JP2004272264A - 観察対象野照明を有する手術顕微鏡及び顕微鏡照明制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 手術顕微鏡の物体面照明における従来の方法の欠点（例えば、熱問題）を排除する。
【解決手段】 手術顕微鏡の物体面照明にレーザ光源を使用する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、観察対象野を照明するための光源を有する手術顕微鏡及び顕微鏡照明制御方法に関する。

なお、本発明において手術顕微鏡とは、観察者のために接眼レンズを介して観察対象野を拡大してビジュアル的に表示するための手術顕微鏡を意味するものとする。

手術顕微鏡において観察対象野を照明するために、各種の光源、例えば、ハロゲンランプ、白熱ランプ、放電ランプ等が使用される。分析、診断及び治療（例えば、網膜治療）のために、レーザダイオードは、現在、一般に使用されている。また、手術顕微鏡における制御及び測定目的のための（例えば、オートフォーカシングのための）レーザも知られている。

TOPAG Lasertechnik GmbH（ダルムシュタット）の回折性ビーム減衰ユニットに関するTOPAG社の情報提供用資料"Diffractive Variable Attenuators for High Power Lasers"、第２頁、刊行日不明。 "Physik Journal"1（2002）No.10、第６１頁 ウェブサイトwww.topag.de

しかしながら、手術顕微鏡において観察対象野を照明するための光源として、照明目的で、レーザを使用することは知られていない。従って、従来の手術顕微鏡では、上述の分析及び診断目的で使用されるレーザに加えて、更に、従来の照明も必要であるという欠点がある。

それゆえ、本発明の課題は、ハロゲンランプ等の従来の光源を付加的に有しなくても作動する手術顕微鏡を提供することである。

上記の課題は、本発明の一視点により、観察対象野を照明するための光源を有する手術顕微鏡が提供される。この手術顕微鏡において、光源として、レーザ光源を有すること、及び前記レーザ光源に後置して（の後段（下流域）に）、ビームの拡開及び／又はビームの集束（絞り、結像：Abbildung）のための照明光学系が配されることを特徴とする（形態１・基本構成）。なお、後置ないし後段（下流域）とは、ビームないし光の流れ（進行方向）に関し、ある要素が他の要素の下流域に配されることをいうものとする。

本発明の第１の視点において、独立請求項１により、所定の課題が、上述の通り達成される。即ち、本発明の手術顕微鏡は、従来の手術顕微鏡では必須であったハロゲンランプ等の従来の光源を付加的に有しなくても作動することが可能である（基本構成）。
更に、各従属請求項により、付加的な効果が後述の通りそれぞれ達成される。
更に、本発明の第２の視点によれば、請求項８の構成により、顕微鏡のレーザビーム照明の制御方法が達成される。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を示すが、これらは従属請求項の対象でもある。
（２） 上記の手術顕微鏡において、前記レーザ光源は、前記レーザビームを０次の照明ビームと、少なくとも１つの１次又はより高次の照明ビームとに分割するための回折要素を有すること、及び前記回折要素の後段に、前記０次の照明ビームのための（第１）照明光学系と、前記１次の照明ビームのための第２照明光学系又は吸収要素が配されることが好ましい（形態２）。
（３） 上記の手術顕微鏡において、前記（第１）照明光学系は、手術顕微鏡鏡筒内に配されかつ前記０次の照明ビームを主対物レンズを介して観察対象野へ偏向するよう構成される偏向要素を指向するよう構成されること、及び前記第２照明光学系は、前記手術顕微鏡鏡筒の側方に配され、かつ前記１次の照明ビームを前記観察対象野に斜めから照射（結像、集束的に入射）するよう構成されることが好ましい（形態３）。
（４） 上記の手術顕微鏡において、１次又はより高次の照明ビームに、照明ビーム強度を測定するためのセンサが配されること、及び前記センサは、前記レーザ光源を制御する電子的データ処理ユニットと及び／又は前記照明ビーム強度を表示するための表示装置ないしディスプレイと接続されること、及び前記ディスプレイの画像は、更なる偏向要素を介して手術顕微鏡の観察光路に差込入射可能に構成されることが好ましい（形態４）。
（５） 上記の手術顕微鏡において、前記回折要素は、レーザビームを複数の異なる強さの０次の照明光へと任意に分割するために制御可能に構成されること、及び前記回折要素は、好ましくは前記電子データ処理ユニットによって制御可能に構成される電子的制御ユニットと接続されることが好ましい（形態５）。
（６） 上記の手術顕微鏡において、回折要素又は回折要素と制御ユニットの組合せとして、可変的回折性ビーム減衰ユニットが使用されることが好ましい（形態６）。
（７） 上記の手術顕微鏡において、前記照明光学系は、前記レーザ光源の光の波長に関してのみ較正されることが好ましい（形態７）。
（８） 上記の手術顕微鏡において、前記レーザ光源の後段に、観察対象野にわたってレーザビームを偏向的に走査するための走査装置が配されることが好ましい（形態８）。
（９） 上記の手術顕微鏡において、前記回折要素の後段に、前記１次又はより高次の照明ビームのための少なくとも１つの吸収要素が配されることが好ましい（形態９）。
（１０） 上記の手術顕微鏡において、前記レーザ光源の後段に、前記０次又はより高次の照明ビームにパルス列状の暗部分を形成するためのシャッタが配されることが好ましい（形態１０）。
（１１） 手術顕微鏡の観察対象野を照明するためにレーザ光源を使用することが可能である（形態１１）。
（１２） 顕微鏡の観察対象野の照明を制御するため、回折性レーザビーム減衰ユニット及び該回折性レーザビーム減衰ユニットと結合されるレーザ光源を使用することが可能である（形態１２）。

観察対象野に相応の照明強度（明るさ）を形成するために、比較的強度の大きいレーザを使用する必要が生ずることもある。これと同程度の強さの高出力ランプ及び放電ランプを使用する場合、良く知られているように、一方では、吸収フィルタを使用する場合、照明強度（明るさ）の調節により、熱の発生に基づく各種問題が生じ、他方では、熱的により安定的な開口（ないし絞り）を使用する場合、照明野に当該開口の構造（輪郭）が結像されてしまう。これに対して、レーザは、その本来の光源は手術顕微鏡から比較的遠くに離隔して配することができ、従って光源から発生する熱も顕微鏡から遠ざけることができるため、有利である。尤も、手術顕微鏡の範囲においてレーザ光を減衰すべき場合、高出力ランプ及び放電ランプを使用する場合と対比されうる付加的な問題が現れる。

そこで、本発明の一実施形態では、手術顕微鏡の特殊な作動上の要求に適合するレーザ照明を使用することにより、高性能で調節可能な照明を手術顕微鏡に同時に配する際に生じ得る上記のような付加的な欠点が回避される。

即ち、手術顕微鏡に、いわゆる回折性ビーム減衰（分割ないし分散）ユニット（diffraktiver Strahlabschwaecher）と組合せた高出力レーザを組み込んで使用することにより、上記の付加的な欠点を良好に解消している。このような回折性ビーム減衰ユニットは、これまで、照明目的には使用されてない。本発明によれば、レーザとしては、例えば、単色光レーザ又は白色光レーザを使用することができる。

調節可能な回折性ビーム減衰ユニットによって、照明ビーム（０次）の光強度は、熱の発生の問題なしに、照明ビーム自体において調節可能となる。なぜならば、回折され、従って照明ビームからエネルギ的に取出された光量（光の成分）は、場合によって発生する熱によって障害が生じない適正な位置に配設可能な（複数の）吸収要素（アブソーバ）において消滅することができるからである。

高出力レーザのための回折性ビーム減衰ユニット（例えば、TOPAG Lasertechnik GmbH（ダルムシュタット）の回折性ビーム減衰ユニット：TOPAG社の情報提供用資料“Diffractive Variable Attenuators for High Power Lasers”、第２頁、刊行日不明、を参照せよ。これは“Physik Journal”1（2002）No.10、第６１頁にも発表されている）は、これまでのところ下記分野、即ち、材料操作ないし処理（例えば、標識形成または表面走査）、レーザ応用、測光、光学的研究及びホログラフィ応用の分野において使用されているが、手術顕微鏡における観察対象野照明の照明の調節には未だ使用されていない。

本発明者は、レーザを使用する場合のこれらの特殊なレーザ応用とは全く無関係に、回折性光学要素によるビーム減衰及びとりわけその調節可能性を手術顕微鏡の照明に最適に使用できると云うことを特に確認した。

上記の回折性ビーム減衰ユニットの基本的機能は、入射ビームＩ_{ｉｎｐｕｔ}（レーザ光源からのビーム）を回折することによって、入射ビームＩ_{ｉｎｐｕｔ}の最大の強度を、残存する残存ビームＩ_{ｏｕｔｐｕｔ}と、±１次又はより高次の回折ビームとに分割することにある。±２次及び±３次及びより高次の回折（の利用は）は、あまり有利ではない。回折ビーム（複数）は、本発明の一実施形態によれば、吸収要素において消滅され、射出ビームＩ_{ｏｕｔｐｕｔ}は、入射ビームＩ_{ｉｎｐｕｔ}を相応に減衰（削減）したものから形成される。従って、回折（構造）形態を種々選択することにより、残存ビームないし射出ビームＩ_{ｏｕｔｐｕｔ}を種々調節ないし制御することができる。このビームの強度は、Ｉ_ｍａｘ＝Ｉ_{ｉｎｐｕｔ}（回折のない場合）からＩ_ｍｉｎ≒０までの範囲において調節することができる。相応の回折（構造）形態を使用することにより、この調節を無段階的に実行することも可能である。ウェブサイトwww.topag.deには、このような回折要素の例が掲載されている。しかしながら、レーザ技術分野の当業者であれば、本発明の枠内においても適用可能な他の回折性ビーム減衰法ないし手段（例えば、ブレーズ型格子（Blaze-Gitter）等）を適宜選択することができ、それらは本発明の枠内に含まれる。

従って、本発明によれば、回折性構造要素を伴ったレーザを手術顕微鏡に組込むことによって、高性能で調節可能な照明が利用可能となる。

尤も、本発明者は、±１次又はより高次の回折ビーム（複数）は、必ずしも消滅する必要はなく、付加的照明として考慮できる（利用可能である）ということを更に確認した。即ち、本発明の好ましい一実施形態によれば、１次の回折ビームによって、観察対象の（斜め）側方からの直接的な（ないし対物レンズを介さない）照明を任意に（オン・オフ）切換え可能に実行することができる。

本発明の好ましい更なる一実施形態では、±１次またはより高次の回折ビーム（複数）の１つをセンサによって検出（測定）し、以って、０次の（主）照明ビームの強度に関し直接的な帰納的結果（検出情報）を得ることができる。場合によっては、当該検出情報をディスプレイに表示し、場合によっては、更に、接眼レンズを介して観察する観察者の視野に、その要望に応じて手術顕微鏡の適切な位置に当該ディスプレイの画像を差込入射することも可能である。

本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例は、発明の理解の容易化のためのものであって、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において当業者により実施可能な付加・置換等を排除することは意図しない。また、特許請求の範囲に付した図面参照符号も発明の理解の容易化のためのものであって、本発明を図示の態様に限定することは意図しない。なお、これらの点に関しては補正・訂正後においても同様である。

図面は相互関連的かつ包括的に記載した。同一の図面参照符号は、同一の構造要素ないし部材を示し、添え字が異なる図面参照符号は、同一又は類似の機能を有する構造要素ないし部材を示す。

図１に、接眼レンズを有する観察ポート５を有する手術顕微鏡３の構造の一例を示した。主対物レンズ２の光軸１５は、同時に、手術顕微鏡３の主軸も示している。紙面右側の側方に設けたレーザ光源１１から放射された照明ビーム１４は、任意に配されるシャッタ９ａによってパルス列化され、又は遮断（遮光）され得る。シャッタ９ａは、図示の実施例では、手術顕微鏡３の近くに配設されているが、シャッタは、場合によって生じる熱の悪影響が手術顕微鏡３に及ばないようにするため、手術顕微鏡３から遠く離隔して配設することも可能である。

１つのレンズで象徴的に示した照明光学系８ａは、照明ビームのジオメトリ（幾何学的形状ないし配置）を制御する。

この要素（照明光学系８ａ）は、集束されているレーザビーム１４を拡開する光学系又はピンホールユニット（絞りユニット又は集束光学系）から構成することができ、偏向要素１６による偏向後、照明ビームを観察対象野１に照射（結像、合焦）する。

観察対象野１（の全領域）にわたってレーザビームを走査することによって、結像光学系なしでも観察対象野全体の照明を実行可能なように構成されたビーム走査ユニットを、照明光学系８ａの代わりに設けることも可能である（このようなビーム走査ユニット自体及びその配置に関しては当業者には既知である）。

図２に、回折要素７が照明ビーム（ないしレーザ光源１１の光軸）１４に組込まれるよう構成された図１の構造の一変形例を示した。この実施例では、照明ビーム１４は、図１の場合と同様に、主対物レンズ２を介した観察対象野の照明のために、吸収要素１９ａの開口２１を通過する。±１次又はより高次の回折ビーム（これらは、光軸１８ａ及び１８ｂで象徴的に示した）は、この実施例では、吸収要素１９ａにおいて吸収される。手術顕微鏡３に配される手動又は電子的制御ユニット２０によって、電子的データ処理ユニット１３を介して、レーザ光源１１の放射出力を制御することでき、及び／又は、制御ユニット１２を介してビーム減衰（分割ないし分散）のための回折要素７を制御することができる。（データないし命令）伝送経路（これはケーブル等の有線方式のもの、赤外線等の無線方式のものその他データ等の伝送を可能とする将来実現され得るあらゆる伝送方式のものを含む）を２２ａ〜２２ｃで示した（図３参照）。

図３に、図２の構造ないし装置の一変形例を示した。この実施例では、１次又はより高次の回折ビーム（プラス又はマイナスｎ次の回折ビーム（ｎは正の整数）。例えば、光軸１８ａ又は１８ｂはそれぞれ＋１次又は−１次の回折ビームを象徴的に示すものとする）の１つ（図示の場合、回折ビーム１８ｂ）は、付加的な観察対象野の直接的照明（主対物レンズ２を介さない照明）に使用される。この１次の照明ビーム１８ｂも、（主）照明ビーム１４と同様、シャッタ９ｂ及び結像（集束）照明光学系（又は拡開光学系）８ｂ、またはビーム走査ユニットを任意に配されることが可能である。

この実施例の装置によって、光軸１８ｂによって象徴的に示した（１つの）±１次又はより高次のビーム（成分）が吸収要素によっては消滅ないし吸収されないので、多重照明を実現可能となる。かくして、吸光性シャッタ９ａ、９ｂを使用することにより、照明すべき観察対象を同時又は選択的に異なる角度で照明することができる。

図４に、本発明の実施例の更なる一変形例を示した。±１次のビーム１８ａ又は１８ｂは、情報伝達媒体としても使用できる。これらのビーム１８ａ又は１８ｂは、入射ビームＩ_{ｉｎｐｕｔ}の減衰（分割）の尺度（ないし割合）も構成しうる。±１次のビームをセンサ１０に供給すれば、実際の減衰を測定することができ、（その測定結果ないし当該測定結果を処理した結果を、）電子的処理ユニット１３を介してディスプレイ６に表示したり、あるいは、情報差込入射装置４内の更なる偏向要素１７によって手術顕微鏡３（その観察光路ないし観察ポート５）に差込入射（して観察者の視野内に表示）したりすることも可能である。

上記の表示は、シャッタ９ｃ又は電子的遮断手段（電子的導通・遮断切換装置）によって又は更なる偏向要素１７の（適正位置からの）旋回（的離脱）によって遮断（オフ切換え）することができる。

更に、図４の実施例では、図３に実施例に示したような付加的な直接照明を実行しないように変形されている。これは、光軸１８ｂによって象徴的に示した−１次のビームを吸収するよう構成された吸収要素１９ｃを配することによって実現される。

図５に、図３及び図４の実施例を組合せた本発明の好ましい一実施例を示した。この実施例では、同時的又は選択的多重照明と、観察者に対する付加情報の表示ないし提示が達成される。

照明（用光源）としてレーザ光源を有する手術顕微鏡の構造の一例。 回折性光分割器が組込まれかつ２つの（すべての）回折ビームを消滅するよう構成された図１の構造の一変形例。 対称的に射出された２つの回折ビームの一方を消滅させ、他方の回折ビームによって直接観察対象を付加的に照明するよう構成された図２の構造の一変形例。 対称的に射出された２つの回折ビームの一方を消滅させ、他方の回折ビームを制御及び手術顕微鏡への画像情報の差込入射に利用するよう構成された図２の構造の更なる一変形例。 図３及び図４の構造を組合せた構造の一例。

符号の説明

１ 観察対象ないし観察対象野
２ 主対物レンズ
３ 手術顕微鏡鏡筒、手術顕微鏡
４ 情報差込入射装置
５ 接眼レンズを有する観察ポート
６ ディスプレイ
７ 回折要素
８ａ、８ｂ 照明光学系
９ａ、９ｂ、９ｃ シャッタ
１０ センサ
１１ レーザ光源
１２ 回折要素７の制御ユニット
１３ 電子的データ処理ユニット
１４ 照明ビームないしレーザ光源１１の光軸
１５ 主対物レンズ２の光軸
１６ 主対物レンズ２を介する０次照明のための偏向要素
１７ データ差込入射用偏向要素
１８ａ、１８ｂ ±１次照明の光軸
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ 吸収要素
２０ 制御ユニット
２１ 開口（部）
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 伝送経路

Claims (8)

1. 観察対象野を照明するための光源を有する手術顕微鏡において、
   光源として、レーザ光源（１１）を有すること、及び
   前記レーザ光源（１１）に後置して、ビームの拡開及び／又はビームの集束のための照明光学系（８ａ、８ｂ）が配されること
   を特徴とする手術顕微鏡。
2. 前記レーザ光源（１１）は、前記レーザビームを０次の照明ビーム（１４）と、少なくとも１つの１次又はより高次の照明ビーム（１８）とに分割するための回折要素（７）を有すること、及び
   前記回折要素（７）に後置して、前記０次の照明ビーム（１４）のための第１照明光学系（８ａ）と、前記１次の照明ビーム（１８ｂ）のための第２照明光学系（８ｂ）又は吸収要素（１９）が配されること
   を特徴とする請求項１に記載の手術顕微鏡。
3. 前記第１照明光学系（８ａ）は、手術顕微鏡鏡筒（３）内に配されかつ前記０次の照明ビームを主対物レンズ（２）を介して観察対象野（１）へ偏向するよう構成される偏向要素（１６）を指向するよう構成されること、及び
   前記第２照明光学系（８ｂ）は、前記手術顕微鏡鏡筒（３）の側方に配され、かつ前記１次の照明ビーム（１８ｂ）を前記観察対象野（１）に斜めから照射するよう構成されること
   を特徴とする請求項２に記載の手術顕微鏡。
4. １次又はより高次の照明ビーム（１８ａ）に、照明ビーム強度を測定するためのセンサ（１０）が配されること、及び
   前記センサ（１０）は、前記レーザ光源（１１）を制御する電子的データ処理ユニット（１３）と及び／又は前記照明ビーム強度を表示するための表示装置ないしディスプレイ（６）と接続されること、及び
   前記ディスプレイ（６）の画像は、更なる偏向要素（１７）を介して手術顕微鏡（３）の観察光路に差込入射可能に構成されること
   を特徴とする請求項２又は３に記載の手術顕微鏡。
5. 前記回折要素（７）は、レーザビームを複数の異なる強さの０次の照明光（１４）へと任意に分割するために制御可能に構成されること、及び
   前記回折要素（７）は、前記電子的データ処理ユニット（１３）によって制御可能に構成される電子的制御ユニット（１２）と接続されること
   を特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の手術顕微鏡。
6. 回折要素（７）又は回折要素と制御ユニットの組合せ（７、１２）として、可変的回折性ビーム減衰ユニットが使用されること
   を特徴とする請求項５に記載の手術顕微鏡。
7. 前記照明光学系（８）は、前記レーザ光源（１１）の光の波長に関してのみ較正されること
   を特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の手術顕微鏡。
8. 顕微鏡の観察対象野の照明を制御するための方法において、レーザ光源からのレーザビームを回折性レーザビーム減衰ユニットを介して複数の異なる強さの照明ビームへと分割制御することを特徴とする顕微鏡のレーザビーム照明の制御方法。

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