サンプリングクロック発生装置およびサンプリングクロック発生システム
【課題】外部環境温度やスキャナ周波数が変化しても、光学的走査位置を検出する手段を別途設けることなく光学的走査範囲と電気的走査範囲とを一致させて画像の劣化を防ぐ。
【解決手段】光源からの光を振動しながら反射または屈折して試料に照射する共振スキャナの振動に同期した同期信号Ｓ１に対応する位置信号Ｓ２を生成するＰＬＬ正弦波発生部２と、速度信号Ｓ５を絶対値化して絶対値速度信号Ｓ７を生成する絶対値処理部７と、絶対値速度信号Ｓ７の値に応じた周波数のＳＣを生成するＶＣＯ１０と、生成されたＳＣに基づいて、所定数のＳＣを含む画像化区間の区間情報を生成するＤＥ生成部１６と、画像化区間範囲と共振スキャナの走査範囲とにずれが生じた場合に、走査範囲と画像化区間範囲とが一致するように、位置信号Ｓ２の位相を補正する第２ＰＤ１７とを備えるサンプリングクロック発生装置１を提供する。
【解決手段】光源からの光を振動しながら反射または屈折して試料に照射する共振スキャナの振動に同期した同期信号Ｓ１に対応する位置信号Ｓ２を生成するＰＬＬ正弦波発生部２と、速度信号Ｓ５を絶対値化して絶対値速度信号Ｓ７を生成する絶対値処理部７と、絶対値速度信号Ｓ７の値に応じた周波数のＳＣを生成するＶＣＯ１０と、生成されたＳＣに基づいて、所定数のＳＣを含む画像化区間の区間情報を生成するＤＥ生成部１６と、画像化区間範囲と共振スキャナの走査範囲とにずれが生じた場合に、走査範囲と画像化区間範囲とが一致するように、位置信号Ｓ２の位相を補正する第２ＰＤ１７とを備えるサンプリングクロック発生装置１を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンプリングクロック発生装置およびサンプリングクロック発生システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、振動しながら光を反射または屈折して試料に照射するスキャナを用いた走査型観察装置用のサンプリングクロック発生装置として、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）にスキャナの速度信号を表す正弦波電圧を入力して、電圧値に応じた周波数でサンプリングクロックを発生させる装置が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【０００３】
走査型観察装置においては、スキャナにより試料上で光を走査させる走査範囲（以下、「光学的走査範囲」という。）と、サンプリングクロックに従ってサンプリングする観察画像の範囲（以下、「電気的走査範囲」という。）とを一致させる必要があるが、外部環境温度の変化やスキャナ周波数の変化により、電気的走査範囲の位相が変動し画像が劣化するという問題がある。
【０００４】
このような問題に対して、特許文献１に記載のサンプリングクロック装置は、温度ごとに補正値を記憶しておき、光学的走査範囲と電気的走査範囲とが一致するように、温度変化に応じてサンプリングクロックの位相を補正することで画像劣化を防止することとしている。また、特許文献２に記載のサンプリングクロック発生装置は、光学的走査範囲を検出する検出手段を別途設け、検出手段により検出された光学的走査位置に対して電気的走査位置が一致するように、サンプリングクロックをリアルタイムに補正することで画像劣化を防止することとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２７０５６２号公報
【特許文献２】特開２００９−１４５８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のサンプリングクロック発生装置のように、温度ごとの補正値に基づいてサンプリングクロックを補正するのでは、温度特性には個々にばらつきがあるため、個々の温度特性のバラつきを加味して個別に補正値を求めなければならず作業が煩雑になるという不都合がある。また、特許文献１に記載のサンプリングクロック発生装置は、温度変化に対する補正はできても、スキャナ周波数の変化に対する補正はできないという問題がある。また、特許文献２に記載のサンプリングクロック発生装置は、光学的走査位置を検出する検出手段として、集光レンズ、ピンホール板、光検出器およびアンプ等を別途設けなければならないという不都合がある。
【０００７】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、外部環境温度やスキャナ周波数が変化しても、光学的走査位置を検出する手段を別途設けることなく光学的走査範囲と電気的走査範囲とを一致させて画像の劣化を防ぐことができるサンプリングクロック発生装置およびサンプリングクロック発生システム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】
【０００８】
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。
本発明は、光源からの光を振動しながら反射または屈折して試料に照射する走査手段の前記振動に同期した同期信号に対応する速度信号を生成する速度信号生成部と、該速度信号生成部により生成された速度信号を絶対値化して絶対値速度信号を生成する絶対値速度信号生成部と、該絶対値速度信号生成部により生成された絶対値速度信号の値に応じた周波数のサンプリングクロックを生成するサンプリングクロック発振部と、該サンプリングクロック発振部により生成されたサンプリングクロックに基づいて、所定数のサンプリングクロックを含む画像化区間の区間情報を生成する区間情報生成部と、該区間情報生成部により生成された区間情報により特定される画像化区間範囲と前記同期信号出力部から出力された同期信号により特定される前記走査手段の走査範囲とにずれが生じた場合に、該走査範囲と前記画像化区間範囲とが一致するように、前記速度信号の位相を補正する位相補正部とを備えるサンプリングクロック発生装置を提供する。
【０００９】
本発明によれば、区間情報生成部により、所定数のサンプリングクロックを含む画像化区間の区間情報を生成することで、走査手段による走査が有効に行われる画像化区間において、画像情報のサンプリングを精度よく行い、サンプリングした画像情報に基づいて鮮明な画像を生成することができる。
【００１０】
この場合において、走査手段の走査範囲は、外部環境温度や走査手段の周波数に関わらず、同期信号の特定の位相位置において常に一定であるのに対し、画像化区間範囲は、外部環境温度や走査手段の周波数が変化すると、速度信号の位相が変動することにより位相が変化する。本発明は、走査手段による走査範囲と画像化区間範囲とにずれが生じた場合に、位相補正部により速度信号の位相を補正することで、サンプリングクロック発振部により生成されるサンプリングクロックの位相が修正され、走査範囲と画像化区間範囲とが一致させられる。したがって、外部環境温度の変化や走査手段の周波数変化等に起因して画像化区間範囲の位相が変動しても、走査範囲を検出する手段を別途設けることなく、サンプリングクロックの位相を修正し、走査手段の走査範囲に画像化区間範囲を一致させて画像が劣化するのを防ぐことができる。
【００１１】
上記発明においては、前記同期信号の逓倍の周波数のアドレスクロックを発するアドレスクロック発振部と、該アドレスクロック発振部から発せられるアドレスクロックをカウントするアドレスカウンタと、該アドレスカウンタによりカウントされた所定のカウント値の前記アドレスクロックに同期して位相比較パルス信号を発生する位相比較パルス発生部とを備え、前記速度信号生成部が、前記位相比較パルス信号に前記速度信号の位相を関連づけて該速度信号を生成し、前記位相補正部が、前記同期信号と前記速度信号との位相差を比較し、これらの位相差が変化した場合に、該位相差が所定の値を維持するように、前記位相比較パルス信号を発生させる前記所定のカウント値を変更することとしてもよい。
【００１２】
このように構成することで、速度信号生成部により生成される速度信号の位相が位相比較パルス信号に関連づけられているので、位相比較パルス信号を発生させるアドレスクロックのカウント値を変更することにより、速度信号の位相が変更される。したがって、外部環境温度の変化や走査手段の周波数変化に起因して速度信号の位相が変動しても、位相補正部により、同期信号と速度信号との位相差が走査手段による走査範囲と画像化区間範囲とが一致しているときの値が維持されるようにアドレスクロックのカウント値を変更することで、速度信号の位相を適正値に戻すことができる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記位相補正部が、前記光源の停止期間および/または前記走査手段の帰線期間に前記速度信号の位相を調整することとしてもよい。
画像取得中に位相補正部が作動すると画像に悪影響が出るため、画像を取得していないタイミングである光源の停止期間および／または走査手段の帰線期間に速度信号の位相を補正することで、画像に悪影響を与えるのを回避することができる。
【００１４】
また、上記発明においては、前記絶対値速度信号生成部が、前記速度信号生成部により生成された速度信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、該Ａ／Ｄ変換部によりＡ／Ｄ変換された速度信号を絶対値化するディジタル演算部と、該ディジタル演算部により絶対値化された速度信号をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換部とを備えることとしてもよい。
【００１５】
このように構成することで、ディジタル演算部により、アナログ信号を処理する場合のように、信号の立ち上り部分と立ち下り部分での絶対値化後の信号波形における非対称な歪みを発生させずに済む。その結果、非対称な歪みのないディジタルの絶対値化速度信号からＤ／Ａ変換部において生成されたアナログの絶対値速度信号にも歪みがなく、アナログの絶対値速度信号値に応じた周波数で生成されるサンプリングクロックの間隔も非対称に変化しない。したがって、走査手段の往路側および復路側に取得された信号を両方とも利用して画像を形成しても画像ズレのない鮮明な画像を取得することができる。
【００１６】
また、上記発明においては、前記絶対値速度信号生成部が、前記絶対値速度信号のオフセット量を調節する線形性補正演算を行うこととしてもよい。
このように構成することで、付与するオフセット量に応じて、サンプリングクロック発振部に入力される絶対値速度信号が嵩上げまたは嵩下げされることにより、サンプリングクロック発振部により生成されるサンプリングクロックの周波数を調節するように絶対値速度信号の波形を調節することができる。これにより、走査手段の個体差により生じる非線形性によって、サンプリングクロックの間隔が対称的に変化するのを抑制して、画像ズレのない鮮明な画像を取得することを可能とするサンプリングクロックを発生させることができる。
【００１７】
また、上記発明においては、前記絶対値速度信号生成部が、複数の前記速度信号を加算平均して絶対値速度信号を生成することとしてもよい。
このように構成することで、生成した速度信号のノイズを除去し、さらに精度よく、画像ズレのない鮮明な画像を取得することを可能とするサンプリングクロックを発生させることができる。
【００１８】
また、本発明は、前記走査手段の往路走査期間と復路走査期間において、それぞれサンプリングクロックと画像化区間の区間情報とを出力する２つの並列接続された上記サンプリングクロック発生装置と、該サンプリングクロック発生装置により出力された往路走査期間におけるサンプリングクロックおよび区間情報と、前記復路走査期間におけるサンプリングクロックおよび区間情報とを合成するクロック情報合成部とを備えるサンプリングクロック発生システムを提供する。
【００１９】
本発明によれば、往路走査期間と復路走査期間とにおいて、並列接続された２つのサンプリングクロック発生装置を用いるので、走査手段が往路と復路とで異なる速度を有する場合に、それぞれの走査期間で別個のサンプリングクロックを発生させることができる。そして、生成されたサンプリングクロックおよび画像化区間は、クロック情報合成部において合成されることにより、往復の走査期間全体にわたって、画像ズレのない鮮明な画像を取得することを可能とするサンプリングクロックを発生させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光学的走査位置を検出する手段を別途設けることなく、外部環境温度やスキャナ周波数が変化しても光学的走査範囲と電気的走査範囲とを一致させて画像の劣化を防ぐことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係るサンプリングクロック発生装置を適用する走査型観察装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るサンプリングクロック発生装置を示すブロック図である。
【図３】図２のＰＬＬ正弦波発生部を示すブロック図である。
【図４】ＢＰＦのゲインと位相の周波数特性をシミュレーションした図である。
【図５】図１のサンプリングクロック発生装置において生成される位置信号と速度信号との同期関係を示すグラフである。
【図６】（ａ）は共振画像が良好のときの同期信号とコンパレータ信号の位相差を示す図であり、（ｂ）は共振画像にずれが生じたときの同期信号とコンパレータ信号の位相差を示す図である。
【図７】同期信号と位置信号との位相関係を示す図である。
【図８】外乱により速度信号の位相が変動する様子を示す図である。
【図９】走査範囲と画像区画化範囲とが一致しているときの位置信号と速度信号およびサンプリングクロックとの位相関係を示す図である。
【図１０】走査範囲と画像区画化範囲とがずれたときの位置信号と速度信号およびサンプリングクロックとの位相関係を示す図である。
【図１１】修正により走査範囲と画像区画化範囲とを一致させたときの位置信号と速度信号およびサンプリングクロックとの位相関係を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係るサンプリングクロック発生システムを示すブロック図である。
【図１３】図１２のサンプリングクロック発生システムにより生成されたサンプリングクロックおよび画像化区間情報を示すグラフであり、（ａ）は往路側のディジタル絶対値速度信号、サンプリングクロックおよび画像化区間情報であり、（ｂ）は復路側のディジタル絶対値速度信号、サンプリングクロックおよび画像化区間情報であり、（ｃ）は往復合成後のディジタル絶対値速度信号、サンプリングクロックおよび画像化区間情報である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の一実施形態に係るサンプリングクロック発生装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るサンプリングクロック発生装置１は、図１に示されるように、走査型観察装置１００において使用される。
【００２３】
走査型観察装置１００は、照明光を発生する光源１０１と、光源１０１からの照明光を変調する光変調素子１０２と、照明光をＸＹ２次元方向に走査する走査ユニット１０３と、走査された照明光を集光する瞳投影レンズ１０４、結像レンズ１０５および対物レンズ１０６と、対物レンズ１０６により集光され、結像レンズ１０５、瞳投影レンズ１０４および走査ユニット１０３を介して戻る試料Ａからの戻り光を分岐するダイクロイックミラー１０７と、分岐された戻り光を検出する光検出器１０８とを備えている。符号１０９はミラー、符号１１０はバリアフィルタ、符号１１１は共焦点レンズ、符号１１２は共焦点ピンホール、符号１１３はステージである。
【００２４】
走査ユニット１０３は、照明光をＹ方向に偏向するガルバノミラー１０３ｂと、Ｘ方向に偏向する共振スキャナ（走査手段）１０３ａとを備えている。ただし、この構成に限定するものではない。例えば、走査ユニット１０３は、Ｘ方向走査用のスキャナとＹ方向走査用のスキャナとが独立した構成でもよいし、Ｘ方向に偏向する走査手段１０３ａにガルバノミラーを用いてもよい。
図中、符号１１４は、光変調素子１０２、走査ユニット１０３、光検出器１０８およびステージ１１３を制御して画像を生成する制御装置、符号１１５は生成された画像を表示するモニタである。
【００２５】
本実施形態に係るサンプリングクロック発生装置１は、共振スキャナ１０３ａから出力される同期信号Ｓ１から共振スキャナ１０３ａの動作に同期したサンプリングクロックＳＣを発生し制御装置１１４に出力するようになっている。制御装置１１４は、光検出器１０８により検出された試料Ａからの戻り光の強度を、サンプリングクロック発生装置１から送られてきたサンプリングクロックＳＣに応じたタイミングでサンプリングして並べることにより、試料Ａの２次元的な画像を生成するようになっている。
【００２６】
本実施形態に係るサンプリングクロック発生装置１は、約８ｋＨｚで共振振動させられる共振スキャナ１０３ａから出力された、その共振振動に同期した同期信号Ｓ１が入力されて、サンプリングクロックＳＣおよび画像化区間信号（以下、ＤＥという。）を出力する装置である。
【００２７】
このサンプリングクロック発生装置１は、図２に示されるように、同期信号Ｓ１が入力されるとその同期信号Ｓ１に同期した正弦波信号からなる位置信号（速度信号）Ｓ２を出力するＰＬＬ正弦波発生部（速度信号生成部）２と、ＰＬＬ正弦波発生部２から出力された位置信号Ｓ２にかけるゲインを調節する可変ゲイン調節部３と、ゲイン調節された入力位置信号Ｓ３からジッターノイズを除去するように、共振スキャナ１０３ａの共振周波数に中心波長を有するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４と、バンドパスフィルタ４を通過した位置信号Ｓ４を速度信号Ｓ５に変換する位置帰還部５とを備えている。
【００２８】
ＰＬＬ正弦波発生部２は、図３に示すように、同期信号Ｓ１の整数倍（例えば、１１６４逓倍。）の周波数のアドレスクロック（アドレスＣＬＫ)を生成するＰＬＬ回路（アドレスクロック発振部）３１と、ＰＬＬ回路３１により生成されたアドレスクロックの数をカウントするアドレスカウンタ３３と、正弦波波形データを記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３５と、アドレスカウンタ３３によりカウントされた所定のカウント値のアドレスクロックに同期して位相比較パルス信号Ｓ１７を発生するデコーダ（位相比較パルス発生部）３７と、アドレスカウンタ３３によりカウントされたアドレスクロックをアドレスとして、ＲＡＭ３５に記憶されている正弦波波形データを再生し、同期信号Ｓ１の波形に同期した正弦波の位置信号Ｓ２を生成する位置信号生成部３９とを備えている。
【００２９】
アドレスカウンタ３３は、アドレスクロックのカウント値が、例えば１１６４に達すると、カウント値をゼロにリセットする動作を繰り返すようになっている。
デコーダ３７は、アドレスカウンタ３３によるカウント値が所定の値、例えばカウント値ゼロのときに、位相比較パルス信号Ｓ１７を発生するように設定されている。
位置信号生成部３９は、デコーダ３７により発生される位相比較パルス信号Ｓ１７に位置信号Ｓ２の位相を関連づけて、位置信号Ｓ２を生成するようになっている。
【００３０】
図２に戻り、ＢＰＦ４は、中心周波数に対して、入力された位置信号Ｓ３の周波数が変化すると、出力される位置信号Ｓ４の位相が変化する周波数−位相特性を有している。例えば、図４は、ＢＰＦ４のゲインと位相の周波数特性をシミュレーションしたものである。ＢＰＦ４の中心周波数は８ＫＨｚとする。同図に示されるように、入力される位置信号Ｓ３の周波数が８ＫＨｚに対して±に変化すると、出力される位置信号Ｓ４の位相も変化することがわかる。また、ＢＰＦ４は、その温度特性により、入力される位置信号Ｓ３の周波数が変化していなくても、外部環境温度の変化によりＢＰＦ４の中心周波数が変動し、出力される位置信号Ｓ４の位相が変化することがある。
【００３１】
位置帰還部５は、入力された位置信号Ｓ４から、後述するＶＣＯ１０から出力されたサンプリングクロックＳＣに基づく位置再生信号Ｓ１１を減算することにより、速度信号Ｓ５を算出するようになっている。
【００３２】
また、サンプリングクロック発生装置１は、生成された正弦波信号からなるアナログの速度信号Ｓ５を８０ＭＨｚのサンプリングレートでディジタルサンプリングしてディジタル速度信号Ｓ６に変換するＡ／Ｄ変換器（ＡＤ変換部：絶対値速度信号生成部）６と、Ａ／Ｄ変換器６により変換されたディジタル速度信号Ｓ６の内、負の振幅部分を正の振幅として折り返してディジタル絶対値速度信号Ｓ７を生成する絶対値処理部（ディジタル演算部：絶対値速度信号生成部）７と、ディジタル絶対値速度信号Ｓ７に予め設定された量だけオフセット処理を行うリニア補正部（絶対値速度信号生成部）８と、オセット処理されたディジタル絶対値速度信号Ｓ８をＤ／Ａ変換してアナログ絶対値速度信号Ｓ９を生成するＤ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ変換部：絶対値速度信号生成部）９と、アナログ絶対値速度信号Ｓ９の電圧値に応じた周波数のサンプリングクロックＳＣを発生するＶＣＯ（サンプリングクロック発振部）１０とを備えている。符合１９は、ＦＶＣ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｔｏ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ、周波数/電圧変換器、）を示している。
これにより、ＶＣＯ１０からは、共振スキャナ１０３ａの速度変化に応じて間隔の変化する不等間隔のサンプリングクロックＳＣが生成されるようになっている。
【００３３】
また、サンプリングクロック発生装置１は、ＶＣＯ１０により発生されたサンプリングクロックＳＣをカウントするアップダウンカウンタ１１を備えている。アップダウンカウンタ１１は、ＶＣＯ１０から出力されたサンプリングクロックＳＣを、例えば、カウント値が０〜５８２までアップカウントし、５８２の後は０までダウンカウントすることを繰り返すことにより、図５に示されるような共振スキャナ１０３ａの位置に相当する再生位置信号Ｓ１０を生成するようになっている。
【００３４】
アップダウンカウンタ１１により生成された再生位置信号Ｓ１０は、Ｄ／Ａ変換器１２に入力されることによりアナログの位置再生信号Ｓ１１に変換されて位置帰還部５に入力されるようになっている。また、アップダウンカウンタ１１は、アップカウントのときにはＨＩＧＨ、ダウンカウントのときにはＬＯＷとなる矩形波からなるアップダウン信号Ｓ１２およびカウント値Ｓ１３も出力するようになっている。
【００３５】
Ａ／Ｄ変換器６により変換されたディジタル速度信号Ｓ６は、コンパレータ１３にも出力されるようになっている。コンパレータ１３は、入力されたディジタル速度信号Ｓ６の符号を判定し、符号が負の場合にはＨＩＧＨ、正の場合にはＬＯＷとなる矩形波からなるコンパレータ信号Ｓ１４を出力するようになっている。
【００３６】
また、サンプリングクロック発生装置１は、コンパレータ１３から出力されたコンパレータ信号Ｓ１４とアップダウンカウンタ１１から出力されたアップダウン信号Ｓ１２との位相ズレを検出する位相検出部（以下、第１ＰＤという。）１４と、第１ＰＤ１４から出力された位相ズレの検出信号Ｓ１５を鈍らせて可変ゲイン調節部３に入力するローパスフィルタ（以下、ＬＰＦという。）１５とを備えている。
【００３７】
コンパレータ信号Ｓ１４は、図５に示されるように、共振スキャナ１０３ａの位置信号から生成したディジタル速度信号Ｓ６の位相を表し、アップダウン信号Ｓ１２は、ＶＣＯ１０により生成されたサンプリングクロックＳＣから再生される再生位置信号Ｓ１０の位相を表している。したがって、これらの位相が一致していない場合には、可変ゲイン調節部３のゲインを調節し、一致している場合には、ゲインを固定することにより、共振スキャナ１０３ａの１周期中に存在するサンプリングクロックＳＣの数を固定することができるようになっている。上記の例では、アップダウンカウンタ１１による往復のカウント値Ｓ１３によって、５８２＋５８２＝１１６４個のサンプリングクロックＳＣが、正確に共振スキャナ１０３ａの１周期中に入るゲインに固定されるようになっている。
【００３８】
また、サンプリングクロック発生装置１は、アップダウンカウンタ１１から出力されるカウント値Ｓ１３に基づいて、画像化区間の情報を表す画像化区間信号ＤＥを生成するＤＥ生成部（区間情報生成部）１６を備えている。
【００３９】
これにより、本実施形態に係るサンプリングクロック発生装置１は、共振スキャナ１０３ａの動作に同期した不等間隔の１１６４個のサンプリングクロックＳＣと、当該サンプリングクロックＳＣの内の画像化区間を示す矩形波の画像化区間信号ＤＥとを出力するようになっている。
走査型観察装置１００の光検出器１０８により検出される試料Ａからの戻り光をサンプリングクロック発生装置１により発生された画像化区間内のサンプリングクロックＳＣに従ってサンプリングすることにより、共振スキャナ１０３ａの往復動作の両方において画像情報を取得することができるようになっている。
【００４０】
また、サンプリングクロック発生装置１は、同期信号Ｓ１とコンパレータ１３から出力されるコンパレータ信号（速度信号）Ｓ１４との位相差を比較し、この位相差が所定の値を維持するようにＰＬＬ正弦波発生部２のアドレスカウンタ３３を制御する位相補正部（以下、第２ＰＤという。）１７を備えている。
【００４１】
第２ＰＤ１７は、同期信号Ｓ１とコンパレータ信号Ｓ１４との位相差が変化した場合に、同期信号Ｓ１により特定される共振スキャナ１０３ａの走査範囲と、ＤＥ生成部１６により生成される画像化区間信号ＤＥにより特定される画像化区間範囲とが一致しているときの所定の位相差を維持するように、アドレスカウンタ３３の位相比較パルス信号Ｓ１７を発生させるカウント値を変更するようになっている。
【００４２】
位置信号生成部３９により生成される位置信号Ｓ２の位相が位相比較パルス信号Ｓ１７に関連づけられているので、位相比較パルス信号Ｓ１７を発生させるアドレスクロックのカウント値が変更されると、位置信号生成部３９によるＲＡＭ３５からの正弦波波形データの読み出し位置が変更されて位置信号Ｓ２の位相が変化する。その結果、位置帰還部５により生成される速度信号Ｓ５の位相が変更され、ＶＣＯ１０により生成されるサンプリングクロックＳＣの位相も変更されることとなる。これにより、共振スキャナ１０３ａの走査範囲と画像化区間範囲とにずれが生じた場合に、これら走査範囲と画像化区間範囲とが一致するように、第２ＰＤ１７によって位置信号Ｓ２の位相が補正されるようになっている。
【００４３】
同期信号Ｓ１とコンパレータ信号Ｓ１４の位相差は、例えば、適当なチャート標本を顕微鏡観察において顕微鏡視野に設置し、次に、その標本設置状態のまま走査型顕微鏡観察像（ＬＳＭ像）で画像取得をした際に、このチャート標本の像が顕微鏡観察像とＬＳＭ像で一致するようにＬＳＭ像側の画像区間範囲を調整した状態における同期信号Ｓ１とコンパレータ信号Ｓ１４の位相差を検出することで取得できる。この所定の位相差のときに走査範囲と画像化区間範囲が一致していることになる。
【００４４】
顕微鏡光学系の公差、検出から画像表示手段の電気的遅延などの様々な光学ズレ要因や電気遅延要因があるため、必ずしも位相差がゼロのときに共振画像が良好（走査範囲と画像化区間範囲が一致。）ということではなく、機体差がある。よって、第２ＰＤ１７には、機体ごとに最適な所定の位相差が調整値として設定されるようになっている。
【００４５】
例えば、図６（ａ）に示すように、共振画像が良好のときに、同期信号Ｓ１とコンパレータ信号Ｓ１４の位相差がアドレスカウント値６であるとする。この場合、図６（ｂ）に示すように、共振画像にずれが生じ、同期信号Ｓ１とコンパレータ信号Ｓ１４の位相差が変化したら（例えば、位相差がアドレスカウント値３に変化。）、これらの位相差がアドレスカウント値６に戻るように、第２ＰＤ１７により、アドレスカウンタ３３が制御されるようになっている。
【００４６】
また、第２ＰＤ１７は、光源１０１の停止期間および共振スキャナ１０３ａの帰線期間において、位相比較パルス信号Ｓ１７を発生させるカウント値を変更して、速度信号Ｓ５の位相を調整するようになっている。
【００４７】
このように構成された本実施形態に係るサンプリングクロック発生装置１の作用について以下に説明する。
走査型観察装置１００により試料Ａを観察するには、光源１０１から照明光を発生させ、光変調素子１０２、走査ユニット１０３、瞳投影レンズ１０４および結像レンズ１０５を介して対物レンズ１０６により試料Ａに照明光を照射する。この場合において、走査ユニット１０３の作動により、試料Ａ上で照明光が２次元的に走査される。試料Ａから戻る戻り光は、対物レンズ１０６、結像レンズ１０５、瞳投影レンズ１０４および走査ユニット１０３を介して光路を逆方向に戻り、ダイクロイックミラー１０７により照明光から分岐されて光検出器１０８により検出される。
【００４８】
サンプリングクロック発生装置１においては、走査ユニット１０３の共振スキャナ１０３ａから出力される同期信号Ｓ１から共振スキャナ１０３ａの動作に同期したアドレスクロックが発生される。具体的には、ＰＬＬ正弦波発生部２において、図７に示すように、ＰＬＬ回路３１により、同期信号Ｓ１（ガルバノＳｙｎｃ）の整数倍（本実施形態においては、１１６４逓倍。）のアドレスクロックが生成される。次いで、アドレスカウンタ３３により、アドレスクロック数がカウントされ、アドレスカウンタ値が１１６４カウントになるとゼロにリセットする動作が繰り返される。
【００４９】
デコーダ３７により、アドレスカウンタ値がゼロのときに位相比較パルス信号Ｓ１７が発生され、位相比較パルス信号Ｓ１７が入力の同期信号Ｓ１の立ち上りエッジに追従するように制御される。位相比較パルス信号Ｓ１７の立ち上りが同期信号Ｓ１の立ち上りエッジと一致しない場合は、一致するようにクロック周波数を変化させる制御が繰り返される。
【００５０】
次いで、位置信号生成部３９により、アドレスカウンタ値をアドレスとして、ＲＡＭ３５に記憶されている正弦波波形データが再生される。これにより、同期信号Ｓ１に同期し、位相比較パルス信号Ｓ１７に位相が関連づけられた位置信号Ｓ２が生成される。位置信号Ｓ２の位相が位相比較パルス信号Ｓ１７に関連づけられるので、位相比較パルス信号Ｓ１７を発生させるアドレスカウンタ値を変更すると、ＲＡＭ３５の読み出しアドレスが変更されて位置信号Ｓ２の位相がシフト（移相調整）される。
【００５１】
位置信号生成部３９により生成された位置信号Ｓ２は、可変ゲイン調節部３、ＢＰＦ４を介して位置帰還部５に入力され、位置帰還部５により速度信号Ｓ５に変換される。次いで、Ａ／Ｄ変換器６により速度信号Ｓ５がディジタル速度信号Ｓ６に変換され、絶対値処理部７によりディジタル絶対値速度信号Ｓ７に変換された後、リニア補正部８を介してＤ／Ａ変換部９に入力されてアナログ絶対値速度信号Ｓ９に変換される。ＶＣＯ１０にアナログ絶対値速度信号Ｓ９が入力されると、ＶＣＯ１０によりサンプリングクロックＳＣが生成されて制御装置１１４に送られる。
【００５２】
制御装置１１４により、光検出器１０８により検出された試料Ａからの戻り光の強度を、サンプリングクロック発生装置１から送られてきたサンプリングクロックＳＣに応じたタイミングでサンプリングして並べられる。これにより、試料Ａの２次元的な画像が生成される。
【００５３】
本実施形態に係るサンプリングクロック発生装置１によれば、ＤＥ生成部１６により、所定数のサンプリングクロックを含む画像化区間信号ＤＥを生成することで、共振スキャナ１０３ａによる走査が有効に行われる画像化区間において、画像情報のサンプリングを精度よく行い、サンプリングした画像情報に基づいて鮮明な画像を生成することができる。これにより、試料Ａの観察を良好に行うことができる。
【００５４】
ここで、ＢＰＦ４により出力される速度信号Ｓ４は、ＢＰＦ４の特性により外部環境温度の変化やスキャナ周波数の変化（例えば、走査手段が共振スキャナの場合、環境温度変化によって共振周波数が変化する。）の影響で位相が変化してしまうことがある。例えば、図８に示すように、ＢＰＦ４通過後の位置信号Ｓ４の位相の変動（同図の上から５段目の信号。実線は位相が変動する前の信号を示し、鎖線は位相が変動した後の信号を示している。）は、その後段の速度信号Ｓ５，Ｓ６、絶対値信号Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９、サンプリングクロックＳＣ、そして、画像化区間信号ＤＥにも位相の変動として影響する。
【００５５】
その結果、共振スキャナ１０３ａの走査範囲の位相は、外部環境温度やスキャナ周波数に関わらず同期信号Ｓ１の特定の位相位置において常に一定であるのに対し、画像化区間範囲の位相は、ＰＬＬ正弦波発生部２による処理が同期信号Ｓ１に同期追従しても、外部環境温度やスキャナ周波数が変化すると、速度信号Ｓ５の位相が変動することにより変化してしまう。
【００５６】
本実施形態に係るサンプリングクロック発生装置１は、第２ＰＤ１７により、同期信号Ｓ１とコンパレータ信号Ｓ１４との位相差が比較され、比較結果に応じて、ＰＬＬ正弦波発生部２により生成される位置信号Ｓ２の位相が補正される。例えば、図９に示すように、アドレスクロックのカウント値０で発生させた位相比較パルス信号Ｓ１７を用いてサンプリングクロックＳＣを生成した場合において、同期信号Ｓ１とコンパレータ信号Ｓ１４が予め決められた位相差に維持されていると、共振スキャナ１０３ａの走査範囲と画像化区間範囲とが一致している。
【００５７】
しかしながら、外部温度変化などの外乱により、図１０に示すように、速度信号Ｓ５、サンプリングクロックＳＣ、画像有効区間信号ＤＥ等の位相が変化すると、共振スキャナ１０３ａの走査範囲と画像化区間範囲にずれが生じる。この場合、同期信号Ｓ１とコンパレータ信号Ｓ１４の位相差が変化することにより、第２ＰＤ１７によって、図１１に示すように、位相比較パルス信号Ｓ１７を発生させるアドレスカウント値が、例えばカウント値５に変更され、位置信号生成部３９により生成される位置信号Ｓ２（ＲＡＭ波形データ）の位相がずらされる。
【００５８】
これにより、位置信号Ｓ２以降の信号の位相関係が一律にシフトさせられ、最終的なサンプリングクロックＳＣおよび画像有効区間信号ＤＥの位相もシフトさせられる。同期信号Ｓ１の立ち上りエッジとコンパレータ信号Ｓ１４の立ち上りエッジの時間差が予め決められた位相差に戻されると、共振スキャナ１０３ａの走査範囲に画像化区間範囲が一致させられる。
【００５９】
第２ＰＤ１７による位置信号Ｓ２の位相調整は、光源１０１の停止期間および共振スキャナ１０３ａの帰線期間に行われる。画像取得中に第２ＰＤ１７が作動すると画像に悪影響が出るため、画像を取得していないタイミングに位置信号Ｓ２の位相を補正することで、画像に悪影響を与えるのを回避することができる。なお、光源１０１の停止期間または共振スキャナ１０３ａの帰線期間に位置信号Ｓ２の位相調整を行うこととしてもよい。
【００６０】
以上説明したように本実施形態に係るサンプリングクロック発生装置１によれば、共振スキャナ１０３ａによる走査範囲と画像化区間範囲とにずれが生じた場合に、第２ＰＤ１７により位置信号Ｓ２の位相を補正することで、ＶＣＯ１０により生成されるサンプリングクロックＳＣの位相が適正値に戻され、走査範囲と画像化区間範囲とが一致させられる。したがって、外部環境温度の変化や走査手段の周波数変化等に起因して画像化区間範囲の位相が変動しても、走査範囲を検出する手段を別途設けることなく、サンプリングクロックＳＣの位相を修正し、共振スキャナ１０３ａの走査範囲に画像化区間範囲を一致させて画像が劣化するのを防ぐことができる。
【００６１】
また、ＶＣＯ１０に入力するアナログ絶対値速度信号Ｓ９を生成する際に、アナログ信号処理によることなくディジタル信号処理によって絶対値化するので、アナログ信号処理において発生していた信号の立ち上り部分と立ち下り部分における絶対値化後の速度信号波形の僅かな歪みの発生をも防止することができる。
【００６２】
その結果、ＶＣＯ１０によってアナログ絶対値速度信号Ｓ９に応じた周波数で生成されるサンプリングクロックＳＣの間隔が非対称に変化するのを防止することができる。これにより、共振スキャナ１０３ａの往路側および復路側に取得された信号を両方とも利用して画像を形成しても画像ズレのない鮮明な画像を取得することができるという利点がある。
【００６３】
また、ディジタル信号処理によって絶対値化されたディジタル絶対値速度信号Ｓ７に対してリニア補正部８において、オフセットをディジタル信号処理により簡易に付与することができるという利点もある。例えば、オフセット量を増加させると、その瞬間のディジタル絶対値速度信号Ｓ７の振幅もオフセット量分だけ増加するので、ＶＣＯ１０から出力される共振スキャナ１０３ａの１周期中のサンプリングクロックＳＣの数も１１６４個以上となる。しかし、上述したように、共振スキャナ１０３ａの１周期中のサンプリングクロックＳＣの数は正確に１１６４個となるように可変ゲイン調節部３にフィードバックする制御がなされているので、位置帰還部５に入力される入力位置信号Ｓ４の振幅は直ちに減少するようにゲインの調節が行われる。
【００６４】
これにより、付与するオフセット量に応じて、ＶＣＯ１０に入力される絶対値速度信号が嵩上げまたは嵩下げされ、共振スキャナ１０３ａの１周期中のサンプリングクロックＳＣの数を１１６４個に保ったままサンプリングクロックＳＣの周波数を調節するように、絶対値速度信号の波形を調節することができる。このようにすることで、共振スキャナ１０３ａの個体差により生じる非線形性によって、サンプリングクロックＳＣの間隔が対称的に変化するのを抑制して、画像ズレのない鮮明な画像を取得することを可能とするサンプリングクロックＳＣを発生させることができる。オセット量の設定は、手動で行ってもよいし自動的に行うように構成してもよい。
【００６５】
本実施形態においては、同期信号Ｓ１とコンパレータ信号Ｓ１４との位相差を比較することとしたが、画像化区間範囲のドリフト（位相変動）を検出するには、温度等によるドリフト発生前のシグナル位相（ＢＰＦ４通過前の信号の位相）とドリフト発生後のシグナル位相（ＢＰＦ４通過後の信号の位相）とを比較して、位相のシフト量を検出すればよい。したがって、比較するシグナルはＢＰＦ４の通過前と通過後であればどれを選択しても構わないが、正弦波信号の位相を比較するよりは、方形波状のシグナルの位相を比較する方がデジタル回路で実現しやすいメリットがある。
【００６６】
また、ＰＬＬ正弦波発生部２においては、共振スキャナ１０３ａから出力された同期信号Ｓ１に一致する位相を有する正弦波からなる位置信号Ｓ２を生成することとしたが、同期信号Ｓ１が入力されてから最終的なサンプリングクロックＳＣが生成されるまでには、無視できない遅延時間が発生する。また、共振スキャナ１０３ａの現実の位置と同期信号Ｓ１との間にも遅延時間が存在する。さらに、サンプリングクロックＳＣに基づいて光検出器１０８により検出された戻り光の強度をサンプリングする制御装置１１４においても遅延時間が発生する。したがって、ＰＬＬ正弦波発生部２においては、これらの様々な遅延時間を考慮して、ＰＬＬ正弦波発生部２から出力される位置信号Ｓ２の位相を調節することとしてもよい。これにより、最終的に得られる画像への遅延時間の影響を抑えることができる。
【００６７】
また、本実施形態においては、単一のサンプリングクロック発生装置１によって、共振スキャナ１０３ａの往路および復路のサンプリングクロックＳＣと画像化区間情報ＤＥとを生成することとした。これに代えて、図１２に示されるように、２つのサンプリングクロック発生装置１Ａ，１Ｂを並列に接続したサンプリングクロック発生システム２０を採用してもよい。
【００６８】
このサンプリングクロック発生システム２０には、各サンプリングクロック発生装置１Ａ，１Ｂで発生した往路側および復路側のサンプリングクロックＳＣＡ，ＳＣＢと、往路側および復路側の画像化区間の情報ＤＥＡ，ＤＥＢとを合成する合成部２１が設けられている。これにより、図１３（ａ），（ｂ）に示されるように往路および復路のサンプリングクロックＳＣＡ，ＳＣＢと画像化区間情報ＤＥＡ，ＤＥＢとを別々に発生させ、後段の合成部２１において、図１３（ｃ）に示されるように、合成された往復のサンプリングクロックＳＣおよび画像化区間情報ＤＥを出力することができる。
【００６９】
このようなサンプリングクロック発生システム２０によれば、共振スキャナ１０３ａの走査時間や速度変化が往路と復路とで異なっていても、往路側と復路側で異なるゲイン調整およびオフセット量調整を行って、往路に取得した戻り光の光強度と復路に取得した戻り光の光強度とを用いて画像ズレのない良好な画像を取得することができるという利点がある。
【００７０】
また、本実施形態においては、速度信号Ｓ５をディジタルサンプリングしてＡ／Ｄ変換し、絶対値化処理を行っているが、ディジタルサンプリングに際して信号にノイズが乗ってしまうことがあるため、ディジタルサンプリングされた複数の速度信号値を加算平均して各ディジタル速度信号Ｓ６を生成することにしてもよい。例えば、時刻Ｔにおけるディジタル速度信号Ｓ６（Ｔ）は、時刻Ｔよりも以前の２以上のディジタル信号Ｓ６（Ｔ−１），Ｓ６（Ｔ−２）を加算平均して求めることにすればよい。
【００７１】
これにより、生成されるディジタル速度信号Ｓ６およびディジタル絶対値速度信号Ｓ７におけるノイズを大幅に低減することができる。
なお、この場合にも、遅延時間が発生するので、位置信号Ｓ２の位相の調整にこの演算における遅延時間に対する調整をも加えることより、最終的に得られる画像への遅延時間の影響を抑えることにすればよい。
【００７２】
また、本実施形態においては、ディジタル信号に変換した状態で、絶対値化およびリニア補正を行っているが、ディジタル信号処理によれば、絶対値化およびリニア補正に限らず、比較的簡易に種々の信号調整を行うことができる。
【符号の説明】
【００７３】
Ａ 試料
ＳＣ サンプリングクロック
ＤＥ 画像化区間信号（画像化区間情報）
Ｓ１ 同期信号
Ｓ２ 位置信号（速度信号）
Ｓ５ 速度信号
Ｓ７ ディジタル絶対値速度信号
Ｓ９ アナログ絶対値速度信号
１，１Ａ，１Ｂ サンプリングクロック発生装置
２ ＰＬＬ正弦波発生部（速度信号生成部）
６ Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ変換部：絶対値速度信号生成部）
７ 絶対値処理部（ディジタル演算部：絶対値速度信号生成部）
８ リニア補正部（ディジタル演算部）
９ Ｄ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ変換部：絶対値速度信号生成部）
１０ ＶＣＯ（サンプリングクロック発振部）
１６ ＤＥ生成部（区間情報生成部）
１７ 第２ＰＤ（位相補正部）
２０ サンプリングクロック発生システム
２１ 合成部（クロック情報合成部）
３７ デコーダ（位相比較パルス発生部）
１０１ 光源
１０３ａ 共振スキャナ（走査手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンプリングクロック発生装置およびサンプリングクロック発生システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、振動しながら光を反射または屈折して試料に照射するスキャナを用いた走査型観察装置用のサンプリングクロック発生装置として、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）にスキャナの速度信号を表す正弦波電圧を入力して、電圧値に応じた周波数でサンプリングクロックを発生させる装置が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【０００３】
走査型観察装置においては、スキャナにより試料上で光を走査させる走査範囲（以下、「光学的走査範囲」という。）と、サンプリングクロックに従ってサンプリングする観察画像の範囲（以下、「電気的走査範囲」という。）とを一致させる必要があるが、外部環境温度の変化やスキャナ周波数の変化により、電気的走査範囲の位相が変動し画像が劣化するという問題がある。
【０００４】
このような問題に対して、特許文献１に記載のサンプリングクロック装置は、温度ごとに補正値を記憶しておき、光学的走査範囲と電気的走査範囲とが一致するように、温度変化に応じてサンプリングクロックの位相を補正することで画像劣化を防止することとしている。また、特許文献２に記載のサンプリングクロック発生装置は、光学的走査範囲を検出する検出手段を別途設け、検出手段により検出された光学的走査位置に対して電気的走査位置が一致するように、サンプリングクロックをリアルタイムに補正することで画像劣化を防止することとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２７０５６２号公報
【特許文献２】特開２００９−１４５８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のサンプリングクロック発生装置のように、温度ごとの補正値に基づいてサンプリングクロックを補正するのでは、温度特性には個々にばらつきがあるため、個々の温度特性のバラつきを加味して個別に補正値を求めなければならず作業が煩雑になるという不都合がある。また、特許文献１に記載のサンプリングクロック発生装置は、温度変化に対する補正はできても、スキャナ周波数の変化に対する補正はできないという問題がある。また、特許文献２に記載のサンプリングクロック発生装置は、光学的走査位置を検出する検出手段として、集光レンズ、ピンホール板、光検出器およびアンプ等を別途設けなければならないという不都合がある。
【０００７】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、外部環境温度やスキャナ周波数が変化しても、光学的走査位置を検出する手段を別途設けることなく光学的走査範囲と電気的走査範囲とを一致させて画像の劣化を防ぐことができるサンプリングクロック発生装置およびサンプリングクロック発生システム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】
【０００８】
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。
本発明は、光源からの光を振動しながら反射または屈折して試料に照射する走査手段の前記振動に同期した同期信号に対応する速度信号を生成する速度信号生成部と、該速度信号生成部により生成された速度信号を絶対値化して絶対値速度信号を生成する絶対値速度信号生成部と、該絶対値速度信号生成部により生成された絶対値速度信号の値に応じた周波数のサンプリングクロックを生成するサンプリングクロック発振部と、該サンプリングクロック発振部により生成されたサンプリングクロックに基づいて、所定数のサンプリングクロックを含む画像化区間の区間情報を生成する区間情報生成部と、該区間情報生成部により生成された区間情報により特定される画像化区間範囲と前記同期信号出力部から出力された同期信号により特定される前記走査手段の走査範囲とにずれが生じた場合に、該走査範囲と前記画像化区間範囲とが一致するように、前記速度信号の位相を補正する位相補正部とを備えるサンプリングクロック発生装置を提供する。
【０００９】
本発明によれば、区間情報生成部により、所定数のサンプリングクロックを含む画像化区間の区間情報を生成することで、走査手段による走査が有効に行われる画像化区間において、画像情報のサンプリングを精度よく行い、サンプリングした画像情報に基づいて鮮明な画像を生成することができる。
【００１０】
この場合において、走査手段の走査範囲は、外部環境温度や走査手段の周波数に関わらず、同期信号の特定の位相位置において常に一定であるのに対し、画像化区間範囲は、外部環境温度や走査手段の周波数が変化すると、速度信号の位相が変動することにより位相が変化する。本発明は、走査手段による走査範囲と画像化区間範囲とにずれが生じた場合に、位相補正部により速度信号の位相を補正することで、サンプリングクロック発振部により生成されるサンプリングクロックの位相が修正され、走査範囲と画像化区間範囲とが一致させられる。したがって、外部環境温度の変化や走査手段の周波数変化等に起因して画像化区間範囲の位相が変動しても、走査範囲を検出する手段を別途設けることなく、サンプリングクロックの位相を修正し、走査手段の走査範囲に画像化区間範囲を一致させて画像が劣化するのを防ぐことができる。
【００１１】
上記発明においては、前記同期信号の逓倍の周波数のアドレスクロックを発するアドレスクロック発振部と、該アドレスクロック発振部から発せられるアドレスクロックをカウントするアドレスカウンタと、該アドレスカウンタによりカウントされた所定のカウント値の前記アドレスクロックに同期して位相比較パルス信号を発生する位相比較パルス発生部とを備え、前記速度信号生成部が、前記位相比較パルス信号に前記速度信号の位相を関連づけて該速度信号を生成し、前記位相補正部が、前記同期信号と前記速度信号との位相差を比較し、これらの位相差が変化した場合に、該位相差が所定の値を維持するように、前記位相比較パルス信号を発生させる前記所定のカウント値を変更することとしてもよい。
【００１２】
このように構成することで、速度信号生成部により生成される速度信号の位相が位相比較パルス信号に関連づけられているので、位相比較パルス信号を発生させるアドレスクロックのカウント値を変更することにより、速度信号の位相が変更される。したがって、外部環境温度の変化や走査手段の周波数変化に起因して速度信号の位相が変動しても、位相補正部により、同期信号と速度信号との位相差が走査手段による走査範囲と画像化区間範囲とが一致しているときの値が維持されるようにアドレスクロックのカウント値を変更することで、速度信号の位相を適正値に戻すことができる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記位相補正部が、前記光源の停止期間および/または前記走査手段の帰線期間に前記速度信号の位相を調整することとしてもよい。
画像取得中に位相補正部が作動すると画像に悪影響が出るため、画像を取得していないタイミングである光源の停止期間および／または走査手段の帰線期間に速度信号の位相を補正することで、画像に悪影響を与えるのを回避することができる。
【００１４】
また、上記発明においては、前記絶対値速度信号生成部が、前記速度信号生成部により生成された速度信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、該Ａ／Ｄ変換部によりＡ／Ｄ変換された速度信号を絶対値化するディジタル演算部と、該ディジタル演算部により絶対値化された速度信号をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換部とを備えることとしてもよい。
【００１５】
このように構成することで、ディジタル演算部により、アナログ信号を処理する場合のように、信号の立ち上り部分と立ち下り部分での絶対値化後の信号波形における非対称な歪みを発生させずに済む。その結果、非対称な歪みのないディジタルの絶対値化速度信号からＤ／Ａ変換部において生成されたアナログの絶対値速度信号にも歪みがなく、アナログの絶対値速度信号値に応じた周波数で生成されるサンプリングクロックの間隔も非対称に変化しない。したがって、走査手段の往路側および復路側に取得された信号を両方とも利用して画像を形成しても画像ズレのない鮮明な画像を取得することができる。
【００１６】
また、上記発明においては、前記絶対値速度信号生成部が、前記絶対値速度信号のオフセット量を調節する線形性補正演算を行うこととしてもよい。
このように構成することで、付与するオフセット量に応じて、サンプリングクロック発振部に入力される絶対値速度信号が嵩上げまたは嵩下げされることにより、サンプリングクロック発振部により生成されるサンプリングクロックの周波数を調節するように絶対値速度信号の波形を調節することができる。これにより、走査手段の個体差により生じる非線形性によって、サンプリングクロックの間隔が対称的に変化するのを抑制して、画像ズレのない鮮明な画像を取得することを可能とするサンプリングクロックを発生させることができる。
【００１７】
また、上記発明においては、前記絶対値速度信号生成部が、複数の前記速度信号を加算平均して絶対値速度信号を生成することとしてもよい。
このように構成することで、生成した速度信号のノイズを除去し、さらに精度よく、画像ズレのない鮮明な画像を取得することを可能とするサンプリングクロックを発生させることができる。
【００１８】
また、本発明は、前記走査手段の往路走査期間と復路走査期間において、それぞれサンプリングクロックと画像化区間の区間情報とを出力する２つの並列接続された上記サンプリングクロック発生装置と、該サンプリングクロック発生装置により出力された往路走査期間におけるサンプリングクロックおよび区間情報と、前記復路走査期間におけるサンプリングクロックおよび区間情報とを合成するクロック情報合成部とを備えるサンプリングクロック発生システムを提供する。
【００１９】
本発明によれば、往路走査期間と復路走査期間とにおいて、並列接続された２つのサンプリングクロック発生装置を用いるので、走査手段が往路と復路とで異なる速度を有する場合に、それぞれの走査期間で別個のサンプリングクロックを発生させることができる。そして、生成されたサンプリングクロックおよび画像化区間は、クロック情報合成部において合成されることにより、往復の走査期間全体にわたって、画像ズレのない鮮明な画像を取得することを可能とするサンプリングクロックを発生させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光学的走査位置を検出する手段を別途設けることなく、外部環境温度やスキャナ周波数が変化しても光学的走査範囲と電気的走査範囲とを一致させて画像の劣化を防ぐことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係るサンプリングクロック発生装置を適用する走査型観察装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るサンプリングクロック発生装置を示すブロック図である。
【図３】図２のＰＬＬ正弦波発生部を示すブロック図である。
【図４】ＢＰＦのゲインと位相の周波数特性をシミュレーションした図である。
【図５】図１のサンプリングクロック発生装置において生成される位置信号と速度信号との同期関係を示すグラフである。
【図６】（ａ）は共振画像が良好のときの同期信号とコンパレータ信号の位相差を示す図であり、（ｂ）は共振画像にずれが生じたときの同期信号とコンパレータ信号の位相差を示す図である。
【図７】同期信号と位置信号との位相関係を示す図である。
【図８】外乱により速度信号の位相が変動する様子を示す図である。
【図９】走査範囲と画像区画化範囲とが一致しているときの位置信号と速度信号およびサンプリングクロックとの位相関係を示す図である。
【図１０】走査範囲と画像区画化範囲とがずれたときの位置信号と速度信号およびサンプリングクロックとの位相関係を示す図である。
【図１１】修正により走査範囲と画像区画化範囲とを一致させたときの位置信号と速度信号およびサンプリングクロックとの位相関係を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係るサンプリングクロック発生システムを示すブロック図である。
【図１３】図１２のサンプリングクロック発生システムにより生成されたサンプリングクロックおよび画像化区間情報を示すグラフであり、（ａ）は往路側のディジタル絶対値速度信号、サンプリングクロックおよび画像化区間情報であり、（ｂ）は復路側のディジタル絶対値速度信号、サンプリングクロックおよび画像化区間情報であり、（ｃ）は往復合成後のディジタル絶対値速度信号、サンプリングクロックおよび画像化区間情報である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の一実施形態に係るサンプリングクロック発生装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るサンプリングクロック発生装置１は、図１に示されるように、走査型観察装置１００において使用される。
【００２３】
走査型観察装置１００は、照明光を発生する光源１０１と、光源１０１からの照明光を変調する光変調素子１０２と、照明光をＸＹ２次元方向に走査する走査ユニット１０３と、走査された照明光を集光する瞳投影レンズ１０４、結像レンズ１０５および対物レンズ１０６と、対物レンズ１０６により集光され、結像レンズ１０５、瞳投影レンズ１０４および走査ユニット１０３を介して戻る試料Ａからの戻り光を分岐するダイクロイックミラー１０７と、分岐された戻り光を検出する光検出器１０８とを備えている。符号１０９はミラー、符号１１０はバリアフィルタ、符号１１１は共焦点レンズ、符号１１２は共焦点ピンホール、符号１１３はステージである。
【００２４】
走査ユニット１０３は、照明光をＹ方向に偏向するガルバノミラー１０３ｂと、Ｘ方向に偏向する共振スキャナ（走査手段）１０３ａとを備えている。ただし、この構成に限定するものではない。例えば、走査ユニット１０３は、Ｘ方向走査用のスキャナとＹ方向走査用のスキャナとが独立した構成でもよいし、Ｘ方向に偏向する走査手段１０３ａにガルバノミラーを用いてもよい。
図中、符号１１４は、光変調素子１０２、走査ユニット１０３、光検出器１０８およびステージ１１３を制御して画像を生成する制御装置、符号１１５は生成された画像を表示するモニタである。
【００２５】
本実施形態に係るサンプリングクロック発生装置１は、共振スキャナ１０３ａから出力される同期信号Ｓ１から共振スキャナ１０３ａの動作に同期したサンプリングクロックＳＣを発生し制御装置１１４に出力するようになっている。制御装置１１４は、光検出器１０８により検出された試料Ａからの戻り光の強度を、サンプリングクロック発生装置１から送られてきたサンプリングクロックＳＣに応じたタイミングでサンプリングして並べることにより、試料Ａの２次元的な画像を生成するようになっている。
【００２６】
本実施形態に係るサンプリングクロック発生装置１は、約８ｋＨｚで共振振動させられる共振スキャナ１０３ａから出力された、その共振振動に同期した同期信号Ｓ１が入力されて、サンプリングクロックＳＣおよび画像化区間信号（以下、ＤＥという。）を出力する装置である。
【００２７】
このサンプリングクロック発生装置１は、図２に示されるように、同期信号Ｓ１が入力されるとその同期信号Ｓ１に同期した正弦波信号からなる位置信号（速度信号）Ｓ２を出力するＰＬＬ正弦波発生部（速度信号生成部）２と、ＰＬＬ正弦波発生部２から出力された位置信号Ｓ２にかけるゲインを調節する可変ゲイン調節部３と、ゲイン調節された入力位置信号Ｓ３からジッターノイズを除去するように、共振スキャナ１０３ａの共振周波数に中心波長を有するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４と、バンドパスフィルタ４を通過した位置信号Ｓ４を速度信号Ｓ５に変換する位置帰還部５とを備えている。
【００２８】
ＰＬＬ正弦波発生部２は、図３に示すように、同期信号Ｓ１の整数倍（例えば、１１６４逓倍。）の周波数のアドレスクロック（アドレスＣＬＫ)を生成するＰＬＬ回路（アドレスクロック発振部）３１と、ＰＬＬ回路３１により生成されたアドレスクロックの数をカウントするアドレスカウンタ３３と、正弦波波形データを記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３５と、アドレスカウンタ３３によりカウントされた所定のカウント値のアドレスクロックに同期して位相比較パルス信号Ｓ１７を発生するデコーダ（位相比較パルス発生部）３７と、アドレスカウンタ３３によりカウントされたアドレスクロックをアドレスとして、ＲＡＭ３５に記憶されている正弦波波形データを再生し、同期信号Ｓ１の波形に同期した正弦波の位置信号Ｓ２を生成する位置信号生成部３９とを備えている。
【００２９】
アドレスカウンタ３３は、アドレスクロックのカウント値が、例えば１１６４に達すると、カウント値をゼロにリセットする動作を繰り返すようになっている。
デコーダ３７は、アドレスカウンタ３３によるカウント値が所定の値、例えばカウント値ゼロのときに、位相比較パルス信号Ｓ１７を発生するように設定されている。
位置信号生成部３９は、デコーダ３７により発生される位相比較パルス信号Ｓ１７に位置信号Ｓ２の位相を関連づけて、位置信号Ｓ２を生成するようになっている。
【００３０】
図２に戻り、ＢＰＦ４は、中心周波数に対して、入力された位置信号Ｓ３の周波数が変化すると、出力される位置信号Ｓ４の位相が変化する周波数−位相特性を有している。例えば、図４は、ＢＰＦ４のゲインと位相の周波数特性をシミュレーションしたものである。ＢＰＦ４の中心周波数は８ＫＨｚとする。同図に示されるように、入力される位置信号Ｓ３の周波数が８ＫＨｚに対して±に変化すると、出力される位置信号Ｓ４の位相も変化することがわかる。また、ＢＰＦ４は、その温度特性により、入力される位置信号Ｓ３の周波数が変化していなくても、外部環境温度の変化によりＢＰＦ４の中心周波数が変動し、出力される位置信号Ｓ４の位相が変化することがある。
【００３１】
位置帰還部５は、入力された位置信号Ｓ４から、後述するＶＣＯ１０から出力されたサンプリングクロックＳＣに基づく位置再生信号Ｓ１１を減算することにより、速度信号Ｓ５を算出するようになっている。
【００３２】
また、サンプリングクロック発生装置１は、生成された正弦波信号からなるアナログの速度信号Ｓ５を８０ＭＨｚのサンプリングレートでディジタルサンプリングしてディジタル速度信号Ｓ６に変換するＡ／Ｄ変換器（ＡＤ変換部：絶対値速度信号生成部）６と、Ａ／Ｄ変換器６により変換されたディジタル速度信号Ｓ６の内、負の振幅部分を正の振幅として折り返してディジタル絶対値速度信号Ｓ７を生成する絶対値処理部（ディジタル演算部：絶対値速度信号生成部）７と、ディジタル絶対値速度信号Ｓ７に予め設定された量だけオフセット処理を行うリニア補正部（絶対値速度信号生成部）８と、オセット処理されたディジタル絶対値速度信号Ｓ８をＤ／Ａ変換してアナログ絶対値速度信号Ｓ９を生成するＤ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ変換部：絶対値速度信号生成部）９と、アナログ絶対値速度信号Ｓ９の電圧値に応じた周波数のサンプリングクロックＳＣを発生するＶＣＯ（サンプリングクロック発振部）１０とを備えている。符合１９は、ＦＶＣ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｔｏ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ、周波数/電圧変換器、）を示している。
これにより、ＶＣＯ１０からは、共振スキャナ１０３ａの速度変化に応じて間隔の変化する不等間隔のサンプリングクロックＳＣが生成されるようになっている。
【００３３】
また、サンプリングクロック発生装置１は、ＶＣＯ１０により発生されたサンプリングクロックＳＣをカウントするアップダウンカウンタ１１を備えている。アップダウンカウンタ１１は、ＶＣＯ１０から出力されたサンプリングクロックＳＣを、例えば、カウント値が０〜５８２までアップカウントし、５８２の後は０までダウンカウントすることを繰り返すことにより、図５に示されるような共振スキャナ１０３ａの位置に相当する再生位置信号Ｓ１０を生成するようになっている。
【００３４】
アップダウンカウンタ１１により生成された再生位置信号Ｓ１０は、Ｄ／Ａ変換器１２に入力されることによりアナログの位置再生信号Ｓ１１に変換されて位置帰還部５に入力されるようになっている。また、アップダウンカウンタ１１は、アップカウントのときにはＨＩＧＨ、ダウンカウントのときにはＬＯＷとなる矩形波からなるアップダウン信号Ｓ１２およびカウント値Ｓ１３も出力するようになっている。
【００３５】
Ａ／Ｄ変換器６により変換されたディジタル速度信号Ｓ６は、コンパレータ１３にも出力されるようになっている。コンパレータ１３は、入力されたディジタル速度信号Ｓ６の符号を判定し、符号が負の場合にはＨＩＧＨ、正の場合にはＬＯＷとなる矩形波からなるコンパレータ信号Ｓ１４を出力するようになっている。
【００３６】
また、サンプリングクロック発生装置１は、コンパレータ１３から出力されたコンパレータ信号Ｓ１４とアップダウンカウンタ１１から出力されたアップダウン信号Ｓ１２との位相ズレを検出する位相検出部（以下、第１ＰＤという。）１４と、第１ＰＤ１４から出力された位相ズレの検出信号Ｓ１５を鈍らせて可変ゲイン調節部３に入力するローパスフィルタ（以下、ＬＰＦという。）１５とを備えている。
【００３７】
コンパレータ信号Ｓ１４は、図５に示されるように、共振スキャナ１０３ａの位置信号から生成したディジタル速度信号Ｓ６の位相を表し、アップダウン信号Ｓ１２は、ＶＣＯ１０により生成されたサンプリングクロックＳＣから再生される再生位置信号Ｓ１０の位相を表している。したがって、これらの位相が一致していない場合には、可変ゲイン調節部３のゲインを調節し、一致している場合には、ゲインを固定することにより、共振スキャナ１０３ａの１周期中に存在するサンプリングクロックＳＣの数を固定することができるようになっている。上記の例では、アップダウンカウンタ１１による往復のカウント値Ｓ１３によって、５８２＋５８２＝１１６４個のサンプリングクロックＳＣが、正確に共振スキャナ１０３ａの１周期中に入るゲインに固定されるようになっている。
【００３８】
また、サンプリングクロック発生装置１は、アップダウンカウンタ１１から出力されるカウント値Ｓ１３に基づいて、画像化区間の情報を表す画像化区間信号ＤＥを生成するＤＥ生成部（区間情報生成部）１６を備えている。
【００３９】
これにより、本実施形態に係るサンプリングクロック発生装置１は、共振スキャナ１０３ａの動作に同期した不等間隔の１１６４個のサンプリングクロックＳＣと、当該サンプリングクロックＳＣの内の画像化区間を示す矩形波の画像化区間信号ＤＥとを出力するようになっている。
走査型観察装置１００の光検出器１０８により検出される試料Ａからの戻り光をサンプリングクロック発生装置１により発生された画像化区間内のサンプリングクロックＳＣに従ってサンプリングすることにより、共振スキャナ１０３ａの往復動作の両方において画像情報を取得することができるようになっている。
【００４０】
また、サンプリングクロック発生装置１は、同期信号Ｓ１とコンパレータ１３から出力されるコンパレータ信号（速度信号）Ｓ１４との位相差を比較し、この位相差が所定の値を維持するようにＰＬＬ正弦波発生部２のアドレスカウンタ３３を制御する位相補正部（以下、第２ＰＤという。）１７を備えている。
【００４１】
第２ＰＤ１７は、同期信号Ｓ１とコンパレータ信号Ｓ１４との位相差が変化した場合に、同期信号Ｓ１により特定される共振スキャナ１０３ａの走査範囲と、ＤＥ生成部１６により生成される画像化区間信号ＤＥにより特定される画像化区間範囲とが一致しているときの所定の位相差を維持するように、アドレスカウンタ３３の位相比較パルス信号Ｓ１７を発生させるカウント値を変更するようになっている。
【００４２】
位置信号生成部３９により生成される位置信号Ｓ２の位相が位相比較パルス信号Ｓ１７に関連づけられているので、位相比較パルス信号Ｓ１７を発生させるアドレスクロックのカウント値が変更されると、位置信号生成部３９によるＲＡＭ３５からの正弦波波形データの読み出し位置が変更されて位置信号Ｓ２の位相が変化する。その結果、位置帰還部５により生成される速度信号Ｓ５の位相が変更され、ＶＣＯ１０により生成されるサンプリングクロックＳＣの位相も変更されることとなる。これにより、共振スキャナ１０３ａの走査範囲と画像化区間範囲とにずれが生じた場合に、これら走査範囲と画像化区間範囲とが一致するように、第２ＰＤ１７によって位置信号Ｓ２の位相が補正されるようになっている。
【００４３】
同期信号Ｓ１とコンパレータ信号Ｓ１４の位相差は、例えば、適当なチャート標本を顕微鏡観察において顕微鏡視野に設置し、次に、その標本設置状態のまま走査型顕微鏡観察像（ＬＳＭ像）で画像取得をした際に、このチャート標本の像が顕微鏡観察像とＬＳＭ像で一致するようにＬＳＭ像側の画像区間範囲を調整した状態における同期信号Ｓ１とコンパレータ信号Ｓ１４の位相差を検出することで取得できる。この所定の位相差のときに走査範囲と画像化区間範囲が一致していることになる。
【００４４】
顕微鏡光学系の公差、検出から画像表示手段の電気的遅延などの様々な光学ズレ要因や電気遅延要因があるため、必ずしも位相差がゼロのときに共振画像が良好（走査範囲と画像化区間範囲が一致。）ということではなく、機体差がある。よって、第２ＰＤ１７には、機体ごとに最適な所定の位相差が調整値として設定されるようになっている。
【００４５】
例えば、図６（ａ）に示すように、共振画像が良好のときに、同期信号Ｓ１とコンパレータ信号Ｓ１４の位相差がアドレスカウント値６であるとする。この場合、図６（ｂ）に示すように、共振画像にずれが生じ、同期信号Ｓ１とコンパレータ信号Ｓ１４の位相差が変化したら（例えば、位相差がアドレスカウント値３に変化。）、これらの位相差がアドレスカウント値６に戻るように、第２ＰＤ１７により、アドレスカウンタ３３が制御されるようになっている。
【００４６】
また、第２ＰＤ１７は、光源１０１の停止期間および共振スキャナ１０３ａの帰線期間において、位相比較パルス信号Ｓ１７を発生させるカウント値を変更して、速度信号Ｓ５の位相を調整するようになっている。
【００４７】
このように構成された本実施形態に係るサンプリングクロック発生装置１の作用について以下に説明する。
走査型観察装置１００により試料Ａを観察するには、光源１０１から照明光を発生させ、光変調素子１０２、走査ユニット１０３、瞳投影レンズ１０４および結像レンズ１０５を介して対物レンズ１０６により試料Ａに照明光を照射する。この場合において、走査ユニット１０３の作動により、試料Ａ上で照明光が２次元的に走査される。試料Ａから戻る戻り光は、対物レンズ１０６、結像レンズ１０５、瞳投影レンズ１０４および走査ユニット１０３を介して光路を逆方向に戻り、ダイクロイックミラー１０７により照明光から分岐されて光検出器１０８により検出される。
【００４８】
サンプリングクロック発生装置１においては、走査ユニット１０３の共振スキャナ１０３ａから出力される同期信号Ｓ１から共振スキャナ１０３ａの動作に同期したアドレスクロックが発生される。具体的には、ＰＬＬ正弦波発生部２において、図７に示すように、ＰＬＬ回路３１により、同期信号Ｓ１（ガルバノＳｙｎｃ）の整数倍（本実施形態においては、１１６４逓倍。）のアドレスクロックが生成される。次いで、アドレスカウンタ３３により、アドレスクロック数がカウントされ、アドレスカウンタ値が１１６４カウントになるとゼロにリセットする動作が繰り返される。
【００４９】
デコーダ３７により、アドレスカウンタ値がゼロのときに位相比較パルス信号Ｓ１７が発生され、位相比較パルス信号Ｓ１７が入力の同期信号Ｓ１の立ち上りエッジに追従するように制御される。位相比較パルス信号Ｓ１７の立ち上りが同期信号Ｓ１の立ち上りエッジと一致しない場合は、一致するようにクロック周波数を変化させる制御が繰り返される。
【００５０】
次いで、位置信号生成部３９により、アドレスカウンタ値をアドレスとして、ＲＡＭ３５に記憶されている正弦波波形データが再生される。これにより、同期信号Ｓ１に同期し、位相比較パルス信号Ｓ１７に位相が関連づけられた位置信号Ｓ２が生成される。位置信号Ｓ２の位相が位相比較パルス信号Ｓ１７に関連づけられるので、位相比較パルス信号Ｓ１７を発生させるアドレスカウンタ値を変更すると、ＲＡＭ３５の読み出しアドレスが変更されて位置信号Ｓ２の位相がシフト（移相調整）される。
【００５１】
位置信号生成部３９により生成された位置信号Ｓ２は、可変ゲイン調節部３、ＢＰＦ４を介して位置帰還部５に入力され、位置帰還部５により速度信号Ｓ５に変換される。次いで、Ａ／Ｄ変換器６により速度信号Ｓ５がディジタル速度信号Ｓ６に変換され、絶対値処理部７によりディジタル絶対値速度信号Ｓ７に変換された後、リニア補正部８を介してＤ／Ａ変換部９に入力されてアナログ絶対値速度信号Ｓ９に変換される。ＶＣＯ１０にアナログ絶対値速度信号Ｓ９が入力されると、ＶＣＯ１０によりサンプリングクロックＳＣが生成されて制御装置１１４に送られる。
【００５２】
制御装置１１４により、光検出器１０８により検出された試料Ａからの戻り光の強度を、サンプリングクロック発生装置１から送られてきたサンプリングクロックＳＣに応じたタイミングでサンプリングして並べられる。これにより、試料Ａの２次元的な画像が生成される。
【００５３】
本実施形態に係るサンプリングクロック発生装置１によれば、ＤＥ生成部１６により、所定数のサンプリングクロックを含む画像化区間信号ＤＥを生成することで、共振スキャナ１０３ａによる走査が有効に行われる画像化区間において、画像情報のサンプリングを精度よく行い、サンプリングした画像情報に基づいて鮮明な画像を生成することができる。これにより、試料Ａの観察を良好に行うことができる。
【００５４】
ここで、ＢＰＦ４により出力される速度信号Ｓ４は、ＢＰＦ４の特性により外部環境温度の変化やスキャナ周波数の変化（例えば、走査手段が共振スキャナの場合、環境温度変化によって共振周波数が変化する。）の影響で位相が変化してしまうことがある。例えば、図８に示すように、ＢＰＦ４通過後の位置信号Ｓ４の位相の変動（同図の上から５段目の信号。実線は位相が変動する前の信号を示し、鎖線は位相が変動した後の信号を示している。）は、その後段の速度信号Ｓ５，Ｓ６、絶対値信号Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９、サンプリングクロックＳＣ、そして、画像化区間信号ＤＥにも位相の変動として影響する。
【００５５】
その結果、共振スキャナ１０３ａの走査範囲の位相は、外部環境温度やスキャナ周波数に関わらず同期信号Ｓ１の特定の位相位置において常に一定であるのに対し、画像化区間範囲の位相は、ＰＬＬ正弦波発生部２による処理が同期信号Ｓ１に同期追従しても、外部環境温度やスキャナ周波数が変化すると、速度信号Ｓ５の位相が変動することにより変化してしまう。
【００５６】
本実施形態に係るサンプリングクロック発生装置１は、第２ＰＤ１７により、同期信号Ｓ１とコンパレータ信号Ｓ１４との位相差が比較され、比較結果に応じて、ＰＬＬ正弦波発生部２により生成される位置信号Ｓ２の位相が補正される。例えば、図９に示すように、アドレスクロックのカウント値０で発生させた位相比較パルス信号Ｓ１７を用いてサンプリングクロックＳＣを生成した場合において、同期信号Ｓ１とコンパレータ信号Ｓ１４が予め決められた位相差に維持されていると、共振スキャナ１０３ａの走査範囲と画像化区間範囲とが一致している。
【００５７】
しかしながら、外部温度変化などの外乱により、図１０に示すように、速度信号Ｓ５、サンプリングクロックＳＣ、画像有効区間信号ＤＥ等の位相が変化すると、共振スキャナ１０３ａの走査範囲と画像化区間範囲にずれが生じる。この場合、同期信号Ｓ１とコンパレータ信号Ｓ１４の位相差が変化することにより、第２ＰＤ１７によって、図１１に示すように、位相比較パルス信号Ｓ１７を発生させるアドレスカウント値が、例えばカウント値５に変更され、位置信号生成部３９により生成される位置信号Ｓ２（ＲＡＭ波形データ）の位相がずらされる。
【００５８】
これにより、位置信号Ｓ２以降の信号の位相関係が一律にシフトさせられ、最終的なサンプリングクロックＳＣおよび画像有効区間信号ＤＥの位相もシフトさせられる。同期信号Ｓ１の立ち上りエッジとコンパレータ信号Ｓ１４の立ち上りエッジの時間差が予め決められた位相差に戻されると、共振スキャナ１０３ａの走査範囲に画像化区間範囲が一致させられる。
【００５９】
第２ＰＤ１７による位置信号Ｓ２の位相調整は、光源１０１の停止期間および共振スキャナ１０３ａの帰線期間に行われる。画像取得中に第２ＰＤ１７が作動すると画像に悪影響が出るため、画像を取得していないタイミングに位置信号Ｓ２の位相を補正することで、画像に悪影響を与えるのを回避することができる。なお、光源１０１の停止期間または共振スキャナ１０３ａの帰線期間に位置信号Ｓ２の位相調整を行うこととしてもよい。
【００６０】
以上説明したように本実施形態に係るサンプリングクロック発生装置１によれば、共振スキャナ１０３ａによる走査範囲と画像化区間範囲とにずれが生じた場合に、第２ＰＤ１７により位置信号Ｓ２の位相を補正することで、ＶＣＯ１０により生成されるサンプリングクロックＳＣの位相が適正値に戻され、走査範囲と画像化区間範囲とが一致させられる。したがって、外部環境温度の変化や走査手段の周波数変化等に起因して画像化区間範囲の位相が変動しても、走査範囲を検出する手段を別途設けることなく、サンプリングクロックＳＣの位相を修正し、共振スキャナ１０３ａの走査範囲に画像化区間範囲を一致させて画像が劣化するのを防ぐことができる。
【００６１】
また、ＶＣＯ１０に入力するアナログ絶対値速度信号Ｓ９を生成する際に、アナログ信号処理によることなくディジタル信号処理によって絶対値化するので、アナログ信号処理において発生していた信号の立ち上り部分と立ち下り部分における絶対値化後の速度信号波形の僅かな歪みの発生をも防止することができる。
【００６２】
その結果、ＶＣＯ１０によってアナログ絶対値速度信号Ｓ９に応じた周波数で生成されるサンプリングクロックＳＣの間隔が非対称に変化するのを防止することができる。これにより、共振スキャナ１０３ａの往路側および復路側に取得された信号を両方とも利用して画像を形成しても画像ズレのない鮮明な画像を取得することができるという利点がある。
【００６３】
また、ディジタル信号処理によって絶対値化されたディジタル絶対値速度信号Ｓ７に対してリニア補正部８において、オフセットをディジタル信号処理により簡易に付与することができるという利点もある。例えば、オフセット量を増加させると、その瞬間のディジタル絶対値速度信号Ｓ７の振幅もオフセット量分だけ増加するので、ＶＣＯ１０から出力される共振スキャナ１０３ａの１周期中のサンプリングクロックＳＣの数も１１６４個以上となる。しかし、上述したように、共振スキャナ１０３ａの１周期中のサンプリングクロックＳＣの数は正確に１１６４個となるように可変ゲイン調節部３にフィードバックする制御がなされているので、位置帰還部５に入力される入力位置信号Ｓ４の振幅は直ちに減少するようにゲインの調節が行われる。
【００６４】
これにより、付与するオフセット量に応じて、ＶＣＯ１０に入力される絶対値速度信号が嵩上げまたは嵩下げされ、共振スキャナ１０３ａの１周期中のサンプリングクロックＳＣの数を１１６４個に保ったままサンプリングクロックＳＣの周波数を調節するように、絶対値速度信号の波形を調節することができる。このようにすることで、共振スキャナ１０３ａの個体差により生じる非線形性によって、サンプリングクロックＳＣの間隔が対称的に変化するのを抑制して、画像ズレのない鮮明な画像を取得することを可能とするサンプリングクロックＳＣを発生させることができる。オセット量の設定は、手動で行ってもよいし自動的に行うように構成してもよい。
【００６５】
本実施形態においては、同期信号Ｓ１とコンパレータ信号Ｓ１４との位相差を比較することとしたが、画像化区間範囲のドリフト（位相変動）を検出するには、温度等によるドリフト発生前のシグナル位相（ＢＰＦ４通過前の信号の位相）とドリフト発生後のシグナル位相（ＢＰＦ４通過後の信号の位相）とを比較して、位相のシフト量を検出すればよい。したがって、比較するシグナルはＢＰＦ４の通過前と通過後であればどれを選択しても構わないが、正弦波信号の位相を比較するよりは、方形波状のシグナルの位相を比較する方がデジタル回路で実現しやすいメリットがある。
【００６６】
また、ＰＬＬ正弦波発生部２においては、共振スキャナ１０３ａから出力された同期信号Ｓ１に一致する位相を有する正弦波からなる位置信号Ｓ２を生成することとしたが、同期信号Ｓ１が入力されてから最終的なサンプリングクロックＳＣが生成されるまでには、無視できない遅延時間が発生する。また、共振スキャナ１０３ａの現実の位置と同期信号Ｓ１との間にも遅延時間が存在する。さらに、サンプリングクロックＳＣに基づいて光検出器１０８により検出された戻り光の強度をサンプリングする制御装置１１４においても遅延時間が発生する。したがって、ＰＬＬ正弦波発生部２においては、これらの様々な遅延時間を考慮して、ＰＬＬ正弦波発生部２から出力される位置信号Ｓ２の位相を調節することとしてもよい。これにより、最終的に得られる画像への遅延時間の影響を抑えることができる。
【００６７】
また、本実施形態においては、単一のサンプリングクロック発生装置１によって、共振スキャナ１０３ａの往路および復路のサンプリングクロックＳＣと画像化区間情報ＤＥとを生成することとした。これに代えて、図１２に示されるように、２つのサンプリングクロック発生装置１Ａ，１Ｂを並列に接続したサンプリングクロック発生システム２０を採用してもよい。
【００６８】
このサンプリングクロック発生システム２０には、各サンプリングクロック発生装置１Ａ，１Ｂで発生した往路側および復路側のサンプリングクロックＳＣＡ，ＳＣＢと、往路側および復路側の画像化区間の情報ＤＥＡ，ＤＥＢとを合成する合成部２１が設けられている。これにより、図１３（ａ），（ｂ）に示されるように往路および復路のサンプリングクロックＳＣＡ，ＳＣＢと画像化区間情報ＤＥＡ，ＤＥＢとを別々に発生させ、後段の合成部２１において、図１３（ｃ）に示されるように、合成された往復のサンプリングクロックＳＣおよび画像化区間情報ＤＥを出力することができる。
【００６９】
このようなサンプリングクロック発生システム２０によれば、共振スキャナ１０３ａの走査時間や速度変化が往路と復路とで異なっていても、往路側と復路側で異なるゲイン調整およびオフセット量調整を行って、往路に取得した戻り光の光強度と復路に取得した戻り光の光強度とを用いて画像ズレのない良好な画像を取得することができるという利点がある。
【００７０】
また、本実施形態においては、速度信号Ｓ５をディジタルサンプリングしてＡ／Ｄ変換し、絶対値化処理を行っているが、ディジタルサンプリングに際して信号にノイズが乗ってしまうことがあるため、ディジタルサンプリングされた複数の速度信号値を加算平均して各ディジタル速度信号Ｓ６を生成することにしてもよい。例えば、時刻Ｔにおけるディジタル速度信号Ｓ６（Ｔ）は、時刻Ｔよりも以前の２以上のディジタル信号Ｓ６（Ｔ−１），Ｓ６（Ｔ−２）を加算平均して求めることにすればよい。
【００７１】
これにより、生成されるディジタル速度信号Ｓ６およびディジタル絶対値速度信号Ｓ７におけるノイズを大幅に低減することができる。
なお、この場合にも、遅延時間が発生するので、位置信号Ｓ２の位相の調整にこの演算における遅延時間に対する調整をも加えることより、最終的に得られる画像への遅延時間の影響を抑えることにすればよい。
【００７２】
また、本実施形態においては、ディジタル信号に変換した状態で、絶対値化およびリニア補正を行っているが、ディジタル信号処理によれば、絶対値化およびリニア補正に限らず、比較的簡易に種々の信号調整を行うことができる。
【符号の説明】
【００７３】
Ａ 試料
ＳＣ サンプリングクロック
ＤＥ 画像化区間信号（画像化区間情報）
Ｓ１ 同期信号
Ｓ２ 位置信号（速度信号）
Ｓ５ 速度信号
Ｓ７ ディジタル絶対値速度信号
Ｓ９ アナログ絶対値速度信号
１，１Ａ，１Ｂ サンプリングクロック発生装置
２ ＰＬＬ正弦波発生部（速度信号生成部）
６ Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ変換部：絶対値速度信号生成部）
７ 絶対値処理部（ディジタル演算部：絶対値速度信号生成部）
８ リニア補正部（ディジタル演算部）
９ Ｄ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ変換部：絶対値速度信号生成部）
１０ ＶＣＯ（サンプリングクロック発振部）
１６ ＤＥ生成部（区間情報生成部）
１７ 第２ＰＤ（位相補正部）
２０ サンプリングクロック発生システム
２１ 合成部（クロック情報合成部）
３７ デコーダ（位相比較パルス発生部）
１０１ 光源
１０３ａ 共振スキャナ（走査手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を振動しながら反射または屈折して試料に照射する走査手段の前記振動に同期した同期信号に対応する速度信号を生成する速度信号生成部と、
該速度信号生成部により生成された速度信号を絶対値化して絶対値速度信号を生成する絶対値速度信号生成部と、
該絶対値速度信号生成部により生成された絶対値速度信号の値に応じた周波数のサンプリングクロックを生成するサンプリングクロック発振部と、
該サンプリングクロック発振部により生成されたサンプリングクロックに基づいて、所定数のサンプリングクロックを含む画像化区間の区間情報を生成する区間情報生成部と、
該区間情報生成部により生成された区間情報により特定される画像化区間範囲と前記同期信号出力部から出力された同期信号により特定される前記走査手段の走査範囲とにずれが生じた場合に、該走査範囲と前記画像化区間範囲とが一致するように、前記速度信号の位相を補正する位相補正部とを備えるサンプリングクロック発生装置。
【請求項２】
前記同期信号の逓倍の周波数のアドレスクロックを発するアドレスクロック発振部と、
該アドレスクロック発振部から発せられるアドレスクロックをカウントするアドレスカウンタと、
該アドレスカウンタによりカウントされた所定のカウント値の前記アドレスクロックに同期して位相比較パルス信号を発生する位相比較パルス発生部とを備え、
前記速度信号生成部が、前記位相比較パルス信号に前記速度信号の位相を関連づけて該速度信号を生成し、
前記位相補正部が、前記同期信号と前記速度信号との位相差を比較し、これらの位相差が変化した場合に、該位相差が所定の値を維持するように、前記位相比較パルス信号を発生させる前記所定のカウント値を変更する請求項１に記載のサンプリングクロック発生装置。
【請求項３】
前記位相補正部が、前記光源の停止期間および/または前記走査手段の帰線期間に前記速度信号の位相を調整する請求項１または請求項２に記載のサンプリングクロック発生装置。
【請求項４】
前記絶対値速度信号生成部が、前記速度信号生成部により生成された速度信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、
該Ａ／Ｄ変換部によりＡ／Ｄ変換された速度信号を絶対値化するディジタル演算部と、
該ディジタル演算部により絶対値化された速度信号をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換部とを備える請求項１から請求項３のいずれかに記載のサンプリングクロック発生装置。
【請求項５】
前記絶対値速度信号生成部が、前記絶対値速度信号のオフセット量を調節する線形性補正演算を行う請求項１から請求項４のいずれかに記載のサンプリングクロック発生装置。
【請求項６】
前記絶対値速度信号生成部が、複数の前記速度信号を加算平均して絶対値速度信号を生成する請求項１から請求項５のいずれかに記載のサンプリングクロック発生装置。
【請求項７】
前記走査手段の往路走査期間と復路走査期間において、それぞれサンプリングクロックと画像化区間の区間情報とを出力する２つの並列接続された請求項１から請求項６のいずれかに記載のサンプリングクロック発生装置と、
該サンプリングクロック発生装置により出力された往路走査期間におけるサンプリングクロックおよび区間情報と、前記復路走査期間におけるサンプリングクロックおよび区間情報とを合成するクロック情報合成部とを備えるサンプリングクロック発生システム。
【請求項１】
光源からの光を振動しながら反射または屈折して試料に照射する走査手段の前記振動に同期した同期信号に対応する速度信号を生成する速度信号生成部と、
該速度信号生成部により生成された速度信号を絶対値化して絶対値速度信号を生成する絶対値速度信号生成部と、
該絶対値速度信号生成部により生成された絶対値速度信号の値に応じた周波数のサンプリングクロックを生成するサンプリングクロック発振部と、
該サンプリングクロック発振部により生成されたサンプリングクロックに基づいて、所定数のサンプリングクロックを含む画像化区間の区間情報を生成する区間情報生成部と、
該区間情報生成部により生成された区間情報により特定される画像化区間範囲と前記同期信号出力部から出力された同期信号により特定される前記走査手段の走査範囲とにずれが生じた場合に、該走査範囲と前記画像化区間範囲とが一致するように、前記速度信号の位相を補正する位相補正部とを備えるサンプリングクロック発生装置。
【請求項２】
前記同期信号の逓倍の周波数のアドレスクロックを発するアドレスクロック発振部と、
該アドレスクロック発振部から発せられるアドレスクロックをカウントするアドレスカウンタと、
該アドレスカウンタによりカウントされた所定のカウント値の前記アドレスクロックに同期して位相比較パルス信号を発生する位相比較パルス発生部とを備え、
前記速度信号生成部が、前記位相比較パルス信号に前記速度信号の位相を関連づけて該速度信号を生成し、
前記位相補正部が、前記同期信号と前記速度信号との位相差を比較し、これらの位相差が変化した場合に、該位相差が所定の値を維持するように、前記位相比較パルス信号を発生させる前記所定のカウント値を変更する請求項１に記載のサンプリングクロック発生装置。
【請求項３】
前記位相補正部が、前記光源の停止期間および/または前記走査手段の帰線期間に前記速度信号の位相を調整する請求項１または請求項２に記載のサンプリングクロック発生装置。
【請求項４】
前記絶対値速度信号生成部が、前記速度信号生成部により生成された速度信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、
該Ａ／Ｄ変換部によりＡ／Ｄ変換された速度信号を絶対値化するディジタル演算部と、
該ディジタル演算部により絶対値化された速度信号をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換部とを備える請求項１から請求項３のいずれかに記載のサンプリングクロック発生装置。
【請求項５】
前記絶対値速度信号生成部が、前記絶対値速度信号のオフセット量を調節する線形性補正演算を行う請求項１から請求項４のいずれかに記載のサンプリングクロック発生装置。
【請求項６】
前記絶対値速度信号生成部が、複数の前記速度信号を加算平均して絶対値速度信号を生成する請求項１から請求項５のいずれかに記載のサンプリングクロック発生装置。
【請求項７】
前記走査手段の往路走査期間と復路走査期間において、それぞれサンプリングクロックと画像化区間の区間情報とを出力する２つの並列接続された請求項１から請求項６のいずれかに記載のサンプリングクロック発生装置と、
該サンプリングクロック発生装置により出力された往路走査期間におけるサンプリングクロックおよび区間情報と、前記復路走査期間におけるサンプリングクロックおよび区間情報とを合成するクロック情報合成部とを備えるサンプリングクロック発生システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
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【公開番号】特開２０１２−２５５９７８（Ｐ２０１２−２５５９７８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３００３９（Ｐ２０１１−１３００３９）
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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