(57)【特許請求の範囲】
【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、
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。
【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、
前記回転体を回転させる駆動手段と、
前記駆動手段から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。
【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、前記ビ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１または２記載の共焦点顕微鏡。
【請求項４】
前記回転体は、
前記ピンホールの配列を前記回転体の内周部から外周部に向かって螺旋状に延びるように形成したＮｉｐｋｏｗディスクである
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の共焦点顕微鏡。
【請求項５】
前記回転体は、
該回転体の内周部にランダムに配置されたピンホール部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の共焦点顕微鏡。
【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ＮＴＳＣ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Ｎｉｐｋｏｗ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１０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７１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、Ｎｉｐｋｏｗ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ＮＴＳＣ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、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、前記回転体を回転させる駆動手段と、前記駆動手段から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している。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１または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、前記ビ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している。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の発明において、前記回転体は、前記ピンホールの配列を前記回転体の内周部から外周部に向かって螺旋状に延びるように形成したＮｉｐｋｏｗディスクであることを特徴としている。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の発明において、前記回転体は、該回転体の内周部にランダムに配置されたピンホール部を有することを特徴としている。
【００１７】
本発明によれば、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】
本発明によれば、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２１１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２２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２１３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２７は、積分器などで構成されるもので、ＣＣＤカメラ２６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２４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１６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１０００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Ｐｏｕｔ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Ｖｃｏｕｔ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ＶＣＯ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ＰＬＬ２５２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Ｖｃｏｕｔ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２１３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２５１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、１００００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ＰＬＬ２５２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２５１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２４を通過する。すると、これら遮光部２１２と透過部２１３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２５１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、１００００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ＣＣＤ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４３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４３２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１００００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２５１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、１００００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、４９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ＣＣＤ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４７、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４９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、ＣＣＤ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、ＣＣＤ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】
本発明によれば、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、良質の撮像画像を得ることができる。
【００７５】
本発明によれば、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画像周期を伸ばすことで明るい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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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