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JP2013054102A - Microscope device - Google Patents

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JP2013054102A
JP2013054102A JP2011190619A JP2011190619A JP2013054102A JP 2013054102 A JP2013054102 A JP 2013054102A JP 2011190619 A JP2011190619 A JP 2011190619A JP 2011190619 A JP2011190619 A JP 2011190619A JP 2013054102 A JP2013054102 A JP 2013054102A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a high resolution image by a microscope device having an optical scan optical system.SOLUTION: A microscope device 1 includes a light source 2 oscillating laser light L with which a sample S is irradiated, a scan optical system having a plurality of pinholes 6P through which a part of the laser light L passes and scanning the sample S with the laser light L, a microscope optical system having an objective lens 12 focusing the light after passing through the pinholes 6P of the laser light L on the sample S and guiding return light R emitted from a focal point to the pinholes 6P, a camera 16 detecting the return light R emitted from the sample S, and a relative movement mechanism 11 scanning the scan optical system, to relatively move the image of the return light R formed by the scan optical system with respect to the camera 16.

Description

本発明は、試料に励起光を照射して、試料の画像を観察する顕微鏡装置に関するものである。   The present invention relates to a microscope apparatus that irradiates a sample with excitation light and observes an image of the sample.

顕微鏡装置として蛍光顕微鏡が用いられている。蛍光顕微鏡は、試料に蛍光色素や蛍光タンパクを導入して、レーザ光を励起光として照射し、試料を蛍光させる。そして、この蛍光を観察することにより、試料の画像を取得する。顕微鏡装置では、高い分解能を得ることが求められるが、画素ずらしを行うことで、擬似的に観察画像の解像度を向上させている技術が特許文献1に開示されている。   A fluorescence microscope is used as a microscope apparatus. A fluorescence microscope introduces a fluorescent dye or a fluorescent protein into a sample and irradiates a laser beam as excitation light to cause the sample to fluoresce. Then, an image of the sample is acquired by observing this fluorescence. Although a microscope device is required to obtain a high resolution, Patent Document 1 discloses a technique for artificially improving the resolution of an observation image by shifting pixels.

また、ピンホールディスクとマイクロレンズディスクとを用いて高速に励起光を試料に走査させるニポウディスク方式の共焦点顕微鏡が特許文献2に開示されている。ピンホールディスクには多数のピンホールを配列し、マイクロレンズディスクには多数のマイクロレンズを配列し、ピンホールディスクとマイクロレンズディスクとを回転させることで、励起光を試料に高速に走査させることができる。   Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-228561 discloses a Nipo disk-type confocal microscope that scans a sample with excitation light at high speed using a pinhole disk and a microlens disk. Many pinholes are arranged on the pinhole disk, many microlenses are arranged on the microlens disk, and the pinhole disk and the microlens disk are rotated to scan the sample with excitation light at high speed. Can do.

特開2009−25362号公報JP 2009-25362 A 特開2011−22327号公報JP 2011-22327 A

特許文献1の顕微鏡(顕微鏡システム)は、顕微鏡光学系(マイクロスコープ)と顕微鏡画像撮像装置(撮像装置)とにより構成されている。そして、画素ずらしを行うための平行平板ガラスを顕微鏡光学系の内部に設けるようにして、平行平板ガラスの傾きを前後左右に変化させることで、結像画像の位置を結像素子上で前後左右にずらすようにしている。   The microscope (microscope system) of Patent Document 1 is configured by a microscope optical system (microscope) and a microscope image pickup device (image pickup device). Then, a parallel flat glass for pixel shifting is provided inside the microscope optical system, and the inclination of the parallel flat glass is changed back and forth and left and right, so that the position of the image formed on the imaging element is changed back and forth and left and right. I try to shift it to

一方、特許文献2の顕微鏡では、顕微鏡光学系およびカメラ(撮像素子)だけではなく、走査系光学系を有している。走査光学系はピンホールディスクおよびマイクロレンズディスクを有して構成しており、顕微鏡光学系とカメラとの間に設けられている。つまり、特許文献1の顕微鏡とは異なり、顕微鏡光学系とカメラと走査光学系との3者により構成されている。   On the other hand, the microscope of Patent Document 2 has a scanning optical system as well as a microscope optical system and a camera (imaging device). The scanning optical system includes a pinhole disk and a microlens disk, and is provided between the microscope optical system and the camera. That is, unlike the microscope of Patent Document 1, the microscope is composed of a microscope optical system, a camera, and a scanning optical system.

特許文献1の顕微鏡は顕微鏡光学系と撮像装置との2者の光学系を調整することにより、画素ずらしを実現している。これにより、擬似的に観察画像の解像度を向上させることができる。ただし、特許文献2のようなニポウディスク方式の共焦点顕微鏡のように、顕微鏡光学系とカメラと走査光学系との3者の光学系により実現される場合には、単に画素ずらしの技術を適用することができない。   The microscope of Patent Document 1 realizes pixel shift by adjusting the two optical systems of the microscope optical system and the imaging device. Thereby, the resolution of the observation image can be improved in a pseudo manner. However, when realized by a three-part optical system of a microscope optical system, a camera, and a scanning optical system, such as a Niipou disc type confocal microscope as in Patent Document 2, a pixel shifting technique is simply applied. I can't.

そこで、本発明は、光走査光学系を有する顕微鏡装置で高い分解能の画像を得ることを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to obtain a high resolution image with a microscope apparatus having an optical scanning optical system.

以上の課題を解決するため、本発明の顕微鏡装置は、試料に照射する励起光を発振する光源と、前記励起光の一部を通過させる複数の開口部を有し、前記励起光を前記試料に走査させる走査光学系と、前記励起光のうち前記開口部を通過した光に前記試料で焦点を結ばせる対物レンズを有し、前記焦点から発生する蛍光を前記開口部に導く顕微鏡光学系と、前記試料から発生する蛍光を検出する検出部と、前記走査光学系を走査することによって前記走査光学系に形成される前記蛍光の像を、前記検出部に対して相対移動させる相対移動機構と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above problems, a microscope apparatus of the present invention includes a light source that oscillates excitation light that irradiates a sample, and a plurality of openings that allow a part of the excitation light to pass therethrough. A scanning optical system for scanning, and a microscope optical system that has an objective lens that focuses the light that has passed through the opening of the excitation light with the sample, and that guides fluorescence generated from the focus to the opening. A detection unit that detects fluorescence generated from the sample, and a relative movement mechanism that relatively moves the fluorescence image formed on the scanning optical system by scanning the scanning optical system with respect to the detection unit. , Provided.

この顕微鏡装置によれば、相対移動機構が走査光学系に形成される戻り光(蛍光)の像を検出部に対して相対移動させている。戻り光の像を相対移動することで、検出部において画素ずらしを行うことができる。これにより、走査光学系を有する顕微鏡で高い分解能の画像を得ることができる。   According to this microscope apparatus, the relative movement mechanism moves the return light (fluorescence) image formed in the scanning optical system relative to the detection unit. By relatively moving the image of the return light, pixel shift can be performed in the detection unit. Thereby, a high-resolution image can be obtained with a microscope having a scanning optical system.

また、前記走査光学系は、前記開口部として複数のピンホールを有するピンホールディスクと、このピンホールを回転させる回転部とを有し、この回転部が前記ピンホールディスクを回転することにより前記焦点を前記試料で走査し、前記ピンホールディスク面に前記試料の蛍光の像を形成し、前記ピンホール上の蛍光像を伝達するリレー光学系によってリレーされた前記蛍光の像を検出する前記検出部としての撮像素子を備えていることを特徴とする。   The scanning optical system includes a pinhole disk having a plurality of pinholes as the opening, and a rotating unit that rotates the pinhole, and the rotating unit rotates the pinhole disk to rotate the pinhole disk. Scanning the focal point with the sample, forming a fluorescence image of the sample on the pinhole disk surface, and detecting the fluorescence image relayed by a relay optical system that transmits the fluorescence image on the pinhole An image sensor as a unit is provided.

ピンホールディスクを回転させることにより、試料の光軸方向に直交する方向に焦点を走査することができる。走査されたときの戻り光の像はピンホールを通過し、リレー光学系によりリレーされて撮像素子で走査される。これにより、試料の断面情報を得ることができる。   By rotating the pinhole disk, the focal point can be scanned in a direction orthogonal to the optical axis direction of the sample. The image of the return light when scanned passes through the pinhole, is relayed by the relay optical system, and is scanned by the image sensor. Thereby, cross-sectional information of the sample can be obtained.

また、前記相対移動機構は、前記対物レンズと前記ピンホールディスクとの間に配置された撮影レンズを光軸方向に直交する方向に移動することにより、前記ピンホールディスクに形成される前記蛍光の像を前記撮像素子に対して相対移動させることを特徴とする。   Further, the relative movement mechanism moves the photographing lens disposed between the objective lens and the pinhole disk in a direction orthogonal to the optical axis direction, thereby causing the fluorescence formed on the pinhole disk. An image is moved relative to the image sensor.

撮影レンズを光軸方向に直交する方向に移動することにより、ピンホールディスクに形成される戻り光の像を撮像素子に対して相対移動させることができる。   By moving the photographic lens in a direction perpendicular to the optical axis direction, the image of the return light formed on the pinhole disk can be moved relative to the image sensor.

また、前記蛍光の波長をλ、前記対物レンズの開口数をNA、前記撮影レンズの移動ピッチをsとしたときに、s≦(1/2)×0.61×(λ/NA)となるように前記相対移動機構が前記撮影レンズを移動させることを特徴とする。   Further, when the wavelength of the fluorescence is λ, the numerical aperture of the objective lens is NA, and the moving pitch of the photographing lens is s, s ≦ (1/2) × 0.61 × (λ / NA). As described above, the relative movement mechanism moves the photographing lens.

撮影レンズの移動ピッチsを前記の式のように設定することで、走査光学系を有する顕微鏡で光学分解能の限界値を得るような高い分解能の画像を得ることができるようになる。   By setting the moving pitch s of the photographic lens as in the above formula, it is possible to obtain an image with a high resolution so as to obtain a limit value of the optical resolution with a microscope having a scanning optical system.

また、前記相対移動機構が動作する高解像度モードと前記相対移動機構が動作しない高速モードとを切り替える制御部を備えたことを特徴とする。   In addition, a control unit that switches between a high-resolution mode in which the relative movement mechanism operates and a high-speed mode in which the relative movement mechanism does not operate is provided.

画素ずらしを行う高解像度モードは高い解像度を得ることができるが、処理に時間がかかる。高い解像度が必要でない場合には、画素ずらしを行わない高速モードを選択することで、処理の高速化を実現することができる。   The high resolution mode in which pixel shifting is performed can obtain a high resolution, but the processing takes time. When high resolution is not required, the processing speed can be increased by selecting a high-speed mode in which pixel shifting is not performed.

また、前記相対移動機構は、前記リレー光学系を光軸方向に直交する方向に移動することにより、前記ピンホールディスクに形成される像を前記撮像素子に対して相対移動させることを特徴とする。   Further, the relative movement mechanism moves the relay optical system in a direction orthogonal to the optical axis direction to move the image formed on the pinhole disk relative to the image sensor. .

リレー光学系を光軸方向に直交する方向に移動することによっても、ピンホールディスクに形成される像を撮像素子に対sh智恵相対移動させることができる。   By moving the relay optical system in the direction orthogonal to the optical axis direction, the image formed on the pinhole disk can be moved relative to the image sensor relative to the sh.

本発明は、相対移動機構が走査光学系に形成される戻り光の像を検出部に対して相対移動させている。このため、戻り光の像を相対移動することで、検出部において画素ずらしを行うことができる。これにより、走査光学系を有する顕微鏡で高い分解能の画像を得ることができる。   In the present invention, the relative movement mechanism relatively moves the return light image formed in the scanning optical system with respect to the detection unit. For this reason, it is possible to perform pixel shifting in the detection unit by relatively moving the image of the return light. Thereby, a high-resolution image can be obtained with a microscope having a scanning optical system.

実施形態の顕微鏡装置の構成図である。It is a block diagram of the microscope apparatus of embodiment. ピンホールディスクおよびマイクロレンズディスクの構成図である。It is a block diagram of a pinhole disk and a micro lens disk. ピンホールおよび走査ピッチを説明する図である。It is a figure explaining a pinhole and a scanning pitch. 撮影レンズの移動前後の焦点を説明する図である。It is a figure explaining the focus before and behind the movement of a photographic lens. 撮影レンズを移動したときの撮像素子の像を説明する図である。It is a figure explaining the image of an image sensor when a photographic lens is moved. 画素の再配置を行ったときの図である。It is a figure when rearrangement of a pixel is performed. 変形例1の顕微鏡装置の構成図である。It is a block diagram of the microscope apparatus of the modification 1. 変形例2の撮像素子の像の変化を説明する図である。It is a figure explaining the change of the image of the image sensor of the modification 2.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図1は実施形態の顕微鏡装置1を示している。顕微鏡装置1は試料Sを観察対象としており、光源2とファイバ3とコリメートレンズ4とマイクロレンズディスク5とピンホールディスク6と連結ドラム7とモータ8ダイクロイックミラー9と撮影レンズ10と相対移動機構11と対物レンズ12と前側リレーレンズ13と蛍光フィルタ14と後側リレーレンズ15とカメラ16と制御部17とモニタ18とを備えて構成している。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a microscope apparatus 1 according to an embodiment. The microscope apparatus 1 uses a sample S as an observation target, and includes a light source 2, a fiber 3, a collimating lens 4, a microlens disk 5, a pinhole disk 6, a connecting drum 7, a motor 8 dichroic mirror 9, a photographing lens 10, and a relative movement mechanism 11. And an objective lens 12, a front relay lens 13, a fluorescent filter 14, a rear relay lens 15, a camera 16, a control unit 17, and a monitor 18.

光源2は励起光としてレーザ光Lを発振する。ファイバ3は光ファイバであり、レーザ光Lを導光する。ファイバ3の出射側にはコリメートレンズ4が配置されており、ファイバ3から出射されたレーザ光Lはコリメートレンズ4で平行光になる。コリメートレンズ4の前方にはマイクロレンズディスク5が配置されている。   The light source 2 oscillates laser light L as excitation light. The fiber 3 is an optical fiber and guides the laser light L. A collimating lens 4 is disposed on the emission side of the fiber 3, and the laser light L emitted from the fiber 3 becomes parallel light by the collimating lens 4. A microlens disc 5 is disposed in front of the collimating lens 4.

図2に示すように、マイクロレンズディスク5は螺旋状に多数のマイクロレンズ5Mを配列した回転ディスクである。また、ピンホールディスク6はマイクロレンズ5Mと同じパターンで多数のピンホール6Pを配列した回転ディスクである。ピンホール6Pは観察対象である試料Sの焦点の範囲内の光のみを通過させる開口部である。マイクロレンズ5Mは対応するピンホール6Pにレーザ光Lを集光させる機能を有している。   As shown in FIG. 2, the microlens disk 5 is a rotating disk in which a large number of microlenses 5M are arranged in a spiral shape. The pinhole disk 6 is a rotating disk in which a large number of pinholes 6P are arranged in the same pattern as the microlens 5M. The pinhole 6P is an opening through which only light within the focal range of the sample S to be observed passes. The micro lens 5M has a function of condensing the laser light L in the corresponding pinhole 6P.

マイクロレンズディスク5とピンホールディスク6とは連結ドラム7により連結されており、連結ドラム7はモータ8に接続されている。モータ8により回転力が付与されることで、マイクロレンズディスク5とピンホールディスク6とが一体的に回転する。連結ドラム7とモータ8とにより回転部が構成される。   The microlens disk 5 and the pinhole disk 6 are connected by a connecting drum 7, and the connecting drum 7 is connected to a motor 8. When the rotational force is applied by the motor 8, the microlens disk 5 and the pinhole disk 6 rotate integrally. The connecting drum 7 and the motor 8 constitute a rotating part.

マイクロレンズディスク5とピンホールディスク6とはそれぞれ走査光学系(走査板)を構成する。走査光学系により、試料Sの水平面(XY平面)にレーザ光Lが走査される。これにより、試料Sの所定領域の断層像を取得することができる。   Each of the microlens disk 5 and the pinhole disk 6 constitutes a scanning optical system (scanning plate). The laser light L is scanned on the horizontal plane (XY plane) of the sample S by the scanning optical system. Thereby, a tomographic image of a predetermined region of the sample S can be acquired.

図1および図2に示すように、マイクロレンズディスク5とピンホールディスク6との間にはダイクロイックミラー9を設けている。ダイクロイックミラー9は光源2が発振するレーザ光Lの波長を透過し、試料Sの蛍光の波長を反射する特性を有する光学素子である。   As shown in FIGS. 1 and 2, a dichroic mirror 9 is provided between the microlens disk 5 and the pinhole disk 6. The dichroic mirror 9 is an optical element having a characteristic of transmitting the wavelength of the laser light L oscillated by the light source 2 and reflecting the wavelength of the fluorescence of the sample S.

ピンホール6Pをレーザ光Lが透過した位置に撮影レンズ(チューブレンズ)10が配置されている。この撮影レンズ10によりレーザ光Lは平行光になる。撮影レンズ10にはレーザ光Lの光軸方向(Z方向)に対して直交する方向に撮影レンズ10を微小に移動させる相対移動機構11が取り付けられている。   A photographing lens (tube lens) 10 is arranged at a position where the laser light L is transmitted through the pinhole 6P. The photographing lens 10 makes the laser light L parallel light. The photographing lens 10 is provided with a relative movement mechanism 11 that minutely moves the photographing lens 10 in a direction orthogonal to the optical axis direction (Z direction) of the laser light L.

相対移動機構11としては撮影レンズ10を光軸方向に対して直交する方向に撮影レンズ10を移動させる機構であればよく、例えば撮影レンズ10をクランプするホルダを駆動するアクチュエータ等を適用することができる。   The relative movement mechanism 11 may be any mechanism that moves the photographic lens 10 in a direction orthogonal to the optical axis direction. For example, an actuator that drives a holder that clamps the photographic lens 10 may be applied. it can.

撮影レンズ10により平行光になったレーザ光Lの光路に対物レンズ12が配置されている。この対物レンズ12によりレーザ光Lは観察対象である試料Sに焦点Fを結ぶ。撮影レンズ10と対物レンズ12とにより顕微鏡光学系が構成される。   An objective lens 12 is disposed in the optical path of the laser light L that has been collimated by the photographing lens 10. The objective lens 12 causes the laser beam L to focus on the sample S to be observed. The photographing lens 10 and the objective lens 12 constitute a microscope optical system.

ダイクロイックミラー9で反射した蛍光(戻り光R)の光路に前側リレーレンズ13が配置されており、この前側リレーレンズ13により戻り光Rは平行光になる。戻り光Rの光路に蛍光フィルタ14が配置されている。蛍光フィルタ14は試料Sの蛍光波長成分のみを透過させる。また、戻り光Rの光路には後側リレーレンズ15が配置されている。後側リレーレンズ15により平行光の戻り光Rはカメラ16の撮像素子16Cに焦点を結ぶ。   A front relay lens 13 is disposed in the optical path of the fluorescence (return light R) reflected by the dichroic mirror 9, and the return light R becomes parallel light by the front relay lens 13. A fluorescent filter 14 is disposed in the optical path of the return light R. The fluorescent filter 14 transmits only the fluorescent wavelength component of the sample S. A rear relay lens 15 is disposed in the optical path of the return light R. The parallel light return light R is focused on the image sensor 16C of the camera 16 by the rear relay lens 15.

制御部17はカメラ16に接続されたコンピュータであり、カメラ16から出力される電気信号に基づいて所定の演算処理を行う。これにより、試料Sの画像が生成される。生成された画像はモニタ18に表示される。制御部17は光源2とモータ8と相対移動機構11とカメラ16とを制御している。   The control unit 17 is a computer connected to the camera 16 and performs predetermined arithmetic processing based on an electrical signal output from the camera 16. Thereby, an image of the sample S is generated. The generated image is displayed on the monitor 18. The control unit 17 controls the light source 2, the motor 8, the relative movement mechanism 11, and the camera 16.

次に動作について説明する。制御部17は光源2から試料Sを励起させる波長を持つレーザ光Lを発振させる。このレーザ光Lは励起光となる。レーザ光Lはファイバ3に集光されており、ファイバ3の他端から広がりをもって発せられる。そして、レーザ光Lはコリメートレンズ4により平行光に変換される。平行光となったレーザ光Lはマイクロレンズディスク5の各マイクロレンズ5Mに照射される。   Next, the operation will be described. The control unit 17 oscillates a laser beam L having a wavelength for exciting the sample S from the light source 2. This laser light L becomes excitation light. The laser light L is focused on the fiber 3 and emitted from the other end of the fiber 3 with a spread. The laser light L is converted into parallel light by the collimating lens 4. The laser light L that has become parallel light is applied to each microlens 5M of the microlens disk 5.

図2に示すように、マイクロレンズディスク5の個々のマイクロレンズ5Mにより集光されたレーザ光Lはダイクロイックミラー9を透過する。これは、ダイクロイックミラー9がレーザ光Lを透過する光学特性を有しているためである。そして、レーザ光Lはマイクロレンズ5Mに対応するピンホール6Pで焦点を結ぶ。   As shown in FIG. 2, the laser light L collected by the individual microlenses 5M of the microlens disk 5 passes through the dichroic mirror 9. This is because the dichroic mirror 9 has an optical characteristic of transmitting the laser light L. The laser beam L is focused at the pinhole 6P corresponding to the microlens 5M.

ピンホール6Pを通過したレーザ光Lは撮影レンズ10によって、ピンホール6Pの位置に対応する傾きを有する平行光に変換される。この平行光となったレーザ光Lは対物レンズ12に入射して、その傾きに応じて焦点面の対応する位置に焦点Fを結像する。従って、試料Sに入射されるレーザ光Lはその傾きに応じた焦点Fを結ぶ。図1では光軸中心の光線を実線で示し、光軸からずれた光線を破線で示している。   The laser light L that has passed through the pinhole 6P is converted by the photographing lens 10 into parallel light having an inclination corresponding to the position of the pinhole 6P. The parallel laser beam L is incident on the objective lens 12 and forms a focal point F at a corresponding position on the focal plane in accordance with the inclination thereof. Therefore, the laser beam L incident on the sample S forms a focal point F corresponding to the inclination. In FIG. 1, the light beam at the center of the optical axis is indicated by a solid line, and the light beam shifted from the optical axis is indicated by a broken line.

試料Sにはレーザ光Lにより励起される蛍光色素や蛍光タンパク等が導入されている。よって、レーザ光Lが試料Sで焦点Fを結ぶことにより、蛍光を発生する。この蛍光が戻り光Rとなる。戻り光Rは対物レンズ12、撮影レンズ10、ピンホール6Pのようにレーザ光Lと同じ光路を通って、ダイクロイックミラー9に入射する。   In the sample S, a fluorescent dye or a fluorescent protein excited by the laser light L is introduced. Therefore, when the laser beam L is focused on the sample S, fluorescence is generated. This fluorescence becomes return light R. The return light R enters the dichroic mirror 9 through the same optical path as the laser light L like the objective lens 12, the photographing lens 10, and the pinhole 6P.

ダイクロイックミラー9は試料Sの蛍光の波長の光を反射する特性を有している。よって、戻り光Rは反射する。そして、この戻り光Rは前側リレーレンズ13に入射する。ピンホール6Pを通過した戻り光Rの像は前側リレーレンズ13、後側リレーレンズ15の作用でカメラ16の撮像素子16Cに等倍で結像する。このとき、戻り光Rは蛍光フィルタ14の作用により、蛍光成分のみが選択的に透過されており、蛍光成分以外は除去されている。   The dichroic mirror 9 has a characteristic of reflecting the light having the fluorescence wavelength of the sample S. Therefore, the return light R is reflected. The return light R is incident on the front relay lens 13. The image of the return light R that has passed through the pinhole 6P is formed at the same magnification on the image pickup device 16C of the camera 16 by the action of the front relay lens 13 and the rear relay lens 15. At this time, only the fluorescent component is selectively transmitted through the return light R by the action of the fluorescent filter 14, and the components other than the fluorescent component are removed.

このときに、制御部17はモータ8を回転させるように制御する。これにより、走査光学系であるマイクロレンズディスク5とピンホールディスク6とが一体的に回転する。図2に示すように、ピンホール6Pを通過する光が試料Sの対応する焦点面で走査され、個々の戻り光Rは再びピンホール6Pを通過する。そして、ダイクロイックミラー9で反射してカメラ16の撮像素子16Cを走査される。   At this time, the control unit 17 controls the motor 8 to rotate. Thereby, the microlens disk 5 and the pinhole disk 6 which are scanning optical systems rotate integrally. As shown in FIG. 2, the light passing through the pinhole 6P is scanned on the corresponding focal plane of the sample S, and each return light R passes through the pinhole 6P again. Then, the light is reflected by the dichroic mirror 9 and scanned by the image sensor 16 </ b> C of the camera 16.

これにより、試料Sの焦点面の情報がカメラ16に投影されて試料Sの観察が可能になる。また、このときに焦点面以外の光はピンホール6Pを殆ど通過しないためカメラ16に到達しない。従って、カメラ16で取得する画像は試料Sの焦点の範囲内の光のみの画像となり、つまり共焦点画像となる。換言すれば、顕微鏡装置1は共焦点顕微鏡となる。   Thereby, the information on the focal plane of the sample S is projected on the camera 16 and the sample S can be observed. At this time, light other than the focal plane hardly passes through the pinhole 6P and therefore does not reach the camera 16. Therefore, the image acquired by the camera 16 is an image of only light within the focal range of the sample S, that is, a confocal image. In other words, the microscope apparatus 1 is a confocal microscope.

そして、モータ8がマイクロレンズディスク5およびピンホールディスク6を回転させることで、レーザ光Lを試料Sに高速に走査させることができる。これにより、試料Sの断層を高速に走査させることができ、所定の断層の画像を高速に生成することができる。   Then, the motor 8 rotates the microlens disk 5 and the pinhole disk 6 so that the laser beam L can be scanned over the sample S at high speed. Thereby, the tomogram of the sample S can be scanned at high speed, and a predetermined tomographic image can be generated at high speed.

ここで、制御部17は相対移動機構11を制御して、撮影レンズ10をレーザ光Lの光軸方向に直交する方向に相対的に移動させる。これにより、ピンホールディスク6(走査光学系)に形成される戻り光R(蛍光)の像をカメラ(検出部)16に対して相対的に移動させている。   Here, the control unit 17 controls the relative movement mechanism 11 to relatively move the photographing lens 10 in a direction orthogonal to the optical axis direction of the laser light L. Thereby, the image of the return light R (fluorescence) formed on the pinhole disk 6 (scanning optical system) is moved relative to the camera (detection unit) 16.

相対移動機構11が撮影レンズ10を移動させる移動ピッチsは、戻り光Rの波長をλ、対物レンズ12の開口数をNAとしたときに、「s≦(1/2)×0.61×(λ/NA)」となるようにする。これは、光学分解能の限界値をσとしたときに「σ=0.61×(λ/NA)」であり、光学分解能の限界値の情報を得るためのサンプリングピッチsが「s≦(1/2)×σ」となるためである。   The moving pitch s for moving the photographing lens 10 by the relative movement mechanism 11 is “s ≦ (1/2) × 0.61 ×, where λ is the wavelength of the return light R and NA is the numerical aperture of the objective lens 12. (Λ / NA) ”. This is “σ = 0.61 × (λ / NA)” when the limit value of the optical resolution is σ, and the sampling pitch s for obtaining information of the limit value of the optical resolution is “s ≦ (1 / 2) × σ ”.

ここで、対物レンズ12の倍率が20倍、開口数NAが0.75、戻り光Rの波長λが550nmであるとする。この場合、光学分解能の限界値σはσ=0.45μmとなる。ただし、対物レンズ12の倍率が20倍になっているため、限界値σはσ=9(=0.45×20)μmにカメラ16の撮像素子16Cに拡大投影される。つまり、光学分解能の限界値σはσ=9μmとなる。   Here, it is assumed that the magnification of the objective lens 12 is 20, the numerical aperture NA is 0.75, and the wavelength λ of the return light R is 550 nm. In this case, the limit value σ of the optical resolution is σ = 0.45 μm. However, since the magnification of the objective lens 12 is 20 times, the limit value σ is enlarged and projected onto the image sensor 16C of the camera 16 at σ = 9 (= 0.45 × 20) μm. That is, the limit value σ of the optical resolution is σ = 9 μm.

一方、図3は、試料Sにおける焦点Fが走査される走査ピッチP1を示している。この図に示すように、破線方向(X方向)には焦点Fが連続しているため、極めて高い分解能で走査を行うことができる。ただし、この方向と直交する方向のピッチ(走査ピッチP1)には限界がある。ここでは、この走査ピッチP1が7μmであるとする。また、カメラ16の撮像素子16Cの画素サイズも7μmであるとする。   On the other hand, FIG. 3 shows the scanning pitch P1 at which the focal point F of the sample S is scanned. As shown in this figure, since the focal point F is continuous in the broken line direction (X direction), scanning can be performed with extremely high resolution. However, there is a limit to the pitch in the direction orthogonal to this direction (scanning pitch P1). Here, it is assumed that the scanning pitch P1 is 7 μm. Further, it is assumed that the pixel size of the image sensor 16C of the camera 16 is also 7 μm.

光学分解能の限界値σはσ=9μmであり、この限界値σにおけるサンプリングピッチsは「s≦(1/2)×σ=4.5μm」である。従って、走査ピッチP1も画素サイズも7μmであり、サンプリングピッチs(=4.5μm)には達していないため、光学分解能の限界値の情報が得られていないことになる。これにより、高い分解能の画像が得られないことになる。   The limit value σ of the optical resolution is σ = 9 μm, and the sampling pitch s at the limit value σ is “s ≦ (1/2) × σ = 4.5 μm”. Therefore, since the scanning pitch P1 and the pixel size are both 7 μm and the sampling pitch s (= 4.5 μm) is not reached, information on the limit value of the optical resolution is not obtained. As a result, an image with high resolution cannot be obtained.

そこで、相対移動機構11を用いて撮影レンズ10を微小移動させる。撮影レンズ10の移動量はサンプリングピッチsの移動量であり、つまり「s≦(1/2)×0.61×(λ/NA)」である。前記の例では、「s≦4.5μm」を充足すればよいが、ここでは、この範囲のうち撮像素子16Cの画素サイズの半分とする。つまり、「s=3.5μm」とする。   Therefore, the photographing lens 10 is slightly moved using the relative movement mechanism 11. The moving amount of the taking lens 10 is the moving amount of the sampling pitch s, that is, “s ≦ (1/2) × 0.61 × (λ / NA)”. In the above example, “s ≦ 4.5 μm” may be satisfied, but here, it is assumed that the pixel size of the image sensor 16C is half of this range. That is, “s = 3.5 μm”.

相対移動機構11は撮影レンズ10を戻り光Rの光軸に直交する方向に移動させる。戻り光Rの光軸に直交する方向は平面であり、この平面には相互に直交する2方向(XY方向)がある。走査ピッチP1と画素サイズとの両者がサンプリングピッチsに達していない場合には、相対移動機構11は撮影レンズ10をXY方向の2方向に移動させる。一方、何れ一方がサンプリングピッチsに達していない場合には、相対移動機構11は撮影レンズ10をXY方向の何れか1方向に移動させる。   The relative movement mechanism 11 moves the photographing lens 10 in a direction orthogonal to the optical axis of the return light R. The direction orthogonal to the optical axis of the return light R is a plane, and this plane has two directions (XY directions) orthogonal to each other. When both the scanning pitch P1 and the pixel size do not reach the sampling pitch s, the relative movement mechanism 11 moves the photographing lens 10 in two directions of the XY directions. On the other hand, when either one has not reached the sampling pitch s, the relative movement mechanism 11 moves the photographing lens 10 in any one of the XY directions.

ここでは、走査ピッチP1も画素サイズもサンプリングピッチsに達していないため、相対移動機構11は撮影レンズ10をXY方向の2方向に移動させる。図4はピンホールディスク6と撮影レンズ10との関係を示している。同図において、実線は撮影レンズ10をX方向に移動する前の状態を示しており、破線はX方向に移動した後の状態を示している。   Here, since neither the scanning pitch P1 nor the pixel size has reached the sampling pitch s, the relative movement mechanism 11 moves the photographing lens 10 in two directions in the XY directions. FIG. 4 shows the relationship between the pinhole disk 6 and the photographic lens 10. In the figure, the solid line shows the state before moving the photographic lens 10 in the X direction, and the broken line shows the state after moving in the X direction.

移動前において、撮影レンズ10の焦点はピンホールディスク6の点21にある。この点21にピンホール6Pが位置した場合、焦点から発せられたレーザ光Lは光軸に平行となり対物レンズ12に集光される。また、戻り光Rも同様の光路を通る。このときに、相対移動機構11は、撮影レンズ10をX方向にサンプリングピッチs(つまり、3.5μm:図4ではX1)だけ移動させる。   Before the movement, the focal point of the taking lens 10 is at the point 21 of the pinhole disk 6. When the pinhole 6P is located at this point 21, the laser light L emitted from the focal point is parallel to the optical axis and is focused on the objective lens 12. The return light R also passes through the same optical path. At this time, the relative movement mechanism 11 moves the photographing lens 10 in the X direction by a sampling pitch s (that is, 3.5 μm: X1 in FIG. 4).

撮影レンズ10をX方向に移動させることにより、撮影レンズ10の焦点は点22に変化する。点22にピンホール6Pが位置した場合、この焦点から発せられたレーザ光Lは光軸に平行となり対物レンズ12に集光される。また、戻り光Rも同様の光路を通る。これらの撮影レンズ10を通過したレーザ光Lはどちらも光軸に平行な光であるため、対物レンズ12を通過後はどちらも同じ点に集光される。   By moving the photographic lens 10 in the X direction, the focal point of the photographic lens 10 changes to a point 22. When the pinhole 6P is positioned at the point 22, the laser light L emitted from this focal point is parallel to the optical axis and is focused on the objective lens 12. The return light R also passes through the same optical path. Since both of the laser beams L that have passed through these photographing lenses 10 are light parallel to the optical axis, both of them are condensed at the same point after passing through the objective lens 12.

つまり、撮影レンズ10をX方向にサンプリングピッチsの分だけ移動させることにより、点21で観察されていた情報は点22に移動する。同様に、ピンホールディスク6の他の点もそれぞれサンプリングピッチsの分だけX方向に移動するため、撮影レンズ10を移動することにより、ピンホールディスク6に投影される像もX方向に移動する。   That is, the information observed at the point 21 moves to the point 22 by moving the photographing lens 10 in the X direction by the sampling pitch s. Similarly, the other points of the pinhole disk 6 also move in the X direction by the sampling pitch s, so that the image projected on the pinhole disk 6 also moves in the X direction by moving the photographing lens 10. .

この像は前側リレーレンズ13、後側リレーレンズ15の作用でカメラ16の撮像素子16Cに等倍に結像される。よって、撮影レンズ10を移動することによりピンホールディスク6に形成される像がX方向に移動されるが、この像の移動は撮像素子16Cにおいても移動する。ここで、撮像素子16Cに対して像がX方向に移動するということは、撮像素子16Cを像に対して相対的に−X方向に移動したことを意味する。すなわち、撮像素子16Cで観察される視野は移動前の視野よりも−X方向にサンプリングピッチsだけ移動した視野を撮影する。   This image is formed at the same magnification on the image sensor 16C of the camera 16 by the action of the front relay lens 13 and the rear relay lens 15. Therefore, the image formed on the pinhole disk 6 is moved in the X direction by moving the photographing lens 10, and the movement of this image is also moved in the image sensor 16C. Here, the fact that the image moves in the X direction with respect to the image sensor 16C means that the image sensor 16C has moved in the −X direction relative to the image. That is, the field of view observed by the image sensor 16C is taken as a field of view moved by the sampling pitch s in the -X direction from the field of view before the movement.

図4では1方向(X方向)だけの移動になっているが、前述したように、撮影レンズ10はXYの2方向に移動するため、撮像素子16Cにおいて戻り光Rの像はXYの2方向に移動される。   In FIG. 4, the movement is only in one direction (X direction). However, as described above, since the photographing lens 10 moves in two directions XY, the image of the return light R is two directions in XY in the image sensor 16C. Moved to.

ここで、撮像素子16Cについて説明する。図5(a)は撮像素子16Cのうち4つの画素A1、B1、C1、D1を示している。これらの画素サイズは7μmであり、光学分解能の限界値を得るためのサンプリングピッチs(=4.5μm)には達していない。まず、この状態で1枚の画像化を行う。   Here, the image sensor 16C will be described. FIG. 5A shows four pixels A1, B1, C1, and D1 of the image sensor 16C. These pixel sizes are 7 μm and do not reach the sampling pitch s (= 4.5 μm) for obtaining the limit value of the optical resolution. First, one image is formed in this state.

次に、制御部17が相対移動機構11を制御して、撮影レンズ10を戻り光Rの光軸(Z方向)に直交する方向(XY方向)の何れかにサンプリングピッチs以下の分だけ移動させる。前述したように、画素サイズの半分(=3.5μm)だけ移動させる。ここでは、まず−Y方向に撮影レンズを3.5μm移動させる。これによって撮影される視野はY方向に3.5μm移動される。   Next, the control unit 17 controls the relative movement mechanism 11 to move the photographing lens 10 in any direction (XY direction) orthogonal to the optical axis (Z direction) of the return light R by the sampling pitch s or less. Let As described above, the pixel is moved by half the pixel size (= 3.5 μm). Here, the photographic lens is first moved 3.5 μm in the −Y direction. As a result, the field of view to be photographed is moved by 3.5 μm in the Y direction.

図5(b)の破線は移動前、実線は移動後の画像を示している。つまり、Y方向に3.5μm分だけずれた画像が取得される。次に、図5(b)の状態から、相対移動機構11は、撮影レンズ10を−X方向(Y方向と直交)に3.5μm移動させる。これにより、図5(c)に示すように、最初の状態(図中の破線の状態)からX方向に3.5μm、Y方向に3.5μmずれた画像が取得される。そして、相対移動機構11は、図5(c)の状態から、撮影レンズ10をY方向に3.5μm移動させる。これにより、図5(d)に示すように、最初の状態(図中の破線の状態)からX方向に3.5μmずれた画像が取得される。   The broken line in FIG. 5B indicates an image before movement, and the solid line indicates an image after movement. That is, an image shifted by 3.5 μm in the Y direction is acquired. Next, from the state of FIG. 5B, the relative movement mechanism 11 moves the photographing lens 10 by 3.5 μm in the −X direction (perpendicular to the Y direction). As a result, as shown in FIG. 5C, an image deviated by 3.5 μm in the X direction and 3.5 μm in the Y direction from the initial state (the state of the broken line in the figure) is acquired. Then, the relative movement mechanism 11 moves the photographing lens 10 by 3.5 μm in the Y direction from the state of FIG. Thereby, as shown in FIG.5 (d), the image which shifted | deviated 3.5 micrometers in the X direction from the initial state (state of the broken line in a figure) is acquired.

制御部17は、相対移動機構11を制御して、XY方向にそれぞれ3.5μmずつずらしたときの画像を取得し、合計4枚の画像を取得する。制御部17は取得した4枚の画像に基づいて、画素情報の再配置を行う。これにより、図6のように、擬似的に16画素により構成された画素情報を得る。   The control unit 17 controls the relative movement mechanism 11 to acquire images when shifted by 3.5 μm in the XY directions, and acquires a total of four images. The control unit 17 rearranges the pixel information based on the acquired four images. Thereby, as shown in FIG. 6, pixel information composed of 16 pixels in a pseudo manner is obtained.

ただし、各画素サイズはもともと粗くなっており、例えばC1の画素情報には周辺の画素情報(A3、B4、B3、C2、C3、C4、D3、D2)の情報も含まれている。制御部17は所定の演算を行うコンピュータであり、差分処理や微分処理等の画像処理を行うことで、擬似的に観察画像の解像度を向上させる。これらの処理を全画素について行うことで、高解像度の画像を生成する。   However, each pixel size is originally coarse. For example, the pixel information of C1 includes information on peripheral pixel information (A3, B4, B3, C2, C3, C4, D3, D2). The control unit 17 is a computer that performs a predetermined calculation, and artificially improves the resolution of the observation image by performing image processing such as difference processing and differentiation processing. By performing these processes for all pixels, a high-resolution image is generated.

以上説明したように、相対移動機構11が撮影レンズ10を移動させている。相対移動機構11はピンホールディスク6に形成される戻り光Rの像を撮像素子16Cに対して相対移動させており、これにより対物レンズ12を有する顕微鏡光学系とカメラ16とピンホールディスク6を有する走査光学系との3者を有して構成する顕微鏡装置において、光学分解能の限界値に達する高い分解能の画像取得を行うことができる。   As described above, the relative movement mechanism 11 moves the photographic lens 10. The relative movement mechanism 11 moves the image of the return light R formed on the pinhole disk 6 relative to the image pickup device 16C, whereby the microscope optical system having the objective lens 12, the camera 16, and the pinhole disk 6 are moved. In a microscope apparatus configured with three members including a scanning optical system, it is possible to acquire an image with a high resolution that reaches the limit value of the optical resolution.

以上において、図5(a)〜(d)に示すように、1つの画素を4分割するように撮影レンズ10を移動させている。つまり、X方向およびY方向にそれぞれ2分割するように撮影レンズ10を移動するようにしているが、画素の分割数は任意に設定してもよい。例えば、3×3の9つに設定して、9回の画像取得を行うようにしてもよい。   In the above, as shown in FIGS. 5A to 5D, the photographing lens 10 is moved so that one pixel is divided into four. That is, although the taking lens 10 is moved so as to be divided into two in the X direction and the Y direction, the number of pixel divisions may be set arbitrarily. For example, nine images of 3 × 3 may be set and nine image acquisitions may be performed.

また、相対移動機構11が撮影レンズ10を移動させることにより、ピンホールディスク6に形成される戻り光Rの像を撮像素子16Cに対して相対移動させているが、カメラ16自身を移動させるようにしてもよい。ただし、一般に生物の蛍光観察に用いる高感度撮影カメラは冷却機構の搭載等で重量が大きいため、カメラ16を移動させるより、本実施形態のように撮影レンズ10を移動させる方が望ましい。   The relative movement mechanism 11 moves the photographing lens 10 to move the image of the return light R formed on the pinhole disk 6 relative to the image sensor 16C. However, the camera 16 itself is moved. It may be. However, since a high-sensitivity imaging camera generally used for biological fluorescence observation is heavy due to the mounting of a cooling mechanism or the like, it is preferable to move the imaging lens 10 as in this embodiment rather than moving the camera 16.

また、平行平板ガラスを用いて、傾きを前後左右に変化させることで、結像画像の位置を前後左右にずらすようにしてもよい。ただし、平行平板ガラスを用いると、傾きを距離に変化させるため、その対応関係を正確に維持することが難しい。また、傾きを距離に変換させるための演算を行うのが難しい。このため、単に撮影レンズ10をXY方向に移動させる本実施形態の方が、撮影レンズ10の移動距離がそのままカメラ16における像の移動距離になるため、正確且つ簡単になる。   Moreover, you may make it shift the position of an imaging image back and forth, right and left by changing inclination to front and rear and right and left using a parallel plate glass. However, when parallel flat glass is used, since the inclination is changed to a distance, it is difficult to accurately maintain the correspondence. In addition, it is difficult to perform an operation for converting the inclination into a distance. For this reason, in the present embodiment in which the photographing lens 10 is simply moved in the XY directions, the moving distance of the photographing lens 10 becomes the moving distance of the image in the camera 16 as it is, which is accurate and simple.

また、制御部17は高解像度モードと高速モードとを有するようにしてもよい。高解像度モードは、前述したように相対移動機構11が撮影レンズ10を移動して、そのときの画像を取得する。そして、制御部17が画像情報の再配置を行うことで、高分解能の画像を得ている。   The control unit 17 may have a high resolution mode and a high speed mode. In the high resolution mode, as described above, the relative movement mechanism 11 moves the photographing lens 10 and acquires an image at that time. The control unit 17 rearranges the image information to obtain a high resolution image.

この高解像度モードのときには、相対移動機構11が撮影レンズ10の移動を行い、制御部17が画像情報の再配置の演算処理を行うために、所定の時間を要する。つまり、高い分解能の画像を得るために、処理は遅延化する。   In the high resolution mode, a predetermined time is required for the relative movement mechanism 11 to move the photographing lens 10 and for the control unit 17 to perform arithmetic processing for rearrangement of image information. That is, the processing is delayed in order to obtain a high resolution image.

例えば、記録用のために高分解能の画像を得る場合には制御部17に高分解能モードを設定する。これにより、相対移動機構11を制御して、高分解能の画像を得る。一方、それほど高分解能の画像を得る必要がない場合、例えば通常観察を行うような場合には、制御部17に高速モードを設定する。   For example, when a high resolution image is obtained for recording, a high resolution mode is set in the control unit 17. Thereby, the relative movement mechanism 11 is controlled to obtain a high resolution image. On the other hand, when it is not necessary to obtain an image with such a high resolution, for example, when performing normal observation, the high-speed mode is set in the control unit 17.

これにより、制御部17は相対移動機構11を動作させず、画像情報の再配置も行わない。従って、高い分解能の画像を得ることはできないものの、処理の高速化を実現できる。よって、制御部17に高解像度モードと高速モードとの何れかを設定可能にしていることで、目的に応じて適宜のモードを使用することができる。   As a result, the control unit 17 does not operate the relative movement mechanism 11 and does not rearrange the image information. Therefore, although an image with high resolution cannot be obtained, the processing speed can be increased. Therefore, by enabling the control unit 17 to set either the high resolution mode or the high speed mode, an appropriate mode can be used according to the purpose.

次に、変形例1について説明する。図7は変形例1の顕微鏡装置1を示している。この顕微鏡装置1では、相対移動機構11は撮影レンズ10ではなく、後側リレーレンズ15を戻り光Rの光路に対して直交する方向に移動させている。その他の構成は前述した実施形態と同じである。   Next, Modification 1 will be described. FIG. 7 shows a microscope apparatus 1 according to the first modification. In the microscope apparatus 1, the relative movement mechanism 11 moves the rear relay lens 15, not the photographing lens 10, in a direction orthogonal to the optical path of the return light R. Other configurations are the same as those of the above-described embodiment.

ただし、対物レンズ12の倍率は40倍、NAは0.95、戻り光Rの波長(つまり、蛍光波長)λは550nmであるとする。これにより、光学分解能の限界値σは「σ=0.35μm」となる。対物レンズ12の倍率は40倍であるため、撮像素子16Cに拡大投影されて、限界値σは「σ=14μm=0.35×40」となる。このときの、光学分解能の限界値を得るためのサンプリングピッチsは、前述した式を用いて「s≦(1/2)×σ=7μm」となる。   However, the magnification of the objective lens 12 is 40 times, the NA is 0.95, and the wavelength (that is, the fluorescence wavelength) λ of the return light R is 550 nm. As a result, the limit value σ of the optical resolution is “σ = 0.35 μm”. Since the magnification of the objective lens 12 is 40 times, it is enlarged and projected onto the image sensor 16C, and the limit value σ becomes “σ = 14 μm = 0.35 × 40”. At this time, the sampling pitch s for obtaining the limit value of the optical resolution is “s ≦ (1/2) × σ = 7 μm” using the above-described equation.

ここで、ピンホールディスク6の走査ピッチP1がP1=7μmであるものとし、撮像素子16Cの画素サイズが14μmであるとする。従って、走査ピッチP1はサンプリングピッチsの式を満たしているため、光学分解能の限界値の情報を得ることができる。一方、画素サイズは光学分解能の限界値の情報を取得することができない。   Here, it is assumed that the scanning pitch P1 of the pinhole disk 6 is P1 = 7 μm, and the pixel size of the image sensor 16C is 14 μm. Therefore, since the scanning pitch P1 satisfies the expression of the sampling pitch s, information on the limit value of the optical resolution can be obtained. On the other hand, the pixel size cannot acquire information on the limit value of the optical resolution.

そこで、相対移動機構11はピンホールディスク6に形成される戻り光Rの像を撮像素子16Cに対して1方向に移動させる。実施形態で説明したように撮影レンズ10を移動させてもよいが、本変形例1では後側リレーレンズ16を移動させている。これによっても、ピンホールディスク6に形成される戻り光Rの像を撮像素子16Cに対して相対的に移動させることができる。   Therefore, the relative movement mechanism 11 moves the image of the return light R formed on the pinhole disk 6 in one direction with respect to the imaging element 16C. Although the photographing lens 10 may be moved as described in the embodiment, in the first modification, the rear relay lens 16 is moved. Also by this, the image of the return light R formed on the pinhole disk 6 can be moved relative to the image sensor 16C.

本変形例1では、画素サイズが比較的大きな14μmの撮像素子16Cを使用している。一般に画素サイズが大きな撮像素子16Cを有するカメラ16は高感度であるため、高速な現象を捕捉するのに好適である。また、励起光の光量を減少させることができるため、生細胞に与える影響を減らすことができる等の多くのメリットを有する。   In the first modification, an image sensor 16C having a relatively large pixel size of 14 μm is used. In general, the camera 16 having the image pickup element 16C having a large pixel size has high sensitivity and is suitable for capturing a high-speed phenomenon. Moreover, since the light quantity of excitation light can be reduced, it has many merits, such as being able to reduce the influence which it has on a living cell.

従って、画素サイズが大きい場合には、本変形例1のように、後側リレーレンズ16(勿論、撮影レンズ10でもよい)を戻り光Rの光軸に直交する方向に移動させることにより、画素ずらしを行う。これにより、顕微鏡光学系とカメラと走査光学系との3者を有する顕微鏡装置で高い分解能を有する画像を生成することができる。   Therefore, when the pixel size is large, the rear relay lens 16 (of course, the photographic lens 10 may be used) is moved in the direction orthogonal to the optical axis of the return light R as in the first modification, thereby Do a shift. As a result, an image having high resolution can be generated by a microscope apparatus having three units of a microscope optical system, a camera, and a scanning optical system.

また、リレーレンズの倍率を等倍から変更してピンホール6Pでの画像を縮小投影した場合等に画素サイズが相対的に大きくことが考えられるが、そのような場合にも本変形例を適用することができる。   In addition, when the magnification of the relay lens is changed from the same magnification and the image in the pinhole 6P is reduced and projected, the pixel size may be relatively large. can do.

なお、本変形例1では後側リレーレンズ15に相対移動機構11を取り付けて移動させているが、前側リレーレンズ13に相対移動機構11を取り付けて戻り光Rの光路に対して直交する方向に移動させるようにしてもよい。   In the first modification, the relative movement mechanism 11 is attached to the rear relay lens 15 and moved. However, the relative movement mechanism 11 is attached to the front relay lens 13 and is orthogonal to the optical path of the return light R. You may make it move.

次に、変形例2について説明する。本変形例2では、実施形態と同じく、対物レンズ12の倍率が20倍、開口数NAが0.75、戻り光Rの波長λが550nmであるとする。よって、光学分解能の限界値σはσ=0.45μmとなり、対物レンズ12の倍率が20倍であるため、限界値σはσ=9μmとなる。このため、光学分解能の限界値を得るためのサンプリングピッチsは「s≦4.5μm」となる。   Next, Modification 2 will be described. In the second modification, as in the embodiment, it is assumed that the magnification of the objective lens 12 is 20, the numerical aperture NA is 0.75, and the wavelength λ of the return light R is 550 nm. Therefore, the limit value σ of the optical resolution is σ = 0.45 μm, and the magnification of the objective lens 12 is 20 times, so the limit value σ is σ = 9 μm. Therefore, the sampling pitch s for obtaining the limit value of the optical resolution is “s ≦ 4.5 μm”.

一方、本変形例2では、ピンホールディスク6の走査ピッチP1はP1=7μm、撮像素子16Cの画素サイズは3.5μmであるとする。従って、画素サイズはサンプリングピッチsに達しているが、走査ピッチP1はサンプリングピッチsに達していない。また、ピンホールディスク6は連続的に回転しているため、図3のX方向には高い分解能で走査を行っている。   On the other hand, in the second modification, the scanning pitch P1 of the pinhole disk 6 is P1 = 7 μm, and the pixel size of the image sensor 16C is 3.5 μm. Accordingly, the pixel size has reached the sampling pitch s, but the scanning pitch P1 has not reached the sampling pitch s. Since the pinhole disk 6 is continuously rotated, scanning is performed with high resolution in the X direction in FIG.

図8(a)〜(c)は16画素の撮像素子16Cを示している。なお、ピンホールディスク6の走査ピッチは粗いため、例えばA行とB行とには殆ど同じ画像情報が伝達されている。また、同様にC行とD行とには殆ど同じ画像情報が伝達されている。   FIGS. 8A to 8C show a 16-pixel image sensor 16C. Since the scanning pitch of the pinhole disk 6 is coarse, almost the same image information is transmitted to the A row and the B row, for example. Similarly, almost the same image information is transmitted to the C and D rows.

まず、図8(a)の状態の画像を取得する。次に、相対移動機構11は撮影レンズ10を光軸方向に直交する−Y方向にサンプリングピッチsの分(3.5μmとする)だけ移動させることにより、図8(b)の状態の画像を取得する。   First, an image in the state of FIG. Next, the relative movement mechanism 11 moves the photographic lens 10 by the sampling pitch s (3.5 μm) in the −Y direction orthogonal to the optical axis direction, so that the image in the state of FIG. get.

図8(b)の状態の画像は、撮像素子16CをY方向に3.5μmだけ移動させた画像と等価である。これをE行、F行、G行、H行で示す。なお、ピンホールディスク6の走査ピッチは粗いため、例えばE行とF行とには殆ど同じ画像情報が伝達されている。また、同様にG行とH行とには殆ど同じ画像情報が伝達されている。   The image in the state of FIG. 8B is equivalent to an image obtained by moving the image sensor 16C by 3.5 μm in the Y direction. This is indicated by E line, F line, G line, and H line. Since the scanning pitch of the pinhole disk 6 is coarse, almost the same image information is transmitted to the E row and the F row, for example. Similarly, almost the same image information is transmitted to the G row and the H row.

そして、制御部17は、図8(a)および(b)の画像に基づいて、差分や微分といった演算を行い、画像の再配置を行う。これにより、図8(c)のような高分解能の画像が得られる。この処理を全ての画素について行うことで、試料Sの高分解能の画像を得ることができる。   Then, the control unit 17 performs calculations such as difference and differentiation based on the images in FIGS. 8A and 8B and rearranges the images. Thereby, a high resolution image as shown in FIG. 8C is obtained. By performing this process for all the pixels, a high-resolution image of the sample S can be obtained.

従って、本変形例2のように、画素サイズはサンプリングピッチsに達しているものの、走査ピッチP1がサンプリングピッチsに達していない場合には、撮影レンズ10を1方向に移動させることで、画素ずらしを行い、高解像度の画像を得ることができる。撮影レンズ10の移動は、ピンホールディスク6に形成される戻り光Rの像をカメラ16に対して相対移動させているため、顕微鏡光学系とカメラと走査光学系との3者を有する顕微鏡装置で高い分解能の画像を得ることができるようになる。   Therefore, as in the second modification, when the pixel size reaches the sampling pitch s but the scanning pitch P1 does not reach the sampling pitch s, the pixel is moved by moving the photographing lens 10 in one direction. Shifting can be performed to obtain a high-resolution image. The movement of the photographic lens 10 moves the image of the return light R formed on the pinhole disk 6 relative to the camera 16, so that the microscope apparatus has three members: a microscope optical system, a camera, and a scanning optical system. With this, an image with high resolution can be obtained.

1 顕微鏡装置
2 光源
5 マイクロレンズディスク
5M マイクロレンズ
6 ピンホールディスク
6P ピンホール
7 連結ドラム
8 モータ
10 撮影レンズ
11 相対移動機構
12 対物レンズ
13 前側リレーレンズ
15 後側リレーレンズ
16 カメラ
16C 撮像素子
17 制御部
F 焦点
L レーザ光
R 戻り光
S 試料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microscope apparatus 2 Light source 5 Micro lens disk 5M Micro lens 6 Pinhole disk 6P Pinhole 7 Connection drum 8 Motor 10 Shooting lens 11 Relative movement mechanism 12 Objective lens 13 Front side relay lens 15 Rear side relay lens 16 Camera 16C Image pick-up element 17 Control Part F Focus L Laser light R Return light S Sample

Claims (6)

試料に照射する励起光を発振する光源と、
前記励起光の一部を通過させる複数の開口部を有し、前記励起光を前記試料に走査させる走査光学系と、
前記励起光のうち前記開口部を通過した光に前記試料で焦点を結ばせる対物レンズを有し、前記焦点から発生する蛍光を前記開口部に導く顕微鏡光学系と、
前記試料から発生する蛍光を検出する検出部と、
前記走査光学系を走査することによって前記走査光学系に形成される前記蛍光の像を、前記検出部に対して相対移動させる相対移動機構と、
を備えたことを特徴とする顕微鏡装置。
A light source that oscillates excitation light that irradiates the sample;
A scanning optical system having a plurality of openings for allowing a part of the excitation light to pass through, and scanning the sample with the excitation light;
A microscope optical system having an objective lens that focuses the light that has passed through the opening of the excitation light with the sample, and that guides fluorescence generated from the focus to the opening;
A detection unit for detecting fluorescence generated from the sample;
A relative movement mechanism for moving the fluorescence image formed in the scanning optical system relative to the detection unit by scanning the scanning optical system;
A microscope apparatus comprising:
前記走査光学系は、前記開口部として複数のピンホールを有するピンホールディスクと、このピンホールを回転させる回転部とを有し、この回転部が前記ピンホールディスクを回転することにより前記焦点を前記試料で走査し、前記ピンホールディスク面に前記試料の蛍光の像を形成し、
前記ピンホール上の蛍光像を伝達するリレー光学系によってリレーされた前記蛍光の像を検出する前記検出部としての撮像素子を備えていること
を特徴とする請求項1記載の顕微鏡装置。
The scanning optical system includes a pinhole disk having a plurality of pinholes as the opening, and a rotating unit that rotates the pinhole, and the rotating unit rotates the pinhole disk to focus the focus. Scan with the sample to form a fluorescent image of the sample on the pinhole disk surface,
The microscope apparatus according to claim 1, further comprising: an imaging element as the detection unit that detects the fluorescence image relayed by a relay optical system that transmits a fluorescence image on the pinhole.
前記相対移動機構は、前記対物レンズと前記ピンホールディスクとの間に配置された撮影レンズを光軸方向に直交する方向に移動することにより、前記ピンホールディスクに形成される前記蛍光の像を前記撮像素子に対して相対移動させること
を特徴とする請求項2記載の顕微鏡装置。
The relative movement mechanism moves the photographic lens disposed between the objective lens and the pinhole disk in a direction orthogonal to the optical axis direction, thereby causing the fluorescence image formed on the pinhole disk to move. The microscope apparatus according to claim 2, wherein the microscope apparatus is moved relative to the image sensor.
前記蛍光の波長をλ、前記対物レンズの開口数をNA、前記撮影レンズの移動ピッチをsとしたときに、
s≦(1/2)×0.61×(λ/NA)
となるように前記相対移動機構が前記撮影レンズを移動させること
を特徴とする請求項3記載の顕微鏡装置。
When the wavelength of the fluorescence is λ, the numerical aperture of the objective lens is NA, and the moving pitch of the photographing lens is s,
s ≦ (1/2) × 0.61 × (λ / NA)
The microscope apparatus according to claim 3, wherein the relative movement mechanism moves the photographic lens so that
前記相対移動機構が動作する高解像度モードと前記相対移動機構が動作しない高速モードとを切り替える制御部を備えたこと
を特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の顕微鏡装置。
The microscope apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising a control unit that switches between a high-resolution mode in which the relative movement mechanism operates and a high-speed mode in which the relative movement mechanism does not operate.
前記相対移動機構は、前記リレー光学系を光軸方向に直交する方向に移動することにより、前記ピンホールディスクに形成される像を前記撮像素子に対して相対移動させること
を特徴とする請求項2記載の顕微鏡装置。
The relative movement mechanism moves the relay optical system in a direction orthogonal to an optical axis direction, thereby moving an image formed on the pinhole disk relative to the imaging element. 2. The microscope apparatus according to 2.
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