(57)【要約】      （修正有）【課題】  画像の再現性に優れ、且つ低価格化も可能な電子カメラ及び走査レーザ顕微鏡を提供する。【解決手段】選択した少なくとも１つの波長を有する光を用い試料を照射し、反射光あるいは透過光を電子カメラにより撮影した画像と、前記照射光とは別の波長を有する光を用い、前記試料を照射し、光の反射光あるいは透過光を前記電子カメラにより撮影した画像とを用い、前記試料を観察する電子カメラ、及び走査レーザビームの前記試料上における時間当りパワーを一定に制御するため、前記走査レーザビームを変調する変調器と、前記レーザビームを走査するアクチュエータを駆動するパルス発生器と、前記アクチュエータが走査する前記レーザビームの走査速度を推定する推定器と、前記変調器に前記推定器の出力である走査速度を入力し、前記変調器から出力される前記レーザビームをパルス幅変調、パルス周波数変調あるいはパルス振幅変調する走査レーザ顕微鏡。【選択図】      図１
2005315574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を観察するための光学系により観察された画像を電気信号に変換し、前記電気信号をデジタル信号に変換後、メモリ装置に取り込む電子カメラにおいて、観察の対象である前記試料に照射するための複数の光の波長を選択可能にした上、前記選択した少なくとも１つの波長を有する光を用い、前記試料を照射し、前記試料を照射した光の反射光あるいは透過光を前記電子カメラにより撮影した画像と、前記照射光とは別の波長を有する光を用い、前記試料を照射し、前記試料を照射した光の反射光あるいは透過光を前記電子カメラにより撮影した画像を用い、前記試料を観察することを特徴とする電子カメラ。
【請求項２】
試料を観察するための光学系により観察された画像を取り込む前記電子カメラにおいて、観察の対象である前記試料に照射するための光の波長を選択可能にした上、前記選択した第１の波長を有する光を用い、前記電子カメラの走査を行い、次に第２の波長を持つ光を照射し、走査を行い、次に第３の波長を持つ光を照射し、同じく走査を行い、前記電子カメラによりメモリ装置に画像を取り込み、前記メモリ装置に取り込まれたデジタル化された画像を、前記メモリ装置から読み出し、表示装置に転送し画像を表示することを特徴とする電子カメラ。
【請求項３】
観察試料に光を照射するための光源として、光半導体を用いた白色のＬＥＤを用い、前記白色ＬＥＤをＲＧＢの３色から構成した上で、前記ＲＧＢの各色を選択的に切り替えて照射することを特徴とする請求項１記載の電子カメラ。
【請求項４】
観察試料に光を照射するための光源として、少なくとも波長の異なる３種類のレーザを用い、前記３種類のレーザ出力光をコリメーティングレンズにより平行光に変換後、ビームスプリッタに入射し、３種類の出力光を混合した後、前記試料を照射することを特徴とする請求項１記載の電子カメラ。
【請求項５】
前記電子カメラにおいて、前記レーザ光を選択的に切り替えて照射することを特徴とする請求項４記載の電子カメラ。
【請求項６】
観察試料に光を照射するための光源として、光半導体を用いた白色のＬＥＤあるいはレーザ光源による白色光源を用い、前記白色光源をＲＧＢの３色から構成した上で、前記ＲＧＢの光源を同時に点灯し、試料を観察するための光学系により観察された画像のフォーカス調整を行い、フォーカス調整が完了後、前記ＲＧＢの各色を選択的に切り替えて照射することを特徴とする請求項１記載の電子カメラ。
【請求項７】
異なる波長の光を発するＬＥＤまたはレーザに供給する電流値を個別に調整可能にし、受光するＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサーの波長感度差を補正することを特徴とする請求項１記載の電子カメラ。
【請求項８】
試料をレーザから照射したビームスポットにより走査し、走査したレーザビームスポットの反射光あるいは透過光を観察する走査レーザ顕微鏡において、走査レーザビームの前記試料上における時間当りパワーを一定に制御するため、前記走査レーザビームを変調する変調器と、前記レーザビームを走査するアクチュエータを駆動するパルス発生器と、前記アクチュエータが走査する前記レーザビームの走査速度を推定する推定器と、前記変調器に前記推定器の出力である走査速度を入力し、前記変調器から出力される前記レーザビームをパルス幅変調、パルス周波数変調あるいはパルス振幅変調することを特徴とする走査レーザ顕微鏡。
【請求項９】
前記変調器から出力されるレーザビームパルス幅あるいはパルス高さが、レーザビーム走査時において、前記アクチュエータの走査速度に比例することを特徴とする走査レーザ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源にレーザあるいはＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などの発光素子を用い、光源の波長を変えて試料を照射し、波長の種類に応じて試料から反射あるいは試料を透過する光を、別のメモリ装置に入力する電子カメラあるいは、光源を振幅変調または光源からの光ビームにより試料を走査し、受光素子としてＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ），ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサーを有する電子カメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の顕微鏡用カラーＣＣＤカメラ（電子カメラ）を用いた撮像装置は、ＣＣＤに入射される光を光学的なカラーフィルタを用い、カラー信号と輝度信号に分離し、例えばＲＧＢ信号（赤、緑、青を表す信号）を得ていた。
このためＣＣＤを複数個使用したり、あるいはＣＣＤの入射面にカラーフィルタを設けていたため、所定の解像度を得るためには、画素数の多いＣＣＤを用いる必要があった。
また、ＣＣＤの入射面にカラーフィルタをＣＣＤのピクセルに合わせて設けたときには、輝度情報と色情報を得るためのピクセル位置が異なり、被写体の画像を忠実に再現することができない問題があった。このため、高忠実度の必要な医療画像の分野にはＣＣＤを３個使用し、各々のＣＣＤの入射面にＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタを設け、色情報を別々に検出し、それらを合成しカラー画像を得ていた。しかしこの時には、３個のＣＣＤ間の位置精度が要求され、高精度の位置合わせが必要でかつ、位置合わせがずれた時には、画像の再現性に問題が生じていた。また、試料を照射する光をレーザ光から放射される光ビームを利用した時には、レーザビームを走査する光学系が複雑高価となり普及を妨げていた。
【０００３】
図１１は、従来の電子カメラを用いた撮像装置を図示する。
撮像用のレンズの後に３色分解プリズムを設け、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色に分割する。各光線の結像位置に同一サイズのＣＣＤを設けることによりＲ，Ｇ，Ｂの信号が得られる。
図１１において、１１０１は観測する対象の試料、１１０２は光源で、通常白熱電球などが使用される。そして１１０３の集光レンズにより平行光に変換され１１０４のビームスプリッタ１を経由し１１０５の対物レンズで試料を照射する。
照射された試料の反射光は１１０４のビームスプリッタ１を経由し、１１０６の結像レンズ、１１０７のビームスプリッタ２を経て１１１４の電子カメラ部に供給される。１１１４の電子カメラにおいて、１１０９は入射した光から赤色（Ｒ）を１１１０のＣＣＤ１に与えるビームスプリッタ３であり、１１１１は同じく１１１２のＣＣＤ２に青色（Ｂ）を与え、１１１３のＣＣＤ３には緑色（Ｇ）を供給するビームスプリッタ４を示している。各ＣＣＤから得られた信号は別々に処理され、最終的には標準方式の信号（ＲＧＢ，あるいはＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）などとして利用される。また試料にレーザビームを走査し照射するレーザ走査顕微鏡においては、例えばマイクロアレイレンズを有するディスクを回転させ、レーザビームスポットにより試料を走査する機構を有しており、非常に高い精度が要求されていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の方式は色分解に用いるビームスプリッタが高価であり、ＣＣＤ間の位置決めのための機構精度を高くし、光学画像の結像位置に正確にＣＣＤを置くことが必要である。もし位置合わせがずれた時には、対象となる試料の画像が、図１１におけるＣＣＤ１，２，３の出力において、位置ズレを起こすため、問題が生じていた。またＣＣＤを３個用いることが必要であり、も高価になっていた。さらに光源として走査型レーザを用いる場合には、全体の構造が複雑になり、非常に高価なものであった。
本発明の課題は、画像の再現性に優れ、且つ低価格化も可能な電子カメラ及び走査レーザ顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は以下の発明に係る。
１．試料を観察するための光学系により観察された画像を電気信号に変換し、前記電気信号をデジタル信号に変換後、メモリ装置に取り込む電子カメラにおいて、観察の対象である前記試料に照射するための複数の光の波長を選択可能にした上、前記選択した少なくとも１つの波長を有する光を用い、前記試料を照射し、前記試料を照射した光の反射光あるいは透過光を前記電子カメラにより撮影した画像と、前記照射光とは別の波長を有する光を用い、前記試料を照射し、前記試料を照射した光の反射光あるいは透過光を前記電子カメラにより撮影した画像を用い、前記試料を観察することを特徴とする電子カメラ。
２．試料をレーザから照射したビームスポットにより走査し、走査したレーザビームスポットの反射光あるいは透過光を観察する走査レーザ顕微鏡において、走査レーザビームの前記試料上における時間当りパワーを一定に制御するため、前記走査レーザビームを変調する変調器と、前記レーザビームを走査するアクチュエータを駆動するパルス発生器と、前記アクチュエータが走査する前記レーザビームの走査速度を推定する推定器と、前記変調器に前記推定器の出力である走査速度を入力し、前記変調器から出力される前記レーザビームをパルス幅変調、パルス周波数変調あるいはパルス振幅変調することを特徴とする走査レーザ顕微鏡。
【発明の効果】
【０００６】
波長の異なる光源を試料に順次点灯し照射し、同一のＣＣＤカメラあるいはＣＭＯＳセンサーに反射光あるいは透過光を取り込み、波長ごとに異なるメモリに入力し、観察できるようにしたため、波長の異なる光を照射し得られた画像間の位置ズレが生じない。また波長ごとに異なる光学フィルタを用いる必要もないため、価格を低下させることも出来る。
レーザを光源として用いた場合には、レーザ光源の波長広がりが小さいため、色の純度がＬＥＤに比べて大幅に向上するため、得られる画像の質が改善される。
さらに、レーザビームをスポット状にフォーカスし、走査したレーザ顕微鏡においては、従来のレーザ顕微鏡と比べて構成を簡単にすることができる。このときレーザビーム出力をパルス間隔（パルス周波数）あるいはパルス幅、またはパルス振幅変調するため、走査されたレーザビームの試料上における単位時間当たりの照射エネルギーが一定に制御できる。その結果反射光あるいは透過光を検出した画像の輝度が一定となり、かつ試料に損傷を与えることもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の請求項１に記載の発明は、被写体を照射する光源の波長を変化させ波長ごとに被写体の撮影画像を取り込む電子カメラを開示している。
ここで提案する電子カメラは、被写体を観察するための光学系により観察された画像を電気信号に変換し、前記電気信号をデジタル信号に変換後、メモリ装置に取り込む構成を有するものである。
【０００８】
光源の波長を変化させて、例えばＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）色の各波長を有する光により被写体を順次照射し、Ｒの波長により被写体を照射したときに得られる画像から画像Ｒを、Ｇの波長により被写体を照射したときに得られる画像から画像Ｇを、Ｂの波長により被写体を照射したときに得られる画像から画像Ｂを撮影する。そして撮影した画像を各々画像メモリに蓄積し、蓄積した画像を、ディスプレイに表示できる標準画像フォーマットに変換した後、観察する。本発明においては、光学画像を電子画像に変換するためのＣＣＤなどの撮像デバイスが１つあればよく、また光学画像を色信号情報に変換するための光学フィルタも不要であり、非常に簡単な構成でカラー画像が得られるという作用を有する。
【０００９】
また、本発明の請求項８に記載の発明は、試料に走査レーザビームを照射する走査レーザ顕微鏡において、レーザと絞りレンズを一体構成にしたレーザ光照射ブロックを設け、試料に照射するビームスポットをアクチュエータにより走査するようにしたため、簡単な構成で走査レーザ顕微鏡を実現することを可能にした。
【実施例】
【００１０】
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施例について、図面とともに記載する。
以下、図１、図２、図３及び図４を用いて、本発明の第１の実施例を説明する。図１は試料が反射した光をＣＣＤカメラにより撮影するためのブロック図を示したものである。
【００１１】
図１において、１０１は同期信号発生器で、図３に示すタイミングにより、フレーム同期信号を発生する。フレーム同期信号は１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃに示すＬＥＤまたはレーザ駆動アンプに入力され１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃに示す赤色ＬＥＤ（Ｒ）、緑色ＬＥＤ（Ｇ）、青色ＬＥＤ（Ｂ）を点灯する。各ＬＥＤは試料１０５を照射する。点灯するタイミングは図３に示すように、３０１のＲパルス信号は時刻ｔ１からｔ２の間ＯＮとなり、同様に３０２のＧパルス信号は時刻ｔ２からｔ３の間ＯＮとなり、同様に３０３のＢパルス信号は時刻ｔ３からｔ４の間ＯＮとなり、その後信号は３０１〜３０３の動作を繰り返す。
同期信号は連続発生させているが、実際必要とされる同期動作は任意期間におけるＲＧＢの３フレームのみでよい。
【００１２】
１０４のＢ／Ｗ（白黒）ＣＣＤカメラの垂直同期信号１０４ｂから１０１の同期信号発生器において１／３０秒の同期パルス信号、すなわち上記のフレーム同期信号を生成している。ＬＥＤにて照射された試料１０５の画像はＢ／Ｗカメラ１０４のＣＣＤで撮像され１０４ａの映像出力信号を得る。出力信号はＲ，Ｇ，Ｂのフレーム画像に合成するためスイッチャー１０６に送られ、１０７のビデオアンプで規定信号レベルにする。その信号出力１０８は次の画像処理部へ引き継がれる。
【００１３】
図２は、試料を照明するレーザ光源ブロックを示す。２０２はレーザ１、２０３はコリメーティングレンズ１、２０４はレーザ２、２０５はコリメーティングレンズ２、２０６はレーザ３、２０７はコリメーティングレンズ３である。各レーザから出射した光は各コリメーティングレンズにより平行光に変換され、２０１のＸ−ｃｕｂｅプリズムに入射し、２０８の照明光出力として、混合光が得られる。
例えば、３種類のレーザ２０２、２０４、２０６にＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）光を発するデバイスを用いた時には、２０８の照明光は白色光となる。このブロックから出力される光２０８が試料を照射し、反射光あるいは透過光が光学系を経由して、光センサーに導かれる。図１においては照明用光源はＬＥＤを用いて説明したが、レーザを光源を用いた方が、光源の波長の広がりが少なく，純度の高い光が得られ、顕微鏡による観察には好ましい。また各レーザ１，２，３の波長は試料の種類により選択することが可能である。
【００１４】
図４は、本発明のＩ／Ｆ（インターフェース）及び画像処理の原理を示すブロック図を示す。
図４において、図１の回路部からの出力１０８で示すＲＧＢ信号が入力端子４０１に入力され、４０１は入力Ｉ／Ｆ  ４０２を通り、ビットマップなどのフォーマットによりメモリ４０３に蓄積される。メモリからフレーム切り替え４０４で呼び出されたＲ，Ｇ，Ｂ画像はさらにＲ（赤）チャンネル、Ｇ（緑）チャンネル、Ｂ（青）チャンネルのカラーチャンネル４０５が抽出され、それぞれ４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃの画像メモリに入力され、４０６のＲＧＢ画像が得られることになる。この画像は４０７の表示装置で確認することが可能である。
【００１５】
次に作用を説明する。
顕微鏡にて観察すべき試料は、実験室などの自然光では拡大観察を条件とするために光量が不足するため専用光源が必要である。本発明ではその光源を赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）を時間的に異なるタイミングで別々に試料に照射する。照射された像はＢ／Ｗ（白黒）カメラで捕らえられ、赤色を、緑色を、青色をそれぞれ照射した場合の輝度がＣＣＤ素子を通じて電気信号に変換されて画像処理部へ送られそれぞれの色濃度でカラー合成表現される。
また本発明は接眼目視で行なうシステムではないため、Ｒ−Ｇ−Ｂの連続光を直接観察するものではなく、表示装置にその結果を導くため、光源の輝度が強すぎて目に悪影響を与えるなど、視覚的な弊害は与えない。
【００１６】
本発明は、例えば赤色ＬＥＤ（あるいはレーザ）が試料を照射すれば、Ｂ／Ｗカメラを用いても結果として表示装置に赤色の像を再現することが可能となるシステムである。
このためには、図１の１０１で示す同期信号発生器が正確なタイミングでＬＥＤを発光させると同時にその発光区間の画像を得る同期動作が重要である。
１０４のＢ／Ｗカメラとしては、例えばＣＣＤビデオカメラを使用できる。図１の実施例では、このＢ／ＷカメラはＴＶ映像信号出力を利用しており、垂直同期信号１０４ｂにより１／３０秒の１フレームを得ることができる。同時にそれと同じタイミングにより１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃのＲ，Ｇ，ＢのＬＥＤが１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの駆動アンプにより電流が与えられ順次点灯する。１０６のスイッチャーにおいて同期信号が１０４ａの映像出力信号をコントロールさせ、ＬＥＤ点灯とフレームは同期することになる。この処理された映像信号はビデオアンプで規定のレベルに調整され、Ｒ映像、Ｇ映像、Ｂ映像のパラレル出力１０８として次の画像処理部へ送られる。
【００１７】
図４において、図１の回路部からのＲＧＢパラレル入力４０１は物理インターフェースである入力Ｉ／Ｆ（インターフェース）４０２を通り、１画像が１フレームとしてシステム内で読み取り可能なビットマップなどの静止画画像に変換されメモリ４０３に蓄積される。メモリからフレーム切り替え４０４で呼び出されたＲ，Ｇ，Ｂ画像はさらにＲ（赤）チャンネル、Ｇ（緑）チャンネル、Ｂ（青）チャンネルのカラーチャンネル４０５が抽出され、それぞれ４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃのメモリに蓄積される。その出力はフルカラー表示である４０６のＲＧＢ画像が得られることになる。この画像は画像モニターなどのディスプレイ表示装置４０７でモニターすることが可能である。
【００１８】
以下、図５、図６及び図３を用いて、本発明の第２の実施例を説明する。
図５は、本発明の一実施例を示すブロック図を示す。
図５において、５０１はカウンタで、クロック信号によりＯＮになる区間が異なった出力を発生させるものであり、５０２はＬＥＤ点灯テスト用のクロック信号発生器でその周期は５０２ａのフリッカー調整トリマにより可変できる。クロックのタイミングは前記実施例１で説明した図３と同じである。
ＲＧＢのＬＥＤは試料の上反射光用ＬＥＤブロック５０８と、下透過光用ＬＥＤブロック５０９の２箇所に配置し、その切り替えを５０３の上下ＬＥＤ切り替えスイッチにて行なう。
各ＬＥＤブロックは上反射光用ＬＥＤドライバ５０４と、下透過光用ＬＥＤドライバ５０５により駆動電流が与えられ、各ＬＥＤは５０６上反射光光度調整用トリマおよび５０７下透過光光度調整用トリマにて光度調整が可能である。
５０８または５０９のＬＥＤブロックで照射された試料５１１は５１０のＢ／Ｗカメラで撮影され映像信号は５１０ａで出力され、垂直同期信号は５１０ｂで出力される。５１０ｂの同期信号は５１０ｃの１／２分周器で半分の周波数にされる。分周された信号は５０２のテスト用クロック発生器と５１２ＬＥＤ点灯テスト用スイッチで切り替えられ、５０１のカウンタへ送られる。尚、５１３の焦点調整用白色光発生スイッチを用いて、クロックに無関係な直流点灯をさせた場合には、ＲＧＢのＬＥＤは同時に点灯するので白色光が得られ、焦点調整に都合がよい。
【００１９】
５１０ａの映像出力信号はカウンタ５０１の信号により５１４のビデオスイッチをスイッチングし、ＬＥＤを駆動する信号に同期した出力を得る。その出力は５１５映像出力レベルトリマにより規定レベルに調整されビデオアンプ５１６を経てインターフェース５１７へ送られる。出力５１８はＲＧＢ画像出力信号として画像処理部へ接続される。
また映像出力から５１９のビデオ同期信号分離回路を通りコンポジット同期信号５２０が得られ、次段Ｉ／Ｆの同期用に用いられる。
【００２０】
図５に示す本実施例２は、前述した実施例１を発展させた構成であり、反射・透過光選択機能、ＬＥＤ光度個別調整機能、ＬＥＤ任意周期設定機能、ＬＥＤ照射テスト機能、焦点調整用白色光発生機能、映像信号個別調整機能など付加された実使用に則したユーザインターフェースを備えている。
【００２１】
図６は、本発明のＩ／Ｆ及び画像処理の原理を示すブロック図を示す。図５からの信号出力５１８は、６４１入力からＡ／Ｄコンバータ６４２でデジタル信号に変換され、６４３のフレームメモリに一時保存される。画像信号は６４４のＰＣＩバスマスターＩ／Ｆによりシステムに送られフレームはフレーム切り替え６４５で順次選択され画像を取り込み、６４６の画像コントローラ１によりメモリ６４８に保存される。画像ファイルはメモリ６４８から６４７の画像コントローラ２により読み出され、Ｒ，Ｇ，Ｂ画像はさらに６４９ａのＲ（赤）チャンネル、６４９ｂのＧ（緑）チャンネル、６４９ｃのＢ（青）チャンネルの６４９カラーチャンネルに送出される。カラー画像は６５０の画像解析装置により色分布状況など所望のパラメータで解析することが可能である。解析結果やカラー画像、カラーチャンネルは６５１の表示装置で観察可能である。もちろんＲＧＢカラー画像のままで利用することも可能である。
【００２２】
本発明は、例えば赤色ＬＥＤが試料を照射すれば、Ｂ／Ｗカメラを用いても結果として表示装置に赤色の像を再現することが可能となるシステムである。
このためには、図５の５０１で示すカウンタが正確なタイミングでＬＥＤを発光させると同時にその発光区間の画像を５１０のＢ／Ｗカメラで得る同期動作が重要である。Ｂ／Ｗカメラは静止画像を得るためのデジタルカメラではなく、いわゆるＣＣＤビデオカメラであり、ＥＩＡ規格のＴＶ映像信号出力、ビデオ映像出力信号５１０ａを持っている。そのカメラで得られる垂直同期信号５１０ｂを５１０ｃの１／２分周器で分周することにより１／３０秒の１フレームを得ることができ５０８、５０９の各ＬＥＤブロックの点滅に利用でき映像信号と同期が可能となる。
５０１のカウンタでは１／３０秒のクロックでＯＮ−ＯＦＦが繰り返され、図３に示すタイミングでＲ，Ｇ，Ｂ毎のチャンネルで出力される。Ｒ−Ｇ−Ｂの出力の次にはリセットが働き、再度Ｒ−Ｇ−Ｂの動作に戻る。それぞれのタイミングに要する時間（ｔ１−ｔ２−ｔ３−ｔ４各区間）は約０.１マイクロ秒程度以下であり動作に悪影響は与えない。
５０２の点灯テスト用クロック発生器ではタイマー動作により１／３０秒のクロック以外の周期を発生させ、個々のＬＥＤ発光テスト、システムチェックや光度測定に利用できる。周期の可変は５０２ａのフリッカー周波数調整トリマにて行なえる。カメラからの信号とテスト用クロック発生器からの信号は５１２のＬＥＤ点灯用スイッチで切り替えて使用できる。
【００２３】
光源ＬＥＤは上反射光用と下透過光用の２つを装備することによって試料観察に都合がよい。２つのＬＥＤ光源は５０３上下ＬＥＤ切り替えスイッチで切り替えが行なえる。カウンタの出力はＲＧＢの３チャンネル分が、それぞれ５０４上反射光用ＬＥＤドライバと、５０５下透過光用ＬＥＤドライバのＲ，Ｇ，Ｂ用（５０４ａ、５０４ｂ、５０４ｃおよび５０５ａ、５０５ｂ、５０５ｃ）に与えられ、前記図３に示すタイミングで各ＬＥＤ用電流が与えられる。
各ＬＥＤの電流は光度に影響を与えるため、個別ＬＥＤ毎に電流を調整可能とするため５０６上反射光光度調整用トリマと５０７下透過光光度調整用トリマを設け、ＲＧＢのバランスを調整する。ＬＥＤは５０８の上反射光用ＬＥＤブロックと５０９の下透過光用ＬＥＤブロックから成り、それぞれＲ―ＬＥＤチップ５０８ａ、Ｇ―ＬＥＤチップ５０８ｂ、Ｂ―ＬＥＤチップ５０８ｃおよびＲ―ＬＥＤチップ５０９ａ、Ｇ―ＬＥＤチップ５０９ｂ、Ｂ―ＬＥＤチップ５０９ｃから構成される。
【００２４】
５１３の焦点調整用白色光発生スイッチは、５１０ｃカウンタや５０２点灯テスト用クロック発生器で生成されたクロックをハイレベルの連続である直流に変え、ＬＥＤをＲＧＢ各色同時に発光させ色の混合を行なうもので、結果として白色光源が得られる。これにより、後述の表示装置に現れるＲ，Ｇ，Ｂの点滅による視覚的弊害を除き、焦点の調整を容易にするものである。尚、この白色光はＲＧＢの点滅時と明るさが視覚的に相違なくするためにスイッチＯＮ時の混合ゲインを調整する機能も備えている。また、この機能で光源が確実に白色が得られるように５０６、５０７のトリマで各ＬＥＤの光量を調整することで容易に色バランス合わせを可能にしている。
【００２５】
ＬＥＤブロックで照射された試料５１１の映像は前記５１０のＢ／Ｗカメラで５１０ａビデオ映像出力信号を得、５１４のビデオスイッチに送られ、前記５１０ｂの同期信号からの分周で得られた５０１のカウンタのクロックでスイッチングされ１フレーム毎に割り振られる。結果としてＲ，Ｇ，Ｂ照射に対応したの各フレームが得られる。スイッチ後の信号は５１６のビデオアンプへ送られ規定のレベルに変換され画像信号出力インターフェース５１７で出力５１８される。Ｒ，Ｇ，Ｂの各信号を人間が認識可能な色と物理量としての分光特性を関連付ける比視感度曲線に対応させた光の割合で混合させることにより視覚的に正しい色が感じられる。
この関係は、Ｅｋ＝０.３Ｅｒ＋０.５９Ｅｇ＋０.１１Ｅｂ
ただし、
Ｅｋ：輝度信号の電圧値
Ｅｒ，Ｅｇ，Ｅｂ：ＲＧＢ３原色の電圧値
となるため、５１５の画像出力レベル調整トリマでＲは５１５ａトリマ、Ｇは５１５ｂトリマ、Ｂは５１５ｃトリマにて上記比率の電圧値調整が可能なようにしている。
【００２６】
図６のＩ／Ｆ、画像処理部詳細ブロック図において、図５の回路部からの映像信号は６４１入力として画像処理が行なわれる。図６は６５１の表示装置を除き電子計算機システムを用いて処理される。
入力はアナログＲＧＢ信号であるため、計算機内で処理できるようまずデジタル変換される。
この信号は指定の画素に対応した記憶装置であるフレームバッファ、フレームメモリ６４３に記憶され画像表示に利用される。電子計算機の内部バスインターフェース、バスマスター６４４を通じてシステム内部に取り込まれ、６４５のフレーム切り替えで必要なフレームを選択し切り替えて、１フレームが１画像としてファイル化され管理される。画像は６４６の画像コントローラ１で画像を取り込み、画像フォーマットファイルセーブ機能で６４８のメモリへ保存され、画像処理用にメモリから６４７の画像コントローラ２の画像ファイルロード機能で相当するファイルが読み出される。
画像ファイルはＲ，Ｇ，Ｂの３種類各１ファイルが読み出され、各ファイルはそれぞれ６４９のカラーチャンネルはＲカラーチャンネル６４９ａ、Ｇカラーチャンネル６４９ｂ、Ｂカラーチャンネル６４９ｃとして蓄積される。
観察結果はディスプレイなどの６５１表示装置、で表示され、ＲＧＢ画像や各カラーチャンネル画像、さらに解析結果を表示することができる。また、リアルタイムでの画像観察や焦点確認調整、色調整などが表示装置上の像により行なうことが可能である。なお以上の説明は顕微鏡を例にとり説明したが、同じ構成を有する撮像装置であれば、スタジオ等で使用するカメラにも適用可能であり顕微鏡に限定するものではない。
【００２７】
図７は第３の実施例である走査レーザ顕微鏡の１実施例を示すブロック図である。
図７において、７０２はレーザ走査部で試料７０１を照射する。レーザビーム走査部は７０２ｃのレーザ光源と７０２ｄの対物レンズを一体に構成し、７０２ｂのレーザ走査アクチュエータにより７０２ｄの対物レンズから出射するレーザビームを試料７０１上のＸ，Ｙの２次元方向に走査する。７０１は観測する対象の試料、７０３は白色光源である。７０３の白色光源から出射した光は、７０４の集光レンズにより平行光に変換され７０５のビームスプリッタ１を経由し７０６の対物レンズで試料を照射する。照射された試料の反射光は７０５のビームスプリッタ１を経由し、７１０の光学フィルタを経由し、７１１のＣＣＤカメラにより７０１の試料が撮影される。
【００２８】
次に動作について図８、図９を用い説明する。
図８は、レーザ走査顕微鏡のブロック図である。８０１はパルス発生器で、８０２は変調器、８０３はレーザ駆動増幅器である。８０５は同期信号発生器で、図１のＣＣＤカメラに用いたものと同種のものである。８０６は分周器で８０５の周期信号発生器の出力を分周し、８０７のアクチュエータＸ方向駆動増幅器に入力し、７０２ｂのレーザ走査アクチュエータを駆動しＸ方向に変位させる。同様に８０５の同期信号発生器の出力を分周し、８０９のアクチュエータＹ方向駆動増幅器に入力し、７０２ｂのレーザ走査アクチュエータを駆動しＹ方向に変位させる。
本実施例ではＸ方向の走査周波数は、例えば数１００Ｈｚ，Ｙ方向の走査周波数は数Ｈｚとした。この走査周波数は、アクチュエータの特性に適合させることが望ましい。８０８は速度推定器であり、８０７のアクチュエータＸ方向の駆動入力を微分し、８０４のＣＰＵにより、アクチュエータの走査速度を推定する。８０４はＣＰＵであり、前述した動作を制御する。
【００２９】
図９はタイミングチャートであり、図８の変調器８０２の出力を９０３の変調器出力波形として示す、８０７のアクチュエータ駆動増幅器の出力波形は、９０１のアクチュエータ駆動波形、８０８の速度推定器出力波形は、波形９０２に示されている。
図９の横軸は時刻９０４を、縦軸は、信号振幅９０５を示している。変調器８０２の出力は、８０８の速度推定器の出力に比例し、パルス間隔９０６あるいはパルス幅、パルス振幅９０５を変化させる。ここで、パルス間隔を変化させる場合はパルス周波数変調と呼ぶ。ここで用いた速度推定器は、例えば９０１のアクチュエータ駆動波形を微分する微分器を用いることにより得られる。またアクチュエータ可動部に磁気コイルとマグネットの組み合わせによる速度検出器を設け、速度を測定することも可能である。
【００３０】
また変調器出力９０３のパルス間隔９０６は８０８の速度推定器の出力に反比例するように変化させる。すなわち走査速度が大きい時には、パルス間隔を短く、パルス周波数は大きく設定する。
以上のように変調波形を制御することにより、アクチュエータにより走査されるレーザビームと試料上を走査した時の、単位時間当りのレーザビームエネルギーを一定にすることができる。このようにすることにより、試料に与えるレーザビームのエネルギーにより、試料が損傷することがないように出来る。
すなわち、アクチュエータはＸ軸方向に変位させられた時、変位の始点、終点においては、試料に対するレーザビームの相対速度が０となる。また相対速度は、図９に示すｔ１，ｔ３の中間点で最大となり、走査レーザパワーの単位時間エネルギーは最小となる（図９のｔ２で示す）。このため、レーザビームパルスを変調しない時には、レーザビームのエネルギーにより、試料に熱による損傷を与えてしまう。これを回避するため、本発明では、レーザビームをパルス幅変調および振幅変調し、単位時間の試料を走査した時の単位時間当たりのレーザ照射エネルギーを一定値に制御している。
【００３１】
次にレーザビームが試料を走査する際に、走査位置を検出する必要がある。このため、試料を配置する位置に図１０に示すＸＹ方向にグルーブを設けた校正用ガラス板を置き、試料を観察する前にレーザビームをＸＹ方向に走査し、ＣＣＤの出力をＡＤ変換し、半導体メモリ上に記憶する。
【００３２】
図１０は、校正用ガラス板を示す図面である。図１０において、１００１はガラス板、１００２はＸ軸方向のプリグルーブを示す。このガラス板上には、Ｘ軸方向に５μｍ間隔にプリグルーブと呼ばれる溝を設けてある。１００３は同じくＹ軸方向のプリグルーブであり、例えば１０μｍ間隔で、溝が設けてある。
この校正用ガラス板を、顕微鏡の試料の位置に置き、試料観察に先立って、レーザビームを走査すると、ＣＣＤ画面にＸ，Ｙ軸方向のスジとなって表示され、レーザビームの走査位置を知ることが出来る。もちろん、試料を校正用のガラス板上に載置して、観察しても良い。その時には観察対象の試料の大きさを知ることが出来る。
【００３３】
図７の走査型レーザ顕微鏡を使用するときの操作に関して説明する。
最初、７０３の白色光源を点灯し、７０１の試料から反射する光を７１０の光学フィルタを経由して、７１１のＣＣＤカメラにより撮影する。次に、７０２ｃのレーザを点灯し、７０１の試料の目的とする部分を照射し、その透過光を対物レンズ７０６、結像レンズ７０７を経て、７１０の光学フィルタを走査レーザ光が７１１のＣＣＤカメラにより検出できるように設定し、観測する。また７０９の接眼レンズにより７０８のビームスプリッタ２を経由した像を観察することも可能である。
この時、レーザビームスポットは、数μｍ以下に設定できるので、試料の詳細を観測できる。もちろん、試料を蛍光体により、着色した場合においては、その蛍光体が発色する光を、７１０の光学フィルタにより選択的に観測できる。図７においては図示していないが、７０２ｄの対物レンズを試料に対して垂直方向に変位させ、フォーカス制御を行なうことが可能である。この時には、７０２ｄの対物レンズと試料７０１の間の距離を測定し、距離を自動的に一定に制御することも出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の原理である、試料が反射した光をＣＣＤカメラにより撮影する原理をブロック図で示したものである。
【図２】本発明の電子カメラにおける照明部、試料を照明するレーザ光源を示したブロック図である。
【図３】Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のＬＥＤ点灯用パルスのタイミングチャートである。
【図４】本発明のＩ／Ｆ及び画像処理部の原理をブロック図で示している。
【図５】本発明の一実施例の詳細ブロック図である。
【図６】本発明のＩ／Ｆ及び画像処理部の原理を示したブロック図である。
【図７】本発明の第３の実施例であるレーザ走査顕微鏡の構成を図示したものである。
【図８】レーザ走査顕微鏡のブロック図である。
【図９】レーザ走査顕微鏡のアクチュエータ駆動波形９０１、速度推定器出力９０２、変調器出力９０３を示すタイミングチャートである。
【図１０】レーザ走査顕微鏡用の位置校正用ガラス板を図示したものである。
【図１１】従来の電子カメラ光学系をブロック図示したものである。
【符号の説明】
【００３５】
１０１      同期信号発生器
１０２      ＬＥＤドライバ
１０２ａ    ＬＥＤ（Ｒ）駆動アンプ
１０２ｂ    ＬＥＤ（Ｇ）駆動アンプ
１０２ｃ    ＬＥＤ（Ｂ）駆動アンプ
１０３      ＬＥＤブロック
１０３ａ    ＬＥＤ（Ｒ）
１０３ｂ    ＬＥＤ（Ｇ）
１０３ｃ    ＬＥＤ（Ｂ）
１０４      Ｂ／Ｗカメラ
１０４ａ    映像出力信号
１０４ｂ    垂直同期信号
１０５      試料
１０６      スイッチャー
１０７      ビデオアンプ
１０８      出力
２０１      Ｘ−Ｃｕｂｅプリズム
２０２      レーザ１
２０３      コリメーティングレンズ１
２０４      レーザ２
２０５      コリメーティングレンズ２
２０６      レーザ３
２０７      コリメーティングレンズ３
２０８      照明光出力
３０１      Ｒパルス信号
３０２      Ｇパルス信号
３０３      Ｂパルス信号
４０１      入力
４０２      入力Ｉ／Ｆ
４０３      メモリ
４０４      フレーム切替器
４０５      カラーチャンネル
４０５ａ    画像メモリ（Ｒ）
４０５ｂ    画像メモリ（Ｇ）
４０５ｃ    画像メモリ（Ｂ）
４０６      ＲＧＢ画像
４０７      表示装置
５０１      カウンタ
５０２      点灯テスト用クロック発生器
５０２ａ    フリッカー周波数調整トリマ
５０３      上下ＬＥＤ切替スイッチ
５０４      上反射光用ＬＥＤドライバ
５０４ａ    Ｒ―ＬＥＤドライバ
５０４ｂ    Ｇ―ＬＥＤドライバ
５０４ｃ    Ｂ―ＬＥＤドライバ
５０５      下透過光用ＬＥＤドライバ
５０５ａ    Ｒ―ＬＥＤドライバ
５０５ｂ    Ｇ―ＬＥＤドライバ
５０５ｃ    Ｂ―ＬＥＤドライバ
５０６      上反射光光度調整用トリマ
５０６ａ    Ｒ―ＬＥＤ用トリマ
５０６ｂ    Ｇ―ＬＥＤ用トリマ
５０６ｃ    Ｂ―ＬＥＤ用トリマ
５０７      下透過光光度調整用トリマ
５０７ａ    Ｒ―ＬＥＤ用トリマ
５０７ｂ    Ｇ―ＬＥＤ用トリマ
５０７ｃ    Ｂ―ＬＥＤ用トリマ
５０８      上反射光用ＬＥＤブロック
５０８ａ    Ｒ―ＬＥＤチップ
５０８ｂ    Ｇ―ＬＥＤチップ
５０８ｃ    Ｂ―ＬＥＤチップ
５０９      下透過光用ＬＥＤブロック
５０９ａ    Ｒ―ＬＥＤチップ
５０９ｂ    Ｇ―ＬＥＤチップ
５０９ｃ    Ｂ―ＬＥＤチップ
５１０      Ｂ／Ｗカメラ
５１０ａ    ビデオ映像出力信号
５１０ｂ    垂直同期信号
５１０ｃ    １／２分周器
５１１      試料
５１２      ＬＥＤ点灯テスト用スイッチ
５１３      焦点調整用白色光発生スイッチ
５１４      ビデオスイッチ
５１４ａ    Ｒ画像選択用ビデオスイッチ
５１４ｂ    Ｇ画像選択用ビデオスイッチ
５１４ｃ    Ｂ画像選択用ビデオスイッチ
５１５      画像出力レベル調整トリマ
５１５ａ    Ｒ画像用トリマ
５１５ｂ    Ｇ画像用トリマ
５１５ｃ    Ｂ画像用トリマ
５１６      ビデオアンプ
５１６ａ    Ｒ画像信号用ビデオアンプ
５１６ｂ    Ｇ画像信号用ビデオアンプ
５１６ｃ    Ｂ画像信号用ビデオアンプ
５１７      画像信号出力インターフェース
５１８      画像出力信号
５１９      ビデオ同期信号分離回路
５２０      コンポジット同期信号
６４１      入力
６４２      Ａ／Ｄコンバータ
６４３      フレーム  ＦＩＦＯメモリ
６４４      ＰＣＩバス  マスターＩ／Ｆ
６４５      フレーム切替器
６４６      画像コントローラ１
６４７      画像コントローラ２
６４８      メモリ
６４９      カラーチャンネル
６４９ａ    Ｒカラーチャンネル
６４９ｂ    Ｇカラーチャンネル
６４９ｃ    Ｂカラーチャンネル
６５０      画像解析装置
６５１      表示装置
７０１      試料
７０２      レーザ走査部
７０２ａ    フォーカスアクチュエータ
７０２ｂ    レーザ走査アクチュエータ
７０２ｃ    レーザ
７０２ｄ    対物レンズ
７０３      白色光源
７０４      集光レンズ
７０５      ビームスプリッタ１
７０６      対物レンズ
７０７      結像レンズ
７０８      ビームスプリッタ２
７０９      接眼レンズ
７１０      光学フィルタ
７１１      ＣＣＤカメラ
８０１      パルス発生器
８０２      変調器
８０３      レーザ駆動増幅器
８０４      ＣＰＵ
８０５      同期信号発生器
８０６      分周器
８０７      アクチュエータＸ方向駆動増幅器
８０８      速度推定器
８０９      アクチュエータＹ方向駆動増幅器
９０１      アクチュエータＸ方向駆動波形
９０２      速度推定器出力
９０３      変調器出力
９０４      時刻
９０５      信号振幅
９０６      パルス間隔
１００１    ガラス板
１００２    Ｘ軸  プリグルーブ
１００３    Ｙ軸  プリグルーブ
１１０１    試料
１１０２    白色光源
１１０３    集光レンズ
１１０４    ビームスプリッタ１
１１０５    対物レンズ
１１０６    結像レンズ
１１０７    ビームスプリッタ２
１１０８    接眼レンズ
１１０９    ビームスプリッタ３
１１１０    ＣＣＤ１
１１１１    ビームスプリッタ４
１１１２    ＣＣＤ２
１１１３    ＣＣＤ３
１１１４    電子カメラ部
【図１】
2005315574.tif 000003
【図２】
2005315574.tif 000004
【図３】
2005315574.tif 000005
【図４】
2005315574.tif 000006
【図５】
2005315574.tif 000007
【図６】
2005315574.tif 000008
【図７】
2005315574.tif 000009
【図８】
2005315574.tif 000010
【図９】
2005315574.tif 000011
【図１０】
2005315574.tif 000012
【図１１】
2005315574.tif 000013