JP4255549B2 - 作業用顕微鏡 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象物を拡大観察しつつ所定の作業を行うための作業用顕微鏡、例えば、眼科や脳外科などにおける診断、処置、手術において患者の眼などの観察対象物を立体的に観察するための手術用顕微鏡、または電子部品などを加工、検査するための工業用実体顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、眼科手術や脳外科手術などにおいては、患者の眼のような手術部位を観察対象物として立体的に観察することが可能な双眼実体顕微鏡が広く用いられている。このような手術用の双眼実体顕微鏡においては、助手が手術者をサポートしたり、研修医などが手術の様子を見学することができるように、手術者が観察対象物の観察に使用する主観察光学系から分岐した分岐観察光学系が設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば、眼科手術において手術者がピンセットやメスなどを用いて患者の眼のある部位を処置している場合、手術者はその処置している部位だけではなく、その他の部位にも注意を配り、処置中に患者の眼に不具合が生じていないかどうかを常に監視している。すなわち、手術用顕微鏡の見かけの視野は５０度にも達することがあり、処置のある時点においては処置の対象となる部位はその視野の一部分に過ぎないが、手術者は、顕微鏡視野の一部分だけに注意を払うのではなく、その視野全体にわたって注意を向けているのである。
【０００４】
一方、手術者は、手術上の処置や作業などに関して助手に指示を与えたり、手術の手法や手順に関して見学者などに対して説明を行ったりする場合がある。このような指示や説明は、処置される部位だけではなく、処置される部位以外の部位にも及ぶことが多くなっている。
【０００５】
しかし、手術者が指示または説明しようとする部位がどの部位なのかを手術者自身が言葉で表現するのは極めて困難である。このため、従来の手術用顕微鏡においては、手術者が手術を一時中断し、該当する部位をピンセットなどを用いて指し示さなければならず、手術を迅速に完了することができないという不具合があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、手術を一時中断することなく手術者が顕微鏡視野内のどの位置を注視しているかを助手などに容易に把握させることにより、手術者にかかる負担に軽減し、手術を迅速に完了することが可能な手術用顕微鏡を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明の作業用顕微鏡は、観察対象物を観察する主観察光学系と、前記主観察光学系から分岐した分岐観察光学系と、前記主観察光学系により前記観察対象物を観察している観察者の視線方向を検出する視線方向検出手段と、前記視線方向検出手段によって検出された視線方向に基づき前記観察対象物に対する前記観察者の視線位置を演算する演算手段と、前記分岐観察光学系に配置され、前記演算手段によって演算された視線位置を示す位置情報を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項２に記載の発明の作業用顕微鏡は、観察対象物を観察する主観察光学系と、前記主観察光学系から分岐した分岐観察光学系と、前記主観察光学系により前記観察対象物を観察している観察者の眼に向けて視標光束を投影する投影手段と、前記投影手段によって投影された視標光束による前記観察者の眼からの反射光によって生じるプルキンエ像の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段によって検出されたプルキンエ像の位置に基づき前記観察者の視線方向を検出する視線方向検出手段と、前記視線方向検出手段によって検出された視線方向に基づき前記観察対象物に対する前記観察者の視線位置を演算する演算手段と、前記分岐観察光学系に配置され、前記演算手段によって演算された視線位置を示す位置情報を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項３に記載の発明の作業用顕微鏡は、観察対象物を観察する主観察光学系と、前記主観察光学系から分岐した分岐観察光学系と、前記主観察光学系により前記観察対象物を観察している観察者の眼に向けて視標光束を投影する投影手段と、前記投影手段によって投影された視標光束によって前記観察者の眼の瞳の像を取得する取得手段と、前記投影手段によって投影された視標光束による前記観察者の眼からの反射光によって生じるプルキンエ像の位置を検出する位置検出手段と、前記取得手段によって取得された前記観察者の眼の瞳の像および前記位置検出手段によって検出されたプルキンエ像の位置に基づき前記観察者の視線方向を検出する視線方向検出手段と、前記視線方向検出手段によって検出された視線方向に基づき前記観察対象物に対する前記観察者の視線位置を演算する演算手段と、前記分岐観察光学系に配置され、前記演算手段によって演算された視線位置を示す位置情報を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
上記請求項１から３に記載の発明の作業用顕微鏡において、請求項４に記載の発明は、前記表示手段に表示された位置情報は前記分岐観察光学系により観察可能であることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決するために、請求項５に記載の発明の作業用顕微鏡は、観察対象物を観察する観察光学系と、前記観察光学系から分岐し、前記観察対象物の観察像を得る撮影光学系と、前記観察光学系により前記観察対象物を観察している観察者の視線方向を検出する視線方向検出手段と、前記視線方向検出手段によって検出された視線方向に基づき前記観察対象物に対する前記観察者の視線位置を演算する演算手段と、前記演算手段によって演算された視線位置を示す位置情報を前記撮影光学系によって得られる観察像上に表示する表示手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、手術用顕微鏡を例にとって図面を参照して説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
図１および図２は本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡の光学系の構成を示す図であり、図３は本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡の制御系の構成を示すブロック図である。なお、図１において、Ｅｒは患者などの被検者の被検眼Ｅの眼底、Ｅａは被検眼Ｅの瞳孔、Ｅｂは被検眼Ｅの虹彩、Ｅｃは被検眼Ｅの角膜、Ｅｄは被検眼Ｅの強膜をそれぞれ示している。
【００１４】
図１および図２に示す本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡は、被検眼Ｅを照明するための照明光学系１と、観察者である手術者ＯＰが被検眼Ｅを観察対象物として観察するための手術者用の観察光学系（主観察光学系）２と、手術者ＯＰの視線を検出するための視線検出光学系１００と、手術者ＯＰの視線位置を表示するための視線位置表示ユニットとして用いられる液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）４４とを備えている。なお、対物レンズ３は照明光学系１および観察光学系２によって共用されている。
【００１５】
照明光学系１は、照明光源１０と、集光レンズ１１と、照明野絞り１２と、コリメータレンズ１３と、プリズム１４と、対物レンズ３とによって構成されている。
【００１６】
照明光源７０から出射した照明光は、集光レンズ１１および照明野絞り１２を介してコリメータレンズ１３に導かれる。さらに、この照明光は、コリメータレンズ１３でコリメートされた後、プリズム１４の反射面１４ｂで反射され、プリズム１４の出射側付近に位置する照明光学系１の射出瞳１４ａ、対物レンズ３、および瞳孔Ｅａを通して眼底Ｅｒに照射される。このようにして、被検眼Ｅが照明されることになる。
【００１７】
観察光学系２は、右眼用観察光学系２ａおよび左眼用観察光学系２ｂを備えている。右眼用観察光学系１２ａは、対物レンズ３と、３つのレンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃから構成される変倍レンズを備えた変倍光学系２０と、ビームスプリッタ２１と、結像レンズ２２と、像正立プリズム２３と、菱形プリズムである眼幅調整プリズム２４と、視野絞り２５と、接眼レンズ２６とによって構成されている。図中、２ａ１は右眼用観察光学系２ａの入射瞳を示し、２６ａは入射瞳２ａ１の像（すなわちアイポイント位置）を示している。
【００１８】
また、左眼用観察光学系２ｂは、右眼用観察光学系２ａと同様に、対物レンズ３と、３つのレンズ３０ａ、３０ｂ、３０ｃから構成される変倍レンズを備えた変倍光学系３０と、ビームスプリッタ３１と、結像レンズ３２と、像正立プリズム３３と、菱形プリズムである眼幅調整プリズム３４と、視野絞り３５と、接眼レンズ３６とによって構成されている。図中、２ｂ１は左眼用観察光学系２ｂの入射瞳を示し、３６ａは入射瞳２ｂ１の像（すなわちアイポイント位置）を示している。
【００１９】
なお、手術用顕微鏡の観察倍率を得るために、変倍光学系２０、３０を構成する変倍レンズの位置を検出するポテンショメータ７０が設けられている。
【００２０】
照明光学系１によって被検眼Ｅに照射され、被検眼Ｅから反射された反射光は、対物レンズ３、変倍光学系２０、３０、ビームスプリッタ２１、３１、結像レンズ２２、３２、プリズム２３、２４、３３、３４、視野絞り２５、３５、および接眼レンズ２６、３６を通過して手術者ＯＰの左右の眼Ｄで観察されることになる。
【００２１】
なお、被検眼Ｅからの反射光は、ビームスプリッタ２１、３１によって観察光学系２から分岐される。ビームスプリッタ２１によって分岐した光は、結像レンズ４１、ハーフミラー４２、および接眼レンズ４３によって構成されている助手用の分岐観察光学系４０に導かれる。従って、分岐観察光学系４０により、手術者ＯＰ以外の助手や研修医などによっても被検眼Ｅが観察可能となっている。
【００２２】
また、ビームスプリッタ３１によって観察光学系２から分岐した光は、結像レンズ５１、反射ミラー５２、およびテレビカメラ５３によって構成されているテレビ撮影光学系５０に導かれる。従って、テレビ撮影光学系５０により、被検眼Ｅのテレビ撮影が可能となっている。
【００２３】
視線検出光学系１００は、赤外発光ダイオード（赤外ＬＥＤ）１０１と、ピンホール１０２と、集光レンズ１０３と、ハーフミラー１０４、１０７と、結像レンズ１０５と、電荷結合素子（ＣＣＤ）１０６と、半導体位置検出素子（ＰＳＤ）１０８とから構成される。
【００２４】
なお、手術者ＯＰの左右の眼Ｄのそれぞれの視線を検出するために、観察光学系２と対応させて視線検出光学系１００を左右眼用として一対設けることは可能であるが、通常は、左右眼のどちらか一方に関して視線検出光学系を設ければ十分である。ここでは、手術者ＯＰの右眼の視線のみを検出する場合について説明する。
【００２５】
ピンホール１０２はアイポイント位置２６ａと光学的に共役に配置され、ＣＣＤ１０６もアイポイント位置２６ａと光学的に共役に配置されている。
【００２６】
ＬＥＤ１０１から出射された光は、ピンホール１０２によって点光源とされ、集光レンズ１０３およびハーフミラー１０４を通過して観察光学系２の光路に合流する。さらに、この光は視野絞り２５を介して接眼レンズ２６によって平行光束とされ、手術者ＯＰの右の眼Ｄに視標光束として投影される。
【００２７】
手術者ＯＰの眼Ｄに照射された視標光束は、角膜の頂点と角膜の曲率中心とを結ぶ線の中点に虚像を形成するようにして角膜において反射される。この反射光は、接眼レンズ２６およびプリズム２４を介して、ハーフミラー１０４で反射される。さらに、この反射光の一部は、結像レンズ１０５およびハーフミラー１０７を通過してＣＣＤ１０６に眼Ｄの瞳の像として結像する。また、この反射光の他の一部は、結像レンズ１０５を通過し、ハーフミラー１０７で反射されてＰＳＤ１０８に入射する。
【００２８】
これにより、ＣＣＤ１０６によって得られた眼Ｄの瞳の像に対応する画像信号は画像処理回路１０６´において２値化処理され、この２値化情報は制御回路２００に出力される。
【００２９】
また、ＰＳＤ１０８の出力に基づき、検出回路１０８´において眼Ｄにおける輝点像（プルキンエ像）の位置が検出される。検出されたプルキンエ像の位置に関する情報は制御回路２００に出力される。
【００３０】
制御回路２００は、画像処理回路１０６´からの出力情報および検出回路１０８´からの出力情報に基づき、プルキンエ像と瞳孔の位置関係から観察光学系２の光軸Ｏに対する手術者ＯＰの眼Ｄの視軸の方向（視線方向）を演算する。また、制御回路２００は、ポテンショメータ７０によって検出された変倍光学系２０を構成する変倍レンズの位置に基づき観察光学系２の観察倍率を演算する。
【００３１】
制御回路２００は、それぞれ演算した視線方向および観察倍率に基づき、手術者ＯＰが注視している被検眼Ｅの観察像）上の点（注視点）の位置を視線位置として演算する。
【００３２】
視線位置表示ユニットとして用いられる液晶ディスプレイ４４は、分岐観察光学系４０の接眼レンズ４３側から見てハーフミラー４２の後方に配置される。従って、制御回路２００は、演算した手術者ＯＰの眼Ｄの注視点の位置（視線位置）に関する位置情報をスポット像として液晶ディスプレイ４４に表示させる。
【００３３】
例えば、図４に示すように、手術者がピンセット７やメス８を用いて被検眼Ｅの処置点Ａを処置しているが、その処置中において手術者が注視点Ｂも見ているような場合には、上述した処理により、注視点Ｂを示すスポット像が液晶ディスプレイ４４に表示される。その後、助手は、分岐観察光学系４０の接眼レンズ４３を覗き込むことによって、注視点Ｂの位置にスポット像が示されている観察像９を観察することが可能となる。
【００３４】
これにより、手術者が被検眼のどの位置を注視しているのかを助手は容易に把握することができるので、従来の手術用顕微鏡の場合のように手術者が処置を一時中断し、ピンセットなどによって注視点を指し示す必要がなくなる。従って、手術中の手術者にかかる負担を軽減することができ、手術の迅速化を図ることが可能となる。
【００３５】
なお、手術者用の観察光学系２および助手用の分岐観察光学系４０は、図５に示すように、手術用顕微鏡５において所定の角度δを有して配置されている。そのため、助手が分岐観察光学系４０により観察している被検眼Ｅの観察像は、手術者ＯＰが観察光学系２により観察している被検眼Ｅの観察像を角度δだけ回転移動させた状態に対応する。従って、手術者ＯＰの眼Ｄの注視点を示すスポット像を液晶ディスプレイ４４に表示する場合には、角度δを考慮してスポット像の表示位置を決定する必要がある。
【００３６】
具体的には、手術者ＯＰの眼Ｄの注視点Ｂを示すスポット像の表示座標を（Ｘｉ、Ｙｉ）とした場合、助手が分岐観察光学系４０により観察する観察像において注視点Ｂが同様の位置に見えるための座標は（Ｘｉｃｏｓδ−Ｙｉｓｉｎδ、ｃｏｓδ（Ｘｉｓｉｎδ＋Ｙｉｃｏｓδ））で表されるので、このような座標変換により得られた表示位置にスポット像を液晶ディスプレイ４４において表示させることになる。
【００３７】
また、手術者が助手などに処置に関する指示や説明を行わない時においても液晶ディスプレイ４４にスポット像を表示させておくと、助手が被検眼Ｅの観察像を観察する場合にはかえって邪魔となる。このような場合には、図示しないフットスイッチなどによって液晶ディスプレイ４４に表示させているスポット像を消滅させるようにする。また、予め設定された時間が経過した後にスポット像を自動的に消滅させるようにすることも可能である。
【００３８】
本発明の第１の実施の形態では、視線位置表示ユニットとして液晶ディスプレイ４４を用いて手術者の眼の視線位置を示している。しかし、この代わりに、例えばＬＥＤを１０個Ｘ１０個の格子状に配置し、手術者の眼の視線位置をこれに対応する位置に配置されているＬＥＤを発光させることにより示すことも可能である。
【００３９】
また、本発明の第１の実施の形態では、プルキンエ像をＰＳＤ１０８で検出するようにしているが、ＣＣＤ１０６で瞳位置およびプルキンエ像の位置の両方を検出するようにして、ハーフミラー１０７、ＰＳＤ１０８を省略してもよい。
【００４０】
（実施の形態２）
図６は本発明の第２の実施の形態の手術用顕微鏡の光学系の構成を示す図である。図６に示す本発明の第２の実施の形態の手術用顕微鏡は、基本的には本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡と同様な構成を有しているが、分岐観察光学系４０に液晶ディスプレイ４４を設ける代わりに、これと同様な機能を備えた液晶ディスプレイ４４´をテレビ撮影光学系５０に設けている。
【００４１】
従って、本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡の場合と同様に処理して、液晶ディスプレイ４４´に手術者の注視点Ｂを示すスポット像を手術者の視線位置に関する位置情報として表示させる。そして、液晶ディスプレイ４４´に表示されるスポット像をテレビカメラ５３に向かう方向の光路に合流させることにより、テレビカメラ５３においてスポット像が示されている観察画像を表示させることができる。これにより、例えば、手術の様子を見学している者にとって手術者の注視点も容易に把握することができる。
【００４２】
なお、本発明の第２の実施の形態の手術用顕微鏡においては、図７に示すように、本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡の場合のような液晶ディスプレイ４４をさらに併設した構成にすることも可能である。
【００４３】
（実施の形態３）
図８は本発明の第３の実施の形態の手術用顕微鏡の光学系の構成を示す図、図９は本発明の第３の実施の形態の手術用顕微鏡の制御系の構成を示すブロック図である。図８に示す本発明の第３の実施の形態の手術用顕微鏡は、基本的には本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡と同様な構成を有しているが、分岐観察光学系４０に液晶ディスプレイ４４を設ける代わりに、任意の画像をテレビカメラ５３に表示される観察画像に重畳させるためのスーパーインポーズ装置５３´を設けてテレビカメラ５３に接続させている。
【００４４】
従って、本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡の場合と同様に処理して、スーパーインポーズ装置５３´により、テレビカメラ５３に表示される観察画像に対して手術者の注視点Ｂを示すスポット像を手術者の視線位置に関する情報として重畳する。これにより、本発明の第２の実施の形態の手術用顕微鏡の場合と同様に、手術の様子を見学している者にとって手術者の注視点も容易に把握することができる。
【００４５】
なお、本発明の第３の実施の形態の手術用顕微鏡においても、本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡の場合のような液晶ディスプレイ４４をさらに併設した構成にすることも可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、観察対象物を観察している手術者の視線方向を検出し、その視線位置を助手が観察する観察像上にスポット像として示すことにより、手術を一時中断することなく手術者が顕微鏡視野内のどの部位を注視しているかを助手や研修医などが容易に把握することができる。これにより、手術者にかかる負担を軽減でき、手術を迅速に完了させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡の光学系の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡の光学系の構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡の制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡によって観察される被検眼の観察像上に示される注視点を説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡における手術用の観察光学系と助手用の分岐観察光学系の位置関係を説明するための図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態の手術用顕微鏡の光学系の構成を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の手術用顕微鏡の制御系の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態の手術用顕微鏡の光学系の構成を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態の手術用顕微鏡の制御系の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
Ｅ 被検眼
１ 照明光学系
２ 観察光学系
３ 対物レンズ
７ ピンセット
８ メス
２０、３０ 変倍光学系
４０ 分岐観察光学系
４４、４４´ ＬＣＤ
５０ テレビ撮影光学系
５３ テレビカメラ
５３´ スーパーインポーズ装置
７０ ポテンショメータ
１００ 視線検出光学系
１０１ ＬＥＤ
１０６ ＣＣＤ
１０６´ 画像処理回路
１０８ ＰＳＤ
１０８´ 検出回路
２００ 制御回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象物を拡大観察しつつ所定の作業を行うための作業用顕微鏡、例えば、眼科や脳外科などにおける診断、処置、手術において患者の眼などの観察対象物を立体的に観察するための手術用顕微鏡、または電子部品などを加工、検査するための工業用実体顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、眼科手術や脳外科手術などにおいては、患者の眼のような手術部位を観察対象物として立体的に観察することが可能な双眼実体顕微鏡が広く用いられている。このような手術用の双眼実体顕微鏡においては、助手が手術者をサポートしたり、研修医などが手術の様子を見学することができるように、手術者が観察対象物の観察に使用する主観察光学系から分岐した分岐観察光学系が設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば、眼科手術において手術者がピンセットやメスなどを用いて患者の眼のある部位を処置している場合、手術者はその処置している部位だけではなく、その他の部位にも注意を配り、処置中に患者の眼に不具合が生じていないかどうかを常に監視している。すなわち、手術用顕微鏡の見かけの視野は５０度にも達することがあり、処置のある時点においては処置の対象となる部位はその視野の一部分に過ぎないが、手術者は、顕微鏡視野の一部分だけに注意を払うのではなく、その視野全体にわたって注意を向けているのである。
【０００４】
一方、手術者は、手術上の処置や作業などに関して助手に指示を与えたり、手術の手法や手順に関して見学者などに対して説明を行ったりする場合がある。このような指示や説明は、処置される部位だけではなく、処置される部位以外の部位にも及ぶことが多くなっている。
【０００５】
しかし、手術者が指示または説明しようとする部位がどの部位なのかを手術者自身が言葉で表現するのは極めて困難である。このため、従来の手術用顕微鏡においては、手術者が手術を一時中断し、該当する部位をピンセットなどを用いて指し示さなければならず、手術を迅速に完了することができないという不具合があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、手術を一時中断することなく手術者が顕微鏡視野内のどの位置を注視しているかを助手などに容易に把握させることにより、手術者にかかる負担に軽減し、手術を迅速に完了することが可能な手術用顕微鏡を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明の作業用顕微鏡は、観察対象物を観察する主観察光学系と、前記主観察光学系から分岐した分岐観察光学系と、前記主観察光学系により前記観察対象物を観察している観察者の視線方向を検出する視線方向検出手段と、前記視線方向検出手段によって検出された視線方向に基づき前記観察対象物に対する前記観察者の視線位置を演算する演算手段と、前記分岐観察光学系に配置され、前記演算手段によって演算された視線位置を示す位置情報を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項２に記載の発明の作業用顕微鏡は、観察対象物を観察する主観察光学系と、前記主観察光学系から分岐した分岐観察光学系と、前記主観察光学系により前記観察対象物を観察している観察者の眼に向けて視標光束を投影する投影手段と、前記投影手段によって投影された視標光束による前記観察者の眼からの反射光によって生じるプルキンエ像の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段によって検出されたプルキンエ像の位置に基づき前記観察者の視線方向を検出する視線方向検出手段と、前記視線方向検出手段によって検出された視線方向に基づき前記観察対象物に対する前記観察者の視線位置を演算する演算手段と、前記分岐観察光学系に配置され、前記演算手段によって演算された視線位置を示す位置情報を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項３に記載の発明の作業用顕微鏡は、観察対象物を観察する主観察光学系と、前記主観察光学系から分岐した分岐観察光学系と、前記主観察光学系により前記観察対象物を観察している観察者の眼に向けて視標光束を投影する投影手段と、前記投影手段によって投影された視標光束によって前記観察者の眼の瞳の像を取得する取得手段と、前記投影手段によって投影された視標光束による前記観察者の眼からの反射光によって生じるプルキンエ像の位置を検出する位置検出手段と、前記取得手段によって取得された前記観察者の眼の瞳の像および前記位置検出手段によって検出されたプルキンエ像の位置に基づき前記観察者の視線方向を検出する視線方向検出手段と、前記視線方向検出手段によって検出された視線方向に基づき前記観察対象物に対する前記観察者の視線位置を演算する演算手段と、前記分岐観察光学系に配置され、前記演算手段によって演算された視線位置を示す位置情報を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
上記請求項１から３に記載の発明の作業用顕微鏡において、請求項４に記載の発明は、前記表示手段に表示された位置情報は前記分岐観察光学系により観察可能であることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決するために、請求項５に記載の発明の作業用顕微鏡は、観察対象物を観察する観察光学系と、前記観察光学系から分岐し、前記観察対象物の観察像を得る撮影光学系と、前記観察光学系により前記観察対象物を観察している観察者の視線方向を検出する視線方向検出手段と、前記視線方向検出手段によって検出された視線方向に基づき前記観察対象物に対する前記観察者の視線位置を演算する演算手段と、前記演算手段によって演算された視線位置を示す位置情報を前記撮影光学系によって得られる観察像上に表示する表示手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、手術用顕微鏡を例にとって図面を参照して説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
図１および図２は本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡の光学系の構成を示す図であり、図３は本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡の制御系の構成を示すブロック図である。なお、図１において、Ｅｒは患者などの被検者の被検眼Ｅの眼底、Ｅａは被検眼Ｅの瞳孔、Ｅｂは被検眼Ｅの虹彩、Ｅｃは被検眼Ｅの角膜、Ｅｄは被検眼Ｅの強膜をそれぞれ示している。
【００１４】
図１および図２に示す本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡は、被検眼Ｅを照明するための照明光学系１と、観察者である手術者ＯＰが被検眼Ｅを観察対象物として観察するための手術者用の観察光学系（主観察光学系）２と、手術者ＯＰの視線を検出するための視線検出光学系１００と、手術者ＯＰの視線位置を表示するための視線位置表示ユニットとして用いられる液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）４４とを備えている。なお、対物レンズ３は照明光学系１および観察光学系２によって共用されている。
【００１５】
照明光学系１は、照明光源１０と、集光レンズ１１と、照明野絞り１２と、コリメータレンズ１３と、プリズム１４と、対物レンズ３とによって構成されている。
【００１６】
照明光源７０から出射した照明光は、集光レンズ１１および照明野絞り１２を介してコリメータレンズ１３に導かれる。さらに、この照明光は、コリメータレンズ１３でコリメートされた後、プリズム１４の反射面１４ｂで反射され、プリズム１４の出射側付近に位置する照明光学系１の射出瞳１４ａ、対物レンズ３、および瞳孔Ｅａを通して眼底Ｅｒに照射される。このようにして、被検眼Ｅが照明されることになる。
【００１７】
観察光学系２は、右眼用観察光学系２ａおよび左眼用観察光学系２ｂを備えている。右眼用観察光学系１２ａは、対物レンズ３と、３つのレンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃから構成される変倍レンズを備えた変倍光学系２０と、ビームスプリッタ２１と、結像レンズ２２と、像正立プリズム２３と、菱形プリズムである眼幅調整プリズム２４と、視野絞り２５と、接眼レンズ２６とによって構成されている。図中、２ａ１は右眼用観察光学系２ａの入射瞳を示し、２６ａは入射瞳２ａ１の像（すなわちアイポイント位置）を示している。
【００１８】
また、左眼用観察光学系２ｂは、右眼用観察光学系２ａと同様に、対物レンズ３と、３つのレンズ３０ａ、３０ｂ、３０ｃから構成される変倍レンズを備えた変倍光学系３０と、ビームスプリッタ３１と、結像レンズ３２と、像正立プリズム３３と、菱形プリズムである眼幅調整プリズム３４と、視野絞り３５と、接眼レンズ３６とによって構成されている。図中、２ｂ１は左眼用観察光学系２ｂの入射瞳を示し、３６ａは入射瞳２ｂ１の像（すなわちアイポイント位置）を示している。
【００１９】
なお、手術用顕微鏡の観察倍率を得るために、変倍光学系２０、３０を構成する変倍レンズの位置を検出するポテンショメータ７０が設けられている。
【００２０】
照明光学系１によって被検眼Ｅに照射され、被検眼Ｅから反射された反射光は、対物レンズ３、変倍光学系２０、３０、ビームスプリッタ２１、３１、結像レンズ２２、３２、プリズム２３、２４、３３、３４、視野絞り２５、３５、および接眼レンズ２６、３６を通過して手術者ＯＰの左右の眼Ｄで観察されることになる。
【００２１】
なお、被検眼Ｅからの反射光は、ビームスプリッタ２１、３１によって観察光学系２から分岐される。ビームスプリッタ２１によって分岐した光は、結像レンズ４１、ハーフミラー４２、および接眼レンズ４３によって構成されている助手用の分岐観察光学系４０に導かれる。従って、分岐観察光学系４０により、手術者ＯＰ以外の助手や研修医などによっても被検眼Ｅが観察可能となっている。
【００２２】
また、ビームスプリッタ３１によって観察光学系２から分岐した光は、結像レンズ５１、反射ミラー５２、およびテレビカメラ５３によって構成されているテレビ撮影光学系５０に導かれる。従って、テレビ撮影光学系５０により、被検眼Ｅのテレビ撮影が可能となっている。
【００２３】
視線検出光学系１００は、赤外発光ダイオード（赤外ＬＥＤ）１０１と、ピンホール１０２と、集光レンズ１０３と、ハーフミラー１０４、１０７と、結像レンズ１０５と、電荷結合素子（ＣＣＤ）１０６と、半導体位置検出素子（ＰＳＤ）１０８とから構成される。
【００２４】
なお、手術者ＯＰの左右の眼Ｄのそれぞれの視線を検出するために、観察光学系２と対応させて視線検出光学系１００を左右眼用として一対設けることは可能であるが、通常は、左右眼のどちらか一方に関して視線検出光学系を設ければ十分である。ここでは、手術者ＯＰの右眼の視線のみを検出する場合について説明する。
【００２５】
ピンホール１０２はアイポイント位置２６ａと光学的に共役に配置され、ＣＣＤ１０６もアイポイント位置２６ａと光学的に共役に配置されている。
【００２６】
ＬＥＤ１０１から出射された光は、ピンホール１０２によって点光源とされ、集光レンズ１０３およびハーフミラー１０４を通過して観察光学系２の光路に合流する。さらに、この光は視野絞り２５を介して接眼レンズ２６によって平行光束とされ、手術者ＯＰの右の眼Ｄに視標光束として投影される。
【００２７】
手術者ＯＰの眼Ｄに照射された視標光束は、角膜の頂点と角膜の曲率中心とを結ぶ線の中点に虚像を形成するようにして角膜において反射される。この反射光は、接眼レンズ２６およびプリズム２４を介して、ハーフミラー１０４で反射される。さらに、この反射光の一部は、結像レンズ１０５およびハーフミラー１０７を通過してＣＣＤ１０６に眼Ｄの瞳の像として結像する。また、この反射光の他の一部は、結像レンズ１０５を通過し、ハーフミラー１０７で反射されてＰＳＤ１０８に入射する。
【００２８】
これにより、ＣＣＤ１０６によって得られた眼Ｄの瞳の像に対応する画像信号は画像処理回路１０６´において２値化処理され、この２値化情報は制御回路２００に出力される。
【００２９】
また、ＰＳＤ１０８の出力に基づき、検出回路１０８´において眼Ｄにおける輝点像（プルキンエ像）の位置が検出される。検出されたプルキンエ像の位置に関する情報は制御回路２００に出力される。
【００３０】
制御回路２００は、画像処理回路１０６´からの出力情報および検出回路１０８´からの出力情報に基づき、プルキンエ像と瞳孔の位置関係から観察光学系２の光軸Ｏに対する手術者ＯＰの眼Ｄの視軸の方向（視線方向）を演算する。また、制御回路２００は、ポテンショメータ７０によって検出された変倍光学系２０を構成する変倍レンズの位置に基づき観察光学系２の観察倍率を演算する。
【００３１】
制御回路２００は、それぞれ演算した視線方向および観察倍率に基づき、手術者ＯＰが注視している被検眼Ｅの観察像）上の点（注視点）の位置を視線位置として演算する。
【００３２】
視線位置表示ユニットとして用いられる液晶ディスプレイ４４は、分岐観察光学系４０の接眼レンズ４３側から見てハーフミラー４２の後方に配置される。従って、制御回路２００は、演算した手術者ＯＰの眼Ｄの注視点の位置（視線位置）に関する位置情報をスポット像として液晶ディスプレイ４４に表示させる。
【００３３】
例えば、図４に示すように、手術者がピンセット７やメス８を用いて被検眼Ｅの処置点Ａを処置しているが、その処置中において手術者が注視点Ｂも見ているような場合には、上述した処理により、注視点Ｂを示すスポット像が液晶ディスプレイ４４に表示される。その後、助手は、分岐観察光学系４０の接眼レンズ４３を覗き込むことによって、注視点Ｂの位置にスポット像が示されている観察像９を観察することが可能となる。
【００３４】
これにより、手術者が被検眼のどの位置を注視しているのかを助手は容易に把握することができるので、従来の手術用顕微鏡の場合のように手術者が処置を一時中断し、ピンセットなどによって注視点を指し示す必要がなくなる。従って、手術中の手術者にかかる負担を軽減することができ、手術の迅速化を図ることが可能となる。
【００３５】
なお、手術者用の観察光学系２および助手用の分岐観察光学系４０は、図５に示すように、手術用顕微鏡５において所定の角度δを有して配置されている。そのため、助手が分岐観察光学系４０により観察している被検眼Ｅの観察像は、手術者ＯＰが観察光学系２により観察している被検眼Ｅの観察像を角度δだけ回転移動させた状態に対応する。従って、手術者ＯＰの眼Ｄの注視点を示すスポット像を液晶ディスプレイ４４に表示する場合には、角度δを考慮してスポット像の表示位置を決定する必要がある。
【００３６】
具体的には、手術者ＯＰの眼Ｄの注視点Ｂを示すスポット像の表示座標を（Ｘｉ、Ｙｉ）とした場合、助手が分岐観察光学系４０により観察する観察像において注視点Ｂが同様の位置に見えるための座標は（Ｘｉｃｏｓδ−Ｙｉｓｉｎδ、ｃｏｓδ（Ｘｉｓｉｎδ＋Ｙｉｃｏｓδ））で表されるので、このような座標変換により得られた表示位置にスポット像を液晶ディスプレイ４４において表示させることになる。
【００３７】
また、手術者が助手などに処置に関する指示や説明を行わない時においても液晶ディスプレイ４４にスポット像を表示させておくと、助手が被検眼Ｅの観察像を観察する場合にはかえって邪魔となる。このような場合には、図示しないフットスイッチなどによって液晶ディスプレイ４４に表示させているスポット像を消滅させるようにする。また、予め設定された時間が経過した後にスポット像を自動的に消滅させるようにすることも可能である。
【００３８】
本発明の第１の実施の形態では、視線位置表示ユニットとして液晶ディスプレイ４４を用いて手術者の眼の視線位置を示している。しかし、この代わりに、例えばＬＥＤを１０個Ｘ１０個の格子状に配置し、手術者の眼の視線位置をこれに対応する位置に配置されているＬＥＤを発光させることにより示すことも可能である。
【００３９】
また、本発明の第１の実施の形態では、プルキンエ像をＰＳＤ１０８で検出するようにしているが、ＣＣＤ１０６で瞳位置およびプルキンエ像の位置の両方を検出するようにして、ハーフミラー１０７、ＰＳＤ１０８を省略してもよい。
【００４０】
（実施の形態２）
図６は本発明の第２の実施の形態の手術用顕微鏡の光学系の構成を示す図である。図６に示す本発明の第２の実施の形態の手術用顕微鏡は、基本的には本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡と同様な構成を有しているが、分岐観察光学系４０に液晶ディスプレイ４４を設ける代わりに、これと同様な機能を備えた液晶ディスプレイ４４´をテレビ撮影光学系５０に設けている。
【００４１】
従って、本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡の場合と同様に処理して、液晶ディスプレイ４４´に手術者の注視点Ｂを示すスポット像を手術者の視線位置に関する位置情報として表示させる。そして、液晶ディスプレイ４４´に表示されるスポット像をテレビカメラ５３に向かう方向の光路に合流させることにより、テレビカメラ５３においてスポット像が示されている観察画像を表示させることができる。これにより、例えば、手術の様子を見学している者にとって手術者の注視点も容易に把握することができる。
【００４２】
なお、本発明の第２の実施の形態の手術用顕微鏡においては、図７に示すように、本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡の場合のような液晶ディスプレイ４４をさらに併設した構成にすることも可能である。
【００４３】
（実施の形態３）
図８は本発明の第３の実施の形態の手術用顕微鏡の光学系の構成を示す図、図９は本発明の第３の実施の形態の手術用顕微鏡の制御系の構成を示すブロック図である。図８に示す本発明の第３の実施の形態の手術用顕微鏡は、基本的には本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡と同様な構成を有しているが、分岐観察光学系４０に液晶ディスプレイ４４を設ける代わりに、任意の画像をテレビカメラ５３に表示される観察画像に重畳させるためのスーパーインポーズ装置５３´を設けてテレビカメラ５３に接続させている。
【００４４】
従って、本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡の場合と同様に処理して、スーパーインポーズ装置５３´により、テレビカメラ５３に表示される観察画像に対して手術者の注視点Ｂを示すスポット像を手術者の視線位置に関する情報として重畳する。これにより、本発明の第２の実施の形態の手術用顕微鏡の場合と同様に、手術の様子を見学している者にとって手術者の注視点も容易に把握することができる。
【００４５】
なお、本発明の第３の実施の形態の手術用顕微鏡においても、本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡の場合のような液晶ディスプレイ４４をさらに併設した構成にすることも可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、観察対象物を観察している手術者の視線方向を検出し、その視線位置を助手が観察する観察像上にスポット像として示すことにより、手術を一時中断することなく手術者が顕微鏡視野内のどの部位を注視しているかを助手や研修医などが容易に把握することができる。これにより、手術者にかかる負担を軽減でき、手術を迅速に完了させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡の光学系の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡の光学系の構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡の制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡によって観察される被検眼の観察像上に示される注視点を説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡における手術用の観察光学系と助手用の分岐観察光学系の位置関係を説明するための図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態の手術用顕微鏡の光学系の構成を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の手術用顕微鏡の制御系の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態の手術用顕微鏡の光学系の構成を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態の手術用顕微鏡の制御系の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
Ｅ 被検眼
１ 照明光学系
２ 観察光学系
３ 対物レンズ
７ ピンセット
８ メス
２０、３０ 変倍光学系
４０ 分岐観察光学系
４４、４４´ ＬＣＤ
５０ テレビ撮影光学系
５３ テレビカメラ
５３´ スーパーインポーズ装置
７０ ポテンショメータ
１００ 視線検出光学系
１０１ ＬＥＤ
１０６ ＣＣＤ
１０６´ 画像処理回路
１０８ ＰＳＤ
１０８´ 検出回路
２００ 制御回路
Claims (5)
- 観察対象物を観察する主観察光学系と、
前記主観察光学系から分岐した分岐観察光学系と、
前記主観察光学系により前記観察対象物を観察している観察者の視線方向を検出する視線方向検出手段と、
前記視線方向検出手段によって検出された視線方向に基づき前記観察対象物に対する前記観察者の視線位置を演算する演算手段と、
前記分岐観察光学系に配置され、前記演算手段によって演算された視線位置を示す位置情報を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする作業用顕微鏡。 - 観察対象物を観察する主観察光学系と、
前記主観察光学系から分岐した分岐観察光学系と、
前記主観察光学系により前記観察対象物を観察している観察者の眼に向けて視標光束を投影する投影手段と、
前記投影手段によって投影された視標光束による前記観察者の眼からの反射光によって生じるプルキンエ像の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段によって検出されたプルキンエ像の位置に基づき前記観察者の視線方向を検出する視線方向検出手段と、
前記視線方向検出手段によって検出された視線方向に基づき前記観察対象物に対する前記観察者の視線位置を演算する演算手段と、
前記分岐観察光学系に配置され、前記演算手段によって演算された視線位置を示す位置情報を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする作業用顕微鏡。 - 観察対象物を観察する主観察光学系と、
前記主観察光学系から分岐した分岐観察光学系と、
前記主観察光学系により前記観察対象物を観察している観察者の眼に向けて視標光束を投影する投影手段と、
前記投影手段によって投影された視標光束によって前記観察者の眼の瞳の像を取得する取得手段と、
前記投影手段によって投影された視標光束による前記観察者の眼からの反射光によって生じるプルキンエ像の位置を検出する位置検出手段と、
前記取得手段によって取得された前記観察者の眼の瞳の像および前記位置検出手段によって検出されたプルキンエ像の位置に基づき前記観察者の視線方向を検出する視線方向検出手段と、
前記視線方向検出手段によって検出された視線方向に基づき前記観察対象物に対する前記観察者の視線位置を演算する演算手段と、
前記分岐観察光学系に配置され、前記演算手段によって演算された視線位置を示す位置情報を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする作業用顕微鏡。 - 前記表示手段に表示された位置情報は前記分岐観察光学系により観察可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の作業用顕微鏡。
- 観察対象物を観察する観察光学系と、
前記観察光学系から分岐し、前記観察対象物の観察像を得る撮影光学系と、
前記観察光学系により前記観察対象物を観察している観察者の視線方向を検出する視線方向検出手段と、
前記視線方向検出手段によって検出された視線方向に基づき前記観察対象物に対する前記観察者の視線位置を演算する演算手段と、
前記演算手段によって演算された視線位置を示す位置情報を前記撮影光学系によって得られる観察像上に表示する表示手段とを備えたことを特徴とする作業用顕微鏡。
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