JP4480979B2 - Scanning laser microscope, control method therefor, and program - Google Patents
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Description
本発明は、走査型レーザ顕微鏡で用いられる技術に関し、特に、走査型レーザ顕微鏡で波長の異なる複数のレーザ光を用いる技術に関する。 The present invention relates to a technique used in a scanning laser microscope, and more particularly, to a technique using a plurality of laser beams having different wavelengths in a scanning laser microscope.
広く知られているように、走査型レーザ顕微鏡は、焦点位置を走査させることにより、観察試料の特定範囲の走査画像を取得することが可能である。この顕微鏡では、照明光(蛍光を励起させる励起光)であるレーザ光の波長を切替えることにより、波長の異なる蛍光の走査画像を取得することができる。 As is widely known, a scanning laser microscope can acquire a scanned image of a specific range of an observation sample by scanning a focal position. In this microscope, a scanning image of fluorescence having different wavelengths can be obtained by switching the wavelength of laser light that is illumination light (excitation light that excites fluorescence).
しかしながら、観察試料における同一領域の走査を異なる波長の照明光で行うとき、それを妨げる要因として対物レンズ系の色収差がある。色収差とはレンズ系の焦点位置が照明光の波長によって異なっていることをいう。このため、色収差がある対物レンズ系では照明光の波長を切替えると焦点位置にずれが生じてしまう場合がある。 However, when scanning the same region in the observation sample with illumination light of different wavelengths, there is chromatic aberration of the objective lens system as a factor that hinders it. Chromatic aberration means that the focal position of the lens system differs depending on the wavelength of illumination light. For this reason, in an objective lens system having chromatic aberration, the focal position may be shifted when the wavelength of illumination light is switched.
この色収差には軸上色収差と倍率色収差とがある。以下、図8を用いてこれらを説明する。
軸上色収差とは、照明光の波長を変化させると焦点位置が光軸方向において移動する現象である。
This chromatic aberration includes axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration. Hereinafter, these will be described with reference to FIG.
On-axis chromatic aberration is a phenomenon in which the focal position moves in the optical axis direction when the wavelength of illumination light is changed.
図8(a)は、軸上色収差のある対物レンズ系を有する走査型レーザ顕微鏡において、異なる波長のレーザ光を照明光として用いたときの焦点位置ずれの傾向を示している。同図は、Zスキャナ23に載置されている試料22に対し、対物レンズ系21を介してレーザ光を照射したときの光路を示したものであり、短い波長のレーザ光を照射した場合(実線で示されている光路)とそれよりも長い波長のレーザ光を照射した場合場合(破線で示されている光路)とで、対物レンズ系21による軸上色収差に起因して光軸方向の焦点位置が異なっていることを示している。
FIG. 8A shows a tendency of focal position shift when laser beams having different wavelengths are used as illumination light in a scanning laser microscope having an objective lens system having axial chromatic aberration. This figure shows the optical path when the sample 22 placed on the
一方、倍率色収差とは、波長光の波長を変化させると、光軸中心上から離れるに従って光軸方向に垂直な方向のずれが焦点位置に生じる現象のことである。
図8(b)は、倍率色収差のある対物レンズ系を有する走査型レーザ顕微鏡において、異なる波長のレーザ光を照明光として用いたときの焦点位置ずれの傾向を示している。同図は、Zスキャナ23に載置されている試料22に対し、対物レンズ系21を介してレーザ光を照射したときの光路を示したものであり、第一の波長のレーザ光を照射した場合(実線で示されている光路)とそれとは異なる第二の波長のレーザ光を照射した場合場合(破線で示されている光路)とで、対物レンズ系21による軸上色収差に起因して光軸方向の焦点位置が異なっていることを示している。
On the other hand, lateral chromatic aberration is a phenomenon in which when the wavelength of wavelength light is changed, a deviation in the direction perpendicular to the optical axis direction is generated at the focal position as the distance from the center of the optical axis increases.
FIG. 8B shows a tendency of focal position shift when laser beams having different wavelengths are used as illumination light in a scanning laser microscope having an objective lens system having lateral chromatic aberration. The figure shows the optical path when the sample 22 placed on the
従来、このような色収差によって生じる観察への影響を低減させる技術が幾つか提案されている。
例えば特許文献1や特許文献2には、レーザ光源で発生させた光を試料まで導く光学系に補正レンズ系を挿入して光学的に色収差を補正するという技術が開示されている。
Conventionally, several techniques for reducing the influence on observation caused by such chromatic aberration have been proposed.
For example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 disclose a technique of optically correcting chromatic aberration by inserting a correction lens system into an optical system that guides light generated by a laser light source to a sample.
また、例えば特許文献3には、照明光の波長に応じてレーザ光源から試料上の焦点までの光路長を違えておくことによって倍率色収差を補正するという技術が開示されている。
上掲した技術はいずれも色収差を補正するための専用の光学系を設けることとなるため、顕微鏡装置の構成が複雑になり、顕微鏡装置の大型化やコストの上昇を招いてしまう。
本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、走査型レーザ顕微鏡の構成を複雑にすることなく色収差の補正を行えるようにすることである。
In any of the technologies described above, a dedicated optical system for correcting chromatic aberration is provided, so that the configuration of the microscope apparatus becomes complicated, leading to an increase in size and cost of the microscope apparatus.
The present invention has been made in view of the above-described problems, and a problem to be solved is to enable correction of chromatic aberration without complicating the configuration of a scanning laser microscope.
本発明の態様のひとつである走査型レーザ顕微鏡は、レーザ光である照明光を焦点位置に集束させる対物レンズ系と、どちらも光軸に対して垂直であり直交しているX方向及びY方向へ当該照明光の焦点位置を走査させるXYスキャナと、当該対物レンズ系の倍率色収差の程度を示している色収差情報に基づいて当該XYスキャナを制御して、当該照明光の当該対物レンズ系への入射角度を制御することによって、当該対物レンズ系を通過した当該照明光を当該照明光の波長の変化に拘らず試料内の同一の位置に集束させる制御を行う制御手段と、を有することを特徴とするものである。 A scanning laser microscope that is one aspect of the present invention includes an objective lens system that focuses illumination light, which is laser light, at a focal position, and an X direction and a Y direction that are both perpendicular to and orthogonal to the optical axis. The XY scanner that scans the focal position of the illumination light and the XY scanner based on chromatic aberration information indicating the degree of chromatic aberration of magnification of the objective lens system, and the illumination light to the objective lens system Control means for controlling the incident angle to control the illumination light that has passed through the objective lens system to be focused at the same position in the sample regardless of a change in the wavelength of the illumination light. It is what.
一般的な走査型レーザ顕微鏡であれば、試料における所望の部位の観察を行うべく対物レンズ系によって集束された照明光を試料内で走査させるために、照明光の集束点と試料との相対的な位置関係を変化させる手段を通常備えているので、制御手段が色収差情報に基づいてこの位置関係を制御して照明光の波長の変化に拘らず試料内の同一の位置に照明光を集束させるようにすることにより、走査型レーザ顕微鏡の構成を複雑にすることなく色収差の補正が行えるようになる。 In the case of a general scanning laser microscope, the illumination light focused by the objective lens system is scanned in the sample so as to observe a desired site in the sample. The control means normally controls the positional relationship based on the chromatic aberration information to focus the illumination light at the same position in the sample regardless of the change in the wavelength of the illumination light. By doing so, chromatic aberration can be corrected without complicating the configuration of the scanning laser microscope.
また、この構成によれば、対物レンズ系が有している倍率色収差の補正がされた試料画像を取得できるようになる。 Further, according to this configuration, it becomes possible to acquire a sample image correction is the chromatic aberration of magnification objective lens system has.
また、前述した本発明に係る走査型レーザ顕微鏡において、前述した色収差情報を取得する色収差情報取得手段を更に有するように構成することもできる。
この構成によれば、対物レンズ系の色収差が個体毎にばらつきを持っていても、実際の観察に使用する対物レンズ系についての色収差情報の取得が行われるので、より精度の高い色収差の補正を行うことができる。
Further, the above-described scanning laser microscope according to the present invention can be configured to further include chromatic aberration information acquisition means for acquiring the chromatic aberration information described above.
According to this configuration, even if the chromatic aberration of the objective lens system varies from individual to individual, the chromatic aberration information about the objective lens system used for actual observation is acquired, so the chromatic aberration can be corrected with higher accuracy. It can be carried out.
また、本発明の別の態様のひとつである走査型レーザ顕微鏡の制御方法は、レーザ光である照明光を焦点位置に集束させる対物レンズ系と、どちらも光軸に対して垂直であり直交しているX方向及びY方向へ当該照明光の焦点位置を走査させるXYスキャナと、を有する走査型レーザ顕微鏡の制御方法であって、当該対物レンズ系の倍率色収差の程度を示している色収差情報に基づいて当該XYスキャナを制御して、当該照明光の当該対物レンズ系への入射角度を制御することによって、当該対物レンズ系を通過した当該照明光を当該照明光の波長の変化に拘らず試料内の同一の位置に集束させる制御を行うことを特徴とするものである。 In addition, a control method for a scanning laser microscope, which is another aspect of the present invention, includes an objective lens system that focuses illumination light, which is laser light, at a focal position, and both are perpendicular to and orthogonal to the optical axis. A scanning laser microscope control method having an XY scanner that scans the focal position of the illumination light in the X direction and the Y direction, the chromatic aberration information indicating the degree of lateral chromatic aberration of the objective lens system The XY scanner is controlled based on the angle of incidence of the illumination light on the objective lens system, so that the illumination light that has passed through the objective lens system can be sampled regardless of the change in the wavelength of the illumination light. It is characterized by performing control to focus on the same position.
こうすることにより、前述した本発明に係る走査型レーザ顕微鏡と同様の作用・効果が生じるので、走査型レーザ顕微鏡の構成を複雑にすることなく色収差の補正が行えるようになる。
また、本発明の更なる別の態様のひとつであるプログラムは、レーザ光である照明光を焦点位置に集束させる対物レンズ系と、どちらも光軸に対して垂直であり直交しているX方向及びY方向へ当該照明光の焦点位置を走査させるXYスキャナと、を有する走査型レーザ顕微鏡の制御をコンピュータに行わせるためのプログラムであって、当該対物レンズ系の倍率色収差の程度を示している色収差情報を記憶部から取得する処理と、当該色収差情報に基づいて当該XYスキャナを制御して、当該走査型レーザ顕微鏡における当該照明光の当該対物レンズ系への入射角度を制御して、当該対物レンズ系を通過した当該照明光を当該照明光の波長の変化に拘らず試料内の同一の位置に集束させる処理と、をコンピュータに行わせることを特徴とするものである。
By doing so, the same operations and effects as those of the above-described scanning laser microscope according to the present invention occur, so that chromatic aberration can be corrected without complicating the configuration of the scanning laser microscope.
A program which is another aspect of the present invention includes an objective lens system which focuses illumination light, which is laser light, at a focal position, and an X direction which is perpendicular to and orthogonal to the optical axis. And a program for causing a computer to control a scanning laser microscope having an XY scanner that scans the focal position of the illumination light in the Y direction, and shows the degree of lateral chromatic aberration of the objective lens system. Processing for acquiring chromatic aberration information from the storage unit , controlling the XY scanner based on the chromatic aberration information, controlling the incident angle of the illumination light to the objective lens system in the scanning laser microscope, and And causing the computer to perform a process of focusing the illumination light that has passed through the lens system to the same position in the sample regardless of a change in the wavelength of the illumination light. It is intended.
こうすることにより、前述した本発明に係る走査型レーザ顕微鏡と同様の作用・効果が生じるので、走査型レーザ顕微鏡の構成を複雑にすることなく色収差の補正が行えるようになる。 By doing so, the same operations and effects as those of the above-described scanning laser microscope according to the present invention occur, so that chromatic aberration can be corrected without complicating the configuration of the scanning laser microscope.
以上のように、本発明のいずれの態様によっても、走査型レーザ顕微鏡の構成を複雑にすることなく色収差の補正が行えるようになるという効果を奏する。 As described above, according to any aspect of the present invention, it is possible to correct chromatic aberration without complicating the configuration of the scanning laser microscope.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明を実施する走査型レーザ顕微鏡の構成を示している。
複数の波長のレーザ光を発するレーザ光源1からの照明光(励起光)は、XYスキャナ4及び全反射ミラー5を経由した後、対物レンズ系6によって試料7内の焦点位置に集光される。試料7からの反射光(蛍光)は、対物レンズ系6及び全反射ミラー5を経由した後、XYスキャナ4とレーザ光源1との間に設けられたダイクロイックミラー3によって分光反射され、共焦点光学系9を通って光検出系10により受光される。ここで、共焦点光学系9の共焦点効果により、焦点位置からの反射光のみが光検出系10へ入射する。入射した光は光検出系10で光電変換され、輝度情報として画像構築部12へ送られる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the configuration of a scanning laser microscope for carrying out the present invention.
Illumination light (excitation light) from a laser light source 1 that emits laser light of a plurality of wavelengths passes through an
XYスキャナ4は、レーザ光源1からの照明光の光束をX方向に振るXガルバノミラーと、その光束をX方向に対して垂直なY方向に振るYガルバノミラーとを有して構成されており、試料7内の集光位置(対物レンズ系6の焦点位置)を光軸に対して互いに垂直であるX方向及びY方向へ走査させることができる。
The
Zスキャナ8は載置された試料7を保持しながら光軸方向に移動させるZステージであり、光軸方向へ試料7を移動させることにより、試料7内の焦点位置を光軸方向であるZ方向へ走査させることができる。
画像構築部12は、XYスキャナ4による照明光の試料7内での走査に応じて光検出系10から出力される輝度情報に基づいて、試料7についての走査画像を構築する。構築された走査画像は画像表示部13に表示させることによって視認することができる。
The
The
記憶部14には対物レンズ光学系6の焦点距離データが軸上色収差情報として照明光波長毎に記憶されている。
制御部11は、レーザ光源1の状態及び記憶部14に記憶されている色収差情報に基づいて演算部15が算出した結果に従い、Zスキャナ8のZ方向の位置を制御する。
The
The
なお、演算部15は図1に示した走査型レーザ顕微鏡全体の動作の制御も行う。
図1に示した走査型レーザ顕微鏡は以上のように構成されている。
なお、図1に示した構成において、制御部11、画像構築部12、記憶部14、及び演算部15については、標準的な構成のコンピュータ、すなわち、制御プログラムの実行によってこの走査型レーザ顕微鏡装置の動作制御を司るCPU、このCPUが必要に応じてワークメモリとして使用するメインメモリ、光検出系10、XYスキャナ4やZスキャナ8などとの間での各種データの授受を管理するインタフェースユニット、走査画像を表している画像信号を画像表示部13へ出力するビデオ回路ユニット、及び各種のプログラムやデータを記憶しておく例えばハードディスク装置などの補助記憶装置を有しているコンピュータを用いて実現することも可能である。
The
The scanning laser microscope shown in FIG. 1 is configured as described above.
In the configuration shown in FIG. 1, the
次に、図1に示した走査型レーザ顕微鏡で行う色収差の補正のうちの軸上色収差の補正の手法について、図2を用いて説明する。この処理は、レーザ光源1の発振波長のうち、波長λ1のレーザ光を照明光として用いて試料7内の走査画像を取得し、その後でλ1とは異なる波長λ2のレーザ光を用いて試料7内の同一領域の走査画像を得るときに、対物レンズ系6の軸上色収差に起因する試料7内の走査範囲のずれを除去するために行われる処理である。
Next, a method for correcting axial chromatic aberration among chromatic aberration correction performed by the scanning laser microscope shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. In this process, a scanning image in the sample 7 is acquired using the laser light having the wavelength λ1 among the oscillation wavelengths of the laser light source 1 as illumination light, and then the sample 7 is used using the laser light having a wavelength λ2 different from λ1. This process is performed to remove a shift in the scanning range in the sample 7 caused by the longitudinal chromatic aberration of the
図2は、図1における対物レンズ系6、試料7、及びZスキャナ8の部分を拡大して示したものであって、(a)は波長がλ1である照明光の光路を示しており、(b)は波長がλ2(λ1<λ2)である照明光の光路を示している。つまり、この対物レンズ系6が有している軸上色収差の影響により、波長がλ1である照明光が対物レンズ系6を通過したときの焦点距離はd1、波長がλ2である照明光が対物レンズ系6を通過したときの焦点距離はd2(d1<d2)となり、両者の焦点距離が、
d3=d2−d1
だけずれてしまうことが分かる。
FIG. 2 is an enlarged view of the
d3 = d2-d1
It turns out that it will shift only.
そこで、予めこれらのλ1及びλ2とd1及びd2との関係を測定しておいてその関係を表しているデータテーブルを記憶部14に格納しておくようにする。そして、波長がλ2である照明光を用いて走査画像を取得する場合には、演算部15が記憶部14の記憶内容より上記の式に基づいてd3の値を算出し、波長λ1の照明光を使用して走査画像の取得を行ったときよりも対物レンズ系6と試料7との間の距離を常にd3だけ広くするように制御部11がZスキャナ8を制御する。
Therefore, the relationship between λ1 and λ2 and d1 and d2 is measured in advance, and a data table representing the relationship is stored in the
図1に示した走査型レーザ顕微鏡が上述したように動作することにより、異なる波長の照明光で同一領域の走査画像を取得する際に、対物レンズ系6の軸上色収差が大きい場合でも、走査範囲のずれが少ない走査画像を取得することができるようになる。また、位置検出のための観察に使用する照明光の波長と走査画像を取得のために使用する照明光の波長とが異なる場合や、試料7を褪色させるために使用する照明光の波長と走査画像の取得のために使用する照明光の波長とが異なる場合などでの走査範囲のずれを除去することもできるようになる。
When the scanning laser microscope shown in FIG. 1 operates as described above, even when the axial chromatic aberration of the
次に、図1に示した走査型レーザ顕微鏡で行う色収差の補正処理のうちの倍率色収差の補正の手法について説明する。
なお、倍率色収差の補正を行う場合には、図1に示したもののうち、XYスキャナ4からの照明光の出射角と焦点位置の光軸中心からの距離(ずれ量)との関係を示すデータを倍率色収差情報として記憶部14に照明光波長毎に記憶させておくようにし、制御部11が、レーザ光源1の状態及び記憶部14に記憶されている色収差情報に基づいて演算部15が算出した結果に従い、XYスキャナ4の動作を制御するようにする。
Next, a method for correcting chromatic aberration of magnification in the chromatic aberration correction process performed by the scanning laser microscope shown in FIG. 1 will be described.
In the case of correcting the chromatic aberration of magnification, among the data shown in FIG. 1, data indicating the relationship between the emission angle of the illumination light from the
ここで図3について説明する。同図は、図1における対物レンズ系6、試料7、及びZスキャナ8の部分を拡大して示したものであって、(a)は波長がλ4である照明光の光路を示しており、(b)は波長がλ5である照明光の光路を示している。つまり、波長がλ4である照明光を使用して走査画像の取得を行った場合における走査範囲内のある走査位置の光軸中心からの距離がd4であったとき、XYスキャナ4をそのままで動作させずに照明光の波長をλ5に切替えると、対物レンズ系6の倍率色収差の影響により、照明光は図3(b)の実線のような経路を描き、走査位置の光軸中心からの距離はd5となり、照明光の波長を切替えたことにより走査位置がd6だけずれてしまうことが分かる。このときの走査位置の光軸中心からの距離を、波長λ4の照明光を使用したときと同じd4とするためには、波長λ4の照明光を使用したときの照明光の光路を図3(b)の破線のように補正する必要がある。
Here, FIG. 3 will be described. The figure shows an enlarged view of the
そこで、予め波長λ4の照明光を使用したときと波長λ5の照明光を使用したときとにおけるXYスキャナ4からの照明光の出射角とその照明光の焦点位置の光軸中心からの距離との関係を測定しておき、その関係を表しているデータテーブルを記憶部14に格納しておくようにする。そして、波長がλ5である照明光を用いて走査画像を取得する場合には、波長λ5の照明光を使用したときの焦点位置の光軸中心からの距離がd4となるようなXYスキャナ4からの照明光の出射角を演算部15が記憶部14の記憶内容から取得してそれをXガルバノミラーの角度とYガルバノミラーの角度とに分解する演算を行い、その演算結果に従って制御部11がXYスキャナ4のXガルバノミラー及びYガルバノミラーの角度を制御する。
Therefore, when the illumination light of wavelength λ4 is used in advance and when the illumination light of wavelength λ5 is used, the emission angle of the illumination light from the
図1に示した走査型レーザ顕微鏡が上述したように動作することにより、異なる波長の照明光で同一領域の走査画像を取得する際に、対物レンズ系6の倍率色収差が大きい場合でも、走査範囲のずれが少ない走査画像を取得することができるようになる。また、位置検出のための観察に使用する照明光の波長と走査画像の取得のために使用する照明光の波長とが異なる場合や、試料7を褪色させるために使用する照明光の波長と走査画像の取得のために使用する照明光の波長とが異なる場合などでの走査範囲のずれを除去することもできるようになる。
When the scanning laser microscope shown in FIG. 1 operates as described above, even when the chromatic aberration of magnification of the
次に、図4について説明する。同図は図1に示した演算部15によって行われる色収差補正処理の処理内容をフローチャートで示したものである。この処理は、波長を切替えた照明光を使用して試料7の所定の走査範囲を走査する際に上述した手法に従うことによって色収差の補正を行うというものである。なお、図4の(a)は軸上色収差の補正を行う場合のフローチャートであり、図4の(b)は倍率色収差の補正を行う場合のフローチャートである。
Next, FIG. 4 will be described. This figure is a flowchart showing the contents of the chromatic aberration correction process performed by the
まず(a)について説明する。
まず、S101では、直前に行われていた試料7に対する走査において使用していた照明光の波長と、これより行う試料7に対する走査において使用する照明光の波長とを取得する処理が行われる。
First, (a) will be described.
First, in S101, processing is performed to acquire the wavelength of illumination light used in the scan for the sample 7 performed immediately before and the wavelength of illumination light used in the scan for the sample 7 performed from this.
S102では、S101の処理によって取得された2つの照明光の波長についての焦点距離を記憶部14の記憶内容から取得する処理が行われる。
S103では、S102の処理によって取得された焦点距離のずれ量(前掲した式におけるd3)を算出する処理が行われる。
In S <b> 102, a process for acquiring the focal length for the wavelengths of the two illumination lights acquired by the process of S <b> 101 from the stored contents of the
In S103, a process of calculating the focal length shift amount (d3 in the above formula) acquired by the process of S102 is performed.
S104では、制御部11へ指示を与えてS103の処理によって算出されたずれ量だけZスキャナ8を移動させ、切替え後の照明光を使用したときにおける焦点位置を切替え前のものに一致させる処理が行われる。
S105では、レーザ光源1から切替え後の波長の照明光を出力させると共にXYスキャナ4を動作させて試料7の所定の走査範囲を走査させる処理が行われ、この走査が完了するとこの一連の処理が終了する。
In S104, an instruction is given to the
In S105, the illumination light of the wavelength after switching is output from the laser light source 1 and the
次に(b)について説明する。
まず、S111では、直前に行われていた試料7に対する走査において使用していた照明光の波長と、これより行う試料7に対する走査において使用する照明光の波長とを取得する処理が行われる。
Next, (b) will be described.
First, in S111, processing is performed for obtaining the wavelength of the illumination light used in the scan for the sample 7 performed immediately before and the wavelength of the illumination light used in the scan for the sample 7 performed therefrom.
S112では、S111の処理によって取得された2つの照明光の波長について、XYスキャナ4からの出射角と焦点位置の中心からの距離との関係が示されているデータテーブルを記憶部14の記憶内容から取得する処理が行われる。
S113では、S112の処理によって取得されたデータテーブルから、波長切替え前の照明光を使用して行なわれた走査における走査位置を波長切替え後の照明光を使用して走査するためのXYスキャナ4からの出射角を取得する処理が行われる。
In S112, the data stored in the
In S113, from the
S114では、S113の処理によって取得された出射角をXガルバノミラーの角度とYガルバノミラーの角度とに分解する演算処理が行われる。
S115では、レーザ光源1から切替え後の波長の照明光を出力させると共にXYスキャナ4を動作させ、Xガルバノミラー及びYガルバノミラーにS114の処理で算出された角度を順次設定して試料7の所定の走査範囲を走査させる処理が行われ、この走査が完了するとこの一連の処理が終了する。
In S114, a calculation process is performed to decompose the emission angle acquired by the process of S113 into an angle of an X galvanometer mirror and an angle of a Y galvanometer mirror.
In S115, the illumination light of the wavelength after switching is output from the laser light source 1 and the
以上までの処理が色収差補正処理であり、この処理を演算部15が実行することにより、色収差の補正のされた走査が行われ、色収差の影響が低減された走査画像の取得等が可能となる。
なお、図4には軸上色収差の補正のため処理と倍率色収差の補正のための処理とを別々に示したが、この両者を並行して行って軸上色収差と倍率色収差との両者の補正を行うようにすることもできる。
The above processing is the chromatic aberration correction processing, and when the
Although FIG. 4 shows the process for correcting the longitudinal chromatic aberration and the process for correcting the lateral chromatic aberration separately, both of them are performed in parallel to correct both the longitudinal chromatic aberration and the lateral chromatic aberration. It is also possible to perform.
次に、上述したようにして色収差の補正を行うために必要な情報である、軸上色収差情報と倍率色収差情報とを取得する手法について説明する。
まず、図5について説明する。色収差情報の取得を行う走査型レーザ顕微鏡の構成を示しており、取得された色収差情報を記憶部14の所定の記憶領域に登録して格納する色収差情報登録部16が設けられている点において図1に示した走査型レーザ顕微鏡と異なっている。なお、この色収差情報登録部16を前述したような標準的な構成のコンピュータで実現することも可能である。
Next, a method of acquiring axial chromatic aberration information and magnification chromatic aberration information, which are information necessary for correcting chromatic aberration as described above, will be described.
First, FIG. 5 will be described. 1 shows a configuration of a scanning laser microscope that acquires chromatic aberration information, and is shown in that a chromatic aberration
以下、この図5に示した走査型レーザ顕微鏡によって行われる、対物レンズ系6の色収差情報の測定及び測定結果の登録の処理について説明する。
軸上色収差情報は、例えば、試料7の代わりに全反射ミラーをZスキャナ8上に載置し、Zスキャナ8を移動させながら光検出系10の出力をモニタする。ここで、最大出力が得られたときにおけるZスキャナ8の位置をこの波長の照明光についての焦点距離として取得して記憶部14に登録する。この測定及び登録をレーザ光源1で出力可能なすべての波長の照明光に対して繰り返し行うことで、軸上色収差情報が記憶部14に蓄えられる。
Hereinafter, a process of measuring chromatic aberration information of the
For the axial chromatic aberration information, for example, a total reflection mirror is placed on the
一方、倍率色収差情報は、例えば、試料7の代わりに試料7上におけるXY座標を特定できるような標本、例えば図6の(a)に示すような格子が描かれている標本を使用してこの標本についてのXY平面の走査画像を取得し、そこから各格子点の位置とその格子点を走査したときのXガルバノミラー及びYガルバノミラーの角度との関係を示すデータを取得して記憶部14に登録する。この測定及び登録をレーザ光源1で出力可能なすべての波長の照明光に対して繰り返し行うことで、倍率色収差情報が記憶部14に蓄えられる。
On the other hand, the magnification chromatic aberration information is obtained by using, for example, a sample that can specify the XY coordinates on the sample 7 instead of the sample 7, for example, a sample on which a lattice as shown in FIG. A scanning image of the XY plane of the sample is acquired, and data indicating the relationship between the position of each grid point and the angles of the X galvanometer mirror and the Y galvanometer mirror when the grid point is scanned is acquired from the scan image. Register with. By repeating this measurement and registration for illumination light of all wavelengths that can be output by the laser light source 1, magnification chromatic aberration information is stored in the
なお、図6(b)は倍率色収差の影響を示しており、倍率色収差を補正することなく図6(a)に示した格子標本に対する走査を行った場合の走査画像の例を示している。
以上のようにすることにより、計算式やカタログ値などから対物レンズ系6の色収差を容易に取得することができない場合であっても、色収差情報を測定することが可能となる。
FIG. 6B shows the influence of lateral chromatic aberration, and shows an example of a scanned image when the lattice sample shown in FIG. 6A is scanned without correcting lateral chromatic aberration.
By doing as described above, it is possible to measure chromatic aberration information even when the chromatic aberration of the
また、例えば対物レンズ系6の色収差が対物レンズごとにばらつきを持っていても、実際の観察に使用するレーザ走査顕微鏡で色収差情報の測定を行うので、より精度の高い色収差補正処理を行うことができる。
次に、図7について説明する。同図は色収差情報取得処理の処理内容をフローチャートで示したものである。この処理は、図5に示した走査型レーザ顕微鏡で上述した手法に従って色収差情報を取得するというものである。なお、図7の(a)は軸上色収差情報を取得する場合のフローチャートであり、図7の(b)は倍率色収差情報を取得する場合のフローチャートである。
Further, for example, even if the chromatic aberration of the
Next, FIG. 7 will be described. This figure shows the processing contents of the chromatic aberration information acquisition processing in a flowchart. In this process, chromatic aberration information is acquired by the scanning laser microscope shown in FIG. FIG. 7A is a flowchart for acquiring axial chromatic aberration information, and FIG. 7B is a flowchart for acquiring magnification chromatic aberration information.
まず(a)について説明する。
まず、S201において、全反射ミラーを試料7としてZスキャナ8に載置する。なお、この作業は走査型レーザ顕微鏡の使用者による手作業である。
S202では、測定対象とする波長の照明光をレーザ光源1から出力させる処理が行われる。
First, (a) will be described.
First, in S201, the total reflection mirror is placed on the
In S <b> 202, processing for outputting illumination light having a wavelength to be measured from the laser light source 1 is performed.
S203では、演算部15が制御部11に指示を与えてZスキャナ8をZ方向(光軸方向)に移動させると共に、光検出系10の出力をモニタする処理が行われる。
S204では、上述したS203の処理である光検出系10の出力のモニタにおいて検出された光量が最大となったときのZスキャナ8の位置を演算部15が取得する処理が行われる。このときのZスキャナ8の位置を、測定対象である波長の照明光を使用したときの焦点位置とする。
In S203, the
In S204, the processing of obtaining the position of the
S205では、レーザ光源1から出力される照明光に測定対象とする波長のものがまだ残っているか否かを判定する処理が演算部15によって行われ、測定対象とする波長の照明光がまだ残っている(判定結果がYes)ならばS202へ処理を戻して上述した処理を繰り返す。一方、測定対象とする波長の照明光がもはや残っていない(判定結果がNo)ならばS206に処理を進める。
In S205, the
S206では、演算部15が色収差情報登録部16へ指示を与えて以上までの処理によって取得された測定対象とする照明光の波長と焦点位置との関係を示すテーブルを軸上色収差情報として記憶部14に登録させる処理が行われ、その後はこの一連の処理が終了する。
In S206, the
次に(b)について説明する。
まず、S211において、図6(a)に示したような格子標本を試料7としてZスキャナ8に載置する。なお、この作業は走査型レーザ顕微鏡の使用者による手作業である。
S212では、測定対象とする波長の照明光をレーザ光源1から出力させる処理が行われる。
Next, (b) will be described.
First, in S211, a lattice specimen as shown in FIG. This operation is a manual operation by the user of the scanning laser microscope.
In S212, processing for outputting illumination light having a wavelength to be measured from the laser light source 1 is performed.
S213では、レーザ光源1から測定対象とする波長の照明光を出力させると共にXYスキャナ4を動作させて格子標本を走査させ、このときの光検出系10からの出力に基づいて走査画像を画像構築部12に構築させる処理が行われる。このときに構築される走査画像が例えば図6(b)に示すような画像となる。
In S213, the illumination light of the wavelength to be measured is output from the laser light source 1 and the
S214では、構築された走査画像に示されている格子点の位置と、その格子点を走査したときにおけるXYスキャナ4のXガルバノミラー及びYガルバノミラーの角度とを取得する処理が演算部15によって行われる。この処理により、XYスキャナ4からの照明光の出射角とその測定対象波長での照明光の焦点位置の光軸中心からの距離との関係が得られる。
In S214, the
S215では、レーザ光源1から出力される照明光に測定対象とする波長のものがまだ残っているか否かを判定する処理が演算部15によって行われ、測定対象とする波長の照明光がまだ残っている(判定結果がYes)ならばS212へ処理を戻して上述した処理を繰り返す。一方、測定対象とする波長の照明光がもはや残っていない(判定結果がNo)ならばS216に処理を進める。
In S215, the
S206では、演算部15が色収差情報登録部16へ指示を与え、以上までの処理によって取得されたXYスキャナ4からの照明光の出射角とその測定対象波長での照明光の焦点位置の光軸中心からの距離との関係を示す測定対象とする照明光の波長毎のテーブルを軸上色収差情報として記憶部14に登録させる処理が行われ、その後はこの一連の処理が終了する。
In S206, the
以上までの処理が色収差情報取得処理であり、この処理を実行することにより、色収差の補正のために必要な色収差情報が取得され、色収差の影響が低減された走査画像の取得等が可能となる。
なお、上述した色収差の補正や色収差情報の取得を前述したような標準的な構成のコンピュータに行わせるには、図4や図7にフローチャートで示した処理をこのコンピュータのCPUに行わせるための制御プログラムを作成してこのコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録させておき、そのプログラムを記録媒体からこのコンピュータに読み込ませてCPUで実行させるようにすればよい。記録させた制御プログラムをコンピュータシステムで読み取ることの可能な記録媒体としては、例えば、このコンピュータに内蔵若しくは外付けの付属装置として備えられるROMやハードディスク装置などの記憶装置、フレキシブルディスク、MO(光磁気ディスク)、CD−ROM、DVD−ROMなどといった携帯可能記録媒体等が利用できる。
The above processing is chromatic aberration information acquisition processing. By executing this processing, chromatic aberration information necessary for correcting chromatic aberration can be acquired, and a scanned image with reduced influence of chromatic aberration can be acquired. .
In order to cause the computer having the standard configuration as described above to correct the chromatic aberration and acquire the chromatic aberration information as described above, the CPU shown in FIG. 4 and FIG. A control program may be created and recorded on a computer-readable recording medium, and the program may be read from the recording medium into the computer and executed by the CPU. As a recording medium from which the recorded control program can be read by a computer system, for example, a storage device such as a ROM or a hard disk device provided as an internal or external accessory device in this computer, a flexible disk, an MO (Optomagnetic) Disc), portable recording media such as CD-ROM, DVD-ROM, and the like can be used.
また、記録媒体は通信回線を介してこのコンピュータと接続される、プログラムサーバとして機能するコンピュータシステムが備えている記憶装置であってもよい。この場合には、制御プログラムを表現するデータ信号で搬送波を変調して得られる伝送信号を、プログラムサーバから伝送媒体である通信回線を通じてこのコンピュータへ伝送するようにし、このコンピュータでは受信した伝送信号を復調して制御プログラムを再生することでこの制御プログラムをCPUで実行できるようになる。 The recording medium may be a storage device provided in a computer system functioning as a program server connected to the computer via a communication line. In this case, a transmission signal obtained by modulating a carrier wave with a data signal representing a control program is transmitted from the program server to the computer through a communication line as a transmission medium. The computer transmits the received transmission signal. The control program can be executed by the CPU by demodulating and reproducing the control program.
その他、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良・変更が可能である。
例えば、軸上色収差や倍率色収差以外の理由に起因して対物レンズ系6と使用する照明光の波長とによって走査位置が変化するのであれば、それを補正できるような情報を記憶部14に保存し、それを用いて補正処理を行うことにより、異なる波長で走査位置を一致させることもできる。
In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements and changes can be made without departing from the scope of the present invention.
For example, if the scanning position changes depending on the
また、XYスキャナ4がXとYのガルバノミラーにより構成されている代わりに、試料7をXY方向へ移動させるようなXYステージにより構成されている場合には、XYステージを倍率色収差による走査位置ずれ量を相殺できる分だけ移動させるようにして倍率色収差を除去するようにすることもできる。
In addition, when the
また、対物レンズ系6が複数の対物レンズを有し、光路上へ配置する対物レンズをその中から選択できるような構成である場合には、記憶部14に各パターンの対物レンズ系6の色収差情報を保存するようにし、試料7の走査を行うときには、そのときに使用される対物レンズ系6の設定に合致するものを記憶部14の保存内容から参照するようにすることもできる。
Further, when the
1 レーザ光源
3 ダイクロイックミラー
4 XYスキャナ
5 全反射ミラー
6、21 対物レンズ系
7、22 試料
8、23 Zスキャナ
9 共焦点光学系
10 光検出系
11 制御部
12 画像構築部
13 画像表示部
14 記憶部
15 演算部
16 色収差情報登録部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser
Claims (4)
どちらも光軸に対して垂直であり直交しているX方向及びY方向へ前記照明光の焦点位置を走査させるXYスキャナと、
前記対物レンズ系の倍率色収差の程度を示している色収差情報に基づいて前記XYスキャナを制御して、前記照明光の当該対物レンズ系への入射角度を制御することによって、当該対物レンズ系を通過した当該照明光を当該照明光の波長の変化に拘らず試料内の同一の位置に集束させる制御を行う制御手段と、
を有することを特徴とする走査型レーザ顕微鏡。 An objective lens system that focuses illumination light, which is laser light, at a focal position;
An XY scanner that scans the focal position of the illumination light in the X and Y directions, both perpendicular to and orthogonal to the optical axis;
The XY scanner is controlled based on chromatic aberration information indicating the degree of lateral chromatic aberration of the objective lens system, and the incident angle of the illumination light to the objective lens system is controlled to pass through the objective lens system. and a control means for the illuminating light performs control focusing on the same position in spite sample to a change in wavelength of the illumination light,
A scanning laser microscope characterized by comprising:
前記対物レンズ系の倍率色収差の程度を示している色収差情報に基づいて前記XYスキャナを制御して、前記照明光の当該対物レンズ系への入射角度を制御することによって、当該対物レンズ系を通過した当該照明光を当該照明光の波長の変化に拘らず試料内の同一の位置に集束させる制御を行うことを特徴とする走査型レーザ顕微鏡の制御方法。 An objective lens system that focuses illumination light, which is laser light, at a focal position; an XY scanner that scans the focal position of the illumination light in the X direction and the Y direction that are both perpendicular to and orthogonal to the optical axis; A control method for a scanning laser microscope having:
The XY scanner is controlled based on chromatic aberration information indicating the degree of lateral chromatic aberration of the objective lens system, and the incident angle of the illumination light to the objective lens system is controlled to pass through the objective lens system. A control method for a scanning laser microscope, characterized in that control is performed to focus the illuminating light on the same position in the sample regardless of changes in the wavelength of the illuminating light.
前記対物レンズ系の倍率色収差の程度を示している色収差情報を記憶部から取得する処理と、
前記色収差情報に基づいて前記XYスキャナを制御して、前記走査型レーザ顕微鏡における前記照明光の前記対物レンズ系への入射角度を制御して、当該対物レンズ系を通過した当該照明光を当該照明光の波長の変化に拘らず試料内の同一の位置に集束させる処理と、
をコンピュータに行わせるためのプログラム。 An objective lens system that focuses illumination light, which is laser light, at a focal position; an XY scanner that scans the focal position of the illumination light in the X direction and the Y direction that are both perpendicular to and orthogonal to the optical axis; A program for causing a computer to control a scanning laser microscope having
A process of obtaining aberration information showing the degree of magnification chromatic aberration of the objective lens system from the storage unit,
By controlling the XY scanner on the basis of the chromatic aberration information, and controls the angle of incidence on the objective lens system of the illumination light in the laser scanning microscope, the lighting of the illumination light which passes through the objective lens system A process of focusing on the same position in the sample regardless of the change in the wavelength of the light;
A program that causes a computer to perform
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