JP2006297098A - ディスプレイを有する光学システム - Google Patents

Abstract

【課題】コストが大きくかつ大掛かりな光学的モジュールを使用することなく、手術経過をできるだけ中断ないし阻害せずに執刀医（等）にデータを表示することが可能な手術顕微鏡等の光学システムの提供する。
【解決手段】支持アームを有する架台と、顕微鏡本体と、ディスプレイとを有するとりわけ手術用顕微鏡等の光学システムにおいて、ディスプレイ７ａ〜７ｄは、観察者１２の直接的視野内の前記顕微鏡本体２の外面の配設部位１７ａ及び／又はＸ−Ｙ連結装置６の（外面の）配設部位１７ｂ及び／又は顕微鏡担持アーム９の（外面の）配設部位１７ｃ及び／又は接眼鏡筒１０の近傍の配設部位１７ｄに配される。
【選択図】図２

Description

本発明は、１又は複数のディスプレイを有するとりわけ手術用顕微鏡光学システムに関し、特に、支持アームを有するスタンドと、顕微鏡本体と、１又は複数のディスプレイとを有するとりわけ手術用顕微鏡等の光学システムに関する。

従来は、技術的データ、例えば顕微鏡の倍率は、顕微鏡ケーシング又はディスプレイ、とりわけモニタに機械的又は電気的に表示されていた。ビデオ画像は、架台に取り付けられたモニタを介して表示されていた。（図１の従来技術参照。）

このようなモニタは既知であり、今日では大抵いわゆるフラットディスプレイ（スクリーン）（例えばＴＦＴディスプレイ）が使用されている。

現代の外科学では手術用顕微鏡は欠かせないものである。必要に応じて３倍から４０倍の倍率が選択される。これにより外科医は、肉眼ではほとんど見ることのできない構造、例えば毛細血管又は神経を手術することができる。さらに、手術用顕微鏡は極めて良好な態様で手術野を照明する。

手術用顕微鏡はとりわけ神経外科学で使用されるが、他の外科専門分野、例えば耳鼻咽喉外科、眼科学及び整形外科学でも使用される。その光源は手術用顕微鏡に直接組み込まれている。手術用顕微鏡を使用することにより、例えば脳又は脊髄に顕微鏡外科学的に侵襲する際、切断開口部を非常に小さく維持することができる。

BMBF Deutschland（ドイツ連邦教育研究省：Bundesministerium fuer Bildung und Forschung）のプレスレポート、タイトル"Der Bildschirm auf Folie rueckt naeher"、２００３年８月３１日、［Aktuell 154/03］ ウェブサイトhttp://www.bmbf.de/press/924.php ＶＤＩ（ドイツ技術者協会：Verein Deutscher Ingenieure）レポート、アーヘン（Aachen）/ケムニッツ（Chemnitz）、タイトル"Leuchtende Folien sollen bald LCDs verdraengen"、２００３年４月４日 ＶＤＩレポート、デュッセルドルフ（Duesseldorf）/ニッツァ（Nizza） No.14、タイトル"Spannende Innovationsdynamik wie aus dem Lehrbuch"、２００３年４月４日 ＶＤＩレポート、Duesseldorf/Nizza、タイトル"OLEDs - Besser klein als gar nicht"、２００３年４月４日 Pro-physik、タイトル"Leuchtendes Plastik - Stoff fuer Fernseher und Displays von morgen"、２００３年５月１９日 "Wissenschaft aktuell (optics)"、タイトル"Doppelseitiger LCD-Bildschirm: Bilder auf beiden Seiten"、２００４年３月１０日

ところで、とりわけ顕微鏡外科的侵襲を行う場合、手術用顕微鏡を使用しない手術と比較していくつかの特殊性が存在する。外科医と手術用顕微鏡は、例えば、とりわけ手術野の近傍に位置しなければならない。そのため、顕微鏡本体は、手術看護師の視野を妨げる。この場合、看護師は、手術の経過を最早手術室のモニタでしか観察することができない。この（観察の）ため、手術用顕微鏡に伝送装置が用いられる。麻酔医もこのようにして手術の経過をモニタを介して同時に観察することができる。

しかしながら、現在の技術水準では、患者又は自分の機器（例えば水晶体超音波吸引器、電気メス等）に関する情報を受け取るためには、外科医もまた、作業の際に、通常、外部モニタ（複数）を観察しなければならない。このため、顔を顕微鏡から逸らしてモニタに向けることが必要となるが、これは、手術経過に対して不都合かつ不利である。

従って、手術用顕微鏡の技術的データ及びビデオ画像、外部データ又は内部データは、外科医が視線を手術野から過大に大きく逸らす必要がないようにするために、できるだけ手術用顕微鏡の近傍で外科医に表示されるべきである。従って、顕微鏡画像に直接情報を表示するデータ差込入射が開発された。このデータ差込入射は、これまでのところ、顕微鏡内部の複雑な光学的モジュールによって実現されている。

それゆえ、本発明の課題は、コストが大きくかつ大掛かりな光学的モジュールなしでかつ手術経過をできるだけ中断ないし阻害せずに執刀医（等）にデータを表示するとりわけ手術用顕微鏡等の光学システムを提供することである。

上記の課題を解決するために、支持アームを有する架台と、顕微鏡本体と、ディスプレイとを有するとりわけ手術用顕微鏡等の光学システムが提供される。この光学システムにおいて、前記ディスプレイは、観察者の直接的視野内の前記顕微鏡本体の外面の配設部位及び／又はＸ−Ｙ（摺動）連結装置の（外面の）配設部位及び／又は顕微鏡担持アームの（外面の）配設部位及び／又は接眼鏡筒の近傍の配設部位に配されることを特徴とする（形態１・基本構成）。

本発明の独立請求項１により、上記課題に対応した効果が達成される。即ち、本発明の手術顕微鏡等の光学システムは、コストが大きくかつ大掛かりな光学的モジュールを使用することなく、手術経過をできるだけ中断ないし阻害せずに執刀医（等）にデータを表示することができる。
更に、従属請求項により、付加的な効果が夫々達成される。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、上記基本構成を形態１として示すが、これらは従属請求項の対象でもある。
（形態１） 上掲。
（形態２） 上記形態１の光学装置において、少なくとも２つのディスプレイが、それぞれ、複数の前記配設部位の１つに配されること、及び前記少なくとも２つのディスプレイは、制御装置によって、互いに対し同じ又は異なるデータを選択的に表示可能に構成されていることが好ましい。
（形態３） 上記形態１又は２の光学装置において、前記ディスプレイは、非可撓性のＯＬＥＤディスプレイ又は可撓性のＯＬＥＤシートとして構成されることが好ましい。
（形態４） 上記形態３の光学装置において、前記ディスプレイ又は前記ＯＬＥＤシートは、例えばビデオ画像等の手術に本質的なデータと例えば作動待機状態（Betriebsbereitschaft）等の技術的データとが表示可能であるように構成され又は配設されること、及び複数の前記ディスプレイの１つに、前記顕微鏡本体のその都度の実際のＸ−Ｙ位置に相応する位置シンボルが表示可能に構成されることが好ましい。
（形態５） 上記形態１又は２の光学装置において、顕微鏡本体にＯＬＥＤディスプレイないしＯＬＥＤシートが配されること、及び差込入射ビーム路が、摺動可能に配設された分割プリズムによって選択的に（任意的に）顕微鏡ビーム路に差込入射可能に構成されていることが好ましい。
（形態６） 上記形態５の光学装置において、前記ＯＬＥＤディスプレイは、両面放射（発光）型ディスプレイとして構成されると共に、その一方の面からの放射は、前記差込入射ビーム路及び前記分割プリズムを介して、少なくとも１つの顕微鏡ビーム路に差込入射可能に構成されていることが好ましい。
（形態７） 光学システム又は患者に関する情報を表示するための、該光学システムのケーシングにおけるＯＬＥＤディスプレイ又はＯＬＥＤシートの使用。

上述の状況（不都合）は、本発明によれば、本発明の第１段階において、ディスプレイを、架台又はフレームでの従来のその配設部位から、顕微鏡ケーシングに空間的に直接移動させることによって、又は少なくとも執刀医の直近に移動させることによって改善することができる。

本発明の第２段階において、現在既知のディスプレイないしは表示手段のうちのどのようなものが、上記所望の配設部位に最も良好に適合可能であるかを選別した。即ち、理想的には、ディスプレイは、顕微鏡本体又はＸ−Ｙ（摺動）連結装置に配設されるためには、比較的小型であるべきである。Ｘ−Ｙ（摺動）連結装置とは、顕微鏡本体全体を移動させるよう構成された水平面に延在するＸ軸及びＹ軸に関する摺動キャリッジであるが、これは、通常、現在の手術用顕微鏡架台に装備されている。ディスプレイは、理想的には、顕微鏡ケーシングの湾曲した表面にも配設可能であるべきである。更に、ディスプレイは、明るい手術光から弱く発光するディスプレイに移る際における執刀医の眼の不快な適応が回避されるために、大きい発光力（輝度：Leuchtkraft）を有することが必要である。

本発明者は、いわゆるＯＬＥＤがこのために最も良く適合することを見いだした。ＯＬＥＤとは、１／１０００ミリメートル未満の薄い自己発光性プラスチック層から構成される有機発光ダイオードである。有機としたのは、使用されるプラスチックの基礎を構成する重合長鎖炭化水素化合物が有機的であるためである。このようなプラスチックから作製されるディスプレイは、バックグランド照明を必要とせず、極めて平面的であり、更に、従来のＴＦＴディスプレイ又は高価な液晶表示装置（ＬＣＤ）よりも遥かにより大きい発光力（輝度）及びより大きな視野角を有する。重合体が実際に長時間その発光力（輝度）を維持するためには、重合体は、空気中の酸素又は水と接触してはならない。このために、重合体は、薄いガラスによってシールされるが、ディスプレイは、このため、再び剛性（非可撓性）になる。尤も、最近の研究では、酸素に対するシール手段として可撓性のＰＥＴシートが使用されており、このため、種々の形態で作製可能な可撓性のＯＬＥＤシートが創成された。このため、種々の形状の支持面に対し、たとえ湾曲した支持面に対してもこのようなディスプレイを装着することができる。

この特性によって、本発明では、相応のＯＬＥＤないしＯＬＥＤシートを顕微鏡ケーシングに直接的に又は直近に位置する顕微鏡コンポーネントに配設することができる。従って、執刀医の直接の視野内例えばビデオ画像に、技術的データ例えば倍率係数、電子ユニットのメニュー、作動待機状態、照明ステータス及びその他を表示することが可能になる。

更に、ＯＬＥＤの制御のためにないし表示されたデータの選択のために、使用されるＯＬＥＤに抗菌性タッチパッドを装備することも本発明の枠内に含まれるものとする。これについては、本出願人により同日に提出された特許出願（内部書類番号Ｌ１９７／Ｐ２５６３：ドイツ国出願番号ＤＥ １０ ２００５ ０１８ ４３１．６：日本国代理人整理番号Ｐ８０１２ＥＥ）を参照されたい。当該同日出願の教示は引用をもって本書に組込み記載されたものとみなされ、本願と組み合わせることができ、逆もまた同様である。

以下に、技術水準のＯＬＥＤシート及びその応用例に関して示す：

BMBF Deutschland（ドイツ連邦教育研究省：Bundesministerium fuer Bildung und Forschung）のプレスレポート、タイトル“Der Bildschirm auf Folie rueckt naeher”、２００３年８月３１日、［Aktuell 154/03］（上掲非特許文献１）は、ドレスデン工科大学の応用光物理学研究所の研究グループについて報告している。この研究グループは、低分子有機発光ダイオード、いわゆるＯＬＥＤを開発した。このＯＬＥＤは、僅かに２．５Ｖの電圧で、ディスプレイ（スクリーン）に適用するために必要な明るさを生成する。有機層は非常に薄いので、この新規のＯＬＥＤは、ディスプレイを例えばシートないしフィルム等の可撓性材料上に構築するのにも適する。ＯＬＥＤベースの自己発光性ディスプレイは、既存の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）と比べて多くの利点、例えば大きな視野角、優れた動画表示能、少ないエネルギー消費等を有する。更なる詳細についてはウェブサイトhttp://www.bmbf.de/press/924.phpにおいて見いだすことができる（上掲非特許文献２）。

ＶＤＩ（ドイツ技術者協会：Verein Deutscher Ingenieure）のレポート、アーヘン（Aachen）/ケムニッツ（Chemnitz）、２００３年４月４日、著者マンフレート・シュルツェ（Manfred Schulze）、タイトル“Leuchtende Folien sollen bald LCDs verdraengen”（上掲非特許文献３）は、ＯＬＥＤ分野での研究活動について報告しており、最も重要な利点として格段により大きな発光力（ないし輝度）、大きな視野角、軽量、及び可撓性の表示面を列挙している。

２００３年４月４日付のＶＤＩレポート、デュッセルドルフ（Duesseldorf）/ニッツァ（Nizza） No.14、著者ヴェルナー・シュルツ（Werner Schulz）、タイトル“Spannende Innovationsdynamik wie aus dem Lehrbuch”（上掲非特許文献４）は、種々のタイプのＯＬＥＤについて、製造会社と現時点における最大寿命とに関する対照表をもって報告している。この刊行物には、ＬＣＤとＯＬＥＤディスプレイとの間の構造的相違も説明されており、更に、例えばハイテク電気かみそり又はデジタルカメラなど幾つかの応用例についても述べられている。

２００３年４月４日の同じＶＤＩレポート、ヴェルナー・シュルツ、タイトル“OLEDs - Besser klein als gar nicht”（上掲非特許文献５）は、フルカラーディスプレイが開発されているユーイング（Ewing）、ニュージャージー（New Jersey）のユニバーサル・ディスプレイ・コーポレーション（Universal Display Corporation：ＵＤＣ）社のＯＬＥＤについて報告している。

他の記事は、２００３年５月１９日のPro-physik、タイトル“Leuchtendes Plastik - Stoff fuer Fernseher und Displays von morgen”（上掲非特許文献６）にみられる。この文献において、著者ベンヤミン・ハンケ（Benjamin Hanke）及びティル・ムントツェック（Till Mundzeck）は、ＯＬＥＤの更なる応用可能性について報告している。

２００４年３月１０日の“Wissenschaft aktuell (optics)”、タイトル“Doppelseitiger LCD-Bildschirm: Bilder auf beiden Seiten”（上掲非特許文献７）では、透明な光導体プレートを使用する両面ＬＣＤが紹介されている。両面が透明なＯＬＥＤの長鎖重合体によって、同様に、両面で放射するＯＬＥＤディスプレイが作製可能であることは明白である。このため、本発明の更なる一変形形態では、内部側に指向された表示面の光が光学的結像システムによって１つ又は２つの顕微鏡ビーム路に差込入射されるように、顕微鏡ケーシングに両面（放射ないし発光）ディスプレイ、とりわけＯＬＥＤディスプレイが配される。外部側に発光する他方の表示（面）は、執刀医又は補助者に対する付加的情報（の提供）に用いられる。

以下に、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例は発明の理解の容易化のためのものであり、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において当業者により実施可能な付加・置換等の適用を排除することは意図しない。また、特許請求の範囲に付した図面参照符号も発明の理解の容易化のためのものであり、本発明を図示の態様に限定することは意図しない。これらの点に関しては補正・訂正後においても同様である。なお、以下の各図において、同じ図面参照符号は同じ構造要素を表し、添え字の異なる図面参照符号は機能が同一又は類似する構造要素を表すものとする。

図１は、従来技術による手術用顕微鏡の一例を示す。架台１には２つの支持アーム３及び４が取り付けられている。一方の支持アーム３は顕微鏡本体２を担持し、他方の支持アーム４はモニタ５を担持する。

図２は、主として、従来の手術用顕微鏡構造体（システム）の一例の顕微鏡側部分に対応する本発明の装置の一例の部分、即ち支持アーム３に旋回可能に結合されたＸ−Ｙ（摺動）連結装置６及び顕微鏡本体２を示す。顕微鏡本体２自体は顕微鏡担持アーム９により担持される。顕微鏡は、主対物レンズ１３、接眼レンズ１１を有する接眼鏡筒１０（２つのステレオチャネルはこの側面図では互いに重なり合って延在するので一方のみが示されている。）を有する。更に、接眼レンズ１１を覗き込むものとして観察者眼１２が象徴的に示されている。本発明によれば、ＯＬＥＤディスプレイ７ａ又は７ｂは、顕微鏡本体２又はＸ−Ｙ（摺動）連結装置６に直接配することができる。顕微鏡本体２に対する配設に関しては、顕微鏡ケーシングの通常は円形の横断面をなす形状（円筒面輪郭形状、即ち、円形外周面）に適合（フィット）するＯＬＥＤシート（フィルム）がとりわけ有利である。

更に、本発明の手術用顕微鏡では、顕微鏡本体２にもＸ−Ｙ（摺動）連結装置６にもそれぞれ１つのＯＬＥＤディスプレイ７ａないし７ｂを装備することが可能である。この場合、本発明では、この２つのＯＬＥＤディスプレイ７ａ及び７ｂは、何れも、同じものを表示することができるが、顕微鏡用ディスプレイ７ａには顕微鏡固有の、どちらかといえば執刀医に有益なデータのみを表示し、他方Ｘ−Ｙ（摺動）連結装置用ディスプレイ７ｂにはどちらかといえば手術補助者のみに対して重要なデータ又は執刀医が特定の状況においてのみ必要とするデータを表示するように構成することも可能である。後者のデータには、とりわけ、顕微鏡が実際に位置している位置に関する情報が含まれる。このために、本発明では、位置シンボル（マーク）８によって、顕微鏡の可能な運動範囲全体内における顕微鏡の実際の位置が表示される。これによって、執刀医は、場合により、顕微鏡を所望の位置にもたらすには、Ｘ−Ｙ（摺動）連結装置６を介したより小さい（短い）が遥かに微細な摺動モードを使用するだけでよいか、又は支持アーム３全体を格段により大きく旋回しなければならないかに関する重要な情報を得ることができる。

更に、本発明では、ＯＬＥＤディスプレイ７ｃは、非可撓性であるか可撓性であるかに関わらず、顕微鏡担持アーム９（の外周）に配することができ、更なるＯＬＥＤディスプレイ７ｄを接眼鏡筒１０の近傍（すぐ隣り）に配することも可能である。（なお、図示の形態ではＯＬＥＤディスプレイ７ｄは接眼鏡筒１０のすぐ上方隣接部に配設している。）手術用顕微鏡架台（システム）に対し、開示された４つのすべての配設部位においてＯＬＥＤディスプレイを配し、この４つの異なるＯＬＥＤディスプレイに対し夫々同じ又は異なるデータを供給することも本発明の枠内に含まれる。

図３は、本発明の手術用顕微鏡の一例の模式的構造を示す。この手術用顕微鏡には、１つ又は２つのビーム路１５に差込入射するためのＯＬＥＤディスプレイ７ｅが配設されている。このため、執刀医の希望に応じて任意的に、軸１６によって示された差込入射ビーム路を介して顕微鏡ビーム路１５にＯＬＥＤ７ｅの画像を差込入射するよう構成された摺動可能な分割プリズム１４を設けることができる。分かりやすくするため結像光学系の図示は省略した。本発明の更なる一変形例によれば、ＯＬＥＤ７ｅは、両面（放射ないし発光）性に構成することができる。即ち、このために使用されるＯＬＥＤは、顕微鏡の内部側に向けられた表示面（内部側指向表示面）を有する。この内部側指向表示面の画像は顕微鏡の１つ又は２つのビーム路に差込入射するために使用される。このＯＬＥＤは、上記内部側指向表示面に加えて、更に、外部側に対して表示する第２の表示面（外部側指向表示面）を有する。これら２つの表示面は、同じ又は異なる情報の何れでも表示することができる。

架台と外部配設モニタとを有する従来の手術用顕微鏡の一例。 執刀医の直接的な視野内の４つの異なる可能な配設部位に夫々１つのＯＬＥＤディスプレイが配設されるよう構成された本発明の装置の一例。 その画像が少なくとも１つのビーム路に差込入射されるＯＬＥＤディスプレイを有するよう構成された本発明の手術用顕微鏡の一例。

符号の説明

１ 架台
２ 顕微鏡本体
３ 顕微鏡本体２のための支持アーム
４ モニタ５のための支持アーム
５ モニタ（ないしディスプレイ）
６ Ｘ−Ｙ（摺動）連結装置
７ａ〜７ｅ ＯＬＥＤ（ディスプレイ）
８ 位置シンボル
９ 顕微鏡担持アーム
１０ 接眼鏡筒
１１ 接眼レンズ
１２ 観察者眼
１３ 主対物レンズ
１４ 分割プリズム
１５ 顕微鏡ビーム路
１６ 差込入射ビーム路
１７ａ〜１７ｄ 執刀医の直接的視野内にある配設部位
１８ 制御装置

Claims (7)

1. 支持アームを有する架台と、顕微鏡本体と、ディスプレイとを有する手術用顕微鏡等の光学システムにおいて、
   前記ディスプレイ（７ａ〜７ｄ）は、観察者（１２）の直接的視野内の前記顕微鏡本体（２）の外面の配設部位（１７ａ）及び／又はＸ−Ｙ連結装置（６）の（外面の）配設部位（１７ｂ）及び／又は顕微鏡担持アーム（９）の（外面の）配設部位（１７ｃ）及び／又は接眼鏡筒（１０）の近傍の配設部位（１７ｄ）に配されること
   を特徴とする光学システム。
2. 少なくとも２つのディスプレイ（７）が、それぞれ、複数の前記配設部位（１７ａ〜１７ｄ）の１つに配されること、及び
   前記少なくとも２つのディスプレイ（７）は、制御装置（１８）によって、互いに対し同じ又は異なるデータを選択的に表示可能に構成されていること
   を特徴とする請求項１に記載の光学システム。
3. 前記ディスプレイ（５、７ａ〜７ｅ）は、非可撓性のＯＬＥＤディスプレイ又は可撓性のＯＬＥＤシートとして構成されること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の光学。
4. 前記ディスプレイ又は前記ＯＬＥＤシート（７）は、ビデオ画像等の手術に本質的なデータと、作動待機状態等の技術的データとが表示可能であるように構成され又は配設されること、及び
   複数の前記ディスプレイ（７ａ〜７ｅ）の１つに、前記顕微鏡本体（２）のその都度の実際のＸ−Ｙ位置に対応する位置シンボル（８）が表示可能に構成されること
   を特徴とする請求項３に記載の光学システム。
5. 顕微鏡本体（２）にＯＬＥＤディスプレイないしＯＬＥＤシート（７ｅ）が配されること、及び
   差込入射ビーム路（１６）が、摺動可能に配設された分割プリズム（１４）によって選択的に顕微鏡ビーム路（１５）に差込入射可能に構成されていること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の光学システム。
6. 前記ＯＬＥＤディスプレイ（７ｅ）は、両面放射型ディスプレイとして構成されると共に、その一方の面からの放射は、前記差込入射ビーム路（１６）及び前記分割プリズム（１４）を介して、少なくとも１つの顕微鏡ビーム路（１５）に差込入射可能に構成されていること
   を特徴とする請求項５に記載の光学システム。
7. 光学システム（１、２、３、４、５、６）又は患者に関する情報を表示するための、該光学システム（１、２、３、４、５、６）のケーシング（２）におけるＯＬＥＤディスプレイ又はＯＬＥＤシート（７ａ〜７ｅ）の使用。
   

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