JP5347752B2 - 実体顕微鏡 - Google Patents

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Description

本発明は実体顕微鏡に関する。
従来、実体顕微鏡において落射明視野観察を行う場合、1つの光源の光を2分岐ファイバライトガイドを用いて2つの観察光学系に照明光を入射する実体顕微鏡がある(例えば、特許文献1)。
特開2007−264075号公報
しかし、1つの光源の照明光をファイバライトガイドで分岐すると、分岐されたそれぞれの照明光について照明光学系が必要となり部品点数が増え、装置が大型化するとともにコストがアップしてしまう。また、照明光学系が2つあるので、それぞれの観察光学系の明るさを一致させて左右の観察像を同じ明るさにし、左右の観察像が同じように見えるようにバランスをとることは難しかった。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、1つの照明光学系を用いた落射明視野観察で左右の観察光学系の観察像が同じ明るさで見える実体顕微鏡を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明に係る実体顕微鏡は、左右一対の接眼レンズと、対物レンズと、標本を照明する照明光を照射する光源と、前記左右の各々の接眼レンズと前記対物レンズとを結ぶ各光路上に各々設けられるハーフミラーと、を備え、前記ハーフミラーの内の一方のハーフミラーは、前記照明光を標本方向に反射し、かつ前記他方のハーフミラーの方向へ透過し、更に標本からの光を前記一対の接眼レンズの一方に向けて透過し、前記他方のハーフミラーは、前記一方のハーフミラーを透過した照明光を標本方向に反射し、かつ標本からの光を前記一対の接眼レンズの他方に向けて透過し、前記他方のハーフミラーと前記他方の接眼レンズとを結ぶ光路上には、前記他方のハーフミラーを透過した標本からの光の光量を減光する減光部材が配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、1つの照明光学系を用いた落射明視野観察で左右の観察光学系の観察像が同じ明るさで見える実体顕微鏡を提供することができる。
第1実施形態に係る実体顕微鏡の全体の構成を示す模式図である。 第2実施形態に係る実体顕微鏡の全体の構成を示す模式図である。 第2実施形態に係る顕微鏡において、蛍光観察用のキューブに切替えた状態の光学系の構成を示す模式図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各実施形態において、標本は光の散乱が少ない鏡面サンプルを観察することを前提としている。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る実体顕微鏡の全体の構成を示す模式図である。
図1に示すように、第1実施形態に係る実体顕微鏡1(以下、顕微鏡1と略記する。)は、標本4を載置するステージ7と、標本4の方から順に対物レンズ10、ズーム鏡体13、光路分割装置16、双眼鏡筒19を備えている。ズーム鏡体13には2つのアフォーカルズーム系31L、31Rが備えられている。光路分割装置16は光学部材を備えたキューブであり、公知の回転ターレット(図示省略)に支持されている。光路分割装置16については後で詳細に説明する。光路分割装置16には光源装置(図示省略)からファイバライトガイド22で導かれた照明光が照明光学系25を介して導かれている。
図1に示すように、顕微鏡1は左右の観察光学系28L、28Rを備えている。左の観察光学系28Lは標本4側から順に左右共通の対物レンズ10と、ズーム鏡体13に備えられたアフォーカルズーム系31Lと、双眼鏡筒19に備えられた結像レンズ34Lおよび接眼レンズ37Lとを備えている。アフォーカルズーム系31Lには開口絞り40Lが含まれている。右の観察光学系28Rも左の観察光学系28Lと同様の構成となっており、左右共通の対物レンズ10と、ズーム鏡体13に備えられたアフォーカルズーム系31Rと、双眼鏡筒19に備えられた結像レンズ34Rおよび接眼レンズ37Rと、開口絞り40Rとを備えている。
照明光学系25は光源側から順にファイバ光源(以下、光源と略記する。)43と、コレクタレンズ46と、視野絞り52と、フィールドレンズ55とを備えている。コレクタレンズ46とフィールドレンズ55とは平行系を構成している。光源43と観察光学系28Lの開口絞り40Lとは共役の位置になっている。また、照明光学系25の視野絞り52と標本4の観察面とは共役の位置になっている。照明光学系25の後段には光路分割装置16が配置されている。光路分割装置16は双眼鏡筒19とズーム鏡体13との間に配置されている。光路分割装置16には光源43側から順に左の光路分割素子58Lと右の光路分割素子58Rとが備えられている。
左の観察光学系28Lにはアフォーカルズーム系31Lと結像レンズ34Lの間から光路分割素子58Lによって照明光が導入されている。右の観察光学系28Rも同様に、アフォーカルズーム系31Rと結像レンズ34Rの間から光路分割素子58Rによって照明光が導入されている。第1実施形態では、光路分割素子58L、58Rはハーフミラーを用いている(以下、光路分割素子をハーフミラーと称す。)。2つのハーフミラー58Lおよび58Rは同一の光透過率を有しており、光の透過と反射との割合が1:1のものを用いている。
図1に示すように、照明光学系25の光軸SLと、左の観察光学系28Lの光軸ILおよび右の観察光学系28Rの光軸IRとは図1の紙面上にある。つまり、これら3つの光軸SL、ILおよびIRは全て同一の平面上にある。そして照明光は観察光学系28L、28Rの一方の光軸側(第1実施形態においては左の光軸IL側)から顕微鏡1内に導入されている。以下、図1を参照して光源43から出射された照明光の進行および進行に伴う光量の変化について説明する。
光源43から出射された照明光は左の観察光学系28Lの光軸ILおよび右の観察光学系28Rの光軸IRを含む平面上を照明光学系25に導かれて光軸IL、IRに向かって直進する。そしてコレクタレンズ46とフィールドレンズ55とを透過して光路分割装置16内に導かれ、光軸ILと交わる。照明光の光軸SLが光軸ILと交わる位置には左のハーフミラー58Lが配置されている。ハーフミラー58Lにより光源43から出射された光の1/2が反射されて標本4に向かう。つまり左のハーフミラー58Lにより反射されて標本4に向かう光量は、光源43から照射された照明光の光量全体の1/2である。そして残りの1/2の光はハーフミラー58Lを光軸SLに沿って透過して右の光軸IRに向かって直進し、光軸IRと交わる。照明光の光軸SLと光軸IRとが交わる位置には右のハーフミラー58Rが配置されている。ハーフミラー58Rにより、左のハーフミラー58Lを透過した光の1/2が反射されて標本4に向かう。つまり右のハーフミラー58Rにより反射されて標本4に向かう光量は、光源43から照射された照明光の光量全体の1/4である。そして左のハーフミラー58Lを光軸SLに沿って透過した光の1/2、つまり全体の光量の1/4が右のハーフミラー58Rを光軸SLに沿って透過する。右のハーフミラー58Rを光軸SLに沿って透過した光は減光部材61で吸収され、装置内で迷光になることを防いでいる。
このように左の観察光学系28Lには光源43から照射された照明光の光量全体の1/2が入射し、右の観察光学系28Rには光量全体の1/4が入射するので、左の観察光学系28Lと右の観察光学系28Rでの照明光の明るさには2倍の差が生じることとなる。
右のハーフミラー58Rにより反射されて標本4へ向かった光は観察光学系28Rに導かれて標本4に達する。標本4は光の散乱が少ない鏡面サンプルなので、標本4に達した光は標本4で反射し、反対側の左の観察光学系28Lに入射する。そして対物レンズ10、アフォーカルズーム系31Lを介してハーフミラー58Lを光軸ILに沿って透過する。ハーフミラー58Lの透過率は1/2であるため、ここでさらに減光され、ハーフミラー58Lを光軸ILに沿って透過する光は、光源から照射された照明光の1/8となる。ハーフミラー58Lを光軸ILに沿って透過した光は結像レンズ34Lおよび接眼レンズ37Lを介して像として観察される。
一方、左のハーフミラー58Lにより反射されて標本4へ向かった光は観察光学系28Lに導かれて標本4に達する。標本4に達した光は標本4で反射し、右側の観察光学系28Rに入射する。そして対物レンズ10、アフォーカルズーム系31Rを介してハーフミラー58Rを光軸IRに沿って透過する。ハーフミラー58Rの透過率は1/2であるため、ここでさらに減光され、ハーフミラー58Rを光軸IRに沿って透過する光は、光源43から照射された照明光の1/4となる。
右のハーフミラー58Rの結像レンズ34R側には減光フィルタ64が配置されている。第1実施形態における減光フィルタ64の光透過率は1/2である。ハーフミラー58Rを光軸IRに沿って透過した光は減光フィルタ64を透過する。したがって減光フィルタ64を透過する光は、光源から照射された照明光の1/8となる。こうして、標本4で反射して右のハーフミラー58Rおよび減光フィルタ64を光軸IRに沿って透過した光量と、標本4で反射して左のハーフミラー58Lを光軸ILに沿って透過した光量とは等しくなる。減光フィルタ64を透過した光は結像レンズ34Rおよび接眼レンズ37Rを介して像として観察される。
第1実施形態に係る顕微鏡1では、図1に示すように、ハーフミラー58L、58Rと減光フィルタ64と減光部材61とが1つのユニットとしてキューブ67に備えられ、光路分割装置16を構成している。第1実施形態においては、キューブ67を含む複数のキューブ(キューブ67以外のキューブは図示省略)がターレット(図示省略)に取付けられている。他のキューブにはキューブ67とは異なる構成の光学部材、例えば光透過率が異なる減光フィルタ等、が備えられている。キューブ67および他のキューブはターレットを回転操作することにより観察光学系28L、28Rに対して挿脱可能になっている。ターレットの回転軸Tは光軸ILおよびIRを含む平面上で、キューブ67の光源側とは反対側の側面近傍に位置している(図1参照)。
なお、キューブ67はターレット方式ではなくスライダ方式で観察光学系28L、28Rに挿脱できるようにしても良い。この場合、スライダは光軸ILおよびIRを含む平面に対して略直角に交わる方向(図1の紙面に対して手前または奥方向)に移動させる。
このような構成なので、第1実施形態に係る顕微鏡1は1つの光源43と1つの照明光学系25により2つの観察光学系28L、28Rでそれぞれ観察される像が同じように見える、つまり観察像の明るさの差がないようにすることができる。その結果、観察者は違和感なく立体視観察をすることができる。また、他の光学素子を備えたキューブとの切替えも容易である。また、光源43および照明光学系25が1つずつであるため装置の大型化を抑え、空間占有率およびコストにおいても有利である。
なお、第1実施形態における減光フィルタ64の光透過率は、標本が鏡面サンプルである場合の戻り光の光量に基づいて決定されているが、光透過率を変更できるようにしても良い。そうすると、標本の光の散乱状態によって異なる観察光学系28L、28Rへの戻り光の光量を、光透過率を調節することにより2つの観察光学系28L、28Rで観察される像の明るさが同じになるようにすることができる。また、カメラで観察像を撮影する場合、当該減光フィルタ64が備えられた方の観察光学系にカメラを設置すれば、様々な明るさの状態での標本を撮影することができる。
(第2実施形態)
次に本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態については、第1実施形態と同様の構成については同じ符号を用いて説明する。
図2は第2実施形態に係る顕微鏡100の全体の構成を示す模式図である。第2実施形態に係る顕微鏡100は、光路分割装置16の構成が第1実施形態と異なる。他の構成、すなわち照明光学系25、観察光学系28L、28R、ターレット(図示省略)等は第1実施形態と同様である。
図2に示すように、第2実施形態においては、照明光学系25の光軸SLと左の観察光学系28Lの光軸ILとが交わる位置に左のハーフミラー73Lが配置され、光軸SLと右の観察光学系28Rの光軸IRとが交わる位置に右のハーフミラー73Rが配置されている。そして左のハーフミラー73Lの結像レンズ34L側に減光フィルタ76が配置されている。これらハーフミラー73L、73R、減光フィルタ76およびハーフミラー73Rを透過した光を吸収する減光部材61がキューブ70に備えられ、光路分割装置16を形成している。
光源43から出射された照明光は左の観察光学系28Lの光軸ILおよび右の観察光学系28Rの光軸IRを含む平面上を照明光学系25に導かれて光軸IL、IRに向かって直進する。そして光路分割装置16に導かれ、まず光軸ILと交差し、その後光軸IRと交差する。
第2実施形態においては左のハーフミラー73Lの光の透過と反射との割合は2:1である。また、右のハーフミラー73Rの光の透過と反射との割合は1:1である。このように第2実施形態ではハーフミラー73L、73Rの光透過率が左右で異なるものとなっている。このようにすることにより、左右の観察光学系28L、28Rに導かれる照明光の光量が同じになるようにしている。
ハーフミラー73Lにより光源43から出射された光の1/3が反射されて標本4に向かう。つまりのハーフミラー73Lにより反射されて標本4に向かう光量は、光源43から出射された照明光の光量全体の1/3である。そして残りの2/3の光はハーフミラー73Lを照明光学系25の光軸SLに沿って透過して右の光軸IRに向かって直進し、光軸IRと交わる。そしてハーフミラー73Rにより、左のハーフミラー73Lを光軸SLに沿って透過した光の1/2が反射されて標本4に向かう。つまり右のハーフミラー73Rにより反射されて標本4に向かう光量は光源43から出射された照明光の光量全体の1/3である。そして左のハーフミラー73Lを透過した光の残りの1/2、つまり光源43から照射された照明光の光量全体の1/3が右のハーフミラー73Rを光軸SLに沿って透過する。右のハーフミラー73Rを透過した光は減光部材61で吸収され、装置内で迷光になることを防いでいる。
このような構成なので、観察光学系28L、28Rにはいずれも光源43からの光量全体の1/3の光量が導かれ、標本4へ向かうこととなる。つまり第2実施形態においては左右の観察光学系28L、28Rで照明強度の差がないようにすることができる。
左のハーフミラー73Lにより反射されて標本4へ向かった光は左の観察光学系28Lに導かれて標本4に達する。標本4に達した光は標本4で反射し、右側の観察光学系28Rに入射する。そして対物レンズ10、アフォーカルズーム系31Rを介してハーフミラー73Rを光軸IRに沿って透過する。ここでハーフミラー73Rを光軸IRに沿って透過する光は、光源43から出射された照明光の1/6となる。ハーフミラー73Rを光軸IRに沿って透過した光は結像レンズ34R、接眼レンズ37Rを介して像として観察される。
一方、右のハーフミラー73Rにより反射されて標本4へ向かった照明光は観察光学系28Rに導かれて標本4に達する。標本4に達した光は標本4で反射し、反対側の左の観察光学系28Lに入射する。そして対物レンズ10、アフォーカルズーム系31Lを介してハーフミラー73Lを光軸ILに沿って透過する。ここでハーフミラー73Lを光軸ILに沿って透過する光は、光源43から出射されたの照明光の2/9となる。
第2実施形態においては、上述したように左のハーフミラー73Lの結像レンズ34L側に減光フィルタ76が配置されている。減光フィルタ76を配置することで、左右のハーフミラー73L、73Rの光透過率の違いにより左右の観察像の明るさが異ならないようにしている。第2実施形態における減光フィルタ76の光透過率は、ハーフミラー73L、73Rの光透過率の比となり、3/4である。したがって減光フィルタ76を透過する光は、光源43から出射されたの照明光の1/6となる。こうして、標本4で反射して左のハーフミラー73Lおよび減光フィルタ76を光軸ILに沿って透過した光と、標本4で反射して右のハーフミラー73Rを光軸IRに沿って透過した光とは等しい光量となる。減光フィルタ76を透過した光は結像レンズ34L、接眼レンズ37Lを介して像として観察される。
このように第2実施形態においては、1つの光源43および1つの照明光学系25を用いて2つの観察光学系28L、28Rで照明光の光量を同じ、つまり照明強度の差がなく、さらに観察像の明るさの差がないようにすることができる。その結果、第1実施形態と同様に、観察者は違和感なく立体視観察をすることができる。
なお、第2実施形態における減光フィルタ76の光透過率についても、標本が鏡面サンプルであった場合の戻り光の光量に基づいて決定されているが、第1実施形態と同様に光透過率を変更できるようにしても良い。
次に第2実施形態において、観察光学系28L、28Rに挿入するキューブ70を他のキューブ79に交換した場合ついて説明する。
図3は、第2実施形態に係る顕微鏡100において、ターレット(図示省略)を回転操作し、キューブ70を他のキューブ79に切替えた状態の光学系の構成を示す模式図である。当該他のキューブ79は蛍光観察用の光学部材を備えたものである。
図3に示すように、キューブ79には照明光学系25の光軸SL上でフィールドレンズ55と左のハーフミラー85Lとの間に励起フィルタ82が配置されている。このようにキューブ79の光源側には励起フィルタ82が配置されているので、キューブ79には励起フィルタ82により選択された波長の光が入射される。
キューブ79には照明光学系25の光軸SLと左の光軸ILおよび右の光軸IRと交わる位置にそれぞれハーフミラー85L、85Rが設けられている。ハーフミラー85L、85Rによって、左右の観察光学系28L、28Rには励起フィルタ82で励起された光が入射される。2つのハーフミラー85Lおよび85Rは同一の光透過率を有しており、光の透過と反射との割合が1:1のものを用いている。したがって左の観察光学系28Lには励起光の1/2が入射し、右の観察光学系28Rには励起光の1/4が入射する。このように、キューブ79に切替えた場合においては左の観察光学系28Lと右の観察光学系28Rでの照明光の明るさは2倍の差となる。左右の観察光学系28Lと28Rとで明るさに差はあるが、標本4に2方向から励起光を照射することとなるので標本4が立体的なものであってもムラなく励起することができる。ハーフミラー85Rを光軸SLに沿って透過した光は減光部材61によって吸収される。また、左のハーフミラー85Lの結像レンズ34L側にはバリアフィルタ88Lが、右のハーフミラー85Rの結像レンズ34R側にはバリアフィルタ88Rがそれぞれ配置されている。
励起光の照射により発せられた標本4からの蛍光は、対物レンズ10を介してアフォーカルズーム系31L、31Rのそれぞれに入射する。アフォーカルズーム系31Lを透過した蛍光はハーフミラー85Lを透過した後バリアフィルタ88Lにより波長選択され、結像レンズ34Lおよび接眼レンズ37Lを介して観察者に観察される。同様に、アフォーカルズーム系31Rを透過した蛍光はハーフミラー85Rを透過した後バリアフィルタ88Rにより励起波長が除去され、結像レンズ34Rおよび接眼レンズ37Rを介して観察者に観察される。
このように、蛍光観察用のキューブにおいては、左右の観察光学系SL、SRに入射される照明光量はそれぞれ異なるものとなっている。しかし、観察する蛍光に関しては、左右のハーフミラー85L、85Rの透過率が同じであるため、観察者が左右の眼で感じる明るさの差は生じない。したがって左右の観察光学系28L、28Rで照明光の明るさが異なっても何ら違和感なく観察することができる。
このように、第2実施形態においては、別途蛍光観察用の照明系を設けることなく、キューブを交換するだけで鏡面サンプルを観察するときの照明光学系25をそのまま用いて蛍光観察を行うことができる。また、光源43および照明光学系25が1つずつであるため装置の大型化を抑え、空間占有率およびコストにおいても有利である。
なお、蛍光観察用のキューブ79において、右のハーフミラー85に代えてダイクロイックミラーを配置しても良い。この場合、当該ダイクロイックミラーの結像レンズ34側にさらに光透過率1/2の減光フィルタを設ければ、左右の観察像の明るさが同じにすることができる。
以上第1および第2実施形態について説明したが、第1実施形態で用いたキューブ67と、第2実施形態で用いたキューブ70と、蛍光観察用のキューブ79とを同じターレットまたはスライダに備えても良い。そうすれば、1台の顕微鏡でより多様な観察方法に対応することが可能となる。
また、ハーフミラーおよび減光部材の光透過率は上記実施形態における光透過率に限定されるものではない。観察される像の明るさが同じになれば、その組み合わせは幾通りもある。
このように、本発明の構成は本実施形態に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。
1、100 実体顕微鏡
4 標本
7 ステージ
10 対物レンズ
13 ズーム鏡体
16 光路分割装置
19 双眼鏡筒
22 ファイバライトガイド
25 照明光学系
28L、28R 観察光学系
31L、31R アフォーカルズーム系
34L、34R 結像レンズ
37L、37R 接眼レンズ
40L、40R 開口絞り
43 ファイバ光源
46 コレクタレンズ
52 視野絞り
55 フィールドレンズ
58L、58R、73L、73R、85L、85R 光路分割素子(ハーフミラー)
61 減光部材
64、76 減光フィルタ
67、70、79 キューブ
82 励起フィルタ
88L、88R バリアフィルタ

Claims (3)

  1. 左右一対の接眼レンズと、
    対物レンズと、
    標本を照明する照明光を照射する光源と、
    前記左右の各々の接眼レンズと前記対物レンズとを結ぶ各光路上に各々設けられるハーフミラーと、を備え、
    前記ハーフミラーの内の一方のハーフミラーは、前記照明光を標本方向に反射し、かつ前記他方のハーフミラーの方向へ透過し、更に標本からの光を前記一対の接眼レンズの一方に向けて透過し、
    前記他方のハーフミラーは、前記一方のハーフミラーを透過した照明光を標本方向に反射し、かつ標本からの光を前記一対の接眼レンズの他方に向けて透過し、
    前記他方のハーフミラーと前記他方の接眼レンズとを結ぶ光路上には、前記他方のハーフミラーを透過した標本からの光の光量を減光する減光部材が配置されていることを特徴とする実体顕微鏡。
  2. 前記実体顕微鏡は、前記他方のハーフミラーに代えて、照明光および前記標本からの光の透過光の波長および反射光の波長を選択する波長選択素子が配置され、前記減光部材は、前記波長選択素子と前記他方の接眼レンズとを結ぶ光路上に配置することを特徴とする請求項1に記載の実体顕微鏡。
  3. 前記ハーフミラーと前記波長選択素子は、前記光路に選択的に挿脱可能にする切替え装置に備えられ、
    前記切替え装置は、前記ハーフミラーおよび前記波長選択素子の何れかが前記光路に位置決めされるように駆動する駆動装置を有することを特徴とする請求項2に記載の実体顕微鏡。
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