CN117203564A - 共聚焦显微镜单元、共聚焦显微镜及共聚焦显微镜单元的控制方法 - Google Patents

共聚焦显微镜单元、共聚焦显微镜及共聚焦显微镜单元的控制方法 Download PDF

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CN117203564A CN202280030939.5A CN202280030939A CN117203564A CN 117203564 A CN117203564 A CN 117203564A CN 202280030939 A CN202280030939 A CN 202280030939A CN 117203564 A CN117203564 A CN 117203564A
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Abstract

共聚焦显微镜单元(1)具备：光源装置(10a)，其具有发光元件(21)、光检测器(22)、驱动部(23)、以及控制部(24)；以及扫描镜(4)，其使从光源装置(10a)输出的激发光扫描，控制部(24)在设定模式下，执行基于来自光检测器(22)的检测信号和控制信号调整并输出对驱动部(23)进行驱动的驱动信号的第1控制，通过一边变更控制信号的值一边执行第1控制，生成和存储表示驱动电流和激发光的光量的对应关系的数据表，在动作模式下，执行将控制信号作为驱动信号输出的第2控制，读出数据表，基于数据表，使用对应于与目标光量对应的驱动电流的控制信号执行第2控制，在检测信号表示的光量超过规定值的情况下，执行停止驱动电流的控制。

Description

共聚焦显微镜单元、共聚焦显微镜及共聚焦显微镜单元的控 制方法
技术领域
本发明涉及一种构成共聚焦显微镜的共聚焦显微镜单元及共聚焦显微镜。
背景技术
一直以来，已知有通过安装于具有显微镜光学系统的显微镜的连接端口而构成共聚焦显微镜的共聚焦显微镜单元(例如，参照下述专利文献1～3)。根据这样的共聚焦显微镜单元，能够容易地实现利用显微镜的共聚焦成像。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开2020/196783号公报
专利文献2：国际公开2020/196782号公报
专利文献3：国际公开2020/196784号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在如上所述的现有的共聚焦显微镜单元中，通过对试样扫描激发光，获取试样的光学的像。在此，在对试样二维扫描激发光时，需要使试样上的扫描速度变化。在这样的情况下，也希望使试样的每单位面积(单位长度)的激发光的照射能量均匀。
因此，实施方式的一个方面是鉴于该问题而完成的，其技术问题在于，提供一种可以高精度地使对试样的激发光的照射能量均匀化的共聚焦显微镜单元和共聚焦显微镜。
解决问题的技术手段
实施方式的一个方面的共聚焦显微镜单元，是通过安装于具有显微镜光学系统的显微镜的连接端口而构成共聚焦显微镜的共聚焦显微镜单元，具备：光源单元，其具有输出激发光的光源、检测从光源输出的激发光并且输出检测信号的光检测器、将驱动电流供给于光源的驱动部、以及根据表示目标光量的控制信号对驱动部输出控制驱动电流的驱动信号的控制部；扫描镜，其使从光源单元输出的激发光在试样上扫描；以及壳体，其构成为可安装于连接端口，固定有扫描镜和光源单元，控制部具有设定模式和动作模式2种功能，在设定模式下，执行基于控制信号和检测信号调整并且输出驱动信号的第1控制，通过一边变更控制信号的值一边执行第1控制，生成和存储表示驱动电流和激发光的光量的对应关系的数据表，在动作模式下，执行将控制信号作为驱动信号输出的第2控制，读出数据表，基于数据表，使用对应于与目标光量对应的驱动电流的控制信号执行第2控制，在检测信号表示的光量超过规定值的情况下，执行停止驱动电流的控制。
或者，实施方式的另一个方面的共聚焦显微镜具备上述一个方面的共聚焦显微镜单元和具有安装有显微镜光学系统和共聚焦显微镜单元的连接端口的显微镜。
或者，实施方式的其他的另一个方面的共聚焦显微镜单元的控制方法，是使用了共聚焦显微镜单元的控制方法，共聚焦显微镜单元是通过安装于具有显微镜光学系统的显微镜的连接端口而构成共聚焦显微镜的共聚焦显微镜单元，并且具备：光源单元，其具有输出激发光的光源、检测从光源输出的激发光并且输出检测信号的光检测器、将驱动电流供给于光源的驱动部、以及根据表示目标光量的控制信号对驱动部输出控制驱动电流的驱动信号的控制部；扫描镜，其使从光源单元输出的激发光在试样上扫描；以及壳体，其构成为可安装于连接端口，固定有扫描镜和光源单元，共聚焦显微镜单元的控制方法具备：执行基于控制信号和检测信号调整并且输出驱动信号的第1控制，通过一边变更控制信号的值，一边执行第1控制，生成和存储表示驱动电流和激发光的光量的对应关系的数据表的步骤；以及执行将控制信号作为驱动信号输出的第2控制，读出数据表，基于数据表，使用对应于与目标光量对应的驱动电流的控制信号执行第2控制，在检测信号表示的光量超过规定值的情况下，执行停止驱动电流的控制的步骤。
根据上述一个方面、另一个方面、或者其他的另一个方面，从光源单元内的光源输出的激发光由扫描镜在试样上扫描，可以通过显微镜观察对应于其的试样的像。在上述光源单元中，通过控制部的设定模式的功能，预先生成和存储表示供给于光源的驱动电流和激发光的光量的对应关系的数据表，通过控制部的动作模式的功能，基于数据表，将对应于与目标光量对应的驱动电流的控制信号对将驱动电流供给于光源的驱动部作为驱动信号输出。此外，还通过动作模式的功能，在激发光的光量超过规定值的情况下，停止驱动电流。由此，在试样上的激发光的扫描速度变化时以使激发光的光量根据其变化的方式设定目标光量时，能够以使激发光的光量追随其变化的方式，高速并且高精度地驱动光源。再有，通过进行在激发光的光量超过规定值的情况下停止激发光的控制，能够安全地使用共聚焦显微镜单元。其结果，能够高精度地使对试样的激发光的照射能量均匀化，并且能够实现安全性高的共聚焦成像。
发明的效果
根据本发明的一个方面，能够高精度地使对试样的激发光的照射能量均匀化。
附图说明
图1是实施方式所涉及的共聚焦显微镜A的概略结构图。
图2是示出图1的光源装置10a的概略结构的框图。
图3是示出图1的光源装置10a的详细的电路结构的图。
图4是示出设定模式的动作时的光源装置10a的切换状态的电路图。
图5是示出动作模式的动作时的光源装置10a的切换状态的电路图。
图6是示出光源装置10a的设定模式的功能的动作次序的流程图。
图7是示出光源装置10a的动作模式的功能的动作次序的流程图。
图8是示出使用共聚焦显微镜A的试样M上的第1激发光的扫描的方式的一个例子的俯视图。
图9是对应于图8所示的扫描方式，示出从光源装置10a输出的激光的光量的时间变化的曲线图。
图10是对应于扫描镜4的扫描波形，示出图9的光量的时间变化的曲线图。
图11是示出变形例所涉及的光源装置110a的电路结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细的说明。此外，在说明中，对相同要素或具有相同功能的要素使用相同符号，并且省略重复的说明。
图1是实施方式所涉及的共聚焦显微镜A的概略结构图。图1所示的共聚焦显微镜A构成共聚焦显微镜，该共聚焦显微镜获取可以构筑观察对象的试样M的光学断层像的图像，共聚焦显微镜单元1与显微镜50的外部单元连接用的连接端口P1连接而构成。该共聚焦显微镜单元1是经由显微镜50内的成像透镜51、物镜52等显微镜光学系统，将激发光照射于配置于显微镜50的载台上等的试样M，将对应于该激发光从试样M产生的荧光经由显微镜50的显微镜光学系统受光(检测)而生成光学断层像并输出的装置。
详细地，共聚焦显微镜单元1构成为包括主壳体2、构成主壳体2的一部分并且与显微镜50的连接端口P1可装卸地连接的镜筒3、固定于主壳体2内的扫描镜4、固定镜5、第1～第4子单元6a～6d、固定于镜筒3内的扫描透镜7。以下，对共聚焦显微镜单元1的各构成要素进行详细说明。
镜筒3内的扫描透镜7是具有将扫描镜4的反射面中继到物镜52的光瞳位置的同时，将光斑(spot)凝结于显微镜50的显微镜光学系统的1次成像面的功能的光学元件。扫描透镜7通过将由扫描镜4扫描的激发光导光到显微镜光学系统而使其照射于试样M，并且将对应于其从试样M产生的荧光导光到扫描镜4。
主壳体2内的扫描镜4例如是构成为可以将反射板以2轴偏斜的MEMS(MicroElectro Mechanical System(微机电系统))镜等光扫描元件。扫描镜4具有通过连续地变更反射角度，使从第1～第4子单元6a～6d输出的激发光在试样M上扫描，将与该激发光对应而产生的荧光朝向第1～第4子单元6a～6d引导的作用。
固定镜5是固定于主壳体2内的光反射元件，使从第1～第4子单元6a～6d输出的激发光朝向扫描镜4反射，将由扫描镜4反射的荧光与激发光同轴地朝向第1～第4子单元6a～6d反射。
第1子单元6a具有底板8a、配置于底板8a上的分色镜(第1分束器)9a、光源装置(光源单元)10a、分色镜11a、针孔板(第1光圈构件)12a、光检测器(第1光检测器)13a。分色镜9a是固定于固定镜5的荧光的反射方向，具有将第1子单元6a照射的波长λ1的第1激发光和对应于其从试样M产生的波长范围Δλ1的第1荧光反射，使波长比第1激发光和第1荧光更长的光透过的性质的分束器。分色镜11a是设置于分色镜9a的第1荧光的反射方向，具有将波长范围Δλ1的第1荧光透过，使比波长范围Δλ1更短的波长λ1的第1激发光反射的性质的分束器。光源装置10a是内置将波长λ1的第1激发光(例如，激光)输出的发光元件(例如，激光二极管)的装置，配置为第1激发光由分色镜11a与第1荧光同轴地朝向分色镜9a反射。针孔板12a配置为其针孔位置与试样M的第1激发光的光斑的共轭位置一致，是限制第1荧光的光束的光圈构件，与光源装置10a等一起构成共聚焦光学系统。该针孔板12a可以从外部调整针孔的直径，可以变更由光检测器13a检测的图像的分辨率和图像的信号强度。光检测器13a，其检测面与针孔板12a相对配置，对通过了针孔板12a的第1荧光进行受光和检测。此外，光检测器13a是光电倍增管、光电二极管、雪崩光电二极管、MPPC(Multi-Pixel PhotonCounter(多像素光子计数器))、HPD(Hybrid Photo Detector(混合光电检测器))、或区域图像传感器等。
第2～第4子单元6b～6d也具有与第1子单元6a同样的结构。
即，第2子单元6b具有底板8b、分色镜(第2分束器)9b、光源装置10b、分色镜11b、针孔板(第2光圈构件)12b、光检测器(第2光检测器)13b。分色镜9b具有将第2子单元6b照射的波长λ2(>λ1)的第2激发光和对应于其从试样M产生的波长范围Δλ2的第2荧光反射，使波长比第2激发光和第2荧光更长的光透过的性质。分色镜11b具有将波长范围Δλ2的第2荧光透过，使比波长范围Δλ2更短的波长λ2的第2激发光反射的性质。光源装置10b是内置将波长λ2的第2激发光输出的发光元件的装置。针孔板12b配置为其针孔位置与试样M的第2激发光的光斑的共轭位置一致，是限制第2荧光的光束的光圈构件。光检测器13b，其检测面与针孔板12b相对配置，对通过了针孔板12b的第2荧光进行受光和检测。此外，光检测器13b是光电倍增管、光电二极管、雪崩光电二极管、MPPC(Multi-Pixel Photon Counter(多像素光子计数器))、HPD(Hybrid Photo Detector(混合光电检测器))、或区域图像传感器等。
第3子单元6c具有底板8c、分色镜(第3分束器)9c、光源装置10c、分色镜11c、针孔板(第3光圈构件)12c、光检测器(第3光检测器)13c。分色镜9c具有将第3子单元6c照射的波长λ3(>λ2)的第3激发光和对应于其从试样M产生的波长范围Δλ3的第3荧光反射，使波长比第3激发光和第3荧光更长的光透过的性质。分色镜11c具有将波长范围Δλ3的第3荧光透过，使比波长范围Δλ3更短的波长λ3的第3激发光反射的性质。光源装置10c是内置将波长λ3的第3激发光输出的发光元件的装置。针孔板12c配置为其针孔位置与试样M的第3激发光的光斑的共轭位置一致，是限制第3荧光的光束的光圈构件。光检测器13c，其检测面与针孔板12c相对配置，对通过了针孔板12c的第3荧光进行受光和检测。此外，光检测器13c是光电倍增管、光电二极管、雪崩光电二极管、MPPC(Multi-Pixel Photon Counter(多像素光子计数器))、HPD(Hybrid Photo Detector(混合光电检测器))、或区域图像传感器等。
第4子单元6d具有底板8d、全反射镜9d、光源装置10d、分色镜11d、针孔板(第4光圈构件)12d、光检测器(第4光检测器)13d。全反射镜9d将第4子单元6d照射的波长λ4(>λ3)的第4激发光和对应于其从试样M产生的波长范围Δλ4的第4荧光反射。分色镜11d具有将波长范围Δλ4的第4荧光透过，使比波长范围Δλ4更短的波长λ4的第4激发光反射的性质。光源装置10d是内置将波长λ4的第4激发光输出的发光元件的装置。针孔板12d配置为其针孔位置与试样M的第4激发光的光斑的共轭位置一致，是限制第4荧光的光束的光圈构件。光检测器13d，其检测面与针孔板12d相对配置，对通过了针孔板12d的第4荧光进行受光和检测。此外，光检测器13d是光电倍增管、光电二极管、雪崩光电二极管、MPPC(Multi-Pixel PhotonCounter(多像素光子计数器))、HPD(Hybrid Photo Detector(混合光电检测器))、或区域图像传感器等。
接着，对光源装置10a的结构进行详细说明。图2是示出光源装置10a的概略结构的框图。
光源装置10a具备：发光元件(光源)21，其输出波长λ1的第1激发光、即激光；光检测器22，其检测从发光元件21输出的激光并输出检测信号；驱动部23，其将驱动电流供给于发光元件21；以及控制部24，其根据目标光量对驱动部23输出控制驱动电流的驱动信号。发光元件21例如是激光二极管(以下，简称为“LD”)。但是，发光元件21也可以是发光二极管(LED)等其他的发光元件。光检测器22是光电倍增管、光电二极管、雪崩光电二极管、MPPC(Multi-Pixel Photon Counter(多像素光子计数器))、HPD(Hybrid Photo Detector(混合光电检测器))、或区域图像传感器等。驱动部23是包括根据电压信号、即驱动信号生成驱动电流的晶体管的电压控制电流源。
内置于光源装置10a的控制部24包括：微型计算机，其包括处理器、即CPU(CentralProcessing Unit(中央处理单元))、记录介质、即RAM(Random Access Memory(随机存取存储器))或ROM(Read Only Memory(只读存储器))、通信模块、以及输入输出模块等。控制部24通过使程序读入到CPU和RAM等硬件上，在CPU的控制下，使通信模块和输入输出模块等进行动作，并且进行RAM中的数据的读出和写入，从而实现下述的功能。此外，CPU可以是单体的硬件，也可以是如软处理器(soft processor)那样安装于FPGA那样的可编程逻辑(programmable logic)之中的硬件。对于RAM或ROM可以是单体的硬件，也可以是内置于FPGA那样的可编程逻辑之中的硬件。执行该计算机程序所需要的各种数据、以及通过该计算机程序的执行生成的各种数据全部容纳于ROM、RAM等内置存储器或硬盘驱动器等存储介质。
光源装置10b、10c、10d具有与光源装置10a同样的结构，仅发光元件21输出的激光的波长不同。以下，仅对光源装置10a的详细结构进行说明。
图3是示出光源装置10a的详细的电路结构的图。构成光源装置10a的控制部24包括微型计算机25、DA转换器(以下，称为“DAC”)26、AD转换器(以下，称为“ADC”)27、28、减法器29、以及放大器30。在光源装置10a，进一步设置有切换信号的传送路径的2个开关SW1、SW2。
DAC 26接受从微型计算机25输出的表示激光的目标光量的控制值，将该控制值转换为电压信号、即控制信号，输出到减法器29。减法器29根据模式输出不同种类的信号。首先，在设定模式下，减法器29接受该控制信号和从光检测器22经由开关SW2输出的检测信号，生成表示控制信号与检测信号的差分的差信号，将差信号输出到放大器30。另一方面，在动作模式下，将从DAC 26输出的控制信号就这样输出到放大器30。另外，放大器30也根据模式具有不同的功能。首先，在设定模式下，以从减法器29输出的差信号为最小的方式调整并且输出驱动信号。另一方面，在动作模式下，输出将从减法器29输出的控制信号以规定的放大率放大的驱动信号。从放大器30输出的驱动信号由驱动部23转换为供给于发光元件21的驱动电流。即，通过控制驱动信号，能够控制从驱动部23向发光元件21输出的驱动电流，能够控制从发光元件21输出的激光的光量。
开关SW2将由光检测器22生成的检测信号的输出目的地在减法器29和ADC 28之间切换。ADC 28将检测信号表示的激光的光量转换为数字值，输入到微型计算机25。SW1设置于放大器30的输出和ADC 27的输入之间的信号传送路径上，将从放大器30对ADC 27的驱动信号的输入接通/断开。ADC 27将驱动信号表示的驱动值转换为数字值，输入到微型计算机25。
上述结构的光源装置10a构成为根据微型计算机25的控制，切换设定模式和动作模式2种功能进行动作。图4是示出设定模式的动作时的光源装置10a的切换状态的电路图，图5是示出动作模式的动作时的光源装置10a的切换状态的电路图。
在设定模式的功能的动作时，如下进行动作。即，如图4所示，开关SW1接通，开关SW2切换为将检测信号的传送路径设定于减法器29侧。由此，来自光检测器22的检测信号反馈到DAC 26输出的控制信号，放大器30输出的驱动信号输入到ADC 27。通过这样的连接结构，在设定模式的功能的动作时，控制部24执行检测信号与控制信号之差变小的驱动信号的修正(调整)，即在检测信号表示的光量大于控制信号表示的光量的情况下，使驱动信号减小，在检测信号表示的光量小于控制信号表示的光量的情况下，使驱动信号增大的APC控制(Auto Power Control：自动光量控制、第1控制)，基于控制信号和检测信号调整并且输出驱动信号。此时，控制部24一边将控制信号的电压值在可以假定在共聚焦显微镜单元1中使用的激光的光量的范围内变更，一边执行APC控制，生成表示对应于驱动信号的驱动值和控制信号的电压值表示的激光的光量的对应关系的数据表、即LUTs(Look Up Tables(查找表))，将生成的LUTs存储于微型计算机25内的RAM等内置存储器。此外，对应于设定于LUTs的驱动电流的驱动值是将驱动电流的值变换为放大器30的放大前的值而得的值。另外，控制信号的电压值的变更例如通过将对应于最大光量的电压值设为100％，从1％到100％以0.5％的刻度变更来进行。
在动作模式的功能的动作时，如下进行动作。即，如图5所示，开关SW1接通，开关SW2切换为将检测信号的传送路径设定于ADC 28侧。由此，来自光检测器22的检测信号输入到ADC 28。通过这样的连接结构，在动作模式的功能的动作时，控制部24执行将控制信号就这样输入到放大器30，将由放大器30放大的控制信号作为驱动信号输出的ACC控制(AutoCurrent Control：自动电流控制、第2控制)。此时，控制部24在将激光的光量控制到目标光量时，从微型计算机25内的RAM等内置存储器读出LUTs，确定对应于目标光量的驱动值。然后，控制部24使用具有确定的驱动值的控制信号执行上述的ACC控制。此外，控制部24还在动作模式的功能的动作时，也进行检测信号表示的激光的光量的监控，在光量超过规定的基准值(例如，1.5mW)的情况下，以停止驱动部23的驱动电流的生成的方式控制。由此，即使将4个光源装置10a～10d合在一起，也能够抑制为规定的基准值的4倍(例如，1.5mW×4＝4.5mW)以下的激光输出，即使是激光管理区域外，也能够安全地使用共聚焦显微镜单元1。
接着，对本实施方式的光源装置10a的功能的动作次序、即本实施方式的共聚焦显微镜单元的控制方法进行说明。图6是示出光源装置10a的设定模式的功能的动作次序的流程图，图7是示出光源装置10a的动作模式的功能的动作次序的流程图。
首先，参照图6，当光源装置10a中的设定模式的动作通过对微型计算机25的指示输入等开始时，由控制部24将控制信号的电压值设定为规定范围内的初始值(步骤S1)。然后，由控制部24执行使用设定的控制信号的APC控制(步骤S2)。对应于其，由控制部24确定对应于控制部24输出的驱动信号的驱动值(步骤S3)。接着，由控制部24将确定的驱动值和此时的控制信号的电压值所表示的光量的对应关系记录于LUTs(步骤S4)。
之后，由控制部24判定关于控制信号的电压值在规定范围内是否存在下一值(步骤S5)。判定的结果，在存在下一电压值的情况下(步骤S5；是)，将控制信号的电压值设定为下一值，重复步骤S1～S4的处理。判定的结果，在不存在下一电压值的情况下(步骤S5：否)，由控制部24将在至此的处理中记录有对应关系的LUTs存储于微型计算机25内(步骤S6)。通过以上的处理，完成设定模式的动作。
转到图7，当光源装置10a中的动作模式的动作通过对微型计算机25的指示输入等开始时，由控制部24设定输出的激光的目标光量(步骤S101)。接着，由控制部24从微型计算机25内读出LUTs(步骤S102)。然后，由控制部24参照LUTs，确定对应于设定的目标光量的驱动值(步骤S103)。再有，由控制部24执行使用具有确定的驱动值的控制信号的ACC控制(步骤S104)。此外，由控制部24基于从光检测器22输出的检测信号确定激光的光量(步骤S105)。
然后，由控制部24判定确定的光量是否在规定的基准值以下(步骤S106)。判定的结果，在判定为光量超过基准值的情况下(步骤S106：否)，处理转移到步骤S108。另一方面，判定的结果，在判定为光量为基准值以下的情况下(步骤S106；是)，由控制部24判定是否结束对应于向试样M的扫描的激光的输出(步骤S107)。判定的结果，在继续激光的输出的情况下(步骤S107：否)，光量的目标值变更为对应于扫描的下一值，重复步骤S101～步骤S106的处理。
另一方面，步骤S106的判定的结果，在判定为光量超过基准值的情况下(步骤S106:否)，或者步骤S107的判定的结果，在停止激光的输出的情况下(步骤S107:是)，由控制部24停止驱动部23的驱动电流的生成(步骤S108)。通过以上的处理，动作模式的动作完成。
根据以上说明的共聚焦显微镜单元1，从第1子单元6a输出的第1激发光在分色镜9a反射后经由扫描镜4和扫描透镜7在试样M上扫描，对应于其从试样M上产生的第1荧光经由扫描透镜7和扫描镜4后在分色镜9a反射，从而入射到第1子单元6a内，其像凝结于第1子单元6a内的针孔板12a，由光检测器13a检测。此外，从第2子单元6b输出的第2激发光在第2子单元6b内的分色镜9b反射后，透过第1子单元6a内的分色镜9a后经由扫描镜4和扫描透镜7在试样M上扫描，对应于其从试样M上产生的第2荧光经由扫描透镜7和扫描镜4透过分色镜9a之后，在分色镜9b反射，入射到第2子单元6b内，其像凝结于第2子单元6b内的针孔板12b，由光检测器13b检测。同样地，对于另外的第2和第3子单元6c、6d，也构成为从自身单元照射的激发光和对应于其产生的荧光在自身单元的分色镜反射并透过其他单元的分色镜，由此可以独立地检测对应于2个波长的激发光产生的荧光。
在本实施方式中，在光源装置10a～10d中，通过控制部24的设定模式的功能，预先生成和存储表示供给于发光元件21的驱动电流和激发光的光量的对应关系的LUTs，通过控制部24的动作模式的功能，基于LUTs，将对应于与目标光量对应的驱动电流的控制信号对将驱动电流供给于发光元件21的驱动部23作为驱动信号输出。此外，还通过动作模式的功能，在激发光的光量超过规定值的情况下，停止驱动电流。由此，在以试样M上的激发光的扫描速度变化时根据其使激发光的光量变化的方式设定目标光量时，能够以使激发光的光量追随其变化的方式，高速且高精度地驱动发光元件21。再有，通过进行在激发光的光量超过规定值的情况下停止激发光的控制，能够安全地使用共聚焦显微镜单元1。其结果，能够高精度地使对试样M的激发光的照射能量均匀化，并且能够实现安全性高的共聚焦成像。
图8是示出使用共聚焦显微镜单元1的试样M上的第1激发光的扫描的方式的一个例子的俯视图。这样，在试样M上，在扫描镜4的扫描范围AR1的内侧设定有效视野范围AR2。在该扫描范围AR1内，沿着一个方向的往复2次的直线状的扫描一边沿着与一个方向垂直的方向错开扫描位置，一边重复，由此，扫描范围AR1的整体被扫描。此时，为了使由试样M的激发光引起的退色为最小限度的范围，光源装置10a进行动作，以使仅在扫描范围AR1内侧的有效视野范围AR2内的扫描中照射第1激发光。
另外，在图9中对应于图8所示的扫描方式，示出从光源装置10a输出的激光的光量的时间变化，在图10中对应于扫描镜4的扫描波形，示出图9的光量的时间变化。在图10的下侧示出光量的时间变化，在图10的上侧示出对应于其的、扫描镜4的驱动信号的扫描波形W1、以及激光的扫描速度V1的时间变化。在本实施方式中，作为用于使扫描镜4的反射角度向一个方向偏斜的驱动信号的扫描波形W1，使用正弦波。因此，如果使光源装置10a输出的激光的光量一定，则试样M上的有效视野范围AR2内的每单位面积的激光的照射能量变得不均匀，产生退色不均。为了防止该情况，光源装置10a通过与扫描镜4的扫描速度相配合使LD光量进行强度调制，实现有效视野范围AR2内的照射能量的均匀化。即，光源装置10a以在试样M的有效视野范围AR2内的往复(去和回)的扫描中的一个方向(去)的扫描中输出激光的方式进行动作，将照射于有效视野范围AR2的中央部的激光的光量设为最大，以随着从有效视野范围AR2的中央部朝向边缘部，照射的激光的光量逐渐变小的方式设定扫描时的激光的光量。具体而言，光源装置10a将在动作模式下的动作时设定的控制信号的电压值设定为对应于扫描波形W1的微分波形、即扫描速度V1的波形而变化。由此，可以对在试样M的有效视野范围AR2内实现均匀的激光的照射能量的LD光量进行强度调制。
此外，在本实施方式的光源装置10a中，为了设定适合于试样M的观察的激光的平均光量，可以根据对微型计算机25的输入值，设定激光的光量的最大值。例如，在光源装置10a中，可以将激光的光量的调制度设为一定，将光量的最大值在1％～100％的范围内设定。在该情况下，如果将调制度设为2倍，则激光的光量可以在100倍(包括调制在内200倍)的动态范围内变更。
另外，在本实施方式中，光源装置10a～10d具有：开关SW2，其将来自光检测器22的检测信号在设定模式下反馈到控制部24中的控制信号的输出，在动作模式下输入到控制部24。在这样的结构的情况下，能够使来自光检测器22的检测信号在设定模式的功能的动作时和动作模式的功能的动作时适当地输出。其结果，可以兼得激发光的照射能量的均匀化和安全性的提高。
另外，在本实施方式中，控制部24以在设定模式下，执行以使检测信号与控制信号之差变小的方式使驱动信号增减的APC控制，在动作模式下，执行基于控制信号输出驱动信号的ACC控制的方式发挥功能。在这样的结构的情况下，在设定模式的功能的动作时，能够高精度地存储驱动电流和激发光的光量的对应关系，并且能够使动作模式的功能的动作时的发光元件的驱动高速化。特别地，即使产生发光元件21的发光特性的个体差或经时变化、环境温度的变化等，也可以进行激发光的光量的高精度的控制。其结果，能够进一步高精度地使对试样M的激发光的照射能量均匀化。
再有，在本实施方式中，驱动部23由基于驱动信号生成驱动电流的电压控制电流源构成。在该情况下，能够简化光源装置10a～10d的结构。
再有，在本实施方式中，控制部24以在设定模式下，生成和存储表示对应于驱动电流的驱动值和控制信号表示的光量的对应关系的LUTs，在动作模式下，基于LUTs，使用具有对应于目标光量的驱动值的控制信号执行ACC控制的方式进行动作。根据该结构，通过控制部24的设定模式的功能，预先生成和存储表示用于驱动发光元件21的驱动值和控制信号表示的光量的对应关系的LUTs，通过控制部24的动作模式的功能，基于LUTs，将对应于与目标光量对应的驱动值的控制信号对将驱动电流供给于发光元件21的驱动部23作为驱动信号输出。其结果，能够高精度地使对试样M的激发光的照射能量均匀化。
以上，对本发明的各种实施方式进行了说明，但是，本发明并不限定于上述实施方式，也可以在不变更本发明的主旨的范围内进行变形、或者应用于其他的方式。
在上述的实施方式的共聚焦显微镜单元1中，光源装置10a～10d的控制部24也可以具有如下的功能。即，控制部24也可以在设定模式下，生成和存储表示对应于驱动信号的驱动值和从光检测器22输出的检测信号表示的光量的对应关系的LUTs，在动作模式下，基于该LUTs执行ACC控制。通过这样的变形例，也能够高精度地使对试样M的激发光的照射能量均匀化。
另外，图11中示出变形例的光源装置110a的电路结构。在光源装置110a中，不存在光源装置10a中的开关SW1、SW2，从光检测器22输出的检测信号经由ADC 28作为光量的数字值输入到微型计算机。光源装置110a的微型计算机25在设定模式的功能的动作时，在该固件(firmware)(FW)上，以从光检测器22输出的检测信号成为所期望的值(所期望的光量)的方式调整为控制值，输出到DAC 26。DAC 26接受从微型计算机25输出的调整了的控制值，将该控制值变换为电压信号、即控制信号，输出到放大器30。然后，放大器30根据输入的控制信号生成驱动信号，输出到驱动部23。在驱动部23中，基于驱动信号生成供给于发光元件21的驱动电流并供给发光元件21。光检测器22再次检测该发光，从光检测器22输出的检测信号再次经由ADC 28作为光量的数字值输入到微型计算机。微计算机25通过重复直到检测信号成为所期望的值而执行APC控制，将成为所期望的值时的控制值与对应的光量一起记录于LUTs。另外，微型计算机25在动作模式的功能的动作时，执行使用LUTs的ACC控制，将该控制的结果生成的控制值对DAC 26输出。与此同时，微型计算机25在动作模式的功能的动作时，基于从ADC 28输入的光量的数字值，执行驱动电流的停止的控制。通过这样的变形例，也能够高精度地使对试样M的激发光的照射能量均匀化，并且能够实现安全性高的共聚焦成像。
在上述实施方式中，优选为光源单元具有：开关，其将来自光检测器的检测信号在设定模式下反馈到控制部中的控制信号的输出，在动作模式下输入到控制部。在该情况下，能够使来自光检测器的检测信号在设定模式的功能的动作时和动作模式的功能的动作时适当地输出。其结果，可以兼得激发光的照射能量的均匀化和安全性的提高。
另外，在上述实施方式中，也优选为控制部在设定模式下，执行以使检测信号与控制信号之差变小的方式使驱动信号增减的自动光量控制，在动作模式下，执行基于控制信号输出驱动信号的自动电流控制。在该情况下，在设定模式的功能的动作时，能够高精度地存储驱动电流和激发光的光量的对应关系，并且能够使动作模式的功能的动作时的光源驱动高速化。其结果，能够使对试样的激发光的照射能量更高精度地均匀化。
再有，在上述实施方式中，优选为驱动部具有：电压控制电流源，其基于驱动信号生成驱动电流。在该情况下，能够简化光源单元的结构。
另外，再有，在上述实施方式中，也优选为控制部在设定模式下，生成和存储表示对应于驱动电流的驱动值和控制信号表示的光量的对应关系的数据表，在动作模式下，基于数据表，使用具有对应于目标光量的驱动值的控制信号执行第2控制。根据该结构，通过控制部的设定模式的功能，预先生成和存储表示用于驱动光源的驱动值和控制信号表示的光量的对应关系的数据表，通过控制部的动作模式的功能，基于数据表，将对应于与目标光量对应的驱动值的控制信号对将驱动电流供给于光源的驱动部作为驱动信号输出。其结果，能够高精度地使对试样的激发光的照射能量均匀化。
另外，再有，在上述实施方式中，也优选为控制部在设定模式下，生成和存储表示对应于驱动信号的驱动值和检测信号表示的光量的对应关系的数据表，在动作模式下，基于数据表，使用具有对应于目标光量的驱动值的控制信号执行第2控制。根据该结构，通过控制部的设定模式的功能，预先生成和存储表示用于驱动光源的驱动值和激发光的检测信号表示的光量的对应关系的数据表，通过控制部的动作模式的功能，基于数据表，对应于与目标光量对应的驱动值的控制信号对将驱动电流供给于光源的驱动部作为驱动信号输出。其结果，能够高精度地使对试样的激发光的照射能量均匀化。
产业上的可利用性
实施方式将共聚焦显微镜单元、共聚焦显微镜和共聚焦显微镜单元的控制方法作为使用用途，能够高精度地使对试样的激发光的照射能量均匀化。
符号的说明
1…共聚焦显微镜单元，4…扫描镜，10a，10b，10c，10d，110a…光源装置(光源单元)，21…发光元件(光源)，22…光检测器，23…驱动部，24…控制部，50…显微镜，A…共聚焦显微镜，P1…连接端口，SW1，SW2…开关，M…试样。

Claims (8)

1.一种共聚焦显微镜单元，其中，
是通过安装于具有显微镜光学系统的显微镜的连接端口而构成共聚焦显微镜的共聚焦显微镜单元，
具备：
光源单元，其具有输出激发光的光源、检测从所述光源输出的所述激发光并且输出检测信号的光检测器、将驱动电流供给于所述光源的驱动部、以及根据表示目标光量的控制信号对所述驱动部输出控制所述驱动电流的驱动信号的控制部；
扫描镜，其使从所述光源单元输出的激发光在试样上扫描；以及
壳体，其构成为能够安装于所述连接端口，固定有所述扫描镜和所述光源单元，
所述控制部具有设定模式和动作模式的2种功能，
在所述设定模式下，执行基于所述控制信号和所述检测信号调整并且输出所述驱动信号的第1控制，通过一边变更所述控制信号的值一边执行所述第1控制，生成和存储表示所述驱动电流和所述激发光的光量的对应关系的数据表，
在所述动作模式下，执行将所述控制信号作为所述驱动信号输出的第2控制，读出所述数据表，基于所述数据表，使用对应于与目标光量对应的所述驱动电流的所述控制信号执行所述第2控制，在所述检测信号表示的光量超过规定值的情况下，执行停止所述驱动电流的控制。
2.根据权利要求1所述的共聚焦显微镜单元，其中，
所述光源单元具有：开关，其将来自所述光检测器的所述检测信号在所述设定模式下反馈到所述控制部的所述控制信号的输出，在所述动作模式下输入到所述控制部。
3.根据权利要求1或2所述的共聚焦显微镜单元，其中，
所述控制部在所述设定模式下，执行以所述检测信号与所述控制信号之差变小的方式使所述驱动信号增减的自动光量控制，在所述动作模式下，执行基于控制信号输出所述驱动信号的自动电流控制。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的共聚焦显微镜单元，其中，
所述驱动部具有：电压控制电流源，其基于所述驱动信号生成所述驱动电流。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的共聚焦显微镜单元，其中，
所述控制部在所述设定模式下，生成和存储表示对应于所述驱动电流的驱动值和所述控制信号表示的光量的对应关系的数据表，
在所述动作模式下，基于所述数据表，使用具有对应于目标光量的所述驱动值的所述控制信号执行所述第2控制。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的共聚焦显微镜单元，其中，
所述控制部在所述设定模式下，生成和存储表示对应于所述驱动信号的驱动值和所述检测信号表示的光量的对应关系的数据表，
在所述动作模式下，基于所述数据表，使用具有对应于目标光量的所述驱动值的所述控制信号执行所述第2控制。
7.一种共聚焦显微镜，其中，
具备：
权利要求1～6中任一项所述的共聚焦显微镜单元；以及
显微镜，其具有安装有所述显微镜光学系统和所述共聚焦显微镜单元的连接端口。
8.一种共聚焦显微镜单元的控制方法，其中，
是使用了共聚焦显微镜单元的控制方法，
所述共聚焦显微镜单元是通过安装于具有显微镜光学系统的显微镜的连接端口而构成共聚焦显微镜的共聚焦显微镜单元，且具备：光源单元，其具有输出激发光的光源、检测从所述光源输出的所述激发光并且输出检测信号的光检测器、将驱动电流供给于所述光源的驱动部、以及根据表示目标光量的控制信号对所述驱动部输出控制所述驱动电流的驱动信号的控制部；扫描镜，其使从所述光源单元输出的激发光在试样上扫描；以及壳体，其构成为能够安装于所述连接端口，固定有所述扫描镜和所述光源单元，
所述控制方法具备：
执行基于所述控制信号和所述检测信号调整并且输出所述驱动信号的第1控制，通过一边变更所述控制信号的值一边执行所述第1控制，生成和存储表示所述驱动电流和所述激发光的光量的对应关系的数据表的步骤；以及
执行将所述控制信号作为所述驱动信号输出的第2控制，读出所述数据表，基于所述数据表，使用对应于与目标光量对应的所述驱动电流的所述控制信号执行所述第2控制，在所述检测信号表示的光量超过规定值的情况下，执行停止所述驱动电流的控制的步骤。
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