拡大観察装置
【課題】種々の方向から観察対象物を良好に撮像することが可能な拡大観察装置を提供する。
【解決手段】透過照明部２５は、透過照明用光源２５１、整形用光学系２５２および拡散板２５３を含む。透過照明用光源２５１により発生された白色光は、整形用光学系２５２を通してＺ方向に平行な平行光に整形された後、拡散板２５３および光透過板２６を通して透過光ＬＢとして観察対象物に導かれる。整形用光学系２５２により整形された平行光の一部は拡散板２５３により拡散される。そのため、透過光ＬＢは、拡散板２５３を透過したＺ方向に平行な平行光ＬＢ１、および拡散板２５３により拡散されたＺ方向以外の任意の方向に平行な拡散光ＬＢ２を含む。
【解決手段】透過照明部２５は、透過照明用光源２５１、整形用光学系２５２および拡散板２５３を含む。透過照明用光源２５１により発生された白色光は、整形用光学系２５２を通してＺ方向に平行な平行光に整形された後、拡散板２５３および光透過板２６を通して透過光ＬＢとして観察対象物に導かれる。整形用光学系２５２により整形された平行光の一部は拡散板２５３により拡散される。そのため、透過光ＬＢは、拡散板２５３を透過したＺ方向に平行な平行光ＬＢ１、および拡散板２５３により拡散されたＺ方向以外の任意の方向に平行な拡散光ＬＢ２を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡大観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、観察対象物を撮像するための撮像部を備えた拡大観察装置が用いられる。例えば、特許文献１に記載される顕微鏡は、撮像部としてカメラを備える。この顕微鏡においては、ベース上に第１および第２の支持台が取り付けられる。第１の支持台に対して回動可能に回動支柱が設けられる。回動支柱にスライダおよび連結部を介してカメラが取り付けられる。また、第２の支持台にスライダを介してステージが設けられる。ステージ上に観察対象物が載置される。この場合、回動支柱が回動されることにより、観察対象物に対する撮像部の角度が変化する。それにより、種々の方向から観察対象物を撮像することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３０８８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
拡大観察装置においては、観察対象物に関して撮像部と反対側の位置からステージを通して観察対象物に光が照射されることがある。このような光が、観察対象物が存在しない領域を通って、または観察対象物を透過して撮像部に入射することにより、観察対象物を良好に撮像することができる。しかしながら、上記特許文献１の顕微鏡のように、撮像部が移動される場合には、このような光が撮像部に入射しないことがある。
【０００５】
本発明の目的は、種々の方向から観察対象物を良好に撮像することが可能な拡大観察装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明に係る拡大観察装置は、観察対象物を撮像する撮像部と、観察対象物が載置される光透過性の光透過部を有するステージと、撮像部の光軸とステージとの交差位置をほぼ一定に維持しつつステージに対する撮像部の光軸の角度を調整可能に撮像部を保持する保持部と、撮像部の光軸の角度が予め定められた角度である状態でステージの光透過部を透過して撮像部に入射する平行光を生成するとともに、ステージの光透過部を透過して撮像部に入射する拡散光を生成する光生成部とを備えるものである。
【０００７】
その拡大観察装置においては、ステージの光透過板上に観察対象物が載置される。また、ステージと撮像部の光軸との交差位置をほぼ一定に維持しつつステージに対する撮像部の光軸の角度を調整可能に撮像部が保持部により保持される。撮像部の光軸の角度を調整することにより、種々の方向から撮像部により観察対象物を撮像することができる。
【０００８】
撮像部の光軸の角度が予め定められた角度である状態では、光生成部により生成される平行光がステージの光透過板を透過して撮像部に入射する。一方、撮像部の光軸の角度が予め定められた角度以外である状態では、光生成部により生成される拡散光がステージの光透過板を透過して撮像部に入射する。これにより、光生成部からの平行光または拡散光を用いて種々の方向から撮像部により観察対象物を良好に撮像することができる。
【０００９】
（２）光生成部は、平行光を生成する平行光生成部と、生成光生成部により生成される平行光の一部を拡散させることにより拡散光を生成する拡散部材とを含んでもよい。この場合、簡単な構成で平行光および拡散光を生成することができる。それにより、低コストで種々の方向から観察対象物を良好に撮像することができる。
【００１０】
（３）光生成部は、平行光を生成する平行光生成部と、拡散光を発生する拡散光発生部とを含んでもよい。この場合、平行光および拡散光が互いに個別に生成および発生されるので、平行光および拡散光の強度を高くすることができる。それにより、種々の状況において種々の方向から観察対象物を良好に撮像することができる。
【００１１】
（４）平行光生成部は、光を発生する光源と、光源により発生される光を平行光に整形する整形部とを含んでもよい。この場合、簡単な構成で平行光を生成することできる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、種々の方向から観察対象物を良好に撮像することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る拡大観察装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る拡大観察装置の顕微鏡を示す斜視図である。
【図３】顕微鏡の撮像装置がＺ方向と平行に固定されている状態を示す模式図である。
【図４】顕微鏡の撮像装置がＺ方向から所望の角度まで傾斜された状態を示す模式図である。
【図５】透過照明部の構成を示す模式的側面図である。
【図６】拡散板が設けられていない第１の例を示す図である。
【図７】拡散板が設けられていない第１の例を示す図である。
【図８】拡散板が設けられている第１の例を示す図である。
【図９】拡散板が設けられている第１の例を示す図である。
【図１０】拡散板が設けられていない第２の例を示す図である。
【図１１】拡散板が設けられている第２の例を示す図である。
【図１２】拡散板が設けられていない第３の例を示す図である。
【図１３】拡散板が設けられていない第３の例を示す図である。
【図１４】拡散板が設けられている第３の例を示す図である。
【図１５】拡散板が設けられている第３の例を示す図である。
【図１６】透過照明部の他の例を示す模式的側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態に係る拡大観察装置について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
（１）拡大観察装置の構成
図１は、本発明の一実施の形態に係る拡大観察装置の構成を示すブロック図である。
【００１６】
以下において、水平面内で直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とし、Ｘ方向およびＹ方向に垂直な方向（鉛直方向）をＺ方向とする。
【００１７】
図１に示すように、拡大観察装置３００は、顕微鏡１００および画像処理装置２００を備える。
【００１８】
顕微鏡１００は、撮像装置１０、ステージ装置２０および回転角度センサ３０を含む。撮像装置１０は、カラーＣＣＤ（電荷結合素子）１１、ハーフミラー１２、対物レンズ１３、Ａ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）１５、落射照明用光源１６、レンズ駆動部１７および透過照明部２５を含む。ステージ装置２０は、ステージ２１、ステージ駆動部２２およびステージ支持部２３を含む。ステージ２１上には、観察対象物Ｓが載置される。
【００１９】
落射照明用光源１６は、例えば白色光を発生するハロゲンランプまたは白色ＬＥＤ（発光ダイオード）である。落射照明用光源１６により発生された白色光は、ハーフミラー１２により反射された後、対物レンズ１３によりステージ２１上の観察対象物Ｓに集光される。以下、撮像装置１０から観察対象物Ｓに照射される光を落射光ＬＡと呼ぶ。なお、落射照明用光源１６が画像処理装置２００に設けられ、落射照明用光源１６により発生された光が光ファイバを介して顕微鏡１００に導かれてもよい。
【００２０】
観察対象物Ｓにより反射された落射光ＬＡは、対物レンズ１３およびハーフミラー１２を透過してカラーＣＣＤ１１に入射する。カラーＣＣＤ１１は、赤色波長の光を受光する複数の赤色用画素、緑色波長の光を受光する複数の緑色用画素、および青色波長の光を受光する複数の青色用画素を有する。複数の赤色用画素、複数の緑色用画素および複数の青色用画素は二次元的に配列される。カラーＣＣＤ１１の各画素からは、受光量に対応する電気信号が出力される。カラーＣＣＤ１１の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器１５によりデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器１５から出力されるデジタル信号は、画像データとして画像処理装置２００に順次与えられる。カラーＣＣＤ１１に代えてＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサ等の撮像素子が用いられてもよい。
【００２１】
対物レンズ１３は、Ｚ方向に移動可能に設けられる。レンズ駆動部１７は、画像処理装置２００の制御により対物レンズ１３をＺ方向に移動させる。それにより、撮像装置１０の焦点の位置がＺ方向において移動する。
【００２２】
ステージ２１は、Ｚ方向の軸の周りで回転可能にステージ支持部２３上に設けられる。ステージ駆動部２２は、画像処理装置２００から与えられる移動指令信号（駆動パルス）に基づいてステージ２１をステージ支持部２３に対して相対的に後述するｘ方向およびｙ方向に移動させる。ステージ駆動部２２には、ステッピングモータが用いられる。回転角度センサ３０は、ステージ２１の回転角度を検出し、検出した角度を示す角度検出信号を画像処理装置２００に与える。ステージ支持部２３の内部に透過照明部２５が設けられる。透過照明部２５の詳細については後述する。
【００２３】
画像処理装置２００は、インタフェース２１０、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２２０、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）２３０、記憶装置２４０、入力装置２５０、表示部２６０および作業用メモリ２７０を含む。
【００２４】
ＲＯＭ２３０には、システムプログラムが記憶される。記憶装置２４０は、ハードディスク等からなる。記憶装置２４０には、画像処理プログラムが記憶されるとともに、顕微鏡１００からインタフェース２１０を通して与えられる画像データ等の種々のデータを記憶する。入力装置２５０は、キーボードおよびポインティングデバイスを含む。ポインティングデバイスとしては、マウスまたはジョイスティック等が用いられる。
【００２５】
表示部２６０は、例えば液晶ディスプレイパネルまたは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルにより構成される。
【００２６】
作業用メモリ２７０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）からなり、種々のデータの処理のために用いられる。
【００２７】
ＣＰＵ２２０は、記憶装置２４０に記憶された画像処理プログラムを実行することにより作業用メモリ２７０を用いて画像データに基づく画像処理を行うとともに、画像データに基づく画像を表示部２６０に表示させる。以下、表示部２６０に表示される画像を表示画像と呼ぶ。また、ＣＰＵ２２０は、インタフェース２１０を通して顕微鏡１００のカラーＣＣＤ１１、落射照明用光源１６、レンズ駆動部１７、ステージ駆動部２２および後述の透過照明用光源２５１（図５）を制御する。
【００２８】
図２は、本発明の一実施の形態に係る拡大観察装置３００の顕微鏡１００を示す斜視図である。図２においては、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向が矢印で示される。
【００２９】
図２に示すように、顕微鏡１００はベース１を有する。ベース１上には、第１の支持台２が取り付けられるとともに、この第１の支持台２の前面に嵌め込まれるように第２の支持台３が取り付けられる。
【００３０】
第１の支持台２の上端部には、連結部４がＹ方向に延びる回動軸Ｒ１の周りに回動可能に取り付けられる。連結部４には回動支柱５が取り付けられる。それにより、回動支柱５は連結部４の回動に伴って回動軸Ｒ１を支点としてＺ方向に平行な垂直面内で傾斜可能である。使用者は、固定つまみ９により連結部４を第１の支持台２に対して固定することができる。
【００３１】
連結部６の前面には環状の支持部７が取り付けられる。支持部７には、略円筒状の撮像装置１０が取り付けられる。図２の状態では、撮像装置１０の光軸Ｒ２はＺ方向に平行である。支持部７は、撮像装置１０を水平面内で移動させるための複数の調整ネジ４１を有する。複数の調整ネジ４１を用いて撮像装置１０の光軸Ｒ２が回動軸Ｒ１に垂直に交差するように撮像装置１０の位置を調整することができる。
【００３２】
ベース１上の第２の支持台３の前面には、Ｚ方向に摺動可能にスライダ８が取り付けられる。第２の支持台３の側面には、調整つまみ４２が設けられる。スライダ８のＺ方向（高さ方向）の位置は、調整つまみ４２により調整可能である。
【００３３】
ステージ装置２０のステージ支持部２３は、スライダ８上に取り付けられる。ステージ２１は、ステージ支持部２３に対してＺ方向の回転軸Ｒ３の周りに回転可能に設けられる。また、ステージ２１には、水平面内で互いに直交するｘ方向およびｙ方向が設定される。ステージ２１は、図１のステージ駆動部２２によりｘ方向およびｙ方向に移動可能に設けられる。ステージ２１が回転軸Ｒ３の周りに回転すると、ステージ２１のｘ方向およびｙ方向も回転する。それにより、ステージ２１のｘ方向およびｙ方向は、Ｘ方向およびＹ方向に対して水平面内で傾斜する。
【００３４】
ステージ２１の中央には円形状の開口部２１ｂが形成されている。開口部２１ｂを閉塞するように、光透過性を有する円形状の光透過板２６が着脱可能にステージ２１に取り付けられる。光透過板２６上に観察対象物Ｓが載置される。
【００３５】
撮像装置１０の撮像範囲（視野範囲）は、撮像装置１０の倍率により異なる。以下、撮像装置１０の撮像範囲を単位領域と呼ぶ。ステージ２１をｘ方向およびｙ方向に移動させることにより複数の単位領域の画像データを取得することができる。複数の単位領域の画像データを連結することにより複数の単位領域の画像を図１の表示部２６０に表示することができる。
【００３６】
図３は、顕微鏡１００の撮像装置１０がＺ方向と平行に固定されている状態を示す模式図である。また、図４は、顕微鏡１００の撮像装置１０がＺ方向から所望の角度まで傾斜された状態を示す模式図である。
【００３７】
図３に示すように、回動支柱５がＺ方向に平行な状態で固定つまみ９を締めることにより連結部４が第２の支持台３に固定される。それにより、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行な状態で回動軸Ｒ１に垂直に交差する。この場合、撮像装置１０の光軸Ｒ２はステージ２１の表面に垂直となる。
【００３８】
固定つまみ９を緩めることにより連結部４が回動軸Ｒ１の周りに回動可能となり、回動支柱５が回動軸Ｒ１を支点として傾斜可能となる。それにより、図４に示すように、撮像装置１０の光軸Ｒ２をＺ方向に対して任意の角度θ傾斜させることができる。この場合、撮像装置１０の光軸Ｒ２は回動軸Ｒ１に垂直に交差する。同様にして、撮像装置１０の光軸Ｒ２をＺ方向に対して図４と逆側に任意の角度傾斜させることができる。
【００３９】
したがって、調整つまみ４２（図２）を用いて、ステージ２１上の観察対象物Ｓの表面の高さを回動軸Ｒ１の高さに一致させることにより、観察対象物Ｓの同じ部分を垂直な方向および斜め方向から観察することができる。
【００４０】
本例においては、撮像装置１０の光軸Ｒ２が回転軸Ｒ１と直交するように撮像装置１０が回動支柱５に取り付けられる。また、撮像装置１０の焦点面が回転軸Ｒ１と一致するようにＺ方向における撮像装置１０の位置および撮像装置１０の対物レンズ１３（図１）の位置が調整される。また、ステージ２１を回転軸Ｒ１よりも低い位置（Ｚ方向において回転軸Ｒ１よりも撮像装置１０から遠い位置）に移動させることにより、観察対象物Ｓの観察されるべき表面部分（以下、観察面と呼ぶ）を撮像装置１０の焦点面と一致させることができる。このように、撮像装置１０の焦点面を回転軸Ｒ１と一致させ、かつ観察対象物Ｓの観察面を回転軸Ｒ１と一致した焦点面と一致させることにより、いわゆるユーセントリック光学系が構成される。これにより、Ｚ方向に対する撮像装置１０の光軸Ｒ２の傾斜角を変化させても、観察対象物Ｓの観察面が撮像装置１０の撮像領域から外れる可能性が低下する。そのため、撮像装置１０の焦点面の再調整が必要となることが少なくなる。
【００４１】
（２）透過照明部
図５は、透過照明部２５の構成を示す模式的側面図である。図５に示すように、透過照明部２５は、透過照明用光源２５１、整形用光学系２５２および拡散板２５３を含む。透過照明用光源２５１は、例えば白色光を発生するハロゲンランプまたは白色ＬＥＤである。なお、透過照明用光源２５１が画像処理装置２００に設けられ、透過照明用光源２５１により発生された光が光ファイバを介して顕微鏡１００に導かれてもよい。
【００４２】
ステージ２１の開口部２１ｂ内には、光透過板２６が配置される。光透過板２６上に観察対象物Ｓが載置される（図２）。透過照明用光源２５１により発生された白色光は、整形用光学系２５２を通してＺ方向に平行な平行光に整形された後、拡散板２５３および光透過板２６を通して透過光ＬＢとして観察対象物Ｓに導かれる。なお、透過照明用光源２５１および整形用光学系２５２の代わりに、平行光を発生する平行光源が用いられてもよい。
【００４３】
整形用光学系２５２により整形された平行光の一部は拡散板２５３により拡散される。そのため、透過光ＬＢは、拡散板２５３を透過したＺ方向に平行な平行光ＬＢ１、および拡散板２５３により拡散されたＺ方向以外の任意の方向に平行な拡散光ＬＢ２を含む。拡散板２５３の透明度等を調整することにより、平行光ＬＢ１の強度と拡散光ＬＢ２の強度との比率を調整することが可能である。
【００４４】
（３）拡散板による効果
以下、拡散板２５３が設けられていない場合と拡散板２５３が設けられている場合とを比較しながら、拡散板２５３が設けられることによる効果について説明する。
【００４５】
（３−１）第１の例
図６および図７は、拡散板２５３が設けられていない例を示し、図８および図９は、拡散板２５３が設けられている例を示す。図６および図８の例においては、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行であり、図７および図９の例においては、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している。本例では、落射光ＬＡおよび透過光ＬＢの両方を用いて観察対象物Ｓの撮像が行われる。また、本例では、観察対象物Ｓが、光透過性を有さない。
【００４６】
まず、拡散板２５３が設けられていない場合について説明する。拡散板２５３が設けられていない場合には、図５の透過光ＬＢが平行光ＬＢ１のみにより構成される。図６に示すように、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行な状態では、観察対象物Ｓの表面で反射された落射光ＬＡが撮像装置１０に入射する。それにより、観察対象物Ｓの表面を十分な明るさで撮像することができる。
【００４７】
また、観察対象物Ｓが存在しない領域（以下、背景領域と呼ぶ）を通って平行光ＬＢ１が撮像装置１０に入射する。これにより、背景領域を十分な明るさで撮像することができる。背景領域が十分な明るさで撮像されることにより、表示画像において、観察対象物Ｓと背景領域との境界部分が鮮明になり、観察対象物Ｓの縁部の形状等を詳細に観察することが可能になる。
【００４８】
一方、図７に示すように、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している状態では、観察対象物Ｓの表面で反射された落射光ＬＡが撮像装置１０に入射する一方で、背景領域を通る平行光ＬＢ１が撮像装置１０に入射しない。この場合、背景領域を十分な明るさで撮像することができない。そのため、表示画像において、観察対象物Ｓと背景領域との境界が不鮮明になる。
【００４９】
次に、拡散板２５３が設けられている場合について説明する。上記のように、拡散板２５３が設けられている場合、透過光ＬＢが平行光ＬＢ１および拡散光ＬＢ２により構成される（図５参照）。図８に示すように、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行な状態では、図６の例と同様に、観察対象物Ｓの表面で反射された落射光ＬＡが撮像装置１０に入射するとともに、背景領域を通る平行光ＬＢ１が撮像装置１０に入射する。それにより、観察対象物Ｓの表面および背景領域を十分な明るさで撮像することができる。
【００５０】
また、図９に示すように、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している状態では、観察対象物Ｓの表面で反射された落射光ＬＡが撮像装置１０に入射するとともに、背景領域を通る拡散光ＬＢ２が撮像装置１０に入射する。それにより、観察対象物Ｓの表面および背景領域を十分な明るさで撮像することができる。
【００５１】
このように、拡散板２５３が設けられることにより、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行な状態および撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している状態のいずれにおいても、観察対象物Ｓの表面および背景領域を十分な明るさで撮像することができる。
【００５２】
また、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行な状態で撮像装置１０に入射する平行光ＬＢ１の強度は、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している状態で撮像装置１０に入射する拡散光ＬＢ２の強度よりも高い。それにより、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行な状態では、背景領域をより十分な明るさで撮像することができる。そのため、表示画像において、観察対象物Ｓと背景領域との境界部分がより鮮明になる。そのため、高倍率および高解像度で観察対象物Ｓの縁部の形状等を詳細に観察することが可能になる。
【００５３】
拡散光ＬＢ２は、撮像装置１０の光軸Ｒ２に沿った成分を有し、かつ観察対象物Ｓに照射されることが好ましい。また、Ｚ方向に対する撮像装置１０の光軸Ｒ２の傾斜角度がより大きい状態で観察対象物Ｓを観察するために、拡散板２５３は、透過照明用光源２５１と観察対象物Ｓとの間であって、観察対象物Ｓにより近い位置に設けられることが望ましい。観察対象物Ｓの観察面が回転軸Ｒ１と一致している場合、つまり、ユーセントリック光学系が構成される場合には、拡散光ＬＢ２が撮像装置１０の光軸Ｒ２に沿った成分を有し、かつ回転軸Ｒ１およびその近傍の領域に拡散光ＬＢ２が照射されることが好ましい。
【００５４】
（３−２）第２の例
図１０は、拡散板２５３が設けられていない例を示し、図１１は、拡散板２５３が設けられている例を示す。図１０および図１１の例においては、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している。
【００５５】
図１０および図１１の例は、観察対象物ＳにＺ方向に沿った貫通孔Ｈが形成されていることを除いて、図６〜図９の例と同じである。図１０および図１１の例では、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している場合、貫通孔Ｈの内周面Ｈａの一部が撮像装置１０により撮像される。
【００５６】
拡散板２５３が設けられていない場合、図１０に示すように、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している状態では、貫通孔Ｈの内周面Ｈａで反射された落射光ＬＡが撮像装置１０に入射する一方で、平行光ＬＢ１は内周面Ｈａで反射されず、撮像装置１０に入射しない。また、落射光ＬＡが照射される内周面Ｈａの領域に対向する内周面Ｈａの他の領域において、反射された落射光ＬＡの大部分が遮られる。それにより、内周面Ｈａから撮像装置１０に入射する落射光ＬＡの強度が低い。したがって、貫通孔Ｈの内周面Ｈａを十分な明るさで撮像することができない。
【００５７】
一方、拡散板２５３が設けられている場合、図１１に示すように、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している状態では、貫通孔Ｈの内周面Ｈａで反射された落射光ＬＡが撮像装置１０に入射するとともに、拡散光ＬＢ２が貫通孔Ｈの内周面Ｈａで反射され、撮像装置１０に入射する。それにより、貫通孔Ｈａの内周面Ｈａを十分な明るさで撮像することができる。
【００５８】
このように、拡散板２５３が設けられることにより、拡散光ＬＢ２が種々の方向から観察対象物Ｓに照射され、その反射光が撮像装置１０に入射する。それにより、観察対象物Ｓの種々の領域を十分な明るさで撮像することができる。
【００５９】
拡散光ＬＢ２は、撮像装置１０の光軸Ｒ２に沿った成分に加え、観察対象物Ｓに向かう多様な角度の成分を有することが好ましい。また、拡散板２５３は、透過照明用光源２５１と観察対象物Ｓとの間であって、観察対象物Ｓにより近い位置に設けられることが望ましい。
【００６０】
（３−３）第３の例
図１２および図１３は、拡散板２５３が設けられていない例を示し、図１４および図１５は、拡散板２５３が設けられている例を示す。図１２および図１４の例においては、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行であり、図１３および図１５の例においては、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している。
【００６１】
図１２〜図１５の例は、光透過性を有する観察対象物Ｓが用いられること、および落射光ＬＡが用いられないことを除いて、図６〜図９の例と同じである。
【００６２】
拡散板２５３が設けられていない場合、図１２に示すように、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行な状態では、観察対象物Ｓを透過した平行光ＬＢ１が撮像装置１０に入射する。しかしながら、図１３に示すように、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している状態では、観察対象物Ｓを透過した平行光ＬＢ１が撮像装置１０に入射しない。それにより、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している状態では、観察対象物Ｓを十分な明るさで撮像することができない。
【００６３】
一方、拡散板２５３が設けられている場合、図１４に示すように、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行な状態では、図１２の例と同様に、観察対象物Ｓを透過した平行光ＬＢ１が撮像装置１０に入射する。また、図１５に示すように、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している状態では、観察対象物Ｓを透過した拡散光ＬＢ２が撮像装置１０に入射する。それにより、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している状態でも、観察対象物Ｓを十分な明るさで撮像することができる。
【００６４】
このように、拡散板２５３が設けられることにより、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行な状態および撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している状態のいずれにおいても、観察対象物Ｓを十分な明るさで撮像することができる。
【００６５】
また、上記のように、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行な状態で撮像装置１０に入射する平行光ＬＢ１の強度は、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している状態で撮像装置１０に入射する拡散光ＬＢ２の強度よりも高い。それにより、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行な状態では、光透過性の観察対象物Ｓをより十分な明るさで撮像することができる。そのため、高倍率でおよび高解像度で光透過性の観察対象物Ｓを詳細に観察可能になる。
【００６６】
（３−４）
本実施の形態に係る拡大観察装置３００においては、透過照明部２５によって透過光ＬＢとして平行光ＬＢ１および拡散光ＬＢ２が生成されることにより、撮像装置１０の光軸Ｒ２がステージ２１に対して平行である場合および傾斜している場合のいずれにおいても、平行光ＬＢ１または拡散光ＬＢが撮像装置１０に入射する。したがって、種々の方向から観察対象物Ｓを良好に撮像することができる。
【００６７】
また、本実施の形態では、透過照明用光源２５１および整形用光学系２５２により平行光ＬＢ１が生成され、生成された平行光ＬＢ１の一部が拡散板２５３によって拡散されることにより拡散光ＬＢ２が生成される。これにより、簡単な構成で平行光ＬＢ１および拡散光ＬＢ２を生成することができる。したがって、低コストで種々の方向から観察対象物Ｓを良好に撮像することができる。
【００６８】
（４）透過照明部の他の例
図１６は、透過照明部２５の他の例を示す模式的側面図である。図１６の透過照明部２５について、図５の透過照明部２５と異なる点を説明する。図１６の透過照明部２５は、拡散板２５３の代わりに、複数の拡散光源２５５を含む。各拡散光源２５５は、例えば白色光を発生するハロゲンランプまたは白色ＬＥＤである。複数の拡散光源２５５は、整形用光学系２５２による平行光ＬＢ１の妨げとならないように、整形用光学系２５２の周囲において、整形用光学系２５２の光軸を中心とする円に沿って等角度間隔で並ぶように設けられる。なお、複数の拡散光源２５５の代わりに、円環形状を有する拡散光源が用いられてもよい。
【００６９】
この場合、拡散光源２５５により、任意の方向に平行な拡散光ＬＢ３が発生される。拡散光ＬＢ３は、上記の拡散板２５３により拡散された拡散光ＬＢ２と同様に、種々の位置にある撮像装置１０に入射するとともに、種々の方向から観察対象物Ｓに照射される。それにより、本例においても、拡散板２５３が設けられた場合と同様の効果が得られる。したがって、種々の方向から観察対象物Ｓを良好に撮像することができる。
【００７０】
また、本例では、平行光ＬＢ１と拡散光ＬＢ３とが互いに異なる光源により発生されるので、拡散板２５３を用いて平行光ＬＢ１から拡散光Ｌ２を生成する場合に比べて、平行光ＬＢ１および拡散光ＬＢ３の強度を高くすることができる。それにより、周囲の光が極めて小さい場合等の種々の状況において、種々の方向から観察対象物Ｓを良好に撮像することができる。
【００７１】
（５）請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
【００７２】
上記実施の形態においては、撮像装置１０が撮像部の例であり、ステージ２１がステージの例であり、光透過板２６が光透過部の例であり、回動支柱５が保持部の例であり、透過照明部２５が光生成部の例であり、透過照明用光源２５１および整形用光学系２５２が平行光生成部の例であり、拡散板２５３が拡散部材の例であり、拡散光源２５５が拡散光発生部の例であり、透過照明用光源２５１が光源の例であり、整形用光学系２５２が整形部の例である。
【００７３】
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、種々の拡大観察装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１ ベース
２ 第１の支持台
３ 第２の支持台
４ 連結部
５ 回動支柱
６ 連結部
７ 支持部
８ スライダ
９ 固定つまみ
１０ 撮像装置
２０ ステージ装置
２１ ステージ
２１ｂ 開口部
２３ ステージ支持部
２５ 透過照明部
２６ 光透過板
４１ 調整ネジ
４２ 調整つまみ
１００ 顕微鏡
２００ 画像処理装置
２５１ 透過照明用光源
２５２ 整形用光学系
２５３ 拡散板
２５５ 拡散光源
３００ 拡大観察装置
ＬＡ 落射光
ＬＢ 透過光
ＬＢ１ 平行光
ＬＢ２ 拡散光
Ｒ１ 回動軸
Ｒ２ 光軸
Ｓ 観察対象物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡大観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、観察対象物を撮像するための撮像部を備えた拡大観察装置が用いられる。例えば、特許文献１に記載される顕微鏡は、撮像部としてカメラを備える。この顕微鏡においては、ベース上に第１および第２の支持台が取り付けられる。第１の支持台に対して回動可能に回動支柱が設けられる。回動支柱にスライダおよび連結部を介してカメラが取り付けられる。また、第２の支持台にスライダを介してステージが設けられる。ステージ上に観察対象物が載置される。この場合、回動支柱が回動されることにより、観察対象物に対する撮像部の角度が変化する。それにより、種々の方向から観察対象物を撮像することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３０８８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
拡大観察装置においては、観察対象物に関して撮像部と反対側の位置からステージを通して観察対象物に光が照射されることがある。このような光が、観察対象物が存在しない領域を通って、または観察対象物を透過して撮像部に入射することにより、観察対象物を良好に撮像することができる。しかしながら、上記特許文献１の顕微鏡のように、撮像部が移動される場合には、このような光が撮像部に入射しないことがある。
【０００５】
本発明の目的は、種々の方向から観察対象物を良好に撮像することが可能な拡大観察装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明に係る拡大観察装置は、観察対象物を撮像する撮像部と、観察対象物が載置される光透過性の光透過部を有するステージと、撮像部の光軸とステージとの交差位置をほぼ一定に維持しつつステージに対する撮像部の光軸の角度を調整可能に撮像部を保持する保持部と、撮像部の光軸の角度が予め定められた角度である状態でステージの光透過部を透過して撮像部に入射する平行光を生成するとともに、ステージの光透過部を透過して撮像部に入射する拡散光を生成する光生成部とを備えるものである。
【０００７】
その拡大観察装置においては、ステージの光透過板上に観察対象物が載置される。また、ステージと撮像部の光軸との交差位置をほぼ一定に維持しつつステージに対する撮像部の光軸の角度を調整可能に撮像部が保持部により保持される。撮像部の光軸の角度を調整することにより、種々の方向から撮像部により観察対象物を撮像することができる。
【０００８】
撮像部の光軸の角度が予め定められた角度である状態では、光生成部により生成される平行光がステージの光透過板を透過して撮像部に入射する。一方、撮像部の光軸の角度が予め定められた角度以外である状態では、光生成部により生成される拡散光がステージの光透過板を透過して撮像部に入射する。これにより、光生成部からの平行光または拡散光を用いて種々の方向から撮像部により観察対象物を良好に撮像することができる。
【０００９】
（２）光生成部は、平行光を生成する平行光生成部と、生成光生成部により生成される平行光の一部を拡散させることにより拡散光を生成する拡散部材とを含んでもよい。この場合、簡単な構成で平行光および拡散光を生成することができる。それにより、低コストで種々の方向から観察対象物を良好に撮像することができる。
【００１０】
（３）光生成部は、平行光を生成する平行光生成部と、拡散光を発生する拡散光発生部とを含んでもよい。この場合、平行光および拡散光が互いに個別に生成および発生されるので、平行光および拡散光の強度を高くすることができる。それにより、種々の状況において種々の方向から観察対象物を良好に撮像することができる。
【００１１】
（４）平行光生成部は、光を発生する光源と、光源により発生される光を平行光に整形する整形部とを含んでもよい。この場合、簡単な構成で平行光を生成することできる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、種々の方向から観察対象物を良好に撮像することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る拡大観察装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る拡大観察装置の顕微鏡を示す斜視図である。
【図３】顕微鏡の撮像装置がＺ方向と平行に固定されている状態を示す模式図である。
【図４】顕微鏡の撮像装置がＺ方向から所望の角度まで傾斜された状態を示す模式図である。
【図５】透過照明部の構成を示す模式的側面図である。
【図６】拡散板が設けられていない第１の例を示す図である。
【図７】拡散板が設けられていない第１の例を示す図である。
【図８】拡散板が設けられている第１の例を示す図である。
【図９】拡散板が設けられている第１の例を示す図である。
【図１０】拡散板が設けられていない第２の例を示す図である。
【図１１】拡散板が設けられている第２の例を示す図である。
【図１２】拡散板が設けられていない第３の例を示す図である。
【図１３】拡散板が設けられていない第３の例を示す図である。
【図１４】拡散板が設けられている第３の例を示す図である。
【図１５】拡散板が設けられている第３の例を示す図である。
【図１６】透過照明部の他の例を示す模式的側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態に係る拡大観察装置について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
（１）拡大観察装置の構成
図１は、本発明の一実施の形態に係る拡大観察装置の構成を示すブロック図である。
【００１６】
以下において、水平面内で直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とし、Ｘ方向およびＹ方向に垂直な方向（鉛直方向）をＺ方向とする。
【００１７】
図１に示すように、拡大観察装置３００は、顕微鏡１００および画像処理装置２００を備える。
【００１８】
顕微鏡１００は、撮像装置１０、ステージ装置２０および回転角度センサ３０を含む。撮像装置１０は、カラーＣＣＤ（電荷結合素子）１１、ハーフミラー１２、対物レンズ１３、Ａ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）１５、落射照明用光源１６、レンズ駆動部１７および透過照明部２５を含む。ステージ装置２０は、ステージ２１、ステージ駆動部２２およびステージ支持部２３を含む。ステージ２１上には、観察対象物Ｓが載置される。
【００１９】
落射照明用光源１６は、例えば白色光を発生するハロゲンランプまたは白色ＬＥＤ（発光ダイオード）である。落射照明用光源１６により発生された白色光は、ハーフミラー１２により反射された後、対物レンズ１３によりステージ２１上の観察対象物Ｓに集光される。以下、撮像装置１０から観察対象物Ｓに照射される光を落射光ＬＡと呼ぶ。なお、落射照明用光源１６が画像処理装置２００に設けられ、落射照明用光源１６により発生された光が光ファイバを介して顕微鏡１００に導かれてもよい。
【００２０】
観察対象物Ｓにより反射された落射光ＬＡは、対物レンズ１３およびハーフミラー１２を透過してカラーＣＣＤ１１に入射する。カラーＣＣＤ１１は、赤色波長の光を受光する複数の赤色用画素、緑色波長の光を受光する複数の緑色用画素、および青色波長の光を受光する複数の青色用画素を有する。複数の赤色用画素、複数の緑色用画素および複数の青色用画素は二次元的に配列される。カラーＣＣＤ１１の各画素からは、受光量に対応する電気信号が出力される。カラーＣＣＤ１１の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器１５によりデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器１５から出力されるデジタル信号は、画像データとして画像処理装置２００に順次与えられる。カラーＣＣＤ１１に代えてＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサ等の撮像素子が用いられてもよい。
【００２１】
対物レンズ１３は、Ｚ方向に移動可能に設けられる。レンズ駆動部１７は、画像処理装置２００の制御により対物レンズ１３をＺ方向に移動させる。それにより、撮像装置１０の焦点の位置がＺ方向において移動する。
【００２２】
ステージ２１は、Ｚ方向の軸の周りで回転可能にステージ支持部２３上に設けられる。ステージ駆動部２２は、画像処理装置２００から与えられる移動指令信号（駆動パルス）に基づいてステージ２１をステージ支持部２３に対して相対的に後述するｘ方向およびｙ方向に移動させる。ステージ駆動部２２には、ステッピングモータが用いられる。回転角度センサ３０は、ステージ２１の回転角度を検出し、検出した角度を示す角度検出信号を画像処理装置２００に与える。ステージ支持部２３の内部に透過照明部２５が設けられる。透過照明部２５の詳細については後述する。
【００２３】
画像処理装置２００は、インタフェース２１０、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２２０、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）２３０、記憶装置２４０、入力装置２５０、表示部２６０および作業用メモリ２７０を含む。
【００２４】
ＲＯＭ２３０には、システムプログラムが記憶される。記憶装置２４０は、ハードディスク等からなる。記憶装置２４０には、画像処理プログラムが記憶されるとともに、顕微鏡１００からインタフェース２１０を通して与えられる画像データ等の種々のデータを記憶する。入力装置２５０は、キーボードおよびポインティングデバイスを含む。ポインティングデバイスとしては、マウスまたはジョイスティック等が用いられる。
【００２５】
表示部２６０は、例えば液晶ディスプレイパネルまたは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルにより構成される。
【００２６】
作業用メモリ２７０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）からなり、種々のデータの処理のために用いられる。
【００２７】
ＣＰＵ２２０は、記憶装置２４０に記憶された画像処理プログラムを実行することにより作業用メモリ２７０を用いて画像データに基づく画像処理を行うとともに、画像データに基づく画像を表示部２６０に表示させる。以下、表示部２６０に表示される画像を表示画像と呼ぶ。また、ＣＰＵ２２０は、インタフェース２１０を通して顕微鏡１００のカラーＣＣＤ１１、落射照明用光源１６、レンズ駆動部１７、ステージ駆動部２２および後述の透過照明用光源２５１（図５）を制御する。
【００２８】
図２は、本発明の一実施の形態に係る拡大観察装置３００の顕微鏡１００を示す斜視図である。図２においては、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向が矢印で示される。
【００２９】
図２に示すように、顕微鏡１００はベース１を有する。ベース１上には、第１の支持台２が取り付けられるとともに、この第１の支持台２の前面に嵌め込まれるように第２の支持台３が取り付けられる。
【００３０】
第１の支持台２の上端部には、連結部４がＹ方向に延びる回動軸Ｒ１の周りに回動可能に取り付けられる。連結部４には回動支柱５が取り付けられる。それにより、回動支柱５は連結部４の回動に伴って回動軸Ｒ１を支点としてＺ方向に平行な垂直面内で傾斜可能である。使用者は、固定つまみ９により連結部４を第１の支持台２に対して固定することができる。
【００３１】
連結部６の前面には環状の支持部７が取り付けられる。支持部７には、略円筒状の撮像装置１０が取り付けられる。図２の状態では、撮像装置１０の光軸Ｒ２はＺ方向に平行である。支持部７は、撮像装置１０を水平面内で移動させるための複数の調整ネジ４１を有する。複数の調整ネジ４１を用いて撮像装置１０の光軸Ｒ２が回動軸Ｒ１に垂直に交差するように撮像装置１０の位置を調整することができる。
【００３２】
ベース１上の第２の支持台３の前面には、Ｚ方向に摺動可能にスライダ８が取り付けられる。第２の支持台３の側面には、調整つまみ４２が設けられる。スライダ８のＺ方向（高さ方向）の位置は、調整つまみ４２により調整可能である。
【００３３】
ステージ装置２０のステージ支持部２３は、スライダ８上に取り付けられる。ステージ２１は、ステージ支持部２３に対してＺ方向の回転軸Ｒ３の周りに回転可能に設けられる。また、ステージ２１には、水平面内で互いに直交するｘ方向およびｙ方向が設定される。ステージ２１は、図１のステージ駆動部２２によりｘ方向およびｙ方向に移動可能に設けられる。ステージ２１が回転軸Ｒ３の周りに回転すると、ステージ２１のｘ方向およびｙ方向も回転する。それにより、ステージ２１のｘ方向およびｙ方向は、Ｘ方向およびＹ方向に対して水平面内で傾斜する。
【００３４】
ステージ２１の中央には円形状の開口部２１ｂが形成されている。開口部２１ｂを閉塞するように、光透過性を有する円形状の光透過板２６が着脱可能にステージ２１に取り付けられる。光透過板２６上に観察対象物Ｓが載置される。
【００３５】
撮像装置１０の撮像範囲（視野範囲）は、撮像装置１０の倍率により異なる。以下、撮像装置１０の撮像範囲を単位領域と呼ぶ。ステージ２１をｘ方向およびｙ方向に移動させることにより複数の単位領域の画像データを取得することができる。複数の単位領域の画像データを連結することにより複数の単位領域の画像を図１の表示部２６０に表示することができる。
【００３６】
図３は、顕微鏡１００の撮像装置１０がＺ方向と平行に固定されている状態を示す模式図である。また、図４は、顕微鏡１００の撮像装置１０がＺ方向から所望の角度まで傾斜された状態を示す模式図である。
【００３７】
図３に示すように、回動支柱５がＺ方向に平行な状態で固定つまみ９を締めることにより連結部４が第２の支持台３に固定される。それにより、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行な状態で回動軸Ｒ１に垂直に交差する。この場合、撮像装置１０の光軸Ｒ２はステージ２１の表面に垂直となる。
【００３８】
固定つまみ９を緩めることにより連結部４が回動軸Ｒ１の周りに回動可能となり、回動支柱５が回動軸Ｒ１を支点として傾斜可能となる。それにより、図４に示すように、撮像装置１０の光軸Ｒ２をＺ方向に対して任意の角度θ傾斜させることができる。この場合、撮像装置１０の光軸Ｒ２は回動軸Ｒ１に垂直に交差する。同様にして、撮像装置１０の光軸Ｒ２をＺ方向に対して図４と逆側に任意の角度傾斜させることができる。
【００３９】
したがって、調整つまみ４２（図２）を用いて、ステージ２１上の観察対象物Ｓの表面の高さを回動軸Ｒ１の高さに一致させることにより、観察対象物Ｓの同じ部分を垂直な方向および斜め方向から観察することができる。
【００４０】
本例においては、撮像装置１０の光軸Ｒ２が回転軸Ｒ１と直交するように撮像装置１０が回動支柱５に取り付けられる。また、撮像装置１０の焦点面が回転軸Ｒ１と一致するようにＺ方向における撮像装置１０の位置および撮像装置１０の対物レンズ１３（図１）の位置が調整される。また、ステージ２１を回転軸Ｒ１よりも低い位置（Ｚ方向において回転軸Ｒ１よりも撮像装置１０から遠い位置）に移動させることにより、観察対象物Ｓの観察されるべき表面部分（以下、観察面と呼ぶ）を撮像装置１０の焦点面と一致させることができる。このように、撮像装置１０の焦点面を回転軸Ｒ１と一致させ、かつ観察対象物Ｓの観察面を回転軸Ｒ１と一致した焦点面と一致させることにより、いわゆるユーセントリック光学系が構成される。これにより、Ｚ方向に対する撮像装置１０の光軸Ｒ２の傾斜角を変化させても、観察対象物Ｓの観察面が撮像装置１０の撮像領域から外れる可能性が低下する。そのため、撮像装置１０の焦点面の再調整が必要となることが少なくなる。
【００４１】
（２）透過照明部
図５は、透過照明部２５の構成を示す模式的側面図である。図５に示すように、透過照明部２５は、透過照明用光源２５１、整形用光学系２５２および拡散板２５３を含む。透過照明用光源２５１は、例えば白色光を発生するハロゲンランプまたは白色ＬＥＤである。なお、透過照明用光源２５１が画像処理装置２００に設けられ、透過照明用光源２５１により発生された光が光ファイバを介して顕微鏡１００に導かれてもよい。
【００４２】
ステージ２１の開口部２１ｂ内には、光透過板２６が配置される。光透過板２６上に観察対象物Ｓが載置される（図２）。透過照明用光源２５１により発生された白色光は、整形用光学系２５２を通してＺ方向に平行な平行光に整形された後、拡散板２５３および光透過板２６を通して透過光ＬＢとして観察対象物Ｓに導かれる。なお、透過照明用光源２５１および整形用光学系２５２の代わりに、平行光を発生する平行光源が用いられてもよい。
【００４３】
整形用光学系２５２により整形された平行光の一部は拡散板２５３により拡散される。そのため、透過光ＬＢは、拡散板２５３を透過したＺ方向に平行な平行光ＬＢ１、および拡散板２５３により拡散されたＺ方向以外の任意の方向に平行な拡散光ＬＢ２を含む。拡散板２５３の透明度等を調整することにより、平行光ＬＢ１の強度と拡散光ＬＢ２の強度との比率を調整することが可能である。
【００４４】
（３）拡散板による効果
以下、拡散板２５３が設けられていない場合と拡散板２５３が設けられている場合とを比較しながら、拡散板２５３が設けられることによる効果について説明する。
【００４５】
（３−１）第１の例
図６および図７は、拡散板２５３が設けられていない例を示し、図８および図９は、拡散板２５３が設けられている例を示す。図６および図８の例においては、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行であり、図７および図９の例においては、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している。本例では、落射光ＬＡおよび透過光ＬＢの両方を用いて観察対象物Ｓの撮像が行われる。また、本例では、観察対象物Ｓが、光透過性を有さない。
【００４６】
まず、拡散板２５３が設けられていない場合について説明する。拡散板２５３が設けられていない場合には、図５の透過光ＬＢが平行光ＬＢ１のみにより構成される。図６に示すように、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行な状態では、観察対象物Ｓの表面で反射された落射光ＬＡが撮像装置１０に入射する。それにより、観察対象物Ｓの表面を十分な明るさで撮像することができる。
【００４７】
また、観察対象物Ｓが存在しない領域（以下、背景領域と呼ぶ）を通って平行光ＬＢ１が撮像装置１０に入射する。これにより、背景領域を十分な明るさで撮像することができる。背景領域が十分な明るさで撮像されることにより、表示画像において、観察対象物Ｓと背景領域との境界部分が鮮明になり、観察対象物Ｓの縁部の形状等を詳細に観察することが可能になる。
【００４８】
一方、図７に示すように、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している状態では、観察対象物Ｓの表面で反射された落射光ＬＡが撮像装置１０に入射する一方で、背景領域を通る平行光ＬＢ１が撮像装置１０に入射しない。この場合、背景領域を十分な明るさで撮像することができない。そのため、表示画像において、観察対象物Ｓと背景領域との境界が不鮮明になる。
【００４９】
次に、拡散板２５３が設けられている場合について説明する。上記のように、拡散板２５３が設けられている場合、透過光ＬＢが平行光ＬＢ１および拡散光ＬＢ２により構成される（図５参照）。図８に示すように、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行な状態では、図６の例と同様に、観察対象物Ｓの表面で反射された落射光ＬＡが撮像装置１０に入射するとともに、背景領域を通る平行光ＬＢ１が撮像装置１０に入射する。それにより、観察対象物Ｓの表面および背景領域を十分な明るさで撮像することができる。
【００５０】
また、図９に示すように、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している状態では、観察対象物Ｓの表面で反射された落射光ＬＡが撮像装置１０に入射するとともに、背景領域を通る拡散光ＬＢ２が撮像装置１０に入射する。それにより、観察対象物Ｓの表面および背景領域を十分な明るさで撮像することができる。
【００５１】
このように、拡散板２５３が設けられることにより、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行な状態および撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している状態のいずれにおいても、観察対象物Ｓの表面および背景領域を十分な明るさで撮像することができる。
【００５２】
また、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行な状態で撮像装置１０に入射する平行光ＬＢ１の強度は、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している状態で撮像装置１０に入射する拡散光ＬＢ２の強度よりも高い。それにより、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行な状態では、背景領域をより十分な明るさで撮像することができる。そのため、表示画像において、観察対象物Ｓと背景領域との境界部分がより鮮明になる。そのため、高倍率および高解像度で観察対象物Ｓの縁部の形状等を詳細に観察することが可能になる。
【００５３】
拡散光ＬＢ２は、撮像装置１０の光軸Ｒ２に沿った成分を有し、かつ観察対象物Ｓに照射されることが好ましい。また、Ｚ方向に対する撮像装置１０の光軸Ｒ２の傾斜角度がより大きい状態で観察対象物Ｓを観察するために、拡散板２５３は、透過照明用光源２５１と観察対象物Ｓとの間であって、観察対象物Ｓにより近い位置に設けられることが望ましい。観察対象物Ｓの観察面が回転軸Ｒ１と一致している場合、つまり、ユーセントリック光学系が構成される場合には、拡散光ＬＢ２が撮像装置１０の光軸Ｒ２に沿った成分を有し、かつ回転軸Ｒ１およびその近傍の領域に拡散光ＬＢ２が照射されることが好ましい。
【００５４】
（３−２）第２の例
図１０は、拡散板２５３が設けられていない例を示し、図１１は、拡散板２５３が設けられている例を示す。図１０および図１１の例においては、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している。
【００５５】
図１０および図１１の例は、観察対象物ＳにＺ方向に沿った貫通孔Ｈが形成されていることを除いて、図６〜図９の例と同じである。図１０および図１１の例では、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している場合、貫通孔Ｈの内周面Ｈａの一部が撮像装置１０により撮像される。
【００５６】
拡散板２５３が設けられていない場合、図１０に示すように、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している状態では、貫通孔Ｈの内周面Ｈａで反射された落射光ＬＡが撮像装置１０に入射する一方で、平行光ＬＢ１は内周面Ｈａで反射されず、撮像装置１０に入射しない。また、落射光ＬＡが照射される内周面Ｈａの領域に対向する内周面Ｈａの他の領域において、反射された落射光ＬＡの大部分が遮られる。それにより、内周面Ｈａから撮像装置１０に入射する落射光ＬＡの強度が低い。したがって、貫通孔Ｈの内周面Ｈａを十分な明るさで撮像することができない。
【００５７】
一方、拡散板２５３が設けられている場合、図１１に示すように、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している状態では、貫通孔Ｈの内周面Ｈａで反射された落射光ＬＡが撮像装置１０に入射するとともに、拡散光ＬＢ２が貫通孔Ｈの内周面Ｈａで反射され、撮像装置１０に入射する。それにより、貫通孔Ｈａの内周面Ｈａを十分な明るさで撮像することができる。
【００５８】
このように、拡散板２５３が設けられることにより、拡散光ＬＢ２が種々の方向から観察対象物Ｓに照射され、その反射光が撮像装置１０に入射する。それにより、観察対象物Ｓの種々の領域を十分な明るさで撮像することができる。
【００５９】
拡散光ＬＢ２は、撮像装置１０の光軸Ｒ２に沿った成分に加え、観察対象物Ｓに向かう多様な角度の成分を有することが好ましい。また、拡散板２５３は、透過照明用光源２５１と観察対象物Ｓとの間であって、観察対象物Ｓにより近い位置に設けられることが望ましい。
【００６０】
（３−３）第３の例
図１２および図１３は、拡散板２５３が設けられていない例を示し、図１４および図１５は、拡散板２５３が設けられている例を示す。図１２および図１４の例においては、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行であり、図１３および図１５の例においては、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している。
【００６１】
図１２〜図１５の例は、光透過性を有する観察対象物Ｓが用いられること、および落射光ＬＡが用いられないことを除いて、図６〜図９の例と同じである。
【００６２】
拡散板２５３が設けられていない場合、図１２に示すように、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行な状態では、観察対象物Ｓを透過した平行光ＬＢ１が撮像装置１０に入射する。しかしながら、図１３に示すように、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している状態では、観察対象物Ｓを透過した平行光ＬＢ１が撮像装置１０に入射しない。それにより、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している状態では、観察対象物Ｓを十分な明るさで撮像することができない。
【００６３】
一方、拡散板２５３が設けられている場合、図１４に示すように、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行な状態では、図１２の例と同様に、観察対象物Ｓを透過した平行光ＬＢ１が撮像装置１０に入射する。また、図１５に示すように、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している状態では、観察対象物Ｓを透過した拡散光ＬＢ２が撮像装置１０に入射する。それにより、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している状態でも、観察対象物Ｓを十分な明るさで撮像することができる。
【００６４】
このように、拡散板２５３が設けられることにより、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行な状態および撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している状態のいずれにおいても、観察対象物Ｓを十分な明るさで撮像することができる。
【００６５】
また、上記のように、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行な状態で撮像装置１０に入射する平行光ＬＢ１の強度は、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に対して傾斜している状態で撮像装置１０に入射する拡散光ＬＢ２の強度よりも高い。それにより、撮像装置１０の光軸Ｒ２がＺ方向に平行な状態では、光透過性の観察対象物Ｓをより十分な明るさで撮像することができる。そのため、高倍率でおよび高解像度で光透過性の観察対象物Ｓを詳細に観察可能になる。
【００６６】
（３−４）
本実施の形態に係る拡大観察装置３００においては、透過照明部２５によって透過光ＬＢとして平行光ＬＢ１および拡散光ＬＢ２が生成されることにより、撮像装置１０の光軸Ｒ２がステージ２１に対して平行である場合および傾斜している場合のいずれにおいても、平行光ＬＢ１または拡散光ＬＢが撮像装置１０に入射する。したがって、種々の方向から観察対象物Ｓを良好に撮像することができる。
【００６７】
また、本実施の形態では、透過照明用光源２５１および整形用光学系２５２により平行光ＬＢ１が生成され、生成された平行光ＬＢ１の一部が拡散板２５３によって拡散されることにより拡散光ＬＢ２が生成される。これにより、簡単な構成で平行光ＬＢ１および拡散光ＬＢ２を生成することができる。したがって、低コストで種々の方向から観察対象物Ｓを良好に撮像することができる。
【００６８】
（４）透過照明部の他の例
図１６は、透過照明部２５の他の例を示す模式的側面図である。図１６の透過照明部２５について、図５の透過照明部２５と異なる点を説明する。図１６の透過照明部２５は、拡散板２５３の代わりに、複数の拡散光源２５５を含む。各拡散光源２５５は、例えば白色光を発生するハロゲンランプまたは白色ＬＥＤである。複数の拡散光源２５５は、整形用光学系２５２による平行光ＬＢ１の妨げとならないように、整形用光学系２５２の周囲において、整形用光学系２５２の光軸を中心とする円に沿って等角度間隔で並ぶように設けられる。なお、複数の拡散光源２５５の代わりに、円環形状を有する拡散光源が用いられてもよい。
【００６９】
この場合、拡散光源２５５により、任意の方向に平行な拡散光ＬＢ３が発生される。拡散光ＬＢ３は、上記の拡散板２５３により拡散された拡散光ＬＢ２と同様に、種々の位置にある撮像装置１０に入射するとともに、種々の方向から観察対象物Ｓに照射される。それにより、本例においても、拡散板２５３が設けられた場合と同様の効果が得られる。したがって、種々の方向から観察対象物Ｓを良好に撮像することができる。
【００７０】
また、本例では、平行光ＬＢ１と拡散光ＬＢ３とが互いに異なる光源により発生されるので、拡散板２５３を用いて平行光ＬＢ１から拡散光Ｌ２を生成する場合に比べて、平行光ＬＢ１および拡散光ＬＢ３の強度を高くすることができる。それにより、周囲の光が極めて小さい場合等の種々の状況において、種々の方向から観察対象物Ｓを良好に撮像することができる。
【００７１】
（５）請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
【００７２】
上記実施の形態においては、撮像装置１０が撮像部の例であり、ステージ２１がステージの例であり、光透過板２６が光透過部の例であり、回動支柱５が保持部の例であり、透過照明部２５が光生成部の例であり、透過照明用光源２５１および整形用光学系２５２が平行光生成部の例であり、拡散板２５３が拡散部材の例であり、拡散光源２５５が拡散光発生部の例であり、透過照明用光源２５１が光源の例であり、整形用光学系２５２が整形部の例である。
【００７３】
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、種々の拡大観察装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１ ベース
２ 第１の支持台
３ 第２の支持台
４ 連結部
５ 回動支柱
６ 連結部
７ 支持部
８ スライダ
９ 固定つまみ
１０ 撮像装置
２０ ステージ装置
２１ ステージ
２１ｂ 開口部
２３ ステージ支持部
２５ 透過照明部
２６ 光透過板
４１ 調整ネジ
４２ 調整つまみ
１００ 顕微鏡
２００ 画像処理装置
２５１ 透過照明用光源
２５２ 整形用光学系
２５３ 拡散板
２５５ 拡散光源
３００ 拡大観察装置
ＬＡ 落射光
ＬＢ 透過光
ＬＢ１ 平行光
ＬＢ２ 拡散光
Ｒ１ 回動軸
Ｒ２ 光軸
Ｓ 観察対象物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象物を撮像する撮像部と、
前記観察対象物が載置される光透過性の光透過部を有するステージと、
前記撮像部の光軸と前記ステージとの交差位置をほぼ一定に維持しつつ前記ステージに対する前記撮像部の光軸の角度を調整可能に前記撮像部を保持する保持部と、
前記撮像部の光軸の角度が予め定められた角度である状態で前記ステージの前記光透過部を透過して前記撮像部に入射する平行光を生成するとともに、前記ステージの前記光透過部を透過して前記撮像部に入射する拡散光を生成する光生成部とを備える、拡大観察装置。
【請求項２】
前記光生成部は、
平行光を生成する平行光生成部と、
前記生成光生成部により生成される平行光の一部を拡散させることにより拡散光を生成する拡散部材とを含む、請求項１記載の拡大観察装置。
【請求項３】
前記光生成部は、
平行光を生成する平行光生成部と、
拡散光を発生する拡散光発生部とを含む、請求項１記載の拡大観察装置。
【請求項４】
前記平行光生成部は、
光を発生する光源と、
前記光源により発生される光を平行光に整形する整形部とを含む、請求項２または３記載の拡大観察装置。
【請求項１】
観察対象物を撮像する撮像部と、
前記観察対象物が載置される光透過性の光透過部を有するステージと、
前記撮像部の光軸と前記ステージとの交差位置をほぼ一定に維持しつつ前記ステージに対する前記撮像部の光軸の角度を調整可能に前記撮像部を保持する保持部と、
前記撮像部の光軸の角度が予め定められた角度である状態で前記ステージの前記光透過部を透過して前記撮像部に入射する平行光を生成するとともに、前記ステージの前記光透過部を透過して前記撮像部に入射する拡散光を生成する光生成部とを備える、拡大観察装置。
【請求項２】
前記光生成部は、
平行光を生成する平行光生成部と、
前記生成光生成部により生成される平行光の一部を拡散させることにより拡散光を生成する拡散部材とを含む、請求項１記載の拡大観察装置。
【請求項３】
前記光生成部は、
平行光を生成する平行光生成部と、
拡散光を発生する拡散光発生部とを含む、請求項１記載の拡大観察装置。
【請求項４】
前記平行光生成部は、
光を発生する光源と、
前記光源により発生される光を平行光に整形する整形部とを含む、請求項２または３記載の拡大観察装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−８３７２６（Ｐ２０１３−８３７２６Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２２１９７（Ｐ２０１１−２２２１９７）
【出願日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【出願人】（０００１２９２５３）株式会社キーエンス (681)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【出願人】（０００１２９２５３）株式会社キーエンス (681)
【Ｆターム（参考）】
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