(57)【要約】      （修正有）【課題】多段接続の構成でも同期信号の遅延バラツキを抑えて同期性の高い検出を行う走査型レーザ顕微鏡を提供する。【解決手段】走査型レーザ顕微鏡１において、照射ユニット２，３と、該照射ユニットから射出されたレーザ光を標本において走査させる走査ユニット４と、レーザ光の走査位置において発生した蛍光を検出する２以上の検出ユニット５，６，７と、これらのユニットを制御する制御ユニット１０とを備え、制御ユニット１０が、同期信号を生成する同期信号生成部１２を備え、直列接続された２以上の検出ユニットが、同期信号に同期して動作させられる同期動作部５ｂ，６ｂ，７ｂ，７ｃを備え、直列接続の分岐点となる検出ユニットが、同期信号を中継する同期信号中継部５ａ，６ａ，７ａを備え、同期信号中継部が、同期動作部または他の同期信号中継部に接続する各ポートに、各同期動作部のタイミングに応じた遅延を設定可能な遅延生成部を備える。【選択図】図１
2017058548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を射出する照射ユニットと、
該照射ユニットにより射出されたレーザ光を標本において走査させる走査ユニットと、
前記標本における前記レーザ光の走査位置において発生した蛍光を検出する２以上の検出ユニットと、
これらのユニットを制御する制御ユニットとを備え、
該制御ユニットが、同期信号を生成する同期信号生成部を備え、
２以上の前記検出ユニットが直列接続されるとともに、各前記検出ユニットが、前記同期信号生成部からの前記同期信号に同期して動作させられる同期動作部を備え、
直列接続の分岐点となる前記検出ユニットが、前記同期信号生成部からの前記同期信号を中継する同期信号中継部を備え、
該同期信号中継部が、前記同期動作部または他の前記同期信号中継部に接続する各ポートに、各前記同期動作部のタイミングに応じた遅延を設定可能な遅延生成部を備える走査型レーザ顕微鏡。
【請求項２】
前記同期動作部および前記同期信号中継部の各ポートに、遅延を計測する遅延計測部を備え、
前記同期信号生成部が、各前記遅延計測部において計測された遅延を収集し、各前記遅延生成部において生成させる遅延量を算出して各前記遅延生成部に設定する請求項１に記載の走査型レーザ顕微鏡。
【請求項３】
２以上の直列接続された前記照射ユニットを備え、
各前記照射ユニットが、前記同期信号生成部からの前記同期信号に同期して動作させられる同期動作部を備え、
直列接続の分岐点となる前記照射ユニットが、前記同期信号生成部からの前記同期信号を中継する同期信号中継部を備える請求項１または請求項２に記載の走査型レーザ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型レーザ顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、メイン制御ユニットの指示により制御ユニットを経由して伝送される同期信号に同期してＨ／Ａユニットにより制御ユニットに集められるデジタルデータを、制御ユニットを中継させてメイン制御ユニットに転送することにより、精度の高い画像データの取得が可能で、配線が簡単で、ユニットの追加、変更も容易にできる走査型レーザ顕微鏡システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２７２００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、検出器データをディジーチェーン形態で多段接続し、輝度データを省配線で伝送する方法においては、輝度データの高速・高容量化に伴い、同期信号の遅延バラツキに左右されて、同期性の高い検出を行うことが困難となってきた。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、多段接続の構成でも同期信号の遅延バラツキを抑えて同期性の高い検出を行うことができる走査型レーザ顕微鏡を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、レーザ光を射出する照射ユニットと、該照射ユニットにより射出されたレーザ光を標本において走査させる走査ユニットと、前記標本における前記レーザ光の走査位置において発生した蛍光を検出する２以上の検出ユニットと、これらのユニットを制御する制御ユニットとを備え、該制御ユニットが、同期信号を生成する同期信号生成部を備え、２以上の前記検出ユニットが直列接続されるとともに、各前記検出ユニットが、前記同期信号生成部からの前記同期信号に同期して動作させられる同期動作部を備え、直列接続の分岐点となる前記検出ユニットが、前記同期信号生成部からの前記同期信号を中継する同期信号中継部を備え、該同期信号中継部が、前記同期動作部または他の前記同期信号中継部に接続する各ポートに、各前記同期動作部のタイミングに応じた遅延を設定可能な遅延生成部を備える走査型レーザ顕微鏡を提供する。
【０００７】
本態様によれば、照射ユニットから射出されたレーザ光が、走査ユニットによって標本において走査されると、標本におけるレーザ光の走査位置において発生した蛍光が２以上の検出ユニットによって検出される。２以上の検出ユニットが直列接続される場合に、同期信号に同期して動作させられる各同期動作部と同期信号生成部との間に配される、同期信号を中継する同期信号中継部の数やケーブルの長さが異なるので、異なる遅延量が発生する。
【０００８】
そこで、同期信号中継部の各ポートに設けられた遅延設定部に、各同期動作部のタイミングに応じた遅延を設定することにより、制御ユニットに備えられた同期信号生成部から発せられた同期信号が、各遅延設定部に設定された遅延だけ遅れて同期動作部に到達するので、各同期動作部を精度よく同期して動作させることができる。すなわち、多段接続の構成でも同期信号の遅延バラツキを抑えて同期性の高い検出を行うことができる。
【０００９】
上記態様においては、前記同期動作部および前記同期信号中継部の各ポートに、遅延を計測する遅延計測部を備え、前記同期信号生成部が、各前記遅延計測部において計測された遅延を収集し、各前記遅延生成部において生成させる遅延量を算出して各前記遅延生成部に設定してもよい。
このようにすることで、同期動作部および同期信号中継部の各ポートに設けられた遅延計測部により、遅延が計測され、計測された遅延が同期信号生成部において収集されて各遅延生成部において生成される遅延量が算出される。そして、算出された遅延量が遅延生成部に設定されることにより、同期信号生成部において生成された同期信号が、各遅延生成部において適正な遅延を付与されて同期動作部または次の同期信号中継部に送られるので、各同期動作部を精度よく同期して動作させることができる。
【００１０】
また、上記態様においては、２以上の直列接続された前記照射ユニットを備え、各前記照射ユニットが、前記同期信号生成部からの前記同期信号に同期して動作させられる同期動作部を備え、直列接続の分岐点となる前記照射ユニットが、前記同期信号生成部からの前記同期信号を中継する同期信号中継部を備えていてもよい。
このようにすることで、複数の照射ユニットを備える場合にも、制御ユニットに備えられた同期信号生成部から発せられた同期信号が、各遅延設定部に設定された遅延だけ遅れて同期動作部に到達するので、各同期動作部を精度よく同期して、レーザ光を射出させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、多段接続の構成でも同期信号の遅延バラツキを抑えて同期性の高い検出を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る走査型レーザ顕微鏡を示すブロック図である。
【図２】図１の走査型レーザ顕微鏡の遅延生成部の構造を示すブロック図である。
【図３】図１の走査型レーザ顕微鏡における遅延計測を説明するためのブロック図である。
【図４】図１の検出ユニットにおいて検出された信号を転送するための構成例を示すブロック図である。
【図５】図１の走査型レーザ顕微鏡の操作・表示部が各種ユニットを認識するためのアドレス空間の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係る走査型レーザ顕微鏡１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る走査型レーザ顕微鏡１は、図１に示されるように、複数種類のレーザ光を射出する複数の照射ユニット２，３と、照射ユニット２，３により射出されたレーザ光を標本（図示略）において走査させる走査ユニット４と、標本におけるレーザ光の走査位置において発生した蛍光を検出する複数の検出ユニット５，６，７，８，９と、これらのユニットを制御する制御ユニット１０と、制御ユニット１０に対し動作条件を設定し、取得された蛍光画像を表示する操作・表示部１１とを備えている。
【００１４】
制御ユニット１０は、同期信号を生成する同期信号生成部１２と、同期信号中継部１３とを備えている。同期信号生成部１２は、操作・表示部１１に接続する１つのポートと、同期信号中継部１３に接続する１つのポートと、検出ユニット５に接続する１つのポートとを備えている。
【００１５】
同期信号中継部１３は、同期信号生成部１２に接続する１つのポートと、２つの検出ユニット８，９にそれぞれ接続する２つのポートと、走査ユニット４に接続する１つのポートと、照射ユニット２に接続する１つのポートとを備えている。
【００１６】
制御ユニット１０の同期信号生成部１２のポートに直接接続する検出ユニット５は、後段に他の検出ユニット６，７を直列に接続している。本実施形態においては、３つの検出ユニット５，６，７が直列に接続されている。直列接続の分岐点となる検出ユニット５，６，７には、同期信号を中継する同期信号中継部５ａ，６ａ，７ａが備えられている。検出ユニット５，６の同期信号中継部５ａ，６ａには単一の同期動作部５ｂ，６ｂが接続されている。検出ユニット７の同期信号中継部７ａには２つの同期動作部７ｂ，７ｃが接続されている。同期動作部５ｂ，６ｂ，７ｂ，７ｃは制御ユニット１０の同期信号生成部１２によって生成された同期信号によって同期して動作させられる部分であって、検出ユニット５，６，７，８，９においては、例えば、光電子増倍管（ＰＭＴ）である。
【００１７】
また、本実施形態においては、制御ユニット１０の同期信号中継部１３に接続する照射ユニット２は、後段に他の照射ユニット３を直列に接続している。本実施形態においては２つの照射ユニット２，３が直列に接続されている。直列接続の分岐点となる照射ユニット２，３には、同期信号を中継する同期信号中継部２ａ，３ａが備えられている。
【００１８】
照射ユニット２には同期信号中継部２ａと単一の同期動作部２ｂとが備えられ、照射ユニット３には同期信号中継部３ａと２つの同期動作部３ｂ，３ｃとが備えられている。同期動作部２ｂ，３ｂ，３ｃは、レーザ光源である。
【００１９】
制御ユニット１０の同期信号中継部１３に接続する検出ユニット８，９および走査ユニット４は、同期信号中継部を有しておらず、それぞれ単一の同期動作部８ａ，９ａ，４ａのみを有している。走査ユニット４においては、同期動作部４ａは、スキャナである。
【００２０】
制御ユニット１０、検出ユニット５，６，７および照射ユニット２，３にそれぞれ設けられた同期信号中継部１３，５ａ，６ａ，７ａ，２ａ，３ａの同期動作部８ａ，９ａ，４ａ，５ｂ，６ｂ，７ｂ，７ｃ，２ｂ，３ｂ，３ｃおよび他の同期信号中継部６ａ，７ａ，２ａの各ポートに、各同期動作部２ｂ，３ｂ，３ｃ，４ａ，５ｂ，６ｂ，７ｂ，７ｃ，８ａ，９ａのタイミングに応じた遅延を設定可能な遅延生成部（図中ハッチングを有する四角形で示す。）が備えられている。
また、同期信号生成部１２の各ポート、同期信号中継部２ａ，３ａ，５ａ，６ａ，７ａ，１３の各ポートおよび同期動作部２ｂ，３ｂ，３ｃ，４ａ，５ｂ，６ｂ，７ｂ，７ｃ，８ａ，９ａの各ポートには、遅延を計測する遅延計測部（図中ハッチングを有しない四角形で示す。）が備えられている。
【００２１】
遅延生成部は、図２に示されるように、制御ユニット１０の同期信号生成部１２により設定された遅延量を選択する遅延量選択部１４と、該遅延量選択部１４により選択された遅延量と、基準クロックおよび同期信号とが入力されて、選択された遅延量と基準クロックとに基づいて算出される時間だけ同期信号を遅延させた遅延込み同期信号を生成するシフトレジスタ１５とを備えている。
【００２２】
また、遅延計測部は、走査・表示部１１からの信号に基づき、以下の３種類のモードのいずれかに設定されるようになっている。
第１のモードは、計測用の基準パルスを生成して出力するとともに、出力時にカウンタを起動させ、基準パルスが戻ってきたときのカウンタを検出して出力する計測点モードである。
【００２３】
第２のモードは、基準パルスが入力されてきたときに通過させて同一方向に進行させる中継点モードである。
第３のモードは、基準パルスが入力されてきたときに反射して逆方向に戻す反射点モードである。
計測点モードに設定された遅延計測部から出力されたカウンタ値は同期信号生成部１２において集計され、各遅延生成部における遅延量として算出されて、各遅延生成部に設定されるようになっている。
【００２４】
遅延量の算出方法の一例について説明する。
まず、遅延生成部に設定された遅延量が全てゼロの状態で、走査・表示部１１からの信号によって反射点モードとする遅延計測部を固定し、計測点モードとする遅延計測点を反射点モードとなった遅延計測部から徐々に遠くに離して行く。この過程で、反射点モードとなった遅延計測部と計測点モードとなった遅延計測部の間の経路に配置される遅延計測部については全て中継点モードに設定する。
【００２５】
例えば、図３において、遅延計測部２００を反射点モードに固定し、遅延計測部２０４を計測点モードに設定し、遅延計測部２０１を中継点モードに設定することにより、遅延計測部２０４から発せられた基準パルスが遅延計測部２０１を通過し、遅延計測部２００において反射されて、同じ経路を遅延計測部２０４に戻るまでの時間が遅延計測部２０４においてクロック数としてカウントされる。したがって、カウントされたクロック数を１／２にすることにより、遅延計測部２００から遅延計測部２０４までの遅延量ｔａ＋ｔｆ＝３２ｎｓが算出される。
【００２６】
次に、遅延計測部２０７を計測点モードに設定し、間の遅延計測部２０１，２０４，２０６を中継点モードに設定する。これにより、遅延計測部２０７によってカウントされたクロック数を１／２にすることによって、遅延計測部２００から遅延計測部２０７までの遅延量ｔａ＋ｔｆ＋ｔｃ＋ｔｄ＝４７ｎｓが算出される。
【００２７】
さらに、遅延計測部２１１を計測点モードに設定し、間の遅延計測部２０１，２０４，２０５，２０８，２１０を中継点モードに設定する。これにより、遅延計測部２１１によってカウントされたクロック数を１／２にすることによって、遅延計測部２００から遅延計測部２１１までの遅延量ｔａ＋ｔｆ＋ｔｃ＋ｔｄ＋ｔｃ＋ｔｄ＝６２ｎｓが算出される。
【００２８】
さらに、遅延計測部２１５を計測点モードに設定し、間の遅延計測部２０１，２０４，２０５，２０８，２０９，２１２，２１４を中継点モードに設定する。これにより、遅延計測部２１５によってカウントされたクロック数を１／２にすることによって、遅延計測部２００から遅延計測部２１１までの遅延量ｔａ＋ｔｆ＋ｔｃ＋ｔｄ＋ｔｃ＋ｔｄ＋ｔｃ＋ｔｄ＝７７ｎｓが算出される。
【００２９】
さらに、遅延計測部２１６を計測点モードに設定し、間の遅延計測部２０１，２０４，２０５，２０８，２０９，２１２，２１３を中継点モードに設定する。これにより、遅延計測部２１６によってカウントされたクロック数を１／２にすることによって、遅延計測部２００から遅延計測部２１１までの遅延量ｔａ＋ｔｆ＋ｔｃ＋ｔｄ＋ｔｃ＋ｔｄ＋ｔｃ＋ｔｅ＝８２ｎｓが算出される。
【００３０】
各遅延計測部においてカウントされたクロック数をそのまま同期信号生成部１２に通知することにより、同期信号生成部１２において各遅延生成部への遅延量の設定値が算出される。
同期信号生成部１２は、送られてきた各遅延計測部におけるクロック数に基づいて、例えば、全ての遅延動作部が同一タイミングで作動させられるように、各遅延生成部に設定する遅延量を設定するようになっている。
【００３１】
最長の遅延量は、遅延計測部２００から遅延計測部２１６までの、
ｔａ＋ｔｆ＋ｔｃ＋ｔｄ＋ｔｃ＋ｔｄ＋ｔｃ＋ｔｅ＝８２ｎｓ
であるので、全ての遅延動作部が、同期信号生成部からの同期信号が出力されてから８２ｎｓ経過後に作動させられるようにするには、最長の遅延量が発生する遅延計測部２００から遅延計測部２１６までの経路に位置する遅延生成部２０５，２０９，２１３には遅延量ゼロを設定する。
次いで、遅延計測部２００から遅延計測部２１５までの遅延量は、
ｔａ＋ｔｆ＋ｔｃ＋ｔｄ＋ｔｃ＋ｔｄ＋ｔｃ＋ｔｄ＝７７ｎｓ
である。したがって、遅延生成部２１４には遅延量５ｎｓを設定する。
【００３２】
同様にして，遅延生成部２１０，２０６にそれぞれ遅延量２０ｎｓ，３５ｎｓを設定する。
また、遅延生成部２１７，２１８，２１９，２２０，２２５，２２９，２３０，２２６についても、同様の手法により遅延量５７ｎｓ，５２ｎｓ，５７ｎｓ，１７ｎｓ，０ｎｓ，０ｎｓ，０ｎｓ，２０ｎｓをそれぞれ設定することができる。
これにより、同期信号生成部から全ての同期動作部までの遅延量を８２ｎｓに統一することができ、同期信号生成部からの指令によって、同一のタイミングで全ての同期動作部を作動させることができる。
【００３３】
このように、本実施形態に係る走査型レーザ顕微鏡１によれば、検出ユニット５，６，７や照射ユニット２，３を多段に接続したシステム構成でも、同期信号の遅延のバラツキに左右されることなく、高い同期性で各同期動作部を作動させることができるという利点がある。
【００３４】
なお、本実施形態においては、反射点モードとなる遅延計測部を固定し、計測点モードとなる遅延計測部を順次離して行くことにより、各部の遅延量を計測することとしたが、これに代えて、反射点モード、計測点モードとなる遅延計測部をセットで変更し、各部の遅延量を計測してもよい。
【００３５】
この場合には、まず、上記と同様にして、遅延計測部２００を反射点モードに固定し、遅延計測部２０４を計測点モードに設定し、遅延計測部２０１を中継点モードに設定することにより、遅延計測部２００から遅延計測部２０４までの遅延量ｔａ＋ｔｆ＝３２ｎｓが算出される。
【００３６】
次に、遅延計測部２０４を反射点モードに固定し、遅延計測部２０６を計測点モードに設定することにより、遅延計測部２０４から遅延計測部２０６までの遅延量ｔｃ＝５ｎｓが算出される。同様にして、遅延量ｔｂからｔｆを個別に算出することができる。
【００３７】
なお、操作・表示部１１が各遅延計測部のモードを設定するには、操作・表示部１１に何が接続されているのかを操作・表示部１１が認識できることが必要である。例えば、直列に接続された操作・表示部１１、同期信号生成部１２、同期信号中継部５ａ，６ａ，７ａ、同期動作部５ｂ，６ｂ，７ｂ，７ｃは、操作・表示部１１を構成するＰＣのアドレス空間に割り付けられ、図５に例示するように、アドレス上位に相当するＩＤとユニット種別ＵＮＩＴの情報がアドレス空間のアドレス下位の同一オフセットに格納されている。
【００３８】
走査・表示部１１は初期に全アドレス空間の上記同一オフセットをリードし、格納されているＩＤ，ＵＮＩＴを記憶し、どのアドレス空間にどのユニットが接続されているのかを判別する。
【００３９】
あるいは、全ての接続されているユニットは初期に共通の割り込みを操作・表示部１１に向けて生成し、末端に接続された同期動作部５ｂ，６ｂ，７ｂ，７ｃを除く同期信号生成部１２、同期信号中継部５ａ，６ａ，７ａでは、各ポートからの割り込みがあることを判別できる情報をアドレス空間の一部へ割り付ける。操作・表示部１１はこの「同期信号生成部１２、同期信号中継部５ａ，６ａ，７ａの各ポートからの割り込みがあることを判別できる情報」を基に、上記同一オフセットをリードして、適切なリード先のＩＤ，ＵＮＩＴの情報を取得してもよい。
【００４０】
また、同期信号としては、垂直同期信号、水平同期信号および画素信号等の信号があるが、画素信号と比較して変化の遅い垂直同期信号および水平同期信号等はシリアライズすることにより配線数を削減することができる。その際、シリアライズした信号とその他の信号との位相には同期がとれていることが必要である。
【００４１】
また、走査ユニット４と検出ユニット５，６，７，８，９との間で動作点の位相差がある場合、すなわち、検出ユニット５，６，７，８，９内のデバイスでレイテンシが異なる場合には、レイテンシに応じて画素信号周期内での位相をずらして動作させることにすればよい。
【００４２】
また、走査ユニット４と照射ユニット２，３との間で動作点の位相差がある場合、すなわち、照射ユニット２，３のみ応答が遅いデバイスで動作させる場合には、同期信号生成部１２が遅い応答を見越して、前倒して同期信号を出力することにより、照射ユニット２，３以外のユニット４，５，６，７，８，９が前倒しされた分だけ遅れて動作を開始することにしてもよい。あるいは、同期信号生成部１２が、照射ユニット２，３とそれ以外のユニット４，５，６，７，８，９向けとで区別して同期信号を出力することにしてもよい。
【００４３】
また、同期信号に同期して同時に動作させられた複数の検出ユニット（例えば、検出ユニット６）によって検出された複数の検出データを対応づけて取得するには、図４に示されるように、直列接続の分岐点となる検出ユニット６に、サンプリングにより得られる該検出ユニット自身の同期動作部６ｂ（ＰＭＴ）により取得された自身検出データを一時保存するメモリ６ｃ（例えば、ＦＩＦＯ）を備えていて、下流側の検出ユニット７から入力される他の同期動作部７ｂ，７ｃによる検出データをメモリ６ｄ（例えば、ＦＩＦＯ）に受信したタイミングで、メモリ６ｃに一時保存されている自身検出データと結合器６ｅにおいて結合して上流側に即時転送することにしてもよい。
この場合、サンプリングのタイミングと上流側への転送のタイミングはピクセルクロックに同期することにすればよい。
【符号の説明】
【００４４】
１  走査型レーザ顕微鏡
２，３  照射ユニット
２ａ，３ａ，５ａ，６ａ，７ａ  同期信号中継部
２ｂ，３ｂ，３ｃ，５ｂ，６ｂ，７ｂ，７ｃ、８ａ，９ａ  同期動作部
４  走査ユニット
５，６，７，８，９  検出ユニット
１０  制御ユニット
１２  同期信号生成部
【図１】
2017058548.tif 000003
【図２】
2017058548.tif 000004
【図３】
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【図４】
2017058548.tif 000006
【図５】
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