JP6380622B2 - Control device and control method - Google Patents

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Description

本開示は、レーザ走査型顕微鏡装置およびその制御方法に関する。   The present disclosure relates to a laser scanning microscope apparatus and a control method thereof.

対象物を高解像度で観察するための技術として、レーザ走査型顕微鏡装置がある。レーザ走査型顕微鏡装置では、レーザ光を対象物に照射し、当該レーザ光を対象物上で走査しながら、その透過光や後方散乱光、蛍光、ラマン散乱光、非線形光学効果によって生じる各種の光等の強度を検出する。これにより、対象物に関する各種の情報を2次元又3次元の画像データとして取得することができる。   As a technique for observing an object with high resolution, there is a laser scanning microscope apparatus. In a laser scanning microscope apparatus, an object is irradiated with laser light, and the laser light is scanned on the object, while transmitting light, backscattered light, fluorescence, Raman scattered light, and various types of light generated by nonlinear optical effects. Detect the intensity of etc. Thereby, various kinds of information about the object can be acquired as two-dimensional or three-dimensional image data.

図12に、従来のレーザ走査型顕微鏡1の一構成例を示す。図12に示すように、レーザ10から出射されたレーザ光は、1対の反射ミラーを搭載した1対のガルバノスキャナー21、リレーレンズ光学系22、23を透過して、対物レンズ26へ入射する。対物レンズ26より集光されたレーザ光は、観察対象5上に小さな集光スポットを作る。ガルバノスキャナー21でレーザ光の方向を変えることにより対物レンズ26への入射角度が変更され、観察対象5上の集光スポットの走査が可能となる。観察対象5からの反射光、または蛍光は、対物レンズ26、ハーフミラーまたは波長分離ミラー24を介して光検出器27で検出される。レーザ走査型顕微鏡1は、光検出器27で検出された集光スポット位置に対応する光検出器信号に基づき、2次元画像を生成する。   FIG. 12 shows a configuration example of a conventional laser scanning microscope 1. As shown in FIG. 12, the laser light emitted from the laser 10 passes through a pair of galvano scanners 21 and relay lens optical systems 22, 23 equipped with a pair of reflecting mirrors and enters the objective lens 26. . The laser beam condensed from the objective lens 26 creates a small focused spot on the observation target 5. By changing the direction of the laser beam by the galvano scanner 21, the incident angle to the objective lens 26 is changed, and the focused spot on the observation target 5 can be scanned. Reflected light or fluorescence from the observation object 5 is detected by the photodetector 27 via the objective lens 26, the half mirror or the wavelength separation mirror 24. The laser scanning microscope 1 generates a two-dimensional image based on the photodetector signal corresponding to the focused spot position detected by the photodetector 27.

このようなレーザ走査型顕微鏡1は、より小さな集光スポットを生成する分解能の高いレンズは一般に視野が狭く、画像取得範囲が狭い。従来のレーザ走査型顕微鏡1の対物レンズ26は、分解能と視野(すなわち、画像取得範囲)とがいわゆるトレードオフの関係にある。また、上述のレーザ走査型顕微鏡1のように光学系としてガルバノスキャナー21を使用すると、そのサイズが比較的大きいために顕微鏡装置の小型化の弊害となっている。   In such a laser scanning microscope 1, a high-resolution lens that generates a smaller focused spot generally has a narrow field of view and a narrow image acquisition range. The objective lens 26 of the conventional laser scanning microscope 1 has a so-called trade-off relationship between resolution and field of view (that is, image acquisition range). In addition, when the galvano scanner 21 is used as an optical system as in the laser scanning microscope 1 described above, the size of the galvano scanner 21 is relatively large, which is an adverse effect of downsizing the microscope apparatus.

そこで、例えば特許文献1には、低質量の対物レンズを利用する小型共焦点顕微鏡が開示されている。かかる共焦点顕微鏡では、対物レンズを駆動する駆動系を、可撓性の材料で支持され光学アセンブリの固定部分上にある永久磁石と連動する電磁ボイスコイルにより構成している。   Thus, for example, Patent Document 1 discloses a small confocal microscope that uses a low-mass objective lens. In such a confocal microscope, the drive system for driving the objective lens is constituted by an electromagnetic voice coil that is supported by a flexible material and interlocks with a permanent magnet on a fixed portion of the optical assembly.

特開平10−90606号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-90606

しかし、上記特許文献1に記載の共焦点顕微鏡において、装置の小型化は実現できるが、広い視野の画像を取得することは困難であった。   However, in the confocal microscope described in Patent Document 1, it is possible to reduce the size of the apparatus, but it is difficult to acquire an image with a wide field of view.

そこで、装置を小型化するとともに、広視野の画像を取得可能な、新規かつ改良された制御装置およびその制御方法を提案する。
Therefore, a new and improved control device and control method thereof that can downsize the device and acquire a wide-field image are proposed.

本開示によれば、対物レンズを搭載し、第1の方向へ移動可能な第1の可動部と、第1の可動部を搭載し、前記第1の方向と異なる第2の方向に移動可能な第2の可動部と、第1の可動部及び前記第2の可動部の移動により前記対物レンズの位置を調整し、観察対象へ照射するレーザ光の照射方向を制御する制御部と、を備える、制御装置が提供される。
According to the present disclosure, an objective lens is mounted, a first movable part that is movable in a first direction, and a first movable part are mounted and movable in a second direction different from the first direction. A second movable part, and a control part that adjusts the position of the objective lens by moving the first movable part and the second movable part, and controls the irradiation direction of the laser light irradiated to the observation target. A control device is provided.

また、本開示によれば、対物レンズを搭載した第1の可動部を第1の方向へ移動させること、第1の可動部を搭載した第2の可動部を前記第1の方向と異なる第2の方向に移動させること、第1の可動部及び前記第2の可動部の移動により前記対物レンズの位置を調整し、観察対象へ照射するレーザ光の照射方向を制御すること、を含む、制御方法が提供される。
Further, according to the present disclosure, moving the first movable portion mounted with the objective lens in the first direction, different from the first second said movable portion in the first direction equipped with movable parts Moving in the second direction, adjusting the position of the objective lens by moving the first movable portion and the second movable portion, and controlling the irradiation direction of the laser light irradiated to the observation target. A control method is provided.

以上説明したように本開示によれば、装置を小型化できるとともに、広視野の画像を取得することが可能となる。なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。   As described above, according to the present disclosure, it is possible to reduce the size of the apparatus and acquire a wide-field image. Note that the above effects are not necessarily limited, and any of the effects shown in the present specification, or other effects that can be grasped from the present specification, together with or in place of the above effects. May be played.

本開示の第1の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡装置の構成を示す概略構成図であって、平面から見た状態を示す。It is a schematic block diagram which shows the structure of the laser scanning microscope apparatus which concerns on 1st Embodiment of this indication, Comprising: The state seen from the plane is shown. 図1のレーザ走査型顕微鏡装置を矢印A側から見た状態を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the state which looked at the laser scanning microscope apparatus of FIG. 1 from the arrow A side. 図1のレーザ走査型顕微鏡装置を矢印B側から見た状態を示す概略側面図である。It is a schematic side view which shows the state which looked at the laser scanning microscope apparatus of FIG. 1 from the arrow B side. 球面収差補正部の一構成例を示す説明図であって、凸レンズおよび凹レンズにより構成する例を示す。It is explanatory drawing which shows one structural example of a spherical aberration correction part, Comprising: The example comprised by a convex lens and a concave lens is shown. 球面収差補正部の一構成例を示す説明図であって、同心円多分割液晶位相素子により構成する例を示す。It is explanatory drawing which shows one structural example of a spherical aberration correction | amendment part, Comprising: The example comprised by a concentric multi division | segmentation liquid crystal phase element is shown. 図5の概略側面図である。FIG. 6 is a schematic side view of FIG. 5. 焦点位置制御部の一構成例を示す説明図であって、2つの凸レンズにより構成する例を示す。It is explanatory drawing which shows one structural example of a focus position control part, Comprising: The example comprised by two convex lenses is shown. 反射ミラーを備える対物レンズの一構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one structural example of an objective lens provided with a reflective mirror. 反射型対物レンズを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a reflection type objective lens. 本開示の第2の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡装置の構成を示す概略構成図であって、平面から見た状態を示す。It is a schematic block diagram which shows the structure of the laser scanning microscope apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this indication, Comprising: The state seen from the plane is shown. 図10のレーザ走査型顕微鏡装置をx軸正方向側から見た状態を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the state which looked at the laser scanning microscope apparatus of FIG. 10 from the x-axis positive direction side. 本開示の関連技術に係るレーザ走査型顕微鏡の一構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of 1 structure of the laser scanning microscope which concerns on the related technique of this indication.

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

なお、説明は以下の順序で行うものとする。
1.第1の実施の形態(第1の可動部:直線移動、第2の可動部:直線移動)
1.1.レーザ走査型顕微鏡装置の構成
1.2.集光スポットの走査
1.3.まとめ
2.第2の実施の形態(第1の可動部:回転移動、第2の可動部:直線移動)
2.1.レーザ走査型顕微鏡装置の構成
2.2.集光スポットの走査
2.3.まとめ
The description will be made in the following order.
1. First embodiment (first movable part: linear movement, second movable part: linear movement)
1.1. Configuration of laser scanning microscope apparatus 1.2. Scanning the focused spot 1.3. Summary 2. Second embodiment (first movable part: rotational movement, second movable part: linear movement)
2.1. Configuration of laser scanning microscope apparatus 2.2. Scanning the focused spot 2.3. Summary

<1.第1の実施形態>
[1.1.レーザ走査型顕微鏡装置の構成]
まず、図1〜図3を参照して、本開示の第1の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡装置100の構成について説明する。なお、図1は、本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡装置100の構成を示す概略構成図であって、平面から見た状態を示す。図2は、図1のレーザ走査型顕微鏡装置100を矢印A側から見た状態を示す概略正面図である。図3は、図1のレーザ走査型顕微鏡装置100を矢印B側から見た状態を示す概略側面図である。
<1. First Embodiment>
[1.1. Configuration of laser scanning microscope apparatus]
First, the configuration of the laser scanning microscope apparatus 100 according to the first embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a configuration of the laser scanning microscope apparatus 100 according to the present embodiment, and shows a state seen from a plane. FIG. 2 is a schematic front view showing the laser scanning microscope apparatus 100 of FIG. 1 as viewed from the arrow A side. FIG. 3 is a schematic side view showing the laser scanning microscope apparatus 100 of FIG. 1 as viewed from the arrow B side.

本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡装置100は、光を出射するレーザ102と、レーザ102から出射された光で観察対象上を走査し、観察対象の反射光または蛍光を検出して2次元画像を取得する画像取得部104とからなる。   A laser scanning microscope apparatus 100 according to the present embodiment scans an observation target with a laser 102 that emits light and light emitted from the laser 102, detects reflected light or fluorescence of the observation target, and detects a two-dimensional image. And an image acquisition unit 104 for acquiring.

レーザ102は、観察対象に照射するレーザ光を射出する。レーザ102は、例えば固体レーザであってもよく、また半導体レーザであってもよい。固体レーザ及び半導体レーザの媒体(材料)は、レーザ走査型顕微鏡装置100の用途に応じて、所望の波長帯域のレーザ光を射出するように適宜選択されてよい。   The laser 102 emits laser light that irradiates the observation target. The laser 102 may be a solid laser or a semiconductor laser, for example. The medium (material) of the solid-state laser and the semiconductor laser may be appropriately selected so as to emit laser light having a desired wavelength band according to the application of the laser scanning microscope apparatus 100.

画像取得部104は、球面収差補正部110と、焦点位置制御部120と、ビームスプリッタ130と、反射ミラー140と、対物レンズ150とからなる。   The image acquisition unit 104 includes a spherical aberration correction unit 110, a focal position control unit 120, a beam splitter 130, a reflection mirror 140, and an objective lens 150.

球面収差補正部110は、球面収差を補正する光学系である。球面収差補正部110は、例えば図4に示すように、凸レンズ112および凹レンズ114により構成してもよい。レーザ102から出射された平行光のレーザ光は、球面収差補正部110である凸レンズ112と凹レンズ114とを通過する。このとき、凸レンズ112または凹レンズ114のうちいずれか一方を光軸方向に移動させて光軸上の位置を変えることにより、発生する球面収差量を変更することができる。球面収差補正部110は、一般に、2つ以上のレンズ群で最少1つのレンズの光軸方向の位置を変えることにより実現できる。   The spherical aberration correction unit 110 is an optical system that corrects spherical aberration. The spherical aberration correction unit 110 may be configured by a convex lens 112 and a concave lens 114 as shown in FIG. 4, for example. The parallel laser light emitted from the laser 102 passes through the convex lens 112 and the concave lens 114 which are the spherical aberration correction unit 110. At this time, the spherical aberration amount to be generated can be changed by moving either the convex lens 112 or the concave lens 114 in the optical axis direction to change the position on the optical axis. In general, the spherical aberration correction unit 110 can be realized by changing the position of at least one lens in the optical axis direction in two or more lens groups.

あるいは、球面収差補正部110は、図5および図6に示すように、同心円多分割液晶位相素子116を用いて構成してもよい。同心円多分割液晶位相素子116は、液晶パネルの電極が環状に形成されており、これらの環状電極が同心円上となるように配置されている。同心円多分割液晶位相素子116の同心円の環状電極により区画される各領域に個別に電界を与えることにより、同心円多分割液晶位相素子116を透過するレーザ光に位相分布が与えられる。例えば、半径方向に4次関数の位相を与えることにより、任意の球面収差量を与えることができる。   Alternatively, the spherical aberration correction unit 110 may be configured using a concentric multi-partition liquid crystal phase element 116 as shown in FIGS. In the concentric multi-part liquid crystal phase element 116, the electrodes of the liquid crystal panel are formed in an annular shape, and these annular electrodes are arranged so as to be concentric. By individually applying an electric field to each region partitioned by the concentric circular electrodes of the concentric multi-divided liquid crystal phase element 116, a phase distribution is given to the laser light transmitted through the concentric multi-divided liquid crystal phase element 116. For example, an arbitrary amount of spherical aberration can be given by giving a phase of a quartic function in the radial direction.

焦点位置制御部120は、対物レンズ150の焦点位置を調整する光学系である。焦点位置制御部120は、例えば図7に示すように、2つの凸レンズ122、124により構成してもよい。球面収差補正部110から出射された平行光のレーザ光は、焦点位置制御部120である凸レンズ122、124を通過する。このとき、凸レンズ122、124のうちいずれか一方を光軸方向に移動させて光軸上の位置を変えることにより、発生するデフォーカス量を変更することができ、対物レンズ150の焦点位置を変えることができる。焦点位置制御部120は、一般に、2つ以上のレンズ群で最少1つのレンズの光軸方向の位置を変えることにより実現できる。   The focal position control unit 120 is an optical system that adjusts the focal position of the objective lens 150. The focal position control unit 120 may be configured by two convex lenses 122 and 124, for example, as shown in FIG. The parallel laser light emitted from the spherical aberration correction unit 110 passes through the convex lenses 122 and 124 that are the focal position control unit 120. At this time, by moving one of the convex lenses 122 and 124 in the direction of the optical axis and changing the position on the optical axis, the amount of defocus that occurs can be changed, and the focal position of the objective lens 150 can be changed. be able to. In general, the focal position control unit 120 can be realized by changing the position in the optical axis direction of at least one lens among two or more lens groups.

あるいは、焦点位置制御部120は、図5および図6に示したように、球面収差補正部110と同様、同心円多分割液晶位相素子116を用いてもよい。同心円多分割液晶位相素子116の同心円の環状電極により区画される各領域に個別に電界を与えることにより、同心円多分割液晶位相素子116を透過するレーザ光に位相分布が与えられる。例えば、半径方向に2次関数の位相を与えることにより、任意のデフォーカス量を与えることができる。   Alternatively, as shown in FIGS. 5 and 6, the focal position control unit 120 may use a concentric multi-division liquid crystal phase element 116 as in the spherical aberration correction unit 110. By individually applying an electric field to each region partitioned by the concentric circular electrodes of the concentric multi-divided liquid crystal phase element 116, a phase distribution is given to the laser light transmitted through the concentric multi-divided liquid crystal phase element 116. For example, an arbitrary defocus amount can be given by giving a quadratic function phase in the radial direction.

ビームスプリッタ130は、一方向から入射した光と他方向から入射した光とを互いに異なる方向に導光する光学系である。ビームスプリッタ130としては、例えば反射光と透過光との強さが略同一であるハーフミラーを用いてもよい。また、ビームスプリッタ130の代わりに、特定波長の光を反射し、それ以外の波長の光を透過するダイクロイックミラー等の波長分離ミラーを用いてもよい。焦点位置制御部120からビームスプリッタ130へ入射したレーザ光は、ビームスプリッタ130を通過して反射ミラー140へ導かれる。また、ビームスプリッタ130には、観察対象5に照射されたレーザ光の戻り光が、反射ミラー140から入射される。この戻り光はビームスプリッタ130により反射され、光検出器180へ導かれる。   The beam splitter 130 is an optical system that guides light incident from one direction and light incident from the other direction in different directions. As the beam splitter 130, for example, a half mirror in which the intensity of reflected light and transmitted light are substantially the same may be used. Instead of the beam splitter 130, a wavelength separation mirror such as a dichroic mirror that reflects light of a specific wavelength and transmits light of other wavelengths may be used. The laser light incident on the beam splitter 130 from the focal position control unit 120 passes through the beam splitter 130 and is guided to the reflection mirror 140. In addition, the return light of the laser beam irradiated on the observation target 5 is incident on the beam splitter 130 from the reflection mirror 140. This return light is reflected by the beam splitter 130 and guided to the photodetector 180.

反射ミラー140は、光を反射して所定の方向へ導光する光学系である。本実施形態において、反射ミラー140は、後述する第2の可動部170の第2基台176上に載置されている。反射ミラー140は、ビームスプリッタ130から入射したレーザ光を反射して対物レンズ150へ案内する。また、反射ミラー140は、観察対象5に照射されたレーザ光の戻り光を反射し、ビームスプリッタ130へ案内する。   The reflection mirror 140 is an optical system that reflects light and guides it in a predetermined direction. In the present embodiment, the reflection mirror 140 is placed on the second base 176 of the second movable part 170 described later. The reflection mirror 140 reflects the laser light incident from the beam splitter 130 and guides it to the objective lens 150. Further, the reflection mirror 140 reflects the return light of the laser light irradiated on the observation target 5 and guides it to the beam splitter 130.

対物レンズ150は、観察対象5の像を最初に作成するレンズである。対物レンズ150は、反射ミラー140から入射したレーザ光を集光し、観察対象5上に集光スポットを形成する。対物レンズ150は、後述する第1の可動部160および第2の可動部170によって平面上を移動可能に設けられている。対物レンズ150による集光スポットの位置は、第1の可動部160および第2の可動部170によって対物レンズ150の位置を変えることにより移動させることができる。なお、対物レンズ150による観察対象5走査時の動作の詳細については後述する。対物レンズ150は、観察対象5に照射されたレーザ光の戻り光が入射されると、反射ミラー140へ案内する。   The objective lens 150 is a lens that first creates an image of the observation target 5. The objective lens 150 condenses the laser light incident from the reflection mirror 140 and forms a condensing spot on the observation target 5. The objective lens 150 is provided so as to be movable on a plane by a first movable part 160 and a second movable part 170 described later. The position of the focused spot by the objective lens 150 can be moved by changing the position of the objective lens 150 by the first movable portion 160 and the second movable portion 170. Details of the operation of the objective lens 150 when scanning the observation object 5 will be described later. The objective lens 150 guides the reflection mirror 140 when the return light of the laser beam irradiated on the observation target 5 is incident.

第1の可動部160は、対物レンズ150を所定の方向(第1の方向、本実施形態ではx方向)に移動させる直線駆動機構である。第1の可動部160は、第1モータ162と、第1駆動軸164と、第1基台166とからなる。第1モータ162は、第1基台166に固定された対物レンズ150をx方向に移動させる駆動源(第1の駆動部)であり、例えばボイスコイル型モータやステッピングモータ等を用いることができる。ここで、対物レンズ150を搭載する第1の可動部160には、第2の可動部170に比べて極めて高速性が要求されるため、ボイスコイル型モータの使用が適している。   The first movable unit 160 is a linear drive mechanism that moves the objective lens 150 in a predetermined direction (first direction, x direction in the present embodiment). The first movable part 160 includes a first motor 162, a first drive shaft 164, and a first base 166. The first motor 162 is a drive source (first drive unit) that moves the objective lens 150 fixed to the first base 166 in the x direction. For example, a voice coil type motor or a stepping motor can be used. . Here, since the first movable portion 160 on which the objective lens 150 is mounted is required to have extremely high speed as compared with the second movable portion 170, use of a voice coil type motor is suitable.

第1基台166は、対物レンズ150を保持する。対物レンズ150は、例えば図8に示すように、観察対象5と対向するように設けられる。このとき、第1基台166には、対物レンズ150に対して観察対象5が配置される側と反対側に反射ミラー151が設けられる。反射ミラー151は、反射ミラー140と対物レンズ150との間で光を案内する。   The first base 166 holds the objective lens 150. For example, as shown in FIG. 8, the objective lens 150 is provided so as to face the observation object 5. At this time, the first base 166 is provided with the reflection mirror 151 on the side opposite to the side on which the observation target 5 is disposed with respect to the objective lens 150. The reflection mirror 151 guides light between the reflection mirror 140 and the objective lens 150.

なお、対物レンズは、例えば図9に示すように、図8に示す対物レンズ150と反射ミラー151とを一体化した反射型対物レンズ152であってもよい。反射型対物レンズ152は、反射ミラー140からのレーザ光および観察対象5からの戻り光が入射する面が曲面になっている。反射ミラー140からのレーザ光は当該曲面によって観察対象5に向かって照射され、観察対象5からの戻り光は当該曲面によって反射ミラー140に向かって案内される。   For example, as shown in FIG. 9, the objective lens may be a reflective objective lens 152 in which the objective lens 150 and the reflective mirror 151 shown in FIG. 8 are integrated. The reflection type objective lens 152 has a curved surface on which the laser light from the reflection mirror 140 and the return light from the observation target 5 are incident. Laser light from the reflection mirror 140 is irradiated toward the observation target 5 by the curved surface, and return light from the observation target 5 is guided toward the reflection mirror 140 by the curved surface.

第1モータ162は、第1駆動軸164を介して第1基台166と連結されており、第1基台166は、第1モータ162によって周期的に往復直線移動される。これにより、対物レンズ150はx方向に周期的に往復直線移動される。この第1の可動部160は、第2の可動部170を構成する第2基台176上に載置されている。したがって、第1の可動部160は、第2の可動部170によって所定の方向(y方向)に移動可能に設けられている。   The first motor 162 is connected to the first base 166 via the first drive shaft 164, and the first base 166 is periodically reciprocated linearly by the first motor 162. Thereby, the objective lens 150 is periodically reciprocated linearly in the x direction. The first movable portion 160 is placed on a second base 176 that constitutes the second movable portion 170. Therefore, the first movable part 160 is provided so as to be movable in a predetermined direction (y direction) by the second movable part 170.

第2の可動部170は、反射ミラー140、対物レンズ150、および対物レンズ150を保持してx方向に移動させる第1の可動部160を所定の方向(第2の方向、本実施形態ではy方向)に移動させるリニアアクチュエータである。第2の可動部170は、第2モータ172と、第2駆動軸174と、第2基台176とからなる。第2モータ172は、第2基台176上に載置された反射ミラー140、対物レンズ150および第1の可動部160をy方向に移動させる駆動源(第2の駆動部)であり、例えばボイスコイル型モータやステッピングモータ等を用いることができる。   The second movable portion 170 holds the reflection mirror 140, the objective lens 150, and the first movable portion 160 that moves the x-direction while holding the objective lens 150 in a predetermined direction (second direction, y in this embodiment). Direction actuator). The second movable unit 170 includes a second motor 172, a second drive shaft 174, and a second base 176. The second motor 172 is a drive source (second drive unit) that moves the reflection mirror 140, the objective lens 150, and the first movable unit 160 placed on the second base 176 in the y direction. A voice coil type motor or a stepping motor can be used.

第2モータ172は、第2駆動軸174を介して第2基台176と連結されており、第2基台176は、第2モータ172によって周期的に往復直線移動される。これにより、反射ミラー140および対物レンズ150はy方向に周期的に往復直線移動される。   The second motor 172 is connected to the second base 176 via the second drive shaft 174, and the second base 176 is periodically reciprocated linearly by the second motor 172. Thereby, the reflection mirror 140 and the objective lens 150 are periodically reciprocated linearly in the y direction.

光検出器180は、観察対象5に照射されたレーザ光の戻り光を受光して、2次元画像を生成する。光検出器180には、例えばフォトダイオードや光電子増倍管(PMT:Photo Multiplier Tube)等の受光素子を有してもよい。また、例えば、光検出器180は、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の各種の撮像素子を有してもよい。光検出器180は、観察対象5へのレーザ光の走査により生じた戻り光を、レーザ光の走査順に連続的に(レーザ光がCWレーザである場合)又は断続的に(レーザ光がパルスレーザである場合)検出することができる。   The photodetector 180 receives the return light of the laser beam irradiated on the observation object 5 and generates a two-dimensional image. The photodetector 180 may include a light receiving element such as a photodiode or a photomultiplier tube (PMT). Further, for example, the photodetector 180 may include various imaging elements such as a charge coupled device (CCD) and a complementary metal oxide semiconductor (CMOS). The light detector 180 converts the return light generated by the scanning of the laser light onto the observation target 5 continuously (in the case where the laser light is a CW laser) or intermittently (when the laser light is a pulse laser). Can be detected).

なお、本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡装置100は、当該装置を統合的に制御する制御部(図示せず。)を備えている。制御部は、例えば観察対象5に対するレーザ走査制御およびレーザ走査の結果得られる画像信号に対する各種の画像信号処理を行う。また、制御部は、第1の可動部160の移動速度と第2の可動部170の移動速度とを制御する。   The laser scanning microscope apparatus 100 according to the present embodiment includes a control unit (not shown) that controls the apparatus in an integrated manner. For example, the control unit performs various types of image signal processing on the image signal obtained as a result of laser scanning control and laser scanning on the observation target 5. Further, the control unit controls the moving speed of the first movable part 160 and the moving speed of the second movable part 170.

このようなレーザ走査型顕微鏡装置100において、レーザ102からy方向に出射されたレーザ光は、球面収差補正部110、焦点位置制御部120を通過して、第2の可動部170の第2基台176上の反射ミラー140に案内される。反射ミラー140でx方向へ反射されたレーザ光は、第1の可動部160の第1基台166上の反射ミラー151でz方向に反射され、対物レンズ150へ入射する。   In such a laser scanning microscope apparatus 100, the laser light emitted in the y direction from the laser 102 passes through the spherical aberration correction unit 110 and the focal position control unit 120, and the second base of the second movable unit 170. Guided to the reflection mirror 140 on the table 176. The laser beam reflected in the x direction by the reflection mirror 140 is reflected in the z direction by the reflection mirror 151 on the first base 166 of the first movable unit 160 and enters the objective lens 150.

対物レンズ150から観察対象5へ照射されたレーザ光は観察対象5にて反射される。この戻り光は、z方向に対物レンズ150から反射ミラー151へ案内された後、反射ミラー151によりx方向へ反射されて反射ミラー140へ入射する。反射ミラー140は、入射した戻り光をy方向へ反射して、ビームスプリッタ130へ案内する。ビームスプリッタ130は、入射した戻り光を反射して光検出器180へ案内する。光検出器180は、戻り光を検出し、対物レンズ150の位置、すなわち集光スポット位置に対応する光検出器信号に基づき2次元画像を生成する。   The laser light irradiated from the objective lens 150 to the observation target 5 is reflected by the observation target 5. The return light is guided from the objective lens 150 to the reflection mirror 151 in the z direction, then reflected by the reflection mirror 151 in the x direction and incident on the reflection mirror 140. The reflection mirror 140 reflects the incident return light in the y direction and guides it to the beam splitter 130. The beam splitter 130 reflects the incident return light and guides it to the photodetector 180. The photodetector 180 detects the return light, and generates a two-dimensional image based on the photodetector signal corresponding to the position of the objective lens 150, that is, the focused spot position.

[1.2.集光スポットの走査]
対物レンズ150により集光されたレーザ光は、観察対象5上に小さな集光スポットを作る。ここで、本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡装置100では、第1の可動部160と第2の可動部170とが独立したモータ162、172を駆動源として、互いに直交する方向に直線往復運動を行い、2次元平面内で対物レンズ150の位置を変化させる。集光スポットは対物レンズ150の中心に生成されるので、対物レンズ150の移動により観察対象5上を走査することができる。
[1.2. Scanning the focused spot]
The laser beam condensed by the objective lens 150 creates a small focused spot on the observation target 5. Here, in the laser scanning microscope apparatus 100 according to the present embodiment, the first movable unit 160 and the second movable unit 170 are linearly reciprocated in directions orthogonal to each other using the independent motors 162 and 172 as drive sources. To change the position of the objective lens 150 in the two-dimensional plane. Since the focused spot is generated at the center of the objective lens 150, the observation target 5 can be scanned by the movement of the objective lens 150.

より詳細に説明すると、まず、第1の可動部160は、反射ミラー140から第1の可動部160の第1基台166上に配置された反射ミラー151へ入射するレーザ光の光軸と平行な方向(すなわちx方向)に移動可能に構成される。また、第2の可動部170は、ビームスプリッタ130から第2の可動部170の第2基台176上に配置された反射ミラー140へ入射する光軸と平行な方向(すなわちy方向)に移動可能に構成される。これにより、対物レンズ150は第1の可動部160によりx方向に移動可能となるとともに第2の可動部170により、x方向に直交するy方向へ移動可能となる。   More specifically, first, the first movable part 160 is parallel to the optical axis of the laser light incident on the reflection mirror 151 disposed on the first base 166 of the first movable part 160 from the reflection mirror 140. Configured to be movable in any direction (ie, x direction). Further, the second movable part 170 moves in a direction parallel to the optical axis (that is, the y direction) incident on the reflection mirror 140 disposed on the second base 176 of the second movable part 170 from the beam splitter 130. Configured to be possible. Accordingly, the objective lens 150 can be moved in the x direction by the first movable portion 160 and can be moved in the y direction orthogonal to the x direction by the second movable portion 170.

したがって、第1の可動部160および第2の可動部170によって、常に対物レンズ150の中心にレーザ光を導くことが可能となる。その結果、簡潔軽量な対物レンズ150の使用が可能になり、第1の可動部160の駆動源である第1モータ162への負荷が大幅に軽減される。   Therefore, the first movable portion 160 and the second movable portion 170 can always guide the laser light to the center of the objective lens 150. As a result, the simple and lightweight objective lens 150 can be used, and the load on the first motor 162 that is the drive source of the first movable part 160 is greatly reduced.

また、本実施形態においては、第1の可動部160には対物レンズ150が搭載され、第2の可動部170には第1の可動部160および反射ミラー140のみが搭載される。すなわち、本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡装置100では、例えば球面収差補正部110や焦点位置制御部120、ビームスプリッタ130、光検出器180は可動部に搭載されず、固定部に固定されている。したがって、第1の可動部160および第2の可動部170により移動させる部材を少なくすることができ、搭載部材を軽量化することができる。この軽量化により各可動部160、170のモータ負荷を軽減することができるので、集光スポットの高速走査が可能になり、より短時間での画像取得が可能となる。   In the present embodiment, the objective lens 150 is mounted on the first movable portion 160, and only the first movable portion 160 and the reflection mirror 140 are mounted on the second movable portion 170. That is, in the laser scanning microscope apparatus 100 according to the present embodiment, for example, the spherical aberration correction unit 110, the focal position control unit 120, the beam splitter 130, and the photodetector 180 are not mounted on the movable unit but are fixed to the fixed unit. Yes. Therefore, the number of members moved by the first movable portion 160 and the second movable portion 170 can be reduced, and the mounting member can be reduced in weight. This weight reduction can reduce the motor load on each of the movable parts 160 and 170, so that the focused spot can be scanned at a high speed, and an image can be acquired in a shorter time.

また、このとき、制御部は、第1の可動部160の移動速度を第2の可動部170の移動速度より速くなるように制御する。これにより、対物レンズ150の移動をより速めることができ、集光スポットの高速走査が可能になり、より短時間での画像取得が可能となる。さらに、第1の可動部160と第2の可動部170とを独立して駆動可能とすることで、モータのストローク分だけ視野を広くすることができ、分解能を高めることができる。   At this time, the control unit controls the moving speed of the first movable part 160 to be faster than the moving speed of the second movable part 170. Thereby, the movement of the objective lens 150 can be further accelerated, the focused spot can be scanned at high speed, and an image can be acquired in a shorter time. Furthermore, since the first movable unit 160 and the second movable unit 170 can be driven independently, the field of view can be widened by the stroke of the motor, and the resolution can be increased.

[1.3.まとめ]
以上、第1の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡装置100の構成とこれによる集光スポット走査時の動作について説明した。本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡装置100では、対物レンズ150および反射ミラー151を搭載した第1の可動部160と、第1の可動部160に対して直交する方向に移動可能であり、第1の可動部160および反射ミラー140を搭載した第2の可動部170と、を備える。これにより、従来のようにガルバノスキャナーを用いずに小型の光学部品で構成されるため、装置の小型化・薄型化が可能となる。また、各可動部160、170に搭載する要素を削減して軽量化することで、高速に、高解像度かつ広視野の画像が取得できる。
[1.3. Summary]
Heretofore, the configuration of the laser scanning microscope apparatus 100 according to the first embodiment and the operation during the focused spot scanning using the laser scanning microscope apparatus 100 have been described. In the laser scanning microscope apparatus 100 according to the present embodiment, the first movable unit 160 on which the objective lens 150 and the reflection mirror 151 are mounted and the first movable unit 160 can be moved in a direction orthogonal to the first movable unit 160. 1 movable portion 160 and a second movable portion 170 on which the reflection mirror 140 is mounted. As a result, since it is configured with small optical components without using a galvano scanner as in the prior art, the apparatus can be made smaller and thinner. Further, by reducing the weight by reducing the elements mounted on the movable parts 160 and 170, it is possible to acquire a high-resolution and wide-field image at high speed.

<2.第2の実施形態>
次に、図10および図11を参照して、本開示の第2の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡装置200の構成について説明する。なお、図10は、本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡装置200の構成を示す概略構成図であって、平面から見た状態を示す。図11は、図10のレーザ走査型顕微鏡装置200をx軸正方向側から見た状態を示す概略正面図である。本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡装置200は、第1の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡装置100と比較して、対物レンズ150を搭載する第1の可動部260の動作が異なる。
<2. Second Embodiment>
Next, the configuration of the laser scanning microscope apparatus 200 according to the second embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 10 and 11. FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the laser scanning microscope apparatus 200 according to the present embodiment, and shows a state viewed from a plane. FIG. 11 is a schematic front view showing a state in which the laser scanning microscope apparatus 200 of FIG. 10 is viewed from the x-axis positive direction side. The laser scanning microscope apparatus 200 according to the present embodiment is different from the laser scanning microscope apparatus 100 according to the first embodiment in the operation of the first movable unit 260 on which the objective lens 150 is mounted.

以下、本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡装置200の構成とこれによる集光スポット走査時の動作について説明する。なお、図10および図11に示すレーザ走査型顕微鏡装置200において、第1の実施形態と同一構成・同一機能を有する構成要素については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。   Hereinafter, the configuration of the laser scanning microscope apparatus 200 according to the present embodiment and the operation during the focused spot scanning will be described. In the laser scanning microscope apparatus 200 shown in FIGS. 10 and 11, the same reference numerals are given to components having the same configuration and the same functions as those of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted.

[2.1.レーザ走査型顕微鏡装置の構成]
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡装置200は、光を出射するレーザ102と、レーザ102から出射された光で観察対象上を走査し、観察対象の反射光または蛍光を検出して2次元画像を取得する画像取得部204とからなる。
[2.1. Configuration of laser scanning microscope apparatus]
The laser scanning microscope apparatus 200 according to the present embodiment scans an observation target with a laser 102 that emits light and light emitted from the laser 102, detects reflected light or fluorescence of the observation target, and detects a two-dimensional image. And an image acquisition unit 204 for acquiring.

レーザ102は、観察対象に照射するレーザ光を射出する。レーザ102は、第1の実施形態と同様に構成してもよい。レーザ102が出射したレーザ光は、画像取得部204へ入射する。   The laser 102 emits laser light that irradiates the observation target. The laser 102 may be configured similarly to the first embodiment. Laser light emitted from the laser 102 enters the image acquisition unit 204.

画像取得部204は、球面収差補正部110と、焦点位置制御部120と、ビームスプリッタ130と、第1反射ミラー240と、第2反射ミラー242と、第3反射ミラー244と、対物レンズ150とからなる。   The image acquisition unit 204 includes a spherical aberration correction unit 110, a focal position control unit 120, a beam splitter 130, a first reflection mirror 240, a second reflection mirror 242, a third reflection mirror 244, and an objective lens 150. Consists of.

球面収差補正部110は、球面収差を補正する光学系である。球面収差補正部110は、第1の実施形態と同等、例えば図4に示すように、凸レンズ112および凹レンズ114により構成してもよく、図5および図6に示すように、同心円多分割液晶位相素子116を用いて構成してもよい。球面収差補正部110は、レーザ102から入射されたレーザ光の収差補正を行った後、焦点位置制御部120へ導く。   The spherical aberration correction unit 110 is an optical system that corrects spherical aberration. The spherical aberration correction unit 110 is equivalent to that of the first embodiment, and may be constituted by a convex lens 112 and a concave lens 114 as shown in FIG. 4, for example. As shown in FIGS. You may comprise using the element 116. FIG. The spherical aberration correction unit 110 corrects the aberration of the laser light incident from the laser 102 and then guides it to the focal position control unit 120.

焦点位置制御部120は、焦点位置を調整する光学系である。焦点位置制御部120は、例えば図7に示すように、2つの凸レンズ122、124により構成してもよく、図5および図6に示したように、球面収差補正部110と同様、同心円多分割液晶位相素子116を用いてもよい。焦点位置制御部120は、レーザ光をデフォーカスした後、ビームスプリッタ130へ導く。   The focal position control unit 120 is an optical system that adjusts the focal position. For example, as shown in FIG. 7, the focal position control unit 120 may be configured by two convex lenses 122 and 124, and as shown in FIGS. 5 and 6, as with the spherical aberration correction unit 110, concentric multi-segmentation. A liquid crystal phase element 116 may be used. The focal position control unit 120 defocuses the laser light and then guides it to the beam splitter 130.

ビームスプリッタ130は、一方向から入射した光と他方向から入射した光とを互いに異なる方向に導光する光学系である。第1の実施形態と同様、ビームスプリッタ130として、例えばハーフミラーを用いてもよい。また、ビームスプリッタ130の代わりに、ダイクロイックミラー等の波長分離ミラーを用いてもよい。焦点位置制御部120からビームスプリッタ130へ入射したレーザ光は、ビームスプリッタ130を通過して反射ミラー140へ導かれる。また、ビームスプリッタ130には、観察対象5に照射されたレーザ光の戻り光が、反射ミラー140から入射される。この戻り光はビームスプリッタ130により反射され、光検出器180へ導かれる。   The beam splitter 130 is an optical system that guides light incident from one direction and light incident from the other direction in different directions. As in the first embodiment, for example, a half mirror may be used as the beam splitter 130. Further, a wavelength separation mirror such as a dichroic mirror may be used instead of the beam splitter 130. The laser light incident on the beam splitter 130 from the focal position control unit 120 passes through the beam splitter 130 and is guided to the reflection mirror 140. In addition, the return light of the laser beam irradiated on the observation target 5 is incident on the beam splitter 130 from the reflection mirror 140. This return light is reflected by the beam splitter 130 and guided to the photodetector 180.

第1反射ミラー240、第2反射ミラー242および第3反射ミラー244は、ビームスプリッタ130と対物レンズ150との間において、レーザ光を反射して所定の方向へ導光する光学系である。   The first reflection mirror 240, the second reflection mirror 242, and the third reflection mirror 244 are optical systems that reflect laser light and guide it in a predetermined direction between the beam splitter 130 and the objective lens 150.

第1反射ミラー240は、第2の可動部170の第2基台176上に載置されている。第1反射ミラー240は、ビームスプリッタ130から入射したレーザ光を反射して第2反射ミラー242へ案内する。第2反射ミラー242は、第1反射ミラーの上方(z軸正方向側)に配置されている。第2反射ミラー242は、第1反射ミラー240から入射したレーザ光を第3反射ミラー244へ案内する。第3反射ミラー244は、対物レンズ150とともに後述する第1基台266に固定されている。第3反射ミラー244は、第2反射ミラー242から入射したレーザ光を対物レンズ150へ案内する。   The first reflecting mirror 240 is placed on the second base 176 of the second movable part 170. The first reflection mirror 240 reflects the laser light incident from the beam splitter 130 and guides it to the second reflection mirror 242. The second reflection mirror 242 is disposed above the first reflection mirror (on the z-axis positive direction side). The second reflection mirror 242 guides the laser light incident from the first reflection mirror 240 to the third reflection mirror 244. The third reflecting mirror 244 is fixed to a first base 266 described later together with the objective lens 150. The third reflection mirror 244 guides the laser light incident from the second reflection mirror 242 to the objective lens 150.

また、第1反射ミラー240、第2反射ミラー242および第3反射ミラー244は、対物レンズ150から入射された観察対象5に照射されたレーザ光の戻り光を順次反射して、ビームスプリッタ130へ案内する。   Further, the first reflection mirror 240, the second reflection mirror 242, and the third reflection mirror 244 sequentially reflect the return light of the laser light applied to the observation target 5 incident from the objective lens 150 and to the beam splitter 130. invite.

対物レンズ150は、観察対象5の像を最初に作成するレンズである。対物レンズ150は、第3反射ミラー244から入射したレーザ光を集光し、観察対象5上に集光スポットを形成する。対物レンズ150は、後述する第1の可動部260および第2の可動部170によって平面上を移動可能に設けられている。対物レンズ150による集光スポットの位置は、第1の可動部260および第2の可動部170によって対物レンズ150の位置を変えることにより移動させることができる。なお、対物レンズ150による観察対象5走査時の動作の詳細については後述する。対物レンズ150は、観察対象5に照射されたレーザ光の戻り光が入射されると、第3反射ミラー244へ案内する。   The objective lens 150 is a lens that first creates an image of the observation target 5. The objective lens 150 condenses the laser light incident from the third reflecting mirror 244 and forms a condensing spot on the observation target 5. The objective lens 150 is provided so as to be movable on a plane by a first movable part 260 and a second movable part 170 described later. The position of the focused spot by the objective lens 150 can be moved by changing the position of the objective lens 150 by the first movable portion 260 and the second movable portion 170. Details of the operation of the objective lens 150 when scanning the observation object 5 will be described later. The objective lens 150 guides to the third reflection mirror 244 when the return light of the laser light irradiated on the observation target 5 is incident.

第1の可動部260は、対物レンズ150を所定の方向(第1の方向、本実施形態ではx方向)に移動させる駆動機構である。第1の可動部260は、第1モータ262と、第1回転軸264と、第1基台266とからなる。第1モータ262は、第1基台266に固定された対物レンズ150を回転軸C周りに回転させる駆動源であり、例えばボイスコイル型モータを用いることができる。なお、対物レンズ150を搭載する第1の可動部260には、第2の可動部170に比べて極めて高速性が要求されることからも、ボイスコイル型モータの使用が適している。   The first movable portion 260 is a drive mechanism that moves the objective lens 150 in a predetermined direction (first direction, x direction in the present embodiment). The first movable part 260 includes a first motor 262, a first rotating shaft 264, and a first base 266. The first motor 262 is a drive source that rotates the objective lens 150 fixed to the first base 266 around the rotation axis C, and for example, a voice coil motor can be used. Note that a voice coil type motor is suitable for the first movable portion 260 on which the objective lens 150 is mounted because it requires extremely high speed as compared with the second movable portion 170.

第1基台266は、対物レンズ150を保持する。対物レンズ150は、図11に示すように、観察対象5と対向するように設けられる。このとき、第1基台266には、対物レンズ150に対して観察対象5が配置される側と反対側に第3反射ミラー244が設けられる。なお、対物レンズは、図11に示した構成の他、例えば図9に示すように、対物レンズ150と第3反射ミラー244とを一体化した反射型対物レンズ152であってもよい。   The first base 266 holds the objective lens 150. The objective lens 150 is provided so as to face the observation object 5 as shown in FIG. At this time, the third base 266 is provided with the third reflection mirror 244 on the side opposite to the side on which the observation target 5 is disposed with respect to the objective lens 150. In addition to the configuration shown in FIG. 11, the objective lens may be a reflective objective lens 152 in which an objective lens 150 and a third reflecting mirror 244 are integrated as shown in FIG. 9, for example.

第1モータ262は、第1回転軸264を介して第1基台266と連結されており、第1基台266は、第1モータ262によって周期的に往復回転移動される。これにより、対物レンズ150はxy平面を周期的に往復回転移動される。この第1の可動部260は、第2の可動部170を構成する第2基台176上に載置されている。したがって、第1の可動部260は、第2の可動部170によって所定の方向(y方向)に移動可能に設けられている。   The first motor 262 is connected to the first base 266 via the first rotating shaft 264, and the first base 266 is periodically reciprocated by the first motor 262. Thereby, the objective lens 150 is periodically reciprocated on the xy plane. The first movable portion 260 is placed on a second base 176 that constitutes the second movable portion 170. Accordingly, the first movable portion 260 is provided so as to be movable in a predetermined direction (y direction) by the second movable portion 170.

第2の可動部170は、第1反射ミラー240、対物レンズ150、および対物レンズ250を保持して回転移動させる第1の可動部260を所定の方向(第2の方向、本実施形態ではy方向)に移動させるリニアアクチュエータである。第2の可動部170は、第1の実施形態と同様に構成することができ、第2モータ172と、第2駆動軸174と、第2基台176とからなる。   The second movable part 170 holds the first reflecting mirror 240, the objective lens 150, and the first movable part 260 that rotates and moves the objective lens 250 in a predetermined direction (second direction, y in this embodiment). Direction actuator). The second movable part 170 can be configured in the same manner as in the first embodiment, and includes a second motor 172, a second drive shaft 174, and a second base 176.

第2モータ172は、第2基台176上に載置された第1反射ミラー240、第2反射ミラー242、第3反射ミラー244、対物レンズ150および第1の可動部260をy方向に移動させる駆動源である。第2モータ172としては、例えばボイスコイル型モータやステッピングモータ等を用いることができる。第2モータ172は、第2駆動軸174を介して第2基台176と連結されており、第2基台176は、第2モータ172によって周期的に往復直線移動される。これにより、第1反射ミラー240および対物レンズ150はy方向に周期的に往復直線移動される。   The second motor 172 moves the first reflection mirror 240, the second reflection mirror 242, the third reflection mirror 244, the objective lens 150, and the first movable portion 260 mounted on the second base 176 in the y direction. It is a drive source to be caused. As the second motor 172, for example, a voice coil motor or a stepping motor can be used. The second motor 172 is connected to the second base 176 via the second drive shaft 174, and the second base 176 is periodically reciprocated linearly by the second motor 172. Thereby, the 1st reflective mirror 240 and the objective lens 150 are periodically reciprocated linearly in the y direction.

光検出器180は、観察対象5に照射されたレーザ光の戻り光を受光して、2次元画像を生成する。光検出器180は、第1の実施形態と同様に構成してもよい。なお、本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡装置200は、当該装置を統合的に制御する制御部(図示せず。)を備えている。制御部は、例えば観察対象5に対するレーザ走査制御およびレーザ走査の結果得られる画像信号に対する各種の画像信号処理を行う。また、制御部は、第1の可動部260の移動速度と第2の可動部170の移動速度とを制御する。   The photodetector 180 receives the return light of the laser beam irradiated on the observation object 5 and generates a two-dimensional image. The photodetector 180 may be configured similarly to the first embodiment. The laser scanning microscope apparatus 200 according to this embodiment includes a control unit (not shown) that controls the apparatus in an integrated manner. For example, the control unit performs various types of image signal processing on the image signal obtained as a result of laser scanning control and laser scanning on the observation target 5. Further, the control unit controls the moving speed of the first movable part 260 and the moving speed of the second movable part 170.

このようなレーザ走査型顕微鏡装置200において、レーザ102からy方向に出射されたレーザ光は、球面収差補正部110、焦点位置制御部120を通過して、第2の可動部170の第2基台176上の第1反射ミラー240に案内される。第1反射ミラー240でz方向へ反射されたレーザ光は、第2反射ミラー242へ案内され、第2反射ミラー242にてy方向へ案内される。第2反射ミラー242でy方向へ反射されたレーザ光は、第3反射ミラー244へ案内され、第3反射ミラー244でz方向に反射された後、対物レンズ150へ入射する。   In such a laser scanning microscope apparatus 200, the laser light emitted from the laser 102 in the y direction passes through the spherical aberration correction unit 110 and the focal position control unit 120, and then the second group of the second movable unit 170. Guided to the first reflecting mirror 240 on the table 176. The laser light reflected in the z direction by the first reflecting mirror 240 is guided to the second reflecting mirror 242 and is guided in the y direction by the second reflecting mirror 242. The laser light reflected in the y direction by the second reflecting mirror 242 is guided to the third reflecting mirror 244, reflected in the z direction by the third reflecting mirror 244, and then incident on the objective lens 150.

対物レンズ150から観察対象5へ照射されたレーザ光は観察対象5にて反射される。この戻り光は、z方向に対物レンズ150から第3反射ミラー244へ案内された後、第3反射ミラー244によりy方向へ反射されて第2反射ミラー242へ入射する。第2反射ミラー242は入射した戻り光をz方向に反射して第1反射ミラー240へ入射する。第1反射ミラー240は、入射した戻り光をy方向へ反射して、ビームスプリッタ130へ案内する。ビームスプリッタ130は、入射した戻り光を反射して光検出器180へ案内する。光検出器180は、戻り光を検出し、対物レンズ150の位置、すなわち集光スポット位置に対応する光検出器信号に基づき2次元画像を生成する。   The laser light irradiated from the objective lens 150 to the observation target 5 is reflected by the observation target 5. The return light is guided in the z direction from the objective lens 150 to the third reflection mirror 244, then reflected in the y direction by the third reflection mirror 244 and incident on the second reflection mirror 242. The second reflection mirror 242 reflects the incident return light in the z direction and enters the first reflection mirror 240. The first reflection mirror 240 reflects the incident return light in the y direction and guides it to the beam splitter 130. The beam splitter 130 reflects the incident return light and guides it to the photodetector 180. The photodetector 180 detects the return light, and generates a two-dimensional image based on the photodetector signal corresponding to the position of the objective lens 150, that is, the focused spot position.

[2.2.集光スポットの走査]
対物レンズ150により集光されたレーザ光は、観察対象5上に小さな集光スポットを作る。ここで、本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡装置200では、第2の可動部170は第1の実施形態と同様、直線上に周期的な往復直線運動をする。一方、第1の可動部260は、その接線が第2の可動部170の移動方向に直交する円軌道上を周期的に往復運動する。すなわち、第1の可動部260と第2の可動部170とは、独立したモータ262、172を駆動源として、第1の可動部260の移動方向の接線と第2の可動部170の移動方向とが互いに略直交する方向に往復運動を行う。
[2.2. Scanning the focused spot]
The laser beam condensed by the objective lens 150 creates a small focused spot on the observation target 5. Here, in the laser scanning microscope apparatus 200 according to the present embodiment, the second movable unit 170 performs a periodic reciprocating linear motion on a straight line, as in the first embodiment. On the other hand, the first movable portion 260 periodically reciprocates on a circular orbit whose tangent line is orthogonal to the moving direction of the second movable portion 170. That is, the first movable part 260 and the second movable part 170 are driven by independent motors 262 and 172 as drive sources, and the moving direction of the first movable part 260 and the moving direction of the second movable part 170. Reciprocate in directions substantially perpendicular to each other.

これにより、2次元平面内で対物レンズ150の位置を変化させることができ、集光スポットは対物レンズ150の中心に生成されるので、対物レンズ150の移動により観察対象5上を走査することができる。本実施形態では、光検出器180により検出信号に基づき生成された2次元画像のx方向における集光スポットの軌跡は、図10の取得画像に示すように円弧となる。   As a result, the position of the objective lens 150 can be changed in the two-dimensional plane, and the focused spot is generated at the center of the objective lens 150. Therefore, the observation target 5 can be scanned by the movement of the objective lens 150. it can. In the present embodiment, the locus of the condensed spot in the x direction of the two-dimensional image generated based on the detection signal by the photodetector 180 is an arc as shown in the acquired image of FIG.

より詳細に説明すると、まず、第1の可動部260には、第1モータ262として、ボイスコイル型の回転軸264を有するアクチュエータを用いる。第1モータ262は、回転軸264を回転中心C周りに回転させることで、第1基台266をxy平面上に円弧を描くように回転移動させる。このとき、第2反射ミラー242は、第2基台176上の第1反射ミラー240の反射面と対向するように回転軸264の回転中心Cに設けられる。また、第2反射ミラー242の反射面は、第1基台266に固定された第3反射ミラー244の反射面と平行に配置される。   More specifically, first, an actuator having a voice coil type rotating shaft 264 is used as the first motor 262 for the first movable portion 260. The first motor 262 rotates the rotation shaft 264 around the rotation center C, thereby rotating the first base 266 so as to draw an arc on the xy plane. At this time, the second reflection mirror 242 is provided at the rotation center C of the rotation shaft 264 so as to face the reflection surface of the first reflection mirror 240 on the second base 176. The reflection surface of the second reflection mirror 242 is disposed in parallel with the reflection surface of the third reflection mirror 244 fixed to the first base 266.

一方、第2の可動部170は、第1の実施形態と同様に、第1の可動部260を載置して、第1反射ミラー240へ入射する光軸と平行な方向(すなわちy方向)に移動可能に構成される。これにより、対物レンズ150は第1の可動部260によりその移動方向の接線がx方向と略平行となるとともに、第2の可動部170によりx方向に直交するy方向へ移動可能となる。   On the other hand, as in the first embodiment, the second movable portion 170 has the first movable portion 260 mounted thereon and is parallel to the optical axis incident on the first reflection mirror 240 (ie, the y direction). It is configured to be movable. Accordingly, the objective lens 150 can be moved in the y direction orthogonal to the x direction by the second movable portion 170 while the tangent in the moving direction thereof is substantially parallel to the x direction by the first movable portion 260.

したがって、第1の可動部260および第2の可動部170によって、常に対物レンズ150の中心にレーザ光を導くことが可能となる。その結果、簡潔軽量な対物レンズ150の使用が可能になり、第1の可動部260の駆動源である第1モータ262への負荷が大幅に軽減される。   Therefore, the first movable portion 260 and the second movable portion 170 can always guide the laser light to the center of the objective lens 150. As a result, the simple and lightweight objective lens 150 can be used, and the load on the first motor 262 that is the drive source of the first movable portion 260 is greatly reduced.

また、本実施形態においては、第1の可動部260には対物レンズ150が搭載され、第2の可動部170には第1の可動部260および第1反射ミラー240のみが搭載される。すなわち、本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡装置200では、例えば球面収差補正部110や焦点位置制御部120、ビームスプリッタ130、光検出器180は可動部に搭載されず、固定部に固定されている。したがって、第1の可動部260および第2の可動部170により移動させる部材を少なくすることができ、搭載部材を軽量化することができる。この軽量化により各可動部260、170のモータ負荷を軽減することができるので、集光スポットの高速走査が可能になり、より短時間での画像取得が可能となる。   In the present embodiment, the objective lens 150 is mounted on the first movable portion 260, and only the first movable portion 260 and the first reflection mirror 240 are mounted on the second movable portion 170. That is, in the laser scanning microscope apparatus 200 according to the present embodiment, for example, the spherical aberration correction unit 110, the focal position control unit 120, the beam splitter 130, and the photodetector 180 are not mounted on the movable unit but are fixed to the fixed unit. Yes. Therefore, the number of members moved by the first movable portion 260 and the second movable portion 170 can be reduced, and the mounting member can be reduced in weight. This weight reduction can reduce the motor load on each of the movable parts 260 and 170, so that the focused spot can be scanned at a high speed, and an image can be acquired in a shorter time.

また、このとき、制御部は、第1の可動部260の移動速度を第2の可動部170の移動速度より速くなるように制御する。これにより、対物レンズ150の移動をより速めることができ、集光スポットの高速走査が可能になり、より短時間での画像取得が可能となる。さらに、第1の可動部260と第2の可動部170とを独立して駆動可能とすることで、モータのストローク分だけ視野を広くすることができ、分解能を高めることができる。   At this time, the control unit controls the moving speed of the first movable part 260 to be faster than the moving speed of the second movable part 170. Thereby, the movement of the objective lens 150 can be further accelerated, the focused spot can be scanned at high speed, and an image can be acquired in a shorter time. Furthermore, since the first movable part 260 and the second movable part 170 can be driven independently, the field of view can be widened by the stroke of the motor, and the resolution can be increased.

[2.3.まとめ]
以上、第2の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡装置200の構成とこれによる集光スポット走査時の動作について説明した。本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡装置200では、対物レンズ150、第2反射ミラー242、および第3反射ミラー244を搭載した第1の可動部260を備える。また、レーザ走査型顕微鏡装置200は、第1の可動部260に対して直交する方向に移動可能であり、第1の可動部260および第1反射ミラー240を搭載した第2の可動部170を備える。これにより、従来のようにガルバノスキャナーを用いずに小型の光学部品で構成されるため、装置の小型化・薄型化が可能となる。また、各可動部260、170に搭載する要素を削減して軽量化することで、高速に、高解像度かつ広視野の画像が取得できる。
[2.3. Summary]
Heretofore, the configuration of the laser scanning microscope apparatus 200 according to the second embodiment and the operation during the focused spot scanning using the laser scanning microscope apparatus 200 have been described. The laser scanning microscope apparatus 200 according to the present embodiment includes a first movable part 260 on which an objective lens 150, a second reflection mirror 242, and a third reflection mirror 244 are mounted. Further, the laser scanning microscope apparatus 200 is movable in a direction orthogonal to the first movable part 260, and the second movable part 170 on which the first movable part 260 and the first reflection mirror 240 are mounted is provided. Prepare. As a result, since it is configured with small optical components without using a galvano scanner as in the prior art, the apparatus can be made smaller and thinner. In addition, by reducing the weight by reducing the elements mounted on the movable parts 260 and 170, a high-resolution and wide-field image can be acquired at high speed.

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。   The preferred embodiments of the present disclosure have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the technical scope of the present disclosure is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field of the present disclosure can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that it belongs to the technical scope of the present disclosure.

本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。   The effects described in this specification are merely illustrative or exemplary and are not limiting. That is, the technology according to the present disclosure can exhibit other effects that are apparent to those skilled in the art from the description of the present specification in addition to or instead of the above effects.

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
(1)対物レンズを搭載し、第1の方向へ移動可能な第1の可動部と、
前記第1の可動部を搭載し、前記第1の方向と異なる第2の方向に移動可能な第2の可動部と、
前記第1の可動部及び前記第2の可動部の移動により前記対物レンズの位置を調整し、観察対象へ照射するレーザ光の照射方向を制御する制御部と、
を備える、制御装置。
(2)前記第1の可動部は、前記第2の可動部より高速に移動可能である、前記(1)に記載の制御装置。
(3)前記第1の可動部を第1の方向に移動させる第1の駆動部と、前記第2の可動部を第2の方向に移動させる第2の駆動部とは、独立して制御される、前記(1)または(2)に記載の制御装置。
(4)前記第1の駆動部はボイルコイル型モータである、前記(3)に記載の制御装置。
(5)前記第1の可動部と前記第2の可動部とは、それぞれ直交する直線上を周期的に移動する、前記(1)〜(4)のいずれか1項に記載の制御装置。
(6)前記第1の可動部は、前記対物レンズへ入射するレーザ光の光軸と平行な方向に移動可能に構成される、前記(5)に記載の制御装置。
(7)前記第2の可動部は、第2の方向に沿って周期的に直線移動し、
前記第1の可動部は、前記第1の方向に接線を有する円弧上を周期的に回転移動する、前記(1)〜(4)のいずれか1項に記載の制御装置。
)前記対物レンズの焦点位置を調整する焦点位置制御部をさらに備える前記(1)〜()のいずれか1項に記載の制御装置。
)球面収差を補正する球面収差補正部をさらに備える、前記(1)〜()のいずれか1項に記載の制御装置。
10)前記第1の可動部および前記第2の可動部の移動速度を制御する制御部を備える、前記(1)〜()のいずれか1項に記載の制御装置。
11)対物レンズを搭載した第1の可動部を第1の方向へ移動させること、前記第1の可動部を搭載した第2の可動部を前記第1の方向と異なる第2の方向に移動させること、前記第1の可動部及び前記第2の可動部の移動により前記対物レンズの位置を調整し、観察対象へ照射するレーザ光の照射方向を制御すること、を含む、制御方法。
The following configurations also belong to the technical scope of the present disclosure.
(1) a first movable part that is equipped with an objective lens and is movable in a first direction;
A second movable part mounted with the first movable part and movable in a second direction different from the first direction ;
A control unit that adjusts the position of the objective lens by moving the first movable unit and the second movable unit, and controls the irradiation direction of the laser light irradiated to the observation target;
A control device comprising:
(2) The control device according to (1), wherein the first movable unit is movable at a higher speed than the second movable unit.
(3) The first drive unit that moves the first movable unit in the first direction and the second drive unit that moves the second movable unit in the second direction are controlled independently. The control device according to (1) or (2).
(4) The control device according to (3), wherein the first driving unit is a boil coil motor.
(5) The control device according to any one of (1) to (4), wherein the first movable portion and the second movable portion periodically move on orthogonal lines.
(6) said first movable part, before Symbol movable in a direction parallel to the optical axis of the laser beam incident to the objective lens, the control apparatus according to (5).
(7) The second movable portion periodically linearly moves along the second direction,
The control device according to any one of (1) to (4), wherein the first movable portion periodically rotates and moves on an arc having a tangent line in the first direction.
( 8 ) The control device according to any one of (1) to ( 7 ), further including a focal position control unit that adjusts a focal position of the objective lens.
( 9 ) The control device according to any one of (1) to ( 8 ), further including a spherical aberration correction unit that corrects spherical aberration.
( 10 ) The control device according to any one of (1) to ( 9 ), further including a control unit that controls a moving speed of the first movable unit and the second movable unit.
(11) moving the first movable portion mounted with the objective lens in the first direction, the first second direction the second movable portion equipped with a movable portion different from the first direction And adjusting the position of the objective lens by moving the first movable part and the second movable part, and controlling the irradiation direction of the laser light irradiated to the observation target. .

5 観察対象
100、200 レーザ走査型顕微鏡装置
102 レーザ
104、204 画像取得部
110 球面収差補正部
120 焦点位置制御部
130 ビームスプリッタ
140 反射ミラー
150 対物レンズ
160、260 第1の可動部
162、262 第1モータ
164 第1駆動軸
166、266 第1基台
170 第2の可動部
172 第2モータ
174 第2駆動軸
176 第2基台
180 光検出器
240 第1反射ミラー
242 第2反射ミラー
244 第3反射ミラー
264 第1回転軸
5 Observation object 100, 200 Laser scanning microscope apparatus 102 Laser 104, 204 Image acquisition unit 110 Spherical aberration correction unit 120 Focus position control unit 130 Beam splitter 140 Reflecting mirror 150 Objective lens 160, 260 First movable unit 162, 262 First 1 motor 164 1st drive shaft 166, 266 1st base 170 2nd movable part 172 2nd motor 174 2nd drive shaft 176 2nd base 180 photo detector 240 1st reflection mirror 242 2nd reflection mirror 244 1st 3 reflection mirror 264 1st rotation axis

Claims (10)

対物レンズを搭載し、第1の方向へ移動可能な第1の可動部と、
前記第1の可動部を搭載し、前記第1の方向と異なる第2の方向に移動可能な第2の可動部と、
前記第1の可動部及び前記第2の可動部の移動により前記対物レンズの位置を調整し、観察対象へ照射するレーザ光の照射方向を制御する制御部と、
を備え
前記第1の可動部は、前記第2の可動部より高速に移動可能であり、
前記制御部は、前記第1の可動部および前記第2の可動部の移動速度を制御する、制御装置。
A first movable part equipped with an objective lens and movable in a first direction;
A second movable part mounted with the first movable part and movable in a second direction different from the first direction;
A control unit that adjusts the position of the objective lens by moving the first movable unit and the second movable unit, and controls the irradiation direction of the laser light irradiated to the observation target;
Equipped with a,
The first movable part is movable at a higher speed than the second movable part,
Wherein the control unit that controls a moving speed of the first movable section and the second movable section, the control device.
記第2の可動部には、前記第1の可動部を第1の方向に移動させる第1の駆動部が搭載されている、請求項1に記載の制御装置。 Before SL in the second movable portion, a first driving unit for moving the first movable portion in the first direction are mounted, the control apparatus according to claim 1. 前記第1の可動部を第1の方向に移動させる第1の駆動部と、前記第2の可動部を第2の方向に移動させる第2の駆動部とは、独立して制御される、請求項1または2に記載の制御装置。   The first drive unit that moves the first movable unit in the first direction and the second drive unit that moves the second movable unit in the second direction are controlled independently. The control device according to claim 1 or 2. 前記第1の駆動部はボイルコイル型モータである、請求項3に記載の制御装置。   The control device according to claim 3, wherein the first drive unit is a boil coil type motor. 前記第1の可動部と前記第2の可動部とは、それぞれ直交する直線上を周期的に移動する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の制御装置。   The control device according to any one of claims 1 to 4, wherein the first movable portion and the second movable portion each periodically move on orthogonal straight lines. 前記第1の可動部は、前記対物レンズへ入射するレーザ光の光軸と平行な方向に移動可能に構成される、請求項5に記載の制御装置。   The control device according to claim 5, wherein the first movable portion is configured to be movable in a direction parallel to an optical axis of laser light incident on the objective lens. 前記第2の可動部は、第2の方向に沿って周期的に直線移動し、
前記第1の可動部は、前記第1の方向に接線を有する円弧上を周期的に回転移動する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の制御装置。
The second movable portion periodically linearly moves along the second direction,
The control device according to any one of claims 1 to 4, wherein the first movable portion periodically rotates and moves on an arc having a tangent line in the first direction.
前記対物レンズの焦点位置を調整する焦点位置制御部をさらに備える、請求項1〜7のいずれか1項に記載の制御装置。   The control device according to claim 1, further comprising a focal position control unit that adjusts a focal position of the objective lens. 球面収差を補正する球面収差補正部をさらに備える、請求項1〜8のいずれか1項に記載の制御装置。   The control device according to claim 1, further comprising a spherical aberration correction unit that corrects the spherical aberration. 対物レンズを搭載した第1の可動部を第1の方向へ移動させること、
前記第1の可動部を搭載した第2の可動部を前記第1の方向と異なる第2の方向に移動させること、
前記第1の可動部及び前記第2の可動部の移動により前記対物レンズの位置を調整し、観察対象へ照射するレーザ光の照射方向を制御すること、
を含み、
前記第1の可動部は、前記第2の可動部より高速に移動される、制御方法。
Moving the first movable part carrying the objective lens in the first direction;
Moving the second movable part mounted with the first movable part in a second direction different from the first direction;
Adjusting the position of the objective lens by moving the first movable part and the second movable part, and controlling the irradiation direction of the laser light irradiated to the observation object;
Only including,
The control method in which the first movable part is moved at a higher speed than the second movable part .
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