【発明の詳細な説明】
顕微鏡照明及び立体観察の改良
本願は、１９９２年１０月６日に出願され、放棄された出願番号第０７／９５
７，２８６号「立体視顕微鏡の改良」の一部継続である、１９９３年１０月２６
日に出願された出願番号第０８／１４３，４８４号「立体視顕微鏡の改良」の一
部継続である。
〔発明の背景〕発明の分野
本発明は、両接眼レンズ（両眼）観察手段と、同時に観察され及び／又は写真
に撮ることができる立体（ステレオ）像を作る能力とを有する光学顕微鏡を含む
光学顕微鏡に関する。本発明は更に、標本照明を減少させること無くフレアを減
少させる顕微鏡用の反射光照明（付帯照明された蛍光性像を含む）に関する。従来技術
多くの顕微鏡は両眼観察装置を備えているけれども、それ単独では、両観察接
眼レンズが典型的には、同じ角度から全く同じ像を見るので、物体の立体鏡ビュ
ーを作らない。立体鏡観察は、各眼が物体の異なる像を見ることを要求する。こ
のことは、人間の目の対が立体鏡像をつくるのとほとんど同じ方法で（物体を異
なる角度から観察する）視差を作ることによって達成される。
現在、２つのタイプの立体視顕微鏡が広く知られ且つ使用されている。第１の
立体視顕微鏡（軸タイプを含む）は、本質においては、互いに近い顕微鏡の対物
レンズをもち、２つの異なる角度からの物体の観察が、ステレオペアを作るのに
必要な視差を作らせるように主軸を互いに傾斜させた備えた２つの完全な顕微鏡
立体顕微鏡の他のタイプ（平行軸タイプ）は単一の大きな対物レンズに続いて
２つの小さな並んだレンズグループを利用し、該レンズグループの軸線は対物レ
ンズ軸線に平行であり、大きな対物レンズの開口を共有する。この構造では、大
きな対物レンズの開口の小さな部分だけが使用される。このタイプの顕微鏡の例
これらの両タイプの立体顕微鏡は、達成しうる倍率が、よく認識されている制
限を有する。（おおよそ）１００倍より大きな合計倍率を妨げるこの制限は寸法
及び空間の実用性によって課せられる。倍率が増すと、対物レンズの寸法（及び
対物レンズの焦点距離及び作動距離）は減少する。傾斜タイプの顕微鏡の場合で
は、対物レンズの倍率がおおよそ１０倍を越える場合、空間は２つの対物レンズ
にとって不十分である（レンズの中心は互いにそれらの物理的寸法、即ち、それ
らの半径より近いことを必要とする）。同様に、平行軸線顕微鏡に関して、対物
レンズが所定の寸法を越えて小さくされるとき（即ち、対物レンズの倍率がおお
よそ１０倍を越えて大きくなるとき）、第１対物レンズの後ろに２つ並んだ第２
レンズを物理的に配置することが可能ではない。
反射照明、特に（天然の蛍光によるか又は蛍光性マーカーの使用によるかのい
ずれの）蛍光性照明の或る望ましくない特徴はフレアであり、該フレアは制御で
きなければ、良好な像が捕捉されるのを妨げることがある。例えば、付帯蛍光照
明を使用する従来技術の装置は、対物レンズの後側開口内にアイリスを使用する
ことによってフレアを制御しようとした。全てのかかるアイリスは光源と対物レ
ンズの間に光学的に配置されたので、アイリスがフレアを減少させるとき、アイ
リスは標本に達する光を必然的に減少させる。かくして、フレアを制御すること
の損失は、標本（物体）に達する光の量の減少であり、そして付随して照明の開
口数の減少である。この方法でフレアを制御することにより像の低下の１つの原
因を取り除くけれども、付随して起こる光の損失は、ある標本では像がフィルム
に記録されないようにし、他で達成される像の質をひどく低下させる。
〔発明の概要〕
本発明は、照明を減少させることなくフレアを減少させることを含む顕微鏡の
改良と、改良両眼観察ヘッド及びカメラ記録装置とを提供し、各接眼レンズ及び
／又はカメラは、対物レンズの寸法にかかわらず、従って顕微鏡の全体倍率にか
かわらず、物体を単一の対物レンズを通して異なる角度から見る。本発明は立体
像の同時観察及び写真撮影を可能にし、像を最高可能解像度の２次元で写真撮影
するための便利な手段を可能にする。
本発明の目的は、顕微鏡対物レンズの後側開口の像を空間内の遠隔位置で投影
し、ビームを投影像に分割し、及び／又は、フレアを制御するためにアイリスを
投影像のところに配置することによって達成される。
立体観察又は立体記録のために、反射手段は光を２つの別々のビームに分割す
るために対物レンズの後側開口の大変近くで作用し、それらのビームを両眼観察
装置の２つの分割観察手段（接眼レンズ及び／又はカメラ）に向ける。Ｖ形ミラ
ーの形態の反射手段が、対物レンズの一方の半分からの光を（他の反射手段を経
て）一方の観察手段に反射させ、光の他方の半分は他方の観察手段に反射される
。この方法で、各観察手段は対物レンズ後側開口の一方の半分からの光を受け、
従って、物体を異なる角度から観察し、透過光、反射光又は蛍光性の光を使用し
て、実際の色の真の立体鏡ビューを同時に生じさせる。
高倍率顕微鏡に関して寸法と空間の制限が、ビームを最も有利に分割する、対
物レンズの後側開口のところにミラーを配置することを不可能又は非実用的にさ
せるので、レンズは、対物レンズの後側開口の像をミラーを実際的に配置するこ
とができる空間内の位置にリレーするのに使用される。次いで、ミラーが対物レ
ンズの後側開口に隣接して物理的に配置されたならば、ビームが分割されるよう
に、ビームは空間のこの位置で正確に分割される。対物レンズ後側開口の遠隔像
を生じさせるのに使用される特別なレンズは、対物レンズが「無限遠焦点」タイ
プのものであるか或いは「有限遠焦点」タイプのものであるかに依存し、並びに
、他の全ての特別な光学系の要因に依存する。どちらの場合でも、結果は同じで
ある。
対物レンズの後側開口の投影像と（アイリスの像が観察装置によって見られな
い対物レンズの後側有効口径の投影像に近接した）その投影像の近くのアイリス
の配置との唯一の組み合わせは、標本に達する照明の強度及び円錐角を減少させ
る必要なしに、反射光を使用する顕微鏡においてフレアを制御する能力を初めて
提供する。この唯一の組み合わせを使用すると、以前に全く知られていなかった
質の付帯照明像（蛍光を発する標本を含む）を見ることが可能であり且つ記録す
ることが可能である。本発明の立体教示と組み合わせたとき、本発明は又、付帯
照明蛍光性像を含む反射光像の高倍率同時ステレオペア写真を撮る能力を初めて
備える。
かくして、本発明の目的は、物体の立体像を生じさせ、観察し及び／又は記録
するための光学顕微鏡用の改良された立体鏡観察装置を提供することである。
本発明の更なる目的は、観察像の空間の向きが観察される物体の向きと同じで
ある、立体観察のための光学顕微鏡用の改良されたヘッドを提供することである
。
本発明の更なる他の目的は、３次元ステレオペア写真を同時に、並びに高解像
度２次元写真を容易に作る、高倍率顕微鏡立体観察ヘッドを提供することである
。
本発明の他の目的は、標本（物体）に差し向けられた光量を減少させることな
く、フレアを減少させる反射照明（付帯蛍光性照明を含む）を提供することであ
る。
本発明の他の目的は、一部が明らかであり、且つ、ここで以下に説明する発明
の説明から一部が明らかになるであろう。
〔図面の簡単な説明〕
図１は本発明の１つの実施形態を援用する立体観察用の両眼光学装置の該略図
である。
図２は図１のビーム分割ミラーの等角図である。
図３は、対物レンズの後側開口が空間に映される、本発明の他の実施形態を援
用する立体観察用の両眼光学装置の該略図である。
図４は像を空間的に方位付けする光学素子を含む、本発明の実施形態の斜視図
である。
図５は像ビームの一部を受けるように位置決めされたカメラを備える、本発明
のヘッドを示す図４の実施形態の平面図である。
図６は、第２位置に回転された多面体反射器とビーム経路から外して位置決め
された接眼レンズ反射ミラーとを備えた第５図と同じものである。
図７は、全てのビームがカメラに反射される新しい位置に回転された多面体反
射器を備えた図６と同じものである。
図８は、最小のガラスを通して２次元写真記録をするための追加の手段を備え
る、図４に示した実施形態の変形実施形態である。
図９は、付帯照明及びフレア制御を含む本発明の実施形態の斜視図である。
〔発明の詳細な説明〕
図１を参照すると、顕微鏡対物レンズ１１（典型的には、複数のレンズ要素か
らなる）が標本平面１３に配置された、照明された物体１２から光ビーム１０を
受ける。Ｖ形ミラーのビーム分割手段１７がビーム１０を２つの別々のビーム１
０ａ及び１０ｂに分ける。別々のビーム１０ａは両眼観察装置１５の左接眼レン
ズミラー１８及び左接眼レンズ１４への経路を進む。他の別々のビーム１０ｂは
両眼観察装置１５の右接眼レンズミラー１９及び右接眼レンズ１６への経路を進
む。物体１２の像１２’が接眼レンズ１４の焦点面２０と接眼レンズ１６の焦点
面２５で作られる。
Ｖ形ミラー１７は、ミラー縁線２６に沿って互いに直角に接合された反射面２
２を有する左パネル２１及び反射面２４を有する右パネル２３によって形成され
る。ミラー１７はプリズム（図４参照）の２面を銀めっきして生じる形態を含む
、種々の形態のいずれか１つをとることができる。本発明の目的に関するミラー
１７の必須の要素は、対物レンズ１１の光軸ＯＡに対しておおよそ４５°に位置
決めされたおおよそ直角の２つの反射面である。ミラー１７を対物レンズ１１の
後側開口２７に近接して、かつミラー１７の縁線２６が対物レンズ１１の後側開
口２７をほぼ二分するように（縁２６が後側開口の直径に沿って置かれるように
）配置することによって、対物レンズ１１の後側開口２７を通る光の半分は左接
眼レンズミラー１８によって左接眼レンズ１４に反射され、他の半分は右接眼レ
ンズミラー１９によって右接眼レンズ１６に反射される。
構成要素のこの配置によって、左接眼レンズは物体１２を対物レンズ１１の左
半分の角度から観察し、右接眼レンズは物体を対物レンズの右半分の角度から観
察し、これによって、物体の立体観察を両眼観察装置１５によって生じさせる。
ミラー１７が完全な視野を捕捉し、良く分離された左像と右像を提供するため
に、ミラー１７は、図１に示すように、対物レンズ１１の後側開口に近接して配
置される必要がある。しかし、レンズ１１とＶ形ミラー１７が近すぎると、ミラ
ー１７から反射された光のいくらかはレンズ１１によって接眼レンズミラー１８
及び１９から阻止される。かくして、レンズ１１及びミラー１７は、レンズ自体
による視野の損失を引き起こすことなく、対物レンズの後側開口にできるだけ近
づける方がよい。
低倍率顕微鏡の場合には、ミラー１７を対物レンズの後側開口に近接して配置
することが実用的であるけれども、対物レンズが非常に小さく、典型的には、高
倍率顕微鏡の後側開口を物理的に近づきにくくするように取り付けられた高倍率
顕微鏡の場合には、不可能でないとしても、非実用的である。高倍率顕微鏡は典
型的には、物体の検査中、いくつかの異なった拡大レベルが容易に選択できるよ
うに種々の倍率のレンズを取り付けることができる複数のレンズ受けステーショ
ンを有するターレット取付体を含む。この構成に順応するために、高倍率顕微鏡
用対物レンズは典型的には、ターレット取付体に容易に取り付けたりターレット
取付体から取り外したりできるように、ターレット取付体と互換性があるように
設計されたレンズホルダーに埋め込まれている。これらの状況では、対物レンズ
の後側開口は全くアクセスできず、かくして、本発明の最大限の利点を実現する
ための後側開口にミラー（Ｖ形ミラー１７のような）を十分に近接して配置する
ことは不可能である。
図３を参照すると、照明された物体（標本平面３３での）３２が光３０を対物
レンズ３１の前要素４０に透過させる。この光は最終的に、図１の実施形態と関
連して上述したような両眼観察装置３５の左接眼レンズ３４及び右接眼レンズ３
６に差し向けられる。対物レンズ３１の後側開口３７が物理的にアクセスできな
いので、対物レンズからの光を左成分と右成分に分割するためのミラー１７の反
射面２２及び２４（図１及び図２）と関連して説明したのと同じ特徴をもった反
射面３８ａ及び３８ｂを有するＶ形ミラー３８は、必然的に後側開口３７から遠
隔位置に配置される。
ミラー３８が光を左成分と右成分とに効果的に分けるために、後側開口３７の
像３７’が、一組のリレーレンズ３９（全体的に示す）によってミラー３８の位
置に或いはミラー３８に大変近くの位置に投影される。後側開口３７の像を遠隔
位置に作り、そしてミラー３８を遠隔位置に近接して配置することによって、対
物レンズ３１の後側開口３７からの光の分割はまるでミラー３８が実際に（図１
及び図２の実施形態と関連して上述したように）後側開口３７自体のすぐ近くに
配置されているのと同じ効果をもって達成される。かくして、ミラー３８は対物
レンズ３１の後側開口３７からの光の半分を左接眼レンズミラー４１によって左
接眼レンズ３４に差し向け、他の半分を右接眼レンズミラー４２によって右接眼
レンズ３６に差し向ける。Ｖ形ミラーが（図１の実施形態におけるように後側開
口自体のところではなく）対物レンズ後側開口の投影像のところに配置されると
きには、どんな反射光をもさえぎるように近接したレンズ要素はなく、かくして
、Ｖ形ミラーを事実上後側開口に配置することができる。
最も良い結果はＶ形ミラー３８を像３７’にできるだけ近く配置することによ
って達成される。ミラー１７と後側開口２７との距離（図１）、或いは、ミラー
３８と後側開口３７の像３７’との距離（図３）が増大するにつれて、視差はあ
る距離でＶ形ミラー３８の２つのミラーが（同じ角度から）同じ像を見るまで減
少し、立体鏡効果が失われる（及び、視野の一部が失われる）。かくして、本発
明では、分割Ｖ形ミラー（図１の１７及び図３の３８）は対物レンズの後側開口
の範囲内になければならず、或いは、分割ミラーの２つの反射面（図１の２２及
び２４、図３の３８ａ及び３８ｂ）で異なる像を作りだす、対物レンズの後側開
口の投影像の範囲内になければならず、これによって立体鏡効果を作りだす。
上述したビーム分割装置及びビーム差し向け装置はＶ形ミラーとして示されて
いるけれども、１又はそれ以上のプリズムを本目的のために使用しても良い。
後側開口の像を遠隔位置（図３）に投影する本発明の実施形態により、光のフ
レア及び散乱を制御するために、且つ、コントラスト及び被写界深度を良くする
ために、アイリス４５を対物レンズの後側開口３７の像３７’の近くに配置させ
ることができる。アイリスを標本照明経路（従来技術で見出される）から外れて
配置することから生ずる利点を図９と関連して以下に詳細に説明する。
対物レンズ３１の後側開口３７の像３７’を（ミラー３８及びアイリス４５を
近接して物理的に配置する）空間の遠隔位置につくるのに使用されるレンズ３９
の種々の配置及び仕様は、顕微鏡光学の当業者によく知られており、それだけで
は、それら自身は本発明の一部分を形成しない。与えられた対物レンズに関して
、配置は多数あり、光学的設計は相当に変えることができる。
現在、一般に使用されている高倍率光学顕微鏡は２つのタイプの対物レンズの
うちの１つを採用する。一方のタイプのレンズは、他の装置に順応するのに必要
なとき、接眼レンズと対物レンズとの距離を変化させるために、無限遠で焦点合
わせされる（基本的には平行な）ビームを生じさせる。他方のタイプのレンズは
、有限距離で焦点合わせされるビームを生じさせ、それによって、対物レンズと
両眼観察装置の接眼レンズとの間の距離を固定する。無限遠焦点レンズの場合で
は、ミラー３８のようなミラーを対物レンズの後側開口から遠隔位置に配置する
ことが可能であり、依然として完全な視野を得ることが可能であることは明らか
であろう。しかし実際には、対物レンズからのビームが無限遠で焦点合わせされ
るけれども、ビームエンベロープは発散する。かくして、ミラー３８のようなミ
ラーを配置することができる、対物レンズからの距離で、ビームの発散により視
野の重要な部分を失わせ、右像と左像との間の視差を非常に減少させる。かくし
て、顕微鏡が有限焦点対物レンズを採用する顕微鏡であるか無限遠焦点を採用す
る顕微鏡であるかにかかわらず、分割ミラー３８に隣接して対物レンズの後側開
口の遠隔像を作ることが必要である。両眼接眼レンズで観察される像が、検査さ
れている物体と空間に同じ向きを有するように、像を逆にするためのルーフプリ
ズムのような光学素子を後側開口３７とレンズ３９との間に介在させる必要があ
る。
図４を参照すると、対物レンズ６１を通る光ビーム６０は（ヘッドの寸法を減
少させるために）ミラー６２ａ及び６２ｂによって折られ、フィールドレンズ６
３によって、ルーフプリズム６４に差し向けられ、ルーフプリズムは、左目視野
を左接眼レンズ７４に、右目視野を右接眼レンズ７１に差し向けることによって
、観察者に対して正しい背景−前景の向きを確立する。（ルーフプリズム６４と
は別体でもよいし、或いは、ルーフプリズム６４と一体でも良い一本実施形態で
は、ルーフプリズム６４と一体のものを示す）偏向プリズム７０が光ビーム６０
の軸線を観察者に気持ちのよい角度に向ける。次いで、光ビーム６０は対物レン
ズの後側開口の像を多面体分割ミラー６７のＶ形面６５（Ｖ形面のうちの１つの
みを示す）の縁に近接して作るようにリレー系として作用する一連のレンズ６６
を通る。アイリス６８が、フレアーを減少させるために、レンズ６６とミラー６
７との間の光路に配置される。
分割されたビームの第１の別々のビーム６０ａがビーム偏向手段ミラー７２及
び７３（７２は部分透過（並びに部分反射）を可能にする）によって接眼レンズ
７１に反射され、ビームの他の部分６０ｂはビーム偏向手段ミラー７６及び７７
（７６は部分透過（並びに部分反射）を可能にする）によって接眼レンズ７４に
反射される。単一ミラー（図１及び図３の実施形態におけるような）とは違って
、ビームを接眼レンズに反射させる２つのミラー反射装置の使用は、像を反転さ
せる追加の反射を加えて観察者への正しい左右の向きを接眼レンズに与える。
ルーフプリズム６４は、ビームに作用して、ビームを使用者により好都合な角
度に曲げるだけでなく、背景−前景の向きが観察される実際の標本と観察者と同
じであるように像を向ける。しかし、それを行うにあたって、プリズム６４は又
、標本の左右の向きを逆にし、かくして、ミラー７２及び７６を要求する。
当該技術分野でよく知られたミラー及びプリズムの他の配置は、本発明の系に
採用して観察者に対する標本の向きに対応するように像を観察者に差し向けるこ
とができる。
観察者が接眼レンズを通して立体像を観察することに加えて、本発明は高倍率
同時ステレオペア写真を作る能力を提供する。
図５，６及び７を参照すると、第１写真用カメラポート４６が部分透過ミラー
７６を通る光ビームの経路に配置され、第２写真用カメラポート５１が部分透過
ミラー７２を通る光ビームの経路に配置される。写真用カメラ４６ａ，５１ａが
カメラポート４６，５１にそれぞれ取り付けられる。
物体の像を接眼レンズに作る必要がないときには、ミラー７２，７３，７６及
び７７は、カメラ４６ａ及び５１ａに利用できる光を増すように、多面体分割手
段ミラー６７の反射面６５がビームをカメラポート４６及び５１へ直接反射させ
るために、ビーム６０ａ及び６０ｂの経路（図６参照）から外れて選択的に位置
決めすることができる。
本発明により右像及び左像の立体写真を同時に撮りうるから、本発明は初めて
、像が一定のフラックス中にある（生きている有機体のような）物体の高倍率ス
テレオペア写真を撮ることが可能な立体視顕微鏡観察装置を提供する。
単一カメラを使用した２次元高解像度写真のため、本発明は、光ビーム６０の
経路へ回転したとき（図７参照）、光ビーム６０をカメラ４６ａに直接差し向け
る一体の４５°反射面７０を備えた多面体分割ミラー６７を提供する。ミラー７
６及び７２はビーム経路からはずれたままである。
図８を参照すると、本発明の変形実施形態がミラー６２ｂ’を提供し、該ミラ
ー６２ｂ’は、光の大部分（例えば８０％）をカメラポート８０に直接進めさせ
、光の残り（２０％）がミラー６２ｂ’から反射し、次いで、図４に関して前述
したように、観察接眼レンズ７１及び７４に通るように部分的に透過される（例
えば８０／２０）。この実施形態の利点は、光ビーム６０が、観察者に対して空
間的に正確に向いた立体像を作るのに必要な複数のレンズ及びプリズム系を通る
前に、光ビーム６０がカメラポート８０に直接入ることである。かくしてポート
８０は質が低下していない像をみる。像の観察がもはや必要ない場合、ミラー６
２’は入射ビーム６０がカメラポート８０に入れるように、光ビーム６０の経路
から外れて選択的に位置決めされる。
かくして、本発明は、物体を３次元高解像度における高倍率のもとで観察する
ことができ、物体を依然として観察しながらか、或いは、利用できる光の全てを
写真記録装置に差し向けることができるように観察手段を無能力にした後のいず
れかで同時３次元ステレオペア写真を撮ることができるシステムを教示する。２
次元高倍率高解像度写真は、また、物体を３次元で観察しながら撮ることができ
る。
図９を参照すると、（付帯照明光源８２としてのみ例として示す）反射光源８
２が焦合目的のためのレンズ８４を備える光ファイバー束８３を含み、側光を含
む他の知られた形態の反射光は同様に用いられる。源８２からの光は、（半透ミ
ラーのような）ビームスプリッター８６及びミラー８７に差し向けられ、且つ、
ビームスプリッター８６及びミラー８７によって反射され、次いで、対物レンズ
６１を通って標本８８に進む。標本によって反射された光は対物レンズ６１を通
ってミラー８７に進み、半透ミラー８６を通ってミラー６２ｂに、そして他の図
に関して説明した光学系に進む。対物レンズの後側開口の投影像とその投影像に
近接したアイリスとの組合せの反射照明顕微鏡の利点は２次元観察装置並びに本
発明の３次元システムによって享受される。源８２からの光が標本８８にそして
標本８８から進むとき、源８２からの光がアイリスによって絞られていないので
、光源８２からの利用できる照明の本質的にすべては標本８８に達し且つこれを
照明し、十分な照明の開口数が作用する。
前述したアイリス６８は、光源から標本へのビーム６０の照明経路のどんな部
分とも一致しない、ビーム６０の反射経路の一部分に、対物レンズの後側開口の
投影像３７’（図３及び図８参照）の近くに光学的に配置される。視野の縮小を
回避し、視野全体に亘る均一な照明を維持するために、アイリスは、アイリスが
観察手段（観察者、カメラ等）によって見えない、後側開口の投影像に近接して
ビーム６０の反射経路中にあるのが好ましい。そのように配置されたアイリスは
、対物レンズの後側開口にあるアイリスと同じ効果を有し、像搬送ビーム６０が
接眼レンズ７１及び７４又はカメラポート４６及び５１のいずれかに達する前に
、フレアを制限する。しかし、本発明のアイリスは照明経路にはないので、アイ
リスは光源８２から標本８８への光を制限しない。この方法で、フレアは、記録
及び見るのを可能にする蛍光性照明の出現という錯覚に基づく標本を含む標本を
照明するのに利用できる光を減らすことなく有効に制御される。
明らかに、本発明の多くの修正及び変更が上記教示を考慮して可能である。従
って、詳述したのとは異なる仕方で、本発明を添付した特許請求の範囲内で実施
することができることを理解すべきである。 Improved application of the Detailed Description of the Invention microscopic illumination and stereoscopic observation, filed October 6, 1992, part of abandoned application Serial No. 07/95 7,286 "Improved stereoscopic microscope" This is a continuation of the continuation of application number 08 / 143,484 entitled "Improvement of stereoscopic microscope" filed on October 26, 1993. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention includes an optical microscope having binocular (binocular) viewing means and the ability to create a stereoscopic image that can be viewed and / or photographed simultaneously. Related to an optical microscope. The invention further relates to reflected light illumination for microscopes (including incidentally illuminated fluorescent images) that reduces flare without reducing specimen illumination. Prior Art Many microscopes are equipped with binocular viewing devices, but by themselves do not create a stereoscopic view of an object because both viewing eyepieces typically see exactly the same image from the same angle. Stereoscopic viewing requires that each eye see a different image of the object. This is achieved by creating parallax (observing the object from different angles) in much the same way that a pair of human eyes creates a stereoscopic image. Currently, two types of stereoscopic microscopes are widely known and used. The first stereoscopic microscope (including the axis type) has, in essence, microscope objectives close to each other, and observing objects from two different angles creates the parallax needed to create a stereo pair. Complete microscope with main axes tilted to each other as follows Another type of stereo microscope (parallel axis type) utilizes a single large objective lens followed by two small side-by-side lens groups, the axis of which is parallel to the objective lens axis and the large objective lens. Share the opening. In this configuration, only a small portion of the large objective lens aperture is used. Example of this type of microscope Both of these types of stereomicroscopes have well-recognized limitations on the achievable magnification. This limitation, which impedes a total magnification of more than (approximately) 100 times, is imposed by the practicality of size and space. As the magnification increases, the dimensions of the objective (and the focal length and working distance of the objective) decrease. In the case of a tilt-type microscope, if the magnification of the objectives exceeds approximately 10 times, the space is insufficient for the two objectives (the centers of the lenses are closer to each other than their physical dimensions, ie their radii) Need that). Similarly, for a parallel axis microscope, when the objective lens is reduced beyond a predetermined dimension (ie, when the magnification of the objective lens is increased by more than approximately 10 times), two are lined up behind the first objective lens. However, it is not possible to physically arrange the second lens. One undesirable feature of reflected lighting, especially fluorescent lighting (either by natural fluorescence or by use of fluorescent markers) is flare, which, if uncontrollable, results in a good image being captured. May be prevented. For example, prior art devices using incidental fluorescent illumination have attempted to control flare by using an iris in the rear aperture of the objective lens. Since all such irises are optically located between the light source and the objective lens, when the iris reduces flare, the iris necessarily reduces the light reaching the specimen. Thus, the loss in controlling the flare is a reduction in the amount of light reaching the specimen (object), and concomitantly a reduction in the numerical aperture of the illumination. Although controlling flare in this manner eliminates one cause of image degradation, the concomitant loss of light can prevent the image from being recorded on film in some specimens and reduce the image quality achieved in others. Severely lowers. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides improved microscopes, including reducing flare without reducing illumination, and improved binocular viewing heads and camera recording devices, wherein each eyepiece and / or camera comprises: Regardless of the size of the objective, and thus the overall magnification of the microscope, the object is viewed from different angles through a single objective. The present invention allows for simultaneous viewing and photography of stereoscopic images, and provides a convenient means for photographing images in two dimensions at the highest possible resolution. It is an object of the invention to project an image of the rear aperture of a microscope objective at a remote location in space, split the beam into projection images, and / or place an iris at the projection image to control flare. Achieved by placing. For stereoscopic viewing or stereoscopic recording, the reflecting means acts very close to the rear aperture of the objective lens to split the light into two separate beams and splits those beams into two separate views of a binocular viewing device. To the means (eyepiece and / or camera). Reflecting means in the form of a V-mirror reflects light from one half of the objective lens (via the other reflecting means) to one viewing means, and the other half of the light is reflected to the other viewing means. . In this way, each observation means receives light from one half of the rear opening of the objective lens, thus observing the object from different angles and using transmitted, reflected or fluorescent light to produce the actual light. Simultaneously produce a true stereoscopic view of the colors. Since the size and space limitations for high power microscopes make it impossible or impractical to place a mirror at the back aperture of the objective lens, which splits the beam most advantageously, the lens is It is used to relay the image of the rear aperture to a location in space where the mirror can be practically located. The beam is then split exactly at this location in space, as if the mirror had been physically positioned adjacent the rear aperture of the objective lens. The particular lens used to produce the remote image of the back aperture of the objective lens depends on whether the objective lens is of the "infinity focus" or "finite focus" type. , As well as all other special optics factors. The result is the same in both cases. The only combination of the projected image of the rear aperture of the objective lens and the placement of the iris near that projected image (close to the projected image of the rear effective aperture of the objective lens, where the iris image is not seen by the viewing device) is For the first time, it provides the ability to control flare in a microscope using reflected light without having to reduce the intensity and cone angle of illumination reaching the specimen. Using this unique combination, it is possible to see and record incidental illumination images (including fluorescent specimens) of a quality previously unknown at all. When combined with the stereo teaching of the present invention, the present invention also provides for the first time the ability to take high-magnification simultaneous stereopair photographs of reflected light images, including collateral illuminated fluorescent images. It is thus an object of the present invention to provide an improved stereoscopic viewing device for an optical microscope for generating, observing and / or recording a stereoscopic image of an object. It is a further object of the present invention to provide an improved head for an optical microscope for stereoscopic observation, wherein the orientation of the space in the observation image is the same as the orientation of the object to be observed. It is yet another object of the present invention to provide a high magnification microscope stereoscopic viewing head that facilitates simultaneously producing three-dimensional stereo-pair photographs as well as high-resolution two-dimensional photographs. It is another object of the present invention to provide reflective illumination (including collateral fluorescent illumination) that reduces flare without reducing the amount of light directed to the specimen (object). Other objects of the invention will in part be obvious and will in part be apparent from the description of the invention that follows. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view of a binocular optical device for stereoscopic observation employing one embodiment of the present invention. FIG. 2 is an isometric view of the beam splitting mirror of FIG. FIG. 3 is a schematic view of a binocular optical apparatus for stereoscopic observation employing another embodiment of the present invention, in which a rear opening of an objective lens is projected in a space. FIG. 4 is a perspective view of an embodiment of the present invention including an optical element for spatially orienting an image. FIG. 5 is a plan view of the embodiment of FIG. 4 showing the head of the present invention with a camera positioned to receive a portion of the image beam. FIG. 6 is the same as FIG. 5 with the polyhedral reflector rotated to the second position and the eyepiece reflecting mirror positioned off the beam path. FIG. 7 is the same as FIG. 6 with the polyhedral reflector rotated to a new position where all beams are reflected to the camera. FIG. 8 is a variant of the embodiment shown in FIG. 4 with additional means for two-dimensional photographic recording through the smallest glass. FIG. 9 is a perspective view of an embodiment of the present invention including incidental lighting and flare control. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Referring to FIG. 1, a microscope objective lens 11 (typically comprising a plurality of lens elements) receives a light beam 10 from an illuminated object 12 located at a sample plane 13. . V-mirror beam splitting means 17 splits beam 10 into two separate beams 10a and 10b. The separate beams 10a travel along the path to the left eyepiece mirror 18 and the left eyepiece 14 of the binocular viewing device 15. Another separate beam 10b travels a path to the right eyepiece mirror 19 and the right eyepiece 16 of the binocular viewing device 15. An image 12 ′ of the object 12 is created at the focal plane 20 of the eyepiece 14 and at the focal plane 25 of the eyepiece 16. The V-shaped mirror 17 is formed by a left panel 21 having a reflection surface 22 and a right panel 23 having a reflection surface 24 joined at right angles to each other along a mirror edge line 26. The mirror 17 can take any one of a variety of forms, including a form resulting from silver plating of two surfaces of a prism (see FIG. 4). An essential element of the mirror 17 for the purposes of the present invention is two approximately perpendicular reflecting surfaces positioned at approximately 45 ° to the optical axis OA of the objective lens 11. The mirror 17 is positioned close to the rear opening 27 of the objective lens 11 and the edge line 26 of the mirror 17 substantially bisects the rear opening 27 of the objective lens 11 (the edge 26 extends along the diameter of the rear opening). With this arrangement, half of the light passing through the rear aperture 27 of the objective 11 is reflected by the left eyepiece mirror 18 to the left eyepiece 14 and the other half by the right eyepiece mirror 19. The light is reflected by the lens 16. Due to this arrangement of components, the left eyepiece observes the object 12 from the left half angle of the objective lens 11 and the right eyepiece observes the object from the right half angle of the objective lens, thereby providing a stereoscopic view of the object. Is caused by the binocular observation device 15. In order for the mirror 17 to capture a complete field of view and to provide a well-separated left and right image, the mirror 17 is placed close to the rear opening of the objective lens 11, as shown in FIG. There is a need. However, if the lens 11 and the V-shaped mirror 17 are too close, some of the light reflected from the mirror 17 will be blocked by the lens 11 from the eyepiece mirrors 18 and 19. Thus, it is better for the lens 11 and the mirror 17 to be as close as possible to the rear opening of the objective lens without causing loss of field of view by the lens itself. In the case of a low magnification microscope, it is practical to place the mirror 17 close to the back opening of the objective lens, but the objective lens is very small, and typically the rear opening of the high magnification microscope. This is impractical, if not impossible, in the case of a high-power microscope mounted so as to make it physically inaccessible. High magnification microscopes typically include a turret mount having a plurality of lens receiving stations to which lenses of various magnifications can be mounted so that several different magnification levels can be easily selected during inspection of the object. . To accommodate this configuration, the high magnification microscope objective is typically designed to be compatible with the turret mount so that it can be easily attached to and detached from the turret mount. Embedded in the lens holder. In these situations, the rear aperture of the objective lens is not accessible at all and thus a mirror (such as V-mirror 17) is sufficiently close to the rear aperture to realize the full advantage of the present invention. It is impossible to arrange them. Referring to FIG. 3, an illuminated object 32 (at the specimen plane 33) transmits light 30 to the front element 40 of the objective lens 31. This light is ultimately directed to the left eyepiece 34 and the right eyepiece 36 of the binocular viewing device 35 as described above in connection with the embodiment of FIG. Since the rear opening 37 of the objective lens 31 is not physically accessible, it is associated with the reflective surfaces 22 and 24 (FIGS. 1 and 2) of the mirror 17 for splitting the light from the objective lens into left and right components. A V-shaped mirror 38 having reflecting surfaces 38a and 38b having the same characteristics as described above is necessarily disposed at a position remote from the rear opening 37. In order for the mirror 38 to effectively separate the light into a left component and a right component, an image 37 'of the rear aperture 37 is positioned at or at the mirror 38 by a set of relay lenses 39 (shown generally). Is projected to a very close location. By creating an image of the rear aperture 37 at a remote location and placing the mirror 38 in close proximity to the remote location, the splitting of light from the rear aperture 37 of the objective lens 31 is as if the mirror 38 was actually (FIG. 1). And (as described above in connection with the embodiment of FIG. 2) with the same effect as being located in close proximity to the rear opening 37 itself. Thus, mirror 38 directs half of the light from rear aperture 37 of objective lens 31 to left eyepiece 34 by left eyepiece mirror 41 and the other half to right eyepiece 36 by right eyepiece mirror 42. . When the V-mirror is placed at the projected image of the rear aperture of the objective lens (rather than at the rear aperture itself as in the embodiment of FIG. 1), the lens elements in close proximity to block any reflected light Rather, the V-mirror can thus be effectively located in the rear opening. Best results are achieved by placing the V-mirror 38 as close as possible to the image 37 '. As the distance between the mirror 17 and the rear opening 27 (FIG. 1) or the distance between the mirror 38 and the image 37 'of the rear opening 37 (FIG. 3) increases, the parallax of the V-shaped mirror 38 increases at a certain distance. The two mirrors are reduced until they see the same image (from the same angle) and the stereoscopic effect is lost (and part of the field of view is lost). Thus, in the present invention, the split V-mirror (17 in FIG. 1 and 38 in FIG. 3) must be within the range of the rear opening of the objective lens, or the two reflecting surfaces of the split mirror (FIG. 22 and 24, 38a and 38b) of FIG. 3, must be in the range of the projected image of the rear aperture of the objective lens, thereby creating a stereoscopic effect. Although the beam splitting and beam directing devices described above are shown as V-shaped mirrors, one or more prisms may be used for this purpose. With an embodiment of the present invention that projects the image of the rear aperture to a remote location (FIG. 3), the iris 45 is controlled to control flare and scattering of light and to improve contrast and depth of field. It can be arranged near the image 37 'of the rear opening 37 of the objective lens. The advantages resulting from placing the iris off the specimen illumination path (found in the prior art) are described in detail below in connection with FIG. Various arrangements and specifications of the lens 39 used to create an image 37 ′ of the rear aperture 37 of the objective lens 31 at a remote location in space (where the mirror 38 and the iris 45 are physically located in close proximity) include: It is well known to those skilled in the art of microscopy optics, and by itself does not form part of the present invention. For a given objective, there are many arrangements and the optical design can vary considerably. Currently, commonly used high magnification optical microscopes employ one of two types of objective lenses. One type of lens, when needed to adapt to another device, uses a (basically parallel) beam focused at infinity to change the distance between the eyepiece and the objective. Cause. The other type of lens produces a beam that is focused at a finite distance, thereby fixing the distance between the objective and the eyepiece of the binocular viewing device. In the case of an infinity focusing lens, it will be apparent that a mirror, such as mirror 38, can be located remote from the back aperture of the objective lens and still obtain a full field of view. . However, in practice, the beam envelope diverges though the beam from the objective lens is focused at infinity. Thus, at a distance from the objective lens, where a mirror, such as mirror 38, can be placed, a significant portion of the field of view is lost due to beam divergence, greatly reducing parallax between the right and left images. . Thus, regardless of whether the microscope is a microscope that employs a finite focus objective or a microscope that employs infinity focus, it is necessary to create a remote image of the back aperture of the objective adjacent to the split mirror 38. It is. An optical element such as a roof prism for inverting the image is provided between the rear opening 37 and the lens 39 so that the image viewed by the binocular eyepiece has the same orientation in space as the object being inspected. It is necessary to intervene between them. Referring to FIG. 4, the light beam 60 passing through the objective lens 61 is folded by mirrors 62a and 62b (to reduce the size of the head) and directed by a field lens 63 to a roof prism 64, which is By directing the left eye field of view to the left eyepiece 74 and the right eye field of view to the right eyepiece 71, the correct background-foreground orientation for the observer is established. (In one embodiment, which may be separate from the roof prism 64 or may be integral with the roof prism 64, the one shown with the roof prism 64 is shown.) The deflecting prism 70 provides the axis of the light beam 60 to the observer. Turn to a comfortable angle. The light beam 60 then acts as a relay system to create an image of the back aperture of the objective lens close to the edge of the V-shaped surface 65 (only one of the V-shaped surfaces is shown) of the polyhedral split mirror 67. Pass through a series of lenses 66. An iris 68 is placed in the optical path between the lens 66 and the mirror 67 to reduce flare. A first separate beam 60a of the split beam is reflected by an eyepiece 71 by beam deflecting means mirrors 72 and 73 (72 allows partial transmission (as well as partial reflection)) and another portion 60b of the beam is Beam deflector mirrors 76 and 77 (76 allow partial transmission (and partial reflection)) are reflected by eyepiece 74. Unlike a single mirror (as in the embodiment of FIGS. 1 and 3), the use of two mirror reflectors to reflect the beam to the eyepiece adds an additional reflection to invert the image to the viewer. Give the right and left orientation of the eyepiece. The roof prism 64 acts on the beam and not only bends the beam to a more convenient angle for the user, but also directs the image so that the background-foreground orientation is the same as the actual specimen and observer being viewed. However, in doing so, prism 64 also reverses the left and right orientation of the specimen, thus requiring mirrors 72 and 76. Other arrangements of mirrors and prisms well known in the art can be employed in the system of the present invention to direct the image to the observer to correspond to the orientation of the specimen relative to the observer. In addition to the viewer viewing the stereoscopic image through the eyepiece, the present invention provides the ability to make high-magnification simultaneous stereo-pair photographs. Referring to FIGS. 5, 6 and 7, the first photographic camera port 46 is positioned in the path of the light beam through the partially transmitting mirror 76 and the second photographic camera port 51 is positioned in the path of the light beam through the partially transmitting mirror 72. Placed in Photo cameras 46a and 51a are attached to the camera ports 46 and 51, respectively. When it is not necessary to create an image of the object on the eyepiece, mirrors 72, 73, 76 and 77 allow the reflecting surface 65 of the polyhedron splitting means mirror 67 to direct the beam to the camera port so as to increase the light available to the cameras 46a and 51a. Beams 60a and 60b can be selectively positioned out of the path (see FIG. 6) for direct reflection to 46 and 51. For the first time, the present invention takes high-magnification stereopair photographs of objects (such as living organisms) whose images are in a constant flux, since the present invention allows the right and left images to be taken simultaneously. The present invention provides a stereoscopic microscope observation device capable of performing the following. For two-dimensional high-resolution photography using a single camera, the present invention provides an integral 45 ° reflective surface 70 that directs light beam 60 directly to camera 46a when rotated into the path of light beam 60 (see FIG. 7). Is provided. Mirrors 76 and 72 remain out of the beam path. Referring to FIG. 8, an alternative embodiment of the present invention provides a mirror 62b ', which directs most of the light (e.g., 80%) directly to the camera port 80, while leaving the remainder of the light (20%). ) Is reflected from mirror 62b 'and then partially transmitted (eg, 80/20) through viewing eyepieces 71 and 74, as described above with respect to FIG. An advantage of this embodiment is that before the light beam 60 passes through the multiple lenses and prism systems required to create a stereoscopic image that is spatially accurately oriented to the viewer, the light beam 60 is Is to enter directly. Thus, port 80 sees an image that is not degraded. When observation of the image is no longer required, the mirror 62 'is selectively positioned out of the path of the light beam 60 so that the incident beam 60 enters the camera port 80. Thus, the present invention allows the object to be viewed under high magnification in three-dimensional high resolution, while still observing the object or directing all available light to the photographic recorder. Teach a system that can take simultaneous three-dimensional stereo pair pictures either after disabling the viewing means. Two-dimensional high-magnification high-resolution photographs can also be taken while observing the object in three dimensions. Referring to FIG. 9, a reflective light source 82 (shown by way of example only as ancillary illumination light source 82) includes a fiber optic bundle 83 with a lens 84 for focusing purposes, and other known forms of reflection including side light. Light is used as well. Light from source 82 is directed to beam splitter 86 (such as a semi-transparent mirror) and mirror 87 and is reflected by beam splitter 86 and mirror 87, and then travels through objective 61 to specimen 88. . The light reflected by the specimen travels through the objective lens 61 to the mirror 87, through the semi-transparent mirror 86 to the mirror 62b, and to the optical system described with respect to the other figures. The advantages of a reflective illumination microscope of the combination of the projection image of the rear opening of the objective lens and the iris close to the projection image are enjoyed by the two-dimensional observation device and the three-dimensional system of the present invention. As the light from source 82 travels to and from sample 88, essentially all of the available illumination from light source 82 reaches sample 88 and reduces it because the light from source 82 is not constrained by the iris. Illuminate and operate with sufficient illumination numerical aperture. The iris 68 described above is provided with a projection image 37 'of the rear aperture of the objective lens on a part of the reflection path of the beam 60 which does not correspond to any part of the illumination path of the beam 60 from the light source to the specimen (see FIGS. 3 and 8). ) Is located optically near In order to avoid field reduction and to maintain uniform illumination throughout the field, the iris is scanned by the beam 60 in close proximity to the projected image of the rear aperture, where the iris is not visible by viewing means (observer, camera, etc.). In the reflection path. The iris so arranged has the same effect as the iris in the rear aperture of the objective lens, and flares before the image carrying beam 60 reaches either the eyepieces 71 and 74 or the camera ports 46 and 51. Restrict. However, since the iris of the present invention is not in the illumination path, the iris does not restrict light from the light source 82 to the specimen 88. In this way, flare is effectively controlled without reducing the light available to illuminate the specimen, including those based on the illusion of the appearance of fluorescent illumination that allows for recording and viewing. Obviously, many modifications and variations of the present invention are possible in light of the above teachings. Therefore, it is to be understood that the invention may be practiced otherwise than as specifically described, within the scope of the appended claims.
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Ｚ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ
，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ
(72)発明者 ギンズバーグ ロバート
アメリカ合衆国 カリフォルニア州
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(72) Inventor Ginsberg Robert
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