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JP7656314B2 - Light sheet microscope, method, and light sheet illumination program - Google Patents
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JP7656314B2 - Light sheet microscope, method, and light sheet illumination program - Google Patents

Light sheet microscope, method, and light sheet illumination program Download PDF

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Description

本発明は、光シート照射装置、光シート顕微鏡、光シート照射方法、および光シート照射プログラムに関する。 The present invention relates to a light sheet irradiation device, a light sheet microscope, a light sheet irradiation method, and a light sheet irradiation program.

試料の撮像の際に、試料内の微小構造による屈折・散乱・吸収が原因で照射斑が生じることがある。この問題を解決するために、試料に対してシート状の光を複数の方向から照射することで、照射斑を軽減することが行われている(例えば、非特許文献1参照)。
[先行技術文献]
[非特許文献]
[非特許文献1] Jan Huisken and Didier Y. R. Stainier "Even fluorescence excitation by multidirectional selective plane illumination microscopy (mSPIM)" Optics Letters vol.32 2608-2610 (2007)
When imaging a sample, irradiation spots may occur due to refraction, scattering, and absorption caused by the microstructures in the sample. To solve this problem, a sheet of light is irradiated onto the sample from multiple directions to reduce irradiation spots (see, for example, Non-Patent Document 1).
[Prior Art Literature]
[Non-Patent Literature]
[Non-Patent Document 1] Jan Huisken and Didier YR Stainier "Even fluorescence excitation by multidirectional selective plane illumination microscopy (mSPIM)" Optics Letters vol.32 2608-2610 (2007)

しかしながら、従来の装置は照明系と観察系とが独立でなく、照射経路を複数設ける等の自由度の高い光学設計が困難であり、照射斑を軽減する技術と、共焦点やローリングシャッタとの連動などによる撮像画像の明暗コントラストを上げる技術とを両立することができなかった。 However, in conventional devices, the illumination system and observation system are not independent, making it difficult to achieve a highly flexible optical design, such as providing multiple illumination paths, and it is not possible to combine technology to reduce illumination spots with technology to increase the light-dark contrast of captured images, such as by linking with a confocal or rolling shutter.

上記課題を解決するために、本発明の一態様においては、光シート照射装置が提供される。光シート照射装置は、レーザ光源から出射されたレーザ光から第1のシート状の光を生成する第1の光学系と、第1のシート状の光を、第1の光路を進み、試料に対して第1の方向に広がる第2のシート状の光と、第1の光路とは異なる第2の光路を進み、第1の方向に交差する第2の方向に広がる第3のシート状の光とに分離する第2の光学系と、を有する。 In order to solve the above problems, one aspect of the present invention provides a light sheet irradiation device. The light sheet irradiation device has a first optical system that generates a first sheet-like light from a laser light emitted from a laser light source, and a second optical system that separates the first sheet-like light into a second sheet-like light that travels along a first optical path and spreads in a first direction relative to the sample, and a third sheet-like light that travels along a second optical path different from the first optical path and spreads in a second direction intersecting the first direction.

本発明の一態様においては、光シート顕微鏡が提供される。光シート顕微鏡は上記光シート照射装置と、第2のシート状の光および第3のシート状の光が照射された試料の像を撮像し、画像を生成する撮像部と、を有する。 In one aspect of the present invention, a light sheet microscope is provided. The light sheet microscope has the above-mentioned light sheet irradiation device and an imaging unit that captures an image of the sample irradiated with the second sheet-like light and the third sheet-like light, and generates an image.

本発明の一態様においては、光シート照射方法が提供される。上記方法は、レーザ光源から出射されたレーザ光から第1のシート状の光を生成する第1の段階と、第1のシート状の光を、第1の光路を進み、試料に対して第1の方向に広がる第2のシート状の光と、第1の光路とは異なる第2の光路を進み、第1の方向に交差する第2の方向に広がる第3のシート状の光とに分離する第2の段階と、を有する。 In one aspect of the present invention, a light sheet irradiation method is provided. The method includes a first step of generating a first sheet of light from a laser light emitted from a laser light source, and a second step of separating the first sheet of light into a second sheet of light that travels along a first optical path and spreads in a first direction relative to the sample, and a third sheet of light that travels along a second optical path different from the first optical path and spreads in a second direction intersecting the first direction.

本発明の一態様においては、光シート照射プログラムが提供される。上記プログラムは、コンピュータに、レーザ光源から出射されたレーザ光から第1のシート状の光を生成する第1の段階と、第1のシート状の光を、第1の光路を進み、試料に対して第1の方向に広がる第2のシート状の光と、第1の光路とは異なる第2の光路を進み、第1の方向に交差する第2の方向に広がる第3のシート状の光とに分離する第2の段階と、を実行させる。 In one aspect of the present invention, a light sheet irradiation program is provided. The program causes a computer to execute a first step of generating a first sheet-like light from a laser light emitted from a laser light source, and a second step of separating the first sheet-like light into a second sheet-like light that travels along a first optical path and spreads in a first direction relative to the sample, and a third sheet-like light that travels along a second optical path different from the first optical path and spreads in a second direction intersecting the first direction.

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 Note that the above summary of the invention does not list all of the necessary features of the present invention. Also, subcombinations of these features may also be inventions.

本実施形態に係る光シート顕微鏡1の概略的な構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of a light sheet microscope 1 according to an embodiment of the present invention. 光シート照射装置100の概略的な構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of a light sheet irradiation device 100. FIG. 水平シート201及び垂直シート202の概略を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an outline of a horizontal sheet 201 and a vertical sheet 202. (a)および(b)は、照射斑を軽減する方法についての説明図である。5A and 5B are diagrams illustrating a method for reducing irradiation spot. シート高さを制御するためのガルバノスキャナ13の制御を示す図である。11 is a diagram showing the control of the galvanometer scanner 13 for controlling the seat height. FIG. 画像の明暗コントラストを向上する撮像方法についての説明図である。1A and 1B are explanatory diagrams of an imaging method for improving the light-dark contrast of an image. (a)及び(b)は、図6の画像を合成する方法についての説明図である。7A and 7B are diagrams illustrating a method for synthesizing the images in FIG. 6; 照射斑を軽減する撮像方法についての説明図である。11A and 11B are explanatory diagrams of an imaging method for reducing irradiation spots. 露光時間短縮のための撮像方法についての説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of an imaging method for shortening exposure time. 照射斑を軽減する撮像方法と、画像コントラストを向上する撮像方法との両立についての説明図である。1 is an explanatory diagram illustrating the compatibility of an imaging method for reducing irradiation spot and an imaging method for improving image contrast. (a)から(d)は、本実施形態に係る光シート顕微鏡1と比較例の装置との性能の第1の比較試験の結果を示す図である。13A to 13D are diagrams showing the results of a first comparison test of the performance of the light sheet microscope 1 according to this embodiment and a comparative example device. (a)から(d)は、第1の比較試験の統計を取った図である。6(a) to (d) are graphs showing statistics of the first comparative test. (a)から(d)は、本実施形態に係る光シート顕微鏡1と比較例の装置との性能の第2の比較試験の結果を示す図である。13A to 13D are diagrams showing the results of a second comparison test of the performance between the light sheet microscope 1 according to this embodiment and a comparative example device. 他の実施形態に係る光シート顕微鏡1aの概略的な構成を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of a light sheet microscope 1a according to another embodiment. 本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ2200の例を示す。22 illustrates an example computer 2200 in which aspects of the present invention may be embodied, in whole or in part.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 The present invention will be described below through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. Furthermore, not all of the combinations of features described in the embodiments are necessarily essential to the solution of the invention.

図1は、本実施形態に係る光シート顕微鏡1の概略的な構成を示す図である。光シート顕微鏡1は、撮像部111,112と、制御部113と、光シート照射装置100と、レーザ光源114とを備える。光シート顕微鏡1は、励起光であるシート状の光を試料101に向けて照射し、試料101の蛍光色素から励起された蛍光を撮像することで試料101の画像を取得する。 Figure 1 is a diagram showing the schematic configuration of a light sheet microscope 1 according to this embodiment. The light sheet microscope 1 includes image capture units 111 and 112, a control unit 113, a light sheet irradiation device 100, and a laser light source 114. The light sheet microscope 1 irradiates a sheet of light, which is excitation light, toward the sample 101, and obtains an image of the sample 101 by capturing an image of the fluorescence excited from a fluorescent dye in the sample 101.

光シート顕微鏡1は、シート状の光を撮像部111、112のそれぞれの検出用対物レンズの光軸に沿って試料101に対して相対的に移動させながら撮像することで、試料101の複数の断層像を取得し、それらを再構成することにより、試料101の3次元立体像を得る。試料101は、例えば、蛍光色素により標識された生体細胞である。 The light sheet microscope 1 captures images of the sample 101 while moving a sheet of light relative to the sample 101 along the optical axis of each of the detection objective lenses of the imaging units 111 and 112, thereby obtaining multiple tomographic images of the sample 101, and reconstructing these images to obtain a three-dimensional image of the sample 101. The sample 101 is, for example, a living cell labeled with a fluorescent dye.

光シート照射装置100は、シート状の光を検出用対物レンズの光軸に交差する方向、好ましくは直交する方向から試料101に向けて照射する。ここで、試料101の設置面(XY平面とする)に対して平行なシート状の光を照射して、深さ方向(Z方向)の複数の断層像から3次元立体像を構成する場合に、設置面に平行な面内と深さ方向とで分解能が大きく異なってしまう。そのため、設置面に平行な段面とは異なる断面(XZ平面またはYZ平面)からの断層像(XZもしくはYZ)を取得し、いずれの方向の分解能も同じになるようにすることが好ましい。 The light sheet irradiation device 100 irradiates the sample 101 with sheet-like light in a direction intersecting, preferably perpendicular to, the optical axis of the detection objective lens. Here, when irradiating the sample 101 with sheet-like light parallel to its installation surface (assumed to be the XY plane) and constructing a three-dimensional image from multiple tomographic images in the depth direction (Z direction), the resolution differs greatly between the plane parallel to the installation surface and the depth direction. For this reason, it is preferable to obtain a tomographic image (XZ or YZ) from a cross section (XZ plane or YZ plane) other than the step surface parallel to the installation surface so that the resolution in both directions is the same.

本実施形態では、光シート照射装置100は、試料101の設置面(XY平面)に対して平行なシート状の光と、試料101の設置面に対して垂直なシート状の光とを生成し、一方向から試料101に対して照射する。光シート照射装置100は、撮像部111,112から独立しており、光シート照射装置100と撮像部111,112は光学系(例えば対物レンズ)を共有しない。 In this embodiment, the light sheet irradiation device 100 generates a sheet of light parallel to the installation surface (XY plane) of the sample 101 and a sheet of light perpendicular to the installation surface of the sample 101, and irradiates the sample 101 from one direction. The light sheet irradiation device 100 is independent of the imaging units 111 and 112, and the light sheet irradiation device 100 and the imaging units 111 and 112 do not share an optical system (e.g., an objective lens).

撮像部111,112は、シート状の光が照射された試料101の像を撮像し、画像を生成する。撮像部111,112は、例えば、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサなどの2次元イメージセンサを備えたデジタルカメラである。撮像部111,112は、グローバル露光(全素子を同時に露光する)が可能である。 The imaging units 111 and 112 capture an image of the sample 101 irradiated with sheet-like light, and generate an image. The imaging units 111 and 112 are, for example, digital cameras equipped with a two-dimensional image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) image sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor. The imaging units 111 and 112 are capable of global exposure (exposing all elements simultaneously).

制御部113には、撮像部111,112により撮像された試料101の複数の断層像が入力される。制御部113の画像処理部は、入力された試料101の複数の画像から試料101の全体画像である3次元立体像を生成する。また、制御部113は、光シート照射装置100およびレーザ光源114を制御することによって、シート状の光を生成して試料101に照射し、また、生成したシート状の光の試料101に対する照射位置および照射方向を変更する。 The control unit 113 receives multiple tomographic images of the sample 101 captured by the imaging units 111 and 112. The image processing unit of the control unit 113 generates a three-dimensional image, which is an overall image of the sample 101, from the multiple input images of the sample 101. The control unit 113 also controls the light sheet irradiation device 100 and the laser light source 114 to generate sheet-like light and irradiate it on the sample 101, and also changes the irradiation position and irradiation direction of the generated sheet-like light on the sample 101.

図2は、光シート照射装置100の概略的な構成を示す図である。光シート照射装置100は、ガルバノスキャナ11~13と、ビームスプリッタ21~22と、ミラー31~36と、レンズ41~48と、シャッタ51~52を備える。 Figure 2 is a diagram showing the schematic configuration of the light sheet irradiation device 100. The light sheet irradiation device 100 includes galvanometer scanners 11-13, beam splitters 21-22, mirrors 31-36, lenses 41-48, and shutters 51-52.

レーザ光源114からは、レーザ光が出射する。レーザ光は、指向性の高いコヒーレント光であるため光源として適している。レーザ光の波長は、例えば、可視光領域から近赤外光領域であって、試料101の中に導入された蛍光色素を励起させる波長が用いられる。また異なる波長を持つ複数のレーザ光をレーザ光源114から同時にまたは時分割で出射させても良いし、単一のレーザ光をレーザ光源114から出射させても良い。 Laser light is emitted from the laser light source 114. Laser light is highly directional and coherent light, making it suitable as a light source. The wavelength of the laser light is, for example, from the visible light region to the near infrared light region, and a wavelength that excites the fluorescent dye introduced into the sample 101 is used. In addition, multiple laser beams having different wavelengths may be emitted from the laser light source 114 simultaneously or in a time-division manner, or a single laser beam may be emitted from the laser light source 114.

レーザ光源114から出射したレーザ光は、可変レンズ41に入射する。本実施形態では、外部信号によって通過するレーザ光の光軸方向の集光位置を変えられる可変レンズ41を設置する。これにより、レーザ光の集光位置を試料101の大きさや位置に合わせて自在に変更する。可変レンズ41の具体例としては、光透過性の液体を内包し、入力される可変電流による電磁力で表面の曲率を変える液体レンズが挙げられる。 The laser light emitted from the laser light source 114 is incident on the variable lens 41. In this embodiment, a variable lens 41 is provided that can change the focusing position in the optical axis direction of the passing laser light in response to an external signal. This allows the focusing position of the laser light to be freely changed according to the size and position of the sample 101. A specific example of the variable lens 41 is a liquid lens that contains a light-transmitting liquid and changes the curvature of its surface with the electromagnetic force generated by an input variable current.

可変レンズ41から出射したレーザ光は、可変レンズ41の後方に設置されたレンズ42に入射する。なお、特に断らない限り、レーザ光の光路においてレーザ光が時間的に後に到達する側を単に「後方」という。レンズ42の位置は、可変レンズ41からちょうど可変レンズ41の焦点距離だけ離れた位置に設置する。 The laser light emitted from the variable lens 41 is incident on the lens 42 placed behind the variable lens 41. Unless otherwise specified, the side of the optical path of the laser light that the laser light reaches later in time is simply referred to as the "rear". The lens 42 is placed at a position away from the variable lens 41 exactly the focal length of the variable lens 41.

レンズ42からさらにレンズ42の焦点距離だけ離れた位置に、制御部113からの入力信号によって入射光に対する反射光の角度を変えられるガルバノスキャナ11を設置する。レンズ42から出射したレーザ光は、レンズ42の後方に設置されたガルバノスキャナ11に入射する。ガルバノスキャナ11は、試料101内の微小構造による屈折・散乱・吸収が原因で生じる照射斑を軽減させるために用いられる。照射斑を軽減させる方法については、後述する。 A galvanometer scanner 11 is installed at a position that is the focal length of the lens 42 and that can change the angle of the reflected light relative to the incident light by an input signal from the control unit 113. The laser light emitted from the lens 42 is incident on the galvanometer scanner 11 installed behind the lens 42. The galvanometer scanner 11 is used to reduce irradiation spots caused by refraction, scattering, and absorption due to the microstructures in the sample 101. A method for reducing irradiation spots will be described later.

ガルバノスキャナ11の後にレンズ43を設置する。レンズ43の位置は、ガルバノスキャナ11からちょうどレンズ43の焦点距離だけ離れた位置に設置する。ガルバノスキャナ11から出射したレーザ光は、ガルバノスキャナ11の後方に設置されたレンズ43に入射する。 A lens 43 is placed behind the galvano scanner 11. The lens 43 is placed at a position away from the galvano scanner 11 exactly the focal length of the lens 43. The laser light emitted from the galvano scanner 11 is incident on the lens 43 placed behind the galvano scanner 11.

レンズ43からさらにレンズ43の焦点距離だけ離れた位置に、ガルバノスキャナ11と同様のガルバノスキャナ12を設置する。レンズ43から出射したレーザ光は、レンズ43の後方に設置されたガルバノスキャナ12に入射する。 A galvanometer scanner 12 similar to the galvanometer scanner 11 is installed at a position further away from the lens 43 by the focal length of the lens 43. The laser light emitted from the lens 43 is incident on the galvanometer scanner 12 installed behind the lens 43.

ガルバノスキャナ12は、入力された時間に応じて連続的に変化する電圧に応じて高速で走査されることによりシート状の光を形成する。ここで、シート状の光とはシート形状の照明領域を有する照明光のことである。シート状の光は、試料101内で検出用対物レンズの光軸方向に薄く、光軸方向に直交する方向に厚い形状を有する。ガルバノスキャナ12に入力する信号の波形は任意であるが、一例として一定振幅のもと直線的に単調増加または単調減少する鋸型の波形が考えられる。入力波形のサンプリング数およびサンプリング時間間隔は、目的に応じて任意に設定する。 The galvano scanner 12 forms a sheet of light by scanning at high speed according to a voltage that changes continuously according to the input time. Here, sheet-like light refers to illumination light having a sheet-shaped illumination area. The sheet of light is thin in the optical axis direction of the detection objective lens in the sample 101 and thick in the direction perpendicular to the optical axis direction. The waveform of the signal input to the galvano scanner 12 is arbitrary, but one example is a sawtooth waveform that linearly increases or decreases monotonically with a constant amplitude. The number of samples of the input waveform and the sampling time interval are set arbitrarily according to the purpose.

ガルバノスキャナ12の後にレンズ44を設置する。レンズ44の位置は、ガルバノスキャナ11からちょうどレンズ44の焦点距離だけ離れている。ガルバノスキャナ12から出射したシート状の光は、ガルバノスキャナ12の後方に設置されたレンズ44に入射する。 A lens 44 is installed behind the galvanometer scanner 12. The position of the lens 44 is exactly the focal length of the lens 44 away from the galvanometer scanner 11. The sheet-like light emitted from the galvanometer scanner 12 is incident on the lens 44 installed behind the galvanometer scanner 12.

レンズ44からさらにレンズ44の焦点距離だけ離れた位置に、固定ミラー31を設置し、固定ミラー31の後方にレンズ45を設置する。レンズ44から出射したシート状の光は、固定ミラー31によって反射されレンズ45に入射する。固定ミラー31とレンズ45との間の距離は、レンズ45の焦点距離とする。 A fixed mirror 31 is placed at a position that is a further focal length away from the lens 44, and a lens 45 is placed behind the fixed mirror 31. The sheet-like light emitted from the lens 44 is reflected by the fixed mirror 31 and enters the lens 45. The distance between the fixed mirror 31 and the lens 45 is the focal length of the lens 45.

レンズ45からさらにレンズ45の焦点距離だけ離れた位置に、ガルバノスキャナ11、12と同様のガルバノスキャナ13を設置する。レンズ45から出射したシート状の光は、レンズ45の後方に設置されたガルバノスキャナ13に入射する。ガルバノスキャナ13は、最終的に出力されるシート状の光の、シート面に垂直な方向の位置(シート高さ)を調整するために用いる。ガルバノスキャナ13の設置角度は、ガルバノスキャナ11~13の全てに入力信号の基準値を入力した際に、反射されるシート状の光の方向が垂直上向き(図2における+Z方向)になるような角度とする。 A galvanometer scanner 13 similar to the galvanometer scanners 11 and 12 is installed at a position further away from the lens 45 by the focal length of the lens 45. The sheet-like light emitted from the lens 45 is incident on the galvanometer scanner 13 installed behind the lens 45. The galvanometer scanner 13 is used to adjust the position (sheet height) of the sheet-like light that is finally output in the direction perpendicular to the sheet surface. The installation angle of the galvanometer scanner 13 is set so that when the reference value of the input signal is input to all of the galvanometer scanners 11 to 13, the direction of the reflected sheet-like light is vertically upward (the +Z direction in Figure 2).

ガルバノスキャナ13で反射されたシート状の光は、ガルバノスキャナ13の直上(図2における+Z方向)に設置されたビームスプリッタ21によって分離され、光路P1および光路P2に導入される。本実施形態において、ビームスプリッタ21は、無偏光型であって、入射したビーム光の強度を約1:1に分離する。 The sheet-like light reflected by the galvano scanner 13 is split by the beam splitter 21 installed directly above the galvano scanner 13 (in the +Z direction in FIG. 2) and introduced into optical path P1 and optical path P2. In this embodiment, the beam splitter 21 is a non-polarized type, and splits the intensity of the incident beam light at approximately 1:1.

光路P1には、固定ミラー32、レンズ46、固定ミラー33、およびシャッタ51を設置する。固定ミラー32,33とレンズ46との間の距離は、レンズ46の焦点距離とする。固定ミラー33の後方には、シャッタ51を設置する。ビームスプリッタ21によって分離され、光路P1を通過するシート状の光は、試料101の設置面203に対して水平方向に広がる。試料101の設置面203に対して水平なシート状の光を水平シート201という。 A fixed mirror 32, a lens 46, a fixed mirror 33, and a shutter 51 are installed in the optical path P1. The distance between the fixed mirrors 32 and 33 and the lens 46 is the focal length of the lens 46. The shutter 51 is installed behind the fixed mirror 33. The sheet-like light that is separated by the beam splitter 21 and passes through the optical path P1 spreads in the horizontal direction relative to the mounting surface 203 of the sample 101. The sheet-like light that is horizontal to the mounting surface 203 of the sample 101 is called the horizontal sheet 201.

光路P2には、固定ミラー34、固定ミラー35、レンズ47、固定ミラー36、およびシャッタ52を設置する。固定ミラー35および36とレンズ47との間の距離は、レンズ47の焦点距離とする。固定ミラー36の後方には、シャッタ52を設置する。ビームスプリッタ21によって分離され、光路P2を通過するシート状の光は、試料101の設置面203に対して垂直方向に広がる。試料101の設置面203に対して垂直なシート状の光を垂直シート202という。 Fixed mirror 34, fixed mirror 35, lens 47, fixed mirror 36, and shutter 52 are installed on optical path P2. The distance between fixed mirrors 35 and 36 and lens 47 is the focal length of lens 47. Shutter 52 is installed behind fixed mirror 36. The sheet-like light that is separated by beam splitter 21 and passes through optical path P2 spreads in a direction perpendicular to the mounting surface 203 of sample 101. The sheet-like light perpendicular to the mounting surface 203 of sample 101 is called vertical sheet 202.

図3は、水平シート201及び垂直シート202の概略を示す図である。図3に示すように、水平シート201は、試料101の設置面203に水平に広がるシート状の光であり、垂直シート202は、試料101の設置面203に対して垂直に広がるシート状の光である。水平シート201および垂直シート202は、試料101に対して+Y方向から照射される。図3において、試料101の設置面203はXY平面であり、水平シート201および垂直シート202が試料101に照射される方向すなわち進行方向は+Y方向である。水平シート201の高さ方向はZ方向であり、垂直シート202の高さ方向はX方向である。 Figure 3 is a diagram showing an outline of the horizontal sheet 201 and the vertical sheet 202. As shown in Figure 3, the horizontal sheet 201 is a sheet-like light that spreads horizontally on the installation surface 203 of the sample 101, and the vertical sheet 202 is a sheet-like light that spreads vertically to the installation surface 203 of the sample 101. The horizontal sheet 201 and the vertical sheet 202 are irradiated from the +Y direction to the sample 101. In Figure 3, the installation surface 203 of the sample 101 is the XY plane, and the direction in which the horizontal sheet 201 and the vertical sheet 202 are irradiated to the sample 101, i.e., the traveling direction, is the +Y direction. The height direction of the horizontal sheet 201 is the Z direction, and the height direction of the vertical sheet 202 is the X direction.

水平シート201の照射によって試料101の水平方向の断層像である画像Aが取得され、垂直シート202の照射によって試料101の垂直方向の断層像である画像Bが取得される。画像Aおよび画像Bは、それぞれ撮像部111および撮像部112によって撮像される。 Image A, which is a horizontal cross-sectional image of sample 101, is obtained by irradiating horizontal sheet 201, and image B, which is a vertical cross-sectional image of sample 101, is obtained by irradiating vertical sheet 202. Images A and B are captured by imaging units 111 and 112, respectively.

図2に戻り、レンズ46および47は、ビームスプリッタ22の後に設置するレンズ48と合わせて、ガルバノスキャナ13の鏡面を結像する光学系になるように調整する。この光学系によって結像されたガルバノスキャナ13の鏡面の共役面を、検出用の対物レンズの後側焦点面またはその共役面と一致させることで、所望のシート状の光が検出可能となる。 Returning to FIG. 2, lenses 46 and 47 are adjusted, together with lens 48 installed after beam splitter 22, to form an optical system that images the mirror surface of galvano scanner 13. By matching the conjugate plane of the mirror surface of galvano scanner 13 imaged by this optical system with the rear focal plane of the detection objective lens or its conjugate plane, the desired sheet-like light can be detected.

シャッタ51およびシャッタ52は、外部入力によってレーザ光を遮断する装置である。シャッタ51およびシャッタ52を光路P1および光路P2に設けることにより、例えば一方の光路を遮断して他方の光路を開通させる制御が可能となる。シャッタ51およびシャッタ52の位置は、ビームスプリッタ21およびビームスプリッタ22の間にあり、光路P1および光路P2を通過するシート状の光を完全に遮断できる位置であればどこでも良い。シャッタ51およびシャッタ52によるシート状の光の遮断は、同時に行っても良いし交互に行っても良い。シャッタ51およびシャッタ52の例としてはソレノイドを用いた電磁メカニカルシャッタが挙げられる。 Shutters 51 and 52 are devices that block laser light in response to an external input. By providing shutters 51 and 52 on optical paths P1 and P2, it becomes possible to control, for example, to block one optical path and open the other. The positions of shutters 51 and 52 are between beam splitters 21 and 22, and may be anywhere that can completely block the sheet-like light passing through optical paths P1 and P2. The shutters 51 and 52 may block the sheet-like light simultaneously or alternately. An example of shutters 51 and 52 is an electromagnetic mechanical shutter using a solenoid.

光路P1および光路P2を通ったシート状の光は、別のビームスプリッタ22によって合波され、再び共通の光路を通る。ビームスプリッタ21およびビームスプリッタ22は、目的に応じて種類を選択する。ビームスプリッタ22は、ビームスプリッタ21が無偏光型であることに対応して、同じく無偏光型であり、合波に用いられているのでビームコンバイナとして機能している。以上の構成により、水平シート201及び垂直シート202が試料101に照射可能となる。 The sheet-like light that has passed through optical paths P1 and P2 is combined by another beam splitter 22 and passes through a common optical path again. The types of beam splitters 21 and 22 are selected according to the purpose. Beam splitter 22 is also a non-polarized type in correspondence with beam splitter 21 being a non-polarized type, and since it is used for combining, it functions as a beam combiner. With the above configuration, horizontal sheet 201 and vertical sheet 202 can be irradiated onto sample 101.

ここで、試料101の撮像の際に、試料101内の微小構造(小胞など)による屈折・散乱・吸収が原因で照射斑(影)が生じることがある。試料101に対してシート状の光を複数の方向から照射することで、照射斑を軽減することができる。本実施形態では、ガルバノスキャナ11またはガルバノスキャナ12を動作させることにより、試料101に対するシート状の光の進行方向を変更し、試料101に対してシート状の光を複数の進行方向から照射する。 Here, when imaging the sample 101, irradiation spots (shadows) may occur due to refraction, scattering, and absorption caused by microstructures (such as vesicles) within the sample 101. Irradiation spots can be reduced by irradiating the sample 101 with sheet-like light from multiple directions. In this embodiment, the galvano scanner 11 or the galvano scanner 12 is operated to change the traveling direction of the sheet-like light relative to the sample 101, and the sheet-like light is irradiated onto the sample 101 from multiple traveling directions.

図4(a)および(b)は、照射斑を軽減する方法についての説明図である。図4(a)に示すように、ガルバノスキャナ11に、傾けたい角度に対応した信号を入力し反射光の角度を変えた後にレンズ42を通してガルバノスキャナ12に入射させる。これにより、ガルバノスキャナ12に入射させるシート状の光を、水平面内で平行移動させることができ、最終的に生成されるシート状の光の進行方向を、シート生成面内において基準となる光軸から傾けることができる。なお、ガルバノスキャナ11を動作させる場合にはガルバノスキャナ12を動作させない。 Figures 4(a) and (b) are explanatory diagrams of a method for reducing irradiation unevenness. As shown in Figure 4(a), a signal corresponding to the angle to be tilted is input to the galvano scanner 11 to change the angle of the reflected light, and then the light is made to enter the galvano scanner 12 through the lens 42. This allows the sheet-like light to be made to enter the galvano scanner 12 to be translated within a horizontal plane, and the traveling direction of the sheet-like light that is finally generated can be tilted from the optical axis that serves as the reference within the sheet generation plane. Note that when the galvano scanner 11 is operated, the galvano scanner 12 is not operated.

図4(b)は、照射斑を軽減する他の例を示す。図4(b)に示すように、ガルバノスキャナ12を、入力信号によって制御可能な直進ステージ上に設置し、直進ステージによってガルバノスキャナ12を入射光の光軸方向に沿って平行移動させる。これにより、ガルバノスキャナ12から出射するシート状の光を水平面内で平行移動させることができ、シート状の光の進行方向を光軸から傾けることができる。なお、ガルバノスキャナ12を動作させる場合にはガルバノスキャナ11を動作させない。 Figure 4(b) shows another example of reducing irradiation unevenness. As shown in Figure 4(b), the galvano scanner 12 is placed on a linear stage that can be controlled by an input signal, and the linear stage translates the galvano scanner 12 along the optical axis direction of the incident light. This allows the sheet-like light emitted from the galvano scanner 12 to be translated in the horizontal plane, and the traveling direction of the sheet-like light can be tilted from the optical axis. Note that when the galvano scanner 12 is operated, the galvano scanner 11 is not operated.

図5は、シート高さを制御するためのガルバノスキャナ13の制御を示す図である。図5に示すように、ガルバノスキャナ13に得たい高さに対応した信号を入力し反射光の角度を変えた後にガルバノスキャナ13の直上に設置されたビームスプリッタ21に入射させる。これにより、最終的に出力されるシート状の光の、シート面に垂直な方向の位置(シート高さ)を制御する。シート高さとは、水平シート201については試料101の設置面203からの+Z方向の距離であり、垂直シート202については、試料101のX方向の一端面からの+X方向の距離であるものとする。 Figure 5 is a diagram showing the control of the galvano scanner 13 to control the sheet height. As shown in Figure 5, a signal corresponding to the desired height is input to the galvano scanner 13, and the angle of the reflected light is changed, and then it is made to enter the beam splitter 21 installed directly above the galvano scanner 13. This controls the position (sheet height) of the sheet-like light that is finally output in the direction perpendicular to the sheet surface. For the horizontal sheet 201, the sheet height is the distance in the +Z direction from the installation surface 203 of the sample 101, and for the vertical sheet 202, it is the distance in the +X direction from one end surface in the X direction of the sample 101.

ここで、シート状の光が試料101におけるシート部分以外の領域をも照射してしまうと、取得したい断層面以外からの蛍光が背景光となり、画像の明暗コントラストが低下することがある。本実施形態では、以下の方法によって擬似的に共焦点と同様の効果を作り出し、シート部分以外からの背景光を除去することによって、画像の明暗コントラストを向上させる。 Here, if the sheet-like light irradiates areas of the sample 101 other than the sheet portion, the fluorescence from areas other than the slice plane to be acquired becomes background light, which can reduce the brightness contrast of the image. In this embodiment, the following method is used to create a pseudo-confocal effect, and the brightness contrast of the image is improved by removing background light from areas other than the sheet portion.

図6から図10は、画像の明暗コントラストを向上する撮像方法についての説明図である。図6から図10には、一例として水平シート201が示されているが、垂直シート202についても同様の制御が可能である。 Figures 6 to 10 are explanatory diagrams of an imaging method that improves the light-dark contrast of an image. Figures 6 to 10 show a horizontal sheet 201 as an example, but similar control is possible for a vertical sheet 202.

図6に示すように、制御部113は、試料101のX方向の幅よりも小さい幅を有する光である部分シート211を生成して試料101に対する照射を行い、撮像部111によって試料101の像を撮像する。その後、部分シート211の照射位置を水平シート201の広がりの面内である-X方向に予め定められた間隔ずらしながら一枚ずつ撮像(すなわち露光)を行い、試料101の水平面(XY平面)を全て撮像する。 As shown in FIG. 6, the control unit 113 generates partial sheets 211, which are light having a width smaller than the width of the sample 101 in the X direction, irradiates the sample 101, and captures an image of the sample 101 using the imaging unit 111. After that, the irradiation position of the partial sheets 211 is shifted by a predetermined interval in the -X direction, which is within the plane of the spread of the horizontal sheet 201, and images (i.e., exposure) are taken one by one, until the entire horizontal plane (XY plane) of the sample 101 is captured.

図6の例で、一回の撮像の間はガルバノスキャナ12の向きが固定され、次の撮像までに次の照射位置に対応する向きに移動する、ように制御部113からガルバノスキャナ12に信号が与えられる。従って、部分シート211の水平方向の幅は、レーザ光源114から出射された光が試料101に投影された像の水平方向の断面の幅に対応する。部分シート211の水平方向の幅は試料101の水平方向の断面のX方向の幅より十分小さく、かつ、水平シート210のX方向の幅に対しても十分に小さい。なお、ガルバノスキャナ11の向きは固定されている。 In the example of FIG. 6, the orientation of the galvano scanner 12 is fixed during one imaging, and a signal is sent from the control unit 113 to the galvano scanner 12 so that it moves to the orientation corresponding to the next irradiation position before the next imaging. Therefore, the horizontal width of the partial sheet 211 corresponds to the width of the horizontal cross section of the image of the light emitted from the laser light source 114 projected onto the sample 101. The horizontal width of the partial sheet 211 is sufficiently smaller than the X-direction width of the horizontal cross section of the sample 101, and is also sufficiently smaller than the X-direction width of the horizontal sheet 210. The orientation of the galvano scanner 11 is fixed.

続いて、図7(a)及び(b)に示すように、撮像された各画像においてシート状の光の照射領域の輝度分布を既知の方法で合成して試料101の断面像を再構成する。各画像におけるレーザ照射領域の輝度分布を合成する手法の例としては、最大輝度投影法(Maximum intensity projection)が挙げられる。これにより、図7(b)に示すように、制御部113の画像処理部は試料101全体の1枚の断層像の画像を得る。 Next, as shown in Figures 7(a) and (b), the brightness distributions of the areas irradiated with the sheet-like light in each captured image are synthesized by a known method to reconstruct a cross-sectional image of the sample 101. An example of a method for synthesizing the brightness distributions of the areas irradiated with the laser in each image is the maximum intensity projection method. As a result, as shown in Figure 7(b), the image processing unit of the control unit 113 obtains a single tomographic image of the entire sample 101.

上記の通り、撮像部111が部分シート211の位置が移動する度に試料101の像を撮像し、画像処理部がそれらを合成するので、試料101に水平に広がるシート状の光を照射した場合の像に対応した像を得ることができる。その観点から時分割で生成された複数の部分シート211によって結果的に水平シート210が生成されて試料101に照射されているともいえる。 As described above, the imaging unit 111 captures an image of the sample 101 each time the position of the partial sheet 211 moves, and the image processing unit combines these images, making it possible to obtain an image corresponding to the image that would be obtained if the sample 101 were irradiated with sheet-like light spreading horizontally. From this perspective, it can be said that the multiple partial sheets 211 generated in a time-division manner ultimately generate a horizontal sheet 210 that is irradiated onto the sample 101.

さらに、部分シート211の水平方向の幅が試料101の水平方向の断面の幅よりも狭い。よって、一回の撮像の間に試料101の水平方向の断面の幅を水平シート201で照射する場合に互いに重畳されていた像を、狭い照射範囲からの像として別個に撮像でき、その結果、再構成された像全体のコントラストを向上することができる。 Furthermore, the horizontal width of the partial sheet 211 is narrower than the width of the horizontal cross section of the sample 101. Therefore, when the horizontal sheet 201 is irradiated with the width of the horizontal cross section of the sample 101 during one imaging, the images that are superimposed on each other can be imaged separately as images from a narrow irradiation range, and as a result, the contrast of the entire reconstructed image can be improved.

図8は、照射斑を軽減する撮像方法の説明図である。図8に示す撮像方法は、図6に示した撮像方法を一つの単位として、当該単位を部分シート211の撮像方向を変える毎に繰り返し、それらよって得られた画像を再構成する。 Figure 8 is an explanatory diagram of an imaging method that reduces irradiation spots. The imaging method shown in Figure 8 uses the imaging method shown in Figure 6 as one unit, repeats this unit each time the imaging direction of the partial sheet 211 is changed, and reconstructs the images obtained by these.

この場合に、まず、ガルバノスキャナ11をある角度に固定して、図6に示すようにガルバノスキャナ12で部分シート211の照射位置を移動する度に撮像部111で撮像する。次に、ガルバノスキャナ11を別の角度に固定して、図6に示す撮像方法を繰り返す。 In this case, first, the galvano scanner 11 is fixed at a certain angle, and as shown in FIG. 6, an image is captured by the imaging unit 111 each time the galvano scanner 12 moves the irradiation position of the partial sheet 211. Next, the galvano scanner 11 is fixed at a different angle, and the imaging method shown in FIG. 6 is repeated.

そのようにして得られた複数の画像を合成する。合成は既知の方法でなされてよいが、例えば、まずガルバノスキャナ11の角度ごと(すなわち上記単位ごと)に図7(a)及び(b)と同様の方法で試料101全体の像を再合成する。さらに、試料101の像をガルバノスキャナ11の複数の角度の全体でさらに再合成する。 The multiple images thus obtained are then synthesized. The synthesis may be performed by a known method, but for example, first, an image of the entire sample 101 is resynthesized for each angle of the galvano scanner 11 (i.e., for each of the above-mentioned units) in a manner similar to that shown in Figures 7(a) and (b). Furthermore, the image of the sample 101 is further resynthesized across multiple angles of the galvano scanner 11.

これにより、画像のコントラスト向上させつつ、照射斑を軽減することができる。なお、部分シート211の撮像方法を変える方法は、図4(b)に示すような、ガルバノスキャナ12を平行移動させる方法であってもよい。 This improves the contrast of the image while reducing irradiation unevenness. The method for changing the imaging method of the partial sheet 211 may be a method of moving the galvano scanner 12 in parallel, as shown in FIG. 4(b).

なお、図6のように1つの照射位置に対して1枚ずつ画像を撮像する方法に代えて、一度の撮像において、複数の部分シート211が並列に照射されるようにし、並列化された部分シート211の位置を少しずつずらしながら、複数回の撮像により試料101の断層面全体を覆うように走査してもよい。 Instead of capturing one image at a time for each irradiation position as shown in FIG. 6, multiple partial sheets 211 may be irradiated in parallel in one imaging, and the positions of the parallel partial sheets 211 may be shifted slightly while scanning multiple imaging operations to cover the entire tomographic surface of the sample 101.

図9は、露光時間短縮のための撮像方法についての説明図である。図9では、一回の撮像(すなわち一度の露光)の間に、図6に示す部分シート211を、予め定められた間隔をあけて並列に複数配置している。並列化された複数の水平シート201を、試料101に対して照射して撮像を行う。 Figure 9 is an explanatory diagram of an imaging method for shortening exposure time. In Figure 9, during one imaging (i.e., one exposure), multiple partial sheets 211 shown in Figure 6 are arranged in parallel at predetermined intervals. The multiple parallel horizontal sheets 201 are irradiated onto the sample 101 to perform imaging.

この場合、一度の露光の間に、ガルバノスキャナ12の向きを間欠的に変える。すなわち、ガルバノスキャナ12の静止と回転とを繰り返す。ガルバノスキャナ12の向きを変えるのに要する時間は、一度の露光時間及び静止時間に比べて十分短く設定される。これにより、図9に示すように、一回の撮像全体で見れば(すなわち、照射量を各々の撮像における時間で積分すれば)、複数の部分シート211が互いに間隔を置いて並列に試料101を照射することになる。付言すれば、ガルバノスキャナ12の向きの移動中も露光はされているが、時間が短いので移動中に照射された試料101の領域からの像は十分に弱い。 In this case, the orientation of the galvano scanner 12 is changed intermittently during one exposure. That is, the galvano scanner 12 is repeatedly stopped and rotated. The time required to change the orientation of the galvano scanner 12 is set to be sufficiently short compared to one exposure time and stop time. As a result, as shown in FIG. 9, when viewed as a whole one imaging (i.e., when the amount of irradiation is integrated by the time for each imaging), multiple partial sheets 211 irradiate the sample 101 in parallel with a gap between them. In addition, exposure is also occurring while the orientation of the galvano scanner 12 is moving, but because the time is short, the image from the area of the sample 101 irradiated during the movement is sufficiently weak.

図9の場合も、図6と同じように、並列化された複数の部分シート211の照射位置を試料101の-X方向に予め定められた間隔ずらしながら一枚ずつ撮像を行い、試料101の水平面(XY平面)を全て撮像する。画像処理部はそのようにして得た画像を図7(a)及び(b)と同様に合成して試料101の再構成画像を得る。 In the case of FIG. 9, as in FIG. 6, the irradiation positions of the paralleled partial sheets 211 are shifted by a predetermined interval in the -X direction of the sample 101, and images are taken of each sheet, so that the entire horizontal plane (XY plane) of the sample 101 is imaged. The image processing unit combines the images thus obtained, as in FIGS. 7(a) and (b), to obtain a reconstructed image of the sample 101.

以上のように、複数のシート状の光を並列に配置して撮像することで並列化した分だけ一時的な画像の撮像枚数を減らし、全露光時間も短くすることができる。並列化されたシート状の光における、隣接するシート状の光の間隔は任意であるが、あるシート状の光によって発生した蛍光が、隣接するシート状の光の領域に影響を及ぼさないような間隔に設定することが望ましい。 As described above, by arranging multiple light sheets in parallel for imaging, the number of temporary images captured can be reduced by the amount of parallelization, and the total exposure time can also be shortened. The spacing between adjacent light sheets in the parallelized light sheets can be set as desired, but it is desirable to set the spacing so that the fluorescence generated by a certain light sheet does not affect the adjacent light sheet areas.

図10は、照射斑を軽減する撮像方法と、画像コントラストを向上する撮像方法との両立についての説明図である。図10の例は、図4及び図8に示す照射斑を軽減するためにレーザ光の進行方向を変更する方法と、図9に示す画像コントラストを向上する撮像方法との両立についての手順を示す。 Figure 10 is an explanatory diagram of the compatibility of an imaging method that reduces irradiation spots and an imaging method that improves image contrast. The example in Figure 10 shows the procedure for compatibility of the method of changing the traveling direction of laser light to reduce irradiation spots shown in Figures 4 and 8 and the imaging method that improves image contrast shown in Figure 9.

まず、ガルバノスキャナ11の向きすなわち部分シート211の進行方向をある方向に固定し、図9と同様の撮像を行い、画像を保持しておく。次にガルバノスキャナ11の向きすなわちシート状の光の進行方向をある角度だけ傾け、図9と同様の撮像と画像の保持を繰り返す。これらにより得られた画像を図8で説明したのと同様の方法により合成し、試料101の像を再構築した画像を得る。 First, the orientation of the galvano scanner 11, i.e., the traveling direction of the partial sheet 211, is fixed in a certain direction, and an image is captured in the same manner as in FIG. 9, and the image is stored. Next, the orientation of the galvano scanner 11, i.e., the traveling direction of the sheet-like light, is tilted by a certain angle, and the image capturing and image storage in the same manner as in FIG. 9 are repeated. The images obtained in this way are synthesized in the same manner as described in FIG. 8, and an image in which the image of the sample 101 is reconstructed is obtained.

なお、図6から図10の例において、部分シート211はガルバノスキャナ12を固定して生成されている。これに代えて、部分シート211は一回の露光中にガルバノスキャナ12をゆっくり走査させて生成してもよい。ゆっくりの度合いは、少なくとも図9で説明した複数の離間した部分シート211を生成する場合の部分シート211間に対応するガルバノスキャナ12の回転に比べて遅く、それぞれの走査位置に対応する照射位置からの像が撮像部111に十分に撮像される程度に遅いことが好ましい。これにより、部分シート211の水平方向の幅を、レーザ光源114から出射された光が試料101に投影された像の水平方向の断面の幅よりも広くすることができる。この場合にも、部分シート211の水平方向の幅は試料101の水平方向の断面のX方向の幅より十分小さく、かつ、水平シート210のX方向の幅に対しても十分に小さくすることが好ましい。 In the examples of Figs. 6 to 10, the partial sheet 211 is generated with the galvano scanner 12 fixed. Alternatively, the partial sheet 211 may be generated by slowly scanning the galvano scanner 12 during one exposure. The degree of slowness is preferably slower than the rotation of the galvano scanner 12 corresponding to the intervals between the partial sheets 211 when generating a plurality of separated partial sheets 211 described in Fig. 9, and slow enough that the image from the irradiation position corresponding to each scanning position can be sufficiently captured by the imaging unit 111. This allows the horizontal width of the partial sheet 211 to be wider than the width of the horizontal cross section of the image projected onto the sample 101 by the light emitted from the laser light source 114. In this case, too, it is preferable that the horizontal width of the partial sheet 211 is sufficiently smaller than the width in the X direction of the horizontal cross section of the sample 101, and is also sufficiently smaller than the width in the X direction of the horizontal sheet 210.

図11(a)から(d)は、本実施形態に係る光シート顕微鏡1と比較例の装置との性能の第1の比較試験の結果を示す図である。第1の比較試験では、試料101として蛍光ビーズを分散させた媒体を使用し、蛍光ビーズの密度が薄い箇所と密度が濃い箇所について撮像を行った。なお、本実施形態に係る光シート顕微鏡1による撮像は、図9に示す露光時間短縮のための撮像方法を使用した。図11(a)および(b)は、試料101の密度が薄い部分の水平面の投影図を示しており、図11(c)および(d)は、試料101の密度が濃い部分の水平面の投影図を示している。 Figures 11(a) to (d) show the results of a first comparison test of the performance of the light sheet microscope 1 according to this embodiment and a comparative example device. In the first comparison test, a medium in which fluorescent beads are dispersed was used as the sample 101, and images were taken of areas with low and high density of fluorescent beads. Note that the imaging method for shortening the exposure time shown in Figure 9 was used for imaging with the light sheet microscope 1 according to this embodiment. Figures 11(a) and (b) show horizontal projections of the low density parts of the sample 101, and Figures 11(c) and (d) show horizontal projections of the high density parts of the sample 101.

図11(a)および(c)は、明暗コントラストを向上させる撮像方法を使用しない比較例の装置を使用した場合の投影図を示しており、図11(b)および(d)は、図9に示す本実施形態における画像の明暗コントラストを向上させる撮像方法を使用した場合の水平面の投影図を示している。 Figures 11(a) and (c) show projections when using a comparative example device that does not use an imaging method that improves the light-dark contrast, and Figures 11(b) and (d) show projections on a horizontal plane when using an imaging method that improves the light-dark contrast of an image in the present embodiment shown in Figure 9.

図11(a)および(b)に示すように、試料101の密度が薄い部分については比較例の装置を使用した場合と本実施形態における光シート顕微鏡1を使用した場合では明暗コントラストの差はさほど生じていない。一方で、図11(c)および(d)に示すように、試料101の密度が濃い部分については比較例の装置を使用した場合と本実施形態における光シート顕微鏡1を使用した場合とにおいて、明暗コントラストの差が明確に生じており視認性が向上している。 As shown in Figures 11(a) and (b), in the low-density areas of the sample 101, there is not much difference in the brightness contrast between the case where the comparative example device is used and the case where the light sheet microscope 1 of this embodiment is used. On the other hand, as shown in Figures 11(c) and (d), in the high-density areas of the sample 101, there is a clear difference in brightness contrast between the case where the comparative example device is used and the case where the light sheet microscope 1 of this embodiment is used, improving visibility.

図12(a)から(d)は、第1の比較試験の統計を取った図である。図12(a)および(b)は、試料101の密度が薄い部分の撮像画像のコントラスト比の比較を示しており、図12(c)および(d)は、試料101の密度が濃い部分の撮像画像の分解能の比較を示している。 Figures 12(a) to (d) show the statistics of the first comparison test. Figures 12(a) and (b) show a comparison of the contrast ratio of the images of the low density parts of the sample 101, and Figures 12(c) and (d) show a comparison of the resolution of the images of the high density parts of the sample 101.

図12(a)に示すように、試料101の密度が薄い部分では、本実施形態における光シート顕微鏡1を使用した場合のほうが明暗コントラストの値が高い。また、図12(b)に示すように、試料101の密度が濃い部分では、本実施形態における光シート顕微鏡1を使用した場合のほうが明暗コントラストの値が高く、その差が図12(a)よりも大きくなっている。図12(c)および(d)に示すように、試料101の密度が薄い部分および濃い部分ともに、本実施形態における光シート顕微鏡1を使用した場合の方が分解能の値が低く、分解能に優れていることが分かる。 As shown in FIG. 12(a), in the low-density areas of the sample 101, the light-dark contrast value is higher when the light sheet microscope 1 of this embodiment is used. Also, as shown in FIG. 12(b), in the high-density areas of the sample 101, the light-dark contrast value is higher when the light sheet microscope 1 of this embodiment is used, and the difference is larger than in FIG. 12(a). As shown in FIGS. 12(c) and (d), in both the low-density and high-density areas of the sample 101, the resolution value is lower when the light sheet microscope 1 of this embodiment is used, indicating superior resolution.

図13は、本実施形態に係る光シート顕微鏡1と比較例の装置との性能の第2の比較試験の結果を示す図である。第2の比較試験では、試料101としてES細胞塊を用いている。図13には、比較例の装置を用いた場合の撮像画像と、本実施形態の光シート顕微鏡1を用いた場合の撮像画像が、試料101の表面からの距離(Z)ごとに示される。図13に示すように、比較例の装置によると試料101の表面から深い位置(Z=200μm)では、ボケが生じていることが分かる。これに対して、本実施形態の光シート顕微鏡1を用いた撮像画像では、試料101の表面から深い位置であってもボケの発生が抑制されていることが分かる。 Figure 13 shows the results of a second comparison test of the performance of the light sheet microscope 1 according to this embodiment and the comparative device. In the second comparison test, an ES cell mass is used as the sample 101. Figure 13 shows images captured using the comparative device and images captured using the light sheet microscope 1 of this embodiment for each distance (Z) from the surface of the sample 101. As shown in Figure 13, it can be seen that blurring occurs at a deep position (Z = 200 μm) from the surface of the sample 101 when using the comparative device. In contrast, it can be seen that the image captured using the light sheet microscope 1 of this embodiment suppresses the occurrence of blurring even at a deep position from the surface of the sample 101.

上記実施形態によれば、光シート照射装置100と、撮像部111,112とをそれぞれ独立した装置とし、照射経路を複数設けた。これにより、自由度の高い光学設計が可能となり、照射斑を軽減する撮像方法と、画像コントラストを向上する撮像方法との両立が可能となった。したがって、照射斑が軽減され、明暗コントラストの高い断層画像を取得することができる。 According to the above embodiment, the light sheet irradiation device 100 and the imaging units 111 and 112 are each independent devices, and multiple irradiation paths are provided. This allows for a highly flexible optical design, and makes it possible to achieve both an imaging method that reduces irradiation spot and an imaging method that improves image contrast. Therefore, irradiation spot is reduced, and a tomographic image with high light-dark contrast can be obtained.

上記実施形態によれば、水平シート201と垂直シート202の生成に係る光学系を分離し、並列に配置した。これにより、水平シート201と垂直シート202とをそれぞれ異なる2つの波長で生成し、同時に試料101に照射する制御が可能となった。 According to the above embodiment, the optical systems involved in generating the horizontal sheet 201 and the vertical sheet 202 are separated and arranged in parallel. This makes it possible to generate the horizontal sheet 201 and the vertical sheet 202 at two different wavelengths and control their simultaneous irradiation onto the sample 101.

上記実施形態によれば、光路を直交する2つの光路P1およびP2に分離し、再び合波することによって、共通の光スキャナであるガルバノスキャナ12を用いて、水平シート201および垂直シート202の両方を生成することができる。したがって、水平シート201と垂直シート202を生成するために複数の光スキャナを設ける必要がなくなり、必要な光スキャナの数を減らすことができる。 According to the above embodiment, the optical path is split into two orthogonal optical paths P1 and P2, and then recombined, so that both the horizontal sheet 201 and the vertical sheet 202 can be generated using a common optical scanner, the galvano scanner 12. Therefore, it is no longer necessary to provide multiple optical scanners to generate the horizontal sheet 201 and the vertical sheet 202, and the number of optical scanners required can be reduced.

上記実施形態において、光路P1および光路P2には、特定波長のレーザのみを通す任意の光学フィルタを設置してもよい。光学フィルタを設置する場合は、外部入力によって制御可能なフィルタホイールにマウントし、光路上にフィルタを挿入するかしないかを任意のタイミングで切り替えられるようにすることが好ましい。このような光学フィルタを設けることにより、2つの異なる波長を持つレーザ光を同時に本装置に入射させておき、光路P1と光路P2を通過するレーザ波長が互いに異なるようにフィルタを設置することで、水平シート201と垂直シート202を異なる波長として同時に試料101に照明するといった使い方が考えられる。これにより、光路P1と光路P2を波長で分離することができるので、水平シート201および垂直シート202の両方を時間遅れなく同時に取得することが可能となる。 In the above embodiment, an arbitrary optical filter that passes only a laser of a specific wavelength may be installed in the optical path P1 and the optical path P2. When an optical filter is installed, it is preferable to mount it on a filter wheel that can be controlled by an external input, so that the filter can be inserted or not inserted in the optical path at any timing. By providing such an optical filter, it is possible to simultaneously input laser light having two different wavelengths into the present device, and by installing a filter so that the laser wavelengths passing through the optical path P1 and the optical path P2 are different from each other, it is possible to simultaneously illuminate the horizontal sheet 201 and the vertical sheet 202 with different wavelengths on the sample 101. This makes it possible to separate the optical path P1 and the optical path P2 by wavelength, so that both the horizontal sheet 201 and the vertical sheet 202 can be acquired simultaneously without time delay.

上記実施形態において、光路P1と光路P2との分離および合波にビームスプリッタ21およびビームスプリッタ22を使用した。しかしながら、ビームスプリッタ21およびビームスプリッタ22の代わりにハーフミラーを使用してもよい。 In the above embodiment, beam splitters 21 and 22 are used to separate and combine optical paths P1 and P2. However, half mirrors may be used instead of beam splitters 21 and 22.

上記実施形態において、ビームスプリッタ21およびビームスプリッタ22として無偏光型のビームスプリッタを用いたが、偏光ビームスプリッタを用いてもよい。偏光ビームスプリッタを用いることにより、レーザ光源114のエネルギー損失を最小化することができる。この場合、光路P2を通過し、ビームスプリッタ22で反射されるレーザーエネルギーが最大になるように、光路P2上に半波長板を設置しその回転角を調整する。 In the above embodiment, non-polarized beam splitters are used as beam splitters 21 and 22, but polarized beam splitters may also be used. By using a polarized beam splitter, the energy loss of the laser light source 114 can be minimized. In this case, a half-wave plate is placed on the optical path P2 and its rotation angle is adjusted so that the laser energy that passes through the optical path P2 and is reflected by the beam splitter 22 is maximized.

上記実施形態において、図3に示すように、水平シート201および垂直シート202を、試料101の-Y方向側から照射した。しかしながら、水平シート201および垂直シート202を互いに反対の方向から試料101に対して照射してもよい。図14は、水平シート201を試料101の-Y方向側から照射し、垂直シート202を試料101の+Y方向側から照射する場合の、光シート顕微鏡1aの概略的な構成を示す図である。このように、試料101の両側から照射することによって、影のない画像を取得することができる。なお、図14においては試料101の奥側(図3における+X方向側)にある撮像部112を省略している。 In the above embodiment, as shown in FIG. 3, the horizontal sheet 201 and the vertical sheet 202 are irradiated from the -Y direction side of the sample 101. However, the horizontal sheet 201 and the vertical sheet 202 may be irradiated from opposite directions to the sample 101. FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration of the light sheet microscope 1a when the horizontal sheet 201 is irradiated from the -Y direction side of the sample 101 and the vertical sheet 202 is irradiated from the +Y direction side of the sample 101. In this way, by irradiating both sides of the sample 101, it is possible to obtain an image without a shadow. Note that the imaging unit 112 on the back side of the sample 101 (the +X direction side in FIG. 3) is omitted in FIG. 14.

図1の実施形態において、水平シート201で試料101を観察した像を撮像部111で撮像し、垂直シート202で試料101を観察した像を撮像部112で撮像している。これに代えて、水平シート201で試料101を観察した像の光路と、垂直シート202で試料101を観察した像の光路とをミラー、ビームコンバイナ等で結合し、1つの撮像部で、例えば時分割等により、それぞれを撮像してもよい。 In the embodiment of FIG. 1, an image of the sample 101 observed on the horizontal sheet 201 is captured by the imaging unit 111, and an image of the sample 101 observed on the vertical sheet 202 is captured by the imaging unit 112. Alternatively, the optical path of the image of the sample 101 observed on the horizontal sheet 201 and the optical path of the image of the sample 101 observed on the vertical sheet 202 may be combined by a mirror, beam combiner, etc., and each may be captured by a single imaging unit, for example, by time division, etc.

上記実施形態において、図6から図10の形態は独立した制御方法として使用可能である。すなわち、図2,3の形態の場合には必ずしも図6から図10の形態にしなくてよいし、逆に図6から図10の形態の場合には必ずしも図2,3の形態にしなくてもよい。 In the above embodiment, the configurations of Figs. 6 to 10 can be used as independent control methods. In other words, in the case of the configurations of Figs. 2 and 3, it is not necessary to use the configurations of Figs. 6 to 10, and conversely, in the case of the configurations of Figs. 6 to 10, it is not necessary to use the configurations of Figs. 2 and 3.

また、本発明の様々な実施形態は、フローチャートおよびブロック図を参照して記載されてよく、ここにおいてブロックは、(1)操作が実行されるプロセスの段階または(2)操作を実行する役割を持つ装置のセクションを表わしてよい。特定の段階およびセクションが、専用回路、コンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプログラマブル回路、および/またはコンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプロセッサによって実装されてよい。専用回路は、デジタルおよび/またはアナログハードウェア回路を含んでよく、集積回路(IC)および/またはディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、論理AND、論理OR、論理XOR、論理NAND、論理NOR、および他の論理操作、フリップフロップ、レジスタ、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、プログラマブルロジックアレイ(PLA)等のようなメモリ要素等を含む、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。 Various embodiments of the present invention may also be described with reference to flow charts and block diagrams, where the blocks may represent (1) stages of a process in which operations are performed or (2) sections of an apparatus responsible for performing the operations. Particular stages and sections may be implemented by dedicated circuitry, programmable circuitry provided with computer readable instructions stored on a computer readable medium, and/or a processor provided with computer readable instructions stored on a computer readable medium. Dedicated circuitry may include digital and/or analog hardware circuitry and may include integrated circuits (ICs) and/or discrete circuits. Programmable circuitry may include reconfigurable hardware circuitry including logical AND, logical OR, logical XOR, logical NAND, logical NOR, and other logical operations, memory elements such as flip-flops, registers, field programmable gate arrays (FPGAs), programmable logic arrays (PLAs), and the like.

コンピュータ可読媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよく、その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読媒体は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例としては、フロッピー(登録商標)ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリメモリ(ROM)、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EPROMまたはフラッシュメモリ)、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EEPROM)、静的ランダムアクセスメモリ(SRAM)、コンパクトディスクリードオンリメモリ(CD-ROM)、デジタル多用途ディスク(DVD)、ブルーレイ(RTM)ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。 A computer-readable medium may include any tangible device capable of storing instructions that are executed by a suitable device, such that the computer-readable medium having instructions stored thereon comprises an article of manufacture that includes instructions that can be executed to create means for performing the operations specified in the flowchart or block diagram. Examples of computer-readable media may include electronic storage media, magnetic storage media, optical storage media, electromagnetic storage media, semiconductor storage media, and the like. More specific examples of computer-readable media may include floppy disks, diskettes, hard disks, random access memories (RAMs), read-only memories (ROMs), erasable programmable read-only memories (EPROMs or flash memories), electrically erasable programmable read-only memories (EEPROMs), static random access memories (SRAMs), compact disk read-only memories (CD-ROMs), digital versatile disks (DVDs), Blu-ray (RTM) disks, memory sticks, integrated circuit cards, and the like.

コンピュータ可読命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ(ISA)命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、またはSmalltalk、JAVA(登録商標)、C++等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、および「C」プログラミング言語または同様のプログラミング言語のような従来の手続型プログラミング言語を含む、1または複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコードまたはオブジェクトコードのいずれかを含んでよい。 The computer readable instructions may include either assembler instructions, instruction set architecture (ISA) instructions, machine instructions, machine-dependent instructions, microcode, firmware instructions, state setting data, or source or object code written in any combination of one or more programming languages, including object-oriented programming languages such as Smalltalk, JAVA, C++, etc., and conventional procedural programming languages such as the "C" programming language or similar programming languages.

コンピュータ可読命令は、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサまたはプログラマブル回路に対し、ローカルにまたはローカルエリアネットワーク(LAN)、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク(WAN)を介して提供され、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく、コンピュータ可読命令を実行してよい。プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。 The computer-readable instructions may be provided to a processor or programmable circuit of a general-purpose computer, special-purpose computer, or other programmable data processing apparatus, either locally or over a wide area network (WAN) such as a local area network (LAN), the Internet, etc., to execute the computer-readable instructions to create means for performing the operations specified in the flowcharts or block diagrams. Examples of processors include computer processors, processing units, microprocessors, digital signal processors, controllers, microcontrollers, etc.

図15は、本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ2200の例を示す。コンピュータ2200にインストールされたプログラムは、コンピュータ2200に、本発明の実施形態に係る装置に関連付けられる操作または当該装置の1または複数のセクションとして機能させることができ、または当該操作または当該1または複数のセクションを実行させることができ、および/またはコンピュータ2200に、本発明の実施形態に係るプロセスまたは当該プロセスの段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ2200に、本明細書に記載のフローチャートおよびブロック図のブロックのうちのいくつかまたはすべてに関連付けられた特定の操作を実行させるべく、CPU2212によって実行されてよい。 15 shows an example of a computer 2200 in which aspects of the present invention may be embodied in whole or in part. A program installed on the computer 2200 may cause the computer 2200 to function as or perform operations associated with an apparatus or one or more sections of the apparatus according to an embodiment of the present invention, and/or to perform a process or steps of the process according to an embodiment of the present invention. Such a program may be executed by the CPU 2212 to cause the computer 2200 to perform certain operations associated with some or all of the blocks of the flowcharts and block diagrams described herein.

本実施形態によるコンピュータ2200は、CPU2212、RAM2214、グラフィックコントローラ2216、およびディスプレイデバイス2218を含み、それらはホストコントローラ2210によって相互に接続されている。コンピュータ2200はまた、通信インタフェース2222、ハードディスクドライブ2224、DVD-ROMドライブ2226、およびICカードドライブのような入/出力ユニットを含み、それらは入/出力コントローラ2220を介してホストコントローラ2210に接続されている。コンピュータはまた、ROM2230およびキーボード2242のようなレガシの入/出力ユニットを含み、それらは入/出力チップ2240を介して入/出力コントローラ2220に接続されている。 The computer 2200 according to this embodiment includes a CPU 2212, a RAM 2214, a graphics controller 2216, and a display device 2218, which are interconnected by a host controller 2210. The computer 2200 also includes input/output units such as a communication interface 2222, a hard disk drive 2224, a DVD-ROM drive 2226, and an IC card drive, which are connected to the host controller 2210 via an input/output controller 2220. The computer also includes legacy input/output units such as a ROM 2230 and a keyboard 2242, which are connected to the input/output controller 2220 via an input/output chip 2240.

CPU2212は、ROM2230およびRAM2214内に格納されたプログラムに従い動作し、それにより各ユニットを制御する。グラフィックコントローラ2216は、RAM2214内に提供されるフレームバッファ等またはそれ自体の中にCPU2212によって生成されたイメージデータを取得し、イメージデータがディスプレイデバイス2218上に表示されるようにする。 The CPU 2212 operates according to the programs stored in the ROM 2230 and the RAM 2214, thereby controlling each unit. The graphics controller 2216 retrieves image data generated by the CPU 2212 into a frame buffer or the like provided in the RAM 2214 or into itself, and causes the image data to be displayed on the display device 2218.

通信インタフェース2222は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。ハードディスクドライブ2224は、コンピュータ2200内のCPU2212によって使用されるプログラムおよびデータを格納する。DVD-ROMドライブ2226は、プログラムまたはデータをDVD-ROM2201から読み取り、ハードディスクドライブ2224にRAM2214を介してプログラムまたはデータを提供する。ICカードドライブは、プログラムおよびデータをICカードから読み取り、および/またはプログラムおよびデータをICカードに書き込む。 The communication interface 2222 communicates with other electronic devices via a network. The hard disk drive 2224 stores programs and data used by the CPU 2212 in the computer 2200. The DVD-ROM drive 2226 reads programs or data from the DVD-ROM 2201 and provides the programs or data to the hard disk drive 2224 via the RAM 2214. The IC card drive reads programs and data from an IC card and/or writes programs and data to an IC card.

ROM2230はその中に、アクティブ化時にコンピュータ2200によって実行されるブートプログラム等、および/またはコンピュータ2200のハードウェアに依存するプログラムを格納する。入/出力チップ2240はまた、様々な入/出力ユニットをパラレルポート、シリアルポート、キーボードポート、マウスポート等を介して、入/出力コントローラ2220に接続してよい。 ROM 2230 stores therein a boot program, etc., executed by computer 2200 upon activation, and/or a program that depends on the hardware of computer 2200. I/O chip 2240 may also connect various I/O units to I/O controller 2220 via a parallel port, a serial port, a keyboard port, a mouse port, etc.

プログラムが、DVD-ROM2201またはICカードのようなコンピュータ可読媒体によって提供される。プログラムは、コンピュータ可読媒体から読み取られ、コンピュータ可読媒体の例でもあるハードディスクドライブ2224、RAM2214、またはROM2230にインストールされ、CPU2212によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ2200に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置または方法が、コンピュータ2200の使用に従い情報の操作または処理を実現することによって構成されてよい。 The programs are provided by a computer-readable medium such as a DVD-ROM 2201 or an IC card. The programs are read from the computer-readable medium, installed in the hard disk drive 2224, RAM 2214, or ROM 2230, which are also examples of computer-readable media, and executed by the CPU 2212. The information processing described in these programs is read by the computer 2200, and brings about cooperation between the programs and the various types of hardware resources described above. An apparatus or method may be constructed by realizing the manipulation or processing of information according to the use of the computer 2200.

例えば、通信がコンピュータ2200および外部デバイス間で実行される場合、CPU2212は、RAM2214にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インタフェース2222に対し、通信処理を命令してよい。通信インタフェース2222は、CPU2212の制御下、RAM2214、ハードディスクドライブ2224、DVD-ROM2201、またはICカードのような記録媒体内に提供される送信バッファ処理領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、またはネットワークから受信された受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ処理領域等に書き込む。 For example, when communication is performed between computer 2200 and an external device, CPU 2212 may execute a communication program loaded into RAM 2214 and instruct communication interface 2222 to perform communication processing based on the processing described in the communication program. Under the control of CPU 2212, communication interface 2222 reads transmission data stored in a transmission buffer processing area provided in RAM 2214, hard disk drive 2224, DVD-ROM 2201, or a recording medium such as an IC card, and transmits the read transmission data to the network, or writes reception data received from the network to a reception buffer processing area or the like provided on the recording medium.

また、CPU2212は、ハードディスクドライブ2224、DVD-ROMドライブ2226(DVD-ROM2201)、ICカード等のような外部記録媒体に格納されたファイルまたはデータベースの全部または必要な部分がRAM2214に読み取られるようにし、RAM2214上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。CPU2212は次に、処理されたデータを外部記録媒体にライトバックする。 The CPU 2212 may also cause all or a necessary portion of a file or database stored on an external recording medium such as the hard disk drive 2224, the DVD-ROM drive 2226 (DVD-ROM 2201), an IC card, etc. to be read into the RAM 2214, and perform various types of processing on the data on the RAM 2214. The CPU 2212 then writes back the processed data to the external recording medium.

様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、およびデータベースのような様々なタイプの情報が記録媒体に格納され、情報処理を受けてよい。CPU2212は、RAM2214から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプの操作、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索/置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をRAM2214に対しライトバックする。また、CPU2212は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第2の属性の属性値に関連付けられた第1の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、CPU2212は、第1の属性の属性値が指定される、条件に一致するエントリを当該複数のエントリの中から検索し、当該エントリ内に格納された第2の属性の属性値を読み取り、それにより予め定められた条件を満たす第1の属性に関連付けられた第2の属性の属性値を取得してよい。 Various types of information, such as various types of programs, data, tables, and databases, may be stored in the recording medium and undergo information processing. CPU 2212 may perform various types of processing on data read from RAM 2214, including various types of operations, information processing, conditional judgment, conditional branching, unconditional branching, information search/replacement, etc., as described throughout this disclosure and specified by the instruction sequence of the program, and write back the results to RAM 2214. CPU 2212 may also search for information in a file, database, etc. in the recording medium. For example, if multiple entries each having an attribute value of a first attribute associated with an attribute value of a second attribute are stored in the recording medium, CPU 2212 may search for an entry that matches a condition in which an attribute value of the first attribute is specified from among the multiple entries, read the attribute value of the second attribute stored in the entry, and thereby obtain the attribute value of the second attribute associated with the first attribute that satisfies a predetermined condition.

上で説明したプログラムまたはソフトウェアモジュールは、コンピュータ2200上またはコンピュータ2200近傍のコンピュータ可読媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバーシステム内に提供されるハードディスクまたはRAMのような記録媒体が、コンピュータ可読媒体として使用可能であり、それによりプログラムを、ネットワークを介してコンピュータ2200に提供する。 The above-described program or software module may be stored on a computer-readable medium on the computer 2200 or in the vicinity of the computer 2200. In addition, a recording medium such as a hard disk or RAM provided in a server system connected to a dedicated communication network or the Internet can be used as a computer-readable medium, thereby providing the program to the computer 2200 via the network.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 The present invention has been described above using an embodiment, but the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiment. It is clear to those skilled in the art that various modifications and improvements can be made to the above embodiment. It is clear from the claims that forms with such modifications or improvements can also be included in the technical scope of the present invention.

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process, such as operations, procedures, steps, and stages, in the devices, systems, programs, and methods shown in the claims, specifications, and drawings is not specifically stated as "before" or "prior to," and it should be noted that the processes may be performed in any order, unless the output of a previous process is used in a later process. Even if the operational flow in the claims, specifications, and drawings is explained using "first," "next," etc. for convenience, it does not mean that it is necessary to perform the processes in this order.

1 光シート顕微鏡、11~13 ガルバノスキャナ、21~22 ビームスプリッタ、31~36 ミラー、41~48 レンズ、51~52 シャッタ、100 光シート照射装置、101 試料、111,112 撮像部、113 制御部、114 レーザ光源、201 水平シート、211 部分シート、202 垂直シート、203 設置面、2200 コンピュータ、2201 DVD-ROM、2210 ホストコントローラ、2212 CPU、2214 RAM、2216 グラフィックコントローラ、2218 ディスプレイデバイス、2220 入/出力コントローラ、2222 通信インタフェース、2224 ハードディスクドライブ、2226 DVD-ROMドライブ、2230 ROM、2240 入/出力チップ、2242 キーボード 1 Light sheet microscope, 11-13 Galvano scanner, 21-22 Beam splitter, 31-36 Mirror, 41-48 Lens, 51-52 Shutter, 100 Light sheet irradiation device, 101 Sample, 111, 112 Imaging unit, 113 Control unit, 114 Laser light source, 201 Horizontal sheet, 211 Partial sheet, 202 Vertical sheet, 203 Installation surface, 2200 Computer, 2201 DVD-ROM, 2210 Host controller, 2212 CPU, 2214 RAM, 2216 Graphic controller, 2218 Display device, 2220 Input/output controller, 2222 Communication interface, 2224 Hard disk drive, 2226 DVD-ROM drive, 2230 ROM, 2240 Input/output chip, 2242 Keyboard

Claims (15)

レーザ光源から出射されたレーザ光から第1のシート状の光を生成する第1の光学系と、
前記第1のシート状の光を、第1の光路を進み、試料に対して第1の方向に広がる第2のシート状の光と、前記第1の光路とは異なる第2の光路を進み、前記第1の方向に交差する第2の方向に広がる第3のシート状の光とに空間的に分離する第2の光学系と、
前記第2の光学系よりも前記試料の側において、前記第2のシート状の光と前記第3のシート状の光とを合波して平行な光路に導く第3の光学系と
を有する光シート照射装置と、
前記第2のシート状の光および前記第3のシート状の光が照射された試料の像を撮像し、画像を生成する撮像部と、
前記レーザ光を制御する制御部と、
前記撮像部により生成された画像を処理する画像処理部と、を有し、
前記制御部は、前記第2のシート状の光を前記試料の前記第1の方向の幅よりも小さい第1の幅を有する光に時分割して生成し、前記第1の幅の光を照射する位置を前記試料に対して前記第1の方向に複数回移動し、
前記撮像部は、前記位置が移動する度に前記試料の像を撮像し、
前記画像処理部は、前記撮像によって取得した画像を合成して前記試料の前記第1の方向の断層像を得る、
を有する光シート顕微鏡。
a first optical system that generates a first sheet-shaped light from the laser light emitted from the laser light source;
a second optical system that spatially separates the first sheet-like light into a second sheet-like light that travels along a first optical path and spreads in a first direction relative to a sample, and a third sheet-like light that travels along a second optical path different from the first optical path and spreads in a second direction intersecting the first direction;
a third optical system that combines the second sheet-like light and the third sheet-like light on a side closer to the sample than the second optical system and guides the combined light to parallel optical paths;
A light sheet irradiation device having
an imaging unit that captures an image of a sample irradiated with the second sheet-like light and the third sheet-like light and generates an image;
A control unit for controlling the laser light;
an image processing unit that processes an image generated by the imaging unit,
the control unit generates the second sheet-like light by time division into light having a first width smaller than a width of the sample in the first direction, and moves a position where the light of the first width is irradiated with respect to the sample in the first direction a plurality of times;
The imaging unit captures an image of the sample each time the position is moved,
the image processing unit synthesizes the images acquired by the imaging to obtain a tomographic image of the sample in the first direction;
A light sheet microscope having a
前記レーザ光源と前記第1の光学系との間に配置され、前記第1のシート状の光の照射方向を制御することにより、前記第2のシート状の光と前記第3のシート状の光が前記試料を照射する方向を変更する第4の光学系を更に有する、請求項に記載の光シート顕微鏡。 The light sheet microscope according to claim 1, further comprising a fourth optical system arranged between the laser light source and the first optical system, which controls the irradiation direction of the first sheet light to change the direction in which the second sheet light and the third sheet light irradiate the sample. 前記第1の光学系と前記第2の光学系との間に配置され、前記第1のシート状の光の照射方向を制御することにより、前記第2のシート状の光および前記第3のシート状の光が前記試料を照射する位置を変更する第5の光学系を更に有する、請求項1または2に記載の光シート顕微鏡。 3. The light sheet microscope according to claim 1 or 2, further comprising a fifth optical system arranged between the first optical system and the second optical system, which controls the irradiation direction of the first sheet light to change the positions at which the second sheet light and the third sheet light are irradiated on the sample. 前記第1の光学系を前記レーザ光の光軸に対して平行移動させることにより、前記第2のシート状の光および前記第3のシート状の光が前記試料を照射する方向を変更する、請求項1からのいずれか1項に記載の光シート顕微鏡。 4. The light sheet microscope according to claim 1, wherein the direction in which the second sheet light and the third sheet light irradiate the sample is changed by translating the first optical system parallel to the optical axis of the laser light. 前記第2の光学系は、前記第1の光路に前記第1のシート状の光を遮断する第1のシャッタと、前記第2の光路に前記第2のシート状の光を遮断する第2のシャッタをと、を有する、請求項1からのいずれか1項に記載の光シート顕微鏡。 5. The light sheet microscope according to claim 1, wherein the second optical system has a first shutter in the first optical path that blocks the first sheet-like light, and a second shutter in the second optical path that blocks the second sheet-like light. 前記第2の光学系は、前記第1の光路に第1の波長のレーザ光を通過させる第1のフィルタと、前記第2の光路に前記第1の波長とは異なる第2の波長のレーザ光を通過させる第2のフィルタとを有する、請求項1からのいずれか1項に記載の光シート顕微鏡。 6. The light sheet microscope according to claim 1, wherein the second optical system has a first filter that passes laser light of a first wavelength through the first optical path, and a second filter that passes laser light of a second wavelength different from the first wavelength through the second optical path. 前記第2の光学系は、偏光ビームスプリッタと、前記第2の光路上に配された半波長板を有する、請求項1からのいずれか1項に記載の光シート顕微鏡。 The light sheet microscope according to claim 1 , wherein the second optical system includes a polarizing beam splitter and a half-wave plate disposed on the second optical path. 前記第3の光学系は偏光ビームスプリッタを有する、請求項を引用する請求項に記載の光シート顕微鏡。 The light sheet microscope according to claim 7 , which is dependent on claim 1 , wherein the third optical system comprises a polarizing beam splitter. 前記第1の光学系はガルバノスキャナを有する、請求項1からのいずれか1項に記載の光シート顕微鏡。 The light sheet microscope according to claim 1 , wherein the first optical system comprises a galvanometer scanner. 前記光シート照射装置と前記撮像部は光学系を共有しない、請求項1からのいずれか1項に記載の光シート顕微鏡。 The light sheet microscope according to claim 1 , wherein the light sheet irradiation device and the imaging unit do not share an optical system. 前記制御部は、一回の撮像の間に、複数の前記第1の幅の前記光を前記第1の方向に予め定められた間隔を開けて平行に配置して前記試料に対して照射する、請求項1から10のいずれか1項に記載の光シート顕微鏡。 11. The light sheet microscope according to claim 1, wherein the control unit is configured to irradiate the sample with a plurality of the light beams of the first width arranged in parallel at predetermined intervals in the first direction during a single imaging session. 前記レーザ光を制御する制御部と、
前記撮像部により生成された画像を処理する画像処理部と、を更に備え、
前記制御部は、前記第3のシート状の光を前記試料の前記第2の方向の幅よりも小さい第2の幅を有する光に時分割して生成し、前記第2の幅の光を照射する位置を前記試料に対して前記第2の方向に複数回移動し、
前記撮像部は、前記位置が移動する度に前記試料の像を撮像し、
前記画像処理部は、前記撮像によって取得した画像を合成して前記試料の前記第2の方向の断層像を得る、請求項1から11のいずれか1項に記載の光シート顕微鏡。
A control unit for controlling the laser light;
An image processing unit that processes an image generated by the imaging unit,
the control unit generates the third sheet-like light by time division into light having a second width smaller than a width of the sample in the second direction, and moves a position where the light of the second width is irradiated with respect to the sample in the second direction a plurality of times;
The imaging unit captures an image of the sample each time the position is moved,
The light sheet microscope according to claim 1 , wherein the image processing unit combines the images acquired by the imaging to obtain a tomographic image of the sample in the second direction.
前記制御部は、一回の撮像の間に、複数の前記第2の幅の前記光を前記第2の方向に予め定められた間隔を開けて平行に配置して前記試料に対して照射する、請求項12に記載の光シート顕微鏡。 The light sheet microscope according to claim 12, wherein the control unit is configured to irradiate the sample with a plurality of the light beams of the second width arranged in parallel at predetermined intervals in the second direction during one imaging session. レーザ光源から出射されたレーザ光から第1のシート状の光を生成する第1の段階と、
前記第1のシート状の光を、第1の光路を進み、試料に対して第1の方向に広がる第2のシート状の光と、前記第1の光路とは異なる第2の光路を進み、前記第1の方向に交差する第2の方向に広がる第3のシート状の光とに空間的に分離する第2の段階と、
前記第2のシート状の光と前記第3のシート状の光とを合波して平行な光路に導く段階と、
を有する光シート照射方法と、
前記第2のシート状の光および前記第3のシート状の光が照射された試料の像を撮像し、画像を生成する撮像方法と、
前記撮像方法により生成された画像を処理する画像処理方法と、を有し、
前記撮像方法は、前記第2のシート状の光を前記試料の前記第1の方向の幅よりも小さい第1の幅を有する光に時分割して生成し、前記第1の幅の光を照射する位置を前記試料に対して前記第1の方向に複数回移動する段階を有し、
前記撮像方法は、前記位置が移動する度に前記試料の像を撮像する段階を有し、
前記画像処理方法は、前記撮像によって取得した画像を合成して前記試料の前記第1の方向の断層像を得る段階を有する、方法。
A first step of generating a first sheet-shaped light from a laser light emitted from a laser light source;
a second step of spatially separating the first sheet-like light into a second sheet-like light that travels along a first optical path and spreads in a first direction relative to a sample, and a third sheet-like light that travels along a second optical path different from the first optical path and spreads in a second direction intersecting the first direction;
a step of combining the second sheet-shaped light and the third sheet-shaped light and guiding the combined light to parallel optical paths;
A light sheet irradiation method comprising:
an imaging method for capturing an image of a sample irradiated with the second sheet light and the third sheet light to generate an image;
and an image processing method for processing an image generated by the imaging method,
The imaging method includes a step of generating the second sheet-like light by time division into light having a first width smaller than a width of the sample in the first direction, and moving a position where the light of the first width is irradiated with the sample a plurality of times in the first direction,
The imaging method includes the step of capturing an image of the sample each time the position is moved,
The image processing method includes a step of synthesizing the images acquired by the imaging to obtain a tomographic image of the sample in the first direction.
光シート照射装置を有する光シート顕微鏡に、
レーザ光源から出射されたレーザ光から第1のシート状の光を生成する第1の段階と、
前記第1のシート状の光を、第1の光路を進み、試料に対して第1の方向に広がる第2のシート状の光と、前記第1の光路とは異なる第2の光路を進み、前記第1の方向に交差する第2の方向に広がる第3のシート状の光とに空間的に分離する第2の段階と、
前記第2のシート状の光と前記第3のシート状の光とを合波して平行な光路に導く段階と、
前記第2のシート状の光および前記第3のシート状の光が照射された試料の像を撮像し、画像を生成する撮像段階と、
前記撮像段階で生成された画像を処理する画像処理段階と、を有し、
前記撮像段階は、前記第2のシート状の光を前記試料の前記第1の方向の幅よりも小さい第1の幅を有する光に時分割して生成し、前記第1の幅の光を照射する位置を前記試料に対して前記第1の方向に複数回移動する段階を有し、
前記撮像段階は、前記位置が移動する度に前記試料の像を撮像する段階を有し、
前記画像処理段階は、前記撮像によって取得した画像を合成して前記試料の前記第1の方向の断層像を得る段階を有する、
を実行させる光シート顕微鏡プログラム。
A light sheet microscope having a light sheet irradiation device,
A first step of generating a first sheet-shaped light from a laser light emitted from a laser light source;
a second step of spatially separating the first sheet-like light into a second sheet-like light that travels along a first optical path and spreads in a first direction relative to a sample, and a third sheet-like light that travels along a second optical path different from the first optical path and spreads in a second direction intersecting the first direction;
a step of combining the second sheet-shaped light and the third sheet-shaped light and guiding the combined light to parallel optical paths;
an imaging step of capturing an image of a sample illuminated with the second sheet light and the third sheet light to generate an image;
an image processing step for processing the image generated in the imaging step,
The imaging step includes a step of generating light having a first width smaller than a width of the sample in the first direction by time-dividing the second sheet-like light, and moving a position where the light having the first width is irradiated with the sample a plurality of times in the first direction,
the imaging step includes the step of capturing an image of the sample each time the position is moved;
The image processing step includes a step of synthesizing the images acquired by the imaging to obtain a tomographic image of the sample in the first direction.
Run the light sheet microscope program.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110115895A1 (en) 2008-07-30 2011-05-19 Jan Huisken Multidirectional selective plane illumination microscopy
JP2014150412A (en) 2013-02-01 2014-08-21 Hamamatsu Photonics Kk Image acquisition device and imaging device
JP2015523602A (en) 2012-07-09 2015-08-13 カール ツァイス マイクロスコピー ゲーエムベーハーCarl Zeiss Microscopy Gmbh microscope
US20170254997A1 (en) 2014-09-24 2017-09-07 The United States of America, as Represented by the Secretary, Dept. of Health and Human Resources Resolution enhancement for line scanning excitation microscopy systems and methods

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3398464B2 (en) * 1994-03-17 2003-04-21 ソニー株式会社 Laser microscope

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110115895A1 (en) 2008-07-30 2011-05-19 Jan Huisken Multidirectional selective plane illumination microscopy
JP2015523602A (en) 2012-07-09 2015-08-13 カール ツァイス マイクロスコピー ゲーエムベーハーCarl Zeiss Microscopy Gmbh microscope
JP2014150412A (en) 2013-02-01 2014-08-21 Hamamatsu Photonics Kk Image acquisition device and imaging device
US20170254997A1 (en) 2014-09-24 2017-09-07 The United States of America, as Represented by the Secretary, Dept. of Health and Human Resources Resolution enhancement for line scanning excitation microscopy systems and methods

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