JP2003121748A - カラーレーザー走査型顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】信号処理系統におけるノイズ及び信号歪み等を
排除して高画素、高鮮明カラー画像が得られ、しかも安
価なカラーレーザー走査型顕微鏡の提供。 【解決手段】輝度信号を画像処理する画像処理装置２３
を備えたレーザー走査型顕微鏡であって、発光装置２０
には、赤色レーザー光を発する赤色発光器２４と、緑色
レーザー光を発する緑色発光器２５と、青色レーザー光
を発する照射する青色発光器２６と、各発光器の発光時
間を制御する照射コントローラ２９とを備え、照射コン
トローラ２９により、赤色、緑色、青色の各発光器を所
定時間毎に順次切換えて各々の単色レーザー光を照射さ
せ、単色光毎に走査を行わせ、各単色レーザー光走査毎
に受光素子２１により検出される明暗輝度信号を画像処
理装置２３によって合成し、色つきの画像とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、資料に対して対物レン
ズを通して集光したカラーレーザー光により資料を走査
し、その透過光又は反射光をＣＣＤ等の受光素子に受
け、その輝度信号によりカラー画像を得るようにしたカ
ラーレーザー走査型顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、カラーレーザー走査顕微鏡とし
て、例えば、図５に示すような装置が提供されている。

【０００３】この装置は、直線偏光レーザー照射器１か
ら照射されたＲＧＢ合成光の光束をシリンドリカルレン
ズ２を使用してＹ方向走査全域固定の光束を作り（結像
面ではＹ方向の線となるので、線走査ともいう）、Ｘ方
向はガルバノミラー装置３で走査し、リレーレンズ４に
より瞳位置５に結像し、偏光ビームスプリッター６で曲
げられ、照射側対物レンズ７により資料８に集光結像す
る。即ち、資料８と瞳位置５とは共役関係にある。

【０００４】資料透過後、透過側対物レンズ９により１
／４λ波長板１０を透過し、資料８と共役位置に結像す
る。その位置に結像主光線を曲率半径とする凹面鏡１１
を置くと、照射光と全く同一の光路を戻るようになり、
１／４λ波長板１０，透過側対物レンズ９、資料８、照
射側対物レンズ７を戻り、偏光ビームスプリッター６に
至る。

【０００５】戻り光は、１／４λ波長板１０を２回通過
するので、偏光面の方向が９０°変化し、偏光ビームス
プリッター６では、戻り光束は曲げられることなく透過
して、資料８と共役位置に結像する。その位置にＣＣＤ
カメラ１２を設置して撮像するようになっている。尚、
撮像した画像をカラーで表示する場合には、カラー用の
ＣＣＤカメラを用いて撮像し、それにより得られた輝度
信号を出力するようになっている。

【０００６】しかし、ＣＣＤは光の強弱（輝度）しか認
識できないので、カラー画像を表示するためには光を３
原色（赤、緑、青）毎に撮像し、それを画像処理して出
力し、モニターに表示する必要があり、一般にカラー用
ＣＣＤカメラは、図６に示すように、一枚の受光素子
（ＣＣＤ）１３の画素毎にオンチップのカラーフィルタ
ーを備え、一枚の受光素子（ＣＣＤ）の各画素を三原色
に分配配列した所謂マトリクス方式や、図７に示すよう
に、色分離プリズム１４により光を三原色に分離し、各
色についてエリアＣＣＤ１５ａ，１５ｂ，１５ｃを備え
る３ＣＣＤ方式等が採用されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
従来の技術では、ＣＣＤカメラがマトリクス方式の場
合、一枚の受光素子（ＣＣＤ）を三原色に分配配列する
ため三原色を均等に配列すると、画素数が１／３になっ
てしまい、解像度が低下するという問題があり、ＣＣＤ
カメラ１２が３ＣＣＤ方式の場合では、ＲＧＢ合成レー
ザー光を色分離プリズムに通すので、透過ロス及び反射
ロス等の特性を上げることが非常に困難であるという問
題がある。

【０００８】また、レーザー走査型顕微鏡の分解能を高
めようとすれば、それに対応して受光素子もより解像度
が高く、特性ロス及びノイズの少ないものが必要とな
り、特に、透過型のレーザー走査顕微鏡にあっては、点
像分布がよりシャープなものになるため、ノイズ等を少
なくするために、撮像及び表示するものは解像度が高
く、特性ロスやノイズが少ないものが望ましい。

【０００９】本発明は、このような従来の技術の状況を
鑑み、信号処理系統におけるノイズ及び信号歪み等を排
除して高画素、高鮮明カラー画像が得られ、しかも安価
なカラーレーザー走査型顕微鏡の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の如き従来の問題を
解決し、所期の目的を達成するための本発明に係るカラ
ーレーザー走査顕微鏡の特徴は、発光装置より照射され
たレーザー光を対物レンズを通して集光させ、該集光さ
れたレーザースポット光を資料に照射して走査させ、該
レーザースポット光の資料透過光又は反射光を、該光の
輝度が検出できる受光素子に受光させ、得られた輝度信
号を画像処理する画像処理装置を備えたレーザー走査型
顕微鏡であって、前記発光装置には、赤色レーザー光を
発する赤色発光器と、緑色レーザー光を発する緑色発光
器と、青色レーザー光を発する照射する青色発光器と、
該各発光器の発光時間を制御する照射コントローラとを
備え、該照射コントローラにより、前記赤色、緑色、青
色の各発光器を所定時間毎に順次切換えて各々の単色レ
ーザー光を照射させ、該単色光毎に前記走査を行わせ、
該各単色レーザー光走査毎に前記受光素子により検出さ
れる輝度信号を前記画像処理装置によって合成し、色付
きの画像とすることにある。

【００１１】尚、発光装置には、各単色レーザー光の照
射輝度を調整する輝度調整手段を備えることが好まし
い。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係るカラーレーザ
ー走査型顕微鏡の実施の形態の一例を図１について説明
する。尚、上述の従来例と同一の部分には、同一符号を
付して説明する。

【００１３】図１は本発明に係るカラーレーザー走査顕
微鏡の概略を示し、カラーレーザー走査顕微鏡は、レー
ザー光を照射する発光装置２０、シリンドリカルレンズ
２、ガルバノミラー装置３、リレーレンズ４、偏光ビー
ムスプリッター６、照射側対物レンズ７、透過側対物レ
ンズ９、１／４λ波長板１０、凹面鏡１１及び撮像装置
の各光学系要素と、カラーモニター２２にカラー画像Ｃ
を表示させる画像処理装置２３とを備えて構成されてい
る。

【００１４】発光装置２０は、図１に示すように、赤色
発光器２４、緑色発光器２５及び青色発光器２６の３つ
のそれぞれ色の異なる単色レーザー光を照射する発光器
と、反射鏡２７と、ハーフミラー２８，２８と、各発光
器２４，２５，２６の照射時間を制御する照射コントロ
ーラ２９とを備えて構成されている。尚、各色発光器２
４，２５，２６には照射輝度が調整可能なように輝度調
節機構を備えている。また、照射コントローラ２９は、
各発光器２４，２５，２６の照射時間を制御するととも
に、画像処理装置２３に各色単色レーザー光の照射時間
情報を出力するようになっている。

【００１５】撮像装置は、単板式ＣＣＤ受光素子２１か
ら構成され、該ＣＣＤ受光素子２１が受光した輝度信号
を画像処理装置２３に出力するようになっている。

【００１６】画像処理装置２３は、受光素子２１から得
られる各単色レーザー光による１又は複数フレームの輝
度信号を一時的に記録する第１メモリー３０と、第１メ
モリー３０から送り出される１又は複数フレームの各単
色レーザー光による輝度信号を、各単色レーザー光毎に
区分けして記録する第２メモリー３１と、第２メモリー
３１に記録された各単色レーザー光毎の３種類の輝度信
号をカラーモニターの走査方式に合わせて出力させる信
号処理部３２とを備えて構成されている。

【００１７】各光学系構成要素は、図１に示すように配
置されており、発光装置２０より照射されたレーザー光
は、シリンドリカルレンズ２に入射し、ここでＹ方向走
査全域を固定する光束を作り、ガルバノミラー装置３に
至る。

【００１８】ガルバノミラー装置３に入射した光束は、
ガルバノメーターにより左右微小角度で回動する鏡に反
射されてＸ方向の走査がなされ、リレーレンズ４により
瞳位置５に結像され、偏光ビームスプリッター６に入射
する。

【００１９】光束は、偏光ビームスプリッター６により
曲げられ、照射側対物レンズ７により資料８に集光結像
する。

【００２０】資料透過後、透過側対物レンズ９により１
／４λ波長板１０を透過し、資料８と共役位置に結像す
る。その位置には、結像主光線を曲率半径とする凹面鏡
１１が置かれており、この凹面鏡１１で透過光を反射
し、この光は透過光と全く同一の光路を戻るようにな
り、１／４λ波長板１０，透過側対物レンズ９、資料
８、照射側対物レンズ７を戻り、偏光ビームスプリッタ
ー６に至る。

【００２１】戻り光は、１／４λ波長板１０を２回通過
するので、偏光面の方向が９０°変化し、偏光ビームス
プリッター６では、戻り光束は曲げられることなく透過
して、資料８と共役位置に結像する。その位置に撮像装
置（受光素子）２１を設置して撮像されるようになって
いる。

【００２２】次に、上述したレーザー走査顕微鏡を使用
した画像表示方法について説明する。

【００２３】図２は本画像表示方法におけるチャート図
を示す。

【００２４】まず、ガルバノミラー装置３を動作させる
と同時に、照射コントローラ２９は、赤色発光器２４か
ら赤色単色レーザー光を照射させるとともに画像処理装
置２３に赤色レーザーの照射時間情報を出力する。この
レーザー光は、ハーフミラー２８，２８を通過して反射
ミラー２７で反射し、顕微鏡の光導入部に照射される。

【００２５】そして、ガルバノミラー装置３を動作させ
て資料８を赤色単色レーザー光により走査する。走査に
よる透過光（逆行光）は単板式ＣＣＤ受光素子２１によ
り受光され、赤色単色レーザー光による１画面分の走査
からえられた輝度信号、即ち１フレーム分の輝度信号Ｒ
１が画像処理装置２３の第１メモリー３０に出力され
る。

【００２６】上記操作を緑色レーザー光及び青色レーザ
ー光についても順次行い、第１メモリー３０にｔ秒間隔
で赤色レーザー光による輝度信号Ｒ１、緑色レーザー光
による輝度信号Ｇ１、青色レーザー光による輝度信号Ｂ
１の順に出力させる。

【００２７】次に、第１メモリー３０に入力された各色
単色レーザー光による輝度信号Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１は、一
時的に第１メモリーに記録され、順次第２メモリーに送
り出される。第２メモリーでは、各単色レーザー光によ
る輝度信号Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１が照射されたレーザー光に
対応して区分けされて記録される。各色単色レーザー光
による輝度信号Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１が第２メモリー３１に
全て記録された後、区分けして記録された赤色、緑色、
青色の各レーザー光による計３フレーム分の輝度信号Ｒ
１，Ｇ１，Ｂ１を、カラーモニター２２の走査方式に合
わせて、信号処理部３２により同調させてカラー画面出
力信号として同時に出力させ、カラーモニター２２で１
フレームのカラー画像Ｃ１（Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１）を表示
する。

【００２８】以上の操作を順次繰り返すことにより、モ
ニターにはカラー画像Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…が連続的に出
力され、カラー動画画像が表示されるようになってい
る。

【００２９】尚、各色単色レーザー光による走査時間は
合計で３ｔ秒間必要であり、それに伴って、以後の処理
時間が影響を受ける。即ち、第２メモリー３０により３
色の輝度信号Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１を記録した後、３色の輝
度信号を同時に同調させて出力し、１フレームのカラー
画像Ｃ１に合成すると、次のカラー画像Ｃ２が表示され
るまでに２ｔ秒間のタイムラグが生じる。そこで、画像
処理装置２３は、同一のカラー画像をＣ１，Ｃ１を３ｔ
秒間出力することで対応するようにしている。

【００３０】また、各色発光器のいずれか一つのみを発
光させ、単色レーザー光のみによる単色画像を得ること
ができる。このようにすれば、赤、緑、青のレーザー色
を適宜選択し、蛍光試料等の観測にも対応することがで
きる。

【００３１】尚、上述の実施例では、各色１画面走査分
（１フレーム）の輝度信号を合成してカラー画像にする
場合について説明したが、静止画像を表示する場合等で
は、図３に示すように、照射される各色単色レーザー光
が所定のフレーム数連続して資料を走査した後に切り替
わるように照射時間を設定してもよい。このとき、複数
フレームの各色輝度信号（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３）、（Ｇ
１，Ｇ２，Ｇ３）、（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）は、順次第一
メモリーに記録され、順次第２メモリーに送られる。第
２メモリーに送られた複数フレームの各色輝度信号は、
各色毎に照射されたレーザー光の色に対応して区分けさ
れて第２メモリーに記録され、これを合成して１フレー
ムのカラー画像Ｃ１とする。

【００３２】また、上述の実施例では、資料に対し、照
射側からと透過側からの２回光束を透過させる所謂ダブ
ルパス方式の顕微鏡について説明したが、図４に示すよ
うに、偏光ビームスプリッター６と照射側対物レンズ７
の間に１／４λ波長板１６を設置し、資料の下方にシャ
ッター１７を備える所謂反射走査型のカラーレーザー走
査顕微鏡であってもよい。この場合、偏光ビームスプリ
ッター６により曲げられた光束は１／４λ波長板１６を
透過し、照射側対物レンズ７により資料に集光結像し、
反射する。そして、反射光は再度照射側対物レンズ７及
び１／４λ波長板１６を通過し、偏光ビームスプリッタ
ー６に戻る。このとき、光束は１／４λ波長板１６を２
回通過しているので９０°偏光面の方向が変化し、偏光
ビームスプリッター６を透過し、ＣＣＤ受光素子２１に
受光される。そして、受光された各色輝度信号を上述し
た実施例と同様に処理し、カラー画像Ｃをカラーモニタ
ー２２に出力する。

【００３３】

【発明の効果】上述のように、本発明に係るレーザー走
査顕微鏡は、発光装置より照射されたレーザー光を対物
レンズに通して集光させ、該集光されたレーザースポッ
ト光を資料に照射して走査させ、該レーザースポット光
の資料透過光又は反射光を、該光の輝度が検出できる受
光素子に受光させ、得られた輝度信号を画像処理する画
像処理装置を備えたレーザー走査型顕微鏡であって、前
記発光装置には、赤色レーザー光を発する赤色発光器
と、緑色レーザー光を発する緑色発光器と、青色レーザ
ー光を発する照射する青色発光器と、該各発光器の発光
時間を制御する照射コントローラとを備え、該照射コン
トローラにより、前記赤色、緑色、青色の各発光器を所
定時間毎に順次切換えて各々の単色レーザー光を照射さ
せ、該単色光毎に前記走査を行わせ、該各単色レーザー
光走査毎に前記受光素子により検出される輝度信号を前
記画像処理装置によって合成し、色付きの画像とするこ
とにより、レーザー光を扱う上で問題になりやすいフィ
ルターやプリズム等の部品を減らすことでき、顕微鏡装
置を安価に製造できると共に、信号処理系統におけるノ
イズ及び信号歪み等を排除した素直で鮮明な高精細画像
を容易に得ることができ、学術、医学、科学、工業、産
業等の各分野において広く利用することができる。

【００３４】また、赤、緑、青のレーザー色を適宜選択
し、単色による画像が得られるので、蛍光試料等の観測
にも対応することができる。

【００３５】発光装置には、各単色レーザー光の照射輝
度を調整する輝度調整手段を備えたことにより、資料の
色に対応させて、好適に照射光のカラー調整を行うこと
ができ、観察者（使用者）の自由度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザー走査顕微鏡の概略を示す
ブロック図である。

【図２】画像表示の時間経過による状態を示すチャート
図である。

【図３】画像表示の時間経過による状態の他の一例を示
すチャート図である。

【図４】本発明に係るレーザー走査顕微鏡の他の一例の
概略を示すブロック図である。

【図５】従来のレーザー走査顕微鏡の一例を示すブロッ
ク図である。

【図６】従来のカラーＣＣＤカメラの撮像方式を示す模
式図である。

【図７】同上の他の方式を示す模式図である。

【符号の説明】

Ｒ 赤色輝度信号 Ｇ 緑色輝度信号 Ｂ 青色輝度信号 Ｃ カラー画像 ２０ 発光装置 ２１ 受光素子 ２２ カラーモニター ２３ 画像処理装置 ２４ 赤色発光器 ２５ 緑色発光器 ２６ 青色発光器 ２７ 反射鏡 ２８ ハーフミラー ２９ 照射コントローラ ３０ 第１メモリー ３１ 第２メモリー ３２ 信号処理部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光装置より照射されたレーザー光を対物
   レンズに通して集光させ、該集光されたレーザースポッ
   ト光を資料に照射して走査させ、該レーザースポット光
   の資料透過光又は反射光を、該光の輝度が検出できる受
   光素子に受光させ、得られた輝度信号を画像処理する画
   像処理装置を備えたレーザー走査型顕微鏡であって、 前記発光装置には、赤色レーザー光を発する赤色発光器
   と、緑色レーザー光を発する緑色発光器と、青色レーザ
   ー光を発する照射する青色発光器と、該各発光器の発光
   時間を制御する照射コントローラとを備え、 該照射コントローラにより、前記赤色、緑色、青色の各
   発光器を所定時間毎に順次切換えて各々の単色レーザー
   光を照射させ、該単色レーザー光毎に前記走査を行わ
   せ、該各単色レーザー光による走査毎に前記受光素子に
   より検出される輝度信号を前記画像処理装置によって合
   成し、色付きの画像とすることを特徴としてなるカラー
   レーザー走査型顕微鏡。
2. 【請求項２】発光装置には、各単色レーザー光の照射輝
   度を調整する輝度調整手段を備えた請求項１に記載のカ
   ラーレーザー走査型顕微鏡。