JP4270681B2 - 走査型レーザ顕微鏡 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を共振型ガルバノミラーを用いて試料で走査し、この試料からの光を検出して試料の画像を得る走査型レーザ顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】
図7は走査型レーザ顕微鏡の光学系の構成図である。
【0003】
レーザ光1は、等価的に点光源と考えられるレーザ光源(不図示)から出力されるものである。このレーザ光1は、ビームスプリッタ2を透過して第1の光偏向器3に入射する。
【0004】
この第1の光偏向器3は、レーザ光1を二次元走査のうちX方向に走査するもので、対物レンズ4の瞳5と共役な位置に配置されている。この第1の光偏向器3が偏向を行っていない場合、レーザ光1は光軸6に沿つて進む。又、この第1の光偏向器3が偏向を行っている場合すなわちレーザ光1をX方向に走査する場合、この第1の光偏向器3が瞳位置に設けられているので、レーザ光1の方向は軸外主光軸7と一致し、レーザ光1の中心も軸外主光軸7と一致するものとなる。
【0005】
次に、これら光軸6及び軸外主光軸7に進行するレーザ光1は、2つの瞳伝送レンズ8、9を通って瞳位置に配置された第2の光偏向器10に入射する。この第2の光偏向器10は、レーザ光1を二次元走査のうちY方向に走査するものとなっている。但し、図中では簡単のためXY方向とも同一面内に記載してある。
【0006】
これら第1及び第2の光偏向器3、10により二次元的に走査されたレーザ光1は、瞳投影レンズ11及び結像レンズ12を通して対物レンズ4の瞳5に入射する。そして、これらのレーザ光1は、対物レンズ4によって試料13上に回折よつて制限される点状光を生じる。このとき第1及び第2の光偏向器3、10によりレーザ光1がXYの二次元走査をすることによりその点状の光が試料13で二次元走査する。
【0007】
この試料13から反射されたレーザ光(以下、反射光と称する)は、対物レンズ4とその瞳5を通り、さらに結像レンズ12を通って一旦結像する。この結像面が通常の光学顕微鏡で像を観察する面である。さらに反射光は、瞳投影レンズ11により第2の光偏向器10に戻ってくる。
【0008】
このように反射光は、試料13に入射したときと全く同じ経路を逆に通ってビームスプリッタ2に戻り、このビームスプリッタ2により検出光14が分離される。
【0009】
この場合、試料13からの反射光は、第2及び第1の光偏向器10、3を通過して戻ってくるので、軸外主光軸7を走査しても検出光14の位置は動かない。
【0010】
この検出光14は、集光レンズ15によって点状に絞られ、点状に絞られた位置に配置されたピンホール16を通り、その後方に配置された検出器17により検出される。この検出器17の検出信号を処理して試料13の画像を取得すれば、フレアのない、通常の顕微鏡より解像度の高い画像を得ることができる。なお、ピンホール16を配置しなくても通常の画像が得られることは言うまでもない。
【0011】
ところで、走査型レーザ顕微鏡においては、出来るだけ広い範囲を出来るだけリアルタイムに近い速度で観察したいという要求がある。これを達成する為に、第1及び第2の光偏向器3、10のうちいずれか一方又は両方を共振型ガルバノミラーを採用した走査型レーザ顕微鏡が開発されている。
【0012】
この共振型ガルバノミラーは、機械的に構成される部品により決定される共振状態を用いてミラー部を高速かつ広範囲に振動させることを可能としている。このため、軸受け部、軸部には振動による磨耗、ねじれ等の大きなストレスが加わることになり、耐久性が悪い。
【0013】
このような事から共振型ガルバノミラーを用いた走査型レーザ顕微鏡では、長期間の使用に対して信頼性が劣るという問題ある。これを解決するために例えば特開平6−300974号公報に記載されているように、3種以上の光偏向器を備え、機能用件によってそのうちの2種の光偏向器を用いることより、結果的に装置の信頼性の向上を図ろうとしている。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、3種以上の光偏向器を備えた走査型レーザ顕微鏡では、3種以上の光偏向器が必要なばかりか、それを構成するめの光学系も大掛かりなものとなってしまう。
【0015】
又、共振型ガルバノミラー以外の光偏向器を用いる際には、当然ながら共振型ガルバノミラーの持っている性能を安定して発揮することが出来ないという問題も生じる。
【0016】
そこで本発明は、共振型ガルバノミラーを用いても本来の機能操作性を制限することなく、共振型ガルバノミラーへの負担を軽減して信頼性の高い走査型レーザ顕微鏡を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる請求項1の走査型レーザ顕微鏡は、レーザ光源から出力されたレーザ光を、一方が共振型で互いに直交する方向に走査する2つのガルバノミラーにより試料上に走査し、この試料からの光を検出して試料の画像を得るもので、少なくとも試料の画像に対する処理の操作を入力するための操作手段と、この操作手段から入力された操作に対する処理の終了後、操作手段から一定間隔以上操作入力がなければ、共振型ガルバノミラーの動作を停止又は走査角を減少させる制御手段とを備えている。
また、請求項1の走査型レーザ顕微鏡において、制御手段は、共振型ガルバノミラーの動作を停止又は走査角を減少させている状態に操作手段から操作入力があると、直ちに共振型ガルバノミラーの動作を停止又は走査角を減少させる前の試料に対するレーザ光の走査状態及び試料の画像を得る処理の状態に復帰する機能を有する。
【0019】
【発明の実施の形態】
(1) 以下、本発明の第1の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0020】
図1は本発明に係わる走査型レーザ顕微鏡の光学系の構成図であり、図2は一部ブロック図である。
【0021】
レーザ走査型顕微鏡本体20内には、光学系21が配置されている。この光学系21の構成を説明すると、レーザ光1は、ビームスプリッタ2を透過して共振型ガルバノミラー22に入射するようになっている。
【0022】
この共振型ガルバノミラー22は、二次元走査のうちX方向に走査するもので、対物レンズ4の瞳5と共役な位置に配置されている。この共振型ガルバノミラー22が偏向を行っていない場合、レーザ光1は光軸6に沿つて進み、且つこの共振型ガルバノミラー22が偏向を行っている場合、すなわちレーザ光1をX方向に走査する場合、この共振型ガルバノミラー22が瞳位置に設けられているので、レーザ光1の方向は軸外主光軸7と一致し、レーザ光1の中心も軸外主光軸7と一致するものとなる。
【0023】
次に、これら光軸6及び軸外主光軸7に進行するレーザ光1の光路上には、2つの瞳伝送レンズ8、9及びガルバノミラー23が配置されている。
【0024】
ガルバノミラー23は、2つの瞳伝送レンズ8、9の瞳位置に配置されるもので、レーザ光1を二次元走査のうちY方向の走査を行うものとなっている。但し、図中では簡単のためXY方向とも同一面内に記載してある。
【0025】
共振型ガルバノミラー22及びガルバノミラー23により二次元的に走査されるレーザ光1の光路上には、瞳投影レンズ11、結像レンズ12及び対物レンズ4が配置されている。
【0026】
又、上記ビームスプリッタ2により取り出される検出光14の光路上には、集光レンズ15、ピンホール16及びフォトダイオード24が配置されている。
【0027】
このような光学系21において、共振型ガルバノミラー22及びガルバノミラー23は、それぞれ駆動制御部25、26により走査駆動を行うものとなっている。
【0028】
一方、コンピュータ27は、光学系21の共振型ガルバノミラー22及びガルバノミラー23を駆動制御して試料13上でレーザ光1を走査し、このときの試料13からの光をフォトダイオード24により検出して試料13の2次元画像を得るもので、CPUから成る主演算処理部28にバス29を介して入出力部30、操作部31が接続された入力部32、モニタ装置33が接続された出力部34、プログラムメモリ35、データメモリ36、画像メモリ37及びタイマ38を接続したものとなっている。
【0029】
このうち操作部31は、モニタ装置33に表示される画像の明るさ、コントラストの調整や共振型ガルバノミラ−22及びガルバノミラ−23の走査開始、振幅制御(走査角の制御)、走査停止等を操作設定する操作端を備えたものとなっている。
【0030】
プログラムメモリ35には、予め図3に示す画像処理等の各種処理に関するプログラム及び図4に示す共振型ガルバノミラ−22の制御方法に関するプログラムが格納されている。
【0031】
従って、主演算処理部28は、プログラムメモリ35に格納されているプログラムを実行することにより、操作部31から入力された画像処理や共振型ガルバノミラ−22に対する各種設定の処理の終了後、タイマ38により処理終了からの時間をみておくことで操作部31から一定間隔以上操作入力がなければ、入出力部30を通して駆動制御部25に対して共振型ガルバノミラー22の動作を停止又は走査角を減少させる指示を発する機能を有するものとなる。
【0032】
次に、上記の如く構成されたレーザ走査型顕微鏡の作用について説明する。
【0033】
レーザ光1は、等価的に点光源と考えられるレーザ光源(不図示)から出力される。このレーザ光1は、ビームスプリッタ2を透過して共振型ガルバノミラー22に入射する。
【0034】
この共振型ガルバノミラー22は、レーザ光1を二次元走査のうちX方向に走査する。ここで、この共振型ガルバノミラー22が偏向を行っていない場合、レーザ光1は光軸6に沿つて進む。又、この共振型ガルバノミラー22が偏向を行っている場合すなわちレーザ光1をX方向に走査する場合、この共振型ガルバノミラー22が瞳位置に設けられているので、レーザ光1の方向は軸外主光軸7と一致し、レーザ光1の中心も軸外主光軸7と一致するものとなる。
【0035】
次に、これら光軸6及び軸外主光軸7に進行するレーザ光1は、2つの瞳伝送レンズ8、9を通って瞳位置に配置されたガルバノミラー23に入射する。このガルバノミラー23は、二次元走査のうちY方向の走査を行う。
【0036】
これら共振型ガルバノミラー22及びガルバノミラー23により二次元的に走査されたレーザ光1は、瞳投影レンズ11及び結像レンズ12を通して対物レンズ4の瞳5に入射する。そして、これらのレーザ光1は、対物レンズ4によって試料13上に回折よつて制限される点状光を生じる。このとき共振型ガルバノミラー22及びガルバノミラー23によりレーザ光1がXYの二次元走査をすることによりその点状の光が試料13を二次元走査する。
【0037】
この試料13から反射光は、対物レンズ4とその瞳5を通り、さらに結像レンズ12を通って一旦結像する。この結像面が通常の光学顕微鏡で像を観察する面である。さらに反射光は、瞳投影レンズ11によりガルバノミラー23に戻ってくる。
【0038】
このように反射光は、試料13に入射したときと全く同じ経路を逆に通ってビームスプリッタ2に戻り、このビームスプリッタ2により検出光14が分離される。
【0039】
この場合、試料13からの反射光は、ガルバノミラー23及び共振型ガルバノミラー22を介して戻ってくるので、軸外主光軸7を走査しても検出光14の位置は動かない。
【0040】
この検出光14は、集光レンズ15によって点状に絞られ、点状に絞られた位置に配置されたピンホール16を通り、その後方に配置されたフォトダイオード24により受光される。このフォトダイオード24は、検出光14を受光してその受光信号を出力する。
【0041】
コンピュータ27は、主演算処理部28の処理により、フォトダイオード24からの受光信号を入出力部30を通して取り込み、この検出信号を処理して試料13の2次元画像データを取得し、この2次元画像データを画像メモリ37に記憶すると共に、出力部34を通してモニタ装置33に送出して試料13の観察画像を表示する。
【0042】
このように試料13の観察画像を表示している状態に、操作部31から画像の明るさやコントラストの調整、共振型ガルバノミラ−22及びガルバノミラ−23の走査開始、振幅制御、走査停止等の操作が入力されると、コンピュータ27は、図3に示す画像処理に関するフローチャートのステップ#1において、主演算処理部28により2次元画像データに対して明るさやコントラストの調整、さらには共振型ガルバノミラ−22及びガルバノミラ−23の走査開始、振幅制御、走査停止等の処理を実行し、このときの画像処理後の2次元画像データを出力部34を通してモニタ装置33に送出する。
【0043】
このモニタ装置33は、明るさやコントラスト調整の行われた試料13の観察画像を表示する。これにより、フレアのない、通常の顕微鏡より解像度の高い画像を得ることができる。
【0044】
次に、コンピュータ27は、ステップ#2において、上記ステップ#1で各種処理を実行したときの現在の時刻T0をタイマ38から読取り、この現在の時刻T0を例えばデータメモリ36に保存する。
【0045】
この場合、操作部31からの操作入力を受けて、2次元画像データに対する明るさやコントラストの調整、さらには共振型ガルバノミラ−22及びガルバノミラ−23の走査開始、振幅制御、走査停止等の処理を実行する毎に、コンピュータ27は、ステップ#2において、現在の時刻T0を保存し、最新の値に更新される。
【0046】
次に、共振型ガルバノミラ−22の制御方法について図4に示す共振型ガルバノミラ−の制御方法のフローチャートに従って説明する。
【0047】
コンピュータ27は、主演算処理部28により同図に示す共振型ガルバノミラ−の制御方法のフローチャート(スキャナ停止処理)を例えば1秒間隔等、一定の間隔で繰り返し実行する。
【0048】
すなわち、コンピュータ27は、ステップ#3において、タイマ38から現在の時刻T1を読み取るとともに、先にデータメモリ36に保存した時刻T0を読み出し、これら時刻T1とT0との差から最も近くに実行された上記ステップ#1の処理が終了してからの経過時間T1−T0を求め、この経過時間T1−T0が予め指定された時間t以上であるか否かを判断する。
【0049】
この判断の結果、経過時間T1−T0が予め指定された時間t以上であれば、コンピュータ27は、ステップ#4に移り、入出力部30を通して駆動制御部25に対して停止、又は振幅を減少させる指令を発する。
【0050】
これにより、共振型ガルバノミラ−22は、停止、又は完全に停止せずに振幅を減少させる。
【0051】
このように上記第1の実施の形態においては、操作部31からの操作入力による2次元画像データに対する明るさやコントラストの調整、さらには共振型ガルバノミラ−22及びガルバノミラ−23の走査開始、振幅制御、走査停止等の処理の終了後、タイマ38により終了後からの時間をみているので、操作部31より一定間隔以上所定の操作がない場合、共振型ガルバノミラー22を停止又はその走査角を減少させるように制御するので、共振型ガルバノミラー22における機械的なストレスが減少し、実質的に寿命を延ばすことができ、顕微鏡の信頼性も向上する。さらには、共振型ガルバノミラー22の故障を少なくし、共振型ガルバノミラー22の停止、走査角減少時には駆動電力は少なくて済み、省電力化を図ることができる。
【0052】
(2) 次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
【0053】
本発明に係わる走査型レーザ顕微鏡は、上記第1の実施の形態で説明した走査型レーザ顕微鏡の構成と同一であり、相違するところは共振型ガルバノミラ−22の制御方法及び操作部31からの操作指示に対する処理となっている。本発明に係わる走査型レーザ顕微鏡について、図1に示す構成図を用いて以下に説明する。
【0054】
プログラムメモリ35には、予め図5に示す画像処理等の各種処理に関するプログラム及び図6に示す共振型ガルバノミラ−22の制御方法に関するプログラムが格納されている。
【0055】
従って、主演算処理部28は、プログラムメモリ35に格納されているプログラムを実行することにより、操作部31から入力された画像処理や共振型ガルバノミラ−22に対する各種設定の処理の終了後、操作部31から一定間隔以上操作入力がないことをタイマ38により判断すると、入出力部30を介して駆動制御部25に対して共振型ガルバノミラー22の動作を停止又は走査角を減少させる指示が発せられ、かつ共振型ガルバノミラー22の動作を停止又は走査角を減少させている状態で、操作部31から操作入力があると、直ちに共振型ガルバノミラー22の動作を停止又は走査角を減少させる前の試料13に対するレーザ光1の走査状態及び試料13の画像を得る処理の状態に復帰する機能を有するものとなる。
【0056】
次に、上記の如く構成されたレーザ走査型顕微鏡の共振型ガルバノミラ−22の制御方法及び画像処理等の各種処理について説明する。
【0057】
レーザ走査型顕微鏡本体20の光学系21において、共振型ガルバノミラー22及びガルバノミラー23によりレーザ光1がXYの二次元走査をすることによりその点状の光が試料13を二次元走査し、この試料13からの反射光が光学系21を戻ってフォトダイオード24に受光される。
【0058】
コンピュータ27は、主演算処理部28の処理により、フォトダイオード24からの受光信号を入出力部30を介して取り込み、この検出信号を処理して試料13の2次元画像データを取得し、この2次元画像データを画像メモリ37に記憶すると共に、出力部34を通してモニタ装置33に送出して試料13の観察画像を表示する。
【0059】
ここで、コンピュータ27は、主演算処理部28により図6に示す共振型ガルバノミラ−の制御方法のフローチャート(スキャナ停止処理)を例えば1秒間隔等、一定の間隔で繰り返し実行する。
【0060】
すなわち、コンピュータ27は、ステップ#10において、タイマ38から現在の時刻T1を読み取るとともに、先にデータメモリ36に保存した時刻T0を読み出し、これら時刻T1とT0との差から最も近くに実行された処理の終了からの経過時間T1−T0を求め、この経過時間T1−T0が予め指定された時間t以上であるか否かを判断する。
【0061】
この判断の結果、経過時間T1−T0が予め指定された時間t以上であれば、コンピュータ27は、ステップ#10に移り、現在の2次元画像データに対する明るさやコントラストの調整、さらには共振型ガルバノミラ−22及びガルバノミラ−23の走査開始、振幅制御、走査停止等の状態を例えばデータメモリ36に保存する。
【0062】
この後、コンピュータ27は、ステップ#4において、入出力部30を通して駆動制御部25に対して停止、又は振幅を減少させる指令を発する。
【0063】
これにより、共振型ガルバノミラ−22は、停止、又は完全に停止せずに振幅を減少させる。
【0064】
一方、試料13の観察画像を表示している状態で、操作部31から画像の明るさやコントラストの調整、共振型ガルバノミラ−22及びガルバノミラ−23の走査開始、振幅制御、走査停止等の操作が入力されると、コンピュータ27は、図5に示す画像処理などの各種処理に関するフローチャートのステップ#11において、共振型ガルバノミラ−22が停止、又は振幅が減少しているか否かを判断する。
【0065】
この判断の結果、共振型ガルバノミラ−22が停止、又は振幅が減少していれば、コンピュータ27は、ステップ#12に移り、共振型ガルバノミラ−22を停止又は振幅を減少する前に上記ステップ#10でデータメモリ36に保存した現在の2次元画像データに対する明るさやコントラストの調整、さらには共振型ガルバノミラ−22及びガルバノミラ−23の走査開始、振幅制御、走査停止等の状態を読み出す。
【0066】
次に、コンピュータ27は、ステップ#13において、データメモリ36から読み出した共振型ガルバノミラ−22を停止又は振幅を減少する前の状態、すなわち2次元画像データに対する明るさやコントラストの調整、さらには共振型ガルバノミラ−22及びガルバノミラ−23の走査開始、振幅制御、走査停止等の状態に戻すように各駆動制御部25、26に指令を発する。
【0067】
この後、コンピュータ27は、ステップ#1において、操作部31から入力された操作指示に従い、主演算処理部28により2次元画像データに対して明るさやコントラストの調整、さらには共振型ガルバノミラ−22及びガルバノミラ−23の走査開始、振幅制御、走査停止等の処理を実行し、このときの画像処理後の2次元画像データを出力部34を通してモニタ装置33に送出する。
【0068】
このモニタ装置33は、明るさやコントラスト調整の行われた試料13の観察画像を表示する。これにより、フレアのない、通常の顕微鏡より解像度の高い画像を得ることができる。
【0069】
次に、コンピュータ27は、ステップ#2において、上記ステップ#1で各種処理を実行したときの現在の時刻T0をタイマ38から読取り、この現在の時刻T0を例えばデータメモリ36に保存する。
【0070】
この場合、操作部31からの操作入力を受けて、2次元画像データに対する明るさやコントラストの調整、さらには共振型ガルバノミラ−22及びガルバノミラ−23の走査開始、振幅制御、走査停止等の処理を実行する毎に、コンピュータ27は、ステップ#2において、現在の時刻T0を保存し、最新の値に更新される。
【0071】
このように上記第2の実施の形態においては、上記第1の実施の形態に加えて、共振型ガルバノミラー22の動作を停止又は振幅(走査角)を減少させている状態で、操作部31から操作入力があると、直ちに共振型ガルバノミラー22の動作を停止又は振幅(走査角)を減少させる前の試料13に対するレーザ光1の走査状態及び試料13の画像を得る処理の状態に復帰するので、共振型ガルバノミラー22の機械的なストレスが減少し、実質的に寿命を延ばすことができ、走査型レーザ顕微鏡の信頼性を向上できる。
【0072】
又、操作部31より所定の操作が指示された場合、直ちに、元の走査状態に戻すように制御するので、操作性を損なうこともなく、さらに共振型ガルバノミラー22の故障を少なくし、共振型ガルバノミラー22の停止、走査角減少時には駆動電力が少なくて済み、省電力化を図ることができる。
【0073】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、共振型ガルバノミラーを用いても本来の機能操作性を制限することなく、共振型ガルバノミラーの故障を抑えて信頼性の高い走査型レーザ顕微鏡を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる走査型レーザ顕微鏡の第1の実施の形態における光学系の構成図。
【図2】同走査型レーザ顕微鏡のブロック構成図。
【図3】同走査型レーザ顕微鏡における画像処理等の各種処理に関するフローチャート。
【図4】同走査型レーザ顕微鏡における共振型ガルバノミラ−の制御方法のフローチャート。
【図5】本発明に係わる走査型レーザ顕微鏡の第2の実施の形態における画像処理等の各種処理に関するフローチャート。
【図6】同走査型レーザ顕微鏡における共振型ガルバノミラ−の制御方法のフローチャート。
【図7】従来の走査型レーザ顕微鏡の光学系の構成図。
【符号の説明】
20:レーザ走査型顕微鏡本体、
21:光学系、
22:共振型ガルバノミラー、
23:ガルバノミラー、
24:フォトダイオード、
25,26:駆動制御部、
27:コンピュータ、
28:主演算処理部、
30:入出力部、
31:操作部、
32:入力部、
33:モニタ装置、
34:出力部、
35:プログラムメモリ、
36:データメモリ、
37:画像メモリ、
38:タイマ。
Claims (2)
- レーザ光源から出力されたレーザ光を、一方が共振型で互いに直交する方向に走査する2つのガルバノミラーにより試料上に走査し、この試料からの光を検出して前記試料の画像を得る走査型レーザ顕微鏡において、
少なくとも前記試料の画像に対する処理の操作を入力するための操作手段と、
この操作手段から入力された操作に対する処理の終了後、前記操作手段から一定間隔以上操作入力がなければ、前記共振型ガルバノミラーの動作を停止又は走査角を減少させる制御手段と、
を具備したことを特徴とする走査型レーザ顕微鏡。 - 前記制御手段は、前記共振型ガルバノミラーの動作を停止又は走査角を減少させている状態に前記操作手段から操作入力があると、直ちに前記共振型ガルバノミラーの動作を停止又は走査角を減少させる前の前記試料に対する前記レーザ光の走査状態及び前記試料の画像を得る処理の状態に復帰する機能を有することを特徴とする請求項1記載の走査型レーザ顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30242999A JP4270681B2 (ja) | 1999-10-25 | 1999-10-25 | 走査型レーザ顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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