JP2006171024A - Multipoint fluorescence spectrophotometric microscope and multipoint fluorescence spectrophotometric method - Google Patents
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Abstract
【課題】 標本上に任意の測定対象領域を簡単に設定できるとともに、これら測定対象領域の分光情報を精度よく取得できる多点蛍光分光測光顕微鏡および多点蛍光分光測光方法を提供する。
【解決手段】 光源からの光を発生する照明光学系からの光を標本S上に集光させる対物レンズ1の焦点位置と光学的に共役な位置にDMD3を配置し、標本Sより発生する光を撮像するCCDカメラ13の撮像画面から標本S上のROIを設定し、この設定されたROIに応じてDMD3の反射パターンを制御するとともに、標本S上のROIに対応する領域より発生する光をグレーティング18とラインフォトセンサアレイ19により波長分散して取得する。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multipoint fluorescence spectrophotometric microscope and a multipoint fluorescence spectrophotometric method capable of easily setting an arbitrary measurement target region on a specimen and obtaining spectral information of these measurement target regions with high accuracy.
A DMD 3 is arranged at a position optically conjugate with a focal position of an objective lens 1 for condensing light from an illumination optical system that generates light from a light source on the sample S, and light generated from the sample S. The ROI on the specimen S is set from the imaging screen of the CCD camera 13 that picks up the image, the reflection pattern of the DMD 3 is controlled according to the set ROI, and the light generated from the region corresponding to the ROI on the specimen S is Obtained by wavelength dispersion by the grating 18 and the line photosensor array 19.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、標本内の複数の測定対象領域の蛍光を分光測光する多点蛍光分光測光顕微鏡および多点蛍光分光測光方法に関するものである。 The present invention relates to a multipoint fluorescence spectrophotometric microscope and a multipoint fluorescence spectrophotometric method for spectrophotometrically measuring fluorescence of a plurality of measurement target regions in a specimen.
最近、細胞の活性状態や特定遺伝子の発現等を確認するために、顕微鏡を利用して細胞内物質が発する蛍光を検出する方法が用いられている。そして、このような蛍光検出方法では、特に、標本中の複数の細胞を選別したり個別に蛍光の分光波長特性を解析することを、より高速かつ高精度に行うことが要求されている。 Recently, in order to confirm the active state of cells, expression of specific genes, and the like, a method of detecting fluorescence emitted from intracellular substances using a microscope has been used. In such a fluorescence detection method, in particular, it is required to select a plurality of cells in a specimen or to individually analyze fluorescence spectral wavelength characteristics with higher speed and higher accuracy.
このような背景から、標本中において観察や測定の対象とする測定対象領域として,標的領域(Region Of Interest:以下「ROI」と称する。)を任意に設定し、これらROIに対して特定の波長のみを選別するなどの、いわゆる光学的変調手段として、微小偏向素子、例えば、Digital Micro-mirror Device(以下「DMD」と称する)を使用する技術が実用化されている。ここで、DMDは、16μm角程のマイクロミラーを1つの画素とし、各画素片ごとに傾き角度を制御可能にしたものである。 From such a background, a target region (Region Of Interest: hereinafter referred to as “ROI”) is arbitrarily set as a measurement target region to be observed or measured in the specimen, and a specific wavelength is set for these ROIs. As a so-called optical modulation means, for example, only a small deflection element such as a digital micro-mirror device (hereinafter referred to as “DMD”) has been put into practical use. Here, the DMD has a micromirror of about 16 μm square as one pixel, and the tilt angle can be controlled for each pixel piece.
このようなDMDを用いた顕微鏡としては、特許文献1に開示されように、照明光学系における標本面と光学的に共役な位置にDMDを配置し、このDMDによって選択的に設定されたパターンの照明光を標本面に投影し、DMDのパターンによって照明された標本からの光を、観察光学系における標本面と光学的に共役な位置に配置され且つDMDと共役な形状の照明パターンを透過させて分光測光を行う解析手段に入射するようにしたものや、特許文献2に開示されるように照明光学系における標本面と光学的に共役な位置にDMDを配置し、このDMDによって選択的に設定されたパターンの照明光を標本面に投影し、DMDのパターンによって照明された標本からの光を、観察光学系における標本面と光学的に共役な位置で標本像として観察するようにしたものが考えられている。
ところが、特許文献1のものは、照明光学系における標本面と光学的に共役な位置にDMDを配置し、観察光学系における標本面と光学的に共役な位置にDMDと共役な形状のパターンを配置し、このパターン(引例ではスリット形状)を共焦点絞りとした共焦点分光顕微鏡を構成するため、標本上に任意に設定したROIの画像を取得するには、パターンをシーケンシャルに走査して二次元画像にする必要があり、ROI画像の取得に手間と時間がかかるという問題をあった。 However, in Patent Document 1, the DMD is disposed at a position optically conjugate with the sample surface in the illumination optical system, and a pattern having a shape conjugate with the DMD is formed at a position optically conjugate with the sample surface in the observation optical system. In order to construct a confocal spectroscopic microscope with this pattern (slit shape in the reference) as a confocal stop, to obtain an ROI image arbitrarily set on the sample, the pattern is scanned sequentially. There is a problem that it is necessary to make a three-dimensional image, and it takes time and labor to acquire the ROI image.
また、特許文献2のものは、照明光学系における標本面と光学的に共役な位置にDMDを配置し、DMDのパターンによって標本上に任意に設定したROIを二次元的に照明するため、二次元画像をリアルタイムで取得することはできるが、このように二次元画像として取得されたデータを分光検出することについて何も開示されていない。
Further, in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、標本上に任意の測定対象領域を簡単に設定できるとともに、これら測定対象領域の分光情報を効率よく取得できる多点蛍光分光測光顕微鏡および多点蛍光分光測光方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and can easily set arbitrary measurement target regions on a specimen, and can efficiently acquire spectral information of these measurement target regions and multipoint fluorescence spectrophotometric microscopes and multipoints An object is to provide a fluorescence spectrophotometric method.
請求項1記載の発明は、光源と、前記光源からの光を標本上に照射する照明光学系と、前記標本像を形成する対物レンズと、前記照明光学系における前記標本と光学的に共役な位置に設けられた微小偏向素子と、前記対物レンズにより形成された標本像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段の撮像画像から前記標本上の測定対象領域を設定する測定対象領域設定手段と、前記測定対象領域設定手段で設定された測定対象領域に応じて前記微小偏向素子の光の偏向パターンを制御する制御手段と、前記標本上の測定対象領域より発生する光を波長分散して取得する分光検出手段と、を具備したことを特徴としている。 The invention described in claim 1 is a light source, an illumination optical system that irradiates the specimen with light from the light source, an objective lens that forms the specimen image, and an optical conjugate with the specimen in the illumination optical system. A micro deflection element provided at a position, an imaging means for capturing a specimen image formed by the objective lens, a measurement target area setting means for setting a measurement target area on the specimen from a captured image of the imaging means, Control means for controlling the light deflection pattern of the micro deflection element in accordance with the measurement target area set by the measurement target area setting means, and obtaining the wavelength-dispersed light generated from the measurement target area on the sample. And a spectral detection means.
請求項2記載の発明は、光源と、前記光源からの光を発生する照明光学系と、前記照明光学系からの光を標本上に集光させる対物レンズと、前記照明光学系における前記対物レンズの焦点位置と光学的に共役な位置に設けられた微小偏向素子と、前記標本より発生する光を撮像する撮像手段と、前記撮像手段の撮像画像から前記標本上の測定対象領域を設定する測定対象領域設定手段と、前記測定対象領域設定手段で設定された測定対象領域に応じて前記微小偏向素子の光の偏向パターンを制御する制御手段と、前記標本上の測定対象領域より発生する光を波長分散して取得する分光検出手段と、を具備したことを特徴としている。
The invention according to
請求項3記載の発明は、光源と、前記光源からの光を発生する照明光学系と、前記照明光学系からの光を標本上に集光させる対物レンズと、前記照明光学系における前記対物レンズの焦点位置と光学的に共役な位置に設けられた微小偏向素子と、前記対物レンズを通った結像レンズを有する第1の観察光学系における前記対物レンズの焦点位置と光学的に共役な位置に配置され前記標本の投影像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段と光学的に共役な位置に入射面を配置され前記標本の投影像を伝送するファイバと、前記ファイバから出射された光を波長分散して取得する分光検出手段と、前記撮像手段の撮像画面から前記標本上の測定対象領域を設定する測定対象領域設定手段と、前記測定対象領域設定手段で設定された測定対象領域に応じて前記微小偏向素子の偏向パターンを制御するとともに、前記分光検出手段の取得データを処理する制御手段と、を具備したことを特徴としている。
The invention according to
請求項4記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明において、前記測定対象領域設定手段は、前記撮像画面から光を発している任意の領域を測定対象領域として設定することを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the measurement target region setting means sets an arbitrary region emitting light from the imaging screen as the measurement target region. It is characterized by.
請求項5記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明において、前記測定対象領域設定手段は、前記撮像画面から発せられる光の輝度値の2値化されたデータに基づいて測定対象領域を設定することを特徴としている。 According to a fifth aspect of the invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the measurement target region setting means is based on binarized data of luminance values of light emitted from the imaging screen. It is characterized by setting a measurement target region.
請求項6記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の発明において、前記ファイバの入射面は、前記対物レンズを通った他の結像レンズを有する第2の観察光学系における前記撮像手段と光学的に共役な位置に配置されたことを特徴としている。 According to a sixth aspect of the present invention, in the second observation optical system according to any one of the first to fifth aspects, the incident surface of the fiber includes another imaging lens that passes through the objective lens. It is characterized by being arranged at a position optically conjugate with the imaging means.
請求項7記載の発明は、光源からの光が照明光学系を介して照射される標本の視野全体の撮像画像を取得する第1のステップと、前記第1のステップで取得された撮像画像から前記標本上の測定対象領域を設定する第2のステップと、前記第2のステップで設定された測定対象領域に応じて、前記照明光学系の前記標本と光学的に共役な位置に設けられた微小偏向素子のの偏向パターンを制御する第3のステップと、前記第3のステップで偏向パターンを制御された前記微小偏向素子を介して光が照射される前記標本上の前記測定対象領域より発生する光を波長分散して取得する第4のステップとを具備したことを特徴としている。
The invention according to
本発明によれば、標本上に任意の測定対象領域を簡単に設定できるとともに、これら測定対象領域の分光情報を効率よく取得できる多点蛍光分光測光顕微鏡を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a multipoint fluorescence spectrophotometric microscope that can easily set an arbitrary measurement target region on a specimen and can efficiently acquire spectral information of these measurement target regions.
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態にかかる多点蛍光分光測光顕微鏡の概略構成を示している。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a multipoint fluorescence spectrophotometric microscope according to the first embodiment of the present invention.
図において、Sは標本で、この標本Sに近接して対物レンズ1が配置されている。対物レンズ1は、標本S上に照明光を集光させるとともに、焦点位置から入射した光を略平行な光にして観察に供するものである。 In the figure, S is a sample, and the objective lens 1 is disposed in the vicinity of the sample S. The objective lens 1 condenses illumination light on the specimen S, and makes the light incident from the focal position into substantially parallel light for observation.
対物レンズ1の観察光軸A上には、ミラー2が配置されている。このミラー2は、照明光軸B1との交点にあって、照明光を対物レンズ1側に反射するようにしている。
A
この場合、ミラー2は、後述する励起フィルタ7の透過波長域を反射するとともに、吸収フィルタ8の透過波長域を透過する特性を有するもので、例えば、ロングパスダイクロイックミラーもしくは波長によらず反射率が略一定であるハーフミラーが用いられる。
In this case, the
照明光軸B1上には照明光軸B2との交点にDMD3が配置されている。この場合、DMD3は、対物レンズ1の焦点位置と光学的に共役な位置関係にある。
A
DMD3とミラー2との間の照明光軸B1上には、照明光学系を構成する投影レンズ4と励起フィルタ7が配置されている。投影レンズ4は、DMD3の像を対物レンズ1の焦点面上に投影するためのものである。また、励起フィルタ7は、所定の波長域の照明光を透過するバンドパスフィルタで、蛍光観察を行う場合において、照明光路中に挿入される。
On the illumination optical axis B1 between the
DMD3に入射する照明光軸B2上には、光源5が配置されている。また、光源5とDMD3の間の照明光軸B2上には、光源5から発した光を略平行な光にするコレクタレンズ6が配置されている。
A light source 5 is disposed on the illumination optical axis B2 incident on the
この場合、DMD3は、反射(偏向)パターンを構成するマイクロミラーがONの状態で、照明光軸B2の方向から入射する光を照明光軸B1の方向へ反射し、OFFの状態で、照明光軸B2の方向から入射する光を照明光軸B1から外れた別方向へ反射するようになっている。これにより、光源5から発した光は、DMD3の反射パターンによって選択的に照明光軸B1方向へ導かれ、投影レンズ4、ミラー2、対物レンズ1を介して照明光として標本Sに投影される。
In this case, the
ミラー2の標本Sからみた透過光路側、つまり観察光軸Aの延長上には、吸収フィルタ8、結像レンズ9および第1観察光路分岐部10が配置されている。
An
吸収フィルタ8は、励起フィルタ7の透過波長域よりも長い波長域のみを透過するロングパスフィルタで、蛍光観察を行う場合において、励起フィルタ7とともに光路中に挿入される。第1観察光路分岐部10は、複数のプリズムの切換もしくは単一のミラーの挿脱(図1においては複数のプリズムの切換)を可能にしたもので、観察光軸Aを進んできた光を透過してなる観察光軸A1と、反射してなる観察光軸A2の2つに分岐するようにしている。
The
観察光軸A1上には、接眼レンズ11が配置されている。この接眼レンズ11は、結像レンズ9の結像位置に配置され、標本Sの観察像を目視観察可能にしている。
An
観察光軸A2の延長上には、第2観察光路分岐部12が配置されている。第2観察光路分岐部12は、複数のプリズムの切換もしくは単一のミラーの挿脱(図1においては単一のミラーの挿脱)を可能にしたもので、観察光軸A2を進んできた光を透過してなる観察光軸A3と、反射してなるる観察光軸A4の2つに分岐するようにしている。
On the extension of the observation optical axis A2, the second observation optical
観察光軸A3上には、撮像手段としてのCCDカメラ13が配置されている。CCDカメラ13は、結像レンズ9の焦点位置(対物レンズ1の焦点位置と光学的に共役な位置)に不図示の撮像面が位置され、標本Sの投影像を撮像するようになっている。
On the observation optical axis A3, a
観察光軸A4上には、リレーレンズ14、縮小レンズ15および光ファイバ16の入射面16aが配置されている。リレーレンズ14は、結像レンズ9の焦点位置(対物レンズ1の焦点位置と光学的に共役な位置)において標本Sの投影像を結んだ後に発散した観察光を略平行な光にするものである。縮小レンズ15は、リレーレンズ14からの平行光を集光し、標本Sの投影像を縮小倍率で結像させるものである。光ファイバ16は、入射面16aを縮小レンズ15の焦点位置に配置され、縮小倍率で結像された標本Sの投影像が入射される。
On the observation optical axis A4, the
ファイバ16の出射面16bからの光路上には、コリメートレンズ17、分光検出手段を構成するグレーティング18およびラインフォトセンサアレイ19が配置されている。コリメートレンズ17は、ファイバ16の出射面16bから出射した光を略平行な光にするものである。グレーティング18は、コリメートレンズ17からの平行光を波長分散させるものである。ラインフォトセンサアレイ19は、グレーティング18で波長分散された光を受光検出するものである。
On the optical path from the
DMD3、CCDカメラ13、およびラインフォトセンサアレイ19は、それぞれ測定対象領域設定手段および制御手段としてのパーソナルコンピュータ(以下、PCと称する。)20と電気的に接続されている。PC20は、DMD3の反射パターン、つまりON・OFFパターンの設定および駆動、CCDカメラ13およびラインフォトセンサアレイ19の取得データの蓄積、読み出し、演算処理等の機能を有する。また、必要に応じて顕微鏡の各部分の駆動および切換動作を行う。
The
PC20には、表示手段としてモニタ21が電気的に接続されている。モニタ21は、DMD3のON・OFFパターン、CCDカメラ13の取得画像、ラインフォトセンサアレイ19の取得分光情報、およびPC20による演算や電気的処理に必要な情報を表示するものである。
A
次に、このように構成された実施の形態の作用を説明する。 Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described.
まず、標本Sの投影像について簡単に説明する。例えば焦点距離9mmの対物レンズ1と焦点距離180mmの結像レンズ9を用いると、これら対物レンズ1と結像レンズ9で形成される標本Sの投影像、すなわち一次投影像は、標本Sを20倍に拡大した像となる(180÷9=20)。言い方を変えると、対物レンズ1の倍率は20倍であり、CCDカメラ13は標本Sの20倍の拡大像を撮像することになる。一方、例えば焦点距離180mmのリレーレンズ14と焦点距離9mmの縮小レンズ15を用いると、これらリレーレンズ14と縮小レンズ15により形成されるリレー像すなわち二次投影像は、一次投影像を20分の1に縮小した像となり、標本Sから二次投影像への倍率は1倍となる。
First, a projected image of the sample S will be briefly described. For example, when the objective lens 1 having a focal length of 9 mm and the
これにより、仮に、標本Sの観察対象範囲を直径0.2mmとすると、ファイバ16の入射面16a上に投影される二次投影像は、直径0.2mmとなり、観察対象範囲の光を受光するためにはコア径0.2mm以上のマルチモードファイバが使用される。
Accordingly, if the observation target range of the sample S is 0.2 mm in diameter, the secondary projection image projected onto the
このようにして、必要とされる標本Sの観察対象範囲に応じて、二次投影像の投影倍率とファイバ16の径が適宜決定される。
In this way, the projection magnification of the secondary projection image and the diameter of the
そして、ファイバ16の入射面16a上に形成された二次投影像は、ファイバ16により二次投影像の積算した光量として伝送され、コリメートレンズ17を通って、その全てがグレーティング18に取り込まれ、波長分散されてラインフォトセンサアレイ19で受光検出される。すなわち、標本Sの観察対象領域内から発する蛍光の積算した光量が分光されて取得される。
Then, the secondary projection image formed on the
次に、標本Sの分光情報を測定する手順について詳細に説明する。 Next, the procedure for measuring the spectral information of the sample S will be described in detail.
標本Sの分光情報を測定するに当たっては、まず、CCDカメラ13で得られた標本Sの画像を元にしてDMD3のON・OFFパターンを設定する。この場合、DMD3のON・OFFパターンと、CCDカメラ13で取得されるDMD3のON・OFFパターンの投影像との相対誤差を事前に把握し、測定時に補正を行なう必要がある。
In measuring the spectral information of the sample S, first, the ON / OFF pattern of the
このための処理として、図2に示すフローチャートにしたがって「測定前処理」を実行する。 As a process for this, a “pre-measurement process” is executed according to the flowchart shown in FIG.
まず、ステップ201で、蛍光プレートを標本Sの位置に設置し、対物レンズ1の焦点を合わせる。この場合、蛍光プレートとしては、蛍光物質が一様に塗布されているガラス板等を用いることが望ましい。
First, in
次に、ステップ202で、基準パターンをPC20のメモリー上で作成し、それをDMD3に送出する。この場合、予めPC20上で作成した基準パターンをDMD3に送出して、DMD3上にその基準パターンを形成させる。図4は基準パターンの一例を示している。そして、ステップ203で,標本Sの位置に設置された蛍光プレートをDMD3上に設定した基準パターンで励起する。このときの励起光は、DMD3上に形成された基準パターンで変調された後、蛍光プレートに照射される。基準パターンで励起されて蛍光プレートより蛍光が発せられると、次のステップ204で、蛍光をCCDカメラ13で取得し、その投影像をPC20上のメモリーに蓄積する。
Next, in
次に、ステップ205で、予めPC20上で作成しDMD3上に形成した基準パターンと、CCDカメラ13で取得した基準パターンの投影像とを比較し、平行移動量、拡大率および回転角を計算し、ステップ206で、これらの値をPC20上の不図示のメモリに記憶する。
Next, in
これ以降、PC20上で指定したROI情報をDMD3に送出する際に、これらの値をもとに、補正演算を行い、これの情報をDMD3に送出するようにする。これにより、測定の際、CCDカメラ13で取得した標本Sの画像をもとにPC20上で指定したROIと、実際に標本S上で照明されるROIとを完全に一致させることができる。
Thereafter, when the ROI information designated on the
なお、回転角の補正は、CCDカメラ13自体を回転させることで行うことができ、この場合は、PC20上での回転角の補正を省略することもできる。
The rotation angle can be corrected by rotating the
次に、標本Sの分光情報の測定を行う。 Next, the spectral information of the sample S is measured.
この場合、標本Sの分光情報の測定を行う手順として、図3に示すフローチャートにしたがって「測定手順」が実行される。 In this case, as a procedure for measuring the spectral information of the specimen S, a “measurement procedure” is executed according to the flowchart shown in FIG.
まず,ステップ301で、CCDカメラ13で標本Sの視野全体の投影像を取得する。この場合、測定対象物を含んだ標本Sに対物レンズ1の焦点を合わせる。次に、標本Sに対して励起光が一様に照射されるようにDMD3を全領域ONにし、この状態で、標本Sに励起光を照射し、その蛍光像をCCDカメラ13で取得する(図5(A))。
First, in
次に、ステップ302で、取得した投影像をモニタ21に表示する。
Next, in
次に、ステップ303で、モニタ21の表示画像から測定対象物を選択し、この測定対象物を含む範囲を測定対象領域としてROIを設定する。この場合、図5(B)に示すように実際のモニタ21の表示画像を見ながら、蛍光を発している任意の領域を測定対象物として選択し、測定対象物を含む範囲でROIを設定する。このときのROIの形状は、図のように円または楕円形のような単純形状にするのが一般的であるが、測定対象物の輪郭を描画するような複雑な形状とすることも可能である。
Next, in
次に、ステップ304で、上述の設定された各ROIの情報をPC20上の不図示のメモリに個別に記憶する。また、ROIを全て設定したら、DMD3の全領域をOFFにして、標本Sへの照明を遮断する。
Next, in
次に、ステップ305で、第2観察光路分岐部12の観察光線の向きを観察光軸A3から観察光軸A4に切り換える。つまり、第2観察光路分岐部12を駆動して、観察光線の向きをCCDカメラ13に向かう観察光軸A3から、ラインフォトセンサアレイ19に向かう観察光軸A4に切り換える。
Next, in
次に、ステップ306で、PC20のメモリに記憶された各ROIの情報から、適宜決められた順序に従って単一のROIを呼び出す(以下、#1のROIについて記す。)。
Next, in
次に、ステップ307で、設定された各ROIのうち#1のROIについて、上述した「測定前処理」で求めた計算結果に基づいて補正演算を行い、反射パターンとしての第1のマスクパターンを構築する。
Next, in
次に、ステップ308で、第1のマスクパターンをDMD3に送出し、標本S上の#1のROIを照明する。この場合、DMD3は、第1のマスクパターンに基づいてマイクロミラーの傾きが設定される。これによって励起光が変調をうけ、標本S上に照射される。この時、照射される領域は、#1のROIとして設定した領域のみである(図5(C))。
Next, in
次に、ステップ309で、ラインフォトセンサアレイ19により#1のROIの蛍光の分光情報を取得し、その結果をメモリに記憶する。この場合、標本S上の#1のROIと設定された領域から発した蛍光は、ファイバ16を通り、グレーティング18で分光された後、ラインフォトセンサアレイ19に入射する。これにより、#1のROIの蛍光の分光情報が取得され、この測定結果がPC20のメモリに記憶される。
Next, in
以下、同様な動作を全てのROIに対して繰り返す(ステップ310)。つまり、#1のROIに続けて、#2のROIのついて、上述と同様の手順で蛍光の分光情報を取得し、測定結果をPC20のメモリに記憶し(図5(D))、さらに、#3のROI、#4のROI…、についても同様な動作を行い、全てのROIについて同じ動作を繰り返すことにより、設定された全てのROIに関する蛍光の分光情報が(図5(E))、PC20のメモリに記憶される。
Thereafter, the same operation is repeated for all ROIs (step 310). That is, following # 1 ROI, for # 2 ROI, the fluorescence spectral information is acquired in the same procedure as described above, and the measurement result is stored in the memory of the PC 20 (FIG. 5 (D)). The same operation is performed for the # 3 ROI, the # 4 ROI..., And the same operation is repeated for all the ROIs, so that the fluorescence spectral information regarding all the set ROIs (FIG. 5E), It is stored in the memory of the
従って、このようにすれば、標本Sの撮像画面上で測定対象物を含むROIを設定し、これらROIに基づいて設定されるマスクパターンによりDMD3の反射パターンを設定して標本S上に照明光を照射するようにしたので、測定対象物を含むROIのみを選択的に励起することができる。これにより、それぞれ設定された標本S上の各ROIから発する蛍光の分光情報を、他の領域からの不要な蛍光によるクロストークを発生させることなく、高精度に測定することができる。
Accordingly, in this way, the ROI including the measurement object is set on the imaging screen of the specimen S, the reflection pattern of the
また、各々の時点で測定対象となっていないROIには、光源5からの励起光が照射されることがないので、蛍光物質の無用な退色や光毒性変化が生じるのを抑制することができる.
さらに、設定されたROI全体から発する蛍光の積算した光量を分光測定することができるので、指定したROIから発する蛍光の密度が低い場合でも、確実な分光測定を行うことが可能となる。
Moreover, since the excitation light from the light source 5 is not irradiated to the ROI that is not the measurement target at each time point, it is possible to suppress the occurrence of unnecessary fading or phototoxicity change of the fluorescent material. .
Furthermore, since the accumulated light amount of the fluorescence emitted from the entire set ROI can be spectroscopically measured, it is possible to perform reliable spectroscopic measurement even when the density of the fluorescence emitted from the designated ROI is low.
さらに、標本Sに対して観察視野内の全ての位置における測定対象物の分光情報を取得することができるため、測定中に測定対象物を観察視野の中心に移動させるなど、標本Sを移動させる必要がなく、能率的に分光測定を行うことが可能となる。 Further, since the spectral information of the measurement object at all positions in the observation field can be acquired with respect to the sample S, the sample S is moved, for example, the measurement object is moved to the center of the observation field during the measurement. This eliminates the need for efficient spectroscopic measurement.
さらに、一つのROIに対して二次元領域を走査することなく分光情報が取得できることや、DMD3によるROIの高速切換が可能なことにより、分光測定のための時間の短縮が可能となる。
Furthermore, the spectral information can be acquired without scanning a two-dimensional region for one ROI, and the high-speed switching of the ROI by the
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
この場合、本発明の第2の実施の形態にかかる多点蛍光分光測光顕微鏡の概略構成については、図1と同様なので、同図を援用するものとする。 In this case, the schematic configuration of the multipoint fluorescence spectrophotometric microscope according to the second embodiment of the present invention is the same as that shown in FIG.
この第2の実施の形態は、上述した第1の実施の形態と同一の構成において、「測定手順」を異にするものである。 This second embodiment is different from the “measurement procedure” in the same configuration as the first embodiment described above.
この場合、標本Sの分光情報を測定する手順をとして、図6に示すフローチャートにしたがって「測定手順」が実行される。 In this case, the “measurement procedure” is executed according to the flowchart shown in FIG. 6 with the procedure for measuring the spectral information of the sample S.
まず、ステップ601で、CCDカメラ13で標本Sの視野全体の投影像を取得する。この場合も、測定対象物を含んだ標本Sに、対物レンズ1の焦点を合わせ、次に、標本Sに対して励起光が一様に照射されるようにDMD3を全領域ONにして、標本Sに励起光を照射し、その蛍光像をCCDカメラ13で取得する(図7(A))。
First, in
次に、ステップ602で、取得した蛍光像を適切な閾値により発光の有無を選別する2値化画像処理をする。この場合、取得した蛍光像の輝度値をもとに、閾値を適切に設定し、この閾値により発光の有無により選別され2値化画像データを取得する。
Next, in
次に、ステップ603で、2値化した画像データから測定対象物の輪郭を抽出して、ROIを自動設定する。この場合、2値化した画像データから2値の境界の位置をPC20の演算処理で算出して測定対象物の輪郭を抽出する(図7(B))。そして、この輪郭により形成された領域をROIとして個々に自動設定していく。
Next, in
なお、上述では、蛍光像の輝度値をもとに2値化することとしたが、この他に、複数の異なる蛍光フィルターを用いて順次取得した蛍光像の比をもとに2値化してもよい。 In the above description, binarization is performed based on the luminance value of the fluorescent image, but in addition to this, binarization is performed based on the ratio of fluorescent images sequentially obtained using a plurality of different fluorescent filters. Also good.
次に、ステップ604で、自動設定された個々のROIの情報をPC20上のメモリに個別に記憶する(図7(C))。また、ROIの自動設定の終了により、DMD3の全領域をOFFにして、標本Sへの照明を遮断する。
Next, in
次に、ステップ605で、第2観察光路分岐部12の観察光線の向きを観察光軸A3から観察光軸A4に切り換える。つまり、第2観察光路分岐部12を駆動して、観察光線の向きをCCDカメラ13に向かう観察光軸A3から、ラインフォトセンサアレイ19に向かう観察光軸A4に切り換える。
Next, in
次に、ステップ606で、PC20のメモリに記憶された各ROIの情報から、適宜決められた順序に従って単一のROIを呼び出す(以下、#1のROIについて記す。)。
Next, in
次に、ステップ607で、自動設定された各ROIのうち#1のROIについて、前述した「測定前処理」で求めた計算結果に基づいて補正演算を行い、第1のマスクパターンを構築する。
Next, in
次に、ステップ608で、#1のマスクパターンをDMD3に送出し、標本S上の#1のROIを照明する。この場合、DMD3は、第1のマスクパターンに基づいて各マイクロミラーの傾きが設定される。これによって励起光が変調をうけ、標本S上に照射される。この時、照射される領域は、#1のROIとして設定した領域のみである(図7(D))。
Next, in
次に、ステップ609で、ラインフォトセンサアレイ19により#1のROIの蛍光の分光情報を取得し、その結果をメモリ記憶する。この場合、標本S上の#1のROIと設定された領域から発した蛍光は、ファイバ16を通り、グレーティング18で分光された後、ラインフォトセンサアレイ19に入射する。これにより、#1のROIの蛍光の分光情報が取得され、この測定結果がPC20のメモリに記憶される。
Next, at
以下、同様な動作を全てのROIに対して繰り返す(ステップ610)。つまり、#1のROIに続けて、#2のROIのついて、上述と同様の手順で蛍光の分光情報を取得し、測定結果をPC20のメモリに記憶し(図7(E))、さらに、#3のROI、#4のROI…、についても同様な動作を行い、全てのROIについて同じ動作を繰り返すことにより、設定された全てのROIにかかる蛍光の分光情報が、PC20のメモリに記憶される(図7(F))。
Thereafter, the same operation is repeated for all ROIs (step 610). That is, following # 1 ROI, for # 2 ROI, fluorescence spectroscopic information is acquired in the same procedure as described above, and the measurement result is stored in the memory of the PC 20 (FIG. 7 (E)). The same operation is performed for the # 3 ROI, the # 4 ROI, and the like, and the same operation is repeated for all the ROIs, so that the fluorescence spectral information for all the set ROIs is stored in the memory of the
従って、このようにしても、第1の実施の形態で述べたと同様な効果を得ることができる。さらに、CCDカメラ13で取得した標本Sの蛍光像の輝度値に対し、適切な閾値により発光の有無を選別する2値化画像処理を行うことで、標本Sに対して最適な複数のROIを自動的に設定することができる。さらに、設定された複数のROIの分光情報を順次取得する手順をPC20の処理プログラムとして用意することで、観察視野中の測定対象物の分光測定を全て自動で行うことが可能になり、分光測光のための作業を効率的に行うことができる。
Therefore, even in this case, the same effect as described in the first embodiment can be obtained. Furthermore, by performing binarized image processing for selecting the presence or absence of light emission with an appropriate threshold value for the luminance value of the fluorescent image of the sample S acquired by the
(第3の実施の形態)
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
図8は、本発明の第3の実施の形態にかかる多点蛍光分光測光顕微鏡の概略構成を示すもので、図1と同一部分には、同符号を付している。 FIG. 8 shows a schematic configuration of a multipoint fluorescence spectrophotometric microscope according to the third embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIG.
この場合、ミラー2の標本Sからみた透過光路側、つまり観察光軸Aの延長上の吸収フィルタ8と結像レンズ9との間の光路上には、第3観察光路分岐部31が配置されている。
In this case, the third observation optical
第3観察光路分岐部31は、複数のプリズムの切換もしくは単一のミラーの挿脱(図5においては単一のミラーの挿脱)を可能としたもので、観察光軸Aを進んできた光を透過してなる観察光軸A5と、反射してなる観察光軸A6の2つに分岐するようにしている。
The third observation optical
観察光路A5上には、結像レンズ9と第1観察光路分岐部10が配置されている。第1観察光路分岐部10は、複数のプリズムの切換もしくは単一のミラーの挿脱(図5においては複数のプリズムの切換)を可能にしたもので、観察光軸A5を進んできた光を透過してなる観察光軸A7と、反射してなるる観察光軸A8の2つに分岐するようにしている。
An
観察光軸A7上には、接眼レンズ11が配置されている。この接眼レンズ11は、結像レンズ9の結像位置に配置され、標本Sの観察像を目視観察可能になっている。
An
観察光軸A8上には、撮像手段としてのCCDカメラ13が配置されている。CCDカメラ13は、結像レンズ9の焦点位置(対物レンズ1の焦点位置と光学的に共役な位置)に不図示の撮像面が位置され、標本Sの投影像を撮像するようになっている。
On the observation optical axis A8, a
第3観察光路分岐部31を反射してなる観察光軸A6上には、他の結像レンズとしての結像レンズ32、リレーレンズ33、縮小レンズ34および光ファイバ16の入射面16aが配置されている。リレーレンズ33は、第2結像レンズ32の焦点位置(対物レンズ1の焦点位置と光学的に共役な位置)において標本Sの投影像を結んだ後に発散した観察光を略平行な光にするものである。縮小レンズ34は、リレーレンズ33からの平行光(標本Sの投影像)を縮小倍率で結像させるものである。光ファイバ16は、入射面16aを縮小レンズ34の焦点位置に配置され、縮小倍率で結像された標本Sの投影像が入射される。
An
その他の構成は、図1の構成と同一である。 Other configurations are the same as those in FIG.
次に、このように構成された実施の形態の作用を説明する。 Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described.
まず、標本Sの投影像について簡単に説明する。例えば焦点距離9mmの対物レンズ1と焦点距離180mmの結像レンズ9を用いると、これら対物レンズ1と結像レンズ9で形成される標本Sの投影像、すなわち一次投影像は、標本Sを20倍に拡大した像となる(180÷9=20)。言い方を変えると、対物レンズ1の倍率は20倍であり、CCDカメラ13は標本Sの20倍の拡大像を撮像することになる。一方、観察光軸A6において、例えば第2結像レンズ32として焦点距離が90mmのレンズを使用すると、対物レンズ1と第2結像レンズ32により形成される標本Sの投影像、すなわち一次投影像は、第2結像レンズ32から90mm離れた光路上の位置において標本Sを10倍に拡大した像となる(90÷9=10)。さらに、焦点距離90mmのリレーレンズ33と焦点距離9mmの縮小レンズ34を用いると、これらリレーレンズ33と縮小レンズ34により形成されるリレー像すなわち二次投影像は、一次投影像を10分の1に縮小した像となり、標本Sから二次投影像への倍率は1倍となる。
First, a projected image of the sample S will be briefly described. For example, when the objective lens 1 having a focal length of 9 mm and the
この倍率は、第1の実施の形態で述べたと同様であり、この場合も、必要とされる標本Sの観察対象範囲に応じて適宜決定される。 This magnification is the same as that described in the first embodiment, and in this case as well, it is appropriately determined according to the required observation target range of the sample S.
従って、このようにすれば、顕微鏡の目視あるいはCCDカメラ13での観察に供される結像レンズ9とは別に独立した結像レンズ32を用いることで、顕微鏡の拡大倍率に依存することなく、分光情報取得のための光学系を構成することができる。これにより、第2結像レンズ32やリレーレンズ33の焦点距離を短くすることで、第3観察光路分岐部31からファイバ16に至る観察光軸A6の全長を短くすることができ、コンパクトな構成を実現できる。
Therefore, in this way, by using the
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、上述した標本Sの投影像の倍率は、あくまでも一例であり、目的となる測定対象物の大きさや必要な観察視野に応じて適宜設定できる。また、通常の顕微鏡に用いられる対物レンズ1は、異なる倍率を持つ複数個を、選択的に観察光軸上に配置できるようになっており、本発明においても同様に複数の対物レンズ1を用いて倍率を切り換えることができるのは明白である。また、CCDカメラ13に至る観察光軸、ファイバ16に至る観察光軸、および目視に供される観察光軸の配置、すなわち各々の観察光路分岐部における透過側と反射側に何を配置するかは任意であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に構成できる。また、照明光学系は落射照明に限らず、透過照明においても構成可能である。また、上述では、対物レンズ1を標本Sの下側に配置した、倒立顕微鏡の例を述べたが、対物レンズ1を標本Sの上側に配置した正立顕微鏡にも適用することができる。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the implementation stage, it can change variously in the range which does not change the summary. For example, the magnification of the projected image of the specimen S described above is merely an example, and can be set as appropriate according to the size of the target measurement object and the required observation field of view. In addition, the objective lens 1 used in a normal microscope can selectively arrange a plurality of different magnifications on the observation optical axis. Similarly, in the present invention, a plurality of objective lenses 1 are used. Obviously, the magnification can be switched. Further, the observation optical axis reaching the
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。 Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and is described in the column of the effect of the invention. If the above effect is obtained, a configuration from which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
1…対物レンズ、2…ミラー
3…DMD、4…投影レンズ
5…光源、6…コレクタレンズ
7…励起フィルタ、8…吸収フィルタ
9…結像レンズ、10…観察光路分岐部
11…接眼レンズ、12…観察光路分岐部
13…CCDカメラ、14…リレーレンズ
15…縮小レンズ、16…光ファイバ
16a…入射面、16b…出射面
17…コリメートレンズ、18…グレーティング
19…ラインフォトセンサアレイ、20…PC
21…モニタ、31…観察光路分岐部
32…結像レンズ、33…リレーレンズ、34…縮小レンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Objective lens, 2 ...
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記光源からの光を標本上に照射する照明光学系と、
前記標本像を形成する対物レンズと、
前記照明光学系における前記標本と光学的に共役な位置に設けられた微小偏向素子と、
前記対物レンズにより形成された標本像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段の撮像画像から前記標本上の測定対象領域を設定する測定対象領域設定手段と、
前記測定対象領域設定手段で設定された測定対象領域に応じて前記微小偏向素子の光の偏向パターンを制御する制御手段と、
前記標本上の測定対象領域より発生する光を波長分散して取得する分光検出手段と、
を具備したことを特徴とする多点蛍光分光測光顕微鏡。 A light source;
An illumination optical system for irradiating the sample with light from the light source;
An objective lens for forming the specimen image;
A micro deflection element provided at a position optically conjugate with the sample in the illumination optical system;
Imaging means for imaging a specimen image formed by the objective lens;
A measurement target area setting means for setting a measurement target area on the sample from a captured image of the imaging means;
Control means for controlling the light deflection pattern of the micro deflection element in accordance with the measurement target area set by the measurement target area setting means;
Spectral detection means for obtaining wavelength-dispersed light generated from the measurement target region on the specimen;
A multi-point fluorescence spectrophotometric microscope characterized by comprising:
前記光源からの光を発生する照明光学系と、
前記照明光学系からの光を標本上に集光させる対物レンズと、
前記照明光学系における前記対物レンズの焦点位置と光学的に共役な位置に設けられた微小偏向素子と、
前記標本より発生する光を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段の撮像画像から前記標本上の測定対象領域を設定する測定対象領域設定手段と、
前記測定対象領域設定手段で設定された測定対象領域に応じて前記微小偏向素子の光の偏向パターンを制御する制御手段と、
前記標本上の測定対象領域より発生する光を波長分散して取得する分光検出手段と、
を具備したことを特徴とする多点蛍光分光測光顕微鏡。 A light source;
An illumination optical system for generating light from the light source;
An objective lens for condensing the light from the illumination optical system on the specimen;
A micro deflection element provided at a position optically conjugate with the focal position of the objective lens in the illumination optical system;
Imaging means for imaging light generated from the specimen;
A measurement target area setting means for setting a measurement target area on the sample from a captured image of the imaging means;
Control means for controlling the light deflection pattern of the micro deflection element in accordance with the measurement target area set by the measurement target area setting means;
Spectral detection means for obtaining wavelength-dispersed light generated from the measurement target region on the specimen;
A multi-point fluorescence spectrophotometric microscope characterized by comprising:
前記光源からの光を発生する照明光学系と、
前記照明光学系からの光を標本上に集光させる対物レンズと、
前記照明光学系における前記対物レンズの焦点位置と光学的に共役な位置に設けられた微小偏向素子と、
前記対物レンズを通った結像レンズを有する第1の観察光学系における前記対物レンズの焦点位置と光学的に共役な位置に配置され前記標本の投影像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段と光学的に共役な位置に入射面を配置され前記標本の投影像を伝送するファイバと、
前記ファイバから出射された光を波長分散して取得する分光検出手段と、
前記撮像手段の撮像画面から前記標本上の測定対象領域を設定する測定対象領域設定手段と、
前記測定対象領域設定手段で設定された測定対象領域に応じて前記微小偏向素子の偏向パターンを制御するとともに、前記分光検出手段の取得データを処理する制御手段と、
を具備したことを特徴とする多点蛍光分光測光顕微鏡。 A light source;
An illumination optical system for generating light from the light source;
An objective lens for condensing the light from the illumination optical system on the specimen;
A micro deflection element provided at a position optically conjugate with the focal position of the objective lens in the illumination optical system;
An imaging unit that is disposed at a position optically conjugate with the focal position of the objective lens in the first observation optical system having an imaging lens that passes through the objective lens;
A fiber for transmitting the projection image of the specimen, the incident surface being arranged at a position optically conjugate with the imaging means;
Spectral detection means for obtaining wavelength-dispersed light emitted from the fiber;
A measurement target area setting means for setting a measurement target area on the sample from an imaging screen of the imaging means;
Control means for controlling the deflection pattern of the micro deflection element according to the measurement target area set by the measurement target area setting means, and processing the acquired data of the spectral detection means;
A multi-point fluorescence spectrophotometric microscope characterized by comprising:
前記第1のステップで取得された撮像画像から前記標本上の測定対象領域を設定する第2のステップと、
前記第2のステップで設定された測定対象領域に応じて、前記照明光学系の前記標本と光学的に共役な位置に設けられた微小偏向素子の偏向パターンを制御する第3のステップと、
前記第3のステップで偏向パターンを制御された前記微小偏向素子を介して光が照射される前記標本上の前記測定対象領域より発生する光を波長分散して取得する第4のステップと
を具備したことを特徴とする多点蛍光分光測光方法。 A first step of acquiring a captured image of the entire field of view of the specimen irradiated with light from the light source via the illumination optical system;
A second step of setting a measurement target region on the specimen from the captured image acquired in the first step;
A third step of controlling a deflection pattern of a micro deflection element provided at a position optically conjugate with the sample of the illumination optical system in accordance with the measurement target region set in the second step;
And a fourth step of acquiring the wavelength generated light from the measurement target region on the specimen irradiated with light through the micro deflection element whose deflection pattern is controlled in the third step. A multipoint fluorescence spectrophotometric method characterized by the above.
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