(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察装置に接続可能に設けられ、該観察装置からの光束を入射させる開口部を有する筐体と、
前記開口部を通過する入射光軸に沿って入射した光の光路を切り替える光路切替部と、
該光路切替部により切り替えられた光路を経由した光を撮影する前記筐体に固定される第１の撮像素子および第２の撮像素子と、
前記光路切替部を前記第１の撮像素子の中心軸又は前記第２の撮像素子の中心軸に平行な揺動軸線回りに揺動可能に支持する揺動機構とを備え、
前記第１の撮像素子が、該第１の撮像素子の中心軸に平行な軸線回りに回転可能に設けられ、
前記第１の撮像素子が、前記軸線周りの回転角度を調節することにより、前記筐体に固定された前記第２の撮像素子と回転角度を一致させた状態で前記筐体に固定され、
前記光路切替部が反射面を備え、該反射面を前記入射光軸上に挿脱させるように前記揺動機構により揺動され、
前記光路切替部の揺動により、前記反射面が前記入射光軸上から退避させられたときには、前記入射光軸に沿って入射した光束が第２の撮像素子に入射され、前記反射面が前記入射光軸上に挿入されたときには、前記入射光軸に沿って入射した光束が、前記反射面によって反射された後に前記第１の撮像素子に少なくとも入射される撮像装置。
【請求項２】
前記光路切替部は、前記反射面が前記入射光軸上に挿入されたときに、前記反射面から射出される光束の射出光軸が、前記第１の撮像素子の中心軸と、該光路切替部の揺動軸線とを含む平面内に配置されるように位置決めされる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１の撮像素子が、該第１の撮像素子の中心軸と前記入射光軸とが平行になるように配置され、
前記第２の撮像素子が、前記入射光軸上に配置され、
前記光路切替部が、間隔をあけて配置された相互に平行な２つの反射面を備えるとともに、該反射面の一方を前記入射光軸上に挿脱させるように前記入射光軸に平行な揺動軸線周りに揺動可能に設けられ、
前記光路切替部の揺動により、一方の前記反射面が前記入射光軸上から退避させられたときには、前記入射光軸に沿って入射した光束が第２の撮像素子に入射され、前記反射面が前記入射光軸上に挿入されたときには、前記入射光軸に沿って入射した光束が、２つの反射面によって２回反射された後に前記第１の撮像素子に入射される請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
複数の前記撮像素子が、相互に異なる特性を有する請求項１から請求項３のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項５】
前記揺動機構が、前記光路切替部を揺動させるモータと、
該モータを設定された揺動角度範囲で揺動させる制御部とを備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
前記揺動機構により前記光路切替部の前記反射面を前記入射光軸上で揺動させることにより、前記第１の撮像素子により取得される画像の撮影範囲を前記入射光軸に直交する方向に並進移動させ、前記画像の中心位置を前記第１の撮像素子の中心軸に近接させ、前記入射光軸上での前記反射面の位置を設定する請求項１から請求項５のいずれかに記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、２つの撮像素子を備え、被写体からの光を分岐して２つの撮像素子により２種類の画像を取得する撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この撮像装置は、ハーフミラーのような光路分割手段によって光線を分割し、２つの撮像素子によって２種類の倍率の異なる画像を同時に取得することとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１８６９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の撮像装置においては、２つの撮像素子で同時に２つの画像を取得することはできるが、いずれか一方の撮像素子のみで全ての光を撮影する用途には使用できないという不都合がある。
【０００５】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、複数の撮像素子を切り替えて同一の被写体を撮影することができ、かつ、得られる画像間のズレを低減するように調節し易い撮像装置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】
【０００６】
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。
本発明の一態様は、観察装置に接続可能に設けられ、該観察装置からの光束を入射させる開口部を有する筐体と、前記開口部を通過する入射光軸に沿って入射した光の光路を切り替える光路切替部と、該光路切替部により切り替えられた光路を経由した光を撮影する前記筐体に固定される第１の撮像素子および第２の撮像素子と、前記光路切替部を前記第１の撮像素子の中心軸又は前記第２の撮像素子の中心軸に平行な揺動軸線回りに揺動可能に支持する揺動機構とを備え、前記第１の撮像素子が、該第１の撮像素子の中心軸に平行な軸線回りに回転可能に設けられ、前記第１の撮像素子が、前記軸線周りの回転角度を調節することにより、前記筐体に固定された前記第２の撮像素子と回転角度を一致させた状態で前記筐体に固定され、前記光路切替部が反射面を備え、該反射面を前記入射光軸上に挿脱させるように前記揺動機構により揺動され、前記光路切替部の揺動により、前記反射面が前記入射光軸上から退避させられたときには、前記入射光軸に沿って入射した光束が第２の撮像素子に入射され、前記反射面が前記入射光軸上に挿入されたときには、前記入射光軸に沿って入射した光束が、前記反射面によって反射された後に前記第１の撮像素子に少なくとも入射される撮像装置を提供する。
【０００７】
本態様によれば、観察装置に接続部を接続すると、接続部に設けられた開口部を介して観察装置からの光束が入射光軸に沿って撮像装置内に入射する。光路切替部を揺動させて反射面を入射光軸上から退避させると、入射光軸に沿って入射してきた光束は第２の撮像素子に入射し、第２の画像が取得される。
また、光路切替部を揺動させて反射面を入射光軸上に配置すると、入射光軸に沿って入射してきた光束は反射面によって偏向されて第１の撮像素子に入射し、第１の画像が取得される。
【０００８】
この場合において、取得された２つの画像間のズレを低減させるには、まず、第１の撮像素子を第１の中心軸に平行な軸線回りに回転させることにより、第１の撮像素子と第２の撮像素子との回転角度を精度よく一致させる。これにより、第１の撮像素子と第２の撮像素子により取得される２つの画像は、回転角度を精度よく一致させたものとなる。
【０００９】
次いで、光路切替部を微小角度だけ揺動させることにより、第１の撮像素子を回転させる。ことにより精度よく調節した２つの画像の回転角度を一致させたままで、第１の撮像素子と第２の撮像素子により取得される２つの画像間のズレを低減させることができる。すなわち、撮像素子の回転角調節と、位置調節とを独立して行うことができ、これにより、得られる画像間のズレを低減する調節を容易に行うことができる。
【００１０】
上記態様においては、光路切替部は、前記反射面が前記入射光軸上に挿入されたときに、前記反射面から射出される光束の射出光軸が、前記第１の撮像素子の中心軸と、該光路切替部の揺動軸線とを含む平面内に配置されるように位置決めされてもよい。
このようにすることで、光路切替部の反射面から射出される際の射出光軸が、第１の撮像素子の中心軸に最も近づくように配置することができる。
【００１１】
本発明の別態様は、観察装置に接続可能に設けられ、該観察装置からの光束を入射させる開口部を有する接続部と、前記開口部を通過する入射光軸に沿って入射した光の光路を切り替える光路切替部と、該光路切替部により切り替えられたいずれかの光路を経由した光をそれぞれ撮影する２つの撮像素子とを備え、一方の前記撮像素子が、前記入射光軸上に配置され、他方の前記撮像素子が、前記入射光軸に平行な軸線回りに回転可能に設けられ、前記光路切替部が、間隔をあけて配置された相互に平行な２つの反射面を備えるとともに、該反射面の一方を前記入射光軸上に挿脱させるように前記入射光軸に平行な揺動軸線回りに揺動可能に設けられ、前記光路切替部の揺動により、前記反射面が前記入射光軸上から退避させられたときには、前記入射光軸に沿って入射した光束が一方の前記撮像素子に入射され、前記反射面が前記入射光軸上に挿入されたときには、前記入射光軸に沿って入射した光束が、２つの反射面によって２回反射された後に前記他方の撮像素子に入射される撮像装置を提供する。
【００１２】
本態様によれば、観察装置に接続部を接続すると、接続部に設けられた開口部を介して観察装置からの光束が入射光軸に沿って撮像装置内に入射する。光路切替部を揺動させて一方の反射面を入射光軸上から退避させると、入射光軸に沿って入射してきた光束は入射光軸上に配置されている一方の撮像素子に入射し、一方の画像が取得される。
【００１３】
また、光路切替部を揺動させて一方の反射面を入射光軸上に配置すると、入射光軸に沿って入射してきた光束は２つの反射面によって２回偏向される。２つの反射面は、間隔をあけて相互に平行に配置されているので、２回偏向された光束は、入射光軸と平行な光軸に沿って、他方の撮像素子に入射し、他方の画像が取得される。
【００１４】
この場合において、取得された２つの画像間のズレを低減させるには、まず、他方の撮像素子を入射光軸に平行な軸線回りに回転させることにより、２つの撮像素子の回転角度を精度よく一致させる。これにより、２つの撮像素子により取得される２つの画像は、回転角度を精度よく一致させたものとなる。
【００１５】
次いで、光路切替部を微小角度だけ揺動させる。光路切替部に設けられた２つの反射面は、相互に平行に配置されているので、これらの反射面によって２回反射されて、他方の撮像素子に入射される光束は、光路切替部の揺動に拘わらず、入射光軸に沿って入射してきた光束に対して回転していない。つまり、光路切替部を揺動させると、他方の撮像素子により取得される画像の撮影範囲を入射光軸に直交する方向に並進移動させることができる。
【００１６】
その結果、他方の撮像素子を回転させることにより精度よく調節した２つの画像の回転角度を一致させたままで、他方の撮像素子の入射光軸に画像の中心位置を近接させることができる。すなわち、撮像素子の回転角調節と、位置調節とを独立して行うことができ、これにより、得られる画像間のズレを低減する調節を容易に行うことができる。
【００１７】
また、上記態様においては、複数の前記撮像素子が、相互に異なる特性を有していてもよい。
このようにすることで、例えば、２つの撮像素子がモノクロとカラーのように異なる特性を有することで、カラーのみによる観察と、モノクロのみによる観察とを切り替えて、かつ、切り替える際に画像間のズレを低減して観察しやすさを向上することができる。
【００１８】
また、上記態様においては、前記揺動機構が、前記光路切替部を揺動させるモータと、該モータを設定された揺動角度範囲で揺動させる制御部とを備えていてもよい。
このようにすることで、制御部がモータを作動させて、光路切替部を揺動させることにより、回転角度および位置が精度よく調節された２つの位置の間で、光路切替部を反復して揺動させることができる。
また、上記態様においては、前記揺動機構により前記光路切替部の前記反射面を前記入射光軸上で揺動させることにより、前記第１の撮像素子により取得される画像の撮影範囲を前記入射光軸に直交する方向に並進移動させ、前記画像の中心位置を前記第１の撮像素子の中心軸に近接させ、前記入射光軸上での前記反射面の位置を設定することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、複数の撮像素子を切り替えて同一の被写体を撮影することができ、かつ、得られる画像間のズレの低減を容易に調節することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る撮像装置を顕微鏡に取り付けた状態を示す全体構成図である。
【図２】図１の撮像装置の内部構造を示す模式図である。
【図３】図１の撮像装置のプリズムの揺動動作を説明する平面図である。
【図４】図１の撮像装置における標準サンプルの位置および角度の（ａ）調節前、（ｂ）調節後のカラー画像をそれぞれ示す図である。
【図５】図１の撮像装置における（ａ）モノクロＣＣＤの回転角度の調節前、（ｂ）調節後、（ｃ）プリズムの位置調節後のモノクロ画像をそれぞれ示す図である。
【図６】図１の撮像装置におけるプリズムの位置調節を説明する図である。
【図７】図１の撮像装置の変形例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の一実施形態に係る撮像装置について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る撮像装置１は、顕微鏡（観察装置）２用の撮像装置１であって、図１に示されるように、筐体３と、該筐体３を顕微鏡２に着脱可能に取り付けるための接続部４とを備えている。接続部４は、例えば、図２に示されるように、顕微鏡２側に設けられたアリ溝５に係合するアリ６を備えている。接続部４としては、アリ６とアリ溝５に限定されるものではなく、他の任意の接続方法を採用できる。
【００２２】
また、本実施形態に係る撮像装置１は、接続部４に設けられ、顕微鏡２により集光された標本Ｓからの光を筐体３内に入射させる開口部７と、該開口部７を介して、入射光軸Ｘに沿って入射した光を撮影する２つの撮像素子８，９と、開口部７から各撮像素子８，９への光路を切り替える光路切替手段１０とを備えている。
【００２３】
２つの撮像素子８，９は、例えば、色再現性に優れたカラーＣＣＤ（第２の撮像素子）８と、カラーＣＣＤ８よりも高感度のモノクロＣＣＤ（第１の撮像素子）９である。
以下、本実施形態においては、カラーＣＣＤ８の受光面に投影される点を光軸８ａと称し、モノクロＣＣＤ９の受光面に投影される点を光軸９ａと称している。
カラーＣＣＤ８は、その受光面に対して垂直な光軸（中心軸）８ａを、接続部４に設けられた開口部７の入射光軸Ｘに一致させて筐体３に固定されている。
【００２４】
また、モノクロＣＣＤ９は、その受光面に対して垂直でかつカラーＣＣＤ８の光軸８ａと平行に間隔をあけて配置された光軸（中心軸）９ａを有するとともに、その光軸９ａに平行な回転軸線Ｐ（図５参照。）回りに回転位置調節可能に筐体３に取り付けられている。すなわち、モノクロＣＣＤ９は、モノクロＣＣＤ９の中心画素を通過する光軸９ａと回転軸線Ｐとがずれた状態で筐体３に取り付けられている。この回転軸線Ｐは、図５（ｂ）に示されるように、モノクロＣＣＤ９を回転調節したときに、十字線Ａの交差点位置が動く方向に設けられている。
【００２５】
光路切替手段１０は、プリズム（光路切替部）１１と、プリズム１１をカラーＣＣＤ８およびモノクロＣＣＤ９の光軸８ａ，９ａに平行な揺動軸線１２ａ回りに揺動可能に支持する揺動機構１２とを備えている。
プリズム１１は、平行間隔をあけて配置される２つの反射面１１ａ，１１ｂを有する平行六面体状のプリズム１１である。
【００２６】
プリズム１１は、揺動機構１２の作動によって、その一方の反射面１１ａを開口部７から入射する光束の入射光軸Ｘ、すなわち、これに一致する位置に固定されているカラーＣＣＤ８の光軸８ａ上に、該光軸８ａに対して４５°の角度をなして配置され、光束を９０°偏向するようになっている。２つの反射面１１ａ，１１ｂは平行間隔をあけて配置されているので、一方の反射面１１ａによって偏向された光束の光軸に対して他方の反射面１１ｂは４５°の角度をなして配置されるようになっている。
【００２７】
これにより、プリズム１１は、一方の反射面１１ａによって偏向された光束を他方の反射面１１ｂによって再度９０°偏向するようになっている。すなわち、プリズム１１に入射した光束は、９０°ずつ２回偏向されることにより、プリズム１１によってクランク状に屈曲させられて、入射光軸Ｘに対して精度よく平行な射出光軸Ｙに沿って射出されるようになっている。
【００２８】
プリズム１１の入射光軸Ｘと射出光軸Ｙとの間隔寸法は設計上、カラーＣＣＤ８とモノクロＣＣＤ９との光軸８ａ，９ａの間隔寸法に一致している。
また、揺動機構１２は、プリズム１１を揺動させることにより、図３に示されるように、プリズム１１を、開口部７とカラーＣＣＤ８との間の空間に挿脱させるようになっている。揺動機構１２は、ステッピングモータ１３と、該ステッピングモータ１３を制御する制御部（図示略）とを備えている。制御部には、後述する調節により設定された角度位置までプリズム１１を揺動させるためのデータが記憶され、制御部は記憶されたデータに基づいてステッピングモータ１３を制御するようになっている。
【００２９】
このように構成された本実施形態に係る撮像装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る撮像装置１を用いて顕微鏡２により集光された標本Ｓからの光を撮影するには、まず、撮像装置１の調節を行う。
【００３０】
撮像装置１を接続部４によって顕微鏡２に取り付け、顕微鏡２によって標準サンプルを観察する。標準サンプルとしては、例えば、精度よく直交する２本の直線（十字線）Ａが描かれたもの等を用いればよい。
そして、揺動機構１２を作動させて、プリズム１１を開口部７とカラーＣＣＤ８との間の空間から退避させ、顕微鏡２から開口部７を介して筐体３内に入射してきた光を、プリズム１１を介することなく直接カラーＣＣＤ８に入射させる。これにより、標準サンプルのカラー画像Ｇ１が取得される。
【００３１】
カラーＣＣＤ８によって取得されたカラー画像Ｇ１には、カラーＣＣＤ８の中心画素を通過する互いに直交する２本の直線（十字線）Ｂをソフトウェア的に発生させて重畳する。これにより、カラー画像Ｇ１中には、図４（ａ）に示されるように、標準サンプルの十字線Ａとソフトウェア的に発生させた十字線Ｂとが現れるので、標準サンプルの位置を調節して、図４（ｂ）に示されるように、２つの十字線Ａ，Ｂを一致させる。
【００３２】
次に、揺動機構１２を作動させて、プリズム１１を開口部７とカラーＣＣＤ８との間の空間に挿入する。これにより、顕微鏡２から開口部７を介して筐体３内に入射してきた光は、プリズム１１によって２回偏向されてモノクロＣＣＤ９に入射される。これにより、標準サンプルのモノクロ画像Ｇ２が取得される。
【００３３】
モノクロＣＣＤ９によって取得されたモノクロ画像Ｇ２には、モノクロＣＣＤ９の中心画素を通過する互いに直交する２本の直線（十字線）Ｂをソフトウェア的に発生させて重畳する。これにより、モノクロ画像Ｇ２中には、図５（ａ）に示されるように、カラー画像Ｇ１の場合と同様に、標準サンプルの十字線Ａとソフトウェア的に発生させた十字線Ｂとが現れる。
【００３４】
そこで、モノクロＣＣＤ９をその光軸９ａに平行な軸線Ｐ回りに回転させることにより、ソフトウェア的に発生させた十字線Ｂを標準サンプルの十字線Ａに対して回転させて回転角度を一致させるように調節する。このとき、モノクロＣＣＤ９の回転の軸線Ｐが、モノクロＣＣＤ９の中心画素に一致しておらず、図５（ｂ）に示されるように、モノクロＣＣＤ９の回転によって十字線Ｂは回転するとともに十字線Ａの交差点位置を矢印Ｑのように変位させる。
【００３５】
そして、２つの十字線Ａ，Ｂを構成する直線がそれぞれ平行になった時点でモノクロＣＣＤ９を筐体３に対して回転しないように固定する。
次いで、揺動機構１２を作動させてプリズム１１を揺動させる。これにより、図５（ｃ）に示されるように、標準サンプルの十字線Ａは矢印Ｒのように並進移動させられて、ソフトウェア的に発生させた十字線Ｂに対する距離が変化する。
【００３６】
この場合に、本実施形態に係る撮像装置１においては、プリズム１１が、２つの平行な反射面１１ａ，１１ｂを有しているので、標準サンプルの十字線Ａはモノクロ画像Ｇ２上において、角度を変化させることなく並進移動させられる。そして、図６に示されるように、標準サンプルの十字線Ａの交差点Ａ０が、ソフトウェア的に発生させた十字線Ｂの交差点Ｂ０およびプリズム１１の回転の軸線１２ａを通過する直線上に配されるまで、プリズム１１を回転させる。
これにより、カラー画像Ｇ１とモノクロ画像Ｇ２との角度は一致させられるとともに、その位置ズレも最小限に低減される。
【００３７】
このように、本実施形態に係る撮像装置１によれば、揺動機構１２の作動によりプリズム１１を揺動させるだけで、カラー画像Ｇ１とモノクロ画像Ｇ２とを切り替えて撮影することができる。また、これとともに、モノクロＣＣＤ９の回転と、プリズム１１の回転とによって、カラー画像Ｇ１とモノクロ画像Ｇ２との相対角度の調節と位置調節とを独立して行うことができ、位置ズレを最小限に抑える調節作業を容易に行うことができるという利点がある。
【００３８】
また、本実施形態に係る撮像装置１によれば、光路切替手段１０が、カラーＣＣＤ８とモノクロＣＣＤ９との切替え動作と、カラー画像Ｇ１とモノクロ画像Ｇ２との位置調整とを兼用しているため、装置全体を小型化することができる。
【００３９】
そして、調節されたプリズム１１の角度位置を制御部に記憶することにより、制御部によるステッピングモータ１３の作動によって、記憶された角度位置にプリズム１１を反復して位置決めすることができる。
【００４０】
なお、本実施形態においては、カラー画像Ｇ１と標準サンプルとの角度調節、およびモノクロ画像Ｇ２と標準サンプルとの角度および位置調節を十字線Ａ，Ｂによって行うこととしたが、これに代えて、他の任意の図形、記号等によって行ってもよい。
また、本実施形態においては、制御部１４により制御されたステッピングモータ１３によってプリズム１１を駆動することとしたが、これに代えて、手動で調節してもよい。この場合、最終的に調節されたプリズム１１の角度位置を反復して達成するために、その位置でプリズム１１に突き当たるストッパ（図示略）を設けることにすればよい。
【００４１】
また、本実施形態においては、２つの反射面１１ａ，１１ｂが光軸８ａ，９ａに対して４５°に傾斜配置されていることとしたが、これに代えて、２つの反射面１１ａ，１１ｂは相互に平行でかつ光軸８ａ，９ａに対して平行または垂直以外の角度であれば、その配置角度は任意の角度でよい。
また、本実施形態においては、２つの反射面１１ａ，１１ｂを有するプリズム１１を例示したが、これに代えて、図７に示されるように、揺動機構１２が、相互に平行な２つのミラー１５，１６を備えていてもよい。
【００４２】
また、ミラー１５に代えて、ハーフミラーあるいはダイクロイックミラーを採用することにしてもよい。ハーフミラーあるいはダイクロイックミラーを採用する場合には、カラーＣＣＤ８による撮影とモノクロＣＣＤ９による撮影とを択一的に切り替えるのではなく、カラー画像Ｇ１単独の取得と、カラー画像Ｇ１およびモノクロ画像Ｇ２の同時取得とを切り替えて行うことができる。
【００４３】
あるいは、撮像素子として、カラーＣＣＤ８とモノクロＣＣＤ９とを採用したが、これに代えて、両方とも両方カラーＣＣＤ８であってもモノクロＣＣＤ９であってもよい。また、ＣＣＤに代えて、ＣＭＯＳイメージセンサを採用してもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１  撮像装置
２  顕微鏡（観察装置）
４  接続部
７  開口部
８  カラーＣＣＤ（第２の撮像素子）
９  モノクロＣＣＤ（第１の撮像素子）
９ａ  光軸
１１  プリズム（光路切替部）
１１ａ，１１ｂ  反射面
１２ａ  軸線（揺動軸線）
１３  ステッピングモータ（モータ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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