JPH03175411A - 走査型顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は走査型顕微鏡、特に詳細には、出力する顕微鏡
像の倍率を電気的な操作によって変更可能にした走査型
顕微鏡に関するものである。

（従来の技術） 従来より、照明光を微小な光点に収束させ、この光点を
試料上において２次元的に走査させ、その際該試料を透
過した光あるいはそこで反射した光を光検出器で検出し
て、試料の拡大像を担持する電気信号を得るようにした
光学式走査型顕微鏡が公知となっている。なお特開昭８
２−２１７２１８号公報には、この光学式走査型顕微鏡
の一例が示されている。

この光学式走査型顕微鏡においては多くの場合、光検出
器の出力を周期的にサンプリングしてデジタルの画像デ
ータを得るようにしている。

（発明が解決しようとする課題） 上記の光学式走査型顕微鏡において、出力する顕微鏡像
の倍率を変更したい場合、従来は一般的な非走査型顕微
鏡におけるのと同様に対物レンズを交換したり、あるい
は顕微鏡に搭載されているズームレンズを操作するよう
にしていた。しかしこのような操作は煩わしく、走査型
顕微鏡の使い勝手を悪くする一因となっていた。

そこで本発明は、操作性良く出力画像の倍率を変更する
ことができる走査型顕微鏡を提供することを目的とする
ものである。

（課題を解決するための手段） 本発明による走査型顕微鏡は、 前述したように試料を照明光によって主、副走査方向に
走査し、 そのときの試料からの光を光検出器により検出し、 この光検出器の出力を周期的にサンプリングしてデジタ
ルの画像データを得る走査型顕微鏡において、 上記サンプリングの粗さを、サンプリング数は一定とし
たまま主走査方向および副走査方向について変化させる
手段が設けられたことを特徴とするものである。

上記のようにサンプリングの粗さを変化させる手段とし
て、主走査方向については、例えばサンプリングクロッ
クの周波数を変化させる手段等を用いることができ、一
方副走査方向については、例えば画像データを間引く手
段等を用いることができる。

（作　　用） 比較的粗くサンプリングした画像データと、比較的細か
くサンプリングした画像データとを同一フォーマットの
画像再生装置に人力すると、前者によれば試料上の広い
領域が、後者によれば試料上の狭い領域が互いに同一の
大きさに再生される。

したがって、前者によれば比較的低倍率の画像が、後者
によれば比較的高倍率の画像が再生されることになる。

（実　施　例） 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。

第１図は、本発明の一実施例による透過型の共焦点走査
型顕微鏡を示すものであり、また第２図は、それに用い
られた走査機構を詳しく示している。第１図に示される
ように、照明光１１を発するレーザダイオード５が、移
動台１５に一体的に保持されている。また移動台１５に
は、コリメーターレンズ１６および対物レンズ１７から
なる送光光学系１８と、対物レンズ１９および集光レン
ズ２０からなる受光光学系２１とが、互いに光軸を一致
させて固定されている。

これらの光学系１８．２１の間には、移動台１５と別体
とされた試料台２２が配されている。そして受光光学系
２１の下方において移動台１５には、光検出器９が固定
されている。この光検出器つとしては、例えばフォトダ
イオード等が用いられる。また光検出器９の前側（図中
上方）には、ピンホール８ａを有するピンホール阪８が
配されている。

レーザダイオード５から発せられたレーザ光（照明光）
　１１は、コリメーターレンズ１Ｇによって平行光とさ
れ、次に対物レンズ１７によって集光されて、試料台２
２に載置された試料２３上で（表面部分あるいはその内
部で）微小な光点Ｐに収束する。

試料２３を透過した各透過光１１’　の光束は、受光光
学系２１の対物レンズＩ９によって平行光とされ、次に
集光レンズ２０によって集光されて点像Ｑに結像する。

この点像Ｑは、光検出器９によって検出される。この光
検出器９からは、光点Ｐで照射された試料２３の各部分
の明るさを示す信号Ｓが出力される。

次に、照明光１１の光点Ｐの２次元走査について、第２
図も参照して説明する。移動台１５は架台３２に対して
、矢印Ｘ方向に移動自在に支持されている。

すなわち架台３２には２本のガイドロッド４０．４０の
一端部が固定され、移動台１５に設けられた２つのガイ
ド孔４１．４１中にこれらのガイドロッド４０．４０が
遊嵌されている。上記移動台１５と架台３２との間には
、積層ピエゾ素子３３が介装されている。この積層ピエ
ゾ素子３３はピエゾ索子駆動回路３４から駆動電力を受
けて、移動台１５を矢印Ｘ方向に高速で往復移動させる
。この往復移動の振動数は、例えば１ＯｋＨｚとされる
。その場合、主走査幅を１００μｍとすると、主走査速
度は、 １０ＸＩＯ３Ｘ１００　ＸＩＯ°６Ｘ２−２ｍ／ｓとな
る。

一方試料台２２は架台３２に対して、上記矢印Ｘ方向と
直角な矢印Ｙ方向に移動自在に支持されている。すなわ
ち架台３２には、２本のガイドロッド４５．４５の一端
部が固定され、試料台２２に設けられた２つのガイド孔
４６．４６中にこれらのガイドロッド４５．４５が遊嵌
されている。上記試料台２２と架台３２との間には、積
層ピエゾ素子４７が介装されている。この積層ピエゾ索
子４７はピエゾ素子駆動回路４８から駆動電力を受けて
、試料台２２を矢印Ｙ方向に高速で往復移動させる。そ
れにより試料台２２は移動台１５に対して相対移動され
、前記光点Ｐが試料２３上を、主走査方向Ｘと直交する
Ｙ方向に副走査する。

なおこの副走査の所要時間は例えば１７２０秒とされ、
その場合、副走査幅を１００μｍとすると、副走査速度
は、 ２０Ｘ　１００　Ｘ　１０（−０，００２ｍ／　ｓ御２
ｍｍ／ｓ と、前記主走査速度よりも十分に低くなる。この程度の
副走査速度であれば、試料台２２を移動させても、試料
２３が飛んでしまうことを防止できる。

以上のようにして光点Ｐが試料２３上を２次元的に走査
することにより、該試料２３の２次元像を担持するアナ
ログの信号Ｓが得られる。この信号Ｓは周期的にサンプ
リングされて、画素分割されたデジタル画像データとさ
れる。この画像データの生成については、後に詳しく説
明する。

なおピエゾ索子駆動回路３４および４８には、図示しな
い制御回路から同期信号が人力され、それにより、光点
Ｐの主、副走査の同期が取られる。

また図では特に示されていないが、主、副走査方向ＸＳ
Ｙと直交する矢印２方向（第１図参照）、すなわち光学
系１８．２１の光軸方向に試料台２２を移動させること
もできる。こうして試料台２２をＺ方向に所定距離移動
させる毎に前記光点Ｐの２次元走査を行なえば、合焦点
面の情報のみが光検出器９によって検出される。そこで
、この光検出器９の出力Ｓから得られた画像データをフ
レームメモリに取り込むことにより、試料２３を２方向
に移動させた範囲内で、全ての面に焦点が合った画像を
担う画像データを得ることが可能となる。

次に、出力画像の倍率を変更させる点について説明する
。第３図に示すように前記光検出器９の出力Ｓは、アン
プ５０によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器５１によっ
てデジタル画像データＳｄに変換される。このＡ／Ｄ変
換器５１におけるＡ／Ｄ変換のサンプリング周波数およ
びサンプリングを行なうタイミングは、サンプリングク
ロック発生回路５２から入力されるサンプリングクロッ
クＳ１によって定められる。以下、このサンプリングク
ロックＳ１の生成について、サンプリングクロック発生
回路５２を詳しく示す第４図も参照して説明する。

顕微鏡本体の走査機構において、光点Ｐの主走査と同期
が取られた高周波の基準信号Ｓ２が生成され（第３図参
照）、この基、準信号Ｓ２は第４図図示のＰ　Ｌ　Ｌ　
（Ｐｈａｓｅ　Ｌｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏｐ　）回路７０に
人力される。なおこの基準信号Ｓ２は、例えば前記移動
台１５から架台３２に向けて光ビームを発する手段と、
架台３２に固定されてこの光ビームによって走査される
グリッドと、このグリッドを通過することにより変調さ
れた光を検出する光検出器等によって生成される。ＰＬ
Ｌ回路７０は、人力されたこの基準信号Ｓ２の周波数の
Ｎ（整数）倍の周波数ｆｏのパルス信号Ｃ１を出力する
。

このパルス信号Ｃ１は、光点Ｐの主走査と同期したもの
となり、カウンタ７１およびセレクタ７２に入力される
。カウンタ７１は、このパルス信号Ｃ１を一例として２
分周、４分周、８分周したパルス信号Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４
を出力し、上記セレクタ７２に人力させる。このセレク
タ７２には、ホストコンピュータ５３（第３図参照）か
ら倍率指定信号Ｓ３が人力され、セレクタ７２はこの信
号Ｓ３に応じて上記４種のパルス信号Ｃ１〜Ｃ４のうち
の１つを選択的に出力し、ＡＮＤ回路７３に入力させる
。

なお上記倍率指定信号Ｓ３は、ホストコンピュータ５３
に接続された倍率設定器（図示せず）のマニュアル操作
を受けて、該ホストコンピュータ５３がその設定された
倍率（光学系による倍率は含まない、電気的手法による
倍率。以下、同様）に応じて出力するものである。本実
施例では一例として倍率１倍、２倍、４倍、８倍が設定
されるようになっており、その際各々パルス信号Ｃ４、
Ｃ３、Ｃ２、ＣＩが選択される。

一方フリップフロップ７４には上記ホストコンピュータ
５３から、主走査方向頭出し指定信号Ｓ４が入力される
。この頭出し指定信号Ｓ４は、ホストコンピュータ５３
に接続された視野位置設定器（図示せず）のマニュアル
操作を受けて、該ホストコンピュータ５３がその設定さ
れた視野位置に応じて出力するものである。フリップフ
ロップ７４は、この頭出し指定信号Ｓ４が人力されると
信号Ｓ５を出力し、この信号Ｓ５はプログラマブルカウ
ンタ７５Ａ、　７５Ｂにそれぞれ入力される。これらの
プログラマブルカウンタ７５Ａ、７５Ｂには、前記ＰＬ
Ｌ回路７０が出力した周波数ｆ０のパルス信号Ｆ１が人
力され、該プログラマブルカウンタ７５Ａ、　７５Ｂは
、上記信号Ｓ５を受けるとこのパルス信号Ｆ１のカウン
ト開始する。またプログラマブルカウンタ７５Ａ、７５
Ｂにはホストコンピュータ５３から、前記倍率指定信号
Ｓ３と対応したカウント数指定信号Ｓ６が入力される。

このカウント数指定信号Ｓ６は、倍率１倍が指定された
ときには、主走査方向画素数をｍとして８ｍ個のパルス
カウントを指定するものとされ、倍率２倍、４倍、８倍
が指定されたときにはそれぞれ、４ｍ個、２ｍ個、ｍ個
のパルスカウントを指定するものとされている。

プログラマブルカウンタ７５Ａ、　７５Ｂはそれぞれ、
この信号Ｓ６によって指定された数だけパルス信号Ｆ１
をカウントする。

このカウントがなされている間プログラマブルカウンタ
７５Ａ、７５Ｂから出力される信号Ｆ１は、一方はＮＯ
Ｔ回路７６を通して、他方はそのままＡＮＤ回路７７に
人力される。したがってこのＡＮＤ回路７７からは、第
５図に示すように、上記カウントがなされている期間Ｈ
（ｈｉｇｈ）レベルとなるゲート信号Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３
あるいはＧ４が出力される。各ゲート信号Ｇ１、Ｇ２、
Ｇ３、Ｇ４は、それぞれ倍率１倍、２倍、４倍、８倍が
指定された際のものであり、各々パルス信号Ｆ１の８ｍ
個、４ｍ個、２ｍ個、ｍ個分の長さを有するものとなる
。なお第５図では、概略的にｍ−６として示している。

上記ゲート信号Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３あるいはＧ４は、前記
ＡＮＤ回路７３に入力される。なお各ゲート信号６１〜
Ｇ４の立上がりのタイミングは、前述の頭出し指定信号
Ｓ４によって規定されることになる。またフリップフロ
ップ７４は、顕微鏡の走査機構から出力される副走査同
期信号Ｖｓにより、１主走査毎にリセットされる。

上記ＡＮＤ回路７３からは、ゲート信号Ｇ１、Ｇ２、Ｇ
３あるいはＧ４がＨレベルとなっている期間、パルス信
号Ｆ４、Ｆ３、Ｆ２あるいはＦｌが出力される。すなわ
ち、倍率１倍、２倍、４倍あるいは８倍が指定されたと
き、それぞれパルス信号Ｆ４、Ｆ３、Ｆ２あるいはＦｌ
が１主走査期間につきどの場合もｍ（［１出力される（
第５図参照）。

このＡＮＤ回路７３から出力されたパルス信号が第３図
図示のサンプリングクロックＳ１として出力される。

以上より明らかな通り、第３図のＡ／Ｄ変換器５１にお
いてアンプ５０の出力がＡ／Ｄ変換される際、そのサン
プリング周波数は倍率１倍のときはｆ。

／８、また倍率２倍、４倍、８倍のときはそれぞれｆｏ
／４、ｆｏ／２、ｆｏとなる。こうしてＡ／Ｄ変換して
得られたデジタル画像データＳｄは、倍率に係わらす１
主走査期間当りｍ個となり、メモリ５５に逐一格納され
る。

一方第３図の間引き信号コントローラ５６には、前述し
た副走査同期信号Ｖｓおよび主走査同期信号Ｈｓが入力
されるとともに、ホストコンピュータ５３から前記倍率
指定信号Ｓ３および副走査方向頭出し指定信号Ｓ７が入
力される。該コントローラ５６ハコレラノ信号ＶｓＳＨ
５，Ｓ３、Ｓ７に基づいて、設定された倍率および視野
に応じた間引き制御信号Ｓ８を出力する。この信号Ｓ８
は、前記メモリ５５への画像データＳｄの記憶、および
そこからの読出しを制御するリードライトコントロ−ラ
５７に入力される。このコントローラ５７は間引き制御
信号Ｓ８に基づいて、メモリ５５から読み出される画像
データＳｄの副走査方向読出し開始位置および間引き率
を制御する。すなわち副走査方向画素数をｎとすると、
顕微鏡における光点Ｐの主走査ライン数は８ｎとされて
おり、倍率１倍、２倍、４倍あるいは８倍が指定された
場合は、間引き制御信号Ｓ８に基づいて画像データＳｄ
の副走査方向間引き率が各々１／８．１／４．１／２．
１／１（間引き無し）に設定される。またそのとき、画
像データＳｄの副走査方向読出し開始位置が、間引き制
御信号Ｓ８に基づいて定められる。

前述した通り、Ａ／Ｄ変換器５１における画像信号のＡ
／Ｄ変換に際しては、サンプリングクロックＳ１の周波
数が変えられることにより、サンプリングの粗さが変え
られるが、メモリ５５からの画像データＳｄの読出しを
上述のように制御することにより、倍率に応じて副走査
方向にもサンプリングの粗さを変えるのと同じこととな
る。

以上述べたようにして、いかなる倍率が設定されている
場合でも、メモリ５５から読み出された画像データＳｄ
’　は、主走査方向ｍ個×副走査方向ｎ個の画素につい
てのデータの集合となる。この画像データＳｄ’　はホ
ストコンピュータ５３によって作動制御される線画ユニ
ット５９に人力される。

この線画ユニット５９には、前記主走査同期信号Ｈ５お
よび副走査同期信号Ｖｓを受けるブランキング／アドレ
ス発生器５８が発生したアドレス信号Ｓ９およびブラン
キング信号ＳＩＯが人力され、これらの信号Ｓ９および
ＳＩＯに基づいて画像データＳｄ′の各々のアドレスが
定められるとともにそれらにブランキング信号が付加さ
れる。そして線画ユニット５９は画像データＳｄ’　を
アナログの画像信号Ｓａに変換し、該信号Ｓａを画像再
生装置５４に人力して顕微鏡像を再生させる。

ここで、画像データＳｄのサンプリングの粗さと、試料
２３上におけるサンプリング点との関係を、倍率１倍時
と倍率２倍時について概略的に第６図に示す。倍率１倍
時には、第６図の（′２Ｊに示されるゲート信号Ｇ１が
Ｈレベルとなっている間、周波数ｆｏ／８のパルス信号
Ｆ４がサンプリングクロックＳ１とされ、またメモリ５
５からの画像データ読出しに際しては副走査方向間引き
率が１／８とされるので、線画ユニット５９に入力され
る画像データＳｄ’　は、第６図（１）に示す試料２３
上の縦横の実線が交差した点についての画像情報を担う
ものとなる。

一方倍率２倍時には、第６図の（２）に示されるゲート
信号Ｇ２がＨレベルとなっている間、周波数ｆｏ／４の
パルス信号Ｆ３がサンプリングクロックＳ１とされ、ま
たメモリ５５からの画像データ読出しに際しては副走査
方向間引き率が１／４とされるので、線画ユニット５９
に入力される画像データＳｄ’　は、第６図（１）に示
す試料２３上の縦横の実線および破線が交差した点につ
いての画像情報を担うものとなる。なお上記の第６図に
おいても、概略的にｍ−６、そしてｎ−６としである。

上述のような２通りの画像データＳｄ’　を比べると、
後者は前者に比べてサンプリングの粗さが主、副の両走
査方向について１／２となっている。

したがって、後者の画像データＳｄ’　に基づいて再生
された顕微鏡像は、前者の画像データＳｄ’に基づいて
再生された顕微鏡像と比べて倍率が２倍となる。第６図
には示していないが、倍率４倍、８倍のときも同様であ
る。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り本発明の走査型顕微鏡において
は、画像再生に供する画像データを得る際のサンプリン
グの粗さを、サンプリング数は一定としたまま主走査方
向および副走査方向について変化させる手段を設けたこ
とにより、再生顕微鏡像の倍率を電気的に変更自在とな
っている。したがって本走査型顕微鏡は、倍率変更の操
作が極めて簡単であり、使い勝手が従来装置に比べて極
めて良好なものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例による走査型顕微鏡を示す
概略正面図、 第２図は、上記走査型顕微鏡の要部を示す斜視図、 第３図は、上記走査型顕微鏡の電気回路を示すブロック
図、 第４図は、第３図の電気回路のサンプリングクロック発
生回路を詳しく示す回路図、 第５図は、第３図の回路におけるサンプリングクロック
発生のためのパルス信号とゲート信号を示すグラフ、 第６図は、本発明装置における顕微鏡像倍率変更の仕組
みを説明する説明図である。 ５・・・レーザダイオード　９・・・光検出器１１・・
・照明光　　　　　　１１’　・・・透過光１５・・・
移動台　　　　　　１６・・・コリメーターレンズ１７
．１９・・・対物レンズ　　１８・・・送光光学系２０
・・・果光レンズ　　　　２１・・・受光光学系２２・
・・試料台　　　　　　２３・・・試料３２・・・架台
　　　　　　　３３．４７・・・積層ピエゾ素子３４．
４８・・・ピエゾ素子駆動回路 ５０・・・アンプ　　　　　　５１・・・Ａ／Ｄ変換器
５２・・・サンプリングクロック発生回路５３・・・ホ
ストコンピュータ　５４・・・画像再生装置５５・・・
メモリ　　　　５６・・・間引き信号コントローラ５７
・・・リード／ライトコントローラ５８・・・ブランキ
ング／アドレス発生器５９・・・線画ユニット 第 図 第 ３ 図 第 図 Ｆ１ｍｉｉルス分

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 試料を照明光によって主、副走査方向に走査し、そのと
   きの試料からの光を光検出器により検出し、 この光検出器の出力を周期的にサンプリングしてデジタ
   ルの画像データを得る走査型顕微鏡において、 前記サンプリングの粗さを、サンプリング数は一定とし
   たまま主走査方向および副走査方向について変化させる
   手段が設けられたことを特徴とする走査型顕微鏡。