(57)【要約】【課題】サンプリングタイミングのずれを補正する。【解決手段】走査型顕微鏡１００は、試料Ｓに照射する照明光の集光位置を移動させるスキャナ４ａと、照明光が照射された試料Ｓからの光を検出する光検出器１３と、スキャナ４ａの走査タイミングを示す走査同期信号に基づいて、光検出器１３から出力されたアナログ信号をサンプリングするタイミングを制限する画像同期信号を生成する画像同期信号生成回路１９と、を備える。画像同期信号生成回路１９は、スキャナ４ａの走査周波数に基づいて決定された位相量である移相量に従って画像同期信号の位相をシフトさせる移相回路５４ａを備える。【選択図】図５
2018081136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に照射する照明光の集光位置を移動させるスキャナと、
前記照明光が照射された前記試料からの光を検出する光検出器と、
前記スキャナの走査タイミングを示す走査同期信号に基づいて、前記光検出器から出力された信号をサンプリングするタイミングを制限する画像同期信号を生成する画像同期信号生成手段と、を備え、
前記画像同期信号生成手段は、前記スキャナの走査周波数に基づいて決定された位相量である移相量に従って前記画像同期信号の位相をシフトさせる移相手段を備える
ことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光走査装置において、さらに、
前記光検出器から出力された信号を前記画像同期信号であるサンプリングクロックに従ってサンプリングするサンプリング手段を備え、
前記画像同期信号生成手段は、前記走査同期信号に基づいて、前記サンプリングクロックを生成するように構成され、
前記移相手段は、前記移相量に従って前記サンプリングクロックの位相をシフトさせるように構成される
ことを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光走査装置において、さらに、
前記サンプリング手段から出力された信号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手段を備える
ことを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光走査装置において、さらに、
前記移相量を決定する移相量決定手段を備え、
前記移相手段は、前記移相量決定手段で決定された前記移相量に従って前記画像同期信号の位相をシフトさせる
ことを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光走査装置において、さらに、
前記スキャナの走査周波数を検出する周波数検出手段と、
前記周波数検出手段で検出された前記スキャナの走査周波数に基づいて前記移相量を決定する移相量決定手段と、を備え、
前記移相手段は、前記移相量決定手段で決定された前記移相量に従って前記画像同期信号の位相をシフトさせる
ことを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の光走査装置において、
前記移相量決定手段は、基準となる走査周波数と前記スキャナの走査周波数との差異に基づいて前記移相量を決定する
ことを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の光走査装置において、さらに、
前記画像同期信号生成手段の位相特性を格納した記憶部を備え、
前記移相量決定手段は、前記記憶部に格納されている前記位相特性を参照して、前記移相量を決定する
ことを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の光走査装置において、
前記スキャナは、共振スキャナであり、
前記スキャナの走査周波数は、前記共振スキャナの共振周波数である
ことを特徴とする光走査装置。
【請求項９】
光走査装置に含まれるスキャナの走査タイミングを示す走査同期信号に基づいて、前記光走査装置に含まれる光検出器から出力された信号をサンプリングするタイミングを制限する画像同期信号を生成し、
前記スキャナの走査周波数に基づいて決定された位相量である移相量に従って前記画像同期信号の位相をシフトさせる
ことを特徴とする画像同期信号調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置、及び、画像同期信号調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型顕微鏡などの光走査装置では、スキャナから出力される走査同期信号に基づいて、画像信号をサンプリングするタイミングを示すサンプリングクロックが生成される。しかしながら、サンプリングクロックに従ったサンプリングのタイミングは、様々な要因によって、試料上を移動する光が所望の位置にあるタイミングからずれてしまうことがある。
【０００３】
このようなタイミングのずれ（以降、タイミングのずれ、又はサンプリングタイミングのずれと記す）は、画像の歪みや位置ずれ等を引き起こすことが知られている。この課題に関連する技術は、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１には、基準温度と実際の利用環境の温度との差異に起因したずれと装置の個体差に起因したずれの両方を補正する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１２３１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術を用いることで温度に起因したタイミングのずれと装置の個体差に起因したタイミングのずれを補正することができる。しかしながら、サンプリングタイミングのずれはこれらに起因するものばかりではなく、製品出荷後に生じるスキャナの経時変化などによっても生じ得る。
【０００６】
なお、以上ではサンプリングクロックを例に説明したが、上述した課題は、スキャナから出力される走査同期信号に基づいて生成される画像同期信号全般で生じ得る。画像同期信号には、例えば、サンプリングクロック、水平同期信号、垂直同期信号、画像有効信号などが含まれる。
【０００７】
以上の実情を踏まえ、本発明の一側面に係る目的は、サンプリングタイミングのずれを補正する技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る光走査装置は、試料に照射する照明光の集光位置を移動させるスキャナと、前記照明光が照射された前記試料からの光を検出する光検出器と、前記スキャナの走査タイミングを示す走査同期信号に基づいて、前記光検出器から出力された信号をサンプリングするタイミングを制限する画像同期信号を生成する画像同期信号生成手段と、を備え、前記画像同期信号生成手段は、前記スキャナの走査周波数に基づいて決定された位相量である移相量に従って前記画像同期信号の位相をシフトさせる移相手段を備える。
【０００９】
本発明の別の態様に係る画像同期信号調整方法は、光走査装置に含まれるスキャナの走査タイミングを示す走査同期信号に基づいて、前記光走査装置に含まれる光検出器から出力された信号をサンプリングするタイミングを制限する画像同期信号を生成し、前記スキャナの走査周波数に基づいて決定された位相量である移相量に従って前記画像同期信号の位相をシフトさせる。
【発明の効果】
【００１０】
上記の態様によれば、サンプリングタイミングのずれを補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る走査型顕微鏡１００の構成を例示した図である。
【図２】走査型顕微鏡１００による走査方法の一例を示した図である。
【図３】ＩＺカーブの一例を示した図である。
【図４】コンピュータ２０のハードウェアの構成を例示した図である。
【図５】クロック生成回路１５の構成の一例を示したブロック図である。
【図６】クロック生成回路１５から出力されるサンプリングクロックとＸ方向の走査位置の関係を示す図である。
【図７】クロック生成回路１５の周波数特性を例示した図である。
【図８】走査型顕微鏡１００で行われる第１の調整処理のフローチャートである。
【図９】画像取得処理のフローチャートである。
【図１０】走査型顕微鏡１００で行われる第２の調整処理のフローチャートである。
【図１１】サンプリングタイミングのずれと画像のリニアリティの関係について説明するための図である。
【図１２】クロック生成回路５０の構成の一例を示したブロック図である。
【図１３】第２の実施形態に係る走査型顕微鏡で行われる第２の調整処理のフローチャートである。
【図１４】サンプリングタイミングのずれと画像の位置ずれの関係について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１の実施形態］
図１は、本実施形態に係る走査型顕微鏡１００の構成を例示した図である。図２は、走査型顕微鏡１００による走査方法の一例を示した図である。図３は、ＩＺカーブの一例を示した図である。
【００１３】
走査型顕微鏡１００は、照明光であるレーザ光で試料Ｓを走査する光走査装置であり、共焦点光学系を備えた共焦点顕微鏡である。走査型顕微鏡１００は、例えば、試料Ｓの高さ情報（表面粗さ情報を含む）を生成する３次元測定装置としても利用される。なお、本明細書では、レーザ光が集光し光スポットが形成される試料Ｓ上の位置を走査位置と記し、光スポットが移動する軌跡を走査軌跡と記す。
【００１４】
走査型顕微鏡１００は、図１に示すように、顕微鏡本体１０、コンピュータ２０、表示装置３０、入力装置４０を備えている。顕微鏡本体１０は、走査光学系、光検出器１３、走査駆動制御回路１４、Ａ／Ｄ変換器１６、変位計１７、焦点移動機構１８、画像同期信号生成回路１９を備えている。走査光学系は、レーザ１、ミラー２、ハーフミラー３、二次元走査機構４、ミラー５、レンズ６、レボルバ７、対物レンズ８、ステージ９、レンズ１１、共焦点絞り１２を備えている。画像同期信号生成回路１９は、クロック生成回路１５を備えている。
【００１５】
二次元走査機構４は、試料Ｓに照射するレーザ光の集光位置を互いに直交する方向に移動させるスキャナ４ａとスキャナ４ｂを含み、走査駆動制御回路１４により制御される。スキャナ４ａは、対物レンズ８の光軸と直交するＸ方向に試料Ｓを走査する、例えば、共振スキャナである。スキャナ４ｂは、対物レンズ８の光軸及びＸ方向と直交するＹ方向に試料Ｓを走査する、例えば、ガルバノスキャナである。二次元走査機構４では、スキャナ４ａは、スキャナ４ｂよりも高速に試料Ｓを走査する。
【００１６】
共焦点絞り１２は、ピンホールが形成された絞りである。共焦点絞り１２は、対物レンズ８の前側焦点位置以外の位置で反射した光を遮断するため、対物レンズ８の前側焦点位置と光学的に共役な位置にピンホールが位置するように、配置されている。例えば、共焦点絞り１２は、レンズ１１の後側焦点面に配置される。
【００１７】
光検出器１３は、レーザ光が照射された試料Ｓからの光を検出し、検出した光強度に応じたアナログ信号を出力する。光検出器１３は、例えば、光電子増倍管（PMT:Photomultiplier Tube）である。
【００１８】
走査駆動制御回路１４は、二次元走査機構４を制御する走査制御手段であり、ラスタスキャンが行われるように、二次元走査機構４を制御する。以降では、ラスタスキャンを構成するライン走査（図２におけるＸ方向への走査）の周期を走査周期と記す。また、走査駆動制御回路１４は、スキャナ４ａの走査タイミングを示す走査同期信号（以降、走査タイミング信号と記す。）を画像同期信号生成回路１９に含まれているクロック生成回路１５に出力する。走査タイミング信号は、例えば、スキャナ４ａがＸ方向への各ライン走査の開始タイミングを示す走査同期信号である。
【００１９】
クロック生成回路１５は、光検出器１３から出力されたアナログ信号をサンプリングするタイミングを示すサンプリングクロックを走査タイミング信号に基づいて生成するクロック生成手段である。なお、サンプリングクロックは、光検出器１３から出力されたアナログ信号をサンプリングするタイミングを制限する画像同期信号の一例である。クロック生成回路１５で生成されたサンプリングクロックは、Ａ／Ｄ変換器１６に出力される。なお、本明細書では、サンプリング位置とは、サンプリングが行われた走査位置のことをいい、サンプリング軌跡とは、サンプリング位置の軌跡をいう。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換器１６は、光検出器１３から出力されたアナログ信号をサンプリングして、光検出器１３で検出された光強度に応じたデジタル信号を出力するサンプリング手段である。デジタル信号はサンプリング位置の輝度値を示している。Ａ／Ｄ変換器１６は、クロック生成回路１５で生成されたサンプリングクロックに従って、アナログ信号をサンプリングする。
【００２１】
変位計１７は、レボルバ７とともに移動する対物レンズ８の光軸方向への移動量を測定する手段である。変位計１７は、対物レンズ８の光軸方向の移動量を、コンピュータ２０に出力するように構成されている。
【００２２】
焦点移動機構１８は、レボルバ７を光軸方向へ移動させる手段である。焦点移動機構１８は、例えば、ステッピングモータを含んでもよく、また、ピエゾ素子を含んでもよい。なお、焦点移動機構１８は、対物レンズ８と試料Ｓの距離を変化させるものであればよいため、レボルバ７の代わりにステージ９を光軸方向に移動させてもよい。その場合、変位計１７は、ステージ９の光軸方向への移動量を測定するように構成される。なお、移動量は、Ｚ方向の座標であるＺ位置に対応する。
【００２３】
画像同期信号生成回路１９は、走査同期信号に基づいて画像同期信号を生成する画像同期信号生成手段である。クロック生成回路１５で生成されるサンプリングクロックに加えて、水平同期信号、垂直同期信号、画像有効信号などを生成する。サンプリングクロック、水平同期信号、垂直同期信号、画像有効信号は、いずれも光検出器１３から出力されたアナログ信号をサンプリングするタイミングを制限する画像同期信号の一例である。水平同期信号、垂直同期信号、画像有効信号は、コンピュータ２０へ出力される。
【００２４】
顕微鏡本体１０では、レーザ１から出射したレーザ光は、ミラー２を反射し、ハーフミラー３、二次元走査機構４を介してミラー５へ入射する。ミラー５で対物レンズ８の光軸方向に反射したレーザ光は、レンズ６により所定の光束径に拡大されて、対物レンズ８によりステージ９に配置された試料Ｓ上に光スポットを形成する。試料Ｓを反射したレーザ光は、再び対物レンズ８に入射し、レンズ６、ミラー５、二次元走査機構４を介してハーフミラー３に入射する。ハーフミラー３で反射したレーザ光は、レンズ１１により集光し共焦点絞り１２に形成されたピンホールを通って光検出器１３で検出される。
【００２５】
走査型顕微鏡１００では、二次元走査機構４で走査位置をＸ方向及びＹ方向に移動させながらＡ／Ｄ変換器１６でサンプリングを繰り返すことで、Ｘ方向とＹ方向の二次元に分布した各サンプリング位置のデジタル信号（つまり、各サンプリング位置の輝度値）を得ることができる。さらに、焦点移動機構１８で走査位置をＺ方向に移動させるたびに上述の処理を繰り返すことで、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の三次元に分布した各サンプリング位置のデジタル信号（つまり、各サンプリング位置の輝度値）を得ることができる。
【００２６】
コンピュータ２０は、Ａ／Ｄ変換器１６から出力されたデジタル信号に基づいて、試料Ｓの断層像を表す走査画像データを生成する画像データ生成手段である。コンピュータ２０は、Ａ／Ｄ変換器１６から出力されたＸ方向とＹ方向の二次元に分布したサンプリング位置のデジタル信号を、水平同期信号等を用いてそれらのサンプリング位置に従って二次元にマッピングすることで、走査画像データを生成する。
【００２７】
また、コンピュータ２０は、Ｚ方向に異なる複数のサンプリング位置のデジタル信号と変位計１７から出力されたＺ位置とに基づいて、走査画像データの画素領域毎に輝度変化曲線（以降、ＩＺカーブと記す）を生成する。そして、ＩＺカーブに基づいてその画素領域の高さを特定することで、試料Ｓの高さ情報を生成する。コンピュータ２０は、例えば、図３に示すようにサンプリングが行われた位置の高さのうちの最大輝度値Ｉ０を示す高さＺ０をその画素領域の高さとして特定してもよい。また、コンピュータ２０は、ＩＺカーブの形状を算出し、ＩＺカーブで輝度値が極大となる高さをその画素領域の高さとして特定してもよい。図３では、黒丸はサンプリング結果を示している。さらに、コンピュータ２０は、画素領域毎に特定された高さに対応する画素データに基づいて、走査範囲全体にピントが合った全焦点画像データを生成してもよい。
【００２８】
図４は、コンピュータ２０のハードウェアの構成を例示した図である。コンピュータ２０は、例えば、標準的なコンピュータであり、プロセッサ２１、メモリ２２、入出力インターフェース２３、ストレージ２４、及び、可搬記録媒体２６が挿入される可搬記録媒体駆動装置２５を備え、これらがバス２７によって相互に接続されている。なお、図４は、コンピュータ２０のハードウェア構成の一例であり、コンピュータ２０はこの構成に限定されるものではない。
【００２９】
プロセッサ２１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などであり、プログラムを実行してプログラムされた処理を行う。なお、プログラムされた処理の一例は、例えば、走査画像や全焦点画像などの画像データを生成する画像データ生成処理、ＩＺカーブを算出して高さ情報を生成する高さ測定処理などである。
【００３０】
メモリ２２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）であり、プログラムの実行の際に、ストレージ２４または可搬記録媒体２６に記録されているプログラムまたはデータを一時的に記憶する。入出力インターフェース２３は、コンピュータ２０以外の装置（例えば、Ａ／Ｄ変換器１６、表示装置３０、入力装置４０など）と信号をやり取りする回路である。
【００３１】
ストレージ２４は、例えば、ハードディスク、フラッシュメモリであり、主に各種データやプログラムの記録に用いられる。可搬記録媒体駆動装置２５は、光ディスクやコンパクトフラッシュ（登録商標）等の可搬記録媒体２６を収容するものである。可搬記録媒体２６は、ストレージ２４を補助する役割を有する。
【００３２】
表示装置３０は、コンピュータ２０が生成した画像データに基づいて、試料Ｓの画像を表示するディスプレイである。表示装置３０は、例えば、液晶ディスプレイであってもよく、又は、有機ＥＬディスプレイであってもよい。表示装置３０は、コンピュータ２０が画像データを生成する毎に、最新の画像データに基づいて試料Ｓの画像を表示してもよく、また、試料Ｓの画像以外の種々の情報を表示してもよい。表示装置３０には、画像の他に、測定結果、測定条件なども表示される。
【００３３】
入力装置４０は、ユーザの操作に応じた命令をコンピュータ２０へ入力する入力装置である。入力装置４０は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネルなどである。
【００３４】
図５は、本実施形態に係るクロック生成回路１５の構成の一例を示したブロック図である。図６は、クロック生成回路１５から出力されるサンプリングクロックとＸ方向の走査位置の関係を示す図である。以下、図５及び図６を参照しながら、スキャナ４ａの動作スピードに同期したサンプリングクロックを生成するクロック生成回路１５について説明する。なお、図５に示す構成は、あくまでスキャナ４ａが共振スキャナである場合のクロック生成回路１５の構成の一例であり、クロック生成回路１５の構成は図５に示す構成に限らない。
【００３５】
クロック生成回路１５は、位相比較器５１、ループフィルタ５２、電圧制御発振器（Voltage Controlled Oscillator、以降、ＶＣＯと記す）５３、カウンタ５４、メモリ５５、Ｄ／Ａコンバータ５６、ＶＣＯ５７、カウンタ５８、位相比較器５９、ループフィルタ６０を備えている。
【００３６】
位相比較器５１には、走査駆動制御回路１４から出力される走査タイミング信号と、カウンタ５４から出力されるタイミング信号（以降、第１タイミング信号と記す。）が入力される。第１タイミング信号については後述する。位相比較器５１は、２つの入力信号（走査タイミング信号と第１タイミング信号）の位相差を検出して位相差に応じた信号を出力する。例えば、走査タイミング信号に対して第１タイミング信号が早いほど低い電圧の信号を出力し、遅いほど高い電圧の信号を出力する。
【００３７】
位相比較器５１から出力された信号は、ローパスフィルタであるループフィルタ５２を介して、ＶＣＯ５３に入力される。ＶＣＯ５３は、可変周波数発振器であり、入力信号（電圧）に応じた周波数のクロックを発生させる。例えば、高電圧が入力されるほど高周波のクロックを発生し、低電圧が入力されるほど低周波のクロックを発生する。
【００３８】
カウンタ５４は、ＶＣＯ５３からのクロックをカウントし、予め設定されている回数Ｃ１（例えば、１０００回）カウントする毎に、位相比較器５１に第１タイミング信号を出力する。なお、カウンタ５４は、後述する位相比較器５９にも第１タイミング信号を出力する。
【００３９】
位相比較器５１からカウンタ５４で構成されるループにより、走査タイミング信号と第１タイミング信号が同周期で且つほぼ同位相に収束する。このため、収束状態では、１走査周期中に一定の時間間隔で回数Ｃ１と同数のクロックがＶＣＯ５３から出力される。つまり、ＶＣＯ５３から一定の周波数のクロックが出力される。なお、走査タイミング信号と第１タイミング信号の位相には、クロック生成回路１５が有する周波数特性に起因した定常偏差が生じる。
【００４０】
メモリ５５は、少なくとも、カウンタ５４に設定されている回数Ｃ１と同数のアドレス（例えば、０から９９９まで）を有していて、各アドレスにはスキャナ４ａの速度波形（サイン波形）を再現するための速度情報が記憶されている。例えば、Ｎ番目のアドレス数には（Ｎ−１）／Ｃ１周期のタイミングでのスキャナ４ａの速度情報が記憶されている。
【００４１】
Ｄ／Ａコンバータ５６は、カウンタ５４がカウントするたびに、カウンタ値に応じたメモリ５５のアドレスから速度情報を読み出して、アナログ信号に変換する。これにより、スキャナ４ａの速度波形（サイン波形）を再現した電圧がＶＣＯ５７へ出力される。
【００４２】
ＶＣＯ５７は、ＶＣＯ５３と同様に可変周波数発振器であり、入力信号（電圧）に応じた周波数のクロックを発生させる。このため、スキャナ４ａの速度が速く入力電圧が高いときには高い周波数でクロックを出力し、速度が遅く入力電圧が低いときには低い周波数でクロックを出力する。なお、ＶＣＯ５７から出力されたクロックは、サンプリングクロックとしてＡ／Ｄ変換器１６に出力される。
【００４３】
カウンタ５８は、ＶＣＯ５７からのクロックをカウントし、予め設定されている回数Ｃ２（例えば、２０４８回）カウントする毎に、位相比較器５９に第２タイミング信号を出力する。位相比較器５９は、カウンタ５４から出力された第１タイミング信号と、カウンタ５８から出力された第２タイミング信号の位相差を検出して位相差に応じた信号を出力する。例えば、第１タイミング信号に対して第２タイミング信号が早いほど低い電圧の信号を出力し、遅いほど高い電圧の信号を出力する。
【００４４】
位相比較器５９から出力された信号は、ローパスフィルタであるループフィルタ６０を介して、Ｄ／Ａコンバータ５６に入力される。Ｄ／Ａコンバータ５６は、位相比較器５９からの信号に従ってアナログ信号の大きさを調整して出力する。
【００４５】
カウンタ５４からループフィルタ６０で構成されるループにより、第１タイミング信号と第２タイミング信号が同周期で且つほぼ同位相に収束するため、走査タイミング信号と第２タイミング信号も同周期で且つほぼ同位相に収束する。なお、走査タイミング信号と第２タイミング信号の位相にも、クロック生成回路１５が有する周波数特性に起因した定常偏差が生じる。
【００４６】
クロック生成回路１５は、さらに、コンピュータ２０から入力された移相指示に基づいてクロック生成回路１５から出力されるサンプリングクロックの位相をシフトさせる移動手段である移相回路５４ａを備えている。より具体的には、移相指示には、サンプリングクロックの位相をシフトさせる量（以降、移相量）が含まれている。移相量は、例えば定常偏差量である。移相回路５４ａは、移相指示に含まれている移相量に従ってサンプリングクロックの位相をシフトさせるように構成されている。なお、移相回路５４ａは、スキャナ４ａの走査周波数に基づいて決定された位相量である移相量に従って画像同期信号の位相をシフトさせる移相手段の一例であり、画像同期信号生成回路１９に含まれている。
【００４７】
クロック生成回路１５がサンプリングクロックの位相をシフトさせる方法については特に限定しない。移相回路５４ａは、例えば、移相指示に含まれている定常偏差量に基づいてカウンタ５４のカウンタ値とメモリ５５のアドレスの関係を調整してもよい。移相回路５４ａは、例えば、定常偏差量に基づいてカウンタ５４の初期値を調整してもよい。いずれの場合も、定常偏差による走査タイミング信号と第１及び第２タイミング信号との間のずれを考慮してメモリ５５から速度情報が読み出される。このため、調整によりサンプリングクロックの位相が定常偏差量だけシフトし、定常偏差によって生じるサンプリングクロックと走査タイミング信号の間での位相のずれが補正される。
【００４８】
これにより、収束状態では、ＶＣＯ５７から、１走査周期中に回数Ｃ２と同数のサンプリングクロックが、走査位置が等間隔に移動するようなタイミングで出力される。つまり、ＶＣＯ５７から、図６に示すように、スキャナ４ａの動作スピードに同期したサンプリングクロックが出力される。
【００４９】
図７は、クロック生成回路１５の周波数特性を例示した図である。図７に示すように、クロック生成回路１５は、所定のゲイン特性及び位相特性を有している。このため、入力信号の周波数に応じてゲイン及び位相が変化する。これは、スキャナ４ａの走査周波数（即ち、共振周波数）に応じて定常偏差が変化することを意味している。スキャナ４ａの走査周波数は、スキャナ４ａの温度変化や経時変化によっても変化する。例えば、経時変化によってスキャナ４ａのヒンジが柔らかくなると、共振周波数が低下しそれに伴って定常偏差とは別に位相の変化が発生する。そこで、走査型顕微鏡１００では、定常偏差の変化に対応するための調整処理が行われる。
【００５０】
図８は、走査型顕微鏡１００で行われる第１の調整処理のフローチャートである。図９は、画像取得処理のフローチャートである。図１０は、走査型顕微鏡１００で行われる第２の調整処理のフローチャートである。以下、図８から図１０を参照しながら、走査型顕微鏡１００で行われる調整処理について具体的に説明する。なお、図８及び図１０に示す第１の調整処理と第２の調整処理は、画像同期信号の調整方法の一例である。
【００５１】
図８に示す第１の調整処理は、例えば、走査型顕微鏡１００で製品出荷時に行われる。第１の調整処理が開始されると、走査型顕微鏡１００は、まず、画像を取得する（ステップＳ１０）。
【００５２】
ステップＳ１０では、走査駆動制御回路１４がスキャナ４ａを制御し、走査タイミング信号をクロック生成回路１５へ出力する。これにより、図９に示すように、スキャナ４ａが駆動し（ステップＳ１１）、クロック生成回路１５がサンプリングクロックを生成する（ステップＳ１２）。さらに、生成されたサンプリングクロックに従って、Ａ／Ｄ変換器１６が光検出器１３からのアナログ信号をサンプリングする（ステップＳ１３）。その後、コンピュータ２０がＡ／Ｄ変換器１６から出力されたデジタル信号に基づいて画像データを生成する（ステップＳ１４）。
【００５３】
画像が取得されると、走査型顕微鏡１００は、生成された画像データに基づいて表示装置３０に画像を表示する（ステップＳ２０）。顕微鏡利用者は、表示装置３０に表示された画像を視認することで、画像に歪みなどが生じているどうかを認識することができる。
【００５４】
画像を視認した顕微鏡利用者がサンプリングクロックの位相調整を指示すると（ステップＳ３０ＹＥＳ）、走査型顕微鏡１００は、サンプリングクロックの位相をシフトさせる（ステップＳ４０）。ここでは、コンピュータ２０からの移相指示を受信した移相回路５４ａがクロック生成回路１５から出力されるサンプリングクロックの位相をシフトさせて、シフト後の設定を移相回路５４ａに保存する。その後、顕微鏡利用者がサンプリングクロックの位相調整の完了を指示するまで（ステップＳ３０ＮＯ）、走査型顕微鏡１００は、ステップＳ１０からステップＳ４０の処理を繰り返す。
【００５５】
調整が完了すると、走査型顕微鏡１００は、スキャナ４ａの走査周波数を基準周波数として記録して（ステップＳ５０）、第１の調整処理を終了する。ここでは、コンピュータ２０が、スキャナ４ａの走査周波数を基準周波数としてストレージ２４に格納する。スキャナ４ａの走査周波数は、顕微鏡利用者によって入力装置４０を用いてコンピュータ２０に入力される。顕微鏡利用者がスキャナ４ａの走査周波数を特定する方法は特に限定しないが、例えば、周波数測定器に走査タイミング信号を入力することによってスキャナ４ａの走査周波数を特定しても良い。
【００５６】
図１０に示す第２の調整処理は、例えば、製品出荷後に走査型顕微鏡１００で定期的に行われる。第２の調整処理が開始されると、走査型顕微鏡１００は、まず、画像を取得する（ステップＳ１００）。この処理は、図８のステップＳ１０と同様である。
【００５７】
画像が取得されると、走査型顕微鏡１００は、基準周波数を取得する（ステップＳ１１０）。ここでは、コンピュータ２０がストレージ２４に格納されている基準周波数を読み出して表示装置３０に表示する。
【００５８】
その後、スキャナ４ａの走査周波数を特定した顕微鏡利用者がサンプリングクロックの位相調整を指示すると（ステップＳ１２０ＹＥＳ）、走査型顕微鏡１００は、サンプリングクロックの位相をシフトさせる（ステップＳ１３０）。ここでは、まず顕微鏡利用者が、スキャナ４ａの走査周波数に基づいて移相量を決定する。より具体的には、基準周波数とスキャナ４ａの走査周波数との差異に基づいて、クロック生成回路１５の位相特性を踏まえて移相量を決定する。その後、顕微鏡利用者は、入力装置４０を用いてコンピュータ２０に移相量を含む移相指示を入力する。コンピュータ２０から移相指示を受信した移相回路５４ａは、スキャナ４ａの走査周波数に基づいて決定された移相量に従って、サンプリングクロックの位相をシフトさせて、シフト後の設定を移相回路５４ａに保存する。
【００５９】
最後に、走査型顕微鏡１００は、スキャナ４ａの走査周波数を基準周波数として記録して（ステップＳ１４０）、第２の調整処理を終了する。ここでは、コンピュータ２０が、スキャナ４ａの走査周波数を基準周波数としてストレージ２４に格納し、基準周波数を更新する。スキャナ４ａの走査周波数は、図８のステップＳ５０と同様に、入力装置４０を用いた顕微鏡利用者によってコンピュータ２０に入力される。
【００６０】
走査型顕微鏡１００によれば、第１の調整処理と第２の調整処理を行うことで、経時変化等によってスキャナ４ａの走査周波数が変化した場合であっても、走査周波数の変化に起因するサンプリングタイミングのずれを補正することができる。このため、図１１（ａ）のグラフＧ１に示すようにサンプリング位置の誤差がほとんど生じず、イメージ図Ｐ１に示すように空間的に等間隔なサンプリング位置でサンプリングを行うことができる。従って、画像のリニアリティが良好に維持される。
【００６１】
なお、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）には、サンプリングタイミングのずれが生じた結果、サンプリング位置が空間的に等間隔にならない様子が示されている。図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）に示す状態では、グラフＧ２及びグラフＧ３並びにイメージ図Ｐ２及びイメージ図Ｐ３に示すように、画像のリニアリティが劣化して、画像が大きく歪んでしまう。
【００６２】
また、走査型顕微鏡１００では、環境変化等に対して画質の劣化が少ないため、高精度な測定に適した画像を取得することができる。また、走査周波数に基づいて移相量が決定されるため、画像分解能に依存する画像情報に基づいて移相量を決定する場合に比べて高精度にサンプリングタイミングのずれを補正することができる。従って、画像に影響が出る前に補正することが可能で有あり、測定装置として使用する場合に安定して高精度な測定を行うことができる。
【００６３】
［第２の実施形態］
図１２は、第２の実施形態に係る走査型顕微鏡に含まれているクロック生成回路５０の構成の一例を示したブロック図である。図１３は、第２の実施形態に係る走査型顕微鏡で行われる第２の調整処理のフローチャートである。
【００６４】
第２の実施形態に係る走査型顕微鏡は、クロック生成回路１５の代わりにクロック生成回路５０を備える点が、走査型顕微鏡１００とは異なる。その他の構成は、走査型顕微鏡１００と同様である。また、第２の実施形態に係る走査型顕微鏡では、図１０に示す第２の調整処理の代わりに図１３に示す第２の調整処理が行われる。なお、第２の実施形態に係る走査型顕微鏡でも、走査型顕微鏡１００と同様に、図８に示す第１の調整処理が行われる。
【００６５】
図１５に示すクロック生成回路５０は、走査周波数に応じて移相量を制御する移相制御部７０を備える点が、図５に示すクロック生成回路１５とは異なる。移相制御部７０は、スキャナ４ａの走査周波数を検出する周波数検出部７１と、移相量を決定する移相量決定部７２と、クロック生成回路５０の位相特性を格納した記憶部７３を備えている。
【００６６】
周波数検出部７１は、スキャナ４ａの走査周波数を検出する周波数検出手段である。周波数検出部７１は、周波数の安定したクロックを出力する水晶発振器を含んでもよい。周波数検出部７１は、例えば、水晶発振器から出力されたクロックを走査駆動制御回路１４から出力された走査タイミング信号の周期中にカウントすることで、スキャナ４ａの走査周波数を検出してもよい。また、周波数検出部７１は、走査駆動制御回路１４から出力された走査タイミング信号の代わりに、カウンタ５８から出力される第２のタイミング信号などクロック生成回路５０の出力側のタイミング信号を用いて、スキャナ４ａの走査周波数を検出してもよい。なお、走査周波数の検出では、異常値のフィルタリング処理、一定時間内における最頻値、平均値、中心値などの統計値を算出する処理などが行われてもよい。
【００６７】
移相量決定部７２は、周波数検出部７１で検出されたスキャナ４ａの走査周波数に基づいて移相量を決定する移相量決定手段である。移相量決定部７２は、基準周波数と周波数検出部７１で検出されたスキャナ４ａの走査周波数との差異に基づいて移相量を決定してもよい。例えば、記憶部７３に格納されている位相特性を参照して、基準周波数とスキャナ４ａの走査周波数との差異から移相量を決定してもよい。なお、記憶部７３は、画像同期信号生成手段の位相特性を格納した記憶部の一例である。
【００６８】
クロック生成回路５０の位相特性は、例えば、クロック生成回路５０への入力周波数のスイープによるサンプリングクロックの位相変化を測定することで取得することができる。クロック生成回路５０に格納されている位相特性は、この方法によって予め取得されたものでもよい。なお、位相特性は、テーブル形式で具体的な値として保持されても関係式として保持されても良い。
【００６９】
図１３に示す第２の調整処理は、走査型顕微鏡により自動的に行われる。例えば、経時変化に対応するため、タイマーにより所定時間間隔毎に行われてもよい。さらに、装置環境の変化を検出したタイミングで追加的に行われてもよい。
【００７０】
第２の調整処理が開始されると、走査型顕微鏡は、まず、基準周波数を取得する（ステップＳ２００）。ここでは、コンピュータ２０がストレージ２４に格納されている基準周波数を読み出す。
【００７１】
次に、走査型顕微鏡は、走査周波数を検出する（ステップＳ２１０）。ここでは、周波数検出部７１が、例えば、走査駆動制御回路１４から出力された走査タイミング信号に基づいてスキャナ４ａの走査周波数を検出する。
【００７２】
その後、走査型顕微鏡は、サンプリングクロックのシフトの要否を判定する（ステップＳ２２０）。ここでは、移相量決定部７２が、ステップＳ２００で取得した基準周波数とステップＳ２１０で検出した走査周波数に基づいて、サンプリングクロックのシフトの要否を決定する。移相量決定部７２は、例えば、基準周波数と走査周波数に所定周波数以上の差異が生じている場合に、サンプリングクロックのシフトを行うことを決定してもよい。また、移相量決定部７２は、例えば、記憶部７３に格納されている位相特性を参照して基準周波数と走査周波数との間での位相変動量が所定量以上である場合に、サンプリングクロックのシフトを行うことを決定してもよい。
【００７３】
サンプリングクロックのシフトを行うことが決定されると、走査型顕微鏡は、移相量を決定する（ステップＳ２３０）。ここでは、移相量決定部７２が、記憶部７３に格納されている位相特性を参照して基準周波数とスキャナ４ａの走査周波数との差異から移相量を決定する。移相量決定部７２は、スキャナ４ａの周波数変動範囲（例えば、図７に示す周波数Ｆ１から周波数Ｆ２など）が狭い場合には、この間を直線で近似した位相特性に基づいて移相量を決定してもよい。その後、決定した移相量を含む移相指示が、移相制御部７０から移相回路５４ａへ出力される。
【００７４】
移相量が決定されると、走査型顕微鏡は、サンプリングクロックの位相をシフトさせる（ステップＳ２４０）。ここでは、移相回路５４ａが、ステップＳ２３０で移相量決定部７２によって決定された移相量に従って、画像同期信号の一例であるサンプリングクロックの位相をシフトさせて、シフト後の設定を移相回路５４ａに保存する。
【００７５】
最後に、走査型顕微鏡は、スキャナ４ａの走査周波数を基準周波数として記録して（ステップＳ２５０）、第２の調整処理を終了する。ここでは、コンピュータ２０が、ステップＳ２１０で検出されたスキャナ４ａの走査周波数を基準周波数としてストレージ２４に格納し、基準周波数を更新する。
【００７６】
本実施形態に係る走査型顕微鏡でも、走査型顕微鏡１００と同様に、経時変化等によってスキャナ４ａの走査周波数が変化した場合であっても、走査周波数の変化に起因するサンプリングタイミングのずれを補正することができる。また、測定装置として使用する場合に安定して高精度な測定を行うことができる点も同様である。さらに、本実施形態に係る走査型顕微鏡によれば、経時変化等によるスキャナ４ａの走査周波数の変化を自動的に検出し、走査周波数の変化に起因するサンプリングタイミングのずれを自動的に補正することができる。
【００７７】
上述した実施形態は、発明の理解を容易にするための具体例を示したものであり、本発明の実施形態はこれらに限定されるものではない。光走査装置及び画像同期信号調整方法は、特許請求の範囲の記載を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。
【００７８】
上述した実施形態では、共焦点顕微鏡である光走査装置を例示したが、光走査装置は、２光子励起顕微鏡などの他の走査型顕微鏡装置であってもよい。また、スキャナ４ａが共振スキャナである例を示したが、スキャナ４ａはガルバノスキャナであってもよい。クロック生成回路が有する周波数特性に起因した定常偏差は、時間的に等間隔に発生するサンプリングクロックを生成する場合であっても生じ得る。このため、スキャナ４ａはガルバノスキャナの場合であっても、サンプリングクロックの位相シフトによるサンプリングタイミングのずれの補正は効果的である。
【００７９】
また、第２の実施形態では、クロック生成回路５０が移相量決定部７２を備える例を示したが、コンピュータ２０が移相量決定部７２として機能してもよい。例えば、クロック生成回路は、検出した走査周波数をコンピュータ２０に出力し、コンピュータ２０が位相シフトの要否及び移相量を決定しても良い。この場合、移相指示はコンピュータ２０からクロック生成回路に出力される。
【００８０】
また、第２の実施形態では、記憶部７３に予め取得したクロック生成回路５０の位相特性が格納されている例を示したが、クロック生成回路５０の位相特性が特定の回路によって支配的な影響を受けていることが既知の場合には、その特定の回路の位相特性からクロック生成回路５０の位相特性を推定しても良い。
【００８１】
また、上述した実施形態では、スキャナの走査周波数を直接的に検出する例を示したが、走査周波数とスキャナのその他の情報（例えば、スキャナの温度、振幅など）の関係を予め測定により取得し、これらの情報を測定することで走査周波数を推定してもよい。
【００８２】
また、サンプリングタイミングのずれは、クロック生成回路に限らず、画像同期信号生成回路が有する周波数特性に起因した定常偏差によっても生じる。例えば、水平同期信号を生成する回路で定常偏差が生じると、スキャナ４ｂの実際の駆動波形と水平同期信号の間に位相のずれが生じて、その結果、Ｙ方向のサンプリング位置にずれが生じる。図１４には、スキャナ４ｂが異なる走査周波数で動作したと気に取得された画像（画像Ｍ１、画像Ｍ２、画像Ｍ３）が並べて示されていて、画像間に周波数特性に起因した位置ずれが生じている様子が示されている。このため、水平動信号を生成する回路に、スキャナ４ｂの走査周波数に基づいて決定された移相量に従って水平同期信号の位相をシフトさせる移相手段を設けてもよい。また、垂直同信号、画像有効信号を生成する回路にも同様の移相手段を設けてもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１・・・レーザ、２、５・・・ミラー、３・・・ハーフミラー、４・・・二次元走査機構、４ａ、４ｂ・・・スキャナ、６、１１・・・レンズ、７・・・レボルバ、８・・・対物レンズ、９・・・ステージ、１０・・・顕微鏡本体、１２・・・共焦点絞り、１３・・・光検出器、１４・・・走査駆動制御回路、１５・・・クロック生成回路、１６・・・Ａ／Ｄ変換器、１７・・・変位計、１８・・・焦点移動機構、１９・・・画像同期信号生成回路、２０・・・コンピュータ、２１・・・プロセッサ、２２・・・メモリ、２３・・・入出力インターフェース、２４・・・ストレージ、２５・・・可搬記録媒体駆動装置、２６・・・可搬記録媒体、２７・・・バス、３０・・・表示装置、４０・・・入力装置、５０・・・クロック生成回路、５１、５９・・・位相比較器、５２、６０・・・ループフィルタ、５３、５７・・・ＶＣＯ、５４、５８・・・カウンタ、５４ａ・・・移相回路、５５・・・メモリ、５６・・・Ｄ／Ａコンバータ、７０・・・移相制御部、７１・・・周波数検出部、７２・・・移相量決定部、７３・・・記憶部、１００・・・走査型顕微鏡、Ｓ・・・試料
【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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