JP2005017642A - 共焦点顕微鏡 - Google Patents
共焦点顕微鏡 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005017642A JP2005017642A JP2003181603A JP2003181603A JP2005017642A JP 2005017642 A JP2005017642 A JP 2005017642A JP 2003181603 A JP2003181603 A JP 2003181603A JP 2003181603 A JP2003181603 A JP 2003181603A JP 2005017642 A JP2005017642 A JP 2005017642A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mirror
- scanning
- galvanometer mirror
- vibration
- galvanometer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Abstract
【解決手段】レーザ光源1からのレーザ光を対物レンズ8を介して試料9上に集光させるとともに、レーザ光を、互いに直交する振動軸を有する第1のガルバノミラー4と第2のガルバノミラー6により試料9上で2次元走査するようにしたものであって、これら第1のガルバノミラー4と第2のガルバノミラー6のうち、第1のガルバノミラー4の振動軸42上に、支持体を振動中心として所定の共振周波数で振動可能にしたマイクロミラーユニット5を設けている。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料に対してレーザ光を2次元走査し、試料からの光を検出する共焦点顕微鏡に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
共焦点顕微鏡は、レーザ光源からのレーザ光を対物レンズにより試料上に集光させ、その集光点をスキャナを用いて光学的に2次元走査し、試料からの光(特に蛍光)を再び対物レンズを通し、光検出器で検出し、2次元の情報を得るようにしている。
【0003】
従来、このような共焦点顕微鏡として、例えば、図7に示すような構成のものが知られている。この場合、レーザ光源101から出射される励起光としてのレーザ光の光路上にダイクロックミラー102が配置されている。ダイクロックミラー102は、蛍光を励起するレーザの波長を反射し、蛍光波長は透過するようになっている。
【0004】
ダイクロックミラー102の反射光路上には、XY走査を行う2つのガルバノミラー103、瞳リレーレンズ104、対物レンズ105を介して試料106が配置されている。試料106は、ステージ107の上に配置されている。
【0005】
ダイクロックミラー102の試料106に対する透過光路上には、集光レンズ108、ピンホール109を介して、試料106からの蛍光を光電変換するための光検出器110が配置されている。この光検出器110には、コンピュータ(PC)111が接続されている。
【0006】
このような構成において、レーザ光源101からレーザ光が発せられると、レーザ光は、ダイクロックミラー102で反射される。この反射されたレーザ光は、2つのガルバノミラー103で反射され、瞳リレーレンズ104を介して対物レンズ105に入射する。この場合、瞳リレーレンズ104は、ガルバノミラー103の位置が対物レンズ105の瞳面と共役になるような光学配置にしており、これにより、ガルバノミラー103の角度を振ることで、対物レンズ105の瞳面に入射するレーザ光の入射角が変化し、焦点面でレーザスポットが光軸に対して垂直な面内で2次元に走査するようになる。対物レンズ105に入射したレーザ光が、対物レンズ105の焦点近傍に配置された試料106に入射すると、試料106では入射した励起光により蛍光が発生する。この蛍光は、対物レンズ105、瞳リレーレンズ104、ガルバノミラー103を介してダイクロックミラー102に達し、蛍光である長い波長が透過して集光レンズ108でピンホール109に収束される。ピンホール109は対物レンズ105の焦点と光学的に共役であるので、試料106からの蛍光のうち合焦の成分はピンホール109を通過するが、非合焦の成分は広がってしまうため、ほとんどピンホール109を透過できない。ピンホール109を透過した、焦点のあっている成分は、光検出器110に入力されて光電変換され、PC111でA/D変換された後、PC111の不図示のメモリに記憶される。
【0007】
以上の動作により得られるのは、試料106上の1点の情報だけである。
【0008】
この場合、ガルバノミラー103は、互いに垂直な方向に振動し、光軸の方向をZ軸、光軸と垂直な面をX−Y平面とすれば、一方が高速なX軸、もう一方が低速なY軸の走査を行なうようになっている。これにより、ガルバノミラー103を振動させながら、X軸およびY軸の走査を繰り返すことで、XY面の2次元画像を得ることができる。また、ステージ107により試料106を対物レンズ105の光軸に対して上下(Z軸方向)に移動させ、対物レンズ105の焦点を試料106に対して相対的に少量ずつ移動させながら、上述のXY走査を繰り返し行うことにより、試料106の3次元構造を観察することもできる。
【0009】
【特許文献1】
特開平5−27178号公報
【0010】
【特許文献2】
特開2001−16624号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このように構成した共焦点顕微鏡による焦点移動の方法では、次のような欠点がある。
【0012】
例えば、十分な明るさを有する蛍光サンプルや、生体の動的な状態を観察したいときなどは、短時間でうちに2次元画像を取得することが望ましい。
【0013】
しかし、上述した共焦点顕微鏡などで通常使われているガルバノミラー103は、高速なものでも1kHz以下である。このために、例えば1000×1000画素のデータを取得するのに1秒以上もかかってしまう。
【0014】
一方、より高速走査を可能にするものとして、共振タイプのガルバノミラーである、例えばマイクロミラーが知られている。この種の共振ガルバノミラーは、4kHzや8kHzで走査することが可能なので、上記と同じ画像データの取得には、通常使われているガルバノミラー103と比べて1/4〜1/8の時間しかかからない。
【0015】
しかし、このような共振ガルバノミラーは、共振タイプであるため一定の周波数でしか走査することができない。このため、明るさが不足した暗い蛍光サンプルの2次元画像を取得したい場合、時間をかけて低速で走査するようなことができない。
【0016】
そこで、従来、特許文献1に開示されるようにガルバノミラーに代わりに音響光学偏向素子を用いることで、高速でも低速でも走査可能としたものが考えられている。
【0017】
しかしながら、このような音響光学偏向素子を使う方法は、音響光学偏向素子の特性から、ガルバノミラーに比べて小さい角度でしかスキャンできないため、走査できる範囲が小さくなり、観察範囲が狭くなってしまう。これを避けるために、光学系を工夫するなど考えられるが、光学系が長くなってしまい、全体として非常に大きな装置になってしまう。
【0018】
また、特許文献2に開示されるように高速用と低速用のミラー駆動装置を同軸で直線的に組み合わせた親子駆動方式の偏向装置も考えられている。このような親子駆動方式の偏向装置は、2次元走査を行なう場合は、同様な偏向装置を2組用意し、それぞれミラーを直交する向きに組み合わせることで2次元走査を得られるようにしている。
【0019】
しかしながら、このような偏向装置は、低速用のミラー駆動装置の駆動時に、高速用のミラー駆動装置が負荷として加わるため、低速時の駆動速度が大幅に制限されてしまい、低速走査のスピードが一般のガルバノメータスキャナに比べて遅くなるという問題がある。このことは、2次元走査する場合、高速性の要求される主走査方向に対して、低速走査方向の駆動速度が極端に制限されるため、全体として2次元走査速度(描画速度)が大幅に低下してしまうという問題を生じる。
【0020】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高速と低速の走査を選択的に可能にした共焦点顕微鏡を提供することを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、光源と、前記光源からの光を試料上に集光させる対物レンズと、互いに直交する振動軸を有する第1および第2のガルバノミラーを有し、前記光を前記試料上で2次元走査させる2次元走査手段と、前記第1のガルバノミラーの振動軸上にあって、所定の共振周波数で振動可能にしたミラーを有する共振ミラー手段と、を具備し、高速走査時、前記共振ミラー手段を共振周波数で振動させて主走査を行なうと同時に前記第1のガルバノミラーの振動軸を振動させて副走査を行ない、低速走査時、前記共振ミラー手段を固定し、前記第2のガルバノミラーの振動軸を振動させて主走査を行なうと同時に前記第1のガルバノミラーの振動軸を振動させて副走査を行なうことを特徴としている。
【0022】
請求項2記載の発明は、光源と、前記光源からの光を試料上に集光させる対物レンズと、互いに直交する振動軸を有する第1および第2のガルバノミラーを有し、前記光を前記試料上で2次元走査させる2次元走査手段と、前記第1のガルバノミラーの振動軸上にあって、所定の共振周波数で振動可能にしたミラーを有する共振ミラー手段と、 を具備し、高速走査時、前記共振ミラー手段を共振周波数で振動させて主走査を行なうと同時に前記第2のガルバノミラーの振動軸を振動させて副走査を行ない、低速走査時、前記共振ミラー手段を固定し、前記第1のガルバノミラーの振動軸を振動させて主走査を行なうと同時に前記第2のガルバノミラーの振動軸を振動させて副走査を行なうことを特徴としている。
【0023】
請求項3記載の発明は、光源と、前記光源からの光を試料上に集光させる対物レンズと、互いに直交する振動軸を有する第1および第2のガルバノミラーを有し、前記光を前記試料上で2次元走査させる2次元走査手段と、前記第1のガルバノミラーの振動軸上にあって、所定の共振周波数で振動可能にしたミラーを有する共振ミラー手段と、を具備し、高速走査時、前記共振ミラー手段を共振周波数で振動させて主走査を行なうと同時に前記第2のガルバノミラーの振動軸を振動させて副走査を行ない、低速走査時、前記共振ミラー手段を固定し、前記第2のガルバノミラーの振動軸を振動させて主走査を行なうと同時に前記第1のガルバノミラーの振動軸を振動させて副走査を行なうことを特徴としている。
【0024】
請求項4記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記共振ミラー手段は、前記第1のガルバノミラーの振動軸と直交する方向の振動軸を中心に振動可能に設けられたことを特徴としている。
【0025】
請求項5記載の発明は、請求項2または3記載の発明において、前記共振ミラー手段は、前記第1のガルバノミラーの振動軸に沿った方向の振動軸を中心に振動可能に設けられたことを特徴としている。
【0026】
この結果、本発明によれば、互いに直交する振動軸を有する2つのガルバノメータの一方振動軸に共振ミラー手段を取り付け、高速走査の場合は、共振ミラーを振動させX走査(主走査)を行い、2つのガルバノメータの一方を振動させてY走査(副走査)を行い、また、走査の場合は、2つのガルバノメータを振動させることで、X走査(主走査)とY走査(副走査)を行うことで、試料からの光の明るさに合わせて最適な2次元スキャン速度を選択的に設定できる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【0028】
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1実施の形態が適用される共焦点顕微鏡の概略構成を示している。図において、1はレーザ光源で、このレーザ光源1から励起光として出射されるレーザ光の光路上には、ビームエキスパンダ2、ダイクロックミラー3が配置されている。ダイクロックミラー3は、蛍光を励起するレーザ光の波長を反射し、蛍光波長を透過するような特性を有している。
【0029】
ダイクロックミラー3の反射光路上には、2次元走査手段として、直交する振動軸(後述する振動軸42、62)を有する第1のガルバノミラー4と第2のガルバノミラー6が配置されている。
【0030】
第1のガルバノミラー4は、図2(b)に示すようにガルバノミラー本体41と振動軸42を有するもので、ここでは振動軸42を、例えば50Hzで図示H方向に振動可能にしている。第1のガルバノミラー4の振動軸42には、共振ミラー手段としてのマイクロミラーユニット5が取り付けられている。
【0031】
マイクロミラーユニット5は、図3に示すように、光を反射するマイクロミラー51が2つの支持体52で支持されている。マイクロミラー51の背面には、不図示の駆動コイルが配置されている。支持体52と直交する方向のマイクロミラー51の両側には、2つの永久磁石53、54が配置されている。
【0032】
このように構成されたマイクロミラーユニット5は、駆動コイルに交流電流を流すことにより、永久磁石53、54との電磁作用によって支持体52を振動中心として図2(b)の矢印V方向に所定の共振周波数で振動するようになっている。この場合の共振周波数は、マイクロミラー51と支持体52により決定され、ここでは、例えば、4kHzに設定されている。
【0033】
また、マイクロミラーユニット5は、支持体52が第1のガルバノミラー4の振動軸42と直交する方向になるように振動軸42上に取り付けられている。つまり、マイクロミラーユニット5は、第1のガルバノミラー4の振動軸42と直交する方向の振動軸(支持体52)を中心に振動可能に設けられている。また、マイクロミラーユニット5は、振動軸42の振動により、同振動軸42の回りを図2(b)の矢印H方向にも振動できるようになっている。
【0034】
一方、第2のガルバノミラー6は、図2(a)に示すようにガルバノミラー本体61の振動軸62にミラー63を取り付けたもので、ここでは振動軸62を例えば0〜1KHzの範囲で図示H’方向に振動可能にしている。
【0035】
図1に戻って、第2のガルバノミラー6の反射光路上には、瞳リレーレンズ7と対物レンズ8が配置されている。また、対物レンズ8の焦点近傍には、試料9配置されている。
【0036】
ダイクロックミラー3の試料9対する透過光路上には、レンズ10とピンホール11およびホトマルチプライヤー(PMT)12が配置されている。
【0037】
ピンホール11は、対物レンズ8の焦点と光学的に共役な位置に配置され、試料9からの蛍光のうち合焦の成分を通過し、非合焦の成分を遮断して高い空間分解能を与えるためのものである。PMT12は、ピンホール11を透過した、焦点のあっている蛍光の成分を受光し、光電変換により電気信号に変換するものである。
【0038】
PMT12には、パーソナルコンピュータ(PC)13が接続されている。
【0039】
PC13には、コントローラ17が接続されている。コントローラ17には、第1のガルバノミラー4、第2のガルバノミラー6およびマイクロミラーユニット5をそれぞれ駆動するためのドライバ14、15、16が接続されている。
【0040】
次に、このように構成した実施の形態の作用について説明する。
【0041】
いま、レーザ光源1からレーザ光が発せられると、レーザ光は、ビームエキスパンダ2を通って、ダイクロックミラー3で反射される。この反射したレーザー光は、第1のガルバノミラー4および第2のガルバノミラー6でさらに反射される。
【0042】
この場合、第1のガルバノミラー4、マイクロミラーユニット5および第2のガルバノミラー6は、図2(a)(b)に示す位置関係で配置されている。ダイクロックミラー3側から入射されるレーザ光Lは、第1のガルバノミラー4の振動軸42に取り付けられたマイクロミラーユニット5で反射し、図示下方向に進み、第2のガルバノミラー6で反射して、今度は紙面に垂直手前側に進む。このままの状態では、図1に示す瞳リレーレンズ7に入射できないので、不図示のミラー又はプリズムを用いて、図2(a)の下方向に折り曲げるようにする。
【0043】
このようにして第1のガルバノミラー4および第2のガルバノミラー6で反射されたレーザ光は、瞳リレーレンズ7を介して対物レンズ8に入射する。瞳リレーレンズ7は、第1のガルバノミラー4と第2のガルバノミラー6の位置の中間が対物レンズ8の瞳面と共役にするような光学配置にしている。これにより、対物レンズ8に入射したレーザ光は、対物レンズ8の焦点近傍に配置された試料9に励起光として入射する。
【0044】
試料9では、入射したレーザ光により蛍光が発生する。この蛍光は、対物レンズ8、瞳リレーレンズ7、第2のガルバノミラー6と第1のガルバノミラー4を通り、ダイクロックミラー3に達し、蛍光である長い波長が透過し、レンズ10を介してピンホール11に収束される。
【0045】
ピンホール11は、対物レンズ8の焦点と光学的に共役である。これにより、試料9からの蛍光のうち合焦の成分は、ピンホール11を通過するが、非合焦の成分は広がってしまうため、ほとんどピンホール11を透過できない。ピンホール11を透過した焦点のあっている成分は、PMT12で受光され、光電変換されたのち、PC13に入力される。
【0046】
このようにして、第1のガルバノミラー4、マイクロミラーユニット5および第2のガルバノミラー6を振動動作させながら、上述の動作を繰り返すことにより、2次元画像を取得することができる。
【0047】
次に、高速に画像を取得する具体例として、高速に走査を行い512×512画素の画像を取得する場合を説明する。
【0048】
この場合、第2のガルバノミラー6の動作を停止させておく。そして、PC13からコントローラ17に指示を与え、ドライバー16からマイクロミラーユニット5に対し、図4(a)に示すようにマイクロミラーユニット5の共振周波数(4kHz)と同じ周期の矩形波(又は正弦波)のXドライブ信号を出力する。マイクロミラーユニット5は、図3に示すように駆動コイル(不図示)に交流電流が供給され、永久磁石53、54との電磁作用によりマイクロミラー51が支持体52を軸として図2(b)の矢印Vの方向に4kHzで振動する。このときのマイクロミラー51の振れ角位置は、図4(b)に示すように正弦波状になる。そして、マイクロミラー51の1回の往復振動を行ううちの片道の振動で、図4(c)に示すような512個のトリガ信号を発生し、各トリガ信号ごとに上述した蛍光検出から光電変換までの動作を繰り返すことで、X走査(主走査)方向の1ライン分の画像を取得する。
【0049】
ここでは、マイクロミラーユニット5の共振周波数が4kHzなので、1ライン分の画像データ取得には1/4000=250μsecの時間がかかる。このような動作を、マイクロミラー51が512周期振動する間繰り返して行う(図4(d))。また、この間にPC13からコントローラ17に指示を与え、ドライバ14から第1のガルバノミラー4に対し、図4(e)に示すようなノコギリ波状の信号を加え、第1のガルバノミラー4の振動軸42を1方向に動かしY走査(副走査)を行う。これにより、512x512画素の画像を取得するのに要する時間は、250μsecx512=0.128secになり、およそ、1秒間に8枚の画像を取得できることになる。
【0050】
次に、低速で画像を取得する場合、具体例として、低速に走査を行い512×512画素の画像を取得する場合を説明する。
【0051】
この場合、マイクロミラーユニット5の動作は停止させておく。そして、PC13からコントローラ17に指示を与え、ドライバー15から第2のガルバノミラー6に対し、図5(a)に示すように上限の周波数(ここでは1KHz)以下の三角波信号(例えば500Hz)をXドライブ信号として出力する。すると、第2のガルバノミラー6は、ミラー63を入力された信号にほぼ比例する振れ角位置で図示H’方向に振動させる。そして、第2のガルバノミラー6の1回の往復振動のうちの片道の振動で、図5(b)に示すような512個のトリガ信号を発生し、各トリガごとに上述した蛍光検出から光電変換までの動作を繰り返すことで、X走査(主走査)方向の1ライン分の画像を取得する。
【0052】
ここでは、第2のガルバノミラー6に与えられる三角波信号の周波数が500Hzなので、1ライン分の画像データ取得には1/500=2msecの時間がかかる。このような動作を、第2のガルバノミラー6が512周期振動する間繰り返して行なう(図5(c))。また、この間にPC13からコントローラ17に指示を与え、ドライバ14から第1のガルバノミラー4に対し、図5(d)に示すようなノコギリ波状の信号を加え、第1のガルバノミラー4の振動軸42を1方向に動かしY走査(副走査)を行う。これにより、512×512画素の画像を取得するのに要する時間は、2msec×512=1.024secになり、およそ、1秒間に1枚の画像を取得できることになる。
【0053】
この場合、第2のガルバノミラー6は、共振タイプのものでないため、上限の周波数(ここでは1KHz)以下ならば、どのような周波数でもよく、例えば、D.C〜1KHzの範囲で、どの周波数でも使用できるので、試料9の蛍光が暗いときには、周波数をもっと低くして使用するなど、蛍光の明るさに合わせて最適な2次元走査の速度を設定することができる。
【0054】
従って、このようにすれば、XY走査を行なう第1のガルバノミラー4および第2のガルバノミラー6のうち、第1のガルバノミラー4は、振動軸42と直交する方向に配置される支持体52により支持されたマイクロミラーユニット5が取り付けられ、いわゆる親子駆動方式のものが用いられている。これにより、高速走査を行なう場合は、マイクロミラーユニット5を共振周波数で振動させてX走査(主走査)を行なうと同時に、第1のガルバノミラー4の振動軸42を振動させてY走査(副走査)を行なうことで、親子駆動方式の第1のガルバノミラー4のみで、高速の2次元走査を行なうことができ、また、低速走査を行なう場合は、マイクロミラーユニット5を固定し、第2のガルバノミラー6を振動させてX走査(主走査)を行なうと同時に、第1のガルバノミラー4の振動軸42を振動させてY走査(副走査)を行なうことで、低速の2次元走査を行なうことができるので、これら高速または低速の2次元走査速度を試料9からの光の明るさに合わせて選択して設定することにより、常に最適条件で画像を取得することができる。
【0055】
また、親子駆動方式を採用した第1のガルバノミラー4は、高速または低速走査の際にマイクロミラーユニット5により駆動速度が制限されるが、いずれの場合も、Y走査(副走査)に使用されているので、2次元走査速度(画像取得速度)に影響を与えないようにできる。
【0056】
さらに、光学系は従来のままで、第1のガルバノミラー4と第2のガルバノミラー6を変更するのみで、本発明を実現できるので、既存の顕微鏡の2次元走査部を変更するのみで、本発明の機能を付加するすることができる。
【0057】
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。
【0058】
図6(a)(b)は、本発明の第2の実施の形態の要部の概略構成を示すものである。
【0059】
なお、共焦点顕微鏡の全体構成については、図1と同様なので、同図を援用するものとする。
【0060】
この場合もダイクロックミラー3の反射光路上には、XY走査を行う第1のガルバノミラー22と第2のガルバノミラー21が配置されている。
【0061】
第2のガルバノミラー21は、図6(b)に示すようにガルバノミラー本体211のY振動軸212にミラー213を取り付けたもので、Y振動軸212の回りを矢印H’方向に振動可能になっている。また、第2のガルバノミラー21は、Y振動軸212を、後述する第1のガルバノミラー22のX振動軸222に対して垂直に取り付けられている。
【0062】
第1のガルバノミラー22は、図6(a)に示すようにガルバノミラー本体221とX振動軸222を有するもので、ここではX振動軸222を、例えば50Hz程度で図示H方向に振動可能にしている。また、第1のガルバノミラー22のX振動軸222には、マイクロミラーユニット5が取り付けられている。
【0063】
マイクロミラーユニット5は、図3で述べたと同様な構成をなすもので、図6(a)に示すようにマイクロミラー51の振動中心である支持体52が第1のガルバノミラー22のX振動軸222に沿った方向に取り付けられている。つまり、マイクロミラーユニット5は、第1のガルバノミラー22の振動軸222に沿った方向の振動軸(支持体52)を中心に振動可能に設けられている。これにより、マイクロミラーユニット5は、マイクロミラー51は、図6(a)の矢印Vの方向に4KHzで振動し、また、マイクロミラーユニット5全体もX振動軸222の回りを矢印H方向に50Hzで振動可能になっている。また、マイクロミラーユニット5の その他は、図1と同様である。
【0064】
次に、このように構成した実施の形態の作用について説明する。
【0065】
この場合も、レーザ光源1からレーザ光が発せられると、レーザ光は、ビームエキスパンダ2を通って、ダイクロックミラー3で反射される。この反射したレーザー光は、第2のガルバノミラー21および第1のガルバノミラー22でさらに反射される。
【0066】
これら第2のガルバノミラー21、第1のガルバノミラー22およびマイクロミラーユニット5は、図6(a)(b)に示す位置関係で配置されている。ダイクロックミラー3側から入射されるレーザ光Lは、第2のガルバノミラー21で反射し、図示下方向に進み、第1のガルバノミラー22のX振動軸222に取り付けられたマイクロミラーユニット5で反射し、紙面に垂直手前側に進む。
【0067】
このようにして第2のガルバノミラー21および第1のガルバノミラー22で反射されたレーザ光は、瞳リレーレンズ7を介して対物レンズ8に入射し、以下、第1の実施の形態で述べたと同様にして、ピンホール11を透過した焦点のあっている成分が、PMT12で受光され、光電変換されたのち、PC13に入力される。
【0068】
この状態から、2次元の画像を取得するには、第2のガルバノミラー21、第1のガルバノミラー22およびマイクロミラーユニット5を振動動作させて、上述の動作を繰り返し行うようにする。
【0069】
まず、高速に画像を取得する場合、具体例として、高速に走査を行い512×512画素の画像を取得する場合を説明する。
【0070】
この場合、第1のガルバノミラー22のX振動軸222の動作を停止させておく。そして、PC13からコントローラ17に指示を与え、マイクロミラーユニット5に対し、マイクロミラーユニット5の共振周波数(4kHz)と同じ周期の矩形波(又は正弦波)のXドライブ信号を出力する。これにより、マイクロミラー51は、支持体52の回りを4kHzで振動する。このときのマイクロミラー51の振れ角位置は、正弦波状になる。そして、マイクロミラー51の1回の往復振動を行ううちの片道の振動で、512個のトリガ信号を発生し、各トリガごとに第1の実施の形態で述べた蛍光検出から光電変換までの動作を繰り返すことで、X走査(主走査)方向の1ライン分の画像を取得する。
【0071】
ここでは、マイクロミラーユニット5の共振周波数が4kHzなので、1ライン分の画像データ取得には1/4000=250μsecの時間がかかる。このような動作を、マイクロミラー51が512周期振動する間繰り返し、また、この間にPC13からコントローラ17に指示を与え、第1のガルバノミラー21に対し、ノコギリ波状の信号を加え、第2のガルバノミラー21のY軸振動軸212を1方向に動かしY走査(副走査)を行う。これにより、512x512画素の画像を取得するのに要する時間は、250μsecx512=0.128secになり、およそ、1秒間に8枚の画像を取得できることになる。
【0072】
次に、低速で画像を取得する場合、具体例として、低速に走査を行い512×512画素の画像を取得する場合を説明する。
【0073】
この場合、マイクロミラーユニット5の動作は停止させておく。そして、PC13からコントローラ17に指示を与え、第1のガルバノミラー22に対し、上限の周波数以下の三角波信号(例えば50Hz)をXドライブ信号として出力する。すると、第1のガルバノミラー22は、マイクロミラー51を入力された信号に比例するような振れ角位置で振動させる。そして、第1のガルバノミラー22の1回の往復振動のうちの片道の振動で、512個のトリガ信号を発生し、各トリガごとに第1の実施の形態で述べた蛍光検出から光電変換までの動作を繰り返すことで、X走査(主走査)方向の1ライン分の画像を取得する。
【0074】
ここでは、第1のガルバノミラー22に与えられる三角波の周波数が50Hzなので、1ラインの画像データ取得には1/50=20msecの時間がかかる。このような動作を、第1のガルバノミラー22が512周期振動する間繰り返し、また、この間にPC13からコントローラ17に指示を与え、第2のガルバノミラー21に対し、ノコギリ波状の信号を加え、第1のガルバノミラー21のY軸振動軸212を1方向に動かしY走査(副走査)を行う。これにより、512×512画素の画像を取得するのに要する時間は、20msec×512=10.24secになり、およそ、10秒間に1枚の画像取得ができる。
【0075】
この場合、第1のガルバノミラー22は、共振タイプのものでないため、上限の周波数(ここでは50Hz)以下ならば、どのような周波数でもよく、試料9の蛍光が暗いときには、周波数をもっと低くして使用するなど、蛍光の明るさに合わせて2次元スキャン速度を設定することができる。
【0076】
従って、このようにすれば、XY走査を行なう第2のガルバノミラー21および第1のガルバノミラー22のうち、第1のガルバノミラー22は、X振動軸222に沿った方向に配置される支持体52により支持されたマイクロミラーユニット5が取り付けられ、いわゆる親子駆動方式のものが用いられている。これにより、高速走査を行なう場合は、マイクロミラーユニット5を共振周波数で振動させてX走査(主走査)を行なうと同時に、第2のガルバノミラー21の振動軸212を振動させてY走査(副走査)を行なうことで、高速の2次元走査を行なうことができ、また、低速走査を行なう場合は、マイクロミラーユニット5を固定し、第1のガルバノミラー22のX振動軸222を振動させてX走査(主走査)を行なうと同時に、第2のガルバノミラー21の振動軸212を振動させてY走査(副走査)を行なうことで、低速の2次元走査を行なうことができるので、これら高速または低速の2次元走査速度を蛍光の明るさに合わせて選択することにより、常に最適な画像を取得することができる。
【0077】
また、高速に画像を取得する場合も、低速で画像を取得する場合も、X走査を行う第1のガルバノミラー22とY走査を行なう第2のガルバノミラー21は、走査速度を高速から低速にしたときでも、同じものを使用するため、明るさが同一の画像を取得できる。
【0078】
さらに、第1の実施の形態で述べたと同様な効果も期待できる。
【0079】
(変形例)
第2の実施の形態(図6)では、Y走査を第2のガルバノミラー21で行ない、X走査を第1のガルバノミラー22で行なうようにしたが、例えば、第2のガルバノミラー21として、振動軸62が、例えば0〜1KHzの範囲で振動可能にしたものを用いれば、X走査とY走査の関係を逆にした2次元スキャンを行なうことができる。
【0080】
この場合も、低速の走査により512×512画素の画像を取得するには、マイクロミラーユニット5の動作は停止させておく。そして、PC13からコントローラ17に指示を与え、第2のガルバノミラー21に対し、上限の周波数(ここでは1KHz)以下の三角波信号(例えば500Hz)をドライブ信号として与える。すると、第2のガルバノミラー21は、入力されたドライブ信号にほぼ比例する振れ角位置で振動する。そして、第2のガルバノミラー21の1回の往復振動のうちの片道の振動で、512個のトリガ信号を発生し、各トリガごとに上述した蛍光検出から光電変換までの動作を繰り返すことで、Y方向の1ライン分の画像データを取得する。
【0081】
ここでは、第2のガルバノミラー21に与えられる三角波信号の周波数が500Hzなので、1ライン分の画像データ取得には1/500=2msecの時間がかかる。このような動作を、第2のガルバノミラー21が512周期振動する間繰り返し、また、この間にPC13からコントローラ17に指示を与え、第1のガルバノミラー22に対し、ノコギリ波状の信号を加え、第1のガルバノミラー22のX振動軸222を1方向に動かしX走査を行う。これにより、512×512画素の画像を取得するのに要する時間は、2msec×512=1.024secになり、およそ、1秒間に1枚の画像データを取得できることになる。
【0082】
この場合、Y走査が主走査で、X走査が副走査と逆になるが、取得した画像としては何ら問題ないものである。また、第2のガルバノミラー21は、共振タイプのものでないため、上限の周波数(ここでは1KHz)以下ならば、どのような周波数でもよく、例えば、D.C〜1KHzの範囲で、どの周波数でも使用できるので、試料9の蛍光が暗いときには、周波数をもっと低くして使用するなど、蛍光の明るさに合わせて最適な2次元スキャン速度を設定することができる。
【0083】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、上述した実施の形態では、蛍光共焦点顕微鏡を例に挙げて説明しているが、ダイクロックミラー3を偏光ビームスプリッタ(PBS)に変更し、PBSと試料9との間の光路にλ/4板を挿入するような構成とすれば、半導体や金属試料を観察する反射観察を行なうものとして用いることができる。また、上述の実施の形態では、1箇所にX走査とY走査を行なう2つのガルバノミラーを配置するようにしたが、これら2つのガルバノミラーの間に瞳リレー光学系を配置すれば、ガルバノミラーの位置が正確に対物レンズ8の瞳面と共役になるので、さらに、画像の明るさムラを減少させることができる。
【0084】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【0085】
なお、上述した実施の形態には、以下の発明も含まれる。
【0086】
(1)請求項1乃至4のいずれかに記載の共焦点顕微鏡において、前記2つのガルバノメータに取り付けられたミラーの位置が前記対物レンズの瞳面と共役な面の近傍であることを特徴としている。
【0087】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、高速と低速の走査を選択的に可能にした共焦点顕微鏡を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の概略構成を示す図。
【図2】第1の実施の形態の2つのガルバノメータの配置関係を説明する図。
【図3】第1の実施の形態に用いられるマイクロミラーユニットの概略構成を示す図。
【図4】第1の実施の形態の高速走査時の動作を説明する図。
【図5】第1の実施の形態の低速走査時の動作を説明する図。
【図6】本発明の第2の実施の形態の概略構成を示す図。
【図7】従来の共焦点顕微鏡の一例の概略構成を示す図。
【符号の説明】
1…レーザ光源、2…ビームエキスパンダ
3…ダイクロックミラー、4…第1のガルバノミラー
41…ガルバノミラー本体、42…振動軸
5…マイクロミラーユニット、51…マイクロミラー
52…支持体、53.54…永久磁石
6…第2のガルバノミラー、61…ガルバノミラー本体
62…振動軸、63…ミラー、7…瞳リレーレンズ
8…対物レンズ、9…試料、10…レンズ
11…ピンホール、12…PMT、13…PC
14、15、16…ドライバ、17…コントローラ
21…第2のガルバノミラー、211…ガルバノミラー本体
212…Y振動軸、213…ミラー、22…第1のガルバノミラー、
221…ガルバノミラー本体、222…X振動軸
Claims (5)
- 光源と、
前記光源からの光を試料上に集光させる対物レンズと、
互いに直交する振動軸を有する第1および第2のガルバノミラーを有し、前記光を前記試料上で2次元走査させる2次元走査手段と、
前記第1のガルバノミラーの振動軸上にあって、所定の共振周波数で振動可能にしたミラーを有する共振ミラー手段と、 を具備し、
高速走査時、前記共振ミラー手段を共振周波数で振動させて主走査を行なうと同時に前記第1のガルバノミラーの振動軸を振動させて副走査を行ない、低速走査時、前記共振ミラー手段を固定し、前記第2のガルバノミラーの振動軸を振動させて主走査を行なうと同時に前記第1のガルバノミラーの振動軸を振動させて副走査を行なうことを特徴とする共焦点顕微鏡。 - 光源と、
前記光源からの光を試料上に集光させる対物レンズと、
互いに直交する振動軸を有する第1および第2のガルバノミラーを有し、前記光を前記試料上で2次元走査させる2次元走査手段と、
前記第1のガルバノミラーの振動軸上にあって、所定の共振周波数で振動可能にしたミラーを有する共振ミラー手段と、 を具備し、
高速走査時、前記共振ミラー手段を共振周波数で振動させて主走査を行なうと同時に前記第2のガルバノミラーの振動軸を振動させて副走査を行ない、低速走査時、前記共振ミラー手段を固定し、前記第1のガルバノミラーの振動軸を振動させて主走査を行なうと同時に前記第2のガルバノミラーの振動軸を振動させて副走査を行なうことを特徴とする共焦点顕微鏡。 - 光源と、
前記光源からの光を試料上に集光させる対物レンズと、
互いに直交する振動軸を有する第1および第2のガルバノミラーを有し、前記光を前記試料上で2次元走査させる2次元走査手段と、
前記第1のガルバノミラーの振動軸上にあって、所定の共振周波数で振動可能にしたミラーを有する共振ミラー手段と、 を具備し、
高速走査時、前記共振ミラー手段を共振周波数で振動させて主走査を行なうと同時に前記第2のガルバノミラーの振動軸を振動させて副走査を行ない、低速走査時、前記共振ミラー手段を固定し、前記第2のガルバノミラーの振動軸を振動させて主走査を行なうと同時に前記第1のガルバノミラーの振動軸を振動させて副走査を行なうことを特徴とする共焦点顕微鏡。 - 前記共振ミラー手段は、前記第1のガルバノミラーの振動軸と直交する方向の振動軸を中心に振動可能に設けられることを特徴とする請求項1記載の共焦点顕微鏡。
- 前記共振ミラー手段は、前記第1のガルバノミラーの振動軸に沿った方向の振動軸を中心に振動可能に設けられることを特徴とする請求項2または3記載の共焦点顕微鏡。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003181603A JP4169647B2 (ja) | 2003-06-25 | 2003-06-25 | 共焦点顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003181603A JP4169647B2 (ja) | 2003-06-25 | 2003-06-25 | 共焦点顕微鏡 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005017642A true JP2005017642A (ja) | 2005-01-20 |
JP4169647B2 JP4169647B2 (ja) | 2008-10-22 |
Family
ID=34182267
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003181603A Expired - Fee Related JP4169647B2 (ja) | 2003-06-25 | 2003-06-25 | 共焦点顕微鏡 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4169647B2 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007077710A1 (ja) | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Nikon Corporation | 光走査装置、光走査型顕微鏡、観察方法、制御装置、及び制御プログラム |
JP2007304058A (ja) * | 2006-05-15 | 2007-11-22 | V Technology Co Ltd | 微小高さ測定装置 |
WO2015015951A1 (ja) | 2013-07-31 | 2015-02-05 | オリンパス株式会社 | 単一発光粒子検出技術を用いた光学顕微鏡装置、顕微鏡観察法及び顕微鏡観察のためのコンピュータプログラム |
DE102015103164A1 (de) | 2015-03-04 | 2016-09-08 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Scanvorrichtung mit wenigstens einer eindimensional scannenden Scaneinheit |
JP2017072783A (ja) * | 2015-10-09 | 2017-04-13 | オリンパス株式会社 | 走査型レーザ顕微鏡 |
US20200155005A1 (en) * | 2005-05-12 | 2020-05-21 | Caliber Imaging & Diagnostics, Inc. | Confocal scanning microscope having optical and scanning systems which provide a handheld imaging head |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103190889B (zh) * | 2013-04-17 | 2014-10-29 | 北京大学 | 一种实时可调谐共聚焦显微成像系统 |
-
2003
- 2003-06-25 JP JP2003181603A patent/JP4169647B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20200155005A1 (en) * | 2005-05-12 | 2020-05-21 | Caliber Imaging & Diagnostics, Inc. | Confocal scanning microscope having optical and scanning systems which provide a handheld imaging head |
WO2007077710A1 (ja) | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Nikon Corporation | 光走査装置、光走査型顕微鏡、観察方法、制御装置、及び制御プログラム |
US7715078B2 (en) | 2005-12-28 | 2010-05-11 | Nikon Corporation | Optical scan device, optical scan type microscope, observation method, control device, and control program |
JP4915348B2 (ja) * | 2005-12-28 | 2012-04-11 | 株式会社ニコン | 光走査装置、光走査型顕微鏡、観察方法、制御装置、及び制御プログラム |
JP2007304058A (ja) * | 2006-05-15 | 2007-11-22 | V Technology Co Ltd | 微小高さ測定装置 |
WO2015015951A1 (ja) | 2013-07-31 | 2015-02-05 | オリンパス株式会社 | 単一発光粒子検出技術を用いた光学顕微鏡装置、顕微鏡観察法及び顕微鏡観察のためのコンピュータプログラム |
US10310245B2 (en) | 2013-07-31 | 2019-06-04 | Olympus Corporation | Optical microscope device, microscopic observation method and computer program for microscopic observation using single light-emitting particle detection technique |
DE102015103164A1 (de) | 2015-03-04 | 2016-09-08 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Scanvorrichtung mit wenigstens einer eindimensional scannenden Scaneinheit |
DE102015103164B4 (de) | 2015-03-04 | 2022-10-20 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Scanvorrichtung mit wenigstens einer eindimensional scannenden Scaneinheit |
JP2017072783A (ja) * | 2015-10-09 | 2017-04-13 | オリンパス株式会社 | 走査型レーザ顕微鏡 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4169647B2 (ja) | 2008-10-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3343276B2 (ja) | レーザー走査型光学顕微鏡 | |
JP4915348B2 (ja) | 光走査装置、光走査型顕微鏡、観察方法、制御装置、及び制御プログラム | |
JP4891057B2 (ja) | 共焦点レーザー走査型顕微鏡 | |
JP4125648B2 (ja) | ライン状光ビーム発生装置及びレーザ顕微鏡 | |
KR100689319B1 (ko) | 주사형 공초점현미경 | |
JP4889375B2 (ja) | 共焦点顕微鏡および多光子励起型顕微鏡 | |
JPH0618785A (ja) | 共焦点型レーザ走査透過顕微鏡 | |
US9081173B2 (en) | Laser scanning microscope for scanning along a 3D trajectory | |
US9229207B2 (en) | Laser scanning microscope with focus-detecting unit | |
JP2006133499A (ja) | 共焦点スキャナ及び共焦点顕微鏡 | |
JP4169647B2 (ja) | 共焦点顕微鏡 | |
JP2019537748A (ja) | 三次元画像化可能な顕微鏡及び画像化方法 | |
JP2004317676A (ja) | レーザ顕微鏡、レーザ光走査装置、レーザ光走査方法、画像データ生成方法 | |
JP4746311B2 (ja) | カラーレーザ顕微鏡 | |
JPH1068901A (ja) | 2次元スキャナ装置 | |
JP3244100B2 (ja) | 2光子励起顕微鏡 | |
JPH03172815A (ja) | 共焦点走査型顕微鏡 | |
KR20110121497A (ko) | Pzt 스테이지를 이용한 공초점 현미경 시스템 및 그 스캔방법 | |
JP2005010516A (ja) | 顕微鏡 | |
JP2002090628A (ja) | 共焦点顕微鏡 | |
JP2005043459A (ja) | 光偏向器およびこの光偏向器を用いた走査型光学顕微鏡 | |
JPH05127089A (ja) | 走査型顕微鏡 | |
JP4914567B2 (ja) | 走査型共焦点顕微鏡 | |
JP2001108904A (ja) | レーザー走査顕微鏡装置 | |
JP4384290B2 (ja) | 走査型共焦点顕微鏡 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050617 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080729 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080805 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110815 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110815 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120815 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130815 Year of fee payment: 5 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |