JP2001188178A - 立体視顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クローズアップ光学系を構成するレンズ枚数
を増加させることなく、画像の非点収差を低減し、快適
な立体視による観察が可能な立体視顕微鏡を提供するこ
と。 【解決手段】 被写体の像を電子的に撮影する撮影光学
系２００は、クローズアップ光学系２１０及び左右一対
のズーム光学系２２０，２３０から構成される対物光学
系と、この対物光学系により形成された被写体の一次像
をリレーして被写体の二次像を形成する左右一対のリレ
ー光学系２４０，２５０と、リレー光学系からの被写体
光を互いに近接させる輻輳プリズム２６０とを備えてい
る。リレー光学系２４０，２５０によってリレーされた
被写体光は、ハイビジョンＣＣＤカメラ１０２により撮
影される。クローズアップ光学系の焦点距離ｆ_Aは、５
００ｍｍより長く設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、観察対象物を拡大
観察する立体視顕微鏡に関し、特に、顕微鏡画像を撮像
装置により電気的に撮影するタイプの立体視顕微鏡に関
する。

【０００２】

【従来の技術】この種の立体視顕微鏡としては、被写体
に対置される大径のクローズアップ光学系と、クローズ
アップ光学系の互いに異なる箇所を通過した被写体光に
より一定の位置に被写体像を形成する一対の結像光学系
と、形成される被写体像を撮影するＣＣＤカメラ等の撮
像装置とを備えるものが知られている。

【０００３】撮像装置の撮像面上には、左右の結像光学
系により形成される被写体像が並んで形成される。この
撮像装置の出力信号を処理して液晶ディスプレイやＣＲ
Ｔ等の表示装置に表示し、立体視ビュアーを用いて両目
で観察することにより、被写体を拡大して立体視により
観察することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
立体視顕微鏡は、クローズアップ光学系の焦点距離が比
較的短く、かつ、レンズ枚数が少ないため、球面収差が
充分に補正されておらず、その影響により左右の画像に
視差以外の差異が現れて立体視を妨げるという問題点を
有している。

【０００５】すなわち、各結像光学系は、クローズアッ
プ光学系の直径を中心線とする線対称な領域を透過した
光束をそれぞれ取り込んで結像させるため、クローズア
ップ光学系の光軸に対して回転対称に発生する球面収差
も、各結像光学系の光軸に対しては回転非対称となる。
したがって、クローズアップ光学系の球面収差が充分に
補正されていないと、結像光学系自体の収差が良好に補
正されていたとしても、最終的な像には非点収差の影響
が現れ、特にアウトフォーカス時の点像形状が光軸に対
して非対称になる。しかも、左右の結像光学系が取り込
む領域は上記のようにクローズアップ光学系の直径を中
心線として線対称であるため、非点収差の方向性が左右
の画像で互いに逆方向となる。

【０００６】左右の画像により被写体を一つの立体とし
て観察するためには、左右の画像が視差を持つのみで、
他の条件は同一であることが求められる。例えば収差に
よる像のぼけや歪みは、同一方向に現れる場合には立体
視をさほど妨げないが、これが上記のように左右で逆方
向に現れると、被写体の特定部分の画像が左右で異なる
こととなり、立体視が著しく妨げられる。特に、各結像
光学系の光軸を含む平面がクローズアップ光学系の光軸
に一致しない場合には、非点収差の発生が顕著となる。

【０００７】なお、クローズアップ光学系の球面収差を
小さくするためには、レンズ枚数を多くすればよいが、
コスト、重量、占有スペースが増加するという問題があ
る。

【０００８】本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、クローズアップ光学系を構成
するレンズ枚数を増加させることなく、画像の非点収差
を低減し、快適な立体視による観察が可能な立体視顕微
鏡を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
め、本発明の立体視顕微鏡は、単一の光軸を有し、被写
体に対向して配置されたクローズアップ光学系と、クロ
ーズアップ光学系の光軸に対してそれぞれ平行な光軸を
有し、クローズアップ光学系における互いに異なる箇所
を通過した被写体光により一定の位置に被写体像を形成
する一対の結像光学系と、結像光学系により形成される
被写体像を撮影する撮像装置とを備え、クローズアップ
光学系の焦点距離ｆ_A(単位：ｍｍ)が、以下の条件、 ｆ_A＞５００ を満たすことを特徴とする。なお、クローズアップ光学
系の焦点距離が可変である場合には、焦点距離ｆ_Aは、
その最長焦点距離をいうものとする。

【００１０】上記の構成によれば、被写体光は、クロー
ズアップ光学系を介して入射し、一対の結像光学系によ
り所定の視差を持つ一対の像を形成する。撮像装置によ
り撮影された画像は、液晶ディスプレイやＣＲＴ等の表
示装置に表示され、これを立体視ビュアーを用いて両目
で観察することにより、被写体を拡大して立体視により
観察することができる。クローズアップ光学系は、その
焦点距離が比較的長く設定されているため、レンズ枚数
が少なくとも球面収差を十分に補正することができ、画
像に非点収差の影響が現れず、快適な立体視が可能とな
る。

【００１１】結像光学系は、クローズアップ光学系の光
軸に対してそれぞれ平行な光軸を有し、クローズアップ
光学系における互いに異なる箇所を通過した被写体光に
より一定の位置に被写体の一次像を形成する変倍可能な
一対のズーム光学系と、ズーム光学系により形成される
一次像の位置にそれぞれ配置され、一次像のエッジを規
定する一対の視野絞りと、一次像をリレーして被写体の
二次像を形成する一対のリレー光学系と、リレー光学系
からの被写体光を互いに近接させる光軸間距離縮小素子
とを備えることが望ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
かかる立体視顕微鏡の実施の形態を説明する。図１は立
体視顕微鏡の光学系の全体構成を示す斜視図、図２は側
面図、図３は正面図、図４は平面図である。

【００１３】顕微鏡光学系は、図１に示すように、被写
体の像を電子的に撮影する撮影光学系２００と、ライト
ガイドファイババンドル１０５により光源装置から導か
れた照明光により被写体を照明する照明用光学系３００
とから構成されている。

【００１４】撮影光学系２００は、単一の光軸を持つ大
径のクローズアップ光学系２１０と、このクローズアッ
プ光学系２１０における互いに異なる箇所を透過した被
写体光により被写体の一次像を形成する左右一対のズー
ム光学系２２０，２３０と、このズーム光学系２２０，
２３０により形成された被写体の一次像をリレーして被
写体の二次像を形成する左右一対のリレー光学系２４
０，２５０と、これらのリレー光学系２４０，２５０か
らの被写体光を互いに近接させる光軸間距離縮小素子と
しての輻輳プリズム２６０とを備えている。

【００１５】また、ズーム光学系２２０，２３０による
一次像の形成位置には、一次像のエッジを規定する視野
絞り２７０，２７１がそれぞれ配置されており、リレー
光学系２４０，２５０には光路を直角に偏向する光路偏
向素子としてのペンタプリズム２７２，２７３がそれぞ
れ配置されている。

【００１６】リレー光学系２４０，２５０によってリレ
ーされた被写体光は、撮像装置であるハイビジョンＣＣ
Ｄカメラ１０２内に導入され、ハイビジョンサイズの撮
像面を有するＣＣＤにおける左右の各撮像領域に夫々二
次像として再結像される。この光学系においては、クロ
ーズアップ光学系２１０を共通の要素として、ズーム光
学系２２０、リレー光学系２４０が右の結像光学系を構
成し、ズーム光学系２３０、リレー光学系２５０が左の
結像光学系を構成し、併せて所定の基線長を隔てて配置
された一対の結像光学系をなす。

【００１７】このような一対の結像光学系によってＣＣ
Ｄの撮像面上における左右の各撮像領域に形成された像
は、所定の基線長を隔てた二箇所から夫々撮影した画像
を左右に並べたステレオ画像と等価である。そして、ハ
イビジョンＣＣＤカメラ１０２により撮影された画像を
液晶ディスプレイやＣＲＴ等の表示装置に表示し、これ
を立体視ビュアーを用いて両目で観察することにより、
被写体を拡大して立体視により観察することができる。

【００１８】クローズアップ光学系２１０は、図１、図
２、図３に示すように、物体側から順に負の第１レンズ
群２１１と正の第２レンズ群２１２とが配列して構成さ
れる。第２レンズ群２１２は、光軸方向に移動可能であ
り、その移動調整により異なる距離の被写体に対して焦
点を合わせることができる。クローズアップ光学系の焦
点距離ｆ_A(単位：ｍｍ)は、 ｆ_A＞５００ を満たしている。このように、クローズアップ光学系２
１０の焦点距離を比較的長く設定することにより、少な
いレンズ枚数で球面収差を良好に補正することができ
る。

【００１９】クローズアップ光学系２１０の第１，第２
レンズ群２１１，２１２は、光軸方向から見た平面形状
がいずれもＤカットされたほぼ半円形状であり、このカ
ットされた部分に照明光学系３００が配置されている。

【００２０】一対のズーム光学系２２０，２３０は、ク
ローズアップ光学系２１０からの無限遠結像の被写体光
を視野絞り２７０，２７１の位置にそれぞれ結像させ
る。一方のズーム光学系２２０は、図１〜図３に示すよ
うに、クローズアップ光学系２１０側から順に、正、
負、負、正のパワーをそれぞれ有する第１〜第４レンズ
群２２１，２２２，２２３，２２４により構成され、第
１，第４レンズ群２２１，２２４を固定し、第２，第３
レンズ群２２２，２２３を光軸方向に移動させてズーミ
ングを行う。主に第２レンズ群２２２の移動により倍率
を変化させ、第３レンズ群２２３の移動により焦点位置
を一定に保つ。

【００２１】他方のズーム光学系２３０も、上記のズー
ム光学系２２０と同一構成であり、第１〜第４レンズ群
２３１，２３２，２３３，２３４から構成される。

【００２２】ズーム光学系２２０，２３０の光軸Ａｘ
2，Ａｘ3は、クローズアップ光学系２１０の光軸Ａｘ1
に対して平行であり、かつ、図２に示すように、ズーム
光学系２２０，２３０の光軸Ａｘ2，Ａｘ3を含む平面
が、この平面と平行なクローズアップ光学系２１０のメ
リディオナル面に対し、Ｄカット部の反対側にΔだけ離
れている。

【００２３】すなわち、各ズーム光学系２２０，２３０
は、クローズアップ光学系２１０の直径を中心線とする
線対称な領域を透過した光束をそれぞれ取り込んで結像
させる。前述したように、このような配置では、クロー
ズアップ光学系２１０に球面収差が残存していると、最
終的な像には非点収差の影響が現れ、立体視を妨げる。
しかしながら、実施形態ではクローズアップ光学系２１
０の焦点距離を長く設定することにより球面収差を補正
しているため、非点収差の発生が抑えられ、良好な立体
視が可能である。

【００２４】リレー光学系２４０，２５０は、上述のよ
うにズーム光学系２２０，２３０により形成された一次
像を再結像させる作用を持ち、いずれも３枚の正レンズ
群により構成される。一方のリレー光学系２４０は、図
１及び図２に示すように、単一の正メニスカスレンズか
ら構成される第１レンズ群２４１と、負、正の貼合わせ
で構成され、全体として正のパワーを持つ第２レンズ群
２４２と、単一の両凸レンズから構成される第３レンズ
群２４３とから構成されている。第１レンズ群２４１と
第２レンズ群２４２との間には、光路を直角に偏向する
光路偏向素子としてのペンタプリズム２７２が配置さ
れ、第２レンズ群２４２と第３レンズ群２４３との間に
は光量調節用の明るさ絞り２４４が設けられている。

【００２５】他方のリレー光学系２５０も、上記のリレ
ー光学系２４０と同一構成であり、第１、第２、第３レ
ンズ群２５１，２５２，２５３から構成され、第１レン
ズ群２５１と第２レンズ群２５２との間には、光路偏向
素子としてのペンタプリズム２７３が配置され、第２レ
ンズ群２５２と第３レンズ群２５３との間には明るさ絞
り２５４が設けられている。

【００２６】視野絞り２７０，２７１を通過した発散光
は、リレー光学系の第１レンズ群２４１，２５１及び第
２レンズ群２４２，２５２により再びほぼ平行光に変換
され、明るさ絞り２４４，２５４を通過した後、第３レ
ンズ群２４３，２５３により再度結像して二次像を形成
する。

【００２７】輻輳プリズム２６０は、図１及び図４に示
すように、五角柱の左右対称な光軸シフトプリズム２６
１，２６２を、０．１ｍｍ程度の隙間をあけて対向配置
することによって構成されている。光軸シフトプリズム
２６１，２６２は、図４に示すように、互いに平行な入
射端面と射出端面とを備え、かつ、内側と外側とに互い
に平行な第１，第２反射面を備えている。

【００２８】リレー光学系２４０，２５０からの被写体
光は、各光軸シフトプリズム２６１，２６２の入射端面
から入射し、外側の反射面で反射されて左右方向で内側
に向けられ、内側の反射面で再び入射時と同じ光軸方向
に反射され、射出端面から射出してＣＣＤカメラ１０２
に入射する。この結果、左右の被写体光はその進行方向
を変えずに左右の間隔のみが狭められ、同一のＣＣＤ上
に二次像を形成する。

【００２９】照明光学系３００は、被写体に照明光を投
影する機能を有し、図１及び図２に示すように、ライト
ガイドファイバーバンドル１０５から射出する発散光の
発散度合いを調整する照明レンズ３１０と、照明範囲と
撮影範囲とを一致させるための楔プリズム３２０とから
構成されている。

【００３０】次に、上記の実施形態にかかる立体視顕微
鏡の撮影光学系２００の具体的な実施例を説明する。撮
像素子として使用されるＣＣＤ、特に実施形態で用いら
れるようなハイビジョン用のＣＣＤは、小型化、高密度
化されている。実施例では、ハイビジョン規格の１／３
インチサイズ、４板式ＣＣＤを用いる。ＣＣＤの全体の
サイズは４．８５ｍｍ×２．７８ｍｍ、左右の領域の中
心間距離は２．４２５ｍｍ、画素サイズは２．５３μm
×２．７８μmである。

【００３１】このようなＣＣＤの高密度化に伴う画素ピ
ッチの縮小による感度の低下を補い、かつ、解像度の高
い像を形成するためは、ズーム光学系２２０，２３０、
リレー光学系２４０，２５０のＦナンバーを小さくする
必要がある。実施例のズーム光学系２２０，２３０は、
焦点距離が１２〜１２０ｍｍ、Ｆナンバーが４に設定さ
れている。このため、ズーム光学系の最大径は３３ｍｍ
と大型化しており、左右のズーム光学系の機械的干渉を
避けるため、両者の光軸間距離は４０ｍｍに設定されて
いる。クローズアップ光学系２１０は、一対のズーム光
学系の有効径を包含する必要から、直径９１ｍｍの大き
さを有している。

【００３２】クローズアップ光学系２１０の径は上記の
ように大きく設定されるため、前述のように球面収差の
発生を抑えるには焦点距離ｆ_Aを比較的長く設定する必
要がある。実施例では、クローズアップ光学系２１０の
焦点距離はフォーカシングのため５３２．３ｍｍ〜６４
５．３ｍｍの範囲で可変である。

【００３３】図５は、実施例にかかる撮影光学系２００
を展開して示すレンズ図である。実施例の撮影光学系２
００の具体的な数値構成は表１に示されている。面番号
１〜６はクローズアップ光学系２１０であり、面番号１
〜３が第１レンズ群２１１、面番号４〜６が第２レンズ
群２１２を示す。面番号７〜２３はズーム光学系２２０
であり、面番号７〜１１が第１レンズ群２２１、面番号
１２〜１４が第２レンズ群２２２、面番号１５，１６が
第３レンズ群２２３、面番号１７〜２３が第４レンズ群
２２４を示す。面番号２４〜３２はリレー光学系２４０
であり、面番号２４，２５が第１レンズ群２４１、面番
号２６，２７がペンタプリズム２７２、面番号２８〜３
０が第２レンズ群２４２、面番号３１，３２が第３レン
ズ群２４３を示す。面番号３３，３４は光軸シフトプリ
ズム２６１、面番号３５，３６はＣＣＤカメラ１０２内
に配置された色分解プリズム２８０を示している。

【００３４】表中、ｒはレンズ各面の曲率半径(単位:m
m)、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔(単位:mm)、ｎは波
長588nmにおける各レンズの屈折率、νdは各レンズのア
ッベ数である。

【００３５】

【表１】

【００３６】実施例のようにクローズアップ光学系２１
０の焦点距離を比較的長く設定することにより、レンズ
枚数を増やすことなく球面収差の発生を抑え、ズーム光
学系２２０，２３０により形成される一次像、あるい
は、リレー光学系２３０，２４０により形成される二次
像の非点収差を抑えることができる。したがって、良好
な立体視が可能となる。

【００３７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の立体視
顕微鏡によると、クローズアップ光学系の焦点距離が比
較的長く設定されているため、レンズ枚数が少なくとも
球面収差を十分に補正することができ、画像に非点収差
の影響が現れず、快適な立体視が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態にかかる立体視顕微鏡の光学系の全
体構成を示す斜視図。

【図２】 図１に示す顕微鏡光学系の側面図。

【図３】 図１に示す顕微鏡光学系の正面図。

【図４】 図１に示す顕微鏡光学系の平面図。

【図５】 実施例の撮影光学系を展開して示すレンズ
図。

【符号の説明】

１０２ ＣＣＤカメラ ２００ 撮影光学系 ２１０ クローズアップ光学系 ２２０，２３０ ズーム光学系 ２４０，２５０ リレー光学系 ２６０ 輻輳プリズム ２７０，２７１ 視野絞り ３００ 照明光学系 ３１０ 照明レンズ ３２０ 楔プリズム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単一の光軸を有し、被写体に対向して配
   置されたクローズアップ光学系と、 前記クローズアップ光学系の光軸に対してそれぞれ平行
   な光軸を有し、前記クローズアップ光学系における互い
   に異なる箇所を通過した被写体光により一定の位置に被
   写体像を形成する一対の結像光学系と、 前記結像光学系により形成される前記被写体像を撮影す
   る撮像装置とを備え、 前記クローズアップ光学系の焦点距離ｆ_A(単位：ｍｍ)
   が、以下の条件、 ｆ_A＞５００ を満たすことを特徴とする立体視顕微鏡。
2. 【請求項２】 前記結像光学系は、前記クローズアップ
   光学系の光軸に対してそれぞれ平行な光軸を有し、前記
   クローズアップ光学系における互いに異なる箇所を通過
   した被写体光により一定の位置に被写体の一次像を形成
   する変倍可能な一対のズーム光学系と、 前記ズーム光学系により形成される前記一次像の位置に
   それぞれ配置され、該一次像のエッジを規定する一対の
   視野絞りと、 前記一次像をリレーして被写体の二次像を形成する一対
   のリレー光学系と、 前記リレー光学系からの被写体光を互いに近接させる光
   軸間距離縮小素子を備えることを特徴とする請求項１に
   記載の立体視顕微鏡。