(57)【要約】【課題】  ニポウ円盤と撮像装置との同期を好適に実現することが可能な共焦点像計測システム、共焦点顕微鏡、及び共焦点像計測方法を提供する。【解決手段】  ニポウ円盤１０によって生成される試料Ｓの共焦点像を取得する共焦点顕微鏡１に対し、ニポウ円盤１０の回転を検出し、ニポウ円盤１０による試料Ｓの走査周期に対応する走査トリガ信号を供給する走査トリガ供給部１５と、試料Ｓの共焦点像を取得する画像取得装置２０とを備える計測システム２を適用する。また、ＦＴ型ＣＣＤ素子２１を用いて画像取得装置２０を構成し、走査トリガ信号によって求められる走査周期、及びＣＣＤ素子２１での撮像部から蓄積部への垂直転送時間に基づいて撮像周期を設定し、該撮像周期によってＣＣＤ素子２１を用いた共焦点像の取得を制御する構成とする。【選択図】  図１
2006145634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の微小開口からなる走査パターンが回転に対して所定の周期で設けられたニポウ円盤を用い、前記ニポウ円盤によって生成される試料の共焦点像を取得する共焦点顕微鏡に用いられる共焦点像計測システムであって、
ニポウ円盤の回転を検出し、前記ニポウ円盤による試料の走査周期に対応する走査トリガ信号を供給する走査トリガ供給手段と、
前記ニポウ円盤によって生成される前記試料の共焦点像を取得する画像取得手段とを備え、
前記画像取得手段は、フレーム転送型のＣＣＤ素子を有し、前記走査トリガ供給手段からの前記走査トリガ信号によって求められる走査周期、及び前記ＣＣＤ素子での撮像部から蓄積部への垂直転送時間に基づいて撮像周期を設定し、該撮像周期によって前記ＣＣＤ素子を用いた前記共焦点像の取得を制御することを特徴とする共焦点像計測システム。
【請求項２】
前記画像取得手段は、設定された前記撮像周期に対応する撮像トリガ信号を供給する撮像トリガ供給手段を有することを特徴とする請求項１記載の共焦点像計測システム。
【請求項３】
請求項１記載の共焦点像計測システムと、
前記試料の前記共焦点像を生成するための前記ニポウ円盤と、
前記試料を保持する試料保持手段と
を備えることを特徴とする共焦点顕微鏡。
【請求項４】
前記試料保持手段である試料ステージを駆動制御するステージ制御手段を備え、
前記画像取得手段は、設定された前記撮像周期に対応する撮像トリガ信号を供給する撮像トリガ供給手段を有するとともに、
前記ステージ制御手段は、前記撮像トリガ供給手段からの前記撮像トリガ信号に基づいて駆動周期を設定し、該駆動周期によって前記試料ステージの駆動を制御することを特徴とする請求項３記載の共焦点顕微鏡。
【請求項５】
複数の微小開口からなる走査パターンが回転に対して所定の周期で設けられたニポウ円盤を用い、前記ニポウ円盤によって生成される試料の共焦点像を取得する共焦点顕微鏡に用いられる共焦点像計測方法であって、
ニポウ円盤の回転を検出し、前記ニポウ円盤による試料の走査周期に対応する走査トリガ信号を供給する走査トリガ供給ステップと、
前記ニポウ円盤によって生成される前記試料の共焦点像を取得する画像取得ステップとを備え、
前記画像取得ステップにおいて、フレーム転送型のＣＣＤ素子を用い、前記走査トリガ供給ステップによる前記走査トリガ信号によって求められる走査周期、及び前記ＣＣＤ素子での撮像部から蓄積部への垂直転送時間に基づいて撮像周期を設定し、該撮像周期によって前記ＣＣＤ素子を用いた前記共焦点像の取得を制御することを特徴とする共焦点像計測方法。
【請求項６】
前記画像取得ステップで設定された前記撮像周期に対応する撮像トリガ信号を供給する撮像トリガ供給ステップを備えることを特徴とする請求項５記載の共焦点像計測方法。
【請求項７】
前記試料を保持する試料ステージを駆動制御するステージ制御ステップを備え、
前記ステージ制御ステップにおいて、前記撮像トリガ供給ステップによる前記撮像トリガ信号に基づいて駆動周期を設定し、該駆動周期によって前記試料ステージの駆動を制御することを特徴とする請求項６記載の共焦点像計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニポウ円盤を用いて試料の共焦点像を取得する共焦点像計測システム、共焦点顕微鏡、及び共焦点像計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
共焦点顕微鏡は、共焦点光学系を用いることによって高分解能で試料の画像である共焦点像を取得する顕微鏡である。また、共焦点顕微鏡によって試料の共焦点像を取得するための走査方法については、シングルビーム走査法、及びニポウ円盤を用いたマルチビーム走査法が知られている。これらのうち、マルチビーム走査法では、回転に対して所定の周期となる走査パターンでニポウ円盤に設けられた多数の微小開口のそれぞれを点光源として機能させ、そのニポウ円盤を回転させることで試料を走査して、試料の共焦点像を生成する（例えば、特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特許第３０１９７５４号公報
【特許文献２】特開平１１−３２６７７０号公報
【特許文献３】特開２００３−４３３６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記したニポウ円盤を用いる共焦点顕微鏡では、ニポウ円盤の回転と、試料の共焦点像を取得するＣＣＤカメラなどの撮像装置での撮像動作とを同期させることが必要となる。例えば、高速、高感度の撮像装置を、ニポウ円盤を用いた共焦点顕微鏡と組み合わせて用いる場合、ニポウ円盤の回転ムラ等によって撮像装置での撮像動作との同期のずれが発生する。このような同期のずれは、得られる共焦点像におけるバンディングノイズの原因となる。
【０００４】
これに対して、文献１には、ニポウ円盤にスキャン始点検出用ピンホールを設ける構成が記載されている。また、文献２には、撮像装置からの垂直同期信号を用いて同期を取る構成が記載されている。しかしながら、これらの方法では、撮像装置の構成等により、ニポウ円盤と撮像装置との同期を充分に達成できない場合がある。
【０００５】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、ニポウ円盤と撮像装置との同期を好適に実現することが可能な共焦点像計測システム、共焦点顕微鏡、及び共焦点像計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的を達成するために、本発明による共焦点像計測システムは、複数の微小開口からなる走査パターンが回転に対して所定の周期で設けられたニポウ円盤を用い、ニポウ円盤によって生成される試料の共焦点像を取得する共焦点顕微鏡に用いられる共焦点像計測システムであって、（１）ニポウ円盤の回転を検出し、ニポウ円盤による試料の走査周期に対応する走査トリガ信号を供給する走査トリガ供給手段と、（２）ニポウ円盤によって生成される試料の共焦点像を取得する画像取得手段とを備え、（３）画像取得手段は、フレーム転送型のＣＣＤ素子を有し、走査トリガ供給手段からの走査トリガ信号によって求められる走査周期、及びＣＣＤ素子での撮像部から蓄積部への垂直転送時間に基づいて撮像周期を設定し、該撮像周期によってＣＣＤ素子を用いた共焦点像の取得を制御することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明による共焦点顕微鏡は、（ａ）上記した共焦点像計測システムと、（ｂ）試料の共焦点像を生成するためのニポウ円盤と、（ｃ）試料を保持する試料保持手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による共焦点像計測方法は、複数の微小開口からなる走査パターンが回転に対して所定の周期で設けられたニポウ円盤を用い、ニポウ円盤によって生成される試料の共焦点像を取得する共焦点顕微鏡に用いられる共焦点像計測方法であって、（１）ニポウ円盤の回転を検出し、ニポウ円盤による試料の走査周期に対応する走査トリガ信号を供給する走査トリガ供給ステップと、（２）ニポウ円盤によって生成される試料の共焦点像を取得する画像取得ステップとを備え、（３）画像取得ステップにおいて、フレーム転送型のＣＣＤ素子を用い、走査トリガ供給ステップによる走査トリガ信号によって求められる走査周期、及びＣＣＤ素子での撮像部から蓄積部への垂直転送時間に基づいて撮像周期を設定し、該撮像周期によってＣＣＤ素子を用いた共焦点像の取得を制御することを特徴とする。
【０００９】
上記した共焦点像計測システム、それを用いた共焦点顕微鏡、及び共焦点像計測方法においては、試料の共焦点像を取得する撮像装置として、フレーム転送（ＦＴ：Frame Transfer）型のＣＣＤ素子を用いている。そして、ニポウ円盤に対して設置された走査トリガ供給手段から供給される走査トリガ信号を参照するとともに、ニポウ円盤による試料の走査周期に対して、ＦＴ型ＣＣＤ素子での撮像部から蓄積部への垂直転送時間を考慮してＣＣＤ素子での撮像周期を設定している。これにより、ニポウ円盤の回転とＣＣＤ素子での撮像動作との同期を好適に実現して、バンディングノイズ等の発生が抑制された良好な状態の試料の共焦点像を効率良く取得することが可能となる。
【００１０】
ここで、計測システムは、画像取得手段が、設定された撮像周期に対応する撮像トリガ信号を供給する撮像トリガ供給手段を有することが好ましい。同様に、計測方法は、画像取得ステップで設定された撮像周期に対応する撮像トリガ信号を供給する撮像トリガ供給ステップを備えることが好ましい。このように、ＦＴ型ＣＣＤ素子での撮像周期を示すトリガ信号を出力する構成とすることにより、共焦点顕微鏡の他の装置部分を撮像周期に合わせて動作させることが可能となる。
【００１１】
このような撮像トリガ信号が供給される場合、具体的には、共焦点顕微鏡は、試料保持手段である試料ステージを駆動制御するステージ制御手段を備え、ステージ制御手段は、撮像トリガ供給手段からの撮像トリガ信号に基づいて駆動周期を設定し、該駆動周期によって試料ステージの駆動を制御する構成を用いることができる。同様に、計測方法は、試料を保持する試料ステージを駆動制御するステージ制御ステップを備え、ステージ制御ステップにおいて、撮像トリガ供給ステップによる撮像トリガ信号に基づいて駆動周期を設定し、該駆動周期によって試料ステージの駆動を制御する方法を用いることができる。この場合、例えば、ニポウ円盤及び画像取得手段の動作の同期に加えて、試料ステージのＺ軸方向（光軸方向）への移動動作を同期させて、試料の３次元画像を高速で取得することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による共焦点像計測システム、共焦点顕微鏡、及び共焦点像計測方法によれば、試料の共焦点像を取得する撮像装置としてＦＴ型ＣＣＤ素子を用い、ニポウ円盤に対して設置された走査トリガ供給手段から供給される走査トリガ信号を参照するとともに、試料の走査周期に対してＦＴ型ＣＣＤ素子での垂直転送時間を考慮して撮像周期を設定することにより、ニポウ円盤とＣＣＤ素子との同期を好適に実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面とともに本発明による共焦点像計測システム、共焦点顕微鏡、及び共焦点像計測方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１４】
図１は、本発明による共焦点像計測システムを備える共焦点顕微鏡の一実施形態の構成を示すブロック図である。また、図２は、共焦点顕微鏡に用いられるニポウ円盤の構成の一例を示す上面図である。以下、本実施形態による共焦点像計測システム及び共焦点顕微鏡の構成について、共焦点像計測方法とともに説明する。
【００１５】
本実施形態による共焦点顕微鏡１は、共焦点光学系を用いることによって試料Ｓの共焦点像を取得するものであり、マルチビーム走査法に用いられるニポウ円盤１０と、共焦点像を取得するための画像取得装置２０とを備えている。また、共焦点像取得の対象となる試料Ｓは、試料保持手段である試料ステージ３０上に、ニポウ円盤１０に対して所定の位置関係となるように保持されている。なお、図１においては、計測光を供給する計測光源等については図示を省略している。
【００１６】
ニポウ円盤１０には、図２に破線によって示すように、試料Ｓのマルチビーム走査に用いられる走査パターン部１０ｂが、その回転軸１０ａを中心として設けられている。走査パターン部１０ｂは、ニポウ円盤１０の回転に対して所定の周期で設けられた複数の微小開口（ピンホール）の走査パターンからなる。ここでは、一例として、ニポウ円盤１０の１回転に対して４周期の走査パターンが形成されていることとする。ただし、この走査パターンの周期は任意に設定してよく、例えば１回転に対して１周期としても良い。また、図２においては、走査パターンが形成されている領域に斜線を付して示し、具体的な走査パターンについては図示を省略している。
【００１７】
また、このニポウ円盤１０には、回転軸１０ａを中心とした走査パターン部１０ｂの外側に、走査始点検出用のピンホール１０ｃが設けられている。図２の構成例においては、上記した４周期の走査パターンに対応して、回転軸１０ａからみて９０°おきに合計４つの検出用ピンホール１０ｃが設けられている。ニポウ円盤１０の回転軸１０ａには、ニポウ円盤１０を回転させる回転モータ１１が接続されている。また、この回転モータ１１の駆動は、モータコントローラ１２によって制御されている。
【００１８】
ニポウ円盤１０を用いたマルチビーム走査によって生成される試料Ｓの共焦点像は、画像取得装置２０によって取得される。本実施形態においては、画像取得装置２０は、フレーム転送（ＦＴ）型のＣＣＤ素子２１と、ＣＣＤ素子２１による撮像動作を制御する撮像制御部２２とを有している。
【００１９】
ここで、ニポウ円盤１０及び画像取得装置２０を用いた共焦点顕微鏡１における試料Ｓの共焦点像の取得方法について簡単に説明しておく。ニポウ円盤１０に対して試料ステージ３０上に載置された試料Ｓとは反対側から計測光が照射されると、走査パターン部１０ｂに設けられたピンポールを通過した光が対物レンズ３６などの所定の光学系を介して試料Ｓに照射される。このとき、走査パターン部１０ｂの複数のピンホールは、それぞれ点光源として機能する。
【００２０】
試料Ｓで反射された光は、再び対物レンズ３６によって集束されてニポウ円盤１０の同一のピンホールを通過する。そして、ピンホールを通過した光は、ビームスプリッタ３５で直角方向に偏向され、リレーレンズ３８を介して画像取得装置２０のＣＣＤ素子２１によって検出される。また、試料Ｓを保持している試料ステージ３０に対して、ステージコントローラ３１が設けられている。このステージコントローラ３１によって試料ステージ３０を駆動することにより、試料Ｓにおける計測対象位置が変更される。このような計測を、ニポウ円盤１０を回転させつつ行うことにより、試料Ｓがマルチビーム走査されて、その共焦点像が取得される。
【００２１】
図１に示した共焦点顕微鏡１においては、ニポウ円盤１０に対して、ニポウ円盤１０の回転を検出し、ニポウ円盤１０による試料Ｓの走査周期に対応する走査トリガ信号を供給する走査トリガ供給部１５が設けられている。本実施形態においては、走査トリガ供給部１５は、回転センサ１６と、走査トリガ生成回路１７とによって構成されている。また、この走査トリガ供給部１５と、ＦＴ型ＣＣＤ素子２１を有する画像取得装置２０とによって、共焦点顕微鏡１に用いられる共焦点像計測システム２が構成されている。
【００２２】
回転センサ１６は、例えばフォトダイオードなどの光検出器から構成され、図１に示すように、ニポウ円盤１０の検出用ピンホール１０ｃを通過した光を検出することによってニポウ円盤１０の回転を検出する。走査トリガ生成回路１７は、回転センサ１６から入力される検出信号に応じて、ニポウ円盤１０による試料Ｓの走査周期の始点に対応する走査トリガ信号を生成して出力する（走査トリガ供給ステップ）。図２に示した構成例では、ニポウ円盤１０の１回転に対して、走査トリガ信号が４回出力される。
【００２３】
走査トリガ生成回路１７から出力された走査トリガ信号は、画像取得装置２０へと入力されている。画像取得装置２０の撮像制御部２２は、走査トリガ供給部１５からの走査トリガ信号によって求められるニポウ円盤１０による試料Ｓの走査周期と、画像取得に用いられるＦＴ型ＣＣＤ素子２１での撮像部から蓄積部への垂直転送時間とに基づいて、撮像周期を設定する。そして、撮像制御部２２は、この設定された撮像周期によって、ＣＣＤ素子２１を用いた共焦点像の取得を制御する（画像取得ステップ）。
【００２４】
また、走査トリガ生成回路１７からの走査トリガ信号は、モータコントローラ１２へも入力されている。モータコントローラ１２は、走査トリガ信号によって求められるニポウ円盤１０の回転周期、あるいはニポウ円盤１０による試料Ｓの走査周期を参照し、回転モータ１１での回転駆動を制御する。
【００２５】
ここで、図３は、図１に示した共焦点顕微鏡１に用いられるＦＴ型ＣＣＤ素子２１の構成の一例を示す模式図である。ＦＴ型ＣＣＤ素子２１は、垂直シフトレジスタからなる撮像部２１１及び蓄積部２１２と、水平シフトレジスタ２１３とを有している。撮像部２１１において斜線の部分は入射光の検出に用いられる単位画素２１０を示しており、撮像部２１１は、複数の画素２１０が２次元マトリクス状に配列されて構成されている。
【００２６】
また、蓄積部２１２は、撮像部２１１と同様の画素構造を有しており、撮像部２１１と水平シフトレジスタ２１３との間に設けられている。蓄積部２１２は、不透明な金属などによってマスクされて光の検出には用いられず、撮像部２１１の各画素２１０で生成された電荷の蓄積、及び水平シフトレジスタ２１３への電荷の転送に用いられる。なお、撮像部２１１、蓄積部２１２におけるマトリクス状の画素数は適宜設定して良いが、例えば、５１２×５１２画素の構成を用いることができる。
【００２７】
このような構成を有するＦＴ型ＣＣＤ素子２１では、まず、撮像部２１１に対して光像が入射されると、複数の画素２１０のそれぞれにおいて入射光に対応する電荷が生成されることによって画像取得（露光）が行われる。次に、撮像部２１１の各画素２１０で生成された電荷が蓄積部２１２へと垂直転送され、撮像部２１１で取得された画像データが蓄積部２１２に蓄積される。続いて、蓄積部２１２、及び出力レジスタである水平シフトレジスタ２１３による蓄積された画像データの読み出しが行われる。また、この電荷の読み出しと並行して、撮像部２１１において、次の画像取得が開始される。
【００２８】
また、図３に示した構成例では、水平シフトレジスタ２１３に加えて、電子増倍機能を有する増倍レジスタ２１５が設けられている。これにより、ＣＣＤ素子２１は、電子増倍型ＣＣＤ（ＥＭＣＣＤ：Electron Multiplying CCD）の構成となっている。このような構成では、撮像部２１１の各画素２１０から水平シフトレジスタ２１３へと転送された電荷が、さらに接続レジスタ２１４を介して増倍レジスタ２１５へ転送されることにより所定の増倍率で増倍される。
【００２９】
ＦＴ型ＣＣＤ素子２１においては、上記した露光、垂直転送、読み出しの動作を繰り返して行うことにより、複数の画像が所定の時間周期で取得される。また、上記した動作により、ＣＣＤ素子２１では、撮像部２１１での露光を終えた後、取得された画像データの電荷が蓄積部２１２へと転送される垂直転送期間内には露光は行われない。
【００３０】
これに対して、図１に示した共焦点顕微鏡１における画像取得装置２０では、上記したように、走査トリガ供給部１５からの走査トリガ信号によって求められるニポウ円盤１０による試料Ｓの走査周期と、画像取得に用いられるＦＴ型ＣＣＤ素子２１での撮像部から蓄積部への垂直転送時間とに基づいて、撮像周期を設定している。これにより、ニポウ円盤１０による試料Ｓの走査周期と、ＦＴ型ＣＣＤ素子２１を用いた画像取得装置２０による撮像周期との同期が取られる。
【００３１】
また、この画像取得装置２０には、撮像トリガ供給部２３が設けられており、この撮像トリガ供給部２３において、撮像制御部２２で設定された撮像周期に対応する撮像トリガ信号が生成されて、外部へと供給される（撮像トリガ供給ステップ）。図１に示す構成では、この画像取得装置２０からの撮像トリガ信号は、試料ステージ３０を駆動制御するステージ制御手段であるステージコントローラ３１へと入力されている。
【００３２】
ステージコントローラ３１は、撮像トリガ供給部２３から供給された撮像トリガ信号に基づいて、駆動周期を設定する。そして、ステージコントローラ３１は、この設定された駆動周期によって、試料ステージ３０の駆動、及びそれによる試料Ｓにおける計測対象位置の変更を制御する（ステージ制御ステップ）。これにより、試料Ｓの共焦点像を取得するためのニポウ円盤１０による走査周期と、画像取得装置２０による撮像周期と、試料ステージ３０の駆動周期との同期が取られる。なお、これらの動作周期の設定、同期等については、具体的には後述する。
【００３３】
本実施形態による共焦点像計測システム、共焦点顕微鏡、及び共焦点像計測方法の効果について説明する。
【００３４】
上記した計測システム２、共焦点顕微鏡１、及び計測方法においては、試料Ｓの共焦点像を取得する撮像装置として、撮像部２１１及び蓄積部２１２を有するＦＴ型のＣＣＤ素子２１を用いている。そして、ニポウ円盤１０に対して設置された走査トリガ供給部１５から供給される走査トリガ信号を参照するとともに、ニポウ円盤１０による試料Ｓの走査周期に対して、撮像部２１１から蓄積部２１２への電荷の垂直転送時間を考慮してＣＣＤ素子２１での撮像周期を設定している。これにより、ニポウ円盤１０の回転とＣＣＤ素子２１での撮像動作との同期を好適に実現して、走査ムラによるバンディングノイズ等の発生が抑制された良好な状態の試料Ｓの共焦点像を効率良く取得することが可能となる。
【００３５】
また、図１に示した共焦点顕微鏡１では、画像取得装置２０において、ＦＴ型ＣＣＤ素子２１に対して設定された撮像周期に対応する撮像トリガ信号を供給する撮像トリガ供給部２３を設けている。このように、ＣＣＤ素子２１での撮像周期を示すトリガ信号を出力する構成とすることにより、共焦点顕微鏡１の他の装置部分を撮像周期に合わせて動作させることが可能となる。
【００３６】
具体的には、上記構成においては、撮像トリガ供給部２３からの撮像トリガ信号をステージコントローラ３１に入力する構成とし、ステージコントローラ３１において撮像トリガ信号に基づいて設定された駆動周期によって試料ステージ３０の駆動を制御している。このような構成では、例えば、ニポウ円盤１０と画像取得装置２０との動作の同期に加えて、試料ステージ３０のＺ軸方向（光軸方向）への移動動作を同期させて、試料Ｓの３次元画像を高速で取得することができる。
【００３７】
なお、本実施形態においては、図３に示したように、増倍レジスタ２１５を有するＥＭＣＣＤをＣＣＤ素子２１として用いている。このようなＥＭＣＣＤの増倍レジスタ２１５では、電荷は通常よりも高い電圧で転送され、その転送エネルギーで１個の電子が他の電子を発生させることによって電荷が増倍される。電子の発生確率はおよそ１〜２％であるが、増倍レジスタ２１５での電荷転送は通常数１００段にわたって行われるため、平均で例えば２０００倍にも及ぶ増倍率を得ることが可能である。このような増倍レジスタ２１５は、微弱な光像を取得する場合等に非常に有利である。ただし、ＣＣＤ素子２１としては、電子増倍機能を有しない通常のＦＴ型ＣＣＤを用いても良い。
【００３８】
図１に示した共焦点顕微鏡１におけるニポウ円盤１０、画像取得装置２０、及び試料ステージ３０の動作周期の設定等について、さらに具体的に説明する。
【００３９】
図４は、ＣＣＤ素子２１での撮像動作の一例を示すタイミングチャートである。このタイミングチャートでは、（ａ）走査トリガ供給部１５からの走査トリガ信号、（ｂ）ＦＴ型ＣＣＤ素子２１における撮像部２１１から蓄積部２１２への垂直転送期間、（ｃ）蓄積部２１２及び水平シフトレジスタ２１３による読み出し期間、（ｄ）撮像部２１１による露光（画像取得）期間、及び（ｅ）撮像トリガ供給部２３からの撮像トリガ信号を示している。
【００４０】
走査トリガは、ニポウ円盤１０の回転周期、及びニポウ円盤１０の走査パターン部１０ｂに形成された走査パターンの１回転あたりの周期数によって決まる走査周期Ｔ１に対応して出力される（走査トリガ供給ステップ）。図４に示す動作例では、この走査トリガによる最初の走査期間Ａ１に対して、ＦＴ型ＣＣＤ素子２１において、始点の走査トリガと同時に垂直転送時間Ｔ２での撮像部２１１から蓄積部２１２への電荷の垂直転送を開始する。この垂直転送期間内では、電荷の読み出し及び露光は行われない。
【００４１】
電荷の垂直転送が終了すると、続いて、読み出し時間Ｔ３での蓄積部２１２及び水平シフトレジスタ２１３（あるいはさらに接続レジスタ２１４、増倍レジスタ２１５）による電荷の読み出し、及び露光時間Ｔ４での撮像部２１１による画像取得が並行して行われる（画像取得ステップ）。ここでは、Ｔ３＜Ｔ４であり、蓄積部２１２からの電荷の読み出しは撮像部２１１での露光よりも先に終了するようになっている。また、撮像部２１１による露光時間Ｔ４については、ニポウ円盤１０の走査パターンの１周期分について画像を取得する必要があるため、ニポウ円盤１０による試料Ｓに対する走査周期Ｔ１と等しく設定される（Ｔ４＝Ｔ１）。
【００４２】
以上により、ＦＴ型ＣＣＤ素子２１を用いた画像取得装置２０での撮像周期Ｔ５は、走査トリガによって求められる走査周期Ｔ１に対して垂直転送時間Ｔ２を加えた周期（Ｔ５＝Ｔ１＋Ｔ２）に設定される。このため、以後の走査期間Ａ２、Ａ３、…では、この走査周期Ｔ１と撮像周期Ｔ５との差Ｔ２により、図４に示すように、ニポウ円盤１０の回転動作と、ＣＣＤ素子２１での撮像動作とが１走査期間につき時間Ｔ２だけずれていくことになる。このような場合でも、ニポウ円盤１０での周期的な走査パターンにより、試料Ｓの共焦点像は正しく取得することができる。
【００４３】
また、ＣＣＤ素子２１での撮像周期Ｔ５は、撮像部２１１での露光終了を示す時間間隔Ｔ５の撮像トリガとして画像取得装置２０の撮像トリガ供給部２３から出力される（撮像トリガ供給ステップ）。図１の構成においては、この撮像トリガは、ステージコントローラ３１に供給されている。ステージコントローラ３１は、この撮像トリガに対応するように駆動周期Ｔ５を設定し、ニポウ円盤１０及び画像取得装置２０と同期をとりつつ、試料ステージ３０をＺ軸方向に駆動する（ステージ制御ステップ）。このように、試料ＳをＺ軸方向に順次移動させることにより、試料Ｓの３次元画像を取得することができる。
【００４４】
図５は、ＣＣＤ素子２１での撮像動作の他の例を示すタイミングチャートである。図４に示した動作例では、ニポウ円盤１０での１周期分の走査パターンに対応するようにＣＣＤ素子２１での撮像動作を制御しているが、このような撮像動作は、画像取得装置２０で取得する画像に必要とされる輝度などに応じて、複数周期分の走査パターンに対応するように制御することが可能である。
【００４５】
図５に示す動作例では、走査トリガは、図４と同様に１周期分の走査パターンに対応する走査周期Ｔ１で出力されている。これに対して、画像取得装置２０では、その２周期分の時間２×Ｔ１を１回の走査期間として、試料Ｓの画像取得を行っている。すなわち、本動作例では、最初の走査期間Ｂ１に対して、ＦＴ型ＣＣＤ素子２１において、始点の走査トリガと同時に垂直転送時間Ｔ２での撮像部２１１から蓄積部２１２への電荷の垂直転送を開始する。
【００４６】
電荷の垂直転送が終了すると、続いて、読み出し時間Ｔ３での蓄積部２１２及び水平シフトレジスタ２１３による電荷の読み出し、及び露光時間Ｔ６での撮像部２１１による画像取得が並行して行われる。ここでは、Ｔ３＜Ｔ６であり、蓄積部２１２からの電荷の読み出しは撮像部２１１での露光よりも先に終了する。また、撮像部２１１による露光時間Ｔ６については、上記した走査期間に対応して、ニポウ円盤１０の走査パターンの２周期分に相当する走査周期Ｔ１の２倍の周期に設定される（Ｔ６＝２×Ｔ１）。
【００４７】
以上により、ＦＴ型ＣＣＤ素子２１を用いた画像取得装置２０での撮像周期Ｔ７は、走査トリガによって求められる走査周期の２倍の周期２×Ｔ１に対して垂直転送時間Ｔ２を加えた周期（Ｔ７＝２×Ｔ１＋Ｔ２）に設定される。このため、以後の走査期間Ｂ２、Ｂ３、…では、この２倍の走査周期２×Ｔ１と撮像周期Ｔ７との差Ｔ２により、図５に示すように、ニポウ円盤１０の回転動作と、ＣＣＤ素子２１での撮像動作とが１走査期間につき時間Ｔ２だけずれていくことになる。
【００４８】
また、ＣＣＤ素子２１での撮像周期Ｔ７は、撮像部２１１での露光終了を示す時間間隔Ｔ７の撮像トリガとして画像取得装置２０の撮像トリガ供給部２３から出力され、ステージコントローラ３１に供給される。ステージコントローラ３１は、この撮像トリガに対応するように駆動周期Ｔ７を設定し、ニポウ円盤１０及び画像取得装置２０と同期をとりつつ試料ステージ３０をＺ軸方向に駆動する。これにより、試料Ｓの３次元画像を取得することができる。
【００４９】
本発明による共焦点像計測システム、共焦点顕微鏡、及び共焦点像計測方法は、上記した実施形態及び構成例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、共焦点顕微鏡の具体的な構成、あるいはニポウ円盤に対して設置される走査トリガ供給手段の具体的な構成等については、図１に示した構成以外にも様々な構成を用いて良い。また、走査トリガ供給手段から供給される走査トリガ信号については、一般には、ニポウ円盤による試料の走査周期に対応するものであれば良く、例えば、実際に用いられる動作方法に応じて、走査周期のｎ倍の時間間隔で走査トリガ信号が供給される構成であっても良い。
【００５０】
また、ニポウ円盤１０及び画像取得装置２０の具体的な動作については、図４及び図５はその例を示すものであり、他にも様々な動作方法を用いることが可能である。例えば、図５の動作例においては、走査周期Ｔ１の２周期分の時間を１回の走査期間として設定しているが、一般に、ｎ周期分の時間ｎ×Ｔ１を１回の走査期間として設定する場合、撮像周期は、走査周期のｎ倍の周期ｎ×Ｔ１に対して垂直転送時間Ｔ２を加えた周期ｎ×Ｔ１＋Ｔ２に設定すれば良い。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、ニポウ円盤と撮像装置との同期を好適に取ることが可能な共焦点像計測システム、共焦点顕微鏡、及び共焦点像計測方法として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】共焦点像計測システムを備える共焦点顕微鏡の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】共焦点顕微鏡に用いられるニポウ円盤の構成の一例を示す上面図である。
【図３】共焦点顕微鏡に用いられるＣＣＤ素子の構成の一例を示す模式図である。
【図４】ＣＣＤ素子での撮像動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図５】ＣＣＤ素子での撮像動作の他の例を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００５３】
１…共焦点顕微鏡、２…共焦点像計測システム、１０…ニポウ円盤、１０ａ…回転軸、１０ｂ…走査パターン部、１０ｃ…検出用ピンホール、１１…ニポウ円盤回転モータ、１２…モータコントローラ、１５…走査トリガ供給部、１６…回転センサ、１７…走査トリガ生成回路、２０…画像取得装置、２１…ＦＴ型ＣＣＤ素子、２１１…撮像部、２１２…蓄積部、２１３…水平シフトレジスタ、２１４…接続レジスタ、２１５…増倍レジスタ、２２…撮像制御部、２３…撮像トリガ供給部、３０…試料ステージ、３１…ステージコントローラ、３５…ビームスプリッタ、３６…対物レンズ、３８…リレーレンズ。
【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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