JP2009186604A - Microscope and optical device used therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、顕微鏡と、これに使用される光学装置に関する。 The present invention relates to a microscope and an optical device used therefor.
従来、顕微鏡が設置されている建造物自体が外部から受ける振動や、顕微鏡近傍における歩行者によるわずかな振動でさえも、顕微鏡の上下動を生じさせ高倍率の観察になるほど大きな焦点ずれを生じ、観察像の鮮明度に影響を与える。そこで重量の大きな定盤や除振台などの上に顕微鏡を設置して上下振動による焦点ずれを防いでいた(例えば、特許文献1参照)。
従来の定盤や除振台を設置する場合、設置スペースを広く設ける必要があるとともに、観察中はこれら防振部材に触れないよう注意する必要があった。 When installing a conventional surface plate or vibration isolation table, it is necessary to provide a large installation space, and it is necessary to be careful not to touch these vibration isolation members during observation.
本発明は、上記課題に鑑みて行われたものであり、顕微鏡が受ける振動による焦点ずれを補正し、焦点ずれのない標本像の観察が可能な顕微鏡と、これに用いられる光学装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a microscope capable of correcting a defocus due to vibrations received by the microscope and observing a specimen image without defocus, and an optical device used therefor. For the purpose.
上記課題を解決するため、本発明は、対物レンズと結像レンズとの間に配置された屈折力可変手段と、顕微鏡に設けられて前記対物レンズの光軸方向の変位を検出する少なくとも1つの位置検出センサーと、像面における焦点ずれを前記位置検出センサーの信号に基づき前記屈折力可変手段を介して補正する制御装置と、を有することを特徴とする顕微鏡を提供する。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a refractive power variable unit disposed between an objective lens and an imaging lens, and at least one for detecting a displacement in the optical axis direction of the objective lens provided in a microscope. There is provided a microscope comprising: a position detection sensor; and a control device that corrects a defocus on an image plane based on a signal from the position detection sensor via the refractive power variable means.
また、本発明は、光学的に透明な媒質を封入した観察試料からの光の光路上にある少なくとも一部の部材が光学的に透明な密閉容器と、前記密閉容器の一部に形成され、前記媒質を加減圧する加減圧手段とを有し、前記密閉容器は、観察試料からの光の光路上にある隔壁の少なくとも一方が変形可能に形成され、前記媒質の加減圧により前記隔壁を変形することで前記観察試料からの光に対する屈折力を可変することを特徴とする光学装置を提供する。 Further, in the present invention, at least a part of a member on an optical path of light from an observation sample enclosing an optically transparent medium is formed in an optically transparent sealed container and a part of the sealed container, A pressure increasing / decreasing unit that pressurizes and depressurizes the medium, wherein the sealed container is formed such that at least one of the partition walls on the optical path of the light from the observation sample is deformable, and the partition wall is deformed by pressurizing and depressurizing the medium Thus, the optical apparatus is characterized in that the refractive power with respect to the light from the observation sample can be varied.
本発明によれば、顕微鏡が受ける振動による焦点ずれを補正し、焦点ずれのない標本像の観察が可能な顕微鏡と、これに用いられる光学装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a microscope capable of correcting a defocus due to vibrations applied to the microscope and observing a specimen image without defocus, and an optical device used therefor.
以下、本発明の一実施の形態にかかる顕微鏡について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, a microscope according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、実施の形態にかかる顕微鏡の側面図を示す。図2は、ステージを対物レンズ側から見た図を示す。なお、以下の実施の形態は、発明の理解の容易化のためのものに過ぎず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において当業者により実施可能な付加・置換等を施すことを排除することは意図していない。この点に関しては補正・訂正後においても同様である。 FIG. 1 is a side view of a microscope according to an embodiment. FIG. 2 shows the stage as viewed from the objective lens side. The following embodiments are merely for facilitating understanding of the invention, and excluding additions and substitutions that can be performed by those skilled in the art without departing from the technical idea of the present invention. It is not intended. This is the same even after correction and correction.
図1において、透過照明用のランプ光源11からの照明光は、ベース部12の内部の照明光学系を通じてコンデンサーレンズ13に入射し、コンデンサーレンズ13を介してステージ14上に置かれた標本15を照明する。
In FIG. 1, illumination light from a
標本15からの光束は、レボルバ16に搭載された対物レンズ17で集光され光学装置50を通過して結像レンズ18により像面I1、I2に結像する。像面I1に結像された標本の像は、接眼レンズ19を介して観察者に眼視される。また像面I2に結像された標本の像は、不図示のカメラにより撮像され不図示のモニタで観察される。
The light beam from the
また標本15への焦点調節は、焦準ハンドル20を回転することでステージ14を上下動し達成する。また、スタンド部21には、制御装置22が内蔵され、顕微鏡1の各種動作を制御可能に構成されている。例えば、顕微鏡1が電動顕微鏡の場合には、レボルバ16の回転、焦準ハンドル20の回転によるステージ14の上下動などを制御装置22で制御する。また、制御装置22は、後述する焦点ずれ補正処理にも用いられる。
Further, the focus adjustment to the
また、図1に示すようにステージ14の上面、及びレボルバ16の内側に1軸加速度センサーS1、S2がそれぞれ配設されている。この1軸加速度センサーS1,S2は、対物レンズ17の光軸方向(上下方向)の変位を検出可能に配置されている。
As shown in FIG. 1, uniaxial acceleration sensors S <b> 1 and S <b> 2 are disposed on the upper surface of the
また図2において、1軸加速度センサーS1は、ステージ14の上面で標本15をスライドする試料スライド31の近傍に配置されている。符号32はX移動ブロック、33は標本押え爪、34はステージ板、35はYステージ板、36は開口部をそれぞれ示す。なお、図2においてXY軸を図示のように決める。
In FIG. 2, the uniaxial acceleration sensor S <b> 1 is disposed in the vicinity of the
次に、焦点ずれ補正のために使用される実施の形態にかかる光学装置50について図を参照しつつ説明する。
Next, the
図3は、焦点ずれ補正に用いられる実施の形態にかかる光学装置の一例を示し、(a)は上面図を、(b)はX軸に沿った断面をそれぞれ示す。なお、図示のようにXY軸を紙面内に、Z軸を光軸方向に定める。図4は、図3に示す光学装置において、光路に配置された隔壁の変形状態を示し、(a)は凹面に、(b)は平面に、(c)は凸面に変形した状態をそれぞれ示す、図5は、光路中における光学装置の働きを示し、(a)は屈折力が無い場合、(b)は負屈折力を発生した場合、(c)は正屈折力を発生した場合をそれぞれ示す。 FIG. 3 shows an example of an optical device according to an embodiment used for defocus correction, where (a) shows a top view and (b) shows a cross section along the X-axis. As shown in the figure, the XY axis is defined in the drawing and the Z axis is defined in the optical axis direction. 4 shows a deformed state of the partition wall arranged in the optical path in the optical device shown in FIG. 3, wherein (a) shows a concave surface, (b) shows a flat surface, and (c) shows a deformed state. FIG. 5 shows the function of the optical device in the optical path, where (a) shows no power, (b) shows negative power, and (c) shows positive power. Show.
図3において、光学装置50は、光軸Zを同軸とする略円筒状の外壁50aと内壁50bと、外壁50aの底面を形成する光学的に透明な底面隔壁50cと、内壁50bの底面を形成する光学的に透明、かつ柔軟で変形可能な変形隔壁50dと、外壁50aと内壁50bとを気密にする壁50e、及び外壁50aと内壁50bに接合されたシリンダ部50fと、シリンダ部50fの内部に配置されたピストン50gを上下動させるモータ50hとから構成される。また、外壁50a、内壁50b、底面隔壁50c、変形隔壁50d、壁50e、ピストン50gで形成される空間は気密状態の媒質容器51を構成する。
In FIG. 3, the
媒質容器51には水、或いは油等の光学的に透明な媒質52を一定量と空気53を蓄えている。ピストン50gはモータ50hによりシリンダ50fへの挿入深さを調節できる。なお、モータ50hには、ボイスコイルモータ等が使用出来る。
A
図4(a)に示すように、ピストン50gを紙面上方に移動して媒質容器51内部を減圧すれば変形隔壁50dが凹形状となり、通過する光束に対して負屈折力を与えることが出来る。
As shown in FIG. 4A, when the
また、図4(c)に示すように、ピストン50gを紙面下方に移動して媒質容器51内部を加圧すれば変形隔壁50dが凸形状となり、通過する光束に対して正屈折力を与えることが出来る。
Further, as shown in FIG. 4C, when the
また、図4(b)に示すように、媒質容器51内部を加圧も減圧もしてない状態では、変形隔壁50dは平面になり、底面隔壁50cと上面隔壁50dとは平行平面板の状態になり、通過する光束に対して何も作用しない。
Further, as shown in FIG. 4B, when the inside of the
この様に、光学装置50は、モータ50hを駆動しピストン50gの位置を制御することで、変形隔壁50dの形状を凹形状から凸形状まで可変することが出来る。この結果、通過する光束に対して負屈折力から正屈折力までの作用を及ぼすことが出来る。
As described above, the
なお、容器内の空間には空気の代わりに窒素等の不活性ガスを封入しても良い。不活性ガスを封入することで油等の劣化を防止することが出来る。また、空気を含まず媒質容器51内部を水或いは油等の媒質52で満たしても良い。
In addition, you may enclose inert gas, such as nitrogen, in the space in a container instead of air. By sealing the inert gas, it is possible to prevent deterioration of oil and the like. Alternatively, the
次に、図5を参照しつつ光学装置50の焦点位置調節作用について説明する。図5は、結像光学系中に光学装置50を配置した光路図を示し、(a)は屈折力が作用しないとき、(b)は負屈折力が作用するとき、及び(c)は正屈折力作用したときをそれぞれ示す。
Next, the focus position adjusting operation of the
図5(a)に示すように、顕微鏡1に上下振動が無く標本15と対物レンズ17とが合焦状態にある場合、対物レンズ17から射出する光束は平行光となる。この結果、結像レンズ18により像面I1、I2に標本像が結像される。
As shown in FIG. 5A, when the
図5(b)に示すように、顕微鏡1の上下振動により標本15と対物レンズ17との距離が増大した場合、対物レンズ17から射出する光束は平行光から僅かに収斂する収斂光となる。この結果、結像レンズ18による焦点距離が短くなり像面I1,I2上の標本像には焦点ぼけが発生する。
As shown in FIG. 5B, when the distance between the
また図5(c)に示すように、顕微鏡1の上下振動により標本15と対物レンズ17との距離が減少した場合、対物レンズ17から射出する光束は平行光から僅かに発散する発散光となる。この結果、結像レンズ18による焦点距離が長くなり像面I1,I2上の像がぼける。この様に、標本15と対物レンズ17との距離が顕微鏡1の上下振動により変化することで像面I1、I2上における標本像には焦点ぼけが発生する。
As shown in FIG. 5C, when the distance between the
本実施の形態にかかる顕微鏡1では、結像光学系の対物レンズ17と結像レンズ18との間に、通過する光束に対する屈折力を可変できる光学装置50を配置すると共に、図1に示す制御装置22が顕微鏡1に配置されてる1軸加速度センサーS1、S2からの信号に基づき、像面I1、I2における焦点ずれ量を算出し、この焦点ずれを相殺するように光学装置50のモータ50hを介して変形隔壁50dを変形させる。
In the
これにより、図5(b)に示すように、標本15と対物レンズ17の距離が離れた場合、対物レンズ17から射出する平行光束から僅かに収斂した収斂光束を光学装置50で平行光束に変換するために媒質の形状を負屈折力を有する凹形状にする。この結果、焦点ずれは補正され標本15の像が像面I1、I2上に結像する。
Accordingly, as shown in FIG. 5B, when the distance between the
また、図5(c)に示すように、標本15と対物レンズ17の距離が近づいた場合、対物レンズ17から射出する平行光束から僅かに発散した発散光束を光学装置50で平行光束に変換するために媒質の形状を正屈折力を有する凸形状にする。この結果、焦点ずれは補正され標本15の像が像面I1、I2上に結像する。
Further, as shown in FIG. 5C, when the distance between the
なお、光学収差の補正など、より詳細な光路調節が必要な場合は、該光学装置50を複数段直列に配置しても良い。また、1軸加速度センサーS1、S2は少なくとも一方が配置されていれば焦点ずれを補正することが出来る。また、1軸加速度センサーを複数配置することで、より高精度に焦点ずれを補正することが可能になる。また、1軸加速度センサーに限らず顕微鏡1の上下振動を検出できる手段であれば良い。
Note that when more detailed optical path adjustment such as correction of optical aberration is required, the
図6は、焦点ずれ補正の制御ブロック図である。 FIG. 6 is a control block diagram for defocus correction.
図6において、1軸加速度センサーS1、S2からの上下振動に基づく信号は、制御装置22の信号入力部41に入力される。入力されたそれぞれの信号から演算部42で標本15と対物レンズ17との距離が演算され、かつ像面I1、I2における焦点ずれが演算される。更に、光学装置50のモータ50hによる変形隔壁50dの変形量が結像倍率などのパラメータに基づき演算される。これらの演算結果に基づき、駆動部43を介してモータ50hを駆動し、対物レンズ17から射出される発散光束或いは収斂光束を平行光束に変換することが出来る。以上の処理を行うことにより1軸加速度センサーS1、S2で検出された上下振動に基づく焦点ずれ量を光学装置50でキャンセルし像面I1,I2における焦点ずれを補正することが出来る。
In FIG. 6, signals based on vertical vibrations from the uniaxial acceleration sensors S <b> 1 and S <b> 2 are input to the
なお、変形隔壁50dの変形量と結像倍率、加速度センサーS1,S2の検出値の関係は、予めテーブルとして記憶しておけば演算処理を行うことなく変形隔壁50dを制御することもできる。
In addition, if the relationship between the deformation amount of the
(光学装置の変形例)
図7は、光学装置の変形例を示す。
(Modification of optical device)
FIG. 7 shows a modification of the optical device.
図7において、光学装置60は、前記した光学装置50のシリンダ50f、ピストン50g、及びモータ50hの代わりに通気管61を配置し、通気管61の先のポンプ62を配設している。その他の構成は上記光学装置50のピストン50gの作用と同様の構成であり同じ構成には同じ符号を付し説明を省略する。また、ポンプ62の作用、効果も上記光学装置50と同様であり説明を省略する。
In FIG. 7, the
なお、光学装置50と、光学装置60の説明では、変形隔壁50dが変形する場合について説明したが、変形隔壁50dと底面隔壁50cの両方が変形するようにしても良いし、変形隔壁50dは固定とし底面隔壁50cが変形するようにしても良い。
In the description of the
(光学装置の別の変形例)
図8は、光学装置の別の変形例を示す。
(Another variation of the optical device)
FIG. 8 shows another modification of the optical device.
図8において、光学装置70は、略円筒状の外壁50aと、同軸の略円筒状の内壁50bと、外壁50aの底面に形成された光学的に透明な底面隔壁50cと、内壁50bの底面に形成された光学的に透明で、かつ変形可能な変形隔壁50dと、外壁50aと内壁50bとを結合して、内部を気密状態にする壁部50eとからなる第1の気密室を形成する媒質容器51が形成されている。
In FIG. 8, an
また、内壁50bと、変形隔壁50dと、内壁50bの上部に形成された光学的に透明な上部蓋部71と、内壁50bに配設されたシリンダ50fと、シリンダ50fのピストン50gとで第2の気密室72が形成されている。
Further, the
本光学装置70は、ピストン50gに結合されたモータ50hでピストン50gを移動させ、第2の気密室72内を加減圧することで、媒質容器51と第2の気密室72との境界である変形隔壁50dを凹凸形状に変形させることができる。この変形に応じて媒質容器51内の媒質52が負屈折力から正屈折力までの作用を通過する光束に与えることが出来る。その他の構成、作用、効果は、上記光学装置50と同様であり詳細な説明を省略する。
The present
なお、実施の形態の説明では1軸加速度センサーS1,S2が配設されている場合について説明したが、1軸加速度センサーは、顕微鏡1に少なくとも1つ配設してあれば像ぶれ補正を達成することが出来ることは言うまでもない。
In the description of the embodiment, the case where the uniaxial acceleration sensors S1 and S2 are disposed has been described. However, if at least one uniaxial acceleration sensor is disposed in the
また、像ぶれに影響する複数の位置に1軸加速度センサーをそれぞれ配置し、制御装置22で合成処理することで、上下動による焦点ずれをより効果的に補正することが出来る。例えば、観察に影響を与える顕微鏡の振動を検知する為のセンサーの設置位置は、図1に示すようにステージ14、レボルバ16が最も好ましいが、これ以外のアーム部23のレボルバ16の近傍S3など3箇所に配置することでより効果的に焦点ずれを補正することが出来る。
Further, by disposing uniaxial acceleration sensors at a plurality of positions that affect image blur, and by performing synthesis processing by the
また、上記説明における光学装置では、気密室を加減圧することで空気に作用する圧力を変化させ変形隔壁を凹形状から凸形状に変化し、光束に対する屈折力を変化しているが、これに限定されないことは言うまでもない。例えば、電界で上記変形隔壁に相当する2つの異なる媒質の境界を変化させて光束に対する屈折力を可変するレンズなどを使用することが出来る。 In the optical device in the above description, the pressure acting on the air is changed by increasing / decreasing the hermetic chamber to change the deformed partition wall from a concave shape to a convex shape, and the refractive power with respect to the light beam is changed. It goes without saying that it is not limited. For example, it is possible to use a lens that changes the refractive power with respect to the light beam by changing the boundary between two different media corresponding to the deformed partition wall by an electric field.
また顕微鏡1は、透過型顕微鏡に限らず倒立型顕微鏡や走査型共焦点顕微鏡などであっても同様の効果を奏する。
Further, the
以上述べたように、実施の形態にかかる顕微鏡によれば、顕微鏡に加えられた振動によって生じる像面上の焦点ずれを補正することが出来、常に合焦した状態の標本像を観察することが出来る。 As described above, according to the microscope according to the embodiment, it is possible to correct the defocus on the image plane caused by the vibration applied to the microscope, and it is possible to always observe the focused sample image. I can do it.
また、顕微鏡本体で焦点ずれ補正が出来るため、除振台が不要となり設置スペースを削減することが出来る。 In addition, since the focus deviation can be corrected by the microscope main body, a vibration isolation table is not required and installation space can be reduced.
また、顕微鏡本体で焦点ずれ補正が出来るため、顕微鏡の重量や体積を少なくすることが出来、顕微鏡本体の軽量化を達成することが出来る。 Moreover, since the focus deviation can be corrected by the microscope body, the weight and volume of the microscope can be reduced, and the weight reduction of the microscope body can be achieved.
また、光学装置の一部の隔壁を変形することで焦点ずれ補正が可能であり、高い周波数成分の上下振動による焦点ずれを補正することが出来ると共に、小型のモータで隔壁の変形を達成することが出来る。 In addition, it is possible to correct defocus by deforming some partition walls of the optical device, and to correct defocus due to vertical vibration of high frequency components, and to achieve deformation of the partition walls with a small motor. I can do it.
1 顕微鏡
11 ランプ光源
12 ベース部
13 コンデンサーレンズ
14 ステージ
15 標本
16 レボルバ
17 対物レンズ
18 結像レンズ
19 接眼レンズ
20 焦準ハンドル
21 スタンド部
22 制御装置
23 アーム部
31 試料スライド
32 X移動ブロック
33 標本押え爪
34 ステージ板
35 Yステージ板
36 開口部
41 信号入力部
42 演算部
43 ボイスモータ駆動部
50、60、70 光学装置
50d 変形隔壁
50g ピストン
51 媒質容器
52 媒質
53 空気
S1、S2、S3 1軸加速度センサー
61 通気管
62 ポンプ
71 上部蓋部
72 気密室
I1,I2 像面
DESCRIPTION OF
Claims (9)
顕微鏡に設けられて前記対物レンズの光軸方向の変位を検出する少なくとも1つの位置検出センサーと、
像面における焦点ずれを前記位置検出センサーの信号に基づき前記屈折力可変手段を介して補正する制御装置と、
を有することを特徴とする顕微鏡。 Refractive power varying means disposed between the objective lens and the imaging lens;
At least one position detection sensor provided in a microscope for detecting displacement in the optical axis direction of the objective lens;
A control device for correcting defocus on the image plane based on the signal of the position detection sensor via the refractive power variable means;
A microscope characterized by comprising:
前記位置検出センサーは、前記ステージに配設されていることを特徴とする請求項1に記載の顕微鏡。 The microscope has a stage,
The microscope according to claim 1, wherein the position detection sensor is disposed on the stage.
前記位置検出センサーは、前記レボルバに配設されていることを特徴とする請求項1または2に記載の顕微鏡。 The microscope has a revolver that supports the objective lens;
The microscope according to claim 1, wherein the position detection sensor is disposed in the revolver.
前記密閉容器の一部に形成され、前記媒質を加減圧する加減圧手段とを有し、
前記密閉容器は、観察試料からの光の光路上にある隔壁の少なくとも一方が変形可能に形成され、
前記媒質の加減圧により前記隔壁を変形することで前記観察試料からの光に対する屈折力を可変することを特徴とする光学装置。 A sealed container in which at least some members on the optical path of light from an observation sample enclosing an optically transparent medium are optically transparent;
A pressure increasing / decreasing unit that is formed on a part of the sealed container and pressurizes and depressurizes the medium;
The sealed container is formed such that at least one of the partition walls on the optical path of light from the observation sample is deformable,
An optical apparatus characterized in that the refractive power with respect to light from the observation sample is varied by deforming the partition by pressurizing and depressurizing the medium.
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