WO2013161545A1 - 走査型プローブ顕微鏡と光学顕微鏡を組み合わせた複合型顕微鏡、その制御装置、制御方法および制御プログラム、および、記憶媒体 - Google Patents

走査型プローブ顕微鏡と光学顕微鏡を組み合わせた複合型顕微鏡、その制御装置、制御方法および制御プログラム、および、記憶媒体 Download PDF

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observation
optical microscope
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八木 明
酒井 信明
良嗣 植草
修一 伊東
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オリンパス株式会社
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    • G01Q60/24AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01QSCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q30/00Auxiliary means serving to assist or improve the scanning probe techniques or apparatus, e.g. display or data processing devices
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    • G02B21/365Control or image processing arrangements for digital or video microscopes

Definitions

  • the present invention relates to a composite microscope combining an optical microscope and a scanning probe microscope.
  • observation methods such as fluorescence observation, differential interference observation, phase difference observation, total reflection fluorescence observation, and confocal observation.
  • the time based on the synchronization signal generator is recorded on the transmission electron microscope recorded on the VTR in the computer, and the time based on the synchronization signal generator is assigned to each data point obtained by SNOM, thereby transmitting the data at each data point.
  • the electron microscope image can be collated.
  • the transmission electron microscope image is recorded in a shorter time than the time required to collect SNOM data because the bright spot of the fluorescent screen is captured by the camera and left on the VTR.
  • transmission electron microscope images can be assigned to all data points collected by SNOM.
  • a scanning probe microscope generally scans a sample while controlling the height of the probe based on the interaction between the probe and the sample, and provides information based on the interaction between the sample and the probe. Since it is acquired as one image, it takes tens of seconds to several tens of minutes to acquire one image. On the other hand, the time required for image acquisition by other microscopes such as a transmission electron microscope and an optical microscope is generally several tens of milliseconds per sheet. When these data are left at the same time, the image of the single optical microscope always corresponds to the image of the scanning probe microscope, so that the comparison can be made by simply comparing the times.
  • the capture time of the fluorescence image that is, the exposure time according to the phenomenon to be observed.
  • the exposure time for one sheet may be 1 second or longer.
  • the acquisition time for one image may be 1 second or longer.
  • the scanning speed is determined based on a sufficiently high speed for the change of the sample and the time for the control to follow the adsorption to the substrate to be measured. Determined.
  • the scanning time for tracking changes in a biological sample or the like is about 25 milliseconds to 1000 milliseconds.
  • the acquisition time is longer than the scan time.
  • the acquisition time for tracking changes in a biological sample or the like is from 25 milliseconds to 1000 milliseconds or more.
  • the microscope combined with each observation image of the scanning probe microscope (scanning near-field microscope in the above-described conventional example) and combined with this (the transmission electron microscope in the above-described conventional example)
  • Each observation image is acquired. For this reason, if the acquisition time of the observation images of the two microscopes combined is different, one microscope (the one with the shorter acquisition time) acquires the image until the image acquisition of the other microscope (the one with the longer acquisition time) is completed. I have to pause.
  • the present invention has been made in consideration of such a situation, and the purpose of the present invention is a composite that can store observation data of an optical microscope and a scanning probe microscope while maintaining simultaneity without missing any phenomenon.
  • a microscope, its control device, control method and control program are provided.
  • a composite microscope, a control device, a control method, and a control program that can store observation data of an optical microscope and a scanning probe microscope while maintaining simultaneity without missing the phenomenon.
  • FIG. 1 shows a composite microscope according to the first embodiment.
  • FIG. 2 shows the control device shown in FIG.
  • FIG. 3 shows optical microscope observation data and AFM observation data that are simultaneously stored.
  • FIG. 4 shows an optical microscope observation image and an AFM observation image to which storage start information is given.
  • FIG. 5 shows optical microscope observation data and AFM observation data that have been simultaneously stored.
  • FIG. 6 shows an optical microscope observation image and an AFM observation image to which information on the end of storage is given.
  • FIG. 7 shows optical microscope observation data and AFM observation data in which event information is simultaneously written.
  • FIG. 8 shows an optical microscope observation image and an AFM observation image to which event information simultaneous writing information is added.
  • FIG. 9 schematically shows a composite microscope according to the second embodiment.
  • FIG. 10 shows a light microscope observation image, an AFM observation image, and an input switch displayed on the AFM light microscope combined monitor shown in FIG.
  • FIG. 11 schematically shows a composite microscope according to the third embodiment.
  • FIG. 12 shows optical microscope observation data and AFM observation data in which solution addition event information is simultaneously written, and a control device applied to the solution addition.
  • FIG. 13 shows a graph of optical microscope observation data, AFM observation data, and salt concentration in which event information for adding a solution is simultaneously written.
  • FIG. 14 schematically shows a composite microscope according to the fourth embodiment.
  • FIG. 15 shows optical microscope observation data and AFM observation data in which event information of light stimulation is simultaneously written, and a control device applied to the light stimulation.
  • FIG. 16 shows a graph of light microscope observation data, AFM observation data, and light stimulus in which event information of light stimulus is simultaneously written.
  • FIG. 17 shows optical microscope observation data and AFM observation data that are reproduced by matching the timing of starting storage.
  • FIG. 18 shows optical microscope observation data and AFM observation data that are reproduced with the timing of completion of storage matched.
  • FIG. 19 shows optical microscope observation data and AFM observation data that are reproduced with matching timing of event information addition.
  • FIG. 20 shows the optical microscope observation image and the AFM observation image to be reproduced.
  • FIG. 21 shows a composite observation image obtained by combining a light microscope observation image and an AFM observation image.
  • the composite microscope 10 includes an optical microscope 11 that acquires dynamic optical microscope observation data of a sample S that is an observation target, and dynamic SPM observation data of the sample S.
  • a scanning probe microscope 12 to be acquired, and a control device 13 for simultaneously giving a common control command to the optical microscope 11 and the scanning probe microscope 12 are provided.
  • the optical microscope 11 includes an observation optical system 21, a camera 22, a camera controller 23, a light microscope computer 24, and a light microscope monitor 27.
  • the observation optical system 21 is configured to form an enlarged optical image of the sample S or the distribution of its optical characteristics.
  • the camera 22 has a function of digitizing an optical image formed by the observation optical system 21.
  • the camera controller 23 is configured to construct an optical microscope observation image based on the optical image digitized by the camera 22 and sequentially supply it to the optical microscope computer 24.
  • the light microscope monitor 27 is configured to display light microscope observation data and the like.
  • the optical microscope computer 24 is configured to control each part of the optical microscope 11 and to control display and storage of optical microscope observation data.
  • the optical microscope computer 24 can sequentially display the optical microscope observation image of the sample S on the optical microscope monitor 27 by sequentially sending the optical microscope observation images temporarily held in the optical microscope frame memory 25 to the optical microscope monitor 27. it can.
  • This optical microscope observation image displayed in real time is a series of optical microscope observation images that are continuous in time series, and is also dynamic optical microscope observation data.
  • the light microscope computer 24 can also output the light microscope observation data stored in the light microscope storage memory 26 to the light microscope monitor 27 to display the light microscope observation data on the light microscope monitor 27.
  • the optical microscope 11 is configured to store measurement parameters in association with dynamic optical microscope observation data.
  • the optical microscope computer 24 can also store the measurement parameters used for the control of the camera controller 23 in the optical microscope storage memory 26 in a state compatible with the optical microscope observation data when storing the optical microscope observation data.
  • the measurement parameter is information necessary for reproducing the optical microscope observation data, for example, information such as a measurement range and an exposure time. Thereby, information management at the time of reproduction
  • the scanning probe microscope 12 is constituted by an atomic force microscope (AFM) which is the most typical example. Accordingly, the SPM observation image and the SPM observation data described above are an AFM observation image and an AFM observation data, respectively, here.
  • AFM atomic force microscope
  • the scanning probe microscope 12 has an AFM unit 31, an AFM controller 33, an AFM computer 34, and an AFM monitor 37.
  • the AFM unit 31 includes, for example, a cantilever having a mechanical probe at the tip, a displacement sensor that detects the displacement or vibration state of the cantilever, a scanning mechanism that controls the relative position of the cantilever and the sample S, and the like.
  • the AFM controller 33 supplies, for example, a z control signal that keeps the output of the displacement sensor constant while supplying the xy scanning signal to the scanning mechanism and moving the cantilever along the surface of the sample S.
  • the AFM observation image is constructed by processing the z control signal in synchronization with the xy scanning signal, and is sequentially supplied to the optical microscope computer 24.
  • the z control signal is, for example, information on the height of the surface of the sample S. In this case, the z control signal represents the surface shape of the sample S.
  • the z control signal is not limited to this, and the mutual relationship between the probe and the sample, such as the phase and potential, can be obtained. Other information resulting from the action may be used.
  • the AFM monitor 37 is configured to display AFM observation data and the like.
  • the AFM computer 34 is configured to control each part of the scanning probe microscope 12 and to control display and storage of AFM observation data.
  • the AFM computer 34 includes an AFM frame memory 35 that temporarily holds one of the AFM observation images sequentially supplied from the AFM controller 33, and a series of time-sequential AFMs sequentially supplied from the AFM controller 33.
  • An AFM storage memory 36 is provided for storing observation images, that is, dynamic AFM observation data.
  • the AFM computer 34 can display the AFM observation image of the sample S on the AFM monitor 37 in real time by sequentially sending the AFM observation image temporarily held in the AFM frame memory 35 to the AFM monitor 37. it can.
  • This AFM observation image displayed in real time is a series of AFM observation images that are continuous in time series, and this is also dynamic AFM observation data.
  • the AFM computer 34 can also output the AFM observation data stored in the AFM accumulation memory 36 to the AFM monitor 37 and display the AFM observation data on the AFM monitor 37.
  • the scanning probe microscope 12 is configured to store measurement parameters in association with dynamic AFM observation data. Therefore, the AFM computer 34 can store the measurement parameters used for the control of the AFM controller 33 in the AFM storage memory 36 in a state corresponding to the AFM observation data when storing the AFM observation data.
  • the measurement parameter is information necessary for reproduction of AFM observation data, for example, information such as a scanning range and a scanning time. This facilitates information management during reproduction of the stored AFM observation data.
  • the control device 13 includes a plurality of switches 13a, 13b, 13c, 13d, and 13e.
  • the switch 13a to which the name of the storage start is assigned is a storage start switch that simultaneously gives the optical microscope 11 and the scanning probe microscope 12 a command to start storing the respective observation data.
  • the switch 13b to which the storage end name is assigned is a storage end switch that simultaneously gives the optical microscope 11 and the scanning probe microscope 12 a storage end command for the respective observation data.
  • the switches 13c, 13d, and 13e, to which the names of event 1, event 2, and event 3 are respectively assigned simultaneously issue an event information addition command to the respective observation data to the optical microscope 11 and the scanning probe microscope 12. This is an event information giving switch to be given.
  • switches 13a, 13b, 13c, 13d, and 13e may be constituted by arbitrary mechanical switches such as a toggle, a button, a slide, a membrane, and a liquid crystal touch panel button.
  • the control device 13 gives a command to start storage of observation data to the optical microscope computer 24 and the AFM computer 34.
  • the light microscope computer 24 starts transferring and storing the light microscope observation images sequentially supplied to the light microscope frame memory 25 to the light microscope storage memory 26, and the AFM computer 34 reads the AFM frame. Transfer and storage of the AFM observation images sequentially stored in the memory 35 to the AFM accumulation memory 36 are started.
  • the optical microscope computer 24 gives information indicating that the image is a storage start image to the first optical microscope observation image of the optical microscope observation data, and the AFM computer 34 stores the information in the first AFM observation image of the AFM observation data. Information indicating that it is a start image is given.
  • this information may be given by adding a common mark such as “start”, or may be added to the measurement parameter information.
  • the timing for starting storage is maintained between the light microscope observation data and the AFM observation data.
  • the control device 13 gives an instruction to end the storage of the observation data to the optical microscope computer 24 and the AFM computer 34 in response to the “ON” operation of the storage end switch 13b.
  • the optical microscope computer 24 finishes transferring and storing the optical microscope observation images sequentially supplied to the optical microscope frame memory 25 to the optical microscope storage memory 26, and the AFM computer 34 receives the AFM frame. The transfer and storage of the AFM observation images sequentially stored in the memory 35 to the AFM accumulation memory 36 are finished.
  • this information may be given by adding a common mark such as “end” or adding it to the measurement parameter information.
  • the storage start of the optical microscope observation data and the AFM observation data may be started by an “ON” operation of the storage start switch 13a.
  • Event information addition During the storage of the optical microscope observation data and the AFM observation data, for example, in response to an “ON” operation of the event information adding switch 13 c, the control device 13 gives an event information adding command to the optical microscope computer 24 and the AFM computer 34. Upon receiving this command, the optical microscope computer 24 assigns event information to the optical microscope observation image being transferred and stored at this time to the optical microscope storage memory 26, and the AFM computer 34 at this time also stores the AFM storage memory. Event information is assigned to the AFM observation image being transferred and stored in 36.
  • the optical microscope observation image in the middle of the optical microscope observation data (a series of optical microscope observation images continuous in time series) stored in the optical microscope storage memory 26 and the AFM storage memory 36 are stored.
  • Event information is given to the light microscope observation image in the middle of the stored SPM observation data (a series of SPM images continuous in time series).
  • the light microscope observation image and the AFM observation image indicated by hatching represent the light microscope observation image and the AFM observation image to which event information is added, respectively.
  • the event information is information related to the dynamic change of the sample, and this event information is not limited to one observation image, and may be arbitrarily given to a necessary observation image, or within the measurement parameters. May be made recognizable by leaving a record.
  • the storage start and storage end of the light microscope observation data and the AFM observation data may be performed by an “ON” operation of the storage start switch 13a and the storage end switch 13b, respectively.
  • the control device 13 may be a general-purpose computer such as a personal computer.
  • the switches 13a, 13b, 13c, 13d, and 13e are configured by a graphic interface, and a common control command such as storage start, storage end, and event information addition described above is simultaneously sent to the optical microscope computer 24 and the AFM computer 34.
  • the function to be given is realized by software.
  • the personal computer constituting the control device 13 stores a control program for causing the computer to realize a function of simultaneously giving common control commands to the optical microscope computer 24 and the AFM computer 34 such as storage start, storage end, and event information addition.
  • a function of simultaneously giving common control commands such as storage start, storage end, and event information assignment to the optical microscope computer 24 and the AFM computer 34 is obtained.
  • the composite microscope 10 ⁇ / b> A includes an optical microscope 11 ⁇ / b> A that acquires dynamic light microscope observation data of the sample S, and a scanning type that acquires dynamic SPM observation data of the sample S.
  • a probe microscope 12A is provided.
  • optical microscope observation data and the AFM observation data including the optical microscope observation image and the AFM observation image displayed in real time are displayed side by side on the AFM optical microscope combined monitor 47 as shown in FIG.
  • the composite microscope 10A also includes a control device 50 that simultaneously gives a common control command to the optical microscope 11A and the scanning probe microscope 12A.
  • the function of the control device 50 is the same as that of the control device 13 of the first embodiment.
  • the control device 50 includes a switch 52 configured by a graphic interface and a command output unit 51 that outputs a control command in accordance with an operation of the switch 52.
  • the switch 52 includes an input switch 53 made of a computer graphic displayed on the AFM light microscope combined monitor 47 and a pointing device 54 such as a mouse for operating the input switch 53.
  • the command output unit 51 and the pointing device 54 are constituted by a part of the AFM light microscope computer 41.
  • the input switch 53 has a plurality of switches 53a, 53b, 53c, 53d, and 53e as depicted in FIG.
  • the switch 53a to which the storage start name is assigned is a storage start switch for simultaneously giving the optical microscope 11A and the scanning probe microscope 12A an instruction to start saving the respective observation data, and the switch 53b to which the storage end name is assigned.
  • the switch 53c assigned the name of film formation is the optical microscope 11A and the scanning probe microscope.
  • 12A is an event information giving switch that simultaneously gives a command to give film formation event information to each observation data.
  • the switches 53d and 53e to which the names of event 2 and event 3 are assigned are the optical microscope 11A and the scanning probe.
  • Each observation on the microscope 12A Is an event information providing a switch that gives the instruction of the event information given at the same time for over data.
  • control device 50 outputs a command to end the storage of the observation data in response to the “ON” operation of the storage end switch 53b.
  • the storage of the optical microscope observation data and the AFM observation data in the optical microscope storage memory 43 and the AFM storage memory 45 is terminated, and information indicating that the storage is completed is added to the last image. To do.
  • the AFM light microscope combined computer 41 stores the light microscope observation image and the AFM observation image displayed in real time side by side on the AFM light microscope combined monitor 47 as a single composite observation data in response to the observation data storage start command.
  • the AFM light microscope combined computer 41 ends the storage of the composite observation data and gives information indicating the storage end image to the last image of the composite observation data. .
  • the optical microscope 11A and the scanning probe microscope 12A are configured to store the observation data displayed by each of them together as a single composite observation data.
  • the AFM light microscope combined computer 41 may store the measurement parameters used for the control of the camera controller 23 and the AFM controller 33 in a state compatible with the combined observation data. That is, the optical microscope 11A and the scanning probe microscope 12A are configured to store measurement parameters in association with the composite observation data.
  • the control device 50 outputs a film formation information application command inside the AFM optical microscope computer 41 in response to the “ON” operation of the film formation switch 53c.
  • the AFM optical microscope computer 41 stores the optical microscope storage memory 43 and the AFM storage as in the first embodiment.
  • the film formation event information is added to the optical microscope observation image and the AFM observation image being stored in the memory 45, respectively.
  • the AFM optical microscope combined computer 41 adds the film formation event information to the observation image of the composite observation data being stored at this time. Give.
  • the timing of the film formation event is maintained between the optical microscope observation data and the AFM observation data.
  • FIG. 11 A composite microscope according to the third embodiment is shown in FIG.
  • members denoted by the same reference numerals as those shown in FIG. 1 are similar members, and detailed description thereof is omitted.
  • explanation will be given with emphasis on the different parts. That is, the part which is not touched by the following description is the same as that of 1st embodiment.
  • the composite microscope 10B includes an optical microscope 11 that acquires dynamic light microscope observation data of the sample S, and a scanning type that acquires dynamic SPM observation data of the sample S.
  • a probe microscope 12, a control device 13B, and a solution adder 14 are provided. That is, the composite microscope 10B has a configuration in which the control device 13 is replaced with the control device 13B and the solution adder 14 is added to the composite microscope 10 of the first embodiment.
  • the solution adder 14 is a kind of action mechanism that acts on the sample S, and is configured to add another solution to the sample solution in which the sample S is present and change the environment of the sample S. Has been.
  • Examples of the solution to be added include solutions having different ion concentrations, solutions having different pHs, solutions containing lipids, enzymes, and the like.
  • the configuration of the control device 13B is substantially the same as that of the control device 13 of the first embodiment. However, as shown in FIG. 12, a character for adding a solution is assigned to the switch 13d.
  • the switch 13d is a switch for operating the solution adder 14.
  • the control device 13B gives a solution addition command to the solution addition device 14 and adds event information for adding the solution to the “add” operation of the solution addition switch 13d. Commands are given to the light microscope computer 24 and the AFM computer 34.
  • the solution adder 14 adds the solution to the sample S
  • the light microscope computer 24 gives the event information for adding the solution to the light microscope observation image stored in the light microscope storage memory 26 at this time
  • the AFM computer 34 adds event information for adding a solution to the AFM observation image stored in the AFM accumulation memory 36.
  • the composite microscope 10B may record changes in the environment of the sample S due to the addition of the solution, for example, changes in the salt concentration of the sample solution in association with the optical microscope observation data and the AFM observation data.
  • FIG. 13 shows a graph of the salt concentration change with time, together with optical microscope observation data and AFM observation data.
  • the storage start and storage end of the light microscope observation data and the AFM observation data may be performed by an “ON” operation of the storage start switch 13a and the storage end switch 13b, respectively.
  • the optical illumination device 15 is a kind of action mechanism that acts on the sample S, and is configured to stimulate the sample S by irradiating the sample S with light.
  • control device 13C is substantially the same as that of the control device 13 of the first embodiment, but as shown in FIG. 15, letters of light stimulation are assigned to the switch 13e.
  • the switch 13 e is a switch that operates the optical illumination device 15.
  • the light stimulus can be given in various ways, such as turning it off after giving it for a certain period of time or giving it periodically.
  • light stimulus event information is given to the light microscope observation image in the middle of the light microscope observation data and the light microscope observation image in the middle of the SPM observation data.
  • the light microscope observation image and the AFM observation image indicated by hatching represent the light microscope observation image and the AFM observation image to which the event information of the light stimulus is added, respectively.
  • the addition of the event information for adding the solution may be performed by adding the characters “photostimulation” to the light microscope observation image and the AFM observation image at the time of light irradiation. You can add it. Further, it may be performed by adding the letters “photostimulation” to all the light microscope observation images and the AFM observation images while applying the light stimulation.
  • the stored light microscopic observation data and AFM observation data include information indicating a storage start image, information indicating a storage end image, and event information at the time of each storage. For example, it is given to the observation image as character information or as one piece of measurement parameter information.
  • the optical microscope observation data and the AFM observation data can be reproduced while maintaining the simultaneity at the time of observation.
  • the optical microscopes 11 and 11A and the scanning probe microscopes 12 and 12A have the event information as shown in FIG.
  • the optical microscope observation data and the AFM observation data are reproduced by matching the reproduction timings of the given optical microscope observation image and the AFM observation image.
  • the optical microscope 11 and the scanning probe microscope 12 are controlled as such in accordance with a reproduction command from the control devices 13, 13B, and 13C.
  • the stored optical microscope observation data and AFM observation data are each composed of a series of optical microscope observation images and SPM observation images that are continuous in time series. Both the optical microscope observation image and the SPM observation image are in time series. There is no useless time interval between the acquired observation images. Therefore, the phenomenon to be observed is recorded in both the optical microscope observation data and the AFM observation data (within the range of the performance of the optical microscopes 11 and 11A and the scanning probe microscopes 12 and 12A).
  • the optical microscope observation data and the AFM observation data recorded without missing any phenomenon can be reproduced while maintaining simultaneity.
  • the dynamic change of the sample S in the light microscope observation data and the AFM observation data can be easily compared.
  • an optical microscope is configured by a fluorescence microscope, and an observation of a state in which a fluorescent substance is developed on a substrate by a fluorescence microscope and a scanning probe microscope is given.

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Abstract

 複合型顕微鏡(10)は、試料(S)の動的な光顕観察データを取得する光学顕微鏡(11)と、試料(S)の動的なSPM観察データを取得する走査型プローブ顕微鏡(12)と、光学顕微鏡(11)と走査型プローブ顕微鏡(12)に共通の制御指令を同時に与える制御装置(13)を備えている。

Description

走査型プローブ顕微鏡と光学顕微鏡を組み合わせた複合型顕微鏡、その制御装置、制御方法および制御プログラム、および、記憶媒体
 本発明は、光学顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡を組み合わせた複合型顕微鏡に関する。
 光学顕微鏡は、観察対象を拡大して画像化するためや観察対象の光学特性を把握するために用いられている。
 捕らえようとする光学特性に応じて、蛍光観察、微分干渉観察、位相差観察、全反射蛍光観察、共焦点観察等、さまざまな観察方法がある。
 一方、走査型プローブ顕微鏡は、先端が尖ったプローブ(探針)を試料表面に近接させ、探針と試料表面との相互作用に由来する情報を用いて、試料表面の3次元的な凹凸や、試料物性を検出し、画像化することで、試料物性を把握するために用いられている。
 ナノ技術分野、特に生体関連分野の研究開発においては、時間経過とともに起こる物質の変化を高分解能顕微鏡で把握することが求められている。
 このために光学顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡を組み合わせた装置がさまざまな形で提案されている。
 しかしながら、これまでは、光学顕微鏡は、走査型プローブ顕微鏡の測定位置を見つけ、走査型プローブ顕微鏡の探針位置を測定したい試料位置に合わせるものとしてしか機能していなかった。
 一方、特開2007-322396号公報において、光学顕微鏡とは別の透過型電子顕微鏡と、走査型プローブ顕微鏡の一種である走査型近接場光学顕微鏡(SNOM)とを組み合わせた複合型顕微鏡が提案されている。
 この複合型顕微鏡では、制御・画像表示用コンピュータに同期信号発生装置が接続されており、同期信号発生装置は、走査する手段と同期して、近接場光学顕微鏡のデータとして、光の強度または分光データ、近接場光または通常伝搬光の取り込み信号を対応させるように制御している。
 これにより、コンピュータにVTRに録画される透過電子顕微鏡に同期信号発生装置に基づく時間を記録し、SNOMで得られるデータ各点に同期信号発生装置に基づく時間を割り当てることにより、各データ点における透過電子顕微鏡像を照合できるようにしている。
 透過電子顕微鏡の画像は蛍光板の輝点をカメラで撮影してVTRに残しているため、SNOMのデータの収集にかかる時間よりも短い時間で録画される。このため、SNOMにより収集されるすべてのデータ点において透過電子顕微鏡の画像を割り振ることが可能である。
 走査型プローブ顕微鏡は、一般的に測定範囲を探針と試料との相互作用に基づいて、探針の高さを制御しながら、試料上を走査し試料と探針の相互作用に基づく情報を1枚の画像として取得しているため、1枚の画像を取得するのに数十秒から数十分の時間を要する。一方、他の顕微鏡、例えば透過型電子顕微鏡や、光学顕微鏡などの、画像取得に要する時間は一般的に1枚あたり数10m秒である。これらのデータを同時に残して置く際には、走査型プローブ顕微鏡の画像に対して必ず、1枚の光学顕微鏡の画像が対応するため、単に同期を取って時間を比較することで対照ができる。
 ところが近年の走査型プローブ顕微鏡の発達により、例えば原子間力顕微鏡などでは、1枚に25m秒から1000m秒の取得時間が可能になってきている。
 また、光学顕微鏡の例として生物研究等で多用されている蛍光顕微鏡画像で試料の変化を観察するためには蛍光画像の取り込みの時間すなわち露光時間を観察したい現象にあわせて設定する必要がある。例えば1枚の露光時間が1秒以上になる場合もある。データ転送等の時間も含めれば、1枚の画像の取得時間は1秒以上になる場合もある。
 また走査型プローブ顕微鏡で試料の変化を観察するためには、試料の変化に対して十分早い速度と、測定対象の基板への吸着に対して制御が追従するための時間に基づいて走査速度が決まる。例えば、生体試料などの変化を追跡するための走査時間は約25m秒から1000m秒になる。走査の戻り時間やデータ転送の時間を考えると、取得時間は走査時間以上になる。例えば、生体試料などの変化を追跡するための取得時間は25m秒から1000m秒以上になる。
 光学顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡を組み合わせて同一の観察対象をそれぞれの最適な取得時間を用いて観察することが、それぞれの観察データの状態を最良な状態にできる。
特開2007-322396号公報
 ところが、従来の複合型顕微鏡では、走査型プローブ顕微鏡(前述の従来例では走査型近接場顕微鏡)の各観察画像に同期させて、これに組み合わせた顕微鏡(前述の従来例では透過型電子顕微鏡)の各観察画像を取得している。このため、組み合わせた二つの顕微鏡の観察画像の取得時間が異なる場合、一方の顕微鏡(取得時間の短い方)は、他方の顕微鏡(取得時間の長い方)の画像取得が終了するまで、画像取得を休止せざるを得ない。
 たとえば、走査型プローブ顕微鏡の1枚の観察画像の取得時間が1秒であり、光学顕微鏡の1枚の観察画像の取得時間が1.2秒であるとした場合、画像取得の都度、光学顕微鏡の観察画像の取得が終わるまで、走査型プローブ顕微鏡に0.2秒の待ち時間を与えなければならない。
 このような待ち時間が存在すると、観察したい現象を記録し損ねることがある。
 本発明は、このような実状を考慮して成されたものであり、その目的は、光学顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡のそれぞれの観察データを現象の取りこぼしなく同時性を維持して保存し得る複合型顕微鏡、その制御装置、制御方法および制御プログラムを提供することである。
 本発明による複合型顕微鏡は、観察対象の時系列的に連続する一連の光学的な観察画像からなる動的な観察データを取得する光学顕微鏡と、前記観察対象の時系列的に連続する一連のプローブ由来の観察画像からなる動的な観察データを取得する走査型プローブ顕微鏡と、前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡に共通の制御指令を同時に与える制御装置を備えている。
 本発明によれば、光学顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡のそれぞれの観察データを現象の取りこぼしなく同時性を維持して保存し得る複合型顕微鏡、その制御装置、制御方法および制御プログラムが提供される。
図1は、第一実施形態による複合型顕微鏡を示している。 図2は、図1に示された制御装置を示している。 図3は、同時に保存開始された光顕観察データとAFM観察データを示している。 図4は、保存開始の情報が付与された光顕観察画像とAFM観察画像を示している。 図5は、同時に保存終了された光顕観察データとAFM観察データを示している。 図6は、保存終了の情報が付与された光顕観察画像とAFM観察画像を示している。 図7は、イベント情報が同時に書き込まれた光顕観察データとAFM観察データを示している。 図8は、イベント情報同時書き込みの情報が付与された光顕観察画像とAFM観察画像を示している。 図9は、第二実施形態による複合型顕微鏡を模式的に示している。 図10は、図9に示されたAFM光顕兼用モニターに表示される光顕観察画像とAFM観察画像と入力スイッチを示している。 図11は、第三実施形態による複合型顕微鏡を模式的に示している。 図12は、溶液追加のイベント情報が同時に書き込まれた光顕観察データとAFM観察データと、溶液追加に適用された制御装置を示している。 図13は、溶液追加のイベント情報が同時に書き込まれた光顕観察データとAFM観察データと塩濃度のグラフを示している。 図14は、第四実施形態による複合型顕微鏡を模式的に示している。 図15は、光刺激のイベント情報が同時に書き込まれた光顕観察データとAFM観察データと、光刺激に適用された制御装置を示している。 図16は、光刺激のイベント情報が同時に書き込まれた光顕観察データとAFM観察データと光刺激のグラフを示している。 図17は、保存開始のタイミングを一致させて再生される光顕観察データとAFM観察データを示している。 図18は、保存終了のタイミングを一致させて再生される光顕観察データとAFM観察データを示している。 図19は、イベント情報付与のタイミングを一致させて再生される光顕観察データとAFM観察データを示している。 図20は、再生される光顕観察画像とAFM観察画像を示している。 図21は、光顕観察画像とAFM観察画像を合成した合成観察画像を示している。
 以下、図面を参照しながら実施形態について説明する。
 [第一実施形態]
 図1に示されるように、第一実施形態による複合型顕微鏡10は、観察対象である試料Sの動的な光顕観察データを取得する光学顕微鏡11と、試料Sの動的なSPM観察データを取得する走査型プローブ顕微鏡12と、光学顕微鏡11と走査型プローブ顕微鏡12に共通の制御指令を同時に与える制御装置13を備えている。
 ここで、光学顕微鏡11が取得する動的な光顕観察データは、試料Sの時系列的に連続する一連の光学的な観察画像(光顕観察画像)からなる。また、走査型プローブ顕微鏡12が取得する動的なSPM観察データは、試料Sの時系列的に連続する一連のプローブ由来の観察画像(SPM観察画像)からなる。言い換えれば、動的な光顕観察データは、無用な時間間隔を置くことなく時系列的に取得された一連の光顕観察画像を意味し、動的なSPM観察データは、無用な時間間隔を置くことなく時系列的に取得された一連のSPM観察画像を意味する。以下の説明では、動的な光顕観察データを単に光顕観察データと呼び、動的なSPM観察データを単にSPM観察データと呼ぶこともある。
 〔光学顕微鏡〕
 光学顕微鏡11は、観察光学系21と、カメラ22と、カメラコントローラ23と、光顕用コンピュータ24と、光顕用モニター27から構成されている。
 観察光学系21は、試料Sまたはその光学特性の分布の拡大光学像を形成するように構成されている。
 カメラ22は、観察光学系21によって形成される光学像を電子化する機能を有している。
 カメラコントローラ23は、カメラ22によって電子化された光学像に基づいて光顕観察画像を構築して、光顕用コンピュータ24に順次供給するように構成されている。
 光顕用モニター27は、光顕観察データ等を表示するように構成されている。
 光顕用コンピュータ24は、光学顕微鏡11の各部を制御し、また光顕観察データの表示および保存を制御するように構成されている。
 光顕用コンピュータ24は、カメラコントローラ23から順次供給される光顕観察画像の1枚を一時的に保持する光顕用フレームメモリー25と、カメラコントローラ23から順次供給される時系列的に連続する一連の光顕観察画像すなわち動的な光顕観察データを保存する光顕用蓄積メモリー26を備えている。
 光顕用コンピュータ24は、光顕用フレームメモリー25に一時的に保持される光顕観察画像を光顕用モニター27に順次送ることにより、試料Sの光顕観察画像を光顕用モニター27に実時間表示させることができる。この実時間表示される光顕観察画像は、時系列的に連続する一連の光顕観察画像であり、これもまた、動的な光顕観察データである。光顕用コンピュータ24はまた、光顕用蓄積メモリー26に保存された光顕観察データを光顕用モニター27に出力して、光顕観察データを光顕用モニター27に表示させることができる。
 また、光学顕微鏡11は、動的な光顕観察データに関連づけて測定パラメータを保存するように構成されている。このため、光顕用コンピュータ24は、光顕観察データの保存の際に、カメラコントローラ23の制御に用いた測定パラメータを、光顕観察データに対応可能な状態で光顕用蓄積メモリー26に保存することもできる。ここで、測定パラメータとは、光顕観察データの再生に必要な情報であり、たとえば、測定範囲や露光時間等の情報である。これにより、保存された光顕観察データの再生時の情報管理が容易となる。
 〔走査型プローブ顕微鏡〕
 走査型プローブ顕微鏡12は、ここでは、その最も代表的な例である原子間力顕微鏡(AFM)で構成されている。したがって、前述したSPM観察画像とSPM観察データは、ここでは、それぞれ、AFM観察画像とAFM観察データとなる。
 走査型プローブ顕微鏡12は、AFMユニット31と、AFMコントローラ33と、AFM用コンピュータ34と、AFM用モニター37を有している。
 AFMユニット31は、たとえば、機械的プローブを先端に備えたカンチレバーと、カンチレバーの変位または振動状態を検出する変位センサーと、カンチレバーと試料Sの相対的位置を制御する走査機構などを備えている。
 AFMコントローラ33は、たとえば、xy走査信号を走査機構に供給してカンチレバーを試料Sの表面に沿って移動させながら、変位センサーの出力を一定に保つようなz制御信号を走査機構に供給するとともに、z制御信号をxy走査信号に同期させて処理することによりAFM観察画像を構築して、光顕用コンピュータ24に順次供給するように構成されている。z制御信号は、たとえば、試料Sの表面の高さ情報であり、その場合、試料Sの表面形状を表すが、z制御信号は、これに限らず、位相や電位など、プローブと試料の相互作用に起因する他の情報であってもよい。
 AFM用モニター37は、AFM観察データ等を表示するように構成されている。
 AFM用コンピュータ34は、走査型プローブ顕微鏡12の各部を制御し、またAFM観察データの表示および保存を制御するように構成されている。
 AFM用コンピュータ34は、AFMコントローラ33から順次供給されるAFM観察画像の1枚を一時的に保持するAFM用フレームメモリー35と、AFMコントローラ33から順次供給される時系列的に連続する一連のAFM観察画像すなわち動的なAFM観察データを保存するAFM用蓄積メモリー36を備えている。
 AFM用コンピュータ34は、AFM用フレームメモリー35に一時的に保持されるAFM観察画像をAFM用モニター37に順次送ることにより、試料SのAFM観察画像をAFM用モニター37に実時間表示させることができる。この実時間表示されるAFM観察画像は、時系列的に連続する一連のAFM観察画像であり、これもまた、動的なAFM観察データである。AFM用コンピュータ34はまた、AFM用蓄積メモリー36に保存されたAFM観察データをAFM用モニター37に出力して、AFM用モニター37にAFM観察データを表示させることができる。
 また、走査型プローブ顕微鏡12は、動的なAFM観察データに関連づけて測定パラメータを保存するように構成されている。このため、AFM用コンピュータ34は、AFM観察データの保存の際に、AFMコントローラ33の制御に用いた測定パラメータを、AFM観察データに対応可能な状態でAFM用蓄積メモリー36に保存することもできる。ここで、測定パラメータとは、AFM観察データの再生に必要な情報であり、たとえば、走査範囲や走査時間等の情報である。これにより、保存されたAFM観察データの再生時の情報管理が容易となる。
 〔制御装置〕
 制御装置13は、図2に示されるように、複数のスイッチ13a,13b,13c,13d,13eを有している。ここで、保存開始の名前が割り当てられたスイッチ13aは、光学顕微鏡11と走査型プローブ顕微鏡12にそれぞれの観察データの保存開始の指令を同時に与える保存開始スイッチである。また、保存終了の名前が割り当てられたスイッチ13bは、光学顕微鏡11と走査型プローブ顕微鏡12にそれぞれの観察データの保存終了の指令を同時に与える保存終了スイッチである。さらに、イベント1,イベント2,イベント3の名前がそれぞれ割り当てられたスイッチ13c,13d,13eはいずれも、光学顕微鏡11と走査型プローブ顕微鏡12に、それぞれの観察データに対するイベント情報付与の指令を同時に与えるイベント情報付与スイッチである。
 これらのスイッチ13a,13b,13c,13d,13eは、トグル、ボタン、スライド、メンブレン、液晶タッチパネルボタン等、任意の機械式スイッチで構成されてよい。
 〔保存開始〕
 制御装置13は、保存開始スイッチ13aの「入」操作に対して、観察データの保存開始の指令を光顕用コンピュータ24とAFM用コンピュータ34に与える。この指令を受けて、光顕用コンピュータ24は、光顕用フレームメモリー25に順次供給される光顕観察画像の光顕用蓄積メモリー26への転送および保存を開始し、またAFM用コンピュータ34は、AFM用フレームメモリー35に順次格納されるAFM観察画像のAFM用蓄積メモリー36への転送および保存を開始する。
 これにより、図3に示されるように、時系列的に連続する一連の光顕観察画像すなわち動的な光顕観察データが光顕用蓄積メモリー26に保存され、時系列的に連続する一連のSPM画像すなわちSPM観察データがAFM用蓄積メモリー36に保存される。図3において、斜線を付して示された光顕観察画像とAFM観察画像が、それぞれ、保存開始時の光顕観察画像とAFM観察画像を表している。
 このとき、光顕用コンピュータ24は、光顕観察データの最初の光顕観察画像に保存開始画像であることを示す情報を付与し、またAFM用コンピュータ34は、AFM観察データの最初のAFM観察画像に保存開始画像であることを示す情報を付与する。
 この情報の付与は、図4に示されるように、それぞれに共通の目印たとえば「開始」といった文字を追加しておこなってもよいし、測定パラメータの情報に付記しておこなってもかまわない。
 光顕観察データとAFM観察データのそれぞれの最初の観察画像に、この情報を付記することによって、光顕観察データとAFM観察データの間において保存開始のタイミングが維持される。
 〔保存終了〕
 光顕観察データとAFM観察データの保存中において、保存終了スイッチ13bの「入」操作に対して、制御装置13は、観察データの保存終了の指令を光顕用コンピュータ24とAFM用コンピュータ34に与える。この指令を受けて、光顕用コンピュータ24は、光顕用フレームメモリー25に順次供給される光顕観察画像の光顕用蓄積メモリー26への転送および保存を終了し、またAFM用コンピュータ34は、AFM用フレームメモリー35に順次格納されるAFM観察画像のAFM用蓄積メモリー36への転送および保存を終了する。
 これにより、図5に示されるように、時系列的に連続する一連の光顕観察画像すなわち動的な光顕観察データの光顕用蓄積メモリー26への保存が終了され、時系列的に連続する一連のSPM画像すなわちSPM観察データのAFM用蓄積メモリー36への保存が終了される。図5において、斜線を付して示された光顕観察画像とAFM観察画像が、それぞれ、保存終了時の光顕観察画像とAFM観察画像を表している。
 このとき、光顕用コンピュータ24は、光顕用蓄積メモリー26に保存された光顕観察データの最後の光顕観察画像に保存終了画像であることを示す情報を付与し、またAFM用コンピュータ34は、AFM用蓄積メモリー36に保存されたAFM観察データの最後のAFM観察画像に保存終了画像であることを示す情報を付与する。
 この情報の付与は、図6に示されるように、それぞれに共通の目印たとえば「終了」といった文字を追加しておこなってもよいし、測定パラメータの情報に付記しておこなってもかまわない。
 光顕観察データとAFM観察データのそれぞれの最後の観察画像に、この情報を付記することによって、光顕観察データとAFM観察データの間において保存終了のタイミングが維持される。
 ここで、光顕観察データとAFM観察データの保存開始は保存開始スイッチ13aの「入」操作によって開始されてもよい。
 〔イベント情報付与〕
 光顕観察データとAFM観察データの保存中において、たとえばイベント情報付与スイッチ13cの「入」操作に対して、制御装置13は、イベント情報付与の指令を光顕用コンピュータ24とAFM用コンピュータ34に与える。この指令を受けて、光顕用コンピュータ24は、このときに光顕用蓄積メモリー26に転送および保存中の光顕観察画像にイベント情報を付与し、またAFM用コンピュータ34は、このときにAFM用蓄積メモリー36に転送および保存中のAFM観察画像にイベント情報を付与する。
 これにより、図7に示されるように、光顕用蓄積メモリー26に保存される光顕観察データ(時系列的に連続する一連の光顕観察画像)の途中の光顕観察画像と、AFM用蓄積メモリー36に保存されるSPM観察データ(時系列的に連続する一連のSPM画像)の途中の光顕観察画像にイベント情報が付与される。図7において、斜線を付して示された光顕観察画像とAFM観察画像が、それぞれ、イベント情報が付与された光顕観察画像とAFM観察画像を表している。
 ここで、イベント情報とは、試料の動的変化にかかわる情報であり、このイベント情報は、1枚の観察画像に限らず、必要な観察画像に任意に付与してもよいし、測定パラメータ内に記録を残すことで認識可能にしてもよい。
 イベント情報の付与は、図8に示されるように、それぞれにあらかじめ予想される試料Sの変化を表すイベントの名称たとえば「膜形成」といった文字を追加しておこなってもよいし、測定パラメータの情報に付記しておこなってもかまわない。
 光顕観察データとAFM観察データのそれぞれの途中の観察画像に、イベント情報を付記することによって、光顕観察データとAFM観察データの間においてイベントのタイミングが維持される。
 ここで、光顕観察データとAFM観察データの保存開始と保存終了はそれぞれ保存開始スイッチ13aと保存終了スイッチ13bの「入」操作によっておこなってもよい。
 〔制御装置の構成例〕
 制御装置13は、汎用的なコンピュータ、たとえばパーソナルコンピュータで構成されてもよい。この場合、スイッチ13a,13b,13c,13d,13eはグラフィックインターフェースで構成され、前述した保存開始、保存終了、イベント情報付与のなどの共通の制御指令を光顕用コンピュータ24とAFM用コンピュータ34に同時に与える機能はソフトウェア的に実現される。制御装置13を構成するパーソナルコンピュータは、保存開始、保存終了、イベント情報付与のなどの共通の制御指令を光顕用コンピュータ24とAFM用コンピュータ34に同時に与える機能をコンピュータに実現させる制御プログラムを記憶した記憶媒体16から制御プログラムをメモリーにロードすることにより、保存開始、保存終了、イベント情報付与のなどの共通の制御指令を光顕用コンピュータ24とAFM用コンピュータ34に同時に与える機能を得る。
 [第二実施形態]
 第二実施形態による複合型顕微鏡を図9に示す。図9において、図1に示した部材と同一の参照符号を付した部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。以下、相違部分に重点をおいて説明する。つまり、以下の説明で触れない部分は、第一実施形態と同様である。
 図9に示されるように、第二実施形態による複合型顕微鏡10Aは、試料Sの動的な光顕観察データを取得する光学顕微鏡11Aと、試料Sの動的なSPM観察データを取得する走査型プローブ顕微鏡12Aを備えている。
 〔光学顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡〕
 光学顕微鏡11Aは、観察光学系21とカメラ22とカメラコントローラ23とAFM光顕兼用コンピュータ41とAFM光顕兼用モニター47から構成されている。また走査型プローブ顕微鏡12Aは、AFMユニット31とAFMコントローラ33とAFM光顕兼用コンピュータ41とAFM光顕兼用モニター47から構成されている。すなわち、光学顕微鏡11Aと走査型プローブ顕微鏡12Aは、AFM光顕兼用コンピュータ41とAFM光顕兼用モニター47を共有している。
 AFM光顕兼用コンピュータ41は、1枚の光顕観察画像を一時的に保持する光顕用フレームメモリー42と、動的な光顕観察データを保存する光顕用蓄積メモリー43と、1枚のAFM観察画像を一時的に保持するAFM用フレームメモリー44と、動的なAFM観察データを保存するAFM用蓄積メモリー45を備えている。光顕用フレームメモリー42と光顕用蓄積メモリー43とAFM用フレームメモリー44とAFM用蓄積メモリー45の機能は、それぞれ、第一実施形態の光顕用フレームメモリー25と光顕用蓄積メモリー26とAFM用フレームメモリー35とAFM用蓄積メモリー36と同様である。
 AFM光顕兼用コンピュータ41は、光顕用フレームメモリー42に一時的に保持される光顕観察画像とAFM用フレームメモリー44に一時的に保持されるAFM観察画像をAFM光顕兼用モニター47に順次送ることにより、試料Sの光顕観察画像とAFM観察画像をAFM光顕兼用モニター47に実時間表示させることができる。
 AFM光顕兼用コンピュータ41は、光顕用蓄積メモリー43に保存された光顕観察データとAFM用蓄積メモリー45に保存されたAFM観察データをAFM光顕兼用モニター47に出力して、光顕観察データとAFM観察データをAFM光顕兼用モニター47に表示させることができる。
 実時間表示される光顕観察画像とAFM観察画像を含め、光顕観察データとAFM観察データは、たとえば、図10に示されるようにAFM光顕兼用モニター47上に並べて表示される。
 〔制御装置〕
 複合型顕微鏡10Aはまた、光学顕微鏡11Aと走査型プローブ顕微鏡12Aに共通の制御指令を同時に与える制御装置50を備えている。制御装置50の機能は、第一実施形態の制御装置13と同様である。
 制御装置50は、グラフィックインターフェースで構成されたスイッチ52と、スイッチ52の操作にしたがって制御指令を出力する指令出力部51を有している。スイッチ52は、AFM光顕兼用モニター47上に表示されるコンピュータグラフィックからなる入力スイッチ53と、入力スイッチ53を操作するマウスなどのポインティングデバイス54から構成される。指令出力部51とポインティングデバイス54は、AFM光顕兼用コンピュータ41の一部で構成されている。
 この入力スイッチ53は、図10に描かれるように、複数のスイッチ53a,53b,53c,53d,53eを有している。保存開始の名前が割り当てられたスイッチ53aは、光学顕微鏡11Aと走査型プローブ顕微鏡12Aにそれぞれの観察データの保存開始の指令を同時に与える保存開始スイッチであり、保存終了の名前が割り当てられたスイッチ53bは、光学顕微鏡11Aと走査型プローブ顕微鏡12Aにそれぞれの観察データの保存終了の指令を同時に与える保存終了スイッチであり、膜形成の名前が割り当てられたスイッチ53cは、光学顕微鏡11Aと走査型プローブ顕微鏡12Aに、それぞれの観察データに対する膜形成のイベント情報付与の指令を同時に与えるイベント情報付与スイッチであり、イベント2,イベント3の名前が割り当てられたスイッチ53d,53eは、光学顕微鏡11Aと走査型プローブ顕微鏡12Aに、それぞれの観察データに対するイベント情報付与の指令を同時に与えるイベント情報付与スイッチである。
 〔保存開始と保存終了〕
 制御装置50は、保存開始スイッチ53aの「入」操作に対して、観察データの保存開始の指令をAFM光顕兼用コンピュータ41の内部で出力する。これに対して、AFM光顕兼用コンピュータ41は、たとえば、第一実施形態と同様に、光顕用蓄積メモリー43とAFM用蓄積メモリー45にそれぞれ光顕観察データとAFM観察データの保存を開始するとともに、最初の画像に保存開始画像であることを示す情報を付与する。
 また、光顕観察データとAFM観察データの保存中において、保存終了スイッチ53bの「入」操作に対して、制御装置50は観察データの保存終了の指令を出力し、AFM光顕兼用コンピュータ41は、たとえば、第一実施形態と同様に、光顕用蓄積メモリー43とAFM用蓄積メモリー45に対する光顕観察データとAFM観察データの保存を終了するとともに、最後の画像に保存終了画像であることを示す情報を付与する。
 しかし、この実施形態では、光学顕微鏡11Aと走査型プローブ顕微鏡12AがAFM光顕兼用コンピュータ41とAFM光顕兼用モニター47を共有していることから、上記の手法に代えて、以下のように観察データに対して処理をおこなってもよい。
 AFM光顕兼用コンピュータ41は、観察データの保存開始の指令に対して、AFM光顕兼用モニター47に並べて実時間表示されている光顕観察画像とAFM観察画像を、一つの複合観察データとして保存する。
 また、AFM光顕兼用コンピュータ41は、観察データの保存終了の指令に対して、複合観察データの保存を終了するとともに、複合観察データの最後の画像に保存終了画像であることを示す情報を付与する。
 これによって、光顕観察データとAFM観察データの間において保存開始と保存終了のタイミングが維持される。
 つまり、この複合型顕微鏡10Aでは、光学顕微鏡11Aと走査型プローブ顕微鏡12Aは、それぞれが表示しているそれぞれの観察データを併せて一つの複合観察データとして保存するように構成されている。
 また、AFM光顕兼用コンピュータ41は、複合観察データの保存の際に、カメラコントローラ23とAFMコントローラ33の制御に用いた測定パラメータを、複合観察データに対応可能な状態で保存してもよい。つまり、光学顕微鏡11Aと走査型プローブ顕微鏡12Aは、複合観察データに関連づけて測定パラメータを保存するように構成されている。
 〔イベント情報付与〕
 光顕観察データとAFM観察データの保存中において、膜形成スイッチ53cの「入」操作に対して、制御装置50は、膜形成の情報付与の指令をAFM光顕兼用コンピュータ41の内部で出力する。これに対して、光顕観察データとAFM観察データを別々に保存している場合には、AFM光顕兼用コンピュータ41は、第一実施形態と同様に、このときに光顕用蓄積メモリー43とAFM用蓄積メモリー45にそれぞれ保存中の光顕観察画像とAFM観察画像に膜形成のイベント情報を付与する。また、光顕観察データとAFM観察データを一つの複合観察データと保存している場合には、AFM光顕兼用コンピュータ41は、このときに保存中の複合観察データの観察画像に膜形成のイベント情報を付与する。
 これによって、光顕観察データとAFM観察データの間において膜形成のイベントのタイミングが維持される。
 [第三実施形態]
 第三実施形態による複合型顕微鏡を図11に示す。図11において、図1に示した部材と同一の参照符号を付した部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。以下、相違部分に重点をおいて説明する。つまり、以下の説明で触れない部分は、第一実施形態と同様である。
 図11に示されるように、第三実施形態による複合型顕微鏡10Bは、試料Sの動的な光顕観察データを取得する光学顕微鏡11と、試料Sの動的なSPM観察データを取得する走査型プローブ顕微鏡12と、制御装置13Bと、溶液追加器14を備えている。つまり、複合型顕微鏡10Bは、第一実施形態の複合型顕微鏡10に対して、制御装置13を制御装置13Bに置き換えるとともに、溶液追加器14を追加した構成となっている。
 溶液追加器14は、試料Sに対して作用を与える作用機構の一種であり、その中に試料Sが存在する試料溶液に別の溶液を追加して、試料Sの環境を変化させるように構成されている。追加する溶液は、たとえば、イオン濃度の異なる溶液、異なるpHの溶液、脂質、酵素などを含んだ溶液などである。
 制御装置13Bの構成は、実質的に第一実施形態の制御装置13と同様であるが、図12に示されるように、スイッチ13dには溶液追加の文字が割り当てられている。スイッチ13dは、溶液追加器14を作動させるスイッチである。
 〔溶液追加情報付与〕
 光顕観察データとAFM観察データの保存中において、溶液追加スイッチ13dの「入」操作に対して、制御装置13Bは、溶液追加器14に溶液追加の指令を与えるとともに、溶液追加のイベント情報付与の指令を光顕用コンピュータ24とAFM用コンピュータ34に与える。この指令を受けて、溶液追加器14は試料Sに溶液の追加し、光顕用コンピュータ24は、このときに光顕用蓄積メモリー26に保存中の光顕観察画像に溶液追加のイベント情報を付与し、またAFM用コンピュータ34は、このときにAFM用蓄積メモリー36に保存中のAFM観察画像に溶液追加のイベント情報を付与する。
 これにより、図13に示されるように、光顕観察データの途中の光顕観察画像とSPM観察データの途中の光顕観察画像に溶液追加のイベント情報が付与される。図13において、斜線を付して示された光顕観察画像とAFM観察画像が、それぞれ、溶液追加のイベント情報が付与された光顕観察画像とAFM観察画像を表している。
 溶液追加のイベント情報の付与は、図12に示されるように、溶液追加時の光顕観察画像とAFM観察画像に「溶液追加」の文字を追加しておこなってもよいし、測定パラメータに情報を追加しておこなってもかまわない。また溶液追加後のすべての光顕観察画像とAFM観察画像に「溶液追加」の文字を追加しておこなってもかまわない。
 さらに、複合型顕微鏡10Bは、溶液追加による試料Sの環境の変化たとえば試料溶液の塩濃度の変化を、光顕観察データとAFM観察データと対応づけて記録してもよい。図13には、光顕観察データとAFM観察データと共に塩濃度の経時変化のグラフが示されている。
 ここで、光顕観察データとAFM観察データの保存開始と保存終了はそれぞれ保存開始スイッチ13aと保存終了スイッチ13bの「入」操作によっておこなってもよい。
 [第四実施形態]
 第四実施形態による複合型顕微鏡を図14に示す。図14において、図1に示した部材と同一の参照符号を付した部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。以下、相違部分に重点をおいて説明する。つまり、以下の説明で触れない部分は、第一実施形態と同様である。
 図14に示されるように、第四実施形態による複合型顕微鏡10Cは、試料Sの動的な光顕観察データを取得する光学顕微鏡11と、試料Sの動的なSPM観察データを取得する走査型プローブ顕微鏡12と、制御装置13Cと、光学照明装置15を備えている。つまり、複合型顕微鏡10Cは、第一実施形態の複合型顕微鏡10に対して、制御装置13を制御装置13Cに置き換えるとともに、光学照明装置15を追加した構成となっている。
 光学照明装置15は、試料Sに対して作用を与える作用機構の一種であり、試料Sに光を照射することによって試料Sに刺激を与えるように構成されている。
 制御装置13Cの構成は、実質的に第一実施形態の制御装置13と同様であるが、図15に示されるように、スイッチ13eには光刺激の文字が割り当てられている。スイッチ13eは、光学照明装置15を作動させるスイッチである。
 〔光刺激情報付与〕
 光顕観察データとAFM観察データの保存中において、光刺激スイッチ13eの「入」操作に対して、制御装置13Cは、光学照明装置15に光刺激の指令を与えるとともに、光刺激のイベント情報付与の指令を光顕用コンピュータ24とAFM用コンピュータ34に与える。この指令を受けて、光学照明装置15は試料Sに光を照射して光刺激を与え、光顕用コンピュータ24は、このときに光顕用蓄積メモリー26に保存中の光顕観察画像に光刺激のイベント情報を付与し、またAFM用コンピュータ34は、このときにAFM用蓄積メモリー36に保存中のAFM観察画像に光刺激のイベント情報を付与する。
 光刺激は、一定時間与えた後に切るとか、周期的に与えるなど、さまざまな与え方が可能である。
 これにより、図16に示されるように、光顕観察データの途中の光顕観察画像とSPM観察データの途中の光顕観察画像に光刺激のイベント情報が付与される。図16において、斜線を付して示された光顕観察画像とAFM観察画像が、それぞれ、光刺激のイベント情報が付与された光顕観察画像とAFM観察画像を表している。
 溶液追加のイベント情報の付与は、図15に示されるように、光照射時の光顕観察画像とAFM観察画像に「光刺激」の文字を追加しておこなってもよいし、測定パラメータに情報を追加しておこなってもかまわない。また光刺激を与えている間のすべての光顕観察画像とAFM観察画像に「光刺激」の文字を追加しておこなってもかまわない。
 さらに、複合型顕微鏡10Cは、光刺激の有無を、照射光の諸特性たとえば照射光の波長や光量などと一緒に、光顕観察データとAFM観察データと対応づけて記録してもよい。図16には、光顕観察データとAFM観察データと共に光刺激の有無が図示されている。
 ここで、光顕観察データとAFM観察データの保存開始と保存終了はそれぞれ保存開始スイッチ13aと保存終了スイッチ13bの「入」操作によっておこなってもよい。
 [光顕観察データとAFM観察データの再生]
 上述した各実施形態では、保存された光顕観察データとAFM観察データには、保存開始画像であることを示す情報や、保存終了画像であることを示す情報、イベント情報が、それぞれの保存時の観察画像にたとえば文字情報として、または測定パラメータの一つの情報として付与されている。
 このため、下記の再生方法にしたがって、観察時の同時性を維持した状態で光顕観察データとAFM観察データを再生することができる。
 (a)同時に保存開始された光顕観察データとAFM観察データを再生する際には、光学顕微鏡11,11Aと走査型プローブ顕微鏡12,12Aは、図17に示されるように、保存開始の情報が付与された光顕観察画像とAFM観察画像の再生タイミングを一致させて光顕観察データとAFM観察データを再生する。言い換えれば、光学顕微鏡11と走査型プローブ顕微鏡12は、制御装置13,13B,13Cからの再生指令にしたがって、そのように制御される。
 (b)同時に保存終了された光顕観察データとAFM観察データを再生する際には、光学顕微鏡11,11Aと走査型プローブ顕微鏡12,12Aは、図18に示されるように、保存終了の情報が付与された光顕観察画像とAFM観察画像の再生タイミングを一致させて光顕観察データとAFM観察データを再生する。言い換えれば、光学顕微鏡11と走査型プローブ顕微鏡12は、制御装置13,13B,13Cからの再生指令にしたがって、そのように制御される。
 (c)イベント情報が同時に保存された光顕観察データとAFM観察データを再生する際には、光学顕微鏡11,11Aと走査型プローブ顕微鏡12,12Aは、図19に示されるように、イベント情報が付与された光顕観察画像とAFM観察画像の再生タイミングを一致させて光顕観察データとAFM観察データを再生する。言い換えれば、光学顕微鏡11と走査型プローブ顕微鏡12は、制御装置13,13B,13Cからの再生指令にしたがって、そのように制御される。
 また、保存された光顕観察データとAFM観察データは、それぞれ、時系列的に連続する一連の光顕観察画像とSPM観察画像からなり、光顕観察画像とSPM観察画像のいずれにおいても、時系列的に取得される観察画像間に無用な時間間隔が存在しない。したがって、光顕観察データとAFM観察データのいずれにも、観察したい現象等は、(光学顕微鏡11,11Aと走査型プローブ顕微鏡12,12Aの性能の範囲内において)取りこぼしなく記録されている。
 その結果、現象等の取りこぼしなく記録された光顕観察データとAFM観察データを同時性を維持して再生することができる。これにより、光顕観察データとAFM観察データにおける試料Sの動的変化の比較を容易におこなえるようになる。
 再生の際に、比較を容易にするために、図20に示されるように、AFM観察データの各AFM観察画像の観察領域の指標Aを光顕観察データの各光顕観察画像に重ねて表示してもよい。このような表示を用いることで、観察領域の指標Aを図示しない試料位置移動手段によるAFM観察画像の観察領域の移動量に合わせて光顕観察データ上でも移動させることで、観察領域の変更がわかりやすくすることができる。これに加えて、図21に示されるような、光顕観察画像とAFM観察画像を合成した合成観察画像を表示してもよい。合成画像の表示方法としては、AFMの凹凸の3次元イメージ表示の色づけに、光顕観察データに基づく色彩を重ね合わせて表示することで、蛍光を発している場所とAFM観察領域の対比を行うことができるようになる。
 [複合型顕微鏡を用いた観察例]
 上述した実施形態の複合型顕微鏡を用いた観察例として、光学顕微鏡が蛍光顕微鏡で構成され、蛍光顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡により蛍光物質が基板に展開される状態を観察するものがあげられる。
 蛍光顕微鏡では試料基板上に蛍光染色されたリポソームが脂質二重膜として展開される様子が観察され、走査型プローブ顕微鏡では基板上で5nm程度の厚さの脂質二重膜が展開されて広がっていくのが観察される。
 蛍光顕微鏡で観察されるリポソームが割れて展開していく様を見るだけでは見られないサブミクロンでの脂質二重膜の成長を走査型プローブ顕微鏡によって観察ができる。
 このとき、脂質膜を供給するタイミングから蛍光顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡の測定(観察データの保存)を同時に開始することで、何時展開されたリポソームがどのような速度でサブミクロンレベルの成長をしているのかを見ることができる。
 それぞれの観察データを一度に再生することで比較がしやすくなる。
 これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。ここにいう様々な変形や変更は、上述した実施形態を適当に組み合わせた実施も含む。
10,10A,10B,10C…複合型顕微鏡、11,11A…光学顕微鏡、12,12A…走査型プローブ顕微鏡、13,13B,13C…制御装置、13a,13b,13c,13d,13e…スイッチ、14…溶液追加器、15…光学照明装置、16…記憶媒体、21…観察光学系、22…カメラ、23…カメラコントローラ、24…光顕用コンピュータ、25…光顕用フレームメモリー、26…光顕用蓄積メモリー、27…光顕用モニター、31…AFMユニット、33…AFMコントローラ、34…AFM用コンピュータ、35…AFM用フレームメモリー、36…AFM用蓄積メモリー、37…AFM用モニター、41…AFM光顕兼用コンピュータ、42…光顕用フレームメモリー、43…光顕用蓄積メモリー、44…AFM用フレームメモリー、45…AFM用蓄積メモリー、47…AFM光顕兼用モニター、50…制御装置、51…指令出力部、52…スイッチ、53…入力スイッチ、53a,53b,53c,53d,53e…スイッチ、54…ポインティングデバイス。

Claims (24)

  1.  観察対象の時系列的に連続する一連の光学的な観察画像からなる動的な観察データを取得する光学顕微鏡と、
     前記観察対象の時系列的に連続する一連のプローブ由来の観察画像からなる動的な観察データを取得する走査型プローブ顕微鏡と、
     前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡に共通の制御指令を同時に与える制御装置を備えている複合型顕微鏡。
  2.  前記共通の制御指令は、前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡にそれぞれの観察データの保存を開始させる保存開始指令であり、前記制御装置は、前記保存開始指令を前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡に同時に与える保存開始スイッチを備えている、請求項1に記載の複合型顕微鏡。
  3.  前記共通の制御指令は、前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡にそれぞれの観察データの保存を終了させる保存終了指令であり、前記制御装置は、前記保存終了指令を前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡に同時に与える保存終了スイッチを備えている、請求項1または2に記載の複合型顕微鏡。
  4.  前記共通の制御指令は、前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡にそれぞれの観察データに対してイベント情報を付与させるイベント情報付与指令であり、前記制御装置は、前記イベント情報付与指令を前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡に同時に与えるイベント情報付与スイッチを備えている、請求項1~3のいずれかひとつに記載の複合型顕微鏡。
  5.  前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡は、それぞれの観察データに関連づけて測定パラメータを付記するように構成されている、請求項1~4のいずれかひとつに記載の複合型顕微鏡。
  6.  前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡は、それぞれが表示しているそれぞれの観察データを併せて一つの複合観察データとして保存するように構成されている、請求項1~5のいずれかひとつに記載の複合型顕微鏡。
  7.  前記制御装置は、前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡に、前記複合観察データに対するイベント情報付与の指令を与えるイベント情報付与スイッチを備えている、請求項6に記載の複合型顕微鏡。
  8.  前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡は、前記複合観察データに関連づけて測定パラメータを付記するように構成されている、請求項6または7に記載の複合型顕微鏡。
  9.  前記走査型プローブ顕微鏡と前記光学顕微鏡は、それぞれの観察データを並べて表示する兼用モニターを備えている、請求項6~8のいずれかひとつに記載の複合型顕微鏡。
  10.  前記制御装置はグラフィックインターフェースで構成されたスイッチを有し、前記グラフィックインターフェースの一部が前記兼用モニターに表示される、請求項9に記載の複合型顕微鏡。
  11.  前記観察対象に対して作用を与える作用機構をさらに備えており、
     前記制御装置は、前記作用機構を作動させるスイッチを有している、請求項1~10のいずれかひとつに記載の複合型顕微鏡。
  12.  前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡は、保存開始時のそれぞれの観察画像の再生タイミングを一致させてそれぞれの観察データを再生する、請求項2に記載の複合型顕微鏡。
  13.  前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡は、保存終了時のそれぞれの観察画像の再生タイミングを一致させてそれぞれの観察データを再生する、請求項3に記載の複合型顕微鏡。
  14.  前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡は、イベント情報付与時のそれぞれの観察画像の再生タイミングを一致させてそれぞれの観察データを再生する、請求項4に記載の複合型顕微鏡。
  15.  観察対象の時系列的に連続する一連の光学的な観察画像からなる動的な観察データを取得する光学顕微鏡と、前記観察対象の時系列的に連続する一連のプローブ由来の観察画像からなる動的な観察データを取得する走査型プローブ顕微鏡に共通の制御指令を同時に与えるように構成されている、前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡を組み合わせた複合型顕微鏡の制御装置。
  16.  前記共通の制御指令は、前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡にそれぞれの観察データの保存を開始させる保存開始指令であり、前記制御装置は、前記保存開始指令を前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡に同時に与える保存開始スイッチを備えている、請求項15に記載の制御装置。
  17.  前記共通の制御指令は、前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡にそれぞれの観察データの保存を終了させる保存終了指令であり、前記制御装置は、前記保存終了指令を前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡に同時に与える保存終了スイッチを備えている、請求項15または16に記載の制御装置。
  18.  前記共通の制御指令は、前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡にそれぞれの観察データに対してイベント情報を付与させるイベント情報付与指令であり、前記制御装置は、前記イベント情報付与指令を前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡に同時に与えるイベント情報付与スイッチを備えている、請求項15~17のいずれかひとつに記載の制御装置。
  19.  観察対象の時系列的に連続する一連の光学的な観察画像からなる動的な観察データを取得する光学顕微鏡と、前記観察対象の時系列的に連続する一連のプローブ由来の観察画像からなる動的な観察データを取得する走査型プローブ顕微鏡に共通の制御指令を同時に与える、前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡を組み合わせた複合型顕微鏡の制御方法。
  20.  前記共通の制御指令は、前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡にそれぞれの観察データの保存を開始させる保存開始指令である、請求項19に記載の制御方法。
  21.  前記共通の制御指令は、前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡にそれぞれの観察データの保存を終了させる保存終了指令である、請求項19または20に記載の制御方法。
  22.  前記共通の制御指令は、前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡にそれぞれの観察データに対してイベント情報を付与させるイベント情報付与指令である、請求項19~21のいずれかひとつに記載の制御方法。
  23.  観察対象の時系列的に連続する一連の光学的な観察画像からなる動的な観察データを取得する光学顕微鏡と、前記観察対象の時系列的に連続する一連のプローブ由来の観察画像からなる動的な観察データを取得する走査型プローブ顕微鏡に共通の制御指令を同時に与える指令機能をコンピュータに実現させる、前記光学顕微鏡と前記走査型プローブ顕微鏡を組み合わせた複合型顕微鏡の制御プログラム。
  24.  請求項23に記載の制御プログラムが記憶された記憶媒体。
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