JP4511105B2 - 走査型レーザ顕微鏡及び外部信号の記録方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査型レーザ顕微鏡に係る技術分野に適用される技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光源から照射された光ビームを試料（標本）上に二次元走査し、試料からの光（反射光、透過光、或は蛍光等）を光検出器で検出し、検出した光を光電変換手段により電気信号に変換して画像データを得る走査型レーザ顕微鏡が知られている。
【０００３】
従来の走査型レーザ顕微鏡の構成、及び動作について簡単に説明する。
光源から照射された光ビームを試料上に二次元走査し、試料の材質や形状に従った光（反射光、透過光、或いは蛍光等）を光検出器で検出し、検出した光を光電変換部により電気信号に変換する。続いて、変換した電気信号をＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号である画像データに変換し、得られた画像データを画像メモリに記録する。続いて、この画像メモリに記録された画像データに基づく画像をコンピュータのディスプレイに表示する。
【０００４】
このように、走査型レーザ顕微鏡を用いて試料を観察する際、試料に応じた画像データを取得する等といった試料像の取得と同時に、例えば、細胞等の観察対象（試料）の温度の変化、或は細胞に刺激を与えることによって生じる反応の、ある期間にわたる経時変化を測定し記録する必要が生じる場合がある。
【０００５】
このような場合、走査型レーザ顕微鏡を制御するコンピュータのＣＰＵは、光ビームの走査等といった走査型レーザ顕微鏡の制御、画像データの処理、画像データの転送や画像表示、等といった処理に加え、外部検出器（各種センサ等）や各種入力装置等から得られるデータの記録をリアルタイムで行い、必要に応じて、記録されたデータに基づいてグラフ化等の視覚化処理を行い、コンピュータに接続された表示装置に表示していた。尚、前述の外部検出器や各種入力装置等から得られるデータは、外部信号の一例であり、イベント信号とも称される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、光ビームの走査や画像データの取り込み等、様々な処理が同時に行われることによって高負荷状態となっているＣＰＵは、イベント信号に対して瞬時に応答できない場合がある。その結果、イベント信号が入力されたタイミング、すなわちイベント信号が発生したタイミングと、そのイベント信号を記録するタイミングとの間に遅延が生じてしまうという不都合が生じる。
【０００７】
このように従来の走査型レーザ顕微鏡において、二次元走査中に、高負荷状態のＣＰＵにイベント信号（割り込み信号等も含む）が入力されると、ＣＰＵは瞬時に応答することができず、そのイベント信号の発生した時刻と、それに応答する時刻の間に遅延が生じてしまう。
【０００８】
この問題に関し、例えば特開平８−２８７８６０号公報には、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の制御コマンドを、キーボードやマウスという入力手段による操作信号としてＳＥＭ制御手段に与える際、応答性が重要になる処理に関するコマンドをＳＥＭ制御手段に直接与えることで、操作から制御までの応答速度を向上させる技術が公開されている。
【０００９】
上述したように、コンピュータのＣＰＵが、光ビームの走査等といった走査型レーザ顕微鏡の制御、画像データの処理、各種センサの監視、及び各種センサから得られる信号の記録や処理等の様々な処理を同時に行うと、ＣＰＵには非常に高い負荷がかかり、例えば、各種センサからの信号（イベント信号）に即座には対応できず、その各種センサからの信号の発生とその信号の記録との間に遅延が生じてしまうといった問題があった。
【００１０】
本発明の課題は、上記実情に鑑み、光ビームの走査等に係る処理を行うＣＰＵが高負荷状態であるときに、外部装置からの外部信号の発生と該発生した外部信号の記録との間に遅延が生じるのを無くすことができる、走査型レーザ顕微鏡及び外部信号の記録方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の態様は、走査型レーザ顕微鏡であって、光ビームを試料上で二次元走査するスキャナ部と、前記試料からの光を検出する光検出部と、該光検出部からの出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、前記スキャナ部を制御し、また前記Ａ／Ｄ変換部から出力されるデジタル信号から前記試料の画像データを生成するＣＰＵと、前記画像データを表示する表示部と、外部信号を出力する外部装置と、該外部装置に接続されていて、前記外部信号が出力されたときにその時刻を記録するデータ記録部と、を備え、前記データ記録部は、前記ＣＰＵとは独立して前記記録動作を行い、前記データ記録部に記録されたデータは、前記光ビームの走査終了後に前記ＣＰＵによって読み出される、ように構成される走査型レーザ顕微鏡である。
【００１２】
上記の構成によれば、外部装置から外部信号が出力されたときの時刻がデータ記録装置に記録され、データ記録装置に記録されたデータがＣＰＵにより読み出されるようになるので、例えば、ＣＰＵが高負荷状態であるときに外部装置から外部信号が出力されたときの時刻における、その外部信号等のデータを取得することが可能になる。
【００１３】
本発明の第二の態様は、少なくとも光ビームを試料上で二次元走査するための制御処理又は試料からの光を光電変換して得られる電気信号から画像データを生成する処理を行うＣＰＵが高負荷状態であるときに、外部装置から出力された外部信号及び該外部信号が入力されたときの時刻を、前記ＣＰＵとは独立して動作するデータ記録部に記録し、前記ＣＰＵが低負荷状態であるときに、前記データ記録部に記録された、前記外部装置から出力された外部信号及び該外部信号が入力されたときの時刻が、前記ＣＰＵにより前記データ記録部から読み出される、ように構成される、外部信号の記録方法である。
【００１４】
上記の方法によれば、ＣＰＵの動作とは独立に、外部装置から出力された外部信号及び該外部信号が入力されたときの時刻が記録され、ＣＰＵが低負荷状態のときにこれらが読み出されるようになるので、例えば、ＣＰＵが高負荷状態であるときに外部装置からデータ記録部へ外部信号が入力された時刻（外部装置から外部信号が出力された時刻）における、その外部信号を取得することが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る走査型レーザ顕微鏡の構成例である。
この走査型レーザ顕微鏡は、光源１と、共焦点用スキャナ２と、対物レンズ３と、ステ−ジ４と、光検出器５と、光電変換部６と、Ａ／Ｄ変換器７と、ＣＰＵ９を備えたコンピュータ（ＰＣ）８と、フレームメモリ１０と、表示装置１１と、制御プログラム１２が格納（記録）されている記録媒体１３と、データ記録装置１４と、外部装置（外部接続器）である検出器１５とで構成されている。
【００１６】
光源１から照射された光ビームは、対物レンズ３から照射され、ステージ４上に置かれた試料（標本）面上を、共焦点用スキャナ２により二次元走査され、上記試料の材質や形状に応じた光（反射光、透過光、又は蛍光等）が光検出器５で検出され、その検出された光が光電変換部６により電気信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器７は、コンピュータ８のＣＰＵ９に接続され、光電変換部６により変換された電気信号をデジタル信号である画像データに変換する。
【００１７】
得られた画像データはＣＰＵ９に接続されたフレームメモリ１０に記録される。このフレームメモリ１０に記録された画像データは、その後コンピュータ８によって読み出され、画像データに基づく画像が表示装置１１に表示される。
また、検出器１５はデータ記録装置１４に接続され、データ記録装置１４はコンピュータ８のＣＰＵ９に接続されている。
【００１８】
ＣＰＵ９は、記録媒体１３に格納されている制御プログラム１２を読み出し実行することによって、検出器１５を含む、この走査型レーザ顕微鏡全体の動作を制御する。
尚、記録媒体１３に格納されている制御プログラム１２を、例えば、ＣＤ−ＲＯＭやフロッピー（登録商標）ディスク等の可搬記録媒体に記録させておき、ＣＰＵ９がその可搬記録媒体に記録されている制御プログラム１２を読み出し実行することによって、その動作が制御されるようにしても良い。或いは、制御プログラム１２をサーバー装置等の外部の装置の記録媒体に記録させておき、ＣＰＵ８がそのサーバー装置と通信を行って、その記録媒体から制御プログラム１２を読み出し実行することによって、その動作が制御されるようにしても良い。
【００１９】
図２は、データ記録装置１４の構成例を示した図である。
同図において、データ記録装置１４に接続されている検出器１５に備えられたｎ個のセンサ２１（以下、ｎ個のセンサ２１を単にセンサ２１ということもある）は、ｎ本の信号線２２を介して、ラッチ回路２３と接続されている。
【００２０】
尚、センサ２１は、例えば、温度を検出するセンサ、ｐＨを検出するセンサ、流量を検出するセンサ、Ｃｏを検出するセンサ、外部装置からの信号を検出するセンサ、又は手動スイッチの信号を検出するセンサ等である。また、センサ２１から出力される信号は、外部信号の一例であり、イベント信号とも称される。
【００２１】
ラッチ回路２３と、アドレスカウンタ２８は、それぞれＣＰＵ９に接続されている。
また、カウンタ回路２４は、ｍ本の信号線２５を介して、ラッチ回路２３と接続され、ラッチ回路２３は、ｍ＋ｎ本の信号線２６を介して、メモリ２７及びＣＰＵ９と接続されている。
【００２２】
カウンタ回路２４、ラッチ回路２３、メモリ２７、アドレスカウンタ２８は、光電変換部６により変換された電気信号をデジタル信号である画像データに変換する際のサンプリングクロックに同期して動作する。
ラッチ回路２３は、センサ２１及びカウンタ回路２４からのｍ＋ｎビットのデータを、サンプリングクロックと同じタイミングで、即ちサンプリングクロックに同期してラッチし、ラッチしたデータをメモリ２７に記録する。
【００２３】
アドレスカウンタ２８は、サンプリングクロックに同期してメモリ２７のアドレスをカウントし、メモリ２７にデータの保存先を指定する。
メモリ２７は、サンプリングクロックに同期して、ラッチ回路２３からのｍ＋ｎビットのデータを、アドレスカウンタ２８によって指定されたアドレスへ記録する。
【００２４】
制御プログラム１２を実行するＣＰＵ９は、任意のタイミング、例えば光ビームの走査終了後等といったＣＰＵ９の負荷が下がったときに、メモリ２７に記録されたデータを読み出し、グラフ化等の視覚化処理を行った後、その視覚化処理後のデータを表示装置１１に表示する。
【００２５】
尚、本実施形態では、その視覚化処理後のデータと前述の画像データに基づく画像を同時に或いは個別に表示装置１１に表示することが可能であるが、例えば、表示装置１１とは異なる表示部に、その視覚化処理後のデータを表示するように構成しても良い。これにより、例えば、その視覚化処理後のデータをその表示部に表示し、前述の画像データに基づく画像を表示装置１１に表示することが可能になる。
【００２６】
次に、ＣＰＵ９が記録媒体１３に格納されている制御プログラム１２を読み込み実行することよって実現される制御処理の一つである、データ記録装置１４からのデータ読取処理について説明する。
図３は、そのデータ記録装置１４からのデータ読取処理の一例を示すフローチャートである。
【００２７】
同図において、まずステップＳ１では、制御プログラム１２を実行するＣＰＵ９により、データ記録装置１４へデータの読み出し命令が発行される。
ステップＳ２では、メモリ２７にデータが記録されているか否かの判定が行われ、その判定結果がＹｅｓの場合にはステップＳ３へ処理が進み、Ｎｏの場合にはステップＳ８へ処理が進み本フローが終了する。
【００２８】
ステップＳ３では、メモリ２７に記録されているデータ幅ｍ＋ｎビットのデータが読み出される。尚、データ幅ｍ＋ｎビットのデータとは、前述の通り、ｍビットのデータがカウンタ値、ｎビットのデータがセンサ２１からの信号を示している。
【００２９】
ステップＳ４では、前ステップで読み出されたデータ幅ｍ＋ｎビットのデータに基づいて、センサ２１からの信号の発生時刻が計算される。尚、この計算は、次の式（１）により行われる。
Ｔｉｍｅ＝（１／Ｓ）＊Ｃ 式（１）
但し、Ｔｉｍｅはセンサ２１からの信号の発生時刻（走査開始から外部信号が発生するまでの経過時間）、Ｓはサンプリングクロック、Ｃはカウンタ値（ｍビットのデータ）である。このように、カウンタ値に基づいてセンサ２１からの信号の発生時刻が求められることから、カウンタ値は、センサ２１からの信号の発生時刻を表すもの、といえる。
【００３０】
センサ２１からの信号の発生時刻に係る計算が終了すると、メモリ２７から次のデータ幅ｍ＋ｎビットのデータを読み出すためのメモリアドレスが１つ進められる。
ステップＳ５では、データ記録装置１４のメモリ２７に記録されているデータ幅ｍ＋ｎビットのデータが全て読み出されたか否かが判定され、その判定結果がＹｅｓの場合にはステップＳ６へ処理が進み、Ｎｏの場合にはステップＳ３に処理が戻り前述のデータの読み出し等の処理が繰り返される。
【００３１】
ステップＳ６では、ステップＳ３にて読み出されたデータ幅ｍ＋ｎビットのデータから得られた、ステップＳ４にて計算されたセンサ２１からの信号の発生時刻と、センサ２１からの信号（ｎビットのデータ）とに基づいて、グラフ化等の視覚化処理が行われる。
【００３２】
ステップＳ７では、表示装置１１へ、前ステップの視覚化処理に基づく表示が行なわれ、ステップＳ８へ処理が進み本フローが終了する。
次に、上述した構成の走査型レーザ顕微鏡における、試料像（標本像）に応じた画像データの取得等の試料像の取得と共に、外部装置からの信号を同時に記録する場合の動作について、図４及び図５を参照しながら説明する。
【００３３】
但し、ここでは、その一例として、観察対象の試料に対して電気刺激を与え、その電気刺激による試料上の生理的反応を、時系列画像として記録する場合について説明する。
尚、この動作は、ＣＰＵ９が記録媒体１３に格納されている制御プログラム１２を読み込み実行することよって実現されるものである。
【００３４】
図４は、電気刺激装置を含む走査型レーザ顕微鏡の構成例である。
同図おいて、データ記録装置１４には、外部装置である電気刺激装置４１が接続されている。この電気刺激装置４１は、試料に対して電気刺激を与える装置であって、刺激を与えた際にトリガー信号を出力する。また、出力されたトリガー信号は、データ記録装置１４のラッチ回路２３に直接入力されるようになっており、ラッチ回路２３によりトリガー信号のラッチが可能なように構成されている。尚、このトリガー信号は、外部信号の一例であり、イベント信号とも称される。
【００３５】
尚、電気刺激装置４１は、ＣＰＵ９が記録媒体１３に格納されている制御プログラム１２を読み込み実行することよって制御されるものであっても良く、或いは、ＣＰＵとは独立して動作するものであっても良い。
また、同図に示した検出器１５のセンサ２１は、電気刺激装置４１により試料に対して電気刺激が与えられた際の試料の生理的反応を検出する。但し、本例に限り、検出器１５のセンサ２１の総数をｎ−１とし、ｎ−１個のセンサ２１から出力がラッチ回路２３へ入力されラッチされるものとする。
【００３６】
その他の構成については、図１に示したとおりである。
図５は、サンプリングクロックに同期して取得される、画像データ、トリガー信号、センサ２１からの信号、及びカウンタ値のタイムチャートを示した図である。尚、同図において、電気刺激装置とは電気刺激装置４１から出力されるトリガー信号を示し、検出器とは検出器１５から出力されるセンサ２１からの信号を示し、カウンタとは、カウンタ値（Ｃ）を示している。
【００３７】
同図に示したように、走査型レーザ顕微鏡は、記録するときの基準信号であるサンプリングクロックに同期して各種データを記録する。
例えば、試料面上が二次元走査され、光検出器５からの信号が光電変換部６によりデジタル信号である画像データに変換されると、その画像データは１フレーム毎にフレームメモリ１０に記録される。その後、その画像データは必要に応じて読み出されて表示装置１１に表示される。
【００３８】
また、このような試料面上の走査中の時刻Ｔ１に、電気刺激装置４１により試料に対して電気刺激が与えられると、電気刺激装置４１から出力されるトリガー信号が時刻Ｔ１に記録され、その時刻Ｔ１以降における試料の生理的反応が検出器１５のセンサ２１により検出され、そのセンサ２１からの信号がサンプリングクロックに同期して記録される。
【００３９】
同図の例は、電気刺激装置４１が時刻Ｔ１に試料に対し電気刺激を与えることでトリガー信号が出力され、そのトリガー信号がデータ記録装置１４により記録される。
また、時刻Ｔ１における電気刺激によって生じる試料の生理的反応を検出器１５のセンサ２１が検出することで、その検出に応じた、センサ２１からの信号がデータ記録装置１４により記録される例である。
【００４０】
上述した動作を更に詳細に説明する。
ラッチ回路２３は、ｎ−１個のセンサ２１からの信号であるｎ−１ビットのデータと、電気刺激装置４１からのトリガー信号である１ビットのデータと、カウンタ値Ｃ（ｍビットのデータとする）とをサンプリングクロックに同期してラッチして、メモリ２７へ出力する。
【００４１】
これにより、時刻Ｔ１からのデータ幅ｍ＋ｎビットの各データはメモリ２７に記録される。
ＣＰＵ９は、例えば光ビームの走査終了等といったＣＰＵ９の負荷が下がったときに、任意のタイミングでデータ記録装置１４のメモリ２７に記録されたデータ幅ｍ＋ｎビットのデータを読み出し、カウンタ値Ｃを示すｍビットのデータと、トリガー信号及びセンサ２１からの信号であるｎビットのデータを抽出する。
【００４２】
ＣＰＵ９は、前述の式（１）を用いて、電気刺激装置４１が試料に対して電気刺激を与えた際に出力したトリガー信号、及び検出器１５により検出された試料の生理的反応であるセンサ２１からの信号が発生した時刻を、抽出したｍビットのデータであるカウンタ値Ｃとサンプリングクロックにより求める。
【００４３】
この式（１）を用いて、トリガー信号及びセンサ２１からの信号が変化した時刻を、メモリ２７に記録されている、試料面上の走査開始から走査終了までの全データ（全てのデータ幅ｍ＋ｎビットのデータ）、に対して算出することで、走査開始から走査終了までの、トリガー信号及びセンサ２１からの信号の変化に関する時系列データを得ることができる。
【００４４】
その後、得られた時系列データの視覚化処理、例えばグラフ化等の処理が行われ、表示装置１１に視覚化されたデータが表示される。
以上のような動作により、トリガー信号及びセンサ２１からの信号と、その信号の発生した時刻を表すカウント値をメモリ２７に記録することで、ＣＰＵ９はセンサ２１からの信号の変化を常に監視してこれらの信号を記録するといった処理の必要がなくなる。
【００４５】
従って、光ビームの走査等といった走査型レーザ顕微鏡の制御処理、或は画像データ処理等の高負荷の処理をＣＰＵ９が実行していても、トリガー信号及びセンサ２１からの信号の発生と、その信号の記録との間の遅延を生じさせることなく、トリガー信号及びセンサ２１からの信号を正確に記録できる。
【００４６】
また、上述の動作において、トリガー信号及びセンサ２１からの信号の記録は光電変換部６により変換された電気信号をデジタル信号である画像データに変換する際のサンプリングクロックに同期して行われるため、試料面上の走査中におけるトリガー信号及びセンサ２１からの信号の発生時刻、その時刻に対応する試料面上のポイント、その時刻におけるセンサ２１からの信号の状態、或は走査開始からトリガー信号及びセンサ２１からの信号発生までの時間を容易に求めることができる。
【００４７】
尚、上述の図４及び図５を用いて説明した動作例において、前述の検出器１５を省いて、ラッチ回路２３には、電気刺激装置４１から出力されるトリガー信号とカウンタ回路２４の出力信号のみがラッチされるように構成しても良い。
また、上述の図４及び図５を用いて説明した動作例では、試料に対して刺激を与える外部装置として電気刺激装置４１を適用したが、その外部装置として、例えば試料に対して薬品を投入することにより試料に刺激を与える薬品投入装置を適用するようにしても良い。但し、この場合、薬品投入装置は、試料に対して薬品を投入する装置であって、薬品を投入した際にトリガー信号を出力する。
【００４８】
また、上述の図４及び図５を用いて説明した動作例では、データ記録装置１４に電気刺激装置４１が接続され、電気刺激装置４１から出力されたトリガー信号が、データ記録装置１４のラッチ回路２３に入力される構成を示したが、例えば、電気刺激装置４１と検出器１５を接続し、電気刺激装置４１から出力されたトリガー信号が、ｎ個のセンサ２１のうちの一つに入力されるように構成して、トリガー信号がｎ個のセンサ２１からの信号の一つとしてデータ記録装置１４のラッチ回路２３へ入力されラッチされるようにしても良い。
【００４９】
次に、データ記録装置１４の他の構成例について説明する。
図６はデータ記録装置１４の第２の構成例を示した図である。
尚、同図では、データ記録装置１４を１４´、検出器１５を１５´として示している。
【００５０】
データ記録装置１４´に接続されている検出器１５´に備えられたｎ個のセンサ２１は、ｎ本の信号線２２を介して、ゲート回路６１及びラッチ回路２３と接続されている。
ゲート回路６１は、信号線２２を介して入力されたセンサ２１からの信号に変化があると、出力信号を反転する。例えば、ゲート回路６１の出力信号が”０”であるときに、入力されたセンサ２１からの信号に変化があると、出力信号として”１”を出力する。
【００５１】
また、センサ２１は、ｎ本の信号線２２を介してラッチ回路に接続され、カウンタ回路２４は、ｍ本の信号線２５を介してラッチ回路２３に接続され、ラッチ回路２３は、ｍ＋ｎ本の信号線２６を介してメモリ２７及びＣＰＵ９に接続されている。
【００５２】
また、ラッチ回路２３は、ゲート回路６１の出力と接続され、ゲート回路６１からの出力信号に同期して、センサ２１からの信号（ｎビットのデータ）とカウンタ回路２４からの信号（ｍビットのデータ）である、ｍ＋ｎビットのデータをラッチして、このラッチしたデータをメモリ２７に出力する。
【００５３】
メモリ２７は、ラッチ回路２３によってラッチされたｍ＋ｎビットのデータを、アドレスカウンタ２８によって指定されたアドレスに記録する。
カウンタ回路２４は、サンプリングクロックを入力信号として、サンプリングクロックに同期してカウントを１つ上げる。
【００５４】
センサ２１からの信号のいずれかが、例えば”１”から”０”或いは”０”から”１”へと変化すると、ゲート回路６１の出力信号が変化する。
ゲート回路６１の出力信号は、ラッチ回路２３、メモリ２７、アドレスカウンタ２８へそれぞれ入力され、ラッチ回路２３は、ゲート回路６１の出力信号に同期して、センサ２１及びカウンタ回路２４からのｍ＋ｎビットのデータをラッチする。
【００５５】
アドレスカウンタ２８は、ゲート回路６１の出力信号が変化する毎に、アドレスを更新し、メモリ２７にデータの保存先のアドレスを指定する。
メモリ２７は、ゲート回路６１の出力信号に同期して、ラッチ回路２３からのｍ＋ｎビットのデータを、アドレスカウンタ２８によって指定されるアドレスに記録する。
【００５６】
尚、ＣＰＵ９への割り込み用の信号線２９は、センサ２１からの信号が変化した際に、そのセンサ２１からの信号をＣＰＵ９へ割り込ませるために用いられる信号線である。また、この割り込みをＣＰＵ９が受け付けるか否かは、事前に設定が可能である。
【００５７】
このようなデータ記録装置１４´の構成により、センサ２１からの信号が変化した瞬間、つまりセンサ２１からの信号の変化が発生した瞬間の時刻を表すカウンタ値と、そのときのセンサ２１からの信号のみが、メモリ２７に記録されるようになるので、図２に示したデータ記録装置１４の構成に比べて、メモリ２７に記録するデータ量を少なくすることができ、メモリ容量を節約することができる。
【００５８】
また、ＣＰＵ９は、前述と同様に、例えば光ビームの走査終了後等といったＣＰＵ９の負荷が下がったときの任意のタイミングでメモリ２７に記録されたデータを読み出し、その読み出したデータの視覚化処理を行い、視覚化したデータを表示装置１１に表示する。
【００５９】
尚、このデータ記録装置１４´を用いて、試料像の取得と共に、外部装置からの信号を同時に記録する場合の動作については、例えば、前述の図４及び図５を用いて説明した動作と同様にして行われる。但し、この場合、ラッチ回路２３がラッチするタイミングは、センサ２１からの信号が変化したときのみである。
【００６０】
以上、図６に示した構成のデータ記録装置１４´を用いることによっても、センサ２１からの信号、及びその信号の発生した時刻を表すカウンタ値が、メモリ２７に記録させるようになるので、ＣＰＵ９がセンサ２１からの信号を監視してこれらの信号を記録する必要が無くなる。
【００６１】
従って、光ビームの走査等といった走査型レーザ顕微鏡の制御、或は画像処理等の高負荷の処理を実行していても、センサ２１からの信号の発生と、その信号の記録との間に遅延が生じることは無くなり、センサ２１からの信号を正確に記録することができる。
【００６２】
また、ラッチ回路２３がセンサ２１からの信号（ｎビットのデータ）をラッチするのは、センサ２１からの信号が変化したときのみであるので、メモリ２７のメモリ容量を節約することができる。
また、センサ２１からの信号は、サンプリングクロックに同期して動作するカウンタ回路２４からのカウンタ値と共に記録されるので、走査中にセンサ２１からの信号が発生したときの試料面上のポイント、その時のセンサ２１からの信号の状態、或は走査開始からセンサ２１からの信号発生までの時間を容易に求めることができる。
【００６３】
図７はデータ記録装置１４の第３の構成例を示した図である。
尚、同図においても、データ記録装置１４を１４´、検出器１５を１５´として示している。但し、同図に示した構成では、図２に示したデータ記録装置１４のメモリ２７が省かれ、ラッチ回路２３の出力データが、直接フレームメモリ１０へ入力されるように構成されている。
【００６４】
同図において、データ記録装置１４´に接続されている検出器１５´に備えられたｎ個のセンサ２１は、ｎ本の信号線２２を介して、ラッチ回路２３に接続されている。
また、カウンタ回路２４は、ｍ本の信号線２５を介してラッチ回路２３に接続され、ラッチ回路２３は、ｍ＋ｎ本の信号線２６を介してフレームメモリ１０及びＣＰＵ９に接続されている。
【００６５】
アドレスカウンタ２８は、ラッチ回路２３に接続され、更にフレームメモリ１０に接続されている。
また、光電変換部６は、Ａ／Ｄ変換器７へ接続され、ＡＤ変換器７はフレームメモリ１０に接続されている。
【００６６】
カウンタ回路２４、ラッチ回路２３、フレームメモリ１０、アドレスカウンタ２８は、光電変換部６により変換された電気信号をデジタル信号である画像データに変換する際のサンプリングクロックに同期して動作する。
ラッチ回路２３は、センサ２１及びカウンタ回路２４からのｍ＋ｎビットのデータをサンプリングクロックに同期してラッチし、ラッチしたデータをフレームメモリ１０に記録する。
【００６７】
ここで、Ａ／Ｄ変換器７の分解能をＸビット、フレームメモリ１０のデータ長をＹビットとすると、Ｙ＝（ｍ＋ｎ）＋Ｘ、と表現される。
アドレスカウンタ２８は、サンプリングクロックに同期してフレームメモリ１０のアドレスをカウントし、フレームメモリ１０にデータの保存先を指定する。
【００６８】
フレームメモリ１０は、サンプリングクロックに同期して、アドレスカウンタ２８により指定されたアドレスに、ラッチ回路２３からのｍ＋ｎビットのデータとＡ／Ｄ変換器７からのＸビットの画像データを記録する。
このような構成によれば、センサ２１からの信号及びその信号の発生時刻を表すカウンタ値を記録するためのメモリとして、光電変換部６を介して取得した画像データを記録するフレームメモリ１０が用いられるため、図２、図６に示したメモリ２７を設ける必要がなく、装置構成を簡素化することができる。
【００６９】
また、図７に示した構成のデータ記録装置１４´を用いて、試料像の取得と共に、外部装置からの信号を同時に記録する場合の動作については、例えば、前述の図４及び図５を用いて説明した動作と同様にして行われる。
以上、図７に示した構成によれば、データ記録装置１４´を備えること、センサ２１からの信号とカウンタ値をサンプリングクロックに同期してラッチすることで正確にセンサ２１からの信号を記録することができる。
【００７０】
また、センサ２１からの信号、及びその信号の発生した時刻を表すカウンタ値をフレームメモリ１０に記録させることで、走査型レーザ顕微鏡の制御を行うＣＰＵ９は、センサ２１からの信号を監視してこれらの信号を記録する必要が無くなる。
【００７１】
従って、光ビームの走査等といった走査型レーザ顕微鏡の制御、或は画像処理等の高負荷の処理を実行していても、センサ２１からの信号の発生と、その信号の記録との間に遅延が生じることは無くなり、センサ２１からの信号を正確に記録することができる。
【００７２】
以上、本発明の走査型レーザ顕微鏡及び外部信号の記録方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良及び変更を行っても良いのはもちろんである。
【００７３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、走査型レーザ顕微鏡において、標本画像の取得や光ビームの走査等の走査型レーザ顕微鏡の制御、等といった処理によりＣＰＵが高負荷状態であっても、センサなどの外部装置からの外部信号をリアルタイムに記録できるので、その外部信号の発生とその外部信号の記録との間の遅延を無くすことができる。また、外部装置からの信号が発生したときの試料上のポイント、或は走査開始から外部装置からの信号が発生するまでの時間を容易に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る走査型レーザ顕微鏡の構成例である。
【図２】データ記録装置の構成例を示す図である。
【図３】データ記録装置からのデータ読取処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】電気刺激装置を含む走査型レーザ顕微鏡の構成例である。
【図５】サンプリングクロックに同期して取得される、画像データ、トリガー信号、センサからの信号、及びカウンタ値のタイムチャートを示した図である。
【図６】データ記録装置の第２の構成例を示した図である。
【図７】データ記録装置の第３の構成例を示した図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 共焦点用スキャナ
３ 対物レンズ
４ ステージ
５ 光検出器
６ 光電変換部
７ Ａ／Ｄ変換器
８ ＰＣ
９ ＣＰＵ
１０ フレームメモリ
１１ 表示装置
１２ 制御プログラム
１３ 記録媒体
１４，１４´ データ記録装置
１５，１５´ 検出器
２１ ｎ個のセンサ
２２ ｎ本の信号線
２３ ラッチ回路
２４ カウンタ回路
２５ ｍ本の信号線
２６ ｍ＋ｎ本の信号線
２７ メモリ
２８ アドレスカウンタ
４１ 電気刺激装置
６１ ゲート回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査型レーザ顕微鏡に係る技術分野に適用される技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光源から照射された光ビームを試料（標本）上に二次元走査し、試料からの光（反射光、透過光、或は蛍光等）を光検出器で検出し、検出した光を光電変換手段により電気信号に変換して画像データを得る走査型レーザ顕微鏡が知られている。
【０００３】
従来の走査型レーザ顕微鏡の構成、及び動作について簡単に説明する。
光源から照射された光ビームを試料上に二次元走査し、試料の材質や形状に従った光（反射光、透過光、或いは蛍光等）を光検出器で検出し、検出した光を光電変換部により電気信号に変換する。続いて、変換した電気信号をＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号である画像データに変換し、得られた画像データを画像メモリに記録する。続いて、この画像メモリに記録された画像データに基づく画像をコンピュータのディスプレイに表示する。
【０００４】
このように、走査型レーザ顕微鏡を用いて試料を観察する際、試料に応じた画像データを取得する等といった試料像の取得と同時に、例えば、細胞等の観察対象（試料）の温度の変化、或は細胞に刺激を与えることによって生じる反応の、ある期間にわたる経時変化を測定し記録する必要が生じる場合がある。
【０００５】
このような場合、走査型レーザ顕微鏡を制御するコンピュータのＣＰＵは、光ビームの走査等といった走査型レーザ顕微鏡の制御、画像データの処理、画像データの転送や画像表示、等といった処理に加え、外部検出器（各種センサ等）や各種入力装置等から得られるデータの記録をリアルタイムで行い、必要に応じて、記録されたデータに基づいてグラフ化等の視覚化処理を行い、コンピュータに接続された表示装置に表示していた。尚、前述の外部検出器や各種入力装置等から得られるデータは、外部信号の一例であり、イベント信号とも称される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、光ビームの走査や画像データの取り込み等、様々な処理が同時に行われることによって高負荷状態となっているＣＰＵは、イベント信号に対して瞬時に応答できない場合がある。その結果、イベント信号が入力されたタイミング、すなわちイベント信号が発生したタイミングと、そのイベント信号を記録するタイミングとの間に遅延が生じてしまうという不都合が生じる。
【０００７】
このように従来の走査型レーザ顕微鏡において、二次元走査中に、高負荷状態のＣＰＵにイベント信号（割り込み信号等も含む）が入力されると、ＣＰＵは瞬時に応答することができず、そのイベント信号の発生した時刻と、それに応答する時刻の間に遅延が生じてしまう。
【０００８】
この問題に関し、例えば特開平８−２８７８６０号公報には、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の制御コマンドを、キーボードやマウスという入力手段による操作信号としてＳＥＭ制御手段に与える際、応答性が重要になる処理に関するコマンドをＳＥＭ制御手段に直接与えることで、操作から制御までの応答速度を向上させる技術が公開されている。
【０００９】
上述したように、コンピュータのＣＰＵが、光ビームの走査等といった走査型レーザ顕微鏡の制御、画像データの処理、各種センサの監視、及び各種センサから得られる信号の記録や処理等の様々な処理を同時に行うと、ＣＰＵには非常に高い負荷がかかり、例えば、各種センサからの信号（イベント信号）に即座には対応できず、その各種センサからの信号の発生とその信号の記録との間に遅延が生じてしまうといった問題があった。
【００１０】
本発明の課題は、上記実情に鑑み、光ビームの走査等に係る処理を行うＣＰＵが高負荷状態であるときに、外部装置からの外部信号の発生と該発生した外部信号の記録との間に遅延が生じるのを無くすことができる、走査型レーザ顕微鏡及び外部信号の記録方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の態様は、走査型レーザ顕微鏡であって、光ビームを試料上で二次元走査するスキャナ部と、前記試料からの光を検出する光検出部と、該光検出部からの出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、前記スキャナ部を制御し、また前記Ａ／Ｄ変換部から出力されるデジタル信号から前記試料の画像データを生成するＣＰＵと、前記画像データを表示する表示部と、外部信号を出力する外部装置と、該外部装置に接続されていて、前記外部信号が出力されたときにその時刻を記録するデータ記録部と、を備え、前記データ記録部は、前記ＣＰＵとは独立して前記記録動作を行い、前記データ記録部に記録されたデータは、前記光ビームの走査終了後に前記ＣＰＵによって読み出される、ように構成される走査型レーザ顕微鏡である。
【００１２】
上記の構成によれば、外部装置から外部信号が出力されたときの時刻がデータ記録装置に記録され、データ記録装置に記録されたデータがＣＰＵにより読み出されるようになるので、例えば、ＣＰＵが高負荷状態であるときに外部装置から外部信号が出力されたときの時刻における、その外部信号等のデータを取得することが可能になる。
【００１３】
本発明の第二の態様は、少なくとも光ビームを試料上で二次元走査するための制御処理又は試料からの光を光電変換して得られる電気信号から画像データを生成する処理を行うＣＰＵが高負荷状態であるときに、外部装置から出力された外部信号及び該外部信号が入力されたときの時刻を、前記ＣＰＵとは独立して動作するデータ記録部に記録し、前記ＣＰＵが低負荷状態であるときに、前記データ記録部に記録された、前記外部装置から出力された外部信号及び該外部信号が入力されたときの時刻が、前記ＣＰＵにより前記データ記録部から読み出される、ように構成される、外部信号の記録方法である。
【００１４】
上記の方法によれば、ＣＰＵの動作とは独立に、外部装置から出力された外部信号及び該外部信号が入力されたときの時刻が記録され、ＣＰＵが低負荷状態のときにこれらが読み出されるようになるので、例えば、ＣＰＵが高負荷状態であるときに外部装置からデータ記録部へ外部信号が入力された時刻（外部装置から外部信号が出力された時刻）における、その外部信号を取得することが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る走査型レーザ顕微鏡の構成例である。
この走査型レーザ顕微鏡は、光源１と、共焦点用スキャナ２と、対物レンズ３と、ステ−ジ４と、光検出器５と、光電変換部６と、Ａ／Ｄ変換器７と、ＣＰＵ９を備えたコンピュータ（ＰＣ）８と、フレームメモリ１０と、表示装置１１と、制御プログラム１２が格納（記録）されている記録媒体１３と、データ記録装置１４と、外部装置（外部接続器）である検出器１５とで構成されている。
【００１６】
光源１から照射された光ビームは、対物レンズ３から照射され、ステージ４上に置かれた試料（標本）面上を、共焦点用スキャナ２により二次元走査され、上記試料の材質や形状に応じた光（反射光、透過光、又は蛍光等）が光検出器５で検出され、その検出された光が光電変換部６により電気信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器７は、コンピュータ８のＣＰＵ９に接続され、光電変換部６により変換された電気信号をデジタル信号である画像データに変換する。
【００１７】
得られた画像データはＣＰＵ９に接続されたフレームメモリ１０に記録される。このフレームメモリ１０に記録された画像データは、その後コンピュータ８によって読み出され、画像データに基づく画像が表示装置１１に表示される。
また、検出器１５はデータ記録装置１４に接続され、データ記録装置１４はコンピュータ８のＣＰＵ９に接続されている。
【００１８】
ＣＰＵ９は、記録媒体１３に格納されている制御プログラム１２を読み出し実行することによって、検出器１５を含む、この走査型レーザ顕微鏡全体の動作を制御する。
尚、記録媒体１３に格納されている制御プログラム１２を、例えば、ＣＤ−ＲＯＭやフロッピー（登録商標）ディスク等の可搬記録媒体に記録させておき、ＣＰＵ９がその可搬記録媒体に記録されている制御プログラム１２を読み出し実行することによって、その動作が制御されるようにしても良い。或いは、制御プログラム１２をサーバー装置等の外部の装置の記録媒体に記録させておき、ＣＰＵ８がそのサーバー装置と通信を行って、その記録媒体から制御プログラム１２を読み出し実行することによって、その動作が制御されるようにしても良い。
【００１９】
図２は、データ記録装置１４の構成例を示した図である。
同図において、データ記録装置１４に接続されている検出器１５に備えられたｎ個のセンサ２１（以下、ｎ個のセンサ２１を単にセンサ２１ということもある）は、ｎ本の信号線２２を介して、ラッチ回路２３と接続されている。
【００２０】
尚、センサ２１は、例えば、温度を検出するセンサ、ｐＨを検出するセンサ、流量を検出するセンサ、Ｃｏを検出するセンサ、外部装置からの信号を検出するセンサ、又は手動スイッチの信号を検出するセンサ等である。また、センサ２１から出力される信号は、外部信号の一例であり、イベント信号とも称される。
【００２１】
ラッチ回路２３と、アドレスカウンタ２８は、それぞれＣＰＵ９に接続されている。
また、カウンタ回路２４は、ｍ本の信号線２５を介して、ラッチ回路２３と接続され、ラッチ回路２３は、ｍ＋ｎ本の信号線２６を介して、メモリ２７及びＣＰＵ９と接続されている。
【００２２】
カウンタ回路２４、ラッチ回路２３、メモリ２７、アドレスカウンタ２８は、光電変換部６により変換された電気信号をデジタル信号である画像データに変換する際のサンプリングクロックに同期して動作する。
ラッチ回路２３は、センサ２１及びカウンタ回路２４からのｍ＋ｎビットのデータを、サンプリングクロックと同じタイミングで、即ちサンプリングクロックに同期してラッチし、ラッチしたデータをメモリ２７に記録する。
【００２３】
アドレスカウンタ２８は、サンプリングクロックに同期してメモリ２７のアドレスをカウントし、メモリ２７にデータの保存先を指定する。
メモリ２７は、サンプリングクロックに同期して、ラッチ回路２３からのｍ＋ｎビットのデータを、アドレスカウンタ２８によって指定されたアドレスへ記録する。
【００２４】
制御プログラム１２を実行するＣＰＵ９は、任意のタイミング、例えば光ビームの走査終了後等といったＣＰＵ９の負荷が下がったときに、メモリ２７に記録されたデータを読み出し、グラフ化等の視覚化処理を行った後、その視覚化処理後のデータを表示装置１１に表示する。
【００２５】
尚、本実施形態では、その視覚化処理後のデータと前述の画像データに基づく画像を同時に或いは個別に表示装置１１に表示することが可能であるが、例えば、表示装置１１とは異なる表示部に、その視覚化処理後のデータを表示するように構成しても良い。これにより、例えば、その視覚化処理後のデータをその表示部に表示し、前述の画像データに基づく画像を表示装置１１に表示することが可能になる。
【００２６】
次に、ＣＰＵ９が記録媒体１３に格納されている制御プログラム１２を読み込み実行することよって実現される制御処理の一つである、データ記録装置１４からのデータ読取処理について説明する。
図３は、そのデータ記録装置１４からのデータ読取処理の一例を示すフローチャートである。
【００２７】
同図において、まずステップＳ１では、制御プログラム１２を実行するＣＰＵ９により、データ記録装置１４へデータの読み出し命令が発行される。
ステップＳ２では、メモリ２７にデータが記録されているか否かの判定が行われ、その判定結果がＹｅｓの場合にはステップＳ３へ処理が進み、Ｎｏの場合にはステップＳ８へ処理が進み本フローが終了する。
【００２８】
ステップＳ３では、メモリ２７に記録されているデータ幅ｍ＋ｎビットのデータが読み出される。尚、データ幅ｍ＋ｎビットのデータとは、前述の通り、ｍビットのデータがカウンタ値、ｎビットのデータがセンサ２１からの信号を示している。
【００２９】
ステップＳ４では、前ステップで読み出されたデータ幅ｍ＋ｎビットのデータに基づいて、センサ２１からの信号の発生時刻が計算される。尚、この計算は、次の式（１）により行われる。
Ｔｉｍｅ＝（１／Ｓ）＊Ｃ 式（１）
但し、Ｔｉｍｅはセンサ２１からの信号の発生時刻（走査開始から外部信号が発生するまでの経過時間）、Ｓはサンプリングクロック、Ｃはカウンタ値（ｍビットのデータ）である。このように、カウンタ値に基づいてセンサ２１からの信号の発生時刻が求められることから、カウンタ値は、センサ２１からの信号の発生時刻を表すもの、といえる。
【００３０】
センサ２１からの信号の発生時刻に係る計算が終了すると、メモリ２７から次のデータ幅ｍ＋ｎビットのデータを読み出すためのメモリアドレスが１つ進められる。
ステップＳ５では、データ記録装置１４のメモリ２７に記録されているデータ幅ｍ＋ｎビットのデータが全て読み出されたか否かが判定され、その判定結果がＹｅｓの場合にはステップＳ６へ処理が進み、Ｎｏの場合にはステップＳ３に処理が戻り前述のデータの読み出し等の処理が繰り返される。
【００３１】
ステップＳ６では、ステップＳ３にて読み出されたデータ幅ｍ＋ｎビットのデータから得られた、ステップＳ４にて計算されたセンサ２１からの信号の発生時刻と、センサ２１からの信号（ｎビットのデータ）とに基づいて、グラフ化等の視覚化処理が行われる。
【００３２】
ステップＳ７では、表示装置１１へ、前ステップの視覚化処理に基づく表示が行なわれ、ステップＳ８へ処理が進み本フローが終了する。
次に、上述した構成の走査型レーザ顕微鏡における、試料像（標本像）に応じた画像データの取得等の試料像の取得と共に、外部装置からの信号を同時に記録する場合の動作について、図４及び図５を参照しながら説明する。
【００３３】
但し、ここでは、その一例として、観察対象の試料に対して電気刺激を与え、その電気刺激による試料上の生理的反応を、時系列画像として記録する場合について説明する。
尚、この動作は、ＣＰＵ９が記録媒体１３に格納されている制御プログラム１２を読み込み実行することよって実現されるものである。
【００３４】
図４は、電気刺激装置を含む走査型レーザ顕微鏡の構成例である。
同図おいて、データ記録装置１４には、外部装置である電気刺激装置４１が接続されている。この電気刺激装置４１は、試料に対して電気刺激を与える装置であって、刺激を与えた際にトリガー信号を出力する。また、出力されたトリガー信号は、データ記録装置１４のラッチ回路２３に直接入力されるようになっており、ラッチ回路２３によりトリガー信号のラッチが可能なように構成されている。尚、このトリガー信号は、外部信号の一例であり、イベント信号とも称される。
【００３５】
尚、電気刺激装置４１は、ＣＰＵ９が記録媒体１３に格納されている制御プログラム１２を読み込み実行することよって制御されるものであっても良く、或いは、ＣＰＵとは独立して動作するものであっても良い。
また、同図に示した検出器１５のセンサ２１は、電気刺激装置４１により試料に対して電気刺激が与えられた際の試料の生理的反応を検出する。但し、本例に限り、検出器１５のセンサ２１の総数をｎ−１とし、ｎ−１個のセンサ２１から出力がラッチ回路２３へ入力されラッチされるものとする。
【００３６】
その他の構成については、図１に示したとおりである。
図５は、サンプリングクロックに同期して取得される、画像データ、トリガー信号、センサ２１からの信号、及びカウンタ値のタイムチャートを示した図である。尚、同図において、電気刺激装置とは電気刺激装置４１から出力されるトリガー信号を示し、検出器とは検出器１５から出力されるセンサ２１からの信号を示し、カウンタとは、カウンタ値（Ｃ）を示している。
【００３７】
同図に示したように、走査型レーザ顕微鏡は、記録するときの基準信号であるサンプリングクロックに同期して各種データを記録する。
例えば、試料面上が二次元走査され、光検出器５からの信号が光電変換部６によりデジタル信号である画像データに変換されると、その画像データは１フレーム毎にフレームメモリ１０に記録される。その後、その画像データは必要に応じて読み出されて表示装置１１に表示される。
【００３８】
また、このような試料面上の走査中の時刻Ｔ１に、電気刺激装置４１により試料に対して電気刺激が与えられると、電気刺激装置４１から出力されるトリガー信号が時刻Ｔ１に記録され、その時刻Ｔ１以降における試料の生理的反応が検出器１５のセンサ２１により検出され、そのセンサ２１からの信号がサンプリングクロックに同期して記録される。
【００３９】
同図の例は、電気刺激装置４１が時刻Ｔ１に試料に対し電気刺激を与えることでトリガー信号が出力され、そのトリガー信号がデータ記録装置１４により記録される。
また、時刻Ｔ１における電気刺激によって生じる試料の生理的反応を検出器１５のセンサ２１が検出することで、その検出に応じた、センサ２１からの信号がデータ記録装置１４により記録される例である。
【００４０】
上述した動作を更に詳細に説明する。
ラッチ回路２３は、ｎ−１個のセンサ２１からの信号であるｎ−１ビットのデータと、電気刺激装置４１からのトリガー信号である１ビットのデータと、カウンタ値Ｃ（ｍビットのデータとする）とをサンプリングクロックに同期してラッチして、メモリ２７へ出力する。
【００４１】
これにより、時刻Ｔ１からのデータ幅ｍ＋ｎビットの各データはメモリ２７に記録される。
ＣＰＵ９は、例えば光ビームの走査終了等といったＣＰＵ９の負荷が下がったときに、任意のタイミングでデータ記録装置１４のメモリ２７に記録されたデータ幅ｍ＋ｎビットのデータを読み出し、カウンタ値Ｃを示すｍビットのデータと、トリガー信号及びセンサ２１からの信号であるｎビットのデータを抽出する。
【００４２】
ＣＰＵ９は、前述の式（１）を用いて、電気刺激装置４１が試料に対して電気刺激を与えた際に出力したトリガー信号、及び検出器１５により検出された試料の生理的反応であるセンサ２１からの信号が発生した時刻を、抽出したｍビットのデータであるカウンタ値Ｃとサンプリングクロックにより求める。
【００４３】
この式（１）を用いて、トリガー信号及びセンサ２１からの信号が変化した時刻を、メモリ２７に記録されている、試料面上の走査開始から走査終了までの全データ（全てのデータ幅ｍ＋ｎビットのデータ）、に対して算出することで、走査開始から走査終了までの、トリガー信号及びセンサ２１からの信号の変化に関する時系列データを得ることができる。
【００４４】
その後、得られた時系列データの視覚化処理、例えばグラフ化等の処理が行われ、表示装置１１に視覚化されたデータが表示される。
以上のような動作により、トリガー信号及びセンサ２１からの信号と、その信号の発生した時刻を表すカウント値をメモリ２７に記録することで、ＣＰＵ９はセンサ２１からの信号の変化を常に監視してこれらの信号を記録するといった処理の必要がなくなる。
【００４５】
従って、光ビームの走査等といった走査型レーザ顕微鏡の制御処理、或は画像データ処理等の高負荷の処理をＣＰＵ９が実行していても、トリガー信号及びセンサ２１からの信号の発生と、その信号の記録との間の遅延を生じさせることなく、トリガー信号及びセンサ２１からの信号を正確に記録できる。
【００４６】
また、上述の動作において、トリガー信号及びセンサ２１からの信号の記録は光電変換部６により変換された電気信号をデジタル信号である画像データに変換する際のサンプリングクロックに同期して行われるため、試料面上の走査中におけるトリガー信号及びセンサ２１からの信号の発生時刻、その時刻に対応する試料面上のポイント、その時刻におけるセンサ２１からの信号の状態、或は走査開始からトリガー信号及びセンサ２１からの信号発生までの時間を容易に求めることができる。
【００４７】
尚、上述の図４及び図５を用いて説明した動作例において、前述の検出器１５を省いて、ラッチ回路２３には、電気刺激装置４１から出力されるトリガー信号とカウンタ回路２４の出力信号のみがラッチされるように構成しても良い。
また、上述の図４及び図５を用いて説明した動作例では、試料に対して刺激を与える外部装置として電気刺激装置４１を適用したが、その外部装置として、例えば試料に対して薬品を投入することにより試料に刺激を与える薬品投入装置を適用するようにしても良い。但し、この場合、薬品投入装置は、試料に対して薬品を投入する装置であって、薬品を投入した際にトリガー信号を出力する。
【００４８】
また、上述の図４及び図５を用いて説明した動作例では、データ記録装置１４に電気刺激装置４１が接続され、電気刺激装置４１から出力されたトリガー信号が、データ記録装置１４のラッチ回路２３に入力される構成を示したが、例えば、電気刺激装置４１と検出器１５を接続し、電気刺激装置４１から出力されたトリガー信号が、ｎ個のセンサ２１のうちの一つに入力されるように構成して、トリガー信号がｎ個のセンサ２１からの信号の一つとしてデータ記録装置１４のラッチ回路２３へ入力されラッチされるようにしても良い。
【００４９】
次に、データ記録装置１４の他の構成例について説明する。
図６はデータ記録装置１４の第２の構成例を示した図である。
尚、同図では、データ記録装置１４を１４´、検出器１５を１５´として示している。
【００５０】
データ記録装置１４´に接続されている検出器１５´に備えられたｎ個のセンサ２１は、ｎ本の信号線２２を介して、ゲート回路６１及びラッチ回路２３と接続されている。
ゲート回路６１は、信号線２２を介して入力されたセンサ２１からの信号に変化があると、出力信号を反転する。例えば、ゲート回路６１の出力信号が”０”であるときに、入力されたセンサ２１からの信号に変化があると、出力信号として”１”を出力する。
【００５１】
また、センサ２１は、ｎ本の信号線２２を介してラッチ回路に接続され、カウンタ回路２４は、ｍ本の信号線２５を介してラッチ回路２３に接続され、ラッチ回路２３は、ｍ＋ｎ本の信号線２６を介してメモリ２７及びＣＰＵ９に接続されている。
【００５２】
また、ラッチ回路２３は、ゲート回路６１の出力と接続され、ゲート回路６１からの出力信号に同期して、センサ２１からの信号（ｎビットのデータ）とカウンタ回路２４からの信号（ｍビットのデータ）である、ｍ＋ｎビットのデータをラッチして、このラッチしたデータをメモリ２７に出力する。
【００５３】
メモリ２７は、ラッチ回路２３によってラッチされたｍ＋ｎビットのデータを、アドレスカウンタ２８によって指定されたアドレスに記録する。
カウンタ回路２４は、サンプリングクロックを入力信号として、サンプリングクロックに同期してカウントを１つ上げる。
【００５４】
センサ２１からの信号のいずれかが、例えば”１”から”０”或いは”０”から”１”へと変化すると、ゲート回路６１の出力信号が変化する。
ゲート回路６１の出力信号は、ラッチ回路２３、メモリ２７、アドレスカウンタ２８へそれぞれ入力され、ラッチ回路２３は、ゲート回路６１の出力信号に同期して、センサ２１及びカウンタ回路２４からのｍ＋ｎビットのデータをラッチする。
【００５５】
アドレスカウンタ２８は、ゲート回路６１の出力信号が変化する毎に、アドレスを更新し、メモリ２７にデータの保存先のアドレスを指定する。
メモリ２７は、ゲート回路６１の出力信号に同期して、ラッチ回路２３からのｍ＋ｎビットのデータを、アドレスカウンタ２８によって指定されるアドレスに記録する。
【００５６】
尚、ＣＰＵ９への割り込み用の信号線２９は、センサ２１からの信号が変化した際に、そのセンサ２１からの信号をＣＰＵ９へ割り込ませるために用いられる信号線である。また、この割り込みをＣＰＵ９が受け付けるか否かは、事前に設定が可能である。
【００５７】
このようなデータ記録装置１４´の構成により、センサ２１からの信号が変化した瞬間、つまりセンサ２１からの信号の変化が発生した瞬間の時刻を表すカウンタ値と、そのときのセンサ２１からの信号のみが、メモリ２７に記録されるようになるので、図２に示したデータ記録装置１４の構成に比べて、メモリ２７に記録するデータ量を少なくすることができ、メモリ容量を節約することができる。
【００５８】
また、ＣＰＵ９は、前述と同様に、例えば光ビームの走査終了後等といったＣＰＵ９の負荷が下がったときの任意のタイミングでメモリ２７に記録されたデータを読み出し、その読み出したデータの視覚化処理を行い、視覚化したデータを表示装置１１に表示する。
【００５９】
尚、このデータ記録装置１４´を用いて、試料像の取得と共に、外部装置からの信号を同時に記録する場合の動作については、例えば、前述の図４及び図５を用いて説明した動作と同様にして行われる。但し、この場合、ラッチ回路２３がラッチするタイミングは、センサ２１からの信号が変化したときのみである。
【００６０】
以上、図６に示した構成のデータ記録装置１４´を用いることによっても、センサ２１からの信号、及びその信号の発生した時刻を表すカウンタ値が、メモリ２７に記録させるようになるので、ＣＰＵ９がセンサ２１からの信号を監視してこれらの信号を記録する必要が無くなる。
【００６１】
従って、光ビームの走査等といった走査型レーザ顕微鏡の制御、或は画像処理等の高負荷の処理を実行していても、センサ２１からの信号の発生と、その信号の記録との間に遅延が生じることは無くなり、センサ２１からの信号を正確に記録することができる。
【００６２】
また、ラッチ回路２３がセンサ２１からの信号（ｎビットのデータ）をラッチするのは、センサ２１からの信号が変化したときのみであるので、メモリ２７のメモリ容量を節約することができる。
また、センサ２１からの信号は、サンプリングクロックに同期して動作するカウンタ回路２４からのカウンタ値と共に記録されるので、走査中にセンサ２１からの信号が発生したときの試料面上のポイント、その時のセンサ２１からの信号の状態、或は走査開始からセンサ２１からの信号発生までの時間を容易に求めることができる。
【００６３】
図７はデータ記録装置１４の第３の構成例を示した図である。
尚、同図においても、データ記録装置１４を１４´、検出器１５を１５´として示している。但し、同図に示した構成では、図２に示したデータ記録装置１４のメモリ２７が省かれ、ラッチ回路２３の出力データが、直接フレームメモリ１０へ入力されるように構成されている。
【００６４】
同図において、データ記録装置１４´に接続されている検出器１５´に備えられたｎ個のセンサ２１は、ｎ本の信号線２２を介して、ラッチ回路２３に接続されている。
また、カウンタ回路２４は、ｍ本の信号線２５を介してラッチ回路２３に接続され、ラッチ回路２３は、ｍ＋ｎ本の信号線２６を介してフレームメモリ１０及びＣＰＵ９に接続されている。
【００６５】
アドレスカウンタ２８は、ラッチ回路２３に接続され、更にフレームメモリ１０に接続されている。
また、光電変換部６は、Ａ／Ｄ変換器７へ接続され、ＡＤ変換器７はフレームメモリ１０に接続されている。
【００６６】
カウンタ回路２４、ラッチ回路２３、フレームメモリ１０、アドレスカウンタ２８は、光電変換部６により変換された電気信号をデジタル信号である画像データに変換する際のサンプリングクロックに同期して動作する。
ラッチ回路２３は、センサ２１及びカウンタ回路２４からのｍ＋ｎビットのデータをサンプリングクロックに同期してラッチし、ラッチしたデータをフレームメモリ１０に記録する。
【００６７】
ここで、Ａ／Ｄ変換器７の分解能をＸビット、フレームメモリ１０のデータ長をＹビットとすると、Ｙ＝（ｍ＋ｎ）＋Ｘ、と表現される。
アドレスカウンタ２８は、サンプリングクロックに同期してフレームメモリ１０のアドレスをカウントし、フレームメモリ１０にデータの保存先を指定する。
【００６８】
フレームメモリ１０は、サンプリングクロックに同期して、アドレスカウンタ２８により指定されたアドレスに、ラッチ回路２３からのｍ＋ｎビットのデータとＡ／Ｄ変換器７からのＸビットの画像データを記録する。
このような構成によれば、センサ２１からの信号及びその信号の発生時刻を表すカウンタ値を記録するためのメモリとして、光電変換部６を介して取得した画像データを記録するフレームメモリ１０が用いられるため、図２、図６に示したメモリ２７を設ける必要がなく、装置構成を簡素化することができる。
【００６９】
また、図７に示した構成のデータ記録装置１４´を用いて、試料像の取得と共に、外部装置からの信号を同時に記録する場合の動作については、例えば、前述の図４及び図５を用いて説明した動作と同様にして行われる。
以上、図７に示した構成によれば、データ記録装置１４´を備えること、センサ２１からの信号とカウンタ値をサンプリングクロックに同期してラッチすることで正確にセンサ２１からの信号を記録することができる。
【００７０】
また、センサ２１からの信号、及びその信号の発生した時刻を表すカウンタ値をフレームメモリ１０に記録させることで、走査型レーザ顕微鏡の制御を行うＣＰＵ９は、センサ２１からの信号を監視してこれらの信号を記録する必要が無くなる。
【００７１】
従って、光ビームの走査等といった走査型レーザ顕微鏡の制御、或は画像処理等の高負荷の処理を実行していても、センサ２１からの信号の発生と、その信号の記録との間に遅延が生じることは無くなり、センサ２１からの信号を正確に記録することができる。
【００７２】
以上、本発明の走査型レーザ顕微鏡及び外部信号の記録方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良及び変更を行っても良いのはもちろんである。
【００７３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、走査型レーザ顕微鏡において、標本画像の取得や光ビームの走査等の走査型レーザ顕微鏡の制御、等といった処理によりＣＰＵが高負荷状態であっても、センサなどの外部装置からの外部信号をリアルタイムに記録できるので、その外部信号の発生とその外部信号の記録との間の遅延を無くすことができる。また、外部装置からの信号が発生したときの試料上のポイント、或は走査開始から外部装置からの信号が発生するまでの時間を容易に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る走査型レーザ顕微鏡の構成例である。
【図２】データ記録装置の構成例を示す図である。
【図３】データ記録装置からのデータ読取処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】電気刺激装置を含む走査型レーザ顕微鏡の構成例である。
【図５】サンプリングクロックに同期して取得される、画像データ、トリガー信号、センサからの信号、及びカウンタ値のタイムチャートを示した図である。
【図６】データ記録装置の第２の構成例を示した図である。
【図７】データ記録装置の第３の構成例を示した図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 共焦点用スキャナ
３ 対物レンズ
４ ステージ
５ 光検出器
６ 光電変換部
７ Ａ／Ｄ変換器
８ ＰＣ
９ ＣＰＵ
１０ フレームメモリ
１１ 表示装置
１２ 制御プログラム
１３ 記録媒体
１４，１４´ データ記録装置
１５，１５´ 検出器
２１ ｎ個のセンサ
２２ ｎ本の信号線
２３ ラッチ回路
２４ カウンタ回路
２５ ｍ本の信号線
２６ ｍ＋ｎ本の信号線
２７ メモリ
２８ アドレスカウンタ
４１ 電気刺激装置
６１ ゲート回路
Claims (13)
- 走査型レーザ顕微鏡であって、
光ビームを試料上で二次元走査するスキャナ部と、
前記試料からの光を検出する光検出部と、
該光検出部からの出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
前記スキャナ部を制御し、また前記Ａ／Ｄ変換部から出力されるデジタル信号から前記試料の画像データを生成するＣＰＵと、
前記画像データを表示する表示部と、
外部信号を出力する外部装置と、
該外部装置に接続されていて、前記外部信号が出力されたときにその時刻を記録するデータ記録部と、
を備え、
前記データ記録部は、前記ＣＰＵとは独立して前記記録動作を行い、
前記データ記録部に記録されたデータは、前記光ビームの走査終了後に前記ＣＰＵによって読み出される、
ことを特徴とする走査型レーザ顕微鏡。 - 前記外部装置は前記試料に対して刺激を与える標本刺激装置であり、該標本刺激装置が出力する前記外部信号は刺激を与えたことを通知するためのトリガー信号を含む、
ことを特徴とする請求項１記載の走査型レーザ顕微鏡。 - 前記標本刺激装置は、電気刺激装置を含む、
ことを特徴とする請求項２記載の走査型レーザ顕微鏡。 - 前記標本刺激装置は、薬品投入装置を含む、
ことを特徴とする請求項２記載の走査型レーザ顕微鏡。 - 前記外部装置は前記試料の状態を検出する検出器であり、該検出器が出力する外部信号は、前記試料の状態の検出信号を含む、
ことを特徴とする請求項１記載の走査型レーザ顕微鏡。 - 前記データ記録部は、前記Ａ／Ｄ変換部におけるサンプリングクロックに同期して前記外部信号及び該外部信号が発生した時刻を記録する、
ことを特徴とする請求項１記載の走査型レーザ顕微鏡。 - 前記表示部は、前記ＣＰＵによって読み出されたデータを表示する、
ことを特徴とする請求項１記載の走査型レーザ顕微鏡。 - 前記ＣＰＵによって読み出されたデータを表示する第２の表示部、
を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の走査型レーザ顕微鏡。 - 走査型レーザ顕微鏡であって、
光ビームを試料上で二次元走査するスキャナ部と、
前記試料からの光を検出する光検出部と、
該光検出部からの出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
前記スキャナ部を制御し、また前記Ａ／Ｄ変換部から出力されるデジタル信号から前記試料の画像データを生成するＣＰＵと、
前記画像データを表示する表示部と、
前記試料に対して刺激を与え、また該刺激を与えたことを通知するためのトリガー信号を出力する標本刺激装置と、
該標本刺激装置に接続されていて、前記光ビームの走査中において前記トリガー信号が出力されたときにその時刻を記録するデータ記録部と、
を備え、
前記データ記録部に記録されたデータは、前記光ビームの走査終了後に前記ＣＰＵによって読み出される、
ことを特徴とする走査型レーザ顕微鏡。 - 前記ＣＰＵは、前記データ記録部に記録されたデータを読み込んで視覚化処理を行い、表示部に表示する、
ことを特徴とする請求項９記載の走査型レーザ顕微鏡。 - 前記データ記録部は、前記Ａ／Ｄ変換部におけるサンプリングクロックに同期して前記トリガー信号をラッチするラッチ部を有する、
ことを特徴とする請求項１０記載の走査型レーザ顕微鏡。 - 前記データ記録部は、前記Ａ／Ｄ変換部におけるサンプリングクロックに同期して前記トリガー信号を記録するメモリ部を有する、
ことを特徴とする請求項１０記載の走査型レーザ顕微鏡。 - 少なくとも光ビームを試料上で二次元走査するための制御処理又は試料からの光を光電変換して得られる電気信号から画像データを生成する処理を行うＣＰＵが高負荷状態であるときに、外部装置から出力された外部信号及び該外部信号が入力されたときの時刻を、前記ＣＰＵとは独立して動作するデータ記録部に記録し、
前記ＣＰＵが低負荷状態であるときに、前記データ記録部に記録された、前記外部装置から出力された外部信号及び該外部信号が入力されたときの時刻が、前記ＣＰＵにより前記データ記録部から読み出される、
ことを特徴とする外部信号の記録方法。
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