JP4545492B2 - 光走査型顕微鏡装置 - Google Patents
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Description
本発明は、光源と、該光源からの光を伝達する光伝達部材と、該光伝達部材によって伝達された光を平行光にするコリメート光学系と、コリメート光学系から発せられた平行光を被検体において走査させる光走査部と、該光走査部によって走査された光を被検体に集光させる集光光学系と、該集光光学系と前記光走査部との間に配置される瞳投影光学系と、被検体から集光光学系、瞳投影光学系、光走査部、コリメート光学系および光伝達部材を介して戻る戻り光を検出する光検出器と、光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系を光軸方向に沿って変位させるアクチュエータと、該アクチュエータの駆動を制御する制御装置と、光伝達部材から発せられた光をその光軸に交差する方向に偏向する偏向手段とを備え、前記アクチュエータが、前記偏向手段による偏向前後の光軸を含む平面に沿う空間に配置されている光走査型顕微鏡装置を提供する。
本実施形態に係る光走査型顕微鏡装置1は、図1に示される顕微鏡観察システム2において使用される。この顕微鏡観察システム2は、図1に示されるように、実験小動物等の被検体Aを載置するステージ3と、該ステージ3の上方に配置される本実施形態に係る光走査型顕微鏡観察装置1と、さらにその上方とに配置される実体顕微鏡観察装置4とを備えている。
顕微鏡観察装置本体11も、ベース5から立ち上がる支柱16に上下方向に移動可能および任意の角度方向に傾斜可能に設けられている。顕微鏡観察装置本体11と光源12とは光ファイバ(光伝達部材)17により接続されている。また、顕微鏡観察装置本体11と制御装置14、光検出器13と制御装置14とはそれぞれケーブル18,19によって接続されている。第2のモニタ15には、制御装置14内において画像処理を加えられた画像が表示されるようになっている。
基準部材25は、略直方体ブロック状の部材であって、その長手方向に貫通する第1の貫通孔26と該第1の貫通孔26に直交する第2の貫通孔27とを備えている。第1の貫通孔26の一端開口には、光ファイバ17の先端を取り付けるフェルール28がブラケット29によって固定されている。フェルール28は先端面を斜めにカットすることにより、光ファイバ17の出射端面を、長さ方向に対して斜めに形成し、該出射端面における光ファイバ17内の反射光が後述する光検出器13に戻ることを防止するように構成されている。
また、基準部材25には前記第1の貫通孔26に平行に設けられた穴33内に第1の貫通孔26に平行に延びるリードネジ34と、該リードネジ34を長手軸線回りに回転させるステッピングモータ35と、リードネジ34に螺合され、リードネジ34の回転によって第1の貫通孔26に沿う方向に直線移動させられるナット36とからなるアクチュエータ37が収容されている。
なお、ステッピングモータの代わりにエンコーダ付DCモータ等の他の駆動手段を用いてもよい。
なお、ガルバノミラーユニットの代わりにピエゾ素子、ポリゴンミラー等によって駆動する走査手段を用いてもよい。
また、瞳投影レンズユニット45のブラケット46の外周面には、全周にわたって周溝46aが形成されており、該周溝46a内にはOリング47が配置されている。
なお、筐体20内に図示しない着脱センサを備え、対物レンズユニット21の着脱状態を検出することにしてもよい。
識別符号検出器52により読み取られた対物レンズユニット21の識別符号に基づいて、対応する各種固有情報を読み出し、前記画像情報とともにアクチュエータ37への移動指令を演算するために使用することができるようになっている。
上述した顕微鏡観察システム2によって被検体Aを観察するには、まず、マウスやラット、を初めとする実験小動物等の被検体Aをステージ3に固定し、その上方に配置した実体顕微鏡観察装置4を用いて観察対象部位の画像を第1のモニタ10に表示しながら、表皮を切開し、内部組織を露出させる。このとき、走査型顕微鏡観察装置1の顕微鏡観察装置本体11は実体顕微鏡観察装置4の視野内から待避した位置に配置されている。
本実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置1によれば、コリメートレンズユニット30を変位させるアクチュエータ37が第1の貫通孔26と第2の貫通孔27とを含む平面に沿って配置され、その幅寸法が十分に小さく設定されているので、実体顕微鏡観察装置4の視野をさほど遮ることがなく、実体顕微鏡観察装置4による観察対象部位の観察を継続しながら、走査型顕微鏡観察装置1により高倍率の観察を行うことができる。
光源12への波長指令が光源12に送られると、光源12は図示しない波長調整手段によって、指定された波長をのレーザ光を出力するように設定される。
識別符号によれば、機構部品や光学部品の小型化に伴う各部品に固有の誤差を補正して、望まし画像の取得や正確な画像情報の表示を可能とすることができるという利点がある。
また、図8に示されるように、筐体20の側面に、液晶画面64とその縁に配置される目盛66を設け、内部のコリメートレンズユニット30の位置により変化する倍率を液晶画面64に表示することにしてもよい。この場合、アクチュエータ37のナット36の位置を検出するエンコーダを内蔵し、その検出結果を液晶画面64に表示することにすればよい。
また、図9に示されるように、液晶表示に代えて、LED67の配列により、倍率表示を行うことにしてもよい。
本実施形態の説明において、上述した第1の実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置1と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を簡略化する。
また、第1の実施形態においては変位可能に設けられていたコリメートレンズユニット30は、筐体20の基準部材25内に固定されている。
フェルール28は、コリメートレンズユニット30より軽く、アクチュエータ74により容易に変位させられるので、焦点位置調整が容易であるという利点がある。
本実施形態の説明において、上述した第1、第2の実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置80と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を簡略化する。
なお、図中符号87は、レンズ枠81bの位置を検出する測距センサである。
このように構成された本実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置80によれば、第1、第2の実施形態と同様に対物レンズユニット21の先端面を被検体Aに突き当てたまま、変位させることなく、焦点位置を移動させることができる。
なお、フレキシブルシャフト86と回転体85とに代えて、モータにより直接カム83を回転させることにしてもよい。
本実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置90は、図13に示されるように、光源91および制御装置92を顕微鏡観察装置本体93内に配置した例である。
コリメータ94、固定ミラー95およびガルバノミラーユニット96は、顕微鏡観察装置本体93に固定される円筒状の筐体104内に配置され、瞳投影レンズ97、対物レンズ98および偏向手段99を備える円筒状のレンズユニット105が、水密シール106によって筐体104に固定されるようになっている。
図中、符号107、108は、光源91から発せられた光を絞るピンホールである。
なお、これらの実施形態から以下構成の発明が導かれる。
1. 光源と、該光源からの光を伝達する光伝達部材と、該光伝達部材によって伝達された光を平行光にするコリメート光学系と、コリメート光学系から発せられた平行光を被検体において走査させる光走査部と、該光走査部によって走査された光を被検体に集光させる集光光学系と、該集光光学系と前記光走査部との間に配置される瞳投影光学系と、被検体から集光光学系、瞳投影光学系、光走査部、コリメート光学系および光伝達部材を介して戻る戻り光を検出する光検出器と、光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系を光軸方向に沿って変位させるアクチュエータと、該アクチュエータの駆動を制御する制御装置と、光伝達部材から発せられた光をその光軸に交差する方向に偏向する偏向手段とを備え、前記アクチュエータが、前記偏向手段による偏向前後の光軸を含む平面に沿う空間に配置されている光走査型顕微鏡装置。
光伝達部材から発せられた光は偏向手段により交差する方向に偏向される。したがって、被検体に向かう集光光学系の光軸方向に対して横方向から光を導くことができる。その結果、コリメート光学系から集光光学系までの光学系の被検体からの高さ寸法が抑えられ、その上方に配されることとなる実体顕微鏡の邪魔にならないようにすることができる。
また、制御装置の作動により、アクチュエータが作動させられ、光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系のいずれかがそれらの光軸方向に沿って変位させられることにより、集光光学系の先端位置を固定したまま、焦点位置を変更することができる。すなわち、集光光学系の先端を実験小動物等の被検体に押し付けた状態で観察することができる。その結果、被検体の脈動による画像のブレを防止して、鮮明な画像を得ることができる。
この発明によれば、アクチュエータの作動により光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系が変位させられる際に、アクチュエータから接続部に力が加わる。これら光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系が小型化すると、変位を生ずる際に周囲との摩擦力によりこじられるような力が作用するが、接続部が偏向手段による偏向前後の光軸に直交する軸線回りに回転変位させられてその力を逃がすことにより、スムーズに変位させることが可能となる。
球面軸受によれば、上記作用を簡易な構成で達成することができる。
偏向手段を光走査部により兼用させることにより、部品点数を削減して装置の小型化を図ることができる。
駆動手段の作動により、リードネジがその軸線回りに回転させられ、リードネジに螺合されているナットが、リードネジの長さ方向に沿って直線移動させられる。ナットには、前記接続部が設けられているので、ナットの直線移動により、簡易に光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系のいずれかを変位させて、焦点位置を調節することが可能となる。
7. 前記アクチュエータが、光軸方向に変位するカム面を有するカムと、前記アクチュエータにより変位させられる前記光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系のいずれかに取り付けられ、前記カムにより光軸方向に移動させられるカムフォロワとを備える付記項1から付記項4のいずれかに記載の光走査型顕微鏡装置。
これらによっても同様に、アクチュエータを簡易に構成できる。
カムの回転角度を検出して、より精度よく光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系のいずれかの位置を制御することが可能となる。
動作範囲検出器の作動により、アクチュエータにより変位させられる光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の移動範囲の両端が検出されるので、移動範囲を超えて変位させることが防止される。
位置検出器により、光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の位置を検出して、より精度よく制御することが可能となる。
コリメート光学系の移動により、摺動部等から塵埃が発生することが考えられるが、透明部材の作動により発生した塵埃が光伝達部材の先端面に付着しないように防御することが可能となる。
近接ガルバノミラーによれば、光走査部を簡易に構成でき、しかも、コリメート光学系からの平行光を高い精度で走査させることができる。
光源の波長を切り替えると、波長に応じて焦点位置が変動するため、制御装置が、波長に応じてアクチュエータを制御することにより、色収差の発生を低減して、レンズ枚数を減らすことが可能となる。
15. 前記筐体に、前記アクチュエータにより変位させられる前記光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の一部を外部から観察可能とする窓が設けられている付記項14に記載の光走査型顕微鏡観察装置。
このようにすることで、窓を通して観察できる光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の一部の位置により、操作者が現在の倍率を視認することができる。
集光光学系を筐体に着脱可能とすることにより、被検体に集光光学系をセットした状態に留置することができる。したがって、被検体に対して集光光学系を固定して被検体の同一位置を長時間にわたり観察することが可能となる。
集光光学系に個体差があるため、一の集光光学系を他の集光光学系に切り替えた場合などに、識別符号を読み取り装置により読み取ることによって、制御装置が集光光学系ごとに、アクチュエータによる適正な焦点位置調整を行うことが可能となる。
このようにすることで、集光光学系に固有の情報をデータベースに記憶し、識別符号を簡素化することができる。また、簡易な識別符号を用いて、レンズデータや収差等の多くの情報を取得することが可能となり、アクチュエータの制御をより精度よく行うことができる。
この発明によれば、読み取り装置により読み取られた識別符号をキーとしてデータベースから集光光学系の収差情報が取得されるので、取得された収差情報に基づいて画像補正手段により画像を補正することによって、鮮明な画像を得ることができる。
両者が水密状態に接続されることにより、例えば、実験小動物の体内を観察する場合のように体液や洗浄液が存在する環境においても、これらの液体が集光光学系と筐体との間に侵入することを防止することができる。
着脱センサの作動により集光光学系の筐体への着脱状態が検出されるので、不完全な取付状態での観察による作業の無駄や、液体の侵入を防止することができる。
筐体と制御装置とをコネクタにより接続すると、筐体に設けられた筐体内光学系識別符号がコネクタに設けられた筐体内光学系情報読み取り装置によって読み取られる。筐体内にはコリメート光学系や瞳投影光学系等、固有の情報を有する光学系が存在するので、これを読み取るとともに読み取られた筐体内光学系識別符号に基づいてアクチュエータを制御することにより、より精度よく焦点位置調整を行うことができる。
このようにすることで、筐体内光学系識別符号を簡素化でき、また、簡易な識別符号を用いて、レンズデータや収差等の多くの情報を第2のデータベースから取得することが可能となり、アクチュエータの制御をより精度よく行うことができる。
この発明によれば、筐体内光学系情報読み取り装置により読み取られた筐体内光学系識別符号をキーとして第2のデータベースからコリメート光学系および瞳投影光学系の収差情報が取得されるので、取得された収差情報に基づいて画像補正手段により画像を補正することによって、鮮明な画像を得ることができる。
操作者が画像情報入力手段により取得すべき画像の画像情報を入力すると、入力された画像情報に基づいて、制御手段によりアクチュエータが制御される。アクチュエータが自動的に制御されるので、調整の手間を省くことができる。
操作者が筐体の外面において画像情報を入力することにより、入力された画像情報に基づいてアクチュエータが制御される。画像情報入力手段を前記筐体の外面に備えることにより、操作性を向上することができる。
アクチュエータが作動させられると、位置検出手段の作動により、光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の位置が検出され、検出された位置に基づいて画像情報算出部が取得すべき画像の画像情報を算出する。そして、算出された画像情報は画像情報表示手段に表示されるので、操作者は画像情報表示手段の表示を見ることにより、現在撮影されている画像の画像情報を知ることができる。
このようにすることで、画像情報算出部が、光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の位置と、集光光学系固有の情報とに基づいて取得すべき画像の画像情報を算出するので、画像情報表示手段には、より精度の高い画像情報が表示されることになる。
集光光学系に固有の倍率を入力することにより、個体差による倍率、深さまたは視野範囲のいずれかの変動に関わらず、精度のよい画像情報の表示を行うことが可能となる。
光学系情報入力手段により入力されたコリメート光学系および瞳投影光学系に固有の情報を用いて、画像情報算出部が、光検出器により取得すべき画像の画像情報を算出するので、コリメート光学系および瞳投影光学系の個体差によらず、より精度の高い画像情報を表示することができる。
特にサイズが小さくなり、十分な加工精度を得られない場合等には、コリメート光学系および瞳投影光学系の倍率が個体差を有することになるが、倍率が変動してもその情報が光学系情報入力手段により入力されるので、これに基づいて精度の高い画像情報を算出し、画像情報表示手段に表示することが可能となる。
これらの情報を画像情報表示手段によって表示することにより、操作者が現在の撮影状態および得られている画像の観察精度を向上することができる。
下記の付記項34〜55は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、対物レンズユニットを顕微鏡本体に装着時に対物レンズユニットに固有の誤差を補正することを目的としている。
この発明によれば、各集光光学系に固有の誤差が存在しても、集光光学系を装着時に補正して、所望の画像設定や取得中の画像情報の表示が可能となる。
このようにすることで、集光光学系に固有の情報をデータベースに記憶し、識別符号を簡素化することができる。また、簡易な識別符号を用いて、レンズデータや収差等の多くの情報を取得することが可能となり、アクチュエータの制御をより精度よく行うことができる。
この発明によれば、読み取り装置により読み取られた識別符号をキーとしてデータベースから集光光学系の収差情報が取得されるので、取得された収差情報に基づいて画像補正手段により画像を補正することによって、鮮明な画像を得ることができる。
両者が水密状態に接続されることにより、例えば、実験小動物の体内を観察する場合のように体液や洗浄液が存在する環境においても、これらの液体が集光光学系と筐体との間に侵入することを防止することができる。
着脱センサの作動により集光光学系の筐体への着脱状態が検出されるので、不完全な取付状態での観察による作業の無駄や、液体の侵入を防止することができる。
筐体と制御装置とをコネクタにより接続すると、筐体に設けられた筐体内光学系識別符号がコネクタに設けられた筐体内光学系情報読み取り装置によって読み取られる。筐体内にはコリメート光学系や瞳投影光学系等、固有の情報を有する光学系が存在するので、これを読み取るとともに読み取られた筐体内光学系識別符号に基づいてアクチュエータを制御することにより、より精度よく焦点位置調整を行うことができる。
このようにすることで、筐体内光学系識別符号を簡素化でき、また、簡易な識別符号を用いて、レンズデータや収差等の多くの情報を第2のデータベースから取得することが可能となり、アクチュエータの制御をより精度よく行うことができる。
この発明によれば、筐体内光学系情報読み取り装置により読み取られた筐体内光学系識別符号をキーとして第2のデータベースからコリメート光学系および瞳投影光学系の収差情報が取得されるので、取得された収差情報に基づいて画像補正手段により画像を補正することによって、鮮明な画像を得ることができる。
操作者が画像情報入力手段により取得すべき画像の画像情報を入力すると、入力された画像情報に基づいて、制御手段によりアクチュエータが制御される。アクチュエータが自動的に制御されるので、調整の手間を省くことができる。
操作者が筐体の外面において画像情報を入力することにより、入力された画像情報に基づいてアクチュエータが制御される。画像情報入力手段を前記筐体の外面に備えることにより、操作性を向上することができる。
位置検出器により、光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の位置を検出して、より精度よく制御することが可能となる。
アクチュエータが作動させられると、位置検出手段の作動により、光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の位置が検出され、検出された位置に基づいて画像情報算出部が取得すべき画像の画像情報を算出する。そして、算出された画像情報は画像情報表示手段に表示されるので、操作者は画像情報表示手段の表示を見ることにより、現在撮影されている画像の画像情報を知ることができる。
このようにすることで、画像情報算出部が、光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の位置と、集光光学系固有の情報とに基づいて取得すべき画像の画像情報を算出するので、画像情報表示手段には、より精度の高い画像情報が表示されることになる。
集光光学系に固有の倍率を入力することにより、個体差による倍率、深さまたは視野範囲のいずれかの変動に関わらず、精度のよい画像情報の表示を行うことが可能となる。
光学系情報入力手段により入力されたコリメート光学系および瞳投影光学系に固有の情報を用いて、画像情報算出部が、光検出器により取得すべき画像の画像情報を算出するので、コリメート光学系および瞳投影光学系の個体差によらず、より精度の高い画像情報を表示することができる。
特にサイズが小さくなり、十分な加工精度を得られない場合等には、コリメート光学系および瞳投影光学系の倍率が個体差を有することになるが、倍率が変動してもその情報が光学系情報入力手段により入力されるので、これに基づいて精度の高い画像情報を算出し、画像情報表示手段に表示することが可能となる。
これらの情報を画像情報表示手段によって表示することにより、操作者が現在の撮影状態および得られている画像の観察精度を向上することができる。
この発明によれば、集光光学系が小さすぎて識別符号を付すことができない場合においても集光光学系の識別符号を利用することが可能となり、また、集光光学系が既に生体に取り付けられている状態においても識別符号を入力することができる。
このように構成することで、集光光学系と保管容器とを一対一に対応づけることができる。
このように構成することで、簡易に識別符号を読み取ることができる。
識別符号を読み取ることで、これらの情報を簡易に取得することができる。
1,70,80,90 光走査型顕微鏡装置
12,91 光源
13,101 光検出器
14 制御装置(選択手段、画像補正手段、画像情報算出部)
17 光ファイバ(光伝達部材)
21 対物レンズユニット(集光光学系)
28 フェルール(先端部)
30 コリメートレンズユニット(コリメート光学系)
34 リードネジ
35 ステッピングモータ(駆動手段)
36 ナット
37 アクチュエータ
39 球面軸受(接続部)
40,41 動作範囲検出器
20 筐体
43 透明ガラス(透明部材)
44,96 ガルバノミラーユニット(光走査部、偏向手段)
45 瞳投影レンズユニット(瞳投影光学系)
51 識別符号部(識別符号)
52 識別符号検出器(読み取り装置:固有情報入力手段)
59 データベース
61 ダイヤル(画像情報入力手段)
64 液晶画面(画像情報表示手段)
65 窓部(窓)
67 LED(画像情報表示手段)
71 シャフト
72 プランジャ
75 エンコーダ(位置検出器)
81b レンズ枠(カムフォロワ)
83 カム
92 制御装置
100 ビームスプリッタ(分離手段)
102 直線移動機構(光源移動手段)
103 直線移動機構(検出器移動手段)
105 レンズユニット(集光光学系)
Claims (1)
- 光源と、
該光源からの光を伝達する光伝達部材と、
該光伝達部材によって伝達された光を平行光にするコリメート光学系と、
コリメート光学系から発せられた平行光を被検体において走査させる光走査部と、
該光走査部によって走査された光を被検体に集光させる集光光学系と、
該集光光学系と前記光走査部との間に配置される瞳投影光学系と、
被検体から集光光学系、瞳投影光学系、光走査部、コリメート光学系および光伝達部材を介して戻る戻り光を検出する光検出器と、
光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系を光軸方向に沿って変位させるアクチュエータと、
該アクチュエータの駆動を制御する制御装置と、
光伝達部材から発せられた光をその光軸に交差する方向に偏向する偏向手段とを備え、
前記アクチュエータが、前記偏向手段による偏向前後の光軸を含む平面に沿う空間に配置されている光走査型顕微鏡装置。
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