(57)【要約】【課題】レンズの色収差や観察画像に応じて、柔軟に解像感の優れた画像を撮像可能する。【解決手段】観察対象に照明光を照射するための照明手段と、照明手段で照射された照明光の反射光又は透過光を受光する撮像素子を有するカメラ部と、カメラ部と光軸を一致させて光学的に結合された顕微鏡レンズ部と、顕微鏡レンズ部を通じてカメラ部で得られたそれぞれ異なる波長成分の受光データに基づいて、カラー画像を生成する画像合成手段８５と、画像合成手段８５で生成されたカラー画像を表示させるための表示手段と、複数の異なる仕様の顕微鏡レンズ部を交換可能としたカメラ部に、装着されている顕微鏡レンズ部の収差情報に基づいて、複数の波長成分の内で該顕微鏡レンズ部の収差の影響が相対的に少ない波長成分を選択可能な波長選択手段８６とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像対象に照明光を照射し、該照明光の反射光又は透過光の受光量を検出して、撮像対象の画像を撮像可能な拡大観察装置であって、
観察対象に照明光を照射するための照明手段と、
前記照明手段で照射された照明光の反射光又は透過光を受光する撮像素子を有するカメラ部と、
前記カメラ部と光軸を一致させて光学的に結合された顕微鏡レンズ部と、
前記顕微鏡レンズ部を通じて前記カメラ部で得られたそれぞれ異なる波長成分の受光データに基づいて、カラー画像を生成する画像合成手段と、
前記画像合成手段で生成されたカラー画像を表示させるための表示手段と、
複数の異なる仕様の顕微鏡レンズ部を交換可能とした前記カメラ部に、装着されている顕微鏡レンズ部の収差情報に基づいて、複数の波長成分の内で該顕微鏡レンズ部の収差の影響が相対的に少ない波長成分を選択可能な波長選択手段と
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に記載の拡大画像観察装置において、
前記画像合成手段は、前記波長選択手段で選択された波長成分で得られた単一色の単色画像に、別途取得されたカラー画像の色情報を付加した合成カラー画像を生成可能に構成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１又は２に記載の拡大画像観察装置において、さらに、
複数の異なる仕様の顕微鏡レンズ部に対応する、収差の影響の少ない波長成分を、各顕微鏡レンズ部の収差情報に応じて予め記憶した波長成分記憶手段を備えており、
前記波長選択手段は、装着中の顕微鏡レンズ部と対応する波長成分を、前記波長成分記憶手段を参照して選択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、
前記顕微鏡レンズ部が、拡大率を変更可能なズームレンズを含んでおり、
前記波長選択手段が、さらに前記顕微鏡レンズ部の拡大率に応じて、複数の波長成分の内で該顕微鏡レンズ部の収差の影響が相対的に少ない波長成分を選択可能に構成してなることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一に記載の拡大観察装置であって、
前記カメラ部は、該カメラ部を前記顕微鏡レンズ部と電気的に接続するためのカメラ側接続端子を備えており、
前記顕微鏡レンズ部は、前記カメラ部のカメラ側接続端子と電気的に接続するためのレンズ側接続端子を備えており、
前記波長選択手段は、前記顕微鏡レンズ部が保持する、該顕微鏡レンズ部の種別を示すレンズ種別情報を、前記レンズ側接続端子とカメラ側接続端子との電気接続を通じて取得可能であり、該取得したレンズ種別情報に基づいて、該レンズの収差の影響の少ない波長成分を選択可能に構成してな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、さらに
前記照明手段が照射する照明光の波長成分を切り替え可能な照明光選択手段を備えており、
前記照明光選択手段で選択された照明光の波長成分が、前記波長選択手段で選択された波長成分であることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項７】
請求項６に記載の拡大画像観察装置において、
前記照明手段は、赤色光、緑色光、又は青色光に発光可能な発光ダイオードを備え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、
収差の影響が少ない波長成分が、緑色成分であり、
前記画像合成手段で生成される単一色の単色画像又は合成カラー画像が、高解像度画像であ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、さらに
前記撮像素子を構成する画素について、３以上の画素が相互に隣接して配置される注目画素群について、注目画素群を構成する各撮像素子の画素の位置を一巡して受光量が各々の位置で検出されるよう、前記撮像素子の画素間隔に相当する変位量分、注目画素群を構成するいずれかの撮像素子の検出位置を相対的にシフトさせるための光路シフト手段を備えており、
前記画像合成手段は、前記光路シフト手段で撮像素子の位置をシフトさせて取得された画像を合成した合成画像を生成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、
前記撮像素子が、該撮像素子を構成する画素について、異なる波長域の受光特性を備える画素を３以上隣接して配置しており、
前記拡大観察装置は、さらに
前記撮像素子の、波長域の異なる画素の内、いずれの波長域の画素で受光するかを選択するための撮像素子選択手段を備えており、
前記撮像素子選択手段で選択された画素の波長域が、前記波長選択手段で選択された波長成分であることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一に記載の拡大観察装置であって、
前記顕微鏡レンズ部が、特定の波長成分の収差が他の波長成分よりも相対的に収差の少ない特性となるように、光学設計されてなることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項１２】
撮像対象に照明光を照射し、該照明光の反射光又は透過光の受光量を検出して、撮像対象の画像を取得する拡大観察方法であって、
撮像素子を有するカメラ部に装着された顕微鏡レンズ部の情報を取得する工程と、
取得された情報に基づいて、複数の波長成分の内で該顕微鏡レンズ部の収差の影響が相対的に少ない波長成分を波長選択手段で選択する工程と、
選択された波長成分の照明光を、照明手段から観察対象に照射する工程と、
該照明光の反射光又は透過光を、前記顕微鏡レンズ部を通じて前記カメラ部で検出して、得られた受光データに基づいて単一色の単色画像を生成すると共に、該単色画像に、別途取得されたカラー画像の色情報を付加した合成カラー画像を生成して、表示手段に表示させる工程と
を含むことを特徴とする拡大観察方法。
【請求項１３】
撮像対象に照明光を照射し、該照明光の反射光又は透過光の受光量を検出して、撮像対象の画像を取得する拡大観察方法であって、
撮像素子を有するカメラ部に装着された顕微鏡レンズ部の情報を取得する工程と、
取得された情報に基づいて、複数の波長成分の内で該顕微鏡レンズ部の収差の影響が相対的に少ない波長成分を波長選択手段で選択する工程と、
白色光の照明光を、照明手段から観察対象に照射する工程と、
該照明光の反射光又は透過光を、前記顕微鏡レンズ部を通じて前記カメラ部の撮像素子で検出する際、該撮像素子を構成する画素であって、異なる波長域の受光特性を備え３以上隣接して配置された画素の内、前記波長選択手段で選択された波長成分と対応する画素でもって検出した受光データにより、単色画像を生成すると共に、該単色画像に、別途取得されたカラー画像の色情報を付加した合成カラー画像を生成して、表示手段に表示させる工程と
を含むことを特徴とする拡大観察方法。
【請求項１４】
撮像対象に照明光を照射し、該照明光の反射光又は透過光の受光量を検出して、撮像対象の画像を取得するための拡大観察プログラムであって、
撮像素子を有するカメラ部に装着された顕微鏡レンズ部の情報を取得する機能と、
取得された情報に基づいて、複数の波長成分の内で該顕微鏡レンズ部の収差の影響が相対的に少ない波長成分を選択するための波長選択機能と、
照明手段から観察対象に照射された照明光の反射光又は透過光を、前記顕微鏡レンズ部を通じて前記カメラ部で検出して、得られた受光データに基づいて単一色の画像を生成すると共に、該単色画像に、別途取得されたカラー画像の色情報を付加した合成カラー画像を生成する合成画像合成機能と
をコンピュータに実現させ、
前記波長選択機能で選択された波長成分と対応する照明光を照明手段から照射させる、又は白色の照明光を照明手段から観察対象に照射させ、該照明光の反射光又は透過光を、前記顕微鏡レンズ部を通じて前記カメラ部の撮像素子で検出する際、該撮像素子を構成する画素であって、異なる波長域の受光特性を備え３以上隣接して配置された画素の内、前記波長選択手段で選択された波長成分と対応する画素でもって検出した受光データにより、単色画像を生成すると共に、該単色画像に、別途取得されたカラー画像の色情報を付加した合成カラー画像を生成することを特徴とする拡大観察プログラム。
【請求項１５】
請求項１４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又はコンピュータで読み取り可能な記録媒体並びに記録した機器に関する。
【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、撮像光学系を介して入射する観察対象固定部に固定された観察対象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。
【０００３】
このような撮像光学系の拡大観察装置においては、その分解能は原理的には照明光の波長に比例する。このため、紫外線顕微鏡のように短波長の光を用いることで撮像光学系の分解能を向上させ、より微細な観察を可能とした拡大観察装置も開発されている。
【０００４】
また撮像素子の画素数が大きいほど詳細な表示が可能となる。特に近年は高画質化の要求が高まっており、撮像素子もこれに応じて画素数の多い、例えば２００万画素クラスあるいは８００万画素クラスのＣＣＤが利用されている。このようなＣＣＤ等の撮像素子は、受光の強弱を検知するセンサであり、色を識別することはできない。このため、従来のＣＣＤでは、各画素を構成するＣＣＤ素子にあらかじめ単色のフィルタをかけておき、隣接する他色のフィルタをかけた画素で得られた信号と組み合わせることで、色情報を得ている。このような単板タイプの、いわゆる１ＣＣＤ方式では、図１に示すように異なる色のフィルタが適用された複数のＣＣＤ素子が隣接されるように、ベイヤー配列される。ベイヤー配列では、隣接する４画素に注目すると、一般にＲＧＢの画素数は１：２：１となる。この構成では、各画素の撮像素子では１色の色信号のみしか取得できないため、本来的には画素毎に色情報を取得できない。そこで、各画素毎に色情報を取得するため、（１）周囲の画素で得られた異なる色情報に基づいて、画素毎に他の色情報も演算する方法、（２）ＣＣＤを微小移動させて画素単位でＲＧＢの受光信号を取得し、複数の画像を合成することによって、画素単位での色情報を取得する、いわゆる画素ずらしの方法、（３）画素単位にＲＧＢのＣＣＤを配置する３板タイプの、いわゆる３ＣＣＤ方式等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１２８７２６号公報
【特許文献２】特開２０１２−２３０４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
また一方で、拡大観察装置においては、試料に照射する照明光の波長を変化させて観察することが行われている。照射光の波長を変化させることで異なる観察像を取得できる。例えば緑色のフレキシブル基板を観察する場合、照明光が赤色であれば照明光が内部に透過され、透視図のような観察像が得られる。一方、青色光で照明すれば、照明光が内部に透過されないため、表面の傷模様が観察される。このように照明光を変化させることで、試料の内部のみ、もしくは表層のみを選択的に観察したり、試料のコントラストを改善したりといった見え方の変化が生み出せる。
【０００７】
しかしながら、照明光の波長を変えて観察を行う際、ＣＣＤ等、通常の２次元カラー撮像素子を使って観察を行うと、撮像素子のベイヤー配列の影響により実効的な画素数が低下してしまうという問題があった。上述した図１に示すように、通常の撮像素子はＲＧＢの画素数の比が１：２：１となっているため、例えば青の照明光を用いた場合には実効的な画素数は白色照明光を用いた撮影時の１／４になってしまう。このため照明光の波長を変えて観察を行うと、白色光を使って観察する場合に比較した場合極端に低解像度の画像しか得ることができない。この結果、上述した短波長の照明光で照明することで分解能を向上させようとしても、撮像素子の実効画素数が低下するため、システム全体としての分解能の向上を得ることは困難であった。
【０００８】
一方、照明光の波長を変化させて観察を行う際に、モノクロの撮像素子を用いて観察を行えば、上記の実効的な画素数の低下を防ぐことができる。ただこの方法では、白色光を用いて観察した際にもモノクロの画像しか得ることができないという問題があった。この場合にカラー観察を行うには、高速でＲＧＢのフィルタを切り替えて撮影画像を合成する方法が考えられる。しかしながらこの方法では、機構が複雑になる上、切り替え動作等が必要になるためフレームレートが低下する等、カラーの操像素子を用いた場合に比べて利便性が低下するという問題があった。
【０００９】
また、いわゆる３ＣＣＤ方式において画素ずらしを行い、ＲＧＢそれぞれの画像を合成することで高解像度のカラー画像を取得する方法が提案されている（特許文献３）。しかしながらこの方法では、色収差の補正が困難であるという問題がある。すなわち、レンズを構成する光学材料の屈折率が光の波長により異なるため、像点の位置が波長によってずれ、色の滲んだ像になったり、波長により焦点距離が変わるために像面上周辺に近づくに従い像位置がずれて色のふちどりが生じるといった色収差が発生する。このため、ＲＧＢ各色の色収差を補正して結像点が一定になるよう、例えば屈折率とその波長依存性の異なる種々の光学材料を組み合わせた複合レンズで補正する作業が必要となり、複雑な構成を要するという問題があった。また３ＣＣＤは高価であり、撮像素子のサイズも大きくなるといった問題もある。
【００１０】
そこで本発明者らは、波長の短い青色光に注目し、青色光のフィルタを用いて撮像することで解像度を高めた画像（「超解像画像」ともいう。）を得る方法を開発した（特許文献１、２）。この方法によれば、図１に示したベイヤー配列からの輝度算定ではなく、青色単色での撮影情報を抜き出して、輝度（明度）に置き換える、いいかえるとカラー情報と合成することで、短波長による分解能向上、また単波長によるレンズの色収差低減が得られ、解像度を向上させることができる。
【００１１】
しかしながら、レンズの色収差は、波長によって異なる。一般に結像レンズは、緑色光に対して収差が少なくなるように設計されていることが多いが、この重み程度は系により様々である。例えば、青色光の色収差が劣るレンズを用いて撮像する場合は、特にレンズの周辺部でピントが合わなくなり、必ずしも解像度の高い画像が得られない。このように選択する波長に応じて、得られる撮像効果は変わってくる。また、観察対象物の色や透過率などによっても、青色光のフィルタでは高解像の効果が得られないことがある。加えて、青色光のみでは照明光やカラーフィルタによる合成時の色選択にも限りがあった。
【００１２】
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、レンズの色収差や観察画像に応じて、柔軟に解像感の優れた画像を撮像可能とした拡大観察装置、拡大画像観察方法、拡大画像観察プログラム又は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】
【００１３】
上記の目的を達成するために、第１の拡大観察装置によれば、撮像対象に照明光を照射し、該照明光の反射光又は透過光の受光量を検出して、撮像対象の画像を撮像可能な拡大観察装置であって、観察対象に照明光を照射するための照明手段と、前記照明手段で照射された照明光の反射光又は透過光を受光する撮像素子を有するカメラ部と、前記カメラ部と光軸を一致させて光学的に結合された顕微鏡レンズ部と、前記顕微鏡レンズ部を通じて前記カメラ部で得られたそれぞれ異なる波長成分の受光データに基づいて、カラー画像を生成する画像合成手段と、前記画像合成手段で生成されたカラー画像を表示させるための表示手段と、複数の異なる仕様の顕微鏡レンズ部を交換可能とした前記カメラ部に、装着されている顕微鏡レンズ部の収差情報に基づいて、複数の波長成分の内で該顕微鏡レンズ部の収差の影響が相対的に少ない波長成分を選択可能な波長選択手段とを備えることができる。上記構成により、現在装着中の顕微鏡レンズ部に応じて波長選択手段で選択された波長成分の受光データでもって、高解像のモノクロ画像データを取得できる。これにより、単純に短波長の青色成分で得られた画像では、顕微鏡レンズ部の収差によって鮮明な画像が得られないような場合に、緑色成分などの異なる波長を選択することで、より鮮明な画像を得ることが可能となる。
【００１４】
また、第２の拡大観察装置によれば、前記画像合成手段は、前記波長選択手段で選択された波長成分で得られた単一色の単色画像に、別途取得されたカラー画像の色情報を付加した合成カラー画像を生成可能に構成できる。上記構成により、単なるカラー画像のみならず、例えば短波長の青色成分で撮像した高解像のモノクロ画像に、色情報を載せた高解像カラー画像や、青色成分では顕微鏡レンズ部の収差によって鮮明な画像が得られない場合には、緑色成分や赤色成分でもって取得したモノクロ画像に色情報を加えた合成カラー画像を得ることが可能となる。
【００１５】
さらに、第３の拡大観察装置によれば、さらに複数の異なる仕様の顕微鏡レンズ部に対応する、収差の影響の少ない波長成分を、各顕微鏡レンズ部の収差情報に応じて予め記憶した波長成分記憶手段を備えており、前記波長選択手段は、装着中の顕微鏡レンズ部と対応する波長成分を、前記波長成分記憶手段を参照して選択できる。上記構成により、拡大観察装置は現在装着中の顕微鏡レンズ部に応じて、波長成分記憶手段を参照して適切な波長成分を選択できる。
【００１６】
さらにまた、第４の拡大観察装置によれば、前記顕微鏡レンズ部が、拡大率を変更可能なズームレンズを含んでおり、前記波長選択手段が、さらに前記顕微鏡レンズ部の拡大率に応じて、複数の波長成分の内で該顕微鏡レンズ部の収差の影響が相対的に少ない波長成分を選択可能に構成できる。上記構成により、ズームレンズの拡大率によって収差特性が異なる場合でも、倍率に応じて適切な波長成分を波長選択手段でもって選択することが可能となる。
【００１７】
さらにまた、第５の拡大観察装置によれば、前記カメラ部は、該カメラ部を前記顕微鏡レンズ部と電気的に接続するためのカメラ側接続端子を備えており、前記顕微鏡レンズ部は、前記カメラ部のカメラ側接続端子と電気的に接続するためのレンズ側接続端子を備えており、前記波長選択手段は、前記顕微鏡レンズ部が保持する、該顕微鏡レンズ部の種別を示すレンズ種別情報を、前記レンズ側接続端子とカメラ側接続端子との電気接続を通じて取得可能であり、該取得したレンズ種別情報に基づいて、該レンズの収差の影響の少ない波長成分を選択可能に構成できる。上記構成により、拡大観察装置は接続した顕微鏡レンズ部との電気接続によって、接続されている顕微鏡レンズ部に対して収差の影響の少ない波長成分を選択することが可能となる。
【００１８】
さらにまた、第６の拡大観察装置によれば、さらに前記照明手段が照射する照明光の波長成分を切り替え可能な照明光選択手段を備えており、前記照明光選択手段で選択された照明光の波長成分を、前記波長選択手段で選択された波長成分とできる。上記構成により、波長選択手段で選択された、レンズ収差情報に応じた適切な波長成分の照明光を、照明手段側で選択して照射することが可能となる。
【００１９】
さらにまた、第７の拡大観察装置によれば、前記照明手段は、赤色光、緑色光、又は青色光に発光可能な発光ダイオードを備えることができる。
【００２０】
さらにまた、第８の拡大観察装置によれば、収差の影響が少ない波長成分が、緑色成分であり、前記画像合成手段で生成される単一色の単色画像又は合成カラー画像を、高解像度画像とできる。上記構成により、単に波長の短い青色成分に限らず、青色成分の収差が大きい顕微鏡レンズ部に対しては緑色成分でもって解像度の高いモノクロ画像を取得し、青色成分で取得したモノクロ画像よりも鮮明な観察が可能となる。
【００２１】
さらにまた、第９の拡大観察装置によれば、さらに前記撮像素子を構成する画素について、３以上の画素が相互に隣接して配置される注目画素群について、注目画素群を構成する各撮像素子の画素の位置を一巡して受光量が各々の位置で検出されるよう、前記撮像素子の画素間隔に相当する変位量分、注目画素群を構成するいずれかの撮像素子の検出位置を相対的にシフトさせるための光路シフト手段を備えており、前記画像合成手段は、前記光路シフト手段で撮像素子の位置をシフトさせて取得された画像を合成した合成画像を生成可能とできる。上記構成により、いわゆる画素ずらし技術によって、高解像な画像を合成することが可能となる。
【００２２】
さらにまた、第１０の拡大観察装置によれば、さらに前記撮像素子が、該撮像素子を構成する画素について、異なる波長域の受光特性を備える画素を３以上隣接して配置しており、前記拡大観察装置はさらに、前記撮像素子の、波長域の異なる画素の内、いずれの波長域の画素で受光するかを選択するための撮像素子選択手段を備えており、前記撮像素子選択手段で選択された画素の波長域を、前記波長選択手段で選択された波長成分とできる。上記構成により、カラーの撮像素子でもってカラー画像を撮像すると共に、顕微鏡レンズ部の収差特性に応じて適切な波長成分と該当する波長域の画素でもって受光させることにより、照明光の波長を選択するのと同様の効果を得ることができる。
【００２３】
さらにまた、第１１の拡大観察装置によれば、前記顕微鏡レンズ部が、特定の波長成分の収差が他の波長成分よりも相対的に収差の少ない特性となるように、光学設計されたものとすることができる。上記構成により、従来のように広い波長範囲で優れた収差特性を示すようなバランスの取れた光学設計でなく、特定の波長域でのみ収差特定が優れ、他の波長域では収差特性が悪くなるような偏った光学設計の顕微鏡レンズ部でも、波長選択手段で特定波長成分を選択する構成によって利用できる。この結果、特定波長に特化した顕微鏡レンズ部の設計が可能となり、高精細な画像の取得に有利となる。
【００２４】
さらにまた、第１２の拡大観察方法によれば、撮像対象に照明光を照射し、該照明光の反射光又は透過光の受光量を検出して、撮像対象の画像を取得する拡大観察方法であって、撮像素子を有するカメラ部に装着された顕微鏡レンズ部の情報を取得する工程と、取得された情報に基づいて、複数の波長成分の内で該顕微鏡レンズ部の収差の影響が相対的に少ない波長成分を波長選択手段で選択する工程と、選択された波長成分の照明光を、照明手段から観察対象に照射する工程と、該照明光の反射光又は透過光を、前記顕微鏡レンズ部を通じて前記カメラ部で検出して、得られた受光データに基づいて単一色の単色画像を生成すると共に、該単色画像に、別途取得されたカラー画像の色情報を付加した合成カラー画像を生成して、表示手段に表示させる工程とを含むことができる。これにより、単なるカラー画像のみならず、例えば短波長の青色成分で撮像した高解像のモノクロ画像に、色情報を載せた高解像カラー画像や、青色成分では顕微鏡レンズ部の収差によって鮮明な画像が得られない場合には、緑色成分や赤色成分でもって取得したモノクロ画像に色情報を加えた合成カラー画像を得ることが可能となる。
【００２５】
さらにまた、第１３の拡大観察方法によれば、撮像対象に照明光を照射し、該照明光の反射光又は透過光の受光量を検出して、撮像対象の画像を取得する拡大観察方法であって、撮像素子を有するカメラ部に装着された顕微鏡レンズ部の情報を取得する工程と、取得された情報に基づいて、複数の波長成分の内で該顕微鏡レンズ部の収差の影響が相対的に少ない波長成分を波長選択手段で選択する工程と、白色光の照明光を、照明手段から観察対象に照射する工程と、該照明光の反射光又は透過光を、前記顕微鏡レンズ部を通じて前記カメラ部の撮像素子で検出する際、該撮像素子を構成する画素であって、異なる波長域の受光特性を備え３以上隣接して配置された画素の内、前記波長選択手段で選択された波長成分と対応する画素でもって検出した受光データにより、単色画像を生成すると共に、該単色画像に、別途取得されたカラー画像の色情報を付加した合成カラー画像を生成して、表示手段に表示させる工程とを含むことができる。これにより、単なるカラー画像のみならず、例えば短波長の青色成分で撮像した高解像のモノクロ画像に、色情報を載せた高解像カラー画像や、青色成分では顕微鏡レンズ部の収差によって鮮明な画像が得られない場合には、緑色成分や赤色成分でもって取得したモノクロ画像に色情報を加えた合成カラー画像を得ることが可能となる。
【００２６】
さらにまた、第１４の拡大観察プログラムによれば、撮像対象に照明光を照射し、該照明光の反射光又は透過光の受光量を検出して、撮像対象の画像を取得するための拡大観察プログラムであって、撮像素子を有するカメラ部に装着された顕微鏡レンズ部の情報を取得する機能と、取得された情報に基づいて、複数の波長成分の内で該顕微鏡レンズ部の収差の影響が相対的に少ない波長成分を選択するための波長選択機能と、照明手段から観察対象に照射された照明光の反射光又は透過光を、前記顕微鏡レンズ部を通じて前記カメラ部で検出して、得られた受光データに基づいて単一色の画像を生成すると共に、該単色画像に、別途取得されたカラー画像の色情報を付加した合成カラー画像を生成する合成画像合成機能とをコンピュータに実現させ、前記波長選択機能で選択された波長成分と対応する照明光を照明手段から照射させる、又は白色の照明光を照明手段から観察対象に照射させ、該照明光の反射光又は透過光を、前記顕微鏡レンズ部を通じて前記カメラ部の撮像素子で検出する際、該撮像素子を構成する画素であって、異なる波長域の受光特性を備え３以上隣接して配置された画素の内、前記波長選択手段で選択された波長成分と対応する画素でもって検出した受光データにより、単色画像を生成すると共に、該単色画像に、別途取得されたカラー画像の色情報を付加した合成カラー画像を生成することができる。これにより、単なるカラー画像のみならず、例えば短波長の青色成分で撮像した高解像のモノクロ画像に、色情報を載せた高解像カラー画像や、青色成分では顕微鏡レンズ部の収差によって鮮明な画像が得られない場合には、緑色成分や赤色成分でもって取得したモノクロ画像に色情報を加えた合成カラー画像を得ることが可能となる。
【００２７】
さらにまた第１４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】
【００２８】
【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】同軸落射照明を示す概略図である。
【図４】拡大観察装置の撮像系の外観構成を示す斜視図である。
【図５】注目画素群について、各撮像素子の画素の位置を一巡して受光量を検出するよう、光路シフト手段で撮像素子の検出位置を相対的にシフトさせる様子を示す平面図である。
【図６】拡大観察プログラムのユーザインターフェース画面を示すイメージ図である。
【図７】撮像条件選択画面の例を示すイメージ図である。
【図８】変形例に係る拡大観察装置をブロック図である。
【図９】カメラ側接続面を示す斜視図である。
【図１０】レンズ側接続面を示す斜視図である。
【図１１】ヘッド部の顕微鏡レンズ部とカメラ部の分解斜視図である。
【図１２】ヘッド部を揺動させる様子を示す模式図である。
【図１３】実施例２に係る拡大観察装置を示す斜視図である。
【図１４】異なる色の撮像素子がベイヤー配列される状態を示す平面図である。
【図１５】変形例に係る拡大観察装置を示す模式図である。
【図１６】さらに他の変形例に係る拡大観察装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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又は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又は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。
【００３０】
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、拡大画像観察方法、拡大画像観察プログラム又はコンピュータで読み取り可能な記録媒体とは、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。
【００３１】
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。
【００３２】
以下、図１〜図２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。拡大観察装置１００は、図１に示すように撮像系１と制御系２に大別される。撮像系１は、観察対象物Ｓである試料又はワークその他の被写体を照明するための照明部６０と、照明部６０により照明された観察対象物Ｓを撮像するヘッド部４を備える。ヘッド部４は、撮像素子１２を含むカメラ部１０と、カメラ部１０の先端に着脱自在に装着される顕微鏡レンズ部２０とを備える。顕微鏡レンズ部２０は複数枚の光学レンズで構成された撮像光学系（レンズ光学系）を構成する。ここでは、顕微鏡レンズ部２０は対物レンズ部２５を含んでいる。またヘッド部４は、照明光の反射光又は透過光を受光する撮像手段として機能する。
【００３３】
また撮像系１は、観察対象物Ｓを載置する載置部３０と、この載置部３０とヘッド部４と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第一焦点調整部としてＺ上ステージ及びこのＺ上ステージを駆動するための上ステージ昇降器１６とを備える。一方ヘッド部４も、光軸方向における載置部との相対距離を変化させ焦点を調整する第二焦点調整部としてＺ上ステージを備える。この載置部３０上に載置された観察対象物Ｓに対して、撮像光学系１１を介して入射され、観察対象物Ｓで反射された反射光又は観察対象物Ｓの底面側から照射された透過光を、カメラ部１０の撮像素子１２で電気的に読み取る。
【００３４】
さらに制御系２は、カメラ部１０で撮像された拡大画像を表示する表示部５２を有する本体部５０を備える。カメラ部１０は、ケーブル部３を介して本体部５０と接続される。なお図１の例では、表示部５２を本体部５０と一体に設けているが、表示部を本体部と別部材とすることもできる。またケーブル部３は、カメラ部１０の撮像素子で得られた画像情報を本体部５０側に伝達するための電気的ケーブルに加えて、照明光を本体部５０からヘッド部４側に伝達するための光学的ケーブル３ｂを備えている。ケーブル部３は、電気的ケーブルと光学的ケーブル３ｂと統合することもできるし、これらを個別に設けることもできる。
【００３５】
さらにまた載置部３０は、下ステージ昇降器３５による高さ方向、すなわちＺ方向への移動に加えて、平面内での移動も可能としている。具体的には、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能なＸ−Ｙステージを備える。また、載置部３０を回転させる回転可能なステージ（θステージ）を備えることもできる。
【００３６】
この本体部のブロック図を図２に示す。この図に示すように本体部５０は、下ステージ昇降器３５によって焦点を調整したときのステージ３０と撮像光学系１１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記憶部５３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部５２と、ヘッド部４および下ステージ昇降器３５とデータを通信するためのインターフェイス５４とを備える。この拡大観察装置１００は、撮像光学系１１を介して入射するステージ３０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、表示部５２に表示させる。
【００３７】
また記憶部５３は、後述するレンズ識別情報やレンズ収差情報を記憶するレンズ識別情報記憶部、あるいは各レンズ部の、収差の少ない波長成分を、レンズ部の収差情報と対応させて記憶した波長成分記憶手段としても機能する。なお記憶部５３は、ハードディスクや半導体メモリ等で構成される。また各データベース毎に個別の記憶部を設けてもよい。
（レンズ識別情報）
【００３８】
レンズ識別情報には、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１と制御系２とはケーブル部３を介して接続されているので、制御系２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、顕微鏡レンズ部２０の物理的な長さを把握することで、顕微鏡レンズ部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３０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。
【００３９】
またレンズ種別情報として、顕微鏡レンズ部の情報を直接記録する他、顕微鏡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顕微鏡レンズ部の詳細情報は、予め本体部５０の記憶部５３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５０はカメラ部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、記憶部５３を参照して取得し、取得された情報に基づいて顕微鏡レンズ部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、顕微鏡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５０側で把握することが可能となる。
【００４０】
さらに拡大観察装置１００は、カメラ部１０で画像を撮像する際の条件を設定するための撮像条件や、その他の必要な各種の設定や操作を行うための操作部５５と、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記憶部５３に記憶された焦点距離情報に基づいて、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部５１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。
【００４１】
この制御部５１は、後述する光路シフト手段１４を作動させる光路シフト制御手段８１、複数の照明フィルタを用いて試料Ｓの同一の視野について撮像した複数の観察像を表示部５２に同時に表示した状態から、一を選択可能な画像選択手段８２、画像選択手段８２で選択された観察像の撮像に使用された照明フィルタの種別を含む像観察条件を、撮像条件として設定する撮像条件設定手段８３、同一の試料Ｓを異なる照明フィルタを用いて撮像した少なくとも２つの観察像を合成する画像合成手段８５、画像合成手段８５で観察像を合成してカラーの高解像画像観察像を取得する動作を自動で行う自動合成手段８４、交換可能な複数の異なる仕様の顕微鏡レンズ部の内、現在カメラ部に装着されている顕微鏡レンズ部の収差情報に基づいて、複数の波長成分の内でこの顕微鏡レンズ部の収差の影響が相対的に少ない波長成分を選択可能な波長選択手段８６等の機能を実現する。この制御部５１はＡＳＩＣやＦＰＧＡ等のゲートアレイ等で構成できる。
【００４２】
操作部５５は本体部５０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５５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５５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５５はマウス等のポインティングデバイスで構成される。
（照明部６０）
【００４３】
照明部６０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。照明部６０の照明光源は、本体部５０に内蔵され、光学的ケーブル３ｂを介して照明光がヘッド部４の照明部６０に伝達される。なお照明部６０は、ヘッド部４に組み込み式としたり、ヘッド部４と脱着可能な別体とする構成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。落射照明とは、観察対象物の上方から照明光を落とす照明方法であり、リング照明や同軸落射照明等が含まれる。図１に示す照明部６０は、観察対象物Ｓに同軸落射光を照射するための同軸落射照明部６２（図３参照）と、リング状の光源からリング状照明光を照射するためのリング照明部６３と、透過光を照射するための透過照明部６４を備えている。これらの照明は、光学的ケーブル３ｂを介して本体部５０と接続される。本体部５０は光学的ケーブル３ｂを接続するコネクタを備えると共に、コネクタを介して光学的ケーブル３ｂに光を送出するための照明光源６５を内蔵する（図３参照）。またリング照明部６３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、リング照明部６３として複数のＬＥＤを環状に配置し、一部のＬＥＤをＯＮ／ＯＦＦする構成や、照明光の一部をカットするターレット式のマスクを配置する構成等が利用できる。これら照明光の点灯制御や切り替えは、照明光制御部６６で行われる。照明光制御部６６は、照明光を切り替えるための照明光切替部６１を備えている。
【００４４】
照明部６０の詳細を、図３の模式断面図に示す。照明部６０は、同軸落射照明部６２とリング照明部６３を備えている。同軸落射照明とは、カメラの撮像面と同じ方向から照射する方法であり、明視野照明とも呼ばれる。同軸落射照明は、例えばシリコンウェハやＬＣＤパネルなど特に鏡面ワークの凸凹を見る場合に効果的となる。照明部６０の点灯制御は、照明光制御部６６で行われる。また照明光制御部６６は照明光切替部６１を備えており、照明切替部６１は、同軸落射照明部６２とリング照明部６３とを切り替え可能としている。また照明切替部６１は、同軸落射照明部６２とリング照明部６３とを比率を変えて混合させるように構成することもできる。
（照明光源６５）
【００４５】
照明光源６５としては、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）や半導体レーザ（Laser Diode：ＬＤ）といった半導体発光素子が利用できる。例えば、図３に示すようにＲ、Ｇ、Ｂの波長域を有するＬＥＤ６５ｒ、６５ｇ、６５ｂを用意し、各ＬＥＤの点灯により照明光を赤色、緑色、青色にそれぞれ切り替えたり、これらの混色によって白色光を得ることができる。また、白色ＬＥＤを別途用意することもできる。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。
【００４６】
なお、照明光源は本体部に内蔵する構成に限られない。例えば、載置部や顕微鏡レンズ部に設けることもできる。変形例として図１５に示す拡大観察装置４００は、載置部３０側に照明光源として、透過照明光源６５Ｂを設けている。また図１６に示す拡大観察装置５００は、顕微鏡レンズ部２０側に同軸落射照明やリング照明用の照明光源６５Ｃを備えている。このような構成により、光ファイバ等で照明光を本体部側からヘッド部側に伝達する必要をなくし、外部に引き出すケーブルを少なくして構成を簡素化できる利点が得られる。また、ヘッド部側の内部においても、照明光源からの光を光ファイバで分岐する他、直接照明に高輝度のＬＥＤ等の半導体発光素子を設けてもよい。特にＬＥＤは、従来のハロゲンランプなどと比べて小型で発熱量も少なく、長寿命でメンテナンスフリー化も図ることができる。
【００４７】
このように、赤色、緑色、青色に発光可能な照明光源を用意することで、従来の白色光源のようなフィルタを不要にでき、またフィルタの切り替えといった機械的な動作を不要となり、電気信号のみでの安定した高速な照明光切り替えが実現される。またＬＥＤは長寿命であるため、電球の交換等のメンテナンス作業も省力化できる。さらに、半導体発光素子はバルブに比べ小型であるため、複数種類の発光素子を省スペースで配置できる利点もある。さらにまた、例えば赤外光発光素子や紫外光発光素子も備えることで、照明光を可視光のみならず赤外光、紫外光等に切り替えることが容易に行える。さらに、低消費電力で冷却ファンも小型化或いは省略でき、静音性にも優れる。このようにして、異なる波長域の発光素子を複数備える照明光源を照明光選択手段８７で制御し、所望の波長域の発光素子を選択して点灯し照明光を照射することができる。
【００４８】
なお、照明光源としてハロゲンランプのような白色光源を使用する場合は、照明光選択手段の一形態として波長を制限するための照明フィルタ手段が設けられる。照明フィルタ手段は、例えば回転式のターレットに赤色成分を透過させる赤色フィルタ、青色成分を透過させる青色フィルタ、緑色成分を緑色フィルタ、及びすべての成分を透過させる透過フィルタの各照明フィルタを設け、ターレットの回転によって機械的にこれらを切り替える。あるいは、ターレット式のカラーフィルタに代わって、液晶ＲＧＢフィルタを用いて印加電圧によってＲ、Ｇ、Ｂと透過分光特性をスイッチング、若しくは透過を切り替えることもできる。加えて照明フィルタ手段には、このようなカラーフィルタ以外に、拡散フィルタ、偏光フィルタ等を備えることもできる。このように照明フィルタ手段は、フィルタを切り替えることで照明光の波長のみならず、強度、偏光状態等の特性を変化させることができる。また、フィルタを２段あるいは３段以上の複数構成とすることで、波長と強度、偏光状態等複数の特性を変化させることもできる。
【００４９】
また照明光源や照明フィルタ手段には、ＲＧＢ３原色の他、これらの補色（例えばシアン・マゼンダ・イエロー）を適宜利用することもできる。その他、フィルタとして紫外光や赤外光を透過させるフィルタを利用することもできる。
（支持台４０）
【００５０】
拡大観察装置１００の撮像系１の外観構成の一例を図４に示す。この図に示す撮像系１は、観察対象物Ｓを載置する載置部３０とヘッド部４を支持する支持台４０を備えている。支持台４０は、載置部３０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４２と、載置部３０を保持した状態でヘッド部４を傾斜させるヘッド傾斜機構４４を備えている。これらステージ固定機構４２及びヘッド傾斜機構４４は、ベース部４１に固定されている。ベース部４１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４２）
【００５１】
ステージ固定機構４２は、載置部３０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３０を支持台４０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３０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３０をＸＹ軸方向に移動させるためのＸＹ軸移動機構、載置部３０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４に示す例では、Ｚ軸移動機構としてベース部４１上に昇降可能に固定されたスライダ３２でもって下ステージ昇降器３５を実現し、さらに回転移動機構として、スライダ３２上に固定された中間連結部３４でもって載置部３０を回転可能とし、加えてＸＹ軸移動機構として、中間連結部３４上に固定されたＸＹステージでもって、載置部３０をＸＹ軸方向に移動可能としている。
（ヘッド傾斜機構４４）
【００５２】
一方ヘッド傾斜機構４４は、ヘッド部４を載置部３０に対して傾斜させるため、ベース部４１に揺動軸４５を介して揺動自在に連結された揺動部４６と、揺動部４６にヘッド部４を固定するためのヘッド固定部４８とを備える。揺動部４６は、ベース部４１から上方に突出する姿勢に設けられた揺動支柱４７と、揺動軸４５とを備える。またヘッド固定部４８は、揺動支柱４７にヘッド部４を、ほぼ平行な姿勢で固定するヘッド用アーム４９を備える。揺動支柱４７は、下端に揺動軸４５を設けており、揺動軸４５を中心として旋回するようにベース部４１に支持される。またヘッド用アーム４９は、ヘッド部４を載置部３０の上方に保持するよう、揺動支柱４７の上部から中間部の位置で、揺動支柱４７をクランプするなどして固定される。またヘッド用アーム４９の先端には、ヘッド部４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４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４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。
【００５３】
ベース部４１の上面には、下方に向かって末広がりとしたブロック４１ａが固定され、このブロック４１ａの上部に軸受部４１ｂを形成している。軸受部４１ｂは、離間して固定された一対のガイド部４１ｃを備えており、一対のガイド部４１ｃは側面視において凹形状に形成されている。各ガイド部４１ｃ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４５がＹ軸方向に沿って嵌合されている。この例では、揺動軸４５に目盛を設けており、ヘッド部４を揺動させる角度を目盛でもって目視できるように構成している。
（カメラ部１０）
【００５４】
ヘッド部４は、撮像素子を有するカメラ部１０と、カメラ部１０の先端に着脱自在に装着される顕微鏡レンズ部２０とを備える。カメラ部１０は、照明部６０により照明された観察対象物Ｓから、撮像光学系１１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。
（光路シフト手段１４）
【００５５】
さらに拡大観察装置１００は、撮像素子１２の検出位置を相対的にシフトさせるための光路シフト手段１４と、光路シフト手段１４を作動させる光路シフト制御手段８１とを備えることもできる。具体的には、３以上の注目画素群について、注目画素群を構成する各撮像素子の画素の位置で受光信号が一巡して受光量が各々の位置で検出されるよう、撮像素子の画素間隔に相当する変位量分、注目画素群を構成するいずれかの撮像素子の検出位置を光路シフト手段１４で相対的にシフトさせる。
（光路シフト制御手段８１）
【００５６】
一方光路シフト制御手段８１は、フィルタ選択手段８８で選択された照明フィルタを介して所定波長の照明光が試料Ｓに照射される際、複数の撮像素子の内、該波長域に対応する撮像素子で受光量を検出するように、光路シフト手段１４を作動させる。これにより、照明フィルタと撮像素子の選択及び画素ずらしを連動させることが可能となり、ユーザは面倒な切り替えや照明光とこれに応じた照明フィルタ、撮像素子の選択の組み合わせを意識することなく、高解像度の観察像を簡単に取得できる。
【００５７】
図２の例では、カメラ部１０に光路シフト手段１４が備えられており、画素ずらしによってＣＭＯＳの持つ解像度以上の高解像度を得ることができる。画素ずらしとは、例えば単板タイプについて特許文献２や、３板タイプについて特許文献３に記載されるように、圧電素子等を用いることにより、隣接する素子と素子（画素）との間の空間に、素子を物理的にシフトさせるピクセルシフトにより、例えば画素ピッチの半分だけ試料Ｓをずらして撮影した画像と、ずらす前の画像とを合成することにより高解像度化を図るものである。また１画素ピッチ分ずらして各画素でＲＧＢのデータを取得することにより、色再現性も向上される。代表的な画像ずらしの機構としては、撮像素子１２をアクチュエータＡＣ等により移動させる撮像素子駆動方式、ＬＰＦを傾斜させるＬＰＦ傾斜方式、レンズを移動させるレンズ移動方式等がある。
【００５８】
画素ずらし機能を実行すると、図１４に示すように、撮像素子がベイヤー配列でマトリクス状に画素毎に配置された状態において、光路シフト手段１４は図５に示すように、隣接する２×２の画素位置にシフトさせるよう切り替えることができる。これにより、ベイヤー配列された異なる受光特性の撮像素子を、隣接する２×２の注目画素につき、一巡するように光路シフト手段１４でシフトさせて、２×２のすべての画素位置で受光信号を取得することができ、高解像度の観察像を得ることができる。なお、光路シフト手段１４で撮像素子を相対的にシフトさせるシフト量は、図５の例では撮像素子の画素間隔に相当する変位量分として、反時計回りに４回、計４画素分移動させているが、上下、左右等隣接する２画素のみ、あるいは３画素分だけ移動させることもできる。また、移動量は撮像素子の１画素分に限られず、１／２画素分や１／３画素分等とすることもできる。撮像素子を構成する各画素の受光感度のピーク位置やレンジに応じて移動量を調整することで、１画素分以下の移動量でも受光量を向上できるので、高解像度化を図ることができる。このように、撮像素子の画素間隔に相当する変位量分とは、画素ピッチと同等もしくはその整数倍に限られず、１／２画素分や１／３画素分といった分数倍も含まれる。
（表示部５２）
【００５９】
またこのような画像データや記憶部５３に保持された設定内容は、表示部５２にて表示させることができる。表示部５２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、制御部５１に対して、ユーザが各種操作を行うための操作部５５を接続している。操作部５５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部や操作部は、本体部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。さらに表示部をタッチパネルで構成すれば、表示部と操作部を一体に構成することもできる。
【００６０】
ここで下ステージ昇降器３５の動作について説明する。本体部５０は、モータ制御回路３６に対してステッピングモータ３７の制御に関する制御データを入力することによって、載置部３０と、撮像光学系１１および撮像素子１２を有するヘッド部４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５０は、下ステージ昇降器３５の制御に必要な制御データをモータ制御回路３６に入力することによってステッピングモータ３７の回転を制御し、載置部３０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３７は、回転に応じた回転信号を生成する。本体部５０は、モータ制御回路３６を介して入力される回転信号に基づいて、載置部３０と撮像光学系１１の光軸方向における相対距離に関する情報としての載置部３０の高さｚを記憶する。この載置部３０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。
【００６１】
なお、下ステージ昇降器３５はこのような電動式に限られず、手動式で昇降させる構成としてもよいことはいうまでもない。
【００６２】
さらに本実施の形態においては、載置部３０の高さを変化させることによって載置部３０と撮像光学系１１の光軸方向における相対距離を変化させるのみならず、撮像光学系の高さ、すなわちヘッド部４の高さも変化可能としている。ヘッド部４は本体部５０とケーブル部３により接続される。これにより、ヘッド部４で取得したデータはケーブル部３を介して本体部５０に送出され、本体部５０側で必要な処理を行うことができる。
【００６３】
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１３においてさらにデジタルデータに変換される。本体部５０は、撮像素子制御回路１３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）と共に記憶部５３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、その撮像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。
【００６４】
また、以上の説明では載置部３０の一例として、観察対象物Ｓが載置部３０に載置される例を示したが、例えば載置部の代わりにアームを取り付け、その先端に観察対象物Ｓを固定する構成とすることもできる。さらにヘッド部４は、カメラ取り付け部４３に装着して使用する他、脱着可能として手持ち等の方法により所望の位置、角度に配置することもできる。
（制御部５１）
【００６５】
制御部５１は、撮像した観察画像を、表示部５２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１の拡大観察装置１００においては、カメラ部１０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部５２に表示する。一般にＣＭＯＳやＣＣＤ等の撮像素子の性能は、表示部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１０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、表示部５２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。
【００６６】
さらに、観察像の静止画を連続的に撮像し、これを表示部５２で表示する際にも、連続的に撮像画像を切り替えて表示することで、あたかも動画のように表示させてもよい。このような連続撮影モードは、制御部５１によって通常の静止画像の撮影、表示モードと切り替えることができる。またこのような連続撮影に際しても、画素ずらし機能を働かせることもできる。
（拡大観察プログラム）
【００６７】
図６に拡大観察装置１００を操作するための拡大観察プログラムのユーザインターフェース画面を示す。このような操作画面は、拡大観察装置１００の表示部５２や、本体部に外部接続されたコンピュータのモニタ上に表示できる。ユーザは表示された画面上から、拡大観察装置１００の各種設定や操作を行う。拡大観察プログラムは、本体部５０に組み込まれている。
（照明光切り替えの手順）
【００６８】
図６に示す照明条件選択画面２００では、照明光を切り替えることができる。具体的には、「波長切替」ボタンを押すと、波長帯域を選択するダイアログが現れる。ここではプルダウンメニュー形式で、青色照明、緑色照明、赤色照明、赤外照明、高解像度カラー画像取得、赤外＋カラー画像取得のいずれかを選択できる。照明部６０には複数の照明フィルタが用意されており、ここで選択した波長に応じて、照明光が切り替わる。ここでは、照明光として白色光以外を選択した場合、画像を表示させる際、あるいは静止画を保存する際に常時画素ずらし機能が働くように設定されている。このような画素ずらしによって、解像感を損なうことなく単色の観察像を取得できる。
（撮像条件選択画面６）
【００６９】
さらに、本実施の形態では照明光を変化させた観察が簡便に行えることから、試料Ｓの同一視野に対して、複数の異なる照明光で取得した画像を並べて撮像条件選択画面６として表示し、ユーザが所望の画像を選択することで、選択した画像に設定された観察条件（照明光や照明フィルタ、撮像素子の選択等）に決定する観察条件のイージー設定機能も実現できる。撮像条件選択画面６の例としては、図７に示すように照明光を白色光、赤色光、緑色光、青色光としてそれぞれ撮像した観察像を、表示部５２を４分割して一覧表示したものが利用できる。ユーザはこの撮像条件選択画面６を画像選択手段８２として、実際に得られた種々の観察像を対比しながら、所望の観察像を画面上から選択すると、選択された画像の撮像に用いた照明フィルタ、撮像素子１２の組み合わせが読み出され、以降の観察においてこの条件が像観察条件として撮像条件設定手段８３により自動的に設定される。また、撮像条件選択画面６で取得する観察像は、通常の観察像とする他、例えばフレームレートを落とす等してより短時間で簡易的に撮像した簡易観察像とすることもできる。簡易観察像を取得するための簡易撮像条件は、演算手段の撮像条件設定手段８３が自動的に設定する。このようにして各観察像の撮像時間を短縮することで、複数枚の簡易観察像を短時間で取得できる。ここでは、「プレビュー機能」ボタン（図示せず）を押下することで、すべての照明フィルタを用いた簡易観察像を各々取得し、自動的に撮像条件選択画面を表示する。これにより、ユーザは複数の照明フィルタの切り替え操作や観察像の取得、保存等の操作を行うことなく、短時間で像観察条件の異なる複数の観察像を取得でき、しかも実際に得られた画像イメージに基づいて感覚的に像観察条件を選択できるので、複数のパラメータの意味や相関、調整作業等に煩わされることなく、容易に所望の観察を行うことができる。なお図７の例では、照明光のみを変化させた例を示しているが、フレームレートや画素ずらしの有無等、その他の像観察条件を変更した撮像条件選択画面を構成することもできる。
（画像合成手段８５）
【００７０】
さらに画像合成手段８５を用いて、高分解能のカラー画像を取得することもできる。短波長の照明光で観察を行えば、分解能の高い画像が得られる。この性質を利用して、青色の照明光を用い、かつ画素ずらしを行うことによって、高分解能の単色画像を得ることができる。ただしこの画像には青色の情報しかなく、フルカラー画像ではない。そこで、別途白色の照明光を用いたフルカラー画像を取得し、画像合成手段８５で単色画像の輝度情報にフルカラー画像の色情報（色度、彩度）を重ね合わせることにより、分解能の高い合成カラー画像を得ることができる。すなわち、単板の撮像素子の内、波長の短い照明光を撮像可能な撮像素子、具体的には青色用の撮像素子を用いてモノクロの高解像度画像を撮像し、別途撮影したカラーの観察像と合成することで、高解像度のモノクロ観察像に色情報を加えて、カラーの高解像度観察像（輝度合成画像）を得ることができる。
【００７１】
従来の拡大観察装置では、一画素で検出できる色情報が単一であるため、カラー画像を得るためには、（１）各画素において検出できない色情報について、周囲に隣接する（該検出できない色情報を検出できる）画素の色情報に基づいて、色情報を予測したり、（２）いわゆる３ＣＣＤ等の３板タイプの撮像素子を用いる等の必要があった。
【００７２】
これに対し、上記の画像合成手段８５による合成方法では、（１）の予測によるカラー化よりも分解能が高く、試料のエッジが鋭く現れるカラー画像が得られ、また（２）の３ＣＣＤよりも安価に構成できる。さらに３ＣＣＤに比べ撮像素子すなわちカメラのサイズも小さくできる。また画素ずらしは１画素分だけ画素をずらす他、１／２や１／３画素分だけずらすことも可能であり、同じ画素数の３ＣＣＤに比べてより高解像度の画像を取得できる利点も得られる。さらに、ＲＧＢ各波長毎に画素ずらしを行う必要が無く、波長の短い高解像度の画像につき１回画素ずらしを行い、通常の白色光によるカラー画像を撮像して合成するのみで足りるため、短時間で高解像度のカラー画像を合成できるという利点も得られる。
（自動合成手段８４）
【００７３】
さらに、この一連の画像取得し、画像を合成する工程を、ユーザが手動で行うことなく、自動合成手段８４で自動的に行わせることもできる。これにより、ユーザは高解像度のカラー画像を簡単に取得できるようになり、高精細な観察が実現される。自動合成手段８４で合成画像を自動的に取得する手順は、ユーザが図６に示す拡大観察プログラムの操作画面上から、「高解像度カラー画像取得」ボタンを押下すると、自動合成手段８４が、（１）フィルタ選択手段８８に対して青色フィルタＢＦを選択する指示を送ると共に、光路シフト制御手段８１に光路シフト手段１４を作動させて、青色の撮像素子を各画素位置において撮像し合成した青色波長域の高解像度観察像を得る動作；
（２）フィルタ選択手段８８に対して透過フィルタＰＦを選択する指示を送ると共に、光路シフト制御手段８１に光路シフト手段１４を作動させて、すべての撮像素子を各画素位置において撮像した白色波長域のカラー観察像を得る動作；
（３）画像合成手段８５で、高解像度観察像にカラー観察像の色情報を合成して、カラーの高解像画像観察像を合成させる動作
を自動で行わせる。これにより、カラーの高解像度画像を、ほぼワンタッチで取得でき、ユーザの使い勝手は極めて高い。なお、上記（１）、（２）の動作は、いずれを先に行ってもよい。すなわち、先に白色光でカラー画像を撮像した後、青色高解像画像を撮像して合成することでも、同様の結果を得ることができる。また、青色光、緑色光、赤色光で各々撮像した単色画像を合成することでも、高解像度のカラー画像を取得できる。この場合は、３枚の観察像を取得するため、撮像時間が長くかかる一方、ＲＧＢそれぞれの波長成分につき輝度信号を取得できるため、より鮮明な画像を取得できる利点が得られる。
【００７４】
ここで、照明光に青色光を用いた場合は、青色光の波長が赤色、緑色に比べて短いことから、原理的には最も高解像度の画像が得られる。しかしながら、本願発明者らが試験したところ、必ずしもすべての場面で青色光による照明が最も好適ではないことが判明した。その原因を探求したところ、顕微鏡レンズ部に含まれる光学レンズの収差に依存することが判明した。一般にレンズの光学設計に際しては、収差ができるだけ少なくなるように設計されているが、レンズの中央から周辺に離れるに従って、撮像光学系による完全な結像からのずれが生じる。このような光学収差には、色収差、球面収差、コマ、非点収差、像面の湾曲、歪曲等が知られている。このような収差には当初波長依存性がなく、照明光の波長域を青色に制限することで色収差の影響を抑制できると考えていたところ、実際には色収差については、照明光の波長によってその影響が変化し、緑色光では収差が少ないレンズであっても、青色光では収差が大きくなることがあることが判明した。このような収差が生じる結果、特にレンズの周辺部分でぼけや歪みが生じると、青色光の短波長を使った本来の高解像の性能を生かし切れず、得られる画像の品質も低下することがあった。
（波長選択手段８６）
【００７５】
そこで本実施の形態においては、高解像度画像の取得に際しては、従来のように照明光を青色光に固定するのでなく、顕微鏡レンズ部の特性、特に収差に関する特性に応じて、適切な照明光を選択した上で行うこととして、収差の影響を低減した高品質な画像を得ることに成功したものである。具体的には、交換式の顕微鏡レンズ部の、収差に関する情報を本体部側で取得し、この情報に即して適切な波長成分の照明光を選択して、鮮明な単一色の単色画像を得る。このため制御部は、波長選択手段８６を設けており、波長選択手段８６でもって、現在カメラ部に装着されている顕微鏡レンズ部の収差情報に基づいて、この顕微鏡レンズ部の収差の影響が相対的に少ない波長成分を選択する構成を採用している。この波長選択手段８６は、顕微鏡レンズ部の有するレンズ識別情報に含まれるレンズの型番などの情報から、このレンズの収差に対応する適切な波長成分を、波長成分記憶手段を参照して決定する。そして高解像度画像の撮像時には、波長選択手段８６で選択された波長成分での撮像を行うように指示する。図２の例では、波長選択手段８６は、照明手段が照射する照明光の波長成分を切り替え可能な照明光選択手段８７を含んでいる。波長選択手段８６で選択された波長成分と対応する照明光を、照明光選択手段８７で選択して点灯するように制御される。これにより、高精細な単一色の単色画像が得られ、またこの単色画像を輝度情報として利用し、別途撮像したカラー画像の色情報を画素毎に載せることでカラー化したカラー合成画像を得ることができる。
【００７６】
波長成分記憶手段は、複数の異なる仕様の顕微鏡レンズ部に対応する、収差の影響の少ない波長成分を、各顕微鏡レンズ部の収差情報に応じて予め記憶している。これによって、拡大観察装置は現在装着中の顕微鏡レンズ部に応じて、波長成分記憶手段を参照して適切な波長成分を選択できる。例えば顕微鏡レンズ部が採用する撮像光学系においては、青色光よりも緑色光の照明を採用した方が、収差の影響がより少ない画像を得ることができる場合がある。このような場合は、高解像度画像の撮像時に照明光選択手段８７で顕微鏡レンズ部の特性に応じて照明光として緑色光を選択する。
【００７７】
また倍率を変更可能なズームレンズの場合は、拡大率によっても収差特性等が異なることは珍しくない。この場合は、低倍率と高倍率で収差が異なるため、同じ顕微鏡レンズ部であっても倍率に応じて適切な波長成分が異なることもあり得る。このため照明光選択手段８７は、ズームレンズの拡大率も参照して、この倍率設定に応じた最適な照明光を選択することもできる。
【００７８】
なおレンズ収差情報は、後述するレンズ識別情報の一として、顕微鏡レンズ部に関する他の情報、例えば型式や全長、焦点距離等と一緒に保存することもできる。例えば、レンズ識別情報を顕微鏡レンズ部の型番とし、カメラ部に装着された顕微鏡レンズ部の型番を本体部で読み取ると、この型番に対応する高解像度画像の撮像時に適した波長成分（例えば青、緑、赤）を、予め記憶部５３（波長成分記憶手段に相当）に記憶された情報を参照して波長選択手段８６で決定し、対応する照明光となるように照明部を制御する。また顕微鏡レンズ部がズームレンズであって、拡大率に応じて収差特性が変化する場合は、倍率毎に適切な波長成分を予め記憶部５３に記憶する。この場合は、拡大率の範囲に応じて波長を規定してもよい。
【００７９】
なおここでは、顕微鏡レンズ部に含まれる光学レンズの色収差を対象としているが、他の収差、例えば球面収差、コマ、非点収差、像面の湾曲、歪曲等に基づいて、波長成分を選択することもできる。この場合は、単独の収差のみならず、複数の収差のパラメータを組み合わせたり、あるいはこれらの重み付けでもって適切な波長成分を選択するように構成してもよい。また、顕微鏡レンズ部の収差のみに限らず、観察物との相性に応じて適切な照明光を選択することもできる。例えば、照明光として選択する波長成分に応じて、得られる撮像効果も変化するので、これを利用して撮像目的に応じた任意の照明光を選択する。この場合は、照明光選択手段で照明光を選択する構成に限られず、ユーザが手動で照明光を選択するよう構成してもよい。
【００８０】
さらに選択される波長成分は、青色、緑色、赤色のＲＧＢ系に限定されず、例えばシアン、イエロー、マゼンダ等の補色系で選択させることもできる。あるいはまた、光学レンズに限らず、電子レンズ系においても、同様に収差の問題は発生するので、このようなレンズを用いた場合にも本発明を適用することができる。例えば観察対象物や観察用途に応じて、補色に相当する色から輝度情報を得ることで、異物を浮き上がらせるような効果を得ることもできる。
【００８１】
また逆に、顕微鏡レンズ部の波長毎の収差特性に応じて照明光を選択可能とできることから、顕微鏡レンズ部の光学設計の段階から、このような波長選択による輝度合成を前提とし、特性を強化するためにレンズ設計の重みを任意の波長に寄せることもできる。すなわち従来であれば、広い波長域で、言い換えるとどのような色でも万遍なく収差の影響が少なくなるような光学設計がなされており、このため全体としてのバランスは良いものの、各色での収差特性は必ずしも最適でないことがあった。例えば最も波長の短い可視光（紫色）であれば、高い分解能を持った像が得られる。しかしながら、通常の撮影用レンズは、可視光全域を照明として想定するため、紫色に対する波長重みが低いことが多い。
【００８２】
これに対して、本実施の形態においては当初から特定の色（波長成分）のみでの輝度合成を前提とした拡大観察装置としたことで、このような特定の波長成分に特化してレンズの光学設計を行うことができる。この場合は、他の色の収差特性を考慮しなくて済むため、特定の色に振ったより最適な光学設計が実現される。このように単色光による輝度取得を前提とし、結像レンズ設計において例えば紫色に結像波長の重みを持たせることで、通常の結像レンズでは得られないような、高い分解能の撮影を行うことができる。
（撮像素子選択手段８８）
【００８３】
さらに以上の例では、照明光の波長成分を、顕微鏡レンズ部の収差情報に応じて選択するよう構成した例を説明した。ただ本発明はこの構成に限られず、照明光を白色光とし、撮像素子側で受光する受光成分を、顕微鏡レンズ部の収差が少なくなる波長成分に特定、あるいは制限することでも、同様の効果が得られる。例えば、撮像素子として図１に示すようにＲ、Ｇ、Ｂの画素がベイヤー配列されたＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を用いる場合は、波長選択手段で選択された波長成分に相当する画素でのみ受光させることで、照明光を特定の波長成分に選択した場合と同様の効果が得られる。このような例を、変形例として図８に示す。この図に示す拡大観察装置は、制御手段５１に、撮像素子の受光波長（色）の異なる画素の内、いずれの色の画素で受光するかを選択するための撮像素子選択手段８８を備えている。この拡大観察装置は、顕微鏡レンズ部の収差特性に応じて、適切な波長成分すなわち色を波長選択手段８６で選択し、この選択を撮像素子選択手段８８で受けて、高精細画像の撮像時には選択された色の撮像素子でもって撮像するように制御する。例えば顕微鏡レンズ部が緑色の波長成分で色収差が少ない場合は、撮像素子の内緑色（Ｇ）の画素のみで受光して、単一色で高精細な画像を得ることができる。またこの単色画像の輝度情報に、別途撮像したカラー画像の色情報を組み合わせて、画像合成手段８５でカラー合成画像を得ることができるのは上述の通りである。これにより、照明光を白色光としたまま、撮像素子側の切り替えによって実質的に照明光の波長を選択したのと同様の効果を得ることができる。特に、ユーザは照明光の切り替えを意識しないで済むので、照明光を原色で照射するよりも違和感のない操作環境が実現される。また、Ｒ、Ｇ、Ｂいずれかの画素のみで受光した場合は、画素数が１／４となるので、上述した画素ずらしの技術を利用して、画素を使用していない画素の位置にずらしながら４回撮像を繰り返し、これらを合成することで、すべての画素を用いて撮像したのと同様の解像度で撮像できる。
【００８４】
このようにして、従来は青色の照明光ではレンズの色収差によって鮮明な画像が得られなかった場合でも、緑色成分などの他の波長成分を選択することで、より鮮明な画像を得ることが可能となる。特に緑色光は、波長自体は青色光よりも長くなるため青色光に比べれば解像度は劣るものの、一般に光学レンズは人間の目の視感度が高くスペクトルの中央に位置する緑色を基準に設計されることが多いため、収差の点では青色光よりも優位となり、よって青色光では収差の影響が大きいような顕微鏡レンズ部を用いた場合には特に、青色光で撮像した高解像度画像よりも高品質な画像を得ることが可能となる。また赤色光は波長は長くなるものの、透過性に優れることから、観察対象によっては好適に利用できる。
（拡大観察装置の使用方法）
【００８５】
以上の拡大観察装置１００を用いて、解像度の高い鮮明な観察像を撮像し、表示部５２に表示させて観察することができる。ユーザは目的に応じて選択した特定波長域の光を試料に対して照射する。例えば解像度を向上させる用途においては波長の短い青色照明、透過率を向上させる用途においては波長の長い赤色照明、可視光を透過しない試料の内部を観察する用途においては赤外照明等である。また赤外照明と白色光照明を組み合わせることで、試料の内部と外部を同時に観察することができる。例えば観察対象の試料がＩＣチップの場合、赤外線の効果によりシリコン内部に存在する構造物を確認できる一方で、白色光によりチップ表面上にマーキングされている番号等の文字情報を認識できる。このように赤外光を併用すれば、試料の内部と外部の両方を観察できる利点が得られる。
【００８６】
これら照明光の組み合わせは、フィルタ選択手段８８を用いて、光源光に対して適切な照明フィルタをフィルタ手段８６から選択する。画像撮影時には、ユーザがフィルタ選択手段８８で選択した照明光に対し、撮像素子において最も感度の高いカラーフィルタの画素情報のみを撮像素子制御回路１３が選択して観察像を取得する。さらに画素ずらし機能によって、光路シフト手段１４として２次元カラー撮像素子に微細なアクチュエータＡＣを連結させ、図５に示すように、選択した素子を光路シフト手段１４がピクセル単位で上下左右に移動させて複数回撮影を行う。このようにして得られた画素情報を元に全体の画像情報を再構築することで、高解像度の単一色（モノクロ）画像が得られる。このように、ユーザが選択した照射光の波長に応じてＲ・Ｇ・Ｂ３色のうちから最適な画素情報を選択的に利用した高画質の画像を作成することができる。例えば、図６に示す拡大観察装置の操作画面上からユーザが照射光として青色光を選択した場合には、最も感度の高い撮像素子の画素は青色カラーフィルタの画素である。そこで、赤、緑の画素情報は無視して、画素ずらし機能を用いることによって青の色情報だけで画像を作成する。これによって、通常のカラー撮像素子を用いたカメラを利用しながら、照明条件によってカメラの解像度と感度を損なうことなく、最適な観察画像を取得することが可能となる。
（物理的接続機構）
【００８７】
また拡大観察装置１００は、カメラ部１０と顕微鏡レンズ部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１０は、顕微鏡レンズ部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。また顕微鏡レンズ部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９の斜視図に、レンズ側接続面７３の一例を図１０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９、図１０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１０と顕微鏡レンズ部２０とを連結できる。また、カメラ部１０と顕微鏡レンズ部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１０と顕微鏡レンズ部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と顕微鏡レンズ部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と顕微鏡レンズ部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と顕微鏡レンズ部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）
【００８８】
さらにカメラ部１０と顕微鏡レンズ部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１０はカメラ側接続面７１に、この顕微鏡レンズ部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。また顕微鏡レンズ部２０は、同じくレンズ側接続面７３に、顕微鏡レンズ部２０をカメラ部１０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顕微鏡レンズ部２０とカメラ部１０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１０と顕微鏡レンズ部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顕微鏡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。
【００８９】
なお図９、図１０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１０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９、図１０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。
【００９０】
さらにカメラ部１０は、複数の異なる仕様の顕微鏡レンズ部２０を交換式に装着可能としている。また各顕微鏡レンズ部２０は、それぞれの顕微鏡レンズ部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を介してレンズ識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１０に顕微鏡レンズ部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５０は現在装着されている顕微鏡レンズ部の種別を、ケーブルレスで取得できるので、現在接続されている顕微鏡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。
（レンズ識別情報）
【００９１】
レンズ識別情報には、レンズの型式、焦点距離の位置、レンズの筒体の長さ、レンズの収差又は収差の少ない波長成分等の情報が含まれる。上述の通り、撮像系１と制御系２とはケーブル部３を介して接続されているので、制御系２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、顕微鏡レンズ部２０の物理的な長さを把握することで、顕微鏡レンズ部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３０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。
【００９２】
またレンズ種別情報として、顕微鏡レンズ部の情報を直接記録する他、顕微鏡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顕微鏡レンズ部の詳細情報は、予め本体部５０の記憶部５３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５０はカメラ部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、記憶部５３を参照して取得し、取得された情報に基づいて顕微鏡レンズ部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、顕微鏡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５０側で把握することが可能となる。
【００９３】
本実施例においては、顕微鏡レンズ部２０とカメラ部との接続部分と、カメラ部を相対的に回転させる部位とを分離することで、顕微鏡レンズ部２０とカメラ部の着脱構造及びカメラ部を光軸回りに相対的に回転させる構造を簡素化している。具体的には、図１１に示すように、顕微鏡レンズ部２０にマウント部２２を設け、マウント部２２を介してカメラ部１０と顕微鏡レンズ部２０とを着脱式に接続する一方、マウント部２２とレンズ本体２１との間は回転自在としている。
（マウント部２２）
【００９４】
図１１に示す顕微鏡レンズ部２０は、複数の光学レンズで構成されたレンズ本体２１と、このレンズ本体２１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２２とで構成される。またマウント部２２は、カメラ部１０と接続するためのマウント側カメラ接続面２３ａと、その裏面側でレンズ本体２１と接続するためのマウント側レンズ接続面２３ｂとを備える。マウント側カメラ接続面２３ａ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２３ａは、カメラ部１０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１０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１０と顕微鏡レンズ部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）
【００９５】
これに対してマウント側レンズ接続面２３ｂは、レンズ本体２１との接続面でカメラ部１０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２３ｂとレンズ本体２１との接続面は、回転機構を備えている。回転機構として、図１１の例では、マウント部２２の中心から突出されたマウント円柱部を、レンズ本体２１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２１とマウント部２２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顕微鏡レンズ部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。
（レンズ側ケーブル２４）
【００９６】
さらに、レンズ本体２１とマウント部２２との間の電気接続は、図１１の例ではレンズ側ケーブル２４を介して行われる。ここではマウント部２２と顕微鏡レンズ部２０は、可撓性を有するレンズ側ケーブル２４を介して電気的に接続されている。レンズ側ケーブル２４はレンズ側接続端子７４と導通されており、これにより顕微鏡レンズ部２０のレンズ識別情報は、レンズ側ケーブル２４を介してマウント部２２のレンズ側接続端子７４に送出され、カメラ部１０を通じて制御系２に送出される。このようにして、顕微鏡レンズ部２０のレンズ識別情報をマウント部２２に送出するための電気接続経路を別途用意することで、マウント部２２と顕微鏡レンズ部２０との間の回転を許容しつつも、マウント部２２と顕微鏡レンズ部２０との電気接続を可能としている。特にマウント部２２と顕微鏡レンズ部２０との回転自在な接続構造を簡素化し、またレンズ側ケーブル２４の可撓性によりマウント部２２と顕微鏡レンズ部２０との回転も阻害されないため、安価な構成で電気接続と回転構造とを両立できる。さらにマウント部２２と顕微鏡レンズ部２０とは一体となってカメラ部１０と着脱されるため、レンズ側ケーブル２４は挿抜する必要がなく、顕微鏡レンズ部２０の交換作業の省力化も維持される。
【００９７】
なお図１１の例では、説明の都合上マウント部２２とレンズ本体２１とを分離しているが、実際にはマウント部２２とレンズ本体２１とは分離できず、光軸回りに回転自在に連結している。
【００９８】
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顕微鏡レンズ部も載置部に対して位置が固定される。この結果、顕微鏡レンズ部を可動式とする構成に比べ、顕微鏡レンズ部が観察対象物に接触する事態を回避できる。
【００９９】
さらに変形例として、レンズ識別情報をレンズ本体でなく、マウント部に持たせることもできる。例えば、レンズ側接続端子をマウント部に設けたディップスイッチと接続して、ディップスイッチのＯＮ／ＯＦＦパターンによってレンズ本体の型番を表現する。制御系では、このディップスイッチのＯＮ／ＯＦＦパターンに応じたレンズ本体の型番と、この型番に応じたレンズ本体の詳細情報、例えば顕微鏡レンズ部の全長や被写界深度等を予め保持しておくことができる。これにより、制御系では、接続されたマウント部のレンズ識別情報を読み取り、同様にレンズ本体の情報を把握することができる。この構成であれば、レンズ本体とマウント部との間の電気信号のやりとりを不要にでき、レンズ側ケーブルのようなレンズ本体とマウント部との電気接続構造を排除できる。反面、レンズ本体ごとに専用のマウント部を用意しなければならない。ただし、上述のようなディップスイッチの利用や、Ｅ2ＰＲＯＭ等にレンズ識別情報を保持するなどの構成によって、マウント部のハードウェア構成を共通化することは可能である。
【０１００】
以上の構成では、レンズ本体あるいはマウント部のレンズ識別情報を、制御系で読み取る構成について説明した。ただ、本発明はこのような顕微鏡レンズ部から制御系への情報の送出に限られず、逆に制御系から顕微鏡レンズ部側に信号を送出する構成を採用することもできる。例えば、顕微鏡レンズ部のフォーカス調整等を電動式とする場合は、顕微鏡レンズ部のＺ方向の移動を制御する信号を制御系から顕微鏡レンズ部に対して、レンズ側接続端子を介して送出することにより、顕微鏡レンズ部の動作を制御系で制御できる。またこのような制御に際しても、顕微鏡レンズ部の種別に応じた適切な制御、例えば顕微鏡レンズ部の全長に応じて可動できる範囲を制限する等、顕微鏡レンズ部毎の特性に応じて動作制御を変更することができ、より正確かつ適切な観察が実現される。制御系から顕微鏡レンズ部に対して送出する情報は、顕微鏡レンズ部のフォーカスの他、シャッタースピード等の露光時間や絞り等が挙げられる。このように、制御系から顕微鏡レンズ部に対して送出される情報はレンズ識別情報に限られず、レンズ識別情報を利用した他の情報とすることもできる。
【０１０１】
このようにして、カメラ部１０とマウント部２２との接続面は着脱構成とし、マウント部２２とレンズ本体２１との接続面は回転自在とすることで、カメラ部１０を載置部３０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１０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。
【０１０２】
以上のマウント部２２によって、カメラ部１０を載置部３０に対して、カメラ部１０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、顕微鏡レンズ部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１０を任意の姿勢すなわち回転角度に調整できるので、載置部３０の移動やカメラ部１０の姿勢などに応じて観察に適した相対角度に調整することが可能となる。
【０１０３】
またこの構成であれば、顕微鏡レンズ部２０を移動させることなく保持させたままカメラ部１０を回転できる。このため、顕微鏡レンズ部２０の移動によって対物レンズが観察対象物Ｓや載置部３０と接触する事態を回避しやすくできる。例えば、図１２に示すように、ヘッド部４をヘッド傾斜機構４４に装着して、揺動軸４５を中心に揺動可能とした拡大観察装置１００においては、ヘッド部４を揺動させた状態で観察対象物Ｓに接触しないように留意する必要があるところ、少なくともカメラ部１０を光軸回りに回転させなくても済む構成とすることで、無用な可動を排除して接触事故を回避できる。
（実施例２）
【０１０４】
さらに、例えば図１３に示す実施例２に係る拡大観察装置２００のように、ヘッド部４の先端に設けられた複数の対物レンズ２１ａ、２１ｂを、ヘッド部４を揺動させる面に対して垂直な面内で揺動させて切り替えるようにした構成においても、対物レンズ２１ａ、２１ｂの移動を垂直面内での揺動のみに制限して、光軸回りの回転を許容しないことで、同様に無用な可動を排除して接触事故を回避できる利点が得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明の拡大観察装置、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は、顕微鏡や反射、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、照明光に対する試料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】
【０１０６】
１００、２００、４００、５００…拡大観察装置
１…撮像系
２…制御系
３…ケーブル部；３ｂ…光学的ケーブル
４…ヘッド部
６…撮像条件選択画面
１０…カメラ部
１１…撮像光学系
１２…撮像素子；１３…撮像素子制御回路；１４…光路シフト手段
１６…上ステージ昇降器
２０…顕微鏡レンズ部
２１…レンズ本体；２１ａ、２１ｂ…対物レンズ
２２…マウント部
２３ａ…マウント側カメラ接続面；２３ｂ…マウント側レンズ接続面
２４…レンズ側ケーブル
２５…対物レンズ部
３０…載置部
３２…スライダ
３４…中間連結部
３５…下ステージ昇降器
３６…モータ制御回路
３７…ステッピングモータ
４０…支持台
４１…ベース；４１ａ…ブロック；４１ｂ…軸受部；４１ｃ…ガイド部
４２…ステージ固定機構
４３…カメラ取り付け部
４４…ヘッド傾斜機構
４５…揺動軸
４６…揺動部
４７…揺動支柱
４８…ヘッド固定部
４９…ヘッド用アーム
５０…本体部；５１…制御部；５２…表示部
５３…記憶部；５４…インターフェイス；５５…操作部
６０…照明部
６１…照明切替部
６２…同軸落射照明部
６３…リング照明部
６４…透過照明部
６５…照明光源；６５ｒ、６５ｇ、６５ｂ…ＬＥＤ
６５Ｂ…透過照明光源；６５Ｃ…リング照明用照明光源
６６…照明光制御部
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
８１…光路シフト制御手段
８２…画像選択手段
８３…撮像条件設定手段
８４…自動合成手段
８５…画像合成手段
８６…波長選択手段
８７…照明光選択手段
８８…撮像素子選択手段
Ｓ…観察対象物
ＨＭ…ハーフミラー
【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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