JP2013248096A - デジタル顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】 観察者が方向感覚を維持できる範囲で、表示手段の移動を可能にするデジタル顕微鏡を提供する。
【解決手段】 双眼のデジタル顕微鏡１０であって、一対の拡大観察光学系と、その拡大観察光学系を通過する被観察体の像をそれぞれ電子画像化する一対の撮像手段と、を備える顕微鏡本体１１と、前記撮像手段によって電子化された２つの画像をそれぞれ表示する一対の表示手段３０Ｌ，３０Ｒと、を有し、その表示手段３０Ｌ，３０Ｒを含む接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒが、観察中の観察者の両眼位置を含む一つの平面に平行な面内を前記顕微鏡本体１１に対して移動可能に接続されており、前記表示手段３０Ｌ，３０Ｒに表示される前記画像の向きと、観察者の位置から肉眼で見る前記被観察体の向きとが、常に一致するデジタル顕微鏡１０とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、観察者の被観察体に対する方向感覚を維持できる範囲で表示部の移動を可能にするデジタル顕微鏡に関する。

顕微鏡によって拡大された術部を観察しながら、外科手術や歯科の施術をすることがある。このような施術では、従来は実体光学顕微鏡を使用していたが、その場合、対物レンズの位置と接眼レンズの位置は固定されているため、被検体と顕微鏡の位置関係によっては、施術者にとって苦しい姿勢で接眼レンズを覗きながら施術を行わなければならないことがあった。

しかし近年は、接眼鏡筒に表示手段（モニタ）を搭載し、カメラで撮像した術部の画像をそのモニタに表示し、その画像を見ながら施術をすることができるデジタル顕微鏡が開発されている（例えば、特許文献１参照）。このようなデジタル顕微鏡であれば、カメラとモニタとは電気的に接続していればよいので、対物側は固定したままで、モニタを備えた接眼鏡筒を三次元方向に自由自在に動かす構造にすることができる。つまり、実体光学顕微鏡とは異なり、接眼鏡筒を動かすことができるので、施術者は楽な姿勢で施術を行うことが可能になる。また、カメラに撮像した画像はデジタルデータなので、無線を使ってモニタに送信することが可能なことから、接眼鏡筒をヘッドマウントにして、施術者がより自由に動くことができるようにしたものもある（特許文献１、特許文献２参照）。

モニタ等の表示手段に映る術部の画像を見ながら施術を行う場合には、施術者の術部との距離感覚や方向感覚にズレが生じないことが重要になる。そこで、特許文献２では、姿勢を変えたときに接眼位置から術部までの距離と接眼位置からモニタ像までの距離を等しく感じることができるように、投影レンズを前後方向に調整できるものが、開示されている。これによって、施術者は距離感覚を失わずに施術することが可能になる。

しかし、施術者が被検体に対して回り込んで施術をするとき、表示手段は施術者と共に移動することになり、このとき表示手段に表示されている術部画像の向きは固定されて常に同じなのに対し、施術者と術部との相対的な位置関係は変化する。そうすると、例えば術部画像では右側に位置しているものが、実際には施術者の位置から見て上側や下側に位置しているということになる場合がある。なお、このように画像と実際の向きが一致しない状態を施術者（観察者）の方向感覚にズレが生じる状態とする。

さらに、施術者の方向感覚にズレを生じさせるような表示手段の動かし方を図を用いて説明する。図５は、接眼鏡筒をＹ軸まわりに回転させたデジタル顕微鏡の平面図であり、（ａ）は回転前の状態、（ｂ）は時計回りに回転させた状態、（ｃ）は反時計回りに回転させた状態を示す。なお、ここでＸ軸は移動前の施術者の左右方向、Ｙ軸は鉛直方向、Ｚ軸は移動前の施術者の遠近方向とする。また、接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒの奥に表示手段３０Ｌ，３０Ｒを備えているため、接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒを動かすことは、自ずと表示手段３０Ｌ，３０Ｒを動かすことになる。

施術者の眼球４０Ｌ，４０Ｒは、常に接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒから中を覗いた状態であるため、図５（ｂ），（ｃ）に示すように接眼鏡筒３１Ｌ，３１ＲをＹ軸まわりに回転させると、その動きに合わせて眼球４０Ｌ，４０Ｒ（施術者）もＹ軸まわりに回転することになる。このとき表示手段３０Ｌ，３０Ｒと眼球４０Ｌ，４０Ｒとの位置関係は回転の前後で変化しないので、施術者から見える画像は変化せず、同じ画像である。しかし、施術者の位置から見る相対的な顕微鏡本体１１や実際の術部の向きは変化することになる。したがって、接眼鏡筒３０Ｌ，３０Ｒを図５（ａ）の状態から、図５（ｂ）や（ｃ）の状態に回転させると施術者の方向感覚にズレが生じる。

図６は、接眼鏡筒をＺ軸まわりに回転させたデジタル顕微鏡の正面図であり、（ａ）は回転前の状態、（ｂ）は時計回りに４５゜回転させた状態、（ｃ）は時計回りに９０゜回転させた状態を示す。ＸＹＺ軸の方向は、図５と同じである。

接眼鏡筒３０Ｌ，３０Ｒを図６（ｂ）や（ｃ）のように回転させると、施術者は、首を傾げて接眼鏡筒３０Ｌ，３０Ｒを覗くことになる。そしてこのとき、表示手段３１Ｌ，３１ＲはＺ軸まわりに回転して向きが変化することになり、施術者の位置から肉眼で見る術部の向きは変化しないので、施術者には方向感覚のズレが生じる。

特開平３−３９７１１号 特許第３４２９５２９号

以上のように、表示手段（接眼鏡筒）を三次元的に自在に動かせるときは、表示手段に表示される術部画像の向きと、施術者の位置から肉眼で見る実際の術部の向きとが異なることがあり、それによって施術者の方向感覚にズレが生じ、施術を困難にすることがある。

このような実情に鑑み、本発明は、観察者が方向感覚を維持できる範囲で、表示手段の移動を可能にするデジタル顕微鏡を提供する。

上記の目的を達成するために、本発明のデジタル顕微鏡は、双眼のデジタル顕微鏡であって、一対の拡大観察光学系と、その拡大観察光学系を通過する被観察体の像をそれぞれ電子画像化する一対の撮像手段と、を備える顕微鏡本体と、前記撮像手段によって電子化された２つの画像をそれぞれ表示する一対の表示手段と、を有し、その表示手段が、観察中の観察者の両眼位置を含む一つの平面に平行な面内を前記顕微鏡本体に対して移動可能に接続されており、前記表示手段に表示される前記画像の向きと、観察者の位置から肉眼で見る前記被観察体の向きとが、常に一致することを特徴とするものである。

このとき前記表示手段が、さらに前記観察者の両眼位置を含む一つの平面の法線方向に前記顕微鏡本体に対して移動可能に接続されていてもよいし、前記顕微鏡本体に前記観察者の両眼を結ぶ線に平行な中心軸を備え、前記表示手段が前記中心軸まわりを回転可能に取り付けられている構造にしてもよい。

本発明のデジタル顕微鏡によれば、表示手段の移動を一定の面内や回転方向に制限することで、表示手段に表示される画像の向きと、観察者の位置から肉眼で見る被観察体の向きとが、常に一致するので、表示手段を動かしても観察者の方向感覚を維持することができるという効果を奏する。

デジタル顕微鏡の構成を簡易的に表した図である。 デジタル顕微鏡を用いて施術者が術部を観察している図である。 本発明のデジタル顕微鏡の正面図であり、接眼鏡筒の位置がそれぞれ、（ａ）は中央、（ｂ）は左、（ｃ）は右、（ｄ）は上、（ｅ）は下、（ｆ）は左下の場合である。 本発明のデジタル顕微鏡の側面図であり、（ａ）は接眼鏡筒をＺ軸方向に動かす様子、（ｂ）は接眼鏡筒をＸ軸まわりに回転させる様子を示す。 接眼鏡筒をＹ軸まわりに回転させたデジタル顕微鏡の平面図であり、（ａ）は回転前の状態、（ｂ）は時計回りに回転させた状態、（ｃ）は反時計回りに回転させた状態を示す。 接眼鏡筒をＺ軸まわりに回転させたデジタル顕微鏡の正面図であり、（ａ）は回転前の状態、（ｂ）は時計回りに４５゜回転させた状態、（ｃ）は時計回りに９０゜回転させた状態を示す。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。

図１は、デジタル顕微鏡の構成を簡易的に表した図である。本発明のデジタル顕微鏡１０は、外科手術や歯科の施術などにおいて用いられる双眼の顕微鏡である。したがって、観察者に相当するのは施術者４１であり、被観察体に相当するのは術部５０である。そして、一対の拡大観察光学系２０Ｌ，２０Ｒで得られる術部５０の像を撮像手段２４Ｌ，２４Ｒにて電子画像化し、表示手段３０Ｌ，３０Ｒによってその画像を表示するものであり、その表示手段３０Ｌ，３０Ｒが一定の制限のもと、顕微鏡本体１１に対し移動可能に取り付けられたものである。

術部５０に近い対物側の鏡体２１の内部は一対の拡大観察光学系２０Ｌ，２０Ｒになっており、対物レンズ２２、一対の結像レンズ２３Ｌ，２３Ｒ及び撮像手段としての一対のカメラ２４Ｌ，２４Ｒが、術部５０の方から順に設けられている。つまり、術部５０の像が対物レンズ２２から結像レンズ２３Ｌ，２３Ｒを通り、それぞれのカメラ２４Ｌ，２４Ｒで電子画像化される。なお、ここまでの部分を顕微鏡本体１１とする。

そして、カメラ２４Ｌ，２４Ｒと表示手段であるモニタ３０Ｌ，３０Ｒとの間は電気的に接続されていて、電子化された２つの画像は、一対の表示手段３０Ｌ，３０Ｒにそれぞれ表示される。表示手段３０Ｌ，３０Ｒは一対の接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒの内部に搭載されており、接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒを覗くことで、それぞれの表示手段３０Ｌ，３０Ｒを左右の眼球４０Ｌ，４０Ｒが各々観察し、術部５０の像を立体視できる構成になっている。

次に、図２は、デジタル顕微鏡を用いて施術者が術部を観察している図である。対物側の鏡体２１が術部５０の真上にくるように、デジタル顕微鏡１０は設置される。接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒの奥には、モニタ３０Ｌ，３０Ｒが搭載されているので、施術者４１が接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒを覗くと、モニタ３０Ｌ，３０Ｒが見える構成になっている。そして２つの接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒの長さは同じなので、施術者４１が接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒに眼球４１Ｌ，４１Ｒを近づけて覗けば、自ずと施術者４１の正面にデジタル顕微鏡１０が位置することになる。そしてそのとき、術部５０も施術者４１の正面に位置する。そして、モニタ３０Ｌ，３０Ｒに表示される画像は、施術者４１の位置に立ち、術部５０を真上から見たものを拡大した画像になる。つまり、この場合は、表示手段であるモニタ３０Ｌ，３０Ｒに表示される術部５０の画像の向きと、施術者４１の位置から肉眼で見る術部５０の向きが一致するので、方向感覚にズレは生じないことになる。

カメラ２４Ｌ，２４Ｒと表示手段であるモニタ３０Ｌ，３０Ｒとの間は電気的に接続されていればよいので、モニタ３０Ｌ，３０Ｒを含む接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒを顕微鏡本体１１に対して動かすことのできる接続構造にしている。つまり、接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒを可動にすることで、施術者４１は楽な姿勢で術部５０の画像を見ながら施術を行うことができるようになる。しかし、姿勢を楽にしても、施術者４１の方向感覚にズレが生じれば施術が困難になることから、方向感覚を維持できる範囲で接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒを動かすことができる構造である必要がある。

ここでは鏡体２１の位置は変えず、顕微鏡本体１１に対して接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒを移動させた場合を想定して説明する。なお、表示手段３０Ｌ，３０Ｒは、接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒの内部に搭載されているので、接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒを移動させるということは、表示手段３０Ｌ，３０Ｒを移動させることと同じ意味である。また、２つの接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒの間隔は施術者４１に合わせて調節可能であるが、２つの接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒは接続されているので、２つの接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒを同時に同方向へ動かすことになる。

そして、本発明では施術者４１の両方の眼球４０Ｌ，４０Ｒを含む一つの平面ＰＰに平行な面ＰＰ'の面内を接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒが移動可能に取り付けられていることで、方向感覚を維持できることにしている。なお、この平面ＰＰは、以下では鉛直面として説明するが、特に鉛直面に限定するものではなく、両眼を含んだ平面であればよい。以下、この接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒの可動範囲をもう少し詳細に説明する。

図３は、本発明のデジタル顕微鏡の正面図であり、接眼鏡筒の位置がそれぞれ、（ａ）は中央、（ｂ）は左、（ｃ）は右、（ｄ）は上、（ｅ）は下、（ｆ）は左下の場合である。図３においてＸＹＺ軸のそれぞれの方向は、前述したのと同様にＸ軸は施術者４１の左右方向、Ｙ軸は鉛直方向、Ｚ軸は施術者４１の遠近方向とする。もう少し詳しく言い換えると、施術者４１の両眼位置を含む鉛直面内の水平方向をＸ軸、鉛直方向をＹ軸、鉛直面の法線方向をＺ軸とする。

図３（ａ）は、接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒがデジタル顕微鏡１０の中央にある場合であるが、被検体（術部５０）の大きさや、被検体に対するデジタル顕微鏡１０の設置方法によっては、中央位置では、施術者４１の姿勢が苦しい場合がある。

そこで、接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒを図３（ｂ），（ｃ）のようなＸ軸方向、図３（ｄ），（ｅ）のようなＹ軸方向に移動させることで、少しでも姿勢を楽にすることができる。そして、このような移動だけなら施術者４１の位置から肉眼で見る術部５０の向きは、移動前後でほとんど変わらないといえる。また、これらの動きを組み合わせて例えば図３（ｆ）のような左下の位置に移動させても、同様に施術者４１の位置から肉眼で見る術部５０の向きにほとんど変化はない。つまり、このＸＹ面内で接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒを動かすということは、その奥に備えられるモニタ３０Ｌ，３０ＲをそのＸＹ面内で動かすことになるが、そのとき施術者４１の方向感覚にズレは生じないことになる。

図４は、本発明の手術用デジタル顕微鏡の側面図であり、（ａ）は接眼鏡筒をＺ軸方向に動かす様子、（ｂ）は接眼鏡筒をＸ軸まわりに回転させる様子を示す。なお、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の方向は、図３と同じである。

図４（ａ）のように接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒを点線の矢印の方向、つまり、平面ＰＰの法線方向であるＺ軸方向に動かしたり、図４（ｂ）のようにＸ軸に平行な方向を回転軸３２とし、接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒと顕微鏡本体１１を接続して回動させても、施術者４１の方向感覚にズレは生じない。これらのような動かし方をしても、術部５０の画像の向きと施術者４１の位置から肉眼で見る術部５０の向きは、異なることにはならないからである。なお、Ｘ軸の方向は、観察中の施術者４１の両眼を結ぶ線の方向と一致する。

一方、接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒ（表示手段３０Ｌ，３０Ｒ）をＹ軸方向やＺ軸方向を回転軸にして回転させたとき、施術者４１の方向感覚にズレが生じることは、前述したとおりである。つまり、言い換えると、方向感覚を維持するためには、顕微鏡本体１１に対し表示手段３０Ｌ，３０ＲをＹ軸方向やＺ軸方向を回転軸にして回転させることができない構成にすればよいことになる。

なお、施術者４１が術部５０の回りを移動して施術するときに、方向感覚のズレを回避するためには、顕微鏡本体１１に対して表示手段３０Ｌ，３０Ｒ（接眼鏡筒３１Ｌ，３１Ｒ）を回転させるのではなく、デジタル顕微鏡１０全体を回転できる構造にしておけばよい。そうすれば、回転しても表示手段３０Ｌ，３０Ｒに表示される画像の向きと、施術者４１の位置から肉眼で見る術部５０の向きが一致するからである。

１０ デジタル顕微鏡
１１ 顕微鏡本体
２０Ｌ，２０Ｒ 拡大観察光学系
２１ 鏡体
２２ 対物レンズ
２３Ｌ，２３Ｒ 結像レンズ
２４Ｌ，２４Ｒ カメラ（撮像手段）
３０Ｌ，３０Ｒ モニタ（表示手段）
３１Ｌ，３１Ｒ 接眼鏡筒
４０Ｌ，４０Ｒ 眼球
４１ 施術者（観察者）
５０ 術部（被観察体）

Claims (3)

1. 双眼のデジタル顕微鏡であって、
   一対の拡大観察光学系と、前記拡大観察光学系を通過する被観察体の像をそれぞれ電子画像化する一対の撮像手段と、を備える顕微鏡本体と、
   前記撮像手段によって電子化された２つの画像をそれぞれ表示する一対の表示手段と、を有し、
   前記表示手段が、観察中の観察者の両眼位置を含む一つの平面に平行な面内を前記顕微鏡本体に対して移動可能に接続されており、前記表示手段に表示される前記画像の向きと、観察者の位置から肉眼で見る前記被観察体の向きとが、常に一致することを特徴とするデジタル顕微鏡。
2. 前記表示手段が、さらに前記観察者の両眼位置を含む一つの平面の法線方向に前記顕微鏡本体に対して移動可能に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のデジタル顕微鏡。
3. 前記顕微鏡本体に前記観察者の両眼を結ぶ線に平行な中心軸を備え、前記表示手段が前記中心軸まわりを回転可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のデジタル顕微鏡。

Images