(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象の画像を撮像する画像撮像装置であって、
画像を撮像する撮像部を内蔵する撮像モジュールと、
前記撮像モジュールと連結され、前記撮像部と光学的に結合される光学レンズを内蔵するレンズモジュールと、
前記レンズモジュールを介して前記撮像部に結像される画像の観察対象を照明するための照明手段と、
で構成されるヘッド部と、
前記照明手段に照明光を供給するための照明用光源と、
前記撮像部を制御する撮像用制御信号を生成し、前記撮像部に対して送信するための撮像制御部と、
前記撮像部で撮像された拡大画像に対して画像処理を行うための画像処理部と、
を有する本体部と、
前記本体部の照明用光源と前記ヘッド部の照明手段とを結合し、前記照明用光源からの照明光をレンズモジュールを介して観察対象領域に対して供給するための照明光供給ケーブルと、
前記ヘッド部の撮像部に対して前記本体部の撮像制御部から撮像用制御信号を送信すると共に、前記撮像部からの画像信号を前記本体部の画像処理部へ送信するための信号送信ケーブルと、
を含む、前記本体部と前記ヘッド部とを接続するケーブル部と、
を備え、
前記本体部が、
前記撮像部で観察対象の高速度撮像を行う高速度撮像モードと、
前記撮像部で観察対象の拡大撮像を行う拡大撮像モードと
を切り替え可能であり、
高速度観察モードでの撮像に際して、前記レンズモジュールとして高速度観察用の光学レンズを内蔵する第１レンズモジュールを接続可能であり、
拡大観察モードでの撮像に際して、前記レンズモジュールとして拡大観察用の光学レンズを内蔵する第２レンズモジュールを接続可能であり、
前記レンズモジュールが、前記第１レンズモジュールと第２レンズモジュールのいずれかを選択的に、前記ヘッド部に対して着脱可能に構成されてなり、
前記第１レンズモジュールを前記ヘッド部に装着する際の前記照明手段として、前記第１レンズモジュールにて撮像する領域を照明するため照明光のワーキングディスタンスを調整可能な第１レンズ用照明ユニットを、前記ヘッド部に対して装着可能に構成しており、
前記第１レンズ用照明ユニットが、該照明光のワーキングディスタンスを調整するための機構として、該第１レンズ用照明ユニットと前記第１レンズモジュールとの相対的な傾斜角度を調整する照明ユニット傾斜角調整手段を備えてなることを特徴とする画像撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像撮像装置において、
前記第２レンズモジュールを前記ヘッド部に装着する際の前記照明手段として、前記第２レンズモジュールにて撮像する領域を照明するための照明光路を、前記第２レンズモジュールに内蔵してなることを特徴とする画像撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の画像撮像装置において、
前記第２レンズモジュールを前記ヘッド部に装着する際の前記照明手段として、前記第２レンズモジュールの光学レンズと略同軸に照明光を出射する同軸落射照明アダプタを、前記ヘッド部に対して装着可能に構成してなることを特徴とする画像撮像装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一に記載の画像撮像装置において、
前記ヘッド部が、外形の少なくとも一部を円柱状に形成しており、
前記第１レンズ用照明ユニットを、前記ヘッド部の円柱状の外周上で回転自在に装着されてなることを特徴とする画像撮像装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一に記載の画像撮像装置において、  
前記第１レンズ用照明ユニットが、該照明光のワーキングディスタンスを調整するための機構として、さらに、
該第１レンズ用照明ユニットのスポット光の直径を調整する機構
を備えてなることを特徴とする画像撮像装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一に記載の画像撮像装置において、
前記本体部が、照明用光源と、撮像制御部と、画像処理部の内、少なくともいずれかを分割可能なユニット状に構成してなることを特徴とする画像撮像装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一に記載の画像撮像装置において、さらに、
前記照明用光源と照明光供給ケーブルとの光結合面において、前記照明用光源からの照明光の進行方向が前記照明光供給ケーブルの光軸方向と略一致させるように、前記照明光供給ケーブルの端面に入射される光源からの入射光の入射角を補正する光結合補正手段を備えることを特徴とする画像撮像装置。
【請求項８】
請求項７に記載の画像撮像装置において、
前記光結合補正手段が平凸レンズを備え、
前記平凸レンズは、照明用光源からの出射光の光束の一部が、前記平凸レンズの前側焦点を通過するように配置されてなることを特徴とする画像撮像装置。
【請求項９】
請求項２に記載の画像撮像装置において、
前記第２レンズモジュールが内蔵する照明光路が、リング状照明であることを特徴とする画像撮像装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の画像撮像装置において、
前記第２レンズモジュールを前記ヘッド部に装着する際、前記照明光供給ケーブルが、前記ヘッド部の接続端子に接続され、前記ヘッド部を介して前記第２のレンズモジュールに形成される照明用光路に接続されることを特徴とする画像撮像装置。
【請求項１１】
請求項９のいずれか一に記載の画像撮像装置において、
前記第１レンズモジュールを前記ヘッド部に装着する際、前記照明光供給ケーブルが、前記第２のレンズモジュールに形成される接続端子に接続されることを特徴とする画像撮像装置。
【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画像撮像装置に関する。
【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画像撮像装置として、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、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等の受光素子で受光し、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）。
【特許文献１】特開２００６−３０９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような画像撮像装置は、通常、静止している被写体を撮像、観察することを目的として設計されている。いいかえると、移動する被写体の撮像には適していない。一方で、例えば工場の製造ラインにおける異常の原因究明等の用途では、被写体の動作を連続写真として撮像したいことがある。このような場合、従来は連続写真を撮像可能なハイスピードカメラ等、専用の高速度撮像カメラが使用されてきた。しかしながら、高速度撮像カメラは一般に高価である上、日常的に使用されるものでないため、コストや管理維持の面で効率的といえない。
【０００４】
さらに、従来の画像撮像装置で高速度撮影を行おうとすれば、光量不足が問題となる。すなわち、高速度撮像用途においては、通常の拡大観察よりもカメラから被写体までのワーキングディスタンスが相当長くなるため、被写体に照射される光量が距離の２乗に反比例して少なくなる。加えて、撮像スピードが速くなることでも、光量が相対的に低下する。例えば、画像撮像装置においては画像一枚あたりの撮像速度が通常のビデオカメラと同様の１／３０秒程度であるのに対し、高速度撮像用カメラでは、千分の一から数万あるいは数百万分の一といった極短時間で撮像が行われる。このため単位フレーム当たりの照度が相当量必要とされ、従来はカメラとは別に、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等の強力な連続発光の光源や、短時間だけ強力な照度が得られるフラッシュランプ、或いは撮影周期に同期したパルスレーザ光源等の照明用の設備を用意しなければならなかった。しかしながら、このような照明設備は一般に高価である上、照明器具の設置や投光先の位置調整といった作業が繁雑であった。さらに、光源によっては照度が依然として不足したり、あるいは照度は十分であっても演色性に劣る光源があり、これらを使い分ける必要が生じる。ところが光源は一般に固定式であるため容易に交換ができず、結局のところ光源の種類が異なる複数の照明設備を準備しなければならず、一層高価で更に手間がかかっていた。
【０００５】
加えて、ワーキングディスタンスの大きい被写体に対しても高い照明光量を得ようとすれば、照明光の中心部分が暗くなって光量が低下する、いわゆる中抜け照明が問題となる。すなわち、図２３に示すように光ファイバ６１Ａに対して集光ランプで直接集光する構成においては、光源の発光管自身が影となるため、ランプが発する光の内、リフレクタに反射され光ファイバ６１Ａに入射される光は主に矢印Ａ、Ｂで示す方向の成分となる。この成分が、光ファイバ６１Ａを通じて遠方に出射されると、光軸と平行な光の成分が無いため、遠方で出射中心が暗くなる中抜け照明を形成してしまう。このため、特にワーキングディスタンスの大きい被写体に対しては、中抜け照明の問題が顕在化し、十分な照明光量で照射することは困難であった。
【０００６】
本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、安価な構成で静止している被写体のみならず、移動する被写体に対しても適切な照明光にて撮影可能な画像撮像装置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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の画像撮像装置は、観察対象の画像を撮像する画像撮像装置であって、画像を撮像する撮像部を内蔵する撮像モジュールと、撮像モジュールと連結され、撮像部と光学的に結合される光学レンズを内蔵するレンズモジュールと、レンズモジュールを介して撮像部に結像される画像の観察対象を照明するための照明手段と、で構成されるヘッド部と、照明手段に照明光を供給するための照明用光源と、撮像部を制御する撮像用制御信号を生成し、撮像部に対して送信するための撮像制御部と、撮像部で撮像された拡大画像に対して画像処理を行うための画像処理部と、を有する本体部と、本体部の照明用光源とヘッド部の照明手段とを結合し、照明用光源からの照明光をレンズモジュールを介して観察対象領域に対して供給するための照明光供給ケーブルと、ヘッド部の撮像部に対して本体部の撮像制御部から撮像用制御信号を送信すると共に、撮像部からの画像信号を本体部の画像処理部へ送信するための信号送信ケーブルと、を含む、本体部とヘッド部とを接続するケーブル部と、を備え、本体部が、撮像部で観察対象の高速度撮像を行う高速度撮像モードと、撮像部で観察対象の拡大撮像を行う拡大撮像モードとを切り替え可能であり、高速度観察モードでの撮像に際して、レンズモジュールとして高速度観察用の光学レンズを内蔵する第１レンズモジュールを接続可能であり、拡大観察モードでの撮像に際して、レンズモジュールとして拡大観察用の光学レンズを内蔵する第２レンズモジュールを接続可能であり、レンズモジュールが、第１レンズモジュールと第２レンズモジュールのいずれかを選択的に、ヘッド部に対して着脱可能に構成されてなり、第１レンズモジュールをヘッド部に装着する際の照明手段として、第１レンズモジュールにて撮像する領域を照明するため照明光のワーキングディスタンスを調整可能な第１レンズ用照明ユニットを、ヘッド部に対して装着可能に構成しており、第１レンズ用照明ユニットが、該照明光のワーキングディスタンスを調整するための機構として、該第１レンズ用照明ユニットと第１レンズモジュールとの相対的な傾斜角度を調整する照明ユニット傾斜角調整手段を備える。これにより、画像撮像装置に高速度撮影機能を付加して、利便性を更に向上できる。特に、観察用途に応じて適切なレンズモジュールを交換式に画像撮像装置に装着可能とすることで、一の画像撮像装置を拡大観察用途、高速度観察用途のいずれにも兼用できる。特に、拡大観察用途に比べてより多くの照度が要求される高速度観察用途においては、別体の第１レンズ用照明ユニットを用意することで、高出力の照明を撮像領域に対して投射可能とできる。さらにまた、ヘッド部が、装着された第１レンズ用照明ユニットとの間の相対的な傾斜角度を調整する照明ユニット傾斜角調整手段を備えることができることにより、照明光の照射角度を容易に調整できる。
【０００８】
また、第２の画像撮像装置は、第２レンズモジュールをヘッド部に装着する際の照明手段として、第２レンズモジュールにて撮像する領域を照明するための照明光路を、第２レンズモジュールに内蔵できる。これにより、拡大観察用途においては、第２レンズモジュールに組み込まれた照明により撮像領域を十分に照明できるので、専用の照明ユニットを別途用意する手間を省き簡便な観察が行える。
【０００９】
さらに、第３の画像撮像装置は、第２レンズモジュールをヘッド部に装着する際の照明手段として、第２レンズモジュールの光学レンズと略同軸に照明光を出射する同軸落射照明アダプタを、ヘッド部に対して装着可能に構成できる。これにより、同軸落射照明で拡大観察を行うことができる。
【００１０】
さらにまた、第４の画像撮像装置は、ヘッド部が、外形の少なくとも一部を円柱状に形成しており、第１レンズ用照明ユニットを、ヘッド部の円柱状の外周上で回転自在に装着できる。これにより、第１レンズ用照明ユニットとヘッド部との相対位置を容易に調整できるので、ヘッド部の設置位置に応じて、あるいはヘッド部が影にならないように、第１レンズ用照明ユニットからの投射光の投射位置を調整できる利点が得られる。
【００１１】
さらにまた、第５の画像撮像装置は、第１レンズ用照明ユニットが、該照明光のワーキングディスタンスを調整するための機構として、さらに該第１レンズ用照明ユニットのスポット光の直径を調整する機構を備えることができる。
【００１２】
さらにまた、本発明の実施の形態に係る画像撮像装置は、照明ユニット傾斜角調整手段が、ヘッド部側に固定されたウォームギアと、第１レンズ用照明ユニット側に固定されたウォームホイールとで構成できる。これにより、第１レンズ用照明ユニットの傾斜角の微調整が容易である上、第１レンズ用照明ユニットの自重で傾斜角が変わる事態を回避でき、安定した照明光の投光が可能となる。
【００１３】
さらにまた、本発明の実施の形態に係る画像撮像装置は、第１レンズ用照明ユニットが、照明光としてスポット光を形成することができる。これにより、照明光を光量の高いスポット光として効率よく被写体に照明光を照射できる。
【００１４】
さらにまた、本発明の実施の形態に係る画像撮像装置は、照明用光源を本体部に対して着脱可能に構成してなり、さらに本体部は、装着された照明用光源の種別を判別する光源判別手段を備えることができる。これにより、異なる照明用光源に交換可能として、観察用途に応じた適切な照明用光源に切り替えることができる。また、本体部側でどのタイプの照明用光源が接続されているかを光源判別手段で判別することができ、接続された照明用光源に適した照明光の出力制御や電源ワット数の切り替え等を行うことができる。
【００１５】
さらにまた、本発明の実施の形態に係る画像撮像装置は、照明用光源として、第１光源と、第１光源より照度が低く、かつ演色性の高い第２光源と、のいずれかを選択的に装着可能に構成できる。これにより、照度を重視する観察、演色性を重視する観察といった観察用途に応じて、各々に適した照明用光源に着脱、切り替えることが可能となる。
【００１６】
さらにまた、本発明の実施の形態に係る画像撮像装置は、第１光源及び第２光源が、いずれもメタルハライドランプを備え、かつ第２光源は第１光源よりも赤色光の色味成分が高いものとできる。これにより、十分な照度を確保しつつ、演色性を高めた照明用光源を提供することができる。
【００１７】
さらにまた、本発明の実施の形態に係る画像撮像装置は、第１光源が、メタルハライドランプ、水銀ランプ又はキセノンランプを備え、第２光源が、メタルハライドランプ、ハロゲンランプ又はＬＥＤ照明を備えることができる。これにより、用途に応じて光源の種類自体を変更でき、さらに変更された光源の種別に応じて光源判別手段で光源を駆動する適切な駆動条件に切り替えることができる。
【００１８】
さらにまた、第６の画像撮像装置は、本体部が、照明用光源と、撮像制御部と、画像処理部の内、少なくともいずれかを分割可能なユニット状に構成できる。これにより、構成上の自由度を増すことができる。例えば、照明用光源を内蔵に限らず、外付けでの利用可能とすることで、本体部に内蔵するための小型化等が不要となり、さらに利便性が高まる。
【００１９】
さらにまた、第７の画像撮像装置は、さらに、照明用光源と照明光供給ケーブルとの光結合面において、照明用光源からの照明光の進行方向が照明光供給ケーブルの光軸方向と略一致させるように、照明光供給ケーブルの端面に入射される光源からの入射光の入射角を補正する光結合補正手段を備えることができる。これにより、照明光がいわゆる中抜けとなる状態を軽減し、効率よく光源からの出射光を利用して光量を高めることが可能となる。
【００２０】
さらにまた、第８の画像撮像装置は、光結合補正手段が平凸レンズを備え、平凸レンズは、照明用光源からの出射光の光束の一部が、平凸レンズの前側焦点を通過するように配置できる。これにより、平凸レンズを用いた比較的簡素な構成で光源からの出射光を適正に補正し、中抜け照明の問題を回避できる。
【００２１】
さらにまた、本発明の実施の形態に係る画像撮像装置は、信号送信ケーブルとヘッド部とは一体的に連結できる。これにより、ケーブルを一本に纏めて取り回しがよくなる。
【００２２】
さらにまた、本発明の実施の形態に係る画像撮像装置は、照明光供給ケーブルが、複数のガラスファイバにて構成できる。
【００２３】
さらにまた、第９の画像撮像装置は、第２レンズモジュールが内蔵する照明光路を、リング状照明とできる。
【００２４】
さらにまた、第１０の画像撮像装置は、第２レンズモジュールをヘッド部に装着する際、照明光供給ケーブルが、ヘッド部の接続端子に接続され、ヘッド部を介して第２のレンズモジュールに形成される照明用光路に接続できる。
【００２５】
さらにまた、第１１の画像撮像装置は、第１レンズモジュールをヘッド部に装着する際、照明光供給ケーブルを、第２のレンズモジュールに形成される接続端子に接続できる。
【００２６】
さらにまた、本発明の実施の形態に係る画像撮像装置は、照明光供給ケーブルを、ヘッド部のレンズモジュールに直接接続可能に構成できる。これにより、照明光供給ケーブルはヘッド部を構成するレンズモジュールを介して照明手段に供給される。このように、照明光供給ケーブルはヘッド部を構成する任意の部材に接続可能とでき、接続の自由度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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画像撮像装置を例示するものであって、本発明は画像撮像装置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。
【００２８】
本発明の実施例において使用される画像撮像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、ＩＥＥＥ８０２．１ｘ等の無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ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画像撮像装置とは、画像撮像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。
【００２９】
また、本明細書において画像撮像装置は、拡大観察、高速度観察の画像撮像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、本発明の画像撮像装置に該当する。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、携帯型電子機器、ＰＤＣやＣＤＭＡ、Ｗ−ＣＤＭＡ、ＦＯＭＡ（登録商標）、ＧＳＭ、ＩＭＴ２０００や第４世代等の携帯電話、ＰＨＳ、ＰＤＡ、ページャ、スマートフォン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。
【００３０】
本明細書において高速度観察とは、ハイスピード撮影等とも呼ばれ、人の目で視覚することが困難な瞬間的な画像を連続的な複数のフレーム画像として撮影するものであり、例えばフレームレート（一秒間に連続して取得する画像の枚数を定義する単位）１００ｆｐｓ〜１００万ｆｐｓでの撮影を行う。この際、必要に応じて被写体を適宜拡大表示させることもできる。また拡大観察とは、主に静止している、又は動的に変化しない被写体を拡大表示させるものであり、例えば１０倍〜１０万倍等の範囲で拡大させる。
（ブロック図）
【００３１】
図１に、本発明の一実施の形態に係る画像撮像装置１００のブロック図を示す。この図に示す画像撮像装置１００は、撮像部１０を含む撮像モジュール１６と、照明手段６０、レンズモジュール２０で構成されるヘッド部１５と、ヘッド部１５を駆動制御し、画像処理等を行う本体部５０と、ヘッド部１５と本体部５０とを接続するケーブル部２４とで構成される。本体部５０は、照明手段６０に照明光を供給するための照明用光源６４と、撮像部１０を制御する撮像用制御信号を生成し、撮像部１０に対して送信するための撮像制御部１３と、撮像部１０で撮像された拡大画像に対して画像処理を行うための画像処理部８１とを備える。さらに本体部５０は、撮像部１０で撮像された画像を表示する表示部５２と、ユーザが各種設定や操作を行うための操作部５５を備える。この画像撮像装置１００は、観察用途に応じたレンズモジュール２０及び照明手段６０に交換可能とすることで、一台の画像撮像装置を複数の異なる用途に用いることが可能となる。
【００３２】
ヘッド部１５を構成を用途に応じて変更し、本体部５０に接続する構成の例を、図２及び図３に示す。これらの図において、図２は、照明光供給ケーブル６１と信号送信ケーブル６２を部分的に纏めたケーブル部２４を採用する例を、図３は照明光供給ケーブル６１と信号送信ケーブル６２を個別に構成したケーブル部２４を採用する例を、それぞれ示している。また図２（ａ）、図３（ａ）は複数のヘッド部１５の構成を示す分解図、図２（ｂ）、図３（ｂ）は高速度観察用ヘッド部１５をケーブル部２４を介して本体部５０に接続するイメージ図、図２（ｃ）、図３（ｃ）はリング状照明をセットした拡大観察用ヘッド部１５をケーブル部２４を介して本体部５０に接続するイメージ図、図２（ｄ）、図３（ｄ）は同軸落射照明をセットした拡大観察用ヘッド部１５をケーブル部２４を介して本体部５０に接続するイメージ図を、それぞれ示している。これらの図に示すように、ヘッド部１５を構成する部材をアタッチメント式に変更して様々なバリエーションを生成し、一台の画像撮像装置を多様な用途に利用できる。ここでは、大別して高速度観察用、拡大観察用のヘッド部１５を構成する。また拡大観察用ヘッド部１５はさらに、照明手段６０をリング状照明、同軸落射照明のいずれかを選択できる。このように、用途に応じてヘッド部１５を使い分けることができる。
（ヘッド部１５）
【００３３】
ヘッド部１５は、撮像モジュール１６に撮像部１０を備える。撮像部１０は、照明手段６０により照明された観察対象の被写体Ｓ（試料、ワーク等）から、光学系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、他の素子も利用できる。ここではヘッド部１５の外形を、図２（ａ）に示すように円筒状の撮像モジュール１６とし、内部に撮像素子１２を内蔵する。また撮像モジュール１６に内蔵する撮像素子１２は、モノクロ撮像用、カラー撮像用のいずれかが利用できる。例えば冷却ＣＣＤ等、高精細な撮像が可能な撮像素子はモノクロ撮像用であるため、撮像モジュール１６をモノクロ撮像用、カラー撮像用に複数用意し、これらを観察用途に応じて適宜選択することで、種々の用途に対応可能な画像撮像装置とできる。
（画素ずらし手段１４）
【００３４】
さらに撮像部１０は、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ための画素ずらし手段１４を備えることができる。画素ずらしとは、例えば単板タイプについて特開昭５８−１１１５８０号公報や、３板タイプについて特開平０１−１２３５８０号公報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（画素）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被写体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をアクチュエータ等により移動させるＣＣＤ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。画素ずらしを行うための画素ずらし信号は、画素ずらし信号ケーブル６２Ａを介して本体部５０からヘッド部１５に送信される。一般的に拡大観察を行う場合、その観察・撮像に用いる撮像素子に対しては、解像度の高いものを用いる傾向が強いが、このような高解像度の撮像素子にて高速度撮像も行う場合、その撮像素子からの読み出し速度が遅くなるという傾向がある。このため、本実施の形態における画像撮像装置では、「拡大観察」と「高速度撮像」の両方を兼ねることのできる撮像素子として、例えば３０万画素程度の、撮像素子からの読み出し速度が高速度撮像においても使用可能なタイプを採用し、この撮像素子を静止画像としての拡大観察像を取得する場合においては、上述した画素ずらし手段を活用することにより、解像度を高めることにより、二つの異なる観察に対して両立できる撮像手段を構築している。なお、高速度撮像においては、高速度撮像モードであることを自動的又は手動的に本体部の制御手段に認識させることにより、画素ずらし手段を駆動させないようにすることは言うまでもない。
【００３５】
またヘッド部１５は、レンズモジュール２０及び照明手段６０も、用途に応じて交換できる。レンズモジュール２０としては、高速度観察用のレンズを内蔵する第１レンズモジュール２１と、拡大観察用のレンズを内蔵する第２レンズモジュール２２に大別される。また選択したレンズモジュール２０に応じて、照明手段６０が用意される。この例では、第２レンズモジュール２２用の照明手段６０として、第２レンズモジュール２２に照明光路６７を内蔵しており、一方第１レンズモジュール２１用の照明手段６０として、第１レンズモジュール２１で撮像する領域を照明するための第１レンズ用照明ユニット６６を別体で用意し、ヘッド部１５に対して装着可能としている。
【００３６】
このようにヘッド部１５は、撮像部１０を撮像モジュール１６に内蔵しており、レンズモジュール２０側をアタッチメント式としている。また照明手段６０については、レンズモジュール２０に内蔵させるタイプ、レンズモジュール２０と個別に、ヘッド部１５又はレンズモジュール２０に装着するタイプとしている。もちろん、この構成に限定されるものでなく、例えば照明手段６０を拡大観察用、高速度観察用に各々用意した別体で構成したり、高速度観察用の照明手段を第１レンズモジュールを組み込む構成等も採用できる。また撮像部１０も、撮像モジュール１６を交換することで変更する他、レンズモジュール側に撮像部を内蔵させる構成やレンズモジュールや照明手段へのアタッチメント式等とする構成、あるいは複数の撮像素子を撮像モジュール等に内蔵して切替可能とする方式等により、交換可能としてもよい。
（レンズモジュール２０）
【００３７】
レンズモジュール２０は、撮像素子１２と光学的に結合される光学レンズを内蔵する。ここでは、高速度観察用のレンズを内蔵する第１レンズモジュール２１と、拡大観察用のレンズを内蔵する第２レンズモジュール２２を用意している。第１レンズモジュール２１を含むヘッド部１５の断面図を図４に、第２レンズモジュール２２を含むヘッド部１５の垂直断面図を図５に、図５のＶＩ−ＶＩ線における水平断面図を図６に、それぞれ示す。これらの図に示すようにレンズモジュール２０は、要求される倍率や明るさに応じたサイズ、曲率の光学レンズを複数枚備えている。
（照明手段６０）
【００３８】
照明手段６０は、レンズモジュール２０を介して撮像素子１２に結像される被写体Ｓを照明する。照明手段６０の光源は、本体部５０に内蔵され、ケーブル部２４を介して照明光がヘッド部１５の照明手段６０に伝達される。照明手段６０は、ヘッド部１５に組み込み式としたり、ヘッド部１５と脱着可能な別体のいずれも採用できる。ここでは、第１レンズモジュール２１用の照明手段６０である第１レンズ用照明ユニット６６は、ヘッド部１５と別体で構成して装着し、第２レンズモジュール２２用の照明手段６０である照明光路６７、具体的にはリング状照明は、第２レンズモジュール２２に内蔵式としている。
（第１レンズ用照明ユニット６６）
【００３９】
第１レンズ用照明ユニット６６は、後端に照明光供給ケーブル６１を接続している。また第１レンズ用照明ユニット６６は、図４及び後述する図１０の断面図に示すように、照明ユニット用マウント１８の傾動軸１９に固定される軸穴を、後端近傍に開口している。このため、後端部分の軸穴を中心に揺動できる。
（第１レンズ用照明ユニット６６の装着部分）
【００４０】
図７に、第１レンズ用照明ユニット６６を第１レンズモジュール２１に固定したヘッド部１５の斜視図を示す。この図に示すように、第１レンズ用照明ユニット６６は第１レンズモジュール２１の上部に固定される。具体的には、第１レンズモジュール２１の円筒状の周囲に回転自在に固定された回転リング１７上に、上面を開口した断面コ字状の照明ユニット用マウント１８を固定し、この照明ユニット用マウント１８に、第１レンズ用照明ユニット６６を傾動軸１９を中心に傾動自在に固定される。回転リング１７を回転自在とすることで、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１レンズ用照明ユニット６６は第１レンズモジュール２１に固定した状態で、円筒状の第１レンズモジュール２１、すなわち撮像素子１２の光軸を中心として周囲を回転自在としている。また、任意の回転位置で回転リング１７を第１レンズモジュール２１に対して保持できるよう、ロックレバー２３を設けている。これにより、照明光の照射方向を自在に調整でき、例えばヘッド部１５の配置位置によって照明光の一部が影となるような場合に、第１レンズ用照明ユニット６６の位置を変更して照明光が遮られる事態を回避できる。
（照明ユニット傾斜角調整手段）
【００４１】
またヘッド部１５は、第１レンズ用照明ユニット６６の第１レンズモジュール２１に対する相対的な傾斜角度を調整する照明ユニット傾斜角調整手段を備えている。図８、図９、図１０に、照明ユニット傾斜角調整手段の一例を示す。これらの図において、図８は第１レンズ用照明ユニット６６の傾動を示す斜視図を、図９は側面図を、図１０は図９の一部断面図であって、図４と切断位置を変えることで照明ユニット傾斜角調整手段の部分を示した垂直断面図である。この図に示す照明ユニット傾斜角調整手段は、照明ユニット用マウント１８に設けられたウォームギア２５と、第１レンズ用照明ユニット６６の後端に設けられたウォームホイール２６で構成される。ウォームギア２５の端部（図１０において頂部）には、傾斜角調整ねじ２７が固定されており、傾斜角調整ねじ２７を回転させることで、ウォームギア２５が回転され、ウォームギア２５と噛合されたウォームホイール２６の回転により、傾動軸１９を中心に、第１レンズ用照明ユニット６６を揺動させ、第１レンズモジュール２１に対する傾斜角を調整できる。このような構成を採用することにより、ユーザによって第一レンズモジュールと被写体Ｓとの間の距離（照明光のワーキングディスタンス）が任意に設定されても、この距離に対応させて、被写体Ｓを適切に照明できる傾斜角を容易に設定できる。このようなウォームギア２５の構成により、詳細な角度調整が可能になると共に、第１レンズ用照明ユニット６６側からは動力を伝達できないので、特に固定機構を設けずとも傾斜角度が保持され、第１レンズ用照明ユニット６６の自重で傾斜角度が変わってしまう事態を回避できる。
【００４２】
なお、照明ユニット傾斜角調整手段で傾斜角度を調整する機構は、上記のウォームギアを用いた構成に限られず、ピニオンギアと板状ギアの組み合わせやカム、クランク等を使用した構成、あるいはステッピングモータやサーボモータで直接回動させる方式等を利用してもよいことはいうまでもない。また、必要に応じて傾斜角度を固定するロック機構を設けてもよい。
【００４３】
さらに第１レンズ用照明ユニット６６はスポット光を形成するよう、投光に適したテレスコープ状レンズ６６ａを備えている。すなわち、円筒状レンズ部分を入れ子式としてスポット光の直径を調整でき、図１１（ａ）に示す状態から、図１１（ｂ）に示すようにテレスコープ状レンズ６６ａを突出させることができ、突出量を少なくするとスポット径が大きくなり、突出量を大きくするとスポット径を小さくできる。これにより、照射光を集中させたスポット光を形成できる。特に高速度撮影用途では照明光のワーキングディスタンスが比較的長くなるため、スポット光を照射して、照明光を十分な照度にて効率よく照射できる。なお上述の例では、照明光を調整するための可動部分を入れ子式としたが、これに限るものでなく、例えば第１レンズ用照明ユニット６６内部で複数の光学レンズの組み合わせを可動させることもできる。また、光学レンズの組み合わせによっては、可動部を突出させるとスポット径が大きくなるように設定することも可能であることはいうまでもない。さらに、上述した照明光のスポット径を可変させる行為は、ユーザが望む適切な範囲に照明できるメリットがあるが、更に本体部に設けられた照明用光源からの限られた光量を用いて、ユーザが設定する高速度撮影に適した高速なフレームレートに対応した十分な明るさを提供できるという効果も得られる。
（照明光路６７）
【００４４】
第２レンズモジュール２２用の照明光を照射する照明光路６７は、図５、図６に示すようにヘッド部１５の第２レンズモジュール２２に内蔵される。この照明光路６７は、照明光供給ケーブル６１である光ファイバ６１Ａからの照明光を分岐し、複数の点灯部６８をヘッド部１５の周囲に円環状に配置したリング状照明としている。このため撮像モジュール１６には、図６の水平断面図に示すように、照明光供給ケーブル６１から伝搬された照明光を分岐させる光ファイバ分岐路６９を備える。光ファイバ分岐路６９の斜視図を図１２に示す。この図に示すように、照明光供給ケーブル６１から伝搬された照明光は、撮像モジュール１６の後端側から内部に案内されると、一旦光ファイバ分岐路６９によって２方向に分岐され、撮像モジュール１６の先端側、すなわち第２レンズモジュール２２との接合面である光接合面７０において円環状に分散される。このように照明光を光接合面７０まで案内させるための光導波路として、光ファイバ分岐路６９内部は光ファイバが内蔵される。また照明光を一旦分岐させるのは、撮像モジュール１６の中心部分に撮像部１０を配置するためであり、分岐された照明光は光ファイバ６１Ａの光導波路を伝搬して、撮像モジュール１６の光接合面７０の円周部分に案内される。さらに撮像モジュール１６と第２レンズモジュール２２との接合部分でも、撮像モジュール１６の光接合面７０が第２レンズモジュール２２の光接合面と光学的に結合され、同様に第２レンズモジュール２２内部に設けられた光ファイバ６１Ａ等の光導波路を伝搬して、第２レンズモジュール２２の入射端面に設けられた点灯部６８まで照明光がガイドされる。
【００４５】
点灯部６８は、複数のブロック状で、第２レンズモジュール２２の入射面の周囲に円環状に設けられる。照明光を光導波経路中のいずれかの位置（この例では後述するように本体部５０側）で遮光制御することで、すべての点灯部６８を点灯させる全射照明や、１／４等、一部の点灯部６８を点灯させる片射照明に切り替えることができる。点灯部６８の一部を部分的に点灯することで、対象物表面に陰影が生じ、凹凸感を強調した立体感のある影像が得られる。また点灯部６８の点灯パターンを変化させることで、得られる拡大観察像の陰影を変化させることができる。これを利用して、複数の点灯パターン（例えば点灯部６８の全周を点灯する全周照明、左右上下の一部、例えば１／２や１／４を部分的に点灯する側射照明、さらには落射照明、透過照明の組み合わせや拡散、偏光フィルタの有無等）を予め用意し、順次点灯パターンを切り替えて画像を簡易的に撮像し、表示部５２に一覧表示させて、ユーザに好みの画像を選択させ、選択された画像の点灯パターンにて通常の拡大観察像を撮像するように構成してもよい。この方法であれば、照明の仕方をユーザが特に意識することなく、表示部５２の画面上に表示される画像を見ながら、所望の画像を容易に得ることができる。
【００４６】
なお、図６の例では、照明光供給ケーブル６１をヘッド部１５の撮像モジュール１６に接続し、光ファイバ分岐路６９を介して第２レンズモジュール２２に照明光を伝搬する構成としている。ただ、この構成に限られず、例えば照明光供給ケーブル６１を直接第２レンズモジュール２２に接続して照明光を供給する構成とすることもできることは、いうまでもない。
（同軸落射照明アダプタ７１）
【００４７】
一方、同軸落射照明を行う場合は、図２（ａ）、（ｄ）等に示すように第２レンズモジュール２２に同軸落射照明アダプタ７１を装着する。同軸落射照明アダプタ７１は、第２レンズモジュール２２の側面から照明光を入射させ、複数のミラーで反射させて撮像素子１２の光軸とほぼ一致させるように照明光を入光させる。これにより、明視野観察等に有効となる。ここでは図２（ａ）に示すように、第２レンズモジュール２２の側面に突出させたコネクタに照明光供給ケーブル６１を接続している。
（ケーブル部２４）
【００４８】
一方ケーブル部２４は、本体部５０の照明用光源６４とヘッド部１５の照明手段６０とを結合し、照明用光源６４からの照明光をレンズモジュール２０を介して観察対象領域に対して供給するための照明光供給ケーブル６１と、ヘッド部１５の撮像素子１２に対して本体部５０の撮像制御部１３から撮像用制御信号を送信すると共に、撮像素子１２からの画像信号を本体部５０の画像処理部８１へ送信するための信号送信ケーブル６２とを含む。照明光供給ケーブル６１には、光の伝達に適した光ファイバ６１Ａが利用できる。また信号送信ケーブル６２は、電気信号の伝達に適した銅線等の導電性に優れた金属線が利用できる。
【００４９】
ケーブル部２４は、一端をヘッド部１５に固定して、他端を本体部５０の接続端子に接続する。ただ、ヘッド部１５とケーブル部２４との接続部分も着脱式としてもよいことは言うまでもない。またケーブル部２４は、照明光供給ケーブル６１と信号送信ケーブル６２とを個別に構成し、各々の端子を個別に接続する構成としてもよいし、また一本に纏めても、あるいは中間部分を一本に纏め、端子部分を分岐させてもよい。一方、本体部５０側には、これらのケーブル部２４の分岐された接続端子を挿入するための端子穴を各々設けている。
【００５０】
図２（ａ）の例では、拡大観察用途のヘッド部１５の内、照明手段６０としてリング状照明を採用するタイプについては、ヘッド部１５に照明手段６０が一体的に組み込まれているため、図２（ｃ）に示すように照明光供給ケーブル６１と信号送信ケーブル６２を纏めたケーブル部２４としている。このケーブル部２４の一端はヘッド部１５を構成する撮像モジュール１６の後端に固定されており、一方本体部５０との接続側においては、照明光供給ケーブル６１と信号送信ケーブル６２に分岐させている。また信号送信ケーブル６２は、さらに画素ずらし信号を送信する画素ずらし信号ケーブル６２Ａと、制御信号及び画像信号の送信を行う制御信号用ケーブル６２Ｂに分岐されている。この構成でヘッド部１５をケーブル部２４を介して本体部５０に接続する様子を、図２（ｃ）に示す。このように、ケーブル部２４をある程度纏めておくことにより、取り回しを容易にできる利点が得られる。ただ、上述の通り必ずしもケーブル部２４を纏める必要はなく、図３（ｃ）に示すように、ヘッド部１５から直接照明光供給ケーブル６１、信号送信ケーブル６２（画素ずらし信号ケーブル６２Ａと制御信号用ケーブル６２Ｂ）を分岐させて、本体部５０と各々個別に接続する構成としてもよい。
【００５１】
一方で、ヘッド部１５に照明手段６０が別体で装着されるタイプについては、ケーブル部２４を纏めることなく、照明光供給ケーブル６１を直接照明手段６０と本体部５０と接続する。具体的には、高速度観察用途のヘッド部１５においては、図２（ａ）、（ｂ）に示すように第１レンズ用照明ユニット６６の後端に照明光供給ケーブル６１の一端を接続し、他端を本体部５０と接続する。ここで、撮像モジュール１６側のケーブル部２４として、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、部分的に照明光供給ケーブル６１と信号送信ケーブル６２を纏めたタイプを使用することも可能である。この場合は図２（ｂ）に示すように、撮像モジュール１６のケーブル部２４から分岐された照明光供給ケーブル６１は、本体部５０に接続せず、代わりに第１レンズ用照明ユニット６６側の照明光供給ケーブル６１を接続する。
【００５２】
また拡大観察用途のヘッド部１５の内、照明手段６０として同軸落射照明を採用するタイプについても、図３（ｄ）に示すように落射カプラ７２を介して同軸落射照明アダプタ７１に照明光供給ケーブル６１の一端を接続し、他端を本体部５０と接続する。これにより、本体部５０の照明用光源６４からの照明光を照明手段６０に伝達できる。この場合においても、撮像モジュール１６側のケーブル部２４として、部分的に照明光供給ケーブル６１と信号送信ケーブル６２を纏めたタイプを使用することもでき、図２（ｄ）に示すように、撮像モジュール１６のケーブル部２４から分岐された照明光供給ケーブル６１は本体部５０に接続せず、代わりに同軸落射照明アダプタ７１側の照明光供給ケーブル６１を接続する。
【００５３】
なお図２（ｃ）、（ｄ）や図１等の例では、落射照明の場合を説明しているが、透過照明も利用できることは言うまでもない。透過照明の場合は、被写体の背面側に照明手段を配置し、背面側から被写体を照らして撮像する。
（本体部５０）
【００５４】
本体部５０は、照明用光源６４と、撮像制御部１３と、画像処理部８１と、メモリ部５３と、インターフェース部５４を備える。図１の例では、各部材を本体部５０に組み込んでいるが、本体部５０はこの構成に限られず、照明用光源６４、撮像制御部１３、画像処理部８１等を、各々ユニット状に分割可能とすることもできる。これにより、構成の自由度が増す。例えば、照明用光源６４を内蔵せず、外付けで接続する態様とできる。この場合、光源の切替を容易に行える反面、光源の設置や配線作業が必要となり、手間がかかる。
（照明用光源６４）
【００５５】
照明用光源６４は、撮像制御部１３に点灯を制御される。具体的には、メタルハライドランプやハロゲンランプを使用する場合は、照明光供給ケーブル６１を接続する接続端子との光路上に照明光をすべて、あるいは部分的にマスクして遮光するマスク板（図示せず）を配置する。マスク板は２枚の大小の略扇形を背中合わせに接続したような形状で、回動軸を中心に回動自在に装着される。大きな扇形部分には、開口窓が設けられ、略円形の全周照明用開口窓と、略扇形の側射照明用開口窓が、それぞれ開口されている。また小さい扇形には、その円周側面部分にギア溝が形成されている。このマスク板は回動軸を中心に回動自在に連結されており、モータによって回動される。モータは回転軸にウォームギアを固定しており、ウォームギアのギア部分が、マスク板の小さい扇形の円弧部分に設けれらたギア溝と噛み合うように配置される。モータを回転させてマスク板を回動させると、全周照明用開口窓および側射照明用開口窓のいずれかが、照明光供給ケーブル６１と一致する。これによって、照明光供給ケーブル６１を照明用光源６４と接続し、照明手段６０から照明光を照射可能とする。
【００５６】
照明用光源６４は、複数の異なる光源を切り替え可能としている。ここでは、照明用光源６４をユニット式として本体部５０に着脱自在としている。図１３に、複数の光源ユニット６３Ａ、６３Ｂを交換して本体部５０に装着する状態、図１４に光源ユニット６３を本体部５０から取り外した状態、図１５に本体部５０に光源ユニット６３を装着した状態の斜視図を、それぞれ示している。各光源ユニット６３は、取り付け部分の形状を同一にして、光源の発光体を変更できる。このように、照明用光源６４をユニット式として着脱を容易にすることで、特性の異なる複数の照明用光源６３Ａ、６３Ｂを用意し、用途に応じて適切な照明用光源６４に交換することができる。この例では、高速度観察用として照度が高い第１光源と、拡大観察用として第１光源より照度は低いものの、演色性の高い第２光源を各々光源ユニット６３Ａ、６３Ｂとして用意している。特に、照度と演色性を両立した光源が得られ難い現状において、高い照度が要求される高速度観察用途においては照度の高い第１光源を、照度がそれ程要求されない拡大観察用途においては、照度よりも演色性に優れた第２光源を利用することで、各々の用途に適した照明光を提供でき、用途に応じて光源を着脱式に切り替える構成とすることで、各場面において高品質な画像を得ることができる。またこの例に限られず、例えば複数の光源を本体部に内蔵させ、点灯を切り替えることで、物理的な交換を不要とできる。切り替え式光源は、ワンタッチで光源の種類を変更できる利点が得られる反面、複数の光源を内蔵するために本体部が大型化する。また光源を本体部に内蔵せず、外付け式としてもよい。外付けの場合は、交換が容易な反面、光源を別途設置する手間がかかる。
【００５７】
このような照明用光源６４としては、メタルハライドランプが好適に利用できる。メタルハライドランプは、フィラメントに電流を流して発光するハロゲンランプと異なり、例えばキセノンガスを充填したバルブに高圧電流を放電して発光する。具体的には、メタルハライドランプは水銀とハロゲン化した金属が封入されている高輝度放電灯であり、発光管中に水銀、希ガスの他、発光金属がハロゲン化物（主としてヨウ化物）の形で封入されている。このランプは長寿命でエネルギー効率に優れ、低い消費電力で高い照度を得られる。特に高速度観察用途においては、ワーキングディスタンスが拡大観察用途に比べて長くなる上、ごく短いフレーム単位での撮影となるため、十分な照度が得られるよう、高出力の照明が要求される。このため、特に高速度観察用途においてはメタルハライドランプが好適である。また、拡大観察用途においてもメタルハライドランプを利用できる。この場合は、高速度観察用途ほどの照度が要求されないので、照度を抑えても演色性の高い、具体的には赤色成分を高くしたタイプのメタルハライドランプを使用する。あるいはメタルハライドランプ以外にも、第１光源として水銀ランプやキセノンランプを、また第２光源として、ハロゲンランプやＬＥＤを利用できる。ＬＥＤは、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等に比べて赤外線成分が少なく、同一光量を照射しても、被写体への発熱量が少ない利点が得られる。また比較的安価で長寿命である上、入力に対する応答性にも優れ、照明光を遮光するマスク板を使用することなく点灯制御できる上、１００万ｆｐｓといった高速撮影にも十分追従してＯＮ／ＯＦＦできる。
（光源判別手段６５）
【００５８】
このような異なる照明用光源６４を適切に点灯駆動できるよう、本体部５０側では、接続された照明用光源６４の種別に応じて、駆動電流等の駆動条件を切替可能としている。この切替は、手動若しくは自動で行うことができる。特に図１に示す例では、装着された照明用光源６４の種別を判別する光源判別手段６５を本体部５０側に備えている。光源判別手段６５を備えることで、接続された照明用光源６４の種別を本体部５０が自動的に把握し、各光源を駆動する適切な駆動条件に切り替えて適切な駆動制御が可能となる。例えばメタルハライドランプに応じた駆動電流値の切り替え、照明光の出力制御等を行うことができ、ユーザが一々電源ワット数等を切り替える手間や設定ミスを省き、確実に且つ安全に各照明用光源６４を利用できる。さらに、照明用光源６４の点灯時間を本体部５０側で計算して、照明用光源６４毎に使用時間を累積して保持し、交換時期が近付くと照明用光源６４の交換を促すように構成することもできる。
（光結合補正手段）
【００５９】
図１６に、照明用光源６４と照明光供給ケーブル６１との光結合部分の断面図を示す。この図に示すように、照明用光源６４から出射される照明光は、ミラー７３で反射されて照明光供給ケーブル６１である光ファイバ６１Ａの端面と光学的に結合される。
【００６０】
さらに図１７に、照明用光源６４と照明光供給ケーブル６１との光結合部分において、光源からの出射光を補正する機能を果たす光結合補正手段を用いて、中抜け照明の問題を回避した光源の構造を断面図で示す。従来、図２３に示すように光ファイバ６１Ａの端面に対して集光ランプ７５で直接集光すると、照明用光源６４からリフレクタ７６を介して出射される出射光は、発光管の存在によって矢印Ａ、Ｂで示す方向に二分されてしまい、その結果、中心部分が影となる、いわゆる中抜け照明となっていた。この問題は、特にワーキングディスタンスＷＤが長くなると顕在化する。
【００６１】
これに対して本実施の形態では、分岐された出射光が光ファイバ６１Ａの光軸方向に向かうよう各々集光させている。具体的には、図１７の断面図に示すように、照明用光源６４である集光ランプと光ファイバ６１Ａ端面との間に、光結合補正手段として平凸レンズ７４を介在させている。この結果、図１８の拡大断面図に示すように、平凸レンズ７４の前側焦点（レンズの後方無限遠にある物点に共役な光軸上の点）を通過するように平凸レンズ７４を配置した構成とすることで、集光ランプからの出射光の光束の一部が、光軸に平行な成分の光を生み出すことができる。これにより、光ファイバ６１Ａから出射された光は光ファイバ６１Ａにおいて光軸方向成分を持つので、いわゆる中抜けが低減される。また、ランプと光ファイバとの間の距離が大きい構成においても、平凸レンズ７４により集光が可能であり、光ファイバ６１Ａへの入射光率を向上させることができる。なお、図１７、図２３では説明のため断面図において光が二分される状態を示しているが、実際には光は円筒状に立体的に照射されるため、出射光は中心部分が暗くなる環状に照射されている。また図１７においては、説明上ミラーの図示を省略しているが、図１６のようにミラーを光路上に設けることは必須でない。
（撮像制御部１３）
【００６２】
撮像制御部１３は、高速度観察時におけるフレームレート、シャッタースピード等の撮像条件を、操作部５５を介して設定し、設定された撮像条件に従い、各部の制御を行う。具体的には、撮像部１０の撮像素子１２を駆動制御する撮像用制御信号を生成し、撮像部１０に対して送信する。また、照明用光源６４のＯＮ／ＯＦＦや遮光を制御する。例えばストロボ撮影を行う場合は、撮影に同期した同期信号を出力し、同期信号により照明用光源６４の点灯ＯＮ／ＯＦＦを行うと共に撮像素子１２で撮像を行う。このように、撮像制御部１３から照明用光源６４に対し、１回の撮影の開始及び終了時点に同期した撮影タイミング信号と、撮影中の各フレームの露光開始時点に同期した露光タイミング信号が送信される。また拡大観察時には、撮像条件の設定として、例えばリング状照明からの出射光として、落射照明、透過照明を選択し、それぞれに対して全周照明、側射照明いずれかを選択する。さらにフィルタとして拡散、偏光又はフィルタなしの通過光（スルー）を適用する等、複数の条件の組み合わせによって照明方法を様々に変化させることができる。これらの設定は、操作部５５を介してユーザが行う。
（画像処理部８１）
【００６３】
画像処理部８１は、撮像部１０で撮像された拡大画像に対して画像処理を行う。例えば、表示部５２に表示された被写体の画像に対して、領域を指定し、面積を演算したり、高低差や距離、角度を演算するといった処理を行う。
（表示部５２）
【００６４】
表示部５２は、撮像した画像や設定等を表示するディスプレイである。表示部５２はＣＲＴや液晶パネル等が利用される。図２、図３の例では、表示部５２は本体部５０に組み込まれている。
（メモリ部５３）
【００６５】
メモリ部５３は、撮像された画像データや設定内容等を保持する。好適には、一時的な記憶領域としてＲＡＭ等の高速な半導体メモリを使用し、データ保存領域としてハードディスクを使用する。
（インターフェース部５４）
【００６６】
また、データを外部機器とＩ／Ｏ若しくは通信を介してやりとりするためのインターフェース部５４を備える。制御信号や画像データ等を外部機器と受け渡しするためのポートとして、ケーブル部２４や各種コネクタ類を接続する端子穴を本体部５０に開口させる。また、ＵＳＢポートを備えることで、ＵＳＢメモリへのデータの書き出しや、他のコンピュータ等とシリアル接続してデータ通信を容易に行える。
（操作部５５）
【００６７】
操作部５５は、表示部５２上に表示される画面に基づいてユーザが入力その他の操作を行うための入出力デバイスである。操作部５５は本体部５０と有線もしくは無線で接続され、あるいは本体部５０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、画像撮像装置の操作の他、画像撮像装置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。なお表示部５２や操作部５５は、本体部５０と一体的に組み込むことも、本体部と有線もしくは無線で接続された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５５を一体に構成することもできる。図２、図３の例では、操作部５５は無線接続のコンソールで構成される。
（高速度観察用途）
【００６８】
以下、画像撮像装置を用いた拡大観察用途と、高速撮像用途の各々について、撮像の詳細を説明する。まず、高速度観察用途について説明する。図２に示すように、画像撮像装置のヘッド部１５として、カラー撮影用若しくはモノクロ撮影用の撮像素子１２を内蔵する撮像モジュール１６を選択し、撮像モジュール１６の先端に第１レンズモジュール２１を装着する。このとき、撮像モジュール１６に内蔵される撮像素子１２の光軸と、第１レンズモジュール２１の光軸が一致するよう、光学的に接合される。さらに照明手段６０として第１レンズ用照明ユニット６６を、撮像モジュール１６若しくは第１レンズモジュール２１に装着している。このように、第１レンズ用照明ユニット６６を第１レンズモジュール２１と別部材としつつ、ヘッド部１５に装着可能とすることで、従来別体で設置が面倒であった高速度観察用の照明設備を容易に準備でき、さらに調整作業も、照明ユニット傾斜角調整手段により簡素化される。図２の例では、第１レンズ用照明ユニット６６を予め一体的に固定した第１レンズモジュール２１を用意することで、第１レンズモジュール２１のみをヘッド部１５に装着して取り扱いを容易にできる。ただ、第１レンズ用照明ユニットを第１レンズモジュールに対して脱着可能とすることも可能であることは言うまでもない。
（操作画面）
【００６９】
さらに、高速度観察を行うための設定手順を、図１９〜図２０に基づいて説明する。これらの画面は画像撮像装置を操作する画像撮像装置操作プログラムのユーザインターフェース画面３００の一例を示しており、図１９は高速度撮像を行う録画画面、図２０は録画した高速度撮像データを再生するプレビュー画面を、それぞれ示している。このプログラムにおいては、録画画面で高速度撮像した高速度撮像データを、プレビュー画面で表示させる。これら録画画面とプレビュー画面の切替は、画面左上に設けられた画面切替手段３０２である「録画」、「プレビュー」切替ボタンをそれぞれ選択することで行える。なお、高速度撮像は、基本的には静止画を連続撮像するものであるが、これらを連続して表示すれば動画のように扱えるため、ここでは便宜上、動画像の録画と呼ぶこともある。
【００７０】
これらのプログラムのユーザインターフェース画面において、仮想的に設けられたボタン類や入力欄に対するＯＮ／ＯＦＦ操作、数値や命令入力等の指定は、画像撮像装置操作プログラムを組み込んだ画像撮像装置あるいは画像撮像装置操作プログラムをインストールしたコンピュータに接続された操作部５５で行う。本明細書において「押下する」とは、ボタン類に物理的に触れて操作する他、操作部５５によりクリックあるいは選択して擬似的に押下することを含む。
【００７１】
これらの図に示す画像撮像装置操作プログラムは、画像を表示する画像表示領域３０４と、その右側に設けられた各種操作を行う操作領域３１０、及び上部に設けられた各種設定を行うツールバー３２０で構成される。またツールバー３２０と画像表示領域３０４の間には、画面切替手段３０２が、画像表示領域３０４の下方には、現在の状態を示すステータス領域３０６が、それぞれ設けられる。画像表示領域３０４には、撮像される画像が表示される。ここでは、被写体Ｓとしてリレー設定装置が表示されている。
【００７２】
まず、図１９に示す録画画面について説明する。操作領域３１０には、明るさを設定する明るさ設定欄３１１、フレームレートを設定するフレームレート設定欄３１５、及び各種操作を実行する操作ボタン類３１６が配置される。明るさ設定欄３１１においては、シャッタースピードとゲインが設定できる。シャッタースピードはスライドバー３１２を操作して連続的に設定できる。また「自動」ボタン３１３を押下すれば、シャッタースピードを演算して適切な値に自動設定される。さらにゲインは数値表示欄３１４から数値で設定できる。数値表示欄３１４の右側に設けられたドロップボタンを押下すれば、予め設定されたゲインの数値がドロップダウンメニューで表示される。さらにフレームレートも、フレームレート設定欄３１５の数値表示欄３１５ａから数値で指定できる。数値表示欄３１５の右側に設けられたスピンボタンを押下して、数値を増減させることもできる。
【００７３】
操作ボタン類３１６としては、被写体に対し周期的に強い照明光を照射し、これに同期させて撮影を行うための「ストロボスコープ」ボタン３１６Ａ、スローで撮影するための「スロー撮影」ボタン３１６Ｂ、撮影を一時停止するための「一時停止」ボタン３１６Ｃ、静止画を撮像するための「静止画撮影」ボタン３１６Ｄ、さらに録画準備を実行する「録画準備」ボタン３１７、録画を開始、停止するための「録画」ボタン３１８が設けられる。
【００７４】
ステータス領域３０６には、撮影可能時間と残り時間が表示される。またトリガの設定タイミングと撮像時間の関係がタイムゲージ３０６Ａで表示されている。図１９の例ではセンタートリガに設定されており、プレトリガで画像を連続撮像中にトリガが入力されると、トリガのタイミングが中心となるように撮像を継続し、自動的に終了する。また、撮像開始を示すスタートトリガや、撮像終了を示すエンドトリガ、手動で撮像の開始、終了タイミングを指定するマニュアルトリガ等に設定することもできる。
【００７５】
またツールバー３２０には、主に静止画の撮影条件を設定する撮影設定ボタン３２０Ａ、主に録画の撮影条件を設定する録画設定ボタン３２０Ｂ、撮像された画像上で、面積や距離測定等各種の計測を行うための計測ボタン３２０Ｃ、撮像に使用するレンズモジュール２０の設定を行うレンズボタン３２０Ｄ、画像の印刷を行うための印刷ボタン３２０Ｅ、画像に対してユーザが任意のコメントを付加するためのコメント入力ボタン３２０Ｆ、画像の表示設定を行う表示ボタン３２０Ｇ、撮像素子１２や撮像される画像の設定を行うカメラ・画像ボタン３２０Ｈ、撮像済みの画像の整理や閲覧を行うためのアルバムボタン３２０Ｉ、画像撮像装置操作プログラムの起動時に表示される初期メニューを設定するための初期メニューボタン３２０Ｊ、及び画像撮像装置の電源をＯＮ／ＯＦＦするための電源ボタン３２０Ｋが、それぞれ表示されている。
【００７６】
このような録画画面で、各種設定を行った後、高速度撮像を行い、得られた高速度撮像データを、プレビュー画面で表示する。次にプレビュー画面について図２０に基づいて説明する。この画面においても、基本的な配置は図１９とほぼ同様であり、画像表示領域３０４、操作領域３１０、ツールバー３２０、画面切替手段３０２、ステータス領域３０６が設けられている。このツールバー３２０の内容は、図１９と同様である。
【００７７】
ステータス領域３０６には、撮像された高速度撮像データの、何枚目（フレームの枚数）を現在表示領域に表示しているかを示すタイムゲージ３０６Ｂが表示される。またタイムラインの右側には、フレームの総数と表示されているフレーム番号と経過時間も表示される。
【００７８】
またプレビュー画面の操作領域３１０においては、操作ボタン類３３０として、録画された動画像を再生する再生・一時停止ボタン３３１、巻戻しボタン３３２、早送りボタン３３３が設けられ、操作ボタン類３３０の上部には現在の動作状態（図２０の例では「×１０巻戻し中」）を示す動作状態表示欄３３５が表示される。また操作ボタン類３３０の下部には、フレームレート表示欄３３６が設けられ、撮像時のフレームレートが「録画：４０００ｆｐｓ」、表示中のフレームレートが「再生：１５０ｆｐｓ」等と表示される。このように、表示時のフレームレートは撮影時と変更させることが可能である。また、その下部には「ループ再生」チェックボックス３３７が設けられ、この欄にチェックを入れることで撮像された画像がループ再生される。さらに、「ループ再生」チェックボックス３３７の下段には、再生範囲設定欄３３８が設けられ、再生範囲を限定することもできる。ここでは再生開始の始点、終点をフレームの枚数で指定する。さらに再生範囲設定欄３３８の下段には静止画撮影ボタン３１６Ｄと、データを保存するためのデータ保存ボタン３３９が設けられる。
【００７９】
この例では、録画画面で録画された高速度撮像データは、一時的に保持され、ユーザはプレビュー画面で確認して、データ保存するかどうかを判断できる。保存しない場合は、再度録画画面に戻って新たに高速度撮像データを取得できる。データ保存ボタン３３９を押下すると、高速度撮像データを保存するダイヤログが表示され、ユーザは所定のフォルダに名前を付けて保存できる。
【００８０】
なお、これらの画面において各入力欄や各ボタン等の配置、形状、表示の仕方、サイズ、配色、模様等は適宜変更できることはいうまでもない。デザインの変更によってより見やすく、評価や判断が容易な表示としたり操作しやすいレイアウトとすることもできる。例えば各項目をウィザード形式で入力させるようにして、ユーザは質問に答えていくだけで必要な設定ができるようにしても良い。また、以上の説明では表示領域と操作領域３１０、ツールバー３２０を同一画面に表示させているが、これらのいずれかを各々別ウィンドウで表示させてもよいことはいうまでもない。
（拡大観察用途）
【００８１】
次に図２１から図２２を用いて、画像撮像装置を拡大観察用途に用いる例を説明する。以下の説明において、図１等で説明した部材と同一の部材については、詳細説明を省略する。画像撮像装置１００は、図２１に示すように撮像素子１２で撮像された画像を表示する表示部５２を有する本体部５０を備える。さらに図２２の画像撮像装置１００は、被写体Ｓを固定する試料固定部（ステージ２３０）と、光学系１１を介して入射する試料固定部に固定された被写体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（ＣＭＯＳ）と、試料固定部と光学系１１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（ステージ昇降器２２０）とを備える。さらにまた本体部５０は、図２２に示すように、焦点調整部によって焦点を調整したときの試料固定部と光学系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被写体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（メモリ部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、表示部５２によって表示された画像の一部の領域を少なくとも一つ設定可能な領域設定部（操作部５５、ポインティングデバイス５５Ａ）と、領域設定部によって設定された領域に対応する被写体Ｓの一部又は全部に関する焦点距離情報記憶部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被写体Ｓの光軸方向における平均高さを演算する演算部とを備える。この画像撮像装置１００は、光学系を介して入射する試料固定部に固定された被写体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、指定された領域に対応する被写体Ｓの光軸方向における平均高さ（深さ）を演算できる。
【００８２】
撮像部１０は、図２２に示すように、被写体Ｓを載置する試料固定部の一形態であるステージ２３０と、ステージ２３０を移動させるステージ昇降器２２０と、ステージ２３０に固定された被写体Ｓに光学系を介して入射される光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撮像素子１２の一形態としてＣＭＯＳと、ＣＭＯＳを駆動制御する撮像制御部１３とを備える。さらに撮像部１０には、本体部５０が接続される。本体部５０は、撮像素子１２によって電気的に読み取られた画像データを記憶する画像データ記憶部の一形態としてメモリ部５３と、撮像素子１２によって電気的に読み取られた画像データに基づいて画像を表示するディスプレイやモニタ等の表示部５２と、表示部５２上に表示される画面に基づいて入力その他の操作を行う操作部５５と、操作部５５によって入力された情報に基づいて画像処理その他各種の処理を行う制御部５１とを備える。表示部５２を構成するディスプレイは、高解像度表示が可能なモニタであり、ＣＲＴや液晶パネル等が利用される。
【００８３】
図２１に示す光学系および撮像素子１２を有するカメラ１０ａは、スタンド台２４１から鉛直方向に延びる支柱２４２に固定されたカメラ取り付け部２４３に取り付けられる。スタンド台２４１には、被写体Ｓを載置するステージ２３０が上部に取り付けられたステージ昇降器２２０が配置される。カメラ１０ａおよびステージ昇降器２２０は本体部５０に接続されて制御される。本体部５０は、表示部５２、およびマウス等の操作部５５を備える。表示部５２には、観察画像が表示される。
【００８４】
また、本体部５０にはコンピュータＰＣを接続可能であり、コンピュータＰＣに別途拡大観察用操作プログラムをインストールして、コンピュータＰＣ側からも本体部５０を操作することもできる。本明細書において、コンピュータを使って本体部５０を操作する拡大観察用操作プログラムとは、本体部５０に外部接続された汎用もしくは専用コンピュータにインストールされる操作プログラムの他、上述した本体部５０の制御部である本体部５０に内蔵された操作プログラムも含む。本体部５０には、予め画像撮像装置を操作する操作機能あるいは操作プログラムが内蔵されている。この操作プログラムは、書き換え可能なソフトウェア、ファームウェア等の形態で本体部５０に対してインストール、あるいはアップデートすることも可能である。従って、本明細書において拡大観察用操作プログラムを実行させるコンピュータには、画像撮像装置自体も含まれる。
【００８５】
図２２に本発明の実施の形態に係る画像撮像装置１００のブロック図を示す。本体部５０は、表示部５２と、制御プログラム・焦点距離情報・受光データ・２次元情報等を記憶するメモリ部５３と、本体部５０がカメラ１０ａおよびステージ昇降器２２０とデータを通信するためのインターフェイス部５４と、操作者が画像撮像装置に関する操作を行う操作部５５とから構成される。ステージ昇降器２２０は、例えばステッピングモータ２２１と、ステッピングモータ２２１の昇降を制御するモータ制御回路２２２とから構成される。撮像部１０は、撮像素子１２として例えばＣＭＯＳ等の受光素子と、ＣＭＯＳを駆動制御する撮像制御部１３と、照明手段６０からステージ２３０上に載置された被写体Ｓに対して照射された光の透過光や反射光をＣＭＯＳ上に結像させる光学系１１とを備える。
【００８６】
さらに撮像部１０も、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ための画素ずらし手段１４を備えることができる。図２２においては、ステージ２３０に固定された被写体Ｓから光学系１１を介してＣＭＯＳに入射される反射光又は透過光の入射光路を、少なくとも一の方向に、その方向におけるＣＭＯＳの一画素の間隔よりも小さい距離で光学的にシフトさせる光路シフト部１４Ａを備える。本発明の一実施形態において画素ずらしを実現するための機構や手法は、上記の構成に限られず、既知の方法や将来開発される方法が適宜利用できる。
【００８７】
本体部５０は、モータ制御回路２２２に対してステッピングモータ２２１の制御に関する制御データを入力することによって、試料固定部であるステージ２３０と、光学系１１および撮像素子１２であるＣＭＯＳを有するカメラ１０ａ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、ステージ昇降器２２０の制御に必要な制御データをモータ制御回路２２２に入力することによってステッピングモータ２２１の回転を制御し、ステージ２３０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２２１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２２２を介して入力される回転信号に基づいて、試料固定部と光学系１１の光軸方向における相対距離に関する情報としてのステージ２３０の高さｚを記憶する。このステージは、被写体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。なお本実施の形態においては、ステージ２３０の高さを変化させることによって試料固定部と光学系の光軸方向における相対距離を変化させる例を示したが、ステージ２３０を固定して光学系１１の高さ、例えばカメラ１０ａの高さを変化させてもよい。また、ステージは本体部５０に設ける他、本体部と別部材とした撮像モジュール１６に設けたり、あるいはステージを省略した撮像部を撮像モジュール１６に設けることもできる。ステージを省略した撮像部は、取り付けスタンドに装着したり、ユーザが手持ち可能とすることもできる。このような撮像モジュール１６は本体部５０とケーブル部２４により接続される。
【００８８】
ＣＭＯＳ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。ＣＭＯＳ上に結像された被写体Ｓの像は、ＣＭＯＳの各画素において受光量に応じて電気信号に変換され、撮像制御部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、撮像制御部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２２中のｚ方向）とほぼ垂直な面内（図２２中のｘ、ｙ方向）における被写体の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、その光学系および撮像素子１２における解像度において被写体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。
【００８９】
また、以上の説明では試料固定部の一例として、被写体がステージに載置される例を示したが、例えばステージの代わりにアームを取り付け、その先端に被写体を固定する構成とすることもできる。さらにカメラ１０ａは、カメラ取り付け部２４３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。
【００９０】
図２１に示す照明手段６０は、被写体Ｓに落射光を照射するための落射照明６０Ａと、透過光を照射するための透過照明６０Ｂを備える。落射照明６０Ａは、照明光供給ケーブル６１を介して本体部５０と接続される。本体部５０は照明光供給ケーブル６１を接続するコネクタを備えると共に、コネクタを介して照明光供給ケーブル６１に光を送出するための照明用光源６４（図２１に図示せず）を内蔵する。
【００９１】
以上のように、従来の画像撮像装置に高速度撮影機能を付加することで、画像撮像装置の汎用性を高めることができる。例えば、異常時の原因究明といった用途にも画像撮像装置を利用できるので、利便性が向上する。さらに、従来別途用意しなければならなかった高速度撮影カメラや照明を用意することなく、画像撮像装置の機能として兼用できることで、低コストで高速度撮影が可能となり、また装置の維持管理も容易となり、大幅な低コスト、高効率の画像撮像装置を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明の画像撮像装置は、反射、透過型等のデジタルマイクロスコープ、デジタルカメラとして、またＦＡラインの異常原因究明や、材料の引張試験時に材料が破断する様子を観察する等の材料破壊、内燃機関の高速度燃焼撮影、スポーツの運動挙動、衝突、放電等の高速度の現象を短時間で連続的に撮影するハイスピードカメラ、高速度ビデオカメラ等の高速度撮影装置として、好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る画像撮像装置を示すブロック図である。
【図２（ａ）】照明光供給ケーブルと信号送信ケーブルを部分的に纏めたケーブル部を用いて画像撮像システムを構成したイメージ図である。
【図２（ｂ）】高速度撮像用ヘッド部を構成した画像撮像システムのイメージ図である。
【図２（ｃ）】リング状照明の拡大観察用ヘッド部を構成した画像撮像システムのイメージ図である。
【図２（ｄ）】同軸落射照明の拡大観察用ヘッド部を構成した画像撮像システムのイメージ図である。
【図３（ａ）】高速度撮像用ヘッド部を構成した画像撮像システムのイメージ図である。
【図３（ｂ）】照明光供給ケーブルと信号送信ケーブルを個別に構成したケーブル部を用いて画像撮像システムを構成したイメージ図である。
【図３（ｃ）】リング状照明の拡大観察用ヘッド部を構成した画像撮像システムのイメージ図である。
【図３（ｄ）】同軸落射照明の拡大観察用ヘッド部を構成した画像撮像システムのイメージ図である。
【図４】第１レンズモジュールを含むヘッド部を示す断面図である。
【図５】第２レンズモジュールを含むヘッド部を示す垂直断面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線における水平断面図である。
【図７】第１レンズ用照明ユニットを第１レンズモジュールに、回転リングを介して回転自在に固定したヘッド部を示す斜視図である。
【図８】第１レンズ用照明ユニットの傾動を示す斜視図である。
【図９】第１レンズ用照明ユニットの傾動を示す側面図である。
【図１０】図９の一部断面図であって、照明ユニット傾斜角調整手段を示す垂直断面図である。
【図１１】第１レンズ用照明ユニットのテレスコープ状レンズを示す斜視図である。
【図１２】光ファイバ分岐路を示す斜視図である。
【図１３】複数の光源ユニットを本体部５０に交換式に装着する状態を示す斜視図である。
【図１４】光源ユニットを本体部から取り外した状態を別の角度から示す斜視図である。
【図１５】図１４の状態から光源ユニットを本体部に装着した状態を示す斜視図である。
【図１６】照明用光源と照明光供給ケーブルとの光結合部分を示す断面図である。
【図１７】光結合補正手段を備える照明用光源を示す断面図である。
【図１８】図１７の、前側焦点近傍を示す拡大断面図である。
【図１９】画像撮像装置操作プログラムの録画画面を示すイメージ図である。
【図２０】画像撮像装置操作プログラムのプレビュー画面を示すイメージ図である。
【図２１】本発明の実施の形態に係る画像撮像装置の外観図である。
【図２２】本発明の実施の形態１に係る画像撮像装置のブロック図である。
【図２３】光ファイバに対して集光ランプで直接集光する構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１００…画像撮像装置
１０…撮像部；１０ａ…カメラ；１１…光学系
１２…撮像素子
１３…撮像制御部；
１４…画素ずらし手段；１４Ａ…光路シフト部；
１５…ヘッド部；１６…撮像モジュール；１７…回転リング
１８…照明ユニット用マウント；１９…傾動軸
２０…レンズモジュール；２１…第１レンズモジュール；２２…第２レンズモジュール
２３…ロックレバー
２４…ケーブル部
２５…ウォームギア；２６…ウォームホイール；２７…傾斜角調整ねじ
５０…本体部；５１…制御部；５２…表示部；５３…メモリ部
５４…インターフェイス部；５５…操作部；５５Ａ…ポインティングデバイス
６０…照明手段；６０Ａ…落射照明；６０Ｂ…透過照明
６１…照明光供給ケーブル；６１Ａ…光ファイバ
６２…信号送信ケーブル；６２Ａ…画素ずらし信号ケーブル；６２Ｂ…制御信号用ケーブル
６３、６３Ａ、６３Ｂ…光源ユニット；６４…照明用光源；６５…光源判別手段
６６…第１レンズ用照明ユニット；６６ａ…第１レンズ用照明ユニット
６７…照明光路；６８…点灯部；６９…光ファイバ分岐路
７０…光接合面；７１…同軸落射照明アダプタ；７２…落射カプラ；７３…ミラー
７４…平凸レンズ；７５…集光ランプ；７６…リフレクタ；８１…画像処理部；
２２０…ステージ昇降器；２２１…ステッピングモータ；２２２…モータ制御回路
２３０…ステージ；２４１…スタンド台；２４２…支柱；２４３…カメラ取り付け部
３００…画像撮像装置操作プログラムのユーザインターフェース画面
３０２…画面切替手段；３０４…画像表示領域
３０６…ステータス領域；３０６Ａ、３０６Ｂ…タイムゲージ
３１０…操作領域；３１１…明るさ設定欄；３１２…スライドバー
３１３…「自動」ボタン；３１４…数値表示欄
３１５…フレームレート設定欄；３１５ａ…数値表示欄
３１６…操作ボタン類
３１６Ａ…「ストロボスコープ」ボタン；３１６Ｂ…「スロー撮影」ボタン
３１６Ｃ…「一時停止」ボタン；３１６Ｄ…「静止画撮影」ボタン
３１７…「録画準備」ボタン；３１８…「録画」ボタン
３２０…ツールバー
３２０Ａ…撮影設定ボタン；３２０Ｂ…録画設定ボタン；３２０Ｃ…計測ボタン
３２０Ｄ…レンズボタン；３２０Ｅ…印刷ボタン；３２０Ｆ…コメント入力ボタン
３２０Ｇ…表示ボタン；３２０Ｈ…カメラ・画像ボタン；３２０Ｉ…アルバムボタン
３２０Ｊ…初期メニューボタン；３２０Ｋ…電源ボタン
３３０…操作ボタン類；３３１…再生・一時停止ボタン
３３２…巻戻しボタン；３３３…早送りボタン
３３５…動作状態表示欄
３３６…フレームレート表示欄
３３７…「ループ再生」チェックボックス
３３８…再生範囲設定欄
３３９…データ保存ボタン
Ｓ…被写体；ＷＤ…ワーキングディスタンス；ＰＣ…コンピュータ
【図１】
0005036423.tif 000002
【図４】
0005036423.tif 000003
【図５】
0005036423.tif 000004
【図６】
0005036423.tif 000005
【図７】
0005036423.tif 000006
【図８】
0005036423.tif 000007
【図９】
0005036423.tif 000008
【図１０】
0005036423.tif 000009
【図１１】
0005036423.tif 000010
【図１３】
0005036423.tif 000011
【図１４】
0005036423.tif 000012
【図１５】
0005036423.tif 000013
【図１６】
0005036423.tif 000014
【図１７】
0005036423.tif 000015
【図１８】
0005036423.tif 000016
【図２１】
0005036423.tif 000017
【図２２】
0005036423.tif 000018
【図２３】
0005036423.tif 000019
【図２（ａ）】
0005036423.tif 000020
【図２（ｂ）】
0005036423.tif 000021
【図２（ｃ）】
0005036423.tif 000022
【図２（ｄ）】
0005036423.tif 000023
【図３（ａ）】
0005036423.tif 000024
【図３（ｂ）】
0005036423.tif 000025
【図３（ｃ）】
0005036423.tif 000026
【図３（ｄ）】
0005036423.tif 000027
【図１２】
0005036423.tif 000028
【図１９】
0005036423.tif 000029
【図２０】
0005036423.tif 000030