JP2008233227A - Microscope device and control method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To stably make an observation by precisely correcting a position shift of the optical axis of laser light even when the observation is temporally made for a long time. <P>SOLUTION: The microscope device 1 comprises: a light source 7; an intensity modulator 8, a scanner 14 which makes a scan with intensity-modulated laser light L; an objective lens 15 which converges the laser light L on the sample A and converges fluorescent light generated by a sample A; an optical detector 17 which detects the converged fluorescent light; a laser position detector 11 which detects a position shift of the laser light L from the light source 7 and a laser position corrector 10 which corrects the position shift on the basis of a detection result thereof between the intensity modulator 8 and objective 15; and a control unit 4 which controls them. The control unit 4 controls the intensity modulator 8 to operate before time tracked back by the sum of a time needed to stabilize the intensity modulator 8 from fluorescent light detection start time when the optical detector 17 and scanner 14 are placed in operation and a time needed for the position detection and position shift correction of the laser light L. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、顕微鏡装置とその制御方法に関するものである。   The present invention relates to a microscope apparatus and a control method thereof.

従来、光源からのレーザ光を顕微鏡に導入する照明光学系内に音響光学素子または電気光学素子等からなる強度変調器を備えるとともに、光源と強度変調器との間に、レーザ光のビーム系を調節するビームエキスパンダや、レーザの光軸位置を補正するビームシフタが配置された顕微鏡装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。   Conventionally, an illumination optical system for introducing laser light from a light source into a microscope is provided with an intensity modulator composed of an acousto-optic element or an electro-optic element, and a laser beam system is provided between the light source and the intensity modulator. There is known a microscope apparatus in which a beam expander for adjustment and a beam shifter for correcting the optical axis position of a laser are arranged (see, for example, Patent Document 1).

この特許文献1に開示されている顕微鏡装置は、強度変調器の狭い開口部に入射するレーザ光がけられてパワーロスを生じたり、レーザ光の波長切替時に、光軸の位置ズレや角度変化が生じたりしないように、ビームエキスパンダやビームシフタにより補正するようになっている。   In the microscope apparatus disclosed in Patent Document 1, a laser beam incident on a narrow opening of an intensity modulator is shattered to cause a power loss, or an optical axis misalignment or an angle change occurs when the wavelength of the laser beam is switched. In order to prevent this, a beam expander or beam shifter is used for correction.

特開2005−345614号公報JP 2005-345614 A

しかしながら、上記ビームエキスパンダやビームシフタによる光軸の位置ズレや角度変化の補正が一旦行われたとしても、長時間にわたる経時的な観察を行う場合に、時間経過に伴ってレーザ光源や強度変調器の温度上昇等が発生し、光学素子の光学特性が変化してレーザ光の光軸が変動する不都合がある。特に、前に行われた観察から長時間にわたる休止時間を経て観察を行う場合には、安定した観察を行うことができないという問題がある。   However, even if the optical axis position shift or angle change is corrected once by the beam expander or beam shifter, a laser light source or an intensity modulator is required as time elapses when observing over time for a long time. As a result, the optical characteristics of the optical element change and the optical axis of the laser beam fluctuates. In particular, there is a problem in that stable observation cannot be performed when observation is performed after a long pause time from the previous observation.

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、長時間にわたる経時的な観察を行う場合においても、レーザ光の光軸の位置ズレを精度よく補正して、安定した観察を行うことができる顕微鏡装置とその制御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 can perform stable observation by accurately correcting the positional deviation of the optical axis of laser light even when performing observation over time for a long time. It is an object of the present invention to provide a microscope apparatus and a control method thereof.

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、レーザ光を射出する光源と、該光源からのレーザ光の強度変調を行う強度変調器と、該強度変調器により強度変調されたレーザ光を走査するスキャナと、該スキャナにより走査されたレーザ光を標本に集光する一方、標本において発生した蛍光を集光する対物レンズと、該対物レンズにより集光された蛍光を検出する光検出器と、前記強度変調器と前記対物レンズとの間に配置され、前記光源からのレーザ光の位置ズレを検出するレーザ位置検出部と、該レーザ位置検出機構による検出結果に基づいてレーザ光の位置ズレを補正するレーザ位置補正部と、これらを制御する制御部とを備え、該制御部が、前記光検出器およびスキャナを作動させた蛍光検出開始時刻から前記強度変調器を安定させるのに要する時間と、レーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正に要する時間との和だけ遡った時刻より前に強度変調器を作動させるよう制御する顕微鏡装置を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention includes a light source that emits laser light, an intensity modulator that modulates the intensity of laser light from the light source, a scanner that scans laser light that has been intensity-modulated by the intensity modulator, and a scanner that scans the laser light. An objective lens for condensing the fluorescence generated in the specimen, a photodetector for detecting the fluorescence condensed by the objective lens, the intensity modulator, and the objective lens A laser position detector that detects a positional deviation of the laser beam from the light source, a laser position correction unit that corrects a positional deviation of the laser beam based on a detection result by the laser position detection mechanism, and And a control unit for controlling the time required to stabilize the intensity modulator from the fluorescence detection start time when the photodetector and the scanner are operated, and the level of the laser light. Providing a microscope apparatus for controlling so as to actuate the intensity modulator before time going back by the sum of the time required for the displacement detection and the positional deviation correction.

本発明によれば、蛍光検出が開始されると、光源から発せられたレーザ光が強度変調器により強度変調され、スキャナにより走査されて対物レンズにより標本に集光される。標本においてはレーザ光が照射された位置において蛍光物質が励起されて蛍光が発生し、発生した蛍光は対物レンズにより集光された後、光検出器により検出される。スキャナによる走査位置および光検出器により検出された蛍光強度に基づいて、蛍光画像を構築することができる。   According to the present invention, when fluorescence detection is started, the laser light emitted from the light source is intensity-modulated by the intensity modulator, scanned by the scanner, and condensed on the sample by the objective lens. In the specimen, the fluorescent material is excited at the position where the laser beam is irradiated to generate fluorescence, and the generated fluorescence is collected by the objective lens and then detected by the photodetector. A fluorescence image can be constructed based on the scanning position by the scanner and the fluorescence intensity detected by the photodetector.

強度変調器から出射されたレーザ光はレーザ位置検出部によりその光軸の位置ズレを検出され、その検出結果に基づいてレーザ位置補正部が光軸ズレを補正する。したがって、何らかの原因によってレーザ光の位置ズレが発生しても、これを補正して、精度よく標本に照射することができる。   The laser beam emitted from the intensity modulator is detected by the laser position detection unit for the positional deviation of the optical axis, and the laser position correction unit corrects the optical axis deviation based on the detection result. Therefore, even if the laser beam is misaligned for some reason, it can be corrected and the sample can be accurately irradiated.

この場合において、複数回にわたる顕微鏡観察が長時間をかけて行われる場合には、一旦補正されることにより位置ズレが解消していても、経時的な光学的特性の変動によって、さらに位置ズレが発生してしまうことが考えられる。本発明によれば、制御部が蛍光検出開始に先立って強度変調器を作動させ、該強度変調器が安定してからレーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正を行うので、蛍光検出開始時にはレーザ光の位置ズレが解消している。この場合に、本発明によれば、レーザ光の位置ズレ検出を強度変調器が安定させたうえで行うことができレーザ光の位置ズレを精度よく補正することができる。   In this case, when a plurality of microscopic observations are performed over a long period of time, even if the positional deviation has been eliminated by correction once, the positional deviation is further caused by a change in optical characteristics over time. It is thought that it will occur. According to the present invention, the control unit operates the intensity modulator prior to the start of fluorescence detection, and performs laser beam position shift detection and position shift correction after the intensity modulator is stabilized. Light misalignment has been eliminated. In this case, according to the present invention, the positional deviation detection of the laser beam can be performed after the intensity modulator is stabilized, and the positional deviation of the laser beam can be accurately corrected.

上記発明においては、前記制御部は、複数設定された蛍光検出開始時刻が、前記強度変調器を安定させるのに要する時間とレーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正に要する時間との和より近接している場合に、これらの蛍光検出開始時刻間において強度変調器を作動停止しないよう制御することとしてもよい。
このようにすることで、2回目以降の蛍光検出に先立って、強度変調器の安定を待つことなくレーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正を行うことができ、長時間にわたって行われる顕微鏡観察においてもレーザ光の光軸ずれを精度よく補正して、標本に精度よく照射することができる。
In the above invention, the control unit is configured such that a plurality of set fluorescence detection start times are closer to the sum of the time required for stabilizing the intensity modulator and the time required for detecting and correcting the positional deviation of the laser beam. In this case, the intensity modulator may be controlled so as not to be stopped between the fluorescence detection start times.
By doing so, prior to the second and subsequent fluorescence detections, laser beam positional deviation detection and positional deviation correction can be performed without waiting for the stability of the intensity modulator. In addition, the optical axis deviation of the laser beam can be corrected with high accuracy, and the sample can be irradiated with high accuracy.

また、上記発明においては、前記光源が、複数波長のレーザ光を出射可能であり、前記制御部は、レーザ光の波長が切り替えられる場合に、前記スキャナおよび光検出器を作動させた蛍光検出開始時刻から前記光源を安定させるのに要する時間と、レーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正に要する時間との和だけ遡った時刻より前にレーザ光の波長の切り替えを開始するよう制御することとしてもよい。   In the above invention, the light source can emit laser light having a plurality of wavelengths, and the controller starts fluorescence detection by operating the scanner and the photodetector when the wavelength of the laser light is switched. Control is performed so that the switching of the wavelength of the laser beam is started before the time which is backed by the sum of the time required to stabilize the light source from the time and the time required for detecting and correcting the positional deviation of the laser beam. Also good.

このようにすることで、レーザ光の波長を切り替えて光源が安定し、かつ、強度変調器を作動させて強度変調器が安定してからレーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正を精度よく行うことができ、予め定められた蛍光検出開始時刻からレーザ光を標本に精度よく照射して観察を開始することができる。   In this way, the laser light wavelength is switched to stabilize the light source, and the intensity modulator is operated to stabilize the intensity modulator, and then the laser light positional deviation detection and positional deviation correction are performed with high accuracy. The observation can be started by irradiating the sample with laser light with high accuracy from a predetermined fluorescence detection start time.

また、上記発明においては、前記光源が、複数波長のレーザ光を出射可能であり、前記制御部は、波長を切り替えて同時期に行う一群の観察前に、先頭波長におけるレーザ光の光軸に対する位置ズレ量を他の波長について波長毎に記憶しておき、先頭波長による観察時には、前記光検出器および前記スキャナを作動させる蛍光検出開始時刻から前記光源を安定させるのに要する時間と、レーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正に要する時間との和だけ遡った時刻より前にレーザ光の波長の切り替えを開始させ、残りの波長による観察時には、前記光検出器および前記スキャナを作動させる蛍光検出開始時刻から前記強度変調器を安定させるのに要する時間より前に強度変調器を作動させ、前記光源を安定させるのに要する時間より前にレーザ光の波長の切り替えを開始させ、これらの時間の間に記憶されている位置ズレ量だけ位置ズレ補正を行うよう制御することとしてもよい。   In the above invention, the light source can emit laser light of a plurality of wavelengths, and the control unit switches the wavelength with respect to the optical axis of the laser light at the head wavelength before the group of observations performed at the same time. The amount of positional deviation is stored for each wavelength with respect to other wavelengths, and when observing at the head wavelength, the time required to stabilize the light source from the fluorescence detection start time for operating the photodetector and the scanner, and laser light Fluorescence detection that starts switching of the wavelength of the laser light before a time that goes back by the sum of the time required for position shift detection and position shift correction, and activates the photodetector and the scanner during observation with the remaining wavelengths The intensity modulator is actuated before the time required to stabilize the intensity modulator from the start time, and before the time required to stabilize the light source. The switching of the wavelength of the laser light is started, may be controlled to perform positional deviation correction by position shift amount stored during these times.

このようにすることで、先頭波長による観察時のみに、光源を安定させ、かつ、強度変調器を安定させてから、レーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正を行い、残りの波長による観察時には、レーザ光の位置ズレ検出を省略して、予め記憶されていた波長変化に基づく位置ズレ量だけ位置ズレ補正を行う。同時期に行う一群の観察において、先頭波長による観察時のみに位置ズレを検出して補正することで、経時的な光学的特性の変化による光軸ずれを検出して補正することができ、長時間にわたる観察においてもレーザ光を精度よく標本に照射することができる。また、先頭波長以外の波長による観察時には、位置ズレの検出を省略することで、異なる波長に対する観察を短時間の内に行うことができ、一群の観察に要する時間を短縮することが可能となる。   By doing so, only when observing with the first wavelength, the light source is stabilized and the intensity modulator is stabilized, and then the laser beam positional deviation detection and positional deviation correction are performed. The detection of the positional deviation of the laser beam is omitted, and the positional deviation correction is performed by the positional deviation amount based on the wavelength change stored in advance. In a group of observations performed at the same time, it is possible to detect and correct optical axis deviations due to changes in optical characteristics over time by detecting and correcting positional deviations only when observing with the first wavelength. Even in observation over time, the specimen can be accurately irradiated with laser light. In addition, when observing with a wavelength other than the first wavelength, it is possible to perform observation for different wavelengths in a short time by omitting the detection of positional deviation, and it is possible to reduce the time required for a group of observations. .

また、上記発明においては、前記対物レンズの前段において光路を遮断し、前記光検出器による蛍光検出開始時刻から蛍光検出終了時刻までの間で光路を開放するシャッタを備えることとしてもよい。
このようにすることで、蛍光検出開始時刻前のレーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正時には、シャッタの作動により光路が遮断されることによって、レーザ光が標本に照射されることが防止される。これにより、レーザ光による標本の褪色等の発生を未然に防止し、標本の健全性を向上することができる。また、蛍光検出開始時刻から蛍光検出終了時刻までの間で光路を開放することにより、精度よく位置ズレが補正されたレーザ光を標本に照射することができる。
In the above invention, a shutter may be provided that blocks the optical path before the objective lens and opens the optical path between the fluorescence detection start time and the fluorescence detection end time by the photodetector.
By doing so, at the time of detecting the positional deviation of the laser light before the fluorescence detection start time and correcting the positional deviation, the optical path is blocked by the operation of the shutter, thereby preventing the laser light from being irradiated on the specimen. . Thereby, generation | occurrence | production of the fading etc. of the sample by a laser beam can be prevented beforehand, and the soundness of a sample can be improved. In addition, by opening the optical path between the fluorescence detection start time and the fluorescence detection end time, it is possible to irradiate the sample with laser light whose positional deviation has been corrected with high accuracy.

また、本発明は、光源から射出されるレーザ光の強度を強度変調器により変調し、レーザ光の光軸の位置ズレを検出して補正し、補正されたレーザ光を標本上において走査し、標本において発生した蛍光を検出する顕微鏡装置の制御方法であって、予め設定された蛍光検出開始時刻から前記強度変調器を安定させるのに要する時間と、レーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正に要する時間との和だけ遡った時刻より前に強度変調器を作動させるよう制御する顕微鏡装置の制御方法を提供する。   Further, the present invention modulates the intensity of the laser beam emitted from the light source by the intensity modulator, detects and corrects the positional deviation of the optical axis of the laser beam, scans the corrected laser beam on the sample, A control method of a microscope apparatus for detecting fluorescence generated in a specimen, which is used to detect a time deviation required to stabilize the intensity modulator from a preset fluorescence detection start time, and to detect and correct a positional deviation of a laser beam. Provided is a control method of a microscope apparatus that controls to operate an intensity modulator before a time that is back by the sum of required time.

本発明によれば、蛍光検出開始に先立って強度変調器を作動させ、該強度変調器が安定してからレーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正を行うので、蛍光検出開始時にはレーザ光の位置ズレが解消している。この場合に、本発明によれば、レーザ光の位置ズレ検出を強度変調器が安定させたうえで行うことができレーザ光の位置ズレを精度よく補正することができる。   According to the present invention, the intensity modulator is operated prior to the start of fluorescence detection, and the position deviation of the laser light is detected and corrected after the intensity modulator is stabilized. Misalignment has been resolved. In this case, according to the present invention, the positional deviation detection of the laser beam can be performed after the intensity modulator is stabilized, and the positional deviation of the laser beam can be accurately corrected.

上記発明においては、複数設定された蛍光検出開始時刻が、前記強度変調器を安定させるのに要する時間とレーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正に要する時間との和より近接している場合に、これらの蛍光検出開始時刻間において強度変調器を作動停止しないよう制御することとしてもよい。   In the above invention, when a plurality of set fluorescence detection start times are closer to the sum of the time required to stabilize the intensity modulator and the time required for laser beam position shift detection and position shift correction. The intensity modulator may be controlled so as not to stop between these fluorescence detection start times.

このようにすることで、2回目以降の蛍光検出に先立って、強度変調器の安定を待つことなくレーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正を行うことができ、長時間にわたって行われる顕微鏡観察においてもレーザ光の光軸ずれを精度よく補正して、標本に精度よく照射することができる。   By doing so, prior to the second and subsequent fluorescence detections, laser beam positional deviation detection and positional deviation correction can be performed without waiting for the stability of the intensity modulator. In addition, the optical axis deviation of the laser beam can be corrected with high accuracy, and the sample can be irradiated with high accuracy.

また、上記発明においては、前記光源が、複数波長のレーザ光を出射可能であり、レーザ光の波長が切り替えられる場合に、前記スキャナおよび光検出器を作動させる蛍光検出開始時刻から前記光源を安定させるのに要する時間と、レーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正に要する時間との和だけ遡った時刻より前にレーザ光の波長の切り替えを開始するよう制御することとしてもよい。   In the above invention, the light source can emit laser light having a plurality of wavelengths, and when the wavelength of the laser light is switched, the light source is stabilized from the fluorescence detection start time at which the scanner and the photodetector are operated. It is also possible to perform control so that the switching of the wavelength of the laser light is started before a time that is back by the sum of the time required for the detection and the time required for detecting and correcting the positional deviation of the laser light.

このようにすることで、レーザ光の波長を切り替えて光源が安定し、かつ、強度変調器を作動させて強度変調器が安定してからレーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正を精度よく行うことができ、予め定められた蛍光検出開始時刻からレーザ光を標本に精度よく照射して観察を開始することができる。   In this way, the laser light wavelength is switched to stabilize the light source, and the intensity modulator is operated to stabilize the intensity modulator, and then the laser light positional deviation detection and positional deviation correction are performed with high accuracy. The observation can be started by irradiating the sample with laser light with high accuracy from a predetermined fluorescence detection start time.

また、上記発明においては、前記光源が、複数波長のレーザ光を出射可能であり、波長を切り替えて同時期に行う一群の観察前に、先頭波長におけるレーザ光の光軸に対する位置ズレ量を他の波長について波長毎に記憶しておき、先頭波長による観察時には、前記光検出器および前記スキャナを作動させる蛍光検出開始時刻から前記光源を安定させるのに要する時間と、レーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正に要する時間との和だけ遡った時刻より前にレーザ光の波長の切り替えを開始させ、残りの波長による観察時には、前記光検出器および前記スキャナを作動させる蛍光検出開始時刻から前記強度変調器を安定させるのに要する時間より前に強度変調器を作動させ、前記光源を安定させるのに要する時間より前にレーザ光の波長の切り替えを開始させ、これらの時間の間に記憶されている位置ズレ量だけ位置ズレ補正を行うよう制御することとしてもよい。   In the above invention, the light source can emit laser light having a plurality of wavelengths, and before the group of observations performed at the same time by switching the wavelength, the positional deviation amount of the laser light at the head wavelength with respect to the optical axis is changed. Are stored for each wavelength, and at the time of observation by the head wavelength, the time required to stabilize the light source from the fluorescence detection start time at which the photodetector and the scanner are operated, the positional deviation detection of the laser light, and Starting the switching of the wavelength of the laser light before the time that goes back by the sum required for the positional deviation correction, and when observing with the remaining wavelengths, the intensity from the fluorescence detection start time for operating the photodetector and the scanner The intensity modulator is activated before the time required to stabilize the modulator, and the wavelength of the laser light is adjusted before the time required to stabilize the light source. It was started Toggles may control to perform positional deviation correction by position shift amount stored during these times.

このようにすることで、先頭波長による観察時のみに、光源を安定させ、かつ、強度変調器を安定させてから、レーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正を行い、残りの波長による観察時には、レーザ光の位置ズレ検出を省略して、予め記憶されていた波長変化に基づく位置ズレ量だけ位置ズレ補正を行う。同時期に行う一群の観察において、先頭波長による観察時のみに位置ズレを検出して補正することで、経時的な光学的特性の変化による光軸ずれを検出して補正することができ、長時間にわたる観察においてもレーザ光を精度よく標本に照射することができる。また、先頭波長以外の波長による観察時には、位置ズレの検出を省略することで、異なる波長に対する観察を短時間の内に行うことができ、一群の観察に要する時間を短縮することが可能となる。   By doing so, only when observing with the first wavelength, the light source is stabilized and the intensity modulator is stabilized, and then the laser beam positional deviation detection and positional deviation correction are performed. The detection of the positional deviation of the laser beam is omitted, and the positional deviation correction is performed by the positional deviation amount based on the wavelength change stored in advance. In a group of observations performed at the same time, it is possible to detect and correct optical axis deviations due to changes in optical characteristics over time by detecting and correcting positional deviations only when observing with the first wavelength. Even in observation over time, the specimen can be accurately irradiated with laser light. In addition, when observing with a wavelength other than the first wavelength, it is possible to perform observation for different wavelengths in a short time by omitting the detection of positional deviation, and it is possible to reduce the time required for a group of observations. .

また、上記発明においては、蛍光検出開始時刻から蛍光検出終了時刻までの間で光路を開放し、それ以外において光路を遮断することとしてもよい。
このようにすることで、蛍光検出開始時刻前のレーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正時には、光路が遮断されることによって、レーザ光が標本に照射されることが防止される。これにより、レーザ光による標本の褪色等の発生を未然に防止し、標本の健全性を向上することができる。また、蛍光検出開始時刻から蛍光検出終了時刻までの間で光路を開放することにより、精度よく位置ズレが補正されたレーザ光を標本に照射することができる。
Moreover, in the said invention, it is good also as opening an optical path between fluorescence detection start time and fluorescence detection end time, and interrupting | blocking an optical path in other than that.
By doing so, the laser beam is prevented from being irradiated to the specimen by blocking the optical path during the positional deviation detection and positional deviation correction of the laser light before the fluorescence detection start time. Thereby, generation | occurrence | production of the fading etc. of the sample by a laser beam can be prevented beforehand, and the soundness of a sample can be improved. In addition, by opening the optical path between the fluorescence detection start time and the fluorescence detection end time, it is possible to irradiate the sample with laser light whose positional deviation has been corrected with high accuracy.

本発明によれば、長時間にわたる経時的な観察を行う場合においても、レーザ光の光軸の位置ズレを精度よく補正して、安定した観察を行うことができるという効果を奏する。   According to the present invention, even when observation is performed over time for a long time, the positional deviation of the optical axis of the laser light is accurately corrected, and stable observation can be performed.

本発明の第1の実施形態に係る顕微鏡装置1について、図1〜図4を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡装置1は、図1に示されるように、多光子励起用の短パルスレーザ光Lを出射する光源ユニット2と、該光源ユニット2から出射された短パルスレーザ光Lを標本Aに照射して蛍光を検出する顕微鏡本体3と、これらを制御する制御部4と、顕微鏡本体3により取得された画像を表示する表示部5と、観察条件を入力する入力部6とを備えている。
A microscope apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the microscope apparatus 1 according to this embodiment includes a light source unit 2 that emits a short pulse laser light L for multiphoton excitation, and a short pulse laser light L emitted from the light source unit 2. A microscope main body 3 that irradiates the specimen A to detect fluorescence, a control unit 4 that controls these, a display unit 5 that displays an image acquired by the microscope main body 3, and an input unit 6 that inputs observation conditions. I have.

前記光源ユニット2は、短パルスレーザ光Lを出射するレーザ光源7と、該光源から出射された短パルスレーザ光Lの強度変調を行うAOTFのような音響光学素子(強度変調器)8と、短波長光成分を優先的に透過するネガティブチャープを付与する分散補償器9と、短パルスレーザ光Lの光軸の位置ズレおよび傾きを調節するビームシフタ10と、短パルスレーザ光Lの光軸の位置ズレおよび傾きを検出する位置ズレ検出器11と、光源ユニット2からの短パルスレーザ光Lの出射をオンオフするシャッタ12とを備えている。   The light source unit 2 includes a laser light source 7 that emits a short pulse laser beam L, an acoustooptic element (intensity modulator) 8 such as an AOTF that modulates the intensity of the short pulse laser beam L emitted from the light source, and A dispersion compensator 9 for imparting a negative chirp that preferentially transmits a short wavelength light component, a beam shifter 10 for adjusting the positional deviation and inclination of the optical axis of the short pulse laser light L, and the optical axis of the short pulse laser light L. A position shift detector 11 that detects position shift and inclination, and a shutter 12 that turns on and off the emission of the short pulse laser beam L from the light source unit 2 are provided.

ビームシフタ10は、図2に示されるように、2枚の平面ミラー10a,10bとこれらを駆動するモータ(図示略)とを備え、ミラー10a,10bをX,Y軸に沿って同時に駆動させることにより、短パルスレーザ光Lの光軸を平行移動させることができ、ミラー10a,10bを軸θx,θy回りに揺動させることにより、短パルスレーザ光Lの光軸の傾きを調節することができるようになっている。   As shown in FIG. 2, the beam shifter 10 includes two plane mirrors 10a and 10b and a motor (not shown) for driving them, and simultaneously drives the mirrors 10a and 10b along the X and Y axes. Thus, the optical axis of the short pulse laser beam L can be translated, and the tilt of the optical axis of the short pulse laser beam L can be adjusted by swinging the mirrors 10a and 10b about the axes θx and θy. It can be done.

位置ズレ検出器11は、例えば、ビームシフタ10の後段の光路から短パルスレーザ光Lの一部を分岐するビームスプリッタ11aと、該ビームスプリッタ11aにより光路から分岐された短パルスレーザ光Lを異なる光路長を介して検出する2つのセンサ11b,11cとを備えている。符号11dはビームスプリッタ、符号11eはミラーである。   The position shift detector 11 includes, for example, a beam splitter 11a that branches a part of the short pulse laser light L from the optical path downstream of the beam shifter 10, and a different optical path for the short pulse laser light L branched from the optical path by the beam splitter 11a. Two sensors 11b and 11c that detect the length are provided. Reference numeral 11d is a beam splitter, and reference numeral 11e is a mirror.

各センサ11b,11cは、例えば、4分割フォトダイオードであり、受光する短パルスレーザ光Lのスポット位置に応じた4つのセンサ部分(図示略)の出力バランスにより、短パルスレーザ光Lの本来の光軸に対する該光軸に直交する方向に沿うオフセット量を検出することができるようになっている。また、異なる光路長を介した2つのセンサ11b,11cにおけるオフセット量の差に応じて、短パルスレーザ光Lの本来の光軸に対する傾き量を検出することができるようになっている。   Each of the sensors 11b and 11c is, for example, a four-divided photodiode, and the original balance of the short pulse laser light L is determined by the output balance of four sensor portions (not shown) corresponding to the spot position of the received short pulse laser light L. The offset amount along the direction perpendicular to the optical axis with respect to the optical axis can be detected. In addition, the amount of inclination of the short pulse laser beam L with respect to the original optical axis can be detected according to the difference in offset amount between the two sensors 11b and 11c via different optical path lengths.

顕微鏡本体3は、標本Aを搭載するステージ13と、光源ユニット2から出力された短パルスレーザ光Lを2次元的に走査するスキャナ14と、該スキャナ14により走査された短パルスレーザ光Lを集光して標本Aに照射する一方、標本Aにおいて発生する蛍光を集光する対物レンズ15と、該対物レンズ15により集光された蛍光を短パルスレーザ光Lの光路から分岐するダイクロイックミラー16と、該ダイクロイックミラー16により分岐された蛍光を検出する光検出器17とを備えている。符号18は集光レンズである。   The microscope main body 3 includes a stage 13 on which the specimen A is mounted, a scanner 14 that two-dimensionally scans the short pulse laser light L output from the light source unit 2, and the short pulse laser light L scanned by the scanner 14. An objective lens 15 that condenses and irradiates the specimen A while condensing the fluorescent light generated in the specimen A, and a dichroic mirror 16 that branches the fluorescent light collected by the objective lens 15 from the optical path of the short pulse laser beam L. And a photodetector 17 for detecting the fluorescence branched by the dichroic mirror 16. Reference numeral 18 denotes a condenser lens.

前記スキャナ14は、例えば、相互に直交する軸線回りに揺動可能に支持された2枚のガルバノミラー14a,14bを対向配置させたものである。このスキャナ14によれば、2つのガルバノミラー14a,14bを同期させて揺動させることにより、短パルスレーザ光Lを、例えば、ラスタスキャン方式に2次元的に走査させることができるようになっている。
前記光検出器17は、例えば、光電子増倍管である。
The scanner 14 includes, for example, two galvanometer mirrors 14a and 14b that are supported so as to be swingable about mutually perpendicular axes. According to the scanner 14, the two pulsed galvanometer mirrors 14a and 14b are swung in synchronization, whereby the short pulse laser light L can be scanned two-dimensionally, for example, in a raster scan method. Yes.
The photodetector 17 is, for example, a photomultiplier tube.

前記制御部4は、短パルスレーザ光Lの光軸の位置ズレの補正に必要な最大補正処理時間Tmaxを記憶する記憶部19を備えている。また、記憶部19には、他の一時的なデータ等を記憶するようになっている。   The control unit 4 includes a storage unit 19 that stores the maximum correction processing time Tmax necessary for correcting the positional deviation of the optical axis of the short pulse laser beam L. The storage unit 19 stores other temporary data.

最大補正処理時間Tmaxは、位置ズレ検出に要する時間および位置ズレ補正に要する時間の合計時間Taliと、音響光学素子8を安定させるために要する時間Taoとの和で表される。
制御部4は、入力部6から入力される観察条件に従って、以下の処理を行うようになっている。
The maximum correction processing time Tmax is expressed by the sum of the time required for position shift detection and the total time Ta i required for position shift correction and the time Tao required for stabilizing the acoustooptic device 8.
The control unit 4 performs the following processing according to the observation conditions input from the input unit 6.

観察条件としては、例えば、画像取得回数、画像取得開始時間、フレーム間インターバル、スキャン速度、および画像サイズが入力される。制御部4は、入力された観察条件に基づいて、時間間隔をあけた複数の観察動作間における待機時間Trestと、各観察動作においてスキャナ14および光検出器17を作動させるスキャン開始時刻Tnextとを算出し、各観察動作における補正処理開始時刻Tstartを以下の式により算出するようになっている。
Tstart=Tnext−Tmax
As the observation conditions, for example, the number of image acquisitions, the image acquisition start time, the interframe interval, the scan speed, and the image size are input. Based on the input observation conditions, the control unit 4 determines a waiting time Trest between a plurality of observation operations with a time interval and a scan start time Tnext for operating the scanner 14 and the photodetector 17 in each observation operation. The correction processing start time Tstart in each observation operation is calculated by the following formula.
Tstart = Tnext-Tmax

次いで、制御部4は、補正処理開始時刻Tstartまで待機した後に、シャッタ12により光路を遮断する一方、シャッタ12により光路が遮断された状態で音響光学素子8を作動させてレーザ光源7からの短パルスレーザ光Lを射出するように内部のシャッタ(図示略)をあけるようになっている。この際における音響光学素子8の調光値は蛍光検出時と等しい値でよい。   Next, the control unit 4 waits until the correction processing start time Tstart, and then shuts off the optical path by the shutter 12, while operating the acoustooptic device 8 in a state where the optical path is blocked by the shutter 12, An internal shutter (not shown) is opened so that the pulse laser beam L is emitted. At this time, the dimming value of the acoustooptic device 8 may be equal to that at the time of fluorescence detection.

また、この時点においては、音響光学素子8によるブランキング動作、すなわち、標本Aに照射する短パルスレーザ光Lの照射範囲を制限するために短パルスレーザ光Lをオンオフする処理は停止しておくようになっている。
また、制御部4は、音響光学素子8の作動開始から音響光学素子8を安定させるために要する時間Taoが経過した時点で、位置ズレ検出器11を作動させて短パルスレーザ光Lの光軸の位置ズレを検出し、ビームシフタ10を作動させて光軸の位置ズレを補正するようになっている。
At this time, the blanking operation by the acoustooptic device 8, that is, the process for turning on and off the short pulse laser light L to limit the irradiation range of the short pulse laser light L irradiated to the specimen A is stopped. It is like that.
Further, the control unit 4 activates the position shift detector 11 when the time Tao required to stabilize the acoustooptic element 8 from the start of the operation of the acoustooptic element 8 to activate the optical axis of the short pulse laser beam L. The position shift of the optical axis is detected and the beam shifter 10 is operated to correct the position shift of the optical axis.

そして、制御部4は、ビームシフタ10による光軸の位置ズレ補正が終了した段階で、シャッタ12を開放させるようになっている。
その後、音響光学素子8によるブランキング動作を開始させ、スキャナ14および光検出器17を作動させて、標本Aの所定範囲の2次元的な蛍光の輝度情報を取得するようになっている。これにより1回の観察動作が終了するので、観察条件において入力された画像取得回数だけ、上記ステップを繰り返すようになっている。
光検出器17により検出された標本Aの輝度情報は、スキャナ14の走査位置情報に対応づけて記憶部19に記憶され、制御部4により蛍光画像が作成されて表示部5により表示されるようになっている。
Then, the control unit 4 opens the shutter 12 at the stage where the optical axis positional deviation correction by the beam shifter 10 is completed.
Thereafter, a blanking operation by the acousto-optic element 8 is started, and the scanner 14 and the photodetector 17 are operated to acquire two-dimensional fluorescence luminance information in a predetermined range of the specimen A. This completes one observation operation, so that the above steps are repeated as many times as the number of image acquisitions input under the observation conditions.
The luminance information of the specimen A detected by the photodetector 17 is stored in the storage unit 19 in association with the scanning position information of the scanner 14, and a fluorescent image is created by the control unit 4 and displayed on the display unit 5. It has become.

このように構成された本実施形態に係る顕微鏡装置1の制御方法について、図3および図4を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡装置1を用いて、標本Aの長時間観察(長時間タイムラプス観察)を行うには、まず、入力部6から撮像条件を入力する(ステップS1)。
A control method of the microscope apparatus 1 according to the present embodiment configured as described above will be described below with reference to FIGS. 3 and 4.
In order to perform long-time observation (long-time time-lapse observation) of the specimen A using the microscope apparatus 1 according to the present embodiment, first, imaging conditions are input from the input unit 6 (step S1).

制御部4は、入力された撮影条件に基づいて、待機時間Trest、スキャン開始時刻Tnextおよび補正処理開始時刻Tstartを算出する(ステップS2)。
そして、時刻Tが補正処理開始時刻Tstartに達したか否かが判断され(ステップS3)、達した場合には、シャッタ12が作動されて顕微鏡本体3への光路が遮断される(ステップS4)。
The control unit 4 calculates the standby time Trest, the scan start time Tnext, and the correction process start time Tstart based on the input imaging conditions (step S2).
Then, it is determined whether or not the time T has reached the correction processing start time Tstart (step S3). If the time T has been reached, the shutter 12 is actuated to block the optical path to the microscope body 3 (step S4). .

この状態で音響光学素子8が作動させられて(ステップS5)、短パルスレーザ光Lの分散補償器9への入射が開始される。この時点で、音響光学素子8が安定するのに要する時間Taoが経過したか否かが判定され(ステップS6)、時間Taoの経過を待って、位置ズレ検出器11による光軸の位置ズレが検出され(ステップS7)、ビームシフタ10による位置ズレの補正が行われる(ステップS8)。   In this state, the acoustooptic device 8 is operated (step S5), and the incidence of the short pulse laser beam L on the dispersion compensator 9 is started. At this time, it is determined whether or not the time Tao required for the acoustooptic device 8 to stabilize has elapsed (step S6). After the time Tao has elapsed, the positional deviation of the optical axis by the positional deviation detector 11 is detected. Detection is performed (step S7), and the positional shift is corrected by the beam shifter 10 (step S8).

これにより、短パルスレーザ光Lの光軸の位置ズレが補正されるので、シャッタ12を開くことにより短パルスレーザ光Lが顕微鏡本体3に精度よく入射される(ステップS9)。
顕微鏡本体3に入射された短パルスレーザ光Lはスキャナ14によって2次元的に走査され、対物レンズ15によって標本Aに集光され、集光位置において多光子励起効果により蛍光を発生させる。発生した蛍光は、対物レンズ15により集光された後、ダイクロイックミラー16によって短パルスレーザ光Lの光路から分岐されて光検出器17により検出される(ステップS11)。
As a result, the positional deviation of the optical axis of the short pulse laser beam L is corrected, so that the short pulse laser beam L is accurately incident on the microscope body 3 by opening the shutter 12 (step S9).
The short pulse laser beam L incident on the microscope main body 3 is two-dimensionally scanned by the scanner 14, condensed on the specimen A by the objective lens 15, and generates fluorescence by the multiphoton excitation effect at the collection position. The generated fluorescence is condensed by the objective lens 15 and then branched from the optical path of the short pulse laser beam L by the dichroic mirror 16 and detected by the photodetector 17 (step S11).

このとき、音響光学素子8の作動によりブランキング動作が行われ、標本Aへの短パルスレーザ光Lの照射範囲が制限される(ステップS10)。したがって、帰線期間における標本Aへの短パルスレーザ光Lの照射が停止され、所定範囲内に均一な光子密度の短パルスレーザ光Lが照射される。これにより、1枚分の蛍光画像情報が取得され、1回の観察動作が終了する。この時点で観察条件として設定された画像取得回数に達したか否かが判断され、達していない場合には、ステップS2からのステップが繰り返される(ステップS12)。   At this time, the blanking operation is performed by the operation of the acoustooptic device 8, and the irradiation range of the short pulse laser light L to the specimen A is limited (step S10). Therefore, irradiation of the short pulse laser beam L to the specimen A during the blanking period is stopped, and the short pulse laser beam L having a uniform photon density is irradiated within a predetermined range. Thereby, the fluorescence image information for one sheet is acquired, and one observation operation is completed. At this time, it is determined whether or not the number of times of image acquisition set as the observation condition has been reached. If not, the steps from Step S2 are repeated (Step S12).

そして、設定された枚数の蛍光画像情報が取得された後には、光検出器からの蛍光画像情報とスキャナ14の走査位置情報とに基づいて、蛍光画像が生成され(ステップS13)、表示部に表示される(ステップS14)。   After the set number of pieces of fluorescent image information are acquired, a fluorescent image is generated based on the fluorescent image information from the photodetector and the scanning position information of the scanner 14 (step S13), and is displayed on the display unit. It is displayed (step S14).

このように、本実施形態に係る顕微鏡装置1とその制御方法によれば、音響光学素子8の安定を待って、短パルスレーザ光Lの光軸の位置ズレ検出および位置ズレ補正を行うので、短パルスレーザ光Lの光軸を精度よく補正することができる。そして、このように精度よく光軸を補正された短パルスレーザ光Lを標本Aに照射するので、光学部品によるけられやパワーロスを抑制し、安定した均一な短パルスレーザ光Lを標本Aに照射して、標本Aの観察を精度よく行うことができる。   As described above, according to the microscope apparatus 1 and the control method thereof according to the present embodiment, since the acoustooptic element 8 waits for stability, the optical axis position deviation detection and the position deviation correction of the short pulse laser beam L are performed. The optical axis of the short pulse laser beam L can be accurately corrected. Since the sample A is irradiated with the short pulse laser light L with the optical axis corrected with accuracy as described above, the sample A can be prevented from being damaged by the optical components and power loss, and the stable uniform short pulse laser light L can be applied to the sample A. The specimen A can be accurately observed by irradiation.

また、蛍光画像の取得が行われる都度に光軸の補正が行われるので、長時間にわたるタイムラプス観察においてレーザ光源7や他の光学部品の温度上昇による経時的な光軸の位置ズレが発生しても、これを精度よく補正して、安定した観察を行うことができるという利点がある。   In addition, since the optical axis is corrected every time a fluorescent image is acquired, the optical axis position shifts over time due to the temperature rise of the laser light source 7 and other optical components in time-lapse observation over a long period of time. However, there is an advantage that this can be corrected accurately and stable observation can be performed.

なお、本実施形態においては、間隔をあけて行われる複数回の観察動作毎に、補正処理開始時刻Tstartを算出して、音響光学素子8の作動を開始することとしたが、観察動作毎の間隔が短く、補正処理開始時刻Tstartが算出できない場合には、図5に示されるように、観察動作どうしの間における音響光学素子8のオンオフをなくし、音響光学素子8を常に作動状態として、位置ズレ検出および位置ズレ補正を行うこととしてもよい。この場合、スキャナ14および光検出器17を作動させて蛍光画像を取得する時間のみにおいて、音響光学素子8にブランキング動作を行わせるとともに、シャッタ12を開放することとすればよい。   In the present embodiment, the correction processing start time Tstart is calculated and the operation of the acoustooptic device 8 is started for each of a plurality of observation operations performed at intervals. When the interval is short and the correction processing start time Tstart cannot be calculated, as shown in FIG. 5, the acoustooptic element 8 is not turned on and off between observation operations, and the acoustooptic element 8 is always in an operating state. Deviation detection and position deviation correction may be performed. In this case, it is only necessary to cause the acoustooptic device 8 to perform a blanking operation and to open the shutter 12 only during the time when the scanner 14 and the photodetector 17 are operated to acquire a fluorescent image.

次に、本発明の第2の実施形態に係る顕微鏡装置1とその制御方法について、図6〜図10を参照して説明する。
本実施形態の説明において上述した第1の実施形態に係る顕微鏡装置1と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
Next, a microscope apparatus 1 and a control method thereof according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the description of the present embodiment, portions having the same configuration as those of the microscope apparatus 1 according to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

本実施形態に係る顕微鏡装置1は、レーザ光源7として、複数波長、例えば、700nm〜1000nmの波長範囲において任意の波長を選択的に出射可能な可変レーザ光源を備えている。
また、記憶部19には、位置ズレ補正に要する時間Tali、位置ズレ検出に要する時間Texm、音響光学素子8が安定するのに要する時間Tao、レーザ光源7が波長切り替え後に安定するまでに要する時間Tlaserが記憶されている。ここで、波長変化の幅Δλが増大すると、波長切り替え時の待機時間Tlaserが増大することが知られている。例えば、ΔλとTlaserとの関係は、例えば、図8のような分布を示す。したがってシステム固有の分布を予め記憶部19に記憶しておくことが好ましい。
The microscope apparatus 1 according to the present embodiment includes a variable laser light source that can selectively emit an arbitrary wavelength in a plurality of wavelengths, for example, a wavelength range of 700 nm to 1000 nm, as the laser light source 7.
Further, the storage unit 19 includes a time Tali required for position shift correction, a time Texm required for position shift detection, a time Tao required for the acoustooptic device 8 to be stabilized, and a time required for the laser light source 7 to be stabilized after wavelength switching. Tlaser is stored. Here, it is known that the standby time Tlaser at the time of wavelength switching increases as the wavelength change width Δλ increases. For example, the relationship between Δλ and Tlaser shows a distribution as shown in FIG. Therefore, it is preferable to store the system-specific distribution in the storage unit 19 in advance.

制御部4は、まず、標本Aに対して短パルスレーザ光Lを照射しないプレスキャンを行うことにより、波長毎の位置ズレ補正値を求め記憶部19に記憶しておく。具体的には、図6に示されるように、レーザ光源7の射出波長を第1の波長λAに合わせ、同時に音響光学素子8を作動させ、シャッタ12を閉鎖する。   First, the control unit 4 performs a pre-scan without irradiating the sample A with the short pulse laser beam L, thereby obtaining a positional deviation correction value for each wavelength and storing it in the storage unit 19. Specifically, as shown in FIG. 6, the emission wavelength of the laser light source 7 is adjusted to the first wavelength λA, the acoustooptic device 8 is simultaneously operated, and the shutter 12 is closed.

図6の場合には、レーザ光源7が安定するまでに要する時間Tlaserの方が音響光学素子8が安定するまでに要する時間Taoより長いので、レーザ光源7が安定するのに要する時間Tlaserを待って、位置ズレ検出および位置ズレ補正を行い、位置ズレ補正値を記憶部19に記憶する。その後、第2の波長λBについても同様にして位置ズレ補正値を求め記憶部19に記憶する。それ以外の波長についても観察を行う場合には同様にして位置ズレ補正値を求め記憶部19に記憶する。   In the case of FIG. 6, the time Tlaser required for the laser light source 7 to stabilize is longer than the time Tao required for the acoustooptic device 8 to stabilize, so the time Tlaser required for the laser light source 7 to stabilize is awaited. Then, position deviation detection and position deviation correction are performed, and the position deviation correction value is stored in the storage unit 19. Thereafter, the positional deviation correction value is similarly obtained for the second wavelength λB and stored in the storage unit 19. When observing other wavelengths as well, a positional deviation correction value is obtained in the same manner and stored in the storage unit 19.

次いで、長時間タイムラプス観察を行う。
この実施形態において、長時間タイムラプス観察は、ほぼ同時期に、短パルスレーザ光Lの波長を切り替えながら、標本Aからの蛍光を検出する一群の観察動作(図7では、第1の波長λAによる観察動作と、第2の波長λBによる観察動作)を、時間間隔をあけて長時間にわたって複数回行い、標本Aの経時的な変化を観察する観察方法である。
Next, long time lapse observation is performed.
In this embodiment, the long time lapse observation is a group of observation operations for detecting fluorescence from the specimen A while switching the wavelength of the short pulse laser light L at substantially the same time (in FIG. 7, according to the first wavelength λA). This is an observation method in which the observation operation and the observation operation using the second wavelength λB) are performed a plurality of times over a long period of time with a time interval, and the change over time of the specimen A is observed.

具体的には、図9に示されるように、まず、入力部6から観察条件が入力される(ステップS21)。そして、レーザ光源7から出射される短パルスレーザ光Lの波長λAが選択され(ステップS22)、これに基づく観察動作が行われる(ステップS23)。次いで、波長λBが選択され(ステップS24)、これに基づく観察動作が行われる(ステップS25)。   Specifically, as shown in FIG. 9, first, an observation condition is input from the input unit 6 (step S21). Then, the wavelength λA of the short pulse laser beam L emitted from the laser light source 7 is selected (step S22), and an observation operation based on this is performed (step S23). Next, the wavelength λB is selected (step S24), and an observation operation based on this is performed (step S25).

そして、これら一群の観察動作が、入力された観察条件に従って、時間間隔をあけて、所定の観察回数だけ行われたか否かが判断され(ステップS26)、設定された観察回数だけ行われた後に、光検出器からの蛍光画像情報とスキャナ14の走査位置情報とに基づいて、蛍光画像が生成され(ステップS27)、表示部に表示される(ステップS28)。   Then, it is determined whether or not the group of observation operations has been performed a predetermined number of times with a time interval in accordance with the input observation conditions (step S26), and after the set number of observations has been performed. Based on the fluorescence image information from the photodetector and the scanning position information of the scanner 14, a fluorescence image is generated (step S27) and displayed on the display unit (step S28).

ここで、各観察動作(ステップS23,S25)について、図10および図11を参照して説明する。
まず、選択された短パルスレーザ光Lの波長λに基づいて、記憶部19から位置ズレ補正値が読み出される(ステップS31)。その後、ビームシフタ10の作動により、プレスキャンにおいて求められた位置ズレ補正値に基づいて短パルスレーザ光Lの波長に依存する位置ズレ補正が行われる(ステップS32)。
Here, each observation operation (steps S23 and S25) will be described with reference to FIG. 10 and FIG.
First, based on the wavelength λ of the selected short pulse laser beam L, a positional deviation correction value is read from the storage unit 19 (step S31). Thereafter, the position shift correction depending on the wavelength of the short pulse laser beam L is performed by the operation of the beam shifter 10 based on the position shift correction value obtained in the pre-scan (step S32).

また、制御部4は入力された観察条件に基づいて、時間間隔をあけた複数の観察動作間における待機時間Trestと、各観察動作においてスキャナ14および光検出器17を作動させるスキャン開始時刻Tnextとを算出し、補正処理に必要な時間Tali+Texm+Tlaserが読み出され、補正処理開始時刻Tstartが次式により算出される(ステップS33)。
Tstart=Tnext−(Tali+Texm+Tlaser)
In addition, the control unit 4 determines the standby time Trest between a plurality of observation operations with a time interval based on the input observation conditions, and the scan start time Tnext for operating the scanner 14 and the photodetector 17 in each observation operation. Is calculated, the time Tali + Texm + Tlaser required for the correction process is read, and the correction process start time Tstart is calculated by the following equation (step S33).
Tstart = Tnext- (Tali + Texm + Tlaser)

補正処理開始時刻Tstartに達すると(ステップS34)、シャッタ12が閉鎖され(ステップS35)、レーザ光源7の波長が第1の波長λAに切り替えられ(ステップS36)、音響光学素子8が作動させられる(ステップS37)。時間Tlaserの経過を待つことにより(ステップS38)、レーザ光源7が安定し、音響光学素子8も安定するので、位置ズレ検出が行われ(ステップS39)、プレスキャンにおいて求められた位置ズレ補正値に対してさらなる位置ズレが生じているか否かが判定される(ステップS40)。   When the correction processing start time Tstart is reached (step S34), the shutter 12 is closed (step S35), the wavelength of the laser light source 7 is switched to the first wavelength λA (step S36), and the acoustooptic device 8 is activated. (Step S37). By waiting for the elapse of time Tlaser (step S38), the laser light source 7 is stabilized and the acoustooptic device 8 is also stabilized, so that the position deviation is detected (step S39), and the position deviation correction value obtained in the pre-scan. It is determined whether or not a further positional deviation has occurred (step S40).

そして、位置ズレが発生している場合には、ビームシフタ10による位置ズレ補正が行われ(ステップS41)、新たな位置ズレ補正値が短パルスレーザ光の波長と対応づけて記憶部に記憶される(ステップS42)。一方、位置ズレが発生していない場合には、位置ズレ補正は行わない。   If a positional shift has occurred, the positional shift correction by the beam shifter 10 is performed (step S41), and a new positional shift correction value is stored in the storage unit in association with the wavelength of the short pulse laser beam. (Step S42). On the other hand, when there is no positional deviation, no positional deviation correction is performed.

その後、スキャン開始時刻Tnextを待って(ステップS43)、シャッタ12が開かれ(ステップS44)、音響光学素子8がブランキング動作させられ(ステップS45)、スキャナ14および光検出器17が作動させられる(ステップS46)。
これにより、観察動作が終了する。
Thereafter, waiting for the scan start time Tnext (step S43), the shutter 12 is opened (step S44), the acoustooptic device 8 is blanked (step S45), and the scanner 14 and the photodetector 17 are activated. (Step S46).
Thereby, the observation operation ends.

本実施形態に係る顕微鏡装置1とその制御方法によれば、レーザ光源7から出射される短パルスレーザ光Lの波長が切り替えられることにより、音響光学素子8の設定、分散補償器9の設定等が切り替えられて光軸が変動するが、レーザ光源7が安定するまでに要する時間を待って位置ズレ検出および位置ズレ補正が行われるので、常に光軸の位置ズレを精度よく補正して顕微鏡本体3に入射させることができる。   According to the microscope apparatus 1 and the control method thereof according to the present embodiment, the setting of the acousto-optic element 8 and the setting of the dispersion compensator 9 are performed by switching the wavelength of the short pulse laser light L emitted from the laser light source 7. Although the optical axis fluctuates due to switching, the positional deviation detection and the positional deviation correction are performed after waiting for the time required for the laser light source 7 to stabilize, so the optical axis positional deviation is always accurately corrected and the microscope main body is corrected. 3 can be made incident.

また、予めプレスキャンを行って波長毎の位置ズレ補正値を記憶しておき、波長が切り替えられる都度に、記憶されていた位置ズレ補正値を読み出して位置ズレ補正を行うので、光軸の位置ズレを迅速に補正することができる。また、スキャナ14および光検出器17を作動させた蛍光検出動作毎に、位置ズレの検出を行うので、長時間タイムラプス観察のように、経時的に光軸の位置ズレが発生しやすい観察形態においても、光軸ズレを精度よく補正することができる。   In addition, pre-scanning is performed in advance to store a positional deviation correction value for each wavelength, and whenever the wavelength is switched, the stored positional deviation correction value is read and positional deviation correction is performed. The deviation can be corrected quickly. In addition, since the position shift is detected every time the fluorescence detection operation is performed by operating the scanner 14 and the light detector 17, in an observation mode in which the position shift of the optical axis is likely to occur with time like the long time-lapse observation. In addition, the optical axis deviation can be corrected with high accuracy.

なお、本実施形態においては、レーザ光源7から出射される短パルスレーザ光Lの波長切り替え開始と同時に音響光学素子8を作動させることとしたが、これに代えて、図11に示されるように、音響光学素子8は、スキャン開始時刻Tnextから位置ズレ検出および位置ズレ補正に必要な時間Texm+Taliおよび該音響光学素子8が安定するのに必要な時間Taoだけ遡った時刻において作動開始させることにしてもよい。   In the present embodiment, the acoustooptic device 8 is operated simultaneously with the start of wavelength switching of the short pulse laser light L emitted from the laser light source 7, but instead, as shown in FIG. The acousto-optic element 8 starts to operate at a time Texm + Tali required for position deviation detection and position deviation correction from the scan start time Tnext and at a time that goes back by the time Tao necessary for the acousto-optic element 8 to be stabilized. Also good.

また、観察条件によっては、1群の観察動作にかけることができる時間を十分に確保できる場合には、図12に示されるように、短パルスレーザ光lの波長切り替えに伴いレーザ光源7が安定するのに要する時間の経過後、すなわち、レーザ光源7が安定してから音響光学素子8を作動させることにしてもよい。   In addition, depending on the observation conditions, when a sufficient time can be secured for a group of observation operations, the laser light source 7 is stabilized as the wavelength of the short pulse laser beam l is switched as shown in FIG. The acoustooptic device 8 may be operated after the time required for the operation has elapsed, that is, after the laser light source 7 is stabilized.

また、本実施形態においては、短パルスレーザ光Lの波長を700nm〜1000nmの範囲で任意に変更可能な可変レーザ光源7を採用したが、これに代えて、単一波長レーザ光を出射可能な複数のレーザ光源を組み合わせたレーザ光源ユニットを採用してもよい。この場合には、可変レーザ光源と比較して、レーザ光源が安定するまでに要する時間をほとんど無視し得る程低減することができる。したがって、短パルスレーザ光Lの波長切り替え時の待機時間が大幅に短縮され、音響光学素子8が安定するまでに要する時間に応じて、補正処理開始時刻Tstartを設定することにすればよい。   Further, in the present embodiment, the variable laser light source 7 that can arbitrarily change the wavelength of the short pulse laser light L in the range of 700 nm to 1000 nm is employed, but instead, a single wavelength laser light can be emitted. You may employ | adopt the laser light source unit which combined the some laser light source. In this case, as compared with the variable laser light source, the time required for the laser light source to become stable can be reduced to a negligible level. Therefore, it is only necessary to set the correction processing start time Tstart according to the time required for the waiting time when switching the wavelength of the short pulse laser light L to be greatly reduced and the acoustooptic device 8 to be stabilized.

また、本実施形態においては、ほぼ同時期に行われる各一群の観察動作において、短パルスレーザ光Lの波長が切り替えられる毎に光軸の位置ズレ検出を行うこととした。これに代えて、プレスキャンにおいて、各一群の観察動作における最初の波長(先頭波長)と他の波長との間での光軸の位置ズレの差分値を検出して記憶しておき、図13に示されるように、各一群の観察動作における先頭波長に設定されたときにのみ位置ズレ検出を行い、他の波長においては記憶しておいた位置ズレの差分値に基づく位置ズレ補正のみを行うことにしてもよい。   Further, in the present embodiment, in each group of observation operations performed almost at the same time, the optical axis position deviation is detected every time the wavelength of the short pulse laser beam L is switched. Instead, in the prescan, the difference value of the positional deviation of the optical axis between the first wavelength (leading wavelength) and the other wavelengths in each group of observation operations is detected and stored, and FIG. As shown in FIG. 4, position shift detection is performed only when the first wavelength is set in each group of observation operations, and only position shift correction based on the stored position shift difference value is performed at other wavelengths. You may decide.

波長を切り替えることにより発生する光軸の位置ズレの差分値は、光学部品の温度が上昇しても変化しないので、これを記憶しておき、光学部品の温度上昇による光軸の位置ズレについては、一群の観察動作の先頭波長において検出し補正することで、他の波長については差分値に基づく位置ズレ補正のみで、各波長毎に温度上昇に伴う位置ズレ補正も行うことができる。
このようにすることで、波長を切り替えることに光軸の位置ズレ検出を行う必要がないので、波長切り替えに伴う待機時間を短縮することができる。
The difference value of the positional deviation of the optical axis generated by switching the wavelength does not change even when the temperature of the optical component rises, so this is memorized, and the positional deviation of the optical axis due to the temperature rise of the optical component By detecting and correcting at the first wavelength of a group of observation operations, it is possible to perform position shift correction accompanying temperature rise for each wavelength only by correcting position shift for the other wavelengths based on the difference value.
By doing in this way, it is not necessary to detect the positional deviation of the optical axis for switching the wavelength, and therefore it is possible to shorten the standby time associated with the wavelength switching.

すなわち、記憶されている差分値に基づく光軸の位置ズレ補正のみであれば、オープンループで行うことができ、レーザ光源7および音響光学素子8の安定を待つ必要がない。したがって、シャッタ12を閉じて開始される補正処理開始と同時に、位置ズレ補正を行うことができ、スキャナ14および光検出器17を作動させて行う蛍光検出動作の間隔を、レーザ光源7の安定に要する時間または音響光学素子8の安定に要する時間のいずれか長い方のみに短縮することができる。
これにより、複数の波長を切り替えて行う複数回の観察動作を互いに極力近接させて行うことができ、一群の観察動作における同時性を高めることができる。
That is, if only the optical axis positional deviation correction based on the stored difference value is performed, it can be performed in an open loop, and there is no need to wait for the stability of the laser light source 7 and the acousto-optic element 8. Therefore, the positional deviation correction can be performed simultaneously with the start of the correction process started by closing the shutter 12, and the interval of the fluorescence detection operation performed by operating the scanner 14 and the photodetector 17 can be made stable for the laser light source 7. It can be shortened only to the longer one of the time required or the time required for stabilization of the acoustooptic device 8.
Thereby, a plurality of observation operations performed by switching a plurality of wavelengths can be performed as close as possible to each other, and the simultaneity in a group of observation operations can be enhanced.

本発明の第1の実施形態に係る顕微鏡装置を模式的に示す全体構成図である。1 is an overall configuration diagram schematically showing a microscope apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図1の顕微鏡装置に備えられる位置ズレ補正機構の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the position shift correction mechanism with which the microscope apparatus of FIG. 1 is equipped. 図1の顕微鏡装置の制御方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control method of the microscope apparatus of FIG. 図1の制御方法を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the control method of FIG. 図4の制御方法の変形例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the modification of the control method of FIG. 本発明の第2の実施形態に係る顕微鏡装置の制御方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control method of the microscope apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図6の制御方法を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the control method of FIG. 図6の顕微鏡装置におけるレーザ光源の波長間隔と待機時間との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the wavelength interval of the laser light source in the microscope apparatus of FIG. 6, and waiting time. 図6の顕微鏡の制御方法を主な流れを示すフローチャートである。7 is a flowchart showing a main flow of a control method of the microscope of FIG. 6. 図9のフローチャートにおける観察動作ルーチンを説明するフローチャートである。10 is a flowchart for explaining an observation operation routine in the flowchart of FIG. 9. 図6の制御方法の第1の変形例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the 1st modification of the control method of FIG. 図6の制御方法の第2の変形例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the 2nd modification of the control method of FIG. 図6の制御方法の第3の変形例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the 3rd modification of the control method of FIG. 図6の制御方法の第4の変形例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the 4th modification of the control method of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

A 標本
L 短パルスレーザ光(レーザ光)
Tao 強度変調器を安定させるのに要する時間
Tali、Tali+Texm レーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正に要する時間
Tnext 蛍光検出開始時刻
1 顕微鏡装置
4 制御部
7 レーザ光源(光源)
8 音響光学素子(強度変調器)
10 ビームシフタ(レーザ位置補正部)
11 レーザ位置検出部
12 シャッタ
14 スキャナ
15 対物レンズ
17 光検出器
A Specimen L Short pulse laser beam (Laser beam)
Tao Time required to stabilize the intensity modulator Tali, Tali + Texm Time required to detect and correct laser misalignment Tnext Fluorescence detection start time 1 Microscope device 4 Control unit 7 Laser light source (light source)
8 Acousto-optic elements (intensity modulator)
10 Beam shifter (laser position correction unit)
11 Laser Position Detection Unit 12 Shutter 14 Scanner 15 Objective Lens 17 Photodetector

Claims (10)

レーザ光を射出する光源と、
該光源からのレーザ光の強度変調を行う強度変調器と、
該強度変調器により強度変調されたレーザ光を走査するスキャナと、
該スキャナにより走査されたレーザ光を標本に集光する一方、標本において発生した蛍光を集光する対物レンズと、
該対物レンズにより集光された蛍光を検出する光検出器と、
前記強度変調器と前記対物レンズとの間に配置され、前記光源からのレーザ光の位置ズレを検出するレーザ位置検出部と、
該レーザ位置検出機構による検出結果に基づいてレーザ光の位置ズレを補正するレーザ位置補正部と、
これらを制御する制御部とを備え、
該制御部が、前記光検出器およびスキャナを作動させる蛍光検出開始時刻から前記強度変調器を安定させるのに要する時間と、レーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正に要する時間との和だけ遡った時刻より前に強度変調器を作動させるよう制御する顕微鏡装置。
A light source that emits laser light;
An intensity modulator for modulating the intensity of laser light from the light source;
A scanner that scans laser light intensity-modulated by the intensity modulator;
An objective lens for condensing the fluorescence generated in the specimen while condensing the laser beam scanned by the scanner on the specimen;
A photodetector for detecting fluorescence collected by the objective lens;
A laser position detector that is disposed between the intensity modulator and the objective lens and detects a positional deviation of the laser light from the light source;
A laser position correction unit that corrects a positional deviation of the laser beam based on a detection result by the laser position detection mechanism;
A control unit for controlling these,
The control unit goes back by the sum of the time required to stabilize the intensity modulator and the time required to detect and correct the positional deviation of the laser light from the fluorescence detection start time at which the photodetector and the scanner are operated. Microscope device that controls the intensity modulator to operate before the specified time.
前記制御部は、複数設定された蛍光検出開始時刻が、前記強度変調器を安定させるのに要する時間とレーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正に要する時間との和より近接している場合に、これらの蛍光検出開始時刻間において強度変調器を作動停止しないよう制御する請求項1に記載の顕微鏡装置。   When the plurality of set fluorescence detection start times are closer to the sum of the time required for stabilizing the intensity modulator and the time required for laser beam position shift detection and position shift correction, The microscope apparatus according to claim 1, wherein control is performed so that the intensity modulator is not stopped between these fluorescence detection start times. 前記光源が、複数波長のレーザ光を出射可能であり、
前記制御部は、レーザ光の波長が切り替えられる場合に、前記スキャナおよび光検出器を作動させる蛍光検出開始時刻から前記光源を安定させるのに要する時間と、レーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正に要する時間との和だけ遡った時刻より前にレーザ光の波長の切り替えを開始するよう制御する請求項1に記載の顕微鏡装置。
The light source is capable of emitting laser light having a plurality of wavelengths;
When the wavelength of the laser beam is switched, the control unit detects the time required to stabilize the light source from the fluorescence detection start time at which the scanner and the photodetector are operated, and detects and corrects the positional deviation of the laser light. The microscope apparatus according to claim 1, wherein control is performed so as to start switching of the wavelength of the laser light before a time traced back by the sum of the time required for the operation.
前記光源が、複数波長のレーザ光を出射可能であり、
前記制御部は、波長を切り替えて同時期に行う一群の観察前に、先頭波長におけるレーザ光の光軸に対する位置ズレ量を他の波長について波長毎に記憶しておき、
先頭波長による観察時には、前記光検出器および前記スキャナを作動させる蛍光検出開始時刻から前記光源を安定させるのに要する時間と、レーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正に要する時間との和だけ遡った時刻より前にレーザ光の波長の切り替えを開始させ、
残りの波長による観察時には、前記光検出器および前記スキャナを作動させる蛍光検出開始時刻から前記強度変調器を安定させるのに要する時間より前に強度変調器を作動させ、前記光源を安定させるのに要する時間より前にレーザ光の波長の切り替えを開始させ、これらの時間の間に記憶されている位置ズレ量だけ位置ズレ補正を行うよう制御する請求項1に記載の顕微鏡装置。
The light source is capable of emitting laser light having a plurality of wavelengths;
Before the group of observations performed at the same time by switching the wavelength, the control unit stores the positional deviation amount with respect to the optical axis of the laser light at the head wavelength for each wavelength,
At the time of observation by the head wavelength, the time required for stabilizing the light source and the time required for detecting and correcting the positional deviation of the laser light are traced back from the fluorescence detection start time at which the photodetector and the scanner are operated. Start switching the wavelength of the laser light before the time
When observing with the remaining wavelengths, the intensity modulator is operated before the time required to stabilize the intensity modulator from the fluorescence detection start time at which the photodetector and the scanner are operated to stabilize the light source. 2. The microscope apparatus according to claim 1, wherein switching of the wavelength of the laser beam is started before the time required, and control is performed so as to perform positional deviation correction by a positional deviation amount stored during these times.
前記対物レンズの前段において光路を遮断し、前記光検出器による蛍光検出開始時刻から蛍光検出終了時刻までの間で光路を開放するシャッタを備える請求項1から請求項4のいずれかに記載の顕微鏡装置。   The microscope according to any one of claims 1 to 4, further comprising a shutter that blocks an optical path in a front stage of the objective lens and opens the optical path between a fluorescence detection start time and a fluorescence detection end time by the photodetector. apparatus. 光源から射出されるレーザ光の強度を強度変調器により変調し、レーザ光の光軸の位置ズレを検出して補正し、補正されたレーザ光を標本上において走査し、標本において発生した蛍光を検出する顕微鏡装置の制御方法であって、
予め設定された蛍光検出開始時刻から前記強度変調器を安定させるのに要する時間と、レーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正に要する時間との和だけ遡った時刻より前に強度変調器を作動させるよう制御する顕微鏡装置の制御方法。
The intensity of the laser beam emitted from the light source is modulated by the intensity modulator, the positional deviation of the optical axis of the laser beam is detected and corrected, the corrected laser beam is scanned over the sample, and the fluorescence generated in the sample is detected. A control method of a microscope apparatus to detect,
Operates the intensity modulator before the time that is the sum of the time required to stabilize the intensity modulator from the preset fluorescence detection start time and the time required to detect and correct the positional deviation of the laser beam. A control method of a microscope apparatus for controlling to perform.
複数設定された蛍光検出開始時刻が、前記強度変調器を安定させるのに要する時間とレーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正に要する時間との和より近接している場合に、これらの蛍光検出開始時刻間において強度変調器を作動停止しないよう制御する請求項6に記載の顕微鏡装置の制御方法。   When a plurality of set fluorescence detection start times are closer than the sum of the time required to stabilize the intensity modulator and the time required for laser beam position shift detection and position shift correction, these fluorescence detections The method for controlling a microscope apparatus according to claim 6, wherein the intensity modulator is controlled not to be stopped between the start times. 前記光源が、複数波長のレーザ光を出射可能であり、
レーザ光の波長が切り替えられる場合に、前記スキャナおよび光検出器を作動させる蛍光検出開始時刻から前記光源を安定させるのに要する時間と、レーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正に要する時間との和だけ遡った時刻より前にレーザ光の波長の切り替えを開始するよう制御する請求項6に記載の顕微鏡装置の制御方法。
The light source is capable of emitting laser light having a plurality of wavelengths;
When the wavelength of the laser beam is switched, a time required for stabilizing the light source from a fluorescence detection start time for operating the scanner and the photodetector, and a time required for detecting the positional deviation of the laser light and correcting the positional deviation. The method for controlling a microscope apparatus according to claim 6, wherein control is performed so as to start switching of the wavelength of the laser beam before a time that is back by the sum.
前記光源が、複数波長のレーザ光を出射可能であり、
波長を切り替えて同時期に行う一群の観察前に、先頭波長におけるレーザ光の光軸に対する位置ズレ量を他の波長について波長毎に記憶しておき、
先頭波長による観察時には、前記光検出器および前記スキャナを作動させる蛍光検出開始時刻から前記光源を安定させるのに要する時間と、レーザ光の位置ズレ検出および位置ズレ補正に要する時間との和だけ遡った時刻より前にレーザ光の波長の切り替えを開始させ、
残りの波長による観察時には、前記光検出器および前記スキャナを作動させる蛍光検出開始時刻から前記強度変調器を安定させるのに要する時間より前に強度変調器を作動させ、前記光源を安定させるのに要する時間より前にレーザ光の波長の切り替えを開始させ、これらの時間の間に記憶されている位置ズレ量だけ位置ズレ補正を行うよう制御する請求項6に記載の顕微鏡装置の制御方法。
The light source is capable of emitting laser light having a plurality of wavelengths;
Before the group of observations that are performed at the same time by switching the wavelength, the positional deviation amount with respect to the optical axis of the laser beam at the leading wavelength is stored for each wavelength for the other wavelengths,
At the time of observation by the head wavelength, the time required for stabilizing the light source and the time required for detecting and correcting the positional deviation of the laser light are traced back from the fluorescence detection start time at which the photodetector and the scanner are operated. Start switching the wavelength of the laser light before the time
When observing with the remaining wavelengths, the intensity modulator is operated before the time required to stabilize the intensity modulator from the fluorescence detection start time at which the photodetector and the scanner are operated to stabilize the light source. 7. The method of controlling a microscope apparatus according to claim 6, wherein switching of the wavelength of the laser beam is started before the time required, and control is performed so that the positional deviation is corrected by the amount of positional deviation stored during these times.
蛍光検出開始時刻から蛍光検出終了時刻までの間で光路を開放し、それ以外において光路を遮断する請求項6から請求項9のいずれかに記載の顕微鏡装置の制御方法。   The method for controlling a microscope apparatus according to any one of claims 6 to 9, wherein an optical path is opened between a fluorescence detection start time and a fluorescence detection end time, and the optical path is blocked at other times.
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