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技術 実体顕微鏡

出願人 ライカインストルメント(シンガポール)プライベートリミテッド
発明者 クラウス・ペーターツィンマー
出願日 2006年8月24日 (13年6ヶ月経過) 出願番号 2006-227762
公開日 2007年3月15日 (13年0ヶ月経過) 公開番号 2007-065652
状態 特許登録済
技術分野 顕微鏡、コンデンサー
主要キーワード 望遠鏡型 摺動ユニット 段階フィルタ 切り換えユニット 切り替えユニット 周辺ビーム 空間的歪み 内側下面
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図面 (8)

課題

両眼視力が異なるユーザがデバイスを変えることなく、1つの光路における解像度ゲインから恩恵を受けることができるような望遠鏡型実体顕微鏡の提供。

解決手段

第1のビーム経路60Rおよび第2のビーム経路60Lを備え、第1のビーム経路には第1の望遠鏡系3Rが設けられ、第2のビーム経路には第2の望遠鏡系3Lが設けられる実体顕微鏡であって、第1の観察ユニットおよび第2の観察ユニット4R、4Lからなる観察ユニット4が設けられ、第1の望遠鏡系の少なくとも1つの光学素子は、第2の望遠鏡系の少なくとも1つの対応する光学素子に比べて、異なる光学有効径を有し、第1の望遠鏡系および第2の望遠鏡系と第1の観察ユニットおよび第2の観察ユニットとの間には、プリズム群7が設けられ、より大きな入射瞳の直径32Rを有する第1の望遠鏡系のビーム経路にこのプリズム群7を移動する。

概要

背景

実体顕微鏡は、一方では目視観察下物体を操作するため、および他方では細かい物体の詳細を目に見えるようにするために用いられる。物体の操作は、低倍率下で行うことが好ましく、良好な三次元再生を必要とする。詳細を認識するために、機器を変更することなく、高解像度の高倍率に迅速に切り替えることが所望である。

実体顕微鏡は、種々の観察角で物体の2つの視像を提供する。2つの観察方向の間の角度が著しく大きい場合には、物体は空間的に歪められているように見える。

実体顕微鏡の望遠鏡型の多数の説明が文献に見受けられる。非特許文献1および特許文献1も参照のこと。そのような設計を備えた実体顕微鏡は、任意のボルト締めモジュールは別として、物体を無限遠結像する主対物レンズと、倍率を変更するための下流の平行な2つの望遠鏡と、鏡筒レンズを備える2つの観察ユニットと、反転系および両眼による目視観察用接眼レンズと、を備える。望遠鏡は、固定倍率を有する変更可能なガリレオ式望遠鏡またはアフォーカルズーム系として設計されることができる。従来技術によれば、2つの同一の望遠鏡がデバイス対称面に対称に配置され、対称面は、物体を右半分および左半分に対称に分割する。望遠鏡軸間の距離は、ステレオベースと呼ばれる。この顕微鏡開口数は、望遠鏡の入射瞳半径を主対物レンズの焦点距離除算することによって与えられる。

この型の顕微鏡の開口数は、従来技術では制限されている。開口数を増大するために、入射瞳の直径、したがってステレオベースを拡大すること(機器の寸法が大きくなるという欠点をもたらす)、または、主対物レンズの焦点距離を短くすること(作動距離不都合に減少させるあるいは主対物レンズに必要とされる能力過度に増大させる)が周知である。いずれの場合においても、観察方向の間の角度が増大し、結果として空間的歪みを増大することになる。

特許文献2は非対称な立体視内視鏡を開示しており、この内視鏡では異なる直径の入射瞳を有する2つの対物レンズ系が互いに隣接して平行に配置される。両方の対物レンズ光導体または光ファイバによってセンサ面の上に物体の像を形成する。たとえば、これらのCCDセンサから、像データがディジタル処理後にモニタ伝送される。すなわち、たとえば立体モニタを用いて、データを空間的に認識することができる。2つの内視鏡の光路の直径は可変であるが、より大きな直径の光路から生じるように、目視者解像度および輝度によって立体視像を認識することが記載されている。より小さな直径の第2の光路は、主に立体視または立体感を生成するのに機能する。

上述したような設計の望遠鏡型の実体顕微鏡の場合の状態は、特許文献2による内視鏡の場合とは原則的には異なる。第一に、物体の目視は、事前のディジタル処理を行うことなく、一般に目で(少なくとも目でも)直接行う。さらに接続されたカメラによって文書化が行われることになっている場合には、そのようなディジタル処理を用いるか、または用いることができる。上記の特許文献2からは、開示された実施形態の場合には、物体を視覚によって直接どのように目視することができるについて明らかになっていない。さらに、センサ面の上への投影固定焦点)は、目の調節能力が働かないため、ディスプレイ焦点深度被写界深度)を制限する。

内視鏡の倍率は、物体の距離に左右される。高倍率で、物体の距離は普通は最小である。この場合には、互いに隣接して配置される2つの対物レンズの視野の重なる範囲は、最小である。したがって、この場合には、重なる範囲において唯一可能である立体視は削減される。しかし、低倍率では重なりが大きいが、開口数が小さく、深い焦点深度を生じる。したがって、三次元物体の像解像度または品質焦点平面までの距離と共に徐々に劣化することが分かる。特に、物体の深さが焦点深度より短い場合には、この状況は2つの視野を統合して空間像にするのに有利である。

記載した型の実体顕微鏡の主構成要素は、2つの立体視光路における望遠鏡系(非連続変倍装置または連続ズーム)である。望遠鏡系は、内視鏡検査法では一般的ではない。したがって、上記の特許文献2には、表示スケールまたは再生スケールの変更については記載されていない。

立体視の場合には、焦点深度は重要である。上述の立体視内視鏡に比べて、望遠鏡型の高パワー実体顕微鏡は、目の調節能力を有利に用いる。倍率の変更は、機器の焦点を変えることなく行われる。倍率範囲全体にわたって、右の視野と左の視野との間で物体の切り取りに差はない。実体顕微鏡の開口数、したがって解像度は、倍率に適合され、空倍率を防止する。高倍率で、焦点深度はきわめて小さく、多くの場合には、そのような配置構成では物体の深さより小さい。したがって、三次元物体の画質は、焦点平面までの距離と共に著しく劣化する。したがって、異なる開口数のために、立体視光路が異なる解像度および焦点深度の像を生じる場合には、通常の低倍率および高い焦点深度の下で立体視内視鏡によって観察された空間像への場の統合は、特に高倍率で高パワーの顕微鏡の場合に存在する状態を移行することができると想定することはできない。

さらに、無視することができない基準は像輝度の基準であり、上記の特許文献2の場合には、内視鏡光路の入射瞳の直径が異なるために像輝度が異なる。この点で、像のディジタル処理は、対応する補正後に、両方の視野をモニタに等しく明るく表示することができるという利点がある。直接目視の場合には、実体顕微鏡の場合のように、そのような補正は可能ではない。

さらに、異なる視力を有するユーザが立体視光路の高い方のパワーを用いることができない場合、高い方のパワーの立体視光路が視力の弱い方の目に割り当てられる場合には、上述の配置構成は不利であると考えられる。

米国特許第6,816,321号明細書
米国特許第5,603,687号明細書
「Optical Designs for Stereomicroscopes」、K−P.チィンマー(K−P.Zimmer)著、International Optical Design Conference 1998、SPIE予稿集、第3482号、690〜697頁、(1998)

概要

両眼の視力が異なるユーザがデバイスを変えることなく、1つの光路における解像度のゲインから恩恵を受けることができるような望遠鏡型の実体顕微鏡の提供。第1のビーム経路60Rおよび第2のビーム経路60Lを備え、第1のビーム経路には第1の望遠鏡系3Rが設けられ、第2のビーム経路には第2の望遠鏡系3Lが設けられる実体顕微鏡であって、第1の観察ユニットおよび第2の観察ユニット4R、4Lからなる観察ユニット4が設けられ、第1の望遠鏡系の少なくとも1つの光学素子は、第2の望遠鏡系の少なくとも1つの対応する光学素子に比べて、異なる光学有効径を有し、第1の望遠鏡系および第2の望遠鏡系と第1の観察ユニットおよび第2の観察ユニットとの間には、プリズム群7が設けられ、より大きな入射瞳の直径32Rを有する第1の望遠鏡系のビーム経路にこのプリズム群7を移動する。

目的

本発明の目的は、特に両眼の視力が異なるユーザがデバイスを変えることなく、1つの光路における解像度のゲインから恩恵を受けることができるような望遠鏡型の実体顕微鏡を提供することにある。本発明の別の態様は、物体平面に対して垂直な方向における両眼の非立体視観察を可能にすることにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

第1のビーム経路(60R)および第2のビーム経路(60L)を備えた望遠鏡型立体顕微鏡(60)であって、前記第1のビーム経路(60R)には第1の望遠鏡系(3R)が設けられ、前記第2のビーム経路(60L)には第2の望遠鏡系(3L)が設けられ、第1の観察ユニットおよび第2の観察ユニット(4Rおよび4L)を含む観察ユニット(4)が設けられている望遠鏡型の実体顕微鏡(60)において、前記第1の望遠鏡系(3R)の少なくとも1つの光学素子は、前記第2の望遠鏡系(3L)の少なくとも1つの対応する光学素子に比べて、より大きな光学有効径を有すること、および前記第1の望遠鏡系および前記第2の望遠鏡系(3Rおよび3L)と前記第1の観察ユニットおよび前記第2の観察ユニット(4Rおよび4L)との間には、プリズム群(7)が設けられ、より大きな光学的有効径の直径(32R)を有する前記第1の望遠鏡系(3R)の前記ビーム経路(60R)にて前記プリズム群(7)を移動することでき、このビーム経路(60R)を前記2つの観察ユニット(4Rおよび4L)に供給すること、を特徴とする望遠鏡型の実体顕微鏡。

請求項2

前記プリズム群(7)は、手動変位可能であることを特徴とする請求項1に記載の実体顕微鏡。

請求項3

前記プリズム群(7)は、電気モータまたは電磁気によって変位することができることを特徴とする請求項1に記載の実体顕微鏡。

請求項4

前記第1の望遠鏡系(3R)または前記第2の望遠鏡系(3L)の光学素子は、レンズ素子または絞り(31R、31L)であることを特徴とする請求項1に記載の実体顕微鏡。

請求項5

少なくとも1つの倍率設定または1つのズーム範囲に関して、好ましくは高倍率で、前記望遠鏡系(3R、3L)の同一の倍率では、前記第1の望遠鏡系(3R)の前記入射瞳の直径が前記第2の望遠鏡系(3L)の入射瞳の前記直径より少なくとも10%大きいことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の実体顕微鏡。

請求項6

両方の望遠鏡系(3R、3L)の同一の倍率設定時に、前記第1の望遠鏡系(3R)の前記入射瞳の直径が前記第2の望遠鏡系(3L)の前記入射瞳の直径より10〜50%大きいことを特徴とする請求項5に記載の実体顕微鏡。

請求項7

前記第1の望遠鏡系および第2の望遠鏡系(3Rおよび3L)の倍率を調整するための調整素子の動作との連結が行われ、これにより、前記第1の望遠鏡系および第2の望遠鏡系(3R、3L)の前記入射瞳の直径が異なる場合には、前記プリズム群(7)を動作位置に移動することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の実体顕微鏡。

請求項8

第1のビーム経路(60R)および第2のビーム経路(60L)を備えた望遠鏡型の立体顕微鏡であって、前記第1のビーム経路(60R)には第1の望遠鏡系(3R)が設けられ、前記第2のビーム経路(60L)には第2の望遠鏡系(3L)が設けられ、第1の観察ユニットおよび第2の観察ユニット(4Rおよび4L)からなる観察ユニット(4)が設けられている望遠鏡型の実体顕微鏡において、前記第1の望遠鏡系(3R)は、前記第2の望遠鏡系(3L)の倍率より大きい少なくとも1つの倍率を有すること、および前記第1の望遠鏡系および前記第2の望遠鏡系(3Rおよび3L)と前記第1の観察ユニットおよび前記第2の観察ユニット(4Rおよび4L)との間には、前記第1の望遠鏡系(3R)の前記ビーム経路(60R)にて専用に移動することができるプリズム群(7)が設けられ、このビーム経路(60R)を前記2つの観察ユニット(4Rおよび4L)に供給すること、を特徴とする望遠鏡型の実体顕微鏡。

請求項9

前記第2の望遠鏡系(3L)の倍率より高い前記第1の望遠鏡系(3R)の倍率で、前記プリズム群(7)を前記動作位置に自動的に移動することができることを特徴とする請求項8に記載の実体顕微鏡。

請求項10

物体(1a)および主対物レンズ(2)の変更のない位置に対して、前記プリズム群(7)を前記動作位置に移動させ、このように上から垂直方向の前記物体(1a)の両眼観察が行われる場合には、前記第1の望遠鏡系および第2の望遠鏡系(3R、3L)および前記観察ユニット(4R、4L)が変位されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の実体顕微鏡。

請求項11

物体(1a)、主対物レンズ(2)および観察ユニット(4)の変更のない位置に対して、前記プリズム群(7)を前記動作位置に移動させ、前記観察ユニット(4)の位置を変えることなく、このように上から垂直方向の前記物体(1a)の両眼観察が行われる場合には、前記第1の望遠鏡系および第2の望遠鏡系(3R、3L)が変位されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の実体顕微鏡。

請求項12

前記第1の望遠鏡系(3R)および前記第2の望遠鏡系(3L)の前記光軸(33Rおよび33L)に対して前記観察ユニット(4R、4L)の前記光軸は、オフセット(107)を有することを特徴とする請求項11に記載の実体顕微鏡。

技術分野

0001

本発明は、実体顕微鏡立体顕微鏡)に関する。実体顕微鏡は、グリノー式または主対物レンズを備えた望遠鏡型として設計されたものであってもよい。実体顕微鏡は、集光アーム着脱可能な態様で連結されるか、または集光アームの中に組み込まれる。

背景技術

0002

実体顕微鏡は、一方では目視観察下物体を操作するため、および他方では細かい物体の詳細を目に見えるようにするために用いられる。物体の操作は、低倍率下で行うことが好ましく、良好な三次元再生を必要とする。詳細を認識するために、機器を変更することなく、高解像度の高倍率に迅速に切り替えることが所望である。

0003

実体顕微鏡は、種々の観察角で物体の2つの視像を提供する。2つの観察方向の間の角度が著しく大きい場合には、物体は空間的に歪められているように見える。

0004

実体顕微鏡の望遠鏡型の多数の説明が文献に見受けられる。非特許文献1および特許文献1も参照のこと。そのような設計を備えた実体顕微鏡は、任意のボルト締めモジュールは別として、物体を無限遠結像する主対物レンズと、倍率を変更するための下流の平行な2つの望遠鏡と、鏡筒レンズを備える2つの観察ユニットと、反転系および両眼による目視観察用接眼レンズと、を備える。望遠鏡は、固定倍率を有する変更可能なガリレオ式望遠鏡またはアフォーカルズーム系として設計されることができる。従来技術によれば、2つの同一の望遠鏡がデバイス対称面に対称に配置され、対称面は、物体を右半分および左半分に対称に分割する。望遠鏡軸間の距離は、ステレオベースと呼ばれる。この顕微鏡開口数は、望遠鏡の入射瞳半径を主対物レンズの焦点距離除算することによって与えられる。

0005

この型の顕微鏡の開口数は、従来技術では制限されている。開口数を増大するために、入射瞳の直径、したがってステレオベースを拡大すること(機器の寸法が大きくなるという欠点をもたらす)、または、主対物レンズの焦点距離を短くすること(作動距離不都合に減少させるあるいは主対物レンズに必要とされる能力過度に増大させる)が周知である。いずれの場合においても、観察方向の間の角度が増大し、結果として空間的歪みを増大することになる。

0006

特許文献2は非対称な立体視内視鏡を開示しており、この内視鏡では異なる直径の入射瞳を有する2つの対物レンズ系が互いに隣接して平行に配置される。両方の対物レンズ光導体または光ファイバによってセンサ面の上に物体の像を形成する。たとえば、これらのCCDセンサから、像データがディジタル処理後にモニタ伝送される。すなわち、たとえば立体モニタを用いて、データを空間的に認識することができる。2つの内視鏡の光路の直径は可変であるが、より大きな直径の光路から生じるように、目視者解像度および輝度によって立体視像を認識することが記載されている。より小さな直径の第2の光路は、主に立体視または立体感を生成するのに機能する。

0007

上述したような設計の望遠鏡型の実体顕微鏡の場合の状態は、特許文献2による内視鏡の場合とは原則的には異なる。第一に、物体の目視は、事前のディジタル処理を行うことなく、一般に目で(少なくとも目でも)直接行う。さらに接続されたカメラによって文書化が行われることになっている場合には、そのようなディジタル処理を用いるか、または用いることができる。上記の特許文献2からは、開示された実施形態の場合には、物体を視覚によって直接どのように目視することができるについて明らかになっていない。さらに、センサ面の上への投影固定焦点)は、目の調節能力が働かないため、ディスプレイ焦点深度被写界深度)を制限する。

0008

内視鏡の倍率は、物体の距離に左右される。高倍率で、物体の距離は普通は最小である。この場合には、互いに隣接して配置される2つの対物レンズの視野の重なる範囲は、最小である。したがって、この場合には、重なる範囲において唯一可能である立体視は削減される。しかし、低倍率では重なりが大きいが、開口数が小さく、深い焦点深度を生じる。したがって、三次元物体の像解像度または品質焦点平面までの距離と共に徐々に劣化することが分かる。特に、物体の深さが焦点深度より短い場合には、この状況は2つの視野を統合して空間像にするのに有利である。

0009

記載した型の実体顕微鏡の主構成要素は、2つの立体視光路における望遠鏡系(非連続変倍装置または連続ズーム)である。望遠鏡系は、内視鏡検査法では一般的ではない。したがって、上記の特許文献2には、表示スケールまたは再生スケールの変更については記載されていない。

0010

立体視の場合には、焦点深度は重要である。上述の立体視内視鏡に比べて、望遠鏡型の高パワー実体顕微鏡は、目の調節能力を有利に用いる。倍率の変更は、機器の焦点を変えることなく行われる。倍率範囲全体にわたって、右の視野と左の視野との間で物体の切り取りに差はない。実体顕微鏡の開口数、したがって解像度は、倍率に適合され、空倍率を防止する。高倍率で、焦点深度はきわめて小さく、多くの場合には、そのような配置構成では物体の深さより小さい。したがって、三次元物体の画質は、焦点平面までの距離と共に著しく劣化する。したがって、異なる開口数のために、立体視光路が異なる解像度および焦点深度の像を生じる場合には、通常の低倍率および高い焦点深度の下で立体視内視鏡によって観察された空間像への場の統合は、特に高倍率で高パワーの顕微鏡の場合に存在する状態を移行することができると想定することはできない。

0011

さらに、無視することができない基準は像輝度の基準であり、上記の特許文献2の場合には、内視鏡光路の入射瞳の直径が異なるために像輝度が異なる。この点で、像のディジタル処理は、対応する補正後に、両方の視野をモニタに等しく明るく表示することができるという利点がある。直接目視の場合には、実体顕微鏡の場合のように、そのような補正は可能ではない。

0012

さらに、異なる視力を有するユーザが立体視光路の高い方のパワーを用いることができない場合、高い方のパワーの立体視光路が視力の弱い方の目に割り当てられる場合には、上述の配置構成は不利であると考えられる。

0013

米国特許第6,816,321号明細書
米国特許第5,603,687号明細書
「Optical Designs for Stereomicroscopes」、K−P.チィンマー(K−P.Zimmer)著、International Optical Design Conference 1998、SPIE予稿集、第3482号、690〜697頁、(1998)

発明が解決しようとする課題

0014

本発明の目的は、特に両眼の視力が異なるユーザがデバイスを変えることなく、1つの光路における解像度のゲインから恩恵を受けることができるような望遠鏡型の実体顕微鏡を提供することにある。本発明の別の態様は、物体平面に対して垂直な方向における両眼の非立体視観察を可能にすることにある。

課題を解決するための手段

0015

問題は、請求項1の特徴を備えた実体顕微鏡によって解決される。

0016

唯一の光路による観察の結果としてアクティブプリズム群を備えた設計では物体は側面から一定の角度でわずかに見られるため、この型の観察から物体平面に対して垂直な方向における両眼の非立体視観察に容易かつ簡単に切り替えることができることが好都合である。この垂直観察もまた、文書化には特に好都合であり、三次元捕捉用の像スタックの取得にはさらに一層好都合である。

0017

本発明による実体顕微鏡は、一方では開口数の小さい結果としての低倍率で深い焦点深度を有し、良好な三次元再生を可能にし、他方では高倍率で開口数が大きく、したがって、空倍率を生じることなく高解像度を提供すること、すなわち解像度を増大することなく上昇した倍率を有する。

0018

本発明による実体顕微鏡は、第1のビーム経路および第2のビーム経路を備え、第1のビーム経路には第1の望遠鏡系が設けられ、第2のビーム経路には第2の望遠鏡系が設けられ、第1の観察ユニットおよび第2の観察ユニットからなる観察ユニットが設けられる。第1の望遠鏡系の少なくとも1つの光学素子は、第2の望遠鏡系の少なくとも1つの対応する光学素子に比べて、異なる光学有効径を有する。第1の望遠鏡系および第2の望遠鏡系と第1の観察ユニットおよび第2の観察ユニットとの間には、プリズム群が設けられ、このプリズム群は、より大きな光学的有効径を有する第1の望遠鏡系のビーム経路に移動することでき、より大きな直径の入射瞳を生じる結果となり、このビーム経路を2つの観察ユニットに供給する。

0019

プリズム群は、手動変位可能であってもよい。プリズム群はまた、考えられる限りでは電気モータまたは電磁気によって変位されてもよい。少なくとも1つの倍率設定または1つのズーム範囲に関して、好ましくは高倍率で、望遠鏡系の同一倍率では、第1の望遠鏡系の入射瞳の直径は、第2の望遠鏡系の入射瞳の直径より10%以上大きい。

0020

第1の望遠鏡系または第2の望遠鏡系の光学素子は、レンズ素子または絞り虹彩絞り)である。

0021

立体視の前提条件である2つの望遠鏡系の同一の倍率設定では、第1の望遠鏡系の入射瞳の直径は、第2の望遠鏡系の入射瞳の直径より10〜50%大きいことが好ましい。

0022

実体顕微鏡において、倍率の変更のために調整素子が設けられ、この素子は、異なるペアの望遠鏡を動作させるかまたは、ズーム群の同期移動を行う。調整素子の動作との連結が行われてもよく、第1の望遠鏡系または第2の望遠鏡系の入射瞳の直径が異なっている限り、プリズム群を動作位置に移動させる。

0023

本発明の別の実施形態において、第1の望遠鏡系および第2の望遠鏡系の倍率範囲が異なるサイズであるため、より大きな入射瞳の直径を有する望遠鏡系がより高い倍率を可能にする。2つの望遠鏡系が共通の倍率を備えていない限り、プリズム群は動作位置に移動する。他方の望遠鏡系の倍率が上記の第1の望遠鏡系の倍率より大きくなる場合には、望遠鏡系の一方の倍率の増大は、たとえば、特定の値で止めてもよく、または一定の倍率(ゼロ倍を含む)の望遠鏡系を用いてもよく、プリズム群はそのとき(自動的に)動作位置に移動される。その結果、より高い倍率(および解像度)を有する望遠鏡系の像がユーザの両眼に提供される。

0024

物体および主対物レンズの位置が変わらない場合のプリズム群の第2の実施形態において、プリズム群を動作位置に移動させ、このように上から垂直方向の物体の両眼観察が行われる場合には、第1の望遠鏡系および第2の望遠鏡系および観察ユニットは変位される。

0025

物体、主対物レンズおよび観察ユニットの位置が変わらない場合のプリズム群の別の実施形態において、プリズム群を動作位置に移動させ、観察ユニットの位置を変えることなく、このように上から垂直方向の物体の両眼観察が行われる場合には、第1の望遠鏡系および第2の望遠鏡系が変位される。

0026

本発明のさらに好都合な変形については、従属項において見出される。

発明を実施するための最良の形態

0027

図において、本発明の主題は概略的に示され、図を用いて記載される。

0028

図1は、従来技術による望遠鏡型の実体顕微鏡の光学設計の概略図である。物体平面1は、主対物レンズ2の前側焦点面にある。検査対象または観察対象の物体1aもまた、物体平面にある。物体平面1において、物体の中心1bには、垂線11によって印がつけられる。対物レンズ2の光軸11aは、垂線11と一致する。以下では、光学系の設計の配置構成は、ユーザの方向において記載される。ユーザは、眼52Rおよび52Lで物体1aの像を検出する。ユーザは、眼52Rおよび52Lで物体1aの像を検出する。主対物レンズ2は、下流に設計が同一である第1の望遠鏡系3Rおよび第2の望遠鏡系3Lを有する。第1の望遠鏡系3Rおよび第2の望遠鏡系3Lは、垂線11または光軸11aに対して対称に配置される。望遠鏡系3Rおよび3Lは、アフォーカルズーム系として示されている。これらの系については、たとえば、上記の米国特許第6,816,321号明細書に記載されている。ズーム系には、絞りまたは虹彩絞り31Rおよび31Lが配置される。虹彩絞り31Rおよび31Lの直径は、調整可能であり、両側で同一の設定を有する。これらの絞りは入射瞳の直径32Rおよび32Lを制限する。入射瞳の直径32Rおよび32Lズームは、ズーム設定および絞りの選択に応じて可変サイズであるが、両側で同一である。第1の望遠鏡系3Rおよび第2の望遠鏡系3Lはそれぞれ、第1の光軸33Rおよび第2の光軸33Lを規定する。光軸33Rと33Lとの間の距離は、ステレオベースbと呼ばれる。第1の光軸33Rおよび第2の光軸33Lにおいて、望遠鏡系3Rおよび3Lは、第1の観察ユニット4Rおよび第2の観察ユニット4Lを従属させている。第1の観察ユニット4Rおよび第2の観察ユニット4Lはそれぞれ、垂線11に対して対称に配置される。第1の観察ユニット4Rおよび第2の観察ユニット4Lは、中間像42Rおよび42Lを生成する同一設計の鏡筒レンズ41Rおよび41Lと、正立像形成用の対称な反転器系43Rおよび43Lと、接眼レンズ51Rおよび51Lと、を備える。ユーザは、眼52Rおよび52Lで直接、物体の像を検出する。任意に周知の方法で、光の結合および分離などのためのアタッチメントレンズフィルタ偏光子反射照射ユニットビーム分割系などの別のモジュールをビーム経路に導入することができる。そのような顕微鏡による結像が、ビーム経路の周辺ビーム61Rおよび61Lの概略図によって示され、この実施例では物体の中心1bから発している。周辺ビーム61Rおよび61Lは、顕微鏡によって用いられる2つの光束62Rおよび62Lと識別される。図1に示されているように、それぞれの光束62Rおよび62Lは、入射瞳の直径32Rおよび32Lによって制限され、その一部は虹彩絞り31Rおよび31Lによって決定される。物体1aは対物レンズ2の前側焦点面に配置されるため、周辺ビームは対物レンズ2とズーム系との間で平行に進む。したがって、簡単な態様で入射瞳の直径32Rおよび32Lを決定することが可能である。周辺ビームは、再びズーム系から平行に離れる。したがって、ズーム系の背後の領域は、任意の付属品にとって好都合である。鏡筒レンズ41Rおよび41Lはそれぞれ、中間像42Rおよび42Lの平面における点42aで光線束集束する。この点42aは、接眼レンズ51Rまたは51Lの前側焦点面に位置し、これによって無限遠で結像されるため、眼52Rおよび52Lで観察することができる。さらに、観察者右眼52Rまたは左眼52Lによって物体1aを認識する角度wRおよびwLは同一であることが、図1から分かる。

0029

米国特許第6,816,321号明細書に記載されているように、顕微鏡の解像度は以下のように与えられる。
解像度=3000*nA[Lp/mm] 式(1)
式中、Lp/mmは、1ミリメートル当たりラインぺアを表し、nAは開口数であり、本件の場合には以下のように与えられる。
nA=EP/(2*対物レンズ2の焦点距離) 式(2)
式中、EPは、望遠鏡系の入射瞳の直径である。

0030

最後に、焦点深度Tがこの場合も重要である。実際の関係は、以下のように与えられる。
T[mm]=λ/(2*nA2)+0.34mm/(Vtot*nA) 式(3)
式中、λ=約550E−6mm(550*10−6)の光波長であり、Vtot=接眼レンズの倍率を含む顕微鏡の倍率である。

0031

図2は、非対称に構成される実体顕微鏡の構成の概略図である。主対物レンズ、ステレオベースおよび観察ユニットは、変わらない。図1における素子と同一である光学素子は、同一の参照符号によって表される。ズーム系の最大倍率の位置が示される。右のビーム経路60Rの直径は左のビーム経路60Lの直径より大きく、この実施例ではステレオベースbより大きいことが分かる。

0032

望遠鏡型の実体顕微鏡は、段階型変倍装置またはズーム系として設計されることができる変倍装置を備える。2つの望遠鏡または望遠鏡系3Rおよび3Lは、本発明によればもはや対称に構築されることはなく、異なっており、特に第1の入射瞳32Rおよび第2の入射瞳32Lは少なくとも異なる最大直径を有する。一方の望遠鏡系3Rまたは3Lの入射瞳の最大直径32Rまたは32Lが他方の望遠鏡系3Lまたは3Rの直径より10〜50%大きいことが好都合である。本発明は、2つの入射瞳の直径32Rまたは32Lの大きい方がステレオベースbより大きい場合に、特に有効であり、これは、望遠鏡系3Rまたは3Lの一つの入射瞳の直径32Rまたは32Lがステレオベースbより小さい場合に可能である。2つの望遠鏡系3Rおよび3Lの変倍装置またはズーム系は、より小さな顕微鏡倍率の広い範囲において、2つの望遠鏡系3Rまたは3Lの入射瞳の直径32Rおよび32Lが本質的に同一であるように設計されることができるが、高倍率の場合には異なる。この非対称な配置構成によって、上述の欠点を被ることなく、1つの光路の解像度を増大することができる。

0033

入射瞳の直径32Rおよび32Lが非対称である場合には、ユーザは、異なる輝度、異なる解像度および異なる焦点深度からなる2つの部分像を受けとる。50%までの輝度の差および詳細認識における差は、三次元像への2つの部分像の統合に悪影響を及ぼすことはないことが分かっている。逆に言えば、驚くべきことに、より大きな開口数から生じる向上した解像度と、より小さい開口数から生じるより深い焦点深度によって物体は三次元的に認識される。本発明は、非対称な実体顕微鏡の設計に関するこの生理学的現象の利用に基づいている。

0034

第1のビーム経路60Rにおいて、光束の直径は虹彩絞り31Rの直径によって決定されるが、第2のビーム経路60Lは対物レンズ2と絞り31Lとの間にあるレンズ素子35Lの直径によって制限される。対物レンズ2は、その下流に同一の設計ではない第1の望遠鏡系3Rおよび第2の望遠鏡系3Lを有する。第1の望遠鏡系3Rの光学素子35R、31Rは、第2の望遠鏡系3Lの光学素子35L、31Lとは異なる直径を有する。望遠鏡系3Rおよび3Lは、アフォーカルズーム系として示されている。

0035

望遠鏡系3Rおよび3L(右および左)の配置構成は、異なる構成部材部分を含んでもよい。ここで、動作状態では等倍率の法則が常に適用されることに留意すべきである。

0036

第1の望遠鏡系3Rおよび第2の望遠鏡系3Lの設計に関する別の可能性は、第1の望遠鏡系3Rおよび第2の望遠鏡系3L(右および左)に関して、「同一の構成」で設計されるが、少なくとも1つの光学素子またはレンズ構成部材の光学的有効径は、非対称である。すなわち、たとえば、望遠鏡系の一方の(第1の)レンズ群の直径のみが他方の望遠鏡系の対応するレンズ群の直径より大きく、他のレンズ変数はすべて同一のままである。「光学的有効径」なる語は、像生成に寄与する光線束が光学素子に当たり、光学素子を貫通するときのこの光線束の直径を表す。第1の望遠鏡系3Rおよび第2の望遠鏡系3Lは、段階型倍率選択用のガリレオ式望遠鏡または連続倍率選択用のズーム系として設計されることができる。

0037

同様に、それぞれ、絞りまたは虹彩絞り31L、31Rを備えた第1の望遠鏡系3Rおよび第2の望遠鏡系3L(右および左)の設計が、考えられる。ここで、第1の望遠鏡系3Rにおける第1の絞り31Rは、第2の望遠鏡系3Lの第2の絞り31Lに関係なく動作することができる。

0038

絞り設定の他の実施形態において、絞り31R、31Lの動作は、第1の設定において、第1の望遠鏡系3Rの絞り開口部と第2の望遠鏡系3Lの絞り開口部との間の比が設定されるように設定される。第2の設定において、両方の絞り開口部が、比を変更せずに同時に変更される。

0039

同様に、より大きな直径の入射瞳を有するビーム経路に光フィルタ(たとえば、減光ステージまたは減光段階フィルタ)を導入することによって、直径の差から生じる輝度の差を低減または排除することができる。ここで、フィルタは、望遠鏡系における主対物レンズと望遠鏡系との間または望遠鏡系と接眼レンズとの間に配置されることが好都合である。フィルタ37は、手動で動作させて、両矢印37aに沿って第1のビーム経路60Rに導入することができる。同様に、フィルタ37に関して、倍率選択によって制御される動作によって変更することも可能である。この動作は、解像度または焦点深度に悪影響を及ぼすことはない。

0040

別の実施形態において、実体顕微鏡は自身に周知の文書化ポート55を備える。より大きな直径の入射瞳32Rを備えた第1のビーム経路60Rにビームスプリッタ56または分離デバイスを配置することによって、分離が実現される。したがって、文書化デバイス57の高解像度が提供される。文書化デバイス57は、従来のCCDカメラである。

0041

さらに、入射瞳のより大きな直径32Rを有するビーム経路をユーザの右眼52Rまたは左眼52Lに任意に供給することができるように、変倍装置(第1の望遠鏡系3Rおよび第2の望遠鏡系3L)は、その長手軸を中心にして旋回するように設計されることができる。

0042

図3は、図2の非対称な実体顕微鏡の変形である。変倍装置3(第1の望遠鏡系3Rおよび第2の望遠鏡系3L)と観察ユニット4(第1の観察ユニット4Rおよび第2の観察ユニット4L)との間に、プリズム群7が導入される。プリズム群7は、右光路(60R)の光を分離し、これを第1の観察ユニット4Rおよび第2の観察ユニット4Lの入射部44に供給する。この目的のために、プリズム群7の右側7aはビームスプリッタとして、プリズム群7の左側7bは偏向プリズムとして周知のように設計される。プリズム群7は、動作位置で左光路60Lを覆うカバー46が取り付けられることが好都合である。プリズム群7を動作位置に移動させるか、またはプリズム群7をビーム経路から取り除くために、プリズム群7は、一例として、投影平面に対して垂直方向に変位されるキャリッジ48に固定されることができる。一旦、プリズム群7が取り除かれると、配置構成は図2に示される配置構成と同一である。プリズム群7の動作位置において、両眼52Lおよび52Rには、同一の像が提供される。これは、眼が等しくよくないユーザの場合には、高い詳細認識も用いることができることを保証している。像にもはや立体感はないが、高倍率では、浅い焦点深度および高い詳細認識を優先するために、これは欠点ではない。

0043

プリズム群7を備えるキャリッジ48は、電気モータまたは電磁気によって機械的に動作することができ、制御は特に倍率調整を通じて行われる。特に、複数の電磁石または1対の電磁石の利用によって、倍率調整デバイスの軸上の符号器を通じて、磁石給電または分極を容易に制御することができ、きわめて短期間のパルス態様で切り替えを行うことができる。

0044

プリズム群7の有効性は高倍率で最も有利であるが、プリズム群7がなた、立体視(すなわち空間的)観察から他の倍率設定における両眼観察(両眼を用いた非空間的観察という意味)への所望の変更も行うことができる。

0045

図3は、物体1aがどのようにして角度wRにおける両眼の態様で観察されるかを示す。他方、立体視観察は、上から略垂直方向の視像に対応する。したがって、切り替えが行われる場合にはユーザにとって物体1aのわずかに横方向の観察を生じる。

0046

図4は、図3による配置構成の第1の別の展開図である。変倍装置、プリズム群7および観察ユニット4Rおよび4Lが左に横方向に変位されるため、光路60Rの軸33Rは変倍装置または第1の望遠鏡系3Rの入射瞳のより大きな直径32Rまたは主対物レンズ2の軸11と一致する。プリズム群7は動作位置にあり、上述したように、物体平面1に対して垂直方向の両眼観察を可能にする。変倍装置および観察ユニットの横方向の変位のための切り換えユニットは、「AX位置」(実体顕微鏡の単に1つの光路によって物体の単眼による垂直方向の観察)のユニットから周知である。摺動ユニット110(図5参照)へのプリズム群7を備えたキャリッジ48の固定は、周知の態様で行われる。切り替えユニットの可能な設計は、図5を簡素化することにより得ることができる。

0047

図5は、切り換えユニットの別の展開図を示しており、観察ユニット4の位置を変えることなく、物体1aの上から垂直方向の両眼観察を行う。本発明のこの実施形態による配置構成の側面図が示されている。

0048

切り替えユニットは第1のC字形取付台101を備え、その後部102が顕微鏡を固定するために用いられる。主対物レンズ2は、取付台101の下面101aに嵌め込まれる。上部は、観察ユニット4用の連結部103を構成する。取付台101の内側でこの連結部に対向して、揺動軸受105を中心にして回転するように2つの半矩形プリズム104が配置される。取付台101の内側下面には、直線案内装置106が形成され、第2のC字形の取付台110を横方向に変位可能にする。取付台110は、変倍装置3を保持する。取付台110は、立体視位置から始まり、変倍装置3の第1の望遠鏡系3Rの入射瞳のより大きな直径32Rを有するビーム経路の軸および主対物レンズ2の軸11を移動して一致するように摺動される。内側の取付台110の上部で、2つの半矩形プリズム111は、立体視設定において変倍装置3の光軸33の延長部において回転するように配置される。112により、揺動軸受を識別する。立体視設定において、変倍装置の2つの光軸33Rおよび33Lを観察ユニット4Rおよび4Lに方向変換するように、半矩形プリズム104および111は互いに一直線を成している。

0049

さらに、取付台110には、プリズム系7を備えたキャリッジ48が、取付台110の移動方向に対して垂直に摺動するように配置される。摺動方向は、両矢印B−Bによって示される。取付台110が摺動するように移動される場合には、プリズム群7を備えたキャリッジ48の摺動は、記載したように、たとえば、電磁石によって取付台101に対する取付台110の移動によって制御されて行うことができる。取付台101の摺動も同様に、手によってまたは図3に関して上記のキャリッジ48に関して記載したように、倍率選択と連結してもよい。

0050

図6は、立体視位置における図5の配置構成に関するプリズムの図を示す。プリズム群7は、動作位置ではない。第1のプリズム111Rおよび第2のプリズム111Lから構成されるプリズム111のペアおよび第1のプリズム104Rおよび第2のプリズム104Lから構成されるプリズムぺア104は、第1の望遠鏡系3Rの光軸33Rおよび第2の望遠鏡系3Lの光軸33Lの平行なオフセット107を生じる。プリズムの各ペアの枢軸120は、ステレオベースbの距離だけ離れている。

0051

図7は、プリズムの図を示す。但し、垂直な両眼観察の位置にある。取付台110は側面に移動され、キャリッジ48は前面に押し出されることから、プリズム群7は動作位置にある。上述したように、プリズム群7の右側はビームスプリッタとして設計される。プリズム群7の入射軸および右光路の光軸33Rは、一致する。プリズム104の回転軸は、同一位置にある。取付台101の摺動のために、プリズム群7の出射軸は観察ユニット4の入射軸に対して横方向に変位されたため、プリズムペア111Rおよび111Lおよび104Rおよび104Lは、横方向のオフセットを補償するために、図示されているように回転される。プリズムの回転は、たとえば、図7に概略的に示されているようにU字形のバーシステムを用いて、取付台101に対する取付台110の摺動に容易に連結して同期することができる。

0052

望遠鏡系3Rおよび3Lの光軸に対する観察ユニット4Rおよび4Lの光軸は、望遠鏡系の軸が位置する平面に対して垂直方向にオフセットがあることが図5図7から分かる。オフセットはユーザの方向において示されているが、オフセット107はまた対向する方向にあってもよい。

0053

任意の倍率設定で立体視観察から両眼観察に変更するために、図4または図5による配置構成を用いることができる。

0054

本発明の別の設計において、2つの望遠鏡系3Rおよび3Lの倍率範囲は異なる。高倍率では、たとえば、一方の望遠鏡系3Rのみが存在し、他方の望遠鏡系3Lは不要にすることができることが好ましい。ズーム系を用いることにより、他方のズーム系3Lのズーム群が同期して従うことなく、より高い値の特定の倍率から始めて、一方のズーム系3Rのズーム群の移動を確立することができる。より大きな入射瞳の直径を有する望遠鏡系3Rを用いることによってのみ、高倍率を達成することができる。第2の望遠鏡系3Lが第1の望遠鏡系3Rに対応する倍率にすることができない場合には、プリズム系7が動作位置に移動される。像にもはや立体感はないが、高倍率では、浅い焦点深度および高い詳細認識を優先するために、これは欠点ではない。

図面の簡単な説明

0055

従来技術による望遠鏡型の実体顕微鏡の光学設計の概略図である。
非対称に構成される実体顕微鏡の設計の概略図である。
図2の非対称な実体顕微鏡の変形である。
図3による配置構成の第1の別の展開図である。
物体に関する上から垂直方向の両眼観察を行うプリズム群の配置構成の概略図である。
立体位置における図5の配置構成のプリズムの図である。
図6によるプリズムの図であるが、垂直な両眼観察の位置にある。

符号の説明

0056

1物体平面
1a物体
1b 物体の中心
2主対物レンズ
3 変倍装置
3R、L望遠鏡系
4R、L観察ユニット
7プリズム群
7a プリズム群7の右側
7b プリズム群7の左側
11垂線
11a 主対物レンズ2の光軸
31R、L虹彩絞り
32R、L入射瞳の直径
33R、L 望遠鏡系3R、Lの光軸
35R、Lレンズ素子
37フィルタ
37a 両矢印
41R、L鏡筒レンズ
42a 点
42R、L中間像
43R、L反転系
44 観察ユニット4R、Lの入射部
46カバー
48キャリッジ
51R、L接眼レンズ
52R、L 眼
55文書化ポート
56ビームスプリッタ
57 文書化デバイス
60実体顕微鏡
60R、Lビーム経路
61R、L周辺ビーム
62R、L 光束
101取付台
101a 取付台101の下面
102 取付台101の後部
103 連結部
104 半矩形プリズム
104R、Lプリズムペア
105揺動軸受
106直線案内装置
107 光軸33Rおよび光軸33Lの平行なオフセット
110摺動ユニット、取付台
111 半矩形プリズム
111R、L プリズム
112 揺動軸受
120枢軸
121 U字形のバーシステム
B−B 両矢印
T焦点深度
nA開口数
bステレオベース
R 右
L 左
wR、wL 観察角

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