WO2015029408A1 - 対物レンズの駆動制御方法及び蛍光顕微鏡システム - Google Patents

対物レンズの駆動制御方法及び蛍光顕微鏡システム Download PDF

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voltage
fluorescence microscope
optical axis
piezo actuator
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明彦 中野
昭 市原
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独立行政法人理化学研究所
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Definitions

  • the present invention relates to a drive control method for an objective lens used in a fluorescence microscope or the like and a fluorescence microscope system using the same.
  • the fluorescence microscope is a microscope for observing fluorescence emitted from a sample to be observed, and is used in various fields such as biology and medicine.
  • GFP Green ⁇ Fluorescent Protein
  • RFP Red Fluorescent Protein
  • BFP Blue Fluorescent Protein
  • the sample through the fluorescent protein is observed by irradiating with excitation light having a wavelength corresponding to the type of the fluorescent protein, and observing and photographing the fluorescence emitted from the fluorescent protein.
  • a light source for excitation light a light source such as a laser light source (Ar, Ar—Kr, He—Ne, He—Cd, semiconductor, etc.), an ultrahigh pressure mercury lamp, a xenon lamp, or an ultraviolet LED is used.
  • Optical axis chromatic aberration is a phenomenon in which the focal length of a lens varies depending on the wavelength of light, causing the image plane to shift due to the color of the light, causing image surface position mismatch due to wavelength (color) and subject blurring. Yes.
  • the optical axis magnification of the microscope has a square characteristic, and with a 100 ⁇ objective lens, the optical axis focal point becomes 10000 ⁇ and forms an image on the camera. .
  • subject blurring is likely to occur because the subject is always moving. In order to prevent such subject blurring, it is necessary to perform high-speed shooting.
  • the present invention has been devised in view of the above-described problems, and by correcting the optical axis chromatic aberration by driving the objective lens, it is possible to speed up the driving and stationary of the objective lens. It is an object of the present invention to provide an objective lens drive control method capable of speeding up imaging and acquiring a three-dimensional image at high speed, and a fluorescence microscope system using the objective lens drive control method.
  • the present inventor performs optical axis chromatic aberration correction by driving the objective lens, and realizes speeding up of photographing by realizing the driving and stationary of the objective lens to speed up the three-dimensional image.
  • the invention has invented an objective lens drive control method and a fluorescence microscope system using the same.
  • An objective lens drive control method is a method for correcting optical axis chromatic aberration generated in an objective lens provided in a fluorescence microscope and driven by a piezoelectric actuator, wherein the objective lens is observed with respect to the piezoelectric actuator.
  • a second step of stabilizing the objective lens is a method for correcting optical axis chromatic aberration generated in an objective lens provided in a fluorescence microscope and driven by a piezoelectric actuator, wherein the objective lens is observed with respect to the piezoelectric actuator.
  • the objective lens drive control method according to the second invention is the optical axis chromatic aberration correction method according to the first invention, wherein a voltage multiplied by the displacement voltage is applied as the pulse voltage in the first step.
  • a fluorescence microscope system is a light source, an objective lens that guides a light beam emitted from the light source to an observation target, a piezo actuator that drives the objective lens in an optical axis direction, and the objective lens for the observation target.
  • a pulse voltage larger than a displacement voltage that causes displacement to be moved to a focal position is applied to the piezo actuator for a predetermined time during which the objective lens moves to a position before the focal position, and then the displacement voltage is applied to the piazo actuator.
  • a drive unit for stabilizing the objective lens is applied to the piezo actuator for a predetermined time during which the objective lens moves to a position before the focal position.
  • a fluorescence microscope system according to a fourth invention is the fluorescence microscope system according to the third invention, wherein the driving unit applies a voltage obtained by multiplying the displacement voltage as the pulse voltage.
  • correction of optical axis chromatic aberration is performed by driving the objective lens, and the objective lens is driven and stopped quickly, thereby speeding up photographing and high-speed three-dimensional images. Acquisition can be done.
  • FIG. 3A shows the position of the objective lens 25 before correction of the optical axis chromatic aberration
  • FIG. 4B shows the position of the objective lens 25 after correction of the optical axis chromatic aberration.
  • the image states before and after optical axis chromatic aberration correction are shown, (A) is an image taken before optical axis chromatic aberration correction, and (B) is an image taken after optical axis chromatic aberration correction.
  • It is a flowchart which shows the correction method of the optical axis chromatic aberration which concerns on embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a fluorescence microscope system 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the fluorescence microscope system 1 includes a fluorescence microscope 2 that observes fluorescence emitted from the observation object 6, a display 4 that displays an image obtained by the fluorescence microscope 2, and an external storage device 5 that stores an image obtained by the fluorescence microscope 2.
  • the control unit 3 mainly controls the fluorescence microscope 2, the display 4, and the external storage device 5.
  • the fluorescence microscope 2 selectively transmits the light source 21 that emits excitation light, the reflection mirror 22 that reflects the excitation light emitted from the light source 21 and changes the direction of the optical axis, and the excitation light reflected by the reflection mirror 22.
  • a beam splitter 23, an imaging lens 24 and an objective lens 25 which are provided between the beam splitter 23 and the observation object 6 and refract the excitation light passing through the beam splitter 23 and the fluorescence emitted from the observation object 6, and the objective lens
  • a piezo actuator 26 that drives 25 in the optical axis direction (Z-axis direction), a stage 7 on which the observation target 6 is placed, and an imaging device 27 that captures fluorescence emitted from the observation target 6. It is configured.
  • the light source 21 is a light source for irradiating excitation light, which is laser light having an excitation wavelength, with respect to a fluorescent substance marking a substance to be observed.
  • a light source 21 one or a plurality of light sources such as an ultra-high pressure mercury lamp, a xenon lamp, and an ultraviolet LED are used depending on the type of fluorescence emitted from the observation target.
  • the operation of the light source 21 is controlled by a light source selection unit 31 described later of the control unit 3.
  • the reflection mirror 22 is a mirror that reflects the excitation light emitted from the light source 21, changes the direction thereof, and guides it to the beam splitter 23.
  • the beam splitter 23 has a filter characteristic that separates the excitation light emitted from the light source 21 and the fluorescence emitted from the observation target 6, and transmits the excitation light nearly 100%, while reflecting the fluorescence nearly 100%. . Due to this characteristic, the excitation light is irradiated onto the observation target 6 with almost no power loss, and the fluorescence emitted from the observation target 6 and passing through the objective lens 25 and the imaging lens 24 is sent to the photographing device 27 almost 100%. It has become.
  • the imaging lens 24 guides the excitation light that has passed through the beam splitter 23 as parallel light to the objective lens 25, converts the fluorescence that has passed through the objective lens 25 into convergent light, and connects it to the imaging surface of the imaging device 27. It is a lens to be imaged.
  • the objective lens 25 converts the light beam that has passed through the imaging lens 24 into convergent light and focuses it on the observation object 6, and converts the fluorescence emitted from the sample into parallel light and guides it to the imaging lens 24. It is a lens.
  • the piezo actuator 26 is an actuator that uses a piezoelectric effect that deforms the piezo element when a voltage is applied.
  • the operation of the piezo actuator 26 is controlled by a drive unit 34 described later of the control unit 3 to drive the objective lens 25 in the optical axis direction. Do.
  • each piezo element is deformed in the Z-axis direction.
  • the piezo actuator 26 drives the objective lens 25 in the Z-axis direction by this deformation force.
  • the piezo actuator 26 that only drives the objective lens 25 in the Z direction is used.
  • the present invention is not limited to this, and the piezo actuator 26 that also drives in the X direction and the Y direction is used. It may be.
  • the stage 7 is a stage on which the observation object 6 is placed, and is moved in the XY direction by an actuator (not shown).
  • the stage 7 is not limited to this in the present invention, and may be movable in the Z direction.
  • the actuator used for moving the stage 7 is not particularly limited, and may be a stepping motor, an air cylinder, or the like in addition to the piezoelectric actuator. Further, the stage 7 may be moved manually.
  • the imaging device 27 is a camera that uses a solid-state imaging device such as a CCD (Charge-Coupled Device) that receives the fluorescence emitted from the observation object 6 and passes through the objective lens 25, the imaging lens 24, and the beam splitter 23, and performs imaging. .
  • a CCD Charge-Coupled Device
  • the photographing device 27 is a CCD
  • a subject image incident through the imaging lens 24 and the objective lens 25 is formed on the imaging surface, and a video signal is generated by photoelectric conversion.
  • a video signal is generated by photoelectric conversion.
  • the photographing device 27 captures a still image.
  • the present invention is not limited to this, and a moving image may be captured.
  • the driving of the photographing device 27 is controlled by the photographing unit 33 of the control unit 3.
  • the display 4 is a screen that displays an image of the observation target 6 obtained by the imaging device 27 of the fluorescence microscope 2, and is controlled by the display unit 32 of the control unit 3.
  • the display 4 may be a simple image display means, but it may be configured as a touch panel so that the user can perform the setting operation of the entire fluorescence microscope system 1 via the control unit 3.
  • the external storage device 5 stores various data including an image of the observation target 6 obtained by the fluorescence microscope 2.
  • the control unit 3 controls the entire fluorescence microscope system 1 and is constituted by a personal computer or the like.
  • the control unit 3 includes a CPU (Central Processing Unit) that controls the entire control unit 3, a ROM (Read Only Memory) that stores a control program that operates on the CPU, and a RAM that temporarily stores various data. (Random Access Memory).
  • CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • the control unit 3 functions as the light source selection unit 31, the display unit 32, the imaging unit 33, and the drive unit 34 when the CPU develops and executes a control program stored in the ROM on the RAM.
  • the light source selection unit 31 changes the wavelength of light emitted from the light source 21 by selecting the light source 21 used according to the type of fluorescence emitted by the observation target 6 according to the observation target.
  • the display unit 32 displays an image photographed by the photographing device 27 on the external display 4 connected to the control unit 3.
  • the photographing unit 33 performs drive control such as the shutter and photographing timing of the photographing device 27, and stores the data of the image picked up by the photographing device 27 in the external storage device 5 connected to the control unit 3.
  • the drive unit 34 controls the drive of the piezo actuator 26 by controlling the magnitude and timing of the voltage applied to the piezo actuator 26.
  • the control of the piezo actuator 26 by the drive unit 34 is performed based on the focal length corresponding to each fluorescent color that is obtained in advance for each type of marker.
  • Information on the marker type, focal length, and necessary applied voltage is stored in the RAM and the external storage device 5, and when the piezo actuator 26 is driven, the drive unit 34 reads out this information and applies it to the piezo actuator 26. The voltage is determined.
  • the light source 21 that emits the excitation light having the wavelength corresponding to the observation target 6 is selected by the light source selection unit 31, and the excitation light is emitted from the selected light source 21 toward the reflection mirror 22.
  • the information on the selected light source 21 is sent from the light source selection unit 31 to the drive unit 34 and is used for selection of an applied voltage to the piezo actuator 26 by the drive unit 34.
  • the excitation light that has reached the reflection mirror 22 is reflected by the reflection mirror 22, changes its traveling direction, and is guided to the beam splitter 23.
  • the beam splitter 23 transmits almost 100% of the excitation light as described above. Therefore, the excitation light guided to the beam splitter 23 passes through the beam splitter 23 almost 100% and is guided to the imaging lens 24.
  • the excitation light guided to the imaging lens 24 passes through the imaging lens 24 as parallel light and is guided to the objective lens 25.
  • the excitation light emitted from the light source 21 is parallel light
  • the excitation light passes through the imaging lens 24 as parallel light as it is.
  • the excitation light is diffused light, it is converted into parallel light by the imaging lens 24.
  • the excitation light guided from the imaging lens 24 to the objective lens 25 is converted into convergent light by the objective lens 25 and focused on the observation object 6 and irradiated.
  • This focusing is performed by determining the voltage applied to the piezo actuator 26 by the drive unit 34 based on the information of the light source 21 sent from the light source selection unit 31.
  • the operation amount of the piezo actuator 26 changes, and the static position of the objective lens 25 driven by the piezo actuator 26 also changes.
  • the focal position of the excitation light can be adjusted by changing the static position of the objective lens 25.
  • the excitation light that has passed through the objective lens 25 is irradiated onto the observation object 6 on the stage 7.
  • the fluorescence of the wavelength according to the kind of marker of the observation object 6 is emitted as scattered light by irradiation of excitation light.
  • Fluorescence that is scattered light emitted from the marker is converted into parallel light by the objective lens 25 and guided to the imaging lens 24.
  • the objective lens 25 may convert fluorescence into convergent light.
  • the fluorescence that has passed through the objective lens 25 is then guided to the imaging lens 24.
  • the fluorescence is converted into convergent light that forms an image on the image plane of the photographing device 27 by the imaging lens 24 and guided to the beam splitter 23.
  • the beam splitter 23 reflects the fluorescence almost 100% as described above and guides it to the photographing device 27. Then, a fluorescent image is formed on the imaging surface of the imaging device 27 and imaging is performed.
  • the objective lens 25 is moved at a very high speed by the piezo actuator 26 by the above-described method to focus on the subject, and the shutter is released at a speed faster than the moving speed of intracellular proteins, thereby preventing subject blurring during photographing. is doing.
  • FIG. 2A and 2B show how the optical axis chromatic aberration is corrected.
  • FIG. 2A shows the position of the objective lens 25 before correction of the optical axis chromatic aberration
  • FIG. 2B shows the position of the objective lens 25 after correction of the optical axis chromatic aberration.
  • FIG. 3 shows the state of the image before and after the correction of the optical axis chromatic aberration
  • (A) shows an image taken before the correction of the optical axis chromatic aberration
  • (B) shows an image taken after the correction of the optical axis chromatic aberration.
  • the optical axis chromatic aberration in which the focal length of the lens varies depending on the wavelength of the fluorescence becomes a problem.
  • FIG. 2A shows a state in which the focal lengths of fluorescence A and fluorescence B are different.
  • fluorescence A when the imaging lens 24 is at position I and the objective lens 25 is at position H, the observation object 6 is in focus.
  • the fluorescence B is not focused on the observation target 6 even when the imaging lens 24 is at the position I and the objective lens 25 is at the position H as in the case of the fluorescence A.
  • the objective lens 25 is moved in the Z direction, which is the optical axis direction, by the piezo actuator 26 for each fluorescence wavelength emitted by the sample to be observed, thereby reducing the optical axis chromatic aberration. Correction is being performed.
  • FIG. 2B shows the optical axis chromatic aberration by moving the objective lens 25 from the H position to the H ′ position with respect to the fluorescence B in which the focus shift due to the optical axis chromatic aberration occurs in FIG.
  • the corrected state is shown.
  • the objective lens 25 when shooting is performed by moving the objective lens 25 at an ultra-high speed, the objective lens 25 needs to be quickly stopped at a desired position. However, actually, the objective lens 25 vibrates finely for a while (hereinafter referred to as “excessive response”) even after the actuator is stopped, and cannot immediately stop. If the shutter is released during such an excessive response of the objective lens 25, camera shake occurs.
  • the excessive response is centered on the focal position when the excessive response converges to the imageable range and the camera shake is suppressed, specifically, when the distance from the driving start position of the objective lens 25 to the focal position is 100%.
  • this state is referred to as “static”.
  • the influence on the image is very small, and therefore it can be considered that the objective lens 25 is stationary.
  • the stabilization time In the conventional drive control method of the piezo actuator 26, that is, a method in which a constant voltage that causes a desired displacement is continuously applied to the piezo actuator 26 from the start of driving of the objective lens 25 to the stabilization.
  • the time from the start of the driving of the objective lens 25 to the stabilization (hereinafter referred to as “the stabilization time”) cannot be shortened.
  • the voltage applied to the piezo actuator 26 during the displacement of the piezo actuator 26 in the fluorescence microscope 2 that corrects the optical axis chromatic aberration by moving the objective lens 25 at an extremely high speed By changing, the settling time can be shortened.
  • a method for shortening such a settling time will be specifically described.
  • FIG. 4 is a graph showing how the applied voltage is adjusted in order to shorten the settling time of the objective lens 25.
  • a dotted line R indicates a voltage application method in the driving method of the conventional piezoelectric actuator 26
  • a solid line Q indicates a voltage application method in the driving method of the piezoelectric actuator 26 in the present embodiment
  • a solid line P indicates a piezoelectric method in the present embodiment.
  • the voltage applied to the actuator 26 is shown.
  • the horizontal axis represents time
  • the left vertical axis represents voltage
  • the right vertical axis represents displacement (nm) of the piezoelectric actuator.
  • a constant displacement voltage e is applied from the start of driving of the objective lens 25 to the stabilization.
  • the displacement voltage e is a voltage that causes the piezo actuator 26 to move the objective lens 25 to the focal position of the observation target.
  • the piezo actuator 26 is multiplied by the displacement voltage e, that is, a pulse voltage that is a rectangular wave having a large e ⁇ ⁇ ( ⁇ is an integer of 2 or more). Applied up to ⁇ .
  • the application time ⁇ of the pulse voltage at this time is shorter than the time t2 from the start of driving of the objective lens 25 to the stationary position S in the conventional driving method, and the objective lens 25 is applied by such application of the pulse voltage. Move to just before the focus position.
  • the displacement voltage e is applied to the piezoelectric actuator 26, so that the objective lens 25 moves to a desired focal position.
  • a pulse voltage which is a large voltage is applied to the piezo actuator 26 and is displaced at a high speed, thereby moving the objective lens 25 to a position just before the focal position at a high speed. Then, the objective lens 25 is moved to a focal position at a low speed to be settled by switching to a displacement voltage that is a small voltage from the middle and displacing the piezo actuator 26 at a low speed.
  • the piezo actuator 26 can be settled with a settling time t1 shorter than the settling time t2 in the conventional driving method. Further, by using a voltage obtained by multiplying the displacement voltage e as a pulse voltage, the piezoelectric actuator 26 can be easily controlled.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the optical axis chromatic aberration correction method according to the embodiment of the present invention.
  • the light source selection unit 31 of the control unit 3 selects a light source that emits a light beam having a wavelength corresponding to a sample to be observed (step S1).
  • the drive unit 34 applies a pulse voltage e ⁇ ⁇ to the piezoelectric actuator for a time ⁇ (step S2).
  • ⁇ is an integer of 2 or more, and specific values of the parameters e and ⁇ are appropriately selected according to each light source.
  • the drive unit 34 applies a displacement voltage e to the piezo actuator 26 (step S3).
  • the voltage e applied at this time is 1 / ⁇ of the voltage e ⁇ ⁇ applied in step S2.
  • the piezo actuator 26 is displaced at a low speed, so that the objective lens 25 is moved at a low speed and settled.
  • step S3 when a displacement voltage that is significantly smaller than the pulse voltage applied in step S2 is applied in step S3, the driven piezo actuator 26 is suddenly braked.
  • the objective lens 25 is quickly moved to the front of the focal position by the high-speed driving of the piezo actuator 26 by the high voltage in step S2, the objective lens 25 is settled by the low-speed driving of the piezo actuator 26 by the low voltage in step S3.
  • the objective lens 25 can be settled in a short time.
  • step S4 After the objective lens 25 is settled, if another color fluorescence emitted from another sample is also observed (step S4: Yes), the process returns to step S1, and the light source selection unit 31 again responds to the sample to be observed. A light source that emits a light beam having a wavelength is selected, and the subsequent series of processing is repeated again.
  • step S4 when the observation of the fluorescence of the other colors is not performed, that is, when the observation of all the samples is completed (step S4: No), all the series of operations ends.
  • optical axis chromatic aberration correction method according to this embodiment described above, correction of the optical axis chromatic aberration of the objective lens 25 is performed by driving the objective lens 25 in the optical axis direction, and the settling time at the time of driving is short. Therefore, it is possible to quickly shoot an observation target in a short time while effectively preventing subject blur and camera shake.
  • Such an optical axis chromatic aberration correction method is particularly useful when obtaining a three-dimensional image of an observation target.
  • a three-dimensional image is acquired by capturing a plurality of XY plane images at different positions on the Z-axis by photographing a fluorescent subject sample of at least a Voxel size of the fluorescence microscope system 1 while moving the objective lens 25. This is performed by performing convolution integration processing on this plane image group and further performing inverse operation of convolution integration.
  • a voltage obtained by multiplying the displacement voltage is applied as the pulse voltage.
  • the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained as long as the pulse voltage is larger than the displacement voltage. be able to.

Abstract

光軸色収差の補正を対物レンズ（２５）の駆動で行うとともに、この対物レンズ（２５）の駆動と静止の迅速化を実現することで撮影の迅速化と３次元画像の高速取得を行うことができる対物レンズの駆動制御方法を提供する。蛍光顕微鏡（２）に備えられピエゾアクチュエータ（２６）により駆動される対物レンズ（２５）の駆動制御方法。ピエゾアクチュエータ（２６）に対し、対物レンズ（２５）を観察対象の焦点位置に移動させる変位電圧よりも大きいパルス電圧を、対物レンズ（２５）が焦点位置の手前まで移動する所定時間印加する第１工程と、第１工程後に変位電圧をピエゾアクチュエータ（２６）に印加し対物レンズ（２５）を静定させる第２工程と、を有する。

Description

対物レンズの駆動制御方法及び蛍光顕微鏡システム
　本発明は、蛍光顕微鏡等に用いられる対物レンズの駆動制御方法及びそれを用いた蛍光顕微鏡システムに関するものである。
　蛍光顕微鏡は、観察対象となる試料から発せられる蛍光を観察する顕微鏡であり、生物学や医学等、様々な分野で用いられている。
　観察対象が細胞内の蛋白質である場合に蛍光顕微鏡を用いるときは、この蛋白質を蛍光顕微鏡により観察可能とするため、蛍光蛋白質（以下「マーカー」とも言う。）であるＧＦＰ（Green Fluorescent Protein）、ＲＦＰ（Red Fluorescent Protein）、ＢＦＰ（Blue Fluorescent Protein）等が遺伝子工学的手法や免疫学的手法を用いて観察対象の蛋白質に付加される、いわゆるマーキングが行われる（例えば、特許文献１参照）。
　そして、蛍光蛋白質の種類に応じた波長の励起光を照射し、その蛍光蛋白質から発せられる蛍光を観察、撮影することで、蛍光蛋白質を介する試料の観察が行われている。励起光の光源としては、レーザー光源（Ar、Ar-Kr、He-Ne、He-Cd、半導体等）、超高圧水銀灯、キセノンランプ、紫外線ＬＥＤ等の光源が用いられている。
特開平１１－２６６８８３号公報
　ところで、生きた細胞内の蛋白質間の相互作用を蛍光顕微鏡により観察する際には、複数の蛋白質がそれぞれ波長の異なる蛍光を発する蛍光蛋白質によりマーキングされる。そして、それぞれの蛍光蛋白質に応じた励起光が照射されることで観察が行われるが、このとき蛍光顕微鏡の対物レンズに生じる光軸色収差が問題となる。
　光軸色収差とは、レンズの焦点距離が光の波長により異なるため、光の色により像面にずれが生じる現象であり、波長（色）による像面位置の不一致や被写体ブレの原因となっている。特に空間３次元観察においては、顕微鏡の光軸倍率が２乗特性であり、１００倍の対物レンズでは光軸焦点が１００００倍となってカメラに結像するため、光軸色収差は大きな問題となる。
　こうした光軸色収差による影響を軽減するため、従来、対物レンズとして十数枚の屈折率の異なるレンズを組み合わせたものを用いることが行われている。しかし、この手法によっても、１５０～２００ｎｍの光軸色収差が残ってしまい、微細な細胞内蛋白質の観察を行う際には大きな影響を及ぼすことになる。
　そのため、蛍光顕微鏡を用いて細胞内蛋白質を観察する場合には、従来のレンズの組合せによる方法とは異なる新たな光軸色収差の補正方法が必要となる。
　また、被写体が生きた細胞内の物質である場合には、被写体が常に動いているため被写体ブレが生じ易い。こうした被写体ブレを防止するためには高速撮影を行う必要がある。
　さらに、蛍光顕微鏡により３次元画像の取得をする場合には多数の平面画像が必要となる。この場合、それぞれの平面画像の取得位置に応じて対物レンズを駆動し焦点位置を合わせる必要があるが、３次元画像の高速取得のためには、この焦点合わせに要する時間を短縮する必要がある。
　そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、光軸色収差の補正を対物レンズの駆動で行うとともに、この対物レンズの駆動と静止の迅速化を実現することで撮影を迅速化し３次元画像の高速取得も行うことのできる対物レンズの駆動制御方法及びそれを用いた蛍光顕微鏡システムを提供することを目的とする。
　本発明者は、上述した課題を解決するために、光軸色収差の補正を対物レンズの駆動で行うとともに、この対物レンズの駆動と静止の迅速化を実現することで撮影を迅速化し３次元画像の高速取得も行うことのできる対物レンズの駆動制御方法及びそれを用いた蛍光顕微鏡システムを発明した。
　第１発明に係る対物レンズの駆動制御方法は、蛍光顕微鏡に備えられピエゾアクチュエータにより駆動される対物レンズに生じる光軸色収差の補正方法であって、前記ピエゾアクチュエータに対し、前記対物レンズを観察対象の焦点位置に移動させる変位電圧よりも大きいパルス電圧を、前記対物レンズが前記焦点位置の手前まで移動する所定時間印加する第１工程と、前記第１工程後に前記変位電圧を前記ピエゾアクチュエータに印加し前記対物レンズを静定させる第２工程と、を有することを特徴とする。
　第２発明に係る対物レンズの駆動制御方法は、第１発明に係る光軸色収差の補正方法において、前記第１工程において、前記パルス電圧として前記変位電圧の逓倍の電圧が印加されることを特徴とする。
　第３発明に係る蛍光顕微鏡システムは、光源と、前記光源から発せられる光線を観察対象に導く対物レンズと、前記対物レンズを光軸方向に駆動するピエゾアクチュエータと、前記対物レンズを前記観察対象の焦点位置に移動させる変位を生じる変位電圧よりも大きいパルス電圧を、前記対物レンズが前記焦点位置の手前まで移動する所定時間、前記ピエゾアクチュエータに印加した後、前記変位電圧を前記ピアゾアクチュエータに印加し前記対物レンズを静定させる駆動部と、を備えることを特徴とする。
　第４発明に係る蛍光顕微鏡システムは、第３発明に係る蛍光顕微鏡システムにおいて、前記駆動部は前記パルス電圧として前記変位電圧の逓倍の電圧を印加することを特徴とする。
　上述した構成からなる本発明によれば、光軸色収差の補正を対物レンズの駆動で行うとともに、この対物レンズの駆動と静止の迅速化を実現することで撮影の迅速化と３次元画像の高速取得を行うことができる。
本発明の実施形態に係る蛍光顕微鏡システムを示すブロック図である。 光軸色収差の補正が行われる様子を示し、（Ａ）は光軸色収差の補正前の対物レンズ２５の位置、（Ｂ）は光軸色収差の補正後の対物レンズ２５の位置を示す図である。 光軸色収差の補正の前後における画像の状態を示し、（Ａ）は光軸色収差の補正前に撮影される画像、（Ｂ）は光軸色収差の補正後に撮影される画像を示す図である。 対物レンズの静定時間を短縮するために印加する電圧を調整する様子を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る光軸色収差の補正方法を示すフローチャートである。
　以下、本発明の実施の形態としての蛍光顕微鏡システム１と、これにより行われる光軸色収差の補正方法について詳細に説明する。
　図１は、本発明の実施形態に係る蛍光顕微鏡システム１を示すブロック図である。蛍光顕微鏡システム１は、観察対象６から発せられる蛍光の観察を行う蛍光顕微鏡２と、蛍光顕微鏡２により得られる画像を映し出すディスプレイ４と、蛍光顕微鏡２により得られる画像を保存する外部記憶装置５と、蛍光顕微鏡２、ディスプレイ４及び外部記憶装置５の制御を行う制御部３とにより主に構成されている。
　蛍光顕微鏡２は、励起光を発する光源２１と、光源２１から発せられた励起光を反射し光軸の方向を変える反射ミラー２２と、反射ミラー２２により反射された励起光を選択的に通過させるビームスプリッタ２３と、ビームスプリッタ２３と観察対象６との間に設けられビームスプリッタ２３を通過した励起光及び観察対象６から発せられた蛍光を屈折する結像レンズ２４及び対物レンズ２５と、対物レンズ２５の光軸方向（Ｚ軸方向）への駆動を行うピエゾアクチュエータ２６と、観察対象６が載置されるステージ７と、観察対象６から発せられた蛍光を撮影する撮影装置２７とを備えて構成されている。
　光源２１は、観察対象である物質をマーキングしている蛍光物質に対して励起波長を有するレーザ光である励起光を照射する光源である。こうした光源２１として、超高圧水銀灯、キセノンランプ、紫外線ＬＥＤ等、観察対象から発せられる蛍光の種類に応じて単数又は複数の光源が用いられている。光源２１は、制御部３の後述する光源選択部３１によりその動作が制御されている。
　反射ミラー２２は、光源２１から出射された励起光を反射しその方向を変え、ビームスプリッタ２３へと導くためのミラーである。
　ビームスプリッタ２３は、光源２１から出射された励起光と、観察対象６から発せられた蛍光とを分離するフィルタ特性を有し、励起光を１００％近く透過する一方、蛍光を１００％近く反射する。この特性により、励起光はほとんどパワーロスなく観察対象６に照射されるとともに、観察対象６から発せられて対物レンズ２５と結像レンズ２４を経てきた蛍光は１００％近く撮影装置２７へと送られるようになっている。
　結像レンズ２４は、ビームスプリッタ２３を通過した励起光を平行光として対物レンズ２５へと導くとともに、対物レンズ２５を通過した蛍光を収束光へと変換し、撮影装置２７の結像面に結像させるレンズである。
　対物レンズ２５は、結像レンズ２４を通過した光線を収束光へ変換してその焦点を観察対象６に合わせるとともに、試料から発せられる蛍光を平行光へと変換して結像レンズ２４へと導くレンズである。
　ピエゾアクチュエータ２６は、電圧を印加するとピエゾ素子が変形する圧電効果を利用したアクチュエータであり、制御部３の後述する駆動部３４によりその動作が制御され、対物レンズ２５の光軸方向への駆動を行う。
　具体的には、ピエゾアクチュエータ２６の内部にはＺ軸方向に積層された多数のピエゾ素子が設けられている。そして、駆動部３４によりこれらのピエゾ素子に電圧が印加されると、それぞれのピエゾ素子がＺ軸方向に変形する。ピエゾアクチュエータ２６はこの変形力により対物レンズ２５のＺ軸方向への駆動を行っている。
　なお、本実施形態においては対物レンズ２５のＺ方向の駆動のみを行うピエゾアクチュエータ２６が用いられているが、本発明においてはこれに限らず、更にＸ方向及びＹ方向の駆動も行うピエゾアクチュエータ２６であっても良い。
　ステージ７は、観察対象６が載置されるステージであり、図示しないアクチュエータによりＸ－Ｙ方向に移動される。なお、ステージ７は、本発明においてはこれに限らず、Ｚ方向にも移動可能であっても良い。ステージ７の移動に用いられるアクチュエータは特に限定されず、ピエゾアクチュエータの他、ステッピングモータやエアシリンダ等であっても良い。また、ステージ７は手動で動かされるようにしても良い。
　撮影装置２７は、観察対象６から発せられ、対物レンズ２５、結像レンズ２４及びビームスプリッタ２３を経た蛍光を受光し撮像を行うＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固体撮像素子を利用したカメラである。撮影装置２７がＣＣＤである場合には、結像レンズ２４や対物レンズ２５を介して入射される被写体像を撮像面上に結像させ、光電変換により映像信号を生成し、これを制御部３の後述する表示部３２や撮影部３３へと送信する。
　なお、本実施形態においてはこの撮影装置２７は静止画を撮影するものが想定されているが、本発明においてはこれに限らず、動画を撮影するものであっても良い。撮影装置２７は、制御部３の撮影部３３によりその駆動が制御される。
　ディスプレイ４は、蛍光顕微鏡２の撮影装置２７により得られる観察対象６の画像を映し出す画面であり、制御部３の表示部３２により制御されている。このディスプレイ４は単なる画像表示手段であっても良いが、これをタッチパネルとすることで使用者が制御部３を介して蛍光顕微鏡システム１全体の設定操作を行えるようにしても良い。
　外部記憶装置５は、蛍光顕微鏡２により得られる観察対象６の画像を含む各種データを保存する。
　制御部３は、蛍光顕微鏡システム１全体の制御を行い、パーソナルコンピュータ等により構成されている。制御部３は、制御部３全体を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵ上で動作する制御プログラム等を格納したＲＯＭ（Read Only Memory）と、各種データを一時的に格納するためのＲＡＭ（Random Access Memory）と、を備えて構成されている。なお、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭについての図示は省略されている。
　制御部３は、ＣＰＵがＲＯＭに格納されている制御プログラムをＲＡＭに展開して実行することにより、光源選択部３１、表示部３２、撮影部３３、駆動部３４として機能する。
　光源選択部３１は、観察対象６が発する蛍光の種類に応じて用いる光源２１を観察対象に応じて選択することで、光源２１から発せられる光線の波長を変化させる。
　表示部３２は、撮影装置２７により撮影された画像を、制御部３に接続された外部のディスプレイ４に表示する。
　撮影部３３は、撮影装置２７のシャッターや撮影タイミング等の駆動制御を行うとともに、撮影装置２７により撮像された画像のデータを、制御部３に接続された外部記憶装置５に記憶させる。
　駆動部３４は、ピエゾアクチュエータ２６に印加される電圧の大きさとタイミングを制御することで、ピエゾアクチュエータ２６の駆動制御を行う。こうした駆動部３４によるピエゾアクチュエータ２６の制御は、マーカーの種類ごとに予め求められている各蛍光色に応じた焦点距離に基づき行われる。マーカーの種類、焦点距離及び必要な印加電圧に関する情報はＲＡＭや外部記憶装置５に記憶されていて、ピエゾアクチュエータ２６の駆動時に駆動部３４がこの情報を読み出すことで、ピエゾアクチュエータ２６に印加される電圧が決定される。
　次に、上述した蛍光顕微鏡システム１が励起光及び蛍光を導く動作について説明する。
　まず、観察対象６に応じた波長の励起光を出射する光源２１が光源選択部３１により選択され、選択された光源２１から励起光が反射ミラー２２に向けて照射される。なお、選択された光源２１の情報は、光源選択部３１から駆動部３４へと送られ、駆動部３４によるピエゾアクチュエータ２６への印加電圧の選択に用いられる。
　次に、反射ミラー２２に到達した励起光は、反射ミラー２２により反射されて進行方向が変化し、ビームスプリッタ２３へと導かれる。ビームスプリッタ２３は、上述したように励起光をほぼ１００％透過する。そのため、ビームスプリッタ２３へと導かれた励起光はほぼ１００％ビームスプリッタ２３を透過し、結像レンズ２４へと導かれる。
　結像レンズ２４に導かれた励起光は、結像レンズ２４を平行光として通過し、対物レンズ２５へと導かれる。ここで、光源２１から出射される励起光が平行光である場合には、励起光はそのまま平行光として結像レンズ２４を通過する。一方、励起光が拡散光である場合には、結像レンズ２４により平行光へと変換される。
　次に、結像レンズ２４から対物レンズ２５へと導かれた励起光は、対物レンズ２５により収束光に変換されるとともに、観察対象６に焦点が合わされて照射される。
　この焦点合わせは、駆動部３４がピエゾアクチュエータ２６に印加する電圧を光源選択部３１から送られた光源２１の情報に基づき決定することで行われる。ピエゾアクチュエータ２６に印加される電圧が変化するとピエゾアクチュエータ２６の動作量が変化し、ピエゾアクチュエータ２６に駆動される対物レンズ２５の静定位置も変化する。こうして対物レンズ２５の静定位置を変化させることにより励起光の焦点位置を調整することができる。
　次に、対物レンズ２５を通過した励起光は、ステージ７上にある観察対象６に照射される。励起光の照射により観察対象６のマーカーの種類に応じた波長の蛍光が散乱光として発せられる。
　マーカーから発せられた散乱光である蛍光は、対物レンズ２５により平行光へと変換され、結像レンズ２４へと導かれる。なお、対物レンズ２５は蛍光を収束光に変換するものであっても良い。
　対物レンズ２５を通過した蛍光は、次に結像レンズ２４に導かれる。蛍光は結像レンズ２４により撮影装置２７の像面において結像する収束光に変換され、ビームスプリッタ２３へと導かれる。
　ビームスプリッタ２３は、上述したように蛍光をほぼ１００％反射し、撮影装置２７へと導く。そして、撮影装置２７の撮像面において蛍光画像が結像し撮影が行われる。
　ところで、蛍光顕微鏡により生きた細胞内の蛋白質を観察する場合、細胞内蛋白質は細胞内を高速で移動しているため、撮影時に被写体ブレが発生し易い。そのため、上述した方法により対物レンズ２５をピエゾアクチュエータ２６により超高速で移動させ被写体に焦点を合わせるとともに、細胞内蛋白質の移動速度よりも速い速度でシャッターを切ることで、撮影時の被写体ブレを防止している。
　こうした対物レンズ２５の移動による被写体ブレの防止について詳細に説明する。図２は、光軸色収差の補正が行われる様子を示し、（Ａ）は光軸色収差の補正前の対物レンズ２５の位置、（Ｂ）は光軸色収差の補正後の対物レンズ２５の位置を示す。図３は、光軸色収差の補正の前後における画像の状態を示し、（Ａ）は光軸色収差の補正前に撮影される画像、（Ｂ）は光軸色収差の補正後に撮影される画像を示す図である。
　上述したように、蛍光顕微鏡ではレンズの焦点距離が蛍光の波長により異なる光軸色収差が問題となる。
　例えば、図２（Ａ）では、蛍光Ａと蛍光Ｂの焦点距離が異なる様子が示されている。蛍光Ａの場合、結像レンズ２４が位置Ｉ、対物レンズ２５が位置Ｈにあるときに観察対象６に焦点の合った状態となる。しかし、蛍光Ｂについては、蛍光Ａの場合と同様に結像レンズ２４が位置Ｉ、対物レンズ２５が位置Ｈにあるときでも、観察対象６に焦点の合った状態とはならない。
　この図２（Ａ）の状態で撮影を行うと、撮影される画像は図３（Ａ）のようになる。蛍光Ａについては焦点が合っているため観察対象となる試料が鮮明に写っている。一方、蛍光Ｂについては焦点が合っておらず、観察対象となる試料がぼやけて写っている。こうした蛍光毎に焦点のズレが生じる現象が光軸色収差である。
　そこで、本実施形態に係る蛍光顕微鏡システム１では、観察対象となる試料が発する蛍光の波長毎にピエゾアクチュエータ２６により対物レンズ２５を光軸方向であるＺ方向に移動することで、光軸色収差の補正を行っている。
　図２（Ｂ）は、図２（Ａ）において光軸色収差による焦点のズレが生じていた蛍光Ｂについて、対物レンズ２５をＨの位置からＨ’の位置まで移動させることで、光軸色収差の補正を行った状態を示している。こうして光軸色収差の補正が行われた後の状態で観察対象の撮影を行うと、得られる画像は図３（Ｂ）のようになる。図３（Ｂ）では、蛍光Ｂについても焦点が合うことで、観察対象となる試料が鮮明に写るようになっている。
　ところで、対物レンズ２５を超高速で移動させて撮影を行う場合には、対物レンズ２５を所望の位置で素早く静止させる必要がある。しかし、実際にはアクチュエータの停止後も対物レンズ２５はしばらく細かく振動してしまい（以下「過度応答」という。）、すぐに静止することができない。こうした対物レンズ２５の過度応答時にシャッターを切ると、カメラブレが生じてしまう。
　そのため、撮影可能な範囲まで過度応答が収束しカメラブレが抑制された状態、具体的には対物レンズ２５の駆動開始位置から焦点位置までの距離を１００％とした場合に過度応答が焦点位置を中心として１０％の距離内に納まる状態（以下こうした状態を「静定」という。）においてシャッターを切る必要がある。対物レンズ２５が静定した状態では、カメラブレが生じたとしても画像に及ぼす影響は極めて少ないため、対物レンズ２５が静止した状態とみなすことができる。
　しかし、従来から一般的に行われているピエゾアクチュエータ２６の駆動制御方法、すなわち、所望の変位を生じさせる一定の電圧を対物レンズ２５の駆動開始から静定までピエゾアクチュエータ２６に印加し続ける方法では、対物レンズ２５の駆動開始から静定に至るまでの時間（以下「静定時間」という。）を短縮することはできない。
　そこで、本発明が適用される蛍光顕微鏡システム１では、対物レンズ２５を超高速で移動させて光軸色収差を補正する蛍光顕微鏡２において、ピエゾアクチュエータ２６の変位の途中でピエゾアクチュエータ２６に印加する電圧を変化させることで、静定時間の短縮を可能としている。以下、こうした静定時間の短縮方法について具体的に説明する。
　図４は、対物レンズ２５の静定時間を短縮するために印加する電圧を調整する様子を示すグラフである。図４において、点線Ｒは従来のピエゾアクチュエータ２６の駆動方式における電圧印加の方式を、実線Ｑは本実施形態におけるピエゾアクチュエータ２６の駆動方式における電圧印加の方式を、実線Ｐは本実施形態においてピエゾアクチュエータ２６に印加される電圧を示している。図４の横軸は時間を、左側の縦軸は電圧を、右側の縦軸はピエゾアクチュエータの変位量（ｎｍ）を示している。
　従来のピエゾアクチュエータ２６の駆動方式では、対物レンズ２５の駆動開始から静定まで、一定の変位電圧ｅが印加されていた。この変位電圧ｅは、対物レンズ２５を観察対象の焦点位置に移動させる変位をピエゾアクチュエータ２６に生じさせる電圧である。
　一方、本実施形態においては、実線Ｐに示すように、まずピエゾアクチュエータ２６に、変位電圧ｅの逓倍、すなわちｅ・α（αは２以上の整数）の大きな矩形波であるパルス電圧が、時間τまで印加される。このときのパルス電圧の印加時間τは、従来の駆動方式において対物レンズ２５が駆動開始から静定位置Ｓに至るまでの時間ｔ２よりも短い時間であり、こうしたパルス電圧の印加により対物レンズ２５は焦点位置の手前まで移動する。
　そして、時間τ以降は、ピエゾアクチュエータ２６に変位電圧ｅが印加されることで、対物レンズ２５は所望の焦点位置まで移動する。
　このように、本実施形態においては、まずピエゾアクチュエータ２６に大きな電圧であるパルス電圧を印加して高速で変位させることで対物レンズ２５を高速で焦点位置の手前まで移動させている。そして、途中から小さな電圧である変位電圧に切り替えてピエゾアクチュエータ２６を低速で変位させることで対物レンズ２５を低速で焦点位置まで移動させ静定させている。
　これにより、従来の駆動方式における静定時間ｔ２よりも短い静定時間ｔ１によりピエゾアクチュエータ２６を静定させることができる。また、変位電圧ｅの逓倍の電圧をパルス電圧とすることで、ピエゾアクチュエータ２６の制御を容易なものとすることができる。
　次に、上述した蛍光顕微鏡システム１による光軸色収差の補正方法の各工程についてフローチャートを用いて具体的に説明する。図５は、本発明の実施形態に係る光軸色収差の補正方法を示すフローチャートである。
　本実施形態に係る光軸色収差の補正方法は、まず、制御部３の光源選択部３１が、観察対象となる試料に応じた波長の光線を発する光源を選択する（ステップＳ１）。
　次に、駆動部３４が、ピエゾアクチュエータにパルス電圧ｅ・αを時間τ印加する（ステップＳ２）。上述したようにαは２以上の整数であり、パラメータｅとαの具体的な値は、それぞれの光源に応じて適宜選択される。ステップＳ２の大きな電圧であるパルス電圧の印加により、ピエゾアクチュエータ２６は高速で変位し、対物レンズ２５は高速で移動する。
　次に、駆動部３４が、ピエゾアクチュエータ２６に変位電圧ｅを印加する（ステップＳ３）。このときに印加される電圧ｅは、ステップＳ２で印加される電圧ｅ・αの１／αの大きさである。この変位電圧ｅの印加によりピエゾアクチュエータ２６が低速で変位することで、対物レンズ２５が低速で移動し静定する。
　このように、ステップＳ２で印加されたパルス電圧よりも大幅に小さい変位電圧がステップＳ３で印加されることで、駆動するピエゾアクチュエータ２６に言わば急ブレーキをかけることになる。
　ステップＳ２の高電圧によるピエゾアクチュエータ２６の高速駆動により対物レンズ２５を素早く焦点位置の手前まで移動させた後、ステップＳ３の低電圧によるピエゾアクチュエータ２６の低速駆動により対物レンズ２５を静定させる。
　こうしたピエゾアクチュエータ２６の駆動制御により、対物レンズ２５を短時間で静定させることができる。
　対物レンズ２５の静定後、更に他の試料から発せられる他色の蛍光の観察も行う場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１に戻り、光源選択部３１が再び観察対象となる試料に応じた波長の光線を発する光源を選択し、以後の一連の処理が再度繰り返される。
　一方、他色の蛍光の観察を行わない場合、すなわち、全ての試料の観察が完了した場合には（ステップＳ４：Ｎｏ）、一連の動作は全て終了する。
　上述した本実施形態に係る光軸色収差の補正方法によると、対物レンズ２５の光軸色収差の補正を対物レンズ２５の光軸方向への駆動により行うとともに、この駆動時の静定時間を短時間にすることができるため、被写体ブレとカメラブレを効果的に防止しつつ、観察対象の撮影を短時間で素早く行うことができる。こうした光軸色収差の補正方法は、観察対象の３次元画像を得る際に特に有用である。
　３次元画像の取得は、少なくとも蛍光顕微鏡システム１のＶｏｘｅｌサイズ程度の大きさの蛍光被写体試料について、対物レンズ２５を移動しつつ撮影することでＺ軸上の位置の異なる複数のＸ－Ｙ平面画像を求め、この平面画像群について畳み込み積分処理を施し、更に畳み込み積分の逆演算を施すことで行われる。
　こうした３次元画像の取得に際し、被写体が生きた細胞内の物質である場合には、被写体が常に動いているため被写体ブレが生じ易い。こうした被写体ブレを防止するためには、対物レンズ２５の駆動と静定を短時間で素早く行い撮影を行う必要がある。
　また、３次元画像の取得には多数の平面画像が必要であり、蛍光毎に各平面画像の取得位置に応じて対物レンズ２５を駆動し静定する必要がある。そのため、３次元画像の取得の迅速化のためには、対物レンズ２５の静定時間の短縮が必須となる。
　そこで、上述した本発明に係る光軸色収差の補正方法を用いることで、こうした３次元画像の取得においても被写体ブレとカメラブレを効果的に防止しつつ、３次元画像を迅速に得ることができる。
　なお、上述した実施形態においてはパルス電圧として変位電圧の逓倍の電圧が印加されていたが、発明においてはこれに限らず、パルス電圧が変位電圧よりも大きな電圧であれば同様の作用効果を奏することができる。
１　蛍光顕微鏡システム
２　蛍光顕微鏡
３　制御部
４　ディスプレイ
５　外部記憶装置
６　観察対象
７　ステージ
２１　光源
２２　反射ミラー
２３　ビームスプリッタ
２４　結像レンズ
２５　対物レンズ
２６　ピエゾアクチュエータ
２７　撮影装置
３１　光源選択部
３２　表示部
３３　撮影部
３４　駆動部                                    

Claims (4)

  1. 　蛍光顕微鏡に備えられピエゾアクチュエータにより駆動される対物レンズに生じる光軸色収差の補正方法であって、
    　前記ピエゾアクチュエータに対し、前記対物レンズを観察対象の焦点位置に移動させる変位電圧よりも大きいパルス電圧を、前記対物レンズが前記焦点位置の手前まで移動する所定時間印加する第１工程と、
    　前記第１工程後に前記変位電圧を前記ピエゾアクチュエータに印加し前記対物レンズを静定させる第２工程と、
    を有することを特徴とする対物レンズの駆動制御方法。
  2. 　前記第１工程において、前記パルス電圧として前記変位電圧の逓倍の電圧が印加されることを特徴とする請求項１記載の対物レンズの駆動制御方法。
  3. 　光源と、
    　前記光源から発せられる光線を観察対象に導く対物レンズと、
    　前記対物レンズを光軸方向に駆動するピエゾアクチュエータと、
    　前記対物レンズを前記観察対象の焦点位置に移動させる変位を生じる変位電圧よりも大きいパルス電圧を、前記対物レンズが前記焦点位置の手前まで移動する所定時間、前記ピエゾアクチュエータに印加した後、前記変位電圧を前記ピアゾアクチュエータに印加し前記対物レンズを静定させる駆動部と、
    　を備えることを特徴とする蛍光顕微鏡システム。
  4. 　前記駆動部は前記パルス電圧として前記変位電圧の逓倍の電圧を印加することを特徴とする請求項３記載の蛍光顕微鏡システム。

                                                                                        
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6134348B2 (ja) * 2015-03-31 2017-05-24 シスメックス株式会社 細胞撮像装置及び細胞撮像方法
KR101817000B1 (ko) * 2016-06-03 2018-01-10 한국과학기술원 색수차 보상 장치 및 이를 포함한 현미경 시스템
ES2949522T3 (es) * 2017-04-28 2023-09-29 Microwise Aps Método y dispositivo para cuantificar organismos vivos y uso de un dispositivo
WO2019033009A1 (en) * 2017-08-11 2019-02-14 President And Fellows Of Harvard College EXTENSIVE AND UNIQUE COHERENCE READING OF A SILICON LACON SPIN IN A DIAMOND
US20220187133A1 (en) * 2019-01-22 2022-06-16 Georgia Tech Research Corporation Microscale In-Situ Imaging Of Dynamic Temperature And Deformation Fields
CN113508235B (zh) * 2019-02-01 2023-08-08 统雷有限公司 压电制动装置
US10724956B1 (en) * 2019-02-01 2020-07-28 Essen Instruments, Inc. Spectral unmixing
CN112965231A (zh) * 2021-02-26 2021-06-15 南京工程学院 一种基于压电晶体的显微系统及其自动对焦方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0469069A (ja) * 1990-07-02 1992-03-04 Nippon Soken Inc 圧電素子駆動回路
JPH0868756A (ja) * 1994-08-30 1996-03-12 Nikon Corp 顕微鏡の落射蛍光照明装置
JPH11266883A (ja) 1998-01-23 1999-10-05 Takashi Osumi 蛍光性タンパク質ｇｆｐおよびｂｆｐ

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5233197A (en) * 1991-07-15 1993-08-03 University Of Massachusetts Medical Center High speed digital imaging microscope
US5729015A (en) * 1995-01-30 1998-03-17 Olympus Optical Co., Ltd. Position control system for scanning probe microscope
US6628459B2 (en) * 2000-04-19 2003-09-30 Olympus Optical Co., Ltd. Focus stabilizing apparatus
JP3832396B2 (ja) * 2002-07-17 2006-10-11 コニカミノルタフォトイメージング株式会社 駆動装置、位置制御装置およびカメラ
JP3867143B2 (ja) * 2003-06-25 2007-01-10 独立行政法人産業技術総合研究所 三次元顕微鏡システムおよび画像表示方法
US7232980B2 (en) * 2004-05-24 2007-06-19 Hamamatsu Photonics K.K. Microscope system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0469069A (ja) * 1990-07-02 1992-03-04 Nippon Soken Inc 圧電素子駆動回路
JPH0868756A (ja) * 1994-08-30 1996-03-12 Nikon Corp 顕微鏡の落射蛍光照明装置
JPH11266883A (ja) 1998-01-23 1999-10-05 Takashi Osumi 蛍光性タンパク質ｇｆｐおよびｂｆｐ

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