JP2000258690A - 共焦点顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、１台の撮像手段のみで複雑な光学系
を必要としない安価な構成にできる。 【解決手段】試料に対して照明光を発する光源と、この
光源と試料との間に設けられた第１と第２の透過部と、
これら第１と第２の透過部を切換える切換え手段と、奇
数フィールドと偶数フィールドとを有し、試料からの画
像データを取得する撮像手段と、この撮像手段の撮像タ
イミングと切換え手段の切換タイミングとを同期させる
同期手段と、撮像手段で得た画像データを基に試料の共
焦点画像データを取得する画像処理手段と、この画像処
理手段で取得した共焦点画像データを基に共焦点画像を
出力する出力手段とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば試料の微小
構造や三次元構造の形状を観察・測定するのに最適な共
焦点顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】共焦点顕微鏡には、多数のピンホールを
等ピッチで螺旋状に形成されたディスクを用いたNipkow
型の共焦点顕微鏡が知られている。このNipkow型のディ
スク（以下、Nipkowディスクと称する）は、試料からの
像劣化が生じないように各ピンホール間隔をそのピンホ
ール直径の１０倍程度離す様に作製されている。

【０００３】このNipkowディスクを用いた共焦点顕微鏡
において共焦点効果を発揮するためには、ピンホール径
に対して１０倍程度ピンホールを離さないと、隣のピン
ホールからのクロストーク（光の漏れ）がノイズとな
り、像品質を劣化させることになる。ところが、ピンホ
ールの間隔を広げると、ピンホールの密度が低下してし
まうため、Nipkowディスクに入射する光のほとんどがデ
ィスク自体によりカットされてしまう。つまり、ピンホ
ールを通過する光は、入射光に対して１／１００程度に
なってしまい、検出した画像は暗い像となる。

【０００４】このような問題を解決すべく、例えば特願
平９−２５５１６９号記載の共焦点顕微鏡には、各ピン
ホール間の間隔をピンホール直径と同一に形成し、かつ
ランダムに配置されたランダムピンホールディスクを用
いた技術が紹介されている。具体的にこの顕微鏡では、
ランダムピンホールを通して撮像された試料の像が非共
焦点画素成分と共焦点画像成分の和となり（非共焦点画
素成分を含む共焦点画像）、かつランダムピンホールを
通さずに撮像された試料の像が非共焦点画像成分（共焦
点画像データ）のみを含み、従って非共焦点画像成分を
含む共焦点画像データから非共焦点画像データを差分演
算することで、共焦点画像データを求め、これを基に高
い光の利用効率で共焦点画像を高速で得ることが考えら
れている。

【０００５】図１３はかかる共焦点顕微鏡の構成図であ
る。

【０００６】回転ディスク１は、図１４に示すようにラ
ンダムピンホール部１ａと開口部１bとが互いに対向す
る位置に形成されている。更に回転ディスク１には、ラ
ンダムピンホール部１aと開口部１bとの間に遮光部１
ｃ，１ｄが形成されている。ここでランダムピンホール
部１aは複数のピンホールがランダムに配置され、各々
のピンホール間の平均間隔がピンホール径と同一に形成
されている。

【０００７】この回転ディスク１はモータ２の回転軸３
に直結されて回転するようになっている。又、ハロゲン
ランプ等の光源４が設けられ、この光源４から照射され
た光は均一光にする光学レンズ５を通ってハーフミラー
６に導かれ、このハーフミラー６で反射された光は、回
転ディスク１上に入射する。この光は回転している回転
ディスク１のランダムピンホール部１a又は開口部１bを
通過して対物レンズ７によって結像され、試料８上に照
射される。

【０００８】このうちランダムピンホール部１aを通過
した光は、対物レンズ７によって結像されて試料８に入
射され、その試料８で反射された光束は再びランダムピ
ンホール部１aを通過する。又、開口部１bを通過した光
は、対物レンズ７によって結像され、試料８に入射し、
その反射した光束は再び開口部１bを通過する。

【０００９】上記ハーフミラー６の透過光路上には、光
分岐手段９が傾斜して配置されている。この光分岐手段
９は、ランダムピンホール部１aを通して得られた非共
焦点画像成分及び共焦点画像成分を含む試料８からの反
射光と、開口部１bを通して得られた非共焦点画像成分
の試料８からの反射光とを別々の光路に分岐させるもの
で、例えば図１５に示すように光を透過させる孔部９ａ
と、光をほぼ１００％反射して偏向させるための高反射
の反射板９ｂとを回転ディスク１の回転軸３を中心にし
て対向に形成されている。さらにこの光分岐手段９は、
モータ１０の回転軸１０ａに直結され回転するものとな
っている。

【００１０】制御装置１１は、各々のモータ２，１０の
駆動を同期制御し回転ディスク１と光分岐手段９との回
転を同期させる機能を有しており、回転ディスク１のラ
ンダムピンホール部１ａが光路上に配置されたとき、光
分岐手段９の孔部９ａが光路に、回転ディスク１の開口
部１ｂが光路上に配置されたとき光分岐手段９の反射板
９ｂが光路上に入るように、回転ディスク１と光分岐手
段９との回転を同期制御する。

【００１１】一方、光分岐手段９の孔部９ａの光路上に
は集光レンズ１２を介して第１のＣＣＤカメラ１３が配
置され、かつ反射板９ｂの反射光路上には集光レンズ１
４を介して第２のＣＣＤカメラ１５が配置されている。
従って光分岐手段９の孔部９ａが光路上に配置されたと
き、試料８からの反射光は集光レンズ１２を介して第１
のＣＣＤカメラ１３により撮像される。また、光分岐手
段９の反射板９ｂが光路上に配置されたとき、試料８か
らの反射光は、集光レンズ１４を介して第２のＣＣＤカ
メラ１５により撮像される。

【００１２】第１及び第２のＣＣＤカメラ１３，１４の
各画像出力端子は、ＣＰＵ等からなるコンピュータ１６
に接続されている。このコンピュータ１６は、第１のＣ
ＣＤカメラ１３から出力される非共焦点画像成分及び共
焦点画像成分を含む映像信号（非共焦点画像成分を含む
共焦点画像データ）を取り込むとともに、第２のＣＣＤ
カメラ１５から出力される非共焦点画像成分の映像信号
（非共焦点画像データ）を取り込み、これらの画像デー
タを差分演算して共焦点画像データを求め、これを基に
共焦点画像を作成しモニター１７に出力する。

【００１３】次に、他の共焦点顕微鏡として特願平１０
−１３５１６９号に記載されている技術が考えられてい
る。図１６に示す構成図を参照して説明すると、ピンホ
ールディスク２０は、図１７に示すように内周部にラン
ダムに配置されたピンホール部２１を有するもので、こ
のピンホール部２１は各ピンホールの平均間隔をピンホ
ール直径とほぼ同一に形成して通常のNipkowディスクに
比べてピンホール密度が非常に高く、試料からの多くの
光を透過させることが出来るようにしている。また、ピ
ンホールディスク２０はその外周部にスリット状の遮光
部２２ａと透過部２２ｂとが形成されている。

【００１４】なお、このピンホールディスク２０のピン
ホール部２１、スリット状の複数の遮光部分２２ａ及び
透過部分２２ｂは、ガラス材からなるディスク基板上に
クロムを蒸着させることによって形成している。

【００１５】このピンホールディスク２０は、モータ２
４の回転軸に取り付けられ、モータ駆動回路２５の駆動
信号aによりモータ２４を回転させることで回転駆動す
るようになっている。

【００１６】また、ピンホールディスク２０には、その
周縁部に光検出素子２３が設けられている。この光検出
素子２３は、ピンホールディスク２０の外周部の遮光部
２２ａと透過部２２ｂを検出するためのもので、ピンホ
ールディスク２０の外周部を挟み込むように配置され、
ピンホールディスク２０が回転して遮光部２２ａと透過
部２２ｂとが交互に通過していく毎にパルス状の信号b
を出力するようになっている。このパルス信号ｂは位相
同期回路２６に入力される。

【００１７】一方、ハロゲンランプ等の光源２７が設け
られ、この光源２７から放射された光は、均一光にする
光学レンズ２８を通ってハーフミラー２９に入射し、こ
こで反射してピンホールディスク２０上に入射する。そ
して、ピンホールディスク２０のピンホール部２１を通
過する光が、次のハーフミラー３０を通過し、対物レン
ズ３１を通して試料８に照射するようになっている。こ
の場合、ピンホールディスク２０が一回転することで、
試料８を均一に照明できるようにピンホール部２１のピ
ンホールパターンは計算されている。

【００１８】そして、試料８で反射した光束は、再び対
物レンズ３１を通りハーフミラー３０で透過するものと
反射するものとに２分割され、このうちハーフミラー３
０を透過した光束はピンホールディスク２０を通過し、
さらにハーフミラー２９を透過して、集光レンズ３２を
介して第１のＣＣＤカメラ３３に入射する。一方、ハー
フミラー３０で反射した光束は、集光レンズ３４によっ
て第２のＣＣＤカメラ３５に入射する。

【００１９】これらＣＣＤカメラ３３，３５は、それぞ
れ外部トリガ入力端子を有しており、トリガ信号発生回
路３６よりパルス状のトリガ信号gが入力されると、内
部における撮像のための同期信号にリセットがかかり、
一番目のトリガ信号gが入力されてから二番目のトリガ
信号gが入力されるまでの間に図示しないＣＣＤに電荷
を蓄積し、二度目のトリガ信号gが入力されると撮像し
た各映像信号ｋ，ｌをコンピュータ３７に出力するよう
にしている。

【００２０】又、ビデオカメラ用同期信号発生器３８か
ら出力される垂直同期信号ｈと光検出素子２３から出力
されるパルス信号bを受ける上記位相同期回路２６は、
両者の位相同期を取るためにモータ駆動回路２５にモー
タ制御パルスｅを送出するものとなっている。

【００２１】又、トリガ信号発生回路３６は、不図示の
微分回路、タイミング合わせ用のカウンタ及びフリップ
フロップ等からなりビデオカメラ用同期信号発生器３８
の垂直同期信号hを受けると、その立下がりエッジを検
出しトリガパルスｇを出力するとともに、第１及び第２
のＣＣＤカメラ３３，３５から出力される各映像信号
ｋ，ｌをコンピュータ３７に取り込むタイミングパルス
jも出力する。

【００２２】従って、コンピュータ３７は、第１及び第
２のＣＣＤカメラ３３，３５から出力される各映像信号
ｋ，ｌをトリガ信号発生回路３６から出力される画像取
り込み信号ｊのタイミングに基づいて内部のメモリに取
り込み、これら二つの画像信号を差分演算し、共焦点画
像の信号mを基にモニタ３９に共焦点画像を出力する。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
願平９−２５５１６９号で考えられている共焦点顕微鏡
では、図１３乃至図１５を見て分かるようにランダムピ
ンホール部１aを通して得られた非共焦点画像成分及び
共焦点画像成分を含む試料８からの反射光と、開口部１
bを通して得られた非共焦点画像成分の試料８からの反
射光とを別々の光路に分岐するために光分岐手段９及び
そのモータ１０を設けなければならない。

【００２４】また、回転ディスク１のランダムピンホー
ル部１ａと開口部１bとのそれぞれが光路に入ってくる
のに合わせて光分岐手段９の穴部９ａと反射版９ｂとが
同じ光路に来るように光分岐手段９のモータ１０の回転
制御を行わなければならず、制御装置１１は複雑な構成
となってしまう。

【００２５】さらに、非共焦点画像成分及び共焦点画像
成分を含む試料８からの反射光を第１のＣＣＤカメラ１
３で撮像し、非共焦点画像成分のみの試料８からの反射
光を第２のＣＣＤカメラ１５で撮像するため、必ずＣＣ
Ｄカメラが二台必要となり、システムが高額な物になっ
てしまう。

【００２６】また、これらのＣＣＤカメラ１３，１５の
各映像信号をコンピュータ１６に取り込むためには、こ
のコンピュータ１６に内蔵された不図示のフレームグラ
バーが二枚必要になる。つまり、一枚の共焦点画像を表
示するのに二つの光学系、二つのＣＣＤカメラ、二つの
フレームグラバーが必要になってしまう。これらは全て
高額な物であり、かつシステム構成も複雑であるので大
変高額な共焦点顕微鏡となってしまう。

【００２７】一方、特願平１０−１３５１６９号で考え
られている共焦点顕微鏡においても図１６で、試料８か
ら反射した光束をハーフミラー３０により透過するもの
と反射するものとに２分割し、ハーフミラー３０を透過
した光束をピンホールディスク２０を通過させ、更にハ
ーフミラー２９を透過させて、集光レンズ３２を介して
第１のＣＣＤカメラ３３に入射させる。これと共に、ハ
ーフミラー３０を反射した光束は、集光レンズ３４によ
って第２のＣＣＤカメラ３５に入射する。この場合も非
共焦点画像成分及び共焦点画像成分を含む試料８の反射
光と非共焦点画像成分のみの試料８の反射光を別々に撮
像するため二台のＣＣＤカメラを必要とする。従って、
この場合も高額で複雑なシステムになってしまう。

【００２８】そこで本発明は、このような点に鑑み１台
の撮像手段のみで、複雑な光学系を必要としない安価な
構成にできる共焦点顕微鏡を提供することを目的とす
る。

【００２９】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、試料
に対して照明光を発する光源と、この光源と試料との間
に設けられた第１と第２の透過部と、これら第１と第２
の透過部を切換える切換え手段と、奇数フィールドと偶
数フィールドとを有し、試料からの画像データを取得す
る撮像手段と、この撮像手段の撮像タイミングと切換え
手段の切換タイミングとを同期させる同期手段と、撮像
手段で得た画像データを基に試料の共焦点画像データを
取得する画像処理手段と、この画像処理手段で取得した
共焦点画像データを基に共焦点画像を出力する出力手段
とを具備し、撮像手段の各フィールドで、第１の透過部
を透過した非共焦点成分を含む共焦点画像データと第２
の透過部を透過した非共焦点成分のみの非共焦点画像デ
ータとを各々対応させて取得し、画像処理手段によって
フィールド間で各画像データの演算処理を行い試料の共
焦点画像データを取得する共焦点顕微鏡である。

【００３０】請求項２によれば、請求項１記載の共焦点
顕微鏡において、切換え手段は、第１と第２の透過部を
有する回転体と、この回転体を回転させて第１と第２の
透過部を切換える駆動部と、この駆動部による回転体の
回転を検知する回転検知手段とから構成され、回転体を
回転させることで第１と第２の透過部を切換えるととも
に、同期手段で撮像手段の撮像タイミングと回転検知手
段で検知した回転体の切換えタイミングとを同期させる
ようにしたものである。

【００３１】請求項３によれば、請求項１記載の共焦点
顕微鏡において、画像処理手段は、撮像手段で取得した
非共焦点画像データを出力手段に出力し、出力手段に非
共焦点画像も出力させるようにしたものである。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。

【００３３】図１は共焦点顕微鏡の構成図である。

【００３４】ピンホールディスク４０は、図２に示すよ
うに外周部にディスクの回転を後述する光検出素子４３
で検出して回転信号を発生するための一部分に切欠きの
あるトリガリング４０ａ、内周部にはその間隔がピンホ
ルール直径とほぼ同じ距離でかつランダムに配置されて
いるランダムピンホール部４０ｂ、光を通さない２個所
の遮光部４０ｃ、光をほぼ１００％透過する透過部（開
口部）４０dが形成されている。なお、このようなピン
ホールディスク４０は、ガラス材からなるディスク基板
上にクロムを蒸着させることでトリガリング４０ａ、ラ
ンダムピンホール部４０ｂ、遮光部４０cを形成してい
る。このピンホールディスク４０は、モータ４１の回転
軸に取り付けられて回転駆動するようになっている。

【００３５】このモータ４１は、例えばＤＣブラシレス
モータであり、三相の駆動信号Ｕ，Ｖ，Ｗの位相及び周
波数により回転駆動するものである。また、このモータ
４１の内部には不図示のホール素子が埋め込まれてお
り、ローターの回転状態を各ホール信号Ｈａ，Ｈｂ，Ｈ
ｃとしてモータドライバ４２に出力している。

【００３６】又、ピンホールディスク４０の外周部に
は、光検出素子４３が設けられている。この光検出素子
４３は、ピンホールディスク４０の外周部にあるトリガ
リング４０ａの切欠き部分が通過する毎にハイレベル
（Ｈレベル）のパルス信号（回転検出信号）ｃを後述す
るＰＬＬ４４に出力するようになっている。

【００３７】一方、光源４５には、ハロゲンランプ等が
用いられ、この光源４５から放射される照明光の光路上
に、コレクタレンズ４６、ハーフミラー４７を配置す
る。このハーフミラー４７の反射光路上には、ピンホー
ルディスク４０を介して対物レンズ４８、試料８が配置
される。

【００３８】又、試料８で反射し、対物レンズ４８、ピ
ンホールディスク４０を介し、ハーフミラー４７を透過
する光の光路上には、結像レンズ４９を介してＣＣＤカ
メラ５０が配置される。

【００３９】このＣＣＤカメラ５０は、光源４５、コレ
クターレンズ４６、ハーフミラー４７の光路を通り、対
物レンズ４８まで導かれ、対物レンズ４８によって試料
８に光源４５の光を照射し、その試料８からの光、ここ
では反射光を結像レンズ４９で結像させＣＣＤカメラ５
０の不図示のＣＣＤによって撮像するものである。

【００４０】このＣＣＤカメラ５０は、フィールド周期
で電荷を蓄積するフィールド蓄積モードで動作するカメ
ラであり、ごく安価で一般的な非常に入手しやすいカメ
ラである。そして、このＣＣＤカメラ５０は、ＮＴＳＣ
信号ａをコンピュータ５１とビデオシンクセパレータ５
２に出力するようになっている。

【００４１】このうちビデオシンクセパレータ５２は、
入力されたＮＴＳＣ信号ａから垂直同期信号やＯＤＤ／
ＥＶＥＮ識別信号などを出力することのできるもので、
ワンチップ化されており、比較的安価に入手できるもの
である。又、このビデオシンクセパレータ５２は、ＯＤ
Ｄ／ＥＶＥＮ識別信号ｂをＰＬＬ４４に出力するように
なっている。

【００４２】上記ＰＬＬ４４は、ビデオシンクセパレー
タ５２から出力されるＯＤＤ／ＥＶＥＮ識別信号ｂと光
検出素子４３から出力される回転検出信号ｃを取り込
み、これらのＯＤＤ／ＥＶＥＮ識別信号ｂと回転検出信
号ｃとの位相同期を取るために、これら信号に対して速
度制御と位相制御を行う機能を有している。この制御動
作を図３を用いて説明する。

【００４３】同図にはビデオシンクセパレータ５２から
出力されるＯＤＤ／ＥＶＥＮ識別信号ｂ（以下、信号ｂ
と省略する）、光検出素子４３から出力される回転検出
信号ｃ（以下、信号ｃと省略する）が示されており、同
図（ａ）は信号ｂに対して信号ｃが遅れているつまりＮ
ＴＳＣ信号ａのフレーム周期に対してピンホールディス
ク４０の回転が遅いことを示している。この場合、ＰＬ
Ｌ４４は、信号ｂと信号ｃの立ち上がりエッジの周期を
内部クロックで動作するカウンタで比較する。そして、
信号ｃが遅れているので信号ｃの立ち上がりエッジ間の
パルス数が信号ｂのそれよりも多くなっている。さら
に、ＰＬＬ４４は、信号ｂの立ち上がりエッジと信号ｃ
の立ち上がりエッジのずれを内部のカウンタでカウント
する。これら信号ｃの立ち上がりエッジ間のパルス数と
信号ｂに対する信号ｃの立ち上がりエッジのずれ量の両
者から信号ｃの遅れ、つまりピンホールディスク４０の
回転周期を速くするためにモータドライバ４２への信号
ｄの電圧を規定の電圧より上げて送出するものとなる。
同図（ｂ）の場合は、信号ｃつまりピンホールディスク
４０の回転がＮＴＳＣ信号ａのフレーム周期より早いた
め、ピンホールディスク４０の回転周期を下げるために
信号ｄの電圧を規定の電圧より下げるものとなる。同図
（ｃ）の場合はＮＴＳＣ信号ａのフレーム周期とピンホ
ールディスク４０の回転周期が一致しているので、信号
ｄを規定の電圧に維持しつづけるものとなる。

【００４４】上記モータドライバー４２は、モータ４１
から出力される各ホール信号Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃの位相に
対して励磁コイルに適切な印加電圧パターンを作成し、
ＰＬＬ４４からの信号ｄの電圧で指示される回転数でモ
ータ４１を回転させる機能を有している。

【００４５】コンピュータ５１は、ＣＣＤカメラ５０か
ら出力されるＮＴＳＣ信号ａを内蔵されている不図示の
フレームグラバーで取り込み、内部で１フレーム画像の
偶数フィールドと奇数フィールドとの差分演算処理を行
い信号ｍを出力してモニタ５３に共焦点画像もしくは明
視野画像、もしくはその両方を同時表示する機能を有し
ている。

【００４６】次に、上記の如く構成された共焦点顕微鏡
の動作について説明する。

【００４７】光源４５から放射された照明光は、光を均
一にするためのコレクターレンズ４６を通りハーフミラ
ー４７に導かれる。ハーフミラー４７で反射された光
は、回転するピンホールディスク４０のランダムピンホ
ール部４０ｂと透過部４０ｄとにそれぞれ照射され、対
物レンズ４８によって結像されて試料８上に入射する。

【００４８】次いで試料８からの光、ここでは試料８上
で反射された光束は、再び対物レンズ４８を通過し、ピ
ンホールディスク４０のランダムピンホール部４０ｂと
透過部４０ｄとを通り、それぞれハーフミラー４７を透
過し、結像レンズ４９でＣＣＤカメラ５０の不図示のＣ
ＣＤ面上に結像する。このときの照明光の光路を詳しく
説明すると、ランダムピンホール部４０ｂを通過した光
は、対物レンズ４８で結像されて試料８に入射し、試料
８上で反射された光束は再びランダムピンホール部４０
ｂを通過する。又、透過部４０ｄを通過した照明光は、
対物レンズ４８で結像されて試料８に入射し、試料８上
で反射された光束は再び透過部４０ｄを通過する。

【００４９】ＣＣＤカメラ５０は、ピンホールディスク
４０のランダムピンホール部４０ｂと透過部４０ｄとで
それぞれ得られた試料８の各像を撮像する。このＣＣＤ
カメラ５０は、フィールド周期（約１／６０）毎にＯＤ
ＤやＥＶＥＮのＮＴＳＣ信号ａを出力すると同周期で不
図示のＣＣＤ面上に電荷を蓄積する。電荷蓄積スタート
タイミングはＯＤＤ及びＥＶＥＮの垂直帰線期間内にあ
り、各フィールドの映像信号が出力される。次いで、映
像信号が出力されたのとほぼ同時のタイミングで次のフ
ィールドの電荷の蓄積が開始される。つまり、ＣＣＤカ
メラ５０は、ＯＤＤフィールド出力開始と同時に不図示
のＣＣＤにＥＶＥＮの電荷の蓄積を開始し、ＥＶＥＮフ
ィールド出力開始と同時に不図示のＣＣＤにＯＤＤフィ
ールドの電荷の蓄積を開始する。

【００５０】このＣＣＤカメラ５０から出力されたＮＴ
ＳＣ信号ａがビデオシンクセパレータ５２に入力される
と、このビデオシンクセパレータ５２はＯＤＤ／ＥＶＥ
Ｎ識別信号ｂを出力する。このＯＤＤ／ＥＶＥＮ識別信
号ｂは、図４に示すようにＯＤＤフィールドの始まり、
詳細にはＥＶＥＮフィールド直後の垂直帰線期間の真ん
中あたりでＨレベルになり、ＥＶＥＮフィールドの始ま
り、詳細にはＯＤＤフィールド直後の垂直帰線期間の真
ん中あたりでローレベル（Ｌレベル）となる。また、こ
のビデオシンクセパレータ５２は、不図示のＶＳＹＮＣ
端子を有しており、ＮＴＳＣ信号ａから垂直同期信号
（ＶＳＹＮＣ）を取り出して出力することもできる。

【００５１】一方、ピンホールディスク４０が回転し、
トリガリング４０ａの切欠部が光検出素子４３を通過す
る毎に、この光検出素子４３は、Ｈレベルの回転検出信
号ｃをＰＬＬ４４に出力する。このＰＬＬ４４は、ＯＤ
Ｄ／ＥＶＥＮ識別信号ｂと回転検出信号ｃを受けると、
これら信号ｂ，ｃの立ち上がりエッジの位相が一致する
ように、つまりＮＴＳＣ信号ａのフレーム周期とピンホ
ールディスク４０の回転周期が同じになるようにモータ
ドライバ４２への信号ｄの電圧を変化させる。上記図４
はＮＴＳＣ信号ａとＰＬＬ４４の不図示のＶＳＹＮＣ端
子、そしてＯＤＤ／ＥＶＥＮ識別信号ｂ及び光検出素子
４３からの回転検出信号ｃの位相関係を示しており、こ
の場合、ＮＴＳＣ信号ａのフィールド周期とピンホール
ディスク４０の回転周期が完全に同期している状態であ
る。

【００５２】このような状態になるとＯＤＤ／ＥＶＥＮ
フィールドの電荷蓄積タイミングとピンホールディスク
４０の回転角が常に一致するので、ランダムピンホール
部４０ｂを通して得られた試料８の像はＥＶＥＮフィー
ルド画像として出力され、透過部４０ｄを通して得られ
た試料８の像はＯＤＤフィールド画像として出力され
る。

【００５３】図５はピンホールディスク４０の回転とＣ
ＣＤカメラ５０の電荷蓄積タイミングを示し、図６はＣ
ＣＤカメラ５０のＮＴＳＣ信号ａの出力と電荷蓄積のタ
イミングを示している。このうち図６から分かるように
ＯＤＤフィールドのＮＴＳＣ信号ａを出力している間、
次のＥＶＥＮフィールドの電荷を蓄積し、ＥＶＥＮフィ
ールドのＮＴＳＣ信号ａを出力している間、次のＯＤＤ
フィールドの電荷を蓄積する。つまり、ＣＣＤカメラ５
０は、ピンホールディスク４０の透過部４０ｄを通過し
た試料８の像を出力している間、ランダムピンホール部
４０ｂを通して得られた試料８の像を撮像している。

【００５４】そして、ＰＬＬ４４から出力された信号ｄ
を受けたモータドライバ４２は、図７の位相関係に示す
ようにモータ４１のホール信号Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃの位相
関係を基に不図示の励磁コイルに適切な位相（Ｕ，Ｖ，
Ｗ）で、かつ信号ｄの指示電圧に従った回転数でモータ
４１を駆動する。

【００５５】以上の一連の動作によって、ＣＣＤカメラ
５０は、ＮＴＳＣ信号ａをコンピュータ５１にも出力す
る。

【００５６】ここで、上記の如くＯＤＤフィールドには
ピンホールディスク４０の透過部４０ｄを通して得られ
た試料８の画像が、又ＥＶＥＮフィールドにはランダム
ピンホール部４０ｂを通して得られた試料８の像が撮像
されている。これにより、ＮＴＳＣ信号ａの１フレーム
分の画像は、図８に示すように奇数ラインと偶数ライン
で交互に透過部４０ｄとランダムピンホール部４０ｂと
の画像で構成されることになる。なお、本実施の形態で
は、画面サイズが例えば６４０＊４８０ドットとなって
いる。

【００５７】このＮＴＳＣ信号ａがコンピュータ５１に
不図示のフレームグラバーを通して不図示の画像メモリ
に取り込まれる。コンピュータ５１はこの画像メモリに
取り込まれた１フレームの画像データに対してそれぞれ
対応する画素同士で｛（偶数フィールド）−（奇数フィ
ールド）｝の差分演算を実行して別の不図示の画像メモ
リに書き込む。その様子を図９に示す。同図（ａ）は画
像メモリ内の１フレーム画像データを画素レベルまで拡
大したものである。ここでコンピュータ５１は、｛（偶
数フィールド）−（奇数フィールド）｝の差分演算をす
るために、画素（ライン２，ドット１）−画素（ライン
１，ドット１）の差分演算を行い、さらにレベル補正を
行って同図（ｂ）に示すように別の画像メモリの画素
（ライン１，ドット１）に書き込む。次に、図９（ａ）
に示す画素（ライン２，ドット２）−画素（ライン１，
ドット２）の差分演算を行い、更にレベル補正を行って
同図（ｂ）に示すメモリの画素（ライン１，ドット２）
に書き込む。

【００５８】コンピュータ５１は、この動作を繰り返し
て画素（ライン４，ドット１）−画素（ライン３，ドッ
ト１）の差分演算を行い、さらにレベル補正をして図９
（ｂ）に示す画素（ライン３，ドット１）に書き込む。
このようにして図９（ｂ）に示すような１ラインおきの
共焦点画像の信号ｍが完成する。

【００５９】こうして作成された共焦点画像の信号ｍ
は、モニタ５３に送られ、このモニタ５３上に共焦点画
像が表示される。さらに、コンピュータ５１の不図示の
キーボードを操作することによってモニタ５３には、共
焦点画像ではなく透過部４０ｄを通して得られた明視野
画像を表示することも出来る。この場合、図１０（ａ）
に示す画像メモリから奇数ラインのデータのみを取り出
して、同図（ｂ）に示すように別のメモリに１ラインお
きに書き込むことで明視野画像を作成してモニタ５３に
表示する。図１１には差分演算及び共焦点画像表示の様
子をしめす。なお、明視野画像表示の場合も、差分演算
処理がなくなるだけで、基本的な原理は同じである。さ
らに、これらの原理を応用して、図１２に示すようにモ
ニタ５３に明視野画像と共焦点画像の両方を同時に表示
することも出来る。

【００６０】さらに、モニタ５３に表示される共焦点画
像または明視野画像、もしくは両者の同時表示画像は、
通常は１ラインおきのフィールド画像表示になっている
が、コンピュータ５１の不図示のキーボードの操作によ
ってライン間の補完処理を行うことが出来る。その結果
ライン飛びの無いフレーム画像を得ることが出来、更に
良好な解像度の高い画像を得ることが出来る。

【００６１】このように上記一実施の形態においては、
ピンホールディスク４０の回転とＣＣＤカメラ５０の撮
像タイミングとを同期させて、ＣＣＤカメラ５０から出
力されるＮＴＳＣ信号ａの偶数フィールドにピンホール
ディスク４０のランダムピンホール部４０ｂを透過した
試料像に応じた電荷を蓄積し、奇数フィールドに透過部
４０ｄを透過した試料像に応じた電荷を蓄積し、コンピ
ュータ５１においてフレーム画像の偶数フィールドに蓄
積されたランダムピンホール部４０ｂを透過した試料像
と奇数フィールドに蓄積された透過部４０ｄを透過した
試料像との差分演算を行って試料８の共焦点画像や明視
野画像を得るようにしたので、複雑な光学系や複数のＣ
ＣＤカメラ、複数のフレームグラバーを必要とすること
無く、簡単な光学系、一台のＣＣＤカメラ５０、一枚の
フレームグラバーという安価な構成で明るく良好な共焦
点画像を得ることが出来る。また、１フレーム画像取り
込み後の差分演算処理を次のフレーム画像取り込みの前
に終わらせる事が出来れば、フルフレームの共焦点画像
を表示することが出来る。

【００６２】又、上記一実施の形態では、通常のＣＣＤ
カメラ５０の映像信号を用いてピンホールディスク４０
の回転とＣＣＤカメラ５０の電荷蓄積タイミングとをＰ
ＬＬ４４を用いて同期させる手段について述べたが、正
確なフレーム周期で回転するモータを用いれば、光検出
素子４３によって発生する回転パルスをトリガ機能付き
のＣＣＤカメラに入力して撮像することでＰＬＬ４４な
どの回路を省略することが出来、更に安価なシステムを
提供することが出来る。

【００６３】また、回転ディスクを一貫してランダムピ
ンホール部４０ｂを有するものとしたが、ランダムピン
ホールの代わりにライン状のパターンを有した回転ディ
スクでも良い。

【００６４】又、本発明は、上述した実施の形態で用い
た非共焦点成分を含む共焦点画素データと非共焦点画像
データのみを取得するためにピンホール部と透過部とを
有するディスクを用いているが、これに限るものでな
く、例えばピンホール部と透過部とを有する円筒状の部
材や、ピンホール部と透過部とを交互に表示可能な液晶
部材をもちいてもよい。なお、液晶部材を用いる場合、
液晶に表示されるパターンの切り換えとＣＣＤカメラの
撮像タイミングとを同期させればよいので、上述した実
施の形態で必要であったディスクの回転を検出するため
の光検出素子が不要となる。

【００６５】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、１
台の撮像手段のみで複雑な光学系を必要としない安価な
構成にできる共焦点顕微鏡を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる共焦点顕微鏡の一実施の形態を
示す構成図。

【図２】同顕微鏡に用いるピンホールディスクの構成
図。

【図３】同顕微鏡におけるＰＬＬの制御動作を示す波形
図。

【図４】ＮＴＳＣ信号，ＶＳＹＮＣ信号，ＯＤＤ／ＥＶ
ＥＮ信号及び回転検出信号の関係を示す図。

【図５】ピンホールディスクの回転とＣＣＤカメラの電
荷蓄積タイミングを示す図。

【図６】ＮＴＳＣ信号の偶数及び奇数フィールドに蓄積
される試料像を示す図。

【図７】モータのホール信号の位相関係を示す図。

【図８】ＮＴＳＣ信号の１フレーム分の画像の構成を示
す図。

【図９】共焦点画像の信号を得るときの１フレーム分の
画像の偶数フィールドと奇数フィールドとの差分演算を
示す模式図。

【図１０】明視野画像を得るときの作用を示す模式図。

【図１１】偶数フィールドと奇数フィールドとの差分演
算及び共焦点画像の表示を示す模式図。

【図１２】共焦点画像と明視野画像とのモニタへの表示
例を示す図。

【図１３】従来の共焦点顕微鏡の構成図。

【図１４】同顕微鏡に用いる回転ディスクの構成図。

【図１５】同顕微鏡に用いる光分岐手段の構成図。

【図１６】従来の他の共焦点顕微鏡の構成図。

【図１７】同顕微鏡に用いるピンホールディスクの構成
図。

【符号の説明】

８：試料、 ４０：ピンホールディスク、 ４０ａ：トリガリング、 ４０ｂ：ランダムピンホール部、 ４０ｃ：遮光部、 ４０ｄ：透過部、 ４１：モータ、 ４２：モータドライバ、 ４３：光検出素子、 ４４：ＰＬＬ、 ４５：光源、 ４６：コレクタレンズ、 ４７：ハーフミラー、 ４８：対物レンズ、 ４９：結像レンズ、 ５０：ＣＣＤカメラ、 ５１：コンピュータ、 ５２：ビデオシンクセパレータ、 ５３：モニタ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料に対して照明光を発する光源と、 この光源と前記試料との間に設けられた第１と第２の透
   過部と、 これら第１と第２の透過部を切換える切換え手段と、 奇数フィールドと偶数フィールドとを有し、前記試料か
   らの画像データを取得する撮像手段と、 この撮像手段の撮像タイミングと前記切換え手段の切換
   タイミングとを同期させる同期手段と、 前記撮像手段で得た画像データを基に前記試料の共焦点
   画像データを取得する画像処理手段と、 この画像処理手段で取得した前記共焦点画像データを基
   に共焦点画像を出力する出力手段とを具備し、 前記撮像手段の各フィールドで、前記第１の透過部を透
   過した非共焦点成分を含む共焦点画像データと前記第２
   の透過部を透過した非共焦点成分のみの非共焦点画像デ
   ータとを各々対応させて取得し、前記画像処理手段によ
   ってフィールド間で各画像データの演算処理を行い前記
   試料の共焦点画像データを取得することを特徴とする共
   焦点顕微鏡。
2. 【請求項２】 前記切換え手段は、 前記第１と第２の透過部を有する回転体と、 この回転体を回転させて前記第１と第２の透過部を切換
   える駆動部と、 この駆動部による前記回転体の回転を検知する回転検知
   手段とから構成され、 前記回転体を回転させることで前記第１と第２の透過部
   を切換えるとともに、前記同期手段で前記撮像手段の撮
   像タイミングと前記回転検知手段で検知した前記回転体
   の切換えタイミングとを同期させるようにしたことを特
   徴とする請求項１記載の共焦点顕微鏡。
3. 【請求項３】 前記画像処理手段は、前記撮像手段で取
   得した非共焦点画像データを前記出力手段に出力し、前
   記出力手段に非共焦点画像も出力させるようにしたこと
   を特徴とする請求項１記載の共焦点顕微鏡。