(57)【要約】【課題】異なる高さで撮像した複数枚の画像を合成する行う際の、高さ範囲の設定を容易に行えるようにする。【解決手段】載置部に載置された観察対象物の観察面とレンズ部との相対高さを自動で調整可能なＺ軸移動手段と、載置部とレンズ部との相対位置を変化可能なＸＹ軸移動機構と、載置部に載置された対象物とレンズ部との相対高さを、Ｚ軸移動手段で変化させる高さ範囲を設定する高さ範囲設定手段と、高さ範囲設定手段で設定された高さ範囲内で、Ｚ軸移動手段によって変化された異なる相対距離で撮像された複数枚の画像を合成した合成画像を生成するための画像合成手段と、画像合成手段が生成した合成画像に含まれる高さ情報を抽出する高さ情報抽出手段と、高さ情報抽出手段で抽出された高さ情報の分布を示す高さグラフを表示するための高さグラフ表示領域を含む表示手段とを備える。【選択図】図１２
2015127774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察の対象物を載置するための載置部と、
前記載置部に載置された観察対象物の画像を撮像するためのカメラ部と、
前記カメラ部と光軸を一致させて光学的に結合されたレンズ部と、
前記カメラ部で画像を撮像する際の撮像条件を設定するための撮像条件設定部と、
前記載置部に載置された観察対象物の観察面と前記レンズ部との相対高さを自動で調整可能なＺ軸移動手段と、
前記載置部とレンズ部との相対位置を変化可能なＸＹ軸移動機構と、
前記載置部に載置された対象物と前記レンズ部との相対高さを、前記Ｚ軸移動手段で変化させる高さ範囲を設定する高さ範囲設定手段と、
前記高さ範囲設定手段で設定された高さ範囲内で、前記Ｚ軸移動手段によって変化された異なる相対距離で撮像された複数枚の画像を合成した合成画像を生成するための画像合成手段と、
前記画像合成手段が生成した合成画像に含まれる高さ情報を抽出する高さ情報抽出手段と、
前記高さ情報抽出手段で抽出された高さ情報の分布を示す高さグラフを表示するための高さグラフ表示領域を含む表示手段と
を備えることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項２】
請求項１に記載の拡大観察装置であって、
前記高さグラフ表示領域は、前記高さグラフに重ねて、前記高さ範囲設定手段で設定された高さ範囲を表示可能としてなることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項３】
請求項２に記載の拡大観察装置であって、
前記高さグラフ表示領域は、前記高さ範囲設定手段で設定された高さ範囲を超える範囲まで前記高さグラフを表示可能としてなることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一に記載の拡大観察装置であって、
前記高さグラフが、前記表示手段に表示された合成画像に設定された任意のライン上の高さ情報を示すプロファイルを表示するものであることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一に記載の拡大観察装置であって、
前記高さグラフ表示領域で表示される観察対象物の高さグラフが、投影図、ヒストグラム、３Ｄ画像の少なくともいずれかであることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一に記載の拡大観察装置であって、
前記高さ範囲設定手段が、高さ範囲を、前記レンズ部に含まれる光学レンズ系の情報に基づいて、該光学レンズ系の焦点深度に基づいて予め設定された規定の範囲として自動で設定可能としてなることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項７】
請求項１〜６に記載の拡大観察装置であって、
前記高さ範囲設定手段が、高さ範囲を任意に調整可能としてなることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一に記載の拡大観察装置であって、
前記Ｚ軸移動手段が、前記レンズ部側を移動させて前記載置部とレンズ部との相対距離を調整可能としてなることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一に記載の拡大観察装置であって、
前記レンズ部とカメラ部は一体となってヘッド部を構成しており、
前記Ｚ軸移動手段が、前記ヘッド部を移動させて前記載置部とレンズ部との相対距離を調整可能としてなることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一に記載の拡大観察装置であって、さらに、
観察対象に照明光を照射するための照明手段を備えることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項１１】
観察対象物を撮像した画像を表示させる拡大画像観察方法であって、
載置部に載置された観察対象物の画像を撮像するためのカメラ部と光軸を一致させたレンズ部を、該観察対象物の観察面との距離を調整して高さ方向に移動させる高さ範囲を設定する工程と、
前記高さ範囲内で前記レンズ部を、一方の限界位置から他方の限界位置に向かって移動させながら、異なる高さの画像を前記撮像手段で複数枚撮像する工程と、
撮像された複数の画像から、焦点の合った位置を合成して合成画像を生成する工程と、
画像合成処理により得られた合成画像を表示手段に表示すると共に、
該合成画像に含まれる高さ情報を抽出し、高さ情報の分布を示す高さグラフを生成して高さグラフ表示領域に表示する工程と、
前記表示手段に表示された深度合成画像と高さグラフとを対比しながら、必要に応じて高さ範囲の再設定を促す工程と、
を含むことを特徴とする拡大画像観察方法。
【請求項１２】
観察対象物を撮像した画像を表示させるための拡大画像観察プログラムであって、
載置部に載置された観察対象物の画像を撮像するための撮像手段と光軸を一致させたレンズ部を、該観察対象物の観察面との距離を調整して高さ方向に移動させる高さ範囲を設定する機能と、
前記高さ範囲内で前記レンズ部を、一方の限界位置から他方の限界位置に向かって移動させながら、異なる高さの画像を前記撮像手段で複数枚撮像する機能と、
撮像された複数の画像から、焦点の合った位置を合成して合成画像を生成する機能と、
画像合成処理により得られた合成画像を表示手段に表示する機能と、
合成画像に含まれる高さ情報を抽出し、高さ情報の分布を示す高さグラフを生成して高さグラフ表示領域に表示する機能と
をコンピュータに実現させることを特徴とする拡大画像観察プログラム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡大した画像を撮像して表示するデジタルマイクロスコープや顕微鏡のような拡大観察装置、拡大画像観察方法、拡大画像観察プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小物体等の試料やワーク等の被写体を拡大して表示する拡大観察装置として、光学レンズを使った光学顕微鏡やデジタルマイクロスコープ等が利用されている。デジタルマイクロスコープは、ステージ上に載置された観察対象の試料に対して、光学系を介して照明光を照射し、試料からの反射光又は透過光を、２次元状に配置された画素毎に電気的に読み取るＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子で受光し、電気的に読み取られた画像をディスプレイ等の表示部に表示する（例えば特許文献１）。このような拡大観察装置は、ステージに対峙させた光学レンズをＺ軸（高さ）方向に移動させてピントを調整する。一般には、レンズとカメラを一体に構成したヘッド部でもって、Ｚ軸方向への移動が行われる。
【０００３】
このような拡大観察装置においては、焦点深度の浅い画像に対して、レンズと試料とのＺ軸方向の位置を変化させながら複数枚の画像を撮影して、得られた画像に対し、ピントの合っている画素を抽出して一枚の画像（深度合成画像）に合成する深度合成処理（「焦点合成」、「多重焦点」等とも呼ばれる。）が知られている。このような深度合成画像（「合焦画像」、「多重フォーカス画像」等とも呼ばれる。）を得るためには、焦点位置を変えながら画像を撮像する高さの範囲を適切に決める必要がある。このため、画像を合成する前には、ライブ映像を見ながら合焦位置をずらして行き、高さ範囲の下端と上端とを予め設定しておき、その設定した範囲の画像を合成する。しかしながらこの方法は、ユーザが高さ範囲を正確に設定する必要があり、その作業は繁雑であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３３７４７０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、異なる高さで撮像した複数枚の画像を合成する行う際の、高さ範囲の設定を容易に行えるようにした拡大観察装置、拡大画像観察方法、拡大画像観察プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の拡大観察装置によれば、観察の対象物を載置するための載置部と、前記載置部に載置された観察対象物の画像を撮像するためのカメラ部と、前記カメラ部と光軸を一致させて光学的に結合されたレンズ部と、前記カメラ部で画像を撮像する際の撮像条件を設定するための撮像条件設定部と、前記載置部に載置された観察対象物の観察面とのワーキングディスタンスを自動で調整可能なＺ軸移動手段と、前記載置部とレンズ部との相対位置を変化可能なＸＹ軸移動機構と、前記載置部に載置された対象物と前記レンズ部との相対高さを、前記Ｚ軸移動手段で変化させる高さ範囲を設定する高さ範囲設定手段と、前記高さ範囲設定手段で設定された高さ範囲内で、前記Ｚ軸移動手段によって変化された異なる相対距離で撮像された複数枚の画像を合成した合成画像を生成するための画像合成手段と、前記画像合成手段が生成した合成画像に含まれる高さ情報を抽出する高さ情報抽出手段と、前記高さ情報抽出手段で抽出された高さ情報の分布を示す高さグラフを表示するための高さグラフ表示領域を含む表示手段とを備えることができる。上記構成により、生成された合成画像に含まれる高さ情報の分布を視覚的に確認できるので、設定した高さ範囲が妥当であったかどうか、不適切な場合はどのような高さ範囲に設定すべきかを、高さグラフを参照しながら判断することが可能となり、適切な合成画像の撮像条件の設定が容易となる。
【０００７】
また、第２の拡大観察装置によれば、前記高さグラフ表示領域は、前記高さグラフに重ねて、前記高さ範囲設定手段で設定された高さ範囲を表示可能とできる。上記構成により、設定された高さ範囲の妥当性を視覚的に確認することが容易となる。
【０００８】
さらに、第３の拡大観察装置によれば、前記高さグラフ表示領域は、前記高さ範囲設定手段で設定された高さ範囲を超える範囲まで前記高さグラフを表示可能とできる。上記構成により、高さ範囲外にも存在する情報を視認できるので、高さ範囲の上限又は下限をいずれの方向に変化させるかを、視覚的に確認することが容易となる。
【０００９】
さらにまた、第４の拡大観察装置によれば、前記高さグラフが、前記表示手段に表示された合成画像に設定された任意のライン上の高さ情報を示すプロファイルを表示するものとできる。
【００１０】
さらにまた、第５の拡大観察装置によれば、前記高さグラフ表示領域で表示される観察対象物の高さグラフを、投影図、ヒストグラム、３Ｄ画像の少なくともいずれかとできる。
【００１１】
さらにまた、第６の拡大観察装置によれば、前記高さ範囲設定手段が、高さ範囲を、前記レンズ部に含まれる光学レンズ系の情報に基づいて、該光学レンズ系の焦点深度に基づいて予め設定された規定の範囲として自動で設定可能とできる。
【００１２】
さらにまた、第７の拡大観察装置によれば、前記高さ範囲設定手段で、高さ範囲を任意に調整可能とできる。
【００１３】
さらにまた、第８の拡大観察装置によれば、前記Ｚ軸移動手段で、前記レンズ部側を移動させて前記載置部とレンズ部との相対距離を調整可能とできる。
【００１４】
さらにまた、第９の拡大観察装置によれば、前記レンズ部とカメラ部は一体となってヘッド部を構成しており、前記Ｚ軸移動手段で、前記ヘッド部を移動させて前記載置部とレンズ部との相対距離を調整可能とできる。
【００１５】
さらにまた、第１０の拡大観察装置によれば、さらに観察対象に照明光を照射するための照明手段を備えることができる。
【００１６】
さらにまた、第１１の拡大画像観察方法によれば、観察対象物を撮像した画像を表示させる拡大画像観察方法であって、載置部に載置された観察対象物の画像を撮像するためのカメラ部と光軸を一致させたレンズ部を、該観察対象物の観察面との距離を調整して高さ方向に移動させる高さ範囲を設定する工程と、前記高さ範囲内で前記レンズ部を、一方の限界位置から他方の限界位置に向かって移動させながら、異なる高さの画像を前記撮像手段で複数枚撮像する工程と、撮像された複数の画像から、焦点の合った位置を合成して合成画像を生成する工程と、画像合成処理により得られた合成画像を表示手段に表示すると共に、該合成画像に含まれる高さ情報を抽出し、高さ情報の分布を示す高さグラフを生成して高さグラフ表示領域に表示する工程と、前記表示手段に表示された深度合成画像と高さグラフとを対比しながら、必要に応じて高さ範囲の再設定を促す工程とを含むことができる。これにより、生成された合成画像に含まれる高さ情報の分布を視覚的に確認できるので、設定した高さ範囲が妥当であったかどうか、不適切な場合はどのような高さ範囲に設定すべきかを、高さグラフを参照しながら判断することが可能となり、適切な合成画像の撮像条件の設定が容易となる。
【００１７】
さらにまた、第１２の拡大画像観察プログラムによれば、観察対象物を撮像した画像を表示させるための拡大画像観察プログラムであって、載置部に載置された観察対象物の画像を撮像するための撮像手段と光軸を一致させたレンズ部を、該観察対象物の観察面との距離を調整して高さ方向に移動させる高さ範囲を設定する機能と、前記高さ範囲内で前記レンズ部を、一方の限界位置から他方の限界位置に向かって移動させながら、異なる高さの画像を前記撮像手段で複数枚撮像する機能と、撮像された複数の画像から、焦点の合った位置を合成して合成画像を生成する機能と、画像合成処理により得られた合成画像を表示手段に表示する機能と、合成画像に含まれる高さ情報を抽出し、高さ情報の分布を示す高さグラフを生成して高さグラフ表示領域に表示する機能とをコンピュータに実現させることができる。上記構成により、生成された合成画像に含まれる高さ情報の分布を視覚的に確認できるので、設定した高さ範囲が妥当であったかどうか、不適切な場合はどのような高さ範囲に設定すべきかを、高さグラフを参照しながら判断することが可能となり、適切な合成画像の撮像条件の設定が容易となる。
【００１８】
さらにまた第１３のコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器は、上記プログラムを格納したものである。記録媒体には、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷやフレキシブルディスク、磁気テープ、ＭＯ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、Ｂｌｕ−ｒａｙ(登録商標）、ＨＤ  ＤＶＤ（ＡＯＤ）等の磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリその他のプログラムを格納可能な媒体が含まれる。またプログラムには、上記記録媒体に格納されて配布されるものの他、インターネット等のネットワーク回線を通じてダウンロードによって配布される形態のものも含まれる。さらに記録媒体にはプログラムを記録可能な機器、例えば上記プログラムがソフトウェアやファームウェア等の形態で実行可能な状態に実装された汎用もしくは専用機器を含む。さらにまたプログラムに含まれる各処理や機能は、コンピュータで実行可能なプログラムソフトウエアにより実行してもよいし、各部の処理を所定のゲートアレイ（ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ）等のハードウエア、又はプログラムソフトウエアとハードウェアの一部の要素を実現する部分的ハードウエアモジュールとが混在する形式で実現してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る拡大観察装置の外観図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る拡大観察装置のブロック図である。
【図３】拡大観察装置を正面から見た概略図である。
【図４】ユーセントリック拡大観察方法のフローチャートである。
【図５】ステージが最下位置に移動した拡大観察装置の概略図である。
【図６】カメラ部のピントが揺動軸に合致した拡大観察装置の概略図である。
【図７】最下位置に位置したステージに観察対象物を載置した拡大観察装置の概略図である。
【図８】ステージを上昇させて観察対象面を揺動軸に合致させた拡大観察装置の概略図である。
【図９】新たな観察対象面を揺動軸上に位置させた拡大観察装置の概略図である。
【図１０】ステージを移動させて、新たな観察対象面を揺動軸に合致させた拡大観察装置の概略図である。
【図１１】深度合成画像作成方法のフローチャートである。
【図１２】表示手段に表示される深度合成画像と投影図とを示す図である。
【図１３】表示手段に表示される深度合成画像と投影図とを示す図である。
【図１４】深度合成画像としての３Ｄ表示像を示す図である。
【図１５】深度合成画像としての３Ｄ表示像を示す図である。
【図１６】高さグラフとしてのヒストグラムを示す図である。
【図１７】高さグラフとしてのヒストグラムを示す図である。
【図１８】表示手段に表示される深度合成画像と３Ｄ画像とを示す図である。
【図１９】表示手段に表示される深度合成画像と投影図と３Ｄ画像とを示す図である。
【図２０】高さ情報の算出方法を示す図である。
【図２１】高さ情報の算出方法を示す図である。
【図２２】表示手段に表示される深度合成画像と投影図とを示す図である。
【図２３】カメラ側接続面を示す斜視図である。
【図２４】レンズ側接続面を示す斜視図である。
【図２５】ヘッド部のレンズ部とカメラ部の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための拡大観察装置、拡大画像観察方法、拡大画像観察プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体を例示するものであって、本発明は拡大観察装置、拡大画像観察方法、拡大画像観察プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００２１】
本発明の実施例において使用される拡大観察装置とこれに接続される操作、制御、表示、その他の処理等のためのコンピュータ、プリンタ、外部記憶装置その他の周辺機器との接続は、例えばＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ−２３２ｘやＲＳ−４２２、ＵＳＢ等のシリアル接続、パラレル接続、あるいは１０ＢＡＳＥ−Ｔ、１００ＢＡＳＥ−ＴＸ、１０００ＢＡＳＥ−Ｔ等のネットワークを介して電気的、あるいは磁気的、光学的に接続して通信を行う。接続は有線を使った物理的な接続に限られず、ＩＥＥＥ８０２．ｘ等の無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の電波、赤外線、光通信等を利用した無線接続等でもよい。さらにデータの交換や設定の保存等を行うための記録媒体には、メモリカードや磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が利用できる。なお本明細書において拡大観察装置及び拡大画像観察方法とは、拡大観察装置本体のみならず、これにコンピュータ、外部記憶装置等の周辺機器を組み合わせた拡大観察システムも含む意味で使用する。
【００２２】
また、本明細書において拡大観察装置は、拡大観察を行うシステムそのもの、ならびに撮像に関連する入出力、表示、演算、通信その他の処理をハードウェア的に行う装置や方法に限定するものではない。ソフトウェア的に処理を実現する装置や方法も本発明の範囲内に包含する。例えば汎用の回路やコンピュータにソフトウェアやプログラム、プラグイン、オブジェクト、ライブラリ、アプレット、コンパイラ、モジュール、特定のプログラム上で動作するマクロ等を組み込んで撮像そのものあるいはこれに関連する処理を可能とした装置やシステムも、本発明の拡大観察装置に該当する。また本明細書においてコンピュータには、汎用あるいは専用の電子計算機の他、ワークステーション、端末その他の電子デバイスも包含する。さらに本明細書においてプログラムとは、単体で使用されるものに限られず、特定のコンピュータプログラムやソフトウェア、サービス等の一部として機能する態様や、必要時に呼び出されて機能する態様、ＯＳ等の環境においてサービスとして提供される態様、環境に常駐して動作する態様、バックグラウンドで動作する態様やその他の支援プログラムという位置付けで使用することもできる。
【００２３】
以下、図１〜図１５を用いて、本発明の一実施の形態に係る拡大観察装置１００を説明する。なお、水平面内で直交する２方向をＸ軸およびＹ軸とし、Ｘ軸およびＹ軸に垂直な方向をＺ軸とする。拡大観察装置１００は、図１Ａに示すように観察対象物（又はワークその他の被写体）Ｓを照明するための照明手段２と、照明手段２により照明された観察対象物Ｓを撮像するカメラ部３と、カメラ部３で撮像された拡大画像を表示する表示手段４を有する本体部５とを備える。カメラ部３はヘッド部６として、ケーブル部７を介して本体部５と接続される。カメラ部３の先端にはカメラ部３と光軸を一致させたレンズ部２０が設けられている。レンズ部２０は複数の光学レンズで構成されている。ヘッド部６は取付部材２５に取り付けられており、上ステージ昇降部３１によって光学系９の光軸方向に移動可能である。拡大観察装置１００は、さらに観察対象物Ｓが載置されるステージ８と、光学系９を介して入射するステージ８に載置された観察対象物Ｓからの反射光又は透過光を電気的に読み取る撮像素子１２と、ステージ８とヘッド部６との光学系９の光軸方向における相対距離を変化させ焦点を調整する焦点調整部として下ステージ昇降部１３とを備える。上ステージ昇降部３１と下ステージ昇降部１３とは拡大観察装置１００が設置される設置面に当接するベース部４２に取り付けられる。
【００２４】
本体部５は、図２に示すように下ステージ昇降部１３によって焦点を調整したときのステージ８と光学系９の光軸方向における相対距離に関する焦点距離情報を、光軸方向とほぼ垂直な面内における観察対象物Ｓの２次元位置情報と共に記憶する焦点距離情報記憶部としてメモリ部１４と、撮像素子１２によって読み取られた画像を表示する表示手段４と、ヘッド部６、下ステージ昇降部１３、上ステージ昇降部３１とデータを通信するためのインターフェイス１５とを備える。この拡大観察装置１００は、光学系９を介して入射するステージ８に固定された観察対象物Ｓからの反射光又は透過光を電気的に読み取る撮像素子１２を用いて観察像を撮像し、表示手段４に表示させる。
【００２５】
さらに拡大観察装置１００は、表示手段４によって表示された画像上で領域を設定可能な領域設定部として操作部１６と、領域設定部によって設定された領域に対応する観察対象物Ｓの一部又は全部に関するメモリ部１４に記憶された焦点距離情報に基づいて、領域設定部によって設定された領域に対応する観察対象物Ｓの光軸方向における高さを演算する制御手段１９を備える。この拡大観察装置１００は、撮像素子１２を用いて指定された領域に対応する観察対象物Ｓの光軸方向における平均高さ（深さ）を演算できる。
【００２６】
操作部１６は本体部５又はコンピュータと有線もしくは無線で接続され、あるいはコンピュータに固定されている。一般的な操作部１６としては、例えばマウスやキーボード、スライドパッド、トラックポイント、タブレット、ジョイスティック、コンソール、ジョグダイヤル、デジタイザ、ライトペン、テンキー、タッチパッド、アキュポイント等の各種ポインティングデバイスが挙げられる。またこれらの操作部１６は、拡大観察用操作プログラムの操作の他、拡大観察装置１００自体やその周辺機器の操作にも利用できる。さらに、インターフェース画面を表示するディスプレイ自体にタッチスクリーンやタッチパネルを利用して、画面上をユーザが手で直接触れることにより入力や操作を可能としたり、又は音声入力その他の既存の入力手段を利用、あるいはこれらを併用することもできる。図１の例では、操作部１６はマウス等のポインティングデバイスで構成される。
（照明手段２）
【００２７】
照明手段２は、撮像素子１２に結像される観察対象物Ｓを照明する照明光を生成する。照明手段２の照明光源は、本体部５に内蔵され、光ファイバ２１を介して照明光がヘッド部６の照明手段２に伝達される。照明手段２は、ヘッド部６に組み込み式としたり、ヘッド部６と脱着可能な別体のいずれも採用できる。また照明光の照明方式としては、落射照明や透過照明等が適宜利用できる。図１に示す照明手段２は、観察対象物Ｓに落射光を照射するための落射照明２Ａと、透過光を照射するための透過照明２Ｂを備えている。これらの照明は、光ファイバー２１を介して本体部５と接続される。本体部５は光ファイバー２１を接続するコネクタ２２を備えると共に、コネクタ２２を介して光ファイバー２１に光を送出するための照明光源を内蔵する。また落射照明２Ａはリング状照明としている。リング状照明は、全周照明と側射照明を切り替えることができる。これを実現するため、照明光の一部をカットするターレット式のマスクや、リング状照明として複数のＬＥＤを環状に配置し、一部のＬＥＤをＯＮ／ＯＦＦする構成等が利用できる。
（照明光源）
【００２８】
照明光源としては、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）といった半導体発光素子が利用できる。例えば、ＲＧＢの波長域を有するＬＥＤを用意３２によって白色光を得ることができる。特にＬＥＤはＯＮ／ＯＦＦ応答性に優れるため、測定のスループットを向上できる利点も得られる。また長寿命で低消費電力であり、発熱量も少なく、機械的衝撃に強いといった特長も備える。あるいは、光源光の紫外線や可視光線で励起される蛍光体等の波長変換部材を利用した光源とすることもできる。これにより、１個のＬＥＤでも白色光を発光できる。さらに、可視光以外に紫外光や赤外光を照射可能なＬＥＤを光源として用いることもできる。例えば赤外光による観察は、不良品の解析や生体組織の組織分布等において有用である。なお照明光源には半導体発光素子に限らず、幅広い波長域の白色光を発する白色光源として、ハロゲンランプ、キセノンランプ、ＨＩＤランプ等を利用してもよい。また可視光のみならず赤外光を照射可能な光源としてもよい。特にハロゲンランプは、発光波長の波長域が広いため好ましい。また、単一の光源を利用するのみならず、複数の光源を備え、これらを同時に点灯して混色光を照明光としたり、あるいは切り替えて照明することもできる。
（カメラ部３）
【００２９】
カメラ部３は、照明手段２により照明された観察対象物Ｓから光学系９を介して入射する反射光を電気的に読み取る撮像素子１２を備える。撮像素子１２は、この例ではＣＭＯＳを利用しているが、ＣＣＤ等、他の受光素子も利用できる。
（表示手段４）
【００３０】
画像データやメモリ部１４に保持された設定内容は、表示手段４にて表示させることができる。表示手段４はＣＲＴや液晶ディスプレイ、有機ＥＬ等のモニタが利用できる。また、制御手段１９に対して、ユーザが各種操作を行うための操作部１６を接続している。操作部１６はコンソールやマウス等の入力デバイスである。なおこの例においても表示手段４や操作部１６は、本体部５と一体的に組み込むことも、外付けの部材とすることもできる。さらに表示手段４をタッチパネルで構成すれば、表示手段４と操作部１６を一体に構成することもできる。
（高さグラフ表示領域）
【００３１】
また表示手段４は、高さグラフを表示するための高さグラフ表示領域を備えている。高さグラフとは、高さ情報抽出手段で抽出された高さ情報の分布状態を示す図表である。詳細については後述する。
【００３２】
本体部５は、モータ制御回路２８に対してステッピングモータ２９の制御に関する制御データを入力することによって、ステージ８と、光学系９および撮像素子１２を有するヘッド部６との光軸方向における相対距離、ここではｚ方向における高さを変化させる。具体的には、本体部５は、下ステージ昇降部１３の制御に必要な制御データをモータ制御回路２８に入力することによってステッピングモータ２９の回転を制御し、ステージ８の高さｚ（ｚ方向の位置）を昇降させる。ステッピングモータ２９は、回転に応じた回転信号を生成する。本体部５は、モータ制御回路２８を介して入力される回転信号に基づいて、ステージ８と光学系９の光軸方向における相対距離に関する情報としてのステージ８の高さｚを記憶する。このステージ８は、観察対象物Ｓに対して観察位置の位置決めを行う観察位置決め手段として機能する。
【００３３】
本体部５は、モータ制御回路３２に対してステッピングモータ３３の制御に関する制御データを入力することによって、撮像素子１２を有するヘッド部６の光軸方向における高さを変化させる。具体的には、本体部５は、上ステージ昇降器３１の制御に必要なレンズ部１１の種別情報等に基づいた制御データをモータ制御回路３２に入力することによってステッピングモータ３３の回転を制御し、撮像素子１２を有するヘッド部６の高さｚ（ｚ方向の位置）を昇降させる。ステッピングモータ３３は、回転に応じた回転信号を生成する。本体部５は、モータ制御回路３２を介して入力される回転信号に基づいてステージ８と光学系９の光軸方向における相対距離に関する情報としてのヘッド部６の高さｚを記憶する。
【００３４】
撮像素子１２は、ｘ方向およびｙ方向に２次元状に配置された画素毎に受光量を電気的に読み取ることができる。撮像素子１２上に結像された観察対象物Ｓの像は、撮像素子１２の各画素において受光量に応じて電気信号に変換され、撮像素子制御回路１７においてさらにデジタルデータに変換される。本体部５は、撮像素子制御回路１７において変換されたデジタルデータを受光データＤとして、光軸方向（図２中のｚ方向）とほぼ垂直な面内（図２中のｘ、ｙ方向）における観察対象物Ｓの２次元位置情報としての画素の配置情報（ｘ、ｙ）と共にメモリ部１４に記憶する。ここで、光軸方向とほぼ垂直な面内とは、厳密に光軸に対して９０°をなす面である必要はなく、その光学系および撮像素子における解像度において観察対象物Ｓの形状を認識できる程度の傾きの範囲内にある観察面であればよい。
（制御手段１９）
【００３５】
制御手段１９は、撮像した観察画像を、表示手段４で表示可能な解像度に変換して表示するよう制御する。図２の拡大観察装置１００においては、カメラ部３が撮像素子１２によって観察対象物Ｓを撮像した観察画像を表示手段４に表示する。一般にＣＭＯＳやＣＣＤ等の撮像素子１２の性能は、表示手段４での表示能力を上回ることが多いので、撮像した観察画像を一画面に表示するためには画像を間引く等して解像度を一画面で表示可能なサイズまで落とし、縮小表示している。カメラ部３で読み取ったときの読取解像度を第一の解像度とすると、表示手段４においては第一の解像度よりも低い第二の解像度で表示されることとなる。この制御手段１９は、後述する合成画像を生成するための画像合成手段や、この画像合成手段が生成した合成画像に含まれる高さ情報を抽出する高さ情報抽出手段２４の機能を実現する。
（ステージ８）
【００３６】
下ステージ昇降部１３の上面側に設置されたステージ８は、たとえばステッピングモータなどで駆動されて、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能であり、ステージ８の任意の位置をカメラ部３の光軸に合致させることができる。さらにステージ８は、Ｚ軸を回転中心軸として回転自在なθステージ３５に取り付けられており、ユーザはカメラ部の光軸に合致している観察対象面を回転させて観察することができる。
（支持台４０）
【００３７】
拡大観察装置１００の撮像系１０１の外観構成の一例を図１に示す。この図に示す撮像系１０１は、観察対象物Ｓを載置する載置部とヘッド部６を支持する支持台４０を備えている。支持台４０は、載置部を水平面内あるいは上下移動可能な状態に保持するステージ固定機構４４と、載置部を保持した状態でヘッド部６を傾斜させるヘッド傾斜機構４５を備えている。これらステージ固定機構４４及びヘッド傾斜機構４５は、ベース部４２に固定されている。ベース部４２は平板状として、安定的に支持台４０を自立させる。
（ステージ固定機構４４）
【００３８】
ステージ固定機構４４は、載置部を水平面内（ＸＹ軸方向）及び垂直方向（Ｚ軸方向）に移動可能な一以上の移動機構を介して、載置部をベース部４２に固定している。具体的には、ここでは移動機構として、載置部をＺ軸方向に移動させるためのＺ軸方向移動機構（第一焦点調整部）、載置部をＸＹ軸方向に移動させるためのＸＹ軸移動機構、載置部をθ方向に回転させるための回転移動機構が利用できる。図３に示す例では、Ｚ軸移動機構として下ステージ昇降器１３を実現し、さらに回転移動機構として、θステージ３５上に固定された中間連結部３８でもって載置部を回転可能とし、加えてＸＹ軸移動機構として、中間連結部３８上に固定されたステージ８でもって、載置部をＸＹ軸方向に移動可能としている。
（ヘッド傾斜機構４５）
【００３９】
揺動機構であるヘッド傾斜機構４５は、ヘッド部６を載置部に対して傾斜させるため、ベース部４２に揺動軸３７を介して揺動自在に連結された上ステージ昇降器３１と、上ステージ昇降器３１にヘッド部６を固定するための取付部材２５とを備える。上ステージ昇降器３１は、下端に揺動軸３７を設けており、揺動軸３７を中心として旋回するようにベース部４２に支持される。上ステージ昇降器３１は、ステージ８と平行な姿勢でベース部４２に設けられた揺動軸３７を中心として揺動可能である。また取付部材２５の先端には、ヘッド部６を固定する固定機構が設けられる。ここでは、固定機構はヘッド部６の外周を囲むリング状に形成されて、リング状の中心にヘッド部６を挿入して、周囲の複数の位置から止めねじで螺合されて固定される。
【００４０】
ベース部４２の上面には、下方に向かって末広がりとしたブロックが固定され、このブロックの上部に軸受部を形成している。軸受部は、離間して固定された一対のガイド部を備えており、一対のガイド部は側面視において凹形状に形成されている。各ガイド部は、Ｙ軸方向に平行な軸を中心軸として形成された円形の孔部を開口している。これらの孔部には揺動軸３７がＹ軸方向に沿って嵌合されている。
（平面観察）
【００４１】
たとえばユーザが不図示の初期化ボタンを押すと、本体部５がモータ制御回路２８に対してステッピングモータ２９の制御データを入力し、下ステージ昇降器１３が駆動されて、ステージ８が最下位置に移動する。このときの状態を図８に示す。
【００４２】
本体部５は、レンズ部２０の種別情報等に基づいた制御データをモータ制御回路３２に入力し、上ステージ昇降器３１は、撮像素子１２を有するヘッド部６の高さｚ（ｚ方向の位置）を昇降させる。本体部５は、ステージ８に観察対象物Ｓが載置され、観察対象面の高さが揺動軸３７の高さに合致していると仮定したならば、カメラ部３のピントが観察対象面に合致する高さｚにヘッド部６を保持する。このときの状態を図９に示す。
【００４３】
なお、ヘッド部６の高さｚ（ｚ方向の位置）の制御に必要なレンズ部２０の種別情報等が本体部５に記憶されていない場合には、本体部５はヘッド部６を所定の最上位置に移動させ、最上位置に移動したヘッド部６を最上位置から下降させる。本体部５は、ステージ８に観察対象物Ｓが載置され、観察対象面の高さが揺動軸３７の高さに合致していると仮定したならば、カメラ部３のピントが観察対象面に合致する高さｚにヘッド部６を保持する。
【００４４】
次に、ユーザは最下位置に位置したステージ８の上面に観察対象物Ｓを載置する。このときの状態を図１０に示す。ステージ８は最下位置に位置しているので、観察対象物Ｓがステージ８に載置されるときに、観察対象物Ｓが、撮像素子１２を有するヘッド部６に接触することを防止することができる。
【００４５】
本体部５は、ステージ８に載置された観察対象物Ｓの観察対象面にカメラ部３のピントが合致するように、載置部である、ステージ８とθステージ３５とをＺ軸に沿って上昇させ、観察対象物Ｓの観察対象面を揺動軸３７に合致させる。このときの状態を図１１に示す。観察対象面がカメラ部３の光軸上に位置していない場合には、本体部５は、ステージ８をＸ軸方向および／又はＹ軸方向に移動させて観察対象面をカメラ部３の光軸上に位置させた後に、ステージ８とθステージ３５とをＺ軸に沿って上昇させて、観察対象物Ｓの観察対象面を揺動軸３７に合致させる。ユーザは、表示手段４を用いて、揺動軸３７と合致している観察対象物Ｓの観察対象面を平面観察することができる。ユーザは、また本体部５がθステージ３５を駆動して、観察対象面を回転させた状態で平面観察することもできる。
（傾斜観察）
【００４６】
ヘッド部６を揺動させた傾斜観察を行う場合は、ユーザは、揺動軸３７を中心として、上ステージ昇降器３１を手動で揺動させて、ヘッド部６を傾斜させた状態で観察対象面を傾斜観察することができる。このとき、このヘッド部６を傾斜させた状態で、カメラ部３のピントが観察対象面に合致しており、平面観察時に表示手段４に表示されていた観察対象面が、表示手段４の画面上で移動することなく、平面観察時に表示されていた位置にそのまま表示された状態での観察であるユーセントリック観察を行うことができる。
（深度合成）
【００４７】
観察対象物Ｓを平面観察あるいは傾斜観察しているときに深度合成をする手順について、図１１に示す深度合成画像作成方法のフローチャートに基づいて説明する。まずステップＳ１１０１において、高さ範囲を制御手段で自動設定する。ここでは、ヘッド部６が焦点位置を変えながら観察対象物Ｓの画像を複数枚撮像する。ここで、最初に深度合成を行う高さ範囲は、例えば現在装着しているレンズ部の特性に基づいて、制御部で自動的に設定する。ここでは、レンズ部が有するレンズ識別情報を読み取り、このレンズの倍率や焦点範囲から、高さ範囲を制御手段が自動的に設定する。次にステップＳ１１０２において、制御手段１９が得られた複数枚の画像を合成して深度合成画像６１を作成する。さらに作成した深度合成画像６１は表示手段４に表示される。
【００４８】
次にステップＳ１１０３において、観察対象の高さ情報を収集する。ここでは高さ情報抽出手段２４が、制御手段１９が作成した深度合成画像６１に含まれる高さ情報を抽出する。そしてステップＳ１１０４において、高さ情報抽出手段２４は、抽出された高さ情報に基づいて高さグラフを作成し、次いでステップＳ１１０５において、作成した高さグラフを、深度合成画像と共に表示手段４に表示させる。そしてステップＳ１１０６において、高さ範囲の調整が必要かどうかを判定する。ここでは、表示手段に表示された深度合成画像と高さグラフを参照しながら、ユーザに対し高さ範囲の再設定が必要かどうかの入力を促す。そして不要の場合は処理を終了し、再設定が必要とされた場合は、ステップＳ１１０７に進んで高さ範囲を調整した上でステップＳ１１０２に戻り、上記の手順を繰り返す。このようにして、深度合成画像を初期設定のままで一旦作成した上で、得られた画像を参照して、必要に応じて再設定を促すようにすることで、従来のようにユーザが一から高さ範囲の最適値を設定する必要をなくし、短時間で効率的に適切な深度合成画像を得ることが可能となる。
（高さグラフ）
【００４９】
高さグラフは、上述の通り高さ情報抽出手段で抽出された高さ情報の分布状態を示す図表である。高さグラフには、投影図、ヒストグラム、３Ｄ画像６４等の形態が利用できる。高さグラフ表示領域の例を図１２〜図１３、図１６〜図１９に示す。これらの図において、図１２〜図１３は高さグラフとして投影図６２を、図１６〜図１７はヒストグラム６３を、図１８〜図１９は３Ｄ画像６４を、それぞれ示している。
（投影図）
【００５０】
高さグラフは、合成画像と並べて表示手段４に表示させることで、これらを対比しながら高さ範囲の調整作業を行い易くできる。図１２に一例として、深度合成画像６１と、この深度合成画像６１に含まれる高さ情報を示す高さグラフとして、投影図６２を示す。ここでは、初期設定の高さ範囲で合成された深度合成画像６１であり、その中央にピンボケ部分が存在している。また高さグラフの一形態である投影図６２は、深度合成画像に含まれる各画素の高さ情報を、深度合成画像の縦方向に走査して最も高い高さ情報をプロットしたプロファイルを示している。図１２の例では、深度合成画像を図において下方から見た側面図のような態様となる。
【００５１】
なお、投影図はこの構成に限られず、例えば深度合成画像を横方向に走査して最も高い高さ情報をプロットしたプロファイルとしてもよい。あるいは、図２０に示すように深度合成画像上に切断線を設定し、この切断線における断面のプロファイルを投影図として表示させてもよい。特に切断線のプロファイルは、高さ情報を広い面積で走査する必要がなく、切断線上の高さ情報のみを抽出すれば足りるので、処理速度を高めることができる。また拡大観察においては、観察対象物Ｓの注目領域を、表示手段４の表示画面中心付近に配置して観察することが多いので、表示画面の中心付近の直線６９上のみ走査させることで、余分な領域の高さ情報を抽出する処理を省いて処理速度を向上させることができる。また切断線は深度合成画像上に縦方向、横方向、あるいは斜めや任意の線分、自由曲線等とすることもできる。さらに、ライン状のプロファイルを設定する場合でも、ラインの幅を一画素とする場合に限らず、複数画素の高さ情報を抽出して、これらの平均値を利用することも可能である。これにより平均化されてノイズの影響を低減できる。
【００５２】
さらにまた、高さグラフで表示するデータは、高さ範囲の再設定に資する目安で足りるため、正確な演算を行う必要はなく、適宜簡略化できる。たとえば、選択された領域に含まれるすべての画素の高さ情報を利用するのでなく、数画素毎に間引いて演算してもよい。これにより、走査すべきデータの数を低減でき、処理速度を向上できる。
【００５３】
さらに、図１２の例では投影図である高さグラフを深度合成画像の右側に並べて表示しているが、投影図を深度合成画像の下方又は上方に並べて表示させることで、図において下方又は上方側から見た投影図であることをユーザに対し感覚的に理解し易くしてもよい。あるいは、ユーザが任意のレイアウトで高さグラフを配置するよう構成してもよい。
【００５４】
さらにまた、以上の例では一のラインにおける一の高さグラフを表示させる例を説明したが、複数の高さグラフを表示させる構成としてもよい。例えば図２１に示すように、深度合成画像上に複数のラインを設定して、各ラインの断面プロファイルをそれぞれ表示させる、複数の高さグラフを表示させることもできる。
（上限バー６５、下限バー６６）
【００５５】
さらに高さグラフには、深度合成を行った高さ範囲を示す上限バー６５と下限バー６６を重ねて表示することもできる。図１２の投影図に示す例では、上限バー６５と下限バー６６とで設定された高さ範囲の中央部分が、上限バー６５を超えているので、観察対象物Ｓは中央部分で上方にさらに突出部分を備えていることが推測される。そこで、高さ範囲の再設定を行う際には、高さ範囲を上方に広げることで、ピンボケ部分がなくなり、観察対象物Ｓの全体にピントが合った深度合成画像６１が得られるものと、投影図から予測することが可能となる。
【００５６】
図１３に、高さ範囲を上方に拡大して再度深度合成を行った深度合成画像６１と投影図６２を示す。この図に示す投影図６２では、上限バー６５と下限バー６６とで設定した高さ範囲内に、中央の突出部分が含まれているので、ピンボケ部分がなく観察対象物Ｓの全体にピントが合った深度合成画像６１が得られていることが確認できる。このように、観察対象物Ｓの投影図６２を見ることによって、焦点位置を変えながら観察対象物の画像を撮像して合成する高さ範囲を上方側に広げるべきか、あるいは下方側に広げるべきかを推測することができる。
【００５７】
また投影図上で、上限バー６５や下限バー６６をユーザがマウスなどでドラッグして移動させることで、高さ範囲の設定を変更可能に構成してもよい。上限バー６５や下限バー６６の位置が変更されると、これに応じて深度合成の撮像条件を設定する撮像条件設定手段が自動的に、投影図上の高さと対応する数値に高さ範囲を指定する。これにより、ユーザは高さ範囲を簡単に設定できるので、具体的な数値を確認せずとも感覚的に微調整が可能となる。
【００５８】
なお、上限バー６５を超えている部分は、本来的に高さを計測できていないため、正確なプロファイルは得られていない。図１２に示す投影図を三次元表示した３Ｄ画像を図１４に、同じく図１３の投影図の３Ｄ画像を図１５に、それぞれ示す。図１４に示すように、高さ範囲の上限の設定が不適切な場合は、中央部分の形状が再現されておらず、一方で正しく高さ範囲を設定し直した３Ｄ画像は、中央部分の形状がが正しく再現されていることが確認できる。また、高さ範囲の再設定に際してもこのような３Ｄ画像を利用すれば、高さ範囲を拡げるべき方向の確認が一層容易となる。なお、図１２、図１３に示す投影図は、図１４、図１５に示す３Ｄ表示像６７を矢印の方向から見たものである。
（ヒストグラム）
【００５９】
次に、高さグラフとしてヒストグラム６３を用いた場合を図１６、図１７を用いて説明する。これらの図において横軸は観察対象物Ｓの画素数を示し、縦軸はカメラ部３が撮像するＺ方向の高さを、それぞれ示している。図１６は、制御手段１９が設定した初期設定の高さ範囲で得られた深度合成画像のヒストグラム６３を示す。このヒストグラム６３を見ると、高さ範囲の上限付近で観察対象物Ｓの画素数が多いので、高さ範囲の上限が低すぎることが推測される。また図１７は、図１６の状態から高さ範囲の上限を上方に広げた場合のヒストグラム６３を示す。このヒストグラム６３では、高さ範囲の上限付近に観察対象物Ｓの画素が存在しておらず、図１７で設定した高さ範囲に観察対象物Ｓは含まれていること、いいかえると高さ範囲が正しく設定されていることが推測される。この例においても、高さ範囲の上限や下限のラインをマウスでドラッグするなどして、ヒストグラム上から高さ範囲を変更可能に構成してもよい。
（３Ｄ画像）
【００６０】
さらに高さグラフとして３Ｄ画像６４を用いた場合を図１８に示す。図１８では、高さ範囲の上限や下限を平面６８で表示している。これにより、高さ範囲を超えている部分を立体的、視覚的に確認し易くできる。また上限と下限の高さ位置に、それぞれマークを付して、これらの位置を示すこともできる。図１８の例では上限の高さ位置に□、下限に○を、それぞれ付して区別している。またユーザは、３Ｄ画像６４を確認しながら、上限の□や下限の○をドラッグして、高さ範囲を調整することができる。
【００６１】
さらに図１９に示すように、高さグラフとして３Ｄ画像６４と投影図６２とを併用することもできる。このようにすると、さらに直感的に高さ範囲を上方に広げるべきか下方に広げるべきか容易に判断することができる。また高さグラフの組み合わせは上述の例に限らず、ヒストグラムと３Ｄ画像の組み合わせとしたり、あるいはヒストグラムと３Ｄ画像と投影図の組み合わせとすることもできる。
（高さ範囲設定手段）
【００６２】
高さ範囲の設定は、高さ範囲設定手段により行う。このような高さ範囲設定手段の一例として、拡大画像観察プログラムのユーザインターフェース画面の一例を図２２に示す。この図に示す高さ範囲設定画面１７０は、左側の画像表示領域１１１に深度合成画像ＭＩを表示し、右側の操作領域１１２に、高さ範囲設定欄を設けている。高さ範囲設定欄においては、上段に高さ範囲を手動で指定する高さ範囲手動指定欄１７２、中段に高さグラフ表示欄１７３を、それぞれ設けている。高さ範囲手動指定欄１７２では、高さ範囲の上限と下限を数値で入力できる。一方高さグラフ表示欄１７３では、右側に高さグラフ（ここでは投影図ＰＩ）が表示されると共に、その左側にＺ軸方向における高さの移動を示すスライダが表示される。スライダは、高さ範囲の全域を示す全体スライダ１７４と、全体スライダ１７４の一部を拡大した拡大スライダ１７５で構成される。拡大スライダ１７５には、高さ範囲の上限を示す上限操作ツマミ１７６と、下限を示す下限操作ツマミ１７７が設けられる。これらの上限操作ツマミ１７６、下限操作ツマミ１７７をユーザがマウスドラッグなどで操作すると、高さ範囲が連続的に変化し、これに応じて高さグラフに表示されている上限バー１７８や下限バー１７９も連動して移動する。さらに高さ範囲手動指定欄１７２における高さ範囲の上限、下限の数値も変化する。これらは、いずれかの高さ範囲設定手段を操作すると、他の高さ範囲設定手段も連動して変化するように設定されている。これによりユーザは、所望の方法で高さ範囲を設定できる。
（物理的接続機構）
【００６３】
また顕微鏡装置１００は、カメラ部３とレンズ部２０とを、相対的に回転不可の状態で物理的に連結すると共に、着脱自在とする物理的接続機構を備える。具体的にカメラ部３は、レンズ部２０と物理的に接続するためのカメラ側接続面７１を備える。またレンズ部２０は、カメラ側接続面７１と物理的に接合されるレンズ側接続面７３を備える。カメラ側接続面７１の一例を図２３の斜視図に、レンズ側接続面７３の一例を図２４の斜視図に、それぞれ示す。これらの図に示すように、カメラ側接続面７１とレンズ側接続面７３とは、物理的接続機構、具体的には係合構造や嵌合構造によって機械的に接続される。例えば図２３、図２４の例では、カメラ側接続面７１の中央に、円柱状に突出させた円柱状突出部を形成し、円柱状突出部の側面の端縁側に、円弧状の鍔部を部分的に突出させている。一方レンズ側接続面７３は、円柱状突出部を挿入可能な円筒状窪みを中央に形成しており、さらに円筒状窪みの内面には、鍔部を係合させるためのスリットを形成している。スリットを部分的に切り欠くことで、円柱状突出部を円筒状窪みに挿入可能とし、さらにカメラ側接続面７１をレンズ側接続面７３とを相対的に回転させることで、鍔部をスリットに案内して係合させ、ロック状態としてカメラ部３とレンズ部２０とを連結できる。また、カメラ部３とレンズ部２０とを相対的に回転させてロック状態を解除することで、カメラ部３とレンズ部２０とを分離することも容易に行える。なお、上述した物理的接続機構でいう相対的に回転不可の状態とは、ロック状態においてカメラ部３とレンズ部２０とが連結された状態を意味し、連結又は着脱動作時にカメラ部３とレンズ部２０とを相対的に回転させてロック状態、ロック状態の解除を行う動作を意味するものでない。また、以上の係合構造は一例であって、本発明においてはカメラ部３とレンズ部２０とを着脱自在に連結する物理的接続機構として、既知の構成を適宜採用できる。
（電気的接続機構）
【００６４】
さらにカメラ部３とレンズ部２０とは、互いに電気的に接続するための電気的接続機構を備えている。具体的には、カメラ部はカメラ側接続面７１に、このレンズ部２０と電気的に接続するためのカメラ側接続端子７２を備えている。またレンズ部２０は、同じくレンズ側接続面７３に、レンズ部２０をカメラ部３に装着した際にカメラ側接続端子７２と電気的に接続されるレンズ側接続端子７４を備えている。これらのカメラ側接続端子７２、レンズ側接続端子７４は、カメラ側接続面７１、レンズ側接続面７３にそれぞれ配置されており、カメラ側接続面７１とレンズ側接続面７３とを物理的接続機構でもって機械的に連結した状態、すなわちロック状態におけるレンズ部２０とカメラ部３との回転位置において、対応するカメラ側接続端子７２とレンズ側接続端子７４とが接触されるよう、位置や大きさ、形状が設計されている。いいかえると、物理的接続機構でもってカメラ部３とレンズ部２０とが連結されると、同時に電気的接続機構の接続も実現される。この結果、従来のように、別途ケーブル等を介してレンズ部を制御系あるいは撮像系と電気的に接続する必要がない。これにより、特に頻繁にレンズ交換を行うような観察においては、レンズ交換時の作業を簡略化できる利点が得られる。またケーブルの本数を減らして、取り回しの点でも有利となる。
【００６５】
なお図２３、図２４の例では、カメラ側接続端子７２、レンズ側接続端子７４は、それぞれカメラ側接続面７１、レンズ側接続面７３の円周部分に設けられている。このような配置によって、ヘッド部４とカメラ部３との連結の際に端子が他の端子などと接触して表面を擦られるため、表面のごみや異物を削ぎ落として接触抵抗の増大を回避できる。ただし、端子の配置構造はこの例に限定されるものでない。また図２３、図２４の例では、カメラ側接続端子７２、レンズ側接続端子７４はそれぞれ７個の端子を備えているが、端子の数はこれに限定されない。
【００６６】
さらにカメラ部３は、複数の異なる仕様のレンズ部２０を交換式に装着可能としている。また各レンズ部２０は、それぞれのレンズ部２０の種別を示すレンズ種別情報を保持しており、レンズ側接続端子７４を介してレンズ種別情報を送出できる。すなわち物理的接続機構によって、カメラ部３にレンズ部２０を物理的に装着することで、同時に電気的接続機構による電気的接続も図られる。この結果、本体部５は現在装着されているレンズ部２０の種別を、ケーブルレスで取得できるので、現在接続されているレンズ部の種別に応じた適切な動作制御を図ることが可能となる。
（レンズ種別情報）
【００６７】
レンズ種別情報には、レンズの型式、焦点距離の位置、レンズの筒体の長さ等の情報が含まれる。上述の通り、撮像系１０１と制御系１０２とはケーブル部７を介して接続されているので、制御系１０２で現在装着されているレンズの種別を判別することで、適切な制御を行える。例えば、レンズ部２０の物理的な長さを把握することで、レンズ部２０をＺ上ステージで降下させる際に、観察対象物Ｓや載置部に接触しないように降下できる下限移動距離を把握して、これよりも降下しないように制限をかけることができる。
【００６８】
またレンズ種別情報として、レンズ部の情報を直接記録する他、レンズ部の識別情報、例えば型式のみを記録させ、一方型式と対応するレンズ部の詳細情報は、予め本体部５のメモリ部１４等に、型式と関連付けられたルックアップテーブルとして記憶しておくこともできる。これにより、本体部５はカメラ部３を通じてレンズ識別情報である型式を取得すると、この型式と対応する詳細情報を、メモリ部１４を参照して取得し、取得された情報に基づいてレンズ部２０に合致した制御を行うことが可能となる。この方法であれば、レンズ部側に保持すべき情報量を少なくしつつ、必要な情報を本体部５側で把握することが可能となる。
【００６９】
顕微鏡装置においては、カメラ部を載置部に対して光軸回りに回転させたいことがある。例えば観察対象物を載置部上で移動させる際には、表示手段の画面上で表示される画像の、上下左右の移動方向が、実際の観察対象物の上下左右の移動方向と感覚的に一致させることが望まれる。また、レンズ部を載置部の上部で傾斜させて観察する傾斜観察においては、傾斜方向を表示手段の左右方向とするよりも、上下方向とした方が感覚的に画像の変化を把握し易いことが多い。このような観察を実現するためには、物理的にカメラ部を載置部に対して回転させる必要がある。
【００７０】
しかしながら、カメラ部の先端に装着されたレンズ部については、必ずしも回転させる必要がない。寧ろ、レンズ部は特に高倍率するにつれて大型化する傾向にあることから、重量も重くなり、レンズ部の保持にはそれなりの機械強度が要求される。このため、十分な剛性を維持しつつレンズ部を回転式としようとすれば、ユーザにおいては重くて大きいレンズ部を回転させる作業が面倒になる上、構成が複雑化してコストも高くなるという問題があった。また、レンズ部はカメラ部から載置部側に突出する姿勢で固定されているため、レンズ部が観察対象物に接触しないように留意する必要もあり、この点においてもレンズ部を回転させる構成は不便となる。
【００７１】
そこで、レンズ部を支持台に固定する一方で、カメラ部をレンズ部に対して相対的に光軸回りで回転可能とさせる構成が考えられる。しかしながらこの場合は、カメラ部とレンズ部との着脱構造が複雑になるという問題があった。すなわち、一般にカメラ部よりも重厚長大になる傾向にあるレンズ部を、カメラ部の先端から外れないように固定しつつも、必要なときには着脱自在とする機械構造とし、さらに一方ではレンズ部とカメラ部との回転をも許容するような構成とすることは、容易でない。特に、接続部分の剛性と信頼性を高めようとすればするほど、着脱が困難乃至面倒となるため、観察用途や目的に応じて頻繁にレンズ部を交換したいような場面では、レンズ交換作業が極めて煩雑になりかねないというる懸念もあった。
【００７２】
そこで本実施例においては、レンズ部２０とカメラ部３との接続部分と、カメラ部３を相対的に回転させる部位とを分離することで、レンズ部２０とカメラ部３の着脱構造及びカメラ部３を光軸回りに相対的に回転させる構造を簡素化することに成功したものである。具体的には、図２５に示すように、レンズ部２０にマウント部２６を設け、マウント部２６を介してカメラ部３とレンズ部２０とを着脱式に接続する一方、マウント部２６とレンズ本体２７との間は回転自在としている。
（マウント部２６）
【００７３】
図２５に示すレンズ部２０は、複数の光学レンズで構成されたレンズ本体２７と、このレンズ本体２７の端面に装着され、レンズ側接続面７３を構成するマウント部２６とで構成される。またマウント部２６は、カメラ部３と接続するためのマウント側カメラ接続面３４ａと、その裏面側でレンズ本体２７と接続するためのマウント側レンズ接続面３４ｂとを備える。マウント側カメラ接続面３４ａは、レンズ側接続端子７４を備えるレンズ側接続面７３としている。よってマウント側カメラ接続面３４ａは、カメラ部３のカメラ側接続面７１と着脱自在に連結する物理的連結機構を設けている。このような物理的連結機構としては、上述した図２３等と同様の構成が利用できる。いいかえると、物理的連結機構ではカメラ部３とレンズ部２０との光軸回りの回転は許容されず、所定の回転位置すなわち回転角度で固定される状態となる。
（回転機構）
【００７４】
これに対してマウント側レンズ接続面３４ｂは、レンズ本体２７との接続面でカメラ部３の光軸回りに回転自在に連結されている。このためマウント側レンズ接続面３４ｂとレンズ本体２７との接続面は、回転機構を備えている。回転機構として、図２５の例では、マウント部２６の中心から突出されたマウント円柱部を、レンズ本体２７の端縁に形成された筒状体に挿入し、さらに筒状体の側面に開口されたねじ穴に螺合された止めネジの進行でもって、筒状体とマウント円柱部とを連結する。止めネジを緩めると、レンズ本体２７とマウント部２６とを相対的に回転させることができ、所定の回転位置でもって止めネジを締結することで、この回転角度にて固定できる。なお回転機構の例は、この構成に限られず、カメラ部の光軸回りにレンズ部２０を回転自在として任意の角度で保持可能な既知の構成が適宜採用できる。
【００７５】
なお図２５の例では、説明の都合上マウント部２６とレンズ本体２７とを分離しているが、実際にはマウント部２６とレンズ本体２７とは分離できず、光軸回りに回転自在に連結している。
【００７６】
また変形例として、マウント部をヘッド傾斜機構に固定することもできる。ヘッド傾斜機構は載置部と物理的に接続されているため、マウント部が載置部に対して位置が固定されることとなって、マウント部に装着されたレンズ部も載置部に対して位置が固定される。この結果、レンズ部を可動式とする構成に比べ、レンズ部が観察対象物に接触する事態を回避できる。
【００７７】
このようにして、カメラ部３とマウント部２６との接続面は着脱構成とし、マウント部２６とレンズ本体２７との接続面は回転自在とすることで、カメラ部３を載置部に対して光軸回りに回転させることを許容しつつも、カメラ部３は所定の姿勢で保持させることができ、拡大観察の自由度を高めることができる。
【００７８】
以上のマウント部２６によって、カメラ部３を載置部に対して、カメラ部３の光軸回りにおいて任意の回転角度で保持することができる。この結果、レンズ部２０の光軸回りの姿勢すなわち回転角度によらず、カメラ部３を任意の回転角度に調整して撮像することができる。 制御手段１９は、カメラ部３が任意の角度で撮像した複数枚の画像を合成して深度合成画像６１を作成し表示手段４に表示させることができる。高さ情報抽出手段２４は制御手段１９が作成した深度合成画像６１に基づいて、任意の回転角度における観察対象物Ｓの高さ情報を算出することができる。制御手段１９は、高さ情報抽出手段２４が算出した観察対象物Ｓの高さ情報に基づいて、任意の回転角度の高さグラフである投影図６２、ヒストグラム６３、３Ｄ画像６４等を作成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の顕微鏡装置は、反射、透過型等のデジタルマイクロスコープ、デジタルカメラに好適に利用できる。また、本技術を蛍光顕微鏡に適用する場合、照明光に対する観察対象物からの反射光若しくは透過光は、励起光として読み替えることができる。
【符号の説明】
【００８０】
１００…拡大観察装置
１０１…撮像系
１０２…制御系
２…照明手段
２Ａ…落射照明
２Ｂ…透過照明
Ｓ…観察対象物
３…カメラ部
４…表示手段
５…本体部
６…ヘッド部
７…ケーブル部
８…ステージ
９…光学系
１０…光軸
１２…撮像素子
１３…下ステージ昇降部
１４…メモリ部
１５…インターフェイス
１６…操作部
１７…撮像素子制御回路
１９…制御手段
２０…レンズ部
２１…光ファイバ
２２…コネクタ
２４…高さ情報抽出手段
２５…取付部材
２６…マウント部
２７…レンズ本体
２８、３２…モータ制御回路
２９、３３…ステッピングモータ
３１…上ステージ昇降部
３４ａ…マウント側カメラ接続面
３４ｂ…マウント側レンズ接続面
３５…θステージ
３７…揺動軸
３８…中間連結部
４０…支持台
４２…ベース部
４４…ステージ固定機構
４５…ヘッド傾斜機構
６１…深度合成画像
６２…投影図
６３…ヒストグラム
６４…３Ｄ画像
６５…上限バー
６６…下限バー
６７…３Ｄ表示像
６８…平面
６９…直線
７１…カメラ側接続面
７２…カメラ側接続端子
７３…レンズ側接続面
７４…レンズ側接続端子
１１２…操作領域
１７２…高さ範囲手動指定欄
１７３…高さグラフ表示欄
１７４…全体スライダ
１７５…拡大スライダ
１７６…上限操作ツマミ
１７７…下限操作ツマミ
１７８…上限バー
１７９…下限バー
【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２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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