JPH11174334A - 共焦点顕微鏡装置 - Google Patents
共焦点顕微鏡装置Info
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- JPH11174334A JPH11174334A JP9342538A JP34253897A JPH11174334A JP H11174334 A JPH11174334 A JP H11174334A JP 9342538 A JP9342538 A JP 9342538A JP 34253897 A JP34253897 A JP 34253897A JP H11174334 A JPH11174334 A JP H11174334A
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Abstract
次元表示を容易に行うことのできる共焦点顕微鏡装置を
実現する。 【解決手段】共焦点スキャナにより光ビームで試料面を
走査し試料のスライス像を得ることのできる共焦点顕微
鏡装置において、前記スライス像を撮像装置で撮影する
際または前記スライス像を直接肉眼により観察する際の
1画像積算時間よりも速く対物レンズを光軸方向に走査
する対物レンズ移動機構を備える。
Description
いて被試験対象物の3次元表示を行う共焦点顕微鏡装置
に関し、更に詳しくは、高分解能と深い焦点深度を高速
でリアルタイムに実現し、リアルタイム3次元表示を光
学的に行うための改善に関するものである。
を図7に示す。光学顕微鏡10に搭載された共焦点スキ
ャナ20により試料11の像をとらえ、この像をカメラ
30で撮影する。共焦点スキャナ20にはレーザ発生器
50より発生したレーザ光が供給されている。
よりデジタル信号に変換され、コンピュータ60の記憶
手段(図示せず)に格納される。
するステージ12は、移動機構13(図では煩雑さを避
けるために光学顕微鏡1から分離して描いてある)によ
り光軸方向(Z軸方向)に移動可能になっており、その
移動機構13はパルスモータ(図示せず)を用いてステ
ージ12の回転ノブ(図示せず)を回すことによりステ
ージ12をZ軸方向に移動するように構成されている。
角な方向(XY軸方向)に光走査すると、試料11のス
ライス像が得られる。このとき、移動機構13によりス
テージ12をZ軸方向に少しずつ移動させて多数のスラ
イス像を採取し、その後コンピュータ60で再構築する
ことにより試料11の3次元画像を得ることができる。
ような構成の共焦点顕微鏡装置では次のような課題があ
った。 (1) 移動機構13がパルスモータ駆動のために生ずる課
題 ステージ12全体を上下させるが、重量が大きく慣性
も大きいため高速では移動できず、時間もかかる。 正確でない。すなわち、ステージ12の回転ノブをパ
ルスモータで回すため、脱調(パルスモータが動いたつ
もりが実際には動いていない)や、回転ノブとステージ
12を連結するラックピニオン部での動きにヒステリシ
スがあり、本当に動いたかどうか分からず移動が正確で
ない。 通常パルスモータは外形が大きく、取り付けも困難で
ある。
をするために生じる課題 時間がかかる。通常、1枚の画像を得るのに数分ない
し数十分かかる。 3次元画像再構築用のソフトウェアが高価であり、ま
た操作が難しい。
るもので、光軸方向の走査を高速に行い、リアルタイム
3次元表示を容易に行うことのできる共焦点顕微鏡装置
を提供することにある。
るために、請求項1に記載の発明では、共焦点スキャナ
により光ビームで試料面を走査し試料のスライス像を得
ることのできる共焦点顕微鏡装置において、前記スライ
ス像を撮像装置で撮影する際または前記スライス像を直
接肉眼により観察する際の1画像積算時間よりも速く対
物レンズを光軸方向に走査する対物レンズ移動機構を具
備したことを特徴とする。
動機構を備え、これにより対物レンズを光軸方向に走査
する。このとき、対物レンズは、撮像装置あるいは肉眼
により1画像を観察する際の1画像積算時間よりも速く
走査する。これによりリアルタイムで深い焦点深度の画
像を見ることができ、試料のリアルタイム3次元表示を
実現できる。
説明する。図1は本発明に係る共焦点顕微鏡装置の一実
施例を示す要部構成図である。図において、共焦点スキ
ャナ20部分は周知の構成であり、集光ディスク22、
ピンホールディスク23、ビームスプリッタ25および
レンズ26より構成される。
(図示せず)が複数個配列され、ピンホールディスク2
3の各ピンホール(複数のピンホールが配列されてい
る)に光ビーム(ここではレーザ光)21を集光するよ
うに形成されている。ピンホールディスク23は集光デ
ィスク22と平行に連結されており、同一軸の周りを等
速度で一体に回転できるようになっている。光軸に直角
な面(XY軸平面)で回転中のピンホールディスク23
から出射された光は顕微鏡10に入射し、試料11面を
走査する。
とピンホールディスク23の間に配置され、顕微鏡10
からの戻り光を反射する。この反射光はレンズ26を介
して撮像装置(例えばカメラ)30の受像面に入射す
る。
設けられ、対物レンズ14を光軸方向(Z軸方向)に移
動させ得るようになっている。対物レンズ移動機構(以
下単に移動機構という)15としては、例えばピエゾ素
子およびその駆動手段で構成することができ、外部から
の駆動信号によりピエゾ素子を駆動して対物レンズ14
をZ軸方向に自在に移動させることができる。
る。レーザ光21は集光ディスク22のマイクロレンズ
によってピンホールディスク23のピンホール24に集
光される。ピンホール24を通過したレーザ光は、対物
レンズ14によりピンホールディスク23と共役な位置
にある試料11内の走査面16上の集光点17に集束す
る。
ク23が回転することにより試料11面の走査面16上
が光走査され、試料面からの反射光は再度対物レンズ1
4とピンホールディスク23を通過した後、ビームスプ
リッタ25で反射し、レンズ26によりカメラ30の受
像面に結像する。
によって駆動されており、駆動1周期にわたって対物レ
ンズ14の深さ方向の位置Z1,Z2,Z3,...Znで
のスライス像がカメラ30で撮影される。図2は上記の
スライス像についての説明図であり、同図(a)はZ軸
方向の各スライス画像、同図(b)は試料とスライス面
との関係を示す図である。なお、図2(a)におけるZ
sumはZ1,Z2,Z3,...Znのスライス像を重ねあ
わせた合成画像である。なお、対物レンズ14はカメラ
や肉眼で1画像を見る際の1画像積算時間よりも速く走
査して、各スライス像を得ている。
秒)とし、対物レンズ14をZ1,Z2,Z3,...Zn
のストロークに対して30Hzで動かすとZ1,Z2,Z
3,...Znの合成画像がカメラ30によりリアルタイ
ムで撮像できる。また、カメラ30に代えて肉眼で覗い
てもリアルタイムで合成画像を見ることができる。
い焦点深度は可能であるが、全体に不明瞭なボケた画像
しか得られない。共焦点顕微鏡では全体にピントのあっ
た明瞭な画像(スライス像)が得られる利点がある。ま
た、共焦点顕微鏡ではスライス像しか見えないため、は
じめに位置を決める段階では非共焦点像で全体を見た後
共焦点に光学的に切換えるようにしていたが、本発明に
おける位置決めでは移動機構15の動作/停止を制御す
る電気信号の切換えのみで済むという利点がある。
ように1周期(時間t)で1往復(対物レンズの振れ幅
a)するため、換言すれば1周期で2枚の合成画像が得
られるため、15Hzで対物レンズ14を動かすように
しても実質上問題はない。一般に、走査時間は画像積算
時間の整数倍として差し支えない。
ンズ14までの間にチューブレンズを挿入し、対物レン
ズを上下に移動しても常に対物レンズ14の焦点位置に
ビームが集束するようにしておいて何ら差し支えない。
(図6参照)を光軸と直角な方向(横方向)に動かせ
ば、試料11を斜めから見た積算像が得られる。図4の
(a)〜(c)はスライス像、同図(d)は試料の外観
図である。図4(a)はステージ12を初期位置に固定
にして真上から(図4(d)のD1方向から)見たとき
のスライス像、同図(b)はステージ12を右方へ移動
させながら見たとき(図4(d)のD2方向から見たと
き)のスライス像、同図(c)はステージ12を左方へ
移動させながら見たとき(同図(d)のD3方向から見
たとき)のスライス像である。
ことにより試料11を斜めから見た画像をリアルタイム
で得ることができる。ここで、上記Z方向走査を30H
z、図4の(a)〜(c)への変化を例えば1Hz程度
で行うと、あたかも試料11がゆっくりと左右に振れた
ように見え、動的立体視により立体感が得られる。な
お、上記横方向へ移動させる対象は試料11に限定され
ない。対物レンズ、チューブレンズ、共焦点スキャナ、
カメラのいずれを横移動させても上記と同様の結果が得
られる。要するに、試料と撮像装置の横方向の相対位置
を変化させれば上記の結果が得られる。
の感度を制御し得る制御機構を設け、Z軸方向移動に応
じてレーザ光の強度あるいはカメラ30の感度を増減す
るようにしてもよい。このような制御機構により、図5
(a)に示すようにピエゾ素子の駆動電圧の増加に連れ
て、換言すれば試料11に対する共焦点平面位置の深さ
(これを試料深さと呼ぶ)が深くなるに連れてレーザ光
の強度あるいはカメラ30の感度を大きくするか、また
は図5(b)に示すように試料深さが浅くなるに従って
レーザ光の強度あるいはカメラ30の感度が小さくなる
ようにしてもよい。
合に得られるスライス像、図6(b)は図5(b)のよ
うな制御の場合に得られるスライス像をそれぞれ概念的
に表わしたものである。図6では、レーザ光の強度ある
いはカメラ30の感度と実線の太さを対応させて示して
ある。手前を明るく奥を暗くすることによって人間は立
体感を感じるため、上記のようにすることにより立体感
のある画像表示を容易に得ることができる。
例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎな
い。したがって本発明は、上記実施例に限定されること
なく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、
変形をも含むものである。
ような効果がある。請求項1に記載の発明によれば、光
軸方向に1画像積算時間と同等以上の速度で対物レンズ
を走査することにより、リアルタイムで深い焦点深度の
画像が容易に得られる。
対物レンズの走査時間を1画像積算時間の整数倍とする
ことによりフレームずれのない画像を容易に得ることが
できる。
に1画像積算時間と同等以上の速度で対物レンズを走査
すると共に、対物レンズの光軸方向走査と同期して試料
と撮像装置の相対位置を光軸と直角な方向に走査するこ
とにより、試料の動的立体視ができ、立体感のある画像
が得られる。
算時間よりも速く対物レンズを光軸方向に走査すると共
に、共焦点平面位置に応じて前記光ビーム強度または撮
像装置の感度を増加または減少させることにより、前後
関係を持った立体感のある画像が得られるので深さ方向
で異なる反応をしている試料の共焦点画像をリアルタイ
ムで測定できるばかりでなく、観測目標が深さ方向に移
動する場合でも共焦点画像取り込み範囲内であれば常に
動向を把握できるという効果がある。
示す要部構成図である。
る。
態様を示す図である。
図である。
である。
Claims (5)
- 【請求項1】共焦点スキャナにより光ビームで試料面を
走査し試料のスライス像を得ることのできる共焦点顕微
鏡装置において、 前記スライス像を撮像装置で撮影する際または前記スラ
イス像を直接肉眼により観察する際の1画像積算時間よ
りも速く対物レンズを光軸方向に走査する対物レンズ移
動機構を具備したことを特徴とする共焦点顕微鏡装置。 - 【請求項2】前記対物レンズの移動機構は、前記対物レ
ンズの走査時間を画像積算時間の整数倍としたことを特
徴とする請求項1記載の共焦点顕微鏡装置。 - 【請求項3】共焦点スキャナにより光ビームで試料面を
走査し試料のスライス像を得ることのできる共焦点顕微
鏡装置において、 前記スライス像を撮像装置で撮影する際または前記スラ
イス像を直接肉眼により観察する際の1画像積算時間よ
りも速く対物レンズを光軸方向に走査する対物レンズ移
動機構と、 前記対物レンズ移動機構による光軸方向走査と同期して
前記試料と撮像装置の相対位置を光軸と直角な方向に走
査する横方向走査手段を具備したことを特徴とする共焦
点顕微鏡装置。 - 【請求項4】前記対物レンズの移動機構は、前記対物レ
ンズの走査時間を画像積算時間の整数倍としたことを特
徴とする請求項3記載の共焦点顕微鏡装置。 - 【請求項5】共焦点スキャナにより光ビームで試料面を
走査し試料のスライス像を得ることのできる共焦点顕微
鏡装置において、 前記スライス像を撮像装置で撮影する際または前記スラ
イス像を直接肉眼で観察する際の1画像積算時間よりも
速く対物レンズを光軸方向に走査する対物レンズ移動機
構と、 前記光軸方向に走査するときの共焦点平面位置に応じて
前記光ビーム強度または撮像装置の感度を増加または減
少させる制御手段を具備したことを特徴とする共焦点顕
微鏡装置。
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