(57)【要約】【課題】生成された画像に歪が生じさせないビデオクロック信号を発生させるビデオクロック信号発生装置を提供する。【解決手段】ビデオクロック発生装置は、光束を走査するスキャナ（２３）と、前記光束の光路中に配置されたリニアスケール（２７）と、前記光束を受光し、光電変換して電気信号を出力する受光素子（３１）と、を備える。さらに、前記電気信号の微分信号を出力する微分回路（１０３）と、前記微分信号を２値化して２値のパルスを出力する第１の比較器（１０５）と、前記電気信号を２値化して２値のパルスを出力する第２の比較器（１１５）と、前記第１の比較器のパルスのエッジを検出して第１のエッジ信号を出力する第１のエッジ検出器（１０９）と、前記第２の比較器のパルスのエッジを検出して第２のエッジ信号を出力する第２のエッジ検出器（１１７）と、前記第１および第２のエッジ信号を合成してビデオクロックを生成する合成回路（１１９）と、をさらに備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から射出する光束を走査するスキャナと、
走査された前記光束の光路中に配置されたリニアスケールと、
前記リニアスケールを通過した前記光束を受光し、光電変換して電気信号を出力する受光素子と、
前記電気信号を微分して、前記電気信号の微分信号を出力する微分回路と、
前記微分信号を２値化して２値のパルスを出力する第１の比較器と、
前記電気信号を２値化して２値のパルスを出力する第２の比較器と、
前記第１の比較器によって出力された２値のパルスのエッジを検出して第１のエッジ信号を出力する第１のエッジ検出器と、
前記第２の比較器によって出力された２値のパルスのエッジを検出して第２のエッジ信号を出力する第２のエッジ検出器と、
前記第１および第２のエッジ信号を合成してビデオクロックを生成する合成回路と、を備えたビデオクロック発生装置。
【請求項２】
前記微分回路と前記第１の比較器との間にローパスフィルタをさらに備えた請求項１に記載のビデオクロック発生装置。
【請求項３】
前記受光素子と前記第２の比較器の間にＡＣ結合回路をさらに備えた請求項１または２に記載のビデオクロック発生装置。
【請求項４】
前記ＡＣ結合回路と前記第２の比較器の間にローパスフィルタをさらに備えた請求項３に記載のビデオクロック発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ走査顕微鏡など光走査型画像入力装置に使用されるビデオクロック信号発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、光走査型画像入力装置の一例である走査型共焦点顕微鏡の構成を示す図である。レーザ光源１１から射出された光は、ミラー１３およびハーフミラー１５を経て、レゾナントミラーを使用したスキャナ２３によって走査され試料１７に照射される。試料１７からの光は、スキャナ２３およびハーフミラー１５を経て光検出器１９に到達する。
【０００３】
走査型共焦点顕微鏡は、ビデオクロック信号発生装置１０を備える。ビデオクロック信号は、後で説明するように、スキャナ２３による走査位置と、該走査位置において光検出器１９によって取得した画像信号とを関連付けて、２次元画像データを生成するのに使用される。ビデオクロック信号発生装置１０は、レーザ光源２１、スキャナ２３、レンズ２５、リニアスケール２７、レンズ２９、受光素子３１およびビデオクロック信号発生回路１００を備える。レーザ光源２１から射出された光は、スキャナ２３の裏面に反射され、レンズ２５、リニアスケール２７、レンズ２９を経て受光素子３１に到達する。受光素子３１に到達した光は、電気信号に変換され、ビデオクロック信号発生回路１００に送られる。ビデオクロック信号発生回路１００は、受け取った電気信号からビデオクロック信号を発生する。
【０００４】
図２は、リニアスケール２７の機能を説明するための図である。
【０００５】
図２（ａ）は、ビデオクロック信号発生装置１０の、ビデオクロック信号発生回路１００を除く構成を示す図である。スキャナ２３によって走査される光束は、レンズ２５によってリニアスケール２７上で集光するように構成されている。
【０００６】
図２（ｂ）は、リニアスケール２７の構成を示す図である。リニアスケール２７上には、Ｘ軸方向に、Ｘ軸方向の長さｄの開口部２７１が間隔ｄで配置されている。光のスポット２７３は、リニアスケール２７の開口部２７１と非開口部上において、Ｘ軸の正負の方向に移動する。
【０００７】
図２（ｃ）は、時間と、リニアスケール２７を透過する光の強度との関係を示す図である。光のスポット２７３が、リニアスケール２７の開口部２７１と非開口部上において、Ｘ軸方向に移動する場合に、図２（ｂ）に示すように、ピッチ２ｄに対して、光のスポット２７３の径が大きいので、時間に対する、開口部２７１を透過する光の強度は正弦波で表せる。正弦波の１周期は、光のスポットがピッチ２ｄを移動する時間である。
【０００８】
図６は、リニアスケール２７の端部および中央部を透過した光の強度の正弦波信号および該正弦波信号を処理して生成した信号を示す図である。
【０００９】
図６（ａ）は、リニアスケール２７の端部および中央部を透過した光の強度の正弦波信号を示す図である。中央部および端部における正弦波の半周期を、それぞれ、Ｔ１およびＴ２とする。Ｔ１は、中央部において、光のスポットが距離ｄを移動する時間であり、Ｔ２は、端部において、光のスポットが距離ｄを移動する時間である。スキャナ（レゾナントミラー）２３による走査速度は、共振型なので中央部付近では比較的速く端部付近では比較的遅い。Ｔ２は、Ｔ１の約２倍である。
【００１０】
図６（ｂ）は、図６（ａ）に示した正弦波を２値化したパルスを示す図である。
【００１１】
図６（ｃ）は、図６（ｂ）に示したパルスのエッジを検出した信号を示す図である。図６（ｃ）において、パルスのエッジを検出した信号をＡで示す。ところが、信号Ａだけでは、ビデオクロック信号として、十分な精度が得られないという問題があった。そこで、従来技術において、信号Ａから一定時間
τ
だけ遅延させた信号Ｂを発生させる方法が開発されている（たとえば、特許文献１）。
【００１２】
【特許文献１】特開平７−１５５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、Ｔ２はＴ１の約２倍であるので、たとえば、図６（ｃ）に示すように、中央部において信号ＡおよびＢが均等に配置されるように信号Ａから信号Ｂの遅延時間を
τ＝（1/2）Ｔ1    
と定めると、端部において信号ＡおよびＢが均等に配置されない。この結果、ビデオクロック信号によって生成された画像に歪が生じるという問題点があった。
【００１４】
したがって、生成された画像に歪を生じさせないビデオクロック信号を発生させるビデオクロック信号発生装置に対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によるビデオクロック発生装置は、光源から射出する光束を走査するスキャナと、走査された前記光束の光路中に配置されたリニアスケールと、前記リニアスケールを通過した前記光束を受光し、光電変換して電気信号を出力する受光素子と、を備える。本発明によるビデオクロック発生装置は、前記電気信号を微分して、前記電気信号の微分信号を出力する微分回路と、前記微分信号を２値化して２値のパルスを出力する第１の比較器と、前記電気信号を２値化して２値のパルスを出力する第２の比較器と、をさらに備える。本発明によるビデオクロック発生装置は、前記第１の比較器によって出力された２値のパルスのエッジを検出して第１のエッジ信号を出力する第１のエッジ検出器と、前記第２の比較器によって出力された２値のパルスのエッジを検出して第２のエッジ信号を出力する第２のエッジ検出器と、前記第１および第２のエッジ信号を合成してビデオクロックを生成する合成回路と、をさらに備える。
【００１６】
本発明によれば、第１の比較器および第１のエッジ検出器は、微分した電気信号処理し、第２の比較器および第２のエッジ検出器は、微分していない電気信号を処理する。微分した電気信号の位相は、微分していない電気信号の位相よりも９０度進んでいるので、第１のエッジ信号の位相と第２のエッジ信号の位相との間のさも９０度となる。したがって、第１のエッジ信号および第２のエッジ信号を合成することにより、均等に配置されたビデオクロック信号を生成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、均等に配置され、生成された画像に歪が生じさせないビデオクロック信号を発生させるビデオクロック信号発生装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図３は、一実施形態によるビデオクロック信号発生装置１０の、ビデオクロック信号発生回路１００の構成を示す図である。ビデオクロック信号発生回路１００は、例として図１に示したような光走査型画像入力装置において使用される。
【００１９】
受光素子３１からの電流信号は、ＩＶ（電流電圧）変換アンプ１０１によって電圧信号に変換される。電圧信号は、第１および第２の電圧信号に分けられる。
【００２０】
第１の電圧信号は、微分回路１０３に入力され、微分回路１０３によって微分信号Ｓ２が生成される。微分信号Ｓ２は、第１のローパスフィルタ１０５を経て第１の比較器１０７に入力され、第１の比較器１０７によって２値パルス信号Ｓ５が生成される。２値パルス信号Ｓ５は、第１のエッジ検出器１０９に入力され、第１のエッジ検出器１０９によって第１のエッジ信号Ｓ６が生成される。
【００２１】
第２の電圧信号は、ＡＣ結合回路１１１に入力され、ＡＣ結合回路１１１によって信号Ｓ１が生成される。ＡＣ結合回路１１１は、コンデンサによって交流結合を行う回路であるので、信号Ｓ１は、０Ｖが中心となる。信号Ｓ１は、第２のローパスフィルタ１１３を経て第２の比較器１１５に入力され、第２の比較器１１５によって２値パルス信号Ｓ３が生成される。２値パルス信号Ｓ３は、第２のエッジ検出器１１７に入力され、第２のエッジ検出器１１７によって第２のエッジ信号Ｓ４が生成される。
【００２２】
第１のエッジ信号Ｓ６および第２のエッジ信号Ｓ４は、合成回路１１９に入力され、合成回路１１９によって合成され、ビデオクロック信号Ｓ７が生成される。
【００２３】
図４は、ビデオクロック信号Ｓ７が使用される表示用画像データ生成回路の構成を示す図である。表示用画像データ生成回路は、アナログ・デジタル変換器２０１、ラインメモリ入力切り替えスイッチ２０３、第１のラインメモリ２０５、第２のラインメモリ２０７、ラインメモリ出力切り替えスイッチ２０９を備える。光検出器１９からのアナログ画像信号およびビデオクロック信号発生回路１００からのビデオクロック信号Ｓ７が、アナログ・デジタル変換器２０１に入力され、アナログ画像信号はデジタル画像信号に変換され、ラインメモリ入力切り替えスイッチ２０３によって、第１のラインメモリ２０５または第２のラインメモリ２０７に送られる。デジタル画像信号を受け取ったラインメモリは、ビデオクロック信号Ｓ７を使用して、走査位置に対応した画像信号を順次記憶する。このように、ある時点において、第１および第２のラインメモリの一方に画像データが入力される。このとき、他方のラインメモリからは、表示用ビデオロック信号を使用して、ラインメモリ出力切り替えスイッチ２０９を経て表示用画像データが出力される。ラインメモリ入力切り替えスイッチ２０３およびラインメモリ出力切り替えスイッチ２０９の切り替えは、スキャナ２３の駆動系からの信号によって行われる。
【００２４】
上記の表示用画像データ生成回路において、ビデオクロック信号Ｓ７は、画像信号の走査位置を特定するのに使用される。したがって、ビデオクロック信号Ｓ７が、図６（ｃ）に示すように、画像信号の走査位置を正しく表していないと、表示される画像に歪みが生じる。
【００２５】
図５は、リニアスケール２７の端部および中央部を透過した光の強度をビデオクロック信号発生回路１００によって処理した信号の波形を示す図である。
【００２６】
図５（ａ）は、リニアスケール２７の端部および中央部を透過した光の強度を処理した信号Ｓ１および信号Ｓ２を示す図である。信号Ｓ１は、リニアスケール２７を透過した光を、受光素子３１によって光電変換し、ＩＶ（電流電圧）変換アンプ１０１によって電圧信号に変換し、ＡＣ結合回路１１１によって処理したものである。信号Ｓ２は、リニアスケール２７を透過した光を、受光素子３１によって光電変換し、ＩＶ（電流電圧）変換アンプ１０１によって電圧信号に変換し、微分回路１０３によって微分信号としたものである。信号Ｓ２は微分信号であるので、信号Ｓ２の位相は、信号Ｓ１の位相と比較して９０度進んでいる。
【００２７】
図５（ｂ）は、第２の比較器１１５によって、信号Ｓ１を２値化した２値パルス信号Ｓ３を示す図である。
【００２８】
図５（ｃ）は、第２のエッジ検出器１１７によって生成された、２値パルス信号Ｓ３のエッジを示す第２のエッジ信号Ｓ４を示す図である。
【００２９】
図５（ｄ）は、第１の比較器１０７によって、信号Ｓ２を２値化した２値パルス信号Ｓ５を示す図である。
【００３０】
図５（ｅ）は、第１のエッジ検出器１０９によって生成された、２値パルス信号Ｓ５のエッジを示す第１のエッジ信号Ｓ６を示す図である。
【００３１】
図５（ｆ）は、合成回路１１９によって生成されたビデオクロック信号Ｓ７を示す図である。ビデオクロック信号Ｓ７は、第１のエッジ信号Ｓ６および第２のエッジ信号Ｓ４を合成したものである。
【００３２】
上述にように、信号Ｓ１の位相と信号Ｓ２の位相の差は９０度であるので、信号Ｓ４の位相と信号Ｓ６の位相の差は９０度である。したがって、信号Ｓ４および信号Ｓ６を合成したビデオクロック信号Ｓ７のパルスは均等（等間隔）に配置され、ビデオクロック信号Ｓ７によって画像の歪みが非常に小さくなる。
【００３３】
一実施形態によるビデオクロック発生装置は、微分回路と第１の比較器との間にローパスフィルタをさらに備えている。
【００３４】
本実施形態によれば、第１の比較器に入力される信号の高周波成分が除去されるので、第１の比較器の動作が安定する。
【００３５】
他の実施形態によるビデオクロック発生装置は、受光素子と第２の比較器の間にＡＣ結合回路をさらに備えている。
【００３６】
本実施形態によれば、第２の比較器に入力される信号は、０ボルト中心に振れるので、第２の比較器の閾値設定が簡単になる。
【００３７】
他の実施形態によるビデオクロック発生装置は、ＡＣ結合回路と第２の比較器の間にローパスフィルタをさらに備えている。
【００３８】
本実施形態によれば、第２の比較器に入力される信号の高周波成分が除去されるので、第２の比較器の動作が安定する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】光走査型画像入力装置の一例である走査型共焦点顕微鏡の構成を示す図である。
【図２】リニアスケールの機能を説明するための図である。
【図３】一実施形態によるビデオクロック信号発生回路の構成を示す図である。
【図４】ビデオクロック信号が使用される表示用画像データ生成回路の構成を示す図である。
【図５】リニアスケールの端部および中央部を透過した光の強度をビデオクロック信号発生回路によって処理した信号の波形を示す図である。
【図６】リニアスケールの端部および中央部を透過した光の強度の正弦波を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０３…微分回路、１０７…第１の比較器、１０９…第１のエッジ検出回路、１１１…ＡＣ結合回路、１１５…第２の比較器、１１７…第２のエッジ検出回路、１１９…合成回路
【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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