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JP2020042283A - Microscope apparatus - Google Patents

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JP2020042283A
JP2020042283A JP2019205965A JP2019205965A JP2020042283A JP 2020042283 A JP2020042283 A JP 2020042283A JP 2019205965 A JP2019205965 A JP 2019205965A JP 2019205965 A JP2019205965 A JP 2019205965A JP 2020042283 A JP2020042283 A JP 2020042283A
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一郎 佐瀬
Ichiro Sase
一郎 佐瀬
泰俊 金子
Yasutoshi Kaneko
泰俊 金子
福井 達雄
Tatsuo Fukui
達雄 福井
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Abstract

To provide a microscope apparatus for improving quality of a reconstructed image using imaging result captured at a plurality of imaging positions.SOLUTION: A microscope apparatus 1 includes: an illumination optical system 4 that radiates activation light L2 to activate a part of fluorescent material included in a sample W and excitation light L1 to excite at least a part of the activated fluorescent material; an image forming optical system 5 that has an objective lens 21 and an astigmatic optical system 61 that generates astigmatism to at least a part of fluorescence from the fluorescent material; and forms an image of the fluorescence; an image-capturing unit 6 that captures an image formed by the image forming optical system 5; a drive unit 50 that moves an image-capturing position in the sample W along an optical axis-direction 21a of the objective lens 21; and a control unit 42, where the control unit 42 causes the image-capturing unit 50 to capture images in a plurality of numbers of frames respectively at a first image-capturing position and at a second image-capturing position different from the first image-capturing position.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、顕微鏡装置、撮像方法およびプログラムに関する。   The present invention relates to a microscope device, an imaging method, and a program.

STORM、PALM等のSingle-molecule Localization Microscopy法を利用した顕微鏡装置がある(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1 米国特許出願公開公報2008/0182336号
There is a microscope apparatus using a single-molecule localization microscopy method such as STORM or PALM (for example, see Patent Document 1).
Patent Document 1 US Patent Application Publication No. 2008/0182336

当該顕微鏡装置において、試料の厚み方向について広い範囲で試料の構造を再構成するには、試料と光学系とを光軸方向に相対的に移動して、複数の撮像位置で蛍光を撮像する必要がある。そこで、複数の撮像位置で撮像した撮像結果を用いた再構成画像の品質の向上が求められている。   In order to reconstruct the structure of the sample in a wide range in the thickness direction of the sample with the microscope device, it is necessary to move the sample and the optical system relatively in the optical axis direction and image fluorescence at a plurality of imaging positions. There is. Therefore, there is a need for improving the quality of a reconstructed image using imaging results obtained at a plurality of imaging positions.

本発明の第1の態様においては、試料に含まれる蛍光物質の一部を活性化する活性化光と、活性化された蛍光物質の少なくとも一部を励起する励起光を照射する照明光学系と、対物レンズと、蛍光物質からの蛍光の少なくとも一部に対して非点収差を発生させる非点収差光学系を有し、蛍光の像を形成する結像光学系と、結像光学系が形成した像を撮像する撮像部と、試料における撮像位置を対物レンズの光軸方向に沿って移動する駆動部と、制御部とを有する顕微鏡であって、制御部は、撮像部に、第1の撮像位置および第1の撮像位置とは異なる第2の撮像位置において、それぞれ複数のフレーム数で撮像させる。   In the first aspect of the present invention, an activating light for activating a part of the fluorescent substance contained in the sample, and an illumination optical system for irradiating excitation light for exciting at least a part of the activated fluorescent substance, An objective lens, an imaging optical system that forms an image of fluorescent light, and an imaging optical system that has an astigmatism optical system that generates astigmatism for at least a part of the fluorescent light from the fluorescent substance. A microscope that has an imaging unit that captures the captured image, a driving unit that moves the imaging position of the sample along the optical axis direction of the objective lens, and a control unit, wherein the control unit includes a first imaging unit, At a second imaging position different from the imaging position and the first imaging position, imaging is performed with a plurality of frames, respectively.

本発明の第2の態様においては、試料に含まれる蛍光物質の一部を活性化する活性化光と、活性化された蛍光物質の少なくとも一部を励起する励起光を照射する照明光学系と、対物レンズと、蛍光物質からの蛍光の少なくとも一部に対して非点収差を発生させる非点収差光学系を有し、蛍光の像を形成する結像光学系と、結像光学系が形成した像を撮像する撮像部と、試料における撮像位置を対物レンズの光軸方向に沿って移動する駆動部とを有する顕微鏡装置において、撮像部に、第1の撮像位置および第1の撮像位置とは異なる第2の撮像位置において、それぞれ複数のフレーム数で撮像させる撮像方法が提供される。   In a second aspect of the present invention, an activating light for activating a part of a fluorescent substance contained in a sample, and an illumination optical system for irradiating excitation light for exciting at least a part of the activated fluorescent substance, An objective lens, an imaging optical system that forms an image of fluorescent light, and an imaging optical system that has an astigmatism optical system that generates astigmatism for at least a part of the fluorescent light from the fluorescent substance. In a microscope apparatus having an imaging unit that captures a captured image and a driving unit that moves the imaging position of the sample along the optical axis direction of the objective lens, the imaging unit includes a first imaging position and a first imaging position. An imaging method is provided in which imaging is performed with a plurality of frames at different second imaging positions.

本発明の第3の態様においては、試料に含まれる蛍光物質の一部を活性化する活性化光と、活性化された蛍光物質の少なくとも一部を励起する励起光を照射する照明光学系と、対物レンズと、蛍光物質からの蛍光の少なくとも一部に対して非点収差を発生させる非点収差光学系を有し、蛍光の像を形成する結像光学系と、結像光学系が形成した像を撮像する撮像部と、試料における撮像位置を対物レンズの光軸方向に沿って移動する駆動部とを有する顕微鏡装置を制御するコンピュータに、撮像部に、第1の撮像位置および第1の撮像位置とは異なる第2の撮像位置において、それぞれ複数のフレーム数で撮像させる手順を実行させるプログラムが提供される。   In a third aspect of the present invention, an activating light for activating a part of a fluorescent substance contained in a sample, and an illumination optical system for irradiating excitation light for exciting at least a part of the activated fluorescent substance, An objective lens, an imaging optical system that forms an image of fluorescent light, and an imaging optical system that has an astigmatism optical system that generates astigmatism for at least a part of the fluorescent light from the fluorescent substance. A computer that controls a microscope device having an imaging unit that captures the captured image and a driving unit that moves the imaging position of the sample along the optical axis of the objective lens. At a second imaging position different from the first imaging position, a program is provided for executing a procedure for imaging with a plurality of frames.

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。   The above summary of the present invention is not an exhaustive listing of all features of the present invention. Further, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.

本実施形態に係る顕微鏡装置1を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a microscope device 1 according to the embodiment. 結像光学系5および撮像素子40を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an imaging optical system 5 and an image sensor 40. 試料Wにおける位置Z2からの蛍光の光路および蛍光の像を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an optical path of fluorescence from a position Z2 and an image of the fluorescence in a sample W. 試料Wにおける位置Z1に存在する蛍光物質からの蛍光の光路および蛍光の像を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an optical path of fluorescence from a fluorescent substance present at a position Z1 in a sample W and an image of the fluorescence. 試料Wにおける位置Z3に存在する蛍光物質からの蛍光の光路および蛍光の像を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an optical path of fluorescent light from a fluorescent substance present at a position Z3 in a sample W and an image of the fluorescent light. 画像処理部7による画像処理の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of image processing by an image processing unit 7. 重心位置Qの3次元分布情報のデータ構成45の一例である。It is an example of the data configuration 45 of the three-dimensional distribution information of the center of gravity position Q. 顕微鏡装置1の動作シーケンスの模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of an operation sequence of the microscope device 1. 顕微鏡装置1の撮像処理を示すフローチャートである。4 is a flowchart illustrating an imaging process of the microscope device 1. 撮像処理における撮像条件を入力する画面の一例である。It is an example of a screen for inputting an imaging condition in an imaging process. 蛍光の重心位置の3次元分布情報を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the three-dimensional distribution information of the gravity center position of fluorescence. 試料Wの再構成の表示画像を設定する画面150の一例である。13 is an example of a screen 150 for setting a display image of the reconstruction of the sample W. レイヤごとに色分けされた表示画像CL1を示す。The display image CL1 color-coded for each layer is shown. レイヤ間における試料の厚み方向の重なりを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the thickness direction overlap of the sample between layers. 重なりLwに含まれる重心位置を表示する表示画像CL2を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the display image CL2 which displays the position of the center of gravity included in the overlap Lw. 顕微鏡装置1の他の動作シーケンスの模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram of another operation sequence of the microscope device 1. 撮像処理における撮像条件を入力する画面の他例である。It is another example of the screen which inputs the imaging conditions in an imaging process. 蛍光の重心位置の3次元分布情報を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the three-dimensional distribution information of the gravity center position of fluorescence. レイヤごとに色分けされた表示画像CL3を示す。The display image CL3 color-coded for each layer is shown. パスごとに色分けされた表示画像CL4を示す。The display image CL4 color-coded for each pass is shown.

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

実施形態に係る顕微鏡装置は、例えば、STORM、PALM等のSingle-molecule Localization Microscopy法を利用した顕微鏡装置である。本実施形態に係る顕微鏡装置は、3次元の超解像画像を生成可能である。実施形態に係る顕微鏡装置は、1種類の蛍光物質で標識(ラベル)された試料の蛍光観察、及び2種類以上の蛍光物質で標識された試料の蛍光観察のいずれにも利用できる。   The microscope apparatus according to the embodiment is, for example, a microscope apparatus using a single-molecule localization microscopy method such as STORM or PALM. The microscope device according to the present embodiment can generate a three-dimensional super-resolution image. The microscope apparatus according to the embodiment can be used for both fluorescence observation of a sample labeled with one kind of fluorescent substance (label) and fluorescence observation of a sample labeled with two or more kinds of fluorescent substances.

試料は、生きた細胞(ライブセル)を含むものでもよいし、ホルムアルデヒド溶液等の組織固定液を用いて固定された細胞を含むものでもよく、組織等でもよい。蛍光物質は、シアニン(cyanine)染料等の蛍光色素でもよいし、蛍光タンパク質でもよい。蛍光色素は、活性化された状態である活性化状態で励起光を受けた場合に蛍光を発するレポータ色素を含む。また、蛍光色素は、活性化光を受けてレポータ色素を活性化状態にするアクティベータ色素を含む場合がある。蛍光色素がアクティベータ色素を含まない場合、レポータ色素は、活性化光を受けて活性化状態になる。蛍光色素は、例えば、2種類のシアニン(cyanine)染料を結合させた染料対(例、Cy3−Cy5染料対(Cy3、Cy5は登録商標)、Cy2−Cy5染料対(Cy2、Cy5は登録商標)、Cy3−Alexa Fluor647染料対(Cy3、Alexa Fluorは登録商標))、1種類の染料(例、Alexa Fluor647(Alexa Fluorは登録商標))である。蛍光タンパク質は、例えばPA−GFP、Dronpaなどである。   The sample may include living cells (live cells), may include cells fixed using a tissue fixing solution such as a formaldehyde solution, or may be a tissue. The fluorescent substance may be a fluorescent dye such as a cyanine dye or a fluorescent protein. The fluorescent dye includes a reporter dye that emits fluorescence when receiving excitation light in an activated state, which is an activated state. The fluorescent dye may include an activator dye that receives the activating light and turns the reporter dye into an activated state. If the fluorescent dye does not contain an activator dye, the reporter dye will be activated upon receiving the activating light. The fluorescent dye is, for example, a dye pair obtained by binding two kinds of cyanine dyes (eg, a Cy3-Cy5 dye pair (Cy3 and Cy5 are registered trademarks), and a Cy2-Cy5 dye pair (Cy2 and Cy5 are registered trademarks). , Cy3-Alexa Fluor 647 dye pair (Cy3, Alexa Fluor is a registered trademark)) and one type of dye (eg, Alexa Fluor 647 (Alexa Fluor is a registered trademark)). The fluorescent protein is, for example, PA-GFP, Dronpa, or the like.

図1は、本実施形態に係る顕微鏡装置1を示す図である。顕微鏡装置1は、ステージ2、光源装置3と、照明光学系4と、結像光学系5と、撮像部6と、画像処理部7と、制御装置8とを備える。制御装置8は、顕微鏡装置1の各部を包括的に制御する制御部42を備える。制御装置8は、ソフトウェアプログラムを読み込むことによって、後述する手順を実行するコンピュータであってよい。   FIG. 1 is a diagram illustrating a microscope device 1 according to the present embodiment. The microscope device 1 includes a stage 2, a light source device 3, an illumination optical system 4, an imaging optical system 5, an imaging unit 6, an image processing unit 7, and a control device 8. The control device 8 includes a control unit 42 that comprehensively controls each unit of the microscope device 1. The control device 8 may be a computer that executes a procedure described below by reading a software program.

ステージ2は、カバーガラス51を保持する。カバーガラス51は、観察対象の試料Wを保持する。より具体的には、図1に示すように、ステージ2上にカバーガラス51が載置され、カバーガラス51上に試料Wが載置されている。なお、ステージ2はXY面内で移動してもよいし、しなくてもよい。   The stage 2 holds the cover glass 51. The cover glass 51 holds the sample W to be observed. More specifically, as shown in FIG. 1, a cover glass 51 is placed on the stage 2, and a sample W is placed on the cover glass 51. The stage 2 may or may not move within the XY plane.

光源装置3は、活性化光源10a、励起光源10b、シャッタ11a、及びシャッタ11bを備える。活性化光源10aは、試料Wに含まれる蛍光物質の一部を活性化する活性化光L2を発する。ここでは、蛍光物質がレポータ色素を含み、アクティベータ色素を含まないものとする。蛍光物質のレポータ色素は、活性化光L2が照射されることで、蛍光を発することが可能な活性化状態となる。蛍光物質は、レポータ色素およびアクティベータ色素を含むものでもよく、この場合、アクティベータ色素は、活性化光L2を受けた場合にレポータ色素を活性状態にする。なお、蛍光物質は、例えばPA−GFP、Dronpaなどの蛍光タンパク質でもよい。   The light source device 3 includes an activation light source 10a, an excitation light source 10b, a shutter 11a, and a shutter 11b. The activation light source 10a emits activation light L2 for activating a part of the fluorescent substance contained in the sample W. Here, it is assumed that the fluorescent substance contains a reporter dye and does not contain an activator dye. The irradiation of the activating light L2 causes the reporter dye of the fluorescent substance to be in an activated state capable of emitting fluorescence. The fluorescent material may include a reporter dye and an activator dye, where the activator dye activates the reporter dye when it receives the activating light L2. The fluorescent substance may be a fluorescent protein such as PA-GFP or Dronpa.

励起光源10bは、試料Wにおいて活性化された蛍光物質の少なくとも一部を励起する励起光L1を発する。蛍光物質は、活性化状態において励起光L1が照射されると、蛍光を発するか、不活性化される。蛍光物質は、不活性化された状態(以下、不活性化状態という)において活性化光L2が照射されると、再度、活性化状態となる。   The excitation light source 10b emits excitation light L1 that excites at least a part of the fluorescent material activated in the sample W. The fluorescent substance emits fluorescence or is inactivated when irradiated with the excitation light L1 in the activated state. When the activating light L2 is irradiated in a deactivated state (hereinafter, referred to as an inactivated state), the fluorescent substance is activated again.

活性化光源10aおよび励起光源10bは、例えば、レーザ光源などの固体光源を含み、それぞれ、蛍光物質の種類に応じた波長のレーザ光を発する。活性化光源10aの射出波長、励起光源10bの射出波長は、例えば、約405nm、約457nm、約488nm、約532nm、約561nm、約640nm、約647nmなどから選択される。ここでは、活性化光源10aの射出波長が約405nmであり、励起光源10bの射出波長が約488nm、約561nm、約647nmから選択される波長であるとする。   The activation light source 10a and the excitation light source 10b include, for example, a solid-state light source such as a laser light source, and each emit a laser beam having a wavelength according to the type of the fluorescent substance. The emission wavelength of the activation light source 10a and the emission wavelength of the excitation light source 10b are selected from, for example, about 405 nm, about 457 nm, about 488 nm, about 532 nm, about 561 nm, about 640 nm, about 647 nm, and the like. Here, the emission wavelength of the activation light source 10a is about 405 nm, and the emission wavelength of the excitation light source 10b is a wavelength selected from about 488 nm, about 561 nm, and about 647 nm.

シャッタ11aは、制御部42により制御され、活性化光源10aからの活性化光L2を通す状態と、活性化光L2を遮る状態とを切り替え可能である。シャッタ11bは、制御部42により制御され、励起光源10bからの励起光L1を通す状態と、励起光L1を遮る状態とを切り替え可能である。   The shutter 11a is controlled by the control unit 42, and can switch between a state in which the activation light L2 from the activation light source 10a is transmitted and a state in which the activation light L2 is blocked. The shutter 11b is controlled by the control unit 42, and can switch between a state in which the excitation light L1 from the excitation light source 10b passes and a state in which the excitation light L1 is blocked.

また、光源装置3は、ミラー12、ダイクロイックミラー13、音響光学素子14、及びレンズ15を備える。ミラー12は、例えば、励起光源10bの射出側に設けられる。励起光源10bからの励起光L1は、ミラー12で反射し、ダイクロイックミラー13に入射する。   Further, the light source device 3 includes a mirror 12, a dichroic mirror 13, an acousto-optic element 14, and a lens 15. The mirror 12 is provided, for example, on the emission side of the excitation light source 10b. The excitation light L1 from the excitation light source 10b is reflected by the mirror 12 and enters the dichroic mirror 13.

ダイクロイックミラー13は、例えば、活性化光源10aの射出側に設けられる。ダイクロイックミラー13は、活性化光L2を透過し、励起光L1を反射する特性を有する。ダイクロイックミラー13を透過した活性化光L2と、ダイクロイックミラー13で反射した励起光L1は、同じ光路を通って音響光学素子14に入射する。   The dichroic mirror 13 is provided, for example, on the emission side of the activation light source 10a. The dichroic mirror 13 has a property of transmitting the activating light L2 and reflecting the excitation light L1. The activation light L2 transmitted through the dichroic mirror 13 and the excitation light L1 reflected by the dichroic mirror 13 enter the acousto-optic element 14 through the same optical path.

音響光学素子14は、例えば音響光学フィルタなどである。音響光学素子14は、制御部42に制御され、活性化光L2の光強度および励起光L1の光強度のそれぞれを調整可能である。また、音響光学素子14は、制御部42に制御され、活性化光L2、励起光L1のそれぞれについて、音響光学素子14を通る状態である通光状態と、音響光学素子14により遮られる状態または強度が低減される状態である遮光状態とを切り替え可能である。例えば、蛍光物質がレポータ色素を含みアクティベータ色素を含まない場合、制御部42は、試料Wに対し、活性化光L2および励起光L1が同時に照射されるように、音響光学素子14を制御する。また、蛍光物質がレポータ色素およびアクティベータ色素を含む場合、制御部42は、例えば、活性化光L2の照射後に励起光L1が試料Wに照射されるように、音響光学素子14を制御する。   The acousto-optic device 14 is, for example, an acousto-optic filter. The acousto-optic element 14 is controlled by the control unit 42 and can adjust each of the light intensity of the activation light L2 and the light intensity of the excitation light L1. Further, the acousto-optic element 14 is controlled by the control unit 42, and each of the activation light L2 and the excitation light L1 passes through the acousto-optic element 14 or is blocked by the acousto-optic element 14 or It is possible to switch between a light shielding state in which the intensity is reduced. For example, when the fluorescent substance contains a reporter dye and does not contain an activator dye, the control unit 42 controls the acousto-optic element 14 so that the sample W is irradiated with the activation light L2 and the excitation light L1 simultaneously. . When the fluorescent substance contains a reporter dye and an activator dye, the control unit 42 controls the acousto-optical element 14 such that the sample W is irradiated with the excitation light L1 after the irradiation with the activation light L2.

レンズ15は、例えばカプラであり、音響光学素子14からの活性化光L2、励起光L1を導光部材16に集光する。なお、顕微鏡装置1は、光源装置3の少なくとも一部を備えなくてもよい。例えば、光源装置3は、ユニット化されており、顕微鏡装置1に交換可能(取り付け可能、取り外し可能)に設けられていてもよい。例えば、光源装置3は、顕微鏡装置1による観察時などに、顕微鏡装置1に取り付けられてもよい。   The lens 15 is, for example, a coupler, and focuses the activation light L2 and the excitation light L1 from the acousto-optic element 14 on the light guide member 16. Note that the microscope device 1 may not include at least a part of the light source device 3. For example, the light source device 3 may be unitized, and may be provided in the microscope device 1 in a replaceable (attachable, removable) manner. For example, the light source device 3 may be attached to the microscope device 1 at the time of observation with the microscope device 1 or the like.

照明光学系4は、試料Wに含まれる蛍光物質の一部を活性化する活性化光L2と、活性化された蛍光物質の少なくとも一部を励起する励起光L1とを照射する。照明光学系4は、光源装置3からの活性化光L2と励起光L1とを試料Wに照射する。照明光学系4は、導光部材16、レンズ17、レンズ18、フィルタ19、ダイクロイックミラー20、及び対物レンズ21を備える。   The illumination optical system 4 irradiates an activation light L2 for activating a part of the fluorescent substance contained in the sample W and an excitation light L1 for exciting at least a part of the activated fluorescent substance. The illumination optical system 4 irradiates the sample W with the activating light L2 and the excitation light L1 from the light source device 3. The illumination optical system 4 includes a light guide member 16, a lens 17, a lens 18, a filter 19, a dichroic mirror 20, and an objective lens 21.

導光部材16は、例えば光ファイバであり、活性化光L2、励起光L1をレンズ17へ導く。図1等において、導光部材16の射出端から試料Wまでの光路を点線で示す。レンズ17は、例えばコリメータであり、活性化光L2、励起光L1を平行光に変換する。レンズ18は、例えば、活性化光L2、励起光L1を対物レンズ21の瞳面の位置に集光する。フィルタ19は、例えば、活性化光L2および励起光L1を透過し、他の波長の光の少なくとも一部を遮る特性を有する。ダイクロイックミラー20は、活性化光L2および励起光L1を反射し、試料Wの蛍光物質が発する蛍光の波長帯の光を透過する特性を有する。フィルタ19からの光は、ダイクロイックミラー20で反射し、対物レンズ21に入射する。試料Wは、観察時に対物レンズ21の前側焦点面に配置される。   The light guide member 16 is, for example, an optical fiber, and guides the activation light L2 and the excitation light L1 to the lens 17. In FIG. 1 and the like, the optical path from the emission end of the light guide member 16 to the sample W is indicated by a dotted line. The lens 17 is, for example, a collimator, and converts the activating light L2 and the excitation light L1 into parallel light. The lens 18 condenses, for example, the activation light L2 and the excitation light L1 at a position on the pupil plane of the objective lens 21. The filter 19 has, for example, a property of transmitting the activating light L2 and the excitation light L1, and blocking at least a part of light of another wavelength. The dichroic mirror 20 has a characteristic of reflecting the activating light L2 and the excitation light L1 and transmitting light in a wavelength band of fluorescence emitted from the fluorescent substance of the sample W. Light from the filter 19 is reflected by the dichroic mirror 20 and enters the objective lens 21. The sample W is arranged on the front focal plane of the objective lens 21 during observation.

活性化光L2、励起光L1は、上述のような照明光学系4により、試料Wに照射される。なお、上述した照明光学系4は一例であり、適宜、変更可能である。例えば、上述した照明光学系4の一部が省略されてもよい。また、照明光学系4は、光源装置3の少なくとも一部を含んでいてもよい。また、照明光学系4は、開口絞り、照野絞りなどを備えてもよい。   The sample W is irradiated with the activating light L2 and the excitation light L1 by the illumination optical system 4 as described above. The above-described illumination optical system 4 is an example, and can be appropriately changed. For example, a part of the illumination optical system 4 described above may be omitted. Further, the illumination optical system 4 may include at least a part of the light source device 3. Further, the illumination optical system 4 may include an aperture stop, an illumination field stop, and the like.

結像光学系5は、試料Wに含まれる蛍光物質からの蛍光の像を形成する。結像光学系5は、試料Wから射出された蛍光の一次像を形成する第1光学系5Aと、第1光学系5Aにおいて生成された一次像から、撮像部6における二次像としての蛍光の像を形成する第2光学系5Bとを備える。第1光学系5Aは、対物レンズ21、ダイクロイックミラー20、フィルタ24、レンズ25、光路切替部材26を備える。第2光学系5Bは、レンズ27、レンズ28、及び非点収差光学系としてのシリンドリカルレンズ61を備える。   The imaging optical system 5 forms an image of fluorescence from the fluorescent substance contained in the sample W. The imaging optical system 5 converts the primary image generated by the first optical system 5A from the first optical system 5A that forms the primary image of the fluorescent light emitted from the sample W into fluorescent light as a secondary image in the imaging unit 6. And a second optical system 5B that forms the image of The first optical system 5A includes an objective lens 21, a dichroic mirror 20, a filter 24, a lens 25, and an optical path switching member 26. The second optical system 5B includes a lens 27, a lens 28, and a cylindrical lens 61 as an astigmatism optical system.

結像光学系5は、対物レンズ21およびダイクロイックミラー20を照明光学系4と共用している。図1などにおいて、試料Wと撮像部6との間の光路を実線で示す。また、駆動部50は対物レンズ21を当該対物レンズ21の光軸方向、すなわち図1におけるZ方向に移動する。   The imaging optical system 5 shares the objective lens 21 and the dichroic mirror 20 with the illumination optical system 4. In FIG. 1 and the like, the optical path between the sample W and the imaging unit 6 is indicated by a solid line. Further, the drive unit 50 moves the objective lens 21 in the optical axis direction of the objective lens 21, that is, in the Z direction in FIG.

試料Wからの蛍光は、対物レンズ21およびダイクロイックミラー20を通ってフィルタ24に入射する。フィルタ24は、試料Wからの光のうち所定の波長帯の光が選択的に通る特性を有する。フィルタ24は、例えば、試料Wで反射した照明光、外光、迷光などを遮断する。フィルタ24は、例えば、フィルタ19およびダイクロイックミラー20とユニット化され、このフィルタユニット29は、交換可能に設けられる。フィルタユニット29は、例えば、光源装置3から射出される光の波長(例、活性化光L2の波長、励起光L1の波長)、試料Wから放射される蛍光の波長などに応じて交換しても良いし、複数の励起、蛍光波長に対応した単一のフィルタユニットを利用しても良い。   The fluorescence from the sample W enters the filter 24 through the objective lens 21 and the dichroic mirror 20. The filter 24 has a characteristic that light in a predetermined wavelength band of the light from the sample W selectively passes. The filter 24 blocks, for example, illumination light, external light, stray light, and the like reflected by the sample W. The filter 24 is unitized with, for example, the filter 19 and the dichroic mirror 20, and the filter unit 29 is provided exchangeably. The filter unit 29 is exchanged according to, for example, the wavelength of light emitted from the light source device 3 (eg, the wavelength of the activation light L2, the wavelength of the excitation light L1), the wavelength of the fluorescence emitted from the sample W, and the like. Alternatively, a single filter unit corresponding to a plurality of excitation and fluorescence wavelengths may be used.

フィルタ24を通った光は、レンズ25を介して光路切替部材26に入射する。レンズ25から射出された光は、光路切替部材26を通過した後、中間像面5bに一次像を結ぶ。光路切替部材26は、例えばプリズムであり、結像光学系5の光路に挿脱可能に設けられる。光路切替部材26は、例えば、制御部42により制御される駆動部(図示せず)によって、結像光学系5の光路に挿脱される。光路切替部材26は、結像光学系5の光路に挿入された状態において、試料Wからの蛍光を内面反射によって撮像部6へ向かう光路へ導く。   The light passing through the filter 24 enters the optical path switching member 26 via the lens 25. The light emitted from the lens 25 passes through the optical path switching member 26 and forms a primary image on the intermediate image plane 5b. The optical path switching member 26 is, for example, a prism, and is provided in the optical path of the imaging optical system 5 so as to be insertable and removable. The optical path switching member 26 is inserted into and removed from the optical path of the imaging optical system 5 by, for example, a driving unit (not shown) controlled by the control unit 42. The optical path switching member 26 guides the fluorescent light from the sample W to the optical path toward the imaging unit 6 by internal reflection when inserted into the optical path of the imaging optical system 5.

撮像部6は、結像光学系5(第1観察光学系5)が形成した像を撮像する。撮像部6は、撮像素子40および制御部41を備える。撮像素子40は、例えばCMOSイメージセンサであるが、CCDイメージセンサなどでもよい。撮像素子40は、例えば、二次元的に配列された複数の画素を有し、各画素にフォトダイオードなどの光電変換素子が配置された構造である。撮像素子40は、例えば、光電変換素子に蓄積された電荷を、読出回路によって読み出す。撮像素子40は、読み出された電荷をデジタルデータに変換し、画素の位置と階調値とを関連付けたデジタル形式のデータ(例、画像のデータ)を出力する。制御部41は、制御装置8の制御部42から入力される制御信号に基づいて撮像素子40を動作させ、撮像画像のデータを制御装置8に出力する。また、制御部41は、電荷の蓄積期間と電荷の読み出し期間を制御装置8に出力する。   The imaging unit 6 captures an image formed by the imaging optical system 5 (first observation optical system 5). The imaging unit 6 includes an imaging device 40 and a control unit 41. The image sensor 40 is, for example, a CMOS image sensor, but may be a CCD image sensor or the like. The imaging element 40 has, for example, a structure in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged, and a photoelectric conversion element such as a photodiode is arranged in each pixel. The imaging element 40 reads out, for example, electric charges accumulated in the photoelectric conversion element by a reading circuit. The image sensor 40 converts the read charges into digital data, and outputs digital data (eg, image data) in which pixel positions are associated with gradation values. The control unit 41 operates the image sensor 40 based on a control signal input from the control unit 42 of the control device 8 and outputs data of a captured image to the control device 8. Further, the control unit 41 outputs a charge accumulation period and a charge readout period to the control device 8.

なお、上述した結像光学系5は一例であり、適宜、変更可能である。例えば、上述した結像光学系5の一部が省略されてもよい。また、結像光学系5は、開口絞り、視野絞りなどを備えてもよい。   Note that the above-described imaging optical system 5 is an example, and can be appropriately changed. For example, a part of the above-described imaging optical system 5 may be omitted. Further, the imaging optical system 5 may include an aperture stop, a field stop, and the like.

本実施形態に係る顕微鏡装置1は、観察範囲の設定などに利用される第2観察光学系30を備える。第2観察光学系30は、試料Wから観察者の視点Vpに向かう順に、対物レンズ21、ダイクロイックミラー20、フィルタ24、レンズ25、ミラー31、レンズ32、ミラー33、レンズ34、レンズ35、ミラー36、及びレンズ37を備える。観察光学系30は、対物レンズ21からレンズ25までの構成を結像光学系5と共用している。   The microscope apparatus 1 according to the present embodiment includes a second observation optical system 30 used for setting an observation range and the like. The second observation optical system 30 includes an objective lens 21, a dichroic mirror 20, a filter 24, a lens 25, a mirror 31, a lens 32, a mirror 33, a lens 34, a lens 35, and a mirror in order from the sample W to the observer's viewpoint Vp. 36 and a lens 37. The observation optical system 30 shares the configuration from the objective lens 21 to the lens 25 with the imaging optical system 5.

試料Wからの光は、レンズ25を通った後に、光路切替部材26が結像光学系5の光路から退避した状態において、ミラー31に入射する。ミラー31で反射した光は、レンズ32を介してミラー33に入射し、ミラー33で反射した後に、レンズ34およびレンズ35を介してミラー36に入射する。ミラー36で反射した光は、レンズ37を介して、視点Vpに入射する。第2観察光学系30は、例えば、レンズ35とレンズ37との間の光路に試料Wの中間像を形成する。レンズ37は、例えば接眼レンズであり、観察者は、中間像を観察することにより観察範囲の設定などを行うことができる。   The light from the sample W enters the mirror 31 after passing through the lens 25 and in a state where the optical path switching member 26 is retracted from the optical path of the imaging optical system 5. The light reflected by the mirror 31 enters the mirror 33 via the lens 32, is reflected by the mirror 33, and then enters the mirror 36 via the lenses 34 and 35. The light reflected by the mirror 36 enters the viewpoint Vp via the lens 37. The second observation optical system 30 forms an intermediate image of the sample W in an optical path between the lens 35 and the lens 37, for example. The lens 37 is, for example, an eyepiece, and an observer can set an observation range by observing the intermediate image.

制御装置8は、顕微鏡装置1の各部を総括して制御する。制御装置8は、制御部42および画像処理部7を備える。制御部42は、制御部41から供給される電荷の蓄積期間と電荷の読み出し期間を示す信号に基づいて、音響光学素子14に、光源装置3からの光を通す通光状態と、光源装置3からの光を遮る遮光状態とを切り替える制御信号を供給する。音響光学素子14は、この制御信号に基づいて、通光状態と遮光状態とを切り替える。制御部42は、音響光学素子14を制御し、試料Wに活性化光L2が照射される期間、及び試料Wに活性化光L2が照射されない期間を制御する。また、制御部42は、音響光学素子14を制御し、試料Wに励起光L1が照射される期間、及び、試料Wに励起光L1が照射されない期間を制御する。制御部42は、音響光学素子14を制御し、試料Wに照射される活性化光L2の光強度および励起光L1の光強度を制御する。制御部42は、撮像部6を制御し、撮像素子40に撮像を実行させる。   The control device 8 controls each part of the microscope device 1 as a whole. The control device 8 includes a control unit 42 and the image processing unit 7. The control unit 42 controls the acousto-optic element 14 to transmit light from the light source device 3 to the acousto-optic device 14 based on signals indicating the charge accumulation period and the charge read period supplied from the control unit 41. And a control signal for switching between a light-blocking state and a light-blocking state for blocking light from the camera. The acousto-optic device 14 switches between a light transmitting state and a light blocking state based on the control signal. The control unit 42 controls the acousto-optic element 14 to control a period during which the sample W is irradiated with the activation light L2 and a period during which the sample W is not irradiated with the activation light L2. In addition, the control unit 42 controls the acousto-optical element 14 to control a period during which the sample W is irradiated with the excitation light L1 and a period during which the sample W is not irradiated with the excitation light L1. The control unit 42 controls the acousto-optic element 14 to control the light intensity of the activation light L2 and the light intensity of the excitation light L1 applied to the sample W. The control unit 42 controls the imaging unit 6 to cause the imaging device 40 to execute imaging.

なお、制御部42の代わりに制御部41は、電荷の蓄積期間と電荷の読み出し期間を示す信号(撮像タイミングの情報)に基づいて、音響光学素子14に遮光状態と通光状態とを切り替える制御信号を供給し、音響光学素子14を制御してもよい。制御部42は、撮像部6から撮像結果としてのデータを取得する。画像処理部7は、撮像部6の撮像結果を用いて、個々の像の重心位置を求めるなどの画像処理を行う。制御部42は、撮像部6に複数のフレーム期間で撮像させ、画像処理部7は、複数のフレーム期間で得られた撮像結果の少なくとも一部を用いて1枚の画像を生成する。   Note that, instead of the control unit 42, the control unit 41 controls the acousto-optic element 14 to switch between the light-shielding state and the light-transmitting state based on signals (information on imaging timing) indicating the charge accumulation period and the charge readout period. A signal may be supplied to control the acousto-optic element 14. The control unit 42 acquires data as an imaging result from the imaging unit 6. The image processing unit 7 performs image processing such as finding the position of the center of gravity of each image using the imaging result of the imaging unit 6. The control unit 42 causes the imaging unit 6 to perform imaging in a plurality of frame periods, and the image processing unit 7 generates one image using at least a part of the imaging results obtained in the plurality of frame periods.

制御装置8は、例えば、記憶装置43および表示装置44のそれぞれと通信可能に接続される。表示装置44は、例えば、液晶ディスプレイなどである。表示装置44は、例えば、顕微鏡装置1の各種設定を示す画像、撮像部6による撮像画像、撮像画像から生成された画像などの各種画像を表示する。制御部42は、表示装置44を制御し、表示装置44に各種画像を表示させる。例えば、制御部42は、画像処理部7が生成したSTORM画像、PALM画像などの超解像画像のデータを表示装置44に供給し、この画像を表示装置44に表示させる。例えば、顕微鏡装置1は、観察対象の試料Wの超解像画像をライブ映像で表示すること等もできる。記憶装置43は、例えば磁気ディスクや光学ディスクなどであり、顕微鏡装置1の各種設定のデータ、撮像部6による撮像結果のデータ、画像処理部7が生成した画像のデータなど各種データを記憶する。制御部42は、例えば、記憶装置43に記憶された超解像画像のデータを表示装置44に供給し、超解像画像を表示装置44に表示させることができる。制御部42は、記憶装置43を制御し、各種データを記憶装置43に記憶させる。   The control device 8 is communicably connected to each of the storage device 43 and the display device 44, for example. The display device 44 is, for example, a liquid crystal display. The display device 44 displays various images such as an image indicating various settings of the microscope device 1, an image captured by the imaging unit 6, and an image generated from the captured image. The control unit 42 controls the display device 44 and causes the display device 44 to display various images. For example, the control unit 42 supplies data of a super-resolution image such as a STORM image and a PALM image generated by the image processing unit 7 to the display device 44, and causes the display device 44 to display the image. For example, the microscope device 1 can display a super-resolution image of the sample W to be observed as a live video. The storage device 43 is, for example, a magnetic disk or an optical disk, and stores various data such as various setting data of the microscope device 1, data of an imaging result by the imaging unit 6, and data of an image generated by the image processing unit 7. The control unit 42 can supply, for example, the data of the super-resolution image stored in the storage device 43 to the display device 44 and cause the display device 44 to display the super-resolution image. The control unit 42 controls the storage device 43 and causes the storage device 43 to store various data.

図2は、結像光学系5および撮像素子40を示す図である。なお、図1において結像光学系5は光路切替部材26で光軸5aが折れ曲がる光学系であるが、図2では、結像光学系5をストレートな光学系として概念的に示した。また、図2において、対物レンズ21とシリンドリカルレンズ61との間の構成の図示を省略した。ここでは、結像光学系5の光軸5aに平行な方向をZ方向とし、Z方向に垂直かつ互いに垂直な2方向をX方向、Y方向とする。X方向は、例えば、撮像素子40の水平方向であり、Y方向は例えば撮像素子40の垂直方向である。   FIG. 2 is a diagram illustrating the imaging optical system 5 and the image sensor 40. Although the imaging optical system 5 in FIG. 1 is an optical system in which the optical axis 5a is bent by the optical path switching member 26, FIG. 2 conceptually illustrates the imaging optical system 5 as a straight optical system. In FIG. 2, the illustration of the configuration between the objective lens 21 and the cylindrical lens 61 is omitted. Here, a direction parallel to the optical axis 5a of the imaging optical system 5 is defined as a Z direction, and two directions perpendicular to the Z direction and perpendicular to each other are defined as an X direction and a Y direction. The X direction is, for example, the horizontal direction of the image sensor 40, and the Y direction is, for example, the vertical direction of the image sensor 40.

シリンドリカルレンズ61は、垂直方向と水平方向のいずれか一方だけにパワー(屈折力)を有する光学部材である。ここでは、シリンドリカルレンズ61は、XZ面内でパワーを有し、YZ面内でパワーを有さないものとして説明する。なお、非点収差光学系は、シリンドリカルレンズ61の代わりに、垂直方向と水平方向の双方にパワーを持ち、これら2方向でパワーが異なるトロイダルレンズを使用したものでもよい。   The cylindrical lens 61 is an optical member having power (refractive power) only in one of the vertical direction and the horizontal direction. Here, the description will be made on the assumption that the cylindrical lens 61 has power in the XZ plane and has no power in the YZ plane. Note that the astigmatism optical system may use a toroidal lens having power in both the vertical and horizontal directions and having different powers in these two directions, instead of the cylindrical lens 61.

図3は、試料Wにおける位置Z2からの蛍光の光路および蛍光の像を示す図である。まず、XZ面における光路について説明する。シリンドリカルレンズ61には、試料Wにおいて位置Z2に存在する蛍光物質からの蛍光が平行光として入射する。この蛍光は、シリンドリカルレンズ61での屈折により集光しつつ撮像素子40へ向かう。X方向における蛍光の像の幅Wxは、XZ面における焦点に相当する位置Z4において最小となる。また、幅Wxは、位置Z4から、試料Wと反対側(+Z側)に離れるにつれて、大きくなる。   FIG. 3 is a diagram showing an optical path of fluorescence from the position Z2 and an image of fluorescence in the sample W. First, the optical path in the XZ plane will be described. The fluorescent light from the fluorescent substance present at the position Z2 in the sample W enters the cylindrical lens 61 as parallel light. The fluorescent light travels toward the image sensor 40 while being collected by refraction at the cylindrical lens 61. The width Wx of the image of the fluorescent light in the X direction becomes minimum at a position Z4 corresponding to the focal point on the XZ plane. Further, the width Wx increases as the distance from the position Z4 to the opposite side (+ Z side) from the sample W increases.

次に、YZ面における光路について説明する。シリンドリカルレンズ61には、試料Wにおける位置Z2に存在する蛍光物質からの蛍光が平行光として入射する。この蛍光は、シリンドリカルレンズ61でほぼ屈折せずに、レンズ28入射する。この蛍光は、レンズ28の屈折により集光しつつ撮像素子40へ向かう。Y方向における蛍光の像の幅Wyは、YZ面における焦点に相当する位置Z6において最小となる。幅Wyは、位置Z6から、試料Wと同じ側(−Z側)に離れるにつれて、大きくなる。   Next, an optical path in the YZ plane will be described. Fluorescence from a fluorescent substance present at the position Z2 in the sample W is incident on the cylindrical lens 61 as parallel light. This fluorescence enters the lens 28 almost without being refracted by the cylindrical lens 61. The fluorescent light travels toward the image sensor 40 while being collected by refraction of the lens 28. The width Wy of the fluorescent light image in the Y direction becomes minimum at a position Z6 corresponding to the focal point on the YZ plane. The width Wy increases as the distance from the position Z6 to the same side as the sample W (−Z side) increases.

位置Z4と位置Z6の中間の位置Z5においては、X方向における蛍光の像の幅WxとX方向における蛍光の像の幅Wyが等しくなり、蛍光の像は真円となる。したがって、位置Z5に撮像素子40を配置した場合、試料Wにおける位置Z2に存在する蛍光物質からの蛍光の像として真円の像が取得される。   At a position Z5 between the positions Z4 and Z6, the width Wx of the fluorescent image in the X direction is equal to the width Wy of the fluorescent image in the X direction, and the fluorescent image is a perfect circle. Therefore, when the imaging element 40 is arranged at the position Z5, a perfect circle image is obtained as an image of the fluorescence from the fluorescent substance existing at the position Z2 in the sample W.

図4は、試料Wにおける位置Z1に存在する蛍光物質からの蛍光の光路および蛍光の像を示す図である。位置Z1は、位置Z2に対して、撮像素子40と反対側(−Z側)である。XZ面において、X方向における蛍光の像の幅Wxは、位置Z4より試料W側(−Z側)に離れた位置で最小となる。一方、YZ面において、Y方向における蛍光の像の幅Wyは、位置Z5において最小となる。したがって、位置Z5に撮像素子40を配置した場合、試料Wにおける位置Z1に存在する蛍光物質からの蛍光の像としてX方向を長軸とする楕円形の像が取得される。   FIG. 4 is a diagram showing an optical path of a fluorescent light from a fluorescent substance present at a position Z1 in the sample W and an image of the fluorescent light. The position Z1 is on the opposite side (−Z side) to the image sensor 40 with respect to the position Z2. On the XZ plane, the width Wx of the fluorescence image in the X direction becomes minimum at a position farther from the position Z4 to the sample W side (−Z side). On the other hand, on the YZ plane, the width Wy of the fluorescent light image in the Y direction becomes minimum at the position Z5. Therefore, when the imaging element 40 is arranged at the position Z5, an elliptical image having a long axis in the X direction is obtained as an image of the fluorescence from the fluorescent substance existing at the position Z1 in the sample W.

図5は、試料Wにおける位置Z3に存在する蛍光物質からの蛍光の光路および蛍光の像を示す図である。位置Z3は、位置Z2に対して、撮像素子40と同じ側(+Z側)である。XZ面において、X方向における蛍光の像の幅Wxは、位置Z5において最小となる。一方、YZ面において、Y方向における蛍光の像の幅Wyは、位置Z6より試料Wと反対側(+Z側)に離れた位置で最小となる。したがって、位置Z5に撮像素子40を配置した場合、試料Wにおける位置Z3に存在する蛍光物質からの蛍光の像としてY方向を長軸とする楕円形の像が取得される。   FIG. 5 is a diagram showing an optical path of a fluorescent light from a fluorescent substance present at a position Z3 in the sample W and an image of the fluorescent light. The position Z3 is on the same side (+ Z side) as the image sensor 40 with respect to the position Z2. On the XZ plane, the width Wx of the fluorescent light image in the X direction becomes minimum at the position Z5. On the other hand, on the YZ plane, the width Wy of the fluorescent light image in the Y direction becomes minimum at a position away from the position Z6 on the opposite side (+ Z side) from the sample W. Therefore, when the imaging element 40 is arranged at the position Z5, an elliptical image having a long axis in the Y direction is obtained as an image of the fluorescence from the fluorescent substance present at the position Z3 in the sample W.

このように、蛍光の像の幅Wxと幅Wyとの関係、例えば比率は、試料WにおけるZ方向(対物レンズ21の光軸21aと同じ方向)の位置に応じて変化する。よって、画像処理部7は、例えば、楕円ガウシアンフィッティングを行って、蛍光の像の重心位置に加えて幅Wxおよび幅Wyを特定する。これにより、画像処理部7は重心位置から蛍光の像に対応する蛍光物質のXY面内の位置を特定するとともに、幅Wxおよび幅Wyの関係に基づいてZ方向の位置を特定することができる。   As described above, the relationship between the width Wx and the width Wy of the fluorescence image, for example, the ratio changes according to the position of the sample W in the Z direction (the same direction as the optical axis 21a of the objective lens 21). Therefore, the image processing unit 7 performs, for example, elliptic Gaussian fitting, and specifies the width Wx and the width Wy in addition to the position of the center of gravity of the fluorescent light image. Thereby, the image processing unit 7 can specify the position in the XY plane of the fluorescent substance corresponding to the fluorescent image from the position of the center of gravity, and can specify the position in the Z direction based on the relationship between the width Wx and the width Wy. .

図6は、所定の撮像位置における、画像処理部7による画像処理の一例を示す図である。ここで、撮像位置とは、試料Wにおける対物レンズ21の前側焦点の位置である。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of image processing by the image processing unit 7 at a predetermined imaging position. Here, the imaging position is the position of the front focus of the objective lens 21 on the sample W.

図6において、符号P1からPnは予め定められた撮像フレーム期間で得られた撮像結果を表す。活性化光L2強度に応じた確率で活性化された蛍光物質が、励起光L1の照射により蛍光を発するので、1フレームにおいては当該確率に応じた数の蛍光物質が蛍光を発し、フレーム間で見ると互いに異なる蛍光物質が蛍光を発している。   In FIG. 6, reference numerals P1 to Pn represent imaging results obtained in a predetermined imaging frame period. Since the fluorescent substance activated at a probability corresponding to the intensity of the activation light L2 emits fluorescent light by irradiation with the excitation light L1, the number of fluorescent substances corresponding to the probability emits fluorescent light in one frame, and between frames. As can be seen, different fluorescent materials emit fluorescence.

画像処理部7は、撮像画像P1からPnのそれぞれについて、各画像に含まれる蛍光の像の重心位置およびXY方向のそれぞれの幅を算出する。画像処理部7は、例えば、この領域の画素値の分布に対して楕円ガウシアンフィッティングを行うことにより、重心のXY位置および幅Wx、Wyを算出する。画像処理部7は、算出された幅Wx、Wyの関係から、予め格納されたテーブル等を参照して当該重心のZ方向の位置も特定する。これにより、画像処理部7は、例えば、蛍光の像Imの重心位置Qが算出され、複数の撮像画像P1からPnに含まれる複数の蛍光の像に応じた複数の重心位置Qの少なくとも一部を用いて、重心位置Qの3次元分布情報を生成する。また、3次元分布情報に基づいて、3次元超解像画像SP1を生成し、表示する。当該超解像画像SP1は試料Wの3次元構造を再構成したものになっている。なお、所定の撮像位置において得られた3次元分布情報をレイヤと称する。   The image processing unit 7 calculates, for each of the captured images P1 to Pn, the position of the center of gravity of the fluorescent light image included in each image and the width in the XY direction. The image processing unit 7 calculates the XY position and the widths Wx and Wy of the center of gravity by performing, for example, elliptic Gaussian fitting on the distribution of pixel values in this area. The image processing unit 7 specifies the position of the center of gravity in the Z direction with reference to a table or the like stored in advance from the relationship between the calculated widths Wx and Wy. Accordingly, the image processing unit 7 calculates, for example, the center of gravity Q of the fluorescence image Im, and at least a part of the plurality of centers of gravity Q corresponding to the plurality of fluorescence images included in the plurality of captured images P1 to Pn. Is used to generate three-dimensional distribution information of the position of the center of gravity Q. Further, a three-dimensional super-resolution image SP1 is generated and displayed based on the three-dimensional distribution information. The super-resolution image SP1 is obtained by reconstructing the three-dimensional structure of the sample W. Note that the three-dimensional distribution information obtained at a predetermined imaging position is referred to as a layer.

図6の例で、3次元超解像度画像SP1は、見る方向をユーザが指定できるような3次元画像として示されている。これに代えてまたはこれに加えて、XY平面への投影画像SP2およびXZ平面への投影画像SP3が表示されてもよい。   In the example of FIG. 6, the three-dimensional super-resolution image SP1 is shown as a three-dimensional image that allows a user to specify a viewing direction. Alternatively or additionally, a projection image SP2 on the XY plane and a projection image SP3 on the XZ plane may be displayed.

図7は、重心位置Qの3次元分布情報のデータ構成45の一例である。図7の例において、重心位置Qを識別する番号に当該重心位置QのXYZ座標が対応付けられている。さらに、輝度Bおよび幅Wx、Wyが対応付けられてよい。当該構成による3次元分布情報が記憶装置43に記憶される。    FIG. 7 is an example of a data configuration 45 of the three-dimensional distribution information of the center of gravity position Q. In the example of FIG. 7, the XYZ coordinates of the center of gravity position Q are associated with the numbers for identifying the center of gravity position Q. Further, the brightness B and the widths Wx and Wy may be associated with each other. The three-dimensional distribution information according to the configuration is stored in the storage device 43.

上記図6で説明した通り、顕微鏡装置1によれば対物レンズ21を光軸方向に固定した状態でも、試料Wの厚さ方向(すなわち対物レンズの光軸方向21a)の構造を再構成することができる。しかしながら、対物レンズ21を光軸方向21aについて固定した状態では、構造を再構成できる厚さ方向の範囲は、撮像位置を中心として、結像光学系5の被写界深度や蛍光の強度、撮像素子のS/N比、シリンドリカルレンズ61の焦点距離等により制限されてしまう。試料Wを観察する場合に、構造を再構成できる厚み方向の範囲は300nm程度である。そこで、本実施形態では、対物レンズ21を駆動部50により対物レンズ21の光軸方向21aに移動させつつ撮像部6により蛍光の像を撮像することで、厚み方向に広い範囲にわたって試料Wの構造を再構成する。   As described above with reference to FIG. 6, according to the microscope apparatus 1, even when the objective lens 21 is fixed in the optical axis direction, the structure of the sample W in the thickness direction (that is, the optical axis direction 21a of the objective lens) can be reconfigured. Can be. However, when the objective lens 21 is fixed in the optical axis direction 21a, the range in the thickness direction in which the structure can be reconstructed is the depth of field of the imaging optical system 5, the intensity of the fluorescence, It is limited by the S / N ratio of the element, the focal length of the cylindrical lens 61, and the like. When observing the sample W, the range in the thickness direction in which the structure can be reconstructed is about 300 nm. Therefore, in the present embodiment, the fluorescence image is captured by the imaging unit 6 while the objective lens 21 is moved in the optical axis direction 21a of the objective lens 21 by the driving unit 50, so that the structure of the sample W is widened in the thickness direction. Reconfigure.

図8は顕微鏡装置1の動作シーケンスの模式図である。図9は顕微鏡装置1の撮像処理を示すフローチャートである。また、図10は撮像処理における撮像条件を入力する画面の一例である。   FIG. 8 is a schematic diagram of an operation sequence of the microscope device 1. FIG. 9 is a flowchart illustrating the imaging process of the microscope device 1. FIG. 10 is an example of a screen for inputting imaging conditions in the imaging processing.

撮像部6が所定の撮像位置において複数回の撮像を行うことを1の撮像処理単位とする。また、図7に示すように、予め決められた複数の撮像位置における画像取得手順をパスという。よって、パスは、例えば、撮像位置1から撮像位置8まで対物レンズ21が、対物レンズ21の光軸5aの方向に移動し、撮像することである。なお、これらの用語は説明を簡略化するために用いているものであって、権利範囲を限定するものではない。   Making the imaging unit 6 perform imaging multiple times at a predetermined imaging position is defined as one imaging processing unit. In addition, as shown in FIG. 7, an image acquisition procedure at a plurality of predetermined imaging positions is referred to as a pass. Therefore, the path is, for example, that the objective lens 21 moves in the direction of the optical axis 5a of the objective lens 21 from the imaging position 1 to the imaging position 8, and performs imaging. Note that these terms are used for simplification of description, and do not limit the scope of rights.

図9のフローチャートに示されるように、まず、撮像処理において撮像条件が設定される(S100)。この場合に、顕微鏡装置1は表示装置44に図10に示すような画面100を表示する。制御装置8は、画面100を通じて、撮像条件としての、撮像最下面の位置、撮像最上面の位置、Z方向のステップサイズ、各撮像位置で取得するフレーム数および3次元分布情報を記憶するファイル名の入力を受け付ける。   As shown in the flowchart of FIG. 9, first, an imaging condition is set in an imaging process (S100). In this case, the microscope device 1 displays a screen 100 as shown in FIG. The control device 8 uses the screen 100 to store the position of the lowermost surface of the image, the position of the uppermost surface of the image, the step size in the Z direction, the number of frames to be acquired at each image position, and the file name for storing the three-dimensional distribution information. Accept the input of.

図10の例では、ユーザにより撮像位置の番号とそれに対応するフレーム数が手動で入力される。これに代えて、あらかじめ定められたルールに基づいて、撮像位置に対するフレーム数が自動的に計算されてもよい。例えば、染色された細胞内組織の密度が細胞の下層ほど高く、上層ほど密度が低くなるような場合に、撮像位置がカバーガラス51から離れるほどフレーム数を多くすることが好ましい。   In the example of FIG. 10, the number of the imaging position and the number of frames corresponding thereto are manually input by the user. Alternatively, the number of frames for the imaging position may be automatically calculated based on a predetermined rule. For example, when the density of the stained intracellular tissue is higher in the lower layer of the cell and lower in the upper layer, it is preferable to increase the number of frames as the imaging position moves away from the cover glass 51.

さらに各パス内における撮像順序も指定できてよい。例えば、初期設定では、上記のように下の撮像位置から上の撮像位置への順次移動が選択されている。この撮像順序に代えて、上から下、偶数番号の撮像位置が先で奇数番号の撮像位置が後、ランダム等の撮像順序が選択できるようになっていてもよい。
また、例えば、図8に示すZ1〜Z8の撮像位置に移動する場合に、Z1、Z8、Z2、Z7、Z3、Z6、Z5の撮像順序を指定することもできる。この撮像順序により、試料の輪郭が明瞭な画像を得ることが可能となる。
Further, the imaging order in each pass may be specified. For example, in the initial setting, the sequential movement from the lower imaging position to the upper imaging position is selected as described above. Instead of this imaging order, it is also possible to select an imaging order such as random, etc., from top to bottom, even numbered imaging positions first, odd numbered imaging positions later.
For example, when moving to the imaging positions Z1 to Z8 shown in FIG. 8, the imaging order of Z1, Z8, Z2, Z7, Z3, Z6, and Z5 can be designated. With this imaging order, it is possible to obtain an image in which the outline of the sample is clear.

上記撮像条件が入力されて撮像開始ボタンが押されると、制御装置8は当該撮像条件から撮像位置、すなわち駆動部50による駆動量を算出する(S102)。この場合に、隣接するレイヤ間で試料Wの厚み方向の一部が重なるよう撮像位置および・または他の撮像条件が設定されることが好ましい。図8には、レイヤ数が8でパス数が1の動作シーケンスの例が示されている。   When the imaging condition is input and the imaging start button is pressed, the control device 8 calculates an imaging position, that is, a driving amount by the drive unit 50 from the imaging condition (S102). In this case, it is preferable that the imaging position and / or other imaging conditions are set so that a part of the sample W in the thickness direction overlaps between adjacent layers. FIG. 8 shows an example of an operation sequence in which the number of layers is eight and the number of paths is one.

照明光学系4は光源3からの活性化光L2および励起光L1を試料W1に照射し(S104)、撮像部6による撮像(S106)を撮像位置に対応した所定のフレーム数行う(S108:No)。   The illumination optical system 4 irradiates the sample W1 with the activating light L2 and the excitation light L1 from the light source 3 (S104), and performs imaging by the imaging unit 6 (S106) a predetermined number of frames corresponding to the imaging position (S108: No). ).

所定のフレーム数の撮像が完了したら(S108:Yes)、駆動部50は対物レンズ21を次の撮像位置に移動させる(S109)。算出された撮像位置について上記ステップS104からS109を繰り返す(S110:No)。   When the imaging of the predetermined number of frames is completed (S108: Yes), the drive unit 50 moves the objective lens 21 to the next imaging position (S109). Steps S104 to S109 are repeated for the calculated imaging position (S110: No).

最終の撮像位置における撮像が完了したら(S110:Yes)、制御部8は最終のパスに至ったか否かを判断する(S111)。最終のパスに至っていない場合に(S111:No)、次のパスへ移行し、ステップS104からS110を繰り返す。最終のパスに至った場合に(S111:Yes)、撮像処理が終了する。   When the imaging at the final imaging position is completed (S110: Yes), the control unit 8 determines whether or not the final pass has been reached (S111). If the last pass has not been reached (S111: No), the process proceeds to the next pass, and steps S104 to S110 are repeated. When the last pass has been reached (S111: Yes), the imaging process ends.

以上、本実施形態によれば、STORM等の方法で試料の構造を再構成する場合において、シリンドリカルレンズの焦点距離 等から制限される厚み方向の範囲よりも広い範囲で、試料の構造を再構成することができる。特に、撮像位置ごとに異なるフレーム数の撮像結果を基にして試料の構造を再構成するので、試料の形状や性質に応じた再構成画像の画質の向上を見込むことができる。   As described above, according to the present embodiment, when reconstructing the structure of a sample by a method such as STORM, the structure of the sample is reconstructed in a range wider than the range in the thickness direction limited by the focal length of the cylindrical lens and the like. can do. In particular, since the structure of the sample is reconstructed on the basis of the imaging results of the different number of frames for each imaging position, improvement in the image quality of the reconstructed image according to the shape and properties of the sample can be expected.

上記撮像処理中にまたは撮像処理後に、画像処理部7は各々の撮像フレームにおいて図6で説明したように、蛍光の重心位置を特定する。画像処理部7はさらに、撮像位置ごとに撮像処理単位に含まれる各々の撮像フレームで特定された重心位置の3次元分布情報を図7に示したデータ構成のファイルとして記憶装置43に記憶する。   During or after the imaging processing, the image processing unit 7 specifies the position of the center of gravity of the fluorescence in each imaging frame as described with reference to FIG. The image processing unit 7 further stores the three-dimensional distribution information of the position of the center of gravity specified in each imaging frame included in the imaging processing unit for each imaging position in the storage device 43 as a file having the data configuration illustrated in FIG.

図11は、複数の撮像位置での撮像により特定された複数のレイヤを示す模式図である。図11には、レイヤ数が3でパス数が1の場合が示されている。   FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a plurality of layers specified by imaging at a plurality of imaging positions. FIG. 11 shows a case where the number of layers is 3 and the number of paths is 1.

画像処理部7は、パスごとかつレイヤごと、すなわち、撮影処理単位ごとに特定した蛍光の重心位置を、パスおよびレイヤを識別する情報に対応付けて、記憶装置43に記憶する。試料空間における各蛍光の重心のZ位置は、駆動部50の駆動量に基づく撮像位置と、各レイヤ内での蛍光の重心のZ位置(撮像された蛍光画像から算出される重心のZ位置)とを用いて特定される。撮像位置とは、上述したように、試料における対物レンズ21の前側焦点の位置であるが、前側焦点の位置は、カバーガラス51を基準とした位置でもよい。   The image processing unit 7 stores the center of gravity of the fluorescence specified for each path and each layer, that is, for each imaging processing unit, in the storage device 43 in association with information for identifying the path and the layer. The Z position of the center of gravity of each fluorescence in the sample space is determined based on the imaging position based on the driving amount of the driving unit 50 and the Z position of the center of gravity of the fluorescence in each layer (the Z position of the center of gravity calculated from the captured fluorescence image). And is specified using The imaging position is the position of the front focus of the objective lens 21 on the sample as described above, but the position of the front focus may be a position based on the cover glass 51.

図12は、試料Wの再構成の表示画像を設定する画面150の一例である。画面150は表示装置44に表示されて、パス、レイヤまたはその両方を視覚的に区別して表示するか否かの設定を受け付ける。   FIG. 12 is an example of a screen 150 for setting a display image of the reconstruction of the sample W. The screen 150 is displayed on the display device 44 and accepts a setting as to whether or not to display the path, the layer, or both of them visually.

図12では、視覚的に区別する方法として表示色を用いる例が示されている。この場合にパスとレイヤとで色の三属性のうちの異なるもの、例えばパスは色相、レイヤは明度、で区別してもよい。これにより、パスごとかつレイヤごとの両方を視覚的に区別することができる。   FIG. 12 shows an example in which display colors are used as a method for visually distinguishing. In this case, the path and the layer may be distinguished by different ones of the three attributes of the color, for example, the hue of the path and the brightness of the layer. This makes it possible to visually distinguish both the path and the layer.

表示色に代えてまたは表示色に加えて、ハッチングや形状、例えば丸、三角、バツ印等で視覚的に区別できるようにしてもよい。   Instead of or in addition to the display colors, hatching or shapes, such as circles, triangles, crosses, etc., may be used so that they can be visually distinguished.

画面150の領域152は、レイヤごとの色分けをするか否かを選択するものであり、領域154はパスごとの色分けをするか否かを選択するものである。領域152の右側には、白抜きの各レイヤが上下方向に並んだ状態が模式的に表されており、さらにその右側には、色分けを選択した場合にレイヤごとに色分けがされる状態が模式的に表されている。領域154の右側には、白抜きの各パスが左右方向に並んだ状態が模式的に表されており、さらにその右側には、色分けを選択した場合にパスごとに色分けがされる状態が模式的に表されている。また、ボックス156は表示するZ方向の範囲の下限を入力するものであり、ボックス157は上限を入力するものである。さらに、ボックス158は表示するパスの下限を入力するものであり、ボックス159は上限を入力するものである。   An area 152 of the screen 150 is for selecting whether or not to perform color coding for each layer, and an area 154 is for selecting whether or not to perform color coding for each path. On the right side of the region 152, a state in which white layers are arranged in the vertical direction is schematically shown, and further on the right side, a state in which the layers are color-coded when color-coding is selected. Are represented. On the right side of the area 154, a state in which white outline paths are arranged in the left-right direction is schematically shown, and further on the right side, a state in which the respective paths are color-coded when the color-coding is selected. Are represented. A box 156 is for inputting a lower limit of a range in the Z direction to be displayed, and a box 157 is for inputting an upper limit. Further, a box 158 is for inputting a lower limit of a path to be displayed, and a box 159 is for inputting an upper limit.

画面150にはさらに撮影処理で得られたデータ構成及びデータ範囲の情報が表示される。データ構成としては、レイヤの厚み、レイヤ数及びパス数が表示される。   The screen 150 further displays information on the data configuration and the data range obtained in the photographing process. As the data configuration, the thickness of the layer, the number of layers, and the number of passes are displayed.

図13は、図11の3次元分布情報を用いて、図12の設定によりレイヤごとに色分けされた表示画像CL1を示す。ただし、図中にカラーを用いることができないので、白、ハッチング、黒を用いてカラーの代用とした。   FIG. 13 shows a display image CL1 color-coded for each layer by the setting of FIG. 12 using the three-dimensional distribution information of FIG. However, since colors cannot be used in the drawing, white, hatching, and black were used instead of colors.

画像処理部7は、記憶装置43に記憶された蛍光の重心位置を呼び出し、レイヤを識別する情報に基づいて、色を割り当てる。画像処理部7は、レイヤ1の蛍光の重心位置に白を割り当て、レイヤ2の蛍光の重心位置にハッチングを割り当て、レイヤ3の蛍光の重心位置に黒を割り当て、表示画像CL1を生成して、表示装置44に表示する。   The image processing unit 7 calls the position of the center of gravity of the fluorescence stored in the storage device 43, and assigns a color based on the information for identifying the layer. The image processing unit 7 assigns white to the center of gravity of the fluorescent light of layer 1, assigns hatching to the center of gravity of the fluorescent light of layer 2, assigns black to the center of gravity of the fluorescent light of layer 3, and generates a display image CL1. It is displayed on the display device 44.

以上、本実施形態によれば、画像処理部7が複数のレイヤのいずれに属する重心位置であるかを視覚的に区別可能に表示するので、レイヤ間において対物レンズ21とステージ2のドリフト(例えば、位置ずれとして現れる)がどの程度あったかをユーザが容易に認識することができる。   As described above, according to the present embodiment, the image processing unit 7 visually indicates to which of the plurality of layers the barycentric position belongs, so that the drift of the objective lens 21 and the stage 2 between the layers (for example, (Appears as a position shift) can be easily recognized by the user.

図14は、レイヤ間における試料の厚み方向の重なりを示す模式図である。上記した通り、複数の撮像位置は、その結果として生成される3次元分布情報の一部が、試料の厚み方向に重なるように設定されることが好ましい。図14においては、レイヤ1とレイヤ2との間に重なりLwがあることを示している。そこで、図12の設定画面150において、手動によりまたは自動により、重なりLwに含まれる重心位置を表示するよう設定できることが好ましい。   FIG. 14 is a schematic diagram showing the overlap of the sample in the thickness direction between the layers. As described above, it is preferable that the plurality of imaging positions are set such that a part of the three-dimensional distribution information generated as a result overlaps in the thickness direction of the sample. FIG. 14 shows that there is an overlap Lw between layer 1 and layer 2. Therefore, it is preferable that the setting screen 150 in FIG. 12 can be set to display the position of the center of gravity included in the overlap Lw manually or automatically.

図15は、重なりLwに含まれる重心位置を表示する表示画像CL2を説明する模式図である。画像処理部7は、各レイヤの3次元分布情報の中から、重なりLwに含まれるZ座標を有する重心位置を特定する。図15に示す例では、レイヤ1およびレイヤ2で破線で囲まれた重心位置が、重なりLwに含まれるものであると特定されている。   FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a display image CL2 that displays the position of the center of gravity included in the overlap Lw. The image processing unit 7 specifies the barycentric position having the Z coordinate included in the overlap Lw from the three-dimensional distribution information of each layer. In the example illustrated in FIG. 15, the positions of the centers of gravity surrounded by the broken lines in Layer 1 and Layer 2 are specified as being included in the overlap Lw.

画像処理部7は、レイヤ1における上記重心位置に白を割り当て、レイヤ2の上記重心位置にハッチングを割り当てて、表示画像CL2を生成して、表示装置44に表示する。これにより、レイヤ間における対物レンズ21とステージ2のドリフトの程度をより容易に認識することができる。   The image processing unit 7 assigns white to the position of the center of gravity in the layer 1 and assigns hatching to the position of the center of gravity of the layer 2 to generate a display image CL2 and display it on the display device 44. Thereby, the degree of drift between the objective lens 21 and the stage 2 between the layers can be more easily recognized.

図16は、顕微鏡装置1の他の動作シーケンスの模式図である。図17は図16に対応した撮像処理における撮像条件を入力する画面110の例である。   FIG. 16 is a schematic diagram of another operation sequence of the microscope device 1. FIG. 17 is an example of a screen 110 for inputting imaging conditions in the imaging processing corresponding to FIG.

図16の例において、顕微鏡装置1はパスを複数回繰り返す。具体的には、パス1からパス10まで10回のパスを繰り返す。   In the example of FIG. 16, the microscope apparatus 1 repeats the pass a plurality of times. Specifically, ten passes from pass 1 to pass 10 are repeated.

パスの数は、図17の画面110を用いてユーザから入力される。さらに、画面110は、図10の画面100と同様に、撮像最下面の位置、撮像最上面の位置、Z方向のステップサイズ、各パス内における撮像順序および3次元分布情報を記憶するファイル名の入力を受け付ける。画面110はさらに、各レイヤに用いる全フレーム数の入力も受け付ける。   The number of passes is input by the user using the screen 110 of FIG. Further, similarly to the screen 100 of FIG. 10, the screen 110 includes a position of the lowermost surface of the imaging, a position of the uppermost surface of the imaging, a step size in the Z direction, an imaging order in each path, and a file name for storing the three-dimensional distribution information. Accept input. The screen 110 also accepts input of the total number of frames used for each layer.

図16および図17の撮像処理も、図9のフローチャートに沿って実行されてよい。この場合に、ステップS102において、画面110から入力された全フレーム数をパス数で割ることにより、各パスの各撮像位置で取得するフレーム数、すなわち各撮像処理単位のフレーム数が算出される。例えば各撮像位置について全パスの合計で用いるフレーム数が10000であり、パス数が10の場合に、各撮像位置で得るフレーム数は1000となる。なお、図8から図10の例のように、撮像位置ごとにフレーム数が異なってもよい。   The imaging processing of FIGS. 16 and 17 may also be executed according to the flowchart of FIG. In this case, in step S102, by dividing the total number of frames input from the screen 110 by the number of passes, the number of frames acquired at each imaging position of each pass, that is, the number of frames of each imaging processing unit is calculated. For example, the number of frames used in the total of all passes for each imaging position is 10000, and when the number of passes is 10, the number of frames obtained at each imaging position is 1000. Note that the number of frames may be different for each imaging position as in the examples of FIGS.

これにより、図16に示すように、撮像位置1から8を順に移動する動作を1パスとして、これを10回繰り返す。言い換えると、各撮像位置にパスの回数分移動し、それぞれの撮像位置で上記撮像処理単位分のフレームが撮像される。   Thus, as shown in FIG. 16, the operation of sequentially moving the imaging positions 1 to 8 is defined as one pass, and this operation is repeated ten times. In other words, the camera moves to each imaging position by the number of times of the pass, and an image of the unit of the imaging processing is captured at each imaging position.

STORM、PALM等のSingle-molecule Localization Microscopy法を利用した顕微鏡装置では、上述したように、撮像フレーム数が多くなるため、パスを1回に設定して撮像を行うと、撮像時間が後になるにつれて蛍光物質が褪色してしまい、例えば、一番最初の撮像位置におけるレイヤと、一番最後の撮像位置におけるレイヤとで、蛍光物質の量が大きく異なってしまう場合がある。
本実施形態によれば、複数パスを設定することが出来るので、レイヤ間での退色による蛍光物質の量の差を低減することができ、レイヤ間での画質の差を低減することができる。
In the microscope apparatus using the Single-molecule Localization Microscopy method such as STORM and PALM, as described above, since the number of imaging frames is large, if imaging is performed by setting a single pass, as the imaging time becomes longer, The amount of the fluorescent substance may be greatly different between the layer at the first imaging position and the layer at the last imaging position, for example.
According to the present embodiment, since a plurality of passes can be set, a difference in the amount of fluorescent substance due to fading between layers can be reduced, and a difference in image quality between layers can be reduced.

図18は、複数のパスおよび複数の撮像位置での撮像により特定された複数のレイヤを示す模式図である。図18には、レイヤ数が3でパス数が2の場合が示されている。   FIG. 18 is a schematic diagram illustrating a plurality of layers specified by imaging at a plurality of paths and a plurality of imaging positions. FIG. 18 shows a case where the number of layers is 3 and the number of paths is 2.

図19は、図18のパスを用いて、レイヤごとに色分けされた表示画像CL3を示す。ただし、図13と同様の理由により、白、ハッチング、黒を用いてカラーの代用とした。   FIG. 19 shows a display image CL3 color-coded for each layer using the path of FIG. However, for the same reason as in FIG. 13, white, hatching, and black were used instead of color.

画像処理部7は、記憶装置43に記憶された蛍光の像のXYZ位置を呼び出し、少なくともレイヤを識別する情報に基づいて、色を割り当てる。画像処理部7は、全パスに含まれるレイヤ1の蛍光の像に白を割り当て、全パスに含まれるレイヤ2の蛍光の像にハッチングを割り当て、全パスに含まれるレイヤ3の蛍光の像に黒を割り当てた表示画像CL3を生成し、表示装置44に表示する。この場合に、レイヤ1からレイヤ3まで色を凡例として示すとともに、パスごとには区別されていないことを「全パス」の文字列等で示すことが好ましい。   The image processing unit 7 calls the XYZ position of the fluorescent light image stored in the storage device 43 and assigns a color based on at least information for identifying the layer. The image processing unit 7 assigns white to the fluorescent image of layer 1 included in all paths, assigns hatching to the fluorescent image of layer 2 included in all paths, and assigns white to the fluorescent image of layer 3 included in all paths. A display image CL3 to which black is assigned is generated and displayed on the display device 44. In this case, it is preferable that the colors from Layer 1 to Layer 3 are shown as legends, and that no distinction is made for each path with a character string such as “all paths”.

以上、本実施形態によれば、画像処理部7が複数のレイヤのいずれの撮像結果に基づいて特定された3次元位置であるかを視覚的に区別可能に表示するので、レイヤ間の撮像時間の違いにより生じる試料Wと対物レンズ間において生じるドリフト(位置ずれ)がどの程度あったかをユーザが容易に認識することができる。   As described above, according to the present embodiment, the image processing unit 7 displays the three-dimensional position specified based on the imaging result of a plurality of layers so as to be visually distinguishable. The user can easily recognize how much drift (positional displacement) has occurred between the sample W and the objective lens caused by the difference between the two.

図20は、図18のレイヤを用いて、パスごとに色分けされた表示画像CL4を示す。ただし、白と黒を用いてカラーの代用とした。   FIG. 20 shows a display image CL4 color-coded for each path using the layer of FIG. However, white and black were used instead of color.

画像処理部7は、記憶装置43に記憶された蛍光の像のXYZ位置を呼び出し、少なくともパスを識別する情報に基づいて、色を割り当てる。図12の例において、画像処理部7は、パス1に含まれる全レイヤの蛍光の像に白を割り当て、パス2に含まれる全レイヤの蛍光の像に黒を割り当て、表示画像CL4を生成し、表示装置44に表示する。その場合に、画像処理部7は凡例として、パス1の色とパス2の色を示すとともに、レイヤごとには区別されていないことを「全レイヤ」の文字列等で示すことが好ましい。   The image processing unit 7 calls up the XYZ position of the fluorescent light image stored in the storage device 43, and assigns a color based on at least information for identifying a path. In the example of FIG. 12, the image processing unit 7 assigns white to the fluorescent images of all the layers included in the pass 1 and assigns black to the fluorescent images of all the layers included in the pass 2, and generates the display image CL4. , On the display device 44. In this case, it is preferable that the image processing unit 7 shows the color of pass 1 and the color of pass 2 as a legend, and indicates that the layers are not distinguished by a character string of “all layers” or the like.

以上、本実施形態によれば、画像処理部7が複数のパスのいずれの撮像結果に基づいて特定された3次元位置であるかを視覚的に区別可能に表示するので、パス間において試料Wのドリフトがどの程度あったかをユーザが容易に認識することができる。   As described above, according to the present embodiment, the image processing unit 7 visually displays the three-dimensional position specified based on the imaging result of a plurality of paths, so that the sample W The user can easily recognize how much drift has occurred.

また、各撮像位置でフレーム数を全て撮像してから次の撮像位置に移動していくと、時間的に後の撮像位置ほど蛍光が退色してしまっており、十分な画質が得られないおそれがある。これに対し、図16のシーケンスを用いた実施形態によれば、各レイヤで用いるフレーム数を複数のパスに分散して撮像するので、時間的に後の撮像位置でも良好な画質を得ることができる。   In addition, when moving to the next imaging position after imaging all frames at each imaging position, the fluorescence fades toward the later imaging position in time, and sufficient image quality may not be obtained. There is. On the other hand, according to the embodiment using the sequence of FIG. 16, the number of frames used in each layer is distributed over a plurality of passes and imaging is performed, so that good image quality can be obtained even at an imaging position that is later in time. it can.

なお、図11、図15、図18から図20では、3次元分布情報が「画像」として示されているが、これは説明のためのものである。すなわち、表示装置44に「表示画像」として表示させる場合以外においては、画像処理部7は画像を生成しなくてよく、図7に示されるようなデータのまま扱えばよい。   In FIGS. 11, 15, 18 and 20, the three-dimensional distribution information is shown as "image", but this is for explanation. That is, the image processing unit 7 does not need to generate an image except when displaying it as a “display image” on the display device 44, and may use the data as shown in FIG.

なお、上記実施形態においては、駆動部50が対物レンズ21を光軸方向5aに移動することにより撮像位置を移動させた。これに代えて、駆動部50がステージ2を対物レンズ21の光軸方向5aすることにより撮像位置を移動させてもよい。   In the above-described embodiment, the image pickup position is moved by the drive unit 50 moving the objective lens 21 in the optical axis direction 5a. Alternatively, the driving unit 50 may move the imaging position by moving the stage 2 in the optical axis direction 5a of the objective lens 21.

また、2種類の蛍光物質を用いる場合には、例えば複数パスのうち奇数のパスには一の蛍光物質を励起する波長の励起光を照射し、偶数のパスに他の蛍光物質を励起する波長の励起光を照射してもよい。   When two types of fluorescent substances are used, for example, an odd number of paths among plural paths is irradiated with excitation light having a wavelength for exciting one fluorescent substance, and an even number of paths is used for exciting other fluorescent substances. May be applied.

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

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。   The execution order of each processing such as operation, procedure, step, and stage in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before”, “before”. It should be noted that they can be realized in any order as long as the output of the previous process is not used in the subsequent process. Even if the operation flow in the claims, the specification, and the drawings is described using “first,” “second,” or the like for convenience, it means that it is essential to perform the operation in this order. Not something.

1 顕微鏡装置、2 ステージ、3 光源装置、4 照明光学系、5 結像光学系、6 撮像部、7 画像処理部、8 制御装置、10a 活性化光源、10b 励起光源、11a シャッタ、11b シャッタ、13 ダイクロイックミラー、14 音響光学素子、15 レンズ、16 導光部材、17 レンズ、18 レンズ、19 フィルタ、20 ダイクロイックミラー、21 対物レンズ、24 フィルタ、25 レンズ、26 光路切替部材、28 レンズ、29 フィルタユニット、30 観察光学系、31 ミラー、32 レンズ、33 ミラー、34 レンズ、35 レンズ、36 ミラー、37 レンズ、40撮像素子、41 制御部、42 制御部、43 記憶装置、44 表示装置、50 駆動部、51 カバーガラス、61 シリンドリカルレンズ、100 画面、110 画面、150 画面、152 領域、154 領域、156 ボックス、157 ボックス、158 ボックス、159 ボックス   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microscope device, 2 stages, 3 light source devices, 4 illumination optical systems, 5 imaging optical systems, 6 imaging units, 7 image processing units, 8 control devices, 10a activation light sources, 10b excitation light sources, 11a shutters, 11b shutters, 13 dichroic mirror, 14 acousto-optic element, 15 lens, 16 light guide member, 17 lens, 18 lens, 19 filter, 20 dichroic mirror, 21 objective lens, 24 filter, 25 lens, 26 optical path switching member, 28 lens, 29 filter Unit, 30 observation optical system, 31 mirror, 32 lens, 33 mirror, 34 lens, 35 lens, 36 mirror, 37 lens, 40 image pickup device, 41 control unit, 42 control unit, 43 storage device, 44 display device, 50 drive Part, 51 cover glass, 61 cylindrical glass 'S, 100 screen, 110 screen, 150 screen, 152 area, 154 area, 156 box, 157 box 158 box 159 box

Claims (1)

試料に含まれる蛍光物質の一部を活性化する活性化光と、前記活性化された蛍光物質の少なくとも一部を励起する励起光を照射する照明光学系と、
対物レンズと、前記蛍光物質からの蛍光の少なくとも一部に対して非点収差を発生させる非点収差光学系を有し、前記蛍光の像を形成する結像光学系と、
前記結像光学系が形成した像を撮像する撮像部と、
前記試料における撮像位置を前記対物レンズの光軸方向に沿って移動する駆動部と、
制御部と
を有し、
前記制御部は、前記撮像部に、第1の撮像位置および前記第1の撮像位置とは異なる第2の撮像位置において、それぞれ複数のフレーム数で撮像させ、
前記制御部は、前記第1の撮像位置における撮像と、第2の撮像位置における撮像とを行う撮像動作を複数回行うことを特徴とする
顕微鏡装置。
Activation light for activating a part of the fluorescent substance contained in the sample, and an illumination optical system for irradiating excitation light for exciting at least a part of the activated fluorescent substance,
An objective lens, having an astigmatism optical system that generates astigmatism for at least a part of the fluorescence from the fluorescent substance, and an imaging optical system that forms an image of the fluorescence,
An imaging unit that captures an image formed by the imaging optical system;
A driving unit that moves an imaging position on the sample along an optical axis direction of the objective lens,
And a control unit.
The control unit causes the image capturing unit to capture images at a plurality of frames at a first image capturing position and a second image capturing position different from the first image capturing position, respectively.
The microscope apparatus according to claim 1, wherein the control unit performs an imaging operation of performing imaging at the first imaging position and imaging at a second imaging position a plurality of times.
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