JP6153407B2

JP6153407B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP6153407B2
Application number: JP2013151496A
Authority: JP
Inventors: 高之河野
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2013-07-22
Filing date: 2013-07-22
Publication date: 2017-06-28
Anticipated expiration: 2033-07-22
Also published as: US20150022653A1; EP2829902A1; JP2015022212A; US9829693B2

Description

本発明は、撮像装置に関するものである。

従来、２つの撮像素子を備え、被写体からの光を分岐して２つの撮像素子により２種類の画像を取得する撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この撮像装置は、ハーフミラーのような光路分割手段によって光線を分割し、２つの撮像素子によって２種類の倍率の異なる画像を同時に取得することとしている。また、他の撮像装置は、光路切替手段によって光線の光路を切り替えて、２つの撮像素子のいずれかによって画像を取得することとしている。

特開平９−１８６９１７号公報

しかしながら、特許文献１の撮像装置においては、光路切替手段によって被写体からの光線の光路を切り替えて、２つの撮像素子のいずれかで画像を取得する場合、光路切替手段の位置ズレ等が考慮されていないため、上記光線の入射位置が一方の撮像素子と他方の撮像素子とで大きく異なってしまい、被写体を見失う可能性があるという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、複数の撮像素子を切り替えて同一の被写体を同一の倍率で撮影することができ、かつ、光路の切り替えに際して被写体を見失う不都合の発生を低減することができる撮像装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、観察装置に接続可能に設けられ、該観察装置からの光束を入射させる開口部を有する接続部と、前記開口部を通過する入射光軸に沿って入射した光の光路を切り替える光路切替部と、該光路切替部により切り替えられた光路を経由した光を撮影する略長方形の受光面を有する第１の撮像素子および第２の撮像素子とを備え、前記光路切替部が、間隔をあけて配置された相互に平行な２つの反射面を備えるとともに、該反射面の一方を前記入射光軸上に挿脱させるように前記入射光軸に平行な揺動軸線回りに揺動可能に設けられ、前記第１の撮像素子が、前記光路切替部を挟んで前記開口部とは反対側の前記入射光軸上に配置され、前記第２の撮像素子が、前記入射光軸上に第１の前記反射面が挿入された前記光路切替部の２つの前記反射面によって偏向された後の光を撮影する位置に前記第１の撮像素子と並んで配置され、前記第２の撮像素子が、該第２の撮像素子の中心軸回りに回転させられ、前記第２の撮像素子の前記受光面の一辺が、前記第２の撮像素子の中心軸に直交し且つ前記第１の撮像素子の中心軸と前記第２の撮像素子の中心軸とを通る直線に対して傾斜して配置されている撮像装置を提供する。

本態様によれば、観察装置に接続部を接続すると、接続部に設けられた開口部を介して観察装置からの光束が入射光軸に沿って撮像装置内に入射する。光路切替部を揺動させて反射面を入射光軸上から退避させると、入射光軸に沿って入射してきた光束が第１の撮像素子に入射して第１の画像が取得される。

また、光路切替部を揺動軸線回りに揺動させて反射面を入射光軸上に配置すると、入射光軸に沿って入射してきた光束は２つの反射面によって２回偏向されて第２の撮像素子に入射して第２の画像が取得される。これにより、２つの撮像素子を切り替えて同一の被写体を撮影することができる。

この場合において、第１の撮像素子への光路と、第２の撮像素子への光路とは、光路切替部の揺動に伴って徐々に切り替わる。すなわち、光路切替部が入射光軸から離脱させられて第１の撮像素子により撮影が行われている状態から、光路切替部が揺動して第１の反射面が入射光軸に沿って入射してきた光束全体を遮る位置に配置されて第２の撮像素子により撮影が行われる状態に切り替わる。

ここで、撮像素子により取得される画像中において、注目領域は画像の中心位置近傍の小領域となることが多く、注目領域からの光束全体が第１の反射面に入射する位置まで光路切替部が揺動させられた時点で、２つの反射面により２回偏向された光束全体が第２の撮像素子に入射されていることが好ましい。

本態様によれば、２つの撮像素子の中心軸に直交する直線に対して第２の撮像素子を傾斜させることにより、撮像素子のいずれかの角部を光路切替部の揺動方向に張り出させることができ、注目領域からの光束全体が第１の反射面に入射する位置まで光路切替部が揺動させられた時点で、撮像素子を傾斜させていない場合よりも早期に注目領域からの光束を第２の撮像素子によって撮影することができる。

その結果、光路切替部の揺動による光路の切り替えに際して注目領域を見失う不都合の発生を低減することができる。また、光路切替部の揺動が十分に行われなかった場合に、第２の撮像素子により撮影される注目領域が極力欠けないようにすることができる。

上記態様においては、前記第１の撮像素子および前記第２の撮像素子が、前記直線に対して同一方向に同一角度だけ傾斜して配置されていてもよい。
このようにすることで、光路切替部を介することなく第１の撮像素子により取得された画像と、光路切替部の２つの平行な反射面を介して第２の撮像素子により取得された画像との位相を一致させることができ、容易に合成等の画像処理を行うことができる。

また、上記態様においては、前記第１の撮像素子および前記第２の撮像素子が、それらの対角線を前記直線に直交させて配置されていてもよい。
このようにすることで、第２の撮像素子のいずれかの角部を光路切替部の揺動方向に最も張り出させることができ、注目領域を見失う不都合の発生を最も低減することができる。

本発明によれば、複数の撮像素子を切り替えて同一の被写体を同一の倍率で撮影することができ、かつ、光路の切り替えに際して被写体を見失う不都合の発生を低減することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る撮像装置を搭載する顕微鏡を示す全体構成図である。図１の顕微鏡に搭載される本実施形態に係る撮像素値を示す縦断面図である。図１の撮像装置によりカラー画像を取得する場合の（ａ）２つの撮像素子とプリズムとの位置関係を示す平面図、（ｂ）カラー画像、（ｃ）モノクロ画像をそれぞれ示す図である。図１の撮像装置によりモノクロ画像を取得する場合の（ａ）２つの撮像素子とプリズムとの位置関係を示す平面図、（ｂ）カラー画像、（ｃ）モノクロ画像をそれぞれ示す図である。図１の撮像装置により光路を切り替える途中の（ａ）２つの撮像素子とプリズムとの位置関係を示す平面図、（ｂ）カラー画像、（ｃ）モノクロ画像をそれぞれ示す図である。図１の撮像装置により光路が切り替えられた直後の（ａ）２つの撮像素子とプリズムとの位置関係を示す平面図、（ｂ）カラー画像、（ｃ）モノクロ画像をそれぞれ示す図である。参考例の撮像装置によりカラー画像を取得する場合の（ａ）２つの撮像素子とプリズムとの位置関係を示す平面図、（ｂ）カラー画像、（ｃ）モノクロ画像をそれぞれ示す図である。参考例の撮像装置によりモノクロ画像を取得する場合の（ａ）２つの撮像素子とプリズムとの位置関係を示す平面図、（ｂ）カラー画像、（ｃ）モノクロ画像をそれぞれ示す図である。参考例の撮像装置により光路を切り替える途中の（ａ）２つの撮像素子とプリズムとの位置関係を示す平面図、（ｂ）カラー画像、（ｃ）モノクロ画像をそれぞれ示す図である。参考例の撮像装置により光路が切り替えられた直後の（ａ）２つの撮像素子とプリズムとの位置関係を示す平面図、（ｂ）カラー画像、（ｃ）モノクロ画像をそれぞれ示す図である。

本発明の一実施形態に係る撮像装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る撮像装置１は、顕微鏡（観察装置）２用の撮像装置１であって、図１に示されるように、筐体３と、該筐体３を顕微鏡２に着脱可能に取り付けるための接続部４とを備えている。接続部４は、例えば、図２に示されるように、顕微鏡２側に設けられたアリ溝５に係合するアリ６を備えている。接続部４としては、アリ６とアリ溝５に限定されるものではなく、他の任意の接続方法を採用できる。

また、本実施形態に係る撮像装置１は、接続部４に設けられ、顕微鏡２により集光された標本Ｓからの光を筐体３内に入射させる開口部７と、該開口部７を介して、入射光軸Ｘに沿って入射した光を撮影する第１の撮像素子８および第２の撮像素子９と、開口部７から各撮像素子８，９への光路を切り替える光路切替機構１０とを備えている。

２つの撮像素子８，９は、例えば、互いの特性が異なっており、色再現性に優れたカラーＣＣＤ（第１の撮像素子）８と、カラーＣＣＤ８よりも高感度のモノクロＣＣＤ（第２の撮像素子）９である。
以下、本実施形態においては、カラーＣＣＤ８の受光面に投影される点を光軸８ａと称し、モノクロＣＣＤ９の受光面に投影される点を光軸９ａと称している。

カラーＣＣＤ８は、その受光面に対して垂直な光軸（中心軸）８ａを、接続部４に設けられた開口部７の入射光軸Ｘに一致させて筐体３に固定されている。
また、モノクロＣＣＤ９は、その受光面に対して垂直でかつカラーＣＣＤ８の光軸８ａと平行に間隔をあけて配置された光軸（中心軸）９ａを有している。

カラーＣＣＤ８およびモノクロＣＣＤ９は、図３（ａ）に示されるように、各光軸８ａ，９ａ回りに同一方向に同一角度θだけ回転させられることにより、両光軸８ａ，９ａに直交する直線Ｂに対して角度θだけ傾斜して配置されている。そして、図３（ａ）に示されるように、両ＣＣＤ８，９は、それらの対角線Ｃが直線Ｂに直交するように配置されている。

光路切替機構１０は、プリズム（光路切替部）１１と、プリズム１１をカラーＣＣＤ８およびモノクロＣＣＤ９の光軸８ａ，９ａに平行な揺動軸線１２ａ回りに揺動可能に支持する揺動機構１２とを備えている。
プリズム１１は、平行間隔をあけて配置される第１の反射面１１ａおよび第２の反射面１１ｂを有する平行六面体状のプリズム１１である。

プリズム１１は、揺動機構１２の作動により、第１の反射面１１ａを開口部７から入射する光束の入射光軸Ｘ、すなわち、これに一致する位置に固定されているカラーＣＣＤ８の光軸８ａ上に、該光軸８ａに対して４５°の角度をなして配置されることによって、光束を９０°偏向するようになっている。２つの反射面１１ａ，１１ｂは平行間隔をあけて配置されているので、第１の反射面１１ａによって偏向された光束の光軸に対して第２の反射面１１ｂは４５°の角度をなして配置されるようになっている。

これにより、プリズム１１は、一方の反射面１１ａによって偏向された光束を他方の反射面１１ｂによって再度９０°偏向するようになっている。すなわち、プリズム１１に入射した光束は、９０°ずつ２回偏向されることにより、プリズム１１によってクランク状に屈曲させられて、入射光軸Ｘに対して精度よく平行な射出光軸Ｙに沿って射出されるようになっている。

プリズム１１の入射光軸Ｘと射出光軸Ｙとの間隔寸法は設計上、カラーＣＣＤ８とモノクロＣＣＤ９との光軸８ａ，９ａの間隔寸法に一致している。
また、揺動機構１２は、プリズム１１を揺動させることにより、図３および図４に示されるように、プリズム１１を、開口部７とカラーＣＣＤ８との間の空間に挿脱させるようになっている。揺動機構１２は、ステッピングモータ１３と、ギヤ１４，１５と、プリズム１１に固定された駆動軸１６と、該ステッピングモータ１３を制御する制御部（図示略）とを備えている。

このように構成された本実施形態に係る撮像装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る撮像装置１を用いて顕微鏡２により集光された標本Ｓからの光を撮影するには、まず、撮像装置１を接続部４によって顕微鏡２に取り付ける。

そして、顕微鏡２のステージ１７に標本Ｓを配置し、揺動機構１２を作動させて、図３（ａ）に示されるように、プリズム１１を開口部７とカラーＣＣＤ８との間の空間から退避させる。これにより、顕微鏡２から開口部７を介して筐体３内に入射してきた光が、プリズム１１を介することなく、直接カラーＣＣＤ８に入射され、図３（ｂ）に示されるようにサンプルのカラー画像Ｇ１が取得される。筐体３内に入射してきた光は全てカラーＣＣＤに入射するので、図３（ｃ）に示されるように、モノクロＣＣＤ９によるモノクロ画像Ｇ２の取得は行われない。

次に、図４（ａ）に示されるように、揺動機構１２を作動させて、プリズム１１を開口部７とカラーＣＣＤ８との間の空間に挿入する。これにより、顕微鏡２から開口部７を介して筐体３内に入射してきた光は、プリズム１１によって２回偏向されてモノクロＣＣＤ９に入射される。これにより、図４（ｃ）に示されるように、標本Ｓのモノクロ画像Ｇ２が取得される。このとき、カラーＣＣＤ８への光路はプリズム１１の反射面１１ａによって遮られるので、図４（ｂ）に示されるように、カラー画像Ｇ１には標本Ｓの像は形成されない。

この場合に、本実施形態に係る撮像装置１においては、プリズム１１が、２つの平行な反射面１１ａ，１１ｂを有しているので、プリズム１１が揺動途中にあっても、２つの反射面１１ａ，１１ｂにより変更されてモノクロＣＣＤ９により取得されたモノクロ画像Ｇ２の位相はカラー画像Ｇ１と一致している。したがって、プリズム１１が精度よく揺動させられなくても、カラー画像Ｇ１とモノクロ画像Ｇ２とは相対的に回転することなく同一位相の画像として取得される。その結果、取得された両画像Ｇ１，Ｇ２を容易に重ね合わせるように画像処理することができる。

ところで、プリズム１１が揺動させられると、その揺動途中において、開口部７を介して筐体３内に入射してきた光の光路がカラーＣＣＤ８への光路とモノクロＣＣＤ９への光路との間で切り替わる。すなわち、開口部７を介して筐体３内に入射してきた光の内、一方の反射面１１ａによって偏向された部分が、部分的にカラーＣＣＤ８に入射することなく他方の反射面１１ｂに指向される。そして、反射面１１ｂによって偏向された光路上にモノクロＣＣＤ９が存在していれば、モノクロ画像Ｇ２として取得される。

ここで、各ＣＣＤ８，９により取得される画像Ｇ１，Ｇ２中において、注目領域Ｄは、図３に斜線で示されるように、画像Ｇ１の中心位置近傍の小領域となることが多い（図では便宜上、注目領域Ｄを矢印形状の領域として示している。）。したがって、カラーＣＣＤ８により取得されたカラー画像Ｇ１による観察中に、プリズム１１を揺動させてモノクロ画像Ｇ２による観察に切り替える場合に、カラー画像Ｇ１中の注目領域Ｄが、モノクロ画像Ｇ２への切り替え直後から観察可能であることが好ましい。

本実施形態に係る撮像装置１によれば、モノクロＣＣＤ９が２つのＣＣＤ８，９の中心軸８ａ，９ａを結ぶ直線Ｂに対して傾斜させられ、その対角線Ｃの方向が上記直線Ｂに直交するように配置されているので、略長方形のモノクロＣＣＤ９の１つの角部がプリズム１１の揺動方向に張り出すように突出して配置される。その結果、図５（ａ）に示されるように、光路の切り替えに際して、注目領域Ｄからの光がプリズム１１の反射面１１ａに入射するようになると、即座に、反射面１１ｂにより反射された光がモノクロＣＣＤ９に入射され始める。このときのカラー画像Ｇ１およびモノクロ画像Ｇ２は、図５（ｂ）、（ｃ）に示される通りである。

そして、図６（ａ）に示されるように、カラーＣＣＤ８への注目領域Ｄからの光のほぼ全てが反射面１１ａによって遮られた状態では、図６（ｂ）に示されるように、カラー画像Ｇ１には注目領域Ｄの像は形成されないが、反射面１１ａによって遮られた光の全てがモノクロＣＣＤ９に入射し、図６（ｃ）に示されるように注目領域Ｄ全体を含むモノクロ画像Ｇ２が取得される。これにより、光路の切り替えの各時刻において、注目領域Ｄの画像はいずれかのＣＣＤ８，９によって取得されており、光路の切り替えに際して注目領域Ｄを見失う不都合の発生を防止することができる。

また、何らかの理由により、プリズム１１の揺動が図６（ａ）に示される位置までしか行われない場合であっても、モノクロＣＣＤ９による注目領域Ｄの撮影は行うことができるという利点がある。

これに対して、図７および図８に示される参考例のように、仮に２つのＣＣＤ８，９が、それらの中心軸８ａ，９ａに直交する直線Ｂに対して傾斜することなく配列されている場合には、図９に示されるように、本実施形態に係る撮像装置１におけるプリズム１１と同じ角度だけ揺動した場合であっても、光路の切り替え開始直後に、カラー画像Ｇ１における注目領域Ｄが失われ始めても、失われた部分がモノクロ画像Ｇ２に現れ難い。

さらに、図１０に示されるように、カラー画像Ｇ１における注目領域Ｄがほぼ失われた時点で、モノクロ画像Ｇ２には注目領域Ｄの一部しか現れない。したがって、このような場合には、光路の切り替えに際して注目領域Ｄの連続的な観察を継続することができないとともに、何らかの理由によりプリズム１１の揺動が途中までしか行われない場合には、注目領域Ｄの十分な観察を行うことができないという不都合がある。

すなわち、図６（ｃ）と図１０（ｃ）とを比較して分かるように、本実施形態に係る撮像装置１は、たとえ、モノクロＣＣＤ９で撮影する際のプリズム１１の位置再現性が悪くても、上記参考例の撮像装置よりも、カラーＣＣＤ８で設定した注目領域Ｄが、カラーＣＣＤ８の撮影からモノクロＣＣＤ９の撮影に切り替わった直後でも表示できている可能性が高くなる。その結果、本実施形態に係る撮像装置１は、カラーＣＣＤ８の撮影とモノクロＣＣＤ９の撮影との切り替えを行っても、注目領域Ｄの画像を見失う可能性が低くなり、良好な撮影を行うことができるという利点がある。

なお、本実施形態に係る撮像装置１においては、カラーＣＣＤ８およびモノクロＣＣＤ９の両方とも同一方向に同一角度だけ回転させることにしたが、これに限定されるものではなく、モノクロＣＣＤ９のみ回転させてもよいし、回転角度を異ならせてもよい。また、対角線Ｃが、２つのＣＣＤ８，９の中心軸８ａ，９ａに直交する直線Ｂに対して直交するように回転角度θを決定したが、これに限定されるものではなく、直線Ｂに対して傾斜していれば、その傾斜角度に応じた効果を得ることができる。

また、本実施形態では、第１の撮像素子８としてカラーＣＣＤを用い、第２の撮像素子９としてモノクロＣＣＤを用いたが、これに限定されるものではなく、第１の撮像素子８としてモノクロＣＣＤを用い、第２の撮像素子９としてカラーＣＣＤを用いてもよい。
本実施形態では、２つの撮像素子を用いたが、これに限定されるものではなく、３つ以上の撮像素子を用いてもよい。

また、光路切替部として平行四面体からなるプリズム１１を採用したが、これに限定されるものではなく、向かい合う平行な２枚のミラーを備える光路切替部を採用してもよい。

１撮像装置
２顕微鏡（観察装置）
４アリ（接続部）
７開口部
８カラーＣＣＤ（第１の撮像素子）
９モノクロＣＣＤ（第２の撮像素子）
１１プリズム（光路切替部）
１１ａ，１１ｂ反射面
１６駆動軸（揺動軸線）
Ｂ直線
Ｃ対角線
Ｘ入射光軸

Claims

観察装置に接続可能に設けられ、該観察装置からの光束を入射させる開口部を有する接続部と、
前記開口部を通過する入射光軸に沿って入射した光の光路を切り替える光路切替部と、
該光路切替部により切り替えられた光路を経由した光を撮影する略長方形の受光面を有する第１の撮像素子および第２の撮像素子とを備え、
前記光路切替部が、間隔をあけて配置された相互に平行な２つの反射面を備えるとともに、該反射面の一方を前記入射光軸上に挿脱させるように前記入射光軸に平行な揺動軸線回りに揺動可能に設けられ、
前記第１の撮像素子が、前記光路切替部を挟んで前記開口部とは反対側の前記入射光軸上に配置され、
前記第２の撮像素子が、前記入射光軸上に第１の前記反射面が挿入された前記光路切替部の２つの前記反射面によって偏向された後の光を撮影する位置に前記第１の撮像素子と並んで配置され、
前記第２の撮像素子が、該第２の撮像素子の中心軸回りに回転させられ、前記第２の撮像素子の前記受光面の一辺が、前記第２の撮像素子の中心軸に直交し且つ前記第１の撮像素子の中心軸と前記第２の撮像素子の中心軸とを通る直線に対して傾斜して配置されている撮像装置。
前記第１の撮像素子および前記第２の撮像素子が、前記直線に対して同一方向に同一角度だけ傾斜して配置されている請求項１に記載の撮像装置。
前記第１の撮像素子および前記第２の撮像素子が、それらの対角線を前記直線に直交させて配置されている請求項１に記載の撮像装置。