JPS62274204A

JPS62274204A - ３次元デ−タを得る顕微鏡システム

Info

Publication number: JPS62274204A
Application number: JP11892786A
Authority: JP
Inventors: Shinsuke Mori; 森　真介; Hideji Fujiwake; 秀司藤分
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1986-05-23
Filing date: 1986-05-23
Publication date: 1987-11-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】３、発明の詳細な説明（産業上の利用分野）本発明は、細胞等の生体組織の３次元データを得る顕微
鏡システムに関する。

（従来の技術）細胞生物学や、細胞診断学の分野において、細胞の形状
や、その大きさ、高さ９表面積や体債などを正確に求め
たいという要求が最近特に高まってきている。

従来、こうした細胞の形状や大きさ１体積といったもの
は、細胞生物学者や細胞診断の専門技師といった熟練し
た専門家による顕微鏡を介しての直接観察により、熟練
した人間の頭の中で求められていた。

本件発明者等は生体組織内の極めて薄い層の情報を取り
出すための断層像観察装置（特願昭６ｌ−０２２６７０
）について出願をしている。

第５図は前記出願に係る装置の実施例を示す光路図であ
る。

アルゴンレーザ等の光源５０１からの光は、ピンホール
板５０２．集光レンズ５０３．シリンドリカルレンズ５
０４により掻めて薄い光束５１１　（顕微鏡光学系の対
物レンズ５０６の被写体深度よりも小さい）に変換され
る。

高さ位置を微調整することができる試料搭載用の微調整
ステージ５０５には試料５１０が搭載されており、試料
５１０のある一定の高さの部分が前記薄い光束５１１に
より方かれている。

この薄い光束により貫かれた試料部分の散乱光または螢
光発光による像が、顕微鏡光学系の対物レンズ５０６に
より面５０７に形成される。

微調整ステージ５０５により試料５１０を上下すること
により、試料の特定の断面を選択してその部分の断層像
を拡大観察できる。

（発明が解決しようとする問題点）前述した熟練者の１ｆｆＱ微鏡による観察であっても実
際には立体である細胞を顕微鏡下で平面像として観察す
るため、また、観察に用いる光学系が被写界深度を持つ
ため、焦点面以外の断面がボケとして１畳されてしまい
通常の目視観察では、その概形しかわからない。すなわ
ち、熟練した専門家の目視による観察結果は、高い精度
をもつとは言えず、客観性に欠ける。

本発明の目的は、前述した本件発明者等の提案に係る装
置を利用して、細胞等の立体構造を定量的に把握するこ
とができる３次元データを得る顕微鏡システムを提供す
ることにある。

（問題を解決するための手段）前記目的を達成するために本発明による３次元データを
得ろ顕微鏡システムは、顕微鏡光学系と、前記顕微鏡光
学系の光軸上に試料を支持して光軸方向の相対位置を調
節可能な試料台と、前記試料台と前記顕微鏡光学系の対
物レンズ間の距離を調整する駆動装置と、前記光軸に垂
直な極めて薄い光束を発生する照明光源装置と、前記顕
微鏡光学系に対する試料台の位置を測定する高さ測定装
置と、前記光束で照明された試料からの光の像を１最像
するテレビジョン撮像装置と、前記高さ測定装置により
１（ＩＩ定された高さのデータとそのときに前記テレビ
ジョン撮（架装置で撮像された試料の断層の２次元情報
を記録するメモリと、前記メモリの内容から試料の立体
像の情報を演算する演算制御用の処理装置と、前記処理
装置で処理された立体の情報を出力する出力装置から構
成されている。

前記試料台は圧電素子を含んでおり、前記駆動装置は前
記圧電素子に電圧を供給して前記顕微１月光学系の対物
レンズ間の距離を調整する電圧駆動装置とすることがで
きる。

前記顕微鏡光学系に対する試料台の位置を測定する高さ
測定装置を干渉計として極めて精度の高い測定をするこ
とができる。

前記処理された立体の情報を出力する出力装置を、陰極
線管またはプリンタとすることができる。

（実施例）以下図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する。

第１図は本発明による３次元データを得る顕微鏡装置の
実施例を示すブロック図である。

本発明では、細胞を観察する顕微鏡光学系４の光軸方向
に対して垂直の方向から、薄い板状の光束３で細胞６に
照明を行う。

この薄い板状の光束３の厚さは顕微鏡光学系４の被写界
深度以下である。

この薄い板状の光束３で照射された細胞（試料）６の細
胞核６ａの側方散乱光（顕微鏡光学系４方向への散乱光
）を観察することによって、光束により照明された断面
内における細胞表面、または細胞核などの輪郭線を求め
る。

細胞６を光学系の光軸方向に対して前記薄い板状の光束
３で走査することにより、細胞６全体、もしくは細胞核
６ａの形状を正確に求める。

細胞６は圧電素子５より形成されている試料台に支持さ
れており、圧電素子５には試料台駆動装置を形成する高
圧電源１２からの電圧が供給されており、この電圧によ
り上下させられる。

前記薄い板状の光束３はレーザ光源１からの光を照明用
光学系２で処理することにより得られる。

光源１および照明用光学系２として先に第５図に示した
レーザ光源および光学系を利用することができる。

直径８μｍの球形をした細胞核を観察する場合を例にし
てさらに説明する。

照明用のレーザ光源１として５００ｎｍの波長の光を使
えば理論的には５００ｎｍｘ０．６１＃３４０ｎｍの直
径のビームを層成することができる。

シリンドリカルレンズを用いて、このビームを横方向に
のみ拡げることによって３４０ｎｍの厚さの板状の光束
ができる。

この例において、４０’　Ｏｎ　ｍの厚さの光束を用い
ることにする。

細胞核は８μｍの球形なので、８μｍ÷４００ｎｍ＝２
０から２０枚の等間隔の２次元像が得られるように試料
台である圧電素子５を駆動する。

制御演算用のプロセッサ９からの信号により高圧電源１
２が高電圧を発止し、圧電素子５を圧電効果により伸縮
させて、光束３が４００ｎｍピッチの各断面に順次入射
するように制御する。

その際、圧電素子５は一般に非線形性を持つので、簡単
な干渉計１３を用いて、各断面（順にＡ、Ｂ。

Ｃ・・・・・Ｎの断面という）に対する相対位１を確認
しながら高圧電源１２を用いて圧、型素子５を伸縮させ
ながら補正を行い、希望する位置に細胞６を持って行く
。

第２図は、前記実施例装置で使用する試料台の位置を測
定する高さ測定装置（干渉計１３）の実施例を示すブロ
ック図である。

光強度検出用のシリコン素子１３４の前にアパーチャを
設けて、圧電素子５の上面の小鏡１４の移動につれての
干渉パターン１３３の輝線の移動をシリコン素子１３４
の出力の変化として制御演算用のプロセッサ９へ取り込
んでいる。１３２は全反射鏡、１３１はハーフミラ−で
ある。

干渉計１３は数ｎｍ程度の精度を持つので、４００ｎｍ
の厚さの光束３に対する細胞核６ａの位置決めには充分
であり、シリコン素子１３４からの出力信号を解析しな
がら制御演算用のプロセッサ９が高圧電源１２を駆動し
て圧電素子５を微動させる。

光束３が入射した細胞核６ａの断面Ａ内では、光散乱が
起き、その様子が顕微鏡光学系４によってテレビジョン
カメラ７上に結像され、その出力はＡＤ変換器８により
ディジタルデータに変換され、ディジタル画像として制
御演算用のプロセッサ９を介してメモリ１０に記録され
る。

このディジタル画像に制御演算用のプロセッサ９で簡単
な画像処理を施して、細胞核６ａの境界線が抽出され、
断面Ａにおける輪郭線ＣＡ、Ｘ−Ｙ座標のディジクル情
報の形でメモリ１０へ記憶する。

次に同様にして断面Ｂの２次元像を得るために、光束３
が次の断面Ｂ内に入射するように圧電素子を移動させる
。

このようにして、細胞核６ａが位置決めされ、断面Ｂ内
の細胞核の２次元像Ｂが得られると前述のようにして輪
郭線ＣＢは、断面Ａの場合と同様に、メモリ１０へ記憶
される。

以下同様に、断面Ｃ，Ｄ、・旧・・Ｎ内の各２次元像か
ら輪郭線ＣＣ，ＣＤ、・旧・・ＣＮは、それぞれメモリ
１０へ記憶される。

各輪郭線はＸ−Ｙ座標のディジタル形式で記憶されてい
るため断面Ａ、Ｂ、・旧・・Ｎのどの断面に屈するかに
より、深さ方向の位置（Ｚ座標）が得られる。

その結果、細胞核全表面において、サンプリングが行わ
れ、各点のｘ−ｙ−ｚ座標が得られたことになる。

このデータを用いて細胞核の全体像が得られる。

表示としては、制御演算用のプロセッサ９によって座標
変換による回転２表面に仮想的な光線が当たった時の輝
度２体積や表面積、長軸方向の長さなどの計算をする。

そして、直感的に立体像を把握させるようなワイヤフレ
ーム表現データや、輝度表現データを得て陰極線管１５
に表示またはプリンタ１６で打ち出させることができる
。

第３図は、ワイヤフレーム表視による出力像を示すグラ
フである。

第４図は、輝度表現による出力像を示すグラフである。

（発明の効果）以上詳しく説明したように本発明による３次元データを
得る顕微鏡装置は、顕微鏡光学系と、前記顕微鏡光学系
の光軸上に試料を支持して光軸方向の相対位置を調節可
能な試料台と、前記試料台と前記顕微鏡光学系の対物レ
ンズ間の距離を調整する駆動装置と、前記光軸に垂直な
極めて薄い光束を発生する照明光源装置と、前記顕微鏡
光学系に対する試料台の位置を測定する高さ測定装Ｗと
、前記光束で照明された試料からの光の像を撮像するテ
レビジョン撮像装置と、前記高さ測定装置により測定さ
れた高さのデータとそのときに前記テレビジョン撮像装
置で撮像された試料の断層の２次元情報を記録するメモ
リと、前記メモリの内容から試料の立体像の情報を演算
する演算制御用の処理装置と、前記処理語７で処理され
た立体の情報を出力する出力装置から構成されている。

したがって、試料に対する立体データ、例えば細胞の立
体形状１体積１表面積などを出力することができる。

そのため、！＄、練した専門家以外の人でも、客観的に
かつ正確な３次元データを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による３次元データを得る顕微鏡装置の
実施例を示すブロック図である。第２図は、前記実施例装置で使用する試料台の位置を測
定する高さ測定装置の実施例を示すブロック図である。第３図は、ワイヤフレーム表現による出方像を示すグラ
フである。第４図は、輝度表現による出力像を示すグラフである。第５図はすでに提案されている断層像観察装置の構成例
を示すブロック図である。１・・・レーザ光源　　　　　　２・・・照明用光学系
３・・・薄い板状の光束　　　　４・・・顕微鏡光学系
５・・・圧電素子（試料台）６・・・細胞（試料）　　　　　　　６ａ・・・細胞核
７・・・テレビジョンカメラ８・・・ＡＤ変換器９・・−制御演算処理装置工０・・・メモリ１１・・・ビデオフレームメモリ１２・・・高圧電源（駆動装置）１３・・・干渉計１３１・・・干渉計の半透明鏡１３２・・・干渉計の全反射鏡１３３・・・干渉パターン１３４・・・シリコン光強度検出器１４・・・計測用の小さい反射鏡１５・・・ＣＲＴ１６・・・プリンタ特許出願人　浜松ホトニクス株式会社代理人　弁理士　　井　ノ　ロ　　壽才２図才５５！１手続補正書（方力昭和６１年　８月１３日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）顕微鏡光学系と、前記顕微鏡光学系の光軸上に試
料を支持して光軸方向の相対位置を調節可能な試料台と
、前記試料台と前記顕微鏡光学系の対物レンズ間の距離
を調整する駆動装置と、前記光軸に垂直な極めて薄い光
束を発生する照明光源装置と、前記顕微鏡光学系に対す
る試料台の位置を測定する高さ測定装置と、前記光束で
照明された試料からの光の像を撮像するテレビジョン撮
像装置と、前記高さ測定装置により測定された高さのデ
ータとそのときに前記テレビジョン撮像装置で撮像され
た試料の断層の２次元情報を記録するメモリと、前記メ
モリの内容から試料の立体像の情報を演算する演算制御
用の処理装置と、前記処理装置で処理された立体の情報
を出力する出力装置から構成した試料の３次元データを
得る顕微鏡システム。
（２）前記試料台は圧電素子を含んでおり、前記駆動装
置は前記圧電素子に電圧を供給して前記顕微鏡光学系の
対物レンズ間の距離を調整する電圧駆動装置である特許
請求の範囲第１項記載の３次元データを得る顕微鏡シス
テム。
（３）前記顕微鏡光学系に対する試料台の位置を測定す
る高さ測定装置は、干渉計である特許請求の範囲第１項
記載の３次元データを得る顕微鏡システム。
（４）前記処理された立体の情報を出力する出力装置は
、陰極線管またはプリンタである特許請求の範囲第１項
記載の３次元データを得る顕微鏡システム。