JPH11326770A - 共焦点顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ディスクのスキャンむらを解消
し、明暗の縞の発生を回避した撮像画面を得ることがで
きる共焦点顕微鏡を提供する。 【解決手段】複数のピンホールを有するピンホールディ
スク２１を回転させながら、ピンホールを通した試料面
の共焦点像をＣＣＤカメラ２６で撮像し、垂直同期信号
抽出回路２７によりＣＣＤカメラ２６の映像信号より垂
直同期信号を抽出するとともに、ピンホールディスク２
１の回転状態を光検出素子２４により検出し、これら垂
直同期信号抽出回路２７の垂直同期信号の位相と光検出
素子２４の検出信号の位相を位相同期回路２５にて同期
させつつピンホールディスク２１の駆動用モータ２２を
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料の微小構造や
三次元構造の形状を観察・測定するのに用いられる共焦
点顕微鏡に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、共焦点顕微鏡として、多数のピン
ホールを等ピッチで螺旋状に形成したディスクを用いた
例えばＮｉｐｋｏｗディスク型の共焦点顕微鏡が良く知
られている。

【０００３】このような共焦点顕微鏡は、Ｎｉｐｋｏｗ
ディスクをモータにより回転させて試料を光スキャンす
ることで試料の共焦点像を得るようにしたもので、この
ため、試料の共焦点像をＣＣＤカメラなどを用いて撮像
するような場合、ディスクによるスキャン周期とＣＣＤ
カメラの撮像周期との同期が取れてないと、スキャンむ
らが生じて撮像画面に明暗の縞が発生することがある。

【０００４】このような問題を解決する手段として、例
えば、特開平９−２９７２６７号公報に開示された共焦
点顕微鏡のモータ制御装置がある。図１６は、その概略
構成を示すもので、ＣＣＤカメラ１より出力されたＮＴ
ＳＣ信号から垂直同期信号抽出回路２によって垂直同期
信号を抽出し、この垂直同期信号を周波数逓倍回路３で
逓倍してモータ駆動回路４の制御信号を生成し、このモ
ータ駆動回路４により制御信号に対応した速度でモータ
５を駆動させることにより、試料面をスキャンするディ
スク速度をＣＣＤカメラ１による画像撮像期間と同期さ
せるようにしている。このようにすれば、ＣＣＤカメラ
１からのＮＴＳＣ信号を用いてモータ５の回転を制御で
きるので、ＮＴＳＣ信号がふらついても、それに追従し
てモータ５の回転を同期させることが可能になる。

【０００５】また、特開平９−８０３１５号公報には、
ディスクのスキャントラックの始点に対応させてスキャ
ン始点検出用ピンホールを配設するとともに、スキャン
始点検出用ピンホールの透過光を光電変換し、撮像装置
用のトリガ信号を生成することでスキャン周期と撮像周
期を同期させスキャンむらを解消するものが開示されて
いる。図１７は、その概略構成を示すもので、この場
合、スキャンディスク（ここでは、Ｎｉｐｋｏｗディス
クとする）７は、図１８に示すように、従来のＮｉｐｋ
ｏｗディスクと同様に多数のピンホールからなるスキャ
ントラック７１（斜線部）とその外周部にスキャンの始
点に対応して配置されたスキャン始点検出用ピンホール
７２を有している。そして、このようなディスク７のス
キャン始点検出用ピンホール７２の透過光を受光できる
位置に、光検出器としてのフォトダイオード８を配置
し、このフォトダイオード８で発生した電流を電流電圧
変換回路９で電圧に変換し、電圧比較回路１０で、電流
電圧変換回路９からの信号を基準電圧１１と比較し、信
号電圧の大小を２値化して出力し、この電圧比較回路１
０の出力を撮影同期信号（トリガ信号）として外部接続
の撮像装置１２に出力するようにしている。

【０００６】このような構成において、Ｎｉｐｋｏｗデ
ィスク７の表面に入射光６を照射する。この場合、入射
光６のビーム断面の直径ｒは、スキャントラック７１お
よびスキャン始点検出用ピンホール７２を両方照射でき
るように設定している。この状態から、Ｎｉｐｋｏｗデ
ィスク７を回転させることにより、スキャントラック７
１を透過した入射光が図示しない試料を多点スキャンす
る。他方、スキャン始点検出用ピンホール７２を透過し
た入射光は、スキャン始点検出用ピンホール７２がフォ
トダイオード８上を通過する毎にフォトダイオード８で
受光される。

【０００７】この時、フォトダイオード８からの出力電
流は、パルス状に変化するので、この電流変化を電流電
圧変換回路９で電圧に変換した後、所定の基準電圧１１
を閾値とする電圧比較回路１０に入力することにより、
出力としてスキャン周期と同位置の周期を持つ電圧パル
ス列が得られるようになり、このパルス列をトリガ信号
として外部の撮像装置１２に与えることで、Ｎｉｐｋｏ
ｗディスク７の回転周期と撮像装置１２の撮像周期との
同期を取ることが可能になる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た特開平９−２９７２６７号公報に開示されるものは、
試料面の像を撮像するＣＣＤカメラ１から出力されるＮ
ＴＳＣ信号より垂直同期信号を抽出してこれを逓倍し、
モータ制御信号としてモータ駆動回路４に出力する方式
で、それぞれの信号の流れが一方向のみのため、例え
ば、ディスクの偏心やモータ軸の摩擦変動などによりデ
ィスクに回転むらが発生したような場合、その情報をど
こにもフィードバックすることができない。このため、
周波数逓倍回路３やモータ駆動回路４がＣＣＤカメラ１
からのＮＴＳＣ信号に基づいて制御を行っていても、デ
ィスクの偏心やモータ軸の摩擦変動により、一旦ディス
クに回転むらが発生してしまえば、ディスクのスキャン
周期とＣＣＤカメラ１の撮像周期が同期しなくなり、画
面には明暗の縞が発生してしまうという問題があった。

【０００９】また、上述した特開平９−８０３１５号公
報に開示されるものは、Ｎｉｐｋｏｗディスク７上にス
キャントラックの始点に対応したスキャン始点検出用ピ
ンホール７２を設け、このスキャン始点検出用ピンホー
ル７２を通過した光を検出して撮像装置１２のトリガ信
号を生成するとともに、このトリガ信号によって撮像装
置１２の撮像タイミングを制御し、また映像信号の垂直
同期信号をリセットさせている。しかし、この場合もデ
ィスクの偏心やモータ軸の摩擦変動などによるディスク
の回転むらが発生すると、スキャン始点検出用ピンホー
ル７２がトリガ信号発生用の光電変換素子８を一定の周
期で通過することができなくなるため、撮像装置１２に
与えられるトリガ信号が一定の周期でなくなり、撮像装
置１２から出力される映像信号の垂直同期信号の周期が
乱れ、その結果、テレビモニタ上で画像がちらつき試料
の観察ができなくなるという問題があった。

【００１０】ところで、最近、共焦点顕微鏡として特願
平９−２５５１６９明細書に記載されるように、各ピン
ホール間の間隔がピンホール直径と同一に形成され且つ
ランダムに配置されたランダムピンホールディスクを用
い、ランダムピンホールを通して撮像された試料の像を
共焦点成分と非共焦点成分の和とし、ランダムピンホー
ルを通さずに撮像された試料の像を非共焦点成分のみと
して、ランダムピンホールを通して撮像された試料の像
からランダムピンホールを通さずに撮像された試料の像
を差分演算することで、高い光の利用効率で共焦点像を
高速に得られるものが考えられている。

【００１１】しかしながら、このような共焦点顕微鏡に
おいてもランダムピンホールディスクの回転むらに関す
る情報が、ランダムピンホールディスクを回転させるモ
ータにフィードバックされることがないので、ディスク
にスキャンむらが生じると、差分演算後の共焦点像に明
暗の縞が発生してしまうという問題があった。

【００１２】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、ディスクのスキャンむらを解消し、明暗の縞の発生
を回避した撮像画面を得ることができる共焦点顕微鏡を
提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
多数のピンホールを有する回転体を回転させながら前記
ピンホールを通した試料面の共焦点像を観察する共焦点
顕微鏡において、前記試料の共焦点像を撮像する撮像手
段と、この撮像手段の映像信号より垂直同期信号を抽出
する垂直同期信号抽出手段と、前記回転体の回転状態を
検出する検出手段と、この検出手段からの検知信号の位
相と前記垂直同期信号抽出手段の垂直同期信号の位相と
を同期させる位相同期手段とを具備し、前記位相同期手
段による位相同期に応じて前記回転体の回転状態を制御
するようにしている。

【００１４】請求項２記載の発明は、多数のピンホール
を有する回転体を回転させながら前記ピンホールを通し
た試料面の共焦点像を観察する共焦点顕微鏡において、
垂直同期信号を発生する垂直同期信号発生手段と、この
垂直同期信号発生手段からの垂直同期信号の発生タイミ
ングによって撮像期間が制御されるとともに、該撮像期
間において前記試料の共焦点像を撮像する撮像手段と、
前記回転体の回転状態を検出する検出手段と、この検出
手段からの検知信号の位相と前記垂直同期信号発生手段
の垂直同期信号の位相とを同期させる位相同期手段とを
具備し、前記位相同期手段による位相同期に応じて前記
回転体の回転状態を制御するようにしている。

【００１５】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明において、さらに、前記ピンホールを通さない試料面
の非共焦点像を撮像する撮像手段と、前記ピンホールを
通して撮像された撮像手段の試料面像と、前記ピンホー
ルを通さないで撮像された試料面像を差分演算して共焦
点像を得る差分演算手段とを具備している。

【００１６】この結果、請求項１記載の発明によれば、
回転体の回転むらが発生した場合でも、回転体の回転状
態に応じた検出信号の位相と垂直同期信号抽出手段で抽
出された垂直同期信号の位相の同期を取ることができる
ので、回転体のスキャン周期と撮像手段の撮像周期の同
期をとることができる。

【００１７】請求項２記載の発明によれば、回転体の回
転むらが発生した場合でも、回転体の回転状態に応じた
検知信号の位相と垂直同期信号発生手段より発生された
垂直同期信号の位相の同期を取ることができるので、回
転体のスキャン周期と撮像手段の撮像周期の同期をとる
ことができる。

【００１８】請求項３記載の発明によれば、さらに、ピ
ンホールを通して撮像された像からピンホールを通さな
いで撮像された像を差分演算することにより、光の利用
効率が高い共焦点画像を得ることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従い説明する。 （第１の実施の形態）図１は、本発明が適用される共焦
点顕微鏡の要部であるスキャン装置の概略構成を示して
いる。

【００２０】図において、２１はピンホールディスク
で、このピンホールディスク２１は内周部に多数のピン
ホール２１１を有するとともに、これらピンホール２１
１の配列をディスク内周部から外周部に向かって螺旋状
に伸びるように形成したＮｉｐｋｏｗディスクからなっ
ている。また、ピンホールディスク２１の外周部にはス
リット状の複数の遮光部２１２と透過部２１３とが交互
に形成されている。

【００２１】なお、このようなピンホールディスク２１
のピンホール２１１およびスリット状の複数の遮光部分
２１２と透過部分２１３は、ガラス材からなるディスク
基板上にクロムを蒸着させることによって形成してい
る。

【００２２】このピンホールディスク２１は、モータ２
２の回転軸に取付けられ、モータ駆動回路２３からのモ
ータ駆動制御信号ａにより回転駆動されるようになって
いる。

【００２３】また、ピンホールディスク２１には、光検
出素子２４を設けている。この光検出素子２４は、ピン
ホールディスク２１の外周部の遮光部２１２と透過部２
１３を検出するためのもので、図２に示すようにコ字型
の形状をしておりピンホールディスク２１の外周部を挟
み込むように配置し、ピンホールディスク２１が回転し
て遮光部２１２と透過部２１３が交互に通過して行く毎
にパルス状の信号ｂを出力するようになっている。そし
て、このパルス信号ｂは、位相同期回路２５に入力され
る。

【００２４】一方、２６は、図示しない試料の観察像を
撮像するＣＣＤカメラで、このＣＣＤカメラ２６は、撮
像画面を図示しないモニタに表示するためのＮＴＳＣ方
式の映像信号ｃを出力するようにしている。

【００２５】ＣＣＤカメラ２６には、垂直同期信号抽出
回路２７を接続している。この垂直同期信号抽出回路２
７は、積分器などで構成されるもので、ＣＣＤカメラ２
６から出力される映像信号ｃから垂直同期信号を抽出す
るものである。なお、ここでは、後段での処理を行いや
すくするため、映像信号ｃから抽出した垂直同期信号を
反転させた垂直同期信号ｄを出力している。そして、こ
の反転垂直同期信号ｄは、位相同期回路２５に入力され
る。

【００２６】位相同期回路２５は、垂直同期信号抽出回
路２７から出力される垂直同期信号ｄと光検出素子２４
から出力されるパルス信号ｂを取り込むとともに、これ
ら信号ｄとｂを同期させるために、モータ２２の回転を
制御するモータ駆動回路２３にモータ駆動制御パルスｅ
を送出するようにしている。

【００２７】図３は、位相同期回路２５の具体的回路構
成を示している。図において、２５１は、光検出素子２
４から入力端子Ｐｉｎに入力されるパルス信号ｂを任意
の分周数、デューティーサイクルに変換するクロックデ
ィバイダで、このクロックディバイダ２５１は、再設計
が何度でも容易に行えるＦＰＧＡなどにより設計できる
ものである。そして、端子名Ａ０〜Ａ１５で表される１
６ビットの端子Ｘを図示しないスイッチなどで設定する
ことで、分周数やデューティーサイクルを決定すること
ができるようになっている。この実施の形態では、下位
１２ビットが分周数を、上位４ビットがデューティサイ
クルを決定する。例えばＡ０〜Ａ１１を十進数で１００
０に設定しＡ１２〜Ａ１５を十進数で２０に設定すれ
ば、パルス信号ｂは、周期１０００パルスでデューティ
ー比２０：１０００のクロックとなり、出力端子Ｐｏｕ
ｔより出力される信号ｆとして発生するようにしてい
る。そして、このクロックディバイダ２５１の信号ｆを
ＰＬＬ２５２に入力している。このＰＬＬ２５２は、垂
直同期信号抽出回路２７から入力される反転垂直同期信
号ｄとクロックディバイダ２５１の信号ｆの立ち上がり
エッジが同じタイミングになるように出力端子Ｖｃｏｕ
ｔからのモータ制御パルスｅの周波数を調整するように
している。この場合、ＰＬＬ２５２の内部にはＶＣＯが
内蔵されており、Ｒ１〜Ｒ３、Ｃ１、Ｃ２は、そのＶＣ
Ｏを発進させるための抵抗およびコンデンサである。な
お、ＰＬＬ２５２の端子や周辺回路は本実施の形態を説
明するのに必要なもの以外（電源ピンなど）を省略して
ある。

【００２８】そして、位相同期回路２５からモータ制御
パルスｅをモータ駆動回路２３に出力している。モータ
駆動回路２３は、位相同期回路２５のモータ制御パルス
ｅより四相のクロックパルスからなるモータ駆動制御信
号ａを生成してモータ２２に出力し、モータ２２により
ピンホールディスク２１を回転駆動するようにしてい
る。

【００２９】次に、このように構成した実施の形態の動
作を説明する。まず、スキャナ装置の電源が投入される
と、ＣＣＤカメラ２６は図示しない試料の撮像を開始す
るとともに、映像信号ｃを出力する。ＣＣＤカメラ２６
からの映像信号ｃを受けた垂直同期信号抽出回路２７で
は、この時の映像信号ｃから垂直同期信号を抽出すると
ともに、レベルを反転した垂直同期信号ｄを出力する。

【００３０】この反転垂直同期信号ｄは、位相同期回路
２５に入力される。すると、位相同期回路２５では、そ
の内部のクロックディバイダ２５１で光検出素子２４か
らのパルス信号ｂを分周した信号ｆと反転垂直同期信号
ｄをＰＬＬ２５２に入力し、これら信号ｂ、ｄの位相を
比較する。

【００３１】ここで、モータ２２が回転しておらず、ピ
ンホールディスク２１が回転していない状態では、クロ
ックディバイダ２５１は停止した状態となっており、従
って信号ｆはＬレベルを保ったままになる。そのためＰ
ＬＬ２５２では、反転垂直同期信号ｄと信号ｆの立ち上
がりエッジの位相を同期させるために出力端子Ｖｃｏｕ
ｔのモータ制御パルスｅの周波数を徐々に上げモータ駆
動回路２３に出力する。

【００３２】位相同期回路２５からモータ制御パルスｅ
を受けたモータ駆動回路２３は、この時のモータ制御パ
ルスｅの周波数をもとにモータ２２を駆動する４相のク
ロックをモータ駆動制御信号ａとして出力する。これに
より、モータ２２は、モータ駆動制御信号ａの周波数に
対応した速度でピンホールディスク２１を回転させる。

【００３３】こうしてピンホールディスク２１の回転が
始まると、ピンホールディスク２１外周部のスリット状
の遮光部２１２と透過部２１３が次々と光検出素子２４
を通過する。すると、これら遮光部２１２と透過部２１
３が光検出素子２４を通過する毎に、図４に示すパルス
信号ｂが光検出素子２４より出力される。この場合、ピ
ンホールディスク２１の外周部に、例えば１００００個
の透過部２１３が形成されているものとすると、ピンホ
ールディスク２１が一周すると１００００パルスが光検
出素子２４より出力される。

【００３４】そして、光検出素子２４からのパルス信号
ｂが位相同期回路２５に送られると、クロックディバイ
ダ２５１では、指定された分周数とデューティに基づい
て信号ｆを出力する。ここで、クロックディバイダ２５
１は、分周数１００００、デューティ比４：１００００
に設定しているものとすると、図４に示すように、１０
０００パルス毎に信号ｆが出力され、そのＨレベルのパ
ルス幅は４クロック分となる。

【００３５】ピンホールディスク２１の回転が増加して
くる間、ＰＬＬ２５２は反転垂直同期信号ｄと信号ｆの
立ち上がりエッジの位相関係を常に監視し、信号ｆの周
期（周波数）が反転垂直同期信号ｄよりも遅れている間
は、モータ制御パルスｅの周波数を上げ続ける。そし
て、反転垂直同期信号ｄと信号ｆの立ち上がりエッジが
一致する、すなわち両者の周波数が同期するとＰＬＬ２
５２は、モータ制御パルスｅの周波数を一定にして、そ
の状態を維持する。つまり、図５に示すように信号ｆと
反転垂直同期信号ｄの立ち上がりエッジが一致した同期
の取れている状態を維持する。

【００３６】ここで、仮に、反転垂直同期信号ｄに対し
てピンホールディスク２１の回転周期が速くなってしま
った場合、つまり信号ｆの周波数が高くなってしまった
場合は、ＰＬＬ２５２はモータ制御パルスｅの周波数を
下げ、ピンホールディスク２１の回転同期を下げるよう
にする。以下、位相同期回路２５により、同様なシーケ
ンスを繰り返すことにより、ピンホールディスク２１の
回転数が制御され、スキャン周期とＣＣＤカメラ２６で
の撮像周期の同期が取られるようになる。

【００３７】従って、このようにすれば、ピンホールデ
ィスク２１の回転状態を位相同期回路２５にフィードバ
ックすることにより反転垂直同期信号ｄとピンホールデ
ィスク２１の回転周期を常に同期させることができるの
で、ＣＣＤカメラ２６の撮像周期とピンホールディスク
２１のスキャン周期の同期を取ることができ、ピンホー
ルディスク２１のスキャンむらに起因する明暗の縞の発
生を回避でき良好な撮像画面を得ることができる。

【００３８】また、上述では、クロックディバイダ２５
１の分周数を１００００で説明したが、これに限られる
ものでなく、１０００以上、例えば２００００にすれば
垂直同期信号間にディスクを２回転させるような制御が
きるので、肉眼観察した時にスキャンしたピンホールに
よる像のちらつきも軽減できる。 （第２の実施の形態）図６は、本発明の第２の実施の形
態の概略構成を示すもので、図１と同一部分には同符号
を付している。

【００３９】この場合、ＣＣＤカメラ３１は、外部トリ
ガ入力端子を有しており、パルス状のトリガ信号ｇが入
力されると内部における撮像のための同期信号にリセッ
トがかかり、一番目のトリガ信号ｇが入力されてから二
番目のトリガ信号ｇが入力されるまでの間に図示しない
ＣＣＤに電荷を蓄積する。そして、二番目のトリガ信号
ｇが入力されると撮像された映像信号を例えばテレビモ
ニタなどに出力するようになっている。

【００４０】３２は、ビデオカメラ用同期信号発生器
で、ビデオカメラ駆動に必要な垂直同期信号ｈをはじめ
として各種同期信号を発生するものである。そして、ビ
デオカメラ用同期信号発生器３２の垂直同期信号ｈをト
リガ発生回路３３および位相同期回路２５に入力する。
トリガ信号発生回路３３は不図示の微分回路やフリップ
フロップなどからなり、垂直同期信号ｈを受けると、そ
の立ち下がりエッジを検出しトリガパルスｇをＣＣＤカ
メラ３１に出力するようにしている。また、位相同期回
路２５は、ビデオカメラ用同期信号発生器３２の垂直同
期信号ｈと光検出素子２４からのパルス信号ｂを受けと
ると、両信号の同期をとるためにモータ駆動回路２３に
モータ制御パルスｅを送出する。

【００４１】この場合、位相同期回路２５は、図７に示
すように垂直同期信号ｈを反転して位相同期をとるため
のインバータ２５３を付加したもので、その他は、図３
で述べたのと同様であるため省略する。そして、位相同
期回路２５からモータ制御パルスｅを受けたモータ駆動
回路２３は、この時のモータ制御パルスｅの周波数をも
とにモータ２２を駆動する４相のクロックをモータ駆動
制御信号ａとして出力し、このモータ駆動制御信号ａの
周波数に対応した速度で、ピンホールディスク２１を回
転させるようにしている。

【００４２】このような構成において、スキャナに電源
が投入されると、ビデオカメラ用同期信号発生器３２
は、垂直同期信号ｈを位相同期回路２５とトリガ信号発
生回路３３に出力する。垂直同期信号ｈを受けた位相同
期回路２５では、内部にあるＰＬＬ２５２において、垂
直同期信号ｈをインバータ２５３を介して反転した反転
信号ｉと、光検出素子２４からのパルス信号ｂをクロッ
クディバイダ２５１で分周した信号ｆの位相を比較す
る。

【００４３】ここで、ピンホールディスク２１が回転し
ていない状態では、クロックディバイダ２５１は停止し
た状態となっている。従って信号ｆはＬレベルを保った
ままになる。そのためＰＬＬ２５２は信号ｉと信号ｆの
立ち上がりエッジの位相を合わせるためにＶｃｏｕｔ端
子のモータ制御パルスｅの周波数を徐々に上げモータ駆
動回路２３に出力する。

【００４４】位相同期回路２５からモータ制御パルスｅ
を受けたモータ駆動回路２３は、モータ制御パルスｅの
周波数をもとにモータ２２を駆動する４相のクロックを
モータ駆動制御信号ａとして出力する。これにより、モ
ータ２２はその周波数に対応した速度でピンホールディ
スク２１を回転させる。

【００４５】このようにしてピンホールディスク２１が
回転すると、ピンホールディスク２１外周部のスリット
状の遮光部２１２と透過部２１３が次々と光検出素子２
４を通過する。すると、これら遮光部２１２と透過部２
１３が光検出素子２４を通過する毎に、図９に示すパル
ス信号ｂが光検出素子２４より出力される。この場合、
ピンホールディスク２１の外周部に、例えば１００００
個の透過部２１３が形成されているものとすると、ピン
ホールディスク２１が一周すると１００００パルスが光
検出素子２４より出力される。

【００４６】そして、光検出素子２４からのパルス信号
ｂが位相同期回路２５に送られると、クロックディバイ
ダ２５１では、指定された分周数とデューティに基づい
て信号ｆを出力する。ここで、クロックディバイダ２５
１は、分周数１００００、デューティ比４：１００００
に設定しているものとすると、図９に示すように、１０
０００パルス毎に信号ｆが出力され、そのＨレベルのパ
ルス幅は４クロック分となる。

【００４７】ピンホールディスク２１の回転が増加して
くる間、ＰＬＬ２５２は垂直同期信号ｈの反転信号ｉと
信号ｆの立ち上がりエッジの位相関係を常に監視し、信
号ｆの周期（周波数）が垂直同期信号ｈの反転信号ｉよ
りも遅れている間は、モータ制御パルスｅの周波数を上
げ続ける。そして垂直同期信号ｈの反転信号ｉと信号ｆ
の立ち上がりエッジが一致する、すなわち両者の位相が
同期するとＰＬＬ２５２はモータ制御パルスｅの周波数
を一定にしその状態を維持する。つまり、図１０に示す
ように信号ｆと垂直同期信号ｈの反転信号ｉの立ち上が
りエッジの同期のとれた状態が維持される。

【００４８】ここで、仮に垂直同期信号ｈの反転信号ｉ
の周期よりもピンホールディスク２１の回転周期が速く
なってしまった場合、つまり信号ｆの周波数が高くなっ
てしまった場合は、ＰＬＬ２５２はモータ制御パルスｅ
の周波数を下げ、ピンホールディスク２１の回転数を下
げるようにする。以下、位相同期回路２５により、同様
なシーケンスを繰り返すことでピンホールディスク２１
の回転数が制御され、ピンホールディスク２１でのスキ
ャン周期とＣＣＤカメラ３１の撮像周期の同期を取るこ
とができる。

【００４９】一方、この状態で、ビデオカメラ用同期信
号発生器３２からの垂直同期信号ｈがトリガ信号発生回
路３３に入力されると、垂直同期信号ｈの立ち下がりエ
ッジを検出してＣＣＤカメラ３１に対して図８に示す撮
像のためのトリガ信号ｇが出力される。

【００５０】この場合、図１１に示すように、トリガ信
号発生回路３３のトリガ信号ｇ−１によりＣＣＤカメラ
３１の内部同期回路にリセットがかかり図示しないＣＣ
Ｄが撮像を開始し（撮像期間Ａ）、次のトリガ信号ｇ−
２がＣＣＤカメラ３１に入力されると、撮像期間Ａで撮
像していた像を、映像出力Ａ’として映像信号を出力
し、これと同時に図示しないＣＣＤは再び撮像を開始す
る（撮像期間Ｂ）。以下、トリガ信号ｇ−３，ｇ−４に
ついても同様のシーケンスである。

【００５１】このようにしてトリガ信号発生回路３３
は、ＣＣＤカメラ３１に撮像開始と映像信号出力タイミ
ングを指示する（撮像期間Ａ、Ｂ、Ｃ、映像信号Ａ’、
Ｂ’、Ｃ’）。この場合、ＣＣＤカメラ３１は、トリガ
信号ｇが入力され撮像を開始すると、次のトリガ信号ｇ
が入力されるまでＣＣＤに画像を蓄積しつづけるので、
暗い試料でも明るく撮像することができる。つまり、ト
リガ信号発生回路３３によってトリガ信号ｇの出力周期
を垂直同期信号ｈの整数倍延ばすことで暗い試料でも明
るく撮像することができる。

【００５２】従って、このようにしても、ＣＣＤカメラ
３１の撮像周期とピンホールディスク２１のスキャン周
期の同期を取ることができるので、ディスクのスキャン
むらに起因する明暗の縞の発生を回避できる良好な撮像
画面を得ることができる。さらに、光源の輝度が低くて
もトリガ信号ｇの周期を調整して撮像周期を伸ばすこと
により、暗い試料でも明るい撮像画面を得ることができ
る。 （第３の実施の形態）図１２は、本発明の第３の実施の
形態の概略構成を示すものである。この第３の実施の形
態では、第２の実施の形態で説明した共焦点顕微鏡のス
キャン装置に、さらに光学系を含めて示しており、図６
と同一部分には同符号を付している。

【００５３】この場合、ハロゲンランプ等の光源４１か
らの光をハーフミラー４２で反射させ、ピンホールディ
スク４３に照射している。ピンホールディスク４３は、
図１３に示すように内周部にランダムに配置されたピン
ホール部４３１を有するもので、この時のピンホール部
４３１は、各ピンホール間の間隔をピンホール直径と同
一に形成して、通常のＮｉｐｋｏｗディスクに比べてピ
ンホール密度が非常に高く、多くの試料からの光を透過
させることができるようにしている。なお、ピンホール
ディスク４３は、上述した第１および第２の実施の形態
と同様に、スリット状の遮光部４３２と透過部４３３を
形成している。また、ピンホールディスク４３の材質は
第１の実施の形態で説明したものと同一のものである。

【００５４】そして、ピンホールディスク４３のピンホ
ール部４３１を通過する光を、ハーフミラー４４を通過
し対物レンズ４５を介して試料４６に投影するようにし
ている。この場合、ピンホールディスク４３が一回転す
ることで、試料４６を均一に照明できるようにピンホー
ル部４３１のピンホールパターンは計算されている。

【００５５】そして、試料４６から反射した光束を、ハ
ーフミラー４４により透過するものと反射するものに２
分割し、ハーフミラー４４を透過した光束はピンホール
ディスク４３を通過させ、さらにハーフミラー４２を透
過させて、集光レンズ４６１を介してＣＣＤカメラ４７
に入射させる。、一方、ハーフミラー４４を反射した光
束は集光レンズ４８によってＣＣＤカメラ４９に集光さ
れる。

【００５６】これらＣＣＤカメラ４７、４９は、それぞ
れ外部トリガ入力端子を有しており、トリガ信号発生回
路３３よりパルス状のトリガ信号ｇを入力すると、内部
における撮像のための同期信号にリセットがかかり、一
番目のトリガ信号ｇが入力されてから二番目のトリガ信
号ｇが入力されるまでの間に、図示しないＣＣＤに電荷
を蓄積し、二番目のトリガ信号ｇが入力されると撮像し
た映像信号ｋ，ｌをコンピュータ５０に出力するように
している。

【００５７】ビデオカメラ用同期信号発生器３２より垂
直同期信号ｈと光検出素子２４からのパルス信号ｂを受
けた位相同期回路２５は、両者の位相同期をとるために
モータ駆動回路２３にモータ制御パルスｅを送出する。
そして、位相同期回路２５からモータ制御パルスｅを受
けたモータ駆動回路２３は、この時のモータ制御パルス
ｅの周波数をもとにモータ２２を駆動する４相のクロッ
クをモータ駆動制御信号ａとして出力し、このモータ駆
動制御信号ａの周波数に対応した速度で、ピンホールデ
ィスク４３を回転させるようにしている。

【００５８】トリガ信号発生回路３３は、不図示の微分
回路、タイミング合わせ用のカウンタ及びフリップフロ
ップなどからなり、ビデオカメラ用同期信号発生器３２
の垂直同期信号ｈを受けると、その立ち下がりエッジを
検出しトリガパルスｇを出力するとともに、ＣＣＤカメ
ラ４７、４９から出力される映像信号ｋ，ｌをコンピュ
ータ５０に取り込むタイミングパルスｊも出力する。こ
の場合、これら信号の位相関係は、図１４に示すように
なっている。

【００５９】コンピュータ５０は、ＣＣＤカメラ４７、
４９から出力される映像信号ｋ，ｌをトリガ信号発生回
路３３から出力される画像取り込み信号ｊのタイミング
に基づいて内部のメモリ取り込み、これら二つの画像信
号を差分演算するようにしている。そして、このコンピ
ュータ５０からの信号ｍをモニタ５１に出力し、差分演
算画像として表示するようにしている。

【００６０】次に、このような実施の形態の動作につい
て説明する。なお、図１５は、図１２から光学系を取り
除き、説明を分かりやすくしたものである。このような
構成において、スキャナに電源が投入されると、ビデオ
カメラ用同期信号発生器３２は、垂直同期信号ｈを位相
同期回路２５とトリガ信号発生回路３３に出力する。垂
直同期信号ｈを受けた位相同期回路２５では、内部にあ
るＰＬＬ２５２にて垂直同期信号ｈの反転信号ｉと、光
検出素子２４から出力されるパルスｂをクロックディバ
イダ２５１によって分周した信号ｆとの位相を比較す
る。

【００６１】ここで、モータ２２によりピンホールディ
スク４３が回転していない状態では、クロックディバイ
ダ２５１は停止した状態となっている。従って信号ｆは
Ｌレベルを保ったままになる。そのためＰＬＬ２５２は
信号ｉと信号ｆの立ち上がりエッジの位相を合わせるた
めにＶｃｏｕｔ端子のモータ制御パルスｅの周波数を徐
々に上げモータ駆動回路２３に出力する。

【００６２】位相同期回路２５からモータ制御パルスｅ
を受けたモータ駆動回路２３は、モータ制御パルスｅの
周波数をもとにモータ２２を駆動する４相のクロックを
モータ駆動制御信号ａとして出力する。これにより、モ
ータ２２はその周波数に対応した速度でピンホールディ
スク４３を回転させる。

【００６３】ピンホールディスク４３が回転すると、外
周部のスリット状の遮光部４３２と透過部４３３が次々
と光検出素子２４を通過する。すると、これら遮光部４
３２と透過部４３３が光検出素子２４を通過する毎に、
図９に示すパルス信号ｂが光検出素子２４より出力され
る。この場合、ピンホールディスク４３の外周部に、例
えば１００００個の透過部４３３が形成されているもの
とすると、ピンホールディスク４３が一周すると１００
００パルスが光検出素子２４より出力される。

【００６４】そして、光検出素子２４からのパルス信号
ｂが位相同期回路２５に送られると、クロックディバイ
ダ２５１では、指定された分周数とデューティに基づい
て信号ｆを出力する。ここで、クロックディバイダ２５
１は、分周数１００００、デューティ比４：１００００
に設定しているものとすると、図９に示すように、１０
０００パルス毎に信号ｆが出力し、そのＨレベルのパル
ス幅は４クロック分となる。

【００６５】ピンホールディスク４３の回転が増加して
くる間、ＰＬＬ２５２は垂直同期信号ｈの反転信号ｉと
信号ｆの立ち上がりエッジの位相関係を常に監視し、信
号ｆの周期（周波数）が垂直同期信号ｈの反転信号ｉよ
りも遅れている間は、モータ制御パルスｅの周波数を上
げ続ける。そして垂直同期信号ｈの反転信号ｉと信号ｆ
の立ち上がりエッジが一致する、すなわち両者の周波数
が同期するとＰＬＬ２５２はモータ制御パルスｅの周波
数を一定にしその状態を維持する。つまり、図１０に示
すように信号ｆと垂直同期信号ｈの反転信号ｉの立ち上
がりエッジの同期がとれている状態が維持される。

【００６６】ここで、仮に垂直同期信号ｈの反転信号ｉ
の周期よりもピンホールディスク４３の回転周期が速く
なってしまった場合、つまり信号ｆの周波数が高くなっ
てしまった場合は、ＰＬＬ２５２はモータ制御パルスｅ
の周波数を下げ、ピンホールディスク４３の回転数を下
げるようにする。以下、位相同期回路２５により、同様
なシーケンスを繰り返すことでピンホールディスク４３
の回転数が制御され、ピンホールディスク４３でのスキ
ャン周期とＣＣＤカメラ４７、４９の撮像周期の同期が
取られる。

【００６７】この状態で、ビデオカメラ用同期信号発生
器３２からの垂直同期信号ｈがトリガ信号発生回路３３
に入力されると、図１４に示すように垂直同期信号ｈの
立ち下がりエッジを検出してＣＣＤカメラ４７、４９に
対して撮像のためのトリガ信号ｇが出力され、また、コ
ンピュータ５０に対してＣＣＤカメラ４７、４９の映像
信号ｋ，ｌを取り込むためのキャプチャトリガ信号ｊが
出力される。

【００６８】この場合、トリガ信号発生回路３３から出
力されるトリガ信号ｇ−１によりＣＣＤカメラ４７、４
９の内部同期回路にリセットがかかりＣＣＤが撮像を開
始する（撮像期間Ａ）。次いで、トリガ信号ｇ−２がＣ
ＣＤカメラ４７、４９に入力されると、撮像期間Ａに対
する映像出力Ａ’が映像信号ｋ，ｌとして出力される。
また、これと同時に、ＣＣＤが撮像を開始する（撮像期
間Ｂ）。さらにトリガ信号発生回路３３は、コンピュー
タ５０に対して信号ｊ−１を出力し、ＣＣＤカメラ４
７、４９からの映像信号ｋ，ｌの取り込みタイミングを
指示する。

【００６９】このようにしてトリガ信号発生回路３３は
ＣＣＤカメラ４７、４９およびコンピュータ５０に対し
て撮像・映像信号取り込みタイミングを指示する（撮像
期間Ａ、Ｂ、Ｃ、映像信号Ａ’、Ｂ’、Ｃ’）。そし
て、コンピュータ５０は、キャプチャトリガ信号ｊのタ
イミングでＣＣＤ４７、４９からの映像信号ｋ，ｌをキ
ャプチャして不図示のメモリに取り込む。

【００７０】この場合、ＣＣＤカメラ４７の映像信号ｋ
はピンホールディスク４３のピンホールに戻ってきた試
料の像であり、共焦点成分と非共焦点成分を含んでい
る。一方、ＣＣＤカメラ４９の映像信号ｌはピンホール
ディスク４３のピンホールに戻る前の試料の像であり、
非共焦点成分のみを含んでいる。コンピュータ５０は、
メモリ中のＣＣＤカメラ４７の像から、ＣＣＤカメラ４
９の像を、ある係数を用いて差分演算することで共焦点
画像を作成し、信号ｍをモニタ５１に出力する。

【００７１】この結果、共焦点画像をリアルタイムでモ
ニタ５１に表示することができる。また、この場合、Ｃ
ＣＤカメラ４７、４９にトリガ信号ｇが入力され撮像を
開始すると、次のトリガ信号ｇが入力されるまで、ＣＣ
Ｄに画像を蓄積しつづけるようにしているので、暗い試
料でも明るく撮像することができる。このことは、トリ
ガ信号発生回路３３によってトリガ信号ｇの出力周期を
垂直同期信号ｈの整数倍伸ばすことによっても、暗い試
料を明るく撮像することができる。

【００７２】従って、このようにしても、ＣＣＤカメラ
４７での撮像周期とピンホールディスク４３のスキャン
周期の同期を取ることができるので、差分演算後の共焦
点画像についても、ディスクのスキャンむらに原因する
明暗の縞の発生を回避した良好な画面を得ることができ
る。また、ピンホールディスク４３をランダムピンホー
ルディスクとしたことで、高い光の効率で共焦点画像を
得ることができ、これにより、低照度の安価な照明手段
によっても良好な共焦点画像を得ることができる。

【００７３】なお、上述した実施の形態では、ピンホー
ル回転体として、一貫してピンホールディスクについて
述べたが、このようなディスク状のものに限らず、筒状
のもの、ベルト状のものなどにも適用することができ
る。また、ディスクの回転状態をディスク周縁に配置し
た光検出素子により検出するようにしたが、ディスクの
回転軸、駆動用モータから検出するようにもできる。ま
た、光検出素子以外に、回転状態を検知することができ
るものであれば、磁気を用いた検出器であっても適用す
ることができる。

【００７４】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、ピンホー
ルを有する回転体のスキャン周期と撮像手段の撮像周期
の同期を取ることができるので、回転体のスキャンむら
に起因する明暗の縞の発生を防止でき、良質の撮像画面
を得ることができる。

【００７５】請求項２記載の発明によれば、さらに、光
源の輝度が低くても明るい共焦点像を得ることができ、
また暗い試料であっても撮像周期を伸ばすことで明るい
像を得ることができる。請求項３記載の発明によれば、
さらに、光の効率を向上させ照度の低い安価な照明系で
も良好な共焦点画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す
図。

【図２】第１の実施の形態に用いられるピンホールディ
スクと光検出素子との関係を説明するための図。

【図３】第１の実施の形態に用いられる位相同期回路の
概略構成を示す図。

【図４】第１の実施の形態の動作を説明するための図。

【図５】第１の実施の形態の動作を説明するための図。

【図６】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す
図。

【図７】第２の実施の形態に用いられる位相同期回路の
概略構成を示す図。

【図８】第２の実施の形態の動作を説明するための図。

【図９】第２の実施の形態の動作を説明するための図。

【図１０】第２の実施の形態の動作を説明するための
図。

【図１１】第２の実施の形態の動作を説明するための
図。

【図１２】本発明の第３の実施の形態の概略構成を示す
図。

【図１３】第３の実施の形態に用いられるピンホールデ
ィスクの概略構成を示す図。

【図１４】第３の実施の形態の動作を説明するための
図。

【図１５】第３の実施の形態の動作を説明するための
図。

【図１６】従来の共焦点顕微鏡の一例の概略構成を示す
図。

【図１７】従来の共焦点顕微鏡の他例の概略構成を示す
図。

【図１８】従来の共焦点顕微鏡に用いられるスキャンデ
ィスクの概略構成を示す図。

【符号の説明】

２１…ピンホールディスク、 ２１１…ピンホール、 ２１２…遮光部、 ２１３…透過部、 ２２…モータ、 ２３…モータ駆動回路、 ２４…光検出素子、 ２５…位相同期回路、 ２５１…クロックディバイダ、 ２５２…ＰＬＬ、 ２５３…インバータ、 ２６…ＣＣＤカメラ、 ２７…垂直同期信号抽出回路、 ３１…ＣＣＤカメラ、 ３２…ビデオカメラ用同期信号発生器、 ３３…トリガ信号発生回路、 ４１…光源、 ４２…ハーフミラー、 ４３…ピンホールディスク、 ４３１…ピンホール部、 ４３２…遮光部、 ４３３…透過部、 ４４…ハーフミラー、 ４５…対物レンズ、 ４６…試料、 ４７…ＣＣＤカメラ、 ４８…集光レンズ、 ４９…ＣＣＤカメラ、 ５０…コンピュータ、 ５１…モニタ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数のピンホールを有する回転体を回転
   させながら前記ピンホールを通した試料面の共焦点像を
   観察する共焦点顕微鏡において、 前記試料の共焦点像を撮像する撮像手段と、 この撮像手段の映像信号より垂直同期信号を抽出する垂
   直同期信号抽出手段と、 前記回転体の回転状態をを検出する検出手段と、 この検出手段からの検知信号の位相と前記垂直同期信号
   抽出手段の垂直同期信号の位相とを同期させる位相同期
   手段とを具備し、 前記位相同期手段による位相同期に応じて前記回転体の
   回転状態を制御することを特徴とする共焦点顕微鏡。
2. 【請求項２】 多数のピンホールを有する回転体を回転
   させながら前記ピンホールを通した試料面の共焦点像を
   観察する共焦点顕微鏡において、 垂直同期信号を発生する垂直同期信号発生手段と、 この垂直同期信号発生手段からの垂直同期信号の発生タ
   イミングによって撮像期間が制御されるとともに、該撮
   像期間において前記試料の共焦点像を撮像する撮像手段
   と、 前記回転体の回転状態を検出する検出手段と、 この検出手段からの検知信号の位相と前記垂直同期信号
   発生手段の垂直同期信号の位相とを同期させる位相同期
   手段とを具備し、 前記位相同期手段による位相同期に応じて前記回転体の
   回転状態を制御することを特徴とする共焦点顕微鏡。
3. 【請求項３】 さらに、前記ピンホールを通さない試料
   面の非共焦点像を撮像する撮像手段と、 前記ピンホールを通して撮像された撮像手段の試料面像
   と、前記ピンホールを通さないで撮像された試料面像を
   差分演算して共焦点像を得る差分演算手段とを具備した
   ことを特徴とする請求項２記載の共焦点顕微鏡。