JP2000098259A - 共焦点顕微鏡用撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ディスクスキャナによる共焦点顕微鏡におい
て、高画質の静止画像を撮影する。 【解決手段】静止画像を撮影するためのカメラ本体41
と、このカメラ本体41の露光時間信号を発生する露光時
間演算回路52と、ディスクスキャナの回転周期信号を発
生する回転センサ22、スキャントラック始点終点判別回
路56、回転周期演算回路58と、上記露光時間信号と回転
周期信号とを比較する比較回路59と、その比較出力によ
り上記ディスクスキャナのモータ23の回転制御を行なう
モータ制御回路60、モータ駆動回路61とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、顕微鏡標本の共焦
点画像を撮影する共焦点顕微鏡用撮影装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】共焦点顕微鏡は、光軸方向のセクショニ
ング効果や超解像効果など、共焦点効果と呼称される光
学性能での改善効果が得られることから、近年、急速に
普及が進んでいる。

【０００３】この共焦点顕微鏡は、その走査原理及びス
キャナ、光学系の基本構成上、レーザビームをガルバノ
メータミラーや音響光学偏向素子（ＡＯＤ：Ａｃｏｕｓ
ｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ）などの光
偏向器を用いて走査するシングルビームタイプ（ピンホ
ール固定式／単一ピンホール）と、例えば複数のピンホ
ールを螺旋状のパターンとして配置したニポウディスク
を回転させるものを代表とする回転式ディスクスキャナ
（以下「ディスクスキャナ」と称する）を用いたマルチ
ビームタイプ（ピンホール可動式／複数ピンホール）の
２種類に大別することができる。

【０００４】上記後者の回転式ディスクスキャナによる
共焦点顕微鏡、特にマイクロレンズ付きのディスクスキ
ャナを用いたマルチビームタイプの共焦点顕微鏡につい
ては、「横河のコンフォーカル顕微鏡」（日本工業出版
「光アライアンス」第７巻第１２号）、「ニポウ板型共
焦点蛍光顕微鏡」（日本工業出版「光アライアンス」第
８巻第１０号）に詳述されており、その最も大きな特徴
は、裸眼による直接観察や写真撮影が可能である点、及
びカラー画像の観察、撮影が可能である点にある。

【０００５】このため、工業用途、特にＩＣなどの半導
体検査用途には目視検査用を主目的としたディスクスキ
ャナによるマルチビームタイプの共焦点顕微鏡が普及し
ている。

【０００６】一方、例えば蛍光染色した生物細胞を高画
質で観察して静止画像を撮影するような要求の強い医
学、生物学的な研究用途においては、依然シングルビー
ムタイプの共焦点顕微鏡の方が多く普及している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年、上述した文献に
示す如く、蛍光観察に好適なマイクロレンズ付きのディ
スクスキャナを用いたマルチビームタイプの共焦点顕微
鏡が出現し、医学、生物学的研究用途にも使われるよう
になってきた。

【０００８】しかしながら、その用途は、Ｃａイオンや
ｐＨなどの蛍光指示薬を注入した生細胞の動態観察をビ
デオレートあるいはそれ以上の速さでリアルタイムに観
察するものに限定される傾向にある。

【０００９】この理由としては、ディスクスキャナを用
いた共焦点顕微鏡のメーカーの数が少なく、商品のバリ
エーションが広がっていないことや、装置価格対性能の
バランスが悪く、Ｃ／Ｐ（：コストパーフォーマンス）
が低い、などのマーケティング的な要因もあるが、そも
そも現行のディスクスキャナが、ビデオカメラなどのリ
アルタイム性のある動画像撮影装置との組合わせ動作を
念頭に設計されているということも見逃せない。

【００１０】例えば、特開平９−８０３１５号公報にお
いては、図６に示すようにニポウディスク１２０の回転
をフォトダイオード１２１で検出し、電流電圧変換回路
１２２及び電圧比較回路１２３を用いて撮像装置１２５
へのトリガ信号を生成し、スキャン同期と撮像周期との
同期をとることにより、スキャンむらを解消し、明暗の
縞のない撮像画面を得るようにしたものが記載されてい
る。

【００１１】しかしながら、ここで想定している撮像装
置１２５は、ＣＣＤを用いたビデオカメラのように一定
周期、例えば１／３０秒で撮影動作を連続的に行なう撮
像装置であり、静止画像を撮影するような使用条件、特
に標本の明るさに応じて露光時間が百分の数秒乃至数十
秒の単位の広範囲で変化するような撮影の用途は考慮さ
れていない。

【００１２】また、特開平９−２９７２６７号公報にお
いては、図７に示すようにビデオ撮影装置のＣＣＤカメ
ラ２０１からのビデオ信号（ＮＴＳＣ信号）から垂直同
期信号を抽出（２０２）し、その周波数を逓倍（２０
３）してディスクスキャナ駆動用のモータ駆動回路２０
４に制御信号を供給することによって、モータ２０５の
回転数をＮＴＳＣ信号に基づいて制御し、スキャナむら
がなく縞のない画像の得られるモータ制御装置を実現す
ることが記載されている。

【００１３】しかしながら、ここでも撮像装置はＮＴＳ
Ｃ信号を用いるＣＣＤカメラ２０１に限定されており、
上述したような露光時間が広い範囲で変化するような静
止画像を撮影する用途はまったく考慮されていない。

【００１４】以上に説明したように従来のディスクスキ
ャナは、ＣＣＤカメラ２０１を撮像装置として想定して
いるため、スキャナの回転速度はビデオレート（約３０
Ｈｚ）相当の毎秒約３０回転、回転周期は約１／３０秒
（約０．０３３秒）付近に設定されている。また、ＣＣ
Ｄカメラ２０１と同期しながら回転速度を微調整するこ
とは考慮されているが、回転速度を広範囲に変化させる
ことは考慮されていない。

【００１５】ここで、通常の顕微鏡写真撮影における使
用条件と同じように、標本の明るさによって露光時間が
百分の数秒乃至数十秒の単位の幅広い範囲で変化する条
件下での問題について説明する。

【００１６】露光時間が例えば０．０１秒（１／１００
秒）のとき、上記ディスクスキャナがビデオレート（約
３０Ｈｚ）相当の毎秒約３０回転で回転するものとする
と、露光時間内にスキャナは約０．３回転しかしない。
一方、露光時間が１０秒のときは、露光時間内にスキャ
ナは約３００回転する。このため、露光時間が上記の幅
広い範囲で変化する場合には、露光時間によって画像を
得る間のスキャナ回転数が大きく異なることになる。

【００１７】ここで、上記の各公報の従来技術で問題に
しているディスクスキャナ上のピンホールの配列のムラ
による縞などの画像ノイズは、スキャナ上の走査パター
ン（スキャントラック）の走査回数を増やすこと、すな
わち、１画面を撮影する露光時間内のスキャナの回転総
数を増やすことによって、ノイズの積算、消去効果が期
待される性質のものである。

【００１８】このため、標本が明るく露光時間の短い条
件下では、露光時間内のディスクの回転総数が少なくな
るにつれて、ノイズの積算、消去効果が減少し、ピンホ
ールパターンの縞による画像ノイズが目立つようにな
り、高画質の静止画像を得ることが困難になる。

【００１９】特に、露光時間が０．０１秒（１／１００
秒）しかない場合にはその露光時間内にスキャナが約
０．３回転しかしないため、ディスクの回転数が１回転
未満の半端な数となり、もし露光開始のタイミングをデ
ィスクスキャナのスキャントラックの始点に一致させた
としても、露光終了のタイミングはスキャントラックの
終点と一致しなくなる。

【００２０】仮に、スキャントラックの始点及び終点が
ディスク１回転に対して複数箇所、例えば回転角３０度
毎にが設けられ（１回転当たり１２個のスキャントラッ
ク）、露光時間が０．０８３３秒（１／１２秒）のとき
にスキャントラックの終点と露光終了のタイミングが偶
然一致するようになっていたとしても、その状態から標
本の明るさが少し変化して露光時間が変化すれば、たち
まちスキャントラックの終点と露光終了のタイミングに
ずれを生じるようになることは明白である。

【００２１】すなわち、従来技術においては、ディスク
スキャナを用いたマルチビームタイプの共焦点顕微鏡に
おける静止画撮影において標本の明るさに応じて露光時
間が変化する場合、スキャントラックの始点、終点と露
光の開始、終了のタイミングを常に一致させることは不
可能である。特に、露光時間が短い条件では、スキャン
トラックの走査回数が少なくなると同時に露光開始、終
了のタイミングとスキャントラックの始点、終点がずれ
ることになり、ピンホール配列のムラによる縞などの画
像ノイズが重畳しやすくなるので、その結果として高画
質の静止画像を得ることができないという不具合があっ
た。

【００２２】本発明は上記のような実情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、ディスクスキャナ
による共焦点顕微鏡において、高画質の静止画像を撮影
することのできる共焦点顕微鏡用撮影装置を提供するこ
とにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
ディスクスキャナを用いた共焦点顕微鏡における、静止
画像を撮影するための撮影装置と、この撮影装置の露光
時間信号を発生する第１の信号発生回路と、上記ディス
クスキャナの回転周期信号を発生する第２の信号発生回
路と、上記第１及び第２の信号発生回路が発生する露光
時間信号と回転周期信号とを比較し、その比較結果によ
り上記ディスクスキャナ、共焦点顕微鏡、撮影装置の少
なくとも一つの制御を行なう制御手段とを具備したこと
を特徴とする。

【００２４】このような構成とすれば、標本の明るさに
よって露光時間が変化することがあっても、露光時間内
のディスクの回転総数を一定に保つように制御すること
により、露光の開始、終了のタイミングとディスク回転
位置との同期を合わせ、露光の開始、終了時のディスク
パターンの位置をスキャントラックパターンの始点、終
点に保つことができるので、ピンホールパターンによる
縞状のノイズの発生を抑制し、高画質の静止画撮影が可
能となる。

【００２５】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の発明において、上記制御手段は、上記ディスクスキャ
ナの回転速度を上記撮影装置の露光時間に関連して制御
するか否かを切換える切換手段を有することを特徴とす
る。

【００２６】このような構成とすれば、上記請求項１記
載の発明の作用に加えて、撮影装置の露光状態や撮影、
観察光路の切換え状態など、写真撮影、目視観察、ビデ
オ撮影など、ユーザの使用条件に応じて最適なディスク
スキャナの回転制御を行なうことができる。

【００２７】請求項３記載の発明は、上記請求項１記載
の発明において、上記制御手段は、予め設定された上記
ディスクスキャナの回転速度の基準信号と上記回転周期
信号とを比較し、その比較結果に応じて上記共焦点顕微
鏡及び撮影装置の少なくとも一方の制御を行なうか、あ
るいは設定変更の操作を促す表示を行なうことを特徴と
する。

【００２８】このような構成とすれば、上記請求項１記
載の発明の作用に加えて、ディスクスキャナの回転速度
がリミット値を超える場合には共焦点顕微鏡及び撮影装
置の少なくとも一方の設定を変更してディスクスキャナ
の回転速度がリミット値を超えないように制御しなが
ら、露光時間と回転周期の関係を維持し続けることがで
きる。

【００２９】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下本発明
を正立型顕微鏡及び写真撮影装置を含む共焦点顕微鏡撮
影装置に適用した場合の第１の実施の形態について説明
する。

【００３０】図１はその光学系の構成を示すもので、全
体として写真撮影装置、共焦点スキャナユニット１０、
及び顕微鏡の３つからなる。顕微鏡は、撮影光路をもっ
た三眼鏡筒３２を備えた正立型の顕微鏡であり、図中で
はステージ３１の上面から上側の観察光学系のみを示し
ている。

【００３１】写真撮影装置は、カメラ本体４１と制御ユ
ニット４４とからなり、カメラ本体４１と上記制御ユニ
ット４４とがケーブル４２により、また制御ユニット４
４と共焦点スキャナユニット１０とがケーブル４３にそ
れぞれ双方向に接続されている。

【００３２】三眼鏡筒３２には、３０度プリズム４と円
筒プリズム７が図示しないスライダ上で光路に対して選
択的に交換可能に配置されており、３０度プリズム４が
光路に挿入されているときは、接眼レンズ６による肉眼
観察が可能であり、ステージ３１下部の図示しない透過
照明光源からの照明光による透過観察、または、オプシ
ョンとして落射投光管３４を用いての落射蛍光観察が可
能であり、通常の顕微鏡として使用できる。

【００３３】また、円筒プリズム７が光路に挿入されて
いるときは、三眼鏡筒３２の直筒部上方の共焦点スキャ
ナユニット１０内に形成される像面８とステージ３１上
に載置された標本１とを共役に結ぶ光路が形成され、共
焦点ユニット１０による共焦点画像の肉眼観察または写
真撮影が可能となる。

【００３４】共焦点スキャナユニット１０は、マイクロ
レンズ付き回転式ディスクスキャナを備えており、上記
三眼鏡筒３２の直筒部上方に撮像素子取付けマウント３
３を介して装着されている。

【００３５】この共焦点スキャナユニット１０には図示
しないレーザファイバを介して、振動や熱などの伝達を
防ぐためにこの顕微鏡が載置されたテーブルから離して
床上に配置したレーザ光源と接続されて、該光源からレ
ーザ光を導入している。

【００３６】共焦点ユニット１０に導入されたレーザ光
は、図示しないコリメータレンズによって平行光にされ
た後、マイクロレンズアレイの形成された集光ディスク
１２へ入射する。

【００３７】なお、集光ディスク１２上のマイクロレン
ズの形成パターンと、この集光ディスク１２と同軸的に
配置されたピンホールディスク１１上のピンホールのパ
ターンは、半導体プロセスを利用して製作されて同一性
が確保されており、さらにこれら２つのディスク１１，
１２を連結シャフト２４で連結する製造工程において予
め両パターンが一致するようにアライメント調整されて
いる。

【００３８】このため、集光ディスク１２上に設けられ
た複数のマイクロレンズによって集光されたレーザ光
は、ピンホールディスク１１上で対応する複数のピンホ
ールを通過する。

【００３９】ここで、ピンホールディスク１１の位置
は、像面８の位置に一致するように配置されており、ピ
ンホールを通過した光は、円筒プリズム７、結像レンズ
３、及び対物変換レボルバ３５に装着された対物レンズ
２を経て、試料１の共焦点位置上に集光する。

【００４０】この試料１の細胞には予め蛍光指示薬が注
入されており、上記照射されたレーザ光によって励起さ
れて蛍光を発する。試料１より出た蛍光は、対物レンズ
２、結像レンズ３、円筒プリズム７を遡り、ピンホール
ディスク１１のピンホールへと戻ってきて共焦点光路を
形成する。ここで、連結されたピンホールディスク１１
と集光ディスク１２とをモータ２３で回転駆動すること
により、走査共焦点画像を得ることができる。

【００４１】試料１の側からピンホールディスク１１を
通過した蛍光は、ピンホールディスク１１と集光ディス
ク１２間の空間の光路上に配置されたダイクロイックミ
ラー１３によって反射され、レーザ光路から分離されて
図面左方へと偏向され、ミラー１４及びミラー１６でそ
れぞれ反射されて図面右方向へと偏向される。

【００４２】ここで、ミラー１７は挿脱可能に配置され
るものであり、ミラー１７を光路から抜き出した状態で
は、リレーレンズ１５，１９によって像面２０に再結像
された共焦点画像を接眼レンズ２１を用いて肉眼で目視
観察することができる。

【００４３】一方、ミラー１７を光路上に挿入した状態
では、光路は図面の上向きに反射され、リレーレンズ１
５，１８によって像面２６に再結像された共焦点画像
を、マウント２５を介して取付けたカメラ本体４１に合
わせ、該カメラ本体４１によって撮像することができ
る。

【００４４】しかるに、カメラ本体４１での撮影動作を
制御するための回路は上述した如くケーブル４２で接続
された制御ユニット４４内に構成されている。また制御
ユニット４４は、同じく上述した如くケーブル４３によ
って、共焦点ユニット１０内の連結シャフト２４に連結
されたモータ２３を回転駆動する図示しないモータ駆動
回路と、ピンホールディスク１１及び集光ディスク１２
の回転位置を検出する回転センサ２２とにそれぞれ接続
されており、モータ２３の回転位置を回転センサ２２で
検出しながらモータ２３とカメラ本体４１をそれぞれ制
御している。

【００４５】回転センサ２２は、ピンホールディスク１
１の回転位置、特にピンホールパターン上に形成された
スキャントラックの始点、終点を検出してトリガ信号を
生成する。

【００４６】なお、制御ユニット４４には露光を指示す
るための露光ボタン４５、撮影モードを切換設定するた
めのモード切換ボタン４６、連続的に変化する制御量を
調整するためのコントロールノブ４７の各種操作スイッ
チと、露光時間を表示するための例えば液晶表示パネル
でなるディスプレイパネル４８とを備えている。

【００４７】次いで図２により上記制御ユニット４４と
カメラ本体４１、共焦点スキャナユニット１０に備えら
れる電子回路の構成について説明する。カメラ本体４１
内の測光回路５１で得られた測光信号は、ケーブル４２
を介して制御ユニット４４内の露光時間演算回路５２に
取込まれる。露光時間演算回路５２では、この測光信号
により露光時間を算出し、露光時間表示回路５３を介し
て上記ディスプレイパネル４８（図１参照）で表示出力
させる一方、露光時間信号を露光制御回路５４へ出力す
る。

【００４８】この露光制御回路５４は、ここでは図示し
ないが上記モード切換ボタン４６、コントロールノブ４
７（図１参照）の操作信号を直接入力するもので、測光
モードの設定、感度設定、露出補正量の設定などを行な
うことができるが、その説明は本発明に直接関係ないの
で省略する。

【００４９】しかして露光制御回路５４は、露光時間演
算回路５２からの露光時間信号に従い、露光ボタン４５
からの操作信号に対応してカメラ本体４１内の電子シャ
ッタ５５に露光開始信号及び露光終了信号を送出して開
閉駆動し、露光を制御する。

【００５０】ここで、上記露光開始信号は、正確にはユ
ーザの操作した露光ボタン４５の信号に直接対応するも
のではなく、共焦点スキャナユニット１０内の回転セン
サ２２による検出信号からスキャントラック始点終点判
別回路５６が発生させたスキャントラック始点トリガ信
号と共にアンド回路５７に入力されその出力に対応する
ようにすることで、ディスクスキャナの上記ピンホール
ディスク１１上に形成されたピンホールパターンのスキ
ャントラックの始点と同期して露光が開始されるように
制御される。

【００５１】また、共焦点スキャナユニット１０内の回
転センサ２２の検出出力により上記スキャントラック始
点終点判別回路５６は、上記スキャントラック始点トリ
ガ信号と同様に、ディスクスキャナのピンホールディス
ク１１上に形成されたピンホールパターンのスキャント
ラックの終点と同期した、スキャントラック終点トリガ
信号も生成し、これらを共に回転周期演算回路５８に送
出している。

【００５２】回転周期演算回路５８はこれらの信号によ
り、ディスクスキャナが１回転に要する時間を算出して
それを表す回転周期信号を作成し、比較回路５９に出力
している。

【００５３】比較回路５９では、この回転周期信号を上
記露光時間演算回路５２から送られてくる露光時間信号
と比較し、その差信号をモータ制御回路６０に出力す
る。モータ制御回路６０は、この比較回路５９から送ら
れてくる差信号により上記モータ２３の回転駆動を行な
うモータ駆動回路６１を制御する。

【００５４】このような構成にあって、比較回路５９を
用いて露光時間と回転周期との差信号を生成してモータ
制御回路６０に送出することで、モータ制御回路６０が
上記電子シャッタ５５による露光時間とモータ２３の回
転周期とが一致するようにモータ駆動回路６１に対して
制御を行なう。

【００５５】このようなフィードバック制御ループを構
成することにより、露光時間と回転周期とを常に正確に
一致させ、かつ、露光開始のタイミングをスキャントラ
ック始点トリガ信号と連動させるので、結果として、露
光終了のタイミングもスキャントラック終点トリガ信号
と同期させることができる。

【００５６】なお、図示はしていないが、回転周期信号
逓倍回路を回転周期演算回路５８と比較回路５９の間に
配設し、回転周期演算回路５８の出力する回転周期信号
を逓倍して比較回路５９へ送出することによって、露光
時間内のディスク回転数を１回転、２回転、‥‥と整数
比で増大させて、露光時間が数秒のオーダとなって長引
く場合にもディスクスキャナの回転数を極端に下げるこ
となく露光とスキャナ回転位置の同期をとることも可能
である。

【００５７】このように本実施の形態にあっては、露光
の開始、終了の各タイミングをディスクスキャナの回転
位置と同期させて制御し、且つ露光時間内のディスクの
回転総数を一定に保ち、明るい標本では回転速度を速
く、暗い標本では回転速度を遅くなるように制御するこ
とによって、標本の明るさによって露光時間が広い範囲
に渡って変化することがあっても、ディスクスキャナに
形成されているピンホールパターンによる縞状のノイズ
の発生を抑制し、高画質の静止画撮影を可能とすること
ができる。

【００５８】（第２の実施の形態）以下本発明を正立型
顕微鏡及び写真撮影装置を含む共焦点顕微鏡用撮影装置
に適用した場合の第２の実施の形態について説明する。

【００５９】なお、その光学系の構成については上記図
１で示したものと同様であるものとし、同一部分は同一
符号を用いることとしてその図示及び説明は省略する。
また、図３は制御ユニット４４とカメラ本体４１、共焦
点スキャナユニット１０に備えられる回路構成を示すも
のであるが、基本的には上記図２で示したものと同様で
あるので、やはり同一部分には同一符号を付してその説
明は省略する。

【００６０】しかして、本実施の形態にあっては、上記
カメラ本体４１を使用せず、接眼レンズ２１よりユーザ
が肉眼で目視観察する場合、及びカメラ本体４１に代え
てここでは図示しないビデオカメラ装置を装着した場合
を考慮するものとし、上記ビデオカメラ装置の装着時に
は、当該ビデオカメラ装置から垂直同期信号と同等のビ
デオ同期信号が図示しないケーブルを介して制御ユニッ
ト４４内に入力されるものとする。

【００６１】この入力されたビデオ同期信号は定速モー
ド制御回路６２に取込まれる。この定速モード制御回路
６２は、ビデオ同期信号の入力に同期してビデオレート
（約３０Ｈｚ）相当の定速回転周期信号を生成し、切換
回路６３へ出力する。

【００６２】切換回路６３は、この定速回転周期信号と
比較回路５９の出力する差信号のいずれか一方を露光制
御回路５４からの露光開始信号により切換選択して上記
モータ制御回路６０へ出力する。

【００６３】また、上記露光制御回路５４との電子シャ
ッタ５５の間には遅延回路６４が配設され、適宜時間差
をもって露光制御回路５４からの露光開始信号及び露光
終了信号を電子シャッタ５５へ伝達する。

【００６４】上記のような構成にあって、ビデオカメラ
装置を装着せず、写真（静止画像）を撮影するものとし
てカメラ本体４１を装着している場合には、測光回路５
１での測光動作により露光時間演算回路５２から露光制
御回路５４に露光時間信号が入力されるため、露光制御
回路５４はその露光時間信号に相当する露光開始信号及
び露光終了信号を切換回路６３と遅延回路６４を介して
電子シャッタ５５とに出力する。このとき、遅延回路６
４では遅延動作を行なわない。

【００６５】切換回路６３は、比較回路５９からの該信
号により比較回路５９が出力する差信号を選択してモー
タ制御回路６０へ送出するもので、その動作は上記第１
の実施の形態で説明した場合と同様である。

【００６６】一方、上記カメラ本体４１を装着せず、上
記ミラー１７を光路から抜き出して接眼レンズ２１によ
りユーザが肉眼で標本１の目視観察を行なう場合、定速
モード制御回路６２はビデオ同期信号が入力されていな
いために、同期のとられていない予め設定した定速、例
えば後述するビデオカメラ装置との互換性を図ったビデ
オレート（約３０Ｈｚ）相当の毎秒約３０回転の定速回
転周期信号を生成し、切換回路６３へ出力する。

【００６７】このとき、カメラ本体４１が装着されてい
ないために露光制御回路５４には露光時間信号が入力さ
れず、したがって露光制御回路５４は露光開始信号及び
露光終了信号を出力することができない。

【００６８】切換回路６３は、露光制御回路５４からの
信号がないことにより定速モード制御回路６２からの定
速回転周期信号を選択してモータ制御回路６０に供給す
る。その結果、モータ制御回路６０は該定速回転周期信
号に応じてモータ駆動回路６１によりモータ２３を定速
で回転させ、ユーザは接眼レンズ２１により標本１の目
視観察を安定した状態で行なうことができるようにな
る。

【００６９】また、上記ミラー１７を光路上に挿入し、
上記カメラ本体４１に代えてビデオカメラ装置を装着し
て、そのビデオ同期信号を定速モード制御回路６２に入
力した動画像の撮影を行なう場合、定速モード制御回路
６２は入力されているビデオ同期信号に同期してビデオ
レート（約３０Ｈｚ）相当の毎秒約３０回転の定速回転
周期信号を生成し、切換回路６３へ出力する。

【００７０】このとき、カメラ本体４１が装着されてい
ないために露光制御回路５４には露光時間信号が入力さ
れず、したがって露光制御回路５４は露光開始信号及び
露光終了信号を出力することができない。

【００７１】切換回路６３は、露光制御回路５４からの
信号がないことにより定速モード制御回路６２からのビ
デオ同期信号に同期した定速回転周期信号を選択してモ
ータ制御回路６０に供給する。その結果、モータ制御回
路６０は該定速回転周期信号に応じてモータ駆動回路６
１によりモータ２３を定速で回転させ、該ビデオカメラ
装置とディスクスキャナの回転周期とを同期させて動画
像の撮影を行なわせることができるようになる。

【００７２】このように、ユーザが目視観察を行なう場
合、及びカメラ本体４１に代えてビデオカメラ装置を装
着して動画像の撮影を行なう場合にはディスクスキャナ
を回転駆動するモータ２３を定速回転させる一方、カメ
ラ本体４１を装着して写真（静止画像）を撮影する場合
には、カメラ本体４１の電子シャッタ５５が開いている
露光時間に対応してディスクスキャナの回転総数が維持
されるようにモータ２３の回転速度を広い範囲に渡って
可変制御するように、モータ２３の回転速度をその時々
によって切換制御している。

【００７３】なお、上記露光制御回路５４からの露光信
号を遅延回路６４を介して遅延して電子シャッタ５５に
供給するものとして説明したが、これはモータ２３の回
転速度を定速のモードから露光時間に連動した撮影モー
ドへと移行する際のタイムラグを吸収し、モータ２３の
回転速度が露光時間と連動するようになってから電子シ
ャッタ５５を動作させるためであって、その遅延時間は
システムの応答系に応じて可変設定することが可能であ
るものとする。

【００７４】また、上記切換回路６３を切換制御するた
めの信号を露光制御回路５４の出力する露光信号を用い
るものとして説明したが、これに代えて、ミラー１７を
配置していた位置に検出センサを設け、このセンサの信
号と上記ビデオ同期信号の入力の有無を勘案するものと
し、例えばミラー１７が光路上にない場合は目視観察、
ミラー１７が光路上にあってビデオ同期信号が入力され
ていない場合はカメラ本体４１による写真（静止画像）
の撮影、ミラー１７が光路上にあってビデオ同期信号も
入力されている場合はビデオカメラ装置による動画像の
撮影であるとして、モータ制御回路６０に与える回転周
期信号を切換えるようにしても良い。

【００７５】（第３の実施の形態）以下本発明を正立型
顕微鏡及び写真撮影装置を含む共焦点顕微鏡写真撮影装
置に適用した場合の第３の実施の形態について説明す
る。

【００７６】なお、その光学系の構成については上記図
１で示したものと同様であるものとし、同一部分は同一
符号を用いることとしてその図示及び説明は省略する。
また、図４は制御ユニット４４とカメラ本体４１、共焦
点スキャナユニット１０に備えられる回路構成を示すも
のであるが、基本的には上記図２で示したものと同様で
あるので、やはり同一部分には同一符号を付してその説
明は省略する。

【００７７】しかして、本実施の形態にあっては、比較
回路５９′に対して回転速度リファレンス回路６５から
モータ２３の回転周期の上限値を示す回転周期リミット
信号を入力できるようにし、この比較回路５９′から出
力される信号を受けたレーザ強度制御回路６６が適宜顕
微鏡にレーザ強度制御信号を出力し、レーザ光源から発
振出力されるレーザ光の強度を抑制させるものである。

【００７８】上記のような構成にあって、上述した如く
回転速度リファレンス回路６５は、モータ２３の回転速
度の上限値に相当する回転周期リミット信号を常時比較
回路５９′に対して出力する。

【００７９】比較回路５９′では、まず回転周期演算回
路５８からの回転周期信号と回転速度リファレンス回路
６５からの回転周期リミット信号を比較する。ここで回
転周期リミット信号が回転周期信号よりも大きい場合、
すなわち、ディスクスキャナの回転速度が上限値を超え
ていない場合には、比較回路５９′は回転周期信号と露
光時間演算回路５２からの露光時間信号を比較しながら
回転周期演算回路５８からの回転周期信号が露光時間信
号に一致するようにモータ２３を制御するもので、その
場合の動作は上記図２で説明した場合とまったく同一で
ある。

【００８０】また、回転速度リファレンス回路６５から
の回転周期リミット信号が回転周期演算回路５８からの
回転周期信号よりも小さい場合、すなわち、ディスクス
キャナの回転速度が上限値を超えている場合には、比較
回路５９′はレーザ強度制御回路６６へ制御信号を出力
し、レーザ強度制御回路６６が顕微鏡に対して出力する
レーザ強度制御信号の内容値を小さくさせる。

【００８１】このレーザ信号制御信号は、図示しないレ
ーザ光源に接続されており、上記図１において集光ディ
スク１２へ入射するレーザ光の強度を制御するもので、
レーザ強度制御信号の内容値に比例して発振するレーザ
光の強度を加減制御することができる。

【００８２】以上のような制御動作を行なうことによっ
て、回転速度リファレンス回路６５の出力する回転周期
リミット信号が回転周期演算回路５８の出力する実際の
回転周期信号よりも小さい場合、すなわち、ディスクス
キャナの回転速度が上限値を超えている場合に、顕微鏡
側のレーザ光強度を下げて、ディスクスキャナの回転速
度に比して明かる過ぎる共焦点顕微鏡の画像を暗くす
る。

【００８３】このような制御方法により、カメラ本体４
１内の測光回路５１からの測光信号に応じて露光時間演
算回路５２から出力される露光時間に反映され、電子シ
ャッタ５５での露光時間が伸びることになる。その結
果、比較回路５９′によりモータ２３のモータ回転速度
を制御するフィードバック制御ループが回復し、露光時
間に合わせてモータ２３の回転周期を伸ばすように制御
される。

【００８４】結果として、ディスクスキャナの回転速度
が上限値を超えている場合には、比較回路５９′が回転
速度リレファレンス信号と回転周期信号との比較結果に
基づいて顕微鏡側のレーザ強度を下げることによって、
露光時間信号の内容を長くし、ディスクスキャナの回転
速度が上限値を超えない状態にして露光時間と回転周期
の関係を一定に保ちながら制御を続けることができる。

【００８５】なお、ディスクスキャナを回転駆動するモ
ータ２３の回転速度の上限値は、例えば、モータ２３の
オーバーヒート、電気系、機械系の各構成部品を過度の
高速回転による破壊や寿命の短縮などから保護するな
ど、メンテナンス上の用途のために設定することで、そ
の効果を発揮することができる。

【００８６】また、該回転速度の過度な上昇に伴うスキ
ャナの追従遅れや機械的な振動の増大は、共焦点顕微鏡
における画質の劣化を招くことになるため、画質維持の
目的からもモータ２３の回転速度の上限値を設定するこ
とが有効である。

【００８７】この場合、必要とされる画質は顕微鏡の対
物レンズ２の倍率設定や標本１の明るさなど、光学系の
使用条件やカメラ本体４１の感度設定などの装置条件に
よっても異なる。

【００８８】本実施の形態においては、図１の制御パネ
ル４４のモード切換えボタン４６、コントロールノブ４
７による操作入力にしたがって、回転速度リファレンス
回路６５から比較回路５９′へ送出される回転周期リミ
ット信号の内容を光学系の使用条件や目標とする画質レ
ベルに基づいた最適な値にセットするよう構成すること
も充分可能である。

【００８９】これにより、使用条件に合致したディスク
スキャナの回転速度を維持しながら露光時間とディスク
スキャナの回転周期とを一致するように制御させること
ができる。

【００９０】なお、上記実施の形態においては、ディス
クスキャナの回転速度の上限に関する制御についてのみ
行なうものとして説明したが、ディスクスキャナ回転速
度の下限に関する制御を行なうものとしても同様に適用
可能であることは言うまでもない。これはすなわち、デ
ィスクスキャナの回転速度が遅すぎ、回転周期が所定の
値より長すぎる場合に顕微鏡側で発振出力されるレーザ
光の強度を上げる制御を行なって、ディスクスキャナの
回転速度を上げるように制御するものである。

【００９１】また、本実施の形態では、レーザ光の発振
強度を電気的に制御する場合を示したが、顕微鏡の光路
内に複数のＮＤフィルタを選択的に切換えて挿入する機
構を電動化するなどの手段により、顕微鏡の光学系の明
るさを調整することによっても同様の効果を奏すること
ができる。

【００９２】さらに本実施の形態で制御を行なう対象
は、顕微鏡の光学系の明るさに限定されず、写真撮影装
置の露出補正量や感度設定値であってもよい。この場
合、例えば回転速度リファレンス回路６５の出力する回
転速度レファレンス信号と回転周期演算回路５８の出力
する回転周期信号の比較結果に基づいて、写真撮影装置
の露出補正量や感度設定値を変更することで、露光時間
演算回路５２で算出される露光時間の長短を変更設定す
ることもでき、これによりディスクスキャナの回転速度
が上限値及び下限値で規定される範囲を外れない状態を
維持したまま、必ずしも顕微鏡の光学系の明るさを変更
せずとも、露光時間と回転周期の関係を一定に保ちなが
ら制御を続行することも可能となる。

【００９３】以上、レーザ光強度の調整、ＮＤフィルタ
の挿抜切換え、写真撮影装置の露出補正量や感度設定値
の変更など、顕微鏡や写真撮影装置に対して各種の調
整、制御を自動的に行なう場合を説明したが、これらの
制御ユニットを図１に示した機械、光学系の構成に加え
ると、全体としての装置が複雑化し、製造コストが高く
なるという虞がある。

【００９４】また、手動操作を前提とした通常の顕微鏡
に対して、共焦点スキャナ、写真撮影装置の追加装着を
行なう場合には、必ずしも適用できないという不具合が
ある。

【００９５】これらを解決するための構成として、比較
回路５９′の出力信号を制御信号として用いずに、図１
に示すディスプレイパネル４８へのメッセージ表示を行
ない、操作設定条件の変更をユーザに推奨または警告
し、ユーザの手動操作によって上述したような自動制御
を代行させることも可能である。

【００９６】この場合、本実施の形態の比較回路５９′
の出力信号をモニタしながらユーザに適切な情報提供を
行ない、ユーザが最適設定条件を見出すことが容易にな
っている。

【００９７】したがって、電動機構による自動制御を必
ずしも行なわなくても、ユーザの操作性が改善されるこ
とは言うまでもない。また、本実施の形態においては、
ディスクスキャナの回転速度が上限値及び下限値の少な
くとも一方で規定される範囲を超えないようにする制御
について説明したが、スキャナの最適な回転速度に相当
するリファレンス信号を用いることで、スキャナの回転
数を最適な状態で維持するように、顕微鏡光学系の明る
さ、写真撮影装置の露出補正量や感度設定値などを制御
するものとしてもよい。

【００９８】（第３の実施の形態の変形例）次に上記第
３の実施の形態の変形例について説明する。図５は上記
図４に代わる制御ユニット４４とカメラ本体４１、共焦
点スキャナユニット１０に備えられる回路構成を示すも
ので、基本的には上記図４で示したものと同様であるの
で、やはり同一部分には同一符号を付してその説明は省
略する。

【００９９】しかして、比較回路５９′の出力をレーザ
強度制御回路６６にのみ接続し、モータ制御回路６０へ
は供給しない構成とする。この場合、モータ２３とモー
タ駆動回路６１はフィードバック制御ループを構成して
おらず、モータ２３の回転数に対して露光時間が合致す
るように、顕微鏡側の光学系の明るさ、写真撮影装置の
露出補正量や感度設定値などの設定値を制御させる。

【０１００】このような構成にあっては、モータ２３の
回転数を制御するためのフィードバック制御ループを形
成する必要がなくなるため、モータ２３を一定の回転速
度を維持した状態で連続して回転駆動すればよく、モー
タ２３及びモータ駆動回路６１として回転速度の制御機
能を持たない安価な部品を採用することができ、ディス
クスキャナの回転駆動系の製造コストを下げることがで
きる。

【０１０１】以上の第３の実施の形態の変形例において
も、比較回路５９′の出力により制御する対象を、上記
第３の実施の形態の説明と同様に、顕微鏡のレーザ光源
の強度に限ることなく、ＮＤフィルタなど光学系の明る
さを制御する代替機能に代用させてもよいし、写真撮影
装置の露出補正量や感度設定値などの設定値を制御して
露光時間を変えるようにしてもよい。

【０１０２】尚、上記第１乃至第３の実施の形態にあっ
ては、図１のようにマイクロレンズを設けた集光ディス
ク１２とピンホールディスク１１を連結させたディスク
スキャナによる光学系に適用した場合を例示したが、本
発明は集光ディスク１２の有無に限定されずに適用する
ことが可能である。

【０１０３】また、図１におけるダイクロイックミラー
１３をハーフミラーや偏向ビームスプリッタなどの光路
分割素子に置換することにより、標本１の反射像を観察
する反射型共焦点顕微鏡を構成してこれに適用したもの
とすることも充分可能である。

【０１０４】さらに、測光回路５１をカメラ本体４１の
内部にあるものとして説明したが、測光光路及び測光回
路５１は標本１から像面２６までの光路の適当な位置か
ら光路分割素子や移動ミラーを用いて分岐した構成とす
ることも可能である。

【０１０５】また、上記第１乃至第３の実施の形態で
は、説明を簡略化するために測光信号を記憶するための
記憶回路を省略し、測光しながら制御を行なうものとし
て回路動作を説明したが、測光回路の信号を一時記憶し
ておく記憶回路を設け、測光と露光とを別々のタイミン
グで行なうことも可能である。

【０１０６】これは例えば、標本１から像面２６までの
光路の適当な位置にミラーを一時的に挿入して測光光路
を分岐して測光し、その結果を記憶し、その後に該ミラ
ーを光路から除いた状態で、記憶した測光結果に基づい
た撮影を行なうことも可能である。

【０１０７】また、写真撮影装置としては、銀塩写真を
撮影するためのカメラのみならず、ＣＣＤなどの半導体
撮像素子を用いたデジタルスチルカメラを用い、まず、
半導体撮像素子で露光、撮影条件を決定するための予備
露光を行なって露光時間を決定する場合に、予備露光の
結果に基づいて測光信号をセットし、それをディスクス
キャナの回転制御に用いることもできる。

【０１０８】さらに、上記図２乃至図５における電子シ
ャッタ５５としては、光路を機械的に閉開する機械的、
光学的なものに限定されるわけではなく、ＣＣＤなどの
半導体撮像素子を用いたデジタルスチルカメラにおける
撮像素子からの電荷の読込みなど、半導体撮像素子の電
気的なスイッチングによるものを包括するものであるこ
とは言うまでもない。

【０１０９】また、上記各実施の形態で説明した構成
は、例えば赤／緑／青（ＲＧＢ）３つのレーザ波長によ
る照明を順次切換えて撮影し、各色の撮影画像を重ねあ
わせるようなカラー撮影の制御に対しても各々の撮影時
の露光／回転の制御手法として適用することができる。

【０１１０】同様に、医学生物学用途において、細胞を
複数の蛍光色素で染色した標本に対し、レーザ光や上記
図１のダイクロイックミラー１３の分光特性を変更しな
がら多重露光する用途（多波長励起、多波長蛍光）にお
いても、各々の撮影時の露光／回転の制御手法として適
用することができる。その他、本発明はその要旨を逸脱
しない範囲内で種々変形して実施することが可能である
ものとする。

【０１１１】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、標本の明
るさによって露光時間が変化することがあっても、露光
時間内のディスクの回転総数を一定に保つように制御す
ることにより、露光の開始、終了のタイミングとディス
ク回転位置との同期を合わせ、露光の開始、終了時のデ
ィスクパターンの位置をスキャントラックパターンの始
点、終点に保つことができるので、ピンホールパターン
による縞状のノイズの発生を抑制し、高画質の静止画撮
影が可能となる。

【０１１２】請求項２記載の発明によれば、上記請求項
１記載の発明の効果に加えて、撮影装置の露光状態や撮
影、観察光路の切換え状態など、写真撮影、目視観察、
ビデオ撮影など、ユーザの使用条件に応じて最適なディ
スクスキャナの回転制御を行なうことができる。

【０１１３】請求項３記載の発明によれば、上記請求項
１記載の発明の効果に加えて、ディスクスキャナの回転
速度がリミット値を超える場合には共焦点顕微鏡及び撮
影装置の少なくとも一方の設定を変更してディスクスキ
ャナの回転速度がリミット値を超えないように制御しな
がら、露光時間と回転周期の関係を維持し続けることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光学系の構成
を示す図。

【図２】同実施の形態に係る回路構成を示すブロック図

【図３】第２の実施の形態に係る回路構成を示すブロッ
ク図

【図４】第３の実施の形態に係る回路構成を示すブロッ
ク図

【図５】第３の実施の形態に係る変形例の回路構成を示
すブロック図

【図６】従来のディスクスキャナを用いた共焦点顕微鏡
で動画像を撮像するための回路構成を示す図。

【図７】従来のディスクスキャナを用いた共焦点顕微鏡
で動画像を撮像するための回路構成を示す図。

【符号の説明】

１…標本 ２…対物レンズ ３…結像レンズ ４…３０度プリズム ５…像面 ６…接眼レンズ ７…円筒プリズム ８…像面 １０…共焦点スキャナユニット １１…ピンホールディスク １２…集光ディスク １３…ダイクロイックミラー １４…ミラー １５…リレーレンズ １６…ミラー １７…ミラー １８…リレーレンズ １９…リレーレンズ ２０…像面 ２１…接眼レンズ ２２…回転センサ ２３…モータ ２４…連結シャフト ２５…マウント ２６…像面 ３１…ステージ ３２…三眼鏡筒 ３３…撮像素子取付けマウント ３４…落射投光管 ３５…対物変換レボルバ ３６…アーム ４１…カメラ本体 ４２，４３…ケーブル ４４…制御ユニット ４５…露光ボタン ４６…モード切換ボタン ４７…コントロールノブ ４８…ディスプレイパネル ５１…測光回路 ５２…露光時間演算回路 ５３…露光時間表示回路 ５４…露光制御回路 ５５…電子シャッタ ５６…スキャントラック始点終点判別回路 ５７…アンド回路 ５８…回転周期演算回路 ５９，５９′…比較回路 ６０…モータ制御回路 ６１…モータ駆動回路 ６２…定速モード制御回路 ６３…切換回路 ６４…遅延回路 ６５…回転速度リファレンス回路 ６６…レーザ強度制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA51 CC16 DD03 DD04 FF04 GG04 HH04 JJ03 JJ12 JJ26 LL02 LL12 LL20 LL24 LL30 LL46 LL65 MM16 NN00 NN02 PP24 QQ25 SS13 UU06 2H052 AA08 AA09 AB10 AB21 AB25 AC04 AC15 AC28 AC34 AD32 AD34 AF14 5C022 AA08 AA13 AB17 AC00 AC52 AC69 AC74

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディスクスキャナを用いた共焦点顕微鏡
   において、 静止画像を撮影するための撮影装置と、 この撮影装置の露光時間信号を発生する第１の信号発生
   回路と、 上記ディスクスキャナの回転周期信号を発生する第２の
   信号発生回路と、 上記第１及び第２の信号発生回路が発生する露光時間信
   号と回転周期信号とを比較し、その比較結果により上記
   ディスクスキャナ、共焦点顕微鏡、撮影装置の少なくと
   も一つの制御を行なう制御手段とを具備したことを特徴
   とする共焦点顕微鏡用撮影装置。
2. 【請求項２】 上記制御手段は、上記ディスクスキャナ
   の回転速度を上記撮影装置の露光時間に関連して制御す
   るか否かを切換える切換手段を有することを特徴とする
   請求項１記載の共焦点顕微鏡用撮影装置。
3. 【請求項３】 上記制御手段は、予め設定された上記デ
   ィスクスキャナの回転速度の基準信号と上記回転周期信
   号とを比較し、その比較結果に応じて上記共焦点顕微鏡
   及び撮影装置の少なくとも一方の制御を行なうか、ある
   いは設定変更の操作を促す表示を行なうことを特徴とす
   る請求項１記載の共焦点顕微鏡用撮影装置。