JP4993587B2 - 光学機器におけるレンズ倍率自動認識装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロスコープや顕微鏡等であって、倍率を変えて被観察物体を観察したり、画像処理等を行う光学機器において、観察時のレンズ倍率を自動的に認識するための装置に関するものである。

被観察物体を拡大して観察したり、画像処理を行う装置として、マイクロスコープや顕微鏡があり、様々な産業で利用されている。現在これらの装置は、被観察物体を拡大して表示する以外に、レンズを通して得られた光学情報を利用して、被観察物体の形状の測定や傷の検査を行ったり、２次元及び３次元の画像を合成する画像処理などで、より詳細な形状を表示装置に映すなど、多くの機能を備えたものに発展して提供されている。
これらの多彩な機能を実現するための重要な技術として、使用しているレンズの倍率あるいは種類を正確に認識する技術が求められている。

この重要性について説明すると、例えば被観察物体の形状を測定しようとした場合には、表示画面を構成する画素単位に実寸法を対応させる校正作業を行わなければならない。この実寸法は、レンズの倍率から計算して求めるため、レンズ倍率を正確に認識する必要がある。
また、画像処理で２次元、３次元の画像を合成する場合には、被観察物体の高さ情報を取得して合成する場合があり、この高さ情報の取得のためにレンズを上下に移動させる場合がある。このような場合は、レンズの倍率が大きい時は移動スピードを遅くし、小さい時は早くするような制御をおこなう場合がある。このような時にもレンズ倍率を正確に認識することが求められる。

また、レンズ倍率の制御を、手動ではなく、自動で制御することも求められている。これは作業者のミスを防ぐだけでなく、倍率が変化する度に手動入力していては作業が著しく非効率になるためである。
このようなレンズ倍率を自動で認識する装置としては、ズームレンズなどでは倍率を連続に可変させる機構部にロータリーエンコーダーやポテンションメーターを取り付けてズーミング動作に連動させることにより、連続的に変化する倍率を検出し、認識するものが知られている。

しかしながら、これらの装置は、倍率の変化を連続的に認識するため、倍率が時々刻々変化する度に、前記の校正作業の計算やレンズ移動スピードの制御を行うことが必要となり、その処理が複雑で非効率なものになっている。また、倍率が連続的に変化するため、必要な倍率での処理作業の再現性が保たれない等の欠点がある。
このほかには、前記の倍率を可変させる機構部をステッピングモーターで制御することで、倍率を認識するものもあるが、ステッピングモーターを駆動させるためのドライバーやパルスジェネレーターが必要なことや、ステッピングモーターを正確に制御する回路が必要になるため、装置の構成が複雑になり、高価になってしまうという問題がある。

現在公知の可変倍率顕微鏡が特開平１０−２０６７１９号公報に掲載されている。この内容は、「検鏡倍率位置に容易にクリック動作を再現性よく行い、また使用鏡体に新規に任意倍率クリック動作機構を追加でき、容易にメンテナンスができる可変倍率顕微鏡のズームハンドル任意位置クリック機構を提供するために、対物光学系と接眼光学系との間に配置した変倍光学系の光学部材を駆動するズームハンドル軸１を備えた可変倍率顕微鏡のズームハンドル任意位置クリック機構にあって、ズームハンドル軸１を回転駆動するズームハンドル４をズームハンドル軸１に着脱可能に設け、このズームハンドル４にズームハンドル軸１と同軸に配置されこの軸回りの任意の回転位置に固定可能な単クリック溝部材５と、顕微鏡本体２に固定したクランク保持部材８にねじ嵌合され単クリック溝部材５のクリック溝５ａに係合かつ非係合位置に移動可能なクリック部材７とを設けた」ものである。
しかし、この公知例は、ズームハンドルを任意の位置にクリックするだけであって、いまのズームレンズ位置（倍率）を自動的に検出して認識したり、倍率を再現することはできない。

また、特表平９−５１１５７９号公報には「顕微鏡によって観察される対象の測定点の位置データを求める方法であって、顕微鏡の位置データと焦面に関するデータと顕微鏡の倍率データとを求め、次いで、上記データから位置データを計算する形式のものにおいて、倍率データを、それぞれ、−機械式経路または角度検知器を使用せずに−直接に測定し、位置データを求め、観察者が倍率値を直接的に読取るための観察者に見える測定目盛を配した」内容の顕微鏡が開示されている。
しかし、この内容は、観察者が倍率値を直接読み取るための測定目盛が存在しており、自動的に読み取る（認識）内容ではないため、この読みとった倍率を基に画像を表示したり、処理したりするためには手数がかかり、更には正確性に不安がある。
特開平１０−２０６７１９号公報 特表平９−５１１５７９号公報

本発明の目的は、ズーム倍率を簡単な機構により正確に自動認識したり、再現したりできる装置を提供することである。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、光学機器におけるレンズ倍率自動認識装置において、ａ．マイクロスコープ本体１に組み付けられたズームレンズ２の回転駆動筒２ｂの上部外周面に設けたズーム倍率数字表示部２ｃにズーム倍率数字２ｄを表示すると共にこのズーム倍率数字２ｄと対向するブロック１ａ側に基準目盛１ｂを設け、かつ前記ズーム倍率数字表示部２ｃのズーム倍率数字２ｄが前記基準目盛１ｂに合致したときの定位置ごとに回転駆動筒２ｂに負荷をかけて回転駆動筒２ｂの定点を確定するクリック機構１４は、ブロック１ａ側にスプリング１４ｂで負荷がかけられたボール１４ａを組み付け、回転駆動筒２ｂ側であって、前記ボール１４ａと対向し、ズーム倍率数字２ｄと基準目盛１ｂとが合致したときの位置ごと形成したＶ字状の凹部１４ｃを設けた構成からなるズーム倍率自動認識装置であって、
ｂ．前記回転駆動筒２ｂの外周面に反射部４２と非反射部４３をゼブラ状に設けたこと、
ｃ．前記マイクロスコープ本体１のブロック１ａ側であって、前記反射部４２と非反射部４３に対向する位置に一対の発信素子４０と受信素子４１を複数配置して設けたこと、
ｄ．前記発信素子４０と受信素子４１から出力された複数の信号の組み合わせにより前記クリック機構１４で確定された定点におけるズーム倍率を演算して表示画面あるいは画像処理回路側へ出力するための演算器２０を設けたこと、を特徴とするものである。

本発明は以上のように、ズームレンズ使用の光学機器において、現在使用中のレンズ倍率を自動的に認識し、情報としてとり込むことができるため、倍率の認識や、この倍率に基づく処理作業を正確に、効率良く行うことができる。
また、ズーム倍率の認識装置は、公知の装置を組み合わせて構成できるため、装置を単純かつ安価に提供することができる。
また、本発明においては、ズーム倍率をズーミング可動範囲において定点でとらえると共に、この定点に固定するための定点固定手段としてクリック機構を設けたことにより、ズーム倍率を定点で正確にとらえることができるばかりでなく、この定点にズーミング位置を制御することにより、目的とする倍率を正確に再現できる。

本実施例は、請求項１に記載した発明に対応するもので、実施対象は、図１に示すマイクロスコープで、このマイクロスコープは、スコープ本体１と、ズームレンズ２と、ズームレンズ２の先端部分に装着された周回観察用アダプター３から成る。
マイクロスコープ本体１内には、光学レンズ群が組み込まれており、ズームレンズ２内には、ズームレンズ群が組み込まれている共に、ズームレンズ２の鏡胴２ａには、手動ズーミング用の回転駆動筒２ｂと、この回転駆動筒２ｂの上部外周面にズーム倍率数字表示部２ｃが設けられ、スコープ本体１のブロック１ａ側であって、前記ズーム倍率数字表示部２ｃのズーム倍率数字２ｄに対向する位置には、基準目盛１ｂが設けられていて、この基準目盛１ｂに合致したズーム倍率数字２ｄがズーム倍率である。
周回観察用アダプター３は、回転リング３ａ内に反射ミラーと光源用のリングレンズが取り付けられていて、マイクロモータ３ｂにより回転リング３ａが回転して、被観察物体を周回方向から観察することができる。

以上に説明したマイクロスコープにおいて、そのズーム倍率を検出する装置１０を次に説明する。
この検出装置１０は、前記回転駆動筒２ｂとブロック１ａ間に設けられていて、その構成の詳細を図２に基づいて詳細に説明する。
図２において、１１…は、前記回転駆動筒２ｂのズーム倍率数字２ｄの表示部２ｃ内に組み込まれた素子であって、この素子１１…は、回転駆動筒２ｂの約１４０°角において、放射状に複数位置に配置されている。一方、ブロック１ａ側には、前記素子１１…に対向する位置に、一対ずつの素子検出センサー１２、１２ａ及び１３、１３ａが配置されていて、この素子検出センサー１２、１２ａ及び１３、１３ａで検出される複数の素子１１…の位置及び数の組み合わせにより、定点におけるズーム倍率となっている。

また、回転駆動筒２ｂとブロック１ａ間には、図３に示すように、前記ズーム倍率数字表示部２ｃのズーム倍率数字２ｄが基準目盛１ｂに合致したときの定位置ごとに、回転駆動筒２ｂに負荷をかけて定点を確定するクリック機構１４が設けられている。このクリック機構１４は、ブロック１ａ側にボール１４ａと、このボール１４ａに負荷をかけているスプリング１４ｂを組み付け、回転駆動筒２ｂ側であって、前記ボール１４ａと対向し、ズーム倍率数字２ｄと基準目盛１ｂとが合致したときの位置ごとにＶ字状の凹部１４ｃが形成されている。
この結果、手動又は自動でズームレンズ２の回転駆動筒２ｂが回転し、ズーミング操作が行われたときに、ズーム倍率ごとに定点で負荷をかけることにより、ズーム倍率を定点で固定することができる。

２０は、前記素子検出センサー１２、１２ａ及び１３、１３ａから出力された信号を受け入れて、これら素子検出センサー１２、１２ａ及び１３、１３ａからの信号の組み合わせから、ズームレンズ２の回転駆動筒２ｂの回転角度（ズーム倍率）を演算する演算器であって、この演算器２０は、演算したズーム倍率を表示画面あるいは画像処理回路（図示せず）側に出力する。

参考例１

本参考例１は、ズーム倍率を定点で検出する簡単な機械式のものに関し、図４に示すように、回転駆動筒２側に倍率数字２ｄに合わせて凹部３０が形成してあり、ブロック１ａ側にバネ板３２で前記凹部３０側に負荷がかけられている可動子３１が組み付けられていて、この可動子３１が凹部３０に落ち込んだときにマイクロスイッチ３３がＯＮ又はＯＦＦとなって信号を出力するもので、この機械式は、構造が極めて簡単なため、低価格での提供に適している。
なお、この参考例１によると、実施例１で説明したクリック機構１４は、凹部３０と可動子３１との関係で成立するため、不要となる。

本実施例２は、図５に示すように、一対の発信素子４０と受信素子４１が、実施例１における素子検出センサー１２、１２ａ及び１３、１３ａと同様に複数対配置されていて、これらのセンサーで回転駆動筒２ｂ側にゼブラ状に設けた反射部４２と非反射部４３からの複数の反射信号を検出し、この信号の組み合わせをもとに、演算器２０でズーム倍率を演算する内容である。
以上に説明した実施例１、２及び参考例１は、ともにズーム倍率情報検出手段であるが、本発明は、これらの検出手段に限定されるものではない。但し、ズーム倍率を定点で倍率を検出することは必須である。

参考例２

本参考例２は、図６に示すように、対物レンズ４０を取り付けるための接続口４１を有するレボルバー４２には、クリック機構１４及び取り付けられている対物レンズ４０の所定の位置に対応する実施例２、３のズーム倍率検出手段を設けることにより、対物レンズ４０に付与された識別子をセンサー４３、４３ａ及び４４、４４ａで検出し、この検出信号を演算器２０側に出力して対物レンズ４０を交換したときにズーム倍率を演算するものである。

参考例３

本参考例３は、図７に示すように、固定倍率レンズ５０ごとにこの固定倍率レンズ５０の識別子を検出する複数の電気接点を持つディップススイッチ５１を設け、このディップススイッチ５１をブロック１ａ側のセンサーで検出し、この組み合わせ信号から演算器２０は前記固定倍率レンズ５０の識別子を読みとって取り付けられている固定倍率レンズ５０の倍率を特定するものである。

本発明を実施したマイクロスコープの外観図 ズーム倍率検出手段の説明図 ズーム倍率ごとに定点で位置を定めるクリックの説明図 参考例１の機械的センサー利用のズーム倍率検出手段の説明図 実施例２の光学センサー利用のズーム倍率検出手段の説明図 参考例２の対物レンズ交換式光学機器の倍率検出手段の説明図 参考例３の固定倍率レンズ交換式光学機器の倍率検出手段の説明図

１ マイクロスコープ本体
２ ズームレンズ
３ アダプター
１０ ズーム倍率検出装置
２０ 演算器
３０ 凹部
４０ 対物レンズ

Claims (1)

1. ａ．マイクロスコープ本体１に組み付けられたズームレンズ２の回転駆動筒２ｂの上部外周面に設けたズーム倍率数字表示部２ｃにズーム倍率数字２ｄを表示すると共にこのズーム倍率数字２ｄと対向するブロック１ａ側に基準目盛１ｂを設け、かつ前記ズーム倍率数字表示部２ｃのズーム倍率数字２ｄが前記基準目盛１ｂに合致したときの定位置ごとに回転駆動筒２ｂに負荷をかけて回転駆動筒２ｂの定点を確定するクリック機構１４は、ブロック１ａ側にスプリング１４ｂで負荷がかけられたボール１４ａを組み付け、回転駆動筒２ｂ側であって、前記ボール１４ａと対向し、ズーム倍率数字２ｄと基準目盛１ｂとが合致したときの位置ごと形成したＶ字状の凹部１４ｃを設けた構成からなるズーム倍率自動認識装置であって、
   ｂ．前記回転駆動筒２ｂの外周面に反射部４２と非反射部４３をゼブラ状に設けたこと、
   ｃ．前記マイクロスコープ本体１のブロック１ａ側であって、前記反射部４２と非反射部４３に対向する位置に一対の発信素子４０と受信素子４１を複数配置して設けたこと、
   ｄ．前記発信素子４０と受信素子４１から出力された複数の信号の組み合わせにより前記クリック機構１４で確定された定点におけるズーム倍率を演算して表示画面あるいは画像処理回路側へ出力するための演算器２０を設けたこと、
   ｅ．を特徴とする光学機器におけるレンズ倍率自動認識装置。

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