JP3532634B2 - 手術用顕微鏡の焦準装置 - Google Patents
手術用顕微鏡の焦準装置Info
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Description
られる手術用顕微鏡の焦準装置に関する。
て、指標を投影することにより焦点を調整する方式があ
る(例えば、特開平5−107447号公報、特公昭5
7−55123号公報、独国特許DE4131737号
公報を参照)。この方式の焦準装置では、被検物体面上
における指標の投影位置に対してPSDを利用して自動
合焦がなされるが、その投影する指標光には、通常、観
察像に影響がないように、LED等の発光素子から発せ
られる赤外光が使用されている。
術用顕微鏡の観察視野内において、必ずしも前記指標投
影位置を観察しようとしているとは限らず、また、手術
用顕微鏡における被検物体である術部は、複雑な形状の
凹凸があるため、仮に、上述した指標が投影されている
位置の部位が、大きな突出部もしくは陥凹部である場合
には、術者の見たい位置に全くピントが合っていないと
いったことがしばしば起こり得る。
察像に影響を与えないように赤外光を使用するのが普通
である。しかし、前述のように指標投影による焦点調整
装置では、投影した指標の反射光を検出することによっ
て、その焦準状態を検出し、焦準を制御するためには、
前記赤外光による投影指標の被検物体による反射光は、
前記受光素子が感知するに十分な光量を必要とする。し
かしながら、投影される赤外光は、前記被検物体である
術部において、吸収や散乱が生じ、PSD等を用いる位
置検出用受光素子上に到達する光量は、LED等の発光
素子から発せられる光量に対して僅かな量となる。ま
た、前記損失量も、血液や、体液等による術部の状態に
よってかなり左右される。したがって、前記赤外光の発
光量は、投影対象の術部における吸収、散乱による、最
大の損失分を踏まえて、予め大きめに設定しておく必要
がある。
確保するためには、その指標の反射受光量の値は、一定
とすることが望ましい。そこで、受光素子での受光量値
をもとにフィードバック制御を行った場合、次のような
問題点がある。すなわち、術者は、術中、鉗子やメス等
の、外表面が鏡面である各種の処置具を多用することか
ら、前記赤外光における指標の投影光が、前記処置具に
直接に当たることが十分に考えられる。前記処置具にお
いてはその表面が鏡面に近いことから、前述のような術
部における損失がほとんどなく、すなわち、鏡面反射を
起こす。実際の臨床の場面において、この反射光の反射
方向を予測するのは困難であり、また、この反射光が鏡
体部から外れ、その反射光、すなわち赤外光が、術者や
看護婦等の眼に直接入射してしまうことが十分に考えら
れる。また、前述したように発光量を制御する場合に
は、その発光量が最大光量まで増加し、その反射光が、
同じく、術者や看護婦等の眼に直接入射してしまうこと
が考えられ、その場合、術者や看護婦の眼に悪影響を及
ぼすという問題が生じてしまう。
であり、指標投影による焦点調整を確実に行い、操作性
を確保するとともに、例えば、効率的かつ確実な焦点調
整動作が可能であり、または術者や看護婦の眼に悪影響
を及ばさないように対処できる等が可能な手術用顕微鏡
の焦準装置を提供することを目的とする。
は、鏡体と、被検体の光学像を得るために前記鏡体に設
けられた対物光学系と、前記対物光学系により形成され
る焦点位置を変化させるために前記対物光学系を移動す
る対物光学系移動手段と、前記被検体に所定光量の指標
を投影する指標投影手段と、前記被検体に投影された前
記指標からの反射光を受光する反射光受光手段と、前記
反射光受光手段で受光された前記反射光に基づいて前記
被検体に対する前記焦点位置を調整するように前記対物
光学系移動手段を駆動する焦準調整手段と、前記反射光
受光手段で受光された前記反射光の光量と予め設定され
た基準光量とを比較演算する比較演算手段と、前記被検
体に投影される前記指標の光量を変更するための発光回
路を含み、前記比較演算手段の演算結果に基づいて前記
焦準調整手段による焦点調整動作に適切な前記指標の光
量を演算し、その演算結果に応じて前記発光回路の設定
が変更される光量設定手段と、前記反射光受光手段及び
前記光量設定手段を制御して、予め設定されている所定
光量の指標を前記被検体に投影すると共に前記比較演算
手段及び前記光量設定手段の演算処理の結果に基づいて
前記発光回路の設定を焦点調整動作に適切な前記指標の
光量に変更するプリ発光モードを実行し.前記プリ発光
モードを実行した後に前記準焦調整手段による前記被検
体に対する前記焦点位置の調整を実行するモード設定回
路と、を備えることを特徴とする手術用顕微鏡である。
請求項2に係る発明は、更に、前記対物光学系を通じて
観察する倍率を設定する変倍光学系と、前記指標投影手
段により前記被検体に投影される前記指標のスポット径
が一定になるように前記変倍光学系による観察倍率の変
更と同時に前記指標投影手段による前記指標の投影倍率
を調整する手段と、を備えることを特徴とする請求項1
に記載の手術用顕微鏡である。請求項3に係る発明は、
更に、前記被検体に投影する指標の発光量を測定する受
光素子を有し、前記照準調整手段による前記被検体に対
する前記焦点位置の調整が実行された際に前記受光素子
を用いて前記指標の光量を測定し、測定された光量に基
づいて前記光量設定手段は改めて指標の光量を調整する
ことを特徴とする請求項1に記載の手術用顕微鏡であ
る。
1の実施例を説明する。図1は手術用顕微鏡の全体構成
を概略的に示す説明図、図2は手術用顕微鏡の顕微鏡部
の光学系の構成を示す説明図、図3は観察視野内におけ
る表示の状態を示す説明図、図4は電気系の構成をブロ
ック的に示す説明図、図5は焦点位置検出手段の検出原
理を示す説明図である。 (構成)図1に従って、手術用顕微鏡の全体的な構成を
説明すると、1は臨床室の床面を移動自在であるベース
1aと図示しない顕微鏡用電源部を有する支柱1bから
なる架台部である。前記架台部1の支柱1bの上端に
は、第1アーム2の一端が鉛直な軸0aまわりに回転自
在に取り付けられており、第1アーム2には図示しない
顕微鏡用光源を内蔵している。前記第1アーム2の他端
には鉛直な軸0bまわりに回転自在で、水平な軸0cを
中心に上下移動操作を行うべくリンク機構で構成されて
いる第2アーム3が連結されている。また、第2アーム
3の先端には軸0dまわりに回転自在で、さらに軸0e
および0fまわりに回転可能な俯仰アーム4が取り付け
られている。
アーム4には鏡体部5が取り付けられている。前記鏡体
部5には観察鏡筒6を設けてあり、これによって手術用
顕微鏡の顕微鏡部7を構成している。前記鏡体部5には
この鏡体部5を空間的に自由な位置に移動させるための
ハンドル8が設けられている。
部7の光学系の構成を説明する。鏡体部5の端部には、
図示しないレンズ移動手段により焦点距離を変化させ得
るレンズ群を備えた焦点距離可変対物光学系9を組み込
んだユニットケースが設けられている。この焦点距離可
変対物光学系9は、入力手段、例えばフットスイッチを
操作することにより、そのレンズ移動手段を操作して前
記レンズ群のレンズ間隔を変化させて焦点距離を変化さ
せるようになっている。
一対の系を備えた変倍光学系10が設けられている。こ
の変倍光学系10は、同じく図示しないレンズ移動手段
によって、これを構成するレンズ群の間隔を変化させる
ことにより、その観察倍率を変える。また、前記観察鏡
筒6内には、左右一対に設けられた結像レンズ11が設
けられており、さらに同様に観察鏡筒6内には、結像レ
ンズ11に対応して左右一対に設けられた接眼レンズ1
2を設けて立体接眼光学系を構成している。
0の間に位置する場所の一方の側方には、赤外投影指標
を発光する赤外発光素子13が設置されている。赤外発
光素子13の出射光軸上には、これを構成するレンズ
が、図示しないレンズ移動手段によって矢印15方向に
移動可能な発光光学系14が設けられている。発光光学
系14を介して、前記赤外発光素子13に対向して位置
する、左右一対の観察光軸O1 、O2 の中間の中心軸、
すなわち前記焦点距離可変対物光学系9の中心軸と、前
記発光光学系14の中心軸が交差する位置には、その反
射面を配置したミラー16が設けられている。そして、
ミラー16は赤外発光素子13からの赤外光を焦点距離
可変対物光学系9の中心軸を通じて術部Pに投影するよ
うになっている。
は、受光光学系17を介して前記赤外光の反射光を受光
する光電変換素子18が設けられている。前記受光光学
系17の中心軸と、左右一対の観察光軸のうち、図2中
においては、O2 とが交差する位置にはその反射面20
を配置したダイクロイックプリズム19が設置されてい
る。ダイクロイックプリズム19は反射面20において
可視光を全透過し、赤外光を受光光学系17側へ全反射
する。
の結果を表示する表示部22が設置されている。この表
示部22の光軸中心は、前記左右一対の観察光軸のう
ち、図2中において示す如く、一方の観察光軸O1 と交
差し、この交差する位置には、その反射面がくるように
ハーフミラー23が設置されている。つまり、ハーフミ
ラー23は、前記鏡体部5内において、前記変倍光学系
8と前記結像レンズ11との間に位置して配置されてい
る。そして、表示部22の表示は、ハーフミラー23に
よって観察視野内に導かれる。図3において示すよう
に、24および25は前記表示部22によって表示さ
れ、この表示内容は、焦点位置調節動作の終了表示『O
K』とエラー表示『E』であり、符号24,25で示し
ている。また、前記顕微鏡部7には、図示しない照明光
学系が内蔵されており、前記第1アーム2内に設けられ
た顕微鏡用光源から図示しないライトガイド等光伝達手
段によって導かれる照明光を術部Pに導くように構成さ
れている。
4に従って説明する。まず、26は、顕微鏡の操作入力
を行う入力スイッチであり、これは、例えばフットスイ
ッチ等からなっている。前記入力スイッチ26の信号
は、変倍駆動回路27、焦準駆動回路29、合焦制御部
42のモード設定回路34に供給される。前記変倍駆動
回路27は、その入力スイッチ26からの信号に従って
変倍駆動モータ28に駆動信号を出力する。変倍駆動モ
ータ28は、前記変倍光学系10における図示しないレ
ンズ移動手段を駆動すべく構成されている。また、変倍
駆動モータ28の出力部には、前記変倍光学系10にお
けるレンズ変位を検出すべくエンコーダ128が設けら
れており、このエンコーダ128で検出した出力を観察
倍率演算回路31に供給するようになっている。
ッチ26からの信号に従って焦準駆動モータ30に駆動
信号を出力する。焦準駆動モータ30は、前記焦点距離
可変対物光学系9の図示しないレンズ移動手段を駆動す
るように設けられている。また、焦点距離可変対物光学
系9には、そのレンズ変位を検出すべくエンコーダ13
0が設けられており、このエンコーダ130で検出した
出力を前記観察倍率演算回路31に供給するようになっ
ている。観察倍率演算回路31は、それらの検出信号を
受け、倍率演算を行う演算回路であり、その観察倍率信
号を発光光学系駆動回路32に供給する。観察倍率演算
回路31からの観察倍率信号を受ける発光光学系駆動回
路32は、前記発光光学系14のレンズ移動手段に設け
られたエンコーダ133からの検出出力から発光光学系
駆動モータ33の駆動操作量を算出する図示しない演算
回路と、その駆動操作量により駆動信号を出力する図示
しないモータ駆動回路とから構成されている。
る。この合焦制御部42には、前記入力スイッチ26か
らの信号に従って、発光回路35および受光回路36
に、プリ発光信号を出力するモード設定回路34が設け
られており、発光回路35は、前記赤外発光素子13に
発光信号を供給する点灯駆動回路を有し、また、前記受
光回路36は前記光電変換素子18からの出力を受けて
増幅処理を行う駆動回路と増幅回路から構成されてお
り、その受光信号を受光光量演算回路37または測距演
算回路38のどちらか一方に供給するようになってい
る。
準駆動回路29に駆動信号を供給すべく接続されてい
る。コンパレータ回路39は、あらかじめメモリ40に
記憶されている基準値に対して前記受光光量演算回路3
7より入力される受光光量が大きいかどうかを判断す
る。発光光量設定回路41は、前記コンパレータ回路3
9からの信号によりあらかじめ設定されている限度内に
おいて赤外発光量を算出し、前記発光回路35にその発
光量の出力を伝達する図示しない演算回路を有し、前記
受光回路36に、プリ発光解除信号を出力するようにな
っている。このように合焦制御部42は、前述した符号
34〜41の構成要素によって構成されている。なお、
図4において示すように、前記赤外発光素子13の近傍
には、受光素子113が設置されている。この受光素子
113は、その赤外発光素子13から発せられている実
際の発光量を測定するため、その赤外光の一部を受光
し、その受光量の信号を前記発光光量設定回路41にフ
ィードバックするものである。
測距演算回路38からの信号を受け、前記表示部22に
表示駆動信号を出力する駆動回路からなる表示回路43
が設けられている。 (作用)図5において、Pは術部を示し、Aは前記鏡体
部5の合焦位置を示す。また、P´およびA´は、それ
ぞれ前記PおよびAの、前記焦点距離可変対物光学系9
と受光光学系17による前記光電変換素子18の受光面
上における共役な位置を示している。術者は、術中、ハ
ンドル8を操作し、顕微鏡部7を所望の位置、および角
度に配置し、また、入力スイッチ26によって、所望の
観察倍率に設定する。そして、術部Pを発した光は、焦
点距離可変対物光学系9、一対の変倍光学系10、一対
の結像レンズ11および一対の接眼レンズ12を介し
て、術者の眼Eに到達し、立体観察がなされる。
作時、および焦点距離可変対物光学系9による焦準操作
時において、常に、観察倍率検出回路31において、エ
ンコーダ128およびエンコーダ130の検出値から、
鏡体部5の観察倍率が計算される。また、発光光学系駆
動回路32は、前記鏡体部5の観察倍率の値と、発光光
学系14の倍率の比が常に一定になるように、前記鏡体
部5の観察倍率の計算値に応じて前記発光光学系14の
投影倍率を調整するために、図示しないレンズ移動手段
の発光光学系駆動モータ33に駆動信号を出力し、その
レンズ移動手段によって、前記発光光学系14の投影倍
率がそのように設定される。
うに、術部Pと合焦位置Aがずれている場合において
は、入力スイッチ26によって合焦制御部42を駆動さ
せ、焦準調整動作を開始する。まず、前記入力スイッチ
26からの入力信号に応じて、モード設定回路34か
ら、プリ発光信号が、発光回路35および受光回路36
に出力される。このプリ発光信号に従って前記発光回路
35は、あらかじめ設定されている、微小の赤外指標を
術部Pに投影すべく、赤外発光素子13を点灯させる。
この赤外発光素子13によって発せられた赤外投影指標
は、発光光学系14を介して、ミラー16により術部P
の方向へ反射された後、焦点距離可変対物光学系9を介
して、術部Pに到達する。
標は、前記焦点距離可変対物光学系9を再び介して、一
方の観察光軸O2 上に配置されたダイクロイックプリズ
ム19の反射面20にて反射された後、受光光学系17
によって光電変換素子18の受光面上に再結像される。
そして、光電変換素子18からの出力信号が、前記受光
回路36に入力されるが、この受光回路36は、上述の
プリ発光信号入力状態においては、その受光信号を受光
光量演算回路37に出力する。受光光量演算回路37
は、その受光信号に従って、光電変換素子18の受光面
上における赤外投影指標の反射光の光量を算出し、コン
パレータ回路39に出力する。このコンパレータ回路3
9では、前記受光量が、メモリ40に予め記憶されてい
る基準値に対して大きいか小さいかを判断する。このと
き、前記赤外反射光の光量が、基準値に対して小さい場
合には、前記赤外投影指標が処置具等による鏡面反射等
により前記鏡体部5内に反射されていないと判断し、表
示回路43にエラー信号を出力する。従って、表示回路
43は、鏡体部5の表示部22にエラー表示信号を出力
し、表示部22は、エラー表示(図3に示す“E”に相
当)を行う。このエラー表示は、ハーフミラー23によ
って、術者の観察視野内に導かれる。術者はこれの事態
を確認することができる。
前記赤外反射光の光量が、前記基準値に対して大きいと
判断された場合には、発光光量設定回路41に、その反
射光量の値の出力がされる。すると、発光光量設定回路
41は、前述のプリ発光量とその反射光量の値から被検
物体、すなわち術部Pの反射率を計算し、その反射率を
もとに、焦点調整動作に適当な赤外発光量を人体に影響
を与えない限度内において算出する。そして、発光光量
設定回路41は、上述の算出した赤外発光量に応じた信
号を発光回路35に伝達すると同時に受光回路36に対
してプリ発光解除信号を出力する。
量設定回路41にて算出された発光量の赤外投影指標が
前記赤外発光素子13から発せられる。この時、受光素
子113によって、その赤外発光素子13の一部の光を
受光し、実際の発光量に対応した信号を前記発光光量設
定回路41にフィードバックされる。従って、発光光量
設定回路41は、その実際の発光量の測定値をもとに、
あらためて発光量を算出し、これの結果の信号を発光回
路35に伝達する。発光回路35により、前記赤外発光
素子13は、常に最適な光量で赤外投影指標を投影す
る。
4、前記ミラー16および前記焦点距離可変対物光学系
9を介して術部Pに投影されるが、発光光学系14は、
前述のように、その投影倍率が制御されているため、観
察視野径に対する前記赤外投影指標の大きさはいかなる
観察倍率においても、常に一定に保たれる。
反射光は、前記焦点距離可変対物光学系9と、前記ダイ
クロイックプリズム19とを通じ、さらに受光光学系1
7によって、前記光電変換素子18の受光面上に再結像
される。ここで、図5に示すように、前記鏡体部5の合
焦位置Aおよび術部Pは、前記光電変換素子18上で、
A´およびP´と共役な位置関係にあるため、前記鏡体
部5における合焦位置Aと術部Pとのズレ量Lは、前記
光電変換素子18の受光面上において『l』に対応す
る。そこで、前記光電変換素子18から受光回路36
に、その『l』の値に対応した入力信号が出力され、こ
の場合、すなわちプリ発光解除状態においては、この受
光回路36は、その入力信号を測距演算回路38に出力
する。この測距演算回路38はその入力信号の値に応じ
た駆動信号を出力し、この出力を受けて焦準駆動回路2
9は、前記焦準駆動モータ30を駆動し、焦点距離可変
対物光学系9の図示しないレンズ駆動手段を駆動し、こ
れによって、それを構成するレンズ群が移動せしめら
れ、その焦点距離可変対物光学系9による焦点距離を変
化させる。この時、焦点距離の値は、逐一前記観察倍率
演算回路31に入力されるので、前記鏡体部5の観察倍
率は、焦準操作中も逐一計算され、合わせて、前記発光
光学系駆動回路32によって前記発光光学系14の投影
倍率が変化する。さらに、前記測距演算回路38は、逐
一受光回路36から入力されるズレ量『l』に相当する
信号をもとに、合焦、非合焦を判断し、合焦状態、すな
わち、『l』の値が零になるまで、前記焦準駆動回路2
9により駆動信号を出力し、前記焦点距離可変対物光学
系9に駆動信号が出力される。
前記測距演算回路38から表示回路43に終了信号が出
力され、よって、表示回路43は表示部22に焦点調整
終了信号を出力し、表示部22によって焦点調整終了表
示(図3に示す“OK”に相当)を行う。この終了の表
示は、ハーフミラー23によって術者の観察視野内に導
かれる。
表示およびエラー表示は、上述のように観察視野内に表
示する以外にも、観察視野外、例えば前記顕微鏡部7の
ハウジングに表示しても構わないし、また、音によって
術者に知らせても、同様の作用、効果が得られることは
言うまでもない。 (効果)上述のように、この実施例では、助手、看護婦
においても、赤外投影指標の処置具による不要な赤外全
反射光束の影響を受けずに済むことになる。また、術部
Pの反射率に応じて前記赤外投影指標の発光光量を調節
し、かつ観察視野径に対する前記赤外投影指標の大きさ
が、常に一定に保たれるのみならず、受光素子113に
よって赤外発光素子13の実際の発光量を測定し、その
測定値に応じて発光量を制御するため、その赤外発光素
子13の劣化による発光光量の低下を防止でき、確実な
焦点位置検出動作が行われる。さらに、上述の赤外発光
量は人体に影響を与えない限度額において設定されるの
で、不用意な赤外光の発光を抑えることができ、より安
全性が高い。
113については、赤外発光素子13の光量減衰をモニ
タできる手段に置き換えてもよい。また、この実施例に
おいて赤外発光素子13の光量減衰をモニタする手段を
設けないものでもよい。 <第2の実施例>図5ないし図7に従って、本発明の第
2の実施例を説明する。この実施例において、前述した
第1の実施例と同様なものについては、特に言及する場
合を除き、同符号を付して、その説明を省略する。図6
は、観察光学系および照明光学系を含む鏡体部50の光
学系の概略的な構成を示し、その左右一対の観察光学系
における側面図であり、図7はこの実施例の電気系の回
路構成をブロック的に示す説明図である。 (構成)図6に従って、鏡体部50について説明する。
この鏡体部50は、前述した第1の実施例と同様、図1
に示したような支持装置の俯仰アーム4に対して取り付
けられており、この鏡体部50の下端部には、照明ユニ
ット51を着脱自在に取着してある。この実施例におい
ての顕微鏡部7では、この照明ユニット51を含めて前
記鏡体部50と観察鏡筒6によって構成されている。
に説明する。照明ユニット51には、前記第1アーム2
に内蔵された図示しない顕微鏡用光源に一端を光学的に
接続したライトガイド52の出射側端部が導かれてきて
おり、このライトガイド52が照明ユニット51に対し
て光学的に接続されている。前記ライトガイド52の射
出側には、集光レンズ53が配置され、また、この光軸
前方には図示しないレンズ移動手段によりその構成する
レンズ群の間隔を変化させることによって倍率を変化さ
せる照明レンズ54が配置されている。この照明レンズ
54によって調整される照明倍率は、その照野径が、前
記鏡体部50の変倍光学系10および前記焦点距離可変
対物光学系9による観察倍率の変化に伴う観察視野径の
大きさと常に一致するように制御され、いわゆるズーム
照明装置を構成している。また、前記照明レンズ54の
照明光軸O3 と、左右一対の観察光軸O1 、O2 の間の
中心軸とが交差する位置に、反射面56が照明光学的に
対応して配置されたハーフミラー55が設けられてい
る。
の間には、その反射面58において赤外光を全反射、可
視光を全透過するダイクロイックミラー57が配置され
ている。このダイクロイックミラー57による前記照明
光軸O3 の反射光軸O4 上には、集光レンズ59および
前記赤外発光素子13が光学的に配置されている。さら
に、前記ダイクロイックミラー57の反射面58側にお
いて、前記反射光軸O4 以外の位置にはミラー60が配
置され、そのミラー60の反射面側には結像レンズ61
を介して前記光電変換素子18が光学的に配置されてい
る。
電気系のブロック構成について説明する。まず、この実
施例における合焦制御部42は、その受光回路36のみ
が前述した第1の実施例と異なる。この受光回路36
は、プリ発光解除モードにおいて、前記光電変換素子1
8からの受光信号を前記受光光量演算回路37および測
距演算回路38に出力するように構成されている。ま
た、62は前記実施例における発光光学系駆動回路32
に対応する照明光学系駆動回路であり、これは前記観察
倍率演算回路31から入力信号に従って前記照明光学レ
ンズ54の図示しないレンズ移動手段を駆動する照明光
学系駆動モータ63に駆動信号を出力する。 (作用)この実施例は、以上のように構成されているか
ら、術者は、前記第1の実施例と同様に、図5に示した
ように、術部Pと合焦位置Aがずれている場合、術者は
前記入力スイッチ26により合焦制御部42を駆動し、
焦準調整動作を開始させる。
って、合焦制御部42において、前記第1の実施例と同
様、術部P上で赤外投影指標が反射し、赤外投影指標の
反射光が鏡体部50に入射されているか否かの判断が行
われ、鏡面反射のおそれがある場合には、前記表示部2
2によってエラー表示が行われる。
前記プリ発光における反射光量が前記メモリ40に記憶
されている基準値以上であると判断された場合には、前
記第1の実施例と同様に反射光量設定回路41により術
部Pにおける反射率が計算され、さらに焦点調整動作さ
せるに適当な赤外発光量が算出される。発光光量設定回
路41は前記赤外発光量を発光回路35に伝達し、か
つ、プリ発光解除信号を受光回路36に出力する。前記
発光光量設定回路41にて算出された発光量の赤外投影
指標が前記発光回路35によって、前記赤外発光素子1
3から発せられる。その赤外投影指標は、集光レンズ5
9を介して、ダイクロイックミラー57の反射面58に
て反射された後、照明レンズ54を通り、さらにハーフ
ミラー55の反射面56によって反射され、術部Pに投
影される。また、前記変倍光学系10および前記焦点距
離可変光学系9による観察倍率は、常に観察倍率演算回
路31によって検出されると同時に、照明レンズ54に
よる照野径と観察視野径が一致する照明倍率が演算さ
れ、照明光学系駆動回路62は前記照明倍率の信号に基
づいて照明光学系駆動モータ63を駆動し、前記照明レ
ンズ54は目標照明倍率に設定され、常に、照野径と観
察視野径が一致した状態に保たれる。従って、前記照明
レンズ54を通る赤外投影指標の観察視野径に対する大
きさの比も常に一定に保たれる。
反射光は、ハーフミラー55、照明レンズ54、ダイク
ロイックミラー57、ミラー60、および結像レンズ6
1を介して光電変換素子18上に再結像するが、ここで
の反射光は、前述の構成を有している照明レンズ54を
介することによって、前記受光素子18上における像の
大きさも、いかなる観察倍率、焦点距離においても常に
一定に保たれる。
光回路36は、前記光電変換素子18からの受光信号を
測距演算回路38に出力すると同時に、前記受光光量演
算回路37にも出力する。従って、測距演算回路38は
前記受光回路36からの入力信号に従って、前記光電変
換素子18上における赤外投影指標のズレ量lが0にな
るように、焦準駆動回路29に焦準駆動信号を出力し、
焦準駆動回路29によって焦準駆動モータ30が駆動さ
れ、焦点距離可変対物光学系9により焦準調整される。
光光量演算回路37は前述のプリ発光モードと同様に、
該受光信号から受光光量を算出し、前記コンパレータ回
路39は該受光光量がメモリ40に記憶されている基準
値に対して大きいか否かの判断を行う。前記受光素子1
8における受光光量が、前記基準値より大きいと判断さ
れている場合、発光光量設定回路41により、術部Pに
おける反射率が算出され、従って最適な発光量が算出さ
れる。該計算結果に基づいて、発光回路35、赤外発光
素子13により最適な発光量の赤外投影指標が投影され
る。また、前記赤外反射光の受光光量が前記基準値に対
して小さくなった場合、前記コンパレータ回路39は処
置具等による鏡面反射により前記鏡体部50内に赤外投
影指標の反射光が入射されていないと判断し、エラー信
号を表示回路43に出力し、前記発光回路35、赤外発
光素子13による赤外投影指標の発光は中止される。従
って、焦点調整動作が中止されると同時に前記表示回路
43により表示部22にエラー表示信号が出力され、該
表示部22および前記ハーフミラー23によって観察視
野内にエラー表示が行われる。 (効果)上述のように、この実施例においては、動作前
に処置具等による赤外投影指標の鏡面反射判断するばか
りでなく、焦点調整動作中に、術者が、仮に光路中に処
置具を置いてしまったような場合にも、その鏡面反射を
防ぐことができ、さらなる安全につながる。
標の大きさが一定に保たれるばかりでなく、光電変換素
子18上における、赤外投影指標の大きさも、常に一定
に保たれることから、前記光電変換素子18の感度を常
に一定に保つことができ、よりいっそう確実な焦点調整
動作が行える。
明レンズ54を実施例1における発光光学系14、受光
光学系17として使用したことにより、照明ユニット5
1を含めた、顕微鏡部7全体の小型化が行えると共に、
照明ユニットとして焦点位置検出装置を簡単にユニット
化できるため、既存の鏡体部に容易に後付けができ、汎
用性が極めて高い。 <第3の実施例>図5および図8ないし図10を参照し
て、本発明の第3の実施例について説明する。この実施
例において、前述した第1の実施例および第2の実施例
と同様なものについは、特に言及する場合を除き、同符
号を付して、その説明を省略する。図8(a)(b)
は、この実施例における顕微鏡部70に含まれる俯仰装
置の内部構成図であり、図8(b)は、図8(a)のa
矢視方向からの断面矢視図である。図9はその顕微鏡部
70の光学系の構成図、図10は電気系のブロック図で
ある。 (構成)図8に従って、顕微鏡部70について説明す
る。この顕微鏡部70は、鏡体部71と前記観察鏡筒6
と俯仰装置72から構成されており、その俯仰装置72
は、前記図1における第2アーム3の先端部に軸Odま
わりに回動自在に取り付けられた固定駆動部73と可動
駆動部74から構成されている。75は、前記固定駆動
部73内に固定されたモータであり、76は、そのモー
タ75の回転軸に固着されたウォームである。このウォ
ーム76にはホイール77が噛合している。ホイール7
7の軸78には、前記可動駆動部74が固着されてお
り、回転軸Ofまわり、即ち矢印79方向に俯仰可能と
なっている。
されたモータ、81はそのモータ80の回転軸に固着さ
れたウォームである。82はそのウォーム81に噛合し
ているホイールであり、そのホイール82の軸83は鏡
体部71に固着されている。従って、鏡体部71は前記
可動駆動部74に対して、回転軸Ogまわり、即ち矢印
84方向に俯仰可能に取り付けられている。
光学系の構成について説明する。まず、左右一対の観察
光軸O1 、O2 の中心軸と前記発光光学系14の光軸中
心とが交差する位置には、その反射面が配置されたミラ
ー90が設置され、前記左右一対の観察光軸O1 、O2
のうちどちらか一方(図9においてはO2 側)におい
て、前記受光光学系17の光軸中心とが交差する位置に
はその反射面が配置したハーフミラー91が設置されて
いる。また、92は前記受光光学系17による結像位置
に配置されたCCDラインセンサであり、これは前記第
1の実施例および第2の実施例における光電変換素子1
8と同様に観察光学系の焦点位置のズレ量Lに相当する
『l』を検出するものである。
ットフィルタであり、これは図示しないガイドおよびそ
の一端に取り付けられたプッシュプルソレノイド94に
よって、前記受光光学系17内に挿脱可能に取り付けら
れている。また、前記プッシュプルソレノイド94は、
前記鏡体部71のハウジング内部に固定されている。前
記鏡体部71の一部を構成する焦点検出光学系95は前
記90〜94および赤外発光素子13、発光光学系1
4、受光光学系17、および前記焦点距離可変対物光学
系9から構成されている。
る電気系のブロック構成について説明する。まず、96
は前記入力スイッチ26、俯仰操作検出回路97aおよ
びウインドコンパレータ回路98からの入力信号を受
け、前記モード設定回路34、前記測距演算回路38に
焦点調整信号を出力する論理回路で構成される合焦操作
回路である。97bは、入力スイッチ26からの入力信
号に基づいて、前記俯仰装置72を駆動するモータ7
5,80に駆動信号を出力し、または前記俯仰操作検出
回路97aに駆動信号を出力する俯仰駆動回路である。
前記俯仰操作検出回路97aは、前記俯仰駆動回路97
bからのいずれかのモータ駆動信号に対しても前記合焦
操作回路96に信号Bを出力するOR回路によって構成
されている。
前記測距演算回路38、および前記表示回路43からの
入力信号により、前記プッシュプルソレノイド94に駆
動信号を出力するプッシュプルソレノイド駆動回路であ
り、100は、前記CCDラインセンサ92によって得
られた映像信号のコントラスト状態を演算し、その演算
結果に基づいて焦準駆動回路29に駆動信号を出力し、
または前記表示回路43に焦準調整終了信号を出力する
コントラスト比較演算回路である。
回路38は、前記CCDラインセンサ92上における赤
外投影指標のズレ量『l』が零に達したとき、前記プッ
シュプルソレノイド駆動回路99に駆動信号を出力する
と同時に、前記受光回路36に指標投影による焦点調整
終了信号を出力するように構成されており、さらに、そ
の演算結果に基づく合焦調整に必要な前記焦点距離可変
対物光学系9における焦点距離を前記ウインドコンパレ
ータ回路98に前記焦点距離範囲を出力すべく接続され
ている。
からの観察倍率信号により現観察状態における焦点深
度、すなわち、焦点距離範囲を算出し、メモリ103に
入力する焦点深度演算回路であり、前記メモリ103は
前記コンパレータ回路98に前記焦点距離範囲を出力す
べく接続されている。
は、供覧、教育の目的でTVカメラによるビデオ撮影が
行われるが、本実施例においては、前記CCDラインセ
ンサ92の位置に、上述のようなTVカメラが取り付け
可能に構成されている。 (作用)この実施例は、以上のように構成されているた
め、術者は、前記第1の実施例、第2の実施例と同様
に、図5に示したような術部Pと合焦位置Aがずれてい
る場合、前記入力スイッチ26により焦点調整動作を開
始させる。
て、信号Aが合焦操作回路96に出力される。該合焦操
作回路96は、信号Aに従って、モード設定回路34に
指標投影による焦点調整信号を出力し、そのモード設定
回路34は、プッシュプルソレノイド駆動回路99にO
N信号を出力し、そのプッシュプルソレノイド94が駆
動される。前記プッシュプルソレノイド94により、可
視光カットフィルタ93が前記受光光学系17内、すな
わち図9における破線の位置に挿入される。また、同時
に前記モード設定回路34により前記第1の実施例と前
記第2の実施例と同様に術部Pにおける反射状態をチェ
ックする。術部Pにおける赤外光の反射光量が基準値以
下の場合には、前記表示回路43および前記表示部22
によって、エラー表示が行われるとともに、前記表示回
路43から前記プッシュプルソレノイド駆動回路99に
Off信号が出力され、プッシュプルソレノイド94に
より前記可視光カットフィルタ93は元の位置、すなわ
ち、図8における実線の位置に配置される。
量が、基準値より大きいと判断された場合には、前述し
た第1、2の実施例と同様に、前記発光素子13から焦
点調整動作させるに適当な発光量の赤外投影指標が発光
される。ここで、前記可視光カットフィルタ93によ
り、前記CCDラインセンサ92上には、赤外投影指標
の反射光のみ到達するので、そのCCDラインセンサ9
2によって前記第1、2の実施例と同様に、前記焦点距
離可変対物光学系9による焦点調整がなされる。
り前記ズレ量lが0に達したとき、前記測距演算回路3
8は前記受光回路36に指標投影による焦点調整終了信
号が出力され、併せてプッシュプルソレノイド駆動回路
99にOff信号が出力され、前記プッシュプルソレノ
イド94が駆動され、前記可視光カットフィルタ93は
元の位置、すなわち、図8における実線の位置に配置さ
れる。従って、CCDラインセンサ92には前記ハーフ
ミラー91で分割された可視光すなわち術部Pの観察像
が導かれ、該画像信号が受光回路36に入力される。こ
の時、その受光回路36は指標投影による焦点調整終了
状態にあるので、その画像信号をコントラスト比較演算
回路100に出力する。コントラスト比較演算回路10
0は前記画像信号の入力により焦準駆動回路29に駆動
信号を出力し、焦準駆動モータ30により前記焦点距離
可変対物光学系9が焦準操作され、この焦準操作中、逐
一入力される画像信号が最大コントラスト値に達するま
で焦準駆動回路29に駆動信号が出力される。前記画像
信号が、最大コントラスト値に達したとき、前記コント
ラスト比較演算回路100から表示回路43に焦点調整
終了信号が出力され、前記表示部22によって術者に焦
点調整動作終了が告げられる。
を変化させるべく、入力スイッチ26により俯仰駆動回
路97bに操作入力を行うと、前記モータ75が駆動さ
れ、前記鏡体部71は矢印79方向に俯仰し、また、前
記モータ80が駆動され、矢印84方向に俯仰し観察視
野が変化する。また、同時に俯仰操作検出回路97aに
よって俯仰操作状態が検出され、その俯仰操作検出回路
97aは前記合焦操作回路96に信号Bを出力する。合
焦操作回路96は信号Bによりモード設定回路34に指
標投影による焦点調整信号を出力すると同時に前記測距
演算回路38に俯仰装置追従モード信号を出力する。こ
の俯仰装置追従モードにおいて、前記測距演算回路38
は上述と同様の指標投影による焦点位置検出により得ら
れた、合焦調整に必要な前記焦点距離可変対物光学系9
における焦点距離を前記ウインドコンパレータ回路98
に出力する。ウインドコンパレータ回路98は、前記焦
点距離が、観察倍率演算回路31、焦点深度演算回路1
02によって算出され、メモリ103に記憶されてい
る、現観察状態における焦点距離範囲内かの判断を行
う。前記ウインドコンパレータ回路98は、焦点距離が
焦点距離範囲に対して逸脱した場合、前記合焦操作回路
96に信号Cを出力する。合焦操作回路96は信号Cに
よって前記測距演算回路38および前記モード設定回路
34に指標投影による焦点調整信号を出力し、以下、上
述の焦点調整が行われる。
て焦点調整を行う俯仰装置追従制御は、前記第1、2の
実施例の組み合わせにおいても可能であり、同様の作用
が得られることは言うまでもない。
りに、観察画像を記憶するTVカメラを取り付け、該T
Vカメラに設けられている光電撮像素子の1ラインを受
光素子として兼用しても同様の作用が行われることは言
うまでもない。 (効果)この実施例のように受光素子としてTVカメラ
のCCDを使用すれば、従来の手術用顕微鏡に前述のよ
うな発光光学系及びTV光学系にフィルタを取り付ける
だけで実現可能となり、極めて簡単な構成で安価に達成
できることは言うまでもない。
させても、常に合焦状態にあるため、視野移動後のフッ
トスイッチ等による焦点調整動作開始入力を行う手間が
省け、より迅速な焦準操作が可能となる。特に、微小視
野移動は術部の処置をしながら行うことが多く、この場
合、作業性のみならず、安全性も極めて高い。さらに、
上述の観察視野、観察位置の変化に伴い行われる合焦操
作は術部Pが観察光学系の焦点深度内において補えない
場合のみ行われるので、不要な合焦操作による術者への
不快感を抑えられる。
前記焦点距離可変対物光学系9の焦点距離と現観察状態
における焦点距離範囲とを比較演算するウインドコンパ
レータ回路98の代わりに、前記俯仰装置72の駆動時
間を検出するタイマーを設け、該タイマーの値があらか
じめ設定されている基準値を超えたとき、上述の指標投
影方式の焦準調整を行うことによって、より簡単な構成
で、ほぼ同等の効果が得られる。 [付記]前述した構成によれば、以下のような各項の内
容のものも理解できる。 1.被検物体に指標を投影する指標投影手段と、投影さ
れた前記指標の被検物体での反射光を検出する反射光検
出手段と、この反射光検出手段による検出結果に基づい
て焦点位置を検出する焦点位置検出手段と、この焦点位
置検出手段の出力値に基づいて前記被検物体に焦点を合
わせる焦準調整手段と、前記指標投影手段から投影した
所定光量の指標が前記被検物体で反射した光量を前記反
射光検出手段で検出した検出値と予め設定された受光量
設定値とを比較演算する光量検出手段と、前記光量検出
手段の出力によって前記指標投影手段の発光光量を調整
する手段を備えることを特徴とする手術用顕微鏡の焦準
装置。この構成によれば、被検物体の反射率をあらかじ
め規定光量を投影することにより算出し、その反射率に
見合った赤外発光量を定め、自動合焦制御を行う。この
ため、被検物体である術部の赤外光の反射状態や凹凸の
状態や表面状態等に応じて焦点調整動作を制御するた
め、きわめて効率的かつ確実な焦点調整動作が可能とな
るばかりでなく、処置具等による赤外投影指標の鏡面反
射を防止できるので、術者や看護婦等に対して不要な赤
外光による悪影響を防止でき、より安全な焦準装置を提
供することができる。 2.前記焦点位置検出手段と、前記焦準調整手段と、顕
微鏡の観察位置を変更する鏡体駆動手段とを有する手術
用顕微鏡焦準装置において、前記鏡体駆動手段による鏡
体の視野の移動を検出する視野移動検出手段と、この視
野移動検出手段による検出信号に基づいて、前記焦点位
置検出手段を作動させ、その作動結果に応じて前記焦準
調整手段を操作する制御回路手段とを設けたことを特徴
とする手術用顕微鏡の焦準装置。この構成により鏡体の
移動による視野移動時においても、その操作中に焦点位
置検出手段及び焦準調節手段とを作動させ、合焦状態に
保つ。これによれば、顕微鏡の観察視野移動時において
も、常に、合焦状態が保たれるため、手術操作を続行し
ながら簡単に観察部位変更が行え、術者は顕微鏡操作に
注意を払う必要がなく、術者の疲労軽減に大きく貢献で
きるものである。 3.第2項に記載の手術用顕微鏡の焦準装置であって、
前記焦点位置検出手段は、被検物体に指標を投影する指
標投影手段と、前記投影指標の反射光を検出する反射光
検出手段と、この反射光検出手段からの検出値に基づい
て焦点位置を検出する焦点位置検出手段とで構成されて
いることを特徴とする手術用顕微鏡の焦準装置。
平5−212056号公報がある。術中、術者は術部の
処置を行いながら、微少の観察視野移動を行いたいとい
った要望がある。この場合、術者の両手は塞がっている
ため、フットスイッチ等による操作によって電動で視野
移動を行う、いわゆる電動視野移動装置が公知である。
しかしながら、術部には前述のように凹凸があるため、
前記電動視野移動装置による視野移動中、観察像が常に
合焦状態にあるとは限らず、この場合、術者は術部の処
置を中断した上で、焦準操作を行わなくてはならない。
また、従来技術に開示されている構成では、鏡体の位置
決め後、自動的に指標投影方式による焦準調節が行われ
るため、上述のような焦準操作を行う必要はないが、鏡
体の位置決めを手で行うため、術部の処置を行いながら
の観察視野移動が行えない。また、前記構成を、前記電
動視野移動装置に取り入れても、鏡体移動後に指標投影
方式の焦準操作が行われるので、上述のような術部の処
置を行いながらの微少視野移動は行えない。
標投影による焦点調整を確実に行い、より操作性の良い
手術用顕微鏡の焦準装置を提供することができる。
全体構成を概略的に示す説明図。
微鏡の顕微鏡部の光学系の構成を示す説明図。
微鏡の観察視野内における表示の状態を示す説明図。
微鏡の電気系の構成をブロック的に示す説明図。
微鏡の焦点位置検出手段の検出原理を示す説明図。
び照明光学系を含む鏡体部の光学系の概略的な構成を示
す説明図。
回路構成をブロック的に示す説明図
部に含まれる俯仰装置の内部を示す断面図、(b)は
(a)のa方向からの矢視断面図。
の光学系の構成を示す説明図。
のブロック図。
系、10…変倍光学系、13…赤外発光素子、14…発
光光学系、17…受光光学系、18…光電変換素子、1
9…ダイクロイックプリズム、23…ハーフミラー、2
6…入力スイッチ、27…変倍駆動回路、28…変倍駆
動モータ、29…焦準駆動回路、30…焦準駆動モー
タ、31…観察倍率演算回路、32…発光光学系駆動回
路、33…発光光学系駆動モータ、34…モード設定回
路、35…発光回路、36…受光回路、37…受光光量
演算回路、38…測距演算回路、39…コンパレータ回
路、40…メモリ、41…発光光量設定回路、42…合
焦制御部。
Claims (3)
- 【請求項1】 鏡体と、 被検体の光学像を得るために前記鏡体に設けられた対物
光学系と、 前記対物光学系により形成される焦点位置を変化させる
ために前記対物光学系を移動する対物光学系移動手段
と、 前記被検体に所定光量の指標を投影する指標投影手段
と、 前記被検体に投影された前記指標からの反射光を受光す
る反射光受光手段と、 前記反射光受光手段で受光された前記反射光に基づいて
前記被検体に対する前記焦点位置を調整するように前記
対物光学系移動手段を駆動する焦準調整手段と、 前記反射光受光手段で受光された前記反射光の光量と予
め設定された基準光量とを比較演算する比較演算手段
と、 前記被検体に投影される前記指標の光量を変更するため
の発光回路を含み、前記比較演算手段の演算結果に基づ
いて前記焦準調整手段による焦点調整動作に適切な前記
指標の光量を演算し、その演算結果に応じて前記発光回
路の設定が変更される光量設定手段と、 前記反射光受光手段及び前記光量設定手段を制御して、
予め設定されている所定光量の指標を前記被検体に投影
すると共に前記比較演算手段及び前記光量設定手段の演
算処理の結果に基づいて前記発光回路の設定を焦点調整
動作に適切な前記指標の光量に変更するプリ発光モード
を実行し.前記プリ発光モードを実行した後に前記準焦
調整手段による前記被検体に対する前記焦点位置の調整
を実行するモード設定回路と、 を備えることを特徴とする手術用顕微鏡。 - 【請求項2】 更に、前記対物光学系を通じて観察する
倍率を設定する変倍光学系と、 前記指標投影手段により前記被検体に投影される前記指
標のスポット径が一定になるように前記変倍光学系によ
る観察倍率の変更と同時に前記指標投影手段による前記
指標の投影倍率を調整する手段と、 を備えることを特徴とする請求項1に記載の手術用顕微
鏡。 - 【請求項3】 更に、前記被検体に投影する指標の発光
量を測定する受光素子を有し、前記照準調整手段による
前記被検体に対する前記焦点位置の調整が実行された際
に前記受光素子を用いて前記指標の光量を測定し、測定
された光量に基づいて前記光量設定手段は改めて指標の
光量を調整することを特徴とする請求項1に記載の手術
用顕微鏡。
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