(57)【要約】【課題】より簡単な操作によって、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。【解決手段】観察または撮影対象である物体ｏｂ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により物体ｏｂの、狭視野高倍率のミクロ画像を撮像素子６上に結像する第一の状態と、撮像光学系１ａにより物体ｏｂの、広視野低倍率のマクロ画像を撮像素子６上に結像する第二の状態とを切換えることによって、撮像光学系６による撮像倍率を変更する倍率変更手段と、を備え、撮像光学系６は、内部に液体を有し電圧を印加することで焦点距離を変更可能な液体レンズ３を含む。【選択図】図１
2019159272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察また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、内部に液体を有し電圧を印加することで焦点距離を変更可能な液体レンズを含むことを特徴とする、光学装置。
【請求項２】
前記液体レンズに電圧を印加することで前記撮像光学系における、前記第一の状態と前記第二の状態との切換え、前記物体に対する合焦、前記第一の状態または前記第二の状態における変倍、の少なくとも一つを行うことを特徴とする、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記物体における撮影または観察箇所までの距離を測定する測距手段をさらに備え、
前記測距手段により測定された、前記物体における撮影または観察箇所までの距離に応じて前記液体レンズに印加する電圧を決定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、前記第一の状態と前記第二の状態を切換えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項５】
前記第一の状態は、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状態であり、前記第二の状態は、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状態であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項６】
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、
前記照明手段は、前記光学系の光軸の周囲の同心円上に配置された発光素子を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項７】
前記物体と当接することで、前記撮像光学系と前記物体との位置関係を規制する位置規制手段と、
前記位置規制手段と前記物体との当接を検出する当接検出手段と、
前記当接検出手段が前記位置規制手段と前記物体との当接を検出したタイミングで前記撮像素子上に結像された画像を記録する当接時画像記録手段と、
をさらに備えることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項８】
前記位置規制手段によって、前記撮像光学系の先端を下方に向けて前記物体上に自立可能に構成されたことを特徴とする、請求項７に記載の光学装置。
【請求項９】
前記位置規制手段を、該位置規制手段と前記物体の表面との間に前記撮像光学系のワーキングディスタンス以上の隙間を伴って保持するとともに、前記物体側に押圧されることで弾性変形し、前記位置規制手段を、前記物体に当接可能とする弾性部材をさらに備える
ことを特徴とする、請求項７または８に記載の光学装置。
【請求項１０】
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９のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１１】
前記物体における撮影または観察箇所までの距離が遠距離側の所定範囲である場合に測距する第一測距手段と、前記物体における撮影または観察箇所までの距離が近距離側の所定範囲である場合に測距する第二測距手段と、をさらに備え、
前記物体における撮影または観察箇所までの距離に基づき、前記第一測距手段と前記第二測距手段の何れにより測定された距離情報に応じて前記液体レンズに印加する電圧を決定するかを切換えることを特徴とする、請求項３に記載の光学装置。
【請求項１２】
前記第一の測距手段は超音波式の測距手段であり、前記第二の測距手段はＩＲ式の測距手段であることを特徴とする、請求項１１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。また、多くの装置においては、倍率変更、焦点合わせの際には調整リングを動かす動作を必要とする等、使用者にとって必ずしも使い易い装置とは言えなかった。
【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、より簡単な操作によって、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、観察また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、内部に液体を有し電圧を印加することで焦点距離を変更可能な液体レンズを含むことを特徴とする、光学装置である。
【０００９】
これによれば、手動で調整リングを動かして撮像光学系を構成する光学群の位置を変更させる動作は不要であり、液体レンズに印加する電圧を調整することのみにより、前記撮像光学系による撮像の倍率を大幅に変更することが可能となる。その結果、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。より詳細には、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、同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。
【００１０】
その際、本発明においては、前記液体レンズに電圧を印加することで前記撮像光学系における、前記第一の状態と前記第二の状態との切換え、前記物体に対する合焦、前記第一の状態または前記第二の状態における変倍、の少なくとも一つを行うようにしてもよい。そうすれば、液体レンズに対する印加電圧を制御するだけで、ピント合わせ及び、ズーミングといった操作を行うことができ、光学装置による対象物の観察・撮影をより容易に行うことが可能となる。
【００１１】
また、本発明においては、前記物体における観察または撮影箇所までの距離を測定する測距手段をさらに備え、
前記測距手段により測定された、前記物体における撮影または観察箇所までの距離に応じて前記液体レンズに印加する電圧を決定する
ようにしてもよい。
【００１２】
これによれば、測距手段による測定結果に基づいて、撮像光学系の焦点位置や撮像倍率を調整することができ、さらに容易に、光学装置による対象物の観察・撮影を行うことが可能となる。例えば、光学装置と観察・撮影対象との距離が近くなるにつれて、マクロ撮影からミクロ撮影にズーミングしていくといった使い方が可能となる。
【００１３】
また、本発明においては、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、前記第一の状態と前記第二の状態を切換えるようにしてもよい。
【００１４】
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場合がある。そして、倍率変更手段は、液体レンズに印加する電圧を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、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。
【００１５】
また、本発明においては、前記第一の状態は、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状態であり、前記第二の状態は、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状態であってもよい。
【００１６】
ここで、上記の倍率変更手段は、液体レンズに電圧を印加し焦点距離を変更させることでズーム機能を発揮するが、その際に液体レンズの焦点距離を、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、液体レンズの焦点距離を、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して実像化する第二の状態とすることができる。
【００１７】
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、倍率変更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、より容易に、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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、
前記照明手段は、前記光学系の光軸の周囲の同心円上に配置された発光素子を含むようにしてもよい。
【００２０】
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照明光を照射することが可能となり、観察・撮影対象を良好に照明することが可能である。
【００２１】
また、本発明においては、前記物体と当接することで、前記撮像光学系と前記物体との位置関係を規制する位置規制手段と、
前記位置規制手段と前記物体との当接を検出する当接検出手段と、
前記当接検出手段が前記位置規制手段と前記物体との当接を検出したタイミングで前記撮像素子上に結像された画像を記録する当接時画像記録手段と、
をさらに備えるようにしてもよい。
【００２２】
これによれば、光学装置の位置規制手段が観察・撮影対象の物体に当接させることで当該対象物の表面を撮影することが可能であり、使用者はより容易に、観察・撮影対象の物体のみに注意を払いつつ、当該対象物の撮影画像を取得することが可能となる。なお、ここで、位置規制手段と物体との当接とは、位置規制手段と物体とが実際の当接した状態の他、位置規制手段と物体との間の距離が極小さくなり、両者が略当接しつつある状態をも含む。
【００２３】
また、本発明においては、前記位置規制手段によって、前記撮像光学系を下方に向けて
前記物体上に自立可能に構成されるようにしてもよい。そうすれば、使用者は、光学装置を観察・撮影対象の物体の表面に自立させた状態で手を離し、観察または撮影、あるいは取得した画像の分析に集中することが可能となる。
【００２４】
また、本発明においては、前記位置規制手段を、該位置規制手段と前記物体の表面との間に前記撮像光学系のワーキングディスタンス以上の隙間を伴って保持するとともに、前記物体側に押圧されることで弾性変形し、前記位置規制手段を、前記物体に当接可能とする弾性部材をさらに備えるようにしてもよい。
【００２５】
これによれば、まず、前記位置規制手段を含めた光学装置を、該位置規制手段と前記物体の表面との間に前記撮像光学系のワーキングディスタンス以上の隙間を伴って保持しておき、弾性部材を押圧して変形させることで光学装置を物体に近づける。そして、その動作により撮像光学系の焦点を物体上に合わせるとともに、当接時画像記録手段によって画像を取得するといった使い方が可能となる。これによれば、使用者はさらに容易に、観察・撮影対象の物体のみに注意を払いつつ、当該物体の撮影画像を取得することが可能となる。
【００２６】
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。
【００２７】
また、本発明においては、前記物体における撮影または観察箇所までの距離が遠距離側の所定範囲である場合に測距する第一測距手段と、前記物体における撮影または観察箇所までの距離が近距離側の所定範囲である場合に測距する第二測距手段と、をさらに備え、
前記物体における撮影または観察箇所までの距離に基づき、前記第一測距手段と前記第二測距手段の何れにより測定された距離情報に応じて前記液体レンズに印加する電圧を決定するかを切換えるようにしてもよい。
【００２８】
ここで、本発明における光学装置は、ミクロ撮影等とマクロ撮影等の両方に使用されることから、測距手段が対応すべき距離範囲は非常に大きい。よって、一種類の測距手段で、ミクロ撮影等に対応する測距とマクロ撮影等に対応する測距の両方を行うことは困難な場合がある。これに対し、本発明においては、遠距離の測定に適合した第一の測距手段と、近距離の測距に適合した第二の測距手段を備え、前記物体における撮影または観察箇所までの距離に基づき、前記第一測距手段と前記第二測距手段の何れにより測定された距離に応じて前記液体レンズに印加する電圧を決定するかを切換えることとした。
【００２９】
これによれば、例えば、近距離側の撮影等であるミクロ撮影等についてはより精度よく測距可能な測距手段を用い、遠距離側の撮影等であるマクロ撮影等についてはより高速に測距可能な測距手段を用いる等、ミクロ撮影等とマクロ撮影等に必要な特性を持つ測距手段を使い分けることができる。その結果、ミクロ撮影等とマクロ撮影等を円滑にシームレスに切換えて使用することが可能となる。なお、本発明において遠距離側の所定範囲とは第一測距手段の仕様に応じて適宜定義することができるが、少なくとも光学装置をマクロ結像モードで使用する際の物体における撮影または観察箇所までの距離の範囲を含んだ範囲である。また、近距離側の所定範囲とは第二測距手段の仕様に応じて適宜定義することができるが、少なくとも光学装置をミクロ結像モードで使用する際の物体における撮影または観察箇所までの距離の範囲を含んだ範囲である。例えば本発明においては、前記第一の測距手段を超音波式の測距手段とし、前記第二の測距手段をＩＲ式の測距手段としても構わない。
【００３０】
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】
【００３１】
本発明によれば、より容易な操作によっ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行うこと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】
【００３２】
【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に係る光学装置の照明装置の概略図である。
【図４】本発明の実施例１に係る光学装置を含む光学システムの概略図である。
【図５】本発明の実施例１に係る光学装置で撮影した画像の例である。
【図６】本発明の実施例２に係る光学装置全体の概略図である。
【図７】本発明の実施例３に係る光学装置全体の概略図である。
【図８】本発明の実施例３に係る光学装置全体のバリエーションを示す概略図である。
【図９】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実施例４である。
【図１０】本発明の実施例５に係る光学装置全体の概略図である。
【図１１】本発明の実施例５における液体レンズの駆動ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施例６における液体レンズの駆動ルーチン２を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施例６における距離レンジの態様について示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
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。
【００３４】
＜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、観察・撮影対象の物体ｏｂ（以下、単に物体ｏｂともいう。）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、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。
【００３５】
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、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、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、液体レンズ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、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）。ここで、液体レンズ３は、レンズ内部に液体を含んでおり、電極間に電圧を印加することで液体の液滴形状を変化させることで、焦点距離（屈折力）を変化させるものである。
【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。
【００３８】
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。
【００３９】
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及び液体レンズ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。
【００４０】
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及び液体レンズ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、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。
【００４１】
なお、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、液体レンズ３に印加する電圧のみを変化させている。これによれば、撮像光学系１ａを構成する光学素子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。本実施例において倍率変更手段はこの液体レンズ３を含んで構成される。
【００４２】
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、液体レンズ３に電圧を印加すること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。
【００４３】
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物体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物体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】
なお、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、液体レンズ３の印加電圧を変化させ、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。
【００４７】
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は光学装置１の側面図を示す。図２に示すように、本実施例における変倍レンズ４及びリレーレンズ５は、略円筒状の鏡筒７に収納されている。図２において、対物レンズ２は対物レンズ鏡筒２ａに収納されている。この対物レンズ鏡筒２ａとしては、顕微鏡用対物レンズの鏡筒をそのまま用いてもよい。また、対物レンズ鏡筒２ａの先端には照明装置８が備えられている。対物レンズ鏡筒２ａはアダプター７ａを介して液体レンズ３の筐体である液体レンズ筐体３ａと連結され、この液体レンズ筐体３ａは鏡筒７に接続固定されている。さらに、鏡筒７の後側にはアダプター７ｂを介して、撮像素子６が収納された撮像素子筐体６ｂに連結されている。
【００４８】
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）等の可動機構は設けられていない。本実施例においては、液体レンズ３に印加する電圧を変化させることで全体のフォーカシングを行うとともに、ミクロ結像モードにおけるズーム機能、ミクロ結像モードとマクロ結像モードの切換え、マクロ結像モードにおけるズーム機能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は、液体レンズ３及び、液体レンズ３の電圧を制御する制御部９により構成される。
【００４９】
また、本実施例における光学装置１には、制御部９が設けられている。この制御部９は、照明装置８に供給される電力を出力するとともに、照明装置８に設けられたＩＲ測距素子１１（後述）からの、光学装置１の先端から撮影対象までの距離の信号が入力される。また、制御部９によって、液体レンズ３に印加される電圧が出力される。さらに、撮像素子６に供給される電力を出力するとともに、撮像素子６で撮影した画像信号が入力される
。なお、制御部９は、図２では図示されないＰＣ（パーソナルコンピュータ）と電気的に接続されている。
【００５０】
図３は、本実施例における照明手段としての照明装置８を、光軸方向前方から見た図である。照明装置８は円環状の基板８ａに、３色ＬＥＤ１０、赤外ＬＥＤ１２の他、測距手段としてのＩＲ測距素子１１が円周上に配置された構成となっている。この照明装置８は、対物レンズ鏡筒２ａの先端に、対物レンズ２の前側面が基板８ａの内周側の穴から露出するように固定されている。３色ＬＥＤ１０は、ＲＧＢの３色を選択的または組み合わせて発光させることが可能であり、観察・撮影対象物に応じて、いずれの色で発光させるかが適宜調整される。また、赤外ＬＥＤは、観察・撮影対象物が例えば加工部品等の場合で表面形状を明瞭に観察または撮影したい場合等に使用される。
【００５１】
また、本実施例においては、ＩＲ測距素子１１により測定される撮影対象までの距離と、液体レンズ３に印加される電圧との関係を格納したテーブルをＰＣの記憶装置に記憶させておき、ＩＲ測距素子１１の出力と、当該テーブルのデータとに基づいて、液体レンズ３に印加する電圧を制御しても構わない。これにより、対物レンズ２を向けた方向に存在する観察・撮影対象との距離が自動測定され、観察・撮影対象とが近づくにつれて、撮像倍率を大きくし、さらに焦点を自動調整するといった制御が可能になる。
【００５２】
あるいは、ＩＲ測距素子１１の出力に基づいて液体レンズ３の焦点を粗調整しておき、照明装置８の表面を観察・撮影対象に当接させ、焦点を固定した上で、使用者は焦点が観察・撮影対象に合うように微調整するといった使用法も可能である。その際、使用者は、照明装置８の表面の片側を支点として光学装置１を傾けることで、焦点の微調整を行ってもよいし、照明装置８の表面を観察・撮影対象に押し込むことで、焦点の微調整を行ってもよい。さらには、ＩＲ測距素子１１の出力に基づいて、あるいは、撮像素子６上に結像される画像のコントラスト等に基づいて、常に観察・撮影対象に合焦するように、液体レンズ３に印加する電圧をフィードバック制御しても構わない。
【００５３】
また、本実施例では、照明装置８の表面は平面状に構成されており、照明装置８の表面を下方に向けて光学装置１を観察・撮影対象に当接させることで、光学装置１が観察・撮影対象上に自立可能なように構成されている。これによれば、観察・撮影対象の表面上に光学装置１を自立した状態で載置し、さらに液体レンズ３に電圧を印加して焦点及び撮像倍率を調整することで、使用者の両手をフリーにしたまま、より容易に観察・撮影対象を観察あるいは撮影することができる。
【００５４】
なお、本実施例においては、発光素子として３色ＬＥＤ１０及び赤外ＬＥＤ１２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、物体ｏｂが生体の場合に、発光素子として青色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、発光素子の数は特に限定はされない。発光素子の出力や物体ｏｂに応じて適宜変更しても構わない。
【００５５】
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、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。
【００５６】
図４には、本実施例における光学装置システム２０の概略構成を示す。光学装置システム２０は、光学装置１、制御部９の他、ＰＣ１５、表示装置１６、リモコン１７を含んで構成されている。上述のように、制御部９は、光学装置１と電気的に接続されており、光学装置１におけるＩＲ測距素子１１からの出力信号、撮像素子６からの画像信号が入力さ
れるとともに、液体レンズ３、撮像素子６、照明装置８の制御信号・駆動信号が出力される。
【００５７】
制御部９と電気的に接続されているＰＣ１５では、静止画撮影、動画撮影の開始及び終了、焦点合わせ、ズーミング（ミクロ撮影モードとマクロ撮影モードの切換えを含む）、照明装置８におけるＬＥＤの色調整、ＬＥＤの切換え等の指令が出される。なお、これらの指令の内容は、ＰＣ１５に備えられたマウス、キーボード（不図示）などの入力デバイスにより入力されてもよいし、別に設けられたリモコン１７を用いて入力されてもよい。表示装置１６においては、光学装置１の制御状態が表示されるとともに、撮像素子６に結像された画像が表示される。
【００５８】
本実施例によれば、光学装置１には、ピントリングやフォーカシングリングといった調整機構が不要である。よって、使用者は、光学装置１を片手で保持しては使うことが可能である。使用者は空いた方の手でＰＣ１５またはリモコン１７を駆使して光学装置１の制御をすることが可能である。その結果、より効率的に物体ｏｂの観察または撮影を行うことが可能である。
【００５９】
また、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。
【００６０】
ここで、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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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
。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
図５には、本発明によって撮影された画像の例を示す。撮影対象は携帯電話である。図５に示すように、本実施例では、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。
【００６８】
＜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、光学装置をさらに使い易い態様に構成した例について説明する。
【００６９】
図６には、本実施例における光学装置２１の概略図を示す。本実施例においては、光学装置２１は、例えば光学装置２１の鏡筒を拳銃の銃身と見立てた場合に、拳銃の銃把（グリップ）のような形状を有する把持部１３ａを備えている。そして、引き金（トリガー）状のシャッタースイッチ１３ｂを備えている。これにより、より容易に、光学装置２１を片手で操作することが可能となる。
【００７０】
また、本実施例における光学装置２１は先端の照明装置８の表面にマイクロスイッチ１４を備えている。本実施例では、光学装置２１の先端が物体ｏｂに当接したことをマイクロスイッチ１４で検知し、その検知タイミングで静止画を取得しまたは動画の取得を開始する。あるいは、マイクロスイッチ１４がＯＮしている時間について動画を取得するようにしてもよい。これによれば、光学装置２１をスタンプ感覚で物体ｏｂに当接するだけで画像を取得することが可能である。また、その際、光学装置２１を物体ｏｂの上に自立状態で載置可能としてもよいことは、実施例１と同様である。
【００７１】
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、液体レンズ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、撮像光学系１ａにおける光学素子の組み合わせ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、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。
【００７２】
なお、上記の実施例においては、光学装置１、２１における照明装置８を物体ｏｂに当接させることによってマイクロスイッチ１４をＯＮさせ、画像を取得することとした。本実施例において、照明装置８は位置規制手段に相当する。また、マイクロスイッチ１４は当接検出手段に相当する。また、マイクロスイッチがＯＮするタイミングで画像を取得する制御を行う制御部９及びＰＣ１５は当接時画像記録手段に相当する。
【００７３】
なお、本実施例においては、照明装置８を位置規制手段として使用したが、照明装置８とは別に位置規制手段を設けるようにしてもよい。例えば、照明装置８の外周側に発光素子からの光照射を妨げないフレームを設け、光学装置２１の先端を物体ｏｂに当接させる際には、照明装置８でなくフレームが当接するようにしても構わない。この場合、当接検出手段としてのマイクロスイッチ１４はフレームに固定されるようにしてもよい。さらに、当接検出手段は機械式のマイクロスイッチ１４である必要はなく、圧電素子などの電子素子を用いても構わない。
【００７４】
また、当接検出手段は、上述のＩＲ測距素子１１を用いて実現しても構わない。この場合には、ＩＲ測距素子１１により測定される物体ｏｂまでの距離が、予め定めた閾値以下となったタイミングで、静止画を取得しまたは動画の取得を開始する。これによれば、当接検出手段として新たなセンサを使用することなく、よりシンプルな構成で、光学装置２１をスタンプ感覚で物体ｏｂに当接するだけで画像を取得することが可能となる。
【００７５】
また、上記の実施例において、光学装置１、２１と物体ｏｂとの距離はＩＲ測距素子１１により測定したが、この代わりに超音波測距素子やレーザー測距素子を用いてもよいことは当然である。
【００７６】
＜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、光学装置の自立及び、焦点の微調整のための弾性部材を備えた例について説明する。
【００７７】
図７には、本実施例における光学装置２２の概略図を示す。図７（ａ）は光学装置２２を先端側から見た正面図、図７（ｂ）は光軸に垂直な方向から見た側面図である。本実施例においては、光学装置２２が光学装置の自立及び、焦点の微調整のための弾性部材２３を備えている。本実施例における光学装置２２は、弾性部材２３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。弾性部材２３は、鏡筒７に直接取り付けられる円筒状の円筒部２３ａと、対物レンズ２及び照明装置８を外周側から囲うとともに、先端が観察・撮影対象の物体ｏｂに当接するフード状の当接部２３ｂを有する。
【００７８】
円筒部２３ａの外形は鏡筒７の外形に比較して若干小さく形成されており、弾性部材２３の弾性で鏡筒７の外周を締め付けることで、弾性部材２３は光学装置２２に対して固定されている。固定の方法は他の方法によっても問題はなく、例えば圧入、ねじ込み式、接着等の方法が採用されてもよい。本実施例では、当接部２３ｂの先端は、弾性部材２３が光学装置２２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。
【００７９】
また、当接部２３ｂの先端面は、撮像光学系１ａのワーキングディスタンスより前方に配置される。ワーキングディスタンスから当接部２３ｂの先端までの距離は例えば０．５〜１．５ｍｍであってもよい。また、当接部２３ｂは、当該当接部２３ｂが物体ｏｂに当接することによっても、光学装置２２が、対物レンズ２を下側にして、物体ｏｂの上に自立可能に構成されている。
【００８０】
そして、観察・撮影時には、弾性部材２３の当接部２３ｂの先端を物体ｏｂ上に自立させ、さらに軽い力で押さえる。そうすると、当接部２２ｂが弾性変形して撮像光学系１ａの焦点が物体ｏｂの表面上に合うように調整できる。
【００８１】
これによれば、弾性部材２３を利用して光学装置２２を物体ｏｂ上に自立させた上で、光学装置２２を下側に軽く押さえるという簡単な操作によって、ミクロ結像モードにおいて撮像光学系１ａの焦点を物体ｏｂの表面に合わせることが可能である。
【００８２】
なお、本実施例において当接部２３ｂは、光学装置２２の先端側からみて長方形に形成されていた。しかしながら、当接部２３ｂの形状はこれに限られず、光学装置２２が安定して自立可能となるように対物レンズ２及び照明装置８を囲うものであれば、特に限定されない。例えば、光学装置２２の先端側からみて円形や他の形状を有していても良い。
【００８３】
図８には、本実施例における弾性部材の他の態様について示す。図８（ａ）は光学装置２５を先端側から見た正面図、図８（ｂ）は光軸に垂直な方向から見た側面図である。この例では、弾性部材２６は、４つの弾性ブロック２６ａ〜２６ｄからなり、この弾性ブロック２６ａ〜２６ｄを対物レンズ鏡筒２ａの先端に固定することで形成されている。これによれば、より簡素且つ安価な構成で、光学装置２５を物体ｏｂ上に自立させた上で、光学装置２５を下側に軽く押さえることで撮像光学系１ａの焦点を物体ｏｂに合わせることが可能となる。
【００８４】
＜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、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。
【００８５】
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１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。
【００８６】
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。
【００８７】
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１を記録用カメラポートに接続手段としての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。
【００８８】
図７には、このような例として、本発明に係る光学装置１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３
１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によって物体（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、物体（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。
【００８９】
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。
【００９０】
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光学装置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。
【００９１】
＜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、遠距離用の超音波測距素子と、近距離用のＩＲ測距素子の二種類の測距素子を有し、二種類の測距素子を用いて光学装置における液体レンズの制御を行う例について説明する。
【００９２】
図１０には、本実施例における光学装置４１の概略構成を示す。光学装置４１は、実施例１の光学装置１と比較して、第二測距手段としてのＩＲ測距素子１１に加えて第一測距手段としての超音波測距素子４３を有している点が異なる。光学装置４１においては、超音波測距素子４３とＩＲ測距素子１１の二つの測距素子を当時に作動させ、物体ｏｂまでの距離が遠距離の場合については超音波測距素子４３により測距し、物体ｏｂまでの距離が近距離の場合についてはＩＲ測距素子１１により測距することとしている。
【００９３】
ここで、超音波測距素子４３は、精度はあまり高くなく応答速度も低速ではあるが、測定範囲が広いという特徴がある。一方、ＩＲ測距素子１１は、測定精度が高く応答速度が高速であるが、測定範囲は短く狭いという特徴がある。本実施例においては、両者の特徴を生かし、マクロ結像モードにおいては、超音波測距素子４３による測距データに基づいて液体レンズ２の駆動電圧を決定する。また、ミクロ結像モードにおいては、ＩＲ測距素子１１による測距データに基づいて液体レンズ２の駆動電圧を決定する。
【００９４】
図１１には、本実施例における液体レンズ駆動ルーチンのフローチャートを示す。本ルーチンは、制御部９が電気的に接続されているＰＣのメモリに記憶されたプログラムであって、光学装置４１の駆動中には繰り返し実行される。本ルーチンが実行された際には、まず、Ｓ１０１において遠距離用の超音波測距素子４３による測距データが取得される。また、Ｓ１０２において近距離用のＩＲ測距素子１１の測距データが取得される。
【００９５】
次に、Ｓ１０３においては、測距データから得られた距離ＸがＤ１以上か否かが判定される。ここで、Ｄ１は、マクロ結像モードによる観察・撮影が行われる範囲の近距離側の限界値である。そして、Ｓ１０３において距離ＸがＤ１以上と判定された場合には、Ｓ１０５に進み、マクロ結像モードでの観察・撮影が行える、距離Ｘに応じた液体レンズ２の目標駆動電圧Ｖ１が決定される。そして、Ｓ１０６に進み、目標駆動電圧Ｖ１と現在の駆
動電圧Ｖ０の差に応じた速度で、液体レンズ２の駆動電圧が目標駆動電圧Ｖ１となるように電圧が変更される。
【００９６】
より具体的には、目標駆動電圧Ｖ１と現在の駆動電圧Ｖ０の差がより大きい場合には駆動電圧の変化速度を高速にし、目標駆動電圧Ｖ１と現在の駆動電圧Ｖ０の差がより小さい場合には、駆動電圧の変化速度を低速にして、目標駆動電圧Ｖ１まで変化させる。
【００９７】
一方、Ｓ１０３において距離ＸがＤ１未満と判定された場合には、Ｓ１０４に進んで距離ＸがＤ２以下か否かが判定される。ここで、Ｄ２は、ミクロ結像モードによる観察・撮影が行われる範囲の遠距離側の限界値である。そして、Ｓ１０４において距離ＸがＤ２以下と判定された場合には、Ｓ１０７に進み、ミクロ結像モードでの観察・撮影が行える、距離Ｘに応じた液体レンズ２の目標駆動電圧Ｖ２が決定される。そして、Ｓ１０８に進み、目標駆動電圧Ｖ２と現在の駆動電圧Ｖ０の差に応じた速度で、液体レンズ２の駆動電圧が目標駆動電圧Ｖ２となるように電圧が変更される。
【００９８】
より具体的には、目標駆動電圧Ｖ２と現在の駆動電圧Ｖ０の差がより大きい場合には駆動電圧の変化速度を高速にし、目標駆動電圧Ｖ２と現在の駆動電圧Ｖ０の差がより小さい場合には、駆動電圧の変化速度を低速にして、目標駆動電圧Ｖ２まで変化させる。
【００９９】
そして、Ｓ１０４において距離ＸがＤ２より大きいと判定された場合または、Ｓ１０６またはＳ１０８において液体レンズ２の駆動電圧が目標駆動電圧Ｖ１またはＶ２に変更された場合には、Ｓ１０９に進む。Ｓ１０９においては液体レンズ２の駆動を終了するか否かが判定される。ここで液体レンズ２の駆動を終了すると判定された場合には、Ｓ１１０に進んで液体レンズ２の駆動電圧がＯＦＦされた後、本ルーチンを一旦終了する。
【０１００】
一方、液体レンズ２の駆動を終了しないと判定された場合には、Ｓ１０１に戻る。ここで、液体レンズ２の駆動が終了する場合とは、例えば、使用者によって電源ＯＦＦスイッチが押された場合や、制御部９が電気的に接続されているＰＣから駆動終了の指令が送信されている場合などが考えられる。
【０１０１】
以上のように、本実施例の光学装置４１においては、物体ｏｂまでの距離が遠距離でありマクロ結像モードが選択される場合に適合する超音波測距素子４３と、物体ｏｂまでの距離が近距離でありミクロ結像モードが選択される場合に適合するＩＲ測距素子１１の二つの測距素子を有しており、物体ｏｂまでの距離Ｘに応じて、これらの測距素子を使い分けることとした。
【０１０２】
これによれば、物体ｏｂまでの距離が遠距離でありマクロ結像モードが選択される場合には、より高速にズームアウト及び焦点合わせを行うことが可能である。また、物体ｏｂまでの距離が近距離でありミクロ結像モードが選択される場合には、より精度よくズームイン及び焦点合わせを行うことが可能である。その結果、マクロ結像モードとミクロ結像モードを円滑にシームレスに切換えつつ、物体ｏｂとの距離に応じた観察・撮影を行うことが可能となっている。
【０１０３】
なお、本実施例において、マクロ結像モードとミクロ結像モードが切り換るる場合、例えば、前回の本ルーチンの実行時にはＸ≧Ｄ１であり、次の本ルーチンの実行時にはＸ≦Ｄ２であった場合や、あるいは、前回の本ルーチンの実行時にはＤ２＜Ｘ＜Ｄ１すなわち、マクロ結像モードとミクロ結像モードの間の状態であり、次の本ルーチンの実行時には、Ｘ≧Ｄ１またはＸ≦Ｄ２となっていた場合には、より高速に液体レンズ２の駆動電圧を変化させるようにしてもよい。
【０１０４】
これによれば、マクロ結像モードとミクロ結像モードの間の状態をより短時間で通過し、より迅速に、マクロ結像モードあるいはミクロ結像モードの観察・撮影可能な状態に移行することが可能である。
【０１０５】
＜実施例６＞
次に、本発明の実施例６について説明する。本実施例においては、遠距離用の超音波測距素子と、近距離用のＩＲ測距素子の二種類の測距素子を有し、二種類の測距素子を用いて光学装置における液体レンズの制御を行う例であって、液体レンズの駆動電圧の制御内容が実施例５とは異なる例について説明する。なお、本実施例における光学装置のハード構成は、図１０に示した光学装置４１と同等である。
【０１０６】
図１２には、本実施例における液体レンズ駆動ルーチン２のフローチャートを示す。本ルーチンは、制御部９が電気的に接続されているＰＣのメモリに記憶されたプログラムであって、光学装置４１の駆動中には繰り返し実行される。本ルーチンが実行された際には、まず、Ｓ１０１及びＳ１０２の処理が実行される。これらの処理は図１１において既に説明しているので、ここでは説明を省略する。
【０１０７】
次に、Ｓ２０３においては、Ｓ１０１及びＳ１０２の処理で得られた情報より、測定対象である物体ｏｂの位置が属する距離レンジを判定する。ここで、図１３を用いて、本実施例における距離レンジについて説明する。本実施例においては、超音波測距素子４３は近距離から遠距離まで測距可能であるので、超音波測距素子４３の測定情報より、大きく４つの距離レンジを設定している。そして、超音波測距素子４３の測定情報より設定される距離レンジのうち、最も近距離側の距離レンジは、ＩＲ測距素子１１の測定情報より、さらに細かく３つの距離レンジに分割される。
【０１０８】
その結果として、本実施例においては、近距離側から遠距離側に亘り、図１３に示すようなレンジ１〜レンジ６が設定されている。レンジ１〜レンジ３までは上述のように、ＩＲ測距素子１１の測定情報により設定され、各々のレンジにおいて液体レンズ２の目標駆動電圧が設定されている。そして、物体ｏｂがレンジ１〜レンジ３までの距離範囲に存在する場合には、液体レンズ２の駆動電圧が各レンジにおける目標駆動電圧に制御された後、ミクロ結像モードによって観察・撮影が行われる。
【０１０９】
また、レンジ４〜レンジ６までは上述のように、超音波測距素子４３の測定情報により設定され、レンジ５及びレンジ６の各々のレンジにおいては、液体レンズ２の目標駆動電圧が設定されている。そして、物体ｏｂがレンジ５またはレンジ６の距離範囲に存在する場合には、液体レンズ２の駆動電圧が各レンジにおける目標駆動電圧に制御された後、マクロ結像モードによって観察・撮影が行われる。なお、実際には、レンジ１〜レンジ３までの距離範囲についても、超音波測距素子４３の測定情報により設定されるようにしても構わない。
【０１１０】
なお、図１３においてレンジ４は、光学装置４１におけるミクロ結像モードが行われる距離レンジとマクロ結像モードが行われる距離レンジの間の距離レンジであるので、物体ｏｂがレンジ４の距離範囲に存在する場合には、液体レンズ２の駆動電圧は直前の駆動電圧を維持するようにしてもよい。
【０１１１】
図１２の説明に戻る。Ｓ２０３で、測定対象である物体ｏｂの位置が属する距離レンジが判定されると、Ｓ２０４に進み、物体ｏｂの位置が属する距離レンジに応じた目標駆動電圧Ｖ３が決定される。より具体的には、各距離レンジと目標駆動電圧Ｖ３の関係がテーブル化されてＰＣのメモリに記憶されており、Ｓ２０４においては、当該テーブルから目標駆動電圧Ｖ３の値が読み出されることで決定される。次に、Ｓ２０５に進み、目標駆動
電圧Ｖ３と現在の駆動電圧Ｖ０の差に応じた速度で、液体レンズ２の駆動電圧が目標駆動電圧Ｖ３となるように電圧が変更される。Ｓ２０５の制御の詳細は、図１０におけるＳ１０６やＳ１０８における処理と同等の制御でもよい。Ｓ２０５の処理が終了すると本ルーチンは一旦終了する。なお、本実施例における液体レンズ駆動ルーチン２は、光学装置４１の駆動中は繰返し実行されるので、光学装置４１の駆動中は常に液体レンズ２の駆動が行われていることになる。
【０１１２】
また、本実施例におけるＩＲ測距素子１１は、測距の測定原理としては三角測距方式を用いている。また、超音波測距素子４３は、測距の測定原理としてはＴｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ方式すなわち、超音波を物体ｏｂに発信し、反射波が帰って来るまでの時間により測距する方式を用いている。このように、本実施例においては、異なる原理に基づく測距を組み合わせて物体ｏｂまでの距離を得ているので、一方の方式で測距が不可能となった場合でも、他方の方式によって測距が可能となり、光学装置４１の測距の信頼性を向上させることが可能である。
【０１１３】
なお、本実施例においては上記のとおり、物体ｏｂまでの距離が属する距離レンジに応じて、ＩＲ測距素子１１または超音波測距素子４３のいずれの測距情報に基づいて目標駆動電圧Ｖ３を決定するかが切換えられるが、このことは、物体における撮影または観察箇所までの距離に基づき、第一測距手段と第二測距手段の何れにより測定された距離情報に応じて液体レンズに印加する電圧を決定するかを切換えることに相当する。
【符号の説明】
【０１１４】
１、２１、２２、２５、４１・・・光学装置
１ａ・・・撮像光学系
２・・・対物レンズ
３・・・液体レンズ
４・・・変倍レンズ
５・・・リレーレンズ
６・・・撮像素子
７・・・鏡筒
８・・・照明装置
９・・・制御部
１０・・・３色ＬＥＤ
１１・・・ＩＲ測距素子
１２・・・赤外ＬＥＤ
１５・・・ＰＣ
１６・・・表示装置
１７・・・リモコン
２３、２６・・・弾性部材
４３・・・超音波測距素子
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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