レンズが取り込んで観察光として取得し、この観察光を結像することで標本像が形成される。   Conventionally, in a microscope system, a sample is irradiated with illumination light through an objective lens, and reflected light reflected by the sample or fluorescence generated by excitation of a fluorescent dye labeled on the sample by irradiation of the illumination light is generated by the objective lens. Is acquired as observation light, and the specimen image is formed by forming an image of the observation light.

また、標本像を生成する技術として、光学系の解像限界を超える解像度(以下、超解像という)の画像を生成する技術が知られている。超解像の画像を得るための方法として、構造化照明法(Structured Illumination Microscopy;SIM)が開示されている(例えば、特許文献1,2を参照)。   As a technique for generating a sample image, a technique for generating an image having a resolution exceeding the resolution limit of an optical system (hereinafter referred to as super-resolution) is known. Structured illumination method (Structured Illumination Microscopy; SIM) is disclosed as a method for obtaining a super-resolution image (for example, refer to Patent Documents 1 and 2).

一般に、広視野観察では標本に対してできる限り均一に照明光を照射するが、SIMでは縞模様の照明光を標本に照射する。SIMでは、標本に照射された縞模様の照明光の照射位置を順次ずらしながら複数枚の標本画像を取得し、これらの標本画像に対してフーリエ解析を行なうことで、超解像の画像を生成することができる。   In general, in wide field observation, illumination light is irradiated as uniformly as possible on a specimen. In SIM, a striped illumination light is irradiated on a specimen. In SIM, a plurality of sample images are acquired while sequentially shifting the irradiation position of the striped illumination light irradiated on the sample, and Fourier analysis is performed on these sample images to generate a super-resolution image. can do.

また、超解像の標本像を生成する他の技術として、ディスクを用いた生成方法(Disc Scan Super Resolution Microscope;DSSRM)が開示されている(例えば、特許文献3を参照)。DSSRMでは、超解像の観察光を得るために最適なスキャンパターンが形成されたディスクを回転させることによって、標本からの観察光の空間強度分布を変調させ、変調後の観察光に対して画像処理を施すことで、超解像の画像を生成する。   As another technique for generating a super-resolution sample image, a generation method using a disc (Disc Scan Super Resolution Microscope; DSSRM) has been disclosed (see, for example, Patent Document 3). In DSRM, the spatial intensity distribution of observation light from a specimen is modulated by rotating a disk on which an optimal scan pattern is formed in order to obtain super-resolution observation light, and an image is obtained with respect to the modulated observation light. By performing processing, a super-resolution image is generated.

ところで、標本像を生成する技術として、複数枚の画像から共焦点を抽出することにより、物体を三次元的に表示する技術も開発されている。この技術では、例えば、標本面(対物レンズ焦点位置)と共役な位置にスリットやピンホールといった共焦点開口を配置したディスクを回転させることで、標本面からの観察光のみ、すなわち合焦している観察光のみを取得し、得られた観察光をもとに共焦点画像を生成する。   By the way, as a technique for generating a specimen image, a technique for three-dimensionally displaying an object by extracting a confocal point from a plurality of images has been developed. In this technique, for example, only the observation light from the specimen surface, that is, the in-focus state is focused by rotating a disk in which a confocal aperture such as a slit or a pinhole is arranged at a position conjugate with the specimen surface (focus position of the objective lens). Only the observed observation light is acquired, and a confocal image is generated based on the obtained observation light.

国際公開第2007/043314号International Publication No. 2007/043314 国際公開第2007/043382号International Publication No. 2007/043382 特開2012−78408号公報JP 2012-78408 A

ところで、特許文献1〜3が開示する従来の構成では、超解像の観察光を取得するためのユニットと、共焦点画像の観察光を取得するためのユニットとをそれぞれ設ける必要があり、それぞれの構成を超解像の画像と、共焦点画像との両方の画像を標本の観察中に切り替えて取得することは困難であった。   By the way, in the conventional configuration disclosed in Patent Documents 1 to 3, it is necessary to provide a unit for acquiring super-resolution observation light and a unit for acquiring confocal image observation light, respectively. It has been difficult to switch between the super-resolution image and the confocal image during the observation of the specimen.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、超解像の画像と、共焦点画像とを簡易に切り替えて取得することができる顕微鏡システムおよびディスクユニットを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a microscope system and a disk unit that can easily switch between a super-resolution image and a confocal image.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる顕微鏡システムは、観察対象の標本を照射する照明光を生成する照明光生成手段と、前記標本からの観察光を結像して該標本の像を形成する結像光学系と、前記照明光および前記観察光の空間強度分布を、超解像の画像を生成するための空間強度分布に変調する超解像変調部を有する第1のディスク、および共焦点画像を生成するための空間強度分布に変調する共焦点変調部を有する第のディスク含む光学変調手段と、前記ディスクの中心を通過する軸を中心軸として前記ディスクを回転させるとともに、前記第1および第2のディスクのうち一方のディスクを、該一方のディスクの主面が前記結像光学系の軸と交差する方向に動させるディスク駆動手段と、前記ディスクを通過した前記観察光を受光し、該受光した観察光に基づいて超解像画像データまたは共焦点画像データを生成する画像生成手段と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a microscope system according to the present invention forms an illumination light generating unit that generates illumination light for irradiating a specimen to be observed, and images the observation light from the specimen. An imaging optical system that forms an image of the specimen, and a super-resolution modulation unit that modulates the spatial intensity distribution of the illumination light and the observation light into a spatial intensity distribution for generating a super-resolution image It said optical modulation means comprising a second disk having a confocal modulator modulating the spatial intensity distribution for generating a first disk, and confocal images, the axis passing through the center of the disk as the center axis rotates the disk, said one of the disks of the first and second disk, and disk drive means for the main surface of the one of the disks to move in a direction crossing the axis of the imaging optical system, wherein This Receiving the observation light having passed through the, to an image generating means for generating a super-resolution image data or confocal image data based on the observation light receiving light, comprising the.

また、本発明にかかる顕微鏡システムは、上記の発明において、前記ディスクは円板状をなし、前記結像光学系による像形成位置に挿脱自在に設けられ、前記超解像変調部および前記共焦点変調部は、板厚方向に貫通し、周方向に沿って等間隔に配列された複数の孔よりなることを特徴とする。   In the microscope system according to the present invention, in the above invention, the disk has a disk shape and is detachably provided at an image forming position by the imaging optical system. The focus modulation section is characterized by comprising a plurality of holes that penetrate in the thickness direction and are arranged at equal intervals along the circumferential direction.

また、本発明にかかる顕微鏡システムは、上記の発明において、前記画像生成手段は、前記観察光を受光して光電変換するイメージセンサを有し、前記ディスク駆動手段は、前記イメージセンサの露出時間に応じて前記ディスクの回転速度を変化させることを特徴とする。   In the microscope system according to the present invention as set forth in the invention described above, the image generation means includes an image sensor that receives the observation light and photoelectrically converts the observation light, and the disk driving means corresponds to an exposure time of the image sensor. Accordingly, the rotational speed of the disk is changed accordingly.

本発明によれば、観察対象の標本を照射する照明光を生成する照明光生成手段と、標本からの観察光を結像して標本の像を形成する結像光学系と、照明光および観察光の空間強度分布を、超解像の画像を生成するための空間強度分布に変調する超解像変調部、および共焦点画像を生成するための空間強度分布に変調する共焦点変調部を有する第1のディスク、または超解像変調部を有する第2のディスクおよび共焦点変調部を有する第3のディスクを少なくとも含む光学変調手段と、ディスクの中心を通過する軸を中心軸としてディスクを回転させるとともに、ディスクの主面が結像光学系の軸と交差する方向にディスクを移動させるディスク駆動手段と、ディスクを通過した観察光を受光し、受光した観察光に基づいて超解像画像データまたは共焦点画像データを生成する画像生成手段と、を備えるようにしたので、超解像の画像と、共焦点画像とを簡易に切り替えて取得することができるという効果を奏する。   According to the present invention, illumination light generating means for generating illumination light for irradiating a specimen to be observed, an imaging optical system for forming an image of the specimen by imaging observation light from the specimen, illumination light and observation A super-resolution modulation unit that modulates the spatial intensity distribution of light into a spatial intensity distribution for generating a super-resolution image, and a confocal modulation unit that modulates the spatial intensity distribution to generate a confocal image Optical modulation means including at least a first disk or a second disk having a super-resolution modulation section and a third disk having a confocal modulation section, and the disk is rotated about an axis passing through the center of the disk. Disk drive means for moving the disk in a direction in which the main surface of the disk intersects the axis of the imaging optical system, and super-resolution image data based on the received observation light. Ma Since it was set to and an image generating means for generating a confocal image data, an effect that can be obtained by switching the image of the super-resolution, and a confocal image easily.

図1は、本発明の実施の形態1にかかる顕微鏡システムの概略構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the microscope system according to the first embodiment of the present invention. 図2は、本発明の実施の形態1にかかる顕微鏡システムの要部の構成を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of a main part of the microscope system according to the first embodiment of the present invention. 図3は、本発明の実施の形態1にかかる顕微鏡システムのディスクに形成される孔を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining holes formed in the disk of the microscope system according to the first embodiment of the present invention. 図4は、本発明の実施の形態2にかかる顕微鏡システムの概略構成を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the microscope system according to the second embodiment of the present invention. 図5は、本発明の実施の形態2にかかる顕微鏡システムの要部の構成を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of a main part of the microscope system according to the second embodiment of the present invention.

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解し得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。すなわち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by the following embodiment. The drawings referred to in the following description only schematically show the shape, size, and positional relationship so that the contents of the present invention can be understood. That is, the present invention is not limited only to the shape, size, and positional relationship illustrated in each drawing.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1にかかる顕微鏡システムの概略構成を示す模式図である。図1に示す顕微鏡システム1は、標本Sからの蛍光を取り込むことにより標本像を形成する。標本Sは、例えばディッシュ、スライドガラスまたはビーカなどの収容容器に保持されている。また、標本Sは、生物組織切片などの生体試料、生体試料から分離された細胞、セルラインなどの培養細胞、生体試料から分離された細胞の培養物、および培養細胞の培養物などが挙げられる。標本Sは、蛍光色素により蛍光標識されており、励起光が標本Sに照射されることによって標識された蛍光色素が励起されて蛍光を発する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the microscope system according to the first embodiment of the present invention. The microscope system 1 shown in FIG. 1 forms a specimen image by capturing fluorescence from the specimen S. The specimen S is held in a container such as a dish, a slide glass, or a beaker. Examples of the specimen S include biological samples such as biological tissue sections, cells separated from biological samples, cultured cells such as cell lines, cultures of cells separated from biological samples, and cultured cultures of cells. . The specimen S is fluorescently labeled with a fluorescent dye. When the specimen S is irradiated with excitation light, the labeled fluorescent dye is excited and emits fluorescence.

顕微鏡システム1は、少なくとも標本Sからの観察光を取り込む対物レンズ2と、対物レンズ2が取り込んだ観察光から標本Sの中間像を結像する結像レンズ3と、中間像が形成される位置(像形成位置)に挿脱自在に設けられ、少なくとも結像レンズ3が結像した観察光の空間強度分布を、結像レンズ3を含む光学系の解像限界を超える解像度(以下、超解像という)の画像、または共焦点画像を生成するための空間強度分布に変調する複合パターンディスク4aを有する光学変調部4(ディスクユニット)と、照明光の光路を対物レンズ2の光軸N方向に変えるとともに、標本Sからの光軸N方向の観察光を通過させる蛍光キューブ5と、蛍光キューブ5を通過した観察光をリレーするリレーレンズ6と、リレーレンズ6によってリレーされた観察光を受光し、受光した観察光に対して光電変換処理を施すことによって標本Sの中間像を撮像する撮像部7と、撮像部7が生成した電気信号を取得して、該電気信号に応じた画像に所定の画像処理を施す画像処理部8と、標本Sを照明する照明光を出射する光源9と、光源9が出射した照明光を導光する照明レンズ10と、を有する。なお、対物レンズ2および結像レンズ3により結像光学系を形成している。また、光源9や照明レンズ10などにより照明光生成手段が構成される。   The microscope system 1 includes at least an objective lens 2 that captures observation light from the specimen S, an imaging lens 3 that forms an intermediate image of the specimen S from observation light captured by the objective lens 2, and a position at which the intermediate image is formed. At least the spatial intensity distribution of the observation light imaged by the imaging lens 3 is removably provided at (image forming position), and the resolution exceeds the resolution limit of the optical system including the imaging lens 3 (hereinafter referred to as super-resolution). An optical modulation unit 4 (disk unit) having a composite pattern disk 4a that modulates a spatial intensity distribution for generating a confocal image and an optical path of illumination light in the optical axis N direction of the objective lens 2 The fluorescent cube 5 that allows the observation light from the sample S in the direction of the optical axis N to pass through, the relay lens 6 that relays the observation light that has passed through the fluorescent cube 5, and the relay lens 6 relays The received observation light is received, the photoelectric conversion process is performed on the received observation light, the imaging unit 7 that captures an intermediate image of the sample S, and the electrical signal generated by the imaging unit 7 are acquired, and the electrical An image processing unit 8 that performs predetermined image processing on an image according to a signal, a light source 9 that emits illumination light that illuminates the specimen S, and an illumination lens 10 that guides the illumination light emitted from the light source 9. . The objective lens 2 and the imaging lens 3 form an imaging optical system. The light source 9 and the illumination lens 10 constitute illumination light generation means.

光学変調部4は、照明光または観察光の空間強度分布を変調するための複数の孔が形成された円板状をなす複合パターンディスク4aと、複合パターンディスク4aの中心を支持する軸41と、軸41を支持するとともに、該軸41を、軸41の中心軸まわりに回転させる回転モータ42と、回転モータ42を支持する支持部43と、支持部43を光軸Nと直交する方向に移動自在に保持する保持部44と、を有する。回転モータ42および保持部44は、図示しない制御部の制御により、軸41を回転動作させ、支持部43を移動させる。軸41、回転モータ42、支持部43および保持部44によりディスク駆動段が構成される。   The optical modulation unit 4 includes a composite pattern disk 4a having a disk shape in which a plurality of holes for modulating the spatial intensity distribution of illumination light or observation light are formed, and a shaft 41 that supports the center of the composite pattern disk 4a. The rotary motor 42 that supports the shaft 41 and rotates the shaft 41 around the central axis of the shaft 41, the support portion 43 that supports the rotary motor 42, and the support portion 43 in a direction orthogonal to the optical axis N. And a holding portion 44 that holds it movably. The rotation motor 42 and the holding unit 44 rotate the shaft 41 and move the support unit 43 under the control of a control unit (not shown). The shaft 41, the rotation motor 42, the support part 43, and the holding part 44 constitute a disk drive stage.

蛍光キューブ5は、光源9からの照明光(励起光)として所定の波長の光のみを透過させる励起フィルタ51と、励起光に応じた波長の光を反射して標本Sに向けて(光軸N方向に)折り曲げるとともに、標本Sからの観察光(蛍光)に応じた波長の光を透過させるダイクロイックミラー52と、ダイクロイックミラー52を透過した観察光のうち所定の蛍光成分のみを透過する吸収フィルタ53と、を有する。   The fluorescent cube 5 has an excitation filter 51 that transmits only light having a predetermined wavelength as illumination light (excitation light) from the light source 9, and reflects light having a wavelength corresponding to the excitation light toward the sample S (optical axis). A dichroic mirror 52 that bends (in the N direction) and transmits light having a wavelength corresponding to the observation light (fluorescence) from the specimen S, and an absorption filter that transmits only a predetermined fluorescent component of the observation light transmitted through the dichroic mirror 52 53.

リレーレンズ6は、蛍光キューブ5を通過した観察光(中間像)を撮像部7における観察光の受光面にリレーする。リレーレンズ6のカットオフ周波数は、結像光学系(対物レンズ2および結像レンズ3)のカットオフ周波数より大きい。なお、カットオフ周波数は、伝達可能な周波数成分の制限値のことをいう。例えばカットオフ周波数がfcであるとすると、リレーレンズ6は、周波数±fcの範囲の周波数成分を伝達する。   The relay lens 6 relays the observation light (intermediate image) that has passed through the fluorescent cube 5 to the observation light receiving surface of the imaging unit 7. The cutoff frequency of the relay lens 6 is higher than the cutoff frequency of the imaging optical system (the objective lens 2 and the imaging lens 3). The cutoff frequency refers to a limit value of frequency components that can be transmitted. For example, if the cutoff frequency is fc, the relay lens 6 transmits a frequency component in the range of frequency ± fc.

撮像部7は、CCDイメージセンサや、CMOSイメージセンサを用いて実現される。撮像部7のナイキスト周波数は、結像光学系のカットオフ周波数より大きい。   The imaging unit 7 is realized using a CCD image sensor or a CMOS image sensor. The Nyquist frequency of the imaging unit 7 is higher than the cutoff frequency of the imaging optical system.

画像処理部8は、撮像部7が生成した電気信号(画像信号)をもとに、A/D変換処理や、ホワイトバランス(WB)調整処理、ゲイン調整処理、γ補正処理などの画像処理を施して、図示しないモニタなどに表示するための画像データを生成する。具体的には、画像処理部8は、光学変調部4により光学変調が施された観察光をもとに、超解像画像データや、共焦点画像データを生成する。   The image processing unit 8 performs image processing such as A / D conversion processing, white balance (WB) adjustment processing, gain adjustment processing, and γ correction processing based on the electrical signal (image signal) generated by the imaging unit 7. Then, image data to be displayed on a monitor (not shown) is generated. Specifically, the image processing unit 8 generates super-resolution image data and confocal image data based on the observation light that is optically modulated by the optical modulation unit 4.

画像処理部8は、超解像画像データを生成する場合、得られた電気信号から高周波成分を強調する画像処理を施す。これにより、通常の蛍光観察では画像データとして反映されなかった超解像成分が可視化された超解像画像データが生成される。   When generating super-resolution image data, the image processing unit 8 performs image processing that emphasizes high-frequency components from the obtained electrical signal. Thereby, super-resolution image data in which a super-resolution component that has not been reflected as image data in normal fluorescence observation is visualized is generated.

また、画像処理部8は、共焦点画像データを生成する場合、複数枚の画像(複数フレームに応じた電気信号)から共焦点を抽出することにより、標本面からの観察光のみ、すなわち合焦している画像のみを取得し、得られた画像をもとに共焦点画像データを生成する。   Further, when generating the confocal image data, the image processing unit 8 extracts the confocal from a plurality of images (electrical signals corresponding to a plurality of frames), so that only the observation light from the specimen surface, that is, the in-focus state is obtained. Only the image that is being acquired is acquired, and confocal image data is generated based on the obtained image.

光源9は、水銀ランプやLEDなどを用いて実現され、落射用の照明光を出射する。
また、照明レンズ10の前後には、光源9からの光を集光するレンズや、照明光の光量を調節する調光フィルタなどが設けられていてもよい。また、水銀ランプなどのアーク光源が用いられる場合、絞り孔に照明光の一部を通過させて照射面における照射範囲を絞る視野絞りを設けてもよい。
The light source 9 is realized using a mercury lamp, an LED, or the like, and emits incident illumination light.
Further, before and after the illumination lens 10, a lens that collects light from the light source 9, a light control filter that adjusts the amount of illumination light, and the like may be provided. In addition, when an arc light source such as a mercury lamp is used, a field stop may be provided that allows a part of the illumination light to pass through the aperture and narrows the irradiation range on the irradiation surface.

顕微鏡システム1では、例えば、光源9からの照明光が、励起フィルタ51で波長選択され、ダイクロイックミラー52によって対物レンズ2に向けて照明光が折り曲げられる。ダイクロイックミラー52によって折り曲げられた照明光が、結像レンズ3、対物レンズ2を介して標本Sに照射されると、標本Sに標識された蛍光色素が励起されて蛍光を発する。標本Sから発せられた蛍光を対物レンズ2が取り込み、取り込まれた蛍光が、結像レンズ3により結像され、ダイクロイックミラー52と吸収フィルタ53とを通過して、観察光として撮像部7に入射する。撮像部7に入射した観察光は、光電変換されて画像処理部8に出力され、画像処理部8において画像データ(超解像画像データまたは共焦点画像データ)が生成される。   In the microscope system 1, for example, the illumination light from the light source 9 is wavelength-selected by the excitation filter 51, and the illumination light is bent toward the objective lens 2 by the dichroic mirror 52. When the illumination light bent by the dichroic mirror 52 is irradiated onto the specimen S through the imaging lens 3 and the objective lens 2, the fluorescent dye labeled on the specimen S is excited and emits fluorescence. The objective lens 2 captures the fluorescence emitted from the sample S, and the captured fluorescence is imaged by the imaging lens 3, passes through the dichroic mirror 52 and the absorption filter 53, and enters the imaging unit 7 as observation light. To do. The observation light incident on the imaging unit 7 is photoelectrically converted and output to the image processing unit 8, and image data (super-resolution image data or confocal image data) is generated in the image processing unit 8.

このとき、支持部43の移動によって光軸N上に配置される複合パターンディスク4aの位置を変化させることで、照明光および観察光の空間強度分布に対し、超解像の画像を生成するための空間強度分布に変調するか、または共焦点画像を生成するための空間強度分布に変調するかを切り替えることができる。   At this time, by changing the position of the composite pattern disk 4a disposed on the optical axis N by the movement of the support portion 43, a super-resolution image is generated for the spatial intensity distribution of the illumination light and the observation light. Switching to a spatial intensity distribution for generating a confocal image or a spatial intensity distribution for generating a confocal image.

図2は、本実施の形態1にかかる顕微鏡システムの要部の構成を示す模式図であって、複合パターンディスク4aを上方からみた場合を示す図である。複合パターンディスク4aは、主面の中心位置に軸41を挿通して固定する開口が形成された円環状をなす。   FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a main part of the microscope system according to the first embodiment, and shows a case where the composite pattern disk 4a is viewed from above. The composite pattern disk 4a has an annular shape in which an opening for inserting and fixing the shaft 41 is formed at the center position of the main surface.

複合パターンディスク4aは、外周側に設けられ、観察光の空間強度分布を、超解像の画像を生成するための空間強度分布に変調する複数の孔401aが周方向に沿って形成された超解像変調部401と、内周側に設けられ、観察光の空間強度分布を、共焦点画像を生成するための空間強度分布に変調する複数の孔402aが周方向に沿って形成された共焦点変調部402と、を有する。超解像変調部401および共焦点変調部402は同心円上に設けられ、それぞれの領域には変調の種別に応じた孔(孔401a,402a)が所定のパターンで形成されている。孔401aの開口の径は、例えば図2に示すように、孔402aの開口の径よりも小さい。   The composite pattern disk 4a is provided on the outer peripheral side, and is formed with a plurality of holes 401a that are formed along the circumferential direction to modulate the spatial intensity distribution of the observation light into the spatial intensity distribution for generating a super-resolution image. A resolution modulation unit 401 and a common hole formed on the inner circumference side and formed with a plurality of holes 402a along the circumferential direction for modulating the spatial intensity distribution of observation light into a spatial intensity distribution for generating a confocal image. A focus modulation unit 402. The super-resolution modulation unit 401 and the confocal modulation unit 402 are provided on concentric circles, and holes (holes 401a and 402a) corresponding to the type of modulation are formed in a predetermined pattern in each region. The opening diameter of the hole 401a is smaller than the opening diameter of the hole 402a, for example, as shown in FIG.

なお、共焦点変調部402は、複合パターンディスク4aの移動によって光軸Nと交差する領域を含むように設けられている。   The confocal modulation unit 402 is provided so as to include a region that intersects the optical axis N due to the movement of the composite pattern disk 4a.

図3は、本実施の形態1にかかる顕微鏡システムのディスクに形成される孔を説明する図である。なお、図3は断面図であって、複合パターンディスク4aの主面の径方向と直交する平面を切断面とする断面である。孔Hは、図3に示すように、複合パターンディスク4aの板厚方向(主面と直交する方向)に貫通するように形成されている。複合パターンディスク4aは、板厚方向が光軸Nと略平行となるように設けられている。以下、孔401a,402aを総称して孔Hという。   FIG. 3 is a diagram for explaining holes formed in the disk of the microscope system according to the first embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view in which a plane perpendicular to the radial direction of the main surface of the composite pattern disk 4a is cut. As shown in FIG. 3, the hole H is formed so as to penetrate in the plate thickness direction (direction orthogonal to the main surface) of the composite pattern disk 4a. The composite pattern disk 4a is provided such that the plate thickness direction is substantially parallel to the optical axis N. Hereinafter, the holes 401a and 402a are collectively referred to as a hole H.

孔Hの開口の幅をW、隣接する孔Hの間の形成間隔(ピッチ)をPとすると、超解像変調部401に形成される孔Hは、下式(1)をもとに幅Wが設定される。なお、形成間隔Pは、複合パターンディスク4aの周方向に沿った孔H間の距離のことをいう。
W=(1/fc)×(1/2) ・・・(1)
ここで、fcは、対物レンズ2および結像レンズ3からなる結像光学系のカットオフ周波数である。なお、fcは、下式(2)により求められ、対物レンズ2の開口数NAで決まる空間周波数である。
fc=2×NA・(1/λ・M・β) ・・・(2)
ここで、λ:光の波長
M:結像光学系の投影倍率
β:リレーレンズ6の投影倍率
なお、βは、イメージセンサの受光面で考える場合は考慮する必要があるが、ディスク面で考える場合は1でよい。
When the width of the opening of the hole H is W, and the formation interval (pitch) between adjacent holes H is P, the hole H formed in the super-resolution modulation unit 401 has a width based on the following equation (1). W is set. The formation interval P refers to the distance between the holes H along the circumferential direction of the composite pattern disk 4a.
W = (1 / fc) × (1/2) (1)
Here, fc is a cutoff frequency of the imaging optical system including the objective lens 2 and the imaging lens 3. Note that fc is a spatial frequency determined by the following expression (2) and determined by the numerical aperture NA of the objective lens 2.
fc = 2 × NA · (1 / λ · M · β) (2)
Where λ is the wavelength of light
M: Projection magnification of the imaging optical system
β: Projection magnification of relay lens 6 Note that β needs to be considered when considering the light receiving surface of the image sensor, but may be 1 when considering the disk surface.

超解像変調部401に形成される孔Hの形成間隔Pは、下式(3)をもとに求められる値程度に設定される。
P=2×(1/fc)
=4W ・・・(3)
The formation interval P of the holes H formed in the super-resolution modulation unit 401 is set to a value obtained based on the following equation (3).
P = 2 × (1 / fc)
= 4W (3)

なお、形成間隔Pが、P<4Wとなるとコントラストが低下し、P>4Wとなると輝度(明るさ)が低下するため、P=4Wとすることが好ましい。   Note that when the formation interval P is P <4 W, the contrast is lowered, and when P> 4 W, the luminance (brightness) is lowered. Therefore, P = 4 W is preferable.

一方、共焦点変調部402に形成される孔Hは、下式(4)をもとに幅Wが設定される。
W=k・λ・R/NA ・・・(4)
ここで、k:定数(0.5≦k≦1.0)
R:複合パターンディスク4aへの投影倍率
On the other hand, the width W of the hole H formed in the confocal modulation unit 402 is set based on the following expression (4).
W = k · λ · R / NA (4)
Here, k: constant (0.5 ≦ k ≦ 1.0)
R: Projection magnification on the composite pattern disk 4a

超解像変調部401に形成される孔Hの形成間隔Pは、例えば幅Wの10倍程度に設定される。   The formation interval P of the holes H formed in the super-resolution modulation unit 401 is set to about 10 times the width W, for example.

また、超解像変調部401が光軸N上に位置している場合、複合パターンディスク4aの回転速度は、撮像部7(イメージセンサ)の1フレーム分(一枚の画像)の撮像に要する露出時間が、複合パターンディスク4aの半回転に要する時間以上となる速度に設定される。換言すれば、複合パターンディスク4aの半回転に要する時間が、撮像部7の露出時間より短くなる速度に設定される。   Further, when the super-resolution modulation unit 401 is located on the optical axis N, the rotational speed of the composite pattern disk 4a is required for imaging one frame (one image) of the imaging unit 7 (image sensor). The exposure time is set to a speed that is equal to or longer than the time required for half rotation of the composite pattern disk 4a. In other words, the time required for half rotation of the composite pattern disk 4 a is set to a speed that is shorter than the exposure time of the imaging unit 7.

一方、共焦点変調部402が光軸N上に位置している場合、複合パターンディスク4aの回転速度は、撮像部7の露出時間と比して十分大きい速度に設定される。具体的には、撮像部7の露出時間が、例えば1/60または1/30である場合、この露出時間中に複合パターンディスク4aが略半回転する1800rpmに設定される。   On the other hand, when the confocal modulation unit 402 is positioned on the optical axis N, the rotational speed of the composite pattern disk 4 a is set to a sufficiently large speed as compared with the exposure time of the imaging unit 7. Specifically, when the exposure time of the imaging unit 7 is, for example, 1/60 or 1/30, the composite pattern disk 4a is set to 1800 rpm, which makes a substantially half rotation during the exposure time.

ここで、複合パターンディスク4aにおいて、超解像変調部401および共焦点変調部402の任意の点をそれぞれ通過する線速度が異なる一方で角速度は同一であるため、撮像部7の露出時間内に半回転以上するように回転速度を設定すれば、超解像変調部401が光軸N上に位置している場合と、共焦点変調部402が光軸N上に位置している場合とで速度を変更することなく、それぞれの画像に応じた空間強度分布に変調することが可能である。すなわち、光軸Nに対して、複合パターンディスク4aを移動させるのみで、超解像の画像を生成するための変調、または共焦点画像を生成するための変調を切り替えることができる。   Here, in the composite pattern disk 4a, the linear velocities that pass through arbitrary points of the super-resolution modulation unit 401 and the confocal modulation unit 402 are different while the angular velocities are the same. If the rotational speed is set so as to be half or more, the super-resolution modulation unit 401 is positioned on the optical axis N and the confocal modulation unit 402 is positioned on the optical axis N. It is possible to modulate the spatial intensity distribution according to each image without changing the speed. That is, the modulation for generating a super-resolution image or the modulation for generating a confocal image can be switched only by moving the composite pattern disk 4a with respect to the optical axis N.

上述した本実施の形態1によれば、観察光に対して光学変調を施す複合パターンディスク4aにおいて、超解像画像を生成するための空間強度分布に変調する複数の孔が形成された超解像変調部401と、共焦点画像を生成するための空間強度分布に変調する複数の孔が形成された共焦点変調部402と、を設けて、光軸Nに対していずれかが交差するように移動させることで、選択的に空間強度分布を変調するようしたので、超解像の画像と、共焦点画像とを簡易に切り替えて取得することができる。   According to the first embodiment described above, in the composite pattern disk 4a that optically modulates the observation light, a super solution in which a plurality of holes that modulate the spatial intensity distribution for generating a super resolution image is formed. An image modulation unit 401 and a confocal modulation unit 402 in which a plurality of holes for modulating a spatial intensity distribution for generating a confocal image are provided, and one of them intersects the optical axis N Since the spatial intensity distribution is selectively modulated by moving to, the super-resolution image and the confocal image can be easily switched and acquired.

また、上述した本実施の形態1によれば、一つの複合パターンディスク4aによって超解像画像を生成するための空間強度分布の変調と、共焦点画像を生成するための空間強度分布の変調とを切り替えるようしたので、それぞれの光学変調を施すためのユニットを取り付ける場合と比して顕微鏡システムが占めるスペースの狭小化や、顕微鏡システムとしてのコストの削減を行うことができる。   In addition, according to the first embodiment described above, the modulation of the spatial intensity distribution for generating a super-resolution image by one composite pattern disk 4a, and the modulation of the spatial intensity distribution for generating a confocal image, Therefore, the space occupied by the microscope system can be reduced and the cost of the microscope system can be reduced as compared with the case where units for performing respective optical modulations are attached.

また、上述した本実施の形態1によれば、超解像変調部401および共焦点変調部402を同心円上に設けて光軸Nに対して所望の変調部を挿入して観察を行うようしたので、例えば、細胞を観察する場合、まず共焦点変調部402を光軸N上に配置して共焦点観察を行うことで細胞の全体的な像をマクロに三次元で観察し、その後超解像変調部401を光軸N上に配置して超解像観察を行うことで、細胞の分子的な挙動や微小領域などを観察することができる。つまり、本実施の形態1によれば、共焦点観察によるマクロな三次元観察と、注目すべき部分についての超解像観察とを、簡易に切り替えて標本Sの詳細な観察を効率よく行うことができる。   Further, according to the first embodiment described above, the super-resolution modulation unit 401 and the confocal modulation unit 402 are provided concentrically, and observation is performed by inserting a desired modulation unit with respect to the optical axis N. Therefore, for example, when observing a cell, first, the confocal modulation unit 402 is arranged on the optical axis N and the confocal observation is performed, so that the entire image of the cell is macroscopically observed in three dimensions, and then the super solution is obtained. By arranging the image modulation unit 401 on the optical axis N and performing super-resolution observation, it is possible to observe the molecular behavior of a cell, a minute region, and the like. That is, according to the first embodiment, the detailed observation of the sample S can be efficiently performed by simply switching between the macro three-dimensional observation by the confocal observation and the super-resolution observation of the portion to be noticed. Can do.

なお、上述した本実施の形態1では、光軸N上に位置している変調部によらず一定の速度で光学変調を行えるものとして説明したが、光軸N上に位置している変調部によってディスクの回転速度を変化させる制御を行ってもよい。   In the first embodiment described above, it has been described that optical modulation can be performed at a constant speed regardless of the modulation unit positioned on the optical axis N. However, the modulation unit positioned on the optical axis N is described. Control to change the rotational speed of the disk may be performed by

また、上述した本実施の形態1では、外周側に超解像変調部401、内周側に共焦点変調部402が設けられているものとして説明したが、内周側に超解像変調部、外周側に共焦点変調部が設けられているものであってもよい。   In the first embodiment described above, the super-resolution modulation unit 401 is provided on the outer peripheral side and the confocal modulation unit 402 is provided on the inner peripheral side. However, the super-resolution modulation unit 402 is provided on the inner peripheral side. In addition, a confocal modulation unit may be provided on the outer peripheral side.

(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の形態2にかかる顕微鏡システムの概略構成を示す模式図である。図5は、本実施の形態2にかかる顕微鏡システムの要部の構成を示す模式図であって、超解像変調用パターンディスク100a、共焦点変調用パターンディスク110aを上方からみた場合を示す図である。なお、図1等で説明した構成と同一の構成要素には、同一の符号が付してある。本実施の形態2にかかる顕微鏡システム1aでは、上述した実施の形態1にかかる顕微鏡システム1の光学変調部4に代えて、光学変調部11(ディスクユニット)を備える。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the microscope system according to the second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of a main part of the microscope system according to the second embodiment, and illustrates a case where the super-resolution modulation pattern disk 100a and the confocal modulation pattern disk 110a are viewed from above. It is. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as the structure demonstrated in FIG. The microscope system 1a according to the second embodiment includes an optical modulation unit 11 (disk unit) instead of the optical modulation unit 4 of the microscope system 1 according to the first embodiment described above.

光学変調部11は、観察光に対して超解像の画像を生成するための空間強度分布に変調する超解像変調部1001を有する超解像変調用パターンディスク100aを備え、該超解像変調用パターンディスク100aの主面が結像光学系の軸(光軸N)と交差する方向に該超解像変調用パターンディスク100aを移動させる超解像変調切替部100と、観察光に対して共焦点画像を生成するための空間強度分布に変調する共焦点変調部1101を有する共焦点変調用パターンディスク110aを備え、該共焦点変調用パターンディスク110aの主面が結像光学系の軸(光軸N)と交差する方向に該共焦点変調用パターンディスク100aを移動させる共焦点変調切替部110と、が光軸Nに対して対向する位置に設けられている。   The optical modulation unit 11 includes a super-resolution modulation pattern disk 100a having a super-resolution modulation unit 1001 that modulates the observation light into a spatial intensity distribution for generating a super-resolution image. A super-resolution modulation switching unit 100 for moving the super-resolution modulation pattern disk 100a in a direction in which the main surface of the modulation pattern disk 100a intersects the axis (optical axis N) of the imaging optical system; A confocal modulation pattern disk 110a having a confocal modulation section 1101 for modulating the spatial intensity distribution for generating a confocal image, and the main surface of the confocal modulation pattern disk 110a is the axis of the imaging optical system. A confocal modulation switching unit 110 that moves the confocal modulation pattern disk 100a in a direction crossing the (optical axis N) is provided at a position facing the optical axis N.

超解像変調切替部100は、観察光の空間強度分布を超解像の画像を生成するための空間強度分布に変調する複数の孔が形成された円板状をなす超解像変調用パターンディスク100aと、超解像変調用パターンディスク100aの中心を支持する軸101と、軸101を支持するとともに、該軸101を、軸101の中心軸まわりに回転させる回転モータ102と、回転モータ102を支持する支持部103と、支持部103を光軸Nと直交する方向に移動自在に保持する保持部104と、を有する。   The super-resolution modulation switching unit 100 is a super-resolution modulation pattern having a disk shape in which a plurality of holes for modulating the spatial intensity distribution of the observation light into a spatial intensity distribution for generating a super-resolution image is formed. A disc 100a, a shaft 101 that supports the center of the super-resolution modulation pattern disc 100a, a rotation motor 102 that supports the shaft 101 and rotates the shaft 101 around the central axis of the shaft 101, and a rotation motor 102 And a holding portion 104 that holds the support portion 103 movably in a direction orthogonal to the optical axis N.

共焦点変調切替部110は、観察光の空間強度分布を、共焦点画像を生成するための空間強度分布に変調する複数の孔が形成された円板状をなす共焦点変調用パターンディスク110aと、共焦点変調用パターンディスク110aの中心を支持する軸111と、軸111を支持するとともに、該軸111を、軸111の中心軸まわりに回転させる回転モータ112と、回転モータ112を支持する支持部113と、支持部113を光軸Nと直交する方向に移動自在に保持する保持部114と、を有する。   The confocal modulation switching unit 110 includes a confocal modulation pattern disk 110a having a disk shape in which a plurality of holes for modulating the spatial intensity distribution of the observation light into the spatial intensity distribution for generating a confocal image is formed. A shaft 111 that supports the center of the confocal modulation pattern disk 110a, a rotation motor 112 that supports the shaft 111 and rotates the shaft 111 around the central axis of the shaft 111, and a support that supports the rotation motor 112 Part 113 and holding part 114 that holds support part 113 movably in a direction orthogonal to optical axis N.

回転モータ102,112および保持部104,114は、図示しない制御部の制御により、軸101,111を回転動作させ、支持部103,113を移動させる。   The rotation motors 102 and 112 and the holding units 104 and 114 rotate the shafts 101 and 111 and move the support units 103 and 113 under the control of a control unit (not shown).

超解像変調用パターンディスク100aは、主面の中心位置に軸101を挿通して固定する開口が形成された円環状をなす。また、共焦点変調用パターンディスク110aは、主面の中心位置に軸111を挿通して固定する開口が形成された円環状をなす。   The super-resolution modulation pattern disk 100a has an annular shape in which an opening for inserting and fixing the shaft 101 is formed at the center position of the main surface. The confocal modulation pattern disk 110a has an annular shape in which an opening for inserting and fixing the shaft 111 is formed at the center position of the main surface.

超解像変調用パターンディスク100aの超解像変調部1001には、主面と直交する方向に貫通し、観察光の空間強度分布を、超解像の画像を生成するための空間強度分布に変調する複数の孔1001aが形成されている。また、共焦点変調用パターンディスク110aの共焦点変調部1101には、主面と直交する方向に貫通し、観察光の空間強度分布を、共焦点画像を生成するための空間強度分布に変調する複数の孔1101aが形成されている。超解像変調用パターンディスク100a、および共焦点変調用パターンディスク110aに形成された複数の孔1001a,1101aは、図5に示すように周方向に沿って等間隔に配列されており、超解像変調用パターンディスク100aに形成された孔の開口の径は、共焦点変調用パターンディスク110aに形成された孔の開口の径より小さくなっている。   The super-resolution modulation unit 1001 of the super-resolution modulation pattern disk 100a penetrates in a direction perpendicular to the main surface, and the spatial intensity distribution of the observation light is changed to a spatial intensity distribution for generating a super-resolution image. A plurality of holes 1001a to be modulated are formed. Further, the confocal modulation section 1101 of the confocal modulation pattern disk 110a penetrates in a direction orthogonal to the main surface, and modulates the spatial intensity distribution of the observation light into a spatial intensity distribution for generating a confocal image. A plurality of holes 1101a are formed. The plurality of holes 1001a and 1101a formed in the super resolution modulation pattern disk 100a and the confocal modulation pattern disk 110a are arranged at equal intervals along the circumferential direction as shown in FIG. The diameter of the hole formed in the image modulation pattern disk 100a is smaller than the diameter of the hole formed in the confocal modulation pattern disk 110a.

超解像変調用パターンディスク100a、共焦点変調用パターンディスク110aに形成される孔は、それぞれ上述した実施の形態1と同様、式(1)〜(4)をもとに幅Wと形成間隔(ピッチ)Pとが設定される。   The holes formed in the super-resolution modulation pattern disk 100a and the confocal modulation pattern disk 110a have the width W and the formation interval based on the equations (1) to (4), respectively, as in the first embodiment. (Pitch) P is set.

顕微鏡システム1aでは、上述した顕微鏡システム1と同様、例えば、光源9からの照明光が、励起フィルタ51で波長選択され、ダイクロイックミラー52によって照明光が反射され、対物レンズ2に向けて照明光が折り曲げられる。ダイクロイックミラー52によって折り曲げられた照明光が、結像レンズ3、対物レンズ2を介して標本Sに照射されると、標本Sに標識された蛍光色素が励起されて蛍光を発する。標本Sから発せられた蛍光を対物レンズ2が取り込み、取り込まれた蛍光が、結像レンズ3により結像され、ダイクロイックミラー52と吸収フィルタ53とを通過して、観察光として撮像部7に入射する。撮像部7に入射した観察光は、光電変換されて画像処理部8に出力され、画像処理部8において画像データ(超解像画像データまたは共焦点画像データ)が生成される。   In the microscope system 1a, as in the microscope system 1 described above, for example, the illumination light from the light source 9 is wavelength-selected by the excitation filter 51, the illumination light is reflected by the dichroic mirror 52, and the illumination light is directed toward the objective lens 2. It can be bent. When the illumination light bent by the dichroic mirror 52 is irradiated onto the specimen S through the imaging lens 3 and the objective lens 2, the fluorescent dye labeled on the specimen S is excited and emits fluorescence. The objective lens 2 captures the fluorescence emitted from the sample S, and the captured fluorescence is imaged by the imaging lens 3, passes through the dichroic mirror 52 and the absorption filter 53, and enters the imaging unit 7 as observation light. To do. The observation light incident on the imaging unit 7 is photoelectrically converted and output to the image processing unit 8, and image data (super-resolution image data or confocal image data) is generated in the image processing unit 8.

このとき、支持部103,113の移動によって光軸N上に配置されるディスクを超解像変調用パターンディスク100aまたは共焦点変調用パターンディスク110aに切り替えることで、超解像の画像を生成するための変調、または共焦点画像を生成するための変調を切り替えることができる。   At this time, a super-resolution image is generated by switching the disk arranged on the optical axis N to the super-resolution modulation pattern disk 100a or the confocal modulation pattern disk 110a by the movement of the support portions 103 and 113. Modulation for generating a confocal image can be switched.

上述した本実施の形態2によれば、観察光の空間強度分布を、超解像画像を生成するための空間強度分布に変調する複数の孔が形成された超解像変調用パターンディスク100a、および観察光の空間強度分布を、共焦点画像を生成するための空間強度分布に変調する複数の孔が形成された共焦点変調用パターンディスク110aのいずれかを光軸Nに対して交差するように移動させることによって選択的に光学変調を行うようしたので、超解像の画像と、共焦点画像とを簡易に切り替えて取得することができる。   According to the second embodiment described above, the super-resolution modulation pattern disk 100a in which a plurality of holes for modulating the spatial intensity distribution of the observation light into the spatial intensity distribution for generating a super-resolution image is formed, The optical axis N intersects one of the confocal modulation pattern disks 110a formed with a plurality of holes for modulating the spatial intensity distribution of the observation light into the spatial intensity distribution for generating a confocal image. Since the optical modulation is selectively performed by moving the image, the super-resolution image and the confocal image can be easily switched and acquired.

また、上述した本実施の形態2によれば、観察光の空間強度分布を、超解像画像を生成するための空間強度分布に変調する複数の孔が形成された超解像変調用パターンディスク100aと、観察光の空間強度分布を、共焦点画像を生成するための空間強度分布に変調する複数の孔が形成された共焦点変調用パターンディスク110aと、を個別に設けて、照明光および観察光の空間強度分布を変調するようにしたので、各光学変調を行う際にディスクの厚みやディスクの回転速度を異ならせる場合など、それぞれの変調処理の自由度を向上させることができる。   Also, according to the second embodiment described above, a super-resolution modulation pattern disk in which a plurality of holes for modulating the spatial intensity distribution of the observation light into the spatial intensity distribution for generating a super-resolution image is formed. 100a and a confocal modulation pattern disk 110a in which a plurality of holes for modulating the spatial intensity distribution of the observation light into a spatial intensity distribution for generating a confocal image are individually provided, and illumination light and Since the spatial intensity distribution of the observation light is modulated, the degree of freedom of each modulation process can be improved, for example, when the thickness of the disk or the rotation speed of the disk is varied when performing each optical modulation.

さらに、上述した本実施の形態2によれば、観察光の空間強度分布を、超解像画像を生成するための空間強度分布に変調する複数の孔が形成された超解像変調用パターンディスク100aと、観察光の空間強度分布を、共焦点画像を生成するための空間強度分布に変調する複数の孔が形成された共焦点変調用パターンディスク110aとにおいて、変調態様に応じて複数のパターンを形成することができる。例えば、共焦点変調用パターンディスク110aにおいて、観察光に対して共焦点画像を生成するための光学変調を施すための異なる複数のパターンを有する孔を形成することにより、それぞれの変調処理の自由度をさらに向上させることができる。   Furthermore, according to the second embodiment described above, a super-resolution modulation pattern disk in which a plurality of holes for modulating the spatial intensity distribution of the observation light into the spatial intensity distribution for generating a super-resolution image is formed. 100a and a confocal modulation pattern disk 110a in which a plurality of holes for modulating the spatial intensity distribution of the observation light into a spatial intensity distribution for generating a confocal image are formed. Can be formed. For example, in the confocal modulation pattern disk 110a, by forming holes having a plurality of different patterns for performing optical modulation for generating a confocal image with respect to the observation light, the degree of freedom of each modulation process Can be further improved.

また、上述した本実施の形態2によれば、超解像変調用パターンディスク100aおよび共焦点変調用パターンディスク110aのいずれかを光軸Nに対して挿入して観察を行うようしたので、例えば、細胞を観察する場合、まず支持部113を移動させて共焦点変調用パターンディスク110aを光軸N上に配置し、共焦点観察を行うことで細胞の全体的な像をマクロに三次元で観察し、その後、支持部113を光軸Nから退避させるとともに、支持部103を移動させて超解像変調用パターンディスク100aを光軸N上に配置して超解像観察を行うことで、細胞の分子的な挙動や微小領域などを観察することができる。つまり、本実施の形態2によれば、共焦点観察によるマクロな三次元観察と、注目すべき部分についての超解像観察とを、簡易に切り替えて標本Sの詳細な観察を効率よく行うことができる。   Further, according to the second embodiment described above, since observation is performed by inserting one of the super-resolution modulation pattern disk 100a and the confocal modulation pattern disk 110a with respect to the optical axis N, for example, When observing cells, first, the support 113 is moved to place the confocal modulation pattern disk 110a on the optical axis N, and confocal observation is performed, so that the entire image of the cells is macroscopically three-dimensionally. Observation, and then withdrawing the support portion 113 from the optical axis N and moving the support portion 103 to place the super resolution modulation pattern disk 100a on the optical axis N to perform super resolution observation. It is possible to observe the molecular behavior of cells and microregions. That is, according to the second embodiment, the detailed observation of the sample S can be performed efficiently by simply switching between the macro three-dimensional observation by confocal observation and the super-resolution observation of the portion to be noted. Can do.

上述した本実施の形態2では、二つのディスクを用いて変調態様を切り替えるものとして説明したが、三つ以上のディスクを用いて変調態様を切り替えるものであってもよい。例えば、四つのディスクを用いる場合、隣接するディスクと互いに直交する方向に移動して、いずれかのディスクを光軸上に配置することで、変調態様を切り替えることができる。   In the second embodiment described above, the modulation mode is switched using two disks. However, the modulation mode may be switched using three or more disks. For example, in the case of using four disks, the modulation mode can be switched by moving in the direction orthogonal to the adjacent disks and arranging any of the disks on the optical axis.

なお、上述した本実施の形態1,2において、孔は、開口の形状が円形や楕円形を有する貫通孔のほか、径方向に延びる開口を有するスリット(長穴)や、矩形孔であってもよい。さらに、ディスクの主面にピンホール状の開口を有するものであってもよい。また、複合パターンディスク4a,超解像変調用パターンディスク100a、共焦点変調用パターンディスク110aは、円板状をなすものとして説明したが、主面が楕円状をなすものであってもよいし、角形状をなすものであってもよい。さらに、光が通過するものであれば、孔に透明な樹脂などが充填されているものであってもよい。   In the first and second embodiments described above, the hole is not only a through hole having a circular or elliptical shape, but also a slit (long hole) having an opening extending in the radial direction, or a rectangular hole. Also good. Further, the main surface of the disk may have a pinhole-like opening. In addition, the composite pattern disk 4a, the super resolution modulation pattern disk 100a, and the confocal modulation pattern disk 110a have been described as having a disk shape, but the main surface may have an elliptical shape. In addition, it may have a square shape. Furthermore, as long as light can pass therethrough, the hole may be filled with a transparent resin or the like.

また、上述した本実施の形態1,2において、光学変調部4,11は、ディスクユニットとして顕微鏡システム1,1aに対して挿脱自在に設けられ、必要に応じて取り付け、取り外しを行ったり、孔の形状やパターンが異なるディスクを取り付けたりすることが可能である。なお、実施の形態2において、超解像変調用パターンディスク100a,共焦点変調用パターンディスク110aを、実施の形態1の複合パターンディスク4aのような、複数のパターンを有するものとしてもよい。   In the first and second embodiments described above, the optical modulation units 4 and 11 are provided as disk units so as to be detachable from the microscope systems 1 and 1a, and can be attached and detached as necessary. It is possible to mount discs having different hole shapes and patterns. In the second embodiment, the super-resolution modulation pattern disk 100a and the confocal modulation pattern disk 110a may have a plurality of patterns like the composite pattern disk 4a of the first embodiment.

また、上述した本実施の形態1,2において、保持部44,104,114が、支持部43,103,113を光軸Nと直交する方向に摺動させるものとして説明したが、複合パターンディスク4a,超解像変調用パターンディスク100a,共焦点変調用パターンディスク110aを光軸Nに対して進退自在に移動させるものであれば、適用可能である。すなわち、複合パターンディスク4a,超解像変調用パターンディスク100a,共焦点変調用パターンディスク110aの挿脱方向は、光軸Nと直交する方向に限るものではない。   In the first and second embodiments described above, the holding portions 44, 104, and 114 have been described as sliding the support portions 43, 103, and 113 in the direction perpendicular to the optical axis N. 4a, the super resolution modulation pattern disk 100a, and the confocal modulation pattern disk 110a can be applied as long as they can be moved forward and backward with respect to the optical axis N. That is, the insertion / removal direction of the composite pattern disk 4a, the super-resolution modulation pattern disk 100a, and the confocal modulation pattern disk 110a is not limited to the direction orthogonal to the optical axis N.

さらに、上述した本実施の形態1,2において、保持部44,104,114は、支持部43,103,113を、制御部の制御のもとモータを用いて自動で移動させるものであってもよいし、レバーやダイヤルによって手動で移動させるものであってもよい。   Furthermore, in the first and second embodiments described above, the holding units 44, 104, and 114 automatically move the support units 43, 103, and 113 using a motor under the control of the control unit. Alternatively, it may be moved manually by a lever or dial.

なお、支持部103,113は、移動による干渉を防止するため、連動して移動させることが好ましく、一つの支持部によって超解像変調用パターンディスク100a,共焦点変調用パターンディスク110aをそれぞれの軸まわりに回転自在に支持し、この支持部によって超解像変調用パターンディスク100a,共焦点変調用パターンディスク110aを連動して移動させるものであってもよい。   The support portions 103 and 113 are preferably moved in conjunction with each other in order to prevent interference due to movement. The super resolution modulation pattern disc 100a and the confocal modulation pattern disc 110a are respectively moved by one support portion. The super resolution modulation pattern disk 100a and the confocal modulation pattern disk 110a may be moved in conjunction with each other by being supported rotatably around the axis.

また、上述した実施の形態1,2は、本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本発明は、各実施の形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を形成できる。本発明は、仕様等に応じて種々変形することが可能であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施の形態が可能であることは、上記記載から自明である。   Moreover, Embodiment 1 and 2 mentioned above are only the examples for implementing this invention, and this invention is not limited to these. Further, the present invention can form various inventions by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the respective embodiments and modifications. It is obvious from the above description that the present invention can be variously modified according to specifications and the like, and that various other embodiments are possible within the scope of the present invention.

以上のように、本発明にかかる顕微鏡システムおよびディスクユニットは、超解像の画像と、共焦点画像とを簡易に切り替えて取得するのに有用である。   As described above, the microscope system and the disk unit according to the present invention are useful for easily switching and acquiring a super-resolution image and a confocal image.

1,1a 顕微鏡システム
2 対物レンズ
3 結像レンズ
4,11 光学変調部
4a 複合パターンディスク
5 蛍光キューブ
6 リレーレンズ
7 撮像部
8 画像処理部
9 光源
10 照明レンズ
41,101,111 軸
42,102,112 回転モータ
43,103,113 支持部
44,104,114 保持部
51 励起フィルタ
52 ダイクロイックミラー
53 吸収フィルタ
100 超解像変調切替部
100a 超解像変調用パターンディスク
110 共焦点変調切替部
110a 共焦点変調用パターンディスク
401,1001 超解像変調部
402,1101 共焦点変調部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1a Microscope system 2 Objective lens 3 Imaging lens 4,11 Optical modulation part 4a Composite pattern disk 5 Fluorescence cube 6 Relay lens 7 Imaging part 8 Image processing part 9 Light source 10 Illumination lens 41,101,111 Axis 42,102, DESCRIPTION OF SYMBOLS 112 Rotation motor 43,103,113 Support part 44,104,114 Holding part 51 Excitation filter 52 Dichroic mirror 53 Absorption filter 100 Super-resolution modulation switching part 100a Super-resolution modulation pattern disk 110 Confocal modulation switching part 110a Confocal Modulation pattern disc 401, 1001 Super-resolution modulation unit 402, 1101 Confocal modulation unit

Claims (3)

観察対象の標本を照射する照明光を生成する照明光生成手段と、
前記標本からの観察光を結像して該標本の像を形成する結像光学系と、
前記照明光および前記観察光の空間強度分布を、超解像の画像を生成するための空間強度分布に変調する超解像変調部を有する第1のディスク、および共焦点画像を生成するための空間強度分布に変調する共焦点変調部を有する第のディスク含む光学変調手段と、
前記ディスクの中心を通過する軸を中心軸として前記ディスクを回転させるとともに、前記第1および第2のディスクのうち一方のディスクを、該一方のディスクの主面が前記結像光学系の軸と交差する方向に動させるディスク駆動手段と、
前記ディスクを通過した前記観察光を受光し、該受光した観察光に基づいて超解像画像データまたは共焦点画像データを生成する画像生成手段と、
を備えたことを特徴とする顕微鏡システム。
Illumination light generating means for generating illumination light for illuminating the specimen to be observed;
An imaging optical system that forms an image of the specimen by imaging the observation light from the specimen;
A first disk having a super-resolution modulation unit that modulates the spatial intensity distribution of the illumination light and the observation light into a spatial intensity distribution for generating a super-resolution image, and for generating a confocal image an optical modulation means comprising a second disk having a confocal modulator modulating the spatial intensity distribution,
The disk is rotated with an axis passing through the center of the disk as a central axis, and one of the first and second disks is rotated with a main surface of the one disk being an axis of the imaging optical system. a disk driving means for moving in a direction intersecting,
Image generation means for receiving the observation light that has passed through the disk and generating super-resolution image data or confocal image data based on the received observation light;
A microscope system comprising:
前記ディスクは円板状をなし、前記結像光学系による像形成位置に挿脱自在に設けられ、
前記超解像変調部および前記共焦点変調部は、板厚方向に貫通し、周方向に沿って等間隔に配列された複数の孔よりなることを特徴とする請求項1に記載の顕微鏡システム。
The disk has a disk shape, and is provided so as to be detachable at an image forming position by the imaging optical system.
2. The microscope system according to claim 1, wherein the super-resolution modulation unit and the confocal modulation unit include a plurality of holes penetrating in the plate thickness direction and arranged at equal intervals along the circumferential direction. .
前記画像生成手段は、前記観察光を受光して光電変換するイメージセンサを有し、
前記ディスク駆動手段は、前記イメージセンサの露出時間に応じて前記ディスクの回転速度を変化させることを特徴とする請求項に記載の顕微鏡システム。
The image generation means includes an image sensor that receives the observation light and performs photoelectric conversion,
The microscope system according to claim 1 , wherein the disk driving unit changes a rotation speed of the disk according to an exposure time of the image sensor.
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