JP2006113484A - 走査型共焦点顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザ画像と撮像画像とを相互に干渉させることなく確実に取得できるとともに、画像取得のための無駄時間も排除できる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【解決手段】 ２次元走査されたレーザ光を対物レンズ１４を介して試料４上に照射し、試料４からの光をピンホールを有する共焦点光学系を介して光検出器２０で検出しフレーム単位のレーザ画像と、白色光源２４からの白色光を対物レンズ１４を介して試料４上に照射し、試料４からの光を対物レンズ１４を介してＣＣＤカメラ２７で撮像したフレーム単位の撮像画像を、それぞれのフレームごとに交互に取得する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、観察試料に対して点状照明を２次元走査し、観察試料からの光を検出する走査型共焦点顕微鏡に関するものである。

共焦点顕微鏡は、観察試料（以下、試料と称する。）に点状光を照明し、この照明された試料表面からの透過光または反射光、蛍光などを再び点状に集光してピンホール開口を有する検出器に結像させ、この検出器により結像情報を得るという共焦点作用を利用した顕微鏡である。

図７は、従来の走査型共焦点顕微鏡の概略構成を示すもので、点光源１から出射された点状光は、光路上に配置されたハーフミラー２を通過したのち収差が補正された対物レンズ３によって試料４の表面に点状結像される。この点状照明により試料４より発せられる例えば反射光は、再び対物レンズ３を通過し、ハーフミラー２で反射され集光する。この集光位置には、ピンホール５が位置するピンホール板を配置しており、このピンホール５を通過した反射光が光検出器６によって検出される。この場合、対物レンズ３による集光位置は、ピンホール５と光学的に共役な位置にある。これにより試料４が対物レンズ３の集光位置にあると、試料４からの反射光はピンホール５上に集光され、該ピンホール５を通過するが、試料４が対物レンズ３の集光位置からずれていると、試料４からの反射光は、ピンホール５に集光することがなく、ピンホール５を通過しない。

このような点状照明のラスタ走査などにより、試料４の表面の測定領域全体にわたって２次元走査を行ない、その反射光を検出する光検出器６の検出信号を画像表示することにより、試料４の表面の２次元画像が得られる。つまり、対物レンズ３の集光位置のみの試料４の表面情報として、試料４を光学的にスライスしたような表面情報が得られる。ここでの２次元走査には、例えば、Ｘ方向にはガルバノスキャナやレゾナントスキャナが、Ｙ方向には、ガルバノスキャナが用いられている。

このようにした走査型共焦点顕微鏡では、上述したような共焦点作用により、仮に段差のある試料４であっても、試料４の表面全てに合焦した画像を得られる（以下、エクステンド走査）。これは焦点位置で得られる試料４の輝度は最大輝度となることを利用したもので、ある対物レンズ３（又は試料４）位置にて得られる試料４の輝度情報と対物レンズ３（又は試料４）を光軸方向に微少位置ずらしたところで得られる試料４の輝度情報とを比較し、これら２枚の画像の同一画素同士で輝度の高い方の画素を残していくことで、最終的にある光軸方向範囲で得られる試料４の画像が試料４表面全体に合焦した２次元画像となる。また、上記画素比較の際、輝度が高いと判断された場合、その時の光軸方向の位置を記憶させることで最終的に試料４の高さ（凹凸）の情報が得られる。

一方、最近の走査型共焦点顕微鏡には、ピンホール５を含む共焦点光学系に明暗視野照明と固体撮像素子（ＣＣＤなどのＴＶカメラ）の検出系を組み合わせることで試料４表面の色情報などを得ることを可能としたものが考えられている。

このような走査型共焦点顕微鏡では、必然的に点状光源の走査照明系と明視野照明系とが対物レンズ３を共通とする同軸上に配置されることになり、このとき、走査照明と明暗視野照明の対物レンズ３への導入や試料４からの検出光を共焦点検出系や固体撮像素子側へ分離させるには、ハーフミラーやビームスプリッタが使用される。

また、このような走査型共焦点顕微鏡では、一般的に共焦点光学系の点状光源として、レーザ光源が用いられている。このため、レーザ光源からのレーザ光の２次元走査により試料４表面より取得されるレーザ走査画像と固体撮像素子（ＴＶカメラ）により撮り込まれるＴＶカメラ画像を同時に観察しようとすると、ＴＶカメラ画像取得中に、高輝度のレーザ走査線が映り込み、正常な観察が不可能となることがある。

そこで、このような不都合を回避するため、例えば、特許文献１に開示されているようにハーフミラーやビームスプリッタなどの光学フィルタの波長選択性を利用し、これら光学フィルタを光路中に配置することにより、走査レーザ光のＴＶカメラ画像への混入を防止するようにした方法や、特許文献２に開示されるように、半導体レーザを点灯してレーザ光学系により輝度情報を得た後、白色光源を点灯して白色光学系の撮像データを取得するようにしたもので、白色光学系の撮像データがレーザ光の影響を受けないように、半導体レーザの消灯後にＣＣＤカメラより得られた撮像信号を撮像データとして取り込むような方法が考えられている。
特開２００４−１７７７３２号公報 特開２００１−００４３２９号公報

ところが、特許文献１の方法では、レーザ光源のレーザ光の波長と明暗視野照明（白色光源）の波長帯に重なりがあるような場合、光学フィルタにより光路の完全な分離が難しいことがあり、また、光路を分離したことによってＴＶカメラ画像にレーザ光の波長域の情報が含まれなくなるという問題を生じる。このため、レーザ光の波長域が、白色光源に対して重なりが無視できる短波長又は長波長側に限定されてしまう。

また、特許文献２の方法では、垂直走査期間でのレーザ光の消灯から期間終了時点までの時間を算出し、この時間がＣＣＤカメラの露光時間より長いか短いかを判断して撮像データを取り込むようになっており、レーザ光の発生タイミングと撮像データの取込みタイミングが非同期である。このため、ＣＣＤカメラからの撮像データの取込みタイミングをその都度決定する必要があり、無駄時間を排除することができない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、レーザ画像と撮像画像とを相互に干渉させることなく確実に取得できるとともに、画像取得のための無駄時間も排除できる走査型共焦点顕微鏡を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、２次元走査されたレーザ光を対物レンズを介して試料上に照射し、前記試料からの光をピンホールを有する共焦点光学系を介して検出しフレーム単位のレーザ画像を取得するレーザ画像取得手段と、白色光源からの白色光を前記対物レンズを介して試料上に照射し、前記試料からの光を前記対物レンズを介して撮像手段で撮像しフレーム単位の撮像画像を取得する撮像画像取得手段と、を具備し、前記レーザ画像取得手段によるレーザ画像と前記撮像画像取得手段による撮像画像がそれぞれのフレームごとに交互に取得されることを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記撮像画像取得手段は、前記レーザ画像取得手段でのレーザ光の２次元走査に同期して前記撮像画像を取得することを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記撮像画像取得手段は、前記レーザ画像取得手段でのレーザ光の２次元走査の帰線期間に同期して前記撮像画像を取得することを特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記レーザ画像取得手段は、前記レーザ光の２次元走査の帰線期間に同期して前記レーザ光をオフ制御することを特徴としている。

請求項５記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記レーザ画像取得手段は、前記レーザ光の２次元走査の帰線中に一時停止し、前記撮像画像取得手段は、この停止期間に撮像画像を取得することを特徴としている。

請求項６記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記撮像画像取得手段は、前記レーザ画像取得手段のレーザ光の２次元走査の帰線期間に撮像画像を取得し、前記レーザ画像取得手段は、前記撮像画像取得手段の撮像画像の取得を待って次の２次元走査を開始することを特徴としている。

請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、さらに前記対物レンズと前記試料の相対距離を変化可能とした制御機構を有し、該制御機構を前記レーザ画像取得手段および撮像画像取得手段と同期して動作させることを特徴としている。

請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記制御機構は、前記対物レンズを保持したレボルバを光軸方向に移動させ前記対物レンズと前記試料との相対的な距離を変化させて焦点位置を変化させるものであることを特徴としている。

本発明によれば、レーザ画像と撮像画像とを相互に干渉させることなく確実に取得できるとともに、画像取得のための無駄時間も排除できる走査型共焦点顕微鏡を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明が適用される走査型共焦点顕微鏡の概略構成を示している。

図において、１００は顕微鏡本体を示している。この顕微鏡本体１００にはレーザ光源１０が設けられている。このレーザ光源１０は、試料４の表面を走査するスポット光（集束光）としてのレーザ光を発生させるものである。

レーザ光源１０から出射されるレーザ光の光路上には、ミラー１１が配置されている。このミラー１１は、レーザ光源１０からのレーザ光を直角方向に反射する反射鏡である。

ミラー１１の反射光路上には、ハーフミラー１７および２次元走査機構１２が配置されている。ハーフミラー１７は、レーザ光源１０からのレーザ光を透過し、試料４からの反射光を反射するような半透明鏡である。２次元走査機構１２は、レーザ光源１０からのレーザ光を２次元走査駆動制御回路１３での制御のもとで、スポット光としてＸＹ方向に２次元走査するためのものである。

２次元走査機構１２で２次元走査されたスポット光は、対物レンズ１４を介してステージ１６上に載置された試料４に照射されるようにしている。この場合、対物レンズ１４は、レボルバ１５に取付けられている。このレボルバ１５は、倍率の異なる複数の対物レンズ１４を保持したもので、これら対物レンズ１４のうち所望の倍率を持つものを観察光路の光軸上に切換え設定可能にしている。また、レボルバ１５は、上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に支持され、後述する焦点移動機構２３の指示により、試料４との相対距離を変えられるように対物レンズ１４を光軸方向に移動可能にしている。

一方．試料４からの反射光は．対物レンズ１４を通り２次元走査機構１２に戻り、さらに、２次元走査機構１２からハーフミラー１７へと戻されるようになっている。

ハーフミラー１７の試料４に対する反射光路には、レンズ１８、ピンホール板１９および光検出器２０が配置され、ハーフミラー１７で反射された試料４からの反射光をレンズ１８を透過し．ピンホール板１９のピンホールを介して光検出器２０で受光するようにしている。

レンズ１８は、試料４からの反射光を集光するものである。ピンホール板１９は所要の径のピンホールを有するもので、光検出器２０の受光面の前面で、対物レンズ１４の焦点と光学的に共役な位置に配置されて共焦点光学系を構成し、試料４からの反射光のうち合焦の成分を通過し、非合焦の成分を遮断するようにしている。光検出器２０は、ピンホール板１９のピンホールを通過する光を受光するとともに、この受光量に応じた電気信号を出力する光検出素子で、例えば、ホトマルチプライヤー(ＰＭＴ)が用いられている。

光検出器２０は、パーソナルコンピュータ(以下、ＰＣと称する。)２１に接続されている。ＰＣ２１には、光検出器２０で光電変換された信号が、２次元走査駆動制御回路１３からのタイミング信号と共に与えられるようになっている。ＰＣ２１は、２次元走査駆動制御回路１３からのタイミング信号を用いて光検出器２０で光電変換された信号を１フレーム単位で画像化し、モニタ２２に試料４のレーザ画像として表示する。

ＰＣ２１には．焦点移動機構２３が接続されている。焦点移動機構２３は、レボルバ１５と２次元走査駆動制御回路１３に接続されている。焦点移動機構２３は、ＰＣ２１の指示によりレボルバ１５のＺ軸方向の移動と２次元走査機構１２による２次元走査を同期して制御できるようにしている。

一方、顕微鏡本体１００には、光源として白色光を発する白色光源２４と、撮像手段として、例えばＴＶカメラを構成するＣＣＤカメラ２７が設けられている。白色光源２４から発せられる白色光の光路には、白色光学系を構成するコリメートレンズ２５とハーフミラー２６が配置されている。コリメートレンズ２５は、白色光源２４から発せられる白色光を平行光に変換するものである。ハーフミラー２６は、２次元走査機構１２と対物レンズ１４との間の光路に配置され、白色光源２４からの白色光を試料４に照射し、試料４から反射した白色光を透過するようになっている。これにより、白色光源２４から出射された白色光は、コリメートレンズ２５で平行光となった後、ハーフミラー２６で反射され、対物レンズ１４により試料４の視野全面を照明する。

ＣＣＤカメラ２７の撮像光路には、撮像光学系を構成する結像レンズ２８とハーフミラー２９が配置されている。ハーフミラー２９は、対物レンズ１４を介して戻される試料４で反射された白色光を反射するものである。結像レンズ２８は、ハーフミラー２９で反射した試料４からの白色光を集光し、ＣＣＤカメラ２７の撮像面に結像するようにしている。

ＣＣＤカメラ２７には、ＰＣ２１が接続され、このＰＣ２１により各種の動作条件等が制御されるようになっている。また、ＣＣＤカメラ２７で撮像された１フレーム単位の画像信号は、ＰＣ２１へ送られ、上述した光検出器２０から出力される信号と同様に、モニタ２２に試料４の撮像画像として表示されるようになっている。

図２は、このように構成した走査型共焦点顕微鏡の要部をさらに詳述するための図である。

この場合、２次元走査機構１２は．Ｘ軸方向走査用としての例えばレゾナントスキャナからなるＸスキャナ２０１と、Ｙ軸方向走査用としての例えばガルバノミラーからなるＹスキャナ２０３を有している。Ｘスキャナ２０１には、Ｘドライバ２０２が接続されている。Ｘドライバ２０２は、駆動信号ＸＤＲＩＶＥを出力してＸスキャナ２０１を駆動し２次元走査の主走査を行なわせるとともに、走査制御回路２０５へ走査のタイミング信号（Ｘ．ＳＹＮＣ）を送出し続けるようにしている。Ｙスキャナ２０３には、Ｙドライバ２０４が接続されいる。Ｙドライバ２０４は、Ｙ波形生成回路２０６で生成される鋸歯状波信号（Ｙ．ＣＴＲＬ）に従って、駆動信号ＹＤＲＩＶＥを出力してＹスキャナ２０３を駆動し、２次元走査の副走査を行なわせるようにしている。

レーザドライバ２０８には、光源制御回路２０７が接続されている。レーザドライバ２０８は、上述したレーザ光源１０を構成するものである。光源制御回路２０７は、レーザドライバ２０８に対しＬＤ．ＣＴＲＬ信号を出力し、出力レベルを調整されたレーザ光を発生させるようにしている。このレーザドライバ２０８から発せられるレーザ光が、Ｘスキャナ２０１とＹスキャナ２０３によって２次元走査されて試料４を照明する。

一方、ＣＣＤカメラ２７には、ＴＶ制御回路２０９とフレームグラバ２１１が接続されている。ＴＶ制御回路２０９は、ＴＶＴＲＧ信号を出力してＣＣＤカメラ２７での撮像を制御するものである。フレームグラバ２１１は、ＣＣＤカメラ２７で撮像された試料４の画像信号の色情報Ｒ、Ｇ、Ｂ、ＳＹＮＣをカラー画像として取得するものである。

次に、このように構成された実施の形態の作用を説明する。

いま、レーザ光源１０のレーザ光を２次元走査しながら試料４上に照射し、試料４からの反射光量に応じて取得される試料４の表面情報（レーザ画像）またはＣＣＤカメラ２７で撮像された試料４の表面情報（撮像画像）の一方のみをモニタ２２に表示している場合は、この動作状態が連続して維持される。この場合、モニタ２２の表示画面には、図４（ａ）に示すようにレーザ画像表示領域（またはＴＶカメラ像表示領域）Ａと顕微鏡制御画面Ｂが表示される。

次に、レーザ画像と撮像画像の両方を取得して表示するようなモードを設定すると、モニタ２２の表示画面には、同図（ｂ）に示すようにレーザ画像表示領域Ａ１と撮像画像表示領域Ａ２および顕微鏡制御画面Ｂが表示され、レーザ画像表示領域Ａ１と撮像画像表示領域Ａ２が同時表示できるように変更される。

この状態から、最初、ＣＣＤカメラ２７は、ＰＣ２１の指示によって、その動作を外部同期モードに設定され一時停止している。次に、ＰＣ２１から走査制御回路２０５に走査開始の指示が送られる。光源制御回路２０７は、レーザドライバ２０８に対してレーザ出射を許可するＬＤ．ＣＴＲＬ信号を出力する。レーザドライバ２０８は、ＬＤ．ＣＴＲＬ信号を受けて試料４を照明するレーザ光をレーザ光源１０より発生させる。

一方、走査制御回路２０５は、Ｘスキャナ２０１の主走査を制御するＸドライバ２０２から出力されるＸ．ＳＹＮＣ信号を受けてＸ方向の走査同期信号である／ＨＤ信号を出力する（図３（ａ））。この／ＨＤ信号は、Ｙ波形生成回路２０６に送られる。Ｙ波形生成回路２０６は、Ｘスキャナ２０１の１往復ごと（１ラインごと）に、その位置をＹ方向に一定量変化させる指示電圧を連続的な波形（鋸歯状波信号Ｙ．ＣＴＲＬ）として出力する（図３（ｃ））。これにより、Ｙドライバ２０４によりＹスキャナ２０３のＹ走査も制御され、試料４を照明するレーザ光の２次元走査が開始される。

このように２次元走査されたレーザ光が試料４表面上に照射されると、試料４からの反射光量に応じた電気信号が光検出器２０から出力され、試料４表面の画像情報として図４（ｂ）に示すモニタ２２のレーザ画像表示領域Ａ１にレーザ画像が表示される（図３（ａ）の期間）。

その後、Ｙスキャナ２０３のＹ走査が最終ラインに対応する位置に到達し、表示領域を越えると、Ｙ波形生成回路２０６から／ＴＲＩＧ信号が出力される（図３（ｂ））。この／ＴＲＩＧ信号は、走査制御回路２０５、光源制御回路２０７、ＴＶ制御回路２０９にそれぞれ与えられる。

このタイミングで、走査制御回路２０５は、Ｙ波形生成回路２０６の動作、つまり２次元走査の帰線開始を一時停止させる。このとき、Ｙスキャナ２０３は表示領域外で停止している。また、光源制御回路２０７は、レーザドライバ２０８に対するＬＤ．ＣＴＲＬ信号を停止し（図３（ｄ））、レーザドライバ２０８は、レーザ光源１０より出射するレーザ光を直ちに消灯する。

一方、ＴＶ制御回路２０９は、／ＴＶＴＲＧ信号を生成し、ＣＣＤカメラ２７に出力する（図３（ｅ））。ＣＣＤカメラ２７は、あらかじめ外部同期モードに設定されているため、／ＴＶＴＲＧ信号を受け取ると、撮像を開始すると同時に、同期出力を生成し、試料４の画像信号の色情報Ｒ、Ｇ、Ｂ、ＳＹＮＣをフレームグラバ２１１に出力する（図３（ｆ））。これにより、モニタ２２の撮像画像表示領域Ａ２には、色情報Ｒ、Ｇ、Ｂ、ＳＹＮＣに基づいた試料４の撮像画像がカラー画像として表示される。

その後、ＣＣＤカメラ２７から１フレーム分の出力が完了すると、ＴＶ制御回路２０９は、例えば、その有効期間を示す／ＷＥＮ信号もしくはフレームグラバ２１１が１フレーム分のデータを受け取り完了した際に出力する／ＴＶＣＯＭＰＬ信号を受け取る（図３（ｇ））。そして、走査制御回路２０５と光源制御回路２０７に対し／ＣＬＲ信号を出力する（図３（ｈ））。

走査制御回路２０５と光源制御回路２０７は、ＴＶ制御回路２０９からの／ＣＬＲ信号を受け取ると、一時停止していたＹ波形生成回路２０６の動作、つまり２次元走査の帰線動作を開始させるとともに、レーザドライバ２０８に対するＬＤ．ＣＴＲＬ信号を復帰させ、再び、上述したレーザ画像の取得に移行する（図３（ｉ））。

このようなレーザ画像と撮像画像を取得するための動作は、レーザ画像と撮像画像の両方を表示するモードが解除されるまで繰り返し実行される。また、図４（ｂ）に示すモニタ２２のレーザ画像表示領域Ａ１と撮像画像表示領域Ａ２には、レーザ画像と撮像画像による試料４の表面情報が、それぞれ１フレームごと交互に連続的に表示されることになる。この場合、レーザ画像から撮像画像に移行する際に、レーザ光は同期して消灯するため．撮像画像に走査軌跡が移りこんでしまうことがない。また、ＣＣＤカメラ２７の動作中は、レーザ走査が帰線期間において一時停止して待っているため、撮像画像取得後にレーザ走査へ復帰させる際の無駄時間も発生しない。

従って、このようにすれば、２次元走査されたレーザ光によるレーザ画像と白色光源の白色光を用いてＣＣＤカメラ２７で撮像した撮像画像を、それぞれのフレームごとに交互に取得するようにしたので、ＣＣＤカメラ２７で撮像した撮像画像中にレーザ光によるレーザ走査線が映り込むことがなくなり、試料表面の確実な観察を行なうことができる。また、ＣＣＤカメラ２７による撮像は、レーザ走査の帰線期間に同期させて行うようにしたので、レーザ光の波長域に影響されることがなく、レーザ光の波長域が、白色光源に対して重なりを無視できる短波長又は長波長側に限定されるような不都合も回避できる。さらに、ＣＣＤカメラ２７による撮像は、レーザ走査の帰線期間に同期して行われ、これらの制御や撮像データの取込みタイミングを一定にできるので、無駄時間の排除も実現できる。

なお．本実施例の説明では．Ｙスキャナ２０３のＹ走査が最終ラインに到達し、表示領域を越えたところで帰線動作を一時停止させるようにしているが、レーザ消灯後にＣＣＤカメラ２７を動作させながら、そのまま帰線動作を継続し、次のレーザ走査の開始点で待つことでＣＣＤカメラ２７の動作完了とタイミングを合わせるようにしても良い。また、ＣＣＤカメラ２７を外部同期モードで利用しているが、連続モードでレーザ走査と非同期に撮像を続けさせていても良い。その場合は、レーザ走査完了直後に得られる撮像画像には、レーザ走査時の走査軌跡が映り込んでしまっているので、レーザ消灯後の１フレームを排除して、次のフレームの撮像画像を取得するようにすればよい。この場合、ＣＣＤカメラ２７の１フレームは、通常レーザ走査の１フレームの約３〜５倍程度速いので、レーザ画像と撮像画像を同期して観察する目的からみても実質的なリアルタイム性が損なわれることがない。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。

図５は、第２の実施の形態の走査型共焦点顕微鏡の要部をさらに詳述するための図を示すもので、図２と同一部分には、同符号を付している。

図５は、図２で述べた構成に、さらに制御機構としてレボルバ制御機構が追加されている。この場合、上述した焦点移動機構２３に組み込まれたレボルバ制御回路２１２を有している。このレボルバ制御回路２１２は、ＰＣ２１からの指示（／ＺＭＯＶＥ）を受け取ると、対物レンズ１４を保持したレボルバ１５を光軸方向（Ｚ軸方向）に移動させ．試料４との相対的な距離を変化させて焦点位置を変えることができるようになっている。また、この動作が完了すると、／ＺＣＯＭＰＬ信号をＰＣ２１側に返送して１回の移動が完了するようになっている。

／ＺＭＯＶＥの信号路には、第１のセレクタ２１３ａが接続されている。この第１のセレクタ２１３ａは、レボルバ制御回路２１２に対しＰＣ２１からの指示（／ＺＭＯＶＥ）とＴＶ制御回路２０９からの／ＣＬＲ信号を選択的に入力するためのものである。また、／ＺＣＯＭＰＬの信号路には、第２のセレクタ２１３ｂが接続されている。この第２のセレクタ２１３ｂは、第１のセレクタ２１３ａと同時に動作されるもので、レボルバ制御回路２１２からの／ＺＣＯＭＰＬ信号とＴＶ制御回路２０９からの／ＣＬＲ信号を選択的に走査制御回路２０５に入力するためのものである。

その他は、図２と同様である。

このような構成において、レーザ画像とＴＶカメラ像の両方を取得して表示するとともに、エクステンド走査により試料４の表面情報を取得、表示するモードに設定された場合を説明する。

この場合、モニタ２２の表示画面には、図４（ｂ）に示すようにレーザ画像表示領域Ａ１と撮像画像表示領域Ａ２および顕微鏡制御画面Ｂが表示され、レーザ画像表示領域Ａ１にレーザ画像、撮像画像表示領域Ａ２に撮像画像を表示するように設定される。また、図５に示す第１および第２のセレクタ２１３ａ、２１３ｂは、それぞれ図示の状態の接点側に切替えられている。

このような状態での基本的な動作は、図３で説明した第１の実施の形態と同様であるが、レーザ走査に続くＣＣＤカメラ２７の動作後に、さらにエクステンド走査のためレボルバ１５を所定量移動させる動作が実行される。

この場合、ＴＶ制御回路２０９がＣＣＤカメラ２７による撮像完了を受け取ると、／ＣＬＲ信号が光源制御回路２０７に送られ、同時に第１のセレクタ２１３ａを介してレボルバ制御回路２１２に送られる。レボルバ制御回路２１２は、／ＣＬＲ信号を受け取ると、レボルバ１５を所定量移動させるためのＺＤＲＩＶＥ信号を出力する。これによりレボルバ１５は、移動を始め、対物レンズ１４と試料４の相対位置を一定量変化させる（図６（ｊ）〕。

その後、レボルバ１５の移動が完了すると、レボルバ制御回路２１２は、／ＺＣＯＭＰＬ信号を出力する（図６（ｋ））。／ＺＣＯＭＰＬ信号は、第２のセレクタ２１３ｂを介して走査制御回路２０５へ出力される。これにより、走査制御回路２０５は、一時停止していたＹ波形生成回路２０６による帰線動作を再開させ、Ｙ．ＣＴＲＬ信号を復帰して（図６（ｌ））、再度レーザ走査を開始する。つまり、これらの一連の動作により、レーザ走査→ＴＶカメラ撮像→レボルバ移動→レーザ走査→…の処理が同期して継続的に行われることとなる。

従って、このようにすれば、ＣＣＤカメラ２７による撮像完了を待ってレボルバ制御回路２１２を駆動し、対物レンズ１４と試料４の相対位置を一定量変化させた後、Ｙ波形生成回路２０６による帰線動作を再開してレーザ走査を行なうようにできるので、エクステンド走査によるレーザ画像とＣＣＤカメラ２７による撮像画像を相互に干渉を生じることなく確実に取得することもできる。

なお、この場合も、Ｙスキャナ２０３のＹ走査が最終ラインに到達し、表示領域を越えたところで帰線動作を一時停止させるようにしているが、レーザ消灯後にＣＣＤカメラ２７の動作とレボルバ１５の駆動を行ないながら、そのまま帰線動作を継続し、次のレーザ走査の開始点で、これらＣＣＤカメラ２７とレボルバ１５の動作が終わるのを待つことで、動作タイミングを合わせるようにしても良い。また、上述では、制御機構としてレボルバ制御機構について述べたが、走査型共焦点顕微鏡に付加されているその他の制御機構についても、Ｙ波形生成回路２０６の／ＴＲＩＧ信号を受け付ける機能と、制御機構での動作完了を示す信号を発生する機能を持たせることにより、レーザ走査と、その他の制御機構の連携動作を効率的に行うことが可能となる。このようにすれば、各機能の連続性または同時性を考慮して各機能への動作開始を与えるタイミング及び動作完了の条件を適切に組み合わせることにより、処理をネスト又は並列処理して走査に対応した工程の自動化や同期制御の幅を拡張することができる。

その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。

さらに、上記実施の形態には、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、実施の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を解決でき、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。

本発明の第１の実施の形態に適用される走査型共焦点顕微鏡の概略構成を示す図。 第１の実施の形態の要部の概略構成を示す図。 第１の実施の形態の動作を説明するためのタイミングチャート。 第１の実施の形態に適用されるモニタの表示例を示す図。 本発明の第２の実施の形態に適用される走査型共焦点顕微鏡の要部の概略構成を示す図。 第２の実施の形態の動作を説明するためのタイミングチャート。 一般的な走査型共焦点顕微鏡の概略構成を示す図。

符号の説明

Ａ１…レーザ画像表示領域、Ａ２…撮像画像表示領域
Ａ…撮像画像表示領域、Ｂ…顕微鏡制御画面
１００…顕微鏡本体、１０…レーザ光源
１１…ミラー、１２…２次元走査機構
１３…２次元走査駆動制御回路、１４…対物レンズ
１５…レボルバ、１６…ステージ
１７…ハーフミラー、１８…レンズ
１９…ピンホール板、２０…光検出器
２１…ＰＣ、２２…モニタ
２３…焦点移動機構、２４…白色光源
２５…コリメートレンズ、２６…ハーフミラー
２７…ＣＣＤカメラ、２８…結像レンズ
２９…ハーフミラー、２０１…Ｘスキャナ
２０２…Ｘドライバ、 ２０３…Ｙスキャナ
２０４…Ｙドライバ、２０５…走査制御回路
２０６…Ｙ波形生成回路、２０７…光源制御回路
２０８…レーザドライバ、２０９…ＴＶ制御回路
２１１…フレームグラバ、２１２…レボルバ制御回路
２１３ａ…第１のセレクタ、２１３ｂ…第２のセレクタ

Claims (8)

1. ２次元走査されたレーザ光を対物レンズを介して試料上に照射し、前記試料からの光をピンホールを有する共焦点光学系を介して検出しフレーム単位のレーザ画像を取得するレーザ画像取得手段と、
   白色光源からの白色光を前記対物レンズを介して試料上に照射し、前記試料からの光を前記対物レンズを介して撮像手段で撮像しフレーム単位の撮像画像を取得する撮像画像取得手段と、を具備し、
   前記レーザ画像取得手段によるレーザ画像と前記撮像画像取得手段による撮像画像がそれぞれのフレームごとに交互に取得されることを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
2. 前記撮像画像取得手段は、前記レーザ画像取得手段でのレーザ光の２次元走査に同期して前記撮像画像を取得することを特徴とする請求項１記載の走査型共焦点顕微鏡。
3. 前記撮像画像取得手段は、前記レーザ画像取得手段でのレーザ光の２次元走査の帰線期間に同期して前記撮像画像を取得することを特徴とする請求項１記載の走査型共焦点顕微鏡。
4. 前記レーザ画像取得手段は、前記レーザ光の２次元走査の帰線期間に同期して前記レーザ光をオフ制御することを特徴とする請求項３記載の走査型共焦点顕微鏡。
5. 前記レーザ画像取得手段は、前記レーザ光の２次元走査の帰線中にを一時停止し、前記撮像画像取得手段は、この停止期間に撮像画像を取得することを特徴とする請求項３記載の走査型共焦点顕微鏡。
6. 前記撮像画像取得手段は、前記レーザ画像取得手段のレーザ光の２次元走査の帰線期間に撮像画像を取得し、前記レーザ画像取得手段は、前記撮像画像取得手段の撮像画像の取得を待って次の２次元走査を開始することを特徴とする請求項１記載の走査型共焦点顕微鏡。
7. さらに前記対物レンズと前記試料の相対距離を変化可能とした制御機構を有し、該制御機構を前記レーザ画像取得手段および撮像画像取得手段と同期して動作させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の走査型共焦点顕微鏡。
8. 前記制御機構は、前記対物レンズを保持したレボルバを光軸方向に移動させ前記対物レンズと前記試料との相対的な距離を変化させて焦点位置を変化させるものであることを特徴とする請求項７記載の走査型共焦点顕微鏡。

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