WO2009151075A1 - Optical scanning microscope - Google Patents
Optical scanning microscope Download PDFInfo
- Publication number
- WO2009151075A1 WO2009151075A1 PCT/JP2009/060611 JP2009060611W WO2009151075A1 WO 2009151075 A1 WO2009151075 A1 WO 2009151075A1 JP 2009060611 W JP2009060611 W JP 2009060611W WO 2009151075 A1 WO2009151075 A1 WO 2009151075A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- light
- scanning
- sample
- horizontal
- synchronization signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/16—Microscopes adapted for ultraviolet illumination ; Fluorescence microscopes
Definitions
- the present invention relates to a light scanning microscope.
- a laser scanning microscope in which a sample is observed by scanning laser light on a sample to be observed.
- the biological sample can be observed fluorescently.
- the frame rate of the displayed observation image is lowered, even if the observer adjusts the position of the stage while viewing the observation image, the operation of the observer is not immediately reflected in the displayed observation image. I will. Therefore, the observer moved the stage too much and took time to adjust the position of the stage, and it was difficult to prepare for observation quickly. In addition, if a delay occurs before the operation of the observer is reflected in the observation image, the position of the stage may not be properly adjusted, and the expected observation image may not be obtained.
- the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an optical scanning microscope capable of reducing the load on a sample without reducing the frame rate of an observation image. .
- the optical scanning microscope comprises: a scanning means for scanning light emitted from a light source on a sample to be observed; and an optical path from the light source to the sample on the light source.
- Light shielding means for shielding the light, and a light shielding control means for controlling the light shielding means so that the light is irradiated to the sample, or the light is shielded and the sample is not irradiated.
- the light shielding control means is configured to emit the light to obtain the observation image of an arbitrary frame among a frame group consisting of several consecutive frames of an observation image obtained by scanning the light on the sample.
- the light shielding means is controlled such that the irradiation area of the sample is different from the irradiation area of the other frame of the frame group.
- the load on the sample can be reduced without reducing the frame rate of the observation image.
- FIG. 1 is a view showing a configuration example of an embodiment of an optical scanning microscope to which the present invention is applied.
- the light scanning microscope 11 is, for example, a laser scanning microscope for fluorescence observation of a sample 12 such as a biological sample, and the sample 12 to be observed is placed on a stage 21 provided in the light scanning microscope 11. .
- the light source 22 of the light scanning microscope 11 emits a laser beam to be applied to the sample 12, and the emitted laser beam passes through the light shielding element 23, the dichroic mirror 24, the horizontal scanner 25, and the vertical scanner 26.
- the sample 12 is irradiated.
- the light blocking element 23 includes, for example, an acousto-optic modulator, an electro-optic modulator, a magneto-optic modulator, etc., and functions as a high-speed shutter that blocks the light from the light source 22.
- the dichroic mirror 24 reflects light in the wavelength band of laser light (excitation light) and transmits light in the wavelength band of fluorescence.
- the fluorescence from the sample 12 is transmitted through the dichroic mirror 24, and then enters the light detection unit 28 through the barrier filter 27.
- the light detection unit 28 receives the incident fluorescence and performs photoelectric conversion to generate an electric signal indicating the intensity of the received fluorescence, and supplies the electric signal to the image processing unit 29.
- control unit 30 for controlling the overall operation of the light scanning microscope 11
- scanner control unit 31 for controlling the operations of the horizontal scanner 25 and the vertical scanner 26, and the light shielding element 23
- a switching unit 32 is provided to control the
- the control unit 30 instructs the scanner control unit 31 to start the fluorescence observation of the sample 12 according to the operation of the observer, and the scanner control unit 31 controls the horizontal scanner 25 and the vertical scanner according to the instruction from the control unit 30. Drive 26.
- the horizontal scanner 25 is, for example, a resonant scanner and has a scan mirror that reflects laser light.
- the horizontal scanner 25 rotates the scan mirror with the straight line in the depth direction as a rotation axis in the drawing in accordance with the instruction of the scanner control unit 31 and scans the laser light on the sample 12 in the horizontal direction in the drawing.
- the vertical scanner 26 is, for example, a galvano scanner and has a scan mirror that reflects laser light.
- the vertical scanner 26 rotates the scan mirror about a straight line in the upper right direction in the drawing and in a direction perpendicular to the rotation axis of the horizontal scanner 25 as a rotation axis, and the laser light is shown in FIG. Make it scan.
- the direction on the observation image of the sample 12 corresponding to the horizontal direction and the horizontal direction in the drawing is also referred to as the horizontal direction
- the direction on the observation image corresponding to the depth direction and the depth direction in the drawing is Also called vertical direction.
- the scanner control unit 31 supplies information indicating the scanning position of the laser beam by the horizontal scanner 25 and the vertical scanner 26 to the image processing unit 29 and the switching unit 32.
- the image processing unit 29 generates an image signal of an observation image which is an image of the sample 12 based on the electric signal supplied from the light detection unit 28 according to the information supplied from the scanner control unit 31.
- the image processing unit 29 is an image of an image of one frame including 512 pixels in the horizontal direction and 512 pixels in the vertical direction and having a frame rate of 10 to 40 fps (frame per second).
- the image processing unit 29 supplies the generated observation image to the display unit 33 connected to the light scanning microscope 11. Thereby, the observation image of the sample 12 is displayed on the display unit 33.
- the barrier filter 27 transmits only light in the wavelength band of fluorescence, and unnecessary components from light incident from the dichroic mirror 24, for example, the wavelength band of laser light A clearer observation image can be obtained by removing the component of.
- the switching unit 32 controls the operation of the light shielding element 23 based on the information supplied from the scanner control unit 31. That is, in the switching unit 32, the laser beam from the light source 22 is transmitted through the light shielding element 23 and the sample 12 is irradiated, or the laser light from the light source 22 is blocked by the light shielding element 23 and irradiated to the sample 12
- the light blocking element 23 is controlled so as to be in either one of the light blocking state where it disappears.
- FIG. 2 is a diagram showing a more detailed configuration example of the scanner control unit 31 of FIG.
- parts corresponding to the case in FIG. 1 are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted.
- Scanner control unit 31 includes vertical synchronization signal generation circuit 61, vertical scanner drive circuit 62, horizontal synchronization signal generation circuit 63, horizontal scanner drive circuit 64, pixel clock generation circuit 65, horizontal line count circuit 66, and frame count circuit 67. Configured
- the vertical synchronization signal generation circuit 61 When the vertical synchronization signal generation circuit 61 receives an instruction to start fluorescence observation from the control unit 30, the vertical synchronization signal VD indicating the timing of starting scanning of the laser light in the vertical direction is output to the switching unit 32 and the vertical scanner drive circuit 62. , The horizontal synchronization signal generation circuit 63, and the frame count circuit 67.
- scanning of the laser light in the vertical direction is performed by the vertical scanner 26, and at the same time, scanning of the laser light in the horizontal direction is performed by the horizontal scanner 25. Is irradiated with laser light. At this time, for example, during a period in which one scan is performed in the vertical direction, a plurality of predetermined scans are performed in the horizontal direction. Also, in order to obtain an observation image of one frame, one scan in the vertical direction is performed.
- the vertical synchronization signal VD is a laser light which is generated from one end to the other end in the vertical direction of the scanning area. Is a signal that indicates the timing at which the vertical scanning of H. is started.
- the vertical scanner drive circuit 62 generates a drive signal VDD for driving the vertical scanner 26 based on the vertical synchronization signal VD supplied from the vertical synchronization signal generation circuit 61 and supplies the drive signal VDD to the vertical scanner 26 for vertical Make a direction scan.
- the horizontal synchronization signal generation circuit 63 generates the horizontal synchronization signal HD based on the vertical synchronization signal VD supplied from the vertical synchronization signal generation circuit 61, and the horizontal scanner drive circuit 64, the pixel clock generation circuit 65, and the horizontal line count circuit 66. , And the frame count circuit 67 and the switching unit 32.
- the horizontal synchronization signal HD is a signal indicating the timing at which the horizontal scanning of the laser light is started, which is performed from one end of the scanning region in the horizontal direction to the other end.
- the horizontal scanner drive circuit 64 generates a drive signal HDD for driving the horizontal scanner 25 based on the horizontal synchronization signal HD supplied from the horizontal synchronization signal generation circuit 63, and supplies the drive signal HDD to the horizontal scanner 25 to perform horizontal operation. Make a direction scan.
- the pixel clock generation circuit 65 generates a pixel clock PC indicating the sampling timing of the electrical signal generated by the light detection unit 28 based on the horizontal synchronization signal HD supplied from the horizontal synchronization signal generation circuit 63. Then, the pixel clock generation circuit 65 supplies the generated pixel clock PC to the horizontal line count circuit 66, the image processing unit 29, and the switching unit 32.
- the pixel clock PC is a signal indicating the timing at which the image processing unit 29 should sample (acquire) an electrical signal from the light detection unit 28.
- Data obtained from the electrical signal sampled by the image processing unit 29 is an observation image Image data for one pixel in the image.
- Horizontal line count circuit 66 starts counting pixel clocks PC from pixel clock generation circuit 65 when horizontal synchronization signal HD is supplied from horizontal synchronization signal generation circuit 63, and the number of pixel clocks PC counted is When the predetermined value is reached, the trigger signal TR1 is generated. That is, by counting the number of pixel clocks PC, the horizontal line count circuit 66 detects the timing to start the scan of the next horizontal line, and generates a trigger signal TR1 indicating the timing.
- the horizontal line means the horizontal direction in the scanning region.
- a horizontally long area consisting of partial scan areas arranged in parallel.
- the horizontal line count circuit 66 when the number of pixel clocks PC counted is 512, the horizontal line count circuit 66 generates a trigger signal TR1 indicating the timing of generation of the horizontal synchronization signal HD and supplies the trigger signal TR1 to the horizontal synchronization signal generation circuit 63. Also, when the trigger signal TR1 is supplied from the horizontal line count circuit 66, the horizontal synchronization signal generation circuit 63 newly generates a horizontal synchronization signal HD. The horizontal line count circuit 66 newly starts counting of the pixel clock PC when a new horizontal synchronization signal HD is supplied from the horizontal synchronization signal generation circuit 63.
- the frame count circuit 67 starts counting the horizontal synchronization signal HD from the horizontal synchronization signal generation circuit 63, and the number of horizontal synchronization signals HD counted is counted. Generates a trigger signal TR2 when it reaches a predetermined value.
- the frame count circuit 67 detects the timing to start the next vertical scanning by counting the number of horizontal synchronization signals HD, and generates a trigger signal TR2 indicating the timing. Then, the frame count circuit 67 supplies the generated trigger signal TR2 to the vertical synchronization signal generation circuit 61 to generate the next vertical synchronization signal VD.
- the trigger signal TR2 is generated at the timing when the count number of the horizontal synchronization signal HD becomes 512.
- the scanner control unit 31 generates the vertical synchronization signal VD and the horizontal synchronization signal HD indicating the timing of scanning start in the vertical direction and the horizontal direction, and controls the operation of the vertical scanner 26 and the horizontal scanner 25.
- FIG. 3 is a diagram showing a more detailed configuration example of the switching unit 32 of FIG.
- parts corresponding to the case in FIG. 1 are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted.
- the switching unit 32 includes an effective horizontal synchronization signal count circuit 91, an effective pixel clock count circuit 92, and a drive circuit 93.
- the effective horizontal synchronization signal count circuit 91 starts counting the horizontal synchronization signal HD from the horizontal synchronization signal generation circuit 63, and reaches a predetermined number. Count. Then, the effective horizontal synchronization signal count circuit 91 outputs the enable signal HDE at H (High) level while counting the horizontal synchronization signal HD, and after stopping the counting of the horizontal synchronization signal HD, the next vertical is generated.
- the enable signal HDE of L (Low) level is output until the synchronization signal VD is supplied.
- the enable signal HDE output from the valid horizontal synchronization signal count circuit 91 is supplied to the drive circuit 93.
- the H level is enabled.
- a signal HDE is output.
- the enable signal HDE at L level is Is output.
- the effective pixel clock count circuit 92 holds irradiation information indicating the irradiation pattern of the laser light with respect to the scanning area of each frame of the observation image.
- One piece of irradiation information includes information indicating whether or not laser light is to be irradiated for each partial scan area of the scan area for one frame.
- the H level enable signal PCE is output.
- the L level enable signal PCE is output.
- the pixel clock PC corresponding to the partial scanning area refers to the pixel clock PC indicating the timing of sampling of the electrical signal obtained by detecting the fluorescence from the partial scanning area.
- the drive circuit 93 transmits the optical path of the laser light through A control signal to the effect that the light shielding element 23 is supplied is supplied to the light shielding element 23.
- drive circuit 93 sets the light shielding state when at least one of enable signal HDE from valid horizontal synchronization signal count circuit 91 and enable signal PCE from valid pixel clock count circuit 92 is at L level. A control signal is supplied to the light shielding element 23.
- the observer adjusts the position of the stage 21 so that the desired part of the sample 12 can be observed on the observation image, or adjusts the intensity of the laser light and various gains. It is necessary to select an appropriate barrier filter 27 or the like.
- the observer operates the light scanning microscope 11 while looking at the observation image displayed on the display unit 33, so that the laser light is irradiated to the sample 12 also at the preparation stage. Become.
- the light scanning microscope 11 changes the irradiation pattern of the laser light to the sample 12 for each frame of the observation image, for example, as shown in FIG. Reduce the load on 12
- the horizontal direction in the drawing indicates the horizontal direction, that is, the direction in which the laser beam is scanned by the horizontal scanner 25, and the vertical direction in the drawing indicates the vertical direction, That is, the direction in which the laser beam is scanned by the vertical scanner 26 is shown.
- one square indicates one partial scan area. Further, the shaded partial scanning area in the scanning area represents the area irradiated with the laser light.
- a of FIG. 4 shows a pattern of laser light emitted to the scanning region R11 when obtaining an observation image of the first frame.
- a partial scan area BR (i, j).
- the optical path of the laser beam is continuously made to be in the transmission state and the laser beam is scanned on the scanning region R11 to obtain an observation image for one frame, one from the horizontal line at the top in the figure.
- the scanning is performed so that the laser light is sequentially irradiated downward to the bottom horizontal line.
- laser beams are sequentially emitted in the right direction from the left end to the right end in the figure, and the even lines from the top are in the figure, Laser light is sequentially emitted in the left direction from the right end to the left end.
- the scanning is performed while the optical path of the laser light is switched to either the transmission state or the light shielding state, and only some partial scan areas included in the scan area R11 Is irradiated with laser light.
- the observation image of the first frame is an image in which each of the portions of the sample 12 located in each of these seven partial scan areas is displayed. That is, in the observation image, an image is displayed on each of the pixels of the observation image corresponding to each of the partial scanning regions to which the laser light is irradiated, and the image of the sample 12 is not displayed on the other pixels.
- the partial scan area BR (3, 1) and the partial scan area BR (4 , 2), partial scan area BR (1, 3), partial scan area BR (5, 3), partial scan area BR (2, 4), and partial scan area BR (3, 5) are irradiated with laser light.
- the partial scanning region BR (2, 1) and the partial scanning region BR (3 , 2), partial scan area BR (4, 3), partial scan area BR (1, 4), partial scan area BR (5, 4), and partial scan area BR (2, 5) are irradiated with laser light. Ru.
- the partial scan area BR (4, 1) and the partial scan area BR of the scan area R11 Laser light is transmitted to (1, 2), partial scan area BR (5, 2), partial scan area BR (2, 3), partial scan area BR (3, 4), and partial scan area BR (4, 4) It is irradiated.
- the entire scanning region R11 is irradiated with the laser light. It will be.
- the laser for a scan for obtaining an observation image of another frame No light is emitted.
- laser light is applied to any partial scan area of the scan area R11 in any one of the first to fourth scans in the first to fourth scans in the vertical direction,
- the laser beam is not irradiated at the time of other scans.
- each partial scan area is irradiated with laser light only once for four frames. It can be done. That is, for example, the irradiation pattern in each of the fifth to eighth frame scans is the same as the irradiation pattern in each of the first to fourth frame scans.
- each of the irradiation information J1 to the irradiation information J4 indicating each of the irradiation patterns of the first to fourth frames is held in the effective pixel clock counting circuit 92.
- the effective pixel clock count circuit 92 supplies the enable signal PCE to the drive circuit 93 while repeatedly referring to the irradiation information J1 to the irradiation information J4 in order.
- the irradiation pattern of the laser beam to the scanning region R11 is repeatedly changed in the order of the irradiation patterns shown in A to D of FIG.
- a predetermined number of temporally consecutive frames (four frames in the example of FIG. 4) are regarded as one frame group, and an irradiation pattern different from other frames is applied to each frame of the frame group.
- the laser beam to the sample 12 is applied by causing the laser beam to be emitted only once by the four-degree scan where the laser beam is always irradiated by the one-time scan normally in the partial scan region.
- the amount of light irradiation can be reduced to one fourth of the normal, and the load on the sample 12 can be reduced.
- the observation image of each frame does not necessarily display the portion of the sample 12 at all pixels, the display of the observation image of each frame is switched at a high speed, so the observation image is actually viewed.
- An observer perceives an image obtained by averaging observation images of several consecutive frames as an observation image. For example, assuming that an image obtained by averaging the observation images of the first frame to the fourth frame is perceived by the observer as the observation image, the observer recognizes each part of the sample 12 in all pixels on the observation image. It looks like it is displayed.
- the laser beam when the laser beam is scanned, the laser beam is sequentially irradiated downward from the top horizontal line to the bottom horizontal line in A of FIG. Any scanning may be performed as long as the scanning is performed so that the entire laser light is irradiated.
- the scanning is performed sequentially from the uppermost horizontal line to the lowermost horizontal line downward in FIG. 4A, and in the scanning of the even-numbered frame, the odd-numbered frames.
- the scanning may be performed in the opposite direction to the time.
- laser light is sequentially emitted upward from the lowest horizontal line to the first horizontal line in FIG. 4A.
- the horizontal lines from the lowermost side to the odd-numbered ones are sequentially irradiated with the laser light from the right end to the left end in the figure and the horizontals from the lowermost side to the even-numbered ones.
- the lines are sequentially irradiated with laser light in the right direction from the left end to the right end in the drawing.
- the scanner control unit 31 when the observer instructs to display the observation image, the scanner control unit 31 generates the vertical synchronization signal VD, the horizontal synchronization signal HD, and the pixel clock PC according to the instruction of the control unit 30, and The three signals are supplied to the switching unit 32, and the pixel clock PC is supplied to the image processing unit 29. Further, the scanner control unit 31 generates a drive signal VDD and a drive signal HDD from the generated vertical synchronization signal VD and horizontal synchronization signal HD, and supplies them to the vertical scanner 26 and the horizontal scanner 25.
- the horizontal scanner 25 rotates the scan mirror based on the drive signal HDD from the scanner control unit 31, and the vertical scanner 26 also rotates the scan mirror based on the drive signal VDD from the scanner control unit 31.
- the switching unit 32 refers to the laser information for each frame while referring to the irradiation information held in advance based on the vertical synchronization signal VD, the horizontal synchronization signal HD, and the pixel clock PC supplied from the scanner control unit 31.
- the control signal is generated so as to change the irradiation pattern of
- the irradiation pattern of the laser light here is, for example, the irradiation pattern described with reference to A of FIG. 4 to D of FIG. 4.
- effective horizontal synchronization signal count circuit 91 supplies enable signal HDE to drive circuit 93 based on vertical synchronization signal VD and horizontal synchronization signal HD from vertical synchronization signal generation circuit 61 and horizontal synchronization signal generation circuit 63.
- the effective pixel clock count circuit 92 refers to the horizontal synchronization signal HD and the pixel clock PC from the horizontal synchronization signal generation circuit 63 and the pixel clock generation circuit 65 while referring to the held irradiation information J1 to the irradiation information J4. Based on this, the enable signal PCE is supplied to the drive circuit 93.
- drive circuit 93 generates a control signal based on enable signal HDE and enable signal PCE from valid horizontal synchronization signal count circuit 91 and valid pixel clock count circuit 92.
- the drive circuit 93 supplies the generated control signal to the light shielding element 23 to control the operation of the light shielding element 23.
- the light source 22 emits laser light as excitation light and causes the light to enter the light shielding element 23.
- the light shielding element 23 transmits the laser light from the light source 22 with the optical path of the laser light in a transmission state or shields the laser light from the light source 22 in a light shielding state according to the control signal from the switching unit 32.
- the laser light transmitted through the light shielding element 23 is reflected by the dichroic mirror 24, and is irradiated to the sample 12 through the horizontal scanner 25 and the vertical scanner 26.
- the horizontal scanner 25 rotates the scan mirror to scan the laser light horizontally on the sample 12
- the vertical scanner 26 rotates the scan mirror to vertically move the laser light on the sample 12. Let it scan.
- fluorescence is expressed from the sample 12.
- the fluorescence from the sample 12 passes through the vertical scanner 26 and the horizontal scanner 25 and further through the dichroic mirror 24. Then, the fluorescence transmitted through the dichroic mirror 24 is transmitted through the barrier filter 27 and received by the light detection unit 28 to be photoelectrically converted.
- the image processing unit 29 acquires (samples) an electrical signal obtained by photoelectric conversion of fluorescence from the light detection unit 28 based on the pixel clock PC from the scanner control unit 31. Then, the image processing unit 29 generates an observation image based on the electrical signal acquired from the light detection unit 28, and supplies the generated observation image of each frame to the display unit 33 for display.
- the observation image is displayed on the display unit 33, and the observer can adjust the position of the stage 21 while checking the portion of the sample 12 on the observation image.
- the load of the sample 12 due to the irradiation of the laser light can be reduced.
- the frame rate of the observation image does not decrease, the operation of the observer on the light scanning microscope 11 is immediately reflected on the observation image displayed on the display unit 33. Therefore, the operability of the light scanning microscope 11 does not decrease either.
- the light shielding element 23 is described as being disposed between the light source 22 and the dichroic mirror 24. However, the light shielding element 23 may be disposed anywhere on the light path of the laser light, that is, between the light source 22 and the sample 12 It may be done.
- the laser beam is irradiated only once to one partial scanning region.
- the partial scanning area may be irradiated with the laser beam a plurality of times.
- the laser beam is irradiated to the scanning range of the laser beam by the horizontal scanner 25 and the vertical scanner 26, that is, substantially the entire scanning region R11. As long as the laser beam is scanned, the laser beam may be scanned.
- frame group may be all the same intensity, and may be mutually different intensity
- the average irradiation intensity of each frame group is substantially equal.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Abstract
Description
本発明は光走査型顕微鏡に関する。 The present invention relates to a light scanning microscope.
従来、レーザ光を観察対象の試料上で走査させて、試料を観察するレーザ走査顕微鏡が知られている。例えば、レーザ走査顕微鏡を用いると、生物試料を蛍光観察することができる。 Conventionally, a laser scanning microscope is known in which a sample is observed by scanning laser light on a sample to be observed. For example, using a laser scanning microscope, the biological sample can be observed fluorescently.
ところで、蛍光色素が導入された生物試料は、レーザ光のような強い光が何度も照射されると、それに伴って蛍光色素から発生する蛍光量が減少してしまうため、レーザ走査顕微鏡で生物試料を蛍光観察する場合には、生物試料に余計な光が照射されないようにすることが重要である。 By the way, when a biological sample into which a fluorescent dye is introduced is irradiated with intense light such as a laser beam many times, the amount of fluorescence generated from the fluorescent dye decreases accordingly, so a living body can be detected by a laser scanning microscope. When fluorescently observing a sample, it is important that the biological sample is not irradiated with unnecessary light.
そこで、観察の準備の段階、例えば、試料の所望する部位の観察画像が得られるように、観察者が試料の載置されたステージの位置を調整するときなどには、スキャナ自体の走査速度は変えず一定の時間間隔で試料にレーザ光を照射(フレームレートを低下)し、試料への負荷を軽減させるレーザ走査顕微鏡が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, when the observer adjusts the position of the stage on which the sample is mounted so that an observation image of a desired portion of the sample can be obtained, for example, the scanning speed of the scanner itself is There has been proposed a laser scanning microscope which irradiates a sample with laser light at a constant time interval (decreases the frame rate) without any change and reduces the load on the sample (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、上述した技術では、試料には間欠的にしかレーザ光が照射されなくなるため、観察画像のフレームレートが低下し、レーザ走査顕微鏡の操作性が悪くなってしまうという問題があった。 However, in the above-described technique, since the sample is only intermittently irradiated with the laser light, the frame rate of the observation image is lowered, and there is a problem that the operability of the laser scanning microscope is deteriorated.
例えば、表示される観察画像のフレームレートが下がると、観察者が観察画像を見ながらステージの位置調整を行っても、観察者の操作が、すぐには表示された観察画像に反映されなくなってしまう。そのため、観察者は、ステージを動かし過ぎてしまったりして、ステージの位置調整に手間取ってしまい、迅速に観察の準備を行うことが困難であった。
また、観察者の操作が観察画像に反映されるまでに遅延が生じると、ステージの位置調整が適切に行われず、期待した観察画像が得られなくなってしまう恐れもあった。
For example, when the frame rate of the displayed observation image is lowered, even if the observer adjusts the position of the stage while viewing the observation image, the operation of the observer is not immediately reflected in the displayed observation image. I will. Therefore, the observer moved the stage too much and took time to adjust the position of the stage, and it was difficult to prepare for observation quickly.
In addition, if a delay occurs before the operation of the observer is reflected in the observation image, the position of the stage may not be properly adjusted, and the expected observation image may not be obtained.
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、観察画像のフレームレートを低下させることなく、試料への負荷を軽減することができる光走査型顕微鏡を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an optical scanning microscope capable of reducing the load on a sample without reducing the frame rate of an observation image. .
本発明の光走査型顕微鏡は、光源から射出された光を観察対象の試料上で走査させる走査手段と、前記光の前記光源から前記試料までの光路上に配置され、前記光源からの前記光を遮光する遮光手段と、前記光が前記試料に照射される透過状態、または前記光が遮光され、前記試料に照射されない遮光状態となるように前記遮光手段を制御する遮光制御手段とを備え、前記遮光制御手段は、前記試料上で前記光を走査させて得られる観察画像の連続するいくつかのフレームからなるフレーム群のうち、任意のフレームの前記観察画像を得るために前記光が照射される前記試料の照射領域が、前記フレーム群の他のフレームの前記照射領域とは異なる領域となるように、前記遮光手段を制御することを特徴とする。 The optical scanning microscope according to the present invention comprises: a scanning means for scanning light emitted from a light source on a sample to be observed; and an optical path from the light source to the sample on the light source. Light shielding means for shielding the light, and a light shielding control means for controlling the light shielding means so that the light is irradiated to the sample, or the light is shielded and the sample is not irradiated. The light shielding control means is configured to emit the light to obtain the observation image of an arbitrary frame among a frame group consisting of several consecutive frames of an observation image obtained by scanning the light on the sample. The light shielding means is controlled such that the irradiation area of the sample is different from the irradiation area of the other frame of the frame group.
本発明によれば、観察画像のフレームレートを低下させることなく、試料への負荷を軽減することができる。 According to the present invention, the load on the sample can be reduced without reducing the frame rate of the observation image.
以下、図面を参照して、本発明を適用した実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明を適用した光走査型顕微鏡の一実施の形態の構成例を示す図である。 FIG. 1 is a view showing a configuration example of an embodiment of an optical scanning microscope to which the present invention is applied.
光走査型顕微鏡11は、例えば、生物試料などの試料12を蛍光観察するためのレーザ走査顕微鏡であり、観察対象の試料12は、光走査型顕微鏡11に設けられたステージ21に載置される。
The
また、光走査型顕微鏡11の光源22からは、試料12に照射されるレーザ光が射出され、射出されたレーザ光は、遮光素子23、ダイクロイックミラー24、水平スキャナ25、および垂直スキャナ26を介して試料12に照射される。ここで、遮光素子23は、例えば音響光学変調器、電気光学変調器、磁気光学変調器などからなり、光源22からの光を遮光する高速シャッタとして機能する。
The
このようにして試料12にレーザ光が照射されると、試料12からは蛍光が発現する。試料12からの蛍光は、レーザ光の光路を逆方向に通ってダイクロイックミラー24に到達し、ダイクロイックミラー24を透過する。つまり、ダイクロイックミラー24は、レーザ光(励起光)の波長帯域の光を反射して、蛍光の波長帯域の光を透過させる。
Thus, when the
さらに試料12からの蛍光は、ダイクロイックミラー24を透過した後、バリアフィルタ27を介して光検出部28に入射する。光検出部28は、入射した蛍光を受光して光電変換することにより、受光した蛍光の強度を示す電気信号を生成し、画像処理部29に供給する。
Further, the fluorescence from the
また、光走査型顕微鏡11には、光走査型顕微鏡11の全体の動作を制御する制御部30、水平スキャナ25と垂直スキャナ26との動作を制御するスキャナ制御部31、および遮光素子23の動作を制御する切換部32が設けられている。
Further, in the
制御部30は、観察者の操作に応じて、試料12の蛍光観察の開始をスキャナ制御部31に指示し、スキャナ制御部31は、制御部30の指示に応じて、水平スキャナ25と垂直スキャナ26を駆動する。
The
水平スキャナ25は、例えばレゾナントスキャナからなり、レーザ光を反射するスキャンミラーを有している。水平スキャナ25は、スキャナ制御部31の指示にしたがって、図中、奥行き方向の直線を回転軸としてスキャンミラーを回動させ、レーザ光を、試料12上で図中、左右方向に走査させる。
The
また、垂直スキャナ26は、例えばガルバノスキャナからなり、レーザ光を反射するスキャンミラーを有している。垂直スキャナ26は、図中、右斜め上方向、かつ水平スキャナ25の回転軸に垂直な方向の直線を回転軸としてスキャンミラーを回動させ、レーザ光を、試料12上で図中、奥行き方向に走査させる。
The
なお、以下、図中、左右方向、およびその左右方向に対応する試料12の観察画像上の方向を水平方向とも称し、図中、奥行き方向、およびその奥行き方向に対応する観察画像上の方向を垂直方向とも称する。
Hereinafter, the direction on the observation image of the
さらに、スキャナ制御部31は、水平スキャナ25および垂直スキャナ26によるレーザ光の走査位置を示す情報を、画像処理部29と切換部32とに供給する。
Further, the
画像処理部29は、スキャナ制御部31から供給される情報にしたがって、光検出部28から供給された電気信号に基づいて試料12の画像である観察画像の画像信号を生成する。例えば、画像処理部29は、観察画像の画像信号として、1フレームの画像が、水平方向に512画素および垂直方向に512画素からなり、フレームレートが10乃至40fps(frame per second)である画像の画像信号を生成する。画像処理部29は、生成した観察画像を、光走査型顕微鏡11に接続された表示部33に供給する。これにより、表示部33には試料12の観察画像が表示される。
The
光走査型顕微鏡11では、光検出部38による蛍光の検出時に、バリアフィルタ27が蛍光の波長帯域の光だけを透過させ、ダイクロイックミラー24より入射する光から不要な成分、例えばレーザ光の波長帯域の成分を除去することで、より鮮明な観察画像が得られる。
In the
また、切換部32は、スキャナ制御部31から供給された情報に基づいて、遮光素子23の動作を制御する。すなわち、切換部32は、光源22からのレーザ光が遮光素子23を透過して試料12に照射される透過状態、または光源22からのレーザ光が遮光素子23において遮光され、試料12に照射されなくなる遮光状態の何れか一方の状態となるように、遮光素子23を制御する。
Further, the
次に、図2は、図1のスキャナ制御部31のより詳細な構成例を示す図である。なお、図2において、図1における場合と対応する部分には、同一の符号を付してあり、その説明は省略する。
Next, FIG. 2 is a diagram showing a more detailed configuration example of the
スキャナ制御部31は、垂直同期信号発生回路61、垂直スキャナ駆動回路62、水平同期信号発生回路63、水平スキャナ駆動回路64、ピクセルクロック発生回路65、水平ラインカウント回路66、およびフレームカウント回路67から構成される。
垂直同期信号発生回路61は、制御部30から蛍光観察の開始の指示を受けると、レーザ光の垂直方向への走査開始のタイミングを示す垂直同期信号VDを、切換部32、垂直スキャナ駆動回路62、水平同期信号発生回路63、およびフレームカウント回路67に供給する。
When the vertical synchronization
光走査型顕微鏡11では、垂直スキャナ26によりレーザ光の垂直方向への走査が行われると同時に、水平スキャナ25によりレーザ光の水平方向の走査が行われて、試料12の観察対象となる領域全体にレーザ光が照射される。このとき、例えば、垂直方向に1度の走査が行われる期間に、水平方向には、予め定められた複数回数の走査が行われる。また、1フレーム分の観察画像を得るために、垂直方向に1度の走査が行われる。
In the
水平スキャナ25および垂直スキャナ26によりレーザ光が走査される領域全体を走査領域と呼ぶこととすると、垂直同期信号VDは、走査領域の垂直方向の一方の端から他方の端まで行われる、レーザ光の垂直方向への走査が開始されるタイミングを示す信号である。
Assuming that the entire area in which the laser light is scanned by the
垂直スキャナ駆動回路62は、垂直同期信号発生回路61から供給された垂直同期信号VDに基づいて、垂直スキャナ26を駆動する駆動信号VDDを生成し、駆動信号VDDを垂直スキャナ26に供給して垂直方向の走査を行わせる。
The vertical
水平同期信号発生回路63は、垂直同期信号発生回路61から供給された垂直同期信号VDに基づいて水平同期信号HDを生成し、水平スキャナ駆動回路64、ピクセルクロック発生回路65、水平ラインカウント回路66、フレームカウント回路67、および切換部32に供給する。この水平同期信号HDは、走査領域の水平方向の一方の端から他方の端まで行われる、レーザ光の水平方向への走査が開始されるタイミングを示す信号である。
The horizontal synchronization
水平スキャナ駆動回路64は、水平同期信号発生回路63から供給された水平同期信号HDに基づいて、水平スキャナ25を駆動する駆動信号HDDを生成し、駆動信号HDDを水平スキャナ25に供給して水平方向の走査を行わせる。
The horizontal
ピクセルクロック発生回路65は、水平同期信号発生回路63から供給された水平同期信号HDに基づいて、光検出部28により生成された電気信号のサンプリングのタイミングを示すピクセルクロックPCを生成する。そして、ピクセルクロック発生回路65は、生成したピクセルクロックPCを、水平ラインカウント回路66、画像処理部29、および切換部32に供給する。
The pixel
このピクセルクロックPCは、画像処理部29が光検出部28から電気信号をサンプリング(取得)すべきタイミングを示す信号であり、画像処理部29によりサンプリングされた電気信号から得られるデータが、観察画像における1画素分の画像データとされる。
The pixel clock PC is a signal indicating the timing at which the
水平ラインカウント回路66は、水平同期信号発生回路63から水平同期信号HDが供給されると、ピクセルクロック発生回路65からのピクセルクロックPCのカウントを開始し、カウントされたピクセルクロックPCの数が、所定値となったときにトリガ信号TR1を生成する。すなわち、水平ラインカウント回路66は、ピクセルクロックPCの数をカウントすることにより、次の水平ラインの走査を開始するタイミングを検出し、そのタイミングを示すトリガ信号TR1を生成する。
Horizontal
ここで、走査領域において、観察画像の所定の画素に表示される画像を得るためにレーザ光が照射される領域を部分走査領域と呼ぶこととすると、水平ラインとは、走査領域内の水平方向に並ぶ部分走査領域からなる水平方向に長い領域をいう。なお、光走査型顕微鏡11では、部分走査領域に相当する試料12の領域にレーザ光が照射されると、その領域からの蛍光が検出されて、レーザ光が照射された領域(部分走査領域)の画像が、その領域に対応する観察画像上の画素に表示されることになる。
Here, assuming that a region irradiated with laser light to obtain an image displayed on a predetermined pixel of an observation image in a scanning region is referred to as a partial scanning region, the horizontal line means the horizontal direction in the scanning region. A horizontally long area consisting of partial scan areas arranged in parallel. In the
例えば、1つの水平ラインが512個の部分走査領域からなり、水平同期信号HDが入力されたタイミングでピクセルクロックPCのカウントが開始される場合、カウントされたピクセルクロックPCの数が512となったタイミングで、次の水平同期信号HDが生成されるべきである。 For example, if one horizontal line consists of 512 partial scan areas and the count of the pixel clock PC is started at the timing when the horizontal synchronization signal HD is input, the number of counted pixel clocks PC becomes 512. At timing, the next horizontal synchronization signal HD should be generated.
そこで、水平ラインカウント回路66は、カウントしたピクセルクロックPCの数が512となると、水平同期信号HDの生成のタイミングを示すトリガ信号TR1を生成して水平同期信号発生回路63に供給する。また、水平同期信号発生回路63は、水平ラインカウント回路66からトリガ信号TR1が供給されると、新たに水平同期信号HDを生成する。水平ラインカウント回路66は、水平同期信号発生回路63から新たな水平同期信号HDが供給されると、新たにピクセルクロックPCのカウントを開始する。
Therefore, when the number of pixel clocks PC counted is 512, the horizontal
フレームカウント回路67は、垂直同期信号発生回路61から垂直同期信号VDが供給されると、水平同期信号発生回路63からの水平同期信号HDのカウントを開始し、カウントされた水平同期信号HDの数が、所定値となったときにトリガ信号TR2を生成する。
When the vertical synchronization signal VD is supplied from the vertical synchronization
すなわち、フレームカウント回路67は、水平同期信号HDの数をカウントすることにより、次の垂直方向の走査を開始するタイミングを検出し、そのタイミングを示すトリガ信号TR2を生成する。そして、フレームカウント回路67は、生成したトリガ信号TR2を垂直同期信号発生回路61に供給して、次の垂直同期信号VDを生成させる。
That is, the
例えば、走査領域が512本の水平ラインからなるときには、水平同期信号HDのカウント数が512となったタイミングで、トリガ信号TR2が生成される。 For example, when the scan area consists of 512 horizontal lines, the trigger signal TR2 is generated at the timing when the count number of the horizontal synchronization signal HD becomes 512.
このように、スキャナ制御部31は、垂直方向および水平方向の走査開始のタイミングを示す垂直同期信号VDおよび水平同期信号HDを生成して、垂直スキャナ26および水平スキャナ25の動作を制御する。
As described above, the
次に、図3は、図1の切換部32のより詳細な構成例を示す図である。なお、図3において、図1における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は省略する。
Next, FIG. 3 is a diagram showing a more detailed configuration example of the switching
切換部32は、有効水平同期信号カウント回路91、有効ピクセルクロックカウント回路92、および駆動回路93から構成される。
The switching
有効水平同期信号カウント回路91は、垂直同期信号発生回路61から垂直同期信号VDが供給されると、水平同期信号発生回路63からの水平同期信号HDのカウントを開始し、予め定められた数までカウントする。そして、有効水平同期信号カウント回路91は、水平同期信号HDをカウントしている間はH(High)レベルのイネーブル信号HDEを出力し、水平同期信号HDのカウントを停止した後は、次の垂直同期信号VDが供給されるまで、L(Low)レベルのイネーブル信号HDEを出力する。有効水平同期信号カウント回路91から出力されたイネーブル信号HDEは、駆動回路93に供給される。
When the vertical synchronization signal VD is supplied from the vertical synchronization
走査領域上でレーザ光を走査させて観察画像を得ようとする場合、水平スキャナ25や垂直スキャナ26のスキャンミラーのウォブリングにより、走査領域の境界付近の画像が歪んでしまうため、走査領域の一部の領域の画像が観察画像とされる。ここで、走査領域のうち、観察画像として表示される領域を有効走査領域と呼ぶこととすると、有効走査領域の一部が含まれる水平ラインに対する水平同期信号HDがカウントされたときには、水平ラインに有効走査領域が含まれる旨を示すHレベルのイネーブル信号HDEが出力される。
When laser light is scanned over the scanning area to obtain an observation image, the wobbling of the scanning mirrors of the
つまり、水平同期信号HDのカウント数により特定される水平同期信号HDが、有効走査領域の一部が含まれる水平ラインの走査開始のタイミングを示す水平同期信号HDである場合に、Hレベルのイネーブル信号HDEが出力される。逆に、カウント数により特定される水平同期信号HDが、有効走査領域の一部が含まれない水平ラインの走査開始のタイミングを示す水平同期信号HDである場合には、Lレベルのイネーブル信号HDEが出力される。 That is, when the horizontal synchronization signal HD specified by the count number of the horizontal synchronization signal HD is the horizontal synchronization signal HD indicating the timing to start the scanning of the horizontal line including a part of the effective scanning area, the H level is enabled. A signal HDE is output. Conversely, when the horizontal synchronization signal HD specified by the count number is the horizontal synchronization signal HD indicating the timing of the start of scanning of a horizontal line not including a part of the effective scanning area, the enable signal HDE at L level is Is output.
有効ピクセルクロックカウント回路92は、観察画像のフレームごとの走査領域に対するレーザ光の照射パターンを示す照射情報を保持している。1つの照射情報には、1つのフレームについて、走査領域の各部分走査領域ごとにレーザ光を照射させるか否かを示す情報が含まれている。有効ピクセルクロックカウント回路92は、水平同期信号発生回路63から水平同期信号HDが供給されると、ピクセルクロック発生回路65からのピクセルクロックPCのカウントを開始し、照射情報を参照してイネーブル信号PCEを駆動回路93に供給する。
The effective pixel
つまり、ピクセルクロックPCのカウント数により特定されるピクセルクロックPCが、照射情報により示されるレーザ光を照射すべき部分走査領域に対応するピクセルクロックPCである場合、Hレベルのイネーブル信号PCEが出力される。また、カウント数により特定されるピクセルクロックPCが、照射情報により示されるレーザ光を照射すべきではない部分走査領域に対応するピクセルクロックPCである場合、Lレベルのイネーブル信号PCEが出力される。 That is, when the pixel clock PC specified by the count number of the pixel clock PC is the pixel clock PC corresponding to the partial scan region to be irradiated with the laser light indicated by the irradiation information, the H level enable signal PCE is output. Ru. Further, when the pixel clock PC specified by the count number is the pixel clock PC corresponding to the partial scan area to which the laser light indicated by the irradiation information should not be irradiated, the L level enable signal PCE is output.
なお、部分走査領域に対応するピクセルクロックPCとは、その部分走査領域からの蛍光が検出されて得られる電気信号のサンプリングのタイミングを示すピクセルクロックPCをいう。 The pixel clock PC corresponding to the partial scanning area refers to the pixel clock PC indicating the timing of sampling of the electrical signal obtained by detecting the fluorescence from the partial scanning area.
駆動回路93は、有効水平同期信号カウント回路91からHレベルのイネーブル信号HDEが供給され、かつ有効ピクセルクロックカウント回路92からHレベルのイネーブル信号PCEが供給された場合、レーザ光の光路を透過状態とする旨の制御信号を遮光素子23に供給する。また、駆動回路93は、有効水平同期信号カウント回路91からのイネーブル信号HDE、または有効ピクセルクロックカウント回路92からのイネーブル信号PCEの少なくとも何れか一方がLレベルである場合、遮光状態とする旨の制御信号を遮光素子23に供給する。
When the enable signal HDE of H level is supplied from the effective horizontal synchronization
ところで、試料12の蛍光観察の準備段階においては、観察者は、試料12の所望する部位が観察画像上で観察できるようにステージ21の位置を調整したり、レーザ光の強度や各種ゲインの調整、適切なバリアフィルタ27の選択などを行ったりする必要がある。
これらの蛍光観察の準備時には、観察者は、表示部33に表示された観察画像を見ながら光走査型顕微鏡11に対する操作を行うため、準備段階においてもレーザ光が試料12に照射されることになる。
By the way, at the preparation stage of the fluorescence observation of the
At the time of preparation for these fluorescence observations, the observer operates the
そこで、光走査型顕微鏡11は、試料12の蛍光観察の準備段階においては、例えば、図4に示すように、観察画像のフレームごとに試料12へのレーザ光の照射パターンを変えることにより、試料12への負荷を軽減する。
Therefore, in the preparation step of the fluorescence observation of the
なお、図4のA乃至図4のDのそれぞれにおいて、図中、横方向は水平方向、つまり水平スキャナ25によりレーザ光が走査される方向を示しており、図中、縦方向は垂直方向、つまり垂直スキャナ26によりレーザ光が走査される方向を示している。また、1つの四角形は、1つの部分走査領域を示している。さらに、走査領域において斜線の施されている部分走査領域は、レーザ光の照射される領域を表している。
In each of A to D in FIG. 4, the horizontal direction in the drawing indicates the horizontal direction, that is, the direction in which the laser beam is scanned by the
図4のAは、1フレーム目の観察画像を得るときに走査領域R11に照射されるレーザ光のパターンを示している。図4のAの例では、走査領域R11は水平方向に5分割、垂直方向に5分割されて、走査領域R11には、合計25(=5×5)個の部分走査領域が含まれている。 A of FIG. 4 shows a pattern of laser light emitted to the scanning region R11 when obtaining an observation image of the first frame. In the example of FIG. 4A, the scan area R11 is divided into five in the horizontal direction and five in the vertical direction, and the scan area R11 includes a total of 25 (= 5 × 5) partial scan areas. .
なお、以下、走査領域R11の図中、左上から水平方向(右方向に)i番目(1≦i≦5)であり、かつ垂直方向(下方向)にj番目(1≦j≦5)に位置する部分走査領域を部分走査領域BR(i,j)と呼ぶこととする。 Hereinafter, in the drawing of the scanning region R11, it is i-th (1 ≦ i ≦ 5) in the horizontal direction (rightward) from the upper left, and j-th (1 ≦ j ≦ 5) in the vertical direction (downward) The partial scan area located is referred to as a partial scan area BR (i, j).
例えば、レーザ光の光路が継続して透過状態とされて、1フレーム分の観察画像を得るために走査領域R11上でレーザ光が走査される場合、図中、1番上側の水平ラインから1番下側の水平ラインまで下方向に順番にレーザ光が照射されるように、走査が行われる。また、このとき、1番上側から奇数番目にある水平ラインは、図中、左端から右端まで右方向に順番にレーザ光が照射され、1番上側から偶数番目にある水平ラインは、図中、右端から左端まで左方向に順番にレーザ光が照射される。 For example, when the optical path of the laser beam is continuously made to be in the transmission state and the laser beam is scanned on the scanning region R11 to obtain an observation image for one frame, one from the horizontal line at the top in the figure. The scanning is performed so that the laser light is sequentially irradiated downward to the bottom horizontal line. At this time, laser beams are sequentially emitted in the right direction from the left end to the right end in the figure, and the even lines from the top are in the figure, Laser light is sequentially emitted in the left direction from the right end to the left end.
しかしながら、実際には試料12への負荷の軽減のため、レーザ光の光路は透過状態または遮光状態の何れかに切り換えられながら走査が行われ、走査領域R11に含まれるいくつかの部分走査領域だけにレーザ光が照射される。
However, in practice, to reduce the load on the
具体的には、観察画像の1フレーム目では、走査領域R11のうち、部分走査領域BR(1,1)、部分走査領域BR(5,1)、部分走査領域BR(2,2)、部分走査領域BR(3,3)、部分走査領域BR(4,4)、部分走査領域BR(1,5)、および部分走査領域BR(5,5)にレーザ光が照射される。したがって、1番目のフレームの観察画像は、これらの7つの部分走査領域のそれぞれに位置する試料12の部位のそれぞれが表示される画像となる。つまり、観察画像において、レーザ光が照射される部分走査領域のそれぞれに対応する、観察画像の画素のそれぞれに画像が表示され、他の画素には試料12の画像は表示されないことになる。
Specifically, in the first frame of the observation image, of the scan area R11, the partial scan area BR (1, 1), the partial scan area BR (5, 1), the partial scan area BR (2, 2), the partial The laser beam is irradiated to the scan area BR (3, 3), the partial scan area BR (4, 4), the partial scan area BR (1, 5), and the partial scan area BR (5, 5). Therefore, the observation image of the first frame is an image in which each of the portions of the
また、2フレーム目の観察画像を得るときには、レーザ光の走査時において、図4のBに示すように、走査領域R11のうち、部分走査領域BR(3,1)、部分走査領域BR(4,2)、部分走査領域BR(1,3)、部分走査領域BR(5,3)、部分走査領域BR(2,4)、および部分走査領域BR(3,5)にレーザ光が照射される。 Further, when obtaining an observation image of the second frame, at the time of scanning of the laser light, as shown in B of FIG. 4, the partial scan area BR (3, 1) and the partial scan area BR (4 , 2), partial scan area BR (1, 3), partial scan area BR (5, 3), partial scan area BR (2, 4), and partial scan area BR (3, 5) are irradiated with laser light. Ru.
さらに、3フレーム目の観察画像を得るときには、レーザ光の走査時において、図4のCに示すように、走査領域R11のうち、部分走査領域BR(2,1)、部分走査領域BR(3,2)、部分走査領域BR(4,3)、部分走査領域BR(1,4)、部分走査領域BR(5,4)、および部分走査領域BR(2,5)にレーザ光が照射される。 Furthermore, when obtaining the observation image of the third frame, at the time of scanning of the laser light, as shown in FIG. 4C, the partial scanning region BR (2, 1) and the partial scanning region BR (3 , 2), partial scan area BR (4, 3), partial scan area BR (1, 4), partial scan area BR (5, 4), and partial scan area BR (2, 5) are irradiated with laser light. Ru.
さらに、また、4フレーム目の観察画像を得るときには、レーザ光の走査時において、図4のDに示すように、走査領域R11のうち、部分走査領域BR(4,1)、部分走査領域BR(1,2)、部分走査領域BR(5,2)、部分走査領域BR(2,3)、部分走査領域BR(3,4)、および部分走査領域BR(4,4)にレーザ光が照射される。 Furthermore, when obtaining the observation image of the fourth frame, at the time of scanning of the laser light, as shown in D of FIG. 4, the partial scan area BR (4, 1) and the partial scan area BR of the scan area R11 Laser light is transmitted to (1, 2), partial scan area BR (5, 2), partial scan area BR (2, 3), partial scan area BR (3, 4), and partial scan area BR (4, 4) It is irradiated.
このように、レーザ光の走査が開始されてから4フレーム目の観察画像を得るための走査、つまり垂直方向の4回目の走査が終了した時点で、走査領域R11全体にレーザ光が照射されることになる。ここで、1フレーム乃至4フレームのうちの、任意のフレームの観察画像を得るための走査においてレーザ光が照射される部分走査領域には、他のフレームの観察画像を得るための走査時には、レーザ光が照射されない。 As described above, when the scanning for obtaining the observation image of the fourth frame after the scanning of the laser light is started, that is, when the fourth scanning in the vertical direction is completed, the entire scanning region R11 is irradiated with the laser light. It will be. Here, in the partial scan area to which the laser light is applied in the scan for obtaining an observation image of an arbitrary frame among the 1 to 4 frames, the laser for a scan for obtaining an observation image of another frame No light is emitted.
換言すれば、走査領域R11の任意の部分走査領域には、垂直方向の1回目乃至4回目までの走査において、1回目乃至4回目の何れか1回の走査時において、レーザ光が照射され、他の走査時にはレーザ光は照射されない。 In other words, laser light is applied to any partial scan area of the scan area R11 in any one of the first to fourth scans in the first to fourth scans in the vertical direction, The laser beam is not irradiated at the time of other scans.
したがって、5フレーム目以降の走査においても、1フレーム目乃至4フレーム目の走査と同じ照射パターンで繰り返し走査を行えば、各部分走査領域に、4フレーム分の走査で1度だけレーザ光が照射されるようにすることができる。つまり、例えば、5フレーム目乃至8フレーム目の走査のそれぞれにおける照射パターンは、1フレーム目乃至4フレーム目の走査のそれぞれにおける照射パターンと同じとされる。 Therefore, even in the fifth and subsequent frames, if scanning is repeatedly performed with the same irradiation pattern as in the first to fourth frames, each partial scan area is irradiated with laser light only once for four frames. It can be done. That is, for example, the irradiation pattern in each of the fifth to eighth frame scans is the same as the irradiation pattern in each of the first to fourth frame scans.
また、この場合、1番目のフレーム乃至4番目のフレームの照射パターンのそれぞれを示す照射情報J1乃至照射情報J4のそれぞれが、有効ピクセルクロックカウント回路92に保持される。そして、有効ピクセルクロックカウント回路92は、照射情報J1乃至照射情報J4を順番に繰り返し参照しながら、イネーブル信号PCEを駆動回路93に供給する。これにより、走査領域R11へのレーザ光の照射パターンが、図4のA乃至図4のDに示した照射パターンのそれぞれの順番で、繰り返し変更される。
Further, in this case, each of the irradiation information J1 to the irradiation information J4 indicating each of the irradiation patterns of the first to fourth frames is held in the effective pixel
このように、時間的に連続する予め定められた数のフレーム(図4の例では4フレーム)を1つのフレーム群として、そのフレーム群の各フレームに対して、他のフレームとは異なる照射パターンでレーザ光の走査を行うようにすることで、試料12へのレーザ光の照射量を減らすことができる。
In this manner, a predetermined number of temporally consecutive frames (four frames in the example of FIG. 4) are regarded as one frame group, and an irradiation pattern different from other frames is applied to each frame of the frame group. By performing the scanning of the laser light at this time, the irradiation amount of the laser light to the
つまり、部分走査領域に、通常では1度の走査で必ずレーザ光が照射されていたところを、4度の走査で1度だけレーザ光が照射されるようにすることで、試料12へのレーザ光の照射量を通常の4分の1に減らすことができ、試料12への負荷を軽減することができる。しかも、この場合において、レーザ光の照射量を減らすために、観察画像のフレームレートを下げる必要はない。
That is, the laser beam to the
なお、各フレームの観察画像は、全ての画素に試料12の部位が表示される訳ではないが、各フレームの観察画像の表示の切り換えは高速で行われるため、実際に観察画像を見ている観察者には、連続するいくつかのフレームの観察画像を平均した画像が観察画像として知覚される。例えば、1番目のフレームから4番目のフレームの観察画像を平均した画像が、観察画像として観察者に知覚されるとすると、観察者には、観察画像上の全ての画素に試料12の各部位が表示されているように見えることになる。
Although the observation image of each frame does not necessarily display the portion of the
つまり、観察者にとっては、常にレーザ光の光路を透過状態としたときの観察画像と比べて、多少画質が劣化した観察画像が表示されているように見える。 That is, it appears to the observer that an observation image with a somewhat deteriorated image quality is displayed as compared with the observation image when the optical path of the laser light is always in the transmission state.
また、レーザ光の走査が行われる場合、図4のA中、1番上側の水平ラインから1番下側の水平ラインまで下方向に順番にレーザ光が照射されると説明したが、走査領域全体にレーザ光が照射されるように走査が行われれば、どのように走査されてもよい。 Further, it has been described that when the laser beam is scanned, the laser beam is sequentially irradiated downward from the top horizontal line to the bottom horizontal line in A of FIG. Any scanning may be performed as long as the scanning is performed so that the entire laser light is irradiated.
例えば、奇数番目のフレームの走査では、図4のA中、1番上側の水平ラインから1番下側の水平ラインまで下方向に順番に行われ、偶数番目のフレームの走査では、奇数番目のときとは逆方向に走査が行われるようにしてもよい。そのような場合、偶数番目のフレームの走査では、図4のA中、1番下側の水平ラインから1番上側の水平ラインまで上方向に順番にレーザ光が照射される。このとき、図4のA中、1番下側から奇数番目にある水平ラインは、図中、右端から左端まで左方向に順番にレーザ光が照射され、1番下側から偶数番目にある水平ラインは、図中、左端から右端まで右方向に順番にレーザ光が照射される。 For example, in the scanning of the odd-numbered frame, the scanning is performed sequentially from the uppermost horizontal line to the lowermost horizontal line downward in FIG. 4A, and in the scanning of the even-numbered frame, the odd-numbered frames. The scanning may be performed in the opposite direction to the time. In such a case, in the scanning of the even-numbered frame, laser light is sequentially emitted upward from the lowest horizontal line to the first horizontal line in FIG. 4A. At this time, in FIG. 4A, the horizontal lines from the lowermost side to the odd-numbered ones are sequentially irradiated with the laser light from the right end to the left end in the figure and the horizontals from the lowermost side to the even-numbered ones. The lines are sequentially irradiated with laser light in the right direction from the left end to the right end in the drawing.
次に、試料12の蛍光観察の準備段階における、光走査型顕微鏡11の動作について説明する。
Next, the operation of the
まず、観察者により観察画像の表示が指示されると、スキャナ制御部31は、制御部30の指示に応じて、垂直同期信号VD、水平同期信号HD、およびピクセルクロックPCを生成し、それらの3つの信号を切換部32に供給するとともに、ピクセルクロックPCを画像処理部29に供給する。また、スキャナ制御部31は、生成した垂直同期信号VDおよび水平同期信号HDから、駆動信号VDDおよび駆動信号HDDを生成して垂直スキャナ26および水平スキャナ25に供給する。
First, when the observer instructs to display the observation image, the
すると、水平スキャナ25は、スキャナ制御部31からの駆動信号HDDに基づいてスキャンミラーを回動させ、垂直スキャナ26もスキャナ制御部31からの駆動信号VDDに基づいてスキャンミラーを回動させる。
Then, the
また、切換部32は、スキャナ制御部31から供給された垂直同期信号VD、水平同期信号HD、およびピクセルクロックPCに基づいて、予め保持されている照射情報を参照しながら、フレームごとにレーザ光の照射パターンが変更されるように制御信号を生成する。ここでのレーザ光の照射パターンは、例えば図4のA乃至図4のDを参照して説明した照射パターンとされる。
Further, the switching
すなわち、有効水平同期信号カウント回路91は、垂直同期信号発生回路61および水平同期信号発生回路63からの、垂直同期信号VDおよび水平同期信号HDに基づいて、イネーブル信号HDEを駆動回路93に供給する。また、有効ピクセルクロックカウント回路92は、保持している照射情報J1乃至照射情報J4を参照しながら、水平同期信号発生回路63およびピクセルクロック発生回路65からの、水平同期信号HDおよびピクセルクロックPCに基づいて、イネーブル信号PCEを駆動回路93に供給する。
More specifically, effective horizontal synchronization
そして、駆動回路93は、有効水平同期信号カウント回路91および有効ピクセルクロックカウント回路92からの、イネーブル信号HDEおよびイネーブル信号PCEに基づいて制御信号を生成する。駆動回路93は、生成した制御信号を遮光素子23に供給して、遮光素子23の動作を制御する。
Then, drive
さらに、光源22は、励起光としてのレーザ光を射出して遮光素子23に入射させる。遮光素子23は、切換部32からの制御信号に応じて、レーザ光の光路を透過状態として光源22からのレーザ光を透過させるか、または遮光状態として光源22からのレーザ光を遮光する。遮光素子23を透過したレーザ光は、ダイクロイックミラー24において反射され、水平スキャナ25および垂直スキャナ26を通って試料12に照射される。
Furthermore, the
このとき、水平スキャナ25はスキャンミラーを回動させて、レーザ光を試料12上で水平方向に走査させ、垂直スキャナ26はスキャンミラーを回動させて、レーザ光を試料12上で垂直方向に走査させる。
At this time, the
また、レーザ光が試料12に照射されると、試料12からは蛍光が発現する。試料12からの蛍光は、垂直スキャナ26および水平スキャナ25を通って、さらにダイクロイックミラー24を透過する。そして、ダイクロイックミラー24を透過した蛍光は、バリアフィルタ27を透過して光検出部28に受光され、光電変換される。
Further, when the
画像処理部29は、スキャナ制御部31からのピクセルクロックPCに基づいて、光検出部28から、蛍光の光電変換により得られた電気信号を取得(サンプリング)する。そして、画像処理部29は、光検出部28から取得した電気信号に基づいて観察画像を生成し、生成した各フレームの観察画像を表示部33に供給して表示させる。
The
これにより、表示部33に観察画像が表示され、観察者は、観察画像上の試料12の部位を確認しながら、ステージ21の位置調整などを行うことができるようになる。
As a result, the observation image is displayed on the
以上のように、フレームごとにレーザ光の照射パターンを変えることで、レーザ光が照射されることによる試料12の負荷を軽減させることができる。しかも、観察画像のフレームレートが低下することはないので、表示部33に表示される観察画像には、観察者の光走査型顕微鏡11に対する操作が直ちに反映される。したがって、光走査型顕微鏡11の操作性も低下することはない。
As described above, by changing the irradiation pattern of the laser light for each frame, the load of the
なお、以上においては、遮光素子23は、光源22とダイクロイックミラー24との間に配置されると説明したが、レーザ光の光路上、つまり光源22と試料12との間であれば、どこに配置されてもよい。
In the above description, the
また、図4のA乃至図4のDに示した例では、1番目のフレーム乃至4番目のフレームの走査が行われる間、1つの部分走査領域には、1度だけレーザ光が照射されると説明したが、複数回レーザ光が照射される部分走査領域があるようにしてもよい。また、1度もレーザ光が照射されない部分走査領域があるようにしてもよい。 Further, in the example shown in A to D of FIG. 4, while the scanning of the first frame to the fourth frame is performed, the laser beam is irradiated only once to one partial scanning region. Although it has been described, the partial scanning area may be irradiated with the laser beam a plurality of times. In addition, there may be a partial scanning area where the laser beam is not irradiated even once.
つまり、1番目のフレーム乃至4番目のフレームからなるフレーム群の走査が行われる期間において、水平スキャナ25および垂直スキャナ26によるレーザ光の走査範囲、つまり走査領域R11の略全域にレーザ光が照射されるように、レーザ光の走査が行われればよい。
That is, in a period in which scanning of a frame group including the first frame to the fourth frame is performed, the laser beam is irradiated to the scanning range of the laser beam by the
さらに、フレーム群を構成する各フレームのレーザ光の照射強度は、すべて同じ強度であってもよいし、互い異なる強度であってもよい。各フレームのレーザ光の照射強度が互いに異なる強度の場合は、各フレーム群の平均照射強度が、略等しいことが好ましい。 Furthermore, the irradiation intensity of the laser beam of each flame | frame which comprises a flame | frame group may be all the same intensity, and may be mutually different intensity | strength. When the irradiation intensity of the laser beam of each frame is different from each other, it is preferable that the average irradiation intensity of each frame group is substantially equal.
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。 The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
11 光走査型顕微鏡, 12 試料, 21 ステージ, 22 光源, 23 遮光素子, 24 ダイクロイックミラー, 25 水平スキャナ, 26 垂直スキャナ, 28 光検出部, 29 画像処理部, 31 スキャナ制御部, 32 切換部
Claims (2)
前記光の前記光源から前記試料までの光路上に配置され、前記光源からの前記光を遮光する遮光手段と、
前記光が前記試料に照射される透過状態、または前記光が遮光され、前記試料に照射されない遮光状態となるように前記遮光手段を制御する遮光制御手段と
を備え、
前記遮光制御手段は、前記試料上で前記光を走査させて得られる観察画像の連続するいくつかのフレームからなるフレーム群のうち、任意のフレームの前記観察画像を得るために前記光が照射される前記試料の照射領域が、前記フレーム群の他のフレームの前記照射領域とは異なる領域となるように、前記遮光手段を制御する
ことを特徴とする光走査型顕微鏡。 Scanning means for scanning light emitted from a light source on a sample to be observed;
A light shielding unit disposed on an optical path from the light source of the light to the sample to shield the light from the light source;
A light blocking control means for controlling the light blocking means to be in a light transmitting state in which the light is irradiated to the sample or in a light blocking state in which the light is blocked and not irradiated to the sample;
The light shielding control means is configured to emit the light to obtain the observation image of an arbitrary frame among a frame group consisting of several consecutive frames of an observation image obtained by scanning the light on the sample. The light shielding means is controlled such that the irradiation area of the sample is different from the irradiation area of another frame of the frame group.
ことを特徴とする請求項1に記載の光走査型顕微鏡。 The light shielding control means is configured to irradiate the light over substantially the entire scanning range of the light by the scanning means in a period in which the light is scanned to obtain the observation images of all the frames of the frame group. The optical scanning microscope according to claim 1, wherein the light shielding means is controlled.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008-151679 | 2008-06-10 | ||
| JP2008151679 | 2008-06-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2009151075A1 true WO2009151075A1 (en) | 2009-12-17 |
Family
ID=41416781
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2009/060611 Ceased WO2009151075A1 (en) | 2008-06-10 | 2009-06-10 | Optical scanning microscope |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2009151075A1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09329749A (en) * | 1996-06-11 | 1997-12-22 | Nikon Corp | Optical scanning microscope |
| JP2002131645A (en) * | 2000-10-30 | 2002-05-09 | Olympus Optical Co Ltd | Scanning laser microscope |
| JP2008026885A (en) * | 2006-06-22 | 2008-02-07 | Olympus Corp | Light-stimulus illumination apparatus and microscope apparatus |
-
2009
- 2009-06-10 WO PCT/JP2009/060611 patent/WO2009151075A1/en not_active Ceased
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09329749A (en) * | 1996-06-11 | 1997-12-22 | Nikon Corp | Optical scanning microscope |
| JP2002131645A (en) * | 2000-10-30 | 2002-05-09 | Olympus Optical Co Ltd | Scanning laser microscope |
| JP2008026885A (en) * | 2006-06-22 | 2008-02-07 | Olympus Corp | Light-stimulus illumination apparatus and microscope apparatus |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8129697B2 (en) | Laser scanning microscope | |
| WO2014119451A1 (en) | Image acquisition device, and imaging device | |
| US6943332B2 (en) | Laser microscope and irradiating method | |
| WO2009104719A1 (en) | Laser scanning microscope | |
| WO2010071191A1 (en) | Image pickup device and image pickup method | |
| JP2000275541A (en) | Laser microscope | |
| JP3694956B2 (en) | Optical scanning microscope | |
| KR102103663B1 (en) | Shooting device and method and shooting device control program | |
| WO2009151075A1 (en) | Optical scanning microscope | |
| JP5771371B2 (en) | Laser scanning microscope | |
| JP5191352B2 (en) | Laser scanning microscope | |
| JPH09243921A (en) | Laser scanning fluorescence microscope | |
| JP2011141311A (en) | Multi-photon microscope | |
| JP6696997B2 (en) | Imaging plate scanner | |
| JP2012073551A (en) | Scanning type microscope | |
| US8045262B2 (en) | Laser scanning microscope | |
| JP2002296677A (en) | Optical scanning projector, image generating method used for the same, image generating program used for the same, and computer-readable recording medium which records image generating program | |
| WO2012144515A1 (en) | Microscope device and image processing method | |
| JP6240056B2 (en) | Image acquisition apparatus and imaging apparatus | |
| JP2012118363A (en) | Confocal microscope | |
| JP5770958B1 (en) | Image acquisition apparatus and imaging apparatus | |
| JP2012118364A (en) | Confocal microscope | |
| JP6153340B2 (en) | Laser microscope equipment | |
| JP5562582B2 (en) | Fluorescence observation equipment | |
| JP4844157B2 (en) | Scanning microscope |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 09762505 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 09762505 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: JP |