JP2007536584A - 顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】使用者特に外科医に自由な視界を与えつつ、手術領域の拡大画像を提供する。
【解決手段】顕微鏡光学系（２５）、該顕微鏡光学系（２５）によりとらえた観察対象物の画像を記録するためのカメラ装置（７）、及び観察者が見ることができ、該カメラ装置（７）によってとられた該画像を表示するための表示装置（１２）を含む顕微鏡であって、該表示装置（１２）の少なくとも一つの領域が、該観察対象物から放出された光線を偏向して該顕微鏡光学系（２５）に導く偏向装置（１３）として構成されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前置部に係る顕微鏡に関する。即ち、顕微鏡光学系、顕微鏡光学系によりとらえた観察対象物の画像を記録するためのカメラ装置、及び観察者が見ることができ、カメラ装置によって記録された画像を表示するための表示装置を含む顕微鏡に関する。

顕微鏡、例えば特に微細手術（マイクロサージェリ、microsurgery）に用いる手術用顕微鏡を使用する場合、操作者、特に外科医又は手術者にとって、顕微鏡の接眼鏡を直接のぞく必要がなく、手術領域の視界を実質的に邪魔されず、かつ同時に手術領域の拡大画像を見ることが長い間必要とされていた。このような必要性は、特に医療用及び理工系分野で用いられる立体顕微鏡にもあてはまることに注意すべきである。この種の顕微鏡はこれまで自由視界顕微鏡(Freisicht-Mikroskope)と呼ばれてきた。

このような方向性の第１歩は、ビジョンエンジニアリング(Vision Engineering)社の「Isis」顕微鏡システムによってなされた。このシステムでは、使用者は実際２つの接眼鏡を通して見るのであるが、目と接眼鏡との距離がかなりあることと、射出瞳が大きいことから、使用者は接眼鏡の前で比較的自由に動くことができる。同じ会社で開発され「Mantis」の名前で販売された同様のシステムも知られている。後者では、使用者は共通のフレネル板を通して両目で広い視野を見ることができる。

手術領域の上から直接、手術者にデータや画像を立体的に見せることができる表示器（ディスプレイ）を用いた画像表示分野の発達も言及されるべきである。この種のシステムは、シュトットガルトで行われた貿易フェアMedTech 2003で、フラウンホーファーインスティテュート社(Fraunhofer-Institut INK)から出品された。このシステムでは、表示スクリーンは手術領域の上に支持アームを用いて配置することができる。この表示スクリーンは手で自由に動かすことができる。その空間的な位置はセンサーによって検知され、表示スクリーンに表示される画像、例えばＸ線画像と関連付けられる。観察者は、これらの表示された画像を立体めがねを通して立体的に見ることができ、同時に部分的に透明な表示スクリーンを通して手術領域を注視することができる。使用者が手術領域の上で表示スクリーンの位置を変えると、関連付けられたＸ線画像の見る位置もそれにつれて変わる。

この種のシステムはＥＰ０９１８４９１Ｂ１に記載されている。

しかし上記文献に記載の方法では、手術前に得たデータや画像しか表示器に表示され得ないので、微細手術を行うことはできない。

本発明の目的は、使用者、特に外科医に、自由な視界を与えつつ、手術領域の拡大画像を提供することである。

この目的は、請求項１に記載の特徴を有する顕微鏡によって達成される。即ち、本発明による顕微鏡は、表示装置の少なくとも一つの領域が、観察対象物から放出された光線を偏向して顕微鏡光学系に導く偏向装置として構成されることを特徴とする。本発明に係る顕微鏡は、人間工学的に特に好ましい操作によって特徴付けられる。操作者は、接眼鏡に直接目を付けることなく、スクリーン又は表示器を見ることによって容易に手術領域を注視することができる。本発明に係る顕微鏡軸の配向ないし偏向により、表示スクリーン上の手術領域を観察すると同時に手術を行うことがきわめて容易となる。本発明による、表示装置において発生する、観察対象物から放出された光線の偏向（ないし反射）により、顕微鏡の光学系部を表示装置又は対象物からある距離をもって（離れて）配置でき、結果として表示装置を、望ましい自由操作距離（間隔）を容易に選択・調整できるように、対象物の上に特に望ましい方法で配置できる。

本発明に係る顕微鏡の好ましい実施形態は、従属項に記載した内容（対象）である。

好ましくは、表示装置の操作者と反向する側（反対側）の面は、少なくともその一部が、観察すべき対象物から放出される光線を偏向（ないし反射）する装置として構成される。こうすることにより、観察対象物を実質的に観察者にとって表示器の背後に配置することが可能になり、その結果、例えば観察者が行う手術が、対象物の上で人間工学的に好ましい方法で実施できる。

偏向装置として構成された表示（ディスプレイ）装置の領域が、観察対象物から放出され、顕微鏡光学系に向かって偏向される光線の、偏向される前の方向が、実質的に観察者の視線に向かうように配向されることが好ましい。この特別な配置（構成）によって、観察対象物の手術を行う観察者が顕微鏡を特に自然に扱うことができる。すなわち、観察者の表示装置を通して観察対象物に達する視線の方向が、もし表示装置が途中になければ観察者が見るであろう視線の方向と実質的に平行になる。

本発明に係る顕微鏡の表示装置を平面スクリーンに構成することが特に好ましい。この種の平面スクリーンは、例えばＬＣＤ平面スクリーンのような既知の方法で構成できる。この種のＬＣＤないし液晶表示器は、消費電流が非常に小さいこと及び薄い平面形態にできることに特徴がある。液晶表示器は通常それ自身は光を発しないが、入射してくる光を反射ないし透過することができる。例えば、表示装置の観察者が見る側（正面側）の表示スクリーン及び偏向装置（裏側）の両方をＬＣＤスクリーンに構成することが考えられる。表示スクリーン及び／又は偏向装置としてＯＥＬシステム(Organic Electroluminescence Systems)を用いることも可能である。ＯＥＬシステムは、電流を流すことによってそれ自身が発光し、追加照明が不要であることに特徴がある。

本発明に係る顕微鏡の特に好ましい実施形態として、表示装置が、観察対象物から放出された光が少なくとも一部透過するような、透過モードに切り替え可能であることである。この方法により、観察者は必要ならば、短時間であっても表示器を動かしたりどけたりすることなく、観察対象物の直接自由視界を得ることができる。ＬＣＤ又はＯＥＬスクリーンは電流又は電圧を適切に適用することによって、反射及び透過モードに切り替えることができる。極性のないし偏光の層（偏光フィルム）がそれぞれ透過シート又はフィルムに適用できることをとくに言及しておく。偏光層及び分光層（Analysatorschicht）として知られるこのような２層を重ねて配置し、これらの層にそれぞれ適切に電流又は電圧を適用することにより、反射又は透過スクリーンを提供できる。この種の偏光層システムは、透過モードに切り替えできる（裏側）偏向装置及び必要ならば透過モードに切り替えできる表示スクリーンの両方として、本発明の範囲内に含まれることはもちろんである。

表示装置のうち、偏向要素として設計される部分を鏡面として仕上げると都合が良いことも判明している。こうすることにより、本発明において、観察対象物から放出された光線を特に簡単かつ効果的に偏向（反射）させることができる。

本発明に係る顕微鏡の実施形態として、表示装置のうち偏向装置として構成される領域を、電子的に切り替え可能な鏡面構造とすることが好ましい。このような鏡面は、特に小型の個々に調節可能な、又は軸旋回可能な複数の鏡面（マイクロミラー配列）を含み得る。こうして、個々の鏡面を適切な角度に調節することにより、観察対象物から放出される光線を顕微鏡光学系のほうに適切に偏向（反射）することと、前記の透過モードとの両方を容易に達成できる。表示装置のうち、偏向装置として設計される領域を、一部反射性に構成されるガラスシート又は他の適切な手段で構成することも可能である。この種のガラスシートを偏向装置として用いる場合は、単に表示スクリーン１２ａを透過モードに切り替えるだけで、偏向装置を透過モードにすることが可能である。

本発明に係る顕微鏡の他の好ましい実施形態として、表示装置のうち、偏向装置として設計される領域を、切り替え可能な及び／又はホログラフィック反射性の表示器の構成とすることも可能である。この方法は、顕微鏡又は顕微鏡光学系に平行に配置されたレーザーを用いて、マーキング及び画像データ（腫瘍の輪郭のような）を直接観察対象物の上に投影（投射）する可能性を開くものである。

特に有利には、本発明に係る顕微鏡を立体顕微鏡として構成することである。この種の立体顕微鏡を用いて、手術を特に有利に行うことができる。

表示装置に立体視機能を持たせるように構成することも好ましい。これには表示装置、特にＬＣＤ又はＯＥＬスクリーンを偏光めがねを用いて観察することでスクリーン上に表示される画像を立体的に見ることの可能性も含まれる。また、裸眼立体視可能なスクリーン又は表示器を用いることも考えられる。それにより、観察者は偏光めがねをかける必要がなくなる。

本発明に係る顕微鏡の他の実施形態として、外部データが空間的、立体的に、顕微鏡光学系で選択（設定ないし調整）した拡大率に応じて正確な拡大率で表示される機能を持たせることが好ましい。この機能により、外部データ又は画像を顕微鏡画像の上に、特に簡単かつ好ましい方法で重ね合わせることができる。

本発明の好ましい実施形態を図を用いて詳細に説明する。ここで図１は、本発明に係る顕微鏡の好ましい実施形態の概略側面図である。

図１において、本発明に係る顕微鏡を１００で示す。顕微鏡１００は観察者１１が対象物１０を見るために用いられる。対象物１０は、特に観察者１１が行う手術領域でありうる。

顕微鏡１００は対物レンズ５及びズーム装置６を含む顕微鏡ハウジング４を有する。対物レンズ５及びズーム装置６は、以降では合わせて顕微鏡光学系２５とも称する。加えて顕微鏡は、その顕微鏡ハウジング４の内側又は外側に設置しうる、画像記録又はカメラ装置７を含む。カメラ装置７は、顕微鏡光学系２５でとらえた観察対象物１０の画像を記録（撮像）する。

カメラ装置７でとらえた画像は、表示装置１２の平面スクリーンである表示スクリーン１２ａ上に、観察者１１に対して表示される。表示スクリーン１２ａは、表示装置１２の観察者１１に面した側（正面側）に配置されている。

表示装置１２の観察者１１との反対側（裏側）には、鏡面１３に構成された偏向装置がある。

観察対象物１０から放出される、第１軸８ｂに沿った光線は、鏡面１３で偏向（反射）され、顕微鏡光学系２５の光軸８ａに沿って対物レンズ５又はズーム装置６に到達する。

図１に示す角度αは、例えば、個々のミラー又はマイクロミラーが対応する旋回位置に配置されるマイクロミラー配列を用いて達成することができる。

対物レンズ５及びズーム装置６によって適切に拡大し、カメラ装置７によって記録された後、画像は電子的結合（接続）１９を通じてデータ処理ユニット１５へ送られる。データ処理ユニット１５で適切に処理された画像は、別の電子的結合（接続）２０を通じて表示装置１２の表示スクリーン１２ａへ送られる。観察者は、通常表示スクリーン１２ａと実質的に直角に伸びる視線９にそって、表示スクリーン１２ａを見る。もちろん、適切な表示スクリーンが用いられるならば、表示スクリーン１２ａを斜め４５度の角度で、又はある角度で見ることも可能である。

図１からわかるように、第１近似として、第１軸８ｂの伸びる方向は観察者の視線９と一致する。これは、観察対象物１０を見る者にとって非常に迫真的な観察が可能となる。それは、全体の視軸８ｂ、９が、表示装置１２を旋回して除いた、又は何もない場合の視軸と実質的に一致するからである。

顕微鏡は、既知の方法で立体画像を得るように設計することが好都合である。しかし図１の表示の説明では、２つの独立した立体視チャンネルは図１の平面内で互いに重なり合って配置され、別々に図示できないことを指摘しておく必要がある。２つの立体画像はカメラ装置７（通常は２つのＣＣＤ）によって電子信号に変換され、データ処理ユニット１５を通して表示スクリーン１２ａに立体的に表示される。第１の実施形態によれば、例えば観察者１１は偏光めがねをかけることにより、表示スクリーン１２ａに表示された画像を立体的に見ることができる。他の考えられる実施形態によれば、表示スクリーン１２ａを裸眼立体視（autostereoskopisch）構成とすることにより、見る者は偏光眼鏡をかける必要がない。例えば、裸眼立体視システムを制御するため、観察者の頭に空間マーキング１６ａを配置することが可能である。

表示画像あるいは対象物１０の詳細画像は、既知のズーム装置６を用いて拡大縮小が可能である。ここでズーム装置６は例えば、観察者１１により手動で、音声で又はいわゆる目による制御システム（アイコントロールシステム）で制御しうる。この目的のため、目による制御システムにより動かす制御システムが表示スクリーン１２ａの上に配置されうる。これらは、例えば顕微鏡の受動的及び能動的特性、例えば、ズーム及び／又は焦点合わせの特性を変える機能を含む。

例えば、ハンドル１４に顕微鏡の操作要素を配置することもできるし、表示装置１２の上にタッチパネルとして配置することもできる。

衛生上の理由から、表示装置１２又は顕微鏡１００全体を殺菌仕様とすることができる。或いは、顕微鏡１００を少なくとも部分的に殺菌したフィルム又は透明なカバー、又は被膜（覆い）で包むことができる。

顕微鏡による画像に加えて、対象物１０の手術領域に関連する外部画像、例えば、コンピュータトモグラフィー（ＣＴ）画像を表示するため、空間マーキング１６ｂ、１６ｃが対象物１０及び顕微鏡１００にそれぞれ設置され、その位置は１以上のセンサー又は空間センサー（複数）１７により特定できる。適切なデータ処理、例えば、再びデータ処理ユニット１５を用い、電子的結合（接続）２１を介して対象物１０に関するＣＴの正確な位置が、表示スクリーン１２ａ上に、設定ないし調整された顕微鏡の拡大率で、正確な空間的配置で表示されうる。

本発明に係る顕微鏡１００は、床、天井又は壁に設置され、空間的に自由に移動できるスタンドとして構成される支持システム１８を有することが有利である。先に述べたハンドル１４は、顕微鏡を空間的に自由に動かし、対象物１０との相対位置に配置（位置決め）するために用いられる。

いわゆる頭部による制御（ヘッドコントロール）により顕微鏡１００を空間的に動かすことも可能である。観察者１１の頭部の顕微鏡１００に対する相対位置は、空間センサー１７及び空間マーキング１６ａ、１６ｃによって測定され、支持システム１８に適切な変更を加えて顕微鏡１００を新たな所望の位置に移動させる。

もし必要なら観察者１１に対象物１０の直接自由視界を提供するため、（顕微鏡光学系２５を通さずに）表示装置１２を透過モードに切り替えることができる。このために、表示装置１２の鏡面１３を持つ裏側、及び表示スクリーン１２ａが構成された正面側の両方とも透過状態に切り替えられる。

この目的のため、鏡面１３もまた電子的に切り替え可能な鏡面に構成しうる。例えば、鏡面１３は隣り合わせに配列した複数のマイクロミラーに構成でき、透過可能なように軸回転できるようになっている。反射角αも、複数の小さなミラーの軸回転可能な配列（マイクロミラー配列）に応じた方法で自由に選択できる。

表示装置１２に対する顕微鏡光学系２５又は顕微鏡ハウジング４の相対位置は、単なる例示であることを再度指摘しておく必要がある。もし対応する付加的な偏向要素が用いられた場合は、軸８ａ、８ｂは異なった方向（配向）になりうる。

本発明に係る顕微鏡において、顕微鏡光学系２５が、表示装置１２と観察対象物１０の間にないことが特に有利である。結果として、表示装置１２を対象物１０に利用し易いよう近付ける（軸８ｂの長さを小さくする）ことができ、観察者１１は対象物１０に対する手術を、自由作業距離を適切に選択することにより容易にすることができるからである。

顕微鏡１００は、もし必要なら、空間的な調整がなされた場合に観察者が手動で顕微鏡の焦点を再調節する必要がないように、自動焦点システムを含みうる。

図１には照明装置が示されていない。これは手術技法によって異なった形態を取り、例えば、対物レンズを通して軸に平行に照射してもよいし、あるいは外部の環状又はスロット状の照明でもよい。表示装置１２の裏側に、対象物１０の照明のため白色又は着色発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えることも有利に可能である。

最後に、鏡面１３は切り替え可能な及び／又はホログラフィック反射表示器（例えばＬＣＯＳ表示器）の形態でありうることを指摘する必要がある。これにより、対象物の上に直接、顕微鏡の軸８ａと平行に配置されたレーザーにより、マーキングや画像データ、特に腫瘍の輪郭を投影できる。

本発明に係る顕微鏡の好ましい実施形態の概略側面図である。

符号の説明

４ ハウジング
５ 対物レンズ
６ ズーム装置
７ カメラ装置（撮像装置）
８ａ 顕微鏡の軸
８ｂ 第１の軸
９ 視線
１０ 対象物
１１ 観察者
１２ 表示装置（ディスプレイ）
１２ａ 表示スクリーン
１３ ミラー／偏向装置
１４ ハンドル
１５ データ処理ユニット
１６ａ，ｂ，ｃ 空間マーキング
１７ 空間センサーないし空間位置検出装置（Raumsensoren）
１８ 支持システム
１９ 電子的結合（接続）
２０ 電子的結合（接続）
２１ 電子的結合（接続）
２５ 顕微鏡光学系
１００ 顕微鏡
α 反射角

Claims (11)

1. 顕微鏡光学系（２５）、該顕微鏡光学系（２５）によりとらえた観察対象物の画像を記録するためのカメラ装置（７）、及び観察者が見ることができ、該カメラ装置（７）によって記録された該画像を表示するための表示装置（１２）を含む顕微鏡であって、
   該表示装置（１２）の少なくとも一つの領域が、該観察対象物から放出された光線を偏向して該顕微鏡光学系（２５）に導く偏向装置（１３）として構成されることを特徴とする、顕微鏡。
2. 前記表示装置（１２）の前記観察者とは反対側の面が少なくとも部分的に前記偏向装置（１３）として構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の顕微鏡。
3. 前記表示装置（１２）の、前記偏向装置（１３）として構成されている前記領域が、前記観察対象物から放出され前記顕微鏡光学系（２５）に向けて偏向される前記光線の偏向前の方向が、実質的に前記観察者の視線（９）の方向に伸びるように配列されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の顕微鏡。
4. 前記表示装置（１２）が平面スクリーンに構成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一に記載の顕微鏡。
5. 前記表示装置（１２）が、前記観察対象物から放出される前記光線の少なくとも一部を透過するような透過モードに切り替えできることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一に記載の顕微鏡。
6. 前記偏向装置（１３）として構成された前記表示装置（１２）の前記領域が、鏡面として形成されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一に記載の顕微鏡。
7. 前記偏向装置（１３）として構成された前記表示装置（１２）の前記領域が、電子的に切り替え可能なミラーで形成されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一に記載の顕微鏡。
8. 前記偏向装置（１３）として構成された前記表示装置（１２）の前記領域が、切り替え可能な及び／又はホログラフィック反射性の表示器を備えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一に記載の顕微鏡。
9. 顕微鏡が立体顕微鏡であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一に記載の顕微鏡。
10. 前記表示装置（１２）が立体視機能を有することを特徴とする、請求項１から９のいずれか一に記載の顕微鏡。
11. 外部データが、前記顕微鏡光学系（２５）の設定ないし調整した拡大率に応じて、正確な拡大率で立体的、空間的に表示できることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一に記載の顕微鏡。

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