(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一人のユーザに対象物の表示を行う顕微鏡検査システムであって、
対物レンズ装置の物体平面のある領域に配置された前記対象物を結像するための前記対物レンズ装置と、前記ユーザに前記対象物の表示を行うための視覚化装置とを有する顕微鏡検査光学部品と、
前記対象物に近接した領域内で前記顕微鏡検査光学部品の少なくとも前記対物レンズ装置を搭載するための第１の支持体であって、前記対象物を基準として前記対物レンズ装置を変位させるための少なくとも１つのアクチュエータを含む前記第１の支持体と、
所定の場所を基準として、前記ユーザの体の部位及び前記視覚化装置のうちの少なくとも１つの位置を検出するように構成された第１の位置検出器と、
前記ユーザの前記体の部位及び前記視覚化装置のうちの少なくとも１つの検出された変位に応じて、前記対物レンズ装置の変位に関して、前記第１の支持体の前記少なくとも１つのアクチュエータを制御するように構成された第１の制御部を含む制御システムであって、前記検出された位置に応じて、前記対物レンズ装置のステレオベースを変化させるように構成された前記制御システムとを備えていることを特徴とする顕微鏡検査システム。
【請求項２】
前記制御システムの前記第１の制御部はさらに、前記対物レンズ装置の前記変位の量が前記検出された変位の量よりも小さくなるように、前記第１の支持体の前記少なくとも１つのアクチュエータを制御するように構成されている請求項１に記載の顕微鏡検査システム。
【請求項３】
前記顕微鏡検査光学部品の結像倍率が調整可能であって、前記検出された変位の量と前記対物レンズ装置の変位の量との比率が、前記調整される倍率に依存する請求項１に記載の顕微鏡検査システム。
【請求項４】
前記制御システムの前記第１の制御部はさらに、前記対物レンズ装置の前記変位の方向が前記ユーザの前記体の部位及び前記視覚化装置のうちの少なくとも１つの前記変位の方向に対応するように、前記対物レンズ装置の前記変位に関して、前記第１の支持体の前記少なくとも１つのアクチュエータを制御するように構成されている請求項１に記載の顕微鏡検査システム。
【請求項５】
前記ユーザの前記体の部位、前記視覚化装置、前記対物レンズ装置の前記変位が、それぞれ並進運動及び回転運動のうちの少なくとも１つを含む請求項１に記載の顕微鏡検査システム。
【請求項６】
前記ユーザの操作に基づいて起動信号を供給するための、前記第１の位置検出器とは異なる起動信号検出器をさらに備え、前記制御システムの前記第１の制御部は、前記起動信号を受信したときにのみ、前記対物レンズ装置の前記変位に関して、前記第１の支持体の前記少なくとも１つのアクチュエータを制御するように構成されている請求項１に記載の顕微鏡検査システム。
【請求項７】
前記視覚化装置が少なくとも１つの接眼レンズを備え、前記対物レンズ装置と前記少なくとも１つの接眼レンズとが共通の光路を有する請求項１に記載の顕微鏡検査システム。
【請求項８】
前記視覚化装置が前記対物レンズ装置とは独立した少なくとも１つの表示装置を備え、前記表示装置が前記対象物の表示を示す画像データを表示するように構成されている請求項１に記載の顕微鏡検査システム。
【請求項９】
前記視覚化装置が頭部装着型表示装置を備えた請求項８に記載の顕微鏡検査システム。
【請求項１０】
前記視覚化装置が、前記対物レンズ装置を基準として変位可能なように、前記視覚化装置を搭載するための第２の支持体をさらに備えた請求項１に記載の顕微鏡検査システム。
【請求項１１】
前記対物レンズ装置が、前記対象物の表示を示す画像データを生成するための、トポロジー検出器及びカメラのうちの少なくとも１つを備えた請求項１に記載の顕微鏡検査システム。
【請求項１２】
前記ユーザが前記起動信号を供給するために操作可能なスイッチをさらに備えた請求項６に記載の顕微鏡検査システム。
【請求項１３】
前記スイッチがフットスイッチ及びマウススイッチのうちの少なくとも１つを備えた請求項１２に記載の顕微鏡検査システム。
【請求項１４】
前記ユーザが発生させる音声信号を受信するマイクをさらに備え、前記制御システムが、前記検出された音声信号の解析に応じて前記起動信号を供給する第２の制御部を備えた請求項６に記載の顕微鏡検査システム。
【請求項１５】
前記視覚化装置が少なくとも１つの接眼レンズを備え、前記対物レンズ装置と前記少なくとも１つの接眼レンズとが共通の光路を有する請求項６に記載の顕微鏡検査システム。
【請求項１６】
前記視覚化装置が前記対物レンズ装置とは独立した少なくとも１つの表示装置を備え、前記表示装置が前記対象物の表示を示す画像データを表示するように構成されている請求項６に記載の顕微鏡検査システム。
【請求項１７】
前記視覚化装置が、前記対物レンズ装置を基準として変位可能なように、前記視覚化装置を搭載するための第２の支持体をさらに備えた請求項１６に記載の顕微鏡検査システム。
【請求項１８】
前記視覚化装置が頭部装着型表示装置を備えた請求項１６に記載の顕微鏡検査システム。
【請求項１９】
前記対物レンズ装置が、前記対象物の表示を示す画像データを生成するための、トポロジー検出器及びカメラのうちの少なくとも１つを備えた請求項６に記載の顕微鏡検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一人又は複数人のユーザに対象物の像を提示するための顕微鏡検査システム及び方法に関する。本発明はさらに、一人又は複数人のユーザのために対象物の立体像を生成する顕微鏡検査システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の顕微鏡検査システムは、対物レンズ装置と一対の接眼レンズとを有する顕微鏡検査光学部品と、互いに変位可能な複数のマウント部材を有するマウントとを備えている。マウント部材の１つは、顕微鏡検査光学部品が空間内で変位可能で、かつ、当該顕微鏡検査光学部品と検査対象たる対象物とのユーザによる相対的な位置決めが可能となるように、顕微鏡検査光学部品を担持している。このために、ユーザは、マウント部材の１つ又は対物レンズ装置のシャーシの一部を手で掴み、対象物を基準として対物レンズ装置を所望の位置に移動させる。但し、ユーザが両手で作業工具を操作する必要がある場合、違った視点、方向又は観察位置から対象物を検査しようと思えば、手から工具を放し、その手で対物レンズ装置を移動させる必要がある。手で対物レンズ装置を移動させた後でなければ、工具を手にして作業を継続することはできない。
【０００３】
上述のような手順で顕微鏡検査光学部品の視点や観察位置を変更することが煩雑であることは明らかである。このような課題を改善するために、米国特許第５，３４５，０８７号公報（特許文献１）においては、次のような提案がなされている。この提案によれば、ユーザの頭部を基準とした顕微鏡検査光学部品の位置を計測するための計測システムが、顕微鏡検査光学部品上に搭載される。この計測システムはさらに、ユーザが常に顕微鏡検査光学部品の接眼レンズを覗くことが可能となるような、顕微鏡検査光学部品のユーザ側のマウントとの相対位置が常に保たれるような移動を行うために、頭部のアクチュエータを制御する。ユーザが頭部を移動させた場合には、顕微鏡検査光学部品もそのような動きに自動的に追従することとなる。これは、顕微鏡検査光学部品がユーザの頭部に固定するように接続されているからである。
【０００４】
ここで、ユーザが接眼レンズから一瞬視線を逸らして、例えば、対象物を直接見たり、別の工具を取るためにテーブルの近くの場所を直接見たりしたい場合、従来のシステムではこのようなことを行うことはできない。顕微鏡検査光学部品がユーザの頭部の全ての動きに常に追従するので、ユーザは、ついには、接眼レンズを介して見ることを回避すること及び接眼レンズの脇のテーブルを見ることができなくなる。このような訳で、提案されたシステムは実用的には成功に至っていない。
【特許文献１】米国特許第５，３４５，０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものである。
【０００６】
本発明の目的は、顕微鏡検査光学部品の対象物との相対的な位置をユーザが容易に変更することのできる顕微鏡検査システム及び方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、ユーザが顕微鏡検査光学部品から視線を逸らすことができるように、ユーザの頭部の動きに十分な自由度を与えることのできる顕微鏡検査システム及び方法を提供することにある。
【０００８】
本発明のさらに他の目的は、一人又は複数人のユーザに対象物の表示を与えるのに適した顕微鏡検査システム及び方法を提供することにある。
【０００９】
本発明のさらに他の目的は、対象物の立体表示のステレオベースを変更することのできる顕微鏡検査システム及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、少なくとも一人のユーザによる検査に際して、対象物の像の表示を提示するための顕微鏡検査システム及び方法を提供する。本発明が適用可能な顕微鏡検査システムは、対物レンズ装置の物体平面に配置された対象物を結像するための前記対物レンズ装置と、ユーザに前記対象物の像を提示するための視覚化装置とを有する顕微鏡検査光学部品と、検査対象たる前記対象物に近接した領域内で前記顕微鏡検査光学部品の少なくとも前記対物レンズ装置を支持するための第１の支持体であって、検査対象たる前記対象物を基準として前記対物レンズ装置を変位させるための少なくとも１つのアクチュエータを含む前記第１の支持体と、所定の第１の場所を基準として、前記ユーザの体の部位の位置を検出するように構成された第１の位置感知器と、前記ユーザの頭部の変位に応じて、前記対物レンズ装置の変位に関して、前記第１の支持体の前記少なくとも１つのアクチュエータを制御するように構成された第１の制御部を含む制御システムとを備えている。
【００１１】
前記視覚化装置は、例えば、対物レンズ装置に搭載される双眼鏡等の２つの接眼レンズを備えていてもよい。さらに、視覚化装置を対物レンズ装置とは独立させて、自由に配置してもよい。視覚化装置は、ユーザの頭部に携帯する表示装置、例えば、頭部装着型表示装置を備えていてもよい。このような視覚化装置に、表示すべき像を表す画像データを供給する。この画像データは、対物レンズ装置と連動するカメラによって生成され、ケーブル又は無線通信によって表示装置に供給される。
【００１２】
また、前記顕微鏡検査システムは、複数のユーザに対して、１つの共通した対物レンズ装置によって得られる対象物の表示を与える複数の視覚化装置を備えていてもよい。
【００１３】
本発明の第１の態様によれば、前記顕微鏡検査システムは、ユーザの対応する動作に応じて起動信号を生成するための起動信号受信機を備える。この起動信号受信機は、操作可能であって、ユーザが起動させることができる。ここで、前記制御システムの前記第１の制御部は、前記起動信号受信機が起動信号を受信したときにのみ、対物レンズ装置の変位を考慮して前記第１の支持体の少なくとも１つのアクチュエータを制御するように構成されている。
【００１４】
このようなシステムを用いれば、ユーザは、対象物を基準として顕微鏡検査光学部品の対物レンズ装置を変位させるような意図をもって頭部を動かしたのか、又は、対物レンズ装置の変位につながるべきではない何か別の理由によって頭部を動かしたのかを、顕微鏡検査システムに示すことが可能になる。特に、呼吸やユーザが足の位置を変えたこと等による、ユーザの頭部の無意識な変位によっては、対物レンズ装置は変位しない。さらに、前記対物レンズ装置によって生成される対象物の像の表示の供給を受ける、前記顕微鏡検査システムのユーザは、常に振動する像を知覚することがない。
【００１５】
前記起動信号は、様々な方法で、顕微鏡検査システムの起動信号受信機に供給することができる。例えば、スイッチを用いて、起動信号を受信するようにしてもよい。このスイッチは、床に配置されユーザが足を使って操作可能なスイッチ、又は、ユーザの口によって操作されるマウススイッチを含んでいてもよい。このようなスイッチの例は、米国特許第３，８８７，２６７号公報により公知である。さらに、前記起動信号は、ユーザが話す言葉、口笛等のユーザが発生させる音声信号として供給してもよい。このような場合、前記顕微鏡検査システムの一実施の形態は、マイクを備えていてもよく、前記制御システムは、受信した音声が起動信号を含むかどうかを判断するために、マイクによって受信した音声を解析する第２の制御部を備える。
【００１６】
前記第１の支持体のアクチュエータは、前記顕微鏡検査システムが起動信号を受信したときにのみ、ユーザの体の部位の変位に基づいて、対物レンズ装置の変位を考慮して制御される。
【００１７】
本願明細書において、ユーザの体の部位等の物体の変位は、ある場所を基準とした横方向の変位又は並進運動の変位、及びある場所を基準とした回転変位又は角変位を含む。
【００１８】
従って、ユーザの頭部が横方向に変位した場合には、対物レンズ装置の物体平面を基準として対物レンズ装置が横方向に変位することになる。また、ユーザの頭部がその横軸又は縦軸を中心として回転した場合には、その横軸又は縦軸を基準として、又は、物体平面に沿って又は物体平面に直交する向きに配置される軸を中心として、対物レンズ装置が対応する回転をすることになる。
【００１９】
また、起動信号を受信した際に、ユーザの体の部位の動きに応じて、前記顕微鏡検査システムのさらなる機能を制御することが可能である。対物レンズ装置の変位とは異なる他の機能としては、顕微鏡検査システムのズーム系の倍率の変更などが含まれる。例えば、対象物に向かう方向にユーザの頭部が移動した場合には、倍率を上げればよい。本発明の一実施の形態によれば、頭部の動きによって顕微鏡検査システムの様々な機能を選択的に制御することが可能な、様々な操作モードに顕微鏡検査システムを切り替えることができる。
【００２０】
本発明の第２の態様によれば、前記顕微鏡検査システムは、対物レンズ装置の変位量が、ユーザの体の部位又は視覚化装置の変位量に依存するように構成される。従って、体の部位又は視覚化装置の変位量が小さい場合には、対物レンズ装置の変位量もごく小さくなり、体の部位又は視覚化装置の変位量が大きい場合には、対物レンズ装置の変位量もそれに対応してより大きくなる。本発明の一実施の形態によれば、対物レンズ装置の変位量は、体の部位又は視覚化装置の変位量よりも縮小される。この実施の形態は、視覚化装置がユーザに対して対象物の拡大像を与えることを考慮したものである。倍率が５倍で、対物レンズ装置の変位量がユーザの頭部の変位量に等しいとすると、頭部が横方向に例えば１ｃｍ変位した場合、対物レンズ装置も１ｃｍ変位することになる。対物レンズ装置のこのような変位は、対象物が５ｃｍ変位したものとして視覚化装置を観察しているユーザには明らかであろう。ユーザが１ｍｍだけ対物レンズ装置を変位させたいと思う場合、頭部を使って対応する小さい量の変位を行うことはユーザには困難であろう。このことは、特に、顕微鏡検査システムの倍率が大きい場合に当てはまる。このような場合には、ユーザの頭部の変位量に応じて対物レンズ装置の変位量を縮小させるのが特に有効である。本発明の典型的な実施の形態によれば、このような対物レンズ装置の変位量の縮小は、顕微鏡検査光学部品のズーム系の倍率を設定することによって行われる。前記ズーム系は、光学ズーム又はディジタルズームの任意の倍率変換機能を含んでいる。
【００２１】
本発明の典型的な実施の形態によれば、視覚化装置は、対物レンズ装置に対して変位可能な第２の支持体に搭載される。双眼鏡等の視覚化装置が対物レンズ装置に対して固定して搭載されている場合に比べて、視覚化装置が対物レンズ装置に対して変位可能であるので、ユーザは特定の所望の観察位置から対象物の像を知覚するために窮屈な姿勢をとる必要がなくなる。さらに、視覚化装置が頭部装着型表示装置として設けられている場合に比べて、視覚化装置が第２の支持体に搭載されていると、対象物を直接見ることが必要になったり、対物テーブル上に置かれた工具をとるために工具を直接見たりする際に、ユーザは視覚化装置から頭部を簡単に移動させることが可能となる。
【００２２】
典型的な実施の形態によれば、視覚化装置を搭載するための第２の支持体は、対物レンズ装置を支持する第２の支持体の支持部材のうちの１つに搭載される。
【００２３】
典型的な実施の形態によれば、複数の第２の支持体は、それぞれ複数のユーザのうちの一人と対応する別々の視覚化装置を搭載するために設けられている。
【００２４】
典型的な実施の形態によれば、第２の支持体は、視覚化装置を対物レンズ装置の近傍に延びる垂直軸を中心として回動可能に搭載するように構成されている。
【００２５】
さらなる典型的な実施の形態によれば、第１の支持体は、制御システムの制御に基づいて検査される対象物を基準として対物レンズ装置を変位させるための少なくとも１つのアクチュエータを備えている。ここで、ユーザに起因する視覚化装置の変位が検出されると、第１の支持体の少なくとも１つのアクチュエータは、視覚化装置の検出された変位に応じて対物レンズ装置を変位させるように制御される。一実施の形態によれば、視覚化装置の並進運動の変位は、対物レンズ装置の並進運動の変位となり、また、任意の軸を中心とした視覚化装置の回転変位は、対物レンズ装置の対応する回転となることが可能である。ここでも、対物レンズ装置の変位の量及び／又は方向は、視覚化装置の変位の量及び／又は方向に対応している。
【００２６】
尚、さらなる実施の形態によれば、対物レンズ装置の変位量が視覚化装置の対応する変位量よりも小さくなるように、変位量の縮小が行われる。
【００２７】
本発明のさらなる実施の形態によれば、第２の支持体に切り替え装置が設けられ、この切り替え装置はユーザの手によって操作され、対物レンズ装置を変位させるために第１の支持体の少なくとも１つのアクチュエータを制御する制御信号が、ユーザの切り替え装置の操作に応じて生成される。この切り替え装置は、第２の支持体上の視覚化装置に近接して配置してもよい。
【００２８】
本発明のさらなる態様によれば、異なる観測位置又は観測方向のそれぞれから顕微鏡検査光学部品によって生成される対象物の２つの像を示す一対の立体表示を生成するための方法及びシステムが提供される。このような２つの表示は、ユーザが対象物の立体的な表象を知覚するように、ユーザの両方の目に提示される。この２つの観察方向は、一定の範囲内で顕微鏡検査システムによって調整可能であり、対象物の２つの表示を見たユーザが、対象物の実物のような表象を知覚するように、顕微鏡検査システムによって調整されるべきである。
【００２９】
このような目的を達成するための１つの方法は、顕微鏡検査光学部品の対物レンズ装置と対応する固定点を中心としたユーザの円周位置に応じて、前記２つの観察方向を決定する工程を含んでいる。但し、このような方法は、実用上完全に成功することが証明されてはいない。
【００３０】
本発明のさらなる態様によれば、前記観察方向は、ユーザの体の部位の向き及び／又は表示を行うための視覚化装置の向きに応じて調整される。本発明の一実施の形態の方法によれば、主軸及び主軸を横切る方向の物体平面、及び２つのビーム路を有する顕微鏡検査対物レンズ装置が使用される。前記２つのビーム路の中心主光束は、略共通の場所で前記物体平面と交差し、前記中心主光束は、共通した第１の平面内に実質上配置される。この２つの中心主光束は、上述したように、生成される表示の観測方向を規定する。対物レンズ装置の主軸を中心とした第１の平面の向きは、ユーザの体の部位の検出された向きに応じて、及び／又はユーザによって観察される一対の表示装置の向きに応じて、調整される。
【００３１】
本発明の典型的な実施の形態によれば、前記第１の平面の向きは、常に、ユーザの体の部位の向き又は一対の表示装置に平行となるようにされており、これらの向きが変化した場合には常にこれに追従する。さらなる実施の形態によれば、前記第１の平面の向きとユーザの体の部位及び２つの表示装置の向きとの間にそれぞれオフセット角が設けられる。このようなオフセット角は、ユーザが調節できるようにしてもよく、自動的に制御されるようにしてもよい。
【００３２】
典型的な実施の形態によれば、ユーザの体の部位の向きは、ユーザの肩部であり、第１の平面は、ユーザの左右の肩部を結ぶ直線に平行となるように決めてもよい。左右の肩部を結ぶ直線と第１の平面の向きとの間にオフセット角を設けてもよい。他の典型的な実施の形態によれば、ユーザの頭部が体の部位として選ばれ、第１の平面は、ユーザの頭部の向きに依存した向きとなる。
【００３３】
さらなる典型的な実施の形態によれば、第１の平面の向きを求めるために、表示装置の向きが検出され、前記第１の平面は、左右の表示装置を結ぶ直線に平行となるように調整される。また、そのような実施の形態においては、第１の平面の向きと左右の表示装置を結ぶ直線の向きとの間にオフセット角を設けてもよい。
【００３４】
典型的な実施の形態によれば、対象物の２つの表示は、対象物のデータモデルから生成される。このデータモデルは、顕微鏡検査システムのトポロジー検出器を用いて得られる。このデータモデルから得られる対象物の２つの表示は、ある共通の場所で実質上互いに交差し、ある共通の第１の平面内に実質上配置される２つの異なる観察方向から対象物を表すことになる。前記第１の平面は、ユーザの体の部位及び一対の表示装置それぞれの検出された向きに応じて、トポロジー検出器の主軸を中心に回転する。ここでも、上述したように、第１の平面の向きを求める際に、ユーザの様々な体の部位を用いることが可能であり、オフセット角を設けてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明の上述のような特徴及びその他の特徴は、以下に示す添付の図面を参照した本発明の典型的な実施の形態の詳細な説明により、さらに明らかになるであろう。
【００３６】
以下に説明する典型的な実施の形態において、機能及び構造が同様の構成要素には、できる限り同様の参照符号が付される。従って、具体的な実施の形態の個々の構成要素の特徴を理解するにあたっては、その他の実施の形態や発明の開示における記載を参照されたい。
【００３７】
図１に、顕微鏡検査システム及び方法の一実施の形態の概略を示す。図１に示す顕微鏡検査システム１は、空間内で変位できるように支持体５に搭載された顕微鏡検査光学部品３を備えている。支持体５は、互いに相対的に変位可能な複数の支持部材を備えている。支持体５のベース部材７は、車輪９を有しており、部屋の床の上に配置されている。ベース部材７は、ベース部材７を基準として垂直軸８を中心に回転可能な支持部材１０を担持している。支持部材１０は、水平軸１３を中心に回動可能なように支持部材１０に搭載された支持アーム１１を担持している。支持アーム１１は、水平軸１７を中心に回動可能なさらなる支持アーム１５を担持している。支持アーム１５は、水平軸２１及び垂直軸２３を中心に支持アーム１５を基準として回動可能な中間支持部材１９を担持している。中間支持部材１９は、斜め軸２７を中心に回動可能なさらなる中間支持部材２５を担持している。中間支持部材２５は、軸２９を中心に回動可能な顕微鏡検査光学部品３の対物レンズ装置のシャーシ２８を担持している。
【００３８】
各軸８、１３、１７、２１、２３、２７及び２９は、部材７、１０、１１、１５、１９、２５及び２８の相対位置を変更するために、モータによって駆動されるアクチュエータ（図１においては図示せず）と連動している。汎用のコンピュータによって具現化可能なコントローラ３１は、制御ケーブル３３を介して各種モータに接続されている。
【００３９】
バランシングウェイト１２は、軸１３及び１７と連動するアクチュエータによって発生される起動力を減衰させるために設けられている。
【００４０】
顕微鏡検査光学部品３は、シャーシ２８内に収納され、対物テーブル３５上に配置された対象物３７の立体像を生成する対物レンズ（図１においては図示せず）等の対物レンズ装置を備えている。対物レンズ装置によって検出された像は、データケーブル３９を介してディジタルデータとしてコントローラ３１に供給される。
【００４１】
顕微鏡検査光学部品３はさらに、ユーザが対象物３７の立体表示を知覚するのに使用可能な一対の接眼レンズ４１を備えている。接眼レンズ４１と対物レンズ装置とは、共通した光学ビーム路を有していてもよいし、接眼レンズは、カメラ等によって対物レンズ装置を通じて検出される画像データを表示するためのＬＣＤ表示装置等の表示装置を備えていてもよい。但し、接眼レンズ４１は、ユーザ４４が頭部４５に携帯する頭部装着型表示装置４３の代替的な又は追加的な視覚化装置として単に随意的に設けられる。頭部装着型表示装置４３は、データケーブル４７を介してコントローラ３１から画像データを供給される２つの表示装置を備えている。頭部装着型表示装置４３の２つの表示装置は、ユーザが対象物３７の立体表示を知覚できるように対象物３７の表示を行う。ユーザは、対象物３７を基準として自由に移動することができ、移動している間、対象物３７の表示を常に知覚することができる。このように、ユーザは、対象物３７を検査するための自身の位置を選択する際、接眼レンズ４１の位置に限定されない。
【００４２】
顕微鏡検査システム１はさらに、支持体５の支持部材１０を基準としてユーザ４４の頭部４５の位置を検出するための位置検出器５１を備えている。位置検出器５１は、互いに距離を置いて配置され共通の直線上にはない３つのカメラ５３を備えている。これらのカメラ５３の像は、データケーブル５５を介してコントローラ３１に供給される。位置検出器５１はさらに、距離を置いて配置され共通の直線上にはない３つの発光ダイオード５７を備え、これらの発光ダイオード５７は、ユーザ４４の頭部４５に携帯されている。発光ダイオード５７は、ユーザ４４の頭部４５に固定された頭部装着型表示装置４３に固定されたマウント用ロッド５９に搭載されている。頭部４５又は任意のその他のユーザ４４の体の部位に発光ダイオード５７又はその他の適当な素子を固定することに関して、その他の可能性があることは言うまでもない。
【００４３】
コントローラ３１は、カメラ５３によって生成された像を解析して、発光ダイオード５７の位置を求め、さらに、支持部材１０を基準としたユーザ４４の頭部４５の位置を算出する。頭部４５の位置は、頭部４５の向きと頭部４５の場所の両方に対して求められる。コントローラ３１は、支持体５のアクチュエータをも制御するので、支持体５の向きと場所の両方に関して、対物レンズ装置の位置を決定するのに必要な情報をも有している。従って、コントローラ３１は、対物レンズ装置又は対象物３７を基準とした頭部４５の位置を算出することができる。顕微鏡検査光学部品３のシャーシ２８上に３つの発光ダイオードを追加的に搭載して、カメラ５３によって検出された像を解析することにより、対物レンズ装置の位置をコントローラ３１によって求めるようにすることも可能である。
【００４４】
顕微鏡検査システム１はさらに、ケーブル６１を介してコントローラ３１に接続され、ユーザ４４が足６５を使って操作できるように床の上に配置されたフットスイッチ６３を備えている。フットスイッチ６３を操作することにより、位置検出器５１によって検出されるユーザ４４の頭部４５の変位に応じて支持体５のアクチュエータを制御するようにコントローラ３１が起動される。例えば、頭部４５が並進運動の変位をした場合、このような変位は、顕微鏡検査光学部品３のシャーシ２８の対応する平行変位に変換されるが、シャーシ２８の変位量は、頭部４５の変位量に比べて縮小される。このようなシャーシ２８の変位量の縮小は、対物レンズ装置の倍率を調整することによって行われる。例えば、倍率が８倍の場合、頭部４５が１ｃｍ移動すると、対物レンズ装置は０．１２５ｍｍ移動することとなる。尚、他の実施の形態においては、異なる縮小量を選択することが可能である。同様に、空間内の特定の軸を中心としてユーザ４４の頭部４５が回転すると、頭部４５の回転軸に平行な軸を中心としてシャーシ２８も対応する回転をすることになる。特殊な実施の形態においては、シャーシの回転量は、ユーザの頭部の回転量に等しく、その他の実施の形態においては、ユーザの頭部の回転量に比べてシャーシの回転量を縮小してもよい。
【００４５】
顕微鏡検査システム１を用いることにより、ユーザ４４は、対象物３７の表示を常に知覚しながら、対象物３７に対して頭部４５を自由に移動させることができ、さらに、フットスイッチ６３を操作することによって、対象物３７に対して対物レンズ装置を変位させるために頭部４５を意図的に移動させることが可能となる。
【００４６】
フットスイッチ６３の替わりに又は追加的に、起動信号受信機としてマイク６６を設け、ユーザ４４の頭部４５の変位に応じて、コントローラ３１によって対物レンズ装置を移動させることができる。マイク６６は、ユーザ４４が発した音声信号を受信し、受信された音声信号はコントローラ３１によって解析される。そして、ユーザ４４が、ユーザ４４の動きに応じて支持体５を制御するための所定の音声信号を発したのか否か、及びこのような支持体５の制御を中止して、対物レンズ装置を変位させずに対象物３７の周囲をユーザ４４が再び自由に移動できるようにする第２の予め規定された信号が発せられたのか否かが決定される。
【００４７】
他の実施の形態によれば、位置検出器５１によって、ユーザ４５の他の任意の体の部位、例えば、頭部４５の位置ではなく手６７の位置などを検出することが可能である。このためには、３つの発光ダイオードをユーザの手６７に装着すればよい。さらに他の実施の形態によれば、位置検出器５１は、３つのカメラ５３と３つの発光ダイオード５７を含むようには構成されずに、従来からある任意の他の原理に基づいて動作するものであってもよい。
【００４８】
図２に示す顕微鏡検査システム１ａは、図１に示すシステムと同様の構成を有している。顕微鏡検査システム１ａは、空間内で変位可能なように支持体５ａに搭載されたシャーシ２８ａ内に収納された対物レンズ装置（図２においては図示せず）を有する顕微鏡検査光学部品３ａを備えている。支持体５ａは、軸８ａ、１３ａ、１７ａ、２１ａ、２７ａ及び２９ａを中心に互いに回動可能な複数の支持部材７ａ、１０ａ、１１ａ、１５ａ、１９ａ及び２５ａを備えている。尚、対物レンズ装置及びシャーシ２８ａの変位を考慮して支持体５ａを制御するために、アクチュエータが各軸と連動している。
【００４９】
顕微鏡検査光学部品３ａの視覚化装置は、支持体７１に搭載された一対の接眼レンズ４１ａを備え、支持体７１は、垂直軸２３ａを中心に回転可能なように支持体５ａの支持アーム１５ａに搭載された水平アーム７３を備えている。デスク７７を担持するロッド７５は、水平アーム７３から吊るされている。このデスク７７は、ユーザ（図２においては図示せず）の目の高さに接眼レンズ４１ａを担持している。ＬＣＤ表示装置等の表示装置が接眼レンズ４１ａのそれぞれに設けられ、これにより、シャーシ２８ａ内の対物レンズ装置によって検出された対象物の像が表示される。
【００５０】
対物レンズ装置は、検出した像を、電子画像データとして、データケーブル３９ａを介してコントローラ３１ａに供給する。コントローラ３１ａは、その画像データを処理し、処理した画像データを、データケーブル４７ａを介して一対の接眼レンズ４１ａに供給する。
【００５１】
図２には、支持体７１に１つの視覚化装置（接眼レンズ４１ａ）のみを搭載した場合を図示しているが、複数のユーザ用に２つ以上の視覚化装置を別々の支持体７１上に設け、軸２３ａを中心に回転可能としてもよい。図３に、支持体７３及び７３’に２つの視覚化装置（接眼レンズ４１ａ及び４１ａ’）をそれぞれ搭載した場合の例を示す。
【００５２】
制御スティックであるジョイスティック７９が、デスク７７上に搭載されている。ジョイスティック７９は、ユーザがニュートラル位置から互いに直交する４つの方向に動かすことができ、支持体５ａのそれぞれの回動軸と連動するアクチュエータを制御することにより、対物レンズ装置が水平方向に変位する。このために、支持アーム１５ａを基準として垂直軸２３ａを中心としたアーム７３の回転位置を検出するために、アーム７３と支持アーム１５ａとの間に回転センサが設けられている。コントローラ３１ａは、ユーザがジョイスティック７９を動かした方向に対物レンズ装置が変位するように、検出された回転位置に応じてアクチュエータを制御する。ニュートラル位置から４つの直交する方向に変位する図３に示したジョイスティック７９の機能に加えて、さらなる操作機能をジョイスティック７９が備えていてもよく、デスク７７上にさらなる制御部品を設けて、コントローラ３１ａの制御に基づいてシャーシ２８ａの空間内の向き又は垂直位置等を変化させてもよい。
【００５３】
例えば、スイッチ等の追加的な制御部品を操作することにより、対物レンズ装置と共にシャーシ２８ａを軸２３ａを中心として回転させてもよい。
【００５４】
頭部装着型表示装置４３に収納された表示装置や接眼レンズ４１ａ等の、表示装置によってユーザの目に表示される画像データは、様々な方法で得ることができる。一例を挙げると、シャーシ２８、２８ａ内に収納された対物レンズ装置に、物体平面を向いた２つのカメラを備えるようにしてもよい。但し、ユーザ４４が対象物３７を基準として移動する際に、顕微鏡検査システムを用いて対象物３７を知覚している視点を、対象物３７に対するユーザの位置の変化に適応させる必要がある。このためには、アクセス可能な空間内におけるユーザの位置に応じて、対物レンズ装置のステレオベースを変化させる必要があるが、これに関して複数の可能性が考えられる。
【００５５】
図４はシャーシ２８内に収納された対物レンズ装置８１の一実施の形態の機能を示す概略図である。対物レンズ装置８１は、少なくとも１つのカメラで画像データを生成するために設けられ、その画像データは、図３の接眼レンズ４１ａ、４１ａ’又は図１の頭部装着型表示装置４３に供給される。このために、対物レンズ装置８１は、結像光線の対象物側光束８４を結像光線の像側光束８５に変換するフロントレンズ群８３を備えている。ビームシャッタ８６は、結像光線の像側光束８５内に配置され、コントローラ３１によって光透過状態と光非透過状態との間で切り替え可能なように制御可能な複数の液晶光シャッタを備えている。図４には、ビームシャッタ８６の４つの円形領域８８ａ、８８ｂ、８８ｃ及び８８ｄが示されており、円形領域８８ｄは左接眼レンズ４１ａと連動し、円形領域８８ｂは右接眼レンズ４１ａと連動し、円形領域８８ａは右接眼レンズ４１ａ’と連動し、円形領域８８ｃは左接眼レンズ４１ａ’と連動している。円形領域８８ｃ内の液晶素子だけが光透過状態にあり、その他の全ての液晶素子は光非透過状態に切り替わっている。従って、円形領域８８ｃ内でビームシャッタ８６を横切る光束８５だけが、カメラ用変換光学素子８９を通過した後、カメラ９０に入射することになる。カメラ９０によって検出された像は、コントローラ３１によって読み取られ、左接眼レンズ４１ａ’内に設けられたＬＣＤ表示装置に供給される。その後、コントローラ３１は、円形領域８８ａだけが光を透過するようにビームシャッタ８６を制御し、カメラ９０によって検出された像が右接眼レンズ４１ａ’に設けられたＬＣＤ表示装置に供給される。このような手順によって、異なる観察方向からの対象物の表示が、左右の接眼レンズ４１ａ’内でそれぞれ視覚化され、これにより、接眼レンズ４１ａ’を覗いているユーザは、対象物３７の立体表示を知覚することとなる。
【００５６】
その後、コントローラ３１は、円形領域８８ｄだけが光透過状態となるようにビームシャッタ８６を制御し、カメラ９０によって検出された像が左接眼レンズ４１ａに設けられたＬＣＤ表示装置に供給される。その後、円形領域８８ｂだけが光透過状態に切り替わり、カメラ９０によって検出された像が右接眼レンズ４１ａに設けられたＬＣＤ表示装置に供給される。このような手順によって、接眼レンズ４１ａもまた、対象物３７の立体表示を表示することとなる。
【００５７】
円形領域８８ｄと円形領域８８ｂとの中心同士を結ぶ直線は、視覚化装置４１ａに供給される立体像のステレオベースを表し、円形領域８８ａと円形領域８８ｃとの中心同士を結ぶ直線は、視覚化装置４１ａ’に供給される立体像のステレオベースを表す。特に、これらのステレオベースの向きは、図３に示した対応する２つの接眼レンズ４１ａ、４１ａ'の間を結ぶ直線１２３ａ、１２３ａ’の向きと平行であってもよい。
【００５８】
ユーザが軸２３ａを中心としてアーム７３、７３’の回転位置を変化させると、コントローラ３１は、ビームシャッタ８６におけるステレオベースの対応する向きを変化させる。これにより、円形領域８８ａ〜８８ｄは、対物レンズ装置の光軸９１を中心とした円周方向に変位する。従って、対象物の立体表示は、軸２３ａを中心とした接眼レンズの位置に対応するステレオベースの正しい観察方向又は向きで、接眼レンズ４１ａ、４１ａ’によって表示されることになる。
【００５９】
対象物の立体表示を生成するための図４に示した装置と同様の装置についての詳細及びその他の実施の形態については、公開番号ＥＰ１３３３３０５Ａ２の欧州特許出願及び出願番号２００３(０２７３２３の対応日本特許出願に開示されており、参照をもってここに引用する。
【００６０】
さらなる実施の形態によれば、上述のように接眼レンズに供給される画像データは、ユーザが正しいステレオベースで対象物の立体表示を知覚するように、頭部装着型表示装置（図１の参照符号４３）にも供給される。ここで、対象物を中心とした円周方向において、ユーザの頭部又は任意の他の体の部位の位置に応じて、ステレオベースの向きを求めてもよい。
【００６１】
以下、本発明のさらなる実施の形態について、図５を参照しながら説明する。本実施の形態において、ステレオベースは、ユーザの体の部位の向きに応じて、さらに正確に言えば、対象物を中心としたユーザの円周位置に応じて求められる。
【００６２】
図５は原点Ｏを有する座標系ｘｙｚを示しており、この座標系のｘｙ平面は、対物レンズ装置８１の物体平面と一致し、この座標系のｚ軸は、対物レンズ装置８１の主軸すなわち光軸９１と一致している。図５はさらに、図４に示した円形領域８８ａ及び８８ｃをそれぞれ横切る結像光束１１０ｌ及び１１０ｒを示している。結像光束１０１ｌ及び１０１ｒは、カメラ９０が対象物の像を検出するのに使用するビーム路を示し、これらの像の表示は、ユーザの左眼及び右眼にそれぞれ提供される。これら２つの光束１０１ｌ及び１０１ｒは、中心主光束１０３ｌ及び１０３ｒをそれぞれ有している。これらの中心主光束１
０３ｌ及び１０３ｒによってステレオベースが求められ、中心主光束１０３ｌと中心主光束１０３ｒとは、原点Ｏにおいて角度αで交差する。この角度を立体角（stereo angle）と呼ぶ。図５の参照符号１０５ｌ及び１０５ｒは、物体平面ｘｙに平行な平面内における光束１０１ｌ、１０１ｒの断面を示している。中心主光束１０３ｌ及び１０３ｒは、点Ｌ及びＲでそれぞれこの平面と交差している。２つの点Ｒ及びＬ間の直線ＲＬは、対応するステレオベースを表し、点Ｒ、Ｌ及びＯによって共通平面ＲＬＯが規定されている。
【００６３】
図５の参照符号１１１及び１１２は、互いに直交し、断面１０５の平面と一致する２本の直線を示している。直線１１２は、ｚ軸と交差している。参照符号１１３は、直線ＲＬと一致する直線を示している。ビームシャッタ８６を制御することにより、顕微鏡検査システムのコントローラ３１は、直線１１２及び１１３間の距離を変化させ、図５の矢印１１５で示すように、ｚ軸を中心として断面１０５の平面内における直線１１１、１１２及び１１３の向きを変化させることができる。従って、平面ＲＬＯもまた、コントローラ３１の制御に基づいて、対物レンズ装置の光軸すなわち主軸９１を中心に変位する。
【００６４】
図５はさらに、ユーザ４４の概略骨格モデルを、頭部４５、左肩部１２１ｌ、右肩部１２１ｒ、左手６７ｌ、右手６７ｒ、左足６５ｌ及び右足６５ｒで示している。左右の肩部１２１ｌ及び１２１ｒを横切る直線は、参照符号１２３で示されている。
【００６５】
主軸９１を中心とした直線ＲＬの向きは、平面ＲＬＯが直線１２３に対して平行な向きとなるように、コントローラ３１の制御に基づいて調整される。図５に示すような状況において、対物レンズ装置の主軸すなわち光軸９１は垂直方向を向いており、ユーザ４５の体の主軸とも平行であり、直線ＲＬは、直線１２３とも平行である。対物レンズ装置が対象物に対して任意に配置又は方向付けられるような、より一般的な状況においては、対物レンズ装置の主軸すなわち光軸は、垂直方向に沿った方向に向いていない。そのような場合、直線ＲＬは、必ずしも直線１２３と平行な向きにはならない。それでもなお、平面ＲＬＯを、直線１２３に略平行な方向とすることができる。さらに、既に説明したように、平面ＲＬＯと直線１２３との間にオフセット角を設けてもよい。
【００６６】
ユーザの２つの肩部１２１ｌ、１２１ｒと直線１２３との向きはそれぞれ、図１に示した３つの発光ダイオード５７のマウント用ロッド５９をユーザの肩部１２１の一方に固定することによって求められる。そうすれば、平面ＲＬＯの向きを求めるためにカメラ５３によって検出された像を解析することにより、顕微鏡検査システム１は、肩部１２１の向きを検出することができる。ここで、直線１２３の向きと平面ＲＬＯの向きとの間にオフセットを設けることも可能であり、これにより、例えば、左手を使って操作する場所よりも体から離れた場所にある対象物をユーザが右手で操作する必要がある場合などに、対象物に対して肩を傾けて作業を行うことが可能となる。
【００６７】
他の実施の形態によれば、主軸９を中心とした平面ＲＬＯの向きは、次のようにして求めることができる。すなわち、空間内の２つの肩部１２１ｒ、１２１ｌの場所によって２つの肩部１２１ｒ、１２１ｌと交差する垂直平面が規定される。このような垂直平面を、原点Ｏと交差するように平行に変位させる。そうすれば、平面ＲＬＯは、変位した垂直平面と平面ＲＬＯとの交線が物体平面ｘｙと一致するように、主軸９１を中心として円周方向に変位することになる。
【００６８】
主軸を中心として平面ＲＬＯの向きを幾何学的に求めるための上述のような方法の他に、多くの他の算出手順が考えられ、実用上同様の結果が得られるであろう。
【００６９】
図６は、対になった立体表示を生成するための、図１及び図２に示した顕微鏡検査システムで使用可能な対物レンズ装置のさらなる実施の形態を示している。シャーシ２８内に配置される対物レンズ装置８１ａは、互いに距離を置いて配置され、対象物３７ａの像を検出する２つのカメラ９３及び９４を備えている。図６から明らかなように、対象物３７ａの異なる場所９５、９６は、カメラ９３及び９４によって検出された像における異なる場所４５’、４６’及び４５”、４６”にそれぞれ結像される。両方のカメラ９３及び９４によって検出された像を解析することにより、コントローラ３１は、対象物３７ａのトポロジーを求め、対応するデータモデルを生成することができる。その後、このデータモデルを用いて、視覚化装置の表示装置に供給される２つの表示が生成される。これらの表示は、表示装置を見たユーザが正しいステレオベースで対象物の立体表示を知覚するように、対象物のデータモデルから生成される。
【００７０】
図７は、このようなデータモデルからの２つの表示の生成について、より詳細に示している。
【００７１】
トポロジー検出器８１の像から算出されたデータモデルは、格子線１３１として概略的に示されている。格子線１３１の各交点１３３は、対応する交点１３３の一組の座標ｘ、ｙ、ｚと関連している。従って、この三次元データモデルは、対象物の表面上での場所の座標を表す複数の３つの数字として表現することができる。尚、追加的なデータの集合を、交点１３３のサブ集合又は全ての交点１３３と関連づけてもよい。このような追加的なデータの集合が、対象物の場所に関連する追加的な特性、例えば、それぞれの場所の色を表わすようにしてもよい。
【００７２】
対象物３７を基準としたトポロジー検出器８１の主軸９１の向き及び位置によって、データモデルのｚ’軸の向き及び位置が規定される。ｚ’軸は、点Ｏで格子線１３１の平面と交差する。ｚ’軸は、データモデルが算出されるｘｙｚ座標系の主軸ｚに平行である必要はない。
【００７３】
コントローラ３１は、対象物を方向１０３ｌ、１０３ｒから観察しているかのように表示するように、データモデルからこのような一組の表示を算出する。尚、観察方向１０３ｌ、１０３ｒを互いに延長すると、これらの観察方向１０３ｌ、１０３ｒは、立体角を表す角度αをもって場所Ｏで交差する。
【００７４】
図５を参照しながら上述したのと同様の方法で、方向１０３ｌ及び１０３ｒを表す矢印の起点Ｒ及びＬをそれぞれ求めることができ、このような起点Ｒ及びＬは、ｚ’軸に直交する平面に位置し、この平面はまた、ｚ’軸と交差する直線１１１と一致し、ＲとＬの場所を結び直線１１１に直交する直線１１３と一致する。立体表示のステレオベースを変更するために、直線１１３とｚ’軸との間の距離を変化させることにより、又は、ｚ’軸を中心として直線ＲＬを回転させることにより、表示装置に供給される表示の生成を変化させることができる。
【００７５】
図５に示した実施の形態と同様に、ｚ’軸に対する直線ＲＬの向きは、２つの肩部１２１ｌ、１２１ｒを結ぶ直線１２３の向きに基づいて求められる。ここでも、肩部以外のユーザの体の任意の部位を用いて、対象物の生成された表示のステレオベースを求めることができる。
【００７６】
対象物の立体表示を生成するための、図６及び図７を参照しながら上述したようなシステムについての詳細及びその他の実施態様については、公開番号ＥＰ１３３３３０６Ａ２の欧州特許出願及び出願番号２００３(０２７３２２の対応日本特許出願に開示されており、参照をもってここに引用する。
【００７７】
さらに、ユーザの体の部位ではなく、表示装置の向きを用いて、ステレオベースを求めてもよい。例えば、図３に示した直線１２３ａは、２つの接眼レンズの対応する箇所を結んだものであり、これを用いて、ｘｙｚ空間内の平面ＲＬＯの向きを求めてもよい。ユーザの頭部に携帯する頭部装着型表示装置に関する対応する直線を規定して、平面ＲＬＯの向きを求めてもよい。
【００７８】
要約すると、ユーザの体の部位を変位させることによって、ユーザが制御可能であるような機能性をユーザに提供する顕微鏡検査システム及び方法である。この機能性により、顕微鏡検査光学部品を搭載する支持体の一部を変位させ、対象物の立体表示を生成するためのステレオベースを調整する。
【００７９】
本発明を典型的な実施の形態を用いて説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。当業者は、添付の特許請求の範囲に記載の本発明及びその均等の範囲から逸脱することなく、変形や改良を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】ユーザの頭部の変位に応じて制御される支持体を有する顕微鏡検査システムの一実施の形態を示す斜視図
【図２】対物レンズ装置とは独立して支持体に担持された視覚化装置を有する顕微鏡検査システムの一実施の形態を示す斜視図
【図３】図２に示す顕微鏡検査システムの一部を示す側面図
【図４】カメラを用いて一対の立体像を生成するための顕微鏡検査光学部品を示す模式図
【図５】図４の顕微鏡検査光学部品の機能を説明するための図
【図６】トポロジー検出器及びデータモデルを用いて一対の立体像を生成する顕微鏡検査光学部品を示す模式図
【図７】図６の顕微鏡検査光学部品の機能を説明するための図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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