JP2009163201A - 立体顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】顕微鏡本体の上下寸法の短縮が可能な立体顕微鏡を提供する。
【解決手段】通常光路Ａのズーム光学系１０を水平に形成し、高倍率光路Ｃをそのズーム光学系１０の水平方向外側にそれぞれ形成したため、顕微鏡本体の上下寸法Ｈ１を短縮することができる。また、高倍率光路Ｃが水平方向外側に張り出した状態で形成されるため、拡大レンズ系２４の径Ｍを大きくしても、上下寸法Ｈ１に影響ない。そのため、拡大レンズ系２４の径Ｍを大きくして、高倍率光路Ｃ側における分解能や明るさを向上させることができる。高倍率切換手段を構成する回転プリズム９や回転ミラー２５が略同じ位置で回転するだけの構造のため、立体顕微鏡３内の狭いスペースにも組込み可能である。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、高倍率観察への切換えが可能で且つ上下寸法の短縮を図ることができる立体顕微鏡に関するものである。

医療用の顕微鏡において、光路中にズーム光学系が介在すると、高倍率になるほど、像の解像度が低下するため、ズーム光学系を迂回した状態で、高倍率の鮮明像が得られる高倍率光路を別に形成し、必要により、ズーム光学系を介した通常光路から、ズーム光学系のない固定高倍率の高倍率光路に切り換えられるようにした立体顕微鏡が知られている。この種の立体顕微鏡は、対物光学系及びズーム光学系が垂直方向に形成されており、高倍率光路もズーム光学系と平行に垂直方向に形成されていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１９５１８１号公報

しかしながら、このような従来の技術にあっては、ズーム光学系及び高倍率光路が垂直方向に形成されていたため、顕微鏡本体の上下寸法が大きくなり、顕微鏡から観察部位までの作業寸法も圧迫されていた。

本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、高倍率観察への切換えが可能で且つ上下寸法の短縮を図ることができる立体顕微鏡を提供するものである。

請求項１記載の発明は、対物光学系とズーム光学系を通過した左右一対の光束を左右の接眼部に導く通常光路と、通常光路からズーム光学系を迂回する固定高倍率の高倍率光学系を有する高倍率光路と、通常光路と高倍率光路とを光学的全反射により切り換える高倍率切換手段と、を備えたことを特徴とする立体顕微鏡であって、前記通常光路のズーム光学系が水平に形成され、高倍率光路がズーム光学系の水平方向外側にそれぞれ水平に形成されていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、高倍率切換手段が、対物光学系の上方で且つズーム光学系の前方に位置する回転プリズムと、ズーム光学系の後方に位置する回転ミラーから構成され、回転プリズムは中央垂直軸を中心に９０°の角度で回転自在で、回転ミラーは端部垂直軸を中心に４５°の角度で通常光路内に進入自在であることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、通常光路のズーム光学系を水平に形成し、高倍率光路をそのズーム光学系の水平方向外側にそれぞれ形成したため、ズーム光学系及び高倍率光学系をそれぞれ垂直に形成していた従来に比べて、顕微鏡本体の上下寸法を短縮することができる。また、高倍率光路が水平方向外側に張り出した状態で形成されるため、高倍率光学系の径を大きくしても、上下寸法に影響ない。そのため、高倍率光学系の径を大きくして、高倍率光路側における分解能や明るさを向上させることができる。

請求項２記載の発明によれば、高倍率切換手段を構成する回転プリズムや回転ミラーが略同じ位置で回転するだけの構造のため、顕微鏡内の狭いスペースにも組込み可能である。

本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１〜図１８は本発明の第１実施形態を示す図である。手術室に設置された図示せぬスタンド装置の先端リンク１には、概略コ字形の支持アーム２が取付けられており、該支持アーム２の下端部には主術者Ｄ１用の立体顕微鏡３が支持されている。

また、立体顕微鏡３の右側には、主術者Ｄ１に対して右側に位置する助手Ｄ２用のステレオビュアーＳ１が支持されている。このステレオビュアーＳ１は先端リンク１から延びる保持アーム４により支持されている。ステレオビュアーＳ１は、内部に一対の液晶パネル（透過型でも、反射型でも可）５を備え、立体顕微鏡３を介して取得された患部Ｔの電子映像が液晶パネル５に表示される。助手Ｄ２は液晶パネル５に表示された患部Ｔの電子映像を接眼部６から見ることができる。

手術室の異なる場所には、別のステレオビュアーＳ２、Ｓ３が設置され、患部Ｔの電子映像を看護士Ｄ３や研修医Ｄ４等が見ることができる。

次に、立体顕微鏡３の構造を説明する。

＜通常光路Ａ＞
まず、最初に通常光路Ａの説明をする。尚、通常光路Ａは立体観察するために左右一対形成されている。立体顕微鏡３の下部には、光束取入口７が形成されている。光束取入口７の上部には、対物光学系８としてのレンズ群がが垂直方向（紙面の上下方向）に形成されている。対物光学系８の上部には「高倍率切換手段」としての回転プリズム９が設置され、その回転プリズム９から後方へ向けて水平なズーム光学系１０（４〜２４倍可変）としてのレンズ群が設けられている。回転プリズム９は中央垂直軸９Ｖを中心に水平方向で９０°回転することができる。この回転プリズム９は中央垂直軸９Ｖを中心に同じ位置で回転するだけの構造のため、立体顕微鏡３内の狭いスペースにも組込み可能である。

ズーム光学系１０の後方にはビームスプリッタ１１が設けられている。このビームスプリッタ１１により上方に分岐された通常光路Ａは、２つのプリズム１２を介して前方へ水平に折り返され、ノッチフィルターＦを介して接眼部１５へ導かれる。

ノッチフィルターＦは後述する励起光３１のカットする特性を有している。

通常光路Ａの一部はビームスプリッタ１１を通過した後、撮影光路Ｒを経てカメラ１６に導かれる。撮影光路Ｒには撮影光学系１７が形成されている。このカメラ１６は既知の立体アダプター（例えば特許２６０７８２８号）を備えており、一台で右眼用の電子映像と左眼用の電子映像を同時に撮影することができる。このように一台のカメラ１６あるいは１枚の撮像素子（ＣＣＤセンサ等）で電子映像を取得することができれば、２台のカメラを用いる場合のようにカメラ間での感度調整を行う必要がなく、撮影が容易である。

＜映像光路Ｂ＞
通常光路Ａにおけるプリズム１２とノッチフィルターＦとの間には、「映像切換手段」としての回転ミラー１８が設けられ、端部垂直軸１８Ｖを中心に回転することにより、通常光路Ａ内に４５°の角度で進入自在である。この回転ミラー１８に対応する部分から、映像光路Ｂが分岐形成されている。映像光路Ｂはレンズ１９、固定ミラー２０を介して、表示パネル２１に至っている。この回転ミラー１８は端部垂直軸１８Ｖを中心に略同じ位置で回転するだけの構造のため、立体顕微鏡３内の狭いスペースにも組込み可能である。

表示パネル２１は１インチの反射型ＬＣＤである。表示パネル２１は白色ＬＥＤによる光源Ｐにより画面が照らされる。光源Ｐは回転ミラー１８の回転により映像光路Ｂが機能する時にＯＮとなる。

反射型ＬＣＤは、バックライトを有する透過側ＬＣＤよりも、構造的に小型化し易く、立体顕微鏡３の狭いスペース内への設置に好適である。また、反射型ＬＣＤは透過型ＬＣＤに比べて画素間の隙間が狭く、黒い格子が目立たず、画質の面で優れている。尚、最近では透過型ＬＣＤの開発も進んでおり、反射型ＬＣＤに代えて透過型ＬＣＤを用いても良いことは言うまでもない。

この表示パネル２１や、ステレオビュアーＳ１〜Ｓ３の液晶パネル５には、前記カメラ１６で撮影された左右一対の電子映像がコントローラ２２を介して出力されるようになっている（図１８参照）。

＜高倍率光路Ｃ＞
また、対物光学系８の上部に位置する回転プリズム９からは、水平方向外側にズーム光学系１０を迂回する高倍率光路Ｃが形成されている。この高倍率光路Ｃは前後に位置する一対のプリズム２３と、その間の高倍率光学系２４とから構成され、ズーム光学系１０と平行に水平方向に形成されている。この高倍率光路Ｃは水平方向外側に張り出した状態で形成されており、寸法的な制約が少ないため（上下左右に他の光学系が存在しないため）、高倍率光学系２４の径Ｍを大きくすることができ（図１１参照）、４０倍の固定した高倍率が得られる。

また、高倍率光路Ｃがズーム光学系１０の水平方向外側に並置するように水平状態で形成されているため、従来のように高倍率光路Ｃ及びズーム光学系１０を垂直に形成する場合に比べて、立体顕微鏡３の上下寸法Ｈ１の短縮を図ることができる（図３参照）。さらに、ズーム光学系１０の光軸、高倍率光路Ｃおよび通常光路Ａの折り返し部分がいずれも水平を向き相互に平行に設けられているため立体顕微鏡３を上下方向にコンパクトに構成することができる。上下寸法Ｈ１が短縮化されることにより、立体顕微鏡３の下方の作業寸法Ｈ２が拡大し、手術作業が行い易くなる。

ズーム光学系１０の後方のビームスプリッタ１１と、撮影光学系１７との間の撮影光路Ｒ中には、「高倍率切換手段」としての回転ミラー２５と、ノッチフィルターＦが設けられている。

回転ミラー２５は、映像光路Ｂ側のものと同様で、端部垂直軸２５Ｖを中心に回転することにより、通常光路Ａ内に４５°の角度で進入自在である。この回転ミラー１８も、端部垂直軸２５Ｖを中心に略同じ位置で回転するだけの構造のため、立体顕微鏡３内の狭いスペースにも組込み可能である。

ノッチフィルターＦは前記通常光路Ａ中に設置されたものと同様で、後述する励起光３１のカットする特性を有している。

＜照明光路Ｌおよび励起光路Ｅ＞
ズーム光学系１０の下方には、照明光路Ｌと励起光路Ｅが形成されている。照明光路Ｌには、照明光学系２６を介して光ファイバー２７からキセノンランプ等の照明光２８が照射される。照明光２８は患部Ｔの周囲を広く照らす。

励起光路Ｅには、励起光学系２９を介して光ファイバー３０からレーザー等の励起光３１が照射される。励起光３１は患部Ｔの周囲を狭く照らす。励起光３１はバンドバスフィルター３２により必要な波長だけが透過するようになっている。このバンドバスフィルター３２は出入自在で、例えばレーザーにより治療する場合にはバンドバスフィルター３２は外される。

次に作用を説明する。

１．通常観察の場合（図６参照）
通常観察の場合、対物光学系８を通過した光束は通常光路Ａを経て、左右一対の接眼部１５に導かれるため、主術者Ｄ１は患部Ｔの光学像を接眼部１５から立体的に観察することができる。また、光束の一部は分岐されてカメラ１６で撮影されているため、主術者Ｄ１以外の人は、その電子映像をステレオビュアーＳ１〜Ｓ３で見ることができる。接眼部１５から見る光学像は、照明光２８下での像でも良いし、励起光Ｅ下での蛍光観察でも良い。蛍光観察の場合は、事前に患部にタラポルフィンナトリウムやインドシアニングリーン等の蛍光物質を集積させておく必要がある。また、接眼部１５から光学的に蛍光を観察する場合は、蛍光が微弱なために、手術室を暗転させたりする必要がある。尚、ステレオビュアーＳ１〜Ｓ３で見ている助手Ｄ２等だけが蛍光観察する場合は、手術室を暗転させなくても、カメラ１６の感度調整により微弱な蛍光でも観察できる。蛍光を映像を肉眼で見る場合、カメラ１６で撮影する場合、いずれも蛍光観察に不要な励起光３１を光路中においてノッチフィルターＦで除去できるため、鮮明な蛍光を観察・撮影することができる。

２．映像観察の場合（図７参照）
励起光３１の照射下における患部Ｔの蛍光を、カメラ１６で撮影して、その電子映像を立体顕微鏡３内の表示パネル２１に表示させて接眼部１５より見る場合は、主術者Ｄ１は図示せぬフットスイッチ等を操作して、回転ミラー１８を通常光路Ａ内に進入させ、映像光路Ｂに切り換える。

そうすると、表示パネル２１に表示された蛍光映像を接眼部１５から立体的に観察することができる。光学的全反射により光路を１００％切り換えるため、明るく鮮明な電子映像が立体的に観察できる。しかも、一般的に肉眼よりも高い感度を有するカメラ１６の感度で撮影された蛍光のため、通常観察の場合よりも明瞭に観察できる。また、カメラ１６の感度を調整することにより、色々な色調での蛍光観察が可能となり、各種蛍光物質に応じた最適の色調で観察することが可能となる。

尚、表示パネル２１による立体映像観察は、励起光３１下における蛍光観察に限らず、照明光２８下における通常の映像観察でも良い。この場合も、光学的全反射により光路を１００％切り換えるため、明るく鮮明な電子映像が立体的に観察できると共に、映像の色調を調整することができるため、光学観察とは異なる色調で観察することができる。例えば、手術による切除部位と、その他の部分が、実際の肉眼観察よりも、より明瞭に区別できるような色調に変えて観察することができる。このような励起光３１下及び照明光２８下での観察は、主術者Ｄ１以外の人もステレオビュアーＳ１〜Ｓ３により同様に行うことができる。

以上説明したように、光学的な観察と、映像観察とを、接眼部１５に目を付けたまま切り換えることができるため、主術者Ｄ１は手術の作業を止める必要がない。

３．高倍率・映像観察の場合（図８参照）
前記映像観察を更に拡大した高倍率で行う場合は、対物光学系８の上部の回転プリズム９を外側に９０°回転させると共に回転ミラー２５を４５°回転させて、高倍率光路Ｃに切換える。高倍率光路Ｃにはズーム光学系１０がないため、固定された高倍率の映像をカメラ１６で明瞭に撮影することができる。しかも、回転プリズム９及び回転ミラー２５による切り換えが、光学的全反射によりに光路を１００％切り換える機構のため、明るく鮮明な電子映像がカメラ１６で撮影することができる。撮影された電子映像は、立体顕微鏡３内の表示パネル２１や、ステレオビュアーＳ１〜Ｓ３の液晶パネル５に表示することができる。

特に、この実施形態では、高倍率光路Ｃを水平方向外側に張り出した状態で形成したことにより、高倍率光学系２４を構成するレンズの径Ｍが大きくなり、カメラ１６で撮影される電子映像の分解能及び像の明るさを向上させることができる。このように高倍率にできるため、従来の顕微鏡では不可能であった、微小血管（直径が約１００μｍ）の接合や、バイオテクノロジーにより創製した培養組織への外科操作などを行うことができる。

尚、この高倍率の映像観察の場合も、励起光３１下における蛍光観察を行っても良いし、照明光２８下における通常の映像観察を行っても良い。特に、蛍光映像を明瞭且つ高倍率で立体的に観察できることは、画期的であり、今後の医療の発展への貢献が大いに期待される。

以上の実施形態では、回転ミラー２５を、ビームスプリッタ１１と撮影光学系１７との間の撮影光路Ｒ中に配置する例を示したが、ズーム光学系１０の後方で、ビームスプリッタ１１の直前の通常光路Ａ中に配置しても良い（プリズム２３、高倍率光学系２４の位置も回転ミラー２５に合わせる）。そうすることにより、カメラ１６での撮影の鮮明さは多少低下するが、接眼部１５から高倍率の肉眼観察が行えるようになる。

（第２実施形態）
図１９及び図２０は、本発明の第２実施形態を示す図である。本実施形態は、前記第１実施形態と同様の構成要素を備えている。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

この実施形態では、反射型ＬＣＤである表示パネル２１の前方に、光軸に対して上下方向で４５度の角度を有するハーフミラー（光分岐手段）３５を設置した。このハーフミラー３５は光を５０：５０に分岐するものである。そして、ハーフミラー３５の上部にそれぞれ白色ＬＥＤによる面光源３６を設けたものである。光源Ｐは回転ミラー１８の回転により映像光路Ｂが機能する時にＯＮとなる。

面光源３６からまっすぐハーフミラー３５に照射された照明光Ｎは、ハーフミラー３５で一部が反射されて光軸と平行になり、表示パネル２１に対して垂直に当たる。表示パネル２１に当たった照明光Ｎは反射されて光軸に沿った反射光となる。表示パネル２１からの反射光の一部はハーフミラー３５を透過し、接眼部１５を経て左右の眼に至る。

この実施形態によれば、面光源３６からの照明光Ｎをハーフミラー３５により反射し、表示パネル２１に対して垂直に当たるようにしたため、均一な照明となり、表示パネル２１の電子映像が見やすくなる。

本発明の第１実施形態に係る立体顕微鏡とステレオビュアーを示す斜視図。 立体顕微鏡を示す斜視図。 立体顕微鏡の内部構造を示す図。 ステレオビュアーの内部構造を示す図。 立体顕微鏡の全光路を示す図。 立体顕微鏡の通常光路を示す図。 立体顕微鏡の映像光路を示す図。 立体顕微鏡の高倍率光路を示す図。 中央垂直軸を中心に回転するプリズムを示す斜視図。 プリズムの回転状態を示す図９相当の斜視図。 中央垂直軸を中心に回転するプリズムを示す正面図。 プリズムの回転状態を示す図１１相当の正面図。 映像光路の回転ミラーを示す斜視図。 回転ミラーの回転状態を示す図１３相当の斜視図。 映像光路を示す平面図。 高倍率光路の回転ミラーを示す斜視図。 高倍率光路の回転ミラーの回転状態を示す図１６相当の斜視図。 カメラと表示パネル等との関係を示す図。 本発明の第２実施形態に係る映像光路を示す斜視図。 映像光路を示す断面図。

符号の説明

３ 立体顕微鏡
５ 液晶パネル
８ 対物光学系
９ 回転プリズム（高倍率切換手段）
９Ｖ 中央垂直軸
１０ ズーム光学系
１５ 接眼部
１６ カメラ
１８ 回転ミラー（映像切換手段）
１８Ｖ 端部垂直軸
２１ 表示パネル
２４ 高倍率光学系
２５ 回転ミラー（高倍率切換手段）
２５Ｖ 端部垂直軸
Ａ 通常光路
Ｂ 映像光路
Ｃ 高倍率光路
Ｄ１ 主術者
Ｄ２ 助手
Ｄ３ 看護士
Ｄ４ 研修医
Ｓ１〜Ｓ３ ステレオビュアー
Ｔ 患部
Ｍ 高倍率光学系の径
Ｈ１ 立体顕微鏡の上下寸法
Ｈ２ 立体顕微鏡の下方の作業寸法
Ｐ 光源

Claims (2)

1. 対物光学系とズーム光学系を通過した左右一対の光束を左右の接眼部に導く通常光路と、通常光路からズーム光学系を迂回する固定高倍率の高倍率光学系を有する高倍率光路と、通常光路と高倍率光路とを光学的全反射により切り換える高倍率切換手段と、を備えたことを特徴とする立体顕微鏡であって、
   前記通常光路のズーム光学系が水平に形成され、高倍率光路がズーム光学系の水平方向外側にそれぞれ水平に形成されていることを特徴とする立体顕微鏡。
2. 高倍率切換手段が、対物光学系の上方で且つズーム光学系の前方に位置する回転プリズムと、ズーム光学系の後方に位置する回転ミラーから構成され、
   回転プリズムは中央垂直軸を中心に９０°の角度で回転自在で、回転ミラーは端部垂直軸を中心に４５°の角度で通常光路内に進入自在であることを特徴とする請求項１記載の立体顕微鏡。

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