JP7838232B2 - Microscope system, imaging method, and program - Google Patents
Microscope system, imaging method, and programInfo
- Publication number
- JP7838232B2 JP7838232B2 JP2021123560A JP2021123560A JP7838232B2 JP 7838232 B2 JP7838232 B2 JP 7838232B2 JP 2021123560 A JP2021123560 A JP 2021123560A JP 2021123560 A JP2021123560 A JP 2021123560A JP 7838232 B2 JP7838232 B2 JP 7838232B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- imaging
- objective lens
- microscope
- illumination light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Description
本開示は、顕微鏡システム、撮像方法、及びプログラムに関する。 This disclosure relates to a microscope system, an imaging method, and a program.
特許文献1には、ニポウディスク方式共焦点スキャナの共焦点画像取り出しポートに接続される光学画像分離装置が記載されている。 Patent Document 1 describes an optical image separation device connected to the confocal image extraction port of a Nipow disk type confocal scanner.
特許文献2には、径の異なる複数の種類のピンホールが配設され、何れかの径のピンホールのみに選択的に光を通過させることが可能なピンホ-ルディスクを回転して光スキャンを行う共焦点スキャナが記載されている。 Patent Document 2 describes a confocal scanner that performs optical scanning by rotating a pinhole disk, which has multiple types of pinholes of different diameters arranged on it, allowing light to selectively pass through only one of the pinholes of a particular diameter.
特許文献3には、試料からの蛍光信号を蛍光画像として取得する手段と、試料からの蛍光信号を共焦点画像として取得する手段からなり、蛍光画像と共焦点画像のいずれかを得るための光路切替を行う創薬スクリーニング装置が記載されている。 Patent Document 3 describes a drug discovery screening apparatus comprising means for acquiring the fluorescence signal from a sample as a fluorescence image and means for acquiring the fluorescence signal from a sample as a confocal image, and performing optical path switching to obtain either the fluorescence image or the confocal image.
特許文献4には、試料のスライス像を共焦点画像として取得する共焦点スキャナと、顕微鏡の対物レンズの焦点位置を光軸方向に移動するアクチュエータを設け、対物レンズの焦点位置を光軸方向に移動しながら撮像を行う顕微鏡システムが記載されている。 Patent Document 4 describes a microscope system that includes a confocal scanner for acquiring slice images of a sample as confocal images, and an actuator that moves the focal position of the microscope's objective lens in the optical axis direction, thereby performing imaging while moving the focal position of the objective lens in the optical axis direction.
顕微鏡下での細胞撮像時には、観察容器としてウェルプレートが使用されることが一般的である。ウェルプレートのフレーム及び底面は、成形時のひずみを原因としてたわむことがあり(フレームの成形時のひずみは数百μm程度、底面の成形時のひずみは数10μm程度)、その結果、顕微鏡の撮像平面に対して試料面が傾く場合がある。 When imaging cells under a microscope, well plates are commonly used as observation containers. The frame and bottom surface of well plates can warp due to distortions during molding (the distortion of the frame is approximately several hundred micrometers, and the distortion of the bottom surface is approximately several tens of micrometers), which can result in the sample surface being tilted relative to the microscope's imaging plane.
したがって、撮像平面に対して試料面が傾いている状態で、特許文献1の構成により共焦点撮像を行うと、その焦点深度の浅さから、視野の一部で著しく輝度が低下してしまう。特許文献2~特許文献4の構成を用いた撮像により視野の一部での輝度の低下を防ぐことができるが、機構設計上の制限、必要となる画像記憶容量の上昇、及び撮像時間の増大等の課題があった。 Therefore, when confocal imaging is performed using the configuration of Patent Document 1 with the sample surface tilted relative to the imaging plane, the shallow depth of field results in a significant decrease in brightness in a portion of the field of view. While imaging using the configurations of Patent Documents 2 to 4 can prevent this decrease in brightness in a portion of the field of view, it presents challenges such as limitations in mechanical design, increased required image storage capacity, and increased imaging time.
本開示の目的は、試料面が傾いている場合であっても、機構設計上の制限、及び撮像速度の著しい低下等を伴わずに、視野内の部分的な輝度低下のない明瞭な試料の画像を撮像することが可能な顕微鏡システム、撮像方法、及びプログラムを提供することである。 The purpose of this disclosure is to provide a microscope system, imaging method, and program that can capture clear images of a sample without partial brightness reduction within the field of view, even when the sample surface is tilted, without mechanical design limitations or significant reductions in imaging speed.
幾つかの実施形態に係る顕微鏡システムは、観察対象となる試料の像を取得する顕微鏡システムであって、照明光を照射する発光装置と、前記照明光を前記試料に対して走査する走査部を有する共焦点スキャナと、前記共焦点スキャナにより走査された前記照明光による像を前記試料に投影する対物レンズと、前記試料が載置される容器の前記対物レンズの焦点位置に対する位置を検出する位置センサと、を有する、顕微鏡と、前記照明光が照射された前記試料からの被測定光を検出する、撮像面が前記走査部に対して共役の位置に配置された、撮像装置と、前記顕微鏡及び前記撮像装置の動作を制御する処理装置と、を備え、前記処理装置は、前記容器の前記対物レンズの焦点位置に対する位置に基づいて、前記試料に対する前記対物レンズの焦点の相対位置を、前記照明光の光軸に平行な方向に変位させながら、前記撮像装置による撮像を行うための制御信号を、前記顕微鏡及び前記撮像装置へ送信する。このように、試料における対物レンズの焦点位置を照明光の光軸に平行な方向に変位させながら共焦点撮像を行うため、試料面が傾いている場合であっても、共焦点撮像により、視野内の部分的な輝度低下のない明瞭な画像の撮像をすることが可能である。顕微鏡システムは、複雑な構成を要しないため、機構設計上の制限を伴わない。顕微鏡システムは、一回の撮像により撮像画像を取得するため、撮像速度が著しく低下することもない。したがって、試料面が傾いている場合であっても、機構設計上の制限、及び撮像速度の著しい低下等を伴わずに、視野内の部分的な輝度低下のない明瞭な画像の撮像をすることが可能である。 Some embodiments of the microscope system are microscope systems for acquiring an image of a sample to be observed, and include a microscope having a light-emitting device for irradiating illumination light, a confocal scanner having a scanning unit for scanning the illumination light on the sample, an objective lens for projecting an image of the illumination light scanned by the confocal scanner onto the sample, and a position sensor for detecting the position of a container on which the sample is placed relative to the focal position of the objective lens; an imaging device having an imaging surface positioned conjugate to the scanning unit for detecting the light to be measured from the sample irradiated with the illumination light; and a processing unit for controlling the operation of the microscope and the imaging device, wherein the processing unit transmits control signals to the microscope and the imaging device for performing imaging by the imaging device, while displacing the relative position of the focal point of the objective lens with respect to the sample in a direction parallel to the optical axis of the illumination light, based on the position of the container relative to the focal position of the objective lens. In this way, by performing confocal imaging while displacing the focal position of the objective lens on the sample in a direction parallel to the optical axis of the illumination light, it is possible to acquire a clear image without localized brightness reduction within the field of view, even when the sample surface is tilted. The microscope system does not require a complex configuration, and therefore does not impose limitations on mechanical design. Since the microscope system acquires the image in a single scan, the imaging speed is not significantly reduced. Therefore, even when the sample surface is tilted, it is possible to acquire a clear image without localized brightness reduction within the field of view, without mechanical design limitations or significant reductions in imaging speed.
一実施形態において、前記共焦点スキャナは、前記走査部として、複数のピンホールが配設されたピンホールディスクを回転して、前記発光装置から照射された前記照明光を前記試料に対して走査し、前記対物レンズは、前記共焦点スキャナにより走査された前記照明光による前記複数のピンホールの像を前記試料に投影し、前記撮像装置は、前記撮像面が、前記複数のピンホールに対して共役の位置に配置されてもよい。このように、ピンホールディスクを高速で回転させて照明光を試料に対して走査するため、試料の共焦点画像を撮像装置の撮像面に短時間で形成することができる。したがって、高速に撮像することができる。 In one embodiment, the confocal scanner rotates a pinhole disk, which has a plurality of pinholes arranged on it, as the scanning unit, to scan the illumination light emitted from the light-emitting device onto the sample. The objective lens projects the images of the plurality of pinholes, which are scanned by the illumination light from the confocal scanner, onto the sample. The imaging device may have its imaging surface positioned conjugate to the plurality of pinholes. In this way, by rotating the pinhole disk at high speed and scanning the illumination light onto the sample, a confocal image of the sample can be formed on the imaging surface of the imaging device in a short time. Therefore, high-speed imaging is possible.
一実施形態において、前記顕微鏡は、前記対物レンズを前記照明光の光軸に平行な方向に変位させることが可能な駆動装置を更に備え、前記処理装置は、前記駆動装置が前記対物レンズを変位させながら、前記撮像装置による撮像を行うように、前記顕微鏡及び前記撮像装置を制御してもよい。 In one embodiment, the microscope may further include a drive device capable of displacing the objective lens in a direction parallel to the optical axis of the illumination light, and the processing device may control the microscope and the imaging device so that the imaging device performs imaging while the drive device displaces the objective lens.
一実施形態において、前記処理装置は、前記試料に対する前記対物レンズの焦点の相対位置を等速度で変位させながら、前記撮像装置による撮像を行うように、前記顕微鏡及び前記撮像装置を制御してもよい。このように、撮像中は、試料に対する対物レンズの焦点の相対位置を等速度で変位させるため、撮像中に対物レンズに対する試料の相対位置が照明光の光軸に直行する方向に移動して、撮像画像が乱れることを防ぐことができる。 In one embodiment, the processing apparatus may control the microscope and the imaging device so that imaging is performed by the imaging device while the relative position of the focal point of the objective lens with respect to the sample is displaced at a constant velocity. In this way, because the relative position of the focal point of the objective lens with respect to the sample is displaced at a constant velocity during imaging, it is possible to prevent the relative position of the sample with respect to the objective lens from moving in a direction perpendicular to the optical axis of the illumination light, thus preventing distortion of the captured image.
一実施形態において、前記処理装置は、前記容器の前記対物レンズの焦点位置に対する前記位置に基づき、前記容器の局所的な傾きを検出し、検出した前記容器の局所的な傾きに基づいて、前記撮像装置による撮像を行う間における、前記試料に対する前記対物レンズの焦点の相対位置の変位幅を決定し、前記試料に対する前記対物レンズの焦点の相対位置を、前記決定された変位幅だけ変位させながら、前記撮像装置による撮像を行うように、前記顕微鏡及び前記撮像装置を制御してもよい。このように、容器の局所的な傾きに基づき、撮像を行う間における、試料に対する対物レンズの焦点の相対位置の変位幅を過不足なく決定するため、試料に対する対物レンズの焦点の相対位置を適切に変位させて撮像を行い、明瞭な画像を取得することができる。 In one embodiment, the processing apparatus may detect the local tilt of the container based on the position of the container relative to the focal position of the objective lens, determine the displacement range of the relative position of the focal point of the objective lens with respect to the sample during imaging by the imaging device based on the detected local tilt of the container, and control the microscope and the imaging device to perform imaging while displacing the relative position of the focal point of the objective lens with respect to the sample by the determined displacement range. In this way, by determining the displacement range of the relative position of the focal point of the objective lens with respect to the sample without excess or deficiency based on the local tilt of the container during imaging, it is possible to perform imaging by appropriately displacing the relative position of the focal point of the objective lens with respect to the sample and obtain a clear image.
一実施形態において、前記容器の局所的な傾きを検出し、当該局所的な傾きに基づいて、前記試料に対する前記対物レンズの焦点の相対位置の変位幅を決定する処理と、前記対物レンズの焦点の相対位置を、前記決定された変位幅だけ変位させながら、前記撮像装置による撮像を行うように、前記顕微鏡及び前記撮像装置を制御する処理と、を交互に実行して、前記容器に載置された複数の前記試料の各々を撮像してもよい。このように、変位幅の決定と試料の撮影とを交互に行って複数の試料の各々を撮像することで、スキャンを1回行うだけで、容器の局所的な傾きに応じた過不足ない変位を伴う撮影を高速に行うことが可能である。 In one embodiment, the local tilt of the container may be detected, and based on this local tilt, a process of determining the displacement range of the relative position of the focal point of the objective lens relative to the sample may be performed. This process may be performed alternately to control the microscope and the imaging device so that imaging is performed by the imaging device while displacing the relative position of the focal point of the objective lens by the determined displacement range. By performing this process alternately, each of the multiple samples placed in the container may be imaged. In this way, by alternating between determining the displacement range and imaging the samples, it is possible to perform high-speed imaging with appropriate displacement corresponding to the local tilt of the container in just one scan.
一実施形態において、前記処理装置は、前記試料に対する前記対物レンズの焦点の相対位置を、ユーザにより指定された変位幅だけ変位させながら、前記撮像装置による撮像を行うように、前記顕微鏡及び前記撮像装置を制御してもよい。このように、試料に対する対物レンズの焦点の相対位置を、ユーザにより指定された変位幅だけ変位させながら撮像を行うため、試料に対する対物レンズの焦点の相対位置を適切に変位させて撮像を行い、明瞭な画像を取得することができる。 In one embodiment, the processing apparatus may control the microscope and the imaging device so that imaging is performed by the imaging device while displacing the relative position of the focal point of the objective lens with respect to the sample by a displacement range specified by the user. In this way, because imaging is performed while displacing the relative position of the focal point of the objective lens with respect to the sample by a displacement range specified by the user, imaging can be performed with an appropriate displacement of the relative position of the focal point of the objective lens with respect to the sample, thereby obtaining a clear image.
幾つかの実施形態に係る顕微鏡システムの撮像方法は、観察対象となる試料の像を取得する、発光装置と、共焦点スキャナ、顕微鏡、撮像装置、及び処理装置を備えた顕微鏡システムの撮像方法であって、前記発光装置が照明光を照射し、前記共焦点スキャナの走査部が、前記照明光を前記試料に対して走査する工程と、前記顕微鏡の対物レンズが、前記共焦点スキャナにより走査された前記照明光による像を前記試料に投影する工程と、前記顕微鏡の位置センサが、前記試料が載置される容器の前記対物レンズの焦点位置に対する位置を検出する工程と、撮像面が前記走査部に対して共役の位置に配置された前記撮像装置が、前記照明光が照射された前記試料からの被測定光を検出する工程と、を有し、前記処理装置は、前記容器の前記対物レンズの焦点位置に対する位置に基づいて、前記試料に対する前記対物レンズの焦点の相対位置を、前記照明光の光軸に平行な方向に変位させながら、前記撮像装置による撮像を行うための制御信号を、前記顕微鏡及び前記撮像装置へ送信する。このように、試料における対物レンズの焦点位置を照明光の光軸に平行な方向に変位させながら共焦点撮像を行うため、試料面が傾いている場合であっても、共焦点撮像により、視野内の部分的な輝度低下のない明瞭な画像の撮像をすることが可能である。顕微鏡システムの撮像方法は、複雑な構成を要しないため、機構設計上の制限を伴わない。顕微鏡システムの撮像方法は、一回の撮像により撮像画像を取得するため、撮像速度が著しく低下することもない。したがって、試料面が傾いている場合であっても、機構設計上の制限、及び撮像速度の著しい低下等を伴わずに、視野内の部分的な輝度低下のない明瞭な画像の撮像をすることが可能である。 An imaging method for a microscope system according to several embodiments is an imaging method for a microscope system comprising a light-emitting device, a confocal scanner, a microscope, an imaging device, and a processing device for acquiring an image of a sample to be observed, the method comprising the steps of: the light-emitting device irradiating illumination light, the scanning unit of the confocal scanner scanning the illumination light onto the sample; the objective lens of the microscope projecting the image of the illumination light scanned by the confocal scanner onto the sample; the position sensor of the microscope detecting the position of the container on which the sample is placed relative to the focal position of the objective lens; and the imaging device, whose imaging surface is positioned conjugate to the scanning unit, detecting the light to be measured from the sample irradiated with the illumination light, the processing device transmitting control signals to the microscope and the imaging device for imaging by the imaging device, while displacing the relative position of the focal point of the objective lens with respect to the sample in a direction parallel to the optical axis of the illumination light, based on the position of the container relative to the focal position of the objective lens. In this way, by performing confocal imaging while displacing the focal position of the objective lens on the sample in a direction parallel to the optical axis of the illumination light, it is possible to acquire a clear image without localized brightness reduction within the field of view, even when the sample surface is tilted. The imaging method of the microscope system does not require a complex configuration and therefore does not impose limitations on mechanical design. Since the imaging method of the microscope system acquires the image in a single scan, the imaging speed is not significantly reduced. Therefore, even when the sample surface is tilted, it is possible to acquire a clear image without localized brightness reduction within the field of view, without mechanical design limitations or significant reductions in imaging speed.
幾つかの実施形態に係るプログラムは、コンピュータを上記顕微鏡システムが備える処理装置として動作させる。このように、試料における対物レンズの焦点位置を照明光の光軸に平行な方向に変位させながら共焦点撮像を行うため、試料面が傾いている場合であっても、共焦点撮像により、視野内の部分的な輝度低下のない明瞭な画像の撮像をすることが可能である。プログラムは、複雑な構成を要しないため、機構設計上の制限を伴わない。プログラムは、一回の撮像により撮像画像を取得するため、撮像速度が著しく低下することもない。したがって、試料面が傾いている場合であっても、機構設計上の制限、及び撮像速度の著しい低下等を伴わずに、視野内の部分的な輝度低下のない明瞭な画像の撮像をすることが可能である。 Some embodiments of the program operate the computer as the processing unit of the microscope system. In this way, confocal imaging is performed while displacing the focal position of the objective lens on the sample in a direction parallel to the optical axis of the illumination light. Therefore, even when the sample surface is tilted, confocal imaging makes it possible to acquire a clear image without partial brightness reduction within the field of view. The program does not require a complex configuration and therefore does not impose limitations on mechanical design. Since the program acquires the image in a single scan, the imaging speed is not significantly reduced. Therefore, even when the sample surface is tilted, it is possible to acquire a clear image without partial brightness reduction within the field of view, without mechanical design limitations or significant reductions in imaging speed.
本開示の一実施形態によれば、試料面が傾いている場合であっても、機構設計上の制限、及び撮像速度の著しい低下等を伴わずに、視野内の部分的な輝度低下のない明瞭な試料の画像を撮像することが可能となる。 According to one embodiment of this disclosure, even when the sample surface is tilted, it is possible to capture a clear image of the sample without partial brightness reduction within the field of view, without mechanical design limitations or a significant decrease in imaging speed.
<比較例>
特許文献1には、ニポウディスク方式共焦点スキャナの共焦点画像取り出しポートに接続される光学画像分離装置が記載されている。特許文献1の構成は、共焦点スキャナの共焦点画像取り出しポートから射出された試料からの戻り光をダイクロイックミラーにより複数の波長領域の光に分離する。これにより、特許文献1の構成は、任意に分離した波長領域毎又は複数の同一波長領域部分毎の共焦点画像を高速に取得することができる。
<Comparative Example>
Patent Document 1 describes an optical image separation device connected to the confocal image extraction port of a Nipow disk type confocal scanner. The configuration of Patent Document 1 separates the reflected light from the sample emitted from the confocal image extraction port of the confocal scanner into light in multiple wavelength regions using a dichroic mirror. As a result, the configuration of Patent Document 1 can acquire confocal images at high speed for each arbitrarily separated wavelength region or for multiple portions of the same wavelength region.
特許文献1の構成により共焦点撮像を行う場合、顕微鏡の撮像平面に対して試料面が合致している状態ならば、視野全体で一様な輝度の画像が得られる。しかしながら、顕微鏡の撮像平面に対して試料面が傾いている状態で共焦点撮像を行うと、その焦点深度の浅さから、視野の一部で撮像画像の輝度が著しく低下してしまう。 When confocal imaging is performed using the configuration described in Patent Document 1, if the sample surface is aligned with the imaging plane of the microscope, an image with uniform brightness across the entire field of view can be obtained. However, if confocal imaging is performed with the sample surface tilted relative to the imaging plane of the microscope, the brightness of the image will be significantly reduced in a portion of the field of view due to the shallow depth of field.
撮像平面に対して試料面が傾いていても視野の一部での著しい輝度低下を防ぐために、特許文献2に記載の手法を用いて共焦点スキャナのピンホール径を拡大することで、試料面における焦点深度を拡大し、試料像の部分的な輝度低下を防ぐことが考えられる。しかしながら、この手法を用いる場合、ニポウディスクのピンホール列数が少なくなることによるスキャン速度の低下してしまう。また、ピンホール切替機構の追加により機構設計が制限され、機器コストが高くなってしまう。さらに、ピンホール径を拡大させることで、XYZ方向の分解能が低下する。XY方向は励起光束11の光軸に直行する平面における互いに直交する2つの方向であり、Z方向は励起光束11の光軸に平行な方向である。 To prevent a significant decrease in brightness in a portion of the field of view even when the sample surface is tilted relative to the imaging plane, it is conceivable to enlarge the pinhole diameter of the confocal scanner using the method described in Patent Document 2. This would expand the depth of focus on the sample surface and prevent a partial decrease in brightness of the sample image. However, using this method would reduce the scanning speed due to the decrease in the number of pinhole rows on the Nipow disk. Furthermore, the addition of a pinhole switching mechanism would limit the mechanical design and increase equipment costs. Additionally, enlarging the pinhole diameter would reduce the resolution in the XYZ directions. The XY directions are two mutually orthogonal directions in a plane perpendicular to the optical axis of the excitation beam 11, while the Z direction is parallel to the optical axis of the excitation beam 11.
また、特許文献3のように、試料からの蛍光信号を共焦点画像として取得する手段に加えて、試料からの蛍光信号を蛍光画像として取得する手段を切り替え可能に設け、撮像平面に対する試料面の傾きが著しい場合は、蛍光画像を取得することも考えられる。落射蛍光観察は、被写界深度が深いため、試料面が傾いていても、その深い被写界にて試料をとらえることができ、試料像の部分的な輝度低下を防ぐことができる。しかしながら、このような構成を採用すると、光路を切り替えるための機構を設けなければならず、機構設計が制限され、機器コストが高くなってしまう。また、共焦点光路と落射蛍光光路の軸ずれによる視野の不一致、及びその是正のための調整が必要となる。さらに、特許文献3の構成においては、共焦点光路におけるリレーレンズと落射蛍光光路におけるリレーレンズとの倍率の不一致による撮像倍率のずれ及びその是正のための画像処理が必要になる。 Furthermore, as described in Patent Document 3, in addition to the means for acquiring the fluorescence signal from the sample as a confocal image, it is conceivable to provide a switchable means for acquiring the fluorescence signal from the sample as a fluorescence image, so that when the tilt of the sample surface relative to the imaging plane is significant, a fluorescence image can be acquired. Because epifluorescence observation has a deep depth of field, even if the sample surface is tilted, the sample can be captured within that deep depth of field, preventing partial brightness reduction of the sample image. However, adopting such a configuration requires a mechanism for switching the optical path, which limits the design of the mechanism and increases equipment costs. Also, misalignment of the confocal optical path and the epifluorescence optical path necessitates adjustment to correct the mismatch in the field of view. Furthermore, in the configuration of Patent Document 3, mismatch in magnification between the relay lens in the confocal optical path and the relay lens in the epifluorescence optical path necessitates image processing to correct the mismatch in imaging magnification.
また、特許文献4のように、試料のスライス像を共焦点画像として取得する共焦点スキャナと、顕微鏡の対物レンズの焦点位置を光軸方向に移動するアクチュエータを備え、試料の深さ方向のスライス画像を取得することができるように構成することも考えられる。しかしながら、特許文献4の構成では、ビデオレートカメラから出力されるビデオ信号を基に、対物レンズの駆動波形を生成するので、ビデオ信号を出力できるカメラが別途必要である。また、特許文献4の構成は、ビデオ信号というアナログ信号基に、対物レンズ駆動波形を生成する。そのため、対物レンズの駆動をステッピングモータ等で行う場合は、ビデオ信号のAD(Analog-to-Digital)変換、対物レンズ駆動パターンの演算、及び対物レンズ駆動パターンのパルス波形への変換などが必要となり、タイムラグが発生するという欠点がある。 Furthermore, as described in Patent Document 4, it is conceivable to configure a system that includes a confocal scanner for acquiring slice images of a sample as confocal images, and an actuator that moves the focal position of the microscope's objective lens in the optical axis direction, thereby enabling the acquisition of slice images in the depth direction of the sample. However, in the configuration of Patent Document 4, the objective lens drive waveform is generated based on the video signal output from a video-rate camera, so a separate camera capable of outputting a video signal is required. Also, the configuration of Patent Document 4 generates the objective lens drive waveform based on an analog signal, the video signal. Therefore, if the objective lens is driven by a stepping motor or the like, it becomes necessary to perform AD (Analog-to-Digital) conversion of the video signal, calculation of the objective lens drive pattern, and conversion of the objective lens drive pattern to a pulse waveform, resulting in the disadvantage of a time lag.
<実施形態>
本開示の実施形態は、試料面が傾いている場合であっても、機構設計上の制限、及び撮像速度の著しい低下等を伴わずに、視野内の部分的な輝度低下のない明瞭な画像の撮像をすることが可能とする。
<Implementation>
The embodiments of this disclosure enable the acquisition of clear images without partial brightness reduction within the field of view, even when the sample surface is tilted, without mechanical design limitations or a significant decrease in imaging speed.
以下、本開示の一実施形態について、図面を参照して説明する。各図面中、同一の構成又は機能を有する部分には、同一の符号を付している。本実施形態の説明において、同一の部分については、重複する説明を適宜省略又は簡略化する場合がある。 Hereinafter, an embodiment of this disclosure will be described with reference to the drawings. In each drawing, parts having the same configuration or function are denoted by the same reference numerals. In the description of this embodiment, redundant descriptions of identical parts may be omitted or simplified as appropriate.
図1は、本開示の一実施形態に係る顕微鏡システム1の構成を示す模式図である。顕微鏡システム1は、発光装置10、顕微鏡20、共焦点スキャナ30、カメラ40、及び処理装置50を備える。 Figure 1 is a schematic diagram showing the configuration of a microscope system 1 according to one embodiment of this disclosure. The microscope system 1 comprises a light-emitting device 10, a microscope 20, a confocal scanner 30, a camera 40, and a processing device 50.
図1において、発光装置10は、照明光としての励起光束11をウェルプレート60に載置された試料(サンプル)6に向けて照射する。試料6には蛍光試薬が付加されており、励起光束11が照射されると、試料6は被測定光としての蛍光信号12を発する。 In Figure 1, the light-emitting device 10 irradiates the sample 6, placed on the well plate 60, with an excitation luminous beam 11 as illumination light. The sample 6 has a fluorescent reagent attached to it, and when irradiated with the excitation luminous beam 11, the sample 6 emits a fluorescence signal 12 as the light to be measured.
顕微鏡20は、対物レンズ21、駆動装置22、リレーレンズ23、及び位置センサ24を備える。対物レンズ21及びリレーレンズ23は無限遠補正光学系を構成し、発光装置10から射出された励起光束11、及び試料6から発せられた蛍光信号12に対して光学的に作用する。駆動装置22は、処理装置50から送信される制御信号に基づき、対物レンズ21を励起光束11の光軸に対して平行な方向に変位させることが可能である。 The microscope 20 comprises an objective lens 21, a drive unit 22, a relay lens 23, and a position sensor 24. The objective lens 21 and the relay lens 23 constitute an infinity-correcting optical system and optically interact with the excitation light beam 11 emitted from the light-emitting device 10 and the fluorescence signal 12 emitted from the sample 6. The drive unit 22 can displace the objective lens 21 in a direction parallel to the optical axis of the excitation light beam 11 based on a control signal transmitted from the processing unit 50.
位置センサ24は、例えば焦点検出方式により、試料6が載置されるウェルプレート(容器)60のZ方向の位置、例えば、ウェルプレート60の予め定められた複数の基準点のZ方向の位置を検出する。このような基準点には、ウェルプレート60の底面の位置が含まれてもよい。位置センサ24は、光源241、分光ミラー242,243、及び光センサ244を有する。位置センサ24が検焦光25を射出すると、検焦光25は、分光ミラー242,243で反射されて、対物レンズ21へ導かれる。分光ミラー242は、例えば、ハーフミラー又は偏光ビームスプリッタとしてもよい。分光ミラー243は、例えば、ダイクロイックミラーとしてもよい。検焦光25は、対物レンズ21によって集光され、ウェルプレート60の底面に照射される。ウェルプレート60の底面にて反射された検焦光25は、対物レンズ21を通って再び位置センサ24に戻る。反射された検焦光25は、位置センサ24内の分光ミラー243を反射し、分光ミラー242を通過して、光センサ244にて検出される。光センサ244が検出した検焦光25は、対物レンズ21の焦点位置からの誤差を反映した焦点誤差信号として処理装置50へ出力される。処理装置50は、焦点誤差信号に基づき、ウェルプレート60の基準点のZ方向の位置を検出する。このように、位置センサ24は、ウェルプレート60の基準点に対物レンズ21の焦点面が位置する対物レンズ21のZ方向の位置を検出し、その対物レンズ21のZ方向の位置に基づき基準点のZ方向の位置を検出してもよい。なお、位置センサ24は、非点収差方式の他、ナイフエッジ方式、共焦点方式、及び三角測量方式等の任意の焦点検出方式を用いて、ウェルプレート60のZ方向の位置を検出してもよい。 The position sensor 24 detects the Z-direction position of the well plate (container) 60 on which the sample 6 is placed, for example, by a focus detection method, using a method such as focusing on the Z-direction of a predetermined number of reference points on the well plate 60. Such reference points may include the position of the bottom surface of the well plate 60. The position sensor 24 includes a light source 241, spectral mirrors 242, 243, and a light sensor 244. When the position sensor 24 emits a focusing light 25, the focusing light 25 is reflected by the spectral mirrors 242, 243 and guided to the objective lens 21. The spectral mirror 242 may be, for example, a half mirror or a polarizing beam splitter. The spectral mirror 243 may be, for example, a dichroic mirror. The focusing light 25 is focused by the objective lens 21 and irradiated onto the bottom surface of the well plate 60. The focusing light 25 reflected from the bottom surface of the well plate 60 passes through the objective lens 21 and returns to the position sensor 24 again. The reflected focusing light 25 is reflected by the spectral mirror 243 in the position sensor 24, passes through the spectral mirror 242, and is detected by the light sensor 244. The focusing light 25 detected by the light sensor 244 is output to the processing unit 50 as a focus error signal reflecting the error from the focal position of the objective lens 21. The processing unit 50 detects the position of the reference point of the well plate 60 in the Z direction based on the focus error signal. Alternatively, the position sensor 24 may detect the Z-direction position of the objective lens 21 where its focal plane is located at the reference point of the well plate 60, and then detect the Z-direction position of the reference point based on the Z-direction position of the objective lens 21. Note that the position sensor 24 may also detect the Z-direction position of the well plate 60 using any focus detection method other than the astigmatism method, such as the knife-edge method, confocal method, and triangulation method.
共焦点スキャナ30は、顕微鏡20及び発光装置10と光学的に接続される。例えば、共焦点スキャナ30は、顕微鏡20と発光装置10とに取り付けられる。共焦点スキャナ30は、ピンホールアレイディスク(以下「ニポウディスク」と称する。)31、部材32、マイクロレンズアレイディスク(以下「MLディスク」と称する。)33、ダイクロイックミラー(以下「DM」と称する。)34、リレーレンズ35、バンドパスフィルタ36、及びリレーレンズ37を備える。 The confocal scanner 30 is optically connected to the microscope 20 and the light-emitting device 10. For example, the confocal scanner 30 is attached to both the microscope 20 and the light-emitting device 10. The confocal scanner 30 comprises a pinhole array disk (hereinafter referred to as "Nipow disk") 31, a component 32, a microlens array disk (hereinafter referred to as "ML disk") 33, a dichroic mirror (hereinafter referred to as "DM") 34, a relay lens 35, a bandpass filter 36, and a relay lens 37.
DM34は、励起光束11は透過し、所望の蛍光信号12は反射するように設計されている。MLディスク33には、複数の集光光学素子(マイクロレンズ)が、例えば、らせん状に配設されている。ニポウディスク31は、MLディスク33の複数の集光光学素子による励起光束11の集光位置にそれぞれ配設された複数のピンホールを有する。共焦点スキャナ30は、処理装置50から送信される制御信号に基づき、モータ等により、ニポウディスク31及びMLディスク33を、互いに部材32により機械的に連結された状態で、回転中心軸39を中心に高速に回転させることができる。ここで、ニポウディスク31上に形成された個々のピンホールが試料6の表面を掃引するように、個々のマイクロレンズとピンホールは配置されている。したがって、ニポウディスク31は、照明光(励起光束11)を試料6に対して走査する走査部として機能する。ニポウディスク31は、複数のピンホールを、励起光束11の光軸に対し略垂直の平面内で回転させる。なお、撮像動作中、MLディスク33とニポウディスク31は常に回転している。 The DM34 is designed to transmit the excitation light beam 11 and reflect the desired fluorescence signal 12. The ML disk 33 has multiple focusing optical elements (microlenses) arranged, for example, in a helical pattern. The Nipou disk 31 has multiple pinholes positioned at the focal points of the excitation light beam 11 by the multiple focusing optical elements of the ML disk 33. Based on a control signal transmitted from the processing unit 50, the confocal scanner 30 can rotate the Nipou disk 31 and the ML disk 33 at high speed around a rotation axis 39 using a motor or the like, while they are mechanically connected to each other by a member 32. Here, the individual microlenses and pinholes are arranged so that each pinhole formed on the Nipou disk 31 sweeps the surface of the sample 6. Therefore, the Nipou disk 31 functions as a scanning unit that scans the illumination light (excitation light beam 11) over the sample 6. The Nipou disk 31 rotates the multiple pinholes in a plane substantially perpendicular to the optical axis of the excitation light beam 11. During the imaging operation, the ML disk 33 and the Nipow disk 31 are constantly rotating.
MLディスク33を通過した励起光束11の大部分がニポウディスク31を通過する。そのため、共焦点スキャナ30は、ニポウディスク31を単独で使用する場合と比べて、MLディスク33及びニポウディスク31を組み合わせて使用することにより、試料6への励起光束11の照射強度が増大する。さらに、ニポウディスク31におけるピンホール以外の部分での励起光束11の反射が抑制される。したがって、試料6の像のSN比(Signal-to-Noise Ratio)が増大する。 Most of the excitation light beam 11 that passes through the ML disk 33 also passes through the Nipou disk 31. Therefore, by using the ML disk 33 and Nipou disk 31 in combination, the irradiation intensity of the excitation light beam 11 onto the sample 6 is increased compared to using the Nipou disk 31 alone. Furthermore, reflection of the excitation light beam 11 from areas other than the pinhole in the Nipou disk 31 is suppressed. Consequently, the signal-to-noise ratio (SNR) of the sample 6 image is increased.
励起光束11は、MLディスク33により個別の光束に集光され、DM34を透過後、ニポウディスク31の個々のピンホールを通過する。励起光束11は、顕微鏡20のリレーレンズ23を通過後、対物レンズ21により、ウェルプレート60のウェル(穴)に載置された試料6に集光される。 The excitation light beam 11 is focused into individual beams by the ML disk 33, passes through the DM 34, and then through the individual pinholes of the Nipow disk 31. After passing through the relay lens 23 of the microscope 20, the excitation light beam 11 is focused by the objective lens 21 onto the sample 6 placed in the wells (holes) of the well plate 60.
前述のように、ウェルプレート60の試料6の各々には蛍光試薬が付加されている。試料6の各々の蛍光試薬が発した蛍光信号12は再び対物レンズ21及びリレーレンズ23を通過し、ニポウディスク31の個々のピンホール上に集光される。 As described above, a fluorescent reagent is added to each of the samples 6 in the well plate 60. The fluorescent signals 12 emitted by each of the fluorescent reagents in the samples 6 pass again through the objective lens 21 and relay lens 23 and are focused onto the individual pinholes of the Nipow disk 31.
ニポウディスク31のピンホールを通過した蛍光信号12はDM34で反射される。共焦点スキャナ30は、DM34で反射した蛍光信号12を、撮像装置としてのカメラ40の2次元センサ(撮像素子)41に結像させる無限遠補正光学系のリレーレンズ35及びリレーレンズ37を有する。また、共焦点スキャナ30は、リレーレンズ35及びリレーレンズ37の間に、バンドパスフィルタ36を有する。バンドパスフィルタ36は、蛍光信号12に含まれる蛍光を選択的に透過させるバリアフィルタ(吸収フィルタ)により実現してもよい。 The fluorescence signal 12 that passes through the pinhole of the Nipow disk 31 is reflected by the DM 34. The confocal scanner 30 has relay lenses 35 and 37 of an infinity-correcting optical system that images the fluorescence signal 12 reflected by the DM 34 onto the two-dimensional sensor (image sensor) 41 of the camera 40, which acts as an imaging device. The confocal scanner 30 also has a bandpass filter 36 between the relay lenses 35 and 37. The bandpass filter 36 may be implemented as a barrier filter (absorption filter) that selectively transmits the fluorescence contained in the fluorescence signal 12.
ニポウディスク31のピンホールが並んでいる平面と、試料6の表面と、カメラ40の2次元センサ41の受光面とは互いに光学的に共役な関係に配置されている。そのため、カメラ40の2次元センサ41上には試料6の光学的断面像、すなわち共焦点画像が結像される。また、前述のように、対物レンズ21の駆動装置22は、処理装置50からの制御信号に基づき駆動して、対物レンズ21を励起光束11の光軸に平行な方向に変位させることができる。対物レンズ21はリレーレンズ23と無限遠補正光学系を構成するため、ニポウディスク31及び2次元センサ41の受光面との間で光学的に共役な関係を維持しながら、対物レンズ21の変位により、試料6における対物レンズ21の焦点面を変位させることができる。対物レンズ21の焦点面は、顕微鏡20の撮像平面を構成する。カメラ40は処理装置50からの露光信号に基づき、その2次元センサ41の受光面に投影された像を指定の時間露光し、デジタル画像データに変換する。すなわち、カメラ40は、処理装置50からONの露光信号を受信している間、露光を行って、2次元センサ41に画像を形成する。デジタル画像データは処理装置50へ転送され、処理装置50の記憶部52に保存される。 The plane on which the pinholes of the Nipow disk 31 are aligned, the surface of the sample 6, and the light-receiving surface of the camera 40's two-dimensional sensor 41 are arranged in an optically conjugate relationship. Therefore, an optical cross-sectional image of the sample 6, i.e., a confocal image, is formed on the camera 40's two-dimensional sensor 41. Furthermore, as described above, the objective lens 21 drive device 22 is driven based on a control signal from the processing device 50 to displace the objective lens 21 in a direction parallel to the optical axis of the excitation light beam 11. Since the objective lens 21 and the relay lens 23 constitute an infinity correction optical system, the displacement of the objective lens 21 can displace the focal plane of the objective lens 21 on the sample 6 while maintaining an optically conjugate relationship with the Nipow disk 31 and the light-receiving surface of the two-dimensional sensor 41. The focal plane of the objective lens 21 constitutes the imaging plane of the microscope 20. Based on the exposure signal from the processing device 50, the camera 40 exposes the image projected onto the light-receiving surface of its two-dimensional sensor 41 for a specified time and converts it into digital image data. In other words, the camera 40 performs exposure while receiving an ON exposure signal from the processing unit 50, forming an image on the two-dimensional sensor 41. The digital image data is transferred to the processing unit 50 and stored in the processing unit 52.
処理装置50は、顕微鏡システム1に含まれる各構成部と接続され、各構成部へ制御信号を送信することで顕微鏡システム1全体の動作を制御する。ただし、処理装置50は、カメラ40に対しては、露光信号を送信して、撮像時における露光を制御する。処理装置50は、ユーザが顕微鏡システム1を操作して観察を行うためのユーザインタフェースも提供する。処理装置50は、例えば、コンピュータ装置であり、PC(Personal Computer)、タブレットPC、スマートフォン及びフィーチャーフォン等の携帯電話機、並びに携帯情報端末(PDA:Personal Digital Assistant)等の任意の装置を含む。 The processing unit 50 is connected to each component of the microscope system 1 and controls the operation of the entire microscope system 1 by transmitting control signals to each component. However, the processing unit 50 also transmits an exposure signal to the camera 40 to control exposure during imaging. The processing unit 50 also provides a user interface for the user to operate the microscope system 1 and perform observations. The processing unit 50 is, for example, a computer device and includes any device such as a PC (Personal Computer), tablet PC, smartphone and feature phone, and a personal digital assistant (PDA).
処理装置50は、制御部51、記憶部52、及び入出力部53を備える。制御部51は、1つ以上のプロセッサを含む。一実施形態において「プロセッサ」は、汎用のプロセッサ、又は特定の処理に特化した専用のプロセッサであるが、これらに限定されない。制御部51は、処理装置50を構成する各構成部と通信可能に接続され、処理装置50全体の動作を制御する。 The processing unit 50 comprises a control unit 51, a storage unit 52, and an input/output unit 53. The control unit 51 includes one or more processors. In one embodiment, the "processor" is a general-purpose processor or a dedicated processor specialized for a specific process, but is not limited to these. The control unit 51 is communicatively connected to each component constituting the processing unit 50 and controls the operation of the entire processing unit 50.
記憶部52は、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、ROM(Read-Only Memory)、及びRAM(Random Access Memory)を含む任意の記憶モジュールを含む。記憶部52は、例えば、主記憶装置、補助記憶装置、及びキャッシュメモリとして機能してもよい。記憶部52は、処理装置50の動作に用いられる又は処理装置50の動作の結果得られた任意の情報を記憶する。例えば、記憶部52は、処理装置50を動作させるためのシステムプログラム、及びアプリケーションプログラム等のプログラム、並びに、カメラ40が撮像した撮像画像の画像データ等を記憶する。 The storage unit 52 includes any storage module, including an HDD (Hard Disk Drive), SSD (Solid State Drive), ROM (Read-Only Memory), and RAM (Random Access Memory). The storage unit 52 may function, for example, as main memory, auxiliary memory, and cache memory. The storage unit 52 stores any information used in the operation of the processing unit 50 or obtained as a result of the operation of the processing unit 50. For example, the storage unit 52 stores programs such as system programs and application programs for operating the processing unit 50, as well as image data of images captured by the camera 40.
処理装置50の機能は、本実施形態に係る顕微鏡システム1を機能させるために用いられうるプログラム(コンピュータプログラム)を、制御部51に含まれるプロセッサで実行することにより実現され得る。すなわち、処理装置50の機能は、ソフトウェアにより実現されうる。プログラムは、処理装置50の動作に含まれるステップの処理をコンピュータに実行させることで、各ステップの処理に対応する機能をコンピュータに実現させる。すなわち、プログラムは、コンピュータを本実施形態に係る処理装置50として機能させるためのプログラムである。 The functions of the processing unit 50 can be realized by executing a program (computer program) that can be used to operate the microscope system 1 according to this embodiment, using the processor included in the control unit 51. In other words, the functions of the processing unit 50 can be realized by software. The program causes the computer to execute the processing steps included in the operation of the processing unit 50, thereby realizing the functions corresponding to the processing of each step. That is, the program is a program that causes the computer to function as the processing unit 50 according to this embodiment.
プログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、又は半導体メモリである。プログラムの流通は、例えば、プログラムを記録したDVD(Digital Versatile Disc)又はCD-ROM(Compact Disc ROM)などの可搬型記録媒体を販売、譲渡、又は貸与することによって行うことができる。プログラムをサーバのストレージに格納しておき、ネットワークを介して、サーバから他のコンピュータにプログラムを転送することにより、プログラムは流通されてもよい。プログラムはプログラムプロダクトとして提供されてもよい。 The program can be recorded on a computer-readable recording medium. Examples of computer-readable recording media include magnetic recording devices, optical discs, magneto-optical recording media, or semiconductor memory. The program can be distributed, for example, by selling, transferring, or leasing portable recording media such as DVDs (Digital Versatile Discs) or CD-ROMs (Compact Disc ROMs) on which the program is recorded. The program may also be distributed by storing it in server storage and transferring it from the server to other computers via a network. The program may also be provided as a program product.
コンピュータは、例えば、可搬型記録媒体に記録されたプログラム又はサーバから転送されたプログラムを、一旦、主記憶装置に格納する。そして、コンピュータは、主記憶装置に格納されたプログラムをプロセッサで読み取り、読み取ったプログラムに従った処理をプロセッサで実行する。コンピュータは、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、プログラムに従った処理を実行してもよい。コンピュータは、コンピュータにサーバからプログラムが転送される度に、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行してもよい。このような処理は、サーバからコンピュータへのプログラムの転送を行わず、実行指示及び結果取得のみによって機能を実現する、いわゆるASP(Application Service Provider)型のサービスによって実行されてもよい。プログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるものが含まれる。例えば、コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータは、「プログラムに準ずるもの」に該当する。 A computer, for example, stores a program recorded on a portable storage medium or a program transferred from a server in its main memory. Then, the computer reads the program stored in main memory using its processor and executes the processing according to the read program. Alternatively, the computer may directly read the program from the portable storage medium and execute the processing according to the program. The computer may also execute the processing according to the received program sequentially each time a program is transferred from a server to the computer. Such processing may also be performed by a so-called ASP (Application Service Provider) type service, which realizes its function only through execution instructions and result retrieval, without transferring the program from the server to the computer. A program includes information used for processing by an electronic computer that is equivalent to a program. For example, data that is not a direct instruction to the computer but has the nature of defining the computer's processing falls under the category of "information equivalent to a program."
処理装置50の一部又は全ての機能が、制御部51に含まれる専用回路により実現されてもよい。すなわち、処理装置50の一部又は全ての機能が、ハードウェアにより実現されてもよい。また、処理装置50は単一の情報処理装置により実現されてもよいし、複数の情報処理装置の協働により実現されてもよい。 Some or all of the functions of the processing unit 50 may be implemented by a dedicated circuit included in the control unit 51. That is, some or all of the functions of the processing unit 50 may be implemented by hardware. Furthermore, the processing unit 50 may be implemented by a single information processing unit, or by the cooperation of multiple information processing units.
入出力部53は、ユーザの操作を受け付けて操作に基づく情報を入力する入力部、並びに、処理装置50の演算結果及びカメラ40が撮像した撮像画像等を出力する出力部を備える。入力部は、例えば、物理キー、静電容量キー、ポインティングディバイス、出力部のディスプレイと一体的に設けられたタッチスクリーン、又は音声入力を受け付けるマイク等である。出力部は、例えば、情報を画像で出力するディスプレイ、又は情報を音声で出力するスピーカ等である。 The input/output unit 53 includes an input unit that receives user input and inputs information based on that input, and an output unit that outputs the calculation results of the processing unit 50 and the captured images taken by the camera 40. The input unit may be, for example, a physical key, a capacitive key, a pointing device, a touchscreen integrated with the output unit's display, or a microphone that accepts voice input. The output unit may be, for example, a display that outputs information as an image, or a speaker that outputs information as sound.
上記のような構成を有する顕微鏡システム1は、対物レンズ21の焦点面を試料6に対して励起光束11の光軸に平行な方向に変位させながら撮像を行うことで、試料6に傾きがある場合であっても視野全体でピントが合った画像を撮像することを可能にする。 The microscope system 1, having the configuration described above, performs imaging while displacing the focal plane of the objective lens 21 in a direction parallel to the optical axis of the excitation light beam 11 relative to the sample 6. This makes it possible to capture a focused image across the entire field of view, even when the sample 6 is tilted.
図2Aは、微鏡下での細胞撮像時に、試料6が載置される容器としてのウェルプレート60の上面図である。図2Aに示すように、ウェルプレート60には、試料6を載置するための多数のウェル68が設けられている。 Figure 2A is a top view of the well plate 60, which serves as a container on which the sample 6 is placed during microscopic cell imaging. As shown in Figure 2A, the well plate 60 is provided with numerous wells 68 for placing the sample 6.
図2Bは、図2Aのウェルプレート60を面AAにより切断したウェルプレート60の断面図である。図2Bに示すように、ウェルプレート60は、フレーム61及び底面62を備える。 Figure 2B is a cross-sectional view of the well plate 60 shown in Figure 2A, obtained by cutting along surface AA. As shown in Figure 2B, the well plate 60 comprises a frame 61 and a bottom surface 62.
フレーム61は樹脂製であり、試料面となる底面62は薄板の樹脂製又は薄板のガラス製であるのが一般的である。そのため、フレーム61成形時のひずみ(数100μm程度)を原因としたフレーム61のたわみにより、ウェルプレート60が顕微鏡20の試料台に対して水平に設置されず、その結果、顕微鏡20の焦点面に対して試料面が傾く場合がある。また、底面62成形時のひずみ(数10μm程度)を原因として、底面62がたわむことにより、顕微鏡20の焦点面に対して試料面が傾く場合もある。 The frame 61 is made of resin, and the bottom surface 62, which serves as the sample surface, is generally made of a thin sheet of resin or glass. Therefore, due to distortion (approximately several hundred μm) during the molding of the frame 61, the frame 61 may not be positioned horizontally on the sample stage of the microscope 20, resulting in the sample surface being tilted relative to the focal plane of the microscope 20. Similarly, distortion (approximately several tens of μm) during the molding of the bottom surface 62 may cause the bottom surface 62 to bend, also resulting in the sample surface being tilted relative to the focal plane of the microscope 20.
図3~図5は、被撮像サンプル63の側面図を模式的に示す図である。図3では、細胞の培養面64が水平に設けられており、被撮像サンプル63の培養面64と顕微鏡20の対物レンズ21の焦点面65が適合している。したがって、このような状態で撮像を行うと、カメラ40は、視野全体でピントが合った画像を取得する。 Figures 3 to 5 schematically show a side view of the sample 63 to be imaged. In Figure 3, the cell culture surface 64 is positioned horizontally, and the culture surface 64 of the sample 63 to be imaged aligns with the focal plane 65 of the objective lens 21 of the microscope 20. Therefore, when imaging is performed in this state, the camera 40 acquires an image that is in focus across the entire field of view.
図4では、対物レンズ21の焦点面65に対して細胞の培養面64が傾いている。そのため、このままの状態で撮像を行うと、視野の一部の輝度が著しく低下した画像が取得される。図5では、多数の被撮像サンプル63が集まって、厚みを持った塊66を形成している。そのため、顕微鏡20の焦点面65が塊66の中心を通過する状態で共焦点顕微鏡により撮像を行うと、厚みを持った塊66の一部分しか撮像画像に反映することができないことになる。 In Figure 4, the cell culture surface 64 is tilted relative to the focal plane 65 of the objective lens 21. Therefore, if imaging is performed in this state, an image with significantly reduced brightness in a portion of the field of view will be obtained. In Figure 5, numerous samples 63 have gathered to form a thick mass 66. Therefore, if imaging is performed using a confocal microscope with the focal plane 65 of the microscope 20 passing through the center of the mass 66, only a portion of the thick mass 66 will be reflected in the image.
図6は、本実施形態に係る顕微鏡システム1が実行する、被撮像サンプル63の奥行に応じた対物レンズ21の焦点位置の制御を模式的に示す図である。図6において、被撮像サンプル63の培養面64は焦点面に対して傾いている。そこで、処理装置50は、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置を、励起光束11の光軸に平行な方向に変位させながら、カメラ40による撮像を行うように制御する。具体的には、本実施形態では、処理装置50は、試料6を動かさずに、駆動装置22が対物レンズ21を変位させながら、カメラ40による撮像を行うように制御する。対物レンズ21の変位幅71は、励起光束11の光軸に平行な方向における、ウェルプレート60において試料6が分布する範囲の幅としてもよい。図6の右に示すように、処理装置50は、時間tの経過に伴い、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置を等速度で変位させている間に、カメラ40へ露光信号を送信して露光させてもよい。これにより、試料6が分布する奥行方向の範囲をカバーした画像を撮像することができ、明瞭な撮像画像を取得することが可能である。 Figure 6 is a schematic diagram showing the control of the focal position of the objective lens 21 according to the depth of the sample to be imaged 63, as performed by the microscope system 1 according to this embodiment. In Figure 6, the culture surface 64 of the sample to be imaged 63 is inclined with respect to the focal plane. Therefore, the processing device 50 controls the camera 40 to perform imaging while displacing the relative position of the focal point of the objective lens 21 with respect to the sample 6 in a direction parallel to the optical axis of the excitation light beam 11. Specifically, in this embodiment, the processing device 50 controls the camera 40 to perform imaging while the drive device 22 displaces the objective lens 21 without moving the sample 6. The displacement width 71 of the objective lens 21 may be the width of the range in which the sample 6 is distributed in the well plate 60 in a direction parallel to the optical axis of the excitation light beam 11. As shown on the right of Figure 6, the processing device 50 may transmit an exposure signal to the camera 40 and perform exposure while displacing the relative position of the focal point of the objective lens 21 with respect to the sample 6 at a constant velocity as time t progresses. This allows for the acquisition of an image covering the depth range in which sample 6 is distributed, making it possible to obtain a clear image.
(実施例1)
次に、図7及び図8を参照して、顕微鏡システム1の動作の実施例1を説明する。図7は、顕微鏡システム1が実行する撮像処理の動作を示すフローチャートである。図8は、ウェルプレート60の底面62のたわみを模式的に示す図である。図7及び図8を参照して説明する顕微鏡システム1の動作は実施例1に係る撮像方法の一つに相当する。図7の各ステップの動作は、処理装置50の制御部51の制御に基づき実行される。本実施形態に係る撮像方法をコンピュータに実行させるためのプログラムは、図7に示す各ステップを含む。以下の処理の前提として、試料6を載置するウェルプレート60が測定を行うための測定位置に設定されている。
(Example 1)
Next, with reference to Figures 7 and 8, an embodiment 1 of the operation of the microscope system 1 will be described. Figure 7 is a flowchart showing the operation of the imaging process performed by the microscope system 1. Figure 8 is a schematic diagram showing the deflection of the bottom surface 62 of the well plate 60. The operation of the microscope system 1 described with reference to Figures 7 and 8 corresponds to one of the imaging methods according to embodiment 1. The operation of each step in Figure 7 is performed based on the control of the control unit 51 of the processing device 50. The program for causing a computer to execute the imaging method according to this embodiment includes each step shown in Figure 7. As a prerequisite for the following process, the well plate 60 on which the sample 6 is placed is set to a measurement position for measurement.
ステップS001において、制御部51は、顕微鏡システム1による撮像に関する測定条件の設定をユーザから受け付ける。このような測定条件としては、例えば、以下のものが挙げられる。
・試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置の変位幅Δza(対物レンズ21の焦点位置の移動範囲)
・露光時間Texp
・撮像を実行するウェルプレート60上のXY位置のリスト
ここで、変位幅Δzaは、例えば10μm~数100μmであり、試料6の厚み並びにウェルプレート60の傾き及びたわみを加味した試料6が存在するZ方向(励起光束11の光軸に平行な方向)の範囲を示す値である。露光時間Texpは50ms~1s程度の値としてもよい。また、制御部51は、ウェルプレート60の寸法情報の入力を受け付けてもよい。
In step S001, the control unit 51 receives from the user the setting of measurement conditions related to imaging by the microscope system 1. Examples of such measurement conditions include the following:
- Displacement range Δz a of the relative position of the focal point of the objective lens 21 with respect to the sample 6 (range of movement of the focal point of the objective lens 21)
・Exposure time T exp
- A list of XY positions on the well plate 60 on which imaging is performed. Here, the displacement range Δz a is, for example, 10 μm to several hundred μm, and is a value that indicates the range in the Z direction (parallel to the optical axis of the excitation light beam 11) in which the sample 6 exists, taking into account the thickness of the sample 6 and the inclination and deflection of the well plate 60. The exposure time T exp may be a value of about 50 ms to 1 s. The control unit 51 may also accept input of dimensional information of the well plate 60.
XY位置は、ウェルプレート60における位置である。図8のように、XY位置は、例えば、iを1以上m以下の整数、jを1以上n以下の整数として、(xi,yj)と表すことができる。xi,yjの各々は、例えば、図2Aに示すように、ウェル68を特定するA、B、C、・・・、及び、1、2、3、・・・に対応付けてもよい。ウェルプレート60に傾き及びゆがみが生じていない場合、XY位置(xi,yj)の各々についてのウェルプレート60の底面62のZ方向の位置は同一であるが、傾き又はゆがみが生じた場合、XY位置(xi,yj)の各々についてのウェルプレート60の底面62のZ方向の位置は同一でなくなる。図8のように、XY位置(xi,yj)におけるウェルプレート60の底面62のZ方向の位置をzi,jと表す。 The XY position is the position on the well plate 60. As shown in Figure 8, the XY position can be expressed as (x i , y j ), for example, where i is an integer between 1 and m and j is an integer between 1 and n. Each of x i and y j may correspond to A, B, C, ... and 1, 2, 3, ... which identify the well 68, as shown in Figure 2A. If there is no tilting or distortion in the well plate 60, the position in the Z direction of the bottom surface 62 of the well plate 60 is the same for each of the XY positions (x i , y j ). However, if tilting or distortion occurs, the position in the Z direction of the bottom surface 62 of the well plate 60 will no longer be the same for each of the XY positions (x i , y j ). As shown in Figure 8, the positions in the Z direction of the bottom surface 62 of the well plate 60 at the XY positions (x i , y j ) are represented as z i,j .
ステップS002において、制御部51は、顕微鏡システム1の各構成要素を制御して、各構成要素の位置合わせを行い、最初の撮像を実行するXY位置の試料6が励起光束11による撮像範囲に位置するようにウェルプレート60をXY方向に移動させる。以下、制御部51は、ステップS001で設定を受け付けたリストに含まれるXY位置の各々について、ステップS003~S009の処理を実行する。以下、処理対象のXY位置を(xi,yj)と表す。 In step S002, the control unit 51 controls each component of the microscope system 1 to align each component and moves the well plate 60 in the XY direction so that the sample 6 at the XY position where the first image is to be taken is within the imaging range of the excitation light beam 11. Subsequently, the control unit 51 performs the processes in steps S003 to S009 for each of the XY positions included in the list that was set in step S001. Hereinafter, the XY position to be processed will be represented as (x i , y j ).
ステップS003において、制御部51は、駆動装置22を制御し、対物レンズ21をZ方向に移動させながら、位置センサ24の信号を読み取り、対物レンズ21の焦点が、ウェルプレート60の底面62に一致する対物レンズ21の位置z0(i,j)を検索する。 In step S003, the control unit 51 controls the drive unit 22 to move the objective lens 21 in the Z direction, reads the signal from the position sensor 24, and searches for the position z0 (i,j) of the objective lens 21 where the focal point of the objective lens 21 coincides with the bottom surface 62 of the well plate 60.
ステップS004において、制御部51は、駆動装置22を制御し、ステップS003で検索した位置z0(i,j)に対物レンズ21を移動させる。 In step S004, the control unit 51 controls the drive unit 22 to move the objective lens 21 to the position z0 (i,j) found in step S003.
ステップS005において、制御部51は、発光装置10から励起光束11を射出しながらMLディスク33及びニポウディスク31を回転するように、共焦点スキャナ30及び発光装置10を制御する。これにより、励起光束11は、MLディスク33により個別の光束に集光され、DM34を透過後、ニポウディスク31の個々のピンホールを通過し、顕微鏡20の対物レンズ21により、ウェルプレート60のウェル68に載置された試料6に集光される。励起光束11により試料6の蛍光試薬が発した蛍光信号12は、再び対物レンズ21を通り、ニポウディスク31の個々のピンホール上に集光される。個々のピンホールを通過した蛍光信号12はDM34で反射され、リレーレンズ35,37を通り、バンドパスフィルタ36を介してカメラ40に結像されるよう共焦点スキャナ30の開口部(共焦点画像取り出しポート)から射出される。一方で、制御部51は、対物レンズ21をz0(i,j)からz0(i,j)+Δzaへ、例えば等速度で移動させながら、カメラ40にて露光時間Texpだけ露光し、画像を取得する。具体的には、制御部51は、駆動装置22へ制御信号を送信することで駆動装置22に対物レンズ21を変位させながら、カメラ40へ露光信号を送信して2次元センサ41に露光させて撮像を行わせる。 In step S005, the control unit 51 controls the confocal scanner 30 and the light-emitting device 10 to rotate the ML disk 33 and the Nipow disk 31 while emitting an excitation light beam 11 from the light-emitting device 10. As a result, the excitation light beam 11 is focused into individual beams by the ML disk 33, passes through the DM 34, passes through individual pinholes in the Nipow disk 31, and is focused by the objective lens 21 of the microscope 20 onto the sample 6 placed in the well 68 of the well plate 60. The fluorescence signal 12 emitted by the fluorescent reagent in the sample 6 due to the excitation light beam 11 passes through the objective lens 21 again and is focused onto individual pinholes in the Nipow disk 31. The fluorescence signal 12 that has passed through the individual pinholes is reflected by the DM 34, passes through relay lenses 35 and 37, and is emitted from the aperture (confocal image extraction port) of the confocal scanner 30 via the bandpass filter 36 to be imaged by the camera 40. Meanwhile, the control unit 51 moves the objective lens 21 from z 0(i,j) to z 0(i,j) + Δz a at a constant velocity, for example, while exposing the camera 40 for an exposure time T exp and acquiring an image. Specifically, the control unit 51 transmits a control signal to the drive unit 22 to displace the objective lens 21, while simultaneously transmitting an exposure signal to the camera 40 to expose the 2D sensor 41 and perform imaging.
上記の対物レンズ21の駆動とカメラ40の露光が終了したら、ステップS006において、制御部51は発光装置10からの励起光束11の射出を終了する。 Once the objective lens 21 has been driven and the camera 40 has finished exposing the subject, in step S006, the control unit 51 terminates the emission of the excitation light beam 11 from the light-emitting device 10.
ステップS007において、制御部51は、カメラ40にて取得された画像データを、処理装置50の記憶部52に転送する。 In step S007, the control unit 51 transfers the image data acquired by the camera 40 to the storage unit 52 of the processing unit 50.
ステップS008において、制御部51は、ステップS001でユーザによって指定された撮像を実行するすべてのXY位置に対する撮像が終了したか否かを判断する。撮像を実行するすべてのXY位置に対する撮像が終了していない場合、すなわち、ユーザによって指定されたXY位置のうち撮像済みでないものが存在する場合(ステップS008でNO)、制御部51は、ステップS009へ進む。撮像を実行するすべてのXY位置において撮像が終了した場合(ステップS008でYES)、制御部51は、一連の動作を終了する。 In step S008, the control unit 51 determines whether imaging has been completed for all XY positions specified by the user in step S001. If imaging has not been completed for all XY positions, i.e., if there are XY positions specified by the user that have not yet been imaged (NO in step S008), the control unit 51 proceeds to step S009. If imaging has been completed for all XY positions (YES in step S008), the control unit 51 terminates the series of operations.
ステップS009において、制御部51は、次の撮像を実行するXY位置の試料6が励起光束11による撮像範囲に位置するようにウェルプレート60をXY方向に移動させ、ステップS003戻る。 In step S009, the control unit 51 moves the well plate 60 in the XY direction so that the sample 6 at the XY position for the next imaging is within the imaging range of the excitation light beam 11, and then returns to step S003.
以上のように、実施例1において、制御部51は、撮影を実行するXY位置(xi,yj)におけるウェルプレート60の底面62に対応する対物レンズ21の位置z0(i,j)を検出する。そして、制御部51は、その位置z0(i,j)からユーザにより設定されたZ方向の変位幅Δzaだけ対物レンズ21をz方向に移動しながら試料6を撮影する。このように、実施例1においては、試料6における対物レンズ21の焦点位置を励起光束11の光軸に平行な方向に変位させながら共焦点撮像を行う。このため、試料面が傾いている場合であっても、共焦点撮像により、視野内の部分的な輝度低下のない明瞭な画像の撮像をすることが可能である。また、顕微鏡システム1は、複雑な構成を要しないため、機構設計上の制限を伴わない。顕微鏡システム1は、一回の撮像により撮像画像を取得するため、撮像速度が著しく低下することもない。したがって、試料面が傾いている場合であっても、機構設計上の制限、及び撮像速度の著しい低下等を伴わずに、視野内の部分的な輝度低下のない明瞭な画像の撮像をすることが可能である。 As described above, in Embodiment 1, the control unit 51 detects the position z0 (i,j) of the objective lens 21 corresponding to the bottom surface 62 of the well plate 60 at the XY position (x i , y j ) where imaging is performed. Then, the control unit 51 moves the objective lens 21 in the z direction by a displacement width Δz a set by the user from that position z0 (i,j) and images the sample 6. In this way, in Embodiment 1, confocal imaging is performed while displacing the focal position of the objective lens 21 on the sample 6 in a direction parallel to the optical axis of the excitation light beam 11. For this reason, even if the sample surface is tilted, confocal imaging makes it possible to capture a clear image without partial brightness reduction in the field of view. Furthermore, since the microscope system 1 does not require a complex configuration, there are no limitations in mechanical design. Since the microscope system 1 acquires the image in a single imaging pass, the imaging speed is not significantly reduced. Therefore, even when the sample surface is tilted, it is possible to acquire a clear image without partial brightness reduction within the field of view, without limitations in the mechanical design or a significant decrease in imaging speed.
(実施例2)
次に、図8、図9A、及び図9Bを参照して、顕微鏡システム1の動作の実施例2を説明する。実施例1では、ウェルプレート60における各XY位置について、ウェルプレート60の底面62の位置を検出し、その底面62の位置からユーザが設定した変位幅Δzaだけ変位させながら撮像を行う例を説明した。本実施例では、各XY位置におけるウェルプレート60の局所的な傾きに応じた試料6が存在する範囲の変位幅Δzc(i,j)を検出し、それを反映した撮像範囲において撮像を行う例を説明する。図9A及び図9Bは、顕微鏡システム1が実行する撮像処理の動作を示すフローチャートである。図9A及び図9Bを参照して説明する顕微鏡システム1の動作は実施例2に係る撮像方法の一つに相当する。図9A及び図9Bの各ステップの動作は、処理装置50の制御部51の制御に基づき実行される。本実施形態に係る撮像方法をコンピュータに実行させるためのプログラムは、図9A及び図9Bに示す各ステップを含む。以下の処理の前提として、試料6を載置するウェルプレート60が測定を行うための測定位置に設定されている。
(Example 2)
Next, with reference to Figures 8, 9A, and 9B, an embodiment 2 of the operation of the microscope system 1 will be described. In embodiment 1, for each XY position on the well plate 60, the position of the bottom surface 62 of the well plate 60 was detected, and an example was described in which imaging was performed while displacing the bottom surface 62 by a displacement width Δz a set by the user. In this embodiment, an example will be described in which the displacement width Δz c(i,j) of the range in which the sample 6 exists, corresponding to the local inclination of the well plate 60 at each XY position, is detected, and imaging is performed in an imaging range that reflects this. Figures 9A and 9B are flowcharts showing the operation of the imaging process performed by the microscope system 1. The operation of the microscope system 1 described with reference to Figures 9A and 9B corresponds to one of the imaging methods according to embodiment 2. The operation of each step in Figures 9A and 9B is performed based on the control of the control unit 51 of the processing device 50. The program for causing a computer to execute the imaging method according to this embodiment includes the steps shown in Figures 9A and 9B. As a prerequisite for the following processing, the well plate 60 on which the sample 6 is placed is set to a measurement position for measurement.
ステップS101において、制御部51は、顕微鏡システム1による撮像に関する測定条件の設定をユーザから受け付ける。このような測定条件としては、例えば、以下のものが挙げられる。
・試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置の変位幅Δzb(対物レンズ21の焦点位置の移動範囲)
・露光時間Texp
・撮像を実行するウェルプレート60上のXY位置のリスト
ここで、変位幅Δzbは、例えば10μm~数100μmであり、試料6の厚みに基づいてユーザが入力するZ方向の幅を示す値である。露光時間Texpは50ms~1s程度の値としてもよい。また、制御部51は、ウェルプレート60の寸法情報の入力を受け付けてもよい。
In step S101, the control unit 51 receives from the user the setting of measurement conditions related to imaging by the microscope system 1. Examples of such measurement conditions include the following:
- Displacement range Δz b of the relative position of the focal point of the objective lens 21 with respect to the sample 6 (range of movement of the focal position of the objective lens 21)
・Exposure time T exp
- A list of XY positions on the well plate 60 on which imaging is performed. Here, the displacement width Δz b is, for example, 10 μm to several hundred μm, and is a value indicating the width in the Z direction that is entered by the user based on the thickness of the sample 6. The exposure time T exp may be a value of about 50 ms to 1 s. The control unit 51 may also accept input of dimensional information of the well plate 60.
ステップS102において、制御部51は、撮像を実行するウェルプレート60のXY位置のリストに基づき、プレスキャンを実行するXY位置(x1,y1)~(xm,yn)を設定する。 In step S102, the control unit 51 sets the XY positions ( x1 , y1 ) to ( xm , yn ) for pre-scanning based on a list of XY positions of the well plate 60 on which imaging is to be performed.
ステップS103において、制御部51は、顕微鏡システム1の各構成要素を制御して、各構成要素の位置合わせを行い、最初のプレスキャンを実行するXY位置の試料6が励起光束11による撮像範囲に位置するようにウェルプレート60をXY方向に移動させる。プレスキャンとは、各XY位置(xi,yj)において、対物レンズ21の焦点がウェルプレート60の底面62に一致するZ方向の位置z0(i,j)を検索する動作である。以下、制御部51は、ステップS102で設定したXY位置の各々について、ステップS104~S106の処理を実行する。以下、処理対象のXY位置を(xi,yj)と表す。 In step S103, the control unit 51 controls each component of the microscope system 1 to align each component and moves the well plate 60 in the XY direction so that the sample 6 at the XY position where the first pre-scan is performed is located within the imaging range of the excitation light beam 11. Pre-scanning is the operation of searching for the position z0 (i,j) in the Z direction at each XY position (x i , y j ) where the focal point of the objective lens 21 coincides with the bottom surface 62 of the well plate 60. Hereafter, the control unit 51 executes the processes in steps S104 to S106 for each of the XY positions set in step S102. Hereafter, the XY position to be processed will be represented as (x i , y j ).
ステップS104において、制御部51は、駆動装置22を制御し、対物レンズ21をZ方向に移動させながら、位置センサ24の信号を読み取り、対物レンズ21の焦点が、ウェルプレート60の底面62に一致する対物レンズ21のZ方向の位置z0(i,j)を検索する。ここで、位置z0(i,j)は、XY位置(xi,yj)に対する対物レンズ21のZ方向の位置である。 In step S104, the control unit 51 controls the drive unit 22 to move the objective lens 21 in the Z direction, while reading the signal from the position sensor 24 to find the Z-direction position z0 (i,j) of the objective lens 21 where the focal point of the objective lens 21 coincides with the bottom surface 62 of the well plate 60. Here, position z0(i,j) is the Z-direction position of the objective lens 21 with respect to the XY position (x i , y j ).
ステップS105において、制御部51は、プレスキャンを実行するすべてのXY位置(xi,yj)においてz0(i,j)の検索が終了したかを判断する。プレスキャンを実行するすべてのXY位置に対するプレスキャンが終了していない場合、すなわち、ユーザによって指定されたXY位置のうちプレスキャンが終了していないものが存在する場合(ステップS105でNO)、制御部51は、ステップS106へ進む。プレスキャンを実行するすべてのXY位置においてプレスキャンが終了した場合(ステップS105でYES)、制御部51は、ステップ107に進む。 In step S105, the control unit 51 determines whether the search for z0(i,j) has been completed at all XY positions (x i , y j ) where the pre-scan is to be performed. If the pre-scan is not completed for all XY positions where the pre-scan is to be performed, that is, if there are XY positions specified by the user where the pre-scan has not been completed (NO in step S105), the control unit 51 proceeds to step S106. If the pre-scan is completed at all XY positions where the pre-scan is to be performed (YES in step S105), the control unit 51 proceeds to step 107.
ステップS106において、制御部51は、次のプレスキャンを実行するXY位置の試料6が励起光束11による撮像範囲に位置するようにウェルプレート60をXY方向に移動させ、ステップS104に戻る。 In step S106, the control unit 51 moves the well plate 60 in the XY direction so that the sample 6 at the XY position for the next pre-scan is within the imaging range of the excitation light beam 11, and then returns to step S104.
ステップS107において、制御部51は、プレスキャン結果(x1,y1,z0(1,1))~(xm,yn,z0(m,n))を元に、撮像を実行する各XY位置(xi,yj)におけるウェルプレート60の底面62の傾きgrad(zi,j)を算出する。傾きgrad(zi,j)はX方向の傾きを示すgrad(zi,j)xとY方向の傾きを示すgrad(zi,j)yとを有するベクトル量となる。grad(zi,j)x及びgrad(zi,j)yは例えば次の式1により算出されてもよい。
[式1]
grad(zi,j)x=(zi+1,j-zi-1,j)/(xi+1-xi-1)
grad(zi,j)y=(zi,j+1-zi,j-1)/(yj+1-yj-1)
In step S107, the control unit 51 calculates the inclination grad(zi, j ) of the bottom surface 62 of the well plate 60 at each XY position ( xi , y j ) where imaging is performed, based on the prescan results ( x1 , y1 , z0(1,1)) to ( xm , yn, z0(m,n) ). The inclination grad(zi , j ) is a vector quantity having grad(zi ,j ) x which indicates the inclination in the X direction and grad(zi ,j ) y which indicates the inclination in the Y direction. Grad(zi ,j ) x and grad(zi ,j ) y may be calculated, for example, by the following equation 1.
[Formula 1]
grad(z i,j ) x = (z i+1,j −z i-1,j )/(x i+1 − x i-1 )
grad(z i,j ) y = (z i,j+1 −z i,j-1 )/(y j+1 −y j-1 )
ステップS108において、制御部51は、撮像を実行するXY位置におけるウェルプレート60の底面62の傾きgrad(zi,j)とカメラ40の2次元センサ41のサイズを元に撮像を実行する各XY位置における撮像Z範囲Δzc(i,j)を算出する。ここで、Δzc(i,j)はウェルプレート60の傾きによる試料6が存在するZ方向の範囲である。例えば、2次元センサ41が長方形を有し、X方向の撮影範囲に対応する長さがL1、Y方向の撮影範囲に対応する長さがL2であるとする。この場合、X方向の傾きによるZ方向の変位量は、L1×grad(zi,j)xとなる。Y方向の傾きによるZ方向の変位量は、L2×grad(zi,j)yとなる。したがって、制御部51は、例えば、次の式2により撮像Z範囲Δzc(i,j)を算出してもよい。
[式2]
Δzc(i,j)=L1×grad(zi,j)x+L2×grad(zi,j)y
In step S108, the control unit 51 calculates the imaging Z range Δz c( i,j) at each XY position where imaging is performed, based on the inclination grad(z i,j ) of the bottom surface 62 of the well plate 60 at the XY position where imaging is performed and the size of the two-dimensional sensor 41 of the camera 40. Here, Δz c(i,j ) is the range in the Z direction where the sample 6 exists due to the inclination of the well plate 60. For example, suppose the two-dimensional sensor 41 has a rectangle, and the length corresponding to the imaging range in the X direction is L1 , and the length corresponding to the imaging range in the Y direction is L2 . In this case, the displacement in the Z direction due to the inclination in the X direction is L1 × grad(z i,j ) x . The displacement in the Z direction due to the inclination in the Y direction is L2 × grad(z i,j ) y . Therefore, the control unit 51 may calculate the imaging Z range Δz c(i,j) using, for example, the following equation 2.
[Formula 2]
Δz c(i,j) =L 1 ×grad(z i,j ) x +L 2 ×grad(z i,j ) y
ステップS109において、制御部51は、顕微鏡システム1の各構成要素を制御して、各構成要素の位置合わせを行い、最初の撮像を実行するXY位置の試料6が励起光束11による撮像範囲に位置するようにウェルプレート60をXY方向に移動させる。以下、制御部51は、ステップS001で設定を受け付けたリストに含まれるXY位置の各々について、ステップS110~S116の処理を実行する。以下、処理対象のXY位置を(xi,yj)と表す。 In step S109, the control unit 51 controls each component of the microscope system 1 to align each component and moves the well plate 60 in the XY direction so that the sample 6 at the XY position where the first image is to be taken is within the imaging range of the excitation light beam 11. Subsequently, the control unit 51 performs the processing in steps S110 to S116 for each of the XY positions included in the list that was set in step S001. Hereinafter, the XY position to be processed will be represented as (x i , y j ).
ステップS110において、制御部51は、駆動装置22を制御し、対物レンズ21をZ方向に移動させながら、位置センサ24の信号を読み取り、対物レンズ21の焦点が、ウェルプレート60の底面62に一致する位置z0(i,j)を検索する。 In step S110, the control unit 51 controls the drive unit 22 to move the objective lens 21 in the Z direction, reads the signal from the position sensor 24, and searches for the position z0 (i,j) where the focal point of the objective lens 21 coincides with the bottom surface 62 of the well plate 60.
ステップS111において、制御部51は、駆動装置22を制御し、ステップS110で検索した位置z0(i,j)に対物レンズ21を移動させる。 In step S111, the control unit 51 controls the drive device 22 to move the objective lens 21 to the position z0 (i,j) found in step S110.
ステップS112において、制御部51は、発光装置10から励起光束11を射出しながらMLディスク33及びニポウディスク31を回転するように、共焦点スキャナ30及び発光装置10を制御する。これにより、励起光束11は、MLディスク33により個別の光束に集光され、DM34を透過後、ニポウディスク31の個々のピンホールを通過し、顕微鏡20の対物レンズ21により、ウェルプレート60のウェル68に載置された試料6に集光される。励起光束11により試料6の蛍光試薬が発した蛍光信号12は、再び対物レンズ21を通り、ニポウディスク31の個々のピンホール上に集光される。個々のピンホールを通過した蛍光信号12はDM34で反射され、リレーレンズ35,37を通り、バンドパスフィルタ36を介してカメラ40に結像されるよう共焦点スキャナ30の開口部(共焦点画像取り出しポート)から射出される。一方で、制御部51は、対物レンズ21をz0(i,j)からz0(i,j)+Δzb+Δzc(i,j)へ、例えば等速度で移動させながら、カメラ40にて露光時間Texpだけ露光し、画像を取得する。具体的には、制御部51は、駆動装置22へ制御信号を送信することで駆動装置22に対物レンズ21を変位させながら、カメラ40へ露光信号を送信して2次元センサ41に露光させて撮像を行わせる。 In step S112, the control unit 51 controls the confocal scanner 30 and the light-emitting device 10 to rotate the ML disk 33 and the Nipow disk 31 while emitting an excitation light beam 11 from the light-emitting device 10. As a result, the excitation light beam 11 is focused into individual beams by the ML disk 33, passes through the DM 34, passes through individual pinholes in the Nipow disk 31, and is focused by the objective lens 21 of the microscope 20 onto the sample 6 placed in the well 68 of the well plate 60. The fluorescence signal 12 emitted by the fluorescent reagent in the sample 6 due to the excitation light beam 11 passes through the objective lens 21 again and is focused onto individual pinholes in the Nipow disk 31. The fluorescence signal 12 that has passed through the individual pinholes is reflected by the DM 34, passes through relay lenses 35 and 37, and is emitted from the aperture (confocal image extraction port) of the confocal scanner 30 so that it is imaged to the camera 40 via the bandpass filter 36. Meanwhile, the control unit 51 moves the objective lens 21 from z 0(i,j) to z 0(i,j) + Δz b + Δz c(i,j) at a constant velocity, for example, while exposing the camera 40 for an exposure time T exp and acquiring an image. Specifically, the control unit 51 transmits a control signal to the drive unit 22 to displace the objective lens 21, while simultaneously transmitting an exposure signal to the camera 40 to expose the 2D sensor 41 and perform imaging.
上記の対物レンズ21の駆動とカメラ40の露光が終了したら、ステップS113において、制御部51は発光装置10からの励起光束11の射出を終了する。 Once the objective lens 21 has been driven and the camera 40 has finished exposing the subject, in step S113, the control unit 51 terminates the emission of the excitation light beam 11 from the light-emitting device 10.
ステップS114において、制御部51は、カメラ40にて取得された画像データを、処理装置50の記憶部52に転送する。 In step S114, the control unit 51 transfers the image data acquired by the camera 40 to the storage unit 52 of the processing unit 50.
ステップS115において、制御部51は、ステップS101でユーザによって指定された撮像を実行するすべてのXY位置に対する撮像が終了したか否かを判断する。撮像を実行するすべてのXY位置に対する撮像が終了していない場合、すなわち、ユーザによって指定されたXY位置のうち撮像済でないものが存在する場合(ステップS115でNO)、制御部51は、ステップS116へ進む。撮像を実行するすべてのXY位置において撮像が終了した場合(ステップS115でYES)、制御部51は、一連の動作を終了する。 In step S115, the control unit 51 determines whether imaging has been completed for all XY positions specified by the user in step S101. If imaging has not been completed for all XY positions, i.e., if there are XY positions specified by the user that have not yet been imaged (NO in step S115), the control unit 51 proceeds to step S116. If imaging has been completed for all XY positions (YES in step S115), the control unit 51 terminates the series of operations.
ステップS116において、制御部51は、次の撮像を実行するXY位置の試料6が励起光束11による撮像範囲に位置するようにウェルプレート60をXY方向に移動させ、ステップS113に戻る。 In step S116, the control unit 51 moves the well plate 60 in the XY direction so that the sample 6 at the XY position for the next imaging is within the imaging range of the excitation light beam 11, and then returns to step S113.
以上のように、実施例2に係る顕微鏡システム1は、実施例1の処理に加え、プレスキャンを行って、各XY位置におけるウェルプレート60の局所的な傾きを検出する。そして、顕微鏡システム1は、ウェルプレート60の局所的な傾きに応じた試料6が存在する範囲の変位幅Δzc(i,j)を検出し、それを反映した撮像範囲において撮像を行う。したがって、本実施例によれば、撮像を実施するXY位置におけるウェルプレート60の傾きとそれによる試料6が存在するZ方向の範囲を予測することができるため、過不足のない撮像Z範囲を設定して撮像を行うことが可能となる。 As described above, the microscope system 1 according to Example 2 performs a pre-scan in addition to the processing in Example 1 to detect the local tilt of the well plate 60 at each XY position. The microscope system 1 then detects the displacement width Δz c(i,j) of the range where the sample 6 exists, corresponding to the local tilt of the well plate 60, and performs imaging in the imaging range that reflects this. Therefore, according to this embodiment, it is possible to predict the tilt of the well plate 60 at the XY positions where imaging is performed and the range in the Z direction where the sample 6 exists, making it possible to set an appropriate imaging Z range and perform imaging.
(実施例3)
次に、図8、図10A、及び図10Bを参照して、顕微鏡システム1の動作の実施例3を説明する。実施例2では、プレスキャンを行ってウェルプレート60における各XY位置について、ウェルプレート60の局所的な傾きに応じた変位幅Δzc(i,j)を検出し、次に、再度、各XY位置のスキャンを行って、各XY位置における試料6の撮像を行う例を説明した。本実施例では、1回のスキャンの中で、各XY位置におけるウェルプレート60の局所的な傾きに応じた変位幅Δzc(i,j)の検出と、試料6の撮像とを実行する例を説明する。図10A及び図10Bは、顕微鏡システム1が実行する撮像処理の動作を示すフローチャートである。図10A及び図10Bを参照して説明する顕微鏡システム1の動作は実施例3に係る撮像方法の一つに相当する。図10A及び図10Bの各ステップの動作は、処理装置50の制御部51の制御に基づき実行される。本実施形態に係る撮像方法をコンピュータに実行させるためのプログラムは、図10A及び図10Bに示す各ステップを含む。以下の処理の前提として、試料6を載置するウェルプレート60が測定を行うための測定位置に設定されている。
(Example 3)
Next, with reference to Figures 8, 10A, and 10B, an embodiment 3 of the operation of the microscope system 1 will be described. In embodiment 2, a pre-scan was performed to detect the displacement width Δz c(i,j) corresponding to the local tilt of the well plate 60 for each XY position on the well plate 60, and then a scan was performed again for each XY position to image the sample 6 at each XY position. In this embodiment, an example will be described in which the detection of the displacement width Δz c(i,j) corresponding to the local tilt of the well plate 60 at each XY position and the imaging of the sample 6 are performed in a single scan. Figures 10A and 10B are flowcharts showing the operation of the imaging process performed by the microscope system 1. The operation of the microscope system 1 described with reference to Figures 10A and 10B corresponds to one of the imaging methods according to embodiment 3. The operation of each step in Figures 10A and 10B is performed based on the control of the control unit 51 of the processing device 50. The program for causing a computer to execute the imaging method according to this embodiment includes the steps shown in Figures 10A and 10B. As a prerequisite for the following process, the well plate 60 on which the sample 6 is placed is set to the measurement position for measurement.
ステップS201において、制御部51は、顕微鏡システム1による撮像に関する測定条件の設定をユーザから受け付ける。このような測定条件としては、例えば、以下のものが挙げられる。
・試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置の変位幅Δzb、Δzd(対物レンズ21の焦点位置の移動範囲)
・露光時間Texp
・撮像を実行するウェルプレート60上のXY位置のリスト(x1,y1)~(xm,yn)
ここで、変位幅Δzbは例えば10μm~数100μmであり、試料6の厚みに基づいてユーザが入力するZ方向の幅を示す値である。変位幅Δzdは例えば数μm~数10μmであり、撮像を実施するXY位置におけるウェルプレート60の傾きによる試料6が存在するZ方向の範囲をユーザが予想して入力する値である。露光時間Texpは50ms~1s程度の値としてもよい。また、制御部51は、ウェルプレート60の寸法情報の入力を受け付けてもよい。
In step S201, the control unit 51 receives from the user the setting of measurement conditions related to imaging by the microscope system 1. Examples of such measurement conditions include the following:
- Displacement range Δz b and Δz d of the relative position of the focal point of the objective lens 21 with respect to the sample 6 (range of movement of the focal point of the objective lens 21)
・Exposure time T exp
- A list of XY positions on the well plate 60 on which imaging is performed ( x1 , y1 ) to ( xm , yn )
Here, the displacement width Δz b is, for example, 10 μm to several hundred μm, and is a value indicating the width in the Z direction that the user inputs based on the thickness of the sample 6. The displacement width Δz d is, for example, several μm to several tens of μm, and is a value that the user inputs by predicting the range in the Z direction where the sample 6 exists due to the inclination of the well plate 60 at the XY position where imaging is performed. The exposure time T exp may be a value of about 50 ms to 1 s. The control unit 51 may also accept input of dimensional information of the well plate 60.
ステップS202において、制御部51は、撮像を実行する最初のXY位置の試料6が励起光束11による撮像範囲に位置するようにウェルプレート60をXY方向に移動させる。以下、制御部51は、ステップS201で設定を受け付けたXY位置の各々について、ステップS203~S213の処理を実行する。以下、処理対象のXY位置を(xi,yj)と表す。以下、制御部51は、(x1,y1)、(x2,y1)、・・・、(xm,y1)、(x1,y2)、(x2,y2)、・・・、(xm,y2)、・・・、(x1,yn)、(x2,yn)、・・・、(xm,yn)の順に処理を実行する例を説明するが、これ以外の順に処理を実行してもよい。 In step S202, the control unit 51 moves the well plate 60 in the XY direction so that the sample 6 at the first XY position to be imaged is within the imaging range of the excitation light beam 11. Hereafter, the control unit 51 executes the processes in steps S203 to S213 for each of the XY positions set in step S201. Hereafter, the XY positions to be processed are represented as (x i , y j ). Hereafter, an example will be described in which the control unit 51 executes the processes in the order of (x 1 , y 1 ), ( x 2 , y 1 ), ... , (x m , y 1 ), ( x 1 , y 2 ), ( x 2 , y 2 ), ..., (x m, y 2 ), ..., (x 1 , yn), (x 2 , yn), ..., (x m, yn ), but the processes may be executed in any other order.
ステップS203において、制御部51は、駆動装置22を制御し、対物レンズ21をZ方向に移動させながら、位置センサ24の信号を読み取り、対物レンズ21の焦点が、ウェルプレート60の底面62に一致する対物レンズ21のZ方向の位置z0(i,j)を検索する。ここで、位置z0(i,j)は、XY位置(xi,yj)に対する対物レンズ21のZ方向の位置である。 In step S203, the control unit 51 controls the drive unit 22 to move the objective lens 21 in the Z direction, while reading the signal from the position sensor 24 to find the Z-direction position z0 (i,j) of the objective lens 21 where the focal point of the objective lens 21 coincides with the bottom surface 62 of the well plate 60. Here, position z0(i,j) is the Z-direction position of the objective lens 21 with respect to the XY position (x i , y j ).
ステップS204において、制御部51は、現在のXY位置(xi,yj)に対して、近傍のXY位置(xi-1,yj)、(xi,yj-1)における、対物レンズ21の焦点がウェル68の底面62に一致する対物レンズ21の位置z0(i-1,j)及びz0(i,j-1)が既知であるかを判断する。例えば、(x1,y1)、(x2,y1)、・・・、(xm,y1)、(x1,y2)、(x2,y2)、・・・、(xm,y2)、・・・、(x1,yn)、(x2,yn)、・・・、(xm,yn)の順に処理を実行する場合、i>1かつj>1の場合、(xi-1,yj)及び(xi,yj-1)における処理は終了しているため、z0(i-1,j)及びz0(i,j-1)は既知である。既知である場合(ステップS204でYES)、制御部51はステップS206に進む。既知でない場合(ステップS204でNO)、制御部51はステップS205に進む。 In step S204, the control unit 51 determines whether the positions z0( i -1, j ) and z0(i, j -1 ) of the objective lens 21 at nearby XY positions ( xi -1 ,yj) and ( xi,yj-1) are known, with respect to the current XY position (xi,yj) . For example, when processing is performed in the order of ( x1 , y1 ), ( x2 , y1 ), ..., ( xm , y1 ), ( x1 , y2 ), ( x2 , y2 ), ..., ( xm , y2 ), ..., ( x1 , yn ), ( x2 , yn ), ..., ( xm , yn ), if i > 1 and j > 1, the processing at (x i-1 , y j ) and (x i , y j-1 ) is completed, so z0(i-1, j) and z0 (i, j-1) are known. If they are known (YES in step S204), the control unit 51 proceeds to step S206. If they are not known (NO in step S204), the control unit 51 proceeds to step S205.
ステップS205において、制御部51は、撮像時のZスキャン範囲の要素のうち、撮像を実施するXY位置(xi,yj)におけるウェルプレート60の傾きとそれによる試料6が存在するZ方向の範囲であるΔzc(i,j)として、ステップS201でユーザが指定したΔzdと決定する。そして、制御部51は、ステップS208へ進む。 In step S205, the control unit 51 determines Δz c(i,j), which is the inclination of the well plate 60 at the XY position (x i , y j ) where imaging is performed and the resulting range in the Z direction where the sample 6 exists, to be Δz d , which was specified by the user in step S201. Then, the control unit 51 proceeds to step S208.
ステップS206において、制御部51は、現在のXY位置(xi,yj)のウェルプレート60の底面62の傾きgrad(zi,j)を算出する。制御部51は、例えば、次の式3により、grad(zi,j)x及びgrad(zi,j)yを算出してもよい。
[式3]
grad(zi,j)x=(zi,j-zi-1,j)/(xi-xi-1)
grad(zi,j)y=(zi,j-zi,j-1)/(yj-yj-1)
In step S206, the control unit 51 calculates the inclination grad(zi ,j ) of the bottom surface 62 of the well plate 60 at the current XY position (x i , y j ). The control unit 51 may calculate grad(zi ,j ) x and grad(zi ,j ) y using, for example, the following equation 3.
[Formula 3]
grad(z i,j ) x = (z i,j −z i-1,j )/(x i −x i-1 )
grad(z i,j ) y = (z i,j −z i,j-1 )/(y j −y j-1 )
ステップS207において、制御部51は、grad(zi,j)とカメラ40の2次元センサ41のサイズをもとに、XY位置(xi,yj)における撮像Z範囲Δzc(i,j)を算出する。例えば、2次元センサ41が、X方向の撮影範囲に対応する長さL1、Y方向の撮影範囲に対応する長さL2を有する長方形である場合、図9AのS108と同様に、制御部51は、次の式4により撮像Z範囲Δzc(i,j)を算出してもよい。
[式4]
L1×grad(zi,j)x+L2×grad(zi,j)y
そして、制御部51は、ステップS208へ進む。
In step S207, the control unit 51 calculates the imaging Z range Δz c(i,j) at the XY position (x i , y j ) based on grad(z i,j ) and the size of the two-dimensional sensor 41 of the camera 40. For example, if the two-dimensional sensor 41 is a rectangle having a length L1 corresponding to the imaging range in the X direction and a length L2 corresponding to the imaging range in the Y direction, the control unit 51 may calculate the imaging Z range Δz c(i,j) using the following equation 4, similar to S108 in Figure 9A.
[Formula 4]
L 1 ×grad(z i,j ) x +L 2 ×grad(z i,j ) y
Then, the control unit 51 proceeds to step S208.
ステップS208において、制御部51は、駆動装置22を制御し、ステップS203で検索した位置z0(i,j)に対物レンズ21を移動させる。 In step S208, the control unit 51 controls the drive unit 22 to move the objective lens 21 to the position z0 (i,j) found in step S203.
ステップS209において、制御部51は、発光装置10から励起光束11を射出しながらMLディスク33及びニポウディスク31を回転するように、共焦点スキャナ30及び発光装置10を制御する。これにより、励起光束11は、MLディスク33により個別の光束に集光され、DM34を透過後、ニポウディスク31の個々のピンホールを通過し、顕微鏡20の対物レンズ21により、ウェルプレート60のウェル68に載置された試料6に集光される。励起光束11により試料6の蛍光試薬が発した蛍光信号12は、再び対物レンズ21を通り、ニポウディスク31の個々のピンホール上に集光される。個々のピンホールを通過した蛍光信号12はDM34で反射され、リレーレンズ35,37を通り、バンドパスフィルタ36を介してカメラ40に結像されるよう共焦点スキャナ30の開口部(共焦点画像取り出しポート)から射出される。一方で、制御部51は、対物レンズ21をz0(i,j)からz0(i,j)+Δzb+Δzc(i,j)へ、例えば等速度で移動させながら、カメラ40にて露光時間Texpだけ露光し、画像を取得する。具体的には、制御部51は、駆動装置22へ制御信号を送信することで駆動装置22に対物レンズ21を変位させながら、カメラ40へ露光信号を送信して2次元センサ41に露光させて撮像を行わせる。 In step S209, the control unit 51 controls the confocal scanner 30 and the light-emitting device 10 to rotate the ML disk 33 and the Nipow disk 31 while emitting an excitation light beam 11 from the light-emitting device 10. As a result, the excitation light beam 11 is focused into individual beams by the ML disk 33, passes through the DM 34, passes through individual pinholes in the Nipow disk 31, and is focused by the objective lens 21 of the microscope 20 onto the sample 6 placed in the well 68 of the well plate 60. The fluorescence signal 12 emitted by the fluorescent reagent in the sample 6 due to the excitation light beam 11 passes through the objective lens 21 again and is focused onto individual pinholes in the Nipow disk 31. The fluorescence signal 12 that has passed through the individual pinholes is reflected by the DM 34, passes through relay lenses 35 and 37, and is emitted from the aperture (confocal image extraction port) of the confocal scanner 30 via the bandpass filter 36 to be imaged by the camera 40. Meanwhile, the control unit 51 moves the objective lens 21 from z 0(i,j) to z 0(i,j) + Δz b + Δz c(i,j) at a constant velocity, for example, while exposing the camera 40 for an exposure time T exp and acquiring an image. Specifically, the control unit 51 transmits a control signal to the drive unit 22 to displace the objective lens 21, while simultaneously transmitting an exposure signal to the camera 40 to expose the 2D sensor 41 and perform imaging.
上記の対物レンズ21の駆動とカメラ40の露光が終了したら、ステップS210において、制御部51は発光装置10からの励起光束11の射出を終了する。 Once the objective lens 21 has been driven and the camera 40 has finished exposing the subject, in step S210, the control unit 51 terminates the emission of the excitation light beam 11 from the light-emitting device 10.
ステップS211において、制御部51は、カメラ40にて取得された画像データを、処理装置50の記憶部52に転送する。 In step S211, the control unit 51 transfers the image data acquired by the camera 40 to the storage unit 52 of the processing unit 50.
ステップS212において、制御部51は、ステップS201でユーザによって指定された撮像を実行するすべてのXY位置に対する撮像が終了したか否かを判断する。撮像を実行するすべてのXY位置に対する撮像が終了していない場合、すなわち、ユーザによって指定されたXY位置のうち撮像が終了していないものが存在する場合(ステップS212でNO)、制御部51は、ステップS213へ進む。撮像を実行するすべてのXY位置において撮像が終了した場合(ステップS212でYES)、制御部51は、一連の動作を終了する。 In step S212, the control unit 51 determines whether imaging has been completed for all XY positions specified by the user in step S201. If imaging has not been completed for all XY positions, i.e., if there are XY positions specified by the user for which imaging has not been completed (NO in step S212), the control unit 51 proceeds to step S213. If imaging has been completed for all XY positions (YES in step S212), the control unit 51 terminates the series of operations.
ステップS213において、制御部51は、次の撮像を実行するXY位置の試料6が励起光束11によるXY方向の撮像範囲に位置するようにウェルプレート60を移動させ、ステップS203戻る。 In step S213, the control unit 51 moves the well plate 60 so that the sample 6 at the XY position for the next imaging is positioned within the imaging range in the XY direction by the excitation light beam 11, and then returns to step S203.
以上のように、実施例3に係る顕微鏡システム1は、プレスキャンを行わずに、撮像動作を実行しながら、撮像を実施するXY位置におけるウェルプレート60の局所的な傾きを反映した試料6が存在するZ方向の変位幅Δzc(i,j)を算出する。したがって、実施例3によれば、過不足のない撮像Z範囲を設定して、その撮像Z範囲における撮像を高速に行うことが可能である。 As described above, the microscope system 1 according to Example 3 calculates the displacement width Δz c(i,j) in the Z direction where the sample 6 exists, which reflects the local inclination of the well plate 60 at the XY position where imaging is performed, while performing the imaging operation without performing a pre-scan. Therefore, according to Example 3, it is possible to set an imaging Z range that is neither too large nor too small, and to perform imaging in that imaging Z range at high speed.
また、処理装置50は、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置を、ユーザが指定する速度にて、等速度で変位させながら、カメラ40による撮像を行うように、顕微鏡20及びカメラ40を制御してもよい。このように、撮像中は、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置を等速度で変位させるため、撮像中に対物レンズ21に対する試料6の相対位置が励起光束11の光軸に直行する方向(XY方向)に移動して、撮像画像が乱れることを防ぐことができる。 Furthermore, the processing unit 50 may control the microscope 20 and camera 40 so that imaging is performed by the camera 40 while displacing the relative position of the focal point of the objective lens 21 with respect to the sample 6 at a constant velocity specified by the user. In this way, since the relative position of the focal point of the objective lens 21 with respect to the sample 6 is displaced at a constant velocity during imaging, it is possible to prevent the relative position of the sample 6 with respect to the objective lens 21 from moving in a direction perpendicular to the optical axis of the excitation light beam 11 (XY direction) during imaging, thereby preventing distortion of the captured image.
また、処理装置50は、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置を変位させる速度は、ユーザが指定する露光時間Texpと相対位置の変位幅Δzaを元に決定してもよい。 Furthermore, the processing device 50 may determine the speed at which it displaces the relative position of the focal point of the objective lens 21 with respect to the sample 6 based on the exposure time T exp and the relative position displacement width Δz a specified by the user.
以上のように、本実施形態において、観察対象となる試料6の像を取得する顕微鏡システム1は、発光装置10、顕微鏡20、共焦点スキャナ30、カメラ40、及び処理装置50を備える。発光装置10は、励起光束11を照射する。共焦点スキャナ30は、励起光束11を試料6に対して走査する走査部を有する。顕微鏡20は、共焦点スキャナ30により走査された励起光束11による像を試料6に投影する対物レンズ21、及び、試料6が載置されるウェルプレート60の対物レンズ21の焦点位置に対する位置を検出する位置センサ24を有する。カメラ40は、撮像面が走査部に対して共役の位置に配置され、励起光束11が照射された試料6からの蛍光信号12を検出する。処理装置50は、顕微鏡20及びカメラ40の動作を制御する。ここで、処理装置50は、ウェルプレート60の対物レンズ21の焦点位置に対する位置に基づいて、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置を、励起光束11の光軸に平行な方向に変位させながら、カメラ40による撮像を行うための制御信号を、顕微鏡20及びカメラ40へ送信する。このように、本実施形態に係る顕微鏡システム1は、試料6における対物レンズ21の焦点位置を励起光束11の光軸に平行な方向に変位させながら共焦点撮像を行う。そのため、顕微鏡システム1は、試料面が傾いている場合であっても、共焦点撮像により、視野内の部分的な輝度低下のない明瞭な画像の撮像をすることが可能である。また、顕微鏡システム1は、複雑な構成を要しないため、機構設計上の制限を伴わない。さらに、顕微鏡システム1は、一回の撮像により撮像画像を取得するため、演算及び記憶に関して大きな負荷を必要としたり、撮像速度を著しく低下させたりすることもない。したがって、試料面が傾いている場合であっても、機構設計上の制限、及び撮像速度の著しい低下等を伴わずに、視野内の部分的な輝度低下のない明瞭な画像の撮像をすることが可能である。 As described above, in this embodiment, the microscope system 1 for acquiring an image of the sample 6 to be observed comprises a light-emitting device 10, a microscope 20, a confocal scanner 30, a camera 40, and a processing device 50. The light-emitting device 10 irradiates with an excitation light beam 11. The confocal scanner 30 has a scanning unit that scans the excitation light beam 11 with respect to the sample 6. The microscope 20 has an objective lens 21 that projects the image of the excitation light beam 11 scanned by the confocal scanner 30 onto the sample 6, and a position sensor 24 that detects the position of the well plate 60 on which the sample 6 is placed relative to the focal position of the objective lens 21. The camera 40 has an imaging surface positioned conjugate to the scanning unit and detects a fluorescence signal 12 from the sample 6 irradiated with the excitation light beam 11. The processing device 50 controls the operation of the microscope 20 and the camera 40. Here, the processing unit 50 transmits a control signal to the microscope 20 and camera 40 for imaging by the camera 40, while displacing the relative position of the focal point of the objective lens 21 with respect to the sample 6 in a direction parallel to the optical axis of the excitation light beam 11, based on the position of the well plate 60 with respect to the focal position of the objective lens 21. In this way, the microscope system 1 according to this embodiment performs confocal imaging while displacing the focal position of the objective lens 21 in the sample 6 in a direction parallel to the optical axis of the excitation light beam 11. Therefore, even when the sample surface is tilted, the microscope system 1 can capture a clear image without partial brightness reduction in the field of view by confocal imaging. Furthermore, since the microscope system 1 does not require a complex configuration, it is not subject to limitations in mechanical design. Moreover, since the microscope system 1 acquires the image in a single imaging, it does not require a large load in terms of calculation and storage, nor does it significantly reduce the imaging speed. Therefore, even when the sample surface is tilted, it is possible to acquire clear images without partial brightness reduction within the field of view, without limitations in the mechanical design or a significant decrease in imaging speed.
また、共焦点スキャナ30は、走査部として、複数のピンホールが配設されたピンホールディスクを回転して、発光装置10から照射された励起光束11を試料6に対して走査する。対物レンズ21は、共焦点スキャナ30により走査された励起光束11による複数のピンホールの像を試料6に投影する。カメラ40は、撮像面が、複数のピンホールに対して共役の位置に配置される。このように、顕微鏡システム1は、MLディスク33とニポウディスク31を高速で回転させることにより、試料6の共焦点画像をカメラ40の2次元センサ41の受光面上に短時間で形成することができる。したがって、多数の被検査試料をマトリックス状に並べたウェルプレート60を、顕微鏡20と共焦点スキャナ30に対して、励起光束11の光軸に垂直な方向に相対的に変位させながら試料全数の共焦点画像を高速に取り込むことが可能である。 Furthermore, the confocal scanner 30, acting as a scanning unit, rotates a pinhole disk on which multiple pinholes are arranged, scanning the excitation light beam 11 irradiated from the light-emitting device 10 onto the sample 6. The objective lens 21 projects images of the multiple pinholes, created by the excitation light beam 11 scanned by the confocal scanner 30, onto the sample 6. The camera 40's imaging surface is positioned conjugate to the multiple pinholes. In this way, the microscope system 1 can quickly form a confocal image of the sample 6 on the light-receiving surface of the camera 40's two-dimensional sensor 41 by rapidly rotating the ML disk 33 and the Nipow disk 31. Therefore, it is possible to rapidly acquire confocal images of all samples in a well plate 60, on which numerous samples to be examined are arranged in a matrix, while relatively displacing it in a direction perpendicular to the optical axis of the excitation light beam 11 relative to the microscope 20 and the confocal scanner 30.
また、顕微鏡20は、対物レンズ21を励起光束11の光軸に平行な方向に変位させることが可能な駆動装置22を備える。処理装置50は、駆動装置22が対物レンズ21を変位させながら、カメラ40による撮像を行うように、顕微鏡20及びカメラ40を制御する。 Furthermore, the microscope 20 is equipped with a drive device 22 capable of displacing the objective lens 21 in a direction parallel to the optical axis of the excitation light beam 11. The processing device 50 controls the microscope 20 and the camera 40 so that the camera 40 performs imaging while the drive device 22 displaces the objective lens 21.
また、処理装置50は、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置を等速度で変位させながら、カメラ40による撮像を行うように、顕微鏡20及びカメラ40を制御してもよい。このように、撮像中は、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置を等速度で変位させるため、撮像中に対物レンズ21に対する試料6の相対位置が励起光束11の光軸に直行する方向に移動して、撮像画像が乱れることを防ぐことができる。 Furthermore, the processing unit 50 may control the microscope 20 and camera 40 so that imaging is performed by the camera 40 while displacing the relative position of the focal point of the objective lens 21 with respect to the sample 6 at a constant velocity. In this way, since the relative position of the focal point of the objective lens 21 with respect to the sample 6 is displaced at a constant velocity during imaging, it is possible to prevent the relative position of the sample 6 with respect to the objective lens 21 from moving in a direction perpendicular to the optical axis of the excitation light beam 11 during imaging, thereby preventing distortion of the captured image.
また、処理装置50は、容器の対物レンズ21の焦点位置に対する位置に基づき、カメラ40による撮像を行う間における、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置の変位幅を決定する。処理装置50は、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置を、決定された変位幅だけ変位させながら、カメラ40による撮像を行うように、顕微鏡20及びカメラ40を制御する。このように、処理装置50は、容器の顕微鏡20の対物レンズ21に対する位置に基づき、撮像を行う間における、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置の変位幅を決定する。したがって、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置を適切に変位させて撮像を行い、明瞭な画像を取得することができる。 Furthermore, the processing unit 50 determines the displacement range of the relative position of the focal point of the objective lens 21 relative to the sample 6 during imaging by the camera 40, based on the position of the container relative to the focal point of the objective lens 21. The processing unit 50 controls the microscope 20 and camera 40 to perform imaging by the camera 40 while displacing the relative position of the focal point of the objective lens 21 relative to the sample 6 by the determined displacement range. In this way, the processing unit 50 determines the displacement range of the relative position of the focal point of the objective lens 21 relative to the sample 6 during imaging, based on the position of the container relative to the objective lens 21 of the microscope 20. Therefore, by appropriately displacing the relative position of the focal point of the objective lens 21 relative to the sample 6, imaging can be performed, and a clear image can be obtained.
ここで、実施例2、3のように、処理装置50は、容器の対物レンズ21の焦点位置に対する位置に基づき、容器の例えば底面62の局所的な傾きを検出してもよい。さらに、処理装置50は、検出した容器の局所的な傾きに基づいて、カメラ40による撮像を行う間における、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置の変位幅を決定してもよい。このように容器の局所的な傾きを利用することで、過不足なく変位幅を決定して、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置を変位させて撮像を行うことが可能である。 Here, as in Examples 2 and 3, the processing device 50 may detect the local tilt of the container, for example, the bottom surface 62, based on the position of the container relative to the focal position of the objective lens 21. Furthermore, the processing device 50 may determine the displacement range of the relative position of the focal point of the objective lens 21 with respect to the sample 6 during imaging by the camera 40, based on the detected local tilt of the container. By utilizing the local tilt of the container in this way, it is possible to determine the displacement range precisely and accurately, thereby displacing the relative position of the focal point of the objective lens 21 with respect to the sample 6 and performing imaging.
また、実施例3のように、処理装置50は、容器の例えば底面62の局所的な傾きを検出してそれに応じた変位幅を決定する処理と、局所的な傾きを検出した位置における試料6を撮影する処理とを交互に行って、容器に載置された複数の試料の各々を撮像してもよい。このように、変位幅の決定と試料6の撮影とを交互に行って複数の試料の各々を撮像することで、撮影を行う各XY位置における変位幅を決定するためのプレスキャンを行うことなく、スキャンを1回行うだけで、容器の局所的な傾きに応じた過不足ない変位を伴う撮影を高速に行うことが可能である。 Furthermore, as in Example 3, the processing apparatus 50 may alternately perform the following steps: detecting a local tilt of, for example, the bottom surface 62 of the container and determining the corresponding displacement width; and photographing the sample 6 at the location where the local tilt was detected; thereby imaging each of the multiple samples placed on the container. By alternating between determining the displacement width and photographing the sample 6 in this way, it is possible to perform high-speed imaging with the correct displacement corresponding to the local tilt of the container by performing only one scan, without the need for a pre-scan to determine the displacement width at each XY position to be photographed.
また、処理装置50は、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置を、ユーザにより指定された変位幅だけ変位させながら、カメラ40による撮像を行うように、顕微鏡20及びカメラ40を制御してもよい。このように、処理装置50は、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置を、ユーザにより指定された変位幅だけ変位させながら撮像を行う。したがって、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置を適切に変位させて撮像を行い、明瞭な画像を取得することができる。 Furthermore, the processing unit 50 may control the microscope 20 and camera 40 so that imaging is performed by the camera 40 while displacing the relative position of the focal point of the objective lens 21 with respect to the sample 6 by a displacement range specified by the user. In this way, the processing unit 50 performs imaging while displacing the relative position of the focal point of the objective lens 21 with respect to the sample 6 by a displacement range specified by the user. Therefore, imaging can be performed by appropriately displacing the relative position of the focal point of the objective lens 21 with respect to the sample 6, and a clear image can be obtained.
また、処理装置50は、容器の対物レンズ21の焦点位置に対する位置に基づき、カメラ40による撮像を行う間における、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置の変位幅である第1の変位幅を決定してもよい。さらに、処理装置50は、ユーザにより指定された、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置の変位幅である第2の変位幅を取得してもよい。その上で、処理装置50は、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置を、第1の変位幅及び第2の変位幅のいずれか小さい変位幅だけ変位させながら、カメラ40による撮像を行うように、顕微鏡20及びカメラ40を制御してもよい。このように、処理装置50は、容器の顕微鏡20の対物レンズ21に対する位置に基づき決定された変位幅、及び、ユーザにより指定された変位幅のいずれか小さい変位幅だけ、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置を変位させながら撮像を行ってもよい。したがって、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置を適切に変位させて撮像を行い、明瞭な画像を取得することができる。 Furthermore, the processing unit 50 may determine a first displacement range, which is the displacement range of the relative position of the focal point of the objective lens 21 with respect to the sample 6, based on the position of the container relative to the focal point of the objective lens 21. The processing unit 50 may also acquire a second displacement range, which is the displacement range of the relative position of the focal point of the objective lens 21 with respect to the sample 6, as specified by the user. Then, the processing unit 50 may control the microscope 20 and camera 40 to perform imaging with the camera 40 while displacing the relative position of the focal point of the objective lens 21 with respect to the sample 6 by the smaller of the first and second displacement ranges. In this way, the processing unit 50 may perform imaging while displacing the relative position of the focal point of the objective lens 21 with respect to the sample 6 by the smaller of the displacement range determined based on the position of the container relative to the objective lens 21 of the microscope 20 and the displacement range specified by the user. Therefore, by appropriately displacing the relative position of the focal point of the objective lens 21 with respect to the sample 6, imaging can be performed and a clear image can be obtained.
なお、処理装置50は、試料6が載置されるウェルプレート60の寸法情報に基づいて、試料6の撮像の開始時及び終了時における、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置である開始位置及び終了位置を決定してもよい。さらに、処理装置50は、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置を開始位置から終了位置まで変位させながら、カメラ40による撮像を行うように、顕微鏡20及びカメラ40を制御してもよい。このように、処理装置50は、試料6が載置される容器の寸法情報に基づいて、撮像を行う際の、試料6に対する対物レンズ21の焦点の開始位置及び終了位置を決定する。したがって、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置を適切に変位させて撮像を行い、明瞭な画像を取得することができる。 Furthermore, the processing unit 50 may determine the start and end positions, which are the relative positions of the focal point of the objective lens 21 relative to the sample 6, based on the dimensional information of the well plate 60 on which the sample 6 is placed. In addition, the processing unit 50 may control the microscope 20 and camera 40 to perform imaging by the camera 40 while displacing the relative position of the focal point of the objective lens 21 relative to the sample 6 from the start position to the end position. In this way, the processing unit 50 determines the start and end positions of the focal point of the objective lens 21 relative to the sample 6 during imaging, based on the dimensional information of the container on which the sample 6 is placed. Therefore, by appropriately displacing the relative position of the focal point of the objective lens 21 relative to the sample 6, imaging can be performed and a clear image can be obtained.
また、図7では、ステップS5で、制御部51は、ステップS4で算出された移動範囲の長さと、ステップS1でユーザにより設定された移動範囲の長さとを比較し、いずれか短い方の移動範囲を選択する例を説明したが、このような構成に限られない。例えば、制御部51は、ステップS4で算出された移動範囲と、ステップS1でユーザにより設定された移動範囲との両方に含まれる範囲、あるいは、少なくともいずれかに含まれる範囲を選択してもよい。 Furthermore, while Figure 7 illustrates an example where, in step S5, the control unit 51 compares the length of the movement range calculated in step S4 with the length of the movement range set by the user in step S1 and selects the shorter movement range, the configuration is not limited to this. For example, the control unit 51 may select a range that is included in both the movement range calculated in step S4 and the movement range set by the user in step S1, or a range that is included in at least one of them.
なお、上記実施形態では、ニポウディスク31に、部材32によりMLディスク33が機械的に接続されている場合の例を説明したが、MLディスク33及び部材32は設けなくてもよい。また、上記実施形態では、顕微鏡システム1には撮像系としては共焦点撮像系が存在し、撮像のためのカメラ40は1つ存在する構成を説明したが、このような構成に限られない。例えば、顕微鏡システム1は、落射照明光学系を有していてもよいし、複数のカメラ40で同時に複数の蛍光波長を撮像できるようにしてもよい。 In the above embodiment, an example was described in which the ML disk 33 is mechanically connected to the Nipow disk 31 by a member 32, but the ML disk 33 and member 32 are not required. Furthermore, in the above embodiment, the microscope system 1 was described as having a confocal imaging system as the imaging system and a single camera 40 for imaging, but the system is not limited to this configuration. For example, the microscope system 1 may have an epi-illumination optical system, or multiple cameras 40 may be used to simultaneously image multiple fluorescence wavelengths.
また、上記実施形態では、試料6に対する対物レンズ21の焦点の相対位置を変位させるために、試料6は変位せずに、駆動装置22により対物レンズ21を変位させる例を説明したが、このような構成に限られない。例えば、ウェルプレート60、あるいは、対物レンズ21及びウェルプレート60の両方を励起光束11の光軸に平行な方向に移動させてもよい。 Furthermore, in the above embodiment, an example was described in which the objective lens 21 is displaced by the drive device 22 without the sample 6 being displaced in order to displace the relative position of the focal point of the objective lens 21 with respect to the sample 6. However, the configuration is not limited to this. For example, the well plate 60, or both the objective lens 21 and the well plate 60, may be moved in a direction parallel to the optical axis of the excitation light beam 11.
また、上記実施形態では、試料6が載置される容器としてウェルプレート60を用いる例を説明したが、これに代えて、例えば、ペトリディッシュ、細胞培養フラスコ、スライドガラス、又はカバーガラスチャンバ―等の他の試料容器が用いられてもよい。また、試料6の撮像が行われている間に、対物レンズ21の焦点面の駆動装置22の駆動状態は等速となるように駆動パターンが設定されることが好ましいが、そうでなくてもよい。また、試料6の撮像が行われている間の、対物レンズ21の焦点面の変位の方向は、試料6と対物レンズ21との距離が小さくなる方向と大きくなる方向とのいずれでもよい。 Furthermore, although the above embodiment describes an example in which a well plate 60 is used as the container on which the sample 6 is placed, other sample containers such as a Petri dish, cell culture flask, microscope slide, or coverslip chamber may be used instead. Also, while imaging of the sample 6 is being performed, it is preferable to set the drive pattern so that the drive state of the drive device 22 for the focal plane of the objective lens 21 is constant speed, but this is not required. Furthermore, while imaging of the sample 6 is being performed, the direction of displacement of the focal plane of the objective lens 21 may be either in the direction that decreases the distance between the sample 6 and the objective lens 21 or in the direction that increases it.
また、図6を参照した説明では、試料6の撮像が行われている間の、対物レンズ21の焦点面の変位は一方向に一回のみ行う場合の例を説明したが、これに限られない。例えば、焦点面は、往復して変位したり、複数回変位したりしてもよい。また、図1は、顕微鏡20が、倒立顕微鏡である場合の例を示しているが、顕微鏡20は正立顕微鏡等の他の構成でもよい。 Furthermore, while the explanation referring to Figure 6 describes an example where the displacement of the focal plane of the objective lens 21 occurs only once in one direction during imaging of the sample 6, this is not the only example. For example, the focal plane may be displaced back and forth or displaced multiple times. Also, Figure 1 shows an example where the microscope 20 is an inverted microscope, but the microscope 20 may be in other configurations such as an upright microscope.
また、処理装置50は、対物レンズ21の変位の下端の位置を、ウェルプレート60の設計情報に基づいて決定してもよい。あるいは、処理装置50は、位置センサ24にて、ウェルプレート60の底面62の位置を検出して決定してもよい。 Furthermore, the processing unit 50 may determine the position of the lower end of the displacement of the objective lens 21 based on the design information of the well plate 60. Alternatively, the processing unit 50 may determine the position by detecting the position of the bottom surface 62 of the well plate 60 using the position sensor 24.
本開示は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、ブロック図に記載の複数のブロックは統合されてもよいし、又は1つのブロックは分割されてもよい。フローチャートに記載の複数のステップは、記述に従って時系列に実行する代わりに、各ステップを実行する装置の処理能力に応じて、又は必要に応じて、並列的に又は異なる順序で実行されてもよい。その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲での変更が可能である。 This disclosure is not limited to the embodiments described above. For example, multiple blocks shown in the block diagram may be combined, or a single block may be divided. Multiple steps shown in the flowchart may be performed in parallel or in a different order, depending on the processing capacity of the device performing each step, or as necessary, instead of being performed chronologically as described. Other modifications are possible without departing from the spirit of this disclosure.
1 顕微鏡システム
6 試料
10 発光装置
11 励起光束
12 蛍光信号
20 顕微鏡
21 対物レンズ
22 駆動装置
23 リレーレンズ
24 位置センサ
241 光源
242 分光ミラー
243 分光ミラー
244 光センサ
30 共焦点スキャナ
31 ピンホールアレイディスク(ニポウディスク)
32 部材
33 マイクロレンズアレイディスク
34 ダイクロイックミラー
35 リレーレンズ
36 バンドパスフィルタ
37 リレーレンズ
39 回転中心軸
40 カメラ
41 2次元センサ
50 処理装置
51 制御部
52 記憶部
53 入出力部
60 ウェルプレート
61 フレーム
62 底面
63 被撮像サンプル
64 細胞培養面
65 撮像平面
66 被撮像サンプル
68 ウェル
71 撮像Z幅
1. Microscope System 6: Sample 10, Light Emitting Device 11, Excitation Beam 12, Fluorescence Signal 20, Microscope 21, Objective Lens 22, Drive Device 23, Relay Lens 24, Position Sensor 241, Light Source 242, Spectroscopic Mirror 243, Spectroscopic Mirror 244, Light Sensor 30, Confocal Scanner 31, Pinhole Array Disk (Nipow Disk)
32 Components 33 Microlens array disk 34 Dichroic mirror 35 Relay lens 36 Bandpass filter 37 Relay lens 39 Rotation center axis 40 Camera 41 Two-dimensional sensor 50 Processing unit 51 Control unit 52 Storage unit 53 Input/output unit 60 Well plate 61 Frame 62 Bottom surface 63 Sample to be imaged 64 Cell culture surface 65 Imaging plane 66 Sample to be imaged 68 Well 71 Imaging Z width
Claims (9)
照明光を照射する発光装置と、
前記照明光を前記試料に対して走査する走査部を有する共焦点スキャナと、
前記共焦点スキャナにより走査された前記照明光による像を前記試料に投影する対物レンズと、前記試料が載置される容器の前記対物レンズの焦点位置に対する位置を検出する位置センサと、を有する、顕微鏡と、
前記照明光が照射された前記試料からの被測定光を検出する、撮像面が前記走査部に対して共役の位置に配置された、撮像装置と、
前記顕微鏡及び前記撮像装置の動作を制御する処理装置と、
を備え、
前記処理装置は、
前記容器の局所的な傾きに基づいて、前記試料に対する前記対物レンズの焦点の相対位置の変位幅を決定し、
前記容器の前記対物レンズの焦点位置に対する位置に基づいて、前記試料に対する前記対物レンズの焦点の相対位置を、前記照明光の光軸に平行な方向に、前記決定された変位幅だけ変化させながら前記撮像装置における露光を継続して撮像を行うための制御信号を、前記顕微鏡及び前記撮像装置へ送信する、
顕微鏡システム。 A microscope system for acquiring an image of a sample to be observed,
A light-emitting device that emits illumination light,
A confocal scanner having a scanning unit that scans the illumination light over the sample,
A microscope comprising: an objective lens that projects an image of the illumination light scanned by the confocal scanner onto the sample; and a position sensor that detects the position of the container on which the sample is placed relative to the focal position of the objective lens;
An imaging device, wherein the imaging surface is positioned conjugate to the scanning unit, detects the light to be measured from the sample irradiated with the aforementioned illumination light.
A processing unit that controls the operation of the microscope and the imaging device,
Equipped with,
The aforementioned processing apparatus is
Based on the local tilt of the container, the displacement range of the relative position of the focal point of the objective lens with respect to the sample is determined.
Based on the position of the container relative to the focal position of the objective lens, a control signal is transmitted to the microscope and the imaging device to continue exposure and imaging while changing the relative position of the focal point of the objective lens with respect to the sample by the determined displacement amount in a direction parallel to the optical axis of the illumination light.
Microscope system.
前記対物レンズは、前記共焦点スキャナにより走査された前記照明光による前記複数のピンホールの像を前記試料に投影し、
前記撮像装置は、前記撮像面が、前記複数のピンホールに対して共役の位置に配置される、
請求項1に記載の顕微鏡システム。 The confocal scanner, as the scanning unit, rotates a pinhole disk on which a plurality of pinholes are arranged, and scans the illumination light irradiated from the light-emitting device onto the sample.
The objective lens projects images of the multiple pinholes, scanned by the illumination light from the confocal scanner, onto the sample.
The imaging device is configured such that the imaging surface is positioned conjugate to the plurality of pinholes.
The microscope system according to claim 1.
前記処理装置は、前記駆動装置が前記対物レンズを変位させながら前記撮像装置における露光を継続して撮像を行うように、前記顕微鏡及び前記撮像装置を制御する、
請求項1又は2に記載の顕微鏡システム。 The microscope further comprises a drive device capable of displacing the objective lens in a direction parallel to the optical axis of the illumination light,
The processing apparatus controls the microscope and the imaging device so that the drive device displaces the objective lens while the imaging device continues exposure and imaging.
The microscope system according to claim 1 or 2.
前記容器の前記対物レンズの焦点位置に対する前記位置に基づき、前記容器の局所的な傾きを検出し、
検出した前記容器の局所的な傾きに基づいて、前記変位幅を決定する、
請求項1から4のいずれか一項に記載の顕微鏡システム。 The aforementioned processing apparatus is
Based on the position of the container relative to the focal position of the objective lens, the local tilt of the container is detected.
Based on the local tilt of the container detected, the displacement range is determined.
The microscope system according to any one of claims 1 to 4.
前記発光装置が照明光を照射し、
前記共焦点スキャナの走査部が、前記照明光を前記試料に対して走査する工程と、
前記顕微鏡の対物レンズが、前記共焦点スキャナにより走査された前記照明光による像を前記試料に投影する工程と、
前記顕微鏡の位置センサが、前記試料が載置される容器の前記対物レンズの焦点位置に対する位置を検出する工程と、
撮像面が前記走査部に対して共役の位置に配置された前記撮像装置が、前記照明光が照射された前記試料からの被測定光を検出する工程と、
を有し、
前記処理装置は、
前記容器の局所的な傾きに基づいて、前記試料に対する前記対物レンズの焦点の相対位置の変位幅を決定し、
前記容器の前記対物レンズの焦点位置に対する位置に基づいて、前記試料に対する前記対物レンズの焦点の相対位置を、前記照明光の光軸に平行な方向に、前記決定された変位幅だけ変化させながら前記撮像装置における露光を継続して撮像を行うための制御信号を、前記顕微鏡及び前記撮像装置へ送信する、
顕微鏡システムの撮像方法。 An imaging method for a microscope system comprising a light-emitting device, a confocal scanner, a microscope, an imaging device, and a processing device for acquiring an image of a sample to be observed,
The light-emitting device emits illumination light,
The scanning unit of the confocal scanner performs the step of scanning the illumination light with the sample,
The objective lens of the microscope projects the image of the illumination light scanned by the confocal scanner onto the sample.
The microscope's position sensor includes the step of detecting the position of the container on which the sample is placed with respect to the focal position of the objective lens,
The imaging device, whose imaging surface is positioned conjugate to the scanning unit, performs the step of detecting the light to be measured from the sample irradiated with the illumination light,
It has,
The aforementioned processing apparatus is
Based on the local tilt of the container, the displacement range of the relative position of the focal point of the objective lens with respect to the sample is determined.
Based on the position of the container relative to the focal position of the objective lens, a control signal is transmitted to the microscope and the imaging device to continue exposure and imaging while changing the relative position of the focal point of the objective lens with respect to the sample by the determined displacement amount in a direction parallel to the optical axis of the illumination light.
Imaging methods for microscope systems.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021123560A JP7838232B2 (en) | 2021-07-28 | 2021-07-28 | Microscope system, imaging method, and program |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021123560A JP7838232B2 (en) | 2021-07-28 | 2021-07-28 | Microscope system, imaging method, and program |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023019084A JP2023019084A (en) | 2023-02-09 |
| JP7838232B2 true JP7838232B2 (en) | 2026-04-01 |
Family
ID=85160506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021123560A Active JP7838232B2 (en) | 2021-07-28 | 2021-07-28 | Microscope system, imaging method, and program |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7838232B2 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006350005A (en) | 2005-06-16 | 2006-12-28 | Yokogawa Electric Corp | Confocal microscope system |
| DE102015111426B3 (en) | 2015-07-14 | 2016-10-20 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method for phase contrast microscopy and phase contrast microscope |
| JP2017058704A (en) | 2017-01-04 | 2017-03-23 | ソニー株式会社 | Image acquisition device, image acquisition method, and computer program |
| JP2017187436A (en) | 2016-04-08 | 2017-10-12 | 株式会社Screenホールディングス | Bottom position detection device, image acquisition device, bottom position detection method, and image acquisition method |
| US20180252648A1 (en) | 2017-03-01 | 2018-09-06 | Olympus Corporation | Observation device |
| WO2019088034A1 (en) | 2017-11-06 | 2019-05-09 | 富士フイルム株式会社 | Observation area setting device, imaging control device, method for operating observation area setting device, and observation area setting program |
| WO2019202979A1 (en) | 2018-04-18 | 2019-10-24 | 富士フイルム株式会社 | Observation device, observation device operation method, and observation control program |
-
2021
- 2021-07-28 JP JP2021123560A patent/JP7838232B2/en active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006350005A (en) | 2005-06-16 | 2006-12-28 | Yokogawa Electric Corp | Confocal microscope system |
| DE102015111426B3 (en) | 2015-07-14 | 2016-10-20 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method for phase contrast microscopy and phase contrast microscope |
| JP2018522282A (en) | 2015-07-14 | 2018-08-09 | フラウンホーファー−ゲゼルシャフト ツル フェルデルング デル アンゲヴァンテン フォルシュング エー ファウFraunhofer−Gesellschaft zur Foerderung der angewandten Forschung e.V. | Method for phase contrast microscopy, optical unit and phase contrast microscope |
| JP2017187436A (en) | 2016-04-08 | 2017-10-12 | 株式会社Screenホールディングス | Bottom position detection device, image acquisition device, bottom position detection method, and image acquisition method |
| CN108885088A (en) | 2016-04-08 | 2018-11-23 | 株式会社斯库林集团 | Basal surface position detection device, image acquiring device, basal surface position detection method and image acquiring method |
| JP2017058704A (en) | 2017-01-04 | 2017-03-23 | ソニー株式会社 | Image acquisition device, image acquisition method, and computer program |
| US20180252648A1 (en) | 2017-03-01 | 2018-09-06 | Olympus Corporation | Observation device |
| JP2018146602A (en) | 2017-03-01 | 2018-09-20 | オリンパス株式会社 | Observation device |
| WO2019088034A1 (en) | 2017-11-06 | 2019-05-09 | 富士フイルム株式会社 | Observation area setting device, imaging control device, method for operating observation area setting device, and observation area setting program |
| WO2019202979A1 (en) | 2018-04-18 | 2019-10-24 | 富士フイルム株式会社 | Observation device, observation device operation method, and observation control program |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2023019084A (en) | 2023-02-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7609804B2 (en) | Self-calibration and directional focusing system and method for infinity corrected microscopes - Patents.com | |
| JP6899963B2 (en) | Real-time autofocus scanning | |
| US8254020B2 (en) | Objective-coupled selective plane illumination microscopy | |
| JP7428719B2 (en) | optical system for microscopes | |
| EP1990624A2 (en) | Apparatus and method for evaluating an optical system | |
| JP6534658B2 (en) | Scanning microscope and method of determining point spread function (PSF) of scanning microscope | |
| JPWO2005114293A1 (en) | Microscope equipment | |
| KR20120004991A (en) | Systems and Methods for Enhanced Predictive Autofocusing | |
| JP2023501581A (en) | An open-top light sheet microscope with non-orthogonal illumination and collection objectives | |
| JP6940696B2 (en) | Two-dimensional and three-dimensional fixed Z-scan | |
| CN115452784B (en) | Automatic focusing system, gene sequencing system and automatic focusing method | |
| JP2020536279A (en) | Slide inventory check and reinsert system | |
| JP2010101959A (en) | Microscope device | |
| JP2010256530A (en) | Microscope device | |
| US10983320B2 (en) | Optical arrangement for imaging a sample | |
| JP4603177B2 (en) | Scanning laser microscope | |
| JP7838232B2 (en) | Microscope system, imaging method, and program | |
| CN114994895B (en) | Method and device for light sheet microscopy of specimens | |
| JP4725967B2 (en) | Minute height measuring device and displacement meter unit | |
| JP2008051576A (en) | Shape measuring apparatus and shape measuring method | |
| JP2013054102A (en) | Microscope device | |
| JP4963567B2 (en) | Minute height measuring device | |
| CN119394993B (en) | Rescanning confocal measurement system and measurement method based on dynamic focus weighted fusion | |
| JP2014056078A (en) | Image acquisition device, image acquisition system, and microscope device | |
| JP6879331B2 (en) | Phase contrast microscope and program |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240401 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20250217 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20250311 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20250428 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20250812 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20251009 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20251209 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20260202 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20260217 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20260302 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7838232 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |