JP6510239B2 - 蛍光顕微鏡 - Google Patents
蛍光顕微鏡 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6510239B2 JP6510239B2 JP2015002347A JP2015002347A JP6510239B2 JP 6510239 B2 JP6510239 B2 JP 6510239B2 JP 2015002347 A JP2015002347 A JP 2015002347A JP 2015002347 A JP2015002347 A JP 2015002347A JP 6510239 B2 JP6510239 B2 JP 6510239B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- excitation light
- intensity distribution
- fluorescence
- sheet
- image
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 132
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 83
- 238000002073 fluorescence micrograph Methods 0.000 claims description 45
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 31
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 23
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 19
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 16
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 13
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 12
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 claims description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 8
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 8
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 7
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 3
- 239000012472 biological sample Substances 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Description
すなわち、シート照明を検出光学系の光軸位置近傍において、10μm程度の厚さまで集光させるためには、シート照明の開口数を比較的大きくとる必要があり、10μmの厚さ寸法が維持されている範囲は、検出光学系の光軸位置近傍の極めて狭い範囲に限られてしまう。このため、広い範囲に照明するというシート照明の利点が減殺されてしまうという不都合がある。
本発明の一態様は、入射平面に沿うシート状の励起光を標本に入射させるシート照明光学系と、前記入射平面に交差する光軸を備え、前記標本から発せられる蛍光を撮影して蛍光画像を取得する撮像光学系と、前記シート照明光学系による励起光の強度分布を、標本に対して前記光軸方向に、前記シート状の励起光の厚さより小さい変動幅で変動させる強度分布変動部と、該強度分布変動部による強度分布の変動状態と、該変動の前後に取得された2つの蛍光画像における輝度の変化量とに基づいて、前記励起光の厚さより薄いシート状の領域から発生している蛍光の蛍光画像を生成する画像処理部とを備え、該画像処理部が、前記変動の前後の2つの蛍光画像の差分を演算し、演算結果である差画像において正の輝度値を有する領域のみ、および負の輝度値を有する領域のみをそれぞれ抽出した2つの蛍光画像を、前記励起光の厚さより薄いシート状の領域から発生している蛍光の蛍光画像として生成する蛍光顕微鏡を提供する。
このようにすることで、可動絞りを光軸方向に移動させて、励起光の厚さ方向の一部を遮断することにより、励起光の強度分布を標本に対して光軸方向に変動させ、変動の前後において、励起光の強度が低くなった部分に配置されている蛍光物質からの蛍光強度が低下することを利用することができる。すなわち、変動前後の蛍光画像の差分を演算することにより、変動の前後において、蛍光強度が低下した部分のみ、すなわち変動幅に相当する厚さの蛍光強度のみを抽出することができ、広い範囲にわたって高い空間分解能を有する蛍光画像を取得することができる。
このようにすることで、通常のガウシアン分布によって幅方向の端部において強度が低くなっていた励起光の強度分布が、強度分布変位部によって撮像光学系の光軸方向の一方向に変位させられる。そして、強度分布変位部によって変位させられた強度分布のピークに近接する側の端部を可動絞りによって部分的に遮断することにより、変動の前後における蛍光画像の差分を大きくしてコントラストの高い高分解能の蛍光画像を取得することができる。
このようにすることで、強度分布変動部の作動により、標本と励起光の入射平面とを光軸方向に相対的に移動させると、移動の前後において、標本内において、励起光が照射されるようになった領域と、励起光が照射されなくなった領域とが発生する。励起光が照射されるようになった領域からは該領域内の蛍光物質から新たに蛍光が発せられるようになる一方、励起光が照射されなくなった領域からはこれまで発せられていた蛍光が消滅する。これらの蛍光は標本と入射平面との相対的な移動量に等しい厚さを有するので、移動量と同等の空間分解能を有する蛍光画像を生成することができる。
このようにすることで、強度分布変動部の作動により、変動幅の間隔をあけて略平行に配置された2つの入射平面に沿って択一的に励起光を入射させることにより、励起光を入射平面の間隔だけ変動させることができ、変動幅と同等の空間分解能を有する蛍光画像を生成することができる。
このようにすることで、強度変調素子をシート照明光学系の瞳位置において励起光の入射方向に交差する方向に移動させることにより、励起光の強度分布をシート状の励起光の厚さより小さい変動幅で変動させ、広い範囲にわたる高空間分解能の蛍光画像を取得することができる。
このようにすることで、励起光の厚さ方向の各位置毎に推定された蛍光物質を抜き出して空間分解能の高い蛍光画像を取得することができる。
本実施形態に係る蛍光顕微鏡1は、図1に示されるように、シート照明光学系2と、撮像光学系3と、励起光Lの強度分布を変動させる強度分布変動部4と、これらを制御する制御部5と、撮像光学系3により取得された画像を処理する画像処理部6と、画像処理部6により処理された画像を表示するモニタ7とを備えている。
シフタ15は、図4(b)に示されるように、励起光Lの入射平面Tに対して傾斜させた状態で光路内に挿入されることにより、励起光Lを入射平面Tに直交する方向に、シフタ15の傾斜角度に応じた変動幅だけ移動させることができるようになっている。すなわち、図4(a)に示されるように、シフタ15が挿入されていない状態から図4(b)に示されるように、シフタ15を挿入した状態に切り替えると、励起光Lが、所定の変動幅だけ上下方向にシフトするようになっている。
顕微鏡制御部16は、強度分布制御部17に指令して、シフタ15を励起光Lの光路から離脱させた状態として、励起光源8をオン状態に切り替えて励起光Lを射出させるとともに、撮像素子14に標本Pの蛍光画像を取得させた後に、励起光源8をオフ状態に切り替えるようになっている。また、顕微鏡制御部16は、強度分布制御部17に指令して、シフタ15を励起光Lの光路に挿入させた状態として、励起光源8をオン状態に切り替えて励起光Lを射出させるとともに、撮像素子14に標本Pの蛍光画像を取得させた後に、励起光源8をオフ状態に切り替えるようになっている。
本実施形態に係る蛍光顕微鏡1を用いて標本Pの蛍光観察を行うには、ステージ12上に標本Pを搭載し、標本Pの鉛直上方に対物レンズ13を対向させて配置し、制御部5の作動により、強度分布制御部17がシフタ15を励起光Lの光路から離脱させた状態として、顕微鏡制御部16により励起光源8から励起光Lを射出させる。
励起光源8から射出された励起光Lは、コリメートレンズ10およびシリンドリカルレンズ11によってシート状に変換された状態で、シフタ15を通過して、撮像光学系3の光軸Sに直交する水平な入射平面Tに沿って標本Pに入射される。
すなわち、図5に示されるように、シフタ15を挿入する前の状態で取得された図4(c)の蛍光画像G1からシフタ15を挿入した状態で取得された図4(d)の蛍光画像G2が減算され、差画像G3が得られる。差画像G3においては、シフタ15の挿入前において蛍光を発し、シフタ15の挿入後において蛍光を発していない蛍光物質A,Bの画像は、正の輝度値を有する領域として存在する(図中では黒塗りの円により示している。)。
蛍光物質A,Bは、励起光Lの上部に配置された変動幅の厚さを有する領域内に存在するものであるため、正の輝度値を有する領域のみを抽出することにより、そのような極めて小さい厚さ寸法内に存在する蛍光物質A,Bを極めて高い空間分解能で観察することができるという利点がある。
すなわち、図8に示されるように、強度分布変動部4が標本Pに対する励起光Lの強度分布を並進移動させる場合に、励起光Lの強度分布が、励起光Lの厚さ方向の中央にピークを有する正規分布であると考えられる場合には、下式(1)が成立する。
y(x)=exp(−ax2) (1)
ここで、
xは、励起光Lの厚さ方向の中央を原点とした厚さ方向の位置、
y(x)は、位置xにおける励起光Lの強度、
aは定数
である。
y′(x)=−2ax・exp(−ax2) (2)
となる。
そして、式(2)を式(1)で除算した値は、
y′(x)/y(x)=−2ax (3)
となって、位置xに比例する値となる。
すなわち、励起光強度y(x)を励起光Lの強度分布の変動前に取得された蛍光画像(原画像)に置き換え、励起光強度の微分値y′(x)を励起光強度分布の変動前後に取得された蛍光画像の差画像に置き換えることにより、上式(3)は、
(差画像)/(原画像)=−2ax (4)
と変形することができる。
また、励起光Lと標本Pとの相対的な並進移動に代えて、標本Pと励起光Lとを相対的に回転移動させることにしてもよい。
図11は、2以上の励起光源8を用意して複数方向から標本Pに励起光Lを入射させている場合を示している。また、図12は、単一の励起光源8からの励起光Lをハーフミラー21によって分岐して、ミラー22を用いて異なる複数の方向から標本Pに入射させている場合を示している。図中、符号23はシャッタである。
例えば、図13に示す例では、入射平面Tに直交する方向に透過率の異なる減光フィルタ(強度変調素子)24をコリメートレンズ10とシリンドリカルレンズ11との間に挿脱することにより、減光フィルタ24が離脱されているときの励起光束の中央にピークを有する強度分布と、減光フィルタ24が挿入されたときの、ピークを一側に偏らせた強度分布とを切り替えることにしてもよい。
2 シート照明光学系
3 撮像光学系
4 強度分布変動部
6 画像処理部
15 シフタ(強度分布変位部)
18 ガルバノミラー(強度分布変位部)
20 可動絞り
24 減光フィルタ(強度変調素子)
L 励起光
P 標本
S 光軸
T 入射平面
Claims (7)
- 入射平面に沿うシート状の励起光を標本に入射させるシート照明光学系と、
前記入射平面に交差する光軸を備え、前記標本から発せられる蛍光を撮影して蛍光画像を取得する撮像光学系と、
前記シート照明光学系による励起光の強度分布を、標本に対して前記光軸方向に、前記シート状の励起光の厚さより小さい変動幅で変動させる強度分布変動部と、
該強度分布変動部による強度分布の変動状態と、該変動の前後に取得された2つの蛍光画像における輝度の変化量とに基づいて、前記励起光の厚さより薄いシート状の領域から発生している蛍光の蛍光画像を生成する画像処理部とを備え、
該画像処理部が、
前記変動の前後の2つの蛍光画像の差分を演算し、
演算結果である差画像において正の輝度値を有する領域のみ、および負の輝度値を有する領域のみをそれぞれ抽出した2つの蛍光画像を、前記励起光の厚さより薄いシート状の領域から発生している蛍光の蛍光画像として生成する蛍光顕微鏡。 - 前記強度分布変動部が、前記光軸方向に移動可能に設けられ、前記励起光の厚さ方向の一部を遮断する可動絞りである請求項1に記載の蛍光顕微鏡。
- 前記強度分布変動部が、前記励起光の強度分布のピークを前記光軸方向一方向に変位させる強度分布変位部を備え、
前記可動絞りが、前記強度分布変位部により前記ピークが近接する側の前記光軸方向の端部を部分的に遮断する請求項2に記載の蛍光顕微鏡。 - 前記強度分布変動部が、前記標本と前記入射平面とを前記光軸方向に相対的に移動させる請求項1に記載の蛍光顕微鏡。
- 前記シート照明光学系が、前記変動幅の間隔をあけて略平行に配置された2つの入射平面に沿って励起光を入射可能に設けられ、
前記強度分布変動部が、前記シート照明光学系の励起光を入射させる入射平面を択一的に切り替える請求項4に記載の蛍光顕微鏡。 - 前記強度分布変動部が、前記シート照明光学系の瞳位置に前記励起光の入射方向に交差する方向に移動可能に設けられた強度変調素子を備える請求項1に記載の蛍光顕微鏡。
- 前記強度分布変動部が、前記励起光の強度分布のピークを前記光軸方向一方向に変位させ、
前記画像処理部が、2つの蛍光画像の差画像を強度分布の変動前の蛍光画像で除算した値に基づいて標本内における蛍光物質の位置を推定する請求項1に記載の蛍光顕微鏡。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015002347A JP6510239B2 (ja) | 2015-01-08 | 2015-01-08 | 蛍光顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015002347A JP6510239B2 (ja) | 2015-01-08 | 2015-01-08 | 蛍光顕微鏡 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016126274A JP2016126274A (ja) | 2016-07-11 |
JP6510239B2 true JP6510239B2 (ja) | 2019-05-08 |
Family
ID=56359438
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015002347A Active JP6510239B2 (ja) | 2015-01-08 | 2015-01-08 | 蛍光顕微鏡 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6510239B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7262114B2 (ja) * | 2019-07-26 | 2023-04-21 | 国立研究開発法人理化学研究所 | 顕微鏡、顕微鏡で試料を撮像する方法、プログラム、および制御装置 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007015063B4 (de) * | 2007-03-29 | 2019-10-17 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Optische Anordnung zum Erzeugen eines Lichtblattes |
DE102007045897A1 (de) * | 2007-09-26 | 2009-04-09 | Carl Zeiss Microimaging Gmbh | Verfahren zur mikroskopischen dreidimensionalen Abbildung einer Probe |
JP5190886B2 (ja) * | 2008-12-11 | 2013-04-24 | 株式会社ブイ・テクノロジー | 蛍光顕微鏡 |
DE102010044013A1 (de) * | 2010-11-16 | 2012-05-16 | Carl Zeiss Microimaging Gmbh | Tiefenauflösungsgesteigerte Mikroskopie |
US9074980B2 (en) * | 2011-01-20 | 2015-07-07 | Industry-University Corporation Foundation Hanyang University | Method for the toxicity assessments of nano-materials |
JP6086366B2 (ja) * | 2013-04-05 | 2017-03-01 | 国立研究開発法人理化学研究所 | 顕微鏡、焦準器具、流体保持器具、及び光学ユニット |
-
2015
- 2015-01-08 JP JP2015002347A patent/JP6510239B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016126274A (ja) | 2016-07-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8472113B2 (en) | Scanning microscope and method for light-microscopic imaging of an object | |
US10181190B2 (en) | Microscope and microscope image acquisition method | |
JP5601539B2 (ja) | 3次元方向ドリフト制御装置および顕微鏡装置 | |
EP2573607B1 (en) | Image processing apparatus, fluorescence microscope apparatus, and image processing program | |
JP2017167535A (ja) | ライトフィールド顕微鏡および照明方法 | |
JP6522361B2 (ja) | 蛍光顕微鏡 | |
JP5038094B2 (ja) | レーザー走査型顕微鏡 | |
JP2015135463A (ja) | 顕微鏡装置、及び、顕微鏡システム | |
JP2005292839A (ja) | スリット共焦点顕微鏡およびその作動方法 | |
CN105452931B (zh) | 高分辨率3d荧光显微术 | |
US10642012B2 (en) | Laser scanning microscope, and laser scanning microscope control method | |
US20150022651A1 (en) | Predictive Focusing for Image Scanning Systems | |
JP6510239B2 (ja) | 蛍光顕微鏡 | |
JP2010091694A (ja) | 走査型顕微鏡 | |
JP2009288321A (ja) | 顕微鏡 | |
JP5834638B2 (ja) | 対物レンズユニット及びこの対物レンズユニットを有する走査型顕微鏡 | |
JP6702807B2 (ja) | 電子顕微鏡および画像取得方法 | |
JP6698421B2 (ja) | 観察装置および方法並びに観察装置制御プログラム | |
JP2018194634A (ja) | ライトフィールド顕微鏡 | |
EP3282300B1 (en) | Microscope | |
JP6812562B2 (ja) | 観察装置および方法並びに観察装置制御プログラム | |
JP2010286799A (ja) | 走査型顕微鏡 | |
JP2011008000A (ja) | 蛍光観察装置および蛍光観察方法 | |
JP2010160371A (ja) | 共焦点顕微鏡 | |
JP2015220130A (ja) | 光学顕微装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20171220 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180829 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180918 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20181116 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190116 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190319 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190404 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6510239 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |