JPWO2016157345A1 - 顕微鏡装置、観察方法、及び制御プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
第1実施形態について説明する。実施形態に係る顕微鏡装置は、例えば、STORM、PALM等のSingle-molecule Localization Microscopy法を利用した顕微鏡装置である。本実施形態では、試料の標識に用いられるレポータ色素が1種類であって、レポータ色素からの蛍光の検出と試料の位置の検出とを時分割で行う形態について説明する。図1は、第1実施形態に係る顕微鏡装置1を示す図である。顕微鏡装置1は、ステージ2、光源装置3と、照明光学系4と、結像光学系5と、撮像部6と、制御装置8とを備える。制御装置8は、画像処理部7と、制御部42とを備える。
第2実施形態について説明する。本実施形態では、標識に用いられるレポータ色素が2種類であって、レポータ色素からの蛍光の検出と試料の位置の検出とを時分割で行う形態について説明する。レポータ色素の数は1種類または3種類以上でもよい。本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を、適宜、簡略化あるいは省略する。
第3実施形態について説明する。本実施形態では、レポータ色素からの蛍光の光路と、試料の位置の検出に用いられる光の光路とを空間的に分離する形態について説明する。レポータ色素は、1種類でもよいし、2種類以上でもよい。本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を、適宜、簡略化あるいは省略する。
第4実施形態について説明する。本実施形態では、レポータ色素からの蛍光の光路と、試料の位置の検出に用いられる光の光路とを空間的に分離する他の形態について説明する。レポータ色素は、1種類でもよいし、2種類以上でもよい。本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を、適宜、簡略化あるいは省略する。
第5実施形態について説明する。本実施形態では、標識に用いられるレポータ色素が2種類であって、露光期間の設定を切り替える形態について説明する。レポータ色素は、1種類でもよいし、3種類以上でもよい。本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を、適宜、簡略化あるいは省略する。本実施形態に係る顕微鏡装置1において、撮像部6の撮像素子40(図1参照)は、CMOSイメージセンサを含む。顕微鏡装置1は、ローリングシャッタ照明モード(以下、RS照明モードという)と、グローバル露光照明モード(以下、GE照明モードという)とを有し、これら2つの照明モードを切替可能である。
第6実施形態について説明する。本実施形態では、標識に用いられるレポータ色素が2種類であって、露光期間の設定を切り替える他の形態について説明する。レポータ色素は、3種類以上でもよい。本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を、適宜、簡略化あるいは省略する。
第7実施形態について説明する。本実施形態では、3次元の超解像画像を生成するモードについて説明する。照明のシーケンスは、上述した各実施形態のいずれであってもよいし、上述した各実施形態を組み合わせたものでもよい。本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を、適宜、簡略化あるいは省略する。
6a・・・第1撮像領域、6b・・・第2撮像領域、7・・・画像処理部、
41・・・制御部、42・・・制御部、55・・・第1撮像部、56・・・第2撮像部
Claims (21)
- 試料に含まれる蛍光物質を活性化する活性化光と、前記活性化された蛍光物質を励起する励起光と、基準マーカを励起する補助光とを照射する照明光学系と、
前記蛍光物質からの蛍光の像を形成する結像光学系と、
前記結像光学系が形成した像を撮像する撮像部と、
前記撮像部の撮像結果を用いて画像処理を行う画像処理部と、
前記撮像部を制御する制御部と、を備える顕微鏡装置であって、
前記制御部は、
第1の期間において、前記活性化された蛍光物質に対して前記励起光を照射させ、前記活性化された蛍光物質からの蛍光の像を前記撮像部に複数のフレーム期間で撮像させ、
第2の期間において、前記補助光を前記基準マーカに対して照射させ、前記基準マーカからの蛍光の像を前記撮像部に撮像させ、
前記第2の期間における前記励起光の照射を停止させ、または、前記第2の期間における前記励起光の強度を前記第1の期間より低減させ、
前記第1の期間における前記補助光の照射を停止させ、または、前記第1の期間における前記補助光の強度を前記第2の期間より低減させ、
前記画像処理部は、
前記第2の期間で得られた撮像結果を用いて、前記第1の期間で得られた撮像結果の少なくとも一部を補正し、補正後の撮像結果の少なくとも一部を用いて1枚の画像を生成する、
ことを特徴とする顕微鏡装置。 - 前記励起光の波長と前記補助光の波長とが互いに異なる、
ことを特徴とする請求項1に記載の顕微鏡装置。 - 前記補助光は前記励起光よりも弱い、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の顕微鏡装置。 - 前記制御部は、
前記第1の期間内に、第1波長期間と第2波長期間とを設け、
前記第1波長期間において、第1波長の前記励起光を照射させ、前記活性化された蛍光物質からの蛍光の像を前記撮像部に複数のフレーム期間で撮像させ、
前記第2波長期間において、第2波長の前記励起光を照射させ、前記活性化された蛍光物質からの蛍光の像を前記撮像部に複数のフレーム期間で撮像させ、
前記画像処理部は、前記第1波長期間における前記撮像部の撮像結果の少なくとも一部と、前記第2波長期間における前記撮像部の撮像結果の少なくとも一部とを用いて少なくとも1枚の画像を形成する、
ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の顕微鏡装置。 - 前記制御部は、
前記第1の期間内に、第1波長期間と第2波長期間とを設け、
前記第1波長期間において、第1波長の前記励起光を照射させ、前記試料からの光を前記撮像部に1つのフレーム期間で撮像させ、
前記第2波長期間において、第2波長の前記励起光を照射させ、前記試料からの光を前記撮像部に1つのフレーム期間で撮像させ、
前記画像処理部は、前記複数の第1波長期間における前記撮像部の撮像結果の少なくとも一部と、前記複数の第2波長期間における前記撮像部の撮像結果の少なくとも一部とを用いて、少なくとも1枚の画像を形成する、
ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の顕微鏡装置。 - 前記制御部は、前記第1波長期間と前記第2波長期間とを交互に設ける、
ことを特徴とする請求項5に記載の顕微鏡装置。 - 前記画像処理部は、
前記第1波長期間における前記撮像部の撮像結果の少なくとも一部および前記第2波長期間における前記撮像部の撮像結果の少なくとも一部を用いて1枚の画像を生成する、
ことを特徴とする請求項4〜請求項6のいずれか一項に記載の顕微鏡装置。 - 前記画像処理部は、
前記第1波長期間における前記撮像部の撮像結果の少なくとも一部を用いて第1の画像を形成し、前記第2波長期間における前記撮像部の撮像結果の少なくとも一部を用いて第2の画像を形成する、
ことを特徴とする請求項4〜請求項6のいずれか一項に記載の顕微鏡装置。 - 前記画像処理部は、
前記第1の期間における前記撮像部の撮像結果の少なくとも一部を用いて、前記第1の画像と前記第2の画像との位置関係を補正する、
ことを特徴とする請求項8に記載の顕微鏡装置。 - 前記画像処理部は、前記第1の画像および前記第2の画像を用いて1枚の画像を生成する、
ことを特徴とする請求項8または請求項9に記載の顕微鏡装置。 - 試料に含まれる蛍光物質を活性化する活性化光と、前記活性化された蛍光物質を励起する励起光と、前記励起光と波長が異なり基準マーカを励起する補助光とを照射する照明光学系と、
前記蛍光物質からの蛍光の像を形成する結像光学系と、
前記結像光学系が形成した像を撮像する撮像部と、
前記撮像部の撮像結果を用いて画像処理を行う画像処理部と、
前記撮像部を制御する制御部と、を備える顕微鏡装置であって、
前記撮像部は、第1撮像部および第2撮像部を備え、
前記結像光学系は、前記活性化された蛍光物質からの蛍光の像を前記第1撮像部に形成し、前記基準マーカからの蛍光の像を前記第2撮像部に形成し、
前記制御部は、
前記活性化された蛍光物質に対して前記励起光を照射させ、前記活性化された蛍光物質からの光を前記第1撮像部に複数のフレーム期間で撮像させ、
前記補助光を前記基準マーカに対して照射させ、前記基準マーカからの蛍光の像を前記第2撮像部に撮像させ、
前記画像処理部は、
前記第2撮像部の撮像結果を用いて、前記第1撮像部の撮像結果の少なくとも一部を補正し、補正後の撮像結果の少なくとも一部を用いて1枚の画像を生成する、
ことを特徴とする顕微鏡装置。 - 試料に含まれる蛍光物質を活性化する活性化光と、前記活性化された蛍光物質を励起する励起光と、基準マーカを励起する補助光とを照射する照明光学系と、
前記蛍光物質からの蛍光の像を形成する結像光学系と、
前記結像光学系が形成した像を撮像する撮像部と、
前記撮像部の撮像結果を用いて画像処理を行う画像処理部と、
前記撮像部を制御する制御部と、を備える顕微鏡装置であって、
前記結像光学系は、前記活性化された蛍光物質からの蛍光の像を前記撮像部の第1撮像領域に形成し、前記基準マーカからの蛍光の像を前記撮像部の第2撮像領域に形成し、
前記制御部は、前記活性化された蛍光物質に対して前記励起光を照射させ、前記基準マーカに対して前記補助光を照射させ、前記撮像部に複数のフレーム期間で撮像させ、
前記画像処理部は、
前記第2撮像領域で得られる撮像結果を用いて、前記第1撮像領域で得られる撮像結果の少なくとも一部を補正し、補正後の撮像結果の少なくとも一部を用いて1枚の画像を生成する、
ことを特徴とする顕微鏡装置。 - 試料に含まれる蛍光物質を活性化する活性化光と、前記活性化された蛍光物質を励起する励起光とを照射する照明光学系と、
前記蛍光物質からの蛍光の像を形成する結像光学系と、
前記結像光学系が形成した像を撮像する撮像部と、
前記撮像部の撮像結果を用いて画像処理を行う画像処理部と、
前記撮像部を制御する制御部と、を備える顕微鏡装置であって、
前記撮像部は、CMOSイメージセンサを含み、
前記制御部は、
前記撮像部の露光効率、前記撮像部の撮像結果のうち前記画像処理に用いられるフレーム期間の比率、及び前記活性化光の照射タイミングと前記励起光の照射タイミングとの関係の少なくとも1つに基づいて、前記撮像部のフレーム期間における前記励起光の照射期間を設定し、前記活性化された蛍光物質に対して前記励起光を照射させ、
前記活性化された蛍光物質からの蛍光の像を前記撮像部に複数のフレーム期間で撮像させ、
前記画像処理部は、
前記撮像部の撮像結果の少なくとも一部を用いて、1枚の画像を生成する、
ことを特徴とする顕微鏡装置。 - 試料に含まれる蛍光物質を活性化する活性化光と、前記活性化された蛍光物質を励起する励起光と、基準マーカを励起する補助光とを照射することと、
前記蛍光物質からの蛍光の像を形成することと、
前記像を撮像することと、
前記撮像の結果を用いて画像処理を行うことと、
前記撮像を制御することと、を含む観察方法であって、
前記制御は、
第1の期間において、前記活性化された蛍光物質に対して前記励起光を照射させ、前記活性化された蛍光物質からの蛍光の像を複数のフレーム期間で撮像させることと、
第2の期間において、前記補助光を前記基準マーカに対して照射させ、前記基準マーカからの蛍光の像を撮像させることと、
前記第2の期間における前記励起光の照射を停止させること、または、前記第2の期間における前記励起光の強度を前記第1の期間より低減させることと、
前記第1の期間における前記補助光の照射を停止させること、または、前記第1の期間における前記補助光の強度を前記第2の期間より低減させることと、を含み、
前記画像処理は、
前記第2の期間で得られた撮像結果を用いて、前記第1の期間で得られた撮像結果の少なくとも一部を補正し、補正後の撮像結果の少なくとも一部を用いて1枚の画像を生成することを含む、
ことを特徴とする観察方法。 - 試料に含まれる蛍光物質を活性化する活性化光と、前記活性化された蛍光物質を励起する励起光と、基準マーカを励起する補助光とを照射することと、
前記蛍光物質からの蛍光の像を結像光学系によって形成することと、
前記像を撮像部によって撮像することと、
前記撮像の結果を用いて画像処理を行うことと、
前記撮像を制御することと、を含む観察方法であって、
前記撮像部は、第1撮像部および第2撮像部を備え、
前記結像光学系は、前記活性化された蛍光物質からの蛍光の像を前記第1撮像部に形成し、前記基準マーカからの蛍光の像を前記第2撮像部に形成し、
前記制御は、
前記活性化された蛍光物質に対して前記励起光を照射させ、前記活性化された蛍光物質からの光を前記第1撮像部に複数のフレーム期間で撮像させることと、
前記補助光を前記基準マーカに対して照射させ、前記基準マーカからの蛍光の像を前記第2撮像部に撮像させることと、を含み、
前記画像処理は、
前記第2撮像部の撮像結果を用いて、前記第1撮像部の撮像結果の少なくとも一部を補正し、補正後の撮像結果の少なくとも一部を用いて1枚の画像を生成することを含む、
ことを特徴とする観察方法。 - 試料に含まれる蛍光物質を活性化する活性化光と、前記活性化された蛍光物質を励起する励起光と、基準マーカを励起する補助光とを照射することと、
前記蛍光物質からの蛍光の像を結像光学系によって形成することと、
前記像を撮像部によって撮像することと、
前記撮像の撮像結果を用いて画像処理を行うことと、
前記撮像を制御することと、を含む観察方法であって、
前記結像光学系は、前記活性化された蛍光物質からの蛍光の像を前記撮像部の第1撮像領域に形成し、前記基準マーカからの蛍光の像を前記撮像部の第2撮像領域に形成し、
前記制御は、前記活性化された蛍光物質に対して前記励起光を照射させ、前記基準マーカに対して前記補助光を照射させ、前記撮像部に複数のフレーム期間で撮像させることを含み、
前記画像処理は、
前記第2撮像領域で得られる撮像結果を用いて、前記第1撮像領域で得られる撮像結果の少なくとも一部を補正し、補正後の撮像結果の少なくとも一部を用いて1枚の画像を生成することを含む、
ことを特徴とする観察方法。 - 試料に含まれる蛍光物質を活性化する活性化光と、前記活性化された蛍光物質を励起する励起光とを照射することと、
前記蛍光物質からの蛍光の像を形成することと、
前記像を撮像部によって撮像することと、
前記撮像の結果を用いて画像処理を行うことと、
前記撮像を制御することと、を含む観察方法であって、
前記撮像部は、CMOSイメージセンサを含み、
前記制御は、
前記撮像部の露光効率、前記撮像部の撮像結果のうち前記画像処理に用いられるフレーム期間の比率、及び前記活性化光の照射タイミングと前記励起光の照射タイミングとの関係の少なくとも1つに基づいて、前記撮像部のフレーム期間における前記励起光の照射期間を設定し、前記活性化された蛍光物質に対して前記励起光を照射させることと、
前記活性化された蛍光物質からの蛍光の像を前記撮像部に複数のフレーム期間で撮像させることと、を含み、
前記画像処理は、
前記撮像の結果の少なくとも一部を用いて、1枚の画像を生成することを含む、
ことを特徴とする観察方法。 - 試料に含まれる蛍光物質を活性化する活性化光と、前記活性化された蛍光物質を励起する励起光と、基準マーカを励起する補助光とを照射し、前記蛍光物質からの蛍光の像を形成し、前記像を撮像し、前記撮像の結果を用いて画像処理を行い、前記撮像を制御する顕微鏡装置の制御をコンピュータに実行させる制御プログラムであって、
前記顕微鏡装置の制御は、
第1の期間において、前記活性化された蛍光物質に対して前記励起光を照射させ、前記活性化された蛍光物質からの蛍光の像を複数のフレーム期間で撮像させることと、
第2の期間において、前記補助光を前記基準マーカに対して照射させ、前記基準マーカからの蛍光の像を撮像させることと、
前記第2の期間における前記励起光の照射を停止させること、または、前記第2の期間における前記励起光の強度を前記第1の期間より低減させることと、
前記第1の期間における前記補助光の照射を停止させること、または、前記第1の期間における前記補助光の強度を前記第2の期間より低減させることと、を含み、
前記画像処理は、
前記第2の期間で得られた撮像結果を用いて、前記第1の期間で得られた撮像結果の少なくとも一部を補正し、補正後の撮像結果の少なくとも一部を用いて1枚の画像を生成することを含む、
ことを特徴とする制御プログラム。 - 試料に含まれる蛍光物質を活性化する活性化光と、前記活性化された蛍光物質を励起する励起光と、基準マーカを励起する補助光とを照射し、前記蛍光物質からの蛍光の像を結像光学系によって形成し、前記像を撮像部によって撮像し、前記撮像の結果を用いて画像処理を行い、前記撮像を制御する顕微鏡装置の制御をコンピュータに実行させる制御プログラムであって、
前記撮像部は、第1撮像部および第2撮像部を備え、
前記結像光学系は、前記活性化された蛍光物質からの蛍光の像を前記第1撮像部に形成し、前記基準マーカからの蛍光の像を前記第2撮像部に形成し、
前記顕微鏡装置の制御は、
前記活性化された蛍光物質に対して前記励起光を照射させ、前記活性化された蛍光物質からの光を前記第1撮像部に複数のフレーム期間で撮像させることと、
前記補助光を前記基準マーカに対して照射させ、前記基準マーカからの蛍光の像を前記第2撮像部に撮像させることと、を含み、
前記画像処理は、
前記第2撮像部の撮像結果を用いて、前記第1撮像部の撮像結果の少なくとも一部を補正し、補正後の撮像結果の少なくとも一部を用いて1枚の画像を生成することを含む、
ことを特徴とする制御プログラム。 - 試料に含まれる蛍光物質を活性化する活性化光と、前記活性化された蛍光物質を励起する励起光と、基準マーカを励起する補助光とを照射し、前記蛍光物質からの蛍光の像を結像光学系によって形成し、前記像を撮像部によって撮像し、前記撮像の撮像結果を用いて画像処理を行い、前記撮像を制御する顕微鏡装置の制御をコンピュータに実行させる制御プログラムであって、
前記結像光学系は、前記活性化された蛍光物質からの蛍光の像を前記撮像部の第1撮像領域に形成し、前記基準マーカからの蛍光の像を前記撮像部の第2撮像領域に形成し、
前記顕微鏡装置の制御は、前記活性化された蛍光物質に対して前記励起光を照射させ、前記基準マーカに対して前記補助光を照射させ、前記撮像部に複数のフレーム期間で撮像させることを含み、
前記画像処理は、
前記第2撮像領域で得られる撮像結果を用いて、前記第1撮像領域で得られる撮像結果の少なくとも一部を補正し、補正後の撮像結果の少なくとも一部を用いて1枚の画像を生成することを含む、
ことを特徴とする制御プログラム。 - 試料に含まれる蛍光物質を活性化する活性化光と、前記活性化された蛍光物質を励起する励起光とを照射し、前記蛍光物質からの蛍光の像を形成し、前記像を撮像部によって撮像し、前記撮像の結果を用いて画像処理を行い、前記撮像を制御する顕微鏡装置を制御する制御プログラムであって、
前記撮像部は、CMOSイメージセンサを含み、
前記顕微鏡装置の制御は、
前記撮像部の露光効率、前記撮像部の撮像結果のうち前記画像処理に用いられるフレーム期間の比率、及び前記活性化光の照射タイミングと前記励起光の照射タイミングとの関係の少なくとも1つに基づいて、前記撮像部のフレーム期間における前記励起光の照射期間を設定し、前記活性化された蛍光物質に対して前記励起光を照射させることと、
前記活性化された蛍光物質からの蛍光の像を前記撮像部に複数のフレーム期間で撮像させることと、を含み、
前記画像処理は、
前記撮像の結果の少なくとも一部を用いて、1枚の画像を生成することを含む、
ことを特徴とする制御プログラム。
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