JPH07123305A - マイクロスコープ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】小型・軽量かつ低消費電力で電池駆動も可能で
あり、照度が低い白色光源を用いても所定のＳ／Ｎ比を
確保できるマイクロスコープを提供する。 【構成】被写体を照射する白色光源としてハロゲンラン
プに代えてフルカラーＬＥＤ３３を用いる。顕微鏡レン
ズ３１を介して固体撮像素子２９で被写体光学像を光電
変換する。固体撮像素子２９から出力された映像信号よ
り輝度信号Ｙと色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙを得る。それら
の信号をＡ／Ｄ変換部６０〜６２にて画像データに変換
しフレームメモリ６６〜６８に蓄積するが、このときデ
ィジタルフィルタ６３〜６５により画像データ蓄積を複
数回にわたって実行することにより、信号レベルを大き
くするとともに雑音低減してＳ／Ｎ比を改善する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、人間の皮膚の
状態の観察・検査を行う医療や化粧品の販売促進の用
途、動植物などの拡大画像を観察する学習教育の用途、
その他、工業用の検査機器としてテレビモニターに画像
が映るように、適当な照度の照明手段を設けて構成され
るマイクロスコープ（顕微鏡レンズ装着テレビカメラ）
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来においては、照明手段をもつマイク
ロスコープのすべてがハロゲンランプを光源としてい
る。

【０００３】従来のハロゲンランプ付きのマイクロスコ
ープ（顕微鏡レンズ装着テレビカメラ）の２つの例を図
６と図７に示す。図６は分離型であり、図７は一体型で
ある。これらの図において、１は分離型制御部、２は分
離型カメラヘッド部、３は電源部、４は一体型本体、５
はＡＣアダプター、６はハロゲンランプ、７は反射板、
８はコンデンサレンズ、９は光導入部、１０は光ファイ
バー束、１１は光ファイバー、１２は放熱用ファン、１
３は顕微鏡レンズ、１４は鏡筒、１５はＣＣＤなどの固
体撮像素子、１６はセンサー基板、１７は信号処理基板
である。

【０００４】図６のマイクロスコープの場合、ハロゲン
ランプ６をカメラヘッド部２とは別体の制御部１に内蔵
し、コンデンサレンズ８で集光し、顕微鏡レンズ１３の
先端にリング状に配した光ファイバー１１により冷光供
給している。

【０００５】顕微鏡レンズ１３は理論的に被写界深度が
とれないため、少しでも深度をかせぐためにＦ値の大き
い（暗い）レンズを用いる。この場合、テレビモニター
で充分なＳ／Ｎ比の被写体画像を見るためには、強い光
量の光を被写体に照射しなければならない。また、カラ
ー画像の忠実な色再現を図るためには、白色光源が必要
である。このような理由から、マイクロスコープ（顕微
鏡レンズ装着テレビカメラ）には、その光源としてハロ
ゲンランプが使用されているのである。

【０００６】また、マイクロスコープはその先端を被写
体に当てて使用する場合が多い。手振れを防止するため
にも接写が望ましい。顕微鏡レンズ１３の先端部を高温
とすることは、火傷などの危険性があるので、避ける必
要がある。そのため、光源であるハロゲンランプ６を顕
微鏡レンズ１３から離し、光ファイバー１１によって導
光して冷光としているのである。

【０００７】図７に示すマイクロスコープはカメラヘッ
ド部と制御部を分けずに一体型としたものであるが、こ
の場合も、ハロゲンランプ６と光ファイバー１１等との
組み合わせが必要であることには変わりがない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のマイクロスコー
プにあっては、白色光源として高温となるハロゲンラン
プ６を用いているため、放熱用ファン１２が不可欠とな
っている。ハロゲンランプ６および放熱用ファン１２を
用いていることから、全体が大型化しているとともに、
重量も大となり、しかも消費電力も大きくなっていると
いう欠点があった。その上、ハロゲンランプは寿命が比
較的短くて交換の頻度が高く、その作業がわずらわしい
という欠点もあった。さらに、カメラヘッド部には電源
・映像用ケーブルだけでなく、光ファイバー１１も配線
されるため、可撓性に欠け、使い勝手が悪いといった欠
点もあった。

【０００９】マイクロスコープは、野外に持ち出して野
外観察する用途も多く、この方面からも小型・軽量化す
る必要性が高い。また、携帯することから、低消費電力
化して電池駆動できるようにする必要性も高い。そし
て、このような必要性を満たすには、ハロゲンランプ、
放熱用ファン、光ファイバーなどをなくすことが必要と
なり、ハロゲンランプに代わる小型・低消費電力で長寿
命な白色光源が望まれている。

【００１０】また、低消費電力化のためには照明パワー
を落とす必要があり、この結果として、カメラヘッド部
内のＣＣＤなどの固体撮像素子の出力信号レベルが小さ
くなるため、後段の回路で画像処理を工夫して等価的に
Ｓ／Ｎ比を向上させる新たな手段の開発が望まれる。

【００１１】本発明は、このような事情に鑑みて創案さ
れたものであって、小型・軽量かつ低消費電力で電池駆
動も可能であり、照度が低い白色光源を用いても所定の
Ｓ／Ｎ比を確保できるマイクロスコープを提供すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係るマイクロス
コープ（顕微鏡レンズ装着テレビカメラ）は、被写体を
照射する白色光源としてのフルカラーＬＥＤと、被写体
を撮像する顕微鏡レンズと、前記顕微鏡レンズを通した
光学像を光電変換する固体撮像素子と、前記固体撮像素
子から出力生成された映像信号をディジタル化して画像
データに変換するＡ／Ｄ変換部と、その画像データを蓄
積する画像メモリと、この画像メモリに画像データを蓄
積させる動作を複数回実行するディジタルフィルタと、
前記画像メモリから読み出された画像データをアナログ
の映像信号に変換するＤ／Ａ変換部とを備えたことを特
徴とするものである。

【００１３】

【作用】フルカラーＬＥＤはハロゲンランプに代わる白
色光源であり、それは小型・軽量・低消費電力である。
元から冷光であり、冷却手段を必要としない。しかし、
フルカラーＬＥＤは照度が低いために固体撮像素子から
の出力信号レベルが小さくなる。そこで、画像メモリと
ディジタルフィルタとにより、画像データを画像メモリ
に蓄積する動作を複数回にわたって実行させる。する
と、信号レベルが大きくなり、等価的にＳ／Ｎ比を改善
させることができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明に係るマイクロスコープ（顕微
鏡レンズ装着テレビカメラ）の一実施例を図面に基づい
て詳細に説明する。

【００１５】図１は一体型のマイクロスコープを示し、
図の（ａ）は先端部側から見た側面図、（ｂ）は正面か
らみた概略の断面図である。図１において、２１は一体
型本体、２２はカメラヘッド部、２３は把手部、２４は
電池収納部、２５は外部直流電源入力端子、２６は映像
信号出力端子、２７は信号処理・画像メモリ基板、２８
はセンサー基板、２９はＣＣＤなどの固体撮像素子、３
０はレンズ鏡筒、３１は顕微鏡レンズ、３２はＬＥＤ基
板、３３はフルカラーＬＥＤ、３４は拡散板、３５は光
導入ガイドである。

【００１６】カメラヘッド部２２において顕微鏡レンズ
３１を装着したレンズ鏡筒３０が内蔵されているが、カ
メラヘッド部２２の先端側でレンズ鏡筒３０の外周にＬ
ＥＤ基板３２が配置され、そのＬＥＤ基板３２に周方向
等配の状態で４つのフルカラーＬＥＤ３３が取り付けら
れている。このフルカラーＬＥＤ３３は、従来のハロゲ
ンランプに代わる新しい白色光源である。青色発光素子
の開発によりフルカラーＬＥＤの実現が可能となったの
である。拡散板３４は、４つのフルカラーＬＥＤ３３か
らの白色光が被写体に対して均一に照射されるようにす
るためのもので、フルカラーＬＥＤ３３に対向する状態
でカメラヘッド部２２の先端に設けられている。光導入
ガイド３５は、フルカラーＬＥＤ３３からの照射光が直
接に顕微鏡レンズ３１に入射するのを防ぐとともに、被
写体から反射した光を良好に顕微鏡レンズ３１に導くた
めのものである。

【００１７】被写体像の光線は顕微鏡レンズ３１を経
て、センサー基板２８上の固体撮像素子２９に供給さ
れ、固体撮像素子２９から映像信号として出力される。
顕微鏡レンズ３１は前述のように非常に暗いレンズであ
り、しかも、フルカラーＬＥＤ３３はハロゲンランプに
比べて照度が著しく低い。ちなみに、光源として元来は
数万ルックス必要とされるのに対して、フルカラーＬＥ
Ｄは数百ルックス程度しか出せず、その比率は２００分
の１〜３００分の１である。そのため、固体撮像素子２
９から出力される映像信号はきわめて微小な信号となっ
ている。したがって、この映像信号のまま信号処理した
のでは、テレビモニター上の画像は充分なＳ／Ｎ比が得
られないことは明らかである。

【００１８】図２は信号処理・画像メモリ基板２７に搭
載された信号処理部の電気的構成を示すブロック図であ
る。この信号処理部は、固体撮像素子２９から入力され
てきた微小なレベルの映像信号を輝度信号と色信号に分
離し、クランプ、ガンマ補正などの信号処理を行った
後、輝度信号Ｙと色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙを生成するも
のである。

【００１９】図２において、３６は固体撮像素子２９の
駆動用ＩＣ、３７はサンプルホールド回路、３８はＡＧ
Ｃ回路、３９は輝度信号用のローパスフィルタ（ＬＰ
Ｆ）、４０はクランプ・ガンマ補正回路、４１は輪郭補
正回路、４２は同期信号付加回路、４３は色分離回路、
４４は色信号ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）、４５はホワ
イトバランス回路、４６はクランプ・ガンマ補正回路、
４７は色信号合成回路、４８は１Ｈ遅延回路、４９は切
換回路、５０はＲ−Ｙ合成回路、５１はＢ−Ｙ合成回路
である。この信号処理部の具体的動作については周知で
あるので、説明を省略する。

【００２０】輝度信号Ｙと色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙは図
３に示す画像処理部に供給される。

【００２１】図３において、６０は輝度信号Ｙ用のＡ／
Ｄ変換部、６１は色差信号Ｒ−Ｙ用のＡ／Ｄ変換部、６
２は色差信号Ｂ−Ｙ用のＡ／Ｄ変換部、６３，６４，６
５は画像のＳ／Ｎ比を改善するためのディジタルフィル
タ、６６，６７，６８は画像データを記憶するフレーム
メモリ、６９は切換回路、７０はＤ／Ａ変換部、７１は
上記の各部を制御するマイクロコンピュータ、７２は
３．５８ＭＨｚ平衡変調器、７３はバースト信号付加
部、７４はＹＣ混合部である。輝度信号Ｙおよび色差信
号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙはそれぞれ、Ａ／Ｄ変換部６１，６
２，６３でディジタル変換され、ディジタルフィルタ６
３，６４，６５に供給される。

【００２２】ディジタルフィルタ６３とフレームメモリ
６６とは輝度信号Ｙ用の巡回型ディジタルフィルタを構
成し、ディジタルフィルタ６４とフレームメモリ６７お
よびディジタルフィルタ６５とフレームメモリ６８はそ
れぞれ、色差信号Ｒ−ＹおよびＢ−Ｙ用の巡回型ディジ
タルフィルタを構成している。

【００２３】図４は巡回型ディジタルフィルタの構成を
示す。８１は積算器、８２は加算器、８３は積算器、８
４はフレームメモリである。この巡回型ディジタルフィ
ルタの伝達関数Ｈ（Ｚ_F ）は、Ｋ（０＜Ｋ＜１）をパラ
メータとして、 Ｈ（Ｚ_F ）＝（１−Ｋ）／（１−ＫＺ_F ^-1） である。ただし、Ｚ_F ^-1は１フレームの遅延に対応する
単位遅延演算子である。

【００２４】上式を展開すると、 Ｈ（Ｚ_F ）＝（１−Ｋ）（１＋ＫＺ_F ^-1＋Ｋ² Ｚ_F ^-2＋
Ｋ³ Ｚ_F ^-3＋…） となる。信号は振幅和であるから、 （１−Ｋ）（１＋Ｋ＋Ｋ² ＋Ｋ³ ＋…）＝１（倍） となる。

【００２５】一方、雑音は電力和であるから、 （１−Ｋ）² （１＋Ｋ² ＋Ｋ⁴ ＋Ｋ⁶ ＋…）＝（１−
Ｋ）／（１＋Ｋ）（倍） となり、平均振幅では、 ｛（１−Ｋ）／（１＋Ｋ）｝^1/2 （倍） となる。パラメータＫは、０＜Ｋ＜１の範囲で変化させ
るため、Ｋ＝１に近づけるほど、雑音平均振幅は小さく
なる。これが雑音低減の原理である。

【００２６】すなわち、画像データを複数フレーム分に
わたって累積的にフレームメモリ８４に書き込むことに
より、信号レベルを等価的に大とするとともに、Ｓ／Ｎ
比を改善することができるのである。

【００２７】以上のようにして雑音低減されたディジタ
ル信号はそれぞれ切換回路６９を介して順次Ｄ／Ａ変換
部７０に送り出され、アナログ信号に変換される。そし
て、３．５８ＭＨｚ平衡変調器７２により直交変調し、
バースト信号付加部７３を通してＹＣ混合部７４に供給
され、コンポジット信号としてテレビモニターに映像出
力される。マイクロコンピュータ７１は、上記Ａ／Ｄ変
換、Ｄ／Ａ変換のタイミング制御および巡回型ディジタ
ルフィルタ部の制御や切換回路６９の制御を行ってい
る。

【００２８】上記したように、本実施例によれば、白色
光源としてハロゲンランプに代えてフルカラーＬＥＤ３
３を採用し、それをカメラヘッド部２２の先端のＬＥＤ
基板３２に取り付けたので、光ファイバーが不要となる
とともに、ハロゲンランプの場合のような放熱用ファン
を不要化でき、全体として小型・軽量化と低消費電力化
とを図ることができる。これにより、電池駆動が可能と
なり、また、携行性が改善される。

【００２９】フルカラーＬＥＤ３３は照度が小さく固体
撮像素子２９からの出力信号レベルが低いが、ディジタ
ルフィルタ６３〜６５によりフレームメモリ６６〜６８
に画像データを蓄積する動作を複数回にわたって実行さ
せるように構成したので、信号レベルを大きくすること
ができるとともに、雑音低減によって等価的にＳ／Ｎ比
を改善することができる。フレームメモリ６６〜６８に
画像を蓄積するので、ＩＣカードなどの外部メモリにデ
ータ伝送することが可能となり、画像データの保存上も
有利となる。

【００３０】なお、フレームメモリに代えてフィールド
メモリを用いてもよい。信号レベルを大きくしＳ／Ｎ比
を改善するディジタルフィルタとしては、安価な巡回型
ディジタルフィルタが好ましいが、加算回数分だけの個
数のフレームメモリを用いる非巡回型ディジタルフィル
タでも同様の機能が発揮される。

【００３１】図５のマイクロスコープは分離型に構成し
たときの実施例を示している。図５において、９１は分
離型制御部、９２は分離型カメラヘッド部、９３は電源
部である。その他の構成はおおむね上記実施例と同様で
あるので、図１と対応する部分には同一符号を付すにと
どめ、説明を省略する。

【００３２】いずれの実施例においても、フルカラーＬ
ＥＤ３３の個数を４つとしているが、もちろんこれに限
定する必要はなく、フルカラーＬＥＤの個数は１枚の画
像を得るための最大時間と必要なＳ／Ｎ比との関係から
決定することができ、その個数はディジタルフィルタに
おける加算回数とも関係している。被写体に対して均一
な白色光源とするために、拡散板３４および光導入ガイ
ド３５を設けているが、この手法によらずに、さらに精
度の良い均一光源にするためにはフルカラーＬＥＤと光
ファイバーを接続し、先端部においてファイバーをリン
グ状にした光源とする構造であってもよい。その場合で
も、ハロゲンランプと比べると、小型・軽量化および低
消費電力化が図れる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、白色光
源としてハロゲンランプに代えてフルカラーＬＥＤを採
用したので小型・軽量化と低消費電力化とを図ることが
できるとともに、画像メモリとディジタルフィルタとに
より画像データを画像メモリに蓄積する動作を複数回に
わたり実行させるように構成したので、信号レベルを大
きくしＳ／Ｎ比を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る一体型のマイクロスコ
ープ（顕微鏡レンズ装着テレビカメラ）のヘッド部の側
面図と全体の概略断面図である。

【図２】実施例における信号処理部の電気的構成を示す
ブロック図である。

【図３】実施例における画像処理部の電気的構成を示す
ブロック図である。

【図４】実施例における巡回型ディジタルフィルタの電
気的構成を示すブロック図である。

【図５】本発明の別の実施例に係る分離型のマイクロス
コープの全体の概略断面図である。

【図６】従来の分離型のハロゲンランプ付きマイクロス
コープのヘッド部の側面図と全体の概略断面図である。

【図７】従来の一体型のハロゲンランプ付きマイクロス
コープの全体の概略断面図である。

【符号の説明】

２１……一体型本体 ２２……カメラヘッド部 ２３……把手部 ２４……電池収納部 ２５……外部直流電源入力端子 ２６……映像信号出力端子 ２７……信号処理・画像メモリ基板 ２８……センサー基板 ２９……固体撮像素子（ＣＣＤ） ３０……レンズ鏡筒 ３１……顕微鏡レンズ ３２……ＬＥＤ基板 ３３……フルカラーＬＥＤ ３４……拡散板 ３５……光導入ガイド ３６……固体撮像素子の駆動用ＩＣ ３７……サンプルホールド回路 ３８……ＡＧＣ回路 ３９……ローパスフィルタ ４０……クランプ・ガンマ補正回路 ４１……輪郭補正回路 ４２……同期信号付加回路 ４３……色分離回路 ４４……色信号ハイパスフィルタ ４５……ホワイトバランス回路 ４６……クランプ・ガンマ補正回路 ４７……色信号合成回路 ４８……１Ｈ遅延回路 ４９……切換回路 ５０……Ｒ−Ｙ合成回路 ５１……Ｂ−Ｙ合成回路 ６０，６１，６２……Ａ／Ｄ変換部 ６３，６４，６５……ディジタルフィルタ ６６，６７，６８……フレームメモリ（画像メモリ） ６９……切換回路 ７０……Ｄ／Ａ変換部 ７１……マイクロコンピュータ ７２……３．５８ＭＨｚ平衡変調器 ７３……バースト信号付加部 ７４……ＹＣ混合部 ８１，８３……積算器 ８２……加算器 ８４……フレームメモリ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体を照射する白色光源としてのフル
   カラーＬＥＤと、被写体を撮像する顕微鏡レンズと、前
   記顕微鏡レンズを通した光学像を光電変換する固体撮像
   素子と、前記固体撮像素子から出力生成された映像信号
   をディジタル化して画像データに変換するＡ／Ｄ変換部
   と、その画像データを蓄積する画像メモリと、この画像
   メモリに画像データを蓄積させる動作を複数回実行する
   ディジタルフィルタと、前記画像メモリから読み出され
   た画像データをアナログの映像信号に変換するＤ／Ａ変
   換部とを備えたことを特徴とするマイクロスコープ。