JP2001083432A

JP2001083432A - 共焦点顕微鏡

Info

Publication number: JP2001083432A
Application number: JP2000209004A
Authority: JP
Inventors: Naoko Hisada; 菜穂子久田; Yasutada Miura; 靖忠三浦
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 2000-07-10
Publication date: 2001-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】描画レートを撮像レートまで速め、表示のリア
ルタイム性を向上させた共焦点顕微鏡を提供すること。【解決手段】回転体（４’）が回転することにより交互
に得られる複合画像と明視野画像に対して、演算手段
（２１）により、新たな画像が得られるたびにその一つ
前に得られた画像との間で差分演算を行ない共焦点画像
を得、撮像手段（９）で撮像される画像が前記複合画像
と前記明視野画像のいずれであるかを、検出手段（２
７）により少なくとも一回検出し、その検出結果に基づ
いて、前記差分演算により得られる共焦点画像の正負が
正しくなるように調整する。

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３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】従来の代表的な共焦点顕微鏡には、多数
のピンホールをそのピンホール径の約１０倍の間隔で螺
旋状に配置したＮｉｐｋｏｗディスクを用いたディスク
走査型のものがある。このディスクを用いた共焦点顕微
鏡の改良型の技術としては、例えばＲ．Ｊｕｓｋａｉｔ
ｉｓ，Ｔ．Ｗｉｌｓｏｎらの“Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｒ
ｅａｌ−ｔｉｍｅｃｏｎｆｏｃａｌｍｉｃｒｏｓｃ
ｏｐｙｗｉｔｈｗｈｉｔｅｌｉｇｈｔｓｏｕｒ
ｃｅｓ”，Ｎａｔｕｒｅ誌Ｖｏｌ．３８３Ｏｃｔ．
１９９６ｐ８０４−８０６．に記載されている技術が
ある。

【０００３】図１０は、そのＴ．Ｗｉｌｓｏｎらによる
ディスク走査型共焦点顕微鏡の構成を示す図である。光
源１には、ハロゲン光源または水銀光源等が用いられ
る。この光源１から出射される光の光路上には、コリメ
ートレンズ２、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）３が
配置され、このＰＢＳ３の反射光路上には、後述する回
転ディスク４、１／４波長板１２、対物レンズ５を介し
て試料（標本）６が配置されている。

【０００４】これらコリメートレンズ２、ＰＢＳ３、１
／４波長板１２、対物レンズ５で、標本に光源１の光を
導くための光学系を構成している。

【０００５】回転ディスク４は、図１１に示すランダム
ピンホールディスクからなる。このディスクには、多数
のピンホールがそのピンホール径とほぼ同じ間隔でラン
ダムに配置されたランダムピンホールパターン部４ａ
と、光が透過できる開口部４ｂとが形成され、これらラ
ンダムピンホールパターン部４ａと開口部４ｂとの間に
光を遮断する遮蔽部４ｃ，４ｄが形成されている。

【０００６】この回転ディスク（回転体）４は透明ガラ
ス円板からなり、その円板上における各遮蔽部４ｃ，４
ｄに相当する部分に、Ｃｒ膜等の低反射膜が蒸着されて
いる。同様に、ランダムピンホールパターン部４ａにお
けるピンホール以外の部分に、Ｃｒ膜等の低反射膜が蒸
着されている。これにより、各遮蔽部４ｃ，４ｄとラン
ダムピンホールパターン部４ａ上のピンホール以外の部
分とで、遮光がなされる。この回転ディスク４は、回転
軸７を介して図示しないモータの軸に連結され、一定の
回転速度で回転するようになっている。

【０００７】また、回転ディスク４として、図１２に示
すラインパターンディスクを用いることもできる。この
ディスクには、図１１に示したランダムピンホールパタ
ーン部４ａの代わりに、複数のラインが透明ガラス上に
ほぼ同じ間隔で配置された縞状のラインパターン部４ｅ
が形成されている。そして、このラインパターン部４ｅ
における各ラインに、例えばＣｒ膜が蒸着されており、
各ラインにて遮光がなされる。すなわちラインパターン
部４ｅは、線状の遮蔽部と光透過部とを交互に有してい
る。

【０００８】一方、ＰＢＳ３の透過光路上には、結像レ
ンズ８を介してＣＣＤカメラ（撮像手段）９が配置され
ている。このＣＣＤカメラ９の画像出力端子はコンピュ
ータ（演算手段）１０に接続されて画像取込みが行なわ
れ、その後このコンピュータ１０での画像処理により画
像がモニター１１に表示されるものとなっている。

【０００９】このような構成であれば、光源１から出射
された光は、コリメートレンズ２を介してＰＢＳ３に導
かれる。ＰＢＳ３で反射された光は、一定の速度で回転
する回転ディスク４に入射される。この回転ディスク４
のランダムピンホールパターン部４ａ（またはラインパ
ターン部４ｅ）または開口部４ｂを通過した光は、１／
４波長板１２で円偏光になり、対物レンズ５によって結
像されて試料６に入射される。

【００１０】この試料６から反射された光は、対物レン
ズ５を通り、１／４波長板１２を通って入射光とは直交
する偏光となって、再度、回転する回転ディスク４のラ
ンダムピンホールパターン部４ａ（またはラインパター
ン部４ｅ）または開口部４ｂを通過し、さらにＰＢＳ３
を透過し、結像レンズ８を介してＣＣＤカメラ９に入射
する。

【００１１】ここで、ＣＣＤカメラ９の撮像タイミング
は、回転ディスク４の回転速度に同期する必要がある。
これは、光がランダムピンホールパターン部４ａ（また
はラインパターン部４ｅ）を通過する時の非共焦点成分
を含んだ共焦点像（以下、「複合画像」と呼ぶ）と、開
口部４ｂを通過する時の非共焦点像（以下、「明視野画
像」と呼ぶ）との、２種類の画像データを取得するため
である。

【００１２】つまり、ランダムピンホールパターン部４
ａ（またはラインパターン部４ｅ）を含む回転デイスク
４の約半周分を光が通過する間、ＣＣＤカメラ９に蓄積
された像が、複合画像としてコンピュータ１０に取込ま
れる。次に、光が開口部４ｂを含む回転ディスク４の残
り半周を通過する間、ＣＣＤカメラ９に蓄積された像
が、明視野画像としてコンピュータ１０に取込まれる。

【００１３】その後、コンピュータ１０では、連続して
取込まれた上記２つの画像データに対し、以下の差分演
算を行なって共焦点成分のみを抽出し、これをモニタｌ
ｌに共焦点画像として表示する。

【００１４】（複合画像）−ｋ×（明視野画像）＝（共
焦点画像）：ｋは定数以上から、ＣＣＤカメラがプログレッシブスキャン型の
カメラの場合、回転ディスク４が半周する間に複合画像
を取込み、その後次の半周の間に明視野画像を取込み、
２つの画像取込みの後さらに差分処理を行なって共焦点
画像データを求め、これをモニタ１１に表示する、とい
う一連の処理を連続して行う。これにより、共焦点画像
の表示が可能となる。

【００１５】また、インターレース方式のカメラの場
台、回転ディスク４が１周する毎に、偶数ラインに複合
画像が、奇数ラインに明視野画像が入り交じった１画像
が得られる。そこで、偶数ラインデータから奇数ライン
データを引き算処理することで共焦点画像を得ていた。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
Ｔ．Ｗｉｌｓｏｎ型のディスク走査型共焦点顕微鏡で
は、ディスクを回転させて、多数のピンホールや縞を設
けた部分で得られた複合画像を撮像し、次に透過部分で
得られた明視野画像を撮像して、両者の差分を演算する
ことにより共焦点画像を得る構成をなしている。すなわ
ち、この共焦点顕微鏡では、ディスクが一回転する間に
複合画像と明視野画像が連続して撮像される。

【００１７】しかしながら、従来の共焦点顕微鏡では、
ディスクが一回転する間に連続して得られた複合画像と
明視野画像から一枚の共焦点画像を得ており、二枚の画
像を撮像することに対して一枚の画像が描画されること
になる。このように従来では、描画レートは撮像レート
の２分の１であるという限界があり、連続して描画され
る画像の流れ、つまり共焦点画像表示のリアルタイム性
が視覚上スムーズでないという問題がある。また、水平
方向のライン数がＣＣＤの持つ水平ライン数の半分とな
ってしまい、解像度が得られないという問題があった。

【００１８】本発明の第１の目的は、描画レートを撮像
レートまで速め、表示のリアルタイム性を向上させた共
焦点顕微鏡を提供することにある。

【００１９】また本発明第２の目的は、表示の水平方向
ライン数の低下による解像度劣化を防ぎ、ＣＣＤの水平
ライン数分の表示を行なうことのできる共焦点顕微鏡を
提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明の共焦点顕微鏡は以下の如く構
成されている。

【００２１】（１）本発明の共焦点顕微鏡は、標本に光
を導く光学系と、この光学系で導かれた光を透過する部
分と遮蔽する部分とが混在した半透過部と、前記光を透
過する透過部と、を有する回転体と、この回転体の前記
半透過部を介して得られる前記標本の共焦点画像と非共
焦点画像からなる複合画像と、前記透過部を介して得ら
れる前記標本の明視野画像と、を交互に撮像する撮像手
段と、前記回転体が回転することにより交互に得られる
前記複合画像と前記明視野画像に対して、新たな画像が
得られるたびにその一つ前に得られた画像との間で差分
演算を行ない共焦点画像を得る演算手段と、前記撮像手
段で撮像される画像が前記複合画像と前記明視野画像の
いずれであるかを少なくとも一回検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて、前記差分演算によ
り得られる共焦点画像の正負が正しくなるように調整す
る画像正負調整手段と、から構成されている。

【００２２】（２）本発明の共焦点顕微鏡は上記（１）
に記載の顕微鏡であり、かつ前記画像正負調整手段は、
前記演算手段における差分演算の引き算方向を前記検出
手段による検出結果に基づいて交互に反転させる。

【００２３】（３）本発明の共焦点顕微鏡は上記（１）
に記載の顕微鏡であり、かつ前記撮像手段により撮像さ
れる画像を２画像分記憶可能な第１の画像記憶部と第２
の画像記憶部を有する記憶手段を更に有し、前記演算手
段は、常に前記記憶手段における前記第１の画像記憶部
から前記第２の画像記憶部の方向へ引き算する差分演算
を行なうものであって、前記画像正負調整手段は、前記
撮像手段により撮像される画像の記憶先を前記第１の画
像記憶部と前記第２の画像記憶部とに交互に振り分け
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１は、本
発明の第１の実施の形態に係るディスク走査型共焦点顕
微鏡の構成を示す図である。図１において図１０と同一
な部分には同符号を示し説明を省略する。

【００２５】図１において、ＣＣＤカメラ９はプログレ
ッシブスキャン型のカメラであり、同期信号（垂直同期
信号Ｖと水平同期信号Ｈ）と映像信号を出力している。
垂直同期信号Ｖは演算部２１に入力され、映像信号の出
力の開始を知らせるものである。

【００２６】映像信号は画像取込部２２に入力され、一
定量の画像データが画像取込部２２に取り込まれ、その
後、画像メモリ２３に順次入力される度に、取込みが終
了したことを演算部２１に通知している。演算部２１は
必要に応じて画像メモリ２３から画像データを読み込
む。

【００２７】一方、フオトインタラプタ２７は回転ディ
スク４’の縁部に標されたマークを検出し、この検出信
号ＳＲＣはトリガ信号生成部２８に入力される。ここで
検出信号ＳＲＣを基に、ＳＲＣ信号が十分に定常状態に
あることを示すトリガ信号ＴＲＧを生成し、ＳＲＣおよ
びＴＲＧ信号は演算部２１に入力される。

【００２８】演算部２１は、ＣＣＤカメラ９からの垂直
同期信号Ｖ、画像取込部２２からの取込終了信号、トリ
ガ信号生成部２８からのＳＲＣ信号とＴＲＧ信号、の各
々の信号入力の度に画像メモリ２３の画像データに対し
演算処理を行ない、演算結果を画像表示用メモリ２４に
書き込む。これがモニタ２６に表示されることとなる。

【００２９】回転ディスク４’は、図２に示すランダム
ピンホールディスク、または図３に示すラインパターン
ディスクからなる。これらのディスクの基本構成は、そ
れそれ図１１、図１２と同じであり、ここと同一な部分
には同符号を付してある。従来と異なる点は、開口部４
ｂを含む半円周分の縁部４１を遮光部とし、ランダムピ
ンホールバターン部４ａまたはラインバターン部４ｅを
含む半周分の縁部４２を透光部とするマークが付加され
ている点である。従って、上記検出信号ＳＲＣは、ＣＣ
Ｄカメラ９に入力されている現在の試料６の像が、回転
ディスク４’の開口部を通過したものか、パターン部を
通過したものかを示す映像種別信号となる。

【００３０】図４は、上記に記した各信号のタイミング
とこの時の画像データとの関係を示すものである。以
下、図４を基に、上記のように構成されたディスク走査
型共焦点顕微鏡の動作を説明する。

【００３１】フォトインタラプタ２７から出力されるＳ
ＲＣ信号が‘Ｌｏｗ’の場合、ＰＢＳ３の透過光路上に
はランダムピンホールパターン部４ａ（またはラインパ
ターン部４ｅ）が通過中であり、よって現在ＣＣＤカメ
ラ９に入力されている像は複合画像（非共焦点成分を含
む共焦点画像。図４ではＮＣＦ＋ＣＦと表す）であるこ
とを示す。また、ＳＲＣが‘Ｈｉｇｈ’の場合、ＰＢＳ
３の透過光路上には開口部４ｂが通過中であり、よって
現在の像は明視野画像（非共焦点画像。図４ではＮＣＦ
と表す）であることを示している。

【００３２】なお、ＣＣＤカメラ９では、ＳＲＣに示す
期間、像を蓄積し、さらにＶ信号の後に順次映像信号を
出カする。よって図４に示すように、ＳＲＣ信号の示す
映像種別とその時点での映像信号はちょうど反転して、
ＳＲＣが‘Ｈｉｇｈ’の時（図４でＣの期間）の明視野
画像は、期間Ｄにおいて、画像取込部２２に取込まれる
こととなる。

【００３３】トリガ信号生成部２８では、上記ＳＲＣ信
号の変化から一定時間遅れてＴＲＧパルスが生成され
る。ＴＲＧ信号の立ち下がりに同期して、演算部２１で
ＳＲＣ信号を保存して内部信号とし、ＴＲＧ信号の入力
の度に更新される。

【００３４】演算部２１では、垂直同期信号Ｖが入力さ
れる度に、内部信号を基に現在取込み中の画像種別を判
断し、画像メモリ２３内の画像データ間の引き算方向を
決定して、これ（引き算方向）を保存する。

【００３５】ここで、画像メモリ２３（記憶手段）は、
図５に示すような複数のパケット（ａｌ，ａ２．．．）
から構成されている。１パケットは画像取込部２２で１
回に取込まれる画像データ量を示し、ここでは１画像を
１０００ラインとし、１パケツトは１００ライン分とし
て、１０パケットの画像データで１画像を構成するもの
とする。上述したように、画像取込部２２で１パケット
の取込みが終了し、順次画像メモリ２３への入力が終了
する度に、演算部２１に取込終了信号が入力される。つ
まり、画像メモリ２３に１パケット分の画像データが順
次追加される度に、取込終了信号が演算部２１に入力さ
れる。

【００３６】図５のように、画像メモリ２３は２画面分
の容量を持っており、画像の追加がｂ１０に達すると、
次のパケットはａｌに保存されるように、メモリ空間を
リング状に使用する。従って、画像メモリ２３には常に
複合画像１画面分と明視野画像１画面分が保存されてお
り、逐次更新されている。しかし、複合画像がａｌ〜ａ
１０（以下ａ領域と称す）の方に保存されているのか、
ｂｌ〜ｂ１０（以下ｂ領域と称す）に保存されているの
かは、画像メモリ２３だけではわからない。

【００３７】そこで上述のように、演算部２１におい
て、Ｖ信号に同期して、現在取込中の画像の種別（複合
画像か明視野画像かは、内部信号により判断される）と
取込先のメモリ領域（ａ領域もしくはｂ領域）とから、
現在（今回）取込中のパケットに対して、［「今回取込
みの画像−前回取込みの画像」の引き算を行なう］（こ
の引き算方向を図４ではＢと記す）か、［「前回取込み
の画像−今回取込みの画像」の引き算を行なう］（同様
にＡと記す）かを決定し、保存している。

【００３８】具体的には、現在取込み中の画像が複合画
像で、取込先のメモリ領域がａ領域の場合、［「今回取
込みの画像（ａ領域）−前回取込みの画像（ｂ領域）」
の引き算］を、同様に取込中の画像が明視野画像で、取
込先のメモリ領域がｂ領域の場合、［「前回取込みの画
像（ａ領域）−今回取込みの画像（ｂ領域）」の引き
算］を、同様に取込中の画像が明視野画像で、取込先の
メモリ領域がａ領域の場合、［「前回取込みの画像（ｂ
領域）−今回取込みの画像（ａ領域）」の引き算］を、
同様に取込み中の画像が複合画像で、取込先のメモリ領
域がｂ領域の場合、［「今回取込みの画像（ｂ領域）−
前回取込みの画像（ａ領域）」の引き算］を行なう。

【００３９】これにより演算部２１において、取込終了
信号の入力の度に、画像メモリ２３から現在のパケット
と１画像分前のパケットを読み出し、その両者の間で引
き算方向ＡまたはＢに従ってパケット間の引き算を行な
い、画像表示用メモリ２４に引き算結果である共焦点画
像データを１パケット分、追加書込みする。画像表示示
用データ２４は、図５に示すようにパケットｃｌ〜ｃｌ
０の領域を持ち、やはり追加書込みがｃ１０に達する
と、次の書込みはｃｌに行なわれるようにリング状に使
用される。上述のパケット間の引き算は、次の取込終了
信号が演算部２１に入力されるまでに終了する。つま
り、引き算は、画像メモリ２３への次の画像データパケ
ット転送が始まる前に終了する。

【００４０】今、複合画像がｂ４に保存されたとする
と、［複合画像ｂ４−ｋ×明視野画像ａ４］の演算が行
なわれ、結果がｃ４に書込まれ、ｃ４領域に相当する画
面（１パケット分）がモニタ上で最新の共焦点画像とし
て更新される。この動作を繰り返すことにより、共焦点
画像の表示が行なわれるのである。

【００４１】なお、図５では、ａ領域に明視野画像が取
込まれ、ｂ領域に複合画像が取り込まれたように説明さ
れているが、画像取込みのタイミングによっては、ａ領
域に複合画像が、ｂ領域に明視野画像が取込まれる場台
もある。しかし、その場合でも、前述した画像間の引き
算は、正しく行なわれる。

【００４２】以上の演算部２１の内部動作を図６に示す
フローチャートを用いて説朋する。図６（ｃ）に共焦点
画像演算開始の初期化処理を示す。ステップＳ２１にて
最初に取込まれるパケットの格納アドレス（つまりａ
ｌ）を初期設定する。ステップＳ２２にて、画像取込部
２２に対し画像メモリ２３へのパケット転送開始を許可
すると共に、画像取込みを開始する。同時にトリガ信号
の割込み処理（図６（ａ））、垂直同期信号Ｖの割り込
み処理（図６（ｂ））、取込終了信号の割込み処理（図
ｅ（ｄ））を有効にしておく。

【００４３】図６（ａ）にトリガ信号入力時の割込み処
理を示す。前述のように、ここではステツプＳ１に示す
ように、ＳＲＣ信号を読みその信号レベル（‘Ｈｉｇ
ｈ’の時１、また‘Ｌｏｗ’の時０）を内部変数ｋｉｎ
ｄに記憶しておく。この変数は図４の内部信号に相当す
るものであり、映像種別を表すものである。

【００４４】図６（ｂ）に垂直同期信号Ｖ入力時の割り
込み処理を示す。ステップＳ１１で、内部変数ｋｉｎｄ
が１か否かを判断し、１でなければステップＳ１３に進
み、今回取込んだ画像から既に保存されている（前回取
込んだ）画像を引く引き算モード（引き算方向Ｂ）を記
憶し、１であればステップＳ１２に進み、もう一つの引
き算モード（引き算方向Ａ）を記憶する。

【００４５】図６（ｄ）に取込終了信号入力時の割込み
処理を示す。ここでは、ステップＳ３１に示すように、
引き算モード（ＡまたはＢ）に従ってパケット間の引き
算を行い、画像表示用メモリ２４に結果を出力して表示
を行なう。さらにステップＳ３２に示す、次のパケット
の格納アドレス（ａｌ〜ｂ１０）を設定する。

【００４６】以上のように本第１の実施の形態によれ
ば、画像取込の度に最新の共焦点画像が表示されるよう
になり、従来の画像レート（取込みレートの２分の１）
に対し、２倍以上の描画レ一卜が可能となり、非常にリ
アルタイム性の良い共焦点画像が得られる。すなわち、
回転ディスク４’がほぼ半回転する度に複合画像もしく
は明視野画像を得て、これと前回取込んだ画像を用いて
共焦点画像を描画することが可能になるため、描画レー
トを撮像レートまで速めることができ、リアルタイム性
の良い共焦点画像が得られる。

【００４７】また、各種割込み処理により画像取込みか
ら表示までの一連の処理を分散処理可能な構造としたの
で、全体の処理時間が短縮でき、パケット単位での演算
と表示を可能として、より高速な描画ができるようにな
った。すなわち、各画像がパケット単位で転送され、そ
の転送と転送の間の待ち時間にパケット単位で差分を演
算することにより、画像データの転送時間、差分の演算
時間、及び描画時間の合計時間を短縮でき、共焦点画像
を速やかに表示することが可能になる。

【００４８】また、上記における演算部２１はコンピュ
ータとプログラムにより構成されてもよい。

【００４９】（第２の実施の形態）図７は、本発明の第
２の実施の形態に係るディスク走査型共焦点顕微鏡の構
成を示す図である。図７において図１と同一な部分には
同符号を付し説明を省略する。

【００５０】図７において、演算部２１には格納先切替
部３１と、第１画像メモリ３２及び第２画像メモリ３３
が接続されている。また画像取込部２２は、格納先切替
部３１の制御により、スイッチ３４を介して第１画像メ
モリ３２または第２画像メモリ３３と接続可能になって
いる。

【００５１】図８は、トリガ信号生成部２８から演算部
２１へ出力されかつ演算部２１から格納先切替部３１へ
出力されるＳＲＣとＴＲＧ、ＣＣＤカメラ９から演算部
２１へ出力されかつ演算部２１から格納先切替部３１へ
出力されるＶ、及び演算部２１の内部信号のタイミング
チャートと、格納先切替部３１からスイッチ３４へ出力
される切替信号と、ＣＣＤカメラ９から画像取込部２２
へ出力される映像信号との関係を示している。

【００５２】図８において、ＴＲＧ、ＳＲＣ、Ｖ、内部
信号、及び映像信号の関係は、図４に示したものと同一
である。以下、図８を基に、上記のように構成されたデ
ィスク走査型共焦点顕微鏡の動作を説明する。

【００５３】格納先切替部３１には、演算部２１からＴ
ＲＧ、ＳＲＣ、及びＶが入力される。格納先切替部３１
は、Ｖの立ち下がりに同期して信号レベルが変化する切
替信号をスイッチ３４へ出力する。なお、この切替信号
は、ＳＲＣに対して信号レベルが反転しており、ＳＲＣ
が‘Ｈｉｇｈ’のとき‘Ｌｏｗ’になり、ＳＲＣが‘Ｌ
ｏｗ’のとき‘Ｈｉｇｈ’になる。

【００５４】スイッチ３４は、格納先切替部３１から入
力した切替信号の信号レベルが‘Ｈｉｇｈ’である間、
画像取込部２２と第１画像メモリ３２とを接続し、前記
信号レベルが‘Ｌｏｗ’である間、画像取込部２２と第
２画像メモリ３３とを接続する。

【００５５】第１画像メモリ３２と第２画像メモリ３３
は、一つのパケットを記憶可能なメモリ領域を１０づつ
有している。すなわち各画像メモリ３２，３３は、各々
１画像を記憶する。これら画像メモリ３２，３３には、
先頭のメモリ領域から順次１パケットづつ記憶されて、
末端のメモリ領域まで記憶されると再び先頭のメモリ領
域から記憶され、いわばパケットがリング状に記憶され
てゆく。

【００５６】このように、第１画像メモリ３２で明視野
画像を各メモリ領域に記憶し、次に第２画像メモリ３で
複合画像を各メモリ領域に記憶するといった動作が順次
交互に行なわれる。

【００５７】なお、第１画像メモリ３２では、画像取込
部２２に順次取込まれる明視野画像のみを記憶する動作
が繰り返され、第２画像メモリ３３では、画像取込部２
２に順次取込まれる複合画像のみを記憶する動作が繰り
返される。

【００５８】演算部２１は、第１画像メモリ３２におけ
る先頭からＮ番目（Ｎ＝１〜１０）のメモリ領域と第２
画像メモリ３３における先頭からＮ番目（Ｎ＝１〜１
０）のメモリ領域に記憶されている二つのパケットの差
分演算を行なう。このときの引き算方向は予め固定され
ており、第２画像メモリ３３から第１画像メモリ３２を
引く方向、すなわち複合画像から明視野画像を引く方向
である。その差分演算の結果は、第１の実施の形態に示
したように画像表示用メモリ２４におけるＮ番目のメモ
リ領域に記憶され、モニタ２６に表示される。

【００５９】なお、演算部２１にて、引き算方向は第１
画像メモリ３２から第２画像メモリ３３を引く方向であ
ると設定されている場合、スイッチ３４は、格納先切替
部３１から入力した切替信号の信号レベルが‘Ｌｏｗ’
である間、画像取込部２２と第１画像メモリ３２とを接
続し、前記信号レベルが‘Ｈｉｇｈ’である間、画像取
込部２２と第２画像メモリ３３とを接続する。これによ
り第１画像メモリ３２には複合画像が記憶され、第２画
像メモリ３３には明視野画像が記憶されるため、演算部
２１にて複合画像から明視野画像を引く差分演算が行な
われる。

【００６０】このような構成であれば、ソフトウェアを
介在せずに引き算処理をハードウェアで構成することも
容易になる。

【００６１】逆に、本第２の実施の形態では、画像取込
部２２から第１画像メモリ３２と第２画像メモリ３３へ
の記憶の切替えを電気的にスイッチ３４で行なったが、
ソフトウェアで実行してもよい。

【００６２】以上のように本第２の実施の形態によれ
ば、一枚の画像を取込む毎に、それが明視野画像であれ
ば常に一方のメモリに記憶し、複合画像であれば常に他
方のメモリに記憶して、パケット間で常に前記他方から
前記一方を引く方向で差分を演算する。よって、第１の
実施の形態と同様に、一枚の画像を取込む毎に、その現
在の画像と一つ前の画像との差分をパケット間で演算し
て、その演算結果を表示することになり、ディスクが一
回転する間に二枚の共焦点画像を描画することができる
ため、描画レートを撮像レートまで速めることができ
る。

【００６３】（第３の実施の形態）本発明の第３の実施
の形態に係るディスク走査型共焦点顕微鏡の構成は、図
１に示したものと同様であるが、ＣＣＤカメラ９にイン
ターレース方式（ＮＴＳＣ方式）のものを用いている。

【００６４】ＣＣＤカメラ９にインターレース方式のも
のを用いた場合、演算部２１は回転ディスク４の開口部
４ｂから得られる明視野画像データ（非共焦点画像デー
タ）としての第１フィールドと、ランダムピンホールパ
ターン部４ａ（またはラインパターン部４ｅ）から得ら
れる複合画像データ（非共焦点成分を含む共焦点画像デ
ータ）としての第２フィールドとを取込み、第２フィー
ルドから第１フィールドを差し引くことが必要である。

【００６５】通常、第１フィールドと第２フィールドと
によって１フレーム画像が得られるが、従来の共焦点顕
微鏡では、二つのライン間で差分をとり一つの共焦点ラ
インを生成しているため、差し引き結果として１ライン
飛びの共焦点画像となってしまい、解像度が１／２にな
り高画質な画像を得ることができないという問題があ
る。

【００６６】本第３の実施の形態の共焦点顕微鏡では、
図１に示す画像取込部２２にて、明視野画像データとし
ての第１フィールド（奇数フィールド）と複合画像デー
タとしての第２フィールド（偶数フィールド）からなる
１フレーム画像を取り込み、図９に示すように、画像メ
モリ２３に記憶する。すなわち画像メモリ２３では、複
合画像と明視野画像が１ライン毎に記憶される。本第３
の実施の形態における各フィールドは、それぞれ第１，
第２の実施の形態に示した明視野画像と複合画像に対応
するものである。

【００６７】演算部２１では、画像メモリ２３に記憶さ
れた画像の隣り合う二つのライン間の引き算方向を、第
１の実施の形態と同様にＳＲＣの‘Ｈｉｇｈ’と‘Ｌｏ
ｗ’に対応させて交互に変わるよう決め、二つのライン
の差分演算を行なう。すなわち演算部２１では、図９に
示すように、０ライン目から１ライン目を引いた結果を
新たな０ライン目とし、２ライン目から１ライン目を引
いた結果を新たな１ライン目とし、２ライン目から３ラ
イン目を引いた結果を新たな２ライン目とし、４ライン
目から３ライン目を引いた結果を新たな３ライン目とし
て、以下同様に各差分演算データを順次画像表示用メモ
リ２４へ出力する。

【００６８】画像表示用メモリ２４に記憶された差分演
算データは、順次モニタ２６に送られ、それら差分演算
データの示す１フレームの共焦点画像が表示される。

【００６９】これにより本共焦点顕微鏡では、擬似的に
全てのラインが満たされた共焦点画像を表示でき、従来
のように垂直方向のライン数が１／２に減ることが無く
なるため、解像度が高く高画質な共焦点画像を得ること
ができる。

【００７０】なお、本発明は上記各実施の形態のみに限
定されず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施で
きる。

【００７１】（変形例）（１）第１の実施の形態において、ａ領域とｂ領域との
引き算の方向をどちらか一方に固定しておき、引き算の
結果に対して得られた画像の正負が正しくなるよう、そ
の符合をＳＲＣ信号に基づいて交互に反転する演算を行
なっても同じ結果が得られる。

【００７２】（２）第１の実施の形態で述べたように、
例えばＳＲＣが‘Ｈｉｇｈ’である場合、引き算方向
は、一つ前の画像から現在の画像を引く方向であると設
定することができる。そして、その後の引き算方向は、
常に前回の逆方向になる。このため演算部２１は、最初
のＳＲＣの信号レベルを読み、引き算方向を決めた後
は、ＳＲＣの信号レベルを読まず、自動的に常に前回と
は逆の引き算方向にて演算を行なうようにしてもよい。

【００７３】（３）上記第１，第２実施の形態におい
て、モニタ２６に二つの表示領域を設け、一方に共焦点
画像を表示し他方に明視野像を表示するようにしてもよ
い。この場合、画像表示用メモリ２４に明視野画像デー
タを記憶するメモリ領域を追加し、演算部２１が差分演
算データとその演算に使われた明視野画像データとを画
像表示用メモリ２４へ出力するようにする。これによ
り、モニタ２６にて共焦点画像と明視野像を並べて同時
に表示することができ、共焦点観察中にも試料合わせ等
の際に有効な明視野像を参照することが可能になる。

【００７４】（４）上記第２の実施の形態において、画
像メモリとして図５に符号２３で示すようなものを使う
こともできる。この場合、第１の実施の形態と同じよう
に、取得した画像をパケットａ１から順次格納してゆ
き、末端のパケットｂ１０まで行なったら、再び先頭の
パケットａ１に格納するようにメモリをリング状に使用
し、例えば画像メモリ２３のａ領域が第１画像メモリ３
２に、また画像メモリ２３のｂ領域が第２画像メモリ３
３にそれぞれ対応すると考える。

【００７５】コンフォーカル像を取得するための回転デ
ィスクとして図１１のものを用いる場合、ＮＣＦ（明視
野）画像とＣＦ＋ＮＣＦ（複合）画像は必ず交互に取得
される。したがって、最初に第１メモリの先頭への画像
取込みを開始するときの画像種別が必ずＮＣＦ画像にな
るように、画像種別を示すＳＲＣ信号を用いて取込み開
始タイミングを決定すれば、必ず第１画像メモリ（すな
わち画像メモリ２３のａ領域）にはＮＣＦ像、第２画像
メモリ（すなわち画像メモリ２３のｂ領域）にはＮＣＦ
＋ＣＦ像が格納されることになる。このようにすれば、
格納先切換部３１を省略し、常に第２画像メモリ（画像
メモリ２３のｂ領域）から第１メモリ（画像メモリ２３
のａ領域）を引くように引き算方向を固定して、共焦点
画像を得ることができる。

【００７６】上記各実施の形態は以下の構成を有する。

【００７７】［１］標本に光を導く光学系と、この光学
系で導かれた光を透過する部分と遮蔽する部分とが混在
した半透過部と、前記光を透過する透過部と、を有する
回転体と、この回転体の前記半透過部を介して得られる
前記標本の共焦点画像と非共焦点画像からなる複合画像
と、前記透過部を介して得られる前記標本の明視野画像
と、を撮像する撮像手段と、前記回転体が回転すること
により交互に得られる前記複合画像と前記明視野画像と
の間で差分演算を行ない共焦点画像を得る演算手段と、
前記撮像手段で撮像される今回の画像の種別が前記複合
画像と前記明視野画像のいずれであるかを検出する検出
手段と、前記撮像手段で撮像された今回の画像及びその
一つ前に撮像された前回の画像を記憶する記憶手段と、
画像を表示する表示手段と、この表示手段に表示する画
像データを記憶する画像表示用メモリと、前記検出手段
により検出された今回の画像の種別に基づき、前回の画
像と前記今回の画像との間の差分演算の引き算方向を決
定する決定手段と、を具備し、前記演算手段は、画像取
込みを行なうたびに、前記決定手段で決定された引き算
方向にしたがって前回の画像と今回の画像との間の差分
を演算して前記画像表示用メモリに書き込むことを特徴
とする共焦点顕微鏡。

【００７８】［２］前記撮像手段はプログレッシブスキ
ャン方式であることを特徴とする上記［１］に記載の共
焦点顕微鏡。

【００７９】［３］前記撮像手段で撮像された明視野画
像または複合画像は、１枚分の画像データを複数に分割
したパケット単位で前記記憶手段に転送されることを特
徴とする上記［２］に記載の共焦点顕微鏡。

【００８０】［４］前記演算手段は、前記各パケット転
送の合間の時間にパケット単位で前記差分演算を行なう
ことを特徴とする上記［３］に記載の共焦点顕微鏡。

【００８１】［５］前記演算手段は、前記複合画像の１
パケットと前記明視野画像の１パケットとの間の前記差
分演算を前記今回の画像の次のパケットの前記メモリへ
の転送が始まる前に行なうことを特徴とする上記［３］
に記載の共焦点顕微鏡。

【００８２】［６］前記演算手段は、前記複合画像と前
記明視野画像のそれぞれのパケットの画像データの前記
メモリへの転送が完了した時点で、それらの間の引き算
を実行することを特徴とする上記［３］に記載の共焦点
顕微鏡。

【００８３】［７］前記検出手段は、画像種別の変化を
示すトリガ信号を受け取ったとき、画像種別を検出する
割り込み処理を実行し、前記決定手段は、前記撮像手段
の垂直同期信号を受け取ったとき、引き算方向を決定す
る割り込み処理を実行し、前記演算手段は、前記パケッ
ト単位の転送の終了を示す取込終了信号を受け取ったと
き、前記決定手段により決定された引き算方向に従いパ
ケット間の差分演算をする割り込み処理を実行すること
を特徴とする上記［４］乃至［６］のいずれかに記載の
共焦点顕微鏡。

【００８４】［８］前記回転体は、当該回転体の前記半
透過部の領域と前記透過部の領域とを識別するマークを
有し、前記検出手段は、前記回転体に設けられた前記マ
ークを検出し、その検出結果に基づいて画像の種別を判
別することを特徴とする上記［１］に記載の共焦点顕微
鏡。

【００８５】［９］前記撮像手段はインターレース方式
であって、前記明視野画像と前記複合画像は、１フレー
ム中の偶数フィールドと奇数フィールドとに交互に取り
込まれ、前記演算手段は、前記偶数フィールドと前記奇
数フィールドとの間で差分演算を行なうことを特徴とす
る上記［１］に記載の共焦点顕微鏡。

【００８６】［１０］前記撮像手段で撮像された明視野
画像または複合画像は、１フィールド分の画像データを
複数に分割したパケット単位で前記記憶手段に転送さ
れ、前記演算手段は、前記各パケット転送の合間の時間
にパケット単位で前記差分演算を行なうことを特徴とす
る上記［９］に記載の共焦点顕微鏡。

【００８７】［１１］前記撮像手段で撮像された明視野
画像または複合画像は、１フィールド分の画像データを
複数に分割したパケット単位で前記記憶手段に転送さ
れ、前記演算手段は、前記明視野画像と前記複合画像の
各パケット間の前記差分演算を、前記今回の画像の次の
パケットの前記メモリへの転送が始まる前に行なうこと
を特徴とする上記［９］に記載の共焦点顕微鏡。

【００８８】［１２］前記撮像手段で撮像された明視野
画像または複合画像は、１フィールド分の画像データを
複数に分割したパケット単位で前記記憶手段に転送さ
れ、前記演算手段は、前記複合画像と前記明視野画像の
それぞれのパケットの画像データの前記メモリへの転送
が完了した時点で、それらの間の引き算を実行すること
を特徴とする上記［９］に記載の共焦点顕微鏡。

【００８９】［１３］前記検出手段は、画像種別の変化
を示すトリガ信号を受け取ったとき、画像種別を検出す
る割り込み処理を実行し、前記決定手段は、前記撮像手
段の垂直同期信号を受け取ったとき、引き算方向を決定
する割り込み処理を実行し、前記演算手段は、前記パケ
ット単位の転送の終了を示す取込終了信号を受け取った
とき、前記決定手段により決定された引き算方向に従い
パケット間の差分演算をする割り込み処理を実行するこ
とを特徴とする上記［１０］乃至［１２］のいずれかに
記載の共焦点顕微鏡。

【００９０】［１４］前記演算手段は、下記のように差
分演算を行なって前記画像表示用メモリの各ラインに書
き込むものである。

【００９１】１フレームの総ライン数を（ｎ＋２）ライ
ン、偶数フィールドのライン毎のデータをｄ０，ｄ２，
ｄ４，…，ｄｎ、奇数フィールドのライン毎のデータを
ｄ１，ｄ３，ｄ５，…，ｄ（ｎ＋１）、前記画像表示用
メモリのライン毎のデータをＤ０，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，
…，Ｄｎ，Ｄ（ｎ＋１）、とした場合、（ｄ０−ｄ１）をＤ０へ、（ｄ２−ｄ１）をＤ１へ、（ｄ２−ｄ３）をＤ２へ、（ｄ４−ｄ３）をＤ３へ、（ｄ４−ｄ５）をＤ４へ、 ………… （ｄｎ−ｄ（ｎ−１））をＤ（ｎ−１）へ、（ｄｎ−ｄ（ｎ＋１））をＤｎへ、とそれぞれ書き込み、各引き算の方向は前記決定手段に
よって決められることを特徴とする上記［９］に記載の
共焦点顕微鏡。

【００９２】［１５］標本に光を導く光学系と、この光
学系で導かれた光を透過する部分と遮蔽する部分とが混
在した半透過部と、前記光を透過する透過部と、を有す
る回転体と、この回転体の前記半透過部を介して得られ
る前記標本の共焦点画像と非共焦点画像からなる複合画
像と、前記透過部を介して得られる前記標本の明視野画
像と、を撮像する撮像手段と、前記回転体が回転するこ
とにより交互に得られる前記複合画像と前記明視野画像
に対して、新たな画像が得られるたびにその一つ前に得
られた画像との間で差分演算を行ない共焦点画像を得る
演算手段と、前記撮像手段で撮像される画像の種別が前
記複合画像と前記明視野画像のいずれであるかを検出す
る検出手段と、を具備したことを特徴とする共焦点顕微
鏡。

【００９３】［１６］前記演算手段は、前記差分演算の
引き算方向を前記検出手段による検出結果に基づいて交
互に反転させることを特徴とする上記［１５］に記載の
共焦点顕微鏡。

【００９４】［１７］前記撮像手段により撮像される画
像をそれぞれ１画像分ずつ記憶可能な第１の画像記憶部
及び第２の画像記憶部を有する記憶手段と、前記撮像手
段により撮像される画像を前記第１の画像記憶部と前記
第２の画像記憶部とに交互に振り分けて記憶させるスイ
ッチ部とを更に有し、前記演算手段は、常に前記記憶手
段における前記第１の画像記憶部から前記第２の画像記
憶部の方向へ引き算する差分演算を行なうものであっ
て、前記スイッチ部は、前記検出手段の検出結果に基づ
いて、前記複合画像が前記第１の画像記憶部に記憶され
るように撮像される画像の記憶先を振り分けることを特
徴とする上記［１５］に記載の共焦点顕微鏡。

【００９５】［１８］前記撮像手段により撮像される画
像をそれぞれ１画像分ずつ記憶可能な第１の画像記憶部
及び第２の画像記憶部を有する記憶手段と、前記撮像手
段により撮像される画像を前記第１の画像記憶部と前記
第２の画像記憶部とに交互に振り分けて記憶させるスイ
ッチ部とを更に有し、前記演算手段は、常に前記記憶手
段における前記第１の画像記憶部から前記第２の画像記
憶部の方向へ引き算する差分演算を行なうものであっ
て、前記スイッチ部は、前記検出手段により検出される
第１回目の撮像画像の種別に応じて、第１回目の撮像画
像が複合画像の場合は前記第１の画像記憶部に、明視野
画像の場合は前記第２の画像記憶部に記憶させるととも
に、第２回目以降は記憶先を前記第１の画像記憶部と前
記第２の画像記憶部に交互に振り分けることを特徴とす
る上記［１５］に記載の共焦点顕微鏡。

【００９６】

【発明の効果】本発明によれば、描画レートを撮像レー
トまで速め、表示のリアルタイム性を向上させた共焦点
顕微鏡を提供できる。

【００９７】また本発明によれば、表示の水平方向ライ
ン数の低下による解像度劣化を防ぎ、ＣＣＤの水平ライ
ン数分の表示を行なうことの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】本発明の第１の実施の形態に係るディスク走査
型共焦点顕微鏡の構成を示す図。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係るランダムピン
ホールディスクの構成を示す図。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係るラインパター
ンディスクの構成を示す図。

【図４】本発明の第１の実施の形態に係る映像種別信号
とトリガー信号、垂直同期信号、及び内部信号のタイミ
ングチャートと、画像の引き算方向と、ＣＣＤカメラ映
像信号との関係を示す図。

【図５】本発明の第１の実施の形態に係る画像の画像メ
モリと画像表示用メモリへの記憶方法を示す図。

【図６】本発明の第１の実施の形態に係るディスク走査
型共焦点顕微鏡の動作手順を示すフローチャート。

【図７】本発明の第２の実施の形態に係るディスク走査
型共焦点顕微鏡の構成を示す図。

【図８】本発明の第２の実施の形態に係る映像種別信号
とトリガー信号、垂直同期信号、及び内部信号のタイミ
ングチャートと、切替信号と、映像信号との関係を示す
図。

【図９】本発明の第３の実施の形態に係る画像処理方法
を示す図。

【図１０】従来例に係るディスク走査型共焦点顕微鏡の
構成を示す図。

【図１１】従来例に係るランダムピンホールディスクの
構成を示す図。

【図１２】従来例に係るラインパターンディスクの構成
を示す図。

【符号の説明】

１…光源２…コリメートレンズ３…ＰＢＳ４，４’…回転ディスク４ａ…ランダムピンホールパターン部４ｂ…開口部４ｃ，４ｄ…遮蔽部４ｅ…ラインパターン部５…対物レンズ６…試料７…回転軸８…結像レンズ９…ＣＣＤカメラ２１…演算部２２…画像取込部２３…画像メモリ２４…画像表示用メモリ２６…モニタ３１…格納先切替部３２…第１画像メモリ３３…第２画像メモリ３４…スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】標本に光を導く光学系と、この光学系で導かれた光を透過する部分と遮蔽する部分
とが混在した半透過部と、前記光を透過する透過部と、
を有する回転体と、この回転体の前記半透過部を介して得られる前記標本の
共焦点画像と非共焦点画像からなる複合画像と、前記透
過部を介して得られる前記標本の明視野画像と、を交互
に撮像する撮像手段と、前記回転体が回転することにより交互に得られる前記複
合画像と前記明視野画像に対して、新たな画像が得られ
るたびにその一つ前に得られた画像との間で差分演算を
行ない共焦点画像を得る演算手段と、前記撮像手段で撮像される画像が前記複合画像と前記明
視野画像のいずれであるかを少なくとも一回検出する検
出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記差分演算によ
り得られる共焦点画像の正負が正しくなるように調整す
る画像正負調整手段と、を具備したことを特徴とする共焦点顕微鏡。
【請求項２】前記画像正負調整手段は、前記演算手段に
おける差分演算の引き算方向を前記検出手段による検出
結果に基づいて交互に反転させることを特徴とする請求
項１に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項３】前記撮像手段により撮像される画像を２画
像分記憶可能な第１の画像記憶部と第２の画像記憶部を
有する記憶手段を更に有し、前記演算手段は、常に前記記憶手段における前記第１の
画像記憶部から前記第２の画像記憶部の方向へ引き算す
る差分演算を行なうものであって、前記画像正負調整手段は、前記撮像手段により撮像され
る画像の記憶先を前記第１の画像記憶部と前記第２の画
像記憶部とに交互に振り分けることを特徴とする請求項
１に記載の共焦点顕微鏡。