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技術 センタリング照明される顕微鏡

出願人 ライカインストルメンツ(シンガポール)プライベートリミテッド
発明者 ハウチョンスーン
出願日 2008年6月27日 (12年7ヶ月経過) 出願番号 2008-168551
公開日 2009年1月15日 (12年1ヶ月経過) 公開番号 2009-009132
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 焦点構造 偏向エレメント デフォーカシング 垂直光軸 統合部分 平面ミラー面 構成群 ハロゲン照明
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (6)

課題

技術的に簡単に照明センタリングを、顕微鏡主対物レンズ焦点距離変化の際に実現することである。

解決手段

本発明は、主対物レンズ(20)の光軸(23)方向に焦点距離の変化のためにスライド可能なレンズ構成群(22)を備える主対物レンズ(20)と、対象物面(100)に向けられた照明ビーム路を形成し、該照明ビーム路を偏向するための照明偏向手段(43,45)を備える照明ユニットとを有する顕微鏡(10)に関する。ここでは、照明をセンタリングするために前記照明偏向手段(43,45)の位置が前記主対物レンズ(20)の焦点距離変化に依存して調整可能であり、前記照明偏向手段(43,45)は、少なくとも一部が前記主対物レンズ(20)のスライド可能なレンズ構成群(22)と統合されている。さらに、スライド可能なレンズ構成群(22)のレンズ面の少なくとも一部を鏡面化できる。

概要

背景

この種の顕微鏡は、DE19523712C2(特許文献1)およびDE19537868B4(特許文献2)から公知である。最初に言及したDE19523712C2(特許文献1)には立体顕微鏡が開示されており、この立体顕微鏡は焦点距離可変主対物レンズと、後置接続されたズームシステムと、双眼鏡筒と、主対物レンズに隣接して配置された照明ユニットとを備える。主対物レンズは、固定レンズおよび主対物レンズの焦点距離およびバックフォーカスを変更するための可動レンズからなる。主対物レンズの固定ネガティブレンズ対象物面に向かって配置されおり、可動ポジティブレンズが(対象物面から見て)その後方に配置されている。可動レンズが対象物面から離れる方向に運動すると、主対物レンズの焦点距離は小さくなる。垂直にスライドする対象物面を最適に照明するために、この刊行物では、照明をセンタリングするために照明偏向エレメントの位置を主対物レンズの焦点距離変化に依存して調整することが提案される。このことは照明偏向エレメントとして使用されるプリズムレンズが、照明ビーム路が対象物面の変化に追従するように旋回されることによって行われる。このためにプレムレンズは、一つの平面に対して直角の軸を中心に回転可能に支承されている。この平面とは、主対物レンズの垂直光軸と、プリズムレンズに対して実質的に水平に傾斜して入射する照明ビーム路により形成される平面である。これによって、対象物反対側にある主対物レンズの可動レンズのすべての位置に対して、照明光が主対物レンズのそれぞれの焦点フォーカシングされることが保証される。

前記のDE19537868B4(特許文献2)には、結像バックフォーカスが可変である対物レンズを備える立体顕微鏡用の照明装置が開示されており、ここで照明バックフォーカスは観察光学系とは別個光学系を介して変化することができる。前記のバックフォーカスを結合するための手段が開示されており、この手段は、照明バックフォーカスと結像バックフォーカスとが一致するように作用する。さらにそこには結合手段が設けられており、この結合手段により、照明装置の偏向エレメントの角度位置がそれぞれの結像バックフォーカスおよび照明バックフォーカスに依存して変化され、これにより注目視野が常にセンタリング照明されることが保証される。

照明センタリングを行う基本的に別の手段は、照明を顕微鏡の主対物レンズによって案内することである。この解決手段は、本出願人の手術用顕微鏡モデルM520とM525に使用されている。ここでは照明偏向エレメントが照明ビーム路を、焦点距離可変の主対物レンズを通過するように配向し、これにより照明は常に焦点にセンタリングされる。

ここまで述べた顕微鏡は垂直ズームステムを使用する。すなわちズームシステムの長手軸は主対物レンズの光軸に対して平行である。付加的に照明が主対物レンズの上方でこの主対物レンズに供給されるなら、垂直方向に大きな必要スペースが発生し、この必要スペースため顕微鏡は垂直方向で比較的構造が高くなる。このことはさらに人間工学的理由からも欠点である。なぜなら接眼レンズから主対物レンズまでの距離が拡大されるからである。

後者の問題を解決するためにEP1424582B1(特許文献3)では、「横置き式」ズームシステム、すなわちその長手軸が水平に配置されたズームシステムの実現された立体顕微鏡構造が提案される。そのために主対物レンズとズームシステムとの間には偏向エレメントが配置されている。この偏向エレメントは観察ビーム路を実質的に垂直方向から実質的に水平方向に偏向し、第1の水平面に配置されたズームシステムに導く。別の偏向エレメントによって、ズームシステムから出射した観察ビーム路は第2の水平面に偏向される。この第2の偏光面は第1の水平面に実質的に平行に延在しており、光学的付加コンポーネント内に配置されている。このような「横置き式」ズームシステムを備える立体顕微鏡の構造および機能の詳細に関しては、前記の欧州特許明細書(特許文献3)を参照されたい。

DE19523712C2
DE19537868B4
EP1424582B1

概要

技術的に簡単に照明のセンタリングを、顕微鏡の主対物レンズの焦点距離変化の際に実現することである。本発明は、主対物レンズ(20)の光軸(23)方向に焦点距離の変化のためにスライド可能なレンズ構成群(22)を備える主対物レンズ(20)と、対象物面(100)に向けられた照明ビーム路を形成し、該照明ビーム路を偏向するための照明偏向手段(43,45)を備える照明ユニットとを有する顕微鏡(10)に関する。ここでは、照明をセンタリングするために前記照明偏向手段(43,45)の位置が前記主対物レンズ(20)の焦点距離変化に依存して調整可能であり、前記照明偏向手段(43,45)は、少なくとも一部が前記主対物レンズ(20)のスライド可能なレンズ構成群(22)と統合されている。さらに、スライド可能なレンズ構成群(22)のレンズ面の少なくとも一部を鏡面化できる。

目的

本発明の課題は、技術的に簡単に照明のセンタリングを、顕微鏡の主対物レンズの焦点距離変化の際に実現することである。
「横置き式」ズームシステムが使用される顕微鏡構造において、照明センタリングを行うのに特に適するようにすることが望まれる。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

主対物レンズ(20)の光軸(23)方向に焦点距離の変化のためにスライド可能なレンズ構成群(22)を備える主対物レンズ(20)と、対象物面(100)に向けられた照明ビーム路を形成し、該照明ビーム路を偏向するための照明偏向手段(43,45)を備える照明ユニット(40)とを有し、照明をセンタリングするために、前記照明偏向手段(43,45)の位置が前記主対物レンズ(20)の焦点距離変化に依存して調整可能である顕微鏡であって、前記照明偏向手段(43,45)は、少なくとも一部が前記主対物レンズ(20)のスライド可能なレンズ構成群(22)に統合されて構成されていること、を特徴とする顕微鏡。

請求項2

請求項1記載の顕微鏡において、前記主対物レンズ(20)の前記レンズ構成群(22)と統合された前記照明偏向手段(43,45)の部分は、前記スライド可能なレンズ構成群(22)と固定的に接続された偏向エレメント(45)である、ことを特徴とする顕微鏡。

請求項3

請求項2記載の顕微鏡において、前記偏向エレメント(45)は平坦ミラー面を有する、ことを特徴とする顕微鏡。

請求項4

請求項2記載の顕微鏡において、前記偏向エレメント(45)は球面のミラー面を有する、ことを特徴とする顕微鏡。

請求項5

請求項2記載の顕微鏡において、前記偏向エレメント(45)はフリーフォームミラー面を有する、ことを特徴とする顕微鏡。

請求項6

請求項1記載の顕微鏡において、前記主対物レンズ(20)の前記レンズ構成群(22)と統合された前記照明偏向手段(43,45)の部分は、前記スライド可能なレンズ構成群(22)の少なくとも部分的に鏡面化されたレンズ面(47,48,49)である、ことを特徴とする顕微鏡。

請求項7

請求項1から6までのいずれか一項記載の顕微鏡において、前記照明偏向手段(43,45)は別の偏向エレメント(43)を有し、該別の偏向エレメントは、主対物レンズ(20)のレンズ構成群(22)と統合された照明偏向手段(43,45)の部分と光学的に交互作用する、ことを特徴とする顕微鏡。

請求項8

請求項6または7記載の顕微鏡において、前記主対物レンズ(20)は焦点距離変化のために、焦点距離の符合が異なる2つのレンズ構成群(21,22)を有し、少なくとも焦点距離が正のレンズ構成群(22)はスライド可能に支承されており、当該レンズ構成群(22)と統合された前記照明偏向手段(43,45)の部分は、該レンズ構成群(22)の少なくとも部分的に鏡面化された凸レンズ面(48)である、ことを特徴とする顕微鏡。

請求項9

請求項6または7記載の顕微鏡において、前記主対物レンズ(20)は焦点距離変化のために、焦点距離の符合が正である2つのレンズ構成群(21,22)を有し、レンズ構成群(21,22)の少なくとも1つはスライド可能に支承されており、当該レンズ構成群(22)と統合された前記照明偏向手段(43,45)の部分は、該レンズ構成群(22)の少なくとも部分的に鏡面化された凹レンズ面(49)である、ことを特徴とする顕微鏡。

請求項10

請求項6から9までのいずれか一項記載の顕微鏡において、レンズ構成群(22)の鏡面化された面のレンズ曲率は、該レンズ構成群(22)の鏡面化されない面のレンズ曲率とは異なっている、ことを特徴とする顕微鏡。

請求項11

請求項1から10までのいずれか一項記載の顕微鏡において、照明偏向手段(43,45)により形成された照明ビーム路は、主対物レンズ(20)の少なくとも一部(21)を通って延在する、ことを特徴とする顕微鏡。

請求項12

請求項1から11までのいずれか一項記載の顕微鏡において、照明ユニット(40)の少なくとも一部(42)は、該照明ユニット(40)により形成された照明ビーム路が、主対物レンズ(20)のスライド可能なレンズ構成群(22)と統合された照明偏向手段(43,45)の部分の運動追従するように構成されている、ことを特徴とする顕微鏡。

請求項13

請求項12記載の顕微鏡において、前記照明ユニット(40)の少なくとも一部(42)は、軸(47)を中心に傾斜可能に支承されており、当該軸は、主対物レンズ(20)の光軸(23)と照明ビーム路の軸(Ri)により形成される面に対して実質的に直角な軸である、ことを特徴とする顕微鏡。

請求項14

請求項1から13までのいずれか一項記載の顕微鏡において、顕微鏡(10)は、対象物面(100)から見て前記主対物レンズ(20)に後置接続されたズームシステム(30)を有する、ことを特徴とする顕微鏡。

請求項15

請求項14記載の顕微鏡において、前記ズームシステム(30)と主対物レンズ(20)との間には偏向エレメント(50)が配置されており、該偏向エレメントは、主対物レンズ(20)から到来する観察ビーム路を、ズームシステム(30)の長手軸がある第1の水平面(I)に偏向する、ことを特徴とする顕微鏡。

請求項16

請求項1から15までのいずれか一項記載の顕微鏡において、顕微鏡は、鏡筒(60)および接眼レンズ(70)を有し、当該鏡筒および接眼レンズはズームシステム(30)に後置接続されている、ことを特徴とする顕微鏡。

請求項17

請求項15または16記載の顕微鏡において、少なくとも1つの鏡筒(60)はその長手軸が、前記第1の水平面(I)に対して実質的に平行に延在する第2の水平面(II)に配置されている、ことを特徴とする顕微鏡。

請求項18

請求項1から17までのいずれか一項記載の顕微鏡において、顕微鏡(10)は立体顕微鏡として構成されている、ことを特徴とする顕微鏡。

技術分野

0001

本発明は、照明装置を有する顕微鏡に関し、特に主対物レンズ光軸方向に焦点距離の変化のためにスライド可能なレンズ構成群を備える主対物レンズと、対象物面に向けられた照明ビーム路を形成し、照明ビーム路を偏向するための照明偏向手段を備える照明ユニットとを有する顕微鏡に関するものであり、さらに照明をセンタリングするために照明偏向手段の位置が主対物レンズの焦点距離変化に依存して調整可能であるものに関する。

背景技術

0002

この種の顕微鏡は、DE19523712C2(特許文献1)およびDE19537868B4(特許文献2)から公知である。最初に言及したDE19523712C2(特許文献1)には立体顕微鏡が開示されており、この立体顕微鏡は焦点距離が可変の主対物レンズと、後置接続されたズームシステムと、双眼鏡筒と、主対物レンズに隣接して配置された照明ユニットとを備える。主対物レンズは、固定レンズおよび主対物レンズの焦点距離およびバックフォーカスを変更するための可動レンズからなる。主対物レンズの固定ネガティブレンズは対象物面に向かって配置されおり、可動ポジティブレンズが(対象物面から見て)その後方に配置されている。可動レンズが対象物面から離れる方向に運動すると、主対物レンズの焦点距離は小さくなる。垂直にスライドする対象物面を最適に照明するために、この刊行物では、照明をセンタリングするために照明偏向エレメントの位置を主対物レンズの焦点距離変化に依存して調整することが提案される。このことは照明偏向エレメントとして使用されるプリズムレンズが、照明ビーム路が対象物面の変化に追従するように旋回されることによって行われる。このためにプレムレンズは、一つの平面に対して直角の軸を中心に回転可能に支承されている。この平面とは、主対物レンズの垂直光軸と、プリズムレンズに対して実質的に水平に傾斜して入射する照明ビーム路により形成される平面である。これによって、対象物反対側にある主対物レンズの可動レンズのすべての位置に対して、照明光が主対物レンズのそれぞれの焦点フォーカシングされることが保証される。

0003

前記のDE19537868B4(特許文献2)には、結像バックフォーカスが可変である対物レンズを備える立体顕微鏡用の照明装置が開示されており、ここで照明バックフォーカスは観察光学系とは別個光学系を介して変化することができる。前記のバックフォーカスを結合するための手段が開示されており、この手段は、照明バックフォーカスと結像バックフォーカスとが一致するように作用する。さらにそこには結合手段が設けられており、この結合手段により、照明装置の偏向エレメントの角度位置がそれぞれの結像バックフォーカスおよび照明バックフォーカスに依存して変化され、これにより注目視野が常にセンタリング照明されることが保証される。

0004

照明センタリングを行う基本的に別の手段は、照明を顕微鏡の主対物レンズによって案内することである。この解決手段は、本出願人の手術用顕微鏡モデルM520とM525に使用されている。ここでは照明偏向エレメントが照明ビーム路を、焦点距離可変の主対物レンズを通過するように配向し、これにより照明は常に焦点にセンタリングされる。

0005

ここまで述べた顕微鏡は垂直ズームステムを使用する。すなわちズームシステムの長手軸は主対物レンズの光軸に対して平行である。付加的に照明が主対物レンズの上方でこの主対物レンズに供給されるなら、垂直方向に大きな必要スペースが発生し、この必要スペースため顕微鏡は垂直方向で比較的構造が高くなる。このことはさらに人間工学的理由からも欠点である。なぜなら接眼レンズから主対物レンズまでの距離が拡大されるからである。

0006

後者の問題を解決するためにEP1424582B1(特許文献3)では、「横置き式」ズームシステム、すなわちその長手軸が水平に配置されたズームシステムの実現された立体顕微鏡構造が提案される。そのために主対物レンズとズームシステムとの間には偏向エレメントが配置されている。この偏向エレメントは観察ビーム路を実質的に垂直方向から実質的に水平方向に偏向し、第1の水平面に配置されたズームシステムに導く。別の偏向エレメントによって、ズームシステムから出射した観察ビーム路は第2の水平面に偏向される。この第2の偏光面は第1の水平面に実質的に平行に延在しており、光学的付加コンポーネント内に配置されている。このような「横置き式」ズームシステムを備える立体顕微鏡の構造および機能の詳細に関しては、前記の欧州特許明細書(特許文献3)を参照されたい。

0007

DE19523712C2
DE19537868B4
EP1424582B1

発明が解決しようとする課題

0008

特許文献1で提案されたように、照明偏向エレメントの回転運動を、主対物レンズの対象物反対側のレンズの線形(垂直)運動と結合することは、照明偏向エレメントの回転運動がレンズの運動に対して非常にセンシティブであることを必要とし、特許文献1で構造的に複雑に構成された機械的結合に高い要求を課す。ここで障害は、直接的にユーザに対して可視となって作用する(特に倍率が高い場合)。さらに偏向エレメントの面積は十分に大きくなければならず、このことは、照明偏向エレメントが傾斜した場合に照明光束全体をカバーするのには不利に作用することが判明した。照明偏向エレメントとしてミラーまたは前記のプリズムレンズを使用することができる。ミラーを使用する場合、ミラー面の増大は、ミラー面の所要の厚さが大きくなるという付加的欠点と結び付いている。全体として必要スペースが増大し、運動すべきウエートの高さが上昇するという欠点がある。
なお、特許文献2においては、照明をセンタリングするために、ここでも照明偏向エレメントの回転運動と共に動作されるから、やはりここでも特許文献1と同様の欠点が生じる。

0009

照明ユニットは特許文献3の立体顕微鏡では実質的に主対物レンズに隣接しており、ズームシステムの下方に配置されている。ここで照明ビーム路は主対物レンズの外で案内される。照明センタリングの代わりに十分に大きな照明野によって、視野が主対物レンズの焦点距離変化の際に常に照明されるようにすることもできる。この種の大規模に構成された照明野は相応に大きな照明アパーチャの構成、すなわち照明ユニットを必要とし、このこともまた顕微鏡の人間工学に不利に作用する。ここでの別の欠点は、照明の均質性(照明野での強度)が多焦点レンズ可変焦点対物レンズ)のすべての位置に対して同じではないことである。使用可能な照明野の別の部分が単に使用されるだけである。

0010

本発明の課題は、技術的に簡単に照明のセンタリングを、顕微鏡の主対物レンズの焦点距離変化の際に実現することである。
「横置き式」ズームシステムが使用される顕微鏡構造において、照明センタリングを行うのに特に適するようにすることが望まれる。

課題を解決するための手段

0011

この課題は本発明の一視点により、請求項1に記載の顕微鏡によって解決される。即ち、本発明の第一の視点において、顕微鏡は主対物レンズの光軸方向に焦点距離の変化のためにスライド可能なレンズ構成群を備える主対物レンズと、対象物面に向けられた照明ビーム路を形成し、該照明ビーム路を偏向するための照明偏向手段を備える照明ユニットとを有し、照明をセンタリングするために、前記照明偏向手段の位置が前記主対物レンズの焦点距離変化に依存して調整可能である顕微鏡であって、前記照明偏向手段は、少なくとも一部が前記主対物レンズのスライド可能なレンズ構成群に統合されて構成されていることを特徴とする。(基本形態1)

0012

(発明の効果)
本発明により、技術的に簡単に照明のセンタリングを、顕微鏡の主対物レンズの焦点距離変化の際に実現することができる。

0013

なお特許請求の範囲に付記した図面参照符号は専ら本発明の理解を助けるためのものであり、図示の態様に発明を限定することを意図するものではない。
さらなる構成は従属請求項および以下の説明から明らかとなる。以下に従属請求項の展開形態を示す。
前記主対物レンズの前記レンズ構成群と統合された前記照明偏向手段の部分は、前記スライド可能なレンズ構成群と固定的に接続された偏向エレメントであることが好ましい。(形態2)
前記偏向エレメントは平坦なミラー面を、球面のミラー面を、又はフリーフォームミラー面を、有することが好ましい。(形態3、4、5)
前記主対物レンズの前記レンズ構成群と統合された前記照明偏向手段の部分は、前記スライド可能なレンズ構成群の少なくとも部分的に鏡面化されたレンズ面であることが好ましい。(形態6)
前記照明偏向手段は別の偏向エレメントを有し、該別の偏向エレメントは、主対物レンズのレンズ構成群と統合された照明偏向手段の部分と光学的に交互作用することが好ましい。(形態7)
前記主対物レンズは焦点距離変化のために、焦点距離の符合が異なる2つのレンズ構成群を有し、少なくとも焦点距離が正のレンズ構成群はスライド可能に支承されており、当該レンズ構成群と統合された前記照明偏向手段の部分は、該レンズ構成群の少なくとも部分的に鏡面化された凸レンズ面であることが好ましい。(形態8)
前記主対物レンズは焦点距離変化のために、焦点距離の符合が正である2つのレンズ構成群を有し、レンズ構成群の少なくとも1つはスライド可能に支承されており、当該レンズ構成群と統合された前記照明偏向手段の部分は、該レンズ構成群の少なくとも部分的に鏡面化された凹レンズ面であることが好ましい。(形態9)
レンズ構成群の鏡面化された面のレンズ曲率(kruemmung)は、該レンズ構成群の鏡面化されない面のレンズ曲率とは異なっていることが好ましい。(形態10)
照明偏向手段により形成された照明ビーム路は、主対物レンズの少なくとも一部を通って延在することが好ましい。(形態11)
照明ユニットの少なくとも一部は、該照明ユニットにより形成された照明ビーム路が、主対物レンズのスライド可能なレンズ構成群と統合された照明偏向手段の部分の運動に追従するように構成されていることが好ましい。(形態12)
前記照明ユニットの少なくとも一部は、軸を中心に傾斜可能に支承されており、当該軸は、主対物レンズの光軸と照明ビーム路の軸により形成される面に対して実質的に直角な軸であることが好ましい。(形態13)
顕微鏡は、対象物面から見て前記主対物レンズに後置接続されたズームシステムを有することが好ましい。(形態14)
前記ズームシステムと主対物レンズとの間には偏向エレメントが配置されており、該偏向エレメントは、主対物レンズから到来する観察ビーム路を、ズームシステムの長手軸がある第1の水平面に偏向することが好ましい。(形態15)
顕微鏡は、鏡筒および接眼レンズを有し、当該鏡筒および接眼レンズはズームシステムに後置接続されていることが好ましい。(形態16)
少なくとも1つの鏡筒はその長手軸が、前記第1の水平面に対して実質的に平行に延在する第2の水平面に配置されていることが好ましい。(形態17)
顕微鏡は立体顕微鏡、とりわけ手術用顕微鏡として構成されていることが好ましい。(形態18)

発明を実施するための最良の形態

0014

本発明の顕微鏡は、焦点距離が可変の主対物レンズを有し、このために主対物レンズの光軸方向にスライド可能なレンズ構成群が設けられている。多焦点レンズまたは可変焦点対物レンズ(Varioobjektiv)という概念は本出願では、「焦点距離が可変の主対物レンズ」に該当するものとする。一般性の制限なしで、以下、この主対物レンズは固定部分とスライド可能部分からなり、各部分は1つのレンズ構成群を含むものとして議論をする。1つのレンズ構成群は個々のレンズまたはレンズの組合わせを有することができる。可変焦点対物レンズは例えば、下方の対象物側の部分が固定であり、上方の対象物と反対側の部分が可動に構成されていることができる。このような可変焦点対物レンズを使用することによって、所定の領域内で種々異なる対象物面に焦点合わせすることができる。

0015

本発明の顕微鏡はさらに、照明偏向手段を備える照明ユニットを有する。この照明偏向手段は、対象物面に向けられた照明ビーム路を形成し、照明ビーム路を偏向する。ここでは照明をセンタリングするために照明偏向手段の位置が主対物レンズの焦点距離変化に依存して調整可能である。一般性の制限なしで、特に述べない限り照明ユニットは水平に向けられた照明ビーム路をまず形成し、この照明ビーム路の軸は主対物レンズの光軸に対して実質的に直角である(または傾斜している)ものとして議論する。照明偏向手段はこの照明ビーム路を、対象物面に向かって主対物レンズの焦点に偏向する。主対物レンズの光軸はこの場合、対象物面に対して垂直である。

0016

本発明によれば照明偏向手段は少なくとも一部で主対物レンズのスライド可能なレンズ構成群に統合(integral)されて構成されており、したがってその位置を主対物レンズの焦点距離変化に依存して変化する。このようにして、照明センタリングが焦点距離変化に直接的かつ強制的に追従される。焦点距離変化を照明偏向エレメントの回転運動または傾斜運動と結合することは、これまで公知であるが技術的に面倒であった。このことは上記のようにして省略することができる。

0017

主対物レンズのスライド可能なレンズ構成群と統合された照明偏向手段の部分は、例えば偏向ミラーまたは偏向プリズムのような偏向エレメントとすることができ、この偏向エレメントはスライド可能なレンズ構成群と固定的に結合されている。また、照明偏向手段の前記部分は、主対物レンズのスライド可能なレンズ構成群のうち、少なくとも部分的に鏡面化されたレンズ面とすることもできる。以下この2つの択一的実施例に基づいて、本発明を一般性の制限なしで(それに限定することなく)説明する。

0018

主対物レンズのスライド可能なレンズ構成群と固定的に結合された偏向エレメントは平面ミラー面または球面ミラー面を有することができる。球面ミラー面は、有利に使用することのできるビーム変化特性を有する。フリーフォーム(Freiform)ミラー面を備える偏向エレメントもこの目的のために使用することができる。

0019

本発明の特に有利な実施形態では、すでに述べた少なくとも部分的な鏡面化は、主対物レンズのスライド可能なレンズ構成群の1つのレンズ面で行われる。ここで鏡面化されたレンズ面は、鏡面化されない面と同じまたは異なるレンズ曲率ないし面曲率を有することができる。このような異なるレンズ曲率は、例えばレンズを接合することにより実現することができる。この接合されたレンズは、例えば観察ビーム路に対して設定された(結像)レンズ曲率は変化しないが、反射領域には照明センタリングに対して相応に適合されたレンズ曲率を有する。同じ作用は、フリーフォーム面を備えるただ1つのレンズによっても達成される。この場合、レンズ上の前記領域(結像のための領域および反射のための領域)は連続的な移行部を有する。

0020

部分的に鏡面化されたレンズ面は通常、平坦ではなく、面曲率に従って正または負の屈折率を有し、フォーカシング作用またはデフォーカシング作用を有する。したがってこの場合、鏡面化されたレンズ面をあたかも付加的なレンズのように照明ユニットのために使用することができる。

0021

前記すべての場合で、照明偏向手段が(更なる)別の偏向エレメントを有し、この別の偏向エレメントが主対物レンズのレンズ構成群と統合された照明偏向手段の部分と光学的に交互作用し、とりわけこの統合された部分に(照明光源側に)前置接続されていると有利である。このことにより照明ビーム路が照明偏向手段の統合部分、すなわち例えば偏向エレメントまたは鏡面化されたレンズ面に入射する角度を簡単かつ確実に最適調整することができる。この調整は、照明ビーム路をまず前記別の照明偏向エレメントに向け、そこから照明偏向手段のレンズ合成群との統合部分に偏向し、そこから照明ビーム路を再び対象物面方向に偏向することによって行われる。前記別の偏向エレメントは静止していることができる。すなわち回転可能または傾斜可能に支承する必要はない。照明センタリング、すなわち主対物レンズの焦点距離が変化する際、および視野が変化する際の、照明野の所要の側方スライドを、照明ビーム路を主対物レンズのスライド可能なレンズ構成群において反射するだけで実行することができる。

0022

主対物レンズのスライド可能なレンズ構成群の1つのレンズ面を部分的に鏡面化するために、例えば観察ビーム路により使用されるレンズ領域の大部分を反射防止加工し、反射に使用される領域、とりわけレンズ周辺部にある領域を鏡面化することができる。

0023

個々のレンズ、ならびにマルチパーツレンズ群はとりわけ曲率の異なる種々のレンズ面を有するから、主対物レンズおよび照明ユニットの構成に応じて、適切なレンズ面を鏡面化のために選択することができる。

0024

基本的に、主対物レンズの焦点距離を変化するための2つの異なる手段は互いに区別されるものであり、以下これら2つの手段について詳細に説明する。もちろん可変焦点対物レンズまたは多焦点対物レンズには多数の異なる構造が公知であり、当業者であれば簡単に本発明を、可変焦点対物レンズの具体的な既知の構造に転用転換)することができる。このことを、前記2つの基本的手段に基づいて説明する。

0025

可変焦点対物レンズ(多焦点対物レンズ)は、符合の異なる焦点距離を備える2つのレンズ構成群から構成することができ、2つのレンズ構成群は相互にスライド可能に支承されている。この構造において2つのレンズ構成群の相互間隔を大きくすることは、主対物レンズの作動距離ワーキングディスタンス)、焦点距離、およびバックフォーカスが減少することにつながる。

0026

第2の手段として、正の符号の焦点距離を備える2つのレンズ構成群を可変焦点対物レンズ(多焦点対物レンズ)に使用することができ、これら2つレンズ構成群は相互にスライド可能に支承される。この場合、2つのレンズ構成群の間隔を大きくすることは、主対物レンズの作動距離(ワーキングディスタンス)、焦点距離、およびバックフォーカスが増大することにつながる。

0027

一般性の制限なしで以下では、前記2つの手段において屈折率が正である(正の符号の焦点距離)それぞれのレンズ構成群はスライド可能に支承されているものとする。焦点距離が正のレンズ構成群、すなわち例えば収束レンズは、入射する光ビームを基準にしてまず凸の面曲率(Flaechenkruemmung)(正の曲率半径)を有し、光出射側に凹のレンズ面(負の曲率半径)を有する。焦点距離変化の前記可能性(手段)に応じて、焦点距離が正であるスライド可能なレンズ構成群の凸レンズ面または凹レンズ面のどちらかを部分的に鏡面化するのが有利であり、かつ十分であることが判明した。

0028

焦点距離の符合が異なるレンズ構成群の前記第1の手段では、有利にはこのレンズ構成群の凸レンズ面の部分が鏡面化される。ここで凸レンズ面は、入射する照明ビーム路に向いた面である。焦点距離が正の符号であるレンズ構成群の前記第2の場合、有利にはスライド可能なレンズ構成群の凹レンズ面が部分的に鏡面化される。これに関する更なる実施例は、以下に説明する実施例を参照することができる。

0029

レンズ構成群の鏡面化された面のレンズ曲率(Linsenkruemmung)が、このレンズ構成群の鏡面化されない面のレンズ曲率とは異なっていると有利であり得る。例えば既存のレンズ曲率が、焦点距離変化の際に照明ビーム路を十分に強力に偏向するのに十分でない場合、例えばさらに強く湾曲された鏡面化面を、例えば接合された付加レンズの形態でスライド可能なレンズ構成群に取り付けることができる。ここでもフリーフォーム面を備えるレンズの可能性についても参照されたい。

0030

スライド可能なレンズ構成群で反射された照明ビーム路は、引き続き主対物レンズの外で対象物面に向けることができる。しかし主対物レンズの残りの部分を介して、この対象物面に偏向することもできる。この残りの部分は例えば、対象物面に向いた側の、屈折率が正または負のレンズ構成群とすることができる。したがって主対物レンズのこの部分は、照明ユニットの別のレンズとして適切に使用することができる。

0031

とりわけ照明偏向手段の統合された部分(integrierter Teil)が、スライド可能なレンズ構成群と固定的に結合した偏向エレメント(偏向ミラー)であり、とりわけここでは平面ミラーであり、少なくとも照明ユニットの一部を、照明ユニットにより形成された照明ビーム路が、照明偏向手段の統合部分の運動、ないしは偏向エレメントの運動、ないしは平面ミラーの運動に追従するように構成すると有利である。照明ビーム路が可動レンズ構成群で反射される場合に照明のセンタリングに必要な角度変化は、この場合、レンズ構成群の運動自体だけによって行われるのではなく、付加的に照明ビーム路の追従によっても行われる。

0032

このためには照明ユニットの少なくとも一部を、軸を中心に傾斜可能に支承すると有意義である。この軸は、主対物レンズの光軸と照明ビーム路の軸により形成される面に対して実質的に直角な軸(直交軸)とする。照明ユニットのこの部分の傾斜によって照明ビーム路はレンズ構成群の位置のそれぞれの方向に追従または連動することができる。照明ビーム路が追従する場合には、場合により存在する付加的な偏向ミラー(別の偏向エレメント)は、通常省略することができる。

0033

この顕微鏡で使用するのに適した照明ユニット自体は公知である。照明ユニットには光を、光導体を介して供給することができる。同様に例えばハロゲンランプキセノンランプ、またはLEDランプを使用することができる。一般性の制限なしで、供給される光が集光器により集光され、絞りおよび後置接続されたレンズ系を介して対象物面にフォーカシングされる構造を前提として論ずる。ここでレンズ系は固定レンズと可動レンズにより形成することができ、可動レンズは軸方向に固定レンズに対して相対的に運動される。このことにより照明バックフォーカスを変化することができる。

0034

少なくとも一部が軸を中心に傾斜可能に支承された照明ユニットである上記実施形態に関連して、前記の構造では同じことが有意義である。すなわち照明ユニット全体を傾斜可能に構成するのではなく、実質的に前記の絞りと前記のレンズ系により形成される、照明ユニットの一部だけを傾斜可能に構成するのである。この部分は、集光器と光源から簡単に分離することができる。前記の別の偏向エレメント(偏向ミラー)はこの場合、すでに述べたように通常は不要である。

0035

構造的、光学的、および人間工学的理由から、本発明を、「横置き式」ズームシステムを備える顕微鏡(冒頭に述べた実施形態を参照)に使用するのが特に適切である。このために主対物レンズには、対象物面から見てズームシステムが後置接続され、ズームシステムと主対物レンズとの間には偏向エレメントが配置される。この偏向エレメントは主対物レンズから到来する観察ビーム路を、ズームシステムの長手軸がある第1の水平面へ偏向する。ズームシステムの下方には、すなわちズームシステムの対象物側には、顕微鏡の照明ユニットを軸平行に配置することができる。このことにより垂直方向で比較的低い構造が得られる。通常、顕微鏡は1つの鏡筒と少なくとも1つの接眼レンズを有し、立体顕微鏡の場合は1つの双眼鏡筒を有する。接眼レンズはズームシステムに後置接続されている。しかしここで、倍率変更手段(チェンジャ)(ズームシステム)と鏡筒との間に記録用の出力部(光学的および機械的)を設け、この出力部に例えばカメラを接続することができることも述べておく。光学的偏向エレメントを介して、観察ビーム路は前記第1の水平面からこれに対して平行に延在する第2の水平面に達する。この第2の水平面には光学的付加コンポーネントおよび/または鏡筒を配置することができる。観察ビーム路のこの(第1、第2の水平面を介しての)畳み込みにより、低い顕微鏡構造が保証され、加えて多種多様出力結合手段が、例えば手術用顕微鏡において助手観察のために達成される。

0036

本発明およびその利点を以下、添付図面に示された実施例に基づいて詳細に説明する。

0037

図1は、ここでは手術用立体顕微鏡として構成された顕微鏡10の基本構造を非常に概略的に示し、ここでは分かりやすくするために、2つの観察ビーム路ではなく観察軸Roだけが示されている。このような手術用顕微鏡はしばしば、助手観察のために付加的観察ビーム路のペアを有している。このような顕微鏡自体は公知であり、したがってここでは詳細に説明しない。この関連ですでに述べたEP1424582B1(特許文献3)に記載された立体顕微鏡を参照されたい。そこでも「横置き式」ズームシステム30が実現されている。

0038

手術用顕微鏡10は主対物レンズ20を有し、この主対物レンズは多焦点レンズ(ないしは可変焦点対物レンズ)として構成されている。すなわち焦点距離が可変の対物レンズである。主対物レンズ20は光軸23を規定し、この光軸は対象物面100に垂直に立っている。主対物レンズ20の焦点距離を変化することによって、それぞれの対象物面100にフォーカシングすることができる。図1には、2つのレンズ構成群21と22による多焦点レンズが示されているが、冒頭に述べた多焦点を実現するための別の手段も参照されたい。一般性の制限なしで、以下では焦点距離が正である第1のレンズ構成群22が光軸23に沿ってスライド可能に支承されており、焦点距離が負である第2のレンズ構成群21が主対物レンズ20に固定して支承されている構造から出発する。

0039

観察ビーム路は図示の光軸23に対して平行に延在し、例えば図平面内または図平面に対して垂直かつ光軸23を含む面にある。観察ビーム路を偏向するために、第1の偏向エレメント50がビーム路に配置されている。この偏向エレメント50は観察ビーム路を実質的に垂直の方向から実質的に水平の方向へ、「横置き式」ズームシステム30に向けて偏向する。ズームシステム30はその長手軸を以て第1の水平面Iに配置されている。対象画像の連続的拡大に用いるズームシステム30の代わりに、段階的(diskret)に動作する倍率変更手段(チェンジャ)を設けることもできる。別の偏向エレメント51と52によって、観察ビーム路は第2の水平面IIに偏向される。ここには鏡筒60が配置されており、鏡筒は照明ビーム路を少なくとも1つの接眼レンズ70に向ける。この接眼レンズを通して観察者顕微鏡画像を観察することができる。立体顕微鏡の場合、接眼レンズ70と鏡筒60は通常、1つの双眼鏡筒にまとめられている。主対物レンズ、ズームシステム、鏡筒および接眼レンズのような前記顕微鏡コンポーネントの基本構造は当業者に周知である。図1に示したビーム経路には、光学的付加コンポーネント、例えばフィルタ画像反転器、光路長延長するためのコンポーネント、助手用共観察のための光学的ビームスプリッタ、入力および出力ミラー(例えばデータ入力反射)等を配置することができる。最後にズームシステム30と本来の鏡筒60との間に、記録(カメラ、ビデオ等)用の出力部(光学的/機械的)を設けることができる。

0040

対象物照明のために照明ユニット40が用いられる。この照明ユニットはその長手軸を以て、ズームシステム30の下方で実質的に水平に、人間工学的に有利に配置することができる。ここには光導体を介したファイバ照明が示されている。しかし同様に例えば直接的なハロゲン照明キセノン照明、またはLED照明とすることもできる。照明ユニット40により形成された照明ビーム路がその照明軸Riに基づいて図示されている。この照明ビーム路は照明偏向手段43と45によって対象物面100の方向に偏向される。図1と後で説明する図3および図4から分かるように、照明ビーム路は主対物レンズ20の一部を介して(ここではレンズ構成群21を介して)案内することができる。しかし顕微鏡10の主対物レンズ20の外側でも案内することができる。いずれにしろ照明ビーム路は完全には主対物レンズ20を通って案内されないから、対象物面100の垂直方向でのスライドを引き起こす主対物レンズ20の焦点距離変化の際に、最適の照明のために照明ビーム路、したがってその軸Riを追従しなければならない。本発明による照明のこの追従の形式を以下の図面に基づいて詳細に説明する。

0041

図1に示された顕微鏡構造では、さらに詳細に説明する照明偏向手段43と45の構成によって、ズームシステム30の下方に十分なスペースが形成されることが分かる。このスペースは、ズームモータ80または顕微鏡10を駆動するのに必要な別のコンポーネント、または他の意味のあるコンポーネントを配置するためのものである。この実施例でズームモータ80により取られるスペースが必要なければ、照明ユニット40の別の構造を、とりわけ付加的偏向エレメント43(偏向ミラー)なしで実現することができる。この関連で、部分的に傾斜可能に構成された照明ユニット40も考えられる。これについては後で説明する。

0042

図1図2を見ると分かるように、照明ビーム路の軸Riは観察ビーム路の軸Roと角度θを形成する。

0043

図2は、主対物レンズ20の焦点距離変化の際、またはこの主対物レンズ20から対象物面100への作動距離(ワーキングディスタンス)の変化の際に前記角度θの所要の変化を示している。主対物レンズ20の焦点距離が短くなり、したがって作動距離(ワーキングディスタンス)が減少すると角度θは増大する。図2は2つの極位置、例えば最大作動距離(ワーキングディスタンス)と最小作動距離(ワーキングディスタンス)を示しており、照明ビーム路の軸Ri2は作動距離(ワーキングディスタンス)が比較的に大きくなるときの主対物レンズ20の焦点に向けられる。ここでは角度θ2が生じる。作動距離(ワーキングディスタンス)が減少するとき角度θは、例えば所属の照明軸Ri1との角度θ1に達するまで大きくならなければならない。したがって主対物レンズ20の最大作動距離(ワーキングディスタンス)および最小作動距離(ワーキングディスタンス)から、角度θの領域が導出される。センタリング照明を達成するためにはこの角度が、作動距離(ワーキングディスタンス)の変化に応じて追従されなければならない。角度θ1とθ2に所属する対象物面は図2に100’ないしは100により示されている。

0044

図3図4は、詳細な断面図(図1参照)に作動距離(ワーキングディスタンス)が変化する際の照明センタリングのための本発明の実施形態を示し、図3では主対物レンズが例えば平面100’(図2参照)にフォーカスされ、図4では主対物レンズ20が対象物面100(図2参照)にフォーカスされる。

0045

図3には、照明ユニットの構造が示されており、本発明で照明ユニットがどのように使用され得るかが分かる。41は集光器(ここでは光源と共に)を示し、集光器は光源の光を集光し、絞り44と照明レンズ構成群46を介して対象物面100’に結像する。絞り44は例えば、直径が可変の照明野絞りの機能を備えるアイリス絞りである。一般性の制限なしで、図1にすでに概略した構造、すなわち平面ミラーまたは球面ミラーとして構成することのできる照明偏向エレメント43(偏向ミラー)を備える構造を前提として示す。照明レンズ構成群46は、個々のレンズまたは(通常は)レンズの組合わせとすることができる。とりわけこのために照明ズームが頻繁に使用される。照明ズームでは2つ(またはそれ以上)のレンズ群が相対的に可動であり、これにより照明バックフォーカスを変化することができる。

0046

照明ビーム路は偏向エレメント43での反射の後、顕微鏡10の主対物レンズ20のスライド可能なレンズ構成群22の方向に偏向される(図1も参照)。ここで照明ビーム路は本発明により、このレンズ構成群で反射され、対象物面100’に偏向される。このためにレンズ構成群22の周辺部は偏向エレメント45として構成されている。この偏向エレメント45は例えば(平面または球面に成形された)偏向ミラーとすることができる。この偏向ミラーはレンズ構成群22と固定的に接続されているか、またはレンズ構成群22の部分的に鏡面化されたレンズ面である。更なる別の構成ではレンズ構成群22と偏向エレメント45は、接合されたレンズ素子、またはフリーフォーム面を備えるレンズとすることができる。このことはとりわけ、偏向エレメント45(レンズ構成群の鏡面化された部分)の曲率が本来のレンズ構成群22(結像のための部分)の曲率とは異なることができるので有利である。

0047

図3から分かるように、照明ビーム路は主対物レンズ20の外で案内される。もちろん、照明ビーム路が(固定の)レンズ構成群21を通って案内される実施形態(図1参照)も実現可能である。

0048

図3は、作動距離(ワーキングディスタンス)が小さい場合に対する2つのレンズ構成群21と22の位置を示す。この作動距離(ワーキングディスタンス)は、2つのレンズ構成群21と22が符合の異なる焦点距離を有する場合において2つのレンズ構成群21と22の大きな間隔により達成される。具体的な実施例では、対象物に向いた側に固定されたレンズ構成群21が負の焦点距離を有し、対象物とは反対側のスライド可能なレンズ構成群22が正の焦点距離を有する。多焦点を実現するためのすでに述べた変形実施例も、ここで再度参照されたい。

0049

図4は、大きな作動距離(ワーキングディスタンス)への移行状態を示す。このためにレンズ構成群21と22の間隔は相互に減少される。この減少は、レンズ構成群22が光軸23に沿って固定レンズ構成群21の方向に移動されることによって行われる。図3図4の比較から分かるように、照明センタリングは自動的に追従され、偏向エレメント43がその位置を変化する必要はない。角度θの所要の変化は自動的に次のようにして行われる。すなわち照明ビーム路(軸Ri)が、レンズ構成群22の位置変化の際に鏡面化されたレンズ面の別の個所で反射され、これによりレンズ構成群22での反射角、ひいては照明角θが自動的に変化するようにして行われる。

0050

すでに述べたように、照明ビーム路が主対物レンズ20のレンズ構成群22のスライドに追従するように、照明ユニット40の一部は傾斜可能に構成することができる。この場合、偏向エレメント43は省略することができる。照明ユニット40の部分42が実質的に絞り44と照明レンズ構成群46からなり、照明ユニット40のこの部分42が傾斜するための回転軸が、絞り44の中点を通り、図平面に対して直角になるように選択すると有利である。

0051

必要な場合には、照明ユニットの別のパラメータを光学的に変化し、照明野と視野が位置、大きさ、明度に関して最適に結合されるようにすることができる。例えば別のパラメータとしてレンズ構成群46のバックフォーカスがあり、これにより照明バックフォーカスを観察バックフォーカスに適合し、または追従させることができる。このことによって照明野での強度も変化することができ、したがって主対物レンズ20の焦点距離の変化と最適に結合することができる。さらに照明野絞り44の開口直径は作動距離(ワーキングディスタンス)の変化と結合(連携制御)される。これにより照明野の大きさを、視野の大きさに最適に適合することができる。前記の目的のために制御ユニットを設けることができる。この制御ユニットは、一方では主対物レンズ20の焦点距離変化を測定し、他方ではレンズ構成群46および/または絞り44の開口直径のための相応の調整装置と接続されている。

0052

図5に基づき、レンズ面47の具体的部分を鏡面化することのできる手段について説明する。ここでも一般性の制限なしで、正の焦点距離のレンズ構成群22が、主対物レンズ20の焦点距離変化のためにスライド可能に支承されているものとして論ずる。とりわけ小さな作動距離(ワーキングディスタンス)で動作する際、多焦点構造が使用される。この多焦点構造では、焦点距離が正のレンズ構成群22が焦点距離が負のレンズ構成群21に対して、作動距離(ワーキングディスタンス)の変化のために相対的にスライド可能である。ここでも一般性の制限なしで、焦点距離が負の第2のレンズ構成群は、主対物レンズ20に位置固定して支承されているものとする。図3と4から分かるようにこの多焦点構造では、2つのレンズ構成群21と22の間隔が減少すると、作動距離(ワーキングディスタンス)が増大する。したがって照明ビーム路(軸Ri)の反射角はレンズ構成群の間隔の減少と共に増大しなければならない。これは照明センタリングを、主対物レンズの変化する焦点距離に最適に適合するためである。反射角のこの所要の変化は、凸レンズ面48の一部、すなわち対象物に向いた側のレンズ面48の一部が鏡面化されていることにより自動的に達成される。

0053

焦点距離が正である2つのレンズ構成群が光軸上で相互にスライド可能に支承されている多焦点対物レンズの構造も公知である。この場合、主対物レンズの作動距離(ワーキングディスタンス)は、2つのレンズ構成群の間隔の拡大と共に増大する。したがってここでの関係は、すでに上に述べた場合とまったく反対である。したがってこの場合は、レンズ構成群22の凹レンズ面49を少なくとも一部で鏡面化するのが有利である。図5は、全体で正の焦点距離を有するレンズ構成群の可能な構造を示す。ここでは、2つの部分からなる1つの接合素子である。(対象物面100ないし照明光の入射側から見て)2つの凹面49が鏡面化のために使用される。

0054

ここに記載した実施形態は本発明を単に例示するだけであり、当業者であれば、本発明の枠内にある、ここに明示しない組合わせ手段も可能である。ここに述べた本発明の特徴は図示の組合わせでだけ実現されるのではなく、本発明の範囲を逸脱することなく、別の組合わせでも、または技術的に意味のある限り単独でも実現することができる。

図面の簡単な説明

0055

本発明が有利に使用され得る顕微鏡の構造の一例を概略的に示す図である。
主対物レンズの焦点距離が変化する際の照明センタリングの過程を分かりやすく説明する図である。
顕微鏡の作動距離(ワーキングディスタンス)が小さい場合の照明センタリングのための本発明の主要コンポーネントの一例を概略的に示す図である。
顕微鏡の作動距離(ワーキングディスタンス)が大きい場合の照明センタリングのための本発明の主要コンポーネントの一例を概略的に示す図である。
顕微鏡の主対物レンズにおいて一部が鏡面化されたレンズ構成群の一例を示す縦断面図である。

符号の説明

0056

10顕微鏡
20主対物レンズ、多焦点レンズ、可変焦点対物レンズ
21 固定のレンズ構成群
22スライド可能なレンズ構成群
23光軸
30ズームシステム
40照明ユニット
41集光器および光源
42 照明ユニットの傾斜可能な部分
43照明偏向手段、付加的な偏向エレメント、偏向ミラー
44絞り、アイリス絞り
45 照明偏向手段、偏向エレメント
46 レンズ構成群
47レンズ面
48凸レンズ面
49凹レンズ面
50 偏向エレメント
51 偏向エレメント
52 偏向エレメント
60鏡筒
70接眼レンズ
80ズームモータ
100,100’対象物面
I 第1の水平面
II 第2の水平面
Ro観察軸
Ri照明軸
θ RiのRoに対する角度

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