JP4528023B2 - Laser focusing optical system - Google Patents

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Description

この発明は、レーザ光を媒質中の異なった部分に集光させるレーザ集光光学系に関するものである。   The present invention relates to a laser condensing optical system that condenses laser light at different portions in a medium.

従来より、媒質中の異なった深さ部分に集光したいという要求があるが、その場合球面収差の発生を招いてしまう。例えば、生物分野において、顕微鏡標本を作製する場合には、ほとんどの場合スライドガラスの上に試料を置き、その上にカバーガラスを載せて封入するカバーガラス付きの標本が一般的であるが、顕微鏡によりカバーガラスの厚みの異なる標本を観察するような場合に上述した球面収差が発生してしまう。また、LCD用のガラスには厚みの異なるものがあり、基板越しに観察する場合にも球面収差が発生してしまう。また、異なる厚み(深さ)間で球面収差量が異なると、集光性能が変化(劣化)するという問題があった。   Conventionally, there has been a demand for focusing at different depths in the medium, but in this case, spherical aberration is caused. For example, in the biological field, when preparing a microscopic specimen, in most cases, a specimen with a cover glass in which a sample is placed on a slide glass and a cover glass is placed on top of the specimen is generally used. Thus, the spherical aberration described above occurs when specimens with different cover glass thicknesses are observed. In addition, some LCD glasses have different thicknesses, and spherical aberration occurs even when observing through a substrate. Further, when the spherical aberration amount is different between different thicknesses (depths), there is a problem that the light condensing performance is changed (deteriorated).

そこで、従来より、球面収差の補正を行って集光性能の変化を抑えながら上述したような厚みの異なる部分に集光させるために、様々な技術が採用されている。
そのうちの1つとして、例えば、厚みの異なる平行平板ガラスを対物レンズ等の集光光学系の先端に着脱可能に配置するものが知られている。
また、例えば、倍率40×程度、NA0.93の超広視野の範囲にわたって諸収差が良好に補正され、カバーガラス厚の変動による性能劣化も少ない顕微鏡用補正環付き対物レンズが知られている(例えば、特許文献1参照)。
更に、合成焦点距離無限大(No Power Lens)の球面収差補正光学系を光軸方向に移動させて球面収差を補正する光学系も知られている(例えば、特許文献2参照)。
更には、図11に示すように、対物レンズ50と光源51との間に球面収差補正レンズ52を配置し、この球面収差補正レンズ52を光軸に沿って移動させることにより球面収差を補正する顕微鏡装置が知られている(例えば、特許文献3参照)。
特開平5−119263号公報(図1等) 特開2003−175497号公報(図1等) 特開2001−83428号公報(図1等)
Therefore, conventionally, various techniques have been employed in order to collect light on the portions having different thicknesses as described above while correcting the spherical aberration and suppressing the change in the light collecting performance.
As one of them, for example, one in which parallel plate glasses having different thicknesses are detachably disposed at the tip of a condensing optical system such as an objective lens is known.
Further, for example, an objective lens with a correction ring for a microscope is known in which various aberrations are satisfactorily corrected over a range of an ultra-wide field of view of about 40 × and NA of 0.93, and performance deterioration due to variations in cover glass thickness is small. For example, see Patent Document 1).
Furthermore, an optical system that corrects spherical aberration by moving a spherical aberration correction optical system having an infinite composite focal length (No Power Lens) in the optical axis direction is also known (for example, see Patent Document 2).
Furthermore, as shown in FIG. 11, a spherical aberration correction lens 52 is disposed between the objective lens 50 and the light source 51, and the spherical aberration is corrected by moving the spherical aberration correction lens 52 along the optical axis. A microscope apparatus is known (see, for example, Patent Document 3).
JP-A-5-119263 (FIG. 1 etc.) JP 2003-175497 A (FIG. 1 etc.) JP 2001-83428 A (FIG. 1 etc.)

ところで、上述した球面収差補正のうち、平行平板ガラスを利用したものは、平行平板ガラスの傾き等による性能劣化が大きい。そのため、平行平板を保持する枠に高精度が要求され、また、平行平板の枠への固定も精度が必要になることから高価になる。また、小さいWDの中で、手動により交換を行う必要があり、非常に手間のかかる作業であった。
更に、連続可変を行うことが難しかった。
また、上記特許文献1に記載の補正環対物レンズでは、高精度であるため価格が高く、低コスト化を図ることができない。また、集光位置に応じて自動で球面収差量を調整することが難しく自動化への対応が困難なものである。
また、上記特許文献2に記載の光学系では、合成焦点距離が、無限大のレンズで補正を行うため球面収差を補正した場合でも集光位置は変化しない。媒質中の異なった部分に集光しようとすると必ずWDが変わり、WD一定の下での収差補正を行うこができなかった。また、ビームエキスパンダ以外に球面収差補正光学系が必要となるので構成が複雑で、部品点数が多くなり、低コスト化を図ることが困難であった。
By the way, among the spherical aberration corrections described above, those using parallel flat glass have a large performance deterioration due to the inclination of the parallel flat glass. Therefore, high accuracy is required for the frame that holds the parallel flat plate, and the fixing of the parallel flat plate to the frame also requires high accuracy, which is expensive. Moreover, it was necessary to perform replacement manually in a small WD, which was a very time-consuming operation.
Furthermore, it was difficult to perform continuous variable.
In addition, the correction ring objective lens described in Patent Document 1 has high accuracy and is expensive and cannot be reduced in cost. Further, it is difficult to automatically adjust the spherical aberration amount according to the light collection position, and it is difficult to cope with automation.
Further, in the optical system described in Patent Document 2, since the combined focal length is corrected with an infinite lens, the converging position does not change even when spherical aberration is corrected. When attempting to focus on different parts of the medium, the WD always changes, and aberration correction cannot be performed under constant WD. Further, since a spherical aberration correcting optical system is required in addition to the beam expander, the configuration is complicated, the number of parts is increased, and it is difficult to reduce the cost.

また、上記特許文献3に記載の顕微鏡装置では、図11に示すように、球面収差補正レンズ52を光軸方向に移動させることにより、球面収差の補正を行うことができるが、球面収差補正レンズ52の移動に伴い対物レンズ50に入射する光束径が変化してしまう。即ち、光束の広がりが変化してしまう。そのため、図12に示すように、光量が変化してしまい、標本面上での明るさが変化してしまう。ここで、画像取得手段がある場合には、画像の明るさを検出し、明るさによって光源のパワーを変化させる。画像側で明るさをコントロールする等により、明るさを一定にできるが、装置構成が複雑になる等の問題がある。
また、瞳面内での光量分布がある場合には、光量分布も変化する恐れがあった。このような光量分布の変化により、集光性能が変化するという問題があった。更に、画像取得手段からの電気信号に基づいて球面収差補正レンズを移動するため、時間のかかるものであった。
In the microscope apparatus described in Patent Document 3, as shown in FIG. 11, the spherical aberration correction lens 52 can be corrected by moving the spherical aberration correction lens 52 in the optical axis direction. With the movement of 52, the diameter of the light beam incident on the objective lens 50 changes. That is, the spread of the light flux changes. Therefore, as shown in FIG. 12, the amount of light changes, and the brightness on the sample surface changes. Here, when there is an image acquisition means, the brightness of the image is detected, and the power of the light source is changed according to the brightness. Although the brightness can be made constant by controlling the brightness on the image side, there is a problem that the device configuration is complicated.
Further, when there is a light amount distribution in the pupil plane, the light amount distribution may also change. There has been a problem that the light collecting performance changes due to such a change in the light amount distribution. Furthermore, since the spherical aberration correction lens is moved based on the electrical signal from the image acquisition means, it takes time.

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的はシンプルな構成で、手間をかけることなく容易に球面収差補正を行うことができるレーザ集光光学系を提供することである。   The present invention has been made in consideration of such circumstances, and its object is to provide a laser focusing optical system that can easily perform spherical aberration correction without taking time and effort with a simple configuration. is there.

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
請求項1に係る発明は、レーザ光を出射するレーザ光源と、該レーザ光源と媒質との間に配されて、前記レーザ光を媒質中に集光させると共に集光点からの光を再集光する集光光学系と、該集光光学系により再集光された前記光を検出する光検出器と、前記レーザ光のレーザ発散点の位置及び前記光検出器の位置を、レーザ光を集光したい前記媒質の屈折率及び前記媒質の表面から集光したい位置までの距離に応じて、前記レーザ光の光軸上に沿って移動可能なレーザ発散点移動手段とを備えているレーザ集光光学系を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The invention according to claim 1 is arranged between a laser light source that emits laser light and the laser light source and the medium, and condenses the laser light in the medium and recollects the light from the condensing point. A condensing optical system that emits light, a photodetector that detects the light re-condensed by the condensing optical system, a position of a laser divergence point of the laser light, and a position of the photodetector. A laser divergence point moving means capable of moving along the optical axis of the laser beam according to the refractive index of the medium to be collected and the distance from the surface of the medium to the position to be collected. An optical optical system is provided.

この発明に係るレーザ集光光学系においては、集光光学系によりレーザ光源から出射されたレーザ光を媒質中に集光させると共に集光点から光の再集光が行え、光検出器により再集光した光の検出が行える。この際、レーザ光は、集光光学系に発散光状態(非平行光束状態)で入射される。つまり、レーザ光源から発散光状態で出射、又はレーザ光源から平行光束状態で出射された後に各種レンズ等の光学系により発散光状態に変換されて集光光学系に入射する。このように、レーザ光が発散光状態になった位置(点)を発散点としている。また、レーザ光を集光させる際に、集光したい媒質の屈折率及び媒質の表面から集光したい位置までの距離に応じて、レーザ発散点移動手段によりレーザ発散点の位置及び光検出器の位置をレーザ光の光軸上に沿って移動させるので、媒質中の深さが異なる箇所にレーザ光を集光させたとしても、それぞれの位置において球面収差の発生量を極力抑えることができる。従って、レーザ光を所望する媒質の深さに効率良く集光させることができ、集光性能の向上を図ることができる。
また、球面収差の発生量を極力抑えることができるので、収差が少ない光を再集光して正確な観察像を得ることができる。従って、高精度に媒質中の観察を行うことができる。
In the laser condensing optical system according to the present invention, the laser light emitted from the laser light source by the condensing optical system is condensed in the medium, and the light can be re-condensed from the condensing point, and re-condensed by the photodetector. The collected light can be detected. At this time, the laser light is incident on the condensing optical system in a divergent light state (non-parallel light beam state). That is, the light is emitted from the laser light source in a divergent light state, or is emitted from the laser light source in a parallel light flux state, and then converted into a divergent light state by an optical system such as various lenses, and enters the condensing optical system. Thus, the position (point) where the laser light is in the divergent light state is defined as the divergent point. Further, when condensing the laser light, the position of the laser divergence point and the position of the photodetector are adjusted by the laser divergence point moving means according to the refractive index of the medium to be condensed and the distance from the surface of the medium to the position to be condensed. Since the position is moved along the optical axis of the laser beam, even if the laser beam is condensed at a location where the depth in the medium is different, the generation amount of the spherical aberration can be suppressed as much as possible. Therefore, the laser beam can be efficiently condensed at the desired depth of the medium, and the condensing performance can be improved.
In addition, since the amount of spherical aberration generated can be suppressed as much as possible, an accurate observation image can be obtained by refocusing light with less aberration. Therefore, observation in the medium can be performed with high accuracy.

特に、レーザ発散点を移動させるだけであるので、従来のように手間をかけることなく、容易に球面収差補正を行うことができる。また、従来の補正環対物レンズ等のように特別な光学系を備える必要がないので、構成のシンプル化を図ることができると共に的コスト化を図ることができる。更に、レーザ発散点を移動させるだけであるので、連続可変を行い易く、自動化に対応し易い。   In particular, since only the laser divergence point is moved, spherical aberration correction can be easily performed without taking time and effort as in the prior art. In addition, since it is not necessary to provide a special optical system unlike a conventional correction ring objective lens, the configuration can be simplified and the cost can be reduced. Furthermore, since it is only necessary to move the laser divergence point, it is easy to perform continuous variation and to cope with automation.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載のレーザ集光光学系において、前記レーザ光を前記集光光学系の光軸に対して直交する方向に向けて走査可能な走査手段を備えているレーザ集光光学系を提供する。   According to a second aspect of the present invention, in the laser condensing optical system according to the first aspect, the laser condensing optical system includes a scanning unit capable of scanning the laser light in a direction orthogonal to the optical axis of the condensing optical system. A laser focusing optical system is provided.

この発明に係るレーザ集光光学系においては、走査手段によりレーザ光も走査が行えるので、媒質側を移動させることなく媒質の全体領域に亘って観察を行うことができる。   In the laser condensing optical system according to the present invention, since the laser beam can be scanned by the scanning means, the entire region of the medium can be observed without moving the medium side.

請求項3に係る発明は、請求項1乃至2に記載のレーザ集光光学系において、前記レーザ発散点移動手段が、さらに前記集光光学系のNAに基づいてレーザ発散点の位置を設定するレーザ集光光学系を提供する。
According to a third aspect of the present invention, in the laser condensing optical system according to the first or second aspect, the laser divergence point moving means further sets the position of the laser divergence point based on the NA of the condensing optical system. A laser focusing optical system is provided.

請求項4に係る発明は、請求項1乃至3に記載のレーザ集光光学系において、前記レーザ発散点移動手段が、予め測定された前記集光光学系の波面データに基づいてレーザ発散点の位置を設定するレーザ集光光学系を提供する。
この発明に係るレーザ集光光学系においては、レーザ発散点移動手段が、予め測定された集光光学系の波面データ、例えば、集光光学系を構成している一部である対物レンズの波面データや、集光光学系全体の波面データを考慮してレーザ発散点の位置を設定するので、レーザ光の集光性能及び観察性能をさらに向上させることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the laser condensing optical system according to any one of the first to third aspects, the laser divergence point moving means is configured to determine a laser divergence point based on wavefront data of the condensing optical system measured in advance. A laser focusing optical system for setting a position is provided.
In the laser condensing optical system according to the present invention, the laser divergence point moving means measures the wavefront data of the condensing optical system measured in advance, for example, the wavefront of the objective lens that is part of the condensing optical system Since the position of the laser divergence point is set in consideration of the data and the wavefront data of the whole condensing optical system, the condensing performance and observation performance of the laser light can be further improved.

請求項5に係る発明は、請求項1乃至4に記載のレーザ集光光学系において、前記集光光学系に連携して設けられ、集光光学系の下面から前記媒質の表面までの距離を所定の距離に維持する観察光学系を備え、該観察光学系が、オートフォーカス検出手段又はオートフォーカス機構を備えているレーザ集光光学系を提供する。
この発明に係るレーザ集光光学系においては、観察光学系により集光光学系の下面から媒質の表面までの距離を所定の距離に維持できるので、例えば、集光光学系と媒質との水平方向の相対的な移動、即ち、走査を行う際に、媒質表面からの深さを所望する深さに正確に制御することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the laser condensing optical system according to any one of the first to fourth aspects, the distance from the lower surface of the condensing optical system to the surface of the medium is provided in cooperation with the condensing optical system. Provided is a laser focusing optical system that includes an observation optical system that maintains a predetermined distance, and the observation optical system includes an autofocus detection unit or an autofocus mechanism.
In the laser condensing optical system according to the present invention, the distance from the lower surface of the condensing optical system to the surface of the medium can be maintained at a predetermined distance by the observation optical system. For example, the horizontal direction between the condensing optical system and the medium When the relative movement, i.e., scanning, is performed, the depth from the medium surface can be accurately controlled to a desired depth.

請求項6に係る発明は、請求項1乃至5に記載のレーザ集光光学系において、前記集光光学系と前記媒質の表面との光軸方向の相対的な距離が一定とされているレーザ集光光学系を提供する。According to a sixth aspect of the present invention, in the laser condensing optical system according to any one of the first to fifth aspects, the relative distance in the optical axis direction between the condensing optical system and the surface of the medium is constant. A condensing optical system is provided.
この発明に係るレーザ集光光学系においては、レーザ光を集光したい媒質深さが変化した場合でも、集光光学系と媒質の表面との光軸方向の相対的な距離、即ち、WDが一定になるように設定されているので、装置構成を簡単にすることができると共に観察速度を上げることができる。  In the laser condensing optical system according to the present invention, the relative distance in the optical axis direction between the condensing optical system and the surface of the medium, that is, WD, even when the depth of the medium on which the laser light is to be collected changes. Since it is set to be constant, the apparatus configuration can be simplified and the observation speed can be increased.

請求項7に係る発明は、請求項1記載のレーザ集光光学系において、The invention according to claim 7 is the laser focusing optical system according to claim 1,
前記レーザ発散点移動手段は、前記レーザ光源と前記光検出器とが互いに共役な位置となるように移動させることを特徴とするレーザ集光光学系を提供する。The laser divergence point moving means moves the laser light source and the photodetector so that they are in a conjugate position with each other.
また、請求項8に係る発明は、請求項7記載のレーザ集光光学系において、前記レーザ発散点移動手段は、前記レーザ光源を光軸方向に沿って移動させる光源移動手段と、前記光源移動手段と同期して前記光検出器を光軸方向に沿って移動させる光検出器移動手段と、を有することを特徴とするレーザ集光光学系を提供する。According to an eighth aspect of the present invention, in the laser focusing optical system according to the seventh aspect, the laser divergence point moving means includes a light source moving means for moving the laser light source along an optical axis direction, and the light source movement. And a photodetector moving means for moving the photodetector along the optical axis direction in synchronization with the means.
また、請求項9に係る発明は、請求項8記載のレーザ集光光学系において、前記光源移動手段と前記光検出器移動手段は、前記レーザ光源と前記光検出器とを光軸方向に沿って一体的に移動させることを特徴とするレーザ集光光学系を提供する。According to a ninth aspect of the present invention, in the laser focusing optical system according to the eighth aspect, the light source moving means and the light detector moving means move the laser light source and the light detector along the optical axis direction. And a laser condensing optical system characterized by being moved integrally.
また、請求項10に係る発明は、請求項7記載のレーザ集光光学系において、前記レーザ発散点移動手段は、前記集光光学系中に設けられる少なくとも2つのミラーと、該ミラーを光軸方向に沿って移動させミラー移動手段と、を備えることを特徴とするレーザ集光光学系を提供する。  The invention according to claim 10 is the laser condensing optical system according to claim 7, wherein the laser divergence point moving means includes at least two mirrors provided in the condensing optical system, and the mirror as an optical axis. There is provided a laser condensing optical system comprising a mirror moving means that is moved along a direction.
また、請求項11に係る発明は、請求項1記載のレーザ集光光学系において、前記レーザ発散点移動手段を制御する制御手段と、前記屈折率及び前記距離を入力する入力手段と、前記入力手段から入力された前記媒質の屈折率及び前記距離から、前記レーザ発散点の移動量を算出する算出手段と、を有することを特徴とするレーザ集光光学系を提供する。According to an eleventh aspect of the present invention, in the laser focusing optical system according to the first aspect, a control means for controlling the laser divergence point moving means, an input means for inputting the refractive index and the distance, and the input There is provided a laser condensing optical system, comprising: calculating means for calculating a moving amount of the laser divergence point from the refractive index of the medium input from the means and the distance.

請求項12に係る発明は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源と媒質との間に配されて、前記レーザ光を媒質中に集光させると共に集光点からの光を再集光する集光光学系と、前記レーザ光を前記集光光学系の光軸に対して直交する方向に向けて走査可能な走査手段と、前記集光光学系により再集光された前記光を検出する光検出器と、前記レーザ光のレーザ発散点の位置及び前記光検出器の位置を、レーザ光を集光したい前記媒質の屈折率及び前記媒質の表面から集光したい位置までの距離に応じて、前記レーザ光の光軸上に沿って移動可能なレーザ発散点移動手段とを備えていることを特徴とするレーザ走査型顕微鏡を提供する。

According to a twelfth aspect of the present invention, a laser light source that emits laser light and a laser light source that is disposed between the laser light source and the medium condense the laser light into the medium and recollect the light from the condensing point. A condensing optical system that emits light, scanning means that can scan the laser light in a direction orthogonal to the optical axis of the condensing optical system, and the light that is re-condensed by the condensing optical system. The photodetector to be detected, the position of the laser divergence point of the laser beam and the position of the photodetector are set to the refractive index of the medium on which the laser beam is to be collected and the distance from the surface of the medium to the position on which the beam is to be collected. Accordingly, there is provided a laser scanning microscope characterized by comprising laser divergence point moving means that can move along the optical axis of the laser light.

この発明に係る集光光学系によれば、集光したい媒質の屈折率及び媒質の表面から集光したい位置までの距離に応じて、レーザ発散点移動手段によりレーザ発散点をレーザ光の光軸上に沿って移動させるので、媒質中の深さが異なるそれぞれの位置で、球面収差の発生量を極力抑えることができる。従って、レーザ光を所望する媒質の深さに効率良く集光させることができ、集光性能の向上を図ることができる。また、球面収差が少ない光を再集光して正確な観察像を得ることができるので、高精度に媒質中の観察を行うことができる。特に、レーザ発散点を移動させるだけであるので、従来のように手間をかけることなく、容易に球面収差補正を行うことができると共に特別な光学系を備える必要がないので、構成のシンプル化を図ることができると共にコスト化を図ることができる。   According to the condensing optical system of the present invention, the laser divergence point is moved by the laser divergence point moving means according to the refractive index of the medium to be condensed and the distance from the surface of the medium to the position to be condensed. Since it is moved along the top, it is possible to suppress the generation amount of spherical aberration as much as possible at each position where the depth in the medium is different. Therefore, the laser beam can be efficiently condensed at the desired depth of the medium, and the condensing performance can be improved. In addition, since an accurate observation image can be obtained by refocusing light with less spherical aberration, observation in the medium can be performed with high accuracy. In particular, since only the laser divergence point is moved, it is possible to easily correct spherical aberration and eliminate the need for a special optical system without taking time and effort as in the prior art. This can be achieved and cost can be reduced.

以下、本発明に係るレーザ集光光学系の第1実施形態を、図1から図3を参照して説明する。
本実施形態のレーザ集光光学系1は、図1に示すように、レーザ光Lを発散光状態(非平行光束状態)で出射するレーザ光源2と、該レーザ光源2と標本(媒質)3との間に配されて、レーザ光Lを標本中に集光させると共に集光点からの光を再集光する集光光学系4と、レーザ光源2と共役な位置に配されて集光光学系4により再集光された光を検出するピンホールディテクタ(光検出器)5と、レーザ光Lのレーザ発散点6の位置、即ち、レーザ光源2の位置を、レーザ光Lを集光したい標本3の屈折率及び標本面(標本の表面)3aから集光したい位置までの距離に応じて、レーザ光Lの光軸上に沿って移動可能な図示しないレーザ発散点移動手段と、ピンホールディテクタ5を、移動したレーザ発散点6に対して共役な位置に移動させるための図示しないピンホールディテクタ移動手段と、レーザ光Lを集光光学系4の光軸に対して直交する方向(水平方向、XY方向)に向けて走査可能な走査手段7とを備えている。
なお、標本3は、XY方向に移動可能な図示しないステージ上に載置されている。
A first embodiment of a laser focusing optical system according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the laser condensing optical system 1 of the present embodiment includes a laser light source 2 that emits laser light L in a divergent light state (non-parallel light beam state), the laser light source 2, and a specimen (medium) 3. And a condensing optical system 4 for condensing the laser light L in the sample and re-condensing the light from the condensing point, and condensing at a position conjugate with the laser light source 2. The pinhole detector (light detector) 5 for detecting the light re-condensed by the optical system 4 and the position of the laser divergence point 6 of the laser light L, that is, the position of the laser light source 2 is focused on the laser light L. A laser divergence point moving means (not shown) that is movable along the optical axis of the laser light L in accordance with the refractive index of the specimen 3 to be desired and the distance from the specimen surface (surface of the specimen) 3a to the position to be collected; The Hall detector 5 is moved to a position conjugate with the moved laser divergence point 6. A pinhole detector moving means (not shown) for scanning, and a scanning means 7 capable of scanning the laser light L in a direction (horizontal direction, XY direction) orthogonal to the optical axis of the condensing optical system 4. Yes.
The specimen 3 is placed on a stage (not shown) that can move in the XY directions.

上記レーザ発散点移動手段及びピンホールディテクタ移動手段は、図示しない制御部に接続されており、該制御部からの信号を受けてレーザ光源2を移動することで、レーザ発散点6を移動可能とされている。また、制御部は、所定の情報を入力可能な入力部と、該入力部により入力された各入力情報(入力データ)に基づいてレーザ光源2の移動量を計算する計算部とを備えており、計算結果に応じてレーザ発散点移動手段に信号を送って移動させるようになっている。
また、制御部は、レーザ発散点移動手段の制御に加え、レーザ発散点6の移動終了後にレーザ光Lを出射させるようにレーザ光源2の制御も同時に行うようになっている。
The laser divergence point moving means and the pinhole detector moving means are connected to a control unit (not shown), and the laser divergence point 6 can be moved by moving the laser light source 2 in response to a signal from the control unit. Has been. In addition, the control unit includes an input unit that can input predetermined information, and a calculation unit that calculates the movement amount of the laser light source 2 based on each input information (input data) input by the input unit. A signal is sent to the laser divergence point moving means according to the calculation result to move it.
In addition to the control of the laser divergence point moving means, the control unit simultaneously controls the laser light source 2 so that the laser light L is emitted after the movement of the laser divergence point 6 is completed.

上記集光光学系4は、レーザ光源2から出射されたレーザ光Lを、光軸の向きを90度変更するように反射させるハーフミラー10、該ハーフミラー10により反射されたレーザ光Lを概略平行光にする結像レンズ11、レーザ光Lを標本面3aに水平な一方向(X方向)に走査できるように異なる角度で反射させる第1のガルバノミラー12、該第1のガルバノミラー12で反射されたレーザ光Lをリレーする第1の瞳リレー光学系13、第1の瞳リレー光学系13を通過したレーザ光Lを標本面3aに水平な他方向(Y方向)に走査できるように異なる角度で反射させる第2のガルバノミラー14、該第2のガルバノミラー14で反射されたレーザ光Lをリレーする第2の瞳リレー光学系15、該第2の瞳リレー光学系15を通過したレーザ光Lを標本内に集光させると共に、集光点からの光を再集光する対物レンズ16を備えている。   The condensing optical system 4 roughly reflects the laser light L emitted from the laser light source 2 to reflect the laser light L reflected by the half mirror 10 so that the direction of the optical axis is changed by 90 degrees. An imaging lens 11 for making parallel light, a first galvanometer mirror 12 for reflecting the laser beam L at different angles so that the laser beam L can be scanned in one direction (X direction) horizontal to the sample surface 3a, and the first galvanometer mirror 12 The first pupil relay optical system 13 that relays the reflected laser light L, and the laser light L that has passed through the first pupil relay optical system 13 can be scanned in the other direction (Y direction) horizontal to the sample surface 3a. The second galvanometer mirror 14 that reflects at a different angle, the second pupil relay optical system 15 that relays the laser light L reflected by the second galvanometer mirror 14, and the second pupil relay optical system 15 have passed. Les With focusing the laser light L to the specimen, an objective lens 16 for re-condensing the light from the condensing point.

上記第1のガルバノミラー12及び第2のガルバノミラー14は、それぞれ中心位置に、互いに直交する方向に向くように配された回転軸12a、14aを有しており、該回転軸12a、14aの軸回りに所定の角度の範囲内で振動するように構成されている。この振動により、上述したようにレーザ光Lを異なる角度で反射可能とされている。また、両ガルバノミラー12、14の組み合わせにより、レーザ光Lを集光光学系4の光軸方向に直交する方向(XY方向)に走査可能とされている。即ち、これら両ガルバノミラー12、14は、上記走査手段7として機能するようになっている。なお、両ガルバノミラー12、14は、制御部によって振動(作動)が制御されている。
上記ピンホールディテクタ5は、ハーフミラー10の後側に配されており、制御部により制御されるピンホールディテクタ移動手段により、レーザ光源2の移動に同調して光軸方向に移動するようになっている。
The first galvanometer mirror 12 and the second galvanometer mirror 14 have rotation shafts 12a and 14a arranged at respective central positions so as to be orthogonal to each other, and the rotation shafts 12a and 14a It is configured to vibrate within a predetermined angle range around the axis. Due to this vibration, the laser beam L can be reflected at different angles as described above. Further, the combination of both galvanometer mirrors 12 and 14 enables scanning of the laser light L in a direction (XY direction) orthogonal to the optical axis direction of the condensing optical system 4. That is, both the galvanometer mirrors 12 and 14 function as the scanning means 7. The galvanometer mirrors 12 and 14 are controlled in vibration (operation) by the control unit.
The pinhole detector 5 is arranged on the rear side of the half mirror 10, and moves in the optical axis direction in synchronization with the movement of the laser light source 2 by the pinhole detector moving means controlled by the control unit. ing.

このように構成されたレーザ集光光学系1により、標本面3aから深さの異なる位置の観察を行う場合について説明する。なお、本実施形態においては、標本面3aから、例えば、50μm、75μm、100μmの位置の観察を行う場合について説明する。
まず、標本面3aから深さ50μmの位置の観察を行う場合には、図2に示すように、制御部の入力部に標本3の屈折率、標本面3aから集光したい位置までの距離、即ち、50μm及び集光光学系4のNAの入力を行う(S1)。計算部は、この入力データに基づいてレーザ発散点6の移動量、即ち、レーザ光源2の移動量の計算及び集光光学系4と標本面3aとの距離、即ち、WD値の計算を行う(S2)。計算終了後、制御部は、計算結果に基づいてレーザ発散点移動手段をレーザ光Lの光軸方向に移動させるよう制御して、レーザ光源2の位置を所定の位置に移動させると共に、集光光学系4と標本面3aとの距離(WD)を変化させる(S3)。
The case where the laser condensing optical system 1 configured as described above observes a position having a different depth from the sample surface 3a will be described. In the present embodiment, a case will be described in which, for example, positions of 50 μm, 75 μm, and 100 μm are observed from the sample surface 3a.
First, when observing a position at a depth of 50 μm from the sample surface 3a, as shown in FIG. 2, the refractive index of the sample 3, the distance from the sample surface 3a to the position where light is desired to be collected, as shown in FIG. That is, 50 μm and NA of the condensing optical system 4 are input (S1). Based on this input data, the calculation unit calculates the amount of movement of the laser divergence point 6, that is, the amount of movement of the laser light source 2, and calculates the distance between the focusing optical system 4 and the sample surface 3a, that is, the WD value. (S2). After completion of the calculation, the control unit controls the laser divergence point moving means to move in the direction of the optical axis of the laser light L based on the calculation result, thereby moving the position of the laser light source 2 to a predetermined position and collecting light. The distance (WD) between the optical system 4 and the sample surface 3a is changed (S3).

レーザ光源2の移動及びWDの変化の終了後、制御部は、レーザ光源2に信号を送りレーザ光Lを出射させる(S4)。出射されたレーザ光Lは、ハーフミラー10で反射された後、結像レンズ11で概略平行光にされて第1のガルバノミラー12に入射する。そして、第1のガルバノミラー12により、標本面3aのX方向に向けて異なる角度で反射される。反射されたレーザ光Lは、第1の瞳リレー光学系13を介して第2のガルバノミラー14により標本面3aのY方向に向けて異なる角度で反射される。反射されたレーザ光Lは、第2の瞳リレー光学系15を介して対物レンズ16に入射する。そして、図3(a)に示すように、対物レンズ16により標本面3aから50μmの位置に集光される。
この際、上述したように、50μmの深さに応じてレーザ光源2の位置、即ち、レーザ発散点6の位置を調整するので、深さ50μmの位置における球面収差の発生量を極力抑えることができ、この位置に効率良くレーザ光Lを集光させることができる。
After the movement of the laser light source 2 and the change of the WD are completed, the control unit sends a signal to the laser light source 2 to emit the laser light L (S4). The emitted laser light L is reflected by the half mirror 10, is then made substantially parallel light by the imaging lens 11, and enters the first galvanometer mirror 12. Then, the first galvanometer mirror 12 reflects the sample surface 3a in the X direction at different angles. The reflected laser light L is reflected by the second galvanometer mirror 14 through the first pupil relay optical system 13 at different angles toward the Y direction of the sample surface 3a. The reflected laser light L is incident on the objective lens 16 via the second pupil relay optical system 15. And as shown to Fig.3 (a), it condenses by the objective lens 16 at the position of 50 micrometers from the sample surface 3a.
At this time, as described above, the position of the laser light source 2, that is, the position of the laser divergence point 6 is adjusted according to the depth of 50 μm, so that the generation amount of spherical aberration at the position of 50 μm depth can be suppressed as much as possible. The laser beam L can be efficiently condensed at this position.

また、この集光点からの光は、対物レンズ16により再集光されて、上述した逆の光路を通りピンホールディテクタ5にて検出される。即ち、対物レンズ16で再集光された光は、第2の瞳リレー光学系15の通過、第2のガルバノミラー14による反射、第1の瞳リレー光学系13の通過、第1のガルバノミラー12による反射、結像レンズ11の通過及びハーフミラー10の透過を順に行った後、ピンホールディテクタ5により検出される。なお、対物レンズ16により再集光された光は、レーザ光Lが通った光路と同一光路を通るように両ガルバノミラーで反射される。   Further, the light from this condensing point is re-condensed by the objective lens 16 and detected by the pinhole detector 5 through the reverse optical path described above. That is, the light re-condensed by the objective lens 16 passes through the second pupil relay optical system 15, is reflected by the second galvanometer mirror 14, passes through the first pupil relay optical system 13, and the first galvanometer mirror. After the reflection by 12, the passage through the imaging lens 11, and the transmission through the half mirror 10, the detection is performed by the pinhole detector 5. The light refocused by the objective lens 16 is reflected by both galvanometer mirrors so as to pass the same optical path as the optical path through which the laser light L has passed.

上述したように、球面収差の発生量を極力抑えた状態で集光点(標本面から深さ50μmの位置)にレーザ光Lを集光させているので、ピンホールディテクタ5により誤差の少ない観察像を得ることができる。従って、高精度の観察を行うことができる。特に、ピンホールディテクタ5は、レーザ光源2の移動に同調して光軸方向に移動しているので、共焦点効果によりコントラストの良い集光点の観察像を得ることができる。
また、両ガルバノミラー12、14により、レーザ光Lを標本面3aの水平方向(XY方向)に向けて走査させるので、標本面3a全体に亘って、容易に広範囲の観察を行うことができる。この際、標本3側(ステージ側)を動かすことなく、標本3の全体に亘って走査を行うことができる。
As described above, since the laser light L is condensed at the condensing point (position of a depth of 50 μm from the sample surface) while suppressing the generation amount of spherical aberration as much as possible, the pinhole detector 5 makes an observation with little error. An image can be obtained. Therefore, highly accurate observation can be performed. In particular, since the pinhole detector 5 moves in the optical axis direction in synchronization with the movement of the laser light source 2, an observation image of a condensing point with good contrast can be obtained by the confocal effect.
In addition, since the laser light L is scanned in the horizontal direction (XY direction) of the sample surface 3a by both the galvanometer mirrors 12 and 14, a wide range of observation can be easily performed over the entire sample surface 3a. At this time, the entire specimen 3 can be scanned without moving the specimen 3 side (stage side).

次に、標本面3aから深さ75μm又は100μmの位置の観察を行う場合には、上述した場合と同様に、入力部に標本面3aの屈折率、標本面3aから集光したい位置までの距離(75μm又は100μm)及び集光光学系4のNAの入力を行う。計算部による計算終了後、制御部は、計算結果に基づいてレーザ光源2をレーザ光Lの光軸方向に移動させるよう制御して、レーザ光源2の位置を所定の位置に移動させる。その後、レーザ光Lを出射させて、集光光学系4によりレーザ光Lを標本面3aから75μm又は100μmの位置に集光させると共に、集光点からの光を再集光してピンホールディテクタ5により検出する。
この際、上述したと同様に、75μm又は100μmの深さに応じてレーザ光源2を移動させてレーザ発散点6の位置を調整しているので、各位置毎に球面収差の発生量を極力抑えることができ、図3(b)、(c)に示すように、レーザ光Lを75μm又は100μmの位置に効率良く集光させることができる。従って、誤差の少ない高精度の観察像を得ることができる。
Next, when observing a position having a depth of 75 μm or 100 μm from the sample surface 3a, as in the case described above, the refractive index of the sample surface 3a and the distance from the sample surface 3a to the position where the sample surface 3a is desired to be collected are input. (75 μm or 100 μm) and NA of the condensing optical system 4 are input. After the calculation by the calculation unit, the control unit controls the laser light source 2 to move in the optical axis direction of the laser light L based on the calculation result, and moves the position of the laser light source 2 to a predetermined position. Thereafter, the laser beam L is emitted, and the laser beam L is condensed at a position of 75 μm or 100 μm from the sample surface 3a by the condensing optical system 4, and the light from the condensing point is re-condensed to pinhole detector. 5 is detected.
At this time, as described above, since the position of the laser divergence point 6 is adjusted by moving the laser light source 2 in accordance with the depth of 75 μm or 100 μm, the generation amount of spherical aberration is suppressed as much as possible. As shown in FIGS. 3B and 3C, the laser beam L can be efficiently condensed at a position of 75 μm or 100 μm. Therefore, a highly accurate observation image with few errors can be obtained.

上述したように、本実施形態のレーザ集光光学系1によれば、標本面3aから異なる深さ(50μm、75μm、100μm)にレーザ光Lを集光させる際に、標本3の屈折率及び標本面3aから集光したい位置までの距離に応じて、レーザ発散点移動手段によりレーザ光源2、即ち、レーザ発散点6を光軸上に沿って移動させるので、球面収差の発生量を極力抑えることができ、それぞれの各深さにおいて最適な状態で効率良くレーザ光Lを集光させることができる。従って、標本面3aからの深さを変えたとしても、各位置で誤差の少ない観察像を得ることができ、標本3の観察を高精度に行うことができる。また、ピンホールディテクタ5は、レーザ光源2の移動に同調して光軸方向に移動するので、共焦点効果によりコントラストの良い観察像を得ることができる。   As described above, according to the laser condensing optical system 1 of the present embodiment, when the laser light L is condensed at different depths (50 μm, 75 μm, 100 μm) from the sample surface 3a, the refractive index of the sample 3 and Since the laser light source 2, that is, the laser divergence point 6 is moved along the optical axis by the laser divergence point moving means according to the distance from the sample surface 3 a to the position where light is desired to be collected, the generation amount of spherical aberration is suppressed as much as possible. Therefore, the laser beam L can be efficiently condensed in an optimum state at each depth. Therefore, even if the depth from the sample surface 3a is changed, an observation image with few errors can be obtained at each position, and the sample 3 can be observed with high accuracy. Moreover, since the pinhole detector 5 moves in the optical axis direction in synchronization with the movement of the laser light source 2, an observation image with good contrast can be obtained by the confocal effect.

また、レーザ光源2を移動させるだけの構成であるので、従来のように手間をかけることなく容易に球面収差補正を行うことができる。また、従来の補正環対物レンズ等の特別な光学系を必要としないので、構成のシンプル化を図ることができると共に低コスト化を図ることができる。更に、レーザ光源2を移動させるだけであるので、連続可変を行い易く、また自動化への対応がし易い。   In addition, since the laser light source 2 is simply moved, spherical aberration correction can be easily performed without taking time and effort as in the prior art. In addition, since a special optical system such as a conventional correction ring objective lens is not required, the configuration can be simplified and the cost can be reduced. Furthermore, since only the laser light source 2 is moved, it is easy to perform continuous variation and to cope with automation.

なお、上記第1実施形態においては、入力部に標本3の屈折率、標本面3aから集光したい位置までの距離及び集光光学系4のNAを入力することで、レーザ光源2の位置を計算したが、入力データは上述したものに限らず、例えば、これら入力データに加え、集光光学系4の予め測定された波面データをさらに入力して、レーザ光源2の位置を計算しても構わない。
即ち、図4に示すように、入力部への各種データ入力(上述したS1)の際、標本3の屈折率、標本面3aから集光したい位置までの距離、集光光学系4のNA及び集光光学系4の波面データを入力する。
こうすることで、高精度に球面収差補正を行うことができ、レーザ光Lの集光性能をより向上させることができ、より誤差の少ない観察像を得ることができる。
なお、集光光学系4の波面データとしては、例えば、集光光学系4を構成している一部である対物レンズ16の波面データでも構わないし、集光光学系4全体の波面データを利用しても構わない。
In the first embodiment, the position of the laser light source 2 is determined by inputting the refractive index of the sample 3, the distance from the sample surface 3a to the position where light is to be collected, and the NA of the condensing optical system 4 to the input unit. Although the input data is not limited to that described above, for example, in addition to these input data, pre-measured wavefront data of the condensing optical system 4 may be further input to calculate the position of the laser light source 2. I do not care.
That is, as shown in FIG. 4, when various data are input to the input unit (S1 described above), the refractive index of the sample 3, the distance from the sample surface 3a to the position where light is desired to be collected, the NA of the condensing optical system 4 and The wavefront data of the condensing optical system 4 is input.
By so doing, spherical aberration correction can be performed with high accuracy, the condensing performance of the laser light L can be further improved, and an observation image with fewer errors can be obtained.
The wavefront data of the condensing optical system 4 may be, for example, the wavefront data of the objective lens 16 that is a part of the condensing optical system 4, or the wavefront data of the entire condensing optical system 4 is used. It doesn't matter.

次に、本発明のレーザ集光光学系の第2実施形態を、図5を参照して説明する。なお、この第2実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第2実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態では、レーザ発散点移動手段により、レーザ光源2を移動させることでレーザ発散点6の位置を調整したが、第2実施形態のレーザ集光光学系20は、レーザ発散点移動手段により、レーザ光源2、ハーフミラー10及びピンホールディテクタ5を一体的に移動させて、レーザ発散点の位置を調整するよう構成する点である。
このように構成することで、レーザ発散点の位置を容易に移動することができることに加え、ピンホールディテクタ5をレーザ光源2の移動に同調させる必要がない。従って、よりシンプルに構成することができ、低コスト化を図ることができる。
Next, a second embodiment of the laser focusing optical system of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that, in the first embodiment, the position of the laser divergence point 6 is adjusted by moving the laser light source 2 by the laser divergence point moving means. The laser condensing optical system 20 of the embodiment is configured such that the laser light source 2, the half mirror 10 and the pinhole detector 5 are integrally moved by the laser divergence point moving means to adjust the position of the laser divergence point. is there.
With this configuration, the position of the laser divergence point can be easily moved, and the pinhole detector 5 does not need to be synchronized with the movement of the laser light source 2. Therefore, the configuration can be simplified and the cost can be reduced.

なお、レーザ発散点の移動方法は、上記第1実施形態及び第2実施形態に限らず、例えば、図6に示すレーザ集光光学系25のようにレーザ発散点6を移動させても構わない。即ち、ハーフミラー10と結像レンズ11との間にハーフミラー10を透過したレーザ光Lを、それぞれ光軸を90度ずつ変更するように反射させる第1のミラー26及び第2のミラー27を配して、両ミラー26、27によりレーザ光Lの出射方向を180度変更させると共に、レーザ発散点移動手段により両ミラー26、27を一体的にレーザ光Lの光軸方向に向けて移動できるように構成しても良い。
このように構成することで、レーザ光源2及びピンホールディテクタ5の位置を変更することなく、容易にレーザ発散点6の位置を移動することができ、さらなる構成のシンプル化を図ることができる。
The method of moving the laser divergence point is not limited to the first embodiment and the second embodiment, and for example, the laser divergence point 6 may be moved as in the laser focusing optical system 25 shown in FIG. . That is, the first mirror 26 and the second mirror 27 that reflect the laser light L transmitted through the half mirror 10 between the half mirror 10 and the imaging lens 11 so as to change the optical axis by 90 degrees respectively. Thus, both the mirrors 26 and 27 can change the emission direction of the laser light L by 180 degrees, and the laser divergence point moving means can move both the mirrors 26 and 27 integrally in the optical axis direction of the laser light L. You may comprise as follows.
With this configuration, the position of the laser divergence point 6 can be easily moved without changing the positions of the laser light source 2 and the pinhole detector 5, and the configuration can be further simplified.

また、上記レーザ集光光学系25は、2次元ガルバノミラー28を備えている。この2次元ガルバノミラー28は、上記第1実施形態の第1のガルバノミラー12及び第2のガルバノミラー14の回転軸12a、14aと同一方向に向いた2つの回転軸28a、28bを有しており、該回転軸28a、28bの軸回りに所定の角度の範囲で2次元的に振動するようになっている。即ち、2次元ガルバノミラー28は、走査手段として機能する。
これにより、上記第1実施形態のようにガルバノミラー及び瞳リレー光学系をそれぞれ2つ備える必要がなくなることからもさらなる構成の容易化が図れ、低コスト化を図ることができる。
The laser focusing optical system 25 includes a two-dimensional galvanometer mirror 28. The two-dimensional galvanometer mirror 28 has two rotation shafts 28a and 28b oriented in the same direction as the rotation shafts 12a and 14a of the first galvanometer mirror 12 and the second galvanometer mirror 14 of the first embodiment. Thus, it vibrates two-dimensionally within a range of a predetermined angle around the rotation shafts 28a and 28b. That is, the two-dimensional galvanometer mirror 28 functions as a scanning unit.
Thereby, since it is not necessary to provide two galvanometer mirrors and two pupil relay optical systems as in the first embodiment, the configuration can be further simplified and the cost can be reduced.

次に、本発明のレーザ集光光学系の第3実施形態を、図7及び図8を参照して説明する。なお、この第3実施形態においては、第2実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第3実施形態と第2実施形態との異なる点は、第2実施形態では、対物レンズ16と標本面3aとの距離に関係なく走査を行ったが、第3実施形態では、対物レンズ16と標本面3aとの距離を一定に維持した状態で走査を行う点である。
即ち、本実施形態のレーザ集光光学系30は、図7に示すように、集光光学系4に連携して設けられ、集光光学系4、即ち、対物レンズ16の下面から標本面3aまでの距離を所定の距離に維持する観察光学系31を備えている。また、この観察光学系31は、オートフォーカス機構を有している。
Next, a third embodiment of the laser focusing optical system of the present invention will be described with reference to FIGS. In the third embodiment, the same components as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
The difference between the third embodiment and the second embodiment is that, in the second embodiment, scanning is performed regardless of the distance between the objective lens 16 and the specimen surface 3a, but in the third embodiment, the objective lens 16 is different from the second embodiment. This is a point where scanning is performed in a state where the distance from the sample surface 3a is kept constant.
That is, as shown in FIG. 7, the laser condensing optical system 30 of this embodiment is provided in cooperation with the condensing optical system 4, and the sample surface 3a from the condensing optical system 4, that is, the lower surface of the objective lens 16. Is provided with an observation optical system 31 that maintains a predetermined distance. The observation optical system 31 has an autofocus mechanism.

上記観察光学系31は、直線偏光の半導体レーザ光L’を照射する光源32、該光源32から照射された半導体レーザ光L’を平行光にする第1のレンズ33、該第1のレンズ33に隣接配置された偏光ビームスプリッタ34、該偏光ビームスプリッタ34を透過した半導体レーザ光L’を収束及び発散させる第2のレンズ35、該第2のレンズ35により発散された半導体レーザ光L’を集光光学系16の瞳径の大きさの平行光にする第3のレンズ36、該第3のレンズ36を透過した半導体レーザ光L’の偏光を円偏光にする1/4波長板37、該1/4波長板37を透過した半導体レーザ光L’を、光軸の向きを90度変えるように反射させて集光光学系16に入射させるダイクロイックミラー38、再度1/4波長板37を透過し上記偏光ビームスプリッタ34で反射された対物レンズ16からの戻り光を、シリンドリカルレンズ39に入射させる第4のレンズ40及びシリンドリカルレンズ39の後側に配されたフォトダイオード41を備えている。
なお、ダイクロイックミラー38は、半導体レーザ光L’を反射すると共に、それ以外の波長の光、例えば、レーザ光源2で出射されたレーザ光Lを透過するよう設定されている。
The observation optical system 31 includes a light source 32 for irradiating linearly polarized semiconductor laser light L ′, a first lens 33 for converting the semiconductor laser light L ′ irradiated from the light source 32 into parallel light, and the first lens 33. A polarization beam splitter 34 disposed adjacent to the second beam 35, a second lens 35 for converging and diverging the semiconductor laser light L ′ transmitted through the polarization beam splitter 34, and a semiconductor laser light L ′ diverged by the second lens 35. A third lens 36 for making the collimated light of the pupil diameter of the condensing optical system 16, a quarter-wave plate 37 for making the polarization of the semiconductor laser light L ′ transmitted through the third lens 36 circularly polarized, The dichroic mirror 38 for reflecting the semiconductor laser light L ′ transmitted through the quarter-wave plate 37 so as to change the direction of the optical axis by 90 degrees and entering the condensing optical system 16, and the quarter-wave plate 37 again. Transmitted and polarized The return light from the objective lens 16 is reflected by the beam splitter 34, a photodiode 41 disposed on the rear side of the fourth lens 40 and a cylindrical lens 39 to be incident on the cylindrical lens 39.
The dichroic mirror 38 is set so as to reflect the semiconductor laser light L ′ and transmit light of other wavelengths, for example, the laser light L emitted from the laser light source 2.

上記偏光ビームスプリッタ34は、直線偏光のうち、例えば、入射面に平行な振動成分であるP成分の直線偏光の光を透過させると共に、入射面に垂直な振動成分であるS成分の光を反射させる機能を有している。また、制御部は、上記フォトダイオード41により受光されたフォーカシングエラー信号等の検出信号に基づいてステージをフィードバック制御して、ステージを鉛直方向(光軸方向)に移動させるようになっている。即ち、オートフォーカスするようになっている。これにより、半導体レーザ光L’は、常に標本面3aに焦点が合うように調整される。   The polarization beam splitter 34 transmits, for example, P component linearly polarized light, which is a vibration component parallel to the incident surface, of linearly polarized light, and reflects S component light, which is a vibration component perpendicular to the incident surface. It has a function to make it. Further, the control unit feedback-controls the stage based on a detection signal such as a focusing error signal received by the photodiode 41 to move the stage in the vertical direction (optical axis direction). That is, autofocus is performed. Thereby, the semiconductor laser light L ′ is adjusted so that the specimen surface 3 a is always in focus.

このように構成されたレーザ集光光学系30により走査を行う場合、光源32から直線偏光の半導体レーザ光L’の照射を行う。照射された半導体レーザ光L’は、第1のレンズ33により平行光となった後、偏光ビームスプリッタ34に入射する。そして、入射面に平行な振動成分であるP成分の直線偏光の光となった後、第2のレンズ35により収束された後、発散状態となる。そして、発散された光は、第3のレンズ36により再度平行光となって1/4波長板37に入射する。なお、この際、平行光は、対物レンズ16に応じた光束の幅となっている。1/4波長板37を透過して円偏光となった半導体レーザ光L’は、ダイクロイックミラー38で反射されて対物レンズ16に入射する。対物レンズ16に入射した光は、標本面3aに照明される。   When scanning is performed by the laser condensing optical system 30 configured as described above, the light source 32 emits linearly polarized semiconductor laser light L ′. The irradiated semiconductor laser light L ′ becomes parallel light by the first lens 33 and then enters the polarization beam splitter 34. Then, after the light becomes P-component linearly polarized light that is a vibration component parallel to the incident surface, the light is converged by the second lens 35 and then diverges. Then, the diverged light becomes parallel light again by the third lens 36 and enters the quarter-wave plate 37. At this time, the parallel light has a light flux width corresponding to the objective lens 16. The semiconductor laser light L ′ that has passed through the quarter-wave plate 37 and has become circularly polarized light is reflected by the dichroic mirror 38 and enters the objective lens 16. The light incident on the objective lens 16 is illuminated on the sample surface 3a.

次いで、標本面3aで反射した光は、対物レンズ16で集光された後、ダイクロイックミラー38で反射されて1/4波長板37に入射し、入射面に垂直な振動成分であるS成分偏光となる。この光は、第3のレンズ36及び第2のレンズ35を透過した後、偏光ビームスプリッタ34に入射して第4のレンズ40に向けて反射される。そして、第4のレンズ40により収束された後、シリンドリカルレンズ39を透過してフォトダイオード41上に結像される。この結像されたフォーカシングエラー信号等の検出信号は、制御部に送られる(S5)。該制御部は、送られてきた検出信号に基づいて計算を行い(S6)、半導体レーザ光L’の焦点が標本面3aに合うようにステージを鉛直方向(光軸方向)に移動させる(S7)。即ち、自動的にオートフォーカスを行って、標本面3aを常に撮像するように制御を行う。   Next, the light reflected by the specimen surface 3a is collected by the objective lens 16, then reflected by the dichroic mirror 38 and incident on the quarter wavelength plate 37, and S component polarized light which is a vibration component perpendicular to the incident surface. It becomes. This light passes through the third lens 36 and the second lens 35, then enters the polarization beam splitter 34, and is reflected toward the fourth lens 40. Then, after being converged by the fourth lens 40, it passes through the cylindrical lens 39 and forms an image on the photodiode 41. The formed detection signal such as a focusing error signal is sent to the control unit (S5). The controller performs calculation based on the transmitted detection signal (S6), and moves the stage in the vertical direction (optical axis direction) so that the focus of the semiconductor laser light L ′ is aligned with the sample surface 3a (S7). ). That is, control is performed so that the autofocus is automatically performed and the specimen surface 3a is always imaged.

これにより、対物レンズ16と標本面3aとの距離を、常に一定の距離に維持しながら走査を行うことができる。従って、仮にステージが若干湾曲していたり、ステージの移動に多少の誤差等が生じていたとしても、正確に所望の深さにレーザ光Lを集光させることができる。よって、標本面3aからの集光位置をより正確に制御しながら走査を行うことができ、標本3の観察をより高精度に行うことができる。   Thus, scanning can be performed while the distance between the objective lens 16 and the sample surface 3a is always maintained at a constant distance. Therefore, even if the stage is slightly curved or there is some error in the movement of the stage, the laser beam L can be accurately condensed to a desired depth. Therefore, it is possible to perform scanning while controlling the condensing position from the sample surface 3a more accurately, and it is possible to observe the sample 3 with higher accuracy.

なお、上述した走査を行う際に、レーザ光Lの集光させる位置を変更する場合、オートフォーカスのオフセット量計算(S8)を事前に行った後、走査を行う。例えば、100μmの深さに集光させた状態で走査を行った後に、50μmの深さに集光させて走査を行う場合には、WD値を変更して最適な状態、即ち、最適値に設定する必要がある。このWD値の変更に伴って、オートフォーカスを所定量だけオフセットする必要が生じる。つまり、オートフォーカスのオフセット量を計算することで、WD値の補正が行える。そして、オフセットを行った後に、上述したと同様に異なる深さでの走査を行う。   Note that when changing the position at which the laser beam L is condensed when performing the above-described scanning, the scanning is performed after the autofocus offset amount calculation (S8) is performed in advance. For example, when scanning is performed with the light condensed to a depth of 100 μm and then performed with the light condensed to a depth of 50 μm, the WD value is changed to obtain an optimal state, that is, an optimal value. Must be set. As the WD value changes, it is necessary to offset the autofocus by a predetermined amount. In other words, the WD value can be corrected by calculating the autofocus offset amount. Then, after performing the offset, scanning at a different depth is performed in the same manner as described above.

次に、本発明のレーザ集光光学系の第4実施形態を、図9及び図10を参照して説明する。なお、この第4実施形態においては、第3実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第4実施形態と第3実施形態との異なる点は、第3実施形態では、対物レンズ16と標本面3aとの光軸方向の相対的な距離、即ち、WDが一定でなかったのに対し、第4実施形態では、WDが一定とされている点である。
即ち、ステージ及び対物レンズ16の光軸方向における位置を、予め事前に設定した後、両者の位置を常に同じ位置に維持するように設定を行うようになっている。つまり、図9に示すように、入力部への各種データ入力(上述したS1)の際、WD値を除いたデータ、即ち、標本3の屈折率、標本面3aから集光したい位置までの距離及び集光光学系4のNAのデータの入力を行う。
Next, a fourth embodiment of the laser focusing optical system of the present invention will be described with reference to FIGS. In the fourth embodiment, the same components as those in the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
The difference between the fourth embodiment and the third embodiment is that, in the third embodiment, the relative distance in the optical axis direction between the objective lens 16 and the specimen surface 3a, that is, the WD is not constant. In the fourth embodiment, the WD is constant.
In other words, after the positions of the stage and the objective lens 16 in the optical axis direction are set in advance, settings are made so that both positions are always maintained at the same position. That is, as shown in FIG. 9, when various data are input to the input unit (S1 described above), the data excluding the WD value, that is, the refractive index of the sample 3 and the distance from the sample surface 3a to the position to be collected. The NA data of the condensing optical system 4 is input.

こうすることで、図10に示すように、WDを一定にした状態で、レーザ発散点移動手段によりレーザ発散点のみを光軸方向に沿って移動させるので、オートフォーカスのオフセット量を初期に設定した後に、再度オフセット量を計算する必要がない。従って、オフセットに要する時間を短縮でき、スループットの向上を図ることができる。また、オフセットを行うことにより生じるオートフォーカスの精度の劣化を小さくすることができる。   By doing this, as shown in FIG. 10, the laser divergence point moving means moves only the laser divergence point along the optical axis direction while keeping the WD constant, so that the autofocus offset amount is set to the initial value. After that, there is no need to calculate the offset amount again. Therefore, the time required for the offset can be shortened and the throughput can be improved. In addition, it is possible to reduce deterioration in autofocus accuracy caused by performing offset.

なお、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態において、標本内にレーザ光を集光させたが、標本に限らず媒質中に集光させれば構わない。また、集光したい距離として、標本面から50μm、75μm、100μmの距離としたが、これらの距離に限らず、任意に設定して構わない。また、ステージを移動させて、対物レンズと標本面との光軸方向の相対的な距離を変化させたが、これに限らず、例えば、対物レンズをピエゾ素子等を利用して移動させることで、相対的な距離を変化させても構わない。
また、制御部によりレーザ発散点移動手段を自動的に制御するように構成したが、制御部による計算結果に基づいて、手段によりレーザ発散点移動手段を作動させてレーザ発散点の位置を移動させても構わない。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in each of the embodiments described above, the laser light is collected in the sample, but it is not limited to the sample, but may be collected in the medium. Further, the distance to be collected is set to 50 μm, 75 μm, and 100 μm from the sample surface, but is not limited to these distances and may be arbitrarily set. In addition, the stage is moved to change the relative distance between the objective lens and the sample surface in the optical axis direction. However, the present invention is not limited to this. For example, the objective lens can be moved using a piezo element or the like. The relative distance may be changed.
In addition, the control unit is configured to automatically control the laser divergence point moving means, but based on the calculation result by the control unit, the means operates the laser divergence point moving means to move the position of the laser divergence point. It doesn't matter.

また、上記第3実施形態で説明した観察光学系は一例であり、対物レンズの下面から標本面までの距離を所定距離に維持可能であれば、レンズ等の各光学系を組み合わせて構成して構わない。   In addition, the observation optical system described in the third embodiment is an example. If the distance from the lower surface of the objective lens to the sample surface can be maintained at a predetermined distance, the optical system such as a lens may be combined. I do not care.

本発明に係るレーザ集光光学系の第1実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 1st Embodiment of the laser condensing optical system which concerns on this invention. 図1に示すレーザ集光光学系により、レーザ光を標本面から深さの異なる位置に照射して観察を行う場合のフローチャートの一例である。It is an example of the flowchart in the case of irradiating a laser beam to the position from which a depth differs from a sample surface by the laser condensing optical system shown in FIG. 図1に示すレーザ集光光学系により、レーザ光を標本面から深さの異なる位置に照射している状態を示す図であって、(a)は標本面から50μmの位置、(b)は標本面から75μmの位置、(c)は標本面から100μmの位置に照射している図である。FIGS. 2A and 2B are diagrams illustrating a state in which laser light is irradiated from the sample surface to a position having a different depth by the laser focusing optical system illustrated in FIG. 1, in which FIG. (C) is a diagram showing an irradiation at a position 100 μm from the sample surface. 集光光学系の波面データを考慮に入れて、図1に示すレーザ集光光学系によりレーザ光を照射する場合の一例である。This is an example in which laser light is irradiated by the laser condensing optical system shown in FIG. 1 in consideration of the wavefront data of the condensing optical system. 本発明に係るレーザ集光光学系の第2実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 2nd Embodiment of the laser condensing optical system which concerns on this invention. 本発明に係るレーザ集光光学系の他の例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the other example of the laser condensing optical system which concerns on this invention. 本発明に係るレーザ集光光学系の第3実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 3rd Embodiment of the laser condensing optical system which concerns on this invention. 図7に示すレーザ集光光学系により、レーザ光を標本面から深さの異なる位置に照射する場合のフローチャートの一例である。It is an example of the flowchart in the case of irradiating a laser beam to the position from which a depth differs from a sample surface with the laser condensing optical system shown in FIG. 本発明に係るレーザ集光光学系の第4実施形態を示す図であって、レーザ光を標本面から深さの異なる位置に照射する場合のフローチャートの一例である。It is a figure which shows 4th Embodiment of the laser condensing optical system which concerns on this invention, Comprising: It is an example of the flowchart in the case of irradiating a laser beam to the position from which a depth differs from a sample surface. 図9に示すフローチャートにより、レーザ光を標本面から深さの異なる位置に照射した状態を示す図であって、(a)は標本面から50μmの位置、(b)は標本面から75μmの位置、(c)は標本面から100μmの位置に照射している図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a state in which laser light is irradiated to a position having a different depth from the sample surface according to the flowchart illustrated in FIG. 9, where (a) is a position 50 μm from the sample surface, and (b) is a position 75 μm from the sample surface. (C) is the figure which has irradiated to the position of 100 micrometers from the sample surface. 従来の球面収差の補正を説明する図であって、球面収差補正レンズを光軸方向に移動可能な光学系の一例を示す図である。It is a figure explaining the correction | amendment of the conventional spherical aberration, Comprising: It is a figure which shows an example of the optical system which can move a spherical aberration correction lens to an optical axis direction. 図11に示す光学系により、入射瞳位置での光量が変化する状態を示した図である。It is the figure which showed the state from which the light quantity in an entrance pupil position changes with the optical system shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

L レーザ光
1、25、30 レーザ集光光学系
2 レーザ光源
3 標本(媒質)
4 集光光学系
5 ピンホールディテクタ(光検出器)
6 レーザ発散点
7 走査手段
28 2次元ガルバノミラー(走査手段)
31 観察光学系

L Laser light 1, 25, 30 Laser condensing optical system 2 Laser light source 3 Sample (medium)
4 Condensing optical system 5 Pinhole detector (photodetector)
6 Laser divergence point 7 Scanning means 28 Two-dimensional galvanometer mirror (scanning means)
31 Observation optical system

Claims (12)

レーザ光を出射するレーザ光源と、
該レーザ光源と媒質との間に配されて、前記レーザ光を媒質中に集光させると共に集光点からの光を再集光する集光光学系と、
該集光光学系により再集光された前記光を検出する光検出器と、
前記レーザ光のレーザ発散点の位置及び前記光検出器の位置を、レーザ光を集光したい前記媒質の屈折率及び前記媒質の表面から集光したい位置までの距離に応じて、前記レーザ光の光軸上に沿って移動可能なレーザ発散点移動手段とを備えていることを特徴とするレーザ集光光学系。
A laser light source for emitting laser light;
A condensing optical system that is disposed between the laser light source and the medium, condenses the laser light in the medium, and re-condenses the light from the condensing point;
A photodetector for detecting the light re-condensed by the condensing optical system;
The position of the laser divergence point of the laser light and the position of the photodetector are determined according to the refractive index of the medium where the laser light is to be collected and the distance from the surface of the medium to the position where the laser light is to be collected. And a laser divergence point moving means movable along the optical axis.
請求項1に記載のレーザ集光光学系において、
前記レーザ光を前記集光光学系の光軸に対して直交する方向に向けて走査可能な走査手段を備えていることを特徴とするレーザ集光光学系。
The laser focusing optical system according to claim 1,
A laser condensing optical system comprising scanning means capable of scanning the laser light in a direction perpendicular to the optical axis of the condensing optical system.
請求項1乃至2に記載のレーザ集光光学系において、In the laser condensing optical system according to claim 1 or 2,
前記レーザ発散点移動手段が、さらに前記集光光学系のNAに基づいて前記レーザ発散点の位置を設定することを特徴とするレーザ集光光学系。The laser converging optical system is characterized in that the laser divergence point moving means further sets the position of the laser divergence point based on the NA of the condensing optical system.
請求項1乃至3に記載のレーザ集光光学系において、
前記レーザ発散点移動手段が、予め測定された前記集光光学系の波面データに基づいてレーザ発散点の位置を設定することを特徴とするレーザ集光光学系。
In the laser condensing optical system according to any one of claims 1 to 3,
The laser divergence point moving means sets the position of the laser divergence point based on the wavefront data of the condensing optical system measured in advance.
請求項1乃至4に記載のレーザ集光光学系において、
前記集光光学系に連携して設けられ、集光光学系の下面から前記媒質の表面までの距離を所定の距離に維持する観察光学系を備え、
該観察光学系が、オートフォーカス検出手段又はオートフォーカス機構を備えていることを特徴とするレーザ集光光学系。
In the laser condensing optical system according to claim 1 to 4,
An observation optical system provided in cooperation with the condensing optical system, and maintaining a distance from the lower surface of the condensing optical system to the surface of the medium at a predetermined distance;
A laser condensing optical system, wherein the observation optical system includes an autofocus detection means or an autofocus mechanism.
請求項1乃至5のいずれか1項に記載のレーザ集光光学系において、
前記集光光学系と前記媒質の表面との光軸方向の相対的な距離が一定とされていることを特徴とするレーザ集光光学系。
In the laser condensing optical system according to any one of claims 1 to 5,
A laser condensing optical system characterized in that a relative distance between the condensing optical system and the surface of the medium in the optical axis direction is constant.
請求項1記載のレーザ集光光学系において、The laser focusing optical system according to claim 1, wherein
前記レーザ発散点移動手段は、前記レーザ光源と前記光検出器とが互いに共役な位置となるように移動させることを特徴とするレーザ集光光学系、The laser divergence point moving means moves the laser light source and the photodetector so that they are in a conjugate position with each other,
請求項7記載のレーザ集光光学系において、The laser focusing optical system according to claim 7,
前記レーザ発散点移動手段は、The laser divergence point moving means includes:
前記レーザ光源を光軸方向に沿って移動させる光源移動手段と、Light source moving means for moving the laser light source along the optical axis direction;
前記光源移動手段と同期して前記光検出器を光軸方向に沿って移動させる光検出器移動手段と、を有することを特徴とするレーザ集光光学系。A laser condensing optical system comprising: a photodetector moving means for moving the photodetector along the optical axis direction in synchronization with the light source moving means.
請求項8記載のレーザ集光光学系において、The laser focusing optical system according to claim 8,
前記光源移動手段と前記光検出器移動手段は、前記レーザ光源と前記光検出器とを光軸方向に沿って一体的に移動させることを特徴とするレーザ集光光学系。The laser condensing optical system characterized in that the light source moving means and the light detector moving means move the laser light source and the light detector integrally along the optical axis direction.
請求項7記載のレーザ集光光学系において、The laser focusing optical system according to claim 7,
前記レーザ発散点移動手段は、The laser divergence point moving means includes:
前記集光光学系中に設けられる少なくとも2つのミラーと、At least two mirrors provided in the condensing optical system;
該ミラーを光軸方向に沿って移動させミラー移動手段と、A mirror moving means for moving the mirror along the optical axis direction;
を備えることを特徴とするレーザ集光光学系。A laser condensing optical system.
請求項1記載のレーザ集光光学系において、The laser focusing optical system according to claim 1, wherein
前記レーザ発散点移動手段を制御する制御手段と、Control means for controlling the laser divergence point moving means;
前記屈折率及び前記距離を入力する入力手段と、Input means for inputting the refractive index and the distance;
前記入力手段から入力された前記媒質の屈折率及び前記距離から、前記レーザ発散点の移動量を算出する算出手段と、Calculating means for calculating the amount of movement of the laser divergence point from the refractive index of the medium input from the input means and the distance;
を有することを特徴とするレーザ集光光学系。A laser condensing optical system.
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源と媒質との間に配されて、前記レーザ光を媒質中に集光させると共に集光点からの光を再集光する集光光学系と、
前記レーザ光を前記集光光学系の光軸に対して直交する方向に向けて走査可能な走査手段と、
前記集光光学系により再集光された前記光を検出する光検出器と、
前記レーザ光のレーザ発散点の位置及び前記光検出器の位置を、レーザ光を集光したい前記媒質の屈折率及び前記媒質の表面から集光したい位置までの距離に応じて、前記レーザ光の光軸上に沿って移動可能なレーザ発散点移動手段とを備えていることを特徴とするレーザ走査型顕微鏡。
A laser light source for emitting laser light;
A condensing optical system that is disposed between the laser light source and the medium, condenses the laser light in the medium, and re-condenses the light from the condensing point;
Scanning means capable of scanning the laser light in a direction perpendicular to the optical axis of the condensing optical system;
A photodetector for detecting the light re-condensed by the condensing optical system;
The position of the laser divergence point of the laser light and the position of the photodetector are determined according to the refractive index of the medium where the laser light is to be collected and the distance from the surface of the medium to the position where the laser light is to be collected. A laser scanning microscope characterized by comprising laser divergence point moving means movable along the optical axis.
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