JP2000147384A - 共焦点顕微鏡 - Google Patents
共焦点顕微鏡Info
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- JP2000147384A JP2000147384A JP10326441A JP32644198A JP2000147384A JP 2000147384 A JP2000147384 A JP 2000147384A JP 10326441 A JP10326441 A JP 10326441A JP 32644198 A JP32644198 A JP 32644198A JP 2000147384 A JP2000147384 A JP 2000147384A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 試料表面を高速・高精度で検出することが可
能な共焦点顕微鏡を実現する。 【解決手段】 複数の開口を有する円板を回転させ開口
を通過した光を集光して試料を走査することにより共焦
点画像を得る共焦点顕微鏡において、光源と、光学顕微
鏡と、この光学顕微鏡を介して光源の出力光で試料を走
査すると共に試料からの戻り光から共焦点画像を得る共
焦点光スキャナと、試料の位置を移動させるＺステージ
と、このＺステージを制御すると共にフィルタ処理した
共焦点画像を用いて試料の表面位置を求める制御装置と
を設ける。
能な共焦点顕微鏡を実現する。 【解決手段】 複数の開口を有する円板を回転させ開口
を通過した光を集光して試料を走査することにより共焦
点画像を得る共焦点顕微鏡において、光源と、光学顕微
鏡と、この光学顕微鏡を介して光源の出力光で試料を走
査すると共に試料からの戻り光から共焦点画像を得る共
焦点光スキャナと、試料の位置を移動させるＺステージ
と、このＺステージを制御すると共にフィルタ処理した
共焦点画像を用いて試料の表面位置を求める制御装置と
を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、共焦点顕微鏡に関
し、特に被測定対象である試料表面を高速・高精度で検
出することが可能な共焦点顕微鏡に関する。
し、特に被測定対象である試料表面を高速・高精度で検
出することが可能な共焦点顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の共焦点顕微鏡は複数の開口を有す
る円板を回転させ開口を通過した光を集光して試料を走
査することにより試料のスライス画像である共焦点画像
を得ると共に、光軸方向に順次走査して複数のスライス
画像を得てこれらのスライス画像を再構築することによ
り３次元立体像を得るものである。
る円板を回転させ開口を通過した光を集光して試料を走
査することにより試料のスライス画像である共焦点画像
を得ると共に、光軸方向に順次走査して複数のスライス
画像を得てこれらのスライス画像を再構築することによ
り３次元立体像を得るものである。
【０００３】図７はこのような従来の共焦点顕微鏡の一
例を示す構成ブロック図であり、図７において１は光
源、２は複数の開口を有する円板を回転させ開口を通過
した光を集光して試料を走査して共焦点画像を得る共焦
点光スキャナ、３は光学顕微鏡、４はＺステージ、５は
制御回路、６は記憶回路である。また、５及び６はコン
ピュータ等の制御装置５０を構成している。
例を示す構成ブロック図であり、図７において１は光
源、２は複数の開口を有する円板を回転させ開口を通過
した光を集光して試料を走査して共焦点画像を得る共焦
点光スキャナ、３は光学顕微鏡、４はＺステージ、５は
制御回路、６は記憶回路である。また、５及び６はコン
ピュータ等の制御装置５０を構成している。
【０００４】光源１の出力光は共焦点光スキャナ２に入
射され、共焦点光スキャナ２を構成する円板の複数の開
口を通過した光は光学顕微鏡３を介してＺステージ４上
に配置された試料（図示せず。）に集光される。
射され、共焦点光スキャナ２を構成する円板の複数の開
口を通過した光は光学顕微鏡３を介してＺステージ４上
に配置された試料（図示せず。）に集光される。
【０００５】試料（図示せず。）からの反射光や蛍光等
の戻り光は再び光学顕微鏡３を介して共焦点光スキャナ
２に再び入射され前記開口と同一の開口を通過した後共
焦点画像を得る。また、共焦点光スキャナ２からの出力
は制御回路５に接続され、制御回路５の入出力は記憶回
路６に接続され、制御回路５からの制御信号はＺステー
ジ４に接続される。
の戻り光は再び光学顕微鏡３を介して共焦点光スキャナ
２に再び入射され前記開口と同一の開口を通過した後共
焦点画像を得る。また、共焦点光スキャナ２からの出力
は制御回路５に接続され、制御回路５の入出力は記憶回
路６に接続され、制御回路５からの制御信号はＺステー
ジ４に接続される。
【０００６】ここで、図７に示す従来例の動作を図８を
用いて説明する。図８は制御回路５の試料表面走査時の
動作を説明するフロー図である。試料の３次元立体像を
再構築する場合に制御回路５はＺステージ４を制御して
光軸方向の位置を変化させながら共焦点光スキャナ２か
ら得られる共焦点画像を順次記憶回路６に蓄積する。そ
して、記憶回路６に蓄積された共焦点画像を用いて再構
築することにより試料の３次元立体像を得る。
用いて説明する。図８は制御回路５の試料表面走査時の
動作を説明するフロー図である。試料の３次元立体像を
再構築する場合に制御回路５はＺステージ４を制御して
光軸方向の位置を変化させながら共焦点光スキャナ２か
ら得られる共焦点画像を順次記憶回路６に蓄積する。そ
して、記憶回路６に蓄積された共焦点画像を用いて再構
築することにより試料の３次元立体像を得る。
【０００７】一方、試料表面走査時の場合、図８中”Ｓ
００１”において制御回路５はＺステージ４を制御して
光軸方向の位置を変化させ、図８中”Ｓ００２”におい
て共焦点光スキャナ２から各光軸方向の位置に対応する
共焦点画像を取り込む。また、図８中”Ｓ００３”にお
いて制御回路５は取り込んだ共焦点画像を記憶回路６に
順次格納して行く。
００１”において制御回路５はＺステージ４を制御して
光軸方向の位置を変化させ、図８中”Ｓ００２”におい
て共焦点光スキャナ２から各光軸方向の位置に対応する
共焦点画像を取り込む。また、図８中”Ｓ００３”にお
いて制御回路５は取り込んだ共焦点画像を記憶回路６に
順次格納して行く。
【０００８】また、図８中”Ｓ００４”において制御回
路５は記憶回路６に順次蓄積された共焦点画像の内最大
光量が得られた光軸方向の位置を走査し、図８中”Ｓ０
０５”において最大光量が得られた光軸方向位置を試料
の表面とする。
路５は記憶回路６に順次蓄積された共焦点画像の内最大
光量が得られた光軸方向の位置を走査し、図８中”Ｓ０
０５”において最大光量が得られた光軸方向位置を試料
の表面とする。
【０００９】この結果、蓄積した共焦点画像を走査して
最大光量が得られた共焦点画像の光軸方向位置を得るこ
とにより、試料の表面を得ることが可能になる。また、
制御回路５はこれらの蓄積した共焦点画像を用いて再構
築することにより試料の３次元立体像を得ることが可能
になる。
最大光量が得られた共焦点画像の光軸方向位置を得るこ
とにより、試料の表面を得ることが可能になる。また、
制御回路５はこれらの蓄積した共焦点画像を用いて再構
築することにより試料の３次元立体像を得ることが可能
になる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、共焦点光スキ
ャナ２で得られた共焦点画像にはノイズが重畳されてお
り、このノイズを上述の最大光量と誤認すると試料表面
の位置や表面の輝度の双方に誤差を生じてしまうと言っ
た問題点があった。
ャナ２で得られた共焦点画像にはノイズが重畳されてお
り、このノイズを上述の最大光量と誤認すると試料表面
の位置や表面の輝度の双方に誤差を生じてしまうと言っ
た問題点があった。
【００１１】また、このノイズの影響を除去するために
図８中”Ｓ００５”のステップで得られた共焦点画像の
光量を画像面内で平均化した場合には試料表面の形状が
平坦化されてしまい正確な表面位置の特定ができなくな
ると言った問題点があった。
図８中”Ｓ００５”のステップで得られた共焦点画像の
光量を画像面内で平均化した場合には試料表面の形状が
平坦化されてしまい正確な表面位置の特定ができなくな
ると言った問題点があった。
【００１２】例えば、図９はある光軸方向位置における
共焦点画像の光量の分布を示す説明図であり、図９中”
ＬＰ０１”は光量を示しており、図９中”ＰＫ０１”に
示す部分が実際のピークの光量である。このため、この
ような光量の分布を平均化処理した場合には図９中”Ａ
Ｖ０１”に示すような光量の分布になり、図９中”ＰＫ
０１”に示す部分は平均化処理により図９中”ＡＰＫ
１”に示すように光量が低下して正確に最大光量を走査
することができなくなる。
共焦点画像の光量の分布を示す説明図であり、図９中”
ＬＰ０１”は光量を示しており、図９中”ＰＫ０１”に
示す部分が実際のピークの光量である。このため、この
ような光量の分布を平均化処理した場合には図９中”Ａ
Ｖ０１”に示すような光量の分布になり、図９中”ＰＫ
０１”に示す部分は平均化処理により図９中”ＡＰＫ
１”に示すように光量が低下して正確に最大光量を走査
することができなくなる。
【００１３】また、このノイズの影響を除去するために
記憶回路６に蓄積した共焦点画像に対して平均化処理を
行うことは測定後の処理に時間がかかってしまうと言っ
た課題があった。従って本発明が解決しようとする課題
は、試料表面を高速・高精度で検出することが可能な共
焦点顕微鏡を実現することにある。
記憶回路６に蓄積した共焦点画像に対して平均化処理を
行うことは測定後の処理に時間がかかってしまうと言っ
た課題があった。従って本発明が解決しようとする課題
は、試料表面を高速・高精度で検出することが可能な共
焦点顕微鏡を実現することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために、本発明のうち請求項１記載の発明は、複数の
開口を有する円板を回転させ前記開口を通過した光を集
光して試料を走査することにより共焦点画像を得る共焦
点顕微鏡において、光源と、光学顕微鏡と、この光学顕
微鏡を介して前記光源の出力光で前記試料を走査すると
共に前記試料からの戻り光から共焦点画像を得る共焦点
光スキャナと、前記試料若しくは対物レンズの位置を移
動させるＺステージと、このＺステージを制御すると共
にフィルタ処理した前記共焦点画像を用いて前記試料の
表面位置を求める制御装置とを備えたことにより、試料
表面を高速・高精度で検出することが可能になる。
るために、本発明のうち請求項１記載の発明は、複数の
開口を有する円板を回転させ前記開口を通過した光を集
光して試料を走査することにより共焦点画像を得る共焦
点顕微鏡において、光源と、光学顕微鏡と、この光学顕
微鏡を介して前記光源の出力光で前記試料を走査すると
共に前記試料からの戻り光から共焦点画像を得る共焦点
光スキャナと、前記試料若しくは対物レンズの位置を移
動させるＺステージと、このＺステージを制御すると共
にフィルタ処理した前記共焦点画像を用いて前記試料の
表面位置を求める制御装置とを備えたことにより、試料
表面を高速・高精度で検出することが可能になる。
【００１５】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明である共焦点顕微鏡において、前記制御装置が、前記
共焦点光スキャナの出力をフィルタ処理するフィルタ手
段と、このフィルタ手段の出力が蓄積される記憶回路
と、前記Ｚステージを制御すると共に前記記憶回路に蓄
積されデータを走査して前記試料の表面位置を求める制
御回路とから構成されることにより、試料表面を高速・
高精度で検出することが可能になる。
明である共焦点顕微鏡において、前記制御装置が、前記
共焦点光スキャナの出力をフィルタ処理するフィルタ手
段と、このフィルタ手段の出力が蓄積される記憶回路
と、前記Ｚステージを制御すると共に前記記憶回路に蓄
積されデータを走査して前記試料の表面位置を求める制
御回路とから構成されることにより、試料表面を高速・
高精度で検出することが可能になる。
【００１６】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明である共焦点顕微鏡において、前記制御装置が、記憶
回路と、前記Ｚステージを制御し前記共焦点光スキャナ
の出力をフィルタ処理する前記記憶回路に蓄積すると共
に前記記憶回路に蓄積されデータを走査して前記試料の
表面位置を求める制御回路とから構成されることによ
り、試料表面を高速・高精度で検出することが可能にな
る。
明である共焦点顕微鏡において、前記制御装置が、記憶
回路と、前記Ｚステージを制御し前記共焦点光スキャナ
の出力をフィルタ処理する前記記憶回路に蓄積すると共
に前記記憶回路に蓄積されデータを走査して前記試料の
表面位置を求める制御回路とから構成されることによ
り、試料表面を高速・高精度で検出することが可能にな
る。
【００１７】請求項４記載の発明は、請求項２及び請求
項３記載の発明である共焦点顕微鏡において、前記フィ
ルタ手段がローパスフィルタ特性を有し若しくは前記フ
ィルタ処理がローパス処理であり、前記制御回路が前記
記憶回路に蓄積されたデータの内最大光量が得られた光
軸方向位置を前記試料の表面位置とすることにより、試
料表面を高速・高精度で検出することが可能になる。
項３記載の発明である共焦点顕微鏡において、前記フィ
ルタ手段がローパスフィルタ特性を有し若しくは前記フ
ィルタ処理がローパス処理であり、前記制御回路が前記
記憶回路に蓄積されたデータの内最大光量が得られた光
軸方向位置を前記試料の表面位置とすることにより、試
料表面を高速・高精度で検出することが可能になる。
【００１８】請求項５記載の発明は、請求項２及び請求
項３記載の発明である共焦点顕微鏡において、前記フィ
ルタ手段がローパスフィルタ特性及微分特性を併せ持ち
若しくは前記フィルタ処理がローパス処理及び微分処理
であり、前記制御回路が前記記憶回路に蓄積されたデー
タのゼロクロス点の光軸方向位置を前記試料の表面位置
とすることにより、試料表面を高速・高精度で検出する
ことが可能になる。また、試料表面を容易に検出するこ
とができる。
項３記載の発明である共焦点顕微鏡において、前記フィ
ルタ手段がローパスフィルタ特性及微分特性を併せ持ち
若しくは前記フィルタ処理がローパス処理及び微分処理
であり、前記制御回路が前記記憶回路に蓄積されたデー
タのゼロクロス点の光軸方向位置を前記試料の表面位置
とすることにより、試料表面を高速・高精度で検出する
ことが可能になる。また、試料表面を容易に検出するこ
とができる。
【００１９】請求項６記載の発明は、請求項４及び請求
項５記載の発明である共焦点顕微鏡において、前記ロー
パスフィルタ特性若しくはローパス処理をバタワースフ
ィルタにより実現することにより、遮断特性が急峻なロ
ーパスフィルタ特性等が得られる。
項５記載の発明である共焦点顕微鏡において、前記ロー
パスフィルタ特性若しくはローパス処理をバタワースフ
ィルタにより実現することにより、遮断特性が急峻なロ
ーパスフィルタ特性等が得られる。
【００２０】請求項７記載の発明は、請求項４及び請求
項５記載の発明である共焦点顕微鏡において、前記ロー
パスフィルタ特性若しくはローパス処理をベッセルフィ
ルタにより実現することにより、遅延特性が平坦になり
波形が歪むのを防止することができる。
項５記載の発明である共焦点顕微鏡において、前記ロー
パスフィルタ特性若しくはローパス処理をベッセルフィ
ルタにより実現することにより、遅延特性が平坦になり
波形が歪むのを防止することができる。
【００２１】請求項８記載の発明は、請求項４及び請求
項５記載の発明である共焦点顕微鏡において、前記ロー
パスフィルタ特性若しくはローパス処理をチェビシェフ
フィルタにより実現することにより、リップルをある程
度許容して最大の減衰量を得ることができる。
項５記載の発明である共焦点顕微鏡において、前記ロー
パスフィルタ特性若しくはローパス処理をチェビシェフ
フィルタにより実現することにより、リップルをある程
度許容して最大の減衰量を得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下本発明を図面を用いて詳細に
説明する。図１は本発明に係る共焦点顕微鏡の一実施例
を示す構成ブロック図である。図１において１〜４及び
６は図７と同一符号を付してあり、５ａは制御回路、７
はディジタルフィルタ回路である。また、５ａ〜７はコ
ンピュータ等の制御装置５１を、７はフィルタ手段５２
をそれぞれ構成している。
説明する。図１は本発明に係る共焦点顕微鏡の一実施例
を示す構成ブロック図である。図１において１〜４及び
６は図７と同一符号を付してあり、５ａは制御回路、７
はディジタルフィルタ回路である。また、５ａ〜７はコ
ンピュータ等の制御装置５１を、７はフィルタ手段５２
をそれぞれ構成している。
【００２３】光源１の出力光は共焦点光スキャナ２に入
射され、共焦点光スキャナ２を構成する円板の複数の開
口を通過した光は光学顕微鏡３を介してＺステージ４上
に配置された試料（図示せず。）に集光される。
射され、共焦点光スキャナ２を構成する円板の複数の開
口を通過した光は光学顕微鏡３を介してＺステージ４上
に配置された試料（図示せず。）に集光される。
【００２４】試料（図示せず。）からの反射光や蛍光等
の戻り光は再び光学顕微鏡３を介して共焦点光スキャナ
２に再び入射され前記開口と同一の開口を通過した後共
焦点画像を得る。また、共焦点光スキャナ２からの出力
はディジタルフィルタ回路７を介して制御回路５ａに接
続され、制御回路５ａの入出力は記憶回路６に接続さ
れ、制御回路５ａからの制御信号はＺステージ４に接続
される。
の戻り光は再び光学顕微鏡３を介して共焦点光スキャナ
２に再び入射され前記開口と同一の開口を通過した後共
焦点画像を得る。また、共焦点光スキャナ２からの出力
はディジタルフィルタ回路７を介して制御回路５ａに接
続され、制御回路５ａの入出力は記憶回路６に接続さ
れ、制御回路５ａからの制御信号はＺステージ４に接続
される。
【００２５】ここで、図１に示す実施例の動作を図２及
び図３を用いて説明する。図２は試料表面走査時の制御
回路５ａの動作を説明するフロー図、図３はディジタル
フィルタ回路７により処理された前後の光強度を示す特
性曲線図である。また、ディジタルフィルタ回路７とし
てはバタワースフィルタ回路、ベッセルフィルタ回路若
しくはチェビシェフフィルタ回路等のローパスフィルタ
回路を用いる。
び図３を用いて説明する。図２は試料表面走査時の制御
回路５ａの動作を説明するフロー図、図３はディジタル
フィルタ回路７により処理された前後の光強度を示す特
性曲線図である。また、ディジタルフィルタ回路７とし
てはバタワースフィルタ回路、ベッセルフィルタ回路若
しくはチェビシェフフィルタ回路等のローパスフィルタ
回路を用いる。
【００２６】試料の３次元立体像を再構築する場合は図
７に示す従来例と同様であるので説明は省略する。但
し、この場合はディジタルフィルタ回路７におけるフィ
ルタ処理は行わずそのままの出力を記憶回路６に順次格
納して行く。
７に示す従来例と同様であるので説明は省略する。但
し、この場合はディジタルフィルタ回路７におけるフィ
ルタ処理は行わずそのままの出力を記憶回路６に順次格
納して行く。
【００２７】一方、試料表面走査の場合、図２中”Ｓ１
０１”において制御回路５ａはＺステージ４を制御して
光軸方向の位置を変化させ、図２中”Ｓ１０２”におい
て共焦点光スキャナ２から各光軸方向の位置に対応する
共焦点画像を取り込む。また、図２中”Ｓ１０３”にお
いて制御回路５ａは取り込んだ共焦点画像をディジタル
フィルタ回路７で処理し、図２中”Ｓ１０４”において
記憶回路６に順次格納して行く。
０１”において制御回路５ａはＺステージ４を制御して
光軸方向の位置を変化させ、図２中”Ｓ１０２”におい
て共焦点光スキャナ２から各光軸方向の位置に対応する
共焦点画像を取り込む。また、図２中”Ｓ１０３”にお
いて制御回路５ａは取り込んだ共焦点画像をディジタル
フィルタ回路７で処理し、図２中”Ｓ１０４”において
記憶回路６に順次格納して行く。
【００２８】さらに、図２中”Ｓ１０５”において制御
回路５ａは記憶回路６に順次蓄積された共焦点画像の内
最大光量が得られた光軸方向の位置を走査し、図２中”
Ｓ１０６”において最大光量が得られた光軸方向位置を
試料の表面とする。
回路５ａは記憶回路６に順次蓄積された共焦点画像の内
最大光量が得られた光軸方向の位置を走査し、図２中”
Ｓ１０６”において最大光量が得られた光軸方向位置を
試料の表面とする。
【００２９】例えば、図３中”ＬＰ１１”に示す波形は
共焦点光スキャナ２から読み出された生の共焦点画像の
光強度であり、高周波のノイズ成分が重畳されている。
一方、図３中”ＬＰ１２”に示す波形はディジタルフィ
ルタ回路７の出力波形であり、ローパスフィルタ回路で
あるディジタルフィルタ回路７により高周波成分が除去
されるので滑らかな曲線となる。そして、この滑らかな
曲線の最大値を走査すれば良いことになる。
共焦点光スキャナ２から読み出された生の共焦点画像の
光強度であり、高周波のノイズ成分が重畳されている。
一方、図３中”ＬＰ１２”に示す波形はディジタルフィ
ルタ回路７の出力波形であり、ローパスフィルタ回路で
あるディジタルフィルタ回路７により高周波成分が除去
されるので滑らかな曲線となる。そして、この滑らかな
曲線の最大値を走査すれば良いことになる。
【００３０】また、ディジタルフィルタ回路７での演算
処理は、例えば、下記の式に従って行われる。ｉ番目の
入力データであり、共焦点画像中の特定の画素の光軸方
向のｉ番目の位置における光強度を”Ｕ（ｉ）”、ｉ番
目の出力データを”Ｙ（ｉ）”とすれば、 Ｙ（ｉ）＝１／ｂ０×{ａ０・Ｕ（ｉ）＋ａ１・Ｕ（ｉ−１） ＋ａ２・Ｕ（ｉ−２） −ｂ１・Ｙ（ｉ−１）−ｂ２・Ｙ（ｉ−２）} （１） と表される。
処理は、例えば、下記の式に従って行われる。ｉ番目の
入力データであり、共焦点画像中の特定の画素の光軸方
向のｉ番目の位置における光強度を”Ｕ（ｉ）”、ｉ番
目の出力データを”Ｙ（ｉ）”とすれば、 Ｙ（ｉ）＝１／ｂ０×{ａ０・Ｕ（ｉ）＋ａ１・Ｕ（ｉ−１） ＋ａ２・Ｕ（ｉ−２） −ｂ１・Ｙ（ｉ−１）−ｂ２・Ｙ（ｉ−２）} （１） と表される。
【００３１】ここで、ａ０，ａ１，ａ２，ｂ０，ｂ１及
びｂ２は実数の係数列であり、サンプリング間隔や測定
のきざみに対応して算出される。また、これらの係数列
はパルス伝達関数の理論により双一次ｚ変換等により容
易に決定できる２次のバタワース特性、２次のベッセル
特性及び２次のチェビシェフ特性を得ることができる。
びｂ２は実数の係数列であり、サンプリング間隔や測定
のきざみに対応して算出される。また、これらの係数列
はパルス伝達関数の理論により双一次ｚ変換等により容
易に決定できる２次のバタワース特性、２次のベッセル
特性及び２次のチェビシェフ特性を得ることができる。
【００３２】さらに、上述の係数列を設定することによ
りローパスフィルタ特性と微分特性を併せ持つフィルタ
特性を得ることが可能になる。すなわち、図４に示す各
種の周波数特性を示す特性曲線図を用いて説明する。前
述のようなローパスフィルタは図４中”Ｌ００１”に示
すような周波数特性を有し、利得が”３ｄＢ”減衰する
遮断周波数”ｆｃ”を境に利得が急激に減衰する。この
ため、遮断周波数”ｆｃ”よりも高周波成分が減衰され
て除去される。
りローパスフィルタ特性と微分特性を併せ持つフィルタ
特性を得ることが可能になる。すなわち、図４に示す各
種の周波数特性を示す特性曲線図を用いて説明する。前
述のようなローパスフィルタは図４中”Ｌ００１”に示
すような周波数特性を有し、利得が”３ｄＢ”減衰する
遮断周波数”ｆｃ”を境に利得が急激に減衰する。この
ため、遮断周波数”ｆｃ”よりも高周波成分が減衰され
て除去される。
【００３３】一方、正弦波を微分した場合には周波数に
比例した周波数特性（２０ｄＢ／ｄｅｃ）となり、図４
中”Ｌ００２”に示すような周波数特性になる。そし
て、図４中”Ｌ００１”と”Ｌ００２”を合成すること
により、図４中”Ｌ００３”に示すようなローパスフィ
ルタ特性と微分特性を併せ持つフィルタ特性を得ること
が可能になる。
比例した周波数特性（２０ｄＢ／ｄｅｃ）となり、図４
中”Ｌ００２”に示すような周波数特性になる。そし
て、図４中”Ｌ００１”と”Ｌ００２”を合成すること
により、図４中”Ｌ００３”に示すようなローパスフィ
ルタ特性と微分特性を併せ持つフィルタ特性を得ること
が可能になる。
【００３４】例えば、図４中”Ｌ００１”に示す周波数
特性を有する２次のローパスフィルタ回路の伝達関数”
Ｇ１（ｓ）”は、 Ｇ１（ｓ）＝Ｄ／(Ａｓ2＋Ｂｓ＋Ｃ) （２） となる。
特性を有する２次のローパスフィルタ回路の伝達関数”
Ｇ１（ｓ）”は、 Ｇ１（ｓ）＝Ｄ／(Ａｓ2＋Ｂｓ＋Ｃ) （２） となる。
【００３５】一方、図４中”Ｌ００２”に示す周波数特
性を有する微分特性の伝達関数”Ｇ２（ｓ）”は、 Ｇ２（ｓ）＝Ｋｓ （３） となる。
性を有する微分特性の伝達関数”Ｇ２（ｓ）”は、 Ｇ２（ｓ）＝Ｋｓ （３） となる。
【００３６】そして、式（２）及び式（３）を合成した
伝達関数”Ｇ３（ｓ）”は、 Ｇ３（ｓ）＝ＤＫｓ／(Ａｓ2＋Ｂｓ＋Ｃ) （４） となる。
伝達関数”Ｇ３（ｓ）”は、 Ｇ３（ｓ）＝ＤＫｓ／(Ａｓ2＋Ｂｓ＋Ｃ) （４） となる。
【００３７】式（４）の伝達関数を双１次ｚ変換により
ｚ領域の伝達関数に変換した後に逆ｚ変換を行うことに
より、 Ｙ（ｉ）＝１／ｂ０’×{ａ０’・Ｕ（ｉ）＋ａ１’・Ｕ（ｉ−１） ＋ａ２’・Ｕ（ｉ−２） −ｂ１’・Ｙ（ｉ−１）−ｂ２’・Ｙ（ｉ−２）} （ ５） と表すことができる。また、このような式の導入に関し
ては特公平７−２１０５０８等に記載されている。
ｚ領域の伝達関数に変換した後に逆ｚ変換を行うことに
より、 Ｙ（ｉ）＝１／ｂ０’×{ａ０’・Ｕ（ｉ）＋ａ１’・Ｕ（ｉ−１） ＋ａ２’・Ｕ（ｉ−２） −ｂ１’・Ｙ（ｉ−１）−ｂ２’・Ｙ（ｉ−２）} （ ５） と表すことができる。また、このような式の導入に関し
ては特公平７−２１０５０８等に記載されている。
【００３８】すなわち、式（１）と同一の表現になるの
でａ０’，ａ１’，ａ２’，ｂ０’，ｂ１’及びｂ２’
に示す実数の係数列を式（１）の係数列と置換すれば図
４中”Ｌ００３”に示す周波数特性が得られることにな
る。
でａ０’，ａ１’，ａ２’，ｂ０’，ｂ１’及びｂ２’
に示す実数の係数列を式（１）の係数列と置換すれば図
４中”Ｌ００３”に示す周波数特性が得られることにな
る。
【００３９】従って、ノイズである高周波成分が遮断周
波数”ｆｃ”よりも大きくローパス特性領域に、光強度
成分が遮断周波数”ｆｃ”よりも小さく微分特性領域に
それぞれ位置するように遮断周波数”ｆｃ”を設定すれ
ば、共焦点画像からノイズ成分が除去されると共に光強
度が微分された信号が得られることになる。
波数”ｆｃ”よりも大きくローパス特性領域に、光強度
成分が遮断周波数”ｆｃ”よりも小さく微分特性領域に
それぞれ位置するように遮断周波数”ｆｃ”を設定すれ
ば、共焦点画像からノイズ成分が除去されると共に光強
度が微分された信号が得られることになる。
【００４０】図５はディジタルフィルタ回路７により処
理された前後の光強度を示す特性曲線図であり、図５
中”ＬＰ２１”に示す波形は共焦点光スキャナ２から読
み出された生の共焦点画像の光強度であり高周波のノイ
ズ成分が重畳されている。一方、図５中”ＬＰ２２”に
示す波形はディジタルフィルタ回路７の微分特性領域に
より微分された波形であり、図５中”ＬＰ２３”は図５
中”ＬＰ２２”の波形から高周波成分が除去されたディ
ジタルフィルタ回路７の出力波形である。
理された前後の光強度を示す特性曲線図であり、図５
中”ＬＰ２１”に示す波形は共焦点光スキャナ２から読
み出された生の共焦点画像の光強度であり高周波のノイ
ズ成分が重畳されている。一方、図５中”ＬＰ２２”に
示す波形はディジタルフィルタ回路７の微分特性領域に
より微分された波形であり、図５中”ＬＰ２３”は図５
中”ＬＰ２２”の波形から高周波成分が除去されたディ
ジタルフィルタ回路７の出力波形である。
【００４１】すなわち、ローパスフィルタ特性及び微分
特性を併せ持つディジタルフィルタ回路７により高周波
成分が除去されると共に光強度が微分された滑らかな曲
線となる。このため、制御回路５ａは図５中”ＺＣＰ”
に示すゼロクロス点を検出することにより試料の表面位
置を容易に得ることができる。
特性を併せ持つディジタルフィルタ回路７により高周波
成分が除去されると共に光強度が微分された滑らかな曲
線となる。このため、制御回路５ａは図５中”ＺＣＰ”
に示すゼロクロス点を検出することにより試料の表面位
置を容易に得ることができる。
【００４２】図６は制御回路５ａのこのような試料表面
走査時の動作を説明するフロー図である。図６中”Ｓ２
０１”において制御回路５ａはＺステージ４を制御して
光軸方向の位置を変化させ、図６中”Ｓ２０２”におい
て共焦点光スキャナ２から各光軸方向の位置に対応する
共焦点画像を取り込む。また、図６中”Ｓ２０３”にお
いて制御回路５ａは取り込んだ共焦点画像をディジタル
フィルタ回路７で処理し、図６中”Ｓ２０４”において
記憶回路６に順次格納して行く。
走査時の動作を説明するフロー図である。図６中”Ｓ２
０１”において制御回路５ａはＺステージ４を制御して
光軸方向の位置を変化させ、図６中”Ｓ２０２”におい
て共焦点光スキャナ２から各光軸方向の位置に対応する
共焦点画像を取り込む。また、図６中”Ｓ２０３”にお
いて制御回路５ａは取り込んだ共焦点画像をディジタル
フィルタ回路７で処理し、図６中”Ｓ２０４”において
記憶回路６に順次格納して行く。
【００４３】さらに、図６中”Ｓ２０５”において制御
回路５ａは記憶回路６に順次蓄積された共焦点画像のゼ
ロクロス点の光軸方向の位置を走査し、図６中”Ｓ２０
６”においてゼロクロス点の光軸方向位置を試料の表面
とする。
回路５ａは記憶回路６に順次蓄積された共焦点画像のゼ
ロクロス点の光軸方向の位置を走査し、図６中”Ｓ２０
６”においてゼロクロス点の光軸方向位置を試料の表面
とする。
【００４４】この結果、共焦点光スキャナ２からの共焦
点画像をディジタルフィルタ回路７で処理した後に試料
表面の走査を検出を行うことにより、試料表面を高精度
で検出することが可能になる。また、フィルタ手段５２
であるディジタルフィルタ回路７で逐次処理を行うので
試料表面を高速で検出することが可能になる。さらに、
共焦点画面の面内を平均化処理する訳ではないので、図
９中”ＡＶ０１”に示すように画像が劣化してしまうこ
とを防止することが可能になる。
点画像をディジタルフィルタ回路７で処理した後に試料
表面の走査を検出を行うことにより、試料表面を高精度
で検出することが可能になる。また、フィルタ手段５２
であるディジタルフィルタ回路７で逐次処理を行うので
試料表面を高速で検出することが可能になる。さらに、
共焦点画面の面内を平均化処理する訳ではないので、図
９中”ＡＶ０１”に示すように画像が劣化してしまうこ
とを防止することが可能になる。
【００４５】なお、図１に示す実施例では制御回路５前
段にディジタルフィルタ回路７を配置してフィルタ処理
を行っているが、一旦、記憶回路６に蓄積した共焦点画
像を読み出しながらフィルタ処理を行っても構わない。
また、説明の簡単のためにディジタルフィルタ回路７を
別途記載した制御回路５ａにおいてフィルタ処理を行っ
ても勿論構わない。
段にディジタルフィルタ回路７を配置してフィルタ処理
を行っているが、一旦、記憶回路６に蓄積した共焦点画
像を読み出しながらフィルタ処理を行っても構わない。
また、説明の簡単のためにディジタルフィルタ回路７を
別途記載した制御回路５ａにおいてフィルタ処理を行っ
ても勿論構わない。
【００４６】また、図１に示す実施例ではフィルタ手段
５２としてディジタルフィルタ回路を例示したが上述の
ような周波数特性を有するアナログフィルタ回路をフィ
ルタ手段５２として用いても構わない。
５２としてディジタルフィルタ回路を例示したが上述の
ような周波数特性を有するアナログフィルタ回路をフィ
ルタ手段５２として用いても構わない。
【００４７】また、図４に関する説明ではローパスフィ
ルタ特性と微分特性を併せ持つフィルタ手段を想定した
が勿論個々の特性を有する２つのフィルタ手段を用いて
も構わない。
ルタ特性と微分特性を併せ持つフィルタ手段を想定した
が勿論個々の特性を有する２つのフィルタ手段を用いて
も構わない。
【００４８】また、図１に示すＺステージ４は試料の位
置を光軸方向に変化させているが、Ｚステージで光学顕
微鏡３の対物レンズを移動させることにより焦点位置を
制御して実質的に試料を光軸方向に走査しても構わな
い。
置を光軸方向に変化させているが、Ｚステージで光学顕
微鏡３の対物レンズを移動させることにより焦点位置を
制御して実質的に試料を光軸方向に走査しても構わな
い。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。請求項１乃至請
求項４の発明によれば、共焦点光スキャナからの共焦点
画像をディジタルフィルタ回路で処理した後に試料表面
の走査を検出を行うことにより、試料表面を高速・高精
度で検出することが可能な共焦点顕微鏡が実現できる。
また、共焦点画面の面内を平均化処理する訳ではないの
で画像が劣化してしまうことを防止することが可能にな
る。
本発明によれば次のような効果がある。請求項１乃至請
求項４の発明によれば、共焦点光スキャナからの共焦点
画像をディジタルフィルタ回路で処理した後に試料表面
の走査を検出を行うことにより、試料表面を高速・高精
度で検出することが可能な共焦点顕微鏡が実現できる。
また、共焦点画面の面内を平均化処理する訳ではないの
で画像が劣化してしまうことを防止することが可能にな
る。
【００５０】また、請求項５の発明によれば、共焦点光
スキャナからの共焦点画像をローパス処理及び微分処理
してデータのゼロクロス点の光軸方向位置を前記試料の
表面位置とすることにより、試料表面を高速・高精度で
検出することが可能になり、試料表面を容易に検出する
ことができる。
スキャナからの共焦点画像をローパス処理及び微分処理
してデータのゼロクロス点の光軸方向位置を前記試料の
表面位置とすることにより、試料表面を高速・高精度で
検出することが可能になり、試料表面を容易に検出する
ことができる。
【００５１】また、請求項６の発明によれば、ローパス
フィルタ特性等をバタワースフィルタにより実現するこ
とにより、遮断特性が急峻なローパスフィルタ特性等が
得られる。
フィルタ特性等をバタワースフィルタにより実現するこ
とにより、遮断特性が急峻なローパスフィルタ特性等が
得られる。
【００５２】また、請求項７の発明によれば、ローパス
フィルタ特性等をベッセルフィルタにより実現すること
により、遅延特性が平坦になり波形が歪むのを防止する
ことができる。
フィルタ特性等をベッセルフィルタにより実現すること
により、遅延特性が平坦になり波形が歪むのを防止する
ことができる。
【００５３】また、請求項８の発明によれば、ローパス
フィルタ特性等をチェビシェフフィルタにより実現する
ことにより、リップルをある程度許容して最大の減衰量
を得ることができる。
フィルタ特性等をチェビシェフフィルタにより実現する
ことにより、リップルをある程度許容して最大の減衰量
を得ることができる。
【図１】本発明に係る共焦点顕微鏡の一実施例を示す構
成ブロック図である。
成ブロック図である。
【図２】制御回路の動作を説明するフロー図である。
【図３】処理された前後の光強度を示す特性曲線図であ
る。
る。
【図４】各種の周波数特性を示す特性曲線図である。
【図５】処理された前後の光強度を示す特性曲線図であ
る。
る。
【図６】制御回路の動作を説明するフロー図である。
【図７】従来の共焦点顕微鏡の一例を示す構成ブロック
図である。
図である。
【図８】制御回路の動作を説明するフロー図である。
【図９】光軸方向位置における共焦点の光量の分布を示
す説明図である。
す説明図である。
１ 光源 ２ 共焦点光スキャナ ３ 光学顕微鏡 ４ Ｚステージ ５，５ａ 制御回路 ６ 記憶回路 ７ ディジタルフィルタ回路 ５０，５１ 制御装置 ５２ フィルタ手段
Claims (8)
- 【請求項１】複数の開口を有する円板を回転させ前記開
口を通過した光を集光して試料を走査することにより共
焦点画像を得る共焦点顕微鏡において、 光源と、 光学顕微鏡と、 この光学顕微鏡を介して前記光源の出力光で前記試料を
走査すると共に前記試料からの戻り光から共焦点画像を
得る共焦点光スキャナと、 前記試料若しくは対物レンズの位置を移動させるＺステ
ージと、 このＺステージを制御すると共にフィルタ処理した前記
共焦点画像を用いて前記試料の表面位置を求める制御装
置とを備えたことを特徴とする共焦点顕微鏡。 - 【請求項２】前記制御装置が、 前記共焦点光スキャナの出力をフィルタ処理するフィル
タ手段と、 このフィルタ手段の出力が蓄積される記憶回路と、 前記Ｚステージを制御すると共に前記記憶回路に蓄積さ
れデータを走査して前記試料の表面位置を求める制御回
路とから構成されることを特徴とする請求項１記載の共
焦点顕微鏡。 - 【請求項３】前記制御装置が、 記憶回路と、 前記Ｚステージを制御し前記共焦点光スキャナの出力を
フィルタ処理する前記記憶回路に蓄積すると共に前記記
憶回路に蓄積されデータを走査して前記試料の表面位置
を求める制御回路とから構成されることを特徴とする請
求項１記載の共焦点顕微鏡。 - 【請求項４】前記フィルタ手段がローパスフィルタ特性
を有し若しくは前記フィルタ処理がローパス処理であ
り、前記制御回路が前記記憶回路に蓄積されたデータの
内最大光量が得られた光軸方向位置を前記試料の表面位
置とすることを特徴とする請求項２及び請求項３記載の
共焦点顕微鏡。 - 【請求項５】前記フィルタ手段がローパスフィルタ特性
及び微分特性を併せ持ち若しくは前記フィルタ処理がロ
ーパス処理及び微分処理であり、前記制御回路が前記記
憶回路に蓄積されたデータのゼロクロス点の光軸方向位
置を前記試料の表面位置とすることを特徴とする請求項
２及び請求項３記載の共焦点顕微鏡。 - 【請求項６】前記ローパスフィルタ特性若しくはローパ
ス処理をバタワースフィルタにより実現することを特徴
とする請求項４及び請求項５記載の共焦点顕微鏡。 - 【請求項７】前記ローパスフィルタ特性若しくはローパ
ス処理をベッセルフィルタにより実現することを特徴と
する請求項４及び請求項５記載の共焦点顕微鏡。 - 【請求項８】前記ローパスフィルタ特性若しくはローパ
ス処理をチェビシェフフィルタにより実現することを特
徴とする請求項４及び請求項５記載の共焦点顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10326441A JP2000147384A (ja) | 1998-11-17 | 1998-11-17 | 共焦点顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10326441A JP2000147384A (ja) | 1998-11-17 | 1998-11-17 | 共焦点顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000147384A true JP2000147384A (ja) | 2000-05-26 |
Family
ID=18187846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10326441A Pending JP2000147384A (ja) | 1998-11-17 | 1998-11-17 | 共焦点顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000147384A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002277743A (ja) * | 2001-03-16 | 2002-09-25 | Olympus Optical Co Ltd | 共焦点光走査プローブ装置 |
| US8275226B2 (en) | 2008-12-09 | 2012-09-25 | Spectral Applied Research Ltd. | Multi-mode fiber optically coupling a radiation source module to a multi-focal confocal microscope |
| JP2014021489A (ja) * | 2012-07-19 | 2014-02-03 | Sony Corp | 顕微鏡法における被写界深度（ｄｏｆ）を改善するための方法及び装置 |
| US8670178B2 (en) | 2009-12-08 | 2014-03-11 | Spectral Applied Research Inc. | Imaging distal end of multimode fiber |
-
1998
- 1998-11-17 JP JP10326441A patent/JP2000147384A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002277743A (ja) * | 2001-03-16 | 2002-09-25 | Olympus Optical Co Ltd | 共焦点光走査プローブ装置 |
| US8275226B2 (en) | 2008-12-09 | 2012-09-25 | Spectral Applied Research Ltd. | Multi-mode fiber optically coupling a radiation source module to a multi-focal confocal microscope |
| US9134519B2 (en) | 2008-12-09 | 2015-09-15 | Spectral Applied Reseach Inc. | Multi-mode fiber optically coupling a radiation source module to a multi-focal confocal microscope |
| US8670178B2 (en) | 2009-12-08 | 2014-03-11 | Spectral Applied Research Inc. | Imaging distal end of multimode fiber |
| US8922887B2 (en) | 2009-12-08 | 2014-12-30 | Spectral Applied Research Inc. | Imaging distal end of multimode fiber |
| JP2014021489A (ja) * | 2012-07-19 | 2014-02-03 | Sony Corp | 顕微鏡法における被写界深度（ｄｏｆ）を改善するための方法及び装置 |
| US8988520B2 (en) | 2012-07-19 | 2015-03-24 | Sony Corporation | Method and apparatus for improving depth of field (DOF) in microscopy |
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|---|---|---|---|
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|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040607 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040726 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050411 |