JP3943154B2 - 実体顕微鏡の照明手段 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結像集束距離が可変である対物レンズを有する実体顕微鏡のための、観察光学系とは別の光学系を経て照明光集束距離を変化させることが可能である照明手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
結像集束距離が一定である主対物レンズを有し、手術用顕微鏡として構成されている実体顕微鏡の照明手段は、出願人の欧州特許第０ ３６４７９４号から知られている。この照明手段は、上記の主対物レンズを含む観察光学系に統合された照明光学系を含んでおり、そして、その照明光は上記主対物レンズを通る。この照明手段は、上記主対物レンズが一定の結像収束距離をもつと同様に、一定の照明光集束距離を有している。
【０００３】
そのため、たとえば、出願人のドイツ実用新案第９０１６８９２．５号から知られているような可変結像集束距離をもつ対物レンズを有する手術用顕微鏡に、照明光集束距離が一定の照明手段を追加的に付加した場合には、照明手段の集束距離と対物レンズの集束距離が常に一致するとは限らない。従って、欧州特許第０ ３６４７９４号から知られている照明手段を結像集束距離が可変である対物レンズと組合せて使用することはできない。
【０００４】
基本的には、この問題は、上記照明光集束距離が一定の照明手段を観察光路の対物レンズと別に設置する場合に起こる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、結像集束距離が可変である対物レンズを有する実体顕微鏡のための、照明光路に対して観察光学系とは別の光学系が設けられているような照明手段を提供することである。この場合、結像集束距離と照明手段の集束距離とが一致するように常に保証すべきである。さらに、大幅な調整操作を行わずともユーザには常に最適の照明が与えられるべきである。また、物体平面の照射野直径を調整できることが望ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題は請求項１の特徴をもつ照明手段により解決される。
本発明による照明手段の有利な実施形態は請求項２〜請求項１２から明白である。本発明による照明手段を有する実体顕微鏡は請求項１３の対象である。
【０００７】
本発明による照明手段においては、第１の結合手段が設けられているため、照明光集束距離は使用する対物レンズの結像集束距離と常に確実に一致する。従って、照明光路の中に配置された照射野ダイアフラムは、可変集束距離をもつ対物レンズを経て像が集束されて来る物体平面に常に集束される。
【０００８】
さらに、第２の結合手段を介して、観察される視野の照明が常に中心位置を合わせて実行されるように、照明手段の方向転換素子の角度位置をその都度の結像集束距離と照明光集束距離に従って変化させるよう保証することができる。
【０００９】
本発明による照明手段は、物体平面における照射野直径を定義通りに調整するためにユーザにより操作可能である調整手段をさらに有していると有利である。そこで、観察者は、たとえば、より小さな照射野直径が必要であるときに、視野中のより深いところにある箇所を最適に照明することが可能である。このことは、たとえば、本発明による照明手段を有する実体顕微鏡を手術用顕微鏡として使用したときに人体の深い位置にある腔を照明すべきであるような場合に有利であることがわかる。
【００１０】
調整手段と組合せて第３の結合手段を使用すると、所定の面の中で常にできる限り大きい光のパワーを確実に利用することができる。高い倍率に対して照明光が手術領域のより小さい場所に自動的に集中されると、その結果、手術領域のその他の場所からの散乱光が遮蔽されるので、観察者に対するコントラストは向上する。
【００１１】
調整手段を介して所望の照射野直径を調整するとき、設けられている照射野ダイアフラムに対する光ファイバ光導体の位置も同時に定義通りに変化する。この場合、照射野直径の調整は照射野ダイアフラムの直径を変化させることによって行われるのが好ましい。
【００１２】
先に述べた結合手段のようにオプションとして、実体顕微鏡の中に本発明による照明手段と組合せてさらに第４の結合手段を設けることが可能であり、この第４の結合手段はパンクラティック拡大光学系の実際の倍率に従って、照射野直径を定義通りに変化させる。これにより、様々に異なる倍率に対して、立体観察光路で自動的に輝度が適応されるようになる。この結合を経て、立体観察光路の射出ひとみの中に一定の照度を得ようとしている。
【００１３】
特に手術用顕微鏡で本発明による照明手段を使用する場合には、手術中の外科医にとって常に最適な照明関係が得られ、それぞれの結合が起動されるときに、照射野直径の手動調整が可能であるのを別として、設けられている様々な結合手段を介してあらゆる結合機能が自動化されて実行される。
【００１４】
本発明によれば、各々の結合手段については以下に説明する実施形態の他にも、たとえば、適切なエンコーダと関連している適切な駆動装置を介して全ての調整運動を実行するような全く電動方式の変形例のような代替構成の結合手段の使用も可能である。その場合、エンコーダ信号を中央制御装置によって評価し、中央制御装置はエンコーダのデータに基づいて、駆動装置に対して適切な制御信号を発生する。
【００１５】
加えて、全ての実施形態において、上記の結合機能の各々を選択的に遮断し、所定の結合機能にのみ依存することも可能である。
本発明による照明手段のその他の利点並びに詳細は、添付の図面に基づく以下の実施形態の説明から明白である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１には、本発明による照明手段の一実施形態の光学系の断面図を示す。この光学系は光ファイバ光導体１を含み、光導体の入射側には、たとえば、冷光ミラー・ランプ又はサーマックス−キセノンランプなどの適切な光源又は所望の光源の光が入射する。その入射面は図１には示されていない。
【００１７】
光ファイバ光導体１の射出面２の前方には、光ファイバ光導体１によって照明される照射野ダイアフラム３が配置されている。照射野ダイアフラム３はアイリス絞りとして構成されているのが好ましく、観察される物体面においてユーザにとって望ましい照射野直径の調整が可能であるように、適切な調整手段を使用してダイアフラムの直径を調整することができる。
【００１８】
本発明による照明手段の一実施形態では、以下の説明の中では第３の結合手段と呼ばれる所定の結合手段によって、光導体の射出面２とアイリス絞りとの相対間隔の変化に伴なってアイリス絞りを開放するようになっている。これにより、様々に調整された異なる照射野直径に対しても、照射野の面ごとに常にできる限り高い光エネルギーを確実に利用できる。この場合、照射野直径を縮小するときには、照射野ダイアフラム３と光導体の射出面２との相対間隔もほぼ相応して短くなる。相対間隔の変更は光ファイバ光導体１をシフトさせるか、あるいは照明光路中の後続する２つの第１の光学素子Ｌ１，Ｌ２を含めて前方の照射野ダイアフラム３をシフトさせることによって実行可能である。相対間隔の変化を可能にするそれら２つの方法は、光導体１と照射野ダイアフラム３との間の矢印により明らかであろう。
【００１９】
照射野ダイアフラム３の後には、光軸４に沿った光線発散方向に４つの別個のレンズ又はレンズ群Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が続いている。図示した実施形態においては、第１のレンズ群Ｌ１は光学収束作用をもつ第１のレンズ５と、同様に光学収束作用をもつ２つの部分から成る接合素子６とから構成されている。第２のレンズ群Ｌ２は光学収束作用をもつ二分割接合素子７と、それにすぐ隣接して配置された、同様に光学収束作用をもつ別のレンズ８とを含む。図示した実施形態では、第３のレンズ群Ｌ３は光学発散作用をもつレンズ９から構成されており、２つの部分から成る接合素子としての構造を有する。第３のレンズ群Ｌ３の後に続く最後の第４のレンズ群Ｌ４は、光学収束作用をもつ二分割の接合素子として構成された１つのレンズ１０である。
【００２０】
本発明による照明手段の光学系においては、第１のレンズ群及び第２のレンズ群Ｌ１，Ｌ２を経て照射野ダイアフラム３は「無限遠」へ結像される。すなわち、それら２つのレンズ群Ｌ１，Ｌ２の後には平行な照明光路が現われる。その平行な照明光路は、続いて、第３のレンズ群及び第４のレンズ群Ｌ３，Ｌ４によって所望の物体面へと集束される。図示した実施形態の場合、第３のレンズ群Ｌ３を光軸４に沿ってシフトさせることにより、照明光集束距離の所望の変化を得る。
【００２１】
本発明による照明手段の光学系は方向転換素子１１をさらに含み、照明光路はその方向転換素子を経て、主対物レンズにより観察される物体面の方向へ方向転換される。この場合、方向転換素子１１は周知の偏向ミラーとして構成されているのが好ましい。さらに、光学系の方向転換素子１１は、照明光が結像光路の光軸に対して様々に異なる角度を成して方向転換できるように照明光路の中に配置されている。すなわち、方向転換素子は少なくとも１つの軸に関して移動自在であるように支承されているのが好ましい。照明光集束距離又は結像集束距離が可変であるとき、視野と照明光路とが常に中心位置一致関係にあるように保証するためには、そのように照明角度を調整できることが必要である。これに関連する詳細は以下の説明の中でさらに詳細に説明する。
【００２２】
次に、図２を参照して、本発明による照明手段を有する実体顕微鏡２０の概要を説明する。加えて図示されているのは、実体顕微鏡２０の様々に異なる機能の間で実現可能な全ての結合である。実体顕微鏡２０それ自体はごく概略的に示されているだけである。特に双眼鏡筒１２又は実体顕微鏡のハウジングに対する照明手段の配置は図２には正確には示されていない。本発明による照明手段を有するハウジング２１は、通常、観察者の方向とは逆の方向、すなわち、図の方向に向いている。このように表示した理由は、単に見やすくするというだけである。
【００２３】
図示した実体顕微鏡２０は、図１の中で既に原理を説明した照明手段の他に、集束距離が可変である対物レンズ１３と、対物レンズ１３の次に配置された倍率切替え手段１４と、同様に知られている双眼鏡筒１２とをさらに含む。
【００２４】
本発明によれば、第１の結合手段４１を介して、照明光集束距離が常に対物レンズ１３の結像集束距離と一致するように、対物レンズ１３の可変結像集束距離を照明光集束距離と結合できる。対物レンズの結像集束距離の変化は、それぞれ適切な矢印により示唆する通り、光軸１７に沿って対物レンズの１つ又は複数のレンズをシフトさせることによって実行される。
【００２５】
さらに、照明光路の中に少なくとも１つの軸に関して移動自在であるように支承された方向転換素子１１の角度位置と対物レンズ１３の結像集束距離を結合する第２の結合手段４２が設けられている。これにより、観察される視野と照射野との間に常に中心位置を合せた関係が確実に成立しているように保証する。
【００２６】
さらに、ユーザが可変調整可能な直径を有する照射野ダイアフラム３を実現するために、適切な調整手段が設けられている。図２には、この調整手段は単に照射野ダイアフラム３の脇に示した矢印によって示唆されているだけである。
【００２７】
また、第３の結合手段４３を介して、照射野ダイアフラム３の直径、従って、照射野直径の調整を光ファイバ光導体１と照射野ダイアフラム３との相対間隔と結合できる。これにより、調整後の照射野は面積ごとにできる限り高い光エネルギーをもって常に最適の状態で照明される。
【００２８】
最後に、先に説明した結合手段と同様にオプションとして、照射野直径、すなわち、実際に調整された照射野ダイアフラム３の直径を倍率切替え手段１４のその都度の倍率と結合する第４の結合手段４４がさらに設けられている。これにより、可能なあらゆる倍率段階で最適の輝度適応が保証される。
【００２９】
また、可能な一実施形態では、図２にはごく概略的に示した遮断素子４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａを介して、前述の全ての結合手段を遮断自在に構成することが可能である。すなわち、ユーザは実体顕微鏡でそれぞれの結合手段を動作させるか又は活動させないかを選択できる。
【００３０】
次に、図３，図４，図５ａ〜図５ｃを参照して、本発明による照明手段の具体的な一実施形態を説明する。それらの図においては、図１及び図２から既にわかっている素子を同じ図中符号により示した。
【００３１】
図３には、実体顕微鏡のハウジング２１に装着された本発明による照明手段の一実施形態の縦断面図を示す。この図では、実体顕微鏡からはハウジング２１の一部と、可変集束距離をもつ対物レンズの光学素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃの他には詳細は示されていない。
【００３２】
使用する可変集束距離をもつ対物レンズは、出願人のドイツ実用新案第９０１６８９２．５号による対物レンズに相応するものである。この対物レンズは前面の負の素子１３ａと、光学収束作用をもち、固定配置された負の素子１３ａに対して光軸に沿って定義通りに摺動自在であることにより、結像集束距離の１５０mmないし４５０mmの範囲での変化を可能にする２つの光学素子１３ｂ，１３ｃとを含む。２つの可能レンズ１３ｂ，１３ｃのシフトは図３には示されていないステップモータの形態をとる適切な駆動装置を介するか、あるいは手動操作で適切な操作ボタンを経て行われる。
【００３３】
本発明による照明手段のハウジングの中には、適切な固定装置２２によって固定されている光ファイバ光導体１の端部が認められる。光導体の射出面２の前には、アイリス絞り３として構成された照射野ダイアフラムが配置されている。アイリス絞り３の前には、図１の説明に従った４つのレンズ群Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４、すなわち、光学素子がさらに配置されている。この場合、それらのレンズ群Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の個々のレンズ５，・・・，１０は、図１から明らかである照明手段の光学系の実施形態のレンズに相応している。
【００３４】
照明光路の発散方向に見て、４つのレンズ群Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の後、対物レンズの下方には、偏向ミラーとして構成された方向転換素子１１が斜めに配置されている。図３の図には、偏向ミラー１１がとりうる第２の位置と、それに対応して変更された照明光路の光軸４，４´の位置が点線で記入されている。このために、変更ミラー１１は図面の平面に対し垂直の向きに定められている軸１５に関して移動自在であるように支承されている。方向転換素子１１のさらに別の位置どりを実現できることは自明である。
【００３５】
本発明によれば、照明手段は、使用する対物レンズの結像集束距離と使用する照明手段の照明光集束距離が一致するよう常に保証するように、対物レンズの結像集束距離と、照明手段の照明光集束距離とを結合させる第１の結合手段を含む。このために、図示した実施形態においては、対物レンズの２つの可動レンズ１３ｂ，１３ｃの垂直シフト運動と、照明手段の光学系の第３のレンズ群Ｌ３の水平シフト運動とを結合することによって、照明光路の集束距離の変化を得る。この場合、対物レンズの可動素子１３ｂ，１３ｃをシフト運動させるために設けられている駆動装置は、対物レンズの可動素子１３ｂ，１３ｃの駆動運動を第３のレンズ素子Ｌ３の直線運動に変換する目的でも使用される。
【００３６】
そこで、図４に概略的に示す駆動装置３０はウォーム１６を駆動し、そのウォーム自体は、ウォームと接触しているウォーム歯車１７を回転運動させる。ウォーム歯車１７の制御カムに、可動レンズ群Ｌ３又はウォーム歯車１７の内側にあるそのレンズマウントと結合している。垂直に配置されたガイドピン１８が係合する。ガイド部材２５にある別のガイドピン１９を介して精密に安定されて、ウォーム歯車１７が回転運動すると、照明手段の可動レンズ群Ｌ３は必要なシフト範囲の中で軸方向に動く。従って、歯車の歯数比、制御カムのこう配などを適切に選択することにより、異なる集束距離の本発明による結合を調整できる。
【００３７】
さらに、本発明による照明手段の中には、対物レンズのそれぞれ調整された結像集束距離に従って、視野と物体平面における照射野との間に所望の中心位置合せ関係が常に成立するように定義された軸１５に関する方向転換素子１１の角度位置を変化させる第２の結合手段が設けられている。このために、図３には示されていないレバー機構が設けられており、レバー機構は、視野中心と照射野との所望の定義された空間的関係が常に確保されたままであるように、対物レンズの摺動自在の光学素子１３ｂ，１３ｃを偏向ミラーのミラー支持体２４と結合する。
【００３８】
加えて、本発明による照明手段の図示した実施形態には、物体平面における照射野直径を定義通りに調整するための調整手段が設けられている。調整手段は、図３にも見られる回転つまみ２６をさらに含み、ユーザはその回転つまみによってアイリス絞り３の開口を定義通りに調整することができる。アイリス絞り３の調整機構については、以下に図５ａ〜図５ｃを参照して説明する。
【００３９】
図５ｂには、照明手段の関連する領域を図３と同じ斜視図で拡大して示してあり、一方、図５ａは、図５ｂに記入した平面を通る断面図を示す。
中心軸５１に関して回転自在に支承された回転つまみ２６と結合しているカム制御部材５２は、回転つまみ２６の回転運動によって駆動される。回転つまみ２６とカム制御部材５２との間には、カム制御部材５２、すなわち、回転つまみ２６に従って動き、そのことにより回転つまみ２６の回転運動を制限するストッパピン５３のエンドストッパ５４が設けられている。カム制御部材５２の制御カム５５には、結果として発生する運動を回転運動としてスリーブ５７に伝達する第１のフォロワ５６が係合している。図５ａには、制御カム５５によって規定されるスリーブ運動の２つの限界位置が示されている。すなわち、ここで説明する実施形態では、旋回角は約４０となる。
【００４０】
スリーブ５７が起こす回転運動は、今度は、直線ガイド５９の中で動く第２のフォロワ５８を介して、光軸の方向へのスリーブ５７の定義通りの軸方向運動に変換される。この第２のフォロワ５８のガイド５９の平面図を図５ｃに示す。
【００４１】
アイリス絞り３と、第１及び第２のレンズ群Ｌ１，Ｌ２の光学素子５，６，７，８とはスリーブ５７と結合しており、それらはスリーブが軸方向運動するのに伴なって、合わせて１つの構成要素として光ファイバ光導体に対して移動する。
【００４２】
このように、回転つまみ２６の回転運動によりアイリス絞り３は軸方向にシフトするが、アイリス絞り３の調整ピン６０は同時に対応するガイドの固定半径方向位置にとどまっている。その結果、回転つまみ２６の回転方向に応じて、アイリス絞り３の開閉運動が起こることになる。
【００４３】
従って、以上説明したような機構をもつ調整手段により、既に述べた本発明による照明手段の内部の第３の結合も実現されるのであり、それは、照射野直径がどのように調整されたときでも、照射野ダイアフラムが確実に最適の状態で照明されるように保証する。これは、先に説明した通り、光導体の射出面とアイリス絞り３との相対間隔を照射野直径に従って変化させることによって実行される。
【００４４】
図３，図４，図５ａ〜図５ｃの実施形態で説明した３つの結合構造の他にも、本発明による照明手段の中では第４の結合が可能である。その場合、照射野直径は倍率切替え手段のその都度調整される倍率とさらに自動的に結合される。そのような第４の結合の適切な実施形態は、たとえば、出願人のドイツ実用新案第８７１３３５６．３号の中に記載されている。
【００４５】
様々な結合手段について説明又は引用した実施形態に加えて、先に示唆した通り、全て本発明による照明手段の枠内で実現可能であるさらに別の全く機械的及び／又は電動方式の一連の変形結合構造もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による照明手段の一実施形態の光学系の断面図。
【図２】 可能な全ての結合を含めた本発明による照明手段を具備する実体顕微鏡の概略図。
【図３】 実体顕微鏡の対物レンズの下方に配置された本発明による照明手段の一実施形態の縦断面図。
【図４】 図３の照明手段の第１の横断面図。
【図５】 図３の照明手段の第２の横断面図（ａ）と図５ａの照明手段の一部の拡大図（ｂ）と図５ａ及び図５ｂの照明手段の一部を示す図（ｃ）。
【符号の説明】
１…光ファイバ光導体、３…照射野ダイアフラム（アイリス絞り）、４…光軸、５〜１０…レンズ、１１…方向転換素子、１３…対物レンズ、１３ｂ，１３ｃ…可動光学素子、１６…ウォーム、１７…ウォーム歯車、２０…実体顕微鏡、４１…第１の結合手段、４２…第２の結合手段、４３…第３の結合手段、４４…第４の結合手段、５２…カム制御部材、５７…スリーブ、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４…レンズ群。

Claims (10)

1. 実体顕微鏡の照明装置において、
   複数のレンズ（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）を含み、該複数のレンズのすくなとも１つを観察光軸に沿って摺動可能に構成して結像集束距離を可変とした対物レンズ（１３）を備えた観察光学系と、
   複数の光学素子（Ｌ１−Ｌ４）を含み、該複数の光学素子の少なくとも一つの光学素子（Ｌ３）を照明光軸に沿って摺動可能に構成して照明光集束距離を可変とした、前記観察光学系とは別個の照明光学系であって、照明光路を前記対物レンズ（３）の下方の物体平面の方向へ方向転換する方向転換素子（１１）を有する照明光学系と、
   前記照明光集束距離が前記対物レンズ（１３）の結像集束距離と一致するように、前記観察光学系の対物レンズ（１３）の少なくとも一つのレンズの摺動と、前記照明光学系の少なくとも一つの光学素子（Ｌ３）の摺動とを連動させる第１の結合手段（４１）と、
   前記照明光学系の照明光が前記観察光学系の視野の中心に向けられるように、前記対物レンズ（１３）の結像集束距離の変化にしたがって前記方向転換素子（１１）の角度位置を変化させる第２の結合手段（４２）と
   を備えた照明装置。
2. 前記照明光学系は、前記複数の光学素子（Ｌ１−Ｌ４）の前側に、さらに、照明光を導く光ファイバ光導体（１）と、この光ファイバ光導体の射出側に設けられた少なくとも１つの照射野ダイアフラム（３）とを備える請求項１記載の照明装置。
3. 前記複数の光学素子（Ｌ１−Ｌ４）は、照射野ダイアフラム（３）を無限遠に結像させる第１のレンズ群及び第２のレンズ群（Ｌ１，Ｌ２）と、それら２つのレンズ群（Ｌ１，Ｌ２）の後方に、前記照射野ダイアフラム（３）の像を前記物体平面に焦点合せさせる第３のレンズ群及び第４のレンズ群（Ｌ３，Ｌ４）とを含んでおり、さらに前記照明光集束距離を変化させるために、前記第３のレンズ群（Ｌ３）が照明光軸（４）に沿って摺動自在であるように配置されている請求項２記載の照明装置。
4. 前記第１の結合手段（４１）は、摺動自在の対物レンズ素子（１３ｂ，１３ｃ）の駆動装置により駆動されるウォーム（１６）を含み、ウォーム（１６）は回転運動を、ウォームと結合しており、前記照明光学系の第３のレンズ群（Ｌ３）とも結合しているウォーム歯車（１７）の軸方向運動に変換する請求項３記載の照明装置。
5. さらに、物体平面における照射野直径を調整するために、前記照射野ダイアフラム（３）の開口径を調整する調整手段を含む請求項３記載の照明装置。
6. 前記照射野ダイアフラム（３）は、絞り開口が可変であるアイリス絞りとして構成されている請求項５記載の照明装置。
7. 光ファイバ光導体（１）とその前方に配置された照射野ダイアフラム（３）との相対間隔が可変である請求項６記載の照明装置。
8. 前記可変された相対間隔に応じて、前記照射野ダイアフラム（３）の絞り開口の直径を変化させる第３の結合手段（４３）が設けられている請求項７記載の照明装置。
9. 前記第３の結合手段は、カム制御部材（５２）と結合する回転つまみ（２６）を含み、その回転つまみの回転運動は、前記照射野ダイアフラム（３）の絞り開口並びに前記照明光光学系の第１のレンズ群及び第２のレンズ群（Ｌ１，Ｌ２）と結合しているスリーブ（５７）の軸方向運動を生じさせ、光ファイバ光導体（１）は固定された位置にとどまり、さらに、該スリーブ（５７）の前記軸方向運動に伴なって、前記照射野ダイアフラム（３）の調整ピン（６０）の半径方向位置を変化させることなく前記照射野ダイアフラム（３）の絞り開口の直径の変化を生じさせる請求項８記載の照明装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の照明装置を有する実体顕微鏡。

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