JP2018194634A - ライトフィールド顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】デコンボリューション処理により画像構築を行うライトフィールド顕微鏡であって、ライトフィールド画像と、通常の画像とを容易に取得可能なライトフィールド顕微鏡を提供する。
【解決手段】ライトフィールド顕微鏡１００は、標本Ｓからの光束を検出するイメージセンサ１６と、標本Ｓの像共役位置に配置されるマイクロレンズアレイ１３を含む、標本Ｓからの光束をイメージセンサ１６へ導光する第１光学系と、第１光学系中において、マイクロレンズアレイ１３を介さずに標本Ｓからの光束をイメージセンサ１６へ導光する第１光路と、マイクロレンズアレイ１３を介して標本Ｓからの光束をイメージセンサ１６へ導光する第２光路と、の間で標本Ｓからの光束が通過する光路を切り替える可動式ミラー６と、を備え、イメージセンサ１６は、第１光路または第２光路を通過した光束を検出する。
【選択図】図１

Description

ライトフィールド顕微鏡に関する。

ライトフィールド顕微鏡では、一度の撮像により一定範囲の三次元情報を含む光情報を検出することができるため、撮像時における焦点位置を合わせるための調整作業の省略、撮像回数の削減等が可能となり、より効率的な観察を行うことができる。一般に、ライトフィールド顕微鏡では、検出した光情報から光線追跡に基づいて任意の焦点位置に対応したリフォーカス画像を作成する。

特許文献１には、従来のライトフィールド顕微鏡によるリフォーカス像構築方法に加えて３次元デコンボリューションを組み合わせることで、標本の３次元情報を高解像かつ広範囲に再構築する技術が記載されている。また、光学系の光路中に位相板を配置することで、対物レンズの焦点付近で発生する解像の劣化を防ぎ、Ｚ位置に依らず高解像な３次元像の再構築方法も開示されている。特許文献１に係る技術によれば、従来のリフォーカス像構築方法のような光線追跡によって作成していた画像と比較して、より解像度の高い画像を広いＺ範囲で取得することができる。

米国特許出願公開第２０１６／００６２１００号明細書

一般にライトフィールド顕微鏡においても、他の顕微鏡と同じく、画像取得を行うための標本の位置の探索を行う。一方で、特許文献１に記載されるライトフィールド顕微鏡では、画像取得を行うための標本の位置を探すために、取得した光情報に対して逐一デコンボリューション処理を行うと、多大な時間を要してしまう。

また、ライトフィールド顕微鏡では、マイクロレンズを通した対物レンズの瞳の像がカメラ（イメージセンサ）に結像されるため、カメラに映るライブ画像から標本の位置や形状を読みとることも難しい。

特許文献１に記載されるようなライトフィールド顕微鏡において、デコンボリューション処理を施すことによって生成される画像（以降、ライトフィールド画像とも表記）に加え、通常の蛍光画像についても容易に取得することができれば、標本の位置の探索を効率的に行うことができる。

以上の実情を踏まえ、本発明では、特許文献１に記載されるようなデコンボリューション処理により画像構築を行うライトフィールド顕微鏡であって、ライトフィールド画像と、通常の画像とを容易に取得可能なライトフィールド顕微鏡を提供することを目的とする。

本発明の一態様におけるライトフィールド顕微鏡は、検出した光情報に対してデコンボリューション処理による画像構築を実行するライトフィールド顕微鏡であって、標本からの光束を検出するイメージセンサと、前記標本の像共役位置に配置されるマイクロレンズアレイを含む、前記標本からの光束を前記イメージセンサへ導光する第１光学系と、前記第１光学系中において、前記マイクロレンズアレイを介さずに前記標本からの光束を前記イメージセンサへ導光する第１光路と、前記マイクロレンズアレイを介して前記標本からの光束を前記イメージセンサへ導光する第２光路と、の間で前記標本からの光束が通過する光路を切り替える切替機構と、を備え、前記イメージセンサは、前記第１光路または前記第２光路を通過した光束を検出することを特徴とするライトフィールド顕微鏡。

本発明のライトフィールド顕微鏡によれば、ライトフィールド画像と、通常の画像とを容易に取得することができる。

第１の実施形態におけるライトフィールド顕微鏡の構成を示す図。 第２の実施形態におけるライトフィールド顕微鏡の構成を示す図。 第１、２の実施形態を組み合わせた変形例であるライトフィールド顕微鏡の構成を示す図。 第３の実施形態におけるライトフィールド顕微鏡の構成を示す図。 レボルバの構成を示す図。 第４の実施形態におけるライトフィールド顕微鏡の構成を示す図。 第５の実施形態におけるライトフィールド顕微鏡の構成を示す図。

本発明の第１の実施形態におけるライトフィールド顕微鏡１００について説明する。図１は、ライトフィールド顕微鏡１００の構成を示す図である。

ライトフィールド顕微鏡１００は、光源ユニット１、励起フィルタ２、蛍光フィルタ３、ダイクロイックミラー４、対物レンズ５、可動式ミラー６、レンズ７、８、１１、１４、１５、及び、位相変調素子９、ミラー１０、１１、マイクロレンズアレイ１３、イメージセンサ１６、制御装置１５０、を備えている。

光源ユニット１は、標本Ｓからの蛍光を発生させる励起光を含む光を出力する光源を有し、後段の光学系へその光を導光するユニットである。励起フィルタ２は、光源ユニット１からの照明光のうち励起光のみを通過させる素子である。励起フィルタ２としては、例えばバンドパスフィルタが用いられる。

ダイクロイックミラー４は、光源ユニット１、励起フィルタ２を通過した励起光を反射し、標本Ｓからの蛍光を透過するように設計される。具体的には、励起フィルタ２を通過した励起光は、ダイクロイックミラー４で反射され、対物レンズ５を介して標本Ｓへ照射される。標本Ｓから発生した蛍光は、対物レンズ５を介して取り込まれ、ダイクロイックミラー４を透過する。尚、標本Ｓは図示しないステージ等に設置される。

また、ライトフィールド顕微鏡１００には、観察時の倍率を変更するために、複数の対物レンズ５を光路上に切替可能に設けたリボルバが備えられてもよい。

蛍光フィルタ３は、標本Ｓからの蛍光のみを通過させ、その他散乱光等の不要光を除外する。

可動式ミラー６は、図示しない駆動機構により回動する。具体的には、可動式ミラー６は、図１で現在可動式ミラー６が配置されている位置（位置６ａ）及び点線で示される位置（位置６ｂ）の二箇所の間で、配置が切り替えられるように回動する。位置６ａに配置された状態では、標本Ｓからの蛍光はレンズ７へ導光され、可動式ミラー６が位置６ｂに配置された状態では、レンズ１５へ導光される。尚、図１では、可動式ミラー６が位置６ａに配置された状態の光路を実線で示し、可動式ミラー６が位置６ｂに配置された状態の光路を一点鎖線で示している。光源ユニット１から出力された光束が標本Ｓへ至る光路は、可動式ミラー６の配置によらず同様であり、その光路は実線で示される。また、可動式ミラー６が位置６ａ、６ｂのそれぞれに配置された状態における光路は、判り易くするためにそれぞれ光軸がずれているように記載しているが、実際には同じ光軸上を通過するものである。

位相変調素子９は、対物レンズ５の瞳共役位置に配置され、蛍光を変調する。尚、図１では、対物レンズ５の瞳位置及びその共役な位置を点線αで示している。また、位相変調素子９は、マイクロレンズアレイ１３の前段（対物レンズ５寄り）に配置される。

マイクロレンズアレイ１３は、標本Ｓの像共役位置に配置される。尚、図１では、標本Ｓの像位置及びその共役な位置を点線βで示している。

また、光束が実線の光路を通過する場合、イメージセンサ１６は、対物レンズ５の瞳共役な位置である。光束が一点鎖線の光路を通過する場合、イメージセンサ１６は、標本Ｓの像共役位置である。

イメージセンサ１６は、標本Ｓからの蛍光の光束を検出する。また、イメージセンサ１６は、レンズ１５の焦点位置に配置される。

以上の構成では、対物レンズ５に取り込まれた蛍光は、ダイクロイックミラー４、蛍光フィルタ３を介して可動式ミラー６へ到達する。このときの可動式ミラー６の配置（位置６ａ、６ｂ）に応じて光路が変更される。具体的には、光学系中において可動式ミラー６は、その配置に応じて、マイクロレンズアレイ１３を介さない一点鎖線で示す光路（第１光路）と、マイクロレンズアレイ１３を介す実線で示す光路（第２光路）と、の間で標本Ｓからの光束が通過する光路を切り替える切替機構として機能する。

第１光路を光束が通過する場合、レンズ１５によってイメージセンサ１６へ標本Ｓの像が結像され、通常の蛍光画像を取得することができる。また、第２光路を光束が通過する場合、位相変調素子９、マイクロレンズアレイ１３を介して、イメージセンサ１６へ標本Ｓからの光束が導光される。

制御用のコンピュータである制御装置１５０は、第２光路を介してイメージセンサ１６が検出した光束の情報（以降、光情報とも表記）に対してデコンボリューション処理を行うことで、画像構築を実行する。

仮に、位相変調素子９を構成として有さない場合、対物レンズ５の焦点面の任意の物点の位置から対物レンズ５により取り込んだ光束は、像共役位置にあるマイクロレンズアレイ１３の一つのレンズ上に結像される。この状態では、物点位置によって結像パターンが変わらず、各物点の位置に依存する情報はイメージセンサ１５上に反映されない。一方、位相変調素子９が光束を変調することで、焦点位置からの光束が、非焦点面から光束を取り込んだ場合と同様に複数のマイクロレンズを通過することとなり、物点の位置の情報を含むものとなる。即ち、位相変調素子９が光路上に配置されている状態で検出した光情報は、光軸方向の位置に依らずデコンボリューションによる画像構築を行うことが可能な情報となる。

以上のように、ライトフィールド顕微鏡１００によれば、蛍光が通過する光学系を切替機構である可動式ミラー６によって切り替えることで、通常の蛍光画像、及び、デコンボリューション処理によって構築された画像をそれぞれ容易に取得することができる。

例えば、標本Ｓの対物レンズ５の光軸方向における撮影位置の探索を、取得した通常の蛍光画像を用いて行うことができるほか、標本Ｓ上の撮影位置が決まり、より高解像の画像を所望するときにデコンボリューション処理を施した画像を取得することもできる。このように、状況に応じて通常の蛍光画像による観察、ライトフィールド画像による観察を容易に切り替えて行うことができるため、観察の効率を上げることができる。

デコンボリューション処理によって構築された画像は、光情報に画像処理を施すことで推定して得られた標本Ｓの情報であるため、標本Ｓの生の情報ではない。本構成によって、デコンボリューション処理を施した画像と併せて通常の蛍光画像を取得することで、デコンボリューション処理を施した画像と標本Ｓの生の情報を反映した蛍光画像とを比較でき、デコンボリューション処理を施した画像の信頼性を評価することにもつながる。

また、通常の蛍光画像による観察と、デコンボリューション処理による画像構築を行う観察とを切り替える（以降、観察手段の切替とも表記する）際、可動式ミラー６以外の構成については、配置変更が起こらない。単純にマイクロレンズアレイ、位相変調素子等を光路から挿脱することで通常の蛍光画像による観察とライトフィールド画像による観察とを切り替える構成では、光学系内の素子が挿脱される構成であることから、何度も切替を行うことで素子の位置ずれが生じ得る。そのため、キャリブレーションを行うなど、測定の精度を保証するために煩雑な作業が増加し得る。ライトフィールド顕微鏡１００の構成では、マイクロレンズアレイ１３や位相変調素子９等の素子の挿脱を行わず、可動式ミラー６を回動させる構成であるため、光路に配置される素子の位置ずれが起こらず、観察手段の切替が行われても測定精度を保つことができる。

また、本構成では、通常の蛍光画像による観察と、デコンボリューション処理による画像構築を行う観察とを、同じイメージセンサ１６により検出した光情報を用いて行う。一般にイメージセンサとしては、ＣＣＤ等の高価なものが用いられることが多い。本構成のように、複数の観察を共有したイメージセンサを用いて行うことができれば、コストを抑えることにつながる。

以下、第２の実施形態におけるライトフィールド顕微鏡２００について説明する。図２は、ライトフィールド顕微鏡２００の構成を示す図である。

ライトフィールド顕微鏡２００は、光源ユニット２１、可動式ミラー２２、レンズ２３、可動式ユニット２４、２６、３８、対物レンズ２５、レンズ２７、２８、３１、３４、３６、及び、位相変調素子２９、ミラー３０、３２、マイクロレンズアレイ３３、波長選択フィルタ３５、イメージセンサ３７、及び、レンズ３９、スキャナ４０、ダイクロイックミラー４１、たとえばＰＭＴのような光検出器４２、ミラー４３、レーザ光源４４、制御装置１５０を備えている。

対物レンズ２５、位相変調素子２９、マイクロレンズアレイ３３、イメージセンサ３７は、第１の実施形態の対物レンズ５、位相変調素子９、マイクロレンズアレイ１３、イメージセンサ１６と同様である。

光源ユニット２１は、光源ユニット１と同様に、後段の光学系へ出力した光束を導光するユニットである。光源ユニット２１は、いくつかのレンズを有している。

レーザ光源４４は、二光子励起用の超短パルスレーザ光を出力する。

スキャナ４０は、レーザ光源４４からの光束を走査する走査手段であり、例えば、ガルバノスキャナ等が用いられる。

可動式ユニット２４は、励起フィルタ２４ａ、蛍光フィルタ２４ｂ、ダイクロイックミラー２４ｃを含む。励起フィルタ２４ａ、蛍光フィルタ２４ｂ、ダイクロイックミラー２４ｃは、第１の実施形態の励起フィルタ２、蛍光フィルタ３、ダイクロイックミラー４と同様の役割を有する。即ち、励起フィルタ２４ａは、光源ユニット２１からの照明光のうち励起光のみを通過させ、蛍光フィルタ２４ｂは、標本Ｓからの蛍光のみを通過させ、その他散乱光等の不要光を除外する。ダイクロイックミラー２４ｃは、励起フィルタ２４ａを通過した励起光を反射し、標本Ｓからの蛍光を透過するように設計される。

可動式ユニット３８は、ミラー３８ａを含む。可動式ユニット２６は、ミラー２６ａ、２６ｂを含む。

本実施形態のライトフィールド顕微鏡２００では、可動式ユニット２４、２６、３８のそれぞれが、光路上へ挿脱可能に構成される。また、可動式ミラー２２については、図２のように二箇所の位置（位置２２ａ、２２ｂ）で配置の切替が行われる。また、可動式ユニット２４、及び、３８は、いずれか一方が光路上に挿入される。本構成では、上述の可動式ユニット（２４、２６、３８）及び可動式ミラー２２のそれぞれの配置状況に応じて、対物レンズ２５が取り込んだ光束の通過する光路が変更される。

まず、可動式ユニット２４及び２６が光路上に設置され、可動式ミラー２２が位置２２ａに配置されている場合について説明する。この状態では、光源ユニット２１により、出力された光束は、レンズ２３、励起フィルタ２４ａ、ダイクロイックミラー２４ｃ、対物レンズ２５を介して標本Ｓへ照射される。対物レンズ２５が取り込んだ光束（蛍光）は、ダイクロイックミラー２４ｃ、蛍光フィルタ２４ｂを通過し、ミラー２６ａで反射され、位相変調素子２９、マイクロレンズアレイ３３を介してイメージセンサ３７へ導光される。そのため、このような可動式ユニット、可動式ミラーの配置では、ライトフィールド顕微鏡２００は、標本Ｓから検出した光情報から制御装置１５０によってデコンボリューション処理を施した画像を作成することができる。

次に、可動式ユニット２４が光路上に設置され、可動式ミラー２２が位置２２ａに配置された状態のまま、可動式ユニット２６のみが光路から除外された場合について説明する。この状態では、対物レンズ２５が取り込んだ光束（蛍光）は、ダイクロイックミラー２４ｃ、蛍光フィルタ２４ｂを通過したのち、波長選択フィルタ３５、レンズ３６によりイメージセンサ３７へ結像される。従って、通常の蛍光画像を取得することができる。

従って、可動式ユニット２４が光路上に配置され、可動式ミラー２２が位置２２ａに配置された状態では、可動式ユニット２６は、挿脱されることで、マイクロレンズアレイ１３を介さない一点鎖線で示す光路（第１光路）と、マイクロレンズアレイ１３を介す実線で示す光路（第２光路）と、の間で光束が通過する光路を切り替える切替機構として機能する。

次に、可動式ユニット３８が光路上に配置され、可動式ミラー２２が位置２２ｂに配置されている場合について説明する。この状態では、光源ユニット２１からの光は、位置２２ｂに配置されたミラー２２によって反射されるため、標本Ｓに導光されない。代わりに、レーザ光源４４から出力されるレーザ光が、スキャナ４０、対物レンズ２５等を介して標本Ｓへ照射される。それにより、標本Ｓにおいて二光子吸収過程が生じ、対物レンズ２５の焦点面から発生した蛍光を、光検出器４２を介して検出する。

従って、このような配置では、上述したような、対物レンズ２５が取り込んだ光束をイメージセンサ３７へ導光するマイクロレンズアレイ１３等を含む一連の構成（第１光学系４５と称する）へ光束が導光されず、レンズ２３、レンズ３９、スキャナ４０、ダイクロイックミラー４１、ミラー４３、レーザ光源４４を含む一連の構成（第２光学系４６と称する）を介して標本Ｓからの蛍光を光検出器４２へ導光し、検出を行う。このように、標本Ｓからの光束が通過する光学系を第１光学系４５と、第２光学系４６との間で切り替える手段として機能する、可動式ユニット２４、３８、可動式ミラー２２を第２切替機構とも表記する。

二光子励起は、光密度が十分となる焦点面以外では起こらず、第２光学系４６によれば、非合焦位置からの光束が光検出器４２へ導光されない。即ち、光検出器４２により検出された蛍光の情報に対し、図示しない制御用のコンピュータ等により画像処理を行うことで、対物レンズ２５の光軸方向にセクショニング効果を有する標本Ｓの画像を取得することができる。

以上のライトフィールド顕微鏡２００によれば、第１の実施形態のように通常の蛍光画像とデコンボリューション処理により得られる画像とを切り替えて取得可能な構成に加え、さらにその構成に該当する第１光学系４５と、第２光学系４６とを切り替えることで、第２光学系４６を介して光軸方向にセクショニング効果を有する画像を別途取得することができる。

このように、第２光学系４６により標本Ｓの生の情報を高解像な画像として取得し、デコンボリューション処理を施した画像と比較することで、デコンボリューション処理を施した画像をより精密に評価することにつながる。

本実施形態の二光子励起顕微鏡では、標本Ｓから発生する光とレーザ光とを分離するためのダイクロックミラー４１がスキャナ４０と光検出器４２の間にある構成になっているが、ダイクロックミラー４１は、スキャナ４０とミラー２２の間に配置される構成であってもよい。また、第２光学系４６と光検出器４２を含む構成が二光子励起顕微鏡として機能する例を示したが、構成はこれに限られるものではない。非合焦位置からの光束を光検出器４２へ導光せず、合焦位置からの光束のみを光検出器４２へ導光するものであればよく、例えば、第２光学系として、共焦点ピンホールを有し、レーザ走査型共焦点顕微鏡やディスク型共焦点顕微鏡等の共焦点顕微鏡として機能するような構成としてもよい。また、第２光学系は、シート状の光束を照明光として標本Ｓへ射出し、合焦位置からの光束のみを光検出器へ導光するＳＰＩＭ（光シート顕微鏡）のような構成としてもよい。また、第２光学系は、多光子励起顕微鏡として機能する構成であってもよい。対物レンズ２５の光軸方向にセクショニング効果を有する標本Ｓの画像を取得することが可能な従来周知の構成を第２光学系として採用することで、本実施形態における効果を奏するものとなる。

以下、第１、２の実施形態を組み合わせた変形例であるライトフィールド顕微鏡３００について説明する。図３は、ライトフィールド顕微鏡３００の構成を示す図である。

ライトフィールド顕微鏡３００は、新たに光学系１９と、光学系１９の後段に光検出器（不図示）を備え、可動式ミラー６が位置６ａ、６ｂに加えて位置６ｃに配置されるように回動制御される点で、ライトフィールド顕微鏡１００と異なるがそれ以外の構成は同様である。

光学系１９は、第２の実施形態で説明した第２光学系４６に等しい。本構成では、可動式ミラー６を位置６ｃに配置した状態とすることで、光学系１９による光軸方向にセクショニング効果を有する画像を取得することができる。可動式ミラー６の配置を切り替えて光学系１９による観察を行う際には、光源ユニット１の出力をオフにする、または、光源ユニット１の光束を遮断する等の動作を行う。またその際、蛍光フィルタ３、ダイクロイックミラー４の光路上からの取り外しを行ってもよい。

以上の変形例によっても、第２の実施形態のライトフィールド顕微鏡２００と同様の効果を奏するものとなる。

以下、第３の実施形態におけるライトフィールド顕微鏡４００について説明する。図４は、ライトフィールド顕微鏡４００の一部の構成を示す図である。

ライトフィールド顕微鏡４００は、ライトフィールド顕微鏡１００の構成において複数の対物レンズ５を装着可能なレボルバ５０を備えた顕微鏡である。レボルバ５０は、複数の対物レンズ（対物レンズ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）を有しており、いずれかの対物レンズが光路上に設置される。

上記複数の対物レンズは、光路上に配置されたときに瞳位置が等しくなる複数の対物レンズと、等しい瞳径を有する複数の対物レンズと、を含む。

図４は、光路上に配置されたときに瞳位置が等しくなる対物レンズ５ａ、５ｂを示す図である。図５は、瞳径が等しく、イメージセンサ１６への投影面積が等しい対物レンズ５ａ、５ｂを含むレボルバの構成を示す図である。対物レンズ５ａ、５ｂ間で光路上に配置する対物レンズの切替を行った場合、切替前後で瞳に関する条件が変更されないことから、使用する対物レンズに応じてマイクロレンズアレイ１３等の調整（他のマイクロレンズアレイとの切替など）を行うことを要しない。

例えば、対物レンズの瞳位置が変更されると、マイクロレンズアレイ１３へ結像される標本Ｓの像位置が変わってしまう場合があり、対物レンズの切替に伴いマイクロレンズアレイ１３の配置を調整する必要が生じ得る。一方、対物レンズの切替前後で瞳位置が同様であれば、上記マイクロレンズアレイ１３の調整を伴わずとも観察が可能である。

また、対物レンズの切替に伴い、イメージセンサ１６への投影面積が小さく（大きく）なると、イメージセンサ１６の使用領域が少なく（多く）なるため、イメージセンサ１６の出力設定の変更等を行う必要がある。一方、対物レンズの切替前後で、投影面積が等しい（即ち対物レンズの瞳径が等しい）ならば、イメージセンサ１６の調整を伴わずとも観察が可能である。

以上から、光路上に配置されたときに瞳位置が等しくなる複数の対物レンズと、瞳径が等しい複数の対物レンズと、を有するライトフィールド顕微鏡４００の構成によれば、対物レンズの切替前後で、マイクロレンズアレイ１３やイメージセンサ１６の調整の手間を軽減することができる。

また、図４、５で示した例では、対物レンズ５ａ、５ｂが、光路上に配置されたときに瞳位置が等しくなり、イメージセンサ１６への投影面積を等しくするものとしたが、本構成はこれに限られない。例えば、対物レンズ５ａ、５ｂが、光路上に配置されたときに瞳位置が等しくなるものであり、対物レンズ５ｃ、５ｄが、イメージセンサ１６への投影面積が等しくなるような瞳径を有するものであってもよい。

また、光路上に配置されたときに瞳位置が等しくなる複数の対物レンズと、イメージセンサ１６への標本Ｓからの光の投影面積が等しくなる瞳径を有する複数の対物レンズと、のいずれか一方を有する構成であっても、対物レンズの切替時の調整の手間をある程度軽減する効果を奏するものである。

以下、第４の実施形態におけるライトフィールド顕微鏡５００について説明する。図６は、ライトフィールド顕微鏡５００の一部の構成を示す図である。

ライトフィールド顕微鏡５００は、位相変調素子９の代わりにターレット４８を有し、マイクロレンズアレイ１３の代わりにターレット４９を有し、可動式ミラー６の代わりにプリズム４７を有している点でライトフィールド顕微鏡１００と異なるが、それ以外の構成は同様である。

プリズム４７は、可動式ミラー６と同様に標本Ｓからの光束が通過する光学系を第１光学系と、第２光学系との間で切り替える切替機構である。プリズム４７は、図示しない駆動機構等により、光路上に挿脱されることで切替機構として機能する。

ターレット４９は、図６右上に示すように、複数の種類の異なるマイクロレンズアレイ（マイクロレンズアレイ４９ａ、４９ｂ、４９ｃ）及び一つの開口４９ｄを有している。例えば、使用する対物レンズの種類に適したマイクロレンズアレイ４９ａ、４９ｂ、４９ｃを有し、対物レンズ５の切替時に対応するマイクロレンズアレイを配置することが可能である。

ターレット４８は、回転することで位相変調素子４８ａの挿脱を行う。

以上の構成では、ターレット４８により位相変調素子４８ａを光路上から外し、ターレット４９により光路上に開口４９ｄを配置することでマイクロレンズアレイを除外することができる。このとき、レンズ、ミラーのみが配置された状態となるため、例えば、第１光学系の光軸の位置調整を行うといった際に、その調整作業を容易とすることができる。

以下、第５の実施形態におけるライトフィールド顕微鏡６００について説明する。図７は、ライトフィールド顕微鏡６００の構成を示す図である。

ライトフィールド顕微鏡６００は、可動式ミラー６の代わりに挿脱可能な可動式ミラー５１を備え、標本Ｓからの光束を二つのイメージセンサ５７、５８へ導光する構成を有している点でライトフィールド顕微鏡１００と異なる。本実施形態では、標本Ｓが異なる蛍光を発生する２種類の発光体を有し、ライトフィールド顕微鏡６００は、それぞれの蛍光の画像を取得するものである。

標本Ｓからの光束を二つのイメージセンサ５７、５８へ導光する構成として、ライトフィールド顕微鏡６００は、レンズ５２、５３及びダイクロイックミラー５４、蛍光フィルタ５５、５６を備えている。

レンズ５２、５３のぞれぞれの焦点位置にイメージセンサ５８、５７が配置される。

ダイクロイックミラー５４は、標本Ｓから発生する２種類の蛍光を分離するものである。蛍光フィルタ５５、５６は、それぞれダイクロイックミラー５４により分離された蛍光を含む光束のうち、蛍光以外の光を除外するフィルタである。

以上の構成によれば、異なる種類の発光体を含む標本Ｓの観察を行う場合においても、それぞれの蛍光の光情報をイメージセンサ５７、５８により検出することができる。

上述した実施形態は、発明の理解を容易にするために具体例を示したものであり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。上述したライトフィールド顕微鏡は、特許請求の範囲に記載した本発明を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。

１００、２００、３００、４００、５００、６００ ライトフィールド顕微鏡
１、２１ 光源ユニット
２ 励起フィルタ
３、５５、５６ 蛍光フィルタ
４、４１、５４ ダイクロイックミラー
５、２５ 対物レンズ
６、２２ 可動式ミラー
７、８、１１、１４、１５、２３、２７、２８、３１、３４
３６、３９、５２、５３ レンズ
９ 位相変調素子
１０、１２、３０、３２ ミラー
１３ マイクロレンズアレイ
１６、３７、５７、５８ イメージセンサ
２４、２６、３８ 可動式ユニット
３５ 波長選択フィルタ
４２ 光検出器
１９、４５、４６ 光学系
４８、４９ ターレット
４７ プリズム
５０ レボルバ
１５０ 制御装置

Claims (9)

1. 検出した光情報に対してデコンボリューション処理による画像構築を実行するライトフィールド顕微鏡であって、
   標本からの光束を検出するイメージセンサと、
   前記標本の像共役位置に配置されるマイクロレンズアレイを含む、前記標本からの光束を前記イメージセンサへ導光する第１光学系と、
   前記第１光学系中において、前記マイクロレンズアレイを介さずに前記標本からの光束を前記イメージセンサへ導光する第１光路と、前記マイクロレンズアレイを介して前記標本からの光束を前記イメージセンサへ導光する第２光路と、の間で前記標本からの光束が通過する光路を切り替える切替機構と、を備え、
   前記イメージセンサは、前記第１光路または前記第２光路を通過した光束を検出する
   ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
2. 請求項１に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
   前記第１光学系は、前記マイクロレンズアレイより前段に配置される位相変調素子を有する
   ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
3. 請求項２に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
   前記標本からの光を取り込む対物レンズを備え、
   前記位相変調素子は、前記対物レンズの瞳共役位置に配置される
   ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のライトフィールド顕微鏡であって、さらに、
   光束を検出する光検出器と、
   前記標本からの光束を前記光検出器へ導光する第２光学系と、
   前記標本からの光束が通る光学系を、前記第１光学系と前記第２光学系との間で切り替える第２切替機構と、を備える
   ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
5. 請求項４に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
   前記第２光学系は、合焦位置からの光束を前記光検出器へ導光し、非合焦位置からの光束を前記光検出器へ導光しない
   ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
6. 請求項５に記載のライトフィールド顕微鏡は、
   前記第２光学系と、前記光検出器と、を有する構成によって、共焦点顕微鏡あるいは多光子励起顕微鏡あるいは光シート顕微鏡のいずれかとして機能する
   ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
   前記標本からの光を取り込む複数の対物レンズであって、光路上に設置されたときに瞳位置が略等しくなる複数の対物レンズを備える
   ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
   前記標本からの光を取り込む複数の対物レンズであって、瞳径が略等しい複数の対物レンズを備える
   ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のライトフィールド顕微鏡であって、さらに、
   前記イメージセンサが検出した前記標本からの光束の情報に対してデコンボリューション処理を実行することによって、画像構築を行う制御装置を備える
   ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。