JPH03223807A - 映像重畳型顕微鏡装置およびイメージコンバイナ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 映像重畳型顕微鏡装置に関し。

映像表示手段の映像からの光を取り込む対物レンズの小
形化と軸外収差の許容値を緩和することによって装置を
低価格化することを目的とし、顕微鏡装置の観察物体用
対物レンズと結像レンズとの間の平行透過光路に反射角
波長依存性イメージコンバイナ素子を挿入し、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
を位置をずらした中間実像として観察物体の中間実像に
重畳して、両者を同時観察可能にするように映像重畳型
顕微鏡装置を構成する。　また、前記反射角波長依存性
イメージコンバイナ素子を反射角波長依存性を有するよ
うに形成した複数の反射ホログラム、あるいは、波長選
択ミラーから構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は映像重畳型顕微鏡装置、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小さな映
像から、それらをつなぎ合わせるようにして大きな映像
として観察物体の拡大像に重畳して観察可能にした機能
が高く、かつ、経済性に優れた新規なる映像重畳型顕微
鏡装置とそれに用いる反射角波長依存性イメージコンバ
イナ素子に関する。

〔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顕＠鏡
、たとえば、実体顕微鏡が用いられることはよく知られ
ている。

第９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゛、
左右２つの結像レンズ５″ａ、５’ｂで左右２つの中間
実像９″ａ、９″ｂとして結像させ、それを左右２つの
接眼レンズ６°ａ、６’ｂを通して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１照明系などを省略しである）。

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、折目や矢印などを観
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。

たとえば、第１０図は観察物体像に外部映像を重畳する
方法の一例を示す図である。たとえば、英文字Ａなる観
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．結像レンズ５および接眼レンズ６で左右両眼
に送るときに、対物レンズ４と結像レンズ５の間の平行
透過光路８にイメージコンバイナ１′、たとえば、ハー
フミラ−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２°、たとえば、ＣＲＴデイスプレィ上
に表示された矢印映像２０′　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１゛に導き両光を重ね
合わせれば、中間実像９’ａ、９’ｂとして両者を視野
内に重畳して観察することができる。

第８図は表示映像と重畳映像の関係を示す図で、矢印の
例（１）と英文字ＣおよびＢの例（２）の２例について
図示した。同図（イ）は映像表示手段２゛上の表示映像
、同図（ロ）は接眼レンズを通して観察される重畳映像
である。すなわち、映像表示手段２“上の表示映像２０
″はそのま−の形で観察物体７の拡大立体像に重畳して
観察される。

（発明が解決しようとした課題〕 しかし、上記に説明したような映像重畳を行うための光
学系を構成するには第１Ｏ図の構成からもわかるように
、少なくとも観察物体７のための第１の対物レンズ４に
相当する性能のレンズが映像表示手段２゛に表示された
映像のための第２の対物レンズ３゛にも要求される。す
なわち、歪みの少ない映像を得るには第２の対物レンズ
に高い軸外性能が求められる。もし、レンズの軸外性能
が悪いと得られる像の周辺部が大きく歪んでしまう。

一般に、レンズの光軸から離れた位置における表示を歪
みなく結像させる軸外収差のよく補正されたレンズ系は
非常に高価であり、また、複合レンズを用いるので重く
１かつ、大きくなるなどの問題があり、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からの光を取り込
み平行透過光路８を形成する第２の対物レンズ４と、前
記平行透過光路８の光を受けて前記観察物体７の中間実
像９を形成するごとくに配設された結像レンズ５と、前
記中間実像９からの光を受けて前記観察物体７の虚像を
観察するごとくに配設された接眼レンズ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２と、前
記映像表示手段２の光を取り込み平行透過光路を形成す
る第２の対物レンズ３と、前記第１の対物レンズ４と前
記結像レンズ５の間の平行透過光路８に挿入され、前記
第２の対物レンズ３を透過した平行透過光を波長選択的
に相異なる方向に反射させ１かつ、前記観察物体７から
の光を透過させて両光が重なるごとくに配設された反射
角波長依存性イメージコンバイナ素子ｌとを少なくとも
備えるように映像重畳型顕微鏡装置を構成することによ
り解決することができる。

前記反射角波長依存性イメージコンバイナ素子ｌとして
は、反射角波長依存性を有するように形成した複数の反
射ホログラム、あるいは、波長選択ミラーを積層し平行
平板状に一体に形成したものにより効果的に達成するこ
とができる。

〔作用〕

本発明の反射角波長依存性イメージコンバイナ素子１は
、異なる波長帯域の光を異なる方向に反射するように構
成されているので、映像表示手段２」二の小さな同一領
域に表示されている複数の異なる色の映像を、異なる領
域にずらして、すなわち、大きく広げられた中間実像９
として、観察物体７の拡大中間実像に重畳して観察する
ことができる。したがって、相対的に小さな映像からの
光を取り込めばよいので、第２の対物レンズ３の軸外性
能は緩和され低価格化と軽量化が可能となるのである。

（実施例） 第１図は本発明の実施例装置の構成を示す図である。図
中、７は観察物体、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透過光路８を形成する
。５は結像レンズ、６は接眼レンズで詳細はすでに第１
０図で説明した通常の実体顕微鏡と同様の基本光学系構
成のものである。

２は映像表示手段で、たとえば、カラーＣＲＴあるいは
カラーＬＣＤなとの表示装置、３は第２の対物レンズで
ある。

１は反射角波長依存性イメージコンバイナ素子で、狭い
波長帯域巾の特定の光に対して特定の方向に高い反射率
をもつが、その他の大部分の光に対しては単なる光学平
板として作用するように構成された素子であり、前記平
行透過光路８に挿入され観察物体７からの光と映像表示
手段２上に表示された映像２０からの光を重ね合わせて
結像レンズ５に入射させるように位置および角度を調整
して配設される。

映像表示手段２のはヌ同−表示領域の上に、たとえば、
青色で表示された映像矢印２０×（図では破線で示す）
と赤色で表示された映像矢印２０ｙ（図では実線で示す
）からの光を第２の対物レンズ３に取り込んで平行透過
光とし、前記平行透過光路８に挿入された反射角波長依
存性イメージコンバイナ素子１に入射させると、左右そ
れぞれの入射点において反射される青色および赤色の光
は、それぞれ異なる反射角で反射され右眼用および左眼
用の結像レンズ５ａおよび５ｂにより、それぞれ中間実
像９ａおよび９ｂを結像するが各色の光の反射角の大き
さにより表示映像２０×および２０ｙはある距離だけシ
フトして結像する。たとえば、反射角の波長依存性を適
当に設計すれば前記表示映像２０ｘおよび２０ｙで表さ
れる表示領域が互いに接するように結像することが可能
である。

すなわち、この場合には映像表示手段２を２倍の大きさ
にして２倍の大きさの領域を表示し、しかも、軸外性能
の穫めて高いレンズを第２の対物レンズに使用したのと
同等の効果が得られる。た−し、合成された中間実像に
は元の表示映像２０ｘおよび２０ｙの色が混在、もしく
は、混色となって、観察物体７の拡大立体像、たとえば
、英文字Ａに重畳して結像され、接眼レンズ６ａおよび
６ｂを通して容易に観察される。

第２図は本発明の効果を示す模式図で、上記に説明した
関係を分かり易く図示したもので、矢印（ｎｕ（１）と
英文字ＣおよびＢの例（２）の２例について示した。同
図（イ）は第２の対物レンズ３がら見た映像表示手段２
上の表示映像、同図（ロ）は接眼レンズを通して観察さ
れる重畳映像である。

こ〜で破線は、たとえば、青色、実線は、たとえば、赤
色映像である。

第３図は本発明の実施例素子の断面を示す図である。図
中、１０は、たとえば、光学ガラスからなる透明基板で
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。Ｉｌａおよびｌｌｂはそれぞれ
第１および第２の反射ホログラム層であり、各層間は光
学接着材層１３で接着して一体に形成しである。各層に
は所定の方向から入射する狭い波長帯域巾（１５〜３０
ｎｍ）を存する中心波長がλ１およびλ２の光を互いに
相異なる方向に反射する反射ホログラムが形成されてい
こ−で、たとえば、波長がλ１に対する第１の反射ホロ
グラム層１１ａには表面と平行な格子縞を持つように形
成し、一方、波長がλ２に対する第２の反射ホログラム
層１１ｂには表面と傾いた格子縞を持つように形成しで
ある。

反射ホログラム層１１の形成には公知の方法を用いれば
よく、たとえば、透明基板ＩＯの上にホトポリマのごと
きホログラム材料をスピンコードして乾燥し、その両側
から２つのレーザ光、たとえば、アルゴンレーザビーム
を照射して屈折率分布を持った格子縞を、いわゆる、ブ
ラック反射条件を満足するように形成する。反射波長帯
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。

両反射ホログラム層１１ａおよびｌｌｂが対面接着され
ているので、当然両外側面は透明基板１０で挟持された
平行平板状をなしており、透明基板１０の両表面には波
長λ２の光に対する反射防止膜１２を設けである。反射
防止膜１２は公知の、たとえば、誘電体多層膜などを用
いればよい。この反射防止膜１２は表面での不要反射波
による。いわゆる、ゴースト発生を防止するのに極めて
有効である。

いま、波長λ１の光■と波長λ２の光■が平行にある角
度をもって透明基板１０に入射すると、■の光に対して
は反射防止膜１２が設けであるので、そのま−透過する
。一方、■の光は一部の光αを反射し残りの大部分は透
過して第１の反射ホログラム層１１ａに入射する。こ＼
で■の波長λ１の光は大部分が反射され■となって外部
に出射する。

第１の反射ホログラム層１１ａを透過した■の一部の光
は下部の透明基板１０の表面で一部が透過して■となり
、一部は反射して入射側表面へ出射してβとなる。この
場合、両外側面と第１の反射ホログラム層１１ａの格子
縞は平行になっているので、主反射光■と表面反射光α
、βとは全て平行であり、したがって、結像レンズを透
過すると一点に集束しゴーストを発生することはない。

一方、■の波長λ２の光は第１の反射ホログラム層１１
ａを透過し第２の反射ホログラムＩｌｂに入射し、表面
と傾いた格子縞により大部分が反射され■の波長λ１の
光と角度δをなして異なる方向に波長λ２の■の光とな
って出射する。第２の反射ホログラムｌｌｂを透過した
一部の光は■の光となって反対面に出射する。この場合
、第２の反射ホログラムｌｌｂの格子縞は両表面と平行
でなく傾いているが、透明ＪｉＨｆｆｌ１０の表面には
いずれも反射防止膜１２が施されているので、表面から
の不要反射はなくゴーストは発生しない。

第４図は本発明の実施例素子の反射率・透過率特性を示
す図で、同図（イ）は第１層の特性、同図（ロ）は第２
層の特性であり、それぞれの反射ピークが重なることな
く、また、所要波長帯域外では高い透過率を持ち、本発
明の趣旨を十分満足するものであることがわかる。

なお、上記実施例では２層の場合を示したが３層以上の
反射波長選択性のある反射ホログラム層を重ねて用いれ
ば、色の異なる３つ以上の映像に対して適用できること
は言うまでもない。

第５図は本発明の他の実施例素子の断面を示す図である
。前記実施例では反射波長選択性のある反射ホログラム
層を多層に積層したのに対して、本実施例では単一のホ
ログラム層の中に複数の。

たとえば、２つの反射ホログラムを多重記録して多重記
録反射ホログラム層１４を形成したものである。これを
作成するには前記公知の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
特徴がある。

実際に素子化するにはホログラム面に透明基板１０゛　
を光学接着材層１３で接着し平行平板状に形成し、両外
側面に、たとえば、波長λ２の光に対する反射防止膜１
２を設けて完成する。

第６図は本発明の他の実施例素子の反射率・透過率特性
を示す図であり、λ１およびλ２それぞれの波長の光反
射ピークが重なることなく、また、所要波長帯域外では
高い透過率を持ち、本発明の趣旨を十分満足するもので
あることがわかる。

なお、本実施例でも２重記録でなく３重以上に異なる波
長の反射ホログラムを多重記録して用いれば、色の異な
る３つ以上の映像に対して適用できることは言うまでも
ない。

第７図は本発明のさらに他の実施例素子の断面を示す図
である。本実施例では平行な透明基板１０の表面に平行
に格子縞を形成した第１の波長選択ミラー１５ａと、透
明なプリズム基ｖｉ１６の斜面に平行に格子縞を形成し
た第２の波長選択ミラー１５ｂとを傾けて配置する。た
とえば、具体的にはプリズム基板１６’　を間に挟んで
それぞれ光学接着材層１３で接着して一体に構成する。

それぞれのプリズム基板の角度は完成した素子が平行平
板をなすように予め決めておけばよい。そして、上述の
実施例と同様に両外側面に、たとえば、波長λ２の光に
対する反射防止膜１２を設けて完成する。

本実施例に用いる波長選択ミラーは反射ホログラムを用
いてもよいが、その他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く、その作用は全く同様である
ので詳細説明は省略する。

以上は全て実体双眼顕微鏡装置について説明してきたが
、本発明は単眼顕微鏡装置に対しても全く同様に適用で
きることは勿論である。

また、上記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てよいこと
は言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の反射角波長依存性イメー
ジコンバイナ素子１は、異なる波長帯域の光を異なる方
向に反射するように構成されているので、映像表示手段
２上の小さな同一領域に表示されている複数の異なる色
の映像を、異なる領域にずらして、すなわち、大きく広
げられた中間実像９として、観察物体７の拡大中間実像
に重畳して観察することができる。したがって、相対的
に小さな映像からの光を取り込めばよいので、第２の対
物レンズ３の軸外性能は緩和され映像表示手段２も小形
のものでよいので、映像重畳型顕微鏡装置の低価格化と
小形・軽量化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図は本発明の実施例装置の構成を示す図、第２図は
本発明の効果を示す模式図、 第３図は本発明の実施例素子の断面を示す図、第４図は
本発明の実施例素子の反射率・透過率特性を示す図、 第５図は本発明の他の実施例素子の断面を示す図、 第６図は本発明の他の実施例素子の反射率・透過率特性
を示す図、 第７図は本発明のさらに他の実施例素子の断面を示す図
、 第８図は表示映像と重畳映像の関係を示す図、第９図は
実体顕微鏡の基本構成を示す図、第１０図は観察物体像
に外部映像を重畳する方法の一例を示す図である。 図において、 １は反射角波長依存性イメージコンバイナ素子、２は映
像表示手段、 ３は第２の対物レンズ、 ４は第１の対物レンズ、 ５　（５ａ、５ｂ）は結像レンズ、 ６　（６ａ、６ｂ）は接眼レンズ、 ７は観察物体、 ８は平行透過光路、 ９　（９ａ、９ｂ）は中間実像、 １０．１０°は透明基板、 １１　　（ｌｌａ、１　ｌｂ）は反射ホログラム層、１
２は反射防止膜、 丘Ｈ良 矛■艮 本を明の寅止イ列装万の構成を示４図 第 図 （イ）々（ボロ５１イ象 （ロ）重畳映像 本発明の父υ東を示す模式図 第 図 ■ 本発明のＸ獲」列系ｊの断面５示］回 第 図 （イ）第１層の１１小士　　　　　　　　　（ロ）春）
２Ａ４の１今＋）主本発明の実施例素子の反釘木・葛ｊ
１４酎生Ｓ示ず図第４図 本光明の４色の実施４りｊ素子の断面左足す図第５図 本音日月のイ汐の項１セイ列素子の々掬寸字・護り裔専
４１４土を示す副本た明のさらに（ｔ！’の実ｉ例素子
の断面り示す画策７図 （イ）Ａ！示映イ象 Ｃｏ）重畳映像 表示映づ象と重畳映像の閏イ系Σ示１図第δ図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）観察物体（７）からの光を取り込み平行透過光路
   （８）を形成する第１の対物レンズ（４）と、前記平行
   透過光路（８）の光を受けて前記観察物体（７）の中間
   実像（９）を形成するごとくに配設された結像レンズ（
   ５）と、 前記中間実像（９）からの光を受けて前記観察物体（７
   ）の虚像を観察するごとくに配設された接眼レンズ（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（２）と、 前記映像表示手段（２）の光を取り込み平行透過光路を
   形成する第２の対物レンズ（３）と、前記第１の対物レ
   ンズ（４）と前記結像レンズ（５）の間の平行透過光路
   （８）に挿入され、前記第２の対物レンズ（３）を透過
   した平行透過光を波長選択的に相異なる方向に反射させ
   、かつ、前記観察物体（７）からの光を透過させて両光
   が重なるごとくに配設された反射角波長依存性イメージ
   コンバイナ素子（１）とを少なくとも備えることを特徴
   とした映像重畳型顕微鏡装置。
2. （２）透明基板（１０）上に狭い波長帯域巾の相異なる
   波長帯域の光を選択的に異なる方向に反射する反射ホロ
   グラム層（１１）を設けた複数のホログラム板を、両外
   側面が透明基板（１０）になるように多層に密着積層し
   、平行平板状に一体に形成したことを特徴とした反射角
   波長依存性イメージコンバイナ素子。
3. （３）透明基板（１０）上に設けた単層ホログラム媒体
   内に、狭い波長帯域巾の相異なる複数の波長帯域の光を
   選択的に異なる方向に反射するごとくに反射ホログラム
   を多重記録して形成された多重記録反射ホログラム層（
   １４）と、その上を覆う透明基板（１０’）とを有し、
   両外側面が透明基板で平行平板状に一体に形成されたこ
   とを特徴とした反射角波長依存性イメージコンバイナ素
   子。
4. （４）反射格子縞が反射面に平行に形成され、かつ、狭
   い波長帯域巾の相異なる波長帯域の光を選択的に反射す
   る複数の波長選択ミラー（１５）が傾けて近接配置され
   、両外側面が透明基板（１０）および透明プリズム基板
   （１６）になるように多層に積層して平行平板状に一体
   に形成したことを特徴とした反射角波長依存性イメージ
   コンバイナ素子。
5. （５）平行平板状に形成された両外側面の透明基板の表
   面に、特定の波長帯域の光に対する反射防止膜（１２）
   を設けたことを特徴とした請求項（２）〜（４）記載の
   反射角波長依存性イメージコンバイナ素子。
6. （６）前記反射角波長依存性イメージコンバイナ素子（
   １）が、請求項（２）〜（５）記載の反射角波長依存性
   イメージコンバイナ素子からなることを特徴とした請求
   項（１）記載の映像重畳型顕微鏡装置。