JP3969545B2

JP3969545B2 - 実体顕微鏡

Info

Publication number: JP3969545B2
Application number: JP35006895A
Authority: JP
Inventors: フリッツ・シュトレーレ
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 1994-12-23
Filing date: 1995-12-25
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2015-12-25
Also published as: CH689903A5; DE19546746B4; US5612817A; JPH08240776A; DE19546746A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも２本の立体観察光路に対応し、実体顕微鏡に適用されるのが好ましいズームシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
テレスコープの原理に従った構成をもつ周知の実体顕微鏡は、通常、２本の立体観察光路に共通する主対物レンズを含む。そこで使用される主対物レンズは一定の焦点距離を有していても良いが、焦点距離が可変の対物レンズであっても良い。主対物レンズの後にはパンクラティック（ｐａｎｋｒａｔｉｓｃｈｅｓ）拡大光学系が配置されている場合が多く、２本の立体観察光路の各々に対して別個のパンクラティック拡大光学系が設けられている。
【０００３】
個々の立体観察光路に対してそのように分離したパンクラティック拡大光学系を設ける構成では、相対的に大きな負担が要求される。たとえば、２本の立体観察光路にある個々の拡大光学系を像位置と、２本の光軸の平行度とに関して互いに厳密に調整しなければならない。さらに、双方の拡大光学系に対して、倍率変更の際に光学素子が全く同様に動くように保証する高精度の機構が必要である。その場合、必要な光学素子を二つずつ製作しなければならないので、製造コストはより一層高くなってしまう。
【０００４】
以上述べたような問題を解決するために、ドイツ公開特許公報第４１２３２７９号並びに第４３３６７１５号により知られているズームシステムでは、この種の実体顕微鏡の主対物レンズの背後に、主対物レンズと共通する光軸を有する１つのパンクラティック拡大光学系を配置する。そのパンクラティック拡大光学系の光学素子の自由直径の大きさは、２本の立体観察光路がパンクラティック拡大光学系を共通して通過するようにそれぞれ定められている。基本的には、このような解決方法によって上述の大きな負担は軽減されるか、もしくは調整が容易になる。ところが、倍率の高い範囲でズーム係数が大きいときには、先に挙げた２つのドイツ公開特許公報による光学系は、自由直径が大きくなるために相対的に大型の構造になるという欠点をもたらす。ドイツ公開特許公報第４３３６７１５号によれば、パンクラティック拡大光学系の中での光線の方向転換を提案することにより、この問題を緩和するようにしている。
【０００５】
しかしながら、そのようにして光線を方向転換させると、パンクラティック拡大光学系の中で光路が折り曲げられるために、パンクラティック光学系の可動素子を容易には制御できなくなるので、実体顕微鏡の構造が複雑になるという望ましくない結果を招く。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、少なくとも２本の立体観察光路に対応し、ズーム係数が大きいときにもズームシステムの可動素子の容易な制御を確保するズームシステムを提供することである。さらに、ユーザに対し様々に異なる観察能力及び／又はドキュメンテーション能力を選択的に確保しうるはずのズームシステムのコンパクトな構造を目指している。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題は請求項１の特徴を伴うズームシステムによって解決される。有利な実施態様は請求項２から請求項９の特徴から明らかである。
本発明によるズームシステムを有する実体顕微鏡は請求項１０の対象である。
【０００８】
本発明に従えば、ズームシステムは周知のパンクラティック拡大光学系の他に、その後に配置された無限焦点反転光学系を含む。この場合、無限焦点反転光学系は本質的に２つの機能を果たす。第１に、立体観察又はドキュメンテーション光路のひとみ直径は反転光学系の適切な結像縮尺を選択することによって変化される。ひとみ直径は縮小されて、パンクラティック拡大光学系に結像されるのが好ましい。それと同時に、その都度のステレオベースの大きさ、すなわち、双方の観察ひとみの間隔も調整される。
【０００９】
第２に、無限焦点反転光学系の利用によって、立体観察システム又はドキュメンテーションシステムの装置ひとみ、すなわち、入射ひとみをパンクラティック拡大光学系へ最適の状態で結像することができる。すなわち、立体ひとみ平面のパンクラティック拡大光学系への結像が行われる。この場合、立体ひとみ平面は無限焦点反転光学系を介してパンクラティック拡大光学系のほぼ中心へと結像されるのが好ましい。
【００１０】
このようにして、無限焦点反転光学系はパンクラティック拡大光学系の像誤差の最適の補正を保証する。
【００１１】
本発明による構造のもう１つの重要な利点は、立体光路又は立体光束がパンクラティック拡大光学系の中で互いに絡み合って進み、相対的に半径方向の広がりがごくわずかに抑えられていることである。その結果、パンクラティック拡大光学系を相対的に小さい自由直径をもって構成できる。これにより、パンクラティック拡大光学系の全長が短縮されることは明らかである。
【００１２】
パンクラティック拡大光学系の中でコンパクトな形で光線を誘導することにより、相対的に小さい直径をもつ本発明によるズームシステムは実質的に口径食を全く起こさず、そのため、像の中心と像の縁との間に輝度の減少も発生しないというさらに別の利点が得られる。
【００１３】
さらに、本発明によるズームシステムは、像の輝度が全ズーム範囲にわたって確実に一定のままであるように保証し、そのことは、たとえば、この種の実体顕微鏡を手術用顕微鏡として適用する場合などの精密さが要求される用途については特に重要である。これは、本発明によるズームシステムの立体ひとみ平面における射出ひとみの大きさが倍率の変化に対しても一定のままであるということに起因している。
【００１４】
無限焦点反転光学系の光路のみをプリズム又はミラーなどの１つ又は複数の適切な方向転換素子によって折り曲げることによって、本発明による複雑なズームシステムを確実にコンパクトに構成できる。このような実施態様では、倍率の変更は従来と同様に直線状に構成された部分、すなわち、パンクラティック拡大光学系で実行されるが、たとえば、ドイツ公開特許公報第４３３６７１５号による光学系においては、パンクラティック光学系の中で光路を折り曲げることが必要である。
【００１５】
パンクラティック拡大光学系の光軸に沿って移動自在である素子を介して、本発明によるズームシステムによる所定の交差距離範囲内の内側焦点合わせが実現可能であると有利である。
【００１６】
加えて、本発明によるズームシステムは無限焦点であるので、様々に異なる焦点距離をもつ主対物レンズを本発明によるズームシステムと組合わせて実体顕微鏡の内部に設置することができる。従って、様々に異なる作業距離や倍率などに任意に適応させることが可能なのである。
【００１７】
さらに、パンクラティック拡大光学系として、少なくとも３つの光学素子を含む多様な周知の無限焦点パンクラティック光学系を適用できる。無限焦点反転光学系の光学的設計は、立体観察システム又はドキュメンテーションシステムの装置ひとみが位置と大きさに応じて最適の状態で、好ましくは、パンクラティック拡大光学系のほぼ中心へ結像するようになされることが重要である。
【００１８】
観察側又はドキュメンテーション側では、本発明によるズームシステムは観察者による直接観察を行うための従来通りの双眼鏡筒を使用できるばかりでなく、それぞれの像を周知の態様と方式で記録する１つ又は複数の電気光学検出器ユニットも使用できる。
【００１９】
本発明によるズームシステムのその他の利点並びに詳細は、添付の図面に基づく以下の実施形態の説明から明白になるであろう。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１ａ及び図１ｂは、所望の物体平面（ＯＥ）を観察するときに使用する実体顕微鏡の一定焦点距離の主対物レンズ（Ｌ０）と組合わせた本発明によるズームシステムの一実施形態の側断面図をそれぞれ示す。図１ａ及び図１ｂには、個々の光学素子の符号並びに後に表１の中で一連の数値を指定するようなレンズ半径ｒ_i 、レンズ厚さｄ_i 及びレンズ間隔ｄ_i もさらに記入されている。
【００２１】
図示した実施形態においては、立体部分光路は２本しか設けられていないが、たとえば、共同観察者又はドキュメンテーションに対応する別の部分光路が設けられているならば、本発明によるズームシステムを３本以上の立体部分光路と組合わせて適用することもいつでも可能である。
【００２２】
以下に、主対物レンズ（Ｌ０）から始めて、光学系全体の光軸２０に沿った本発明によるズームシステムの構成を説明する。この場合、対物レンズ（Ｌ０）としては、基本的に様々に異なる焦点距離を有する主対物レンズや、バリオ対物レンズなどが考えられる。複数の立体観察光路が共通して通過する主対物レンズ（Ｌ０）の後の観察側には、本発明によるズームシステムが続いている。このズームシステムを構成する光学系の１つは、主対物レンズ（Ｌ０）のすぐ後方に配置されている周知の、複数の素子から成るパンクラティック拡大光学系（Ａ）である。この光学系は図１ｂに示されている。
【００２３】
図１ｂの実施形態では、パンクラティック拡大光学系（Ａ）は４つの光学素子（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）を含む。主対物レンズ（Ｌ０）から始まって、第１の収束光学素子（Ｌ１）が設けられており、その後に、光学発散作用をもつ２つの光学素子（Ｌ２，Ｌ３）が続いている。パンクラティック拡大光学系（Ａ）の第４の光学素子（Ｌ４）として、光学収束作用をもつ別の素子が設けられている。図示した実施形態においては、パンクラティック拡大光学系（Ａ）の全ての光学素子（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）は接合部材として、又は個別レンズを伴う接合部材として構成されている。
【００２４】
本発明によるズームシステムの図示されているパンクラティック拡大光学系（Ａ）において倍率を希望の通りに変化させるために、内側の２つの光学発散素子（Ｌ２，Ｌ３）を規定の相互従属性をもって摺動するのであるが、そのことは付随する両方向矢印によって明白である。
【００２５】
図示されているパンクラティック拡大光学系（Ａ）の実施形態について表１に記載された一連の光学的数値によれば、表１では間隔Γ＝〔０．５−２．０〕の倍率変化が可能である。すなわち、ズーム係数４が実現されているのである。
【００２６】
さらに、パンクラティック拡大光学系（Ａ）の第１の光学素子（Ｌ１）も同様に光軸２０に沿って所定の間隔の中で移動自在に配置されており、それにより、本発明によるズームシステムを利用して約＋１−２０mmの規定焦点距離範囲の中での内側焦点合わせがさらに可能になる。このことは、特に一定焦点距離の主対物レンズを使用する場合に、本発明によるズームシステムのもう１つの利点になる。
【００２７】
パンクラティック拡大光学系（Ａ）の後の観察及び／又はドキュメンテーション側には、図１ａに示すような、本発明によるズームシステムの中の無限焦点反転光学系（Ｂ）が続いている。図示した実施形態では、この無限焦点反転光学系（Ｂ）は３つの光学素子（Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７）を含み、２つの両側境界を成し、光学収束作用をもつ素子（Ｌ５，Ｌ７）の間に視野レンズ（Ｌ６）が配置されている。この場合、２つの光学収束素子（Ｌ５，Ｌ７）は２つの部分から成る接合部材（Ｌ５）として、又は個別レンズを伴う接合部材（Ｌ７）として構成されている。視野レンズ（Ｌ６）の物体側に隣接して、視野絞り４がさらに配置されている。
【００２８】
無限焦点反転光学系（Ｂ）の後の観察側又はドキュメンテーション側には、立体光路に対応する２つの絞り開口を有する二重絞り２１も配置されている。２つの絞り開口はそれぞれ４．５mmの直径を有し、互いに１０．５mmの間隔をおいて配列されている。すなわち、図示した実施形態では、ステレオベースは１０．５mmである。従って、それら２つの絞り開口は、ズームシステムの射出ひとみと、後続する観察装置又はドキュメンテーション装置の装置ひとみ又は入射ひとみとが重なり合う立体ひとみ平面を規定する。
【００２９】
本発明によるズームシステムの無限焦点反転光学系（Ｂ）は、光学的には、付属する観察装置又はドキュメンテーション装置の立体ひとみ平面、すなわち、装置ひとみがパンクラティック拡大光学系（Ａ）のおよそ中心に向かって結像されるような大きさに規定されている。立体ひとみ平面、すなわち、装置ひとみを無限焦点反転光学系（Ｂ）を介してそのように結像することによって、パンクラティック拡大光学系（Ａ）の中で光線をコンパクトな形で、絡み合わせて誘導できるようになる。すなわち、装置ひとみの平面、従って、立体ひとみ平面において空間的に分離している立体部分光路の結合がなされる。そのため、パンクラティック拡大光学系（Ａ）の光学素子（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）の必要自由直径を特に大きく選択する必要がない。それに相応して、パンクラティック拡大光学系（Ａ）の光学素子（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）に関わる光学的補正の負担も軽減される。
【００３０】
ひとみをパンクラティック拡大光学系のほぼ中心という最適の位置に定めることによって、光学的補正は一層改善される。
【００３１】
結像されるひとみ平面の位置を規定する他に、無限焦点反転光学系の結像縮尺を選択することにより、装置ひとみの大きさ、すなわち、その直径並びにその結果として得られるステレオベース、すなわち、ひとみ距離もさらに確定される。
【００３２】
本発明によるズームシステムの可能な一実施形態の光学的数値は、以下の表１に詳細に記載されている。
【００３３】
表１において、ｒ_i は個々のレンズそれぞれの曲率半径を表わし、ｄ_i は個々の光学的に作用する面の間隔を表わす。ｄ_F は自由直径を表わす。
【００３４】
双方の表において使用されている符号は図１の図中符号に対応している。この場合、半径と間隔の通し番号はパンクラティック拡大光学系（Ａ）の第１の光学素子（Ｌ１）から始めて付されている。
【００３５】
表１で、間隔ｄ₅，ｄ₈及びｄ₁₁は、それぞれ隣接する光学的に作用する面までの距離の間隔であり、パンクラティック拡大光学系（Ａ）の倍率の変化が望まれるときには、それらの間隔は互いに相応して規定された従属性をもって変化される。
【００３６】
一方、パンクラティック拡大光学系（Ａ）において２つの光学素子Ｌ２及びＬ３が規定された位置をとるとき、第１の光学素子（Ｌ１）の位置のみの変化は前記の交差距離を変化させる働き、すなわち、所定の間隔の所望の内側焦点合わせをもたらす働きをする。
【００３７】
以下の表１の中には、図示した実施例の個々のレンズそれぞれのガラスの種類も提示されており、そのガラスの種類はマインツのＳｃｈｏｔｔＧｌａｓｗｅｒｋｅ社の商標名に基づいて保持されるべきである。
【００３８】
表１の本発明によるズームシステムの実施形態が単に可能な一実施形態を表わしているにすぎないことは自明である。すなわち、光学的数値を適切に変更することによって、本発明に従って、それに代わるレイアウトも可能である。
【００３９】

【００４０】
加えて、本発明によるズームシステムは無限焦点光学系である。すなわち、このズームシステムと組合わせて、可変交差距離及び可変焦点距離を有する対物レンズなども含めて、様々に異なる焦点距離をもつ主対物レンズを使用することができる。図１ａ及び図１ｂの実施形態の中で、表１による一連の光学的数値と関連させて使用されている主対物レンズは、たとえば、２００mmの焦点距離を有する。
【００４１】
さらに、本発明によれば、無限焦点反転光学系と組合わせて３つの光学素子又は５つ以上の光学素子を有する別のパンクラティック拡大光学系を適用することも可能である。いずれの場合にも、無限焦点反転光学系を介して立体ひとみ平面、すなわち、後続する観察装置又はドキュメンテーション装置の装置ひとみがパンクラティック拡大光学系に、好ましくはその中心に確実に結像されるように保証するだけで良い。
【００４２】
次に、図２及び図３を参照して、本発明によるズームシステムを使用する実体顕微鏡の可能な実施形態を説明する。そこで、図２の概略図においては、図１の本発明によるズームシステムを実体顕微鏡１０の第１の実施形態に配置した場合を示しており、この実体顕微鏡は観察側に、観察のための適切な接眼レンズ１２ａ，１２ｂを有する従来通りの双眼鏡筒１１（概略のみ示す）を含む。適切な双眼鏡筒１１の詳細な構造に関しては、たとえば、出願人のドイツ特許第２６５４７７８号を参照のこと。
【００４３】
本発明によるズームシステムと組合わせて使用される主対物レンズ（Ｌ０）は、一定の焦点距離を有する。本発明によるズームシステムの光学素子のその他の図中符号は、図１ａ及び図１ｂの既に説明した実施形態の図中符号と同じである。
【００４４】
このような実施形態で、鏡筒を通して像を直立状態で正しい立体視をもって観察することがさらに望まれるならば、ひとみ交換並びに像反転を加えて実行すべきである。これには、たとえば、Ｓｃｈｍｉｄｔ／Ｐｅｃｈａｎによる直視プリズムが適している。その場合、直視プリズムを本発明によるズームシステムの空隙に配置するのが好ましい。
【００４５】
図３に示す、本発明によるズームシステムを有する実体顕微鏡３０の別の実施形態は、ズームシステム内部で一部折り曲げられる光路を有する。さらに、本発明によるズームシステムは２つの電気光学検出器ユニット１９ａ，１９ｂと共に実体顕微鏡３０のハウジング３１の中に配置されている。
【００４６】
本発明によるズームシステムの光学的数値に関しても、この実施形態は図１ａ及び図１ｂの実施形態と一致している。すなわち、個々の光学素子を表わす図中符号は先に示した図の図中符号と同一である。
【００４７】
この実施形態の場合には、本発明によるズームシステムの中の無限焦点反転光学系（Ｂ）の光路のみが折り曲げられる構成となっている。図示した実施形態では、この目的のために、実体顕微鏡３０のハウジング３１の中に適切なプリズム１５，１６の合わせて４つの方向転換面が設けられている。同じ目的のために、プリズムの代わりに適切な方向転換ミラーなども使用して良いことは自明である。
【００４８】
これに対し、パンクラティック拡大光学系（Ｂ）、すなわち、その光学素子（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）は先の実施形態の場合と同様に直線状に配列されている。
【００４９】
本発明によるズームシステムをこのように実体顕微鏡の内部に配置すると、コンパクトな構造が得られるが、直線的に配列されたパンクラティック拡大光学系の光学素子（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）の摺動自在な特性は確保されたままである。
【００５０】
このような実体顕微鏡の中には、倍率を変化させるときにステレオベースを適合させる手段をさらに設けることができ、この手段は本発明によるズームシステムの後の観察側及び／又はドキュメンテーション側に配置される。この場合、たとえば、その都度のパンクラート倍率に応じて間隔が規定通りに変化されることによって、倍率変化に対しても一定のステレオベースを確定するいわゆる可変間隔ステップミラーを使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実体顕微鏡の一定焦点距離の主対物レンズと組合わせた本発明によるズームシステムの一実施形態をそれぞれ示す側断面図。
【図２】本発明によるズームシステムを含めて、従来の双眼鏡筒を有する実体顕微鏡の概略図。
【図３】本発明によるズームシステムと、同じハウジングの中に配置された２つの電気光学検出器ユニットとを有し、無限焦点反転光学系に関わる光路が折り曲げられているような実体顕微鏡の概略図。
【符号の説明】
４…視野絞り、１１…双眼鏡筒、１５，１６…プリズム、１９ａ，１９ｂ…電気光学検出器ユニット、２０…光軸、３０…実体顕微鏡、Ａ…パンクラティック拡大光学系、Ｂ…無限焦点反転光学系、Ｌ０…主対物レンズ、Ｌ１，Ｌ４…光学収束素子、Ｌ２，Ｌ３…光学発散素子、Ｌ５，Ｌ７…光学収束素子、Ｌ６…視野レンズ。

Claims

実体顕微鏡において、
光軸 (20) を持つ主対物レンズ (LO) を備え、その主対物レンズは２本の立体観察光路に共通であり、
前記主対物レンズ (LO) の下流に配設されたズームシステムを備え、そのズームシステムも、２本の立体観察光路に共通であり、
前記ズームシステムの下流に配設された観察及び／又はドキュメンテーションの装置を備え、その装置は、２本の立体観察光路に対して共通でなく個別である併せて２つの絞り開口を含む光学手段を有し、そして、その装置で、実体顕微鏡の立体ひとみ平面に位置する一対の装置ひとみが定まり、
前記ズームシステムは、前記光軸 (20) 上にあって複数の部材から成るパンクラティック拡大光学系 (A) と、前記光軸 (20) 上でパンクラティック拡大光学系 (A) の下流にあり、前記立体ひとみ平面を前記パンクラティック拡大光学系 (A) に結像する無限焦点反転光学系 (B) とを備え、前記パンクラティック拡大光学系 (A) および前記無限焦点反転光学系 (B) は、２本の立体観察光路に共通に構成されている、
ことを特徴とする実体顕微鏡。
前記無限焦点反転光学系(B)は３つの光学素子(L5, L6, L7)を含む請求項１記載の実体顕微鏡。
前記無限焦点反転光学系(B)は光学収束作用をもつ２つの光学素子(L5, L7)を含み、それらの光学素子の間に視野レンズ(L6)および視野絞り(4)が配置されている請求項２記載の実体顕微鏡。
前記無限焦点反転光学系(B)は、前記立体ひとみ平面を、前記パンクラティック拡大光学系(A)の中心部に結像させる請求項３に記載の実体顕微鏡。
前記無限焦点反転光学系(B)の光路中に少なくとも１つの方向転換素子(15, 16)が配置されている請求項２〜４の何れか１項に記載の実体顕微鏡。
前記パンクラティック拡大光学系(A)は前記光軸上に少なくとも３つの光学素子(L1, L2, L3, L4)を含む請求項１記載の実体顕微鏡。
前記パンクラティック拡大光学系の光学素子(L1, L2, L3, L4)は直線状に配列されている請求項６記載の実体顕微鏡。
前記パンクラティック拡大光学系 (A) は４つの光学素子を有し、光学収束作用をもつ２つの光学素子(L1, L4)の間に、負の光学作用をもつ２つの光学素子(L2, L3)が、光軸(20)に沿って摺動自在であるように配置されており、倍率の変更は中央の２つの光学素子(L2, L3)の摺動によって実行される、請求項６記載の実体顕微鏡。
さらに、物体側で前記パンクラティック拡大光学系(A)の第１の光学素子(L1)は光軸(20)に沿って摺動自在であるように配置されており、この第１の光学素子(L1)の摺動によって、所定の交差距離範囲内での内側焦点合わせが実行される、請求項８記載の実体顕微鏡。
前記観察及び／又はドキュメンテーションの装置には、立体視用の双眼鏡筒と、像回転及びひとみ交換のための光学的手段とが設けられている請求項９記載の実体顕微鏡。
前記観察及び／又はドキュメンテーションの装置には、少なくとも１つの電気光学検出器ユニット(19)が配置されている請求項１０記載の実体顕微鏡。
前記パンクラティック拡大光学系(A)は直線的に構成されているが、無限焦点反転光学系(B)は少なくとも１つの方向転換素子(15, 16)を介して折りたたまれた光路を有する請求項１１記載の実体顕微鏡。