CN104220919B - 激光扫描型观察装置 - Google Patents

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Abstract

提供如下的激光扫描型观察装置：针对不同观察条件，不用进行烦杂的调整，就能够在最适于图像构成的定时对检测信号进行采样，能够使检测信号的对比度最大化，能够降低暗噪声并提高画质。激光扫描型观察装置具有对被检体(30)进行照射的脉冲激光振荡单元(11)、接收来自被检体的光并输出检测信号的检测部(12)、检测脉冲激光的振荡并输出同步信号的单元(13)、使同步信号延迟任意时间并输出触发信号的电路部(14)、与触发信号同步地对检测信号进行采样的单元(15)、蓄积所采样的检测信号的存储器部(16)、能够将延迟时间在同步信号的1个周期以内设定为2个以上的阶段的设定部(17)、使用各延迟阶段的检测信号的强度数据判定最适于图像构成的延迟阶段的判定部(18)，设定部将与判定部判定出的延迟阶段对应的时间固定为电路部(14)延迟的延迟时间。

Description

激光扫描型观察装置
技术领域
本发明涉及进行对被检体照射脉冲激光并接收来自被检体的光而得到的检测信号的采样的激光扫描型显微镜、激光扫描型内窥镜等激光扫描型观察装置。
背景技术
一般情况下，例如如图1所示，激光扫描型显微镜构成为具有振荡出激光的光源51、对来自光源51的激光和来自被检体59的光进行分离的半透半反镜52、在X、Y方向上扫描激光的电镜(galvano mirror)53、对被检体59照射激光的物镜54、从来自被检体59的光中去除散射光等而仅提取焦点位置的光的针孔55、接收穿过针孔55的光的受光元件56、以及被供给由受光元件56进行光电转换后的模拟电信号的图像处理部57。图像处理部57通过由独立的振荡器等任意确定的采样时钟，将所供给的模拟信号转换为数字信号，将转换后的数字信号存储在未图示的存储器中。然后，使用存储器中存储的数字信号构成与激光扫描同步的图像，在监视显示器58上显示所构成的图像。
激光扫描型显微镜中的激光一般使用连续振荡型的激光。但是，近年来，由于作为研究对象的被检体的多样化而使用各种波长的激光，大多通过模式同步法等使其进行脉冲振荡。而且，例如，为了检测来自被检体的多光子荧光而利用模式同步超短脉冲激光。
在使用脉冲光的扫描型显微镜中，对被检体照射脉冲光，利用光检测部接收来自被检体的光，对光检测部输出的检测信号进行采样，将采样的检测信号的强度作为像素值来构成图像。这里，接收来自被检体的光而得到的检测信号成为光强度随着时间经过而衰减的信号。
因此，在检测信号的强度最大时，如果对来自检测部的检测信号进行采样，则得到检测灵敏度最高的图像。
但是，在使用脉冲激光的激光扫描型显微镜中，一般情况下，脉冲激光和采样时钟不同步，不一定对强度最大时的检测信号进行采样。因此，无法生成检测信号的强度最大时的图像，可能引起图像变暗的问题。
然而，在下面的专利文献1中，例如如图2所示，记载了如下的激光扫描型显微镜，该激光扫描型显微镜具有：作为脉冲激光振荡单元的激光装置61，其振荡出脉冲激光；作为光检测部的光电转换部62，其接收来自被检体70的光并输出电信号；作为采样单元的A/D转换部63，其对来自光检测部62的电信号进行采样；存储器64，其蓄积采样单元63采样的数据；以及作为同步信号产生单元的激光振荡同步信号产生电路部66，其响应于由检测脉冲激光的振荡的激光振荡检测部65检测到的激光振荡信号，输出与脉冲激光的振荡同步的同步信号，并且，该激光扫描型显微镜具有：延迟电路部67，其使同步信号延迟任意时间并输出触发信号；以及外部输入电路68，其用于给出延迟电路部67延迟的同步信号的延迟时间Δt，采样单元63使用来自延迟电路部67的触发信号作为采样时钟进行采样。而且，在专利文献1中提出了如下手法：在多光子荧光检测中，为了高效地得到检测信号，进行与激光的振荡模式同步的采样。另外，在图2中，69是显示由存储器64中蓄积的检测信号构成的图像的图像显示部。
在专利文献1所记载的激光扫描型显微镜中，在时间上对光电转换后的检测信号和触发信号进行比较以使得检测信号的峰值和触发信号的定时一致，或者改变从外部输入电路68输入的延迟时间的值以使得图像最明亮，由此，能够调整对强度最大时的检测信号进行采样的定时。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4667571号公报
发明内容
发明要解决的课题
如专利文献1所记载的激光扫描型显微镜那样，如果通过来自外部输入电路68的延迟时间的输入进行调整以使得对检测信号进行采样的定时成为检测信号的强度最大的定时，则能够得到检测灵敏度较高的图像。
但是，实际上，由于各个产品偏差、温度或湿度等观察环境的差异、被检体的种类和状态的差异等，检测信号的强度最大的定时在各个激光扫描显微镜中不同。
然而，专利文献1所记载的激光扫描显微镜不具有如下单元：作为从外部输入电路68输入时的延迟时间，对应于观察条件等的差异而自动检测最佳时间。因此，在专利文献1所记载的激光扫描显微镜中，当观察条件等变化时，通过来自外部输入电路68的延迟时间的输入进行调整以使得对检测信号进行采样的定时成为检测信号的强度最大的定时是烦杂的，花费时间。
并且，专利文献1所记载的激光扫描型显微镜着眼于使检测信号的强度最大来调整对检测信号进行采样的定时，但是，没有着眼于提高画质这点来进行定时调整。在激光扫描型显微镜中，为了提高根据检测信号构成的图像的画质，不仅需要考虑检测信号的强度，还需要考虑对比度和噪声来构成图像。
并且，由于激光的振荡模式为几十MHz这样的高速，所以，需要通过高速响应、低噪声且高倍率的放大器对检测到微弱荧光的信号进行放大。作为高速响应的放大器，公知有AC耦合型放大器。当使用AC耦合型放大器时，能够低噪声且高倍率地进行放大。
但是，当使用AC耦合型放大器时，由于输出信号的DC成分被去除，所以，放大后的检测信号的大小(波高值)成为本来的波高值的一半的值，存在受到相邻波的波高值的影响的问题。因此，针对微弱荧光，很难正确地得到所采样的检测信号的强度，容易对根据检测信号构成的图像的画质造成不良影响。
本发明是鉴于这种现有问题点而完成的，其目的在于，提供如下的激光扫描型观察装置：针对不同观察条件，不用进行烦杂的调整，就能够在最适于图像构成的定时对检测信号进行采样，进而，使检测信号的对比度最大化并降低暗噪声等，能够提高画质。
并且，本发明的目的在于，提供如下的激光扫描型显微镜装置：即使使用AC耦合型放大器，也能够较大地检测检测信号的强度，能够提高画质。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明的激光扫描型观察装置具有：脉冲激光振荡单元，其振荡出用于照射被检体的脉冲激光；光检测部，其接收来自所述被检体的光并输出检测信号；同步信号产生单元，其检测来自所述脉冲激光振荡单元的所述脉冲激光的振荡，输出与该脉冲激光的振荡同步的同步信号；延迟电路部，其使所述同步信号产生单元输出的所述同步信号延迟任意时间，并输出触发信号；采样单元，其与所述延迟电路部输出的所述触发信号同步地对所述光检测部输出的检测信号进行采样；以及存储器部，其蓄积所述采样单元采样的所述检测信号，所述激光扫描型观察装置的特征在于，该激光扫描型观察装置具有：多段延迟设定部，其能够将所述延迟电路部延迟的所述同步信号的延迟时间在该同步信号的1个周期以内设定为至少2个以上的阶段；以及判定部，其使用各延迟阶段的所述检测信号的强度数据来判定最适于图像构成的延迟阶段，其中，所述各延迟阶段的所述检测信号的强度数据与根据所述多段延迟设定部设定的2个以上的阶段的延迟时间而由所述延迟电路部输出的所述触发信号同步地被所述采样单元采样并蓄积在所述存储器部中，所述多段延迟设定部设定与所述判定部判定出的所述最适于图像构成的延迟阶段对应的延迟时间作为所述延迟电路部延迟的所述同步信号的延迟时间，能够将所述延迟电路部延迟的所述同步信号的延迟时间固定在与该最适于图像构成的延迟阶段对应的延迟时间进行观察。
并且，在本发明的激光扫描型观察装置中，优选所述判定部将所述存储器部中蓄积的各延迟阶段下的所述检测信号的强度数据最大的延迟阶段判定为所述最适于图像构成的延迟阶段。
并且，在本发明的激光扫描型观察装置中，优选所述激光扫描型观察装置还具有延迟设定开关，该延迟设定开关使所述多段延迟设定部和所述判定部新进行与所述最适于图像构成的延迟阶段对应的延迟时间的设定处理。
并且，在本发明的激光扫描型观察装置中，优选所述激光扫描型观察装置还具有开关切换部，该开关切换部切换从所述脉冲激光振荡单元振荡的所述脉冲激光对所述被检体的照射的开(ON)和关(OFF)，所述判定部在判定所述最适于图像构成的延迟阶段时，使用所述开关切换部为开时和关时的由所述多段延迟设定部设定的各延迟阶段的所述检测信号的强度数据。
并且，在本发明的激光扫描型观察装置中，优选所述判定部还使用所述开关切换部为开时和关时的由所述多段延迟设定部设定的各延迟阶段的所述检测信号的强度数据来计算该检测信号的对比度值。
并且，在本发明的激光扫描型观察装置中，优选所述判定部还使用所述开关切换部为关时的由所述多段延迟设定部设定的各延迟阶段的所述检测信号的强度数据来检测暗噪声。
并且，在本发明的激光扫描型观察装置中，优选所述激光扫描型观察装置还具有延迟光路部，该延迟光路部将从所述脉冲激光振荡单元振荡的所述脉冲激光的光路分支为至少2个以上，根据不同光路中的光路长的差异，以对从所述脉冲激光振荡单元振荡的该脉冲激光的周期进行倍频(逓倍)后的周期对所述被检体照射该脉冲激光，并且，在所述延迟光路部中分支的至少1个光路上具有所述开关切换部，在来自所述脉冲激光振荡单元的该脉冲激光的振荡的1个周期以内切换所述开关切换部的开和关。
并且，在本发明的激光扫描型观察装置中，优选通过所述同步信号产生单元和所述延迟电路部构成采样时钟产生单元，该采样时钟产生单元输出使检测到来自所述脉冲激光振荡单元的所述脉冲激光的振荡的信号与所述脉冲激光振荡单元的振荡模式同步的采样时钟，激光扫描型显微镜装置还具有AC耦合型放大器，该AC耦合型放大器放大并输出所述光检测部输出的检测信号，所述采样单元与所述采样时钟产生单元输出的采样时钟同步地，对所述AC耦合型放大器放大输出的检测信号进行采样，激光扫描型显微镜装置还具有处理部，该处理部使用所述采样单元采样的检测信号输出图像构成用的信号值，其中，所述采样单元具有2个系统的AD转换单元，所述处理部具有：延迟量设定单元，其由蓄积所述采样单元采样的所述检测信号的所述存储器部和所述判定部构成，能够按照各个所述系统调整并设定所述2个系统的AD转换单元各自的采样定时的延迟量；以及差分运算部，其输出在由所述延迟量设定单元设定的定时采样的来自所述2个系统的AD转换单元的检测信号的差分作为图像构成用的信号值。
并且，在本发明的激光扫描型显微镜装置中，优选所述延迟量设定单元将所述2个系统的AD转换单元的采样定时的延迟量调整为彼此错开脉冲激光的振荡频率的半个周期。
并且，在本发明的激光扫描型显微镜装置中，优选所述延迟量设定单元调整所述2个系统的AD转换单元中的第1系统的AD转换单元的采样定时的延迟量，使得自该第1系统的AD转换单元的检测信号最大，并且，调整所述2个系统的AD转换单元中的第2系统的AD转换单元的采样定时的延迟量，使得来自该第2系统的AD转换单元的检测信号最小。
发明效果
根据本发明，能够得到如下的激光扫描型观察装置：针对不同观察条件，不用进行烦杂的调整，就能够在最适于图像构成的定时对检测信号进行采样，进而，使检测信号的对比度最大化并降低暗噪声等，能够提高画质。
并且，根据本发明，能够得到如下的激光扫描型显微镜装置：即使使用AC耦合型放大器，也能够较大地检测检测信号的强度，能够提高画质。
附图说明
图1是示出现有的一般的激光扫描型显微镜的结构例的说明图。
图2是示出专利文献1所记载的激光扫描型显微镜的概略结构的框图。
图3是概念地示出利用AC耦合型放大器对光检测器输出的检测信号进行放大的类型的激光扫描型显微镜的概略结构以及脉冲激光的振荡波形、利用光检测部进行光电转换并输出的电流信号的波形和利用AC耦合型放大器进行放大的电压信号的波形的说明图。
图4是概念地示出本发明的激光扫描型显微镜装置中的、使用利用AC耦合型放大器进行放大后的电压信号的图像构成用信号的输出处理的说明图。
图5是示出本发明的第1实施方式的激光扫描型观察装置的概略结构的框图。
图6是示出图5的激光扫描型观察装置中的利用检测部进行光电转换并输出的电信号、与脉冲激光的振荡同步的同步信号、以及使同步信号延迟的定时的一例的说明图。
图7是示出图5的激光扫描型观察装置中的脉冲激光的振荡、光检测部进行光电转换并输出的电信号、与脉冲激光的振荡同步的同步信号、从同步信号延迟规定时间并输出的触发信号(采样时钟)的时序图的一例的说明图。
图8是示出图5的激光扫描型观察装置中的使对检测信号进行采样的定时最佳化的延迟时间的设定顺序的一例的流程图。
图9是示出本发明的第2实施方式的激光扫描型观察装置的概略结构的框图。
图10是示出图9的激光扫描型观察装置中的脉冲激光的振荡、光检测部进行光电转换并输出的电信号、与脉冲激光的振荡同步的同步信号、从同步信号延迟规定时间并输出的触发信号(采样时钟)的时序图的一例的说明图。
图11是示出本发明的第3实施方式的激光扫描型观察装置的概略结构的框图。
图12是示出图11的激光扫描型观察装置所具有的延迟光路部的一例的说明图。
图13是示出图11的激光扫描型观察装置中的由图12的延迟光路部产生的脉冲激光的时间延迟的说明图，(a)是示出穿过延迟光路部的第1光路的脉冲激光的图，(b)是示出穿过延迟光路部的第2光路并产生时间延迟的脉冲激光的图，(c)是示出穿过延迟光路部的第3光路并产生时间延迟的脉冲激光的图，(d)是示出穿过延迟光路部的第4光路并产生时间延迟的脉冲激光的图，(e)是示出通过穿过延迟光路部的第1～第4光路而形成倍频化的周期的脉冲序列的图。
图14是示出本发明的第4实施方式的激光扫描型显微镜装置的概略结构的框图。
图15是示出图14的激光扫描型显微镜装置中的主要部分结构的框图。
图16是示出图14的激光扫描型显微镜装置中的脉冲激光的振荡、光检测部进行光电转换并输出的电信号、与脉冲激光的振荡同步后的同步信号、从同步信号延迟规定时间而输出的第1系统的AD转换单元进行采样用的采样时钟、从同步信号延迟规定时间而输出的第2系统的AD转换单元进行采样用的采样时钟的时序图的一例的说明图。
图17是示出图14的激光扫描型显微镜装置中的、使利用2个系统的AD转换单元分别对检测信号进行采样的定时最佳化的延迟时间的设定顺序的一例的流程图。
图18是示出上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)所具有的采样时钟产生单元中的、用于降低采样时钟所使用的监视信号等中包含的噪声的概略结构的框图。
图19是示出图18的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)的采样时钟产生单元所具有的元件的组合的例子的说明图，(a)是示出一例的图，(b)是示出另一例的图，(c)是示出又一例的图。
图20是示出使用图18的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)的从脉冲激光的振荡到采样时钟的产生所产生的各个光的波形的说明图，(a)是示出由脉冲激光振荡单元振荡的脉冲激光的光的波形的图，(b)是示出脉冲激光振荡单元振荡出脉冲激光时从脉冲激光振荡单元产生的监视信号的波形的图，(c)是示出(b)的监视信号经由同步信号产生单元所具有的高倍率放大器和频带滤波器后的波形的图，(d)是示出(c)的信号输入到延迟电路部所具有的时钟元件后从时钟元件振荡的采样时钟的波形的图。
图21是示出上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)所具有的采样时钟产生单元中的、用于使具有PLL功能的时钟单元能够连续追随超过PLL功能可追随的频率范围的宽频率范围的概略结构的框图。
图22是示出具有PLL功能的时钟元件的概略结构的说明图，(a)是示出PLL振荡器的基本结构的框图，(b)是示出PLL频率合成器的基本结构的框图。
图23是示出图21的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)的采样时钟产生单元的结构的框图。
图24是示出图21的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)的采样时钟产生单元中的锁定状态探查控制处理顺序的一例的流程图。
图25是示出图21的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中的采样时钟产生单元中的锁定状态探查控制处理顺序的另一例的流程图。
图26是示出上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中的、即使针对像素的激光照射时间变动、也不用进行烦杂的操作、能够消除每个像素的明亮度的偏差并提高画质的概略结构的框图。
图27是概念地示出激光扫描型显微镜装置中的扫描单元利用谐振现象扫描针对被检体的激光照射点的状态的说明图。
图28是示出图27所示的激光扫描型显微镜装置中的针对激光的照射点的扫描位置的扫描速度和相加并采样的检测信号的数据数的说明图，(a)是概念地示出激光的照射点的运动的图，(b)是利用相对于时间的扫描位置示出(a)的激光的照射点的运动的曲线图，(c)是利用相对于时间的扫描速度示出(a)的激光的照射点的运动的曲线图，(d)是示出与图像化范围内的规定扫描点对应的相对于时间的相加并采样的检测信号的数据数的曲线图。
图29是示出图26的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)的主要部分结构的说明图。
图30是示出利用对2的乘方分之一的分数进行相加的式子来显示除数2～16的例子的说明图。
图31是示出图29所示的除法电路的结构例的说明图，(a)是示出使利用2的乘方进行除法运算的结果在二进制显示中向右位移1位的寄存器的说明图，(b)是示出根据除数对(a)的寄存器进行组合并相加的例子的说明图。
图32是示出进一步具有图26所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中的采样时钟、采样的检测信号、像素时钟、累积相加的检测信号数据、累积加法计数器、累积相加的检测信号数据、累积加法计数数、累积相加的检测信号数据除以累积加法计数数而得到的每1个像素的检测信号的平均值的时序图。
具体实施方式
在说明实施方式之前，对本发明的作用效果进行说明。
本发明的激光扫描型观察装置具有：脉冲激光振荡单元，其振荡出用于照射被检体的脉冲激光；光检测部，其接收来自所述被检体的光并输出检测信号；同步信号产生单元，其检测来自所述脉冲激光振荡单元的所述脉冲激光的振荡，输出与该脉冲激光的振荡同步的同步信号；延迟电路部，其使所述同步信号产生单元输出的所述同步信号延迟任意时间，并输出触发信号；采样单元，其与所述延迟电路部输出的所述触发信号同步地对所述光检测部输出的检测信号进行采样；以及存储器部，其蓄积所述采样单元采样的所述检测信号，其中，该激光扫描型观察装置具有：多段延迟设定部，其能够将所述延迟电路部延迟的所述同步信号的延迟时间在该同步信号的1个周期以内设定为至少2个以上的阶段；以及判定部，其使用各延迟阶段的所述检测信号的强度数据来判定最适于图像构成的延迟阶段，其中，所述各延迟阶段的所述检测信号的强度数据与根据所述多段延迟设定部设定的2个以上的阶段的延迟时间而由所述延迟电路部输出的所述触发信号同步地被所述采样单元采样并蓄积在所述存储器部中，所述多段延迟设定部设定与所述判定部判定出的所述最适于图像构成的延迟阶段对应的延迟时间作为所述延迟电路部延迟的所述同步信号的延迟时间，将所述延迟电路部延迟的所述同步信号的延迟时间固定在与该最适于图像构成的延迟阶段对应的延迟时间进行观察。
如本发明的激光扫描型观察装置那样，如果具有能够将所述延迟电路部延迟的所述同步信号的延迟时间在该同步信号的1个周期以内设定为至少2个以上的阶段的多段延迟设定部，则能够在至少2个以上的定时对检测信号进行采样，即使由于产品偏差、观察环境的差异、被检体的种类和状态的差异等而使检测信号的强度最大的定时与设计上的定时不同，也能够更高精度地选择最适于检测信号的采样的定时。
并且，如果具有如下的判定部则能够自动选择最适于检测信号的采样定时，该判定部使用各延迟阶段的所述检测信号的强度数据来判定最适于图像构成的延迟阶段，其中，所述各延迟阶段的所述检测信号的强度数据与根据所述多段延迟设定部设定的2个以上的阶段的延迟时间而由所述延迟电路部输出的所述触发信号同步地被所述采样单元采样并蓄积在所述存储器部中。
并且，如果将所述多段延迟设定部构成为，设定与所述判定部判定出的所述最适于图像构成的延迟阶段对应的延迟时间作为所述延迟电路部延迟的所述同步信号的延迟时间，将所述延迟电路部延迟的所述同步信号的延迟时间固定在与该最适于图像构成的延迟阶段对应的延迟时间进行观察，则能够在判定部选择出的最适于采样的定时，自动对检测信号进行采样。
因此，根据本发明的激光扫描型观察装置，针对不同观察条件，不用进行烦杂的调整，就能够在最适于图像构成的定时对检测信号进行采样。
另外，在本发明的激光扫描型观察装置中，优选所述判定部将所述存储器部中蓄积的各延迟阶段下的所述检测信号的强度数据最大的延迟阶段判定为所述最适于图像构成的延迟阶段。
并且，在本发明的激光扫描型观察装置中，如果还具有使所述多段延迟设定部和所述判定部新进行与所述最适于图像构成的延迟阶段对应的延迟时间的设定处理的延迟设定开关，则例如即使在改变实验室和被检体等的观察条件时，操作者仅通过进行简单的操作，就能够在最适于图像构成的定时对检测信号进行采样。
并且，在本发明的激光扫描型观察装置中，优选所述激光扫描型观察装置还具有开关切换部，该开关切换部切换从所述脉冲激光振荡单元振荡的所述脉冲激光对所述被检体的照射的开和关，所述判定部在判定所述最适于图像构成的延迟阶段时，使用所述开关切换部为开时和关时的由所述多段延迟设定部设定的各延迟阶段的所述检测信号的强度数据。
这样，还能够检测脉冲激光未照射到被检体时的检测信号的强度，能够调整为考虑对比度值和暗噪声等检测信号的强度以外的要因判定出的最适于提高画质的采样定时，进而，通过在构成图像时去除暗噪声，能够进一步提高画质。
另外，在本发明的激光扫描型观察装置中，优选所述判定部还使用所述开关切换部为开时和关时的由所述多段延迟设定部设定的各延迟阶段的所述检测信号的强度数据，来计算该检测信号的对比度值。
这样，能够将对比度最大化的检测信号的定时判定为最适于图像构成的定时，能够提高画质。
并且，在本发明的激光扫描型观察装置中，优选所述判定部还使用所述开关切换部为关时的由所述多段延迟设定部设定的各延迟阶段的所述检测信号的强度数据，来检测暗噪声。
这样，与采样定时的调整并行地计测各定时设定时的暗噪声值并构成图像时，能够去除该暗噪声并进一步提高画质。
并且，在本发明的激光扫描型观察装置中，优选所述激光扫描型观察装置还具有延迟光路部，该延迟光路部将从所述脉冲激光振荡单元振荡的所述脉冲激光的光路分支为至少2个以上，根据不同光路中的光路长的差异，以对从所述脉冲激光振荡单元振荡的该脉冲激光的周期进行倍频后的周期对所述被检体照射该脉冲激光，并且，在所述延迟光路部中分支的至少1个光路上具有所述开关切换部，在来自所述脉冲激光振荡单元的该脉冲激光的振荡的1个周期以内切换所述开关切换部的开和关。
这样，能够高速进行针对被检体的激光照射的开关切换，并且，能够在最适于图像构成的定时高速进行用于对检测信号进行采样的一连串处理，在帧间处理等中，能够使采样定时最佳化，能够提高动态图像的分辨率。
另外，在本申请的激光扫描型观察装置中，例如包含激光扫描型显微镜和激光扫描型内窥镜。并且，作为来自被检体的光，例如存在反射光、荧光、散射光等。
并且，在本发明的激光扫描型观察装置中，优选通过所述同步信号产生单元和所述延迟电路部构成采样时钟产生单元，该采样时钟产生单元输出使检测到来自所述脉冲激光振荡单元的所述脉冲激光的振荡的信号与所述脉冲激光振荡单元的振荡模式同步的采样时钟，激光扫描型显微镜装置还具有AC耦合型放大器，该AC耦合型放大器放大并输出所述光检测部输出的检测信号，所述采样单元与所述采样时钟产生单元输出的采样时钟同步地，对所述AC耦合型放大器放大输出的检测信号进行采样，激光扫描型显微镜装置还具有处理部，该处理部使用所述采样单元采样的检测信号来输出图像构成用的信号值，其中，所述采样单元具有2个系统的AD转换单元，所述处理部具有：延迟量设定单元，其由蓄积所述采样单元采样的所述检测信号的所述存储器部和所述判定部构成，能够按照各个所述系统调整并设定所述2个系统的AD转换单元各自的采样定时的延迟量；以及差分运算部，其输出在由所述延迟量设定单元设定的定时采样的来自所述2个系统的AD转换单元的检测信号的差分，作为图像构成用的信号值。
在利用AC耦合型放大器对光检测器输出的检测信号进行放大的类型的激光扫描型显微镜中，例如如图3所示，对样本(被检体)照射激光，利用光检测部将来自样本的光转换为电流信号，利用AC耦合型放大器进行放大并输出电压信号。然后，对所输出的信号进行采样，对所采样的信号实施规定的图像化处理，输出图像信号。
这里，当利用AC耦合型放大器对光检测器输出的检测信号(电流信号)进行放大并作为电压信号进行输出时，输出信号的DC成分被去除。因此，放大后的检测信号的大小(波高值)成为本来的波高值的一半的值。
当放大后的检测信号的大小成为本来的波高值的一半的值时，例如在检测微弱荧光的情况下，大大受到相邻波的波高值的影响，画质的精度可能降低。
因此，考虑使放大后的检测信号的大小成为2倍，但是，如图3中概念地示出的那样，检测信号按照要形成的每一个波形而存在大小偏差，而且，通过利用AC耦合型放大器进行放大输出而被去除的DC成分为平均值。因此，即使使各波形中的检测信号的信号值成为2倍，与本来的波高值之间的误差也较大，很难得到高精度的画质。
然而，如本发明的激光扫描型显微镜装置那样，如果采样单元具有2个系统的AD转换单元，处理部具有能够按照各个系统调整并设定2个系统的AD转换单元各自中的采样定时的延迟量的延迟量设定单元、以及输出在由所述延迟量设定单元设定的定时采样的来自2个系统的AD转换单元的检测信号的差分作为图像构成用的信号值的差分运算部，则如图4所示，第1系统的AD转换单元在利用AC耦合型放大器进行放大并输出的电压信号的波形为峰值的定时进行采样，并且，第2系统的AD转换单元在利用AC耦合型放大器进行放大并输出的电压信号的波形为跌落(ディップ)的定时进行采样，通过由差分运算部取得在各个系统中采样的信号的差分，即使利用AC耦合型放大器进行放大后的检测信号的大小(波高值)成为本来的波高值的一半的值，也能够得到本来的波高值。其结果，例如，在检测微弱荧光的情况下，相邻波的波高值的影响较小，画质的精度提高。
并且，在本发明的激光扫描型显微镜装置中，优选所述延迟量设定单元将所述2个系统的AD转换单元的采样定时的延迟量调整为彼此错开脉冲激光的振荡频率的半个周期。
这样，例如，第1系统的AD转换单元容易在利用AC耦合型放大器进行放大并输出的电压信号的波形为大致峰值的定时进行采样，并且，第2系统的AD转换单元容易在利用AC耦合型放大器进行放大并输出的电压信号的波形为大致跌落的定时进行采样。
另外，在本发明的激光扫描型显微镜装置中，优选所述延迟量设定单元调整所述2个系统的AD转换单元中的第1系统的AD转换单元的采样定时的延迟量，使得来自该第1系统的AD转换单元的检测信号最大，并且，调整第2系统的AD转换单元的采样定时的延迟量，使得来自该第2系统的AD转换单元的检测信号最小。
这样，使用利用AC耦合型放大器进行放大并输出的检测信号，也能够高精度地得到本来的波高值，能够进一步提高画质的精度。
下面，使用附图对本发明的实施方式进行说明。
第1实施方式
图5是示出本发明的第1实施方式的激光扫描型观察装置的概略结构的框图。图6是示出图5的激光扫描型观察装置中的利用检测部进行光电转换并输出的电信号、与脉冲激光的振荡同步的同步信号、以及使同步信号延迟的定时的一例的说明图。图7是示出图5的激光扫描型观察装置中的脉冲激光的振荡、光检测部进行光电转换而输出的电信号、与脉冲激光的振荡同步的同步信号、从同步信号延迟规定时间而输出的触发信号(采样时钟)的时序图的一例的说明图。图8是示出图5的激光扫描型观察装置中的使读出检测信号的定时最佳化的延迟时间的设定顺序的一例的流程图。
如图5所示，本实施方式的激光扫描型观察装置具有脉冲激光振荡单元11、光检测部12、同步信号产生单元13、延迟电路部14、采样单元15、存储器部16、多段延迟设定部17、判定部18、延迟设定开关19。另外，在图5中，20是将从存储器部16中取出的数字信号的强度作为像素值来构成数字图像的图像构成部，30是被检体(样本)。
脉冲激光振荡单元11由振荡出用于照射被检体30的脉冲激光的激光装置构成。
光检测部12例如由光电探测器、光电倍增管、CCD成像器、CMOS成像器等构成，接收对被检体30照射从脉冲激光振荡单元11振荡的脉冲激光时的来自被检体30的光，进行光电转换并输出模拟电信号作为检测信号。另外，光检测部12也可以内置有基于I/V转换器和放大器的信号转换功能。
同步信号产生单元13例如使用作为与来自脉冲激光振荡单元11的脉冲激光的振荡同步的电信号而输出的触发输出信号、或例如通过光电探测器或光电倍增管等对脉冲激光的一部分进行光电转换后的电信号，检测来自脉冲激光振荡单元11的脉冲激光的振荡，输出与来自脉冲激光振荡单元11的脉冲激光的振荡同步的时钟信号。
延迟电路部14使同步信号产生单元13输出的时钟信号延迟作为任意时间的从多段延迟设定部17给出的延迟时间(Δt)，并输出触发信号。延迟电路部14例如可以构成为，组合多个延迟元件而能够选择期望的延迟时间，也可以构成为使用软件或FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)，通过数字信号处理输出延迟了期望的延迟时间后的触发信号。
而且，通过同步信号产生单元13和延迟电路部14构成采样时钟产生单元24，采样时钟产生单元24输出使检测到来自脉冲激光振荡单元11的脉冲激光的振荡的信号与脉冲激光振荡单元11的振荡模式同步的采样时钟。
采样单元15由具有如下功能的A/D转换部构成：与延迟电路部14输出的触发信号同步地，将光检测部12输出的模拟信号转换为数字信号并进行采样。
存储器部16设置在处理部25中，蓄积(存储)采样单元15采样的数字信号。
多段延迟设定部17进行将延迟电路部14延迟的时钟信号的延迟时间(Δt)在时钟信号的1个周期以内设定为至少2个以上的阶段的控制。延迟电路部14构成为根据来自多段延迟设定部17的控制信号而使时钟信号的延迟时间变化。另外，来自多段延迟设定部17的控制信号可以是模拟信号/数字信号中的任意一方。并且，多段延迟设定部17可以在制造阶段设定在延迟设定时在延迟电路部14中设定的延迟阶段的数量和延迟时间，也可以构成为能够经由省略图示的外部输入单元而任意设定。
判定部18设置在处理部25中，对各延迟阶段的数字信号的强度数据进行比较，来判定最适于图像构成的延迟阶段(延迟时间)，其中，该各延迟阶段的数字信号的强度数据与根据多段延迟设定部17设定的2个以上的阶段的延迟时间而由延迟电路部14输出的触发信号同步地被采样单元15采样并蓄积(存储)在存储器部16中。
详细地讲，例如如图6所示，判定部18按照多段延迟设定部17设定的每个延迟阶段(在图6的例子中为Δt1、Δt2、Δt3、Δt4)对蓄积(存储)在存储器部16中的检测信号进行比较，判定最适于图像构成的延迟阶段(对检测信号进行采样的定时)，将传达判定结果的延迟阶段(例如在图6的例子中为多段延迟设定部17设定的延迟阶段下的检测信号的强度最大的延迟阶段Δt2)的信号送出到多段延迟设定部17。
多段延迟设定部17设定与判定部18判定出的最适于图像构成的延迟阶段对应的延迟时间，作为延迟电路部14延迟的时钟信号的延迟时间。
延迟设定开关19构成为，通过操作者的操作，能够随时使多段延迟设定部17和判定部18新进行与最适于图像构成的延迟阶段对应的延迟时间的设定处理。
使用图8对这样构成的第1实施方式的激光扫描型观察装置中的延迟时间的设定顺序进行说明。
操作者接通延迟设定开关19(步骤S1)。于是，多段延迟设定部17和判定部18新开始进行延迟阶段的设定处理。
详细地讲，多段延迟设定部17在延迟电路部14中设定应该设定的多个阶段的延迟阶段Δtn(n为自然数)(步骤S3)。于是，延迟电路部14使同步信号产生单元13输出的同步信号延迟与多段延迟设定部17设定的延迟阶段Δtn相当的时间，并输出触发信号。
接着，采样单元15与延迟电路部14输出的触发信号同步地，对光检测部12输出的数字检测信号进行采样。然后，存储器部16蓄积(存储)采样单元15采样的检测信号(步骤S4)。
在延迟阶段Δtn到达最终阶段之前，反复进行这些步骤S3～步骤S4的处理(步骤S5、S6)。
在延迟阶段Δtn到达最终阶段时，判定部18对存储器部16中蓄积的各延迟阶段的检测信号的强度数据进行比较，将检测信号的强度最大的延迟阶段n_max判定为最适于图像构成的延迟阶段(步骤S7)。
接着，多段延迟设定部17设定与判定部18判定出的最适于图像构成的延迟阶段对应的延迟时间，作为延迟电路部14延迟的时钟信号的延迟时间Δtn_max(步骤S8)。由此，多段延迟设定部17、判定部18进行的延迟阶段设定处理结束。在此后的观察中，延迟电路部14将设定固定在最适于观察的延迟时间(例如Δt2)。
根据第1实施方式的激光扫描型观察装置，由于具有能够将延迟电路部14延迟的同步信号的延迟时间在同步信号的1个周期以内设定为至少2个以上的阶段的多段延迟设定部17，所以，使延迟时间(Δt)在脉冲激光振荡的周期内(换言之为时钟信号的1个周期以内)变化至少2种以上，因此，能够在至少2个以上的定时对光电转换后的电信号的波形进行采样。其结果，即使由于产品偏差、观察环境的差异、被检体30的种类和状态的差异等而使检测信号的强度最大的定时与设计上的定时不同，也能够更高精度地选择最适于检测信号的采样的定时。
并且，根据本实施方式的激光扫描型观察装置，由于具有如下的判定部18，所以能够自动选择最适于检测的定时，该判定部18根据多段延迟设定部17设定的2个以上的阶段的延迟时间，使用由采样单元15与延迟电路部14输出的触发信号同步地采样并蓄积在存储器部16中的各延迟阶段的检测信号的强度数据，判定最适于图像构成的延迟阶段。
并且，由于将多段延迟设定部17构成为，设定与判定部18判定出的最适于图像构成的延迟阶段对应的延迟时间作为延迟电路部14延迟的同步信号的延迟时间，将延迟电路部14延迟的同步信号的延迟时间固定在与最适于图像构成的延迟阶段对应的延迟时间进行观察，所以，能够在判定部18选择出的最适于检测的定时，自动对检测信号进行采样。
因此，根据本实施方式的激光扫描型观察装置，针对不同观察条件，操作者不用进行烦杂的调整，就能够在最适于图像构成的定时对检测信号进行采样。
并且，根据本实施方式的激光扫描型观察装置，由于具有使多段延迟设定部17和判定部18新进行与最适于图像构成的延迟阶段对应的延迟时间的设定处理的延迟设定开关19，所以，例如即使在改变实验室和被检体等的观察条件时，操作者仅通过进行简单的操作，就能够在最适于图像构成的定时对检测信号进行采样。
第2实施方式
图9是示出本发明的第2实施方式的激光扫描型观察装置的概略结构的框图。图10是示出图9的激光扫描型观察装置中的脉冲激光的振荡、光检测部进行光电转换并输出的电信号、与脉冲激光的振荡同步的同步信号、从同步信号延迟规定时间并输出的触发信号(采样时钟)的时序图的一例的说明图。另外，对与图5相同的结构标注相同标号并省略详细说明。
本实施方式的激光扫描型观察装置构成为，如图9所示，在图5所示的第1实施方式的激光扫描型观察装置的结构的基础上，在脉冲激光振荡单元11中具有开关切换部21，在开关切换部21的关时，暂时停止对被检体30照射从脉冲激光振荡单元11振荡的脉冲激光，在该期间内能够持续进行基于光检测部12的光电转换。
开关切换部21例如由遮光器等能够切换光的遮断和光的通过的遮光部件构成，切换从脉冲激光振荡单元11振荡的脉冲激光针对被检体30的照射的开和关。
判定部18在判定最适于图像构成的延迟阶段时，使用开关切换部21为开时和关时的由多段延迟设定部17设定的各延迟阶段的检测信号的强度数据。
详细地讲，判定部18还使用开关切换部21为开时和关时的由多段延迟设定部17设定的各延迟阶段的检测信号的强度数据，来计算检测信号的对比度值。
作为对比度的计算式，例如使用{(S_on)-(S_off)}/{(S_on)+(S_off)}、(S_on)/(S_off)等的一般式。其中，S_on是开关切换部21为开时的检测信号的强度，S_off是开关切换部21为关时的检测信号的强度。
这里，针对例如多段延迟设定部设定了延迟阶段Δt1、Δt2这2个阶段的延迟阶段的情况，更加详细地说明第2实施方式中的判定部18的处理。
设延迟阶段Δt1中的开关切换部21为开时的检测信号的强度为S_onΔt1、关时的检测信号的强度为S_offΔt1，设延迟阶段Δt2中的开关切换部21为开时的检测信号的强度为S_onΔt2、关时的检测信号的强度为S_offΔt2。并且，为了简便，设开关切换部21为开时的延迟阶段Δt1中的检测信号的强度比延迟阶段Δt2中的检测信号的强度大(S_onΔt2<S_onΔt1的情况)。
在第1实施方式的激光扫描型观察装置中，判定部18构成为，将开关切换部21为开时的检测信号的强度最大的延迟阶段Δt1判定为最适于图像构成的延迟阶段。
与此相对，在第2实施方式的激光扫描型观察装置中，判定部18不是立即将开关切换部21为开时的检测信号的强度最大的延迟阶段判定为最适于图像构成的延迟阶段，例如在判定要因中还考虑对比度最大的延迟阶段，判定最适于图像构成的延迟阶段。
例如，在开关切换部21为关时的延迟阶段Δt1中的检测信号的强度与延迟阶段Δt2中的检测信号的强度不产生差异(S_offΔt1＝S_offΔt2)的情况下，延迟阶段Δt1的检测信号的对比度(S_onΔt1)/(S_offΔt1)比延迟阶段Δt2的检测信号的对比度(S_onΔt2)/(S_offΔt2)大。该情况下，与第1实施方式的激光扫描型观察装置同样，判定部18将开关切换部21为开时的检测信号的强度最大的延迟阶段判定为最适于图像构成的延迟阶段。
与此相对，例如在开关切换部21为关时的延迟阶段Δt1中的检测信号的强度比延迟阶段Δt2中的检测信号的强度大(S_offΔt2<S_offΔt1)的情况下，延迟阶段Δt1的检测信号的对比度(S_onΔt1)/(S_offΔt1)不一定比延迟阶段Δt2的检测信号的对比度(S_onΔt2)/(S_offΔt2)大。
即，该情况下，认为在开关切换部21为关时的延迟阶段Δt1中，基于此前的开关切换部21为开时的脉冲激光的照射的检测信号的强度未完全衰减。通过在残存的检测信号的强度中重叠基于开关切换部21为开时的脉冲激光的照射的检测信号的强度，检测信号的强度增大，但是对比度减弱。因此，使用该延迟阶段的信号强度，不一定构成最佳图像。
而且，存在延迟阶段Δt1的检测信号的对比度(S_onΔt1)/(S_offΔt1)比延迟阶段Δt2的检测信号的对比度(S_onΔt2)/(S_offΔt2)小的情况。该情况下，认为在开关切换部21为关时的延迟阶段Δt2中，与延迟阶段Δt1相比，基于此前的开关切换部21为开时的脉冲激光的照射的检测信号的强度进一步衰减。
因此，在延迟阶段Δt2中，与延迟阶段Δt1相比，即使开关切换部21为开时的检测信号的强度较小，但对比度较强，使用该延迟阶段的信号强度能够构成最佳图像。
因此，在第2实施方式的激光扫描型观察装置中，例如判定部18构成为，在开关切换部21为关时的延迟阶段Δt1中的检测信号的强度比延迟阶段Δt2中的检测信号的强度大(S_offΔt2<S_offΔt1)的情况下，对延迟阶段Δt1、Δt2的对比度进行比较，将对比度较大的延迟阶段判定为最适于图像构成的延迟阶段。
进而，在光检测部12输出的检测信号中包含有与脉冲激光的入射无关而原本存在于光检测部12中的暗电流作为噪声。
这里，在使用所采样的检测信号构成图像时，如果去除暗电流，则能够进一步提高画质。
因此，判定部18还使用开关切换部21为关时的由多段延迟设定部17设定的各延迟阶段的检测信号的强度数据来检测暗噪声。
这样，根据第2实施方式的激光扫描型观察装置，由于具有开关切换部21，所以，还能够将未对被检体30照射脉冲激光时的由光检测部12进行光电转换后的电信号作为检测信号进行采样。并且，在判定部18中，不仅进行检测信号的强度的比较，还能够计算脉冲激光针对被检体30的照射为开时和关时的检测信号的对比度。其结果，能够调整为考虑对比度值和暗噪声等检测信号的强度以外的要因而判定出的最适于提高画质的采样定时。
并且，根据第2实施方式的激光扫描型观察装置，由于能够得到脉冲激光针对被检体30的照射为关时的信号值，所以，还能够检测非照明时的噪声即暗噪声。
即，能够与采样定时的调节并行地计测各定时设定时的暗噪声值。其结果，在利用图像构成部20构成图像时，能够去除该噪声，能够进一步提高画质。
第3实施方式
图11是示出本发明的第3实施方式的激光扫描型观察装置的概略结构的框图。图12是示出图11的激光扫描型观察装置所具有的延迟光路部的一例的说明图。图13是示出图11的激光扫描型观察装置中的由图12的延迟光路部产生的脉冲激光的时间延迟的说明图，(a)是示出穿过延迟光路部的第1光路的脉冲激光的图，(b)是示出穿过延迟光路部的第2光路并产生时间延迟的脉冲激光的图，(c)是示出穿过延迟光路部的第3光路并产生时间延迟的脉冲激光的图，(d)是示出穿过延迟光路部的第4光路并产生时间延迟的脉冲激光的图，(e)是示出通过穿过延迟光路部的第1～第4光路而形成倍频化的周期的脉冲列的图。
本实施方式的激光扫描型观察装置构成为，如图11所示，在图9所示的第2实施方式的激光扫描型观察装置的结构的基础上，还具有延迟光路部22，并且，在延迟光路部22中分支的至少1个光路上具有开关切换部21，在来自脉冲激光振荡单元11的脉冲激光的振荡的1个周期以内切换脉冲激光针对被检体30的照射的开和关。
延迟光路部22构成为，将从脉冲激光振荡单元11振荡的脉冲激光的光路分支为至少2个以上，根据不同光路中的光路长的差异，以对从脉冲激光振荡单元11振荡的脉冲激光的周期进行倍频后的周期对被检体30照射脉冲激光。
这里，使用图12对延迟光路部22的详细结构进行说明。图12是示出延迟光路部的一例的说明图。另外，在图12的例子中，延迟光路部22具有光路长不同的4个光路。
图12的例子的延迟光路部22具有射束分裂器22a、反射镜22b、22c、射束分裂器22d、反射镜22e、22f、射束分裂器22g。
射束分裂器22a将脉冲激光分支为光路长不同的2个光路(光路A、光路B)。反射镜22b、22c配置成，使穿过由射束分裂器22a分支后的一个光路(光路B)的脉冲激光相对于穿过另一个光路(光路A)的脉冲激光偏向角度2θ，并且使穿过光路B的脉冲激光延迟，以使得在光路A与光路B之间产生光路长差L。射束分裂器22d对穿过由射束分裂器22a分支后的2个光路(光路A、光路B)的脉冲激光进行合波，并且进一步分支为光路长不同的2个光路。反射镜22e、22f配置成，使穿过由射束分裂器22d分支后的一个光路(光路D)的脉冲激光相对于穿过另一个光路(光路C)的脉冲激光偏向角度θ，并且使穿过光路D的脉冲激光延迟，以使得在光路C与光路D之间产生光路长差2L。射束分裂器22g对穿过2个光路(光路C、光路D)的脉冲激光进行合波。
针对图12那样构成延迟光路部22的情况，对这样构成的第3实施方式的激光扫描型观察装置特有的作用效果进行说明。
由脉冲激光振荡单元11振荡的脉冲激光被分支为穿过光路A-光路C的脉冲激光P0、穿过光路B-光路C的脉冲激光P1、穿过光路A-光路D的脉冲激光P2、穿过光路B-光路D的脉冲激光P3。而且，这里，当设脉冲激光的速度为c时，以脉冲激光P0为基准，脉冲激光P1成为延迟L/c且偏向角度2θ的光，脉冲激光P2成为延迟2L/c且偏向角度θ的光，脉冲激光P3成为延迟3L/c且偏向角度3θ的光。这里，当构成为使光路长差L相对于脉冲激光振荡单元11的重复频率R满足L/c＝1/4R时，如图13(e)所示，从激光脉冲振荡单元11振荡的脉冲激光成为以倍频为重复频率4R的周期进行时间复用、并且以偏向角度的间隔θ进行空间复用的光，对被检体30进行照射。
因此，根据本实施方式的激光扫描型观察装置，由于能够在1次的振荡中将脉冲激光复用为4个脉冲激光，所以，每单位时间的信号取得量增多，能够使图像生成处理高速化。
其结果，由于能够高速进行一连串流程，所以，用户能够无意识地在帧间处理等中使采样定时最佳化。
并且，根据本实施方式的激光扫描型观察装置，由于在延迟光路部22中分支的至少1个光路上具有开关切换部21，所以，通过1次的开关切换而仅遮挡一部分光路，由此，能够高速进行激光照射的开关切换。即，在脉冲激光振荡的1个周期内，能够多次进行针对被检体30的激光照射的开关切换。并且，能够针对复用的脉冲激光检测对比度和暗噪声，能够提高所构成的图像的品质。
另外，图12的延迟光路部22只不过是一例，只要构成为根据不同光路中的光路长的差异、以对从脉冲激光振荡单元11振荡的脉冲激光的周期进行倍频后的周期对被检体30照射脉冲激光即可，可以是任意结构。例如，也可以使用本案件申请人申请的WO/2011052248公开公报所记载的其他结构。
第4实施方式
图14是示出本发明的第4实施方式的激光扫描型显微镜装置的概略结构的框图。图15是示出图14的激光扫描型显微镜装置中的主要部分结构的框图。图16是示出图14的激光扫描型显微镜装置中的脉冲激光的振荡、光检测部进行光电转换并输出的电信号、与脉冲激光的振荡同步的同步信号、从同步信号延迟规定时间并输出的第1系统的AD转换单元进行采样用的采样时钟、从同步信号延迟规定时间并输出的第2系统的AD转换单元进行采样用的采样时钟的时序图的一例的说明图。图17是示出图14的激光扫描型显微镜装置中的、使利用2个系统的AD转换单元分别对检测信号进行采样的定时最佳化的延迟时间的设定顺序的一例的流程图。
如图14所示，本实施方式的激光扫描型显微镜装置具有脉冲激光振荡单元11、光检测部12、AC耦合型放大器23、采样时钟产生单元24、采样单元15’、处理部25、多段延迟设定部17。另外，在图14中，20是将从处理部25所具有的图像构成用存储器部25b(参照图15)中取出的数字信号的强度作为像素值来构成数字图像的图像构成部，30是被检体(样本)。
脉冲激光振荡单元11、光检测部12与第1实施方式～第3实施方式的扫描型观察装置中的脉冲激光振荡单元11、光检测部12大致同样构成。
采样时钟产生单元24具有同步信号产生单元13和延迟电路部14。
同步信号产生单元13、延迟电路部14与第1实施方式～第3实施方式的扫描型观察装置中的同步信号产生单元13、延迟电路部14大致同样构成。
多段延迟设定部17与第1实施方式～第3实施方式的扫描型观察装置中的多段延迟设定部17大致同样构成。
AC耦合型放大器23对光检测部12输出的电流信号进行放大并作为电压信号进行输出。
采样单元15’构成为具有A/D转换单元15a’，该A/D转换单元15a’具有2个系统的如下功能：与延迟电路部14输出的触发信号同步地，将光检测部12输出的模拟信号转换为数字信号并进行采样。
如图15所示，处理部25具有差分运算部25a、图像构成用存储器部25b、延迟量设定单元25c。
差分运算部25a输出在由延迟量设定单元25c设定的定时采样的来自2个系统的AD转换单元15a’的检测信号(S1n_max、S2n_min：n_max、n_min为自然数)的差分，作为图像构成用的信号值。
图像构成用存储器部25b蓄积(存储)差分运算部25a输出的来自2个系统的AD转换单元15a’的检测信号的差分(|S1n_max-S2n_min|)。
延迟量设定单元25c具有转换信号用存储器部25c-1和判定部25c-2。
转换信号用存储器部25c-1蓄积(存储)来自2个系统的AD转换单元15a’的检测信号(S1n、S2n：n为自然数)。
2个系统的AD转换单元15a’与根据多段延迟设定部17设定的2个以上的阶段的延迟时间而由延迟电路部14输出的触发信号同步地，分别对各延迟阶段的数字信号的强度数据采样并蓄积(存储)在转换信号用存储器部25c-1中，判定部25c-2按照各个系统对上述各延迟阶段的数字信号的强度数据进行比较，判定最适于图像构成的延迟阶段(延迟时间)。
详细地讲，例如如图17所示，判定部25c-2在第1系统和第2系统中分别按照多段延迟设定部17设定的每个延迟阶段对蓄积(存储)在转换信号用存储器部25c-1中的检测信号进行比较，判定最适于图像构成的延迟阶段(第1系统和第2系统各自的AD转换单元15a’对检测信号进行采样的定时)，将传达判定结果的延迟阶段(例如在图17的例子中，第1系统的采样定时为多段延迟设定部17设定的延迟阶段下的检测信号的强度最大的延迟阶段Δtn_max，第2系统的采样定时为多段延迟设定部17设定的延迟阶段下的检测信号的强度最小的延迟阶段Δtn_min)的信号送出到多段延迟设定部17。
根据这种结构，延迟量设定单元25c按照各个系统调整并设定2个系统的AD转换单元15a’各自的采样的定时的延迟量。
另外，在图17的例子中，调整并设定检测信号的强度最大的延迟阶段Δtn_max和检测信号的强度最小的延迟阶段Δtn_min，作为2个系统的AD转换单元15a’的采样的定时，但是，延迟量设定单元25c也可以将2个系统的AD转换单元15a’的采样的定时的延迟量调整并设定为彼此错开脉冲激光的振荡频率的半个周期。
多段延迟设定部17设定与判定部25c-2判定出的最适于图像构成的延迟阶段对应的延迟时间，作为延迟电路部14延迟的时钟信号的延迟时间。
另外，在本实施方式的激光扫描型显微镜装置中，还构成为，未图示的延迟设定开关与多段延迟设定部17和判定部25c-2连接，通过操作者的操作，能够随时使多段延迟设定部17和判定部25c-2新进行与最适于图像构成的延迟阶段对应的延迟时间的设定处理。
使用图17对这样构成的第4实施方式的激光扫描型显微镜装置中的延迟时间的设定顺序进行说明。
操作者接通未图示的延迟设定开关(步骤S11)。于是，多段延迟设定部17和判定部25c-2在2个系统的采样定时，按照各个系统新开始进行延迟阶段的设定处理。
详细地讲，多段延迟设定部17在延迟电路部14中设定应该设定的多个阶段的延迟阶段Δtn(n为自然数)(步骤S131、S132)。于是，延迟电路部14使同步信号产生单元13输出的同步信号延迟与多段延迟设定部17设定的延迟阶段Δtn相当的时间，并输出触发信号。
第1系统和第2系统的AD转换单元15a’分别与延迟电路部14输出的触发信号同步地，对光检测部12输出的数字检测信号进行采样。然后，处理部25的转换信号用存储器部25c-1蓄积(存储)由第1系统和第2系统的AD转换单元15a’采样的检测信号(步骤S141、S142)。
在延迟阶段Δtn到达最终阶段之前，反复进行这些步骤S131、S132～步骤S141、S142的处理(步骤S151、S152、S161、S162)。
在延迟阶段Δtn到达最终阶段时，判定部25c-2对转换信号用存储器部25c-1中蓄积的各延迟阶段的检测信号的强度数据进行比较。然后，在第1系统中，判定部25c-2将检测信号的强度最大的延迟阶段n_max判定为最适于图像构成的延迟阶段(步骤S171)。并且，在第2系统中，判定部25c-2将检测信号的强度最小的延迟阶段n_min判定为最适于图像构成的延迟阶段(步骤S172)。
接着，多段延迟设定部17设定与判定部25c-2判定出的最适于图像构成的延迟阶段对应的延迟时间，作为延迟电路部14延迟的时钟信号的延迟时间Δtn#max、Δtn#min(步骤S181、S182)。由此，多段延迟设定部17、判定部25c-2的延迟阶段设定处理结束。在此后的观察中，延迟电路部14将设定固定在最适于观察的延迟时间(在图16的例子中，在第1系统中为Δt1、在第2系统中为Δt2)。
AD转换单元15a’在各个系统中，与基于延迟电路部14中固定的各个延迟时间(Δt1、Δt2)的采样时钟同步地，将光检测部12输出且由AC耦合型放大器23进行放大并输出的模拟检测信号转换为数字信号。
差分运算部25a在各个系统中运算由AD转换单元15a’转换后的各个检测信号的差分，作为图像构成用的信号值进行输出。所输出的图像构成用的信号值蓄积(存储)在图像构成用存储器部25b中。
图像构成部20将从图像构成用存储器部25b中取出的数字信号的强度作为像素值来构成数字图像。
根据第4实施方式的激光扫描型显微镜装置，由于采样单元15’具有与脉冲激光的振荡频率同步地进行采样的2个系统的AD转换单元15a’，处理部25具有能够按照各个系统调整并设定2个系统的AD转换单元15a’各自中的采样的定时的延迟量的延迟量设定单元25c、以及输出在由延迟量设定单元25c设定的定时采样的来自2个系统的AD转换单元15a’的检测信号的差分作为图像构成用的信号值的差分运算部25a，所以，作为第1系统的AD转换单元15a’，在利用AC耦合型放大器23进行放大并输出的电压信号的波形为峰值的定时进行采样，并且，作为第2系统的AD转换单元15a’，在利用AC耦合型放大器23进行放大并输出的电压信号的波形为跌落的定时进行采样，通过取得各个系统中进行采样的信号的差分，即使利用AC耦合型放大器23进行放大后的检测信号的大小(波高值)成为本来的波高值的一半的值，也能够得到本来的波高值。其结果，例如，在检测微弱荧光的情况下，相邻波的波高值的影响较小，画质的精度提高。
并且，根据第4实施方式的激光扫描型显微镜装置，由于延迟量设定单元25c在2个系统的AD转换单元15a’中调整第1系统的AD转换单元15a’的采样的定时的延迟量使得来自第1系统的AD转换单元15a’的检测信号最大，并且调整第2系统的AD转换单元15a’的采样的定时的延迟量使得来自第2系统的AD转换单元15a’的检测信号最小，所以，即使使用利用AC耦合型放大器23进行放大并输出的检测信号，也能够高精度地得到本来的波高值，能够进一步提高画质的精度。
并且，在第4实施方式的激光扫描型显微镜装置中，延迟量设定单元25c也可以将2个系统的AD转换单元15a’的采样的定时的延迟量调整为彼此错开脉冲激光的振荡频率的半个周期。
这样，例如，第1系统的AD转换单元15a’容易在利用AC耦合型放大器23进行放大并输出的电压信号的波形为大致峰值的定时进行采样，并且，第2系统的AD转换单元15a’容易在利用AC耦合型放大器23进行放大并输出的电压信号的波形为大致跌落的定时进行采样。
另外，第4实施方式的激光扫描型显微镜装置与第1实施方式～第3实施方式的激光扫描型观察装置同样，当然可以构成为具有切换从脉冲激光振荡单元11振荡的脉冲激光针对被检体的照射的开和关的开关切换部，对采样定时进行间疏来进行检测，当然也可以构成为具有延迟光路部(图示省略)，对采样定时进行倍频，该延迟光路部将从脉冲激光振荡单元11振荡的脉冲激光的光路分支为至少2个以上，根据不同光路中的光路长的差异，以对从脉冲激光振荡单元11振荡的该脉冲激光的周期进行倍频后的周期对被检体30照射该脉冲激光。该情况下，优选激光扫描型显微镜中的处理部25构成为还能够进行采样时钟的倍频和分频。
以上说明了本发明的激光扫描型观察装置的实施方式，但是，优选上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)还构成为，如图18所示，采样时钟产生单元24具有对检测到来自脉冲激光振荡单元11的脉冲激光的振荡的信号进行整形的时钟元件24c，并且具有高倍率放大器24a和频带滤波器24b，高倍率放大器24a和频带滤波器24b将从检测到脉冲激光的振荡的监视信号等中去除高频成分等脉冲激光的振荡频率以外的规定频率成分而得到的信号送出到时钟元件24c。而且，由此，即使使用与脉冲激光同步的监视信号等作为采样时钟，也能够降低采样时钟所使用的监视信号等中包含的噪声，能够高精度地进行荧光等检测信号的采样。
为了可靠地检测基于荧光等的检测波形的峰值，需要使用与激光光源的振荡模式同步的采样时钟。
然而，以往，如上述专利文献1或日本特开2007-102235号公报所记载的激光扫描型显微镜那样，使用时钟元件对利用半透半反镜以微小量取出来自脉冲激光振荡器的监视信号或输出激光并由光检测器检测到的时间波形信号进行整形。
但是，在检测到上述监视信号等脉冲激光的振荡的信号中，实际上包含有大量噪声成分。使用包含有噪声成分的原始的信号波形作为采样时钟的信号波形时，在实用方面不适于用作采样时钟。
即，关于检测到脉冲激光的振荡的信号的原始的信号波形，例如不定期出现由于噪声而引起的峰值波形，或者脉冲的峰值成为双峰值。因此，即使利用时钟元件对上述监视信号等的原始的信号波形进行整形，时钟元件也不进行动作或基于采样单元的采样定时偏移等、很难检测荧光等检测波形的峰值，无法用作用于对光检测部输出的检测信号进行采样的采样时钟。
图18所示的结构的目的在于，鉴于这种现有的问题点，提供如下的激光扫描型显微镜：即使使用与脉冲激光同步的监视信号等作为用于进行光检测部输出的检测信号的采样的采样时钟，也能够降低采样时钟所使用的监视信号等中包含的噪声，能够高精度地进行荧光等检测信号的采样。
图18是示出上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)所具有的采样时钟产生单元中的、用于降低采样时钟所使用的监视信号等中包含的噪声的概略结构的框图。图19是示出图18的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)的采样时钟产生单元所具有的元件的组合的例子的说明图，(a)是示出一例的图，(b)是示出另一例的图，(c)是示出又一例的图。图20是示出使用图18的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)的从脉冲激光的振荡到采样时钟的产生所产生的各个光的波形的说明图，(a)是示出由脉冲激光振荡单元振荡的脉冲激光的光的波形的图，(b)是示出脉冲激光振荡单元振荡出脉冲激光时从脉冲激光振荡单元产生的监视信号的波形的图，(c)是示出(b)的监视信号经由同步信号产生单元所具有的高倍率放大器和频带滤波器后的波形的图，(d)是示出(c)的信号输入到延迟电路部所具有的时钟元件后从时钟元件振荡的采样时钟的波形的图。
例如如图19(a)所示，采样时钟产生单元24具有高倍率放大器24a、频带滤波器24b、时钟元件24c。
根据高倍率放大器24a的频率特性，频带滤波器24b由LPF、BPF、HPF中的任意一方或这些滤波器的组合构成。另外，在图19中，为了便于说明，示出利用BPF构成频带滤波器24b的情况。
而且，高倍率放大器24a和频带滤波器24b例如从作为与来自脉冲激光振荡单元11的脉冲激光的振荡同步的电信号而输出的触发输出信号、或例如通过光电探测器或光电倍增管等对脉冲激光的一部分进行光电转换后的电信号等、使用检测到监视信号或输出激光的时间波形信号检测到来自脉冲激光振荡单元11的脉冲激光的振荡的信号中，去除例如高频成分等脉冲激光的振荡频率以外的规定频率成分。
时钟元件24c由振子或PLL元件或者它们的组合构成，对经由高倍率放大器24a和频带滤波器24b的信号进行整形，输出时钟信号。
并且，时钟元件24c具有跳动去除(ジッタ除去機能)功能。
进而，时钟元件24c具有宽带的输出带宽。例如，在基于脉冲激光振荡单元11的脉冲激光的振荡频率为80MHz的情况下，能够输出振荡频率的1/1000～1000倍的频率(数KHz～数GHz)。
另外，例如如图19(b)所示，时钟元件24c也可以构成为级联连接具有跳动去除功能的第1时钟元件24c1和具有宽带的输出带宽的第2时钟元件24c2。
并且，例如如图19(c)所示，高倍率放大器24a和频带滤波器24b也可以构成为，以多段排列的方式具有与检测到来自脉冲激光振荡单元11的脉冲激光的振荡的信号(检测到监视信号或输出激光的时间波形信号等)的噪声电平对应的、具有分别不同倍率和透过频带的多组高倍率放大器24a1(2～n)(n为自然数)和频带滤波器24b1 (2～n)(n为自然数)的组合，并且具有切换部24d，该切换部24d对应于检测到的信号的噪声电平，对检测到的信号的导电路进行切换，以使其通过具有最适于检测到的信号的倍率和透过频带的高倍率放大器24a1(～n)和频带滤波器24b1(～n)的组合。
这样，使用图20对采样时钟产生单元24还具有图18所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中的对检测到来自脉冲激光振荡单元11的脉冲激光的振荡的信号(检测到监视信号或输出激光的时间波形信号等)进行整形并作为采样时钟进行输出的顺序进行说明。
采样时钟产生单元24根据作为与来自脉冲激光振荡单元11的脉冲激光的振荡同步的电信号而输出的触发输出信号、或例如通过光电探测器或光电倍增管等对脉冲激光的一部分进行光电转换后的电信号等，检测来自脉冲激光振荡单元11的脉冲激光的振荡(参照图20(a))。如图20(b)所示，检测时的信号(检测到监视信号或输出激光的时间波形信号)成为混合存在有脉冲激光的振荡频率成分和高频成分等脉冲激光的振荡频率以外的多个频率成分的状态。
使该信号通过高倍率放大器24a和频带滤波器24b。于是，如图20(c)所示，作为噪声的高频成分等脉冲激光的振荡频率以外的多个频率成分被去除。在该阶段，在信号中残留有较小的波形作为跳动。
接着，使该信号通过时钟元件24c。于是，如图20(d)所示，被整形为去除了信号的较小波形的状态。
根据采样时钟产生单元24还具有图18所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)，由于采样时钟产生单元24具有高倍率放大器24a和频带滤波器24b，高倍率放大器24a和频带滤波器24b将从检测到脉冲激光的振荡的信号中去除了高频成分等脉冲激光的振荡频率以外的规定频率成分而得到的信号送出到时钟元件24c，所以，采样时钟的精度提高，能够高精度地进行与脉冲激光同步的例如荧光等检测信号的基于AD转换的采样。
并且，根据采样时钟产生单元24还具有图18所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)，由于采样时钟产生单元24所具有的时钟元件24c(24c1)具有跳动去除功能，所以，能够经由时钟元件24c(24c1)去除仅通过频带滤波器24b未完全去除的跳动，能够得到高精度的采样时钟。
另外，作为采样时钟产生单元24还具有图18所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中的检测信号的检测方法，例如还考虑使用4倍速等的光学系统对采样定时进行倍频而对检测信号进行检测的方法、对采样定时进行间疏而对检测信号进行检测的方法等。因此，作为采样时钟产生单元24还具有图18所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中的时钟元件24c，优选使用构成为还能够进行采样时钟的倍频和分频的时钟元件。
并且，在采样时钟产生单元24还具有图18所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中，优选采样时钟产生单元24所具有的时钟元件24c具有宽带的输出带宽。
例如，在基于脉冲激光振荡单元11的脉冲激光的振荡频率为80MHz的情况下，具有振荡频率的1/1000～1000倍(数KHz～数GHz)的输出带宽的时钟元件是优选的。
并且，在采样时钟产生单元24还具有图18所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中，如图19(b)所示，如果将采样时钟产生单元24所具有的时钟元件24c构成为级联连接具有跳动去除功能的第1时钟元件24c1和具有宽带的输出带宽的第2时钟元件24c2，则能够扩大具有跳动去除功能的时钟元件和具有宽带的输出带宽的时钟元件各自的选择范围，能够实现高功能化和低成本化。
并且，在采样时钟产生单元24还具有图18所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中，优选脉冲激光的振荡频率为70～90MHz。并且，在采样时钟产生单元24还具有图18所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中，例如，频带滤波器24b的透过频带优选为10KHz～振荡频率×1.2左右。
进而，在采样时钟产生单元24还具有图18所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中，如图19(c)所示，如果采样时钟产生单元24以多段排列的方式具有与检测到脉冲激光的振荡的信号(检测到监视信号或输出激光的时间波形信号等)的噪声电平对应的、具有分别不同倍率和透过频带的多组高倍率放大器24a1～n和频带滤波器24b1～n的组合，并且具有切换部24d，该切换部24d对应于检测到脉冲激光的振荡的信号的噪声电平，将检测到的信号的导电路切换为具有最适于检测到的信号的倍率和透过频带的高倍率放大器和频带滤波器的组合，则根据检测到的信号的噪声电平，能够得到更高精度地去除了噪声的采样时钟，能够进行更高精度的荧光等的检测。
而且，在采样时钟产生单元24还具有图18所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中，同步信号产生单元13具有图19(a)所示的高倍率放大器24a、频带滤波器24b、时钟元件24c、或图19(b)所示的高倍率放大器24a、频带滤波器24b、第1时钟元件24c1、或图19(c)所示的高倍率放大器24a1～n和频带滤波器24b1～n的组合以及时钟元件24c。而且，例如使用作为与来自脉冲激光振荡单元11的脉冲激光的振荡同步的电信号而输出的触发输出信号、或例如通过光电探测器或光电倍增管等对脉冲激光的一部分进行光电转换后的电信号，检测来自脉冲激光振荡单元11的脉冲激光的振荡，经由高倍率放大器24a和频带滤波器24b从检测到的信号中去除噪声，经由时钟元件24c输出与来自脉冲激光振荡单元11的脉冲激光的振荡同步的时钟信号。
另外，在同步信号产生单元13构成为具有图19(b)所示的高倍率放大器24a、频带滤波器24b、第1时钟元件24c1的情况下，延迟电路部14构成为具有第2时钟元件24c2即可。
另外，使用图18～图20说明的激光扫描型显微镜的特征性结构不限于以上述各实施方式为前提的结构。
并且，在上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中，例如如图21所示，优选采样时钟产生单元24还具有将检测到来自脉冲激光振荡单元11的脉冲激光的振荡的信号转换为时钟信号的具有PLL功能的时钟单元24-a、以及对于具有PLL功能的时钟单元24-a能够自动设定变更PLL功能追随的频率范围的频率范围设定单元24-b。而且，由此，具有PLL功能的时钟单元24-a能够连续追随超过PLL功能可追随的频率范围的宽频率范围。
激光扫描型显微镜中使用的模式同步超短脉冲激光的振荡频率根据温湿度变化和要使用波长的变更而变化。为了适应于这种振荡频率的变化，优选使用PLL频率合成器等具有PLL功能的高精度的时钟元件。
具有PLL功能的时钟元件根据通过来自外部的操作而设定的比较信号的频率，对来自外部的输入基准信号实施反馈控制以使得输出信号的相位差恒定，使时钟信号进行振荡。因此，当使用具有PLL功能的时钟元件时，即使脉冲激光的振荡频率变化，也能够得到与其同步的采样时钟。
但是，在一般的廉价元件中，PLL频率合成器等高精度的时钟元件所使用的PLL功能为功能针对通过来自外部的操作而设定的比较信号的频率，只能追随±10ppm左右的频率范围。
因此，在模式同步超短脉冲激光的振荡频率发生了变化时，变化后的振荡频率可能超过时钟元件的可追随频率范围，引起时钟元件的锁定状态的脱离。
为了使脱离锁定状态的时钟元件成为锁定状态，需要进行重新设定时钟元件的PLL功能追随的频率范围的操作，所以，当锁定状态脱离时，每次必须中断拍摄，操作烦杂。
图21所示的结构的目的在于，鉴于这种现有的问题点，提供如下的激光扫描型显微镜：即使模式同步超短脉冲激光的振荡频率超过PLL功能可追随的频率范围而进行变化，也不用进行中断拍摄并重新设定时钟元件的PLL功能追随的频率范围的操作，就能够使时钟元件成为锁定状态，能够得到与激光光源的振荡模式同步的采样时钟。
图21是示出上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)所具有的采样时钟产生单元中的、用于使具有PLL功能的时钟单元能够连续追随超过PLL功能可追随的频率范围的宽频率范围的概略结构的框图。图22是示出具有PLL功能的时钟元件的概略结构的说明图，(a)是示出PLL振荡器的基本结构的框图，(b)是示出PLL频率合成器的基本结构的框图。图23是示出图21的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)的采样时钟产生单元的结构的框图。图24是示出图21的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)的采样时钟产生单元中的锁定状态探查控制处理顺序的一例的流程图。图25是示出图21的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中的采样时钟产生单元中的锁定状态探查控制处理顺序的另一例的流程图。
这里，使用图22对具有PLL功能的时钟单元进行说明。
具有PLL功能的时钟单元构成为具有相位频率比较器(PFD：Phase FrequencyDetector)、环路滤波器、电压控制振荡器(VCO：Voltage Controlled Oscillator)(或电压控制石英振荡器(VCXO：Voltage Controlled Crystal Oscillator))的PLL振荡器(参照图22(a))或PLL频率合成器(参照图22(b))。
相位频率比较器(PFD)对从外部输入的基准信号和比较信号的相位进行比较，输出它们的相位差成分作为脉冲状的相位差信号。环路滤波器由低通滤波器(LPF)等滤波器构成，输出从由相位频率比较器(PFD)输出的脉冲状的相位差信号中截止交流成分而进行直流化后的控制电压。电压控制振荡器(VCO)根据从环路滤波器输出的控制电压，对输出频率进行控制。
而且，在具有PLL功能的时钟单元中，将来自电压控制振荡器(VCO)的输出信号反馈给相位频率比较器(PFD)，以使得从外部输入的基准信号和来自电压控制振荡器(VCO)的输出信号的相位差成为固定的状态(锁定状态)。另外，图22(b)所示的PLL频率合成器在图22(a)的结构中进行反馈的环路电路上具有1/N的分频器，通过分频器输出来自电压控制振荡器(VCO)的输出信号的1/N的频率作为比较信号，由此，使来自电压控制振荡器(VCO)的输出信号的频率成为从外部输入的基准信号的频率的N倍。
并且，在具有PLL功能的时钟单元中，在与从外部输入的基准信号的反馈控制时，通过手动操作来设定比较信号的频率(在图22(b)的PLL频率合成器中为分频器的分频数N)。
然而，以往，在具有PLL功能的时钟单元中，能够追随从外部输入的基准信号的频率范围只是通过来自外部的操作而设定的比较信号的频率的±10ppm左右。例如，通过来自外部的操作而设定的比较信号的频率为100MHz的情况下的PLL功能中可追随的频率范围为±1KHz左右。
因此，在为了得到与激光扫描型显微镜中使用的模式同步超短脉冲激光的振荡模式同步的采样时钟而使用具有PLL功能的时钟单元的情况下，在从外部输入的基准信号即模式同步超短脉冲激光的振荡频率变化时，变化后的振荡频率可能超过时钟元件的可追随的频率范围(设定的频率±10ppm)，引起时钟元件的锁定状态的脱离(即，从外部输入的基准信号和来自电压控制振荡器(VCO)的输出信号的相位差不是固定的状态。)。
为了使脱离锁定状态的时钟元件成为锁定状态，需要重新设定能够追随模式同步超短脉冲激光的振荡频率的比较信号的频率范围，但是，以往，必须手动进行可追随的频率范围的设定操作，不得不中断拍摄。
如采样时钟产生单元24还具有图21所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)那样，如果采样时钟产生单元24还具有将检测到来自脉冲激光振荡单元11的脉冲激光的振荡的信号转换为时钟信号的具有PLL功能的时钟单元24-a、以及相对于具有PLL功能的时钟单元24-a能够自动设定变更PLL功能追随的频率范围的频率范围设定单元24-b，则即使脉冲激光的振荡频率大幅变化而超过PLL功能可追随的频率范围(设定的频率的±10ppm)、而使具有PLL功能的时钟单元24-a中的锁定状态脱离，通过由频率范围设定单元24-b自动设定变更PLL功能追随的频率范围，能够使具有PLL功能的时钟单元24-a连续追随超过PLL功能可追随的频率范围(设定的频率的±10ppm)的宽频率范围，不用进行中断拍摄并重新设定时钟单元24-a的PLL功能追随的频率范围的操作，就能够使时钟单元24-a成为锁定状态，能够得到与激光光源的振荡模式同步的采样时钟。
并且，在采样时钟产生单元24还具有图21所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中，优选采样时钟产生单元24还具有：锁定状态检测单元24-d，其检测具有PLL功能的时钟单元24-a的锁定状态；频率范围扫描单元24-c，其以规定的频率间隔对规定频率范围进行扫描，使频率范围设定单元24-b变更针对具有PLL功能的时钟单元24-a设定的PLL功能追随的频率范围；以及锁定状态探查控制单元24-e，其在通过频率范围扫描单元24-c扫描规定频率范围、且具有PLL功能的时钟单元24-a追随由频率范围设定单元24-b变更后的PLL功能追随的频率范围的过程中，在锁定状态检测单元24-d检测到具有PLL功能的时钟单元24-a的锁定状态时，结束基于频率范围扫描单元24-c的扫描和基于频率范围设定单元24-b的频率范围的设定变更。
这样，不用进行重新设定PLL功能追随的频率范围的操作，就能够高效地得到具有PLL功能的时钟单元24-a的锁定状态。
并且，在采样时钟产生单元24还具有图21所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中，优选锁定状态探查控制单元24-e在锁定状态检测单元24-d检测到具有PLL功能的时钟单元24-a的锁定状态后检测到非锁定状态时，根据锁定状态检测单元24-d检测到具有PLL功能的时钟单元24-a的锁定状态时的频率，使频率范围设定单元24-b自动地再次设定针对具有PLL功能的时钟单元24-a设定的PLL功能追随的频率范围。
这样，即使具有PLL功能的时钟单元24-a从锁定状态成为非锁定状态，也不用进行手动重新设定PLL功能追随的频率范围的操作，就能够高效地得到具有PLL功能的时钟单元24-a的锁定状态。
并且，在采样时钟产生单元24还具有图21所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中，优选频率范围设定单元24-b针对具有PLL功能的时钟单元24-a设定变更70MHz～100MHz的频率。
进而，在采样时钟产生单元24还具有图21所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中，优选频率范围扫描单元24-c以1KHz的间隔对±10MHz的频率范围进行扫描。
这样，即使是能够追随从外部输入的基准信号的频率范围相对于通过来自外部的操作而设定的比较信号的频率只是±10ppm左右、例如通过来自外部的操作而设定的比较信号的频率为100MHz的情况下的PLL功能中可追随的频率范围只是±1KHz左右的具有PLL功能的时钟单元24-a，通过使频率范围设定单元24-b针对由频率范围扫描单元24-c扫描的±10MHz的频率范围，以±1KHz的间隔自动设定变更PLL功能追随的频率范围，由此，能够使具有PLL功能的时钟单元24-a连续追随超过PLL功能可追随的频率范围(设定的频率的±10ppm左右，例如±1KHz)的宽频率范围(10MHz)，不用进行中断拍摄并重新设定时钟单元24-a的PLL功能追随的频率范围的操作，就能够使时钟单元24-a成为锁定状态，能够得到与激光光源的振荡模式同步的采样时钟。
而且，在采样时钟产生单元24还具有图21所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中，例如如图23所示，采样时钟产生单元24具备具有PLL功能的时钟单元24-a、频率范围设定单元24-b、频率范围扫描单元24-c、锁定状态检测单元24-d、锁定状态探查控制单元24-e。
具有PLL功能的时钟单元24-a例如由图22(a)所示的PLL振荡器、图22(b)所示的PLL频率合成器构成，将检测到来自脉冲激光振荡单元11的脉冲激光的振荡的信号作为从外部输入的基准信号，例如以使与来自电压控制振荡器(VCO)的输出信号等比较信号之间的相位差成为固定的状态(锁定状态)的方式进行反馈控制并转换为时钟信号。并且，具有PLL功能的时钟单元24-a构成为能够经由外部的控制元件(CPU或FPGA(Field-Programmable Gate Array)等)对比较信号的频率进行调整。
频率范围设定单元24-b设置在外部的控制元件(CPU或FPGA等)中，构成为对于具有PLL功能的时钟单元24-a能够自动设定变更PLL功能追随的频率范围(例如图22(a)所示的电压控制振荡器(VCO)的输出信号的频率、作为图22(b)所示的分频器的分频数而设定的频率的±10ppm左右)。
频率范围扫描单元24-c设置在外部的控制元件(CPU或FPGA等)中，构成为以规定频率(例如1KHz)间隔对规定频率范围(例如±10MHz)进行扫描，使频率范围设定单元24-b变更针对具有PLL功能的时钟单元24-a设定的PLL功能追随的频率范围。
锁定状态检测单元24-d设置在具有PLL功能的时钟单元24-a中，构成为检测具有PLL功能的时钟单元24-a的锁定状态。另外，在图21和图23中，为了简便，与具有PLL功能的时钟单元24-a分开示出锁定状态检测单元24-d。
锁定状态探查控制单元24-e设置在外部的控制元件(CPU或FPGA等)中，构成为在通过频率范围扫描单元24-c扫描规定频率范围、且具有PLL功能的时钟单元24-a追随由频率范围设定单元24-b变更后的PLL功能追随的频率范围的过程中，在锁定状态检测单元24-d检测到具有PLL功能的时钟单元24-a的锁定状态时，结束基于频率范围扫描单元24-c的扫描和基于频率范围设定单元24-b的频率范围的设定变更。
并且，锁定状态探查控制单元24-e构成为，在检测到具有PLL功能的时钟单元24-a的锁定状态后检测到非锁定状态时，根据锁定状态检测单元24-d检测到具有PLL功能的时钟单元24-a的锁定状态时的频率，使频率范围设定单元24-b自动地再次设定针对具有PLL功能的时钟单元24-a设定的PLL功能追随的频率范围。
这样，使用图24和图25对采样时钟产生单元24还具有图18所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中的对检测到来自脉冲激光振荡单元11的脉冲激光的振荡的信号(检测到监视信号或输出激光的时间波形信号等)进行整形并作为采样时钟进行输出时的采样时钟产生单元24中的锁定状态探查控制处理顺序进行说明。
在电源接通时、使用开始时、脉冲激光的波长变更时、用户指定变更设定频率时等，锁定状态探查控制单元24-e使频率范围扫描单元24-c以规定频率间隔对规定频率范围进行扫描，使频率范围设定单元24-b设定变更针对具有PLL功能的时钟单元24-a设定的PLL功能追随的频率范围，并探查具有PLL功能的时钟单元24-a成为锁定状态的频率。
这里，使用图24对接通电源后到具有PLL功能的时钟单元24-a成为锁定状态为止的探查控制处理顺序进行说明。
在采样时钟产生单元24的电源接通(步骤S21)后，针对频率范围设定单元24-b，经由未图示的外部操作单元对PLL功能追随的频率范围的开始值fstart(这里设为70MHz。)进行初始设定。当设定了频率范围的开始值fstart后，通过在所设定的频率范围的开始值fstart中加上频率范围扫描单元24-c扫描的频率的范围(这里设为±10MHz。)，频率范围设定单元24-b确定应该针对具有PLL功能的时钟单元24-a设定的频率范围的结束值fend(这里为70MHz±10MHz)。频率范围设定单元24-b将初始设定的频率的开始值fstart设为应该针对具有PLL功能的时钟单元24-a设定的频率f(步骤S22)。然后，频率范围设定单元24-b针对具有PLL功能的时钟单元24-a设定频率f(步骤S23)。
具有PLL功能的时钟单元24-a以使所输入的基准信号即检测到脉冲激光的振荡的信号和比较信号的相位差成为固定的状态(锁定状态)为目标，追随所设定的频率的±10ppm左右的频率范围(这里设为±1kHz。)进行反馈控制。
在具有PLL功能的时钟单元24-a的追随过程中，锁定状态检测单元24-d检测是否存在具有PLL功能的时钟单元24-a的锁定状态(步骤S24)。
在锁定状态检测单元24-d检测到具有PLL功能的时钟单元24-a的锁定状态时，锁定状态探查控制单元24-e结束基于频率范围扫描单元24-c的扫描和基于频率范围设定单元24-b的频率范围的设定变更。然后，光检测部12开始进行拍摄(步骤S28)。
在锁定状态检测单元24-d未检测到具有PLL功能的时钟单元24-a的锁定状态时，锁定状态探查控制单元24-e检查具有PLL功能的时钟单元24-a中设定的频率f是否到达频率范围的结束值fend(这里为70MHz±10MHz)(步骤S25)。
在锁定状态检测单元24-d未检测到具有PLL功能的时钟单元24-a的锁定状态、且具有PLL功能的时钟单元24-a中设定的频率f到达频率范围的结束值fend(这里为70MHz±10MHz)时，未图示的错误告知单元告知错误消息(步骤S27)。
在锁定状态检测单元24-d未检测到具有PLL功能的时钟单元24-a的锁定状态、且具有PLL功能的时钟单元24-a中设定的频率f未到达频率范围的结束值fend(这里为70MHz±10MHz)时，频率范围扫描单元24-c扫描在具有PLL功能的时钟单元24-a中设定的频率f中加上1KHz后的频率(f+1KHz)，使频率范围设定单元24-b再次设定应该针对具有PLL功能的时钟单元24-a设定的新频率f(步骤S26)。然后，锁定状态检测单元24-d检测具有PLL功能的时钟单元24-a的锁定状态，在锁定状态检测单元24-d未检测到具有PLL功能的时钟单元24-a的锁定状态、且具有PLL功能的时钟单元24-a中设定的频率f到达频率范围的结束值fend(这里为70MHz±10MHz)之前，反复进行步骤S23～步骤S26的探查控制处理。
接着，使用图25对在具有PLL功能的时钟单元24-a成为锁定状态后成为非锁定状态的情况下到再次成为锁定状态为止的探查控制处理顺序进行说明。
锁定状态探查控制单元24-e根据锁定状态检测单元24-d检测到具有PLL功能的时钟单元24-a的锁定状态时的频率f，使频率范围设定单元24-b再次设定PLL功能追随的频率范围的开始值fstart(步骤S31)。这里，为了简便，假设在频率f为80MHz时，锁定状态检测单元24-d检测到具有PLL功能的时钟单元24-a的锁定状态。当再次设定了设定频率的开始值fstart后，通过在再次设定的频率范围的开始值fstart中加上频率范围扫描单元24-c扫描的频率的范围(这里为±10MHz)，频率范围设定单元24-b确定应该针对具有PLL功能的时钟单元24-a设定的频率范围的结束值fend(这里为80MHz±10MHz)。
频率范围设定单元24-b将再次设定的设定频率的开始值fstart设为应该针对具有PLL功能的时钟单元24-a设定的频率f(步骤S12)。下面，进行与图24所示的步骤S23～S28大致相同的探查控制处理(步骤S33～步骤S38)。
另外，在采样时钟产生单元24还具有图21所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中，构成为具有开关切换部，该开关切换部切换从脉冲激光振荡单元11振荡的脉冲激光针对被检体的照射的开和关，对采样定时进行间疏来进行检测，构成为具有延迟光路部，该延迟光路部将从脉冲激光振荡单元11振荡的脉冲激光的光路分支为至少2个以上，根据不同光路中的光路长的差异，以对从脉冲激光振荡单元11振荡的该脉冲激光的周期进行倍频后的周期对被检体30照射该脉冲激光，对采样定时进行倍频，在这种结构的情况下，作为激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中的具有PLL功能的时钟单元24-a，优选使用构成为还能够进行采样时钟的倍频和分频的时钟单元。
另外，使用图21～图25说明的激光扫描型显微镜的特征性结构不限于以上述各实施方式为前提的结构。
并且，在上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中，例如如图26所示，优选激光振荡单元11还具有振荡出用于对被检体30进行照射的激光的激光光源11-1、以及能够利用谐振现象扫描从激光光源11-1振荡的激光对被检体的照射点的扫描单元11-2，还具有像素时钟产生单元27，该像素时钟产生单元27与扫描单元11-2扫描的照射点的切换同步地判别与照射点对应的像素位置的切换，输出切换像素位置的定时的触发作为像素时钟，这种激光扫描型显微镜装置构成为，在像素时钟产生单元27输出第n个像素时钟后到输出第n+1个像素时钟之前的期间内，采样时钟产生单元24输出多次的采样时钟，处理部25具有累积加法模块25-1和除法模块25-2，累积加法模块25-1在被输入像素时钟产生单元27输出的第n个像素时钟后到被输入像素时钟产生单元27输出的第n+1个像素时钟之前的期间内，对由采样单元15(15’)进行多次A/D转换后的数字数据进行累积相加，与此同时，对该累积相加次数进行计数，与第n+1个像素时钟的输入定时同步地，将被输入该第n+1个像素时钟之前累积相加的数字数据和计数的累积相加次数送出到除法模块25-2，将累积加法模块25-1中的数字数据的累积相加区域和累积相加次数的计数区域复位为初始状态，除法模块25-2针对由累积加法模块25-1送出的该累积相加的数字数据，将该累积相加次数作为除数进行除法运算。而且，由此，即使激光对像素的照射时间变动，也不用进行烦杂的操作，就能够消除每个像素的明亮度的偏差，能够提高画质。
一般情况下，在激光扫描型显微镜中，通过改变电镜等扫描单元的角度，对激光的照射点进行扫描。
并且，在进行图像化时，通过对与1个像素相当的部位照射一定时间的激光并检测返回光(反射光/扩散光/荧光)，决定该像素位置的像素值。
以往，作为激光扫描型显微镜中的像素值的决定手法，在荧光检测中，为了S/N优良地对来自光检测器的微弱信号进行像素值化，例如如日本特许第4407423号公报所记载的激光显微镜那样，采取在电路上对检测信号进行积分的手法。而且，在积分电路中，按照每个(构成与照射点对应的像素位置的切换定时的触发的)像素时钟反复进行检测信号的积分和复位的动作。
但是，在扫描式的拍摄中，在希望提高电镜的动作速度而使拍摄高速化的情况下，与固定速度的扫描相比，利用谐振现象的扫描能够进一步实现高速化。
但是，在利用谐振现象的扫描中，扫描速度不是固定的，而成为正弦函数。因此，按照每个像素，曝光时间、检测信号的采样次数和积分时间不是固定的。其结果，通过在利用谐振现象的扫描中对被检体进行曝光来进行检测，当将相加后的数据直接作为像素值进行图像化时，与扫描速度较快的照射点对应的像素位置的图像较暗，与扫描速度较慢的照射点对应的像素位置的图像较亮，存在被检体的图像的明亮度产生偏差的问题。
作为用于消除由于扫描速度的差异而引起的每个像素的明亮度不均的方法，存在如下手法：针对曝光时间较长的像素，以与曝光时间较短的像素相同的时间进行检测信号的积分处理，丢弃长于上述时间的曝光时间的检测信号，但是，在该手法中，相应量的检测信号无用，而且积分次数减少。在检测信号中包含有微弱的噪声，如果积分次数较多，则检测信号中包含的噪声被平均化，所以，容易高精度地去除检测信号的噪声。但是，当积分次数较少时，检测信号中包含的噪声中容易产生偏差，所以，难以高精度地去除检测信号的噪声。因此，在上述这种丢弃比曝光时间较短的像素长的时间的检测信号的手法中，剥夺了针对曝光时间较长的像素高精度地去除检测信号中包含的噪声的机会。
并且，在通过固定速度的扫描来拍摄被检体的方式中，每次变更扫描速度的设定时，必须每次变更对进行曝光并检测到的数据进行积算的量(采样次数、检测信号的积分次数)的设定，存在操作烦杂的问题。
图26的结构的目的在于，鉴于这种现有的问题点，提供如下的激光扫描型显微镜装置：即使针对像素的激光的照射时间变动，也不用进行烦杂的操作，就能够消除每个像素的明亮度的偏差，能够提高画质。
图26是示出上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中的、即使针对像素的激光照射时间变动也不用进行烦杂的操作、能够消除每个像素的明亮度的偏差并提高画质的概略结构的框图。图27是概念地示出激光扫描型显微镜装置中的扫描单元利用谐振现象扫描针对被检体的激光照射点的状态的说明图。图28是示出图27所示的激光扫描型显微镜装置中的针对激光的照射点的扫描位置的扫描速度和相加并采样的检测信号的数据数的说明图，(a)是概念地示出激光的照射点的运动的图，(b)是利用相对于时间的扫描位置示出(a)的激光的照射点的运动的曲线图，(c)是利用相对于时间的扫描速度示出(a)的激光的照射点的运动的曲线图，(d)是示出与图像化范围内的规定扫描点对应的对于时间的相加并采样的检测信号的数据数的曲线图。图29是示出图26的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)的主要部分结构的说明图。图30是示出利用对2的乘方分之一的分数进行相加的式子显示除数2～16的例子的说明图。图31是示出图29所示的除法电路的结构例的说明图，(a)是示出使利用2的乘方进行除法运算的结果在二进制显示中向右位移1位的寄存器的说明图，(b)是示出根据除数对(a)的寄存器进行组合并相加的例子的说明图。图32是示出进一步具有图26所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中的采样时钟、采样的检测信号、像素时钟、累积相加的检测信号数据、累积加法计数器、累积相加的检测信号数据、累积加法计数数、累积相加的检测信号数据除以累积加法计数数而得到的每1个像素的检测信号的平均值的时序图。
如图27所示，激光扫描型显微镜装置通过改变电镜等扫描单元的角度，对从激光光源振荡的激光的照射点(激光点)进行扫描。在图像化时，对与1个像素相当的部位照射一定时间的激光，通过检测返回光(反射光/扩散光/荧光)，决定该像素位置的像素值。
为了S/N优良地对来自光检测器的微弱信号进行像素值化，对检测到的信号进行积分。
然而，在扫描单元利用谐振现象进行扫描的情况下，扫描速度不是固定的，而成为正弦函数。例如如图28(a)所示，在扫描单元以在X方向上往复的方式扫描照射点的情况下，如图28(b)所示，扫描位置随着时间t的经过而在照射点X0与照射点X1之间往复。这里，如图28(c)所示，扫描位置从X方向上的图像化范围的边界点P1朝向边界点P2移动时的扫描速度随着从边界点P1朝向中间点P1.5而增大，在中间点P1.5处成为最大后，随着朝向边界点P2而减小，在转换点P3处大致成为零。从边界点P4朝向边界点P5移动时的扫描速度、从边界点P7朝向边界点P8移动时的扫描速度、从边界点P10朝向边界点P11移动时的扫描速度也与从边界点P1朝向边界点P2移动时的扫描速度相同。
这样，在图像化范围内移动的照射点的扫描速度按照每个像素位置而变化。另一方面，在固定定时进行检测信号的采样。因此，按照每个像素，曝光时间、检测信号的采样次数和积分时间不是固定的。
例如，当按照图28(c)所示的每个像素位置使用扫描速度不同的扫描单元扫描照射点并对被检体进行曝光从而将检测到的数据直接作为像素值进行图像化时，如图28(d)所示，随着扫描速度变快，该像素位置的相加的检测数据数减少，随着扫描速度变慢，该像素位置的相加的检测数据数增多。而且，在图28的例子中，在图像化范围内相加的检测信号的数据数在边界点P1、P2、P4、P5、P7、P8、…处最大，在中间点P1.5、P4.5、P7.5、P10.5处最小。
因此，当直接对将检测信号相加而得到的数据进行图像化时，与扫描速度较快的照射点对应的像素位置的图像较暗，与扫描速度较慢的照射点对应的像素位置的图像较亮，被检体的图像的明亮度产生偏差。
如还具有图26所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)那样，如果累积加法模块25-1在被输入像素时钟产生单元27输出的第n个像素时钟后到被输入像素时钟产生单元27输出的第n+1个像素时钟之前的期间内，对由采样单元15(15’)进行多次A/D转换后的数字数据进行累积相加，与此同时，对该累积相加次数进行计数，与第n+1个像素时钟的输入定时同步地，将被输入该第n+1个像素时钟之前累积相加的数字数据和计数的累积相加次数送出到除法模块25-2，将累积加法模块25-1中的数字数据的累积相加区域和累积相加次数的计数区域复位为初始状态，并且，除法模块25-2针对由累积加法模块25-1送出的该累积相加的数字数据，将该累积相加次数作为除数进行除法运算，则得到按照每个像素根据不同扫描速度进行累积相加的检测信号的平均值作为每1个采样的像素值。因此，即使扫描单元11-2的扫描速度根据扫描位置而不同，也能够消除每个像素的明亮度的偏差。而且，检测到的全部检测信号不会无用，通过对检测信号中包含的噪声进行平均化，容易高精度地去除检测信号的噪声。并且，在不利用谐振现象、以在扫描范围全体内成为固定速度的方式设定扫描单元的扫描速度的情况下，不需要在每次变更扫描速度的设定时变更对曝光数据进行积算的量的设定。
并且，在还具有图26所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中，优选除法模块25-2具有与限定的除数对应的除法电路。
并且，在还具有图26所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中，优选除法电路仅通过位移电路的组合构成。
这样，能够避免电路规模的巨大化。
而且，在还具有图26所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中，如图26所示，激光振荡单元11具有激光光源11-1和作为扫描单元的电镜11-2，还具有像素位置判别电路26和像素时钟产生单元27。另外，在图26中，20’是根据处理部25构筑的像素值进行数字图像显示的图像显示部。
激光光源11-1振荡出用于对被检体30进行照射的激光。
电镜11-2构成为能够利用谐振现象扫描从激光光源11-1振荡的激光针对被检体30的照射点。
像素位置判别电路26与电镜11-2扫描的照射点的切换同步地，判别与照射点对应的像素位置的切换。
像素时钟产生单元27输出由像素位置判别电路26判别出的像素位置的切换定时的触发作为像素时钟。
采样时钟产生单元24设定为，在像素时钟产生单元27输出第n个像素时钟后到输出第n+1个像素时钟之前的期间内，输出多次的采样时钟。
处理部25具有累积加法模块25-1和除法模块25-2。
如图29所示，累积加法模块25-1由累积加法器25-1a和累积加法计数器25-1b构成。
累积加法器25-1a在被输入像素时钟产生单元27输出的第n个像素时钟后到被输入像素时钟产生单元27输出的第n+1个像素时钟之前的期间内，对由采样单元15(15’)进行多次A/D转换后的数字数据进行累积相加。
累积加法计数器25-1b对基于累积加法器25-1a的数字数据的累积相加次数进行计数。
并且，累积加法器25-1a、累积加法计数器25-1b与输入第n+1个像素时钟的定时同步地，将被输入该第n+1个像素时钟之前累积相加的数字数据和计数的累积相加次数送出到除法模块25-2，将累积加法模块25-1中的数字数据的累积相加区域和累积相加次数的计数区域复位为初始状态。
除法模块25-2由除法电路构成，该除法电路针对由累积加法模块25-1送出的该累积相加的数字数据，将该累积相加次数作为除数进行除法运算。
这里，使用图30和图31对除法模块25-2的具体结构例进行说明。
例如，当利用对2的乘方分之一的分数进行相加的式子表示除数2～16时，如图30那样，示出从2的1次方分之一的分数到2的12次方分之一的分数。并且，当合并各个2的乘方分之一的分数的位置并将各个位置置换为位时，可知除以2就相当于在二进制显示中向右侧移动1位。
因此，如果预先生成针对输入信号在二进制显示中向右移动1位的寄存器(位移电路)，根据除数对这些寄存器进行组合相加，则能够得到除法运算结果。
在还具有图26所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中，如图31(a)所示，除法模块25-2还具有针对输入信号在二进制显示中向右移动1位的寄存器(位移电路)S(1)～S(12)，具有根据除数对规定寄存器进行组合相加的除法电路。
例如，在输入信号为13位、除数为2～16的情况下，如图31(b)所示，除法电路构成为，通过对位移电路S(1)～S(12)进行适当组合并相加，得到除法运算结果。
这样，使用图32对还具有图26所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中的使用来自激光的照射时间不同的像素的检测信号数据计算像素值的计算处理顺序进行说明。
与采样时钟产生单元24输出的各个采样时钟(动作时钟)的振荡同步地，采样单元15(15’)对光检测部12输出的各个检测信号进行A/D转换。在图32中，检测信号“Y”、“Z”、…、“J”、“K”表示A/D转换后的检测信号。
累积加法模块25-1的累积加法器25-1a对由采样单元15(15’)进行A/D转换后的检测信号的数字数据进行累积相加。并且，累积加法模块25-1的累积加法计数器25-1b对基于累积加法器25-1a的数字数据的累积相加次数进行计数。
这里，假设在累积加法模块25-1中被输入像素时钟产生单元27输出的第n个像素时钟Sn。于是，累积加法器25-1a将在被输入像素时钟Sn之前进行累积相加的数字数据(在图32的例子中为“…+Y+Z”)送出到除法模块25-2，将累积加法器25-1a中的数字数据的累积相加区域复位为初始状态(例如NULL)。并且，累积加法计数器25-1b将在被输入像素时钟Sn之前进行计数的累积相加次数(在图32的例子中为“N”)送出到除法模块25-2，将累积相加次数的计数区域复位为初始状态(例如“1”)。
除法模块25-2针对由累积加法模块25-1送出的该累积相加的数字数据“…+Y+Z”，将该累积相加次数“N”作为除数进行除法运算。
由此，得到该像素位置的检测信号…、“Y”、“Z”的平均值“(…+Y+Z)/N”作为像素值。
同样，假设在累积加法模块25-1中被输入像素时钟产生单元27输出的第n+1个像素时钟Sn+1。于是，累积加法器25-1a将在被输入像素时钟Sn+1之前进行累积相加的数字数据(在图32的例子中为“A+…+G”)送出到除法模块25-2，将累积加法器25-1a中的数字数据的累积相加区域复位为初始状态(例如NULL)。并且，累积加法计数器25-1b将在被输入像素时钟Sn+1之前进行计数的累积相加次数(在图32的例子中为“7”)送出到除法模块25-2，将累积相加次数的计数区域复位为初始状态(例如“1”)。
除法模块25-2针对由累积加法模块25-1送出的该累积相加的数字数据“A+…+G”，将该累积相加次数“7”作为除数进行除法运算。
由此，得到该像素位置的检测信号“A”、…、“G”的平均值(“A+…+G)/7”作为像素值。
这里，上述除数是像素时钟的第n个与第n+1个之间的采样次数。并且，如图28(d)所示，由于决定进行相加的数据数的像素时钟的时钟间隔由激光点的扫描速度决定，所以，该时钟间隔与进行相加的数据数同样成为有限范围内。即，如果决定了激光点的扫描速度和采样定时的快慢，则能够决定除数的范围，所以，除法电路只要构成为能够仅对有限的除数进行除法运算即可。这样，根据还具有图26所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)，除法模块25-2具有与限定的除数对应的除法电路，除法电路仅由移位电路的组合构成，所以，能够避免电路规模的巨大化。
另外，在还具有图26所示的结构的上述各实施方式的激光扫描型观察装置(激光扫描型显微镜装置)中，构成为具有切换从脉冲激光振荡单元11振荡的脉冲激光针对被检体的照射的开和关的开关切换部，对采样定时进行间疏来进行检测，或者构成为具有延迟光路部(图示省略)，该延迟光路部将从脉冲激光振荡单元11振荡的脉冲激光的光路分支为至少2个以上，根据不同光路中的光路长的差异，以对从脉冲激光振荡单元11振荡的该脉冲激光的周期进行倍频后的周期对被检体30照射该脉冲激光，对采样定时进行倍频，在这样构成的情况下，优选激光扫描型显微镜装置中的处理部15的累积加法模块25-1和除法模块25-2构成为还能够进行采样时钟的倍频和分频。
另外，使用图26～图32说明的激光扫描型显微镜装置的特征性结构不限于以上述各实施方式为前提的结构。
如以上说明的那样，除了权利要求书所记载的发明以外，本发明还具有以下所示的特征。
(1)一种激光扫描型显微镜，其具有：脉冲激光振荡单元，其振荡出用于照射被检体的脉冲激光；光检测部，其接收来自所述被检体的光并输出检测信号；采样时钟产生单元，其具有时钟元件，使用所述时钟元件对检测到来自所述脉冲激光振荡单元的所述脉冲激光的振荡的信号进行整形，输出与所述脉冲激光振荡单元的振荡模式同步的采样时钟；以及采样单元，其与所述采样时钟产生单元输出的采样时钟同步地，对所述光检测部输出的检测信号进行采样，所述激光扫描型显微镜的特征在于，所述采样时钟产生单元具有高倍率放大器和频带滤波器，所述高倍率放大器和所述频带滤波器将从所述检测到的信号中去除了脉冲激光的振荡频率以外的规定频率成分后的信号送出到所述时钟元件。
(2)根据上述(1)所述的激光扫描型显微镜，其特征在于，所述时钟元件具有跳动去除功能。
(3)根据上述(2)所述的激光扫描型显微镜，其特征在于，所述时钟元件具有宽带的输出带宽。
(4)根据上述(1)所述的激光扫描型显微镜，其特征在于，所述时钟元件构成为级联连接具有跳动去除功能的第1时钟元件和具有宽带的输出带宽的第2时钟元件。
(5)根据上述(1)～(4)中的任意一项所述的激光扫描型显微镜，其特征在于，所述脉冲激光振荡单元振荡的脉冲激光的振荡频率为70～90MHz。
(6)根据上述(1)～(5)中的任意一项所述的激光扫描型显微镜，其特征在于，所述频带滤波器的透过频带为10KHz～振荡频率×1.2左右。
(7)根据上述(1)～(6)中的任意一项所述的激光扫描型显微镜，其特征在于，所述采样时钟产生单元以多段排列的方式具有与所述检测到的信号的噪声电平对应的、具有分别不同倍率和透过频带的多组所述高倍率放大器和所述频带滤波器的组合，并且具有切换部，该切换部对应于所述检测到的信号的噪声电平，对该检测到的信号的导电路进行切换，以使该检测到的信号通过具有该最适于检测到的信号的倍率和透过频带的高倍率放大器和频带滤波器的组合。
(8)根据上述(1)～(7)中的任意一项所述的激光扫描型显微镜，其特征在于，所述采样时钟产生单元还具有将检测到来自所述脉冲激光振荡单元的所述脉冲激光的振荡的信号转换为时钟信号的具有PLL功能的时钟单元、以及针对具有所述PLL功能的时钟单元能够自动设定变更所述PLL功能追随的频率范围的频率范围设定单元。
(9)根据上述(8)所述的激光扫描型显微镜，其特征在于，所述采样时钟产生单元还具有：锁定状态检测单元，其检测具有所述PLL功能的时钟单元的锁定状态；频率范围扫描单元，其以规定频率间隔对规定频率范围进行扫描，使所述频率范围设定单元变更针对具有所述PLL功能的时钟单元设定的所述PLL功能追随的频率范围；以及锁定状态探查控制单元，其在通过所述频率范围扫描单元扫描规定频率范围、且具有所述PLL功能的时钟单元追随由所述频率范围设定单元变更后的所述PLL功能追随的频率范围的过程中，在所述锁定状态检测单元检测到具有所述PLL功能的时钟单元的锁定状态时，结束基于所述频率范围扫描单元的扫描和基于所述频率范围设定单元的频率范围的设定变更。
(10)根据上述(8)或(9)所述的激光扫描型显微镜，其特征在于，所述锁定状态探查控制单元在所述锁定状态检测单元检测到具有所述PLL功能的时钟单元的锁定状态后检测到非锁定状态时，根据所述锁定状态检测单元检测到具有所述PLL功能的时钟单元的锁定状态时的频率，使所述频率范围设定单元自动地再次设定针对具有所述PLL功能的时钟单元设定的所述PLL功能追随的频率范围。
(11)根据上述(8)～(10)中的任意一项所述的激光扫描型显微镜，其特征在于，所述频率范围设定单元能够针对具有所述PLL功能的时钟单元设定变更70MHz～100MHz的频率。
(12)根据上述(8)～(11)中的任意一项所述的激光扫描型显微镜，其特征在于，所述频率范围扫描单元以1KHz的间隔对±10MHz的频率范围进行扫描。
(13)一种激光扫描型显微镜装置，其具有：激光振荡单元，其具有振荡出用于照射被检体的激光的激光光源和能够利用谐振现象扫描从所述激光光源振荡的激光针对所述被检体的照射点的扫描单元；光检测部，其接收来自所述被检体的光并输出检测信号；像素位置切换判别单元，其与所述扫描单元扫描的照射点的切换同步地，判别与所述照射点对应的像素位置的切换；像素时钟产生单元，其输出由所述像素位置切换判别单元判别出的像素位置的切换定时的触发作为像素时钟；采样时钟产生单元，其输出采样时钟；采样单元，其与所述采样时钟产生单元输出的采样时钟同步地，对所述光检测部输出的检测信号进行A/D转换；以及处理部，其使用所述采样单元进行A/D转换后的检测信号输出图像构成用的信号值，其特征在于，在所述像素时钟产生单元输出第n个像素时钟后到输出第n+1个像素时钟之前的期间内，所述采样时钟产生单元输出多次的采样时钟，所述处理部具有累积加法模块和除法模块，所述累积加法模块在被输入所述像素时钟产生单元输出的第n个像素时钟后到被输入该像素时钟产生单元输出的第n+1个像素时钟之前的期间内，对由所述采样单元进行多次A/D转换后的数字数据进行累积相加，与此同时，对该累积相加次数进行计数，与所述第n+1个像素时钟的输入定时同步地，将被输入该第n+1个像素时钟之前的累积相加的数字数据和计数的累积相加次数送出到所述除法模块，将该累积加法模块中的数字数据的累积相加区域和累积相加次数的计数区域复位为初始状态，所述除法模块针对由所述累积加法模块送出的该累积相加的数字数据，将该累积相加次数作为除数进行除法运算。
(14)根据上述(13)所述的激光扫描型显微镜，其特征在于，所述除法模块具有与限定的除数对应的除法电路。
(15)根据上述(14)所述的激光扫描型显微镜，其特征在于，所述除法电路仅由移位电路的组合构成。
产业上的可利用性
本发明的激光扫描型观察装置例如在激光扫描型显微镜或激光扫描型内窥镜等、需要对被检体照射激光脉冲并检测其返回光、将检测到的强度作为像素值来构成图像的所有领域中是有用的。
标号说明
11：脉冲激光振荡单元；11-1：激光光源；11-2：扫描单元(电镜)；12：光检测部；13：同步信号产生单元；14：延迟电路部；15、15’：采样单元；15a’：AD转换单元；16：存储器部；17：多段延迟设定部；18：判定部；19：延迟设定部；20：图像构成部；20’：图像显示部；21：开关切换部；22：延迟光路部；22a、22d、22g：射束分裂器；22b、22c、22e、22f：反射镜；23：AC耦合型放大器；24：采样时钟产生单元；24a、24a1～n：高倍率放大器；24b、24b1～n：频带滤波器；24c、24c1、24c2：时钟元件；24-a：具有PLL功能的时钟单元；24-b：频率范围设定单元；24-c：频率范围扫描单元；24-d：锁定状态检测单元；24-e：锁定状态探查控制单元；25：处理部；25a：差分运算部；25b：图像构成用存储器部；25c：延迟量设定单元；25c-1：转换信号用存储器部；25c-2：判定部；25-1：累积加法模块；25-1a：累积加法器；25-1b：累积加法计数器；25-2：除法模块；26：像素位置判别电路；27：像素时钟产生单元；30：被检体(样本)；51：光源；52：半透半反镜；53：电镜；54：物镜；55：针孔；56：受光元件；57：图像处理部；58：监视显示器；59：被检体；61：激光装置(脉冲激光振荡单元)；62：光电转换部(光检测部)；63：A/D转换部(采样单元)；64：存储器；65：激光振荡检测部；66：激光振荡同步信号产生电路部(同步信号产生单元)；67：延迟电路部；68：外部输入电路；69：图像显示部；70：被检体。

Claims (14)

1.一种激光扫描型观察装置，其具有：
脉冲激光振荡单元，其振荡出用于照射被检体的脉冲激光；
光检测部，其接收来自所述被检体的光并输出检测信号；
同步信号产生单元，其检测来自所述脉冲激光振荡单元的所述脉冲激光的振荡，输出与该脉冲激光的振荡同步的同步信号；
延迟电路部，其使所述同步信号产生单元输出的所述同步信号延迟任意时间，并输出触发信号；
采样单元，其与所述延迟电路部输出的所述触发信号同步地对所述光检测部输出的检测信号进行采样；以及
存储器部，其蓄积所述采样单元采样的所述检测信号，
所述激光扫描型观察装置的特征在于，该激光扫描型观察装置具有：
多段延迟设定部，其能够将所述延迟电路部延迟的所述同步信号的延迟时间在该同步信号的1个周期以内设定为至少2个以上的阶段；以及
判定部，其使用各延迟阶段下的所述检测信号的强度数据来判定最适于图像构成的延迟阶段，其中，所述各延迟阶段下的所述检测信号的强度数据与根据所述多段延迟设定部设定的2个以上的阶段的延迟时间而由所述延迟电路部输出的所述触发信号同步地被所述采样单元采样并蓄积在所述存储器部中，
所述多段延迟设定部将与所述判定部判定出的所述最适于图像构成的延迟阶段对应的延迟时间设定为所述延迟电路部延迟的所述同步信号的延迟时间，将所述延迟电路部延迟的所述同步信号的延迟时间固定在与该最适于图像构成的延迟阶段对应的延迟时间进行观察。
2.根据权利要求1所述的激光扫描型观察装置，其特征在于，
所述判定部将所述存储器部中蓄积的各延迟阶段下的所述检测信号的强度数据最大的延迟阶段判定为所述最适于图像构成的延迟阶段。
3.根据权利要求1所述的激光扫描型观察装置，其特征在于，
所述激光扫描型观察装置还具有延迟设定开关，该延迟设定开关使所述多段延迟设定部和所述判定部新开始进行与所述最适于图像构成的延迟阶段对应的延迟时间的设定处理。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的激光扫描型观察装置，其特征在于，
所述激光扫描型观察装置还具有开关切换部，该开关切换部切换从所述脉冲激光振荡单元振荡出的所述脉冲激光对所述被检体的照射的开和关，
所述判定部在判定所述最适于图像构成的延迟阶段时，使用所述开关切换部为开时和关时的由所述多段延迟设定部设定的各延迟阶段下的所述检测信号的强度数据。
5.根据权利要求4所述的激光扫描型观察装置，其特征在于，
所述判定部还使用所述开关切换部为开时和关时的由所述多段延迟设定部设定的各延迟阶段下的所述检测信号的强度数据来计算该检测信号的对比度值。
6.根据权利要求4所述的激光扫描型观察装置，其特征在于，
所述判定部还使用所述开关切换部为关时的由所述多段延迟设定部设定的各延迟阶段下的所述检测信号的强度数据来检测暗噪声。
7.根据权利要求5所述的激光扫描型观察装置，其特征在于，
所述判定部还使用所述开关切换部为关时的由所述多段延迟设定部设定的各延迟阶段下的所述检测信号的强度数据来检测暗噪声。
8.根据权利要求4所述的激光扫描型观察装置，其特征在于，
所述激光扫描型观察装置还具有延迟光路部，该延迟光路部将从所述脉冲激光振荡单元振荡出的所述脉冲激光的光路分支为至少2个以上，根据不同光路中的光路长的差异，以对从所述脉冲激光振荡单元振荡出的该脉冲激光的周期进行倍频后的周期对所述被检体照射该脉冲激光，并且，
在所述延迟光路部中分支的至少1个光路上具有所述开关切换部，
在来自所述脉冲激光振荡单元的该脉冲激光的振荡的1个周期以内切换所述开关切换部的开和关。
9.根据权利要求5所述的激光扫描型观察装置，其特征在于，
所述激光扫描型观察装置还具有延迟光路部，该延迟光路部将从所述脉冲激光振荡单元振荡出的所述脉冲激光的光路分支为至少2个以上，根据不同光路中的光路长的差异，以对从所述脉冲激光振荡单元振荡出的该脉冲激光的周期进行倍频后的周期对所述被检体照射该脉冲激光，并且，
在所述延迟光路部中分支的至少1个光路上具有所述开关切换部，
在来自所述脉冲激光振荡单元的该脉冲激光的振荡的1个周期以内切换所述开关切换部的开和关。
10.根据权利要求6所述的激光扫描型观察装置，其特征在于，
所述激光扫描型观察装置还具有延迟光路部，该延迟光路部将从所述脉冲激光振荡单元振荡出的所述脉冲激光的光路分支为至少2个以上，根据不同光路中的光路长的差异，以对从所述脉冲激光振荡单元振荡出的该脉冲激光的周期进行倍频后的周期对所述被检体照射该脉冲激光，并且，
在所述延迟光路部中分支的至少1个光路上具有所述开关切换部，
在来自所述脉冲激光振荡单元的该脉冲激光的振荡的1个周期以内切换所述开关切换部的开和关。
11.根据权利要求7所述的激光扫描型观察装置，其特征在于，
所述激光扫描型观察装置还具有延迟光路部，该延迟光路部将从所述脉冲激光振荡单元振荡出的所述脉冲激光的光路分支为至少2个以上，根据不同光路中的光路长的差异，以对从所述脉冲激光振荡单元振荡出的该脉冲激光的周期进行倍频后的周期对所述被检体照射该脉冲激光，并且，
在所述延迟光路部中分支的至少1个光路上具有所述开关切换部，
在来自所述脉冲激光振荡单元的该脉冲激光的振荡的1个周期以内切换所述开关切换部的开和关。
12.根据权利要求1所述的激光扫描型观察装置，其特征在于，
通过所述同步信号产生单元和所述延迟电路部构成采样时钟产生单元，该采样时钟产生单元输出使检测到来自所述脉冲激光振荡单元的所述脉冲激光的振荡的信号与所述脉冲激光振荡单元的振荡模式同步的采样时钟，
所述激光扫描型观察装置还具有AC耦合型放大器，该AC耦合型放大器放大并输出所述光检测部输出的检测信号，
所述采样单元与所述采样时钟产生单元输出的采样时钟同步地，对所述AC耦合型放大器放大输出的检测信号进行采样，
所述激光扫描型观察装置还具有处理部，该处理部使用所述采样单元采样的检测信号输出图像构成用的信号值，
其中，
所述采样单元具有2个系统的AD转换单元，
所述处理部具有：延迟量设定单元，其由蓄积所述采样单元采样的所述检测信号的所述存储器部和所述判定部构成，能够按照各个所述系统调整并设定所述2个系统的AD转换单元各自的采样定时的延迟量；以及差分运算部，其输出在由所述延迟量设定单元设定的定时采样的来自所述2个系统的AD转换单元的检测信号的差分作为图像构成用的信号值。
13.根据权利要求12所述的激光扫描型观察装置，其特征在于，
所述延迟量设定单元将所述2个系统的AD转换单元的采样定时的延迟量调整为彼此错开脉冲激光的振荡频率的半个周期。
14.根据权利要求12所述的激光扫描型观察装置，其特征在于，
所述延迟量设定单元调整所述2个系统的AD转换单元中的第1系统的AD转换单元的采样定时的延迟量，使得来自该第1系统的AD转换单元的检测信号最大，并且，调整所述2个系统的AD转换单元中的第2系统的AD转换单元的采样定时的延迟量，使得来自该第2系统的AD转换单元的检测信号最小。
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