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JPH11249022A - Scanning type laser microscope - Google Patents

Scanning type laser microscope

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Publication number
JPH11249022A
JPH11249022A JP5350898A JP5350898A JPH11249022A JP H11249022 A JPH11249022 A JP H11249022A JP 5350898 A JP5350898 A JP 5350898A JP 5350898 A JP5350898 A JP 5350898A JP H11249022 A JPH11249022 A JP H11249022A
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JP
Japan
Prior art keywords
sample
scanning
focus position
detection signal
laser microscope
Prior art date
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Application number
JP5350898A
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Japanese (ja)
Other versions
JP4128256B2 (en
Inventor
Sukehito Arai
祐仁 荒井
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a scanning type laser microscope constituted so that a focusing position can be easily and quickly obtained. SOLUTION: The scanning speed of a laser beam with respect to a sample 9 by an X-direction scanner 4 and a Y-direction scanner 5 cap be switched by a scanning controller 17. When the sample 9 is set at a non-focusing position, the scanning speed of the laser beam is switched to be higher in comparison with a case that the sample 9 is set at the focusing position. By such high-speed control action, the focusing position of the sample 9 is set while changing a relative distance between the sample 9 and an objective lens 8 based on a detection signal with respect to the sample 9.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、試料に対してレー
ザビームを走査しながら照射し、該試料からの光を検出
することで画像情報を得るようにした走査型レーザ顕微
鏡に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning laser microscope which irradiates a sample with a laser beam while scanning the same, and obtains image information by detecting light from the sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】走査型レーザ顕微鏡は、レーザビームな
どの点光源を対物レンズを介して試料のX軸、Y軸方向
に走査しながら照射し、試料からの蛍光または反射光を
再び対物レンズ、光学系を介して光検出器で検出し、2
次元像の濃淡情報を得、この濃淡情報の2次元の分布
を、点光源のX−Y走査位置に対応させてCRTモニタ
やカラープリンタなどの画像出力装置に輝点の分布とし
て表示することにより画像情報として観察できるように
している。
2. Description of the Related Art A scanning laser microscope irradiates a point light source such as a laser beam through an objective lens while scanning the sample in the X-axis and Y-axis directions, and again emits fluorescence or reflected light from the sample through an objective lens. Detected by a photodetector via an optical system, 2
By obtaining the density information of a two-dimensional image, and displaying the two-dimensional distribution of the density information on an image output device such as a CRT monitor or a color printer in correspondence with the XY scanning position of the point light source, It can be observed as image information.

【0003】また、このような走査型レーザ顕微鏡に
は、検出器を有する検出光学系の試料と共役な位置に、
照明光あるいは被測定光の回折限界程度の径を持つ絞り
を設けることによって、焦点の合っている面の情報のみ
を検出可能にした共焦点走査型レーザ顕微鏡も知られて
いる。
[0003] Further, such a scanning laser microscope is provided at a position conjugate with a sample of a detection optical system having a detector.
There is also known a confocal scanning laser microscope in which a stop having a diameter approximately equal to the diffraction limit of illumination light or measured light is provided so that only information on a focused surface can be detected.

【0004】このような共焦点走査型レーザ顕微鏡で
は、合焦面の情報のみを検出できるため、試料に傷を付
けることなく、光学的に断層像、つまり3次元情報が得
られ、しかも、非合焦面の情報をカットすることで、非
常にシャープな像が得られるという特徴を持っている。
In such a confocal scanning laser microscope, since only the information on the focal plane can be detected, a tomographic image, that is, three-dimensional information can be obtained optically without damaging the sample. By cutting the information on the focal plane, a very sharp image can be obtained.

【0005】ところで、一般的な光学顕微鏡では、非合
焦面の情報の変化から、目的とする試料位置が現在の焦
点位置から上下方向のいずれに有るか、大まかに見当付
けることができる。例えば、特開昭59−182409
号公報や特開昭64−42416号に開示される光学顕
微鏡は、デフォーカス量つまり非合焦面からの情報を用
いて素早く合焦させるオートフォーカス機能が取付けら
れており、それにより簡単に合焦位置を得ることができ
る。
[0005] In a general optical microscope, it is possible to roughly determine whether the target sample position is in the vertical direction from the current focal position, based on a change in information on the non-focus plane. For example, JP-A-59-182409
The optical microscopes disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 64-6416 and Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 64-42416 are equipped with an autofocus function for quickly focusing using the defocus amount, that is, information from an unfocused surface. The focus position can be obtained.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した共
焦点走査型レーザ顕微鏡では、光学顕微鏡のような非合
焦面の情報が得られないため、目的とする試料を合焦位
置に移動させるには、オペレータの経験と作業時間を要
するという問題があった。
However, in the above-mentioned confocal scanning laser microscope, since information on an unfocused surface cannot be obtained as in an optical microscope, it is difficult to move a target sample to a focused position. However, there is a problem that it requires operator experience and work time.

【0007】そのため、例え上述した光学顕微鏡と同様
の原理のオートフォーカス機能を共焦点顕微鏡に取付け
ようとしても、共焦点走査型レーザ顕微鏡では、非合焦
面の情報を得ることができないために適用することがで
きない。
For this reason, even if an autofocus function based on the same principle as that of the above-described optical microscope is to be mounted on a confocal microscope, the confocal scanning laser microscope cannot obtain information on an out-of-focus plane. Can not do it.

【0008】また、このような共焦点走査型レーザ顕微
鏡では、点光源を試料面上で走査することで、2次元情
報を画像化しているため、1枚の画像を得るのに1秒か
ら数秒もの時間がかかり、さらに合焦位置の検索を困難
にしている。
Further, in such a confocal scanning laser microscope, two-dimensional information is imaged by scanning a point light source on a sample surface, so that it takes one second to several seconds to obtain one image. It takes a lot of time and makes it difficult to find the in-focus position.

【0009】そこで、従来、合焦位置の検索を少しでも
容易に行えるようにするため、1画面当たりの走査本数
を減少させることで、1画像の取得に要する時間を短縮
するなどの方法が考えられている。ところが、これまで
用いられている方法では、走査により取得した画像を表
示しながら試料の位置を調整するようにしているため、
操作時間の短縮が十分でなく、また、試料に対して不必
要に光を照射するようになるため試料に対してダメージ
を与えるなどの問題があった。本発明は、上記事情に鑑
みてなされたもので、簡単かつ迅速に合焦位置を得るこ
とができる走査型レーザ顕微鏡を提供することを目的と
する。
Therefore, conventionally, in order to make it possible to easily search for the in-focus position, a method of reducing the number of scans per screen to shorten the time required to acquire one image is considered. Have been. However, in the method used so far, since the position of the sample is adjusted while displaying the image acquired by scanning,
There are problems that the operation time is not sufficiently shortened, and that the sample is unnecessarily irradiated with light, thereby damaging the sample. The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a scanning laser microscope capable of easily and quickly obtaining a focus position.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】ところで、一般に、走査
型レーザ顕微鏡に用いられるスキャナとしては、ガルバ
ノメータミラー(以下ガルバノ)が用いられる。このガ
ルバノの走査の直線性を考慮すると、数百Hz以下の低
い繰り返し周波数で駆動することが求められるが、走査
線数が数百本から数千本程度である画像の取得には、上
述したように1秒から数秒の時間が必要となる。しか
し、走査の直線性を無視した場合、ガルバノは、通常の
画像取得時の数倍から十倍程度の周波数まで駆動信号に
応答可能である。また、試料が合焦位置にある場合は、
大きな測定信号が得られのに対し、試料が非合焦位置に
ある場合は、測定信号が無信号である。
Means for Solving the Problems In general, a galvanometer mirror (hereinafter, galvanometer) is used as a scanner used in a scanning laser microscope. In consideration of the linearity of the galvano scanning, it is required to drive at a low repetition frequency of several hundred Hz or less. However, to obtain an image having several hundreds to several thousands of scanning lines, the above-described method is used. Thus, a time of one second to several seconds is required. However, when the linearity of scanning is ignored, the galvanometer can respond to the drive signal at a frequency several times to about ten times that of a normal image acquisition. Also, if the sample is at the in-focus position,
When the sample is at the out-of-focus position while a large measurement signal is obtained, the measurement signal is absent.

【0011】以上の点に着目して、本発明では、以下の
ように構成している。請求項1記載の発明は、試料に対
してレーザビームを走査しながら照射し、該試料からの
光量に応じた検出信号から画像情報を得るようにした走
査型レーザ顕微鏡において、前記試料に対するレーザビ
ームの走査速度を切換え制御可能にするとともに、前記
試料が非合焦位置にあると、該試料が合焦位置にある場
合に比べ、前記点光源の走査速度を高速に切換える走査
速度制御手段を有し、この走査速度制御手段の高速制御
の下で、前記試料に対する検出信号に基づいて前記試料
の合焦位置を設定するようにしている。
Focusing on the above points, the present invention is configured as follows. According to a first aspect of the present invention, there is provided a scanning laser microscope in which a sample is irradiated with a laser beam while being scanned, and image information is obtained from a detection signal corresponding to a light amount from the sample. And a scanning speed control means for switching the scanning speed of the point light source at a higher speed when the sample is at the out-of-focus position than when the sample is at the in-focus position. Under the high-speed control of the scanning speed control means, the in-focus position of the sample is set based on the detection signal for the sample.

【0012】請求項2記載の発明は、請求項1記載にお
いて、さらに、試料からの検出信号として走査範囲内の
平均的な光量を得るためのフィルタ手段を有している。
請求項3記載の発明は、請求項1記載において、さら
に、試料からの検出信号から前記試料の合焦位置を検出
する合焦位置検出手段と、この合焦位置検出手段の検出
出力に応じて前記試料に対する焦点位置を調整する焦点
位置調整手段とを有している。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, there is further provided a filter means for obtaining an average light amount within a scanning range as a detection signal from the sample.
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, a focus position detecting means for detecting a focus position of the sample from a detection signal from the sample, and a detection output of the focus position detection means. A focus position adjusting means for adjusting a focus position with respect to the sample.

【0013】この結果、請求項1記載の発明によれば、
通常の画像取得に比べて高速な更新時間で試料からの検
出信号を得られるので、敏速な合焦操作を行うことがで
き、しかも、試料に対し不必要な光の照明時間を短くで
きる。
As a result, according to the first aspect of the present invention,
Since a detection signal from the sample can be obtained with a faster update time than in the normal image acquisition, a quick focusing operation can be performed, and the illumination time of unnecessary light on the sample can be shortened.

【0014】請求項2記載の発明によれば、試料上の走
査範囲内での平均的な光量を検出信号として得られるの
で、的確な合焦操作を行うことができる。請求項3記載
の発明によれば、操作者の経験を必要としていた合焦操
作をすべて自動化することができる。
According to the second aspect of the present invention, an average amount of light in the scanning range on the sample can be obtained as a detection signal, so that an accurate focusing operation can be performed. According to the invention described in claim 3, it is possible to automate all focusing operations that require the experience of the operator.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従い説明する。 (第1の実施の形態)図1は、本発明が適用される共焦
点走査型レーザ顕微鏡の概略構成を示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 shows a schematic configuration of a confocal scanning laser microscope to which the present invention is applied.

【0016】この場合、レーザ発振器1からのレーザビ
ーム(照明光)をビームエキスパンダ2を通して、ビー
ムスプリッタやダイクロイックミラーなどの光路分割素
子3で反射させ、ガルバノなどを用いたX方向スキャナ
4およびY方向スキャナ5に入射させ2次元走査するよ
うに偏向させ、さらにY方向スキャナ5を出射したレー
ザビームを瞳投影レンズ6、結像レンズ7を介して対物
レンズ8に入射させ、試料9面を2次元走査させるよう
にしている。
In this case, the laser beam (illumination light) from the laser oscillator 1 passes through the beam expander 2 and is reflected by an optical path splitting element 3 such as a beam splitter or a dichroic mirror. The laser beam emitted from the Y-direction scanner 5 is made incident on the objective lens 8 via the pupil projection lens 6 and the imaging lens 7 so that the surface of the sample 9 is Dimensional scanning is performed.

【0017】そして、試料9からの蛍光(または反射
光)をレーザビームと同じ光路をたどって光路分割素子
3に戻し、今度は、この光路分割素子3、共焦点光学系
10を透過させ、ダイクロイックミラーや干渉フィルタ
などの波長選択素子11を介して光電変換回路12で受
光するようにしている。
Then, the fluorescent light (or reflected light) from the sample 9 is returned to the optical path splitting element 3 by following the same optical path as the laser beam, and then transmitted through the optical path splitting element 3 and the confocal optical system 10 to obtain dichroic light. Light is received by the photoelectric conversion circuit 12 via a wavelength selection element 11 such as a mirror or an interference filter.

【0018】ここでは、簡単のため、光電変換回路12
が一つの場合を示しているが、複数の波長選択素子11
と光電変換回路12により複数の蛍光波長を測定可能と
したものにも適用できる。
Here, for simplicity, the photoelectric conversion circuit 12
Shows a case where a plurality of wavelength selection elements 11
The present invention can also be applied to a case where a plurality of fluorescent wavelengths can be measured by the photoelectric conversion circuit 12 and the photoelectric conversion circuit 12.

【0019】光電変換回路12は、波長選択素子11を
介して受光した試料9からの蛍光(または反射光)を輝
度情報を示す電気信号に変換するもので、この輝度情報
をローパスフィルタ13を介してA/D変換回路14で
デジタルデータに変換してデータ処理装置15に試料9
に対する検出信号として入力するようにしている。ここ
で、ローパスフィルタ13は、後述するX方向スキャナ
4の駆動波形の周波数と同等あるいはそれ以下で、Y方
向スキャナ5の駆動波形の周波数以上のカットオフ周波
数を有するものが用いられる。
The photoelectric conversion circuit 12 converts the fluorescence (or reflected light) from the sample 9 received through the wavelength selection element 11 into an electric signal indicating luminance information, and converts the luminance information through a low-pass filter 13. A / D conversion circuit 14 converts the data into digital data,
Is input as a detection signal. Here, as the low-pass filter 13, a filter having a cutoff frequency equal to or lower than the frequency of the driving waveform of the X-direction scanner 4 to be described later and higher than the frequency of the driving waveform of the Y-direction scanner 5 is used.

【0020】データ処理装置15は、A/D変換回路1
4からのデジタルデータを処理した後、CRTモニター
16に画像情報を表示させるようにしている。また、デ
ータ処理装置15は、試料9が焦点位置にある場合と非
焦点位置にある場合のそれぞれA/D変換回路14から
与えられる輝度情報の変化に応じて走査制御装置17に
指令を与え、走査駆動回路18、19の動作設定を制御
させるようにしている。ここで、走査駆動回路18は、
X方向スキャナ4を駆動するためのもので、ス走査駆動
回路19は、Y方向スキャナ19を駆動するためのもの
である。
The data processing device 15 includes the A / D conversion circuit 1
After processing the digital data from the CRT 4, image information is displayed on the CRT monitor 16. Further, the data processing device 15 gives a command to the scanning control device 17 according to a change in the luminance information given from the A / D conversion circuit 14 when the sample 9 is at the focal position and when the sample 9 is at the non-focus position, respectively. The operation settings of the scanning drive circuits 18 and 19 are controlled. Here, the scan driving circuit 18
The scanning drive circuit 19 is for driving the X-direction scanner 4, and is for driving the Y-direction scanner 19.

【0021】次に、このように構成した実施の形態の動
作を説明する。まず、試料9が焦点の合った位置に配置
されている状態で、通常の画像を取得する場合を説明す
る。
Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described. First, a case where a normal image is acquired in a state where the sample 9 is arranged at a focused position will be described.

【0022】この場合、走査制御装置17の指示によ
り、走査駆動回路18には、図2(a)に示すような4
00Hz程度のX方向スキャナ4の駆動波形を出力する
波形データが書き込まれ、同時に走査駆動回路19に
は、同図(b)に示すようなY方向スキャナ5の駆動波
形を出力する波形データが書き込まれる。
In this case, in accordance with an instruction from the scanning control device 17, the scanning driving circuit 18 is provided with a signal as shown in FIG.
Waveform data for outputting a drive waveform of the X-direction scanner 4 of about 00 Hz is written, and at the same time, waveform data for outputting a drive waveform of the Y-direction scanner 5 as shown in FIG. It is.

【0023】この状態で、レーザ発振器1からレーザビ
ームが発せられると、ビームエキスパンダ2を通して、
光路分割素子3で反射され、X方向スキャナ4およびY
方向スキャナ5で2次元走査され、瞳投影レンズ6、結
像レンズ7、そして対物レンズ8を通って試料9面で2
次元走査される。
In this state, when a laser beam is emitted from the laser oscillator 1,
The light is reflected by the optical path splitting element 3 and is
It is scanned two-dimensionally by the direction scanner 5 and passes through the pupil projection lens 6, the imaging lens 7 and the objective lens 8, and is scanned on the surface of the sample 9.
Dimensionally scanned.

【0024】この場合、X方向スキャナ4およびY方向
スキャナ5による試料9での走査は、図4(a)に示す
ように試料9面の上方から下方に向けて、一方向の走査
線が順次走査されるようになる。
In this case, the scanning with the sample 9 by the X-direction scanner 4 and the Y-direction scanner 5 is performed by sequentially scanning the scanning lines in one direction from the upper side to the lower side of the surface of the sample 9 as shown in FIG. It will be scanned.

【0025】この状態で、試料9からの蛍光(または反
射光)は、レーザビームと同じ光路をたどって光路分割
素子3に戻され、光路分割素子3、共焦点光学系10、
さらには波長選択素子11を介して光電変換回路12で
受光され、上述のX−Y走査に同期された輝度情報を示
す電気信号に変換され、さらにローパスフィルタ13介
してA/D変換回路14でデジタルデータに変換され、
データ処理装置15で、2次元画像情報として処理され
た後、CRTモニター16に表示される。
In this state, the fluorescent light (or reflected light) from the sample 9 follows the same optical path as the laser beam and returns to the optical path splitting element 3, where the optical path splitting element 3, the confocal optical system 10,
Further, the light is received by the photoelectric conversion circuit 12 via the wavelength selection element 11, converted into an electric signal indicating luminance information synchronized with the above-described XY scanning, and further converted by the A / D conversion circuit 14 via the low-pass filter 13. Converted to digital data,
After being processed as two-dimensional image information by the data processing device 15, it is displayed on the CRT monitor 16.

【0026】このような一連の動作は、試料9が焦点の
合っている状態、つまり合焦していることが条件であ
り、A/D変換回路14からは、試料9の輝度情報が出
力データとして出力され、データ処理装置15によりC
RTモニター16に画像情報が表示されている。
Such a series of operations is performed under the condition that the sample 9 is in focus, that is, focused, and the A / D conversion circuit 14 outputs the luminance information of the sample 9 to the output data. Is output by the data processing device 15 as C
Image information is displayed on the RT monitor 16.

【0027】ところが、試料9が焦点の合っていない状
態、つまり非合焦点位置にあると、A/D変換回路14
への入力は無入力状態となり、これに伴いCRTモニタ
ー16上には画像が表示されなくなる。
However, when the sample 9 is out of focus, that is, at the out-of-focus position, the A / D conversion circuit 14
No input is made, and accordingly, no image is displayed on the CRT monitor 16.

【0028】操作者は、画像が表示されなくなったこ
と、つまり非合焦位置にあることを認識すると、走査制
御装置17に対して走査駆動回路18に、上述した通常
の画像取得の場合と比べて十分高速な繰り返し周波数の
駆動波形、ここでは、図3(a)に示す1KHz程度の
X方向スキャナ4の駆動波形を出力する波形データを書
き込み、同時に走査駆動回路19に、同図(b)に示す
Y方向スキャナ5の駆動波形を出力する波形データを書
き込ませる操作を行う。また、無入力状態をデータ処理
装置15が自動的に認識し、上記指示を走査操作制御装
置17に行なうようにしてもよい。この場合のX方向ス
キャナ4の駆動波形は、ガルバノの特性を考慮して正弦
波のような対称性の高い波形により繰り返し周波数を上
げることが望ましい。
When the operator recognizes that the image is no longer displayed, that is, that the image is at the out-of-focus position, the operator instructs the scan control circuit 17 to the scan drive circuit 18 as compared with the case of the normal image acquisition described above. In this case, drive data having a sufficiently high repetition frequency, here, waveform data for outputting the drive waveform of the X-direction scanner 4 of about 1 KHz shown in FIG. An operation of writing waveform data for outputting a driving waveform of the Y-direction scanner 5 shown in FIG. Further, the non-input state may be automatically recognized by the data processing device 15, and the above instruction may be given to the scanning operation control device 17. In this case, it is desirable to increase the repetition frequency of the drive waveform of the X-direction scanner 4 by using a highly symmetrical waveform such as a sine wave in consideration of galvano characteristics.

【0029】この状態から走査駆動回路18、19によ
りX方向スキャナ4およびY方向スキャナ5の高速走査
を開始すると、レーザ光源1からのレーザビームは、図
4(b)に示すように試料9面で2次元走査され、これ
にともない光電変換回路12からの電気信号がA/D変
換回路14に入力される。
In this state, when high-speed scanning of the X-direction scanner 4 and the Y-direction scanner 5 is started by the scanning driving circuits 18 and 19, the laser beam from the laser light source 1 is applied to the surface of the sample 9 as shown in FIG. Are scanned two-dimensionally, and an electric signal from the photoelectric conversion circuit 12 is input to the A / D conversion circuit 14 accordingly.

【0030】この場合、A/D変換回路14の入力側に
は、X方向スキャナ4の駆動波形の周波数と同等あるい
はそれ以下で、Y方向スキャナ5の駆動波形の周波数以
上のカットオフ周波数を有するローパスフィルタ13が
設けられることにより、A/D変換回路14からの出力
データは、X方向走査1ライン分ないしY方向走査1フ
レーム内の平均的な光量を表すことになる。
In this case, the input side of the A / D conversion circuit 14 has a cut-off frequency equal to or lower than the frequency of the driving waveform of the X-direction scanner 4 and higher than the frequency of the driving waveform of the Y-direction scanner 5. With the provision of the low-pass filter 13, the output data from the A / D conversion circuit 14 represents the average amount of light in one X-direction scanning line or one Y-direction scanning frame.

【0031】そして、データ処理装置15により、これ
ら1ライン分ないし1フレーム内の平均光量を示すデー
タの時間的変化をCRTモニター16に、例えば棒グラ
フや折れ線グラフとして表示する。
Then, the data processor 15 displays the temporal change of the data indicating the average light amount in one line or one frame on the CRT monitor 16 as, for example, a bar graph or a line graph.

【0032】操作者は、これらグラフ内容を参照し、試
料9を載置したステージあるいは対物レンズ8を光軸方
向で移動し、試料9と対物レンズ8の相対距離を変化さ
せながら合焦操作を行う。そして、合焦位置に達してA
/D変換回路14への入力が立ち上がると、この時のA
/D変換回路14の出力データの上昇に伴うCRTモニ
ター16上に表示されたグラフの変化から、操作者は、
試料が焦点位置に到達した合焦を認識することができ
る。
The operator refers to the contents of these graphs and moves the stage on which the sample 9 is mounted or the objective lens 8 in the optical axis direction, and performs a focusing operation while changing the relative distance between the sample 9 and the objective lens 8. Do. Then, when the focus position is reached, A
When the input to the / D conversion circuit 14 rises, A at this time
From the change in the graph displayed on the CRT monitor 16 as the output data of the / D conversion circuit 14 rises,
The focus at which the sample reaches the focal position can be recognized.

【0033】そして、この合焦状態から、走査制御装置
17より、走査駆動回路18に図2(a)に示すX方向
スキャナ4の駆動波形を出力する波形データを書き込む
とともに、走査駆動回路19に、同図(b)に示すY方
向スキャナ5の駆動波形を出力する波形データをそれぞ
れ書き込み、再びX方向スキャナ4およびY方向スキャ
ナ5により試料9上でレーザビームを2次元走査させる
ことにより、CRTモニター16に試料9の2次元画像
情報を表示させる。
From this in-focus state, the scan controller 17 writes waveform data for outputting the drive waveform of the X-direction scanner 4 shown in FIG. By writing the waveform data for outputting the driving waveform of the Y-direction scanner 5 shown in FIG. 2B, the laser beam is two-dimensionally scanned on the sample 9 by the X-direction scanner 4 and the Y-direction scanner 5 again. The monitor 16 displays two-dimensional image information of the sample 9.

【0034】従って、このようにすれば、走査制御装置
17によりX方向スキャナ4およびY方向スキャナ5に
よる試料9に対するレーザビームの走査速度を切換え可
能にするとともに、試料9が非合焦位置にあると、この
試料9が合焦位置にある場合に比べ、レーザビームの走
査速度を高速に切換えるようにし、この高速制御の下
で、試料9に対する検出信号に基づいて試料9と対物レ
ンズ8の相対距離を変化させながら試料9の合焦位置を
設定するようにしたので、通常の画像取得に比べて数倍
から十倍程度もの高速な更新時間で試料9からの検出信
号が得られ、敏速な合焦操作を行うことができる。この
場合にY方向スキャナ5の駆動波形の周波数を上げるこ
とで、X方向スキャナ4の走査密度を下げるようにすれ
ば、さらに走査の高速化を得られるので、さらに敏速な
合焦操作を実現できる。この結果として、試料9に対し
不必要な光の照明時間を短くできるので、試料9に対し
てダメージを与えるような不都合も回避できる。
Accordingly, this makes it possible to switch the scanning speed of the laser beam with respect to the sample 9 by the X-direction scanner 4 and the Y-direction scanner 5 by the scanning control device 17 and to keep the sample 9 at the out-of-focus position. The scanning speed of the laser beam is switched at a higher speed than when the sample 9 is at the in-focus position. Under this high-speed control, the relative position between the sample 9 and the objective lens 8 is determined based on the detection signal for the sample 9. Since the focus position of the sample 9 is set while changing the distance, a detection signal from the sample 9 can be obtained with an update time that is several to ten times as fast as that of normal image acquisition, and a prompt signal can be obtained. Focusing operation can be performed. In this case, if the scanning density of the X-direction scanner 4 is reduced by increasing the frequency of the driving waveform of the Y-direction scanner 5, the scanning speed can be further increased, so that a more prompt focusing operation can be realized. . As a result, the illumination time of unnecessary light on the sample 9 can be shortened, so that inconvenience such as damaging the sample 9 can be avoided.

【0035】また、X方向スキャナ4の駆動波形の周波
数と同等あるいはそれ以下で、Y方向スキャナ5の駆動
波形の周波数以上のカットオフ周波数を有するローパス
フィルタ13を設けることにより、試料9の検出信号
は、X方向走査1ライン分ないしY方向走査1フレーム
内の平均的な光量として得られるので、さらに的確な合
焦操作を行うことができる。
Further, by providing a low-pass filter 13 having a cut-off frequency equal to or lower than the frequency of the driving waveform of the X-direction scanner 4 and higher than the frequency of the driving waveform of the Y-direction scanner 5, the detection signal of the sample 9 can be obtained. Is obtained as an average light amount for one line in the X-direction scanning or one frame in the Y-direction scanning, so that a more accurate focusing operation can be performed.

【0036】なお、Y方向スキャナ5の駆動波形の周波
数を変えることで、X方向スキャナ4の走査密度を任意
に変化できることから、測定対象に応じてY方向スキャ
ナ5の駆動波形の周波数を任意に設定できるようにして
もよい。 (第2の実施の形態)第1の実施の形態では、操作者
は、1ラインまたは1フレーム内の平均光量を示すグラ
フを参照しながら合焦操作を行うようにしているため、
操作に対してある程度の経験が必要であった。
Since the scanning density of the X-direction scanner 4 can be changed arbitrarily by changing the frequency of the driving waveform of the Y-direction scanner 5, the frequency of the driving waveform of the Y-direction scanner 5 can be changed arbitrarily according to the object to be measured. It may be settable. (Second Embodiment) In the first embodiment, the operator performs the focusing operation while referring to the graph indicating the average light amount in one line or one frame.
Some experience was required for operation.

【0037】そこで、この第2の実施の形態では、合焦
動作を自動化したものである。図5は、本発明の第2の
実施の形態の概略構成を示すもので、図1と同一部分に
は同符号を付して説明を省略する。
In the second embodiment, the focusing operation is automated. FIG. 5 shows a schematic configuration of the second embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG.

【0038】この場合、試料9と対物レンズ8の焦点位
置を相対的に移動させる焦点位置調整手段20と、A/
D変換回路14からの出力データから合焦位置を判断す
る合焦位置検出手段21を設けて、これら焦点位置調整
手段20と合焦位置検出手段21により合焦操作の自動
化を実現している。
In this case, a focal position adjusting means 20 for relatively moving the focal positions of the sample 9 and the objective lens 8 and A / A
A focus position detecting means 21 for judging a focus position from output data from the D conversion circuit 14 is provided, and the focus position adjusting means 20 and the focus position detecting means 21 realize automation of a focusing operation.

【0039】ところで、一般的な顕微鏡では、観察対象
の試料をステージに載置し、試料と対物レンズの焦点位
置との相対位置を調整するため焦準機構が設置されてい
る。特に、正立型顕微鏡では、対物レンズを上下に移動
することで、試料と対物レンズの焦点位置との相対位置
を調整するようにしているが、これらの調整動作を電動
化するため、駆動源としての電動モータや圧電素子を用
いたピエゾアクチュエータが通常用いられている。
In a general microscope, a focusing mechanism is provided for mounting a sample to be observed on a stage and adjusting a relative position between the sample and a focal position of an objective lens. In particular, in an upright microscope, the relative position between the sample and the focal position of the objective lens is adjusted by moving the objective lens up and down. An electric motor or a piezo actuator using a piezoelectric element is generally used.

【0040】この第2の実施の形態では、焦点位置調整
手段20での試料9と対物レンズ8の焦点位置との相対
位置を調整するたるの駆動源として、上述のピエゾアク
チュエータが用いられる。また、合焦位置検出手段21
は、A/D変換回路14から出力される測定信号に応じ
たデジタルデータと、予め設定された合焦検出レベルと
を比較する機能を有し、A/D変換回路14からの測定
信号に応じたデータが合焦検出レベル以上になった位置
を合焦位置として、合焦検出信号を焦点位置調整手段2
0に出力するようにしている。なお、合焦位置検出手段
21は、図示破線で示すようにA/D変換回路14の入
力側に接続して、A/D変換回路14に入力されるアナ
ログ信号から合焦位置を検出するようにもできる。
In the second embodiment, the above-described piezo actuator is used as a drive source for adjusting the relative position between the sample 9 and the focal position of the objective lens 8 in the focal position adjusting means 20. Also, the focus position detecting means 21
Has a function of comparing digital data corresponding to the measurement signal output from the A / D conversion circuit 14 with a preset focus detection level, and according to the measurement signal from the A / D conversion circuit 14, The position at which the acquired data is equal to or higher than the focus detection level is defined as the focus position, and the focus detection signal is used as the focus position adjusting means 2.
0 is output. The focus position detection means 21 is connected to the input side of the A / D conversion circuit 14 as shown by a broken line in the drawing, and detects the focus position from an analog signal input to the A / D conversion circuit 14. Can also be.

【0041】このような構成において、合焦位置を検出
するには、この場合も、走査制御装置17から高速な走
査波形が指示され、走査駆動回路18、19によりXス
キャナ4およびYスキャナ5が高速走査を開始する。す
ると、焦点位置調整手段20では、最初に、試料9と対
物レンズ8の相対距離を離れる方向に移動し、所定距離
離れた所で、今度は、一定の速度で試料9と対物レンズ
8の相対距離を近付けて行く。この時の移動速度は、共
焦点効果による光学的な深さ(Z)方向の分解能、Xス
キャナ4およびYスキャナ5での走査速度、ローパスフ
ィルタ14のカットオフ周波数などにより適宜調整する
必要があるが、具体的には、Y方向スキャナ5が1フレ
ーム分走査する間に、Z方向の分解能と同等あるいは、
その数倍の移動速度が望ましい。
In such a configuration, in order to detect the in-focus position, also in this case, a high-speed scanning waveform is instructed from the scanning control device 17 and the X-scanner 4 and the Y-scanner 5 are operated by the scan driving circuits 18 and 19. Start high-speed scanning. Then, the focus position adjusting means 20 first moves in a direction away from the relative distance between the sample 9 and the objective lens 8, and at a predetermined distance, this time, moves the relative distance between the sample 9 and the objective lens 8 at a constant speed. Go closer. The moving speed at this time needs to be appropriately adjusted depending on the resolution in the optical depth (Z) direction due to the confocal effect, the scanning speed of the X scanner 4 and the Y scanner 5, the cutoff frequency of the low-pass filter 14, and the like. However, specifically, while the Y-direction scanner 5 scans for one frame, the resolution is equal to the Z-direction or
A moving speed several times that is desirable.

【0042】この状態で、試料9と対物レンズ8との間
の距離が近付いていって、試料9の一部が焦点位置に入
ってA/D変換回路14の出力データに変化が現れる
と、合焦位置検出手段21では、A/D変換回路14の
測定信号に応じたデータと予め設定された合焦検出レベ
ルとを比較し、この時のデータが合焦検出レベル以上に
なると、この位置を合焦位置と判断し、合焦検出信号を
焦点位置調整手段20に出力する。これにより、焦点位
置調整手段20は、このときの合焦検出信号により試料
9と対物レンズ8の相対距離の移動を停止する。また、
この合焦検出信号によりスキャン制御装置17は、高速
走査を停止し、通常の画像取得のための走査を開始する
ようになり、第1の実施の形態で述べたようにCRTモ
ニタ16には、試料9面が表示されるようになる。
In this state, when the distance between the sample 9 and the objective lens 8 is short and a part of the sample 9 enters the focal position and the output data of the A / D conversion circuit 14 changes, The focus position detecting means 21 compares data corresponding to the measurement signal of the A / D conversion circuit 14 with a preset focus detection level, and if the data at this time exceeds the focus detection level, the focus position is detected. Is determined as the in-focus position, and a focus detection signal is output to the focus position adjusting means 20. Thereby, the focus position adjusting means 20 stops moving the relative distance between the sample 9 and the objective lens 8 based on the focus detection signal at this time. Also,
The scan control device 17 stops the high-speed scan and starts the scan for normal image acquisition by the focus detection signal. As described in the first embodiment, the CRT monitor 16 The nine surfaces of the sample are displayed.

【0043】従って、このようにすれば、これまで、あ
る程度操作者の経験を必要としていた合焦操作を自動化
できるので、さらに敏速かつ確実な合焦操作を実現でき
る。なお、上述した実施の形態では、ガルバノメータミ
ラーについて述べたが、音響光学系スキャナを用いたも
のにも適用することができる。
Accordingly, the focusing operation, which has required the operator's experience to some extent, can be automated, so that a quicker and more reliable focusing operation can be realized. Although the galvanometer mirror has been described in the above-described embodiment, the present invention can be applied to a mirror using an acousto-optic scanner.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、通
常の画像取得に比べて高速な更新時間で試料からの検出
信号を得られるので、敏速な合焦操作を行うことがで
き、しかも、試料に対し不必要な光の照明時間を短くで
きるので、試料に対してダメージを与えるような不都合
も回避できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a detection signal from a sample with a faster update time than a normal image acquisition, so that a quick focusing operation can be performed. In addition, since the illumination time of unnecessary light on the sample can be shortened, inconvenience such as damaging the sample can be avoided.

【0045】また、試料上の走査範囲内での平均的な光
量を検出信号として得られるので、的確な合焦操作を行
うことができる。さらに操作者の経験を必要としていた
合焦操作をすべて自動化することができるので、さらに
敏速かつ確実な合焦操作を実現できる。
Further, since an average light amount in the scanning range on the sample can be obtained as a detection signal, an accurate focusing operation can be performed. Furthermore, since all focusing operations that require the operator's experience can be automated, more prompt and reliable focusing operations can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態の概略構成を示す
図。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施の形態のX、Y方向スキャナの駆動
波形を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing driving waveforms of the X and Y direction scanners according to the first embodiment.

【図3】第1の実施の形態のX、Y方向スキャナの駆動
波形を示す図。
FIG. 3 is a diagram illustrating driving waveforms of the X and Y direction scanners according to the first embodiment.

【図4】第1の実施の形態の動作を説明するための図、FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the first embodiment;

【図5】本発明の第2の実施の形態の概略構成を示す
図。
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…レーザ発振器、 2…ビームエキスパンダ、 3…光路分割素子、 4…X方向スキャナ、 5…Y方向スキャナ、 6…瞳投影レンズ、 7…結像レンズ、 8…対物レンズ、 9…試料、 10…共焦点光学系、 11…波長選択素子、 12…光電変換回路、 13…ローパスフィルタ、 14…A/D変換回路、 15…データ処理装置、 16…CRTモニター、 17…走査制御装置、 18、19…走査駆動回路、 20…焦点位置調整手段、 21…合焦位置検出手段。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser oscillator, 2 ... Beam expander, 3 ... Optical path splitting element, 4 ... X direction scanner, 5 ... Y direction scanner, 6 ... Pupil projection lens, 7 ... Imaging lens, 8 ... Objective lens, 9 ... Sample, Reference Signs List 10: confocal optical system, 11: wavelength selection element, 12: photoelectric conversion circuit, 13: low-pass filter, 14: A / D conversion circuit, 15: data processing device, 16: CRT monitor, 17: scanning control device, 18 , 19: scanning drive circuit, 20: focus position adjusting means, 21: focus position detecting means.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料に対してレーザビームを走査しなが
ら照射し、該試料からの光量に応じた検出信号から画像
情報を得るようにした走査型レーザ顕微鏡において、 前記試料に対するレーザビームの走査速度を切換え制御
可能にするとともに、前記試料が非合焦位置にあると、
該試料が合焦位置にある場合に比べ、前記点光源の走査
速度を高速に切換える走査速度制御手段を有し、 この走査速度制御手段の高速制御の下で、前記試料に対
する検出信号に基づいて前記試料の合焦位置を設定する
ことを特徴とする走査型レーザ顕微鏡。
1. A scanning laser microscope which irradiates a sample with a laser beam while scanning the same and obtains image information from a detection signal corresponding to the amount of light from the sample. And controllable, and when the sample is in the out-of-focus position,
Scanning speed control means for switching the scanning speed of the point light source at a higher speed than when the sample is at the in-focus position, and under the high speed control of the scanning speed control means, based on a detection signal for the sample. A scanning laser microscope, wherein a focus position of the sample is set.
【請求項2】 さらに、試料からの検出信号として走査
範囲内の平均的な光量を得るためのフィルタ手段を有す
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。
2. The scanning laser microscope according to claim 1, further comprising filter means for obtaining an average amount of light in a scanning range as a detection signal from the sample.
【請求項3】 さらに、試料からの検出信号から前記試
料の合焦位置を検出する合焦位置検出手段と、この合焦
位置検出手段の検出出力に応じて前記試料に対する焦点
位置を調整する焦点位置調整手段と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。
3. A focus position detecting means for detecting a focus position of the sample from a detection signal from the sample, and a focus for adjusting a focus position with respect to the sample in accordance with a detection output of the focus position detection means. The scanning laser microscope according to claim 1, further comprising a position adjusting unit.
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