JPH03181910A - Laser scanning microscope - Google Patents
Laser scanning microscopeInfo
- Publication number
- JPH03181910A JPH03181910A JP32048889A JP32048889A JPH03181910A JP H03181910 A JPH03181910 A JP H03181910A JP 32048889 A JP32048889 A JP 32048889A JP 32048889 A JP32048889 A JP 32048889A JP H03181910 A JPH03181910 A JP H03181910A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- scanning
- control means
- light
- light source
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 32
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 21
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 12
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 7
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 claims description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 2
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000003323 beak Anatomy 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001506 fluorescence spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、レーザ走査顕微鏡に関す−る。特に、試料に
レーザビームを走査し、試料からの反射光又は透過光を
電気信号として、画像として表示するレーザ走査顕微鏡
の光源の小型化技術に関する[従来の技術及び発明が解
決しようとする問題点]レーザビームをスポット状に集
束して、顕微鏡の対象物を観察するために利用する応用
の場合、スポット径は、波長に逆比例するため、より短
波長のレーザ光源であることが、望ましい。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to a laser scanning microscope. In particular, it concerns technology for miniaturizing the light source of a laser scanning microscope, which scans a sample with a laser beam and displays the reflected light or transmitted light from the sample as an electrical signal as an image. ] In the case of an application in which a laser beam is focused into a spot and used for observing an object under a microscope, a laser light source with a shorter wavelength is desirable because the spot diameter is inversely proportional to the wavelength.
レーザ走査顕微鏡においても同゛様に、その仝量分解能
を上げるために、より短波長のレーザ光源であることが
望ましい、また、生物分野への応用においては、螢光と
かラマン分光が多用されるが、この場合にも、測定可能
な範囲を広げるために、より短波長の光源が必要である
。Similarly, in laser scanning microscopes, in order to increase their quantitative resolution, it is desirable to use a laser light source with a shorter wavelength, and in applications to the biological field, fluorescence and Raman spectroscopy are often used. However, in this case as well, a light source with a shorter wavelength is required to expand the measurable range.
これに対して、短波長レーザ光源として通常使用されて
いるのは、アルゴンイオンレーザの488nm、514
、5nm、 He−Cdレーザの441.6nm等の
短波長があるが、大型の装置になること、及び動作開始
のためのウオームアツプ−
が必要であり、ビームのポイントスタビリテイが悪いこ
と、冷却処理が必要であり、そのため、振動防止処理が
必要である等の欠点、問題点があった。On the other hand, argon ion lasers of 488 nm and 514 nm are commonly used as short wavelength laser light sources.
There are short wavelengths such as 5 nm and 441.6 nm for He-Cd lasers, but they require large equipment, require warm-up to start operation, have poor beam point stability, and require cooling. Therefore, there were drawbacks and problems such as the need for vibration prevention treatment.
本発明は、−に記の問題点を解決するために為されたも
のであり、レーザ光源を小型化するため、半導体レーザ
を使用し、短波長化するため、第2高調波発生器(SH
G)により半導体レーザの波長を172波長に変換し、
これをレーザ光源として、用いることにより、小型で安
定性の良い、上記の欠点、問題点を無くしたレーザ光源
を有するレーザ走査顕微鏡を提供することを目的とする
。The present invention has been made to solve the problems described in (-). In order to miniaturize the laser light source, a semiconductor laser is used, and in order to shorten the wavelength, a second harmonic generator (SH) is used.
G) converts the wavelength of the semiconductor laser to 172 wavelengths,
By using this as a laser light source, it is an object of the present invention to provide a laser scanning microscope having a small and stable laser light source that eliminates the above-mentioned drawbacks and problems.
[問題点を解決するための手段]
本発明は、上記の技術的な課題の解決のために、レーザ
光源、このレーザ光源からの出カビ11を2次元に偏向
するビーム偏向系、偏向されたビーl、を試料に集束す
°る集束光学系、試料かの反射又は透過光を電気信号番
こ変換する光′wtgc換系とを市するレーザ走査顕微
鏡において、レーザ光源−
が短い幅のパルス状の光を出力するレーザ光源であるこ
と、偏向系がステップ状に増減する高速度X−走査とス
テップ状に増減するY−走査の2次元走査をなすための
走査駆動制御手段を有すること、レーザ光の出力とステ
ップ状走査のステップとの位相を合わせる発光制御手段
を有する前記レーザ走査顕微鏡を提供する。そのレーザ
光源は、半導体レーザ、第2高調波発生器(SHG)及
びレーザ駆動手段とからなり、該半導体レーザは、レー
ザ駆動手段により出力される短パルス駆動電流により、
利得スイッチされ、短パルス光を出力する半導体レーザ
であり、そして、この短パルス光を該第2高調波発生器
を介して1/2光波長の短パルス光として出力するもの
が好適である。また、前記第2高調波発生器は、半導体
レーザの出力ビーム基本波を平行にする第1のコリメー
タレンズ、半導体レーザの非点較差を補正する1対の円
柱レンズ、波長を1/2に変換する第2高調波発生素子
、該第2高調波発生素子に、該ビームを集束する集束レ
ンズ、1/2波長のビームを平行にする第2のコリメー
タレンズ、1/2波長の光を透過し、該基本波を不透過
にする光フィルタとからなるレーザ光源装置が好適であ
る。[Means for Solving the Problems] In order to solve the above-mentioned technical problems, the present invention provides a laser light source, a beam deflection system that two-dimensionally deflects the mold 11 emitted from the laser light source, and In a laser scanning microscope that uses a focusing optical system that focuses beams on a sample, and an optical conversion system that converts light reflected or transmitted from the sample into an electrical signal, a laser light source is used to generate pulses of short width. The deflection system is a laser light source that outputs light in the form of a shape, and the deflection system has a scanning drive control means for performing two-dimensional scanning of high-speed X-scanning that increases and decreases in a stepwise manner and Y-scanning that increases and decreases in a stepwise manner; The laser scanning microscope described above has a light emission control means that matches the phase of the output of the laser beam and the step of the stepped scan. The laser light source includes a semiconductor laser, a second harmonic generator (SHG), and a laser drive means, and the semiconductor laser is driven by a short pulse drive current output by the laser drive means.
Preferably, the semiconductor laser is a gain-switched semiconductor laser that outputs short pulse light, and outputs this short pulse light as short pulse light of 1/2 optical wavelength via the second harmonic generator. The second harmonic generator also includes a first collimator lens that parallelizes the fundamental wave of the output beam of the semiconductor laser, a pair of cylindrical lenses that corrects astigmatism of the semiconductor laser, and converts the wavelength to 1/2. a second harmonic generation element that transmits the 1/2 wavelength light; a focusing lens that focuses the beam on the second harmonic generation element; a second collimator lens that parallelizes the 1/2 wavelength beam; , and an optical filter that does not transmit the fundamental wave is suitable.
レーザ走査顕微鏡において、光源ビームとして必要な光
出力(パワー)は、数mWである。半導体レーザの光出
力は、波長840n−付近のもので、位相特性の良いも
のでは、約50mW程度の連続出力のものが最大である
。一方、第2高調波発生器の変換出力は、入射する光出
力密度の2乗に比例する。840n讃の第2高調波発生
素子で、変換効率が高く、420nm近傍まで透過率の
高い素子として、LiNb0.、KNbO,、LilO
s等があるが、最も変換効率の高いKNbO,を例にと
ると、その変換率は、50μmのビーム径で、IWの入
射出力のときに、約1%に過ぎない、50mWの入射出
力では、ビーム径を波長とほぼ同じとすれば、約100
μWの変換出力しか得られない、これは、必要される出
力の数4分の1であり、光源と6
しては弱過ぎる。In a laser scanning microscope, the optical output (power) required for the light source beam is several mW. The optical output of a semiconductor laser is around a wavelength of 840n-, and those with good phase characteristics have a maximum continuous output of about 50 mW. On the other hand, the converted output of the second harmonic generator is proportional to the square of the incident optical power density. LiNb0.840n is a second harmonic generation element with high conversion efficiency and high transmittance up to around 420nm. ,KNbO, ,LilO
Taking KNbO, which has the highest conversion efficiency, as an example, the conversion rate is only about 1% at a beam diameter of 50 μm and an input power of IW, but at an input power of 50 mW. , if the beam diameter is approximately the same as the wavelength, then approximately 100
Only a converted power of μW is obtained, which is a quarter of the required power and too weak for a light source.
半導体レーザの出力を七げる方法として、Qスイッチ、
モード同期とかの短パルス動作法があり、これによると
出力パワーを数百倍にすることができる。Q-switch,
There is a short pulse operation method such as mode locking, which can increase the output power several hundred times.
更に、半導体レーザの出力を上げる方法として、受動素
子、活性素子を半導体レーザの共振器中に挿入する外部
共振型のもの、その高い利得を利用した利得スイッチ型
のものがある。Further, as methods for increasing the output of a semiconductor laser, there are an external resonance type in which a passive element or an active element is inserted into a resonator of the semiconductor laser, and a gain switch type in which the high gain is utilized.
ここでは、その構成の簡便さから、後者の利得スイッチ
型の半導体レーザを用いる。この場合、数トピコ秒のパ
ルス幅で、IWのピーク出力を持ち、注つ、そのパルス
発生タイミングを駆動電流を流1タイミングで制御でき
る利点がある。Here, the latter gain-switch type semiconductor laser is used because of its simple configuration. In this case, the IW has a peak output with a pulse width of several topicoseconds, and there is an advantage that the pulse generation timing can be controlled with one timing of the drive current.
即ら、840nm近傍の波長を有する半導体レザを利得
スイング゛で動作さけ、数1−ビニ1秒幅の短パルス光
として、それをKNbO,のごとき第2高調波発生素子
により、1/2の波長
(約420nm)とした光源をレーザ光源として、用い
ること、2次元番こビームを偏向させるが、その偏向を
ステップ状に増減させる走査駆動制御手段でもって、ス
テップ状になし、発光制御手段により、上記レーザ光源
の短パルス発振とステップ状偏向との同期を取ることで
、性能を向上させることができる。In other words, a semiconductor laser having a wavelength around 840 nm is operated with a gain swing, and a short pulse of light with a width of several tens of microseconds is generated. A light source with a wavelength (approximately 420 nm) is used as a laser light source, and the two-dimensional beam is deflected, but the deflection is increased or decreased in a stepwise manner by a scanning drive control means, and by a light emission control means. , performance can be improved by synchronizing the short pulse oscillation of the laser light source and the step-like deflection.
[作用]
以上の構成により、半導体レーザは、
200MHz程度までの繰り返し、短パルス発振が可能
であり、また、利得スイッチの動作では、その発振の繰
り返しを電気的に制御することができる。即ち、1ステ
ツプが、5ナノ秒程度の高速なビームのステップ状の偏
向に対応することが可能である。[Function] With the above configuration, the semiconductor laser is capable of repeating short pulse oscillation up to about 200 MHz, and in the operation of the gain switch, the repetition of the oscillation can be electrically controlled. That is, one step can correspond to step-like deflection of the beam at a high speed of about 5 nanoseconds.
更に、現イfする偏向力式のいずれにも、対応可能であ
り、実時間の画像取得からランダム走★まで可能Cある
。Furthermore, it is compatible with any of the current deflection force formulas, and can range from real-time image acquisition to random scanning.
また、半導体レーザの出力を上げる方法として、利得ス
イッチ動作の他に、上述の如き出力を−にげろ方法も用
いることができる。Furthermore, as a method of increasing the output of the semiconductor laser, in addition to the gain switching operation, the method of lowering the output as described above can also be used.
一
次に、本発明によるレーザ走査顕微鏡を具体的に実施例
により説明するが、本発明はそれらによって限定される
ものではない。First, the laser scanning microscope according to the present invention will be specifically explained using Examples, but the present invention is not limited thereto.
[実施例]
反射型のレーザ走査顕微鏡を例にして、本発明を説明す
る。透過型についても、本発明が適用できることは言う
までもない。[Example] The present invention will be explained using a reflection type laser scanning microscope as an example. It goes without saying that the present invention can also be applied to a transmission type.
第1図は、本発明の走査型光学顕微鏡の主要部分の一例
の光学配置例を示寸°模式プロ・ンク図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the optical arrangement of the main parts of the scanning optical microscope of the present invention.
本発明の走査型光学顕微鏡において、光源を半導体レー
ザ(LD)とし、これをパルス変調することが、従来の
走査型光学顕微鏡に対する構成の差テアル。1は、短パ
ルスレーザ光源であり、第2図A或いは第2図Bの構成
のものである。The scanning optical microscope of the present invention uses a semiconductor laser (LD) as a light source and pulse modulates the light source, which is a difference in configuration from a conventional scanning optical microscope. Reference numeral 1 denotes a short pulse laser light source, which has the configuration shown in FIG. 2A or 2B.
即ち、レーザ光源1、このレーザ光源1からの出力ビー
ムを2次元に偏向するビーム偏向系3.4.5.6、転
7、偏向されたビームを試料に集束する集束光学系8、
試料9からの反射又は透通光を電気信号に変換゛する光
電変換系10.11.12とを右するレーザ走査顕微鏡
である。That is, a laser light source 1, a beam deflection system 3.4.5.6 for two-dimensionally deflecting the output beam from the laser light source 1, a focusing optical system 8 for focusing the deflected beam on the sample,
This laser scanning microscope includes photoelectric conversion systems 10, 11, and 12 that convert reflected or transmitted light from the sample 9 into electrical signals.
レーザ光源1が短い幅のパルス状の光を出力する。偏向
系を構成するガルバノミラ−3,4がステップ状に増減
する高速度X−走査とステ・ンプ状に増減するY−走査
の2次元走査をなすための走査駆動制御手段13を有し
、レーザ光の出力とステップ状走査のステップとの位相
を合わせる発光制御手段16を有する。A laser light source 1 outputs pulsed light with a short width. The galvano mirrors 3 and 4 constituting the deflection system have a scanning drive control means 13 for performing two-dimensional scanning of high-speed X-scanning that increases and decreases in a stepwise manner and Y-scanning that increases and decreases in a stepwise manner. It has a light emission control means 16 that matches the phase of the light output and the stepped scanning step.
そのレーザ光源1は、半導体レーザ19、第2高調波発
生器(5HG)40及びレーザ駆動手段15とからなる
。半導体レーザ19は、レーザ駆動手段15により出力
される短パルス駆動電流により、利得スイッチされ、短
パルス光を出力する半導体レーザであり、そして、この
類パルス光を該第2高調波発生器40を介してl/2光
波長の短パルス光として出力する。The laser light source 1 includes a semiconductor laser 19, a second harmonic generator (5HG) 40, and a laser driving means 15. The semiconductor laser 19 is a semiconductor laser whose gain is switched by a short pulse drive current outputted by the laser driving means 15 and outputs short pulse light. The light is output as short pulse light of 1/2 light wavelength.
また、前記第2高調波発生器40は、第2図Aに於ては
、半導体レーザの出力ビーム基本波を平行にする第1の
コリメータレンズ、半導体レーザ=10
の非点隔差を補正する1対の円柱レンズで構成されるレ
ンズ群20と、波長を1/2に変換する第2高調波発生
素子22、そして、第2高調波発生素子22に、該ビー
ムを集束する集束レンズ21.172波長のビームを平
行にする第2のフリメークレンズ23.1/2波長の光
を透過し、該基本波を不透過にする光フイルタ−24と
からなる。In FIG. 2A, the second harmonic generator 40 includes a first collimator lens that makes the fundamental wave of the output beam of the semiconductor laser parallel, and a lens that corrects the astigmatism difference of the semiconductor laser=10. A lens group 20 consisting of a pair of cylindrical lenses, a second harmonic generation element 22 that converts the wavelength to 1/2, and a focusing lens 21.172 that focuses the beam on the second harmonic generation element 22. It consists of a second frimake lens 23 that parallelizes the wavelength beam, and an optical filter 24 that transmits the 1/2 wavelength light and does not transmit the fundamental wave.
また、第2図Bに於ては、上述と同じ機能の20.21
と、22及び発生した1/2波長での共振器を構成する
反射鏡26.27:とミラー25とからなる。In addition, in Figure 2B, 20.21 with the same function as above is shown.
22, reflecting mirrors 26 and 27 that constitute a resonator for the generated 1/2 wavelength, and a mirror 25.
第2図A、Bにおいて、レーザ源19は、840nm近
傍で発振するGaAffiAs系半導体レザであり、2
0は、−11ノメータと、1対の円柱レンズから構成さ
れ、゛1導体レーデの出力のJr点隔差補正・ビーム整
形・平行ビーム化を行なう。In FIGS. 2A and 2B, the laser source 19 is a GaAffiAs semiconductor laser that oscillates at around 840 nm.
0 is composed of a -11 nometer and a pair of cylindrical lenses, and performs Jr point spacing correction, beam shaping, and collimation of the output of the single-conductor radar.
レンズ群20により平行とされたビームaは、レンズ2
1により第2高調波発生素子22に数十μmの径に絞り
こまれる。第2高調波発生素子11−
22は、KNbOsで90度(57相整合の配置を取る
。図示していない温度制御装置により、位相整合が取ら
れる。クリチカルな角度整合であってもよいが、変換効
率が落ちる。第2高調波発生素子22により、1/2波
長となり、その出力は、レンズ23により、再び、平行
にされ、フィルタ24により、基本波(約840nm)
を除き、1/2波長(約420na)波のみを透過させ
る・。The beam a made parallel by the lens group 20 passes through the lens 2
1, the second harmonic generating element 22 is narrowed down to a diameter of several tens of μm. The second harmonic generation element 11-22 is made of KNbOs and is arranged at 90 degrees (57 phase matching). Phase matching is achieved by a temperature control device (not shown). Although critical angle matching may be used, The conversion efficiency decreases.The output becomes 1/2 wavelength by the second harmonic generation element 22, and its output is made parallel again by the lens 23, and the fundamental wave (approximately 840 nm) is converted by the filter 24.
Except for, only 1/2 wavelength (approximately 420na) waves are transmitted.
第2図Bは、レーザ光源1の異なる例を示す模式構成図
である。この構成において、凹面鏡27.26とミラー
25で構成するコンフォーカルな外部共振器の焦点近傍
に、第2高調波発生素子22を配置し、基本波を透過し
、1/2波長を反射するミラー25を介して、半導体レ
ーザ19の出力(語本波)は、上記と同様に、レンズ群
20及びレンズ21により、第2高調波発生素子22に
絞り込まれる。変換された1/2波長光は、26.27
による新しい共振器モードにより、発振し、レンズ機能
を兼ねるミラー26で平2−
行にされ、出力される。FIG. 2B is a schematic configuration diagram showing a different example of the laser light source 1. In this configuration, the second harmonic generation element 22 is arranged near the focal point of a confocal external resonator composed of concave mirrors 27, 26 and mirror 25, and a mirror that transmits the fundamental wave and reflects the 1/2 wavelength. 25, the output (original wave) of the semiconductor laser 19 is narrowed down to the second harmonic generation element 22 by the lens group 20 and the lens 21, as described above. The converted 1/2 wavelength light is 26.27
The new resonator mode oscillates, and the mirror 26, which also functions as a lens, converts the light into two parallel lines and outputs it.
第3図は、半導体レーザの利得スイッチ動作を示す図で
あり、曲92Bは、レーザ駆動手段15による駆動電流
パルスを示し、曲線29は、光出力を示す。FIG. 3 is a diagram showing the gain switching operation of the semiconductor laser, where a curve 92B shows the driving current pulse by the laser driving means 15, and a curve 29 shows the optical output.
公知のように、数百ピコ秒幅の駆動電流により利得が、
スイッチされ、数十ピコ秒幅の単一な光パルスが得られ
る。As is well known, a drive current with a width of several hundred picoseconds increases the gain
A single light pulse with a width of several tens of picoseconds is obtained.
以上のようにして、得られた約420nmの平行な光パ
ルスビームaは、第1図の構成図において、偏向ビーム
スプリッタ−(PBS)又は半透過ミラー2を経て、高
速度のX−偏向ガルバノミラ−3により偏向される。こ
こでは、ガルバノミラ−を用いているが、音響光学素子
(AOM)或いはポリゴン(多面体)ミラーでも良い。In the configuration diagram of FIG. 1, the parallel optical pulse beam a of approximately 420 nm obtained in the above manner passes through a polarizing beam splitter (PBS) or a semi-transmissive mirror 2, and then passes through a high-speed X-polarizing galvanometer mirror. Deflected by -3. Although a galvano mirror is used here, an acousto-optic device (AOM) or a polygon mirror may also be used.
更に、ビームaは、低速度のY−偏向ガルバノミラ−4
によりY偏向され、2次元のビーム走査が為される。レ
ンズ5.6は、瞳伝達光学系で偏向面を一致させるため
のものである。レンズにより、対物レンズ8の後側像面
位置に、−・旦ビームを収束させる。この面上の2次元
走査パターンが、対物レンズ8により、試料9に投影さ
れる。Additionally, beam a is coupled to a low-velocity Y-polarized galvanometer mirror 4.
The beam is deflected in the Y direction and two-dimensional beam scanning is performed. The lens 5.6 is for matching the deflection planes in the pupil transmission optical system. The lens converges the beam at the rear image plane position of the objective lens 8. A two-dimensional scanning pattern on this surface is projected onto a sample 9 by an objective lens 8.
また、レンズ7は、偏向面を対物レンズ8の入射瞳に一
致させる作用を有する。Further, the lens 7 has the function of making the deflection surface coincide with the entrance pupil of the objective lens 8.
そして、試料により反射された光すは、逆の光路を戻り
、偏向ビームスプリッタ−2により分離される0分離さ
れた光すは、レンズ10によりピンホール11に集束さ
れ、その透過光が光電変換素子12により、電気信号に
変換される。試料の情報は、2次元の走査の走査の順に
時系列の電気信号として得られる。The light beam reflected by the sample returns along the opposite optical path, and the separated light beam is separated by the deflection beam splitter 2 and is focused by the lens 10 onto the pinhole 11, and the transmitted light is converted into a photoelectric converter. The element 12 converts it into an electrical signal. Information on the sample is obtained as time-series electrical signals in the order of two-dimensional scanning.
光電変換素子12は、ビニ1秒のオーダーの応答速度を
有するアバランシェ素子が好適である。The photoelectric conversion element 12 is preferably an avalanche element having a response speed on the order of one second.
13は、ガルバノミラ−3,4を駆動制御するに程駆動
制御手段であり、16は、レーザ発光と偏向との位相を
合わせるための発光制御手段である。13 is a drive control means for driving and controlling the galvano mirrors 3 and 4, and 16 is a light emission control means for matching the phases of laser emission and deflection.
4−
第4図Cよ、2次元のステップ走査を示す図であり、曲
fi30は、高速度のX走査の駆動波形を示し、曲線3
1は、低速度のY走査の駆動波形を示す。その結果、曲
線31で示す′ようなラスク走査が為される。4- FIG. 4C is a diagram showing two-dimensional step scanning, curve fi30 shows the drive waveform of high-speed X scanning, and curve 3
1 shows a drive waveform of a low-speed Y scan. As a result, a rask scan as shown by curve 31 is performed.
このステップ走査の利点は、サンプルする画素が固定さ
れているため、解像度が−Lがることにある。ビートの
スポット径の1/2程度の細かなステップをとれば、分
解能限度を上げることができる。第4図では、調波駆動
を示しているが、ガルバノミラ−では、走査速度を上げ
るため、三角波駆動が適している。この場合、画像メモ
リー17の番地管理により、通常のラスクー走査のとき
と同し画像としで、扱うことができる。The advantage of this step scanning is that since the pixels to be sampled are fixed, the resolution is reduced by -L. The resolution limit can be increased by taking small steps of about 1/2 the diameter of the beat spot. Although harmonic drive is shown in FIG. 4, triangular wave drive is suitable for galvanometer mirrors in order to increase the scanning speed. In this case, by managing the address in the image memory 17, it is possible to treat the image as the same image as in normal Lasceux scanning.
上記の駆動制御信号を出力する走査駆動制御手段■3に
従って、ビームがX−Yにステップ走査されるが、走査
駆動制御手段13は、またX走査スjツブに同期したタ
イミング信号を作り、発光制御手段16に出力する。発
光制御手段16は5、−の信yを受けて、レーザ駆動手
段15に類パル15
スの発光制御信号を出力す゛る。The beam is step-scanned in the X-Y direction according to the scanning drive control means (3) which outputs the above-mentioned drive control signal, but the scanning drive control means 13 also generates a timing signal synchronized with the X-scanning block and controls the light emission. Output to control means 16. The light emission control means 16 receives the signal 5,- and outputs a light emission control signal of 15 pulses to the laser driving means 15.
この出力する短パルスの位相及びパルス幅は、半導体レ
ーザによって異なる値をとるものである。発光制御手段
16は、また、積分回路若しくはビーク検出回路である
14の積分或いは検出制御をも行なうものである。The phase and pulse width of this output short pulse take different values depending on the semiconductor laser. The light emission control means 16 also performs integration or detection control of the integrating circuit or the peak detection circuit 14.
第5図杜、この様子を示すパルス曲線を示すグラフであ
る。曲線30は、Xステップ発光を示し、曲線29は、
レーザ発光である。光電変換素子12の出力も、レーザ
発光の曲線29に相似している。FIG. 5 is a graph showing a pulse curve showing this situation. Curve 30 shows the X-step emission, and curve 29 shows
It is laser emission. The output of the photoelectric conversion element 12 is also similar to the laser emission curve 29.
この光電変換素子12の出力が、積分−ビーク検出手段
14に入力され、制御手段16に従って積分又はピーク
ホールドされると、曲線33の波形になる。この信号は
、図示し“〔いないA/D変換手段を経て、画像メモリ
ー17に記憶される。When the output of this photoelectric conversion element 12 is input to the integration/peak detection means 14 and integrated or peak held according to the control means 16, it becomes a waveform of a curve 33. This signal passes through an A/D conversion means (not shown) and is stored in the image memory 17.
画像メeリ−17を順次読み出し、CRT等の表示器1
8により、表示される。Read out the image mail 17 sequentially and display it on a display device 1 such as a CRT.
8 is displayed.
[発明の効果]
本発明のレーザ走査顕微鏡は、
6
第1に、小型で、安定性の良い短波長レーザ光源を得る
ことができること、
第2に、更に、ステップ走査により、解像力の向上が成
されたことの利点を有するレーザ走査顕微鏡を改良が得
られること、
第3に、受光信号のS/N比の改善をもたらすことがで
きること、
などの、顕著な技術的な効果をもたら1゜[Effects of the Invention] The laser scanning microscope of the present invention has the following advantages: 6. Firstly, it is possible to obtain a short wavelength laser light source that is small and has good stability.Secondly, further, resolution can be improved by step scanning. Thirdly, it has brought about significant technical effects such as improving the laser scanning microscope with the following advantages: Thirdly, it can improve the S/N ratio of the received light signal.
第1図は、本発明のレーザ走査顕微鏡の一例の光学系構
成を示す模式構成図である。
第2図A、Bは、本発明のレーザ走査顕微鏡に用いる1
・−ザ光源例を示す模式構成図である。
第3図は、本発明のレーザ走を顕微鏡のレーザ光源の出
力パルスを示4図である。
第4図と第5図は、走査とレーザ出力との関係を示す図
である。
[主要部分の符けの説明コ
ト・・・・ ・レーザ光源
7
3.401. ガルバノミラ
8 、、、、、、 対物レンズ
9、、、、、 試料
12、、、、、、 光電変換素子
13、、、、、、、走査駆動制御手段
14 、、、、、、、、積分/ビーク検出回路15、、
、、、、 レーザ駆動手段
16、、、、、 発光制御手段
17、、、、、、、、画像メモリ
19 、、、、、、、、半導体レーザ
20 、、、、、、、、レンズ群
22、、、、、 第2高調波発生素子24 、、、、
、、、、フィルタ
26.27.、、、、、、、ミラFIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an optical system configuration of an example of a laser scanning microscope according to the present invention. Figures 2A and 2B show 1 used in the laser scanning microscope of the present invention.
- It is a schematic block diagram which shows the example of a light source. FIG. 3 is a diagram showing the output pulse of the laser light source of the laser scanning microscope of the present invention. FIGS. 4 and 5 are diagrams showing the relationship between scanning and laser output. [Explanation of the markings of the main parts... - Laser light source 7 3.401. Galvano mirror 8 , Objective lens 9 , Sample 12 , Photoelectric conversion element 13 , Scanning drive control means 14 , Integration/ Beak detection circuit 15,
, Laser drive means 16 , Light emission control means 17 , Image memory 19 , Semiconductor laser 20 , Lens group 22 , , , Second harmonic generation element 24 , , ,
,,,filter 26.27. ,,,,,,,mirror
Claims (1)
次元に偏向するビーム偏向系、偏向されたビームを試料
に集束する集束光学系、試料からの反射光又は透過光を
電気信号に変換する光電変換系とを有するレーザ走査顕
微鏡において、 該レーザ光源が短い幅のパルス状の光を出力するレーザ
光源であること、 該ビーム偏向系がステップ状に増減する高速度X−走査
とステップ状に増減するY−走査の2次元走査をなすた
めの走査駆動制御手段を有すること、 該レーザ光の出力とステップ状走査のステップとの位相
を合わせる発光制御手段を有することを特徴とする前記
レーザ走査顕微鏡。 2、前記のレーザ光源は、半導体レーザ、第2高調波発
生器(SHG)及びレーザ駆動手段とから本質的になり
、該半導体レーザは、レーザ駆動手段により出力される
短パルス駆動電流により、利得スイッチされ、短パルス
光を出力する半導体レーザであり、そして、この短パル
ス光を該第2高調波発生器を介して1/2光波長の短パ
ルス光として出力することを特徴とする請求項1に記載
のレーザ走査顕微鏡。 3、前記第2高調波発生器は、該半導体レーザの出力ビ
ーム基本波を平行にする第1のコリメータレンズ、該半
導体レーザの非点隔差を補正する1対の円柱レンズ、波
長を1/2に変換する第2高調波発生素子、該第2高調
波発生素子に、該ビームを集束する集束レンズ、1/2
波長のビームを平行にする第2のコリメータレンズ、1
/2波長の光を透過し、該基本波を不透過にする光フィ
ルターとからなることを特徴とする請求項2に記載のレ
ーザ走査顕微鏡。[Claims] 1. A laser light source; an output beam from this laser light source is 2.
In a laser scanning microscope having a beam deflection system that deflects the beam in three dimensions, a focusing optical system that focuses the deflected beam on a sample, and a photoelectric conversion system that converts reflected light or transmitted light from the sample into an electrical signal, the laser light source is A laser light source that outputs short-width pulsed light, and a scanning drive for the beam deflection system to perform two-dimensional scanning of high-speed X-scanning that increases and decreases in steps and Y-scan that increases and decreases in steps. The laser scanning microscope, comprising: a control means; and a light emission control means for matching the phase between the output of the laser beam and the step of the stepwise scanning. 2. The laser light source essentially consists of a semiconductor laser, a second harmonic generator (SHG), and a laser driving means, and the semiconductor laser has a gain that is increased by a short pulse driving current outputted by the laser driving means. A semiconductor laser that is switched and outputs short pulse light, and outputs this short pulse light as short pulse light of 1/2 optical wavelength via the second harmonic generator. 1. The laser scanning microscope according to 1. 3. The second harmonic generator includes a first collimator lens that makes the fundamental wave of the output beam of the semiconductor laser parallel, a pair of cylindrical lenses that corrects the astigmatism difference of the semiconductor laser, and a collimator lens that makes the fundamental wave of the output beam of the semiconductor laser parallel. a second harmonic generating element that converts the beam into a beam; a focusing lens that focuses the beam on the second harmonic generating element;
a second collimator lens for collimating the beam of wavelengths, 1
3. The laser scanning microscope according to claim 2, further comprising an optical filter that transmits light of /2 wavelength and does not transmit the fundamental wave.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32048889A JPH03181910A (en) | 1989-12-12 | 1989-12-12 | Laser scanning microscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32048889A JPH03181910A (en) | 1989-12-12 | 1989-12-12 | Laser scanning microscope |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03181910A true JPH03181910A (en) | 1991-08-07 |
Family
ID=18122004
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32048889A Pending JPH03181910A (en) | 1989-12-12 | 1989-12-12 | Laser scanning microscope |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03181910A (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5691839A (en) * | 1993-04-15 | 1997-11-25 | Kowa Company Ltd. | Laser scanning optical microscope |
WO1999059228A3 (en) * | 1998-05-08 | 2000-02-17 | Leica Microsystems | Method for operating a laser light source |
JP2001159734A (en) * | 1999-09-24 | 2001-06-12 | Olympus Optical Co Ltd | Laser scanning microscope |
JP2002048980A (en) * | 2000-06-17 | 2002-02-15 | Leica Microsystems Heidelberg Gmbh | Canning microscope |
JP2006023382A (en) * | 2004-07-06 | 2006-01-26 | Olympus Corp | Scanning optical observation device |
EP1108227B1 (en) * | 1998-11-16 | 2008-01-02 | Leica Microsystems CMS GmbH | Method for operating a confocal laser scanning microscope |
-
1989
- 1989-12-12 JP JP32048889A patent/JPH03181910A/en active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5691839A (en) * | 1993-04-15 | 1997-11-25 | Kowa Company Ltd. | Laser scanning optical microscope |
WO1999059228A3 (en) * | 1998-05-08 | 2000-02-17 | Leica Microsystems | Method for operating a laser light source |
DE19820575B4 (en) * | 1998-05-08 | 2012-03-29 | Leica Microsystems Cms Gmbh | Method for operating a pulsed laser light source |
EP1108227B1 (en) * | 1998-11-16 | 2008-01-02 | Leica Microsystems CMS GmbH | Method for operating a confocal laser scanning microscope |
JP2001159734A (en) * | 1999-09-24 | 2001-06-12 | Olympus Optical Co Ltd | Laser scanning microscope |
JP4667571B2 (en) * | 1999-09-24 | 2011-04-13 | オリンパス株式会社 | Laser scanning microscope |
JP2002048980A (en) * | 2000-06-17 | 2002-02-15 | Leica Microsystems Heidelberg Gmbh | Canning microscope |
JP2006023382A (en) * | 2004-07-06 | 2006-01-26 | Olympus Corp | Scanning optical observation device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5280491A (en) | Two dimensional scan amplifier laser | |
JP3843374B2 (en) | Passive Q-switched picosecond microlaser | |
US5249196A (en) | Internally folded scalable laser | |
US6403966B1 (en) | Measurement method and apparatus | |
JPH11503575A (en) | Techniques for coupling large area laser diodes to passive optical cavities | |
US6195167B1 (en) | Autocorrelation of ultrashort electromagnetic pulses | |
EP0390662A1 (en) | High power laser with output direction control | |
US20060192975A1 (en) | Surface shape measuring apparatus | |
JPH03181910A (en) | Laser scanning microscope | |
JP3267612B2 (en) | Dye laser amplifier | |
US6711184B1 (en) | Intracavity frequency-doubled diode-pumped laser | |
WO2023006176A1 (en) | Localizing a singularized fluorophore molecule by continuously moving a focused light beam around the molecule | |
JP2848052B2 (en) | Laser processing equipment | |
JP2016503239A (en) | Powerful pulse self-seed CO2 laser | |
KR102540273B1 (en) | Laser pulse width measurement device using semiconductor two-photon absorption phenomenon | |
Harth et al. | High power ultrafast laser with highly dynamic repetition rate and constant pulse energy from single pulse to 10 MHz | |
JP3199836B2 (en) | Wavelength conversion laser device | |
CN217528517U (en) | Uniform line light spot laser cleaning device | |
JP3372307B2 (en) | Sampling signal generator and scanning optical microscope | |
JPH07311396A (en) | Laser device | |
US5394428A (en) | Controlled, high-power laser oscillator | |
CN1119847C (en) | Femtosecond chirp photoparametric laser generator | |
JPH1079550A (en) | Solid laser device of exciting semiconductor laser | |
JPH05107480A (en) | Scanning optical microscope | |
CN211295684U (en) | Double-frequency titanium sapphire femtosecond laser oscillator |