(57)【要約】      （修正有）【課題】１回の撮像操作により異なる遠近位置の複数の画像が得られるようにし、かつ撮像装置の構成が簡易で、コストが少なくてすむものとする。【解決手段】対物レンズ（１）を通った光がビームスプリッタ（２）の分光面で二分され、分光面で反射した方の光は間にフィルタ（４ａ）を介在してミラー（３ａ）で反射した後に分光面を透過し、分光面を透過した方の光は間にフィルタ（４ｂ）を介在してミラー（３ｂ）で反射した後ビームスプリッタ（２）の分光面で反射して、ともに撮像素子（７）に達する。フィルタ（４ａ）とフィルタ（４ｂ）とは互いに異なる色成分の光を透過し、ミラー（３ａ）、ミラー（３ｂ）の少なくとも一方は光の方向に移動調節可能であって、ビームスプリッタ（２）で二分されたそれぞれの光の光路長が異ることにより、被撮像体の異なる位置に焦点が合った異なる色成分の画像が１回の撮像操作で得られる。【選択図】図１
2008059121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズと、
該対物レンズを通り第１の光路を進む光の方向に対して傾斜した角度をなす分光面を有するビームスプリッタと、該ビームスプリッタで反射し第２の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第１のフィルタを介在して配設された第１のミラー、と前記ビームスプリッタの分光面を透過し第３の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第２のフィルタを介在して配設された第２のミラーとを有していて、前記第１のミラーで反射し前記ビームスプリッタの分光面を透過した光と前記第２のミラーで反射し前記ビームスプリッタの分光面で反射した光との両方の光が同一の結像面に結像するようにした分離光学系と、
を備えてなり、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとがそれぞれ互いに異なる色成分の光を透過するものであり、前記第１のミラーと前記第２のミラーとの少なくとも一方のミラーが光路の方向に移動可能に配設されていて、前記対物レンズから前記第１及び第２の光路を経由して前記結像面に至る光路の光路長と前記第１及び第３の光路を経由して前記結像面に至る光路の光路長とが異なるように調整して被撮像体の異なる位置に焦点が合った画像を１回の撮像操作により撮像できるようにしたことを特徴とする多焦点撮像装置。
【請求項２】
対物レンズと、
該対物レンズを通り第１の光路を進む光の方向に対して傾斜した角度をなす第１の分光面を有する第１のビームスプリッタと、該第１のビームスプリッタの第１の分光面で反射し第２の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第１のフィルタを介在して配設された第１のミラーと、前記第１のビームスプリッタの第１の分光面を透過し第３の光路を進む光の方向に対し傾斜した角度をなす第２の分光面を有する第２のビームスプリッタと、該第２のビームスプリッタで反射し第４の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第２のフィルタを介在して配設された第２のミラーと、前記第２のビームスプリッタの第２の分光面を透過し第５の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第３のフィルタを介在して配設された第３のミラーとを有していて、前記第１のミラーで反射し前記第１のビームスプリッタの第１の分光面を透過した光と前記第２のミラーで反射し前記第２のビームスプリッタの第２の分光面で反射しさらに前記第１のビームスプリッタの第１の分光面で反射した光と前記第３のミラーで反射し前記第２のビームスプリッタの第２の分光面を透過し前記第１のビームスプリッタの第１の分光面で反射した光とが同一の結像面に結像するようにした分離光学系と、
を備えてなり、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタと前記第３のフィルタとがそれぞれ互いに異なる色成分の光を透過するものであり、前記第１〜第３のミラーのうちの少なくとも２つのミラーが光路の方向に移動可能に配設されていて、前記対物レンズから前記第１の光路及び第２の光路を経由して前記結像面に至る光路の光路長と、前記第１の光路、第３の光路及び第４の光路を経由して前記結像面に至る光路の光路長と、前記第１の光路、第３の光路及び第５の光路を経由する光路の光路長と、がそれぞれ異なるように調整することにより被撮像体の複数の位置に焦点の合った画像を１回の撮像操作により撮像できるようにしたことを特徴とする多焦点撮像装置。
【請求項３】
被撮像体からの入射光路となる第１の光路を進む光の方向に対して傾斜した角度をなす分光面を有するビームスプリッタと、該ビームスプリッタで反射し第２の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第１のフィルタを介在して配設された第１のミラーと、前記ビームスプリッタの分光面を透過し第３の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第２のフィルタを介在して配設された第２のミラーとを有していて、前記第１のミラーで反射し前記ビームスプリッタの分光面を透過した光と前記第２のミラーで反射し前記ビームスプリッタの分光面で反射した光との両方の光が合一するようにした分離光学系と、
該分離光学系で合一した光が入射し前記被撮像体の像を同一の結像面に結像するための対物レンズと、
を備えてなり、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとが互いに異なる色成分の光を透過するものであり、前記第１のミラーと前記第２のミラーとの少なくとも一方のミラーが光路の方向に移動可能に配設されていて、前記被撮像体から前記第１及び第２の光路を経由して前記対物レンズに至る光路の光路長と、前記被撮像体から前記第１及び第３の光路を経由して前記対物レンズに至る光路の光路長と、が異なるように調整することにより被撮像体の異なる位置に焦点が合った画像を１回の撮像操作により撮像できるようにしたことを特徴とする多焦点撮像装置。
【請求項４】
被撮像体からの入射光路となる第１の光路を進む光の方向に対して傾斜した角度をなす第１の分光面を有する第１のビームスプリッタと、該第１のビームスプリッタの第１の分光面で反射し第２の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第１のフィルタを介在して配設された第１のミラーと、前記第１のビームスプリッタの第１の分光面を透過し第３の光路を進む光の方向に対して傾斜した角度をなす第２の分光面を有する第２のビームスプリッタと、該第２のビームスプリッタで反射し第４の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第２のフィルタを介在して配設された第２のミラーと、前記第２のビームスプリッタの第２の分光面を透過し第５の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第３のフィルタを介在して配設された第３のミラーとを有していて、前記第１のミラーで反射し前記第１のビームスプリッタの第１の分光面を透過した光と前記第２のミラーで反射し前記第２のビームスプリッタの第２の分光面で反射しさらに前記第１のビームスプリッタの第１の分光面で反射した光と前記第３のミラーで反射し前記第２のビームスプリッタの第２の分光面を透過し前記第１のビームスプリッタの第１の分光面で反射した光との３つの光が合一するようにした分離光学系と、
該分離光学系で合一した光が入射し前記被撮像体の像を同一の結像面に結像するための対物レンズと、
を備えてなり、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタと前記第３のフィルタとがそれぞれ互いに異なる色成分の光を透過するものであり、前記第１〜第３のミラーのうちの少なくとも２つのミラーが光路の方向に移動可能に配設されていて、前記被撮像体から前記第１の光路及び第２の光路を経由して前記対物レンズに至る光路の光路長と、前記第１の光路、第３の光路及び第４の光路を経由して前記対物レンズに至る光路の光路長と、前記第１の光路、第３の光路及び第５の光路を経由する光路の光路長と、がそれぞれ異なるように調整することにより被撮像体の複数の位置に焦点が合った画像を１回の撮像操作により撮像できるようにしたことを特徴とする多焦点撮像装置。
【請求項５】
前記結像面に配設した撮像素子をさらに備えていて、該撮像素子により得られた画像の信号を取り出し外部の処理装置により画像処理ができるようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の多焦点撮像装置。
【請求項６】
前記結像面に配設した撮像素子と、該撮像素子により得られた複数の色成分の画像を含む画像をもとの複数の色成分の画像に分解する処理を行う撮像制御部をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の多焦点撮像装置。
【請求項７】
前記撮像制御部が複数の色成分の画像に分解された画像に対し１つの画像に合成する画像処理を行うものであることを特徴とする請求項６に記載の多焦点撮像装置。
【請求項８】
対物レンズと、
該対物レンズを通り第１の光路を進む光の方向に対して傾斜した角度をなす分光面を有するビームスプリッタと、該ビームスプリッタの分光面で反射し第２の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第１の偏光板を介在して配設された第１のミラーと、前記ビームスプリッタの分光面を透過し第３の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第２の偏光板を介在して配設された第２のミラーとを有していて、前記第１のミラーで反射し前記ビームスプリッタの分光面を透過した光と、前記第２のミラーで反射し前記ビームスプリッタの分光面で反射した光との両方の光が同一の結像面に結像するようにした分離光学系と、
偏光方向がそれぞれ異なる第１の偏光方向及び第２の偏光方向の光で被撮像体を所定の時間をおいて順次照明する発光手段と、
を備えてなり、前記分離光学系における第１の偏光板は前記発光手段による第１の偏光方向の光を透過させるとともに前記第２の偏光板は前記第２の偏光方向の光を透過させるものであり、前記第１のミラーと前記第２のミラーとの少なくとも一方のミラーが光路の方向に移動可能に配設されていて、前記対物レンズから前記第１及び第２の光路を経由して前記結像面に至る光路の光路長と前記第１及び第３の光路を経由して前記結像面に至る光路の光路長とが異なるように調整した上で、前記発光手段での１回目の発光による前記第１及び第２の光路を経由して前記結像面に至る一方の偏光方向の光での撮像と、前記発光手段での２回目の発光による前記第１及び第３の光路を経由して前記結像面に至る他方の偏光方向の光での撮像とを行い、被撮像体における異なる位置に焦点が合った画像を一連の撮像操作で撮像できるようにしたことを特徴とする多焦点撮像装置。
【請求項９】
被撮像体からの光の入射光路となる第１の光路を進む光の方向に対して傾斜した角度をなす分光面を有するビームスプリッタと、該ビームスプリッタの分光面で反射し第２の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第１の偏光板を介在して配設された第１のミラーと、前記ビームスプリッタの分光面を透過し第３の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第２の偏光板を介在して配設された第２のミラーとを有していて、前記第１のミラーで反射し前記ビームスプリッタの分光面を透過した光と前記第２のミラーで反射し前記ビームスプリッタの分光面で反射した光との両方の光が合一するようにした分離光学系と、
該分離光学系で合一した光が入射し前記被撮像体の像を同一の結像面に結像するための対物レンズと、
偏光方向がそれぞれ異なる第１の偏光方向及び第２の偏光方向の光で被撮像体を所定の時間をおいて順次照明する発光手段と、
を備えてなり、前記分離光学系における第１の偏光板は前記発光手段による第１の偏光方向の光を透過させるとともに前記第２の偏光板は前記第２の偏光方向の光を透過させるものであり、前記第１のミラーと前記第２のミラーとの少なくとも一方のミラーが光路の方向に移動可能に配設されていて、前記被撮像体から前記第１及び第２の光路を経由して前記対物レンズに至る光路の光路長と前記第１及び第３の光路を経由して前記対物レンズに至る光路の光路長とが異なるように調整した上で、前記発光手段での１回目の発光による前記第１及び第２の光路を経由して前記結像面に至る一方の偏光方向の光での撮像と、前記発光手段での２回目の発光による前記第１及び第３の光路を経由して前記結像面に至る他方の偏光方向の光での撮像とを行い、被撮像体における異なる位置に焦点が合った画像を一連の撮像操作で撮像できるようにしたことを特徴とする多焦点撮像装置。
【請求項１０】
対物レンズと、
該対物レンズを通り第１の光路を進む光の方向に対して傾斜した角度をなす偏光分離面を有する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタでの偏光分離面で反射し第２の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に配設された第１のミラーと、前記偏光ビームスプリッタの偏光分離面を透過し第３の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に配設された第２のミラーと、を有していて、前記第１のミラーで反射し前記偏光ビームスプリッタの偏光分離面を透過した光と前記第２のミラーで反射し前記偏光ビームスプリッタの偏光分離面で反射した光との両方の光が同一の結像面に結像するようにした分離光学系と、
を備えてなり、前記分離光学系における第１の偏光板は前記発光手段による第１の偏光方向の光を透過させるとともに前記第２の偏光板は前記第２の偏光方向の光を透過させるものであり、前記第１のミラーと前記第２のミラーとの少なくとも一方のミラーが光路の方向に移動可能に配設されていて、前記対物レンズから前記第１及び第２の光路を経由して前記結像面に至る光路の光路長と前記第１及び第３の光路を経由して前記結像面に至る光路の光路長とが異なるように調整した上で、前記発光手段での１回目の発光による前記第１及び第２の光路を経由して前記結像面に至る一方の偏光方向の光での撮像と、前記発光手段での２回目の発光による前記第１及び第３の光路を経由して前記結像面に至る他方の偏光方向の光での撮像とを行い、被撮像体における異なる位置に焦点が合った画像を一連の撮像操作で撮像できるようにしたことを特徴とする多焦点撮像装置。
【請求項１１】
被撮像体からの入射光路となる第１の光路を進む光の方向に対して傾斜した角度をなす偏光分離面を有する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタでの偏光分離面で反射し第２の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に配設された第１のミラーと、前記偏光ビームスプリッタの偏光分離面を透過し第３の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に配設された第２のミラーと、を有していて、前記第１のミラーで反射し前記偏光ビームスプリッタの偏光分離面を透過した光と前記第２のミラーで反射し前記偏光ビームスプリッタの偏光分離面で反射した光との両方の光が合一するようにした分離光学系と、
該分離光学系で合一した光が入射し前記被撮像体の像を同一の結像面に結像するための対物レンズと、
偏光方向がそれぞれ異なる第１の偏光方向及び第２の偏光方向の光で被撮像体を所定の時間をおいて順次照明する発光手段と、
を備えてなり、前記分離光学系における第１の偏光板は前記発光手段による第１の偏光方向の光を透過させるとともに前記第２の偏光板は前記第２の偏光方向の光を透過させるものであり、前記第１のミラーと前記第２のミラーとの少なくとも一方のミラーが光路の方向に移動可能に配設されていて、前記被撮像体から前記第１及び第２の光路を経由して前記対物レンズに至る光路の光路長と前記第１及び第３の光路を経由して前記対物レンズに至る光路の光路長とが異なるように調整した上で、前記発光手段での１回目の発光による前記第１及び第２の光路を経由して前記結像面に至る一方の偏光方向の光での撮像と、前記発光手段での２回目の発光による前記第１及び第３の光路を経由して前記結像面に至る他方の偏光方向の光での撮像とを行い、被撮像体における異なる位置に焦点が合った画像を一連の撮像操作で撮像できるようにしたことを特徴とする多焦点撮像装置。
【請求項１２】
前記結像面に配設した撮像素子をさらに備えていて、該撮像素子により得られた画像の信号を取り出し外部の処理装置により画像処理ができるようにしたことを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の多焦点撮像装置。
【請求項１３】
前記結像面に配設した撮像素子と、該撮像素子により得られた画像を記憶保持するためのメモリー及び撮像制御部をさらに備え、一連の撮像操作で前記撮像素子により得られた被撮像体における異なる位置に焦点が合った複数の画像を別個に記憶保持できるようにしたことを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の多焦点撮像装置。
【請求項１４】
前記撮像制御部が別個に記憶保持された前記複数の画像を１つの画像として合成する画像処理を行うようにしたことを特徴とする請求項１３に記載の多焦点撮像装置。
【請求項１５】
前記第１のミラー及び第２のミラーのうちの一方のミラーを光路の方向に移動させる駆動源としてのモータを備え、前記撮像制御部において前記モータの回転角から前記ミラーの移動による光路長の変化量を求め、該光路長の変化量から前記光路長が変化する前と後とでの被撮像体における位置の差としての高さを求める演算を行い、被撮像体の異なる位置に焦点の合った画像の撮像を１回または一連の撮像操作で行うとともに被撮像体における高さを測定できるようにしたことを特徴とする請求項１、３、８〜１４のいずれか１項に記載の多焦点撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関するものであり、より詳細には、被撮像体における複数の遠近位置に焦点の合った画像を１回の撮像操作により取得できる多焦点撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、撮像装置は、画像認識装置と組み合わせて用いることを含めて、製品の検査、品質の管理、製造工程の管理のような製造業分野をはじめ、情報提示のための画像取得、建造物の管理等、さまざまな形で利用されている。
【０００３】
例えば製造工程において利用するものにおいて、一般に製品は３次元形状をもっているが、微細な部品の検査を行う場合に、より正確な検査を行うために、撮像レンズとして高いＮＡをもったものを使用するようになってきている。高いＮＡの撮像レンズを用いることにより、光量が多く取り込まれて、微細な部品の状況がより鮮明になるのであるが、一方において、被写界深度が浅くなり、被写体の合焦点以外の遠近位置ではぼけてくる。そのため、部品の特定の遠近位置だけでなく、全体的な状況を見ようとすると、他の遠近位置に再度合焦させる必要があり、一つの合焦位置における一度の撮像では、微細な部品の検査を的確に行うことは難しい。
【０００４】
顕微鏡で立体画像を得るためには複数の焦点位置における画像を合成する必要があり、何回かに分けて異なる焦点位置の画像をそれぞれ取得し合成するということになり、１回の撮像操作でこのような画像を取得することはできない。画像処理により、デコンボリューションを用いて行う手法もあるが、それによっても、点応答関数を求める必要があり、複雑な画像処理過程になり、処理時間が長くなるため、簡易に３次元画像が求められるというわけではない。
【０００５】
多焦点画像形成について、次のような文献に開示されている。
【特許文献１】特開平６−７０２１２号公報
【特許文献２】特開平４−３２９７７５号公報
【特許文献３】特開平１１−３１１８３２号公報
【特許文献４】特開平１０−２５４０５５号公報
【特許文献５】特開平１０−２６０４７１号公報  特許文献１は、同一画枠内でフォーカス位置の相異なる複数枚の原画像について、画素または領域毎に画像データの変化量を検出し、この変化量を基準にしてフォーカスの合った画像データを選択し、この画像データを用いて画面全体としてフォーカスの合った合成画像を生成する画像処理装置に関するものである。しかしながら、撮像装置としてフォーカス位置の異なる複数枚の画像をどのように取得するかということについて特に開示してはおらず、一般的な撮像手段としてみれば、複数回の撮像を行うことになり、それに基づいた画像処理の手法を示したものであって、多焦点の複数の画像を取得するための撮像装置として新たな特徴を与えるものではない。
【０００６】
特許文献２は、同一被写体からの光を光学系を介して導き、その光を分光手段により複数に分光し、各分光された光に対して露光量や焦点位置等の撮影条件を互いに異ならせて同時に撮影し、各分光路に配置された固体撮像素子により得られた画像を記憶した上で、複数の画像を撮影条件に応じて合成するようにした固体撮像装置に関するものである。しかしながら、この撮影条件のうち、露光量については各分光路について条件を異ならせ、同時に撮像を行うことができるにしても、光学系（対物レンズ）としては共通のものを用いているので、焦点位置を異ならせた複数の画像を同時に撮像することはできず、一般的な撮像の手法を用いたとすれば、焦点位置毎に対物レンズを調整する等により、複数回の撮像を行わざるを得ないものである。
【０００７】
さらに、複数の遠近位置に合焦した画像を取得するための多焦点撮像装置として、特許文献３〜５に開示されるようなものがあるが、いずれも異なる遠近位置の画像を得るために、複数の対物レンズを備え、各撮像レンズ毎に焦点位置を異ならせて撮像するものであり、複数の対物レンズからいずれかを選択して、所望の対物レンズによる撮像を行うのである。そのため、撮像装置としては、対物レンズを複数備えるという構成になり、また異なる遠近位置の画像を同時に撮像するものでもない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
如上のように、従来の異なる遠近位置の画像を取得する撮像装置ないし画像形成装置は、通常の撮像装置を用い、異なる遠近位置について複数回の撮像を行い、それをもとに画像の合成を行うというように画像処理を行うもの、あるいは、１つの撮像装置内に異なる遠近位置の画像を得るための対物レンズを複数備え、撮像レンズを選択的に用いて所望の遠近位置の画像を得るというものなどがあった。
【０００９】
画像処理によるものでは、複数回の撮像を行った上で画像処理を行うというように、複数の遠近位置の画像を得るために時間と人手を要するのに加え、画像処理のためのハードウェア及びソフトウェアの手段を備えることが必要とされる。
【００１０】
特許文献３〜５のように、１つの撮像装置内に複数の対物レンズを備えるものは、実質的に複数の撮像装置を合わせたものに近くなり、装置が大規模なものになるとともに、遠近位置の異なる複数の画像を得るには、複数回の撮像を行う必要があった。
特許文献２のように、１つの対物レンズからの光を分光するものにおいても、対物レンズが１つであれば、異なる遠近位置の画像を選るには、複数回の撮像を行う必要があった。
【００１１】
このように、従来の多焦点画像を得るための手法、装置は、１回の撮像により異なる遠近位置の画像を得ることができず、また、撮像装置や画像処理装置の規模が大きくなるものであったため、１回の撮像操作により異なる遠近位置の複数の画像が得られ、かつ簡易な構成で、コストが少なくてすむ撮像装置を提供することが求められていた。
【００１２】
また、本発明者は、１つの対物レンズを有し異なる遠近位置の複数の画像を同時に撮像する多焦点撮像装置の発明について特願２００６−１２１４９７号として出願した。この発明では対物レンズを透過した光をビームスプリッタで分光し、分光されたそれぞれの光路中に光路長変更手段に備えて、異なる遠近位置の複数の画像を同時に撮像することができるが、この撮像装置での光路長の調整がそれほど容易でないという難点があった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、前述した課題を解決すべくなしたものであり、本発明による多焦点撮像装置は、対物レンズと；該対物レンズを通り第１の光路を進む光の方向に対して傾斜した角度をなす分光面を有するビームスプリッタと、該ビームスプリッタで反射し第２の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第１のフィルタを介在して配設された第１のミラー、と前記ビームスプリッタの分光面を透過し第３の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第２のフィルタを介在して配設された第２のミラーとを有していて、前記第１のミラーで反射し前記ビームスプリッタの分光面を透過した光と前記第２のミラーで反射し前記ビームスプリッタの分光面で反射した光との両方の光が同一の結像面に結像するようにした分離光学系と；を備えてなり、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとがそれぞれ互いに異なる色成分の光を透過するものであり、前記第１のミラーと前記第２のミラーとの少なくとも一方のミラーが光路の方向に移動可能に配設されていて、前記対物レンズから前記第１及び第２の光路を経由して前記結像面に至る光路の光路長と前記第１及び第３の光路を経由して前記結像面に至る光路の光路長とが異なるように調整して被撮像体の異なる位置に焦点が合った画像を１回の撮像操作により撮像できるようにしたものである。
【００１４】
また、対物レンズと；該対物レンズを通り第１の光路を進む光の方向に対して傾斜した角度をなす第１の分光面を有する第１のビームスプリッタと、該第１のビームスプリッタの第１の分光面で反射し第２の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第１のフィルタを介在して配設された第１のミラーと、前記第１のビームスプリッタの第１の分光面を透過し第３の光路を進む光の方向に対し傾斜した角度をなす第２の分光面を有する第２のビームスプリッタと、該第２のビームスプリッタで反射し第４の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第２のフィルタを介在して配設された第２のミラーと、前記第２のビームスプリッタの第２の分光面を透過し第５の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第３のフィルタを介在して配設された第３のミラーとを有していて、前記第１のミラーで反射し前記第１のビームスプリッタの第１の分光面を透過した光と前記第２のミラーで反射し前記第２のビームスプリッタの第２の分光面で反射しさらに前記第１のビームスプリッタの第１の分光面で反射した光と前記第３のミラーで反射し前記第２のビームスプリッタの第２の分光面を透過し前記第１のビームスプリッタの第１の分光面で反射した光とが同一の結像面に結像するようにした分離光学系と；を備えてなり、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタと前記第３のフィルタとがそれぞれ互いに異なる色成分の光を透過するものであり、前記第１〜第３のミラーのうちの少なくとも２つのミラーが光路の方向に移動可能に配設されていて、前記対物レンズから前記第１の光路及び第２の光路を経由して前記結像面に至る光路の光路長と、前記第１の光路、第３の光路及び第４の光路を経由して前記結像面に至る光路の光路長と、前記第１の光路、第３の光路及び第５の光路を経由する光路の光路長と、がそれぞれ異なるように調整することにより被撮像体の複数の位置に焦点の合った画像を１回の撮像操作により撮像できるようにしてもよい。
【００１５】
また、被撮像体からの入射光路となる第１の光路を進む光の方向に対して傾斜した角度をなす分光面を有するビームスプリッタと、該ビームスプリッタで反射し第２の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第１のフィルタを介在して配設された第１のミラーと、前記ビームスプリッタの分光面を透過し第３の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第２のフィルタを介在して配設された第２のミラーとを有していて、前記第１のミラーで反射し前記ビームスプリッタの分光面を透過した光と前記第２のミラーで反射し前記ビームスプリッタの分光面で反射した光との両方の光が合一するようにした分離光学系と；該分離光学系で合一した光が入射し前記被撮像体の像を同一の結像面に結像するための対物レンズと；を備えてなり、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとが互いに異なる色成分の光を透過するものであり、前記第１のミラーと前記第２のミラーとの少なくとも一方のミラーが光路の方向に移動可能に配設されていて、前記被撮像体から前記第１及び第２の光路を経由して前記対物レンズに至る光路の光路長と、前記被撮像体から前記第１及び第３の光路を経由して前記対物レンズに至る光路の光路長と、が異なるように調整することにより被撮像体の異なる位置に焦点が合った画像を１回の撮像操作により撮像できるようにしてもよい。
【００１６】
また、被撮像体からの入射光路となる第１の光路を進む光の方向に対して傾斜した角度をなす第１の分光面を有する第１のビームスプリッタと、該第１のビームスプリッタの第１の分光面で反射し第２の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第１のフィルタを介在して配設された第１のミラーと、前記第１のビームスプリッタの第１の分光面を透過し第３の光路を進む光の方向に対して傾斜した角度をなす第２の分光面を有する第２のビームスプリッタと、該第２のビームスプリッタで反射し第４の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第２のフィルタを介在して配設された第２のミラーと、前記第２のビームスプリッタの第２の分光面を透過し第５の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第３のフィルタを介在して配設された第３のミラーとを有していて、前記第１のミラーで反射し前記第１のビームスプリッタの第１の分光面を透過した光と前記第２のミラーで反射し前記第２のビームスプリッタの第２の分光面で反射しさらに前記第１のビームスプリッタの第１の分光面で反射した光と前記第３のミラーで反射し前記第２のビームスプリッタの第２の分光面を透過し前記第１のビームスプリッタの第１の分光面で反射した光との３つの光が合一するようにした分離光学系と；該分離光学系で合一した光が入射し前記被撮像体の像を同一の結像面に結像するための対物レンズと；を備えてなり、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタと前記第３のフィルタとがそれぞれ互いに異なる色成分の光を透過するものであり、前記第１〜第３のミラーのうちの少なくとも２つのミラーが光路の方向に移動可能に配設されていて、前記被撮像体から前記第１の光路及び第２の光路を経由して前記対物レンズに至る光路の光路長と、前記第１の光路、第３の光路及び第４の光路を経由して前記対物レンズに至る光路の光路長と、前記第１の光路、第３の光路及び第５の光路を経由する光路の光路長と、がそれぞれ異なるように調整することにより被撮像体の複数の位置に焦点の合った画像を１回の撮像操作により撮像できるようにしてもよい。
【００１７】
前記結像面に配設した撮像素子をさらに備えていて、該撮像素子により得られた画像の信号を取り出し外部の処理装置により画像処理ができるようにしてもよく、あるいは、前記結像面に配設した撮像素子と、該撮像素子により得られた複数の色成分の画像を含む画像をもとの複数の色成分の画像に分解する処理を行う撮像制御部をさらに備えるようにしてもよく、さらに、前記撮像制御部が複数の色成分の画像に分解された画像に対し１つの画像に合成する画像処理を行うようにしてもよい。
【００１８】
また、本発明の多焦点撮像装置は、対物レンズと；該対物レンズを通り第１の光路を進む光の方向に対して傾斜した角度をなす分光面を有するビームスプリッタと、該ビームスプリッタの分光面で反射し第２の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第１の偏光板を介在して配設された第１のミラーと、前記ビームスプリッタの分光面を透過し第３の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第２の偏光板を介在して配設された第２のミラーとを有していて、前記第１のミラーで反射し前記ビームスプリッタの分光面を透過した光と、前記第２のミラーで反射し前記ビームスプリッタの分光面で反射した光との両方の光が同一の結像面に結像するようにした分離光学系と；偏光方向がそれぞれ異なる第１の偏光方向及び第２の偏光方向の光で被撮像体を所定の時間をおいて順次照明する発光手段と；を備えてなり、前記分離光学系における第１の偏光板は前記発光手段による第１の偏光方向の光を透過させるとともに前記第２の偏光板は前記第２の偏光方向の光を透過させるものであり、前記第１のミラーと前記第２のミラーとの少なくとも一方のミラーが光路の方向に移動可能に配設されていて、前記対物レンズから前記第１及び第２の光路を経由して前記結像面に至る光路の光路長と前記第１及び第３の光路を経由して前記結像面に至る光路の光路長とが異なるように調整した上で、前記発光手段での１回目の発光による前記第１及び第２の光路を経由して前記結像面に至る一方の偏光方向の光での撮像と、前記発光手段での２回目の発光による前記第１及び第３の光路を経由して前記結像面に至る他方の偏光方向の光での撮像とを行い、被撮像体における異なる位置に焦点が合った画像を一連の撮像操作で撮像できるようにしたものとしてもよい。
【００１９】
また、被撮像体からの光の入射光路となる第１の光路を進む光の方向に対して傾斜した角度をなす分光面を有するビームスプリッタと、該ビームスプリッタの分光面で反射し第２の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第１の偏光板を介在して配設された第１のミラーと、前記ビームスプリッタの分光面を透過し第３の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に間に第２の偏光板を介在して配設された第２のミラーとを有していて、前記第１のミラーで反射し前記ビームスプリッタの分光面を透過した光と前記第２のミラーで反射し前記ビームスプリッタの分光面で反射した光との両方の光が合一するようにした分離光学系と；該分離光学系で合一した光が入射し前記被撮像体の像を同一の結像面に結像するための対物レンズと；偏光方向がそれぞれ異なる第１の偏光方向及び第２の偏光方向の光で被撮像体を所定の時間をおいて順次照明する発光手段と；を備えてなり、前記分離光学系における第１の偏光板は前記発光手段による第１の偏光方向の光を透過させるとともに前記第２の偏光板は前記第２の偏光方向の光を透過させるものであり、前記第１のミラーと前記第２のミラーとの少なくとも一方のミラーが光路の方向に移動可能に配設されていて、前記被撮像体から前記第１及び第２の光路を経由して前記対物レンズに至る光路の光路長と前記第１及び第３の光路を経由して前記対物レンズに至る光路の光路長とが異なるように調整した上で、前記発光手段での１回目の発光による前記第１及び第２の光路を経由して前記結像面に至る一方の偏光方向の光での撮像と、前記発光手段での２回目の発光による前記第１及び第３の光路を経由して前記結像面に至る他方の偏光方向の光での撮像とを行い、被撮像体における異なる位置に焦点が合った画像を一連の撮像操作で撮像できるようにしてもよい。
【００２０】
また、対物レンズと；該対物レンズを通り第１の光路を進む光の方向に対して傾斜した角度をなす偏光分離面を有する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタでの偏光分離面で反射し第２の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に配設された第１のミラーと、前記偏光ビームスプリッタの偏光分離面を透過し第３の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に配設された第２のミラーと、を有していて、前記第１のミラーで反射し前記偏光ビームスプリッタの偏光分離面を透過した光と前記第２のミラーで反射し前記偏光ビームスプリッタの偏光分離面で反射した光との両方の光が同一の結像面に結像するようにした分離光学系と；を備えてなり、前記分離光学系における第１の偏光板は前記発光手段による第１の偏光方向の光を透過させるとともに前記第２の偏光板は前記第２の偏光方向の光を透過させるものであり、前記第１のミラーと前記第２のミラーとの少なくとも一方のミラーが光路の方向に移動可能に配設されていて、前記対物レンズから前記第１及び第２の光路を経由して前記結像面に至る光路の光路長と前記第１及び第３の光路を経由して前記結像面に至る光路の光路長とが異なるように調整した上で、前記発光手段での１回目の発光による前記第１及び第２の光路を経由して前記結像面に至る一方の偏光方向の光での撮像と、前記発光手段での２回目の発光による前記第１及び第３の光路を経由して前記結像面に至る他方の偏光方向の光での撮像とを行い、被撮像体における異なる位置に焦点が合った画像を一連の撮像操作で撮像できるようにしてもよい。
【００２１】
また、被撮像体からの入射光路となる第１の光路を進む光の方向に対して傾斜した角度をなす偏光分離面を有する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタでの偏光分離面で反射し第２の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に配設された第１のミラーと、前記偏光ビームスプリッタの偏光分離面を透過し第３の光路を進む光の方向に対して垂直な面内に配設された第２のミラーと、を有していて、前記第１のミラーで反射し前記偏光ビームスプリッタの偏光分離面を透過した光と前記第２のミラーで反射し前記偏光ビームスプリッタの偏光分離面で反射した光との両方の光が合一するようにした分離光学系と；該分離光学系で合一した光が入射し前記被撮像体の像を同一の結像面に結像するための対物レンズと；偏光方向がそれぞれ異なる第１の偏光方向及び第２の偏光方向の光で被撮像体を所定の時間をおいて順次照明する発光手段と；を備えてなり、前記分離光学系における第１の偏光板は前記発光手段による第１の偏光方向の光を透過させるとともに前記第２の偏光板は前記第２の偏光方向の光を透過させるものであり、前記第１のミラーと前記第２のミラーとの少なくとも一方のミラーが光路の方向に移動可能に配設されていて、前記被撮像体から前記第１及び第２の光路を経由して前記対物レンズに至る光路の光路長と前記第１及び第３の光路を経由して前記対物レンズに至る光路の光路長とが異なるように調整した上で、前記発光手段での１回目の発光による前記第１及び第２の光路を経由して前記結像面に至る一方の偏光方向の光での撮像と、前記発光手段での２回目の発光による前記第１及び第３の光路を経由して前記結像面に至る他方の偏光方向の光での撮像とを行い、被撮像体における異なる位置に焦点が合った画像を一連の撮像操作で撮像できるようにしてもよい。
【００２２】
前記結像面に配設した撮像素子をさらに備えていて、該撮像素子により得られた画像の信号を取り出し外部の処理装置により画像処理ができるようにしてもよく、あるいは、前記結像面に配設した撮像素子と、該撮像素子により得られた画像を記憶保持するためのメモリー及び撮像制御部をさらに備え、一連の撮像操作で前記撮像素子により得られた被撮像体における異なる位置に焦点が合った複数の画像を別個に記憶保持できるようにしてもよく、さらに、前記撮像制御部が別個に記憶保持された前記複数の画像を１つの画像として合成する画像処理を行うようにしてもよい。
【００２３】
また、前記第１のミラー及び第２のミラーのうちの一方のミラーを光路の方向に移動させる駆動源としてのモータを備え、前記撮像制御部において前記モータの回転角から前記ミラーの移動による光路長の変化量を求め、該光路長の変化量から前記光路長が変化する前と後とでの被撮像体における位置の差としての高さを求める演算を行い、被撮像体の異なる位置に焦点の合った画像の撮像を１回または一連の撮像操作で行うとともに被撮像体における高さを測定できるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の多焦点撮像装置では、ビームスプリッタにより分光された複数の光路中において光路長をそれぞれ異なるようにした上で１つの撮像素子に結像させることにより、１回の撮像操作により複数の異なる位置に焦点の合った１つの画像が得られ、この１つの画像を複数の画像に分解し、また画像処理、画像合成の処理を行って１つの画像として合成することができる。分離光学系としてマイケルソン干渉計型のものを用いることにより光路長の調整が容易になされる。また、光路長の変化量から被撮像体の撮像とともに被撮像体における高さを測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明による多焦点撮像装置は、撮像光学系において光を複数の光路に分光し、分光された各光路の光路長が互いに異なるようにした上で１つの光路に合一させて撮像素子に導く分離光学系を有し、この分離光学系の前側に対物レンズを有する場合と、分離光学系と撮像素子との間に対物レンズを有する場合がある。分離光学系としてはマイケルソン干渉計型のものを用いる。
【００２６】
図１は、分離光学系の前側に対物レンズを有する形態の例を示すものであり、多焦点撮像装置Ａの撮像部は、対物レンズ１を通った光の方向に対し例えば４５°の角度をなし一部の光を反射し他の光を透過する分光面を有するビームスプリッタ２と、ビームスプリッタ２の分光面で反射した光の方向に対して垂直な面内に間にフィルタ４ａを介在して配設されたミラー３ａと、ビームスプリッタ２の分光面を透過した光の方向に対して垂直な面内に間にフィルタ４ｂを介在して配設されたミラー３ｂと、ミラー３ａで反射しビームスプリッタの分光面を透過した光とミラー３ｂで反射しビームスプリッタ２の分光面で反射した光との両方の光の結像面に配設された撮像素子７とを有している。
【００２７】
１４は撮像制御部、１５は撮像素子７で生成した画像データを保持するメモリーであり、１６は画像を表示するモニター部である。撮像制御部１４は撮像の動作の制御を行うとともに画像を色成分により複数の画像に分解しそれぞれの画像データをメモリー１５に保持し、またモニター１６に表示する制御を行う。ビームスプリッタ２の分光面入射光に対して４５°の角度をなす例について示したが、特に４５°とせずに、適宜他の傾斜角度としてもよい。また、撮像部の光学系では対物レンズ１から撮像素子７までの固定した距離を基本的に考え、撮像部と被撮像体との間隔を変えることにより焦点位置合わせを行う顕微鏡型の結像光学系になっている。このような光学系で被撮像体を照明する手段として、撮像部の前部に入射光の光軸方向の照明光を被撮像体に与える落射照明手段（図示せず）を備えるようにしてもよい。
【００２８】
ミラー３ａは固定ミラーであり、ミラー３ｂは光の方向に移動可能なステージに取り付けられ、ねじ６によりミラー３ｂを光の方向に位置調節できるようにしてあり、光路長変更手段となっている。ミラー３ｂを光の方向に移動させることにより、対物レンズから撮像素子７に至る光路の光路長を調節することができる。フィルタ４ａは例えばＲ成分の光を透過するフィルタであり、フィルタ４ｂはＧ成分の光を透過するフィルタであるとする。
【００２９】
このような光学系を有する撮像部で、被撮像体ＢのＰ０の位置からの光が対物レンズを通り、ビームスプリッタ２の分光面で反射しミラー３ａで反射したＲ成分の光がビームスプリッタ２の分光面を透過して撮像部と被撮像体との位撮像素子７に結像するように撮像部と被撮像体との位置を調節し、さらにねじ６によりミラー３ｂの位置を調節して被撮像体ＢのＰ０の位置からの光が撮像素子７に結像するようにさせる。この結像状態の確認はモニター１６でＲ成分、Ｇ成分の光の色成分分解画像を見ながら行うことができる。
【００３０】
この状態でミラー３ｂで反射して撮像素子７に達する光の光路長はミラー３ａで反射して撮像素子７に達する光の光路長と同じである。この被撮像体ＢのＰ０の位置が撮像素子７に結像するミラー３ｂの位置を基準位置として、ねじ６によりミラー３ｂがビームスプリッタ２から離れる方向に移動させると、被撮像体の位置Ｐ１からの光が撮像素子７に結像する状態になる。ねじ６によりミラーがビームスプリッタ２に近づく方向に移動させると、被撮像体の位置Ｐ２からの光が撮像素子７に結像する状態になる。
【００３１】
このようにミラー３ｂを基準位置から移動調節した上で、撮像制御部１４により撮像操作を行うと、被撮像体ＢのＰ０の位置に焦点の合ったＲ成分光の画像と、Ｐ１またはＰ２のように別の遠近位置に焦点の合ったＧ成分光の画像とが同時に結像する。この２つの色成分画像を撮像制御部１４において色成分により分解することにより、Ｐ０の位置に焦点の合ったＲ成分の画像とＰ１またはＰ２の位置に焦点の合ったＧ成分の画像との２つの画像への分解がなされる。さらに必要に応じて、Ｒ、Ｇの各成分光の画像を白黒画像に変換するようにしてもよい。また、光路長変更手段として、ミラー３ｂを移動調節可能として示したが、ミラー３ａ及びミラー３ｂの両方を調節可能にしてもよい。
【００３２】
図２はビームスプリッタを追加して３つの位置に焦点が合った画像が得られるようにする分離光学系を備えた撮像装置を示し、分離光学系の前側に対物レンズを有する形のものを示している。図２の多焦点撮像装置Ａの撮像部は、対物レンズ１を通った光の方向に対し例えば４５°の角度をなし一部の光を反射し他の光を透過する分光面を有するビームスプリッタ２ａと、ビームスプリッタ２ａの分光面で反射した光の方向に対して垂直な面内に間にフィルタ４ａを介在して配設されたミラー３ａと、ビームスプリッタ２ａの分光面を透過した光の方向に対して例えば４５°の角度をなし一部の光を反射し他の光を透過する分光面を有するビームスプリッタ２ｂと、ビームスプリッタ２ｂの分光面で反射した光の方向に対して垂直な面内に間にフィルタ４ｂを介在して配設されたミラー３ｂと、ビームスプリッタ２ｂの分光面を透過した光の方向に対して垂直な面内に間にフィルタ４ｃを介して配設されたミラー３ｃと、ミラー３ａで反射しビームスプリッタ２ａの分光面を透過した光と、ミラー３ｂで反射しビームスプリッタ２ｂの分光面及びビームスプリッタ２ａの分光面で反射した光と、ミラー３ｃで反射しビームスプリッタ２ｂの分光面を透過しビームスプリッタ２ａの分光面で反射した光とが結像する位置に配設された撮像素子７とを有している。ビームスプリッタ２ａ、２ｂの分光面がそれぞれ入射光に対して４５°の角度をなす例について示したが、適宜他の角度をなすものとしてもよい。
【００３３】
１４は撮像動作の制御を行うとともに画像を色成分により複数の画像に分解しそれぞれの画像のデータを保持するメモリーを備えた撮像制御部であり、１６は画像を表示するモニター部である。
【００３４】
ミラー３ａ〜３ｃの少なくとも２つは光の方向に移動可能なステージに取り付けられ（図２ではミラー３ｂ、３ｃが可動になっている。）、ねじ６ｂ、６ｃによりミラー３ｂ、ミラー３ｃをそれぞれ光の方向に位置調節できるようにしてある。ミラー３ｂ、ミラー３ｃを光の方向に移動させることにより、対物レンズからそれぞれの可動のミラーで反射し撮像素子７に至る光路の光路長を調節することができる。フィルタ４ａは例えばＲ成分の光を透過するフィルタであり、フィルタ４ｂはＧ成分の光を透過するフィルタであり、フィルタ４ｃはＢ成分の光を透過するフィルタであるとする。
【００３５】
このような光学系を有する撮像部で、被撮像体ＢのＰ０の位置からの光が対物レンズを通り、ビームスプリッタ２ａの分光面で反射しミラー３ａで反射したＲ成分の光が撮像素子７に結像するように撮像部と被撮像体との位置を調節し、次にねじ６ｂによりミラー３ｂの位置を調節して被撮像体ＢのＰ０の位置からの光のうちミラー３ｂで反射したＧ成分の光が撮像素子７に結像し、さらにねじ６ｃによりミラー３ｃの位置を調節して被撮像体ＢのＰ０の位置からの光のうちＢ成分の光が撮像素子７に結像するようにさせる。これらの結像状態の確認はモニター部１６でＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の光の分解画像を見て行うことができる。このようにミラー３ｂ、ミラー３ｃの位置を調整した状態でミラー３ａ、ミラー３ｂ、ミラー３ｃでそれぞれ反射して撮像素子７に達する光の光路長は同じである。
【００３６】
この被撮像体ＢのＰ０の位置が撮像素子７に結像するミラー３ｂ、ミラー３ｃの位置を基準位置として、ねじ６ｂによりミラー３ｂを移動調節することにより、例えば被撮像体の位置Ｐ１からの光が撮像素子７に結像するようにさせる。同様に、ねじ６ｃによりミラー３ｃを移動調節することにより、被撮像体の位置Ｐ２からの光が撮像素子７に結像するようにさせる。
【００３７】
このようにミラー３ｂ、ミラー３ｃを基準位置から移動調節することにより、被撮像体ＢのＰ０の位置に焦点が合ったＲ成分光の画像と、Ｐ１の位置に焦点が合ったＧ成分光の画像と、Ｐ２の位置に焦点が合ったＢ成分光の画像とが同時に結像した１つの画像が得られる。この３つの色成分画像を撮像制御部１４の機能により各色成分により分解すれば、Ｐ０の位置に焦点が合ったＲ成分光の画像、Ｐ１の位置に焦点が合ったＧ成分光の画像、Ｐ２の位置に焦点が合ったＢ成分光の画像への分解がなされる。さらに必要に応じて、Ｒ、Ｇ、Ｂの各成分光の画像を白黒画像に変換するようにしてもよい。さらに、分解された各画像に対して画像処理を行い、１つの画像として合成することもできる。
【００３８】
図３（ａ）、（ｂ）は撮像部の光学系の形態を示すものである。図１に示す撮像装置の撮像部では、対物レンズ１からの光がビームスプリッタ２ａで二分され、ミラー３ａ、ミラー３ｂで反射した後ビームスプリッタ２ａの分光面を透過または反射し合一してから撮像素子７に至るという形であり、ビームスプリッタ２ａとミラー３ａ及びミラー３ｂとを含む部分を分離光学系ＳＰとしてみると、図３（ａ）のようになっている。この場合に分離光学系の光路中の光路長変更手段により像空間での光路長を調整することになる。図３（ｂ）では、光が分離光学系ＳＰで分離し合一した後に対物レンズを通って撮像素子に至るという形になっている。この場合に分離光学系の光路中の光路長変更手段により物空間での光路長を調整することになる。
【００３９】
撮像装置の構成として、図３（ａ）、（ｂ）のように対物レンズ１、分離光学系ＳＰ、撮像素子、制御部を含めて一体的な装置なものとして形成する場合と、例えば図３（ｃ）のように対物レンズ１と分離光学系ＳＰとをユニットとして形成し、撮像素子、制御部を含む一眼レフ型撮像カメラのボディに取り付けるという構成としてもよい。またそのほかに、分離光学系ＳＰの要素だけのユニットとして、対物レンズを備える撮像カメラのねじマウントに装着するアタッチメント型の構成としてもよい。また、図１、２のような分離光学系において各色成分に分解された後に合一して撮像素子に結像して得られた画像を色分解や白黒変換等の画像処理を撮像装置において行う必要があるが、撮像制御部１４がそのための処理装置を行うための処理回路を含む構成としてもよく、あるいは、汎用パーソナルコンピュータの機能として行うようにしてもよい。
【００４０】
撮像装置に関して、対物レンズ及び分離光学系からなる撮像部の光学系において被撮像体からの光の結像面に撮像素子を配設した形態のものとして説明している。ここで、撮像素子は、結像した画像を画像データに変換し、モニター画面を見ながら焦点位置合わせや、光路長の調整等を行い、さらに画像データをメモリーに記憶保持する等のために用いられる要素であるが、焦点位置合わせや光路長の調整等の操作のためには結像している画像を確認できればよいのであり、例えば結像面と共役な位置にマット面等による表示面を有する光学的ファインダーによってもなされる。それゆえ、本発明としては、結像面に撮像素子を配設することは実施形態として考慮するものであり、不可欠なものではない。
【００４１】
図４は、図１のような光学系の構成において、フィルタの代わりに偏光板を用いた形態を示す。図１と異なるのはフィルタ４ａに代えて偏光板５ａが配設され、フィルタ４ｂに代えて偏光板５ｂが配設されることと、被撮像体を偏光方向の異なる光で照明装置１０を備え、撮像制御部１４において照明装置１０の発光手段の発光と同期して撮像動作を制御することとであり、他の点では図１の場合と同様である。偏光板５ａと偏光板５ｂとは透過させる光の偏光方向が直交する関係にあり、照明装置１０は２つの同等の発光素子１１ａ、１１ｂと発光駆動部１２を有し、発光素子１１ａには偏光板１３ａが付設され、また、発光素子１１ｂには偏光板１３ｂが付設されており、偏光板１３ａと１３ｂとは透過させる光の偏光方向が直交する関係にあり、被検査体に対してそれぞれ偏光方向の異なる照明光を与える。発光駆動部１３は撮像装置の撮像動作を撮像制御部１４からの信号に応じて発光素子１１ａ、１１ｂが時間差をおいてパルス発光を行うように駆動制御する。この時間差は、少なくとも撮像素子７での前後する撮像動作に必要とされる時間間隔より大きくとるものとする。
【００４２】
図４の構成の撮像装置により異なる位置に焦点の合った画像を撮像する場合に、図１の場合と同様に、ミラー３ａで反射する方の光路により被撮像体のＰ０の位置に焦点が合うように撮像部と被撮像体との位置間隔を調節し、また、ねじ６によりミラー３ｂを調節して被撮像体Ｂの同じＰ０の位置に焦点が合うようにする。この焦点合わせの調節、ミラー３ｂの調節に際しては、照明装置１０により被撮像体を照明しモニター１６における表示画像をみながら調節を行う。このように調整したミラー３ｂの位置を基準位置として、ねじ６を操作することにより、ミラー３ｂで反射する方の光により被撮像体のＰ１またはＰ２の位置に焦点が合うようにする。その後に、撮像制御部１４からの信号に応じて発光素子１１ａを発光させると撮像素子７にはこの光を透過する方の偏光板を経由する光路での画像が形成され、さらに時間差をおいて発光素子１１ｂを発光させると撮像素子７にはこの光を透過する方の偏光板を経由する光路での画像が形成される。撮像制御部１４では両方の画像を逐次メモリー１５に別個に保持するように制御を行う。
【００４３】
図４の多焦点撮像装置において、被撮像体を偏光方向の異なる光で順次照明することにより得られた被撮像体の異なる位置に焦点が合った画像のデータは逐次メモリー１５に蓄積保持される。この異なる位置に焦点の合った画像を別個のものとして取り出すことができ、さらに画像処理を行って、１つの画像として合成することができる。撮像装置としては、そのための複数の画像を合成する画像処理回路を撮像制御部が有する構成としてもよく、あるいは画像データを送出可能にし、外部装置としての汎用パーソナルコンピュータにより画像処理を行うようにしてもよい。
【００４４】
図４の撮像装置の光学系は図３（ａ）の形で、対物レンズ１が分離光学系ＳＰの前側に配置されているが、図３（ｂ）のように分離光学系ＳＰと撮像素子７との間に対物レンズ１を配置する形態とすることもできる。図４のように偏光板を用いた形態のものでは、色成分に分光するフィルタを用いないので、モノクローム型（白黒型）の撮像素子を用いて被撮像体の異なる位置に焦点の合った画像を撮像することができる。また、被撮像体における異なる位置に焦点が合うように光路長を調整した後には、発光手段による１回目の発光と所定時間をおいてそれに続く２回目の発光とによる一連の動作として撮像がなされる。
【００４５】
図４においては、対物レンズ１からの光がビームスプリッタ２ａで反射する光路と透過する光路とにそれぞれ透過する光の偏光方向が直交関係にある偏光板５ａ、偏光板５ｂを配設しているが、このビームスプリッタ２ａとして一方の偏光方向の光を透過し、偏光方向がこれに直角な他方の偏光方向の光を反射する偏光ビームスプリッタとしてもよい。この場合、図１、図２における二分された光路中には偏光板を配設しない。
【００４６】
図５は、図１の光学系を有する撮像装置において、被撮像体における高さを測定する機能を備えるようにした例を示すものである。図５の構成で図１の場合と異なるのは、ミラー３ｂを移動させて光路長を調整するためにねじ６によるのでなく、ミラー３ｂを移動させるためのパルスモータ９を備えており、パルスモータ９に付随するエンコーダ９ａからの信号を撮像制御部１４に移送し、撮像制御部１４でエンコーダ９ａからの信号に基づきパルスモータ９の回転量から基台８ｂの移動距離から光路長の変化量を演算し求めるようにしたことである。
【００４７】
図５の構成の撮像装置により被撮像体Ｂの異なる遠近位置に焦点の合った画像を撮像するとともにその高さを測定する場合、初めに図５においてビームスプリッタ２の分光面で分離されたそれぞれの光路での画像が被撮像体ＢのＰ０の位置に焦点が合ったものになるように撮像装置と被撮像体との位置関係を設定し、このＰ０の位置を高さの基準とする。その後に、パルスモータ９を回転させることによりミラー３ｂを移動させ右側の光路の光路長を変化させ、ミラー３ｂで反射する方の光路での画像がＰ１の位置に焦点があったものとなるようにする。基準位置Ｐ０とＰ１の位置に焦点を合わせる操作は、それぞれの光路での画像をモニター１６で確認しながら行う。また、撮像制御部においては、この時のパルスモータ９の回転角をパルスモータ９に付随するエンコーダ９ａからの信号に基づいて求め、そのパルスモータ９の回転角からミラー３ｂの移動による光路長の変化量を求め、さらに光路長の変化量から被撮像体ＢにおけるＰ０からＰ１までの距離が高さとして計算される。この高さの計算は、対物レンズ１の焦点距離ｆ、被撮像体Ｂ上の点から対物レンズ１までの距離ａ、対物レンズ１から結像面（撮像素子７の面）までの距離ｂとの間の関係式を
【数１】
2008059121.tif 000003
とし、光路長の変化量を±ｃ（ｃ＞０）とした時にａが（ａ＋Δａ）になったとすると、
【数２】
2008059121.tif 000004
の関係式になる（＋ｃは光路長が長くなる場合、−ｃは光路長が短くなる場合）。ｆ、ｂは撮像装置において既定の値であるので、式（１）、（２）から光路長の変化ｃに対する被撮像体における位置の差Δａが求められる。Δａが＋の値であれば図でＰ１はＰ０より上側、Δａが−の値であればＰ１はＰ０より下側の位置である。ｂの値は最初に被撮像体に基準の位置に焦点を合わせる時の光路長を基準としてｂの値とし、図１の場合のようにミラー３ａを固定とした場合、固定されたミラー３ａで反射する方の光路ではｂの値は対物レンズから撮像素子に至る光路長であるが、ミラー３ａ、３ｂをともに移動可能にして両方の光路の光路長を可変とした場合には、パルスモータの回転角により対物レンズから撮像素子までの距離が割り出せる形にしておき、最初に被撮像体の基準位置に焦点を合わせた時の対物レンズから撮像素子までの距離をｂの値とする。制御部１４では式（１）、（２）とパルスモータの回転角から得られたｃの値とからΔａの値を求める計算をし、結果をモニター１５に表示する。一方で、撮像装置としては、一方の光路が被撮像体のＰ０の位置に、他方の光路がＰ１の位置に焦点が合う状態になっており、１回の撮像操作でそれぞれ異なる位置に焦点の合った画像が撮像される。このように、図５に示す構成とすることにより、被撮像体の異なる遠近位置に焦点が合った画像が得られるとともに、その位置間の距離としての高さが求められる。
【００４８】
式（２）は、図３（ａ）の形の撮像光学系の場合であり、像空間における光路長を調整して被撮像体における高さを測定するものであるが、図３（ｂ）の形の撮像光学系の場合にも同様に被撮像体における高さを測定することがてきる。この場合、図４の撮像光学系と異なるのは、対物レンズが分離光学系の後側に配設されていることだけであり、分離光学系では物空間における光路長の調整を行うことになる。その際、結像関係を表す式は、
【数３】
2008059121.tif 000005
の形になり、光路長がｃだけ変化したとすれば、この変化分は被撮像体における高さΔａになっている。パルスモータの回転角に応じて求められた光路長の変化量±ｃに対して、制御部において式（１）、（３）を用いて被撮像体における位置の差としての高さΔａを求める演算がなされ、モニターでの表示がなされる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による多焦点撮像装置の１つの形態を示す図である。
【図２】本発明による多焦点撮像装置の他の形態を示す図である。
【図３】撮像部の光学系の形態を主に示す図である。
【図４】本発明による  多焦点撮像装置のさらに他の形態を示す図である。
【図５】被撮像体における高さを測定する機能を備えた撮像装置の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
Ａ    撮像装置
Ｂ    被撮像体
１    対物レンズ      
２，２ａ，２ｂ  ビームスプリッタ
３ａ、３ｂ、３ｃ  ミラー
４ａ、４ｂ、４ｃ  フィルタ
５ａ，５ｂ  偏光板
６，６ｂ，６ｃ    ねじ
７    撮像素子
９    パルスモータ
１０    照明装置
１１ａ、１１ｂ  発光素子
１２    発光駆動部
１３ａ、１３ｂ  偏光板
１４    撮像制御部
１５    メモリー
１６    モニター
【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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