JP5371538B2 - 顕微鏡 - Google Patents
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Description
本発明は、標本において発生した光を集光する対物レンズと、該対物レンズにより集光された光をスペクトル成分に分光する分光素子と、該分光素子により分光されたスペクトル成分をそれぞれ検出する複数のチャネルを有する光検出器と、該光検出器の各チャネルの感度を調節する感度調節部とを備え、該感度調節部が、検出する蛍光色素に応じた蛍光の波長範囲に対応するチャネル群を決定するための情報を記憶する記憶部を有し、該記憶部に記憶された情報に基づいて前記チャネルをそれぞれがチャネル群である複数のグループに分け、グループ内の全ての前記チャネルが同一の感度となるように、前記チャネルの感度をグループ毎に一括して調節する顕微鏡を採用する。
感度調節部によって、光検出器に印加される電圧をグループ毎に調節することで、チャネルの感度をグループ毎に調節することができ、検出する光の波長範囲毎に、スペクトル形状を維持しつつ、その強度を調整することができる。
感度調節部によって積算部の積算時間をグループ毎に調節することで、各チャネルにより検出した輝度情報をグループ毎に調節することができ、検出する光の波長範囲毎に、スペクトル形状を維持しつつ、その強度を調整することができる。
感度調節部によって増幅部の増幅率をグループ毎に調節することで、各チャネルにより検出した輝度情報をグループ毎に調節することができ、検出する光の波長範囲毎に、スペクトル形状を維持しつつ、その強度を調整することができる。
このようにすることで、GUI(Graphical User Interface)等の入力部によって、複数のチャネルのグループに対して、グループ毎に感度調節部の感度調整値を設定し、各チャネルの感度をグループ毎に調節することができる。
このようにすることで、スペクトル成分のいずれかが所定の閾値を超えたとき、例えばスペクトル成分のいずれかが飽和したときに、チャネルの感度が調節されるので、いずれのスペクトル成分を飽和させることなく、検出される光の強度を調整することができる。
各グループのチャネルの感度と輝度情報とを対応付けて記憶部に記憶させておくことで、検出する光の波長範囲毎にチャネルの感度を再現することができる。また、波長範囲毎の輝度情報とその感度から、全てのチャネルを同一の感度にした場合の標本の画像を生成することができる。
上記発明において、前記感度調節部の記憶部が、蛍光色素と該蛍光色素に対応したチャネル群との対応表を記憶し、何れかの蛍光色素が選択された場合に、前記感度調節部が、選択された蛍光色素に対応するチャネル群を前記対応表に基づいて決定することとしてもよい。
図1は、本実施形態の顕微鏡1の概略構成図である。図1に示すように、本実施形態の顕微鏡1は、レーザ光を標本115に照射して標本115において発生した蛍光を検出する顕微鏡本体101と、顕微鏡本体101からの信号の強度等を調整する信号調整部201と、各部を制御するとともに顕微鏡本体101からの信号に基づいて画像を生成する制御部(感度調節部、画像生成部)301と、制御部301により生成された標本115の画像を表示する表示部401と、ユーザによる設定条件等が入力される入力部(入力部、設定部)501とを主な構成要素として備えている。
表示部401は、例えば液晶ディプレイであり、制御部301により生成された標本115の画像を表示するようになっている。
顕微鏡本体101において、レーザ光源111から出射された光は、ビームスプリッタ112を通過してレーザ走査系113に入射する。レーザ走査系113は、対物レンズ114を通してレーザ光を、ステージ116上に載置された標本115の平面上においてX方向およびY方向に走査する。
以上を繰返し、レーザ走査系113により走査することで、表示部401において蛍光画像が生成される。
PMT118の各チャネルから出力される全ての信号は、標本115上にレーザ光を照射して1ピクセルの信号を取得する時間中、それぞれ積算器211により積算され続ける。その積算時間は、CPU311により生成されているクロック信号(以下、「PCLK信号」と表記する。)により決定する。例えば、PCLK信号がLowである間は積算され、PCLK信号がHighとなったときには積算器211の値を0とする。
まず、ステップS1において、PCLK信号がLowであるか否かが判断される。
PCLK信号がLowであれば、ステップS2において、CPU311によりディジタル信号値が取得される。
まず、蛍光色素に対応したチャネル群が決定されるように、その対応表(以下、「LUT」と表記する。)をメモリ312に保存しておく。
これにより、チャネル群の各チャネルからの信号強度により形成されるスペクトルの形状を保ったまま、輝度信号の強度を調整することができる。
なお、表示部401には、図3のステップS6からステップS10を行うための制御機能をON/OFFするボタンを表示し、入力部501を介してユーザが切り替えることができることとしてもよい。
以下に、本実施形態の第1の変形例について図7を用いて説明する。
本変形例の顕微鏡1は、積算器211の積算時間が変更されている場合には、そのことをユーザに認識させる手段を有している。
本変形例におけるCPU311の処理手順について、図7に示すフローチャートを用いて以下に説明する。
そして、その平均積算時間が次のピクセルに適用されると同時に(ステップS9)、表示部401に表示される積算時間を適応して得られた輝度情報に基づいて生成された1フレーム分の画像の周辺部について色を変えて表示する(ステップS11)。
このようにすることで、積算時間が調整されている輝度信号によって画像を生成していることを、ユーザが認識することができる。
以下に、本実施形態の第2の変形例について図8を用いて説明する。
本変形例の顕微鏡1は、積算器211の積算時間をユーザが任意に変更することを可能とし、入力した積算時間を、蛍光色素に対応した範囲のチャネルに接続される各積算器に適用するように制御している。
表示部401に表示されている蛍光色素をユーザが入力部501を介して選択すると、CPU311が使用する蛍光色素を認識し(ステップS5−1)、LUTを参照することで合算するチャネル群が決定される(ステップS5−2)。
そして、スライドの位置から積算時間を取得し(ステップS12)、この積算時間を決定されたチャネル群に対応する各積算器211に対して適用する(ステップS13)。
このようにすることで、ユーザが任意に調整した信号強度から画像を生成することが可能となる。
以下に、本実施形態の第3の変形例について図9を用いて説明する。
本変形例の顕微鏡1は、PCLK信号に基づいた最大の積算時間、つまり積算時間がtmaxとなっているときにCPU311が受け取るディジタル信号が、初めて設定値以上となったときのHVを保存し、レーザ走査途中でHVを変更した場合には、記憶したHVよりも下げられたときに積算時間をtmaxに戻すようになっている。
メモリ312には、積算器211により積算された輝度情報が所定値以上となる最大積算時間において、いずれかのスペクトル成分が飽和するようなチャネル全体の最大感度が記憶されるようになっている。
PCLK信号に基づいた最大の積算時間、つまり積算時間がtmaxとなっているときに、CPU311が受け取るディジタル信号が、初めて設定値以上となったときのHVをメモリ312に記憶しておく。
HVが変化したときにはその値を取得し(ステップS14)、記憶したHVの値と比較する(ステップS15)。記憶したHVの値よりも大きくなる場合には、図3のステップS6からステップS10により積算時間の調整が行われる。記憶したHVの値よりも小さい場合には、積算時間をtmaxにすることで元の積算時間に戻される(ステップS16)。
また、制御部301によって積算器211の積算時間をグループ毎に調節することで、各チャネルにより検出した輝度情報をグループ毎に調節することができ、検出する光の波長範囲毎に、スペクトル形状を維持しつつ、その強度を調整することができる。この場合において、チャネル全体の感度が、いずれかのスペクトル成分が飽和する最大感度よりも下がった場合に、チャネルのグループ毎に積算器211の積算時間を最大化させることで、積算された輝度情報のS/N比を向上させることができる。
以下に、本実施形態の第4変形例について図10および図11を用いて説明する。
本変形例の顕微鏡1は、ユーザが選択した範囲においてのみ、図3のステップS6からステップS10の処理により、積算時間の調整を行うようになっている。
本変形例におけるCPU311による処理手順について、図10のフローチャートを用いて説明する。
また、表示部401に表示された画面において入力部501により注目する領域(選択範囲)を設定し、この選択範囲において、検出する光の波長範囲毎に、スペクトル形状を維持しつつ、その強度を調整することができる。一方、表示部401に表示された画面中の非注目領域については、強度を調整する必要性を排除することができる。
例えば、本実施形態において、積算器211の積算時間、あるいはオフセット増幅器212の増幅率、あるいはHVをチャネル群毎に調節することとして説明したが、これらを任意に組み合わせてPMT118のチャネルの感度を調節することとしてもよい。
101 顕微鏡本体
111 光源
112 ビームスプリッタ
113 走査系
114 対物レンズ
115 標本
116 ステージ
117 グレーティング(分光素子)
118 PMT(光検出器)
201 信号調整部
211 積算器(積算部)
212 オフセット増幅器(増幅部)
213 A/D変換器
301 制御部(感度調節部、画像生成部)
311 CPU
312 メモリ(記憶部)
313 マルチプレクサ
401 表示部
501 入力部(入力部、設定部)
Claims (10)
- 標本において発生した光を集光する対物レンズと、
該対物レンズにより集光された光をスペクトル成分に分光する分光素子と、
該分光素子により分光されたスペクトル成分をそれぞれ検出する複数のチャネルを有する光検出器と、
該光検出器の各チャネルの感度を調節する感度調節部とを備え、
該感度調節部が、検出する蛍光色素に応じた蛍光の波長範囲に対応するチャネル群を決定するための情報を記憶する記憶部を有し、該記憶部に記憶された情報に基づいて前記チャネルをそれぞれがチャネル群である複数のグループに分け、グループ内の全ての前記チャネルが同一の感度となるように、前記チャネルの感度をグループ毎に一括して調節する顕微鏡。 - 前記感度調節部が、前記光検出器に印加される電圧を前記チャネルのグループ毎に調節する請求項1に記載の顕微鏡。
- 前記光検出器により検出する光の輝度情報を積算する積算部を備え、
前記感度調節部が、前記積算部の積算時間を前記チャネルのグループ毎に調節する請求項1に記載の顕微鏡。 - 前記光検出器により検出する光の輝度情報を増幅する増幅部を備え、
前記感度調節部が、前記増幅部の増幅率を前記チャネルのグループ毎に調節する請求項1に記載の顕微鏡。 - 複数の前記チャネルのグループに対して、グループ毎に前記感度調節部の感度調整値を設定可能な入力部を備える請求項1から請求項4のいずれかに記載の顕微鏡。
- 前記チャネル全体の感度を調節する全体感度調節部と、
前記光検出器により検出する光の輝度情報を積算する積算部と、
前記積算部により積算された輝度情報が所定値以上となる最大積算時間において、いずれかのスペクトル成分が飽和するような前記チャネル全体の最大感度を記憶する記憶部とを備え、
前記感度調節部は、前記全体感度調節部により調節された前記チャネル全体の感度が、前記記憶部に記憶されている最大感度よりも下がった場合には、前記チャネルのグループ毎に前記積算部の積算時間を最大化させる請求項1に記載の顕微鏡。 - 前記チャネルにより検出されたスペクトル成分のいずれかが所定の閾値を超えたときに、前記感度調節部が前記チャネルの感度をグループ毎に調節する請求項1から請求項6のいずれかに記載の顕微鏡。
- グループ毎の前記チャネルの感度と輝度情報とを対応付けて記憶する記憶部を備える請求項1から請求項7のいずれかに記載の顕微鏡。
- 前記光検出器により検出された光に基づいて画像を生成する画像生成部と、
該画像生成部により生成された画像を表示する表示部と、
該表示部に表示された画面において所定の範囲を設定する設定部とを備え、
前記感度調節部が、前記設定部により設定された所定の範囲において前記チャネルの感度を調節する請求項1から請求項8のいずれかに記載の顕微鏡。 - 前記感度調節部の記憶部が、蛍光色素と該蛍光色素に対応したチャネル群との対応表を記憶し、
何れかの蛍光色素が選択された場合に、前記感度調節部が、選択された蛍光色素に対応するチャネル群を前記対応表に基づいて決定する請求項1から請求項9の何れかに記載の顕微鏡。
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