JP3560663B2 - 走査型光学顕微鏡 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば走査型光学顕微鏡にかかわり、特にその光電変換回路に利用され、サンプリングパルスに同期して可変利得増幅回路の利得とオフセット回路のオフセット量とを両方同時にまたは片方のみ可変することにより画像の特定部位を強調表示したり、画像補正したりするサンプリング回路系の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学顕微鏡は、ステージ上に載置したプレパラート上の標本を、対物レンズで拡大して観察する構造であり、一般に、標本の照明はランプなどの光源からの光をコンデンサレンズを用いて標本の観察領域全体に、均等になるようにして当てる構造を採用していた。
【０００３】
しかしながら、照明系としてこのような構造を採用した場合、フレア等の問題があり、また、低コントラストの標本を観察するにあたっては大変見づらいと云う問題があり、これを改善するものとして点状光投射型（スポット光投射型）の光学顕微鏡である走査型光学顕微鏡が提案された。
【０００４】
この光学顕微鏡は点光源を対物レンズを介して観察標本に点状に照射し、これにより観察標本を透過した光（透過光）もしくは反射光もしくは点状の光を照射したことにより標本から発生した蛍光を再び対物レンズ、光学系を介して点状に結像し、これをピンホール開口を有する検出器で検出して像の濃度情報を得るようにしたものである。
【０００５】
但し、これだけでは点状光源が照射された点の濃度しか得られないので、標本をＸ軸およびＹ軸の方向に移動して二次元面内で機械的に移動させるＸ‐Ｙ走査方式や光路をスキャン操作する光学系などを採用し、これらによるＸ−Ｙ走査に同期してＣＲＴディスプレイなどの画像表示装置により、Ｘ−Ｙ走査対応に前記濃度情報の信号対応の輝点を表示することで画像として観察できるようにしている。
【０００６】
これは走査型光学顕微鏡の原理的構成であり、一般に、走査型顕微鏡は、レーザ走査されている標本の透過光または反射光を検出器である光電子増倍管やフォトダイオードなどの光電変換器により電気信号に変換したものを画像データとして保存するために、さらにＡ／Ｄ変換回路によって量子化した後、これを記憶するための光電信号処理回路を備えている。
【０００７】
図５はこの種の光電信号処理回路の代表的な構成を示す構成図である。光電信号処理回路は入射光対応の電気信号に変換する光電変換回路１、この光電変換回路１出力を増幅して出力する利得可変型の可変利得増幅回路２、この可変利得増幅回路２の出力に所要の直流電圧を加算してオフセット調整するオフセット回路３、このオフセット調整された信号を後述するサンプリングパルスに同期してディジタルデータに変換動作するＡ／Ｄ変換回路４、このディジタルデータを後述するサンプリングパルスに同期して記憶し、また、読出す記憶回路５、この記憶回路５に記憶されたデータを表示制御する表示回路２０、所定レートのサンプリングパルスを発生するサンプリングパルス発生回路１１、利得データやオフセット電圧値の設定などを含めシステムの制御の中枢を担うＣＰＵ １２、このＣＰＵ １２より与えられる利得設定データを保持するメモリ７、このメモリ７の保持データをデータ対応のアナログ信号に変換して利得設定値として可変利得増幅回路２に与えるＤ／Ａ変換回路６、ＣＰＵ １２より与えられるオフセット電圧設定データを保持するメモリ１０、このメモリ１０の保持データをデータ対応のアナログ信号に変換してオフセット電圧設定値としてオフセット回路３に与えるＤ／Ａ変換回路９とより構成される。そして、可変利得増幅回路２は利得設定値対応の利得で入力信号を増幅して出力し、オフセット回路３はオフセット電圧設定値分のオフセット電圧を入力信号に加算または減算して出力する構成である。また、上記オフセット電圧設定データは図示しない入力操作手段の手動操作により（オフセット量調整操作）、また、利得設定値はこれも図示しない入力操作手段の手動操作により、その操作量対応にＣＰＵ １２が設定動作する。
【０００８】
そして、このような構成において光電変換回路１に入射した光はここで光電変換され、電気信号化され、該電気信号は可変利得増幅回路２で増幅された後、オフセット回路３で直流電気信号が加算もしくは減算され、さらに、Ａ／Ｄ変換回路４に与えられる。Ａ／Ｄ変換回路４は、サンプリングパルス発生回路１１で生成されたサンプリングパルスに同期して動作し、オフセット回路３から入力されるアナログの電気信号をディジタル変換する。
【０００９】
このようにしてオフセット回路３から入力されるアナログの電気信号はＡ／Ｄ変換回路４により量子化される。この量子化により得たディジタルデータは記憶回路５に記憶される。記憶回路５はフレームメモリとなっており、一方、光電変換回路１に入射される光は、レーザ光源から出射され所定の走査速度でＸＹ走査制御されて標本に照射されてこの標本から得られたスポット状の光であって刻一刻の入射光は標本の表面の走査位置に密接に関係する。従って、記憶回路５にはレーザ光の走査位置対応の画素位置にＡ／Ｄ変換回路４からのデータを記憶するように制御することで、記憶回路５上には上記走査により得られた顕微鏡画像が記憶されることになる。従って、上述のサンプリングパルスはこのようなレーザ光源から出射光の上記所定の走査速度でのＸＹ走査のタイミングに対応したレートのパルスとなる必要がある。画像記憶回路５の記憶内容（記憶画像）は必要に応じて表示回路２０に転送され画像化される。
【００１０】
ここで上述の構成において、可変利得増幅回路２の利得の設定はＣＰＵ １２がメモリ７に書き込んだディジタルデータに基づき、Ｄ／Ａ変換回路６がこのデータに１対１対応の電気信号に変換して可変利得増幅回路２に印加することでなされる。
【００１１】
また、オフセット回路３のオフセット量の設定はＣＰＵ １２がメモリ１０に書き込んだディジタルデータに基づき、Ｄ／Ａ変換回路９がこのデータに１対１対応の電気信号に変換し、オフセット回路３に印加することによりなされる。
【００１２】
そして、顕微鏡観察者は表示回路を介してディスプレイに表示された画像の状態を見て、表示画像が最適状態になるようにオフセット回路３のオフセット量の調整や、可変利得増幅回路２の増幅度の手動調整を実施することになる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
標本をスポット状のレーザ光で走査すると共にその走査に同期して標本像を画像化する装置として走査型顕微鏡が知られているが、従来の走査型光学顕微鏡においては、標本に対するレーザ光の走査により得られた光信号を画像データに変換する光電信号処理回路においては可変利得増幅回路の利得設定及びオフセット回路のオフセット量の設定機能は観察者が所望の画像状態になるように表示画面の状態を見ながら手動調整する手動調整機構的な機能にとどめており、サンプリングパルスと同期して利得やオフセット量を順次設定するといった能力は持っていない。
【００１４】
すなわち、調整操作があればレーザ光の標本走査位置に無関係に、調整動作に入ってしまうことから、画面内の所望部分領域についてのみ特別に別枠で設定できる機能、つまり、１枚の画面内の特定部分についての利得やオフセット量の調整することや、各画像別の設定機能、つまり、連続して取り込む複数画像の１枚毎の利得やオフセット量を個別に設定するといったことができない。
【００１５】
そのため、利得やオフセットが可変であるというせっかくの機能をリアルタイムの画像強調や画像補正といった目的には使用できないため、従来の回路構成でリアルタイムの画像強調や画像補正を行う場合にはそのためのディジタル画像処理回路を別に設ける構成とするのが一般的である。例えば、図６に示す如きであり、この例では記憶回路５と表示回路２０との間にＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）回路２１を設けてこのＤＳＰ回路２１により画像強調や画像補正を施すようにしていた。ＤＳＰ回路は画像強調や画像補正を自在に行える反面、上記サンプリングパルスの周波数の５乃至１０倍の駆動クロックが必要であり、また、回路規模が大きくなるという問題を抱える。
【００１６】
そのため、走査型光学顕微鏡のシステム構成が複雑化し、また、大型化するばかりでなく、システムコストも高くなるという問題があった。
そこで本発明の目的とするところは、簡易な構成でリアルタイムに画像強調や画像補正を行うことができると共に、これを画面内の所望部分領域について所望のように画像強調や画像補正を行うことができるようにした省スペース、低コストの光電信号処理回路を備えた走査型光学顕微鏡を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、標本に対してスポット光を走査してその光を検出し、画像データを得る走査型光学顕微鏡において、前記検出した光を画像データとして得る光電信号処理手段に、前記検出された光対応の信号を増幅する利得可変増幅手段と、画素単位又は領域単位で利得設定データを保持する利得設定データ保持用メモリと、その利得設定データ保持用メモリより読み出される利得設定データを利得可変増幅手段に与え、この利得可変増幅手段の利得をサンプリングパルスに同期して可変する利得設定値可変手段を設ける構成としたことを特徴としている。
【００１８】
請求項２記載の発明は、標本に対してスポット光を走査してその光を検出し、画像データを得る走査型光学顕微鏡において、前記検出した光を画像データとして得る光電信号処理手段に、前記検出された光対応の信号に所望オフセット値を付与するためのオフセット量設定可能なオフセット付与手段と、画素単位又は領域単位でオフセット量設定値データを保持するオフセット量設定値データ保持用メモリと、そのオフセット量設定値データ保持用メモリより読み出されるオフセット量設定値データをオフセット付与手段に与え、このオフセット付与手段のオフセット量をサンプリングパルスに同期して可変するオフセット量設定値可変手段を設ける構成としたことを特徴としている。
【００１９】
請求項３記載の発明は、標本に対してスポット光を走査してその光を検出し、画像データを得る走査型光学顕微鏡において、前記検出した光を画像データとして得る光電信号処理手段に、前記検出された光対応の信号を増幅する利得可変増幅手段と、前記検出された光対応の信号に所望オフセット値を付与するためのオフセット量設定可能なオフセット付与手段と、画素単位又は領域単位で利得設定値データを保持する利得設定値データ保持用メモリと、その利得設定値データ保持用メモリより読み出される利得設定値データを利得可変増幅手段に与え、この利得可変増幅手段の利得をサンプリングパルスに同期して可変する利得設定値可変手段と、画素単位又は領域単位でオフセット量設定値データを保持するオフセット量設定値データ保持用メモリと、そのオフセット量設定値データ保持用メモリより読み出されるオフセット量設定値データをオフセット付与手段に与え、このオフセット付与手段のオフセット量をサンプリングパルスに同期して可変するオフセット量設定値可変手段とを設ける構成としたことを特徴としている。
【００２１】
【作用】
第１の構成の場合、増幅率をサンプリングパルスに同期して可変することができ、リアルタイムに画像補正が可能でこれを画素位置対応、あるいは領域対応に行うことができ、所望の状態の画像を得ることができるようになる走査型光学顕微鏡が得られる。
【００２２】
また、第２の構成の場合、オフセット量をサンプリングパルスに同期して可変することができ、リアルタイムに画像強調が可能でこれを画素位置対応、あるいは領域対応に行うことができ、所望の状態の画像を得ることができるようになる走査型光学顕微鏡が得らる。
【００２３】
また、第３の構成の場合、増幅率やオフセット量をサンプリングパルスに同期して可変することができ、リアルタイムに画像補正や画像強調ができると共にこれを画素位置対応、あるいは領域対応に行うことができ、所望の状態の画像を得ることができるようになる。
【００２４】
また、第４の構成の場合、記憶手段に画素位置対応に利得データやオフセット量を記憶させておき、サンプリングパルスに同期してこれを読出すことで、各画素位置での光検出信号に対する増幅度や付与するオフセット量を各別に変えることができ、得られる画像は画面の各位置で所望の状態に調整することができるようになる。
【００２５】
しかも、本発明装置は従来の走査型光学顕微鏡の光電信号処理回路においてもともと設けられている利得可変増幅手段の利得とオフセット付与手段のオフセット量を画像データを取得する際に用いるサンプリングパルスに同期して、可変できる回路構成を採用するといった簡易な構成で実現しており、従って、従来の走査型顕微鏡の光電変換回路のように、加算器や乗算器といった大規模なディジタル回路を付加して画像強調や画像補正処理をすることなく、これらの処理実施して画像の特定部位をリアルタイムに強調または補正して表示することができる。
【００２６】
【実施例】
本発明は、光源により標本に照射された光の反射光または透過光を光電変換回路で電気信号に変換し、該電気信号を可変利得増幅回路で増幅し、オフセット付与手段で直流成分を付与し、ディジタルデータに変換することで画像データを得るが、その際、前記可変利得増幅手段の利得と前記オフセット付与手段のオフセット量の少なくとも一方を画像データのサンプリングタイミングに同期して切り替えてゆくことを可能にすることによって、画像をその所望領域について所望の画像強調をしたり、画像補正をしたりすることができるもので、これをサンプリング時に行えることでリアルタイムで実施できるようにするものであり、従来の走査型光学顕微鏡の光電信号処理回路において、利得可変増幅器の利得とオフセット回路のオフセット量をサンプリングパルスに同期して、可変できる回路構成を採用するといった簡易な構成で、リアルタイムに画像強調または画像補正が可能な光電信号処理回路を得るものである。以下、本発明の実施例についてその詳細を図面を参照して説明する。
【００２７】
（第１実施例）
図１は、本発明を走査型レーザ顕微鏡に適用したアナログ画像強調処理回路の構成を示す図である。
【００２８】
第１実施例における処理回路は、光電変換回路１、可変利得増幅回路２、オフセット回路３、Ａ／Ｄ変換回路４Ａ、記憶回路５Ａ、Ｄ／Ａ変換回路６、メモリ７Ａ、Ｄ／Ａ変換回路９、メモリ１０Ａ、サンプリングパルス発生回路１１Ａ、ＣＰＵ １２Ａ、表示回路２０、設定操作器３０、マーカ発生器３１より構成される。
【００２９】
これらのうち、光電変換回路１は入射光対応の電気信号に変換するものであり、可変利得増幅回路２はこの光電変換回路１出力を増幅して出力する利得可変型の増幅回路である。オフセット回路３はこの可変利得増幅回路２の出力に所要の直流電圧を加算もしくは減算してオフセット調整する回路であり、Ａ／Ｄ変換回路４Ａはこのオフセット調整された信号を後述するサンプリングパルスに同期してディジタルデータに変換動作する回路である。
【００３０】
記憶回路５Ａは少なくとも１フレーム分の画像を記憶することができるフレームメモリであり、Ａ／Ｄ変換回路４Ａの出力するディジタルデータをサンプリングパルス発生回路１１Ａの出力する画像サンプリングレートのサンプリングパルスに同期して記憶し、また、サンプリングパルス発生回路１１Ａの出力する画像表示スキャン速度対応のサンプリングパルスで読出すもので、表示回路２０はこの記憶回路５Ａに記憶されたデータをディスプレイに表示制御する回路である。
【００３１】
ＣＰＵ １２Ａは、利得データやオフセット電圧値の設定制御などを含めシステムの制御の中枢を担うものであり、サンプリングパルス発生回路１１ＡはこのＣＰＵ １２Ａの制御のもとに所定レートのサンプリングパルスを発生する回路である。サンプリングパルス発生回路１１Ａはディスプレイの画像表示の走査速度に適合する速度（画像表示スキャン速度）で記憶回路５Ａの画像データを読出すことのできるレートのパルスと、レーザ光の走査に伴う画像サンプリングレートに適合した速度のパルスをそれぞれサンプリングパルスとして発生することができる。
【００３２】
また、メモリ７Ａは１フレーム分の画像の画素対応の容量を持ち、サンプリングパルス発生回路１１Ａの出力する画像サンプリングレート対応のサンプリングパルスに同期してアドレスを進めて記憶回路５Ａに記憶されている画像の画素位置対応に利得設定値を読出すメモリであり、各画素位置対応の利得設定値データはＣＰＵ １２Ａにより与えられて記憶保持する構成である。
【００３３】
また、Ｄ／Ａ変換回路６はこのメモリ７Ａよりサンプリングパルスに同期して読み出されるデータを受けて、当該データ対応のアナログ信号に変換して利得設定値として可変利得増幅回路２に与える回路である。
【００３４】
メモリ１０Ａは１フレーム分の画像の画素対応の容量を持ち、サンプリングパルス発生回路１１Ａの出力する画像サンプリングレート対応のサンプリングパルスに同期してアドレスを進めて記憶回路５Ａに記憶されている画像の画素位置対応のオフセット量を読出すメモリであり、各画素位置対応にオフセット量の設定データはＣＰＵ １２Ａにより与えられて記憶保持する構成である。
【００３５】
また、Ｄ／Ａ変換回路６はこのメモリ７Ａよりサンプリングパルスに同期して読み出されるデータを受けて、当該データ対応のアナログ信号に変換して利得設定値として可変利得増幅回路２に与える回路である。
【００３６】
本装置においては、設定操作器３０を操作することでＣＰＵ １２Ａがマーカ発生器３１に利得やオフセットを可変する領域のマーカ、例えば、方形枠画像や四隅の位置を示すかぎ括弧マーカ、円形枠画像等を操作量対応に発生し、これを表示回路２０に与えることで画像上に上記領域をマーカにより観察者にわかるように表示することができる。表示することのできるマーカの位置、数、大きさ、形状は設定操作器３０の操作により任意であり、これはＣＰＵ １２Ａの制御プログラムにより可能である。また、設定操作器３０の操作により各マーカ位置領域内はもとより、マーカ位置領域外についても、それぞれ個別に任意の利得値やオフセット量の設定ができるようにＣＰＵ １２Ａの制御プログラムが設定されている。
【００３７】
このような構成において光電変換回路１に入射した光はここで光電変換され、電気信号化され、該電気信号は可変利得増幅回路２で増幅された後、オフセット回路３で直流電気信号が加算もしくは減算され、さらに、Ａ／Ｄ変換回路４Ａに与えられる。Ａ／Ｄ変換回路４Ａは、サンプリングパルス発生回路１１Ａで生成された画像サンプリングレートのサンプリングパルスに同期して動作し、オフセット回路３から入力されるアナログの電気信号をディジタル変換する。
【００３８】
このようにしてオフセット回路３から入力されるアナログの電気信号はＡ／Ｄ変換回路４Ａにより量子化される。この量子化により得たディジタルデータはサンプリングパルス発生回路１１Ａで生成された画像サンプリングレートのサンプリングパルスに同期して記憶回路５Ａが書き込み動作されることにより、この記憶回路５Ａに記憶される。記憶回路５Ａはフレームメモリとなっており、一方、光電変換回路１に入射される光は、レーザ光源から出射され所定の走査速度でＸＹ走査制御されて標本に照射されてこの標本から得られたスポット状の光であって刻一刻の入射光は標本の表面の走査位置に密接に関係する。従って、記憶回路５Ａにはレーザ光の走査位置対応の画素位置にＡ／Ｄ変換回路４Ａからのデータを記憶するように制御することで、記憶回路５Ａ上には上記走査により得られた顕微鏡画像が記憶されることになる。従って、上述のサンプリングパルスはこのようなレーザ光源から出射光の上記所定の走査速度でのＸＹ走査のタイミングに対応したレートのパルスとなる必要がある。記憶回路５Ａの記憶内容（記憶画像）は必要に応じて表示回路２０に転送され画像化される。この場合の記憶回路５Ａの読出しパルスとしてサンプリングパルス発生回路１１Ａから与えられるサンプリングパルスは画像表示スキャン速度対応のパルスであり、画像記憶回路５Ａはこのパルスに同期して順に１画素分づつ読出し動作してその読出したデータを表示回路２０に与え、表示回路２０はこれを輝度信号化してディスプレイに画像として表示させる。
【００３９】
ここで、本装置では設定操作器３０の操作により、画面の所望の領域について画像強調したり、輝度調整したりすることができる。そのためには、設定操作器３０の操作により、画面の領域を指定し、その領域においてとるべき利得やオフセットの値を設定操作する。これによって、ＣＰＵ １２Ａに当該指令と操作量を入力する。
【００４０】
また、可変利得増幅回路２の利得と、オフセット回路３のオフセット量はこのように設定操作器３０の操作に対応して、ＣＰＵ １２Ａがメモリ７Ａ、メモリ１０Ａにそれぞれ画面の上記指定された領域対応アドレス内に、上記指定された値を設定制御することで画素位置対応に与えることが可能になる。
【００４１】
そして、ＣＰＵ １２Ａによるサンプリングパルス発生回路１１Ａに対する設定によってサンプリングパルスに同期してアドレスが更新されてメモリ７Ａ、メモリ１０Ａよりそのアドレス対応のデータが読み出され、それぞれのメモリに対応するＤ／Ａ変換回路６、Ｄ／Ａ変換回路９に与えられることにより、可変利得増幅回路２の利得とオフセット回路３のオフセット量が決定される。そして、サンプリングされるデータはその決定された利得で増幅され、その決定されたオフセット量分のオフセットが与えられることとなる。
【００４２】
サンプリングパルスに同期している場合、サンプリングされる画像データの画素位置対応にメモリ７Ａ、メモリ１０Ａのアドレスが更新されるようにできるから、このようにすると領域指定した部分ではその部分での利得やオフセット量の値を読出すことができ、領域位置に応じた設定利得で増幅し、設定オフセット量を付加したかたちで画像データを得ることが可能になる。
【００４３】
ゆえに、設定操作器３０の操作により、画面の所望の領域について画像強調したり、輝度調整したりすることができるようになり、また、設定操作器３０の操作による画面の所望の領域はＣＰＵ １２Ａがマーカ発生回路３１に対して設定操作器３０の操作内容対応の情報を与えることでマーカ発生回路３１が、ディスプレイの画面における対応位置にマーカ像を描画できるようなタイミングでマーカ像信号を発生し、表示回路２０に与えることから、観察者はディスプレイの画面上で所望の領域を指定したり、その領域内での利得やオフセット量を設定したりすることができ、また、その結果、画像がどのようになるかも確認できるようになる。
【００４４】
なお、メモリ７Ａ、メモリ１０Ａの記憶容量は最小１画素分から最大全画素分に対応する。そのため、画像中の指定した領域について、それぞれの画素位置の画像データを、サンプリング時において利得調整したり、オフセット調整して収集することができ、その部分の濃度変化の強調や輝度調整をすることができる他、１画面ずつ、それぞれの画面毎に増幅度やオフセットを変えた画像を得るようにしたりするなど、種々の応用が可能となる。
【００４５】
例えば、本装置ではサンプリングパルス発生回路１１Ａに対するＣＰＵ １２Ａからの設定により、メモリ７Ａ、メモリ１０Ａに対するサンプリングパルスの入力周期を画面毎とすることができる。これにより例えば、サンプリングする１画面分の像の全体をある特定アドレス対応のデータ値で増幅、オフセット量加算して取得するといったことができるようになるので、例えば、ＣＰＵ １２Ａからの設定により、メモリ７Ａ、メモリ１０Ａのアドレスに、順に異なる利得とオフセット量のデータを設定しておき、画素位置単位ではなく画面単位でアドレスを進めることで、一画面ずつ順に異なる利得とオフセット量で画像データ収集して、利得とオフセット量を順次替えた画像を観察するといったことが可能になる。
【００４６】
本装置により、オフセット回路のオフセット量と可変利得増幅回路の利得の両方または片方をサンプリングタイミングに同期して可変することによる効果をつぎに具体例を参照して説明する。
【００４７】
図２（ａ）は画面１枚分のサンプリング期間中の利得とオフセット量を一定に設定した状態で、光の反射量または透過量が一定な試料（標本）を走査型レーザ顕微鏡で観察した場合の画像の例を示しており、光学系の特性により画像の左右端で光電変換回路１の受光量が減少し、画像が暗くなった場合を示している。
【００４８】
また、図２（ａ）の画像においては、サンプリングは画面左上から右下にかけてＸＹ走査により行われている。すなわち、１ライン内のサンプリングは画面の矢印Ａ −−＞Ｂで示されるように左から右に行われ、さらに１ライン毎のサンプリングが矢印Ｃ −−＞Ｄで示されるように上から下方向に繰り返されている。
【００４９】
そこで、（ａ）の標本を観測する場合に、可変利得増幅回路２の利得がＡからＢの方向に（ｂ）の特性曲線１４で示す如く連続的に変化するような利得値列を、メモリ７にそのアドレス順に予め設定しておき、サンプリング位置対応にアドレス更新して読出してゆけば、（ｃ）のような均質な画像が得られ、光学系の特性を補正することが可能である。
【００５０】
つぎに（ａ）は画面１枚分のサンプリング期間中の利得とオフセット量を一定に設定した状態において、ある標本を走査型レーザ顕微鏡で観察した画像を示している。このケースはバックグランド１６と観察対象部１７の輝度の差が少ない例を示している。バックグランド１６と観察対象部１７の輝度の差が少ないということは全体的に同じような状態に見えることを意味するから、観察がしにくいということになる。
【００５１】
そこで、注目部位として観察対象部１７を強調表示したいとする要求が起きる。この場合には、（ｂ）に示すように注目部位を含むその近傍の所望とする領域を画像強調部１９として指定し、この画像強調部１９のオフセット量として他の領域部分より大きな値を設定するようにメモリ１０Ａにデータ記憶したうえで画素位置対応にメモリ１０Ａのアドレスを更新しつつ、そのアドレス内のデータを読出してオフセット回路３のオフセット値を変えながら標本観測すれば、画像強調部１９では画像が明るくなり、注目部位である（ａ）での観察対象部１７は（ｂ）に示すようにより明るい観察対象部１８となって注目部位が明瞭となった画像を観察することができる。
【００５２】
（第２実施例）
図４は図１の可変利得増幅回路２とオフセット回路３を入れ換えたものであり、第１の実施例において利得調整を行ったのちの信号についてオフセット調整を行う構成としたものに対して、先にオフセット調整を行い、そののちに利得調整を行う構成としたものである。利得調整を先に施すと、オフセット量の調整の自由度が狭められるが、第２実施例ではオフセット量の自由度を高くすることができる。もちろん、どちらを先に設定変更するかでどちらの自由度が狭められるかは決まるものであるから、いちがいにこのようなことがいえるわけではないが、オフセット回路３を前段にすると観察対象部の強調表示の範囲の自由度をより高くする装置構成がとりやすくなる。反面、可変利得増幅回路２は入力信号レベルの範囲が大きくなり、それ相応の入力特性、増幅率可変範囲の増幅器が必要となる。しかし、基本的な動作ならびに図２や図３の画像が観測できる効果は上述の第１実施例と同じである。
【００５３】
以上、種々の実施例を説明したが、本明細書中には以下の発明が含まれる。
［１］ 標本に対してスポット光を走査してその光を検出し、画像データを得る走査型光学顕微鏡において、前記検出した光を画像データとして得る光電信号処理回路に、前記検出された光対応の信号を増幅する利得可変増幅器を設けると共に、この利得可変増幅器の利得をサンプリングパルスに同期して可変する回路を設ける構成とした。
【００５４】
この構成を採用することにより、増幅率をサンプリングパルスに同期して可変することができ、リアルタイムに画像補正が可能でこれを画素位置対応、あるいは領域対応に行うことができ、所望の状態の画像を得ることができるようになる光電信号処理回路を有した走査型光学顕微鏡を得ることができる。
【００５５】
［２］ 標本に対してスポット光を走査してその光を検出し、画像データを得る走査型光学顕微鏡において、前記検出した光を画像データとして得る光電信号処理回路に、前記検出された光対応の信号に所望オフセット値を付与するためのオフセット量設定可能なオフセット回路を用いると共に、オフセット回路のオフセット量をサンプリングパルスに同期して可変する回路を設ける構成とした。
【００５６】
この構成を採用することにより、オフセット量をサンプリングパルスに同期して可変することができ、リアルタイムに画像強調が可能でこれを画素位置対応、あるいは領域対応に行うことができ、所望の状態の画像を得ることができるようになる光電信号処理回路を有した走査型光学顕微鏡を得ることができる。
【００５７】
［３］ 標本に対してスポット光を走査してその光を検出し、画像データを得る走査型光学顕微鏡において、前記検出した光を画像データとして得る光電信号処理回路に、前記検出された光対応の信号を増幅する利得可変増幅器と、前記検出された光対応の信号に所望オフセット値を付与するためのオフセット量設定可能なオフセット回路を用いると共に、前記利得可変増幅器の利得と前記オフセット回路のオフセット量をサンプリングパルスに同期して可変する回路を設ける構成とした。
【００５８】
この構成を採用することにより、増幅率やオフセット量をサンプリングパルスに同期して可変することができ、リアルタイムに画像補正や画像強調ができると共にこれを画素位置対応、あるいは領域対応に行うことができ、所望の状態の画像を得ることができるようになる光電信号処理回路を有した走査型光学顕微鏡を得ることができる。
【００５９】
［４］ 上記［１］乃至［３］の構成において、利得可変増幅器の利得やオフセット回路のオフセット量をサンプリングパルスに同期して可変する回路は１画面の画素対応の容量を有し、画素単位でデータを保持するメモリと、そのメモリの読出しデータを対応する利得可変増幅器またはオフセット回路に与えるＤ／Ａ変換手段とより構成する。
【００６０】
メモリに画素位置対応に利得データやオフセット量を記憶させておき、サンプリングパルスに同期してこれを読出すことで、各画素位置での光検出信号に対する増幅度や付与するオフセット量を各別に変えることができ、得られる画像は画面の各位置で所望の状態に調整することができるようになる。
【００６１】
［５］ 上記［４］の装置において、領域を設定すると共にその設定した領域での増幅度もしくはオフセット値の少なくとも一方の情報を設定する操作手段と、その操作入力に基づいて上記領域を示す情報を画面に付与する手段と、上記操作入力に基づいてその領域対応に上記メモリに上記情報を記憶設定する制御手段とを設けた。
【００６２】
操作手段による領域設定は画面に表示されることから領域を把握してその領域での増幅度やオフセット量を設定することが可能になり、しかも、その増幅度やオフセット量は制御手段により操作手段による設定領域対応にメモリに記憶させることができる。そのため、画像の目的領域を所望の増幅度やオフセット量とした画像を得ることができ、しかもリアルタイムに画像強調または画像補正が可能となる。
【００６３】
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、種々変形して実施可能である。例えば、上記実施例は走査型光学顕微鏡の光電信号処理回路に適用した例を示したが、光電変換回路の後段以降の構成を見る限り、画像をＸＹスキャンして表示する映像信号、例えば、テレビジョンの映像信号等のような信号についてサンプリングして画像データ化するシステム一般にそのサンプリング系の回路として適用することができるものである。従って、つぎのようなものも本発明の実施例に含まれる。
【００６４】
［ｉ］ 映像信号をＸＹスキャンして画像表示する映像信号をサンプリングして画像データを得るサンプリング回路として、映像信号を増幅する利得可変増幅器を設けると共に、この利得可変増幅器の利得をサンプリングパルスに同期して可変する可変回路を設ける構成とする。
【００６５】
この構成を採用することにより、増幅率をサンプリングパルスに同期して可変することができ、リアルタイムに画像補正が可能でこれを画素位置対応、あるいは領域対応に行うことができ、所望の状態の画像となる画像データをサンプリンッグできるようになるサンプリング回路を得ることができる。
【００６６】
［ｉｉ］ 映像信号をＸＹスキャンして画像表示する映像信号をサンプリングして画像データを得るサンプリング回路として、前記映像信号に所望オフセット値を付与するためのオフセット量設定可能なオフセット回路を用いると共に、オフセット回路のオフセット量をサンプリングパルスに同期して可変する可変回路を設ける構成とした。
【００６７】
この構成を採用することにより、オフセット量をサンプリングパルスに同期して可変することができ、リアルタイムに画像強調が可能でこれを画素位置対応、あるいは領域対応に行うことができ、所望の状態の画像を得ることができるようになる。
【００６８】
［ｉｉｉ］ 映像信号をＸＹスキャンして画像表示する映像信号をサンプリングして画像データを得るサンプリング回路として、前記映像信号を増幅する利得可変増幅器と、前記検出された光対応の信号に所望オフセット値を付与するためのオフセット量設定可能なオフセット回路を用いると共に、前記利得可変増幅器の利得と前記オフセット回路のオフセット量をサンプリングパルスに同期して可変する可変回路を設ける構成とした。
【００６９】
この構成を採用することにより、増幅率やオフセット量をサンプリングパルスに同期して可変することができ、リアルタイムに画像補正や画像強調ができると共にこれを画素位置対応、あるいは領域対応に行うことができ、所望の状態の画像を得ることができるようになる。
【００７０】
［ｉｖ］ 上記［ｉ］ 乃至［ｉｉｉ］ の構成において、利得可変増幅器の利得やオフセット回路のオフセット量をサンプリングパルスに同期して可変する回路は１画面の画素対応の容量を有し、画素単位でデータを保持するメモリと、そのメモリの読出しデータを対応する利得可変増幅器またはオフセット回路に与えるＤ／Ａ変換手段とより構成する。
【００７１】
メモリに画素位置対応に利得データやオフセット量を記憶させておき、サンプリングパルスに同期してこれを読出すことで、各画素位置での光検出信号に対する増幅度や付与するオフセット量を各別に変えることができ、得られる画像は画面の各位置で所望の状態に調整することができるようになる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光源により標本に照射された光の反射光または透過光を光電変換回路で電気信号に変換し、該電気信号を所定のサンプリングパルスでサンプリングして画像データを得る走査型光学顕微鏡において、前記電気信号を可変利得増幅回路で増幅し、さらにオフセット回路で直流成分を加算もしくは減算し、さらにＡ／Ｄ変換回路でディジタルデータに変換して画像データを得るにあたり、可変利得増幅回路の利得とオフセット回路のオフセット量の少なくとも一方を、サンプリングタイミングに同期して可変する構成としたものであり、更には可変量を画素位置対応に設定して画素毎に所要の調整を行いながら画像データを得ることができるようにしたものであるから、従来のように、ディジタル回路で構成される加算器や乗算器といった大規模で複雑な回路を付加することなく画像の特定部分の補正や強調がリアルタイムに実施でき、安価なシステム構成でしかも、回路を大型化することなく実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の装置の効果を説明するための図。
【図３】本発明の装置の効果を説明するための図。
【図４】本発明の第２実施例の構成を示すブロック図。
【図５】従来例を説明するためのブロック図。
【図６】従来例を説明するためのブロック図。
【符号の説明】
１…光電変換回路
２…可変利得増幅回路
３…オフセット回路
４Ａ…Ａ／Ｄ変換回路
５Ａ…記憶回路
６，９…Ｄ／Ａ変換回路
７Ａ，１０Ａ…メモリ
１１Ａ…サンプリングパルス発生回路
１２Ａ…ＣＰＵ
２０…表示回路
３０…設定操作器
３１…マーカ発生器
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば走査型光学顕微鏡にかかわり、特にその光電変換回路に利用され、サンプリングパルスに同期して可変利得増幅回路の利得とオフセット回路のオフセット量とを両方同時にまたは片方のみ可変することにより画像の特定部位を強調表示したり、画像補正したりするサンプリング回路系の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学顕微鏡は、ステージ上に載置したプレパラート上の標本を、対物レンズで拡大して観察する構造であり、一般に、標本の照明はランプなどの光源からの光をコンデンサレンズを用いて標本の観察領域全体に、均等になるようにして当てる構造を採用していた。
【０００３】
しかしながら、照明系としてこのような構造を採用した場合、フレア等の問題があり、また、低コントラストの標本を観察するにあたっては大変見づらいと云う問題があり、これを改善するものとして点状光投射型（スポット光投射型）の光学顕微鏡である走査型光学顕微鏡が提案された。
【０００４】
この光学顕微鏡は点光源を対物レンズを介して観察標本に点状に照射し、これにより観察標本を透過した光（透過光）もしくは反射光もしくは点状の光を照射したことにより標本から発生した蛍光を再び対物レンズ、光学系を介して点状に結像し、これをピンホール開口を有する検出器で検出して像の濃度情報を得るようにしたものである。
【０００５】
但し、これだけでは点状光源が照射された点の濃度しか得られないので、標本をＸ軸およびＹ軸の方向に移動して二次元面内で機械的に移動させるＸ‐Ｙ走査方式や光路をスキャン操作する光学系などを採用し、これらによるＸ−Ｙ走査に同期してＣＲＴディスプレイなどの画像表示装置により、Ｘ−Ｙ走査対応に前記濃度情報の信号対応の輝点を表示することで画像として観察できるようにしている。
【０００６】
これは走査型光学顕微鏡の原理的構成であり、一般に、走査型顕微鏡は、レーザ走査されている標本の透過光または反射光を検出器である光電子増倍管やフォトダイオードなどの光電変換器により電気信号に変換したものを画像データとして保存するために、さらにＡ／Ｄ変換回路によって量子化した後、これを記憶するための光電信号処理回路を備えている。
【０００７】
図５はこの種の光電信号処理回路の代表的な構成を示す構成図である。光電信号処理回路は入射光対応の電気信号に変換する光電変換回路１、この光電変換回路１出力を増幅して出力する利得可変型の可変利得増幅回路２、この可変利得増幅回路２の出力に所要の直流電圧を加算してオフセット調整するオフセット回路３、このオフセット調整された信号を後述するサンプリングパルスに同期してディジタルデータに変換動作するＡ／Ｄ変換回路４、このディジタルデータを後述するサンプリングパルスに同期して記憶し、また、読出す記憶回路５、この記憶回路５に記憶されたデータを表示制御する表示回路２０、所定レートのサンプリングパルスを発生するサンプリングパルス発生回路１１、利得データやオフセット電圧値の設定などを含めシステムの制御の中枢を担うＣＰＵ １２、このＣＰＵ １２より与えられる利得設定データを保持するメモリ７、このメモリ７の保持データをデータ対応のアナログ信号に変換して利得設定値として可変利得増幅回路２に与えるＤ／Ａ変換回路６、ＣＰＵ １２より与えられるオフセット電圧設定データを保持するメモリ１０、このメモリ１０の保持データをデータ対応のアナログ信号に変換してオフセット電圧設定値としてオフセット回路３に与えるＤ／Ａ変換回路９とより構成される。そして、可変利得増幅回路２は利得設定値対応の利得で入力信号を増幅して出力し、オフセット回路３はオフセット電圧設定値分のオフセット電圧を入力信号に加算または減算して出力する構成である。また、上記オフセット電圧設定データは図示しない入力操作手段の手動操作により（オフセット量調整操作）、また、利得設定値はこれも図示しない入力操作手段の手動操作により、その操作量対応にＣＰＵ １２が設定動作する。
【０００８】
そして、このような構成において光電変換回路１に入射した光はここで光電変換され、電気信号化され、該電気信号は可変利得増幅回路２で増幅された後、オフセット回路３で直流電気信号が加算もしくは減算され、さらに、Ａ／Ｄ変換回路４に与えられる。Ａ／Ｄ変換回路４は、サンプリングパルス発生回路１１で生成されたサンプリングパルスに同期して動作し、オフセット回路３から入力されるアナログの電気信号をディジタル変換する。
【０００９】
このようにしてオフセット回路３から入力されるアナログの電気信号はＡ／Ｄ変換回路４により量子化される。この量子化により得たディジタルデータは記憶回路５に記憶される。記憶回路５はフレームメモリとなっており、一方、光電変換回路１に入射される光は、レーザ光源から出射され所定の走査速度でＸＹ走査制御されて標本に照射されてこの標本から得られたスポット状の光であって刻一刻の入射光は標本の表面の走査位置に密接に関係する。従って、記憶回路５にはレーザ光の走査位置対応の画素位置にＡ／Ｄ変換回路４からのデータを記憶するように制御することで、記憶回路５上には上記走査により得られた顕微鏡画像が記憶されることになる。従って、上述のサンプリングパルスはこのようなレーザ光源から出射光の上記所定の走査速度でのＸＹ走査のタイミングに対応したレートのパルスとなる必要がある。画像記憶回路５の記憶内容（記憶画像）は必要に応じて表示回路２０に転送され画像化される。
【００１０】
ここで上述の構成において、可変利得増幅回路２の利得の設定はＣＰＵ １２がメモリ７に書き込んだディジタルデータに基づき、Ｄ／Ａ変換回路６がこのデータに１対１対応の電気信号に変換して可変利得増幅回路２に印加することでなされる。
【００１１】
また、オフセット回路３のオフセット量の設定はＣＰＵ １２がメモリ１０に書き込んだディジタルデータに基づき、Ｄ／Ａ変換回路９がこのデータに１対１対応の電気信号に変換し、オフセット回路３に印加することによりなされる。
【００１２】
そして、顕微鏡観察者は表示回路を介してディスプレイに表示された画像の状態を見て、表示画像が最適状態になるようにオフセット回路３のオフセット量の調整や、可変利得増幅回路２の増幅度の手動調整を実施することになる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
標本をスポット状のレーザ光で走査すると共にその走査に同期して標本像を画像化する装置として走査型顕微鏡が知られているが、従来の走査型光学顕微鏡においては、標本に対するレーザ光の走査により得られた光信号を画像データに変換する光電信号処理回路においては可変利得増幅回路の利得設定及びオフセット回路のオフセット量の設定機能は観察者が所望の画像状態になるように表示画面の状態を見ながら手動調整する手動調整機構的な機能にとどめており、サンプリングパルスと同期して利得やオフセット量を順次設定するといった能力は持っていない。
【００１４】
すなわち、調整操作があればレーザ光の標本走査位置に無関係に、調整動作に入ってしまうことから、画面内の所望部分領域についてのみ特別に別枠で設定できる機能、つまり、１枚の画面内の特定部分についての利得やオフセット量の調整することや、各画像別の設定機能、つまり、連続して取り込む複数画像の１枚毎の利得やオフセット量を個別に設定するといったことができない。
【００１５】
そのため、利得やオフセットが可変であるというせっかくの機能をリアルタイムの画像強調や画像補正といった目的には使用できないため、従来の回路構成でリアルタイムの画像強調や画像補正を行う場合にはそのためのディジタル画像処理回路を別に設ける構成とするのが一般的である。例えば、図６に示す如きであり、この例では記憶回路５と表示回路２０との間にＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）回路２１を設けてこのＤＳＰ回路２１により画像強調や画像補正を施すようにしていた。ＤＳＰ回路は画像強調や画像補正を自在に行える反面、上記サンプリングパルスの周波数の５乃至１０倍の駆動クロックが必要であり、また、回路規模が大きくなるという問題を抱える。
【００１６】
そのため、走査型光学顕微鏡のシステム構成が複雑化し、また、大型化するばかりでなく、システムコストも高くなるという問題があった。
そこで本発明の目的とするところは、簡易な構成でリアルタイムに画像強調や画像補正を行うことができると共に、これを画面内の所望部分領域について所望のように画像強調や画像補正を行うことができるようにした省スペース、低コストの光電信号処理回路を備えた走査型光学顕微鏡を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、標本に対してスポット光を走査してその光を検出し、画像データを得る走査型光学顕微鏡において、前記検出した光を画像データとして得る光電信号処理手段に、前記検出された光対応の信号を増幅する利得可変増幅手段と、画素単位又は領域単位で利得設定データを保持する利得設定データ保持用メモリと、その利得設定データ保持用メモリより読み出される利得設定データを利得可変増幅手段に与え、この利得可変増幅手段の利得をサンプリングパルスに同期して可変する利得設定値可変手段を設ける構成としたことを特徴としている。
【００１８】
請求項２記載の発明は、標本に対してスポット光を走査してその光を検出し、画像データを得る走査型光学顕微鏡において、前記検出した光を画像データとして得る光電信号処理手段に、前記検出された光対応の信号に所望オフセット値を付与するためのオフセット量設定可能なオフセット付与手段と、画素単位又は領域単位でオフセット量設定値データを保持するオフセット量設定値データ保持用メモリと、そのオフセット量設定値データ保持用メモリより読み出されるオフセット量設定値データをオフセット付与手段に与え、このオフセット付与手段のオフセット量をサンプリングパルスに同期して可変するオフセット量設定値可変手段を設ける構成としたことを特徴としている。
【００１９】
請求項３記載の発明は、標本に対してスポット光を走査してその光を検出し、画像データを得る走査型光学顕微鏡において、前記検出した光を画像データとして得る光電信号処理手段に、前記検出された光対応の信号を増幅する利得可変増幅手段と、前記検出された光対応の信号に所望オフセット値を付与するためのオフセット量設定可能なオフセット付与手段と、画素単位又は領域単位で利得設定値データを保持する利得設定値データ保持用メモリと、その利得設定値データ保持用メモリより読み出される利得設定値データを利得可変増幅手段に与え、この利得可変増幅手段の利得をサンプリングパルスに同期して可変する利得設定値可変手段と、画素単位又は領域単位でオフセット量設定値データを保持するオフセット量設定値データ保持用メモリと、そのオフセット量設定値データ保持用メモリより読み出されるオフセット量設定値データをオフセット付与手段に与え、このオフセット付与手段のオフセット量をサンプリングパルスに同期して可変するオフセット量設定値可変手段とを設ける構成としたことを特徴としている。
【００２１】
【作用】
第１の構成の場合、増幅率をサンプリングパルスに同期して可変することができ、リアルタイムに画像補正が可能でこれを画素位置対応、あるいは領域対応に行うことができ、所望の状態の画像を得ることができるようになる走査型光学顕微鏡が得られる。
【００２２】
また、第２の構成の場合、オフセット量をサンプリングパルスに同期して可変することができ、リアルタイムに画像強調が可能でこれを画素位置対応、あるいは領域対応に行うことができ、所望の状態の画像を得ることができるようになる走査型光学顕微鏡が得らる。
【００２３】
また、第３の構成の場合、増幅率やオフセット量をサンプリングパルスに同期して可変することができ、リアルタイムに画像補正や画像強調ができると共にこれを画素位置対応、あるいは領域対応に行うことができ、所望の状態の画像を得ることができるようになる。
【００２４】
また、第４の構成の場合、記憶手段に画素位置対応に利得データやオフセット量を記憶させておき、サンプリングパルスに同期してこれを読出すことで、各画素位置での光検出信号に対する増幅度や付与するオフセット量を各別に変えることができ、得られる画像は画面の各位置で所望の状態に調整することができるようになる。
【００２５】
しかも、本発明装置は従来の走査型光学顕微鏡の光電信号処理回路においてもともと設けられている利得可変増幅手段の利得とオフセット付与手段のオフセット量を画像データを取得する際に用いるサンプリングパルスに同期して、可変できる回路構成を採用するといった簡易な構成で実現しており、従って、従来の走査型顕微鏡の光電変換回路のように、加算器や乗算器といった大規模なディジタル回路を付加して画像強調や画像補正処理をすることなく、これらの処理実施して画像の特定部位をリアルタイムに強調または補正して表示することができる。
【００２６】
【実施例】
本発明は、光源により標本に照射された光の反射光または透過光を光電変換回路で電気信号に変換し、該電気信号を可変利得増幅回路で増幅し、オフセット付与手段で直流成分を付与し、ディジタルデータに変換することで画像データを得るが、その際、前記可変利得増幅手段の利得と前記オフセット付与手段のオフセット量の少なくとも一方を画像データのサンプリングタイミングに同期して切り替えてゆくことを可能にすることによって、画像をその所望領域について所望の画像強調をしたり、画像補正をしたりすることができるもので、これをサンプリング時に行えることでリアルタイムで実施できるようにするものであり、従来の走査型光学顕微鏡の光電信号処理回路において、利得可変増幅器の利得とオフセット回路のオフセット量をサンプリングパルスに同期して、可変できる回路構成を採用するといった簡易な構成で、リアルタイムに画像強調または画像補正が可能な光電信号処理回路を得るものである。以下、本発明の実施例についてその詳細を図面を参照して説明する。
【００２７】
（第１実施例）
図１は、本発明を走査型レーザ顕微鏡に適用したアナログ画像強調処理回路の構成を示す図である。
【００２８】
第１実施例における処理回路は、光電変換回路１、可変利得増幅回路２、オフセット回路３、Ａ／Ｄ変換回路４Ａ、記憶回路５Ａ、Ｄ／Ａ変換回路６、メモリ７Ａ、Ｄ／Ａ変換回路９、メモリ１０Ａ、サンプリングパルス発生回路１１Ａ、ＣＰＵ １２Ａ、表示回路２０、設定操作器３０、マーカ発生器３１より構成される。
【００２９】
これらのうち、光電変換回路１は入射光対応の電気信号に変換するものであり、可変利得増幅回路２はこの光電変換回路１出力を増幅して出力する利得可変型の増幅回路である。オフセット回路３はこの可変利得増幅回路２の出力に所要の直流電圧を加算もしくは減算してオフセット調整する回路であり、Ａ／Ｄ変換回路４Ａはこのオフセット調整された信号を後述するサンプリングパルスに同期してディジタルデータに変換動作する回路である。
【００３０】
記憶回路５Ａは少なくとも１フレーム分の画像を記憶することができるフレームメモリであり、Ａ／Ｄ変換回路４Ａの出力するディジタルデータをサンプリングパルス発生回路１１Ａの出力する画像サンプリングレートのサンプリングパルスに同期して記憶し、また、サンプリングパルス発生回路１１Ａの出力する画像表示スキャン速度対応のサンプリングパルスで読出すもので、表示回路２０はこの記憶回路５Ａに記憶されたデータをディスプレイに表示制御する回路である。
【００３１】
ＣＰＵ １２Ａは、利得データやオフセット電圧値の設定制御などを含めシステムの制御の中枢を担うものであり、サンプリングパルス発生回路１１ＡはこのＣＰＵ １２Ａの制御のもとに所定レートのサンプリングパルスを発生する回路である。サンプリングパルス発生回路１１Ａはディスプレイの画像表示の走査速度に適合する速度（画像表示スキャン速度）で記憶回路５Ａの画像データを読出すことのできるレートのパルスと、レーザ光の走査に伴う画像サンプリングレートに適合した速度のパルスをそれぞれサンプリングパルスとして発生することができる。
【００３２】
また、メモリ７Ａは１フレーム分の画像の画素対応の容量を持ち、サンプリングパルス発生回路１１Ａの出力する画像サンプリングレート対応のサンプリングパルスに同期してアドレスを進めて記憶回路５Ａに記憶されている画像の画素位置対応に利得設定値を読出すメモリであり、各画素位置対応の利得設定値データはＣＰＵ １２Ａにより与えられて記憶保持する構成である。
【００３３】
また、Ｄ／Ａ変換回路６はこのメモリ７Ａよりサンプリングパルスに同期して読み出されるデータを受けて、当該データ対応のアナログ信号に変換して利得設定値として可変利得増幅回路２に与える回路である。
【００３４】
メモリ１０Ａは１フレーム分の画像の画素対応の容量を持ち、サンプリングパルス発生回路１１Ａの出力する画像サンプリングレート対応のサンプリングパルスに同期してアドレスを進めて記憶回路５Ａに記憶されている画像の画素位置対応のオフセット量を読出すメモリであり、各画素位置対応にオフセット量の設定データはＣＰＵ １２Ａにより与えられて記憶保持する構成である。
【００３５】
また、Ｄ／Ａ変換回路６はこのメモリ７Ａよりサンプリングパルスに同期して読み出されるデータを受けて、当該データ対応のアナログ信号に変換して利得設定値として可変利得増幅回路２に与える回路である。
【００３６】
本装置においては、設定操作器３０を操作することでＣＰＵ １２Ａがマーカ発生器３１に利得やオフセットを可変する領域のマーカ、例えば、方形枠画像や四隅の位置を示すかぎ括弧マーカ、円形枠画像等を操作量対応に発生し、これを表示回路２０に与えることで画像上に上記領域をマーカにより観察者にわかるように表示することができる。表示することのできるマーカの位置、数、大きさ、形状は設定操作器３０の操作により任意であり、これはＣＰＵ １２Ａの制御プログラムにより可能である。また、設定操作器３０の操作により各マーカ位置領域内はもとより、マーカ位置領域外についても、それぞれ個別に任意の利得値やオフセット量の設定ができるようにＣＰＵ １２Ａの制御プログラムが設定されている。
【００３７】
このような構成において光電変換回路１に入射した光はここで光電変換され、電気信号化され、該電気信号は可変利得増幅回路２で増幅された後、オフセット回路３で直流電気信号が加算もしくは減算され、さらに、Ａ／Ｄ変換回路４Ａに与えられる。Ａ／Ｄ変換回路４Ａは、サンプリングパルス発生回路１１Ａで生成された画像サンプリングレートのサンプリングパルスに同期して動作し、オフセット回路３から入力されるアナログの電気信号をディジタル変換する。
【００３８】
このようにしてオフセット回路３から入力されるアナログの電気信号はＡ／Ｄ変換回路４Ａにより量子化される。この量子化により得たディジタルデータはサンプリングパルス発生回路１１Ａで生成された画像サンプリングレートのサンプリングパルスに同期して記憶回路５Ａが書き込み動作されることにより、この記憶回路５Ａに記憶される。記憶回路５Ａはフレームメモリとなっており、一方、光電変換回路１に入射される光は、レーザ光源から出射され所定の走査速度でＸＹ走査制御されて標本に照射されてこの標本から得られたスポット状の光であって刻一刻の入射光は標本の表面の走査位置に密接に関係する。従って、記憶回路５Ａにはレーザ光の走査位置対応の画素位置にＡ／Ｄ変換回路４Ａからのデータを記憶するように制御することで、記憶回路５Ａ上には上記走査により得られた顕微鏡画像が記憶されることになる。従って、上述のサンプリングパルスはこのようなレーザ光源から出射光の上記所定の走査速度でのＸＹ走査のタイミングに対応したレートのパルスとなる必要がある。記憶回路５Ａの記憶内容（記憶画像）は必要に応じて表示回路２０に転送され画像化される。この場合の記憶回路５Ａの読出しパルスとしてサンプリングパルス発生回路１１Ａから与えられるサンプリングパルスは画像表示スキャン速度対応のパルスであり、画像記憶回路５Ａはこのパルスに同期して順に１画素分づつ読出し動作してその読出したデータを表示回路２０に与え、表示回路２０はこれを輝度信号化してディスプレイに画像として表示させる。
【００３９】
ここで、本装置では設定操作器３０の操作により、画面の所望の領域について画像強調したり、輝度調整したりすることができる。そのためには、設定操作器３０の操作により、画面の領域を指定し、その領域においてとるべき利得やオフセットの値を設定操作する。これによって、ＣＰＵ １２Ａに当該指令と操作量を入力する。
【００４０】
また、可変利得増幅回路２の利得と、オフセット回路３のオフセット量はこのように設定操作器３０の操作に対応して、ＣＰＵ １２Ａがメモリ７Ａ、メモリ１０Ａにそれぞれ画面の上記指定された領域対応アドレス内に、上記指定された値を設定制御することで画素位置対応に与えることが可能になる。
【００４１】
そして、ＣＰＵ １２Ａによるサンプリングパルス発生回路１１Ａに対する設定によってサンプリングパルスに同期してアドレスが更新されてメモリ７Ａ、メモリ１０Ａよりそのアドレス対応のデータが読み出され、それぞれのメモリに対応するＤ／Ａ変換回路６、Ｄ／Ａ変換回路９に与えられることにより、可変利得増幅回路２の利得とオフセット回路３のオフセット量が決定される。そして、サンプリングされるデータはその決定された利得で増幅され、その決定されたオフセット量分のオフセットが与えられることとなる。
【００４２】
サンプリングパルスに同期している場合、サンプリングされる画像データの画素位置対応にメモリ７Ａ、メモリ１０Ａのアドレスが更新されるようにできるから、このようにすると領域指定した部分ではその部分での利得やオフセット量の値を読出すことができ、領域位置に応じた設定利得で増幅し、設定オフセット量を付加したかたちで画像データを得ることが可能になる。
【００４３】
ゆえに、設定操作器３０の操作により、画面の所望の領域について画像強調したり、輝度調整したりすることができるようになり、また、設定操作器３０の操作による画面の所望の領域はＣＰＵ １２Ａがマーカ発生回路３１に対して設定操作器３０の操作内容対応の情報を与えることでマーカ発生回路３１が、ディスプレイの画面における対応位置にマーカ像を描画できるようなタイミングでマーカ像信号を発生し、表示回路２０に与えることから、観察者はディスプレイの画面上で所望の領域を指定したり、その領域内での利得やオフセット量を設定したりすることができ、また、その結果、画像がどのようになるかも確認できるようになる。
【００４４】
なお、メモリ７Ａ、メモリ１０Ａの記憶容量は最小１画素分から最大全画素分に対応する。そのため、画像中の指定した領域について、それぞれの画素位置の画像データを、サンプリング時において利得調整したり、オフセット調整して収集することができ、その部分の濃度変化の強調や輝度調整をすることができる他、１画面ずつ、それぞれの画面毎に増幅度やオフセットを変えた画像を得るようにしたりするなど、種々の応用が可能となる。
【００４５】
例えば、本装置ではサンプリングパルス発生回路１１Ａに対するＣＰＵ １２Ａからの設定により、メモリ７Ａ、メモリ１０Ａに対するサンプリングパルスの入力周期を画面毎とすることができる。これにより例えば、サンプリングする１画面分の像の全体をある特定アドレス対応のデータ値で増幅、オフセット量加算して取得するといったことができるようになるので、例えば、ＣＰＵ １２Ａからの設定により、メモリ７Ａ、メモリ１０Ａのアドレスに、順に異なる利得とオフセット量のデータを設定しておき、画素位置単位ではなく画面単位でアドレスを進めることで、一画面ずつ順に異なる利得とオフセット量で画像データ収集して、利得とオフセット量を順次替えた画像を観察するといったことが可能になる。
【００４６】
本装置により、オフセット回路のオフセット量と可変利得増幅回路の利得の両方または片方をサンプリングタイミングに同期して可変することによる効果をつぎに具体例を参照して説明する。
【００４７】
図２（ａ）は画面１枚分のサンプリング期間中の利得とオフセット量を一定に設定した状態で、光の反射量または透過量が一定な試料（標本）を走査型レーザ顕微鏡で観察した場合の画像の例を示しており、光学系の特性により画像の左右端で光電変換回路１の受光量が減少し、画像が暗くなった場合を示している。
【００４８】
また、図２（ａ）の画像においては、サンプリングは画面左上から右下にかけてＸＹ走査により行われている。すなわち、１ライン内のサンプリングは画面の矢印Ａ −−＞Ｂで示されるように左から右に行われ、さらに１ライン毎のサンプリングが矢印Ｃ −−＞Ｄで示されるように上から下方向に繰り返されている。
【００４９】
そこで、（ａ）の標本を観測する場合に、可変利得増幅回路２の利得がＡからＢの方向に（ｂ）の特性曲線１４で示す如く連続的に変化するような利得値列を、メモリ７にそのアドレス順に予め設定しておき、サンプリング位置対応にアドレス更新して読出してゆけば、（ｃ）のような均質な画像が得られ、光学系の特性を補正することが可能である。
【００５０】
つぎに（ａ）は画面１枚分のサンプリング期間中の利得とオフセット量を一定に設定した状態において、ある標本を走査型レーザ顕微鏡で観察した画像を示している。このケースはバックグランド１６と観察対象部１７の輝度の差が少ない例を示している。バックグランド１６と観察対象部１７の輝度の差が少ないということは全体的に同じような状態に見えることを意味するから、観察がしにくいということになる。
【００５１】
そこで、注目部位として観察対象部１７を強調表示したいとする要求が起きる。この場合には、（ｂ）に示すように注目部位を含むその近傍の所望とする領域を画像強調部１９として指定し、この画像強調部１９のオフセット量として他の領域部分より大きな値を設定するようにメモリ１０Ａにデータ記憶したうえで画素位置対応にメモリ１０Ａのアドレスを更新しつつ、そのアドレス内のデータを読出してオフセット回路３のオフセット値を変えながら標本観測すれば、画像強調部１９では画像が明るくなり、注目部位である（ａ）での観察対象部１７は（ｂ）に示すようにより明るい観察対象部１８となって注目部位が明瞭となった画像を観察することができる。
【００５２】
（第２実施例）
図４は図１の可変利得増幅回路２とオフセット回路３を入れ換えたものであり、第１の実施例において利得調整を行ったのちの信号についてオフセット調整を行う構成としたものに対して、先にオフセット調整を行い、そののちに利得調整を行う構成としたものである。利得調整を先に施すと、オフセット量の調整の自由度が狭められるが、第２実施例ではオフセット量の自由度を高くすることができる。もちろん、どちらを先に設定変更するかでどちらの自由度が狭められるかは決まるものであるから、いちがいにこのようなことがいえるわけではないが、オフセット回路３を前段にすると観察対象部の強調表示の範囲の自由度をより高くする装置構成がとりやすくなる。反面、可変利得増幅回路２は入力信号レベルの範囲が大きくなり、それ相応の入力特性、増幅率可変範囲の増幅器が必要となる。しかし、基本的な動作ならびに図２や図３の画像が観測できる効果は上述の第１実施例と同じである。
【００５３】
以上、種々の実施例を説明したが、本明細書中には以下の発明が含まれる。
［１］ 標本に対してスポット光を走査してその光を検出し、画像データを得る走査型光学顕微鏡において、前記検出した光を画像データとして得る光電信号処理回路に、前記検出された光対応の信号を増幅する利得可変増幅器を設けると共に、この利得可変増幅器の利得をサンプリングパルスに同期して可変する回路を設ける構成とした。
【００５４】
この構成を採用することにより、増幅率をサンプリングパルスに同期して可変することができ、リアルタイムに画像補正が可能でこれを画素位置対応、あるいは領域対応に行うことができ、所望の状態の画像を得ることができるようになる光電信号処理回路を有した走査型光学顕微鏡を得ることができる。
【００５５】
［２］ 標本に対してスポット光を走査してその光を検出し、画像データを得る走査型光学顕微鏡において、前記検出した光を画像データとして得る光電信号処理回路に、前記検出された光対応の信号に所望オフセット値を付与するためのオフセット量設定可能なオフセット回路を用いると共に、オフセット回路のオフセット量をサンプリングパルスに同期して可変する回路を設ける構成とした。
【００５６】
この構成を採用することにより、オフセット量をサンプリングパルスに同期して可変することができ、リアルタイムに画像強調が可能でこれを画素位置対応、あるいは領域対応に行うことができ、所望の状態の画像を得ることができるようになる光電信号処理回路を有した走査型光学顕微鏡を得ることができる。
【００５７】
［３］ 標本に対してスポット光を走査してその光を検出し、画像データを得る走査型光学顕微鏡において、前記検出した光を画像データとして得る光電信号処理回路に、前記検出された光対応の信号を増幅する利得可変増幅器と、前記検出された光対応の信号に所望オフセット値を付与するためのオフセット量設定可能なオフセット回路を用いると共に、前記利得可変増幅器の利得と前記オフセット回路のオフセット量をサンプリングパルスに同期して可変する回路を設ける構成とした。
【００５８】
この構成を採用することにより、増幅率やオフセット量をサンプリングパルスに同期して可変することができ、リアルタイムに画像補正や画像強調ができると共にこれを画素位置対応、あるいは領域対応に行うことができ、所望の状態の画像を得ることができるようになる光電信号処理回路を有した走査型光学顕微鏡を得ることができる。
【００５９】
［４］ 上記［１］乃至［３］の構成において、利得可変増幅器の利得やオフセット回路のオフセット量をサンプリングパルスに同期して可変する回路は１画面の画素対応の容量を有し、画素単位でデータを保持するメモリと、そのメモリの読出しデータを対応する利得可変増幅器またはオフセット回路に与えるＤ／Ａ変換手段とより構成する。
【００６０】
メモリに画素位置対応に利得データやオフセット量を記憶させておき、サンプリングパルスに同期してこれを読出すことで、各画素位置での光検出信号に対する増幅度や付与するオフセット量を各別に変えることができ、得られる画像は画面の各位置で所望の状態に調整することができるようになる。
【００６１】
［５］ 上記［４］の装置において、領域を設定すると共にその設定した領域での増幅度もしくはオフセット値の少なくとも一方の情報を設定する操作手段と、その操作入力に基づいて上記領域を示す情報を画面に付与する手段と、上記操作入力に基づいてその領域対応に上記メモリに上記情報を記憶設定する制御手段とを設けた。
【００６２】
操作手段による領域設定は画面に表示されることから領域を把握してその領域での増幅度やオフセット量を設定することが可能になり、しかも、その増幅度やオフセット量は制御手段により操作手段による設定領域対応にメモリに記憶させることができる。そのため、画像の目的領域を所望の増幅度やオフセット量とした画像を得ることができ、しかもリアルタイムに画像強調または画像補正が可能となる。
【００６３】
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、種々変形して実施可能である。例えば、上記実施例は走査型光学顕微鏡の光電信号処理回路に適用した例を示したが、光電変換回路の後段以降の構成を見る限り、画像をＸＹスキャンして表示する映像信号、例えば、テレビジョンの映像信号等のような信号についてサンプリングして画像データ化するシステム一般にそのサンプリング系の回路として適用することができるものである。従って、つぎのようなものも本発明の実施例に含まれる。
【００６４】
［ｉ］ 映像信号をＸＹスキャンして画像表示する映像信号をサンプリングして画像データを得るサンプリング回路として、映像信号を増幅する利得可変増幅器を設けると共に、この利得可変増幅器の利得をサンプリングパルスに同期して可変する可変回路を設ける構成とする。
【００６５】
この構成を採用することにより、増幅率をサンプリングパルスに同期して可変することができ、リアルタイムに画像補正が可能でこれを画素位置対応、あるいは領域対応に行うことができ、所望の状態の画像となる画像データをサンプリンッグできるようになるサンプリング回路を得ることができる。
【００６６】
［ｉｉ］ 映像信号をＸＹスキャンして画像表示する映像信号をサンプリングして画像データを得るサンプリング回路として、前記映像信号に所望オフセット値を付与するためのオフセット量設定可能なオフセット回路を用いると共に、オフセット回路のオフセット量をサンプリングパルスに同期して可変する可変回路を設ける構成とした。
【００６７】
この構成を採用することにより、オフセット量をサンプリングパルスに同期して可変することができ、リアルタイムに画像強調が可能でこれを画素位置対応、あるいは領域対応に行うことができ、所望の状態の画像を得ることができるようになる。
【００６８】
［ｉｉｉ］ 映像信号をＸＹスキャンして画像表示する映像信号をサンプリングして画像データを得るサンプリング回路として、前記映像信号を増幅する利得可変増幅器と、前記検出された光対応の信号に所望オフセット値を付与するためのオフセット量設定可能なオフセット回路を用いると共に、前記利得可変増幅器の利得と前記オフセット回路のオフセット量をサンプリングパルスに同期して可変する可変回路を設ける構成とした。
【００６９】
この構成を採用することにより、増幅率やオフセット量をサンプリングパルスに同期して可変することができ、リアルタイムに画像補正や画像強調ができると共にこれを画素位置対応、あるいは領域対応に行うことができ、所望の状態の画像を得ることができるようになる。
【００７０】
［ｉｖ］ 上記［ｉ］ 乃至［ｉｉｉ］ の構成において、利得可変増幅器の利得やオフセット回路のオフセット量をサンプリングパルスに同期して可変する回路は１画面の画素対応の容量を有し、画素単位でデータを保持するメモリと、そのメモリの読出しデータを対応する利得可変増幅器またはオフセット回路に与えるＤ／Ａ変換手段とより構成する。
【００７１】
メモリに画素位置対応に利得データやオフセット量を記憶させておき、サンプリングパルスに同期してこれを読出すことで、各画素位置での光検出信号に対する増幅度や付与するオフセット量を各別に変えることができ、得られる画像は画面の各位置で所望の状態に調整することができるようになる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光源により標本に照射された光の反射光または透過光を光電変換回路で電気信号に変換し、該電気信号を所定のサンプリングパルスでサンプリングして画像データを得る走査型光学顕微鏡において、前記電気信号を可変利得増幅回路で増幅し、さらにオフセット回路で直流成分を加算もしくは減算し、さらにＡ／Ｄ変換回路でディジタルデータに変換して画像データを得るにあたり、可変利得増幅回路の利得とオフセット回路のオフセット量の少なくとも一方を、サンプリングタイミングに同期して可変する構成としたものであり、更には可変量を画素位置対応に設定して画素毎に所要の調整を行いながら画像データを得ることができるようにしたものであるから、従来のように、ディジタル回路で構成される加算器や乗算器といった大規模で複雑な回路を付加することなく画像の特定部分の補正や強調がリアルタイムに実施でき、安価なシステム構成でしかも、回路を大型化することなく実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の装置の効果を説明するための図。
【図３】本発明の装置の効果を説明するための図。
【図４】本発明の第２実施例の構成を示すブロック図。
【図５】従来例を説明するためのブロック図。
【図６】従来例を説明するためのブロック図。
【符号の説明】
１…光電変換回路
２…可変利得増幅回路
３…オフセット回路
４Ａ…Ａ／Ｄ変換回路
５Ａ…記憶回路
６，９…Ｄ／Ａ変換回路
７Ａ，１０Ａ…メモリ
１１Ａ…サンプリングパルス発生回路
１２Ａ…ＣＰＵ
２０…表示回路
３０…設定操作器
３１…マーカ発生器
Claims (7)
- 標本に対してスポット光を走査してその光を検出し、画像データを得る走査型光学顕微鏡において、
前記検出した光を画像データとして得る光電信号処理手段に、
前記検出された光対応の信号を増幅する利得可変増幅手段と、
画素単位又は領域単位で利得設定データを保持する利得設定データ保持用メモリと、
その利得設定データ保持用メモリより読み出される利得設定データを利得可変増幅手段に与え、この利得可変増幅手段の利得をサンプリングパルスに同期して可変する利得設定値可変手段を設ける構成としたことを特徴とする走査型光学顕微鏡。 - 標本に対してスポット光を走査してその光を検出し、画像データを得る走査型光学顕微鏡において、
前記検出した光を画像データとして得る光電信号処理手段に、
前記検出された光対応の信号に所望オフセット値を付与するためのオフセット量設定可能なオフセット付与手段と、
画素単位又は領域単位でオフセット量設定値データを保持するオフセット量設定値データ保持用メモリと、
そのオフセット量設定値データ保持用メモリより読み出されるオフセット量設定値データをオフセット付与手段に与え、このオフセット付与手段のオフセット量をサンプリングパルスに同期して可変するオフセット量設定値可変手段を設ける構成としたことを特徴とする走査型光学顕微鏡。 - 標本に対してスポット光を走査してその光を検出し、画像データを得る走査型光学顕微鏡において、
前記検出した光を画像データとして得る光電信号処理手段に、
前記検出された光対応の信号を増幅する利得可変増幅手段と、
前記検出された光対応の信号に所望オフセット値を付与するためのオフセット量設定可能なオフセット付与手段と、
画素単位又は領域単位で利得設定値データを保持する利得設定値データ保持用メモリと、
その利得設定値データ保持用メモリより読み出される利得設定値データを利得可変増幅手段に与え、この利得可変増幅手段の利得をサンプリングパルスに同期して可変する利得設定値可変手段と、
画素単位又は領域単位でオフセット量設定値データを保持するオフセット量設定値データ保持用メモリと、
そのオフセット量設定値データ保持用メモリより読み出されるオフセット量設定値データをオフセット付与手段に与え、このオフセット付与手段のオフセット量をサンプリングパルスに同期して可変するオフセット量設定値可変手段とを設ける構成としたことを特徴とする走査型光学顕微鏡。 - 前記利得設定値可変手段の前記利得設定値データ保持用メモリは、
１フレーム分の画像の画素対応の容量を有することを特徴とする請求項１又は３項記載の走査型光学顕微鏡。 - 前記オフセット量設定値可変手段の前記オフセット量設定値データ保持用メモリは、
１フレーム分の画像の画素対応の容量をを有することを特徴とする請求項２又は３項記載の走査型光学顕微鏡。 - 前記走査型光学顕微鏡は、
前記画像データを画像として表示するディスプレイ画面の画像に対して領域を指定する設定操作手段を備えており、
前記利得設定値データ保持用メモリに、前記設定操作手段によって指定された領域対応の利得設定値データを保持することを特徴とする請求項１又は３記載の走査型光学顕微鏡。 - 前記走査型光学顕微鏡は、
前記画像データを画像として表示するディスプレイ画面の画像に対して領域を指定する設定操作手段を備えており、
前記オフセット量設定値データ保持用メモリに、前記設定操作手段によって指定された領域対応のオフセット量設定値データを保持することを特徴とする請求項２又は３記載の走査型光学顕微鏡。
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