JP6436862B2 - Microscope and microscope image acquisition method - Google Patents
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Description
本発明は、顕微鏡および顕微鏡画像取得方法に関するものである。 The present invention relates to a microscope and a microscope image acquisition method.
従来、標本からの蛍光を検出する検出光学系の光軸に対して直交する平面に沿って、標本を挟んで対向する2方向から異なる波長の平面状の励起光を標本に入射させて、各方向からの励起光ごとに標本において発せられる蛍光に基づいて得られる蛍光画像を合成するシート照明方式の顕微鏡が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, along a plane orthogonal to the optical axis of a detection optical system that detects fluorescence from a specimen, planar excitation light having different wavelengths is incident on the specimen from two opposite directions across the specimen. A sheet illumination type microscope that synthesizes a fluorescence image obtained based on fluorescence emitted from a specimen for each excitation light from a direction is known (for example, see Patent Document 1).
落射照明方式あるいは透過照明方式においては、共焦点光学系により1点または複数点に集光させた励起光を2次元的に走査させることにより、光軸方向のボケ像の少ない2次元的な画像を取得する。これに対し、シート照明方式によれば、シート照明の検出光軸方向の厚さが検出光学系の焦点深度に略等しいか、または焦点深度より小さくなるように照明され、かつ広い範囲にわたってシート照明の厚さがほぼ一定とみなせるために、焦点深度以下の広い範囲が一度に励起され、かつそれ以外の部分は励起されないために、画像の取得に要する時間を短縮することができる。 In the epi-illumination method or the transmission illumination method, a two-dimensional image with less blur image in the optical axis direction is obtained by two-dimensionally scanning the excitation light condensed at one or a plurality of points by the confocal optical system. To get. On the other hand, according to the sheet illumination method, the sheet illumination is illuminated so that the thickness in the detection optical axis direction of the sheet illumination is substantially equal to or smaller than the focal depth of the detection optical system, and the sheet illumination is performed over a wide range. Therefore, the time required for image acquisition can be shortened because a wide range below the depth of focus is excited at one time and the other portions are not excited.
従来の顕微鏡のように、異なる方向から入射された励起光ごとに取得される蛍光画像を合成する場合、鮮明な合成画像を生成するためには各方向からの励起光が同一の入射平面に沿って入射される必要がある。しかしながら、各方向からの励起光の入射平面が一致するように光学系を調整するには、複雑で高価な調整機構が必要になるという問題がある。 When combining fluorescence images acquired for each excitation light incident from different directions as in a conventional microscope, the excitation light from each direction is along the same incident plane in order to generate a clear composite image. Need to be incident. However, in order to adjust the optical system so that the incident planes of excitation light from each direction coincide, there is a problem that a complicated and expensive adjustment mechanism is required.
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、シート照明方式により、安価な構成で鮮明な合成画像を取得することができる顕微鏡および顕微鏡画像取得方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a microscope and a microscope image acquisition method capable of acquiring a clear composite image with an inexpensive configuration by a sheet illumination method.
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、標本から発せられる蛍光を検出して蛍光画像を取得する検出光学系と、該検出光学系の光軸に交差する平面に沿う2以上の方向から、入射方向を択一的に切り替えて前記標本に平面状の励起光を順次入射させるシート照明光学系と、該シート照明光学系により入射される前記励起光ごとに、前記検出光学系の光軸方向に前記標本を段階的に移動させる駆動部と、前記検出光学系により取得された前記励起光の入射方向が異なる複数の前記蛍光画像の内、前記駆動部による前記標本の移動に伴って変化する前記検出光学系の光軸方向における前記標本に対する前記励起光の入射平面の位置が略一致する前記蛍光画像を合成する画像処理部とを備える顕微鏡を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention selectively switches the incident direction from a detection optical system that detects fluorescence emitted from a specimen and acquires a fluorescence image, and two or more directions along a plane that intersects the optical axis of the detection optical system. A sheet illumination optical system that sequentially makes planar excitation light incident on the specimen, and the specimen is moved stepwise in the optical axis direction of the detection optical system for each excitation light incident by the sheet illumination optical system. The optical axis direction of the detection optical system that changes with the movement of the sample by the drive unit among the plurality of fluorescent images having different incident directions of the excitation light acquired by the drive unit and the detection optical system And an image processing unit that synthesizes the fluorescence images in which the positions of the planes of incidence of the excitation light with respect to the specimen substantially coincide.
本発明によれば、シート照明光学系により検出光学系の光軸に交差する入射平面に沿って平面状の励起光が標本に入射されるので、その入射平面に検出光学系の光軸方向の焦点面を一致させることにより、焦点面に沿う広い範囲において発生した蛍光を検出光学系によって1度に検出することができる。また、2以上の方向から入射方向を択一的に切り替えて励起光を標本に入射させることにより、各方向からの励起光の標本への入射深度を浅くして標本における散乱の影響を抑制し、鮮明な蛍光画像を取得することができる。 According to the present invention, the planar excitation light is incident on the sample along the incident plane intersecting the optical axis of the detection optical system by the sheet illumination optical system, so that the optical axis direction of the detection optical system is incident on the incident plane. By matching the focal planes, fluorescence generated in a wide range along the focal plane can be detected at a time by the detection optical system. In addition, by selectively switching the incident direction from two or more directions and making the excitation light incident on the sample, the incident depth of the excitation light from each direction on the sample is made shallower and the influence of scattering on the sample is suppressed. A clear fluorescent image can be acquired.
この場合において、各入射方向から入射される励起光ごとに、駆動部による標本の移動に応じて検出光学系の光軸方向に間隔を空けて複数の蛍光画像が取得される。そして、画像処理部により、励起光の入射方向が異なるそれら複数の蛍光画像の内の検出光学系の光軸方向における標本に対する励起光の入射平面の位置が略一致する蛍光画像が合成されることで、入射方向ごとに励起光の入射平面が検出光学系の光軸方向にずれている場合であっても、画質が略同等の蛍光画像どうしで合成画像を作成することができる。したがって、シート照明方式により、検出光学系の光軸方向に標本を段階的に移動させるだけの安価な構成で、鮮明な合成画像を取得することができる。 In this case, a plurality of fluorescent images are acquired at intervals in the optical axis direction of the detection optical system in accordance with the movement of the sample by the driving unit for each excitation light incident from each incident direction. Then, the image processing unit synthesizes the fluorescence images in which the positions of the excitation light incident planes with respect to the specimen in the optical axis direction of the detection optical system of the plurality of fluorescence images having different incident directions of the excitation light substantially coincide with each other. Thus, even when the incident plane of the excitation light is shifted in the optical axis direction of the detection optical system for each incident direction, a composite image can be created with fluorescent images having substantially the same image quality. Therefore, a clear composite image can be acquired by a sheet illumination method with an inexpensive configuration in which the sample is moved stepwise in the optical axis direction of the detection optical system.
上記発明においては、前記シート照明光学系が、前記検出光学系の光軸方向における前記入射方向ごとの前記入射平面のずれ量が前記検出光学系の焦点深度よりも小さくなるように構成されていることとしてもよい。
このように構成することで、励起光の入射方向ごとに、検出光学系の光軸方向にボケ像が少ない蛍光画像を取得することができる。
In the above invention, the sheet illumination optical system is configured such that a deviation amount of the incident plane for each incident direction in an optical axis direction of the detection optical system is smaller than a depth of focus of the detection optical system. It is good as well.
By configuring in this way, it is possible to acquire a fluorescence image with less blur image in the optical axis direction of the detection optical system for each incident direction of excitation light.
上記発明においては、前記駆動部が、前記シート照明光学系の前記励起光の厚さよりも小さく、かつ、前記ずれ量を割り切れるピッチで前記標本を移動させることとしてもよい。
このように構成することで、駆動部による検出光学系の光軸方向への標本の段階的な移動中に、標本に対する各入射方向からの励起光の入射平面を略一致させることができる。
In the above invention, the driving unit may move the sample at a pitch smaller than the thickness of the excitation light of the sheet illumination optical system and divisible by the deviation amount.
With this configuration, the incident planes of the excitation light from the respective incident directions with respect to the specimen can be substantially matched during the stepwise movement of the specimen in the optical axis direction of the detection optical system by the driving unit.
本発明は、標本を通過する互いに平行な平面に沿う複数の入射方向からいずれかの方向に択一的に切り替える切替ステップと、該切替ステップにより切り替えられた方向から前記平面に沿って平面状の励起光を前記標本に入射させる入射ステップと、該入射ステップにより入射される前記励起光ごとに、検出光学系による前記平面に交差する検出方向に沿って前記標本を段階的に移動させる移動ステップと、該移動ステップによる前記標本の移動ごとに、前記標本において発生する蛍光を前記検出光学系により検出して蛍光画像を取得する検出ステップと、該検出ステップにより取得される前記励起光の入射方向が異なる前記蛍光画像の内、前記移動ステップによる前記標本の移動に伴って変化する前記検出方向における前記標本に対する前記励起光の入射平面の位置が略一致する前記蛍光画像を合成する合成ステップとを含む顕微鏡画像取得方法を提供する。 The present invention includes a switching step for selectively switching from a plurality of incident directions along parallel planes passing through a specimen to any direction, and a planar shape along the plane from the direction switched by the switching step. An incident step of causing excitation light to enter the sample; and a moving step of moving the sample stepwise along a detection direction intersecting the plane by a detection optical system for each of the excitation light incident in the incident step. A detection step of acquiring fluorescence images by detecting fluorescence generated in the sample by the detection optical system for each movement of the sample in the movement step, and an incident direction of the excitation light acquired by the detection step. Among the different fluorescence images, the front of the sample in the detection direction that changes with the movement of the sample by the moving step. Position of the incident plane of the excitation light to provide a microscopic image acquisition method comprising the synthesis step of combining the fluorescence image substantially coincides.
本発明によれば、切替ステップにより切り替えられた入射方向から、入射ステップにより標本を通過する平面に沿って平面状の励起光が標本に入射され、検出ステップにより、各入射方向から入射される励起光ごとに、標本面において発生した蛍光が検出光学系により検出されて蛍光画像が取得される。 According to the present invention, from the incident direction switched by the switching step, the planar excitation light is incident on the sample along the plane passing through the sample by the incident step, and is excited from each incident direction by the detection step. For each light, the fluorescence generated on the specimen surface is detected by the detection optical system, and a fluorescence image is acquired.
この場合において、各入射方向から入射される励起光ごとに、移動ステップによる標本の移動に応じて検出ステップにより検出光学系の光軸方向に間隔を空けて複数の蛍光画像が取得される。そして、合成ステップにより、励起光の入射方向が異なるそれら複数の蛍光画像の内の検出方向における標本に対する励起光の入射平面の位置が略一致する蛍光画像が合成されることで、入射方向ごとに励起光の入射平面が検出方向にずれている場合であっても、画質が略同等の蛍光画像どうしで合成画像を作成することができる。したがって、シート照明方式により、安価な構成で鮮明な合成画像を取得することができる。 In this case, for each excitation light incident from each incident direction, a plurality of fluorescent images are acquired at intervals in the optical axis direction of the detection optical system by the detection step in accordance with the movement of the sample by the movement step. Then, in the combining step, the fluorescence images in which the positions of the incident planes of the excitation light with respect to the specimen in the detection direction among the plurality of fluorescence images having different incident directions of the excitation light are substantially matched are combined for each incident direction. Even when the incident plane of the excitation light is shifted in the detection direction, a composite image can be created with fluorescent images having substantially the same image quality. Therefore, a clear composite image can be acquired with an inexpensive configuration by the sheet illumination method.
本発明によれば、シート照明方式により、シート照明方式により、安価な構成で鮮明な合成画像を取得することができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that a clear composite image can be acquired with an inexpensive configuration by the sheet illumination method.
本発明の一実施形態に係る顕微鏡および顕微鏡画像取得方法について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡1は、図1に示されるように、顕微鏡本体3と、顕微鏡本体3に接続される照明装置(シート照明光学系)5と、照明装置5および顕微鏡本体3を制御する制御装置7とを備えている。制御装置7には、ユーザに指示を入力させるマウスやキーボード等の入力装置9と、顕微鏡本体3により取得された画像等を表示するモニタ11とが接続されている。
A microscope and a microscope image acquisition method according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the microscope 1 according to the present embodiment controls the microscope body 3, the illumination device (sheet illumination optical system) 5 connected to the microscope body 3, the
顕微鏡本体3は、標本Sを載置するステージ13と、ステージ13を駆動する駆動部14と、ステージ13に載置された標本Sにおいて発せられる蛍光を検出する検出光学系15とを備えている。
The microscope main body 3 includes a
ステージ13は、検出光学系15の光軸方向およびこれに直交する2次元方向に移動することができるようになっている。
駆動部14は、制御装置7により制御されてステージ13を移動させるようになっている。また、駆動部14は、検出光学系15の光軸方向にステージ13を段階的に移動させることができるようになっている。
The
The
検出光学系15は、ステージ13の載置面に対して垂直な方向において標本Sに対向して配置される対物レンズ17と、対物レンズ17により集光された標本Sからの蛍光を結像させる結像レンズ19と、結像レンズ19により結像された蛍光を撮影する撮像素子21とを備えている。図中、符号23は、蛍光に含まれる励起光を除去するバリアフィルタを備えるフィルタホイールである。
The detection
照明装置5は、図2(a),(b)に示されるように、略平行光からなる励起光を射出する励起光源25と、励起光源25から射出された励起光を2つの光路に分岐するハーフミラー27と、分岐された2つの光路を経由した励起光を標本Sを挟んで対向する2方向から略平面状の励起光として標本Sを通過する平面に沿って入射させる2つのシリンドリカルレンズ29A,29Bとを備えている。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
シリンドリカルレンズ29A,29Bは、光軸Pに直交する一方向にパワーを有し、略平行光からなる励起光をその光束径寸法と同じ所定の幅寸法を有するシート状に集光させるようになっている。各シリンドリカルレンズ29A,29Bによりシート状に集光される2つの励起光の各入射平面は、検出光学系15の光軸Qに直交する方向に沿って互いに平行な平面上に延びるように配置されている。図中、符号31は光路を形成するミラーであり、符号33は2つの光路に設けられ、択一的に開閉されるシャッタである。
The
この照明装置5は、シリンドリカルレンズ29Aにより標本Sに入射される励起光の入射平面とシリンドリカルレンズ29Bにより標本Sに入射される励起光の入射平面との検出光学系15の光軸方向のずれ量が、検出光学系15の焦点深度よりも小さくなるように調整されている。これにより、励起光の入射方向ごとに、検出光学系15の光軸方向にボケ像が少ない蛍光画像を取得することができる。
This illuminating
制御装置7は、図1に示すように、照明装置5を制御する照明制御部(制御部)35と、顕微鏡本体3を制御する顕微鏡制御部(制御部)37と、撮像素子21により取得された画像信号を処理する画像処理部39とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
この制御装置7は、コンピュータにより構成され、画像処理部39、顕微鏡制御部37および照明制御部35の動作、例えば、画像の生成、入力装置9からの指示入力の処理、各種電動部(例えば、ステージ13、レンズ切替器またはズーム機構、フィルタホイール19、シャッタ33など。)やモニタ11の表示の制御、各種パラメータの記憶などがこのコンピュータの演算処理装置とメモリにより実行されるようになっている。
The
メモリには、画像処理プログラム、顕微鏡制御プログラムおよび照明制御プログラム等が記憶されており、演算処理装置は、メモリに記憶されているこれらのプログラムに従って、画像処理部39、顕微鏡制御部37および照明制御部35の動作を実行させるようになっている。また、メモリには、ユーザが事前に測定した検出光学系15の光軸方向における2つの入射方向の励起光の入射平面のずれ量を記憶させることができるようになっている。
The memory stores an image processing program, a microscope control program, an illumination control program, and the like, and the arithmetic processing unit performs the
照明制御部35および顕微鏡制御部37は、コンピュータからの制御信号に基づいて各種電動部を駆動する制御基板を備えている。
照明制御部35は、シャッタ33を開閉することにより、図2(a)に示されるように、標本Sに対して一方向(図2(a)の紙面に対して標本Sの左側)からシリンドリカルレンズ29Aを介して励起光を入射させる光路(以下、左側光路Lという。)と、図2(b)に示されるように、標本Sに対して他方向(図2(b)の紙面に対して標本Sの右側)からシリンドリカルレンズ29Bを介して励起光を入射させる光路(以下、右側光路Rという。)とを切り替えて、蛍光画像の取得を行うようになっている。
The
The
顕微鏡制御部37は、入力装置9からの入力によって駆動部14を作動させてステージ13を移動させたり、対物レンズ17や結像レンズ19を交換あるいは倍率調節したり、フィルタホイール23を作動させてフィルタを交換したりする等の顕微鏡本体3の制御を行うようになっている。
The
この顕微鏡制御部37は、照明装置5から標本Sに入射される励起光ごとに駆動部14を作動させて、検出光学系15の光軸方向にステージ13を段階的に移動させることができるようになっている。具体的には、顕微鏡制御部37は、図3に示すように、照明装置5から発せられるシート状の励起光の厚さと略同じかあるいはそれよりも小さいピッチで、かつ、左側光路Lと右側光路Rの励起光の入射平面のずれ量(D)を割り切れるピッチ(a)で標本Sを移動させるよう、駆動部14を制御するようになっている。これにより、駆動部14による検出光学系15の光軸方向への標本Sの段階的な移動中に、標本Sに対する左側光路Lからの励起光の入射平面と右側光路Rからの励起光の入射平面とを略一致させることができる。図3は、標本Sを段階的に移動させる方向(Z移動方向)と、その標本Sに対してシリンドリカルレンズ29A,29Bからシート状の励起光が入射される様子を分かり易くするために誇張して示している。
The
画像処理部39は、撮像素子21から送られてくる画像信号を処理してモニタ11に表示させるようになっている。この画像処理部39は、撮像素子21からの画像信号を一時的に保存可能なFIFO画像バッファ(記憶領域)を有している。FIFO画像バッファのサイズ(H)は、H>(INT(D/a)+1)×画像サイズを満たすようになっている。
The
また、画像処理部39は、合成画像を生成することができるようになっている。具体的には、画像処理部39は、検出光学系15により取得された励起光の入射方向が異なる複数の蛍光画像の内、駆動部14による標本Sの移動に伴って変化する検出光学系15の光軸方向における標本Sに対する励起光の入射平面の位置が略一致する蛍光画像の画像信号を合成するようになっている。
The
次に、本実施形態に係る顕微鏡画像取得方法について説明する。
本実施形態に係る顕微鏡画像取得方法は、図4のフローチャートに示されるように、標本Sを通過する互いに平行な平面に沿う2つの入射方向からいずれかの方向に択一的に切り替える切替ステップS3と、切替ステップS3により切り替えられた方向から入射平面に沿ってシート状の励起光を標本Sに入射させる入射ステップS4と、入射ステップS2により入射される励起光ごとに、検出光学系15の光軸方向に沿って標本Sを段階的に移動させる移動ステップS6と、移動ステップS6による標本Sの移動ごとに、標本Sにおいて発生する蛍光を検出光学系15により検出して蛍光画像を取得する検出ステップS5と、検出ステップS5により取得される入射方向が異なる蛍光画像の内、移動ステップS6による標本Sの移動に伴って変化する検出光学系15の光軸方向における標本Sに対する励起光の入射平面の位置が略一致する蛍光画像を合成する合成ステップS8とを含んでいる。
Next, the microscope image acquisition method according to the present embodiment will be described.
In the microscope image acquisition method according to the present embodiment, as shown in the flowchart of FIG. 4, the switching step S <b> 3 for selectively switching from two incident directions along parallel planes passing through the specimen S to either direction. And the incident step S4 for causing the sheet-like excitation light to enter the sample S along the incident plane from the direction switched by the switching step S3, and the light of the detection
このように構成された顕微鏡1および顕微鏡画像取得方法の作用について、図4のフローチャートを参照して説明する。
本実施形態に係る顕微鏡1および顕微鏡画像取得方法により標本Sを観察するには、まず、照明装置5の左側光路Lと右側光路Rの励起光の入射平面のずれ量(D)をユーザが事前に測定して入力装置9により入力し、制御装置7のメモリに記憶させる。
The operation of the microscope 1 and the microscope image acquisition method configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG.
In order to observe the specimen S with the microscope 1 and the microscope image acquisition method according to the present embodiment, first, the user previously determines the deviation (D) of the incident plane of the excitation light in the left optical path L and the right optical path R of the
画像処理部39により、制御装置7のメモリに記憶された入射平面のずれ量(D)に基づき、標本Sに対する左側光路Lと右側光路Rの励起光の入射平面が一致するまでに、一方の入射方向からの励起光に対してステージ13を段階的に移動させて取得する蛍光画像の枚数(INT(D/a)+1)が算出される。例えば、図3は、蛍光画像を5枚取得する必要がある場合を例示したものである。
Based on the amount of deviation (D) of the incident plane stored in the memory of the
続いて、入力装置9によりユーザが標本Sの観察領域を指定する。観察領域が指定されると、顕微鏡制御部37により駆動部14が作動させられてステージ13が移動し、指定された観察領域に観察範囲が合せられる。
Subsequently, the user designates the observation area of the sample S by the
次いで、照明制御部35により、メモリに記憶されているプログラムに基づいて、シャッタ33が開閉され、例えば、図2(a)に示すように、照明装置5の左側光路Lが開放されて右側光路Rが閉鎖される。そして、励起光源25から励起光が射出される。
Next, the
励起光源25から射出されてハーフミラー27を透過した励起光は、そのままシリンドリカルレンズ29Aによりシート状に集光され、図2(a)に示すように、左側光路Lから入射平面に沿って標本Sに入射される。一方、ハーフミラー27により反射された励起光は、シャッタ33により遮断される。図3に示すように、左側光路Lからの励起光が標本Sの観察面A上に入射されることにより、励起光の入射平面に沿って標本S内の蛍光物質が励起されて蛍光が発生する。
Excitation light emitted from the
標本Sにおいて発生した蛍光の内、検出光学系15の光軸に沿う方向に放射された蛍光は、対物レンズ17により集光されてフィルタホイール23のバリアフィルタを通過した後、結像レンズ19により結像されて撮像素子21により撮影される。これにより、左側光路Lによって標本Sにおける観察面Aの蛍光画像が取得される(ステップS1)。撮像素子21により取得された観察面Aの蛍光画像は画像処理部39のFIFO画像バッファに保存される(ステップS2)。
Of the fluorescence generated in the sample S, the fluorescence emitted in the direction along the optical axis of the detection
次に、照明制御部35により、シャッタ33が開閉されて、図2(b)に示すように、照明装置5の右側光路Rが開放されて左側光路Lが閉鎖され、標本Sに対する励起光の入射方向が切り替えられる(切替ステップS3)。この段階では、右側光路Rによって取得された蛍光画像の枚数(k)は0枚である(k=0)。
Next, the
この状態で励起光源25から射出されてハーフミラー27により反射されたレーザ光は、ミラー33を介してシリンドリカルレンズ29Bによりシート状に集光され、図2(b)に示すように、右側光路Rから入射平面に沿って標本Sに入射される(入射ステップS4)。
In this state, the laser light emitted from the
図3に示すように、右側光路Rからの励起光が標本Sの観察面B上に入射されることにより発生した蛍光は、左側光路Lからの励起光により発生する蛍光と同様に、対物レンズ17により集光されて撮像素子21により撮影される。これにより、右側光路Rによって標本Sにおける観察面Bの蛍光画像が取得される(検出ステップS5)。右側光路Rでの蛍光画像の取得により、k=1となる。
As shown in FIG. 3, the fluorescence generated when the excitation light from the right optical path R is incident on the observation surface B of the specimen S is similar to the fluorescence generated by the excitation light from the left optical path L. 17 is condensed and photographed by the
次いで、顕微鏡制御部37により駆動部14が作動させられ、ステージ13が検出光学系15の光軸方向に1ステップ上昇させられる(移動ステップS6)。また、画像処理部39により、右側光路Rによって取得した蛍光画像の枚数(k)が、k≧INT(D/a)+1の条件式を満たすか否かが判断される(ステップS7)。
Next, the driving
上述したように、この段階ではk=1なのでステップS4に戻る。
ステージ13が1ステップ上昇していることにより、ステージ13上の標本Sに対して観察面Bの1ピッチ分下の観察面に右側光路Rからの励起光が入射される(入射ステップS4)。そして、これにより発生した蛍光が撮像素子21により撮影されて蛍光画像が取得される(検出ステップS5)。右側光路Rでの2枚目の蛍光画像の取得により、k=2となる。
As described above, since k = 1 at this stage, the process returns to step S4.
Since the
次いで、顕微鏡制御部37により、ステージ13が検出光学系15の光軸方向に1ステップ上昇させられ(移動ステップS6)、画像処理部39により、取得した蛍光画像の枚数(k)が上記条件式を満たすか否かが判断される(ステップS7)。この段階でもk=2なのでステップS4に戻る。このようにして、上記条件式を満たすまでステップS4〜ステップS7の動作が繰り返される。
Next, the
右側光路Rからの励起光が標本Sの観察面A上に入射される位置までステージ13が上昇し、右側光路Rにより観察面Aの蛍光画像が取得されると(k=5)、上記条件式が満たされる。この場合、画像処理部39により、最初に左側光路Lにより取得した観察面Aの蛍光画像がFIFO画像バッファの先頭から読み出され、右側光路Rにより取得された観察面Aの蛍光画像と合成される(合成ステップS8)。合成された観察面Aの蛍光画像はモニタ11に表示される。
When the
ここで、左側光路Lからの励起光の入射平面と右側光路Rからの励起光の入射平面は検出光学系15の光軸方向にずれているが、標本Sに対するこれら左側光路Lおよび右側光路Rからの励起光の各入射平面が略一致する蛍光画像どうしを合成することで、ムラがない鮮明な合成画像を生成することができる。
Here, the incident plane of the excitation light from the left optical path L and the incident plane of the excitation light from the right optical path R are shifted in the optical axis direction of the detection
次に、顕微鏡制御部37により、設定されているスキャンの上限(あるいは下限)までステージ13が移動したか否かが判断され(ステップS9)、上限(あるいは下限)まで移動していない場合は、ステップS1に戻る。ステージ13がスキャンの上限(あるいは下限)まで移動した場合は、標本Sの観察が終了となる。
Next, the
以上説明したように、本実施形態に係る顕微鏡1および顕微鏡画像取得方法によれば、異なる2方向から入射方向を択一的に切り替えて励起光を標本Sに入射させることにより、各方向からの励起光の標本Sへの入射深度を浅くして標本Sにおける散乱の影響を抑制し、鮮明な複数の蛍光画像を取得することができる。そして、各入射方向からの励起光の入射により取得される蛍光画像を合成することで、標本Sの広範囲にわたる蛍光観察を行うことができる。 As described above, according to the microscope 1 and the microscope image acquisition method according to the present embodiment, by selectively switching the incident direction from two different directions and causing the excitation light to enter the sample S, The incident depth of the excitation light to the specimen S can be reduced to suppress the influence of scattering on the specimen S, and a plurality of clear fluorescent images can be acquired. Then, the fluorescence observation of the specimen S over a wide range can be performed by synthesizing the fluorescence images acquired by the incidence of the excitation light from the respective incident directions.
この場合において、画像処理部39により、励起光の入射方向が異なるそれら複数の蛍光画像の内の検出光学系15の光軸方向における標本Sに対する励起光の入射平面の位置が略一致する蛍光画像が合成されることで、入射方向ごとに励起光の入射平面が検出光学系15の光軸方向にずれている場合であっても、画質が略同等の蛍光画像どうしで合成画像を作成することができる。したがって、シート照明方式により、検出光学系15の光軸方向に標本Sを段階的に移動させるだけの安価な構成で、鮮明な合成画像を取得することができる。
In this case, the fluorescence image in which the position of the incident plane of the excitation light with respect to the sample S in the optical axis direction of the detection
本実施形態においては、標本Sを移動させて標本Sにおける右側光路Rからの励起光の入射平面の位置を対物光学系15の光軸方向にずらしていくことにより、標本Sにおける左側光路Lからの励起光の入射平面の位置に一致させる場合を例示して説明したが、これに代えて、標本Sを移動させて標本Sにおける左側光路Lからの励起光の入射平面の位置を対物光学系15の光軸方向にずらしていくことにより、標本Sにおける右側光路Rからの励起光の入射平面の位置に一致させることとしてもよい。
また、本実施形態では、励起光の切り替えを2つのシャッタ33で行っているが、シャッタ33をなくし、ハーフミラー27を通常のミラーとして、これを光路から出し入れするようにしてもよい。こうすることで、励起光源25の光量をどちらか一方の光路のみに使うことができる。
In the present embodiment, the specimen S is moved so that the position of the incident plane of the excitation light from the right optical path R in the specimen S is shifted in the optical axis direction of the objective
In the present embodiment, the excitation light is switched by the two
また、本実施形態においては、標本Sを挟んで対向する2方向から励起光を入射させる場合を例示して説明したが、これに代えて、異なる3以上の方向から標本Sに励起光を入射させることとしてもよい。また、本実施形態においては、ステージ13を段階的に上昇させながら標本Sに対する励起光の入射平面をずらしていくこととしたが、これに代えて、ステージ13を段階的に下降させながら標本Sに対する励起光の入射平面をずらしていくこととしてもよい。
In the present embodiment, the case where the excitation light is incident from two directions facing each other with the sample S interposed therebetween is described as an example, but instead, the excitation light is incident on the sample S from three or more different directions. It is also possible to make it. In the present embodiment, the incident plane of the excitation light with respect to the specimen S is shifted while raising the
1 顕微鏡
5 照明装置(シート照明光学系)
14 駆動部
15 検出光学系
35 照明制御部(制御部)
37 顕微鏡制御部(制御部)
39 画像処理部
S3 切替ステップ
S4 入射ステップ
S5 検出ステップ
S6 移動ステップ
S8 合成ステップ
1
14
37 Microscope control unit (control unit)
39 Image processing unit S3 switching step S4 incident step S5 detection step S6 moving step S8 compositing step
Claims (4)
該検出光学系の光軸に交差する平面に沿う2以上の方向から、入射方向を択一的に切り替えて前記標本に平面状の励起光を順次入射させるシート照明光学系と、
該シート照明光学系により入射される前記励起光ごとに、前記検出光学系の光軸方向に前記標本を段階的に移動させる駆動部と、
前記検出光学系により取得された前記励起光の入射方向が異なる複数の前記蛍光画像の内、前記駆動部による前記標本の移動に伴って変化する前記検出光学系の光軸方向における前記標本に対する前記励起光の入射平面の位置が略一致する前記蛍光画像を合成する画像処理部とを備える顕微鏡。 A detection optical system for detecting fluorescence emitted from the specimen and acquiring a fluorescence image;
A sheet illumination optical system that sequentially changes the incident direction from two or more directions along a plane intersecting the optical axis of the detection optical system, and sequentially makes planar excitation light incident on the specimen;
A drive unit that moves the sample stepwise in the optical axis direction of the detection optical system for each excitation light incident by the sheet illumination optical system;
Of the plurality of fluorescent images having different incident directions of the excitation light acquired by the detection optical system, the sample with respect to the sample in the optical axis direction of the detection optical system that changes as the sample is moved by the driving unit. A microscope comprising: an image processing unit that synthesizes the fluorescence images in which positions of incident planes of excitation light substantially coincide.
該切替ステップにより切り替えられた方向から前記平面に沿って平面状の励起光を前記標本に入射させる入射ステップと、
該入射ステップにより入射される前記励起光ごとに、検出光学系による前記平面に交差する検出方向に沿って前記標本を段階的に移動させる移動ステップと、
該移動ステップによる前記標本の移動ごとに、前記標本において発生する蛍光を前記検出光学系により検出して蛍光画像を取得する検出ステップと、
該検出ステップにより取得される前記励起光の入射方向が異なる前記蛍光画像の内、前記移動ステップによる前記標本の移動に伴って変化する前記検出方向における前記標本に対する前記励起光の入射平面の位置が略一致する前記蛍光画像を合成する合成ステップとを含む顕微鏡画像取得方法。 A switching step for selectively switching from a plurality of incident directions along parallel planes passing through the sample to any direction;
An incident step of causing planar excitation light to enter the specimen along the plane from the direction switched by the switching step;
A step of moving the sample stepwise along a detection direction intersecting the plane by a detection optical system for each excitation light incident in the incident step;
A detection step of acquiring a fluorescence image by detecting fluorescence generated in the sample by the detection optical system for each movement of the sample by the moving step;
The position of the incident plane of the excitation light with respect to the sample in the detection direction that changes with the movement of the sample by the moving step among the fluorescence images having different incident directions of the excitation light acquired by the detecting step. And a synthesizing step of synthesizing the substantially identical fluorescent images.
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