JP5616643B2 - 実体顕微鏡システム - Google Patents

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Description

発明の分野
この発明は、顕微鏡システムで観察する物体を照明するように構成された照明システムを有する実体顕微鏡システムに関する。
発明の背景
実体顕微鏡システムは、手術野の拡大像を提供するために、外科医によって外科的な処置において用いられ得る。この明細書中で、従来の実体顕微鏡システムは、顕微鏡光学系の物体平面に位置し得る物体を画像化するための顕微鏡光学系と、照明光ビームを物体平面に向けるための照明システムとを含む。
状況によっては、入口開口部が小さい体腔中で外科的な処置を行なうにあたって問題がある。顕微鏡光学系の画像化ビーム経路は、この入口開口部を通って延在しなければならず、照明光は、入口開口部を越えて、体腔内に入らなくてはならない。従来のシステムは、所望量の照明光を体腔内に向けるには不十分であることが判明している。
この発明は、上記問題を考慮してなされた。
この発明は、さまざまな照明要求に適合させることができる照明システムを有する実体顕微鏡システムを提供することを目的とする。
この発明の実施例に従って、照明システムを有する顕微鏡システムを用いて、深く狭い体腔を照明することができる。
この発明のさらなる実施例は、実体顕微鏡システムを提供する。この実体顕微鏡システムは、物体を画像化するように構成された顕微鏡光学系を含み、この顕微鏡光学系は、物体平面を有し、光軸を有する対物レンズを含む。この実体顕微鏡システムは、さらに第1の照明光ビームを物体平面に向けるように構成された照明システムを含み、第1の照明光ビームの中心軸は、対物レンズの光軸に対して傾斜している。照明システムは、さらに鏡アセンブリを含み、この鏡アセンブリは、アクチュエータによって第1の状態と第2の状態との間を変位可能であり、鏡アセンブリは、第1の状態において第1の照明光ビームのビーム経路中に位置決めされており、第2の状態において第1の照明光ビームのビーム経路から外されている。鏡アセンブリが、第1の照明光ビームのビーム経路から外されているとき、第1の照明光ビームは、物体平面に当たることができ、第1の照明光ビームの中心軸の配向は、対物レンズの光軸に対して傾斜している。鏡アセンブリが第1の照明光ビームのビーム経路中に位置しているとき、第1の照明光ビームが物体平面にも当たるように、鏡アセンブリのうち少なくとも2つの鏡によって第1の照明光ビームは連続的に偏向されるが、対物レンズの中心軸と光軸との間の角度は、鏡アセンブリがビーム経路中に位置決めされていない第2の状態におけるよりも小さい。
例示的な実施例に従って、照明システムは、第1の照明光ビームの中心軸と光軸との間の角度を変更するように構成されたアクチュエータを含む。
もう1つの例示的な実施例に従って、照明システムは、照明システムの第1の鏡または第2の鏡または両方の鏡の配向を第1の照明光ビームの中心軸に対して変更するように構成されたアクチュエータを含む。
もう1つの例示的な実施例に従って、実体顕微鏡システムは、物体平面と対物レンズとの間の距離を変更するために、対物レンズのレンズを相対的に変位させるように構成されたアクチュエータを含む。物体平面と対物レンズとの間の距離は、実体顕微鏡システムの作動距離とも称される。
上述のアクチュエータのすべてを組合せて1つの実施例に含める必要はない。これらのアクチュエータの各々は、単独でまたは1つ以上の他のアクチュエータと組合せて実体顕微鏡システムにおいて用いられ得る。これらのアクチュエータの各々は、顕微鏡システムのコントローラによって制御される、モータなどの駆動装置を含み得る。しかしながら、アクチュエータを、顕微鏡システムのコントローラの自動制御下でモータで自動的に駆動するのではなく、手で駆動することも可能である。たとえば、アクチュエータは、手動調節ねじまたは手動スライダによって駆動され得、そのようなアクチュエータは、他のアクチュエータのうち1つに機械的にヒンジ止めされ、この1つとともに調節可能であることによっても実現化され得る。
この発明のさらなる実施例に従って、2つの鏡は各々、平面である反射面、凹面である反射面、または凸面である反射面を有し得る。
以下の説明において、この発明は、例示的な実施例に関して、添付の図面に関連してより詳細に説明される。
実体顕微鏡システムの構成部品の概略図である。 図1に示す実体顕微鏡システムの他の構成部品を示す概略図である。 図1および図2に示す実体顕微鏡システムの詳細の立面図である。 図1から図3に示す実体顕微鏡システムにおいて用いることができる鏡アセンブリのより詳細な図である。
例示的な実施例の説明
以下に、実体顕微鏡システムの構成および機能を、実体顕微鏡システムの他の構成部品を示す概略図である図1に関して説明する。図1に示されるように、実体顕微鏡システム1は、対物レンズ5を有する顕微鏡光学系3を含み、顕微鏡光学系3によって画像化されるべき検査中の物体は、対物レンズ5の物体平面7に配置することができる。円錐形のビーム束9として物体平面7から発する光は、対物レンズ5のフロントレンズ11に入り、対物レンズ5によって像側ビーム束に変えられる。像側ビーム束の光の一部は、左観察ビーム束13としてズーム光学系15に入り、ズーム光学系15を越えて、物体平面7の像を接眼レンズ17に生成し、顕微鏡システム1の使用者は、この接眼レンズを彼の左眼で覗くことができる。同様に、像側ビーム束の光のもう1つの部分は、右観察ビーム束14としてズーム光学系16に入り、ズーム光学系16を越えて、物体平面7のもう1つの像を接眼レンズ18に生成し、使用者は、この接眼レンズを彼の右眼で覗くことができる。
物体平面7から発し、左接眼レンズ17における像の生成に寄与する光は、図1に参照番号21で示される部分ビーム束であり、この部分ビーム束21の中心軸23は、対物レンズ5の光軸25に対して角度αで配向されている。同様に、右接眼レンズ18における物体平面7の像に寄与する光は、図1に参照番号22で示されるビーム束9の部分ビーム束であり、部分ビーム束22の中心軸24は、光軸25に対して角度−αで配向されてい
る。両方の部分ビーム束21、22は、それぞれ左接眼レンズ17および右接眼レンズ18に像を生成するために、異なる角度で物体平面7から発し、接眼レンズ17、18に生成された像は、顕微鏡システム1の使用者によって立体視的像として知覚される。
示された実施例において、対物レンズ5は、顕微鏡光学系3のフロントレンズ11と、図1に矢印で概略的に示すようにフロントレンズ11に対して光軸25に平行な方向に変位させることができるもう1つのレンズ27とを含む2つのレンズアセンブリを含む。2つのレンズアセンブリ11と27との相対的な変位は、フロントレンズ11と物体平面7との間の作動距離wの変化を引起こす。顕微鏡光学系3の作動距離wのそのような変化は、検査中の物体が、フロントレンズ11のより近くまたはさらに遠くに移動される場合、必要になることがある。
図1の概略図において、光学レンズは、単純化された表現で示されている。しかしながら、実際には、図1に単純化された表現で示されているレンズは、互いに離れて配置されたまたは互いに接触していてもよい1つ以上のレンズ素子を含んで、複合レンズ群を構成してもよい。
示された例において、実体顕微鏡システム1は、対物レンズ5の前に配置されて対物レンズを保護するフロントプレート41を含む。フロントプレート41は、2つの平行な平面である表面を有し、集束または発散倍率などの倍率を有さない。
図1に示す例において、実体顕微鏡システム1は、作動距離wを測定するように、測定放射32を物体に向かって放出し、物体によって反射された測定放射33を受け取るように構成された距離センサ31を含む。距離センサ31の検出信号は、データ線34を介してコントローラ35に伝送される。コントローラ35は、アクチュエータ37を制御線36を介して検出信号に依存して制御する。アクチュエータ37は、物体8の表面の像を接眼レンズ17、18に生成するために、物体平面7が物体8の表面とおよそ一致するよう物体平面7を調節するために、対物レンズ5のレンズ27をレンズ11に対して変位させるように構成されている。
コントローラ35によって制御されるアクチュエータ37は、回転を生じさせる電気モータまたは平行移動を生じさせる圧電モータなどのモータを含んでもよい。光学構成部品を作動させるために、アクチュエータは、たとえばレバー、レジスタ、スライダ、台車などによって光学構成部品に機械的に結合されている。しかしながら、アクチュエータ37はコントローラ35によって制御されるのではなく、使用者が手でアクチュエータ37を作動させることも可能であり、アクチュエータ37は、手で作動されるときに作動を実行するためのねじ付ロッドを備えた手動輪または光学構成部品に機械的に結合されたレジスタを含む。
その上、距離センサ31によって検出された作動距離wに従属してではないが、使用者が電気的スイッチなどの入力装置43を介してコントローラ35に伝送した作動信号に従属して、アクチュエータ37をコントローラ35で制御することが可能である。
図2に顕微鏡検査システム1の照明システム51の概略図を示す。ズーム光学系15、16および接眼レンズ17、18は図2に示されておらず、図2の説明図は、図1の投影図について選択された方向と直交する方向への投影図である。
図3は、フロントプレート41の前に物体平面7からdの距離に配置され、光軸25に対して直交するように配向された平面53の方を下から光軸25に沿って向いた平面図である。
図3より、フロントプレート41は、円形状の横断面を有し、対物レンズ5のレンズ11、27は、縮小された横断面を有し、この横断面は、像の生成に寄与する部分ビーム束21および22がレンズ11、27を障害なく越えるような寸法に作られていることが明らかである。
照明システム51は、物体平面7に向けられた第1の照明ビーム55を生成するように構成された第1の照明システム54を含む。第1の照明システム54は、対物レンズ5に隣接して配置されており、光源56のシャーシ59によって支持されたハロゲンランプなどの光源56と、反射器57と、コリメータレンズ58とを含む。
図2の説明において、第1の照明光ビーム55の主軸60は、顕微鏡光学系3によってはっきりと画像化される物体平面7からhの距離に配置された平面7′において光軸25と交差する。図2には、狭い体腔65の底部63が実体顕微鏡システム1によって観察される状況が概略的に示されており、体腔65の底部63は、顕微鏡光学系3の物体平面7とおよそ一致しており、体表64は、物体平面7からhの距離にある平面7′に配置されている。第1の照明光ビーム55の平面7′での断面は、体腔65の開口部横断面よりも実質的に大きい。しかしながら、第1の照明光ビーム55の中心軸60は、第1の照明光ビーム55が体腔65に体腔65の開口部横断面を通って入り、第1の照明光ビーム55の体腔65に入っている部分ができる限り大きいことを可能にするように、物体平面7の近傍でではなく、平面7′の近傍で光軸25と交差する。
さまざまな深さの体腔への適応を可能にするために、光源54のシャーシ59は、回転軸67の周りでの回転を可能にするように懸架されている。光源54を回転軸67の周りで回転させることによって、ビーム55の中心軸60が光軸25に対して配向されている角度β1を変更することが可能である。よって、平面7′の対物レンズからの距離d−hが変化する場合、それでもビーム55の大部分が平面7′にあるオリフィスを通って体腔に入るよう、ビーム55の光軸25に対する角度β1を変更することができる。
照明システム51は、物体平面7に向けられた第2の照明光ビーム72を生成するように構成された第2の照明システム71を含み、第2の照明ビーム72の中心軸73は、光軸25から離れた場所で平面53と交差する。中心軸73は、対物レンズ5の光軸25と平面7′の近傍で交差する。第1の照明光ビーム55とは異なり、第2の照明光ビーム72は、体腔65の底部63にできるだけ多くの照明光を提供するために、より小さいビーム横断面を有し、実質的に完全に体腔65にその開口部横断面を介して入ることを意図されている。
この明細書中で、第2の照明システム71は、第1の照明システム54と同様の構成を有し、たとえば、シャーシ77で支持された光源74と、反射器75と、コリメータレンズ76とを含み、このシャーシは、中心軸73と光軸25との間の角度β2を調節するために軸78の周りを回転させることができる。
照明システム54および71それぞれの角度β1およびβ2を変更するように構成された、モータなどの共通アクチュエータ81が設けられており、アクチュエータ81は、コントローラ35によって制御線82を介して制御される。アクチュエータ81の制御された動作は、光源56および74をそれぞれ軸67および78の周りで回転させるために、第1の照明システム54のシャーシ59または第2の照明システム71のシャーシ77まで、いくつかのロッド83およびジョイント84を介して機械的に伝送される。
図2に示された状態で、第2の照明光ビーム72の完全な横断面が体腔65の開口部に入るが、照明光ビーム72は、軸25に対して角度β2で配向されており、開口部の底部63に入射する照明光がないまたは開口部の底部に入射する照明光の量が減少されている影が残るため、体腔65の底部63は、最適には照明されない。
この状態を改善するために、照明システム51は、鏡アセンブリ87を含み、この鏡アセンブリは、第2の照明システム71によって生成された第2の照明光ビーム72のビーム経路中に選択的に位置決めすることができ、第2の照明光ビーム72を偏向させるように構成されている。図3の立面図において、鏡アセンブリ87は、2つの状態、すなわち鏡アセンブリ87が顕微鏡システムのビーム経路から完全に外されているIで示される状態、および鏡アセンブリ87が第2の照明光ビーム72のビーム経路中に特に位置決めされているIIで示される状態で示されている。この明細書中で、鏡アセンブリ87は、矢印90によって示されるように、支持体89に対して変位させることができる。この変位は、コントローラ35によって制御線92を介して制御されるアクチュエータ91によって引き起こされてもよい。
鏡アセンブリ87は、第1の鏡95と第2の鏡96とを含む。鏡アセンブリ87が状態IIにおいて第2の照明光ビーム72のビーム経路中に位置決めされているとき、平面53および第2の照明光ビーム72の中心軸73は、第1の鏡95と交差する。第1の鏡95は、鏡アセンブリ87が状態IIに位置決めされているとき、第2の照明光ビーム72を光軸25におよび第2の鏡96へ向けるように配向されている。第2の鏡96は、鏡アセンブリ87が状態IIにあるとき、第2の照明光ビーム72を物体平面7に向けて偏向させるように配向されている。第2の鏡96は、第1の鏡95よりも光軸25から実質的に短い距離に配置されているので、第2の照明光ビーム72の中心軸73および光軸25は、第2の鏡96での反射の後、鏡アセンブリ87が第2の照明光ビーム72のビーム経路中に位置決めされない状態Iにおいて中心軸73と光軸25とによって成される角度β2に相当するものとして実質的により小さい角度を成す。第2の照明光ビーム72が状態
IIにおいて体腔65に入るとき、第2の照明光ビーム72光軸25とは小さな角度を成す。したがって、第2の照明光ビーム72は、体腔65の底部63をよく照らすことができる。
図4には、鏡アセンブリ87の詳細が断面図で示されている。この明細書中で、第2の鏡96は、支持体101に固定されており、第1の鏡95は、回転軸103に対して回転可能に支持体101に保持されている。その上、アクチュエータ105が支持体101に保持されており、アクチュエータ105は、第1の鏡95の回転軸103の周りでの回転位置を変更するために、第1の鏡95にジョイント109を介して結合されたロッド107を図4に矢印111によって示されるように変位させるように構成されている。アクチュエータ105は、コントローラ35によって制御線113を介して制御される。
アクチュエータ105は、アクチュエータ81によって角度β2に引起こされた変化が、第2の鏡96での反射後に中心軸73が本質的に対物レンズ5の光軸25に平行に配向されるように補償されるよう、コントローラ35によってアクチュエータ81の作動位置に依存して制御され、角度β2は、第1の鏡95に当たる前に中心軸73と光軸25とによって成される。したがって、鏡アセンブリ87が状態IIにおいて第2の照明光ビーム72のビーム経路中に位置するとき、第1の照明光ビーム55の中心軸60が物体平面7からhの距離に配置された平面7′の周囲領域で光軸25と交差しているにも拘らず、体腔65の底部63は、確実に常に良好に照明されている。
上述の実施例において、鏡95および96は、平面である鏡面を有する。しかしながら、照明光ビーム72の開きを修正するために、第2の鏡96または第1の鏡95または鏡96と95との両方に凸鏡面または凹鏡面などの湾曲した鏡面を設けることも可能である。
上述の実施例において、照明光ビーム55および72のそれぞれ中心軸60または73と、光軸25とによって成された角度β1またはβ2は、それぞれ、照明システム54および71の両方に機械的に結合された共通アクチュエータ81によって調節される。しかしながら、角度β1およびβ2の両方を2つの別々のアクチュエータで調節し、各アクチュエータを別々にかつ他のアクチュエータとは独立してコントローラ35で制御することも可能である。その上、実体顕微鏡システム1の他の作動機能を互いに機械的に結合し、共通アクチュエータによる作動動作を生成することが可能である。よって、第1の鏡95の回転位置を調節するように構成されたアクチュエータ105は、単一のモータ駆動アクチュエータによる対応する作動動作をコントローラ35で制御するように、たとえば、第2の照明システム71の回転位置を調節するように構成されたアクチュエータおよび/または第1の照明システム54の回転位置を調節するように構成されたアクチュエータに機械的に結合されていてもよい。
コントローラ35が対応する作動機能を共通モータ駆動アクチュエータで引き起こすことを可能にするように、照明システム71および54の回転位置を調節するように構成されたアクチュエータ81または第1の鏡95の回転位置を調節するように構成されたアクチュエータ105のうち1つを、作動位置wを調節するように構成されたアクチュエータ37に結合することも可能である。
1つの実施例に従って、この発明は、照明光ビームの角度を変更するように構成されたアクチュエータと、照明光ビームのビーム経路中に選択的に位置決めすることができる鏡アセンブリとを含む顕微鏡検査システムの照明システムを提供する。鏡アセンブリは、鏡の配向を別の鏡に対して変更するように構成されたアクチュエータを含んでもよい。
この発明は、最も実用的で好ましいと考えられる実施例でこの明細書中に示され、説明されたが、当業者には多くの代替例、修正例、変形例が明らかであろうと認められる。したがって、この明細書中に記載されたこの発明の例示的な実施例は、例示的なものであり、どのようにも限定的でないことが意図される。以下の特許請求の範囲に規定されるこの発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、さまざまな変更が行なわれてもよい。
1 実体顕微鏡システム、3 顕微鏡光学系、5 対物レンズ、7 物体平面、8 物体、25 光軸、51 照明システム、53 平面、72 照明光ビーム、73 中心軸、81 共通アクチュエータ、87 鏡アセンブリ、91 アクチュエータ、95 第1の鏡、96 第2の鏡。

Claims (10)

  1. 実体顕微鏡システムであって、
    物体を画像化するように構成された顕微鏡光学系を備え、前記顕微鏡光学系は、物体平面を有し、光軸を有する対物レンズを含み、前記顕微鏡光学系は、2つの部分ビーム束を使用者に供給するように構成され、さらに
    照明光ビームを前記物体平面に向けるように構成された照明システムを備え、前記照明光ビームの中心軸は、前記光軸に対して直交するように配向された平面と前記光軸から離れた場所で交差し、前記照明システムは、前記照明光ビームの前記中心軸と前記光軸との間の前記平面での角度を変更するための第1のアクチュエータを含み、
    前記照明システムは、鏡アセンブリと、前記鏡アセンブリを前記鏡アセンブリが前記照明光ビームのビーム経路中に位置決めされている第1の状態から前記鏡アセンブリが前記ビーム経路から外されている第2の状態に選択的に移すように構成された第2のアクチュエータとを含み、
    前記鏡アセンブリは、第1の鏡と第2の鏡とを含み、前記平面は、前記第1の鏡が前記第1の状態にあるとき前記第1の鏡と交差し、前記第1の鏡は、前記第1の鏡が前記第1の状態にあるとき、前記照明光ビームの前記中心軸によって交差されるように位置決めされており、前記第1の鏡は、前記第1の鏡が前記第1の状態にあるとき、前記照明光ビームを前記第2の鏡へ向けるように配向されており、前記第2の鏡は、前記第2の鏡が前記第1の状態にあるとき、前記平面と交差し、前記照明光ビームを前記物体平面に向けて偏向させるように配向されており、前記第2の鏡は、前記第1の鏡よりも前記光軸から短い距離に位置決めされており、
    前記照明光ビームは、前記平面において、前記2つの部分ビーム束に近接し、かつ前記2つの部分ビーム束と重ならず、偏向された前記照明光ビームは、前記平面において、前記2つの部分ビーム束に近接し、かつ前記2つの部分ビーム束と重ならない、実体顕微鏡システム。
  2. 前記第1の鏡と前記第2の鏡とのうち少なくとも一方の配向を前記照明光ビームの前記中心軸に対して変更するように構成された第3のアクチュエータをさらに備える、請求項1に記載の実体顕微鏡システム。
  3. 前記第3のアクチュエータを前記第2のアクチュエータの作動位置に依存して制御するように構成されたコントローラをさらに備える、請求項2に記載の実体顕微鏡システム。
  4. 前記照明システムは、他の照明光ビームを前記物体平面に向けるように構成されている、請求項2または3に記載の実体顕微鏡システム。
  5. 前記照明システムは、前記他の照明光ビームの中心軸と前記光軸との間の角度を変更するように構成された第4のアクチュエータを含む、請求項4に記載の実体顕微鏡システム。
  6. 実体顕微鏡システムであって、
    物体を画像化するように構成された顕微鏡光学系を備え、前記顕微鏡光学系は、物体平面を有し、光軸を有する対物レンズを含み、さらに
    照明光ビームを前記物体平面に向けるように構成された照明システムを備え、前記照明光ビームの中心軸は、前記光軸に対して直交するように配向された第1の平面と前記光軸から離れた場所で交差し、前記照明システムは、前記照明光ビームの前記中心軸と前記光軸との間の前記第1の平面での角度を変更するための第1のアクチュエータを含み、
    前記照明システムは、鏡アセンブリと、前記鏡アセンブリを前記鏡アセンブリが前記照明光ビームのビーム経路中に位置決めされている第1の状態から前記鏡アセンブリが前記ビーム経路から外されている第2の状態に選択的に移すように構成された第2のアクチュエータとを含み、
    前記鏡アセンブリは、第1の鏡と第2の鏡とを含み、前記第1の平面は、前記第1の鏡が前記第1の状態にあるとき前記第1の鏡と交差し、前記第1の鏡は、前記第1の鏡が前記第1の状態にあるとき、前記照明光ビームの前記中心軸によって交差されるように位置決めされており、前記第1の鏡は、前記第1の鏡が前記第1の状態にあるとき、前記照明光ビームを前記第2の鏡へ向けるように配向されており、前記第2の鏡は、前記第2の鏡が前記第1の状態にあるとき、前記照明光ビームを前記物体平面に向けて偏向させるように配向されており、前記第2の鏡は、前記第1の鏡よりも前記光軸から短い距離に位置決めされており、
    前記実体顕微鏡システムは、前記第1の鏡と前記第2の鏡とのうち少なくとも一方の配向を前記照明光ビームの前記中心軸に対して変更するように構成された第3のアクチュエータをさらに備え、
    前記照明システムは、他の照明光ビームの中心軸と前記光軸との間の角度を変更するように構成された第4のアクチュエータを含み、
    前記第3のアクチュエータの作動動作と前記第4のアクチュエータの作動動作とが,共通モータ駆動により制御可能なように、前記第3および第4のアクチュエータが互いに機械的に結合されている、実体顕微鏡システム。
  7. 前記対物レンズのレンズ素子を相対的に変位させるように構成された、前記物体平面と前記対物レンズとの間の距離を変更するための第5のアクチュエータをさらに備える、請求項5または6に記載の実体顕微鏡システム。
  8. 前記物体と前記顕微鏡光学系との間の距離を検出するように構成された距離センサをさらに備える、請求項1から7のいずれかに記載の実体顕微鏡システム。
  9. 前記第1のアクチュエータと、前記第2のアクチュエータと、前記第3のアクチュエータと、前記第4のアクチュエータと、前記第5のアクチュエータとのうち少なくとも1つは、モータを含む、請求項7に記載の実体顕微鏡システム。
  10. 前記第1の鏡と前記第2の鏡とのうち少なくとも一方は、平面である反射面を有する、請求項1からのいずれかに記載の実体顕微鏡システム。
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