JP2005215693A - 開口絞り装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも１つの調節可能な観察パラメータを備える顕微鏡内で使用される開口絞り装置を提供すること。
【解決手段】この装置は、調節可能な開口、すなわち調節可能な絞り開口を備える少なくとも１つの開口絞り（５０ａ、５０ｂ）を備える。開口絞り（５０ａ、５０ｂ）は、調節される開口を示す開口信号を受けるようになっている。加えて、本発明による開口絞り装置は、少なくとも顕微鏡の観察パラメータのそれぞれ設定した値により、開口絞り（５０ａ、５０ｂ）に開口信号に出力する制御装置（５２）を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、調節可能な倍率を備えた顕微鏡、特に手術用顕微鏡で使用する開口絞り装置と、本発明による開口絞り装置を有する顕微鏡、特に手術用顕微鏡と、調節可能な倍率を備える顕微鏡の光学特性を調節する方法とに関する。

顕微鏡、特に手術用立体顕微鏡は主対象物以後のビーム経路に、異なる倍率を実施することができる倍率変化器を有する。その後、倍率を変えるために接眼レンズを交換する必要がないように、倍率変化器により倍率を変えることによって接眼レンズを替えることなく倍率の変化をもたらすことができる。調節自在システムあるいは可変システム、またはガリレオシステムとも呼ばれるズームシステムが倍率変化器として使用される。ズームシステムは普通、互いに位置が変位するレンズの組合せを有するが、ガリレオ式倍率変化器は基本的に、互いに固定して配置されている様々なレンズの組合せを含み、これらの組合せはそれぞれ望遠鏡のレンズの組合せに対応し、顕微鏡ビーム経路内に入れることができる。どのレンズの組合せを顕微鏡ビーム経路内に導入するかによって、その後異なる倍率が提供される。ズームシステムは倍率の無段調節を可能にするが、ガリレオ式倍率変化器では倍率の段階的調節だけが可能である。

開口は、顕微鏡の解像能力、集光力および焦点深度に関して特に重要である。開口は普通、倍率変化器が設けられた場合に、顕微鏡ビーム経路内でその下流側に連結される開口絞りまたはダイアフラムのオリフィスによって確立される。

高集光力および高解像能力は、大きな開口、すなわち開口絞りに対して大きなオリフィスを必要とするが、大きな焦点深度は小さな開口、すなわち開口絞りに対して小さなオリフィスを必要とする。焦点深度を大きくするため、開口の寸法を小さくしなければならないが、顕微鏡の解像能力が小さくなり、集光力のレベルが小さくなる。一方顕微鏡の集光力または解像能力それぞれを大きくする場合、開口が拡大され、それによって顕微鏡の焦点深度が小さくなる。したがって、高レベルの集光力および高い解像能力は低い焦点深度に関係しており、また逆も同様である。

虹彩開口絞りは顕微鏡のビーム経路内に導入することが可能である。手術用立体顕微鏡の場合、それぞれの虹彩開口絞りを備えるいわゆる二重虹彩開口絞りが部分ビーム経路内に導入される。開口絞り装置によって利用可能にされる開口を調節することができるように、その虹彩または二重虹彩開口絞りは機械的に開閉することができる。二重虹彩開口絞り装置の開口、すなわち虹彩のオリフィスの直径が調節されると、顕微鏡の伝達特性、すなわち倍率の関数として、顕微鏡内を通過する光線量に対する、顕微鏡から発生する光線量の割合が、明らかにされる。集光力特性と解像特性と焦点深度特性、それぞれすなわち、それぞれ選択した倍率の関数として集光力と解像度レベルと焦点深度もまた、伝達特性とともに確立される。

現在の技術と比較して、本発明の目的は調節可能な顕微鏡パラメータを備えた顕微鏡で有利に使用することができる開口絞り装置を提供することである。

本発明の別の目的は、改良型の顕微鏡を提供することである。

最後に、本発明の目的は調節可能な顕微鏡パラメータを備えた顕微鏡の光学性状を調節する有利な方法を提供することである。

第１の目的は請求項１に記載の開口絞り装置によって達成され、第２の目的は請求項１２に記載の顕微鏡によって達成され、第３の目的は請求項１５に記載の方法によって達成される。従属する特許請求の範囲は、発明の有利な構成を記載している。

少なくとも１つの調節可能な観察パラメータを備えた顕微鏡において使用される本発明による開口絞り装置は、調節可能な開口、すなわち調節可能な開口絞りオリフィスを備えた少なくとも１つの開口絞りを備えている。開口絞りは、調節する開口を示す開口信号を受けるようになっている。加えて、本発明による開口絞り装置は、観察パラメータの少なくともそれぞれ調節した値に基づいて開口絞りに開口信号を出力する制御装置を備える。この点において、これに限らないが例えば倍率、観察物体からの顕微鏡の作業空間、または照明の輝度あるいは強度など、対象物の観察部分の表示に影響を与えるパラメータは、観察パラメータと考えられる。

本発明による開口絞り装置では、開口を、選択した観察パラメータに基づいた所定の関係にしたがって調節することができる。例えば、倍率に基づき調節を行うことができ、よって、倍率の変更の際、開口は所定の関係にしたがって、新しく設定された倍率に自動的に適合される。これに対して、現在の技術による顕微鏡の場合、倍率の変更の際に、虹彩開口または二重虹彩開口の構成により調節されるときに開口が適合されることはない。

例えば倍率のような観察パラメータと開口との適切な関係を選択することにより、本発明の開口絞り装置により、特定の伝達特性、例えば光線領域に対する一定の輝度で射出瞳の輝度が一定になる伝達特性を実施することが可能である。しかし、焦点深度を最適化するように設計された伝達特性、または集光力または解像度を最適化するように設計された伝達特性を実施することもできる。この点において、例えば倍率の変更の際、開口を、所望の伝達特性に応じて、調節した倍率に適合させるだけでよい。したがって、例えば、集光力向けに最適化された伝達特性の場合のそれぞれの倍率に対する開口は、焦点深度に対して最適化された伝達特性の場合の個別の倍率に対する開口より大きい。

焦点深度に対して最適化された伝達特性、および、集光力に対して最適化された伝達特性は、特に眼科用手術顕微鏡において重要である、というのは、前部の手術では焦点深度に対して最適化された伝達特性が有利である一方、後部の手術では集光力に対して最適化された伝達特性が利点を有するからである。本発明による開口絞り装置では、焦点深度に対して最適化された伝達特性、または解像度または集光力に対して最適化された伝達特性を同じ手術顕微鏡に提供することが必要に応じて可能である。

加えて、例えば開口と選択した倍率の間の適切な関係を使用することによって、所定の光学機器の伝達特性をシミュレートすることが可能である。より詳細には、実際特に手術顕微鏡の場合、多くの外科医は、長年にわたって所定の伝達特性に慣れていることにより、たとえその光学システムが対象物に適したものであっても、異なる伝達特性を伴う光学システムを簡単に受け入れず、しばしば古い機器で手術し続けることを好むことが分かった。この点において、所望の伝達特性は外科医によって異なる可能性がある。

本発明による開口絞り装置はまた有利には、制御装置に連結され、観察パラメータの調節された値を検出する検出器を備える。観察パラメータの検出された値を、値を示すパラメータ信号の形で制御装置に出力する。

開口絞りは特に、虹彩開口絞りの形であってもよい。電気駆動装置によって、このような開口絞りの開口は最小開口と最大開口の間で無段階で変更する可能性がある。

代替構成では、開口絞りは透過型ディスプレイの形である。このようなディスプレイは例えば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）シャッタの形であってもよい。ＬＣＤシャッタは、例えば制御装置でデジタル的に作動させることができ、それぞれの制御信号によって光伝達または半透明状態である複数の画素を有する。開口絞りとしてのその機能では、このようなＬＣＤシャッタは光伝達状態の画素を備える中心領域を有するが、周辺画素は半透明状態である。光伝達領域の大きさは、観察パラメータの選択値にしたがって制御装置により本発明による開口絞り装置内で変化する。

本発明による開口絞り装置の有利な発展では、開口絞り装置は制御装置によって読み出され、その中にいくつかの開口信号をいくつかの観察パラメータの値を関連させる少なくとも１つの関係が記憶されている記憶装置を備えている。この点において、例えば開口信号は観察パラメータの調節した値による異なる信号値、信号レベルまたは信号レベル組合せの形であってもよい。

その後、簡単な記憶装置にアクセスすることによって、観察パラメータの検出した値では、制御装置はそれぞれの開口信号を確認し、開口絞りに通過させることができる。この点において、制御装置によって読み出される記憶装置を制御装置自体と一体化させることができ、したがって制御装置の一部を示す、または制御装置に連結された独立した装置である可能性がある。例えば記憶装置が、複数の開口絞り装置用の中心記憶装置であり、例えばそれぞれの制御装置によるネットワークによって読み出すことができる。

開口絞り装置はまた、いくつかの開口信号をいくつかの値の観察パラメータに関連させ、保存されるべき関係を入力する、記憶および／または制御装置に連結された入力装置を備えることができる。新しい関係の入力により、顕微鏡を新しい要求に適応させることができ、それによって顕微鏡は特に柔軟な方法で使用される。

立体顕微鏡、特に手術用立体顕微鏡内へ設置するため、本発明による開口絞り装置は開口信号をそれぞれ受けることができる２つの開口絞りを含むことができる。立体顕微鏡内に設置する場合、それぞれの開口絞りはその後、立体鏡部分ビーム経路に連結される。

本発明による開口絞り装置はまた、観察パラメータのそれぞれ調節された値により開口の調節のオンオフを切り換えるスイッチを含むことができる。開口の調節が、観察パラメータのそれぞれ調節した値によりオフに切り換えられる、すなわち開口絞りが制御されない場合、開口は最大である、すなわち絞りが完全に開かれることが好ましい。

本発明による顕微鏡は、観察パラメータ、例えば倍率を調節する装置と、本発明による開口絞り装置を備える。現在の技術による顕微鏡の場合、調節された虹彩絞りオリフィスは例えば全ての倍率に対して一定であるが、本発明による顕微鏡では、個別の伝達特性を実施することができるように、開口絞り装置の開口をそれぞれ選択した倍率に適合させることが可能である。それによって、本発明による顕微鏡を現在の技術による顕微鏡より柔軟に使用することができる。観察パラメータの値と関連する開口の間の関係を適切に選択することにより、例えば他の顕微鏡の伝達特性をシミュレートすることも可能である。

本発明による顕微鏡は特に、観察パラメータを調節する装置として、倍率を調節するズームシステムを備えることができる。

本発明による顕微鏡は特に、２つの立体鏡部分観察ビーム経路を備える立体顕微鏡の形をしていてもよく、２つの開口絞りを備える開口絞り装置を備えることができ、開口絞りは立体顕微鏡の各部分観察ビーム経路内に配置されている。設計構成は、手術用顕微鏡に特に適している。

調節可能な観察パラメータを備える顕微鏡の光学性状を調節する本発明による方法は、顕微鏡内に設定された観察パラメータの値を確認するステップと、観察パラメータの確認した値により顕微鏡の開口を調節するステップとを含む。例えば確定した倍率により調節することによって、顕微鏡用の異なる伝達特性を調節することが可能になる。これは、例えばそれぞれ倍率のレベルを変更するように焦点深度、集光力または解像度などの顕微鏡の光学特性に特に影響を与え、調節することが可能であるということである。

本発明の別の特徴、特性および利点は、添付の図面を参照して例によってこれ以下の実施形態の説明から明らかになるだろう。

本発明による開口絞り装置を備える手術用顕微鏡を、本発明の例によって実施形態として図１に略図的に示す。

手術用顕微鏡は、手術部位とも呼ばれる手術の領域５に向かって対向する対物レンズ１０と、第１の立体鏡部分ビーム経路Ａ用の第１の光学部１２ａおよび第２の立体鏡部分ビーム経路用の第２の光学部１２ｂを含む双眼光学システム１２とを備える。ビーム経路内の対物レンズ１０の下流側に連結され、双眼光学システム１２の上流側に配置されているのは、顕微鏡の倍率を０．４から２．５の間の所定の範囲内で無段階で調節することができるズームシステム１４である。対物レンズの焦点距離および接眼レンズの焦点距離と共に、倍率要素により顕微鏡の倍率が決まる。その装置では、ズームシステム１４は顕微鏡の部分ビーム経路内に配置された２つのサブシステム１４ａ、１４ｂを含んでいる。

それぞれ対応するズームシステム１４ａおよび１４ｂと対応する双眼鏡光学部１２ａおよび１２ｂの間で、顕微鏡の各部分ビーム経路Ａ、Ｂ内に配置されているのは、調節可能な開口を備える開口絞り５０ａ、５０ｂである。本実施形態では、これらは開口絞り５０ａ、５０ｂは電気的に駆動される１つまたは複数のモータ（図示せず）により開閉することができる虹彩開口絞りの形をしている。この点において、開口の無段階調節、すなわち絞りオリフィスが、最大開口と最小開口の間で可能である。２つの開口絞り５０ａ、５０ｂは共に、いわゆる二重虹彩開口絞りを形成する。

開口絞り５０ａ、５０ｂは、１つまたは複数のモータにより絞りオリフィスを制御する制御装置として動作するマイクロプロセッサ５２に連結されている。マイクロプロセッサ５２はまた、設定倍率、すなわちズームファクターを確認するようになっている検出器５４に連結されている。確認されたズームファクターに基づいて、検出器５４は設定ズームファクターを示すマイクロプロセッサ５２に信号を出力する。

マイクロプロセッサ５２はまた、いくつかの倍率といくつかの開口の間の少なくとも１つの関係を記憶する記憶装置５６に連結されている。この点において、この関係は設定される所定の開口を所定のズームファクターに割り当てる。倍率と調節される開口の間の関係を、テーブルの形で記憶装置５６内に記憶することができる。あるいは、倍率の関数として、設定される開口を説明する式の形で関係を記憶することもできる。

確かに、図１の記憶装置はマイクロプロセッサ５２から離れている装置の形で示されているが、マイクロプロセッサ５２と一体化することもできる。

顕微鏡はまた、記憶装置５６および／またはマイクロプロセッサ５２に連結された入力装置５８、例えばキーボード、視線追跡システムまたは会話入力システムを含むことができる。一方では、ズームファクターと調節される開口の間の新しい関係を、入力装置５８により記憶装置に書き込むことができる。もう一方では、ズームファクターと調節される開口の間の様々な関係を記憶装置５６内に記憶する場合、入力装置５８は開口絞り５０ａ、５０ｂの開口に適用させるためにこれらの関係の１つを選択する選択装置として作用することができる。例として実施形態に対する偏差では、入力装置５８、例えばキーボードから離れた選択装置を提供することもできる。

ズームファクターと開口絞りの間のそれぞれ選択した関係によって、手術用顕微鏡の異なる伝達特性を調節することができる。それによって例えば、前部手術用の手術用顕微鏡を焦点深度に対して最適化された伝達特性に調節することが可能になり、後部手術用に集光力および解像度に対して最適化された伝達特性に設定することができる。両方の関係、すなわち焦点深度に対して最適化された特性、およびそれぞれ集光力および解像度に対して最適化された特性の関係が既に記憶装置５６内に記憶されている場合、顕微鏡の最適化を実施するために、入力装置５８または別個の選択装置により適切な関係を選択することが十分である。これらの関係の１つ、または両方の関係が記憶装置５６内に記憶されていない場合、入力装置はまた必要な関係を記憶装置５６内に入力することが可能になる。

加えて、入力装置５８により別の手術用顕微鏡の伝達特性を、シミュレーションするためのメモリに書き込むことが可能なる。例えば手術を行う医者が別の手術顕微鏡に慣れていて、他の手術用顕微鏡が利用可能である状況で手術を行いたい場合に望ましい。

倍率と開口絞りの開口の間の関係を個別にプログラミングできることによって、手術用顕微鏡を特に柔軟に使用することができる。

確かに、図１に関して図示された手術用顕微鏡は、調節可能な開口を備える開口絞りとして虹彩開口絞りを使用するが、変更される透過型ディスプレイを調節可能な開口を備える開口絞りとして使用することもできる。例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は変更させる透過型ディスプレイとして適切である。このようなディスプレイは画素化された構造を有し、画素を個別に透明および不透明状態の間で切り換えることができる。このようにして、マイクロプロセッサによる適切な作動によって複数の異なる開口を提供することが可能である。特に、開口用の異なる幾何形状を提供することもできる。したがって、円形開口だけでなく、角度開口、例えば四角形の開口を実施することができる。液晶ディスプレイは、マイクロプロセッサによってデジタル作動に特に適している。

本発明による開口絞り装置は、特にズームシステム、すなわち無段調節可能な倍率変化器での使用に適切であるが、倍率の段階付き調節だけが可能な倍率変化器と共に使用することもできる。

開口絞りで図示した実施形態で調節される開口はまた、設定倍率の代わりに他のパラメータによることもできる。したがって、例えば制御装置が倍率ではなく、例えば手術領域が図示された光強度、または観察距離により開口信号を出力することができる。これらのパラメータの２つ以上の組合せにより開口信号の出力も可能である。

本発明による開口絞り装置を備える手術用顕微鏡の略図である。

符号の説明

５ 領域
１０ 対象光学部材
１２ 双眼鏡光学システム
１２ａ 第１の光学部
１２ｂ 第２の光学部
１４ ズームシステム
１４ａ、１４ｂ サブシステム
５０ａ、５０ｂ 開口絞り
５２ マイクロプロセッサ
５４ 検出器
５６ 記憶装置
５８ 入力装置

Claims (15)

1. 少なくとも１つの調節可能な観察パラメータを備えた顕微鏡で使用される開口絞り装置であって、
   調節される開口を示す開口信号を受けるようになっている、調節可能な開口を備える少なくとも１つの開口絞り（５０ａ、５０ｂ）と、
   少なくとも観察パラメータのそれぞれ調節された値に基づき、開口絞り（５０ａ、５０ｂ）に開口信号を出力する制御装置（５２）とを備える開口絞り装置。
2. 開口絞り（５０ａ、５０ｂ）への開口信号の出力が、調節される観察パラメータとしての、倍率および／または観察されている物体からの顕微鏡の作業距離および／または照明の輝度または強度の値に基づいて行われる、請求項１に記載の開口絞り装置。
3. さらに、観察パラメータの調節された値を検出し、制御装置（５２）に観察パラメータの検出された値を示すパラメータ信号を出力する制御装置（５２）に連結された検出器（５４）を備える、請求項１または請求項２に記載の開口絞り装置。
4. 開口絞り（５０ａ、５０ｂ）として虹彩絞りを備える、請求項１ないし３のいずれかに記載の開口絞り装置。
5. 開口絞り（５０ａ、５０ｂ）として変化する透過型ディスプレイを備える、請求項１ないし３のいずれかに記載の開口絞り装置。
6. 可変透過型ディスプレイとしてＬＣＤシャッタを備える、請求項５に記載の開口絞り装置。
7. 制御装置（５２）によって読み出され、いくつかの観察パラメータの値といくつかの開口信号を関連させる少なくとも１つの関係を記憶する記憶装置（５６）を備える、請求項１ないし６のいずれかに記載の開口絞り装置。
8. 記憶装置（５６）および／または制御装置（５２）に連結され、いくつかの観察パラメータの値といくつかの開口信号を関連させる記憶されるべき関係を入力する入力装置（５８）を備える、請求項７に記載の開口絞り装置。
9. 記憶装置（５６）は、いくつかの開口信号を観察パラメータのいくつかの値にそれぞれ関連させる複数の関係を記憶するように構成され、また関係の１つを選択する選択装置（５８）を含む、請求項７または請求項８に記載の開口絞り装置。
10. それぞれ開口信号を受けるようになっており、調節可能な開口を備える２つの開口絞り（５０ａ、５０ｂ）を備える、請求項１ないし９のいずれかに記載の開口絞り装置。
11. 観察パラメータのそれぞれ設定した値に基づき、開口の調節を切り換えるスイッチを備える、請求項１ないし１０のいずれかに記載の開口絞り装置。
12. 観察パラメータの値を調節する装置（１４）と、請求項１ないし１１のいずれかに記載の開口絞り装置（５０ａ、５０ｂ、５２）とを備える顕微鏡。
13. 観察パラメータの値を調節する装置は、調節される観察パラメータとして倍率を調節するズームシステム（１４）の形態をしている、請求項１２に記載の顕微鏡。
14. ２つの観察ビーム経路（Ａ、Ｂ）、および請求項１０に記載の開口絞り装置（５０ａ、５０ｂ、５２）を備える立体顕微鏡の形態をしており、開口絞り（５０ａ、５０ｂ）の１つは各観察ビーム経路（Ａ、Ｂ）内に配置された、請求項１２または請求項１３に記載の顕微鏡。
15. 調節可能な観察パラメータを備えた顕微鏡の光学特性を調節する方法であって、
    顕微鏡内に設定された観察パラメータの値を確認するステップと、
    観察パラメータの確認した値に基づき顕微鏡の開口を調節するステップとを含む方法。
    

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