JP7251957B2 - 拡大観察装置 - Google Patents

Description

本発明は拡大観察装置に関する。

一般に顕微鏡は観察対象物を精度よく観察するために高い光学性能を有する光学系が求められてきた。また、観察画像をリアルタイムで表示器に表示する顕微鏡が登場し、観察対象物のありのままの姿をいかにして正確かつ詳細に表示できるかについて、顕微鏡メーカーの間で競争されてきた。

一方で、画像処理チップの性能が向上し、顕微鏡にも採用可能となってきた。また、顕微鏡のユーザも生物等の研究者だけでなく、工場で生産された製品の検査（拡大観察）をする検査者に広がってきた。そのため、従来の光学性能追求志向とは異なる志向の顕微鏡の市場ニーズが生まれた。これは従来の顕微鏡とは区別して、拡大観察装置と呼ばれることもある（特許文献１）。

特開２０１８－０１３７３４号公報 特開２０１７－５３１２０１号公報

拡大観察装置は複数の対物レンズを有しているが、ユーザが希望する観察倍率は、対物レンズと結像レンズとの組み合わせによって決定される。一般の顕微鏡では、結像レンズが一つであるため、ユーザはレボルバを回転させて対物レンズを選択することで、所望の倍率を実現できる。しかし、これでは実現可能な倍率の数は、対物レンズの数と同数に制限されてしまう。そこで、発明者は、複数の結像レンズを拡大観察装置に搭載することで、より多くの数の観察倍率を提供することを考えた。この場合、ユーザは、希望する観察倍率が実現されるように、対物レンズと結像レンズとの組み合わせを手動で選択しなければならず、利便性に欠ける。そこで、本発明は、倍率変更時に適切な解像度を維持しつつもユーザの利便性を損なわない拡大観察装置を提供することを目的とする。

本発明は、たとえば、
第一結像レンズと、
第二結像レンズと、 前記第一結像レンズと、前記第二結像レンズとを観察光路に対して直交した方向にスライドさせるよう、第一フレームに対してスライド可能に前記第一結像レンズと前記第二結像レンズとを保持する第一スライド部材と、
前記第一結像レンズとともに前記観察光路に対して直列に配置可能な第三結像レンズと、
前記第三結像レンズを前記観察光路に対して直交した方向にスライドさせる第二スライド部材と、
前記第一結像レンズ、前記第二結像レンズおよび前記第三結像レンズのうち、前記第一結像レンズのみを前記観察光路に配置するか、前記第二結像レンズのみを前記観察光路に配置するか、または、前記第一結像レンズと前記第三結像レンズとを前記観察光路に配置するかのいずれかを選択して前記観察光路に配置する第一選択部と、 第一対物レンズと、
第二対物レンズと、
前記第一対物レンズと前記第二対物レンズとのいずれかを選択して前記観察光路に配置する第二選択部と、
前記第二選択部により選択された対物レンズを認識する認識部と、
光学系の倍率を選定する倍率選定部と、
前記観察光路に配置された絞りと、
前記倍率選定部により選定された光学系の倍率と、前記認識部により認識された対物レンズとに基づき結像レンズを決定する結像レンズ決定部と、
前記第一結像レンズ、前記第二結像レンズおよび前記第三結像レンズのうち、前記結像レンズ決定部により決定された前記第一結像レンズのみ、前記第二結像レンズのみ、または、前記第一結像レンズと前記第三結像レンズが前記観察光路に配置されるよう前記第一選択部を制御する制御部とを有し、
前記観察光路に対して直交した方向における前記第一スライド部材の第一端部が前記第一フレームに設けられた第一停止部材に接触して停止すると、前記第二結像レンズが前記観察光路に位置決めされ、
前記観察光路に対して直交した方向における前記第一スライド部材の第二端部が前記第一フレームに設けられた第二停止部材に接触して停止し、第二スライド部材の端部が第二フレームに設けられた停止部材に接触して停止すると、前記第一結像レンズと前記第三結像レンズとが前記観察光路に位置決めされる
ことを特徴とする拡大観察装置を提供する。

本発明によれば、倍率変更時に適切な解像度を維持しつつもユーザの利便性を損なわない拡大観察装置を提供することが可能となる。

拡大観察装置１００の概要を説明する図 制御部などを説明する図 画像プロセッサを説明する図 深度合成および凹凸強調を説明する図 ユーザーインタフェースの一例を示す図 ユーザーインタフェースの一例を示す図 拡大観察処理を説明するフローチャート 光学系を説明する図 結像レンズの切り替えを説明する図 結像レンズの切り替えを説明する図 結像レンズの切り替えを説明する図 結像レンズの切り替えを説明する図 対物レンズを説明する図 対物レンズを説明する図 対物レンズを説明する図 同軸落射照明の光源を説明する図 リング照明を説明する図 リング照明を説明する図 照明の選択方法を示すフローチャート 観察倍率から開口数を決定するテーブルを説明する図 撮像制御部を説明する図

＜拡大観察装置＞
図１は、拡大観察装置１００を示している。拡大観察装置１００は、例えば微小物体等の試料や電子部品、被加工物等のワーク（以下、これらを観察対象物という。）を拡大して表示する装置である。使用者は拡大観察装置１００を使用して観察対象物の外観を検査したり、寸法計測等を行ったりすることができる。拡大観察装置１００は、顕微鏡やデジタルマイクロスコープと呼ばれてもよい。観察対象物は、上述した例に限定されるものではなく、各種物体が観察対象物となりうる。

観察部１は、ベース部１０、スタンド部２０、ヘッド部２２、載置台３０を有している。ベース部１０は、観察部１をぐらつくことなく、机等に置いておくための部分であり、観察部１の略下半部を構成している。ベース部１０には、載置台３０が設けられている。載置台３０は、ベース部１０の前後方向中央部近傍から前側の部分に支持されており、該ベース部１０から上方へ突出している。載置台３０は、観察対象物を載置するための部分であり、この実施形態では、電動載置台で構成されている。すなわち、観察対象物を電動載置台の幅方向（Ｘ方向）及び奥行き方向（Ｙ方向）の両方向に移動可能に支持することができるとともに、上下方向（Ｚ方向）及びＺ軸回りに回動できるようになっている。スタンド部２０はベース部１０に対して揺動可能となっている。たとえば、スタンド部２０は、観察部１を正面から見て右回りおよび左回りに搖動させるこができる。スタンド部２０が搖動することで、ヘッド部２２も搖動する。スタンド部２０およびヘッド部２２は、Ｚ軸方向に移動可能に取り付けられている。ヘッド部２２は、対物レンズ、結像レンズ、照明装置および撮像素子などを有する。ヘッド部２２は、載置台３０に載置された観察対象物に照明光を照射し、該照明光の観察対象物からの反射光又は透過光の受光量を検出して観察対象物の画像を生成する。なお、観察部１の構成と機能の詳細は、本件と同一出願人の特願２０１８－１６１３４７に開示されている、その開示の全ては本明細書の一部として援用（ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｈｅｒｅｉｎ ｂｙ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）される。

表示部２は、例えば、液晶表示パネルや有機ＥＬパネル等のようなカラー表示可能な表示画面２ａを有しており、外部から電力が供給されるようになっている。表示画面２ａにタッチ操作パネル（受付部の一例）を組み込むようにしてもよい。また、この実施形態では、表示部２に制御部６０を組み込んだ例で説明しているが、これに限らず、制御部６０は観察部１に組み込むようにしてもよいし、コンソール部３に組み込むようにしてもよいし、表示部２、観察部１及びコンソール部３とは別体の外部ユニットとしてもよい。表示部２と、観察部１とはケーブル５によって信号の送受が可能に接続されている。観察部１への電力供給は、ケーブル５によって行ってもよいし、図示しない電源ケーブルによって行ってもよい。

コンソール部３は制御部６０に接続されており、一般的なキーボードやマウスとは異なっており、観察部１を操作したり、各種情報の入力や選択操作、画像の選択操作、領域指定、位置指定等を行ったりすることが可能な専用の操作デバイスである。制御部６０にはポインティングデバイスとしてマウス４が接続されている。コンソール部３およびマウス４は、拡大観察装置１００を操作することができればよいので、例えばタッチパネル式の入力装置、音声入力装置等であってもよい。タッチパネル式の入力装置の場合、表示部２と一体化することができ、表示部２に表示されている表示画面上の任意の位置の検出を可能に構成することができる。コンソール部３およびマウス４は、表示部２に表示された画像上で使用者によって指定された任意の位置の入力を受け付ける受付部である。

拡大観察装置１００には、上述した機器や装置以外にも、操作や制御を行うための装置、プリンタ、その他の各種処理を行うためのコンピュータ、記憶装置、周辺機器等を接続することもできる。この場合の接続は、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ－２３２ｘやＲＳ－４２２、ＵＳＢ等のシリアル接続、パラレル接続、あるいは１０ＢＡＳＥ－Ｔ、１００ＢＡＳＥ－ＴＸ、１０００ＢＡＳＥ－Ｔ等のネットワークを介して電気的、あるいは磁気的、光学的に接続する方法等を挙げることができる。また、有線接続以外にも、ＩＥＥＥ８０２．ｘ等の無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の電波、赤外線、光通信等を利用した無線接続等でもよい。さらにデータの交換や各種設定の保存等を行うための記憶装置に用いる記憶媒体としては、例えば、各種メモリカードや磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ、ハードディスク等を利用することができる。拡大観察装置１００は、上記各種ユニットや装置、機器を組み合わせた拡大観察システムということもできる。

＜制御部＞
図２が示すように、制御部６０は、ＣＰＵ６１や画像プロセッサ６６、記憶部６７などを有している。ＣＰＵ６１は記憶部６７のＲＯＭ領域に記憶されているプログラムを実行することで様々な機能を実現する。撮像制御部６２は、ヘッド部２２に設けられたレボルバ２１を回転させるためにレボルバ駆動部２４を制御する。これにより、対物レンズ２３の倍率が変更される。つまり、ある倍率の対物レンズ２３から他の倍率の対物レンズ２３に切り替わる。撮像制御部６２は、対物レンズ２３と通信することで対物レンズ２３を識別する識別部（認識部）を有していてもよい。ヘッド部２２は複数の結像レンズ４１を有してもよい。撮像制御部６２は、結像レンズ駆動部４２（例：モータ）を駆動することで、結像レンズ４１を切り換える。これにより、対物レンズ２３と結像レンズ４１とを含む光学系の倍率が変更される。なお、複数の対物レンズ２３と複数の結像レンズ４１を区別する際には参照符号の末尾に小文字のアルファベットが付与される。電動絞り３７はヘッド部２２の内部や対物レンズ２３の内部に設けられた可変絞りである。電動絞り３７も撮像制御部６２によって制御される。

撮像制御部６２は、対物レンズ２３の合焦位置を変更するためにヘッド部２２を上下させるＺ方向駆動部２８を制御する。撮像制御部６２は、載置台駆動部２９を通じて載置台３０をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に移動させたり、載置台３０をθ回転させたりする。撮像制御部６２は、ヘッド部２２に設けられた撮像部２５を制御し、撮像部２５に観察対象物Ｗを撮像させ、観察対象物Ｗの画像を取得する。

表示制御部６３は観察対象物Ｗの画像などを表示部２に表示させる。照明制御部６４は、ヘッド部２２に設けられたリング照明２６や同軸落射照明２７の点灯と消灯とを制御する。ＵＩ部６５は、表示制御部６３を通じて表示部２にＵＩ（ユーザーインタフェース）を表示したり、コンソール部３やマウス４から入力されるユーザ指示を受け付けたりする。画像プロセッサ６６は、撮像部２５により取得された画像信号から様々な画像データを作成する。画像プロセッサ６６はＣＰＵ６１により実現されてもよい。記憶部６７はＲＯＭ領域やＲＡＭ領域、メモリカードなどを有する。

検知部６８は、載置台３０の静止と移動を検知したり、レボルバ２１により対物レンズ２３の倍率が変更されたかどうかを検知したりする。コンソール部３は、載置台３０をＸ方向に移動させたり、Ｙ方向に移動させたりすることを指示するためのジョイスティックを有していてもよい。この場合、検知部６８は、コンソール部３のジョイスティックがいずれかの方向に倒されていれば載置台３０が移動していると検知し、ジョイスティックが中立位置に静止していれば載置台３０が静止していると検知する。また、コンソール部３またはマウス４を通じてレボルバ２１の回転、つまり、対物レンズ２３の倍率変更が指示され、レボルバ駆動部２４がレボルバを回転させると、検知部６８は、倍率が変更されたと検知する。倍率変更が指示されていなければ、検知部６８は、倍率が変更されていないと検知する。検知部６８はユーザによるピント位置の手動調整を検知してもよい。

＜画像プロセッサ＞
図３が示すように、画像プロセッサ６６において、輝度画像生成部３１は、撮像制御部６２を通じて撮像部２５により取得された画像信号から輝度画像を作成する。ＨＤＲ処理部３２は、撮像制御部６２を通じて撮像部２５を制御することで、それぞれ露光時間が異なる複数のサブ輝度画像を取得し、複数のサブ輝度画像をＨＤＲ処理することで輝度画像を生成する。ＨＤＲはハイダイナミックレンジの略称である。深度合成部３３は、撮像制御部６２を通じて撮像部２５を制御することで、それぞれ合焦位置の異なる複数のサブ輝度画像を取得し、複数のサブ輝度画像を深度合成することで深度合成画像を生成する。なお、サブ輝度画像はＨＤＲ処理された輝度画像であってもよい。凹凸強調部３４は、第一照明方向から照明された観察対象物Ｗの第一輝度画像と、第二照明方向から照明された観察対象物Ｗの第二輝度画像とを合成することで、観察対象物Ｗの表面の凹凸が強調された凹凸強調画像を作成する。第一照明方向と第二照明方向は相互に光軸Ａ１を挟んで対称となっている。なお、第一輝度画像と第二輝度画像はそれぞれ深度合成された深度合成画像であってもよい。たとえば、凹凸強調部３４は、第一深度合成画像と第二深度合成画像との輝度の差分に基づき凹凸強調画像を生成してもよい。第一深度合成画像における画素（座標ｘ、ｙ）の輝度値ｉ１と、第二深度合成画像における画素（座標ｘ、ｙ）の輝度値ｉ２とから凹凸強調画像における画素（座標ｘ、ｙ）の画素値Ｉｘｙは、次式から求められてもよい。
Ｉｘｙ＝（ｉ１－ｉ２）／（ｉ１＋ｉ２） ・・・（１）
凹凸強調画像の画素値は、一対の画素値の差分を、一対の画素値を足した合計で割ることで得られる。画素値の差分が正規化されるのであれば、（１）の式とは異なる式が採用されてもよい。

着色部３６は、撮像部２５により取得された観察対象物Ｗについてのカラー画像から色情報を取得して凹凸強調画像をカラー化する。高さ画像生成部３５は、凹凸強調画像の各画素を積分することで各画素ごとに観察対象物Ｗの表面の高さを求め、当該高さを各画素とする高さ画像を生成する。高さ画像生成部３５は、高さ画像の各画素を、各画素の高さに応じて着色することでカラー高さ画像を生成してもよい。

＜深度合成と凹凸強調の原理＞
図４（Ａ）はリング照明２６の一部を点灯させることで第一照明方向から観察対象物Ｗに照明光を照射していることを示している。リング照明２６は、四つの光源領域１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃ、１４０Ｄを有している。つまり、リング照明２６は、四つの光源領域１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃ、１４０Ｄを選択的に点灯および消灯することで、四つの照明方向から照明光を観察対象物Ｗに照射できる。光源領域１４０Ａの照明方向と光源領域１４０Ｃの照明方向とは光軸Ａ１に対して対称となっている。光源領域１４０Ｂの照明方向と光源領域１４０Ｄの照明方向とは光軸Ａ１に対して対称となっている。図４（Ａ）では光源領域１４０Ａだけが点灯している。

図４（Ｂ）は第一照明方向から観察対象物Ｗに照明光を照射することで取得された輝度画像Ｉ１を示している。ＳＨは観察対象物Ｗの影を示している。

図４（Ｃ）は光源領域１４０Ｃだけを点灯することで第二照明方向から観察対象物Ｗに照明光を照射することを示している。図４（Ｃ）は第二照明方向から観察対象物Ｗに照明光を照射することで取得された輝度画像Ｉ２を示している。

図４（Ｅ）は第一照明方向から観察対象物Ｗに照明光を照射し、かつ、合焦位置を変えながら取得されたｎ個の第一輝度画像Ｉ１１～Ｉ１ｎを示している。深度合成部３３は、ｎ個の第一輝度画像Ｉ１１～Ｉ１ｎを深度合成することで、第一深度合成画像Ｉａ１を作成する。たとえば、深度合成部３３は、複数の第一輝度画像Ｉ１１～Ｉ１ｎにおいてそれぞれ画素位置が同じである複数の画素を解析し、当該複数の画素のうちで最も合焦度の高い画素を、当該画素位置における合焦画素として選択することで、複数の画素位置でそれぞれ合焦画素からなる第一深度合成画像Ｉ１ａを生成する。

図４（Ｆ）は第二照明方向から観察対象物Ｗに照明光を照射し、かつ、合焦位置を変えながら取得されたｎ個の第二輝度画像Ｉ２１～Ｉ２ｎを示している。深度合成部３３は、ｎ個の第二輝度画像Ｉ２１～Ｉ２ｎを深度合成することで、第二深度合成画像Ｉ２ａを作成する。たとえば、深度合成部３３は、複数の第二輝度画像Ｉ２１～Ｉ２ｎにおいてそれぞれ画素位置が同じである複数の画素を解析し、当該複数の画素のうちで最も合焦度の高い画素を、当該画素位置における合焦画素として選択することで、複数の画素位置でそれぞれ合焦画素からなる第二深度合成画像Ｉ２ａを生成する。

凹凸強調部３４は、第一深度合成画像Ｉ１ａと第二深度合成画像Ｉ２ａとを用いて凹凸強調画像を生成する。凹凸強調部３４は、第一深度合成画像Ｉ１ａと第二深度合成画像Ｉ２ａとの輝度の差分に基づき凹凸強調画像を生成する。

＜載置台の移動と画像の表示＞
ＵＩ部６５は、凹凸強調部３４により生成された凹凸強調画像を表示部２に表示する。ユーザは観察対象物Ｗの一部を拡大観察するために凹凸強調画像を利用する。ここで、観察対象物Ｗの複数の箇所が拡大観察の対象となる場合がある。この場合に、ユーザはコンソール部３を操作することで、載置台３０をＸ方向やＹ方向に移動させたり、θ方向に回転させたりする。ＣＰＵ６１はコンソール部３からＸ方向への移動指示が入力されると、載置台駆動部２９により載置台３０をＸ方向へ移動させ、ＣＰＵ６１はコンソール部３からＹ方向への移動指示が入力されると、載置台駆動部２９により載置台３０をＹ方向へ移動させる。このような移動指示が入力されている限り、ＣＰＵ６１は移動指示にしたがって連続的に載置台３０を移動する。ユーザによる移動指示の入力が停止すると、ＣＰＵ６１は載置台駆動部２９による載置台３０の移動を停止させる。

ここで、凹凸強調画像を生成するためには、ある程度の処理時間が必要となるため、載置台３０が移動している期間においては、ＵＩ部６５は、凹凸強調部３４により生成された凹凸強調画像を表示部２に表示できない。そこで、載置台３０が移動している期間において、ＵＩ部６５は、輝度画像生成部３１が生成した観察対象物Ｗの輝度画像を表示部２に表示する。これにより、ユーザは表示部２に表示された輝度画像を確認することで、次の観察部位が撮像部２５の視野範囲に位置しているかどうかを確認できるようになる。ここで、ＵＩ部６５は、一定時間ごとに観察対象物Ｗの輝度画像を更新することで、表示部２には動画のように観察対象物Ｗの輝度画像が表示される。ＣＰＵ６１は、移動指示の入力が停止したこと（載置台３０の停止）を検知すると、画像プロセッサ６６に凹凸強調画像の生成を指示する。これにより、上述した輝度画像の取得、深度合成、および凹凸強調画像が再度実行され、新たな観察位置での凹凸強調画像が表示部２に表示される。ユーザが凹凸強調画像の再生成を指示しなくても、載置台３０の停止に応じて、凹凸強調画像が再生成される。そのため、ユーザは効率よく複数の観察部位を観察できるようになろう。

＜凹凸強調画像の着色＞
凹凸強調画像を構成する各画素は、観察対象物Ｗの表面の凹凸を示しており、表面の色情報を含まない。そのため、ユーザは、観察部位の色と凹凸の位置との関係を把握しにくい。そこで、着色部３６は、リング照明２６の光源領域１４０Ａ～１４０Ｄをすべて点灯させ、撮像部２５に観察対象物Ｗを撮像させる。こにより、輝度画像生成部３１は観察対象物Ｗのカラー画像（輝度画像）を生成する。着色部３６は、カラー画像から色情報を取得し、凹凸強調画像に色情報をマッピングして凹凸強調画像をカラー化し、表示部２に表示する。これによりユーザは、観察部位の色と凹凸の位置との関係を把握しやすくなる。

＜ＨＤＲ処理＞
観察対象物Ｗの表面が金属である場合、輝度画像において白飛びした画素や黒つぶれした画素が発生することがある。このような場合に、最終的に生成される凹凸強調画像において凹凸を確認しにくくなる。そこで、ＨＤＲ処理部３２が採用されてもよい。ＨＤＲ処理部３２は、一つの合焦位置について、露光時間が異なる複数のサブ輝度画像を取得し、当該複数のサブ輝度画像をＨＤＲ処理することで一つの輝度画像を生成する。ＨＤＲ処理部３２は、合焦位置が変更されるたびに、露光時間が異なる複数のサブ輝度画像を取得し、当該複数のサブ輝度画像をＨＤＲ処理することで一つの輝度画像を生成する。これにより、第一輝度画像Ｉ１１～Ｉ１ｎと第二輝度画像Ｉ２１～Ｉ２ｎはいずれもＨＤＲ処理された画像となる。よって、深度合成部３３は、ＨＤＲ処理された第一輝度画像Ｉ１１～Ｉ１ｎを深度合成して、第一深度画像Ｉ１ａを生成し、ＨＤＲ処理された第二輝度画像Ｉ２１～Ｉ２ｎを深度合成して、第二深度画像Ｉ２ａを生成する。さらに、凹凸強調部３４は、ＨＤＲ処理された第一深度画像Ｉ１ａおよびＨＤＲ処理された第二深度画像Ｉ２ａを合成することで、ＨＤＲ処理された凹凸強調画像を生成する。これにより、白飛びや黒つぶれが発生しにくくなるため、ユーザは、凹凸強調画像を確認することで、観察対象物Ｗにおける凹凸をより正確に把握しやすくなろう。

＜高さ画像＞
上述された凹凸強調画像は観察対象物Ｗの表面の高さ情報を含まない。そのため、クレーター錯視が発生する。クレーター錯視とは、画像として凹形状と凸形状とが区別できないために、観察者が凹部と凸部とを誤って認識してしまう現象である。そこで、高さ画像生成部３５は、凹凸強調画像の各画素を積分することで各画素ごとに観察対象物Ｗの表面の高さを求め、当該高さを各画素とする高さ画像を生成し、表示部２に表示してもよい。さらに、高さ画像生成部３５は、高さ画像の各画素の高さデータを色情報に変換し、凹凸強調画像に対して色情報をマッピングすることで、高さに応じて異なる色で着色された凹凸強調画像を生成し、表示部２に表示してもよい。これにより、ユーザは、色情報に基づき観察対象物Ｗの表面における凹形状と凸形状とを区別しやすくなろう。

＜その他＞
図４においては光源領域１４０Ａ、１４０Ｃについて説明されたが、この説明は光源領域１４０Ｂ、１４０Ｄにも適用可能である。つまり、画像プロセッサ６６は、光源領域１４０Ａ、１４０Ｃとのペアを用いて凹凸強調画像を生成してもよいし、光源領域１４０Ｂ、１４０Ｄとのペアを用いて凹凸強調画像を生成してもよい。光源領域１４０Ｂの照明方向は第三照明方向と呼ばれてもよい。光源領域１４０Ｄの照明方向は第四照明方向と呼ばれてもよい。第三照明方向と第四照明方向とは光軸Ａ１を挟んで対称（線対称）となっている。

輝度画像生成部３１は、リング照明２６を制御することで観察対象物Ｗに対して第一照明方向および第二照明方向と異なる第三照明方向から照明光を観察対象物Ｗに対して照射する。輝度画像生成部３１は、Ｚ方向駆動部２８や撮像部２５を制御し、それぞれ異なる複数の合焦位置のそれぞれで観察対象物Ｗを撮像することで複数の第三輝度画像を取得する。同様に、輝度画像生成部３１は、リング照明２６を制御することで観察対象物Ｗに対して第四照明方向から照明光を観察対象物Ｗに対して照射する。輝度画像生成部３１は、Ｚ方向駆動部２８や撮像部２５を制御し、それぞれ異なる複数の合焦位置のそれぞれで観察対象物Ｗを撮像することで複数の第四輝度画像を取得する。画像プロセッサ６６は、第一照明方向、第二照明方向、第三照明方向および第四照明方向のうちＵＩ部６５により選択された照明方向に対応した凹凸強調画像を、複数の第一輝度画像、複数の第二輝度画像、複数の第三輝度画像および複数の第四輝度画像のうち選択された照明方向に対応した複数の輝度画像を用いて生成する。表示部２は、選択された照明方向に対応した凹凸強調画像を表示する。上述の実施形態では、第一照明方向が選択されているが、第二照明方向が選択されてもよい。この場合、（１）式におけるｉ１とｉ２とが入れ替わる。第三照明方向が選択された場合、（１）式において、第三輝度画像の各画素の輝度値がｉ１となり、第四輝度画像の各画素の輝度値がｉ２となる。第四照明方向が選択された場合、（１）式において、第四輝度画像の各画素の輝度値がｉ１となり、第三輝度画像の各画素の輝度値がｉ２となる。

＜変形例＞
上述した実施形態では深度合成が実行された後で凹凸強調が実行されている。しかし、凹凸強調が先に実行され、その後に深度合成が実行されてもよい。

凹凸強調部３４は、第一輝度画像Ｉ１１と第二輝度画像Ｉ２１とを用いてサブ凹凸強調画像Ｉ１ｘを生成する。同様に、凹凸強調部３４は、第一輝度画像Ｉ１２と第二輝度画像Ｉ２２とを用いてサブ凹凸強調画像Ｉ２ｘを生成する。以下の同様に繰り返し、最終的に、凹凸強調部３４は、第一輝度画像Ｉ１ｎと第二輝度画像Ｉ２ｎとを用いてサブ凹凸強調画像Ｉｘｎを生成する。これにより、深度合成部３３は、ｎ個のサブ凹凸強調画像Ｉｘ１～Ｉｘｎを深度合成し、最終的な凹凸強調画像を生成し、表示部２に表示する。

なお、リング照明２６は、対物レンズ２３の周囲に配置されていてもよいし、対物レンズ２３を通じて照明光を観察対象物Ｗに照射するように構成されていてもよい。

＜ユーザーインタフェース＞
図５はＵＩ部６５が表示部２に表示するユーザーインタフェース７０を示している。画像表示領域７１ａは、画像プロセッサ６６から表示制御部６３を通じて出力される画像を表示する。この画像は、観察対象物Ｗのライブ画像、深度合成された凹凸強調画像、観察対象物Ｗの表面の色に応じて着色された凹凸強調画像、高さデータに基づき着色されたか凹凸強調画像（カラー高さ画像）などである。載置台３０が移動していたり、対物レンズ２３の切り替えが指示されたりしたことを検知部６８が検知すると、ＵＩ部６５は、観察対象物Ｗのライブ画像を画像表示領域７１ａに表示する。倍率の変更が完了し、かつ、載置台３０が静止したことを検知部６８が検知すると、ＵＩ部６５は、深度合成された凹凸強調画像を画像表示領域７１ａに表示する。凹凸強調画像が表示されているときに載置台３０が移動することが検知されると、ＵＩ部６５は、ライブ画像を画像表示領域７１ａに表示する。照明方向選択部７２は、光源領域１４０Ａ～１４０Ｄに対応した四つのボタンを有している。上述したように、光源領域１４０Ａと光源領域１４０Ｃとがペアを形成しているため、光源領域１４０Ａに対応したボタンがポインタ７４により選択されると、光源領域１４０Ａの照明方向が第一照明方向に決定され、光源領域１４０Ｃの照明方向が第二照明方向に決定される。同様に、光源領域１４０Ｄに対応したボタンがポインタ７４により選択されると、光源領域１４０Ｄの照明方向が第一照明方向に決定され、光源領域１４０Ｂの照明方向が第二照明方向に決定される。倍率選択部７３は、レボルバ２１に装着された複数の対物レンズ２３のうち、いずれか一つの対物レンズ２３を選択するためのプルダウンリストである。たとえば、ＵＩ部６５は、レボルバ２１に取り付けられた複数の対物レンズ２３のそれぞれの倍率を対物レンズ２３の設定情報から取得し、プルダウンリストを作成する。ユーザがポインタ７４を操作していずれかの倍率を選択すると、ＵＩ部６５は選択された倍率（対物レンズ２３）をレボルバ駆動部２４に通知する。レボルバ駆動部２４は、通知された倍率の対物レンズ２３が撮影光軸Ａ１上に位置するようにレボルバ２１を回転させる。レボルバ駆動部２４は回転が終了すると、回転終了信号をＣＰＵ６１に出力する。検知部６８は、回転終了信号を受信すると、倍率変更が完了したと判定する。通常、倍率変更が完了すると、視野範囲内で観察部位の位置を調整することが必要となる。ユーザは、載置台３０が移動することで、視野範囲内の所望の位置に観察部位を位置づける。載置台３０が静止すると、ＵＩ部６５は、画像プロセッサ６６に凹凸強調画像の生成を指示する。ＵＩ部６５は、ライブ画像に代えて深度合成された凹凸強調画像を画像表示領域７１ａに表示する。

なお、凹凸強調画像の表示と、ライブ画像の表示とを明示的に切り換えるための切替ボタンがユーザーインタフェース７０に設けられてもよい。これによりユーザは、凹凸強調画像が完成した後に、凹凸強調画像とライブ画像とを切り換えて表示することで両者を対比してもよい。

図５においてテーブル選択部７８は、絞り量を決定するためのテーブルとして、深度優先テーブルと解像度優先テーブルとのどちらかを選択するために使用される。

図６はＵＩ部６５が表示部２に表示する他の例のユーザーインタフェース７０を示している。この例では、画像表示領域７１ａはライブ画像を表示し、画像表示領域７１ｂは、深度合成された凹凸強調画像、観察対象物Ｗの表面の色に応じて着色された凹凸強調画像、高さデータに基づき着色されたか凹凸強調画像（カラー高さ画像）などを表示する。図６において画像表示領域７１ａ、７１ｂは縦方向に並んでいるが、横方向に並べられてもよい。

着色指定部７６は、観察対象物Ｗの表面の色情報に基づいて、深度合成された凹凸強調画像に着色することを指示するためのラジオボタンと、観察対象物Ｗの表面の高さ情報に基づき、深度合成された凹凸強調画像に着色することを指示するためのラジオボタンと、着色しないことを指示するためのラジオボタンとを有している。ＵＩ部６５は着色指定部７６において指定された着色指示を画像プロセッサ６６に通知する。着色指定部７６は、図５に示されたユーザーインタフェース７０にも設けられてもよい。深度合成指示部７７は、深度合成を有効にするか無効にするかを指定するためのチェックボックスである。深度合成指示部７７において深度合成が無効にされている場合、凹凸強調部３４は、（１）式にしたがって、第一輝度画像と第二輝度画像とを用いて凹凸強調画像を生成する。この場合、画像表示領域７１ｂは、深度合成されていない凹凸強調画像を表示する。

＜拡大観察処理のフローチャート＞
図７は拡大観察処理を示すフローチャートである。マウス４またはコンソール部３により開始が指示されると、ＣＰＵ６１は以下の処理を実行する。

凹凸強調画像が画像表示領域７１に表示されている場合で説明する。

Ｓ０でＣＰＵ６１はマウス４またはコンソール部３などにより入力される移動指示にしたがって載置台駆動部２９を制御し、載置台３０を移動させる。

Ｓ１で移動開始が検知されると、画像表示領域７１にはライブ画像が表示される。つまり、ＣＰＵ６１は撮像制御部６２および照明制御部６４を介して撮像部２５およびリング照明２６を制御し、観察対象物Ｗを撮像させ、画像プロセッサ６６を制御し、観察対象物Ｗのライブ画像（一定時間ごとに更新される輝度画像）を生成させ、表示制御部６３を介して表示部２にライブ画像を表示させる。ライブ画像は画像表示領域７１に表示される。照明制御部６４は、ライブ画像のために四つの光源領域１４０Ａ～１４０Ｄをすべて点灯する。ユーザはライブ画像を見ながら、撮像部２５の視野範囲内に観察対象物Ｗが入るように載置台３０をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、θ方向に移動させる。

Ｓ２でＣＰＵ６１は検知部６８を用いて載置台３０の移動が終了したかどうかを判定する。たとえば、マウス４またはコンソール部３などによる移動指示の入力が終了し、かつ、一定時間が経過するか、または、明示的な撮像指示が入力されると、ＣＰＵ６１（検知部６８）は載置台３０の移動が終了したと判定する。ＣＰＵ６１は、載置台３０の移動が終了したと判定すると、Ｓ３に進む。

Ｓ３でＣＰＵ６１は移動終了したときのライブ画像を画像表示領域７１に表示する。仮にＳ４からＳ１０までの期間において表示領域に観察対象物Ｗの画像が表示されないと、ユーザは観察対象物Ｗを把握しにくくなってしまう。そのため、ＣＰＵ６１は、凹凸強調画像を生成中に、必要に応じて凹凸強調画像を生成する直前の観察対象物Ｗの画像を画像表示領域７１に表示してもよい。

Ｓ４でＣＰＵ６１は第一照明方向についてそれぞれ合焦位置が異なる複数の第一輝度画像Ｉ１１～Ｉ１ｎを生成する。照明制御部６４は、光源領域１４０Ａ～１４０Ｄのうち第一照明方向に対応する一つの光源領域を点灯させる。撮像制御部６２は、Ｚ方向駆動部２８を通じて対物レンズ２３の合焦位置を少しずつ変えながら撮像部２５および輝度画像生成部３１に第一輝度画像Ｉ１１～Ｉ１ｎを取得させる。

Ｓ５でＣＰＵ６１は第二照明方向についてそれぞれ合焦位置が異なる複数の第二輝度画像Ｉ２１～Ｉ２ｎを生成する。照明制御部６４は、光源領域１４０Ａ～１４０Ｄのうち第二照明方向に対応する一つの光源領域を点灯させる。撮像制御部６２は、Ｚ方向駆動部２８を通じて対物レンズ２３の合焦位置を少しずつ変えながら撮像部２５および輝度画像生成部３１に第二輝度画像Ｉ２１～Ｉ２ｎを取得させる。

Ｓ６でＣＰＵ６１は深度合成部３３を用いて第一輝度画像Ｉ１１～Ｉ１ｎを深度合成することで第一照明方向についての第一深度画像Ｉ１ａを生成する。

Ｓ７でＣＰＵ６１は深度合成部３３を用いて第二輝度画像Ｉ２１～Ｉ２ｎを深度合成することで第二照明方向についての第二深度画像Ｉ２ａを生成する。

Ｓ８でＣＰＵ６１は凹凸強調部３４を用いて第一深度画像Ｉ１ａと第二深度画像Ｉ２ａとに基づき凹凸強調画像を生成する。

Ｓ９でＣＰＵ６１は着色部３６または高さ画像生成部３５を用いて凹凸強調画像を着色する。これにより、観察対象物Ｗの表面の色が凹凸強調画像に付与されたり、高さ画像から取得した高さデータに応じて凹凸強調画像に着色が施されたりする。着色処理を実行するか否かと何の着色処理を実行するかは、着色指定部７６においてどのラジオボタンが押されているかに依存する。

Ｓ１０でＣＰＵ６１はＵＩ部６５および表示制御部６３を通じて表示部２に凹凸強調画像を表示する。つまり、画像表示領域７１ａには観察対象物Ｗのライブ画像に代えて凹凸強調画像が表示される。なお、図６に示されたユーザーインタフェース７０では、画像表示領域７１ａに観察対象物Ｗのライブ画像が表示され、画像表示領域７１ｂに深度合成された凹凸強調画像が表示される。

Ｓ１１でＣＰＵ６１は拡大観察処理の終了指示が入力されたかどうかを判定する。マウス４などから終了指示が入力されると、ＣＰＵ６１は拡大観察処理を終了する。終了指示が入力されていなければ、ＣＰＵ６１はＳ１２に進む。

Ｓ１２でＣＰＵ６１は検知部６８を用いてマウス４などから載置台３０の移動指示または倍率変更指示が入力されているかどうかを判定する。移動指示と倍率変更指示との両方ともが入力されていなければ、ＣＰＵ６１はＳ１１に戻る。移動指示または倍率変更指示が入力されれば、ＣＰＵ６１はＳ１に戻り、観察対象物Ｗのライブ画像を表示部２に表示する。その後、載置台３０の移動が停止すると、ＣＰＵ６１は凹凸強調画像の生成を再度実行する。

＜ヘッド部２２の内部構成＞
図８はヘッド部２２の内部構成を示している。レボルバ２１は少なくとも三つのマウント５０ａ、５０ｂ、５０ｃを有している。マウント５０ａ、５０ｂ、５０ｃにはそれぞれ対物レンズ２３ａ、２３ｂ、２３ｃが接続されている。対物レンズ２３ａは、たとえば、低倍率の対物レンズである。対物レンズ２３ａの瞳位置には電動絞り３７ａが設けられている。電動絞り３７ａはモータなどにより駆動されて絞り量が変化する可変絞りである。この例では、対物レンズ２３ａが観察光軸Ａ１に配置されている。対物レンズ２３ａの鏡筒の周囲にはリング照明２６が設けられている。対物レンズ２３ｂも電動絞り３７ｂを有しているが、リング照明２６を有していない。対物レンズ２３ｃの瞳位置は鏡筒の外部に存在するため、鏡筒内には絞りが設けられていない。電動絞り３７ｃは、対物レンズ２３とハーフミラー３８との間に配置された絞りである。この例では、電動絞り３７ｃは対物レンズ２３ｃの瞳位置に設けられている。ハーフミラー３８は観察光軸Ａ１に配置されており、同軸落射照明２７からの照明光を対物レンズ２３に導く。ハーフミラー３８は、対物レンズ２３からの入射光を、結像レンズ４１などを介して撮像部２５へ導く。同軸落射照明２７とハーフミラー３８との間には集光レンズ３９が配置されている。同軸落射照明２７と集光レンズ３９との間には電動絞り３７ｄが配置されている。電動絞り３７ａ～３７ｄはＣＰＵ６１の撮像制御部６２により制御される。

結像レンズ群は、狭視野の結像レンズ４１ａ、広視野の結像レンズ４１ｂ、レンズアダプタ４３を有している。結像レンズ４１ａと結像レンズ４１ｂはスライド部材４９ａに保持されている。結像レンズ４１ａ、結像レンズ４１ｂ、レンズアダプタ４３の各瞳位置が電動絞り３７ｃの設置位置となるように、結像レンズ４１ａ、結像レンズ４１ｂ、レンズアダプタ４３は設計されている。スライド部材４９ａはフレーム４０ａに対してスライド可能に保持されている。この例ではスライド部材４９ａは結像レンズ駆動部４２により駆動されることで、図８において左右にスライドする。なお、図８における左右は、拡大観察装置１００の前後に相当する。フレーム４０ａの両端には停止部材４４ａ、４４ｂが設けられている。図９が示すように、スライド部材４９ａが停止部材４４ｂに接触して停止することで、結像レンズ４１ａが観察光軸Ａ１に位置決めされる。図１０が示すように、スライド部材４９ａが停止部材４４ａに接触して停止することで、結像レンズ４１ｂが観察光軸Ａ１に位置決めされる。レンズアダプタ４３はスライド部材４９ｂに保持されている。スライド部材４９ｂはフレーム４０ｂに対してスライド可能に保持されている。この例ではスライド部材４９ｂは結像レンズ駆動部４２により駆動されることで、図８において左右にスライドする。なお、レンズアダプタ４３は結像レンズ４１ａと組み合わされて使用される。レンズアダプタ４３は、たとえば、倍率を二倍等に変更するレンズである。図９、図１０が示すように、スライド部材４９ｂが停止部材４４ｃに接触して停止することで、レンズアダプタ４３が観察光軸Ａ１から離間する。図１１が示すように、スライド部材４９ｂが停止部材４４ｄに接触して停止することで、レンズアダプタ４３が観察光軸Ａ１に位置決めされる。

図１２は、ヘッド部２２がチルトしていない状態における結像レンズ４１ａ、結像レンズ４１ｂおよびフレーム４０ａおよび停止部材４４ａ、４４ｂを示している。スライド部材４９ａの図示は省略されている。図１３は、ヘッド部２２がチルトしている状態における結像レンズ４１ａ、結像レンズ４１ｂ、フレーム４０ａおよび停止部材４４ａ、４４ｂを示している。図１２と図１３とからわかるように、結像レンズ４１ａおよび結像レンズ４１ｂのスライド方向とチルト軸とは平行である。そのため、ヘッド部２２がチルトしても、結像レンズ４１ａと結像レンズ４１ｂはスライドしにくくなっている。なお、レンズアダプタ４３とスライド部材４９ｂについても同様である。さらに、スライド方向と鉛直方向とが直交することで、ヘッド部２２がチルトしても、結像レンズ４１ａ、４１ｂにかかる重力は変化しない。これは、スライド部材４９をスライドさせるモータの負荷が重力の影響を受けないことを意味する。

このように結像レンズ４１の切替方式としてスライド方式が説明された。スライド方式では、停止部材４４によって結像レンズ４１やレンズアダプタ４３が位置決めされるため、スライド部材４９をスライドさせるためのギア機構のバックラッシュの影響を受けにくい。スライド方式に代えて、レボルバ方式などが採用されてもよい。

レンズアダプタ４３は倍率変換アダプタとして機能する。結像レンズ４１ａ、４１ｂの焦点位置が撮像部２５のＣＭＯＳセンサの受光面に一致するように結像レンズ４１ａ、４１ｂは保持されている。

スライド方式ではフレーム４０に対して三つ以上の結像レンズ４１を保持させてもよい。しかし、停止部材４４による位置決め機構を採用する場合、一つのフレーム４０に対して二つの結像レンズ４１が保持される。結像レンズ４１の切り替えによる三段階以上の観察倍率切替を実現するために、フレーム４０の多段化が採用されてもよい。たとえば、フレーム４０ｂにそれぞれ倍率の異なる二つのレンズアダプタ４３が搭載されてもよい。なお、結像レンズ４１ａにレンズアダプタ４３が組み合わされたときの焦点位置はやはりＣＭＯＳセンサの受光面に一致するようにレンズアダプタ４３が設計されている。これにより、レンズアダプタ４３が観察光軸Ａ１に配置されてもピントのずれは発生しない。

＜対物レンズ＞
図１４、１５は対物レンズ２３とマウント５０との関係を示している。対物レンズ２３は接続部５９を有している。接続部５９はマウント５０に対して嵌合または螺合することで、対物レンズ２３をレボルバ２１に固定する。接続部５９とマウント５０の固定方式としては、たとえば、螺合式とバヨネット式とがある。螺合式では、接続部５９に設けられた内ねじと、マウント５０に設けられた外ねじとが螺合する。図１５が示すように、接続部５９はフランジ７５を有している。フランジ７５のフランジ面は光軸に対して垂直である。これにより、観察光軸Ａ１に対して対物レンズ２３の光軸を位置決めしやすくなる。フランジ７５は位置決め穴４５と電子接点４６とを有している。図１４が示すように、レボルバ２１に設けられた位置決めピン５１が位置決め穴４５に挿入されることで、対物レンズ２３がレボルバ２１に対して位置決めされる。電子接点４６ａはレボルバ２１側の電子接点４６ｂと電気的に接続する。電子接点４６ａ、４６ｂは電力供給用の接点や通信用の接点などを含む。制御基板４７は、電子接点４６ａ、４６ｂを介してＣＰＵ６１から制御信号を受信し、制御信号にしたがって電動絞り３７ａを駆動するモータ４８やリング照明２６を制御する。制御基板４７は、ＣＰＵ、通信回路、メモリ、光源を駆動する駆動回路、モータ４８を駆動する駆動回路などを有していてもよい。制御基板４７の通信回路はＣＰＵ６１から識別情報の要求を受信すると、メモリから識別情報を読み出して、ＣＰＵ６１に送信する。このように、メモリは対物レンズ２３の識別情報などを記憶している。電動絞り３７ａはモータ４８と絞り羽とを含む。

＜同軸落射照明＞
図１６は同軸落射照明２７における光源の配置を示している。光源群５４ａは第一照明方向から照明光を観察対象物Ｗに照射するための複数のＬＥＤ５３ａ、５３ｅ、５３ｆ、５３ｉ、５３ｊ、５３ｋ、５３ｑを有している。光源群５４ｃは第二照明方向から照明光を観察対象物Ｗに照射するための複数のＬＥＤ５３ｃ、５３ｅ、５３ｇ、５３ｈ、５３ｍ、５３ｎ、５３ｏを有している。光源群５４ｂは第三照明方向から照明光を観察対象物Ｗに照射するための複数のＬＥＤ５３ｂ、５３ｅ、５３ｇ、５３ｌ、５３ｋ、５３ｍを有している。光源群５４ｄは第四照明方向から照明光を観察対象物Ｗに照射するための複数のＬＥＤ５３ｄ、５３ｅ、５３ｈ、５３ｉ、５３ｏ、５３ｐ、５３ｑを有している。

たとえば、高倍率観察ではＬＥＤ５３ｅだけが点灯してもよい。高倍率の対物レンズ２３を用いて第一照明方向から照明光を偏射する場合には、ＬＥＤ５３ａだけが点灯してもよい。高倍率の対物レンズ２３を用いて第二照明方向から照明光を偏射する場合には、ＬＥＤ５３ｃだけが点灯してもよい。中倍率の対物レンズ２３を用いて第一照明方向から照明光を偏射する場合には、ＬＥＤ５３ａ、５３ｊが同時に点灯してもよい。中倍率の対物レンズ２３を用いて第二照明方向から照明光を偏射する場合には、ＬＥＤ５３ｃ、５３ｎが同時に点灯してもよい。

ところで、低倍率の対物レンズのワーキングディスタンスは長く、高倍率の対物レンズのワーキングディスタンスは短い。そのため、低倍率の対物レンズ２３ａはリング照明２６を採用することで、観察対象物Ｗの表面観察と凹凸観察が実現可能となる。一方、高倍率の対物レンズ２３にリング照明２６を採用すると、暗視野観察となる。そのため、エッジ部分のみが光り、表面からの反射光が得にくくなる。そのため、高倍率の対物レンズ２３に同軸落射照明２７を適用することで、観察対象物Ｗの表面観察が実現される。

図４を用いて説明したように、リング照明２６を用いて二方向から照明光を偏射することで凹凸強調画像が得られる。そこで、同軸落射照明２７についても二方向から照明光を偏射することで高倍率の対物レンズ２３でも凹凸強調画像が得られるようになる。同軸落射照明２７を用いた偏射はハレーション除去された観察画像を生成するために利用されてもよい。同軸落射照明２７を用いた深度合成も実現可能である。

＜リング照明＞
図１７は、低倍率の対物レンズ２３に採用されるリング照明２６の構造を示している。複数のＬＥＤ５５はリング状の基板上に取り付けられている。ＬＥＤ５５から出力された照明光は集光レンズ５６により集光され、照明レンズ５７を介して観察対象物Ｗに照射される。集光レンズ５６と照明レンズ５７との間には拡散板５８が採用されてもよい。ＬＥＤ５５は一次光源として機能するが、拡散板５８は二次光源として機能する。照明レンズ５７は二次光源からの照明光をリレーするリレーレンズとして機能している。これらにより、リング照明２６はケーラー照明に近い照明を実現している。照明レンズ５７は径方向にのみ曲率を有するため、光量ロスが発生しうる。そこで、半径方向に曲率を持たせるために、集光レンズ５６としてトロイダルレンズが採用されてもよい。これにより光量ロスが軽減される。

図１８は、高倍率の対物レンズ２３に採用されるリング照明２６の構造を示している。複数のＬＥＤ５５はリング状の基板上に取り付けられている。ＬＥＤ５５から出力された照明光は集光レンズ５６により集光され、照明レンズ５７と拡散板５８を介して観察対象物Ｗに照射される。図１８においては照明レンズ５７がミラーにより構成されている。高倍率の対物レンズ２３では狭い視野に効率よく照明光を集中させなければならない。光量ロスを軽減するには、ＬＥＤ５５からの光をできる限り平行光として観察対象物Ｗに照射することが求められる。そのため、照明光は対物レンズ２３の外周から視野領域に向かって強く屈折しなければならない。そこで、照明レンズ５７として、高屈折率の材料が採用されるか、反射光学系が採用される。ただし、このような光学部品を採用すると、光源が視野領域に写り込んでしまう可能性がある。これを解決するために、拡散板５８が採用されている。

このように対物レンズ２３のＮＡ（開口数）や視野に合わせてリング照明２６が設計される。なお、一つのＬＥＤ５５につき一つの集光レンズ５６が設けられることで、導光効率が向上する。

＜照明の自動切替＞
複数の種類の照明装置を有している拡大観察装置１００ではユーザが点灯すべき照明装置を選択する作業が必要となる。しかし、対物レンズ２３の倍率ごとに適切な照明装置は異なるため、ユーザにとって適切な照明装置を選択することは困難な場合があった。

図１９は照明の自動切替を示すフローチャートである。Ｓ２１でＣＰＵ６１はコンソール部３などからレボルバ２１の回転指示（倍率切替指示）が入力されたかどうかを判定する。回転指示が入力されると、ＣＰＵ６１は、回転指示に基づいてレボルバ駆動部２４を制御し、レボルバ２１を回転させ、Ｓ２２に進む。

Ｓ２２でＣＰＵ６１は対物レンズ２３の識別情報を取得する。たとえば、ＣＰＵ６１は電子接点４６ａ、４６ｂを介して制御基板４７と通信することで、制御基板４７のメモリに保持されている識別情報を取得してもよい。識別情報は、対物レンズ２３の機種名を示す情報であってもよいし、対物レンズ２３の倍率を示す倍率情報、照明装置の有無または種類を示す照明情報などを含んでもよい。ＣＰＵ６１は、対物レンズ２３の機種名に基づき、対応する倍率情報や照明情報を記憶部６７から取得してもよい。

Ｓ２３でＣＰＵ６１は対物レンズ２３の識別情報に基づき照明を選択する。たとえば、対物レンズ２３がリング照明２６を有していることを識別情報が直接的または間接的に示している場合、ＣＰＵ６１はリング照明２６を照明装置として選択する。対物レンズ２３がリング照明２６を有していないことを識別情報が直接的または間接的に示している場合、ＣＰＵ６１は同軸落射照明２７を照明装置として選択する。直接的とは、対物レンズ２３から取得される識別情報に、リング照明２６の有無を示す情報が含まれていることを示す。間接的とは、対物レンズ２３から取得される識別情報にリング照明２６の有無を示す有無情報が含まれていないものの、対物レンズ２３から取得される識別情報に紐付されている有無情報が記憶部６７などから取得可能であることを示す。

Ｓ２４でＣＰＵ６１はユーザにより選択された観察手法に基づき点灯すべき光源と、同時に点灯する各光源の照明光量とを決定する。観察手法としては、たとえば、表面観察と凹凸観察とがあってもよい。また、表面観察には、表面反射による白飛びを軽減するモード（ハレーション除去）などが含まれてもよい。

対物レンズ２３ａを用いた表面観察が指定されると、ＣＰＵ６１は、リング照明２６を選択する。また、ＣＰＵ６１は、光源領域１４０Ａ～１４０Ｄを同時に点灯させることを選択し、光源領域１４０Ａ～１４０Ｄの照明光量の合計値が所定光量となるように、光源領域１４０Ａ～１４０Ｄの各照明光量を決定する。なお、ユーザによりハレーション除去が選択されると、ＣＰＵ６１は光源領域１４０Ａ～１４０Ｄを一つずつ点灯させて、四つの輝度画像を生成する。画像プロセッサ６６は、四つの輝度画像における同一位置の四つの画素の輝度値を比較し、最も輝度値の大きな画素を除いた残りの三つの画素を用いてその位置の画素の輝度値を演算（例：平均値演算）する。この場合、光源領域１４０Ａ～１４０Ｄを一つずつ点灯するため、光源領域１４０Ａ～１４０Ｄの各照明光量が所定光量となるようにＣＰＵ６１は照明光量を決定する。凹凸観察が選択されると、ＣＰＵ６１は、凹凸観察に使用される光源領域１４０Ａ、１４０Ｃ（または光源領域１４０Ｂ、１４０Ｄ）の各照明光量が所定光量となるようにＣＰＵ６１は照明光量を決定する。

対物レンズ２３ｂ、２３ｃが選択されると、ＣＰＵ６１は同軸落射照明２７を選択する。表面観察において、最高倍率の対物レンズ２３が選択されると、ＣＰＵ６１はＬＥＤ５３ｅだけを選択して点灯させてもよい。ＣＰＵ６１はＬＥＤ５３ｅの照明光量が所定量となるようにＬＥＤ５３ｅに流れる駆動電流を制御する。凹凸観察において高倍率の対物レンズ２３が選択されると、ＣＰＵ６１はＬＥＤ５３ａ、５３ｃのペア（またはＬＥＤ５３ｂ、５３ｄのペア）を選択して点灯させる。

中倍率の対物レンズ２３において表面観察が選択されると、ＣＰＵ６１は、ＬＥＤ５３ａ～５３ｉを選択し、これらの合計光量が所定光量となるように、ＬＥＤ５３ａ～５３ｉの各駆動電流を制御する。中倍率の対物レンズ２３において凹凸観察が選択されると、ＣＰＵ６１は、ＬＥＤ５３ａ、５３ｃのペア（またはＬＥＤ５３ｂ、５３ｄのペア）を選択して点灯させる。ＬＥＤ５３ａ、５３ｃは同時に点灯しないため、ＬＥＤ５３ａ、５３ｃの各光量が所定光量となるようにＣＰＵ６１はそれぞれの駆動電流を制御する。

リング照明２６を有しない低倍率の対物レンズ２３において表面観察が選択されると、ＣＰＵ６１は、ＬＥＤ５３ａ～５３ｑを選択し、これらの合計光量が所定光量となるように、ＬＥＤ５３ａ～５３ｑの各駆動電流を制御する。低倍率の対物レンズ２３において凹凸観察が選択されると、ＣＰＵ６１は、ＬＥＤ５３ａ、５３ｊと、ＬＥＤ５３ｃ、５３ｎとからなるペア（またはＬＥＤ５３ｂ、５３ｌと、ＬＥＤ５３ｄ、５３ｐとのペア）を選択して点灯させる。ＬＥＤ５３ａ、５３ｊは同時に点灯するため、ＬＥＤ５３ａ、５３ｊの合計光量が所定光量となるように、ＣＰＵ６１はＬＥＤ５３ａ、５３ｊの駆動電流を制御する。同様に、ＬＥＤ５３ｃ、５３ｎは同時に点灯するため、ＬＥＤ５３ｃ、５３ｎの合計光量が所定光量となるように、ＣＰＵ６１はＬＥＤ５３ｃ、５３ｎの駆動電流を制御する。

なお、対物レンズ２３の種類や観察手法に依存して、リング照明２６と同軸落射照明２７との両方が点灯してもよい。

＜絞り量の決定＞
金属顕微鏡や生物顕微鏡は無限遠補正光学系を採用している。無限遠補正光学系は、固定焦点距離の結像レンズ（焦点距離ｆｔ）と、レボルバによって切り替え可能な複数の固定焦点距離の対物レンズ（焦点距離ｆｏ）とを有している。倍率Ｍは、焦点距離ｆｔを焦点距離ｆｏで除算することで算出される。複数の対物レンズは、その取付部から焦点位置までの距離が同一（同焦点距離）となるように設計されている。これにより、対物レンズが切り替えられてもピントずれが発生しない。

一般に、対物レンズの倍率Ｍ（例：５倍、１０倍、１００倍など）は、それらの対物レンズを、顕微鏡に備わっている結像レンズに組み合わせたときの観察倍率を示している。たとえば、一般的な顕微鏡の結像レンズ（ｆｔ＝１８０ｍｍ）に焦点距離ｆｏが１８ｍｍの対物レンズを組み合わせられると、観察倍率は１０倍となる。

このような光学系では、観察倍率に応じた専用の対物レンズが用意される。つまり、使用目的に応じた解像度や作動距離の対物レンズが設計される。そのため、観察倍率の数だけ対物レンズが必要となり、顕微鏡システムが大掛かりで、かつ、高価になる。

一方、実体顕微鏡では、結像レンズとして、１倍から１０倍まで倍率を可変できるズーム光学系が採用されることがある。これにより、１本の対物レンズによって幅広い倍率帯がカバー可能となる。ただし、ズーム操作によってズームレンズ内のレンズが移動すると共に、結像光学系と対物レンズとの間に存在する、解像度制御のための絞りの径（絞り量）が変更され、開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）が変更される。一般的に低倍率（広視野）だと絞り径は小さく、高倍率（挟視野）だと絞り径は大きくなる。ズームレンズに対して、倍率の異なる複数の対物レンズを組み合わせることで、１倍から１００倍までの観察倍率がカバーされてもよい。ただし、結像レンズの入射瞳位置はズーム倍率によって大きく変化するため、対物レンズの射出瞳位置と一致しなくなってしまう。これは視野の外周での光量低下（シェーディング）やテレセントリック性の劣化を招く。観察倍率に応じて適切な解像度を設定するためには、対物レンズの射出瞳位置に対応する位置に設けられた電動絞りを制御して、対物レンズの開口数が変更される必要がある。しかし、射出瞳位置は対物レンズの設計によって異なる。低倍率の対物レンズでは対物レンズの外側に射出瞳位置が存在し、高倍率の対物レンズでは内部に射出瞳位置が存在する。そのため、複数の対物レンズを切り替えて使用する切替式では、複数の対物レンズに好適な絞り位置でのＮＡ制御を単一の絞により提供することができない。よって、シェーディングやテレセントリック性の劣化が発生しうる。

そこで、本実施形態では、焦点距離を変更可能な結像レンズ群を有し、ユーザの倍率指定指示に基づき結像レンズの焦点距離が設定される。また、複数の電動絞りのうち対物レンズに対して適切な位置に配置された電動絞りが制御される。電動絞りの絞り量は、対物レンズの倍率に対して適切となるように決定される。電動絞りは対物レンズの光学設計上の開口位置（瞳位置）に相当する位置に設置される。図８に示したように、電動絞り３７ａは対物レンズ２３ａの瞳位置に設置されている。電動絞り３７ｂは対物レンズ２３ｂの瞳位置に設置されている。電動絞り３７ｃは対物レンズ２３ｃの瞳位置に設置されている。結像レンズ４１の入射瞳位置が電動絞り３７ｃの近傍になるように結像レンズ４１を設計できるため、画質の向上に役立つ。

ところで、絞り量はユーザが求める解像度に応じて決定される。また、解像度は開口数ＮＡに相関する。撮像部２５側の光学分解能（像側ＮＡｉ）が一定となるようにＣＰＵ６１は絞り量を決定してもよい。
ＮＡｉ＝ＮＡｏ／Ｍ・・・（１）
ここでＮＡｏは対物レンズ側のＮＡである。Ｍは観察倍率である。この場合に絞り量φは次式により求められる。
φ＝ＮＡｉ／ｆｔ・・・（２）
これは焦点距離が２倍になったら瞳径も２倍にするように絞り量を制御することで、像側ＮＡｉが一定になることを意味している。
ここで像側ＮＡｉは次のようにして決定されうる。
（ｉ）ユーザが分解能（像側ＮＡｉ）を直接指定する。
（ｉｉ）撮像部２５の画素数に基づいて像側ＮＡｉを計算する。
（ｉｉｉ）解像度と被写界深度とについてのユーザの要求に基づき像側ＮＡｉを決定する。
（ｉｖ）各対物レンズと各観察倍率に応じて求められる光学特性を考慮して予め作成されたテーブルに基づき観察倍率を像側ＮＡｉに変換する。

被写界深度（ピントの深さ）はＮＡｏの自乗に反比例する。顕微鏡においては低倍率で視野を探す際に被写界深度が深いことが好まれる。

●テーブルの例
図２０は観察倍率Ｍを像側ＮＡｉに変換するテーブルの一例を示している。テーブルＣ１は、観察倍率Ｍに依存することなく一定の像側ＮＡｉを出力するテーブルである。テーブルＣ２は低倍率側で深度を優先して像側ＮＡｉを小さくし、高倍率側で解像度を優先して像側ＮＡｉを大きくするテーブルである。テーブルＣ３は、ある倍率までは一定の像側ＮＡｉを出力するが、ある倍率を超えると徐々に像側ＮＡｉを減少させるテーブルである。高倍率の対物レンズ２３においては、理論上、ＮＡｏが０．９５以下となる。これは、倍率が大きくなると瞳径を大きく取ることができなくなることを意味する。対物レンズ２３の特性に依存してテーブルＣ３が採用されてもよい。

●撮像制御部
図２１は撮像制御部６２を説明する図である。対物レンズ認識部８１は、対物レンズ２３と通信することで対物レンズ２３の識別情報を取得し、識別情報に基づき対物レンズ２３を認識する。ＵＩ部６５は、倍率選択部７３を通じて観察倍率Ｍを受け付けたり、テーブル選択部７８を通じて深度優先テーブル８４と解像度優先テーブル８５とのうちのどちらかの選択を受け付けたりする。なお、ＵＩ部６５は、像側ＮＡｉの入力を受け付けたり、解像度と被写界深度とについてのユーザの要求を受け付けたりしてもよい。

結像レンズ決定部８２はＵＩ部６５を通じて入力された観察倍率Ｍと、対物レンズ認識部８１により認識された対物レンズ２３の焦点距離ｆｏとに基づき、結像レンズ４１の焦点距離ｆｔを求める。さらに、結像レンズ決定部８２は、求められた焦点距離ｆｔの結像レンズ４１が観察光軸Ａ１に位置するように結像レンズ駆動部４２を制御する。なお、結像レンズ決定部８２は、記憶部６７に記憶されている結像レンズ情報８６を参照することで、結像レンズ４１ａ、４１ｂ、レンズアダプタ４３の各焦点距離ｆｔを取得する。絞り量決定部８３は、ＵＩ部６５で受け付けられた観察倍率Ｍとユーザの好み（深度優先／場解像度優先など）に基づき絞り量φを決定する。たとえば、ユーザの好みが深度優先であれば、絞り量決定部８３は、記憶部６７に保持されている深度優先テーブル８４を参照し、入力された観察倍率Ｍに対応する像側ＮＡｉを決定し、さらに、像側ＮＡｉと結像レンズ４１の焦点距離ｆｔとから絞り量φを決定する。ユーザの好みが解像度優先であれば、絞り量決定部８３は、記憶部６７に保持されている解像度優先テーブル８５を参照し、入力された観察倍率Ｍに対応する像側ＮＡｉを決定し、さらに、像側ＮＡｉと結像レンズ４１の焦点距離ｆｔとから絞り量φを決定する。絞り量決定部８３は、対物レンズ認識部８１により認識された対物レンズ２３に対応する電動絞り３７に絞り量φを設定する。

●デジタルズーム
撮像部２５と画像プロセッサ６６を採用しているため、デジタルズームが容易に実現可能である。撮像部２５の画素数（例：１０メガピクセル）と比較して、表示部２の画素数（例：２メガピクセル）は少ない。表示部２に全視野を表示することがユーザにより指示されると、画像プロセッサ６６は画像をデジタル縮小して表示部２に表示してもよい。この場合、観察視野が変わるため、絞り量決定部８３は、視野が狭くなるにつれて連続的に絞り量を小さくしてもよい。これにより、ズームレンズの倍率切替のような連続的な視野の切替と解像度の変更が実現されてもよい。

●シームレスな倍率変更
観察倍率Ｍは、結像レンズ４１の焦点距離と対物レンズ２３の焦点距離との組み合わせにより実現される。しかし、結像レンズ４１の数と対物レンズ２３のとは有限であることから、結像レンズ４１の焦点距離と対物レンズ２３の焦点距離との組み合わせにより実現不可能な観察倍率Ｍもある。この場合、画像プロセッサ６６は、ユーザにより指定された観察倍率Ｍの画像が表示部２に表示されるよう、撮像部２５により取得された画像をデジタル拡大／縮小してもよい。これによりシームレスな倍率変更が実現されてもよい。

画像プロセッサ６６は、第一の焦点距離の結像レンズ４１ａを第二の焦点距離の結像レンズ４１ｂに切り替えるが開始されてから完了するまでの切替期間において、結像レンズ４１ａを用いて取得された画像に基づき、結像レンズ４１ｂによる観察倍率の画像を疑似的に生成して、表示部２に表示してもよいし、拡大・縮小を示すアニメーションを表示してもよい。

対物レンズ２３と結像レンズ４１の組み合わせを変更すると、画像の明るさが変化する。そこで、ＣＰＵ６１は、絞り量φ、対物レンズ２３の焦点距離、および結像レンズ４１の焦点距離から画像の明るさの変化量を計算し、変化量を補償するように照明光量を補正してもよい。

●同軸落射照明の絞り
射出瞳径の小さい対物レンズ２３を使用するケースや、広視野観察および深度優先観察のために対物レンズ２３の電動絞りを絞るケースでは、同軸落射照明２７で照明を行うことがある。この場合、同軸落射照明２７は瞳径の外部に照明光を照射することになるため、対物レンズ２３の電動絞りなどで反射した光により不必要な迷光が発生する。このような迷光は画像のコントラストを低下させる。

そこで、図８が示すように、同軸落射照明２７の開口絞りとして電動絞り３７ｄが設けられてもよい。撮像制御部６２は、電動絞り３７ｄを制御することで、同軸落射照明２７の光束径を、現在の観察状態の射出瞳径と略同一に制御する。これにより同軸落射照明２７に起因した迷光が生じにくくなり、画像のコントラスが向上する。現在の観察状態の射出瞳径は、観察光軸Ａ１に配置された対物レンズ２３の射出瞳系である。電動絞り３７ａ、３７ｂ、３７ｃの絞り量など、観察光軸Ａ１に配置された対物レンズ２３の絞り量に応じて電動絞り３７ｄの絞り量が決定される。

＜まとめ＞
図１などを用いて説明したように、ヘッド部２２は対物レンズと結像レンズとを含む光学系として機能する。載置台３０は少なくともＸ方向とＹ方向とに光学系に対して相対的に移動可能なＸＹステージの一例である。検知部６８は光学系に対するＸＹステージの相対的な移動を検知する検知部として機能する。リング照明２６は光学系の視野に載置された観察対象物Ｗに対してそれぞれ異なる方向から照明光を照射する照明部として機能する。撮像部２５は光学系を介して観察対象物Ｗからの光を受光して観察対象物Ｗの輝度画像を生成する。Ｚ方向駆動部２８は、光学系の光軸Ａ１に沿って光学系の合焦位置を変化させる変化部として機能する。制御部６０は照明部、撮像部および変化部を制御する制御部として機能する。表示部２は観察対象物Ｗの画像である観察画像を表示する表示部として機能する。画像プロセッサ６６は、（ｉ）照明部を制御することで観察対象物に対して第一照明方向から照明光を観察対象物に対して照射し、変化部と撮像部を制御してそれぞれ異なる複数の合焦位置のそれぞれで観察対象物を撮像することで複数の第一輝度画像を取得し、（ｉｉ）照明部を制御することで観察対象物に対して第一照明方向に対して光軸を挟んで対称となる第二照明方向から照明光を観察対象物に対して照射し、変化部と撮像部を制御してそれぞれ異なる複数の合焦位置のそれぞれで観察対象物を撮像することで複数の第二輝度画像を取得し、（ｉｉｉ）複数の第一輝度画像と複数の第二輝度画像とについて深度合成および凹凸強調することで観察対象物の表面の凹凸が強調され、かつ、撮像部により取得可能な単一の輝度画像と比較して被写界深度の広い凹凸強調画像を生成する画像生成部として機能する。表示部２は、観察画像として、凹凸強調画像を表示する。これにより、深度合成された凹凸強調画像が提供される。

表示部２は、検知部６８がＸＹステージの相対的な移動を検知している間は、観察画像として、撮像部２５により取得された観察対象物Ｗの動画像（ライブ画像）を表示する。表示部２は、検知部６８がＸＹステージの相対的な移動の停止を検知すると、観察画像として、ＸＹステージの相対的な移動の停止後に画像生成部により生成された凹凸強調画像を表示する。これにより、ユーザは、撮像部２５の視野範囲と観察対象物Ｗとの関係を確認しながら、ＸＹステージを移動させることが可能となる。また、ユーザは、ＸＹステージが静止すると、すぐに深度合成された凹凸強調画像を見ることができるため、効率よく観察対象物Ｗを観察することが可能となる。

検知部６８は、光学系の倍率の変更をさらに検知するように構成されていてもよい。表示部２は、検知部６８がＸＹステージの相対的な移動を検知している間は、観察画像として、撮像部２５により取得された観察対象物Ｗの動画像を表示する。さらに、表示部２は、検知部６８がＸＹステージの相対的な移動の停止と、光学系の倍率の変更とを検知すると、観察画像として、ＸＹステージの相対的な移動の停止と倍率の変更後に画像生成部により生成された凹凸強調画像を表示してもよい。

図５や図６に示したように、表示部２は、動画像の表示領域と凹凸強調画像の表示領域とを有していてもよい。

検知部６８は対物レンズ２３のマニュアルまたはオートフォーカスによるピント調整が完了したことを検知してもよい。対物レンズ２３の倍率が変更されると、撮像制御部６２はＺ方向駆動部２８を制御し、オートフォーカスを実行する。よって、倍率が変更され、対物レンズ２３のピント調整が完了したことをトリガーとして凹凸強調画像が生成されてもよい。

ＵＩ部６５は、さらに、ユーザーインタフェース７０とは別にナビ画像を表示する別ウインドウを表示部２に表示してもよい。ナビ画像とは、倍率の低い対物レンズ２３を用いて取得された観察対象物Ｗの画像などである。ユーザがナビ画像における観察部位をポインタ７４で指定すると、ＵＩ部６５は、ナビ画像における指定位置を載置台３０の座標上の位置に変換し、載置台３０を当該位置へ移動させる。これにより、簡単に観察部位を視野範囲内に収めることが可能となる。

深度合成部３３は、複数の第一輝度画像を深度合成することで第一深度合成画像を生成するとともに、複数の第二輝度画像を深度合成することで第二深度合成画像を生成する深度合成部として機能する。凹凸強調部３４は第一深度合成画像と第二深度合成画像との輝度の差分に基づき凹凸強調画像を生成する強調画像生成部として機能する。

深度合成部３３は、複数の第一輝度画像においてそれぞれ画素位置が同じである複数の画素を解析し、複数の画素のうちで最も合焦度の高い画素を、当該画素位置における合焦画素として選択することで、複数の画素位置それぞれの合焦画素からなる第一深度合成画像を生成してもよい。なお、合焦度は、隣接した複数の画素からなる画素領域ごとに求められてもよい。深度合成部３３は、複数の第二輝度画像においてそれぞれ画素位置が同じである複数の画素を解析し、複数の画素のうちで最も合焦度の高い画素を、当該画素位置における合焦画素として選択することで、複数の画素位置それぞれの合焦画素からなる第二深度合成画像を生成してもよい。

載置台３０は、観察対象物Ｗを載置され、少なくともＸ方向とＹ方向とに移動可能なＸＹステージの一例である。載置台駆動部２９はＸＹステージを駆動する駆動部の一例である。Ｓ１２に関連して説明されたように、ＣＰＵ６１はＸＹステージが移動した後に静止したことを検知する検知部として機能してもよい。ＣＰＵ６１および画像プロセッサ６６は、ＸＹステージが移動した後に静止したことを検知部が検知すると、凹凸強調画像の生成を再度実行してもよい。これにより、ユーザは凹凸強調画像の生成を明示的に指示する手間を省略できるようになる。

ＣＰＵ６１によりＸＹステージが移動していることが検知されると、ＣＰＵ６１は、撮像部２５により取得される動画像（ライブ画像）を表示部２に表示するように構成されていてもよい。ＣＰＵ６１はＸＹステージが静止したことを検知すると、画像プロセッサ６６に凹凸強調画像の生成を再度実行させ、表示部２に凹凸強調画像を表示させてもよい。

着色部３６は、撮像部２５により取得された観察対象物Ｗについてのカラー画像から色情報を取得して凹凸強調画像をカラー化するカラー合成部として機能してもよい。これにより、ユーザは凹凸と表面色との関係を理解しやすくなろう。

画像プロセッサ６６は、第一輝度画像を生成する際にそれぞれ露光時間が異なる複数のサブ輝度画像を取得し、当該複数のサブ輝度画像をＨＤＲ処理することで第一輝度画像を生成ししてもよい。同様に、画像プロセッサ６６は、第二輝度画像を生成する際にそれぞれ露光時間が異なる複数のサブ輝度画像を取得し、当該複数のサブ輝度画像をＨＤＲ処理することで第二輝度画像を生成してもよい。このようにＨＤＲ処理を応用することで、白飛びや黒つぶれが軽減され、かつ、深度合成された凹凸強調画像が得られるようになる。

高さ画像生成部３５は、凹凸強調画像の各画素を積分することで各画素ごとに観察対象物の表面の高さを求め、当該高さを各画素とする高さ画像を生成してもよい。さらに、高さ画像生成部３５は、高さ画像の各画素を、各画素の高さに応じて着色することでカラー高さ画像を生成してもよい。これにより、クレーター錯視が発生しにくくなり、ユーザはより正確に凹形状と凸形状とを区別できるようになろう。

マウス４、コンソール部３およびＣＰＵ６１は照明部の照明方向を選択する選択部として機能してもよい。画像プロセッサ６６は、照明部を制御することで観察対象物Ｗに対して第一照明方向および第二照明方向と異なる第三照明方向から照明光を観察対象物Ｗに対して照射し、変化部と撮像部を制御してそれぞれ異なる複数の合焦位置のそれぞれで観察対象物を撮像することで複数の第三輝度画像を取得してもよい。画像プロセッサ６６は、照明部を制御することで観察対象物に対して第三照明方向に対して光軸を挟んで対称となる第四照明方向から照明光を観察対象物に対して照射し、変化部と撮像部を制御してそれぞれ異なる複数の合焦位置のそれぞれで観察対象物を撮像することで複数の第四輝度画像を取得してもよい。さらに、画像プロセッサ６６は、第一照明方向、第二照明方向、第三照明方向および第四照明方向のうち選択部により選択された照明方向に対応した凹凸強調画像を、複数の第一輝度画像、複数の第二輝度画像、複数の第三輝度画像および複数の第四輝度画像のうち選択部により選択された照明方向に対応した複数の輝度画像を用いて生成してもよい。表示部２は、選択部により選択された照明方向に対応した凹凸強調画像を表示してもよい。

凹凸強調部３４は、複数の第一輝度画像と複数の第二輝度画像とからそれぞれ合焦位置が同じである輝度画像のペアを輝度の差分に基づき合成して、複数の合焦位置のそれぞれについて凹凸の強調された複数のサブ凹凸強調画像を生成してもよい。深度合成部３３は、複数のサブ凹凸強調画像を深度合成することで、深度合成された凹凸強調画像を生成する深度合成画像生成部として機能してもよい。このように凹凸強調と深度合成との順番はどちらが先であってもよい。

照明部は、対物レンズ２３の周囲に配置されたリング照明２６でああってもよい。照明部は、対物レンズ２３を通じて照明光を観察対象物Ｗに照射する、ヘッド部２２の内部に設けられた照明光源であってもよい。

図８が示すように、対物レンズ２３ａ～２３ｃ、結像レンズ４１ａ、４１ｂなどは拡大観察装置１００の光学系を形成している。レボルバ２１は第一対物レンズと、第二対物レンズとを択一的に光学系の観察光路（観察光軸Ａ１）に配置するレンズ選択部として機能する。リング照明２６は第一対物レンズを通過せずに照明光を観察対象物に照射する第一照明部の一例である。同軸落射照明２７は第二対物レンズを通過して照明光を観察対象物に照射する第二照明部として機能する。リング照明２６の光源領域１４０Ａは観察対象物に対して第一照明方向から照明光を照射する第一光源として機能する。光源領域１４０Ｄは観察対象物に対して第二照明方向から照明光を照射する第二光源として機能する。同軸落射照明２７のＬＥＤ５３ａは観察対象物に対して第一照明方向から照明光を照射する第三光源として機能する。ＬＥＤ５３ｄは観察対象物に対して第二照明方向から照明光を照射する第四光源として機能する。

ＣＰＵ６１は、観察光路に配置されている対物レンズ２３に応じて第一照明部と第二照明部とを選択的に使用する。観察光路に配置されている対物レンズ２３に応じて照明装置が自動的に選択されるため、拡大観察装置１００を利用するユーザの利便性が向上する。

たとえば、ＣＰＵ６１は、第一対物レンズが観察光路に配置されているときに、第一光源を点灯することで第一照明方向から照明光を観察対象物に対して照射し、撮像部２５を制御して観察対象物を撮像することで第一輝度画像を取得する。ＣＰＵ６１は、第二光源を点灯することで第二照明方向から照明光を観察対象物に対して照射し、撮像部２５を制御して観察対象物を撮像することで第二輝度画像を取得する。ＣＰＵ６１は画像プロセッサ６６を使用して、第一輝度画像と第二輝度画像とに基づき第一観察画像を生成し、表示部２に表示してもよい。ＣＰＵ６１は、第二対物レンズが観察光路に配置されているときに、第三光源を点灯することで第一照明方向から照明光を観察対象物に対して照射し、撮像部２５を制御して観察対象物を撮像することで第三輝度画像を取得する。ＣＰＵ６１は、第四光源を点灯することで第二照明方向から照明光を観察対象物に対して照射し、撮像部２５を制御して観察対象物を撮像することで第四輝度画像を取得する。画像プロセッサ６６は第三輝度画像と第四輝度画像とに基づき第二観察画像を生成する。

ＣＰＵ６１は、第一対物レンズが観察光路に配置されているときに、第一光源および第三光源を点灯することで第一照明方向から照明光を観察対象物に対して照射し、撮像部２５を制御して観察対象物を撮像することで第一輝度画像を取得してもよい。また、ＣＰＵ６１は、第二光源および第四光源を点灯することで第二照明方向から照明光を観察対象物に対して照射し、撮像部を制御して観察対象物を撮像することで第二輝度画像を取得してもよい。画像プロセッサ６６は、このような第一輝度画像と第二輝度画像とに基づき第一観察画像を生成するように構成されていてもよい。このようにリング照明２６による偏射と、同軸落射照明２７による偏射とが組み合わされてもよい。

ハーフミラー３８は、観察光路に配置され、第三光源からの照明光と第四光源から照明光とを第二対物レンズへ導くハーフミラーとして機能する。このようなハーフミラー３８を採用することで、同軸落射照明２７が実現されてもよい。ここで、同軸落射照明２７の光源はヘッド部２２の内部に設けられてもよいし、ヘッド部２２の外部に設けられてもよい。

ＣＰＵ６１（照明制御部６４）は、第一光源、第二光源、第三光源および第四光源のうち同時に点灯する光源の数に応じて当該同時に点灯する光源の光量を制御することで、観察対象物に照射される照明光の光量を所定量に維持してもよい。

図８が示すようにマウント５０ａ～５０ｃは、第一対物レンズが取り付けられる第一マウントと、第二対物レンズが取り付けられる第二マウントとの一例である。ＣＰＵ６１は、第一マウントを介して第一対物レンズからレンズ識別情報を取得することで第一対物レンズを認識し、第二マウントを介して第二対物レンズからレンズ識別情報を取得することで第二対物レンズを認識してもよい。ＣＰＵ６１はレンズ認識部として機能する。図１９が示すように、ＣＰＵ６１は、レンズ識別情報に基づき第一光源、第二光源、第三光源および第四光源の点灯／非点灯を制御してもよい。第一対物レンズのレンズ識別情報は、第一対物レンズの鏡筒の周囲に第一照明部が配置されていることを示す情報を含んでもよい。

画像プロセッサ６６は上述した手順にしたがって凹凸強調画像を生成してもよい。凹凸強調画像は、被写界深度の広い（深い）凹凸強調画像であってもよい。画像プロセッサ６６は、複数の第一輝度画像と複数の第二輝度画像とについて深度合成および凹凸強調することで観察対象物の表面の凹凸が強調され、かつ、撮像部２５により取得可能な単一の輝度画像と比較して被写界深度の広い凹凸強調画像を、第一観察画像および第二観察画像として生成してもよい。このように、リング照明２６と同軸落射照明２７とをそれぞれ使用して、被写界深度の広い凹凸強調画像が生成されてもよい。

照明方向選択部７２は、観察画像における照明方向を選択する方向選択部の一例である。第一照明部（例：リング照明２６）は、観察対象物に対して第三照明方向から照明光を照射する第五光源（光源領域１４０Ｂ）と、観察対象物に対して第四照明方向から照明光を照射する第六光源（光源領域１４０Ｄ）とを有してもよい。第二照明部（同軸落射照明２７）は、観察対象物に対して第三照明方向から照明光を照射する第七光源（例：ＬＥＤ５３ｂ）と、観察対象物に対して第四照明方向から照明光を照射する第八光源（ＬＥＤ５３ｄ）とを有してもよい。ＣＰＵ６１は、第一対物レンズが観察光路に配置されているときに、第一光源を点灯することで第一照明方向から照明光を観察対象物に対して照射し、撮像部を制御して観察対象物を撮像することで第一輝度画像を取得し、第二光源を点灯することで第二照明方向から照明光を観察対象物に対して照射し、撮像部を制御して観察対象物を撮像することで第二輝度画像を取得し、第五光源を点灯することで第三照明方向から照明光を観察対象物に対して照射し、撮像部を制御して観察対象物を撮像することで第五輝度画像を取得し、第六光源を点灯することで第四照明方向から照明光を観察対象物に対して照射し、撮像部を制御して観察対象物を撮像することで第六輝度画像を取得してもよい。さらに、ＣＰＵ６１は第二対物レンズが観察光路に配置されているときに、第三光源を点灯することで第一照明方向から照明光を観察対象物に対して照射し、撮像部を制御して観察対象物を撮像することで第三輝度画像を取得し、第四光源を点灯することで第二照明方向から照明光を観察対象物に対して照射し、撮像部を制御して観察対象物を撮像することで第四輝度画像を取得し、第七光源を点灯することで第三照明方向から照明光を観察対象物に対して照射し、撮像部を制御して観察対象物を撮像することで第七輝度画像を取得し、第八光源を点灯することで第四照明方向から照明光を観察対象物に対して照射し、撮像部を制御して観察対象物を撮像することで第八輝度画像を取得してもよい。画像プロセッサ６６は、第一照明方向、第二照明方向、第三照明方向および第四照明方向のうち方向選択部により選択された照明方向に対応した観察画像を、第一輝度画像、第二輝度画像、第三輝度画像、第四輝度画像、第五輝度画像、第六輝度画像、第七輝度画像、第八輝度画像のうち方向選択部により選択された照明方向に対応した複数の輝度画像を用いて生成してもよい。

図８が示すようにスライド部材４９ａは第一結像レンズ（例：結像レンズ４１ａ）と第二結像レンズ（例：結像レンズ４１ｂ）とのいずれかを選択して観察光路に配置する第一選択部として機能する。レボルバ２１は第一対物レンズ（例：対物レンズ２３ａ）と第二対物レンズ（例：対物レンズ２３ｂ）とのいずれかを選択して観察光路に配置する第二選択部として機能する。図２１が示すように、対物レンズ認識部８１は第二選択部により選択された対物レンズを認識する認識部として機能する。倍率選択部７３は光学系の倍率を選定する倍率選定部として機能する。電動絞り３７ａ、３７ｂ、３７ｃは観察光路に配置された絞りの一例である。結像レンズ決定部８２は倍率選定部により選定された光学系の倍率と、認識部により認識された対物レンズとに基づき結像レンズを決定する。撮像制御部６２および結像レンズ決定部８２は第一結像レンズと第二結像レンズとのうち結像レンズ決定部８２により決定された結像レンズが観察光路に配置されるよう第一選択部を制御する制御部として機能する。このようにユーザにより指定または選択された観察倍率に対応した結像レンズが観察光路に配置されるため、ユーザの利便性が向上する。

電動絞り３７ａは、第一対物レンズの瞳位置に配置された第一可変絞りの一例である。電動絞り３７ｃは第二対物レンズの瞳位置に配置された第二可変絞りの一例である。撮像制御部６２は認識部により認識された対物レンズが第一対物レンズである場合、第一可変絞りを制御し、認識部により認識された対物レンズが第二対物レンズである場合、第二可変絞りを制御する。このように観察光軸Ａ１に配置された対物レンズ２３に適した電動絞り３７が選択的に制御されるようになる。

図８が示すように、第一対物レンズは第一可変絞りを内蔵していてもよい。これは、第一対物レンズの瞳位置が第一対物レンズの内部に存在する場合に適した配置である。第二可変絞りは第二対物レンズの外側にある観察光路に配置される。これは、第二対物レンズの瞳位置が第二対物レンズの外部に存在する場合に適した配置である。

図２０や図２１に例示されたテーブルは光学系の倍率と絞り量との関係を示すテーブルの一例である。絞り量決定部８３は、テーブルを参照することで、倍率選定部により選定された光学系の倍率に対応する絞り量を決定する絞り決定部として機能する。撮像制御部６２は、絞り決定部により決定された絞り量となるように絞りを制御する。

深度優先テーブル８４は深度を優先する第一テーブルの一例であり、解像度優先テーブル８５は解像度を優先する第二テーブルの一例である。絞り量決定部８３は、第一テーブルと第二テーブルとのうちユーザにより選択されたテーブルを使用してもよい。図５に示したように、ユーザはテーブル選択部７８を通じていずれかのテーブルを選択してもよい。このようにユーザの好みに応じてテーブルが選択され、選択されたテーブルに基づき絞り用が適切に決定される。

図８ないし図１３が示すように、スライド部材４９ａは、第一結像レンズと、第二結像レンズとを観察光路に対して直交した方向にスライドさせる第一スライド部材として機能する。第一スライド部材は第一フレーム（例：フレーム４０ａ）に対してスライド可能に保持されている。観察光路に対して直交した方向における第一スライド部材の第一端部が第一フレームに設けられた第一停止部材（例：停止部材４４ａ）に接触して停止すると、第二結像レンズが観察光路に配置される。観察光路に対して直交した方向における第一スライド部材の第二端部が第一フレームに設けられた第二停止部材（例：４４ｂ）に接触して停止すると、第一結像レンズが観察光路に配置される。これにより、第一結像レンズと第二結像レンズとは観察光路に対して正確に位置決めされよう。

レンズアダプタ４３は第一結像レンズとともに観察光路に対して直列に配置可能な第三結像レンズの一例である。第一選択部は、第三結像レンズを観察光路に対して直交した方向にスライドさせる第二スライド部材（例：スライド部材４９ｂ）を有してもよい。第一選択部は、第一結像レンズ、第二結像レンズおよび第三結像レンズのうち、第一結像レンズのみを観察光路に配置するか、第二結像レンズのみを観察光路に配置するか、または、第一結像レンズと第三結像レンズとを観察光路に配置するように構成されていてもよい。これにより、観察倍率を三段階に切り替えることが可能となる。図１３が示すように、観察光路に対して直交した方向（スライド方向）は、拡大観察装置１００のチルト軸と平行である。これにより、結像レンズ４１をスライドさせるモータにかかる負荷が、ヘッド部２２のチルトの影響を受けにくくなる。さらに、スライド方向が鉛直方向と直交していれば、結像レンズ４１をスライドさせるモータにかかる負荷が、重力の影響を受けにくくなる。通常、回転型のレボルバや、三箇所を平行移動するスライダが用いられる。しかし、本実施形態では、レンズアダプタ４３などの光学アダプタを挿入する形を取ることで、二段の押し当て式スライダが導入可能になっている。これにより、位置決め不要で安価な倍率切り替え機構が実現されている。

電動絞り３７ｄは光源とハーフミラーとの間に配置された第三可変絞りの一例である。これにより、照明光に起因した迷光が軽減されるため、画像のコントラストが向上しよう。さらに、電動絞り３７ｄが対物レンズ側の絞り３７ａ、３７ｂ、３７ｃの絞り量に応じて変化するように制御されてもよい。これによりさらに迷光が軽減されてもよい。

第二選択部は、レボルバ２１により実現されうる。レボルバ２１は、第一対物レンズが取り付けられる第一マウント（例：マウント５０ａ）と、第二対物レンズが取り付けられる第二マウント（例：マウント５０ｂ）とを有してもよい。図１４や図１５に関連して説明されたように、第一マウントおよび第二マウントは認識部と通信するための複数の接点（例：電子接点４６ｂ）を有している。対物レンズ認識部８１は、第一マウントの複数の接点を介して第一対物レンズに設けられ通信部（例：制御基板４７）と通信して第一対物レンズの識別情報を取得することで第一対物レンズを認識してもよい。対物レンズ認識部８１は、第二マウントの複数の接点を介して第二対物レンズに設けられ通信部と通信することで第二対物レンズの識別情報を取得することで第二対物レンズを認識してもよい。なお、レボルバ２１の回転軸にはスリップリングが採用されてもよい。スリップリングとは、リングとブラシとを有する信号伝達機構である。これにより、レボルバ２１を回転させたとしても、各マウントに接続された対物レンズの制御基板４７と、対物レンズ認識部８１とがスリップリングを通じて通信可能となる。このように、スリップリングは、第一マウントおよび第二マウントが認識部と通信するための回転可能な複数の接点の一例である。

Claims (11)

1. 第一結像レンズと、
   第二結像レンズと、
   前記第一結像レンズと、前記第二結像レンズとを観察光路に対して直交した方向にスライドさせるよう、第一フレームに対してスライド可能に前記第一結像レンズと前記第二結像レンズとを保持する第一スライド部材と、
   前記第一結像レンズとともに前記観察光路に対して直列に配置可能な第三結像レンズと、
   前記第三結像レンズを前記観察光路に対して直交した方向にスライドさせる第二スライド部材と、
   前記第一結像レンズ、前記第二結像レンズおよび前記第三結像レンズのうち、前記第一結像レンズのみを前記観察光路に配置するか、前記第二結像レンズのみを前記観察光路に配置するか、または、前記第一結像レンズと前記第三結像レンズとを前記観察光路に配置するかのいずれかを選択して前記観察光路に配置する第一選択部と、
   第一対物レンズと、
   第二対物レンズと、
   前記第一対物レンズと前記第二対物レンズとのいずれかを選択して前記観察光路に配置する第二選択部と、
   前記第二選択部により選択された対物レンズを認識する認識部と、
   光学系の倍率を選定する倍率選定部と、
   前記観察光路に配置された絞りと、
   前記倍率選定部により選定された光学系の倍率と、前記認識部により認識された対物レンズとに基づき結像レンズを決定する結像レンズ決定部と、
   前記第一結像レンズ、前記第二結像レンズおよび前記第三結像レンズのうち、前記結像レンズ決定部により決定された前記第一結像レンズのみ、前記第二結像レンズのみ、または、前記第一結像レンズと前記第三結像レンズが前記観察光路に配置されるよう前記第一選択部を制御する制御部とを有し、
   前記観察光路に対して直交した方向における前記第一スライド部材の第一端部が前記第一フレームに設けられた第一停止部材に接触して停止すると、前記第二結像レンズが前記観察光路に位置決めされ、
   前記観察光路に対して直交した方向における前記第一スライド部材の第二端部が前記第一フレームに設けられた第二停止部材に接触して停止し、第二スライド部材の端部が第二フレームに設けられた停止部材に接触して停止すると、前記第一結像レンズと前記第三結像レンズとが前記観察光路に位置決めされる
   ことを特徴とする拡大観察装置。
2. 前記絞りは、
   前記第一対物レンズの瞳位置に配置された第一可変絞りと、
   前記第二対物レンズの瞳位置に配置された第二可変絞りと、
   を有し、
   前記制御部は、
   前記認識部により認識された対物レンズが前記第一対物レンズである場合、前記第一可変絞りを制御し、前記認識部により認識された対物レンズが前記第二対物レンズである場合、前記第二可変絞りを制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の拡大観察装置。
3. 前記第一対物レンズは、前記第一可変絞りを内蔵していることを特徴とする請求項２に記載の拡大観察装置。
4. 前記第二可変絞りは、前記第二対物レンズの外側にある観察光路に配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載の拡大観察装置。
5. 前記光学系の倍率と絞り量との関係を示すテーブルと、
   前記テーブルを参照することで前記倍率選定部により選定された光学系の倍率に対応する絞り量を決定する絞り決定部と、をさらに有し、
   前記制御部は、前記絞り決定部により決定された絞り量となるように前記絞りを制御することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の拡大観察装置。
6. 前記テーブルは、深度を優先する第一テーブルと、解像度を優先する第二テーブルとを有し、
   前記絞り決定部は、前記第一テーブルと前記第二テーブルとのうちユーザにより選択されたテーブルを使用することを特徴とする請求項５に記載の拡大観察装置。
7. 前記観察光路に対して直交した方向は、前記拡大観察装置のチルト軸と平行であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の拡大観察装置。
8. 前記第一選択部により選択された対物レンズを介して照明光を観察対象物に照射する光源と、
   前記光源から出力された出力光を前記対物レンズへ導くハーフミラーと、
   前記光源と前記ハーフミラーとの間に配置された第三可変絞りと
   をさらに有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の拡大観察装置。
9. 前記第二選択部は、レボルバであり、
   前記レボルバは、
   前記第一対物レンズが取り付けられる第一マウントと、
   前記第二対物レンズが取り付けられる第二マウントと、
   を有し、
   前記第一マウントおよび前記第二マウントは前記認識部と通信するための複数の接点を有し、
   前記認識部は、前記第一マウントの前記複数の接点を介して前記第一対物レンズに設けられ通信部と通信することで前記第一対物レンズの識別情報を取得し、当該識別情報に基づき前記第一対物レンズを認識し、前記第二マウントの前記複数の接点を介して前記第二対物レンズに設けられ通信部と通信することで前記第二対物レンズの識別情報を取得し、当該識別情報に基づき前記第二対物レンズを認識することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の拡大観察装置。
10. 前記第二選択部は、レボルバであり、
    前記レボルバは、
    前記第一対物レンズが取り付けられる第一マウントと、
    前記第二対物レンズが取り付けられる第二マウントと、
    を有し、
    前記第一マウントおよび前記第二マウントは前記認識部と通信するための回転可能な複数の接点を介して接続されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の拡大観察装置。
11. 前記第一結像レンズは狭視野の結像レンズであり、
    前記第二結像レンズは広視野の結像レンズであり、
    前記第二結像レンズのみ、第一結像レンズのみ、第一結像レンズと第三結像レンズの組み合わせの順に倍率が高くなるよう構成されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の拡大観察装置。

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