JP4727165B2

JP4727165B2 - 画像顕微鏡

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Publication number: JP4727165B2
Application number: JP2004142634A
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Inventors: 俊一郎 ▲高▼橋; 憲志廣瀬; 尚夫磯部
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Priority date: 2004-05-12
Filing date: 2004-05-12
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2024-05-12
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Description

本発明は、観察物を電子的に撮像する撮像素子を備えた画像顕微鏡に関するものである。

観察物を電子的に撮像する撮像素子を有して、この観察物を拡大観察する画像顕微鏡としては、例えば、外科手術に用いられる医用実体顕微鏡（手術用顕微鏡）が知られている。医用実体顕微鏡は、照明光源、照明光学系、２つのメイン光路を有する観察光学系、及び接眼レンズ等を備えている。この種の医用実体顕微鏡は、照明光源からの照明光を照明光学系を介して観察物位に投影するとともに、この観察物位からの反射光による被観察像を観察光学系の２つのメイン光路を介して接眼レンズまで案内するように構成されている。したがって、この医用実体顕微鏡を用いることにより、外科手術の術者は、観察物位（例えば手術部位）を双眼で観察することができる。

ところで、最近の治療法では、赤外光或いは波長４００ｎｍ付近や７００ｎｍ付近の光、すなわち、比較的人間の眼の感度が低かったり、或いは、感度がない波長域の光（以下、これらを総称して不可視光と称す）を利用することが増えている。例えば、脳外科においては、蛍光物質が癌細胞に選択的に残留する性質を利用して、悪性腫瘍の摘出手術を行うことがある。また、眼科においては、網膜剥離の進行を抑えるために、赤外レーザー光を用いて網膜深層の光凝固手術を行うことがある。このような背景から、波長感度を異にする複数の電子撮像手段を設け、可視光及び不可視光のいずれを用いた場合であっても、各波長に合わせて観察物位を電子的に観察できるようにした医用実体顕微鏡が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、医用実体顕微鏡としては、可視光の光学性能を向上させるため、光の波長特性による光学性能劣化を抑制するように構成されたものが提案されている。このような医用実体顕微鏡としては、物体から遠い側より順に、正の屈折力を有する第１のレンズ群と、少なくとも１つの３枚複合レンズを含む第２のレンズ群と、正の屈折力を有する第３のレンズ群とを有する対物レンズを備えたものが知られている。このようにすることにより、左眼で見えている像の歪み方と右眼で見えている像の歪み方との相違、すなわち、歪曲収差の絶対量を小さくすることが可能であるとされている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平５−３４４９９７号公報（段落０００２〜段落００３０、図１）特開２００１−１４７３７８号公報（段落０００５〜段落００３１、図１〜図３）

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、不可視光を用いた観察状態において、波長特性による結像位置の光軸ずれ（焦点のずれ）が発生し易いという問題がある。特に、特許文献１に記載の技術では、変倍撮像操作に伴うズーム焦点ずれが大きいため、ズーム操作を行う都度に顕微鏡全体を移動させるようなフォーカス操作を行う必要がある。したがって、手術時間が増大するとともに、実体顕微鏡の操作者でもある術者に与える負担が大きい。

また、一般に、レンズの設計では、所定の波長領域の光における光学性能を向上させると、他の波長領域の光における光学性能が劣化する傾向にある。そのため、特許文献２に記載の技術のように、可視光における光学性能を向上させるような構造とした場合、赤外光のような不可視光においては光学性能を確保することが難しい。したがって、特許文献２に記載の実体顕微鏡でも特許文献１に記載の実体顕微鏡と同様に、不可視光を用いた観察状態においては、ズーム操作を行う都度に顕微鏡全体を移動させるようなフォーカス操作を行う必要がある。

本発明は、このような事情にもとづいてなされたもので、赤外光のような不可視光を用いた観察時であっても焦点のずれを補正することができ、しかも、操作性能が良好な画像顕微鏡を提供することを目的とする。

本発明の一形態にかかる画像顕微鏡は、観察物に焦点を合わせるための対物レンズと、任意の拡大像を得るためのズームレンズを有するズーム光学系と、前記ズーム光学系からの観察像を結像するための結像レンズと、前記結像レンズを通して結像された観察像を電気信号に変換する撮像素子を有する撮像手段と、前記結像レンズと前記撮像素子の少なくとも一方を前記結像レンズの光軸方向に移動可能にする結像位置補正手段と、少なくとも１つの前記ズームレンズを前記結像レンズの光軸方向と平行な方向に移動させる移動手段と、を具備し、前記結像位置補正手段は、前記結像レンズの焦点が常に前記撮像素子に結像可能となるように、前記ズーム光学系の変倍操作に伴って前記結像レンズと前記撮像素子の少なくとも一方を連動させる連動手段を有し、前記連動手段は、前記ズームレンズの位置を検出するズームレンズ位置検出手段と、前記ズームレンズ位置検出手段によって得られたズームレンズの位置情報が入力されるとともに、前記結像レンズと前記撮像素子の少なくとも一方の移動量を出力する制御手段と、を有している。

本発明の一形態にかかる画像顕微鏡によれば、可視光での観察及び不可視光での観察の双方において、観察物の像を任意に拡大してなる拡大像を得るためのズーム操作をした際、結像レンズによる焦点位置が撮像素子に対して光軸方向にずれても、結像位置補正手段によって結像レンズと撮像素子の少なくとも一方を結像レンズの光軸方向に移動させ、焦点位置を合わせることができる。したがって、顕微鏡全体を移動させるようなフォーカス操作を行うことなく、結像レンズによる焦点位置を簡単に撮像素子に合わせることができる。

上記本発明の一形態によれば、赤外光のような不可視光を用いた観察時にも焦点のずれを補正することができ、しかも、操作性能の良好な画像顕微鏡が得られる。

以下、本発明の第１の実施形態を、図１及び図２を参照して説明する。
本実施形態の画像顕微鏡は、図１に示すような顕微鏡部２０を備えている。この顕微鏡部２０は、対物レンズ１、ズーム光学系２、結像レンズ１４、撮像手段としてのＴＶカメラヘッド１５、及び、結像位置補正手段等を備えている。この顕微鏡部２０では、観察物Ｏ側から、結像レンズ１４の光軸８方向（対物光軸方向と同じ）に沿って、対物レンズ１、ズーム光学系２、結像レンズ１４、ＴＶカメラヘッド１５の順序で配置されている。

対物レンズ１は、観察物Ｏに焦点を合わせるためのものである。ズーム光学系２は、複数のズームレンズとして、第１群固定レンズ３、第２群移動レンズ４、及び第３群移動レンズ５を有している。第２群及び第３群移動レンズ４，５は、夫々、移動レンズ枠６，７に接着等により保持されている。また、これら移動レンズ枠６，７は、移動手段によって移動可能とされている。移動手段は、例えば、ガイド機構としてのガイド軸９、回転自在のカム１０、及び、モータ１３を有して構成されている。カム１０には、２本のカム溝１１，１２が設けられている。カム溝１１，１２は、互いに異なる方向に旋回する螺旋状或いは螺旋の一部に形成されている。カム１０は、モータ１３により回転可能に保持されている。

各移動レンズ枠６，７の一端部には、光軸８と平行に配設されたガイド軸９が貫通している。また、各移動レンズ枠６，７の周面には、夫々、係合突起６ａ，７ａが設けられている。

したがって、モータ１３を駆動させ、カム１０を回転させると、係合突起６ａ，７ａは、夫々、カム溝１１，１２に沿って移動する。すなわち、移動レンズ枠６，７は、夫々、ガイド軸９にガイドされながら、第２群及び第３群移動レンズ４，５とともに、カム１０の回転に伴って光軸８方向に移動する。このとき、カム溝１１，１２は、互いに異なる方向に旋回する螺旋状或いは螺旋の一部に形成されているため、移動レンズ枠６及び移動レンズ枠７（第２群移動レンズ４及び第３群移動レンズ５）は、互いの間の距離が変化する方向（互いに近づく方向又は互いに離れる方向）に同期して移動する。なお、上記移動手段はこれに限定されるものではない。

結像レンズ１４は、ズーム光学系２からの観察像を結像するためのものである。ＴＶカメラヘッド１５は、撮像素子としてのＣＣＤ１６を有している。このＴＶカメラヘッド１５は、図示しないモニターと接続されている。ズーム光学系２からの観察像は、結像レンズ１４を通して、ＣＣＤ１６のＣＣＤ面１６ａで結像される。

ＴＶカメラヘッド１５は、保持部材１７に保持されている。保持部材１７には、前記ガイド軸９が貫通している。また、保持部材１７は、リードねじ１８と係合している。リードねじ１８には、手動ツマミ１９が設けられている。

したがって、手動ツマミ１９をつまんでリードねじ１８を回転させることで、保持部材１７がガイド軸９にガイドされながら、光軸８方向に移動する。すなわち、ＣＣＤ１６は、リードねじ１８の回転操作に伴って光軸８方向に移動する。

つまり、本実施形態の画像顕微鏡においては、結像位置補正手段は、結像レンズ１４を光軸８方向に移動させるものであり、ガイド軸９、リードねじ１８、及び手動ツマミ１９等を備えて構成されている。ガイド軸９は、移動レンズ枠６，７を移動させる移動手段の一部であるとともに結像位置補正手段の一部でもある。

なお、図１では、リードねじ１８が左ねじとなっているが、リードねじ１８は右ねじであってもよい。リードねじ１８としては、左ねじと右ねじのうちの一方、例えば、画像顕微鏡を操作する操作者側から見て、ねじの回転方向と保持部材１７の移動方向とが感覚的に矛盾しないねじを用いることができる。

本実施形態の画像顕微鏡は、以下のようにして使用する。

可視光観察を行う場合には以下のようにする。まず、可視光を照射可能な光源（図示せず）を用意する。光源を点灯させ、観察物Ｏに可視光を照射する。顕微鏡部２０を移動させ、対物レンズ１の焦点位置に観察物Ｏを合わせる（いわゆる、ピント合わせを行う）。観察物Ｏからの可視光束（観察物からの反射光）は、対物レンズ１を経て、ズーム光学系２により変倍され、結像レンズ１４によりＣＣＤ１６のＣＣＤ面１６ａに光学像を結ぶ。以上の操作により、観察者（画像顕微鏡の使用者）は、ＴＶカメラヘッド１５と接続しているモニターを介して、観察物Ｏの可視光による観察像を観察することができる。

また、ＣＣＤ面１６ａに結ばれる光学像の拡大倍率を変更したい場合には、モータ１３を駆動させてカム１０を所定量だけ回転させ、互いの間の距離が変化するように移動レンズ枠６，７をガイド軸９に沿って光軸８と平行に移動させればよい。

本実施形態の画像顕微鏡では、対物レンズ１を経て、ズーム光学系２により変倍された可視光は、結像レンズ１４によって常にＣＣＤ面１６ａに光学像を結ぶように構成されている。そのため、第２群及び第３群移動レンズ４，５を保持する移動レンズ枠６，７を互いの間の距離が変化するように光軸８に沿って移動させても、ピントは実質的にずれない。したがって、カム１０を回転させるだけで、結像レンズ１４によってＣＣＤ面１６ａに結ばれる光学像の倍率を任意の倍率に変化させることができる。

一方、観察物が体表直下の血管等であるような場合には、観察物に赤外光を照射し、この観察物からの反射光を観察する。赤外光のような不可視光を用いて不可視光観察を行う場合には、以下のようにする。所望の波長の不可視光を照射可能な光源を用意する。本実施形態では、赤外光を照射可能な光源を用いるものとする。この場合も可視光を使用する観察と同様、光源から発せられた赤外光を観察物Ｏに照射するとともに、顕微鏡部２０を移動させ、対物レンズ１の焦点位置に観察物Ｏを合わせる。観察物Ｏからの赤外光束（観察物からの赤外反射光）は、対物レンズ１、ズーム光学系２、結像レンズ１４を経て、ＣＣＤ１６に入射される。

ところで、赤外光は、波長が可視光とは異なるため、レンズの屈折率もまた可視光とは異なる。したがって、赤外光を用いると、結像レンズ１４による結像点がＣＣＤ１６のＣＣＤ面１６ａに対して光軸８方向にずれる。本実施形態の画像顕微鏡において、前記光軸ずれを補正するためには、手動ツマミ１９を所定量だけ回転させればよい。これにより、リードねじ１８が回転し、リードねじ１８に係合している保持部材１７がガイド軸９に沿って光軸８方向に移動する。観察者は、ＴＶカメラヘッド１５と接続しているモニターを観察しながら、リードねじ１８を回転させることで、結像レンズ１４による結像点をＣＣＤ１６のＣＣＤ面１６ａに合わせればよい。以上の操作により、ＴＶカメラヘッド１５と接続しているモニターを介して、観察物Ｏの赤外光による観察像を観察することができる。

また、本実施例の画像顕微鏡は観察像を拡大、縮小するためのズーム光学系２を含んだ構成となっているが、ズーム光学系２を含まない構成であっても同様の現象が生じる。すなわち、赤外光が対物レンズ１、結像レンズ１４を経て、ＣＣＤ１６に入射されると、可視光と屈折率が異なるため結像レンズ１４による結像点が可視光が入射した時の結像点に対して、ＣＣＤ１６のＣＣＤ面１６ａに対して光軸８方向にずれる。この時ズーム光学系２を含まない構成であっても、前記光軸ずれを補正するためには、手動ツマミ１９を所定量だけ回転させればよい。これにより、リードねじ１８が回転し、リードねじ１８に係合している保持部材１７がガイド軸９に沿って光軸８方向に移動する。観察者は、ＴＶカメラヘッド１５と接続しているモニターを観察しながら、リードねじ１８を回転させることで、結像レンズ１４による結像点をＣＣＤ１６のＣＣＤ面１６ａに合わせればよい。以上の操作により、ＴＶカメラヘッド１５と接続しているモニターを介して、観察物Ｏの赤外光による観察像を観察することができる。

図２を参照し、変倍操作に伴って要求されるズーム光学系２、結像レンズ１４、及びＴＶカメラヘッド１５のＣＣＤ１６の移動量を説明する。

可視光観察時の結像位置は、上述のように、常に点Ｐ（光軸８とＣＣＤ面１６ａとの交点）となる。これは、変倍操作（カム１０の回転に伴う第２群及び第３群移動レンズ４，５の移動）を行っても変わらない。つまり、変倍操作に伴ってズーム光学系２、結像レンズ１４、或いはＴＶカメラヘッド１５のＣＣＤ１６を移動させる必要はない。

一方、ズーム光学系２の第２群及び第３群移動レンズ４，５が実線で示される位置に設けられているときに赤外光観察のような不可視光観察を行うと、結像レンズ１４を通った不可視光は点Ｐ_１に結像してしまう。この場合、距離ｂだけＣＣＤ１６をＴＶカメラヘッド１５とともに観察物Ｏから離れる方向に移動させる必要がある。このようにすることにより、結像レンズ１４を通った不可視光をＣＣＤ面１６ａ上に結像させることができる。次に、変倍操作を行い、各移動レンズ４，５を距離ｄだけ移動させる（二点鎖線で示される位置まで移動させる）と、結像レンズ１４を通った不可視光は、点Ｐ_２に結像してしまう。この場合、さらに距離ｃだけＣＣＤ１６をＴＶカメラヘッド１５とともに観察物Ｏから離れる方向に移動させる必要がある。このようにすることにより、結像レンズ１４を通った不可視光をＣＣＤ面１６ａ上に結像させることができる。

ここで、本実施例に用いているズーム光学系２は連続的に変倍が可能なものであるが、段階的に変倍の可能な例えばターレット変倍のようなものであっても、変倍することによりズーム光学系２を含んだ構造のものと同様に結像位置はずれる。この場合も同様に、ＣＣＤ１６をＴＶカメラヘッド１５とともに観察物Ｏから離れる方向に移動させることにより、結像レンズ１４を通った不可視光をＣＣＤ面１６ａに結像させることができる。

以上のように、本実施形態の画像顕微鏡は、結像レンズ１４とＣＣＤ１６の少なくとも一方、例えば、ＣＣＤ１６を光軸８方向に移動可能にする結像位置補正手段を備えている。そのため、可視光観察から赤外光観察のような不可視光観察に切換えても、結像レンズ１４を通った不可視光をＣＣＤ面１６ａ上に結像させることができる。しかも、この際、結像レンズ１４とＣＣＤ１６の少なくとも一方、例えば、ＣＣＤ１６をＴＶカメラヘッド１５とともに移動させればよく、フォーカス操作に顕微鏡部２０自体を移動させなくてもよい。

したがって、本実施形態の画像顕微鏡によれば、赤外光のような不可視光を用いた観察時にも焦点のずれを補正することができ、しかも、操作性能の良好な画像顕微鏡を得ることができる。

また、本実施形態の画像顕微鏡によれば、第２群及び第３群移動レンズ４，５を移動させる移動手段が、結像レンズ１４の光軸８方向と平行に設けられ、第２群及び第３群移動レンズ４，５を光軸８方向に沿って誘導するガイド軸９を有している。そのため、第２群及び第３群移動レンズ４，５を光軸８方向に沿って安定な状態で移動させることができる。

なお、本実施形態の画像顕微鏡では、結像位置補正手段は、結像レンズ１４を光軸８方向に移動させるものとしているが、結像位置補正手段は、撮像素子としてのＣＣＤ１６を光軸８方向に移動させるものとしてもよい。また、結像位置補正手段は、結像レンズ１４とＣＣＤ１６との間の距離が変化するように、結像レンズ１４とＣＣＤ１６との双方を光軸８方向に移動させるものとしてもよい。

以下、本発明の第２の実施形態を、図３及び図４を参照して説明する。
本実施形態の画像顕微鏡は、例えば外科手術に好適に用いることができる実体顕微鏡（医用実体顕微鏡）であって、左右眼に対応する２本の光路を有している。

本実施形態の画像顕微鏡は、図３に示すような顕微鏡部２０を備えている。顕微鏡部２０は、対物レンズ１、一対のズーム光学系２Ｌ，２Ｒ、二対（４つ）の結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１，１４Ｌ_２，１４Ｒ_２、撮像手段としての二対（４つ）のＴＶカメラヘッド１５Ｌ_１，１５Ｒ_１，１５Ｌ_２，１５Ｒ_２、連動手段を有する結像位置補正手段、及び、一対のダイクロイックプリズム２２Ｌ，２２Ｒ等を備えている。

この画像顕微鏡は、可視光観察時には、結像レンズ１４Ｌ_２，１４Ｒ_２によってＴＶカメラヘッド１５Ｌ_２，１５Ｒ_２のＣＣＤ１６Ｌ_２，１６Ｒ_２に観察像を結像させ、赤外光観察時には、結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１によってＴＶカメラヘッド１５Ｌ_１，１５Ｒ_１のＣＣＤ１６Ｌ_１，１６Ｒ_１に観察像を結像させるように構成されている。

対物レンズ１は、観察物に焦点を合わせるためのものである。左右一対のズーム光学系２Ｌ，２Ｒは、夫々、第１の実施形態の画像顕微鏡が備えるズーム光学系２と同様に構成されている。すなわち、ズーム光学系２Ｌ，２Ｒは、夫々、複数のズームレンズとして、第１群固定レンズ３Ｌ，３Ｒ、第２群移動レンズ４Ｌ，４Ｒ、及び第３群移動レンズ５Ｌ，５Ｒを有している。ズーム光学系２Ｌの第２群移動レンズ４Ｌ及びズーム光学系２Ｒの第２群移動レンズ４Ｒは、夫々、移動レンズ枠６に接着等により保持されている。ズーム光学系２Ｌの第３群移動レンズ５Ｌ及びズーム光学系２Ｒの第３群移動レンズ５Ｒは、夫々、移動レンズ枠７に接着等により保持されている。これら移動レンズ枠６，７は、移動手段によって移動可能とされている。

移動手段は、例えば、ガイド機構としてのガイド軸９、回転自在のカム１０、及び、モータ１３を有して構成されている。カム１０には、３本のカム溝１１，１２，２１が設けられている。カム溝１１，１２は、互いに異なる方向に旋回する螺旋状或いは螺旋の一部に形成されている。カム１０は、モータ１３により回転可能に保持されている。各移動レンズ枠６，７には、対物光軸２８に平行に配設されたガイド軸９が貫通している。なお、対物光軸２８、結像レンズ１４Ｌ_１の光軸、及び結像レンズ１４Ｒ_１の光軸は、互いに平行である。また、各移動レンズ枠６，７の周面には、夫々、係合突起６ａ，７ａが設けられている。係合突起６ａ，７ａは、夫々、カム１０に設けられたカム溝１１，１２に係合している。

したがって、モータ１３を駆動させ、カム１０を回転させると、係合突起６ａ，７ａは、夫々、カム溝１１，１２に沿って移動する。すなわち、移動レンズ枠６，７は、夫々、ガイド軸９にガイドされながら、カム１０の回転に伴って光軸８’方向に移動する。移動レンズ枠６及び移動レンズ枠７は、互いの間の距離が変化する方向に同期して移動する。

各ＴＶカメラヘッド１５Ｌ_１，１５Ｒ_１，１５Ｌ_２，１５Ｒ_２は、第１の実施形態の画像顕微鏡が備えるＴＶカメラヘッド１５と同様に構成されている。結像レンズ１４Ｌ_１は、ズーム光学系２Ｌからの赤外光による観察像をＴＶカメラヘッド１５Ｌ_１のＣＣＤ１６Ｌ_１に結像する。結像レンズ１４Ｒ_１は、ズーム光学系２Ｒからの赤外光による観察像をＴＶカメラヘッド１５Ｒ_１のＣＣＤ１６Ｒ_１に結像する。結像レンズ１４Ｌ_２は、ズーム光学系２Ｌからの可視光の観察像をＴＶカメラヘッド１５Ｌ_２のＣＣＤ１６Ｌ_２に結像する。結像レンズ１４Ｒ_２は、ズーム光学系２Ｒからの可視光の観察像をＴＶカメラヘッド１５Ｒ_２のＣＣＤ１６Ｒ_２に結像する。

結像位置補正手段は、各結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１の焦点が常に各ＴＶカメラヘッド１５Ｌ_１，１５Ｒ_１のＣＣＤ１６Ｌ_１，１６Ｒ_１に結像可能となるように、ズーム光学系２Ｌ，２Ｒの変倍操作に伴って、結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１とＴＶカメラヘッド１５Ｌ_１，１５Ｒ_１のＣＣＤ１６Ｌ_１，１６Ｒ_１の少なくとも一方、例えば、結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１を連動させる連動手段を有している。

詳しくは、結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１は、保持部材２７に保持されている。保持部材２７には、対物光軸２８に平行に配設された前記ガイド軸９が貫通している。また、保持部材２７の周面には、係合突起２７ａが設けられている。係合突起２７ａは、カム１０に設けられたカム溝２１に係合している。

すなわち、モータ１３を駆動させ、カム１０を回転させると、係合突起２７ａは、カム溝２１に沿って移動する。すなわち、保持部材２７は、夫々、ガイド軸９にガイドされながら、結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１とともに、カム１０の回転に伴って対物光軸２８方向に移動する。なお、カム溝２１は、カム１０が移動レンズ枠６と移動レンズ枠７との間の距離を狭める方向に回転したときに、保持部材２７が移動レンズ枠７から近づく方向方向に移動するように形成されている。

ダイクロイックプリズム２２Ｌ，２２Ｒは、赤外光は透過させ、可視光は反射する特性を有している。ダイクロイックプリズム２２Ｌ，２２Ｒは、夫々、ズーム光学系２Ｌ，２Ｒの第３群移動レンズ５Ｌ，５Ｒと、結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１との間に設けられている。ダイクロイックプリズム２２Ｌ，２２Ｒは、夫々、ズーム光学系２Ｌ，２Ｒの第３群移動レンズ５Ｌ，５Ｒから出射した赤外光を透過させて、結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１に入射させる。また、ダイクロイックプリズム２２Ｌ，２２Ｒは、ズーム光学系２Ｌ，２Ｒの第３群移動レンズ５Ｌ，５Ｒから出射した可視光を反射させて、結像レンズ１４Ｌ_２，１４Ｒ_２に入射させる。

本実施系形態の画像顕微鏡は、以下のようにして使用する。

可視光を照射可能な第１の光源（図示せず）及び赤外光を照射可能な第２の光源（図示せず）を用意する。第１及び第２の光源を点灯させ、観察物Ｏに可視光と赤外光とを同時に照射する。可視光観察と赤外光観察とは、モニターの画像入力を切換えることによって行う。

画像入力を可視光観察とした場合は以下のようになる。観察物Ｏからの反射光（可視光束）は、対物レンズ１を経て、ズーム光学系２Ｌ，２Ｒにより変倍され、ダイクロイックプリズム２２Ｌ，２２Ｒにより反射されて、結像レンズ１４Ｌ_２，１４Ｒ_２によりＴＶカメラヘッド１５Ｌ_２，１５Ｒ_２のＣＣＤ１６Ｌ_２，１６Ｒ_２のＣＣＤ面１６ａ_Ｌ２，１６ａ_Ｒ２に夫々光学像を結ぶ。

得られる光学像の拡大倍率を変更したい場合には、モータ１３を駆動させてカム１０を所定量だけ回転させ、移動レンズ枠６，７を互いの間の距離が変化するようにガイド軸９に沿って対物光軸２８と平行に移動させればよい。本実施形態の画像顕微鏡では、第１の実施形態の画像顕微鏡と同様に、対物レンズ１を経て、ズーム光学系２Ｌ，２Ｒにより変倍された可視光が結像レンズ１４Ｌ_２，１４Ｒ_２によって常にＴＶカメラヘッド１５Ｌ_２，１５Ｒ_２のＣＣＤ面１６ａ_Ｌ２，１６ａ_Ｒ２に光学像を結ぶように構成されている。そのため、移動レンズ枠６，７を光軸８’に沿って移動させても、ピントは実質的にずれない。したがって、カム１０を回転させるだけで、１４Ｌ_２，１４Ｒ_２によってＴＶカメラヘッド１５Ｌ_２，１５Ｒ_２のＣＣＤ面１６ａ_Ｌ２，１６ａ_Ｒ２に結ばれる光学像の倍率を任意の倍率に変化させることができる。

一方、画像入力を赤外光観察とした場合は以下のようになる。観察物Ｏからの赤外光束は、対物レンズ１を経て、ズーム光学系２Ｌ，２Ｒにより変倍され、ダイクロイックプリズム２２Ｌ，２２Ｒを透過し、さらに、結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１を経て、ＴＶカメラヘッド１５Ｌ_１，１５Ｒ_１のＣＣＤ１６Ｌ_１，１６Ｒ_１に入射する。ところが、赤外光を用いると、結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１による結像点がＴＶカメラヘッド１５Ｌ_１，１５Ｒ_１のＣＣＤ１６Ｌ_１，１６Ｒ_１のＣＣＤ面１６ａ_Ｌ１，１６ａ_Ｒ１に対して対物光軸２８方向にずれる。

ここで、図４を参照し、赤外光観察の際の変倍操作に伴うズーム光学系２Ｌ，２Ｒ、結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１、ＴＶカメラヘッド１５Ｌ_１，１５Ｒ_１のＣＣＤ１６Ｌ_１，１６Ｒ_１の位置関係について説明する。

結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１の結像点の対物光軸２８方向のずれは、各ズーム光学系２Ｌ，２Ｒの第２群及び第３群移動レンズ４Ｌ，４Ｒ，５Ｌ，５Ｒの位置に対して一義的に決定される。したがって、各ズーム光学系２Ｌ，２Ｒの第２群及び第３群移動レンズ４Ｌ，４Ｒ，５Ｌ，５Ｒの移動距離と結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１の移動距離との間に所定の関係が成立するように、結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１を移動レンズ４Ｌ，４Ｒ，５Ｌ，５Ｒの移動に連動させることで、結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１の結像点を常に結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１の光軸とＴＶカメラヘッド１５Ｌ_１，１５Ｒ_１のＣＣＤ１６Ｌ_１，１６Ｒ_１のＣＣＤ面１６ａ_Ｌ１，１６ａ_Ｒ１との交点に重ねることが可能である。

この画像顕微鏡では、図４に示すように、赤外光観察時の結像位置が常に点Ｑ１，Ｑ２（結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１の光軸とＴＶカメラヘッド１５Ｌ_１，１５Ｒ_１のＣＣＤ１６Ｌ_１，１６Ｒ_１のＣＣＤ面１６ａ_Ｌ１，１６ａ_Ｒ１との交点）となるように、カム１０のカム溝２１を形成している。

そのため、ズーム光学系２Ｌ，２Ｒの変倍操作（カム１０の回転に伴う移動レンズ４Ｌ，４Ｒ，５Ｌ，５Ｒの移動）を行い、各移動レンズ４Ｌ，４Ｒ，５Ｌ，５Ｒが実線の位置から一点鎖線の位置まで距離ｅだけ移動する（各移動レンズ４Ｌ，４Ｒと各移動レンズ５Ｌ，５Ｒとが夫々距離ｅの２倍近づく）と、結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１もまた実線から一点鎖線の位置まで距離ｆだけ（ＴＶカメラヘッド１５Ｌ_１，１５Ｒ_１又はダイクロイックプリズム２２Ｌ，２２Ｒ側に）移動し、結像位置が点Ｑ１，Ｑ２と一致する。このようにすることにより、ズーム光学系２Ｌ，２Ｒにより変倍された赤外光を、結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１によってＴＶカメラヘッド１５Ｌ_１，１５Ｒ_１のＣＣＤ１６Ｌ_１，１６Ｒ_１のＣＣＤ面１６ａ_Ｌ１，１６ａ_Ｒ１に常に結像させることができる。

以上のように、本実施形態の画像顕微鏡によれば、第１の実施形態と同様に、赤外光のような不可視光を用いた観察時にも焦点のずれを補正することができ、しかも、操作性能の良好な画像顕微鏡を得ることができる。

しかも、結像位置補正手段が、結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１の焦点が常にＴＶカメラヘッド１５Ｌ_１，１５Ｒ_１のＣＣＤ１６Ｌ_１，１６Ｒ_１のＣＣＤ面１６ａ_Ｌ１，１６ａ_Ｒ１に結像されるように、ズーム光学系２Ｌ，２Ｒの変倍操作に伴って、結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１とＴＶカメラヘッド１５Ｌ_１，１５Ｒ_１のＣＣＤ１６Ｌ_１，１６Ｒ_１うちの少なくとも一方、例えば、結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１を連動させる連動手段を有している。したがって、可視光観察から赤外光観察に切換えた際であっても、その都度面倒な焦点合わせを行う必要がない。したがって、画像入力の切換えのみで、良好な可視光観察像及び赤外光観察像のような非可視光観察像を得ることができる。

さらに、本実施形態の画像顕微鏡によれば、各ズーム光学系２Ｌ，２Ｒの第２群及び第３群移動レンズ４Ｌ，４Ｒ，５Ｌ，５Ｒを移動させる移動手段として回転自在なカム１０を用いているとともに、連動手段としてこのカム１０に設けられたカム溝２１を用いている。そのため、新たな部品を加えることなく、簡単な構成で、結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１を変倍操作と連動させることができる。

なお、本実施形態の画像顕微鏡では、結像位置補正手段は、結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１を対物光軸２８方向に移動させるものとしているが、結像位置補正手段は、撮像素子としてのＣＣＤ１６Ｌ_１，１６Ｒ_１を対物光軸２８方向に移動させるものとしてもよい。また、結像位置補正手段は、結像レンズ１４Ｌ_１とＴＶカメラヘッド１５Ｌ_１のＣＣＤ１６Ｌ_１との間の距離及び結像レンズ１４Ｒ_１とＴＶカメラヘッド１５Ｒ_１のＣＣＤ１６Ｒ_１との間の距離が同期して変化するように、結像レンズ１４Ｌ_１，Ｒ_１とＣＣＤ１６Ｌ_１，１６Ｒ_１との双方を対物光軸２８方向に移動させるものとしてもよい。

以下、本発明の第３の実施形態を、図５を参照して説明する。
本実施形態の画像顕微鏡が備える連動手段は、ズーム光学系２Ｌ，２Ｒの第２群及び第３群移動レンズ４Ｌ，４Ｒ，５Ｌ，５Ｒの位置を検出するズームレンズ位置検出手段と、このズームレンズ位置検出手段からの位置情報が入力されるとともに、結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１とＴＶカメラヘッド１５Ｌ_１，１５Ｒ_１のＣＣＤ１６Ｌ_１，１６Ｒ_１の少なくとも一方、例えば、結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１の移動量を出力する制御手段としての制御ボックス３８とを備えている。また、この制御ボックス３８は、使用する光の波長特性の選択に応じて、連動手段が結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１とＴＶカメラヘッド１５Ｌ_１，１５Ｒ_１のＣＣＤ１６Ｌ_１，１６Ｒ_１の少なくとも一方、例えば結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１をズーム光学系２Ｌ，２Ｒの第２群及び第３群移動レンズ４Ｌ，４Ｒ，５Ｌ，５Ｒの移動と連動させるか否かの選択を行うようになっている。

詳しくは、ズームレンズ位置検出手段は、エンコーダ３３を有している。エンコーダ３３は、カム１０を回転可能に保持するモータ１３に設けられている。このエンコーダ３３は、制御ボックス３８と電気的に接続されている。エンコーダ３３で検出したモータ１３の回転量、すなわち、各ズーム光学系２Ｌ，２Ｒの第２群及び第３群移動レンズ４Ｌ，４Ｒ，５Ｌ，５Ｒの位置情報は、制御ボックス３８に入力される。

また、結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１を保持する保持部材２７は、カム１０と独立しているとともに、ステッピングモータ３２に接続されたリードねじ３１と係合している。ステッピングモータ３２は、制御ボックス３８と電気的に接続されている。ステッピングモータ３２の動作量は、エンコーダ３３によって得られたズーム光学系２Ｌ，２Ｒの第２群及び第３群移動レンズ４Ｌ，４Ｒ，５Ｌ，５Ｒの位置情報によって決定される。

また、観察物Ｏは、照明レンズ光学系３４，３５と、ライトガイド３６と、光源３７とを有して照明されるようになっている。光源３７は、可視光と不可視光としての赤外光とを選択的に照射できる切換え機構を有している。光源３７の切換え機構は、制御ボックス３８と電気的に接続されている。切換え機構から入力された情報によって、制御ボックス３８は、結像レンズを各ズーム光学系２Ｌ，２Ｒの第２群及び第３群移動レンズ４Ｌ，４Ｒ，５Ｌ，５Ｒに連動させるか非連動させるかを選択する。なお、他の構成は、上述した第２の実施形態と同様であるから、重複する説明は図面に同符号を付して省略する。

本実施形態の画像顕微鏡は、以下のようにして使用する。

観察者は、可視光観察又は赤外光観察の選択を行い、光源３７の切換え機構を所望に切換える。まず、可視光観察を選択した場合について説明する。可視光観察の場合、第２の実施形態の画像顕微鏡と同様、変倍操作を行っても、ズーム光学系２Ｌ，２Ｒからの観察像は、結像レンズ１４Ｌ_２，１４Ｒ_２によって常にＴＶカメラヘッド１５Ｌ_２，１５Ｒ_２のＣＣＤ１６Ｌ_２，１６Ｒ_２のＣＣＤ面１６ａ_Ｌ２，１６ａ_Ｒ２に結像される。したがって、可視光観察を選択すると、制御ボックス３８は、連動手段が結像レンズ１４Ｌ_２，１４Ｒ_２をズーム光学系２Ｌ，２Ｒの第２群及び第３群移動レンズ４Ｌ，４Ｒ，５Ｌ，５Ｒの移動に連動させない選択を行う。このとき、制御ボックス３８は、ステッピングモータ３２に回転信号を送らない。

次に、赤外光観察を選択した場合について説明する。赤外光を用いると、ズーム光学系２Ｌ，２Ｒからの観察像が、ＴＶカメラヘッド１５Ｌ_１，１５Ｒ_１のＣＣＤ１６Ｌ_１，１６Ｒ_１のＣＣＤ面１６ａ_Ｌ１，１６ａ_Ｒ１から光軸８’方向にずれた位置に結像される。したがって、赤外光観察を選択すると、制御ボックス３８は、連動手段が結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１をズーム光学系２Ｌ，２Ｒの第２群及び第３群移動レンズ４Ｌ，４Ｒ，５Ｌ，５Ｒの移動に連動させる選択を行う。

エンコーダ３３によってカム１０の回転量を検出し、ズーム光学系２Ｌ，２Ｒの第２群及び第３群移動レンズ４Ｌ，４Ｒ，５Ｌ，５Ｒの位置情報を得る。エンコーダ３３によって得られた第２群及び第３群移動レンズ４Ｌ，４Ｒ，５Ｌ，５Ｒの位置情報は、制御ボックス３８に送信される。結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１の結像点の光軸８方向のずれは、各ズーム光学系２Ｌ，２Ｒの第２群及び第３群移動レンズ４Ｌ，４Ｒ，５Ｌ，５Ｒの位置に対して一義的に決定されるものであるため、制御ボックス３８は、エンコーダ３３から入力された情報に基づき、ステッピングモータ３２を動作させ、リードねじ３２を所定の回転数だけ回転させる。これにより、結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１の結像点をＴＶカメラヘッド１５Ｌ_１，１５Ｒ_１のＣＣＤ１６Ｌ_１，１６Ｒ_１のＣＣＤ面１６ａ_Ｌ１，１６ａ_Ｒ１上とすることができる。

また、この連動手段によれば、変倍操作を行っても常にズーム光学系２Ｌ，２Ｒの観察像をＴＶカメラヘッド１５Ｌ_１，１５Ｒ_１のＣＣＤ１６Ｌ_１，１６Ｒ_１のＣＣＤ面１６ａ_Ｌ１，１６ａ_Ｒ２に結像させることができる。さらに、エンコーダ３３と制御ボックス３８とステッピングモータ３２との間の通信をリアルタイムで行うことで、結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１の焦点位置がずれることにより生じるピントぼけを抑制することができる。

以上のように、本実施形態の画像顕微鏡によれば、第２の実施形態と同様に、赤外光のような不可視光を用いた観察時にも焦点のずれを補正することができ、しかも、操作性能の良好な画像顕微鏡を得ることができる。しかも、本実施形態の画像顕微鏡によれば、結像レンズ１４Ｌ_２，１４Ｒ_２、ＴＶカメラヘッド１５Ｌ_２，１５Ｒ_２、及びダイクロイックプリズム２２Ｌ，２２Ｒを省略することが可能である。したがって、画像顕微鏡を小型化させることができるとともに操作性を向上させることができる。

また、連動手段は、各ズーム光学系２Ｌ，２Ｒの第２群及び第３群移動レンズ４Ｌ，４Ｒ，５Ｌ，５Ｒの位置を検出するエンコーダ３３と、エンコーダによって得られた移動レンズ４Ｌ，４Ｒの位置情報が入力されるとともに、結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１の移動量を出力する制御ボックス３８を備えている。そのため、ズーム光学系２Ｌ，２Ｒの第２群及び第３群移動レンズ４Ｌ，４Ｒ，５Ｌ，５Ｒの位置に対して一義的に決定される結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１の結像点の光軸８方向のずれを自動で補正することができる。

しかも、制御ボックス３８は、使用する光の波長特性の選択に応じて、連動手段が結像レンズ１４Ｌ_１，１４Ｒ_１を各ズーム光学系２Ｌ，２Ｒの第２群及び第３群移動レンズ４Ｌ，４Ｒ，５Ｌ，５Ｒの移動と連動させるか否かを選択する。したがって、観察者は、光源３７の切換え機構を切換えるだけで、良好な可視光観察像及び赤外光観察像のような非可視光観察像を容易に得ることができる。

なお、外科手術を行う場合には、通常、術者と手術助手が共同して手術を行うことから、手術助手もまた、術者と同様に観察物としての観察物位を観察できる必要がある。そのため、第１乃至第３の画像顕微鏡を医用実体顕微鏡として使用するような場合、光路の途中から分岐するサブ観察光学系を設け、このサブ観察光学系を介して、観察者（例えば外科手術の術者）以外の第３者（例えば手術助手）にも、観察物が前記操作者と同様に観察し得るようにしてもよい。

前記各実施の形態によれば、次のような構成が得られる。

（付記１）
観察物の像を任意に拡大してなる拡大像を得るための複数のズームレンズを有するズーム光学系と、
前記ズーム光学系からの観察像を結像するための結像レンズと、
前記結像レンズを通して結像された観察像を電気信号に変換する撮像素子を有する撮像手段と、
前記結像レンズと前記撮像素子の少なくとも一方を前記結像レンズの光軸方向に移動可能にする結像位置補正手段と、
を具備することを特徴とする画像顕微鏡。

（付記２）
前記結像位置補正手段は、
前記結像レンズの焦点が常に前記撮像素子に結像可能となるように、前記ズーム光学系の変倍操作に伴って前記結像レンズと前記撮像素子の少なくとも一方を連動させる連動手段を有することを特徴とする付記１記載の画像顕微鏡。

（付記３）
回転自在なカムを有し、少なくとも１つのズームレンズを前記結像レンズの光軸方向と平行な方向に移動させる移動手段をさらに具備しているとともに、
前記連動手段は、前記カムに設けられたカム溝を有していることを特徴とする付記２記載の画像顕微鏡。

（付記４）
前記移動手段は、前記結像レンズの光軸方向と平行に設けられ、前記ズームレンズを前記光軸方向に沿って誘導するガイド機構を有していることを特徴とする付記３に記載の画像顕微鏡。

（付記５）
前記連動手段は、
前記ズームレンズの位置を検出するズームレンズ位置検出手段と、
前記ズームレンズ位置検出手段によって得られたズームレンズの位置情報が入力されるとともに、前記結像レンズと前記撮像素子の少なくとも一方の移動量を出力する制御手段と、
を有していることを特徴とする付記２記載の画像顕微鏡。

（付記６）
前記制御手段は、使用する光の波長特性の選択に応じて、前記連動手段が結像レンズと前記撮像素子の少なくとも一方を連動又は非連動させる選択を行うこと特徴とする付記５記載の画像顕微鏡。

本発明の第１の実施形態に係る画像顕微鏡を一部断面して示す側面図。図１の画像顕微鏡の変倍操作に伴うズーム光学系、結像レンズ、及びＴＶカメラヘッドのＣＣＤの移動を説明する図。本発明の第２の実施形態に係る画像顕微鏡を一部断面して示す側面図。図３の画像顕微鏡の変倍操作に伴うズームレンズ系、結像レンズ、及びＴＶカメラヘッドのＣＣＤの移動を説明する図。本発明の第３の実施形態に係る画像顕微鏡を一部断面して示す側面図。

符号の説明

１…対物レンズ、２，２Ｌ，２Ｒ…ズーム光学系、３，３Ｌ，３Ｒ…第１群固定レンズ（ズームレンズ）、４，４Ｌ，４Ｒ…第２群移動レンズ（ズームレンズ）、５，５Ｌ，５Ｒ…第３群移動レンズ（ズームレンズ）、８，８’…光軸、９…ガイド軸（ガイド機構）、１０…カム、１１，１２，２１…カム溝、１４，１４Ｌ_１，１４Ｒ_１，１４Ｌ_２，１４Ｒ_２…結像レンズ、１５，１５Ｌ_１，１５Ｒ_１，１５Ｌ_２，１５Ｒ_２…ＴＶカメラヘッド（撮像手段）、１６，１６Ｌ_１，１６Ｒ_１，１６Ｌ_２，１６Ｒ_２，…ＣＣＤ（撮像素子）

Claims

観察物に焦点を合わせるための対物レンズと、
任意の拡大像を得るためのズームレンズを有するズーム光学系と、
前記ズーム光学系からの観察像を結像するための結像レンズと、
前記結像レンズを通して結像された観察像を電気信号に変換する撮像素子を有する撮像手段と、
前記結像レンズと前記撮像素子の少なくとも一方を前記結像レンズの光軸方向に移動可能にする結像位置補正手段と、
少なくとも１つの前記ズームレンズを前記結像レンズの光軸方向と平行な方向に移動させる移動手段と、
を具備し、
前記結像位置補正手段は、
前記結像レンズの焦点が常に前記撮像素子に結像可能となるように、前記ズーム光学系の変倍操作に伴って前記結像レンズと前記撮像素子の少なくとも一方を連動させる連動手段を有し、
前記連動手段は、
前記ズームレンズの位置を検出するズームレンズ位置検出手段と、
前記ズームレンズ位置検出手段によって得られたズームレンズの位置情報が入力されるとともに、前記結像レンズと前記撮像素子の少なくとも一方の移動量を出力する制御手段と、
を有していることを特徴とする画像顕微鏡。
前記制御手段は、使用する光の波長特性の選択に応じて、前記連動手段が結像レンズと前記撮像素子の少なくとも一方を連動又は非連動させる選択を行うこと特徴とする請求項１記載の画像顕微鏡。