(57)【要約】【課題】観察対象物に対する操作性を向上させた拡大観察装置を低コストで提供する。【解決手段】エリアセンサ２５は、観察対象物２７及びツール７１の位置を検出して、位置検出信号を制御装置１２に出力する。制御装置１２は、エリアセンサ２５から位置検出信号を取得するとともに、これらの位置検出信号に基づいて、ズーム調節装置３３を制御して、観察対象物２７及びツール７１の両方を観察可能な範囲内でズーム倍率を最大にする。さらに、これと同時に、制御装置１２は、焦点調節装置６６を制御して、ツール７１に焦点が合うように、顕微鏡本体２１を移動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ズーム機能を有する観察光学系と、この観察光学系のズーム倍率を調節するズーム調節手段とを備えた拡大観察装置において、
観察対象物の位置、及びこの観察対象物に対して所定の作業を施すためのツールの位置を検出する位置検出手段と、
前記観察光学系の焦点を調節する焦点調節手段と、
前記位置検出手段によって前記ツールの位置が検出された時に、前記ズーム調節手段を制御して、前記観察対象物及び前記ツールの両方が観察範囲に含まれるように前記ズーム倍率を調節するとともに、前記焦点調節手段を制御して前記ツールに焦点を合わせる制御手段とを備えていることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記位置検出手段によって前記ツールの位置が検出された時に、前記ズーム調節手段を制御して、前記観察対象物及び前記ツールの両方を観察可能な範囲内で前記ズーム倍率を最大にすることを特徴とする請求項１記載の拡大観察装置。
【請求項３】
前記位置検出手段によって検出された前記観察対象物及び前記ツールの位置に基づいて、前記ツールに対する前記観察対象物の方向を検出する方向検出手段と、
前記方向検出手段によって検出された前記方向を観察視野内に表示する表示手段とを備えていることを特徴とする請求項１または２記載の拡大観察装置。
【請求項４】
前記観察光学系の光軸と略垂直な平面内で、前記観察対象物を移動させる移動手段と、
前記移動手段、前記ズーム調節手段、及び前記焦点調節手段の設定値を記憶する記憶手段とを備え、
前記制御手段は、前記観察対象物が観察可能領域内にセットされた時に、前記位置検出手段によって検出された前記観察対象物の位置に基づいて、前記移動手段を制御して前記観察対象物を前記観察可能領域の中央に移動させるとともに、前記ズーム調節手段及び前記焦点調節手段を制御して前記ズーム倍率及び焦点を調節して、前記設定値を前記記憶手段に記憶させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか記載の拡大観察装置。
【請求項５】
前記位置検出手段によって検出された前記観察対象物及び前記ツールの位置に基づいて、前記ツールと前記観察対象物との距離を算出する算出手段と、
前記距離が所定値以下であるか否かを判定する判定手段とを備え、
前記判定手段によって前記距離が前記所定値以下であると判定された時に、前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された前記設定値に基づいて、前記移動手段、前記ズーム調節手段、及び前記焦点調節手段を制御することを特徴とする請求項４記載の拡大観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察対象物に対して作業を施す際の作業性を向上させた拡大観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、観察対象物に対する作業性を向上させた拡大観察装置が提案されている。例えば、精密な手術を行う場合、拡大観察装置と術具を併用して手術を行うため、術具を使用する際の作業性を向上させている。例えば、観察光学系では観察できない死角部分を観察する別の観察装置によって得られた画像を視野内に重畳して表示するとともに、術具の位置に応じて重畳画像の表示領域を制限するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、実体顕微鏡に２つの固体撮像装置（ＣＣＤイメージセンサ）を設け、これらの固体撮像素子によって得られた画像に基づいて、実作業空間を拡大した仮想臨場感空間を作り、実際の作業感覚と一致させた拡大観察装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００５−３１９１２０号公報
【特許文献２】特開平７−２８３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の拡大観察装置では、固体撮像装置によって得られた画像を用いるので実際の作業感覚と異なり、作業性が悪いという問題がある。また、上記特許文献２に記載の拡大観察装置のように、固体撮像装置に得られた画像を用いて実際の作業感覚と一致させようとすると、装置の構造が複雑となって製造コストが高くなるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、観察対象物に対する操作性を向上させた拡大観察装置を低コストで提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の拡大観察装置は、ズーム機能を有する観察光学系と、この観察光学系のズーム倍率を調節するズーム調節手段とを備えた拡大観察装置であり、観察対象物の位置、及びこの観察対象物に対して所定の作業を施すためのツールの位置を検出する位置検出手段と、前記観察光学系の焦点を調節する焦点調節手段と、前記位置検出手段によって前記ツールの位置が検出された時に、前記ズーム調節手段を制御して、前記観察対象物及び前記ツールの両方が観察範囲に含まれるように前記ズーム倍率を調節するとともに、前記焦点調節手段を制御して前記ツールに焦点を合わせる制御手段とを備えていることを特徴とするものである。
【０００７】
また、前記制御手段は、前記位置検出手段によって前記ツールの位置が検出された時に、前記ズーム調節手段を制御して、前記観察対象物及び前記ツールの両方を観察可能な範囲内で前記ズーム倍率を最大にすることが好ましい。
【０００８】
さらに、前記位置検出手段によって検出された前記観察対象物及び前記ツールの位置に基づいて、前記ツールに対する前記観察対象物の方向を検出する方向検出手段と、前記方向検出手段によって検出された前記方向を観察視野内に表示する表示手段とを備えていることが好ましい。
【０００９】
また、前記観察光学系の光軸と略垂直な平面内で、前記観察対象物を移動させる移動手段と、前記移動手段、前記ズーム調節手段、及び前記焦点調節手段の設定値を記憶する記憶手段とを備え、前記制御手段は、前記観察対象物が観察可能領域内にセットされた時に、前記位置検出手段によって検出された前記観察対象物の位置に基づいて、前記移動手段を制御して前記観察対象物を前記観察可能領域の中央に移動させるとともに、前記ズーム調節手段及び前記焦点調節手段を制御して前記ズーム倍率及び焦点を調節して、前記設定値を前記記憶手段に記憶させることが好ましい。
【００１０】
さらに、前記位置検出手段によって検出された前記観察対象物及び前記ツールの位置に基づいて、前記ツールと前記観察対象物との距離を算出する算出手段と、前記距離が所定値以下であるか否かを判定する判定手段とを備え、前記判定手段によって前記距離が前記所定値以下であると判定された時に、前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された前記設定値に基づいて、前記移動手段、前記ズーム調節手段、及び前記焦点調節手段を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の拡大観察装置によれば、観察対象物に対して所定の作業を施すためのツールが、観察領域内に挿入された時に、観察対象物とツールの両方が観察領域に含まれるようにズーム倍率が調節されて、さらに、ツールに焦点が合わされるので、観察者は観察対象物とツールの両方を観察視野内で確認しながら、ツールを移動させることができる。このため、ツールによる作業性が向上する。
【００１２】
また、ツールが観察領域内に挿入された時に、観察対象物とツールの両方が含まれる観察可能な範囲内でズーム倍率が最大にされるので、観察者は観察対象物とツールの両方を観察視野内で容易に確認することができる。さらに、ツールに対する観察対象物の方向が観察視野内に表示されるので、ツールを移動させる方向を容易に確認することが可能であり、作業性がさらに向上する。
【００１３】
また、ツールと観察対象物との距離が所定距離以内となった時に、移動手段、ズーム調節手段、及び焦点調節手段を制御して、観察対象物を観察するために最適な状態に、観察対象物の位置、ズーム倍率、及び焦点が自動的に調節されるので、観察者がズーム及びフォーカスの操作を行う必要がない。このため、観察者の作業性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１に示す拡大観察装置１０は、顕微鏡１１と、制御装置１２とを備えて構成されており、顕微鏡１１の各部が制御装置１２によって制御される。顕微鏡１１は、観察光学系である顕微鏡本体２１と、アーム部２２と、支柱２３と、ＸＹテーブル２４、エリアセンサ２５と、照明装置２６とを備えている。
【００１５】
顕微鏡本体２１は、ズーム機能を有するレンズ鏡筒３１と、接眼部３２とを備えており、接眼部３２は、接眼レンズ３２ａを備えている。この顕微鏡本体２１は、アーム部２２の先端部に固定されている。また、このアーム部２２には、照明装置２６が固定され、レンズ鏡筒３１の近傍に配置されている。この照明装置２６は、観察対象物２７を照明するための照明手段であり、ＸＹテーブル２４上の観察領域を照明する。
【００１６】
さらに、このアーム部２２には、レンズ鏡筒３１のズーム倍率を調節するズーム調節装置３３が設けられている。このズーム調節装置３３は、ステッピングモータ等のアクチュエータを備え、このアクチュエータによって、レンズ鏡筒３１内のレンズを光軸方向に移動させて、ズーム倍率を調節する。また、このズーム調節装置３３には、ハンドル３４が設けられている。ハンドル３４が、観察者によって回転操作されると、ズーム調節装置３３はハンドル３４の回転角度に基づいてズーム倍率を調節する。
【００１７】
また、アーム部２２は、支柱２３によって上下方向（支柱２３の長手方向）に移動自在に取り付けられている。また、支柱２３には、ハンドル３５が設けられている。このハンドル３５が、観察者によって回転操作されると、移動機構（図２参照）６８によって、アーム部２２が上下方向（支柱２３の長手方向）に移動される。これにより、顕微鏡本体２１が上下方向に移動されて焦点調節が行われる。
【００１８】
また、後述するように、アーム部２２内には、焦点調節装置（図２参照）６５が設けられている。この焦点調節装置６５は、ステッピングモータ等のアクチュエータを備え、このアクチュエータによって移動機構６８を駆動して、顕微鏡本体２１を自動で移動させて焦点の調節を行う。
【００１９】
この支柱２３の下端部は、顕微鏡１１のベースを構成するＸＹテーブル２４に固定されている。ＸＹテーブル２４は、観察対象物２７を移動させる移動手段であり、ベーステーブル４１と、Ｘテーブル４２と、Ｙテーブル４３とを備えている。これらのテーブル４１〜４３は、レンズ鏡筒３１の光軸と略垂直となるように配置されている。Ｘテーブル４２は、ベーステーブル４１によって、Ｘ方向に移動自在に保持されている。また、ベーステーブル４１には、リードスクリュー５０を回転駆動するＸ方向駆動部５１が固定されており、このリードスクリュー５０は、Ｘテーブル４２と螺合されている。このため、Ｘ方向駆動部５１によってリードスクリュー５０が回転されると、Ｘテーブル４２は、ベーステーブル４１に対してＸ方向に移動される。
【００２０】
また、Ｙテーブル４３は、Ｘテーブル４２によって、Ｙ方向に移動自在に保持されている。Ｘテーブル４２には、リードスクリュー５２を回転駆動するＹ方向駆動部５３が固定されており、このリードスクリュー５２は、Ｙテーブル４３と螺合されている。このため、Ｙ方向駆動部５３によってリードスクリュー５２が回転されると、Ｙテーブル４３は、Ｘテーブル４２に対してＹ方向に移動される。
【００２１】
また、Ｙテーブル４３には、エリアセンサ２５が配置されている。このエリアセンサ２５は、投光部５５ａ，５５ｂと、受光部５６ａ，５６ｂとで構成されている。これらの投光部５５ａ及び受光部５６ａは、Ｙテーブル４３の互いに対面する辺に隣接するように配置されており、投光部５５ｂ及び受光部５６ｂも同様に、互いに対面する辺に隣接するように配置されている。
【００２２】
各投光部５５ａ，５５ｂは、各辺に略平行となるように、多数の発光素子（例えば、発光ダイオード）が直線状に配置された投光ヘッド６０を３本備えており、これらが上下方向に３段で配置されている。また、各受光部５６ａ，５６ｂは、各辺に略平行となるように、多数の受光素子（例えば、フォトダイオード）が直線上に配置された受光ヘッド６１を３本備えており、これらが各投光ヘッド６０と対面するように、上下方向に３段で配置されている。これらの受光部５６ａ，５６ｂは、各投光素子からの光を受光し、受光状態（または遮光状態）に応じて位置検出信号を出力する。
【００２３】
なお、各ヘッド６０，６１に配置する各素子の数は適宜変更可能であり、配置数を多くすることによって、位置検出精度を向上させることができる。また、各ヘッド６０，６１を３段で配置する場合を例に説明を行ったが、ヘッド６０，６１の段数も適宜変更であり、段数を多くすることによってＺ方向の位置検出精度を向上させることができる。
【００２４】
次に、拡大観察装置１０の電気的構成について説明する。図２に示すように、制御装置１２は、顕微鏡１１の各部を制御する制御手段であり、方向検出部１２ａと、距離算出部１２ｂと、判定部１２ｃと、記憶部１２ｄとを備えている。
【００２５】
この制御装置１２には、ＸＹテーブル２４と、エリアセンサ２５と、照明装置２６と、ズーム調節装置３３と、焦点調節装置６５と、表示装置６６とが接続されている。エリアセンサ２５は、観察対象物及びツールの位置を検出し、これらの位置検出信号を制御装置１２に出力する。また、照明装置２６は、制御装置１２によって制御されて、観察領域を照明する。
【００２６】
制御装置１２は、観察対象物２７がＸＹテーブル２４にセットされた後、ツールが観察可能領域に挿入される前に、エリアセンサ２５から観察対象物２７の位置検出信号を取得する。この時、制御装置１２は、位置検出信号（ＸＹ位置）に基づいて、観察対象物２７が観察範囲の中心からずれているか否かを判断する。中心からずれている場合、制御装置１２が、ＸＹテーブル２４のＸ方向駆動部５１及びＹ方向駆動部５３を制御して、観察対象物２７を観察範囲の中心付近に移動させる。
【００２７】
また、制御装置１２は、前述の位置検出信号に基づいて、ズーム調節装置３３及び焦点調節装置６５を制御して、観察対象物を観察するのに最適なズーム倍率に設定するとともに、観察対象物２７に焦点を合わせる。制御装置１２は、この時のＸＹテーブル２４、ズーム調節装置３３及び焦点調節装置６５の設定値（観察対象物２７のＸＹ位置、ズーム倍率、及び顕微鏡本体２１の位置）を記憶部１２ｄに記憶させる。
【００２８】
また、制御装置１２は、エリアセンサ２５からツールの位置検出信号を取得すると、観察対象物２７及びツールの位置に基づいて、ズーム調節装置３３を制御して、これらの両方が観察領域に含まれるようにズーム倍率を調節するとともに、焦点調節装置６６を制御して、ツール７１に焦点を合わせる。なお、この時、制御装置１２がズーム調節装置３３を制御して、観察対象物２７及びツールの両方を観察可能な範囲内でズーム倍率が最大にする。また、制御装置１２は、ＸＹテーブル２４を制御して、観察対象物２７及びツールの両方を同時に観察するのに最適な位置に、観察対象物２７のＸＹ位置を移動させる。
【００２９】
また、方向検出部１２ａは、エリアセンサ２５からの位置検出信号に基づいて、観察対象物２７の座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）と、ツールの座標（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）とを算出し、これらの座標に基づいて、ツールに対する観察対象物２７の方向を検出する。表示装置６６は、例えば、透過型の液晶装置で構成されており、ツールを移動させる方向を観察視野内に表示する。制御装置１２は、方向検出部１２ａによって検出された方向に基づいて表示装置６６を制御し、この方向を観察視野内に表示する。さらに、距離算出部１２ｂは、観察対象物２７及びツールの位置（座標）に基づいて、これらの距離を算出する。
【００３０】
また、判定部１２ｃは、距離検出部１２ｂによって検出された距離が所定距離（例えば、隣接するエリア間の距離）以下か否かを判定する。距離が所定距離以下であると判定された場合、制御装置１２は、前述の記憶部１２ｄから設定値を取得し、この設定値に基づいて、ＸＹテーブル２４、ズーム調節装置３３、及び焦点調節装置６５を制御して、観察対象物２７のＸＹ位置、ズーム倍率、及び焦点位置を固定する。
【００３１】
次に、拡大観察装置１０のズーム及び焦点調節処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。観察対象物２７がＹテーブル上にセットされると、エリアセンサ２５が、観察対象物２７の位置を検出して、位置検出信号を制御装置１２に出力する。
【００３２】
制御装置１２は、エリアセンサ２５から取得した位置検出信号に基づいて、ＸＹテーブル２４のＸ方向駆動部５１及びＹ方向駆動部５３を制御して、観察対象物２７を観察範囲の中央部（光軸Ｌ付近）に移動させる。例えば、図４（Ａ）に示すように、観察対象物２７が観察範囲７０の中心（光軸Ｌ）からずれている場合、Ｘテーブル４２及びＹテーブル４３を移動させて、図４（Ｂ）に示すように、観察対象物２７を観察範囲７０の中心に移動させる。
【００３３】
さらに、制御装置１２は、この位置検出信号に基づいて、ズーム調節装置３３を制御して、ズーム倍率を調整するとともに、焦点調節装置６５を制御することによって、顕微鏡本体２１を移動させて焦点調節を行う。なお、この時、観察対象物２７を最適な位置に移動させるとともに、観察対象物２７及びツールの両方を観察可能な範囲内でズーム倍率を最大にする。
【００３４】
さらに、制御装置１２は、ＸＹテーブル２４、ズーム調節装置３３、及び焦点調節装置６５の設定値（観察対象物２７のＸＹ位置、ズーム倍率、及び顕微鏡本体２１の位置）を記憶部１２ｄに記憶させる。その後、制御装置１２は、ズーム調節装置３３を制御してズーム倍率を最低倍率にして、さらに、照明装置２６を制御して観察領域を照明させる。
【００３５】
その後、図５に示すように、ツール（例えば、ピンセット）７１の先端部が観察領域内に挿入されると、制御装置１２は、エリアセンサ２５から観察対象物２７とツール７１の位置検出信号を取得する。制御装置１２は、これらの位置検出信号に基づいて、観察対象物２７の座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）と、ツールの座標（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）を判断し、さらに、方向検出部１２ａは、これらの座標に基づいて、ツール７１に対する観察対象物２７の方向、すなわち、図５（Ａ）に示す方向Ａを検出する。
【００３６】
制御装置１２は、表示装置６６を制御して、この方向Ａに対応する矢印を観察視野内に表示する。例えば、表示装置６６が、図６に示すように、矢印形状を有する方向表示部８１ａ〜８１ｊを備えている場合、方向表示部８１ｄ，８１ｊを表示させる。これにより、ツール７１を動かすべき方向を観察者に示すことができる。なお、表示装置６６が透過型の液晶表示装置ではなく、ＬＥＤで表示するタイプの場合、図７に示すように、丸形状を有する方向表示部８２ａ〜８２ｊを設けて、同様に、方向表示部８２ｄ，８２ｊを表示させれば良い。
【００３７】
さらに、距離算出部１２ｂは、観察対象物２７及びツール７１の座標に基づいて、図５（Ａ）に示すように、観察対象物２７とツール７１との間隔Ｄを算出する。その後、制御装置１２は、エリアセンサ２５から逐次出力される位置検出信号に基づいて、ズーム調節装置３３を制御することによって、図５（Ｂ）に示すように、観察対象物２７の先端部及びツール７１の両方を観察可能な範囲内でズーム倍率を最大にする。また、ズーム倍率を大きくするために、観察対象物２７を移動させる必要がある場合、制御装置１２がＸＹテーブル２４を制御して観察対象物２７を移動させる。さらに、制御装置１２は、焦点調節装置６６を制御して、ツール７１に焦点が合うように、顕微鏡本体２１を逐次移動させる。
【００３８】
さらに、判定部１２ｃは、距離算出部１２ｂから距離情報を取得し、間隔Ｄが所定距離以下であるか否かを判定する。所定距離以下ではないと判定された場合、ツール７１の位置を検出する処理に戻って同様の処理を繰り返し行う。
【００３９】
また、所定距離以下であると判定された場合、制御装置１２は、記憶部１２ｄに記憶された設定値を読み出し、この設定値に基づいて、ＸＹテーブル２４、ズーム調節装置３３、及び焦点調節装置６５を制御して、観察対象物２７のＸＹ位置、ズーム倍率、及び焦点位置を調節する。これにより、観察対象物２７の観察に最も適した状態に、観察対象物２７の位置、ズーム倍率、及び焦点位置が固定され、ズーム及び焦点調節処理を終了する。
【００４０】
なお、上記実施形態において、エリアセンサによって、観察対象物及びツールを検出する場合を例に説明を行ったが、ＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像素子を用いて検出しても良い。この場合、観察対象物及びツールの位置を高精度で検出することが可能であるため、ズーム調節及び焦点調節を高精度に行うことができる。
【００４１】
また、上記実施形態において、ツールを移動させる方向を表示する場合を例に説明を行ったが、ツールの移動方向を表示させなくても良い。しかし、ツールを移動させる方向を表示した方が、作業性が向上するので表示することが好ましい。
【００４２】
さらに、上記実施形態において、顕微鏡本体を移動させて焦点調節を行う場合を例に説明を行ったが、レンズ鏡筒内にフォーカスレンズを設けて、このフォーカスレンズを光軸方向に移動させて焦点調節を行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】拡大観察装置の構成を示す外観斜視図である。
【図２】拡大観察装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】ズーム及び焦点調節処理を説明するフローチャートである。
【図４】観察対象物の移動を説明する平面図である。
【図５】ツールに対する観察対象物の方向と距離を示す平面図である。
【図６】ツールに対する観察対象物の方向の表示状態を示す平面図であり、表示装置を透過型液晶装置で構成した場合を示している。
【図７】ツールに対する観察対象物の方向の表示状態を示す平面図であり、表示装置をＬＥＤで構成した場合を示している。
【符号の説明】
【００４４】
１０  拡大観察装置
１１  顕微鏡
１２  制御装置
１２ａ  方向検出部
１２ｂ  距離算出部
１２ｃ  判定部
１２ｄ  記憶部
２１  顕微鏡本体
２４  ＸＹテーブル
２５  エリアセンサ
３１  レンズ鏡筒
３３  ズーム調節装置
６５  焦点調節装置
６６  表示装置
【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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