JP7390216B2 - サンプリング回路およびレーザ走査型顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、サンプリング回路およびレーザ走査型顕微鏡に関するものである。

従来、湾曲部と、湾曲部を湾曲させる複数のワイヤが貫通するマルチルーメンが内部に 従来、共振スキャナの走査位置に応じて、試料からの検出信号のサンプリングタイミングを調節する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の走査型顕微鏡は、共振スキャナの走査位置信号に基づいてサンプリングクロックを生成する際に、サンプリングクロック生成回路において、アナログ的なオフセット、回路上のノイズ除去、および、温度センサのフィードバックによる温度補正等を行うことにより、温度変化の影響およびスキャナ個体の性能のばらつき等を解消している。

特開２０１１－１２３１４２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の走査型顕微鏡は、各部の信号をフィードバックしているため、回路構成の一部の特性を変更すると、その変更に合わせて回路構成全体の特性を再設計しなければならないという不都合がある。また、スキャナごとに特性が異なることから、スキャナごとの特性に合わせてサンプリングクロック生成回路も交換および調整等しなければならないという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、温度変化の影響およびスキャナごとの特性のばらつきの影響に関わらず、煩雑な作業が不要で、スキャナの走査に同期したサンプリングを容易に行うことができるサンプリング回路およびレーザ走査型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。
本発明の一態様は、スキャナによって試料上において走査されたレーザ光の走査位置を示す走査位置信号に基づいて、該走査位置信号の走査周波数のＮ倍（Ｎは１以上の整数）で、かつ、前記走査位置信号の位相と同期したＮ逓倍クロックをフェーズロックループによって生成する位相同期部と、前記試料からの光を検出器によって変換して得られる検出信号を、前記位相同期部によって生成された前記Ｎ逓倍クロックに同期してＡＤ変換するＡＤ変換部と、前記Ｎ逓倍クロックに同期してクロック数を計数するカウンタ部と、前記スキャナによる所望の走査位置に対応する前記カウンタ部の所定のカウンタ閾値を少なくとも１つ保存する閾値保存部と、該閾値保存部によって保存されている前記カウンタ閾値と前記カウンタ部によって計数されている前記クロック数を示すカウンタ値とを比較し、これらカウンタ閾値とカウンタ値とが一致した場合にサンプリングクロックを出力する比較部と、前記ＡＤ変換部によってＡＤ変換された前記検出信号を前記比較部から出力される前記サンプリングクロックに基づいてサンプリングし、サンプリングした前記検出信号に基づいて画素データを生成するデータ処理部とを備えるサンプリング回路である。

本態様によれば、位相同期部によって生成されるスキャナの走査位置信号の位相と同期するＮ逓倍クロックに同期して、ＡＤ変換部によって試料からの光の検出信号がＡＤ変換されるとともに、カウンタ部によるクロック数の計数が行われる。そして、データ処理部において、カウンタ部によるカウンタ値が閾値保存部によって保存されているスキャナの所望の走査位置に対応する所定のカウンタ閾値と一致した場合に比較部から出力されるサンプリングクロックに基づいて、ＡＤ変換後の検出信号がサンプリングされる。これにより、スキャナによって所望の走査位置が走査されるタイミングで得られたＡＤ変換後の検出信号に基づいて、画素データを生成することができる。

この場合において、ＡＤ変換部によるＡＤ変換およびカウンタ部による計数が、スキャナの走査位置信号に同期するＮ逓倍クロックに同期している。これにより、温度変化の影響等によってスキャナの発振周期が変動したり、スキャナごとに特性にばらつきがあったりしたとしても、ＡＤ変換部およびカウンタ部をスキャナの走査に同期して精度よく動作させることができる。したがって、温度変化の影響およびスキャナごとの特性のばらつきの影響に関わらず、煩雑な作業を必要とすることなく、スキャナの走査に同期したサンプリングを行うことができる。

上記態様においては、前記スキャナによる往路と復路の前記レーザ光の走査開始位置のずれを補正する補正量を出力する補正量生成部と、該補正量生成部から出力された前記補正量に基づいて、前記閾値保存部によって保存されている前記カウンタ閾値を補正するカウンタ閾値補正部とを備えることとしてもよい。
この構成によって、スキャナによるレーザ光の往路の走査と復路の走査との画素ずれを補正することができる。

上記態様においては、前記データ処理部が、前記サンプリングクロックの出力に同期してＡＤ変換された前記検出信号のみをサンプリングすることとしてもよい。

上記態様においては、前記データ処理部が、前記サンプリングクロックの出力を基準として複数の前記検出信号をサンプリングし、サンプリングした複数の前記検出信号を積算した積算信号に基づいて前記画素データを生成することとしてもよい。

上記態様においては、複数の前記検出信号が、一の前記サンプリングクロックが出力されてから次のサンプリングクロックが出力されるまでの期間にＡＤ変換された全ての前記検出信号であってもよい。
上記態様においては、複数の前記検出信号が、前記サンプリングクロックの出力を基準に時間的に前または後にＡＤ変換された一定個数の前記検出信号であってもよい。
上記態様においては、複数の前記検出信号が、前記サンプリングクロックの出力を基準に時間的に前後する期間にＡＤ変換された一定個数の前記検出信号であってもよい。

本発明の他の態様は、前記レーザ光を発生するレーザ光源と、前記スキャナおよび前記検出器とを備える顕微鏡本体と、上記いずれかのサンプリング回路と、該サンプリング回路および前記スキャナを制御する制御部と、前記サンプリング回路により得られた前記画素データに基づいて前記試料の画像データを生成する画像データ生成部とを備えるレーザ走査型顕微鏡である。

本態様によれば、温度変化の影響およびスキャナごとの特性のばらつきの影響に関わらず、煩雑な作業を必要とすることなく、スキャナの走査に同期したサンプリングを行うことができるサンプリング回路によって生成される画素データに基づき、画像データ生成部によって試料の画像を精度よく生成することができる。

上記態様に係るレーザ走査型顕微鏡は、前記スキャナによって前記レーザ光を走査させる前記試料上の走査範囲を指定する入力部と、該入力部によって指定された前記走査範囲に基づいて、前記カウンタ閾値を計算する閾値計算部とを備えることとしてもよい。

実際にレーザ光を走査させる走査範囲の大きさに応じて、必要なカウンタ閾値の数が異なる。したがって、閾値計算部によって、実際の走査範囲に基づいてカウンタ閾値を計算することにより、サンプリングクロックの数も実際の走査範囲に必要な数に変更することができる。

本発明によれば、温度変化の影響およびスキャナごとの特性のばらつきの影響に関わらず、煩雑な作業が不要で、スキャナの走査に同期したサンプリングを容易に行うことができるという効果を奏する。

本発明の第１実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡の概略構成図である。 図１のサンプリング部の構成を説明するブロック図である。 カウンタ閾値保存メモリに保存されているカウンタ閾値の一例を示す図である。 第１実施形態のサンプリングクロックの出力タイミングを説明するタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態に係るサンプリング部の構成を説明するブロック図である。 共振スキャナのミラー位置とスキャナ走査位置信号との関係を説明する図である。 カウンタ閾値の補正値と補正後のカウンタ閾値の一例を示す図である。 第２実施形態のサンプリングクロックの出力タイミングを説明するタイミングチャートである。 本発明の第３実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡の概略構成図である。 カウンタ閾値保存メモリに保存されているカウンタ閾値の一例を示す図である。 走査対象エリアに対応するスキャナ走査座標とカウンタ閾値の一例を示す図である。 第３実施形態のサンプリングクロックの出力タイミングを説明するタイミングチャートである。 本発明の第４実施形態に係るサンプリング部の構成を説明するブロック図である。 本発明の第４実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡の概略構成図である。 第４実施形態のサンプリングクロックの出力タイミングを説明するタイミングチャートである。 本発明の第４実施形態の変形例に係るサンプリング部の構成を説明するブロック図である。 カウンタ閾値の補正値と補正後のカウンタ閾値の一例を示す図である。 第４実施形態の変形例に係るサンプリングクロックの出力タイミングを説明するタイミングチャートである。 第１～４実施形態の第１変形例のサンプリングクロック、ＡＤデータの出力タイミングおよび画素データの関係を示すタイミングチャートである。 第１～４実施形態の第２変形例のサンプリングクロック、ＡＤデータの出力タイミングおよび画素データの関係を示すタイミングチャートである。 第１～４実施形態のもう１つの第２変形例のサンプリングクロック、ＡＤデータの出力タイミングおよび画素データの関係を示すタイミングチャートである。 図２１の例に係るサンプリング部の構成を説明するブロック図である。 第１～４実施形態の第３変形例のサンプリングクロック、ＡＤデータの出力タイミングおよび画素データの関係を示すタイミングチャートである。

〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係るサンプリング回路およびレーザ走査型顕微鏡について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡１は、例えば、図１に示すように、試料Ｓを観察する顕微鏡本体３と、試料Ｓの画素データを生成するサンプリング部（サンプリング回路）５と、顕微鏡本体３およびサンプリング部５を制御等する制御部７と、試料Ｓの画像を表示する画像表示部９とを備えている。

顕微鏡本体３は、レーザ光を発生するレーザ光源１１と、レーザ光源１１から発せられたレーザ光を２次元的に走査させる共振スキャナ（スキャナ）１３と、共振スキャナ１３によって走査されたレーザ光を試料Ｓ上に集光させる一方、試料Ｓから発せられる蛍光を集光する対物レンズ１５と、共振スキャナ１３によって走査されたレーザ光を透過させることによって対物レンズ１５に入射させる一方、対物レンズ１５および共振スキャナ１３を経由してレーザ光の光路を戻る蛍光を反射することによってレーザ光の光路から分岐させる励起ダイクロイックミラー１７と、励起ダイクロイックミラー１７によって分岐された蛍光を検出する光電子増倍管等の検出器１９とを備えている。

共振スキャナ１３は、共振スキャナ１３を構成する図示しないミラーの揺動角度に対応するレーザ光の走査位置を示すスキャナ走査位置信号をサンプリング部５に送信する。
検出器１９は、検出した蛍光の強度に相当する検出信号をサンプリング部５に送信する。

サンプリング部５は、例えば、図２に示すように、フェーズロックループによって共振スキャナ１３の発振に同期したＮ逓倍クロックおよび１逓倍クロックを生成するＰＬＬ部（位相同期部）２１と、検出器１９から送られてくる検出信号をＡＤ変換するＡＤコンバータ（ＡＤ変換部）２３と、Ｎ逓倍クロックに同期してクロック数を計数するカウンタ部２５と、共振スキャナ１３による所望の走査位置に対応するカウンタ部２５の所定のカウンタ閾値を少なくとも１つ保存するカウンタ閾値保存メモリ（閾値保存部）２７と、カウンタ閾値保存メモリ２７によって保存されているカウンタ閾値とカウンタ部２５によって計数されているクロック数を示すカウンタ値とを比較する比較部２９と、ＡＤコンバータ２３によるＡＤ変換後の検出信号に基づいて画素データを生成するデータ処理部（画像データ生成部）３１とを備えている。

ＰＬＬ部２１は、共振スキャナ１３から送られてくるスキャナ走査位置信号に基づいて、そのスキャナ走査位置信号の走査周波数のＮ倍（Ｎは１以上の整数）の周波数を有するとともにスキャナ走査位置信号の位相と同期するＮ逓倍クロックを生成する。また、ＰＬＬ部２１は、共振スキャナ１３から送られてくるスキャナ走査位置信号に基づいて、スキャナ走査位置信号の走査周波数と等しい周波数を有するとともにスキャナ走査位置信号の位相と同期する１逓倍クロックを生成する。また、ＰＬＬ部２１は、生成したＮ逓倍クロックをＡＤコンバータ２３およびカウンタ部２５に送信し、生成した１逓倍クロックをカウンタ部２５に送信する。

ＡＤコンバータ２３は、検出器１９から送られてくる検出信号をＰＬＬ部２１から送られてくるＮ逓倍クロックの立ち上がりに同期してＡＤデータに変換し、ＡＤデータをデータ処理部３１に送信する。

カウンタ部２５は、ＰＬＬ部２１から送られてくるＮ逓倍クロックの立ち上がりに同期してクロック数をカウントアップしていき、計数したクロック数、すなわちカウンタ値をＰＬＬ部２１から送られてくる１逓倍クロックの立ち上がりに同期してリセットする動作を繰り返す。また、カウンタ部２５は、カウントアップしながらそのカウンタ値を比較部２９に送信する。

カウンタ閾値保存メモリ２７には、例えば、図３に示すように、共振スキャナ１３による走査座標ごとに予め設定されたカウンタ部２５の所定のカウンタ閾値が、各走査座標に付された番号（Ｎｏ．）に対応付けられて保存されている。

カウンタ閾値保存メモリ２７に保存されるカウンタ閾値の数は、試料Ｓの画像、すなわちスキャン画像の画素数に対応している。カウンタ閾値の数を変更することによって、任意の画素数でスキャン画像を生成することができる。図３においては、共振スキャナ１３のスキャン画像の画素数を５１２画素とし、Ｎｏ．０～５１１は共振スキャナ１３の往路の各画素に対応するカウンタ閾値を示し、Ｎｏ．５１２～１０２３は共振スキャナ１３の復路の各画素に対応するカウンタ値を示している。また、カウンタ閾値保存メモリ２７は、保存しているカウンタ閾値を比較部２９に送信する。

比較部２９は、例えば、図４に示すように、カウンタ部２５から送られてくるカウンタ値とカウンタ閾値保存メモリ２７から送られてくるカウンタ閾値とが一致したときにサンプリングクロックを出力する。

データ処理部３１は、比較部２９から出力されたサンプリングクロックの立ち上がりに同期してＡＤコンバータ２３からのＡＤデータをサンプリングし、サンプリングしたＡＤデータを処理する。また、データ処理部３１は、ＡＤデータを処理することによって１画素分の輝度データを生成し、生成した１画素分の輝度データを画素データとして制御部７に送信する。

制御部７は、例えば、ハードディスクドライブ等の記憶部と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）、演算処理を行う計算部（いずれも図示略）とを備えている。この制御部７は、記憶部に記憶されている制御プログラムをＣＰＵが実行することによって、以下の機能を実現する。

例えば、制御部７は、共振スキャナ１３を制御するとともに、サンプリング部５の各部を動作させる。また、制御部７は、サンプリング部５のデータ処理部３１から送られてくる画素データに基づいて、試料Ｓの画像データを生成する。制御部７によって生成された画像データは、画像表示部９によって表示される。

次に、本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡１の作用について説明する。
上記構成のレーザ走査型顕微鏡１により試料Ｓを観察する場合、制御部７によって共振スキャナ１３を駆動させ、レーザ光源１１からレーザ光を発生させる。レーザ光源１１から発せられたレーザ光は、共振スキャナ１３によって走査された後、対物レンズ１５によって試料Ｓ上に集光される。これにより、共振スキャナ１３の揺動動作に応じて、試料Ｓ上でレーザ光が２次元的に走査される。共振スキャナ１３によるスキャナ走査位置信号はサンプリング部５のＰＬＬ部２１に送られる。

レーザ光が照射されることによって試料Ｓにおいて発せられた蛍光は、対物レンズ１５によって集光された後、共振スキャナ１３を経由してレーザ光の光路を戻る。そして、蛍光は、励起ダイクロイックミラー１７によって反射されることにより、検出器１９に入射される。検出器１９においては、検出された蛍光が検出信号に変換され、検出信号がサンプリング部５のＡＤコンバータ２３へ送られる。

サンプリング部５においては、例えば、図４に示すように、ＰＬＬ部２１により、共振スキャナ１３から送られてきたスキャナ走査位置信号に基づいて、共振スキャナ１３の発振に同期したＮ逓倍クロックおよび１逓倍クロックが生成される。そして、ＰＬＬ部２１により、生成されたＮ逓倍クロックがＡＤコンバータ２３およびカウンタ部２５に送られ、生成された１逓倍クロックがカウンタ部２５に送られる。

次いで、ＡＤコンバータ２３により、検出器１９から送られてきた検出信号がＮ逓倍クロックの立ち上がりに同期してＡＤデータにＡＤ変換され、ＡＤデータがデータ処理部３１に送られる。

また、カウンタ部２５により、Ｎ逓倍クロックの立ち上がりに同期してカウントアップされ、カウントアップされるごとにそのカウンタ値が比較部２９に送られる。カウンタ部２５においては、Ｎ逓倍クロックが立ち上がるごとにカウントアップされては、１逓倍クロックが立ち上がるとそれまでのカウンタ値がリセットされることが繰り返される。

次いで、比較部２９により、カウンタ部２５から送られてくるカウンタ値とカウンタ閾値保存メモリ２７から送られてくるカウンタ閾値とが比較される。そして、図４に示すように、カウンタ値とカウンタ閾値とが一致したときに立ち上がるサンプリングクロックが比較部２９からデータ処理部３１に送られる。

次いで、データ処理部３１により、比較部２９から送られてくるサンプリングクロックの立ち上がりに同期してＡＤコンバータ２３からのＡＤデータがサンプリングされ、サンプリングしたＡＤデータが処理される。これにより、データ処理部３１によって、１画素分の輝度データが生成され、生成された輝度データが画素データとして制御部７に送られる。そして、制御部７により、データ処理部３１から送られてきた画素データに基づいて試料Ｓの画像が生成される。

以上説明したように、本実施形態に係るサンプリング部５によれば、ＰＬＬ部２１によって生成される共振スキャナ１３のスキャナ走査位置信号の位相と同期するＮ逓倍クロックに同期して、試料Ｓからの検出信号がＡＤデータに変換されるとともに、カウンタ部２５によるクロック数の計数が行われる。そして、カウンタ部２５によるカウンタ値が共振スキャナ１３の所望の走査位置に対応するカウンタ閾値と一致した場合に出力されるサンプリングクロックに同期して、ＡＤデータがサンプリングされる。これにより、共振スキャナ１３によって所望の走査位置が走査されるタイミングで得られたＡＤデータに基づいて、画素データを生成することができる。

この場合において、ＡＤコンバータ２３によるＡＤ変換およびカウンタ部２５による計数が、共振スキャナ１３のスキャナ走査位置信号に同期するＮ逓倍クロックに同期していることにより、温度変化の影響等によって共振スキャナ１３の発振周期が変動したり、共振スキャナ１３ごとに特性にばらつきがあったりしたとしても、ＡＤコンバータ２３およびカウンタ部２５を共振スキャナ１３の走査に同期して精度よく動作させることができる。

したがって、このサンプリング部５により、温度変化の影響および共振スキャナ１３ごとの特性のばらつきの影響に関わらず、煩雑な作業を必要とすることなく、共振スキャナ１３の走査に同期したサンプリングを行うことができる。また、本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡１によれば、このサンプリング部５によって生成された画素データに基づいて、試料Ｓの画像を精度よく生成することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係るサンプリング回路およびレーザ走査型顕微鏡について説明する。
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡１は、例えば、図５に示すように、サンプリング部５が、共振スキャナ１３による往路と復路のレーザ光の走査開始位置のずれを補正する補正値（補正量）を出力する往復スキャン補正量生成部（補正量生成部）３３と、往復スキャン補正量生成部３３から出力された補正値に基づいて、カウンタ閾値保存メモリ２７によって保存されているカウンタ閾値を補正するカウンタ補正部（カウンタ閾値補正部）３５とを備える点で第１実施形態と異なる。
以下、第１実施形態に係るサンプリング部５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。

共振スキャナ１３は、往路と復路とで走査速度が一定ではなく、共振スキャナ１３の個体差により、例えば、図６に示すように、共振スキャナ１３による走査位置が往路と復路とでずれてしまうことがある。図６に示す例は、往路の走査位置に対して復路の走査位置がずれている場合を示している。図６において、実線で示したスキャナ走査位置信号は理想的な波形を表し、破線で示したスキャナ走査位置信号はずれが生じた場合の波形を表している。

カウンタ閾値保存メモリ２７には、例えば、図７に示すように、共振スキャナ１３の理想的な挙動から計算した理論値が、共振スキャナ１３による各走査座標に付された番号（Ｎｏ．）に対応付けられてカウンタ閾値として保存されている。本実施形態においては、カウンタ閾値保存メモリ２７は、保存しているカウンタ閾値をカウンタ補正部３５に送信する。

往復スキャン補正量生成部３３は、例えば、図７に示すように、共振スキャナ１３による走査座標ごとに予め設定された補正値が、共振スキャナ１３による各走査座標に付された番号（Ｎｏ．）に対応付けられて保存されている。また、往復スキャン補正量生成部３３は、保存している補正値をカウンタ補正部３５に送信する。補正値は、ユーザが試料Ｓのスキャン画像を見ながら、適切な値となるように調整してもよい。図７は、復路のカウンタ閾値を補正する場合の一例であり、往路の補正値として０、復路の補正値として１００が設定されている。

カウンタ補正部３５は、カウンタ閾値保存メモリ２７から送られてきたカウンタ閾値に対して、往復スキャン補正量生成部３３から送られてくる補正値の内、そのカウンタ閾値の番号（ＮＯ．）に対応付けられている補正値を加算することによって、カウンタ閾値を補正する。また、カウンタ補正部３５は、補正後のカウンタ閾値を比較部２９に送信する。

比較部２９は、例えば、図８に示すように、カウンタ部２５から送られてくるカウンタ値とカウンタ補正部３５から送られてくる補正後のカウンタ閾値とが一致したときにサンプリングクロックを出力する。

本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡１によれば、カウンタ補正部３５により、往復スキャン補正量生成部３３から出力される補正値に基づいて往路のカウンタ閾値と復路のカウンタ閾値が補正され、比較部２９によって、補正されたカウンタ閾値に基づいてサンプリングクロックが生成されることにより、往復スキャンによる往路と復路の画素ずれを補正することができる。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係るサンプリング回路およびレーザ走査型顕微鏡について説明する。
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡１は、例えば、図９に示すように、共振スキャナ１３によって試料Ｓ上で実際にレーザ光を走査させる走査対象エリア（走査範囲）をユーザが指定する入力装置（入力部）３７を備え、制御部７が、入力装置３７によって指定された走査対象エリアに基づいて、カウンタ閾値を計算する計算部（閾値計算部）８を備える点で第１，２実施形態と異なる。
以下、第１，２実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡１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。

制御部７の計算部８は、入力装置３７によってユーザが指定した試料Ｓ上の走査対象エリアの画素ごとに、カウンタ閾値と共振スキャナ１３による走査座標を計算し、カウンタ閾値保存メモリ２７のカウンタ閾値を更新する。例えば、図１０に示す例では、指定された走査対象エリアの走査座標５０．００～１２０．００と、各走査座標に対応するカウンタ閾値が算出され、カウンタ閾値保存メモリ２７に保存するカウンタ閾値が更新されている。

また、制御部７の計算部８は、例えば、図１１に示すように、入力装置３７によってユーザが指定した試料Ｓ上の走査対象エリアの画素数に応じて、Ｙ方向のスキャン開始座標とスキャン終了座標を計算し、算出したＹ方向のスキャン開始座標とスキャン終了座標を不図示のメモリに記憶させることとしてもよい。

本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡１によれば、実際にレーザ光を走査させる走査対象エリアの画素数に応じて、必要なカウンタ閾値の数が異なるので、制御部７の計算部８によって、実際の走査範囲に基づいてカウンタ閾値を計算することにより、例えば、図１２に示すように、出力するサンプリングクロックの数を実際の走査範囲に必要な数に変更することができる。また、カウンタ閾値の設定によって、クリップスキャンや高解像度スキャン等にも対応することができる。

〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態に係るサンプリング回路およびレーザ走査型顕微鏡について説明する。
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡１は、例えば、図１３に示すように、ＡＤデータの所定の閾値を出力するＡＤデータ閾値生成部３９と、ＡＤコンバータ２３から出力されるＡＤデータとＡＤデータ閾値生成部３９から出力される閾値とを比較する比較器４１とを備える点で第１～３実施形態と異なる。
以下、第１～３実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡１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。

本実施形態においては。ＡＤコンバータ２３は、ＡＤ変換したＡＤデータをデータ処理部３１および比較器４１の両方に送信する。また、カウンタ部２５は、計数しているカウンタ値をカウンタ閾値保存メモリ２７および比較部２９の両方に送信する。
カウンタ閾値保存メモリ２７には、例えば、予め決められたカウンタ閾値が保存されている。

本実施形態においては、カウンタ閾値を作成する場合に、試料Ｓに代えて、例えば、図１４に示すように、既知のパターンが描かれた格子チャートＣが用いられる。
ＡＤデータ閾値生成部３９には、格子チャートＣの明暗を区別する所定の１つの数値がＡＤデータ閾値として保存されている。

具体的には、格子チャートＣの黒い部分、すなわち格子部分が走査されたときと、格子チャートＣの白い部分、すなわち格子以外の部分が走査されたときとでＡＤコンバータ２３から出力されるＡＤデータに差が出るので、格子チャートＣの格子部分のＡＤデータと格子以外の部分のＡＤデータとを区別可能な数値がＡＤデータ閾値としてＡＤデータ閾値生成部３９に保存されている。また、ＡＤデータ閾値生成部３９は、保存しているＡＤデータ閾値を比較器４１に送信する。

比較器４１は、図１５に示されるように、ＡＤコンバータ２３から送られてくるＡＤデータの大きさがＡＤデータ閾値生成部３９から送られてくるＡＤデータ閾値の大きさを上回ったときに立ち上がるカウンタ閾値保存タイミング信号をカウンタ閾値保存メモリ２７に送信する。格子チャートＣはパターンが既知なので、ＡＤデータの大きさがＡＤデータ閾値の大きさを上回るとき、すなわち、カウンタ閾値保存タイミング信号が立ち上がるときの走査座標は予め決まっている。

カウンタ閾値保存メモリ２７は、比較器４１から送られてくるカウンタ閾値保存タイミング信号が立ち上がるときにカウンタ部２５によって計数されたカウンタ値を、カウンタ閾値保存タイミング信号が立ち上がるときの走査座標に対応付けてカウンタ閾値として保存する。

本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡１によるカウンタ閾値の作成方法について説明する。
上記構成のレーザ走査型顕微鏡１によってカウンタ閾値を作成するには、まず、試料Ｓに代えて、既知のパターンが描かれた格子チャートＣ上をレーザ光によって走査させる。格子チャートＣ上が走査されることにより検出器１９によって検出された検出信号がＡＤコンバータ２３によってＡＤデータに変換され、変換されたＡＤデータが比較器４１に送られる。

次いで、比較器４１により、ＡＤコンバータ２３から送られてくるＡＤデータとＡＤデータ閾値生成部３９から送られてくるＡＤデータ閾値とが比較される。そして、ＡＤデータの大きさがＡＤデータ閾値の大きさを上回ったときに立ち上がるカウンタ閾値保存タイミング信号が比較器４１からカウンタ閾値保存メモリ２７に送られる。ＡＤデータの大きさがＡＤデータ閾値の大きさを上回るのは、試料Ｓの格子部分が走査されたときであり、格子部分の座標は格子チャートＣのパターンによって決まっている。

次いで、カウンタ閾値保存メモリ２７において、図１５に示されるように、カウンタ閾値保存タイミング信号の立ち上がり、すなわちＡＤデータの大きさがＡＤデータ閾値の大きさを上回ったときにカウンタ部２５によって計数されたカウンタ値が、走査座標に対応付けられてカウンタ閾値として書き込まれる。これにより、カウンタ閾値が更新される。

カウンタ閾値保存メモリ２７の全てのカウンタ閾値が更新されたら、比較部２９によって、更新されたカウンタ閾値に基づいてサンプリングクロックが生成される。
本実施形態によれば、共振スキャナ１３による任意の走査座標に対応するカウンタ値をカウンタ閾値として用いることにより、共振スキャナ１３の個体差および共振スキャナ１３による往路と復路とでの走査位置ずれが補正されたサンプリングクロックを生成することができる。

本実施形態においては、ＡＤデータ閾値生成部３９に予め決められたＡＤデータ閾値を保存しておくこととしたが、これに代えて、例えば、制御部７の計算部によって、ＡＤデータの最小値と最大値の中間の値を計算し、算出した値がＡＤデータ閾値生成部３９に自動的に保存されることとしてもよい。

本実施形態は以下の構成に変形することができる。
例えば、図１６に示すように、カウンタ閾値を作成する場合に、格子チャートＣを採用するのではなく、ＡＤコンバータ２３によってスキャナ走査位置信号をＡＤデータに変換したＡＤデータを用いることとしてもよい。

この場合、カウンタ閾値保存メモリ２７には、例えば、図１７に示すような共振スキャナ１３による走査座標ごとに対応するＡＤデータ閾値を保存しておく。
比較器４１は、例えば、図１８に示すように、ＡＤコンバータ２３によってスキャナ走査位置信号から変換されたＡＤデータが、ＡＤデータ閾値生成部３９に保存されているＡＤデータ閾値と一致するタイミングを示すカウンタ閾値保存タイミング信号を、そのＡＤデータ閾値の走査座標と対応付けてカウンタ閾値保存メモリ２７に送信する。

カウンタ閾値保存メモリ２７は、比較器４１から送られてくるカウンタ閾値保存タイミング信号が示すタイミングでカウンタ部２５によって計数されたカウンタ値を走査座標に対応付けてカウンタ閾値として保存する。これにより、カウンタ閾値が更新される。

カウンタ閾値保存メモリ２７のカウンタ閾値が更新されたら、ＡＤコンバータ２３に入力する信号を検出器１９の検出信号に戻す。これにより、比較部２９によって、更新されたカウンタ閾値が用いられてサンプリングクロックが出力される。
本変形例によれば、格子チャートＣ等を用いることなく、共振スキャナ１３の個体差および往復ずれを補正したサンプリングクロックを生成することができる。

上記各実施形態は以下の構成に変形することができる。
上記各実施形態においては、データ処理部３１が、サンプリングクロックの立ち上がりに同期してＡＤ変換されたＡＤデータのみをサンプリングすることとした。これに代えて、データ処理部３１が、例えば、比較部２９から出力されるサンプリングクロックを基準として複数のＡＤデータをサンプリングすることとしてもよい。

この場合、第１変形例としては、データ処理部３１が、例えば、図１９に示されるように、比較部２９から出力される一のサンプリングクロックが立ち上がってから次のサンプリングクロックが立ち上がるまでにＡＤコンバータ２３から送られてくる全てのＡＤデータを積算することとしてもよい。そして、積算したＡＤデータ（積算信号）に基づいて画素データを生成することとしてもよい。

図１９は、（１）のサンプリングクロックが立ち上がってから（２）のサンプリングクロックが立ち上がるまでの期間では１０個のＡＤデータ、（２）のサンプリングクロックが立ち上がってから（３）のサンプリングクロックが立ち上がるまでの期間では１２個のＡＤデータ、（３）のサンプリングクロックが立ち上がってから（４）のサンプリングクロックが立ち上がるまでの期間では１３のＡＤデータをそれぞれ積算することによって画像データを生成する場合を例示している。

本変形例においては、データ処理部３１が、積算したＡＤデータの個数によって、生成した画素データを除算することとしてもよい。
画素データを平均化することにより、試料Ｓから発せられる蛍光の検出時間の相違による明るさ変動を抑制しつつ、検出時間を長くすることができる。

第２変形例としては、データ処理部３１が、比較部２９から出力されるサンプリングクロックの出力を基準に時間的に前または後にＡＤ変換された一定個数のＡＤデータを積算することとしてもよい。

例えば、図２０に示されるように、データ処理部３１が、一のサンプリングクロックの立ち上がりから次のサンプリングクロックが立ち上がるまでの間にＡＤコンバータ２３から送られてくる一定個数のＡＤデータを積算し、積算したＡＤデータに基づいて画素データを生成することとしてもよい。

図２０は、（１）のサンプリングクロック、（２）のサンプリングクロック、（３）のサンプリングクロックおよび（４）のサンプリングクロックの立ち上がりにそれぞれ同期してサンプリングを開始し、全ての期間において各１０個のＡＤデータを積算することによってそれぞれ画像データを生成する場合を例示している。

この場合、積算するＡＤデータの個数が全ての画素データにおいて一定なので、積算時間の違いによる明るさ変動を排除することができる。ＡＤデータを積算する一定個数は、サンプリングクロックが出力される間隔が最も短い期間にＡＤコンバータ２３から出力されるＡＤデータの個数に合わせてもよい。

また、例えば、図２１に示されるように、データ処理部３１が、ＡＤコンバータ２３から送られてくる複数のＡＤデータのうち、サンプリングクロックの出力を基準に時間的に遡って一定個数のＡＤデータを積算し、積算したＡＤデータに基づいて画素データを生成することとしてもよい。

図２１は、（１）のサンプリングクロック、（２）のサンプリングクロック、（３）のサンプリングクロックおよび（４）のサンプリングクロックがそれぞれ立ち上がる直前の各１０個のＡＤデータを積算することによって、それぞれ画像データを生成する場合を例示している。

この場合、過去に遡ってＡＤデータを積算するため、例えば、図２２に示されるように、ＡＤコンバータ２３から出力されたＡＤデータがデータ処理部３１に送られる前に一時的に保存しておくＡＤデータ保存メモリ２４を設けることとすればよい。

第３変形例としては、データ処理部３１が、比較部２９から出力されるサンプリングクロックの出力を基準に時間的に前後する期間にＡＤ変換された一定個数のＡＤデータを積算することとしてもよい。

例えば、図２３に示されるように、データ処理部３１が、サンプリングクロックの立ち上がり前と立ち上がり後にそれぞれＡＤコンバータ２３から送られてくる一定個数のＡＤデータを積算し、積算したＡＤデータに基づいて画素データを生成することとしてもよい。この場合も、過去に遡ってＡＤデータを積算するため、図２２に示されるように、ＡＤデータ保存メモリ２４を設けることとすればよい。

図２３は、（１）のサンプリングクロック、（２）のサンプリングクロック、（３）のサンプリングクロックおよび（４）のサンプリングクロックがそれぞれ立ち上がる直前の５個のＡＤデータと直後の５個のＡＤデータの合計１０個のＡＤデータを積算することによって、それぞれ画像データを生成する場合を例示している。

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 レーザ走査型顕微鏡
３ 顕微鏡本体
５ サンプリング部（サンプリング回路）
７ 制御部
８ 計算部（閾値計算部）
１１ レーザ光源
１３ 共振スキャナ（スキャナ）
１９ 検出器
２１ ＰＬＬ部（位相同期部）
２３ ＡＤコンバータ（ＡＤ変換部）
２５ カウンタ部
２７ カウンタ閾値保存メモリ（閾値保存部）
２９ 比較部
３１ データ処理部（画像データ生成部）
３３ 往復スキャン補正量生成部（補正量生成部）
３５ カウンタ補正部（カウンタ閾値補正部）
３７ 入力装置（入力部）
Ｓ 試料

Claims (9)

1. スキャナによって試料上において走査されたレーザ光の走査位置を示す走査位置信号に基づいて、該走査位置信号の走査周波数のＮ倍（Ｎは１以上の整数）で、かつ、前記走査位置信号の位相と同期したＮ逓倍クロックをフェーズロックループによって生成する位相同期部と、
   前記試料からの光を検出器によって変換して得られる検出信号を、前記位相同期部によって生成された前記Ｎ逓倍クロックに同期してＡＤ変換するＡＤ変換部と、
   前記Ｎ逓倍クロックに同期してクロック数を計数するカウンタ部と、
   前記スキャナによる所望の走査位置に対応する前記カウンタ部の所定のカウンタ閾値を少なくとも１つ保存する閾値保存部と、
   該閾値保存部によって保存されている前記カウンタ閾値と前記カウンタ部によって計数されている前記クロック数を示すカウンタ値とを比較し、これらカウンタ閾値とカウンタ値とが一致した場合にサンプリングクロックを出力する比較部と、
   前記ＡＤ変換部によってＡＤ変換された前記検出信号を前記比較部から出力される前記サンプリングクロックに基づいてサンプリングし、サンプリングした前記検出信号に基づいて画素データを生成するデータ処理部とを備えるサンプリング回路。
2. 前記スキャナによる往路と復路の前記レーザ光の走査開始位置のずれを補正する補正量を出力する補正量生成部と、
   該補正量生成部から出力された前記補正量に基づいて、前記閾値保存部によって保存されている前記カウンタ閾値を補正するカウンタ閾値補正部とを備える請求項１に記載のサンプリング回路。
3. 前記データ処理部が、前記サンプリングクロックの出力に同期してＡＤ変換された前記検出信号のみをサンプリングする請求項１または請求項２に記載のサンプリング回路。
4. 前記データ処理部が、前記サンプリングクロックの出力を基準として複数の前記検出信号をサンプリングし、サンプリングした複数の前記検出信号を積算した積算信号に基づいて前記画素データを生成する請求項１または請求項２に記載のサンプリング回路。
5. 複数の前記検出信号が、一の前記サンプリングクロックが出力されてから次のサンプリングクロックが出力されるまでの期間にＡＤ変換された全ての前記検出信号である請求項４に記載のサンプリング回路。
6. 複数の前記検出信号が、前記サンプリングクロックの出力を基準に時間的に前または後にＡＤ変換された一定個数の前記検出信号である請求項４に記載のサンプリング回路。
7. 複数の前記検出信号が、前記サンプリングクロックの出力を基準に時間的に前後する期間にＡＤ変換された一定個数の前記検出信号である請求項４に記載のサンプリング回路。
8. 前記レーザ光を発生するレーザ光源と、
   前記スキャナおよび前記検出器とを備える顕微鏡本体と、
   請求項１から請求項７のいずれかに記載のサンプリング回路と、
   該サンプリング回路および前記スキャナを制御する制御部と、
   前記サンプリング回路により得られた前記画素データに基づいて前記試料の画像データを生成する画像データ生成部とを備えるレーザ走査型顕微鏡。
9. 前記スキャナによって前記レーザ光を走査させる前記試料上の走査範囲を指定する入力部と、
   該入力部によって指定された前記走査範囲に基づいて、前記カウンタ閾値を計算する閾値計算部とを備える請求項８に記載のレーザ走査型顕微鏡。

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