JP5456178B2 - 斜角光経路を形成する光学システム及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学システム及びその作動方法に係り、特に、試料を観察する顕微鏡、又は試料にレーザーなどの光を照射する光照射装置などにおいて、試料の移動又は顕微鏡観察者の目（又は光照射装置では光源）の移動なしでも、光学系を用いた斜角（Ｏｂｌｉｑｕｅ Ａｎｇｌｅ）光経路を形成して試料の垂直面だけでなく前後左右の側面まで一定の斜角で観察（又は光照射装置では光照射）し、或いは観察（又は光照射装置では光照射）の位置を変化させることが可能な光学システム及びその作動方法に関する。

一般な光学顕微鏡では、対物レンズと対眼レンズ（又は接眼レンズ）の相対的位置が固定されているから、対物レンズの焦点平面の光軸付近の試料観測のみが可能である。試料の任意の部分を任意の角度で観察し或いは前後左右の移動した試料の位置を観察するには試料を移動又は傾斜させる他はないため、不便さを引き起こす。さらに、凸凹が激しく且つ非常に大きくて重い対象物、例えば人や動物のボディ又は機械ボディなどの場合には、制約が激しいうえ、移動又は傾斜させるのが実質的に不可能なことがある。

試料又は対象物にレーザーなどを照射して加工するための光照射装置においても、光源から出る光を光学系を用いて試料又は対象物に照射しようとするときに、斜角に対して光を照射し或いは移動した試料の位置に光を照射するには、試料の移動又は光学系及び光源の移動なしでは前述した顕微鏡と同様の制約が伴われる。

このような制約のため、多関節軸に光学系を装着することにより自由度を向上させようとした場合もあるが、これも装備と共に観察者又は光学系が動く他はない構造を持つから、根本的な解決策にはなれない。また、微細手術又は微細作業の際に眼鏡に取り付けて使用する顕微鏡も使用されているが、この場合、前述したような制約が多少緩和できるものの、やはり倍率に限界があり、作業者の動きも必要である。

そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためのもので、その目的は、デジタル方式ではない光学顕微鏡又は実体顕微鏡において、試料の移動又は顕微鏡観察者の目の移動なしでも、光学系を用いた斜角光経路を形成して試料の垂直面だけでなく前後左右の側面まで一定の斜角で観察し、或いは垂直軸を中心として回転観察することが可能であり、観察の位置を変化させることも可能な光学システム及びその作動方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、対物レンズを一定の極角（ｐｏｌａｒ ａｎｇｌｅ）内で傾けること及び任意の方位角（ａｚｉｍｕｔｈ ａｎｇｌｅ）への回転を可能にし、対物レンズを通過した光は光学モジュールを用いて光学的距離（ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ ｌｅｎｇｔｈ）を一定に維持し且つ固定された位置の対眼レンズへ送ることが可能な光学システム及びその作動方法を提供することにある。

また、本発明の別の目的は、上述した原理を光学顕微鏡又は実体顕微鏡だけでなく光照射装置の光学系に適用し、試料の移動又は光源の移動なしでも、光の垂直照射のみならず、垂直軸から一定の角度範囲内での側面照射が可能であり、かつ垂直軸を中心とした回転照射が可能な光学システム及びその作動方法を提供することにある。

まず、本発明の特徴を要約すると、前述したような本発明の目的を達成するための本発明のある観点に係る光学システムは、光経路を形成するように配置された第１光学手段及び第２光学手段を含み、対象物から前記第１光学手段及び前記第２光学手段を介して出る光で対象物を観察し、或いは前記第２光学手段に照射される光が前記第１光学手段を介して対象物へ照射されるようにするためのものであって、対象物の観察者の動き又は対象物に光を照射する装置の光源の動きなしで、対象物の互いに異なる角度又は位置に対して観察し或いは光を照射することを特徴とする。

前記光学システムは、前記第１光学手段を動かすことにより、固定された同じ位置へ光を伝達し或いは前記第１光学手段が対象物から焦点距離だけ離れるようにして、対象物の互いに異なる角度又は位置に対して観察し或いは光を照射するためのものである。

前記第１光学手段は入射する光の角度変化に応じて同じ位置へ光を出射するように光経路を形成する第１サブシステムを含み、前記第２光学手段は入射する光の光経路距離を調節して光を出射するように光経路を形成する第２サブシステムを含み、対象物から前記第１サブシステムを経由して前記第２サブシステムに達する全体光経路距離が同一であるように光経路を形成することができる。

前記第１サブシステムに結合した第１レンズの対象物に対する観察角度又は光照射角度を変化させて対象物を観察し、或いは対象物に光を照射することができる。

前記第１レンズは、左右移動しながら極角又は方位角が流動的に可変するように位置変化し、対象物から反射される光を前記第１レンズ、前記第１サブシステム、前記第２サブシステム、及び第２レンズに順次通過させて前記対象物を観察するための顕微鏡に利用できる。

前記第１レンズは、左右移動しながら極角又は方位角が流動的に可変するように位置変化し、前記第２サブシステムに結合した第２レンズを通過した光を前記第２サブシステム、前記第１サブシステム、及び前記第１レンズに順次通過させて対象物に光を照射するための装置に利用できる。

前記第１サブシステムは、前記角度変化に応じて、所定の固定軸から傾いた光を前記固定軸と平行な光となるように光経路を変える第１光偏向モジュール、及び前記固定軸と平行な光を前記同じ位置へ出射するように光経路を変える第２光偏向モジュールを含む。

前記第１光偏向モジュール及び前記第２光偏向モジュールは、それぞれ、前記第１サブシステムに結合した第１レンズの位置変化による前記角度変化に対して極角又は方位角が流動的に可変するように機構物に装着されて前記光経路を形成する２つのウェッジプリズムを含む。

前記第１光偏向モジュール及び前記第２光偏向モジュールは、それぞれ、前記第１サブシステムに結合した第１レンズの位置変化による前記角度変化に対して極角又は方位角が流動的に可変するように機構物に装着されて前記光経路を形成する２つの直角プリズムを含む。

前記第１サブシステムは、前記角度変化に応じて、所定の固定軸から傾いた光を前記同じ位置へ出射するように光経路を変える光偏向モジュールを含む。

前記光偏向モジュールは、前記第１サブシステムに結合した第１レンズの位置変化による前記角度変化に対して極角又は方位角が流動的に可変するように機構物に装着されて前記光経路を形成する２つの直角プリズムを含む。

前記第２サブシステムは、入射する光の経路を順次変更する第１プリズム、第２プリズム、及び第３プリズムを含み、前記角度変化に応じて前記第２プリズムと前記第１プリズム又は前記第３プリズムとの相対的な距離が変わるように動作する。

前記第１光学手段は入射する光の位置変化に応じて同じ位置へ光を出射するように光経路を形成する第１サブシステムを含み、前記第２光学手段は入射する光の光経路距離を調節して光を出射するように光経路を形成する第２サブシステムを含み、対象物から前記第１サブシステムを経由して前記第２サブシステムに達する全体光経路距離が同一であるように光経路を形成することができる。

前記第１サブシステムに結合した第１レンズの対象物に対する観察位置又は光照射位置を変化させて対象物を観察し、或いは対象物に光を照射することができる。

前記第１レンズは、左右移動しながら極角又は方位角が流動的に可変するように位置変化し、対象物から反射される光を前記第１レンズ、前記第１サブシステム、前記第２サブシステム、及び第２レンズに順次通過させて前記対象物を観察するための顕微鏡に利用できる。

前記第１レンズは、左右移動しながら極角又は方位角が流動的に可変するように位置変化し、前記第２サブシステムに結合した第２レンズを通過した光を前記第２サブシステム、前記第１サブシステム、及び前記第１レンズに順次通過させて対象物に光を照射するための装置に利用できる。

前記第１サブシステムは、前記位置変化による光の距離変化に応じて、所定の固定軸と平行に入射する光を前記同じ位置へ出射するように光経路を変える光偏向モジュールを含む。

前記光偏向モジュールは、前記第１サブシステムに結合した第１レンズの位置変化による前記距離変化に対して極角又は方位角が流動的に可変するように機構物に装着されて前記光経路を形成する２つのウェッジプリズムを含む。

前記光偏向モジュールは、前記第１サブシステムに結合した第１レンズの位置変化による前記距離変化に対して極角又は方位角が流動的に可変するように機構物に装着されて前記光経路を形成する２つの直角プリズムを含む。

前記第２サブシステムは、入射する光の経路を順次変更する第１プリズム、第２プリズム、及び第３プリズムを含み、前記位置変化に応じて前記第２プリズムと前記第１プリズム又は前記第３プリズムとの相対的な距離が変わるように動作する。

前記第１光学手段は対象物から一定の距離離れて設置された第１レンズを含み、前記第２光学手段は前記第１レンズから一定の距離離れて設置された第２レンズを含み、前記第１レンズは動きに応じて前記対象物から前記第１レンズの焦点距離だけ離れるように設置され、前記第１レンズと前記第２レンズ間の空間に平行光（準平行光を含む）が形成される。

前記第２レンズの焦点距離に前記対象物の像を形成し、或いは前記第２レンズの焦点距離から前記対象物に光を照射する。

前記第１レンズの前記対象物に対する観察角度又は光照射角度を変化させて前記対象物を多角度で観察し、或いは前記対象物に多角度で光を照射することができる。

前記第１レンズは、左右移動しながら極角又は方位角が流動的に可変するように位置変化し、前記第１レンズの位置変化による前記対象物に対する角度変化に対して流動的に位置変更されるように機構物に装着され、前記第１レンズと前記第２レンズとの間で前記平行光の光経路を変更して伝達する少なくとも一つの光経路変更手段をさらに含む。前記光経路変更手段はミラー又はプリズムを含む。

また、本発明の他の観点に係る光学システムの作動方法は、光経路を形成する第１光学手段と第２光学手段を配置する段階と、対象物から前記第１光学手段と前記第２光学手段を介して出る光で対象物を観察し、或いは前記第２光学手段に照射される光が前記第１光学手段を介して対象物へ照射されるようにする段階とを含み、対象物の観察者の動き又は対象物に光を照射する装置の光源の動きなしで、対象物に対する互いに異なる角度又は位置で対象物を観察し或いは対象物に光を照射することを特徴とする。

本発明に係る光学システムによれば、使用者は既存の顕微鏡を見ることと同一の方法で試料（対象物）の垂直面だけでなく側面まで連続的に便利に観察することができる。したがって、試料を立体的に観察することができるため、既存の顕微鏡が提供しない便利性を提供し、特に観察と操作が同時に行われる作業の場合、その効果は極大化できる。

また、試料又は対象物を任意の角度で観察可能にすることにより、物体を３次元的に観察することができ、観察者が動く必要がないため対象物の操作（電子部品などの操作又は修理、微細加工物の加工及び検査、微細手術など）を便利且つ安定に行うことができるうえ、作業者の疲労度を減少させることができる。

また、前述したような原理を光学顕微鏡又は実体顕微鏡だけではなく光照射装置の光学系に適用し、試料の移動又は光学系及び光源の移動なしでも、光の垂直照射のみならず、垂直軸から一定の角度範囲内での側面照射が可能であり、且つ垂直軸を中心とした回転照射が可能である。

本発明の一実施例に係る光学システムを説明するための図である。 本発明の一実施例に係る光偏向モジュールにおける同じ位置への光の出射を説明するための一例である。 本発明の一実施例に係る光偏向モジュールにおける同じ位置への光の出射を説明するための他の例である。 本発明の一実施例に係る光学システムにおける、入射する光の角度変化による光経路距離の差を説明するためのグラフである。 本発明の一実施例に係る光学システムにおける、光経路距離が短いときに該当距離を補償するための第２サブシステムの動作を説明するための図である。 本発明の一実施例に係る光学システムにおける、光経路距離が長いときに該当距離を補償するための第２サブシステムの動作を説明するための図である。 本発明の他の実施例に係る光学システムを説明するための図である。 図７の光学システムの平面図である。 本発明の別の実施例に係る光学システムを説明するための図である。 図９の光学システムの平面図である。 本発明の別の実施例に係る光学システムを説明するための図である。 図１１の光偏向モジュールの位置変化による軌跡を説明するための一例である。 本発明の別の実施例に係る光学システムを説明するための図である。 図１３の光学システムの平面図である。 本発明の光学システムを機構的に実現するときの一例である。 本発明の光学システムを機構的に実現するときの他の例である。 本発明の光学システムを顕微鏡に適用するときの一例である。 本発明の別の実施例に係る光学システムを説明するための図である。 図１８の光学システムの原理を説明するための図である。 図１８の光学システムを実現するときの斜視図の一例である。 図１８の光学システムの多角観察（又は光照射）を説明するための図である。 図１８の光学システムにおける対物レンズの位置変化を説明するための図である。 本発明の別の実施例に係る光学システムを説明するための図である。 図１８又は図２３の光学システムを顕微鏡に適用するときの斜視図の一例である。

以下、添付図面及び添付図面に記載された内容を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。ところが、本発明はこれらの実施例に制限又は限定されるものではない。各図面に提示された同一の参照符号は同一の部材を示す。

図１は本発明の一実施例に係る光学システム１０を説明するための図である。

図１を参照すると、本発明の一実施例に係る光学システム１０は、第１光偏向モジュール１１及び第２光偏向モジュール１２を含む第１サブシステム１８と、第１プリズム１３、第２プリズム１４及び第３プリズム１５を含む第２サブシステム１９とを含む。

第１サブシステム１８は、入射する光の角度変化に応じて同じ位置へ光を出射するように光経路を形成する。例えば、試料（対象物）からの光の入射を受ける対物レンズが第１サブシステム１８に結合でき（図１５参照）、対物レンズは、左右移動しながら位置変化でき、この際、極角（ｐｏｌａｒ ａｎｇｌｅ）又は方位角（ａｚｉｍｕｔｈ ａｎｇｌｅ）が流動的に可変するように左右移動できる。

第２サブシステム１９は、入射する光の光経路距離を調節して光を出射するように光経路を形成する。第２サブシステム１９は、入射する光の経路を順次変更する第１プリズム１３、第２プリズム１４、及び第３プリズム１５を含み、前述したように、第１サブシステム１８に入射する光の角度変化に応じて第２プリズム１４と第１プリズム１３又は第３プリズム１５間の相対的な距離が変わるように動作し、試料から第１サブシステム１８を経由して第２サブシステム１９に達する全体光経路距離が同一であるように光経路が形成される。第１プリズム１３、第２プリズム１４及び第３プリズム１５は直角プリズムである。直角プリズムは、断面が直角三角形の形状をし、直角の一方の面を介して斜面に入射する光を直角の他方の面から反射させることができる。ここで、第１プリズム１３、第２プリズム１４及び第３プリズム１５は直角プリズムであることを例として説明するが、これに限定されず、場合によってはプリズム１３、１４、１５の代わりに反射ミラーを用いて実現されることも可能である。例えば、プリズム１３、１４、１５の各全反射面に反射ミラーを取り付けて総４個の反射ミラーで同じ機能を実現することができる。

このように本発明の一実施例に係る光学システム１０は、試料から第１サブシステム１８を経由して第２サブシステム１９に達する全体光経路距離が同一であるように光経路を形成することにより、試料の移動又は顕微鏡観察者の目の移動なしで、光学系を用いた斜角光経路を形成して試料の垂直面だけでなく、観察角度を変化させて前後左右の側面まで一定の斜角で観察し、或いは垂直軸を中心として回転観察することを可能にした。

例えば、試料からの光の入射を受ける対物レンズが第１サブシステム１８に結合でき、この際、対物レンズの位置変化に応じて第１サブシステム１８に入射する光の角度変化に対して、試料から第１サブシステム１８を経由して第２サブシステム１９に達する全体光経路距離が同一であるように光経路を形成することができる。

このように対物レンズの位置変化に応じて第１サブシステム１８に入射する光の角度変化に対して、全体光経路距離が同一となることにより、対物レンズ、第１サブシステム１８、及び第２サブシステム１９を順次通過して対眼レンズに入射し出射された光を観察する観察者は、倍率を新しく合わせるために対眼レンズを動かすことなく、その場で試料の斜角を観察することができる。

この他にも、本発明の一実施例に係る光学システム１０は、光学顕微鏡又は実体顕微鏡だけでなく、試料を加工するための光照射装置の光学系にも適用でき、この際には、第２サブシステム１９に結合した対眼レンズ代用の他のレンズ（凹レンズ、凸レンズ、又はコリメータなど）を通過したレーザーなどの光を第２サブシステム１９、第１サブシステム１８、及び第１サブシステム１８に結合した対物レンズ代用の他のレンズ（凹レンズ、凸レンズ、又はコリメータなど）に順次通過させて試料に光を照射することもできる。この際にも、光照射装置に適用される光学システム１０以外の他の光学系又は光源を動かすことなく、光照射角度を変化させて試料の斜角に光を照射することができる。

以下、本発明の様々な各種実施例による光学システムについて、顕微鏡への適用を中心としてその動作を考察するが、これに限定されない。本発明の様々な各種実施例に係る光学システムは、前述したように光の入射及び出射方向を反対にすることにより、試料加工などの目的で利用する光照射装置などの光学系に適用できることを明かしておく。また、説明の便宜上、本発明の光学システムを構成するプリズムの中心を通る光（線）を基準として説明するが、プリズムの中心から若干ずつずれる一定の領域の光（線）もやはり類似の原理に基づいて各プリズムに入射し、通過して出射される。以下同じ。

図２は本発明の一実施例に係る光偏向モジュールにおける同じ位置への光の出射を説明するための一例である。

例えば、対物レンズが第１サブシステム１８に結合でき（図１５参照）、対物レンズを左右移動させるときにその極角又は方位角が流動的に可変するように位置を変化させることができる。この際、第１光偏向モジュール１１は、対物レンズから入射する光の角度変化に応じて、固定軸（例えば、第１光偏向モジュール１１のプリズムが左右動き範囲の中心にあるとき、試料から第１光偏向モジュール１１のプリズムの中心を連結する軸であって、ここではＰ１とＰ２とを連結する軸に相当する）から傾いた光を固定軸と平行な光となるように光経路を変え、第２光偏向モジュール１２は、固定軸と平行な光を一点の同じ位置Ｐ２へ出射するように光経路を変える。第１光偏向モジュール１１と第２光偏向モジュール１２はそれぞれ、前述したように入射する光の角度変化に応じて同じ位置へ光を出射するように光経路を形成するために、２つのウェッジプリズムを含む。ウェッジプリズムは、円柱の中間を切断した楔状であって、円柱の底面から入る光をして、その動き角度に応じて、断面から出る光の方向を変えることができるようにする。２つのウェッジプリズム構造はリスレープリズム（Ｒｉｓｌｅｙ ｐｒｉｓｍ）ともいう。ここで、２つのウェッジプリズムは、前述したように入射する光の角度変化に応じて、図２のように、極角又は方位角が流動的に可変するように機構物に装着できる（図１５参照）。極角（θ）は、ｘ、ｙ、ｚ直角座標系を極座標系に変形して考察すると、原点からの距離（ｒ）と方位角（φ）を変動することなくｚ軸から−ｚ軸方向に移動するときの角度に該当することができ、方位角（φ）は、原点からの距離（ｒ）と極角（θ）を変動することなくｘ軸から−ｘ軸方向に移動するときの角度に該当することができる。

図３は本発明の一実施例に係る光偏向モジュールにおける同じ位置への光の出射を説明するための他の例である。

図３のように、対物レンズから入射する光の角度変化に応じて、第１光偏向モジュール１１と第２光偏向モジュール１２を構成する２つのウェッジプリズムは、極角方向への移動なしで方位角のみが流動的に可変するように機構物に装着されることも可能である（図１５参照）。

図２及び図３は、第１光偏向モジュール１１と第２光偏向モジュール１２に上下に配置したウェッジプリズム２つずつをそれぞれ使用した場合に、一点（Ｐ１）から出発した光がその角度変化を問わずさらに一点（Ｐ２）に集まるように構成した例であって、一点（Ｐ１）からそれぞれ−２８°、−１４°、０°、１４°、２８°の角度で出射された光線が第１光偏向モジュール１１と第２光偏向モジュール１２を通過することにより、さらに一点（Ｐ２）に集まる構造を例として示した。光偏向モジュール１１、１２の配置及び移動経路に応じて図２又は図３のような設計が可能である。

このように、Ｐ２の位置で一点に集まった光は、図１のように、第２光偏向モジュール１２と同一の角度で回転する第１プリズム１３によって反射されて第２プリズム１４へ伝達され、第２プリズム１４から反射された光は、さらに、第３プリズム１５を介して、固定された対眼レンズへ伝達できる。前述したように、第１プリズム１３は第２光偏向ジュール１２と常に同一の角度で回転するようになっている。よって、第２光偏向モジュール１２から第１プリズム１３に入射する光の角度は常に第１プリズム１３の入射面に対して垂直となる。

したがって、結像光学系で使用される場合、第１光偏向モジュール１１の前に対物レンズを位置させると、観察者の固定された観察位置で試料を様々な角度で観察することができる。同じ原理により、エネルギー伝達又は照明光学系では、固定された光源又はエネルギーソース（レーザーなど）から出た光（例えば、レーザーなど）を試料に多様な角度で照射するようにすることができる。

図４は本発明の一実施例に係る光学システムにおける、入射する光の角度変化による光経路距離の差を説明するためのグラフである。

図４のように、対物レンズの位置変化に応じて試料の位置Ｐ１から入射する光の角度変化に対して、試料から第１サブシステム１８を経由して第２サブシステム１９に達する全体光経路距離、すなわち試料から第１光偏向モジュール１１、第２光偏向モジュール１２、第１プリズム１３、第２プリズム１４及び第３プリズム１５を通過する光の全体移動距離が変わることが分かる。すなわち、第１光偏向モジュール１１に垂直入射するときの角度０での光経路を０にしたとき、これを基準として左右の角度変化に応じて光経路が対称的に長くなり得る。これにより、試料と最終観察位置（又は光源）との光学距離（ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ ｌｅｎｇｔｈ）が角度に応じて変わり得るが、これを補正するために適切にプリズムの移動のための光学系が導入される。このような全体光経路距離の差を補正しない場合、多くは同一の光学品質を保障することができなくなる。例えば、結像光学系では、角度別に倍率が変わり、或いはレーザー光源のエネルギーを伝達してレンズに集束させるときは焦点の位置が変わり得る。

図４のように、光が第１光偏向モジュール１１に垂直入射するときは光経路距離が短い場合であり、光が第１光偏向モジュール１１に垂直ではなく傾いた任意の角度で入射するときは光経路距離が長い場合である。これを補正するために、図５のように、光が第１光偏向モジュール１１に垂直入射するとき（光経路距離が短い場合）には、第２プリズム１４と第１プリズム１３又は第３プリズム１５間の相対的な距離が長くなるように（例えば、Ａ）機構物を設計することができる（図１５参照）。また、図６のように、光が第１光偏向モジュール１１に垂直ではなく傾いた任意の角度で入射するとき（光経路距離が長い場合）には、第２プリズム１４と第１プリズム１３又は第３プリズム１５間の相対的な距離が短くなるように（例えば、Ｂ）機構物を設計することができる（図１５参照）。

ここで、第２プリズム１４と第１プリズム１３又は第３プリズム１５間の相対的な距離を調整するために、第１プリズム１３と第３プリズム１５は同一軸上で動かない状態で、所定の機構物によって第２プリズム１４のみが左右に動くようにすることにより、常に一定の光学距離が保障されるようにすることができる。例えば、第１プリズム１３と第３プリズム１５は同一の軸上で動かない場合に、２（Ａ−Ｂ）が図４のような光経路距離の差となるように調整することにより、常に一定の光学距離を保障することができる。

図７は光偏向モジュールにそれぞれプリズムを使用する場合に対する本発明の他の実施例に係る光学システム２０を説明するための図である。図８は図７の光学システム２０の平面図である。

図７及び図８を参照すると、本発明の他の実施例に係る光学システム２０は、第１光偏向モジュール２１及び第２光偏向モジュール２２からなるサブシステム（第１サブシステム）を含む。ここでは、図１のように上下に配置したウェッジプリズムに代えて、第１光偏向モジュール２１及び第２光偏向モジュール２２それぞれは所定の機構物の前後（又は左右）に配置された２つの直角プリズム（ｒｉｇｈｔ ａｎｇｌｅ ｐｒｉｓｍ）からなる。ここで、光学システム２０の残りの構成は、図１と同様に、プリズム１３、１４、１５を含み、その動作方式は図１で説明されたとおりである。

但し、第１光偏向モジュール２１及び第２光偏向モジュール２２の動作を考察すると、例えば、対物レンズを左右移動させるとき、試料の位置Ｐ１からくる光の角度変化に応じてその極角又は方位角が流動的に可変するように機構物に装着された直角プリズムの位置を変化させることができる。この際、第１光偏向モジュール２１は、試料から入射する光の角度変化に応じて、固定軸（例えば、第１光偏向モジュール２１の試料に近いプリズムが左右動き範囲の中心にあるとき、試料から第１光偏向モジュール２１の試料に近いプリズムの中心を連結する軸）から傾いた光が固定軸と平行な光となるように光経路を変え、第２光偏向モジュール２２は、固定軸と平行な光を一定の同じ位置Ｐ２へ出射するように光経路を変える。

図７及び図８には、一点Ｐ１から出発した光が、傾き角度を問わず、直角プリズムを用いた第１光偏向モジュール２１及び第２光偏向モジュール２２の動作に応じてさらに一点Ｐ２に到達する光経路が示されている。具体的には、−２８°、０°、２８°の角度で出射した光が、第１光偏向モジュール２１によって、固定軸と平行な光に変わった後、第２光偏向モジュール２２によって、固定軸と平行な光が一点の同じ位置Ｐ２へ出射される光経路を示している。このように構成しても、顕微鏡などの観察装置に使用する試料を多様な角度で観察することができる。

図９は本発明の別の実施例に係る光学システム３０を説明するための図である。図１０は図９の光学システム３０の平面図である。

図９及び図１０を参照すると、本発明の別の実施例に係る光学システム３０は、所定の機構物の前後（又は左右）に配置された２つの直角プリズム３１、３２からなる一つの光偏向モジュール３８のみを備えたサブシステム（第１サブシステム）を含む。ここで、光学システム３０の残りの構成は、図１と同様に、プリズム１３、１４、１５を含み、その動作方式は図１で説明されたとおりである。

但し、ここでのサブシステムは、一つの光偏向モジュール３８からなるが、試料の位置Ｐ１からくる光の角度変化に応じて、固定軸（例えば、光偏向モジュール３８の第１プリズム３１が左右動き範囲の中心にあるとき、試料から光偏向モジュール３８の第１プリズム３１の中心を連結する軸）から傾いた光を同じ位置Ｐ２へ出射するために光経路を変えるように動作することができる。例えば、対物レンズを左右移動させるとき、試料の位置Ｐ１からくる光の角度変化に応じてその極角又は方位角が流動的に可変するように機構物に装着された直角プリズム３１、３２の位置を変化させることができる。この際、試料から入射する光の角度変化に応じて、固定軸から傾いた光を直接一点の同じ位置Ｐ２へ出射するように光経路を変えることができる。ここでは、固定軸と平行な光に光経路を変える別途の光偏向モジュールは必要としない。

図９及び図１０には、一点Ｐ１から出発した光が、傾き角度を問わず、直角プリズム３１、３２からなる一つの光偏向モジュールの動作に応じてさらに一点Ｐ２に到達する光経路が示されている。具体的には、−２８°、０°、２８°の角度で出射した光が、直角プリズム３１によって平面の垂直内側に折られ、さらに直角プリズム３２によって垂直に折られて１点の最終位置Ｐ２へ出射される光経路を示している。このように構成しても、顕微鏡などの観察装置に使用する試料を多様な角度で観察することができる。

図９及び図１０のような場合、出発点Ｐ１から多様な角度で出射された光が成す第１平面と、到着点Ｐ２に集まる３本の光線が成す第２平面とは、平行であるが、他の平面上に存在する。この場合は理想的な場合であって、コリメートされた光線は、常にプリズムに垂直入射し或いはプリズムから垂直に出射されるので、色収差が発生しない。機構設計上の理由により理想的な場合から外れる必要があるとき、例えば、到着点Ｐ２が第１平面に位置するようにする場合に、プリズム角度（極角又は方位角）に変化を与えることもできる。この場合、反射鏡を使用すると、色収差を除去することができる。ところが、このような反射鏡の使用時には反射率による光損失がプリズムを使用するときより大きいので、これを設計に反映しなければならない。

図１１は本発明の別の実施例に係る光学システム４０を説明するための図である。

図１１を参照すると、本発明の別の実施例に係る光学システム４０は、所定の機構物の上下に配置された２つのウェッジプリズム４１、４２からなる一つの光偏向モジュール４８のみを備えたサブシステム（第１サブシステム）を含む。ここで、光学システム４０の残りの構成は、図１と同様に、プリズム１３、１４、１５を含み、その動作方式は図１で説明されたとおりである。

ここでは、観察角度（又は試料からくる光線の角度）ではなく、観察位置の変化を可能とした。この場合、観察者は、移動することなく、観察位置を変化させながら試料の一定の範囲内の位置に対する観察が可能である。また、光照射装置などのエネルギー伝達システムとして使用される場合、試料の移動又は光源の移動なしでも、光照射位置を変化させながら光源のエネルギーを試料の任意の位置に照射させることができる。例えば、レーザー加工の場合は、加工物が重い或いは固定されているとき、又は振動に脆弱であって移動が困難なときなどに有用である。

図１１のように、光偏向モジュール４８は、入射する光の距離変化に応じて、同じ位置へ光を出射するように光経路を形成する。例えば、試料からくる光の入射を受ける対物レンズが、光偏向モジュール４８を備えた第１サブシステムに結合でき（図１５参照）、対物レンズは左右移動しながら位置変化できる。この際、極角又は方位角が流動的に可変するように左右移動することができる。

その後、図１のようなプリズム１３、１４、１５を備えた第２サブシステム１９は、光偏向モジュール４８から入射する光の光経路距離を調節して光を出射するように光経路を形成する。図１でも説明したように、第２サブシステム１９は入射する光の経路を順次変更する第１プリズム１３、第２プリズム１４、及び第３プリズム１５を含み、前述したように光偏向モジュール４８に入射する光の距離変化に応じて第２プリズム１４と第１プリズム１３又は第３プリズム１５間の相対的な距離が変わるように動作し、光偏向モジュール４８を備えた第１サブシステム１８と第２サブシステム１９間の全体光経路距離が同一であるように光経路が形成される。

図１２は図１１の光偏向モジュール４８の位置変化による軌跡を説明するための一例である。

図１１において、平面（ｙｚ平面）に垂直な軸がｘ軸であると仮定するとき、試料の観察領域がｙ軸に沿って位置変化すると、光偏向モジュール４８の所定の機構物に装着されたプリズム４１、４２が該当角度（極角又は方位角）で動いて試料からの距離が変わりながら入ってくる、固定軸（例えば、光偏向モジュール４８の第１プリズム４１が左右動き範囲の中心にあるとき、試料から光偏向モジュール４８の第１プリズム４１の中心を連結する軸）と平行な光を、固定された点Ｐ２へ送る。この際、光線はｙｚ平面上に存在せず、図１２のようにｘ値が０ではない値を持つ。言い換えれば、光線は第２プリズム４２の中心を通過するが、第１プリズム４１では中心から離れた点を通過する。

すなわち、図１２のように、光偏向モジュール４８がｙｚ平面上で動くとき、実際観察される領域の中心は、直線ではなく、図１２のような軌跡上にある。このように光偏向モジュール４８に２つのウェッジプリズム４１、４２を使用すると、光線の角を偏向させる効果以外に、光線が軸を外れる変位も生ずるので、光偏向モジュール４８を左右に動かすにつれて観察される領域の中心が直線として現れるようにするためには、光偏向モジュール４８を直線に左右移動させるのではなく、−ｘ方向への変位調整を行うことができる。すなわち、試料の観察領域の中心（ｙ＝０）から左右に移動しながら−ｘ方向への変位が益々小さくなるようにすることができる。

このような本発明の別の実施例に係る光学システム４０は、試料から光偏向モジュール４８を備えた第１サブシステムを経由して第２サブシステム１９に達する全体光経路距離が同一であるように光経路を形成することにより、試料の移動又は顕微鏡観察者の目の移動なしでも、光偏向モジュール４８の位置移動のみによって、光学系を用いた光経路を形成して試料の左右観察位置を変えることができ、垂直軸を中心として回転観察することもできるようにした。

例えば、試料からくる光の入射を受ける対物レンズが、光偏向モジュール４８を備えた第１サブシステムに結合できる。この際、対物レンズの位置変化に応じて光偏向モジュール４８に入射する光の距離変化に対して、試料から光偏向モジュール４８を経由して第２サブシステム１９に達する全体光経路距離が同一であるように光経路を形成することができる。このように対物レンズの位置変化に応じて光偏向モジュール４８に入射する光の距離変化に対して全体光経路距離が同一となることにより、対物レンズ、第１サブシステム、第２サブシステム１９を順次通過して対眼レンズに入射し出射された光を観察する観察者は、倍率を新しく合わせるために対眼レンズを動かすことなく、その場で試料の観察位置を変えて観察することができる。

この他にも、光学システム４０は、光学顕微鏡又は実体顕微鏡だけでなく、試料を加工するための光照射装置の光学系に適用できる。この際には、第２サブシステム１９に結合した対眼レンズ代用の他のレンズ（凹レンズ、凸レンズ、又はコリメータなど）を通過したレーザーなどの光を第２サブシステム１９、光偏向モジュール４８、及び光偏向モジュール４８に結合した対物レンズ代用の他のレンズ（凹レンズ、凸レンズ、又はコリメータなど）を順次通過させて試料に光を照射することもできる。

図１３は本発明の別の実施例に係る光学システム５０を説明するための図である。図１４は図１３の光学システム５０の平面図である。

図１３及び図１４を参照すると、本発明の別の実施例に係る光学システム５０は、所定の機構物の前後（又は左右）に配置された２つの直角プリズム（ｒｉｇｈｔ ａｎｇｌｅ ｐｒｉｓｍ）５１、５２からなる一つの光偏向モジュール５８のみを備えたサブシステム（第１サブシステム）を含む。ここで、光学システム５０の残りの構成は、図１と同様に、プリズム１３、１４、１５を含み、その動作方式は図１で説明されたとおりである。

但し、ここでのサブシステム（第１サブシステム）は、図１１と同様に一つの光偏向モジュール５８からなるが、図１１と同様に、試料に対する観察位置の変化による試料からの光の距離変化に応じて、固定軸（例えば、光偏向モジュール５８の第１プリズム５１が左右動き範囲の中心にあるとき、試料から光偏向モジュール５８の第１プリズム４１の中心を連結する軸）と平行に入ってくる光を同じ位置Ｐ２へ出射するために光経路を変えるように動作することができる。例えば、対物レンズを左右移動させるとき、試料の位置変化に応じて、該当位置の試料からくる光を１点の同じ位置Ｐ２へ出射するために、その極角及び方位角が流動的に可変するように機構物に装着された直角プリズム５１、５２の位置を変化させる。この際、試料からの光の距離変化に応じる光経路距離の補償は、図１と同様のプリズム１３、１４、１５の動きによって、試料から光偏向モジュール５８を備えた第１サブシステムを経由して第２サブシステム１９に達する全体光経路距離が同一であるように光経路を形成させることにより可能である（図１参照）。

このように、光学システム５０は、図９の光学システム３０をやや変形させた構造である。例えば、第２プリズム５２の角度は、図９の第２プリズム３２の場合と同一にすることができるが、第１プリズム５１の角度は、図９の第１プリズム３１の角度とは異なり、その底面の角度が観察平面と水平になるようにすることができる。ここでも、図１１と同様に、入射する光の角度ではなく観察位置が変化するとき、光線を位置を問わず一点に伝達する作動原理は同様であり、これも、顕微鏡などの観察装置への適用の際には観察者の動きなしで一定の範囲内の位置でイメージやその他の光学情報などを獲得することができ、光照射装置への適用の際には光源又は試料の移動なしで試料の一定範囲内の位置に光を照射することができる。

図１５は本発明の光学システム６０を機構的に実現するときの一例である。

図１５に示すように、第１光偏向モジュール６１（図１の第１光偏向モジュールに相当する）が、対物レンズと結合して一体に動けるように機構物に装着でき、第２光偏向モジュール６２（図１の第２光偏向モジュールに相当する）も、ピストンの形で上下移動性を有する軸を介して第１光偏向モジュール６１と結合できる。このように第１サブシステム６８（図１の第１サブシステムに相当する）を構成する第１光偏向モジュール６１と第２光偏向モジュール６２は２つのプレートの間に装着できる。

２つのプレートの上部にはそれらの間に第１プリズム６３（図１の第１プリズムに相当する）と第３プリズム６５（図１の第３プリズムに相当する）が装着され、第１プリズム６３及び第３プリズム６５に対して相対的に移動できるようにプレートの外部に第２プリズム６４（図１の第２プリズムに相当する）が装着される。このように第２サブシステム６９（図１の第２サブシステムに相当する）を構成するプリズム６３、６４、６５は、第１光偏向モジュール６１と第２光偏向モジュール６２が動くときに、全体光経路距離が同一となるように適切に移動性を有し、第３プリズム６５から出た光は、対眼レンズを通過して観察者が試料を観察することができるようにする。

ここで、対物レンズの焦点を中心として、第１光偏向モジュール６１及び対物レンズが、側面プレートに設けられたガイド溝又は孔に沿って左右位置変化すると、これに連結された第２光偏向モジュール６２及び第１プリズム６３が対称的に動く。この際、第２プリズム６４も、鏡筒内で所定の溝に沿って移動して側面プレートとの距離が変化することにより、光学距離を一定に維持する。最後に、第３プリズム６５から出た光は対眼レンズのモジュールに向かう。

また、図１５では、円形ボディ内に２つのプレートが固定されず、円形ボディ内で前記２つのプレートが回転するように構成されている。これにより、対物レンズの焦点を中心として、第１光偏向モジュール６１及び対物レンズが、側面プレートに設けられたガイド溝又は孔に沿って左右位置変化することができるうえ、第１サブシステム６８及び第２サブシステム６９の回転が可能であって試料に対する観察角度又は光照射角度を柔軟に多様な任意の角度に調節することができる。

図１５において、第１光偏向モジュール６１、第２光偏向モジュール６２、第１サブシステム６８、第１プリズム６３、第２プリズム６４、第３プリズム６５及び第２サブシステム６９は、図１の第１光偏向モジュール１１、第２光偏向モジュール１２、第１サブシステム１８、第１プリズム１３、第２プリズム１４、第３プリズム１５及び第２サブシステム１９にそれぞれ相当する。このように図１５で説明された本発明の光学システムの機構図は一つの例示に過ぎないものである。本発明は、これに限定されず、図１〜図８で説明された動作を実現するために他の形態に様々に実現できる。

図１６は本発明の光学システム７０を機構的に実現するときの他の一例である。

図１６に示すように、第１直角プリズム７１（図９の直角プリズム３１、又は図１３の直角プリズム５１に相当する）が対物レンズと結合して一体に動けるように機構物に装着でき、第２直角プリズム７２（図９の直角プリズム３２、又は図１３の直角プリズム５２に相当する）も第１直角プリズム７１と共に流動的に動けるように所定の結合手段によって第１直角プリズム７１と結合できる。観察角度又は観察位置を変化させるための第１直角プリズム７１の左右移動に応じて、アクチュエータ（図示せず）で駆動されるピストンによって極角又は方位角が流動的に可変するように機構物に装着でき、所定の結合手段で結合した第２直角プリズム７２も、図９又は図１３と同様の原理に従い、試料からくる光を一点の同じ位置Ｐ２へ出射するように光経路を形成することができる。ピストンをそれぞれ動かすためのモーターなどのアクチュエータは、光学システム７０の空き空間を活用して適切な箇所に設置できる。

第２サブシステム（図１の第２サブシステムに相当する）を構成するプリズム７３、７４、７５は、第１直角プリズム７１と第２直角プリズム７２が動くときに、全体光経路距離が同一となるように適切に移動性を有し、鏡筒を介して第２直角プリズム７２から入射する光は第１プリズム７３の斜面から反射されて第２プリズム７４に入射し、第２プリズム７４の斜面から入射する光は第２プリズム７４の直角を成す面から順次反射されて第３プリズム７５に入射し、第３プリズム７５の斜面から反射されて出た光は対眼レンズを通過して観察者の試料観察を可能にする。

このように図１６で説明された本発明の光学システムの機構図はもう一つの例示に過ぎないものである、本発明は、これに限定されず、図９〜図１４で説明された動作を実現するために他の形態に様々に実現できる。

図１７は本発明の光学システムを顕微鏡に適用するときの一例である。図１７のように、図１５の光学システム６０又は図１６の光学システム７０は、顕微鏡システムの対眼レンズと試料支持台との間に装着されて使用できる。所定の移動つまみを回すことにより対物レンズの左右位置を変化させることができ、これにより試料からの光の入射角度が変わるにつれて光学システム６０／７０の光偏向モジュール６１、６２／７１、７２、プリズム６１、６２、６３／７１、７２、７３が前述したように動くことにより、観察者は移動なしでも対眼レンズを介して試料の上下左右の側面ともを観察することができる。プリズム６１、６２、６３／７１、７２、７３を通過した画像は所定のレンズを介してカメラに入射させることができる。この際、カメラを介して該当画像に対するデジタル画像信号を生成して所定の記憶手段に記憶することもでき、図示してはいないが、所定のディスプレイ装置を介しても該当画像を画面に表示することもできる。

図１８は本発明の別の実施例に係る光学システム１００を説明するための図である。

図１８を参照すると、本発明の別の実施例に係る光学システム１００は、第１レンズ１１０及び第２レンズ１２０を含む。この他に、光学システム１００は一つ以上のミラー又はウェッジプリズムなどのプリズムを含むことができるが、図１８では２つのミラー１３１、１３２を含む場合を例示した。

第１レンズ１１０（多数のレンズ，プリズム，またはミラーを組み合わせた形態が可能）は試料（又は対象物）の位置Ｐ１から第１レンズ１１０の焦点距離だけ離れて設置され、第２レンズ１２０（多数のレンズ，プリズム，またはミラーを組み合わせた形態が可能）は第１レンズ１１０から一定の距離離れて設置できる。

これにより、第１レンズ１１０と第２レンズ１２０間の空間に平行光が形成でき、第２レンズ１２０の中心軸が第１レンズ１１０の中心軸と平行な周囲の位置にある場合には、第１レンズ１１０と第２レンズ１２０との間に平行光が互いに伝達できるので、ミラー１３１、１３２は不要であるが、図１８のようにレンズの中心軸が一致しない或いは平行しない場合には、ミラー１３１、１３２を用いて第１レンズ１１０と第２レンズ１２０との間に平行光（又は平行光に近い準平行光を含む）が互いに伝達できるようにする。図面には例示されていないが、ミラー１３１、１３２を用いた反射の代わりに、屈折を用いるウェッジプリズムなどのプリズムが使用でき、これらの２種が組み合わせられた（ミラーとウェッジプリズム）場合も可能である。顕微鏡などの光学装置に適用するときは第１レンズ１１０から第２レンズ１２０へ平行光が伝達され、レーザーなどの光照射装置に適用するときは第２レンズ１２０から第１レンズ１１０へ平行光が伝達され得る。

本発明の別の実施例に係る光学システム１００においても、試料を観察する人の動き又は試料に光を照射する装置の光源の動きなしでも、第１レンズ１１０の試料に対する観察角度又は光照射角度を変化させ、試料を多角度で観察し或いは試料に多角度で光を照射することができる。例えば、第２レンズ１２０が固定されていても、第１レンズ１１０の試料に対する観察角度を変化させ、ミラー１３１、１３２を適切に動かすことにより、第２レンズ１２０の焦点距離に該当試料に対する多角度の画像が形成されるようにすることができ、或いは第２レンズ１２０の焦点距離に光照射装置の光源を配置して多角度で試料に光が照射されるようにすることができる。顕微鏡の場合、第１レンズ１１０は対物レンズに相当し、第２レンズ１２０は対眼レンズへ光を送るためのレンズに相当しうる。

図１９は図１８の光学システム１００の原理を説明するための図である。例えば、２つのレンズ１１０、１２０は同一の焦点距離を持つレンズ又は接合レンズであってもよく、焦点距離にある試料からの光は第１レンズ１１０によって平行光に変わり、さらに第２レンズ１２０によって焦点距離に画像が形成できる。この際、第１レンズ１１０と第２レンズ１２０間の平行光が存在する空間（ｉｎｆｉｎｉｔｙ ｓｐａｃｅ）の長さを問わず、同一サイズの画像が第２レンズ１２０の焦点距離に形成できる。図１９では２つのレンズ１１０、１２０の焦点距離が同じ左右対称の場合を例示したが、対称ではない場合、例えば２つのレンズ１１０、１２０の焦点距離が互いに異なる場合或いは光経路上に更なる光学要素が挿入される場合でも、経路の長さが変わる部分が平行光の存在する空間であれば同じ原理が適用できる。前述したように対称の場合には、設計上の制約がありうるが、コマ収差、歪曲収差、横色収差は理論上完全に除去され、対称ではなくても対称に近いほど、前記３種の収差は顕著に減少するということがよく知られている。

図２０は図１８の光学システム１００を実現するときの斜視図の一例である。光学システム１００の外観は図２４のようになってもよい。第１レンズ１１０が左右移動しながら極角又は方位角が流動的に可変するように位置変化するとき、図２０のように、ミラー１３１、１３２が第１レンズ１１０と結合して第１レンズ１１０の位置変化による試料に対する角度変化に対して流動的に位置変更されるように機構物に装着できる。これにより、ミラー１３１、１３２は第１レンズ１１０と第２レンズ１２０との間で平行光の光経路を変更して伝達することができる。

これにより、第２レンズ１２０が固定されていても、図２１のように第１レンズ１１０の試料に対する観察角度を変化させるとき、ミラー１３１、１３２を前述したように適切に動かすことにより、第２レンズ１２０の焦点距離に該当試料に対する多角度の画像が形成されるようにすることができる。また、図２２のように第１レンズ１１０の位置移動に応じて試料に対する観察位置が変更されるようにすることができ、各位置で多角度の画像が第２レンズ１２０の焦点距離に形成されるようにすることができる。

同様に、第２レンズ１２０の焦点距離に光照射装置の光源を配置して試料に光が照射されるようにする場合でも、図２１のように試料に多角度で光が照射されるようにすることができ、第１レンズ１１０の位置移動に応じて図２２のように各位置で試料に多角度で光が照射されるようにすることができる。

図２３は本発明の別の実施例に係る光学システム２００を説明するための図である。本発明の別の実施例に係る光学システム２００の外観は図２４のようになってもよい。図２３において、本発明の別の実施例に係る光学システム２００は、第１レンズ１１０と第２レンズ１２０との間に５つのミラー１３１〜１３５を使用した場合を例示する。

例えば、第１レンズ１１０が円弧状のガイド溝又は孔に沿って左右移動しながら極角又は方位角が流動的に可変するように位置変化するとき、ミラー１３１〜１３３が第１レンズ１１０と結合して第１レンズ１１０の位置変化による試料に対する角度変化に対して流動的に位置変更されるように機構物に装着できる。これにより、ミラー１３１〜１３３から出射された平行光が、固定されたミラー１３４，１３５を介して第２レンズ１２０へ反射されるようにすることにより、第１レンズ１１０と第２レンズ１２０との間でミラー１３１〜１３５によって平行光の光経路が変更されて伝達できる。第２レンズ１２０を通過した光は、固定されたミラー又はプリズム１４１、１４２で経路が変更されて所定の孔を介して対眼レンズ側へ出射できる。対眼レンズは第２レンズ１２０の焦点距離に設置されて平行光又は準平行光の形で人の目に平行光を伝達することができる。

図２４のように、外部に出ているつまみを動かすにつれて、つまみに結合した第１レンズ１１０が円弧状のガイド溝又は孔に沿って動きながら極角又は方位角が流動的に可変でき、第１レンズ１１０に結合したミラー１３１、１３２、１３３も流動的に位置変更できる。

すなわち、第１レンズ１１０が円弧状のガイド溝又は孔に沿って動く間、第１レンズ１１０の極角又は方位角の変化に対応した分だけ第１ミラー１３１が動いて、第１レンズ１１０から出射された平行光の経路を変更して反射し、これにより、ミラー１３２〜１３３も第１ミラー１３１の動いた角度の変化に対応した分だけそれぞれ動いて、第１ミラー１３１から反射された平行光が固定されたミラー１３４，１３５へ出射されるようにし、さらにミラー１３５を介してもう１回反射させ、最終的に平行光が固定された第２レンズ１２０の中心軸に向かうようにすることができる。ここで、第１レンズ１１０を動かす力は使用者がつまみに加える力であってもよい。これにより、アクチュエータなどの駆動でピストンを作用させ、これに結合したミラー１３１〜１３３が第１レンズ１１０と共に動くようにすることができる。

光学システム２００も、図１５と同様に、円形ボディ内に装着されて回転するように構成できる。これにより、側面の２つのプレートに設けられたガイド溝又は孔に沿って対物レンズ１１０が左右位置変化し、これに対応する分だけミラー１３１〜１３３が流動的に動けるうえ、対物レンズ１１０が円形ボディ内で回転でき、該当位置でミラー１３１〜１３３が流動的に動けるようにすることにより、試料に対する観察角度又は光照射角度をさらに柔軟に多様な任意の角度に調節することができる。

このように、本発明では、対物レンズを一定の極角内で傾けること、及び任意の方位角への回転を可能にし、対物レンズを通過した光は光学モジュールを用いて光学的距離（ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ ｌｅｎｇｔｈ）を一定に維持する或いは距離が変わる領域に平行光が存在するようにして一定の位置に一定の像が形成されるようにし、よって、固定された位置の対眼レンズがこれをさらに拡大／縮小して観察者の目に入射するようにすることができる。また、ミラー又は直角プリズムの場合のみを図示したが、実際には像の反転及び回転を補正するために多様な形態のプリズムが使用できる。これにより、デジタル方式ではなく光学顕微鏡又は実体顕微鏡において、試料の移動又は顕微鏡観察者の目の移動なしでも、光学系を用いた斜角光経路を形成して、試料の垂直面のみならず前後左右の側面まで一定の斜角で観察する或いは垂直軸を中心として回転観察することを可能にすることにより、物体を３次元的に観察することができるようにし、観察者が動く必要がないので、対象物の操作（電子部品などの操作又は修理、微細加工物の加工及び検査、微細手術など）を便利且つ安定に行うことができるうえ、作業者の疲労度を減少させることができる。また、場合によっては、試料の移動又は顕微鏡観察者の目の移動なしでも、観察位置を変化させながら試料を観察することもできる。前述したような原理を、光学顕微鏡や実体顕微鏡、望遠鏡、潜望鏡、内視鏡などの光学装置だけでなく、試料に光を照射するための光照射装置の光学系に適用することができる。光照射装置への適用の際にも、試料の移動又は光源の移動なしでも、光の垂直照射だけでなく、垂直軸から一定の角度範囲内での側面照射、及び垂直軸を中心とした回転照射ができるようにする。

以上、本発明は限定された実施例と図面によって説明されたが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であればこれらの記載から多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明の範囲は説明された実施例に局限されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、特許請求の範囲と均等なものによって定められるべきである。

Claims (15)

1. 光経路を形成するように配置された第１光学手段及び第２光学手段を含み、
   対象物から前記第１光学手段と前記第２光学手段を介して出る光で対象物を観察し、或いは前記第２光学手段に照射される光が前記第１光学手段を介して対象物へ照射されるようにするためのものであって、
   対象物の観察者の動き又は対象物に光を照射する装置の光源の動きなしで、対象物の互いに異なる角度又は位置に対して観察し或いは光を照射する、光学システムにおいて、
   前記第１光学手段は、入射する光の角度変化に応じて同じ位置へ光を出射するように光経路を形成する第１サブシステムを含み、
   前記第２光学手段は、入射する光の光経路距離を調節して光を出射するように光経路を形成する第２サブシステムを含み、
   対象物から前記第１サブシステムを経由して前記第２サブシステムに達する全体光経路距離が同一であるように光経路を形成することを特徴とする光学システム。
2. 前記第１サブシステムに結合した第１レンズの対象物に対する観察角度又は光照射角度を変化させて対象物を観察し、或いは対象物に光を照射することを特徴とする、請求項１に記載の光学システム。
3. 前記第１レンズは、左右移動しながら極角又は方位角が流動的に可変するように位置変化し、対象物から反射される光を前記第１レンズ、前記第１サブシステム、前記第２サブシステム、及び第２レンズに順次通過させて前記対象物を観察するための顕微鏡に利用されることを特徴とする、請求項２に記載の光学システム。
4. 前記第１レンズは、左右移動しながら極角又は方位角が流動的に可変するように位置変化し、
   前記第２サブシステムに結合した第２レンズを通過した光を、前記第２サブシステム、前記第１サブシステム及び前記第１レンズに順次通過させ、対象物に光を照射するための装置に利用されることを特徴とする、請求項２に記載の光学システム。
5. 前記第１サブシステムは、
   前記角度変化に応じて、所定の固定軸から傾いた光を前記固定軸と平行な光となるように光経路を変える第１光偏向モジュール、及び
   前記固定軸と平行な光を前記同じ位置へ出射するように光経路を変える第２光偏向モジュールを含むことを特徴とする、請求項１に記載の光学システム。
6. 前記第１光偏向モジュール及び前記第２光偏向モジュールは、それぞれ、
   前記第１サブシステムに結合した第１レンズの位置変化による前記角度変化に対して極角又は方位角が流動的に可変するように機構物に装着されて前記光経路を形成する２つのウェッジプリズムを含むことを特徴とする、請求項５に記載の光学システム。
7. 前記第１光偏向モジュール及び前記第２光偏向モジュールは、それぞれ、
   前記第１サブシステムに結合した第１レンズの位置変化による前記角度変化に対して極角又は方位角が流動的に可変するように機構物に装着されて前記光経路を形成する２つの直角プリズムを含むことを特徴とする、請求項５に記載の光学システム。
8. 前記第１サブシステムは、
   前記角度変化に応じて、所定の固定軸から傾いた光を前記同じ位置へ出射するように光経路を変える光偏向モジュールを含むことを特徴とする、請求項１に記載の光学システム。
9. 前記光偏向モジュールは、前記第１サブシステムに結合した第１レンズの位置変化による前記角度変化に対して極角又は方位角が流動的に可変するように機構物に装着されて前記光経路を形成する２つの直角プリズムを含むことを特徴とする、請求項８に記載の光学システム。
10. 前記第２サブシステムは、
    入射する光の経路を順次変更する第１プリズム、第２プリズム及び第３プリズムを含み、
    前記角度変化に応じて、前記第２プリズムと前記第１プリズム又は前記第３プリズムとの相対的な距離が変わるように動作することを特徴とする、請求項１に記載の光学システム。
11. 光経路を形成するように配置された第１光学手段及び第２光学手段を含み、
    対象物から前記第１光学手段と前記第２光学手段を介して出る光で対象物を観察し、或いは前記第２光学手段に照射される光が前記第１光学手段を介して対象物へ照射されるようにするためのものであって、
    対象物の観察者の動き又は対象物に光を照射する装置の光源の動きなしで、対象物の互いに異なる角度又は位置に対して観察し或いは光を照射する、光学システムにおいて、
    前記第１光学手段は対象物から一定の距離離れて設置された第１レンズを含み、
    前記第２光学手段は前記第１レンズから一定の距離離れて設置された第２レンズを含み、
    前記第１レンズは、前記対象物の動きなしで、前記対象物に対する前記第１レンズの左右移動による動きに応じて前記第１レンズの極角又は方位角が可変する場合に、前記対象物に対する前記第１レンズの焦点距離だけ離れるように設置され、
    前記第１レンズと前記第２レンズ間の空間には平行光（準平行光を含む）が形成され、
    前記第１レンズと前記第２レンズとの間で前記平行光の光経路を変更して伝達する少なくとも一つの光経路変更手段をさらに含むことを特徴とする光学システム。
12. 前記第２レンズの焦点距離に前記対象物の像を形成し、或いは前記第２レンズの焦点距離から前記対象物に光を照射することを特徴とする、請求項１１に記載の光学システム。
13. 前記第１レンズの前記対象物に対する観察角度又は光照射角度を変化させて、前記対象物を多角度で観察し或いは前記対象物に多角度で光を照射することを特徴とする、請求項１１に記載の光学システム。
14. 前記第１レンズの位置変化による前記対象物に対する角度変化に対して流動的に位置変更される場合、前記第１レンズの焦点距離が同じになるように機構物に装着されることを特徴とする、請求項１１に記載の光学システム。
15. 前記光経路変更手段はミラー又はプリズムを含むことを特徴とする、請求項１４に記載の光学システム。

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