(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズを備えた光学構造体が観察対象物から離間して保持されている顕微鏡において、
外部から光学構造体に作用する振動を補償するため前記レンズをそれぞれＸ方向及びＹ方向に変位させるＸ方向リニアモータ（１１）及びＹ方向リニアモータ（１２）であって、これらのＸ方向リニアモータ（１１）及びＹ方向リニアモータ（１２）はそれぞれ固定子とこの固定子に対してそれぞれ信号に応じてＸ方向及びＹ方向に移動する可動子を備えるとともにそれぞれの可動子が対応する固定子に対して該それぞれの可動子の移動方向と直角の方向に移動できるよう前記それぞれの固定子と可動子の取り付けに隙間を設け、さらに前記レンズに対して前記Ｘ方向リニアモータ（１１）及びＹ方向リニアモータ（１２）をそれぞれ直角の関係になるよう配置するとともに前記それぞれの可動子を前記レンズに固定して、前記Ｘ方向リニアモータ（１１）が対応する可動子を介して前記レンズをＸ方向に変位させたときには前記Ｙ方向リニアモータ（１２）の可動子がＸ方向に、前記Ｙ方向リニアモータ（１２）が対応する可動子を介して前記レンズをＹ方向に変位させたときには前記Ｘ方向リニアモータ（１１）の可動子がＹ方向にそれぞれ変位するよう構成されたＸ方向リニアモータ（１１）及びＹ方向リニアモータ（１２）と、
振動センサからの信号を前記Ｘ方向リニアモータ（１１）及びＹ方向リニアモータ（１２）に与える信号へと変換する電子回路と
を備えたことを特徴とする顕微鏡。
【請求項２】
前記Ｘ方向リニアモータ（１１）及びＹ方向リニアモータ（１２）の駆動方向は前記光学構造体の光軸に対して垂直な方向に整列されていることを特徴とする請求項１記載の顕微鏡。
【請求項３】
前記Ｘ方向リニアモータ（１１）及びＹ方向リニアモータ（１２）により変位されるレンズは対物レンズであることを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
顕微鏡は周囲環境による震動にさらされている。特に、観察すべき物体が顕微鏡と固定結合していない場合には、そのような振動（意図しない接触，建物の揺れなど）は顕微鏡での作業を困難にする。
このような事態は、特に、一般的に３０倍以下の倍率を有する手術用顕微鏡について起こる。多くの場合、手術用顕微鏡はブラケットを介して床面の台座又は天井に固定されている。ブラケットの強度はごく限られているので、特に手術用顕微鏡はそれを旋回させようとしたときに傾いてしまい、その結果、顕微鏡を使用する作業は著しく妨げられる。
【０００３】
像安定化手段それ自体は知られている。特に、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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、顕微鏡の振動によって発生する像の動き、特に、光軸に対して垂直な方向の動きをできる限り抑制できる顕微鏡を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、本発明により、外部から光学構造体に作用する振動を補正するための少なくとも１つの駆動要素を顕微鏡の中にまたはそれに接して取付け、センサからの信号を駆動要素に与える信号へと変換する電子回路を設けることによって、解決される。
顕微鏡を本発明に従って構成することにより、顕微鏡をその周囲から作用する振動に対して分離できる。
【０００６】
そのような振動は通常はどちらかというと波長が長いので、質量加速のみを利用する振動補正はごく不満足な成果しかもたらさない。しかしながら、振動補正のための他の能動システムも、周囲から固定された装置、すなわち、不動の装置に作用する波長の長い振動を全く考慮していないか、又はごく不十分にしか考慮していない。
【０００７】
そのとき、補正は光軸に対して垂直な少なくとも１つの方向において行われるのが好ましい。
伝動損失を回避すると共に、周囲すなわち外部から顕微鏡に作用する振動に対する迅速且つ正確な反応を確保するために、駆動要素と駆動される部品との結合は固定していると有利である。
そこで、対物レンズの分離は顕微鏡ハウジング及び接眼レンズに対して行われるのが好ましい。
【０００８】
顕微鏡の周囲からのあらゆる振動の伝達を補正できるようにすためには、補正を光軸に対して垂直に、２つの互いに垂直な自由度で実行すると有利である。そのようにすれば、振動によって引起こされる像平面での動きに作用を及ぼすことが可能になるので、適切な手段を使用してその動きを補正できる。そこで、動きの分離は、光軸に対して垂直に延在するハウジング内部の平面において対物レンズを自在に移動できるようにすることにより行われる。
【０００９】
以下、本発明を図面に基づいてさらに詳細に説明する。それにより、本発明のその他の本質的な特徴と、本発明をさらに良く理解するために有用な本発明の思想の解明及びその実現可能な構成とが説明される。
【００１０】
【実施例】
図１〜図４には、駆動要素として使用されるリニアモータ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。
【００１１】
固定子４ｂは、たとえば、Ｖａｃｏｆｌｕｘ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。
【００１２】
回転子とも呼ばれるコイル手段４ａは、巻線（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４ｃ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。
【００１３】
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４ａ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５ｂ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。
【００１４】
そこで、コイル手段４ａは、リニアモータ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の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。
【００１５】
この二重コイル本体４ａの場合、熱を導き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４ｄを形成する。
【００１６】
コイル手段４ａは異なるコイル厚さ（ｄ１／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。
【００１７】
二重コイル本体の場合、先に述べた過程で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。
【００１８】
図５〜図９には、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。
【００１９】
必要スペースをできる限り小さくするために、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。
【００２０】
対物レンズ１７は、その対物レンズ１７の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１９ａ，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。
【００２１】
ここで、対物レンズホルダ１６ｂは、ｘ方向に、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。
【００２２】
対物レンズホルダ１６ｂの２対のリニアガイド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，１８ｂ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。
【００２３】
以上説明した構造によって、対物レンズ１７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。
【００２４】
このようにして得られる入れ子式の構造を図８及び図９に示す。ここで、特に、外側中間リング１６ａ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。
【００２５】
機械的振動の成分は、２つの互いに直交配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ＰＩＤ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。
【００２６】
リニアモータ１１，１２は、ｘ／ｙ支持台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。
【００２７】
顕微鏡においては、主対物レンズ１７（又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１３ａ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。
【００２８】
図５〜図９に示す実施例では、顕微鏡が振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。
【００２９】
図１０ａ及び図１０ｂには、手術室で普通に見られるような従来通りの懸架方式の手術用顕微鏡３１，３１ａ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，３５ｂ，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。
【００３０】
また、手術用顕微鏡３１ａを天井懸架構造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。
【００３１】
手術用顕微鏡３１，３１ａの結合解除は、
ａ）垂直支持アーム３５ｃ，３６ｃと水平支持アーム３５ｂ，３６ｂとの間；
ｂ）垂直支持アーム３５ｃ，３６ｃと手術用顕微鏡３１，３１ａとの間；
ｃ）手術用顕微鏡３１，３１ａ自体
で実行可能である。
【００３２】
図５〜図７の実施例においては、通常、手術用顕微鏡３１，３１ａの焦点深度が手術用顕微鏡３１，３１ａ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。
【００３３】
手術用顕微鏡３１，３１ａにおける横方向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。
【図面の簡単な説明】
【図１】リニアモータを示す部分断面図。
【図２】図１に示すリニアモータの部分断面平面図。
【図３】図１に示すリニアモータの部分断面正面図。
【図４】図１に示すリニアモータの斜視図。
【図５】安定させた対物レンズマウントの部分断面平面図。
【図６】図５に示す対物レンズマウントのｙ方向平面図。
【図７】図５に示す対物レンズマウントのｘ方向平面図。
【図８】図５に示す対物レンズマウントのｙ方向断面図。
【図９】図２ａに示す対物レンズマウントのｘ方向断面図。
【図１０】（Ａ）はスタンドに装着した手術用顕微鏡を示し、（Ｂ）は天井懸架構造に装着した手術用顕微鏡を示す図。
【符号の説明】
１    リニアモータ
２，３    永久磁石
４ａ    コイル手段
４ｂ    固定子
１１，１２    リニアモータ
１３ａ  光軸
１５    ハウジング
１６ａ    中間リング
１６ｂ    対物レンズホルダ
１７    対物レンズ
１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂ  リニアガイド
３１，３１ａ    手術用顕微鏡
３２    スタンド
３５ｂ，３５ｃ，３６ｂ，３６ｃ  支持アーム
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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