(57)【要約】  単一の光学系を用いて、顕微鏡レベルのミクロ撮影等と、俯瞰レベルのマクロ撮影等とを可能にした光学装置を提供する。物体を撮影する光学装置であって、物体の像を結像させるための撮像光学系１ａと、撮像光学系１ａによって結像された画像を電気信号に変換する撮像素子６と、撮像光学系１ａによる撮像倍率を変更する倍率変更手段と、を備え、倍率変更手段は、撮像光学系１ａにより物体のミクロ結像を撮像素子６に結像するミクロ結像モードと、撮像光学系１ａにより物体の虚像を撮像素子６に結像する虚像モードとを切換えることによって、倍率を変更する切換手段を有する。
2018151302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象である物体を撮影または観察する光学装置であって、
前記物体の像を結像させるための撮像光学系と、
前記撮像光学系によって結像された像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像光学系による撮像倍率を変更する倍率変更手段と、
を備え、
前記撮像光学系は結像点を光軸方向に複数有しており、
前記倍率変更手段は、前記撮像光学系における複数の結像点のうち、何れの結像点における像を前記撮像素子によって電気信号に変換するかを切換えることにより、前記撮像光学系による撮像の倍率を変更することを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記複数の結像点のうち、倒立像が結像される結像点について、前記撮像素子によって変換された電気信号により得られる画像が正立像になるように、前記画像を電気的に反転させる画像反転手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記倍率変更手段は、前記撮像光学系により前記物体の、狭視野高倍率のミクロ画像を前記撮像素子上に結像する第一の状態と、前記撮像光学系により前記物体の、広視野低倍率のマクロ画像を前記撮像素子上に結像する第二の状態とを切換えることによって、前記倍率を変更する切換手段を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記第一の状態においては、前記撮像光学系により前記物体の実像が前記撮像素子上に結像され、前記第二の状態においては、前記撮像光学系により前記物体の虚像が前記撮像素子上に結像され実像化されることを特徴とする、請求項３に記載の光学装置。
【請求項５】
前記倍率変更手段は、前記撮像光学系により前記物体の実像を前記撮像素子上に結像する第一の状態と、前記撮像光学系により前記物体の虚像を前記撮像素子上に結像して実像化する第二の状態とを切換えることによって、前記倍率を変更する切換手段を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項６】
撮影対象である物体を撮影する光学装置であって、
前記物体の像を結像させるための撮像光学系と、
前記撮像光学系によって結像された画像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像光学系による撮像倍率を変更する倍率変更手段と、
を備え、
前記倍率変更手段は、前記撮像光学系により物体の実像を前記撮像素子上に結像する第一の状態と、前記撮像光学系により物体の虚像を前記撮像素子上に結像して実像化する第二の状態とを切換えることによって、前記倍率を変更する切換手段を有することを特徴とする光学装置。
【請求項７】
撮影対象である物体を撮影する光学装置であって、
前記物体の像を結像させるための撮像光学系と、
前記撮像光学系によって結像された画像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像光学系による撮像倍率を変更する倍率変更手段と、
を備え、
前記倍率変更手段は、前記撮像光学系により前記物体の、狭視野高倍率のミクロ画像を前記撮像素子上に結像する第一の状態と、前記撮像光学系により前記物体の、広視野低倍率のマクロ画像を前記撮像素子上に結像する第二の状態とを切換えることによって、前記倍率を変更する切換手段を有することを特徴とする光学装置。
【請求項８】
前記撮像光学系は、
対物レンズを含む対物光学群と、ズーム機能を有する変倍光学群とを含み、
前記切換手段は、前記変倍光学群および／または前記撮像素子の位置を変更することにより、前記第一の状態と前記第二の状態とを切換えることを特徴とする、請求項３から７のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項９】
前記切換手段は、前記第一の状態と前記第二の状態とを切換える際に、前記対物光学群は固定とすることを特徴とする、請求項８に記載の光学装置。
【請求項１０】
前記撮像光学系の先端部の周囲に配置された照明手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１１】
前記撮像光学系と撮影対象の物体との位置関係を規制する位置規制手段をさらに備え、
前記位置規制手段は、前記撮像光学系の先端部の前方において前記物体の表面に当接するとともに前記第一の状態における前記撮像光学系の撮影範囲を囲むように配置された当接部材を有することを特徴とする、請求項３から９のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１２】
前記位置規制手段は、前記撮像光学系の前記撮影範囲において前記物体の表面に密着させることが可能に配置された透明のフィルムをさらに有することを特徴とする、請求項１１に記載の光学装置。
【請求項１３】
前記位置規制手段の前記当接部材の前側面は、前記第一の状態においてピントが最良となる位置より０．５〜１．５ｍｍ前方に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の光学装置。
【請求項１４】
前記第一の状態及び前記第二の状態において、前記対物光学群と前記変倍光学群とは同一の光軸上または同一の光路上に配置されることを特徴とする、請求項８または９に記載の光学装置。
【請求項１５】
既存の顕微鏡の光路への接続を可能とする接続手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の光学装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は物体を撮影するための撮影装置または、物体を観察するための観察装置を含む光学装置に関し、より具体的には顕微鏡観察レベルのミクロ撮影またはミクロ観察（以下、ミクロ撮影等ともいう。）と、俯瞰観察レベルのマクロ撮影またはマクロ観察（以下、ミクロ撮影等ともいう。）の両方を可能にした光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、顕微鏡観察レベルのミクロ撮影等と、俯瞰観察レベルのマクロ撮影等を両立可能な光学装置に対する要望が高まっている。例えば医療現場においては、内視鏡手術で施術すべき部位の評価・決定に加えて、健常部位の評価も合わせて行うことが求められている。すなわち、悪性腫瘍等の判別に加えて切除断端や吻合部のバイアビリティの評価などのための顕微鏡観察とともに、手術操作が行い易い低倍率の俯瞰観察を可能とする観察技術または撮影技術が求められている。【０００３】
また、基礎研究現場においては、生体へのマルチスケールな病態把握及び光診断のために、従来のごく限られた情報量のバイオイメージングではなく、細胞形質（ミクロ）と、細胞が相互に競合・協力し形成するネットワーク（マクロ）の両者を可視化したいというニーズが高まっている。しかしながら、従来のズーム機能を有する内視鏡は倍率変更の範囲が狭く充分な内容情報の取得を可能としていない。【０００４】
上記に関連する技術としては、拡大スイッチを押すことで、ワイヤ駆動装置が押し引きワイヤを駆動し移動レンズが挿入部長手方向に前後に移動し像の倍率を変える発明が公知である（例えば、特許文献１を参照）。また、光学システムが２つの部分システムを有しており、第２の部分システムの第２の結像段は、第１の部分システムの第２の結像段よりも高い光学解像度を可能にするように構成された発明が公知である（例えば、特許文献２を参照）。さらに、ハウジング内に設けられたレンズ組立体が、像の倍率を、マクロ的倍率とミクロ的倍率との間で変化させ、ミクロ的倍率の場合、白色光照明に代えてレーザ放射線が利用される発明が公知である（例えば、特許文献３を参照）。【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の発明においては、顕微鏡観察レベルのミクロ撮影等と俯瞰観察レベルのマクロ撮影等をカバーする広範囲の倍率変更については記載されていない。また、特許文献２及び３に記載の発明においては、ビームスプリッタ等で撮影画像を分割する事を前提としており、光学系が複雑となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−５６６６８号公報
【特許文献２】特開２０１３−８０２４３号公報
【特許文献３】特表２００４−５０１７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のような状況に鑑みて発明されたものであり、その目的は、単一の光学系を用いて、顕微鏡観察レベルのミクロ撮影等と、俯瞰観察レベルのマクロ撮影等の両方を可能にした光学装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の課題を解決するための、本発明にかかる光学装置は、対象である物体を撮影または観察する光学装置であって、
前記物体の像を結像させるための撮像光学系と、
前記撮像光学系によって結像された像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像光学系による撮像倍率を変更する倍率変更手段と、
を備え、
前記撮像光学系は結像点を光軸方向に複数有しており、
前記倍率変更手段は、前記撮像光学系における複数の結像点のうち、何れの結像点における像を前記撮像素子によって電気信号に変換するかを切換えることにより、前記撮像光学系による撮像の倍率を変更することを特徴とする光学装置である。【０００９】
ここで、前記撮像光学系は結像点を光軸方向に複数有している。そして、倍率変更手段は、撮像光学系を構成する光学群の少なくとも一部の位置を軸方向に変更させることによって、前記撮像光学系の結像点の位置を変更する。そして、前記複数の結像点のうち、撮像素子上に結像する結像点を変更する。このことにより、撮像光学系を構成する光学群の少なくとも一部の位置を軸方向に変更させるという、簡単な動作により、前記撮像光学系による撮像の倍率を大きく変更することが可能となり、簡単な操作で高い変倍率をシームレスに実現することが可能となる。【００１０】
また、本発明においては、前記複数の結像点のうち、倒立像が結像される結像点について、前記撮像素子によって変換された電気信号により得られる画像が正立像になるように、前記画像を電気的に反転させる画像反転手段をさらに備えるようにしてもよい。【００１１】
これによれば、撮像素子に倒立像が結像される場合には、画像反転手段が得られる画像を電気的に反転させるので、撮像素子に結像する結像点が変更された場合にも、使用者が視認する画像が上下逆転する等の不都合を抑制することができ、光学装置をより使い易くすることが可能である。【００１２】
また、本発明においては、前記倍率変更手段は、前記撮像光学系により前記物体の、狭視野高倍率のミクロ画像を前記撮像素子上に結像する第一の状態と、前記撮像光学系により前記物体の、広視野低倍率のマクロ画像を前記撮像素子上に結像する第二の状態とを切換えることによって、前記倍率を変更する切換手段を有するようにしてもよい。【００１３】
これによれば、ミクロ観察またはミクロ撮影が可能な状態と、マクロ観察またはマクロ撮影が可能な状態とを、より容易に切換えることが可能である。その結果、対象物における微細な構造についての顕微鏡的な観察または撮影と、対象物の全体の状態を把握可能な俯瞰的な観察または撮影とを、迅速または容易に切換えることが可能である。【００１４】
また、本発明においては、第一の状態においては、前記撮像光学系により前記物体の実像が前記撮像素子上に結像され、第二の状態においては、前記撮像光学系により前記物体の虚像が前記撮像素子上に結像され実像化されるようにしてもよい。【００１５】
これによれば、第一の状態においては、高分解能の画像を得ることが可能となるとともに、第二の状態においては第一の状態と比較して撮影範囲を大幅に広げることが可能である。これにより、一つの撮像光学系を用いてより容易に、顕微鏡観察レベルの撮像倍率と分解能を有するミクロ撮影等と、俯瞰観察レベルの撮像倍率を有するマクロ撮影等の両方をシームレスに実現することが可能となる。【００１６】
前記の課題を解決するための、本発明にかかる光学装置は、撮影対象である物体を撮影する光学装置であって、
前記物体の像を結像させるための撮像光学系と、
前記撮像光学系によって結像された画像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像光学系による撮像倍率を変更する倍率変更手段と、
を備え、
前記倍率変更手段は、前記撮像光学系により物体の実像を前記撮像素子上に結像する第一の状態と、前記撮像光学系により物体の虚像を前記撮像素子上に結像する第二の状態とを切換えることによって、前記倍率を変更する切換手段を有することを特徴とする光学装置であってもよい。【００１７】
ここで、上記の倍率変更手段は、撮像光学系を構成する光学群の少なくとも一部の位置を変更させることでズーム機能を発揮するが、その際に移動させる光学群の位置を、実像撮影の範囲を超えて変更させた場合には、虚像撮影をすることが可能となる。すなわち、倍率変更手段が有する切換手段が、所定の光学群の位置を、物体の実像を撮像素子上に結像する第一の状態の限界位置からさらに変更することで、物体の虚像を撮像素子上に結像する第二の状態とすることができる。【００１８】
そして、第二の状態においては第一の状態と比較して撮影範囲を大幅に広げることが可能である。よって、本発明においては、切換手段が前記第一の状態と前記第二の状態を切換えることで、撮像光学系による撮像倍率を、通常のズーム機能に加えて、大幅に（不連続的に）変更することが可能である。これにより、一つの撮像光学系を用いて、顕微鏡観察レベルの撮像倍率を有するミクロ撮影等と、俯瞰観察レベルの撮像倍率を有するマクロ撮影等の両方をシームレスに実現することが可能となる。【００１９】
また、従来のミクロ撮影等においては、倍率が高すぎ、何れの場所を撮影しているのかが分かり難い場合があったが、本発明によれば、マクロ撮影等で撮影場所を確認した後、迅速にミクロ撮影等に切換えるといった使用法が可能となり、ミクロ撮影等の作業効率を大幅にアップさせることが可能となる。【００２０】
また、本発明は、撮影対象である物体を撮影する光学装置であって、
前記物体の像を結像させるための撮像光学系と、
前記撮像光学系によって結像された画像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像光学系による撮像倍率を変更する倍率変更手段と、
を備え、
前記倍率変更手段は、前記撮像光学系により前記物体の、狭視野高倍率のミクロ画像を前記撮像素子上に結像する第一の状態と、前記撮像光学系により前記物体の、広視野低倍率のマクロ画像を前記撮像素子上に結像する第二の状態とを切換えることによって、前記倍率を変更する切換手段を有することを特徴とする光学装置であってもよい。【００２１】
また、本発明においては、前記撮像光学系は、対物レンズを含む対物光学群と、ズーム機能を有する変倍光学群とを含み、前記切換手段は、前記変倍光学群および／または前記撮像素子の位置を変更することにより、前記第一の状態と前記第二の状態とを切換えるようにしてもよい。【００２２】
これによれば、撮像光学系を構成する光学群のうち、ズーム機能を有する変倍光学群と撮像素子少なくとも一方の位置を変更することで第一の状態と第二の状態とを切換える。よって、対物光学群を積極的に移動させないので、例えばミクロ撮影等の途中に対物レンズが移動して撮影対象である物体に接触する等の不都合を抑制することができる。【００２３】
また、本発明においては、前記切換手段は、前記第一の状態と前記第二の状態とを切換える際に、前記対物光学群は固定としてもよい。そうすれば、第一の状態と第二の状態とを切換える際には、対物光学群の位置は固定されているので、より確実に、ミクロ撮影等の途中に対物レンズが移動して撮影対象である物体に接触する等の不都合を防止することができる。【００２４】
また、本発明においては、前記撮像光学系の先端部の周囲に配置された照明手段をさらに備えるようにしてもよい。これによれば、第一の状態において、ワーキングディスタンスが小さく、撮影対象に照明光を当てることが困難な場合であっても、撮像光学系の先端部の周囲から（場合により、撮像光学系の中心方向に向けて斜めに）照明光を照射することが可能となり、撮影対象を良好に照明することが可能である。【００２５】
また、本発明においては、前記撮像光学系と撮影対象の物体との位置関係を規制する位置規制手段をさらに備え、
前記位置規制手段は、前記撮像光学系の先端部の前方において前記物体の表面に当接するとともに前記第一の状態における前記撮像光学系の撮影範囲を囲むように配置された当接部材を有するようにしてもよい。【００２６】
これによれば、第一の状態においては、位置規制手段の当接部材を撮影対象である物体に当接させることで、撮影対象である物体を容易にピントが最良になる位置付近に配置させることができる。また、当接部材を、撮像光学系の光軸に垂直になるように配置すれば、当接部材を物体に当接させることで物体表面の角度を撮像光学系の光軸に垂直にすることが容易となる。その結果、撮像光学系による物体の撮影をより容易にすることが可能と
なる。【００２７】
また、本発明においては、前記位置規制手段は、前記撮像光学系の前記撮影範囲において前記物体の表面に密接させることが可能に配置された透明のフィルムをさらに有するようにしてもよい。これによれば、位置規制手段の当接部材を撮影対象の物体に当接させた際に、前記撮像光学系の前記撮影範囲において、撮影対象である物体の表面を透明のフィルムに密着させることで、物体の表面をより円滑にすることができる。その結果、撮像光学系による物体の表面の撮影をより鮮明にまたは、より容易に行うことができる。【００２８】
また、本発明においては、前記位置規制手段の前記当接部材の前側面は、前記第一の状態においてピントが最良となる位置より０．５〜１．５ｍｍ前方に配置されるようにしてもよい。これによれば、撮影対象である物体の撮影時には、先ず、当接部材を物体の表面に当接させ、さらに、０．５〜１．５ｍｍだけ光学装置全体を前進させるという手順で、良好にピント合わせをすることが可能である。これによれば、より使い勝手の良い光学装置を実現することが可能である。【００２９】
また、本発明においては、前記第一の状態及び前記第二の状態において、前記対物光学群と前記変倍光学群とは同一の光軸上または同一の光路上に配置されるようにしてもよい。これによれば、第一の状態から第二の状態への切換えまたは、その逆の切換えを、さらに迅速にかつシームレスに行うことが可能となる。【００３０】
また、本発明においては、既存の顕微鏡の光路への接続を可能とする接続手段をさらに備えるようにしてもよい。これによれば、他に準備された既存の顕微鏡と本発明に係る光学装置とを組み合すことで、元来、既存の顕微鏡に備えられている観察、撮影機能に本発明における上述の観察、撮影機能を加えて複合的、相乗的な観察や撮影を行うことが可能となる。【００３１】
なお、上記した課題を解決する手段は、可能な限り組合せて使用することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、単一の光学系を用いて、顕微鏡観察レベルのミクロ撮影等と、俯瞰観察レベルのマクロ撮影等の両方を可能にした光学装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例１に係る撮像光学系及び撮像素子の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例１に係る光学装置全体の概観図である。
【図３】本発明の実施例１に係る光学装置で撮影した画像の第１の例である。
【図４】本発明の実施例１に係る光学装置で撮影した画像の第２の例である。
【図５】本発明の実施例２に係る光学装置全体の概観図である。
【図６】本発明の実施例２に係る光学装置の作用について説明するための図である。
【図７】本発明の実施例３に係る光学装置全体の概観図である。
【図８】本発明の実施例３に係る光学装置で撮影した画像の例である。
【図９】本発明の実施例４に係る光学装置全体の斜視図である。
【図１０】本発明の実施例４に係る照明部の詳細な構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施例４に係る光学装置全体を示す画像である。
【図１２】本発明の実施例４に係る光学装置と一般的なマクロレンズとを比較した画像である。
【図１３】本発明の実施例４に係る光学装置で撮影した画像の例である。
【図１４】本発明の実施例５に係る光学装置を本発明に係る光学装置を二光子顕微鏡に取り付けた場合の構成例である
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。以下の実施例に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００３５】
＜実施例１＞
まず、本発明の実施例１について説明する。図１は本実施例に係る撮像光学系１ａ及び撮像素子６の概略構成図である。図１（ａ）は撮像光学系１ａによって、撮影対象の物体ｏｂのミクロ結像を撮像素子６上に結像させるミクロ結像モードにおける光学素子の配置を示している。図１（ｂ）は撮像光学系１ａによって、撮影対象の物体ｏｂのマクロ結像を撮像素子６上に結像させるマクロ結像モードにおける光学素子の配置を示している。ここで、ミクロ結像モードは本発明の第一の状態に相当する。マクロ結像モードは本発明の第二の状態に相当する。なお、本実施例におけるミクロ結像モードは、撮影対象の物体ｏｂの実像を撮像素子６上に結像させることによって実現されてもよい。また、マクロ結像モードは、撮影対象の物体ｏｂの虚像を撮像素子６上に結像させ実像化することによって実現されてもよい。この場合には、物体ｏｂのミクロ結像は物体ｏｂの実像による結像であり、物体ｏｂのマクロ結像は物体ｏｂの虚像による結像である。
【００３６】
図１に示すように、本実施例における撮像光学系１ａは、対物レンズ２、結像レンズ３、変倍レンズ４及びリレーレンズ５を含んでいる。なお、対物レンズ２、結像レンズ３、変倍レンズ４及びリレーレンズ５の各々は、単一のレンズにより構成されてもよいし、複数のレンズが組み合されたレンズ群により構成されてもよい（以下、簡単のため、例えば対物レンズ２がレンズ群により構成される場合も対物レンズ２と称する）。
【００３７】
なお、対物レンズ２の仕様は特に限定されないが、本実施例においては、対物レンズ２の倍率は例えば、４倍から４０倍程度であってもよい。対物レンズ２の倍率を上記の程度に設定することで、ワーキングディスタンスを操作性の良い値とすることができる。また、本実施例において対物レンズ２の径はφ２５ｍｍとしている。この程度の径の対物レンズ２を用いることで、例えば、４Ｋ（縦横解像度約４０００×２０００画素）、８Ｋ（縦横解像度約８０００×４０００画素）等と称される高解像度対応の撮像素子６を用いた場合でも、充分に明るい画像を撮影することが可能である。なお、撮像光学系１ａの後方には、撮像光学系１ａによる像を結像させる撮像素子６が備えられている。この撮像素子６としては、Ｃ−ＭＯＳタイプであり、サイズは１／２インチ〜１インチ、解像度は２Ｋ（縦横解像度約２０００×１０００画素）対応程度のものを使用してもよい。なお、ここに示す対物レンズ２及び撮像素子６の仕様は一例にすぎず、示された値に限定する趣旨ではない。
【００３８】
図１（ａ）に示すミクロ結像モードにおいては、撮像素子６には撮影対象の物体ｏｂのミクロ結像が結像される。より詳細には、対物レンズ２及び結像レンズ３により結像されるミクロ結像（中間像）をさらに変倍レンズ４及びリレーレンズ５によって撮像素子６上にミクロ結像として結像させる。この場合には、撮像素子６上に結像される像は正立像となり、従来の正立顕微鏡または倒立顕微鏡と同等の倍率及び解像度を得ることが可能である。
【００３９】
図１（ｂ）に示すマクロ結像モードにおいては、撮像素子６には撮影対象の物体ｏｂのマクロ結像が結像される。より詳細には、対物レンズ２及び結像レンズ３により結像されるミクロ結像（中間像）のマクロ結像を、変倍レンズ４及びリレーレンズ５によって撮像素子６上に結像させる。この場合には、撮像素子６上に結像される像は倒立像となり、図１（ａ）に示す第一の状態と比較して、撮影対象の物体ｏｂと対物レンズ２の距離は大幅に大きく設定される。また、倍率は低倍率となり、従来の内視鏡撮影と同様の俯瞰撮影を行うことが可能である。
【００４０】
なお、図１から分かるように、本実施例においては、図１（ａ）に示すミクロ結像モードから図１（ｂ）に示すマクロ結像モードに移行する際に、リレーレンズ５のみを移動させている。これによれば、対物レンズ２の位置を変更せずに、ミクロ結像モードからマクロ結像モードに移行させることができ、対物レンズ２の前方にある撮影対象の物体ｏｂに対物レンズ２の先端が接触する等の不都合を防止することができる。また、図１（ａ）のミクロ結像モードと図１（ｂ）のマクロ結像モードとの光学素子は同一光軸上または同一光路上に配置されているため、マクロ結像モードに於ける俯瞰観察からミクロ結像モードに於ける顕微鏡観察およびその逆の観察が迅速にかつシームレスに切り換えることが可能となる。なお、本実施例において、対物レンズ２および／または結像レンズ３は対物光学群を構成する。変倍レンズ４および／またはリレーレンズ５は変倍光学群を構成する。
【００４１】
図１（ａ）では、物体obが撮像素子６上で正立像として捉えられ、図１（ｂ）では、撮像素子６上で倒立像として例示されているが、これらは対物レンズのＷＤ（ワーキングディスタンス）、変倍レンズや結像レンズのレンズ光学系設計により結像状態は、正立像と倒立像が逆転しうる。しかし、撮像素子６で撮像された像はスクリーン上では電子的に簡単に上下反転したり、回転像を得ることができ、スクリーン上または撮像モニター上での観察において問題となることはない。同様に、レンズ光学系設計によりズーム移動した場合の結像状態は複数回結像が生じ、ミクロ結像、マクロ結像と変化することが考えられるが、いずれの状態であっても、上述したような高解像度および広ダイナミックレンジを有する撮像素子により拡大されたマクロ結像またはミクロ結像であっても実用上全く問題ない高精細度の画像を得ることができる。
【００４２】
図１においては、複数回の結像点が存在している。そして、図１（ａ）においても図１（ｂ）においても、２つ目の結像点が撮像素子６上で結像している。しかしながら、本実施例における撮像光学系１ａでは、対物レンズ２、結像レンズ３、変倍レンズ４、リレーレンズ５、撮像素子６のいずれかを移動させ、いずれの結像点が撮像素子６上に結像するかを変更することで、マクロ結像とミクロ結像を変更するようにしてもよい。
【００４３】
なお、本実施例においては上述のように、ミクロ結像、マクロ結像の一方が正立像、他方が倒立像となる場合が考えられる。この様な場合には、ミクロ結像モードまたはマクロ結像モードの一方から他方に移行した場合に、得られる画像が上下逆になってしまい、観察者が画像を見づらくなってしまう場合がある。これに対し、本実施例では画像処理装置６ａを有しており、おの画像処理装置６ａが、得られる画像が倒立像である場合に画像を電気的に上下反転させることとしている。
【００４４】
この正立像または倒立像の電気的な画像調整は、画像を目視により調整することでも実現可能である。あるいは、レンズ光学系設計により正立像、倒立像または虚像、実像の範囲を変倍レンズの移動距離範囲により算定し、変倍レンズの移動距離に基づいて撮像素子上の画像を予め切り替えるように設定しても良い。さらには、画像のコントラスト測定法や上下マーカーを付与することにより倒立像または正立像の切り替えを自動的に検出し、スクリーン上の画像を観察対象obと一致するように調整することもできる。
【００４５】
このように、ミクロ結像、マクロ結像の一方が正立像、他方が倒立像となる場合であっても、スクリーン上の観察画像を観察対象obと常に一致するように正立像の関係に維持することができる。このことで、マクロ結像モードに於ける俯瞰観察からミクロ結像モードへの瞬時切り替えに於ける顕微鏡観察およびその逆の観察を、より迅速かつシームレスに行うことができ、より見やすい画像を得ることが可能となる。
【００４６】
次に、図２を用いて、本実施例における光学装置１全体の概観について説明する。図２（ａ）は光学装置１が照明素子９を備えた場合の正面図を、図２（ｂ）は側面図を示す。図２に示すように、本実施例における撮像光学系１ａと撮像素子６は、略円筒状の鏡筒７に収納されている。この鏡筒７には、フォーカシングリング及びズームリング（不図示）が設けられている。フォーカシングリングを回転させることで対物レンズ２の焦点位置を変更することが可能である。また、ズームリングを回転させることで、少なくとも変倍レンズ４及びリレーレンズ５を移動させてミクロ結像モードにおけるズーム機能を発揮させるとともに、さらにズームリングを回転させることでリレーレンズ５を移動させ、ミクロ結像モードとマクロ結像モードの切換えを行うことが可能である。なお、本実施例において倍率変更手段及び切換手段は、変倍レンズ４および／またはリレーレンズ５を移動させる鏡筒７の機構（ズームリングを含む）により構成される。
【００４７】
また、本実施例においては、鏡筒７の後方には、撮像素子６の制御基板８が配置されている。この制御基板８から撮像素子６への電力を供給するとともに撮像素子６からの出力信号を受信し、さらに画像表示装置や画像記録装置（不図示）に信号を送信することが可能となっている。なお、本実施例におけるフォーカシングリングやズームリングの回転は、使用者がマニュアルで行ってもよいし、モータ等のアクチュエータを用いて電気的に行ってもよい。
【００４８】
また、本実施例においては、鏡筒７の前方には、テーパ状のテーパ部７ａが形成されている。このテーパ部７ａは、対物レンズ２の開口数（ＮＡ）の開き角θと同等の角度で形成されている。そして、そのテーパ部７ａには、白色ＬＥＤからなる照明手段としての照明素子９が、テーパ部７ａの全周に亘って８個配置されている。この照明素子９へは、制御基板８から電力が供給されている。また、照明素子９は、テーパ部７ａに、発光部がテーパ部７ａの傾斜に沿って撮像光学系１ａの光軸に向けられており、対物レンズ２の外周から撮影対象の物体ｏｂに対し、照明光を斜めに照射することが可能となっている。
【００４９】
本実施例においては、上述のように、鏡筒７の先端に形成されたテーパ部７ａの円周方向の全周に亘って照明素子９を配置し、ＮＡの開き角θと同等の角度で斜め前方に光軸に向けて照明可能とした。これにより、例え、対物レンズ２のワーキングディスタンスが短く、撮影対象の物体ｏｂと対物レンズ２の間の隙間が狭い場合であっても、その隙間に照明光を照射することが可能となり、充分に明るい画像を取得することが可能である。また、照明素子９を光学的に余剰の空間である、テーパ部７ａの外側に配置しているので、照明素子９を含んだ装置全体をコンパクト化することが可能である。
【００５０】
なお、本実施例においては、照明素子９として白色ＬＥＤを用いたが、他の素子を用いてもよいことは当然である。例えば、撮影対象の物体ｏｂが生体の場合に、照明素子９として青色ＬＥＤを用い、特定の蛍光タンパク質の励起に用いてもよい。この場合には、撮像素子６におけるＲＧＢレイヤーを用いて蛍光を分光し、蛍光タンパクの観察を行うことも可能である。また、本実施例においては、照明素子９の数を８個としたが、この数に限定はされない。照明素子９の出力や撮影対象の物体ｏｂに応じて適宜変更しても構わない。
【００５１】
また、本実施例においては、対物レンズ２の表面を３７℃程度に維持するヒーターを備えるようにしてもよい。これによれば、撮影対象の物体ｏｂが生体である場合に、対物レンズ２を生体内に出し入れすることで、対物レンズ２が曇ってしまうことを抑制できる。
【００５２】
以上、説明したように、本実施例によれば、顕微鏡観察レベルのミクロ撮影等を行えるミクロ結像モードと、俯瞰観察レベルのマクロ撮影等を行えるマクロ結像モードとを構成する光学素子とが同一光軸上または同一光路上にある撮像光学系を用いてシームレスに切換えながら撮影を行うことができる。ミクロ結像モードだけで、ミクロ撮影等とマクロ撮影等を両立させる場合には、特にミクロ撮影等における解像度に限界が生じ、撮像素子６と１：１程度以上の拡大率を実現することが困難となる。また、ミクロ結像モードのみを有する一般的な顕微鏡用ズームレンズにおいて、拡大率をミクロ撮影等とマクロ撮影等を両立可能な程度に大きくした場合には、レンズ枚数が増加し、口径を小さくせざるを得なくなることで、光学系の構成が複雑化、大型化するとともに暗い撮像光学系になってしまう。あるいは、ミクロ結像モードにおける収差が大きくなってしまう。
【００５３】
一方、本実施例においては、撮像光学系１ａの結像限界まで解像度を上げることが可能である。また、光学装置の構成を簡略化しコンパクト化できるため、ミクロ撮影等とマクロ撮影等を迅速に切換えつつ、各撮影が必要な場所に迅速に移動可能なハンディタイプの光学装置を実現できる。さらには、比較的大口径で明るい撮像光学系とすることができるので、より良好な画像を取得することが可能となる。
【００５４】
なお、本発明を生体の基礎研究に応用した場合には、サブミクロンの細胞形質・個性とミリサイズで形成される細胞ネットワーク・臓器連関を同時に観察することが可能となる。すなわち、マクロ結像モードにおいては、細胞同士が競争・競合・協力しながら構成しているネットワークを観察可能であり、ミクロ結像モードにおいては、各細胞の個性を観察可能である。これにより、新たな疾患理解が得られる可能性がある。
【００５５】
また、本発明を臨床医療に応用し場合には、光学装置の交換を行わずに、ミクロ結像モードによるミクロ撮影等（サブミクロン単位、いわゆる顕微鏡観察などに相当）とマクロ結像モードによるマクロ撮影等（ｃｍ単位）を両立できるため、ミクロ撮影等による画像から細胞形質を捉えて評価できるとともに、マクロ撮影等により手術支援を行うことが可能である。例えば、カテーテルを血管中に挿入するような先端的な臨床医療において、マクロ撮影等により俯瞰観察を行うとともに、ミクロ撮影等によって血管を撮影し、カテーテルが正常に血管に挿入されているか否かを確認するなど、マクロ撮影等とミクロ撮影等を迅速に切換えて新たな視点からの画像を提供し、手術をサポートすることが可能となる。
【００５６】
その他、本発明は、ミクロ結像モードで金属、半導体、生物などの個体表面や半導体ウェハの回路における微小欠陥や特性を観察、検査するとともにそれら個体の全体または広範囲の欠陥や特性をマクロ結像モードで観察、検査するなど、産業用の利用価値も高い。
【００５７】
また、本実施例における光学装置１は、一般的に市場で流通しているパーツを用いて低コストで実現することが可能であり、既存技術で同等の機能を実現した場合と比較してコストを著しく低減することが可能である。また、装置全体の構成が簡単でコンパクトであるため、より使い勝手のよい観察ツールを実現できる。
【００５８】
例えば、創薬における個体観察では、生体内からの発光や蛍光を捉える観察ツールが汎用されているが、（１）高コストである、（２）マウスへの要求条件が厳しい、（３）発光が不可欠である、（４）時間空間解像度が低い等の不都合点があった。また、二光子顕微鏡を用いた観察ツールでは、ごく限られた視野（数十ミクロン程度）、限られた時間（数ｈｒ）を侵襲的に撮影できるに過ぎないことが多く、必ずしも医療に充分直結していなかった。本実施例における光学装置は上記のような従来の観察ツールを補完し、あるいは代替する観察ツールとして期待できる。
【００５９】
図３及び図４には、本発明によって撮影された画像の例を示す。図３（ａ）は、本実施例に係る光学装置１のミクロ結像モードで撮影した一細胞の画像である。また、図３（ｂ）は、ミクロ結像モードで撮影した生体組織の画像である。図３（ｃ）は、ミクロ結像モードで撮影した臓器の画像である。また、図４（ａ）は、マクロ結像モードで俯瞰的に撮影した術者の画像である。図４（ｂ）は、光学装置１を腹腔に挿入し、腹腔鏡手術における鉗子作業をミクロ結像モードで撮影した画像である。このように、本実施例によれば倍率の全く異なる画像を単一の光学系を用いて容易に撮影することが可能である。
【００６０】
また、ミクロ結像モードにおける質感のある高精細形態情報と、マクロ結像モードにおける大きな形態情報の両方を容易かつ迅速に得ることが可能である。言い換えれば、本実施例においては、通常顕微鏡が実像として捉える像と、通常ズームレンズが虚像として捉える像の両方を同一光軸上に捕捉し、同一光によって結像する複数の像を切換えることにより、顕微鏡にズームレンズの対象捕捉能力を持たせることができた。同時に、顕微鏡を従来にはないレベルで小型化し利用可能性を飛躍的に高めることができた。
【００６１】
＜実施例２＞
次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例においては、光学装置が、撮影対象の物体と光学装置の相対的な位置規制のための位置規制ユニットを備えた例について説明する。
【００６２】
図５には、本実施例における光学装置１の概略図を示す。本実施例においては、光学装置１が位置規制手段としての位置規制ユニット１０を備えている。図５に示すように、本実施例における光学装置１は、位置規制ユニット１０を備えている点の他は、実施例１で説明したものと同等である。位置規制ユニット１０は、鏡筒７に直接取り付けられる円筒状の円筒部１０ａと、撮影対象の物体に当接させる平板状の当接部１０ｂ、当接部１０ｂの中央部に開けられた開口部１０ｃを有する。なお、ここで当接部１０ｂは本発明における当接部材に相当する。
【００６３】
円筒部１０ａは鏡筒７の外周に対して固定されている。固定の方法は、例えば圧入、ねじ込み式の他、嵌合の後接着されていてもよく、特に限定されない。本実施例では、当接部１０ｂは、位置規制ユニット１０が鏡筒７に取り付けられた状態で、撮像光学系１ａの光軸に垂直になるように構成されている。また、当接部１０ｂの前側の面は、実施例１で説明したミクロ結像モードにおいて光学装置１のピントが合う位置より０．５〜１．５ｍｍ前方に配置される。そして、撮影時には、光学装置１を図６に示すように撮影対象の物体ｏｂに当接させ、さらに軽い力で押さえる。そうすると、例えば撮影対象が生体表面である場合には、生体表面が開口部１０ｃにおいて厚みＤだけ盛り上がる状態となり、丁度生体表面が光学装置１のピントが合う位置に配置されるように調整することが可能となる。
【００６４】
これによれば、光学装置１を撮影対象の物体ｏｂに当接させるという簡単な操作によって、撮影対象の物体ｏｂの角度を撮像光学系１ａの光軸に垂直に保持することが可能であり、また、撮影対象の物体ｏｂの表面をミクロ結像モードにおいて光学装置１のピントが合う位置に容易に配置させることが可能である。ミクロ結像モードにおいて光学装置１のピントが合う位置については予めフォーカシングリングを回すことにより、微調整しておけばよい。本実施例に係る光学装置１においては、さらに、実施例１の図２で説明した照明素子９と併用することで、より簡単な操作で、より明るく、鮮明な画像を取得することが可能となる。
【００６５】
なお、本実施例において当接部１０ｂは、中央に開口部１０ｃを有する円環状の部材により形成されていた。しかしながら、当接部１０ｂの形状はこれに限られず、撮影対象の領域を囲うものであれば、特に限定されない。例えば、開口部を有する多角形の形状を有していても良い。あるいは撮影対象の領域を一部材で囲うものでなく、複数の部材を、撮影対象の領域を囲うように配置したものであってもよい。また、その際には、部材どうしは必ずしも隙間なく並べられる必要はなく、互いに隙間を介して配置されてもよい。例えば、複数の扇子状の部材を円環状に並べて配置することで略円環状の当接部を形成してもよいし、長方形の部材を並べて配置することで多角形状の当接部を形成してもよい。
【００６６】
＜実施例３＞
次に、本発明の実施例３について説明する。本実施例においては、光学装置が、撮影対象の物体と光学装置の相対的な位置規制のための位置規制ユニットを備えた例であって、位置規制ユニットの開口部に透明な可撓牲フィルムが設けられた例について説明する。
【００６７】
図７には、本実施例における光学装置１及び、位置規制ユニット１０の概略図を示す。本実施例においては、実施例２と同様に光学装置１が位置規制ユニット１０を備えている。そして、位置規制ユニット１０の開口部１０ｃには、透明な可撓性フィルム１０ｄが張られている。
【００６８】
この可撓性フィルム１０ｄは、例えば、厚みが１０μｍ〜５０μｍのポリエチレン製のフィルムであってもよいが、厚み、材質は特に限定されない。このフィルム１０ｄが設けられた当接部１０ｂを、例えば撮影対象の物体ｏｂである生体の表面に当接させた場合には、生体の表面に凹凸があるような場合でも、表面がフィルム１０ｄに密着して倣うことで円滑になる。また、フィルム１０ｄは可撓牲を有するので、実施例２と同様、撮影時には、光学装置１を撮影対象の物体ｏｂに直接当接させ、軽い力で押さえること
で、物体の表面が当接部１０ｂから若干盛り上がる状態となり、ミクロ結像モードにおいて光学装置１のピントが合う位置に配置されるように調整することが可能となる。なお、本実施例において対物レンズ２の倍率は２０倍、開口数（ＮＡ）は０．４５、ワーキングディスタンス３５ｍｍとしてもよい。実験的には、この条件の対物レンズ２を用いた場合に、ミクロ結像モードにおいて最も良好な画像を撮影することができた。
【００６９】
また、本実施例においては、撮影時に対物レンズ２の先端を可撓性フィルム１０ｄに当接させて撮影するようにしてもよい。このことで、撮影対象の物体ｏｂと対物レンズ２の間の空間に可撓性フィルム１０ｄを介在させることができ、生体の表面を液浸状態に近い状態とすることができる。その結果、撮影対象の物体ｏｂと空気の界面及び、空気と対物レンズ２の界面における屈折率の相違による全反射を抑制し、より鮮明で明るい画像を撮影することが可能となる。
【００７０】
以上、説明したとおり、本実施例によれば、光学装置１を撮影対象の物体ｏｂに当接させるという簡単な操作によって、撮影対象の物体ｏｂの角度を撮像光学系１ａの光軸に垂直に保持することが可能であり、また、撮影対象の物体ｏｂの表面をミクロ結像モードにおいて光学装置１のピントが合う位置に容易に配置させることが可能である。さらに、撮影対象の物体ｏｂの表面に凹凸がある場合でも、表面を円滑にすることができ、撮影対象の物体ｏｂの表面を液浸状態に近い状態とすることができる。これにより、より容易に鮮明な画像を撮影することができる。本実施例においても、実施例１の図２で説明した照明素子９と併用しても構わない。
【００７１】
図８には、本実施例に係る光学装置１で撮影した画像の例を示す。図８は、ミクロ結像モードで腹腔内における生体表面を近接撮影した画像である。このように、本発明によれば、ミクロ結像モードにおいてより容易且つより鮮明に、高倍率の生体組織の画像を撮影することが可能である。
【００７２】
＜実施例４＞
次に、本発明の実施例４について説明する。本実施例においては、光学装置を、実際によりコンパクトな鏡筒に収納し、使用し易く構成した場合の例について説明する。
【００７３】
図９は、本実施例における光学装置１１の斜視図である。本実施例にける光学装置１１は、対物レンズ収納部１２、主鏡筒１７及び撮像部１６を備えている。光学装置１１に収納された撮像光学系の構成は基本的に実施例１で説明したものと同等である。対物レンズ収納部１２は、対物レンズ２を収納するとともに先端に照明部１２ａを有している。主鏡筒１７は、回転可能な絞り用リング１３、ズーム用リング１４、フォーカシング用リング１５、撮像部１６を有している。撮像部１６は撮像素子６収納するとともに、不図示の出力ケーブルが接続されており、撮像素子６に結像された画像の画像信号が出力可能となっ
ている。
【００７４】
ここで、対物レンズ収納部１２に収納された対物レンズ２は固定されており移動しない。また、ズーム用リング１４を回転させることで、変倍レンズ４を含む光学素子が移動して倍率が変更されるとともに、同時に焦点の粗調整が行われる。また、フォーカシング用リング１５を回転させることで、リレーレンズ５を含む光学素子が移動して焦点の微調整が行われる。
【００７５】
本実施例においては、光学装置１１の前後方向の全長を約２００ｍｍ、対物レンズ収納部１２の先端の照明部１２ａの径を約φ５０ｍｍ、主鏡筒１７の中央部分の径を約φ４０ｍｍ、撮像部１６の径を約φ４５ｍｍとコンパクトに構成することができた。また、ＮＡ（開口数）は０．４０であり、従来の内視鏡の５倍以上の空間解像度と明るさを実現している。さらに、２Ｋ、４Ｋ、８Ｋレベルの高解像度の撮像素子６に対応可能である。
【００７６】
図１０には、本実施例における照明部１２ａの詳細図を示す。図１０（ａ）は照明部１２ａを前方から見た正面図、図１０（ｂ）は対物レンズ収納部１２全体の側面図である。図１０（ａ）において、照明部１２ａの中央には対物レンズ２が露出している。対物レンズ２の外側には、リング状の平板からなる外側円環部２２ａと、外側円環部２２ａと該物レンズ２の間の空間である内側円環部２２ｂが設けられている。
【００７７】
外側円環部２２ａには、第１のＬＥＤ１９が、円環状に１２個配置されている。また、内側円環部２２ｂには、第２のＬＥＤ２９が、やはり円環状に８個配置されている。そして、マクロ結像モードにおいては第１のＬＥＤ１９を点灯させることでより広い領域を照明することが可能になっている。また、ミクロ結像モードにおいては第２のＬＥＤ２９を点灯させることで、より対物レンズ２に近い領域をより強い照明光で照明し、充分な明るさで高倍率の撮影をすることが可能になっている。
【００７８】
なお、第１のＬＥＤ１９と第２のＬＥＤ２９は、同じ仕様のものとしてもよいし、異なる仕様のものとしてもよい。第１のＬＥＤ１９と第２のＬＥＤ２９とを異なる仕様のものとする場合には、第１のＬＥＤ１９と第２のＬＥＤ２９の出力を変えてもよい。また、第１のＬＥＤ１９は白色ＬＥＤとし、第２のＬＥＤ２９は特定波長のＬＥＤとすることで、マクロ結像モードでは通常撮影を可能とし、ミクロ結像モードでは蛍光撮影を可能にする等、第１のＬＥＤ１９と第２のＬＥＤ２９の波長を変えても構わない。また、例えば、第２のＬＥＤ２９の波長を赤外領域とし、撮像素子６をＩｎＧａＡｓフォトダイオードとすることで、厚みのある実質臓器の透過画像を得ることができ、従来の反射光による画像と、赤外吸収・散乱による無染色・超深部画像とを使い分けることが可能となる。
【００７９】
図１１には、本実施例における光学装置１１の画像を示す。また、図１２には、一般的な、焦点距離１８０ｍｍＦ２．８の一眼レフカメラ用マクロレンズと、本実施例における光学装置１１の大きさを比較した画像を示す。図１２から分かるように、実際に市場に流通している、拡大率がせいぜい１：２程度の一眼レフカメラ用マクロレンズでも、径は、光学装置１１の２倍以上、全長では約１．５倍となるので、本実施に係る光学装置１１が高性能で小型化が可能であることが理解できる。
【００８０】
図１３には、本実施例における光学装置１１によって豚の体内を撮影した画像を示す。左側の２つの画像は、ミクロ結像モードで倍率１００倍の撮影をした画像である。図中のスケールで示すように、５０μｍ程度の領域の組織を近接撮影することが可能となっている。また、右側の２つの画像は、マクロ結像モードで撮影した画像であり、２０ｃｍ程度の領域の臓器等を撮影することが可能となっている。このように、本実施例によれば、ミクロ結像モードとマクロ結像モードを併用することで、ズーム比１００００倍程度の光学装置を、比較的単純で廉価な光学系で実現することができる。
【００８１】
なお、上記の実施例においては、撮像光学系１ａは、対物レンズ２、結像レンズ３、変倍レンズ４、リレーレンズ５から構成された。しかしながら、本発明における撮像光学系１ａの構成は上記に限定されるものではない。撮像光学系１ａの構成として、例えば、ミクロ結像モードにおける焦点補正をするための焦点補正レンズを含んでもよい。また、変倍レンズ４が、前段と後段に分かれ、別々の動きをする等、各機能を有するレンズの配置が図１とは異なる撮像光学系を用いてもよい。
【００８２】
また、上記の実施例においては、撮像光学系１ａにおいて、リレーレンズ５のみを移動させることでミクロ結像モードとマクロ結像モードの切換え機能を実現した。しかしながら、ミクロ結像モードとマクロ結像モードの切換えは、他の構成要素を移動させることで実現しても構わない。例えば、リレーレンズ５及び撮像素子６を動かす。または、撮像素子６のみを動かすものであってもよい。
【００８３】
さらに、対物レンズ２、結像レンズ３、変倍レンズ４、リレーレンズ５、撮像素子６のうちの少なくともいずれか一を動かすことによってミクロ結像モードとマクロ結像モードを切換える撮像光学系も、本発明の範囲に含まれる。対物レンズ２を移動させてミクロ結像モードとマクロ結像モードを切換える場合には、対物レンズ２が撮影対象の物体ｏｂに接触する等の不都合が生じる虞があるが、単一の光学系を用いて、顕微鏡観察レベルのミクロ撮影等と、俯瞰観察レベルのマクロ撮影等の両方を可能にするという本発明の課題を充分に解決することが可能である。
【００８４】
また、鏡筒７の構成についても、上記の実施例のものには限られない。必ずしもフォーカシングリングとズームリングを有するものでなくてよい。対物レンズ２、結像レンズ３、変倍レンズ４、リレーレンズ５、撮像素子６のうちのいずれかを動かすことによってミクロ結像モードとマクロ結像モードを切換える場合には、少なくとも、ミクロ結像モードとマクロ結像モードを切換えるために移動するレンズを移動させる機構があればよい。また、その機構は、必ずしもリングとカムにより構成される必要はなく、移動するレンズを直接リニアに動かす機構であってもよい。
【００８５】
なお、本実施例においても当接部１０ｂの形状は、撮影対象の領域を囲うものであれば、特に限定されない。また、撮影対象の領域を一部材で囲うものでなく、複数の部材を、撮影対象の領域を囲うように並べて配置したものであってもよい。また、その際には、部材どうしは必ずしも隙間なく並べられる必要はなく、互いに隙間を介して配置されてもよい。
【００８６】
＜実施例５＞
次に、本発明の実施例５について説明する。本実施例においては、光学装置を、既存の顕微鏡に取り付けることにより、当該顕微鏡の機能を強化する例について説明する。
【００８７】
本発明によるミクロ観察と俯瞰撮影とを簡便に可能とする光学装置は、上述の実施例で示したように、単体でその機能を発揮することが可能である。これに加え、多くの光学顕微鏡や特殊顕微鏡、非線型光子効果利用顕微鏡などと併用することで、双方の機能の相乗的な効果を発揮することが可能となる。
【００８８】
最近の顕微鏡はその利用目的によりかなり細分化され、特殊な使い方をすることも多くなってきている。これらの顕微鏡としては、位相差顕微鏡、干渉顕微鏡、偏光顕微鏡、蛍光顕微鏡、高調波顕微鏡、多光子顕微鏡、ラマン顕微鏡など種々なものが市場化されている。いずれの顕微鏡も、ますますより超微細な細胞、ウイルス、人体組織、金属組織、生物組成などの微細観察、状態把握を行うために用いられるようになってきている。
【００８９】
これらの特殊顕微鏡の多くには記録用カメラポートが具備されており、本発明に係る光学装置を記録用カメラポートにマウントアダプタを用いて取り付けることにより、マクロ観察モードで広範囲の状態を把握し、必要な観察部分、測定部分を特定し、ミクロ観察モードにより微細観察、状態把握を行うといった使い方が可能となる。顕微鏡側のカメラポートには、通常Ｆ、Ｃマウントアダプタが設置されているので、本実施例に係る光学装置にいずれかのアダプタに合致するマウントをとりつけるだけで上述した効果を発揮することができる。さらに、このマウントに目盛板、比較チャート、方眼ラインなどの各種レクチルをとりつけることで比較測定や寸法測定を含む観察を容易に行うことが可能となる。さらに、マウントには、蛍光、赤外、コントラストなどのフィルタを取り付けることで、より多用途で簡便な観察が可能となる。
【００９０】
図１４には、このような例として、本発明に係る光学装置を二光子顕微鏡に取り付けた場合の構成例を図示する。二光子顕微鏡３０においては、光源であるフェムト秒レーザ３１から照射されたパルス光は、ガルバノミラー３４にて方向を制御され、対物レンズ３５によって試料ｏｂの目的箇所に集光される。そして、二光子励起過程で生じ、試料ｏｂから放射された略１／２波長の放射光は、対物レンズ３５、ガルバノミラー３４を通過し、ビームスプリッタ３２で屈曲したのち、ビームスプリッタ３３で分割される。
【００９１】
ビームスプリッタ３３で分割された放射光の一方は、蛍光フィルタ等のフィルタ３６を通過した後、フォトディテクタ３７で検出される。また、ビームスプリッタ３３で分割された放射光の他方は、二光子顕微鏡３０のカメラポートに取り付けられたマウントアダプタ３８及び、フィルタ等３９、マウント４０を介して、本発明の光学装置１に入射される。
【００９２】
このような構成においては、フィルタ等３９として、蛍光フィルタを取り付けることにより二光子顕微鏡３０のフォトディテクタ３７による観察と併用し、２画面または多種倍率観察を行うことが可能となる。また、フィルタ等３９として赤外線検知フィルタを取り付けることで撮像装置１による熱分布観察が可能となり、二光子顕微鏡３０による可視光観察と比較、測定などが可能となる。つまり、より超微細な観察を行う光学顕微鏡において観察部位の特定を容易に行う機能に加え、多種類の観察顕微鏡や倍率顕微鏡を構成することが可能となる。
【符号の説明】
【００９３】
１、１１・・・光学装置
１ａ・・・撮像光学系
２・・・対物レンズ
３・・・結像レンズ
４・・・変倍レンズ
５・・・リレーレンズ
６・・・撮像素子
７・・・鏡筒
８・・・制御基板
９、１９、２９・・・照明素子
１０・・・位置規制ユニット
３０・・・二光子顕微鏡 
【図１】
2018151302.tif 000003
【図２】
2018151302.tif 000004
【図３】
2018151302.tif 000005
【図４】
2018151302.tif 000006
【図５】
2018151302.tif 000007
【図６】
2018151302.tif 000008
【図７】
2018151302.tif 000009
【図８】
2018151302.tif 000010
【図９】
2018151302.tif 000011
【図１０】
2018151302.tif 000012
【図１１】
2018151302.tif 000013
【図１２】
2018151302.tif 000014
【図１３】
2018151302.tif 000015
【図１４】
2018151302.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月20日(2018.12.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象である物体を撮影または観察する光学装置であって、
対物レンズを含む対物光学群を有し前記物体の像を結像させるための撮像光学系と、
前記撮像光学系によって結像された像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像光学系による撮像倍率を変更する倍率変更手段と、
を備え、
前記撮像光学系は、該撮像光学系の最終段において前記物体の像を前記撮像素子上に結像させるリレーレンズをさらに有するとともに、結像点を光軸方向に複数有しており、
前記倍率変更手段は、前記撮像光学系における複数の結像点のうち、前記リレーレンズの前段に位置する結像点が、前記リレーレンズに発散光を入射させて前記物体の像を前記撮像素子上に結像させる結像点であるか、前記リレーレンズに収束光を入射させて前記物体の像を前記撮像素子上に結像させる結像点であるかを、切換えることにより、前記撮像光学系による撮像の倍率を、前記対物レンズの倍率より大きい倍率まで変更可能とすることを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記複数の結像点のうち、倒立像が結像される結像点について、前記撮像素子によって変換された電気信号により得られる画像が正立像になるように、前記画像を電気的に反転させる画像反転手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記倍率変更手段は、前記撮像光学系により前記物体の、前記対物レンズの倍率より大きい狭視野高倍率のミクロ画像を前記撮像素子上に結像する第一の状態と、前記撮像光学系により前記物体の、広視野低倍率のマクロ画像を前記撮像素子上に結像する第二の状態とを切換えることによって、前記倍率を変更する切換手段を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記撮像光学系は、前記撮像光学系における前記リレーレンズの前段の光学系である前段光学系をさらに有し、
前記第一の状態においては、前記物体の前記前段光学系による実像が前記リレーレンズによって前記撮像素子上に結像され、前記第二の状態においては、前記物体の前記前段光学系による虚像が前記リレーレンズによって前記撮像素子上に結像され実像化されることを特徴とする、請求項３に記載の光学装置。
【請求項５】
前記撮像光学系は、前記撮像光学系における前記リレーレンズの前段の光学系である前段光学系をさらに有し、
前記倍率変更手段は、前記物体の前記前段光学系による実像を前記リレーレンズによって前記撮像素子上に結像する第一の状態と、前記物体の前記前段光学系による虚像を前記リレーレンズによって前記撮像素子上に結像して実像化する第二の状態とを切換えることによって、前記倍率を、前記対物レンズの倍率より大きい倍率まで変更可能とする切換手段を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項６】
撮影対象である物体を撮影する光学装置であって、
前記物体の像を結像させるための撮像光学系と、
前記撮像光学系によって結像された画像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像光学系による撮像倍率を変更する倍率変更手段と、
を備え、
前記撮像光学系は、該撮像光学系の最終段において前記物体の像を前記撮像素子上に結像させるリレーレンズと、前記撮像光学系における前記リレーレンズの前段の光学系である前段光学系を有し、前記倍率変更手段は、前記物体の前記前段光学系による実像を前記リレーレンズによって前記撮像素子上に結像する第一の状態と、前記物体の前記前段光学系による虚像を前記リレーレンズによって前記撮像素子上に結像して実像化する第二の状態とを切換えることによって、前記倍率を変更する切換手段を有することを特徴とする光学装置。
【請求項７】
撮影対象である物体を撮影する光学装置であって、
対物レンズを含む対物光学群を有し前記物体の像を結像させるための撮像光学系と、
前記撮像光学系によって結像された画像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像光学系による撮像倍率を変更する倍率変更手段と、
を備え、
前記倍率変更手段は、前記撮像光学系により前記物体の、前記対物レンズの倍率より大きい狭視野高倍率のミクロ画像を前記撮像素子上に結像する第一の状態と、前記撮像光学系により前記物体の、広視野低倍率のマクロ画像を前記撮像素子上に結像する第二の状態とを切換えることによって、前記倍率を前記対物レンズの倍率より大きい倍率まで変更可能とする切換手段を有することを特徴とする光学装置。
【請求項８】
前記撮像光学系は、
対物レンズを含む対物光学群と、ズーム機能を有する変倍光学群とを含み、
前記切換手段は、前記変倍光学群および／または前記撮像素子の位置を変更することにより、前記第一の状態と前記第二の状態とを切換えることを特徴とする、請求項３から７のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項９】
前記切換手段は、前記第一の状態と前記第二の状態とを切換える際に、前記対物光学群は固定とすることを特徴とする、請求項８に記載の光学装置。
【請求項１０】
前記撮像光学系の先端部の周囲に配置された照明手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１１】
前記撮像光学系と撮影対象の物体との位置関係を規制する位置規制手段をさらに備え、
前記位置規制手段は、前記撮像光学系の先端部の前方において前記物体の表面に当接するとともに前記第一の状態における前記撮像光学系の撮影範囲を囲むように配置された当接部材を有することを特徴とする、請求項３から９のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１２】
前記位置規制手段は、前記撮像光学系の前記撮影範囲において前記物体の表面に密着させることが可能に配置された透明のフィルムをさらに有することを特徴とする、請求項１１に記載の光学装置。
【請求項１３】
前記位置規制手段の前記当接部材の前側面は、前記第一の状態においてピントが最良となる位置より０．５〜１．５ｍｍ前方に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の光学装置。
【請求項１４】
前記第一の状態及び前記第二の状態において、前記対物光学群と前記変倍光学群とは同一の光軸上または同一の光路上に配置されることを特徴とする、請求項８または９に記載の光学装置。
【請求項１５】
既存の顕微鏡の光路への接続を可能とする接続手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の光学装置。
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月27日(2019.5.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象である物体を撮影または観察する光学装置であって、
対物レンズを含む対物光学群を有し前記物体の像を結像させるための撮像光学系と、
前記撮像光学系によって結像された像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像光学系による撮像倍率を変更する倍率変更手段と、
を備え、
前記撮像光学系は、該撮像光学系の最終段において前記物体の像を前記撮像素子上に結像させるリレーレンズをさらに有するとともに、結像点を光軸方向に複数有しており、
前記倍率変更手段は、前記撮像光学系における複数の結像点のうち、前記リレーレンズの前段に位置する結像点が、前記リレーレンズに発散光を入射させて前記物体の像を前記撮像素子上に結像させる結像点であるか、前記リレーレンズに収束光を入射させて前記物体の像を前記撮像素子上に結像させる結像点であるかを、切換えることにより、前記撮像光学系による撮像の倍率を、前記対物レンズの倍率より大きい倍率まで変更可能とすることを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記複数の結像点のうち、倒立像が結像される結像点について、前記撮像素子によって変換された電気信号により得られる画像が正立像になるように、前記画像を電気的に反転させる画像反転手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記倍率変更手段は、前記撮像光学系により前記物体の、前記対物レンズの倍率より大きい狭視野高倍率のミクロ画像を前記撮像素子上に結像する第一の状態と、前記撮像光学系により前記物体の、広視野低倍率のマクロ画像を前記撮像素子上に結像する第二の状態とを切換えることによって、前記倍率を変更する切換手段を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記第一の状態においては、前記物体の前記撮像光学系の前記リレーレンズの前段における実像が前記リレーレンズによって前記撮像素子上に結像され、前記第二の状態においては、前記物体の前記撮像光学系の前記リレーレンズの前段における虚像が前記リレーレンズによって前記撮像素子上に結像され実像化されることを特徴とする、請求項３に記載の光学装置。
【請求項５】
前記倍率変更手段は、前記物体の前記撮像光学系の前記リレーレンズの前段における実像を前記リレーレンズによって前記撮像素子上に結像する第一の状態と、前記物体の前記撮像光学系の前記リレーレンズの前段における虚像を前記リレーレンズによって前記撮像素子上に結像して実像化する第二の状態とを切換えることによって、前記倍率を、前記対物レンズの倍率より大きい倍率まで変更可能とする切換手段を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項６】
撮影対象である物体を撮影する光学装置であって、
対物レンズを含む対物光学群を有し前記物体の像を結像させるための撮像光学系と、
前記撮像光学系によって結像された画像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像光学系による撮像倍率を変更する倍率変更手段と、
を備え、
前記撮像光学系は、該撮像光学系の最終段において前記物体の像を前記撮像素子上に結像させるリレーレンズをさらに有し、
前記倍率変更手段は、前記物体の前記撮像光学系の前記リレーレンズの前段における実像を前記リレーレンズによって前記撮像素子上に結像する第一の状態と、前記物体の前記撮像光学系の前記リレーレンズの前段における虚像を前記リレーレンズによって前記撮像素子上に結像して実像化する第二の状態とを切換えることによって、前記倍率を変更する切換手段を有することを特徴とする光学装置。
【請求項７】
撮影対象である物体を撮影する光学装置であって、
倍率４〜４０倍である対物レンズを含む対物光学群を有し前記物体の像を結像させるための撮像光学系と、
前記撮像光学系によって結像された画像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像光学系による撮像倍率を変更する倍率変更手段と、
を備え、
前記倍率変更手段は、前記撮像光学系により前記物体の、前記対物レンズの倍率より大きい狭視野高倍率のミクロ画像を前記撮像素子上に結像する第一の状態と、前記撮像光学系により前記物体の、広視野低倍率のマクロ画像を前記撮像素子上に結像する第二の状態とを切換えることによって、前記倍率を１００００倍以上のズーム比で変更可能とする切換手段を有することを特徴とする光学装置。
【請求項８】
前記撮像光学系は、
対物レンズを含む対物光学群と、ズーム機能を有する変倍光学群とを含み、
前記切換手段は、前記変倍光学群および／または前記撮像素子の位置を変更することにより、前記第一の状態と前記第二の状態とを切換えることを特徴とする、請求項３から７のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項９】
前記切換手段は、前記第一の状態と前記第二の状態とを切換える際に、前記対物光学群は固定とすることを特徴とする、請求項８に記載の光学装置。
【請求項１０】
前記撮像光学系の先端部の周囲に配置された照明手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１１】
前記撮像光学系と撮影対象の物体との位置関係を規制する位置規制手段をさらに備え、
前記位置規制手段は、前記撮像光学系の先端部の前方において前記物体の表面に当接するとともに前記第一の状態における前記撮像光学系の撮影範囲を囲むように配置された当接部材を有することを特徴とする、請求項３から９のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１２】
前記位置規制手段は、前記撮像光学系の前記撮影範囲において前記物体の表面に密着させることが可能に配置された透明のフィルムをさらに有することを特徴とする、請求項１１に記載の光学装置。
【請求項１３】
前記位置規制手段の前記当接部材の前側面は、前記第一の状態においてピントが最良となる位置より０．５〜１．５ｍｍ前方に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の光学装置。
【請求項１４】
前記第一の状態及び前記第二の状態において、前記対物光学群と前記変倍光学群とは同一の光軸上または同一の光路上に配置されることを特徴とする、請求項８または９に記載の光学装置。
【請求項１５】
既存の顕微鏡の光路への接続を可能とする接続手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の光学装置。
【国際調査報告】
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