JP2018066910A - 拡大観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源投入時の初期化処理に要する時間を短縮して操作性を向上させた拡大観察装置を提供する。【解決手段】観察対象物を載置するための載置面を有するステージと、ステージ上の観察対象物に照明光を照射する照明手段と、照明光の反射光又は透過光を受光し、受光量を検出して観察対象物を撮像するカメラ２１と、載置面に平行な方向にステージを移動させるステージ駆動手段と、ステージ駆動手段を制御して載置面に平行な平面内におけるステージの位置を異ならせるごとに、カメラ２１から撮影画像を取得し、複数の撮影画像を連結して連結画像を生成する連結画像生成手段１０１と、連結画像の作成指示に基づいて、カメラの受光軸を中心とする回転方向に関し、カメラの撮像視野及びステージの移動範囲の位置合わせを行う位置合わせ手段１０４とにより構成される。【選択図】図８

Description

本発明は、拡大観察装置に係り、さらに詳しくは、ステージ上に載置された観察対象物に照明光を照射して観察対象物を撮像する拡大観察装置の改良に関する。

拡大観察装置は、ステージ上に載置された観察対象物に照明光を照射し、その反射光又は透過光を受光して観察対象物を撮像するデジタル方式のマイクロスコープであり、撮影画像をモニタ画面に表示し、観察対象物の寸法測定、撮影画像の記録等を行う。また、拡大観察装置は、被写界深度を大きくする深度合成機能、複数の撮影画像を連結して視野を広げる画像連結機能、ダイナミックレンジの広い画像を圧縮するＨＤＲＩ（High Dynamic Range Imaging）機能等を有する。

ステージを水平方向に移動させる際に、ステージの位置情報を自動的に取得する従来の拡大観察装置では、主電源がオン状態に切り替えられると、カメラの撮像視野とステージの移動範囲との位置合わせと、ステージの原点出しとが初期化処理として行われる。

撮像視野及び移動範囲の位置合わせは、カメラとステージとの間の回転方向の相対的なずれを補正する処理であり、カメラの座標軸とステージの座標軸とが一致するように、ステージの座標軸を回転させることによって行われる。回転方向のずれは、例えば、ステージを座標軸に沿って移動させる前に取得した撮影画像と、ステージを移動させた後に取得した撮影画像とを比較することによって検知される。

一方、原点出しは、ステージの現在位置を特定して位置情報をリセットする処理であり、ステージ端に配置されるリミットスイッチを利用して現在位置が特定される。リミットスイッチは、ステージが移動範囲の限界に到達したことを検出するセンサであり、ステージを移動範囲の限界まで移動させることによって現在位置が検知される。この様な初期化処理にはステージの移動が伴うことから、初期化処理に要する時間が長いという問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、電源投入時の初期化処理に要する時間を短縮して操作性を向上させた拡大観察装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様による拡大観察装置は、観察対象物を載置するための載置面を有するステージと、前記ステージ上の前記観察対象物に照明光を照射する照明手段と、前記照明光の反射光又は透過光を受光し、受光量を検出して前記観察対象物を撮像するカメラと、前記載置面に平行な方向に前記ステージを移動させるステージ駆動手段と、前記ステージ駆動手段を制御して前記載置面に平行な平面内における前記ステージの位置を異ならせるごとに、前記カメラから撮影画像を取得し、複数の前記撮影画像を連結して連結画像を生成する連結画像生成手段と、前記連結画像の作成指示に基づいて、前記カメラの受光軸を中心とする回転方向に関し、前記カメラの撮像視野及び前記ステージの移動範囲の位置合わせを行う位置合わせ手段とを備える。

この様な構成によれば、カメラの撮像視野及びステージの移動範囲の位置合わせが連結画像の作成指示に基づいて行われるため、電源投入時の初期化処理に要する時間を短縮することができる。

本発明の第２の態様による拡大観察装置は、上記構成に加え、前記カメラの撮像素子と光学的に結合されるレンズ部を更に備え、前記カメラが、前記レンズ部の光軸を中心として回転可能に配置されるように構成される。この様な構成によれば、カメラの撮像素子と光学的に結合されるレンズ部を備えるため、観察対象物を拡大して観察することができる。また、カメラがレンズ部の光軸を中心として回転可能に配置されるため、カメラの回転位置によって撮像アングルを調整することができる。また、カメラの撮像視野及びステージの移動範囲の位置合わせにより、ステージに対するカメラの回転方向のずれを補正することができる。

本発明の第３の態様による拡大観察装置は、上記構成に加え、前記位置合わせ手段が、前記撮像視野内に予め定められるカメラ座標軸と前記移動範囲内に予め定められるステージ座標軸とが一致するように、前記ステージ座標軸を回転させて位置合わせを行い、前記連結画像生成手段が、前記位置合わせ後の前記ステージ座標軸に基づいて、前記ステージ駆動手段を制御するように構成される。この様な構成によれば、ステージをカメラ座標軸に沿って移動させることができる。また、連結画像を作成する際に、ステージをカメラ座標軸の方向に移動させるため、撮影画像の連結処理を高精度に行うことができる。また、カメラ及びステージの座標軸の補正情報を用いることにより、ステージの移動を高精度で行うことができる。

本発明の第４の態様による拡大観察装置は、上記構成に加え、前記位置合わせ手段が、前記ステージ座標軸に沿って前記ステージを移動させる前に前記カメラから取得した第１画像と、前記ステージ座標軸に沿って前記ステージを移動させた後に前記カメラから取得した第２画像とを比較して特徴点の移動方向を求め、前記特徴点の移動方向に基づいて前記撮像視野及び前記移動範囲の位置合わせを行うように構成される。この様な構成によれば、カメラとステージとの間の回転方向の相対的なずれを検出するセンサを設ける場合に比べ、製造コストを増大させることなく、撮像視野及び移動範囲の位置合わせを行うことができる。

本発明の第５の態様による拡大観察装置は、上記構成に加え、前記ステージが前記移動範囲の中央に位置することを検出する位置決めセンサを更に備え、前記位置合わせ手段が、主電源がオフ状態に切り替えられる際に、前記ステージ駆動手段を制御して前記ステージを前記移動範囲の中央に移動させ、主電源がオン状態に切り替えられた後に、前記位置決めセンサの検出結果に基づいて前記ステージの原点出しを行うように構成される。この様な構成によれば、ステージ端に配置されるリミットスイッチを利用して原点出しを行う場合に比べ、ステージを移動範囲の限界まで移動させる必要がないため、ステージの原点出しに要する時間を短縮することができる。

本発明の第６の態様による拡大観察装置は、上記構成に加え、前記カメラを前記載置面に交差する受光軸方向に移動させるカメラ駆動手段を更に備え、前記連結画像生成手段が、前記カメラ駆動手段を制御して前記受光軸方向の位置を異ならせながら前記カメラから取得した複数の撮影画像を深度合成して合成画像を生成するとともに、複数の前記合成画像を連結して前記連結画像を生成し、前記位置合わせ手段が、前記カメラ駆動手段を制御して前記受光軸方向の位置を異ならせながら前記カメラから取得した複数の撮影画像を深度合成して合成画像を生成し、この合成画像を用いて前記撮像視野及び前記移動範囲の位置合わせを行うように構成される。この様な構成によれば、撮像視野及び移動範囲の位置合わせを高精度に行うことができる。また、撮影画像よりも被写界深度が大きい連結画像を取得することができる。

本発明の第７の態様による拡大観察装置は、上記構成に加え、前記レンズ部が、前記カメラに着脱可能に装着され、前記位置合わせ手段が、前記レンズ部が前記カメラに装着された後、前記撮像視野及び前記移動範囲の位置合わせを自動的に行うように構成される。この様な構成によれば、レンズ部をカメラに装着することにより、撮像視野及び移動範囲の位置合わせを行うことができる。

本発明の第８の態様による拡大観察装置は、上記構成に加え、前記レンズ部が、高倍率レンズ及び低倍率レンズを有し、撮影倍率が切り替え可能であり、前記位置合わせ手段が、前記レンズ部の撮影倍率が切り替えられた後、前記撮像視野及び前記移動範囲の位置合わせを自動的に行うように構成される。この様な構成によれば、レンズ部の撮影倍率を切り替えることにより、撮像視野及び移動範囲の位置合わせを行うことができる。

本発明の第９の態様による拡大観察装置は、観察対象物を載置するための載置面を有するステージと、前記ステージ上の前記観察対象物に照明光を照射する照明手段と、前記照明光の反射光又は透過光を受光し、受光量を検出して前記観察対象物を撮像するカメラと、前記載置面に平行な方向に前記ステージを移動させるステージ駆動手段と、前記ステージ駆動手段により前記ステージを移動させる前と移動させた後とにおいて前記カメラにより前記観察対象物が撮像された撮影画像を用いる拡大観察装置の機能であって、前記ステージ及び前記カメラの座標軸の補正が必要な機能を行う高精度調整機能実行手段と、前記高精度調整機能実行手段の実行指示に基づいて、前記カメラの受光軸を中心とする回転方向に関し、前記カメラの撮像視野及び前記ステージの移動範囲の位置合わせを行う位置合わせ手段とを備える。

本発明の第１０の態様による拡大観察装置は、上記構成に加え、前記ステージ及び前記カメラの座標軸の補正が必要な機能が、前記カメラにより前記観察対象物が撮像された撮影画像よりも大きい領域の画像を取得する機能であるように構成される。

本発明の第１１の態様による拡大観察装置は、上記構成に加え、前記ステージ及び前記カメラの座標軸の補正が必要な機能が、連結画像又はナビゲーション画像を取得する機能であるように構成される。

本発明によれば、カメラの撮像視野及びステージの移動範囲の位置合わせが連結画像の作成指示に基づいて行われるため、電源投入時の初期化処理に要する時間を短縮して操作性を向上させることができる。

本発明の実施の形態による拡大観察装置１の一構成例を示したシステム図である。 図１のヘッドユニット２が装着された支持台６の構成例を示した斜視図である。 図２の支持台６の構成例を示した図である。 ヘッドユニット２の他の構成例を示した斜視図である。 図１のステージ６５の構成例を模式的に示した説明図である。 図１のヘッド取付アーム部６２の構成例を模式的に示した説明図である。 図１の拡大観察装置１における位置合わせ時の動作の一例を模式的に示した説明図である。 図１のコントローラ４内の機能構成の一例を示したブロック図である。 図１の拡大観察装置１における電源投入時の動作の一例を示したフローチャートである。 図１の拡大観察装置１における位置合わせ時の動作の一例を示したフローチャートである。 コントローラ４の表示部４１に表示されるモニタ画面３００の一例を示した図である。 モニタ画面３００上に表示されるナビゲーション画面３１０の一例を示した図である。 図１の拡大観察装置１における画像連結時の動作の一例を模式的に示した説明図である。 ステージ６５の他の構成例を模式的に示した説明図である。

まず、本発明による拡大観察装置の概略構成について、図１〜図４を用いて以下に説明する。

＜拡大観察装置１＞
図１は、本発明の実施の形態による拡大観察装置１の一構成例を示したシステム図である。拡大観察装置１は、観察対象物Ｓを拡大して観察することができるデジタル方式のマイクロスコープであり、ヘッドユニット２、伝送ケーブル３、コントローラ４、操作部５及び支持台６により構成される。

＜ヘッドユニット２＞
ヘッドユニット２は、観察対象物Ｓに可視光からなる照明光を照射し、観察対象物Ｓにより反射された反射光、又は、観察対象物Ｓを透過した透過光を受光して観察対象物Ｓを撮像する投受光部であり、カメラ２１及びレンズ部２２により構成される。このヘッドユニット２は、伝送ケーブル３を介してコントローラ４に接続され、支持台６に対し、カメラ２１を下方に向けた状態で装着されている。

カメラ２１は、観察対象物Ｓを撮像する撮像装置であり、照明光の反射光又は透過光を受光し、受光量を検出して撮影画像を生成する撮像素子２１１により構成される。撮像素子２１１には、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices：電荷結合素子）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化物半導体）などのイメージセンサが用いられる。

レンズ部２２は、カメラ２１の撮像素子２１１と光学的に結合される複数のレンズからなり、カメラ２１に着脱可能に装着される。レンズ部２２は、例えば、観察対象物Ｓと対向する対物レンズ２２１等を備え、鏡筒部を回転させることにより、撮影倍率を調整することができる。このレンズ部２２には、同軸落射照明部７１及びリング照明部７２が設けられている。

カメラ２１は、受光軸をレンズ部２２の光軸と一致させた状態で、レンズ部２２の光軸を中心として回転可能に配置される。このため、ステージ６５を回転させなくても、観察対象物Ｓを撮像する際の撮像アングルを調整することができる。

同軸落射照明部７１は、観察対象物Ｓに照明光を照射する投光装置であり、伝送ケーブル３を介してコントローラ４から伝送される照明光をカメラ２１の受光軸と同軸にレンズ部２２から出射する。リング照明部７２は、観察対象物Ｓに照明光を照射する投光装置であり、対物レンズ２２１を取り囲む円環状の投光領域から照明光を出射する。

＜支持台６＞
支持台６は、観察対象物Ｓを所望の撮像アングルで観察するためにヘッドユニット２を支持するスタンドであり、ベース部６０、支柱部６１、ヘッド取付アーム部６２、Ｚ駆動部６３、レンズ検出部６４、ステージ６５、ＸＹ駆動部６６及びステージ調整部６７により構成される。ここでは、上下方向、すなわち、鉛直方向をＺ軸方向とし、水平面内にＸ軸及びＹ軸が定められるものとする。

ベース部６０には、支柱部６１、ＸＹ駆動部６６及びステージ調整部６７が配置される。支柱部６１は、上下方向に延び、ヘッド取付アーム部６２を介してヘッドユニット２を支持する。ヘッド取付アーム部６２は、支柱部６１から水平方向に延び、ヘッドユニット２を保持する。

Ｚ駆動部６３は、ヘッド取付アーム部６２を支柱部６１に沿って上下方向に移動させることにより、カメラ２１を受光軸方向に移動させるカメラ駆動手段である。レンズ検出部６４は、レンズ部２２がカメラ２１に装着されたことを検出し、レンズ部２２から各種のレンズ情報を取得する。取得されるレンズ情報には、例えば、撮影倍率、焦点距離等がある。

ステージ６５は、観察対象物Ｓを載置するための載置面６５ａを有する作業台である。このステージ６５は、水平に配置され、透過照明部７３が設けられている。透過照明部７３は、観察対象物Ｓに照明光を照射する投光装置である。ＸＹ駆動部６６は、載置面６５ａに平行な方向にステージ６５を移動させるステージ駆動手段である。ステージ調整部６７は、ステージ６５を上下方向（Ｚ軸方向）に移動させ、或いは、上下方向の回転軸を中心としてステージ６５及びＸＹ駆動部６６を回転させる。ステージ６５の昇降及び回転は、例えば、調整つまみ等の操作子を操作することによって行われ、観察対象物Ｓの高さや撮像アングルを調整することができる。

＜伝送ケーブル３＞
伝送ケーブル３は、制御信号や撮影画像を伝送するための制御用ケーブル３１と、照明光を伝送するための照明光伝送ケーブル３２とからなる。照明光伝送ケーブル３２は、光ファイバからなる。

＜コントローラ４＞
コントローラ４は、カメラ２１、リング照明部７２、Ｚ駆動部６３及びＸＹ駆動部６６を制御し、カメラ２１から取得した撮影画像を表示部４１に表示する情報処理端末であり、操作部５が接続されている。このコントローラ４は、電源ボタン４２を操作することにより、主電源がオン状態に切り替えられる。また、コントローラ４には、同軸落射照明用の照明光を生成する光源装置が設けられる。表示部４１は、撮影画像をモニタ画面に表示する表示装置である。

＜操作部５＞
操作部５は、ユーザ操作を受け付ける入力装置であり、キーボード５１、マウス５２及びコンソール５３により構成される。コンソール５３は、ボタンや調整つまみを操作することにより、撮影画像の取り込み、照明の明るさ、カメラ２１のピント合わせを指示することができる。

図２は、図１のヘッドユニット２が装着された支持台６の構成例を示した斜視図である。図３は、図２の支持台６の構成例を示した図である。図中の（ａ）には、支持台６の左側面が示され、（ｂ）には、支持台６を上方から見た場合が示され、（ｃ）には、支持台６の前面が示されている。

支柱部６１は、チルト部６８を介してベース部６０に取り付けられており、左右方向に傾斜させることができる。チルト部６８は、前後方向の水平な回転軸を中心として支柱部６１を回転可能に支持する。

支柱部６１は、例えば、上下方向から右側に９０°程度傾斜させ、或いは、上下方向から左側に６０°程度傾斜させることができ、ヘッドユニット２の光軸、すなわち、カメラ２１の受光軸及び照明光の投光軸をステージ６５の載置面６５ａに対して傾斜させることができる。このため、ステージ６５上の観察対象物Ｓを上方向だけでなく、斜め方向や横方向から観察することができる。ステージ６５は、右方向及び左方向にそれぞれ９０°程度回転させることができる。

図４は、ヘッドユニット２の他の構成例を示した斜視図であり、撮影倍率が異なる２つの対物レンズ２２１ａ及び２２１ｂを備えたレンズ部２２が示されている。このレンズ部２２は、撮影倍率が異なる２つの対物レンズ２２１ａ及び２２１ｂを備え、対物レンズ２２１ａ及び２２１ｂを切り替えることにより、撮影倍率を大きく変更することができる。対物レンズ２２１ａ及び２２１ｂは、互いに異なる対物レンズであり、カメラ２１の受光軸上に切替可能に配置される。

対物レンズ２２１ａは、撮影倍率が高い高倍率レンズである。一方、対物レンズ２２１ｂは、対物レンズ２２１ａよりも撮影倍率が低い低倍率レンズである。対物レンズ２２１ａ及び２２１ｂは、左右方向の水平な回転軸２２２を中心として回転させることによって切り替えられ、対物レンズ２２１ａ又は２２１ｂのいずれかがカメラ２１の受光軸上に配置される。

次に、本発明による拡大観察装置１のさらに詳細な構成について、図５〜図１４を用いて以下に説明する。

＜ステージ６５＞
図５は、図１のステージ６５の構成例を模式的に示した説明図である。図中の（ａ）には、ステージ６５を上方から見た場合が示され、（ｂ）には、ステージ６５を前方から見た場合が示されている。このステージ６５は、正方形状であり、中央に透過照明の照明光を透過させるための円形の透光エリア６５１が設けられている。

ステージ６５は、ＸＹ駆動部６６により、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に任意に移動させることができる。このステージ６５には、リミットスイッチ６５２及び位置決めセンサ６５３が設けられている。リミットスイッチ６５２は、ステージ６５が移動範囲ＭＲの限界に到達したことを検出するための検出手段である。このリミットスイッチ６５２は、ステージ６５の右端部に配置されている。

位置決めセンサ６５３は、ステージ６５が移動範囲ＭＲの中央に位置することを検出するための検出手段であり、ステージ６５の原点出しに用いられる。この位置決めセンサ６５３は、ステージ６５の中央に配置されている。

ステージ調整部６７は、ステージ６５を上下方向の回転軸Ａｘを中心としてステージ６５及びＸＹ駆動部６６を回転させる。このステージ調整部６７には、ステージ６５の回転角度φを検出するための回転角センサ６９が設けられている。

＜ヘッド取付アーム部６２＞
図６は、図１のヘッド取付アーム部６２の構成例を模式的に示した説明図であり、ヘッド取付アーム部６２を上方から見た場合が示されている。ヘッド取付アーム部６２は、受光軸を中心としてカメラ２１を回転可能に保持する。撮像素子２１１の回転位置を連続的に変更することにより、観察対象物Ｓを撮像する際の撮像アングルを調整することができる。

なお、ヘッド取付アーム部６２は、カメラ２１を特定の回転位置に固定するような構成であってもよい。また、ヘッド取付アーム部６２は、カメラ２１を離散的な複数の回転位置に固定するような構成であってもよい。この様に構成することにより、カメラ２１とステージ６５との相対的な回転方向のずれを撮影画像からパターンマッチングによって検知する際の処理負荷を低減させることができる。

図７は、図１の拡大観察装置１における位置合わせ時の動作の一例を模式的に示した説明図である。図中の（ａ）には、カメラ座標軸Ｃａｃが定められた撮像視野ＩＦが示され、（ｂ）には、ステージ座標軸Ｃａｓが定められた移動範囲ＭＲが示されている。カメラ２１の撮像視野ＩＦ内には、例えば、互いに直交するα軸とβ軸とからなるカメラ座標軸Ｃａｃが予め定められる。

一方、ステージ６５の移動範囲ＭＲ内には、例えば、互いに直交するＸ軸とＹ軸とからなるステージ座標軸Ｃａｓが予め定められる。カメラ２１が受光軸を中心として回転可能であり、また、ステージ６５及びＸＹ駆動部６６も回転軸Ａｘを中心として回転可能であることから、カメラ座標軸Ｃａｃとステージ座標軸Ｃａｓとの間には、相対的な回転方向のずれが存在する。

この回転方向のずれを表す回転角度θは、ステージ座標軸Ｃａｓに沿ってステージ６５を移動させる前にカメラ２１から取得した撮影画像Ｉｍと、ステージ座標軸Ｃａｓに沿ってステージ６５を移動させた後にカメラ２１から取得した撮影画像Ｉｍとを比較することによって求められる。

図中の（ｃ）には、２つの撮影画像Ｉｍを比較して回転角度θを求める様子が示されている。まず、撮影画像Ｉｍからエッジ点等の特徴点Ｐ１及びＰ２を抽出する。次に、２つの撮影画像Ｉｍを比較し、パターンマッチング等により、特徴点Ｐ１から特徴点Ｐ２までの移動量を求める。回転角度θは、ベクトルＰ１Ｐ２とα軸とのなす角度として求められる。

このとき、回転角センサ６９により検出された回転角度φを回転角度θとともに記憶しておくことにより、その後、ステージ６５を回転させた場合に、回転角センサ６９の検出値に回転角度θをオフセットすれば、カメラ座標軸Ｃａｃに対してステージ座標軸Ｃａｓがどれだけ傾斜しているのかを容易に識別することができる。

特徴点Ｐ１から特徴点Ｐ２までの移動量が大きいほど、回転角度θの検知精度が高くなる。そこで、特徴点Ｐ１から特徴点Ｐ２までの移動量を撮影画像Ｉｍからはみ出ない程度に最大化するために、ステージ６５をステージ座標軸Ｃａｓに沿って移動させる際の移動量は、レンズ部２２の撮影倍率に応じて決定される。

＜コントローラ４＞
図８は、図１のコントローラ４内の機能構成の一例を示したブロック図である。このコントローラ４は、連結画像生成部１０１、レンズ情報記憶部１０２、画像データ記憶部１０３、位置合わせ部１０４、補正情報記憶部１０５、電源装置１０６及び表示制御部１０７により構成される。

連結画像生成部１０１は、ＸＹ駆動部６６を制御して載置面６５ａに平行な平面内におけるステージ６５の位置を異ならせるごとに、カメラ２１から撮影画像を取得し、複数の撮影画像を連結して連結画像を生成する。連結画像は、元の撮影画像よりも視野が広い合成画像であり、例えば、隣り合う２つの撮影画像の一部を互いに重複させ、この重複領域について、つなぎ目が目立たないように画素値を調整することによって作成される。また、連結画像は、操作部５の操作による連結画像の作成指示に基づいて、作成される。

レンズ情報記憶部１０２には、レンズ検出部６４により取得されたレンズ情報が保持される。連結画像を作成する際のステージ６５の移動量は、レンズ情報記憶部１０２内のレンズ情報に基づいて決定される。

画像データ記憶部１０３には、カメラ２１から取得された撮影画像、連結画像生成部１０１より作成された連結画像等の画像データが保持される。表示制御部１０７は、画像データ記憶部１０３から画像データを読み出して表示部４１を制御し、撮影画像や連結画像をモニタ画面に表示する。

位置合わせ部１０４は、連結画像の作成指示に基づいて、カメラ２１の受光軸を中心とする回転方向に関し、カメラ２１の撮像視野ＩＦとステージ６５の移動範囲ＭＲとの位置合わせを行う。この位置合わせは、撮像視野ＩＦ内に予め定められるカメラ座標軸Ｃａｃと移動範囲ＭＲ内に予め定められるステージ座標軸Ｃａｓとが一致するように、ステージ座標軸Ｃａｓを回転させることによって行われる。

回転方向のずれを表す回転角度θは、ステージ座標軸Ｃａｓに沿ってステージ６５を移動させる前にカメラ２１から取得した第１画像と、ステージ座標軸Ｃａｓに沿ってステージ６５を移動させた後にカメラ２１から取得した第２画像とを比較して特徴点の移動方向を求め、この特徴点の移動方向から検知される。

補正情報記憶部１０５には、回転方向のずれを表す回転角度θが補正情報として保持される。連結画像生成部１０１は、ステージ６５をカメラ座標軸Ｃａｃに沿って移動させるために、位置合わせ後のステージ座標軸Ｃａｓに基づいて、ＸＹ駆動部６６を制御する。つまり、連結画像生成部１０１は、補正情報記憶部１０５内の補正情報に基づいて、ステージ６５の位置を異ならせ、撮影画像を連結する処理を行う。

位置合わせ部１０４は、連結画像の作成を指示するためのユーザ操作を受け付けた時点で、補正情報が既に存在していれば、撮像視野ＩＦ及び移動範囲ＭＲの位置合わせを行わない。

電源装置１０６は、電源ボタン４２の操作に基づいて、主電源をオン状態に切り替え、操作部５の操作に基づいて、主電源をオフ状態に切り替える。位置合わせ部１０４は、主電源がオフ状態に切り替えられる際に、ＸＹ駆動部６６を制御してステージ６５を移動範囲の中央に移動させる。

一方、位置合わせ部１０４は、主電源がオン状態に切り替えられた後に、位置決めセンサ６５３の検出結果に基づいて、ステージ６５の原点出しを行う。このステージ６５の原点出しは、予め定められた探索範囲でステージ６５を移動させ、探索範囲を走査することによって行われ、位置決めセンサ６５３により、ステージ６５が移動範囲ＭＲの中央に位置することが検出されれば、ステージ６５の位置情報がリセットされる。探索範囲は、現在のステージ６５の位置を含む領域であって、移動範囲ＭＲの一部である。

探索範囲の走査において、位置決めセンサ６５３による検出に失敗した場合は、リミットスイッチ６５２を利用してステージ６５の現在位置が特定される。すなわち、ステージ６５を移動範囲ＭＲの限界まで移動させることによって現在位置を特定して位置情報がリセットされる。電源投入時の初期化処理では、撮像視野ＩＦ及び移動範囲ＭＲの位置合わせが行われない。

連結画像生成部１０１は、深度合成画像による連結処理が指示されれば、Ｚ駆動部６３を制御して受光軸方向の位置を異ならせながらカメラ２１から取得した複数の撮影画像を深度合成して合成画像を生成する。そして、連結画像生成部１０１は、載置面６５ａに平行な平面内におけるステージ６５の位置を異ならせるごとに、合成画像を繰り返し生成し、これらの複数の合成画像を連結して連結画像を生成する。

位置合わせ部１０４は、Ｚ駆動部６３を制御して受光軸方向の位置を異ならせながらカメラ２１から取得した複数の撮影画像を深度合成して合成画像を生成し、この合成画像を用いて撮像視野ＩＦ及び移動範囲ＭＲの位置合わせを行う。

また、位置合わせ部１０４は、レンズ部２２がカメラ２１から取り外され、或いは、レンズ部２２がカメラ２１に新たに装着されたことがレンズ検出部６４により検知されれば、補正情報記憶部１０５内の補正情報を破棄する。つまり、カメラ２１の回転位置が変化するような操作を行えば、補正情報が消去される。

なお、レンズ部２２がカメラ２１に装着された後に、撮像視野ＩＦ及び移動範囲ＭＲの位置合わせを自動的に行うような構成であってもよい。この様に構成することにより、レンズ部２２をカメラ２１に装着することにより、撮像視野ＩＦ及び移動範囲ＭＲの位置合わせを行うことができる。

また、レンズ部２２の撮影倍率が切り替えられた後に、撮像視野ＩＦ及び移動範囲ＭＲの位置合わせを自動的に行ってもよい。この様に構成することにより、レンズ部２２の撮影倍率を切り替えることにより、撮像視野ＩＦ及び移動範囲ＭＲの位置合わせを行うことができる。

図９のステップＳ１０１〜Ｓ１０８は、図１の拡大観察装置１における電源投入時の動作の一例を示したフローチャートである。図中には、主電源をオン状態に切り替えた直後の初期化処理が示されている。まず、拡大観察装置１は、探索範囲内でステージ６５を移動させる（ステップＳ１０１）。拡大観察装置１は、位置決めセンサ６５３により、ステージ６５が移動範囲ＭＲの中央に位置することが検出されれば（ステップＳ１０２）、ステージ６５の位置情報をリセットしてこの処理を終了する（ステップＳ１０３）。

一方、拡大観察装置１は、位置決めセンサ６５３により検出されることなく、探索範囲の走査が終了すれば（ステップＳ１０４）、位置決めセンサ６５３による検出に失敗した判断し、リミットスイッチ６５２を利用してステージ６５の現在位置を特定する（ステップＳ１０５）。すなわち、拡大観察装置１は、ステージ６５を移動させ（ステップＳ１０６）、リミットスイッチ６５２により、ステージ６５が移動範囲ＭＲの限界に到達したことが検出されれば（ステップＳ１０７）、ステージ６５の現在位置が移動範囲ＭＲの限界位置であるものとして、位置情報をリセットする（ステップＳ１０８）。

図１０のステップＳ２０１〜Ｓ２１０は、図１の拡大観察装置１における位置合わせ時の動作の一例を示したフローチャートである。図中には、連結画像の作成指示が受け付けられた後の位置合わせ処理が示されている。まず、拡大観察装置１は、レンズ部２２からレンズ情報を取得し（ステップＳ２０１）、ステージ６５の移動量を決定する（ステップＳ２０２）。

次に、拡大観察装置１は、Ｚ駆動部６３を制御してカメラ２１のピント調整を行い（ステップＳ２０３）、カメラ２１から撮影画像を取得する（ステップＳ２０４）。次に、拡大観察装置１は、ＸＹ駆動部６６を制御してステージ６５をステージ座標軸Ｃａｓに沿って上記移動量だけ移動させ（ステップＳ２０５）、カメラ２１から撮影画像を取得する（ステップＳ２０６）。

拡大観察装置１は、ステージ６５をステージ座標軸Ｃａｓに沿って移動させる前と後とに取得した２つの撮影画像をパターンマッチングにより比較し（ステップＳ２０７）、特徴点の移動量を算出する（ステップＳ２０８）。拡大観察装置１は、特徴点の移動量から回転角度θを算出し（ステップＳ２０９）、補正情報として記憶する（ステップＳ２１０）。

＜モニタ画面３００＞
図１１は、コントローラ４の表示部４１に表示されるモニタ画面３００の一例を示した図である。このモニタ画面３００は、撮影画像を表示し、観察対象物Ｓの寸法測定、撮影画像の記録等を行うための観察設定画面である。

モニタ画面３００には、カメラ２１による撮影画像を表示するための表示領域３０１と、各種操作を行うための操作欄３０２とが設けられている。操作欄３０２には、各種機能を選択させるための複数のメニュータブが配置されたメニュー欄３０３が設けられている。

メニュータブには、簡単モード、照明及び明るさ、撮像設定、計測、深度向上、画質向上、マルチライト及び画像連結の各機能が割り当てられている。例えば、簡単モードでは、観察、記録及び計測に関する各種設定を簡単に行うことができる。照明及び明るさでは、照明の種類や光源の明るさを調整することができる。

また、操作欄３０２には、終了ボタン、停止ボタン、撮影ボタン及び倍率表示欄が設けられている。終了ボタンは、主電源をオフ状態に切り替えるための操作アイコンである。停止ボタンは、画像処理等を一時停止させるための操作アイコンである。撮影ボタンは、撮影画像をメモリ内に取り込むための操作アイコンである。倍率表示欄には、現在の撮影倍率が表示される。

＜ナビゲーション画面３１０＞
図１２は、モニタ画面３００上に表示されるナビゲーション画面３１０の一例を示した図である。このナビゲーション画面３１０は、表示領域３０１に表示中の撮影画像よりも視野が広い画像を表示し、観察対象物Ｓのどこを撮影しているのかをユーザに提示するガイド画面である。

ナビゲーション画面３１０には、低倍率レンズにより撮影された広視野の低倍画像、又は、連結画像が表示される。表示領域３０１に高倍率レンズにより撮影された高倍画像が表示されていれば、ナビゲーション画面３１０には、カメラ２１の撮像視野ＩＦを表す矩形領域３１１と、ステージ６５の現在位置を表す交差線とが低倍画像に重畳させて表示される。つまり、ナビゲーション画面３１０のナビゲーション領域には、カメラ２１の撮像視野ＩＦとステージ６５とのＸＹ平面内における位置関係が表示される。

また、ナビゲーション画面３１０内に表示中の撮影画像上で位置を指定すれば、当該位置が撮像視野ＩＦの中央に来るようにステージ６５を移動させることができる。この様なナビゲーション画面３１０は、例えば、ステージ６５を移動させるための操作が行われれば、自動的に表示される。撮像視野ＩＦとステージ６５とのＸＹ平面内における位置関係は、逐次記録される。

図１３は、図１の拡大観察装置１における画像連結時の動作の一例を模式的に示した説明図である。連結画像Ｉｍ１は、元の撮影画像Ｉｍ２よりも視野が広い画像であり、複数の撮影画像Ｉｍ２を撮影時の位置情報に基づいて結合することによって作成される。

撮影画像Ｉｍ２は、ステージ６５をカメラ座標軸Ｃａｃ、例えば、撮像視野ＩＦの左右方向（α軸方向）又は上下方向（β軸方向）に所定距離だけ移動させるごとに取得される。また、撮影画像Ｉｍ２は、予め指定された領域を埋め尽くすように取得される。

本実施の形態によれば、カメラ２１の撮像視野ＩＦとステージ６５の移動範囲ＭＲとの位置合わせが連結画像の作成指示に基づいて行われるため、電源投入時の初期化処理に要する時間を短縮することができる。

また、撮像視野ＩＦ及び移動範囲ＭＲの位置合わせ後は、補正情報を利用してステージ６５を移動させるため、ステージ６５やカメラ２１の回転位置にかかわらず、ステージ６５をカメラ座標軸Ｃａｃに沿って移動させることができる。また、連結画像を作成する際に、ステージ６５をカメラ座標軸Ｃａｃの方向に移動させるため、撮影画像の連結処理を高精度に行うことができる。

また、ステージ端に配置されるリミットスイッチ６５２を利用して原点出しを行う場合に比べ、ステージ６５を移動範囲ＭＲの限界まで移動させる必要がないため、ステージ６５の原点出しに要する時間を短縮することができる。

なお、本実施の形態では、位置決めセンサ６５３がステージ６５の中央に配置される場合の例について説明したが、本発明は、位置決めセンサ６５３の位置をこれに限定するものではない。例えば、位置決めセンサ６５３は、移動範囲ＭＲの中央に配置してもよい。

図１４は、ステージ６５の他の構成例を模式的に示した説明図であり、ステージ６５を前方から見た場合が示されている。図中の（ａ）には、ＸＹ駆動部６６の中央に配置された位置決めセンサ６５３が示され、（ｂ）には、ＸＹ駆動部６６の周縁部に配置された位置決めセンサ６５３が示されている。この様に位置決めセンサ６５３は、ステージ６５が移動範囲ＭＲの中央に位置することが検出できれば、どこに配置しても良い。

また、本実施の形態では、電源投入時の処理化処理において、ステージ６５の原点出しのために予め定められた探索範囲が走査される場合の例について説明した。位置決めセンサ６５３による検出の成功率を上げるために、広さが異なる２つの探索範囲、例えば、狭域探索エリアと、狭域探索エリアよりも広い広域探索エリアとを定め、状況に応じていずれかの探索エリアを選択するような構成であってもよい。例えば、主電源がオフ状態に切り替えられてからオン状態に切り替えられるまでのオフ期間が所定時間よりも短ければ、狭域探索エリアを走査してステージ６５の原点出しを行う。一方、オフ期間が所定時間よりも長い場合には、広域探索エリアを走査してステージ６５の原点出しを行う。

また、ステージ駆動手段によりステージ６５を移動させる前と移動させた後とにおいてカメラ２１により観察対象物Ｓが撮像された撮影画像を用いる拡大観察装置１の機能であって、ステージ６５及びカメラ２１の座標軸の補正が必要な高精度な機能は、連結画像の取得、ナビゲーション画像の取得など、カメラにより観察対象物Ｓが撮像された撮影画像よりも大きい領域の画像を取得する機能を含む。ナビゲーション画像は、例えば、ナビゲーション画面３１０に表示するための画像であり、広域画像からなる。広域画像は、ＸＹ平面内における撮像位置が異なる複数の撮影画像を取得してタイル状に並べることによって作成される画像であり、元の撮影画像よりも視野が広い。

１ 拡大観察装置
２ ヘッドユニット
２１ カメラ
２１１ 撮像素子
２２ レンズ部
２２１，２２１ａ，２２１ｂ 対物レンズ
２２２ 回転軸
３ 伝送ケーブル
３１ 制御用ケーブル
３２ 照明光伝送ケーブル
４ コントローラ
４１ 表示部
４２ 電源ボタン
５ 操作部
５１ キーボード
５２ マウス
５３ コンソール
６ 支持台
６０ ベース部
６１ 支柱部
６２ ヘッド取付アーム部
６３ Ｚ駆動部
６４ レンズ検出部
６５ ステージ
６５２ リミットスイッチ
６５３ 位置決めセンサ
６５ａ 載置面
６６ ＸＹ駆動部
６７ ステージ調整部
６８ チルト部
６９ 回転角センサ
７１ 同軸落射照明部
７２ リング照明部
７３ 透過照明部
１０１ 連結画像生成部
１０２ レンズ情報記憶部
１０３ 画像データ記憶部
１０４ 位置合わせ部
１０５ 補正情報記憶部
１０６ 電源装置
１０７ 表示制御部
３００ モニタ画面
３１０ ナビゲーション画面

Claims (11)

1. 観察対象物を載置するための載置面を有するステージと、
   前記ステージ上の前記観察対象物に照明光を照射する照明手段と、
   前記照明光の反射光又は透過光を受光し、受光量を検出して前記観察対象物を撮像するカメラと、
   前記載置面に平行な方向に前記ステージを移動させるステージ駆動手段と、
   前記ステージ駆動手段を制御して前記載置面に平行な平面内における前記ステージの位置を異ならせるごとに、前記カメラから撮影画像を取得し、複数の前記撮影画像を連結して連結画像を生成する連結画像生成手段と、
   前記連結画像の作成指示に基づいて、前記カメラの受光軸を中心とする回転方向に関し、前記カメラの撮像視野及び前記ステージの移動範囲の位置合わせを行う位置合わせ手段とを備えることを特徴とする拡大観察装置。
2. 前記カメラの撮像素子と光学的に結合されるレンズ部を更に備え、
   前記カメラは、前記レンズ部の光軸を中心として回転可能に配置されることを特徴とする請求項１に記載の拡大観察装置。
3. 前記位置合わせ手段は、前記撮像視野内に予め定められるカメラ座標軸と前記移動範囲内に予め定められるステージ座標軸とが一致するように、前記ステージ座標軸を回転させて位置合わせを行い、
   前記連結画像生成手段は、前記位置合わせ後の前記ステージ座標軸に基づいて、前記ステージ駆動手段を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の拡大観察装置。
4. 前記位置合わせ手段は、前記ステージ座標軸に沿って前記ステージを移動させる前に前記カメラから取得した第１画像と、前記ステージ座標軸に沿って前記ステージを移動させた後に前記カメラから取得した第２画像とを比較して特徴点の移動方向を求め、前記特徴点の移動方向に基づいて前記撮像視野及び前記移動範囲の位置合わせを行うことを特徴とする請求項３に記載の拡大観察装置。
5. 前記ステージが前記移動範囲の中央に位置することを検出する位置決めセンサを更に備え、
   前記位置合わせ手段は、主電源がオフ状態に切り替えられる際に、前記ステージ駆動手段を制御して前記ステージを前記移動範囲の中央に移動させ、主電源がオン状態に切り替えられた後に、前記位置決めセンサの検出結果に基づいて前記ステージの原点出しを行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の拡大観察装置。
6. 前記カメラを前記載置面に交差する受光軸方向に移動させるカメラ駆動手段を更に備え、
   前記連結画像生成手段は、前記カメラ駆動手段を制御して前記受光軸方向の位置を異ならせながら前記カメラから取得した複数の撮影画像を深度合成して合成画像を生成するとともに、複数の前記合成画像を連結して前記連結画像を生成し、
   前記位置合わせ手段は、前記カメラ駆動手段を制御して前記受光軸方向の位置を異ならせながら前記カメラから取得した複数の撮影画像を深度合成して合成画像を生成し、この合成画像を用いて前記撮像視野及び前記移動範囲の位置合わせを行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の拡大観察装置。
7. 前記レンズ部は、前記カメラに着脱可能に装着され、
   前記位置合わせ手段は、前記レンズ部が前記カメラに装着された後、前記撮像視野及び前記移動範囲の位置合わせを自動的に行うことを特徴とする請求項２に記載の拡大観察装置。
8. 前記レンズ部は、高倍率レンズ及び低倍率レンズを有し、撮影倍率が切り替え可能であり、
   前記位置合わせ手段は、前記レンズ部の撮影倍率が切り替えられた後、前記撮像視野及び前記移動範囲の位置合わせを自動的に行うことを特徴とする請求項２に記載の拡大観察装置。
9. 観察対象物を載置するための載置面を有するステージと、
   前記ステージ上の前記観察対象物に照明光を照射する照明手段と、
   前記照明光の反射光又は透過光を受光し、受光量を検出して前記観察対象物を撮像するカメラと、
   前記載置面に平行な方向に前記ステージを移動させるステージ駆動手段と、
   前記ステージ駆動手段により前記ステージを移動させる前と移動させた後とにおいて前記カメラにより前記観察対象物が撮像された撮影画像を用いる拡大観察装置の機能であって、前記ステージ及び前記カメラの座標軸の補正が必要な機能を行う高精度調整機能実行手段と、
   前記高精度調整機能実行手段の実行指示に基づいて、前記カメラの受光軸を中心とする回転方向に関し、前記カメラの撮像視野及び前記ステージの移動範囲の位置合わせを行う位置合わせ手段とを備えることを特徴とする拡大観察装置。
10. 前記ステージ及び前記カメラの座標軸の補正が必要な機能は、前記カメラにより前記観察対象物が撮像された撮影画像よりも大きい領域の画像を取得する機能であることを特徴とする請求項９に記載の拡大観察装置。
11. 前記ステージ及び前記カメラの座標軸の補正が必要な機能は、連結画像又はナビゲーション画像を取得する機能であることを特徴とする請求項９に記載の拡大観察装置。

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