(57)【要約】【課題】走査型顕微鏡システムにおけるサンプリングの同期信号と間欠発光の発光パターンとを最適に制御する。【解決手段】本開示に係る走査型顕微鏡システムは、レーザー光を出射する出射部と、前記出射部から出射されるレーザー光を間欠発光させる発光部と、間欠発光された前記レーザー光を受けて対象物から励起した蛍光体を電気信号に変換する検出器と、前記電気信号を所定の同期信号に基づいてサンプリングするサンプリング部と、前記同期信号に基づいて前記発光部による前記間欠発光の発光パターンを制御する発光パターン制御部と、を備える。【選択図】図９
2015230453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を出射するレーザー光出射部と、
前記レーザー光出射部から出射されるレーザー光を間欠発光させる間欠発光部と、
間欠発光された前記レーザー光を受けて対象物から励起した蛍光体を電気信号に変換する検出器と、
前記電気信号を所定の同期信号に基づいてサンプリングするサンプリング部と、
前記同期信号に基づいて前記間欠発光部による前記間欠発光の発光パターンを制御する発光パターン制御部と、
を備える、走査型顕微鏡システム。
【請求項２】
前記間欠発光の発光時に前記サンプリング部がサンプリングして得られたサンプリング値を用いて前記間欠発光の非発光時のサンプリング値を補間する補間部を備える、請求項１に記載の走査型顕微鏡システム。
【請求項３】
前記補間部は、前記間欠発光の周期が前記同期信号の周期よりも長い場合に前記補間を行う、請求項２に記載の走査型顕微鏡システム。
【請求項４】
前記間欠発光のタイミングと前記同期信号との関係を示す発光インデックス信号を生成する発光インデックス生成部を備え、
前記補間部は、前記発光インデックス信号に基づいて補間を行う、請求項２に記載の走査型顕微鏡システム。
【請求項５】
前記間欠発光部により間欠発光された前記レーザー光を試料表面に沿った行方向及び列方向へ走査する走査駆動部を備え、
前記補間部は、前記走査駆動部が走査する任意の１の行において、発光時に得られた前記サンプリング値を用いて非発光時のサンプリング値を補間する、請求項２に記載の走査型顕微鏡システム。
【請求項６】
前記間欠発光部により間欠発光された前記レーザー光を試料表面に沿った行方向及び列方向へ走査する走査駆動部を備え、
前記補間部は、前記走査駆動部が走査する複数の行において発光時に得られた前記サンプリング値を用いて、前記複数の行の範囲に含まれる任意の行の非発光時の値を補間する、請求項２に記載の走査型顕微鏡システム。
【請求項７】
前記発光パターン制御部は、前記間欠発光の周期が前記同期信号の周期の整数倍となるように前記間欠発光の発光パターンを制御する、請求項１に記載の走査型顕微鏡システム。
【請求項８】
前記発光パターン制御部は、前記同期信号の周期が前記間欠発光の周期の整数倍となるように前記間欠発光の発光パターンを制御する、請求項１に記載の走査型顕微鏡システム。
【請求項９】
前記発光パターン制御部は、前記間欠発光の周期及び前記間欠発光のパルス幅を制御する、請求項１に記載の走査型顕微鏡システム。
【請求項１０】
前記発光パターン制御部は、前記間欠発光の周期と、前記間欠発光のパルス幅と、前記間欠発光の発光タイミングのデューティ比と、前記同期信号の周期との関係を規定したテーブルに基づいて、前記間欠発光の発光パターンを制御する、請求項１に記載の走査型顕微鏡システム。
【請求項１１】
レーザー光を出射することと、
出射されるレーザー光を間欠発光させることと、
間欠発光された前記レーザー光を受けて対象物から励起した蛍光体を電気信号に変換することと、
前記電気信号を所定の同期信号に基づいてサンプリングすることと、
前記同期信号に基づいて前記間欠発光の発光パターンを制御することと、
を備える、走査型顕微鏡システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、走査型顕微鏡システム及び走査型顕微鏡システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば下記の特許文献１には、被検物を走査する走査機器を含む走査型顕微鏡であって、発振パルス周波数とサンプリング周波数との間の同調化を行う走査型顕微鏡が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５００７０９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年では、半導体レーザーを用いたＭＯＰＡ型の光源により１００Ｗ以上の高出力を有するものが開発されている。しかしながら、生体を測定対象とする場合、レーザー光のパワーが強いと、生体に対するダメージが大きくなる問題がある。
【０００５】
生体に対するダメージを抑えるためには、レーザー光の平均パワーを低くしてピークパワーを高くすることが有効である。このため、レーザー光を間欠的に発光させて、生体に対するダメージを抑えることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、レーザー走査型顕微鏡においては、対象物において励起した蛍光体をＰＭＴ等の検出器で電気信号に変換するが、レーザー光を間欠的に発光させた場合、変換後のＡ／Ｄ変換のサンプリングによっては、取得した画像が劣化する問題がある。
【０００７】
上記特許文献１には、発振パルス周波数とサンプリング周波数との間の同調化を行うことが記載されているが、間欠発光を行った場合の間欠発光周期については何ら考慮されていない。また、特許文献１に記載された技術では、パルス発光に同期した高速サンプリングをしたとしても、分解能が向上することはあり得ず、信号量も増加することは困難である。
【０００８】
また、間欠発光を行う場合、パルスレーザー光の間欠発光の帯域が、共振器長制御において閉ループサーボの対象とする帯域に干渉する場合には、パルスレーザー光の間欠発光が外乱となり、間欠発光の周波数に制約が生じてしまう。更に、間欠発光の際には、発光の立ち上がりにビルドアップ期間が生じるため、このビルドアップ期間によっても間欠発光の周波数に制限が生じる。
【０００９】
このため、サンプリングの同期信号と間欠発光の発光パターンとを最適に制御することが求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示によれば、レーザー光を出射するレーザー光出射部と、前記レーザー光出射部から出射されるレーザー光を間欠発光させる間欠発光部と、間欠発光された前記レーザー光を受けて対象物から励起した蛍光体を電気信号に変換する検出器と、前記電気信号を所定の同期信号に基づいてサンプリングするサンプリング部と、前記同期信号に基づいて前記間欠発光部による前記間欠発光の発光パターンを制御する発光パターン制御部と、を備える、走査型顕微鏡システムが提供される。
【００１１】
また、本開示によれば、レーザー光を出射することと、出射されるレーザー光を間欠発光させることと、間欠発光された前記レーザー光を受けて対象物から励起した蛍光体を電気信号に変換することと、前記電気信号を所定の同期信号に基づいてサンプリングすることと、前記同期信号に基づいて前記間欠発光の発光パターンを制御することと、を備える、走査型顕微鏡システムの制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本開示によれば、サンプリングの同期信号と間欠発光の発光パターンとを最適に制御することができる。
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の実施形態に係るレーザー光発生装置の概略的な構成の一例を示した構成図である。
【図２】間欠発光によりレーザーのピークパワーを高くした状態を示す特性図である。
【図３】サーボ制御に係る信号間の関係について説明するための説明図であり、各信号間の関係を示す概略的なタイムチャートである。
【図４】サーボ制御の特性について説明するための図である。
【図５】ビルドアップ期間の算出方法について説明するための説明図であり、共振器の構成を概略的に示した図である。
【図６】共振器内における増幅率とパルス数との関係を示したグラフである。
【図７】ビルドアップ期間とフィネスとの間の関係を示したグラフである。
【図８】ビルドアップ期間に基づくパルスレーザー光の間欠発光の周波数の制限について説明するための説明図である。
【図９】本実施形態に係るシステムの構成を示す模式図である。
【図１０】顕微鏡の構成を説明するための模式図である。
【図１１】一般的な走査方式であるラスター・スキャン方式を利用した２次元画像の生成方法について説明するための模式図である。
【図１２】ラスター・スキャン方式により２次元画像が生成される様子を示す模式図である。
【図１３】走査と画像復元に用いられる同期信号を示す模式図である。
【図１４】走査と画像復元に用いられる同期信号を示す模式図である。
【図１５】走査と画像復元に用いられる同期信号を示す模式図である。
【図１６】光源モジュール部の発光周期とＡ／Ｄ変換部がサンプリングするピクセル取得パルスの周期との関係について説明するための模式図である。
【図１７】光源モジュール部の発光周期とＡ／Ｄ変換部がサンプリングするピクセル取得パルスの周期との関係について説明するための模式図である。
【図１８】光源モジュール部の発光周期とＡ／Ｄ変換部がサンプリングするピクセル取得パルスの周期との関係について説明するための模式図である。
【図１９】本実施形態に係るピクセル描画信号の補間を具体的に示す模式図である。
【図２０】間欠発光パルス信号の周期Ｔｃｙｃｌｅ（＝１０μｓ）がピクセル取得パルス信号の周期Ｔｐｉｘｅｌ（＝２μｓ）の５倍の場合を示す模式図である。
【図２１】パルスパターンの生成アルゴリズムを示す模式図である。
【図２２】間欠発光パルス信号の周期Ｔｃｙｃｌｅ（＝１０μｓ）がピクセル取得パルス信号の周期Ｔｐｉｘｅｌ（＝４μｓ）の２．５倍の場合を示す模式図である。
【図２３】Ｔｃｙｃｌｅを制限の範囲内で変更する場合のパルスパターン生成アルゴリズムを示す模式図である
【図２４】ピクセル取得パルスの周期Ｔｐｉｘｅｌ（＝１２．５μｓ）が間欠発光パルスの周期Ｔｃｙｃｌｅ（＝１０μｓ）の１．２５倍の場合を示す模式図である。
【図２５】本実施形態に係る処理を実現するための発光制御回路の構成を示す模式図である。
【図２６】発光制御回路による間欠発光パルス信号の生成において、顕微鏡から同期信号が得られない場合に、ＶＣＭサーボや光源の状態が安定になるように、発光制御回路が信号を生成する例を示す模式図である。
【図２７】垂直方向のスキャンスピード（Ｙスキャンステップ距離Ｙｓ）を速めることで、水平方向と同程度に解像度を落とし、画像再現時に補間処理する例を示す模式図である。
【図２８】Ｘ方向でピクセル描画信号を取得するタイミングを間引く場合に、発光する画素が千鳥状に配置した場合を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
１．レーザー光発生装置の構成
２．間欠発光による利点
３．本実施形態に係るレーザー光発生装置の課題
４．制御部の詳細
４．１．信号間の関係
４．２．サーボ制御の帯域に基づく制限
４．３．共振器内におけるビルドアップ期間に基づく制限
５．本実施形態に係る顕微鏡システムの構成例
５．１．顕微鏡の構成例
５．２．走査と画像復元に用いられる同期信号
５．３．間欠発光周期とサンプリング周期との関係
５．４．ピクセル描画信号の補間の具体例
５．５．本実施形態に係るパルスパターン生成アルゴリズム
５．６．発光制御回路の構成例
５．７．補間処理の他の例
【００１５】
＜１．レーザー光発生装置の構成＞
まず、図１を参照して、本開示の実施形態に係るレーザー光発生装置の構成について説明する。図１は、本開示の実施形態に係るレーザー光発生装置の概略的な構成の一例を示した構成図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態に係るレーザー光発生装置１は、光源ユニット１０と、波長変換光学系２０と、制御部３０と、加算器３１と、ＳＯＡ（Semiconductor  Optical  Amplifier）ドライバ４０とを含む。
【００１７】
光源ユニット１０は、パルスレーザーを用いるものであり、共振器を備えたレーザー（Mode  Locked  Laser  Diode(以下、ＭＬＬＤと称する))と半導体光増幅アンプ（ＳＯＡ)を有して構成されるＭＯＰＡ（Master  Oscillator  Power  Amplifier）型の光源である。
【００１８】
光源ユニット１０は、ＭＬＬＤ（モードロックレーザー）部１１と、レンズ１２１、１２７及び１２９と、ミラー１２３と、アイソレーター１２５と、光増幅器部（ＳＯＡ部）１３１とを含む。なお、ＭＬＬＤ部１１が、共振器を備えたレーザー（ＭＬＬＤ）に相当する。
【００１９】
光源ユニット１０の動作は、制御部３０により制御される。制御部３０は、発振器３０１と、アイソレーター３０３と、光検出器３０５と、バンドパスフィルタ３０７と、混合器３０９と、駆動信号生成部３１１と、サーボ制御ドライバ３１３とを含む。以下に、光源ユニット１０の構成について、制御部３０の構成のうち、発振器３０１の構成とあわせて説明する。なお、制御部３０の他の構成については別途後述するものとする。
【００２０】
発振器３０１から出力される周波数ｆＭの信号は、加算器３１と加算器３０９に供給される。
【００２１】
加算器３１は、発振器３０１から供給される周波数ｆＭの信号に対して、所定の出力（振幅）を有する直流成分（ＤＣ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）を加算し、直流成分が加算された周波数ｆＭの信号を変調信号としてＭＬＬＤ部１１に供給する。
【００２２】
ＭＬＬＤ部１１は、レーザー光源１１１と、レンズ１１３と、回折格子１１５とを含む。
【００２３】
レーザー光源１１１は、レーザー光を出力するものであり、各種のレーザーにより構成することが可能である。本実施形態に係るＭＬＬＤ部１１では、レーザー光源１１１として、例えば、半導体レーザーが用いられる。
【００２４】
レーザー光源１１１から出射されたレーザー光は、レンズ１１３を経て回折格子１１５に導光される。そして、レーザー光源１１１の後方端面のミラーと、回折格子１１５との間に共振器（空間共振器）が構成され、この共振器の光路長Ｌｃにより当該レーザー光の周波数ｆＭＬＬＤが決定される。具体的には、周波数ｆＭＬＬＤは、ＭＬＬＤ部１１内における光路長２Ｌｃと、光速Ｃとに基づき、ｆＭＬＬＤ＝２Ｌｃ／Ｃとして決定される。
【００２５】
また、レーザー光源１１１には、発振器３０１から供給される周波数ｆＭの信号に対して、加算器３１で直流成分が加算された変調信号が供給される。ＭＬＬＤ部１１内における周波数ｆＭＬＬＤのレーザー光は、供給された周波数ｆＭの変調信号により位相変調される。
【００２６】
なお、周波数ｆＭＬＬＤのレーザー光の変調には、例えば、ＥＯ（電気光学）素子や、ＡＯ（音響光学）素子からなる位相変調器を用いてもよい。この場合には、当該位相変調器は、供給された周波数ｆＭの変調信号により、周波数ｆＭＬＬＤのレーザー光を変調する。
【００２７】
また、他の一例として、周波数ｆＭの変調信号を駆動信号として、レーザー光源１１１を直接駆動することで、レーザー光源１１１から、周波数ｆＭで変調されたレーザー光を出射させる構成としてもよい。
【００２８】
また、レーザー光源１１１は、後方端面のミラーとして、可飽和吸収ミラー（ＳＡＭ：Saturable  Absorber  Mirror）を備えてもよい。過飽和吸収ミラーは、主に分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ：Distributed  Bragg  Reflector）と可飽和吸収体とで構成されている。具体的な一例として、半導体可飽和吸収ミラー（ＳＥＳＡＭ：Semiconductor  Saturable  Absorber  Mirror）が挙げられる。
【００２９】
半導体可飽和吸収ミラーは、レーザー光源１１１から出射されたレーザー光を可飽和吸収メカニズムによりＱスイッチモードロックを発生させて、当該レーザー光よりもパルス幅の短くエネルギーの大きいレーザー光に変換する。
【００３０】
回折格子１１５は、入射したレーザー光のうち所定の周波数（即ち、周波数ｆＭＬＬＤ）の光の一部をＭＬＬＤ部１１の外部に出射するように反射させ、他の一部をレーザー光源１１１に向けて反射させる。また、回折格子１１５は、周波数ｆＭＬＬＤとは異なる他の周波数の光については、ＭＬＬＤ部１１の外部及びレーザー光源１１１とは異なる方向に向けて反射させる。このような構成により、周波数ｆＭＬＬＤの光がＭＬＬＤ部１１の内部で共振するとともに、当該周波数ｆＭＬＬＤの光のみがＭＬＬＤ部１１の外部に出射されることとなる。なお、上記に説明した構成を実現可能であれば、回折格子１１５を他の構成に置き換えてもよい。具体的な一例として、回折格子１１５に替えて、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）とハーフミラーとを組み合わせた構成を設けてもよい。また、以降では、ＭＬＬＤ部１１から出射されるレーザー光、即ち、周波数ｆＭＬＬＤの光が周波数ｆＭの変調信号により変調されたレーザー光を、「レーザー光Ｌ１」と記載する場合がある。
【００３１】
ＭＬＬＤ部１１から出射されたレーザー光Ｌ１は、レンズ１２１及びミラー１２３を経てアイソレーター１２５に導光され、アイソレーター１２５を透過し、レンズ１２７を経て光増幅器部（ＳＯＡ部）１３１に入射する。なお、ＭＬＬＤ部１１から出射されたレーザー光Ｌ１を、アイソレーター１２５を経て光増幅器部（ＳＯＡ部）１３１に導光させることが可能であれば、光路中に配置される光学系の構成は、レンズ１２１及びミラー１２３には限定されないことは言うまでもない。
【００３２】
アイソレーター１２５は、ＭＬＬＤ部１１と光増幅器部（ＳＯＡ部）１３１との間に介在し、ＭＬＬＤ部１１からのレーザー光Ｌ１を光増幅器部（ＳＯＡ部）１３１に向けて透過させる。また、アイソレーター１２５は、光増幅器部（ＳＯＡ部）１３１からの反射光（漏れ光）及び光増幅器部（ＳＯＡ部）内部からの出射光を遮断することで、当該反射光及び光増幅器部（ＳＯＡ部）内部からの出射光がＭＬＬＤ部１１に入射すことを防止している。
【００３３】
光増幅器部（ＳＯＡ部）１３１は、例えば、半導体光増幅アンプからなる。光増幅器部（ＳＯＡ部）１３１は、入射したレーザー光（即ち、ＭＬＬＤ部１１から出射されたレーザー光Ｌ１）を増幅変調する光変調部として機能し、アイソレーター１２５の後段に配置されている。
【００３４】
ＭＬＬＤ部１１から出力されるレーザーは、そのパワーが比較的小さいため、光増幅器部１３１によって増幅される。
【００３５】
光増幅器部１３１は、小型かつ低コストの光増幅器であり、また、光をオン・オフする光ゲート、光スイッチとして用いることができる。本実施形態においては、この光増幅器部１３１のオン・オフによって、ＭＬＬＤ部１１から出射したレーザー光Ｌ１を変調する。
【００３６】
光増幅器部１３１の動作は、ＳＯＡドライバ４０によって制御される。具体的には、光増幅器部（ＳＯＡ部）１３１は、ＳＯＡドライバ４０から供給される制御電流（直流）の大きさに応じてレーザー光Ｌ１を増幅する。更に、光増幅器部１３１は、増幅の際に、パルス波形の制御電流で間欠駆動を行うことにより、レーザー光Ｌ１を所定の周期でオン・オフし、間欠的なレーザー光、即ち、パルスレーザー光Ｌ２を出力する。
【００３７】
このとき、ＳＯＡドライバ４０は、周波数ｆＳＯＡのＳＯＡ駆動信号に基づき、光増幅器部（ＳＯＡ部）１３１を間欠駆動する。即ち、光増幅器部（ＳＯＡ部）１３１は、レーザー光Ｌ１を、周波数ｆＳＯＡでオン・オフすることで当該レーザー光Ｌ１を変調し、変調後のパルスレーザー光Ｌ２を出力することとなる。
【００３８】
なお、制御電流の周波数ｆＳＯＡは、後述するサーボ制御ドライバ３１３が、共振器２１の光路長をサーボ制御する帯域との干渉を避けるように決定される。周波数ｆＳＯＡを決定する方法の詳細については、「４．制御部の詳細」において別途後述する。
【００３９】
光増幅器部（ＳＯＡ部）１３１から出射されたパルスレーザー光Ｌ２は、レンズ１２９を経て、後述する制御部３０のアイソレーター３０３に導光され、当該アイソレーター３０３を透過して波長変換光学系２０に入射する。
【００４０】
次に、波長変換光学系２０の各構成について説明する。波長変換光学系２０は、共振器２１と、リレーレンズ２２１及び２２３と、ミラー２２５及び２２７とを含む。
【００４１】
光源ユニット１０から出力されたパルスレーザー光Ｌ２は、後述する制御部３０のアイソレーター３０３と、リレーレンズ２２１及び２２３と、ミラー２２５及び２２７とを経て、インプットカプラー２０１から共振器２１の内部に入射する。なお、光源ユニット１０から出射されたパルスレーザー光Ｌ２を、アイソレーター３０３を経て共振器２１の内部に導光させることが可能であれば、光路中に配置される光学系の構成は、リレーレンズ２２１及び２２３と、ミラー２２５及び２２７とには限定されない。
【００４２】
共振器２１は、所謂、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ：Optical  Parametric  Oscillation）であり、光源ユニット１０からのパルスレーザー光Ｌ２を内部で共振させるとともに、当該レーザー光Ｌ２の波長を変換し、波長が変換されたパルスレーザー光Ｌ４を出力する。以下に、共振器２１の詳細な構成について説明する。なお、以降では、共振器２１に入射するパルスレーザー光を「励起レーザー光」と呼び、波長が変換されて共振器２１から出力されるパルスレーザー光を「ＯＰＯレーザー光」と呼ぶ場合がある。また、共振器２１内で共振する励起レーザー光を、当該共振器２１内に入射する前のパルスレーザー光Ｌ２と区別する場合には、「励起レーザー光Ｌ３」もしくは、「パルスレーザー光Ｌ３」と記載する場合がある。
【００４３】
共振器２１は、インプットカプラー２０１と、ミラー２０３、２０５、及び２０７と、ダイクロイックミラー２０９と、アウトプットカプラー２１１と、非線形光学素子２１３とを含む。インプットカプラー２０１及びアウトプットカプラー２１１は、一般的には、数％の透過率を有するパーシャルリフレクター（部分反射鏡）である。
【００４４】
また、ミラー２０３とミラー２０５との間には、非線形光学素子２１３が配されている。
【００４５】
非線形光学素子２１３は、例えば、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）、ＱＰＭＬＮ（疑似位相整合ＬＮ）、ＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）、ＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ４）、ＫＮ（ＫＮｂＯ３）等が用いられる。
【００４６】
非線形光学素子２１３は、一例として、入力されたレーザー光（即ち、励起レーザー光Ｌ３）を２つの波長に変換する。そして、変換した２つの波長のうち、少なくとも一方の波長（例えば、長波長）のレーザー光が、ＯＰＯレーザー光Ｌ４として、共振器２１内で共振し、アウトプットカプラー２１１から共振器２１の外部に出力されることとなる。
【００４７】
また、インプットカプラー２０１と、ミラー２０３との間にはダイクロイックミラー２０９が配されている。ダイクロイックミラー２０９は、ミラー２０３によりインプットカプラー２０１に向けて反射された光のうち、励起レーザー光Ｌ３をインプットカプラー２０１に向けて透過させ、ＯＰＯレーザー光Ｌ４をアウトプットカプラー２１１に向けて反射させる。このような構成により、本実施形態に係る共振器２１は、励起レーザー光Ｌ３と、ＯＰＯレーザー光Ｌ４とが異なる光路を経て共振器２１内を導光される。以下に、共振器２１内における励起レーザー光Ｌ３及びＯＰＯレーザー光Ｌ４の光路の詳細について、それぞれ説明する。
【００４８】
まず、励起レーザー光Ｌ３の光路に着目する。インプットカプラー２０１から共振器内部に入射した励起レーザー光Ｌ３は、ダイクロイックミラー２０９を透過し、ミラー２０３、非線形光学素子２１３、及びミラー２０５を経て、ミラー２０７に到達し、当該ミラー２０７で反射される。
【００４９】
また、ミラー２０７で反射された励起レーザー光Ｌ３は、ミラー２０５、非線形光学素子２１３、及びミラー２０３を経て、ダイクロイックミラー２０９に導光され、当該ダイクロイックミラー２０９を透過し、インプットカプラー２０１に導光される。
【００５０】
インプットカプラー２０１は、導光された励起レーザー光Ｌ３の一部を反射させるとともに、他の一部を共振器２１の外部に出射させる。このように、共振器２１内に入射した励起レーザー光Ｌ３は、インプットカプラー２０１と、ミラー２０７との間で反射を繰り返す。即ち、インプットカプラー２０１と、ミラー２０７との間の光路が、共振器２１内における励起レーザー光Ｌ３の光路長（換言すると、共振器長）に相当し、当該光路長が励起レーザー光Ｌ３の共振条件に合わせて調整されることで、励起レーザー光Ｌ３が共振器２１内で共振することとなる。このように共振器内で繰り返し光が共鳴する事により光密度が高めることが出来る。このように光密度を高めることをポンピングと呼び、高めたら他光をポンプ光と呼ぶ。励起光の出力が非線型素子の閾値より低い場合は閾値を超えるための有効な方法である。
【００５１】
また、インプットカプラー２０１から共振器２１の外部に出射された励起レーザー光は、共振器２１からの反射光として、アイソレーター３０３により光検出器３０５に向けて導光され、当該光検出器３０５で検出される。
【００５２】
次に、ＯＰＯレーザー光Ｌ４の光路に着目する。非線形光学素子２１３で波長変換された励起レーザー光Ｌ３、即ち、ＯＰＯレーザー光Ｌ４は、ミラー２０５を経てミラー２０７に到達し、当該ミラー２０７で反射される。
【００５３】
また、ミラー２０７で反射されたＯＰＯレーザー光Ｌ４は、ミラー２０５、非線形光学素子２１３、及びミラー２０３を経て、ダイクロイックミラー２０９に導光され、当該ダイクロイックミラー２０９で反射されて、アウトプットカプラー２１１に導光される。
【００５４】
アウトプットカプラー２１１は、導光されたＯＰＯレーザー光Ｌ４の一部を反射させるとともに、他の一部を共振器２１の外部に出射させる。このように、共振器２１内に入射したＯＰＯレーザー光Ｌ４は、アウトプットカプラー２１１と、ミラー２０７との間で反射を繰り返す。即ち、アウトプットカプラー２１１と、ミラー２０７との間の光路が、共振器２１内におけるＯＰＯレーザー光Ｌ４の光路長（換言すると、共振器長）に相当し、当該光路長がＯＰＯレーザー光Ｌ４の共振条件に合わせて調整されることで、ＯＰＯレーザー光Ｌ４が共振器２１内で共振することとなる。
【００５５】
次に、共振器２１内における、励起レーザー光Ｌ３及びＯＰＯレーザー光Ｌ４それぞれの光路長の調整に係る動作について説明する。本実施形態に係る共振器２１では、ミラー２０７は、当該ミラー２０７に入射する励起レーザー光Ｌ３及びＯＰＯレーザー光Ｌ４の光軸方向に沿って位置を調整可能に構成されている。同様に、アウトプットカプラー２１１は、当該アウトプットカプラー２１１に入射するＯＰＯレーザー光Ｌ４の光軸方向に沿って位置を調整可能に構成されている。
【００５６】
即ち、ミラー２０７の位置が調整されることで、励起レーザー光Ｌ３及びＯＰＯレーザー光Ｌ４それぞれの光路長が調整され、アウトプットカプラー２１１の位置が調整されることで、ＯＰＯレーザー光Ｌ４の光路長が調整される。そのため、例えば、励起レーザー光Ｌ３の共振条件を満たすようにミラー２０７の位置が調整され、次いで、ＯＰＯレーザー光Ｌ４の共振条件を満たすようにアウトプットカプラー２１１の位置が調整される構成としてもよい。このような順序でミラー２０７及びアウトプットカプラー２１１の位置が調整されることで、励起レーザー光Ｌ３及びＯＰＯレーザー光Ｌ４それぞれについて、共振条件を満たすように光路長を制御することが可能となる。
【００５７】
ミラー２０７及びアウトプットカプラー２１１の位置は、例えば、電磁アクチュエーター（ＶＣＭ：Voice  Coil  Motor）や、圧電素子構成等のようなアクチュエーターデバイスにより調整される。なお、ミラー２０７及びアウトプットカプラー２１１の位置を調整するためのアクチュエーターデバイスの動作は、後述するサーボ制御ドライバ３１３により制御される。
【００５８】
次に、制御部３０の各構成について説明する。
【００５９】
アイソレーター３０３は、光増幅器部（ＳＯＡ部）１３１と共振器２１との間に介在し、光増幅器部（ＳＯＡ部）１３１から出力されるパルスレーザー光Ｌ２を共振器２１に向けて透過させる。
【００６０】
また、共振器２１のインプットカプラー２０１を透過して当該共振器２１の外部に出射した励起レーザー光Ｌ３の一部、即ち、共振器２１からの反射光は、ミラー２２７及び２２５と、リレーレンズ２２３及び２２１とを経て、アイソレーター３０３に導光される。アイソレーター３０３は、共振器２１からの反射光を、光増幅器部（ＳＯＡ部）１３１とは異なる方向に配置された光検出器３０５に向けて反射させることで、当該反射光が光増幅器部（ＳＯＡ部）１３１に入射することを防止している。
【００６１】
光検出器３０５は、例えば、ＰＤ（Photo  Detector）からなる。光検出器３０５は、アイソレーター３０３を経て導光された共振器２１からの反射光を検出する。光検出器３０５は、共振器２１からの反射光の検出結果を反射信号としてバンドパスフィルタ３０７に出力する。
【００６２】
バンドパスフィルタ３０７は、励起レーザー光Ｌ３の変調周波数ｆＭに対応する帯域の信号を混合器３０９に向けて通過させ、当該帯域以外の信号を遮断する。これにより、光検出器３０５の検出結果に基づく信号のうち、共振器２１からの反射光（即ち、共振器２１から漏れ出た励起レーザー光Ｌ３）に基づく信号がバンドパスフィルタ３０７を通過して混合器３０９に入力され、外乱等に伴うその他の光に基づく信号がバンドパスフィルタ３０７で遮断される。
【００６３】
混合器３０９は、発振器３０１から供給される周波数ｆＭの信号と、共振器２１からの反射光に基づく反射信号とをかけ算することで共振器長の誤差信号を生成し、生成した誤差信号を駆動信号生成部３１１に出力する。このとき生成される誤差信号は、所謂、ＰＤＨ（Pound-Drever-Hall）法における誤差信号に相当し、共振器２１内における励起レーザー光Ｌ３の光路長と、当該励起レーザー光Ｌ３の共振条件を満たす光路長との間のずれを示している。
【００６４】
駆動信号生成部３１１は、ローパスフィルタと、間欠発光に同期した同期検波回路と、位相補償部とを含む。混合器３０９から出力された誤差信号は、駆動信号生成部３１１のローパスフィルタにより高周波成分（即ち、ノイズ）が除去されて、同期検波回路に供給される。
【００６５】
駆動信号生成部３１１の同期検波回路は、ローパスフィルタによりノイズが除去された誤差信号を間欠発光に同期したＳ／Ｈ信号に基づき同期検波する。そして、同期検波回路は、Ｓ／Ｈ信号に基づき同期検波した誤差信号（以降では、「Ｓ／Ｈ出力」と呼ぶ場合がある）を位相補償部に出力する。
【００６６】
駆動信号生成部３１１の位相補償部は、同期検波回路から供給されるＳ／Ｈ出力をVCMの特性に合わせた位相補償を行い、位相が補償された信号出力を駆動信号としてサーボ制御ドライバ３１３に供給する。
【００６７】
サーボ制御ドライバ３１３は、駆動信号生成部３１１から供給される駆動信号に基づき、アクチュエーターデバイスを駆動することで、ミラー２０７の位置を調整する。このとき、当該駆動信号は、共振器２１内における励起レーザー光Ｌ３の光路長と、当該励起レーザー光Ｌ３の共振条件を満たす光路長との間のずれを示す誤差信号に基づき生成されている。そのため、サーボ制御ドライバ３１３が、駆動信号生成部３１１から供給される駆動信号に基づきミラー２０７の位置を制御することで、共振器２１内における励起レーザー光Ｌ３の光路長がサーボ制御される。
【００６８】
なお、共振器２１内における励起レーザー光Ｌ３の光路長が制御された場合、即ち、ミラー２０７の位置が変動した場合には、共振器２１内におけるＯＰＯレーザー光Ｌ４の光路長も変動することとなる。そのため、サーボ制御ドライバ３１３は、ミラー２０７の位置を制御した場合には、当該ミラー２０７の位置の制御量に応じてアウトプットカプラー２１１の位置を調整することで、ＯＰＯレーザー光Ｌ４の光路長をあわせて制御すればよいことは言うまでもない。
【００６９】
以上、図１を参照しながら、本実施形態に係るレーザー光発生装置１の構成について説明した。
【００７０】
＜２．間欠発光による利点＞
次に、間欠発光によりレーザーのピークパワーを高くした状態で出力する場合の利点について、図２を参照しながら説明する。図２は、間欠発光によりレーザーのピークパワーを高くした状態を示す特性図である。
【００７１】
本実施形態に係るレーザー光発生装置１は、例えば、生体サンプルをレーザー光により走査し、当該生体サンプルからの光を観測するようなレーザー走査型顕微鏡に適用することが可能である。このようなレーザー走査型顕微鏡のように、生体サンプルに対してレーザー光を照射する観測においては、対象物のダメージを少なくするために、レーザーの平均パワーを低くして、ピークパワーを高くすることが有効である。
【００７２】
また、レーザー光源１１１として半導体レーザーを用いたＭＯＰＡ型光源を構成するレーザーチップは、小型であるが故に、排熱の限界があり高電力の負荷による発熱によって動作限界が定まることが考えられる。
【００７３】
これに対して、本実施形態に係るレーザー光発生装置１の光源ユニット１０は、光増幅器部（ＳＯＡ部）１３１の間欠運転により、間欠的なレーザー光（パルスレーザー光Ｌ２）を出力するため、間欠運転を行わない場合と比較すると、平均電力は同じであるにも関わらず、発光している際のピークを高めることができる。また、間欠運転を行うことにより、高電力の負荷によるレーザーチップの発熱も抑えることができる。
【００７４】
ここで、レーザー走査型顕微鏡のうち、特に、二光子励起顕微鏡と呼ばれる蛍光顕微鏡に対して、本実施形態に係るレーザー光発生装置１を光源として用いた場合に着目して、間欠発光によりレーザーのピークパワーを高くした場合の特性について説明する。ここで、蛍光顕微鏡とは、生体サンプルを光源から出射されるレーザー光により走査し、当該生体サンプルからの蛍光を観測する顕微鏡を指す。また、二光子励起顕微鏡は、前述した蛍光顕微鏡のうち、二光子励起による蛍光発生、即ち、２つの光子と分子との相互作用により分子が励起状態となることで蛍光が発生する仕組みを利用したものである。
【００７５】
二光子励起の光源を用いる顕微鏡においては、性能指数(Figure  of  Merit)としてＦＯＭ（＝（ピークパワー）２×パルス幅×周波数＝ピークパワー×平均パワー）が知られている。この性能指数によれば、ピークパワーと平均パワーの積に比例して、出力を増加させることができる。従って、生体のレーザー顕微鏡観察において、対象物のダメージを最小限に抑えて出力を高めるためには、平均パワーを低くしてピークパワーを高くすることが有効である。このため、本実施形態では、間欠運転を行うことでデューティー（ＤＵＴＹ＝パルス幅×周波数）比を低くして、ピークパワーを高くしている。
【００７６】
例えば、図２の上段ではレーザー光源から出力されるレーザー光の特性を示しており、上段の左側の特性は連続発光のピークパワーを、右側の特性はＤＵＴＹ比を５０％とした場合の間欠発光のピークパワーを示している。このように、間欠発光のＤＵＴＹ比を５０％とした場合、連続発光の信号強度（Ｉ０）に対して、間欠発光の場合は２倍の信号強度（２×Ｉ０）を出力することができる。
【００７７】
また、図２の中段は二光子励起により発生する蛍光信号の特性を示しており、左側の特性は連続発光の場合の蛍光のピークパワーを、右側の特性はＤＵＴＹ比を５０％とした場合の間欠発光の場合の蛍光のピークパワーを示している。性能指数ＦＯＭによれば、二光子励起の場合はピークパワーの２乗で性能指数が高くなる。従って、間欠発光の場合、二光子励起の場合の蛍光の信号強度（＝４×Ｉ０２）は連続発光の場合の蛍光の信号強度（＝Ｉ０２）に対して４倍となる。また、パルス発光ポイントとパルス非発光ポイントの平均の信号強度においても、二光子励起の場合の蛍光の平均信号強度（＝２×Ｉ０２）は、連続発光の場合の蛍光の信号強度（＝Ｉ０２）に対して２倍となる。従って、本実施形態によれば、光源ユニット１０において間欠駆動を行うことにより、ピークパワーおよび平均信号強度を高めることが可能である。
【００７８】
図２の下段の特性は、中段の特性を帯域制限のローパスフィルタ（図１に示す駆動信号生成部３１１が有するローパスフィルタ）に通過させた信号を示している。オン／オフのデューティー比が５０％（１／２）の場合、信号振幅は１／２となることから、結果として、二光子励起の間欠発光では、連続発光の場合に比べて２倍の信号振幅を得ることができる。さらに、前述した駆動信号生成部３１１により、オン状態の場合の信号のみをサンプリングした場合には、二光子励起の間欠発光では、連続発光の場合に比べて４倍の信号振幅を得られることとなる。
【００７９】
＜３．本実施形態に係るレーザー光発生装置の課題＞
一方で、本実施形態に係るレーザー光発生装置１のように、例えば、ＰＤＨ法により、共振器２１の光路長をサーボ制御することで共振動作を安定させる場合には、閉ループサーボの対象とする帯域に外乱信号が入ると、誤差信号の正確な検出が困難となる場合がある。
【００８０】
特に、パルスレーザー光の間欠発光の帯域が、閉ループサーボの対象とする帯域に干渉する場合には、パルスレーザー光の間欠発光が外乱となり、結果として、レーザー光発生装置は、共振器の光路長の正確が困難となる場合がある。
【００８１】
そのため、本実施形態に係るレーザー光発生装置１は、光源ユニット１０から出射されたパルスレーザー光を共振器２１内において共振させる構成において、高出力のパルレーザー光が安定して出力されるように共振器２１の光路長を制御することを目的とする。具体的には、レーザー光発生装置１は、パルスレーザー光の間欠発光の帯域が、閉ループサーボの対象とする帯域との干渉を避けるように、発振器３０１から供給される周波数ｆＭと、パルスレーザー光の間欠発光の周波数ｆＳＯＡとを決定する。
【００８２】
そこで、以降では、本実施形態におけるレーザー光発生装置１における制御部３０の詳細について、特に周波数ｆＭ及び周波数ｆＳＯＡを決定する方法に着目して説明する。
【００８３】
＜４．制御部の詳細＞
［４．１．信号間の関係］
制御部３０の詳細として、周波数ｆＭ及び周波数ｆＳＯＡを決定する方法について説明するにあたり、まず、本実施形態に係るレーザー光発生装置１におけるサーボ制御に係る信号間の関係について、図３を参照しながら説明する。図３は、サーボ制御に係る信号間の関係について説明するための説明図であり、各信号間の関係を示す概略的なタイムチャートである。
【００８４】
図３において、ＭＬＬＤ出力Ｌ１は、図１を参照しながら説明した、ＭＬＬＤ部１１から出力されるレーザー光Ｌ１（即ち、周波数ｆＭＬＬＤの光が周波数ｆＭの変調信号により変調された光）を示している。ＭＬＬＤ出力Ｌ１は、例えば、発振器３０１から供給される変調信号の周波数ｆＭ＝１０［ＭＨｚ］の場合には、当該変調の周期が０．１［μｓ］となる。
【００８５】
また、ＳＯＡ駆動信号ｇ１１は、ＳＯＡドライバ４０が光増幅器部（ＳＯＡ部）１３１を間欠駆動するためのＳＯＡ駆動信号を示している。ＳＯＡ駆動信号ｇ１１は、後述する発光制御回路５００により、発振器３０１から供給される周波数ｆＭの信号に同期するように生成される。なお、図３に示す例では、ＳＯＡ駆動信号ｇ１１の周波数ｆＳＯＡは、ｆＳＯＡ＝１００［ｋＨｚ］に設定されており、この場合におけるＳＯＡ駆動信号ｇ１１の周期は５［μｓ］となる。
【００８６】
ＭＯＰＡ出力Ｌ２は、光増幅器部（ＳＯＡ部）１３１が、周波数ｆＳＯＡのＳＯＡ駆動信号ｇ１１に基づき間欠駆動されることで、前述したＭＬＬＤ出力Ｌ１が変調された変調信号を示している。なお、ＭＯＰＡ出力Ｌ２は、図１を参照しながら説明した、光源ユニット１０から出力されるパルスレーザー光Ｌ２に相当する。なお、ＭＯＰＡ出力Ｌ２のオン状態における、ＭＬＬＤ出力Ｌ１の成分の波数は、ＭＬＬＤ出力Ｌ１の周期０．１［μｓ］と、ＳＯＡ駆動信号ｇ１１の周期５［μｓ］とから、５０［ｗｏｂｂｌｅ］となる。
【００８７】
参照符号Ｌ３は、共振器２１内に入射したＭＯＰＡ出力Ｌ２に基づき、当該共振器２１内で共振する励起レーザー光を示しており、図１を参照しながら説明した励起レーザー光Ｌ３を示している。
【００８８】
共振器２１内にＭＯＰＡ出力Ｌ２が入射した場合、ＭＯＰＡ出力Ｌ２がオン状態のタイミングでは共振が発生し、ＭＯＰＡ出力Ｌ２がオフ状態のタイミングでは共振が発生しない。また、ＭＯＰＡ出力Ｌ２がオフ状態からオン状態に遷移する際には、励起レーザー光Ｌ３が共振する状態に直ちに遷移はせずに、共振状態に遷移する時間（以降では、「ビルドアップ期間」と呼ぶ場合がある）Ｔｂｕｉｌｄを要する。
【００８９】
そのため、例えば、ＰＤＨ法等により共振器２１内の光路長をサーボ制御する場合には、参照符号ｇ２１で示された、ＭＯＰＡ出力Ｌ２がオン状態であり、かつ、ビルドアップ完了後（ビルドアップ期間Ｔｂｕｉｌｄ経過後）の期間における励起レーザー光Ｌ３が、誤差信号として有効である。
【００９０】
一方で、参照符号ｇ２３で示された期間（即ち、ＭＯＰＡ出力Ｌ２がオフ状態の期間及びビルドアップ期間Ｔｂｕｉｌｄ）、特に、ＭＯＰＡ出力Ｌ２がオフ状態の期間には、同期検波をするために十分な周波数ｆＭの信号が含まれていない。そのため、参照符号ｇ２３で示された期間に得られる誤差信号からは、共振器２１内における励起レーザー光Ｌ３の光路長と、当該励起レーザー光Ｌ３の共振条件を満たす光路長との間のずれを推定することは困難である。
【００９１】
参照符号ｇ３１及びｇ３３は、図１における混合器３０９により生成される誤差信号、即ち、発振器３０１から供給される周波数ｆＭの信号と、共振器２１からの反射光に基づく反射信号とを積算することで生成された誤差信号を示している。誤差信号ｇ３１は、期間ｇ２１に対応しており、誤差信号ｇ３３は、期間ｇ２３に対応している。
【００９２】
このことから、誤差信号ｇ３１及びｇ３３のうち、誤差信号ｇ３１を同期検波により検出することが望ましい。即ち、タイミングｇ２１に同期するように、発振器３０１から供給される周波数ｆＭの信号を変調してＳ／Ｈ信号ｇ４１を生成し、生成したＳ／Ｈ信号ｇ４１を駆動信号生成部３１１に供給するようにする。なお、ビルドアップ期間Ｔｂｕｉｌｄは、共振器における共振の鋭さを示すフィネス（Ｆｉｎｅｓｓｅ）に比例し、共振器２１のインプットカプラー２０１及びミラー２０７それぞれの反射率と、励起レーザー光Ｌ３の周波数とに基づきあらかじめ算出することが可能である。なお、ビルドアップ期間Ｔｂｕｉｌｄの詳細については、「４．３．共振器内におけるビルドアップに基づく制限」において別途後述する。
【００９３】
Ｓ／Ｈ出力ｇ５１は、図１を参照しながら説明した、駆動信号生成部３１１が、Ｓ／Ｈ信号ｇ４１に基づき誤差信号ｇ３１及びｇ３３を同期検波することで生成した信号を示している。
【００９４】
駆動信号生成部３１１は、Ｓ／Ｈ出力ｇ５１の位相を補償し、位相が補償されたＳ／Ｈ出力ｇ５１を駆動信号としてサーボ制御ドライバ３１３に供給する。これにより、サーボ制御ドライバ３１３は、駆動信号生成部３１１から供給される駆動信号（即ち、位相が補償されたＳ／Ｈ出力ｇ５１）に基づき、共振器２１内における励起レーザー光Ｌ３のオン／オフに同期して、共振器２１の光路長をサーボ制御することが可能となる。
【００９５】
［４．２．サーボ制御の帯域に基づく制限］
次に、図４を参照しながら、パルスレーザー光の間欠発光の帯域が、閉ループサーボの対象とする帯域との干渉を避けるように設定されるための、周波数ｆＭ及び周波数ｆＳＯＡの制限について説明する。図４は、サーボ制御の特性について説明するための図である。
【００９６】
図４において、参照符号ｇ６１は、本実施形態に係るレーザー光発生装置１において、ミラー２０７の位置をサーボ制御するアクチュエーターのゲイン特性の一例を示している。ゲイン特性ｇ６１の縦軸はゲイン（Ｇａｉｎ）［ｄＢ］を示しており、横軸は周波数ｆ［Ｈｚ］を示している。
【００９７】
また、参照符号ｇ６３は、本実施形態に係るレーザー光発生装置１において、ミラー２０７の位置をサーボ制御するアクチュエーターの位相特性を示している。位相特性ｇ６３の縦軸は位相（Ｐｈａｓｅ）［°］を示しており、横軸は周波数ｆ［Ｈｚ］を示している。なお、ゲイン特性ｇ６１の横軸と、位相特性ｇ６３の横軸とは共通している。また、参照符号ｇ６５は、駆動信号生成部３１１の位相補償部の特性を示しており、この位相補償部の特性により、ゲイン特性ｇ６３が補償されていることがわかる。
【００９８】
参照符号ｍ１は、ゲイン余裕、即ち、位相特性ｇ６３において位相が−１８０［°］となる周波数ｆｍａｘにおいて、ゲインが、０［ｄＢ］となるまで（即ち、発振するまで）にどれだけの余裕があるかを示している。同様に、参照符号ｍ２、位相余裕、即ち、ゲイン特性ｇ６１においてゲインが０［ｄＢ］となるカットオフ周波数ｆＲＳにおける、位相が、−１８０［°］となるまで（即ち、発振するまで）にどれだけの余裕があるかを示している。
【００９９】
なお、ゲイン余裕を判定する周波数、即ち、位相特性ｇ６３が−１８０［°］となる周波数ｆｍａｘ以下の帯域ｆｗｉｄｔｈが、共振器２１の光路長のサーボ制御に影響する帯域となる。
【０１００】
サーボ制御を安定化させるための代表的な指標として、ゲイン余裕が−２０［ｄＢ］以下であり、かつ、位相余裕が４０［°］以上となる条件が知られている。ここでは、同条件に基づき、周波数ｆＭ及び周波数ｆＳＯＡの制限について以下に詳細に説明する。なお、上記に示したサーボ制御を安定化させるための指標はあくまで一例であり、サーボ制御を行う系の特性（例えば、アクチュエーターの特性等）に応じて異なる場合があることは言うまでもない。
【０１０１】
図４に示す例の場合には、ミラー２０７の位置のサーボ制御に係るアクチュエーターは、伝達特性が二次系であり、当該アクチュエーターのゲイン特性ｇ６１は、高域においてΔＧ＝−４０［ｄＢ／ｄｅｃ］の傾きを有する。そのため、ゲイン余裕ｍ１が−２０［ｄＢ］となる周波数ｆｍａｘは、カットオフ周波数ｆＲＳと、当該ゲイン余裕ｍ１と、ゲイン特性ｇ６１の傾きとにより、以下に示す式１に基づき算出される。
【０１０２】
ｆｍａｘ＝ｆＲＳ×（−２０［ｄＢ］）／（−４０［ｄＢ／ｄｅｃ］）
＝ｆＲＳ×１／２［ｄｅｃ］＝ｊ×ｆＲＳ  （ｊ＝５）
…（式１）
【０１０３】
なお、パルスレーザー光の間欠発光の帯域が、閉ループサーボの対象とする帯域との干渉を避けるように設定するためには、ｆＳＯＡ，ｆＭ＞ｆｍａｘとすることが必要条件となる。また、上記に示した定数ｊは、ミラー２０７の位置のサーボ制御に用いるアクチュエーターのゲイン特性ｇ６１や、ゲイン余裕ｍ１の設定に応じて決定される。このことから、パルスレーザー光の間欠発光の周波数ｆＳＯＡは、以下に式２で示された条件に基づき設定される。なお、以下に示した式２が、「条件式１」に相当する。また、定数ｊが、サーボ制御を安定させるための「マージン値ｊ」の一例に相当する。
【０１０４】
ｆＳＯＡ＞ｊ×ｆＲＳ…（式２）
【０１０５】
以上、図４を参照しながら、パルスレーザー光の間欠発光の帯域が、閉ループサーボの対象とする帯域との干渉を避けるように設定するための、周波数ｆＭ及び周波数ｆＳＯＡの制限について説明した。
【０１０６】
［４．３．共振器内におけるビルドアップ期間に基づく制限］
次に、前述した、共振器２１内における励起レーザー光Ｌ３のビルドアップ期間Ｔｂｕｉｌｄの算出方法の詳細と、当該ビルドアップ期間Ｔｂｕｉｌｄに基づくパルスレーザー光の間欠発光の周波数ｆＳＯＡの制限について説明する。
【０１０７】
まず、ビルドアップ期間Ｔｂｕｉｌｄの算出方法について、図５を参照しながら説明する。図５は、ビルドアップ期間の算出方法について説明するための説明図であり、共振器の構成を概略的に示した図である。図５において、参照符号Ｌ２１は、レーザー光源から出射され共振器内に入射するレーザー光を示し、参照符号Ｌ３１は、当該レーザー光Ｌ２１に基づき共振器内で共振する励起レーザー光を示している。また、参照符号Ｌ４１は、当該共振器から出射されるＯＰＯレーザー光を示している。
【０１０８】
また、参照符号２１５及び２１７は、共振器を構成するミラーを示している。図５に示す例では、ミラー２１５の反射率をＲ１とし、当該反射率Ｒ１に基づく反射振幅をｒ１としている。同様に、ミラー２１７の反射率をＲ２とし、当該反射率Ｒ２に基づく反射振幅をｒ２としている。
【０１０９】
このとき、共振器における共振の鋭さを示すフィネスＦは、反射振幅ｒ１及びｒ２に基づき決定される係数Ｒ’＝ｒ１×ｒ２により、以下に示す式３に基づき決定される。
【０１１０】
Ｆ＝π×ｓｑｒｔ（Ｒ’）／（１−Ｒ’）…（式３）
【０１１１】
なお、ミラー２１５及び２１７の各反射率Ｒ１及びＲ２は、励起レーザー光Ｌ３１及びＯＰＯレーザー光Ｌ４１それぞれについて異なる反射率となるように設計されている場合がある。例えば、ミラー２１５及び２１７の励起レーザー光Ｌ３１及びＯＰＯレーザー光Ｌ４１それぞれに対する反射率は、当該励起レーザー光Ｌ３１及びＯＰＯレーザー光Ｌ４１のそれぞれに対してあらかじめ決められたフィネスＦの条件を満たすように設計される。
【０１１２】
また、共振器内に入射したレーザー光Ｌ２１の強度が１／ｅとなるまでの時間（Photon  life  time）ＴＬは、強度が１／ｅとなるまでの反射回数と、レーザー光Ｌ２が共振器内を１往復するためにかかる時間との乗算で求められる。即ち、時間ＴＬは、係数Ｒ’と、共振器に入射するレーザー光Ｌ２１の周波数ｆＭＬＬＤとにより、以下に示す式４に基づき決定される。
【０１１３】
ＴＬ＝１／２ｌｎ（１／Ｒ’）×（１／ｆＭＬＬＤ）…（式４）
【０１１４】
ここで、ビルドアップの閾値に依存して決定される比例定数をｋとした場合に、ビルドアップ期間Ｔｂｕｉｌｄは、上記に示した式４と、当該比例定数ｋとにより、以下に示す（式５）に基づき決定される。
【０１１５】
Ｔｂｕｉｌｄ＝ｋ×１／２ｌｎ（１／Ｒ’）×（１／ｆＭＬＬＤ）…（式５）
【０１１６】
なお、比例定数ｋは、例えば、ビルドアップの閾値を８０［％］とした場合には、ｋ＝４．５となる。
【０１１７】
ここで、共振器内におけるパルス数とビルドアップの関係について具体的な例を挙げて説明する。例えば、図６に示したグラフｇ７１は、係数Ｒ’＝０．９３の場合における、共振器内における増幅率とパルス数との関係を示している。図６に示したグラフｇ７１において、縦軸は増幅率を示しており、横軸は共振器内に入射したパルス数を示している。
【０１１８】
例えば、図６に示す例では、共振器内に入射したパルス数が０〜５０の間は、パルス数の増加に伴い増幅率は増大し、パルス数が５０以降においては、増幅率は一定の値に収束していることがわかる。
【０１１９】
次に、フィネスＦとビルドアップの関係について、具体的な例を挙げて説明する。例えば、図７に示すグラフｇ７３は、ビルドアップ期間ＴｂｕｉｌｄとフィネスＦとの間の関係を示す測定結果の一例を示している。図７に示す例では、励起レーザー光Ｌ３の周波数ｆＭＬＬＤ＝８５０［ＭＨｚ］とし、ビルドアップの閾値を８０［％］として比例定数ｋ＝４．５に設定した。
【０１２０】
図７に示すように、上記に（式５）で示したビルドアップ期間Ｔｂｕｉｌｄと、（式３）で示したフィネスＦとは比例関係にある。このことから、ビルドアップ期間Ｔｂｕｉｌｄは、フィネスＦと周波数ｆＭＬＬＤとに基づく係数Ｆ／ｆＭＬＬＤと比例関係にあることがわかる。
【０１２１】
図７に示す例において、励起レーザー光Ｌ３に対するフィネスＦ＝４３、励起レーザー光Ｌ３に対する係数Ｒ’＝０．９３とした場合に、当該励起レーザー光Ｌ３のビルドアップ時間ＴＬ３は、ＴＬ３＝３６［ｎｓ］となる。また、ＯＰＯレーザー光Ｌ４に対するフィネスＦ＝１５０、ＯＰＯレーザー光Ｌ４に対する係数Ｒ’＝０．９８とした場合には、当該ＯＰＯレーザー光Ｌ４のビルドアップ時間ＴＬ４は、ＴＬ４＝１２７［ｎｓ］となる。
【０１２２】
上記に示す結果から、図７に示す例におけるビルドアップ期間Ｔｂｕｉｌｄは、Ｔｂｕｉｌｄ＝ＴＬ３＋ＴＬ４＝１６３［ｎｓ］となる。
【０１２３】
以上、図７を参照しながら、ビルドアップ期間Ｔｂｕｉｌｄの算出方法について説明した。
【０１２４】
次に、図８を参照しながら、ビルドアップ期間Ｔｂｕｉｌｄに基づくパルスレーザー光の間欠発光の周波数ｆＳＯＡの制限について説明する。図８は、ビルドアップ期間Ｔｂｕｉｌｄに基づくパルスレーザー光の間欠発光の周波数ｆＳＯＡの制限について説明するための説明図である。
【０１２５】
図８において、参照符号ｇ７５は、パルスレーザー光を出射するためにレーザー光源から出射されたレーザー光を間欠発光するためのＳＯＡ駆動パルスを示している。ＳＯＡ駆動パルスｇ７５は、例えば、図１において、光増幅器部（ＳＯＡ部）１３１を駆動するＳＯＡドライバ４０に対して、後述する発光制御回路５００から供給される周波数ｆＳＯＡの駆動パルスに相当する
【０１２６】
ＳＯＡ駆動パルスｇ７５において、各パルスのオン状態の期間は、ＳＯＡ駆動パルスｇ７５のデューティー比をＤｕｔｙとした場合に、１／ｆＳＯＡ＊Ｄｕｔｙで示される。
【０１２７】
また、参照符号ｇ７７は、共振器内におけるＯＰＯレーザー光の光密度を模式的に示したものである。なお、ＯＰＯ光密度ｇ７７の縦方向は、ＯＰＯレーザー光の強度を示している。また、参照符号Ｔｂｕｉｌｄは、前述したビルドアップ期間を示しており、参照符号Ｔｅｆｆは、共振器内においてＯＰＯ変換に有効な時間を示している。
【０１２８】
例えば、ＳＯＡ駆動パルスｇ７５のデューティー比を５０％とした場合の、当該ＳＯＡ駆動パルスｇ７５の各パルスがオン状態となる期間をＴ５０とした場合には、ＯＰＯ変換に有効な時間Ｔｅｆｆ＝Ｔ５０−Ｔｂｕｉｌｄとなる。このとき、時間Ｔｅｆｆ＞０となる条件は、上述したＴｂｕｉｌｄを算出する式５により、以下に示す式６に基づき決定される。
【０１２９】
１／ｆＳＯＡ＊Ｄｕｔｙ＞Ｔｂｕｉｌｄ＝ｋ×１／２ｌｎ（１／Ｒ’）×（１／ｆＭＬＬＤ）
…（式６）
【０１３０】
なお、前述したように、比例定数ｋは、ビルドアップの閾値に依存して決定される比例定数であり、当該閾値が８０［％］の場合には、比例定数ｋ＝４．５となる。
【０１３１】
即ち、上記に示した式６に基づき、周波数ｆＳＯＡは、ビルドアップ期間Ｔｂｕｉｌｄによる制限から、以下に式７で示された条件に基づき設定される。なお、以下に示した式７が、「条件式２」に相当する。
【０１３２】
ｆＳＯＡ＜Ｄｕｔｙ／［ｋ×１／ｌｎ（１／Ｒ’）×（１／ｆＭＬＬＤ）］…（式７）
【０１３３】
以上、図８を参照しながら、ビルドアップ期間Ｔｂｕｉｌｄに基づくパルスレーザー光の間欠発光の周波数ｆＳＯＡの制限について説明した。
【０１３４】
以上説明したように、本実施形態に係るレーザー光発生装置１によれば、間欠的なレーザー光を出力するため、間欠運転を行わない場合と比較すると、平均電力は同じであるにも関わらず、発光している際のピークを高めることができる。また、間欠運転を行うことにより、高電力の負荷によるレーザーチップの発熱も抑えることができる。
【０１３５】
その一方で、パルスレーザー光の間欠発光の帯域が、閉ループサーボの対象とする帯域に干渉する場合には、パルスレーザー光の間欠発光が外乱となり、間欠発光の周波数ｆＳＯＡに制限が生じる。更に、ビルドアップ期間Ｔｂｕｉｌｄによっても間欠発光の周波数ｆＳＯＡに制限が生じる。本実施形態では、このような制約のもとで、間欠発光の周波数ｆＳＯＡを最適に調整することのできるシステムを提供する。
【０１３６】
＜５．本実施形態に係る顕微鏡システムの構成例＞
図９は、本実施形態に係る顕微鏡システムの構成例を示す模式図である。図９に示すように、本実施形態に係るシステムは、光源モジュール部４００、発光制御回路５００、二光子顕微鏡６００を有して構成される。光源モジュール４００は、図１で説明したレーザー光発生装置１に対応する。発光制御回路５００は、光源モジュール４００に対して周波数ｆＳＯＡの間欠発光パルス信号を供給する。間欠発光パルス信号は、上述したＳＯＡ駆動信号に相当し、ＳＯＡドライバ４０は、パルス波形の間欠発光パルス信号に基づき間欠駆動を行うことで、レーザー光Ｌ１を所定の周期でオン・オフし、パルスレーザー光Ｌ２を出力させる。
【０１３７】
顕微鏡６００は、上述したように、検出器（ＰＭＴ）１１０、及びガルバノミラー１２０，１３０を有している。また、顕微鏡６００は、検出器１１０から出力された電気信号が通過するローパスフィルタ（ＬＰＦ）６１０、ローパスフィルタ６１０から出力された信号をピクセル取得パルス信号に基づいてサンプリングしてピクセル描画信号を出力するＡ／Ｄ変換部（サンプリング部）６２０、発光時のサンプリング値を用いて非発光時の値を補間する補間部６３０を有している。なお、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６１０、Ａ／Ｄ変換部６２０、補間部６３０は、必ずしも顕微鏡６００自体に設られている必要はなく、他のユニット（例えば発光制御回路５００）に設けられていても良い。顕微鏡６００は、発光制御回路５００に対して走査・画像復元同期信号を供給する。発光制御回路５００は、発光インデックス信号を生成する発光インデックス信号生成部５１０を備え、顕微鏡６００に対して発光インデックス信号を供給する。後で詳細に説明するが、補間部６３０は発光インデックス信号に基づいて補間処理を行う。
【０１３８】
［５．１．顕微鏡の構成例］
次に、図１０に基づいて、顕微鏡６００の構成について説明する。図１０では、２種類のガルバノミラーを用いた共焦点蛍光顕微鏡の構成例を示している。顕微鏡６００は、対象サンプルＳに対して２つのガルバノミラーにより二次元にビーム走査を行なう。
【０１３９】
光源モジュール４００から射出された励起光は、レンズ等の光学系及び共役位置に設けられたピンホールを透過した後に、励起光を透過させるとともに蛍光を反射させるダイクロイックミラーを透過する。ダイクロイックミラーを透過した励起光は、レンズ等の光学系を透過し、測定サンプルのＸ方向の走査を制御するＸ方向ガルバノミラー６２０によりＸ座標が制御された後に、Ｙ方向の走査を制御するＹ方向ガルバノミラー６３０によりＹ座標が制御され、対物レンズにより測定サンプルＳ上の所望のＸＹ座標に集光される。
【０１４０】
測定サンプルから射出された蛍光は、Ｙ方向ガルバノミラー６３０及びＸ方向ガルバノミラー６２０によって反射されて励起光と同じ経路をたどり、ダイクロイックミラーによって反射される。ダイクロイックミラーにより反射された蛍光は、共役位置に設けられたピンホールを透過した後、光電子増倍管（ＰＭＴ）等の検出器６１０へと導光される。検出器６１０は、測定サンプルから励起した蛍光体を電気信号に変換する。この電気信号は、後述するピクセル取得パルスの周期に基づいて、サンプリングされる。
【０１４１】
ここで、測定サンプル上の集光位置を制御するために用いられる２つのガルバノミラーは、図１０に模式的に示したように、ミラーに回転軸が接続されたものである。ガルバノミラー６２０，６３０は、入力された電圧の大きさによって回転軸の回転量が制御され、ミラー面が向いている角度を高速かつ高精度に変更することができる。
【０１４２】
なお、図１０では一光子励起の場合を示している。二光子励起の場合、ガルバノミラーおよびピンホールを通す必要は無いので、測定サンプルから射出された蛍光を、対物レンズの後段に設けられた光電子増倍管（ＰＭＴ）等の検出器へと導光してもよい。
【０１４３】
図１０に示したようなレーザー走査型の顕微鏡では、２つのガルバノミラー６２０，６３０の動作方法の組み合わせにより、測定サンプルのＸＹ平面を走査する際の励起光の移動の仕方が異なることとなる。以下では、図１１を参照しながら、もっとも一般的な走査方式であるラスター・スキャン方式を利用した２次元画像の生成方法について説明する。ラスター・スキャン方式の場合は、水平方向にＸ方向のガルバノミラー６２０で走査し、折り返し近辺を除いた中心部で検出器６１０への戻り光をサンプリングして画像情報とする。
なお、以下の説明では、例えば図１１に示した座標系が定義された測定サンプルＳのサンプル平面において、Ｘ方向の走査を制御するガルバノミラー６２０の動作速度が、Ｙ方向の走査を制御するガルバノミラー６３０の動作速度よりも早いものとする。
【０１４４】
図１１上段に示した図は、サンプル平面の左上部位を走査のスタート地点とした場合に、ＸＹ方向にどのように励起光が移動するかを模式的に示したものである。
ラスター・スキャン方式では、図１１の測定サンプルＳのサンプル平面に示したように、Ｘ方向ガルバノミラー６２０が回転して励起光がサンプル平面の左端から右端に向けてＸ方向に移動している期間に、蛍光の検出（画像の取得）が行われる。ラスター・スキャン方式では、Ｘ方向ガルバノミラー６２０が動作している期間は、Ｙ方向ガルバノミラー６３０は静止している。
【０１４５】
基本的には、励起光がサンプル平面の右端まで到達すると、蛍光の検出は中断され、Ｘ方向ガルバノミラー６２０は左端に対応する位置まで回転軸の回転角を変更する。この期間、Ｙ方向ガルバノミラー６３０は、１ライン分だけＹ軸正方向にステップ移動する。このような動作をライン数だけ繰り返し、励起光がサンプル平面の右下まで到達すると、Ｘ方向ガルバノミラー６２０及びＹ方向ガルバノミラー６３０は、それぞれ回転軸を大きく回転させて走査のスタート地点に位置を戻すことで、１枚の２次元画像（フレーム）が生成されることとなる。
【０１４６】
このようなラスター・スキャン方式では、Ｘ方向ガルバノミラー６２０が動作している間はＹ方向ガルバノミラー６３０が静止しているため、生成される２次元画像を構成する単位（画像構成単位）の形状は、図１１上段に示したような長方形となる。
【０１４７】
図１１下段に示したグラフ図は、時間経過とともにＹ座標がどのように変化するかを示したタイミング・チャートである。１フレームの画像を得るために必要な時間をＴｆｒａｍｅとすると、この時間は、図１１下段のタイミング・チャートからも明らかなように、以下の式１１のように表される。ここで、下記式１１において、Ｔｓｃａｎは、走査周期を表しており、Ｎｙは、Ｙ方向のライン数を表しており、ＴＹ＿ａｌｌは、Ｙ方向の戻り時間を表している。
【０１４８】
Ｔｆｒａｍｅ＝（Ｔｓｃａｎ）×Ｎｙ＋ＴＹ＿ａｌｌ  ・・・（式１１）
【０１４９】
ここで、走査周期Ｔｓｃａｎと、有効走査時間Ｔｅｆｆ及び帰引時間Ｔｂａｃｋとの間には、以下の式１２で表される関係がある。また、Ｙ方向の戻り時間ＴＹ＿ａｌｌは、Ｙ方向の１ライン移動時間をＴｙと表すこととすると、以下の式１３のように表される。ここで、下記式１２における帰引時間Ｔｂａｃｋは、有効走査区間（例えば図１１上段のサンプル平面において、Ｘ方向の実線で示した区間）の終わりから次の周期の有効走査区間の始まりまでの移動に要する合計時間を表している。
【０１５０】
Ｔｅｆｆ＝Ｔｓｃａｎ−Ｔｂａｃｋ  ・・・（式１２）
ＴＹ＿ａｌｌ＝Ｔｙ×Ｎｙ  ・・・（式１３）
【０１５１】
例えば、Ｘ方向ガルバノミラー１２０の走査周波数Ｆｓｃａｎが、７．８ｋＨｚである場合を考える。この場合、走査周期Ｔｓｃａｎは、走査周波数Ｆｓｃａｎの逆数として表されるため、Ｔｓｃａｎ＝１／Ｆｓｃａｎ＝１．２８×１０−４秒となる。また、このガルバノミラーの有効走査時間Ｔｅｆｆが、走査効率に基づいて｛走査周期Ｔｓｃａｎ×（１／３）｝で表される場合、有効走査時間は、４．２７×１０−５秒となり、帰引時間Ｔｂａｃｋは、１．２８×１０−４−４．２７×１０−５＝８．５３×１０−５秒となる。
【０１５２】
また、Ｙ方向ガルバノミラー１３０におけるＹ方向の戻り時間Ｔｙが１×１０−６秒であり、Ｙ方向のライン数Ｎｙが５１２ラインであったとすると、上記式１１より、１フレームの撮影のために必要な時間Ｔｆｒａｍｅは、６．６２×１０−２秒となる。フレーム・レートは、Ｔｆｒａｍｅの逆数で表される値であるため、このような走査系では、Ｆｒａｍｅ＿ｒａｔｅ＝１５．１（ｆｒａｍｅ／ｓ）となる。
【０１５３】
図１１に示すラスター・スキャン方式では、図１１上段のサンプル平面に示したように、Ｘ方向ガルバノミラー６２０が回転して励起光がサンプル平面の左端から右端に向けてＸ方向に移動している期間において、有効走査時間Ｔｅｆｆの間だけ光源モジュール部４００を発光させる。つまり、Ｘ方向の往復スキャンのうち、画像を取得する有効走査期間Ｔｅｆｆのみ光源モジュール部４００をオンとし、有効走査期間Ｔｅｆｆ以外の期間、方向転換の期間は光源をＯＦＦとする。この際、光源モジュール部４００のオン／オフは、５０Ｈｚ〜１０ｋＨｚ程度の周波数で行われる。このため、上述したパルス波形Ｐ１による間欠駆動以外にも、有効走査期間Ｔｅｆｆのみ光源モジュール部４００を発光させるために周期的な発光が行われるため、レーザーの平均パワーを低下させてピークパワーを高めることが可能である。
【０１５４】
また、顕微鏡６００が画像取得モードでない場合には、光源モジュール部４００はオフとされる。この際、光増幅器部２４０をオフにすることで光源モジュール部４００をオフにしても良いし、ＭＬＬＤ自体をオフにしてもよい。
【０１５５】
図１２は、ラスター・スキャン方式により２次元画像が生成される様子を示す模式図である。上述したラスター・スキャン方式により、図１１の左側の図に示すように、１フレームがスキャンされる。顕微鏡６００では、スキャンした結果をピクセル単位の画像情報として復元する。図１１の右側の図は、復元したピクセル単位の画像情報を示している。一例として、顕微鏡６００は、ラスター・スキャン方式により検出器６１０がスキャンした結果をサンプリングし、縦５１２画素（ピクセル）×横５１２画素（ピクセル）の画像情報として復元する。各画素の信号強度は、Ｐ（ｉ，ｊ）として表すことができる。ここで、ｉはＸ座標、ｊはＹ座標を示している。
［５．２．走査と画像復元に用いられる同期信号］
【０１５６】
図１３〜図１５は、顕微鏡６００において、走査と画像復元に用いられる同期信号を示す模式図である。同期信号として、画像（ピクセル）同期信号（Ｐｉｘｅｌ）と、水平同期信号（Ｌｉｎｅ）と、垂直同期信号（Ｆｒａｍｅ）の３つの信号が用いられる。顕微鏡６００は、これらの同期信号に基づいて、上述した走査を行い、検出器６１０により蛍光を検出して画像復元を行う。
【０１５７】
ここで、図１３は、画像同期信号（Ｐｉｘｅｌ）と水平同期信号（Ｌｉｎｅ）を示している。画像同期信号（Ｐｉｘｅｌ）は、サンプリング及び復元時の各ピクセル信号に対応した信号である。図１３に示すように、１フレームの有効エリアが水平方向５１２ピクセル（＝ｉ）×垂直方向５１２ピクセル（＝ｊ）の場合、画像同期信号は、励起光がサンプル平面の左端から右端に向けてＸ方向に移動している間の各画素のスキャンに対応した５１２のパルスで構成される。従って、Ｍ画素同期信号が５１２パルス発生すると、１行のスキャンが終了する。
【０１５８】
また、水平同期信号（Ｌｉｎｅ）は、水平方向の有効エリアを示す同期信号であり、図１３に示すように、励起光がサンプル平面の左端から右端に向けてＸ方向に移動している期間がハイとなり、Ｙ方向に移動している間がローとなる。図１３に示すように、ｊ＝０の行のスキャンを例に挙げると、水平同期信号（Ｌｉｎｅ）がハイの間は時間の経過に伴ってＸ座標は線形に増加し、ｊ＝０の行のスキャンが終了すると、励起光がサンプル平面の左端の位置に戻る間は時間の経過に伴ってＸ座標が減少する。次のｊ＝１のスキャンが開始すると、時間の結果に伴って再びＸ座標は線形に増加する。１フレームの有効エリアが垂直方向に５１２ピクセルの場合、図１４に示すように、水平同期信号が５１２パルス発生すると１フレームが終了する。
【０１５９】
図１４は、垂直同期信号（Ｆｒａｍｅ（ｋ））を説明するための模式図である。ここで、ｋはフレーム番号を示している。図１４の左側の図に示すように、垂直同期信号（Ｆｒａｍｅ（ｋ））は、１フレームの走査が終了した時に終点Ｏ’から原点Ｏに戻るための信号である。１フレームの有効エリアが垂直方向に５１２ピクセルであるため、水平同期信号が５１２パルス発生すると１フレームが終了する。従って、垂直同期信号（Ｆｒａｍｅ（ｋ））は、水平同期信号が５１２パルス発生している間がハイとなり、１フレームの走査が終了し、次のフレームの走査が開始されるまでの間がローとなる。図１４の右側の図は、クレーム信号とＸ座標、Ｙ座標が時間の経過に伴って変化する様子を示している。フレーム信号がハイの間、Ｙ座標は１行の走査が終了する毎に増加していく。また、Ｘ座標は、１行が走査されている間は増加し、１行の走査が終了して次の行の走査が開始される間に減少する。
【０１６０】
図１５は、画像同期信号（Ｐｉｘｅｌ）と、水平同期信号（Ｌｉｎｅ）と、垂直同期信号（Ｆｒａｍｅ）をまとめて示す模式図である。図１５に示すように、垂直同期信号（Ｆｒａｍｅ（ｋ））の１パルスは、水平同期信号（Ｌｉｎｅ）の５１２パルスに相当する。また、水平同期信号（Ｌｉｎｅ）の１パルスは、画像同期信号（Ｐｉｘｅｌ）の５１２パルスに相当する。
【０１６１】
以上の画像（ピクセル）同期信号（Ｐｉｘｅｌ）、水平同期信号（Ｌｉｎｅ）、垂直同期信号（Ｆｒａｍｅ）は、顕微鏡６００から発光制御回路５００へ送られる。発光制御回路５００は、これらの同期信号に基づいて、間欠発光パルス信号を調整し、また、後述する発光インデックス信号を生成する。
【０１６２】
［５．３．間欠発光周期とサンプリング周期との関係］
次に、図１６〜図１８に基づいて、光源モジュール部４００と間欠発光周期とＡ／Ｄ変換部６２０がサンプリングするピクセル取得パルスの周期との関係について説明する。図１６〜図１８では、上から順に「サンプル蛍光能」、「照射パルス信号」、「ＰＭＴ信号」、「ＬＰＦ信号」、「ピクセル取得パルス信号」、「ピクセル描画信号」をそれぞれ示している。
【０１６３】
図１６〜図１８において、「サンプル蛍光能」は、サンプル（試料）の蛍光能を示しており、サンプルから実際に射出される蛍光体に相当する値を示している。「照射パルス信号」は、光源モジュール部４００を発光させるための間欠発光パルス信号を示している。一例として、「照射パルス信号」は１００［ｋＨｚ］である。間欠発光パルス信号の周期（Ｔｃｙｃｌｅ）と幅（Ｔｗｉｄｔｈ）を示している。「ＰＭＴ信号（ＰＭＴ  Ｓｉｇｎａｌ）」は、顕微鏡６００のＰＭＴ（検出器６１０）が検出した電気信号の強度を示している。図中に示すように、光源モジュール４００が発光していないタイミングでは、ＰＭＴ信号の値は０に近くなる。「ＬＰＦ信号」は、ＰＭＴ信号をＬＰＦ６１０に通過させた後の信号を示している。顕微鏡６００は、ＰＭＴ信号をＬＰＦ６１０に通過させてノイズ成分等を除去し、「ＬＰＦ信号」を得る。「ピクセル取得パルス信号」は、上述した画素同期信号に相当する。「ピクセル描画信号」は、Ａ／Ｄ変換部６２０が「ＬＰＦ信号」を画素同期信号のタイミングで検出（サンプリング）して得られた信号である。ピクセル描画信号は、図中の「○」印のタイミングで検出され、その値は次のピクセル描画信号が取得されるタイミングまで維持される。ピクセル描画信号に基づいて、図１２に示したように、各画素の描画（復元）が行われる。
【０１６４】
図１６は、照射パルス信号の周波数とピクセル取得パルス信号の周波数が一致している場合を示している。この場合、光源モジュール部４００による発光が行われたタイミングで検出器６１０への戻り光がサンプリングされるため、発光とサンプリングの周期にずれがなく、連続発光を行っている場合と同様に戻り光を検出することができる。
【０１６５】
図１７は、照射パルス信号の周波数とピクセル取得パルス信号の周波数が一致していない場合を示しており、ピクセル取得パルス信号が照射パルス信号の２倍の周期である場合を示している。この場合、ピクセル取得パルス信号の２回に１回は光源モジュール４００による発光タイミングに一致するが、光源モジュール部４００による発光が行われていないタイミングにおいても検出器６１０への戻り光がサンプリングされる。従って、ピクセル描画信号の２回に１回は値が“０”となり、いわゆる歯抜けした画像が取得される。
【０１６６】
図１８は、本実施形態に係る手法を示す模式図である。図１８においても、ピクセル取得パルス信号が照射パルス信号の２倍の周期である場合を示している。図１８では、図１７に対して「発光インデックス信号」が追加されている。「発光インデックス信号」は、照射パルス信号と同様の信号であり、間欠発光のタイミングを示す信号である。「発光インデックス信号」は、光源モジュール部４００において生成され、図９に示したように、発光制御部５００から顕微鏡６００へ送られる。
【０１６７】
図１８に示す本実施形態の手法では、光源モジュール部４００による発光が行われていないタイミング（図中の「△」印のタイミング）では、ピクセル描画信号が、その前後の発光が行われているタイミング（図中の「○」印のタイミング）のピクセル描画信号によって補間される。補間されたピクセル描画信号は、次に発光が行われるタイミングでピクセル描画信号が取得されるまで維持される。これにより、図１７のようにピクセル描画信号の２回に１回の値が“０”とされてしまうことがなく、いわゆる歯抜けした画像が取得されることがない。
【０１６８】
以上のような補間を行うため、顕微鏡６００は、発光制御部５００から送られた「発光インデックス信号」に基づいて発光タイミングを認識し、発光していないタイミングで取得したピクセル描画信号を発光しているタイミングで取得したピクセル描画信号によって補間する。これにより、間欠発光パルス信号（ＳＯＡ駆動信号）の周波数とピクセル取得パルス信号（画素同期信号）の周波数が一致していない場合であっても、歯抜けのないピクセル描画信号を得ることが可能となる。従って、間欠発光パルス信号に対してピクセル取得パルス信号を一致させる必要がなく、間欠発光パルス信号またはピクセル取得パルス信号の設定の自由度を高めることができる。
【０１６９】
［５．４．ピクセル描画信号の補間の具体例］
図１９は、本実施形態に係るピクセル描画信号の補間を具体的に示す模式図である。図１９においても、ピクセル取得パルス信号が照射パルス信号の２倍の場合を示している。図１９において、間欠発光パルス信号は、図１８の照射パルスに対応する。また、再生ピクセル信号は、図１８のピクセル描画信号に対応する。また、取得輝度：Ｐ（ｉ，ｊ，ｌ）は、各再生ピクセル信号に対応しており、ｉはＸ座標、ｊはＹ座標、ｌは発光インデックスを示している。
【０１７０】
図１９では、一例として、間欠発光パルス信号の周期Ｔｃｙｃｌｅ（＝１０μｓ）がピクセル取得パルス信号の周期Ｔｐｉｘｅｌ（＝５μｓ）の２倍の場合を示している。図１９では、励起光がサンプル平面の左端から右端に向けてＸ方向に移動している状態を示しており、各ピクセル取得パルス信号は画素の水平方向のＸ座標ｉに対応して取得される。ここで、Ｘ座標がｉ−２，ｉ，ｉ＋２に対応するピクセル取得パルスのタイミングでは、間欠発光パルス信号がハイであり、発光が行われる。一方、Ｘ座標がｉ−１，ｉ＋１に対応するピクセル取得パルス信号のタイミングでは、間欠発光パルスがローであり、発光は行われない。
【０１７１】
このため、Ｘ座標がｉ−１に対応するピクセル取得パルス信号によって取得された再生ピクセル信号は、本来その値は“０”であるが、Ｘ座標がｉ−２に対応するピクセル取得パルスで取得された再生ピクセル信号（Ｐ（ｉ−２，ｊ，０）＝１２０）と、Ｘ座標がｉに対応するピクセル取得パルス信号で取得された再生ピクセル信号（Ｐ（ｉ，ｊ，０）＝８０）と、によって補間される。同様に、Ｘ座標がｉ＋１に対応するピクセル取得パルス信号で取得された再生ピクセル信号は、本来その値は“０”であるが、Ｘ座標がｉに対応するピクセル取得パルス信号で取得された再生ピクセル信号（Ｐ（ｉ，ｊ，０）＝８０）と、Ｘ座標がｉ＋２に対応するピクセル取得パルス信号で取得された再生ピクセル信号（Ｐ（ｉ＋２，ｊ，０）＝８０）と、によって補間される。この際、補間部６４０は、発光制御部５００から送られた発光インデックス信号に基づいて、発光インデックス信号が“１”のタイミングで取得された再生ピクセル信号を発光インデックス信号が“０”のタイミングで取得された再生ピクセル信号によって補間する。
【０１７２】
図１９に示す補正処理後の輝度：Ｐ”（ｉ，ｊ，ｌ）は、補間処理後の再生ピクセル信号を示している。例えば、Ｘ座標がｉ−２に対応するピクセル取得パルスで取得された再生ピクセル信号の値（Ｐ（ｉ−２，ｊ，０））は“１２０”であり、Ｘ座標がｉに対応するピクセル取得パルスで取得された再生ピクセル信号の値（Ｐ（ｉ，ｊ，０））は“８０”であるため、Ｘ座標がｉ−１に対応するピクセル取得パルス信号に対応する補正後の再生ピクセル信号（Ｐ”（ｉ−１，ｊ，ｌ））は“１２０”と“８０”の間をとって“１００”となる。
【０１７３】
以上の手法による補間処理のルールは、以下の式で表すことができる。
Ｐ”（ｉ，ｊ，０）＝Ｐ（ｉ，ｊ，０）
Ｐ”（ｉ，ｊ，１）＝ａｖｅ（Ｐ（ｉ−１，ｊ，０），Ｐ（ｉ＋１，ｊ，０））
つまり、発光インデックスが１の再生ピクセル信号は、発光インデックスが０であるＸ方向の両隣の再生ピクセル信号の平均値となる。
【０１７４】
図２０は、間欠発光パルス信号の周期Ｔｃｙｃｌｅ（＝１０μｓ）がピクセル取得パルス信号の周期Ｔｐｉｘｅｌ（＝２μｓ）の５倍の場合を示している。この場合、発光インデックス信号は、０，１，２，３，４の５つの値をとる。発光インデックス信号が“０”のタイミングでは発光モジュール部４００による発光が行われ、再生ピクセル信号の補間処理は行われない。一方、発光インデックス信号が１，２，３，４のタイミングでは、発光インデックス信号の値に応じた補間処理が行われる。具体的には、発光インデックス信号の値１，２，３，４に応じて、発光インデックス信号が“０”のタイミングの再生ピクセルを比例配分して補間処理を行う。例えば、Ｘ座標がｉに対応するピクセル取得パルス信号で取得された再生ピクセル信号Ｐ（ｉ，ｊ，０）の値は“７０”であり、Ｘ座標がｉ＋５対応するピクセル取得パルス信号で取得された再生ピクセル信号Ｐ（ｉ＋５，ｊ，０）の値は“４５”であるため、Ｘ座標がｉ＋１に対応するピクセル取得パルス信号に対応する補正後の再生ピクセル信号（Ｐ”（ｉ＋１，ｊ，１））は、発光インデックスの値１に応じて、“１２０”と“４５”を比例配分した値（＝（４／５）×７０＋（１／５）×４５）とされる。
【０１７５】
以上の手法による補間処理のルールは、以下の式で表すことができる。
Ｐ”（ｉ，ｊ，０）＝Ｐ（ｉ，ｊ，０）
Ｐ”（ｉ＋１,ｊ，１）＝４／５＊Ｐ（ｉ,ｊ，０）＋１／５＊Ｐ（ｉ＋５,ｊ，０）
Ｐ”（ｉ＋２,ｊ，２）＝３／５＊Ｐ（ｉ,ｊ，０）＋２／５＊Ｐ（ｉ＋５,ｊ，０）
Ｐ”（ｉ＋３,ｊ，３）＝２／５＊Ｐ（ｉ,ｊ，０）＋３／５＊Ｐ（ｉ＋５,ｊ，０）
Ｐ”（ｉ＋４,ｊ，４）＝１／５＊Ｐ（ｉ,ｊ，０）＋４／５＊Ｐ（ｉ＋５,ｊ，０）
Ｐ”（ｉ−１,ｊ，１）＝４／５＊Ｐ（ｉ,ｊ，０）＋１／５＊Ｐ（ｉ−５,ｊ，０）
Ｐ”（ｉ−２,ｊ，２）＝３／５＊Ｐ（ｉ,ｊ，０）＋２／５＊Ｐ（ｉ−５,ｊ，０）
Ｐ”（ｉ−３,ｊ，３）＝２／５＊Ｐ（ｉ,ｊ，０）＋３／５＊Ｐ（ｉ−５,ｊ，０）
Ｐ”（ｉ−４,ｊ，４）＝１／５＊Ｐ（ｉ,ｊ，０）＋４／５＊Ｐ（ｉ−５,ｊ，０）
【０１７６】
次に、間欠発光パルス信号の周波数とピクセル取得パルス信号の周波数が一致していない場合に、間欠発光パルス信号を最適に調整する手法について説明する。図２１は、パルスパターンの生成アルゴリズムを示す模式図である。
【０１７７】
先ず、前提条件として、上述したように、ＶＣＭサーボエラー信号生成のための間欠パルス幅の制約、及び、レーザー光源１１１を半導体レーザーを用いたＭＯＰＡ型光源とした場合の熱限界による電力の制約から、間欠発光パルス信号において、Ｔｃｙｃｌｅ＝１０μｓ、Ｔｗｉｄｔｈ＝２．５μｓ、Ｄｕｔｙ＝２５％とする。
【０１７８】
そして、このパルスパターンの生成アルゴリズムでは、Ｔｐｉｘｅｌ≧Ｔｃｙｃｌｅの場合は、Ｔｐｉｘｅｌ×ｎ＝Ｔｃｙｃｌｅとする。一方、Ｔｐｉｘｅｌ＜Ｔｃｙｃｌｅの場合は、Ｔｐｉｘｅｌ＝Ｔｃｙｃｌｅ×ｍとする。ここで、ｍ，ｎは整数である。
【０１７９】
具体的には、図２１に示すようなテーブルを基にパルスパターンを生成することができる。図２１のパルスパターン生成テーブルに示すように、Ｔｐｉｘｅｌ＜Ｔｃｙｃｌｅの場合は、Ｔｐｉｘｅｌを２μｓとし、ｎの値を５とする。または、Ｔｐｉｘｅｌを５μｓとし、ｎの値を２とする。この場合は、上述した補間処理を行うことでピクセル描画信号を取得することができる。また、Ｔｐｉｘｅｌが１０μｓの場合は、ＴｐｉｘｅｌとＴｃｙｃｌｅが一致するため、連続発光の場合と同様にピクセル描画信号を取得することができる。
【０１８０】
また、Ｔｐｉｘｅｌ＞Ｔｃｙｃｌｅの場合は、Ｔｐｉｘｅｌを２０μｓ，４０μｓ，８０μｓ，１００μｓ，２００μｓとし、ｍの値をそれぞれ２，４，８，１０，２０とする。この場合もピクセル描画信号を取得するタイミングでは常に発光が行われているため、連続発光の場合と同様にピクセル描画信号を取得することができる。
［５．５．本実施形態に係るパルスパターン生成アルゴリズム］
【０１８１】
次に、図２１で説明した係数ｍ，ｎが整数にならない場合について説明する。図２２は、間欠発光パルス信号の周期Ｔｃｙｃｌｅ（＝１０μｓ）がピクセル取得パルス信号の周期Ｔｐｉｘｅｌ（＝４μｓ）の２．５倍の場合を示している。この場合、ピクセル取得パルス信号の２．５パルス毎に間欠発光が行われるため、蛍光取得のサンプリングの同期タイミングが発光タイミングの最適点と一致しない状態となってしまう。図２２では、ピクセル取得パルスの立下りポイントでサンプリングを行った場合を示している。この場合、特に図中に●で示したタイミングでは、蛍光取得のサンプリングの同期タイミングが発光タイミングの最適点と一致しない状態となってしまう。
【０１８２】
このため、図２２に示すような場合は、Ｔｃｙｃｌｅを制限の範囲内で変更する。図２３は、この場合のパルスパターン生成アルゴリズムを示す模式図である。パルスパターンの生成ルールとして、Ｔｃｙｃｌｅを７．５μｓ〜１２．５μｓ、Ｔｗｉｄｔｈ＞２ｕｓ、Ｄｕｔｙ＝２５％とする。つまり、係数ｍ，ｎが整数にならない場合の生成ルールとして、Ｔｃｙｃｌｅを７．５μｓ〜１２．５μｓの範囲で変更可能とする。また、Ｔｗｉｄｔｈは２μｓより大きい範囲で変更可能とする。Ｄｕｔｙについては２５％とする。
【０１８３】
例えば、図２２の場合、Ｔｐｉｘｅｌ＝４μｓとして、Ｔｗｉｄｔｈを２μｓ、Ｔｃｙｃｌｅを８μｓとする（図２３に示す変更例Ａ）。これにより、ｎ＝２となり、ＴｃｙｃｌｅをＴｐｉｘｅｌの整数倍とすることができる。この場合、Ｔｐｉｘｅｌ＜Ｔｃｙｃｌｅであるため、補間処理を行う。
【０１８４】
また、図２４は、ピクセル取得パルスの周期Ｔｐｉｘｅｌ（＝１２．５μｓ）が間欠発光パルスの周期Ｔｃｙｃｌｅ（＝１０μｓ）の１．２５倍の場合を示している。この場合ピクセル取得パルス信号のタイミングに同期してパルス発光するよう間欠発光パルス信号を生成するとＤｕｔｙが５μｓ／１２．５μｓ＝４０％となり、Ｄｕｔｙの制限である２５％を超えてしまう。
【０１８５】
このため、図２４に示すような場合は、Ｔｐｉｘｅｌ＝１２．５μｓとし、Ｔｗｉｄｔｈを３．１２５μｓ、Ｔｃｙｃｌｅを１２．５μｓとする（図２３に示す変更例Ｂ）。これにより、図２３に示すように、ｎ＝１となり、ＴｃｙｃｌｅをＴｐｉｘｅｌに一致させることができる。この場合、補間処理は不要である。
【０１８６】
以上のように本実施形態によれば、ＴｐｉｘｅｌとＴｃｙｃｌｅが一致しておらず、係数ｍ，ｎが整数でない場合は、Ｔｃｙｃｌｅ、Ｔｗｉｄｔｈを制限の範囲内で変更することにより、係数ｍ，ｎを整数とすることができる。また、Ｔｐｉｘｅｌ＜Ｔｃｙｃｌｅの場合は、補間処理を行うことで、発光していないタイミングでピクセル描画信号が低下してしまうことを抑止でき、いわゆる歯抜けの画像となることを抑止できる。また、Ｔｐｉｘｅｌ＞Ｔｃｙｃｌｅの場合は、ピクセル描画信号を取得するタイミングでは常に発光が行われているため、連続発光の場合と同様にピクセル描画信号を取得することができる。
【０１８７】
［５．６．発光制御回路の構成例］
図２５は、本実施形態に係る処理を実現するための発光制御回路５００の構成を示す模式図である。発光制御回路５００は、エッジ検出部５１０、間欠発光パルス信号検出部５２０、パルスパターン生成部５３０、間欠発光パルス出力部５４０、発光インデックス信号出力部５５０、パルスパターンテーブル５６０、補間処理テーブル５７０、を有して構成されている。
【０１８８】
エッジ検出部５１０には、画素同期信号が入力される。間欠発光信号検出部５２０は、間欠発光信号のＴｗｉｄｔｈとＴｃｙｃｌｅを検出する。パルスパターン生成部５３０は、間欠発光パルス信号と画素同期信号（ピクセル取得パルス信号）のパルスパターンを生成する。パルスパターンテーブル５６０は、図２１、図２３のパルスパターン生成テーブルに相当し、パルスパターン調整部５３０は、パルスパターンテーブル５６０を参照して間欠発光信号と画素同期信号のパルスパターンを生成する。間欠発光パルス出力部５４０は、パルスパターン生成部５３０が生成した間欠発光パルス信号を光源モジュール部４００へ出力する。間欠発光パルス信号を受け取った光源モジュール部４００は、間欠発光パルス信号に基づいて発光のオン・オフを制御する。
【０１８９】
また、補間処理テーブル５７０は、上述した補間処理のルールを保持しており、補間処理テーブル５７０には水平同期信号Ｌｉｎｅと垂直同期信号Ｆｒａｍｅが入力される。パルスパターン生成部５３０は、Ｔｐｉｘｅｌ＜Ｔｃｙｃｌｅの場合は、上述した補間処理のルールに従って発光インデックス信号を生成する。発光インデックス信号出力部５５０は、発光インデックス信号を顕微鏡６００へ出力する。
【０１９０】
発光インデックス信号ｌは、図１９、図２０に示したように、ピクセル取得パルス信号（画素同期信号Ｐｉｘｅｌ）のＸ座標、Ｙ座標と紐付けられる。顕微鏡６００の補間部６４０では、ＸＹ座標と発光インデックス信号との組み合わせ（ｉ，ｊ，ｌ）に基づいて、ピクセル描画信号を補間処理することができる。
【０１９１】
以上のように、本実施形態のシステムによれば、画素同期信号と間欠発光パルス信号を最適に調整することができる。これにより、ユーザは、画素同期信号を所望の値に調整することができ、画像復元の際のフレームレートを自由に設定することができる。例えば、試料の画像を詳細に撮る前に、観察する場所を決定するため、若しくは焦点を合わるために、素早く試料全体の状態を把握したい場合が生じる。このような場合、間欠発光パルス信号の周期よりも画素同期信号の周期を小さくし、間引き状態でピクセル描画信号を取得することで、試料全体の状態を短時間で確認することができる。これにより、例えば１光子で全体を観察した後、２光子で詳細な画像を得る場合と比較して、試料に生じるダメージを確実に抑止することができる。また、間引き状態でピクセル描画信号を取得した場合においても、補間処理を行うことで、取得したピクセル描画信号にいわゆる歯抜けの状態が生じてしまうことを確実に抑止できる。
【０１９２】
図２６は、発光制御回路５００による間欠発光パルス信号の生成において、顕微鏡６００から同期信号が得られない場合に、ＶＣＭサーボや光源の状態が安定になるように、発光制御回路５００が信号を生成する例を示す模式図である。この場合、タイミングジェネレータのマスタクロックに基づいて、ＳＯＡタイミングパルスを発生させ、ＳＯＡタイミングパルスの幅を制御することで間欠発光パルス信号を生成する。
【０１９３】
［５．９．補間処理の他の例］
図２７は、垂直方向のスキャンスピード（Ｙスキャンステップ距離Ｙｓ）を速めることで、水平方向と同程度に解像度を落とし、画像再現時に補間処理する例を示す模式図である。上述した実施形態では、水平方向のスキャンにおいて、各画素の画素値を補間するようにしたが、図２７では、水平同期信号を間引くことで、垂直方向でスキャンする行数を減らす例を示している。図２７に示すように、右側に示すスキャンでは左側に示すスキャンに対して垂直方向でスキャンする行数を１／２に減らしている。この場合、ピクセル描画信号をスキャンしなかった行については、Ｙ方向に隣接するピクセル描画信号から補間を行う。補間処理ルールを以下に示す。ここで、発光インデックスが“１”の場合は、非発光でありスキャンが行われなかったことを示している。
Ｐ”（ｉ,ｊ，０）＝Ｐ（ｉ,ｊ，０）
Ｐ”（ｉ,ｊ，１）＝ａｖｅ（Ｐ（ｉ,ｊ−１,０）,Ｐ（Ｉ,ｊ＋１，０））
【０１９４】
図２８は、Ｘ方向でピクセル描画信号を取得するタイミングを間引く場合に、発光する画素が千鳥状に配置した場合を示す模式図である。ここでは、間欠発光パルス信号の周期がピクセル取得パルス信号の４倍である場合を示している。図２８では、１画素に対応するスキャン領域を円形で示しており、隣接するスキャン領域の周囲が重なるようにスキャンする領域の大きさ（円の直径）が設定されている。ここで、図２８の左側に示す例は、Ｙ座標が変わっても発光させるＸ座標を一致させた例を示している。一方、図２８の右側に示す例は、発光させるＸ座標を、隣接する行で発光させたＸ座標の中間とし、発光させるＸ座標を千鳥状に配置している。この場合の補間処理ルールを以下に示す。発光させる画素からの距離に応じて補間処理を行う。
Ｐ”（ｉ＋２,ｊ，２）＝１／６＊Ｐ（ｉ,ｊ，０）＋１／６＊Ｐ（ｉ＋５,ｊ，０），１／３＊Ｐ（ｉ＋２,ｊ−,０１）＋１／３＊Ｐ（ｉ＋２,ｊ＋１，０）
なお、図２８の上段の図は、スキャンの順番に応じてスキャン領域が重なるように図示したものであり。図２８の下段の図は、発光したスキャン領域が非発光のスキャン領域よりも上になるように図示したものである。
【０１９５】
以上説明したように本実施形態によれば、間欠発光パルス信号の周期とサンプリングのためのピクセル取得パルス信号の周期が一致しない場合は、パルスパターン生成アルゴリズムによって最適に調整を行うことができる。また、間欠発光パルス信号の周期がピクセル取得パルス信号の周期の整数倍である場合は、補間処理を行うことで、非発光時のピクセル描画信号を精度良く取得することが可能となる。
【０１９６】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１９７】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【０１９８】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）  レーザー光を出射する出射部と、
前記出射部から出射されるレーザー光を間欠発光させる発光部と、
間欠発光された前記レーザー光を受けて対象物から励起した蛍光体を電気信号に変換する検出器と、
前記電気信号を所定の同期信号に基づいてサンプリングするサンプリング部と、
前記同期信号に基づいて前記発光部による前記間欠発光の発光パターンを制御する発光パターン制御部と、
を備える、走査型顕微鏡システム。
（２）  前記間欠発光の発光時に前記サンプリング部がサンプリングして得られたサンプリング値を用いて前記間欠発光の非発光時のサンプリング値を補間する補間部を備える、前記（１）に記載の走査型顕微鏡システム。
（３）  前記補間部は、前記間欠発光の周期が前記同期信号の周期よりも長い場合に前記補間を行う、前記（２）に記載の走査型顕微鏡システム。
（４）  前記間欠発光のタイミングと前記同期信号との関係を示す発光インデックス信号を生成する発光インデックス生成部を備え、
前記補間部は、前記発光インデックス信号に基づいて補間を行う、前記（２）に記載の走査型顕微鏡システム。
（５）  前記発光部により間欠発光された前記レーザー光を試料表面に沿った行方向及び列方向へ走査する走査駆動部を備え、
前記補間部は、前記走査駆動部が走査する任意の１の行において、発光時に得られた前記サンプリング値を用いて非発光時のサンプリング値を補間する、前記（２）に記載の走査型顕微鏡システム。
（６）  前記発光部により間欠発光された前記レーザー光を試料表面に沿った行方向及び列方向へ走査する走査駆動部を備え、
前記補間部は、前記走査駆動部が走査する複数の行において発光時に得られた前記サンプリング値を用いて、前記複数の行の範囲に含まれる任意の行の非発光時の値を補間する、前記（２）に記載の走査型顕微鏡システム。
（７）  前記発光パターン制御部は、前記間欠発光の周期が前記同期信号の周期の整数倍となるように前記間欠発光の発光パターンを制御する、前記（１）〜（６）のいずれかに記載の走査型顕微鏡システム。
（８）  前記発光パターン制御部は、前記同期信号の周期が前記間欠発光の周期の整数倍となるように前記間欠発光の発光パターンを制御する、前記（１）〜（６）のいずれかに記載の走査型顕微鏡システム。
（９）  前記発光パターン制御部は、前記間欠発光の周期及び前記間欠発光のパルス幅を制御する、前記（１）〜（８）のいずれかに記載の走査型顕微鏡システム。
（１０）  前記発光パターン制御部は、前記間欠発光の周期と、前記間欠発光のパルス幅と、前記間欠発光の発光タイミングのデューティ比と、前記同期信号の周期との関係を規定したテーブルに基づいて、前記間欠発光の発光パターンを制御する、前記（１）〜（９）のいずれかにに記載の走査型顕微鏡システム。
（１１）  レーザー光を出射することと、
出射されるレーザー光を間欠発光させることと、
間欠発光された前記レーザー光を受けて対象物から励起した蛍光体を電気信号に変換することと、
前記電気信号を所定の同期信号に基づいてサンプリングすることと、
前記同期信号に基づいて前記間欠発光の発光パターンを制御することと、
を備える、走査型顕微鏡システムの制御方法。
【符号の説明】
【０１９９】
４００    光源モジュール部
１１０    検出器
１１１    レーザー光源
１３１    光増幅器部
５００    発光制御回路
６２０    Ａ／Ｄ変換部
【図１】
2015230453.tif 000003
【図２】
2015230453.tif 000004
【図３】
2015230453.tif 000005
【図４】
2015230453.tif 000006
【図５】
2015230453.tif 000007
【図６】
2015230453.tif 000008
【図７】
2015230453.tif 000009
【図８】
2015230453.tif 000010
【図９】
2015230453.tif 000011
【図１０】
2015230453.tif 000012
【図１１】
2015230453.tif 000013
【図１２】
2015230453.tif 000014
【図１３】
2015230453.tif 000015
【図１４】
2015230453.tif 000016
【図１５】
2015230453.tif 000017
【図１６】
2015230453.tif 000018
【図１７】
2015230453.tif 000019
【図１８】
2015230453.tif 000020
【図１９】
2015230453.tif 000021
【図２０】
2015230453.tif 000022
【図２１】
2015230453.tif 000023
【図２２】
2015230453.tif 000024
【図２３】
2015230453.tif 000025
【図２４】
2015230453.tif 000026
【図２５】
2015230453.tif 000027
【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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