JP2002098900A - 共焦点顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】垂直解像度の低下がなくかつ描画速度が落ち
ず、高画質でコマ落ちのない共焦点画像を得ること。 【解決手段】回転ディスク１の回転とプログレッシブス
キャン（全画素読み出し）型のＣＣＤカメラ４０の撮像
タイミングとを同期させ、このＣＣＤカメラ４０のフィ
ールドＯＤＤ１、ＥＶＥＮ１で回転ディスク１のランダ
ムピンホールパターン部１ａを通過させた試料９の像を
撮像し、フィールドＯＤＤ２、ＥＶＥＮ２で透過部１ｂ
を通過させた試料９の像を撮像し、コンピュータ４５に
より各フレーム画像の間で差分演算ＯＤＤ１−ＯＤＤ
２、ＥＶＥＮ１−ＥＶＥＮ２を行って１フレームの共焦
点画像データを求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料の微小構造や
三次元構造の形状を観察、測定するのに用いられる共焦
点顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる共焦点顕微鏡としては、例えば多
数のピンホールを等ピッチで螺旋状に形成したディスク
（以下、Ｎｉｐｋｏｗディスクと称する）を用いたＮｉ
ｐｋｏｗ型が知られている。このＮｉｐｋｏｗディスク
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倍程度離すように作成さ
れている。

【０００３】このようなＮｉｐｋｏｗ型の共焦点顕微鏡
において共焦点効果を発揮させるためには、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。

【０００４】反対にピンホールの間隔を広げると、ピン
ホールの密度が低下するので、Ｎｉｐｋｏｗディスクに
入射する光の殆どがＮｉｐｋｏｗディスク自体によりカ
ットされてしまい、ピンホールを通過する光は入射光に
対して１／１００程度に低下して暗い像となる。

【０００５】このような問題を解決するために例えば特
開平１１−６３８００号公報に記載されている共焦点顕
微鏡には、各ピンホール間の間隔をピンホール径と同一
に形成し、かつ複数のピンホールをランダムに配置した
ランダムピンホールディスクが用いられている。すなわ
ち、この共焦点顕微鏡では、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成分と共焦点成分との
和（非共焦点成分を含む共焦点画像）となり、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成
分（非共焦点画像）のみとなる。しかるに、このこの共
焦点顕微鏡は、非共焦点成分を含む共焦点画像から非共
焦点画像を差分演算することにより、共焦点画像を求め
ている。これにより、高い光の利用効率で共焦点画像を
得ることができる。

【０００６】図９かかる共焦点顕微鏡の構成図である。
回転ディスク１は、モータ２の回転軸に取り付けられて
回転するものとなっている。この回転ディスク１は、図
１０に示すように複数のピンホールがその間隔をピンホ
ール直径とほぼ同一距離でかつランダムに形成されたラ
ンダムピンホールパターン部１ａと、光をほぼ１００％
透過させる透過部１ｂと、これらランダムピンホールパ
ターン部１ａと透過部１ｂとの間に形成された光を通さ
ない各遮光部１ｃと、これらランダムピンホールパター
ン部１ａ、透過部１ｂ及び各遮光部１ｃの外周の一部分
に形成されて回転ディスク１自体の回転信号を発生させ
るための切欠きからなるトリガリング１ｄとからなって
いる。この回転ディスク１は、ガラス材からなるディス
ク基板上にクロムを蒸着することでランダムピンホール
パターン部１ａ、透過部１ｂ、各遮光部１ｃ及びトリガ
リング１ｄを形成している。

【０００７】上記モータ２は、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。このモータ２の内部には、
ホール素子が設けられており、ホール素子からローター
の回転状態をＨａ，Ｈｂ，Ｈｃのホール信号としてモー
タドライバ３に出力している。

【０００８】光検出素子４は、回転ディスク１の外周縁
に近接して設けられ、回転する回転ディスク１のトリガ
リング１ｄの通過を検出し、この検出毎にハイレベル
（Ｈレベル）のパルス信号ｇを出力するものとなってい
る。

【０００９】一方、光源５は、ハロゲンランプが用いら
れている。この光源５から出力された光は、コレクタレ
ンズ６、ビームスプリッタ７で反射して回転ディスク１
に入射し、この回転ディスク１を透過して対物レンズ８
により試料９に照射される。そして、この試料９からの
光は、再び対物レンズ８から回転ディスク１、ビームス
プリッタ７を透過し、結像レンズ１０によってＣＣＤカ
メラ１１に結像される。

【００１０】このＣＣＤカメラ１１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もの
で、ごく安価で一般的に非常に入手しやすいカメラであ
る。このＣＣＤカメラ１１は、試料９の像を撮像し、そ
のＮＴＳＣ信号ｅをコンピュータ１２及びビデオシンク
セパレータ１３に出力する。

【００１１】このうちビデオシンクセパレータ１３は、
入力したＮＴＳＣ信号ｅから垂直同期信号及びＯＤＤ／
ＥＶＥＮ識別信号ｆなどを出力するもので、そのうちの
ＯＤＤ／ＥＶＥＮ識別信号ｆをＰＬＬ回路１４に出力す
る。なお、このビデオシンクセパレータ１３は、ワンチ
ップ化されて安価なものである。

【００１２】ＰＬＬ回路１４は、ビデオシンクセパレー
タ１３からのＯＤＤ／ＥＶＥＮ識別信号ｆと光検出素子
４からの回転検出信号ｇとを入力し、これらＯＤＤ／Ｅ
ＶＥＮ識別信号ｆと回転検出信号ｇとに対して速度制御
及び位相制御を行って、これらＯＤＤ／ＥＶＥＮ識別信
号ｆと回転検出信号ｇとの位相同期を取って、その制御
信号ｄをモータドライバ３に出力する。

【００１３】上記コンピュータ１２は、ＣＣＤカメラ１
１から出力されたＮＴＳＣ信号ｅを内蔵されているフレ
ームグラバーで取り込み、演算処理を実行して信号ｈを
出力してモニタ１５に共焦点画像又は明視野画像のいず
れか一方、又はこれら共焦点画像と明視野画像との両方
を同時に表示させる。

【００１４】又、他の共焦点顕微鏡としては、特願平１
１−３８５２４号に記載されているものが考えられてい
る。図１１はかかる共焦点顕微鏡の構成図である。回転
ディスク２０は、図１２に示すように複数のピンホール
が、そのピンホールの間隔をピンホール直径とほぼ同一
間隔でランダムに配置された２つのランダムピンホール
パターン部２０ａ、２０ｂと、光が自由に通過できる２
つの透過部２０ｃ、２０ｄと、これらランダムピンホー
ルパターン部２０ａ、２０ｂと透過部２０ｃ、２０ｄと
の間にそれぞれ形成されて光を通さない各遮光部２０ｅ
〜２０ｈとからなっている。なお、この回転ディスク２
０では、ランダムピンホールパターン部２０ａと透過部
２０ｃとで一組、ランダムピンホールパターン部２０ｂ
と透過部２０ｄとで別の一組を構成している。この回転
ディスク２０は、回転軸２１によって連結されたモータ
の駆動によって一定速度で回転する。

【００１５】光源２２から出力された光は、コレクタレ
ンズ２３、ビームスプリッタ２４で反射して回転ディス
ク２０に入射し、この回転ディスク２０を透過して対物
レンズ２５により試料９に照射される。そして、この試
料９からの光は、再び対物レンズ２５から回転ディスク
２０、ビームスプリッタ２４を透過し、結像レンズ２６
によってＣＣＤカメラ２７に結像される。

【００１６】ここで、回転ディスク２０の各ランダムピ
ンホールパターン部２０ａ，２０ｂと各透過部２０ｃ，
２０ｄとでそれぞれ各画像を撮像するように、回転ディ
スク２０の回転とＣＣＤカメラ２７の撮像タイミングと
の同期が取られている。

【００１７】ＣＣＤカメラ２７は、第１フィールドと第
２フィールドとで１フレームの画像を得るものとなって
いる。第Ａフレーム（Ａ＝１，３，５，７，…奇数）で
は、ＣＣＤカメラ２７の第１フィールドと第２フィール
ドとの各々に各ランダムピンホールパターン部２０ａ，
２０ｂの非共焦点成分を含む共焦点画像が得られる。
又、第Ｂフレーム（Ｂ＝２，４，６，…偶数）では、Ｃ
ＣＤカメラ２７の第１フィールドと第２フィールドとの
各々に各透過部２０ｃ，２０ｄの非共焦点画像が得られ
る。

【００１８】コンピュータ２８は、内部に画像取り込み
ボード２９が設置され、この画像取り込みボード２９に
よりＣＣＤカメラ２７からの第Ａフレームと第Ｂフレー
ムとを取り込む。

【００１９】コンピュータ２８は、画像取り込みボード
２９により取り込んだ第Ａフレームと第Ｂフレームとを
蓄積し、第Ａフレームから第Ｂフレームの差分演算を行
って一枚の共焦点画像を求め、これをモニタ３０に表示
する。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
特開平１１−６３８００号公報に記載されている共焦点
顕微鏡では、ＣＣＤカメラ１１のフレーム周期（約１／
３０）に同期して回転ディスク１を回転させ、フィール
ド蓄積モードで動作するＣＣＤカメラ１１を使用して回
転ディスク１のランダムピンホールパターン部１ａ及び
透過部１ｂを透過する試料９の画像の撮像を行ってい
る。そして、これらランダムピンホールパターン部１ａ
と透過部１ｂとを透過する試料９の画像は、フィールド
画像としてコンピュータ１２に取り込まれ、差分演算さ
れてモニタ１５に共焦点画像が表示される。

【００２１】この共焦点画像は、フィールド画像間で差
分演算されたものであるため、１ライン毎に表示され、
垂直解像度が１／２に低下してしまい、精細を欠く画像
となっている。抜けているラインに対して補完処理を施
す方法もあるが、周囲の画素データを用いて欠損してい
る画素データを作成するため、通常のフレーム画像の高
画質には遠く及ばない。

【００２２】後者の特願平１１−３８５２４号に記載さ
れている共焦点顕微鏡では、各ランダムピンホールパタ
ーン部２０ａ，２０ｂを透過した試料９の画像を合わせ
て１フレームの画像とし、各透過部２０ｃ，２０ｄを透
過した試料９の画像を合わせて１フレームの画像として
コンピュータ２８に取り込み、これらフレーム画像間で
差分演算を行っているが、この差分演算にて一枚の共焦
点画像を得るのに２フレーム分の画像データを取得しな
ければならない。このため、モニタ３０上に表示できる
共焦点画像の描画速度は、最高でも約１５枚／秒とな
る。これは、通常のテレビジョンで表示できる描画速度
の１／２の速度であり、観察者はコマ落ちしたぎこちな
い共焦点画像を観察することになる。

【００２３】そこで本発明は、垂直解像度の低下がなく
かつ描画速度が落ちず、高画質でコマ落ちのない共焦点
画像を得ることができる共焦点顕微鏡を提供することを
目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載による本発
明は、所定のタイミングで切り替わる第１と第２の透過
部に光を通して試料に照射し、この試料からの画像を前
記第１と第２の透過部を通して撮像することにより前記
試料の共焦点画像データを取得する共焦点顕微鏡におい
て、前記第１と第２の透過部を通った前記試料の画像を
撮像し、奇数フィールドと偶数フィールドとを同時に出
力する撮像手段と、この撮像手段の撮像タイミングと前
記第１と第２の透過部の切り替えタイミングとを同期さ
せる同期手段と、前記撮像手段から出力されたフレーム
画像のうち一方の前記第１の透過部を透過した非共焦点
成分を含む第１の共焦点画像データと他方の前記第２の
透過部を透過した非共焦点成分のみの第２の共焦点画像
データとに基づいて前記試料の前記共焦点画像データを
取得する画像演算手段と、を具備したことを特徴とする
共焦点顕微鏡である。

【００２５】請求項２記載による本発明は、請求項１記
載の共焦点顕微鏡において、複数のピンホールがランダ
ムに形成されたランダムピンホール部又は複数のライト
状パターンが形成されたラインパターン部からなる第１
の透過部及び全ての光を透過する第２の透過部が形成さ
れたピンホールディスクの回転と前記撮像手段の撮像タ
イミングとを前記同期手段により同期させ、前記撮像手
段からは、前記第１の透過部を透過した非共焦点成分を
含む第１の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第２の共焦点画像データとを交
互に時系列で、かつこれら第１と第２の共焦点画像デー
タを出力タイミングを互いに異ならした２系統で同時に
出力することを特徴とする。

【００２６】請求項３記載による本発明は、請求項１記
載の共焦点顕微鏡において、前記画像演算手段は、前記
第１と第２との共焦点画像データの差分を演算して前記
試料の前記共焦点画像データを取得することを特徴とす
る。

【００２７】

【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。なお、図９と同一部分に
は同一符号を付してその詳しい説明は省略する。

【００２８】図１は共焦点顕微鏡の構成図である。ＣＣ
Ｄカメラ４０は、プログレッシブスキャン（全画素読み
出し）型のカメラで、１／６０周期で撮像した映像信号
を２本の映像出力端子からそれぞれＯＤＤフィールド
（奇数フィールド）とＥＶＥＮフィールド（偶数フィー
ルド）とを同時に出力する機能を有している。従って、
このＣＣＤカメラ４０は、１フレームの映像信号を約１
／６０秒で得ることができる。

【００２９】図２はＣＣＤカメラ４０の２つの映像出力
端子から出力される映像信号の波形図である。一方の映
像出力端子からＯＤＤフィールドの映像信号Ｖout１が
出力されているときは、他方の映像出力端子からはＥＶ
ＥＮフィールドの映像信号Ｖout２が出力される。すな
わち、一方の映像出力端子からは、ＯＤＤフィールドの
映像信号（ＯＤＤ１）とＥＶＥＮフィールドの映像信号
（ＥＶＥＮ２）とが約１／６０秒毎に交互に出力され、
他方の映像出力端子からはＥＶＥＮフィールドの映像信
号（ＥＶＥＮ１）とＯＤＤフィールドの映像信号（ＯＤ
Ｄ２）が約１／６０秒毎に交互に出力される。これによ
り、約１／６０秒毎に１フィールドの映像を出力するも
のとなっている。

【００３０】モータコントローラ４１は、ＣＣＤカメラ
４０の一方の映像出力端子からＯＤＤフィールドの映像
信号Ｖout１と、モータ２内部のホール素子からのホー
ル信号Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃと、光検出素子４からの回転検
出信号ａとを入力し、これら信号に基づいてＣＣＤカメ
ラ４０の撮像タイミングと回転ディスク１の回転とが同
期するようにモータ２の回転を制御する機能を有してい
る。

【００３１】図３はモータコントローラ４１のブロック
構成図である。ビデオシンクセパレータ４２は、ＣＣＤ
カメラ４０の一方の映像出力端子からの映像信号Ｖout
１を入力し、現在のフィールド（ＯＤＤ又はＥＶＥＮ）
を判別し、その判別結果をハイレベル（Ｈレベル）又は
ローレベル（Ｌレベル）のフィールド識別信号ｃとして
出力する機能を有している。本実施の形態では、映像信
号Ｖout１からＯＤＤフィールドが入力したときにＨレ
ベルのフィールド識別信号ｃを出力し、ＥＶＥＮフィー
ルドが入力したときにＬレベルのフィールド識別信号ｃ
を出力するものとなっている。これらＨレベルとＬレベ
ルとの切り替わり位置は、各フィールド（ＯＤＤ、ＥＶ
ＥＮ）の垂直同期信号出力期間の中間部分であり、これ
は丁度ＣＣＤカメラ４０における約１／６０秒毎の撮像
開始タイミングと一致している。

【００３２】位相制御部４３は、例えばカウンタ及びコ
ンパレータなどから構成され、ＦＰＧＡによってワンチ
ップ化されている。この位相制御部４３は、光検出素子
４からの回転検出信号ａ及びビデオシンクセパレータ４
２からのフィールド識別信号ｃを入力し、上記回転検出
信号ａの周期から現在の回転ディスク１の回転数すなわ
ちモータ２の回転数を測定すると共に、上記フィールド
識別信号ｃの立ち下がりエッジと回転検出信号ａの立ち
上がりエッジとを合わせるようにモータドライバ４４に
制御信号ｄを出力する機能を有している。

【００３３】モータドライバ４４は、モータ２内部のホ
ール素子からのホール信号Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃの位相関係
から不図示のコミュニケーションロジックによりモータ
２の励磁コイルに適切な位相で電圧が印加されるような
各励磁信号Ｕ，Ｖ，Ｗを決定し、これら励磁信号Ｕ，
Ｖ，Ｗをモータ２に供給する機能を有している。このモ
ータドライバ４４は、例えばワンチップＩＣによりな
り、その内部にはコミュニケーションロジック、パワー
トランジスタ等により構成されている。

【００３４】コンピュータ４５は、図４に示すように第
１のフレームグラバー４６及び第２のフレームグラバー
４７を内蔵すると共に、第１のメモリ４８、第２のメモ
リ４９及び表示用メモリである第３のメモリ（図５）５
０を有し、ＣＣＤカメラ４０から出力された各映像信号
Ｖout１、Ｖout２をそれぞれ第１のフレームグラバー４
６、第２のフレームグラバー４７により取り込み、一方
の映像信号Ｖout１を第１のメモリ４８に画像データと
して格納し、他方の映像信号Ｖout２を第２のメモリ４
９に画像データとして格納し、この後、図５に示すよう
に第１のメモリ４８に格納された画像データと第２のメ
モリ４９に格納された画像データとの各フレーム画像の
間で差分演算、すなわち ＯＤＤ１−ＯＤＤ２ ＥＶＥＮ１−ＥＶＥＮ２ を演算して共焦点画像データを求め、第３のメモリ５０
に格納する機能を有している。そして、コンピュータ４
５は、共焦点画像データの信号ｂを出力してモニタ１５
に表示させる機能を有している。

【００３５】次に、上記の如く構成された共焦点顕微鏡
の作用について説明する。

【００３６】光源５から出力された光（照明光）は、コ
レクタレンズ６により均一にされ、ビームスプリッタ７
で反射して回転ディスク１に入射し、この回転ディスク
１におけるランダムピンホールパターン部１ａと透過部
１ｂとをそれぞれ透過して対物レンズ８により試料９に
照射される。そして、この試料９からの光、ここでは反
射光（試料９上で反射した光束）は、再び対物レンズ８
から回転ディスク１におけるランダムピンホールパター
ン部１ａと透過部１ｂとをそれぞれ透過し、さらにビー
ムスプリッタ７を透過し、結像レンズ１０によってＣＣ
Ｄカメラ４０のＣＣＤ面上に結像される。

【００３７】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パターン部１ａを透過した光
は、対物レンズ８により結像されて試料９に入射し、こ
の試料９で反射された光束は、再び対物レンズ８からラ
ンダムピンホールパターン部１ａを透過する。又、透過
部１ｂを透過した光は、対物レンズ８により結像されて
試料９に入射し、この試料９で反射された光束は、再び
対物レンズ８から透過部１ｂを透過する。

【００３８】ＣＣＤカメラ４０は、回転ディスク１にお
けるランダムピンホールパターン部１ａと透過部１ｂと
をそれぞれ透過した試料９の各像を撮像する。このＣＣ
Ｄカメラ４０は、上記の如くプログレッシブスキャン
（全画素読み出し）型であって、撮像周期約１／６０秒
で１フレームの映像信号Ｖout１、Ｖout２を出力する。

【００３９】このＣＣＤカメラ４０の動作の詳細を図６
を参照して説明する。約１／６０秒間に撮像された映像
は、一方の映像信号Ｖout１のフィールドＯＤＤ１とし
て出力されると同時に、他方の映像信号Ｖout２のフィ
ールドＥＶＥＮ１として出力される。これらフィールド
ＯＤＤ１、ＥＶＥＮ１が出力されると同時に次の撮像が
開始され、先のフィールドＯＤＤ１、ＥＶＥＮ１の出力
が終了すると、それに続いて一方の映像信号Ｖout１に
おいてフィールドＥＶＥＮ２が出力され、これと同時
に、他方の映像信号Ｖout２においてフィールドＯＤＤ
２が出力される。次に、上記同様に、フィールドＥＶＥ
Ｎ２、ＯＤＤ２が出力されると同時に次の撮像が開始さ
れ、先のフィールドＥＶＥＮ２、ＯＤＤ２の出力が終了
すると、それに続いて一方の映像信号Ｖout１において
フィールドＯＤＤ１が出力され、これと同時に、他方の
映像信号Ｖout２においてフィールドＥＶＥＮ１が出力
される。これ以降、一方の映像信号Ｖout１においてフ
ィールドＯＤＤ１、ＥＶＥＮ２が繰り返し出力され、他
方の映像信号Ｖout２においてフィールドＥＶＥＮ１、
ＯＤＤ２が繰り返し出力される。

【００４０】このＣＣＤカメラ４０から出力される各映
像信号Ｖout１、Ｖout２のうち映像信号Ｖout１が上記
図３に示すモータコントローラ４１に入力する。このモ
ータコントローラ４１の内部のビデオシンクセパレータ
４２は、ＣＣＤカメラ４０の一方の映像出力端子からの
映像信号Ｖout１を入力し、現在のフィールド（ＯＤＤ
又はＥＶＥＮ）を判別し、その判別結果をハイレベル
（Ｈレベル）又はローレベル（Ｌレベル）のフィールド
識別信号ｃとして出力する。ここでは、映像信号Ｖout
１からＯＤＤフィールドが入力したときにＨレベルのフ
ィールド識別信号ｃを出力し、ＥＶＥＮフィールドが入
力したときにＬレベルのフィールド識別信号ｃを出力す
る。

【００４１】図７に示すように映像信号Ｖout１は、フ
ィールドＯＤＤ１→ＥＶＥＮ２→ＯＤＤ１→ＥＶＥＮ２
…のように時系列の異なるタイミングで撮像された映像
が出力されており、ビデオシンクセパレータ４２は、こ
れらフィールドＯＤＤ１、ＥＶＥＮ２の垂直同期信号出
力期間の中間部分でＨレベルとＬレベルとが切り替わる
フィールド識別信号ｃを出力する。

【００４２】位相制御部４３は、光検出素子４からの回
転検出信号ａ及びビデオシンクセパレータ４２からのフ
ィールド識別信号ｃを入力し、上記回転検出信号ａの周
期から現在の回転ディスク１の回転数すなわちモータ２
の回転数を測定すると共に、上記フィールド識別信号ｃ
の立ち下がりエッジと回転検出信号ａの立ち上がりエッ
ジとを合わせるようにモータドライバ４４に制御信号ｄ
を出力する。すなわち、位相制御部４３は、ＣＣＤカメ
ラ４０の撮像タイミングと回転ディスク１の回転との同
期を取るべく、フィールド識別信号ｃの立ち下がりエッ
ジと回転検出信号ａの立ち上がりエッジとを合わせるべ
くモータ２の回転速度を微妙に遅くしたり速くしたりし
て、常にＣＣＤカメラ４０の撮像タイミングと回転ディ
スク１の回転との同期をとるように制御する。

【００４３】モータドライバ４４は、モータ２内部のホ
ール素子からのホール信号Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃの位相関係
からコミュニケーションロジックによりモータ２の励磁
コイルに適切な位相で電圧が印加されるような各励磁信
号Ｕ，Ｖ，Ｗを決定し、これら励磁信号Ｕ，Ｖ，Ｗをモ
ータ２に供給する。

【００４４】この結果、図８に示すようにＣＣＤカメラ
４０の撮像タイミングと回転ディスク１の回転との同期
がとれる。

【００４５】このようにＣＣＤカメラ４０の撮像タイミ
ングと回転ディスク１の回転とが同期したときに撮像さ
れる画像について説明すると、フィールド識別信号ｃの
立ち下がりエッジと回転検出信号ａの立ち上がりエッジ
とが一致しているので、上記図６に示すように回転ディ
スク１におけるランダムピンホールパターン部１ａを通
して撮像された映像は、フィールドＯＤＤ１、ＥＶＥＮ
１に出力され、透過部１ｂを通して撮像された映像は、
フィールドＥＶＥＮ２、ＯＤＤ２に出力され、これら映
像が繰り返し出力される。

【００４６】このＣＣＤカメラ４０から出力される各映
像信号Ｖout１、Ｖout２は、コンピュータ４５に送られ
る。このコンピュータ４５の第１のフレームグラバー４
６、第２のフレームグラバー４７は、上記図４に示すよ
うにそれぞれランダムピンホールパターン部１ａを通し
て撮像された映像（フィールドＯＤＤ１、ＥＶＥＮ
１）、透過部１ｂを通して撮像された映像（フィールド
ＥＶＥＮ２、ＯＤＤ２）を順次取り込む。すなわち、第
１のフレームグラバー４６は、ＯＤＤフィールドから映
像信号を１フレーム取り込み、第２のフレームグラバー
４７は、ＥＶＥＮフィールドから映像信号を１フレーム
取り込むように設定されている。

【００４７】これら第１と第２のフレームグラバー４
６、４７のうち第１のフレームグラバー４６は一方の映
像信号Ｖout１を取り込んでＡ／Ｄ変換を施してその画
像データを第１のメモリ４８に書き込み、第２のフレー
ムグラバー４７は他方の映像信号Ｖout２を取り込んで
Ａ／Ｄ変換を施してその画像データを第２のメモリ４９
に書き込む。

【００４８】なお、これら第１と第２のフレームグラバ
ー４６、４７は、それぞれ１フレーム分の映像信号の取
り込みを終了すると、その取り込み終了信号をコンピュ
ータ４５内のＣＰＵに発する。

【００４９】従って、コンピュータ４５内の第１のメモ
リ４８には、その前半部分にフィールドＯＤＤ１、つま
りランダムピンホールパターン部１ａを通して撮像され
た１フレーム分の画像のうちＯＤＤフィールドの画像デ
ータが格納され、後半部分にフィールドＥＶＥＮ２、つ
まり透過部１ｂを通して撮像された１フレーム分の画像
のうちＥＶＥＮフィールドの画像データが格納される。

【００５０】同様に、第２のメモリ４９には、その前半
部分にフィールドＥＶＥＮ１、つまりランダムピンホー
ルパターン部１ａを通して撮像された１フレーム分の画
像のうちＥＶＥＮフィールドの画像データが格納され、
後半部分にフィールドＯＥＥ２つまり透過部１ｂを通し
て撮像された１フレーム分の画像のうちＯＤＤフィール
ドの画像データが格納される。

【００５１】しかして、コンピュータ４５は、上記図５
に示すように第１のメモリ４８に格納された画像データ
と第２のメモリ４９に格納された画像データとの各フレ
ーム画像の間で差分演算ＯＤＤ１−ＯＤＤ２、ＥＶＥＮ
１−ＥＶＥＮ２を実行して共焦点画像データを求める。

【００５２】具体的に説明すると、コンピュータ４５
は、第１と第２のフレームグラバー４６、４７から１フ
レーム分の映像信号の取り込み終了信号を受けると、上
記図５に示すように、例えば第１のメモリ４８の前半部
分からフィールドＯＤＤ１の画像データを読み出すと共
に、第２のメモリ４９の後半部分からフィールドＯＤＤ
２の画像データを読み出し、これら画像データの画素単
位で差分演算し、これら画素毎の差分演算結果を表示用
メモリである第３のメモリ５０に格納する。より詳細に
説明すると、第３のメモリ５０は、ライン（１，２，
３，…）とドット（１，２，３，…）とからなってお
り、上記の如く第１及び第２のメモリ４８、４９の１ラ
イン分のフィールドＯＤＤ１、ＯＤＤ２に対する差分演
算結果は、奇数ライン（１，３，５，７，…）に書き込
まれる。

【００５３】このＯＤＤフィールドについての差分演算
及び第３のメモリ５０への画像データの書き込みが終了
すると、次にコンピュータ４５は、上記同様に、第２の
メモリ４９の前半部分からフィールドＥＶＥＮ１の画像
データを読み出すと共に、第１のメモリ４８の後半部分
からフィールドＥＶＥＮ２の画像データを読み出し、こ
れら画像データの画素単位で差分演算し、これら画素毎
の差分演算結果を第３のメモリ５０に格納する。すなわ
ち、第２及び第１のメモリ４９、４８の１ライン分のフ
ィールドＥＶＥＮ１、ＥＶＥＮ２に対する差分演算結果
は、偶数ライン（２，４，６，８，…）に書き込まれ
る。

【００５４】この結果、１フレームの共焦点画像データ
が第３のメモリ５０に書き込まれることになり、この共
焦点画像データがモニタ５に送られて表示される。この
フレーム画像の差分演算は、次の映像信号の取り込みま
での垂直帰線期間内で終了するので、コマ落ちなく差画
像演算が行え、高画質な共焦点画像をモニタ５に表示で
きる。

【００５５】このように上記一実施の形態においては、
回転ディスク１の回転とプログレッシブスキャン（全画
素読み出し）型のＣＣＤカメラ４０の撮像タイミングと
を同期させ、このＣＣＤカメラ４０のフィールドＯＤＤ
１、ＥＶＥＮ１で回転ディスク１のランダムピンホール
パターン部１ａを通過させた試料９の像を撮像し、フィ
ールドＯＤＤ２、ＥＶＥＮ２で透過部１ｂを通過させた
試料９の像を撮像し、コンピュータ４５により各フレー
ム画像の間で差分演算ＯＤＤ１−ＯＤＤ２、ＥＶＥＮ１
−ＥＶＥＮ２を行って１フレームの共焦点画像データを
求めるようにしたので、従来のようにインターレース式
フィールド蓄積型のＣＣＤカメラでは、約１／６０秒周
期で撮像してその映像信号をＯＤＤフィールド又はＥＶ
ＥＮフィールドで出力するためにＯＤＤフィールドとＥ
ＶＥＮフィールドとで構成される１フレームの映像を表
示するのに約１／３０秒かかっていたが、プログレッシ
ブスキャン（全画素読み出し）型のＣＣＤカメラ４０で
は、１／６０秒周期で撮像した映像信号を２本の映像出
力端子を用いてＯＤＤフィールドとＥＶＥＮフィールド
とを同時に出力して１フレームの映像を約１／６０秒で
得ることができ、かつフレーム画像の差分演算を次の映
像信号の取り込みまでの垂直帰線期間内で終了するの
で、垂直解像度の低下がなくかつ描画速度が落ちず、高
画質でコマ落ちのない共焦点画像を得ることができる。

【００５６】従って、試料９の微小構造や三次元構造の
形状を高精度に観察、測定できる。

【００５７】なお、本発明は、上記一実施の形態に限定
されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない
範囲で種々に変形することが可能である。

【００５８】さらに、上記実施形態には、種々の段階の
発明が含まれており、開示されている複数の構成要件に
おける適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出でき
る。例えば、実施形態に示されている全構成要件から幾
つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとす
る課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で
述べられている効果が得られる場合には、この構成要件
が削除された構成が発明として抽出できる。

【００５９】例えば、上記一実施の形態では、ランダム
ピンホールパターン部１ａの形成された回転ディスク１
を用いているが、ランダムピンホールパターン部１ａの
代わりにライン状パターンが形成された回転ディスクを
用いてもよい。

【００６０】又、コンピュータ４５の第２のメモリ４９
からフィールドＯＤＤ２を読み出すと共に、第１のメモ
リ４８からフィールドＥＶＥＮ２を読み出して第３のメ
モリ５０に書き込めば、回転ディスク１の透過部１ｂを
透過したライン抜けのない高画質な試料９の像、すなわ
ち明視野像を観察することができる。

【００６１】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、垂
直解像度の低下がなくかつ描画速度が落ちず、高画質で
コマ落ちのない共焦点画像を得ることができる共焦点顕
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】本発明に係わる共焦点顕微鏡の一実施の形態に
おけるＣＣＤカメラの各映像出力端子から出力される映
像信号の波形図。

【図３】本発明に係わる共焦点顕微鏡の一実施の形態に
おけるモータコントローラのブロック構成図。

【図４】本発明に係わる共焦点顕微鏡の一実施の形態に
おけるコンピュータ内の概略構成図。

【図５】本発明に係わる共焦点顕微鏡の一実施の形態に
おけるコンピュータ内の差分演算を示す模式図。

【図６】本発明に係わる共焦点顕微鏡の一実施の形態に
おけるＣＣＤカメラの動作の詳細を示す図。

【図７】本発明に係わる共焦点顕微鏡の一実施の形態に
おけるモータコントローラの動作を示す波形図。

【図８】本発明に係わる共焦点顕微鏡の一実施の形態に
おけるＣＣＤカメラの撮像タイミングとピンホールディ
スクの回転とが同期したときに撮像される画像を説明す
るための図。

【図９】従来の共焦点顕微鏡の構成図。

【図１０】従来の共焦点顕微鏡におけるピンホールディ
スクの構成図。

【図１１】従来の他の共焦点顕微鏡の構成図。

【図１２】従来の共焦点顕微鏡における回転ディスクの
構成図。

【符号の説明】

１：回転ディスク ２：モータ １ａ：ランダムピンホールパターン部 １ｂ：透過部 １ｃ：遮光部 １ｄ：トリガリング ３：モータドライバ ４：光検出素子 ５：光源 ６：コレクタレンズ ７：ビームスプリッタ ８：対物レンズ ９：試料 １０：結像レンズ ４０：ＣＣＤカメラ ４１：モータコントローラ ４２：ビデオシンクセパレータ ４３：位相制御部 ４４：モータドライバ ４５：コンピュータ ４６：第１のフレームグラバー ４７：第２のフレームグラバー ４８：第１のメモリ ４９：第２のメモリ ５０：第３のメモリ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定のタイミングで切り替わる第１と第
   ２の透過部に光を通して試料に照射し、この試料からの
   画像を前記第１と第２の透過部を通して撮像することに
   より前記試料の共焦点画像データを取得する共焦点顕微
   鏡において、 前記第１と第２の透過部を通った前記試料の画像を撮像
   し、奇数フィールドと偶数フィールドとを同時に出力す
   る撮像手段と、 この撮像手段の撮像タイミングと前記第１と第２の透過
   部の切り替えタイミングとを同期させる同期手段と、 前記撮像手段から出力されたフレーム画像のうち一方の
   前記第１の透過部を透過した非共焦点成分を含む第１の
   共焦点画像データと他方の前記第２の透過部を透過した
   非共焦点成分のみの第２の共焦点画像データとに基づい
   て前記試料の前記共焦点画像データを取得する画像演算
   手段と、を具備したことを特徴とする共焦点顕微鏡。
2. 【請求項２】 複数のピンホールがランダムに形成され
   たランダムピンホール部又は複数のライン状パターンが
   形成されたラインパターン部からなる第１の透過部及び
   全ての光を透過する第２の透過部が形成されたピンホー
   ルディスクの回転と前記撮像手段の撮像タイミングとを
   前記同期手段により同期させ、 前記撮像手段からは、前記第１の透過部を透過した非共
   焦点成分を含む第１の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第２の共焦点画像デ
   ータとを交互に時系列で、かつこれら第１と第２の共焦
   点画像データを出力タイミングを互いに異ならした２系
   統で同時に出力する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】 前記画像演算手段は、前記第１と第２と
   の共焦点画像データの差分を演算して前記試料の前記共
   焦点画像データを取得することを特徴とする請求項１記
   載の共焦点顕微鏡。