JP3504964B2 - 像安定化装置 - Google Patents
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Description
れている。そのような振動(意図しない接触,建物の揺
れなど)は、特に、観察すべき物体が装置と固定結合さ
れている場合には、光学装置における作業を困難にす
る。
顕微鏡について、それらがスタンドに設置されている場
合にも起こる。手術用顕微鏡は一般には30倍以下の倍
率を有する。望遠鏡を通して長時間観察するとき、特に
写真撮影を行う場合には、周囲により生じる振動はコン
トラストや分解能を大きく低下させてしまう。同じこと
がカメラにも当てはまる。手術用顕微鏡はブラケットを
介して床面台部又は天井に固定されることが多い。ブラ
ケットの強度は限られているので、手術用顕微鏡を旋回
させようとしたときに特に傾いてしまうので、そのよう
な装置を使用する作業は著しく妨げられる。
カメラ、フィルムカメラ)における手動操作はほとんど
不可能であるか、あるいは、手動操作によってひどいぶ
れが生じる。
に、欧州特許第0504930号により知られているそ
の種の手段においては、モータによりスピンドルを介し
てx−y支持台を移動させる。ところが、スピンドルを
介する間接駆動には、調整が直ちに、厳密には行われな
いために、像安定化手段の利用価値は大きく下がるとい
う欠点がある。さらに、使用によりねじ山が摩耗するの
で、ある程度の時間を経た後には調整精度の劣化が起こ
ることを考えに入れておかなければならない。
装置の振動(ぶれ)により引起こされる像の動き、特に
光軸に対して垂直な横方向の動きをできる限り抑制する
ような像安定化装置を提供することである。
正する駆動要素をリニアモータで構成することによって
解決される。
成の伝動装置を必要とせずに、センサから得られたデー
タを逆位相の摺動運動に直接に変換することができる。
像安定化装置の場合、不必要な質量を移動する必要がな
いので、応答時間はきわめて短くなる。さらに、モータ
と摺動させるべき部品との間に伝動装置を設ける必要は
なく、また、モータが動くたびに、モータにより摺動さ
せられる主部品の直線的な動きに直接に変わるので、休
止時間とヒステリシスが全く存在しないために、応答は
きわめて精密である。バッテリ作動式の装置の場合、摩
擦損失がごく少ない、高い効率は有利である。
が相対的に小さな幾何学容積しか必要とせず、従って、
安定化装置全体を非常に小型に保つことができるという
点に見られる。
の巻線を伴うコイル手段と、固定子と、2つの永久磁石
とから構成されていると有利である。これにより、特に
小型のコンパクトなリニアモータが得られる。
呈していると有利である。この特徴は、磁気の流れを最
適化することによってリニアモータの小型化をも促進す
る。2つの永久磁石が固定子の2つのアームに取付けら
れていれば、小型化はさらに促進されることになり、そ
の場合、一方の永久磁石のN極は他方の永久磁石のS極
に対向している。
ていると、これも、後にその理由を述べる通り、リニア
モータの小型化を支えるものとなる。コイル手段の内面
間の幅が固定子の外面間の幅より大きいとき、一方向へ
の制御された直線運動が得られ、その場合、さらにその
方向に対して垂直な方向に運動を重ね合わせても良い。
ただし、振動の補正に際しては、好ましい方向が存在し
ないのが普通であるので、運動の重ね合わせはごく頻繁
に行われている。
ニアモータをさらにコンパクトに構成できる。コイル手
段が隆起形状部を有していれば、リニアモータの放熱能
力は向上し、それに伴って、リニアモータの熱安定性
と、蓄積出力も改善される。
断面を有していれば、巻線が必要とするスペースは少な
くて済み、リニアモータをさらにコンパクトに構成でき
る。像安定化装置の力を加える手段が駆動要素として、
光軸に対して垂直な平面に互いに90°の角度を成して
配置されている少なくとも2つのリニアモータを含んで
いると、光軸に対して垂直な2つの軸での像安定化が可
能である。
るリニアモータを使用すると、スペースをさらに節約で
きる。可動光学素子を移動させるために必要な力は、こ
れにより、2つのモータに分配されることになるので、
回転対象形構造の場合、構造容積は一層小さくなる。
ようにするために、駆動要素として使用されるリニアモ
ータがアダプタの中にあると有利である。
直な方向にアライメントされていると、モータと移動さ
せるべき装置との間の伝動装置を省略できる。その結
果、コンパクトで、特に直接に作用する構造が得られ、
そのような構造では、リニアモータと移動させるべき装
置との間の摩擦損失はわずかである。
固定していることも、摩擦損失を少なくするのに有用で
ある。
光学素子(対物レンズ、像反転光学系、接眼レンズな
ど)をその他の光学素子及び光学装置の装置ハウジング
に対して少なくとも1つのリニアモータにより結合解除
すると有利である。これにより、像安定化のために光学
素子の数が増すことはなくなる。特に望遠鏡の場合に
は、光学素子を追加するたびに望ましくない光損失が起
こるので、この点は有利である。
タにより光学装置の装置ハウジング及び接眼レンズに対
して結合解除することにより、上記の特徴を有利な形態
で得ることができる。対物レンズが光軸に対して垂直な
2つの自由度で結合解除すると、周囲に作用する振動に
よる妨害影響を排除できる。
としてみなせば、それらの素子も前述のように結合解除
できる。力を加える手段が光学装置の中に位置していれ
ば、光学装置を非常にコンパクトに保つことができる。
に、ハウジングに対して相対移動する対物レンズホルダ
が設けられており、且つ駆動要素の一部はハウジングと
固定結合し、第2の部分は対物レンズホルダと固定結合
しているような像安定化手段であれば、その構造は非常
にコンパクトになる。
害されない2つのマウント(xマウント及びyマウン
ト)から構成されており、そのx軸及びy軸が互いに垂
直であると共に、光軸に対して垂直に向いているような
像安定化装置であれば、その構成は機械的に非常に安定
する。
が十分に開いた光学開口を有していると、光路は像安定
化装置を通過でき、そのために、外側の寸法を小さいま
まにしておくことができるので、有利である。
ガイドを有していると、機械的に非常に安定した像安定
化手段が得られる。その場合、一方のマウントの2つの
リニアガイドは他方のマウントの2つのリニアガイドに
対してできる限り90°ずれて配置されている。
ズマウントに固定し且つ駆動要素は主対物レンズと共に
対物レンズマウントを振動に対して逆位相に旋回させる
と、像安定化手段を安定させるのに非常に有用である。
像安定化装置の振動を検出するためのセンサが加速セン
サであると有利である。
に詳細に説明する。以下では、本発明の本質的な特徴
と、本発明の概念をさらに良く理解するのに有用な解説
及び可能な構成とを記載する。
リニアモータ1を示す。リニアモータ1は本質的な構成
要素としてコイル手段4aと、固定子4bと、2つの永
久磁石2,3とを有する。
xなどの透磁率の高い材料から成る、好ましくは閉じた
U字形の本体から構成されている。固定子4bの2つの
矩形アームの内面には、永久磁石2のN極が他方の永久
磁石3のS極と対向するように2つの方形の永久磁石
2,3が取付けられている。その結果、それら2つの永
久磁石2,3の間には、垂直に伸びる磁力線4cで表わ
されるほぼ一様な磁界が発生する。
線(図示せず)がコイル手段4aの能動的移動方向5a
に対して垂直であると共に、永久磁石2,3の磁力線4
cに対して垂直に走っているような二重矩形コイルによ
り形成される。コイル手段4aは、コイルの片方の半体
7aが固定子4bの上方を通り且つコイルのもう片方の
半体8aが固定子4bの下方を通るような形状である。
コイル半体7a及び8aは、固定手段6を含めて片持ち
構造で一体に鋳込まれている。
子4bの外面間の幅(A)より大きいので、コイル手段
4aは2つの移動自由度を有する。移動方向5aでは、
永久磁石2,3の磁界が電流の通っているコイル手段4
aに及ぼす力の作用によって起こる1つの自由度(すな
わち、導体に対して垂直)が得られ、また、移動方向5
bでは、それに対して垂直に、コイル本体の内のり
(L)がより大きいために、リニアモータ1の動作に影
響を及ぼすことなく別の自由度が得られる。
1のできる限り大きな駆動力を強制的に発生させること
を目的として、回転子と固定子との間のエアギャップを
最小にした上で、特に磁力線4cの磁力界の中において
同時に重量と体積を最小限に抑えつつコイル手段4aの
最大実装密度を得るために巻付け本体なしで構成されて
いる。コイル手段4aは2つの独立した矩形コイル7,
8から成る二重矩形コイルとして製造されており、それ
らのコイルには巻線7a,8aが半分ずつ分割されてい
る。それら2つの矩形コイル7,8は、それぞれ、必要
な横断面をもつ適切な芯に巻付けられている。その後
に、コイル7,8を固定手段6を含めて1つの型にまと
め、次に一体に鋳込むことになる。そのようにして形成
されたコイル手段4aは最大限の実装密度を有し且つ構
造の体積を最小に抑えてあると共に、最適の機械的強度
と熱伝導性を示す。
出すように作用する表面は、巻線が分割されていない単
純な矩形コイルと比べて約60%高くなっている。熱を
さらに効率良く放出するために、適切な鋳型を使用する
ことにより、コイル本体4aに図に示すような外形部4
dを形成する。
/d2)を有する。尚、d2=d1/2である。固定子
4bの周囲に巻付けるに際して巻線7a,8aを分割す
ることにより、コイルの幅はd1=2×d2だけ減少す
る。角のある横断面をもつコイル電線を使用することに
より、体積/出力はさらに大きくなる。巻付け時に必然
的に不整列が生じるため、コイル手段4aの巻線7a,
8aは移動方向5aに対して厳密に垂直に走っていると
は限らない。
発生する横方向成分を、巻付け方向の異なる2つのコイ
ル半体を巻付け、その後に鋳込むことによって、さらに
補正できる。一方の半体の横方向成分は、その際に、他
方の半体における逆方向への巻線の傾斜位置を通る横方
向成分を相殺する。
て、図1〜図4に示す2つのリニアモータ11,12並
びに対物レンズマウントの装着状態が示されている。
に、モータ11,12をアダプタの中心平面13に対し
て45°ずらして配置している。これにより、アダプタ
幅(B)を最小に保持することができる。この場合、固
定子11a又は12aはアダプタの基板15と固定結合
されている。二重コイル11bは、y方向への支持台ガ
イドとして構成されている中間リング16aと固定手段
11cを介して結合している。これに対し、二重コイル
12bはx方向への支持台ガイドとして構成されている
対物レンズホルダ16bと中間リング16aを通し、固
定手段12cを介して結合している。
x方向への動きを可能にする、内側に位置した八角形の
対物レンズホルダ16bに受け入れられている。対物レ
ンズ17の光軸13aは、対物レンズ17がねじ込まれ
ている対物レンズホルダ16bの厳密な中心に位置す
る。対物レンズホルダ16bは2対のリニアガイド19
a,19bを介して、できる限り少ない摩擦をもって中
間リング16aと結合している。中間リング16aに対
する内側の対物レンズホルダ16bの動きは一方向、す
なわち、x方向にのみ可能である。
向に、中間リング16aの内側での対物レンズ17の動
きに際して利用できる遊び空間a1 を有する。x方向に
対し垂直なy方向には、中間リング16aはそれに取付
けられている2対のリニアガイド18a,18bと共
に、y方向への対物レンズ17の動きに際して利用でき
る遊び空間a2 を成す。
イド19a,19bに対して90°ずれた位置に配置さ
れている中間リング16aの互いに対向する2対のリニ
アガイド18a,18bは、アダプタのハウジング15
と固定結合している。2対のリニアガイド18a,18
b又は19a,19bは、対物レンズがx方向にも、y
方向にも容易に動けるように構成されている。
7をハウジング15の外側境界に対して対角線方向に、
それら両方向に向かって移動させるx/y支持台ガイド
が形成される。このx/y支持台ガイドは取付けに要す
るスペースが最小限で済む上に、高い強度を有し、ま
た、対物レンズ17を通ってz方向へ進む光路をさえぎ
らないために、中心は遮断されていない。
図8及び図9に示す。ここで、特に、外側中間リング1
6aの内側に向いたカラー16aaは、構造の大きさに
関して不利益を与えることなく、強度を向上させるのに
役立っている。与えられる取付け条件に応じて、このカ
ラー16aaの幾何学的形状を変更し、最適化すること
ができる。内側対物レンズ用リング16bと、そのリン
グにある補強カラー16bbの構成についても同じこと
がいえる。
置された加速センサを介して測定される(図5〜図9に
は図示せず)。その加速値から二重積分を経て付随する
経路成分を計算する。そのようにして得られる値はPI
D制御装置の目標値を表す。制御装置は、2つのリニア
モータ11,12を駆動する2つの、それらの成分に対
応する出力最終段を制御する。
に取付けられた対物レンズ17を振動運動とは逆位相に
動かす。瞬間的な現在値は成分に対応する線形経路セン
サにより測定されて、調整値として制御装置に供給され
る。
はその光学結像部分)の逆位相偏向は、顕微鏡を理想的
に調整した場合であっても30倍以内の倍率範囲で顕微
鏡全体の振動によって通常は主観的に認知される像の劣
化(観察者の目は顕微鏡の射出ひとみで倍率に合わせて
拡大された像の動きを追うことができなくなってしまう
ので、主観的には画質が非常に悪いと感じる)が少なく
とも強力に改善するという結果をもたらす。これとは対
象的に、主対物レンズ17の相対運動は客観的には画質
をわずかに劣化させるだけであるが、像の動きは大きく
減少するので、目は構造の詳細を再び追いかけることが
でき、それに伴って始めて1つの像を再び認知する結果
となるために、全体的に見て主観的には像は著しく改善
される。その上、静止状態で、すなわち、振動を伴わな
いよう、顕微鏡を設置した場合、対物レンズは光軸13
aで調整されており、従って、通常の顕微鏡と同様に等
しい画質が得られる。
動しているときにのみ、すなわち、加速値が測定された
ときにのみ、対物レンズの光軸に対して垂直な平面の中
で応答(すなわち、対向運動)が起こるようになってい
る。すなわち、評価できない加速値を伴うほぼ一定の並
進運動に際しては、目は像の変化を追いかけることがで
きるので、運動の補正は起こらず、一方、たとえば、高
倍率の範囲で、相応する加速値を伴なう意図しない振動
に対しては、運動の補正を適用することにより、一般
に、主観的には再び像が認知されるのである。
に見られるような従来通りの懸架方式の手術用顕微鏡3
1,31aを示す。手術用顕微鏡31をスタンド32に
固定すると、軸方向の力34と横方向の力34aが共に
スタンドの台部分35に作用を及ぼす。そこで、それた
の力34,34aはスタンド32の構成部品35a,3
5b,35c,35dを経て伝達されるので、力34,
34aは手術用顕微鏡31を相応して移動させる結果を
もたらす。
36によって手術室の天井に固定した場合には、軸方向
と横方向の力37,37aは天井固定部36と、天井懸
架構造36の構成部品36a,36b,36c,36d
とを経て手術用顕微鏡31aへ伝達される。
5b,36bとの間; b)垂直支持アーム35c,36cと手術用顕微鏡3
1,31aとの間; c)手術用顕微鏡31,31a自体 で実行可能である。
術用顕微鏡31,31aの焦点深度が手術用顕微鏡3
1,31aの光軸での軸方向振動の排除を不要にするの
で、横方向振動に関して手術用顕微鏡31,31aにお
ける結合解除が実現されている。その軸方向の振動をも
排除すべきであるならば、公知のオートフォーカス手段
によって排除を実行できる。
振動の排除に見られる特別の利点は、移動すべき質量が
非常にわずかであり、それによって補正手段をごく小型
に構成でき、アダプタとして形成できるということであ
る。この利点をさらに補足するものとして、システムの
反応時間が急速であることが挙げられる。
図。
図。
図。
図。
図。
示し、(B)は天井懸架構造に装着した手術用顕微鏡を
示す図。
Claims (8)
- 【請求項1】 光学構造にその周辺から作用する振動を
補償する駆動要素が少なくとも1つ設けられており、且
つセンサからの振動を表す信号を駆動要素(1,11,
12)に与える信号に変換する電子回路が設けられてい
る光学装置のための像安定化装置であって、前記駆動要
素(1,11,12)がリニアモータから構成されてい
る像安定化装置において、 前記リニアモータ(11,12)は、前記光学構造に結
合するコイル手段(4a)と、固定子(4b)および2
つの永久磁石(2,3)から構成されており、 前記2つの永久磁石により形成される磁界中を、前記コ
イル手段(4a)が 前記振動を補償するため第1の方向
に運動することを特徴とする像安定化装置。 - 【請求項2】 コイル手段(4a)は二重矩形コイルか
ら構成されていることを特徴とする請求項1記載の像安
定化装置。 - 【請求項3】 コイル手段(4a)の内面間の幅(L)
は固定子(4b)の外面間の幅(A)より大きいことを
特徴とする請求項1又は2記載の像安定化装置。 - 【請求項4】 コイル手段(4a)は巻付け芯をもたな
いことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載
の像安定化装置。 - 【請求項5】 前記リニアモータ(11,12)は少な
くとも2つ設けられており、それらのリニアモータは光
軸(13a,33,38)への垂線に対してほぼ90°
の角度を成すよう配置されていることを特徴とする請求
項1〜4のいずれか1項に記載の像安定化装置。 - 【請求項6】 少なくとも1つのリニアモータ(11,
12)はアダプタ(15)の中に設けられていることを
特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の像安定
化装置。 - 【請求項7】 リニアモータ(11,12)の駆動方向
は光軸に対して垂直な方向にアライメントされているこ
とを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の像
安定化装置。 - 【請求項8】 リニアモータ(11,12)は光学装置
(31,31a)の内部にあることを特徴とする請求項
1〜7のいずれか1項に記載の像安定化装置。
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