JP3575358B2 - ビデオスコープ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、家庭、学校教材、医療機関、研究機関その他種々の産業分野において、動植物，食品，薬物，細菌，人体の皮膚や毛髪，産業機械類に用いる各種物品などの観察、検査及び品質管理等に使用可能な撮像装置に利用され、駆動系をコンパクトにした小型軽量なビデオスコープに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の撮像装置にあっては、観察面から光軸に沿った一定位置にたとえばＣＣＤ等の撮像装置を備え、このＣＣＤから得られる映像をモニタで写すようにしたものが知られている。このような撮像装置では、一般には光学系に固定レンズを用いて拡大像を得る場合の他に、交換レンズを用意して拡大像を得ることができる。また、交換レンズを用意せずに高倍率／低倍率の画像を得る方法としてズームレンズを用いる方法がある。
【０００３】
従来、レンズ交換などを必要とせずに被写体の撮像倍率を広範囲に亘って任意かつ連続的に可変し得るものとして、たとえば特開平５−１４５８２０号公報に記載のビデオマイクロスコープが知られている。
【０００４】
このビデオマイクロスコープは、内部に被写体の照明ライトを配置した観察スタンドに対して、レンズ系を内蔵するレンズ鏡筒を対物距離調整機構により摺動調整して、被写体とレンズ系の対物側との相対的な調整ができるようになっている。また、レンズ鏡筒に対して映像信号変換部筒体を拡大（縮小）倍率及びフォーカス調整機構により摺動調整して、被写体に対する所要の拡大（縮小）倍率を得られるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した公報等に記載の従来装置では、たとえばフォーカス調整機構にラック・ピニオン駆動方式を採用しているため、駆動系等が複雑にならざるを得ず、小型軽量化等が必ずしも容易でなかった。また、照明ライトを配置した観察スタンドとレンズ鏡筒と映像信号変換部筒体との３構成部材をそれぞれ別体に作製し、これらを互いに入れ子式に嵌挿する構造であるため、装置の構成が複雑化し操作性等の点でも改善の余地があった。
【０００６】
この発明は以上の点に鑑み、小型軽量で優れた操作性と使用性を有するビデオスコープを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のビデオスコープは、光軸上に配設したレンズ及び撮像素子とこのレンズ周辺に設けた照明装置とを有するビデオスコープ本体と、ビデオスコープ本体を支持する支柱を有する支持スタンドとからなるビデオスコープであって、上記ビデオスコープ本体内に懸架した第１ガイドシャフトに沿って、上記撮像素子を上記レンズに対して光軸方向に独立して移動させる第１の駆動機構部と、上記支柱に沿って、上記ビデオスコープ本体を被写体に対して光軸方向に移動させる第２の駆動機構部と、上記撮像素子に結合するとともに上記ビデオスコープ本体の頂部側と下部側とに配置した各回転軸に装架したベルトと、上記頂部側の回転軸に設けたベルト作動用の第１操作ハンドルとを有し、この第１操作ハンドルで上記レンズから上記撮像素子までの距離を調節して倍率を決定する倍率調整機構と、上記支柱に結合するとともに上記ビデオスコープ本体の頂部側と下部側とに配置した各回転軸に装架したベルトと、上記頂部側の回転軸に設けたベルト作動用の第２操作ハンドルとを有し、この第２操作ハンドルで被写体から上記レンズまでの距離を調節してフォーカシングを行うフォーカス調整機構と、を備え、上記第１及び第２の駆動機構部が上記支柱に沿って光軸方向に平行配置されていて、上記撮像素子及びビデオスコープ本体がそれぞれ独立して移動可能としたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のビデオスコープは、好ましくは、レンズ周辺に複数の照明光源を備え、高倍率時と低倍率時に応じて選択的に点灯するようにし得る。
また、本発明のビデオスコープは、好ましくは、スタンド適所に外部機器もしくは装置との連結部を備えている。
【００１０】
この発明によれば、第１の駆動機構部と第２の駆動機構部とを備え、これらの駆動機構部によって撮像素子をビデオスコープ本体に対して独立して移動可能としたことで、コンパクトで極めて使い易いビデオスコープを実現することができる。
【００１２】
このような構成のビデオスコープでは、倍率調整機構がシャフトに沿ってスライドして対物レンズから撮像素子までの距離を独立して調節でき、さらにフォーカス調整機構も同様にシャフトに沿ってスライドして被写体から対物レンズまでの距離を独立して調節することができる。なお、この際、倍率調整機構で一旦調整した倍率は、その後フォーカス調整機構をスライド調節しても変化することがない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図６に基づき、この発明によるビデオスコープの好適な実施の形態を説明する。
図１は本発明のビデオスコープ内部構造を示す概略外観図である。図２は本発明のビデオスコープの正面一部透視図である。図３は本発明に用いる支持スタンドの外観図である。図４は本発明のビデオスコープの外観構成を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図である。図５は本発明のビデオスコープの内部構造を示す中心線に沿った概略右側断面図であり、図６は本発明のビデオスコープの内部構造を示す中心線に沿った概略左側断面図である。なお、断面図において斜線は省略した。
【００１４】
図面に示す本発明のビデオスコープは、ビデオスコープ本体１０が支持スタンド１の基台２に立設された支柱３に沿って上下に移動可能となっている。
このビデオスコープ本体１０に第１及び第２の駆動機構部５０，６０が備えられている。第１の駆動機構部５０により、ビデオスコープ本体１０に内蔵しているＣＣＤ等でなる撮像素子３０が、ビデオスコープ本体１０内で独立して光学系２０に対して光軸方向に移動調整され、これにより撮像素子３０と光学系２０との間の距離を調節し倍率が決定される。また、第２の駆動機構部６０によりビデオスコープ本体１０の全体が支柱３に沿って被写体に対して光軸方向に移動し、光学系から被写体までの距離を調節してフォーカシングを行う。この際、撮像素子３０もビデオスコープ本体１０の移動に従って同時に移動するが、光学系２０との間の距離は変化しないので、設定した倍率が変更されることはない。
【００１５】
図１及び図２を参照すると、本発明のビデオスコープは、上述のように支持スタンド１とこの支持スタンド１に支持されて光軸方向に移動可能なビデオスコープ本体１０とで構成されている。
ビデオスコープ本体１０は、筐体１１（図４参照）内に被写体と同一の光軸上に配置された光学系としての対物レンズ２０と、この対物レンズ２０の上方で同一の光軸上に配置された撮像素子３０と、この撮像素子３０の駆動回路３１と、上記対物レンズ２０の周囲に配設されて被写体を照明する照明装置４０とを備えている。また筐体１１の外部には、撮像素子３０をビデオスコープ本体１０内で独立して移動させる第１の駆動機構部５０の第１操作ハンドル５１と、ビデオスコープ本体１０を支柱３に沿って移動させる第２の駆動機構部６０の第２操作ハンドル６１が配置されている。これら第１，第２の操作ハンドル５１，６１は、本実施の形態ではビデオスコープ本体１０の頂部に左右並んで配設されている。
【００１６】
支持スタンド１は、図３に詳細に示すように、被写体の載置面を構成する基台２とこの基台２の端部から垂直に立ち上がって基台２上に立設された支柱３とから構成され、支柱３とこれを支える基台２とでＬ字型板状に形成される。基台２の中央部分を円形に繰り抜いて開口２ａを形成してもよい。
この支持スタンド１の支柱３には、図３に示すように、その左右両側において上端近傍から下端近傍まで穿設されたガイド孔４と、支柱３の上部近傍において十字状に突出した位置で上下方向に形成した孔５ａを有するスリーブ５が設けられ、ビデオスコープ本体１０はこれらのガイド孔４とスリーブ５に支持されて、第２の駆動機構部６０の操作により支柱３の上端付近と下端付近との間で上下動するようになっている。
なお、必要により、支柱３の背面両側に、支柱の上端に一端を固定し他端をビデオスコープ本体１０の下端に固定してビデオスコープ本体１０を常時上方へ付勢するコイルバネ６，６を懸架してもよい。
【００１７】
なお、支持スタンド１の適所、たとえば支柱３の背面側に、外部機器又は装置との連結部７が設けられている。この連結部７には取付用ネジ穴（図示省略）が形成されていて、本発明のビデオスコープを外部機器等に簡単かつ的確に固定することができるようになっている。ビデオスコープの取付けは支持スタンド１自体を介して取り付けられるため、外部機器が上下動機構を持たなくても機能上問題なく使用することができる。支持スタンド１を取外し可能にすることにより、不必要なときには外しておくことで作業の邪魔にならない。なお、この部分にビデオモニタや検査機器或いはパーソナルコンピュータなどと接続する端子を設けるようにしてもよい。
【００１８】
図１及び図２を参照すると、ビデオスコープ本体１０は、本体フレームの最上端を構成する上部ブラケット１２と、最下端を構成する下部ブラケット１３と、両ブラケット１２，１３を上下に一定間隔を保持して連結する２本のステー１４，１４とを具備すると共に、一対の第１ガイドシャフト１５，１５及び一対の第２ガイドシャフト１６，１６が該ステーの近傍に両ブラケット１２，１３間で上下に懸架されている。
【００１９】
上部ブラケット１２の上方、すなわち、ビデオスコープ本体１０の頂部には、図２に示すように第１及び第２の駆動機構部用のブラケット５２，６２が立設されて、筐体１１内に収容されている。
【００２０】
下部ブラケット１３の中央部に形成された孔１３ａには、撮像素子３０に集光するための、例えば凸レンズ等を組み合わせて構成した光学系２０がこの撮像素子３０と同一光軸上に装着されている。また、図示を省略するが、下部ブラケット１３の一端に、ビデオモニタなどの外部機器を接続するための端子部を設けることができる。
【００２１】
さらに、下部ブラケット１３の裏面、すなわち、下部ブラケット１３の下面には、被写体に向けて光を照射する照明装置４０が配設されている。この照明装置４０は下部ブラケット１３の下面に固定された基板４１に取り付けられ、好ましくは光学系２０を取り囲むようにしてその周囲にリング状に配設されている。
本実施の形態では、照明装置４０として被写体への光照射の指向性を考慮して複数の白色発光素子（ＬＥＤ）を用い、光学系２０の周囲の内側に複数個、例えば３〜８個の白色発光素子を配置して高倍率用光源４２とすると共に、外側には同様に複数個の白色発光素子を配置して低倍率用光源４３としている。これら高倍率用光源４２及び低倍率用光源４３は、高倍率時と低倍率時に応じて選択的又は同時に点灯するようになっている。これらの白色ＬＥＤは、筐体１１の側面に切替えスイッチ（図示省略）を設けることにより光学系の倍率に応じて自動または手動で適宜切り換えることができる。
【００２２】
下部ブラケット１３下面からさらに下方へ向けて複数のボス４４が突設されている。これらのボス４４は、照明装置４０が下方へ突出する高さ以上の長さを有し、これらのボス４４に支持されて透明プレート４５が配設される。この透明プレート４５は下部ブラケット１３の光学系２０に対応した位置に透孔４５ａを有する。そして、図２に示すように、筐体１１の下端を内向きにＬ字状に屈曲して形成した鍔部１１ａと上記透明プレート４５とでフィルタ装着部１７が形成される。このフィルタ装着部１７には、図５の矢印Ｃで示すように、たとえば色フィルタあるいは拡散フィルタ等の各種フィルタ４６を着脱することができる。
【００２３】
なお、下部ブラケット１３の支柱３側に位置する両端下部には、図１に表れているように、ピン８，８を植設したガイドブロック９，９が設けられ、これらのピン８，８が支柱３両側で上下方向に長く形成したガイド孔４，４に係合されている。これらのピン８，８は第２の駆動機構部６０の上下動操作に伴ってガイド孔４，４に沿って上下動する。必要により、これらのピン８，８に、支持スタンド１の支柱３の上端に一端を固定した前述のコイルバネ６，６の他端が固定されていてよく、ビデオスコープ本体１０が常時上方へ付勢される。
【００２４】
撮像素子３０は、ビデオスコープ本体１０内において、上部ブラケット１２及び下部ブラケット１３の間を上下に往復動可能に配置されている。具体的には、撮像素子３０は駆動回路３１と共に枠体３２に装着されていて、この枠体３２の両端には一対のスリーブ３３，３３が形成されている。そして、これらのスリーブ３３，３３の縦孔３３ａ，３３ａに上下ブラケット１２及び１３間に懸架された第１のガイドシャフト１５，１５を挿通することにより、枠体３２は第１のガイドシャフト１５，１５に沿って上下に摺動する。このようにして、枠体３２とこの枠体に装着された撮像素子３０及びその駆動回路３１は、第１の駆動機構部５０の操作によりこの第１のガイドシャフト１５，１５に沿って光軸上を摺動し、光学系２０に対する撮像素子３０の距離を適宜に調節して倍率を調整し得るようにしている。
【００２５】
次に、上記撮像素子３０を上下ブラケット１２及び１３間で上下動させる第１の駆動機構部５０と、ビデオスコープ本体１０を支柱３の上端と下端との間で上下動させる第２の駆動機構部６０について説明する。
先ず、第１の駆動機構部５０は、図１、図２及び図５に示すように、撮像素子３０を装着した枠体３２をビス等で結合（図５中のＡ）したベルト５５と、このベルト５５を作動させるドライブ手段としての第１操作ハンドル５１とを含んでいる。具体的には、第１の駆動機構部５０のベルト５５は、上部ブラケット１２上の第１の駆動機構部用ブラケット５２に回動可能に配設された駆動プーリ５３と、下部ブラケット１３上の近傍にてステー１４に回動可能に配設された従動プーリ５４との間に装架されている。そして、第１操作ハンドル５１の回動操作によって、駆動プーリ５３と従動プーリ５４との間に装架されたベルト５５が回動し、これに伴ってベルト５５に固定した枠体３２、この枠体に装着した撮像素子３０及び駆動回路３１が一体となって、第１のガイドシャフト１５，１５に沿って上下動する。これらベルト５５，駆動プーリ５３及び従動プーリ５４で第１の動力伝達手段を構成している。
なお、筐体１１の正面には、図４（Ｂ）に示すように撮像素子３０の枠体３２の一部が露顕し得るように縦長のスリット１１ｂが形成されると共に、倍率を示すマーク又は目盛りが表示され、これにより拡大倍率の設定が容易に行える。
【００２６】
このように、撮像素子３０の枠体３２は、スリーブ３３を介して第１ガイドシャフト１５に沿って移動可能に支持されているので、第１操作ハンドル５１の回転操作によってベルト５５が回転し、このベルト５５に結合された撮像素子３０が光軸方向に移動して撮像素子３０から対物レンズ２０までの距離を調節することにより拡大倍率が決定される。
【００２７】
次に、第２の駆動機構部６０は、図１、図２及び図６に示すように、第１の駆動機構部のベルト５５と並行して配置されたベルト６５とこのベルト６５を作動させるドライブ手段としての第２操作ハンドル６１とを含んでいる。
具体的には、第２の駆動機構部６０のベルト６５は、ベルト６５の背面が支持スタンド１の支柱３とビス等で結合されていて（図６中のＢ）、上部ブラケット１２上の第２の駆動機構部用ブラケット６２に回動可能に配設された駆動プーリ６３と、下部ブラケット１３上の近傍にてステー１４に回動可能に配設された従動プーリ６４との間に装架されている。そして、第２操作ハンドル６１の回動操作によって、駆動プーリ６３と従動プーリ６４との間に装架されたベルト６５が支柱３に結合した固定部Ｂを支点として回動し、これに伴ってビデオスコープ本体１０が支柱３に沿って摺動する。これらベルト６５，駆動プーリ６３及び従動プーリ６４で第２の動力伝達手段を構成している。
【００２８】
ビデオスコープ本体１０が第２の動力伝達手段により支柱３に沿って摺動する際、ビデオスコープ本体の上下のブラケット１２，１３間に架設した第２のガイドシャフト１６，１６が支柱３の上部近傍にて横方向に突出したスリーブ５，５に支持されてこの孔５ａ，５ａ内を上下に摺動すると共に、下部ブラケット１３に固設されているガイドブロック９，９のピン８，８が支柱３両側に上下方向に形成したガイド孔４，４に係合して、このガイド孔４，４に案内されつつ摺動する。
【００２９】
このように、ビデオスコープ本体１０は、支柱３のスリーブ５にガイドされた第２ガイドシャフト１６と支柱３のガイド孔４にガイドされたガイドブロックのピン８とで案内支持されつつ、第２操作ハンドル６１の回転操作によってベルト６５が回転し、ビデオスコープ本体１０の下部ブラケット１３に装着した対物レンズ２０が光軸方向に移動して、被写体までの距離を調節することにより焦点が調節される。
【００３０】
なお、上記第１，第２の駆動機構部５０，６０の各駆動プーリ５３，６３は、第１，第２の操作ハンドル５１，６１と共に、各々独立して回動可能に筐体１１の頂部で回転軸１８に軸支されている。また、第１，第２の駆動機構部５０，６０の各従動プーリ５４，６４は、下部ブラケット１３の真上でステー１４，１４に架設された回転軸１９に、各々独立して回動可能に軸支されている。
【００３１】
また、この例では駆動プーリ５３，６３の至近位置にそれぞれベルト幅合わせプーリ５６，６６が付設され、上下動する撮像素子６にベルト５５，６５が干渉しないようにしている。
【００３２】
このような構成で成る本発明のビデオスコープでは、第１及び第２の駆動機構部５０，６０が駆動機構部用ブラケット５２，６２に配設され、筺体１１内で平行配置されていることで、コンパクトな構成を実現している。そして、それぞれの機構の第１操作ハンドル５１及び第２操作ハンドル６１が共軸の回転軸１８のまわりに回転可能としたことで、操作性に優れ使い易いものとなっている。
【００３３】
ここで、上記構成において、対物レンズ２０を繰り出して倍率を変更する場合の例を説明する。図５に示すように被写体Ｍから対物レンズ２０までの距離をａ、対物レンズ２０から撮像素子３０までの距離をｂとする。なお、被写体Ｍから撮像素子３０までの距離を、Ｌ＝ａ＋ｂとする。また、対物レンズ２０の焦点距離をｆ、倍率をｍとすると、つぎの関係式（１），（２）を得る。
【００３４】
１／ａ ＋ １／ｂ ＝１／ｆ （１）
ｂ／ａ＝ｍ （２）
【００３５】
上記関係式（１），（２）によれば、ｂ／ａ＝ｍ及びａ＋ｂ＝Ｌから、ｂまたはａの距離で倍率を決定することができる。被写体Ｍ側の距離ａは、被写体Ｍに凹凸等があると決定し難いため、この実施形態では距離ｂにより倍率を決定する構造としている。倍率決定後、距離ａを合わせる（これはフォーカシングに相当する）。
【００３６】
距離ａまたは距離ｂを調整する際、第２操作ハンドル６１又は第１操作ハンドル５１を回転することにより、ビデオスコープ本体１０または撮像素子３０を光軸方向に移動させ、これにより所望の倍率を得ると同時に、撮像素子３０に対して合焦した光を結像させることができる。このようにして操作ハンドル５１あるいは操作ハンドル６１を回すだけで、フォーカス調整機構と倍率調整機構が簡単に操作でき、適正且つ明瞭な画像が得られる。
【００３７】
また、上記のようにして撮像する場合、照明装置４０をビデオスコープ本体１０の対物レンズ２０の周辺に設けたことにより、低倍率時には照明装置４０を被写体Ｍから離すことで全体を均一に照明することができる。また、高倍率時には照明装置４０を被写体Ｍに近づけることで照度を高めることができ、つまりビデオスコープ本体１の上下動に連動するかたちで自動的に照度を制御することが可能になる。
【００３８】
さらに、上記のような照度制御では不十分な場合には、照明装置４０の高倍率用光源４２のＬＥＤランプを追加点灯させ、これにより特に高倍率時における照度アップを実現することができる。また、低倍率時にはＬＥＤランプ自体の映り込みを防ぐために、内側の高倍率用光源４２を消灯させて、低倍率用光源４３だけで照明するようにすることができる。このように光学系の倍率に応じてつねに最適な照明を行うことができる。
【００３９】
上記実施形態において、図５に示したように基台２上に被写体Ｍを載置して観察する場合を説明したが、図５の点線で示すように基台２の下方に被写体Ｍをセットすることも可能である。この場合にはスタンド２の光軸周辺領域に開口２ａを設けるものとする。
本発明によれば、ＵＳＢカメラを搭載することによりパーソナルコンピュータ等に画像を送信するモバイル型の小型、軽量でかつ低消費電力のビデオマイクロスコープを実現することができる。
また、上記実施の形態では、第１及び第２の動力伝達手段として、ベルト及びプーリを用いたが、ベルトに代えてワイヤを用いてもよく、さらにはベルト及びプーリに代えてチェーン及びスプロケットを用いても同様の作用効果を達することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、この種の撮像装置において駆動系等がコンパクトに構成され得るので、小型軽量で優れた操作性と使用性を有するビデオスコープを提供することができる。
また、所定の性能及び機能が実現されることに加えて、実質的にコストダウンが図れることにより経済的にも極めて有利である等の利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のビデオスコープの内部構造を示す外観図である。
【図２】本発明のビデオスコープの正面から見た一部透視図である。
【図３】本発明に係る支持スタンドの外観図である。
【図４】（Ａ）は本発明のビデオスコープの外観構成を示す側面図、（Ｂ）は正面図である。
【図５】本発明のビデオスコープの内部構造を示す概略右断面図である。
【図６】本発明のビデオスコープの内部構造を示す概略左断面図である。
【符号の説明】
１ 支持スタンド
２ 基台
３ 支柱
４ ガイド孔
５ スリーブ
６ コイルバネ
１０ ビデオスコープ本体
１１ 筐体
１２ 上部ブラケット
１３ 下部ブラケット
１４ ステー
１５ 第１ガイドシャフト
１６ 第２ガイドシャフト
１７ フィルタ装着部
１８，１９ 回転軸
２０ 対物レンズ
３０ 撮像素子
３１ 駆動回路
３２ 枠体
３３ スリーブ
４０ 照明装置
４１ 基板
４２ 高倍率用光源
４３ 低倍率用光源
４４ ボス
４５ 透明プレート
４６ フィルタ
５０ 第１の駆動機構部
５１ 第１操作ハンドル（ドライブ手段）
５２ 第１駆動機構部用ブラケット
５３，６３ 駆動プーリ
５４，６４ 従動プーリ
５５，６５ ベルト
６１ 第１操作ハンドル（ドライブ手段）
６２ 第１駆動機構部用ブラケット

Claims (3)

1. 光軸上に配設したレンズ及び撮像素子とこのレンズ周辺に設けた照明装置とを有するビデオスコープ本体と、ビデオスコープ本体を支持する支柱を有する支持スタンドとからなるビデオスコープであって、
   上記ビデオスコープ本体内に懸架した第１ガイドシャフトに沿って、上記撮像素子を上記レンズに対して独立して光軸方向に移動させる第１の駆動機構部と、
   上記支柱に沿って、上記ビデオスコープ本体を被写体に対して光軸方向に移動させる第２の駆動機構部と、
   上記撮像素子に結合するとともに上記ビデオスコープ本体の頂部側と下部側とに配置した各回転軸に装架したベルトと、上記頂部側の回転軸に設けたベルト作動用の第１操作ハンドルとを有し、この第１操作ハンドルで上記レンズから上記撮像素子までの距離を調節して倍率を決定する倍率調整機構と、
   上記支柱に結合するとともに上記ビデオスコープ本体の頂部側と下部側とに配置した各回転軸に装架したベルトと、上記頂部側の回転軸に設けたベルト作動用の第２操作ハンドルとを有し、この第２操作ハンドルで被写体から上記レンズまでの距離を調節してフォーカシングを行うフォーカス調整機構と、を備え、
   上記第１及び第２の駆動機構部が上記支柱に沿って光軸方向に平行配置されていて、上記撮像素子及びビデオスコープ本体がそれぞれ独立して移動可能としたことを特徴とするビデオスコープ。
2. 前記レンズ周辺に複数の照明光源を備え、高倍率時と低倍率時に応じて選択的に点灯するようにしたことを特徴とする、請求項１に記載のビデオスコープ。
3. 前記支持スタンド適所に外部機器もしくは装置との連結部を備えたことを特徴とする、請求項１又は２に記載のビデオスコープ。

Images