JP2010266813A - Observation device - Google Patents

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Shinichi Hayashi
林  真市
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scanning observation device capable of suppressing an influence of condensed laser light on an optical element, and also, achieving satisfactory observation performance. <P>SOLUTION: The observation device 100 includes: a stage 2 for placing a sample 1; an objective lens 3 for condensing the laser light on the sample 1; an illumination means 10 for guiding the laser light to the objective lens 3; a condensing position-scanning means 20 for scanning the sample light condensation position being a condensing position in the sample 1 in the optical axis direction; and a control means 40 which controls the illumination means 10 and the condensing position scanning means 20. In this case, the control means 40 controls the illumination means 10 and the condensing position scanning means 20 based on the intermediate condensing position being the condensing position in the illumination optical path, and a condensing restricting position to restrict the condensation of the laser light in the illumination optical path. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、観察装置に関し、特にレーザ光源を用いた走査型の観察装置に関する。   The present invention relates to an observation apparatus, and more particularly to a scanning observation apparatus using a laser light source.

共焦点効果によって光軸方向に高い分解能を有するレーザ走査型の観察装置がある。レーザ走査型の観察装置は、標本内部の観察や標本の3次元画像の取得に好適であり、生物用や工業用の観察装置として広く用いられている。   There is a laser scanning type observation apparatus having a high resolution in the optical axis direction by the confocal effect. A laser scanning type observation device is suitable for observation inside a sample and acquisition of a three-dimensional image of the sample, and is widely used as a biological or industrial observation device.

このような観察装置では、対物レンズや、標本を配置したステージを駆動することで焦点位置を光軸方向に走査する構成が一般的である。しかし、このような構成では、対物レンズやステージを駆動することにより標本が振動し、観察結果に影響を及ぼしてしまうことがある。また、対物レンズやステージを高速に駆動することができないため、標本を高速に走査することが困難な場合もある。   Such an observation apparatus generally has a configuration in which the focal position is scanned in the optical axis direction by driving an objective lens or a stage on which a sample is arranged. However, in such a configuration, driving the objective lens and the stage may cause the specimen to vibrate and affect the observation result. In addition, since the objective lens and the stage cannot be driven at high speed, it may be difficult to scan the specimen at high speed.

以上のような課題を解決するため、特許文献1から特許文献3では、対物レンズやステージを駆動することなく、照明光路中に配置された他の光学素子(以降、z走査制御素子と記す。)を用いて、焦点位置を光軸方向に走査する技術が提案されている。   In order to solve the above problems, in Patent Documents 1 to 3, other optical elements (hereinafter referred to as z scanning control elements) arranged in the illumination optical path without driving the objective lens and the stage are described. ), And a technique for scanning the focal position in the optical axis direction has been proposed.

特許文献1では、参照レンズ(reference lens)と参照ミラー(reference mirror)を使用して、焦点位置を光軸方向に走査する技術が開示されている。
特許文献2では、液晶空間光変調器を使って、焦点位置を光軸方向に走査する技術が開示されている。
特許文献3では、デフォーマブルミラーを使って、焦点位置を光軸方向に走査する技術が開示されている。
これらの技術を用いてz走査制御素子を制御することで、対物レンズやステージを動かすことなく、標本上の焦点位置を走査することができる。
なお、特許文献2及び特許文献3の技術では、焦点位置の移動に伴って生じる球面収差も補正することができる。
Patent Document 1 discloses a technique for scanning a focal position in the optical axis direction using a reference lens and a reference mirror.
Patent Document 2 discloses a technique for scanning a focal position in the optical axis direction using a liquid crystal spatial light modulator.
Patent Document 3 discloses a technique for scanning a focal position in the optical axis direction using a deformable mirror.
By controlling the z-scanning control element using these techniques, the focal position on the specimen can be scanned without moving the objective lens or the stage.
Note that the techniques disclosed in Patent Document 2 and Patent Document 3 can also correct spherical aberration caused by the movement of the focal position.

国際公開第2008/078083号パンフレットInternational Publication No. 2008/078083 Pamphlet 特開平11−326860号公報JP-A-11-326860 特開2004−341394号公報JP 2004-341394 A

ところで、レーザ光源から射出されるレーザ光は、強い指向性と収束性を有しているため、照明光路上の集光位置(以降、中間集光位置と記す。)や、焦点位置、つまり、標本内の集光位置(以降、標本集光位置と記す。)には、非常に強い光エネルギーが生じる。このような強い光エネルギーが光学素子に加わると、その光学素子が変形するなどし、観察装置で良好な観察性能が得られなくなってしまうことがある。
また、観察光路上の集光位置(以降、中間像位置と記す。)が光学素子上に位置する場合には、光学素子上のゴミや傷が画像に影響し観察性能を劣化させてしまうことがある。
このため、通常の観察装置は、観察装置内部の光学素子が中間集光位置や中間像位置に位置しないように、設計される。
By the way, since the laser light emitted from the laser light source has strong directivity and convergence, a condensing position on the illumination optical path (hereinafter referred to as an intermediate condensing position), a focal position, that is, Very strong light energy is generated at the light collection position in the specimen (hereinafter referred to as the specimen collection position). When such strong light energy is applied to the optical element, the optical element may be deformed and the observation apparatus may not be able to obtain good observation performance.
In addition, when a condensing position on the observation optical path (hereinafter referred to as an intermediate image position) is located on the optical element, dust and scratches on the optical element affect the image and degrade the observation performance. There is.
For this reason, the normal observation apparatus is designed so that the optical element inside the observation apparatus is not located at the intermediate condensing position or the intermediate image position.

ところが、上述した技術のようにz走査制御素子を制御することで標本集光位置を走査する構成の場合、中間集光位置や中間像位置も変化する。より具体的には、中間集光位置や中間像位置は、標本集光位置の走査量に対して対物レンズの倍率の2乗倍程度移動する。このため、わずかな標本集光位置の走査であっても中間集光位置や中間像位置は大きく変化するため、走査中に光学素子が中間集光位置や中間像位置に位置してしまうことになる。
以上のような実情を踏まえ、本発明は、良好な観察性能を実現する走査型の観察装置を提供することを課題とする。
However, in the case of a configuration in which the specimen condensing position is scanned by controlling the z scanning control element as in the technique described above, the intermediate condensing position and the intermediate image position also change. More specifically, the intermediate condensing position and the intermediate image position move about the square of the magnification of the objective lens with respect to the scanning amount of the sample condensing position. For this reason, the intermediate condensing position and the intermediate image position change greatly even when scanning a slight specimen condensing position, and the optical element is positioned at the intermediate condensing position and the intermediate image position during scanning. Become.
In light of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a scanning observation apparatus that realizes good observation performance.

本発明の第1の態様は、標本を配置するステージと、レーザ光を標本上に集光させる対物レンズと、レーザ光を対物レンズに導く照明手段と、標本内の集光位置である標本集光位置を光軸方向に走査する第1走査手段と、照明光路中の集光位置である中間集光位置及びレーザ光の集光が制限される集光制限位置に基づいて、照明手段と第1走査手段とを制御する制御手段と、を含む観察装置を提供する。   According to a first aspect of the present invention, a stage on which a specimen is arranged, an objective lens that condenses laser light on the specimen, illumination means that guides the laser light to the objective lens, and a specimen collection that is a condensing position in the specimen. Based on the first scanning means that scans the optical position in the optical axis direction, the intermediate condensing position that is the condensing position in the illumination optical path, and the condensing restriction position where the condensing of the laser light is restricted, There is provided an observation apparatus including a control means for controlling one scanning means.

本発明の第2の態様は、第1の態様に記載の観察装置において、制御手段は、第1走査手段の駆動を制御する走査制御手段と、中間集光位置を算出する中間集光位置算出手段と、集光制限位置を算出する集光制限位置算出手段と、照明手段を制御する照明制御手段と、を含む観察装置を提供する。   According to a second aspect of the present invention, in the observation apparatus according to the first aspect, the control unit includes a scanning control unit that controls driving of the first scanning unit, and an intermediate condensing position calculation that calculates an intermediate condensing position. There is provided an observation apparatus including means, a light collection restriction position calculation means for calculating a light collection restriction position, and an illumination control means for controlling the illumination means.

本発明の第3の態様は、第2の態様に記載の観察装置において、照明手段は、光源を含み、照明制御手段は、集光制限位置と中間集光位置が重なるとき、光源から射出されるレーザ光の強度を低下させる観察装置を提供する。   According to a third aspect of the present invention, in the observation apparatus according to the second aspect, the illumination unit includes a light source, and the illumination control unit is emitted from the light source when the condensing restriction position and the intermediate condensing position overlap. An observation device that reduces the intensity of laser light is provided.

本発明の第4の態様は、第2の態様に記載の観察装置において、照明手段は、光源と、光源と集光制限位置の間に配置された光量変調手段と、を含み、照明制御手段は、集光制限位置と中間集光位置が重なるとき、光量変調手段を通過するレーザ光の強度を低下させる観察装置を提供する。   According to a fourth aspect of the present invention, in the observation apparatus according to the second aspect, the illumination unit includes a light source, and a light amount modulation unit disposed between the light source and the condensing restriction position, and the illumination control unit Provides an observation device that reduces the intensity of the laser light passing through the light amount modulation means when the condensing restriction position and the intermediate condensing position overlap.

本発明の第5の態様は、第3の態様または第4の態様に記載の観察装置において、レーザ光の強度は、集光制限位置と中間集光位置が重なる位置に応じて変化する観察装置を提供する。   According to a fifth aspect of the present invention, in the observation apparatus according to the third aspect or the fourth aspect, the intensity of the laser light changes according to a position where the condensing restriction position and the intermediate condensing position overlap. I will provide a.

本発明の第6の態様は、第2の態様に記載の観察装置において、照明手段は、光源と、光源と集光制限位置の間に配置されたシャッター装置と、を含み、照明制御手段は、集光制限位置と中間集光位置が重なるとき、シャッター装置にレーザ光を遮断させる観察装置を提供する。   According to a sixth aspect of the present invention, in the observation apparatus according to the second aspect, the illumination unit includes a light source and a shutter device disposed between the light source and the condensing restriction position, and the illumination control unit includes An observation device is provided that causes the shutter device to block the laser beam when the condensing restriction position and the intermediate condensing position overlap.

本発明の第7の態様は、第2の態様に記載の観察装置において、走査制御手段は、集光制限位置と中間集光位置が重なる位置への第1走査手段による走査を制限する観察装置を提供する。   According to a seventh aspect of the present invention, in the observation apparatus according to the second aspect, the scanning control means restricts scanning by the first scanning means to a position where the condensing restriction position and the intermediate condensing position overlap. I will provide a.

本発明の第8の態様は、第2の態様に記載の観察装置において、さらに、標本集光位置を光軸と垂直な方向に走査する第2走査手段を含み、走査制御手段は、集光制限位置と中間集光位置が重なる位置への第2走査手段による走査を制限する観察装置を提供する。   An eighth aspect of the present invention is the observation apparatus according to the second aspect, further comprising second scanning means for scanning the specimen condensing position in a direction perpendicular to the optical axis. An observation device is provided that restricts scanning by a second scanning unit to a position where a restriction position and an intermediate condensing position overlap.

本発明の第9の態様は、第2の態様に記載の観察装置において、さらに、標本と対物レンズの間の距離を変化させる第3走査手段を含み、走査制御手段は、第3制御手段の駆動を制御する観察装置を提供する。
本発明の第10の態様は、第9の態様に記載の観察装置において、第3走査手段は、対物レンズを光軸方向に駆動する観察装置を提供する。
本発明の第11の態様は、第9の態様に記載の観察装置において、第3走査手段は、ステージを光軸方向に駆動する観察装置を提供する。
According to a ninth aspect of the present invention, the observation apparatus according to the second aspect further includes third scanning means for changing a distance between the specimen and the objective lens, and the scanning control means includes the third control means. An observation device for controlling driving is provided.
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the observation apparatus according to the ninth aspect, wherein the third scanning unit drives the objective lens in the optical axis direction.
According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided the observation apparatus according to the ninth aspect, wherein the third scanning unit drives the stage in the optical axis direction.

本発明の第12の態様は、第9の態様に記載の観察装置において、走査制御手段は、第1走査手段及び第3走査手段により、集光制限位置と中間集光位置が重ならないように、標本集光位置を光軸方向に走査する観察装置を提供する。   According to a twelfth aspect of the present invention, in the observation apparatus according to the ninth aspect, the scanning control unit prevents the condensing limit position and the intermediate condensing position from overlapping by the first scanning unit and the third scanning unit. An observation apparatus that scans the sample collection position in the optical axis direction is provided.

本発明の第13の態様は、第12の態様に記載の観察装置において、走査制御手段は、集光制限位置と中間集光位置が重ならないとき、第1走査手段により標本集光位置を光軸方向に走査し、集光制限位置と中間集光位置が重なるとき、第3走査手段により標本集光位置を光軸方向に走査する観察装置を提供する。   According to a thirteenth aspect of the present invention, in the observation apparatus according to the twelfth aspect, when the condensing restriction position and the intermediate condensing position do not overlap, the scanning control means emits the sample condensing position by the first scanning means. An observation device that scans in the axial direction and scans the sample condensing position in the optical axis direction by a third scanning unit when the condensing restriction position and the intermediate condensing position overlap is provided.

本発明の第14の態様は、第12の態様に記載の観察装置において、走査制御手段は、集光制限位置を走査する前に、第3走査手段により、走査中に中間集光位置と集光制限位置が重ならない位置に標本を移動させる観察装置を提供する。   According to a fourteenth aspect of the present invention, in the observation apparatus according to the twelfth aspect, the scanning control means is arranged so that the third condensing position and the intermediate condensing position are collected by the third scanning means before scanning the condensing limit position. An observation apparatus for moving a specimen to a position where light limiting positions do not overlap is provided.

本発明の第15の態様は、第2の態様に記載の観察装置において、さらに、標本を撮像する撮像手段を含み、撮像手段は、集光制限位置と中間集光位置が重なるとき、撮像しない観察装置を提供する。   According to a fifteenth aspect of the present invention, the observation apparatus according to the second aspect further includes an imaging unit that images the specimen, and the imaging unit does not capture an image when the condensing restriction position and the intermediate condensing position overlap. An observation device is provided.

本発明の第16の態様は、第2の態様に記載の観察装置において、中間集光位置算出手段は、対物レンズ、照明手段及び第1走査手段を構成する光学素子の配置に基づいて、中間集光位置を算出する観察装置を提供する。   According to a sixteenth aspect of the present invention, in the observation apparatus according to the second aspect, the intermediate condensing position calculation means is based on the arrangement of the optical elements constituting the objective lens, the illumination means, and the first scanning means. An observation apparatus for calculating a condensing position is provided.

本発明の第17の態様は、第2の態様に記載の観察装置において、中間集光位置算出手段は、標本集光位置に基づいて、中間集光位置を算出する観察装置を提供する。   According to a seventeenth aspect of the present invention, there is provided the observation device according to the second aspect, wherein the intermediate condensing position calculation means calculates the intermediate condensing position based on the sample condensing position.

本発明の第18の態様は、第2の態様に記載の観察装置において、さらに、レーザ光の波面を計測する波面計測手段を含み、中間集光位置算出手段は、波面計測手段による計測結果に基づいて、中間集光位置を算出する観察装置を提供する。   An eighteenth aspect of the present invention is the observation apparatus according to the second aspect, further comprising wavefront measuring means for measuring the wavefront of the laser light, wherein the intermediate condensing position calculating means is based on the measurement result by the wavefront measuring means. Based on this, an observation apparatus for calculating an intermediate condensing position is provided.

本発明の第19の態様は、第2の態様に記載の観察装置において、集光制限位置算出手段は、対物レンズ、照明手段及び第1走査手段を構成する光学素子の配置に基づいて、集光制限位置を算出する観察装置を提供する。   According to a nineteenth aspect of the present invention, in the observation apparatus according to the second aspect, the condensing restriction position calculating unit is configured to collect light based on the arrangement of the optical elements constituting the objective lens, the illuminating unit, and the first scanning unit. An observation device for calculating a light-restricted position is provided.

本発明の第20の態様は、標本を配置するステージと、レーザ光を標本上に集光させる対物レンズと、標本内の集光位置である標本集光位置を光軸方向に走査する第1走査手段と、標本集光位置を観察する観察手段と、観察光路中の集光位置である中間像位置及びレーザ光の集光が制限される集光制限位置に基づいて、観察手段と第1走査手段とを制御する制御手段と、を含む観察装置を提供する。   According to a twentieth aspect of the present invention, a stage on which a specimen is arranged, an objective lens that condenses laser light on the specimen, and a specimen condensing position that is a condensing position in the specimen are scanned in the optical axis direction. Based on the scanning means, the observation means for observing the specimen condensing position, the intermediate image position which is the condensing position in the observation optical path, and the condensing restriction position where the condensing of the laser light is restricted, An observation device is provided that includes a control unit that controls the scanning unit.

本発明の第21の態様は、第20の態様に記載の観察装置において、制御手段は、第1走査手段の駆動を制御する走査制御手段と、中間像位置を算出する中間集光位置算出手段と、集光制限位置を算出する集光制限位置算出手段と、観察手段を制御する観察制御手段と、を含む観察装置を提供する。   According to a twenty-first aspect of the present invention, in the observation apparatus according to the twentieth aspect, the control unit includes a scanning control unit that controls driving of the first scanning unit, and an intermediate condensing position calculation unit that calculates an intermediate image position. And an observation apparatus including a condensing restriction position calculating unit that calculates a condensing restriction position and an observation control unit that controls the observation unit.

本発明の第22の態様は、第21の態様に記載の観察装置において、走査制御手段は、集光制限位置と中間像位置が重なる位置への第1走査手段による走査を制限する観察装置を提供する。   According to a twenty-second aspect of the present invention, in the observation apparatus according to the twenty-first aspect, the scanning control means limits the scanning by the first scanning means to a position where the condensing restriction position and the intermediate image position overlap. provide.

本発明の第23の態様は、第21の態様に記載の観察装置において、さらに、標本集光位置を光軸と垂直な方向に走査する第2走査手段を含み、走査制御手段は、集光制限位置と中間像位置が重なる位置への第2走査手段による走査を制限する観察装置を提供する。   A twenty-third aspect of the present invention is the observation apparatus according to the twenty-first aspect, further comprising second scanning means for scanning the specimen condensing position in a direction perpendicular to the optical axis. An observation device is provided that restricts scanning by a second scanning unit to a position where a restriction position and an intermediate image position overlap.

本発明の第24の態様は、第21の態様に記載の観察装置において、さらに、標本と対物レンズの間の距離を変化させる第3走査手段を含み、走査制御手段は、第3制御手段の駆動を制御する観察装置を提供する。
本発明の第25の態様は、第24の態様に記載の観察装置において、第3走査手段は、対物レンズを光軸方向に駆動する観察装置を提供する。
本発明の第26の態様は、第24の態様に記載の観察装置において、第3走査手段は、ステージを光軸方向に駆動する観察装置を提供する。
A twenty-fourth aspect of the present invention is the observation apparatus according to the twenty-first aspect, further comprising third scanning means for changing a distance between the sample and the objective lens, wherein the scanning control means is the third control means. An observation device for controlling driving is provided.
According to a twenty-fifth aspect of the present invention, in the observation apparatus according to the twenty-fourth aspect, the third scanning unit provides an observation apparatus that drives the objective lens in the optical axis direction.
According to a twenty-sixth aspect of the present invention, there is provided the observation device according to the twenty-fourth aspect, wherein the third scanning unit drives the stage in the optical axis direction.

本発明の第27の態様は、第24の態様に記載の観察装置において、走査制御手段は、第1走査手段及び第3走査手段により、集光制限位置と中間像位置が重ならないように、標本集光位置を光軸方向に走査する観察装置を提供する。   According to a twenty-seventh aspect of the present invention, in the observation apparatus according to the twenty-fourth aspect, the scanning control unit is configured so that the condensing restriction position and the intermediate image position are not overlapped by the first scanning unit and the third scanning unit. Provided is an observation device that scans a sample condensing position in an optical axis direction.

本発明の第28の態様は、第27の態様に記載の観察装置において、走査制御手段は、集光制限位置と中間像位置が重ならないとき、第1走査手段により標本集光位置を光軸方向に走査し、集光制限位置と中間像位置が重なるとき、第3走査手段により標本集光位置を光軸方向に走査する観察装置を提供する。   According to a twenty-eighth aspect of the present invention, in the observation apparatus according to the twenty-seventh aspect, when the condensing restriction position and the intermediate image position do not overlap, the scanning control means sets the sample condensing position by the first scanning means on the optical axis. An observation device is provided that scans in the direction and scans the sample condensing position in the optical axis direction by a third scanning unit when the condensing restriction position and the intermediate image position overlap.

本発明の第29の態様は、第27の態様に記載の観察装置において、走査制御手段は、集光制限位置を走査する前に、第3走査手段により、走査中に中間像位置と集光制限位置が重ならない位置に標本を移動させる観察装置を提供する。   According to a twenty-ninth aspect of the present invention, in the observation apparatus according to the twenty-seventh aspect, the scanning control means uses the third scanning means to collect the intermediate image position and the light condensing during the scanning before scanning the light condensing limit position. An observation apparatus for moving a specimen to a position where the restriction positions do not overlap is provided.

本発明の第30の態様は、第21の態様に記載の観察装置において、観察手段は、撮像手段を含み、撮像手段は、集光制限位置と中間像位置が重なるとき、撮像しない観察装置を提供する。   According to a thirtieth aspect of the present invention, in the observation apparatus according to the twenty-first aspect, the observation means includes an imaging means, and the imaging means is an observation apparatus that does not image when the condensing restriction position and the intermediate image position overlap. provide.

本発明の第31の態様は、第21の態様に記載の観察装置において、中間集光位置算出手段は、対物レンズ、観察手段及び第1走査手段を構成する光学素子の配置に基づいて、中間像位置を算出する観察装置を提供する。   According to a thirty-first aspect of the present invention, in the observation device according to the twenty-first aspect, the intermediate condensing position calculation means is based on the arrangement of the optical elements constituting the objective lens, the observation means, and the first scanning means. An observation apparatus for calculating an image position is provided.

本発明の第32の態様は、第21の態様に記載の観察装置において、中間集光位置算出手段は、標本集光位置に基づいて、中間像位置を算出する観察装置を提供する。   A thirty-second aspect of the present invention provides the observation apparatus according to the twenty-first aspect, wherein the intermediate condensing position calculation means calculates the intermediate image position based on the specimen condensing position.

本発明の第33の態様は、第21の態様に記載の観察装置において、集光制限位置算出手段は、対物レンズ、照明手段及び第1走査手段を構成する光学素子の配置に基づいて、集光制限位置を算出する観察装置を提供する。   According to a thirty-third aspect of the present invention, in the observation device according to the twenty-first aspect, the condensing restriction position calculating means is a collecting unit based on the arrangement of the optical elements constituting the objective lens, the illuminating means, and the first scanning means. An observation device for calculating a light-restricted position is provided.

本発明の第34の態様は、顕微鏡照明方法であって、レーザ光の集光が制限される照明光路中の集光制限位置と照明光路中の集光位置である中間集光位置とが重なる範囲を表示する第1のステップと、標本内の集光位置である標本内集光位置を光軸方向に走査する範囲を設定する第2のステップと、レーザ光で標本を照明する第3のステップと、を含み、第3のステップでは、集光制限位置と中間集光位置とが重なるとき、レーザ光の強度を変調する顕微鏡照明方法を提供する。   A thirty-fourth aspect of the present invention is a microscope illumination method, wherein a condensing restriction position in an illumination optical path where condensing of laser light is restricted and an intermediate condensing position that is a condensing position in the illumination optical path overlap. A first step of displaying a range; a second step of setting a range in which the in-sample condensing position which is a condensing position in the sample is scanned in the optical axis direction; and a third step of illuminating the sample with laser light In a third step, there is provided a microscope illumination method for modulating the intensity of laser light when the condensing limit position and the intermediate condensing position overlap.

本発明の第35の態様は、顕微鏡観察方法であって、レーザ光の集光が制限される観察光路中の集光制限位置と観察光路中の集光位置である中間像位置とが重なる範囲を表示する第1のステップと、標本内の集光位置である標本内集光位置を光軸方向に走査する範囲を設定する第2のステップと、標本を観察する第3のステップと、を含み、第3のステップでは、集光制限位置と中間像位置とが重なるとき、標本を撮像しない顕微鏡観察方法を提供する。   A thirty-fifth aspect of the present invention is a microscope observation method in which a condensing restriction position in an observation optical path where condensing of laser light is restricted overlaps an intermediate image position that is a condensing position in the observation optical path. A second step of setting a range for scanning the in-sample condensing position, which is a condensing position in the sample, in the optical axis direction, and a third step of observing the sample. In a third step, a microscope observation method is provided in which the specimen is not imaged when the condensing restriction position and the intermediate image position overlap.

本発明によれば、良好な観察性能を実現する走査型の観察装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a scanning observation apparatus that realizes good observation performance.

実施例1に係る観察装置の構成を説明するための図である。3 is a diagram for explaining a configuration of an observation apparatus according to Example 1. FIG. 実施例1に係る制御手段の構成を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a configuration of a control unit according to the first embodiment. 実施例1に係る制御手段による集光制限位置の算出結果の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the calculation result of the condensing restriction position by the control means which concerns on Example 1. FIG. 制御手段による集光可能位置の算出結果の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the calculation result of the condensing position by a control means. 実施例1に係る観察装置の走査制御を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating scanning control of the observation apparatus according to the first embodiment. 実施例1に係る観察装置の走査制御の変形例を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating a modification of scanning control of the observation apparatus according to the first embodiment. 実施例2に係る観察装置の構成を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a configuration of an observation apparatus according to Example 2. 実施例3に係る観察装置の構成を説明するための図である。6 is a diagram for explaining a configuration of an observation apparatus according to Example 3. FIG. 実施例3に係る波面計測手段の構成を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration of a wavefront measuring unit according to a third embodiment. 実施例3に係る観察装置の走査制御を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing scanning control of the observation apparatus according to Example 3. 実施例4に係る観察装置の作用を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the observation apparatus according to Example 4. 実施例5に係る観察装置の構成を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining a configuration of an observation apparatus according to Example 5. 実施例5に係る観察装置の走査制御を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing scanning control of the observation apparatus according to Example 5. 実施例6に係る観察装置の構成を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining a configuration of an observation apparatus according to Example 6. 実施例7に係る観察装置の構成を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining a configuration of an observation apparatus according to Example 7. 実施例7に係る観察装置の走査制御を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing scanning control of the observation apparatus according to Example 7.

以下、図面を参照しながら、本発明の各実施例について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本実施例に係る観察装置の構成を説明するための図である。図1に例示される観察装置100は、2光子励起蛍光顕微鏡である。観察装置100は、標本1を配置するステージ2と、レーザ光を標本上に集光させる対物レンズ3と、レーザ光を対物レンズ3に導く照明手段10と、標本集光位置を光軸方向に走査する集光位置走査手段20と、標本からの生じる蛍光を観察する観察手段30と、観察装置100全体を制御する制御手段40と、入力手段50と、表示手段60と、を含んで構成されている。   FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the observation apparatus according to the present embodiment. The observation apparatus 100 illustrated in FIG. 1 is a two-photon excitation fluorescence microscope. The observation apparatus 100 includes a stage 2 on which the sample 1 is arranged, an objective lens 3 that condenses the laser light on the sample, an illuminating unit 10 that guides the laser light to the objective lens 3, and a sample condensing position in the optical axis direction. Condensing position scanning means 20 for scanning, observation means 30 for observing fluorescence generated from the specimen, control means 40 for controlling the entire observation apparatus 100, input means 50, and display means 60 are configured. ing.

照明手段10は、超短パルスレーザ光源11と、AOM(Acoustic Optics Modulator)シャッター装置12と、分散補償器13と、ビームエキスパンダ14と、倍率変更機能を有するズーム式のビームエキスパンダ15と、標本集光位置を光軸と垂直な方向に走査するガルバノミラー16と、リレーレンズ17と、結像レンズ18とを含んで構成されている。   The illumination means 10 includes an ultra-short pulse laser light source 11, an AOM (Acoustic Optics Modulator) shutter device 12, a dispersion compensator 13, a beam expander 14, a zoom beam expander 15 having a magnification changing function, A galvanometer mirror 16 that scans the specimen condensing position in a direction perpendicular to the optical axis, a relay lens 17, and an imaging lens 18 are configured.

集光位置走査手段20は、ビームエキスパンダ14とビームエキスパンダ15の間に配置され、偏光ビームスプリッタ21と、1/2波長板22と、zスキャンレンズ23と、ピエゾミラー24とを含んで構成されている。なお、集光位置走査手段20は、観察装置100の第1走査手段である。   The condensing position scanning unit 20 is disposed between the beam expander 14 and the beam expander 15, and includes a polarization beam splitter 21, a half-wave plate 22, a z scan lens 23, and a piezo mirror 24. It is configured. The condensing position scanning unit 20 is a first scanning unit of the observation apparatus 100.

超短パルスレーザ光源11から断続的に射出された超短パルスレーザ光は、音響光学素子を用いて構成されるAOMシャッター装置12に入射する。AOMシャッター装置12のシャッターが開いた状態では、レーザ光は分散補償器13に入射し、レーザ光の色分散によって生じる収差が補償される。そして、レーザ光は、ビームエキスパンダ14でビーム径や広がり角が変更されて、集光位置走査手段20へ入射する。集光位置走査手段20へ入射したレーザ光は、偏光ビームスプリッタ21で反射される。そして、偏光ビームスプリッタ21とピエゾミラー24との間の光路を往復して、再び偏光ビームスプリッタ21へ入射する。この往復の間に、レーザ光は1/2波長板22を2度通過する。これにより、レーザ光の偏光方向が90度回転するため、レーザ光は偏光ビームスプリッタ21を透過し、ビームエキスパンダ15へ入射する。   The ultrashort pulse laser beam emitted intermittently from the ultrashort pulse laser light source 11 enters an AOM shutter device 12 configured using an acoustooptic device. In the state where the shutter of the AOM shutter device 12 is opened, the laser light is incident on the dispersion compensator 13 and the aberration caused by the chromatic dispersion of the laser light is compensated. Then, the beam diameter and the divergence angle are changed by the beam expander 14 and the laser light is incident on the condensing position scanning unit 20. The laser light incident on the condensing position scanning unit 20 is reflected by the polarization beam splitter 21. Then, the light travels back and forth along the optical path between the polarizing beam splitter 21 and the piezo mirror 24 and enters the polarizing beam splitter 21 again. During this reciprocation, the laser beam passes through the half-wave plate 22 twice. As a result, the polarization direction of the laser light is rotated by 90 degrees, so that the laser light passes through the polarization beam splitter 21 and enters the beam expander 15.

zスキャンレンズ23とピエゾミラー24は、特許文献1における参照レンズと参照ミラーに対応する光学素子である。ピエゾミラー24を光軸方向に駆動させて、ピエゾミラー24とzスキャンレンズ23との相対的な距離を変更することで、標本集光位置を光軸方向に走査することができる。なお、対物レンズ3を含む光学系(第1光学系)とzスキャンレンズ23及びピエゾミラー24を含む光学系(第2光学系)は、以下の条件式(1)を満たして構成される。ここで、fは対物レンズ3の焦点距離であり、nは標本1と対物レンズ3の間の屈折率である。fはzスキャンレンズ23の焦点距離であり、nはzスキャンレンズ23とピエゾミラー24の間の屈折率である。また、M12は、第1光学系と第2光学系との間の投影倍率である。
=M12 ・・・(1)
これにより、ハーシェルの条件が満されるため、観察装置100は、標本集光位置の光軸方向の走査に伴う球面収差を補正することができる。
The z scan lens 23 and the piezo mirror 24 are optical elements corresponding to the reference lens and the reference mirror in Patent Document 1. The specimen condensing position can be scanned in the optical axis direction by driving the piezo mirror 24 in the optical axis direction and changing the relative distance between the piezo mirror 24 and the z scan lens 23. The optical system (first optical system) including the objective lens 3 and the optical system (second optical system) including the z scan lens 23 and the piezo mirror 24 are configured to satisfy the following conditional expression (1). Here, f 1 is a focal length of the objective lens 3, and n 1 is a refractive index between the sample 1 and the objective lens 3. f 2 is a focal length of the z scan lens 23, and n 2 is a refractive index between the z scan lens 23 and the piezo mirror 24. Further, M 12 is the projection magnification between the first optical system and second optical system.
n 1 f 1 = M 12 n 2 f 2 (1)
Thereby, since the Herschel's condition is satisfied, the observation apparatus 100 can correct the spherical aberration associated with the scanning of the sample condensing position in the optical axis direction.

ビームエキスパンダ15に入射したレーザ光は、ビームエキスパンダ15の倍率変更機能により、条件式(1)が満たされるように、投影倍率M12が調整される。ビームエキスパンダ15による投影倍率M12の調整は、例えば、対物レンズ3の交換により焦点距離fが変化した場合や、光軸方向の走査により屈折率nが変化した場合などに行われる。 The laser light incident on the beam expander 15, the scaling function of the beam expander 15, as the conditional expression (1) is satisfied, projection magnification M 12 is adjusted. Adjustment of the projection magnification M 12 by the beam expander 15, for example, when the focal length f 1 by replacement of the objective lens 3 is changed, is performed in a case where the refractive index n 1 by scanning the optical axis direction is changed.

その後、レーザ光は、ガルバノミラー16、リレーレンズ17、結像レンズ18、及びダイクロイックミラー31を介して対物レンズ3へ入射する。対物レンズ3は、レーザ光を標本1上の標本集光位置に照射する。なお、ガルバノミラー16は、観察装置100の第2走査手段である。   Thereafter, the laser light is incident on the objective lens 3 via the galvanometer mirror 16, the relay lens 17, the imaging lens 18, and the dichroic mirror 31. The objective lens 3 irradiates the sample condensing position on the sample 1 with laser light. Note that the galvanometer mirror 16 is a second scanning unit of the observation apparatus 100.

レーザ光が照射された標本では、2光子励起により蛍光が発生する。この蛍光は対物レンズ3を介して観察手段30へ入射する。蛍光はダイクロイックミラー31を反射し、バリアフィルタ32を通過する。バリアフィルタ32は2光子励起により生じた蛍光のみを透過させる。これにより、標本集光位置から生じた蛍光のみが集光レンズ33で集光されて光電子倍増管34に入射する。光電子倍増管34は、撮像素子として機能し、蛍光を電気信号に変換して画像を生成する。   In the specimen irradiated with laser light, fluorescence is generated by two-photon excitation. This fluorescence enters the observation means 30 via the objective lens 3. The fluorescence reflects from the dichroic mirror 31 and passes through the barrier filter 32. The barrier filter 32 transmits only the fluorescence generated by the two-photon excitation. Thereby, only the fluorescence generated from the specimen condensing position is condensed by the condenser lens 33 and enters the photomultiplier tube 34. The photomultiplier tube 34 functions as an image sensor and converts the fluorescence into an electrical signal to generate an image.

図2は、本実施例に係る制御手段の構成を説明するための図である。制御手段40は、走査制御手段41と、照明制御手段42と、中間集光位置算出手段43と、集光制限位置算出手段44と、観察制御手段45とを含んで構成されている。   FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the control means according to the present embodiment. The control unit 40 includes a scanning control unit 41, an illumination control unit 42, an intermediate condensing position calculation unit 43, a condensing restriction position calculation unit 44, and an observation control unit 45.

走査制御手段41は、標本集光位置の走査を制御する。より具体的には、走査制御手段41は、ピエゾミラー24を制御することで標本集光位置の光軸方向の走査を制御する。また、走査制御手段41は、ガルバノミラー16を制御することで標本集光位置の光軸と垂直な方向の走査を制御する。なお、走査制御手段41は、ピエゾミラー24とともに、条件式(1)を満たすようにズーム式のビームエキスパンダ15も制御することが望ましい。   The scanning control means 41 controls the scanning of the sample condensing position. More specifically, the scanning control unit 41 controls scanning of the sample condensing position in the optical axis direction by controlling the piezo mirror 24. Further, the scanning control unit 41 controls scanning in the direction perpendicular to the optical axis of the specimen condensing position by controlling the galvanometer mirror 16. The scanning control means 41 desirably controls the zoom beam expander 15 together with the piezo mirror 24 so as to satisfy the conditional expression (1).

照明制御手段42は、照明手段10を制御する。より具体的には、照明制御手段42は、超短パルスレーザ光源11から射出されるレーザ光の強度や超短パルスレーザ光源11のON/OFFを制御する。また、照明制御手段42は、AOMシャッター装置12のシャッターの開閉についても制御する。   The illumination control unit 42 controls the illumination unit 10. More specifically, the illumination control means 42 controls the intensity of laser light emitted from the ultrashort pulse laser light source 11 and ON / OFF of the ultrashort pulse laser light source 11. The illumination control means 42 also controls the opening / closing of the shutter of the AOM shutter device 12.

中間集光位置算出手段43は、照明光路上の集光位置である中間集光位置を算出する。中間集光位置は、例えば、光学素子の物理的な配置を基に算出される。具体的には、対物レンズ3と、照明手段10及び集光位置走査手段20を構成する光学素子の配置に基づいて算出される。また、中間集光位置は、標本集光位置を基に算出されてもよい。   The intermediate condensing position calculation means 43 calculates an intermediate condensing position that is a condensing position on the illumination optical path. The intermediate condensing position is calculated based on the physical arrangement of the optical elements, for example. Specifically, it is calculated based on the arrangement of the objective lens 3 and the optical elements constituting the illumination unit 10 and the condensing position scanning unit 20. Further, the intermediate condensing position may be calculated based on the sample condensing position.

また、中間集光位置算出手段43は、観察光路上に中間像がある場合、観察光路上の中間像位置を算出してもよい。また、照明光路上の中間像位置を算出してもよい。ここで照明光路上の中間像位置とは、観察手段30の物点位置に共役となる照明光路上の位置をさすものとする。本実施例では、観察光路上に中間像がないため、照明光路上の観察手段30の物点に共役な位置となる。
中間像位置は、例えば、光学素子の物理的な配置を基に算出される。具体的には、対物レンズ3と、照明手段10、集光位置走査手段20及び観察手段30のそれぞれを構成する光学素子の配置に基づいて算出される。また、中間像位置は、標本集光位置を基に算出されてもよい。
Further, the intermediate condensing position calculation unit 43 may calculate the intermediate image position on the observation optical path when the intermediate image is on the observation optical path. Further, the intermediate image position on the illumination optical path may be calculated. Here, the intermediate image position on the illumination optical path refers to a position on the illumination optical path that is conjugate to the object point position of the observation means 30. In this embodiment, since there is no intermediate image on the observation optical path, the position is conjugate to the object point of the observation means 30 on the illumination optical path.
The intermediate image position is calculated based on, for example, the physical arrangement of the optical elements. Specifically, it is calculated based on the arrangement of the optical elements constituting the objective lens 3, the illumination unit 10, the condensing position scanning unit 20, and the observation unit 30. Further, the intermediate image position may be calculated based on the sample condensing position.

集光制限位置算出手段44は、レーザ光の集光が制限される光路中の集光制限位置を算出する。図3Aは、本実施例に係る制御手段による集光制限位置の算出結果の一例を示す概念図である。なお、ここでは、照明光路上の集光制限位置のみが示されている。図3Aでは、集光制限位置の範囲は、ハッチングにより示されている。図3Aに例示されるように、集光制限位置は、例えば、光学素子上や光学素子の周辺である。光学素子上を集光制限位置とする理由は、すでに上述したとおりである。光学素子の周辺を集光制限位置とする理由は、光学素子周辺に集光位置があると光学素子上のゴミや傷が画像に映りこんでしまうからである。なお、制御手段40は、集光制限位置算出手段44の代わりに、レーザ光の集光が制限されない光路中の集光可能位置を算出する集光可能位置算出手段を含んで構成されても良い。図3Bは、制御手段による集光可能位置の算出結果の一例を示す概念図である。図3Bでは、集光可能位置の範囲は、ハッチングにより示されている。
観察制御手段45は、観察手段を制御する。より具体的には、観察制御手段45は、光電子倍増管34による標本1の撮像を制御する。
The condensing restriction position calculation unit 44 calculates a condensing restriction position in the optical path where the condensing of the laser light is restricted. FIG. 3A is a conceptual diagram illustrating an example of a calculation result of a condensing restriction position by the control unit according to the present embodiment. Here, only the condensing restriction position on the illumination optical path is shown. In FIG. 3A, the range of the condensing restriction position is indicated by hatching. As illustrated in FIG. 3A, the condensing restriction position is, for example, on the optical element or around the optical element. The reason why the light condensing limit position is set on the optical element is as described above. The reason why the periphery of the optical element is set as the condensing limit position is that dust and scratches on the optical element are reflected in the image if there is a condensing position around the optical element. Note that the control unit 40 may include a condensable position calculation unit that calculates a condensable position in an optical path where the condensing of the laser light is not limited, instead of the condensing limitation position calculation unit 44. . FIG. 3B is a conceptual diagram illustrating an example of a calculation result of a condensable position by the control unit. In FIG. 3B, the range of the condensable position is indicated by hatching.
The observation control means 45 controls the observation means. More specifically, the observation control unit 45 controls the imaging of the sample 1 by the photomultiplier tube 34.

制御手段40は、中間集光位置算出手段43と集光制限位置算出手段44から得られる情報を基に、中間集光位置または中間像位置と、集光制限位置とが重ならないように集光位置走査手段20を制御する。例えば、走査制御手段41は、中間集光位置または中間像位置と集光制限位置が重なる状態では、集光位置走査手段20を停止させずに、中間集光位置または中間像位置と集光制限位置が重ならない状態まで集光位置走査手段20を駆動する。   Based on the information obtained from the intermediate condensing position calculation means 43 and the condensing restriction position calculation means 44, the control means 40 condenses light so that the intermediate condensing position or the intermediate image position does not overlap with the condensing restriction position. The position scanning means 20 is controlled. For example, the scanning control unit 41 does not stop the condensing position scanning unit 20 in a state where the intermediate condensing position or the intermediate image position overlaps with the condensing restriction position, and the intermediate condensing position or the intermediate image position and the condensing restriction. The condensing position scanning means 20 is driven until the positions do not overlap.

または、制御手段40は、中間集光位置と集光制限位置が重なる場合には照明手段10を制御してレーザ光の集光状態を制限する。例えば、照明制御手段42は、中間集光位置と集光制限位置が重なる状態では、超短パルスレーザ光源11にレーザ光の射出を停止させる、または、レーザ光の強度を低下させる。この他、照明制御手段42は、AOMシャッター装置12にシャッターを閉じた状態を維持させてもよい。なお、レーザ光の強度を低下させる場合、レーザ光の強度は、中間集光位置と集光制限位置が重なる位置に応じて変化させてもよい。制御手段40は、例えば、上記の重なった位置にある光学素子の材質等を考慮して、レーザ光の強度を変化させてもよい。   Alternatively, the control unit 40 controls the illumination unit 10 to limit the condensing state of the laser light when the intermediate condensing position and the condensing restriction position overlap. For example, the illumination control unit 42 causes the ultrashort pulse laser light source 11 to stop emitting laser light or reduce the intensity of the laser light when the intermediate condensing position and the condensing limit position overlap. In addition, the illumination control unit 42 may cause the AOM shutter device 12 to maintain a closed state. When the intensity of the laser beam is reduced, the intensity of the laser beam may be changed according to the position where the intermediate condensing position and the condensing limit position overlap. The control means 40 may change the intensity of the laser light in consideration of, for example, the material of the optical element at the overlapping position.

さらに、制御手段40は、走査制御手段41によって制御された光軸方向の位置(z位置)を含む平面の一部でのみ中間集光位置または中間像位置と集光制限位置が重なる場合、例えば、光路中に斜めに角度を持って配置されたミラーなどの光学素子の一部が集光制限位置にかかる場合など、ガルバノミラー16を制御して標本集光位置の光軸と垂直な方向の走査範囲を制限してもよい。
入力手段50及び表示手段60は、例えば、観察者による走査範囲を入力や変更などに用いられる。
Further, the control unit 40, when the intermediate condensing position or the intermediate image position and the condensing limit position overlap only in a part of the plane including the position (z position) in the optical axis direction controlled by the scanning control unit 41, for example, In a case where a part of an optical element such as a mirror disposed at an oblique angle in the optical path is placed on the condensing limit position, the galvano mirror 16 is controlled so as to be in a direction perpendicular to the optical axis of the sample condensing position. The scanning range may be limited.
The input unit 50 and the display unit 60 are used, for example, for inputting or changing a scanning range by an observer.

図4は、本実施例に係る観察装置の走査制御を示すフローチャートである。以下、図4を参照しながら、観察装置100の制御手段40による走査制御の一例について説明する。   FIG. 4 is a flowchart illustrating the scanning control of the observation apparatus according to the present embodiment. Hereinafter, an example of scanning control by the control means 40 of the observation apparatus 100 will be described with reference to FIG.

まず、観察装置100の走査制御が開始されると、AOMシャッター装置12のシャッターが閉じられる(ステップS1−1)。次に、集光制限位置が算出され、集光制限位置に対応する標本集光位置のz位置の範囲が表示手段60に表示される(ステップS1−2)。観察者は、表示手段60を参照しながら入力手段50を用いて、標本1を走査する範囲(以降、走査範囲と記す。)を入力する(ステップS1−3)。   First, when scanning control of the observation apparatus 100 is started, the shutter of the AOM shutter apparatus 12 is closed (step S1-1). Next, the condensing restriction position is calculated, and the range of the z position of the sample condensing position corresponding to the condensing restriction position is displayed on the display means 60 (step S1-2). The observer uses the input unit 50 while referring to the display unit 60 to input a range for scanning the sample 1 (hereinafter referred to as a scanning range) (step S1-3).

次に、入力された走査範囲内の各位置に対応する中間集光位置及び集光制限位置が算出される。これらの中間集光位置と集光制限位置を比較し、走査範囲内で中間集光位置と集光制限位置が重なることがあるかどうかが判断される(ステップS1−4)。走査範囲内で重なることがない場合、制御はステップS1−7へ遷移する。   Next, an intermediate condensing position and a condensing restriction position corresponding to each position within the input scanning range are calculated. The intermediate condensing position and the condensing restriction position are compared, and it is determined whether or not the intermediate condensing position and the condensing restriction position may overlap within the scanning range (step S1-4). If there is no overlap within the scanning range, the control transitions to step S1-7.

走査範囲内で中間集光位置と集光制限位置が重なることがある場合、表示手段60に、中間集光位置と集光制限位置が重なる位置や、中間集光位置と集光制限位置が重なるときの標本集光位置等が表示される(ステップS1−5)。   If the intermediate condensing position and the condensing restriction position may overlap within the scanning range, the display means 60 may overlap the intermediate condensing position and the condensing restriction position, or the intermediate condensing position and the condensing restriction position may overlap. The sample collection position at the time is displayed (step S1-5).

観察者は、表示手段60に表示された情報に基づいて、走査範囲を変更するかどうかを選択する(ステップS1−6)。走査範囲の変更が選択された場合には、制御はステップS1−3に遷移する。観察者により走査範囲の変更が不要と判断され、走査範囲の変更が選択されなかった場合には、制御はステップS1−7へ遷移する。
ステップS1−7では、集光位置操作手段20は、標本集光位置を走査開始位置まで移動させる。
The observer selects whether to change the scanning range based on the information displayed on the display unit 60 (step S1-6). When the change of the scanning range is selected, the control proceeds to step S1-3. If it is determined by the observer that the scanning range does not need to be changed and the scanning range is not changed, the control proceeds to step S1-7.
In step S1-7, the condensing position operation means 20 moves the sample condensing position to the scanning start position.

ステップS1−8では、現時点の中間集光位置と集光制限位置が重なっているかどうかが判断される。中間集光位置と集光制限位置が重なっている場合には、制御はステップS1−12へ遷移する。   In step S1-8, it is determined whether or not the current intermediate condensing position and the condensing restriction position overlap. If the intermediate condensing position and the condensing restriction position overlap, the control proceeds to step S1-12.

中間集光位置と集光制限位置が重なっていない場合には、AOMシャッター装置12のシャッターが開かれ(ステップS1−9)、標本1が撮像される(ステップS1−10)。撮像終了後、AOMシャッター装置12のシャッターが閉じられる(ステップS1−11)。   When the intermediate condensing position and the condensing restriction position do not overlap, the shutter of the AOM shutter device 12 is opened (step S1-9), and the specimen 1 is imaged (step S1-10). After completion of imaging, the shutter of the AOM shutter device 12 is closed (step S1-11).

ステップS1−12では、現時点の標本集光位置が走査終了位置かどうか判断される。標本集光位置が走査終了位置でない場合には、集光位置操作手段20は、標本集光位置を次のz位置まで移動させる(ステップS1−13)。その後、制御はステップS1−8に遷移する。標本集光位置が走査終了位置である場合には、走査制御が終了する。
なお、上記の制御において、中間集光位置と集光制限位置の重なりに加えて、中間像位置と集光制限位置の重なりについても考慮して制御することが望ましい。
In step S1-12, it is determined whether or not the current sample collection position is the scanning end position. If the sample condensing position is not the scanning end position, the condensing position operating means 20 moves the sample condensing position to the next z position (step S1-13). Thereafter, the control proceeds to step S1-8. When the sample condensing position is the scanning end position, the scanning control ends.
In the above control, it is desirable to control in consideration of the overlap between the intermediate image position and the condensing restriction position in addition to the overlap between the intermediate condensing position and the condensing restriction position.

以上、図4に例示される制御を実施することで、光学素子等にレーザ光が集光することを防止することができる。また、光軸方向の走査に伴う標本の振動及び球面収差も抑えることができる。その結果、観察装置の良好な観察性能が実現される。   As described above, by performing the control illustrated in FIG. 4, it is possible to prevent the laser light from being focused on the optical element or the like. In addition, it is possible to suppress specimen vibration and spherical aberration associated with scanning in the optical axis direction. As a result, good observation performance of the observation apparatus is realized.

図5は、本実施例に係る観察装置の走査制御の変形例を示すフローチャートである。以下、図5を参照しながら、観察装置100の制御手段40による走査制御の変形例について説明する。
図5に例示される走査制御のステップS1−1からステップS1−7までは、図4に例示される走査制御と同様である。このため、説明を省略する。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a modification of the scanning control of the observation apparatus according to the present embodiment. Hereinafter, a modified example of the scanning control by the control means 40 of the observation apparatus 100 will be described with reference to FIG.
Steps S1-1 to S1-7 of the scanning control illustrated in FIG. 5 are the same as the scanning control illustrated in FIG. Therefore, the description is omitted.

ステップS1−8では、標本集光位置が走査開始位置にある状態で、中間集光位置と集光制限位置が重なっているかどうかが判断される。中間集光位置と集光制限位置が重なっていない場合には、図4に例示される走査制御と同様の制御が実施される。具体的には、AOMシャッター装置12のシャッターが開かれて(ステップS1−9)、標本1が撮像される(ステップS1−10)。撮像終了後、AOMシャッター装置12のシャッターが閉じられる(ステップS1−11)。その後、制御はステップS1−12へ遷移する。   In step S1-8, it is determined whether or not the intermediate condensing position and the condensing restriction position overlap with the sample condensing position at the scanning start position. When the intermediate condensing position and the condensing restriction position do not overlap, the same control as the scanning control illustrated in FIG. 4 is performed. Specifically, the shutter of the AOM shutter device 12 is opened (step S1-9), and the specimen 1 is imaged (step S1-10). After completion of imaging, the shutter of the AOM shutter device 12 is closed (step S1-11). Thereafter, the control proceeds to step S1-12.

一方、中間集光位置と集光制限位置が重なっている場合は、図4に例示される走査制御と異なる制御が実施される。まず、超短パルスレーザ光源11から射出されるレーザ光の強度を低下させる(ステップS1−14)。レーザ光の強度は、上述ように、中間集光位置と集光制限位置が重なる位置に応じて変化させてもよい。その後、AOMシャッター装置12のシャッターが開かれて(ステップS1−15)、標本1が撮像される(ステップS1−16)。撮像終了後、AOMシャッター装置12のシャッターが閉じられて(ステップS1−17)、さらに、レーザ光の強度も強度低下前の強度に戻される(ステップS1−18)。その後、制御はステップS1−12へ遷移する。   On the other hand, when the intermediate condensing position and the condensing restriction position overlap, control different from the scanning control illustrated in FIG. 4 is performed. First, the intensity of the laser light emitted from the ultrashort pulse laser light source 11 is reduced (step S1-14). As described above, the intensity of the laser beam may be changed according to the position where the intermediate condensing position and the condensing restriction position overlap. Thereafter, the shutter of the AOM shutter device 12 is opened (step S1-15), and the specimen 1 is imaged (step S1-16). After the imaging is finished, the shutter of the AOM shutter device 12 is closed (step S1-17), and the intensity of the laser light is also returned to the intensity before the intensity reduction (step S1-18). Thereafter, the control proceeds to step S1-12.

ステップS1−12では、現時点の標本集光位置が走査終了位置かどうか判断される。標本集光位置が走査終了位置でない場合には、標本集光位置を次のz位置まで移動させる(ステップS1−13)。その後、制御はステップS1−8に遷移する。標本集光位置が走査終了位置である場合には、走査制御が終了する。   In step S1-12, it is determined whether or not the current sample collection position is the scanning end position. If the sample condensing position is not the scanning end position, the sample condensing position is moved to the next z position (step S1-13). Thereafter, the control proceeds to step S1-8. When the sample condensing position is the scanning end position, the scanning control ends.

以上、図5に例示される制御を実施することで、すべてのz位置で標本1を撮像することができる。この制御では、撮像時にレーザ光が光学素子上に集光している場合であってもレーザ光の強度が低下しているため、レーザ光が光学素子に及ぼす影響が抑制される。また、光軸方向の走査に伴う標本の振動や球面収差も抑えることができ、その結果、良好な観察性能が実現される。   As described above, by performing the control illustrated in FIG. 5, the sample 1 can be imaged at all the z positions. In this control, even when the laser beam is condensed on the optical element at the time of imaging, the influence of the laser beam on the optical element is suppressed because the intensity of the laser beam is reduced. In addition, it is possible to suppress specimen vibration and spherical aberration associated with scanning in the optical axis direction, and as a result, good observation performance is realized.

図6は、本実施例に係る観察装置の構成を説明するための図である。図6に例示される観察装置101は、図1に例示される観察装置100と同様に、2光子励起蛍光顕微鏡である。なお、観察装置101の構成要素のうち、観察装置100の構成要素と同様のものには同符号を付し、説明を省略する。   FIG. 6 is a diagram for explaining the configuration of the observation apparatus according to the present embodiment. The observation apparatus 101 illustrated in FIG. 6 is a two-photon excitation fluorescence microscope, similarly to the observation apparatus 100 illustrated in FIG. Note that among the constituent elements of the observation apparatus 101, the same constituent elements as those of the observation apparatus 100 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

観察装置101は、観察装置100と同様に、標本1を配置するステージ2と、レーザ光を標本上に集光させる対物レンズ3と、レーザ光を対物レンズ3に導く照明手段10と、標本集光位置を光軸方向に走査する集光位置走査手段20と、標本からの生じる蛍光を観察する観察手段30と、観察装置101全体を制御する制御手段40と、入力手段50と、表示手段60と、を含んで構成されている。   Similar to the observation apparatus 100, the observation apparatus 101 includes a stage 2 on which the specimen 1 is arranged, an objective lens 3 that focuses the laser light on the specimen, an illumination unit 10 that guides the laser light to the objective lens 3, and a specimen collection. Condensing position scanning means 20 for scanning the optical position in the optical axis direction, observation means 30 for observing fluorescence generated from the specimen, control means 40 for controlling the entire observation apparatus 101, input means 50, and display means 60 And.

観察装置101は、照明手段10が偏光ビームスプリッタ21とビームエキスパンダ15の間に光量変調手段19を含んで構成されている点が観察装置100と異なっている。その他の構成は、観察装置100と同様である。また、制御手段40の構成は、観察装置100と同様に、図2に例示される構成である。   The observation apparatus 101 is different from the observation apparatus 100 in that the illumination unit 10 includes a light amount modulation unit 19 between the polarization beam splitter 21 and the beam expander 15. Other configurations are the same as those of the observation apparatus 100. Further, the configuration of the control means 40 is the configuration illustrated in FIG.

光量変調手段19は、照明制御手段42によって制御され、集光位置走査手段20により変化した中間集光位置に応じて、光量変調手段19を通過するレーザ光の強度を調整する。光量変調手段19は、例えば、減光フィルタ(NDフィルタ)で構成される。   The light amount modulation unit 19 is controlled by the illumination control unit 42 and adjusts the intensity of the laser light passing through the light amount modulation unit 19 in accordance with the intermediate condensing position changed by the condensing position scanning unit 20. The light quantity modulation means 19 is constituted by, for example, a neutral density filter (ND filter).

観察装置101では、図5に例示される走査制御が実施される。ただし、観察装置101では、超短パルスレーザ光源11から射出されるレーザ光の強度を制御する代わりに、光量変調手段19を透過するレーザ光の強度を制御する。これにより、超短パルスレーザ光源11から射出されるレーザ光の強度を変更することなく、第1の実施例と同様の効果を得ることができる。   In the observation apparatus 101, scanning control illustrated in FIG. 5 is performed. However, the observation apparatus 101 controls the intensity of the laser light transmitted through the light amount modulation means 19 instead of controlling the intensity of the laser light emitted from the ultrashort pulse laser light source 11. Thereby, the same effect as the first embodiment can be obtained without changing the intensity of the laser light emitted from the ultrashort pulse laser light source 11.

図7は、本実施例に係る観察装置の構成を説明するための図である。図7に例示される観察装置102は、図6に例示される観察装置101と同様に、2光子励起蛍光顕微鏡である。なお、観察装置102の構成要素のうち、観察装置101の構成要素と同様のものには同符号を付し、説明を省略する。   FIG. 7 is a diagram for explaining the configuration of the observation apparatus according to the present embodiment. The observation apparatus 102 illustrated in FIG. 7 is a two-photon excitation fluorescence microscope, similarly to the observation apparatus 101 illustrated in FIG. Of the constituent elements of the observation apparatus 102, the same constituent elements as those of the observation apparatus 101 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

観察装置102は、観察装置101と同様に、標本1を配置するステージ2と、レーザ光を標本上に集光させる対物レンズ3と、レーザ光を対物レンズ3に導く照明手段10と、標本集光位置を光軸方向に走査する集光位置走査手段20と、標本からの生じる蛍光を観察する観察手段30と、観察装置102全体を制御する制御手段40と、入力手段50と、表示手段60と、を含んで構成されている。   Similar to the observation apparatus 101, the observation apparatus 102 includes a stage 2 on which the specimen 1 is arranged, an objective lens 3 that focuses the laser light on the specimen, an illumination unit 10 that guides the laser light to the objective lens 3, and a specimen collection. Condensing position scanning means 20 that scans the light position in the optical axis direction, observation means 30 that observes fluorescence generated from the specimen, control means 40 that controls the entire observation apparatus 102, input means 50, and display means 60 And.

観察装置102は、さらに、照明光路中の光束の波面を計測する波面計測手段70を含んで構成される点が観察装置101と異なっている。その他の構成は、観察装置101と同様である。また、制御手段40の構成は、観察装置101と同様に、図2に例示される構成である。   The observation apparatus 102 is further different from the observation apparatus 101 in that the observation apparatus 102 includes a wavefront measuring unit 70 that measures the wavefront of the light beam in the illumination optical path. Other configurations are the same as those of the observation apparatus 101. Further, the configuration of the control means 40 is the configuration illustrated in FIG.

図8は、本実施例に係る波面計測手段の構成を示す概略図である。波面計測手段70は、図8に例示されるように、いわゆるシャックハルトマン方式の波面計測装置であり、マイクロレンズアレイ71と、電荷結合素子(CCD)72を含んで構成される。   FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the wavefront measuring means according to the present embodiment. As illustrated in FIG. 8, the wavefront measuring unit 70 is a so-called Shack-Hartmann wavefront measuring device, and includes a microlens array 71 and a charge coupled device (CCD) 72.

図9は、本実施例に係る観察装置の走査制御を示すフローチャートである。以下、図9を参照しながら、観察装置102の制御手段40による走査制御の一例について説明する。   FIG. 9 is a flowchart illustrating the scanning control of the observation apparatus according to the present embodiment. Hereinafter, an example of scanning control by the control unit 40 of the observation apparatus 102 will be described with reference to FIG.

まず、観察装置102の走査制御が開始されると、AOMシャッター装置12のシャッターが閉じられる(ステップS3−1)。さらに、光量変調手段19を制御し、光量変調手段19を通過するレーザ光の強度を低下させる(ステップS3−2)。光量変調手段19を通過するレーザ光の強度は、例えば、照明光路中の光学素子のうち、最もレーザ光の影響を受けやすい光学素子に合わせて決定する。   First, when scanning control of the observation apparatus 102 is started, the shutter of the AOM shutter apparatus 12 is closed (step S3-1). Further, the light quantity modulation means 19 is controlled to reduce the intensity of the laser light passing through the light quantity modulation means 19 (step S3-2). The intensity of the laser light that passes through the light amount modulation unit 19 is determined in accordance with, for example, the optical element that is most susceptible to the laser light among the optical elements in the illumination optical path.

次に、集光制限位置が算出され、集光制限位置に対応する標本集光位置のz位置が表示手段60に表示される(ステップS3−3)。観察者は、表示手段60を参照しながら入力手段50を用いて、走査範囲を入力する(ステップS3−4)。
その後、集光位置操作手段20により標本集光位置を走査開始位置まで移動させて(ステップS3−5)、AOMシャッター装置12のシャッターが開かれる(ステップS3−6)。
Next, the condensing restriction position is calculated, and the z position of the sample condensing position corresponding to the condensing restriction position is displayed on the display unit 60 (step S3-3). The observer inputs the scanning range by using the input unit 50 while referring to the display unit 60 (step S3-4).
Thereafter, the sample collection position is moved to the scanning start position by the collection position operating means 20 (step S3-5), and the shutter of the AOM shutter device 12 is opened (step S3-6).

ステップS3−7では、波面計測手段70を用いて照明光路中の光束の波面を計測する。そして、波面計測手段70による波面の計測結果に基づいて、中間集光位置算出手段43が現時点の中間集光位置を算出する(ステップS3−8)。   In step S3-7, the wavefront measuring means 70 is used to measure the wavefront of the light beam in the illumination optical path. Then, based on the wavefront measurement result by the wavefront measuring means 70, the intermediate condensing position calculating means 43 calculates the current intermediate condensing position (step S3-8).

現時点の中間集光位置と集光制限位置とが重なっているかどうかが判断される(ステップS3−9)。中間集光位置と集光制限位置が重なっている場合には、制御はステップS3−13へ遷移する。   It is determined whether or not the current intermediate condensing position and the condensing restriction position overlap (step S3-9). If the intermediate condensing position and the condensing restriction position overlap, the control proceeds to step S3-13.

中間集光位置と集光制限位置が重なっていない場合には、光量変調手段19を制御し、光量変調手段19を通過するレーザ光の強度を元に戻し(ステップS3−10)、標本1が撮像される(ステップS3−11)。撮像終了後、光量変調手段19を制御し、光量変調手段19を通過するレーザ光の強度を再び低下させる(ステップS3−12)。   If the intermediate condensing position and the condensing restriction position do not overlap, the light quantity modulation means 19 is controlled to return the intensity of the laser light passing through the light quantity modulation means 19 (step S3-10), and the sample 1 is An image is taken (step S3-11). After the imaging is completed, the light quantity modulation means 19 is controlled to reduce the intensity of the laser light passing through the light quantity modulation means 19 again (step S3-12).

ステップS3−13では、AOMシャッター装置12のシャッターが閉じられる。そして、現時点の標本集光位置が走査終了位置かどうか判断される(ステップS3−14)。標本集光位置が走査終了位置でない場合には、標本集光位置を次のz位置まで移動させる(ステップS3−15)。その後、制御はステップS3−6に遷移する。標本集光位置が走査終了位置である場合には、走査制御が終了する。
なお、上記の制御において、中間集光位置と集光制限位置の重なりに加えて、中間像位置と集光制限位置の重なりについても考慮して制御することが望ましい。
In step S3-13, the shutter of the AOM shutter device 12 is closed. Then, it is determined whether or not the current sample collection position is the scanning end position (step S3-14). If the sample condensing position is not the scanning end position, the sample condensing position is moved to the next z position (step S3-15). Thereafter, the control proceeds to step S3-6. When the sample condensing position is the scanning end position, the scanning control ends.
In the above control, it is desirable to control in consideration of the overlap between the intermediate image position and the condensing restriction position in addition to the overlap between the intermediate condensing position and the condensing restriction position.

以上、図9に例示される制御を実施することで、走査中に光学素子にレーザ光が集光した場合であっても、集光位置におけるレーザ光の強度は低下している。また、光学素子にレーザ光が集光している状態では撮像は行われない。このため、光学素子上にレーザ光が集光する時間は波面計測に要する時間だけとなる。このように、レーザ光は弱い強度で短い時間だけ光学素子上に集光するため、レーザ光が光学素子に及ぼす影響は抑制される。また、光軸方向の走査に伴う標本の振動や球面収差も抑えることができる。その結果、観察装置の良好な観察性能が実現される。   As described above, by performing the control illustrated in FIG. 9, the intensity of the laser light at the condensing position is reduced even when the laser light is condensed on the optical element during scanning. Further, imaging is not performed in a state where the laser light is focused on the optical element. For this reason, the time for which the laser beam is focused on the optical element is only the time required for wavefront measurement. As described above, since the laser light is focused on the optical element with a low intensity for a short time, the influence of the laser light on the optical element is suppressed. In addition, it is possible to suppress specimen vibration and spherical aberration associated with scanning in the optical axis direction. As a result, good observation performance of the observation apparatus is realized.

図10は、本実施例に係る観察装置の作用を説明するための図である。図10では、本実施例に係る観察装置103の構成の一部のみが示されている。なお、観察装置103の全体構成は、図1に例示される観察装置100と同様である。観察装置103は、ビームエキスパンダ14が走査制御手段41によって制御される点が、観察装置100と異なっている。   FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the observation apparatus according to the present embodiment. FIG. 10 shows only a part of the configuration of the observation apparatus 103 according to the present embodiment. Note that the overall configuration of the observation apparatus 103 is the same as that of the observation apparatus 100 illustrated in FIG. The observation apparatus 103 is different from the observation apparatus 100 in that the beam expander 14 is controlled by the scanning control means 41.

ビームエキスパンダ14がレーザ光を平行光として射出する場合、レーザ光は、偏光ビームスプリッタ21及び1/2波長板22を介して、平行光のままでzスキャンレンズ23に入射する。このため、ピエゾミラー24がzスキャンレンズ23の焦点距離だけzスキャンレンズ23から離れた位置にあるときには、レーザ光がピエゾミラー24上に集光してしまう。   When the beam expander 14 emits laser light as parallel light, the laser light enters the z-scan lens 23 as parallel light through the polarization beam splitter 21 and the half-wave plate 22. For this reason, when the piezo mirror 24 is located away from the z scan lens 23 by the focal length of the z scan lens 23, the laser light is condensed on the piezo mirror 24.

観察装置103では、ピエゾミラー24上にレーザ光が集光してしまうことを防止するため、走査制御手段41が集光位置走査手段20とビームエキスパンダ14を制御する。これにより、ピエゾミラー24の位置に応じてビームエキスパンダ14から射出されるレーザ光の広がり角を制御することが可能となり、ピエゾミラー24上にレーザ光が集光する状態を避けることができる。なお、図10では、ビームエキスパンダ14から射出されるレーザ光を収束光とすることで、ピエゾミラー24上にレーザ光が集光することを避けている様子が例示されている。   In the observation apparatus 103, the scanning control unit 41 controls the converging position scanning unit 20 and the beam expander 14 in order to prevent the laser beam from condensing on the piezo mirror 24. This makes it possible to control the spread angle of the laser light emitted from the beam expander 14 in accordance with the position of the piezo mirror 24, and avoid a state where the laser light is condensed on the piezo mirror 24. FIG. 10 illustrates a state in which the laser light emitted from the beam expander 14 is converged light, thereby avoiding condensing the laser light on the piezo mirror 24.

以上、本実施例に係る観察装置103においても、実施例1と同様の効果を得ることができる。それに加えて、ピエゾミラー24上へのレーザ光の集光も防止することができる。   As described above, also in the observation apparatus 103 according to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. In addition, it is possible to prevent laser light from being focused on the piezo mirror 24.

図11は、本実施例に係る観察装置の構成を説明するための図である。図11に例示される観察装置104は、図1に例示される観察装置100と同様に、2光子励起蛍光顕微鏡である。なお、観察装置104の構成要素のうち、観察装置100の構成要素と同様のものには同符号を付し、説明を省略する。   FIG. 11 is a diagram for explaining the configuration of the observation apparatus according to the present embodiment. The observation apparatus 104 illustrated in FIG. 11 is a two-photon excitation fluorescence microscope, similarly to the observation apparatus 100 illustrated in FIG. Note that among the constituent elements of the observation apparatus 104, the same constituent elements as those of the observation apparatus 100 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

観察装置104は、観察装置100と同様に、標本1を配置するステージ2と、レーザ光を標本上に集光させる対物レンズ3と、レーザ光を対物レンズ3に導く照明手段10と、標本集光位置を光軸方向に走査する集光位置走査手段20と、標本からの生じる蛍光を観察する観察手段30と、観察装置104全体を制御する制御手段40と、入力手段50と、表示手段60と、を含んで構成されている。   Similar to the observation apparatus 100, the observation apparatus 104 includes a stage 2 on which the specimen 1 is arranged, an objective lens 3 that focuses the laser light on the specimen, an illumination unit 10 that guides the laser light to the objective lens 3, and a specimen collection. Condensing position scanning means 20 that scans the light position in the optical axis direction, observation means 30 that observes fluorescence generated from the specimen, control means 40 that controls the entire observation apparatus 104, input means 50, and display means 60 And.

観察装置104は、さらに、対物レンズ3の光軸方向の駆動に用いられるピエゾ素子25と、ステージ2の光軸方向の駆動に用いられるピエゾ素子26を含んで構成される点が観察装置100と異なっている。その他の構成は、観察装置100と同様である。また、制御手段40の構成は、観察装置100と同様に、図2に例示される構成である。   The observation apparatus 104 further includes a piezo element 25 used for driving the objective lens 3 in the optical axis direction and a piezo element 26 used for driving the stage 2 in the optical axis direction. Is different. Other configurations are the same as those of the observation apparatus 100. Further, the configuration of the control means 40 is the configuration illustrated in FIG.

観察装置104では、対物レンズ3はピエゾ素子25を介して走査制御手段41により制御される。また、ステージ2もピエゾ素子26を介して走査制御手段41に制御される。つまり、ピエゾ素子25及びピエゾ素子26は、走査制御手段41に制御されることにより、対物レンズ3とステージ2の間の相対的な距離を変化させる第3走査手段として機能する。   In the observation device 104, the objective lens 3 is controlled by the scanning control means 41 via the piezo element 25. The stage 2 is also controlled by the scanning control means 41 via the piezo element 26. That is, the piezo element 25 and the piezo element 26 function as a third scanning unit that changes the relative distance between the objective lens 3 and the stage 2 by being controlled by the scanning control unit 41.

図12は、本実施例に係る観察装置の走査制御を示すフローチャートである。以下、図12を参照しながら、観察装置104の制御手段40による走査制御について説明する。   FIG. 12 is a flowchart illustrating scanning control of the observation apparatus according to the present embodiment. Hereinafter, scanning control by the control means 40 of the observation apparatus 104 will be described with reference to FIG.

まず、観察装置104の走査制御が開始されると、AOMシャッター装置12のシャッターが閉じられる(ステップS5−1)。そして、集光制限位置に対応する標本集光位置のz位置が表示手段60に表示される(ステップS5−2)。観察者は、表示手段60を参照しながら入力手段50を用いて、走査範囲を入力する(ステップS5−3)。その後、標本集光位置を走査開始位置まで移動させる(ステップS5−4)。   First, when scanning control of the observation device 104 is started, the shutter of the AOM shutter device 12 is closed (step S5-1). Then, the z position of the sample condensing position corresponding to the condensing limit position is displayed on the display means 60 (step S5-2). The observer uses the input unit 50 while referring to the display unit 60 to input the scanning range (step S5-3). Thereafter, the specimen collection position is moved to the scanning start position (step S5-4).

ステップS5−5では、現時点の中間集光位置と集光制限位置とが重なっているかどうかが判断される。中間集光位置と集光制限位置が重なっていない場合には、制御はステップS5−8へ遷移する。   In step S5-5, it is determined whether or not the current intermediate condensing position and the condensing restriction position overlap. If the intermediate condensing position and the condensing restriction position do not overlap, control proceeds to step S5-8.

中間集光位置と集光制限位置が重なっている場合には、集光位置走査手段20(第1走査手段)によりz位置を前の位置に戻す(ステップ5−6)。なお、標本集光位置が走査開始位置にある場合には、中間集光位置と集光制限位置が重ならない位置まで戻す。その後、第3走査手段(ピエゾ素子25及びピエゾ素子26)によりz位置を次の位置まで移動させる(ステップS5−7)。   If the intermediate condensing position and the condensing limit position overlap, the z position is returned to the previous position by the condensing position scanning unit 20 (first scanning unit) (step 5-6). When the sample condensing position is at the scanning start position, the specimen is returned to a position where the intermediate condensing position and the condensing restriction position do not overlap. Thereafter, the z position is moved to the next position by the third scanning means (piezo element 25 and piezo element 26) (step S5-7).

ステップS5−8では、AOMシャッター装置12のシャッターが開かれる。そして、標本1が撮像される(ステップS5−9)。撮像終了後、AOMシャッター装置12のシャッターが閉じられる(ステップS5−10)。   In step S5-8, the shutter of the AOM shutter device 12 is opened. Then, the sample 1 is imaged (step S5-9). After completion of imaging, the shutter of the AOM shutter device 12 is closed (step S5-10).

ステップS5−11では、現時点の標本集光位置が走査終了位置かどうか判断される。標本集光位置が走査終了位置でない場合には、第1走査手段により標本集光位置を次のz位置まで移動させる(ステップS5−12)。その後、制御はステップS5−6に遷移する。標本集光位置が走査終了位置である場合には、走査制御が終了する。
なお、上記の制御において、中間集光位置と集光制限位置の重なりに加えて、中間像位置と集光制限位置の重なりについても考慮して制御することが望ましい。
In step S5-11, it is determined whether the current sample collection position is the scan end position. If the sample condensing position is not the scanning end position, the first condensing position is moved to the next z position by the first scanning means (step S5-12). Thereafter, the control proceeds to step S5-6. When the sample condensing position is the scanning end position, the scanning control ends.
In the above control, it is desirable to control in consideration of the overlap between the intermediate image position and the condensing restriction position in addition to the overlap between the intermediate condensing position and the condensing restriction position.

以上、図12に例示される制御を実施することで、すべてのz位置で標本1を必要なレーザ強度で照明しながら撮像することができる。この制御では、第1走査手段を用いた走査でレーザ光が光学素子上に集光してしまう場合のみ、第3走査手段を走査に用いる。第1走査手段でのみ走査する場合に比べて、第3走査手段では大きく集光位置を走査できる。このため、第1走査手段により光軸方向に走査しているときに中間集光位置または中間像位置が集光制限位置に重なってしまう場合に、第3走査手段は、中間集光位置または中間像位置が集光制限位置を素早く通過するように、中間集光位置または中間像位置を移動させることができる。その結果、観察装置の良好な観察性能が実現される。   As described above, by performing the control illustrated in FIG. 12, it is possible to take an image while illuminating the specimen 1 with a necessary laser intensity at all z positions. In this control, the third scanning unit is used for scanning only when the laser beam is condensed on the optical element by the scanning using the first scanning unit. Compared to the case of scanning only by the first scanning unit, the third scanning unit can largely scan the condensing position. For this reason, when the intermediate condensing position or the intermediate image position overlaps the condensing limit position when scanning in the optical axis direction by the first scanning means, the third scanning means is used as the intermediate condensing position or the intermediate condensing position. The intermediate condensing position or the intermediate image position can be moved so that the image position quickly passes the condensing restriction position. As a result, good observation performance of the observation apparatus is realized.

なお、上記制御では、走査後のz位置で中間集光位置または中間像位置と集光制限位置が重なるかどうかを予め算出し、走査に用いる走査手段を選択しても良い。この場合、中間集光位置または中間像位置と集光制限位置が重なる場合には、第3走査手段で走査し、重ならない場合には、第1走査手段で走査するように制御する。   In the above control, it may be calculated in advance whether the intermediate condensing position or the intermediate image position overlaps with the condensing restriction position at the z position after scanning, and the scanning means used for scanning may be selected. In this case, when the intermediate condensing position or the intermediate image position and the condensing restriction position overlap, control is performed so that scanning is performed by the third scanning unit, and when they do not overlap, scanning is performed by the first scanning unit.

なお、上記の制御の他に、走査範囲が入力された後で、走査中に中間集光位置または中間像位置と集光制限位置が重なることがあるかどうかを判断する制御を行っても良い。この場合、重なることがある場合には、第3走査手段により走査開始位置を走査中に中間集光位置または中間像位置と集光制限位置が重ならない位置まで移動させてもよい。   In addition to the above-described control, after the scanning range is input, control may be performed to determine whether the intermediate condensing position or the intermediate image position may overlap with the condensing restriction position during scanning. . In this case, if there is an overlap, the scanning start position may be moved by the third scanning means to a position where the intermediate condensing position or the intermediate image position and the condensing restriction position do not overlap during scanning.

図13は、本実施例に係る観察装置の構成を説明するための図である。図13に例示される観察装置105は、図7に例示される観察装置102と同様に、2光子励起蛍光顕微鏡である。なお、観察装置105の構成要素のうち、観察装置102の構成要素と同様のものには同符号を付し、説明を省略する。   FIG. 13 is a diagram for explaining the configuration of the observation apparatus according to the present embodiment. The observation apparatus 105 illustrated in FIG. 13 is a two-photon excitation fluorescence microscope, similarly to the observation apparatus 102 illustrated in FIG. Of the constituent elements of the observation apparatus 105, the same constituent elements as those of the observation apparatus 102 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

観察装置105は、観察装置102と同様に、標本1を配置するステージ2と、レーザ光を標本上に集光させる対物レンズ3と、レーザ光を対物レンズ3に導く照明手段10と、標本集光位置を光軸方向に走査する集光位置走査手段20と、標本からの生じる蛍光を観察する観察手段30と、観察装置105全体を制御する制御手段40と、入力手段50と、表示手段60と、を含んで構成されている。   Similar to the observation apparatus 102, the observation apparatus 105 includes a stage 2 on which the specimen 1 is arranged, an objective lens 3 that focuses the laser light on the specimen, an illumination unit 10 that guides the laser light to the objective lens 3, and a specimen collection. Condensing position scanning means 20 for scanning the optical position in the optical axis direction, observation means 30 for observing fluorescence generated from the specimen, control means 40 for controlling the entire observation apparatus 105, input means 50, and display means 60 And.

観察装置105は、集光位置走査手段20の構成が観察装置102と異なっている。より具体的には、観察装置102のzスキャンレンズ23及びピエゾミラー24の代わりに、デフォーマブルミラー27が含まれる。観察装置105では、走査制御手段41がデフォーマブルミラー27を制御することで、標本集光位置を光軸方向に走査することができる。なお、デフォーマブルミラー27の代わりに、特許文献2に記載の液晶空間光変調器などの反射型液晶デバイス28を用いてもよい。   The observation apparatus 105 is different from the observation apparatus 102 in the configuration of the condensing position scanning unit 20. More specifically, a deformable mirror 27 is included instead of the z scan lens 23 and the piezo mirror 24 of the observation apparatus 102. In the observation device 105, the scanning control unit 41 controls the deformable mirror 27, whereby the sample condensing position can be scanned in the optical axis direction. Instead of the deformable mirror 27, a reflective liquid crystal device 28 such as a liquid crystal spatial light modulator described in Patent Document 2 may be used.

また、デフォーマブルミラー27や反射型液晶デバイス28では、光軸方向の走査に伴う球面収差もそれ自体で補正することができる。このため、照明手段10に含まれるビームエキスパンダ15は、変倍機能を有するズーム式である必要はない。   Further, in the deformable mirror 27 and the reflective liquid crystal device 28, spherical aberration accompanying scanning in the optical axis direction can be corrected by itself. For this reason, the beam expander 15 included in the illumination unit 10 does not have to be a zoom type having a zoom function.

観察装置105では、観察装置102と同様に、図9に例示される走査制御が実施される。これにより、実施例3と同様の効果を得ることができる。   In the observation apparatus 105, similarly to the observation apparatus 102, scanning control illustrated in FIG. 9 is performed. Thereby, the same effect as Example 3 can be acquired.

図14は、本実施例に係る観察装置の構成を説明するための図である。図14に例示される観察装置106は、光刺激のための光源と観察のための光源を有する蛍光顕微鏡である。   FIG. 14 is a diagram for explaining the configuration of the observation apparatus according to the present embodiment. An observation apparatus 106 illustrated in FIG. 14 is a fluorescence microscope having a light source for light stimulation and a light source for observation.

観察装置106は、標本1を配置するステージ2と、レーザ光を標本上に集光させる対物レンズ3と、光刺激の為のレーザ光(以降、刺激光と記す。)と観察のためのレーザ光(以降、照明光と記す。)を対物レンズ3に導く照明手段80と、集光位置走査手段20と、標本からの生じる蛍光を観察する観察手段30と、観察装置106全体を制御する制御手段40と、対物レンズ3の駆動に用いられるピエゾ素子25と、ステージ2の駆動に用いられるピエゾ素子26と、入力手段50と、表示手段60と、を含んで構成されている。なお、制御手段40の構成は、観察装置100と同様に、図2に例示される構成である。
照明手段80は、第1照明手段と、第2照明手段と、ダイクロイックミラー92と、結像レンズ93と、を含んで構成されている。
The observation device 106 includes a stage 2 on which the sample 1 is arranged, an objective lens 3 that focuses laser light on the sample, laser light for light stimulation (hereinafter referred to as stimulation light), and laser for observation. Illumination means 80 for guiding light (hereinafter referred to as illumination light) to the objective lens 3, condensing position scanning means 20, observation means 30 for observing fluorescence generated from the specimen, and control for controlling the entire observation apparatus 106 The unit 40 includes a piezo element 25 used for driving the objective lens 3, a piezo element 26 used for driving the stage 2, an input unit 50, and a display unit 60. Note that the configuration of the control means 40 is the configuration illustrated in FIG.
The illumination means 80 includes a first illumination means, a second illumination means, a dichroic mirror 92, and an imaging lens 93.

第1照明手段は、断続的に超短パルスレーザ光を射出する超短パルスレーザ光源81と、AOMシャッター装置82と、分散補償器83と、ビームエキスパンダ84と、倍率変更機能を有するズーム式のビームエキスパンダ85と、ガルバノミラー86と、リレーレンズ87と、を含んでいる。   The first illumination means includes an ultrashort pulse laser light source 81 that intermittently emits an ultrashort pulse laser beam, an AOM shutter device 82, a dispersion compensator 83, a beam expander 84, and a zoom type having a magnification changing function. Beam expander 85, galvanometer mirror 86, and relay lens 87.

一方、第2照明手段は、継続的にレーザ光を射出するCWレーザ光源88と、AOMシャッター装置89と、ガルバノミラー90と、リレーレンズ91と、を含んでいる。   On the other hand, the second illumination means includes a CW laser light source 88 that continuously emits laser light, an AOM shutter device 89, a galvano mirror 90, and a relay lens 91.

集光位置走査手段20は、ビームエキスパンダ84とビームエキスパンダ85の間に配置され、偏光ビームスプリッタ21と、1/2波長板22と、zスキャンレンズ23と、ピエゾミラー24とを含んで構成されている。なお、集光位置走査手段20のzスキャンレンズ23及びピエゾミラー24の代わりに、デフォーマブルミラーや反射型液晶デバイスを用いることもできる。その場合、ビームエキスパンダ15は、ズーム式のビームエキスパンダである必要はない。   The condensing position scanning unit 20 is disposed between the beam expander 84 and the beam expander 85, and includes a polarization beam splitter 21, a half-wave plate 22, a z scan lens 23, and a piezo mirror 24. It is configured. Instead of the z scan lens 23 and the piezo mirror 24 of the condensing position scanning unit 20, a deformable mirror or a reflective liquid crystal device can be used. In that case, the beam expander 15 does not have to be a zoom beam expander.

観察装置106では、集光位置走査手段20は、刺激光の標本集光位置を光軸方向に走査する第1走査手段である。ガルバノミラー86は、刺激光の標本集光位置を光軸と垂直な方向に走査する第2走査手段である。ピエゾ素子25及びピエゾ素子26は、刺激光と照明光の標本集光位置を光軸方向に走査する第3走査手段である。ガルバノミラー90は、照明光の標本集光位置を光軸と垂直な方向に走査する第4走査手段である。   In the observation device 106, the condensing position scanning unit 20 is a first scanning unit that scans the sample condensing position of the stimulation light in the optical axis direction. The galvanometer mirror 86 is a second scanning unit that scans the sample collection position of the stimulation light in a direction perpendicular to the optical axis. The piezo element 25 and the piezo element 26 are third scanning means for scanning the sample collection positions of the stimulation light and the illumination light in the optical axis direction. The galvanometer mirror 90 is a fourth scanning unit that scans the specimen collection position of the illumination light in a direction perpendicular to the optical axis.

超短パルスレーザ光源81から射出された刺激光の作用は、観察装置100の超短パルスレーザ光源11から射出されたレーザ光の作用と同様である。このため、説明を省略する。   The action of the stimulation light emitted from the ultrashort pulse laser light source 81 is the same as the action of the laser light emitted from the ultrashort pulse laser light source 11 of the observation apparatus 100. Therefore, the description is omitted.

CWレーザ光源88から射出されたレーザ光(照明光)は、音響光学素子を用いて構成されるAOMシャッター装置89に入射する。AOMシャッター装置89のシャッターが開いた状態では、照明光はダイクロイックミラー31で反射され、ガルバノミラー90及びリレーレンズ91を介してダイクロイックミラー92へ入射する。さらに、照明光はダイクロイックミラー92を透過して、結像レンズ93を介して対物レンズ3へ入射する。対物レンズ3は、照明光を標本1上の標本集光位置に照射する。ここで、通常、刺激光の標本集光位置と照明光の標本集光位置は異なる。   Laser light (illumination light) emitted from the CW laser light source 88 enters an AOM shutter device 89 configured using an acoustooptic device. When the shutter of the AOM shutter device 89 is opened, the illumination light is reflected by the dichroic mirror 31 and enters the dichroic mirror 92 via the galvano mirror 90 and the relay lens 91. Further, the illumination light passes through the dichroic mirror 92 and enters the objective lens 3 through the imaging lens 93. The objective lens 3 irradiates illumination light to the specimen condensing position on the specimen 1. Here, usually, the sample collection position of the stimulation light and the sample collection position of the illumination light are different.

刺激光と照明光が照射された標本では、それぞれの光によって蛍光が発生する。この際、刺激光は2光子過程を経て標本を励起し蛍光を発生させるのに対して、照明光は1光子過程を経て標本を励起し蛍光を発生させる。超短パルスレーザ光源81を用いて2光子過程を経て標本を励起する場合、CWレーザ光源88を用いて1光子過程を経て標本を励起する場合に比べて、標本を強いレーザ密度で照射する必要がある。その結果、刺激光の中間集光位置のレーザ強度の方が、照明光の中間集光位置のレーザ強度より強くなる。このため、観察装置106では、超短パルスレーザ光源81を含む第1照明手段の照明光路中にのみ、集光位置走査手段20を設けている。なお、CWレーザ光源88を含む第2照明手段の照明光路中に、さらに、集光位置走査手段を設けることもできる。   In a specimen irradiated with stimulation light and illumination light, fluorescence is generated by each light. At this time, the stimulation light excites the specimen through a two-photon process to generate fluorescence, whereas the illumination light excites the specimen through a one-photon process to generate fluorescence. When the sample is excited through a two-photon process using the ultrashort pulse laser light source 81, it is necessary to irradiate the sample with a stronger laser density than when the sample is excited through a one-photon process using the CW laser light source 88. There is. As a result, the laser intensity at the intermediate condensing position of the stimulation light is stronger than the laser intensity at the intermediate condensing position of the illumination light. For this reason, in the observation apparatus 106, the condensing position scanning unit 20 is provided only in the illumination optical path of the first illumination unit including the ultrashort pulse laser light source 81. A condensing position scanning unit may be further provided in the illumination optical path of the second illumination unit including the CW laser light source 88.

標本から発生した蛍光は、対物レンズ3、結像レンズ93、ダイクロイックミラー92、リレーレンズ91及びガルバノミラー90を介して観察手段30へ入射する。蛍光はダイクロイックミラー31を透過し、集光レンズ33により共焦点ピンホール35上に集光する。照明光の標本集光位置から生じた蛍光のみが共焦点ピンホール35を通過し、光電子倍増管34に入射する。光電子倍増管34は、撮像素子として機能し、蛍光を電気信号に変換して画像を生成する。   Fluorescence generated from the specimen enters the observation means 30 via the objective lens 3, the imaging lens 93, the dichroic mirror 92, the relay lens 91, and the galvanometer mirror 90. The fluorescence passes through the dichroic mirror 31 and is condensed on the confocal pinhole 35 by the condenser lens 33. Only the fluorescence generated from the specimen collection position of the illumination light passes through the confocal pinhole 35 and enters the photomultiplier tube 34. The photomultiplier tube 34 functions as an image sensor and converts the fluorescence into an electrical signal to generate an image.

観察装置106では、刺激光の標本集光位置(以降、刺激座標)と、照明光の標本集光位置を別々に走査することができる。このため、光刺激を与える刺激座標を変化させた際の標本の変化を観察することができる。   The observation device 106 can separately scan the sample collection position of stimulus light (hereinafter referred to as stimulus coordinates) and the sample collection position of illumination light. For this reason, it is possible to observe the change of the sample when the stimulus coordinates for applying the light stimulus are changed.

図15は、本実施例に係る観察装置の走査制御を示すフローチャートである。以下、図15を参照しながら、観察装置106の制御手段40による走査制御の一例について説明する。なお、図15は、刺激座標の走査にのみ着目している。   FIG. 15 is a flowchart illustrating the scanning control of the observation apparatus according to the present embodiment. Hereinafter, an example of scanning control by the control unit 40 of the observation apparatus 106 will be described with reference to FIG. Note that FIG. 15 focuses only on scanning of stimulus coordinates.

まず、観察装置106の走査制御が開始されると、AOMシャッター装置82のシャッターが閉じられる(ステップS7−1)。次に、刺激光の集光制限位置が算出され、集光制限位置に対応する刺激座標のz位置の範囲が表示手段60に表示される(ステップS7−2)。観察者は、表示手段60を参照しながら入力手段50を用いて、刺激座標を入力する(ステップS7−3)。   First, when scanning control of the observation device 106 is started, the shutter of the AOM shutter device 82 is closed (step S7-1). Next, the condensing restriction position of the stimulation light is calculated, and the range of the z position of the stimulation coordinates corresponding to the condensing restriction position is displayed on the display means 60 (step S7-2). The observer inputs stimulus coordinates using the input unit 50 while referring to the display unit 60 (step S7-3).

次に、入力された複数の刺激座標の各座標に対応する中間集光位置及び集光制限位置が算出される。これらの中間集光位置と集光制限位置を比較し、刺激座標で中間集光位置と集光制限位置が重なることがあるかどうかが判断される(ステップS7−4)。刺激座標において重なることがない場合、制御はステップS7−9へ遷移する。   Next, an intermediate condensing position and a condensing restriction position corresponding to each coordinate of the input plurality of stimulus coordinates are calculated. The intermediate condensing position and the condensing restriction position are compared, and it is determined whether or not the intermediate condensing position and the condensing restriction position may overlap in the stimulus coordinates (step S7-4). If there is no overlap in the stimulus coordinates, control proceeds to step S7-9.

刺激座標で中間集光位置と集光制限位置が重なることがある場合、表示手段60に、中間集光位置と集光制限位置が重なる位置や、中間集光位置と集光制限位置が重なるときの刺激座標等が表示される(ステップS7−5)。   When the intermediate condensing position and the condensing restriction position may overlap with each other in the stimulus coordinates, the display means 60 may overlap the intermediate condensing position and the condensing restriction position, or the intermediate condensing position and the condensing restriction position may overlap. Are displayed (step S7-5).

観察者は、表示手段60に表示された情報に基づいて、刺激座標を変更するかどうかを選択する(ステップS7−6)。刺激座標の変更が選択された場合には、制御はステップS7−3に遷移する。刺激座標の変更が選択されなかった場合には、中間集光位置と集光制限位置が重なる刺激座標を削除する(ステップS7−7)。
ステップS7−8では、刺激座標を走査開始位置まで移動させる。
The observer selects whether to change the stimulus coordinates based on the information displayed on the display means 60 (step S7-6). If the change of the stimulus coordinates is selected, the control proceeds to step S7-3. When the change of the stimulus coordinates is not selected, the stimulus coordinates where the intermediate condensing position and the condensing restriction position overlap are deleted (step S7-7).
In step S7-8, the stimulus coordinates are moved to the scan start position.

そして、AOMシャッター装置82のシャッターが開かれて、標本1が刺激光により刺激される。この際、観察手段30により標本1が撮像される。撮像終了後、AOMシャッター装置82のシャッターが閉じられる(ステップS7−9)。   Then, the shutter of the AOM shutter device 82 is opened, and the specimen 1 is stimulated by the stimulation light. At this time, the specimen 1 is imaged by the observation means 30. After completion of imaging, the shutter of the AOM shutter device 82 is closed (step S7-9).

ステップS7−10では、現在の刺激座標が入力された最後の刺激座標かどうか判断される。最後の刺激座標でない場合には、刺激座標を次のz位置まで移動する(ステップS7−11)。その後、制御はステップS7−9に遷移する。現在の刺激座標が最後の刺激座標である場合には、走査制御が終了する。
なお、上記の制御において、中間集光位置と集光制限位置の重なりに加えて、中間像位置と集光制限位置の重なりについても考慮して制御することが望ましい。
In step S7-10, it is determined whether the current stimulus coordinate is the last input stimulus coordinate. If it is not the last stimulus coordinate, the stimulus coordinate is moved to the next z position (step S7-11). Thereafter, the control proceeds to step S7-9. If the current stimulus coordinate is the last stimulus coordinate, the scanning control is terminated.
In the above control, it is desirable to control in consideration of the overlap between the intermediate image position and the condensing restriction position in addition to the overlap between the intermediate condensing position and the condensing restriction position.

以上、図15に例示される制御を実施することで、光学素子等に刺激光が集光することを防止することができる。また、刺激座標の光軸方向の走査に伴う標本の振動及び球面収差も抑えることができる。その結果、観察装置の良好な観察性能が実現される。   As described above, by performing the control exemplified in FIG. 15, it is possible to prevent the stimulation light from being collected on the optical element or the like. In addition, it is possible to suppress specimen vibration and spherical aberration associated with scanning of stimulus coordinates in the optical axis direction. As a result, good observation performance of the observation apparatus is realized.

1・・・ 標本
2・・・ ステージ
3・・・ 対物レンズ
4・・・ 集光制限位置
5・・・ 集光可能位置
10、80・・・ 照明手段
11、81・・・ 超短パルスレーザ光源
12、82、89・・・ AOMシャッター装置
13、83・・・ 分散補償器
14、15、84、85・・・ ビームエキスパンダ
16、86、90・・・ ガルバノミラー
17、87、91・・・ リレーレンズ
18、93・・・ 結像レンズ
19・・・ 光量変調手段
20・・・ 集光位置走査手段
21・・・ 偏光ビームスプリッタ
22・・・ 1/2波長板
23・・・ zスキャンレンズ
24・・・ ピエゾミラー
25、26・・・ ピエゾ素子
27・・・ デフォーマブルミラー
28・・・ 反射型液晶デバイス
30・・・ 観察手段
31、92・・・ ダイクロイックミラー
32・・・ バリアフィルタ
33・・・ 集光レンズ
34・・・ 光電子倍増管
35・・・ 共焦点ピンホール
40・・・ 制御手段
41・・・ 走査制御手段
42・・・ 照明制御手段
43・・・ 中間集光位置算出手段
44・・・ 集光制限位置算出手段
45・・・ 観察制御手段
50・・・ 入力手段
60・・・ 表示手段
70・・・ 波面計測手段
71・・・ マイクロレンズアレイ
72・・・ 電荷結合素子(CCD)
88・・・ CWレーザ光源
100、101、102、103、104、105、106・・・ 観察装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Specimen 2 ... Stage 3 ... Objective lens 4 ... Condensing restriction position 5 ... Condensing possible position 10, 80 ... Illuminating means 11, 81 ... Ultrashort pulse laser Light source 12, 82, 89 ... AOM shutter device 13, 83 ... Dispersion compensator 14, 15, 84, 85 ... Beam expander 16, 86, 90 ... Galvano mirror 17, 87, 91 .. Relay lenses 18, 93... Imaging lens 19. Light amount modulation means 20... Condensing position scanning means 21... Polarization beam splitter 22. Scan lens 24 ... Piezo mirror 25, 26 ... Piezo element 27 ... Deformable mirror 28 ... Reflective liquid crystal device 30 ... Observation means 31, 92 ... Dichroic mirror 32 ... Barrier filter 33 ... Condensing lens 34 ... Photomultiplier tube 35 ... Confocal pinhole 40 ... Control means 41 ... Scanning control means 42 ... Illumination control means 43 ... Intermediate collection Light position calculating means 44 ... Condensation restriction position calculating means 45 ... Observation control means 50 ... Input means 60 ... Display means 70 ... Wavefront measuring means 71 ... Micro lens array 72 ...・ Charge coupled device (CCD)
88 ... CW laser light source 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106 ... Observation device

Claims (35)

標本を配置するステージと、
レーザ光を標本上に集光させる対物レンズと、
前記レーザ光を前記対物レンズに導く照明手段と、
前記標本内の集光位置である標本集光位置を光軸方向に走査する第1走査手段と、
照明光路中の集光位置である中間集光位置及び前記レーザ光の集光が制限される集光制限位置に基づいて、前記照明手段と前記第1走査手段とを制御する制御手段と、を含むことを特徴とする観察装置。
A stage to place the specimen;
An objective lens for focusing the laser beam on the specimen;
Illumination means for guiding the laser light to the objective lens;
First scanning means for scanning a specimen condensing position, which is a condensing position in the specimen, in an optical axis direction;
Control means for controlling the illuminating means and the first scanning means based on an intermediate condensing position which is a condensing position in the illumination optical path and a condensing restriction position where the condensing of the laser light is restricted. An observation apparatus comprising:
請求項1に記載の観察装置において、
前記制御手段は、
前記第1走査手段の駆動を制御する走査制御手段と、
前記中間集光位置を算出する中間集光位置算出手段と、
前記集光制限位置を算出する集光制限位置算出手段と、
前記照明手段を制御する照明制御手段と、を含むことを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 1,
The control means includes
Scanning control means for controlling driving of the first scanning means;
Intermediate condensing position calculating means for calculating the intermediate condensing position;
A condensing restriction position calculating means for calculating the condensing restriction position;
And an illumination control means for controlling the illumination means.
請求項2に記載の観察装置において、
前記照明手段は、光源を含み、
前記照明制御手段は、前記集光制限位置と前記中間集光位置が重なるとき、前記光源から射出されるレーザ光の強度を低下させることを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 2,
The illumination means includes a light source,
The observation device, wherein the illumination control means reduces the intensity of laser light emitted from the light source when the condensing restriction position and the intermediate condensing position overlap.
請求項2に記載の観察装置において、
前記照明手段は、
光源と、
前記光源と前記集光制限位置の間に配置された光量変調手段と、を含み、
前記照明制御手段は、前記集光制限位置と前記中間集光位置が重なるとき、前記光量変調手段を通過するレーザ光の強度を低下させることを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 2,
The illumination means includes
A light source;
A light amount modulation means disposed between the light source and the light collection restriction position,
The observation apparatus characterized in that the illumination control means reduces the intensity of the laser light passing through the light amount modulation means when the condensing restriction position and the intermediate condensing position overlap.
請求項3または請求項4に記載の観察装置において、
前記レーザ光の強度は、前記集光制限位置と前記中間集光位置が重なる位置に応じて変化することを特徴とする観察装置。
In the observation apparatus according to claim 3 or 4,
The intensity of the laser beam changes in accordance with a position where the condensing restriction position and the intermediate condensing position overlap.
請求項2に記載の観察装置において、
前記照明手段は、
光源と、
前記光源と前記集光制限位置の間に配置されたシャッター装置と、を含み、
前記照明制御手段は、前記集光制限位置と前記中間集光位置が重なるとき、前記シャッター装置にレーザ光を遮断させることを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 2,
The illumination means includes
A light source;
A shutter device disposed between the light source and the light collection restriction position,
The observation device, wherein the illumination control unit causes the shutter device to block laser light when the condensing restriction position and the intermediate condensing position overlap.
請求項2に記載の観察装置において、
前記走査制御手段は、前記集光制限位置と前記中間集光位置が重なる位置への前記第1走査手段による走査を制限することを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 2,
The scanning control means restricts scanning by the first scanning means to a position where the condensing restriction position and the intermediate condensing position overlap.
請求項2に記載の観察装置において、
さらに、前記標本集光位置を光軸と垂直な方向に走査する第2走査手段を含み、
前記走査制御手段は、前記集光制限位置と前記中間集光位置が重なる位置への前記第2走査手段による走査を制限することを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 2,
And a second scanning means for scanning the specimen condensing position in a direction perpendicular to the optical axis,
The scanning control means restricts scanning by the second scanning means to a position where the condensing restriction position and the intermediate condensing position overlap each other.
請求項2に記載の観察装置において、
さらに、前記標本と前記対物レンズの間の距離を変化させる第3走査手段を含み、
前記走査制御手段は、前記第3制御手段の駆動を制御することを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 2,
Furthermore, it includes a third scanning means for changing a distance between the sample and the objective lens,
The observation apparatus characterized in that the scanning control means controls driving of the third control means.
請求項9に記載の観察装置において、
前記第3走査手段は、前記対物レンズを光軸方向に駆動することを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 9, wherein
The third scanning unit drives the objective lens in the optical axis direction.
請求項9に記載の観察装置において、
前記第3走査手段は、前記ステージを光軸方向に駆動することを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 9, wherein
The third scanning unit drives the stage in the optical axis direction.
請求項9に記載の観察装置において、
前記走査制御手段は、前記第1走査手段及び前記第3走査手段により、前記集光制限位置と前記中間集光位置が重ならないように、前記標本集光位置を光軸方向に走査することを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 9, wherein
The scanning control means scans the sample condensing position in the optical axis direction by the first scanning means and the third scanning means so that the condensing restriction position and the intermediate condensing position do not overlap. A characteristic observation device.
請求項12に記載の観察装置において、
前記走査制御手段は、
前記集光制限位置と前記中間集光位置が重ならないとき、前記第1走査手段により前記標本集光位置を光軸方向に走査し、
前記集光制限位置と前記中間集光位置が重なるとき、前記第3走査手段により前記標本集光位置を光軸方向に走査することを特徴とする観察装置。
The observation device according to claim 12,
The scanning control means includes
When the condensing restriction position and the intermediate condensing position do not overlap, the first scanning means scans the sample condensing position in the optical axis direction,
An observation apparatus, wherein when the condensing restriction position and the intermediate condensing position overlap, the third condensing position scans the sample condensing position in the optical axis direction.
請求項12に記載の観察装置において、
前記走査制御手段は、前記集光制限位置を走査する前に、前記第3走査手段により、走査中に前記中間集光位置と前記集光制限位置が重ならない位置に前記標本を移動させることを特徴とする観察装置。
The observation device according to claim 12,
The scanning control means moves the sample to a position where the intermediate condensing position and the condensing restriction position do not overlap during scanning by the third scanning means before scanning the condensing restriction position. A characteristic observation device.
請求項2に記載の観察装置において、
さらに、前記標本を撮像する撮像手段を含み、
前記撮像手段は、前記集光制限位置と前記中間集光位置が重なるとき、撮像しないことを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 2,
Furthermore, the imaging means for imaging the sample,
The observation apparatus according to claim 1, wherein the imaging unit does not capture an image when the condensing restriction position and the intermediate condensing position overlap.
請求項2に記載の観察装置において、
前記中間集光位置算出手段は、前記対物レンズ、前記照明手段及び前記第1走査手段を構成する光学素子の配置に基づいて、前記中間集光位置を算出することを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 2,
The observation apparatus according to claim 1, wherein the intermediate condensing position calculating unit calculates the intermediate condensing position based on an arrangement of optical elements constituting the objective lens, the illuminating unit, and the first scanning unit.
請求項2に記載の観察装置において、
前記中間集光位置算出手段は、前記標本集光位置に基づいて、前記中間集光位置を算出することを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 2,
The intermediate condensing position calculation means calculates the intermediate condensing position based on the sample condensing position.
請求項2に記載の観察装置において、
さらに、前記レーザ光の波面を計測する波面計測手段を含み、
前記中間集光位置算出手段は、前記波面計測手段による計測結果に基づいて、前記中間集光位置を算出することを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 2,
Furthermore, it includes a wavefront measuring means for measuring the wavefront of the laser beam,
The said intermediate condensing position calculation means calculates the said intermediate condensing position based on the measurement result by the said wavefront measurement means, The observation apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項2に記載の観察装置において、
前記集光制限位置算出手段は、前記対物レンズ、前記照明手段及び前記第1走査手段を構成する光学素子の配置に基づいて、前記集光制限位置を算出することを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 2,
The observation apparatus characterized in that the condensing restriction position calculating means calculates the condensing restriction position based on an arrangement of optical elements constituting the objective lens, the illuminating means, and the first scanning means.
標本を配置するステージと、
レーザ光を標本上に集光させる対物レンズと、
前記標本内の集光位置である標本集光位置を光軸方向に走査する第1走査手段と、
前記標本集光位置を観察する観察手段と、
観察光路中の集光位置である中間像位置及び前記レーザ光の集光が制限される集光制限位置に基づいて、前記観察手段と前記第1走査手段とを制御する制御手段と、を含むことを特徴とする観察装置。
A stage to place the specimen;
An objective lens for focusing the laser beam on the specimen;
First scanning means for scanning a specimen condensing position, which is a condensing position in the specimen, in an optical axis direction;
Observation means for observing the specimen collection position;
Control means for controlling the observation means and the first scanning means based on an intermediate image position that is a condensing position in the observation optical path and a condensing restriction position where condensing of the laser light is restricted. An observation apparatus characterized by that.
請求項20に記載の観察装置において、
前記制御手段は、
前記第1走査手段の駆動を制御する走査制御手段と、
前記中間像位置を算出する中間集光位置算出手段と、
前記集光制限位置を算出する集光制限位置算出手段と、
前記観察手段を制御する観察制御手段と、を含むことを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 20,
The control means includes
Scanning control means for controlling driving of the first scanning means;
Intermediate condensing position calculating means for calculating the intermediate image position;
A condensing restriction position calculating means for calculating the condensing restriction position;
An observation control means for controlling the observation means.
請求項21に記載の観察装置において、
前記走査制御手段は、前記集光制限位置と前記中間像位置が重なる位置への前記第1走査手段による走査を制限することを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 21,
The scanning control means restricts scanning by the first scanning means to a position where the condensing restriction position and the intermediate image position overlap each other.
請求項21に記載の観察装置において、
さらに、前記標本集光位置を光軸と垂直な方向に走査する第2走査手段を含み、
前記走査制御手段は、前記集光制限位置と前記中間像位置が重なる位置への前記第2走査手段による走査を制限することを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 21,
And a second scanning means for scanning the specimen condensing position in a direction perpendicular to the optical axis,
The scanning control means restricts scanning by the second scanning means to a position where the condensing restriction position and the intermediate image position overlap.
請求項21に記載の観察装置において、
さらに、前記標本と前記対物レンズの間の距離を変化させる第3走査手段を含み、
前記走査制御手段は、前記第3制御手段の駆動を制御することを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 21,
Furthermore, it includes a third scanning means for changing a distance between the sample and the objective lens,
The observation apparatus characterized in that the scanning control means controls driving of the third control means.
請求項24に記載の観察装置において、
前記第3走査手段は、前記対物レンズを光軸方向に駆動することを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 24,
The third scanning unit drives the objective lens in the optical axis direction.
請求項24に記載の観察装置において、
前記第3走査手段は、前記ステージを光軸方向に駆動することを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 24,
The third scanning unit drives the stage in the optical axis direction.
請求項24に記載の観察装置において、
前記走査制御手段は、前記第1走査手段及び前記第3走査手段により、前記集光制限位置と前記中間像位置が重ならないように、前記標本集光位置を光軸方向に走査することを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 24,
The scanning control unit scans the sample condensing position in the optical axis direction by the first scanning unit and the third scanning unit so that the condensing restriction position and the intermediate image position do not overlap. An observation device.
請求項27に記載の観察装置において、
前記走査制御手段は、
前記集光制限位置と前記中間像位置が重ならないとき、前記第1走査手段により前記標本集光位置を光軸方向に走査し、
前記集光制限位置と前記中間像位置が重なるとき、前記第3走査手段により前記標本集光位置を光軸方向に走査することを特徴とする観察装置。
The observation device according to claim 27,
The scanning control means includes
When the condensing restriction position and the intermediate image position do not overlap, the first scanning means scans the sample condensing position in the optical axis direction,
An observation apparatus, wherein when the condensing limit position and the intermediate image position overlap, the third condensing unit scans the sample condensing position in the optical axis direction.
請求項27に記載の観察装置において、
前記走査制御手段は、前記集光制限位置を走査する前に、前記第3走査手段により、走査中に前記中間像位置と前記集光制限位置が重ならない位置に前記標本を移動させることを特徴とする観察装置。
The observation device according to claim 27,
The scanning control means moves the sample to a position where the intermediate image position and the light collection restriction position do not overlap during the scanning by the third scanning means before scanning the light collection restriction position. An observation device.
請求項21に記載の観察装置において、
前記観察手段は、撮像手段を含み、
前記撮像手段は、前記集光制限位置と前記中間像位置が重なるとき、撮像しないことを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 21,
The observation means includes imaging means,
The observation apparatus according to claim 1, wherein the imaging unit does not capture an image when the condensing restriction position and the intermediate image position overlap.
請求項21に記載の観察装置において、
前記中間集光位置算出手段は、前記対物レンズ、前記観察手段及び前記第1走査手段を構成する光学素子の配置に基づいて、前記中間像位置を算出することを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 21,
The intermediate condensing position calculation means calculates the intermediate image position based on an arrangement of optical elements constituting the objective lens, the observation means, and the first scanning means.
請求項21に記載の観察装置において、
前記中間集光位置算出手段は、前記標本集光位置に基づいて、前記中間像位置を算出することを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 21,
The observation apparatus characterized in that the intermediate condensing position calculation means calculates the intermediate image position based on the sample condensing position.
請求項21に記載の観察装置において、
前記集光制限位置算出手段は、前記対物レンズ、前記照明手段及び前記第1走査手段を構成する光学素子の配置に基づいて、前記集光制限位置を算出することを特徴とする観察装置。
The observation apparatus according to claim 21,
The observation apparatus characterized in that the condensing restriction position calculating means calculates the condensing restriction position based on an arrangement of optical elements constituting the objective lens, the illuminating means, and the first scanning means.
顕微鏡照明方法であって、
レーザ光の集光が制限される照明光路中の集光制限位置と前記照明光路中の集光位置である中間集光位置とが重なる範囲を表示する第1のステップと、
標本内の集光位置である標本内集光位置を光軸方向に走査する範囲を設定する第2のステップと、
前記レーザ光で前記標本を照明する第3のステップと、を含み、
前記第3のステップでは、前記集光制限位置と前記中間集光位置とが重なるとき、レーザ光の強度を変調することを特徴とする顕微鏡照明方法。
A microscope illumination method,
A first step of displaying a range in which a condensing restriction position in an illumination optical path where condensing of laser light is restricted and an intermediate condensing position that is a condensing position in the illumination optical path overlap;
A second step of setting a range in which the in-sample condensing position that is the condensing position in the sample is scanned in the optical axis direction;
Illuminating the specimen with the laser light, and
In the third step, the intensity of laser light is modulated when the condensing restriction position and the intermediate condensing position overlap with each other.
顕微鏡観察方法であって、
レーザ光の集光が制限される観察光路中の集光制限位置と前記観察光路中の集光位置である中間像位置とが重なる範囲を表示する第1のステップと、
標本内の集光位置である標本内集光位置を光軸方向に走査する範囲を設定する第2のステップと、
前記標本を観察する第3のステップと、を含み、
前記第3のステップでは、前記集光制限位置と前記中間像位置とが重なるとき、前記標本を撮像しないことを特徴とする顕微鏡観察方法。
A microscope observation method,
A first step of displaying a range in which a condensing restriction position in an observation optical path where condensing of laser light is restricted and an intermediate image position that is a condensing position in the observation optical path overlap;
A second step of setting a range in which the in-sample condensing position that is the condensing position in the sample is scanned in the optical axis direction;
A third step of observing the specimen,
In the third step, the specimen is not imaged when the condensing restriction position and the intermediate image position overlap with each other.
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