JP2008282016A - 振動補償機能を有する光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可及的に慣性フリーで機能する光学装置のための振動補償システムの提供。
【解決手段】当該ビーム路を偏向するための少なくとも１つの偏向要素（５、６ａ〜６ｆ）が配されるビーム路を有するとりわけ顕微鏡等の光学装置であって、少なくとも１つの振動センサ（３４）が当該光学装置内に又は際に配されること；前記偏向要素（５、６ａ〜６ｆ）の少なくとも１つは、制御可能に変形可能なミラー面（５０）を有するミラーを含むこと；及び当該光学装置の振動が前記ミラー面（５０）の対応する逆位相調整によって補償されるように前記ミラー面（５０）を調節するために、前記振動センサ（３４）の出力信号の関数として、前記少なくとも１つの偏向要素（５、６ａ〜６ｆ）を制御する制御ユニット（３２）が配されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

（関連出願）
本発明は、ドイツ特許出願第１０２００７０２１９８１．６号（２００７年５月１０日）の優先権主張に係るものであり、上記出願の全開示事項は、引用をもって本書に繰込み記載されるものとする。
本発明は、顕微鏡等の光学装置に関し、とりわけ、当該ビーム路を偏向するための少なくとも１つの偏向要素が配されるビーム路を有するとりわけ顕微鏡等の光学装置に関する。本発明は、更に、光軸に沿って観察ビーム路を規定する主対物レンズを有する顕微鏡であって、該観察ビーム路が上記光学装置のビーム路を構成する顕微鏡に関する。この顕微鏡は、とりわけ、ステレオ顕微鏡及び手術顕微鏡とすることができる。

ステレオ顕微鏡として構成された一般的な光学装置の例がＤＥ１０２５５９６０Ａ１（特許文献１）に記載されている。このステレオ顕微鏡は、主対物レンズと、該主対物レンズに後置されたズームシステムを有する。ズームシステムは「横置き」式にないし「水平に」配置されている。即ち、ズームシステムの軸は主対物レンズによって規定される光軸に対し実質的に垂直であり、観察ビーム路をズームシステムの相応の倍率チャンネルに偏向するために主対物レンズとズームシステムの間に偏向要素が配置されている。このステレオ顕微鏡は、更に、観察ビーム路に配置されたフィルタ、シャッタ、ビームスプリッタ、データオーバーレイ（重ね合せ）システム等のような付加的光学素子（複数）を有する。この観察ビーム路は、更なる偏向要素（複数）によって、顕微鏡の複数の異なる水平面に向けられている。このような構造によって、低背型の顕微鏡が実現されるとしている。これと同時に、偏向要素は、観察ビーム路の分岐射出、従って、複数の観察者のための複数の観察筒（ポート）の形成を可能にするビームスプリッタとして構成され得る。

なお、本発明はＤＥ１０２５５９６０Ａ１に応じた上記構造に限定されるものではなく、ビーム路の偏向のために偏向要素が含まれている（又は配することができる）任意の光学装置において実施することができることに留意すべきである。本発明の目的はそのような光学装置において生成する振動を補償することであるが、ここに、用語「振動」は、一般的に、意図しない揺動、運動又はその他の静止位置からの変位（シフトないしずれ）を意味するものとする。そのような振動は、光学装置のユーザ自身によって又は光学装置を支持する載置台（例えば顕微鏡のスタンド）の振動によって引き起こされること、又は、光学装置に結合された壁、天井又は床（例えばシーリングマウント（天井取付台）又はフロアスタンド）から伝達してくることもあり得る。

ＵＳ２００１／００２４３２０Ａ１（特許文献２）から既知の顕微鏡の防振（振動補償）システムでは、例えば、顕微鏡と顕微鏡スタンドの間の結合点に配される動的（ダイナミック）振動吸収装置が設けられる。この動的振動吸収装置は、ピエゾアクチュエータを含む構造であり得る。顕微鏡が取付けられているスタンドアームの振動を振動センサによって検知し、それに応じて、制御システムが、スタンドアームの振動が大部分除去されるように、（光軸に平行な）Ｚ方向において圧電アクチュエータの揺動（振動）を引き起こす。この振動吸収装置の上方には顕微鏡鏡筒とＣＣＤカメラが配される。或いは、圧電アクチュエータの代わりに、受動的（パッシブ）防振要素（シリコーン樹脂又はウレタン樹脂）を使用することもできる。更なる例では、振動吸収装置（複数）が、顕微鏡、スタンド、照明ユニット及びイメージングユニットからなる顕微鏡システムの他の部位（複数）に（夫々）配される。提案された装置では、Ｚ方向におけるスタンドアームの揺動（振動）が顕微鏡に伝達するのを阻止することにより、顕微鏡の静止状態を維持することが意図されている。このため、振動に基づく観察画像における不鮮明さは大幅に除去されるとしている。

ＤＥ１０３０６４４０Ａ１（特許文献３）には、スタンドに取付けられた顕微鏡のための３つの空間方向の全てにおいて振動を抑制するための装置が記載されている。能動的応答性柔構造（actively reactive flexible structure：ＡＲＥＳ）装置が、振動補償装置として、顕微鏡又はスタンドの部分内に、際（きわ）に、又は、の代わりに配されている。ＡＲＥＳユニットは、振動によって外形形状（輪郭）の位置に変化が生じないようにリアルタイムで振動を打ち消す（相殺する）ように、組み込まれている駆動要素を、振動の測定値に基づいて制御する自己調節（自動制御）型装置である。この意味において、ＡＲＥＳ装置は、支持アーム（スタンドアーム）に直接代替する（取って代わる）こと、即ち、同時に支持要素及び振動補償要素として作動する（の機能を有する）ことができる。

ＤＥ４３４２５３８Ａ１（特許文献４）も同様に、手術顕微鏡と、スタンドに作用し手術顕微鏡に伝達される力との分離（デカップリング）を問題としている。この目的のために、振動を補償するための少なくとも１つの駆動要素を顕微鏡の内部に又は顕微鏡に接して配し、センサの信号を該駆動要素のための信号に変換する電子回路を設けることが提案されている。駆動要素としては、リニアモータ（複数）が使用される。この構造では、１つの面における顕微鏡対物レンズの微動（Ｘ及びＹ方向）を生成できるように２つのリニアモータを配置すると有利である。この場合、主対物レンズが外部のぶれ（振動）に対し逆位相の態様でＸ−Ｙ面において運動されることにより、画像の質（画質）が改善されるとしている。上記特許文献は、そのような手術顕微鏡の振動デカップリングのための力生成装置の配置の例を幾つか記載しているが、補償されるのは上記Ｘ−Ｙ面における振動のみである。光学装置ないし顕微鏡の振動デカップリングのための同様の装置は、ＵＳ５，７８６，９３６（特許文献５）及びＵＳ５，７３１，８９６（特許文献６）に記載されている。
ＤＥ１０２５５９６０Ａ１ ＵＳ２００１／００２４３２０Ａ１ ＤＥ１０３０６４４０Ａ１ ＤＥ４３４２５３８Ａ１ ＵＳ５，７８６，９３６ ＵＳ５，７３１，８９６

上述の既存の技術に共通しているのは、ユーザの操作によって又はスタンド又は顕微鏡に伝達されるその他の外部の振動によって引き起こされる振動が、外部の振動を除去する逆位相の振動を生成する装置を、顕微鏡構造体の適切な位置に、設けることによって、顕微鏡から分離（デカップリング）されることである。顕微鏡に対するこの機械的安定化ないしデカップリングの欠点は、振動減衰（補償）のための独立した装置が必要であることである。光学装置ないし要素の（位置）調整及び逆（方向）制御のために比較的大きくかつ重量の大きい（リニア）モータが使用されるため、極めて精密ないし正確な制御が必要となり、（光軸に対し平行な）Ｚ方向における安定化は達成することができない。一方、上記ＵＳ２００１／００２４３２０Ａ１（特許文献２）に応じて圧電素子が使用される場合は、Ｚ方向における振動しか補償されない。これに対し、ＤＥ１０３０６４４０Ａ１（特許文献３）に応じて上記ＡＲＥＳ装置を使用する場合、３つのすべての空間方向において振動が補償されるという点においては有利である。しかしながら、この既知の振動補償システムの欠点は、使用される振動減衰（補償）装置（複数）のシステム固有の（大きな）慣性である。これは、振動補償制御システムにおいて考慮せざるを得ないものであり、制御技術のためのコストも相当に大きくなる。

本発明の課題は、可及的に慣性フリーで（（大きな）慣性による不都合を伴うことなく）機能し（作動し）、更には付加的装置ないし要素なしで構成可能な、光学装置のための振動補償システムを提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の一視点により、当該ビーム路を偏向するための少なくとも１つの偏向要素が配されるビーム路を有するとりわけ顕微鏡等の光学装置が提供される。この光学装置において、少なくとも１つの振動センサが当該光学装置内に又は際（きわ）に配される。また、前記偏向要素の少なくとも１つは、制御可能に変形可能なミラー面を有するミラーを含む。さらに、当該光学装置の振動が前記ミラー面の（該振動に）対応する逆位相調整によって補償されるように前記ミラー面を調整するために、前記振動センサの出力信号の関数として、前記少なくとも１つの偏向要素を制御する制御ユニットが配される（形態１・第１基本構成）。

本発明の独立請求項１により、上記課題に対応する効果が達成される。即ち、本発明の光学装置においては、振動補償のための駆動装置等の比較的大きな慣性による不都合を伴うことなく振動を補償することができる。即ち、３つ（ｘ、ｙ、ｚ）の全ての空間方向におけるリアルタイムでの実質的に慣性フリーで機能する振動ないしブレの補償システムが提供される。
更に、各従属請求項により付加的な効果が夫々達成される。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を示すが、形態２〜６は従属請求項の対象でもある：
（形態１） 上記第１基本構成参照。
（形態２） 上記形態１の光学装置において、前記少なくとも１つの偏向要素の前記変形可能なミラー面は、その空間的配向が調整可能であり個別に制御可能な複数のマイクロミラーの配置ないし配列（ないしマトリックス）を含むマイクロミラーアレイとして構成されることが好ましい。
（形態３） 上記形態１又は２の光学装置において、光軸に沿って観察ビーム路を規定する主対物レンズを有するとりわけステレオ顕微鏡等の顕微鏡として構成され、該観察ビーム路は形態１の光学装置のビーム路を構成すること、前記少なくとも１つの偏向要素は、該主対物レンズから進行（出射）する該観察ビーム路を偏向することが好ましい。
（形態４） 上記形態３の光学装置ないし顕微鏡において、前記制御ユニットは、当該顕微鏡の振動が該顕微鏡の画像の対応する逆位相の偏向によって補償されるように前記ミラー面を調整するために、前記振動センサの前記出力信号の関数として、前記少なくとも１つの偏向要素を制御するよう構成されることが好ましい。
（形態５） 上記形態２及び形態３又は４の光学装置ないし顕微鏡において、前記制御ユニットは、前記主対物レンズの前記光軸に垂直な面における当該顕微鏡の振動が、互いに直交する２つの傾動軸の少なくとも１つの周りでの個々の前記マイクロミラーの傾動によって補償されるように構成されることが好ましい。
（形態６） 上記形態２及び形態３〜５の何れかの光学装置ないし顕微鏡において、前記制御ユニットは、前記主対物レンズの前記光軸の方向における当該顕微鏡の振動が、前記マイクロミラーアレイの前記マイクロミラー（複数）の球面的又は非球面的な非平面的配向によって補償されるように構成されることが好ましい。

本発明によれば、光学装置は、当該光学装置内に又は際（きわ）に配置される少なくとも１つの振動センサを有する。振動センサ自体は、従来技術から既知であり、従って本書においては詳細に説明しない。これらのセンサは、３つの全ての空間方向における任意の形態の振動を検知可能な加速度センサとすることができる。「光学装置内に又は際（きわ）における」配置とは、光学装置の範囲内における配置、即ち例えば光学装置の連結（結合）部等を含む外面ないし内面領域又は内部空間における配置を意味する。用語「光学装置」は、実際の（本来のないし本体たる）光学装置に結合（接続）されるあらゆるマウント、アーム、スタンド等を含むことが意図されている。しかしながら、実際の光学装置、例えば顕微鏡が振動減衰（補償）されるべきことが意図されているので、光学装置内に直接又は光学装置の際に直接配すること、即ち例えば顕微鏡自体の際（ないし面）に配する（付着ないし付設する）と都合がよい。本発明によれば、光学装置内のビーム路を偏向するための上述の偏向要素の少なくとも１つが、更に、制御可能に変形可能なミラー面を有するミラーを含む。そのようなミラーは、同様に、それ自体従来技術から既知であり、従って、本書においては詳細に説明しない。更に、本発明によれば、光学装置の振動が、ミラー面の（該振動に）対応して逆方向に向けられる調整ないし（該振動に）対応する逆位相調整によって補償されるよう該ミラー面を調整するために、少なくとも１つの振動センサの出力信号の関数として、少なくとも１つの偏向要素を制御する制御ユニットを有する。

生成する振動は、３つの空間方向の少なくとも１つにおける揺動（振動ないし発振）又は変位（シフトないしずれ）又は回転として解することができる。従って、（振動は、）Ｘ成分、Ｙ成分及びＺ成分に分解（分離）することができる。この場合、Ｘ−Ｙ面に水平面（顕微鏡の場合、例えば、物体面に平行な面）を対応付け、Ｚ方向に該水平面に垂直な方向（顕微鏡の場合、例えば、物体面に垂直な光軸）を対応付けることができる。

より良い理解のために、顕微鏡を例として、本発明を更に説明する。尤も、当業者であれば、顕微鏡に関する説明内容をその他の光学装置に敷衍することができる。顕微鏡が振動すると、Ｘ−Ｙ面における振動は、主対物レンズにより規定されるビーム基点（ビームの足：Strahlfusspunkt）の、物体面における、（振動に）対応する変位（シフトないしずれ）を引き起こす。これにより、観察者に対し、画像における（振動ないし変位に）対応するぶれ（ちらつき）ないしジッタが生じる。これに対し、Ｚ方向における振動は、画像に不鮮明さ（ぼけ）を引き起こすが、これは、観察中の主対物レンズの焦点距離は固定されているのが通常であり、発生した振動に応じて変化しないからである。本発明によれば、上述の振動を補償するために、顕微鏡の振動が補償されるよう、少なくとも１つの偏向要素（（顕微鏡に）既に含まれている又はこの目的のために（新たに）設けられるもの）のミラー面が制御される。顕微鏡の例でいえば、振動によってＸ方向及び／又はＹ方向に顕微鏡の変位が引き起こされる場合は、有利には試料から見て主対物レンズに後置されるミラー面は、反対のＸ方向及び／又はＹ方向に同じ量だけビーム基点を変位することにより、ユーザが画像のぶれ（ちらつき）を知覚しないようにすることができる。また、振動によりＺ方向に変位（シフトないしずれ）が引き起こされる場合は、ミラー面は、例えば球面状に変形することにより、顕微鏡の主対物レンズの焦点距離を有効に（適切に）修正（変更）し、顕微鏡画像をＺ方向振動に応じて異なる物体面に合焦（フォーカス）することができる。従って、顕微鏡が振動によって下方に（試料の方向に）移動すれば、対応するミラー変形により、主対物レンズの有効焦点距離（effektive Brennweite）が小さくされる必要があり、他方、顕微鏡が振動に起因して上方に変位すれば、主対物レンズの有効焦点距離は大きくされる必要がある。

ミラー面の変形は電子的に実行することができるので、３つの全ての空間方向における、リアルタイムでの、実質的に慣性フリーの（大きな慣性による不都合を伴わない）振動補償が可能である。

少なくとも１つの偏向要素に配された変形可能なミラー面は、その空間的配向が調整可能な個別に制御可能な複数のマイクロミラーの配置（配列）を含むマイクロミラーアレイとして構成されるととりわけ有利である。そのようなマイクロミラーアレイ自体は従来技術から既知であるので本書では詳細には説明しない。マイクロミラーアレイの主要な利点は、ビーム路の偏向（状態）を修正（補正）するためには、ベースフレーム（基板）（上）に可動に配されたマイクロミラー（複数）のみを傾動すればよく、ベースフレーム自体を運動させる必要はないことである。個々のマイクロミラーは電子的に制御することができる。マイクロミラー（複数）は二次元のマトリックス状に配置（配列）することが好ましい。個々のマイクロミラーは互いに直交する２つの傾動軸の周りで傾動ないし枢動できるように構成されると有利である。Ｘ方向及び／又はＹ方向における振動起因性（振動によって引き起こされる）変位（シフトないしずれ）を補償するために、個々のマイクロミラーは、第１傾動軸及び／又は第２傾動軸の周りで（振動ないし変位に）対応して傾動することができる。振動起因性Ｚ方向変位（シフトないしずれ）を補償するために、マイクロミラー（複数）は、（上述のように）主対物レンズの有効焦点距離を修正（変更）するために、全体として、たとえば球面状に、配置されることができる。

振動起因性Ｚ方向変位を補償するために、マイクロミラーアレイのマイクロミラー（複数）のような、変形可能なミラー面を球面的形態又は非球面的形態に配置（配列）するととりわけ有利である。球面的形態はそれ自体で光学系に付加的な屈折力を与えるのに十分であるが、非球面的形態は、とりわけ光学的収差の補正のために、更に好適である（「非球面光学系（Asphaerische Optik）」参照）。その面の形状は、光学的に好適な態様で所望の目的を達成することができるものであれば良く、殆ど制限はない。これに適合する形状としては、例えば、双曲面、楕円面その他の幾何学的形状が挙げられるが、これらが組み合わされた形状も可能である。

なお、上述の本発明の特徴は、上記の組合せだけではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、任意の組合せ又は単独でも使用することができることに留意すべきである。

以下に、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、特許請求の範囲に付した図面参照符号は専ら発明の理解を助けるためのものに過ぎず、本発明を図示の態様に限定することは意図していない。

図１は、複数の観察者２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ及び２０ｄのための複数のポート（観察筒）１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄを有するステレオ顕微鏡１の構造を模式的に示す。観察者は、主観察者及び／又は副観察者であり得る。ステレオ顕微鏡１は、とりわけ眼科分野における手術顕微鏡として使用するためにとりわけ好適である。この場合、術者（外科医）は、通常、複数の助手によって補助される主観察者の役割を果たす。観察ビーム路をドキュメンテーション装置に対応するドキュメンテーションポートを介して分岐射出することも勿論可能である。ポート１０は、枢動可能な偏向要素３０によって構成することもできる。ステレオ顕微鏡１は、試料１６の観察を可能にする主対物レンズ２を有する。主対物レンズ２は、主対物レンズ２の焦点距離に応じて試料１６におけるビーム基点（ビームの足）１６ａを規定する観察ビーム路を規定する。

図１に示したステレオ顕微鏡１の実施例では、ズームシステム７は、ステレオ顕微鏡１の全高を減少するために「横置き」式にないし水平に配置されている。ステレオ顕微鏡のこの種の構造は、例えば、本書の概説部分において引用したＤＥ１０２５５９６０Ａ１（特許文献１（対応日本出願：特開２００４−１８５００４））から既に知られている。ステレオ顕微鏡１の構造及び作動態様に関する詳細については、上記特許文献を参照すべきである。偏向要素５は、主対物レンズ２から到来する観察ビーム路をズームシステム７の観察チャンネル（複数）に偏向する。ズームシステム７は、互いに対し平行な複数の観察ビーム路が、当該ズームシステム７に入射し、同様に互いに対し平行な態様で当該ズームシステム７から出射することができるように、アフォーカルズームシステムとして構成されると有利である。

ズームシステム７は、必要に応じ、当該ズームシステム７に後置される更なる偏向要素６ａ〜６ｆを有することができる。これらの偏向要素は、対応するポート１０、１０ａ〜１０ｄに夫々観察ビーム路の一部を偏向する機能を有する。この目的のために、この実施例では、偏向要素６ａ、６ｂ、６ｄ及び６ｅは半透光性の態様で構成されている。観察ビーム路には、後述する更なる光学要素８ａ、８ｂ及び８ｃを配することもできる。

主観察ビーム路（複数）のためのステレオチャネル（stereoskopischen Kanaele）（複数）は、図１に記載されている状態では、紙面の法線方向に互いに対し前後に配置されている。ステレオ顕微鏡１のズームシステム７は、通常、２つの主観察チャネルを有し、付加的に、図１に例示されているような２つの独立した副観察者（助手）用観察チャネル（１０ａ、１０ｂ）を有することができる。

照明ユニット３は、照明のための光を照明方向３ａに沿って被検試料１６に向ける。照明ユニット３の光は、光ガイド（導光）ファイバ（光ファイバケーブル）１２又は直接組み込まれた光源を介して利用することができる。（照明）光は、偏向要素３ｂによって主対物レンズ２を介して試料１６に向けられる。従って、図示の実施例では、観察（照明）ビーム路は、主対物レンズを通って進行する。しかしながら、照明光（照明ビーム路）が主対物レンズを迂回するような配置も可能である。

副観察者（助手）用観察ビーム（光線束）２２ａ及び２２ｂは、実質的に（ほぼ）鉛直方向に主対物レンズ２を通過する。主観察ビーム（光線束）は、図示の状態では、紙面の法線方向に一方に対し背後に（重なって）延在しており、従って、区別できるように図示されていない。偏向要素５によって相応に（直角に）偏向された後、観察ビーム（光線束）２２ａ及び２２ｂは、ズームシステム７の観察チャネル（複数）に入射し、実質的に水平にかつ互いに対し（図示）上下に並んで進行する。

図１に記載した構造では、観察ビーム（光線束）は、ズームシステム７から出射した後、更なる偏向要素６ａによって鉛直方向に偏向されて更なる偏向要素６ｂに入射し、該更なる偏向要素６ｂによって、水平方向に更に偏向され（顕微鏡１の第２面）、そして、偏向要素６ｄにおいて鉛直方向に更に偏向される。これらの偏向要素がビームスプリッタとして構成される実施例では、夫々対応するポート１０ａ〜１０ｄに向けられる観察軸１１ａ、１１ｂ、１１ｃ及び１１ｄが生成される。観察者（ないし助手）２０には偏向要素６ｄを介して光が供給される。この偏向要素６ｄは、ビーム（光線束）２２ａ及び２２ｂのみを偏向し、主観察者２０ｄのためのビーム（光線束）は当該偏向要素６ｄを偏向されることなく通過するよう構成されている。これらのビームが入射する更なる偏向要素６ｅ及び６ｆを付加的に設けることにより、主観察者は２０ｃの位置で観察することが可能になる。この種の偏向要素６ｄを使用することにより、光強度を損失することなく、主観察ビーム（光線束）からの副観察者（助手）用観察ビーム（光線束）２２ａ及び２２ｂの物理的分離を容易に実行することができる。ここに記載した副観察者（助手）用観察システムの実施例は任意的なものに過ぎない（不可欠のものではない）。

観察に必要な接眼レンズを有する両眼（双眼）筒は、図の記載の簡潔化ないし明瞭化のため図１には記載していない。光学要素８ａ〜８ｃは、フィルタ、レーザシャッタ、光学（ビーム）スプリッタ、データオーバーレイ（重ね合せ）システム、絞り、ディスプレイ等のような、任意的に（必要に応じ）使用することができる付加的構成要素である。助手（副観察者）２０は、当該助手（副観察者）２０の位置に応じて所望の態様で枢動可能な回転偏向要素３０を介して試料１６を観察する。

図１に示したステレオ顕微鏡１の構造についての説明は、単なる一実施例についてのものに過ぎない。本発明にとって重要な構成要素は、本質的に、主対物レンズ２及び（偏向要素５及び６ａ〜６ｆを代表する）偏向ミラー５である。

偏向要素５、６ａ〜６ｆの少なくとも１つは、制御可能に変形可能なミラー面５０を有するミラーである。図１の実施例では、偏向要素５のみがそのようなミラーとして構成されている。偏向要素５は、ミラー面の調整（制御）のために制御ユニット３２に接続されている。好ましい一実施例では、変形可能なミラー面５０は、図２に模式的に示したような、マイクロミラーアレイ４０として構成される。

制御ユニット３２は、更に、例えばフットスイッチ、手動スイッチコンソール、リモートコントロールシステム、音声（ボイス）コントロールシステム、又は視標追跡（アイトラッキング）システムとして構成可能なスイッチ要素３３に接続することができる。このスイッチ要素３３によって、制御ユニット３２を制御し、次いで、マイクロミラーアレイ４０を、より一般的には変形可能なミラー面５０を所望の態様で調整することができる。マイクロミラーアレイ４０を適切に調整することにより、試料１６のＸ−Ｙ面における観察ビーム路のビーム基点１６ａの位置を修正（補正）することができる。このようにして、顕微鏡１の全体としての位置を修正（補正）することなく、試料１６のＸ−Ｙ面における異なる領域（複数）を観察することができる。本件の出願人は、別の出願と共に、この従来未知であった技術的思想ないし観点に対し保護を求めるものである。

本発明によれば、振動センサ３４が顕微鏡１に取付けられる。この振動センサ３４は、顕微鏡１の振動を測定（検知）し、対応する出力信号を生成する。出力信号は、図１に示したような３つの空間方向Ｘ、Ｙ及びＺの夫々において振動を区別できると都合が良い。この目的のために、例えば、互いに独立した３つの出力信号が生成されるよう構成することができる。振動センサ３４の出力信号は、制御ユニット３２に供給される。Ｘ方向における顕微鏡１の振動起因性変位（シフトないしずれ）により、試料１６上のビーム基点１６ａは、（振動ないし変位に）対応して移動する。これは、通常であれば、画像中の厄介なぶれ（ちらつき）として現れるであろう。しかしながら、本発明により、Ｘ方向における変位は、複数のマイクロミラー（図２参照）が夫々図１の紙面に対し垂直な傾動軸の周りで傾動されることにより補償されることができる。Ｙ方向における振動起因性変位（シフトないしずれ）を補償するためには、図１の紙面内に延在しかつ夫々のマイクロミラーを貫通して延在する夫々の傾動軸の周りにおいて対応して傾動することが必要である。比較的小さいマイクロミラーが制御ユニット３２によって電子的に制御されるため、マイクロミラーは、実質的に慣性（による不都合）を伴うことなく、制御ないし調整することができる。このため、振動補償のための制御システムは簡素化され、時間的遅れを伴わないリアルタイムでの振動補償が可能になる。

従って、図１の実施例においては、顕微鏡画像の、より正確には主対物レンズ２によって結像される中間顕微鏡画像の、対応する逆位相偏向によって、振動補償が行われるため、相応に構成された偏向要素６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ及び／又は６ｆによっても同様にそのような振動補償を実行することができることは、当業者には明らかである。しかしながら、図１に示した実施例では、偏向要素５による振動補償が最も有用である。なぜなら、この偏向要素５は、後置の全てのポート（観察筒）に対しその役割（機能）を果たすことができるからである。

Ｘ方向及びＹ方向における振動補償についてはマイクロミラーアレイに関連して説明した。しかしながら、これと全く同様の制御機構は、その他の変形可能なミラー面５０に適用することができる。

従来技術からそれ自体は既知のマイクロミラーアレイの構造及び作動態様に関しては、以下に、図２及び図３を参酌して説明する。

図２は、多数の小さいミラー４０_１，１、４０_１，２、…、４０_１，ｎのラインをｍ個含むミラー４０_１，１〜４０_ｍ，ｎの２次元のマトリックスから構成されたマイクロミラーアレイ４０の模式図である。個々のマイクロミラーは、その角度位置が変化するように制御ユニット３２によって制御される。個々のミラーは、２つの傾動軸に対するその角度に関し調整可能に構成されることができる。この２つの傾動軸は、一般的には、互いに対し垂直に配向されている。マイクロミラーアレイ４０のミラーは、個別に調整することも、（１又は２以上の）集団で調整することも可能である。マイクロミラーアレイ４０を支持するベースフレーム（図２に不図示）は、その位置に関し不変に維持される。このため、個々のミラーの反射方向は、電子的制御及び個々のマイクロミラーの傾動によって設定することができる。なお、マイクロミラーアレイ４０の全てのマイクロミラーが物理的に同じ態様で調整されるとすれば、伝統的な（１つの）ミラーの場合と同様に、ビーム路は、巨視的に、偏向される。

マイクロミラーアレイ４０の制御に関する詳細は、従来技術から既知であり、従って、本書においては詳細には説明しない。

図３は、図２の直線Ａ−Ａから見たマイクロミラーアレイ４０の断面図であり、個々のミラーが個別に調整されている様子を示している。マイクロミラーの図３に示した配向は、後述するように、Ｚ方向における振動の補償に使用可能な上述したマイクロミラー（複数）の「非球面的配向」を生成する。尤も、マイクロミラー（複数）の「球面的又は非球面的調整」とは、マイクロミラーアレイ４０の基底（ベース）面（基底（ベース）プレートによって規定される面）に投影される（指向される）球面的又は非球面的配向を意味する。なぜなら、マイクロミラー自体は、この面（基底面）に対し垂直方向に可動ではないからである。他方、例えば球面状の表面形状を可能にする変形可能なミラー面も可能である。

上述のように、マイクロミラーアレイ４０の全てのマイクロミラーが同じ態様で傾動することにより、Ｘ−Ｙ面における振動起因性変位をリアルタイムで修正（補正）することができる。しかしながら、本発明は、画像に不鮮明さ（ぼけ）を引き起こし得るＺ方向における振動を補償することもできる。これについては、以下に、図４を参酌して説明する。

図４は、Ｚ方向に振動が生じている場合に生じるような状態の様子を示すが、極めて概略的に記載されており、縮尺も正確ではない。そのような振動は、例えば、Ｚ方向への、即ち、試料１６の方向への顕微鏡１の変位（シフトないしずれ）を引き起こす。主対物レンズ２が一定の焦点距離を有する場合、この変位により、ビーム基点１６ａ（図１参照）は、言わば試料１６の内部に移動され、その結果、不鮮明な（ぼけた）画像が生成する。これは、顕微鏡１の利用可能な被写界深度によってはある領域では場合によっては知覚されずに済むこともあるが、一般的には被写界深度の減少に至る。しかしながら、本発明によりそのような変位を適切に修正（補正）するために、ビーム基点１６ａ’が常に試料１６（の表面ないし目的照射部位）上に留まるように主対物レンズ２の有効焦点距離が短縮される。図４は、主対物レンズ２の有効焦点距離を短縮するためのプロセスの一例を示す。なお、図の記載の簡潔化ないし明瞭化のため、同時に引き起こされるＺ方向における試料１６に向かう顕微鏡１の運動についての記載は省略されている。

図４は、主対物レンズ２によって無限遠において結像（するよう作用）されたのち、偏向要素５によって光軸１１の対しほぼ垂直に配向されたズームシステム７に偏向される付加的な観察ビーム（光線束）２２ａ及び２２ｂによる、ビーム基点１６ａのためのビーム推移を示す。試料１６を貫通して延在する主対物レンズ２の焦点面外に位置する光軸１１上の他の試料点は、主対物レンズ２によっては無限遠に結像（するよう作用）されないため、その観察ビーム（光線束）（ビーム２２ａ’及び２２ｂ’参照）は、偏向要素５によって偏向された後、ズームシステム７のステレオチャネルに入射することができない（破線２２ａ’及び２２ｂ’参照）。従って、図４の状態では、点１６ａ’は結像されない。図４に示した偏向要素５は、同様に、マイクロミラーアレイ４０とすることができる。これは、図示の状態では、（１つの）平坦な偏向ミラーのように作用する。即ち、個々のマイクロミラーは傾動されておらず、その代わり、全てのマイクロミラーがマイクロミラーアレイ４０の基底面に平面的に（平らに）配置されている。変形可能なミラー面５０が使用されているとすれば、これは、変形されておらず、平面的（平ら）になっている。

次いで、顕微鏡１が、振動の結果として、試料１６の面に向かって移動すると、その場合、主対物レンズ２の焦点距離は、鮮明な（シャープな）画像が顕微鏡１によって観察し続けることができるように、追跡（検知）される必要がある。図４に示したように、システム２及び５の光学的屈折力は、ビーム２２ａ’及び２２ｂ’がズームシステム７に入射するように修正（変更ないし補正）することができる。これは、主対物レンズ２の有効屈折力の修正（変更ないし補正）に対応する。図４においてハッチングが付された（マイクロミラーアレイ４０として構成された）偏向要素５の部分領域において、ビーム２２ａ’及び２２ｂ’がズームシステム７に向けられるように関連するマイクロミラーが相応に（振動ないし変位に対応して）空間的に配向されることにより、当該ビーム２２ａ’及び２２ｂ’の修正された反射角度を達成することができる。これは、例えば、図４にハッチングが付された部分領域における関連するマイクロミラーの（凹面鏡の態様での）相応の（振動ないし変位に対応した）球面的な空間的配向を、全体で、必要とする。関連するマイクロミラーがこの目的のために必要な配向を獲得すると、ビーム基点１６ａ'に位置する試料点は、このシステムによって鮮明に（シャープに）結像される。このとき、ビーム基点１６ａに位置する試料点は（現に該システムが有する被写界深度を考慮しない場合）最早結像することができない。

従って、振動センサ３４が試料１６に向かう顕微鏡１の振動起因性変位を検知すると、主対物レンズの有効焦点距離が、ビーム基点が位置１６ａから位置１６ａ’に変化する（これが振動起因性変位経路を代表するものとする）ように、時間的に連続して、振動の変位に対し逆位相的に、修正（変更ないし補正）されるように、制御ユニット３２は、（少なくとも）図４においてハッチングを付した部分領域において、マイクロミラーアレイ４０のマイクロミラーの球面的（又は非球面的、但し平面的ではない）配向が生成されるように偏向要素５のマイクロミラーアレイ４０を制御する。

Ｚ方向における振動起因性変位は、１／１０ｍｍのオーダーである。本発明によれば、主対物レンズ２の有効焦点距離を相応に（振動ないし変位に対応して）修正（変更ないし補正）することにより、上述したＸ−Ｙ（方向）補償に加えて、Ｚ（方向）補償も実行することができる。これは、顕微鏡画像が鮮明な状態に維持されるのに対し、焦点距離の変化によって引き起こされる倍率の（振動ないし変位に）対応する変化が、その倍率が小さいため、観察者によって殆ど或いは全く知覚されないという利点を有する。

以上本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は図示の態様に限定されることなく、本発明の基本概念と原理の枠内において、各種応用、変形及び記載された各種要素の取捨選択が可能である。

本発明により振動減衰措置が図られている主観察者及び副観察者のための複数のポート（観察筒）を有するステレオ顕微鏡の一例の模式図。 マイクロミラーアレイの一例の模式的平面図。 図２のマイクロミラーアレイの矢視Ａ−Ａ側面図。 試料とズームシステムの間のビーム路において、主対物レンズの有効焦点距離が変化される様子を示す、図１の細部の模式図。

符号の説明

１ 顕微鏡
２ 主対物レンズ
３ 照明ユニット
３ａ 照明方向
３ｂ 偏向要素
５ 偏向要素
６ａ−６ｆ 偏向要素
７ ズームシステム
８ａ−８ｃ 光学要素
１０、１０ａ−１０ｄ 観察者のためのポート（観察筒）
１１ 光軸
１１ａ−１１ｄ 観察軸
１２ 光ガイドファイバ
１６ 試料
１６ａ、１６ａ’ ビーム基点（ビームの足）
２０、２０ａ−２０ｄ 観察者
２２ａ、２２ｂ 観察ビーム（光線束）
２２ａ’、２２ｂ’ 観察ビーム（光線束）
３０ 偏向要素
３２ 制御ユニット
３３ スイッチ要素
３４ 振動センサ
４０ マイクロミラーアレイ
４０ｉ，ｊ マイクロミラー（ｉ＝１，…，ｎ；ｊ＝１，…，ｍ）
５０ ミラー面

Claims (6)

1. 当該ビーム路を偏向するための少なくとも１つの偏向要素（５、６ａ〜６ｆ）が配されるビーム路を有するとりわけ顕微鏡等の光学装置であって、
   少なくとも１つの振動センサ（３４）が当該光学装置内に又は際に配されること；
   前記偏向要素（５、６ａ〜６ｆ）の少なくとも１つは、制御可能に変形可能なミラー面（５０）を有するミラーを含むこと；及び
   当該光学装置の振動が前記ミラー面（５０）の対応する逆位相調整によって補償されるように前記ミラー面（５０）を調整するために、前記振動センサ（３４）の出力信号の関数として、前記少なくとも１つの偏向要素（５、６ａ〜６ｆ）を制御する制御ユニット（３２）が配されること
   を特徴とする光学装置。
2. 前記少なくとも１つの偏向要素（５、６ａ〜６ｆ）の前記変形可能なミラー面（５０）は、その空間的配向が調整可能であり個別に制御可能な複数のマイクロミラーの配置（ないし配列）を含むマイクロミラーアレイ（４０）として構成されること
   を特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 光軸（１１）に沿って観察ビーム路を規定する主対物レンズ（２）を有する顕微鏡として構成され、該観察ビーム路は請求項１の光学装置のビーム路を構成すること、前記少なくとも１つの偏向要素（５、６ａ〜６ｆ）は、該主対物レンズ（２）から進行（出射）する該観察ビーム路を偏向すること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の光学装置。
4. 前記制御ユニット（３２）は、当該顕微鏡（１）の振動が該顕微鏡の画像の対応する逆位相の偏向によって補償されるように前記ミラー面を調整するために、前記振動センサ（３４）の前記出力信号の関数として、前記少なくとも１つの偏向要素（５、６ａ〜６ｆ）を制御するよう構成されること
   を特徴とする請求項３に記載の光学装置。
5. 前記制御ユニット（３２）は、前記主対物レンズ（２）の前記光軸（１１）に垂直な面における当該顕微鏡（１）の振動が、互いに直交する２つの傾動軸の少なくとも１つの周りでの個々の前記マイクロミラーの傾動によって補償されるように構成されること
   を特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の光学装置。
6. 前記制御ユニット（３２）は、前記主対物レンズ（２）の前記光軸（１１）の方向における当該顕微鏡（１）の振動が、前記マイクロミラーアレイ（４０）の前記マイクロミラー（複数）の球面的又は非球面的な非平面的配向によって補償されるように構成されること
   を特徴とする請求項２〜５の何れか一項に記載の光学装置。

Images