JP5133600B2 - Laser scanning microscope and microscope observation method - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ走査型顕微鏡に係り、特に、音響光学効果を用いて刺激用レーザ光を走査するレーザ走査型顕微鏡および顕微鏡観察方法に関するものである。   The present invention relates to a laser scanning microscope, and more particularly to a laser scanning microscope and a microscope observation method for scanning stimulation laser light using an acousto-optic effect.

従来、標本を観察するための観察用走査光学系と、標本に光刺激を与える刺激用走査光学系とを備えるレーザ走査型顕微鏡が知られている(例えば、特開平10−206742号公報参照。)。
このようなレーザ走査型顕微鏡では、刺激用レーザ光源から発せられた刺激用レーザ光をガルバノミラーによるスキャナによって2次元的に走査し、標本に照射することで、光刺激領域に対して光刺激を与えている。
特開平10−206742号公報
Conventionally, a laser scanning microscope including an observation scanning optical system for observing a specimen and a stimulation scanning optical system for applying a light stimulus to the specimen is known (for example, see Japanese Patent Laid-Open No. 10-206742). ).
In such a laser scanning microscope, the stimulation laser light emitted from the stimulation laser light source is scanned two-dimensionally by a scanner using a galvanometer mirror, and the sample is irradiated with light to stimulate the light stimulation region. Giving.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-206742

ところで、上述した光刺激は、光刺激領域の全域に対して略同時に与えることが好ましい。しかしながら、上述した従来のレーザ走査型顕微鏡では、刺激用レーザ光をガルバノミラーにより標本上で2次元的に走査させて光刺激を行うことから、光刺激の開始から終了までに時間がかかるという問題があった。   By the way, it is preferable to apply the above-described light stimulation substantially simultaneously to the entire region of the light stimulation region. However, in the above-described conventional laser scanning microscope, since the stimulation laser beam is scanned two-dimensionally on the specimen by the galvanometer mirror and the light stimulation is performed, it takes time from the start to the end of the light stimulation. was there.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、光刺激領域における光刺激開始から終了までの光刺激実行時間を短縮することのできるレーザ走査型顕微鏡よび顕微鏡観察方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a laser scanning microscope and a microscope observation method capable of shortening the light stimulus execution time from the start to the end of the light stimulus in the light stimulus region. It is an object.

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、標本を観察するための観察用レーザ光をステージに載置された標本に対して2次元的に照射し、前記標本から発せられる光を検出して、蛍光画像を構築し、表示するレーザ走査型顕微鏡であって、前記標本に光刺激を与えるための刺激用レーザ光を射出する刺激用レーザ光源と、前記刺激用レーザ光を走査する刺激用走査部と、前記刺激用走査部を制御する制御部と、前記刺激用走査部により走査された前記刺激用レーザ光を集光して標本に照射する対物レンズとを有し、前記刺激用走査部が、前記刺激用レーザ光の光路上に配置された少なくとも1つの音響光学素子を備え、前記制御部が、光刺激を与える領域の位置および範囲に基づいて複数の周波数を決定し、決定した複数の周波数の高周波信号を、前記音響光学素子に取り付けられている振動子に対して、同時に印加することにより、前記高周波信号の各周波数に応じた複数の回折角度で同時に回折された前記刺激用レーザ光を前記領域に同時に照射するレーザ走査型顕微鏡を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
The present invention two-dimensionally irradiates a specimen placed on a stage with an observation laser beam for observing the specimen, detects the light emitted from the specimen, constructs and displays a fluorescence image A laser scanning microscope that emits stimulation laser light for applying a light stimulus to the specimen, a stimulation scanning unit that scans the stimulation laser light, and the stimulation scanning unit And a control lens for condensing the stimulation laser beam scanned by the stimulation scanning unit and irradiating the sample with the objective laser beam. Comprising at least one acousto-optic element disposed on an optical path, wherein the control unit determines a plurality of frequencies based on a position and a range of a region to which light stimulation is applied, and the high-frequency signals of the determined plurality of frequencies are Acousto-optic element Respect vibrator being kicked by applying simultaneously, laser scanning for morphism irradiation the stimulus laser beam diffracted simultaneously by a plurality of diffraction angles corresponding to each frequency of the high frequency signal to the same time the region Providing a scanning microscope.

上記構成によれば、刺激用レーザ光源から出射された刺激用レーザ光は、刺激用走査部が備える音響光学素子によって走査され、対物レンズを介して標本に照射されることとなる。この場合において、音響光学素子に取り付けられている振動子には、光刺激領域の位置および範囲に基づいて決定された複数の周波数の高周波信号が制御部から同時に印加される。
複数の周波数の高周波信号が同時に振動子に印加された場合には、音響光学素子に入射した刺激用レーザ光は、高周波信号の各周波数に応じた回折角度でそれぞれ同時に回折されることにより、一方向に配列された複数のスポット光として出射されることとなる。ここで、振動子に与えられる高周波信号の周波数間隔が狭いほど、一列に配列された各スポット光間の距離も狭くなる。これにより、高周波信号の周波数間隔を調節することにより、スポット光の間隔を調整することができ、また、周波数間隔をある程度狭くすることで、一列に配列された各スポット光に重なり合う部分を持たせ、ライン状のレーザ光を生成することも可能である。
本発明によれば、標本に対して複数のスポット光を同時に照射することが可能となるので、単一のスポット光を2次元的に走査させる場合に比べて、光刺激を効率的に行うことができる。
According to the above configuration, the stimulation laser light emitted from the stimulation laser light source is scanned by the acousto-optic element included in the stimulation scanning unit, and is irradiated onto the sample via the objective lens. In this case, high-frequency signals having a plurality of frequencies determined based on the position and range of the photostimulation region are simultaneously applied from the control unit to the vibrator attached to the acoustooptic device.
When high-frequency signals having a plurality of frequencies are simultaneously applied to the vibrator, the stimulation laser light incident on the acousto-optic element is simultaneously diffracted at a diffraction angle corresponding to each frequency of the high-frequency signal. The light is emitted as a plurality of spot lights arranged in the direction. Here, as the frequency interval of the high-frequency signal applied to the vibrator is narrower, the distance between the spot lights arranged in a row is also narrower. As a result, by adjusting the frequency interval of the high-frequency signal, the interval of the spot light can be adjusted, and by narrowing the frequency interval to some extent, a portion overlapping each spot light arranged in a row is provided. It is also possible to generate a line-shaped laser beam.
According to the present invention, it is possible to simultaneously irradiate a specimen with a plurality of spot lights, so that light stimulation can be performed more efficiently than when a single spot light is scanned two-dimensionally. Can do.

上記レーザ走査型顕微鏡において、前記刺激用走査部が、入射された刺激用レーザ光を第1の方向に回折させる第1の音響光学素子と、入射された刺激用レーザ光を前記第1の方向と交わる方向に回折させる第2の音響光学素子とを具備することとしてもよい。   In the laser scanning microscope, the stimulation scanning unit includes a first acoustooptic device that diffracts incident stimulation laser light in a first direction, and the incident stimulation laser light in the first direction. It is good also as comprising the 2nd acousto-optic element made to diffract in the direction which crosses.

上記構成によれば、刺激用レーザ光源から出射された刺激用レーザ光は、第1及び第2の音響光学素子により第1の方向および第1の方向と交わる方向、例えば、水平方向及び垂直方向に回折されることとなる。これにより、例えば、第1及び第2の音響光学素子に取り付けられている振動子に対して、複数の周波数の高周波信号が同時に印加されていた場合には、2次元的な分布を有するレーザ光を生成させることができる。この結果、2次元的な領域を同時に照射することができるので、光刺激を更に効率的に行うことができる。   According to the above configuration, the stimulation laser light emitted from the stimulation laser light source is intersected with the first direction and the first direction by the first and second acoustooptic elements, for example, the horizontal direction and the vertical direction. Will be diffracted. Accordingly, for example, when high-frequency signals having a plurality of frequencies are simultaneously applied to the vibrators attached to the first and second acousto-optic elements, the laser light having a two-dimensional distribution. Can be generated. As a result, since a two-dimensional area can be irradiated simultaneously, light stimulation can be performed more efficiently.

上記レーザ走査型顕微鏡において、前記第1の音響光学素子と前記第2の音響光学素子のそれぞれの振動子に対して、それぞれ複数の周波数の高周波信号を同時に印加することにより、標本上の二次元の領域に同時に刺激用レーザ光を照射することとしてもよい。このようにすると、例えば、矩形等の二次元の領域に対して刺激用レーザ光を効率的に照射することが可能となる。   In the laser scanning microscope, a two-dimensional pattern on a specimen can be obtained by simultaneously applying high-frequency signals having a plurality of frequencies to the respective transducers of the first acoustooptic element and the second acoustooptic element. It is good also as irradiating the laser beam for a stimulus to the area | region simultaneously. If it does in this way, it will become possible to irradiate the laser beam for stimulation efficiently to two-dimensional fields, such as a rectangle, for example.

上記レーザ走査型顕微鏡において、前記第1の音響光学素子と前記第2の音響光学素子の一方の振動子に対して複数の周波数の高周波信号を同時に印加することにより、標本上の一直線の領域に同時に刺激用レーザ光を照射することとしてもよい。このようにすると、例えば、所定長さの線分に対して刺激用レーザ光を効率的に照射することが可能となる。 In the laser scanning microscope, a linear region on the specimen can be obtained by simultaneously applying high-frequency signals having a plurality of frequencies to one transducer of the first acoustooptic element and the second acoustooptic element. It is good also as irradiating the laser beam for stimulation simultaneously. If it does in this way, it will become possible to irradiate the laser beam for stimulation efficiently to the line segment of predetermined length, for example.

上記レーザ走査型顕微鏡において、前記第1の音響光学素子と前記第2の音響光学素子の一方の振動子に対して複数の周波数の高周波信号を同時に印加するとともに、他の振動子に少なくとも一つで時間的に変化する周波数の高周波信号を印加することにより、前記一方の振動子によって駆動される音響光学素子から射出される一直線状の照射領域を前記他方の振動子により駆動される音響光学素子によって切り替え、これにより標本上の二次元領域に刺激レーザ光を照射することとしてもよい。   In the laser scanning microscope, a high-frequency signal having a plurality of frequencies is simultaneously applied to one transducer of the first acoustooptic device and the second acoustooptic device, and at least one is applied to the other transducer. By applying a high-frequency signal having a frequency that changes with time, an acoustooptic device driven by the other transducer in a linear irradiation region emitted from the acoustooptic device driven by the one transducer The two-dimensional region on the specimen may be irradiated with the stimulation laser beam.

上記レーザ走査型顕微鏡において、前記一方の振動子に印加される高周波信号が有する周波数は、時間的に変化してもよい。このようにすると、例えば、円形等の二次元領域に対して刺激用レーザ光を効率的に照射することが可能となる。   In the laser scanning microscope, the frequency of the high-frequency signal applied to the one vibrator may change with time. In this way, for example, it becomes possible to efficiently irradiate the stimulation laser beam to a two-dimensional region such as a circle.

上記レーザ走査型顕微鏡において、前記刺激用走査部は、入射された刺激用レーザ光を水平方向または垂直方向に回折させる音響光学素子と、前記音響光学素子の回折方向に略直交する方向に、入射された刺激用レーザ光を走査する走査用ミラーとを具備することとしてもよい。   In the laser scanning microscope, the stimulation scanning unit is incident on an acoustooptic element that diffracts incident stimulation laser light in a horizontal direction or a vertical direction, and in a direction substantially orthogonal to the diffraction direction of the acoustooptic element. And a scanning mirror that scans the stimulated laser beam.

このような構成によれば、音響光学素子によりスポット光である刺激用レーザ光を一方向に配列された複数のスポット光(なお、高周波信号の周波数間隔がある程度狭ければ、ライン状のレーザ光とすることが可能である)とすることができ、また、走査用ミラーによって、光刺激用レーザ光を該一方向に直交する方向に走査することができる。これにより、標本上において、複数のスポット光をその配列に直交する方向に走査することができる。この結果、光刺激を効率的に実行することができる。また、音響光学素子に取り付けられた振動子に印加する高周波信号の周波数を光刺激領域の形状に応じて変化させることにより、四角形だけではなく、円や、楕円などのさまざまな形状に対しても効率的に光刺激を実行することができる。   According to such a configuration, a plurality of spot lights in which stimulation laser lights that are spot lights are arranged in one direction by an acousto-optic element (if the frequency interval of the high-frequency signals is narrow to some extent, the line-shaped laser lights In addition, the optical stimulation laser beam can be scanned in a direction orthogonal to the one direction by the scanning mirror. Thereby, it is possible to scan a plurality of spot lights in the direction orthogonal to the arrangement on the specimen. As a result, light stimulation can be performed efficiently. Also, by changing the frequency of the high-frequency signal applied to the vibrator attached to the acousto-optic device according to the shape of the photostimulation region, it can be applied not only to squares but also to various shapes such as circles and ellipses. Light stimulation can be performed efficiently.

上記レーザ走査型顕微鏡において、前記音響光学素子の振動子に対して複数の周波数の高周波信号を同時に印加することにより、標本上の一直線状の領域に同時に刺激用レーザ光を照射することとしてもよい。該一直線状の領域は、例えば、所定長さの線分である。   In the laser scanning microscope, the laser beam for stimulation may be simultaneously applied to a linear region on the specimen by simultaneously applying high-frequency signals having a plurality of frequencies to the vibrator of the acoustooptic device. . The straight region is, for example, a line segment having a predetermined length.

上記レーザ走査型顕微鏡において、前記音響光学素子の振動子に対して複数の周波数の高周波信号を同時に印加し、前記音響光学素子によって同時に照射される一直線状の領域の照射位置を走査ミラーによって走査することにより、標本上の二次元領域に刺激用レーザ光を照射することとしてもよい。   In the laser scanning microscope, a high-frequency signal having a plurality of frequencies is simultaneously applied to the vibrator of the acoustooptic device, and the irradiation position of the linear region irradiated simultaneously by the acoustooptic device is scanned by a scanning mirror. Accordingly, the two-dimensional region on the specimen may be irradiated with the stimulation laser beam.

上記レーザ走査型顕微鏡において、前記振動子に印加される高周波信号が有する周波数を時間的に変化させてもよい。このようにすることで、例えば、円形等の二次元領域に対して刺激用レーザ光を効率的に照射させることが可能となる。   In the laser scanning microscope, a frequency of a high frequency signal applied to the vibrator may be changed with time. By doing so, for example, it becomes possible to efficiently irradiate a stimulation laser beam to a two-dimensional region such as a circle.

上記レーザ走査型顕微鏡において、前記制御部が、前記刺激用レーザ光の波長を考慮して前記高周波信号の周波数を決定することとしてもよい。   In the laser scanning microscope, the control unit may determine the frequency of the high-frequency signal in consideration of the wavelength of the stimulation laser beam.

このような構成によれば、刺激用レーザ光の波長に応じて、高周波信号の周波数が決定されることとなるので、刺激用レーザ光の波長が切り替えられた場合でも、所望の回折角度で入射光を回折することができ、一定の走査精度を保つことができる。   According to such a configuration, since the frequency of the high-frequency signal is determined according to the wavelength of the stimulation laser beam, even when the wavelength of the stimulation laser beam is switched, it is incident at a desired diffraction angle. Light can be diffracted and a certain scanning accuracy can be maintained.

上記レーザ走査型顕微鏡において、前記制御部が、前記音響光学素子の回折光強度の回折角度特性に応じて、前記高周波信号の振幅を補正することとしてもよい。   In the laser scanning microscope, the control unit may correct the amplitude of the high-frequency signal according to a diffraction angle characteristic of the diffracted light intensity of the acoustooptic device.

このような構成によれば、音響光学素子の回折光強度の回折角度特性に応じて、高周波信号の振幅が補正されるので、音響光学素子から出射される刺激用レーザ光の光強度を所望の強度に制御することが可能となる。これにより、光刺激領域の全域において、刺激用レーザ光の光強度を均一にすることや、或いは、刺激用レーザ光の光強度を局部的に異ならせることが可能となる。   According to such a configuration, the amplitude of the high-frequency signal is corrected according to the diffraction angle characteristic of the diffracted light intensity of the acoustooptic device, so that the light intensity of the stimulation laser beam emitted from the acoustooptic device is set to a desired value. The strength can be controlled. This makes it possible to make the light intensity of the stimulation laser light uniform over the entire region of the light stimulation region or to locally vary the light intensity of the stimulation laser light.

上記レーザ走査型顕微鏡において、前記観察用レーザ光を前記標本上で走査する走査部を備えることとしてもよい。   The laser scanning microscope may include a scanning unit that scans the observation laser light on the specimen.

上記レーザ走査型顕微鏡において、前記刺激用レーザ光が照射される前記領域は、観察用レーザ光の照射によって予め取得された画像上で指定可能とされていてもよい。   In the laser scanning microscope, the region irradiated with the stimulation laser beam may be designated on an image acquired in advance by irradiation with the observation laser beam.

上記レーザ走査型顕微鏡において、前記高周波信号の複数の周波数の間隔を所定値より狭めることで、前記刺激用レーザ光が同時に照射される領域を空間的に連続となるようにしてもよい。   In the laser scanning microscope, a region where the stimulating laser beam is simultaneously irradiated may be spatially continuous by narrowing an interval of a plurality of frequencies of the high-frequency signal from a predetermined value.

上記レーザ走査型顕微鏡において、前記制御部は、前記決定した複数の周波数ごとに振幅の異なる高周波信号を前記振動子に同時に印加することにより、前記領域ごとの前記刺激用レーザ光の照射強度を異ならせることとしてもよい。   In the laser scanning microscope, the control unit applies different high-frequency signals having different amplitudes for each of the determined frequencies to the vibrator, thereby changing the irradiation intensity of the stimulation laser light for each region. It is also possible to make it.

本発明は、標本を観察するための観察用レーザ光をステージに載置された標本に対して2次元的に照射し、前記標本から発せられる光を検出して、蛍光画像を構築し、表示する顕微鏡観察方法であって、前記標本に光刺激を与えるための刺激用レーザ光の光路上に少なくとも1つの音響光学素子を配置し、各前記音響光学素子に取り付けられている振動子に対して、光刺激領域の位置および範囲に応じて決定される複数の周波数の高周波信号を同時に印加することにより、前記高周波信号の各周波数に応じた複数の回折角度で同時に回折された前記刺激用レーザ光を前記光刺激領域に同時に照射する顕微鏡観察方法を提供する。 The present invention two-dimensionally irradiates a specimen placed on a stage with an observation laser beam for observing the specimen, detects the light emitted from the specimen, constructs and displays a fluorescence image A method of observing a microscope, wherein at least one acoustooptic element is disposed on an optical path of a stimulation laser beam for applying an optical stimulus to the specimen, and the vibrator is attached to each acoustooptic element. The stimulating laser light diffracted simultaneously at a plurality of diffraction angles according to each frequency of the high-frequency signal by simultaneously applying a high-frequency signal having a plurality of frequencies determined according to the position and range of the photostimulation region Is provided for simultaneously irradiating the photostimulation region .

このような方法によれば、刺激用レーザ光源から出射された刺激用レーザ光は、刺激用走査部が備える音響光学素子によって走査され、対物レンズを介して標本に照射されることとなる。この場合において、音響光学素子に取り付けられている振動子には、光刺激領域の位置および範囲に基づいて決定された一または複数の周波数の高周波信号が同時に印加される。
複数の周波数の高周波信号が同時に振動子に印加された場合には、音響光学素子に入射した刺激用レーザ光は、高周波信号の各周波数に応じた回折角度でそれぞれ同時に回折されることにより、一方向に配列された複数のスポット光として出射されることとなる。ここで、振動子に与えられる高周波信号の周波数間隔が狭いほど、一列に配列された各スポット光間の距離も狭くなる。これにより、高周波信号の周波数間隔を調節することにより、スポット光の間隔を調整することができ、また、周波数間隔をある程度狭くすることで、一列に配列された各スポット光に重なり合う部分を持たせ、ライン状のレーザ光を生成することも可能である。
本発明によれば、標本に対して複数のスポット光を同時に照射することが可能となるので、単一のスポット光を2次元的に走査させる場合に比べて、光刺激を効率的に行うことができる。
According to such a method, the stimulation laser light emitted from the stimulation laser light source is scanned by the acousto-optic element included in the stimulation scanning unit, and is irradiated onto the specimen via the objective lens. In this case, high-frequency signals having one or a plurality of frequencies determined based on the position and range of the photostimulation region are simultaneously applied to the vibrator attached to the acoustooptic device.
When high-frequency signals having a plurality of frequencies are simultaneously applied to the vibrator, the stimulation laser light incident on the acousto-optic element is simultaneously diffracted at a diffraction angle corresponding to each frequency of the high-frequency signal. The light is emitted as a plurality of spot lights arranged in the direction. Here, as the frequency interval of the high-frequency signal applied to the vibrator is narrower, the distance between the spot lights arranged in a row is also narrower. As a result, by adjusting the frequency interval of the high-frequency signal, the interval of the spot light can be adjusted, and by narrowing the frequency interval to some extent, a portion overlapping each spot light arranged in a row is provided. It is also possible to generate a line-shaped laser beam.
According to the present invention, it is possible to simultaneously irradiate a specimen with a plurality of spot lights, so that light stimulation can be performed more efficiently than when a single spot light is scanned two-dimensionally. Can do.

本発明は、標本を観察するための観察用レーザ光をステージに載置された標本に対して2次元的に照射する観察用走査光学系と、前記標本から発せられる光を検出する光検出部と、前記標本に光刺激を与えるための刺激用走査光学系とを有し、該刺激用走査光学系が少なくとも1つの音響光学素子を有するレーザ走査型顕微鏡において、前記刺激用走査光学系の制御を行うための光刺激制御プログラムであって、光刺激領域の位置および範囲に応じて、前記音響光学素子の回折範囲を設定する処理と、前記回折範囲に対応する一または複数の周波数を求める処理と、前記一または複数の周波数を有する高周波信号を同時に、前記音響光学素子に取り付けられている振動子に対して印加させることにより、前記高周波信号の各周波数に応じた複数の回折角度で同時に回折された前記刺激用レーザ光を前記光刺激領域に同時に照射させる処理とをコンピュータに実行させるための光刺激制御プログラムを提供する。 The present invention includes an observation scanning optical system that two-dimensionally irradiates a specimen placed on a stage with an observation laser beam for observing the specimen, and a light detection unit that detects light emitted from the specimen. And a stimulus scanning optical system for applying a light stimulus to the specimen, and the stimulus scanning optical system includes at least one acousto-optic element. A process for setting a diffraction range of the acoustooptic device according to a position and a range of a light stimulation area, and a process for obtaining one or a plurality of frequencies corresponding to the diffraction range double if, at the same time a high-frequency signal having the one or more frequencies, by applied to the vibrator attached to the acoustooptic device, corresponding to each frequency of the high frequency signal Diffraction angle that provides the light stimulus control program for executing diffracted the stimulus laser beam simultaneously and processing for simultaneously irradiated on the computer to said optical stimulation region of.

このような光刺激制御プログラムがハードウェア資源によって実行されることにより、光刺激領域の位置および範囲に応じて音響光学素子の回折範囲が設定され、該回折範囲に対応する一または複数の周波数が算出され、この一または複数の周波数の高周波信号が同時に音響光学素子に取り付けられている振動子に印加されることとなる。これにより、音響光学素子に入射された刺激用レーザ光は、高周波信号の各周波数に応じた回折角度でそれぞれ同時に回折されることとなる。これにより、一方向に配列された複数のスポットレーザ光、或いは、上記高周波信号の周波数間隔によっては、ライン状とされた刺激用レーザ光、または、音響光学効果を利用することにより高速走査された刺激用レーザ光を標本に照射させることが可能となる。この結果、光刺激を効率的に行うことができる。   By executing such a photostimulation control program by hardware resources, the diffraction range of the acoustooptic device is set according to the position and range of the photostimulation region, and one or a plurality of frequencies corresponding to the diffraction range are set. The high-frequency signal having one or a plurality of frequencies is calculated and applied to the vibrator attached to the acoustooptic device at the same time. As a result, the stimulating laser light incident on the acoustooptic device is simultaneously diffracted at a diffraction angle corresponding to each frequency of the high-frequency signal. As a result, a plurality of spot laser beams arranged in one direction, or a high-speed scanning using a line-shaped stimulation laser beam or an acousto-optic effect depending on the frequency interval of the high-frequency signal. It is possible to irradiate the specimen with the stimulation laser beam. As a result, light stimulation can be performed efficiently.

本発明によれば、光刺激領域における光刺激開始から終了までの光刺激実行時間を短縮することができるという効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that the light stimulus execution time from the start to the end of the light stimulus in the light stimulus region can be shortened.

以下、本発明に係るレーザ走査型顕微鏡の実施形態について、図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of a laser scanning microscope according to the present invention will be described with reference to the drawings.

〔第1の実施形態〕
図1に示すように、本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡は、レーザ走査型共焦点顕微鏡である。図1中、各種レンズおよびピンホール等の光学部品は、説明の簡略化のために省略している。
本発明の第1の本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡1は、図1に示されるように、観察用レーザ光L1を走査する観察用走査光学系2と、刺激用レーザ光L2を走査する刺激用走査光学系3と、観察用レーザ光L1および刺激用レーザ光L2を合波するダイクロイックミラー4と、合波された観察用レーザ光L1および刺激用レーザ光L2を集光して標本Pに照射する一方、観察用レーザ光L1を標本Pに照射することにより、標本P内の蛍光物質が励起されて発生した蛍光Fを集光する対物レンズ5と、該対物レンズ5により集光された蛍光Fを検出する光検出器6とを備えている。
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1, the laser scanning microscope according to the present embodiment is a laser scanning confocal microscope. In FIG. 1, optical components such as various lenses and pinholes are omitted for simplification of description.
As shown in FIG. 1, the laser scanning microscope 1 according to the first embodiment of the present invention scans the observation scanning optical system 2 that scans the observation laser light L1 and the stimulation laser light L2. The scanning optical system 3 for stimulation, the dichroic mirror 4 that combines the observation laser light L1 and the stimulation laser light L2, and the combined observation laser light L1 and stimulation laser light L2 are collected to collect the specimen P. On the other hand, by irradiating the specimen P with the observation laser light L1, the objective lens 5 for condensing the fluorescence F generated by exciting the fluorescent substance in the specimen P is collected by the objective lens 5. And a photodetector 6 for detecting the fluorescence F.

観察用走査光学系2は、観察用レーザ光L1を出射する観察用レーザ光源8と、観察用レーザ光源8から発せられた観察用レーザ光L1を光軸に交差する方向に2次元的に走査する第1のスキャナ9とを備えている。   The observation scanning optical system 2 two-dimensionally scans the observation laser light source 8 that emits the observation laser light L1 and the observation laser light L1 emitted from the observation laser light source 8 in a direction that intersects the optical axis. The first scanner 9 is provided.

観察用走査光学系2の観察用レーザ光源8と第1のスキャナ9との間には、標本Pにおいて発生し、対物レンズ5により集光され、ダイクロイックミラー4、および第1のスキャナ9を経由して戻る蛍光Fを観察用レーザ光L1から分岐して光検出器6に向かわせるダイクロイックミラー12が備えられている。
第1のスキャナ9は、後述する蛍光画像の左右方向に対応する水平方向に観察用レーザ光L1を走査する第1のガルバノミラー9aと、蛍光画像の上下方向に対応する垂直方向に観察用レーザ光L1を走査する第2のガルバノミラー9bとを備える、いわゆる近接ガルバノミラーである。これにより、観察用レーザ光L1がラスタスキャン方式で標本P上に2次元的に走査されるようになっている。
Between the observation laser light source 8 of the observation scanning optical system 2 and the first scanner 9, the light is generated in the specimen P, collected by the objective lens 5, and passes through the dichroic mirror 4 and the first scanner 9. A dichroic mirror 12 for branching the returning fluorescent light F from the observation laser beam L1 to the photodetector 6 is provided.
The first scanner 9 includes a first galvanometer mirror 9a that scans the observation laser light L1 in the horizontal direction corresponding to the left-right direction of the fluorescent image, which will be described later, and the observation laser in the vertical direction corresponding to the vertical direction of the fluorescence image. This is a so-called proximity galvanometer mirror including a second galvanometer mirror 9b that scans the light L1. Thereby, the observation laser beam L1 is two-dimensionally scanned on the specimen P by the raster scan method.

刺激用走査光学系3は、刺激用レーザ光L2を出射する刺激用レーザ光源15と、該刺激用レーザ光源15から発せられた刺激用レーザ光L2を光軸に交差する方向に2次元的に走査する第2のスキャナ(刺激用走査部)17とを備えている。この刺激用走査光学系3の詳細については後述する。   The stimulation scanning optical system 3 is two-dimensionally arranged so that the stimulation laser light source 15 that emits the stimulation laser light L2 and the stimulation laser light L2 emitted from the stimulation laser light source 15 intersect the optical axis. And a second scanner (stimulation scanning unit) 17 for scanning. Details of the stimulation scanning optical system 3 will be described later.

光検出器6は、共焦点ピンホール31、ダイクロイックミラー32,33、第1の光検出部34、及び第2の光検出部35を備えて構成されている。
第1の光検出部34は、分散素子36、レンズ37、スリット38、および光電変換素子39を備えている。また、第2の光検出部35は、測光フィルタ40、光電変換素子41を備えている。本実施形態では、分散素子36として平面回折格子を用い、この平面回折格子を回転させることにより検出する波長帯域の中心を選択するようにしたものである。測光フィルタ40は、特定波長の光のみを透過する特性を持つ。
The photodetector 6 includes a confocal pinhole 31, dichroic mirrors 32 and 33, a first light detection unit 34, and a second light detection unit 35.
The first light detection unit 34 includes a dispersion element 36, a lens 37, a slit 38, and a photoelectric conversion element 39. The second light detection unit 35 includes a photometric filter 40 and a photoelectric conversion element 41. In the present embodiment, a planar diffraction grating is used as the dispersive element 36, and the center of the wavelength band to be detected is selected by rotating the planar diffraction grating. The photometric filter 40 has a characteristic of transmitting only light of a specific wavelength.

各光電変換素子39,41は、A/D変換器(図示せず)を介して制御装置20に接続されている。制御装置20は、記憶装置21、CPU22、メモリ23を備えている。この制御装置20は、いわゆるパーソナルコンピュータにより構成されていてもよい。CPU22は、記憶装置21に格納されている各種データならびに各種プログラムをメモリ23に読み出し、情報の加工・演算処理を実行することにより、種々の制御内容を実現させる。記憶装置21は、例えば、HD(Hard Disc),ROM(Read Only Memory)等である。メモリ23は、例えば、RAM(Random Access Memory)等である。
CPU22は、第1のスキャナ9による観察用レーザ光L1の標本P上における走査位置情報と、光検出器6により検出された蛍光Fの光強度情報とに基づいて、2次元的な蛍光画像を構築し、表示装置24に表示するようになっている。
また、制御装置20には、入力装置25が接続されている。この入力装置25は、オペレータによる各種入力操作に用いられる。
Each photoelectric conversion element 39, 41 is connected to the control device 20 via an A / D converter (not shown). The control device 20 includes a storage device 21, a CPU 22, and a memory 23. The control device 20 may be constituted by a so-called personal computer. The CPU 22 implements various control contents by reading various data and various programs stored in the storage device 21 into the memory 23 and executing information processing / calculation processing. The storage device 21 is, for example, an HD (Hard Disc), a ROM (Read Only Memory), or the like. The memory 23 is, for example, a RAM (Random Access Memory).
The CPU 22 generates a two-dimensional fluorescence image based on the scanning position information on the specimen P of the observation laser light L1 by the first scanner 9 and the light intensity information of the fluorescence F detected by the photodetector 6. It is constructed and displayed on the display device 24.
An input device 25 is connected to the control device 20. The input device 25 is used for various input operations by an operator.

上記刺激用走査光学系3において、第2のスキャナ17は、後述する蛍光画像の左右方向に対応する水平方向に刺激用レーザ光L2を回折させる第1の音響光学素子17aと、蛍光画像の上下方向に対応する垂直方向に刺激用レーザ光L2を回折させる第2の音響光学素子17bとを備えている。
本実施形態において、第1の音響光学素子17a、第2の音響光学素子17bは、音響光学偏光器(AOD:acousto optical deflector)である。
これら各音響光学素子17a、17bには、後述する走査制御部19によって印加される高周波信号で駆動する振動子(振動供給部)18a,18bが取り付けられている。
走査制御部19は、制御装置20と接続されており、制御装置20からの信号制御情報に応じた周波数帯域の高周波信号を振動子18a,18bにそれぞれ印加する。
In the stimulation scanning optical system 3, the second scanner 17 includes a first acoustooptic element 17a that diffracts the stimulation laser beam L2 in the horizontal direction corresponding to the left-right direction of the fluorescence image, which will be described later, and the upper and lower sides of the fluorescence image. And a second acousto-optic element 17b that diffracts the stimulation laser beam L2 in the vertical direction corresponding to the direction.
In the present embodiment, the first acoustooptic element 17a and the second acoustooptic element 17b are acousto optical deflectors (AOD).
The acousto-optic elements 17a and 17b are provided with vibrators (vibration supply units) 18a and 18b that are driven by a high-frequency signal applied by a scanning control unit 19 described later.
The scanning control unit 19 is connected to the control device 20 and applies high-frequency signals in a frequency band corresponding to signal control information from the control device 20 to the vibrators 18a and 18b.

上記制御装置20の記憶装置21は、各音響光学素子17a,17bの1次回折角度θと周波数fとの対応関係を記憶している。例えば、走査制御部19は、以下の(1)式に示す関係式を記憶している。   The storage device 21 of the control device 20 stores the correspondence between the first-order diffraction angle θ and the frequency f of each acousto-optic element 17a, 17b. For example, the scanning control unit 19 stores a relational expression represented by the following expression (1).

θ=λ・f/Va (1)   θ = λ · f / Va (1)

上記(1)式において、θは、図2に示すように、音響光学素子17a,17bの基準線と1次回折光とがなす角度(以下、「回折角度」という。)であり、λは刺激用レーザ光L2の波長であり、fは振動子に与える高周波信号の周波数であり、Vaは音響光学素子17a,17bにおける結晶内の音速速度である。このVaは、固体差があり、個々の音響光学素子17a,17bによって異なる値である。
更に、制御装置20は、表示装置24に表示した蛍光画像の各画素位置と各音響光学素子17a,17bにおける回折角度θとを対応付けて記憶している。これにより、表示装置24に表示した蛍光画像上において、オペレータにより光刺激領域が指定された場合には、CPU22が、その光刺激領域に刺激用レーザ光L2が照射されるように、各音響光学素子17a,17bの回折角度θの範囲を決定し、この回折角度θの範囲に対応する複数の周波数の高周波信号を走査制御部19を介して同時に振動子18a,18bに印加させることが可能となる。
In the above equation (1), θ is an angle (hereinafter referred to as “diffraction angle”) formed by the reference lines of the acoustooptic elements 17a and 17b and the first-order diffracted light, as shown in FIG. Is the wavelength of the laser beam L2, f is the frequency of the high-frequency signal given to the vibrator, and Va is the speed of sound in the crystal in the acoustooptic elements 17a and 17b. This Va has a solid difference and is a value that varies depending on the individual acoustooptic elements 17a and 17b.
Further, the control device 20 stores each pixel position of the fluorescent image displayed on the display device 24 and the diffraction angle θ in each acoustooptic element 17a, 17b in association with each other. Thereby, when the light stimulation area is designated by the operator on the fluorescent image displayed on the display device 24, each acousto-optic is so arranged that the CPU 22 irradiates the laser light L2 for stimulation to the light stimulation area. It is possible to determine the range of the diffraction angle θ of the elements 17a and 17b, and simultaneously apply high-frequency signals having a plurality of frequencies corresponding to the range of the diffraction angle θ to the transducers 18a and 18b via the scanning control unit 19. Become.

これにより、各振動子18a,18bの振動に応じた屈折率変化を第1及び第2の音響光学素子17a,17b内で生じさせ、図3に示すように、第1の音響光学素子17aに入射した刺激用レーザ光L2を水平方向の異なる回折角度に同時に回折させることにより、水平方向に配列された複数のスポット光、換言すると、1次元分布のスポット光とすることができる。なお、振動子18aに印加する高周波信号の周波数間隔を狭くすればするほど、スポット光間の距離が短くなる。したがって、高周波信号の周波数間隔をある一定値よりも狭めることにより、隣接する各スポット光に重なり部分を持たせ、水平方向に伸びるライン状のレーザ光とすることも可能である。なお、以下の第2の音響光学素子17bについても同様である。
そして、更に、この水平方向に配列された複数のスポット光を第2の音響光学素子17bによって垂直方向に対して複数の回折角度に同時に回折させることにより、2次元分布のスポット光とすることができる。
As a result, a change in refractive index corresponding to the vibration of each transducer 18a, 18b is generated in the first and second acoustooptic elements 17a, 17b. As shown in FIG. By simultaneously diffracting the incident stimulation laser light L2 at different diffraction angles in the horizontal direction, a plurality of spot lights arranged in the horizontal direction, in other words, spot lights having a one-dimensional distribution can be obtained. Note that the shorter the frequency interval of the high-frequency signal applied to the transducer 18a, the shorter the distance between the spot lights. Therefore, by narrowing the frequency interval of the high-frequency signal to be smaller than a certain value, it is possible to make the adjacent spot light have an overlapping portion and to form a linear laser beam extending in the horizontal direction. The same applies to the following second acoustooptic device 17b.
Further, a plurality of spot lights arranged in the horizontal direction are simultaneously diffracted at a plurality of diffraction angles with respect to the vertical direction by the second acousto-optic element 17b, whereby spot lights having a two-dimensional distribution can be obtained. it can.

〔光刺激領域;四角形〕
このように構成された本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡1の作用について以下に説明する。ここでは、後述する光刺激領域Bとして「四角形」が指定された場合について説明する。
[Photostimulation area; square]
The operation of the laser scanning microscope 1 according to the present embodiment configured as described above will be described below. Here, a case where “square” is designated as the photostimulation region B described later will be described.

まず、実験開始の前段階として、プレスキャンが行われる(図4のステップSA1)。このプレスキャンでは、CPU22が観察用走査光学系2および光検出器6を作動させることにより、標本Pの蛍光画像を表示装置24に表示させる。具体的には、CPU22は、観察用レーザ光源8、第1のスキャナ9を作動させる。これにより、観察用レーザ光源8から出射された観察用レーザ光L1が、第1のスキャナ9によって2次元的に走査され、ダイクロイックミラー4、および対物レンズ5を経て、標本Pに照射される。標本Pに観察用レーザ光L1が照射されると、標本P内に存在する蛍光物質が観察用レーザ光L1によって励起され、蛍光Fが発生する。標本Pにおいて発生した蛍光Fは、対物レンズ5、ダイクロイックミラー4および第1のスキャナ9を経由して観察用レーザ光L1と同じ経路を戻り、ダイクロイックミラー12によって観察用レーザ光L1と分離されて、光検出器6に導かれる。   First, pre-scanning is performed as a stage before the start of the experiment (step SA1 in FIG. 4). In this pre-scan, the CPU 22 causes the observation scanning optical system 2 and the photodetector 6 to operate to display a fluorescence image of the specimen P on the display device 24. Specifically, the CPU 22 operates the observation laser light source 8 and the first scanner 9. As a result, the observation laser light L1 emitted from the observation laser light source 8 is two-dimensionally scanned by the first scanner 9 and irradiated onto the specimen P through the dichroic mirror 4 and the objective lens 5. When the observation laser light L1 is irradiated onto the specimen P, the fluorescent substance existing in the specimen P is excited by the observation laser light L1, and fluorescence F is generated. The fluorescence F generated in the specimen P returns through the same path as the observation laser light L1 via the objective lens 5, the dichroic mirror 4 and the first scanner 9, and is separated from the observation laser light L1 by the dichroic mirror 12. To the photodetector 6.

光検出器6において、蛍光Fは、共焦点ピンホール31で結像し、ダイクロイックミラー32に入射し、ここで波長に応じて2つに分岐される。ダイクロイックミラー32によって反射された蛍光F1は、分散素子36により波長ごとに異なる角度に反射される。この状態で分散素子36を回転させると、分散素子36の回転角度に応じた各波長中心の光がレンズ37によりスリット38に集光され、スリット38を通過した波長の光のみが光変換素子39に入射される。   In the photodetector 6, the fluorescence F forms an image at the confocal pinhole 31, enters the dichroic mirror 32, and is branched into two depending on the wavelength. The fluorescence F1 reflected by the dichroic mirror 32 is reflected by the dispersive element 36 at different angles for each wavelength. When the dispersive element 36 is rotated in this state, light at each wavelength center corresponding to the rotation angle of the dispersive element 36 is collected by the lens 37 onto the slit 38, and only light having a wavelength that has passed through the slit 38 is converted into the light conversion element 39. Is incident on.

一方、ダイクロイックミラー32を透過した蛍光F2は、ダイクロイックミラー33によって第2の光検出部35に導かれる。第2の光検出部35において、蛍光F2は、測光フィルタ40により特定の波長の光が選択透過され、光電変換素子41に入射される。
光電変換素子39,40に入射された蛍光F1、F2は、それぞれ輝度に応じた電気信号として出力され、A/D変換器(図示せず)によってディジタル信号に変換されて、制御装置20に送られる。
制御装置20では、CPU22により、このディジタル信号に基づいて2次元的な蛍光画像が構築され、表示装置24に表示される。これにより、表示装置24には、図5に示すように、観察面における蛍光画像Cが表示されることとなる。
On the other hand, the fluorescence F <b> 2 that has passed through the dichroic mirror 32 is guided to the second light detection unit 35 by the dichroic mirror 33. In the second light detection unit 35, the fluorescence F <b> 2 is selectively transmitted by the photometric filter 40 with light having a specific wavelength and is incident on the photoelectric conversion element 41.
The fluorescences F1 and F2 incident on the photoelectric conversion elements 39 and 40 are output as electric signals corresponding to the luminance, converted into digital signals by an A / D converter (not shown), and sent to the control device 20. It is done.
In the control device 20, a two-dimensional fluorescent image is constructed based on the digital signal by the CPU 22 and displayed on the display device 24. As a result, the fluorescent image C on the observation surface is displayed on the display device 24 as shown in FIG.

次に、表示装置24に表示された蛍光画像Cにおいて、図5に示すように、オペレータにより画像取得領域Aおよび光刺激領域Bが指定されると(図4のステップSA2)、制御装置20のCPU22は、指定された画像取得領域Aの位置および範囲に応じて第1のスキャナ9の走査範囲を設定するとともに(図4のステップSA3)、指定された光刺激領域Bの位置および範囲に応じて振動子18a,18bに印加する高周波信号の周波数を算出する(図4のステップSA4)。
以下、図4のステップSA4において行われる周波数帯域の設定手順について、図6を用いて詳しく説明する。
Next, in the fluorescent image C displayed on the display device 24, as shown in FIG. 5, when the image acquisition region A and the light stimulation region B are designated by the operator (step SA2 in FIG. 4), the control device 20 The CPU 22 sets the scanning range of the first scanner 9 according to the designated position and range of the image acquisition area A (step SA3 in FIG. 4), and according to the designated position and range of the photostimulation area B. Then, the frequency of the high frequency signal applied to the vibrators 18a and 18b is calculated (step SA4 in FIG. 4).
Hereinafter, the frequency band setting procedure performed in step SA4 of FIG. 4 will be described in detail with reference to FIG.

まず、制御装置20のCPU22は、刺激用レーザ光の波長λ、第1の音響光学素子17aにおける結晶内の音波速度Va1、第2の音響光学素子17bにおける結晶内の音波速度Va2を記憶装置21からメモリ23に読み出す(図6のステップSB1)。
続いて、CPU22は、光刺激領域Bにおける水平方向の位置および範囲(図5におけるポイントPh1〜Ph2)に基づいて、第1の音響光学素子17aの回折角度の範囲θh1〜θh2を決定し(図6のステップSB2)、この回折角度の範囲θh1〜θh2にそれぞれ対応する複数の周波数fh1〜fh2を上記(1)式に基づいて決定する(図6のステップSB3)。
First, the CPU 22 of the control device 20 stores the wavelength λ of the stimulation laser light, the acoustic velocity Va1 in the crystal in the first acoustooptic device 17a, and the acoustic velocity Va2 in the crystal in the second acoustooptic device 17b. To the memory 23 (step SB1 in FIG. 6).
Subsequently, the CPU 22 determines the diffraction angle range θh1 to θh2 of the first acoustooptic device 17a based on the horizontal position and range in the photostimulation region B (points Ph1 to Ph2 in FIG. 5) (FIG. 5). 6 step SB2), a plurality of frequencies fh1 to fh2 respectively corresponding to the diffraction angle ranges θh1 to θh2 are determined based on the above equation (1) (step SB3 in FIG. 6).

例えば、回折角度θh1に対応する周波数fh1、及び、回折角度θh2に対応する周波数fh2は、以下のように求められる。
fh1=θh1・Va1/λ
fh2=θh2・Va1/λ
同様に、CPU22は、光刺激領域Bにおける垂直方向の位置および範囲(図5におけるポイントPv1〜Pv2)に基づいて、第2の音響光学素子17bの回折角度の範囲θv1〜θv2を決定し(図6のステップSB4)、この回折角度の範囲θv1〜θv2にそれぞれ対応する複数の周波数fv1〜fv2を上記(1)式に基づいて決定する(図6のステップSB5)。
例えば、回折角度θv1に対応する周波数fv1、及び、回折角度θv2に対応する周波数fv2は、以下のように求められる。
fv1=θv1・Va2/λ
fv2=θv2・Va2/λ
このようにして、CPU22は、光刺激領域Bの位置および範囲に基づいて、複数の周波数を求めると、これらの情報を走査制御部19に出力する(図6のステップSB6)。
For example, the frequency fh1 corresponding to the diffraction angle θh1 and the frequency fh2 corresponding to the diffraction angle θh2 are obtained as follows.
fh1 = θh1 · Va1 / λ
fh2 = θh2 · Va1 / λ
Similarly, the CPU 22 determines the diffraction angle range θv1 to θv2 of the second acoustooptic element 17b based on the vertical position and range (points Pv1 to Pv2 in FIG. 5) in the photostimulation region B (FIG. 5). 6 SB4), a plurality of frequencies fv1 to fv2 respectively corresponding to the diffraction angle ranges θv1 to θv2 are determined based on the above equation (1) (step SB5 in FIG. 6).
For example, the frequency fv1 corresponding to the diffraction angle θv1 and the frequency fv2 corresponding to the diffraction angle θv2 are obtained as follows.
fv1 = θv1 · Va2 / λ
fv2 = θv2 / Va2 / λ
In this way, when the CPU 22 obtains a plurality of frequencies based on the position and range of the photostimulation region B, it outputs these information to the scanning control unit 19 (step SB6 in FIG. 6).

このようにして、画像取得および光刺激の準備が完了すると、CPU22は、観察用レーザ光源8を作動させるとともに、第1のスキャナ9を上記走査範囲で走査することで、観察用レーザ光L1を標本Pの画像取得領域Aに2次元的に照射させ、これにより発生する蛍光を検出することにより、画像取得領域Aにおける蛍光画像を構築して、表示装置24に表示させる。また、上記画像取得と並行して、走査制御部19は、CPU22から取得した上記周波数fh1〜fh2およびfv1〜fv2の範囲における複数の周波数を予め設定されている周波数間隔で決定し、離散的に分布する各周波数からなる高周波信号を各振動子18a、18bに同時に印加する(図4のステップSA5)。なお、周波数間隔は、予め一意に決められていてもよいし、複数の周波数間隔が候補として予め登録されており、これらの候補の中から1つを走査制御部19が選択して設定することとしてもよい。また、オペレータが入力装置25から周波数間隔を設定できるような構成としてもよい。   When the image acquisition and the light stimulus preparation are completed in this way, the CPU 22 operates the observation laser light source 8 and scans the first scanner 9 in the above-described scanning range, so that the observation laser light L1 is obtained. By irradiating the image acquisition area A of the sample P two-dimensionally and detecting the fluorescence generated thereby, a fluorescence image in the image acquisition area A is constructed and displayed on the display device 24. In parallel with the image acquisition, the scanning control unit 19 determines a plurality of frequencies in the range of the frequencies fh1 to fh2 and fv1 to fv2 acquired from the CPU 22 at preset frequency intervals, and discretely A high-frequency signal having each distributed frequency is simultaneously applied to each transducer 18a, 18b (step SA5 in FIG. 4). The frequency interval may be uniquely determined in advance, or a plurality of frequency intervals are registered in advance as candidates, and the scan control unit 19 selects and sets one of these candidates. It is good. Further, the operator may set the frequency interval from the input device 25.

これにより、各周波数の高周波信号に基づいて振動子18a,18bがそれぞれ振動することにより、この振動が第1の音響光学素子17aおよび第2の音響光学素子17bにそれぞれ伝搬して、各音響光学結晶内に周期的な屈折率変化が生じることとなる。この状態で、CPU22により刺激用レーザ光源15が作動されると、刺激用レーザ光源15から刺激用レーザ光L2が出射され、光路上に設けられた第1の音響光学素子17aに入射することとなる。   As a result, the vibrators 18a and 18b vibrate based on the high-frequency signals of the respective frequencies, so that the vibrations propagate to the first acousto-optic element 17a and the second acousto-optic element 17b, respectively. Periodic refractive index changes occur in the crystal. When the stimulation laser light source 15 is operated by the CPU 22 in this state, the stimulation laser light L2 is emitted from the stimulation laser light source 15 and is incident on the first acousto-optic element 17a provided on the optical path. Become.

第1の音響光学素子17aに入射した刺激用レーザ光L2は、高周波信号の各周波数(fh1からfh2までの離散的な周波数の値)に応じた回折角度でほぼ同時に回折されることにより、図3に示すように、光刺激領域Bの水平方向に配列される複数のスポット光、換言すると、1次元分布の刺激用レーザ光L2とされて、第2の音響光学素子17bに導かれる。第2の音響光学素子17bに入射された1次元分布の刺激用レーザ光L2は、高周波信号の各周波数(fv1〜fv2までの離散的な周波数の値)に応じた回折角度でほぼ同時に回折される。これにより、光刺激領域Bの垂直方向に配列される複数のスポット光が生成され、図3に示すように、第2の音響光学素子17bからは、水平方向および垂直方向に配列された複数のスポット光、換言すると、2次元分布の刺激用レーザ光L2が出射されることとなる。   The stimulating laser light L2 incident on the first acoustooptic device 17a is diffracted almost simultaneously at a diffraction angle corresponding to each frequency of the high-frequency signal (discrete frequency values from fh1 to fh2). As shown in FIG. 3, a plurality of spot lights arranged in the horizontal direction of the photostimulation region B, in other words, a stimulation laser beam L2 having a one-dimensional distribution, is guided to the second acoustooptic device 17b. The one-dimensional distribution of stimulating laser light L2 incident on the second acoustooptic device 17b is diffracted almost simultaneously at a diffraction angle corresponding to each frequency of the high-frequency signal (discrete frequency values from fv1 to fv2). The As a result, a plurality of spot lights arranged in the vertical direction of the photostimulation region B are generated. As shown in FIG. 3, a plurality of spot lights arranged in the horizontal direction and the vertical direction are generated from the second acousto-optic element 17b. The spot light, in other words, the stimulating laser light L2 having a two-dimensional distribution is emitted.

2次元分布とされた刺激用レーザ光L2は、ダイクロイックミラー4において上述した観察用レーザ光L1と合波され、対物レンズ5を介して標本Pに照射されることとなる。これにより、刺激用領域Bの全域に対してほぼ同時に光刺激を実施することが可能となる。CPU22は、このような光刺激を指定された光刺激時間にわたって実行すると、光刺激を終了する。また、光刺激を行われている間もCPU22が観察用走査光学系2の第1のスキャナ9等を継続的に作動させることにより、光刺激前後の蛍光画像が取得され、表示装置24に連続的に表示されることとなる。   The stimulation laser light L2 having a two-dimensional distribution is combined with the above-described observation laser light L1 in the dichroic mirror 4 and irradiated onto the specimen P through the objective lens 5. As a result, it is possible to perform optical stimulation on the entire area of the stimulation area B almost simultaneously. When the CPU 22 executes such light stimulation for a designated light stimulation time, the CPU 22 ends the light stimulation. Further, while the light stimulation is being performed, the CPU 22 continuously activates the first scanner 9 and the like of the observation scanning optical system 2, whereby fluorescence images before and after the light stimulation are acquired and continuously displayed on the display device 24. Will be displayed.

〔光刺激領域;楕円形〕
次に、上述した図4のステップSA2において、図7に示すように、光刺激領域Bとして楕円形が指定された場合における高周波信号の周波数の設定手順について説明する。なお、光刺激領域Bとして楕円形が設定された場合には、上述した四角形のときのように、同時に全ての領域を照射することは不可能である。そこで、楕円形の場合には、時間に応じてその照射範囲が変化する1次元分布の刺激用レーザ光L2を走査することにより、楕円形の光刺激領域B全体を照射することとする。本実施形態では、第1の音響光学素子17aを走査用の光学素子として用い、第2の音響光学素子17bにより、スポット光である刺激用レーザ光L2を垂直方向に配列される複数のスポット光に変換するとともに、この複数のスポット光の端から端までの距離を時間に応じて変化させることする。なお、以下の説明においては、複数の周波数において最小周波数から最大周波数までの幅を「周波数帯域」と定義する。
[Light stimulation area; oval]
Next, in step SA2 of FIG. 4 described above, the procedure for setting the frequency of the high-frequency signal when an ellipse is designated as the photostimulation region B as shown in FIG. 7 will be described. When an elliptical shape is set as the photostimulation region B, it is impossible to irradiate all the regions at the same time as in the case of the square described above. Therefore, in the case of an elliptical shape, the entire elliptical light stimulation region B is irradiated by scanning the stimulation laser light L2 having a one-dimensional distribution whose irradiation range changes with time. In the present embodiment, the first acoustooptic element 17a is used as a scanning optical element, and the second acoustooptic element 17b is a plurality of spot lights arranged in the vertical direction as stimulation laser light L2 that is spot light. And the distance from end to end of the plurality of spot lights is changed according to time. In the following description, a width from a minimum frequency to a maximum frequency among a plurality of frequencies is defined as a “frequency band”.

まず、制御装置20のCPU22は、刺激用レーザ光L2の波長λ、第1の音響光学素子17aにおける結晶内の音波速度Va1、第2の音響光学素子17bにおける結晶内の音波速度Va2を記憶装置21からメモリ23に読み出す。
続いて、CPU22は、この光刺激領域Bの全域を刺激するのに要する時間Tw、換言すると、この光刺激領域Bに対する光刺激開始から終了までの光刺激時間Twを決定し、この光刺激時間Tw内の任意の時間tkにおける第1の音響光学素子の回折角度をθh(tk)を求め、このtkを光刺激開始時t0から終了時twまで微小時間Δtで変化させることにより、光刺激時間Tw内における微小時間Δt毎の第1の音響光学素子17aの回折角度θh(tk:k=0,・・・,w)を求める。
First, the CPU 22 of the control device 20 stores the wavelength λ of the stimulation laser light L2, the acoustic velocity Va1 in the crystal in the first acoustooptic element 17a, and the acoustic velocity Va2 in the crystal in the second acoustooptic element 17b. 21 to the memory 23.
Subsequently, the CPU 22 determines a time Tw required to stimulate the entire region of the photostimulation region B, in other words, a photostimulation time Tw from the start to the end of the photostimulation for the photostimulation region B, and this photostimulation time. By obtaining θh (tk) as the diffraction angle of the first acousto-optic element at an arbitrary time tk within Tw, and by changing this tk with a minute time Δt from the light stimulation start time t0 to the end time tw, the light stimulation time The diffraction angle θh (tk: k = 0,..., W) of the first acousto-optic element 17a is obtained every minute time Δt within Tw.

続いて、微小時間Δt毎に求めた回折角度の範囲θh(t0),・・・,θh(tw)に対応する高周波信号の周波数帯域fh(t0),・・・,fh(tw)を上記(1)式に基づいて決定する。
例えば、時刻tkにおける回折角度θh(tk)に対応する高周波信号の周波数帯域fh(tk)は、以下のように求められる。
fh(tk)=θh(tk)・Va1/λ
この結果、図8に示すように、周波数が時間に比例して、fh(t0)からfh(tw)まで離散的に増加する高周波信号が印加されることとなる。
Subsequently, the frequency bands fh (t0),..., Fh (tw) of the high-frequency signal corresponding to the diffraction angle ranges θh (t0),..., Θh (tw) obtained every minute time Δt are described above. (1) It determines based on Formula.
For example, the frequency band fh (tk) of the high-frequency signal corresponding to the diffraction angle θh (tk) at time tk is obtained as follows.
fh (tk) = θh (tk) · Va1 / λ
As a result, as shown in FIG. 8, a high-frequency signal whose frequency increases discretely from fh (t0) to fh (tw) in proportion to time is applied.

続いて、CPU22は、上記光刺激時間Tw内の任意の時間tkにおける第2の音響光学素子の回折角度の範囲θh1(tk)〜θh2(tk)を光刺激領域Bの垂直方向における位置及び範囲に基づいて求め、このtkを光刺激開始時t0から終了時twまで微小時間Δtで変化させることにより、光刺激時間Tw内における微小時間Δt毎の第2の音響光学素子の回折角度の範囲θv1(t0)〜θv2(t0),・・・θv1(tk)〜θv2(tk)・・・,θv1(tw)〜θv2(tw)を求める。   Subsequently, the CPU 22 sets the diffraction angle range θh1 (tk) to θh2 (tk) of the second acoustooptic element at an arbitrary time tk within the photostimulation time Tw to the position and range in the vertical direction of the photostimulation region B. By changing this tk from the light stimulation start time t0 to the end time tw with a minute time Δt, the diffraction angle range θv1 of the second acoustooptic element for each minute time Δt within the light stimulation time Tw is obtained. (T0) to θv2 (t0),... Θv1 (tk) to θv2 (tk)..., Θv1 (tw) to θv2 (tw) are obtained.

続いて、微小時間Δt毎に求めた回折角度の範囲θv1(t0)〜θv2(t0)(ここでは、θv1(t0)=θv2(t0)),・・・θv1(tk)〜θv2(tk)・・・,θv1(tw)〜θv2(tw)(ここでは、θv1(tw)=θv2(tw))に対応する高周波信号の周波数帯域fv1(t0)〜fv2(t0),・・・,fv1(tw)〜fv2(tw)を上記(1)式に基づいて決定する。
例えば、時刻tkにおける回折角度の範囲θv1(tk)〜θv2(tk)に対応する高周波信号の周波数帯域fv1(tk)〜fv2(tk)は、以下のように求められる。
fv1(tk)=θv1(tk)・Va2/λ
fv2(tk)=θv2(tk)・Va2/λ
この結果、図9に示すように、周波数帯域が時間に応じて変化する高周波信号が印加されることとなる。
Subsequently, the diffraction angle range θv1 (t0) to θv2 (t0) obtained for each minute time Δt (here, θv1 (t0) = θv2 (t0)),... Θv1 (tk) to θv2 (tk) , Θv1 (tw) to θv2 (tw) (here, θv1 (tw) = θv2 (tw)), the frequency band fv1 (t0) to fv2 (t0),. (Tw) to fv2 (tw) are determined based on the above equation (1).
For example, the frequency bands fv1 (tk) to fv2 (tk) of the high-frequency signal corresponding to the diffraction angle range θv1 (tk) to θv2 (tk) at time tk are obtained as follows.
fv1 (tk) = θv1 (tk) · Va2 / λ
fv2 (tk) = θv2 (tk) · Va2 / λ
As a result, as shown in FIG. 9, a high frequency signal whose frequency band varies with time is applied.

このようにして、CPU22は、光刺激領域Bの位置および範囲に基づいて、振動子18a,18bにそれぞれ与える高周波信号の周波数帯域を求めると、これらの周波数情報を走査制御部19に出力する。
この結果、上述した光刺激実行時においては、上記周波数情報に基づく高周波信号が、振動子18a,18bに対して印加され、この高周波信号に応じて第1及び第2の音響光学素子17a,17bの音響光学結晶内に屈折率変化が生ずる。刺激用レーザ光源15から発せられた刺激用レーザ光L2は、第1の音響光学素子17aに入射されることにより、蛍光画像における水平方向に周波数に応じた角度分、回折されて第2の音響光学素子17bに入射する。第2の音響光学素子17bでは、周波数帯fv1(tk)〜fv2(tk)の範囲でほぼ同時に回折されることにより、蛍光画像の垂直方向に配列される複数のスポット光が生成される。換言すると、1次元分布の刺激用レーザ光L2に変換される。
In this way, when the CPU 22 obtains the frequency bands of the high-frequency signals to be given to the transducers 18 a and 18 b based on the position and range of the photostimulation region B, the CPU 22 outputs these frequency information to the scanning control unit 19.
As a result, at the time of performing the optical stimulation described above, a high-frequency signal based on the frequency information is applied to the transducers 18a and 18b, and the first and second acoustooptic elements 17a and 17b are corresponding to the high-frequency signal. A refractive index change occurs in the acousto-optic crystal. The stimulating laser light L2 emitted from the stimulating laser light source 15 is incident on the first acoustooptic device 17a, and is diffracted by an angle corresponding to the frequency in the horizontal direction in the fluorescent image to generate the second acoustic signal. The light enters the optical element 17b. In the second acoustooptic device 17b, a plurality of spot lights arranged in the vertical direction of the fluorescent image are generated by being diffracted almost simultaneously in the frequency band fv1 (tk) to fv2 (tk). In other words, it is converted into a one-dimensional distribution of stimulation laser light L2.

この1次元分布の刺激用レーザ光L2は、ダイクロイックミラー4において上述した観察用レーザ光L1と合波され、対物レンズ5を介して標本Pに照射されることとなる。そして、第1及び第2の振動子18a,18bに印加される高周波信号の周波数や周波数帯域が時間とともに変化することにより、標本P上で、時間に応じて垂直方向の長さが変化する1次分布の刺激用レーザ光が水平方向に走査されることとなる。この結果、図7に示した楕円形の光刺激領域Bの全域に対して刺激用レーザ光L2が照射されることとなる。   The one-dimensional distribution of the stimulating laser beam L2 is combined with the observation laser beam L1 described above at the dichroic mirror 4 and irradiated onto the specimen P via the objective lens 5. Then, when the frequency and frequency band of the high-frequency signal applied to the first and second vibrators 18a and 18b change with time, the length in the vertical direction on the sample P changes with time. The next-order stimulation laser beam is scanned in the horizontal direction. As a result, the stimulation laser beam L2 is applied to the entire elliptical stimulation region B shown in FIG.

〔光刺激領域;直線〕
次に、上述したステップSA2において、図10に示すように、光刺激領域Bとして蛍光画像の水平方向に沿った直線が指定された場合における高周波信号の周波数の設定手順について説明する。
[Light stimulation area; straight line]
Next, in step SA2 described above, the procedure for setting the frequency of the high-frequency signal when a straight line along the horizontal direction of the fluorescent image is designated as the photostimulation region B as shown in FIG.

まず、制御装置20のCPU22は、刺激用レーザ光L2の波長λ、第1の音響光学素子17aにおける結晶内の音波速度Va1、第2の音響光学素子17bにおける結晶内の音波速度Va2を記憶装置21からメモリ23に読み出す。
続いて、CPU22は、この光刺激領域Bにおける水平方向の位置および範囲(図5におけるポイントPh1からPh2)に基づいて、第1の音響光学素子17aの回折角度の範囲θh1〜θh2を決定し、この回折角度の範囲θh1〜θh2に対応する高周波信号の周波数帯域fh1〜fh2を上記(1)式に基づいて決定する。
First, the CPU 22 of the control device 20 stores the wavelength λ of the stimulation laser light L2, the acoustic velocity Va1 in the crystal in the first acoustooptic element 17a, and the acoustic velocity Va2 in the crystal in the second acoustooptic element 17b. 21 to the memory 23.
Subsequently, the CPU 22 determines the diffraction angle range θh1 to θh2 of the first acoustooptic device 17a based on the horizontal position and range in the photostimulation region B (points Ph1 to Ph2 in FIG. 5). The frequency bands fh1 to fh2 of the high frequency signal corresponding to the diffraction angle range θh1 to θh2 are determined based on the above equation (1).

例えば、回折角度θh1に対応する周波数fh1、及び、回折角度θh2に対応する周波数fh2は、以下のように求められる。
fh1=θh1・Va1/λ
fh2=θh2・Va1/λ
同様に、CPUは、光刺激領域Bにおける垂直方向の位置に基づいて、第2の音響光学素子17bの回折角度θvを決定し、この回折角度θvに対応する高周波信号の周波数帯域fvを上記(1)式に基づいて決定する。
例えば、回折角度θvに対応する周波数fvは以下のように求められる。
fv=θv・Va2/λ
For example, the frequency fh1 corresponding to the diffraction angle θh1 and the frequency fh2 corresponding to the diffraction angle θh2 are obtained as follows.
fh1 = θh1 · Va1 / λ
fh2 = θh2 · Va1 / λ
Similarly, the CPU determines the diffraction angle θv of the second acoustooptic element 17b based on the vertical position in the photostimulation region B, and sets the frequency band fv of the high-frequency signal corresponding to the diffraction angle θv to the above ( 1) Determine based on the equation.
For example, the frequency fv corresponding to the diffraction angle θv is obtained as follows.
fv = θv · Va2 / λ

このようにして、CPU22は、光刺激領域Bの位置および範囲に基づいて、振動子18a,18bにそれぞれ与える高周波信号の周波数帯域を求めると、これらの情報を走査制御部19に出力する。
この結果、上述した光刺激実行時においては、上記周波数情報に基づく各周波数の高周波信号が、振動子18a,18bに対して印加され、この高周波信号に応じて第1及び第2の音響光学素子17a,17bの音響光学結晶内に屈折率変化が生ずる。刺激用レーザ光源15から発せられた刺激用レーザ光L2は、第1の音響光学素子17aに入射されることにより、蛍光画像における水平方向に周波数に応じた角度分、同時に回折されて1次元分布のレーザ光に変換されて、第2の音響光学素子17bに入射する。第2の音響光学素子17bでは、周波数帯fvで回折されることにより、蛍光画像の垂直方向における位置調整がなされる。位置調整された1次元分布の刺激用レーザ光L2は、ダイクロイックミラー4において上述した観察用レーザ光L1と合波され、対物レンズ5を介して標本Pに照射されることとなる。
この結果、図10に示した直線状の光刺激領域全域に対して刺激用レーザ光L2が複数のスポット光として同時に照射されることとなる。
In this way, when the CPU 22 obtains the frequency bands of the high frequency signals to be given to the transducers 18 a and 18 b based on the position and range of the photostimulation region B, the CPU 22 outputs these pieces of information to the scanning control unit 19.
As a result, at the time of performing the above-described optical stimulation, high-frequency signals of each frequency based on the frequency information are applied to the transducers 18a and 18b, and the first and second acoustooptic elements are corresponding to the high-frequency signals. A refractive index change occurs in the acoustooptic crystals 17a and 17b. The stimulating laser light L2 emitted from the stimulating laser light source 15 is incident on the first acousto-optic element 17a, and is simultaneously diffracted by an angle corresponding to the frequency in the horizontal direction in the fluorescent image, and is one-dimensionally distributed. And is incident on the second acoustooptic device 17b. In the second acoustooptic device 17b, the position of the fluorescent image in the vertical direction is adjusted by diffracting in the frequency band fv. The position-adjusted one-dimensional distribution of the stimulating laser light L2 is combined with the observation laser light L1 described above in the dichroic mirror 4 and irradiated onto the specimen P via the objective lens 5.
As a result, the laser light L2 for stimulation is simultaneously irradiated as a plurality of spot lights over the entire linear light stimulation region shown in FIG.

以上、説明してきたように、本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡1によれば、刺激用走査光学系3が、入射された刺激用レーザ光L2を水平方向に回折させる第1の音響光学素子17aと、入射された刺激用レーザ光を垂直方向に回折させる第2の音響光学素子17bとを備えているので、2次元分布の刺激用レーザ光L2を標本Pに照射させることが可能となる。これにより、光刺激領域Bの全域に対して略同時に光刺激を実行することが可能となる。この結果、光刺激が開始されてから終了するまでの光刺激実行時間を短縮することができる。また、振動子18a,18bに印加する高周波信号の周波数の間隔を狭くすることにより、より決め細やかな光照射を行うことが可能となる。   As described above, according to the laser scanning microscope 1 according to the present embodiment, the first acoustooptic device in which the stimulation scanning optical system 3 diffracts the incident stimulation laser beam L2 in the horizontal direction. 17a and the second acousto-optic element 17b that diffracts the incident stimulation laser beam in the vertical direction, the sample P can be irradiated with the two-dimensional distribution of the stimulation laser beam L2. . As a result, it is possible to execute light stimulation on the entire region of the light stimulation region B substantially simultaneously. As a result, the light stimulus execution time from the start to the end of the light stimulus can be shortened. Further, by narrowing the frequency interval of the high-frequency signal applied to the vibrators 18a and 18b, it becomes possible to perform more precise light irradiation.

また、光刺激領域Bが円、楕円状に設定された場合には、第1及び第2の音響光学素子17a,17bのいずれか一方を走査用の光学素子として用いて、1次元分布の刺激用レーザ光L2を走査することにより、円、楕円状の光刺激領域Bの全域に光刺激を実行することができる。このように、1次元分布の刺激用レーザ光L2を走査する場合でも、音響光学効果を利用して刺激用レーザ光を走査することとなるので、ガルバノミラーなどを利用して刺激用レーザ光を走査する場合に比べて、走査時間を短縮することができる。   Further, when the photostimulation region B is set to be a circle or an ellipse, one of the first and second acoustooptic elements 17a and 17b is used as a scanning optical element to stimulate a one-dimensional distribution. By scanning with the laser beam L2 for light, it is possible to perform light stimulation over the entire circular or elliptical light stimulation region B. As described above, even when the stimulation laser beam L2 having a one-dimensional distribution is scanned, the stimulation laser beam is scanned using the acousto-optic effect. Therefore, the stimulation laser beam is utilized using a galvanometer mirror or the like. Compared to the case of scanning, the scanning time can be shortened.

なお、上記音響光学素子17a,17bの回折角特性、つまり、高周波信号の周波数と音響光学素子17a,17bから出射される刺激用レーザ光L2の回折角度θとの対応関係は、刺激用レーザ光L2の波長によって変化する。したがって、刺激用レーザ光L2の波長と音響光学素子の回折角特性とを対応付けて制御装置20内の記憶装置21に予め保存しておき、刺激用レーザ光L2の波長に対応する回折角特性をそのつど参照することにより、CPU22が上記高周波信号の周波数範囲を決定することとしてもよい。このように、刺激用レーザ光L2の波長と音響光学素子17a,17bの回折角特性とをそれぞれ対応付けて記憶装置21に保存しておくことで、刺激用レーザ光L2の波長を切り替えた場合でも、同じ位置に刺激用レーザ光L2を照射させることが可能となる。   The correspondence between the diffraction angle characteristics of the acoustooptic elements 17a and 17b, that is, the frequency of the high-frequency signal and the diffraction angle θ of the stimulation laser beam L2 emitted from the acoustooptic elements 17a and 17b is determined by the stimulation laser beam. It varies depending on the wavelength of L2. Therefore, the wavelength of the stimulation laser beam L2 and the diffraction angle characteristic of the acoustooptic device are stored in advance in the storage device 21 in the control device 20, and the diffraction angle characteristic corresponding to the wavelength of the stimulation laser beam L2 is stored. The CPU 22 may determine the frequency range of the high-frequency signal by referring to each time. As described above, when the wavelength of the stimulation laser beam L2 is switched by storing the wavelength of the stimulation laser beam L2 and the diffraction angle characteristics of the acoustooptic elements 17a and 17b in the storage device 21 in association with each other. However, the same position can be irradiated with the stimulation laser beam L2.

また、本実施形態においては、光刺激領域Bが四角形、円、及び直線の場合についてそれぞれ説明したが、例えば、曲線、複数の点の集合等の光刺激領域Bが指定された場合も、CPU22がこの光刺激領域Bの位置および範囲に応じて振動子18a,18bに印加する周波数または周波数帯域を決定することにより、同様に、該光刺激領域Bに対して光刺激を実行することができる。
また、本実施形態では、観察用走査光学系2と刺激用走査光学系3とを同時に作動させる場合について述べたが、この作動態様に限られず、例えば、刺激用走査光学系3を作動させている間は、観察用走査光学系2を停止させていてもよい。
更に、本実施形態では、音響光学素子として音響光学偏光器を用いる場合について述べたが、これに限れず、例えば、音響光学変調器などの他の音響光学素子を用いることとしてもよい。
また、上記実施形態では、走査制御部19がCPU22から与えられた周波数情報に基づいて、この周波数の範囲に属する各周波数を所定の周波数間隔で決定することとしたが、走査制御部19ではなくCPU22が各周波数範囲に属する離散的な周波数を決定することとしてもよい。
In the present embodiment, the case where the photostimulation region B is a quadrangle, a circle, and a straight line has been described. However, for example, when the photostimulation region B such as a curve or a set of a plurality of points is designated, the CPU 22 By determining the frequency or frequency band to be applied to the transducers 18a and 18b according to the position and range of the photostimulation region B, the photostimulation can be similarly performed on the photostimulation region B. .
In this embodiment, the case where the observation scanning optical system 2 and the stimulation scanning optical system 3 are operated simultaneously has been described. However, the present invention is not limited to this operation mode. For example, the stimulation scanning optical system 3 is operated. While there is, the observation scanning optical system 2 may be stopped.
Furthermore, although the case where an acoustooptic polarizer is used as the acoustooptic element has been described in the present embodiment, the present invention is not limited thereto, and other acoustooptic elements such as an acoustooptic modulator may be used.
In the above embodiment, the scanning control unit 19 determines each frequency belonging to this frequency range based on the frequency information given from the CPU 22 at a predetermined frequency interval. The CPU 22 may determine discrete frequencies belonging to each frequency range.

また、本実施形態では、2つの音響光学素子17a,17bの組み合わせにより第2のスキャンを構成することとしたが、これに代えて、いずれか一方の音響光学素子17a,17bにより構成することとしてもよい。このような構成では、1次元的な刺激用レーザ光が標本Pに照射されることとなる。
また、音響光学素子17aと17bの配置を逆にしてもよい。
In the present embodiment, the second scan is configured by a combination of the two acoustooptic elements 17a and 17b. Instead, the second scan is configured by either one of the acoustooptic elements 17a and 17b. Also good. In such a configuration, the sample P is irradiated with a one-dimensional stimulation laser beam.
Further, the arrangement of the acoustooptic elements 17a and 17b may be reversed.

〔第2の実施形態〕
次に、本発明の第2の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡について説明する。
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡は、CPU22が振動子18a,18bに印加する高周波信号の振幅についても制御する点で第1の実施形態と異なる。
以下、本実施形態のレーザ走査型顕微鏡について、第1の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
[Second Embodiment]
Next, a laser scanning microscope according to the second embodiment of the present invention will be described.
The laser scanning microscope according to the present embodiment is different from the first embodiment in that the CPU 22 also controls the amplitude of the high frequency signal applied to the vibrators 18a and 18b.
Hereinafter, regarding the laser scanning microscope of the present embodiment, description of points that are common to the first embodiment will be omitted, and different points will be mainly described.

図1において、第2のスキャナ17に採用される音響光学素子17a,17bは、振動子18a、18bに印加される高周波信号の周波数帯域に応じて、回折後、つまり出射される刺激用レーザ光L2の強度にばらつきが生ずるという特質を持つ。ここで、音響光学素子17a,17bから出射される刺激用レーザ光L2の強度と振動子18a,18bに印加される高周波信号の振幅とは比例関係にある。そこで、本実施形態においては、振動子18a,18bに印加する高周波信号の振幅を補正することにより、高周波信号の周波数帯域に応じて発生するレーザ光の強度のばらつきを解消することとしている。   In FIG. 1, acoustooptic elements 17a and 17b employed in the second scanner 17 are diffracted, that is, emitted stimulation laser light according to the frequency band of the high-frequency signal applied to the transducers 18a and 18b. It has the characteristic that the intensity of L2 varies. Here, the intensity of the stimulation laser beam L2 emitted from the acoustooptic elements 17a and 17b and the amplitude of the high-frequency signal applied to the transducers 18a and 18b are in a proportional relationship. Therefore, in the present embodiment, by correcting the amplitude of the high-frequency signal applied to the vibrators 18a and 18b, the variation in the intensity of the laser light generated according to the frequency band of the high-frequency signal is eliminated.

本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡において、記憶装置23には、上述した情報に加えて、第1及び第2の音響光学素子の回折光強度特性が保存されている(図11参照)。
CPU22は、上述した第1の実施形態と同様の手順により、光刺激領域Bに応じて各振動子18a、18bに印加する高周波信号の周波数または周波数帯域を設定すると、この設定した周波数または周波数帯域に応じて、高周波信号の振幅を補正する。
具体的には、以下の(2)式を用いて、高周波信号の振幅を補正する。
In the laser scanning microscope according to the present embodiment, the storage device 23 stores the diffracted light intensity characteristics of the first and second acoustooptic elements in addition to the information described above (see FIG. 11).
When the CPU 22 sets the frequency or frequency band of the high-frequency signal to be applied to each transducer 18a, 18b according to the photostimulation region B by the same procedure as in the first embodiment, the set frequency or frequency band is set. Accordingly, the amplitude of the high frequency signal is corrected.
Specifically, the amplitude of the high frequency signal is corrected using the following equation (2).

Pf´=(Pmax/Pcur)・Pf (2)
上記(2)式において、Pf´は補正後の高周波信号の振幅、Pmaxは回折後におけるレーザ光の最大強度、Pcurは補正の対象となる周波数におけるレーザ光の強度、Pfは補正前の高周波信号の振幅である。
Pf ′ = (Pmax / Pcur) · Pf (2)
In the above equation (2), Pf ′ is the amplitude of the high-frequency signal after correction, Pmax is the maximum intensity of the laser light after diffraction, Pcur is the intensity of the laser light at the frequency to be corrected, and Pf is the high-frequency signal before correction. Of the amplitude.

CPU22は、上記(2)を用いて、各高周波信号の振幅を補正し、補正後の振幅情報と設定した周波数情報とを走査制御部19に出力する。これにより、補正された振幅の高周波信号が各振動子18a,18bに印加されることとなり、第1及び第2の音響光学素子17a,17bから出力される刺激用レーザ光L2の光強度は、振動子に印加される周波数に依存せず、つまり、刺激用レーザ光L2の回折角度θにかかわらずに、同じ光強度を維持することが可能となる。   The CPU 22 corrects the amplitude of each high-frequency signal using the above (2), and outputs the corrected amplitude information and the set frequency information to the scanning control unit 19. As a result, a high-frequency signal having a corrected amplitude is applied to each transducer 18a, 18b, and the light intensity of the stimulation laser light L2 output from the first and second acousto-optic elements 17a, 17b is: It is possible to maintain the same light intensity regardless of the frequency applied to the vibrator, that is, regardless of the diffraction angle θ of the stimulation laser light L2.

以上説明してきたように、本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡によれば、振動子18a,18bに印加する高周波信号の周波数に応じて振幅を補正するので、第1及び第2の音響光学素子17a,17bから出力される刺激用レーザ光L2の強度を回折角度に依存することなく同じ強度にすることができる。これにより、均一な強度を有する2次元的な刺激用レーザ光を標本Pに照射することができる。   As described above, according to the laser scanning microscope according to the present embodiment, the amplitude is corrected according to the frequency of the high-frequency signal applied to the transducers 18a and 18b. The intensity of the stimulation laser beam L2 output from 17a and 17b can be made the same without depending on the diffraction angle. Thereby, the sample P can be irradiated with two-dimensional stimulation laser light having uniform intensity.

なお、本実施形態では、音響光学素子17a,17bにおける回折角度θによらずに、刺激用レーザ光L2の強度を均一にする場合について述べたが、図11に示した回折光強度特性を用いることにより、意図的に光強度を制御することもできる。具体的には、光刺激領域Bの一部に対して他の部分よりも強い光を照射したい場合には、その部分に関する周波数の高周波信号の振幅を大きく設定すればよい。このように、本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡によれば、標本Pに照射させる刺激用レーザ光L2の強度制御の精度を向上させることができる。   In the present embodiment, the case where the intensity of the stimulation laser light L2 is made uniform irrespective of the diffraction angle θ in the acoustooptic elements 17a and 17b has been described. However, the diffracted light intensity characteristic shown in FIG. 11 is used. Thus, the light intensity can be intentionally controlled. Specifically, when it is desired to irradiate a part of the light stimulation region B with light stronger than the other part, the amplitude of the high-frequency signal having a frequency related to that part may be set large. As described above, according to the laser scanning microscope according to the present embodiment, it is possible to improve the accuracy of intensity control of the stimulation laser light L2 irradiated on the specimen P.

例えば、図5に示した矩形状の光刺激領域Bにおいて、水平方向に対して光強度を変化させたい場合には、水平方向に対応する第1の音響光学素子17aの第1の振動子18aに与える各周波数の高周波信号の振幅を位置に応じて変化させればよい。   For example, in the rectangular photostimulation region B shown in FIG. 5, when it is desired to change the light intensity with respect to the horizontal direction, the first vibrator 18a of the first acoustooptic element 17a corresponding to the horizontal direction. What is necessary is just to change the amplitude of the high-frequency signal of each frequency given to 1 according to a position.

例えば、図12に示すように、光刺激領域Bにおいて、左側の領域A1、中央の領域A2、右側の領域A3の順で段階的に光強度を低くする場合には、図13に示されるように、左側の領域に対応する周波数の高周波信号の振幅を最も高くし、中央の領域A2に対応する周波数の高周波信号の振幅を中間的な値とし、右側の領域に対応する周波数の高周波信号の振幅を最も低くするとよい。なお、ここでは、水平方向に沿って光強度を変化させたい場合について説明したが、同様に、第2の音響光学素子17bに対応する第2の振動子18bに印加する高周波信号の振幅を周波数に応じて変化させることで、2次元的に光強度を変化させることが可能となる。これにより、より細やかな強度制御が実現できる。   For example, as shown in FIG. 12, in the light stimulation region B, when the light intensity is decreased stepwise in the order of the left region A1, the central region A2, and the right region A3, as shown in FIG. In addition, the amplitude of the high-frequency signal having the frequency corresponding to the left region is maximized, the amplitude of the high-frequency signal having the frequency corresponding to the central region A2 is set to an intermediate value, and the high-frequency signal having the frequency corresponding to the right region is The amplitude should be the lowest. Here, the case where it is desired to change the light intensity along the horizontal direction has been described. Similarly, the amplitude of the high-frequency signal applied to the second vibrator 18b corresponding to the second acousto-optic element 17b is the frequency. It is possible to change the light intensity two-dimensionally by changing it according to. Thereby, finer strength control can be realized.

また、例えば、図14に示すように、楕円型の光刺激領域Bの中央部に刺激用レーザ光L2を照射させたくない場合、つまり、ドーナツ型の光刺激領域Bに刺激用レーザ光L2を照射させる場合には、第2の音響光学素子17bにおいて、光刺激を実施させたくない領域に対応する周波数帯域の振幅をゼロとすることにより、光照射を回避させることが可能となる。例えば、図15に示すように、ある時刻tkにおいては、fvaからfvdの周波数帯域において、fvbからfvcの周波数帯域については、光強度をゼロにすることで、この周波数fvbからfvcに対応する領域への刺激用レーザL2の照射を回避することが可能となる。そして、時間に応じて、振幅をゼロにする周波数帯域を変化させることで、図14に示すようなドーナツ型の光刺激領域Bに対して光刺激を行うことが可能となる。   Further, for example, as shown in FIG. 14, when it is not desired to irradiate the central portion of the elliptical light stimulation region B with the stimulation laser light L2, that is, the stimulation laser light L2 is applied to the donut-shaped light stimulation region B. In the case of irradiation, light irradiation can be avoided by setting the amplitude of the frequency band corresponding to the region where the light stimulation is not desired to be performed to zero in the second acoustooptic device 17b. For example, as shown in FIG. 15, at a certain time tk, in the frequency band from fva to fvd, in the frequency band from fvb to fvc, the region corresponding to this frequency fvb to fvc is set to zero. It is possible to avoid irradiation with the stimulation laser L2. And by changing the frequency band which makes an amplitude zero according to time, it becomes possible to perform light stimulation with respect to the donut-shaped light stimulation area | region B as shown in FIG.

このように、高周波信号の振幅について制御することにより、各位置における光強度を調節することで、図14に示したようなドーナツ型の光刺激領域Bをはじめ、様々な形状の光刺激領域Bに対応することが可能となる。これにより、生細胞等の非幾何学的形状の対象物であっても、その形状に合せて光刺激を行うことが可能となる。例えば、神経等の1つの細胞全体において、細胞核の部分だけを除いて光刺激することが可能となる。   In this way, by controlling the amplitude of the high-frequency signal, the light intensity at each position is adjusted, so that the light stimulation area B of various shapes including the donut-shaped light stimulation area B as shown in FIG. It becomes possible to cope with. Thereby, even if it is an object of non-geometric shapes, such as a living cell, it becomes possible to perform light stimulation according to the shape. For example, in one whole cell such as a nerve, light stimulation can be performed except for only the cell nucleus.

〔第3の実施形態〕
次に、本発明の第3の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡について説明する。
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡が、第1の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡1と異なる点は、図16に示すように、上記第2の音響光学素子17bに代えて、ガルバノミラー51を配置し、このガルバノミラー51を機械的に振動させて光偏向を行う点である。
このガルバノミラー51は、第1の音響光学素子17aにより蛍光画像の水平方向における位置調整等がされた刺激用レーザ光L2を、蛍光画像の垂直方向に走査するものである。
[Third Embodiment]
Next, a laser scanning microscope according to the third embodiment of the present invention will be described.
The laser scanning microscope according to this embodiment is different from the laser scanning microscope 1 according to the first embodiment in that a galvano mirror 51 is used instead of the second acousto-optic element 17b as shown in FIG. And galvano mirror 51 is mechanically vibrated to deflect light.
The galvanometer mirror 51 scans the stimulation laser beam L2 in which the position of the fluorescent image in the horizontal direction is adjusted by the first acousto-optic element 17a in the vertical direction of the fluorescent image.

例えば、このようなレーザ走査型顕微鏡では、刺激用レーザ光源15から出射された刺激用レーザ光L2は、第1の音響光学素子17aによって水平方向における1次元分布の刺激用レーザ光L2とされてガルバノミラー51に導かれる。ガルバノミラー51では、1次元分布の刺激用レーザ光L2が垂直方向に走査され、ミラー52を介してダイクロイックミラー4に導かれ、観察用レーザ光L1と合波されて、対物レンズ5を介して標本Pに照射される。これにより、水平方向における1次元分布の刺激用レーザ光L2が垂直方向に走査されることにより、所望の光刺激領域Bに対して効率的に光刺激を実行することができる。   For example, in such a laser scanning microscope, the stimulation laser light L2 emitted from the stimulation laser light source 15 is converted into the stimulation laser light L2 having a one-dimensional distribution in the horizontal direction by the first acoustooptic device 17a. Guided to the galvanometer mirror 51. In the galvanometer mirror 51, the one-dimensional distribution of the stimulation laser beam L 2 is scanned in the vertical direction, guided to the dichroic mirror 4 through the mirror 52, and combined with the observation laser beam L 1 through the objective lens 5. The specimen P is irradiated. As a result, the one-dimensional distribution of the stimulation laser light L2 in the horizontal direction is scanned in the vertical direction, so that the light stimulation can be efficiently performed on the desired light stimulation region B.

なお、上記実施形態において、ガルバノミラー51と第1の音響光学素子17aとの配置を入れ替えてもよく、また、ガルバノミラー51とミラー52との配置を入れ替えてもよい。また、第2のスキャン17を第2の音響光学素子17bとガルバノミラー51との組み合わせによって構成することとしてもよい。   In the above embodiment, the arrangement of the galvano mirror 51 and the first acousto-optic element 17a may be exchanged, and the arrangement of the galvano mirror 51 and the mirror 52 may be exchanged. Further, the second scan 17 may be configured by a combination of the second acoustooptic element 17 b and the galvanometer mirror 51.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the specific structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.

本発明の第1の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡を示す全体構成図である。1 is an overall configuration diagram showing a laser scanning microscope according to a first embodiment of the present invention. 図1に示した音響光学素子の作用を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the effect | action of the acoustooptic device shown in FIG. 図1に示した第2のスキャナの作用を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the effect | action of the 2nd scanner shown in FIG. 本発明の第1の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡の処理手順の一例を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed an example of the process sequence of the laser scanning microscope which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 蛍光画像において画像取得領域と四角形の光刺激領域とが指定されたときの表示画面の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the display screen when an image acquisition area and a square photostimulation area | region are designated in the fluorescence image. 刺激用走査条件設定において、高周波信号の周波数を決定するための処理手順の一例を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed an example of the process sequence for determining the frequency of a high frequency signal in the scanning condition setting for stimulation. 蛍光画像において画像取得領域と楕円形の光刺激領域とが指定されたときの表示画面の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the display screen when the image acquisition area | region and an elliptical light stimulus area | region are designated in the fluorescence image. 楕円形の光刺激領域が指定されたときの第1の振動子に印加される高周波信号の周波数と時間との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the frequency of the high frequency signal applied to a 1st vibrator | oscillator when an elliptical light stimulation area | region is designated, and time. 楕円形の光刺激領域が指定されたときの第2の振動子に印加される高周波信号の周波数と時間との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the frequency of the high frequency signal applied to a 2nd vibrator | oscillator when an elliptical photostimulation area | region is designated, and time. 蛍光画像において画像取得領域と楕円形の光刺激領域とが指定されたときの表示画面の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the display screen when the image acquisition area | region and an elliptical light stimulus area | region are designated in the fluorescence image. 回折光強度特性の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the diffracted light intensity characteristic. 光刺激領域内の光強度を変化させる場合の一例を示した図である。It is the figure which showed an example in the case of changing the light intensity in a photostimulation area | region. 図12に示した光強度となるように刺激用レーザ光を照射させる場合において、第1の振動子に印加される周波数と振幅との関係を示した図である。FIG. 13 is a diagram showing a relationship between a frequency and an amplitude applied to the first vibrator when the stimulation laser beam is irradiated so as to have the light intensity shown in FIG. 12. ドーナツ型の光刺激領域を示した図である。It is the figure which showed the donut type photostimulation area | region. 図14に示したドーナツ型の光刺激領域が指定されたときの時刻tkにおいて第2の振動子に印加される高周波信号の周波数と振幅の関係を示した図である。FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the frequency and amplitude of a high-frequency signal applied to the second vibrator at time tk when the donut-shaped photostimulation region shown in FIG. 14 is designated. 本発明の第3の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡における第2のスキャナの構成の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the structure of the 2nd scanner in the laser scanning microscope which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

P 標本
F 蛍光
L1 観察用レーザ光
L2 刺激用レーザ光
1 レーザ走査型顕微鏡
2 観察用走査光学系
3 刺激用走査光学系
4 ダイクロイックミラー
5 対物レンズ
6 光検出器
8 観察用レーザ光源
9 第1のスキャナ
9a 第1のガルバノミラー
9b 第2のガルバノミラー
15 刺激用レーザ光源
17 第2のスキャナ
17a,17b 音響光学素子
18a,18b 振動子
19 走査制御部
20 制御装置
21 記憶装置
22 CPU
23 メモリ
24 表示装置
25 入力装置
P Specimen F Fluorescence L1 Observation laser light L2 Stimulation laser light 1 Laser scanning microscope 2 Observation scanning optical system 3 Stimulation scanning optical system 4 Dichroic mirror 5 Objective lens 6 Photo detector 8 Observation laser light source 9 First Scanner 9a First galvanometer mirror 9b Second galvanometer mirror 15 Stimulation laser light source 17 Second scanner 17a, 17b Acoustooptic element 18a, 18b Transducer 19 Scan control unit 20 Controller 21 Storage device 22 CPU
23 memory 24 display device 25 input device

Claims (23)

標本を観察するための観察用レーザ光をステージに載置された標本に対して2次元的に照射し、前記標本から発せられる光を検出して、蛍光画像を構築し、表示するレーザ走査型顕微鏡であって、
前記標本に光刺激を与えるための刺激用レーザ光を射出する刺激用レーザ光源と、
前記刺激用レーザ光を走査する刺激用走査部と、
前記刺激用走査部を制御する制御部と、
前記刺激用走査部により走査された前記刺激用レーザ光を集光して標本に照射する対物レンズとを有し、
前記刺激用走査部が、前記刺激用レーザ光の光路上に配置された少なくとも1つの音響光学素子を備え、
前記制御部が、光刺激を与える領域の位置および範囲に基づいて複数の周波数を決定し、決定した複数の周波数の高周波信号を、前記音響光学素子に取り付けられている振動子に対して、同時に印加することにより、前記高周波信号の各周波数に応じた複数の回折角度で同時に回折された前記刺激用レーザ光を前記領域に同時に照射するレーザ走査型顕微鏡。
Laser scanning type for irradiating a specimen placed on a stage with an observation laser light for observing the specimen two-dimensionally, detecting the light emitted from the specimen, constructing and displaying a fluorescence image A microscope,
A stimulation laser light source that emits stimulation laser light for applying optical stimulation to the specimen;
A stimulation scanning unit that scans the stimulation laser beam;
A control unit for controlling the stimulation scanning unit;
An objective lens that collects the stimulation laser beam scanned by the stimulation scanning unit and irradiates the sample;
The stimulation scanning unit includes at least one acousto-optic element disposed on an optical path of the stimulation laser beam;
The control unit determines a plurality of frequencies based on a position and a range of a region to which light stimulation is applied, and simultaneously applies high-frequency signals of the determined plurality of frequencies to the vibrator attached to the acoustooptic device. by applying to the high frequency signal a plurality of diffraction angles in the laser scanning microscope for morphism simultaneously light of the diffracted the stimulus laser beam simultaneously in said region corresponding to each frequency.
前記刺激用走査部が、
入射された刺激用レーザ光を第1の方向に回折させる第1の音響光学素子と、
入射された刺激用レーザ光を前記第1の方向と交わる方向に回折させる第2の音響光学素子とを具備する請求項1に記載のレーザ走査型顕微鏡。
The stimulation scanning unit,
A first acousto-optic element that diffracts incident stimulation laser light in a first direction;
The laser scanning microscope according to claim 1, further comprising: a second acousto-optic element that diffracts the incident stimulation laser light in a direction intersecting the first direction.
前記第1の音響光学素子と前記第2の音響光学素子のそれぞれの振動子に対して、それぞれ複数の周波数の高周波信号を同時に印加することにより、標本上の二次元の領域に同時に刺激用レーザ光を照射する請求項2に記載のレーザ走査型顕微鏡。   A stimulating laser is simultaneously applied to a two-dimensional region on the specimen by simultaneously applying high-frequency signals having a plurality of frequencies to the respective vibrators of the first acoustooptic element and the second acoustooptic element. The laser scanning microscope according to claim 2, which irradiates light. 前記刺激用レーザ光に照射される二次元の領域は矩形である請求項3に記載のレーザ走査型顕微鏡。   The laser scanning microscope according to claim 3, wherein the two-dimensional region irradiated with the stimulation laser beam is a rectangle. 前記第1の音響光学素子と前記第2の音響光学素子の一方の振動子に対して複数の周波数の高周波信号を同時に印加することにより、標本上の一直線状の領域に同時に刺激用レーザ光を照射する請求項2に記載のレーザ走査型顕微鏡。   By simultaneously applying high-frequency signals having a plurality of frequencies to one transducer of the first acoustooptic element and the second acoustooptic element, the stimulating laser beam is simultaneously applied to a linear region on the specimen. The laser scanning microscope according to claim 2 for irradiation. 前記刺激用レーザ光に照射される一直線状の領域は、所定長さの線分である請求項5に記載のレーザ走査型顕微鏡。   The laser scanning microscope according to claim 5, wherein the linear region irradiated with the stimulation laser beam is a line segment having a predetermined length. 前記第1の音響光学素子と前記第2の音響光学素子の一方の振動子に対して複数の周波数の高周波信号を同時に印加するとともに、他の振動子に少なくとも一つで時間的に変化する周波数の高周波信号を印加することにより、前記一方の振動子によって駆動される音響光学素子から射出される一直線状の照射領域を前記他方の振動子により駆動される音響光学素子によって切り替え、これにより標本上の二次元領域に刺激レーザ光を照射する請求項2に記載のレーザ走査型顕微鏡。   A frequency that simultaneously applies a high-frequency signal having a plurality of frequencies to one transducer of the first acoustooptic device and the second acoustooptic device, and at least one frequency changes with time to the other transducer. By applying the high-frequency signal, the linear irradiation region emitted from the acousto-optic device driven by the one transducer is switched by the acousto-optic device driven by the other transducer, thereby The laser scanning microscope according to claim 2, wherein the two-dimensional region is irradiated with stimulation laser light. 前記一方の振動子に印加される高周波信号が有する周波数は、時間的に変化する請求項7に記載のレーザ走査型顕微鏡。   The laser scanning microscope according to claim 7, wherein a frequency of a high-frequency signal applied to the one vibrator changes with time. 前記刺激用レーザ光が照射される標本上の二次元領域は円形である請求項8に記載のレーザ走査型顕微鏡。   The laser scanning microscope according to claim 8, wherein the two-dimensional region on the specimen irradiated with the stimulation laser beam is circular. 前記刺激用走査部は、
入射された刺激用レーザ光を水平方向または垂直方向に回折させる音響光学素子と、
前記音響光学素子の回折方向に略直交する方向に、入射された刺激用レーザ光を走査する走査用ミラーとを具備する請求項1に記載のレーザ走査型顕微鏡。
The stimulation scanning unit includes:
An acoustooptic device that diffracts the incident stimulating laser beam in the horizontal or vertical direction;
The laser scanning microscope according to claim 1, further comprising: a scanning mirror that scans the incident stimulation laser beam in a direction substantially orthogonal to a diffraction direction of the acoustooptic device.
前記音響光学素子の振動子に対して複数の周波数の高周波信号を同時に印加することにより、標本上の一直線状の領域に同時に刺激用レーザ光を照射する請求項10に記載のレーザ走査型顕微鏡。   11. The laser scanning microscope according to claim 10, wherein a high-frequency signal having a plurality of frequencies is simultaneously applied to the transducer of the acoustooptic device, whereby the stimulation laser beam is simultaneously irradiated onto a linear region on the specimen. 前記刺激用レーザ光に照射される一直線状の領域は所定長さの線分である請求項11に記載のレーザ走査型顕微鏡。   The laser scanning microscope according to claim 11, wherein the linear region irradiated with the stimulation laser beam is a line segment having a predetermined length. 前記音響光学素子の振動子に対して複数の周波数の高周波信号を同時に印加し、前記音響光学素子によって同時に照射される一直線状の領域の照射位置を走査ミラーによって走査することにより、標本上の二次元領域に刺激用レーザ光を照射する請求項10に記載のレーザ走査型顕微鏡。   A high-frequency signal having a plurality of frequencies is simultaneously applied to the transducer of the acoustooptic device, and the irradiation position of a linear region that is simultaneously illuminated by the acoustooptic device is scanned by a scanning mirror. The laser scanning microscope according to claim 10, wherein the three-dimensional region is irradiated with stimulation laser light. 前記振動子に印加される高周波信号が有する周波数は時間的に変化する請求項13に記載のレーザ走査型顕微鏡。   The laser scanning microscope according to claim 13, wherein a frequency of a high-frequency signal applied to the vibrator changes with time. 前記刺激用レーザ光が照射される標本上の二次元領域は円形である請求項14に記載のレーザ走査型顕微鏡。   The laser scanning microscope according to claim 14, wherein the two-dimensional region on the specimen irradiated with the stimulation laser light is circular. 前記制御部が、前記刺激用レーザ光の波長を考慮して前記高周波信号の周波数を決定する請求項1から請求項15のいずれかに記載のレーザ走査型顕微鏡。   The laser scanning microscope according to any one of claims 1 to 15, wherein the control unit determines a frequency of the high-frequency signal in consideration of a wavelength of the stimulation laser beam. 前記制御部が、前記音響光学素子の回折光強度の回折角度特性に応じて、前記高周波信号の振幅を補正する請求項1から請求項16のいずれかに記載のレーザ走査型顕微鏡。   The laser scanning microscope according to any one of claims 1 to 16, wherein the control unit corrects the amplitude of the high-frequency signal in accordance with a diffraction angle characteristic of a diffracted light intensity of the acoustooptic device. 前記観察用レーザ光を前記標本上で走査する走査部を備える請求項1から請求項17のいずれかに記載のレーザ走査型顕微鏡。   The laser scanning microscope according to claim 1, further comprising a scanning unit that scans the observation laser light on the specimen. 前記刺激用レーザ光が照射される前記領域が、観察用レーザ光の照射によって予め取得された画像上で指定可能とされている請求項1から請求項18のいずれかに記載のレーザ走査型顕微鏡。   The laser scanning microscope according to any one of claims 1 to 18, wherein the region irradiated with the stimulation laser light can be designated on an image acquired in advance by irradiation with an observation laser light. . 前記高周波信号の複数の周波数の間隔を所定値より狭めることで、前記刺激用レーザ光を同時に照射する領域が空間的に連続する請求項1から請求項19のいずれかに記載のレーザ走査型顕微鏡。   The laser scanning microscope according to any one of claims 1 to 19, wherein a region simultaneously irradiated with the stimulation laser beam is spatially continuous by narrowing an interval between a plurality of frequencies of the high-frequency signal from a predetermined value. . 前記制御部は、前記決定した複数の周波数ごとに振幅の異なる高周波信号を前記振動子に同時に印加することにより、前記領域ごとの前記刺激用レーザ光の照射強度を異ならせる請求項1から請求項20のいずれかに記載のレーザ走査型顕微鏡。   The said control part varies the irradiation intensity | strength of the said laser beam for stimulation for every said area | region by applying simultaneously the high frequency signal from which an amplitude differs for every said determined several frequency to the said vibrator | oscillator. The laser scanning microscope according to any one of 20. 標本を観察するための観察用レーザ光をステージに載置された標本に対して2次元的に照射し、前記標本から発せられる光を検出して、蛍光画像を構築し、表示する顕微鏡観察方法であって、
前記標本に光刺激を与えるための刺激用レーザ光の光路上に少なくとも1つの音響光学素子を配置し、各前記音響光学素子に取り付けられている振動子に対して、光刺激領域の位置および範囲に応じて決定される複数の周波数の高周波信号を同時に印加することにより、前記高周波信号の各周波数に応じた複数の回折角度で同時に回折された前記刺激用レーザ光を前記光刺激領域に同時に照射する顕微鏡観察方法。
Microscope observation method for constructing and displaying a fluorescence image by two-dimensionally irradiating a specimen placed on a stage with a laser beam for observation for observing the specimen, detecting light emitted from the specimen Because
At least one acoustooptic element is arranged on the optical path of the stimulation laser beam for applying the light stimulus to the specimen, and the position and range of the photostimulation region with respect to the vibrator attached to each acoustooptic element By simultaneously applying a high-frequency signal having a plurality of frequencies determined according to the frequency, the stimulation laser beam simultaneously diffracted at a plurality of diffraction angles corresponding to each frequency of the high-frequency signal is simultaneously irradiated onto the light stimulation region. microscopy methods of.
標本を観察するための観察用レーザ光をステージに載置された標本に対して2次元的に照射する観察用走査光学系と、前記標本から発せられる光を検出する光検出部と、前記標本に光刺激を与えるための刺激用走査光学系とを有し、該刺激用走査光学系が少なくとも1つの音響光学素子を有するレーザ走査型顕微鏡において、前記刺激用走査光学系の制御を行うための光刺激制御プログラムであって、
光刺激領域の位置および範囲に応じて、前記音響光学素子の回折範囲を設定する処理と、
前記回折範囲に対応する一または複数の周波数を求める処理と、
前記一または複数の周波数を有する高周波信号を同時に、前記音響光学素子に取り付けられている振動子に対して印加させることにより、前記高周波信号の各周波数に応じた複数の回折角度で同時に回折された前記刺激用レーザ光を前記光刺激領域に同時に照射させる処理と
をコンピュータに実行させるための光刺激制御プログラム。
An observation scanning optical system that two-dimensionally irradiates a specimen placed on a stage with an observation laser beam for observing the specimen, a light detection unit that detects light emitted from the specimen, and the specimen A laser scanning microscope having a scanning optical system for stimulating the light and having at least one acousto-optic element for controlling the scanning optical system for stimulation. A light stimulus control program,
A process for setting a diffraction range of the acoustooptic device according to the position and range of the photostimulation region,
Processing for obtaining one or more frequencies corresponding to the diffraction range;
By simultaneously applying a high-frequency signal having one or a plurality of frequencies to a vibrator attached to the acoustooptic device, the signals are simultaneously diffracted at a plurality of diffraction angles corresponding to each frequency of the high-frequency signal. A photostimulation control program for causing a computer to execute a process of simultaneously irradiating the photostimulation laser beam with the stimulation laser beam .
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