JP2006218104A - 手術用顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、照明手段にＬＥＤを用いて長寿命と低消費電力を実現し、かつ従来より小型化を図ることができる手術用顕微鏡を提供することを最も主要な特徴とする。
【解決手段】手術用顕微鏡１は、術部を観察する鏡体２と、鏡体２を支持するアーム５と、鏡体２の内部又はアーム５に設けられ術部を照明するＬＥＤ１９と、ＬＥＤ１９が照明することによりＬＥＤ照明基板１７に発熱する熱を逃がすヒートパイプ２０を備える。ヒートパイプ２０の一端はＬＥＤ照明基板１７の裏面に結合し他端が鏡体２のアーム支持部２ａ１に結合されている。アーム支持部２ａ１は熱容量が大きいのでヒートパイプ２０により伝えられた熱を十分に放熱できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば、脳神経外科などの微細な手術を必要とする外科領域で一般的に使用される手術用顕微鏡に関する。

手術用顕微鏡は、脳神経外科を初めとした微細な手術を必要とする外科領域で一般的に使用されている医療機器である。手術用顕微鏡の使用時には、顕微鏡から照明光を射出し、術部からの反射光を顕微鏡の拡大光学系を通して結像し、術者は術部の拡大観察を行う。

手術用顕微鏡の鏡体部は、術部の直近に位置し、かつ症例によっては様々な観察方向から術部を観察できるように動かす必要があるため、顕微鏡の鏡体部は非常に小型であることが求められている。

ここで、顕微鏡の光源として用いられるランプは、明るさや色再現性（演色性）の問題から寿命が比較的短いハロゲンランプやキセノンランプが一般的である。また、手術中に照明光が消えてしまうと手術の続行が不可能となるため、補助光源を備えている手術用顕微鏡が多いが、ここで使用されるランプも同種のランプである。そこで、より長寿命で演色性の良い、高輝度な光源装置が求められているのが実情である。

また、従来のハロゲンランプやキセノンランプは比較的発光効率が低く、必要な光量を得るために大電流が必要である。よってこれらのランプを用いると装置が大型化してしまう。

このような状況下で、近年の技術開発による発光ダイオード（以下ＬＥＤと略）などの発光素子の輝度向上及び演色性の向上が着目され、その発光効率と併せて光源へのＬＥＤの採用が注目されている。

ＬＥＤ光源を用いた手術用顕微鏡の先行技術は本出願の出願時点で存在しない。しかし一般的なＬＥＤ光源の一例として特許文献１には、ＣＣＤ電子シャッターカメラに用いられるＬＥＤ照明装置が開示されている。この装置では、ＬＥＤをパルス発光させる構成が示されている。

また、ＬＥＤ光源は光量を稼ぐためにパルス点灯をすることが一般的に知られている。例えば、特許文献２が開示するＬＥＤ照明装置では、ＬＥＤ照明ユニットへＣＣＤカメラの駆動パルスに同期する通電パルスを伝達する。該パルス幅を可変させることにより照明光の光量を制御可能なＬＥＤ照明装置が提供される。

また、特許文献３はヒートパイプ等を用いたＬＥＤ照明装置の放熱技術を開示している。このＬＥＤ照明装置は、基板の一面に多数の凹所を列設し、各凹所内にＬＥＤチップを実装する。また各凹所の下を通過するヒートパイプが設けられている。これによりＬＥＤの高密度実装を可能とし、小型で高輝度のＬＥＤ装置が提供される。
特開平１０−４８７０８号公報 特開２００３−２６２７９７号公報 特開平１１−１６３４１０号公報

光源にＬＥＤを用いることで光源装置の小型化が可能となり、発光部を鏡体部に設置可能となるが、発熱が問題となる。なぜならＬＥＤを光源とするためには、複数個のＬＥＤを密接して実装する必要がある。実装密度が高くなると基板の単位面積あたりの発熱量が多くなる。よって、この発熱による基板の反りや電気的な接続部分の耐久性が問題となる。また、ＬＥＤは低温の方が発光効率がよい。よって、ＬＥＤ基板に対してヒートシンク等の放熱部材を設ける必要が生じる。つまり、せっかくＬＥＤを光源とすることで光源自体を小型化しても、装置全体としては小型化が難しい。

また、特許文献３のようにヒートパイプ等を用いたＬＥＤ照明装置の放熱技術の開示があるが、これはあくまでも基板への実装密度を高めることによる光量確保とＬＥＤ実装基板の小型化が目的であり、装置全体の小型化につながるものではない。

また、特許文献１や２のようにＬＥＤ光源は光量を稼ぐためにパルス点灯をするよう制御される。しかしながら、ＣＣＤ等の撮像素子で撮影する場合、完全にＣＣＤの撮像タイミングとＬＥＤ光源のパルス点灯のタイミングとが同期が取れていなければ時間モアレが発生して正常に撮影できなくなる可能性がある。この時間モアレの発生を避けるべくＣＣＤ撮像タイミングとＬＥＤ光源のパルス点灯タイミングの同期を取ろうとすると、装置が複雑化し、高価格化及び大型化を招く可能性がある。

本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的は、照明手段にＬＥＤを用いて長寿命と低消費電力を実現し、かつ従来より小型化を図ることができる手術用顕微鏡を提供することにある。

請求項１の発明は、術部を観察する観察手段を有する鏡体と、前記鏡体を移動可能に支持し、前記鏡体を自在に位置決めする鏡体支持手段と、前記鏡体又は前記鏡体支持手段の少なくともいずれか一方の構造物に設けられ、前記術部を照明する照明手段と、を備える手術用顕微鏡であって、前記照明手段は、発光素子によって構成される光源部を有するとともに、一端が前記照明手段に結合され、他端が前記構造物に結合されて前記照明手段の熱を前記構造物に逃がす熱伝播手段を有することを特徴とする手術用顕微鏡である。
そして、本請求項１の発明では、鏡体によって術部を観察する際に、発光素子によって構成される光源部を有する照明手段によって術部を照明するとともに、照明手段の熱を熱伝播手段を介して構造物に逃がすようにしたものである。

請求項２の発明は、前記熱伝播手段は、ヒートパイプであることを特徴とする請求項１に記載の手術用顕微鏡である。
そして、本請求項２の発明では、照明手段の熱をヒートパイプを介して構造物に逃がすようにしたものである。

請求項３の発明は、前記構造物は、少なくとも前記鏡体の外装壁部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の手術用顕微鏡である。
そして、本請求項３の発明では、照明手段の熱を熱伝播手段を介して鏡体の外装壁部に逃がすようにしたものである。

請求項４の発明は、前記光源部は、複数の発光ダイオードと、前記発光ダイオードを実装する基板とを有し、前記基板は、アルミベース基板であることを特徴とする請求項１に記載の手術用顕微鏡である。
そして、本請求項４の発明では、光源部に内蔵された熱伝導性がよいアルミベース基板上に実装された複数の発光ダイオードで発光させる照明光によって術部を照明する。このとき、発光ダイオードの熱をアルミベース基板を介して効率よく熱伝播手段に熱伝導させるようにしたものである。

請求項５の発明は、前記複数の発光ダイオードは、パルス発光にて駆動されることを特徴とする請求項４に記載の手術用顕微鏡である。
そして、本請求項５の発明では、複数の発光ダイオードをパルス発光させることにより光量を増大して光源部を高輝度化させるようにしたものである。

請求項６の発明は、前記複数の発光ダイオードは、更に発光ダイオードの集合体である発光ダイオード群を複数組有し、各発光ダイオード群の少なくとも１つは他の発光ダイオード群との発光のタイミングがシフトしていることを特徴とする請求項４または５に記載の手術用顕微鏡である。
そして、本請求項６の発明では、各発光ダイオード群の少なくとも１つの発光ダイオード群の発光タイミングが他の発光ダイオード群の発光タイミングとシフトしていることにより、シフトしている発光ダイオード群の発光タイミングの消灯時間中でも他の発光ダイオード群をパルス発光させることにより、光源部全体の消灯時間を短縮させるようにしたものである。

請求項７の発明は、前記光源部は、複数の発光ダイオードを有し、前記観察手段は、観察像を撮像する撮像手段を有することを特徴とする請求項１に記載の手術用顕微鏡である。
そして、本請求項７の発明では、光源部の複数の発光ダイオードから発生する照明光によって観察対象を照明し、観察手段の撮像手段によって観察像を撮像するようにしたものである。

請求項８の発明は、前記複数の発光ダイオードは、パルス発光にて駆動されることを特徴とする請求項７に記載の手術用顕微鏡である。
そして、本請求項８の発明では、複数の発光ダイオードをパルス発光させることにより光量を増大して光源部を高輝度化させるようにしたものである。

請求項９の発明は、前記光源部は、前記撮像手段の露光時間中に前記発光ダイオードの少なくとも一部を点灯させ、全ての前記発光ダイオードが同時に消灯しないように制御する制御部を有することを特徴とする請求項８に記載の手術用顕微鏡である。
そして、本請求項９の発明では、撮像手段の露光時間中、制御部によって光源部を制御する。このとき、発光ダイオードの少なくとも一部を点灯させ、全ての発光ダイオードが同時に消灯しないように制御するようにしたものである。

請求項１０の発明は、前記光源部は、前記撮像手段の露光時間中に少なくとも１つの発光ダイオードが１回は発光するように制御する制御部を有することを特徴とする請求項８に記載の手術用顕微鏡である。
そして、本請求項１０の発明では、撮像手段の露光時間中、制御部によって光源部を制御する。このとき、各発光ダイオードの少なくとも１つの発光ダイオードが１回は発光することにより、全ての発光ダイオードが同時に消灯しないように制御するようにしたものである。

本発明によれば、照明手段にＬＥＤを用い光源ランプの長寿命化と低消費電力化を実現した手術用顕微鏡であって、従来の顕微鏡より小型化を図った手術用顕微鏡を提供することができる。

以下、本発明の第１の実施の形態を図１乃至図６を参照して説明する。図１は本実施の形態の手術用顕微鏡１の全体を示す正面図である。手術用顕微鏡１は、術部を観察する鏡体２と、この鏡体２を移動可能に支持し、鏡体２を自在に位置決めする鏡体支持手段３とを有する。鏡体支持手段３は、架台４と、基端部が架台４の上端に取り付けられたアーム５とを有する。鏡体２は、アーム５の先端に取り付けられている。アーム５は、６自由度を有し、鏡体２を必要な場所、例えば、術部の直近位置に移動して停止させることができる。

図２は、鏡体２の断面図を示す。アーム５の一部を構成する鏡体アーム５ａの先端に鏡体２が取り付けられている。鏡体２のハウジング（構造物）２ａの最下端には対物レンズ６が配設されている。この対物レンズ６の光軸Ｌ１上にはズーム光学系７、ビームスプリッター８、結像レンズ９、接眼レンズ１０が順次、配設されている。接眼レンズ１０は鏡体２のハウジング２ａの最上端に配置されている。そして、術部Ｐにおいて反射した光は、鏡体２の最下端にある対物レンズ６から鏡体２の内部に入射し、ズーム光学系７で光束が拡大され、結像レンズ９で像が結像され、鏡体２の最上端にある接眼レンズ１０に到達する。よって、術者は接眼レンズ１０を覗くことにより、術部Ｐの拡大像を観察することができる。

また、ビームスプリッター８は、ズーム光学系７で拡大された光束の一部を対物レンズ６の光軸Ｌ１とほぼ直交する方向に反射されて偏光させる。このビームスプリッター８の偏向方向には、その光軸Ｌ２上に結像レンズ１１、ミラー１２、及びＣＣＤ１３が順次、配設されている。よって、対物レンズ６から入射した光のうち、ビームスプリッター８により偏光された光は結像レンズ１１によりＣＣＤ１３上に結像される。

また、対物レンズ６の内側には、ズーム光学系７の近傍に照明ミラー１４が設けられている。ここで、照明ミラー１４によって対物レンズ６の光軸Ｌ１とほぼ直交する方向に反射される光軸Ｌ３上にはレンズ１５を介して照明光の光源部（照明手段）１６が配設されている。この光源部１６は、ＬＥＤなどの発光素子によって構成されるＬＥＤ照明基板１７を有する。

ＬＥＤ照明基板１７は、図３に示すようにほぼ矩形状のアルミベース基板１８を有する。このアルミベース基板１８は、一面側にＬＥＤ実装面１８ａ、他面側にアルミベース面１８ｂ（図４参照）を有する。ＬＥＤ実装面１８ａには、ｎ個のＬＥＤ１９（１）〜１９（ｎ）をマトリックス状に並設させた状態で片面実装した構成になっている。これにより、ＬＥＤ１９（１）〜１９（ｎ）により発光された照明光はレンズ１５を通り、ミラー１４で反射され術部Ｐに照射される。

さらに、アルミベース基板１８に実装されたｎ個のＬＥＤ１９（１）〜１９（ｎ）は、２つのＬＥＤ群（図３中に白丸で示す第１のＬＥＤ群１９ａと、図３中に黒丸で示す第２のＬＥＤ群１９ｂ）に分けられている。第１のＬＥＤ群１９ａと第２のＬＥＤ群１９ｂにそれぞれ属するＬＥＤ１９の数は同数である。また、第１のＬＥＤ群１９ａと第２のＬＥＤ群１９ｂの各ＬＥＤ１９はそれぞれ別々に群単位で独立して発光できるように基板に接続されている。

図４に示すようにアルミベース基板１８のアルミベース面１８ｂには、ヒートパイプ（熱伝播手段）２０の一端部がシリコン伝熱材２１を介して、取付け部材２２で固定されている。さらに、図２に示すように、ヒートパイプ２０の他端は、鏡体２のハウジング２ａのアーム支持部２ａ１に固定されている。これにより、ＬＥＤ照明基板１７で発生した熱はヒートパイプ２０を介して鏡体２のハウジング２ａのアーム支持部２ａ１に伝達される。鏡体２のアーム支持部２ａ１は、鏡体２の重量を保持するために肉厚の金属材料で構成されており、他の部分よりも熱容量が高い。よって、ヒートパイプ２０を介して伝熱された熱は、アーム支持部２ａ１において効率的に放熱される。

また、図５は、ＬＥＤ照明基板１７の動作を制御するＬＥＤ発光制御回路２３の接続状態を示す概略構成図である。ここで、ＣＣＤ１３には、原発クロック発振器２４及び架台４に内蔵され映像処理回路２５が接続されている。

さらに、図５に示すように映像処理回路２５にはＬＥＤ発光制御回路２３と、原発クロック発振器２４とが接続され、さらに架台４とは別体に設けられたモニター２６が接続されている。

また、映像処理回路２５は、原発クロック発振器２４及びＬＥＤ発光制御回路２３にも接続されている。これにより映像処理回路２５からシャッター速度に関する情報（つまりＣＣＤ１３の露光時間に関する情報）がＬＥＤ発光制御回路２３に伝達される。また、ＬＥＤ発光制御回路２３はＬＥＤ照明基板１７に接続されている。ＬＥＤ発光制御回路２３は、更に原発クロック発振器２４にも接続されている。これにより、ＬＥＤ発光制御回路２３からＬＥＤ１９の発光タイミングがＬＥＤ照明基板１７に伝達され、ＬＥＤ１９の発光が制御される。

次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の手術用顕微鏡１の使用時には、術者は、手術用顕微鏡１の鏡体２に設けられたグリップ２ｂを把持して、アーム５を変形させることで、鏡体２を術部Ｐの所望の位置に配置する。

手術用顕微鏡１の動作中、原発クロック発振器２４のクロックはＣＣＤ１３、映像処理回路２５、及びＬＥＤ発光制御回路２３に送られている。ＬＥＤ発光制御回路２３はあらかじめ定められた基準の周波数のＬＥＤ駆動パルスをＬＥＤ照明基板１７に出力する。これにより、ＬＥＤ照明基板１７のＬＥＤ１９（１）〜（ｎ）がパルス発光を開始する。このとき、ＬＥＤ１９からの照明光は、レンズ１５を介してミラー１４で物体方向に反射され、対物レンズ６を介して術部Ｐに投射される。

術部Ｐで反射された光は、再び対物レンズ６を介して鏡体２に入射され、アフォーカル光束に変換される。この観察光束は、ズーム光学系７にて拡大／縮小処理をされた後、ビームスプリッター８に入射される。このビームスプリッター８の入射光は透過光と、反射光とに分割される。

そして、ビームスプリッター８を透過した光は結像レンズ９で所定位置に結像される。この像を接眼レンズ１０にて拡大することにより、術者は術部Ｐの拡大観察が可能となる。一方、ビームスプリッター８で反射した光束は、結像レンズ１１にて、ミラー１２を介してＣＣＤ１３の面上に結像される。

ＣＣＤ１３は、原発クロックを受け取ったタイミングから露光を開始する。所定時間の露光が終わると、蓄積された電荷を映像処理回路２５に転送する。映像処理回路２５では、受け取った電荷情報を信号処理することにより、映像信号に変換してモニター２６に伝送する。これによって、モニター２６にも術者が観察している像と同様の像が表示され、術者が観察している像と同様の像が観察できることとなる。

映像処理回路２５は、２回目の露光以降、前回の露光状態の露出を検出し、ＣＣＤ１３の露光時間の調整を行う。これによりＣＣＤ１３は適切な露光時間で撮影が出来るようになる。映像処理回路２５は、ＣＣＤ１３のシャッター速度に関する情報（つまりＣＣＤ１３の露光時間に関する情報）を、ＬＥＤ発光制御回路２３にも伝達する。これによりＬＥＤ１９の発光時間はＣＣＤ１３の露光時間に合わせるように調整される。ＬＥＤ発光制御回路２３は、２回目の発光以降、原発クロックの入力に併せて発光開始を行う。

以下、図６を参照してＬＥＤ発光制御方法を具体的に説明する。なお、図６中で、Ｔ０は、原発クロック発振器２４の原発クロックの１フィールドの時間、Ｔ１、Ｔ１１はシャッター速度、Ｔ２、Ｔ１２は第１のＬＥＤ群１９ａの点灯時間、Ｔ３、Ｔ１３は第２のＬＥＤ群１９ｂの点灯時間である。そして、例えば、Ｔ０＝１／６０Ｓ、Ｔ１＝１／８０Ｓ、Ｔ２＝１／１６０Ｓ、Ｔ３＝１／１６０Ｓである。また、Ｔ１１＝１／１２０Ｓ、Ｔ１２＝１／２４０Ｓ、Ｔ１３＝１／２４０Ｓである。

まず、原発クロック発振器２４の原発クロックの立ち上がりに同期して、第１のＬＥＤ群１９ａ（図３中の白丸部）が発光を開始する。このとき、映像処理回路２５から伝達されたＣＣＤ１３の露光時間（Ｔ１＝１／８０Ｓ）の半分の時間（Ｔ２＝１／１６０Ｓ）を第１のＬＥＤ群１９ａで発光させる。その後、第２のＬＥＤ群１９ｂ（図３中の黒丸部）が発光を開始する。また、ＣＣＤ１３のシャッターが閉じる時間と同期して、第２のＬＥＤ群１９ｂを消灯させる。この第２のＬＥＤ群１９ｂの発光時間は（Ｔ３＝１／１６０Ｓ）である。

このとき、ＬＥＤ発光制御回路２３がＬＥＤ照明基板１７のＬＥＤ１９に流す電流は、通常の定格電流よりも大きいパルス照明用の電流量である。このように、ＬＥＤ照明基板１７上のＬＥＤ１９を２群（第１のＬＥＤ群１９ａと第２のＬＥＤ群１９ｂ）に分け、かつシャッター露光時間のみ第１のＬＥＤ群１９ａと第２のＬＥＤ群１９ｂを点灯させる状態に制御されることから、ＬＥＤ１９には十分なデューティーが確保される。これにより、連続点灯時に比べて約３〜５倍の輝度を得ることができる。つまり、ＬＥＤ１９を２群に分けることにより、点灯時間を確保しつつパルス発光により輝度を高くすることができる。

一方、ＬＥＤ１９で発生した熱はアルミベース基板１８のアルミベース面１８ｂからシリコン伝熱材２１を介してヒートパイプ２０の一端に伝達される。ヒートパイプ２０に伝達された熱は、鏡体２のハウジング２ａのアーム支持部２ａ１伝達され、さらに鏡体アーム５ａへと伝達される。鏡体アーム５ａは十分に熱容量が大きいので、そこで十分に放熱される。

そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態の手術用顕微鏡１では、鏡体２によって術部Ｐを観察する際に、ｎ個のＬＥＤ１９（１）〜１９（ｎ）によって構成されるＬＥＤ照明基板１７を有する光源部１６によって術部Ｐを照明するようにしたので、手術用顕微鏡１で必要な十分な光量が得られる。

また、ＬＥＤ１９で発生した熱はヒートパイプ２０を介して鏡体２のハウジング２ａのアーム支持部２ａ１伝達され、さらに鏡体アーム５ａへと伝達される。これにより、ＬＥＤ照明基板１７で発生する熱量を十分に放熱することで、寿命も長い照明手段を提供することができる。さらに、鏡体２に伝達された熱は、より熱容量の大きなアーム５へ放熱されるため、ヒートシンクやファンを冷却のために取り付ける必要が無く、鏡体２の小型化が実現される。

また、ＬＥＤ光源のＬＥＤ照明基板１７を小型化できるので、照明手段を従来のものに比べ観察光学系に近づけて配置できる。つまり、照明光の中心光軸と観察光学系の観察光軸とを接近させて照明同軸度をあげることが可能である。

なお、本実施の形態の手術用顕微鏡１は、接眼レンズ１０及びＣＣＤ１３の両方を備えているが、少なくともどちらか一方を備えていればよい。また、ＬＥＤ照明基板１７としてアルミベース基板１８が使用されているが、熱伝導率の高い材料であればアルミニウム材料に限定されるものではない。また、放熱部材としてヒートパイプ２０が用いられているが、小型にできる放熱部材ならヒートパイプに限定されず、例えばペルチェ素子からなる放熱部材であってもよい。また、本実施の形態では、ｎ個のＬＥＤ１９は第１のＬＥＤ群１９ａと第２のＬＥＤ１９ｂの２群に分けられたが、必要にあわせて３群以上に分けてもよい。

また、図７乃至図９は本発明の第２の実施の形態を示すものである。本実施の形態は第１の実施の形態（図１乃至図６参照）の手術用顕微鏡１の鏡体２の構成を次の通り変更したものである。なお、図７乃至図９中で、第１の実施の形態の手術用顕微鏡１と同一部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。

図７は、本実施の形態の鏡体３１の内部構成を示す縦断面図である。本実施の形態の鏡体３１には、第１の実施の形態と同様に対物レンズ６、ズーム光学系７、ビームスプリッター８、結像レンズ９、接眼レンズ１０が内蔵されており、術部Ｐの拡大観察が行える。また、結像レンズ１１、ミラー１２、ＣＣＤ１３によって、撮像光学系を構成している。

さらに、本実施の形態の手術用顕微鏡１では、鏡体支持手段３の鏡体アーム３２によって鏡体３１が回動自在に支持されている。鏡体アーム３２は、内部が中空である。そして、この鏡体アーム３２の内部空間と鏡体３１の内部空間との間は連通されている。

鏡体アーム３２の中空空間には鏡体３１の内部空間との対向面に第１の実施の形態のＬＥＤ照明基板１７とほぼ同一構成のＬＥＤ照明基板３３が配設されている。このＬＥＤ照明基板３３は、アルミベース基板３４を有する。アルミベース基板３４のＬＥＤ実装面３４ａには、第１の実施の形態と同様に複数のＬＥＤ１９、すなわちｎ個のＬＥＤ１９（１）〜１９（ｎ）をマトリックス状に並設させた状態で片面実装した構成になっている（図３参照）。

ＬＥＤ照明基板３３は、鏡体アーム３２に図示しない位置決め部材で位置決めされており、伝熱性の高いシリコン接着剤３５で鏡体アーム３２の内壁に固定されている。すなわち、ＬＥＤ照明基板３３のアルミベース基板３４のアルミベース面３４ｂと熱容量の高い鏡体アーム３２とが、シリコン接着剤３５を介して直に接続されている。

また、鏡体アーム３２の中空空間にはＬＥＤ照明基板３３の照射面側と、鏡体３１の内部空間との間の経路内に照明レンズ３６が介設されている。鏡体３１の内部には、ＬＥＤ照明基板３３からの照明光を対物レンズ６を介して術部Ｐの方向に反射するミラー３７が内蔵されている。このミラー３７は、ＬＥＤ照明基板３３の照射面側と離間対向する位置に斜めに配置されている。そして、ＬＥＤ照明基板３３から発した照明光は、鏡体３１内のミラー３７で反射され、対物レンズ６を介して術部Ｐに導かれる。

また、図８は、本実施の形態における撮影系の処理回路と照明部の制御回路とを示したブロック図である。第１の実施の形態との違いは、ＬＥＤ発光制御回路２３と、原発クロック発振器２４とが直接接続されていない点、及びＬＥＤ発光制御回路２３が第１の実施の形態とは異なる後述する制御を行うものであることである。

次に、本実施の形態の作用について説明する。本実施の形態の手術用顕微鏡１の大部分の動作は第１の実施の形態と同様である。そして、本実施の形態の手術用顕微鏡１では、照明光を発光するＬＥＤ照明基板３３がＬＥＤ発光制御回路２３によって次の通り制御される。

ＬＥＤ発光制御回路２３の制御について図９を参照して説明する。ＬＥＤ発光制御回路２３は、ＣＣＤ１３の図示しない電子シャッターのシャッター速度に関する情報を映像処理回路２５から受け取る。ＬＥＤ発光制御回路２３は、シャッター速度に関する情報を受け取ると、その速度に応じた発振間隔でＬＥＤ照明基板３３の各ＬＥＤ１９を点灯制御する。

すなわち、電子シャッターのシャッター速度が所定の速度に決定されると、その速度の間で少なくとも第１のＬＥＤ群１９ａ又は第２のＬＥＤ群１９ｂの少なくとも一方が発光する周波数で、ＬＥＤ照明基板３４の発光を制御する。

具体的には、電子シャッターのシャッター速度の１／２の周波数で各ＬＥＤ群１９ａ，１９ｂを点灯させる。なお、図９中で、Ｔ０は、原発クロック発振器２４の原発クロックの１フィールドの時間、Ｔ１、Ｔ２１はシャッター速度である。また、Ｔ４、Ｔ２４は第１のＬＥＤ群１９ａのパルス発光タイミングの設定時間、Ｔ５、Ｔ１３は第２のＬＥＤ群１９ｂのパルス発光タイミングの設定時間である。また、Ｔ６、Ｔ１６は第１のＬＥＤ群１９ａのパルス発光タイミングと、第２のＬＥＤ群１９ｂのパルス発光タイミングとの間の時間差である。

例えば、電子シャッターのシャッター速度が１／１２０秒、１フレームの撮影間隔が約１／６０Ｈｚ（１／６０秒）であった場合、少なくとも６０Ｈｚ（１／６０秒）で第１のＬＥＤ群１９ａ及び第２のＬＥＤ群１９ｂが発光する。ここで、第１のＬＥＤ群１９ａと第２のＬＥＤ群１９ｂの発光タイミングは、１８０度位相がずれているように設定してある。これにより、撮影タイミング（原発クロックのタイミング）と発光タイミングがずれても、ＣＣＤ１３の露光中に少なくとも１回の発光を受光することができる。

また、手術用顕微鏡１の使用中に、ＬＥＤ照明基板３３のＬＥＤ１９で発生した熱は、アルミベース基板３４からシリコン接着剤３５を介して鏡体アーム３２に放熱される。鏡体アーム３２は高い熱容量を有しているため、ＬＥＤ１９は十分に放熱される。

そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態の手術用顕微鏡１によれば、ＣＣＤ１３の原発クロックと同期を取らなくてもＣＣＤ１３の撮像タイミングとＬＥＤ照明基板３３のＬＥＤ１９のパルス点灯のタイミングとで時間モアレが発生することがない。つまり、ＣＣＤ１３とＬＥＤ１９の同期を取るための構造を簡略化でき、より装置の小型化を図ることができる。さらに、構造が簡単なことから安価に提供することができる。

また、ＬＥＤ照明基板３３のＬＥＤ１９を第１のＬＥＤ群１９ａと、第２のＬＥＤ群１９ｂとに分けることで、十分なデューティを確保することができ、高いＬＥＤ光量を得ることができる。

さらに、第１のＬＥＤ群１９ａと、第２のＬＥＤ群１９ｂの発光タイミングの周波数を手動で調整可能な構成にしても良い。これによって、光源部１６のＬＥＤ照明基板３３の輝度が不足するときは、第１のＬＥＤ群１９ａと、第２のＬＥＤ群１９ｂの発光タイミングの周波数を、例えば、１／２から１／４又は１／８の周波数で点灯する状態に手動で適宜、調整することにより、感度の低いＣＣＤ１３に対しても十分な光量を提供することができる。

また、特に、本実施の形態では鏡体支持手段３の鏡体アーム３２に照明手段のＬＥＤ照明基板３３が配設されている。さらに、このＬＥＤ照明基板３３のアルミベース基板３４のアルミベース面３４ｂと鏡体アーム３２とが、シリコン接着剤３５を介して直に接続されて放熱手段が構成されている。これにより、簡単な構成でＬＥＤ照明基板３３の放熱が行われるため、安価に構成することができ、かつ鏡体３１の小型化を図るうえでも有利である。

なお、第１実施の形態及び第２実施の形態とも、白色ＬＥＤを集積した基板として記載したが、これは白色ＬＥＤに限るものではなく、ＲＧＢ３色のＬＥＤ混合による白色光でも全く同じであることは言うまでもない。

また、図１０および図１１は本発明の第３の実施の形態を示すものである。最近では、ＬＥＤ１個で大光量が実現可能なモジュールタイプのＬＥＤが普及しつつある。本実施の形態の手術用顕微鏡１は第１の実施の形態（図１乃至図６参照）の手術用顕微鏡１のＬＥＤ照明にモジュールタイプの白色ＬＥＤを使用した応用例である。なお、第１の実施の形態の手術用顕微鏡１と同一部分には同一の符号を付してここではその説明を省略する。

図１０は、本実施の形態の鏡体４１の内部構成を示す縦断面図である。本実施の形態の鏡体４１は、第１の実施の形態と同様に、対物レンズ６と、ズーム光学系７と、結像レンズ９とを備える。ここで、本実施の形態の鏡体４１では接眼レンズによる観察は省略されており、結像レンズ９の像はＣＣＤ１３の面上に直接に直接に結像するようになっている。

さらに、鏡体４１の中には、一対（第１，第２）の白色ＬＥＤモジュール４２ａ及び４２ｂが設置されている。第１，第２の白色ＬＥＤモジュール４２ａ，４２ｂは、第１実施の形態（又は第２実施の形態）の第１のＬＥＤ群１９ａと、第２のＬＥＤ群１９ｂとの関係と同様の関係に設定されている。そして、各白色ＬＥＤモジュール４２ａ，４２ｂは、図示しないＬＥＤ発光制御回路に接続されている。このＬＥＤ発光制御回路にはさらに図示しない選択スイッチに接続されている。この選択スイッチは、照明光の光量をMaximum位置と、Medium位置と、Minimum位置とに切替え操作するものである。

第１，第２の白色ＬＥＤモジュール４２ａ，４２ｂの射出面には、各々照明レンズ４３ａ，４３ｂが設けられている。第１，第２のＬＥＤモジュール４２ａ，４２ｂから射出した光はこれらレンズ４３ａ，４３ｂを通り、対物レンズ６を介して術部Ｐに照射される。

また、第１，第２のＬＥＤモジュール４２ａ，４２ｂには、ヒートパイプ４４ａ，４４ｂの一端が接続されている。各々のヒートパイプ４４ａ、４４ｂの他端は、それぞれ鏡体４１とアーム５の鏡体アーム５ａとの接続部付近の外装部へ接続されている。

また、ＣＣＤ１３は、図示しないトロリーに内蔵された映像処理回路４５に接続されている。さらに、映像処理回路４５には、３Ｄモニター４６が接続されている。

次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の手術用顕微鏡１の動作時には、図示しないＬＥＤ発光制御回路によって第１，第２の白色ＬＥＤモジュール４２ａ，４２ｂは、次の通り制御される。図１１を参照してＬＥＤ発光制御方法を具体的に説明する。なお、図１１中で、Ｔ３０はＣＣＤ１３のフレームレート（＝１／３０秒）、Ｔ３０ａ，Ｔ３０ｂ，Ｔ３０ｃはシャッター速度（露光時間）である。ここで、Ｔ３０＞Ｔ３０ｃ＞Ｔ３０ｂ＞Ｔ３０ａにそれぞれ設定されている。また、Ｔ３１はMaximum位置における第１の白色ＬＥＤモジュール４２ａの点灯時間、Ｔ３２はMaximum位置における第２の白色ＬＥＤモジュール４２ｂの点灯時間である。

すなわち、本実施の形態の手術用顕微鏡１の通常の動作時には、一方の第１の白色ＬＥＤモジュール４２ａが連続点灯している。この状態が、光量Minimum位置と設定されている。この場合、電子シャッターの露光時間は、最も短いＴ３０ａに設定されている。

光量が足りない場合、図示しない選択スイッチをMedium位置に切替え操作する。この場合には、第１の白色ＬＥＤモジュール４２ａに加え、第２の白色ＬＥＤモジュール４２ｂが連続点灯を開始する。この状態が、光量Medium位置と設定されている。この場合、電子シャッターの露光時間は、Ｔ３０ａよりも長いＴ３０ｂに設定されている。

それでも光量が不足する場合、図示しない選択スイッチをMaximum位置に切替え操作する。この場合には、第１，第２の白色ＬＥＤモジュール４２ａ，４２ｂが交互に点灯される。この状態が、光量Maximum位置と設定されている。この場合、電子シャッターの露光時間は、最も長いＴ３０ｃに設定されている。

このときの第１の白色ＬＥＤモジュール４２ａと第２の白色ＬＥＤモジュール４２ｂの点灯時間は、例えばＣＣＤ１３のフレームレート１／３０秒を等分し、１／６０秒点灯後、１／６０秒消灯する動作を繰り返す。ここで、第１の白色ＬＥＤモジュール４２ａと第２の白色ＬＥＤモジュール４２ｂの点灯タイミングは１／６０位相を持っており、第１の白色ＬＥＤモジュール４２ａまたは第２の白色ＬＥＤモジュール４２ｂのいずれか一方が常に点灯状態で保持されるように制御されている。

また、第１，第２の白色ＬＥＤモジュール４２ａ，４２ｂに電流を流す図示しないＬＥＤ発光制御回路は、光量Maximum時には、通常の連続点灯電流の３倍の電流が流されている。従って、第１，第２の白色ＬＥＤモジュール４２ａ，４２ｂを両方連続点灯した場合の光量に比べ、１．５倍の光量を得ることができ、かつ十分なデューティを確保することができる。

また、第１，第２の白色ＬＥＤモジュール４２ａ，４２ｂで発光した光は照明レンズ４３ａ，４３ｂ及び対物レンズ６を介して術部Ｐに投影される。さらに、術部Ｐで反射した光が対物レンズ６より再び入射し、ズーム光学系７、結像レンズ９、を介してＣＣＤ１３に結像される。

ＣＣＤ１３に結像した光束は、ＣＣＤ１３で光電変換され、電気信号として図示しないトロリーに内蔵された映像処理回路４５によって画像処理された後、３Ｄモニター４６に入力される。

なお、本実施の形態では、光量Maximum時の第１の白色ＬＥＤモジュール４２ａと第２の白色ＬＥＤモジュール４２ｂの点灯時間を１／６０秒間隔としたが、十分な光量を確保できる点灯時間であればこれに限るものではない。

そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態の手術用顕微鏡１によれば、手術用顕微鏡１のＬＥＤ照明にモジュールタイプの白色ＬＥＤ（第１，第２の白色ＬＥＤモジュール４２ａ，４２ｂ）を使用し、第１，第２の白色ＬＥＤモジュール４２ａ，４２ｂの一方が常に点灯しているため、シャッター速度と露光量がリニアに対応する。そのため、露出の制御が行いやすい。また、シャッター速度と、第１，第２の白色ＬＥＤモジュール４２ａ，４２ｂとで同期を取る必要がないため、構造を簡略化でき、手術用顕微鏡１の装置全体の小型化を図ることができる。

さらに、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施できることは勿論である。
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。
記
（付記項１） 術部を観察する鏡体と、術部を照明するための鏡体又はその近傍に内蔵された照明手段と、を有する手術用顕微鏡において、前記照明手段がＬＥＤによって構成されており、このＬＥＤが発生する熱を鏡体又はその近傍の所定の部位へ伝播する熱伝播手段を有することを特徴とする手術用顕微鏡。

（付記項２） 前記手術用顕微鏡は、光学顕微鏡乃至は電子画像顕微鏡であることを特徴とする付記項２記載の手術用顕微鏡。

（付記項３） 前記照明手段は前記ＬＥＤを実装する基板を有し、前記熱伝播部材は一端が該基板に結合し他端が前記鏡体又は前記アームに結合することを特徴とする付記項１または２記載の手術用顕微鏡。

（付記項４） 前記基板はアルミベース基板であることを特徴とする付記項３記載の手術用顕微鏡。

（付記項５） 前記熱伝播部材は、１以上のヒートパイプであることを特徴とする請求項１乃至４記載の手術用顕微鏡。

（付記項６） 前記熱伝播部材が前記鏡体に結合している部位は前記鏡体の外装又は前記アームと接合している支持部であることを特徴とする付記項１乃至５記載の手術用顕微鏡。

（付記項７） 前記照明手段は複数のＬＥＤを有することを特徴とする付記項１乃至６記載の手術用顕微鏡。

（付記項８） 前記複数ＬＥＤは、パルス発光にて駆動されることを特徴とする付記項１乃至７記載の手術用顕微鏡。

（付記項９） 前記複数のＬＥＤは、更に複数のＬＥＤ群から構成されており、各ＬＥＤ群の少なくとも１つは他のＬＥＤ群との発光のタイミングがシフトしていることを特徴とする付記項７又は８記載の手術用顕微鏡。

（付記項１０） 前記手術用顕微鏡の撮像素子の露光時間中に全てのＬＥＤが消灯しないように抑制する制御部を有することを特徴とする付記項８又は９記載の手術用顕微鏡。

（付記項１１） 前記手術用顕微鏡の撮像素子の露光時間中に必ず少なくとも１つのＬＥＤ群が１回は発光するように制御する制御部を有することを特徴とする付記項８又は９記載の手術用顕微鏡。

（付記項１２） 術部を照明する複数のＬＥＤからなるＬＥＤ光源と、術部を撮影する撮像素子とを有する手術用顕微鏡において、前記ＬＥＤはパルス発光で発光され、かつ前記手術用顕微鏡の撮像素子の露光時間中に、全てのＬＥＤが消灯しないように制御する制御部を有することを特徴とする手術用顕微鏡。

（付記項１３） 術部を照明する複数のＬＥＤからなるＬＥＤ光源と、術部を撮影する撮像素子と、を有する手術用顕微鏡において、前記ＬＥＤはパルス発光で発光され、かつ前記手術用顕微鏡の撮像素子の露光時間中に、必ず少なくとも一つのＬＥＤが１回は発光するように制御する制御部を有することを特徴とする手術用顕微鏡。

本発明は、例えば、脳神経外科を初めとした微細な手術を必要とする外科領域で一般的に使用されている手術用顕微鏡を製造する技術分野や、手術用顕微鏡を使用する技術分野で有効である。

本発明の第１の実施の形態に係る手術用顕微鏡の全体を示す正面図。 第１の実施の形態の手術用顕微鏡の鏡体の縦断面図。 第１の実施の形態の手術用顕微鏡の鏡体内のＬＥＤ照明基板の表側を示す平面図。 第１の実施の形態の手術用顕微鏡の鏡体内のＬＥＤ照明基板の裏側を示す斜視図。 第１の実施の形態の手術用顕微鏡のＬＥＤ発光制御回路の接続状態を示す概略構成図。 第１の実施の形態の手術用顕微鏡のＬＥＤの発光状態を説明するための特性図。 本発明の第２の実施の形態に係る手術用顕微鏡の鏡体の縦断面図。 第２の実施の形態の手術用顕微鏡のＬＥＤ発光制御回路の接続状態を示す概略構成図。 第２の実施の形態の手術用顕微鏡のＬＥＤの発光状態を説明するための特性図。 本発明の第３の実施の形態に係る手術用顕微鏡の鏡体の縦断面図。 第３の実施の形態の手術用顕微鏡のＬＥＤの発光状態を説明するための特性図。

符号の説明

１０…手術用顕微鏡、１３…鏡体、２１…対物レンズ、２４…結像レンズ、２５…接眼レンズ、２８…ＣＣＤ、３３…ＬＥＤ照明基板、３６…ヒートパイプ。

Claims (10)

1. 術部を観察する観察手段を有する鏡体と、
   前記鏡体を移動可能に支持し、前記鏡体を自在に位置決めする鏡体支持手段と、
   前記鏡体又は前記鏡体支持手段の少なくともいずれか一方の構造物に設けられ、前記術部を照明する照明手段と、
   を備える手術用顕微鏡であって、
   前記照明手段は、発光素子によって構成される光源部を有するとともに、
   一端が前記照明手段に結合され、他端が前記構造物に結合されて前記照明手段の熱を前記構造物に逃がす熱伝播手段を有することを特徴とする手術用顕微鏡。
2. 前記熱伝播手段は、ヒートパイプであることを特徴とする請求項１に記載の手術用顕微鏡。
3. 前記構造物は、少なくとも前記鏡体の外装壁部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の手術用顕微鏡。
4. 前記光源部は、複数の発光ダイオードと、前記発光ダイオードを実装する基板とを有し、
   前記基板は、アルミベース基板であることを特徴とする請求項１に記載の手術用顕微鏡。
5. 前記複数の発光ダイオードは、パルス発光にて駆動されることを特徴とする請求項４に記載の手術用顕微鏡。
6. 前記複数の発光ダイオードは、更に発光ダイオードの集合体である発光ダイオード群を複数組有し、各発光ダイオード群の少なくとも１つは他の発光ダイオード群との発光のタイミングがシフトしていることを特徴とする請求項４または５に記載の手術用顕微鏡。
7. 前記光源部は、複数の発光ダイオードを有し、
   前記観察手段は、観察像を撮像する撮像手段を有することを特徴とする請求項１に記載の手術用顕微鏡。
8. 前記複数の発光ダイオードは、パルス発光にて駆動されることを特徴とする請求項７に記載の手術用顕微鏡。
9. 前記光源部は、前記撮像手段の露光時間中に前記発光ダイオードの少なくとも一部を点灯させ、全ての前記発光ダイオードが同時に消灯しないように制御する制御部を有することを特徴とする請求項８に記載の手術用顕微鏡。
10. 前記光源部は、前記撮像手段の露光時間中に少なくとも１つの発光ダイオードが１回は発光するように制御する制御部を有することを特徴とする請求項８に記載の手術用顕微鏡。

Images