JP5857782B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、顕微鏡などに適用される撮像装置に関する。

実体顕微鏡は、１対の結像光学系により物体を異なる角度から結像し、それによって形成される１対の像をユーザの左右の眼に対して個別に観察させるものである。ユーザは、左右の眼で個別に観察する１対の像の相違を脳内で処理することにより、物体の凹凸（奥行き）を感じることができる。

近年の実体顕微鏡では、１対の結像光学系へ個別にカメラを取り付けて左右の視差画像を撮像し、それらの視差画像を２眼型の３次元ディスプレイへ表示させることも既に提案されている。

特許文献１には、実体顕微鏡より高い倍率で観察を行う一般の顕微鏡に対してこの技術を適用したものが開示されている（特許文献1などを参照。）。

特開２０１０−１２８３５４号公報

しかしながら、一般の顕微鏡のように細胞などの微細な物体を扱う場合には、物体の立体的な形状観察を更に詳細に行いたいという要求が高い。

そこで本発明は、微細な物体の立体構造を詳細に観察するのに適した撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の撮像装置の一例は、物体側から順に、対物レンズと、並列配置された複数のズーム結像光学系と、複数の前記ズーム結像光学系の像をそれぞれ撮像する撮像素子とを配置し、制御手段を備える撮像装置であって、複数の前記ズーム結像光学系の入射瞳は、前記対物レンズの射出瞳のそれぞれ異なる領域に対応し、各々の前記ズーム結像光学系は、前記ズーム結像光学系のズームポジションに関わらず前記ズーム結像光学系の入射瞳を同一の瞳位置に保ち、前記瞳位置と同一の位置において前記ズーム結像光学系の光軸と交差する面内に、入射光を減光するマスク部と、前記マスク部よりも高い透過率で入射光を透過させる開口部とを配置した光選択手段を含み、前記制御手段は、各々の前記ズーム結像光学系に含まれる前記光選択手段につき前記面内の３以上の領域に前記光選択手段の前記開口部の形成位置をそれぞれ移動させ、各々の前記ズーム結像光学系で、前記開口部の形成位置の異なる３以上の各状態において前記物体を前記撮像素子で撮像させることにより、前記物体に関する３以上の視差画像を時分割で生成する制御を行う。

本発明によれば、微細な物体の立体構造を詳細に観察するのに適した撮像装置が実現する。

本実施形態の顕微鏡システムの構成図である。 コントローラ１００による瞳分割パターンの第１の例である。 コントローラ１００による瞳分割パターンの第２の例である。 コントローラ１００による瞳分割パターンの第３の例である。 コントローラ１００による瞳分割パターンの第４の例である。 コントローラ１００による瞳分割パターンの第５の例である。 瞳分割光学系の系統数を２としたズーム顕微鏡の例である。 対物レンズ１１の射出瞳と、２系統の瞳分割光学系の入斜瞳との関係を示す図である。 コントローラ１００によるサイドバイサイド画像の生成・転送方式の例である。

［第１実施形態］
以下、本発明の実施形態として顕微鏡システムを説明する。

図１は、本実施形態の顕微鏡システムの構成図である。図１に示すとおり顕微鏡システムには、ズーム顕微鏡３０と、コントローラ１００と、３次元ディスプレイ２００と、落射照明光学系２０と、連結機構４０とが備えられる。

ズーム顕微鏡３０には、標本１の側から順に、対物レンズ１１と、シャッタ１２と、アフォーカルズーム系１３と、結像光学系１４と、撮像素子１０とが配置される。このうちアフォーカルズーム系１３と結像光学系１４との間に、落射照明光学系２０の一部（ハーフミラー１９）が挿入される。

対物レンズ１１は、無限遠補正型の対物レンズであり、対物レンズ１１の後側焦点面（＝対物レンズ１１の射出瞳）は、対物レンズ１１とアフォーカルズーム系１３との間に位置している。対物レンズ１１の仕様は、多くの顕微鏡に適用されるものと同等であり、対物レンズ１１の開口数は、例えば、０．２、０．３、０．５などと高い。対物レンズ１１は、標本１から射出した光束を無限遠方に向けて結像する。

なお、対物レンズ１１は、不図示のレボルバなどに装着されており、焦点距離の異なる複数の対物レンズの間で交換可能となっている。但し、交換可能な複数の対物レンズの間では、対物レンズの胴付面から後側焦点面までの距離が共通に設定されているものとする。この場合、対物レンズ１１が交換されたとしても、対物レンズ１１の射出瞳の位置は変化しない。

シャッタ１２は、対物レンズ１１の後側焦点面に配置されている。シャッタ１２は、対物レンズ１１の射出瞳の一部に透過率の高い開口部１２ａ（例えば透過率が１００％である開口部）を有すると共に、その瞳の他の部分に開口部１２ａよりも透過率の低いマスク部１２ｂ（例えば遮光率が１００％であるマスク部）を有し、瞳内における開口部１２ａの位置が可変（瞳内におけるマスク部１２ｂの位置が可変）な透過型マスクである。なお、３次元ディスプレイ２００に表示される画像の劣化が無視できる程度に収まるのであれば、開口部１２ａの透過率とマスク部１２ｂの遮光率との少なくとも一方が１００％より低くても構わない。
このようなシャッタ１２としては、例えば、移動又は回動可能な透過型マスク部材や、与えられた電気信号に応じて透過率分布を変化させる液晶素子などが適用可能である。なお、以下では、シャッタ１２に液晶素子が適用されたと仮定する。この液晶素子を適用すれば、開口部１２ａの位置（マスク部１２ｂの位置）だけでなく、開口部１２ａの形状（マスク部１２ｂの形状）や、開口部１２ａの透過率をも自在に変化させることが可能である。

アフォーカルズーム系１３は、シャッタ１２の側から順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ３と、弱い正の屈折力を持つ第４レンズ群Ｇ４とを配置し、シャッタ１２を通過した光束の径を変換して結像光学系１４へと入射させる。なお、結像光学系１４を組み合わせたアフォーカルズーム系１３の入射瞳位置は、対物レンズ１１の後側焦点面（シャッタ１２の配置面）に一致している。

アフォーカルズーム系１３のうち第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３の光軸方向の位置の組み合わせは可変であって、これらの第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３が変倍用レンズ群である。なお、アフォーカルズーム系１３は、変倍用レンズ群Ｇ２、Ｇ３が移動しても（ズーム操作が行われても）前述した入射瞳位置を保つように設計されている。よって、ズーム顕微鏡３０では、アフォーカルズーム系１３のズーム操作が行われても、シャッタ１２がズーム顕微鏡３０の瞳から外れることはない。因みに、このようなアフォーカルズーム系の例は、特開２００６−１７８４４０号公報、２００９−００８７０１号公報などにも開示されている。

結像光学系１４は、アフォーカルズーム系１３から射出した光束を集光し、撮像素子１０の撮像面上に標本１の像を形成する。

撮像素子１０は、コントローラ１００から与えられた駆動信号に応じて撮像面上に形成された像を撮像し、撮像した像を画像としてコントローラ１００へ送出する。

落射照明光学系２０は、光ファイバのファイバ端などからなる光源１８と、拡散板Ｇ６及び可動レンズＧ５を順に配置した瞳位置補正光学系１６と、視野絞り１０ｃと、結像レンズ１５と、ハーフミラー１９とを順に配置している。落射照明光学系２０の光軸は、ズーム顕微鏡３０の光学系の光軸と直交しており、これらの光軸が直交する位置にハーフミラー１９が位置している。

落射照明光学系２０のレンズＧ５及び結像レンズ１５は、アフォーカルズーム系１３と共に、光源１８の像を、アフォーカルズーム系１３の入射瞳（シャッタ１２の配置位置）に投影する。よって、光源１８を射出し標本１へ向かう光は、対物レンズ１１の集光作用によって平行光束となる。よって、標本１は、光源１８を射出した光によってケーラー照明される。

落射照明光学系２０の瞳位置補正光学系１６は光軸方向に移動可能であり、連結機構４０を介してアフォーカルズーム系１３の変倍用レンズ群Ｇ２、Ｇ３に連結されている。連結機構４０は、瞳位置補正光学系１６を変倍用レンズ群Ｇ２、Ｇ３に連動させることにより、光源１８の像の投影位置を、アフォーカルズーム系１３の入射瞳上（シャッタ１２の配置位置）に保つ。よって、落射照明光学系２０は、ズーム操作時にも標本１の照明状態を維持することができる。因みに、このような落射照明光学系２０の例は、特開２００９−００８７０１号公報などにも開示されている。

なお、ここでは、瞳位置補正光学系１６を変倍用レンズ群Ｇ２、Ｇ３に連動させる手段として連結機構４０を使用したが、連結機構４０の代わりに、瞳位置補正光学系１６と変倍用レンズ群Ｇ２、Ｇ３とを個別に駆動する２つのモータと、瞳位置補正光学系１６及び変倍用レンズ群Ｇ２、Ｇ３を連動させるための駆動信号をそれら２つのモータへ供給する駆動回路とを使用してもよい。

コントローラ１００は、シャッタ１２の開口部１２ａの瞳内の位置を３通り以上に移動させながら、撮像素子１０を繰り返し駆動することにより、撮像素子１０に対して３以上の画像を生成させる。これらの画像は、瞳内において互いにずれた３以上の部分領域の通過光束が個別に形成する画像であって、互いにずれた３以上の位置から標本１を見たときの視差画像に相当する。よって、コントローラ１００は、瞳分割による３以上の視差画像を時分割で生成する。

ここでは、コントローラ１００による瞳分割パターン（瞳分割方向及び瞳分割数の組み合わせ）を、例えば、図２（Ａ）〜（Ｄ）に示すとおり「ｘ方向に４分割」と仮定する。なお、「ｘ方向」は、撮像素子１０の水平ラインに対応する方向のことであり、「ｙ方向」は、撮像素子１０の垂直ラインに対応する方向のことである。

なお、図２に示した部分領域Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４は、瞳分割によって生じた個々の部分瞳であって、これら部分領域Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の各々の位置及び形状は、シャッタ１２における開口部１２ａの各撮像時の位置及び形状によって規定される（後述する図３〜図６の瞳分割パターンについても同様。）。
図２に示した瞳分割パターンによると、ズーム顕微鏡３０の瞳は、ｘ方向に並んだ等しい幅の４つの部分領域Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４に分割され、撮像素子１０は、それら部分領域Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の各々に対応する４枚の視差画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４を順次に生成する。

ここで、４つの部分領域Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４を比較すると、瞳周辺部に近い部分領域Ａ１、Ａ４よりも瞳中央部に近い部分領域Ａ２、Ａ３の方が広い面積を有しているので、後者の部分領域に対応する視差画像の方が明るくなり易い。このため、４枚の視差画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４の間には、（開口部１２ａの面積差に起因した）明るさのばらつきが生じる可能性がある。

そこで、コントローラ１００は、４枚の視差画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４の生成時に、撮像素子１０の電荷蓄積時間を制御することで、視差画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４の間の明るさのばらつきを抑えることが望ましい。具体的に、コントローラ１００は、視差画像Ｉ２、Ｉ３の生成時における電荷蓄積時間を、視差画像Ｉ１、Ｉ４の撮像時における電荷蓄積時間よりも短く設定することが望ましい。

なお、電荷蓄積時間の制御量の設定は、開口部１２ａの面積差に起因した明るさのばらつきだけでなく、標本１の照明ムラ等に起因した明るさのばらつきをも考慮して行われることが望ましい。このようにすれば、視差画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４の明るさのばらつきを確実に抑えることができる。

続いて、コントローラ１００は、以上のとおり生成された一連の視差画像（ここでは４枚の視差画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）を３次元ディスプレイ２００に適した形式で（例えば４枚の視差画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４を水平方向へ並べるサイドバイサイド方式などにより）３次元ディスプレイ２００へ転送することで、それら一連の視差画像を３次元ディスプレイ２００へ立体表示させる。

なお、コントローラ１００は、一連の視差画像（ここでは４枚の視差画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）の生成及び転送を繰り返し、標本１に関する立体表示を連続して行う。この生成及び転送の方式としては、例えば、以下の２種類の方式の何れかを適用することができる。

第１の方式は、一連の視差画像（ここでは４枚の視差画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）が取得される度に１フレーム分のサイドバイサイド画像を生成・転送する方式である（図９（ａ））。この方式によると、サイドバイサイド画像の最短の更新周期は、一連の視差画像の取得に要する時間と同等になる。なお、図９に示した一連のブロック（４つのブロック）は、１フレーム分のサイドバイサイド画像の生成元となる一連の視差画像（ここでは４枚の視差画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）を示しており、これら視差画像の各々の符号「Ｉｉ」に対して付与された符号「−ｊ」は、同種の視差画像の間の取得順序を示している。

第２の方式は、一連の視差画像（ここでは４枚の視差画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）の何れか一枚が取得される度に１フレーム分のサイドバイサイド画像を生成・転送する方式である（図９（ｂ））。この方式では、サイドバイサイド画像の生成元となる一連の視差画像（ここでは４枚の視差画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）をメモリへ蓄積し、一連の視差画像（ここでは４枚の視差画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）の何れか１枚が取得される度に、メモリの更新と、サイドバイサイド画像の生成・転送とが行われる。

よって、この第２の方式では、第１フレームのサイドバイサイド画像の生成元となる一連の視差画像と、第２フレームのサイドバイサイド画像の生成元となる一連の視差画像との間では、１枚目の視差画像以外は共通となり、第２フレームのサイドバイサイド画像の生成元となる一連の視差画像と第３フレームのサイドバイサイド画像の生成元となる一連の視差画像との間では、２枚目の視差画像以外は共通となる（以降のフレームも同様）。しかし、この第２の方式によると、サイドバイサイド画像の最短の更新周期を、１枚の視差画像の取得に要する時間と同等にすることができる。

なお、コントローラ１００によるサイドバイサイド画像の転送レートは、例えば、１フレームあたり１／３０秒などと高速で行われるものとする。

３次元ディスプレイ２００は、ズーム顕微鏡３０の瞳分割パターン（ここではｘ方向に４分割）に対応した多眼型の裸眼型３次元ディスプレイであり、コントローラ１００から転送される一連の視差画像（ここでは４枚の視差画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）をリアルタイムで立体表示する。この立体表示の分離方式には、例えば、パララスクバリア方式、レンチキュラーレンズ方式、マイクロレンズアレイ方式などが適用可能である。

３次元ディスプレイ２００の画面に配列された多数のブロックの各々は、一連の視差画像（ここでは４枚の視差画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）の間で互いに対応する一連の画素（ここでは４つの視差画素）を、ズーム顕微鏡３０の瞳分割パターン（ここではx方向に４分割）に従って配列しており、そのブロックの射出側には、ブロック内の各視差画素からの射出光束の各々の広がり角度を制限する分離部材（バリア又はレンズ）が設けられている。

具体的には、一連の視差画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４の間で座標（ｉ，ｊ）の共通する一連の視差画素をＩ１（ｉ，ｊ）、Ｉ２（ｉ，ｊ）、Ｉ３（ｉ，ｊ）、Ｉ４（ｉ，ｊ）とおくと、画面上で座標（ｉ、ｊ）に位置するブロックには、それら一連の視差画素Ｉ１（ｉ，ｊ）、Ｉ２（ｉ，ｊ）、Ｉ３（ｉ，ｊ）、Ｉ４（ｉ，ｊ）が水平方向へ並べて配列される。

これによって、３次元ディスプレイ２００から一定距離に居るユーザの一方の眼には、或る１枚の視差画像のみが見えることとなり、他方の眼には、その視差画像に隣接する１枚の視差画像のみが見えることになる。つまり、３次元ディスプレイ２００は、一連の視差画像（ここでは４枚の視差画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）を分離して立体表示する。

また、３次元ディスプレイ２００の画面上には、不図示のタッチパネルが敷設されており、ユーザはそのタッチパネルを操作することにより、各種の指示をコントローラ１００へ入力することができる。ユーザがコントローラ１００へ入力可能な指示の中には、例えば、ズーム顕微鏡３０のモードを２Ｄモードと３Ｄモードとの間で切り替える指示や、画像生成の開始指示（キャプチャ指示）などがある。

２Ｄモードとは、コントローラ１００が瞳分割を行わずに（瞳全域を開口部１２ａとして）１枚の画像のみを生成するモードであり、３Ｄモードとは、コントローラ１００が瞳分割を行い一連の視差画像（ここでは４枚の視差画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）を生成するモードである。なお、３次元ディスプレイ２００が４枚のサイドバイサイド方式に対応していた場合には、２Ｄモードにおけるコントローラ１００は、生成した１枚の画像を水平方向に４枚並べて３次元ディスプレイ２００へ転送すればよい。

以上、本実施形態の顕微鏡システムは、物体側（標本１の側）から順に、対物レンズ１１と、ズーム結像光学系（アフォーカルズーム系１３及び結像光学系１４）と、撮像素子１０とを配置したズーム顕微鏡３０を備え、ズーム結像光学系は、ズーム結像光学系のズームポジションに関わらずズーム顕微鏡３０の瞳位置を不動に保つ。

また、本実施形態の顕微鏡システムは、瞳位置に配置され、瞳の一部に開口部１２ａを有し、かつ瞳の他の部分にマスク部１２ｂを有したマスク手段（シャッタ１２）と、瞳内の３以上の位置の間でマスク手段の開口部の形成位置を移動させながら撮像素子１０を繰り返し駆動することで、標本１に関する３以上の視差画像を時分割で生成する制御手段（コントローラ１００）とを備える。

すなわち、本実施形態の顕微鏡システムは、３以上の視差画像を生成するために、ズーム顕微鏡３０の瞳分割を行い、しかも、ズーム顕微鏡３０の瞳位置はズーム操作によらず不動に設定される。このため、本実施形態の顕微鏡システムでは、ズーム操作によらず３以上の視差画像の各々を適正に生成することができる。
したがって、本実施形態の顕微鏡システムのユーザは、標本１を３通り以上の角度から観察することと、標本１を任意の倍率で観察することとの双方が可能である。
また、本実施形態の顕微鏡システムでは、３以上の視差画像の間の明るさのばらつきを抑制するので、ユーザの左右の眼が同時に観察する１対の視差画像の明るさのバランスを保つと共に、ユーザが３次元ディスプレイ２００の観察角度を変化させたときに感じる明るさのちらつきを防ぐことができる。

また、本実施形態の顕微鏡システムでは、ズーム結像光学系（アフォーカルズーム系１３及び結像光学系１４）の少なくとも一部を介して光源１８の像を瞳位置へ投影する落射照明光学系２０を備え、この落射照明光学系２０は、ズーム結像光学系のズームポジションに関わらず光源と瞳位置との間の共役関係を維持する。

よって、本実施形態の顕微鏡システムでは、３以上の視差画像の生成時の照明状態（ケーラー照明）を、ズーム操作によらず適正に保つことができる。

［変形例］
なお、本実施形態の顕微鏡システムでは、３以上の視差画像の間の明るさのばらつきを抑制するために、それら視差画像の生成時における撮像素子１０の電荷蓄積時間を制御したが、撮像素子１０の電荷蓄積時間と、撮像素子１０のゲインと、シャッタ１２の開口率と、標本１から撮像素子１０へ向かう観察光の強度と、標本１を照明する照明光の強度と、のうち少なくとも１つを制御してもよい。
また、シャッタ１２（ここでは透過型マスク）の開口率を制御するためには、開口部１２ａのサイズと開口部１２ａの透過率との組み合わせを制御すればよい。
また、観察光の強度を制御するためには、標本１から射出した観察光の光路と、光源１８から射出した照明光の光路とのうち、前者の単独光路（ハーフミラー１９から撮像素子１０までの光路）の何れかの箇所に、透過率可変のフィルタや、光路を開閉するシャッタなどの光学素子を配置し、それを制御すればよい。
また、照明光の強度を制御するためには、標本１から射出した観察光の光路と、光源１８から射出した照明光の光路とのうち、後者の単独光路（光源１８からハーフミラー１９までの光路）の何れかの箇所に、透過率可変のフィルタや、光路を開閉するシャッタなどの光学素子を配置し、それを制御すればよい。
また、本実施形態の顕微鏡システムでは、３以上の視差画像の間の明るさのばらつきを抑制するために、それら視差画像の生成パラメータを制御したが、生成された３以上の視差画像のうち少なくとも１つの輝度を補正してもよい。

また、本実施形態の顕微鏡システムでは、瞳分割方向をｘ方向（水平方向）のみに設定したが（図２参照）、瞳分割方向を複数方向に設定してもよい。
例えば、本実施形態の顕微鏡システムでは、瞳分割パターンを、図３（Ａ）〜（Ｈ）に示すとおり「ｘ方向に４分割、かつｙ方向に４分割」としてもよい。

図３に示した瞳分割パターンによると、ズーム顕微鏡３０の瞳は、ｘ方向に並んだ等しい幅の４つの部分領域Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４に分割され、撮像素子１０は、それら部分領域Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の各々に対応する４枚の視差画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４を順次に生成すると共に、ズーム顕微鏡３０の瞳は、ｙ方向に並んだ等しい幅の４つの部分領域Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８に分割され、撮像素子１０は、それら部分領域Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８の各々に対応する４枚の視差画像Ｉ５、Ｉ６、Ｉ７、Ｉ８を順次に生成する。

なお、この瞳分割パターンが採用される場合は、ｘ方向の瞳分割とｙ方向の瞳分割とが連続して行われ、８枚の視差画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６、Ｉ７、Ｉ８が連続して生成されることが望ましい。これらの８枚の視差画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６、Ｉ７、Ｉ８が、（同時に表示されるべき）一連の視差画像として３次元ディスプレイ２００へ転送される。
例えば、一連の視差画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６、Ｉ７、Ｉ８の間で座標（ｉ，ｊ）の共通する８つの視差画素をＩ１（ｉ，ｊ）、Ｉ２（ｉ，ｊ）、Ｉ３（ｉ，ｊ）、Ｉ４（ｉ，ｊ）、Ｉ５（ｉ，ｊ）、Ｉ６（ｉ，ｊ）、Ｉ７（ｉ，ｊ）、Ｉ８（ｉ，ｊ）とおくと、画面上で座標（ｉ、ｊ）に位置するブロックには、４つの視差画素Ｉ１（ｉ，ｊ）、Ｉ２（ｉ，ｊ）、Ｉ３（ｉ，ｊ）、Ｉ４（ｉ，ｊ）が水平方向へ並べて配列され、４つの視差画素Ｉ５（ｉ，ｊ）、Ｉ６（ｉ，ｊ）、Ｉ７（ｉ，ｊ）、Ｉ８（ｉ，ｊ）が垂直方向へ並べて配列される。

なお、このように、２以上の方向に亘る視差画像を分離して立体表示する３次元ディスプレイとしては、例えば、特開平６−２１４３２３号公報に開示された３次元ディスプレイを適用することができる。因みに、特開平６−２１４３２３号公報に開示された３次元ディスプレイでは、分離方式として、母線方向を９０°回転させて重ねた２枚のレンチキュラーレンズが採用されているが、２枚のレンチキュラーレンズの代わりに、マイクロレンズアレイを使用してもよいことは言うまでもない。
なお、図３に示した瞳分割パターンによると、一連の視差画像の間で瞳分割サイズ（開口部１２ａのサイズ）が非共通となるが、図４に点線で示すとおり瞳の最大径を円形ではなく長方形としておけば、一連の視差画像の間で瞳分割サイズ（開口部１２ａのサイズ）を共通化することができる。このような変形は、図２の例についても同様に適用できる。
また、図３、図４の何れかに示した例では、開口部１２ａをｘ方向へ移動させるときには開口部１２ａのｙ方向の幅を最大（瞳の最大径相当）に設定し、開口部１２ａをｙ方向へ移動させるときには開口部１２ａのｘ方向の幅を最大（瞳の最大径相当）に設定したが、例えば、図５に示すように、部分領域（開口部１２ａ）のｘｙ方向の幅を十分に小さく設定し、開口部１２ａをｘｙ方向にかけて移動させてもよい。この場合は、一連の視差画像の明るさが全体的に不足する可能性はあるものの、一連の視差画像の間で互いの開口部１２ａを完全に分離する（開口部同士の重複を無くす）ことができる。
或いは、図６に示すように、瞳中心に頂点を有した扇形の部分領域（開口部１２ａ）を使用し、扇形の開口部１２ａを、瞳中心の周りに回動させることで、瞳分割を図ってもよい。この場合も、一連の視差画像の間で互いの開口部１２ａを完全に分離する（開口部同士の重複を無くす）ことができる。

因みに、図５、図６に示す例のように一連の視差画像の間で開口部１２ａの形状を共通化した場合には、シャッタ１２として、開口パターンが不変のマスク部材を使用し、それを移動又は回転させるだけで瞳分割を行うことができる。

また、以上の説明では、開口パターンが可変の液晶素子と、開口パターンが不変のマスク部材との何れか一方を使用することを想定したが、両者を組み合わせて使用してもよいことは言うまでもない。

また、上述した実施形態のズーム顕微鏡３０は、シャッタ１２から撮像素子１０までの光学系（「瞳分割光学系」と称す。）を１系統しか有していないが、例えば図７に示すとおり瞳分割光学系を複数系統にしてもよい。

図７は、瞳分割光学系の系統数を２としたズーム顕微鏡の例であり、２系統の瞳分割光学系は、共通の対物レンズ１１の射出瞳のうち互いに重複しない２つの領域を個別に瞳分割するものである。
この場合、図８に示すとおり対物レンズ１１の射出瞳Ｐ１の内部に２系統の瞳分割光学系の入射瞳Ｐ２、Ｐ３が重複しないように並べられ、瞳Ｐ１のうち瞳Ｐ２、Ｐ３から外れた領域には余分な光が通過しないよう予め遮光部（マスク部）が設けられており、瞳Ｐ２、Ｐ３には、２系統の瞳分割光学系のシャッタ１２がそれぞれ設けられる（但し、これら遮光部と２系統のシャッタとの少なくとも２つを１つのシャッタで構成してもよいことはいうまでもない。）。

この場合、２系統の瞳分割光学系を並行して駆動すれば、１対の視差画像を並行して生成する（つまり同時に生成する）ことができる。例えば、２系統の瞳分割光学系の各々の瞳分割パターンを図２の例と同様に設定したならば、ｘ方向（水平方向）に亘る８枚の視差画像を４ショットの撮像で生成することができる。

なお、ここでは瞳分割光学系を２系統にすることを説明したが、３系統以上にすることで、３以上の視差画像を並行して生成してもよいことは言うまでもない。

また、本実施形態の顕微鏡システムの光学系部分の全部は、屈折型で構成されているが、光学系部分の一部又は全部は、反射型で構成されてもよい。
例えば、シャッタ１２として、対物レンズ１１の射出瞳の一部に反射率の高い開口部１２ａを有すると共に、その瞳の他の部分に開口部１２ａよりも反射率の低いマスク部１２ｂ（反射率がゼロであるマスク部１２ｂ）を有し、瞳内における開口部１２ａの位置が可変（瞳内におけるマスク部１２ｂの位置が可変）な反射型マスクを使用してもよい。
このようなシャッタ１２としては、例えば、移動又は回動可能な反射型マスク部材や、与えられた電気信号に応じて反射率分布を変化させるディジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）などが適用可能である。このディジタルミラーデバイスを適用すれば、開口部１２ａの位置（マスク部１２ｂの位置）だけでなく、開口部１２ａの形状（マスク部１２ｂの形状）や、開口部１２ａの反射率をも自在に変化させることが可能であるので、前述した液晶素子と同様の使い方が可能である。
例えば、シャッタ１２（反射型マスク）の開口率を制御するためには、開口部１２ａのサイズと開口部１２ａの反射率との組み合わせを制御すればよい。

また、本実施形態では、標本１をマクロ観察する顕微鏡システムに対して本発明を適用したが、一般の被写体をマクロ観察する撮影システムにも本発明は適用が可能である。

３０…ズーム顕微鏡、１００…コントローラ、２００…３次元ディスプレイ、２０…落射照明光学系、４０…連結機構４０、１…標本、１１…対物レンズ、１２…シャッタ、１３…アフォーカルズーム系、１４…結像光学系、１０…撮像素子

Claims (8)

1. 物体側から順に、対物レンズと、並列配置された複数のズーム結像光学系と、複数の前記ズーム結像光学系の像をそれぞれ撮像する撮像素子とを配置し、制御手段を備える撮像装置であって、
   複数の前記ズーム結像光学系の入射瞳は、前記対物レンズの射出瞳のそれぞれ異なる領域に対応し、
   各々の前記ズーム結像光学系は、
   前記ズーム結像光学系のズームポジションに関わらず前記ズーム結像光学系の入射瞳を同一の瞳位置に保ち、
   前記瞳位置と同一の位置において前記ズーム結像光学系の光軸と交差する面内に、入射光を減光するマスク部と、前記マスク部よりも高い透過率で入射光を透過させる開口部とを配置した光選択手段を含み、
   前記制御手段は、
   各々の前記ズーム結像光学系に含まれる前記光選択手段につき前記面内の３以上の領域に前記光選択手段の前記開口部の形成位置をそれぞれ移動させ、
   各々の前記ズーム結像光学系で、前記開口部の形成位置の異なる３以上の各状態において前記物体を前記撮像素子で撮像させることにより、前記物体に関する３以上の視差画像を時分割で生成する制御を行う
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記３以上の視差画像の間の明るさのばらつきを抑制する抑制手段を更に備える
   ことを特徴とする撮像装置。
3. 請求項２に記載の撮像装置において、
   前記抑制手段は、
   前記ばらつきを抑制するために、前記３以上の視差画像の生成時における前記撮像素子の電荷蓄積時間、前記撮像素子のゲイン、前記光選択手段の開口率、前記物体から前記撮像素子へ向かう観察光の強度、前記物体を照明する照明光の強度、のうち少なくとも１つを制御する
   ことを特徴とする撮像装置。
4. 請求項２に記載の撮像装置において、
   前記抑制手段は、
   前記ばらつきを抑制するために、前記３以上の視差画像のうち少なくとも１つの輝度を補正する
   ことを特徴とする撮像装置。
5. 請求項２に記載の撮像装置において、
   前記光選択手段は、前記開口部の形成位置が異なる状態のときに前記開口部の開口面積が異なり、
   前記抑制手段は、前記開口部の開口面積の差を相殺するように、前記視差画像の間で明るさのばらつきを抑制する
   ことを特徴とする撮像装置。
6. 請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の撮像装置において、
   前記制御手段は、
   前記開口部の移動方向を複数方向に設定する
   ことを特徴とする撮像装置。
7. 請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の撮像装置において、
   前記光選択手段は、
   透過率分布が可変の液晶素子である
   ことを特徴とする撮像装置。
8. 請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の撮像装置において、
   前記ズーム結像光学系の少なくとも一部を介して光源の像を前記瞳位置へ投影する落射照明光学系を更に備え、
   前記落射照明光学系は、
   前記ズーム結像光学系のズームポジションに関わらず前記光源と前記瞳位置との間の共役関係を維持する
   ことを特徴とする撮像装置。
   

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