JP4991211B2 - 実体顕微鏡 - Google Patents

Description

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、集光アームに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。

実体顕微鏡は、一方では目視観察下で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、物体を無限遠で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の接眼レンズと、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の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。この顕微鏡の開口数は、望遠鏡の入射瞳の半径を主対物レンズの焦点距離で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（作動距離を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を過度に増大させる）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。両方の対物レンズが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に伝送される。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、目視者は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、ディスプレイの焦点深度（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は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の予稿集、第３４８２号、６９０〜６９７頁、（１９９８）

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。

問題は、請求項１、８の特徴を備えた実体顕微鏡によって解決される。

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。

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。

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、異なる光学的有効径を有する。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、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の第１のビーム経路上の動作位置であって、この第１のビーム経路を２つの観察ユニットに供給する動作位置と、第１のビーム経路および第２のビーム経路外の非動作位置とを移動することができる。

プリズム群は、手動で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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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で光線束を集束する。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、観察者が右眼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。

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［Ｌ_ｐ／ｍｍ］ 式（１）
式中、Ｌ_ｐ／ｍｍは、１ミリメートル当たりのラインぺアを表し、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。

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＊ｎＡ^２）＋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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、磁石の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。

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。

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。

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。

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。

切り替えユニットは第１のＣ字形の取付台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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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

Claims (12)

1. 第１のビーム経路（６０Ｒ）および第２のビーム経路（６０Ｌ）を備えた望遠鏡型の立体顕微鏡（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、より大きな光学的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、前記プリズム群（７）は、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）との間の前記第１のビーム経路（６０Ｒ）上の動作位置であって、この第１のビーム経路（６０Ｒ）を前記２つの観察ユニット（４Ｒおよび４Ｌ）に供給する動作位置と、前記第１のビーム経路（６０Ｒ）および前記第２のビーム経路（６０Ｌ）外の非動作位置とを移動することができること、
   を特徴とする望遠鏡型の実体顕微鏡。
2. 前記プリズム群（７）は、手動で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。
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。
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。
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。
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。
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）を前記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。
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、プリズム群（７）が設けられ、前記プリズム群（７）は、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）との間の前記第１のビーム経路（６０Ｒ）上の動作位置であって、この第１のビーム経路（６０Ｒ）を前記２つの観察ユニット（４Ｒおよび４Ｌ）に供給する動作位置と、前記第１のビーム経路（６０Ｒ）および前記第２のビーム経路（６０Ｌ）外の非動作位置とを移動することができること、
   を特徴とする望遠鏡型の実体顕微鏡。
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。
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。
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。
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。

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