JPS5810040A

JPS5810040A - レ−ザ光線走査機構

Info

Publication number: JPS5810040A
Application number: JP56108616A
Authority: JP
Inventors: 砂子　勝好
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1981-07-10
Filing date: 1981-07-10
Publication date: 1983-01-20
Also published as: JPS6116167B2; EP0069987A2; CA1190073A; AU8577382A; EP0069987B1; DE3273724D1; EP0069987A3; US4545657A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、手術顕微鏡下でレーザメスを使う場合に、
スティックを操作して、レーザ照射位置を変えるレーザ
光線走査機構に関する。

レーザメスで手術を行う場合、顕微鏡で手術を加えるべ
き生体組織を観察しながら、前後左右に動くスティック
を操作して、レーザ光線の照射位置を移動させる。

レーザの照射位置はミラーの角度により決まるが、ステ
ックの動きと、ミラーの傾きとを関連づ゛けるには、従
来、例えば特開昭５２−１１１２９５号、特開昭５５−
１０６１４４号記載の機構等が知られていた。

前者は、レーザ光線を反射するミラーを、水平軸で支持
し、この水平軸を含む台を垂直軸で支持したものである
。水平軸、垂直軸にはそれぞれサーボモータが取付けら
れ、その軸の周りに回転できるようになっている。一方
、ステックの左右方向の動きと、前後方向の動きは、そ
れぞれポテンシオメータにつながれており、またサーボ
モータの回転変位を検出して、別のポテンシオメータが
変位に比例して抵抗値を変えるようになっている。

２組のポテンシオメータは、２つの、ブリッジを構成し
、ステックの動きに追随して、サーボモータが正逆に回
転し、ミラーの傾きを変えるようになっている。

このような電気的な走査機構は、サーボモータを２個、
顕微鏡のハウジングの中に収納しなければならない。ま
た、直交する２つの動きを必要とするから、ねじれ位置
に２つの回転軸を設けなければならない。機構が複雑で
、顕微鏡のハウジングが大きくなってしまう、という欠
点があった。

これに対し、特開昭５５−１０６１４４号の機構は純機
械的な構成で、ジンバル機構を用いたものである。

ミラーを水平軸で支持し、水平軸を含むＵ字型台を垂直
軸で支持し、それぞれの軸の周りに回転できるようにし
た点は、前例と同じである。しかし、サーボモータ、ポ
テンシオメータなどを使わず、いくつかの′てこ”を組
合わせて、スティックの左右の動き、上下の動きを、垂
直軸まわり、水平軸まわりの回転変位に変換している。

このようなジンバル機構は、サーボモータを必要としな
いが、それでも、直交する２つの回転軸と、いくつかの
゛てこ″の組合わせを必要とする。

従って、顕微鏡ハウジングは大きくなってしまう。

また、ステックの左右の動きと、上下の動きとを、同数
の“′てこ″で２つの回転軸に伝達する事はできないの
で、左右の動き、上下の動きと、ミラーの回転変位の比
率を、左右及び上下で一致させる為に、°てこ″の増速
、減速比の設定が難しい。

また、直交する′てこ″が動くためには、ピンと長孔と
を組合わさなければならないが、両者には必ずバックラ
ッシュを取っておくから、がたつきがある。しかも、“
てこ”の数が異るから、がたつき量は、上下方向、左右
方向で異る。

さらに、左右の動き、上下の動きをミラーに伝達するた
め、独立な２系統の゛てこ″の組を要するが、ミラーの
傾き変位は、独立ではない、という欠点がある。例えば
、ミラーの水平軸まわりの回転変位が異なる時、同一振
幅でスティックを左右に動かしても、ミラーの垂直軸ま
わりの変位の幅は異なる。

もつとも致命的なのは、ガタつきの大きい“てこ″を組
合わせて、ミラーを水平軸、垂直軸まわりに回転変位さ
せるので、ミラーを微少変位させる事ができない、とい
う事である。

手術顕微鏡下で手術を行う場合、レーザ光線照射位置を
微小変動できる事が必要である。ミラーの傾きが変化す
ると、反射光の方向は、ミラー傾きの変化の２倍だけ変
化する。照射位置は、この角度に、ミラーと生体組織と
の距離を乗じた値だけ変動する。

従って、レーザ光線の照射位置を微少に調節可能である
為には、ミラーの傾き角変位を微少制御できるのでなけ
ればならない。

゛てこ”を組合わせたジンバル機構では、スティックの
動きを充分減衰してミラーの傾きに変化させる事は難し
い。

このように、従来、反射ミラーは必ず直交する２軸によ
って回転可能に支持されていたから、顕微鏡ハウジング
が大きくなる、という難点を克服する事ができなかった
。

純機械的な伝達機構の場合、ガタつきが必ずともない、
又ミラー傾き角の微細調節が難しかった。

電気的な伝達機構の場合、さらに顕微鏡ハウジングが大
きくなり、操作性も低下する、という欠点があった。

本発明は、スティックの動きを、純機械的にミラーの傾
き角変位に変換するものであるが、構造は簡単でありな
がら、ガタつきがなく、左右、上下方向の変換比は同一
で、しかもミラーを微少変位させる事のできるレーザ光
線走査機構を与える事を目的とする。

本発明のレーザ光線走査機構は、中心の一点を支点とし
て支持されたミラーホルダーの背面に球面部を形成して
おき、スティックの先端でミラーホルダー球面部を押え
ることとし、スティックの支点と先端との距離ｌと、球
面部の曲率半径ｒとが異なる事により、ミラー傾き角を
スティックの動きに従って変位させるようにしたもので
ある。

以下、実施例を示す図面によって、本発明の構成、作用
及び効果を詳細に説明する。

第１図は本発明の実施例に係るレーザ光線走査機構を示
す概略断面図である。

本発明の機構は、顕微鏡本体１の下端に取付けられた付
加アダプタ２の中に収められる。アダプタ本体３は閉じ
られた箱体であるが、下面に開口４を有する。アダプタ
本体３の手元側の内壁から、斜め上方に向けて支持板５
が設けられる。支持板５の上面には、小さい支点法６が
あり、支点法６のまわりには回転対称位置に３以上のボ
ルト７゜・・・・・及びスプリング８が配置され、ミラ
ーホルダー９を、支持球６を中心として微少角度傾きう
るように支持する。ミラーホルダー９の前方にはレーザ
光線を反射する為のミラー１０が取付けられる。

アダプタ本体３の手元側上面には、球面軸受１１を介し
、スティック１２が左右、上下方向に動きうるよう設け
られる。

組織１４の適当な部位を照射する。

接眼レンズ１５から、生体組織１４のレーザ照射位置を
観察することができる。顕微鏡光軸１６は、生体組織１
４から開口４を通り、接眼レンズ１５に至る。

入射レーザ光線１７は一定方向、位置にあるが、反射レ
ーザ光線１８はミラーの角度により、角度変位する。

ミラーホルダー９の背面には曲率半径がｒの凹球面１９
が形成してあり、スティック１２の先端は、凹球面１９
の上を押えつけて動く。スティック１２の球面軸受１１
から、先端までの長さをｌとする。スティック有効長ｌ
と、凹球面曲率径ｒとが異なると、スティックの動きに
よって、ミラーボルダ−９は傾き角を変する事ができる
。

スティック１２を持って角αだけ傾けた時、ミラーがβ
傾くとする。この時、反射レーザ光線１８は２β傾くこ
とになる。

ミラーホルダー９と支持板５との弾性支持機構の例を第
２図、及び第３図によって説明する。

ミラーホルダー９とミラー１０とは一体のものとして組
合わされており、略四角筒状をなす。前“面にミラー１
０が取付けられており、背面に凹球面１９が形成されて
いる。中間の開口部に、支持板５が挿入された形式にな
っている。

支持板５の、支点法６のまわりで、回転対称の位置にボ
ルト７が設けられるが、ボルト位置には前面からスプリ
ング穴２０が穿たれていて、ここにスプリング８が段部
２１とボルト頭部２２に両端を接して設けられる。

ボルト７の先端は、支持板５０通し孔２３を貫き、ミラ
ーホルダー９の螺子孔２４に螺合している。

スプリング８、ボルト７の働きで、ミラーホルダー９は
、支持板５の方向へ引寄せられるが、支点法６が介在す
るので、ミラーホルダー９と支持板５の間には、隙間２
５がある。

スティック１２の先端が支点法６のすぐ裏面の中心点Ｃ
に当っている時、支持板５とミラーホルダー９の面は平
行である。スティックの先端が中心点Ｃ以外の点を押す
と、凹球面の曲率半径ｒと、スティックの有効長ｌとが
異なるので、ミラーホルダー９は傾く。

第４図は、スティック１２、凹球面１９の略配置図で、
これにより、スティック傾き角ａと、ミラー傾き角βと
の関係を説明する。

点Ａはスティック１２の支点で、球面軸受１１の中心に
対応する。

点Ａを中心として半径ｌの円弧ｍが描かれているが、こ
れはスティック１２の先端の軌跡を表わす。

円弧ｍの中心Ｃは、凹球面１９の支点であり、凹球面の
中心りは、直線ＡＣ上にあってＣＤ＝ｒである（スティ
ックがＡＣ位置の時）。

第４図はスティック有効長ｌが、凹球面曲率半径ｒより
大きい場合、すなわちＪ＞ｒの場合を示す。

スティック１２を傾けて、先端が円弧ｍ上の点Ｂに移っ
たとする。凹球面は傾き、１９′のようになる。

凹球面は、スティック先端点Ｂと、支点Ｃを通るから、
凹球面の中心は、線分ＢＣの垂直二等分線上にあってＣ
Ｄ’　＝　ｒとなる点・Ｄ′に移る。

凹球面中心の軌跡を破線ＤＩ）’で示す。

凹球面の傾き角は／Ｄ′ＣＤで与えられる。つまり、／ＢＡＣ−α　　　　　　　　　　　（１）／ＩｙＣＤ
−β　　　　　　　　　　　（２）である。

直線ＡＤ’の延長線と、直線ＢＣの交点をＨとすると、Ａ　Ｂ　＝　Ａ　Ｃ：　Ｉ！（３）Ｄ’Ｂ　＝　１）’Ｃ＝　ｒ　　　　　　　　　　　（
４）であるから、点Ａ、ｙともに線分ＢＣの垂直二等分
線上にある。従って点Ｈは線分ＢＣの中点で、／Ａ　Ｈ
Ｃ＝９Ｑ°である。

三角形ＡＤ’Ｃに正弦定理を適用すると、である。

これをβについて解くと、ミラーの傾き角βは、で求め
る事ができる。

ここで、スティック有効長ｌと、凹球面曲率半径ｒの比
を３とおく。ａは１以外のパラメータとする。ａ　＝　
ｌは、β＝０となるからである。

ａ　＝　’／ｒ　　　　　　　　　　　　　　（７）す
ると β＝自−１（ａｇｈ＋−！！−）−Ｌ（８）２と書ける。

以上の計算は、ｌ＞ｒの場合の第４図について導出した
ものであるが、ｌくｒの場合でも全く同じ式を得る。

第５図はｌくｒの配置例を略示する。第５図に於て、点
Ａはスティック支点でＡＢ＝ＡＣ＝／。

点り、ｙは凹球面の中心で、直線ＩｙＡＨが線分ＢＣの
垂直二等分線である。

但し、βはここではαと異符号となっている。

第４図に於けるのと同様、βは、αと同じ側に向って角
度を定義するようにする。第５図に於て、角αは中心線
ＡＣより左側に向って計られており、これを正とする。

角βは右側に向っているから負である。

角α、βの定義を符号まで含めたものとすれば、ｌとｒ
の大小関係に拘りなく、αとβの関係は（６）。

（８）式で表現できる。

α力が１より充分小さいとき、（８）式はβ＝　（ａ　
−１）　−（９）と近似する事ができる。

例えばａ　＝　０．９とすると、 β＝　−０００となる。つまり、スティックの傾きαを１４０に減衰し
て、ミラーの傾きβを微細に変化させる事ができ名。角
度変化の減衰比にはで与えられる。２が１に近いほど、ミラーの動きを微細
に調節する事ができるわけである。

第６図は、２をパラメータとして、スティックの傾きα
と、ミラーの傾きβとを図示したグラフである。パラメ
ータａは０．８　、０．８５　、０．９　、０．９５　
。

１．０５．１．１　、１．１５　、１．２の８つの値を
選んで図示した。

スティックの傾きαが０．６ラジアン（３４，４°）ま
でを示すが、この範囲では、βは殆んどαにリニヤ−に
変化する事が分る。

以上は、ミラーの傾きについそ述べたが、レーザ光線の
反射角のフレは、ミラーの傾きの２倍であるから、２β
の値を計算すればよい。

さらに、ミラー表面から生体組織までの距離をＬとすれ
ば、組織上でのレーザ照射位置をＸとすると、スティッ
ク操作に対する走査位置変位の比はで定義できる。（９）式と同じ近似範囲でｄｘ −−Ｌ　　（ａ　−１）　　　　　　　　　　　　Ｑ３
ｄα となる。３が１に近ければ、照射位置Ｘの変化を微少に
する事・ができる。

本発明の効果を述べる。

（１）本発明のレーザ光線走査機構は、構造が極めて簡
単であり、顕微鏡の付加アダプタのハウジングを小さく
できる。

従来の走査機構のように、水平軸、垂直軸の組合わせで
はないから、軸や軸受、てこ、サーボモータなど一切不
要である。

（２）　　レーザ光線照射位置の微細な調整が容易に行
える。スティックの有効長ｌと、凹球面曲率半径ｒの比
が１に近いほど、ミラー傾き角βとスティック傾き角α
の比が小さくなるからである。

（３）　　”てこ″や歯車を用いないので、がたつきが
ない。微細な位置変化を与えるためには、動力伝達系に
がたつきのないのが望ましい。

本発明では、支点法と支持板、ミラーホルダーの間には
がたつきがなく、スティック先端と凹球面との間にも隙
間がない。

（４）　　スティックの動きを左右方向と前後方向の二
成分に分解して別個にミラーへ伝達するのではない。ス
ティックの動きは全方位について同等であるし、凹球面
も全方位について同一曲率である。

従って、ミラーの動きは極めてスムーズである。さらに
、左右方向、前後方向の減速比が喰い違う惧れもない。

このように有用な発明である。

なお、支持板５とミラーホルダー９の結合は（１）支点
法６で一点を支持されており、（２）ミラーホルダー９
が支点法の方向へ弾力的に押しつけられている事、が必要であるから、この例のようにボルト、スプリング
を３以上、設ける事の他、支持板５と、凹球面と反対側
のミラーホルダー板との間にゴム２６を挾・むようにし
てもよい（第７図）。また、支□点を与えるために、突
起２７とこれに嵌合する凹部２８を、支持板５、ミラー
ホルダー９のいずれかに設ける事もできる。弾性支持機
構の構成は任意である。

さらに、ミラーホルダー９は四角筒状にして、ミラー１
０をその一面２９に貼りつけるようにしても良い。

こ□の例では、凹球面１９とミラー１０とはミラーホル
ダーの反対側に位置しているが、スティックの取出位置
によって、凹球面とミラーは隣接する面上に来るよう設
ける事もてきる。

また、ミラーホルダーの支点は凹球面の中心の近傍にな
ければならないが、第３図に於て、支点法６の中心と球
面中心Ｃの距離（は、（６）　、　（８）式に対して、
重大な補正項をもたらさない。

さらに、λの値は１より大きくしても良いし、小さくし
ても良い。第１図の配置例であれば、スティック１２を
持って、これを右に動かした時、照射点Ｘも右に動くよ
うにするには３〉１でなければならない。ａ、βは同符
号となる（（８）式で）からである。顕微鏡が対象物の
正立像を結ぶものであれば、ａ＞１とする方が直感的に
位置関係が分り易く便利である。

逆に、ａく１であれば、スティックの動きと照射点Ｘの
動きは反対向きになる。顕微鏡が倒立像を結ぶものであ
れば、ａ＜１の方が操作容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るレーザ光線走査機構の断
面図。第２図はミラーホルダー支持機構の斜視図。第３図は第２図中のＩ−１断面図。第４図はスティックの動きと、ミラーホルダー凹球面の
動きとの関係を求める為の略図で、３〉１の場合を示す
。Ａはスティック支点、Ｃは凹球面の中心、Ｄ、Ｉ）’
は凹球面の曲率中心である。第５図は第４図と同様な略図であるがａ＜１の場合を示
す。第６図は３をパラメータとし、スティックの傾き角αと
、凹球面の傾き角βとの関係を示すグラフ。第７図は、ミラーホルダーの他の実施例にかかる弾性支
持機構の断面図。１・・顕微鏡本体２・・・・・付加アダプタ３・・・・アダプタ本体４・・・・・開　　　口５・・・支持板６・・・・・支点法７・・・ボ　ル　ト８　・・スプリング９　・・・ミラーホルダー１０・・・・−ミラー１１・・・・・・球面軸受１２・・・・スティック１４・・・・生体組織１８・・・・反射レーザ光線１９・・・・・凹　球　面２６・・・・・・ゴ　　　ム第２図９第３（

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　スティックの動きをミラーの傾きに変換する
レーザ光線走査機構において、アダプタ本体３と、ミラ
ー１０を保持し凹球面１９を有する、ミラーホルダー９
と、ミラーホルダー９を凹球面の中心Ｃ近傍の一点を支
点として動きうるようアダプタ本体３に対して弾性的に
支持する弾性支持機構と、先端がミラーホルダー凹球面
１９に接触□しており、アダプタ本体に一点を支持され
回転変位できるスティック１２とより構成される事を特
徴とするレーザ光線走査機構。。
（２）　　スティック１２の支点と先端との距離ｌと、
凹球面１９の曲率半径ｒとの値とを、僅かに異なる値に
設定した特許請求の範囲第１項記載のレーザ光線走査機
構。