JP6081380B2 - レーザ走査型観察装置 - Google Patents

Description

本発明は、パルスレーザを被検体に照射し、被検体からの光を受光して得た検出信号のサンプリングを行うレーザ走査型顕微鏡やレーザ走査型内視鏡等のレーザ走査型観察装置に関する。

一般に、レーザ走査型顕微鏡は、例えば、図１に示すように、レーザ光を発振する光源５１と、光源５１からのレーザ光と被検体５９からの光とを分離するハーフミラー５２と、レーザ光をＸ、Ｙ方向に走査するガルバノミラー５３と、レーザ光を被検体５９に照射する対物レンズ５４と、被検体５９からの光から散乱光等を除去して焦点位置だけの光を抽出するピンホール５５と、ピンホール５５を通過した光を受光する受光素子５６と、受光素子５６にて光電変換されたアナログの電気信号が供給される画像処理部５７を有して構成される。画像処理部５７は、独立した発振器などにより任意に定めたサンプリングクロックによって、供給されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号を図示しないメモリに記憶する。そして、メモリに記憶したデジタル信号を用いてレーザ光の走査に同期した画像を構成し、構成した画像をモニタディスプレイ５８上に表示する。

レーザ走査型顕微鏡におけるレーザ光には、一般的には連続発振型のレーザが用いられる。しかしながら、近年、研究対象となる被検体の多様化から様々な波長のレーザ光が使用され、モード同期法等によりパルス発振させるものも多い。そして、例えば、被検体からの多光子蛍光を検出するために、モード同期超短パルスレーザが利用されるようになっている。

パルス光を用いた走査型顕微鏡では、被検体にパルス光を照射し、被検体からの光を光検出部で受光し、光検出部が出力した検出信号をサンプリングし、サンプリングした検出信号の強度を画素値として画像を構成する。ここで、被検体からの光を受光して得られる検出信号は、時間の経過とともに光強度が減衰した信号となる。
従って、検出信号の強度が最大となるときに、検出部からの検出信号をサンプリングすれば、最も検出感度の高い画像が得られることになる。

しかし、パルスレーザを用いたレーザ走査型顕微鏡は、一般的には、パルスレーザとサンプリングクロックが同期しておらず、強度が最大となるときの検出信号をサンプリングするとは限らない。このため、検出信号の強度が最大となるときの画像を生成できずに、画像が暗くなるといった問題が起こり得る。

しかるに、次の特許文献１には、例えば、図２に示すように、パルスレーザを発振するパルスレーザ発振手段としてのレーザ装置６１と、被検体７０からの光を受光し電気信号を出力する光検出部としての光電変換部６２と、光検出部６２からの電気信号をサンプリングするサンプリング手段としてのＡ/Ｄ変換部６３と、サンプリング手段６３がサンプリングしたデータを蓄積するメモリ６４と、パルスレーザの発振を検出するレーザ発振検出部６５により検出されたレーザ発振信号に応答して、パルスレーザの発振に同期した同期信号を出力する同期信号発生手段としてのレーザ発振同期信号発生回路部６６を備えるとともに、同期信号を任意の時間遅延させ、トリガ信号を出力する遅延回路部６７と、遅延回路部６７が遅延させる同期信号の遅延時間Δｔを与えるための外部入力回路６８を備え、サンプリング手段６３が遅延回路部６７からのトリガ信号をサンプリングクロックとして用いてサンプリングを行うようにしたレーザ走査型顕微鏡が記載されている。そして、特許文献１には、多光子蛍光検出において、検出信号を効率よく得るために、レーザの発振モードに同期したサンプリングを行う手法が提案されている。なお、図２中、６９はメモリ６４に蓄積された検出信号により構成される画像を表示する画像表示部である。

特許文献１に記載のレーザ走査型顕微鏡では、光電変換後の検出信号とトリガ信号を時間的に比較し検出信号のピークとトリガ信号のタイミングが一致するように、又は、画像が最も明るくなるように、外部入力回路６８から入力する遅延時間の値を変えることによって、強度が最大となるときの検出信号をサンプリングするタイミングを調整することができるようになっている。

特許第４６６７５７１号公報

特許文献１に記載のレーザ走査型顕微鏡のように、外部入力回路６８からの遅延時間の入力により、検出信号をサンプリングするタイミングが検出信号の強度が最大となるタイミングとなるように調整すれば、検出感度の高い画像が得られることになる。
しかし、実際には、個々の製品バラツキ、温度や湿度等の観察環境の違い、被検体の種類や状態の違い等により、検出信号の強度が最大となるタイミングが、個々のレーザ走査顕微鏡において異なってくる。

しかるに、特許文献１に記載のレーザ走査顕微鏡は、外部入力回路６８から入力する際の遅延時間として、観察条件等の違いに対応して最適な時間を自動的に検出する手段を備えていない。このため、特許文献１に記載のレーザ走査顕微鏡では、観察条件等が変わると、外部入力回路６８からの遅延時間の入力により、検出信号をサンプリングするタイミングが検出信号の強度が最大となるタイミングとなるように調整をするのが煩雑化し時間がかかってしまう。

また、特許文献１に記載のレーザ走査型顕微鏡は、検出信号をサンプリングするタイミングを、検出信号の強度が最大となることに着眼してタイミング調整を行っているが、画質を向上させる点に着眼してはタイミング調整を行っていない。レーザ走査型顕微鏡において、検出信号に基づいて構成される画像の画質を向上するためには、検出信号の強度のみでなく、コントラストやノイズを考慮して画像を構成することが必要である。

また、レーザの発振モードは数十ＭＨｚと高速であるため、微弱な蛍光を検出した信号は、高速応答、低ノイズで高倍率の増幅器により増幅する必要がある。高速応答の増幅器としては、ＡＣ結合型増幅器が知られている。ＡＣ結合型増幅器を用いると、低ノイズで高倍率に増幅できる。

しかしながら、ＡＣ結合型増幅器を用いると、出力信号はＤＣ成分が除去されたものとなるため、増幅された検出信号の大きさ（波高値）が、本来の波高値の半分の値になってしまい、隣接波の波高値の影響を受けるという問題があった。そのため、微弱な蛍光については、サンプリングした検出信号の強度を正しく得ることが難しく、検出信号に基づいて構成される画像の画質に悪影響が及び易い。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、異なる観察条件に対して、煩雑な調整をすることなく、画像構成に最適なタイミングで検出信号をサンプリングすることができ、さらには、検出信号のコントラストを最大化し、暗ノイズを差し引く等して、画質を向上させることの可能なレーザ走査型観察装置を提供することを目的としている。

また、本発明は、ＡＣ結合型増幅器を用いても、検出信号の強度を大きく検出でき、画質を向上させることの可能なレーザ走査型顕微鏡装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明によるレーザ走査型観察装置は、被検体を照射するためのパルスレーザを発振するパルスレーザ発振手段と、前記被検体からの光を受光し、検出信号を出力する光検出部と、前記パルスレーザ発振手段からの前記パルスレーザの発振を検知し、該パルスレーザの発振に同期した同期信号を出力する同期信号発生手段と、前記同期信号発生手段が出力した前記同期信号を任意の時間遅延させ、トリガ信号を出力する遅延回路部と、前記遅延回路部が出力した前記トリガ信号に同期して、前記光検出部が出力した検出信号をサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリング手段がサンプリングした前記検出信号を蓄積するメモリ部と、を備えたレーザ走査型観察装置において、前記遅延回路部が遅延させる前記同期信号の遅延時間を、該同期信号の１周期以内に少なくとも２以上の段階に設定可能な多段遅延設定部と、前記多段遅延設定部が設定した２以上の段階の遅延時間に応じて前記遅延回路部が出力した前記トリガ信号に同期し、前記サンプリング手段によりサンプリングされ前記メモリ部に蓄積された、各遅延段階での前記検出信号の強度データを用いて、画像構成に最適な遅延段階を判定する判定部と、を備え、前記多段遅延設定部は、前記判定部が判定した前記画像構成に最適な遅延段階に対応した遅延時間を、前記遅延回路部が遅延させる前記同期信号の遅延時間として設定し、前記遅延回路部が遅延させる前記同期信号の遅延時間を該画像構成に最適な遅延段階に対応した遅延時間に固定して観察を行えるようにしたことを特徴としている。

また、本発明のレーザ走査型観察装置においては、好ましくは、前記判定部は、前記メモリ部に蓄えられた各遅延段階での前記検出信号の強度データが最大となる遅延段階を、前記画像構成に最適な遅延段階として判定する。

また、本発明のレーザ走査型観察装置においては、好ましくは、更に、前記多段遅延設定部及び前記判定部による前記画像構成に最適な遅延段階に対応した遅延時間の設定処理を新規に行わせる、遅延設定スイッチを備える。

また、本発明のレーザ走査型観察装置においては、好ましくは、更に、前記パルスレーザ発振手段から発振される前記パルスレーザの前記被検体への照射のＯＮとＯＦＦとを切り替えるＯＮ−ＯＦＦ切替部を備え、前記判定部は、前記画像構成に最適な遅延段階の判定に際し、前記ＯＮ−ＯＦＦ切替部がＯＮのときとＯＦＦのときの前記多段遅延設定部が設定した各遅延段階での前記検出信号の強度データを用いる。

また、本発明のレーザ走査型観察装置においては、好ましくは、前記判定部は、更に、前記ＯＮ−ＯＦＦ切替部がＯＮのときとＯＦＦのときの前記多段遅延設定部が設定した各遅延段階での前記検出信号の強度データを用いて、該検出信号のコントラスト値を計算する。

また、本発明のレーザ走査型観察装置においては、好ましくは、前記判定部は、更に、前記ＯＮ−ＯＦＦ切替部がＯＦＦのときの前記多段遅延設定部が設定した各遅延段階での前記検出信号の強度データを用いて、暗ノイズを検出する。

また、本発明のレーザ走査型観察装置においては、好ましくは、更に、前記パルスレーザ発振手段から発振された前記パルスレーザの光路を少なくとも２以上に分岐し、異なる光路での光路長の違いから、前記パルスレーザ発振手段から発振される該パルスレーザの周期を逓倍した周期にして該パルスレーザを前記被検体へ照射する遅延光路部を有するとともに、前記ＯＮ−ＯＦＦ切替部を、前記遅延光路部において分岐された少なくとも１つの光路上に備え、前記パルスレーザ発振手段からの該パルスレーザの発振の１周期以内に前記ＯＮ−ＯＦＦ切替部のＯＮとＯＦＦとが切り替わるようにする。

また、本発明のレーザ走査型観察装置においては、好ましくは、前記同期信号発生手段と前記遅延回路部とで、前記パルスレーザ発振手段からの前記パルスレーザの発振を検知した信号を前記パルスレーザ発振手段の発振モードに同期するサンプリングクロックを出力するサンプリングクロック発生手段をなし、更に、前記光検出部が出力した検出信号を増幅して出力するＡＣ結合型増幅器を有し、前記サンプリング手段は、前記サンプリングクロック発生手段が出力したサンプリングクロックに同期して、前記ＡＣ結合型増幅器が増幅して出力した検出信号をサンプリングし、更に、前記サンプリング手段がサンプリングした検出信号を用いて画像構成用の信号値を出力する処理部を有するレーザ走査型顕微鏡装置であって、前記サンプリング手段は、２系統のＡＤ変換手段を有し、前記処理部は、前記サンプリング手段がサンプリングした前記検出信号を蓄積する前記メモリ部と前記判定部とからなる、前記２系統のＡＤ変換手段の夫々におけるサンプリングのタイミングの遅延量を前記夫々の系統ごとに調整して設定可能な遅延量設定手段と、前記遅延量設定手段によって設定されたタイミングでサンプリングされた前記２系統のＡＤ変換手段からの検出信号の差分を画像構成用の信号値として出力する差分演算部を有する。

また、本発明のレーザ走査型顕微鏡装置においては、好ましくは、前記遅延量設定手段は、前記２系統のＡＤ変換手段のサンプリングのタイミングの遅延量を、互いにパルスレーザの発振周波数の半周期分ずれるように調整する。

また、本発明のレーザ走査型顕微鏡装置においては、好ましくは、前記遅延量設定手段は、前記２系統のＡＤ変換手段のうち、第１の系統のＡＤ変換手段のサンプリングのタイミングの遅延量を、該第１の系統のＡＤ変換手段からの検出信号が最大となるように調整し、且つ、第２の系統のＡＤ変換手段のサンプリングのタイミングの遅延量を、該第２の系統のＡＤ変換手段からの検出信号が最小となるように調整する。

本発明によれば、異なる観察条件に対して、煩雑な調整をすることなく、画像構成に最適なタイミングで検出信号をサンプリングすることができ、さらには、検出信号のコントラストを最大化し、暗ノイズを差し引く等して、画質を向上させることの可能なレーザ走査型観察装置が得られる。

また、本発明によれば、ＡＣ結合型増幅器を用いても、検出信号の強度を大きく検出でき、画質を向上させることの可能なレーザ走査型顕微鏡装置が得られる。

従来の一般的なレーザ走査型顕微鏡の構成例を示す説明図である。 特許文献１に記載のレーザ走査型顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。 光検出器が出力した検出信号をＡＣ結合型増幅器で増幅するタイプのレーザ走査型顕微鏡の概略構成並びにパルスレーザの発振波形、光検出部で光電変換して出力される電流信号の波形及びＡＣ結合型増幅器で増幅された電圧信号の波形を概念的に示す説明図である。 本発明のレーザ走査型顕微鏡装置における、ＡＣ結合型増幅器で増幅された電圧信号を用いた画像構成用信号の出力処理を概念的に示す説明図である。 本発明の第１実施形態にかかるレーザ走査型観察装置の概略構成を示すブロック図である。 図５のレーザ走査型観察装置における検出部で光電変換して出力される電気信号と、パルスレーザの発振に同期した同期信号、及び同期信号を遅延させるタイミングの一例を示す説明図である。 図５のレーザ走査型観察装置におけるパルスレーザの発振、光検出部が光電変換して出力した電気信号、パルスレーザの発振に同期した同期信号、同期信号から所定の時間遅延して出力されるトリガ信号（サンプリングクロック）のタイミングチャートの一例を示す説明図である。 図５のレーザ走査型観察装置における、検出信号をサンプリングするタイミングを最適化する遅延時間の設定手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態にかかるレーザ走査型観察装置の概略構成を示すブロック図である。 図９のレーザ走査型観察装置におけるパルスレーザの発振、光検出部が光電変換して出力した電気信号、パルスレーザの発振に同期した同期信号、同期信号から所定の時間遅延して出力されるトリガ信号（サンプリングクロック）のタイミングチャートの一例を示す説明図である。 本発明の第３実施形態にかかるレーザ走査型観察装置の概略構成を示すブロック図である。 図１１のレーザ走査型観察装置に備わる遅延光路部の一例を示す説明図である。 図１１のレーザ走査型観察装置における図１２の遅延光路部により生じるパルスレーザの時間遅延を示す説明図で、(a)は遅延光路部の第１の光路を通るパルスレーザ、(b)は遅延光路部の第２の光路を通って時間遅延を生じたパルスレーザ、(c)は遅延光路部の第３の光路を通って時間遅延を生じたパルスレーザ、(d)は遅延光路部の第４の光路を通って時間遅延を生じたパルスレーザ、(e)は遅延光路部の第１〜第４の光路を通ることより、逓倍化した周期を形成したパルス列を示す図である。 本発明の第４実施形態にかかるレーザ走査型顕微鏡装置の概略構成を示すブロック図である。 図１４のレーザ走査型顕微鏡装置における要部構成を示すブロック図である。 図１４のレーザ走査型顕微鏡装置におけるパルスレーザの発振、光検出部が光電変換して出力した電気信号、パルスレーザの発振に同期した同期信号、同期信号から所定の時間遅延して出力される第１の系統のＡＤ変換手段でサンプリングさせるためのサンプリングクロック、同期信号から所定の時間遅延して出力される第２の系統のＡＤ変換手段でサンプリングさせるためのサンプリングクロックのタイミングチャートの一例を示す説明図である。 図１４のレーザ走査型顕微鏡装置における、２系統のＡＤ変換手段の夫々で検出信号をサンプリングするタイミングを最適化する遅延時間の設定手順の一例を示すフローチャートである。 上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）に備わるサンプリングクロック発生手段における、サンプリングクロックに用いられるモニタ信号等に含まれるノイズを低減するための概略構成を示すブロック図である。 図１８のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）のサンプリングクロック発生手段に備わる素子の組み合わせの例を示す説明図で、(a)はその一例を示す図、(b)は他の例を示す図、(c)はさらに他の例を示す図である。 図１８のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）を用いたパルスレーザの発振からサンプリングクロックの発生までに発せられる夫々の光の波形を示す説明図で、(a)はパルスレーザ発振手段により発振されたパルスレーザの光の波形を示す図、(b)はパルスレーザ発振手段がパルスレーザを発振したときにパルスレーザ発振手段から発せられるモニタ信号の波形を示す図、(c)は(b)のモニタ信号が同期信号発生手段に備わる高倍率アンプ及び帯域フィルタを経由後の波形を示す図、(d)は(c)の信号が遅延回路部に備わるクロック素子に入力後、クロック素子から発振したサンプリングクロックの波形を示す図である。 上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）に備わるサンプリングクロック発生手段における、ＰＬＬ機能を有するクロック手段が、ＰＬＬ機能で追従可能な周波数範囲を超える広い周波数範囲を連続させて追従させることができるようにするための概略構成を示すブロック図である。 ＰＬＬ機能を有するクロック素子の概略構成を示す説明図で、(a)はＰＬＬ発振器の基本構成を示すブロック図、(b)はＰＬＬ周波数シンセサイザの基本構成を示すブロック図である。 図２１のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）のサンプリングクロック発生手段の構成を示すブロック図である。 図２１のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）のサンプリングクロック発生手段におけるロック状態探査制御処理手順の一例を示すフローチャートである。 図２１のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）におけるサンプリングクロック発生手段におけるロック状態探査制御処理手順の他の例を示すフローチャートである。 上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）における、画素に対するレーザの照射時間が変動しても、煩雑な操作をすることなく、画素ごとの明るさのバラツキをなくして、画質を向上させることができるようにするための概略構成を示すブロック図である。 レーザ走査型顕微鏡装置における走査手段による被検体に対するレーザの照射点を、共振現象を利用して走査する状態を概念的に示す説明図である。 図２７に示すレーザ走査型顕微鏡装置におけるレーザの照射点の走査位置に対する走査速度及び加算されるサンプリングされた検出信号のデータ数を示す説明図で、(a)はレーザの照射点の動きを概念的に示す図、(b)は(a)のレーザの照射点の動きを時間に対する走査位置で示すグラフ、(c)は(a)のレーザの照射点の動きを時間に対する走査速度で示すグラフ、(d)は画像化範囲内における所定の走査点に対応した時間に対する加算されるサンプリングされた検出信号のデータ数を示すグラフである。 図２６のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）の要部構成を示す説明図である。 除数２〜１６を２の累乗分の１の分数を加算した式で表示した例を示す説明図である。 図２９に示す除算回路の構成例を示す説明図で、(a)は２の累乗で除算した結果を２進表示で１ビット右へシフトしたレジスタを示す説明図、(b)は除数に応じて(a)のレジスタを組み合せて加算した例を示す説明図である。 図２６に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）におけるサンプリングクロック、サンプリングされた検出信号、ピクセルクロック、累積加算される検出信号データ、累積加算カウンタ、累積加算された検出信号データ、累積加算カウント数、累積加算された検出信号データを累積加算カウント数で除算した１画素あたりの検出信号の平均値を示すタイミングチャートである。

実施形態の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
本発明のレーザ走査型観察装置は、被検体を照射するためのパルスレーザを発振するパルスレーザ発振手段と、前記被検体からの光を受光し、検出信号を出力する光検出部と、前記パルスレーザ発振手段からの前記パルスレーザの発振を検知し、該パルスレーザの発振に同期した同期信号を出力する同期信号発生手段と、前記同期信号発生手段が出力した前記同期信号を任意の時間遅延させ、トリガ信号を出力する遅延回路部と、前記遅延回路部が出力した前記トリガ信号に同期して、前記光検出部が出力した検出信号をサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリング手段がサンプリングした前記検出信号を蓄積するメモリ部と、を備えたレーザ走査型観察装置において、前記遅延回路部が遅延させる前記同期信号の遅延時間を、該同期信号の１周期以内に少なくとも２以上の段階に設定可能な多段遅延設定部と、前記多段遅延設定部が設定した２以上の段階の遅延時間に応じて前記遅延回路部が出力した前記トリガ信号に同期し、前記サンプリング手段によりサンプリングされ前記メモリ部に蓄積された、各遅延段階での前記検出信号の強度データを用いて、画像構成に最適な遅延段階を判定する判定部と、を備え、前記多段遅延設定部は、前記判定部が判定した前記画像構成に最適な遅延段階に対応した遅延時間を、前記遅延回路部が遅延させる前記同期信号の遅延時間として設定し、前記遅延回路部が遅延させる前記同期信号の遅延時間を該画像構成に最適な遅延段階に対応した遅延時間に固定して観察を行えるようにしている。

本発明のレーザ走査型観察装置のように、前記遅延回路部が遅延させる前記同期信号の遅延時間を、該同期信号の１周期以内に少なくとも２以上の段階に設定可能な多段遅延設定部を備えれば、検出信号を少なくとも２通り以上のタイミングでサンプリングすることができ、製品バラツキ、観察環境の違い、被検体の種類や状態の違い等により検出信号の強度が最大となるタイミングが、設計上のタイミングと異なっていても、より高精度に、検出信号のサンプリングに最適なタイミングを選択できる。
また、前記多段遅延設定部が設定した２以上の段階の遅延時間に応じて前記遅延回路部が出力した前記トリガ信号に同期し、前記サンプリング手段によりサンプリングされ前記メモリ部に蓄積された、各遅延段階での前記検出信号の強度データを用いて、画像構成に最適な遅延段階を判定する判定部を備えれば、検出信号のサンプリングに最適なタイミングを自動的に選択することができる。
また、前記多段遅延設定部を、前記判定部が判定した前記画像構成に最適な遅延段階に対応した遅延時間を、前記遅延回路部が遅延させる前記同期信号の遅延時間として設定し、前記遅延回路部が遅延させる前記同期信号の遅延時間を該画像構成に最適な遅延段階に対応した遅延時間に固定して観察を行えるように構成すれば、判定部で選択したサンプリングに最適なタイミングで、検出信号を自動的にサンプリングすることができる。
このため、本発明のレーザ走査型観察装置によれば、異なる観察条件に対して、煩雑な調整をすることなく、画像構成に最適なタイミングで検出信号をサンプリングすることができる。

なお、本発明のレーザ走査型観察装置においては、好ましくは、前記判定部は、前記メモリ部に蓄えられた各遅延段階での前記検出信号の強度データが最大となる遅延段階を、前記画像構成に最適な遅延段階として判定する。

また、本発明のレーザ走査型観察装置において、更に、前記多段遅延設定部及び前記判定部による前記画像構成に最適な遅延段階に対応した遅延時間の設定処理を新規に行わせる、遅延設定スイッチを備えれば、例えば、実験室や被検体等の観察条件を変えたときであっても、操作者が簡単な操作をするだけで、検出信号を画像構成に最適なタイミングでサンプリングすることができる。

また、本発明のレーザ走査型観察装置においては、好ましくは、更に、前記パルスレーザ発振手段から発振される前記パルスレーザの前記被検体への照射のＯＮとＯＦＦとを切り替えるＯＮ−ＯＦＦ切替部を備え、前記判定部は、前記画像構成に最適な遅延段階の判定に際し、前記ＯＮ−ＯＦＦ切替部がＯＮのときとＯＦＦのときの前記多段遅延設定部が設定した各遅延段階での前記検出信号の強度データを用いる。
このようにすれば、パルスレーザが被検体へ照射されていないときの検出信号の強度も検出することが可能となり、コントラスト値や暗ノイズ等、検出信号の強度以外の要因を加えて判定した画質の向上に最適なサンプリングタイミングに調整することができ、さらには、画像を構成する際に暗ノイズを除去することで、画質をより一層向上させることができるようになる。

なお、本発明のレーザ走査型観察装置においては、好ましくは、前記判定部は、更に、前記ＯＮ−ＯＦＦ切替部がＯＮのときとＯＦＦのときの前記多段遅延設定部が設定した各遅延段階での前記検出信号の強度データを用いて、該検出信号のコントラスト値を計算する。
このようにすれば、コントラストが最大化する検出信号のタイミングを画像構成に最適なタイミングとして判定することが可能となり、画質を向上させることができる。

また、本発明のレーザ走査型観察装置においては、好ましくは、前記判定部は、更に、前記ＯＮ−ＯＦＦ切替部がＯＦＦのときの前記多段遅延設定部が設定した各遅延段階での前記検出信号の強度データを用いて、暗ノイズを検出する。
このようにすれば、サンプリングタイミングの調整と併行して、各タイミング設定時の暗ノイズ値を計測し、画像を構成する際に、その暗ノイズを除去して画質をより一層向上させることが可能となる。

また、本発明のレーザ走査型観察装置においては、好ましくは、更に、前記パルスレーザ発振手段から発振された前記パルスレーザの光路を少なくとも２以上に分岐し、異なる光路での光路長の違いから、前記パルスレーザ発振手段から発振される該パルスレーザの周期を逓倍した周期にして該パルスレーザを前記被検体へ照射する遅延光路部を有するとともに、前記ＯＮ−ＯＦＦ切替部を、前記遅延光路部において分岐された少なくとも１つの光路上に備え、前記パルスレーザ発振手段からの該パルスレーザの発振の１周期以内に前記ＯＮ−ＯＦＦ切替部のＯＮとＯＦＦとが切り替わるようにする。
このようにすれば、被検体へのレーザ照射のＯＮ−ＯＦＦ切替を高速に行うことが可能となるとともに、画像構成に最適なタイミングで検出信号をサンプリングするための一連の処理を高速に行うことができ、フレーム間処理等において、サンプリングタイミングを最適化させて、動画の解像度を向上させることが可能となる。

なお、本願のレーザ走査型観察装置には、例えば、レーザ走査型顕微鏡やレーザ走査型内視鏡が含まれる。また、被検体からの光としては、例えば、反射光、蛍光、散乱光等が該当する。

また、本発明のレーザ走査型観察装置においては、好ましくは、前記同期信号発生手段と前記遅延回路部とで、前記パルスレーザ発振手段からの前記パルスレーザの発振を検知した信号を前記パルスレーザ発振手段の発振モードに同期するサンプリングクロックを出力するサンプリングクロック発生手段をなし、更に、前記光検出部が出力した検出信号を増幅して出力するＡＣ結合型増幅器を有し、前記サンプリング手段は、前記サンプリングクロック発生手段が出力したサンプリングクロックに同期して、前記ＡＣ結合型増幅器が増幅して出力した検出信号をサンプリングし、更に、前記サンプリング手段がサンプリングした検出信号を用いて画像構成用の信号値を出力する処理部を有するレーザ走査型顕微鏡装置であって、前記サンプリング手段は、２系統のＡＤ変換手段を有し、前記処理部は、前記サンプリング手段がサンプリングした前記検出信号を蓄積する前記メモリ部と前記判定部とからなる、前記２系統のＡＤ変換手段の夫々におけるサンプリングのタイミングの遅延量を前記夫々の系統ごとに調整して設定可能な遅延量設定手段と、前記遅延量設定手段によって設定されたタイミングでサンプリングされた前記２系統のＡＤ変換手段からの検出信号の差分を画像構成用の信号値として出力する差分演算部を有する。

光検出器が出力した検出信号をＡＣ結合型増幅器で増幅するタイプのレーザ走査型顕微鏡では、例えば、図３に示すように、サンプル（被検体）にレーザを照射し、サンプルからの光を光検出部で電流信号に変換し、ＡＣ結合型増幅器で増幅して電圧信号を出力する。そして、出力された信号をサンプリングし、サンプリングした信号に対し所定の画像化処理を施して画像信号を出力する。
ここで、光検出器で出力した検出信号（電流信号）をＡＣ結合型増幅器で増幅して電圧信号として出力すると、出力信号はＤＣ成分が除去されたものとなる。このため、増幅された検出信号の大きさ（波高値）が、本来の波高値の半分の値になってしまう。

増幅された検出信号の大きさが本来の波高値の半分の値になると、例えば、微弱な蛍光を検出するような場合、隣接波の波高値の影響を大きく受けて、画質の精度が低下するおそれがある。
そこで、増幅された検出信号の大きさを２倍にすることも考えられるが、図３に概念的に示すように、検出信号は、形成する一つの波形ごとに大きさのバラツキがあり、しかも、ＡＣ結合型増幅器で増幅出力されることによって除去されるＤＣ成分は平均値である。このため、各波形における検出信号の信号値を２倍しても、本来の波高値との誤差が大きくなり、精度の高い画質を得ることが難しい。

しかるに、本発明のレーザ走査型顕微鏡装置のように、サンプリング手段が、２系統のＡＤ変換手段を有し、処理部が、２系統のＡＤ変換手段の夫々におけるサンプリングのタイミングの遅延量を夫々の系統ごとに調整して設定可能な遅延量設定手段と、前記遅延量設定手段によって設定されたタイミングでサンプリングされた２系統のＡＤ変換手段からの検出信号の差分を画像構成用の信号値として出力する差分演算部を有すれば、図４に示すように、第１の系統のＡＤ変換手段が、ＡＣ結合型増幅器で増幅して出力された電圧信号の波形がピークとなるタイミングでサンプリングするとともに、第２の系統のＡＤ変換手段が、ＡＣ結合型増幅器で増幅して出力された電圧信号の波形がディップとなるタイミングでサンプリングし、差分演算部が、夫々の系統でサンプリングされた信号の差分を取ることによって、ＡＣ結合型増幅器で増幅された検出信号の大きさ（波高値）が、本来の波高値の半分の値となっても、本来の波高値を得ることができる。その結果、例えば、微弱な蛍光を検出するような場合であっても、隣接波の波高値の影響が小さくなり、画質の精度が向上する。

また、本発明のレーザ走査型顕微鏡装置においては、好ましくは、前記遅延量設定手段は、前記２系統のＡＤ変換手段のサンプリングのタイミングの遅延量を、互いにパルスレーザの発振周波数の半周期分ずれるように調整する。
このようにすれば、例えば、第１の系統のＡＤ変換手段がＡＣ結合型増幅器で増幅して出力された電圧信号の波形が略ピークとなるタイミングでサンプリングし易くなるとともに、第２の系統のＡＤ変換手段がＡＣ結合型増幅器で増幅して出力された電圧信号の波形が略ディップとなるタイミングでサンプリングし易くなる。

なお、本発明のレーザ走査型顕微鏡装置においては、好ましくは、前記遅延量設定手段は、前記２系統のＡＤ変換手段のうち、第１の系統のＡＤ変換手段のサンプリングのタイミングの遅延量を、該第１の系統のＡＤ変換手段からの検出信号が最大となるように調整し、且つ、第２の系統のＡＤ変換手段のサンプリングのタイミングの遅延量を、該第２の系統のＡＤ変換手段からの検出信号が最小となるように調整する。
このようにすれば、ＡＣ結合型増幅器で増幅されて出力される検出信号を用いても、本来の波高値を高精度に得ることができ、画質の精度を一層向上させることができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
第１実施形態
図５は本発明の第１実施形態にかかるレーザ走査型観察装置の概略構成を示すブロック図である。図６は図５のレーザ走査型観察装置における検出部で光電変換して出力される電気信号と、パルスレーザの発振に同期した同期信号、及び同期信号を遅延させるタイミングの一例を示す説明図である。図７は図５のレーザ走査型観察装置におけるパルスレーザの発振、光検出部が光電変換して出力した電気信号、パルスレーザの発振に同期した同期信号、同期信号から所定の時間遅延して出力されるトリガ信号（サンプリングクロック）のタイミングチャートの一例を示す説明図である。図８は図５のレーザ走査型観察装置における、検出信号を読み出すタイミングを最適化する遅延時間の設定手順の一例を示すフローチャートである。

本実施形態のレーザ走査型観察装置は、図５に示すように、パルスレーザ発振手段１１と、光検出部１２と、同期信号発生手段１３と、遅延回路部１４と、サンプリング手段１５と、メモリ部１６と、多段遅延設定部１７と、判定部１８と、遅延設定スイッチ１９を有している。なお、図５中、２０はメモリ部１６から取り出したデジタル信号の強度を画素値としてデジタル画像を構成する画像構成部、３０は被検体（サンプル）である。

パルスレーザ発振手段１１は、被検体３０を照射するためのパルスレーザを発振するレーザ装置で構成されている。
光検出部１２は、例えば、フォトディテクタ、フォトマルチプライヤ、ＣＣＤイメージャ、ＣＭＯＳイメージャなどで構成され、パルスレーザ発振手段１１から発振されたパルスレーザを被検体３０に照射したときの被検体３０からの光を受光し、光電変換してアナログの電気信号を検出信号として出力する。なお、光検出部１２は、Ｉ／Ｖ変換器や増幅器による信号変換機能を内蔵したものでもよい。
同期信号発生手段１３は、例えば、パルスレーザ発振手段１１からのパルスレーザの発振と同期した電気信号として出力されるトリガ出力信号、あるいはパルスレーザの一部を例えばフォトディテクタやフォトマルチプライヤなどにより光電変換した電気信号を用いてパルスレーザ発振手段１１からのパルスレーザの発振を検知し、パルスレーザ発振手段１１からのパルスレーザの発振と同期したクロック信号を出力する。

遅延回路部１４は、同期信号発生手段１３が出力したクロック信号を、任意の時間として、多段遅延設定部１７から与えられた遅延時間（Δｔ）遅延させ、トリガ信号を出力する。遅延回路部１４は、例えば、遅延素子を複数組み合わせて所望の遅延時間を選択可能に構成してもよいし、ソフトウェアやＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を用いてデジタル信号処理にて、所望の遅延時間だけ遅延させたトリガ信号を出力させるように構成してもよい。
そして、同期信号発生手段１３と遅延回路部１４とで、サンプリングクロック発生手段２４を構成し、サンプリングクロック発生手段２４は、パルスレーザ発振手段１１からのパルスレーザの発振を検知した信号をパルスレーザ発振手段１１の発振モードに同期するサンプリングクロックを出力する。
サンプリング手段１５は、遅延回路部１４が出力したトリガ信号に同期し、光検出部１２が出力したアナログ信号をデジタル信号に変換してサンプリングする機能を備えたＡ／Ｄ変換部で構成されている。
メモリ部１６は、処理部２５に備えられており、サンプリング手段１５がサンプリングしたデジタル信号を蓄積（記憶）する。

多段遅延設定部１７は、遅延回路部１４が遅延させるクロック信号の遅延時間（Δｔ）を、クロック信号の１周期以内に少なくとも２以上の段階に設定する制御を行う。遅延回路部１４は、多段遅延設定部１７からの制御信号によってクロック信号の遅延時間が変化する構成となっている。なお、多段遅延設定部１７からの制御信号は、アナログ信号・デジタル信号のいずれでも構わない。また、多段遅延設定部１７は、遅延設定時に遅延回路部１４に設定する遅延段階の数及び遅延時間は、製造段階で設定されたものでもよいし、図示省略した外部入力手段を介して任意に設定することができるように構成されていてもよい。

判定部１８は、処理部２５に備えられており、多段遅延設定部１７が設定した２以上の段階の遅延時間に応じて遅延回路部１４が出力したトリガ信号に同期し、サンプリング手段１５によりサンプリングされメモリ部１６に蓄積（記憶）された、各遅延段階でのデジタル信号の強度データを比較し、画像構成に最適な遅延段階（遅延時間）を判定する。
詳しくは、判定部１８は、例えば、図６に示すように、メモリ部１６に蓄積（記憶）された検出信号を、多段遅延設定部１７が設定した遅延段階（図６の例では、Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３、Δｔ４）ごとに比較し、画像構成に最も適した遅延段階（検出信号をサンプリングするタイミング）を判定し、判定結果の遅延段階（例えば、図６の例において、多段遅延設定部１７が設定した遅延段階のうちで最も検出信号の強度が大きい遅延段階Δｔ２）を伝える信号を、多段遅延設定部１７へ送出する。
多段遅延設定部１７は、判定部１８が判定した画像構成に最適な遅延段階に対応した遅延時間を、遅延回路部１４が遅延させるクロック信号の遅延時間として設定する。

遅延設定スイッチ１９は、操作者の操作により、随時、多段遅延設定部１７及び判定部１８による画像構成に最適な遅延段階に対応した遅延時間の設定処理を新規に行わせることができるように構成されている。

このように構成された第１実施形態のレーザ走査型観察装置における遅延時間の設定手順を、図８を用いて説明する。
操作者が遅延設定スイッチ１９をＯＮにする（ステップＳ１）。すると、多段遅延設定部１７及び判定部１８が、遅延段階の設定処理を新規に開始する。
詳しくは、多段遅延設定部１７が、設定されるべき複数段階の遅延段階Δｔｎ（ｎは自然数）を遅延回路部１４に設定する（ステップＳ３）。すると、遅延回路部１４は、同期信号発生手段１３が出力した同期信号を、多段遅延設定部１７により設定された遅延段階Δｔｎに相当する時間、遅延させ、トリガ信号を出力する。
次いで、サンプリング手段１５が、遅延回路部１４が出力したトリガ信号に同期して、光検出部１２が出力したデジタルの検出信号をサンプリングする。そして、メモリ部１６が、サンプリング手段１５がサンプリングした検出信号を蓄積（記憶）する（ステップＳ４）。
これらステップＳ３〜ステップＳ４の処理を、遅延段階Δｔｎが最終段階に到達するまで繰り返す（ステップＳ５，Ｓ６）。
遅延段階Δｔｎが最終段階に到達したとき、判定部１８が、メモリ部１６に蓄積された各遅延段階での検出信号の強度データを比較し、検出信号の強度が最大となる遅延段階ｎ＿ｍａｘを、画像構成に最適な遅延段階として判定する（ステップＳ７）。
次いで、多段遅延設定部１７が、判定部１８が判定した画像構成に最適な遅延段階に対応した遅延時間を、遅延回路部１４が遅延させるクロック信号の遅延時間Δｔｎ＿ｍａｘとして設定する（ステップＳ８）。これにより、多段遅延設定部１７、判定部１８による遅延段階設定処理が終了する。これ以降の観察においては、遅延回路部１４は、観察に最適な遅延時間（例えばΔｔ２）に設定が固定される。

第１実施形態のレーザ走査型観察装置によれば、遅延回路部１４が遅延させる同期信号の遅延時間を、同期信号の１周期以内に少なくとも２以上の段階に設定可能な多段遅延設定部１７を備えたので、遅延時間（Δｔ）をパルスレーザ発振の周期内（言い換えれば、クロック信号の１周期以内）で少なくとも２通り以上に変化させるので、光電変換した電気信号の波形を、少なくとも２通り以上のタイミングでサンプリングすることができる。その結果、製品バラツキ、観察環境の違い、被検体３０の種類や状態の違い等により検出信号の強度が最大となるタイミングが、設計上のタイミングと異なっていても、より高精度に、検出信号のサンプリングに最適なタイミングを選択できる。

また、本実施形態のレーザ走査型観察装置によれば、多段遅延設定部１７が設定した２以上の段階の遅延時間に応じて遅延回路部１４が出力したトリガ信号に同期し、サンプリング手段１５によりサンプリングされメモリ部１６に蓄積された、各遅延段階での検出信号の強度データを用いて、画像構成に最適な遅延段階を判定する判定部１８を備えたので、検出に最適なタイミングを自動的に選択することができる。
また、多段遅延設定部１７を、判定部１８が判定した画像構成に最適な遅延段階に対応した遅延時間を、遅延回路部１４が遅延させる同期信号の遅延時間として設定し、遅延回路部１４が遅延させる同期信号の遅延時間を画像構成に最適な遅延段階に対応した遅延時間に固定して観察を行えるように構成したので、判定部１８で選択した検出に最適なタイミングで、検出信号を自動的にサンプリングすることができる。
このため、本実施形態のレーザ走査型観察装置によれば、異なる観察条件に対して、操作者は、煩雑な調整をすることなく、画像構成に最適なタイミングで検出信号をサンプリングすることができる。

また、本実施形態のレーザ走査型観察装置によれば、多段遅延設定部１７及び判定部１８による画像構成に最適な遅延段階に対応した遅延時間の設定処理を新規に行わせる、遅延設定スイッチ１９を備えたので、例えば、実験室や被検体等の観察条件を変えたときであっても、操作者が簡単な操作をするだけで、検出信号を画像構成に最適なタイミングでサンプリングすることができる。

第２実施形態
図９は本発明の第２実施形態にかかるレーザ走査型観察装置の概略構成を示すブロック図である。図１０は図９のレーザ走査型観察装置におけるパルスレーザの発振、光検出部が光電変換して出力した電気信号、パルスレーザの発振に同期した同期信号、同期信号から所定の時間遅延して出力されるトリガ信号（サンプリングクロック）のタイミングチャートの一例を示す説明図である。なお、図５と構成が同じものについては、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態のレーザ走査型観察装置は、図９に示すように、図５に示した第１実施形態のレーザ走査型観察装置の構成に加えて、パルスレーザ発振手段１１に、ＯＮ−ＯＦＦ切替部２１を備え、ＯＮ−ＯＦＦ切替部２１のＯＦＦ時に、パルスレーザ発振手段１１から発振されるパルスレーザの被検体３０への照射を一時停止し、その間にも光検出部１２による光電変換を続けることができるように構成されている。

ＯＮ−ＯＦＦ切替部２１は、例えば、シャッタ等、光の遮断と光の通過とを切り替え可能な遮光部材で構成されており、パルスレーザ発振手段１１から発振されるパルスレーザの被検体３０への照射のＯＮとＯＦＦとを切り替える。
判定部１８は、画像構成に最適な遅延段階の判定に際し、ＯＮ−ＯＦＦ切替部２１がＯＮのときとＯＦＦのときの多段遅延設定部１７が設定した各遅延段階での検出信号の強度データを用いる。
詳しくは、判定部１８は、更に、ＯＮ−ＯＦＦ切替部２１がＯＮのときとＯＦＦのときの多段遅延設定部１７が設定した各遅延段階での検出信号の強度データを用いて、検出信号のコントラスト値を計算する。
コントラストの算出式としては、例えば、｛(Ｓ＿ｏｎ)−(Ｓ＿ｏｆｆ)｝／｛(Ｓ＿ｏｎ)＋(Ｓ＿ｏｆｆ)｝や、(Ｓ＿ｏｎ)／(Ｓ＿ｏｆｆ)などの一般的な式を用いる。ただし、Ｓ＿ｏｎはＯＮ−ＯＦＦ切替部２１がＯＮのときの検出信号の強度、Ｓ＿ｏｆｆはＯＮ−ＯＦＦ切替部２１がＯＦＦのときの検出信号の強度である。

ここで、第２実施形態における判定部１８の処理を、例えば、多段遅延設定部が遅延段階Δｔ１、Δｔ２の２段階の遅延段階を設定した場合について、更に詳しく説明する。
遅延段階Δｔ１におけるＯＮ−ＯＦＦ切替部２１がＯＮのときの検出信号の強度をＳ＿ｏｎΔｔ１、ＯＦＦのときの検出信号の強度をＳ＿ｏｆｆΔｔ１、遅延段階Δｔ２におけるＯＮ−ＯＦＦ切替部２１がＯＮのときの検出信号の強度をＳ＿ｏｎΔｔ２、ＯＦＦのときの検出信号の強度をＳ＿ｏｆｆΔｔ２とする。また、便宜上、ＯＮ−ＯＦＦ切替部２１がＯＮのときの遅延段階ｔｎ１における検出信号の強度が遅延段階ｔｎ２における検出信号の強度に比べて大きい（Ｓ＿ｏｎΔｔ２＜Ｓ＿ｏｎΔｔ１である場合）ものとする。

第１実施形態のレーザ走査型観察装置では、判定部１８は、ＯＮ−ＯＦＦ切替部２１がＯＮのときの検出信号の強度が最大となる遅延段階Δｔ１を画像構成に最適な遅延段階として判定するように構成されている。
これに対し、第２実施形態のレーザ走査型観察装置では、判定部１８は、ＯＮ−ＯＦＦ切替部２１がＯＮのときの検出信号の強度が最大となる遅延段階を、直ちに画像構成に最適な遅延段階として判定するのではなく、例えば、コントラストが最大となる遅延段階も判定要因に加えて、画像構成に最適な遅延段階を判定する。

例えば、ＯＮ−ＯＦＦ切替部２１がＯＦＦのときの遅延段階Δｔ１における検出信号の強度と遅延段階Δｔ２における検出信号の強度とに差が生じない（Ｓ＿ｏｆｆΔｔ１＝Ｓ＿ｏｆｆΔｔ２）場合、遅延段階Δｔ１での検出信号のコントラスト(Ｓ＿ｏｎΔｔ１)／(Ｓ＿ｏｆｆΔｔ１)は、遅延段階Δｔ２での検出信号のコントラスト(Ｓ＿ｏｎΔｔ２)／(Ｓ＿ｏｆｆΔｔ２)に比べて大きくなる。この場合は、判定部１８は、第１実施形態のレーザ走査型観察装置と同様、ＯＮ−ＯＦＦ切替部２１がＯＮのときの検出信号の強度が最大となる遅延段階を、画像構成に最適な遅延段階として判定する。

これに対し、例えば、ＯＮ−ＯＦＦ切替部２１がＯＦＦのときの遅延段階Δｔ１における検出信号の強度が遅延段階Δｔ２における検出信号の強度に比べて大きい（Ｓ＿ｏｆｆΔｔ２＜Ｓ＿ｏｆｆΔｔ１）場合、遅延段階Δｔ１での検出信号のコントラスト(Ｓ＿ｏｎΔｔ１)／(Ｓ＿ｏｆｆΔｔ１)は、遅延段階Δｔ２での検出信号のコントラスト(Ｓ＿ｏｎΔｔ２)／(Ｓ＿ｏｆｆΔｔ２)に比べて必ずしも大きくなるとは限らない。
即ち、この場合、ＯＮ−ＯＦＦ切替部２１がＯＦＦのときの遅延段階Δｔ１においては、その直前のＯＮ−ＯＦＦ切替部２１がＯＮのときのパルスレーザの照射による検出信号の強度が完全に減衰しきっていないものと考えられる。残存している検出信号の強度にＯＮ−ＯＦＦ切替部２１がＯＮのときのパルスレーザの照射による検出信号の強度が重なることにより、検出信号の強度は大きくなるが、コントラストは弱くなる。このため、この遅延段階の信号強度を用いても必ずしも最適な画像を構成するとは限らない。

そして、遅延段階Δｔ１での検出信号のコントラスト(Ｓ＿ｏｎΔｔ１)／(Ｓ＿ｏｆｆΔｔ１)は、遅延段階Δｔ２での検出信号のコントラスト(Ｓ＿ｏｎΔｔ２)／(Ｓ＿ｏｆｆΔｔ２)に比べて小さくなる場合がある。この場合、ＯＮ−ＯＦＦ切替部２１がＯＦＦのときの遅延段階Δｔ２においては、遅延段階Δｔ１に比べて、その直前のＯＮ−ＯＦＦ切替部２１がＯＮのときのパルスレーザの照射による検出信号の強度がより一層減衰しているものと考えられる。
このため、遅延段階Δｔ２において、遅延段階Δｔ１に比べて、ＯＮ−ＯＦＦ切替部２１がＯＮのときの検出信号の強度は小さくても、コントラストが強く、この遅延段階の信号強度を用いた方が最適な画像を構成しうる場合が生じうる。

そこで、第２実施形態のレーザ走査型観察装置では、例えば、判定部１８は、ＯＮ−ＯＦＦ切替部２１がＯＦＦのときの遅延段階Δｔ１における検出信号の強度が遅延段階Δｔ２における検出信号の強度に比べて大きい（Ｓ＿ｏｆｆΔｔ２＜Ｓ＿ｏｆｆΔｔ１）場合、遅延段階Δｔ１、Δｔ２のコントラストを比較し、コントラスト大きい方の遅延段階を画像構成に最適な遅延段階として判定するように構成されている。

さらに、光検出部１２が出力する検出信号には、パルスレーザの入射によらない、元々、光検出部１２に存在する暗電流がノイズとして含まれている。
ここで、サンプリングした検出信号を用いて画像を構成する際に、暗電流を除去すれば、より一層画質を向上させることができることになる。
そこで、判定部１８は、更に、ＯＮ−ＯＦＦ切替部２１がＯＦＦのときの多段遅延設定部１７が設定した各遅延段階での検出信号の強度データを用いて、暗ノイズを検出する。

このように、第２実施形態のレーザ走査型観察装置によれば、ＯＮ−ＯＦＦ切替部２１を備えたので、被検体３０にパルスレーザが照射されていないときの、光検出部１２により光電変換された電気信号も検出信号としてサンプリングすることが可能となる。また、判定部１８では、検出信号の強度の比較だけでなく、パルスレーザの被検体３０への照射がＯＮのときとＯＦＦのときの検出信号のコントラストの算出が可能となる。その結果、コントラスト値や暗ノイズ等、検出信号の強度以外の要因を加えて判定した画質の向上に最適なサンプリングタイミングに調整することができる。

また、第２実施形態のレーザ走査型観察装置によれば、パルスレーザの被検体３０への照射がＯＦＦのときの信号値を得ることができるので、非照明時のノイズである暗ノイズの検出も行うことができる。
即ち、サンプリングタイミングの調節と併行して、各タイミング設定時の暗ノイズ値を計測することができる。その結果、画像構成部２０にて画像を構成する際に、そのノイズを除去することが可能となり、画質をより一層向上させることが可能となる。

第３実施形態
図１１は本発明の第３実施形態にかかるレーザ走査型観察装置の概略構成を示すブロック図である。図１２は図１１のレーザ走査型観察装置に備わる遅延光路部の一例を示す説明図である。図１３は図１１のレーザ走査型観察装置における図１２の遅延光路部により生じるパルスレーザの時間遅延を示す説明図で、(a)は遅延光路部の第１の光路を通るパルスレーザ、(b)は遅延光路部の第２の光路を通って時間遅延を生じたパルスレーザ、(c)は遅延光路部の第３の光路を通って時間遅延を生じたパルスレーザ、(d)は遅延光路部の第４の光路を通って時間遅延を生じたパルスレーザ、(e)は遅延光路部の第１〜第４の光路を通ることより、逓倍化した周期を形成したパルス列を示す図である。

本実施形態のレーザ走査型観察装置は、図１１に示すように、図９に示した第２実施形態のレーザ走査型観察装置の構成に加えて、更に、遅延光路部２２を有するとともに、ＯＮ−ＯＦＦ切替部２１を、遅延光路部２２において分岐された少なくとも１つの光路上に備え、パルスレーザ発振手段１１からのパルスレーザの発振の１周期以内にパルスレーザの被検体３０への照射のＯＮとＯＦＦとが切り替わるように構成されている。
遅延光路部２２は、パルスレーザ発振手段１１から発振されたパルスレーザの光路を少なくとも２以上に分岐し、異なる光路での光路長の違いから、パルスレーザ発振手段１１から発振されるパルスレーザの周期を逓倍した周期にしてパルスレーザを被検体３０へ照射するように構成されている。

ここで、遅延光路部２２の詳細な構成について図１２を用いて説明する。図１２は遅延光路部の一例を示す説明図である。なお、図１２の例では、遅延光路部２２が光路長の異なる４つの光路を備えている。
図１２の例の遅延光路部２２は、ビームスプリッタ２２ａと、ミラー２２ｂ，２２ｃと、ビームスプリッタ２２ｄと、ミラー２２ｅ，２２ｆと、ビームスプリッタ２２ｇを備えている。
ビームスプリッタ２２ａは、パルスレーザを光路長の異なる２光路（光路Ａ，光路Ｂ）に分岐する。ミラー２２ｂ，２２ｃは、ビームスプリッタ２２ａにより分岐された一方の光路（光路Ｂ）を通るパルスレーザを他方の光路（光路Ａ）を通るパルスレーザに対し角度２θ偏向するとともに、光路Ａと光路Ｂとの間で光路長差Ｌが生じるように、光路Ｂを通るパルスレーザを遅延させるように配置されている。ビームスプリッタ２２ｄは、ビームスプリッタ２２ａにより分岐された２光路（光路Ａ，光路Ｂ）を通るパルスレーザを合波するとともにさらに光路長の異なる２つの光路に分岐する。ミラー２２ｅ，２２ｆは、ビームスプリッタ２２ｄにより分岐された一方の光路（光路Ｄ）を通るパルスレーザを他方の光路（光路Ｃ）を通るパルスレーザに対し角度θ偏向するとともに、光路Ｃと光路Ｄとの間で光路長差２Ｌが生じるように、光路Ｄを通るパルスレーザを遅延させるように配置されている。ビームスプリッタ２２ｇは、２光路（光路Ｃ，光路Ｄ）を通るパルスレーザを合波する。

このように構成された第３実施形態のレーザ走査型観察装置に特有の作用効果を、遅延光路部２２が図１２のように構成された場合について説明する。
パルスレーザ発振手段１１より発振されたパルスレーザは、光路Ａ−光路Ｃを通るパルスレーザＰ０、光路Ｂ−光路Ｃを通るパルスレーザＰ１、光路Ａ−光路Ｄを通るパルスレーザＰ２、光路Ｂ−光路Ｄを通るパルスレーザＰ３に分岐される。そして、ここで、パルスレーザの速度をｃとすると、パルスレーザＰ０を基準として、パルスレーザＰ１は、Ｌ／ｃ遅れ、且つ、角度２θ偏向した光となり、パルスレーザＰ２は、２Ｌ／ｃ遅れ、且つ、角度θ偏向した光となり、パルスレーザＰ３は、３Ｌ／ｃ遅れ、且つ、角度３θ偏向した光となる。ここで、光路長差Ｌをパルスレーザ発振手段１１の繰り返し周波数Ｒに対してＬ／ｃ＝１／４Ｒを満足するように構成すると、レーザパルス発振手段１１から発振されたパルスレーザは、図１３(e)に示すように繰り替し周波数４Ｒに逓倍した周期となって時間多重され、且つ、偏向角度の間隔θで空間多重された光となって被検体３０を照射する。

このため、本実施形態のレーザ走査型観察装置によれば、パルスレーザを１回の発振で４つのパルスレーザに多重化できるため、単位時間当たりの信号取得量が多くなり、画像生成処理を高速化できる。
その結果、一連のフローを高速に行えるため、ユーザが意識することなく、フレーム間処理等において、サンプリングタイミングを最適化させることが可能となる。

また、本実施形態のレーザ走査型観察装置によれば、ＯＮ−ＯＦＦ切替部２１を、遅延光路部２２において分岐された少なくとも１つの光路上に備えたので、１回のＯＮ−ＯＦＦ切替によって一部の光路のみを遮ることにより、レーザ照射のＯＮ−ＯＦＦ切替を高速に行うことが可能となる。即ち、パルスレーザ発振の１周期の間に、被検体３０へのレーザ照射のＯＮ−ＯＦＦ切替を複数回行うことが可能となる。また、多重化されるパルスレーザについてのコントラストや暗ノイズを検出し、構成される画像の質を向上させることができる。

なお、図１２の遅延光路部２２は一例にすぎず、異なる光路での光路長の違いから、パルスレーザ発振手段１１から発振されるパルスレーザの周期を逓倍した周期にしてパルスレーザを被検体３０へ照射する構成であれば、どのような構成でもよい。例えば、本件出願人の出願によるＷＯ／２０１１０５２２４８公開公報に記載のその他の構成を用いてもよい。

第４実施形態
図１４は本発明の第４実施形態にかかるレーザ走査型顕微鏡装置の概略構成を示すブロック図である。図１５は図１４のレーザ走査型顕微鏡装置における要部構成を示すブロック図である。図１６は図１４のレーザ走査型顕微鏡装置におけるパルスレーザの発振、光検出部が光電変換して出力した電気信号、パルスレーザの発振に同期した同期信号、同期信号から所定の時間遅延して出力される第１の系統のＡＤ変換手段でサンプリングさせるためのサンプリングクロック、同期信号から所定の時間遅延して出力される第２の系統のＡＤ変換手段でサンプリングさせるためのサンプリングクロックのタイミングチャートの一例を示す説明図である。図１７は図１４のレーザ走査型顕微鏡装置における、２系統のＡＤ変換手段の夫々で検出信号をサンプリングするタイミングを最適化する遅延時間の設定手順の一例を示すフローチャートである。

本実施形態のレーザ走査型顕微鏡装置は、図１４に示すように、パルスレーザ発振手段１１と、光検出部１２と、ＡＣ結合型増幅器２３と、サンプリングクロック発生手段２４と、サンプリング手段１５’と、処理部２５と、多段遅延設定部１７を有している。なお、図１４中、２０は処理部２５に備わる画像構成用メモリ部２５ｂ（図１５参照）から取り出したデジタル信号の強度を画素値としてデジタル画像を構成する画像構成部、３０は被検体（サンプル）である。

パルスレーザ発振手段１１、光検出部１２は、第１実施形態〜第３実施形態の走査型観察装置におけるパルスレーザ発振手段１１、光検出部１２と略同様に構成されている。

サンプリングクロック発生手段２４は、同期信号発生手段１３と遅延回路部１４を有している。
同期信号発生手段１３、遅延回路部１４は、第１実施形態〜第３実施形態の走査型観察装置における同期信号発生手段１３、遅延回路部１４と略同様に構成されている。
多段遅延設定部１７は、第１実施形態〜第３実施形態の走査型観察装置における多段遅延設定部１７と略同様に構成されている。

ＡＣ結合型増幅器２３は、光検出部１２が出力した電流信号を増幅し、電圧信号として出力する。
サンプリング手段１５’は、遅延回路部１４が出力したトリガ信号に同期し、光検出部１２が出力したアナログ信号をデジタル信号に変換してサンプリングする機能を２系統備えたＡ／Ｄ変換手段１５ａ’を有して構成されている。

処理部２５は、図１５に示すように、差分演算部２５ａと画像構成用メモリ部２５ｂと、遅延量設定手段２５ｃを有している。
差分演算部２５ａは、遅延量設定手段２５ｃによって設定されたタイミングでサンプリングされた２系統のＡＤ変換手段１５ａ’からの検出信号（Ｓ１ｎ＿ｍａｘ、Ｓ２ｎ＿ｍｉｎ：ｎ＿ｍａｘ、ｎ＿ｍｉｎは自然数）の差分を画像構成用の信号値として出力する。
画像構成用メモリ部２５ｂは、差分演算部２５ａが出力した２系統のＡＤ変換手段１５ａ’からの検出信号の差分（｜Ｓ１ｎ＿ｍａｘ−Ｓ２ｎ＿ｍｉｎ｜）を蓄積（記憶）する。

遅延量設定手段２５ｃは、変換信号用メモリ部２５ｃ−１と判定部２５ｃ−２を有している。
変換信号用メモリ部２５ｃ−１は、２系統のＡＤ変換手段１５ａ’からの検出信号（Ｓ１ｎ、Ｓ２ｎ：ｎは自然数）を蓄積（記憶）する。
判定部２５ｃ−２は、多段遅延設定部１７が設定した２以上の段階の遅延時間に応じて遅延回路部１４が出力したトリガ信号に同期し、２系統のＡＤ変換手段１５ａ’の夫々にサンプリングされ、変換信号用メモリ部２５ｃ−１に蓄積（記憶）された、各遅延段階でのデジタル信号の強度データを夫々の系統ごとに比較し、画像構成に最適な遅延段階（遅延時間）を判定する。
詳しくは、判定部２５ｃ−２は、例えば、図１７に示すように、第１系統及び第２系統の夫々において、変換信号用メモリ部２５ｃ−１に蓄積（記憶）された検出信号を、多段遅延設定部１７が設定した遅延段階ごとに比較し、画像構成に最も適した遅延段階（第１系統及び第２系統の夫々におけるＡＤ変換手段１５ａ’が検出信号をサンプリングするタイミング）を判定し、判定結果の遅延段階（例えば、図１７の例において、第１系統のサンプリングタイミングとして、多段遅延設定部１７が設定した遅延段階のうちで最も検出信号の強度が大きい遅延段階Δｔｎ＿ｍａｘと、第２系統のサンプリングタイミングとして、多段遅延設定部１７が設定した遅延段階のうちで最も検出信号の強度が小さい遅延段階Δｔｎ＿ｍｉｎ）を伝える信号を、多段遅延設定部１７へ送出する。

このような構成により、遅延量設定手段２５ｃは、２系統のＡＤ変換手段１５ａ’の夫々におけるサンプリングのタイミングの遅延量を夫々の系統ごとに調整して設定する。
なお、図１７の例では、最も検出信号の強度が大きい遅延段階Δｔｎ＿ｍａｘと最も検出信号の強度が小さい遅延段階Δｔｎ＿ｍｉｎとを、２系統のＡＤ変換手段１５ａ’のサンプリングのタイミングとして調整して設定するようにしたが、遅延量設定手段２５ｃは、２系統のＡＤ変換手段１５ａ’のサンプリングのタイミングの遅延量を、互いにパルスレーザの発振周波数の半周期分ずれるように調整して設定するようにしてもよい。

多段遅延設定部１７は、判定部２５ｃ−２が判定した画像構成に最適な遅延段階に対応した遅延時間を、遅延回路部１４が遅延させるクロック信号の遅延時間として設定する。

なお、本実施形態のレーザ走査型顕微鏡装置では、さらに図示しない遅延設定スイッチが多段遅延設定部１７及び判定部２５ｃ−２に接続されており、操作者の操作により、随時、多段遅延設定部１７及び判定部２５ｃ−２による画像構成に最適な遅延段階に対応した遅延時間の設定処理を新規に行わせることができるように構成されている。

このように構成された第４実施形態のレーザ走査型顕微鏡装置おける遅延時間の設定手順を、図１７を用いて説明する。
操作者が図示しない遅延設定スイッチをＯＮにする（ステップＳ１１）。すると、多段遅延設定部１７及び判定部２５ｃ−２が、２つの系統のサンプリングタイミングについて、夫々の系統ごとに、遅延段階の設定処理を新規に開始する。
詳しくは、多段遅延設定部１７が、設定されるべき複数段階の遅延段階Δｔｎ（ｎは自然数）を遅延回路部１４に設定する（ステップＳ１３₁、Ｓ１３₂）。すると、遅延回路部１４は、同期信号発生手段１３が出力した同期信号を、多段遅延設定部１７により設定された遅延段階Δｔｎに相当する時間、遅延させ、トリガ信号を出力する。

第１系統及び第２系統のＡＤ変換手段１５ａ’は、夫々、遅延回路部１４が出力したトリガ信号に同期して、光検出部１２が出力したデジタルの検出信号をサンプリングする。そして、処理部２５の変換信号用メモリ部２５ｃ−１が、第１系統及び第２系統のＡＤ変換手段１５ａ’によりサンプリングされた検出信号を蓄積（記憶）する（ステップＳ１４₁、Ｓ１４₂）。
これらステップＳ１３₁、Ｓ１３₂〜ステップＳ１４₁、Ｓ１４₂の処理を、遅延段階Δｔｎが最終段階に到達するまで繰り返す（ステップＳ１５₁，Ｓ１５₂、Ｓ１６₁，Ｓ１６₂）。

遅延段階Δｔｎが最終段階に到達したとき、判定部２５ｃ−２が、変換信号用メモリ部２５ｃ−１に蓄積された各遅延段階での検出信号の強度データを比較する。そして、判定部２５ｃ−２は、第１系統では、検出信号の強度が最大となる遅延段階ｎ＿ｍａｘを、画像構成に最適な遅延段階として判定する（ステップＳ１７₁）。また、判定部２５ｃ−２は、第２系統では、検出信号の強度が最小となる遅延段階ｎ＿ｍｉｎを、画像構成に最適な遅延段階として判定する（ステップＳ１７₂）。
次いで、多段遅延設定部１７が、判定部２５ｃ−２が判定した画像構成に最適な遅延段階に対応した遅延時間を、遅延回路部１４が遅延させるクロック信号の遅延時間Δｔｎ#ｍａｘ、Δｔｎ#ｍｉｎとして設定する（ステップＳ１８₁、Ｓ１８₂）。これにより、多段遅延設定部１７、判定部２５ｃ−２による遅延段階設定処理が終了する。これ以降の観察においては、遅延回路部１４は、観察に最適な遅延時間（図１６の例では、第１系統ではΔｔ１、第２系統ではΔｔ２）に設定が固定される。

ＡＤ変換手段１５ａ’は、夫々の系統において、遅延回路部１４に固定された夫々の遅延時間（Δｔ１、Δｔ２）に基づくサンプリングクロックに同期して、光検出部１２が出力し、ＡＣ結合型増幅器２３が増幅して出力したアナログの検出信号をデジタル信号に変換する。
差分演算部２５ａは、夫々の系統においてＡＤ変換手段１５ａ’により変換された夫々の検出信号の差分を演算し、画像構成用の信号値として出力する。出力された画像構成用の信号値は画像構成用メモリ部２５ｂに蓄積（記憶）される。
画像構成部２０は、画像構成用メモリ部２５ｂから取り出したデジタル信号の強度を画素値としてデジタル画像を構成する。

第４実施形態のレーザ走査型顕微鏡装置によれば、サンプリング手段１５’が、パルスレーザの発振周波数に同期してサンプリングする、２系統のＡＤ変換手段１５ａ’を有し、処理部１６が、２系統のＡＤ変換手段１５ａ’の夫々におけるサンプリングのタイミングの遅延量を夫々の系統ごとに調整して設定可能な遅延量設定手段２５ｃと、遅延量設定手段２５ｃによって設定されたタイミングでサンプリングされた２系統のＡＤ変換手段１５ａ’からの検出信号の差分を画像構成用の信号値として出力する差分演算部２５ａを有したので、第１の系統のＡＤ変換手段１５ａ’として、ＡＣ結合型増幅器２３で増幅して出力された電圧信号の波形がピークとなるタイミングでサンプリングするとともに、第２の系統のＡＤ変換手段１５ａ’として、ＡＣ結合型増幅器２３で増幅して出力された電圧信号の波形がディップとなるタイミングでサンプリングし、夫々の系統でサンプリングした信号の差分を取ることによって、ＡＣ結合型増幅器２３で増幅された検出信号の大きさ（波高値）が、本来の波高値の半分の値となっても、本来の波高値を得ることができる。その結果、例えば、微弱な蛍光を検出するような場合であっても、隣接波の波高値の影響が小さくなり、画質の精度が向上する。

また、第４実施形態のレーザ走査型顕微鏡装置によれば、遅延量設定手段２５ｃは、２系統のＡＤ変換手段１５ａ’のうち、第１の系統のＡＤ変換手段１５ａ’のサンプリングのタイミングの遅延量を、第１の系統のＡＤ変換手段１５ａ’からの検出信号が最大となるように調整し、且つ、第２の系統のＡＤ変換手段１５ａ’のサンプリングのタイミングの遅延量を、第２の系統のＡＤ変換手段１５ａ’からの検出信号が最小となるように調整するようにしたので、ＡＣ結合型増幅器２３で増幅されて出力される検出信号を用いても、本来の波高値を高精度に得ることができ、画質の精度を一層向上させることができる。

また、第４実施形態のレーザ走査型顕微鏡装置においては、遅延量設定手段２５ｃは、２系統のＡＤ変換手段１５ａ’のサンプリングのタイミングの遅延量を、互いにパルスレーザの発振周波数の半周期分ずれるように調整してもよい。
このようにすれば、例えば、第１の系統のＡＤ変換手段１５ａ’がＡＣ結合型増幅器２３で増幅して出力された電圧信号の波形が略ピークとなるタイミングでサンプリングし易くなるとともに、第２の系統のＡＤ変換手段１５ａ’がＡＣ結合型増幅器２３で増幅して出力された電圧信号の波形が略ディップとなるタイミングでサンプリングし易くなる。

なお、第４実施形態のレーザ走査型顕微鏡装置は、第１実施形態〜第３実施形態のレーザ走査型観察装置と同様、パルスレーザ発振手段１１から発振されるパルスレーザの被検体への照射のＯＮとＯＦＦとを切り替えるＯＮ−ＯＦＦ切替部を備えて、サンプリングタイミングを間引いて検出するようにした構成や、パルスレーザ発振手段１１から発振されるパルスレーザの光路を少なくとも２以上に分岐し、異なる光路での光路長の違いから、パルスレーザ発振手段１１から発振される該パルスレーザの周期を逓倍した周期にして該パルスレーザを被検体３０へ照射する遅延光路部（図示省略）を有し、サンプリングタイミングを逓倍化する構成であっても勿論よい。この場合において、レーザ走査型顕微鏡における処理部２５は、好ましくは、サンプリングクロックの逓倍や分周にも対応可能に構成される。

以上、本発明のレーザ走査型観察装置の実施形態について説明したが、上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）は、好ましくは、更に、図１８に示すように、サンプリングクロック発生手段２４が、パルスレーザ発振手段１１からのパルスレーザの発振を検知した信号を整形するクロック素子２４ｃを備えるとともに、高倍率アンプ２４ａと、帯域フィルタ２４ｂを有し、高倍率アンプ２４ａ及び帯域フィルタ２４ｂが、パルスレーザの発振を検知したモニタ信号等から高調波成分などのパルスレーザの発振周波数以外の所定周波数成分を除去した信号をクロック素子２４ｃに送出するように構成されている。そして、これにより、サンプリングクロックとして、パルスレーザに同期するようなモニタ信号等を用いても、サンプリングクロックに用いられるモニタ信号等に含まれるノイズを低減して、蛍光等の検出信号のサンプリングを高精度に行うことができるようになっている。

蛍光等による検出波形のピークを確実に検出するためには、レーザ光源の発振モードに同期するようなサンプリングクロックを用いることが必要である。
しかるに、従来、上述した特許文献１や特開２００７−１０２２３５号公報に記載のレーザ走査型顕微鏡のように、パルスレーザ発振器からのモニタ信号又は出力レーザ光をハーフミラーで微小量を取り出し光検出器で検出した時間波形信号を、クロック素子を用いて整形することが行われている。

しかし、上記モニタ信号等のパルスレーザの発振を検知した信号には、実際には多くのノイズ成分が含まれている。ノイズ成分が含まれたそのままの信号波形をサンプリングクロックの信号波形として用いるのは、サンプリングクロックとしては実用に適さない。
即ち、パルスレーザの発振を検知した信号のそのままの信号波形は、例えば、ノイズを原因とするピーク波形が不定期で現れたり、パルスのピークがダブルピークになったりする。このため、上記モニタ信号等のそのままの信号波形をクロック素子で整形しても、クロック素子が動作しなかったり、サンプリング手段によるサンプリングのタイミングがずれる等、蛍光等の検出波形のピークを検出することが難しく、光検出部が出力した検出信号をサンプリングするためのサンプリングクロックとしては使用できない。

図１８に示す構成は、このような従来の問題点を鑑みて、光検出部が出力した検出信号のサンプリングを行うためのサンプリングクロックとして、パルスレーザに同期するようなモニタ信号等を用いても、サンプリングクロックに用いられるモニタ信号等に含まれるノイズを低減して、蛍光等の検出信号のサンプリングを高精度に行うことの可能なレーザ走査型顕微鏡とすることを目的としたものである。

図１８は上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）に備わるサンプリングクロック発生手段における、サンプリングクロックに用いられるモニタ信号等に含まれるノイズを低減するための概略構成を示すブロック図である。図１９は図１８のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）のサンプリングクロック発生手段に備わる素子の組み合わせの例を示す説明図で、(a)はその一例を示す図、(b)は他の例を示す図、(c)はさらに他の例を示す図である。図２０は図１８のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）を用いたパルスレーザの発振からサンプリングクロックの発生までに発せられる夫々の光の波形を示す説明図で、(a)はパルスレーザ発振手段により発振されたパルスレーザの光の波形を示す図、(b)はパルスレーザ発振手段がパルスレーザを発振したときにパルスレーザ発振手段から発せられるモニタ信号の波形を示す図、(c)は(b)のモニタ信号が同期信号発生手段に備わる高倍率アンプ及び帯域フィルタを経由後の波形を示す図、(d)は(c)の信号が遅延回路部に備わるクロック素子に入力後、クロック素子から発振したサンプリングクロックの波形を示す図である。

サンプリングクロック発生手段２４は、例えば、図１９(a)に示すように、高倍率アンプ２４ａと、帯域フィルタ２４ｂと、クロック素子２４ｃを備えている。
帯域フィルタ２４ｂは、高倍率アンプ２４ａの周波数特性に合わせて、ＬＰＦ、ＢＰＦ、ＨＰＦのいずれか又はこれらのフィルタの組合せで構成されている。なお、図１９では説明の便宜上、帯域フィルタ２４ｂをＢＰＦで構成されたものとして示してある。
そして、高倍率アンプ２４ａ及び帯域フィルタ２４ｂは、例えば、パルスレーザ発振手段１１からのパルスレーザの発振と同期した電気信号として出力されるトリガ出力信号、あるいはパルスレーザの一部を例えばフォトディテクタやフォトマルチプライヤなどにより光電変換した電気信号など、モニタ信号もしくは出力レーザ光を検出した時間波形信号を用いてパルスレーザ発振手段１１からのパルスレーザの発振を検知した信号から、例えば、高調波成分などのパルスレーザの発振周波数以外の所定周波数成分を除去する。
クロック素子２４ｃは、発振子若しくはＰＬＬ素子またはこれらの組合せで構成されており、高倍率アンプ２４ａ及び帯域フィルタ２４ｂを経た信号を整形し、クロック信号を出力する。

また、クロック素子２４ｃは、ジッタ除去機能を有している。
さらに、クロック素子２４ｃは、広帯域な出力帯域幅を有している。例えば、パルスレーザ発振手段１１によるパルスレーザの発振周波数が８０ＭＨｚである場合、発振周期数の１／１０００から１０００倍の周波数（数ＫＨｚから数ＧＨｚ）を出力可能に構成されている。
なお、クロック素子２４ｃは、例えば、図１９(b)に示すように、ジッタ除去機能を有する第１のクロック素子２４ｃ₁と、広帯域な出力帯域幅を有する第２のクロック素子２４ｃ₂とをカスケード接続した構成であってもよい。
また、高倍率アンプ２４ａ及び帯域フィルタ２４ｂは、例えば、図１９(c)に示すように、パルスレーザ発振手段１１からのパルスレーザの発振を検知した信号（モニタ信号又は出力レーザ光を検出した時間波形信号など）のノイズレベルに対応した、夫々異なる倍率及び透過帯域を持つ複数組の高倍率アンプ２４ａ₁₍₂〜_n)（ｎは自然数）と帯域フィルタ２４ｂ₁₍₂〜_n)（ｎは自然数）の組合せを、多段配列して備えるとともに、検知した信号のノイズレベルに対応して、検知した信号に最適な倍率及び透過帯域を持つ高倍率アンプ２４ａ₁₍〜_n)と帯域フィルタ２４ｂ₁₍〜_n)の組合せを通るように、検知した信号の導電路を切り替える切り替え部２４ｄを備えた構成としてもよい。

このようにサンプリングクロック発生手段２４が図１８に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）におけるパルスレーザ発振手段１１からのパルスレーザの発振を検知した信号（モニタ信号又は出力レーザ光を検出した時間波形信号など）を整形してサンプリングクロックとして出力する手順を、図２０を用いて説明する。

サンプリングクロック発生手段２４は、パルスレーザ発振手段１１からのパルスレーザの発振と同期した電気信号として出力されるトリガ出力信号、あるいはパルスレーザの一部を例えばフォトディテクタやフォトマルチプライヤなどにより光電変換した電気信号などにより、パルスレーザ発振手段１１からのパルスレーザの発振（図２０(a)参照）を検知する。検知したときの信号（モニタ信号もしくは出力レーザ光を検出した時間波形信号）は、図２０(b)に示すように、パルスレーザの発振周波数成分と高調波成分などのパルスレーザの発振周波数以外の複数の周波数成分とが混在した状態となっている。
この信号を高倍率アンプ２４ａ及び帯域フィルタ２４ｂを通過させる。すると、図２０(c)に示すように、ノイズとなる高調波成分などのパルスレーザの発振周波数以外の複数の周波数成分が除去される。この段階では、信号にはジッタとして小さな波形が残っている。
次いで、クロック素子２４ｃを通過させる。すると、図２０(d)に示すように信号の小さな波形が除去された状態に整形される。

サンプリングクロック発生手段２４が図１８に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）によれば、サンプリングクロック発生手段２４が、高倍率アンプ２４ａと、帯域フィルタ２４ｂを有し、高倍率アンプ２４ａ及び帯域フィルタ２４ｂが、パルスレーザの発振を検知した信号から高調波成分などのパルスレーザの発振周波数以外の所定周波数成分を除去した信号をクロック素子２４ｃに送出するようにしたので、サンプリングクロックの精度が高まり、パルスレーザに同期させた例えば蛍光等の検出信号のＡＤ変換によるサンプリングを高精度に行うことができる。

また、サンプリングクロック発生手段２４が図１８に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）によれば、サンプリングクロック発生手段２４に備わるクロック素子２４ｃ（２４ｃ₁）が、ジッタ除去機能を有するので、帯域フィルタ２４ｂだけでは、除去しきれないジッタを、クロック素子２４ｃ（２４ｃ₁）を介して除去することができ、高精度なサンプリングクロックが得られる。

なお、サンプリングクロック発生手段２４が図１８に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）における検出信号の検出方法としては、例えば、４倍速等の光学系を用いサンプリングタイミングを逓倍化して検出信号を検出する方法や、サンプリングタイミングを間引いて検出信号を検出する方法等も考えられる。このため、サンプリングクロック発生手段２４が図１８に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）におけるクロック素子２４ｃとしては、好ましくは、サンプリングクロックの逓倍や分周にも対応可能に構成されたクロック素子を用いる。

また、サンプリングクロック発生手段２４が図１８に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）においては、好ましくは、サンプリングクロック発生手段２４に備わるクロック素子２４ｃが、広帯域な出力帯域幅を有する。
例えば、パルスレーザ発振手段１１によるパルスレーザの発振周波数が８０ＭＨｚである場合、発振周波数の１／１０００から１０００倍（数ＫＨｚから数ＧＨｚ）の出力帯域幅を有するクロック素子が好適である。

また、サンプリングクロック発生手段２４が図１８に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）において、図１９(b)に示すように、サンプリングクロック発生手段２４に備わるクロック素子２４ｃを、ジッタ除去機能を有する第１のクロック素子２４ｃ₁と、広帯域な出力帯域幅を有する第２のクロック素子２４ｃ₂とをカスケード接続して構成すれば、ジッタ除去機能を有するクロック素子と広帯域な出力帯域幅を有するクロック素子の夫々の選択の幅を広げて高機能化及び低コスト化を図ることができる。

また、サンプリングクロック発生手段２４が図１８に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）においては、好ましくは、パルスレーザの発振周波数が、７０〜９０ＭＨｚである。また、サンプリングクロック発生手段２４が図１８に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）においては、例えば、帯域フィルタ２４ｂの透過帯域が、好ましくは、１０ＫＨｚ〜発振周波数×１．２程度である。

さらにまた、サンプリングクロック発生手段２４が図１８に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）において、図１９(c)に示すように、サンプリングクロック発生手段２４が、パルスレーザの発振を検知した信号（モニタ信号又は出力レーザ光を検出した時間波形信号など）のノイズレベルに対応した、夫々異なる倍率及び透過帯域を持つ複数組の高倍率アンプ２４ａ₁〜_nと帯域フィルタ２４ｂ₁〜_nとの組合せを、多段配列して備えるとともに、パルスレーザの発振を検知した信号のノイズレベルに対応して、検知した信号に最適な倍率及び透過帯域を持つ高倍率アンプと帯域フィルタの組合せに検知した信号の導電路を切り替える切り替え部２４ｄを備えれば、検知した信号のノイズレベルに応じて、より高精度にノイズを除去したサンプリングクロックを得ることができ、より高精度な蛍光等の検出を行うことができる。

そして、サンプリングクロック発生手段２４が図１８に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）においては、同期信号発生手段１３が、図１９(a)に示した高倍率アンプ２４ａと、帯域フィルタ２４ｂと、クロック素子２４ｃ、あるいは、図１９(b)に示した高倍率アンプ２４ａと、帯域フィルタ２４ｂと、第１のクロック素子２４ｃ₁、あるいは、図１９(c)に示した高倍率アンプ２４ａ₁〜_nと帯域フィルタ２４ｂ₁〜_nの組合せと、クロック素子２４ｃを備えている。そして、例えば、パルスレーザ発振手段１１からのパルスレーザの発振と同期した電気信号として出力されるトリガ出力信号、あるいはパルスレーザの一部を例えばフォトディテクタやフォトマルチプライヤなどにより光電変換した電気信号を用いてパルスレーザ発振手段１１からのパルスレーザの発振を検知し、高倍率アンプ２４ａと、帯域フィルタ２４ｂを介して、検知した信号からノイズを除去し、クロック素子２４ｃを介して、パルスレーザ発振手段１１からのパルスレーザの発振と同期したクロック信号を出力する。

なお、同期信号発生手段１３は、図１９(b)に示した高倍率アンプ２４ａと、帯域フィルタ２４ｂと、第１のクロック素子２４ｃ₁を備えた構成とした場合、遅延回路部１４は、第２のクロック素子２４ｃ₂を備えた構成とするとよい。

なお、図１８〜図２０を用いて説明したレーザ走査型顕微鏡に特徴的な構成は、上記各実施形態を前提としたものに限定されるものではない。

また、上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）は、好ましくは、更に、例えば、図２１に示すように、サンプリングクロック発生手段２４が、パルスレーザ発振手段１１からのパルスレーザの発振を検知した信号をクロック信号へ変換する、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａと、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａに対して、ＰＬＬ機能が追従する周波数範囲を自動的に設定変更可能な周波数範囲設定手段２４−ｂを有する。そして、これにより、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａが、ＰＬＬ機能で追従可能な周波数範囲を超える広い周波数範囲を連続させて追従させることができるようになっている。

レーザ走査型顕微鏡で使用されるモード同期超短パルスレーザは、温湿度変化や使用する波長の変更により、発振周波数が変化する。このような発振周波数の変化に適応するためには、ＰＬＬ周波数シンセサイザなどのＰＬＬ機能を備えた高精度なクロック素子を用いることが望まれる。

ＰＬＬ機能を備えたクロック素子は、外部からの操作によって設定された比較信号の周波数に基づき、外部からの入力基準信号に対し、出力信号の位相差が一定となるようにフィードバック制御をかけてクロック信号を発振させる。このため、ＰＬＬ機能を備えたクロック素子を用いると、パルスレーザの発振周波数が変化してもそれに同期したサンプリングクロックが得られる。

しかし、ＰＬＬ周波数シンセサイザなどの高精度なクロック素子に用いられるＰＬＬ機能は、一般的で安価なものでは外部からの操作によって設定された比較信号の周波数に対して±１０ｐｐｍ程度の周波数範囲しか追従できない。
そのため、モード同期超短パルスレーザの発振周波数が変化したときに、変化した発振周波数がクロック素子の追従可能な周波数範囲を超えて、クロック素子のロック状態が外れてしまうことが起こり得る。
ロック状態が外れたクロック素子をロック状態にするためには、クロック素子のＰＬＬ機能が追従する周波数範囲を設定し直す操作を行う必要があるので、ロック状態が外れると、その都度、撮影を中断しなければならず操作が煩雑化する。

図２１に示す構成は、このような従来の問題点を鑑みて、モード同期超短パルスレーザの発振周波数がＰＬＬ機能で追従可能な周波数範囲を超えて変化しても、撮影を中断してクロック素子のＰＬＬ機能が追従する周波数範囲を設定し直す操作を行うことなくクロック素子をロック状態にして、レーザ光源の発振モードに同期するサンプリングクロックを得ることの可能なレーザ走査型顕微鏡とすることを目的としたものである。

図２１は上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）に備わるサンプリングクロック発生手段における、ＰＬＬ機能を有するクロック手段が、ＰＬＬ機能で追従可能な周波数範囲を超える広い周波数範囲を連続させて追従させることができるようにするための概略構成を示すブロック図である。図２２はＰＬＬ機能を有するクロック素子の概略構成を示す説明図で、(a)はＰＬＬ発振器の基本構成を示すブロック図、(b)はＰＬＬ周波数シンセサイザの基本構成を示すブロック図である。図２３は図２１のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）のサンプリングクロック発生手段の構成を示すブロック図である。図２４は図２１のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）のサンプリングクロック発生手段におけるロック状態探査制御処理手順の一例を示すフローチャートである。図２５は図２１のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）におけるサンプリングクロック発生手段におけるロック状態探査制御処理手順の他の例を示すフローチャートである。

ここで、ＰＬＬ機能を有するクロック手段について図２２を用いて説明する。
ＰＬＬ機能を有するクロック手段は、位相周波数比較器（ＰＦＤ：Phase Frequency Detector）と、ループフィルタと、電圧制御発振器（ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator）（又は電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ：Voltage Controlled Crystal Oscillator））を備えた、ＰＬＬ発振器（図２２(a)参照）や、ＰＬＬ周波数シンセサイザ（図２２(b)参照）として構成されている。
位相周波数比較器（ＰＦＤ）は、外部から入力される基準信号と、比較信号との位相を比較し、それらの位相差成分をパルス状の位相差信号として出力する。ループフィルタは、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）などのフィルタで構成され、位相周波数比較器（ＰＦＤ）から出力されたパルス状の位相差信号から交流成分をカットして直流化した制御電圧を出力する。電圧制御発振器（ＶＣＯ）は、ループフィルタから出力された制御電圧に基づいて出力周波数を制御する。
そして、ＰＬＬ機能を有するクロック手段では、外部から入力される基準信号と電圧制御発振器（ＶＣＯ）からの出力信号との位相差が一定の状態（ロック状態）となるように、電圧制御発振器（ＶＣＯ）からの出力信号を位相周波数比較器（ＰＦＤ）にフィードバックする。なお、図２２(b)に示すようなＰＬＬ周波数シンセサイザは、図２２(a)の構成においてフィードバックするループ回路上に１／Ｎの分周器を備え、分周器により電圧制御発振器（ＶＣＯ）からの出力信号の１／Ｎの周波数を比較信号として出力することで、電圧制御発振器（ＶＣＯ）からの出力信号の周波数を、外部から入力される基準信号の周波数のＮ倍にする。
また、ＰＬＬ機能を有するクロック手段においては、外部から入力される基準信号とのフィードバック制御に際し、手動操作によって比較信号の周波数（図２２(b)のＰＬＬ周波数シンセサイザでは、分周器の分周数Ｎ）を設定する。

しかるに、従来、ＰＬＬ機能を有するクロック手段では、外部から入力される基準信号に追従できる周波数範囲が、外部からの操作によって設定された比較信号の周波数の±１０ｐｐｍ程度しかなかった。例えば、外部からの操作によって設定された比較信号の周波数が１００ＭＨｚである場合のＰＬＬ機能において追従できる周波数範囲は、±１ＫＨｚ程度である。
このため、レーザ走査型顕微鏡で使用されるモード同期超短パルスレーザの発振モードに同期するようなサンプリングクロックを得るためにＰＬＬ機能を有するクロック手段を用いた場合において、外部から入力される基準信号であるモード同期超短パルスレーザの発振周波数が変化したときに、変化した発振周波数がクロック素子の追従可能な周波数範囲（設定した周波数±１０ｐｐｍ）を超えて、クロック素子のロック状態が外れてしまう（即ち、外部から入力される基準信号と電圧制御発振器（ＶＣＯ）からの出力信号との位相差が一定の状態とならない。）ことが起こり得る。
ロック状態が外れたクロック素子をロック状態にするためには、モード同期超短パルスレーザの発振周波数に追従可能な比較信号の周波数範囲を、設定し直す必要があるが、従来、追従可能な周波数範囲の設定操作は手動で行わなければならず、撮影を中断せざるを得なかった。

サンプリングクロック発生手段２４が図２１に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）のように、サンプリングクロック発生手段２４が、パルスレーザ発振手段１１からのパルスレーザの発振を検知した信号をクロック信号へ変換する、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａと、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａに対して、ＰＬＬ機能が追従する周波数範囲を自動的に設定変更可能な周波数範囲設定手段２４−ｂを有すれば、パルスレーザの発振周波数が大きく変化してＰＬＬ機能で追従可能な周波数範囲（設定した周波数の±１０ｐｐｍ）を超えてＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａにおけるロック状態が外れても、周波数範囲設定手段２４−ｂが、ＰＬＬ機能が追従する周波数範囲を自動的に設定変更することで、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａに対し、ＰＬＬ機能で追従可能な周波数範囲（設定した周波数の±１０ｐｐｍ）を超える広い周波数範囲を連続させて追従させることができ、撮影を中断してクロック手段２４−ａのＰＬＬ機能が追従する周波数範囲を設定し直す操作を行うことなくクロック手段２４−ａをロック状態にして、レーザ光源の発振モードに同期するサンプリングクロックを得ることが可能となる。

また、サンプリングクロック発生手段２４が図２１に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）においては、好ましくは、サンプリングクロック発生手段２４は、さらに、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａのロック状態を検知するロック状態検知手段２４−ｄと、所定の周波数範囲を所定の周波数刻みで掃引して、周波数範囲設定手段２４−ｂに対し、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａに対して設定した、ＰＬＬ機能が追従する周波数範囲を変更させる周波数範囲掃引手段２４−ｃと、周波数範囲掃引手段２４−ｃにより所定の周波数範囲を掃引され、周波数範囲設定手段２４−ｂにより変更されたＰＬＬ機能が追従する周波数範囲を、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａが追従中に、ロック状態検知手段２４−ｄがＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａのロック状態を検知したときに、周波数範囲掃引手段２４−ｃによる掃引及び周波数範囲設定手段２４−ｂによる周波数範囲の設定変更を終了させるロック状態探査制御手段２４−ｅを有する。
このようにすれば、ＰＬＬ機能が追従する周波数範囲を設定し直す操作を行うことなく、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａのロック状態を効率よく得ることができる。

また、サンプリングクロック発生手段２４が図２１に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）においては、好ましくは、ロック状態探査制御手段２４−ｅは、ロック状態検知手段２４−ｄがＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａのロック状態を検知後にアンロック状態を検知したとき、ロック状態検知手段２４−ｄがＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａのロック状態を検知したときの周波数に基づき、周波数範囲設定手段２４−ｂに対し、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａに対して設定した、ＰＬＬ機能が追従する周波数範囲を自動的に再設定させる。
このようにすれば、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａがロック状態からアンロック状態となっても、ＰＬＬ機能が追従する周波数範囲を手動で設定し直す操作を行うことなく、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａのロック状態を効率よく得ることができる。

また、サンプリングクロック発生手段２４が図２１に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）においては、好ましくは、周波数範囲設定手段２４−ｂは、７０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの周波数を、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａに対して設定変更可能である。

さらに、サンプリングクロック発生手段２４が図２１に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）においては、好ましくは、周波数範囲掃引手段２４−ｃは、±１０ＭＨｚの周波数範囲を１ＫＨｚ刻みで掃引する。
このようにすれば、外部から入力される基準信号に追従できる周波数範囲が、外部からの操作によって設定された比較信号の周波数に対して±１０ｐｐｍ程度しかない、例えば、外部からの操作によって設定された比較信号の周波数が１００ＭＨｚである場合のＰＬＬ機能において追従できる周波数範囲が、±１ＫＨｚ程度しかないＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａであっても、周波数範囲設定手段２４−ｂが、周波数範囲掃引手段２４−ｃにより掃引された±１０ＭＨｚの周波数範囲を±１ＫＨｚ刻みで、ＰＬＬ機能が追従する周波数範囲を自動的に設定変更することにより、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａに対し、ＰＬＬ機能で追従可能な周波数範囲（設定した周波数の±１０ｐｐｍ程度であって、例えば±１ＫＨｚ）を超える広い周波数範囲（１０ＭＨｚ）を連続させて追従させることができ、撮影を中断してクロック手段２４−ａのＰＬＬ機能が追従する周波数範囲を設定し直す操作を行うことなくクロック手段２４−ａをロック状態にして、レーザ光源の発振モードに同期するサンプリングクロックを得ることができる。

そして、サンプリングクロック発生手段２４が図２１に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）においては、サンプリングクロック発生手段２４は、例えば、図２３に示すように、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａと、周波数範囲設定手段２４−ｂと、周波数範囲掃引手段２４−ｃと、ロック状態検知手段２４−ｄと、ロック状態探査制御手段２４−ｅを備えている。
ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａは、例えば、図２２(a)に示すようなＰＬＬ発振器や、図２２(b)に示すようなＰＬＬ周波数シンセサイザで構成されており、パルスレーザ発振手段１１からのパルスレーザの発振を検知した信号を外部から入力される基準信号として、例えば電圧制御発振器（ＶＣＯ）からの出力信号などの比較信号との位相差が一定の状態（ロック状態）となるように、フィードバック制御しながらクロック信号へ変換する。また、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａは、外部の制御素子（ＣＰＵやＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）など）を介して比較信号の周波数が調整できるように構成されている。

周波数範囲設定手段２４−ｂは、外部の制御素子（ＣＰＵやＦＰＧＡなど）に設けられていて、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａに対して、ＰＬＬ機能が追従する周波数範囲（例えば、図２２(a)に示す電圧制御発振器（ＶＣＯ）の出力信号の周波数や、図２２(b)に示す分周器の分周数として設定する周波数の±１０ｐｐｍ程度）を自動的に設定変更可能に構成されている。
周波数範囲掃引手段２４−ｃは、外部の制御素子（ＣＰＵやＦＰＧＡなど）に設けられていて、所定の周波数範囲（例えば、±１０ＭＨｚ）を所定の周波数刻み（例えば、１ＫＨｚ）で掃引して、周波数範囲設定手段２４−ｂに対し、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａに対して設定した、ＰＬＬ機能が追従する周波数範囲を変更させるように構成されている。
ロック状態検知手段２４−ｄは、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａに設けられていて、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａのロック状態を検知するように構成されている。なお、図２１及び図２３では、便宜上、ロック状態検知手段２４−ｄを、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａとは別個に示してある。
ロック状態探査制御手段２４−ｅは、外部の制御素子（ＣＰＵやＦＰＧＡなど）に設けられていて、周波数範囲掃引手段２４−ｃにより所定の周波数範囲を掃引され、周波数範囲設定手段２４−ｂにより変更されたＰＬＬ機能が追従する周波数範囲を、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａが追従中に、ロック状態検知手段２４−ｄがＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａのロック状態を検知したときに、周波数範囲掃引手段２４−ｃによる掃引及び周波数範囲設定手段２４−ｂによる周波数範囲の設定変更を終了させるように構成されている。
また、ロック状態探査制御手段２４−ｅは、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａのロック状態を検知後にアンロック状態を検知したとき、ロック状態検知手段２４−ｄがＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａのロック状態を検知したときの周波数に基づき、周波数範囲設定手段２４−ｂに対し、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａに対して設定した、ＰＬＬ機能が追従する周波数範囲を自動的に再設定させるようにも構成されている。

このようにサンプリングクロック発生手段２４が図２１に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）におけるパルスレーザ発振手段１１からのパルスレーザの発振を検知した信号（モニタ信号又は出力レーザ光を検出した時間波形信号など）を整形してサンプリングクロックとして出力するときのサンプリングクロック発生手段２４におけるロック状態探査制御処理手順を、図２４及び図２５を用いて説明する。

電源投入時・使用開始時・パルスレーザの波長変更時・ユーザが設定周波数を指定変更時等には、ロック状態探査制御手段２４−ｅが、周波数範囲掃引手段２４−ｃに所定の周波数範囲を所定の周波数刻みで掃引させて、周波数範囲設定手段２４−ｂに対し、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａに対して設定した、ＰＬＬ機能が追従する周波数範囲を設定変更させながら、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａがロック状態となる周波数を探査する。
ここでは、電源を投入後にＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａがロック状態となるまでの探査制御処理手順について図２４を用いて説明する。

サンプリングクロック発生手段２４の電源が投入された（ステップＳ２１）後、周波数範囲設定手段２４−ｂに対し、図示しない外部操作手段を介して、ＰＬＬ機能が追従する周波数範囲の開始値ｆstart（ここでは、７０ＭＨｚとする。）を初期設定する。周波数範囲の開始値ｆstartが設定されると、設定された周波数範囲の開始値ｆstartに周波数範囲掃引手段２４−ｃが掃引する周波数の範囲（ここでは、±１０ＭＨｚとする。）が加わることによって、周波数範囲設定手段２４−ｂがＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａに対して設定すべき周波数範囲の終了値ｆend（ここでは、７０ＭＨｚ±１０ＭＨｚ）が定まる。周波数範囲設定手段２４−ｂは、初期設定されている周波数の開始値ｆstartを、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａに対して設定すべき周波数ｆとする（ステップＳ２２）。そして、周波数範囲設定手段２４−ｂは、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａに対して周波数ｆを設定する（ステップＳ２３）。

ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａは、入力された基準信号であるパルスレーザの発振を検知した信号と比較信号との位相差が一定の状態（ロック状態）となることを目指して、設定された周波数の±１０ｐｐｍ程度の周波数範囲（ここでは、±１ｋＨｚとする。）を追従してフィードバック制御する。

ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａが追従中に、ロック状態検知手段２４−ｄが、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａのロック状態の有無を検知する（ステップＳ２４）。
ロック状態検知手段２４−ｄが、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａのロック状態を検知したとき、ロック状態探査制御手段２４−ｅは、周波数範囲掃引手段２４−ｃによる掃引及び周波数範囲設定手段２４−ｂによる周波数範囲の設定変更を終了させる。そして、光検出部１２は撮影を開始する（ステップＳ２８）。

ロック状態検知手段２４−ｄが、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａのロック状態を検知しないとき、ロック状態探査制御手段２４−ｅは、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａに設定した周波数ｆが周波数範囲の終了値ｆend（ここでは、７０ＭＨｚ±１０ＭＨｚ）に到達しているか否かをチェックする（ステップＳ２５）。
ロック状態検知手段２４−ｄがＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａのロック状態を検知せず、且つ、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａに設定した周波数ｆが周波数範囲の終了値ｆend（ここでは、７０ＭＨｚ±１０ＭＨｚ）に到達したとき、図示しないエラー告知手段が、エラーメッセージを告知する（ステップＳ２７）。

ロック状態検知手段２４−ｄがＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａのロック状態を検知せず、且つ、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａに設定した周波数ｆが周波数範囲の終了値ｆend（ここでは、７０ＭＨｚ±１０ＭＨｚ）に到達していないとき、周波数範囲掃引手段２４−ｃが、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａに設定されている周波数ｆに１ＫＨｚ加えた周波数（ｆ＋１ＫＨｚ）を掃引し、周波数範囲設定手段２４−ｂに対し、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａに対して設定すべき新たな周波数ｆとして再設定させる（ステップＳ２６）。以後、ロック状態検知手段２４−ｄがＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａのロック状態を検知するか、ロック状態検知手段２４−ｄがＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａのロック状態を検知せず、且つ、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａに設定した周波数ｆが周波数範囲の終了値ｆend（ここでは、７０ＭＨｚ±１０ＭＨｚ）に到達するまで、ステップＳ２３〜ステップＳ２６の探査制御処理を繰り返す。

次に、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａがロック状態となった後にアンロック状態となった場合において、再度ロック状態となるまでの探査制御処理手順について図２５を用いて説明する。
ロック状態探査制御手段２４−ｅは、ロック状態検知手段２４−ｄがＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａのロック状態を検知したときの周波数ｆに基づき、周波数範囲設定手段２４−ｂに対し、ＰＬＬ機能が追従する周波数範囲の開始値ｆstartを再設定させる（ステップＳ３１）。ここでは、便宜上、周波数ｆが８０ＭＨｚのときにロック状態検知手段２４−ｄがＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａのロック状態を検知していたものとする。設定周波数の開始値ｆstartが再設定されると、再設定された周波数範囲の開始値ｆstartに周波数範囲掃引手段２４−ｃが掃引する周波数の範囲（ここでは、±１０ＭＨｚ）が加わることによって、周波数範囲設定手段２４−ｂがＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａに対して設定すべき周波数範囲の終了値ｆend（ここでは、８０ＭＨｚ±１０ＭＨｚ）が定まる。

周波数範囲設定手段２４−ｂは、再設定した設定周波数の開始値ｆstartを、ＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａに対して設定すべき周波数ｆとする（ステップＳ１２）。以下は、図２４に示したステップＳ２３〜Ｓ２８と略同様の探査制御処理を行う（ステップＳ３３〜ステップＳ３８）。

なお、サンプリングクロック発生手段２４が図２１に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）は、パルスレーザ発振手段１１から発振されるパルスレーザの被検体への照射のＯＮとＯＦＦとを切り替えるＯＮ−ＯＦＦ切替部を備えて、サンプリングタイミングを間引いて検出するようにした構成や、パルスレーザ発振手段１１から発振されるパルスレーザの光路を少なくとも２以上に分岐し、異なる光路での光路長の違いから、パルスレーザ発振手段１１から発振される該パルスレーザの周期を逓倍した周期にして該パルスレーザを被検体３０へ照射する遅延光路部を有し、サンプリングタイミングを逓倍化する構成の場合において、レーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）におけるＰＬＬ機能を有するクロック手段２４−ａとしては、好ましくは、サンプリングクロックの逓倍や分周にも対応可能に構成されたクロック手段を用いる。

なお、図２１〜図２５を用いて説明したレーザ走査型顕微鏡に特徴的な構成は、上記各実施形態を前提としたものに限定されるものではない。

また、上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）は、好ましくは、更に、例えば、図２６に示すように、レーザ発振手段１１が、被検体３０を照射するためのレーザを発振するレーザ光源１１−１とレーザ光源１１−１から発振されたレーザの被検体への照射点を、共振現象を利用して走査可能な走査手段１１−２とを備え、更に、走査手段１１−２が走査する照射点の切替えに同期して照射点に対応する画素位置の切り替わりを判別し、画素位置の切り替わるタイミングのトリガをピクセルクロックとして出力するピクセルクロック発生手段２７を有するレーザ走査型顕微鏡装置であって、サンプリングクロック発生手段２４は、ピクセルクロック発生手段２７が第ｎ番目のピクセルクロックを出力後、第ｎ＋１番目のピクセルクロックを出力するまでの間に、複数回のサンプリングクロックを出力し、処理部２５は、累積加算ブロック２５−１と除算ブロック２５−２を有し、累積加算ブロック２５−１は、ピクセルクロック発生手段２７が出力した第ｎ番目のピクセルクロックが入力された後、ピクセルクロック発生手段２７が出力した第ｎ＋１番目のピクセルクロックが入力されるまでの間に、サンプリング手段１５（１５’）によって複数回Ａ／Ｄ変換されたデジタルデータを累積加算すると同時に、当該累積加算回数をカウントし、第ｎ＋１番目のピクセルクロックの入力タイミングに同期して、当該第ｎ＋１番目のピクセルクロックが入力されるまでの、累積加算したデジタルデータとカウントした累積加算回数を除算ブロック２５−２へ送出し、累積加算ブロック２５−１におけるデジタルデータの累積加算領域及び累積加算回数のカウント領域を初期状態にリセットし、除算ブロック２５−２は、累積加算ブロック２５−１より送出された当該累積加算されたデジタルデータに対し当該累積加算回数を除数として除算演算を行うように構成されている。そして、これにより、画素に対するレーザの照射時間が変動しても、煩雑な操作をすることなく、画素ごとの明るさのバラツキをなくして、画質を向上させることができるようになっている。

一般に、レーザ走査型顕微鏡では、ガルバノミラーなどの走査手段の角度を変えることによってレーザ光の照射点を走査させている。
また、画像化する際、１画素に相当する箇所に一定時間レーザを照射し、戻り光（反射光／拡散光／蛍光）を検出することにより、当該画素位置での画素値を決定する。

従来、レーザ走査型顕微鏡における画素値の決定手法としては、蛍光検出において、光検出器からの微弱信号をＳ／Ｎ良く画素値化するために、例えば、特許第４４０７４２３号公報に記載のレーザ顕微鏡のように電気回路上で、検出信号を積分する手法がとられている。そして、積分回路では、（照射点に対応する画素位置の切替わりタイミングのトリガをなす）ピクセルクロック毎に検出信号の積分とリセットの動作が繰り返される。

ところで、走査式の撮影において、ガルバノミラーの動作速度を上げて撮影を高速化させたい場合、一定速度での走査よりも、共振現象を利用した走査の方がより高速化できる。
しかしながら、共振現象を利用した走査では、走査速度は一定ではなくサイン関数となる。このため、画素ごとに、露光時間や検出信号のサンプリング回数及び積分時間が一定でなくなる。その結果、共振現象を利用した走査で被検体を露光することによって、検出し、加算したデータをそのまま画素値として画像化すると、走査速度が速い照射点に対応した画素位置の画像は暗く、走査速度が遅い照射点に対応した画素位置の画像は明るくなり、被検体の画像の明るさにバラツキが生じるという問題があった。

走査速度の違いに応じた画素ごとの明るさのムラを解消するための方法として、露光時間が長い画素については、露光時間の短い画素と同じ時間だけ検出信号の積分処理を行って、それより長い露光時間分の検出信号は破棄するという手法もあるが、それでは、その分の検出信号が無駄になる上、積分回数が少なくなる。検出信号には微弱なノイズが含まれており、積分回数が多ければ、検出信号に含まれるノイズが平均化されるので、検出信号のノイズを高精度に除去し易くなる。しかし、積分回数が少ないと検出信号に含まれるノイズに偏りが生じ易くなるため、検出信号のノイズを高精度には除去し難くなる。このため、上記のような露光時間の短い画素よりも長い時間の検出信号を破棄する手法では、露光時間が長い画素について検出信号に含まれるノイズを高精度に除去する機会が奪われてしまう。

また、一定速度の走査で被検体を撮影する方式においても、走査速度の設定を変更する都度、露光されて検出したデータを積算する量（サンプリング回数や、検出信号の積分回数）の設定をその都度変更しなければならず、操作が煩雑化するという問題があった。

図２６の構成は、このような従来の問題点に鑑みて、画素に対するレーザの照射時間が変動しても、煩雑な操作をすることなく、画素ごとの明るさのバラツキをなくして、画質を向上させることの可能なレーザ走査型顕微鏡装置とすることを目的としたものである。

図２６は上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）における、画素に対するレーザの照射時間が変動しても、煩雑な操作をすることなく、画素ごとの明るさのバラツキをなくして、画質を向上させることができるようにするための概略構成を示すブロック図である。図２７はレーザ走査型顕微鏡装置における走査手段による被検体に対するレーザの照射点を、共振現象を利用して走査する状態を概念的に示す説明図である。図２８は図２７に示すレーザ走査型顕微鏡装置におけるレーザの照射点の走査位置に対する走査速度及び加算されるサンプリングされた検出信号のデータ数を示す説明図で、(a)はレーザの照射点の動きを概念的に示す図、(b)は(a)のレーザの照射点の動きを時間に対する走査位置で示すグラフ、(c)は(a)のレーザの照射点の動きを時間に対する走査速度で示すグラフ、(d)は画像化範囲内における所定の走査点に対応した時間に対する加算されるサンプリングされた検出信号のデータ数を示すグラフである。図２９は図２６のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）の要部構成を示す説明図である。図３０は除数２〜１６を２の累乗分の１の分数を加算した式で表示した例を示す説明図である。図３１は図２９に示す除算回路の構成例を示す説明図で、(a)は２の累乗で除算した結果を２進表示で１ビット右へシフトしたレジスタを示す説明図、(b)は除数に応じて(a)のレジスタを組み合せて加算した例を示す説明図である。図３２は図２６に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）におけるサンプリングクロック、サンプリングされた検出信号、ピクセルクロック、累積加算される検出信号データ、累積加算カウンタ、累積加算された検出信号データ、累積加算カウント数、累積加算された検出信号データを累積加算カウント数で除算した１画素あたりの検出信号の平均値を示すタイミングチャートである。

レーザ走査型顕微鏡装置は、図２７に示すように、ガルバノミラーなどの走査手段の角度を変えることによってレーザ光源から発振されたレーザ光の照射点（レーザスポット）を走査させている。画像化する際、１画素に相当する箇所に一定時間レーザを照射し、戻り光（反射光／拡散光／蛍光）を検出することにより、当該画素位置での画素値を決定する。
光検出器からの微弱信号をＳ／Ｎ良く画素値化するために、検出した信号は積分される。
しかるに、走査手段が共振現象を利用して走査を行う場合、走査速度は一定ではなくサイン関数となる。例えば、図２８(a)に示すように走査手段がＸ方向を往復するように照射点を走査する場合、走査位置は、図２８(b)に示すように時間ｔの経過とともに、照射点Ｘ０と照射点Ｘ１の間を往復する。ここで、走査位置がＸ方向における画像化範囲の境界点Ｐ１から境界点Ｐ２へ向かって移動するときの走査速度は、図２８(c)に示すように境界点Ｐ１から中間点Ｐ１．５に向かうにしたがって大きくなり、中間点Ｐ１．５で最大となった後、境界点Ｐ２に向かうにしたがって小さくなり、変換点Ｐ３において略ゼロとなる。境界点Ｐ４から境界点Ｐ５へ向かって移動するときの走査速度、境界点Ｐ７から境界点Ｐ８へ向かって移動するときの走査速度、境界点Ｐ１０から境界点Ｐ１１へ向かって移動するときの走査速度も境界点Ｐ１から境界点Ｐ２へ向かって移動するときの走査速度と同様である。
このように、画像化範囲を移動する照射点の走査速度は、画素位置ごとに変化する。一方、検出信号のサンプリングは一定のタイミングで行われる。このため、画素ごとに、露光時間や検出信号のサンプリング回数及び積分時間が一定でなくなる。

例えば、図２８(c)に示すような画素位置ごとに走査速度の異なる走査手段を用いて照射点を走査しながら、被検体を露光することによって、検出したデータをそのまま画素値として画像化すると、図２８(d)に示すように、走査速度が速くなるにつれて当該画素位置での加算される検出データ数が少なくなり、走査速度が遅くなるにつれて当該画素位置での加算される検出データ数が多くなる。そして、図２８の例では、画像化範囲内において加算される検出信号のデータ数は、境界点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ７，Ｐ８，・・・で最大となり、中間点Ｐ１．５，Ｐ４．５，Ｐ７．５，Ｐ１０．５で最小となる。
このため、検出信号を加算したデータをそのまま画像化すると、走査速度が速い照射点に対応した画素位置の画像は暗く、走査速度が遅い照射点に対応した画素位置の画像は明るくなり、被検体の画像の明るさにバラツキが生じることになる。

図２６に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）のように、累積加算ブロック２５−１が、ピクセルクロック発生手段２７が出力した第ｎ番目のピクセルクロックが入力された後、ピクセルクロック発生手段２７が出力した第ｎ＋１番目のピクセルクロックが入力されるまでの間に、サンプリング手段１５（１５’）によって複数回Ａ／Ｄ変換されたデジタルデータを累積加算すると同時に、当該累積加算回数をカウントし、第ｎ＋１番目のピクセルクロックの入力タイミングに同期して、当該第ｎ＋１番目のピクセルクロックが入力されるまでの、累積加算したデジタルデータとカウントした累積加算回数を除算ブロック２５−２へ送出し、累積加算ブロック２５−１におけるデジタルデータの累積加算領域及び累積加算回数のカウント領域を初期状態にリセットすると共に、除算ブロック２５−２が、累積加算ブロック２５−１より送出された当該累積加算されたデジタルデータに対し当該累積加算回数を除数として除算演算を行うようにすれば、画素ごとに異なる走査速度に応じて累積加算された検出信号の平均値が１サンプリングあたりの画素値として得られる。このため、走査手段１１−２による走査速度が走査位置によって異なっても、画素ごとの明るさのバラツキをなくすことができる。しかも、検出した全ての検出信号を無駄にせずに済み、検出信号に含まれるノイズが平均化されることによって、検出信号のノイズを高精度に除去し易くなる。また、共振現象を利用しないで、走査範囲全体で一定速度となるように走査手段の走査速度を設定する場合においても、走査速度の設定を変更する都度、露光データを積算する量の設定を変更する必要がなくなる。

また、図２６に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）においては、好ましくは、除算ブロック２５−２は、限定された除数に対応した除算回路を有する。
また、図２６に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）においては、好ましくは、除算回路が、ビットシフト回路の組合せのみで構築されている。
このようにすれば、回路規模の巨大化を避けることができる。

そして、図２６に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）は、図２６に示すように、レーザ発振手段１１が、レーザ光源１１−１と走査手段としてのガルバノミラー１１−２とを備え、更に、画素位置判別回路２６と、ピクセルクロック発生手段２７を有している。なお、図２６中、２０’は処理部２５が構築した画素値に基づいてデジタル画像表示するする画像表示部である。

レーザ光源１１−１は、被検体３０を照射するためのレーザを発振する。
ガルバノミラー１１−２は、レーザ光源１１−１から発振されたレーザの被検体３０への照射点を、共振現象を利用して走査可能に構成されている。
画素位置判別回路２６は、ガルバノミラー１１−２が走査する照射点の切替えに同期して照射点に対応する画素位置の切り替わりを判別する。
ピクセルクロック発生手段２７は、画素位置判別回路２６により判別された画素位置の切り替わるタイミングのトリガをピクセルクロックとして出力する。
サンプリングクロック発生手段２４は、ピクセルクロック発生手段２７が第ｎ番目のピクセルクロックを出力後、第ｎ＋１番目のピクセルクロックを出力するまでの間に、複数回のサンプリングクロックを出力するように設定されている。

処理部２５は、累積加算ブロック２５−１と、除算ブロック２５−２を有している。
累積加算ブロック２５−１は、図２９に示すように、累積加算器２５−１ａと、累積加算カウンタ２５―ｂとで構成されている。
累積加算器２５−１ａは、ピクセルクロック発生手段２７が出力した第ｎ番目のピクセルクロックが入力された後、ピクセルクロック発生手段２７が出力した第ｎ＋１番目のピクセルクロックが入力されるまでの間に、サンプリング手段１５（１５’）によって複数回Ａ／Ｄ変換されたデジタルデータを累積加算する。
累積加算カウンタ２５−ｂは、累積加算器２５−１ａによるデジタルデータの累積加算回数をカウントする。
また、累積加算器２５−１ａ、累積加算カウンタ２５−１ｂは、第ｎ＋１番目のピクセルクロックが入力されたタイミングに同期して、当該第ｎ＋１番目のピクセルクロックが入力されるまでの累積加算したデジタルデータとカウントした累積加算回数を除算ブロック２５−２へ送出し、累積加算ブロック２５−１におけるデジタルデータの累積加算領域及び累積加算回数のカウント領域を初期状態にリセットする。

除算ブロック２５−２は、累積加算ブロック２５−１より送出された当該累積加算されたデジタルデータに対し当該累積加算回数を除数として除算演算を行う除算回路で構成されている。
ここで、除算ブロック２５−２の具体的な構成例を図３０及び図３１を用いて説明する。
例えば、除数２〜１６を２の累乗分の１の分数を加算した式で表わすと、図３０のように、２の１乗分の１の分数から２の１２乗分の１の分数までで示される。また、夫々の２の累乗分の１の分数の位置を合わせ、夫々の位置をビットに置き換えると、２で除算することは、２進表示で１ビット右側へシフトすることに相当することがわかる。
そこで、入力信号に対して２進表示で１ビット右へシフトしたレジスタ（ビットシフト回路）を生成しておき、除数に応じて、それらのレジスタを組み合わせて加算すれば、除算結果が得られることになる。

図２６に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）では、除算ブロック２５−２は、図３１(a)に示すように入力信号に対して２進表示で１ビット右へシフトしたレジスタ（ビットシフト回路）Ｓ（１）〜Ｓ（１２）を有し、除数に応じて、所定レジスタを組み合わせて加算する除算回路を有している。
例えば、入力信号が１３ビットで、除数が２〜１６である場合、除算回路は、図３１(b)に示すように、ビットシフト回路Ｓ（１）〜Ｓ（１２）を適宜組み合わせて加算することで、除算結果を得るように構成されている。

このように図２６に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）におけるレーザの照射時間が異なる画素からの検出信号データを用いた画素値の算出処理手順を、図３２を用いて説明する。
サンプリングクロック発生手段２４が出力した夫々のサンプリングクロック（動作クロック）の発振に同期して、サンプリング手段１５（１５’）は、光検出部１２が出力した夫々の検出信号をＡ／Ｄ変換する。図３２中、検出信号“Ｙ”，“Ｚ”，・・・，“Ｊ”，“Ｋ”は、Ａ／Ｄ変換後の検出信号を示している。
累積加算ブロック２５−１の累積加算器２５−１ａは、サンプリング手段１５（１５’）によってＡ／Ｄ変換された検出信号のデジタルデータを累積加算する。また、累積加算ブロック２５−１の累積加算カウンタ２５−１ｂは、累積加算器２５−１ａによるデジタルデータの累積加算回数をカウントする。

ここで、累積加算ブロック２５−１に、ピクセルクロック発生手段２７が出力した第ｎ番目のピクセルクロックＳｎが入力されたとする。すると、累積加算器２５−１ａは、ピクセルクロックＳｎが入力されるまでに累積加算したデジタルデータ（図３２の例では、“・・・＋Ｙ＋Ｚ”）を除算ブロック２５−２へ送出し、累積加算器２５−１ａにおけるデジタルデータの累積加算領域を初期状態（例えば、ＮＵＬＬ）にリセットする。また、累積加算カウンタ２５−１ｂは、ピクセルクロックＳｎが入力されるまでにカウントした累積加算回数（図３２の例では、“Ｎ”）を除算ブロック２５−２へ送出し、累積加算回数のカウント領域を初期状態（例えば、“１”）にリセットする。

除算ブロック２５−２は、累積加算ブロック２５−１より送出された当該累積加算されたデジタルデータ“・・・＋Ｙ＋Ｚ”に対し当該累積加算回数“Ｎ”を除数として除算演算を行う。
これにより、当該画素位置における検出信号・・・，“Ｙ”，“Ｚ”の平均値“（・・・＋Ｙ＋Ｚ）／Ｎ”が画素値として得られる。

同様に、累積加算ブロック２５−１に、ピクセルクロック発生手段２７が出力した第ｎ＋１番目のピクセルクロックＳｎ＋１が入力されたとする。すると、累積加算器２５−１ａは、ピクセルクロックＳｎ＋１が入力されるまでに累積加算したデジタルデータ（図３２の例では、“Ａ＋・・・＋Ｇ”）を除算ブロック２５−２へ送出し、累積加算器２５−１ａにおけるデジタルデータの累積加算領域を初期状態（例えば、ＮＵＬＬ）にリセットする。また、累積加算カウンタ２５−１ｂは、ピクセルクロックＳｎ＋１が入力されるまでにカウントした累積加算回数（図３２の例では、“７”）を除算ブロック２５−２へ送出し、累積加算回数のカウント領域を初期状態（例えば、“１”）にリセットする。

除算ブロック２５−２は、累積加算ブロック２５−１より送出された当該累積加算されたデジタルデータ“Ａ＋・・・＋Ｇ”に対し当該累積加算回数“７”を除数として除算演算を行う。
これにより、当該画素位置における検出信号“Ａ”，・・・，“Ｇ”の平均値（“Ａ＋・・・＋Ｇ）／７”が画素値として得られる。

ここで、上述した除数は、ピクセルクロックのｎ番目とn＋１番目の間でのサンプリング回数である。また、図２８(d)で示されるように、加算されるデータ数を決めるピクセルクロックのクロック間隔は、レーザースポットの走査速度で決まるため、加算されるデータ数と同様に有限の範囲内となる。すなわち、レーザースポットの走査速度とサンプリングタイミングの速さが決まれば、除数の範囲が決まるので、除算回路は限られた除数についてのみ除算できる構成であればよい。このように、図２６に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）によれば、除算ブロック２５−２が、限定された除数に対応した除算回路を有し、除算回路が、ビットシフト回路の組合せのみで構築されているので、回路規模の巨大化を避けることができる。

なお、図２６に示すような構成を更に備えた上記各実施形態のレーザ走査型観察装置（レーザ走査型顕微鏡装置）は、パルスレーザ発振手段１１から発振されるパルスレーザの被検体への照射のＯＮとＯＦＦとを切り替えるＯＮ−ＯＦＦ切替部を備えて、サンプリングタイミングを間引いて検出するようにした構成や、パルスレーザ発振手段１１から発振されるパルスレーザの光路を少なくとも２以上に分岐し、異なる光路での光路長の違いから、パルスレーザ発振手段１１から発振される該パルスレーザの周期を逓倍した周期にして該パルスレーザを被検体３０へ照射する遅延光路部（図示省略）を有し、サンプリングタイミングを逓倍化する構成の場合において、レーザ走査型顕微鏡装置における処理部１５の累積加算ブロック２５−１と除算ブロック２５−２は、好ましくは、サンプリングクロックの逓倍や分周にも対応可能に構成される。

なお、図２６〜図３２を用いて説明したレーザ走査型顕微鏡装置に特徴的な構成は、上記各実施形態を前提としたものに限定されるものではない。

以上説明したように、本発明は特許請求に記載された発明の他に、以下に示すような特徴を備えている。

（１）被検体を照射するためのパルスレーザを発振するパルスレーザ発振手段と、前記被検体からの光を受光し、検出信号を出力する光検出部と、クロック素子を備え前記パルスレーザ発振手段からの前記パルスレーザの発振を検知した信号を前記クロック素子を用いて整形して、前記パルスレーザ発振手段の発振モードに同期するサンプリングクロックを出力するサンプリングクロック発生手段と、前記サンプリングクロック発生手段が出力したサンプリングクロックに同期して、前記光検出部が出力した検出信号をサンプリングするサンプリング手段を有するレーザ走査型顕微鏡において、前記サンプリングクロック発生手段が、高倍率アンプと、帯域フィルタを有し、前記高倍率アンプ及び前記帯域フィルタが、前記検知した信号からパルスレーザの発振周波数以外の所定周波数成分を除去した信号を前記クロック素子に送出することを特徴とするレーザ走査型顕微鏡。

（２）前記クロック素子が、ジッタ除去機能を有することを特徴とする上記（１）に記載のレーザ走査型顕微鏡。

（３）前記クロック素子が、広帯域な出力帯域幅を有することを特徴とする上記（２）に記載のレーザ走査型顕微鏡。

（４）前記クロック素子が、ジッタ除去機能を有する第１のクロック素子と、広帯域な出力帯域幅を有する第２のクロック素子とをカスケード接続して構成されていることを特徴とする上記（１）に記載のレーザ走査型顕微鏡。

（５）前記パルスレーザ発振手段が発振するパルスレーザの発振周波数が、７０〜９０ＭＨｚであることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載のレーザ走査型顕微鏡。

（６）前記帯域フィルタの透過帯域が、１０ＫＨｚ〜発振周波数×１．２程度であることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載のレーザ走査型顕微鏡。

（７）前記サンプリングクロック発生手段は、前記検知した信号のノイズレベルに対応した、夫々異なる倍率及び透過帯域を持つ複数組の前記高倍率アンプと前記帯域フィルタの組合せを、多段配列して備えるとともに、前記検知した信号のノイズレベルに対応して、該検知した信号に最適な倍率及び透過帯域を持つ高倍率アンプと帯域フィルタの組合せを通るように、該検知した信号の導電路を切り替える切り替え部を備えることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれか記載のレーザ走査型顕微鏡。

（８）前記サンプリングクロック発生手段が、更に、前記パルスレーザ発振手段からの前記パルスレーザの発振を検知した信号をクロック信号へ変換する、ＰＬＬ機能を有するクロック手段と、前記ＰＬＬ機能を有するクロック手段に対して、前記ＰＬＬ機能が追従する周波数範囲を自動的に設定変更可能な周波数範囲設定手段を有することを特徴とする上記（１）〜（７）のいずれか記載のレーザ走査型顕微鏡。

（９）前記サンプリングクロック発生手段は、更に、前記ＰＬＬ機能を有するクロック手段のロック状態を検知するロック状態検知手段と、所定の周波数範囲を所定の周波数刻みで掃引して、前記周波数範囲設定手段に対し、前記ＰＬＬ機能を有するクロック手段に対して設定した、前記ＰＬＬ機能が追従する周波数範囲を変更させる周波数範囲掃引手段と、前記周波数範囲掃引手段により所定の周波数範囲を掃引され、前記周波数範囲設定手段により変更された前記ＰＬＬ機能が追従する周波数範囲を、前記ＰＬＬ機能を有するクロック手段が追従中に、前記ロック状態検知手段が前記ＰＬＬ機能を有するクロック手段のロック状態を検知したときに、前記周波数範囲掃引手段による掃引及び前記周波数範囲設定手段による周波数範囲の設定変更を終了させるロック状態探査制御手段を有することを特徴とする上記（８）に記載のレーザ走査型顕微鏡。

（１０）前記ロック状態探査制御手段は、前記ロック状態検知手段が前記ＰＬＬ機能を有するクロック手段のロック状態を検知後にアンロック状態を検知したとき、前記ロック状態検知手段が前記ＰＬＬ機能を有するクロック手段のロック状態を検知したときの周波数に基づき、前記周波数範囲設定手段に対し、前記ＰＬＬ機能を有するクロック手段に対して設定した、前記ＰＬＬ機能が追従する周波数範囲を自動的に再設定させることを特徴とする上記（８）又は（９）に記載のレーザ走査型顕微鏡。

（１１）前記周波数範囲設定手段は、７０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの周波数を、前記ＰＬＬ機能を有するクロック手段に対して設定変更可能であることを特徴とする上記（８）〜（１０）のいずれかに記載のレーザ走査型顕微鏡。

（１２）前記周波数範囲掃引手段は、±１０ＭＨｚの周波数範囲を１ＫＨｚ刻みで掃引することを特徴とする上記（８）〜（１１）のいずれかに記載のレーザ走査型顕微鏡。

（１３）被検体を照射するためのレーザを発振するレーザ光源と前記レーザ光源から発振されたレーザの前記被検体への照射点を、共振現象を利用して走査可能な走査手段とを備えたレーザ発振手段と、前記被検体からの光を受光し、検出信号を出力する光検出部と、前記走査手段が走査する照射点の切替えに同期して前記照射点に対応する画素位置の切り替わりを判別する画素位置切替わり判別手段と、前記画素位置切替わり判別手段により判別された画素位置の切り替わるタイミングのトリガをピクセルクロックとして出力するピクセルクロック発生手段と、サンプリングクロックを出力するサンプリングクロック発生手段と、前記サンプリングクロック発生手段が出力したサンプリングクロックに同期して、前記光検出部が出力した検出信号をＡ／Ｄ変換するサンプリング手段と、前記サンプリング手段がＡ／Ｄ変換した検出信号を用いて画像構成用の信号値を出力する処理部を有するレーザ走査型顕微鏡装置であって、前記サンプリングクロック発生手段は、前記ピクセルクロック発生手段が第ｎ番目のピクセルクロックを出力後、第ｎ＋１番目のピクセルクロックを出力するまでの間に、複数回のサンプリングクロックを出力し、前記処理部は、累積加算ブロックと除算ブロックを有し、前記累積加算ブロックは、前記ピクセルクロック発生手段が出力した第ｎ番目のピクセルクロックが入力された後、該ピクセルクロック発生手段が出力した第ｎ＋１番目のピクセルクロックが入力されるまでの間に、前記サンプリング手段によって複数回Ａ／Ｄ変換されたデジタルデータを累積加算すると同時に、当該累積加算回数をカウントし、前記第ｎ＋１番目のピクセルクロックの入力タイミングに同期して、当該第ｎ＋１番目のピクセルクロックが入力されるまでの、累積加算したデジタルデータとカウントした累積加算回数を前記除算ブロックへ送出し、該累積加算ブロックにおけるデジタルデータの累積加算領域及び累積加算回数のカウント領域を初期状態にリセットし、前記除算ブロックは、前記累積加算ブロックより送出された当該累積加算されたデジタルデータに対し当該累積加算回数を除数として除算演算を行うことを特徴とするレーザ走査型顕微鏡装置。

（１４）前記除算ブロックは、限定された除数に対応した除算回路を有することを特徴とする上記（１３）に記載のレーザ走査型顕微鏡装置。

（１５）前記除算回路が、ビットシフト回路の組合せのみで構築されていることを特徴とする上記（１４）に記載のレーザ走査型顕微鏡装置。

本発明のレーザ走査型観察装置は、例えば、レーザ走査型顕微鏡やレーザ走査型内視鏡など、被検体にレーザパルスを照射し、その戻り光を検出し検出した強度を画素値として画像を構成することが必要とされるあらゆる分野に有用である。

１１ パルスレーザ発振手段
１１−１ レーザ光源
１１−２ 走査手段（ガルバノミラー）
１２ 光検出部
１３ 同期信号発生手段
１４ 遅延回路部
１５、１５’ サンプリング手段
１５ａ’ ＡＤ変換手段
１６ メモリ部
１７ 多段遅延設定部
１８ 判定部
１９ 遅延設定部
２０ 画像構成部
２０’ 画像表示部
２１ ＯＮ−ＯＦＦ切替部
２２ 遅延光路部
２２ａ、２２ｄ、２２ｇ ビームスプリッタ
２２ｂ、２２ｃ、２２ｅ、２２ｆ ミラー
２３ ＡＣ結合型増幅器
２４ サンプリングクロック発生手段
２４ａ、２４ａ₁〜_n 高倍率アンプ
２４ｂ、２４ｂ₁〜_n 帯域フィルタ
２４ｃ、２４ｃ₁、２４ｃ₂ クロック素子
２４−ａ ＰＬＬ機能を有するクロック手段
２４−ｂ 周波数範囲設定手段
２４−ｃ 周波数範囲掃引手段
２４−ｄ ロック状態検知手段
２４−ｅ ロック状態探査制御手段
２５ 処理部
２５ａ 差分演算部
２５ｂ 画像構成用メモリ部
２５ｃ 遅延量設定手段
２５ｃ−１ 変換信号用メモリ部
２５ｃ−２ 判定部
２５−１ 累積加算ブロック
２５−１ａ 累積加算器
２５−１ｂ 累積加算カウンタ
２５−２ 除算ブロック
２６ 画素位置判別回路
２７ ピクセルクロック発生手段
３０ 被検体（サンプル）
５１ 光源
５２ ハーフミラー
５３ ガルバノミラー
５４ 対物レンズ
５５ ピンホール
５６ 受光素子
５７ 画像処理部
５８ モニタディスプレイ
５９ 被検体
６１ レーザ装置（パルスレーザ発振手段）
６２ 光電変換部（光検出部）
６３ Ａ／Ｄ変換部（サンプリング手段）
６４ メモリ
６５ レーザ発振検出部
６６ レーザ発振同期信号発生回路部（同期信号発生手段）
６７ 遅延回路部
６８ 外部入力回路
６９ 画像表示部
７０ 被検体

Claims (10)

1. 被検体を照射するためのパルスレーザを発振するパルスレーザ発振手段と、
   前記被検体からの光を受光し、検出信号を出力する光検出部と、
   前記パルスレーザ発振手段からの前記パルスレーザの発振を検知し、該パルスレーザの発振に同期した同期信号を出力する同期信号発生手段と、
   前記同期信号発生手段が出力した前記同期信号を任意の時間遅延させ、トリガ信号を出力する遅延回路部と、
   前記遅延回路部が出力した前記トリガ信号に同期して、前記光検出部が出力した検出信号をサンプリングするサンプリング手段と、
   前記サンプリング手段がサンプリングした前記検出信号を蓄積するメモリ部と、を備えたレーザ走査型観察装置において、
   前記遅延回路部が遅延させる前記同期信号の遅延時間を、該同期信号の１周期以内に少なくとも２以上の段階に設定可能な多段遅延設定部と、
   前記多段遅延設定部が設定した２以上の段階の遅延時間に応じて前記遅延回路部が出力した前記トリガ信号に同期し、前記サンプリング手段によりサンプリングされ前記メモリ部に蓄積された、各遅延段階での前記検出信号の強度データを用いて、画像構成に最適な遅延段階を判定する判定部と、を備え、
   前記多段遅延設定部は、前記判定部が判定した前記画像構成に最適な遅延段階に対応した遅延時間を、前記遅延回路部が遅延させる前記同期信号の遅延時間として設定し、前記遅延回路部が遅延させる前記同期信号の遅延時間を該画像構成に最適な遅延段階に対応した遅延時間に固定して観察を行えるようにしたことを特徴とするレーザ走査型観察装置。
2. 前記判定部は、前記メモリ部に蓄えられた各遅延段階での前記検出信号の強度データが最大となる遅延段階を、前記画像構成に最適な遅延段階として判定することを特徴とする請求項１に記載のレーザ走査型観察装置。
3. 更に、前記多段遅延設定部及び前記判定部による前記画像構成に最適な遅延段階に対応した遅延時間の設定処理を新規に行わせる、遅延設定スイッチを備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ走査型観察装置。
4. 更に、前記パルスレーザ発振手段から発振される前記パルスレーザの前記被検体への照射のＯＮとＯＦＦとを切り替えるＯＮ−ＯＦＦ切替部を備え、
   前記判定部は、前記画像構成に最適な遅延段階の判定に際し、前記ＯＮ−ＯＦＦ切替部がＯＮのときとＯＦＦのときの前記多段遅延設定部が設定した各遅延段階での前記検出信号の強度データを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ走査型観察装置。
5. 前記判定部は、更に、前記ＯＮ−ＯＦＦ切替部がＯＮのときとＯＦＦのときの前記多段遅延設定部が設定した各遅延段階での前記検出信号の強度データを用いて、該検出信号のコントラスト値を計算することを特徴とする、請求項４に記載のレーザ走査型観察装置。
6. 前記判定部は、更に、前記ＯＮ−ＯＦＦ切替部がＯＦＦのときの前記多段遅延設定部が設定した各遅延段階での前記検出信号の強度データを用いて、暗ノイズを検出することを特徴とする、請求項４又は５に記載のレーザ走査型観察装置。
7. 更に、前記パルスレーザ発振手段から発振された前記パルスレーザの光路を少なくとも２以上に分岐し、異なる光路での光路長の違いから、前記パルスレーザ発振手段から発振される該パルスレーザの周期を逓倍した周期にして該パルスレーザを前記被検体へ照射する遅延光路部を有するとともに、
   前記ＯＮ−ＯＦＦ切替部を、前記遅延光路部において分岐された少なくとも１つの光路上に備え、
   前記パルスレーザ発振手段からの該パルスレーザの発振の１周期以内に前記ＯＮ−ＯＦＦ切替部のＯＮとＯＦＦとが切り替わるようにしたことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のレーザ走査型観察装置。
8. 前記同期信号発生手段と前記遅延回路部とで、前記パルスレーザ発振手段からの前記パルスレーザの発振を検知した信号を前記パルスレーザ発振手段の発振モードに同期するサンプリングクロックを出力するサンプリングクロック発生手段をなし、
   更に、前記光検出部が出力した検出信号を増幅して出力するＡＣ結合型増幅器を有し、
   前記サンプリング手段は、前記サンプリングクロック発生手段が出力したサンプリングクロックに同期して、前記ＡＣ結合型増幅器が増幅して出力した検出信号をサンプリングし、
   更に、前記サンプリング手段がサンプリングした検出信号を用いて画像構成用の信号値を出力する処理部を有するレーザ走査型顕微鏡装置であって、
   前記サンプリング手段は、２系統のＡＤ変換手段を有し、
   前記処理部は、前記サンプリング手段がサンプリングした前記検出信号を蓄積する前記メモリ部と前記判定部とからなる、前記２系統のＡＤ変換手段の夫々におけるサンプリングのタイミングの遅延量を前記夫々の系統ごとに調整して設定可能な遅延量設定手段と、前記遅延量設定手段によって設定されたタイミングでサンプリングされた前記２系統のＡＤ変換手段からの検出信号の差分を画像構成用の信号値として出力する差分演算部を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のレーザ走査型観察装置。
9. 前記遅延量設定手段は、前記２系統のＡＤ変換手段のサンプリングのタイミングの遅延量を、互いにパルスレーザの発振周波数の半周期分ずれるように調整することを特徴とする請求項８に記載のレーザ走査型顕微鏡装置。
10. 前記遅延量設定手段は、
    前記２系統のＡＤ変換手段のうち、第１の系統のＡＤ変換手段のサンプリングのタイミングの遅延量を、該第１の系統のＡＤ変換手段からの検出信号が最大となるように調整し、且つ、第２の系統のＡＤ変換手段のサンプリングのタイミングの遅延量を、該第２の系統のＡＤ変換手段からの検出信号が最小となるように調整することを特徴とする請求項８に記載のレーザ走査型顕微鏡装置。

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