JP2906514B2 - 映像重畳型実体顕微鏡装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術（第13図〜第14図） 発明が解決しようとする課題（第10図〜第12図） 課題を解決するための手段 作用 実施例（第１図〜第９図） 発明の効果 〔概要〕 映像重畳型実体顕微鏡装置に関し， 観察物体の拡大立体像に、映像表示手段の複数の映像
を立体的に重畳して観察可能にすることを目的とし、 実体顕微鏡装置の観察物体用対物レンズと右眼および左
眼用の結像接眼レンズ系との間の平行光路部にイメージ
コンバイナを挿入し、観察物体と異なる方向に配置した
映像表示手段からの複数の映像を波長依存性透過開口板
を通して視差を形成し、前記イメージコンバイナで観察
物体の拡大立体像に重畳して両者を立体的に同時観察可
能にするように映像重畳型実体顕微鏡装置を構成する。

また、前記イメージコンバイナに波長依存性反射開口
機能を付与して波長依存性反射開口イメージコンバイナ
とし、構成が簡易な映像重畳型実体顕微鏡装置を構成す
る。これら波長依存性透過開口板や波長依存性反射開口
イメージコンバイナはは反射ホログラム，あるいは、誘
電体多層反射膜を用いて構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は映像重畳型実体顕微鏡装置，とくに、コンピ
ュータなどから映像表示手段に出力表示された複数の映
像に視差効果を与え、それら複数の映像を観察物体の拡
大立体像に立体的に多重重畳して観察可能にした機能の
高い新規な映像重畳型実体顕微鏡装置に関する。

〔従来の技術〕

物体の微細構造の観察や精密作業などを行う際に実体
顕微鏡が用いられることはよく知られている。

第13図は実体顕微鏡の基本構成を示す図で、観察物体
７′を２つの異なる方向から見た映像を対物レンズ
４′，結像接眼レンズ系５および６で左右両眼に送るこ
とにより視差をつくり立体的な観察を可能にしている
（図ではズーム系，照明系などを省略してある）。

実体顕微鏡を用いて観察または作業を行う場合に、顕
微鏡の視野内に作業条件，たとえば、時間，温度など
や、映像情報，たとえば、枡目や矢印などを観察物体の
拡大立体像に重ねて表示できれば実体顕微鏡の機能や操
作性が向上する。

第14図は従来の映像重畳型実体顕微鏡の例を示す構成
図である。たとえば、A,B,Cという３つの段差のある立
体的な観察物体７を２つの異なる方向から見た映像を第
１の対物レンズ4,結像接眼レンズ系５および６で左右両
眼に送るときに、その一方の光路，たとえば、対物レン
ズ４と左側の結像接眼レンズ系５の間の左眼側の平行光
路部にイメージコンバイナ20′，たとえば、ハーフミラ
ーを挿入し、観察物体７と異なる方向に配置された映像
表示手段80,たとえば、CRTディスプレイ上に表示された
枡目映像80xを第２の対物レンズ３′を通して前記イメ
ージコンバイナ20′に導き、両者を視野内に重畳して観
察できるようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

第12図は従来の映像重畳型実体顕微鏡像を説明する模
式図で、たとえば、映像表示手段80,たとえば、CRTディ
スプレイ上に表示された枡目映像80xは、ある固定され
た視野内深度方向，たとえば、ほゞＢ字面の位置に重畳
される。

第11図は深度が異なる多重映像重畳された実体顕微鏡
像を説明する模式図で、観察物体７の深度の異なる３つ
の面A,B,Cに異なる映像8a,8b,8cを同時に重畳する例を
示したものである。

しかし、上記に説明した従来例では、第11図に示した
ような深度方向に映像位置を変えることができず，も
し、どうしても変えることが必要な場合は映像表示手段
80の位置を変えなければならない。

たとえば、第10図は深度が異なる映像重畳を行うため
の構成例を示す図で、映像表示手段80の位置を80a,80b,
80cと移動し、光束の広がり角θをθ₁，θ₂，θ₃と変化
させることにより視差をつくり、深度方向に異なる位置
に映像を重畳させることが可能になるが、映像表示手段
80の位置を移動させる必要があること、また、多数の映
像を同時重畳表示することができないなどの点で問題が
あり、それらの解決が求められている。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち、上記の課題は、観察物体７用の第１の対物
レンズ４と、前記第１の対物レンズ４を透過した光束を
右眼と左眼に導き、前記観察物体７の拡大立体像を与え
るように配設された２組の結像接眼レンズ系５および６
と、前記観察物体７と異なる方向に設けられた映像表示
手段８と、前記第１の対物レンズ４と前記２組の結像接
眼レンズ系５および６の間の平行光路部に挿入され、か
つ、前記映像表示手段８からの映像を前記観察物体７の
拡大立体像に重畳させるように配設されたイメージコン
バイナ20と、前記映像表示手段８に表示された映像用の
第２の対物レンズ３と、前記第２の対物レンズ３と前記
イメージコンバイナ20との間に配設され、前記映像表示
手段８から前記第２の対物レンズ３へ入射する光束の広
がり角（θ）の大きさに対応して、前記第２の対物レン
ズ３を透過した光に対して作用する波長帯域が異なる複
数の開口部12が設けられた波長依存性透過開口板１とを
少なくとも備え、前記観察物体７の拡大立体像に、前記
映像表示手段８の複数の映像を立体的に重畳して観察可
能にした映像重畳型実体顕微鏡装置によって解決するこ
とができる。

前記波長依存性透過開口板１としては、複数の層状構
成物11からなり、各層状構成物は光軸中心からそれぞれ
異なる位置に開口部12を有し、それぞれの層状構成物の
前記開口部を除く領域に各層毎に波長帯域が異なり所定
の波長帯域巾の光を選択的に反射する反射型ホログラ
ム，あるいは、誘電体多層反射膜が形成されるように構
成すればよい。映像表示手段８による表示色は前記層状
構成物の選択反射波長帯域と類似，もしくは、包含され
るスペクトルを持つようにする。また、前記波長依存性
透過開口板１を単層膜14から構成し、前記単層膜14は光
軸中心から異なる位置に複数の開口部12′を有し、それ
ぞれの開口部を除く領域に、それぞれ波長帯域が異なり
所定の波長帯域巾の光を選択的に反射する複数の反射型
ホログラムが多重記録されているように構成してもよ
い。

さらに、イメージコンバイナに波長依存性反射開口機
能を付与した波長依存性反射開口イメージコンバイナ２
を用いれば、より簡易に映像重畳型実体顕微鏡装置を構
成することができる。この波長依存性反射開口イメージ
コンバイナ２は、同様に反射ホログラム，あるいは、誘
電体多層反射膜を用いて構成すればよい。この場合、映
像表示手段８の映像表示色のスペクトルは前記層状構成
物の選択反射波長帯域と類似，あるいは、包含されるだ
けでなく多少広くてもよい。

〔作用〕

本発明の波長依存性透過開口板１あるいは波長依存性
反射開口イメージコンバイナ２には、光軸中心からそれ
ぞれ異なる位置に波長依存性のある開口部12あるいは16
が形成されているので、映像表示手段８の位置が固定さ
れていても第２の対物レンズ３に取り込む光束の角度，
すなわち、広がり角θの大きさにより、それぞれ異なる
開口部を異なる波長帯域の光が通過することになり，し
たがって、それぞれの波長帯域の光，すなわち、異なる
色の複数の映像を異なる視差，すなわち、異なる深度
に，しかも、同時に観察物体７と重畳観察することが可
能となるのである。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１実施例の機能と装置構成を示す
図で、同図（イ）は機能を説明する図、同図（ロ）は装
置構成を説明する図である。

図中、７は立体的な形状を有する観察物体、４は第１
の対物レンズで観察物体７からの光を取り込み透過光は
平行光路部を形成する。５および６は第１の対物レンズ
４を透過した映像を左右両眼に送るための結像接眼レン
ズ系で結像レンズおよび接眼レンズから構成されてい
る。８は映像表示手段で，たとえば、CRT ディスプレ
イ，液晶ディスプレイなどである。３は第２の対物レン
ズ、20はイメージコンバイナで，たとえば、ハーフミラ
ーであり、第１の対物レンズ４と結像接眼レンズ系５お
よび６の間に観察物体７の拡大立体像と映像表示手段８
の映像とが重畳可能なように配設されている。１は波長
依存性透過開口板で、第２の対物レンズ３とイメージコ
ンバイナ20の間の平行光路部に配設されている。なお、
ズーム系，照明系などは本発明に直接関係しないので省
略する。

同図（イ）に示したように、映像表示手段８上の一点
から第２の対物レンズ３へ取り込まれる光の広がり角θ
は、レンズの光軸からの距離によりその大きさが異な
り、たとえば、図示したごときθ₁，θ₂，θ₃のごとく
異なっている。第２の対物レンズ３を透過してほゞ平行
光となった光は、波長依存性透過開口板１に入射する。
波長依存性透過開口板１には光軸中心から異なった位置
に、それぞれ特定の波長帯の光だけに作用する開口部12
が設けられており、たとえば、前記広がり角θ₃の光に
対しては赤色（Ｒ），広がり角θ₂の光に対しては緑色
（Ｇ），広がり角θ₁の光に対しては青色（Ｂ）の光に
だけ開口が作用するようにしてある。すなわち、イメー
ジコンバイナ20で観察物体７からの光に重畳される映像
表示手段８からの光は、深さ方向に３つの異なる位置
に、広がり角θ₁，θ₂，θ₃に対応する視差を与えられ
たR,G,B 3色の３つの映像，たとえば、枡目表示8a,8b,8
cとして、観察物体7 の拡大立体像に重畳して観察する
ことが可能となる。たゞし、映像表示手段８の映像表示
色のスペクトルは前記 R,G,B3色の波長帯域と同様，ま
たは、包含される波長帯域を持たせる。

なお、上記説明では３つの場合について示したが、２
つの場合でも，あるいは、４つ以上の場合であっても全
く同様に構成することができる。

第２図は本発明第１実施例の波長依存性透過開口板を
示す図で、同図（イ）はＸ−Ｘ′断面図、同図（ロ）は
平面図である。図中、10は，たとえば、光学ガラスから
なるガラス基板で第２の対物レンズ３からの透過光をカ
バーする十分な大きさのものを使用する。11a,11b,11c
は反射ホログラム層であり、各層間はガラス基板10,ま
たは、同一材質，同一寸法のガラス板10′を挟んで光学
接着材層13で接着して一体に形成してある。なお、ガラ
ス板10′はバランスをとるために挿入したが、必ずしも
必要とせず削除してもかまわない。各層には前記した開
口部12a,12b,12cが，たとえば、10mmφの開口部が開け
られている。この開口部は光軸中心０−０′から異なっ
た距離に，かつ、両側に対称的に開けられ、この例の場
合には反射ホログラムが形成されていない領域が開口部
12となる。すなわち、各層の開口部12a,12b,12cを除く
領域に、それぞれ対応する波長帯域の光を選択的に反射
する反射ホログラムを形成しておけばよく、その作成に
は既に公知の方法を用いればよい。なお、平面図におい
て開口部の一部が重なり合っていても実用的にとくに問
題はない。

第９図はホログラフィック開口板の作成方法の例を示
す図で、波長依存性透過開口板の一例を示したものであ
る。ガラス基板上に，たとえば、スピンコートされた，
たとえば、ホトポリマのごときホログラム材料100の両
面から、レーザ光，たとえば、アルゴンレーザ光110お
よび120を照射する。このとき一方のレーザ光として、
開口部12を構成する部分にマスク102および103を設けた
プリズム101を透過した光110を用いればホログラムが形
成されない領域102′および103′，すなわち、開口部12
となる領域が形成される。

第３図は本発明第１実施例の波長依存性透過開口板の
反射率特性を示す図で、同図（イ）は第１層の反射部
（非開口部）、同図（ロ）は第２層の反射部（非開口
部）、同図（ハ）は第３層の反射部（非開口部）の特性
で，いずれもほゞ30nmの波長帯域巾の反射率ピークを示
し、反射ホログラムが形成されていない領域に，それぞ
れ、Ｒ（λ₁）,G（λ₂）,B（λ₃）なる３色の開口部12
a,12b,12cが形成されることがわかる。

波長帯域や波長帯域巾の選択形成には、レーザ光の波
長を変えたり、レーザ光の入射角度を変えたり、ホログ
ラム層の厚さを変えたりする公知の方法を用いればよ
い。

なお、上記実施例では反射ホログラムを波長選択反射
層として用いたが、その他の方法，たとえば、反射ホロ
グラムの代わりに誘電体多層反射膜を用いても全く同様
に波長依存性透過開口板を形成できる。

第４図は本発明第２実施例の波長依存性透過開口板を
示す断面図で、前記第１実施例の波長依存性透過開口板
が各開口部を有する層を多層に積層したのに対して、本
実施例では単一のホログラム層14の中に複数の，たとえ
ば、３種の開口部12′a,12′b,12′ｃを形成した場合
で、これを作成するには前記それぞれの開口部12′を除
く部分に、前記ホログラム作成方法に準じて、それぞれ
の反射波長選択ホログラムを多重記録して形成すればよ
く、前記第１の実施例の場合に比較して厚さが薄く小形
化され、かつ、作成方法が簡易で低価格化されるという
特徴があり、ホログラム技術を用いる大きな利点であ
る。

第５図は本発明第２実施例の波長依存性透過開口板の
反射率特性を示す図であり、同様にＲ（λ₁）,G
（λ₂）,G（λ₃）３色の開口部12′が形成されることが
わかる。

第６図は本発明の第３実施例の機能と装置構成を示す
図で、同図（イ）は機能を説明する図、同図（ロ）は装
置構成を説明する図である。図中、２は波長依存性反射
開口イメージコンバイナで，いわゆる、イメージコンバ
イナに波長依存性反射開口の機能を付加したものであ
る。

なお、前記の諸図面で説明したものと同等の部分につ
いては同一符号を付し、かつ、同等部分についての説明
は省略する。

本実施例でも前記第１図で示した場合と同様に波長帯
域によって異なる視差効果を生じるので、たとえば、R,
G,B 3色の深さ方向に３つの異なる位置に３つの映像，
たとえば、枡目表示8a,8b,8cを観察物体７の拡大立体像
に重畳して観察することが可能となる。たゞし、この場
合には各開口部16は映像表示光に対して反射開口となる
ように開口部を形成する必要がある。

本実施例の場合には、いわゆる、ハーフミラーのごと
きイメージコンバイナと波長依存性反射開口板とが兼用
されているので、全体の構成がより簡略化され一層の小
形化が図られるのである。

第７図は本発明第３実施例の波長依存性反射開口イメ
ージコンバイナを示す断面図で，たとえば、３つのホロ
グラム層15a,15b,15cに、それぞれ異なる波長帯域の反
射ホログラム領域16a,16b,16cが光軸中心からそれぞれ
異なる距離に形成され、光学接着材層13により一体に構
成されている。

反射ホログラムの作成方法は前記第１実施例の場合に
述べた方法に準じて行うことができる。なお、反射ホロ
グラムの代わりに誘電体多層反射膜を用いてもよいこと
も全く同様である。

また、本実施例の場合には映像表示色のスペクトルが
反射ホログラムの波長帯域より広くても、波長帯域外の
光はイメージコンバイナを透過し結像系から除外される
ので問題はない。

第８図は本発明第４実施例の波長依存性反射開口イメ
ージコンバイナを示す断面図で、単一のホログラム層17
の中に複数の、たとえば、３種の開口部16′a,16′b,1
6′ｃを形成した場合である。前記第２実施例の場合と
同様の方法により形成でき，また、同様の効果と利点が
得られる。

上記第３および第４実施例における反射率特性は第３
図および第５図に示したものに準じているので省略す
る。

以上述べた実施例は数例を示したもので、本発明の趣
旨に添うものである限り、使用する素材や構成など適宜
好ましいもの、あるいはその組み合わせを用いることが
できることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば光軸中心からそ
れぞれ異なる位置に波長依存性のある開口部12あるいは
16が形成された波長依存性透過開口板１あるいは波長依
存性反射開口イメージコンバイナ２を設けているので、
映像表示手段８の位置が固定されていても第２の対物レ
ンズ３に取り込む光束の角度，すなわち、広がり角θの
大きさにより、それぞれ異なる開口部を異なる波長帯域
の光が通過することになり，したがって、それぞれの波
長帯域の光，すなわち、異なる色の複数の映像を異なる
視差，すなわち、異なる深度に，しかも、同時に観察物
体７と重畳観察することが可能となり、映像重畳型実体
顕微鏡装置の機能の向上に寄与するところが極めて大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の機能と装置構成を示す
図、 第２図は本発明第１実施例の波長依存性透過開口板を示
す図、 第３図は本発明第１実施例の波長依存性透過開口板の反
射率特性を示す図、 第４図は本発明第２実施例の波長依存性透過開口板を示
す断面図、 第５図は本発明第２実施例の波長依存性透過開口板の反
射率特性を示す図、 第６図は本発明の第３実施例の機能と装置構成を示す
図、 第７図は本発明第３実施例の波長依存性反射開口イメー
ジコンバイナを示す断面図、 第８図は本発明第４実施例の波長依存性反射開口イメー
ジコンバイナを示す断面図、 第９図はホログラフィック開口板の作成方法の例を示す
図、 第10図は深度が異なる映像重畳を行うための構成例を示
す図、 第11図は深度が異なる多重映像重畳された実体顕微鏡像
を説明する模式図、 第12図は従来の映像重畳型実体顕微鏡像を説明する模式
図、 第13図は実体顕微鏡の基本構成を示す図、 第14図は従来の映像重畳型実体顕微鏡の例を示す構成図
である。 図において、 １は波長依存性透過開口板、２は波長依存性反射開口イ
メージコンバイナ、３は第２の対物レンズ、４は第１の
対物レンズ、５および６は結像接眼レンズ、７は観察物
体、８は映像表示手段、12（12a,12b,12c）および12′
（12′a,12′b,12′ｃ）は光を透過する開口部、16（16
a,16b,16c）および16′（16′a,16′b,16′ｃ）は光を
反射する開口部、 20はイメージコンバイナである。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−237423（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−147215（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−58235（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−61116（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−240851（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−185416（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−96524（ＪＰ，Ｕ) 特許2681092（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平４−249（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭55−36805（ＪＰ，Ｙ２) 実公 平７−9128（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 21/00 - 21/36 G02B 27/02

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】観察物体（７）用の第１の対物レンズ
   （４）と、 前記第１の対物レンズ（４）を透過した光束を右眼と左
   眼に導き、前記観察物体（７）の拡大立体像を与えるよ
   うに配設された２組の結像接眼レンズ系（5,6）と、 前記観察物体（７）と異なる方向に設けられた映像表示
   手段（８）と、 前記第１の対物レンズ（４）と前記２組の結像接眼レン
   ズ系（5,6）の間の平行光路部に挿入され、かつ、前記
   映像表示手段（８）からの映像を前記観察物体（７）の
   拡大立体像に重畳させるように配設されたイメージコン
   バイナ（20）と、 前記映像表示手段（８）に表示された映像用の第２の対
   物レンズ（３）と、 前記第２の対物レンズ（３）と前記イメージコンバイナ
   （20）との間に配設され、前記映像表示手段（８）から
   前記第２の対物レンズ（３）へ入射する光束の広がり角
   （θ）の大きさに対応して、前記第２の対物レンズ
   （３）を透過した光に対して波長帯域が異なる複数の開
   口部（12）が設けられた波長依存性透過開口板（１）と
   を少なくとも備え、 前記観察物体（７）の拡大立体像に、前記映像表示手段
   （８）の複数の映像を立体的に重畳して観察可能にする
   ことを特徴とした映像重畳型実体顕微鏡装置。
2. 【請求項２】前記波長依存性透過開口板（１）は、複数
   の層状構成物（11）からなり、各層状構成物は光軸中心
   からそれぞれ異なる位置に開口部（12）を有し、それぞ
   れの層状構成物の前記開口部を除く領域に各層毎に波長
   帯域が異なり所定の波長帯域巾の光を選択的に反射する
   反射型ホログラム，あるいは、誘電体多層反射膜が形成
   されてなることを特徴とした請求項（１）記載の映像重
   畳型実体顕微鏡装置。
3. 【請求項３】前記波長依存性透過開口板（１）は、単層
   膜（14）からなり、前記単層膜（14）は光軸中心から異
   なる位置に複数の開口部（12′）を有し、それぞれの開
   口部を除く領域に、それぞれ波長帯域が異なり所定の波
   長帯域巾の光を選択的に反射する複数の反射型ホログラ
   ムが多重記録されてなることを特徴とした請求項（１）
   記載の映像重畳型実体顕微鏡装置。
4. 【請求項４】観察物体（７）用の第１の対物レンズ
   （４）と、 前記第１の対物レンズ（４）を透過した光束を右眼と左
   眼に導き、前記観察物体（７）の拡大立体像を与えるよ
   うに配設された２組の結像接眼レンズ系（5,6）と、 前記観察物体（７）と異なる方向に設けられた映像表示
   手段（８）と、 前記映像表示手段（８）に表示された映像用の第２の対
   物レンズ（３）と、 前記第１の対物レンズ（４）と前記２組の結像接眼レン
   ズ系（5,6）の間の平行光路部に挿入され，かつ、前記
   映像表示手段（８）からの映像を前記観察物体（７）の
   拡大立体像に重畳させるように配設され、前記映像表示
   手段（８）から前記第２の対物レンズ（３）へ入射する
   光束の広がり角（θ）の大きさに対応して、前記第２の
   対物レンズ（３）を透過した光に対して波長帯域が異な
   る複数の開口部（16）が設けられた波長依存性反射開口
   イメージコンバイナ（２）とを少なくとも備え、 前記観察物体（７）の拡大立体像に、前記映像表示手段
   （８）の複数の映像を立体的に重畳して観察可能にする
   ことを特徴とした映像重畳型実体顕微鏡装置。
5. 【請求項５】前記波長依存性反射開口イメージコンバイ
   ナ（２）は、複数の層状構成物（15）からなり、各層状
   構成物は光軸中心からそれぞれ異なる位置に開口部（1
   6）を有し、それぞれの層状構成物の前記開口部領域に
   各層毎に波長帯域が異なり所定の波長帯域巾の光を選択
   的に反射する反射型ホログラム，あるいは、誘電体多層
   反射膜が形成されてなることを特徴とした請求項（４）
   記載の映像重畳型実体顕微鏡装置。
6. 【請求項６】前記波長依存性反射開口イメージコンバイ
   ナ（２）は、単層膜（17）からなり、前記単層膜（17）
   には光軸中心から異なる位置に複数の開口部（16′）を
   有し、それぞれの開口部領域に、それぞれ波長帯域が異
   なり所定の波長帯域巾の光を選択的に反射する複数の反
   射型ホログラムが多重記録されてなることを特徴とした
   請求項（４）記載の映像重畳型実体顕微鏡装置。