JP2006218103A - 医療用撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】視野移動時に視野を見失わず、また、被写界深度が深い場合であってもピントあわせを簡単に行うことを可能とすること。
【解決手段】術部Ｑを立体撮影するための立体撮影光学系と、立体撮影光学系の被写界深度を変更可能な開口絞り１３Ｌ、１３Ｒと、立体撮影光学系を術部Ｑに対して移動可能に支持する架台部１と、立体撮影光学系の観察視野の移動を検出する入力回路１６と、入力回路１６からの情報に基づき、立体撮影用光学系の開口絞り１３Ｌ、１３Ｒを動作させるべく制御する被写界深度制御回路１９とを備えた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、微細な手術作業に用いられる医療用撮影装置に関する。

従来、主に脳神経外科領域では、術部を拡大観察するために手術用顕微鏡が使用されている。この手術用顕微鏡は、術部を立体観察するための立体光学系を備えた鏡体（光学ユニット）と、この鏡体を術部に対し移動可能に支持する架台より構成されている。

また近年、術部をＴＶカメラ等により立体撮影し、これにより得られる画像により立体観察を行うもの（画像顕微鏡）も種々開発されている（例えば、特許文献１参照）。

手術用顕微鏡は肉眼観察、画像観察の両方式とも、術部を拡大観察（撮影）するための対物光学系と、術部にピントを合わせるための焦準手段を備えている。

手術用顕微鏡が使用される脳神経外科手術では、術部は深い穴の深部である場合や、凹凸のある形状をしている場合が多く、手術用顕微鏡の被写界深度が浅いと、観察視野内の一部しかピントが合わず、それ以外の部位はピントがぼけて観察できない。このため、被写界深度が深いことが望まれている。
特開２００３−２７２７６０号公報

上述した手術用顕微鏡では、次のような問題があった。すなわち、視野を移動する際に、術者は手でグリップ等の把持手段を持つとともに、目を接眼レンズに接触（または接近）させて、視野を確認しながら顕微鏡本体を移動させる。すなわち、術者は、目で接眼レンズを覗くことにより、顕微鏡本体の観察光軸（観察方向）を認識できる。さらに、目と手の２箇所で顕微鏡本体の位置が認識できるため、より視野を失わずに移動できる。

しかし上記先行例は、術部を撮影する顕微鏡本体とＣＲＴディスプレイが分離されている構造であり、術者が顕微鏡本体を移動させる場合は、ＣＲＴディスプレイで術部を観察しながら、手でグリップを把持し顕微鏡本体を移動するため、手の操作量と観察視野の移動量の相関が付きにくく、意図しない位置、方向に顕微鏡本体が移動し、視野を見失いやすいという問題があった。

また前述したように、ピント方向においては、被写界深度が浅いと若干のズレで、ピントが狂って何が見えているのか分からなくなってしまうことから、被写界深度が深いものが望まれている。しかしながら、被写界深度が深いと、広い範囲にピントがあって観察できる反面、解像力が悪くなるという問題があった。また合焦に対してなだらかに解像力が低下するため、合焦位置が認識できず、ピントが合わせにくいという問題がある。特に、ピントが遠近どちらにずれているのかわからず、ピント合わせに時間がかかるという問題があった。特に電子画像式の手術用顕微鏡においては、光学式手術用顕微鏡に比べ、被写界深度が深い傾向にあり、この問題はより顕著になる。

そこで本発明は、視野移動時に視野を見失わず、また、被写界深度が深い場合であってもピントあわせを簡単に行うことができる医療用撮影装置を提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の医療用撮影装置は次のように構成されている。

（１）術部を立体撮影するための立体撮影光学系と、前記立体撮影光学系の被写界深度を変更可能な被写界深度変更手段と、前記立体撮影光学系を前記術部に対して移動可能に支持する支持手段と、前記立体撮影光学系の観察視野の移動を検出する視野移動検出手段と、前記視野移動検出手段からの情報に基づき、前記立体撮影用光学系の被写界深度変更手段を動作させるべく制御する被写界深度制御手段とを備えた。

これにより、観察視野を移動させる際に、被写界深度が深くなるため、前後方向（ピント方向）において視野を見失いにくくなり、視野移動が容易におこなえる。また、手術時間短縮、術者の疲労軽減につながる。

（２）術部にピントを合わせるための焦準手段を有し、前記術部を立体撮影可能な立体撮影光学系と、前記立体撮影光学系の被写界深度を変更可能な被写界深度変更手段と、前記立体撮影光学系の焦準動作を検出する焦準動作検出手段と、前記焦準動作検出手段からの情報に基づき、前記立体撮影用光学系の被写界深度変更手段を動作させるべく制御する被写界深度制御手段とを備えた。

このため、ピントを合わせる際に被写界深度が浅くなるため、合焦位置が認識できピントが合わせやすくなる。特に、ピントが遠近どちらにずれているのか容易にわかり、ピント合わせの時間が短縮できる。また、手術時間の短縮につながる。

（３）術部を立体撮影するための立体撮影光学系と、前記立体撮影光学系の被写界深度を変更可能な被写界深度変更手段と、前記立体撮影光学系における観察視野の状態の変化を検出する観察状態検出手段と、前記観察状態検出手段からの情報に基づき、前記立体撮影用光学系の被写界深度変更手段を動作させるべく制御する被写界深度制御手段を備えた。

観察視野を移動させる際に、被写界深度が深くなるため、前後方向（ピント方向）において視野を見失いにくくなり、視野移動が容易におこなえる。また、ピントを合わせる際に被写界深度が浅くなるため、合焦位置が認識できピントが合わせやすくなる。特に、ピントが遠近どちらにずれているのか容易にわかり、ピント合わせの時間が短縮できる。したがって、手術時間短縮、術者の疲労軽減につながる。

本発明によれば、視野移動時に視野を見失わず、また、被写界深度が深い場合であってもピントあわせを簡単に行うことが可能となる。

図１〜図３は本発明の第１の実施の形態に係る手術用顕微鏡（医療用撮影装置）を示す図であって、図１は手術用顕微鏡の全体構成を概略的に示す説明図、図２は手術用顕微鏡の顕微鏡部の光学系の構成を示す説明図、図３は電気系の構成をブロック的に示す説明図である。

図１に従って、手術用顕微鏡の全体的な構成を説明する。図１中１は架台部（支持手段）を示しており、臨床室の床面を移動自在であるベース１ａと図示しない顕微鏡用電源部を有する支柱１ｂとを備えている。

前記架台部１の支柱１ｂの上端には、第１アーム２の一端が鉛直な軸Ｏａまわりに回転自在に取り付けられている。第１アーム２には図示しない顕微鏡用光源が内蔵されている。前記第１アーム２の他端には鉛直な軸Ｏｂまわりに回転自在で、水平な軸Ｏｃを中心に上下移動操作を行うべくリンク機構で構成されている第２アーム３が連結されている。また、第２アーム３の先端には軸Ｏｄまわりに回転自在で、さらに軸Ｏｅ及びＯｆまわりに回転可能な俯仰アーム４が取り付けられている。

また、各回転軸Ｏａ〜Ｏｆには、それぞれの回転軸周りの回動を固定／解除可能な図示しない電磁ブレーキが配設されている。

このように構成された支持装置の前記俯仰アーム４には鏡体部５が取り付けられている。前記鏡体部５にはこの鏡体部５を空間的に自由な位置に移動させるためのハンドル８が設けられている。

ハンドル８には、電磁ブレーキを動作させ、鏡体部５の移動／固定を切り替えるためのロックフリースイッチ８ａ、後述する焦点距離可変対物光学系９を駆動させ焦準動作を行うためのフォーカススイッチ８ｂ、後述する変倍光学系１０Ｌ、１０Ｒを駆動させ、倍率を変更するためのズームスイッチ８ｃが配設されている（８ａ、８ｂ、８ｃは図３に記載）。

図１中６は公知の画像処理装置を示しており、この画像処理装置６は、鏡体部５内部の後述のＣＣＤ１２Ｌ、１２Ｒに接続されている。さらに画像処理装置６は公知の３Ｄディスプレイ７に接続されている。

次に、図２において詳細に示される鏡体部５の光学系の構成を説明する。鏡体部５の端部には、図示しないレンズ移動手段により焦点距離を変化させ得るレンズ群を備えた焦点距離可変対物光学系９が配設されている。Ｃは焦点距離可変対物光学系９の光軸である。この焦点距離可変対物光学系９は、そのレンズ移動手段である焦準モータ９ａを動作させて前記レンズ群のレンズ間隔を変化させて焦点距離Ｓを変化させる。

図２中ＥＬ、ＥＲは左右一対の観察光路であり、各光路上には、左右一対の変倍光学系１０Ｌ、１０Ｒを備えている。

また、変倍光学系１０Ｌ、１０Ｒは、レンズ移動手段であるモータ１０ａによって、これを構成するレンズ群の間隔を変化させることにより、その観察倍率を変える。

さらに、観察光路ＥＬ、ＥＲ上には、左右一対に設けられた結像レンズ１１Ｌ、１１Ｒが設けられており、さらに同様に観察鏡筒６内には、結像レンズ１１Ｌ、１１Ｒに対応して左右一対に設けられたＣＣＤ１２Ｌ、１２Ｒを設けて立体撮影光学系を構成している。

観察光路ＥＬ、ＥＲ上で変倍光学系１０Ｌ、１０Ｒと結像レンズ１１Ｌ、１１Ｒの間には、開口径が可変式の開口絞り（被写界深度変更手段）１３Ｌ、１３Ｒが配設される。これらは互いに連結されており常に両方の開口径が同一になるよう構成されており、絞り駆動モータ１３ａにより開口径を変更することにより、被写界深度を変更可能である。１３ｂは開口絞り１３Ｌ、Ｒの開口径を検出するために、絞り駆動モータ１３ａの図示しない出力軸に接続されたエンコーダである。

図２中１４は、操作レバーであり、手動操作で開口絞り１３Ｌ、１３Ｒの開口径を変更可能である。なお、この手動操作を行った場合でも、エンコーダ１３ｂにより開口径の情報を検出可能な構成である。

図２中Ｐは焦点位置であり、かつ、この焦点位置Ｐで左右観察光路ＥＬ、ＥＲの光軸が一致するようになっている。図２中Ｓは前述の焦点距離可変対物光学系９の焦点距離を表している。

さらに、前記鏡体部５には、図示しない照明光学系が内蔵されており、前記第１アーム２内に設けられた顕微鏡用光源から図示しないライトガイド等光伝達手段によって導かれる照明光を術部に導くように構成されている。

次に、この手術用顕微鏡の電気系の構成を図３に従って説明する。まず、図３中８ａ、８ｂ、８ｃはそれぞれ前述のロックフリースイッチ、フォーカススイッチ、ズームスイッチであり、これらによる信号は、入力回路（入力手段）１６を介し、変倍駆動回路１７、焦準駆動回路１８、ブレーキ駆動回路２０、被写界深度制御回路１９に供給される。

前記変倍駆動回路１７は、ズームスイッチ８ｃから入力回路１６を経て入力される信号に従って変倍駆動モータ１０ａに駆動信号を出力する。変倍駆動モータ１０ａは、前記変倍光学系１０Ｌ、１０Ｒにおける図示しないレンズ群を駆動すべく構成されている。

また、焦準駆動回路１８は、フォーカススイッチ８ｂから入力回路１６を経て入力される信号に従って焦準駆動モータ９ａに駆動信号を出力する。焦準駆動モータ９ａは、前記焦点距離可能対物光学系９の図示しないレンズ群を駆動するように設けられている。

また、ブレーキ駆動回路２０は、ロックフリースイッチ８ａから入力回路１６を介して入力される信号に従って図示しない電磁ブレーキに駆動信号を出力する。

入力回路１６は、ロックフリースイッチ８ａ及びフォーカススイッチ８ｂの入力時に、それぞれに対応（識別可能）した信号を被写界深度制御回路１９に出力する。

絞り開口径駆動回路２１は、被写界深度制御回路１９に接続されており、被写界深度制御回路１９からの信号を受けて絞り駆動モータ１３ａに駆動信号を出力する。絞り開口径検出回路２２は前述のエンコーダ１３ｂで検出した情報を処理し、被写界深度制御回路１９に開口絞り１３Ｌ、１３Ｒの開口径情報を出力する。

被写界深度制御回路１９には、メモリ２３が接続され、このメモリ２３は絞り開口径検出回路２２から被写界深度制御回路１９に入力される開口径情報を記憶可能なメモリ回路を備えている。

このように構成された手術用顕微鏡では、次のようにして術部の観察を行う。まず術部の立体観察について説明する。術部には、前記鏡体部５に内蔵された照明光学系により、顕微鏡用光源から発せられた照明光が照射される。術部にて反射された光は、焦点距離可変対物光学系９、一対の変倍光学系１０Ｌ、１０Ｒ、一対の結像レンズ１１Ｌ、１１Ｒを介して、ＣＣＤ１２Ｌ、１２Ｒ上に結像される。このＣＣＤ１２Ｌ、１２Ｒで撮像された画像は前述の画像処理装置６を介して、前述の３Ｄディスプレイ７上に立体画像として表示され、術者はこの画像を観察しながら手術を行う。

次に、観察視野移動時の被写界深度の制御について説明する。術者は、術中、ハンドル８をにぎり、ロックフリースイッチ８ａを押す。これにより入力回路１６及び、ブレーキ駆動回路２０を介して、電磁ブレーキが解除される。すなわち、第１アーム２、第２アーム３、俯仰アーム４の固定が解除され、鏡体部５が自在に移動可能になり、術者は目的位置に鏡体部５を移動させることができる。一般的には、観察視野の中心に観察対象物が来るように移動する。

この時、ロックフリースイッチ８ａのＯＮ操作に伴い、入力回路１６から、被写界深度制御回路１９に信号が出力される。被写界深度制御回路１９はこれを受け、ロックフリースイッチ８ａがＯＮされたタイミングでの、開口絞り１３Ｌ、１３Ｒの開口径の情報を、エンコーダ１３ｂから絞り開口径検出回路２２を介して入力し、このデータをメモリ２３に記憶する。これと同時に、被写界深度制御回路１９は、絞り開口径駆動回路２１に絞り開口径を最小にするための信号を出力する。これにより、絞り駆動モータ１３ａが作動し、開口絞り１３Ｌ、１３Ｒの開口径を最小にする。ロックフリースイッチ８ａがＯＮされている間、開口絞りの開口径は最小の状態が維持される。

この作用により、術者が視野を移動させている間、被写界深度が深くなり、視野を見失わず視野移動が可能となる。そして、ロックフリースイッチ８ａをＯＦＦすると、被写界深度制御回路１９は、絞り開口径駆動回路２１に絞り開口径を拡大にするための信号を出力する。これにより、絞り駆動モータ１３ａが作動し、開口絞り１３Ｌ、１３Ｒの開口径が拡大する方向に変化する。このとき、開口径の変化情報は逐一エンコーダ１３ｂにより検出され、絞り開口検出回路２２を介して、被写界深度制御回路１９に入力される。被写界深度制御回路１９は、この絞り開口径の更新情報とメモリ２３に予め格納された、開口径の情報を比較し、両者が同一になった時点で、絞り開口径駆動回路２１へ出力を停止する。これにより、絞り開口径はロックアリースイッチ８ａがＯＮされた時点の大きさに復帰し、鏡体部５を移動させる前の被写界深度に戻る。

この作用により、視野移動を終了させると視野移動前の被写界深度に戻るため、目的とする光学性能で観察できる。

次に、焦準操作時の被写界深度の制御について説明する。術者は、術中に術部にピントを合わせる場合、フォーカススイッチ８ｂを押す。これにより入力回路１６及び、焦準駆動回路２０を介して、焦準駆動モータ９ａが作動し、焦点距離可変対物光学系９の図示しないレンズ群が移動し、焦点距離Ｓが変化する。これにより術部にピントを合わせることができる。

この時、フォーカススイッチ８ｂのＯＮ操作に伴い、入力回路１６から、被写界深度制御回路１９に信号が出力される。被写界深度制御回路１９はこれを受け、フォーカススイッチ８ｂがＯＮされたタイミングでの、開口絞り１３Ｌ、１３Ｒの開口径の情報を、エンコーダ１３ｂから絞り開口径検出回路２２を介して入力し、このデータをメモリ２３に記憶する。これと同時に、被写界深度制御回路１９は、絞り開口径駆動回路２１に絞り開口径を最大にするための信号を出力する。これにより、絞り駆動モータ１３ａが作動し、開口絞り１３Ｌ、１３Ｒの開口径を最大にする。フォーカススイッチ８ｂがＯＮされている間、開口絞り１３Ｌ、１３Ｒの開口径は最大の状態が維持される。

この作用により、術者は、ピント合わせを行っている間、被写界深度が浅くなり、合焦位置が容易に認識できるようになる。すなわち容易に術部を焦点位置に合わせることができる。また被写界深度が浅くなるため、焦準を手前、奥どちらに移動させるとピントが合うかも容易に認識できる。

そして、フォーカススイッチ８ｂをＯＦＦすると、被写界深度制御回路１９は、絞り開口径駆動回路２１に絞り開口径を縮小させる方向に駆動させるための信号を出力する。これにより、絞り駆動モータ１３ａが作動し、開口絞り１３Ｌ、１３Ｒの開口径が縮小する方向に変化する。このとき、開口径の変化情報は逐一エンコーダ１３ｂにより検出され、絞り開口径検出回路２２を介して、被写界深度制御回路１９に入力される。被写界深度制御回路１９は、この絞り開口径の更新情報とメモリ２３に予め格納された、開口径の情報を比較し、両者が同一になった時点で、絞り開口径駆動回路２１への出力を停止する。

この作用により、絞り開口径はフォーカススイッチ８ｂがＯＮされた時点の大きさに復帰し、ピント合わせを行う前の被写界深度に戻るため、焦準動作前の状態で観察できる。

上述したように本第１の実施の形態に係る手術用顕微鏡によれば、観察視野を移動させる際に、被写界深度が深くなるため、前後方向（ピント方向）において視野を見失いにくくなり、視野移動が容易におこなえる。さらに、ピントを合わせる際に被写界深度が浅くなるため、合焦位置が認識できピントが合わせやすくなる。特に、ピントが遠近どちらにずれているのか容易にわかり、ピント合わせの時間が短縮できる。このため、手術時間短縮、術者の疲労軽減につながる。

なお、被写界深度の変更は、視野移動と焦準操作の両方とも、開口絞り１３Ｌ、１３Ｒの開口径を変化させて行っているため、共通化により鏡体部５の小型化、制御系のシンプル化が可能である。また、開口絞り１３Ｌ、１３Ｒの開口径を変化させているので、視野範囲等に変化がなく、自然な観察が可能となる。

図４及び図５は本発明の第２の実施の形態に係る手術用顕微鏡を示す図であって、図４は手術用顕微鏡の顕微鏡部の光学系の構成を示す説明図、図５は電気系の構成をブロック的に示す説明図である。なお、これらの図において図１〜図３に記載したものと同一機能部分は同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

まず、図４に従い、鏡体部２９について説明する。本実施の形態においては、変倍光学系（被写界深度変更手段）１０Ｌ、１０Ｒの倍率検出用に変倍駆動モータ１０ａの図示しない出力軸にエンコーダ１０ｂが配設されている。

次に、図５に従い電気的構成について説明する。変倍駆動回路１７は、ズームスイッチ８ｃから入力回路１６を経て入力される信号に従って変倍駆動モータ１０ａに駆動信号を出力する。さらに変倍駆動回路１７は被写界深度制御回路３２からの信号を受けて変倍駆動モータ１０ａを作動可能に接続されている。

図５中３０は前述した変倍駆動モータ１０ａに接続されたエンコーダ１０ｂで検出した情報を処理し、被写界深度制御回路１９に倍率情報を出力する倍率検出回路である。

被写界深度制御回路３２には、メモリ３１が接続され、このメモリ３１は絞り開口径検出回路２２から被写界深度制御回路３２に入力される絞り開口径情報を記憶可能なメモリ回路と、倍率検出回路３０から被写界深度制御回路３２に入力される倍率情報を記憶可能なメモリ回路とを備えている。

このように構成された手術用顕微鏡では、次のようにして術部の観察を行う。まず、観察視野移動時の被写界深度の制御について説明する。上述した第１の実施の形態に係る手術用顕微鏡と同様に、ロックフリースイッチ８ａを押すことにより、電磁ブレーキが解除され、目的位置に鏡体部２９を移動させることができる。

この時、ロックフリースイッチ８ａのＯＮ操作に伴い、入力回路１６から、被写界深度制御回路３２に信号が出力される。被写界深度制御回路３２はこれを受け、ロックフリースイッチ８ａがＯＮされたタイミングでの倍率情報を、エンコーダ１０ｂから倍率検出回路３０を介して入力し、このデータをメモリ３１の図示しないメモリ回路に記憶する。これと同時に、被写界深度制御回路３２は、変倍駆動回路１７に倍率を最低倍にするための信号を出力する。これにより、変倍駆動モータ１０ａが作動し、変倍光学系１０Ｌ、１０Ｒの図示しないレンズ群を移動させ、倍率が最低倍に変化する。ロックフリースイッチ８ａがＯＮされている間、倍率は最低倍の状態が維持される。

この作用により、術者は、視野を移動させている間、倍率が低くなることにより、被写界深度が深くなり、視野を見失わず視野移動が可能となる。さらに、倍率が低下することにより、視野内で広い範囲が観察可能になるため、より視野を見失わずに視野の移動が可能となる。

そして、ロックフリースイッチ８ａをＯＦＦにすると、被写界深度制御回路３２は、変倍駆動回路１７に倍率を拡大する方向に変化させるための信号を出力する。これにより、変倍駆動モータ１３ａが作動し、倍率が高くなるよう変化する。このとき、倍率の変化情報は逐一エンコーダ１０ｂにより検出され、倍率検出回路３０を介して、被写界深度制御回路３２に入力される。被写界深度制御回路３２は、この倍率の更新情報とメモリ３１に予め格納された、倍率の情報を比較し、両者が同一になった時点で、変倍駆動回路１７への出力を停止する。これにより、倍率はロックフリースイッチ８ａがＯＮされた時点の倍率に復帰する。

この作用により、視野移動を終了させると視野移動前の倍率に復帰するため、術者はすぐに手術を開始できる。

なお、ピント合わせ時に焦点深度を浅くする動作については、上述した第１の実施の形態に係る手術用顕微鏡と同様であるため、説明は省略する。

上述したように本第２の実施の形態に係る手術用顕微鏡によれば、上述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、視野移動時の被写界深度の変化を変倍により行っているため、被写界深度が深くなると同時に、観察視野範囲が広がり、より視野を見失わず視野移動が可能となる。

図６は本発明の第３の実施の形態に係る手術用顕微鏡の鏡体部４１の光学系を示す説明図である。この図において上述した図２及び図４と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

鏡体部４１の端部には、焦点距離可変対物光学系９が配設されており、図６中Ｃは焦点距離可変対物光学系９の光軸である。図６中９ｂは前述焦準駆動モータ９ａの図示しない出力軸に接続された焦点距離可変対物光学系９の焦点距離Ｓを検出するためのエンコーダである。

図６中ＦＬ、ＦＲは左右一対の観察光路であり、各光路上には、第２実施形態と同様に変倍光学系１０Ｌ、１０Ｒ、開口絞り１３Ｌ、１３Ｒ、結像レンズ１１Ｌ、１１Ｒ、ＣＣＤ１２Ｌ、１２Ｒを備えている。

図６中Ｐは焦点位置であり、この焦点位置Ｐは左右各観察光路ＦＬ、ＦＲそれぞれの解像力が最高の位置であり、かつこの焦点位置Ｐで左右観察光路ＦＬ、ＦＲの光軸が一致するようになっている。図６中Ｗは、被写界深度を表しており、ピントが合った状態で観察できる範囲である。

続いて、術部までの距離Ｈを検出するための測距に関する光学系（測距手段）の構成を説明する。鏡体部４１の焦点距離可変対物光学系９と変倍光学系１０Ｌ、１０Ｒの間に位置する場所の一方の側方には、赤外投影指標を発光する赤外発光素子４４が設置されている。赤外発光素子４４の出射光軸上には、発光光学系４５が設けられている。発光光学系４５を介して、前記赤外発光素子４４に対向して位置する、左右一対の観察光軸ＦＬ、ＦＲの中間の中心軸、すなわち前記焦点距離可変対物光学系９の光軸Ｃと、前記発光光学系４５の中心軸が交差する位置には、その反射面を配置したミラー４６が設けられている。そして、ミラー４６は赤外発光素子４４からの赤外光を焦点距離可変対物光学系９の光軸Ｃを通じて術部Ｑに投影するようになっている。

鏡体部４１の前記赤外発光素子４４を避けた側方位置には、受光光学系４７を介して前記赤外光の反射光を受光する光電変換素子４８が設けられている。前記受光光学系４７の中心軸（受光光軸）と、左側の観察光軸ＦＬとが交差する位置にはその反射面４９を配置したダイクロイックプリズム５０が設置されている。ダイクロイックプリズム５０は反射面４９において可視光を全透過し、赤外光を受光光学系４７側へ全反射する。本図に示すように、焦点位置Ｐと光電変換素子４８上の基準位置Ｔが光学的に共役な位置関係に設定されている。

さらに、前記鏡体部４１には、照明光学系が内蔵されており、前記第１アーム２内に設けられた顕微鏡用光源からライトガイド等光伝達手段によって導かれる照明光を術部Ｑに導くように構成されている。

次に、図７に従って手術用顕微鏡の電気系の構成を説明する。被写界深度制御回路５４は、第２の実施の形態における被写界深度制御回路３２と同様に、変倍駆動回路１７、倍率検出回路３０、絞り開口径駆動回路２１、絞り開口検出回路２２、焦準駆動回路１８、メモリ３１、入力回路１６に接続されており、さらに、焦点距離検出回路５５、測距演算回路５１、メモリ５６に接続されている。

ここで、図５との差異について具体的に示す。まず、焦点距離可変対物光学系９から術部Ｑまでの距離Ｈを測る測距手段に関して説明する。測距演算回路５１に接続された発光回路５２は、前記ロックフリースイッチ８ａからの信号に従って測距演算回路５１から信号を受け、前記赤外発光素子４４に発光信号を供給する点灯駆動回路を有する。受光回路５３は前記光電変換素子４８からの出力を受けて増幅処理を行う駆動回路と増幅回路から構成されており、測距演算回路５１に信号を供給するようになっている。前記測距演算回路５１は、被写界深度制御回路５４に距離Ｈの距離情報を出力すべく接続されている。

焦点距離可変式対物光学系の焦点距離Ｓを検出するために、焦点距離検出回路５５は、エンコーダｂからの信号を受け、焦点距離Ｓを算出する演算回路であり、その焦点距離情報を前記被写界深度制御回路５４に供給する。

焦点距離可変式対物光学系の焦点距離Ｓを自動で変更するために、焦準駆動回路１８は、被写界深度制御回路５４に接続されている。また、焦点距離検出回路５５から入力される焦点距離Ｓの情報と、倍率検出回路３０から入力される倍率情報及び絞り開口径検出回路２２から入力される開口径情報により決定される「被写界深度Ｗ」情報が記憶されたメモリ回路を備えるメモリ５６が被写界深度制御回路５４に接続されている。

このように構成された手術用顕微鏡では、次のようにして術部の観察を行う。まず、観察視野移動時の被写界深度の制御について説明する。上述した第２の実施の形態に係る手術用顕微鏡と同様に、ロックフリースイッチ８ａを押すことにより、電磁ブレーキが解除され、目的位置に鏡体部４１を移動させることができる。

この時、ロックフリースイッチ８ａのＯＮ操作に伴い、入力回路１６から、被写界深度制御回路５４に信号が出力される。被写界深度制御回路５４はこれを受け、ロックフリースイッチ８ａがＯＮされたタイミングでの、倍率情報を、エンコーダ１０ｂから倍率検出回路３０を介して入力し、このデータをメモリ３１のメモリ回路に記憶する（第２の実施の形態に係る手術顕微鏡と同様）。

次に術部Ｑまでの距離Ｈの検出作用を説明する。被写界深度制御回路５４から測距演算回路５１に信号が入力される。これを受け測距演算回路５１は発光回路５２に信号を出力し、前記発光回路５２は、予め設定されている微小の赤外指標を術部Ｑに投影すべく、赤外発光素子４４を点灯させる。この赤外発光素子４４によって発せられた赤外投影指標は、発光光学系４５を介して、ミラー４６により術部Ｑの方向へ反射された後、焦点距離可変対物光学系９を介して、術部Ｑに到達する。なお赤外発光素子４４はロックフリースイッチ８ａが押されているとき（ＯＮ）、常に連続発光している。その後、術部Ｑにて反射された赤外投影指標は、前記焦点距離可変対物光学系９を再び介して、一方の観察光軸ＦＬ上に配置されたダイクロイックプリズム５０の反射面４９にて反射された後、受光光学系４７によって光電変換素子４８の受光面上に再結像される。そして、光電変換素子４８からの出力信号が、前記受光回路５３に入力される。

次に、対象物までの測距の原理について説明する。図８は投稿光学系と受光光学系を表すモデル図である。図８において、Ｑはピントを合わせようとする術部を示し、Ｐは観察光学系の焦点位置であり、距離ＤはＱとＰの間の距離である。また、Ｗは被写界深度を表している。

図８に示す状態では、術部Ｑは光電変換素子１８の受光面上の位置Ｔ′と共役であり、Δｄは光電変換素子１８上の、Ｔ（基準位置）とＴ′間の距離を示しており、これは物体側の距離Ｄに対応している。

図９のフローチャートを用いて被写界深度制御回路の作用を説明する。前記光電変換素子１８から受光回路３３には光電変換素子１８上のＴ′の位置に対応した信号が出力され、受光回路３３はこの信号を増幅処理し、測距演算回路５１に信号を出力する。この測距演算回路５１は、この情報から、Δｄを算出し、術部Ｑまでの距離Ｈの情報として被写界深度制御回路５４に出力する。

さらに、被写界深度制御回路５４は焦点距離検出回路５５から焦点距離Ｓの情報を入力し、前記Δｄと焦点距離Ｓの情報に基づき演算をおこない、焦点距離可変対物光学系９から術部Ｑまでの距離Ｈを算出する（Ａ１）。

さらに被写界深度制御回路５４は、焦点距離Ｓの情報及び倍率検出回路３０から入力される倍率の情報、絞り閉口径検出回路２２から入力される絞り開口径情報に対応した被写界深度範囲Ｗをメモリ５６から読み出す（Ａ２）。

そして、術部Ｑが実際に観察されている状態での被写界深度範囲Ｗに入っているかを比較演算する（Ａ３）。この結果を場合に分けて説明する。

・術部Ｑが被写界深度範囲Ｗに入っている場合
被写界深度制御回路５４は、各駆動回路に信号を出力せず、ロックフリースイッチ８ａがオンされている間、前述の、「術部Ｑが実際に観察されている状態での被写界深度範囲Ｗに入っているか」の比較演算を連続的に行う（Ａ４）。

なお、鏡体部４１を移動させると、術部Ｑが被写界深度Ｗから外れる場合があり、これに関して以下の「術部Ｑが被写界深度範囲Ｗに入っていない場合」で説明する。

・術部Ｑが被写界深度範囲Ｗに入っていない場合
ａ）現状の倍率をメモリに記憶（Ａ５）
術部Ｑが被写界深度範囲Ｗから外れた瞬間の倍率情報を、エンコーダ１０ｂから倍率検出回路３０を介して入力し、この倍率情報をメモリ３１のメモリ回路に記憶する。

ｂ）倍率を低倍化（Ａ６）
これと同時に、被写界深度制御回路５４は、変倍駆動回路１７に倍率を低倍化にするための信号を出力する。これにより、変倍駆動モータ１０ａが作動し、変倍光学系１０のレンズの間隔を変化させ、倍率が低倍側に変化する。

ｃ）現状の焦点距離Ｓ、倍率、絞り開口径における空間内の被写界深度算出（メモリから呼び出し）。

被写界深度制御回路５４は倍率変化に応じ逐次、倍率情報、絞り開口径情報、焦点距離情報を入手し、被写界深度Ｗを算出し、測距演算回路５１から逐次入力される術部Ｑまでの距離Ｈの情報が焦点深度Ｗ内であるかを比較演算する（Ａ１〜Ａ３）。

ｄ）術部Ｑが被写界深度Ｗに入ると、被写界深度制御回路５４は変倍駆動回路１７へ出力を停止し、変倍を停止させる。

ロックフリースイッチ８ａが押されている間、上記のプロセス（Ａ１〜Ａ６）が繰り返されることになる。この作用により、術者が、視野を移動させている間、術部Ｑが被写界深度Ｗから外れると倍率が低くなることにより、被写界深度が深くなり、視野を見失わず視野移動が可能となる。

そして、ロックフリースイッチ８ａをＯＦＦすると、被写界深度制御回路５４は、変倍駆動回路１７に倍率を拡大に方向に変化させるための信号を出力する。これにより、変倍駆動モータ１０ａが作動し、倍率が高倍に変化する。このとき、倍率の変化情報は逐一エンコーダ１０ｂにより検出され、倍率検出回路３０を介して、被写界深度制御回路５４に入力される。被写界深度制御回路５４は、この倍率の更新情報とメモリ３１に予め格納された、倍率の情報を比較し、両者が同一になった時点で、変倍駆動回路１７への出力を停止する。これにより、倍率はロックフリースイッチ８ａがＯＮされた時点の大きさに復帰する。

この作用により、視野移動を終了させると視野移動前の倍率、被写界深度に戻るため、術者はすぐに手術作業を再開する。さらに、倍率が低下することにより、視野内で広い範囲が観察可能になるため、より視野を見失わずに視野の移動が可能となる。

なお、ピント合わせ時に焦点深度を浅くする動作については、上述した第１の実施の形態に係る手術用顕微鏡と同様であるため、説明は省略する。

上述したように本第３の実施の形態に係る手術用顕微鏡によれば、第２の実施の形態と同様の効果が得られるとともに、第２の実施の形態において視野移動時に必ず倍率が変化する点をさらに改善し、術部が被写界深度から外れたか否かを検出して、倍率を変化させているため、術者がピントが合って観察しているときは倍率変化がなく、煩わしさを解消できる。

図１０は本発明の第４の実施の形態に係る手術用顕微鏡の電気系を示す説明図である。この図において上述した図３，５，７と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

上述した第３の実施の形態に係る手術用顕微鏡では、観察視野を移動させる際、術部が被写界深度から外れると、倍率を低倍にして被写界深度を深くするよう制御されているが、第１の実施の形態に係る手術用顕微鏡と同様に術部が被写界深度から外れると開口絞りの開口径を縮小し、被写界深度を深くすることも可能である。図１０に示す第４の実施の形態に係る手術用顕微鏡においては、第３の実施の形態に係る手術用顕微鏡のメモリ３１を第１の実施の形態に係る顕微鏡のメモリ２３に変更し、絞り開口径検出回路２２から被写界深度制御回路６０に入力される開口径情報を記憶可能とした。被写界深度制御回路６０については、後述する。

図１１のフローチャートを用いて被写界深度制御回路の作用を説明する。観察視野移動時、ロックフリースイッチ８ａのＯＮ操作に伴い、被写界深度制御回路６０はこれを受け、ロックフリースイッチ８ａがＯＮされたタイミングでの絞り開口径情報を、エンコーダ１３ｂから絞り開口径検出回路２１を介して入力し、このデータをメモリ２３のメモリ回路に記憶する（第１の実施の形態に係る手術顕微鏡と同様）。

次に術部Ｑまでの距離Ｈを前述した第３の実施の形態に係る手術用顕微鏡と同様に算出する。さらに被写界深度制御回路６０は、焦点距離Ｓの情報及び倍率検出回路３０から入力される倍率の情報、絞り開口径検出回路２２から入力される絞り開口径情報に対応した被写界深度範囲Ｗをメモリ５６から読み出す（Ｂ２）。この点は、第２の実施の形態に係る手術用顕微鏡と同様である。

そして、術部Ｑが実際に観察されている状態での被写界深度範囲Ｗに入っているかを比較演算する（Ｂ３）。この点は、第３の実施の形態に係る手術用顕微鏡と同様である。

・術部Ｑが被写界深度範囲Ｗに入っている場合
被写界深度制御回路６０は、各駆動回路に信号を出力せず、ロックフリースイッチ８ａがオンされている間、前述の「術部Ｑが実際に観察されている状態での被写界深度範囲Ｗに入っているか」の比較演算を連続的に行う（Ｂ４）。

・術部Ｑが被写界深度範囲Ｗに入っていない場合
ａ）現状の絞り開口径をメモリに記憶（Ｂ５）
術部Ｑが被写界深度範囲Ｗから外れた瞬間の、絞り開口径情報を、エンコーダ１３ｂから絞り開口径検出回路２２を介して入力し、この絞り開口径情報をメモリ２３の図示しないメモリ回路に記憶する。

ｂ）倍率を低倍化（Ｂ６）
これと同時に、被写界深度制御回路６０は、絞り開口径駆動回路２１に絞り開口径を縮小するための信号を出力する。これにより、絞り開口径駆動モータ１３ａが作動し、開口絞り１３Ｌ、１３Ｒの絞り開口径が小さくなるように変化する。

ｃ）現状の焦点距離Ｓ、倍率における空間内の被写界深度算出（メモリから呼び出し）。

被写界深度制御回路６０は倍率変化に応じ逐次、倍率情報、絞り開口径情報、焦点距離情報を入手し、被写界深度Ｗを算出し、測距演算回路５１から逐次入力される術部Ｑまでの距離Ｈの情報が被写界深度Ｗ内であるかを比較演算する（Ｂ１〜Ｂ３）。

ｄ）術部Ｑが被写界深度Ｗ入ると、被写界深度制御回路６０は絞り開口径駆動回路２１へ出力を停止し絞り開口径の変化を停止させる。

ロックフリースイッチ８ａが押されている間、上記のプロセス（Ｂ１〜Ｂ６）が繰り返されることになる。この作用により、術者が、視野を移動させている間、術部Ｑが被写界深度Ｗから外れると絞り開口径が小さくなることにより、被写界深度が深くなり、視野を見失わず視野移動が可能となる。

そして、ロックフリースイッチ８ａをＯＦＦすると、被写界深度制御回路６０は、絞り開口径駆動回路２１に倍率を拡大に方向に変化させるための信号を出力する。これにより、絞り開口径駆動モータ１３ａが作動し、絞り開口径が大きくなるように変化する。このとき、絞り開口径の変化情報は逐一エンコーダ１３ｂにより検出され、絞り開口検出回路２２を介して、被写界深度制御回路６０に入力される。被写界深度制御回路６０は、この倍率の更新情報とメモリ２３に予め格納された、絞り開口径の情報を比較し、両者が同一になった時点で、絞り開口径駆動回路２１への出力を停止する。これにより、絞り開口径はロックフリースイッチ８ａがＯＮされた時点の大きさに復帰する。

この作用により、視野移動を終了させると視野移動前の被写界深度に戻るため、術者はすぐに手術作業を再開する。

測距手段は第３、第４の実施の形態に記載した方式以外に、公知である種々のアクティブ、パッシブ方式を適用できることは言うまでもない。

上述したように本第４の実施の形態に係る手術用顕微鏡によれば、第３の実施の形態と同様の効果が得られるとともに、開口絞りの開口径を変化させているので、視野範囲等に変化がなく、自然な観察が可能となる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、変倍及び絞り開口径の検出・駆動制御が可能な構成であるため、変倍による倍率変化に連動して、開口絞りの開口径を変化させることが可能である。

例えば、倍率が低くなるのに連動し、開口径を拡大し被写界深度を浅くすることができる。これにより、従来の「高倍では被写界深度が浅く、低倍では深い」という状態に対して、被写界深度の変化を小さく抑えることができる。

特に電子画像を立体観察する方式の顕微鏡においては、合焦位置からずれた位置の画像が、右目、左目で位置が左右にシフトするため、立体観察が困難になるという課題を持っている。この課題は被写界深度が深いほど（合焦位置からずれた物体がはっきり見えれば見えるほど）顕著に現れる。従って、被写界深度が深い低倍での観察時に、必要以上に被写界深度が深くならないように制御することが非常に有効である。

次に、本出願の他の特徴的な技術事項を下記の通り付記する。

（付記項１）
術部を立体撮影するための立体撮影光学系と、前記立体撮影光学系の被写界深度を変更可能な被写界深度変更手段と、前記立体撮影光学系を前記術部に対して移動可能に支持する支持手段と、前記立体撮影光学系の観察視野の移動を検出する視野移動検出手段と、前記視野移動検出手段からの情報に基づき、前記立体撮影用光学系の被写界深度変更手段を動作させるべく制御する被写界深度制御手段とを備えたことを特徴とする医療用撮影装置。

（付記項２）
前記支持手段は前記立体撮影光学系を移動状態／固定状態に切り替え可能な移動固定手段を備え、前記視野移動検出手段は、前記の移動固定手段を動作させるための入力を行う入力手段であることを特徴とする付記項１記載の医療用撮影装置。

（付記項３）
前記視野移動検出手段は、前記立体撮影光学系と前記術部までの距離を検出する測距手段であることを特徴とする付記項１記載の医療用撮影装置。

（付記項４）
前記視野移動検出手段は、前記立体撮影光学系と術部までの距離を検出する測距手段であり（付記項３）、前記被写界深度制御手段は、前記測距手段からの情報及び、前記立体撮影光学系により規定される被写界深度範囲の情報に基づき、被写界深度変更手段を動作させることを特徴とする付記項１、３記載の医療用撮影装置。

（付記項５）
前記視野移動検出手段は、前記立体撮影光学系と術部までの距離を検出する測距手段であり（付記項３）、前記被写界深度制御手段は、前記測距手段からの情報に基づき、前記術部が前記立体撮影光学系により規定される被写界深度範囲に入るか否かを演算し、その結果に基づき被写界深度変更手段を動作させることを特徴とする付記項１、３記載の医療用撮影装置。

（付記項６）
前記被写界深度範囲は、立体撮影光学系の倍率及び焦点距離に基づき規定されることを特徴とする付記項４、５記載の医療用撮影装置。

（付記項７）
前記被写界深度変更手段は、開口径が可変の開口絞りであることを特徴とする付記項１〜６記載の医療用撮影装置。

（付記項８）
前記被写界深度変更手段は、撮影倍率を変更可変な変倍光学系であることを特徴とする付記項１〜６記載の医療用撮影装置。

（付記項９）
前記視野移動検出手段は、前記立体撮影光学系と術部までの距離を検出する測距手段であり（付記項３）、前記被写界深度制御手段は、前記測距手段からの情報に基づき、前記術部が前記立体撮影光学系により規定される被写界深度範囲から外れる場合、前記開口絞りの開口径を縮小させるべく動作させることを特徴とする付記項１、３、７記載の医療用撮影装置。

（付記項１０）
前記視野移動検出手段は、前記立体撮影光学系と術部までの距離を検出する測距手段であり（付記項３）、前記被写界深度制御手段は、前記測距手段からの情報に基づき、前記術部が前記立体撮影光学系により規定される被写界深度範囲から外れる場合、前記変倍光学系を駆動させ倍率を低倍に変化させることを特徴とする付記項１、３、８記載の医療用撮影装置。

（付記項１１）
術部にピントを合わせるための焦準手段を有し、前記術部を立体撮影可能な立体撮影光学系と、前記立体撮影光学系の被写界深度を変更可能な被写界深度変更手段と、前記立体撮影光学系の焦準動作を検出する焦準動作検出手段と、前記焦準動作検出手段からの情報に基づき、前記立体撮影用光学系の被写界深度変更手段を動作させるべく制御する被写界深度制御手段とを備えたことを特徴とする医療用撮影装置。

（付記項１２）
前記焦準動作検出手段は、操作者が焦準動作をさせるべく入力する焦準入力手段よりなることを特徴とする付記項１１記載の医療用撮影装置。

（付記項１３）
前記被写界深度変更手段は、開口径が可変の開口絞りであることを特徴とする付記項１１、１２記載の医療用撮影装置。

（付記項１４）
被写界深度制御手段は、前記焦準入力手段からの信号に基づき、前記開口絞りの開口径を拡大させるよう駆動させることを特徴とする付記項１３記載の医療用撮影装置。

（付記項１５）
術部を立体撮影するための立体撮影光学系と、前記立体撮影光学系の被写界深度を変更可能な被写界深度変更手段と、前記立体撮影光学系における観察視野の状態の変化を検出する観察状態検出手段と、前記観察状態検出手段からの情報に基づき、前記立体撮影用光学系の被写界深度変更手段を動作させるべく制御する被写界深度制御手段を備えたことを特徴とする医療用撮影装置。

（付記項１６）
前記観察状態検出手段は、前記立体撮影光学系を術部に対し移動／固定可能に支持する支持手段と、前記立体撮影光学系を移動状態／固定状態に切り替え可能な移動固定手段を備え、前記観察状態検出手段は、前記の移動固定手段を動作させるための入力を行う入力手段であることを特徴とする付記項１５記載の医療用撮影装置。

本発明の第１の実施の形態に係る手術用顕微鏡（医療用撮影装置）の全体構成を概略的に示す説明図。 同手術用顕微鏡の顕微鏡部の光学系の構成を示す説明図。 同手術用顕微鏡の電気系の構成を示す説明図。 本発明の第２の実施の形態に係る手術用顕微鏡の顕微鏡部の光学系の構成を示す説明図。 同手術用顕微鏡の電気系の構成を示す説明図。 本発明の第３の実施の形態に係る手術用顕微鏡の鏡体部の光学系を示す説明図。 同手術用顕微鏡の電気系の構成を示す説明図。 同手術用顕微鏡の投稿光学系と受光光学系を示す説明図。 同手術用顕微鏡の被写界深度制御回路の作用を示す説明図。 本発明の第４の実施の形態に係る手術用顕微鏡の電気系を示す説明図。 同手術用顕微鏡の被写界深度制御回路の作用を示す説明図。

符号の説明

１…架台部、５，２９，４１…鏡体部、６…画像処理装置、７…３Ｄディスプレイ、８…ハンドル、８ａ…ロックフリースイッチ、８ｂ…フォーカススイッチ、８ｃ…ズームスイッチ、９…焦点距離可変対物光学系、１０Ｌ、１０Ｒ…変倍光学系、１１Ｌ、１１Ｒ…結像レンズ、１２Ｌ、１２Ｒ…ＣＣＤ、１３Ｌ、１３Ｒ…開口絞り、１６…入力回路、１７…変倍駆動回路、１８…焦準駆動回路、１９，３２，５４，６０…被写界深度制御回路、２０…ブレーキ駆動回路、２１…絞り開口径駆動回路、２２…絞り開口検出回路、３０…倍率検出回路、４４…赤外発光素子、４８…光電変換素子、５１…測距演算回路、５２…発光回路、５３…受光回路、５５…焦点距離検出回路。

Claims (3)

1. 術部を立体撮影するための立体撮影光学系と、
   前記立体撮影光学系の被写界深度を変更可能な被写界深度変更手段と、
   前記立体撮影光学系を前記術部に対して移動可能に支持する支持手段と、
   前記立体撮影光学系の観察視野の移動を検出する視野移動検出手段と、
   前記視野移動検出手段からの情報に基づき、前記立体撮影用光学系の被写界深度変更手段を動作させるべく制御する被写界深度制御手段とを備えたことを特徴とする医療用撮影装置。
2. 術部にピントを合わせるための焦準手段を有し、前記術部を立体撮影可能な立体撮影光学系と、
   前記立体撮影光学系の被写界深度を変更可能な被写界深度変更手段と、
   前記立体撮影光学系の焦準動作を検出する焦準動作検出手段と、
   前記焦準動作検出手段からの情報に基づき、前記立体撮影用光学系の被写界深度変更手段を動作させるべく制御する被写界深度制御手段とを備えたことを特徴とする医療用撮影装置。
3. 術部を立体撮影するための立体撮影光学系と、
   前記立体撮影光学系の被写界深度を変更可能な被写界深度変更手段と、
   前記立体撮影光学系における観察視野の状態の変化を検出する観察状態検出手段と、
   前記観察状態検出手段からの情報に基づき、前記立体撮影用光学系の被写界深度変更手段を動作させるべく制御する被写界深度制御手段を備えたことを特徴とする医療用撮影装置。

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