JP5896650B2

JP5896650B2 - 撮像装置

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Description

本発明は、例えば顕微鏡等の光学装置に用いられる撮像装置に関するものである。

顕微鏡観察においては、細胞の形態により診断を行う病理診断や、微弱な蛍光により標本の変化を測定するイメージング等を行うにあたり、高画質（高精細）な画像が要求される。画像を得るための手段としては、撮像媒体として、従来からの銀塩フィルムを用いた撮像装置に代えて、ＣＣＤ等の撮像素子を用いた撮像装置が用いられるようになっている（例えば、特許文献１および２参照）。

特許文献１に開示されている撮像装置は、観察対象物を撮像するための固体撮像素子と、固体撮像素子を冷却する冷却手段と、電気信号配線用のプリント基板とを備え、該プリント基板が、固体撮像素子及び冷却手段を密閉する密閉手段の一部を構成している。密閉手段の内部には、少ない画素数の固体撮像素子を光軸に直交する２次元平面上で移動させるための変位部材が設けられている。

この構成によって、密閉容器の一部を構成するプリント基板を介してカメラ外部と接続することが可能となり、密閉用のケーブルを用いる必要がなくなる。つまり、暗電流の低減と結露防止とを実現した上で、電流容量による制約を受けない基板構成が可能となる。
また、変位部材によって固体撮像素子を移動させて取得画像の画素数を向上させているため、１画素当たりの観察光量を大きくすることができ、感度を低下させることなく、観察画像の画素数を向上することができる。

特許文献２に開示されている撮像装置は、Ｏリングによって外気に対して密閉された第１の密閉室を形成する外部筐体と、第１の密閉室に対して密閉された第２の密閉室を形成する内部筺体と、第２の密閉室内に配設された撮像素子およびペルチェ素子とを備えている。第２の密閉室は、外気に対して２重密閉構造とされており、その内部に外気の水分が侵入することが抑制される。
上記構成を有することで、外気に含まれる水分が第２の密閉室まで侵入し難くなり、撮像素子やペルチェ素子の性能劣化や寿命短縮を防止する事ができる。

特許第３９４４４４６号公報特許第４４６６３９４号公報

顕微鏡のカメラ取り付け部は、設計的な制約や種々のアプリケーションに対応するため、顕微鏡上面、前面、底面、側面といった様々な所に配置される。このとき設置されるスペースには限りがあるため、可能な限りカメラを含む撮像装置は小さい事が求められる。顕微鏡の中でも実体顕微鏡などは生産ラインに組み込まれて使われる事が多いため、撮像装置は可能な限り小さい事が望ましい。さらに、従来の顕微鏡のように、対物レンズや撮像装置を後から顕微鏡に取り付けるのではなく、１つの筐体内に撮像装置や対物レンズといった機能部位を配置した顕微鏡装置も提案されている。このような状況から撮像装置の小型化の要求は高まってきている。

一方、顕微鏡観察は細胞の形態により診断を行う病理診断や、微弱な蛍光により標本の変化を測定する蛍光イメージングを行うために高画質かつ高感度化の要求は高まっている。
特許文献１に開示されている撮像装置は、高感度と高画素を両立するために、大きな空間スペースを必要とする変位部材を備えており、該変位部材が密閉容器内に配置されている。したがって、この変位部材の大きさ未満に密閉容器を構成する事ができないため、結果として撮像装置の大型化に繋がるという問題がある。

特許文献２に開示されている撮像装置は、第２の密閉室の外部に第１の密閉室が配置されており、密閉容器を構成する空間および部品の肉厚が存在するため、撮像装置が大型化してしまうという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高感度と高画素を両立しつつ、装置の小型化を図ることができる撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、被写体を撮像するための撮像素子と、該撮像素子を密閉収容する密閉容器と、該密閉容器を収容する筐体と、前記密閉容器が前記撮像素子の光軸方向に挿入される開口部を有し、前記密閉容器および該密閉容器内に収容された前記撮像素子を前記筐体に対して前記撮像素子の光軸に直交する方向に移動させる変位部材とを備え、前記変位部材が、前記密閉容器の外部に配置され、高画素の画像を取得する場合に、前記変位部材により画素ずらしを行って前記撮像素子により複数回画像取得を行う撮像装置を採用する。

本発明によれば、変位部材を動作させることで、撮像素子を筐体に対して撮像素子の光軸に直交する方向に移動させて、撮像素子による取得画像の画素数を向上させることができる。このようにすることで、撮像素子の１画素当たりの観察光量を大きくすることができ、感度を低下させることなく、取得画像の画素数を向上することができる。

この場合において、本発明では、変位部材が、密閉容器の外部に配置されている。これにより、密閉容器内に変位部材を収容した場合に比べて、密閉容器および該密閉容器を収容する筐体の大きさを小さくすることができ、装置の小型化を図ることができる。また、密閉容器内における結露を防止するために密閉容器内に吸水部材を配置する場合において、密閉容器の大きさを小さくすることで、吸水部材の量を少なくすることができる。また、密閉容器を構成する部品の大きさを小さくできるため、大幅なコストダウンを図ることができる。

また、変位部材の駆動部を密閉容器の外部に配置することで、この駆動部が故障した場合に、その修理を低湿度環境下で行う必要性を無くすことができる。このため、ユーザ先での修理が簡単にできるようになり、装置のダウンタイムを大幅に減らす事が可能となる。

上記発明において、前記密閉容器内に前記撮像素子を冷却する冷却手段を備えることとしてもよい。
このような構成とすることで、冷却手段により撮像素子を冷却することができ、撮像素子の暗電流ノイズを低下させて取得画像の画質を向上することができる。

上記発明において、前記密閉容器と前記筐体との間に伝熱部材を備えることとしてもよい。
このような構成とすることで、伝熱部材を介して、撮像素子から発生した熱を密閉容器から筐体に伝熱し、筐体の外部に放熱することができる。これにより、撮像素子の冷却効率を高めることができ、撮像素子の暗電流ノイズを低下させて取得画像の画質を向上することができる。

上記発明において、前記変位部材が、前記筐体に固定された固定部と、該固定部に接続され、電圧を印加することで前記撮像素子の光軸に直交する方向に変位するピエゾ素子と、前記撮像素子に接続され、前記ピエゾ素子により可動する可動部とから構成されていることとしてもよい。

このような構成とすることで、ピエゾ素子に電圧を印加することで、可動部および該可動部に接続された撮像素子を、筐体（固定部）に対して撮像素子の光軸に直交する方向に移動させることができる。これにより、撮像素子による取得画像の画素数を向上させることができ、感度を低下させることなく、取得画像の画質を向上することができる。

上記発明において、前記変位部材が、前記密閉容器を前記撮像素子の光軸に直交する方向に付勢することとしてもよい。
このような構成とすることで、密閉容器と撮像素子を一体的に光軸に直交する方向に移動させて、撮像素子による取得画像の画素数を向上させることができ、取得画像の画質を向上することができる。また、密閉容器の構造を簡易的なものとすることができ、その密閉性を向上して内部の結露を防止することができる。

上記発明において、前記変位部材と前記密閉容器とが一体的に形成されていることとしてもよい。
このような構成とすることで、変位部材による変位を密閉容器（およびその内部に配置された撮像素子）に伝えやすくすることができ、高精度に撮像素子を筐体に対して撮像素子の光軸に直交する方向に移動させることができる。これにより、撮像素子による取得画像の画質を向上することができる。また、変位部材と密閉容器とを一体的に形成することで、安価に装置を構成することができる。

上記発明において、前記変位部材の一部が前記筐体の外部に配置されていることとしてもよい。
このような構成とすることで、変位部材の一部を筐体の外側にはみ出した構造とすることができ、装置（筐体）をより小型化することができる。また、変位部材と密閉容器とを一体的に形成し、変位部材の一部を筐体の外部に配置することで、撮像素子で発生した熱を、密閉容器を介して変位部材から外部へ放熱することができ、撮像素子の冷却効率を向上することが可能となる。

上記発明において、前記撮像素子を実装する基板を備え、前記変位部材が前記基板に当接されていることとしてもよい。
このような構成とすることで、変位部材により撮像素子が実装された基板を移動させることができるため、アッベエラーを少なくすることができる。これにより、高精度に撮像素子を筐体に対して撮像素子の光軸に直交する方向に移動させることができ、撮像素子による取得画像の画質を向上することができる。

上記発明において、前記撮像素子を実装する基板を備え、前記変位部材が前記基板に接続されていることとしてもよい。
このような構成とすることで、変位部材により撮像素子が実装された基板を直接移動させることができるため、高精度に撮像素子を筐体に対して撮像素子の光軸に直交する方向に移動させることができ、撮像素子による取得画像の画質を向上することができる。

本発明によれば、高感度と高画素を両立しつつ、装置の小型化を図ることができるという効果を奏する。

本発明の各実施形態に係るカメラを備える顕微鏡の概略構成図である。本発明の第１の実施形態に係るカメラの概略構成を示す縦断面図である。図２のＡ部の部分拡大図である。図２の変位部材の構成を示す斜視図である。本発明の第２の実施形態に係るカメラの概略構成を示す縦断面図である。本発明の第３の実施形態に係るカメラの概略構成を示す縦断面図である。本発明の第４の実施形態に係るカメラの概略構成を示す縦断面図である。図７のＢ部の部分拡大図である。本発明の第５の実施形態に係るカメラの概略構成を示す縦断面図である。図９のＣ部の部分拡大図である。本発明の第６の実施形態に係るカメラの概略構成を示す縦断面図である。図１１のＤ部の部分拡大図である。

［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置について図１から図４を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態におけるカメラ（撮像装置）１が搭載された顕微鏡１００を示す概略構成図である。
本実施形態に係る顕微鏡１００は、顕微鏡本体２０１と、ステージ２０２と、対物レンズ２０３と、接眼レンズ２０４と、鏡筒２０５と、結像レンズ２０７と、カメラ１とを備えている。

顕微鏡本体２０１には、ステージ２０２に対向して配置され、標本像を拡大するための対物レンズ２０３が設けられている。また、顕微鏡本体２０１には、標本（被写体）２０６を載置するとともに、対物レンズ２０３の光軸９００方向に昇降自在に可動するステージ２０２が設けられている。このような構成を有することで、ステージ２０２を昇降させることにより、対物レンズ２０３に対して、対物レンズ２０３の光軸９００に沿う方向に標本２０６の位置決めがされるようになっている。

また、顕微鏡本体２０１には、標本２０６の像をカメラ１内の撮像素子３０１上に結像する結像レンズ２０７と、目視観察のための接眼レンズ２０４とを装着した鏡筒２０５が設けられている。そして、結像レンズ２０７の後段（対物レンズ２０３の光軸９００に沿う方向）には、カメラ１が設けられている。

図２は本実施形態におけるカメラ１の内部構成を示した図であり、図３は後述する密閉容器と基板との関係を示した図２の拡大図(Ａ部)である。
カメラ１は、図２および図３に示すように、標本２０６を撮像するための撮像素子３０１と、撮像素子３０１を密閉収容する密閉容器３０７と、密閉容器３０７を収容するカメラ本体（筐体）２０８と、カメラ本体２０８内において密閉容器３０７の外側面（図において左右方向）に設けられた変位部材３０９とを備えている。

接続部３００は、カメラ本体２０８に固定され、カメラ本体２０８と鏡筒２０５とを接続するためのものであり、接続部３００の内部には観察光が入射可能なように開口部３００ａが設けられている。カメラ本体２０８にも同様の理由で開口部２０８ｂが設けられている。

符号３０２はペルチェ素子（冷却手段）を示し、符号３０３は撮像素子３０１とペルチェ素子３０２とを熱的に接続するヒートシンクを示す。基板３０４は、撮像素子３０１を実装し、ケーブル３０４ａを介して、駆動基板３０５からの電気信号により撮像素子３０１を動作させる。基板３０４の中央部には、ヒートシンク３０３を配置するための開口部３０４ｂが設けられている。ペルチェ素子３０２と基板３０４とは、図示されないケーブルにより接続されている。撮像素子３０１は、信号伝達及び位置固定用の金属製のピン３０１ａを具備しており、ピン３０１ａが基板３０４に半田付けされている。

ヒートシンク３０３と撮像素子３０１との間、ヒートシンク３０３とペルチェ素子３０２との間、およびペルチェ素子３０２と後述する上部品３０７ａとの間には、熱伝導グリス（伝熱部材）が充填されている。

ヒートシンク３０３は、基板３０４との接触部３０３ａを具備し、接触部３０３ａに設けられた図示しないタップを用いて、図示しないビスにより基板３０４に固定されている。ペルチェ素子３０２の発熱を撮像素子３０１に伝えないために、接触部３０３ａと基板３０４との間は樹脂等で断熱されている事が望ましい。

基板３０４は密閉容器３０７に図示しないビスにより固定されており、駆動基板３０５はカメラ本体２０８に図示されないビスにより固定されている。また、駆動基板３０５は、図示されないケーブルによって、カメラ１の外部に配置された例えばＰＣ等の図示しない制御装置に接続されている。

撮像素子３０１やペルチェ素子３０２は、図からも明らかな通り、密閉容器３０７の内部に配置されており、密閉容器３０７の内部には、図示されない例えばシリカゲルといった吸水部材が配置されている。

密閉容器３０７は、内部に配置された撮像素子３０１やペルチェ素子３０２等の電子部品を外部からの水分から守るための密閉容器である。密閉容器３０７は、有底の円筒状すなわちカップ状の上部品３０７ａおよび下部品３０７ｂの２体で構成されており、上部品３０７ａと下部品３０７ｂとの間に基板３０４が配置されている。密閉容器３０７の下側には、顕微鏡本体２０１からの観察光が透過できるように、ガラス３０８が配置されている。ガラス３０８は、下部品３０７ｂに対して隙間がないように、図示しない接着材にて接着固定されている。

図３に示すように、上部品３０７ａの基板３０４との接触面には、接触面全周にわたって溝３０７ｅが設けられている。そして、この溝３０７ｅに、Ｏリング（弾性部材）３０７ｃが、上部品３０７ａと基板３０４との接触面全周にわたって装着されており、密閉容器３０７内に水分が浸入しづらくなっている。

同様に、下部品３０７ｂの基板３０４との接触面には、接触面全周にわたって溝３０７ｆが設けられている。そして、この溝３０７ｆに、Ｏリング３０７ｄが、下部品３０７ｂと基板３０４との接触面全周にわたって装着されており、密閉容器３０７内に水分が浸入しづらくなっている。Ｏリング３０７ｃ、３０７ｄが潰される量は３０％程度であり、切れない範囲で密閉するために十分なつぶし量となっている。

密閉容器３０７の下側側面には変位部材３０９が配置され、変位部材３０９の後述する可動部と密閉容器３０７とは図示しないビスにより固定されている。カメラ本体２０８の内側側面には固定部２０６ａが設けられており、図示しないビスにより固定部２０６ａにおいて変位部材３０９とカメラ本体２０８とが固定されている。

カメラ本体２０８の内部において密閉容器３０７の上側には、カメラ本体２０８の一部を構成する中板部３０６が配置されている。各部材の隙間、特に密閉容器３０７を構成する上部品３０７ａの上面と中板部３０６の下面との隙間には熱伝導グリスが充填され、機械的な固定はせずに伝熱可能となっている。中板部３０６は、図で明らかな通り一部に開口部３０６ａが設けられており、該開口部３０６ａをケーブル３０４ａおよび後述するケーブル３２０ａが通っている。

図４は変位部材３０９の詳細を示している。
変位部材３０９は、図４に示すように、中心に孔を有する円板状であり、密閉容器３０７に固定される可動部３０９ａと、カメラ本体２０８に固定される固定部３０９ｂと、両者を連結するヒンジ部３０９ｃとで構成されており、例えばワイヤーカット加工法により溝を設け、かつ一体的に形成されている。そして、可動部３０９ａと固定部３０９ｂとの間の直角な２方向には、固定部３０９ｂに対して可動部３０９ａを移動させるためのピエゾ素子３２０が接着されている。

ピエゾ素子３２０は、ケーブル３２０ａにより駆動基板３０５と接続されている。また、固定部３０９ｂは、図示されないビスによりカメラ本体２０８に固定されている。可動部３０９ａの中央には開口部３０９ｄが設けられ、該開口部３０９ｄに密閉容器３０７が挿入可能となっている。

上記構成を有することで、変位部材３０９は、密閉容器３０７および該密閉容器３０７内に収容された撮像素子３０１を、カメラ本体２０８に対して撮像素子３０１の光軸に直交する方向に移動させるようになっている。

上記構成を有する顕微鏡１００の作用について以下に説明する。
標本像を取得する場合には、ステージ２０２上に標本２０６を載置して、ステージ２０２を上下動させ、対物レンズ２０３の焦点位置に標本２０６を合わせると、結像レンズ２０７、接眼レンズ２０４により標本２０６の拡大像が観察可能となる。
撮像素子３０１で観察したい場合は、鏡筒２０５に配置された図示しない光路切換部を操作し、カメラ本体２０８に観察光を入射させる。

次に図示しない制御装置を必要に応じて操作する。
撮像素子３０１程度の低画素の画像を取得したい場合には、制御装置での操作で変位部材３０９は特に動作させず、撮像素子３０１に入射した画像を取得する。
一方、高画素の画像を取得したい場合には、まず、制御装置を操作して、一度画像を取得する。さらに制御装置を操作して、必要な画素数が取得できるように画素ピッチ分だけ変位部材３０９を動作させる。

この場合において、制御装置からの駆動信号は図示しないケーブル、駆動基板３０５、およびケーブル３２０ａを介して、ピエゾ素子３２０に電圧を印加することで可動部３０９ａを移動させる。すると、可動部３０９ａと密閉容器３０７とは図示しないビスで固定されているため、密閉容器３０７および密閉容器３０７内部に配置された撮像素子３０１、ペルチェ素子３０２、ヒートシンク３０３、および基板３０４が、カメラ本体２０８に対して移動する。

ピエゾ素子３２０で発生する力は、密閉容器３０７および内部に配置された部品の自重に対して十分大きいため、観察者が意図した位置に密閉容器３０７を確実に移動できる。なお、ケーブル３０４ａ、３２０ａは、両端の接続部の距離よりも十分長く設定されているため、可動部３０９ａの移動によりこれらが引っ張られる事で可動部３０９ａの移動が妨げられる事はない。また、密閉容器３０７を構成する上部品３０７ａと中板部３０６との隙間には、前述の通り熱伝導グリスが充填されており、伝熱可能かつ機械的な固定はされていないため、同様にこれらにより可動部３０９ａの移動が妨げられる事はない。

また、撮像素子３０１は、ヒートシンク３０３を介してペルチェ素子３０２の冷却面に接続されているため、駆動基板３０５からの電気信号を受けてペルチェ素子３０２が動作すると、撮像素子３０１を効率的に冷やす事ができ、撮影時に問題となる暗電流ノイズを低減させることができる。さらに、ペルチェ素子３０２の冷却面と反対側の発熱面と上部品３０７ａとの隙間は前述の通り熱伝導グリスが充填されているため、ペルチェ素子３０２からの熱は、上部品３０７ａ、中板部３０６を介して、カメラ本体２０８に伝熱したのち、カメラ本体２０８から自然空冷（放熱）される。

以上のように、本実施形態に係るカメラ１によれば、変位部材３０９を動作させることで、撮像素子３０１をカメラ本体２０８に対して撮像素子３０１の光軸に直交する方向に移動させて、撮像素子３０１による取得画像の画素数を向上させることができる。このようにすることで、撮像素子３０１の１画素当たりの観察光量を大きくすることができ、感度を低下させることなく、取得画像の画素数を向上することができる。

この場合において、本実施形態に係るカメラ１では、変位部材３０９の全部が、密閉容器３０７の外部に配置されている。これにより、密閉容器３０７内に変位部材３０９を収容した場合に比べて、密閉容器３０７および密閉容器３０７を収容するカメラ本体２０８の大きさを小さくすることができ、装置の小型化を図ることができる。また、密閉容器３０７の大きさを小さくすることで、密閉容器３０７内における結露を防止するための吸水部材の量を少なくすることができる。また、密閉容器３０７を構成する部品の大きさを小さくできるため、大幅なコストダウンを図ることができる。

また、変位部材３０９の駆動部を密閉容器３０７の外部に配置することで、この駆動部が故障した場合に、その修理を低湿度環境下で行う必要性を無くすことができる。このため、ユーザ先での修理が簡単にできるようになり、装置のダウンタイムを大幅に減らす事が可能となる。

また、変位部材３０９が、密閉容器３０７の外側面（撮像素子の光軸に直交する方向外方）に配置されているため、変位部材３０９の厚さ分、光軸方向において装置を小型化する事が可能となる。
また、変位部材３０９が密閉容器３０７を撮像素子３０１の光軸に直交する方向に付勢する構成とすることで、密閉容器３０７の構造を簡易的なものとすることができ、その密閉性を向上して内部の結露を防止することができる。

なお、本実施形態では、撮像素子３０１がピンを介して基板３０４に固定されている例を示したが、必ずしもこの構成である必要はなく、撮像素子３０１が密閉容器３０７やヒートシンク３０３に固定されて、電気的な接続のみケーブル等で基板３０４と接続されていても同様の効果が得られる。

また、本実施形態では、変位部材３０９の移動を観察者が行う例を説明したが、これに限らず、例えば画素数に応じた変位部材３０９の移動プログラムを予め設定し、ユーザがそのプログラムを実行するという方式にしても同様の効果が得られる。
さらに、駆動部として、ピエゾ素子３２０の代わりに、超音波モータ、小型ステッピングモータを用いても同様の作用および効果を得ることができる。

[第２の実施形態]
次に、本発明の第２の実施形態に係るカメラ２について、図５を参照して以下に説明する。以下、本実施形態のカメラ２について、第１の実施形態のカメラ１と共通する点については同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について主に説明する。

図５に示すように、本実施形態に係るカメラ２において、変位部材４０９は、図でも明らかな通り、可動部の内壁が密閉容器４０７の一部を兼ねている。変位部材４０９と基板３０４との接触面には隙間をなくし、密閉容器４０７内に水分が浸入しづらくなるように、例えばＯリングのような密閉部材が配置されている。

変位部材４０９と基板３０４と下部品３０７ｂとは、図示しないビスにて固定されている。
変位部材４０９は、カメラ本体５０８の突起部４０８ａに図示しないビスにて固定されている。

上記構成を有する本実施形態に係るカメラ２の作用について以下に説明する。なお、画像取得の手順は前述の実施の形態と同様のため、ここでは説明を省略する。
撮像素子３０１はヒートシンク３０３を介してペルチェ素子３０２の冷却面に接続されているため、駆動基板３０５からの電気信号を受けてペルチェ素子３０２が動作すると、撮像素子３０１を効率的に冷やす事ができ、撮影時に問題となる暗電流ノイズを低減させることができる。

また、ペルチェ素子３０２の冷却面の反対側に設けられた放熱面と変位部材４０９との隙間は熱伝導グリス（図示略）が充填されているため、ペルチェ素子３０２からの熱は変位部材４０９、中板部３０６を介してカメラ本体５０８に伝熱したのち、カメラ本体５０８の外部に自然空冷（放熱）される。

本実施形態に係るカメラ２によれば、前述の第１の実施形態と同様の効果に加えて、密閉容器４０７と変位部材４０９とを一体的に構成したことにより、変位部材４０９による変位を密閉容器４０７（およびその内部に配置された撮像素子３０１）に伝えやすくすることができ、高精度に撮像素子３０１をカメラ本体５０８に対して撮像素子３０１の光軸に直交する方向に移動させることができる。これにより、撮像素子３０１による取得画像の画質を向上することができる。また、変位部材４０９と密閉容器４０７とを一体的に形成することで、安価に装置を構成することができる。

[第３の実施形態]
次に、本発明の第３の実施形態に係るカメラ３について、図６を参照して以下に説明する。以下、本実施形態のカメラ３について、第１の実施形態のカメラ１と共通する点については同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について主に説明する。

図６に示すように、本実施形態に係るカメラ３において、カメラ本体５０８は、有底の円筒状すなわちカップ状の上部品５０８ａと下部品５０８ｂとで構成されており、上部品５０８ａの突起部４０８ａと変位部材４０９、下部品５０８ｂと変位部材４０９は、図示しないビスでそれぞれ固定されている。図６におけるカメラ本体５０８の左右方向の大きさは、変位部材４０９よりも上部品５０８ａおよび下部品５０８ｂの方が小さく構成されているすなわち、変位部材４０９は、密閉容器４０７の上側側面に一体的に形成され、カメラ本体５０８の側面よりも外側に突出している。上部品５０８ａには中板部３０６や、ケーブル３０４ａ，３２０ａを通すための開口部３０６ａが設けられている。

上記構成を有する本実施形態に係るカメラ３の作用について以下に説明する。なお、画像取得の手順は前述の実施の形態と同様のため、ここでは説明を省略する。
撮像素子３０１はヒートシンク３０３を介してペルチェ素子３０２の冷却面に接続されているため、駆動基板３０５からの電気信号を受けてペルチェ素子３０２が動作すると、撮像素子３０１を効率的に冷却することができ、撮影時に問題となる暗電流ノイズを低減させることができる。

本実施形態に係るカメラ３によれば、前述の第１の実施形態と同様の効果に加えて、変位部材の一部をカメラ本体の外側に構成したため、カメラ外形をより小型化できる。また、密閉容器４０７を構成する変位部材４０９をカメラ本体５０８の外側に出すことで、撮像素子３０１で発生した熱を、密閉容器４０７を介して変位部材４０９から外部へ放熱することができ、撮像素子３０１の冷却効率を向上することが可能となる。

[第４の実施形態]
次に、本発明の第４の実施形態に係るカメラ４について、図７および図８を参照して以下に説明する。以下、本実施形態のカメラ４について、第１の実施形態のカメラ１と共通する点については同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について主に説明する。

図７は本実施形態のカメラ４の全体図を示し、図８は密閉容器７０７と基板７０４と変位部材７０９との関係を示した図７の拡大図(Ｂ部)である。
図７に示すように、本実施形態に係るカメラ４において、変位部材７０９は、密閉容器７０７を構成する上部品３０７ａと下部品７０７ｂと基板７０４とが光軸方向で重なる位置に配置されている。変位部材７０９は、カメラ本体７０８の突起部７０６ａに図示しないビスにて固定されている。基板７０４の紙面左右方向の大きさは、上部品３０７ａと下部品７０７ｂと同じか、あるいは数十ミクロン程度小さく構成されている。下部品７０７ｂは透明な材料で作られていて、観察光を透過可能となっている。

図８に示すように、変位部材７０９には、密閉容器７０７（下部品７０７ｂ）が図示しない接着剤によって隙間なく固定されており、密閉容器７０７内に水分が浸入しづらくなっている。Ｏリング３０７ｃ、３０７ｄが潰される量は３０％程度であり、切れない範囲で密閉するために十分なつぶし量となっている。

ケーブル７０４ａは、変位部材７０９に設けられた配線用孔部７０４ｂを通って基板７０４に接続されている。配線用孔部７０４ｂは、ケーブル７０４ａを通した状態で、例えばシリコン等の樹脂により外部に対してシールされた状態になっている。

上記構成を有する本実施形態に係るカメラ４の作用について以下に説明する。なお、画像取得の手順および放熱の作用は前述の実施の形態と同様のため、ここでは説明を省略する。
上述の通り、密閉容器７０７は上部品３０７ａと基板７０４と下部品７０７ｂとで密閉されており、さらに変位部材７０９によりシールされている。また観察光の密閉容器７０７内への経路は下部品７０７ｂを透明な部材にした事で、隙間が全くない。このため外部からの水分進入を大幅に抑える事ができる。

本実施形態に係るカメラ４によれば、前述の第１の実施形態と同様の効果に加えて、外部からの水分進入量を大幅に減らす事ができるため、密閉容器７０７内部の電気部品の水分による破損および故障を防止することができる。また、図７において、変位部材７０９と撮像素子３０１との上下方向の位置が近いため、アッベエラーを少なくでき、変位部材７０９の移動をより高精度化できる。これにより、高精度に撮像素子３０１を光軸に直交する方向に移動させることができ、撮像素子３０１による取得画像の画質を向上することができる。

[第５の実施形態]
次に、本発明の第５の実施形態に係るカメラ５について、図９および図１０を参照して以下に説明する。以下、本実施形態のカメラ５について、第１の実施形態のカメラ１と共通する点については同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について主に説明する。

図９は本実施形態のカメラ５の全体図を示し、図１０は密閉容器３０７と基板８０４と変位部材８００との関係を示した図９の拡大図(Ｃ部)である。
図１０に示すように、本実施形態に係るカメラ５において、ケーブル８０４ａは、変位部材８００に設けられた配線用孔部８００ａを通って基板８０４に接続されている。ケーブル８２０ａは、変位部材８００に設けられた配線用孔部８００ａを通ってピエゾ素子３２０に接続されている。配線用孔部８００ａは、ケーブル８０４ａ、８２０ａを通した状態で、例えばシリコン等の樹脂により外部に対してシールされた状態になっている。

変位部材８００の中心部には内側に向けて突起部８００Ｚが設けられており、該突起部８００Ｚはスタッド８０１を介して基板８０４に固定されている。なお、変位部材８００のヒンジ部は密閉容器３０７の外側に配置されている。変位部材８００の一部は、密閉容器３０７の外部に配置され、カメラ本体７０８の突起部７０６ａに図示しないビスにて固定されている。

上記構成を有する本実施形態に係るカメラ５の作用について以下に説明する。なお、画像取得の手順について、低画素の画像を取得する場合は前述の実施の形態と同様のため、ここでは説明を省略する。

高画素の画像を取得したい場合には、まず制御装置を操作して一度画像を取得する。さらに制御装置を操作して、必要な画素数が取得できるよう画素ピッチ分だけ変位部材８００を動作させる。制御装置からの駆動信号は、図示しないケーブル、駆動基板３０５、ケーブル８２０ａを介してピエゾ素子３２０に印加され、突起部８００ｚを含む可動部を移動させる。

ここで、突起部８００ｚと基板８０４とはスタッド８０１を介して固定されているため、密閉容器３０７内部に配置された撮像素子３０１、ヒートシンク３０３が撮像素子３０１の光軸に直交する方向に移動する。ピエゾ素子３２０で発生する力は、内部に配置された部品の自重に対して十分大きいため、観察者が意図した位置に確実に移動できる。

なお、ケーブル８０４ａ、８２０ａは密閉容器３０７内部で長さに余裕がある状態で構成されているため、可動部の移動によりこれらが引っ張られる事で可動部の移動が妨げられる事はない。上部品３０７ａと中板部３０６との隙間には熱伝導グリスが充填されており、伝熱可能かつ機械的な固定はされていないため、同様にこれらにより可動部の移動が妨げられる事はない。

また、撮像素子３０１はヒートシンク３０３を介してペルチェ素子３０２の冷却面に接続されているため、駆動基板３０５からの電気信号を受けてペルチェ素子３０２が動作すると撮像素子３０１を効率的に冷却することができ、撮影時に問題となる暗電流ノイズを低減することができる。

また、ペルチェ素子３０２の冷却面の反対側に設けられた放熱面と上部品３０７ａとの隙間は熱伝導グリス（図示略）が充填されているため、ペルチェ素子３０２からの熱は上部品３０７ａ、中板部３０６を介してカメラ本体７０８に伝熱したのち、カメラ本体７０８の外部に自然空冷（放熱）される。
また、図９に示すように、上部品３０７ａと変位部材７０９と下部品３０７ｂにより密閉容器３０７は外部からシールされており、外部からの水分進入を抑えている。

本実施形態に係るカメラ５によれば、前述の第１の実施形態と同様の効果に加えて、変位部材８００により撮像素子３０１が実装された基板８０４を直接移動させることができる。これにより、高精度に撮像素子３０１を光軸に直交する方向に移動させることができ、撮像素子３０１による取得画像の画質を向上することができる。

[第６の実施形態]
次に、本発明の第６の実施形態に係るカメラ６について、図１１および図１２を参照して以下に説明する。以下、本実施形態のカメラ６について、第１の実施形態のカメラ１と共通する点については同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について主に説明する。

図１１は本実施形態のカメラ６の全体図を示し、図１２は撮像素子９０１と変位部材９００との関係を示した図１１の拡大図(Ｄ部)である。
図１２に示すように、本実施形態に係るカメラ６において、変位部材９００の中心部９００ａ（図１１参照）には撮像素子９０１の固定用に突起部９００ｚが段付形状となっており、撮像素子９０１を図１１において上側から挿入可能となっている。変位部材９００の中心部の上面９０４は撮像素子９０１の上面より低くなっており、接着材で撮像素子９０１と変位部材９００とを固定可能となっている。変位部材９００の一部は、密閉容器３０７の外部に配置され、カメラ本体７０８の突起部７０６ａに図示しないビスにて固定されている。

撮像素子９０１は、内部に保持、信号伝達用のケーブル９０１ａが接続されており、ケーブル９０１ａは基板８０４に接続されている。ケーブル９０１ａはたわんだ状態で固定されており、変位部材９００中心部の移動により断線することはない。

高画素の画像を取得したい場合には、まず制御装置を操作して一度画像を取得する。さらに制御装置を操作して必要な画素数が取得できるよう画素ピッチ分だけ変位部材９００を動作させる。制御装置からの駆動信号は、図示しないケーブル、駆動基板３０５、ケーブル８２０ａを介してピエゾ素子３２０に印加され、突起部９００ｚを含む可動部を移動させる。

ここで、突起部９００ｚと撮像素子９０１とは接着材で固定されており、撮像素子９０１が移動する。ピエゾ素子３２０で発生する力は撮像素子９０１の自重に対して十分大きいため、観察者が意図した位置に確実に移動できる。このときケーブル９０１ａはたわんだ状態で構成しているため、撮像素子９０１の移動により断線することはない。

撮像素子９０１は、ヒートシンク３０３を介してペルチェ素子３０２の冷却面に接続されているため、駆動基板３０５からの電気信号を受けてペルチェ素子３０２が動作することで、撮像素子３０１を効率的に冷却することができ、撮影時に問題となる暗電流ノイズを低減させることができる。

撮像素子９０１から上側のヒートシンク３０３、基板８０４、ペルチェ素子３０２は、各々の部品の間に熱伝導グリス（図示略）が充填されている。したがって、ヒートシンク３０３、基板８０４、ペルチェ素子３０２は、撮像素子９０１に対して機械的な固定はされておらず、グリスの粘性により保持された状態になっている。

本実施形態に係るカメラ６によれば、前述の第１の実施形態と同様の効果に加えて、変位部材９００により撮像素子３０１自体を直接移動させることができるため、高精度に撮像素子３０１を光軸に直交する方向に移動させることができ、撮像素子３０１による取得画像の画質を向上することができる。

以上、本発明の各実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記の各実施形態を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよい。

１，２，３，４，５，６カメラ（撮像装置）
１００顕微鏡
２０１顕微鏡本体
２０２ステージ
２０３対物レンズ
２０４接眼レンズ
２０５鏡筒
２０６標本（被写体）
２０７結像レンズ
２０８カメラ本体（筐体）
３０１撮像素子
３０２ペルチェ素子（冷却手段）
３０３ヒートシンク
３０４基板
３０５駆動基板
３０６中板部
３０７密閉容器
３０８ガラス
３０９変位部材

Claims

被写体を撮像するための撮像素子と、
該撮像素子を密閉収容する密閉容器と、
該密閉容器を収容する筐体と、
前記密閉容器が前記撮像素子の光軸方向に挿入される開口部を有し、前記密閉容器および該密閉容器内に収容された前記撮像素子を前記筐体に対して前記撮像素子の光軸に直交する方向に移動させる変位部材とを備え、
前記変位部材が、前記密閉容器の外部に配置され、
高画素の画像を取得する場合に、前記変位部材により画素ずらしを行って前記撮像素子により複数回画像取得を行う撮像装置。
前記密閉容器内に前記撮像素子を冷却する冷却手段を備える請求項１に記載の撮像装置。
前記密閉容器と前記筐体との間に伝熱部材を備える請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
前記変位部材が、
前記筐体に固定された固定部と、
該固定部に接続され、電圧を印加することで前記撮像素子の光軸に直交する方向に変位するピエゾ素子と、
前記撮像素子に接続され、前記ピエゾ素子により可動する可動部とから構成されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の撮像装置。
前記変位部材が、前記密閉容器を前記撮像素子の光軸に直交する方向に付勢する請求項１から請求項４のいずれかに記載の撮像装置。
前記変位部材と前記密閉容器とが一体的に形成されている請求項５に記載の撮像装置。
前記変位部材の一部が前記筐体の外部に配置されている請求項１から請求項６のいずれかに記載の撮像装置。
前記撮像素子を実装する基板を備え、
前記変位部材が前記基板に当接されている請求項１から請求項７のいずれかに記載の撮像装置。
前記撮像素子を実装する基板を備え、
前記変位部材が前記基板に接続されている請求項１から請求項７のいずれかに記載の撮像装置。