JP6441020B2 - レーザ顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ顕微鏡に関するものである。

従来、検出器として光を検出してその強度信号を出力する光電子増倍管（ＰＭＴ）を備えるレーザ顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１参照）。ＰＭＴは過大な光が入射すると劣化する虞があるため、従来のレーザ顕微鏡では、輝度情報に変換可能なＰＭＴからの強度信号の最大範囲（以下、「フルスケール」という。）をＰＭＴが劣化しない範囲に設定し、ＰＭＴの出力信号がフルスケールを超えないようにレーザ光のパワーやＰＭＴに印加するＨＶ等を調整している。

特開２０１４−１４５９５９号公報

しかしながら、標本に光刺激を与えると、それに応じた強い反応が得られることがある。そのため、光刺激を与えていない標本からの光の輝度に基づいてフルスケールを設定したのでは、強い反応が得られた部位からの光の輝度は飽和してしまうことがあり、一方、光刺激を与えた標本の反応部位からの光の輝度に基づいてフルスケールを設定したのでは、反応部位以外からの微弱な光の輝度がノイズに埋もれてしまうことがある。したがって、これらのような場合は、正しい輝度情報を得られないという問題がある。さらに、標本が強い反応を起こしても輝度が飽和しないようレーザパワーやＰＭＴのＨＶを低く設定したのでは、全体の輝度が低くなり、反応部位の位置出し等を含めた条件出しが困難になるという問題がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、強度信号のダイナミックレンジを拡張するとともに光検出器の劣化を抑制するレーザ顕微鏡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に、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、標本にレーザ光を照射する光照射部と、該光照射部によりレーザ光が照射された前記標本からの光を検出して強度信号を出力する光検出器と、該光検出器から出力された強度信号を画素毎に輝度情報に変換する情報変換部と、該情報変換部により前記輝度情報に変換可能な前記強度信号の最大範囲として、光刺激を与えた前記標本からの光の前記強度信号よりも小さい通常フルスケールと該通常フルスケールよりも大きい拡張フルスケールとを前記情報変換部に択一的に設定可能なフルスケール設定部と、光刺激を与えていない前記標本の前記輝度情報を取得する通常観察モードと光刺激を与えた前記標本の前記輝度情報を取得する刺激観察モードとの切り替えを判別する切換判別部と、前記通常観察モードでは前記通常フルスケールを設定し、前記刺激観察モードでは前記拡張フルスケールを設定するよう、前記切換判別部による判別結果に基づいて前記フルスケール設定部を制御する設定制御部と、前記光検出器に印加する電圧を設定する設定部とを備え、該設定部が、前記通常観察モードと前記刺激観察モードとで、前記光検出器に設定する電圧の値を変更しないレーザ顕微鏡を提供する。

本発明によれば、観察モードが切り換えられると、切換判別部の判別結果に基づいて設定制御部によりフルスケール設定部が制御され、情報変換部に対して、通常観察モードでは通常フルスケールが設定され、刺激観察モードでは拡張フルスケールが設定される。そして、各観察モードにおいて、光照射部によりレーザ光が照射された標本からの光が光検出器により検出され、情報変換部により観察モードに応じたフルスケール内の光の強度信号が輝度情報に変換される。

この場合において、通常フルスケールは光刺激を与えた標本からの光の強度信号よりも小さいので、光検出器から出力される強度信号が通常フルスケールを超えないようにレーザ光のパワーおよび／または光検出器に印加する電圧を設定すれば、通常観察モードにおいて光検出器の出力が定常的に過大となるのを防ぎ、光検出器の劣化を抑制することができる。

また、通常フルスケールよりも大きい拡張フルスケールを設定する刺激観察モードでは、強度信号のダイナミックレンジを拡張して標本からの強い光の輝度情報を得ることができる。なお、光電子増倍管のような光検出器は短時間であればある程度の強い光が入射しても劣化がほとんど促進されないので、刺激観察モードにおいて標本からの強い光が光検出器に入射しても光検出器の劣化が大きく促進されることはない。

上記発明においては、前記情報変換部が、前記通常観察モードと前記刺激観察モードとで、前記強度信号を前記輝度情報に変換する変換係数を切り替えることとしてもよい。
このように構成することで、観察モードごとに、それぞれのフルスケール内の強度信号を高コントラストの輝度情報で表示することができる。

上記発明においては、前記情報変換部が、前記通常観察モードと前記刺激観察モードの前記強度信号と前記輝度情報とを対応付けたテーブルを有し、該テーブルに基づいて前記強度信号を前記輝度情報に変換することとしてもよい。
このように構成することで、演算処理に伴う時間を省き、観察モードごとに、それぞれのフルスケール内の強度信号を高コントラストの輝度情報に迅速に変換して表示することができる。

本発明は、標本にレーザ光を照射する光照射部と、該光照射部によりレーザ光が照射された前記標本からの光を検出して強度信号を出力する光検出器と、該光検出器から出力された強度信号を画素毎に所定の第１変換係数で輝度情報に変換して、２つのチャンネルに分岐させる情報変換部と、該情報変換部により分岐された一方の前記チャンネルの前記輝度情報を前記所定の第１変換係数とは異なる所定の第２変換係数で変換するスケール変換部と、前記２つのチャンネルの前記輝度情報に異なるチャンネル情報を付するチャンネル情報付加部と、前記情報変換部により前記輝度情報に変換可能な前記強度信号の最大範囲として、光刺激を与えた前記標本からの光の前記強度信号よりも小さい通常フルスケールと該通常フルスケールよりも大きい拡張フルスケールとを前記情報変換部に択一的に設定可能なフルスケール設定部と、光刺激を与えていない前記標本の前記輝度情報を取得する通常観察モードと光刺激を与えた前記標本の前記輝度情報を取得する刺激観察モードとの切り替えを判別する切換判別部と、前記通常観察モードでは前記通常フルスケールを設定し、前記刺激観察モードでは前記拡張フルスケールを設定するよう、前記切換判別部による判別結果に基づいて前記フルスケール設定部を制御する設定制御部と、前記光検出器に印加する電圧を設定する設定部とを備え、該設定部が、前記通常観察モードと前記刺激観察モードとで、前記光検出器に設定する電圧の値を変更しないレーザ顕微鏡を提供する。

本発明によれば、情報変換部により所定の第１変換係数で変換された輝度情報が２つのチャンネルに分岐され、一方のチャンネルの輝度情報は所定の第２変換係数でさらに変換されて出力される一方、他方のチャンネルの輝度情報はそのまま出力される。各チャンネルの輝度情報は、チャンネル情報付加部によりそれぞれ異なるチャンネル情報が付されることで、使い分けを容易にすることができる。

この場合において、所定の第１変換係数として通常フルスケール内の強度信号が高コントラストになるような値を設定し、第１変換係数で変換されたままの輝度情報を通常観察モードで用いれば、ノイズに埋もれていない標本からの微弱な輝度情報も利用することができる。

一方、所定の第２変換係数として輝度情報が拡張フルスケール内で高コントラストになるような値を設定し、スケール変換部により第２変換係数で変換された輝度情報を刺激観察モードで用いれば、輝度情報のダイナミックレンジを拡張して標本からの強い光の輝度情報を得ることができる。なお、そのまま出力された輝度情報とさらに第２変換係数で変換された輝度情報とを比較すれば、通常フルスケールを超える輝度情報を一見して把握することができる。

上記発明においては、前記拡張フルスケールの最大範囲が、光刺激を与えた前記標本からの光の前記強度信号の最大値よりも小さいこととしてもよい。
このように構成することで、刺激観察モードにおいて、標本からの強い光の輝度情報をノイズに埋もれるのを抑制して得ることができる。

上記発明においては、前記拡張フルスケールの最大範囲が、光刺激を与えた前記標本からの光の前記強度信号の最大値よりも大きいこととしてもよい。
このように構成することで、刺激観察モードにおいて、標本からの強い光の輝度情報を飽和させることなく得ることができる。

上記発明においては、前記拡張フルスケールが可変であることとしてもよい。
このように構成することで、光刺激を与えた標本の反応に応じて拡張フルスケールを変更することにより、光刺激を与えた標本の輝度情報を漏れなく取得することができる。

本発明によれば、強度信号のダイナミックレンジを拡張するとともに光検出器の劣化を抑制するという効果を奏する。

本発明の第１実施形態に係る走査型レーザ顕微鏡を示す概略構成図である。 図１の走査型レーザ顕微鏡の検出部の概略構成図である。 Ａ／Ｄコンバータにおけるピクセルクロックとデータサンプリングとの関係を示すタイミングチャートである。 通常フルスケールと拡張フルスケールの一例を示す図である。 図１の制御部の構成を示すブロック図である。 図５の記憶部に記憶されているＣＰＵのプログラムを示す図である。 図１の走査型レーザ顕微鏡によるサンプルの観察を説明するフローチャートである。 本発明の第１実施形態の第３変形例に係る走査型レーザ顕微鏡の通常フルスケール用のルックアップテーブルの一例を示す図である。 本発明の第１実施形態の第３変形例に係る走査型レーザ顕微鏡の拡張フルスケール用のルックアップテーブルの一例を示す図である。 （ａ）は本発明の第１実施形態の第４変形例に係る走査型レーザ顕微鏡のルックアップテーブルの一例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に表示される赤色の強度とＰＭＴの出力との関係の一例を示す図であり、（ｃ）は（ａ）に表示される緑色の強度とＰＭＴの出力との関係の一例を示す図であり、（ｄ）は（ａ）に表示される青色の強度とＰＭＴの出力との関係の一例を示す図である。 は本発明の第１実施形態の第４変形例に係る走査型レーザ顕微鏡の他のルックアップテーブルの一例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に表示される赤色の強度とＰＭＴの出力との関係の一例を示す図であり、（ｃ）は（ａ）に表示される緑色の強度とＰＭＴの出力との関係の一例を示す図であり、（ｄ）は（ａ）に表示される青色の強度とＰＭＴの出力との関係の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態の走査型レーザ顕微鏡のデータ処理部の概略構成図である。 図１２の走査型レーザ顕微鏡により通常観察モードで取得される標本の画像の一例を示す図である。 図１２の走査型レーザ顕微鏡により刺激観察モードで取得される標本の画像の一例を示す図である。

〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係る走査型レーザ顕微鏡（レーザ顕微鏡）について図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る走査型レーザ顕微鏡１００は、例えば、図１に示すように、サンプル（標本）Ｓにレーザ光を照射する光照射部１と、光照射部１によりレーザ光が照射されたサンプルＳにおいて発生した蛍光（光）をレーザ光の光路から分岐させるダイクロイックミラー３と、ダイクロイックミラー３により分岐された蛍光を検出する検出部５と、光照射部１および検出部５の制御や画像生成および観察モードの切り替えの判別等を行う制御部（切換判別部）７と、制御部７により生成された画像等を表示するモニタ９と、ユーザに観察モードを入力させる入力部１０とを備えている。

観察モードとしては、光刺激を与えていないサンプルＳの輝度情報を取得するイメージングのみのモード（以下、「通常観察モード」という。）と、光刺激を与えたサンプルＳの輝度情報を取得する光刺激とイメージングのモード（以下、「刺激観察モード」という。）が挙げられる。

光照射部１は、観察や刺激に応じてレーザ光を発生する複数の波長のレーザで構成される光源１１と、光源１１から発せられたレーザ光をサンプルＳ上で２次元的に走査させるガルバノミラーのようなスキャナ１３とにより構成されている。

ダイクロイックミラー３は、光源１１からのレーザ光をスキャナ１３に向けて透過させる一方、サンプルＳからスキャナ１３を介してレーザ光の光路を戻る蛍光を検出部５に向けて反射するようになっている。

検出部５は、図２に示すように、蛍光を検出して強度信号に変換するＰＭＴ（Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ Ｔｕｂｅ、光電子増倍管、光検出器）１５と、ＰＭＴ１５から出力された強度信号を電流信号から電圧信号に変換する変換回路１７と、変換回路１７から出力された電圧信号を所定の値で乗算する可変ゲイン回路１９と、可変ゲイン回路１９から出力された電圧信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ２１と、Ａ／Ｄコンバータ２１から出力されたデジタルデータを処理するデータ処理部（情報変換部）２３とを備えている。

また、検出部５には、可変ゲイン回路１９に所定の値を設定する可変ゲイン制御ロジック２５と、Ａ／Ｄコンバータ２１による電圧信号のサンプリングタイミングを制御するサンプリング制御ロジック２７と、データ処理部２３により輝度情報に変換可能な強度信号の最大範囲（以下、「フルスケール」という。）を切り替えるフルスケール切換部（フルスケール設定部、設定制御部）２９とが備えられている。

サンプリング制御ロジック２７は、図３に示すようなデータサンプリングクロックをＡ/Ｄコンバータ２１へ送るようになっている。Ａ/Ｄコンバータ２１は、サンプリング制御ロジック２７から送られてくるデータサンプリングクロックに合わせて電圧信号をサンプリングしてデジタルデータに変換するようになっている。

フルスケール切換部２９は、図４に示すように、通常観察モードで使用する通常フルスケールと、刺激観察モードで使用する拡張フルスケールとをデータ処理部２３に択一的に設定することができるようになっている。拡張フルスケールはユーザが任意に変更することができ、拡張フルスケールの最大範囲は、例えば、光刺激を与えたサンプルＳからの蛍光の強度信号の最大値よりも大きいこととする。

また、フルスケール切換部２９は、データ処理部２３に対して、通常観察モードでは通常フルスケールを設定し、刺激観察モードでは拡張フルスケールを設定するようになっている。また、フルスケール切換部２９は、制御部７よる観察モードの切り替えの判別結果に基づいて、これら通常フルスケールの設定と拡張フルスケールの設定とを切り替えるようになっている。

データ処理部２３は、Ａ／Ｄコンバータ２１から送られてくる複数のデジタルデータを図３に示すような１画素単位のタイミング信号であるピクセルクロックに合わせて累積加算して１つの輝度情報に変換するようになっている。また、データ処理部２３は、フルスケール切換部２９により設定されるフルスケールに応じて、デジタルデータの累積加算回数を変更するようになっている。

例えば、データ処理部２３は、通常フルスケールではピクセルクロックの立ち上がりエッジのタイミングでデジタルデータを４回累積加算し、拡張フルスケールではピクセルクロックの立ち上がりエッジのタイミングでデジタルデータを２回累積加算するようになっている。これにより、例えば、通常フルスケールではＰＭＴ１５からの強度信号が２μＡで輝度情報１０２３に変換され、拡張フルスケールではＰＭＴ１５からの強度信号が４μＡで輝度情報１０２３に変換される。なお、システム上、モニタ９に表示することができる輝度情報の範囲は０〜１０２３までの１０２４段階とする。データ処理部２３により変換された輝度情報は制御部７に送られる。

制御部７は、図５に示すように、インターフェース回路７ａと、ハードディスクドライブのような記憶部７ｂと、ＣＰＵ７ｃと、ＲＡＭ７ｄとを備えている。制御部７には、モニタ９と入力部１０が接続されている。

インターフェース回路７ａは、走査型レーザ顕微鏡１００の各部（検出部５、光源１１、スキャナ１３等）を制御するための制御基板や、検出部５のデータ処理部２３からの出力信号を受け取って画像輝度信号に変換する信号処理基板を含んでいる。

記憶部７ｂには、図６に示すように、ＣＰＵ７ｃが実行するプログラム等が記憶されている。すなわち、記憶部７ｂには、光照射部制御プログラム、検出部制御プログラム、画像生成プログラム、観察モード切換判別プログラム、および、データが記憶されている。

ＣＰＵ７ｃは、光照射部１を制御する機能と、検出部５を制御する機能と、画像を生成する機能と、観察モードの切り換えを判別する機能とを有している。このＣＰＵ７ｃは、記憶部７ｂに記憶されている上記の各プログラムを読み込んで、これらの機能の各サブルーチンを実行するようになっている。

すなわち、制御部７は、ＣＰＵ７ｃによる光照射部制御プログラムの実行により、スキャナ１７によるレーザ光の走査を制御したり、光源１１の通常観察モード用レーザパワーおよび刺激観察モード用レーザパワーを設定したりするようになっている。また、制御部７は、ＣＰＵ７ｃによる検出部制御プログラムの実行により、ＰＭＴ１５に印加するＨＶ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ、電圧）を設定するようになっている。この制御部７は、サンプルＳに対して光源１１から通常観察モード用レーザ光を照射した場合にＰＭＴ１５から出力される強度信号が通常フルスケールを超えないように、光源１１の通常観察モード用レーザパワーとＰＭＴ１５に印加するＨＶの少なくとも一方を調整するようになっている。

また、制御部７は、ＣＰＵ７ｃによる観察モード切換判別プログラムの実行により、ユーザが入力する通常観察モードと刺激観察モードとの切り替えを判別して、判別結果を検出部５に送るようになっている。さらに、制御部７は、ＣＰＵ７ｃによる画像生成プログラムの実行により、検出部５から送られてくる輝度情報とスキャナ１３によるレーザ光の走査位置情報とに基づいてサンプルＳの２次元的な画像を生成してモニタ９に表示させるようになっている。

このように構成された走査型レーザ顕微鏡１００の作用について、図７のフローチャートを参照して説明する。
本実施形態に係る走査型レーザ顕微鏡１００によるサンプルＳの観察は、通常観察モードで行う測定準備段階（ステップＳ１〜Ｓ４）と、刺激観察モードで行う本測定段階（ステップＳ５〜Ｓ７）とに分けられる。

測定準備段階では、ユーザが通常観察モードを設定することにより制御部７において観察モードが判別され、フルスケール切換部２９により制御部７の判別結果に基づいてデータ処理部２３に通常フルスケールが設定される（ステップＳ１）。データ処理部２３においては、通常フルスケールが設定されることにより強度信号の累積加算回数が４回に設定される（ステップＳ２）。

次いで、制御部７により、光源１１からレーザ光が発せられてスキャナ１３によりサンプルＳ上で２次元的に走査される（ステップＳ３）。レーザ光が照射されることによりサンプルＳにおいて発生した蛍光は、スキャナ１３を介してダイクロイックミラー３により反射され、検出部５に入射する。

検出部５においては、サンプルＳからの蛍光がＰＭＴ１５により検出されて強度信号が出力され、変換回路１７によりその強度信号が電圧信号に変換された後、可変ゲイン回路１９によりその電圧信号に所定の値が乗算される。そして、可変ゲイン回路１９から出力される電圧信号がＡ／Ｄコンバータ２１によりサンプリングされてＡ／Ｄ変換され、データ処理部２３にデジタルデータが送られる。

データ処理部２３においては、Ａ／Ｄコンバータ２１から送られてくる複数のデジタルデータが画素毎に４回累積加算されて１つの輝度情報に変換され、制御部７に送られる。制御部７においては、データ処理部２３からの輝度情報とスキャナ１３による走査情報とに基づいて、光刺激を与えられていないサンプルＳの画像が生成される。制御部７により生成された画像はモニタ９に表示される。

また、制御部７により、データ処理部２３からの輝度情報に基づき、サンプルＳに対して光源１１から通常観察モード用レーザ光を照射した場合にＰＭＴ１５から出力される強度信号が通常フルスケールを超えないように、光源１１の通常観察モード用レーザパワーとＰＭＴ１５に印加するＨＶが調整される（ステップＳ４）。

この場合において、通常フルスケールは光刺激を与えたサンプルＳからの蛍光の強度信号よりも小さいので、ＰＭＴ１５から出力される強度信号が通常フルスケールを超えないように光源１１の通常観察モード用レーザパワーとＰＭＴ１５のＨＶを設定することで、通常観察モードにおいてＰＭＴ１５の出力が定常的に過大となるのを防ぎ、ＰＭＴ１５の劣化を抑制することができる。

続いて、本測定段階に移る。本測定段階では、ユーザが刺激観察モードに切り替えることにより制御部７において観察モードの切り替えが判別され、フルスケール切換部２９により制御部７の判別結果に基づいてデータ処理部２３に拡張フルスケールが設定される（ステップＳ５）。データ処理部２３においては、拡張フルスケールが設定されることにより強度信号の累積加算回数が２回に設定される（ステップＳ６）。光源１１の通常観察モード用レーザパワーとＰＭＴ１５に印加するＨＶは、測定準備段階で設定された値のままである。

本測定段階では、例えば、光源１１により、サンプルＳに刺激光が照射されてサンプルＳが光刺激される。
走査型レーザ顕微鏡１００においては、本測定が開始され（ステップＳ７）、測定準備段階と同様に、制御部７の制御に従い、光照射部１によりサンプルＳに刺激観察モード用レーザ光が照射されて、検出部５によりサンプルＳからの蛍光が検出される。

検出部５においては、データ処理部２３において、Ａ／Ｄコンバータ２１から送られてくる複数のデジタルデータが画素毎に２回累積加算されて１つの輝度情報に変換され、制御部７に送られる。制御部７においては、データ処理部２３からの輝度情報とスキャナ１３による走査情報とに基づいて、光刺激が与えられたサンプルＳの画像が生成される。制御部７により生成された画像はモニタ９に表示される。

この場合において、通常フルスケールよりも大きい拡張フルスケールを設定する刺激観察モードでは、強度信号のダイナミックレンジを拡張してサンプルＳからの強い光の輝度情報を得ることができる。光刺激を与えたサンプルＳからの蛍光の強度信号の最大値よりも大きい拡張フルスケールを設定すれば、刺激観察モードにおいてサンプルＳからの強い光の輝度情報を飽和させることなく得ることができる。輝度情報がノイズに多少埋もれても問題ない場合に有効である。なお、ＰＭＴは短時間であればある程度の強い光が入射しても劣化がほとんど促進されないので、刺激観察モードにおいてサンプルＳからの強い光がＰＭＴ１５に入射してもＰＭＴ１５の劣化が大きく促進されることはない。

以上説明したように本実施形態に係る走査型レーザ顕微鏡１００によれば、測定準備段階と本測定段階とでフルスケールを切り替え、サンプルＳから強い蛍光がＰＭＴ１５に入射しないようなレーザパワーやＨＶの条件に設定することでＰＭＴ１５の劣化を抑制するとともに、本測定段階において強度信号のダイナミックレンジを拡張して光刺激を与えたサンプルＳからの強い輝度情報を得ることができる。

本実施形態は以下のように変形することとしてもよい。
本実施形態においては、拡張フルスケールの最大範囲が光刺激を与えたサンプルＳにおいて発生する蛍光の強度信号よりも大きいこととした。第１変形例としては、これに代えて、拡張フルスケールの最大範囲が、光刺激を与えたサンプルＳからの蛍光の強度信号の最大値よりも小さいこととしてもよい。

このようにすることで、通常フルスケールよりも大きく、光刺激を与えたサンプルＳからの蛍光の強度信号の最大値よりも小さい拡張フルスケールを設定すれば、刺激観察モードにおいて、サンプルＳからの強い蛍光の輝度情報をノイズに埋もれるのを抑制して得ることができる。輝度情報が多少飽和しても問題ない場合に有効である。

本実施形態においては、通常観察モードと刺激観察モードとで強度信号の累積加算回数を変えることとした。第２変形例としては、これに代えて、例えば、可変ゲイン回路１９において、通常観察モードと刺激観察モードとで可変ゲイン（変換係数）を変えることとしてもよいし、可変ゲイン回路１９に代えて積分器を採用し、通常観察モードと刺激観察モードとで積分時間を変えることとしてもよい。これらの場合、観察モードごとに、それぞれのフルスケール内の強度信号を高コントラストの輝度情報で表示することができるように、可変ゲインや積分時間を変えることとすればよい。

また、第３変形例としては、例えば、図８および図９に示すように、データ処理部２３が、通常観察モードと刺激観察モードの強度信号と輝度値とを対応付けたルックアップテーブルを有し、ルックアップテーブルに基づいて強度信号を輝度情報に変換することとしてもよい。

図８は、通常フルスケール設定時のルックアップテーブルの一例を示しており、図９は、拡張フルスケール設定時のルックアップテーブルの一例を示している。データ処理部２３は、測定準備段階では、図８のルックアップテーブルに基づいて強度信号を輝度情報に変換し、本測定段階では図９のルックアップテーブルに基づいて強度信号を輝度情報に変換することとすればよい。

このようにすることで、データ処理部２３により、演算処理に伴う時間を省き、観察モードごとに、それぞれのフルスケール内の強度信号を高コントラストの輝度情報に迅速に変換することができる。

第４変形例としては、第３変形例に代えて、例えば、図１０（ａ）および図１１（ａ）に示すように、輝度情報の表示の色をＲＧＢで変えたルックアップテーブルを採用することとしてもよい。

この場合、例えば、図１０（ａ）に示すように、通常フルスケールの部分はグレースケールで表示し（図１０（ａ）の符号Ｌ参照。）、通常フルスケールよりも大きい拡張フルスケールの部分は他の色で表示することとしてもよい（図１０（ａ）の符号Ｍ参照。）。図１０（ｂ）は図１０（ａ）に表示される赤色の強度とＰＭＴ１５の出力との関係を示し、図１０（ｃ）は図１０（ａ）に表示される緑色の強度とＰＭＴ１５の出力との関係を示し、図１０（ｄ）は図１０（ａ）に表示される青色の強度とＰＭＴ１５の出力との関係を示している。この場合、図１０（ａ）の符号Ｍの部分は主に緑色になる。
このようにすることで、拡張フルスケールの領域に達する蛍光の強度信号がどの位置にあって、それがどの程度の輝度値かを概略把握することができる。

本変形例においては、図１１（ａ）に示すように、拡張フルスケールの最高輝度部分の表示色をさらに変えることとしてもよい（図１１（ａ）の符号Ｎ参照。）。図１１（ｂ）は図１１（ａ）に表示される赤色の強度とＰＭＴ１５の出力との関係を示し、図１１（ｃ）は図１１（ａ）に表示される緑色の強度とＰＭＴ１５の出力との関係を示し、図１１（ｄ）は図１１（ａ）に表示される青色の強度とＰＭＴ１５の出力との関係を示している。この場合、図１１（ａ）の符号Ｍの部分は緑色になり、符号Ｎの部分は赤色になる。
このようにすることで、拡張フルスケールを超えてしまう部分をより明確にすることができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る走査型レーザ顕微鏡（レーザ顕微鏡）について説明する。
本実施形態に係る走査型レーザ顕微鏡１００は、データ処理部２３に代えて、図１２に示すように、デジタルデータを２チャンネルに分けて出力するデータ処理部（情報変換部）３１を備える点で第１実施形態と異なる。
以下、データ処理部３１以外の構成については、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。また、第１実施形態に係る走査型レーザ顕微鏡１００と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。

データ処理部３１は、Ａ／Ｄコンバータ２１から送られてきたデジタルデータを画素毎に所定の第１変換係数で輝度情報に変換して２つのチャンネルに分岐させる演算処理部３３と、演算処理部３３により分岐された２つのチャンネルの片方の輝度情報を所定の第２変換係数で変換するスケール変換部３５と、２つのチャンネルの輝度情報に異なるチャンネル情報を付するチャンネル情報付加部３７Ａ，３７Ｂとを備えている。

演算処理部３３は、通常フルスケール内の強度信号が高コントラストになるような第１変換係数で画素毎にデジタルデータを輝度情報に変換するようになっている。また、演算処理部３３は、同一の輝度情報を２つのチャンネルに出力し、一方のチャンネルでは輝度情報をチャンネル情報付加部３７Ａに送り、他方のチャンネルでは輝度情報をスケール変換部３５に送るようになっている。

スケール変換部３５は、演算処理部３３からの輝度情報が拡張フルスケール内で高コントラストになるような第２変換係数で変換してチャンネル情報付加部３７Ｂに送るようになっている。

チャンネル情報付加部３７Ａは、演算処理部３３から送られてきた輝度情報に対して、チャンネル情報としてＣＨ１を付してＣＨ１データとして制御部７に送るようになっている。チャンネル情報付加部３７Ｂは、スケール変換部３５から送られてきた輝度情報に対して、チャンネル情報としてＣＨ２を付してＣＨ２データとして制御部７に送るようになっている。

制御部７は、通常観察モードでは、ＣＰＵ７ｃによる画像生成プログラムの実行により、ＣＨ１データに基づいて、光刺激を与えていないサンプルＳの画像を生成するようになっている。また、制御部７は、刺激観察モードでは、ＣＰＵ７ｃによる画像生成プログラムの実行により、ＣＨ２データに基づいて、光刺激を与えたサンプルＳの画像を生成するようになっている。

また、制御部７は、サンプルＳに光源１１から通常観察モード用レーザ光を照射した場合にＰＭＴ１５から出力される強度信号が通常フルスケールを超えないように、光源１１の通常観察モード用レーザパワーとＰＭＴ１５に印加するＨＶの少なくとも一方を調整するようになっている。さらに、制御部７は、生成した画像をモニタ９に表示させるようになっている。

このように構成された走査型レーザ顕微鏡１００の作用について説明する。
本実施形態に係る走査型レーザ顕微鏡１００によりサンプルＳを観察するには、第１実施形態と同様に、通常観察モードで行う測定準備段階と刺激観察モードで行う本測定段階とに分けられる。

測定準備段階では、ユーザが通常観察モードを設定することにより、制御部７により観察モードが判別され、フルスケール切換部２９によりデータ処理部３１に通常フルスケールが設定される。

次いで、光照射部１によりサンプルＳにレーザ光が照射されて、検出部５によりサンプルＳからの蛍光が検出される。検出部５においては、Ａ／Ｄコンバータ２１によりＡ／Ｄ変換されたデジタルデータが演算処理部３３により第１変換係数で画素毎に輝度情報に変換され、その輝度情報が２つのチャンネルに分岐されて出力される。

一方のチャンネルでは、輝度情報がそのままチャンネル情報付加部３７Ａに送られてチャンネル情報が付され、ＣＨ１データとして制御部７に送られる。他方のチャンネルでは、輝度情報がスケール変換部３５により第２変換係数でさらに変換された後、チャンネル情報付加部３７Ｂに送られてチャンネル情報が付され、ＣＨ２データとして制御部７に送られる。

制御部７においては、チャンネル情報付加部３７Ａから出力されたＣＨ１データの輝度情報とスキャナ１３による走査情報とに基づいて、図１３に示すようなサンプルＳの画像が生成されてモニタ９に表示される。また、制御部７により、ＣＨ１データの輝度情報に基づき、サンプルＳに光源１１から通常観察モード用レーザ光を照射した場合にＰＭＴ１５から出力される強度信号が通常フルスケールを超えないように、光源１１の通常観察モード用レーザパワーとＰＭＴ１５に印加するＨＶが調整される。

この場合において、ＰＭＴ１５から出力される強度信号が通常フルスケールを超えないように通常観察モード用レーザ光のパワーおよび／またはＰＭＴ１５に印加する電圧を設定することで、通常観察モードにおいてＰＭＴ１５の出力が定常的に過大となるのを防ぎ、ＰＭＴ１５の劣化を抑制することができる。また、演算処理部３３において通常フルスケール内の強度信号が高コントラストになるような第１次変換係数で変換された輝度情報をそのまま用いることで、ノイズに埋もれていないサンプルＳからの微弱な輝度情報も利用することができる。

続いて、本測定段階では、ユーザが刺激観察モードに切り替えることにより、制御部７により観察モードの切り替えが判別され、フルスケール切換部２９によりデータ処理部２３に拡張フルスケールが設定される。光源１１の通常観察モード用レーザパワーとＰＭＴ１５に印加するＨＶは、測定準備段階で設定された値のままである。

本測定段階では、例えば、光源１１により、サンプルＳに刺激光が照射されてサンプルＳが光刺激される。
走査型レーザ顕微鏡１００においては、本測定が開始され、測定準備段階と同様に、制御部７の制御に従い、光照射部１によりサンプルＳにレーザ光が照射されて、検出部５によりサンプルＳからの蛍光が検出される。そして、Ａ／Ｄコンバータ２１によりＡ／Ｄ変換されたデジタルデータがデータ処理部３１により輝度情報に変換された後、２つのチャンネルに分岐されてＣＨ１データおよびＣＨ２データとして制御部７に送られる。

制御部７においては、チャンネル情報付加部３７Ｂから出力されたＣＨ２データの輝度情報とスキャナ１３による走査情報とに基づいて、図１４に示すようなサンプルＳの画像が生成されてモニタ９に表示される。

この場合において、スケール変換部３５により演算処理部３３からの輝度情報が拡張フルスケール内で高コントラストになるような第２変換係数で変換された輝度情報を用いることで、輝度情報のダイナミックレンジを拡張して光刺激が与えられたサンプルＳからの強い輝度情報を得ることができる。図１４において、符号Ｋは光刺激によりサンプルＳにおいて大きな反応を起こして強い蛍光が得られた部分を示している。

以上説明したように本実施形態に係る走査型レーザ顕微鏡１００によれば、測定準備段階と本測定段階とでフルスケールを切り替え、サンプルＳから強い蛍光がＰＭＴ１５に入射しないようなレーザパワーやＨＶの条件に設定することでＰＭＴ１５の劣化を抑制することができる。また、輝度情報を異なるチャンネル情報を付して２つのチャンネルに分けることで、測定準備段階ではＣＨ１データによりノイズに埋もれていないサンプルＳからの微弱な輝度情報も利用し、本測定段階においてはＣＨ２データにより輝度情報のダイナミックレンジを拡張して光刺激を与えたサンプルＳからの強い輝度情報を得ることができる。

本実施形態においては、本測定段階においてＣＨ２データのみを用いることとしたが、これに代えて、本測定段階において、制御部７が、ＣＨ１データとＣＨ２データの両方を用いてそれぞれ画像を生成し、生成した画像をそれぞれモニタ９に並べて表示することとしてもよい。
ＣＨ１データの輝度情報とＣＨ２データの輝度情報とを比較することで、通常フルスケールを超える輝度情報を一見して把握することができる。

上記各実施形態は以下のように変形することができる。
すなわち、上記各実施形態の変形例としては、制御部７により生成された画像が通常フルスケールの設定で生成されたものか拡張フルスケールの設定で生成されたものかについての情報を画像情報と共に図示しないメモリ等に記録し、事後的にメモリからこれらの情報を画像情報と共に読み出して参照することができるようにしてもよい。

拡張フルスケールの設定で生成された画像の実際の蛍光輝度は、通常フルスケールの設定で生成された画像の実際の蛍光輝度よりも何倍も大きいことになるので、どちらのフルスケールの設定で生成されたかについての情報を元に輝度情報を換算すれば、蛍光輝度の定量測定を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記各実施形態および変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。

１ 光照射部
５ 検出部
７ 制御部（切換判別部）
１５ ＰＭＴ（光検出器）
２３，３１ データ処理部（情報変換部）
２９ フルスケール切換部（フルスケール設定部、設定制御部）
３３ 演算処理部
３５ スケール変換部
３７Ａ チャンネル情報付加部
３７Ｂ チャンネル情報付加部
１００ 走査型レーザ顕微鏡
Ｓ サンプル（標本）

Claims (7)

1. 標本にレーザ光を照射する光照射部と、
   該光照射部によりレーザ光が照射された前記標本からの光を検出して強度信号を出力する光検出器と、
   該光検出器から出力された強度信号を画素毎に輝度情報に変換する情報変換部と、
   該情報変換部により前記輝度情報に変換可能な前記強度信号の最大範囲として、光刺激を与えた前記標本からの光の前記強度信号よりも小さい通常フルスケールと該通常フルスケールよりも大きい拡張フルスケールとを前記情報変換部に択一的に設定可能なフルスケール設定部と、
   光刺激を与えていない前記標本の前記輝度情報を取得する通常観察モードと光刺激を与えた前記標本の前記輝度情報を取得する刺激観察モードとの切り替えを判別する切換判別部と、
   前記通常観察モードでは前記通常フルスケールを設定し、前記刺激観察モードでは前記拡張フルスケールを設定するよう、前記切換判別部による判別結果に基づいて前記フルスケール設定部を制御する設定制御部と、
   前記光検出器に印加する電圧を設定する設定部とを備え、
   該設定部が、前記通常観察モードと前記刺激観察モードとで、前記光検出器に設定する電圧の値を変更しないレーザ顕微鏡。
2. 前記情報変換部が、前記通常観察モードと前記刺激観察モードとで、前記強度信号を前記輝度情報に変換する変換係数を切り替える請求項１に記載のレーザ顕微鏡。
3. 前記情報変換部が、前記通常観察モードと前記刺激観察モードの前記強度信号と前記輝度情報とを対応付けたテーブルを有し、該テーブルに基づいて前記強度信号を前記輝度情報に変換する請求項１に記載のレーザ顕微鏡。
4. 標本にレーザ光を照射する光照射部と、
   該光照射部によりレーザ光が照射された前記標本からの光を検出して強度信号を出力する光検出器と、
   該光検出器から出力された強度信号を画素毎に所定の第１変換係数で輝度情報に変換して、２つのチャンネルに分岐させる情報変換部と、
   該情報変換部により分岐された一方の前記チャンネルの前記輝度情報を前記所定の第１変換係数とは異なる所定の第２変換係数で変換するスケール変換部と、
   前記２つのチャンネルの前記輝度情報に異なるチャンネル情報を付するチャンネル情報付加部と、
   前記情報変換部により前記輝度情報に変換可能な前記強度信号の最大範囲として、光刺激を与えた前記標本からの光の前記強度信号よりも小さい通常フルスケールと該通常フルスケールよりも大きい拡張フルスケールとを前記情報変換部に択一的に設定可能なフルスケール設定部と、
   光刺激を与えていない前記標本の前記輝度情報を取得する通常観察モードと光刺激を与えた前記標本の前記輝度情報を取得する刺激観察モードとの切り替えを判別する切換判別部と、
   前記通常観察モードでは前記通常フルスケールを設定し、前記刺激観察モードでは前記拡張フルスケールを設定するよう、前記切換判別部による判別結果に基づいて前記フルスケール設定部を制御する設定制御部と、
   前記光検出器に印加する電圧を設定する設定部とを備え、
   該設定部が、前記通常観察モードと前記刺激観察モードとで、前記光検出器に設定する電圧の値を変更しないレーザ顕微鏡。
5. 前記拡張フルスケールの最大範囲が、光刺激を与えた前記標本からの光の前記強度信号の最大値よりも小さい請求項１から請求項４のいずれかに記載のレーザ顕微鏡。
6. 前記拡張フルスケールの最大範囲が、光刺激を与えた前記標本からの光の前記強度信号の最大値よりも大きい請求項１から請求項４のいずれかに記載のレーザ顕微鏡。
7. 前記拡張フルスケールが可変である請求項１から請求項６のいずれかに記載のレーザ顕微鏡。