JP7134727B2 - disk scanning microscope - Google Patents
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Description
観察物体の超解像を得るディスク走査型顕微鏡に関する。 The present invention relates to disk scanning microscopes for obtaining super-resolution of observed objects.
共焦点顕微鏡の形態のひとつとして、ディスク走査型顕微鏡が知られている。ディスク走査型顕微鏡は、対物レンズの焦点位置と共役な位置に、表面に複数の開口をもつ共焦点板であるディスクを有する。この顕微鏡によれば、合焦位置の情報のみを取得できるとともに、ディスクを回転させることにより、ディスクを経由することで観察物体中の異なる位置の光学像を順次取得することができ、高速な観察を可能とする。 A disk scanning microscope is known as one form of confocal microscope. A disk scanning microscope has a disk which is a confocal plate with a plurality of apertures on its surface at a position conjugate to the focal position of the objective lens. According to this microscope, it is possible to obtain only information on the focal position, and by rotating the disk, it is possible to sequentially obtain optical images at different positions in the observation object via the disk, thereby achieving high-speed observation. enable
近年、共焦点顕微鏡において超解像観察(通常の光学系の解像限界を超えた解像度を得る観察)を実現する技術の一つとして、ISM(Image Scannning Microscopy)が知られている。ISMでは、観察物体からの光スポット像をアレイ検出器で検出する。アレイの各画素は共焦点開口と同様に機能するため、複数の共焦点画像が同時に得られるが、その際、これらの共焦点画像は重心位置がずれたものとなる。
図7は、重心位置のずれについて説明した図である。照明PSF(PSFill)の中心からdずれた位置の検出器では、検出PSF(PSFdet)の位置もdずれる。そのため、共焦点顕微鏡としてのPSFの重心位置もずれることになり、照明PSFと検出PSFの形状が同じだとすれば、そのズレ量はd/2となる。
この重心位置のズレに補正をいれて観察することで、高解像と高検出効率を両立させることができる。ISMに関する技術は、例えば、非特許文献1に記載されている。
2. Description of the Related Art In recent years, ISM (Image Scanning Microscopy) is known as one of techniques for realizing super-resolution observation (observation with resolution exceeding the resolution limit of a normal optical system) in a confocal microscope. In ISM, an array detector detects a light spot image from an observed object. Since each pixel in the array functions like a confocal aperture, multiple confocal images can be obtained simultaneously, but the confocal images are centroidally shifted.
FIG. 7 is a diagram for explaining deviation of the center-of-gravity position. For a detector that is d displaced from the center of the illumination PSF (PSF ill ), the detection PSF (PSF det ) is also d displaced. Therefore, the position of the center of gravity of the PSF as a confocal microscope also shifts, and if the shapes of the illumination PSF and the detection PSF are the same, the amount of shift is d/2.
High resolution and high detection efficiency can be achieved at the same time by correcting the deviation of the position of the center of gravity for observation. Techniques related to ISM are described in Non-Patent Document 1, for example.
特許文献1には、ディスク走査型顕微鏡において、ISMと同様の超解像観察を実現する手法が記載されている。特許文献1の手法では、共焦点板上に、共焦点板の複数の開口を覆う複数のレンズ要素を有するレンズアレイを付加的に設ける。このレンズアレイが重心位置補正の作用を果たすことにより、ISMと同様の超解像観察を実施可能としている。重心位置補正の適切な量は光学系によって変化するが、照明PSFと検出PSFの形状が同じとみなせる場合は、検出位置中心からのズレ量の1/2が適切な補正量となる。つまり、レンズアレイにより各スポットを共焦点板の開口上に1/2倍して投影することで、適切な重心位置補正をおこなうことができる。
なお、レンズアレイによる各スポットの開口上への投影倍率は、光学系に合わせて設計することができる。例として照明PSFが検出PSFよりも大きい場合を図8に示す。この場合、検出中心位置からのズレ量dの場合における重心位置ズレ量d’は、d/2より大きくなる。したがってレンズアレイによる各スポットの最適な投影倍率は、1/2倍より大きくなる。
Patent Literature 1 describes a technique for realizing super-resolution observation similar to ISM in a disk scanning microscope. In the technique of Patent Document 1, a lens array having a plurality of lens elements covering a plurality of apertures of the confocal plate is additionally provided on the confocal plate. This lens array functions to correct the position of the center of gravity, enabling super-resolution observation similar to that of ISM. The appropriate amount of center-of-gravity position correction varies depending on the optical system, but if the shapes of the illumination PSF and the detection PSF can be considered the same, the appropriate amount of correction is 1/2 of the amount of deviation from the center of the detection position. In other words, by projecting each spot onto the aperture of the confocal plate with a magnification of 1/2 using the lens array, it is possible to appropriately correct the position of the center of gravity.
The projection magnification of each spot onto the aperture by the lens array can be designed according to the optical system. FIG. 8 shows an example in which the illumination PSF is larger than the detection PSF. In this case, the center-of-gravity position shift amount d′ in the case of the shift amount d from the detection center position is larger than d/2. Therefore, the optimum projection magnification of each spot by the lens array is greater than 1/2.
通常の共焦点観察と超解像観察とを実施する場合、レンズアレイを設けないディスクと、特許文献1で示されるレンズアレイを設けたディスクと、を交換する例が考えられる。一方、ディスクから標本面への適切な投影倍率は、使用するディスク毎で異なる場合がある。超解像観察時に適切な投影倍率から外れてしまえば、照明PSFが変更されてしまい、超解像を得るためのレンズアレイの投影倍率が変化するため、超解像を得ることができなくなる。従って、用途に応じてディスクを交換する構成において、ディスク本来の十分な性能を引き出すことが困難な局面が起こり得る。 When performing normal confocal observation and super-resolution observation, an example of exchanging a disc without a lens array with a disc with a lens array disclosed in Patent Document 1 can be considered. On the other hand, the appropriate projection magnification from the disc to the specimen surface may differ depending on the disc used. If the projection magnification deviates from the appropriate one during super-resolution observation, the illumination PSF will be changed, and the projection magnification of the lens array for obtaining super-resolution will change, making it impossible to obtain super-resolution. Therefore, in a configuration in which disks are exchanged depending on the application, a situation may arise in which it is difficult to bring out the full performance inherent in the disks.
以上の実情を鑑みて、本発明では、良好な超解像観察を実行し、超解像観察と通常観察とを切り替えて実行することができるディスク走査型顕微鏡を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a disk scanning microscope capable of performing excellent super-resolution observation and switching between super-resolution observation and normal observation.
本発明の一態様におけるディスク走査型顕微鏡は、観察物体上の照明スポットに照明光を照射し、前記観察物体から発生する光を取り込む対物レンズと、前記照明光の走査を行う走査光学系と、前記照明スポットに照明光が照射されることで発生した光の発生位置の光学像であるスポット像を形成し、複数の異なる前記発生位置の前記スポット像の集合が形成する全体の光学像の投影倍率を変更可能な中間変倍光学系と、撮像装置と、前記光学像をリレーし、前記撮像装置へ結像するリレー光学系と、を備え、前記走査光学系は、遮光部である表面上において複数の開口が形成され、該複数の開口を覆うマイクロレンズを有する1つ以上の超解像観察用の第1ディスクと、遮光部である表面上において複数の開口が形成された1つ以上の共焦点観察用の第2ディスクと、前記第1ディスクと前記第2ディスクを、前記スポット像が形成される位置に切り替えて配置するディスク切り替え機構と、制御装置と、を含み、前記制御装置は、使用者からの入力に基づき、前記第1ディスクまたは前記第2ディスクを前記スポット像が形成される位置に切り替えて配置するように前記ディスク切り替え機構を制御するとともに、前記第1ディスクまたは前記第2ディスクが各スポット像の形成位置に配置された際に、前記スポット像の形成位置に配置されている当該ディスクに合った全体の光学像の投影倍率となるように前記中間変倍光学系を制御し、前記マイクロレンズは、前記第1ディスクが前記スポット像が形成される位置に配置されたとき、前記スポット像を縮小することを特徴とする。 A disk scanning microscope according to one aspect of the present invention includes an objective lens that irradiates an illumination spot on an observation object with illumination light and captures light generated from the observation object, a scanning optical system that scans the illumination light, forming a spot image that is an optical image of the light generation position generated by irradiating the illumination spot with the illumination light, and projecting the entire optical image formed by a set of the spot images of the plurality of different generation positions. An intermediate variable power optical system capable of changing magnification, an imaging device, and a relay optical system that relays the optical image and forms an image on the imaging device, wherein the scanning optical system is a light shielding portion on the surface One or more first disks for super-resolution observation having a plurality of apertures formed in the first disk and having microlenses covering the plurality of apertures; a second disk for confocal observation, a disk switching mechanism for switching and arranging the first disk and the second disk at a position where the spot image is formed, and a control device , wherein the control device controls the disc switching mechanism to switch and arrange the first disc or the second disc to a position where the spot image is formed, based on an input from the user, and controls the first disc or the When the second disc is placed at each spot image forming position, the intermediate variable magnification optical system is arranged so that the projection magnification of the entire optical image is suitable for the disc placed at the spot image forming position. is controlled, and the microlens reduces the spot image when the first disk is placed at a position where the spot image is formed.
本発明によれば、良好な超解像観察を実行し、超解像観察と通常観察とを切り替えて実行することができるディスク走査型顕微鏡を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a disk scanning microscope capable of performing excellent super-resolution observation and switching between super-resolution observation and normal observation.
以下、第1の実施形態におけるディスク走査型顕微鏡システム100について説明する。図1は、ディスク走査型顕微鏡システム100の構成を示す図である。
A disk
ディスク走査型顕微鏡100は、光源ユニット1、光ファイバー2、ビームエキスパンダ3、走査光学系60、中間変倍光学系30、レンズ11、対物レンズ12、リレー光学系35、撮像装置15、画像処理ボード16、外部記憶装置17、モニター18、制御装置20を備える。
A
光源ユニット1は、観察物体である標本Sを照明するための照明光を出力する。光ファイバー2は光源ユニット1の照明光を導光し、ビームエキスパンダ3は照明光束を適切な大きさに調整する。
A light source unit 1 outputs illumination light for illuminating a sample S, which is an observation object. The
走査光学系60は、ディスクユニット40、50、ターレット65、モーター19を有している。走査光学系60は、照明光の走査を行う。ディスクユニット40及びディスクユニット50は、ターレット65によってディスク走査型顕微鏡100の光路上に対して挿脱可能な状態となっている。図1の例では、ディスクユニット40がディスク走査型顕微鏡100の光路上に配置されている様子が示されている。
The scanning
図2は、ディスクユニット40、50の構成を示す図である。ディスクユニット40は、照明ディスク41、共焦点ディスク42を有している。照明ディスク41、共焦点ディスク42は、光路上へ配置された状態において、モーター19によって軸43を中心として一体に回転移動する。以下、図1に示すように、ディスクユニット40が光路上に配置されている状態を例として、ディスクユニット40の構成について説明する。
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the
照明ディスク41は、ディスク表面上に複数のマイクロレンズ41aが配置されている。共焦点ディスク42は、照明ディスク41のマイクロレンズ41aの直下となる位置において、遮光部であるディスク表面42c上に複数の開口42aを有している。即ち、照明ディスク41のマイクロレンズ41aを介した照明光が共焦点ディスク42の開口42aを通過するように配置されている。照明ディスク41がマイクロレンズ41aを有することで、共焦点ディスク42の開口以外のディスク表面42cで照明光が遮光されることを防ぎ、照明効率の向上を図ることができる。
The
共焦点ディスク42には、ディスク表面42c上に複数の開口42aが形成されている。共焦点ディスク42は、例えば開口が一定間隔毎に配置されたニポウディスクである。共焦点ディスク42を回転させることで、対物レンズ12を介して照明光を標本S上の異なる複数の位置へ順次照射する走査手段として機能する。尚、照明光が照射された標本S上の各々の小領域を、照明スポットと表記する。また、共焦点ディスク42は、対物レンズ12の前側焦点位置と共役な位置に配置され、即ち中間変倍光学系30が観察物体である標本Sの光学像を形成する位置に配置されている。ここでいう光学像は、1つの照明スポットに照明光が照射されることで発生した光のその発生位置の光学像であるスポット像を含む。より詳しくは、走査光学系60の走査に伴い、各照明スポットへの照明に伴い発生する複数の異なる光の発生位置からの各スポット像の集合が全体の光学像を形成している。そして共焦点ディスク42は、ダイクロイックミラー6を経由することで標本Sの各スポット像を後段の撮像装置15へリレーする。即ち、共焦点ディスク42の各開口42aが光路上に配置された際、各開口42aの位置と対物レンズ12の前側焦点位置とが共役な位置となる。従って、合焦位置から発生する光のみを撮像に用いることができる。
The
さらに、共焦点ディスク42は、複数の開口42aを覆うマイクロレンズ42bを標本S側である表面に有している。共焦点ディスク42がマイクロレンズ42bを有することにより、標本S側から入射した光線の集光角を増やしている。それにより、各スポット像が、縮小される。具体的には、各々のスポット像内の分布が、共焦点ディスク42がマイクロレンズ42bを有さない場合と比べて、マイクロレンズ42bの作用により開口42aの中央寄りに向かって変位する。即ち、マイクロレンズ42bは、後述するターレット65により各スポット像が形成される位置に共焦点ディスク42が配置されたとき、各スポット像を縮小するように作用する。尚、マイクロレンズ42bには、走査光学系60により標本S上で照明光を走査することで得られた全体の光学像を縮小する作用はない。
Further, the
一般に、顕微鏡においてスポット像を取得する際、エアリーディスク内の中心軸外の光は、標本Sを照明する照明系側の照明PSFと標本Sのスポット像を形成する結像側の結像PSFの間で重心位置のズレが生じている。そのため、撮像装置15のようなアレイ型の検出器を用いた場合、そのようなズレが取得された画像に反映されてしまう。尚、エアリーディスク内の各位置における重心位置のズレは、照明PSFと結像PSFのそれぞれのピーク位置の間の距離の1/2程度であることが知られている。
In general, when acquiring a spot image with a microscope, light outside the central axis in the Airy disk is divided into an illumination PSF on the illumination system side that illuminates the sample S and an imaging PSF on the imaging side that forms the spot image of the sample S. There is a shift in the center of gravity position between them. Therefore, when an array-type detector such as the
このことから、観察面から生じた各スポット像の大きさを1/2倍となるように縮小することで、重心位置のずれを補正することができる。つまり、重心位置のずれによるボケを除去し、共焦点光学系の解像限界を超えた解像度である超解像を得ることが可能となる。ディスク走査型顕微鏡100では、マイクロレンズ42bが、標本Sからの光の開口42aへ到達する際の拡がり角が大きくなるように変更することで、観察面から生じた各スポット像の大きさを1/2倍となるように縮小することを実現している。
For this reason, by reducing the size of each spot image generated from the viewing plane by a factor of 1/2, the shift in the position of the center of gravity can be corrected. In other words, it is possible to remove the blur caused by the deviation of the center of gravity position and obtain super-resolution, which is a resolution exceeding the resolution limit of the confocal optical system. In the
ディスクユニット50は、照明ディスク51、共焦点ディスク52を有している。照明ディスク51は、照明ディスク41と等しい。また、共焦点ディスク52は、マイクロレンズ42bを有さない点で共焦点ディスク42と異なるがそれ以外の構成は同様である。即ち、ディスクユニット50は、重心位置補正による超解像観察をおこなわない、通常の共焦点観察を実行するためのディスクユニットである。
The
ターレット65は、ディスクユニット40、50を中間変倍光学系30によりスポット像が形成される位置に切り替えて配置する。ターレット65は、ディスクユニット40、50を切り替えて配置することからディスク切り替え機構とも表記する。
The
中間変倍光学系30は、レンズ11と走査光学系60の間に設けられている。中間変倍光学系30は、対物レンズ12が取り込んだ標本S上の照射位置からの光を導光し、各スポット像を走査光学系60へ形成する。また、中間変倍光学系30は、中間変倍光学系30の投影倍率を変更する。中間変倍光学系30が変更する投影倍率とは、各照明スポットへの照明に伴い発生する複数の異なる光の発生位置からの各スポット像の集合が形成する全体の光学像の投影倍率を指す。中間変倍光学系30は、台座8、レンズ群7、レバー9、モーター10、ミラー7a、7b、8a、8bを含む。レンズ群7は、標本Sからの光を拡大投影する拡大倍率を有するレンズ群である。
The intermediate variable power
台座8は、ミラー8a、8bを支持するとともに、レバー9に連結されている。モーター10がレバー9を移動させることにより台座8の位置が変更される。対物レンズ12の光軸上にミラー8a、8bが配置されるように台座8の位置を変更し、光がレンズ群7を経由する。一方、光軸上からミラー8a、8bが除外されるように台座8の位置を変更することで、光がレンズ群7を経由しない。即ち、中間変倍光学系30は、投影倍率の異なる二つの光学系を切り替える。
A
図3は、ディスク走査型顕微鏡100とは異なり中間変倍光学系を有さない光学系200に対しディスクを切り替えて配置した場合に起こり得る問題について説明するための図である。図3左には、ディスクユニット50が有する共焦点ディスク52に相当するディスク210が光学系中に配置されており、図3右には、ディスクユニット40が有する共焦点ディスク42に相当するディスク220が光学系中に配置されている状態を示している。例えば、図3左から図3右の状態とした場合、即ち使用するディスクを開口にマイクロレンズ221が覆われているものに置き換えた場合、標本S照明時に開口を通過した光の拡がり角がマイクロレンズ221による作用で縮小される。そのため、対物レンズの瞳位置での光束径の大きさが本来設定されるべき大きさよりも小さくなり、照明PSFが変更されてしまう場合がある。
FIG. 3 is a diagram for explaining a problem that may occur when a disc is switched and placed in the
単にディスクを切り替えるのみでは、ディスク毎に設定されるべき全体の光学像の投影倍率が異なると、照明スポットの大きさが変わる場合があり、解像度の劣化が生じてしまう。 If the projection magnification of the entire optical image, which should be set for each disc, differs by simply switching discs, the size of the illumination spot may change, resulting in degradation of resolution.
また、超解像を得るためにマイクロレンズの作用でスポット像の変位を行うディスクユニット40の構成では、照明PSFが変更されてしまうと超解像を得るために必要となるスポット像の変位量が変わってしまう。マイクロレンズによる変異量と超解像を得るために必要な変異量との相違が大きいと、マイクロレンズによる変位によって重心位置のズレをかえって増大させる場合も考えられる。この場合、本来の超解像性能を得ることができないのみならず、通常の共焦点観察よりも解像が劣ることになる。つまり、ディスクユニット40の構成では全体の光学像の投影倍率を適切にあわせることが特に重要となる。しかしながらディスク走査型顕微鏡200の構成では、全体の光学像の投影倍率を適切にあわせることができず、本来の観察用途における性能が得られなくなる場合がある。
In addition, in the configuration of the
一方、ディスク走査型顕微鏡100では、使用するディスク毎に中間変倍光学系30が投影倍率を適切となるように変更することで、上記の問題を防ぐことができる。図4は、通常の共焦点観察用のディスクユニット50が光路上に挿入された状態を示し、このとき台座8がモーター10により移動されて、光がレンズ群7を通らない。そして図1に示される、超解像観察用のディスクユニット40が光路上に挿入された状態としたとき、台座8がモーター10により移動されて、光がレンズ群7を通るようになる。即ち、中間変倍光学系30は、ターレット65がディスクユニット40を各スポット像が形成される位置に配置したとき、マイクロレンズ42bのないディスクユニット50よりも投影倍率を高倍となるようにする。
On the other hand, in the
本例では、超解像観察時にレンズ群7を経由するようにすることで、光束径が対物レンズ12の瞳を十分に満たすようになり、適切な照明PSFを確保している。
In this example, by passing through the lens group 7 during super-resolution observation, the luminous flux diameter sufficiently fills the pupil of the
以上のディスク走査型顕微鏡100によれば、中間変倍光学系30の投影倍率をディスク毎に適切となる投影倍率に変更することで、光束径が対物レンズ12の瞳径を十分に満たすように調節でき、ディスク本来の性能を損なうことなく観察を実施できる。特にディスクユニットを切り替える構成において、照明PSFが変更されてしまうことを防ぐことができるため、良好な超解像観察を行いつつ、通常の共焦点観察を実行することができる。
According to the
尚、ディスクユニット40とディスクユニット50との間で共焦点ディスクに形成された開口の大きさが異なる場合も考えられる。そのような場合であっても、ディスクユニット40、50が光路上に配置された際にそれぞれのディスクユニットに適した投影倍率となるように中間変倍光学系30が調節されればよい。特に、超解像観察を良好に行うべく、中間変倍光学系30は、超解像観察用のディスクユニット40を光路上に配置した際に、ディスクユニット40がマイクロレンズ42bを有さない場合よりも投影倍率を高倍とするものが好ましい。また、ディスクユニットは、二つ以上を切り替え可能となるように配置するものであってもよく、中間変倍光学系30についてもレンズ群7のみならず複数の異なる投影倍率の光学系を切り替え可能に有していてもよい。
It is conceivable that the
リレー光学系35は、ダイクロイックミラー6の後段に設置され、蛍光フィルタ13、レンズ14を含む。リレー光学系35は、走査光学系60に形成された各スポット像を撮像装置15へリレーし、結像する。
A relay
制御装置20は、ディスク走査型顕微鏡100の各構成を制御するためのコンピュータである。制御装置20は、例えば画像処理時に、接続された画像処理ボード16を使用すること及び、外付けの外部記憶装置17へデータを記録することを行ってもよい。
モニター18は、制御装置20から出力される画像を表示する。
The
A
図5は、制御装置20の機能構成を示す図である。制御装置20は、中間変倍制御部21、ディスク切り替え制御部22、光源制御部23、露光制御部24、走査制御部25、画像制御部26を有している。
FIG. 5 is a diagram showing the functional configuration of the
中間変倍制御部21は、中間変倍光学系30を制御する。より詳しくは、制御装置20に接続されるキーボード等の入力装置からの使用者による入力に基づき、モーター19を駆動させることで投影倍率を変更する。中間変倍制御部21は、ディスクユニット40またはディスクユニット50が各スポット像の形成位置に配置された際に、中間変倍光学系30が投影倍率を変更するように制御を行ってもよい。または、使用者から超解像観察を行う旨の入力を検出した際に、後述するディスク切り替え制御部22により自動的に該当するディスクが配置され、中間変倍制御部21が該当するディスクに合った投影倍率となるように制御を行ってもよい。
The intermediate variable
ディスク切り替え制御部22は、入力装置からの使用者による入力に基づき、ターレット65を回転制御することによって、光路上に配置するディスクユニット40、50の切り替えの制御を行う。
The disc
光源制御部23は、光源ユニット1のON、OFF、及び、出力する照明光の強度の変更を制御する。
The light
露光制御部24は、撮像装置15の露光時間を制御する。
The
走査制御部25は、モーター19を制御することで設置されたディスクユニットを回転させ、標本S上での照明光の走査を行う。
The
画像制御部26は、撮像装置15が撮像した画像に対して画像処理をおこなう演算装置である。画像制御部26は、例えば、ディスクユニット40による超解像観察データに対して、超解像成分を強調するデジタル処理をおこなって画像の解像を強化しても良い。なお、超解像成分とは、結像光学系のカットオフ周波数を超える高周波成分である。また、ディスクユニット50による共焦点観察データに対して、共焦点画像データに含まれる超解像成分を強調するデジタル処理をおこなってもよい。デジタル処理の例として、フーリエフィルタまたはコンボリューションフィルタ、またはデコンボリューションなどの手法を使用することができる。
The
以上の結果、ディスクユニットの切替と、配置されたディスクユニットに対応した中間変倍光学系30の制御が制御装置20によって自動で行われることで、使用者の負担を軽減できる。
As a result, the switching of the disc unit and the control of the intermediate variable magnification
また、中間変倍光学系30は、ディスクユニットの切り替えだけでなく、使用する対物レンズの種類(NAの異なる対物レンズ等)によって投影倍率の変更を行ってもよい。即ち、中間変倍制御部21が、対物レンズの切り替えが実行された際に、中間変倍光学系30による投影倍率の変更を制御してもよい。
Further, the intermediate variable magnification
また、走査光学系60は、複数の種類の、超解像観察を行うためのディスクユニット40や通常の共焦点観察を実行するためのディスクユニット50を備えていてもよい。例えば、開口径や開口間隔が異なる複数のディスクユニット40、ディスクユニット50が用意されていてもよい。また、走査光学系60は、マイクロレンズの倍率が異なる複数のディスクユニット50を備えていても良い。換言すると走査光学系60は、1つ以上のディスクユニット40、ディスクユニット50を有しているものであればよい。
Moreover, the scanning
また、中間変倍光学系30の変形例である中間変倍光学系150について説明する。図6は、変形例における中間変倍光学系150の構成を示す。中間変倍光学系150は、レンズ151、152、153を含む。レンズ151、レンズ152、レンズ153の少なくともいずれかはモーターにより光路上の位置が変更される。レンズ151からレンズ153は、全体としてズームレンズとして機能するため、特定の範囲における任意の投影倍率を設定することができ、システムとしての柔軟性が増す。
Also, an intermediate variable power
ディスク走査型顕微鏡100が中間変倍光学系150を有する場合、投影倍率の切り替えをレンズの移動により実行する。中間変倍光学系150によれば、台座8を移動させるよりも少ない駆動に係るエネルギーで投影倍率の切り替えが可能となる。また、ズームレンズの代わりに特定の投影倍率でのみ結像位置が保たれるバリフォーカルレンズを含む構成として、レンズ系を簡略化してもよい。
When the
上述した実施形態は、発明の理解を容易にするために具体例を示したものであり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。上述したディスク走査型顕微鏡は、特許請求の範囲に記載した本発明を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。 The above-described embodiments are specific examples for easy understanding of the invention, and the invention is not limited to these embodiments. Various modifications and alterations can be made to the disk scanning microscope described above without departing from the scope of the present invention as defined in the claims.
1 光源ユニット
2 光ファイバー
3 ビームエキスパンダ
6 ダイクロイックミラー
7 レンズ群
7a、7b、8a、8b ミラー
8 台座
9 レバー
10 モーター
11、14 レンズ
12 対物レンズ
13 蛍光フィルタ
15 撮像装置
16 画像処理ボード
17 外部記憶装置
18 モニター
19 モーター
20 制御装置
21 中間変倍制御部
22 ディスク切り替え制御部
23 光源制御部
24 露光制御部
25 走査制御部
26 画像制御部
35 リレー光学系
40、50 ディスクユニット
41、51 照明ディスク
42、52 共焦点ディスク
60 走査光学系
65 ターレット
41a、51a、42b マイクロレンズ
42a、52a 開口
42c、52b 遮光板
1
Claims (6)
前記照明光の走査を行う走査光学系と、
前記照明スポットに照明光が照射されることで発生した光の発生位置の光学像であるスポット像を形成し、複数の異なる前記発生位置の前記スポット像の集合が形成する全体の光学像の投影倍率を変更可能な中間変倍光学系と、
撮像装置と、
前記光学像をリレーし、前記撮像装置へ結像するリレー光学系と、を備え、
前記走査光学系は、
遮光部である表面上において複数の開口が形成され、該複数の開口を覆うマイクロレンズを有する1つ以上の超解像観察用の第1ディスクと、
遮光部である表面上において複数の開口が形成された1つ以上の共焦点観察用の第2ディスクと、
前記第1ディスクと前記第2ディスクを、前記スポット像が形成される位置に切り替えて配置するディスク切り替え機構と、
制御装置と、を含み、
前記制御装置は、使用者からの入力に基づき、前記第1ディスクまたは前記第2ディスクを前記スポット像が形成される位置に切り替えて配置するように前記ディスク切り替え機構を制御するとともに、前記第1ディスクまたは前記第2ディスクが各スポット像の形成位置に配置された際に、前記スポット像の形成位置に配置されている当該ディスクに合った全体の光学像の投影倍率となるように前記中間変倍光学系を制御し、
前記マイクロレンズは、前記第1ディスクが前記スポット像が形成される位置に配置されたとき、前記スポット像を縮小する
ことを特徴とするディスク走査型顕微鏡。 an objective lens that irradiates an illumination spot on an observation object with illumination light and captures the light emitted from the observation object;
a scanning optical system that scans the illumination light;
forming a spot image that is an optical image of the light generation position generated by irradiating the illumination spot with the illumination light, and projecting the entire optical image formed by a set of the spot images of the plurality of different generation positions. an intermediate variable magnification optical system capable of changing magnification;
an imaging device;
a relay optical system that relays the optical image and forms an image on the imaging device;
The scanning optical system is
one or more first discs for super-resolution observation having a plurality of openings formed on a surface that is a light shielding portion and having microlenses covering the plurality of openings;
one or more second discs for confocal observation in which a plurality of apertures are formed on a surface that is a light shielding portion;
a disc switching mechanism for switching and arranging the first disc and the second disc at a position where the spot image is formed;
a controller ;
The control device controls the disc switching mechanism to switch and arrange the first disc or the second disc to a position where the spot image is formed, based on an input from a user, and When the disc or the second disc is placed at each spot image forming position, the intermediate variable is provided so that the projection magnification of the entire optical image is suitable for the disc placed at the spot image forming position. controls the magnification optics,
The disk scanning microscope, wherein the microlens reduces the spot image when the first disk is placed at a position where the spot image is formed.
前記中間変倍光学系は、前記ディスク切り替え機構が前記第1ディスクを前記スポット像が形成される位置に配置したとき、前記対物レンズが取り込んだ光が前記対物レンズの瞳径を満たすように前記投影倍率を変更する
ことを特徴とするディスク走査型顕微鏡。 The disk scanning microscope of claim 1, wherein
The intermediate variable-magnification optical system is such that when the disc switching mechanism places the first disc at a position where the spot image is formed, the light captured by the objective lens fills the pupil diameter of the objective lens. A disk scanning microscope characterized by changing the projection magnification.
前記中間変倍光学系は、前記投影倍率が異なる2つ以上の光学系を切り替える
ことを特徴とするディスク走査型顕微鏡。 In the disk scanning microscope according to claim 1 or claim 2,
The disk scanning microscope, wherein the intermediate variable magnification optical system switches between two or more optical systems having different projection magnifications.
前記中間変倍光学系は、ズームレンズを含む
ことを特徴とするディスク走査型顕微鏡。 In the disk scanning microscope according to claim 1 or claim 2,
A disk scanning microscope, wherein the intermediate variable magnification optical system includes a zoom lens.
前記撮像装置が撮像した画像に対し、特定の周波数以上の周波数成分を強調する高周波数強調処理を行う画像処理手段を備える
ことを特徴とするディスク走査型顕微鏡。 In the disk scanning microscope according to any one of claims 1 to 4,
A disk scanning microscope, comprising image processing means for performing high-frequency emphasis processing for emphasizing frequency components above a specific frequency on an image captured by the imaging device.
前記第1ディスクまたは前記第2ディスクが前記スポット像の形成位置に配置された際に、前記中間変倍光学系が前記投影倍率を変更するように制御する制御手段を備える
ことを特徴とするディスク走査型顕微鏡。 In the disk scanning microscope according to any one of claims 1 to 5,
A disc characterized by comprising control means for controlling the intermediate variable power optical system to change the projection magnification when the first disc or the second disc is placed at the spot image forming position. scanning microscope.
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