JP2012008254A

JP2012008254A - 撮影装置及びマイクロスコープ

Info

Publication number: JP2012008254A
Application number: JP2010142760A
Authority: JP
Inventors: Junichi Tada; 純一多田
Original assignee: Shicoh Engineering Co Ltd
Current assignee: Shicoh Engineering Co Ltd
Priority date: 2010-06-23
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2012-01-12
Also published as: CN102333190B; CN102333190A

Abstract

【課題】簡単な構成で且つ操作性に優れ、部分的に深度が異なる被写体に対して鮮明な合成画像を得ることができる撮影装置及びマイクロスコープを提供する。
【解決手段】本発明の撮影装置２において、オートフォーカス部６５は画像センサにおけるコントラストの高域成分領域を探知してフォーカスレンズホルダを光軸方向に移動させ、取り込み領域選択部７５はフォーカスレンズが移動したときの各位置におけるコントラストの高域成分領域を取り込むべき領域として選択する。取り込み画像記録部７７は選択された領域の画像情報を記録し、合成画像記録部７９は取り込み画像記録部７７で記録された画像情報を合成して記録する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フォーカスレンズ及び光学ズームレンズを有する撮影装置及びマイクロスコープに関する。

特許文献１には、所定の光学ズーム倍率に設定した後、手動によりレバー操作をしてフォーカスレンズホルダを光軸方向に動かして合焦点画像を得ると共にプローブ（探針）により凹凸のある被写体の各位置における深度を測定し、各合焦点位置にある画像を取り込んで、異なる深度毎に各取り込んだ画像を合成するマイクロスコープが開示されている。

特開２００７−１７０８６２号公報

しかし、特許文献１に開示のマイクロスコープによれば、手動のレバー操作により合焦点を得ると共にプローブにより深度を測定するものであるから、手動によるレバー操作を必要とするので操作性に劣るという問題があった。
また、プローブにより被写体の各部位における深度を測定する必要があるので、構成が複雑になると共に機械精度が要求されるという問題があった。

そこで、本発明は、簡単な構成で且つ操作性に優れ、部分的に深度が異なる被写体に対して鮮明な合成画像を得ることができる撮影装置及びマイクロスコープの提供を目的とする。

請求項１に記載の発明は、フォーカスレンズを保持するフォーカスレンズホルダと、光学ズームレンズを保持するズームレンズホルダと、レンズの結像側に設けた画像センサと、フォーカスレンズホルダを画像センサにおける合焦点位置へ移動するオートフォーカス部と、画像センサから得た画像を合成する画像合成部とを備え、画像合成部は、光学ズームレンズを所定倍率の位置に移動したときに画像センサにおいて取り込むべき所定の領域を選択する取り込み領域選択部と、選択された領域の画像情報を記録する取り込み画像記録部と、取り込み画像記録部で記録された画像情報を合成して記録する合成画像記録部とを有し、オートフォーカス部は画像センサにおけるコントラストの高域成分領域を探知してフォーカスレンズホルダを光軸方向に移動させ、取り込み領域選択部はフォーカスレンズが移動したときの各位置におけるコントラストの高域成分領域を取り込むべき領域として選択することを特徴とする撮影装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、画像合成部は、光学ズームレンズの移動による設定倍率に応じて、フォーカスレンズが合焦点位置へ移動したときの移動量に対応する深度情報を記録した深度情報部を有し、画像合成部は深度情報に基づいて合成画像の明度を補正することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の撮影装置を本体内に収納したマイクロスコープであって、撮影装置は画像センサを設けた基板に固定したレンズ駆動装置を備え、レンズ駆動装置は、フォーカスレンズホルダと、ズームレンズホルダと、フォーカスレンズホルダに係合し且つフォーカスレンズの光軸方向に沿って設けた駆動軸と、ズームレンズホルダに係合し且つズームレンズの光軸方向に沿って設けた駆動軸と、各駆動軸の一端に固定した圧電素子とを筐体内に収納しており、圧電素子に電流を流すことにより駆動軸をその軸線方向に振動させて、駆動軸に係合しているホルダを光軸方向に移動することを特徴とするマイクロスコープである。

請求項１に記載の発明によれば、フォーカスレンズホルダが複数の合焦点位置へ移動したときの各位置において、画像センサにおけるコントラストの高域成分領域を各々取り込んで合成しているので、深度が異なる部分を有する場合でも各部が鮮明な合成画像を得ることができる。
フォーカスレンズホルダが移動したときの各位置において、画像センサにおけるコントラストの高域成分領域を画像取り込み領域として選択しているので、従来技術のように手動によるフォーカスレンズホルダの移動が不要であるから、操作性が良い。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様な作用効果を奏すると共に、従来技術のプローブを用いることなく、異なる深度に対する画像の補正ができるので、プローブ及びプローブの操作が不要であると共に簡易な構成で立体感のある画像を合成することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏すると共に、撮影装置はレンズ駆動装置と画像センサとを一体にしたものをユニットとしてあり、この撮影装置のユニットを本体内に組み付けるだけであるから、製造が容易なマイクロスコープを提供することができる。

本発明の実施の形態に係るマイクロスコープの構成を示すブロック図である。本実施の形態にマイクロスコープに搭載された撮影装置を図４のＢ−Ｂ位置で切断して示す断面である。本実施の形態に係る撮影装置を図２に示すＢ−Ｂ位置で切断して示す断面図である。本実施の形態にかかる撮影装置を前側から見た正面図である。本実施の形態にかかる撮影装置において、被写体と画像取り込み領域との関係を示す図である。画像センサにおける画像取り込み領域をマトリックスで示す図である。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係るマイクロスコープ１０は、ハンディタイプのマイクロスコープであり、手で保持して先端部１０ａを被写体に近づけることにより被写体の拡大画像を得るものである。このマイクロスコープ１０は、パソコン（パーソナルコンピュータ）の表示装置（図示せず）に接続されており画面に撮影した合成画像を表示するようになっている。

マイクロスコープ１０は、本体内に収納した撮影装置２と、本体に設けた操作部６とが設けてある。操作部６には、ズームアップボタン６ａ、ズームダウンボタン６ｂ、フォーカスレンズ前進ボタン６ｃ、フォーカスレンズ後退ボタン６ｄ、ＬＥＤ照度アップボタン６ｅ、ＬＥＤ照度ダウンボタン６ｆ、スチール映像ボタン６ｇ、動画画像ボタン６ｈが設けてあり、それぞれのボタンの入力により、各機能が作動する。
図２に示すように、撮影装置２は、レンズ駆動装置１と、基板４に設けた画像センサ１１とを備えており、レンズ駆動装置１は基板４に固定されている。
レンズ駆動装置１は、筐体１３内に、ズームレンズホルダ３、フォーカスレンズホルダ５と、ズームレンズホルダ３を駆動するズームレンズホルダ駆動手段７と、フォーカスレンズホルダ５を駆動するフォーカスレンズホルダ駆動手段９とを備えている。このレンズ駆動装置１は画像センサ１１が設けてある基板４に装着されている。更に、図３に示すように、筐体１３内には、ズームレンズホルダ３の位置を検知するズームレンズ位置検出手段４３と、フォーカスレンズホルダ５の位置を検知するフォーカスレンズ位置検出手段４５とが設けてある。
画像センサ１１は、本実施の形態では、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）であるが、ＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）や他のセンサであっても良い。

図２に示すように、ズームレンズホルダ３は、光学ズームレンズ１４を保持しており、フォーカスレンズホルダ５は、フォーカスレンズ１６を保持しており、光学ズームレンズ１４とフォーカスレンズ１６とは光軸を同一にしてあり、光軸上には結象位置に画像センサ１１が設けてある。更に、筐体１３には被写体側レンズ１８と結像側レンズ２０とがズームレンズ１４とフォーカスレンズ１６と光軸を一致して設けてある。

ズームレンズ駆動手段７とフォーカスレンズ駆動手段９とは略同じ構成であるから、ズームレンズ駆動手段７を説明してフォーカスレンズ駆動手段９には同一の作用効果を奏する部分には同一の符号を付することによりその部分の説明を省略する。

ズームレンズ駆動手段７（フォーカスレンズ駆動手段９）は、振動部材１７と、光軸方向に配置した駆動軸２１（２２）とから構成されており、駆動軸２１（２２）の基端２１ａ（２２ａ）は振動部材１７に固定されている。駆動軸２１（２２）の先端部２１ｂ（２２ｂ）は、駆動軸２１（２２）を摺動自在に保持する軸受け部材１２により、筺体１３に保持されている。軸受け部材１２は、弾性変形可能な部材でできており、本実施の形態では、シリコンゴム製である。尚、駆動軸２１（２２）の基端２１ａ側にも駆動軸２１（２２）を摺動自在に保持する軸受け部材１２が筐体１３に取付けられている。

振動部材１７は、圧電素子２３と、圧電素子２３の表面に接着固定された弾性を有する振動子１９とから構成されており、振動子１９の表面には、駆動軸２１の基端２１ａが接着固定されている。

振動部材１７は、駆動軸２１（２２）のみに固定してあり、筺体１３の壁との間には隙間を空けて配置されている。

一方、図２及び図３に示すように、ズームレンズホルダ３（フォーカスレンズホルダ５）の一端部には駆動軸２１（２２）と圧接する圧接部３１が設けてあり、図３に示すように、圧接部３１は、スプリング３２により駆動軸２１（２２）の側面に圧接されている。

ズームレンズホルダ３の他端部は、フォーカスレンズホルダ５の駆動軸２２との係合部３３が設けてあり、係合部３３はフォーカスレンズホルダ５の駆動軸２２に係合して支持されており、ズームレンズホルダ３の移動を案内している。係合部３３は横断面がズームレンズホルダ３の中心側を底とする略Ｕ字であり、Ｕ字内にフォーカスレンズホルダ５の駆動軸２２が挿通されている。
フォーカスレンズホルダ５の他端部は、ズームレンズホルダ３の駆動軸２１との係合部３３が設けられてあり、係合部３３はズームレンズホルダ３の駆動軸２１に係合して支持されており、フォーカスレンズホルダ５の移動を案内している。係合部３３は横断面がフォーカスレンホルダ５の中心側を底とする略Ｕ字形状であり、Ｕ字内にズームレンズホルダ３の駆動軸２１が挿入されている。

フォーカスレンズホルダ５の構成はズームレンズホルダ３と略同じ構成であり、フォーカスレンズホルダ５の駆動軸２２はズームレンズホルダ３の駆動軸２１と同様に基端を振動部材１７に取付けてある。

次に、図３に示すズームレンズホルダ３の位置を検知するズームレンズ位置検出手段４３と、フォーカスレンズホルダ５の位置を検知するフォーカスレンズ位置検出手段４５とについて説明する。ズームレンズ位置検出手段４３とフォーカスレンズ位置検出手段４５とは同じ構成であり、各々、レンズの光軸方向に沿って異なる磁極（Ｓ極とＮ極）を交互に配置した磁極部材５７と、磁界強度を検知するＭＲセンサ５９とから構成されている。磁極部材５７は駆動軸２１、２２に沿って筺体１３の内面に固定されており、ＭＲセンサ５９は各ホルダ３、５に固定されており、磁極部材５７に対面した状態で各ホルダ３、５と共に移動して、各ホルダの基準位置（又は初期位置）からの移動量及び移動方向を検知可能になっている。

筺体１３は、図４に示すように、光軸方向の前側から見て前側壁１５が正方形を成しており、全体として直方体である。図２に示すように、筐体１３には、前側から見て正方形の中央部に、被写体側レンズ１８、ズームレンズ１４、フォーカスレンズ１６及び結像側レンズ２０が光軸を同じにして位置している。図３に示すように、ズームレンズ１４及びフォーカスレンズ１６を挟む両側には、ズームレンズホルダ駆動手段７とフォーカスレンズホルダ駆動手段９とが配置してある。

図３に示すように、駆動軸２１、２２は前側から見た正方形の対角線Ｅ上に位置しており、この対角線Ｅと直交する対角線Ｆ上にはズームレンズ位置検出手段４３とフォーカスレンズ位置検出手段４５とが設けてある。
図２及び図４に示すように、筐体１３の前側壁１５には、正方形の中央部に被写体側レンズ１８を保持する被写体側レンズ保持開口２５が形成されている。対角線Ｅ上において、被写体側レンズ保持開口２５を挟む位置には駆動軸２１及び２２が位置しており、各駆動軸２１、２２の軸受け部材１２を嵌合する嵌合凹部２７が形成されている。

次に、レンズ駆動装置１の制御部６１及び画像合成部７１の構成を説明する。図１に示すように、制御部６１には、倍率設定部６３、オートフォーカス部６５、深度情報部６７が設けてあり、倍率設定部６３は、ズームアップボタン６ａ又はズームダウンボタン６ｂの操作によりズームレンズホルダ３を所定の倍率位置へ移動させる。
オートフォーカス部６５はズームレンズホルダ３が所定の倍率位置へ移動させた後、フォーカスレンズホルダ５を合焦点位置へ移動させる。オートフォーカス部６５は、図６に示すように、画像センサ１１の平面における中心部ｅがコントラストの高域成分領域となるように、フォーカスレンズホルダ５を移動させる。この場合、オートフォーカス部６５は、画像センサ１１の中心部ｅの現在のコントラストを過去のコントラストと比較してコントラストが最も高い位置を合焦点位置と判断してその位置へフォーカスレンズホルダを移動させる。
深度情報部６７は、ズームレンズホルダ３の移動により設定した倍率におけるフォーカスレンズの移動量と被写体の深度との相関関係を記録してある。例えば、ズームレンズによる設定倍率が３倍の場合にはフォーカスレンズホルダが５０μｍ移動した場合には被写体の深度が１ｍｍというような一定の関係を記録してある。

画像合成部７１には、図５及び図６に示すように、画像センサ１１の所定のマトリックス領域で合焦点領域（コントラストの高域成分領域）を検出する合焦点検出部７３と、検出した合焦点領域を画像取り込み領域として選択する取り込み領域選択部７５と、各合焦点領域の画像を取り込んで記録する取り込み画像記録部７７と、取り込み画像記録部７７で取り込んだ画像を合成して記録する合成画像記録部７９とを備えている。合成画像記録部７９では、各合焦点画像を合わせて１つの画像にする。
尚、本実施の形態では、深度演算部８１と明度補正部８３とを備えている。深度演算部８１では、深度情報部６７から得た所定倍率時におけるフォーカスレンズホルダ５の移動量に基づいて深度を演算し、所定の合焦点位置から次の合焦点位置へのフォーカスレンズホルダ５の移動量から、２つの合焦点位置の深さ（距離）を演算する。そして、明度補正部８３では、２つの合焦点位置の深さに応じて合成画像における対応箇所の明度をかえる。例えば、深い位置では明度を暗くし、浅い位置では明度を明るくする。

次に、第１実施の形態の作用及び効果について説明する。図３に示すように、本実施の形態では、ズームレンズホルダ３を移動して倍率を変え、フォーカスレンズホルダ５を移動して焦点をあわせるものである。

ズームレンズホルダ３を、望遠側（被写体側）に移動する場合には、振動部材１７に所定パルスの電流を供給して、圧電素子２３の伸縮と振動子１９の弾性変形及び弾性復帰により振動部材１７を駆動軸２１の軸線方向に振動させる。

これにより、まず、振動子１９が弾性変形により前側に振れる。すると、駆動軸２１は、前側に向けて移動し、ズームレンズホルダ３は圧接部５１で駆動軸２１との摩擦力があるので前側に移動する。その後、振動子１９が弾性変形した反力により急激に元の位置に戻ると共に圧電素子２３が縮む（或いは元に戻る）ことで、駆動軸２１も元の位置に戻るが、ズームレンズホルダ３は慣性のため、移動した位置にとどまる。このような振動部材１７の伸縮を繰り返して、ズームレンズホルダ３は駆動軸２１に沿って前進する。

尚、振動部材１７に供給する電流の向きや、パルス波形、パルスのデューティ比を変えることにより、振動子１９の変形を前進とは逆にして、ズームレンズホルダ３は駆動軸２１に沿って後退することができる。

また、フォーカスレンズホルダ５の駆動もズームレンズホルダ３と同様に振動部材１７に所定パルスの電流を供給することにより、フォーカスレンズホルダ５をその駆動軸２２に沿って前進又は後退させる。

次に、画像合成について説明する。ズーム倍率設定ボタン６ａ、６ｂの操作によりズーム倍率を設定すると、内蔵されているオートフォーカス部６５の作動により、画像センサ１１の中心部ｅの合焦点位置へフォーカスレンズホルダ５が移動する。次に、中心部ｅの合焦点位置から深度の深い側へフォーカスレンズホルダ５が移動して、合焦点検出部７３が例えば、図５及び図６に示すＡ部の合焦点を探知すると、取り込み領域選択部７５がＡ部領域を指定して取り込み画像の領域を指定し、取り込み画像記録部が選択された領域の画像を取り込んで記録する。同様に、Ｂ部、Ｃ部の各部における画像を取り込む。
尚、フォーカスレンズホルダ５は、中心部ｅの合焦点位置から深度の浅い側へも移動して、上述した合焦点領域を探索し、合焦点領域毎に画像を取り込む。
そして、一連の画像取り込みと記録が終了した後、合成画像記録部７９では各領域Ａ、Ｂ、Ｃ毎の画像を結合して合成する。
更に、本実施の形態では、深度演算部８１により各領域Ａ、Ｂ、Ｃの深度を演算し、明度補正部で深度に応じた明度を合成画像に付与して、合成画像を補正する。例えば、図５に示す領域Ｆでは、傾斜にしたがって画像の明度を深い側ほど暗くする。

本実施の形態によれば、フォーカスレンズホルダ５を複数の合焦点位置へ移動したときの各位置において、画像センサ１１におけるコントラストの高域成分領域（合焦点領域）を各々取り込んで合成しているので、深度が異なる場合でも各部が鮮明な合成画像を得ることができる。
合焦点検出部７３によりフォーカスレンズホルダ５を移動したときの各合焦点位置において、取り込み領域選択部７５が画像センサ１１におけるコントラストの高域成分領域を画像取り込み領域Ａ、Ｂ、Ｃとして選択しているので、従来技術のようにレバー操作によるフォーカスレンズの移動が不要であるから、操作性が良い。

本実施の形態では、従来技術のようなプローブを用いることなく、深度演算部８１及び深度情報部６７により、各倍率における被写体の深度に対する画像の補正ができるので、プローブの操作が不要であると共に簡易な構成で立体感のある画像を合成することができる。

更に、本実施の形態によれば、レンズ駆動装置１と画像センサ１１とを一体にしたものを組み付けるだけであるから、製造が容易なマイクロスコープ１０を提供することができる。

本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
例えば、ズームレンズホルダ３及びフォーカスレンズホルダ５の駆動は、圧電素子の振動によることに限らず、マグネットの磁界を交差するコイルに通電することにより、各ホルダ３、５を駆動するものであってもよい。
また、本発明にかかる撮影装置２は、マイクロスコープに限らず、光学ズーム機能を有するカメラであってもよい。

１レンズ駆動装置
３ズームレンズホルダ
５フォーカスレンズホルダ
１１画像センサ
６３倍率設定部
６７深度情報部
７１画像合成部
７３合焦点検出部
７５取り込み領域選択部
７７取り込み画像記録部
７９合成画像記録部
８３明度補正部

Claims

フォーカスレンズを保持するフォーカスレンズホルダと、光学ズームレンズを保持するズームレンズホルダと、レンズの結像側に設けた画像センサと、フォーカスレンズホルダを画像センサにおける合焦点位置へ移動するオートフォーカス部と、画像センサから得た画像を合成する画像合成部とを備え、
画像合成部は、光学ズームレンズを所定倍率の位置に移動したときに画像センサにおいて取り込むべき所定の領域を選択する取り込み領域選択部と、選択された領域の画像情報を記録する取り込み画像記録部と、取り込み画像記録部で記録された画像情報を合成して記録する合成画像記録部とを有し、オートフォーカス部は画像センサにおけるコントラストの高域成分領域を探知してフォーカスレンズホルダを光軸方向に移動させ、取り込み領域選択部はフォーカスレンズが移動したときの各位置におけるコントラストの高域成分領域を取り込むべき領域として選択することを特徴とする撮影装置。
画像合成部は、光学ズームレンズの移動による設定倍率に応じて、フォーカスレンズが合焦点位置へ移動したときの移動量に対応する深度情報を記録した深度情報部を有し、画像合成部は深度情報に基づいて合成画像の明度を補正することを特徴とする請求項１に記載の撮影装置。
請求項１に記載の撮影装置を本体内に収納したマイクロスコープであって、撮影装置は画像センサを設けた基板に固定したレンズ駆動装置を備え、レンズ駆動装置は、フォーカスレンズホルダと、ズームレンズホルダと、フォーカスレンズホルダに係合し且つフォーカスレンズの光軸方向に沿って設けた駆動軸と、ズームレンズホルダに係合し且つズームレンズの光軸方向に沿って設けた駆動軸と、各駆動軸の一端に固定した圧電素子とを筐体内に収納しており、圧電素子に電流を流すことにより駆動軸をその軸線方向に振動させて、駆動軸に係合しているホルダを光軸方向に移動することを特徴とするマイクロスコープ。