JP7274456B2 - 倍率セレクタの倍率ステージのアクチュエータ駆動による調整用装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に、ガリレオ式望遠鏡システムに基づく倍率チェンジャの倍率の段階をアクチュエータの手段によって調整することができる装置に関する。

この目的のための多くの技術的解決策が、先行技術から既知である。
例えば、スリットランプおよび手術用顕微鏡で倍率の変化を実現する部品は、ビーム経路のコリメートされた領域に好ましくは配置される。この部品は、通常、３つ以上の通路を備えた円筒形の要素で構成され、これらの通路は回転することによりビーム経路に導入される。原則として、円筒形の要素には、拡大係数１に対応する、方向に依存しない自由な通路がある。

他の利用可能な通路では、少なくとも２つの光学要素がガリレオ式望遠鏡を形成するようにそれぞれの場合に配置される。ガリレオ式望遠鏡の場合、ビーム経路は、ビームの断面の（平行）拡大または（平行）縮小の方向に応じて使用され、これは、画像のサイズの拡大または縮小に相当する。従って、ガリレオ式望遠鏡システムの通路は方向に依存し、各々が２つの倍率の段階を提供する。

しかしながら、ここでの欠点は、５ウェイチェンジャでは、連続的に（一方向に）回転することにより、拡大または縮小のシーケンスを達成することができないことである。倍率の段階を連続的に増加または減少させるには、少なくとも１回の変更の場合、ダブルステップと引き続く回転方向の反転が必要である。

この目的のために、図１はスリットランプの倍率チェンジャの操作ボタン１の概略図を示している。操作ボタン１に表示されている数値は、拡大または縮小の倍率の段階を示すことのみを目的としており、実際の光学倍率の値に対応していない。図１から明らかなように、操作ボタン１を左に徐々に回して、倍率を５から８に、さらに１２に徐々に増加させる必要がある。段階１２から段階２０までは、ダブルステップが必要であり、段階２０から段階３２までは、最小の切り替えプロセスで対応する倍率に到達するために、方向反転（即ち、右）のステップが必要である。これは、濃い灰色の矢印２で表される。

同様に、倍率を段階的に縮小するには、他の倍率の段階間でダブルステップおよび方向反転が必要である。これは、明るい灰色の矢印３で表される。これにより、ほとんどのオペレータは、視野を拡大したり解像度を上げたりするために、倍率チェンジャを操作する方法を知らない（知ることができない）状況になる。

特に、接眼レンズを備えたスリットランプおよび手術用顕微鏡の倍率チェンジャの場合、これは、オペレータが試行錯誤を行うだけで、場合によっては目的の変更をすぐに達成することさえできることを意味する。または、オペレータは、正しい位置に移動するために倍率チェンジャを見る。

どちらのアプローチも非常に直感的ではなく、検査プロセスを大幅に中断する。オペレータが接眼レンズから離れ、倍率チェンジャに視線を向けた結果、オペレータは、目の焦点を再び合わせることとなる。時には、オペレータはこのために老眼鏡を着用する必要さえもある。

さらに、オペレータはまた、その過程で患者に対する制御を失い、オペレータの視野から検査対象の眼にオペレータが興味のある詳細箇所を見失うリスクが高まり、倍率の変更後、オペレータは面倒な探索と再発見が必要になる。

他の技術的解決策は、先行技術から知られており、その先行技術では、倍率チェンジャの倍率の段階がモータによって調整される。
米国視覚眼科研究協会（ＡＲＶＯ：Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎ Ｖｉｓｉｏｎ ａｎｄ Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｌｏｇｙ）は、世界最大の眼および視覚の研究者の会議であり、毎年７５ヶ国以上から１１，０００人以上の参加者を集めている。

協会の年次会議では、例えば、スリットランプにも関連するような、眼科学の動向および新しい進展が報告されている。
ジャン・マリー・エイ・パレル（Ｊｅａｎ－Ｍａｒｉｅ Ａ． Ｐａｒｅｌ）他は、２０１２年に、アクセス不能領域内の患者用遠隔操作型のステレオスリットランプを導入した（非特許文献１）。この目的のために、カールツァイスメディテックアーゲー（Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ Ｍｅｄｉｔｅｃ ＡＧ）社製のスリットランプが改良されて、電動式の移動機構を実現した。さらに、入射角、幅、高さ、強度、スリットの倍率は、コンピューターシステムによって制御された。カメラでキャプチャされた画像またはビデオは、統合されたグラフィカルユーザインタフェースを介してリアルタイムで表示され、ローカルネットワーク、インターネット、および衛星を介して送信することができる。

２０１６年の年次会議で、ジャン・マリー・エイ・パレル他は、遠隔制御されたステレオスリットランプの第二世代について報告した（非特許文献２）。この会議の主な焦点は、ネットワークまたはインターネット接続を介してリアルタイムで双方向オーディオ通信と共に立体ライブビューを眼の研究のための特別な機関に伝送するための改良された特徴セットであった。

第二世代の遠隔制御ステレオスリットランプを２つの研究所間で試験することに成功し、スリットランプはインドで使用され、同時に、画像が音声通信と共に米国に送信された。

第二世代の遠隔制御ステレオスリットランプのテストの成功は、特に現場に専門家または医師がいなくても、農村地域でもこの機器を使用することができることを示している。
しかしながら、不可解な理由のために、非常に近代的な、遠隔制御スリットランプのプロトタイプであっても、倍率変更のための実際の論理シーケンスは、ユーザに利用可能となっていない。

この目的のために、図２は、非特許文献２に基づく遠隔制御スリットランプのオペレータインタフェースを示している。上部の画像はオペレータインタフェース４全体を示しているが、下部の画像には倍率５の設定オプションのみがリストされている。倍率の段階が連続的に増加するシーケンス６を形成していないことは明らかである。従って、現場での操作は困難であり、既に述べた欠点と関連している。

ジャン・マリー・エイ・パレル（Ｊｅａｎ－Ｍａｒｉｅ Ａ．Ｐａｒｅｌ）他、「アクセス不能患者画像化用遠隔制御ステレオスリットランプ（Ｒｅｍｏｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｓｔｅｒｅｏ Ｓｌｉｔ－Ｌａｍｐ ｆｏｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｉｎａｃｃｅｓｓｉｂｌｅ Ｐａｔｉｅｎｔｓ）」、ＡＲＶＯ年次総会、ＬＯＶＳ、２０１２年３月、第５３号、３６３３ ジャン・マリー・エイ・パレル（Ｊｅａｎ－Ｍａｒｉｅ Ａ．Ｐａｒｅｌ）他、「第二世代ロボット遠隔制御ステレオスリットランプ（Ｓｅｃｏｎｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｒｅｍｏｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｓｔｅｒｅｏ Ｓｌｉｔ－Ｌａｍｐ）」、ＡＲＶＯ年次総会、ＬＯＶＳ、２０１６年９月、第５７号、１７２１

本発明は、光学倍率チェンジャの倍率の段階のアクチュエータ駆動による調整を簡略化する解決策を開発する目的に基づいている。特に、倍率の変更は、オペレータにとってできるだけ簡単で直感的なものでなければならない。そのようにする際に、解決策は、スリットランプまたは手術用顕微鏡、特に、接眼レンズを備えたもの、および／またはガリレオ式望遠鏡システムに基づくシステムを備えたものに適している必要がある。

この目的は、倍率チェンジャの倍率の段階のアクチュエータ駆動による調整用の装置によって達成され、倍率チェンジャは、現在存在する倍率の段階を制御ユニットに送信するセンサを有し、制御ユニットは、倍率チェンジャに存在する倍率の段階の、サイズに応じて順序付けられた倍率の段階のシーケンスへの割り当てを記憶しており、制御ユニットに接続され、倍率の段階を選択するための操作要素がユーザ用に設けられ、倍率チェンジャは、操作要素を介してユーザによって選択された倍率の段階を設定するために、対応する制御信号を受信するように制御ユニットに接続されたアクチュエータを有する。

本発明によれば、この目的は独立請求項の特徴によって達成される。好ましい開発および実施形態は、従属請求項の主題である。
本発明は、アクチュエータを使用して倍率の段階を調整することができる装置に関する。この解決策は、特に、接眼レンズを備えたスリットランプおよび手術用顕微鏡の倍率チェンジャを対象としているが、原則として他の眼科用機器または他の技術分野の機器にも使用することができる。特に、この装置は、ガリレオ式望遠鏡システムに基づく倍率チェンジャにも適している。

スリットランプの倍率チェンジャの操作ボタンの概略図である。 遠隔制御スリットランプのオペレータインタフェースを示す図である。

本発明を、例示的な実施形態に基づいて以下により詳細に説明する。
提案された装置は、特に、ガリレオ式望遠鏡システムに基づく倍率チェンジャの、倍率の段階のアクチュエータ駆動による調整用に使用される。

本発明によれば、倍率チェンジャは、現在存在する倍率の段階を制御ユニットに送信するためのセンサと、操作要素を介してユーザによって選択された倍率の段階を設定するためのアクチュエータとを有する。

このためには、センサが設定された倍率を継続的に監視して、設定された倍率が制御ユニットで絶対的に（好ましくは）利用可能となるか、または相対値として利用可能となるようにする必要がある。ここで、絶対位置の検出には、装置全体の電源が投入されたときに倍率チェンジャの現在位置を即座に知ることができるという利点がある。さらに、絶対位置を検出する場合、どの倍率の段階が以前にアクティブであったか、および調整がアクチュエータ駆動か手動かは関係ない。

相対位置を検出する場合には、装置全体の電源投入後に「オリエンテーションラン」が必要となり、場合によっては、固定マークに対する倍率チェンジャの相対位置が決定されることがある。次に、倍率チェンジャのすべての動きまたは変化を監視し、制御ユニットに送信する必要がある。

本発明によれば、センサ値の各倍率の段階への割り当ては、可能な倍率の段階のシーケンスとともに制御ユニットに記憶される。この割り当てには、次の拡大倍率状態または縮小倍率状態に到達するために必要な切り替えステップの数が含まれている。

ユーザが利用できる倍率の段階を選択するための操作要素は、制御ユニットに接続されている。
センサによって検出された現在存在する倍率の段階と、操作要素を介してユーザが選択した倍率の段階と、制御ユニットに記憶されている、サイズに応じて順序付けられたシーケンスへの倍率チェンジャに存在する倍率の段階の割り当とてから、制御ユニットによって制御信号が、倍率チェンジャにあるアクチュエータに送信され、前記アクチュエータは、ユーザが選択した新たな倍率の段階を設定する。

視覚的印象の変化については、ユーザは、より大きな視野を必要とするか、またはより高い倍率（従って、視野が狭くなる）を必要とするかを決定するだけである。従って、ユーザが操作要素を操作して、制御ユニットが対応する制御信号を生成し、この制御信号を倍率チェンジャのアクチュエータに送信して、制御信号に応じて次の小さな倍率の段階または次の大きな倍率の段階が設定されるようにする。

第１の有利な実施形態によれば、倍率チェンジャには、磁気符号と存在する倍率の段階との間の全単射が存在する。この場合、現在存在する倍率の段階を制御ユニットに送信するセンサは、ホール効果に基づく１つまたは複数のセンサとすることができる。これにより、上述した利点により絶対位置を検出することができる。

特に設置スペースが限られている場合、検出対象の磁石が、例えば、１トラックのみの上で異なる極方向にかつ異なる設置深さで交互に配置され、異なる磁束密度がホールセンサで検出されるように磁気符号化を行うことができる。

磁気ホールセンサシステムでは、グレイコード符号化に基づく磁石の配置を使用することもできる。後者では、切り替え時に発生し得るエラー状態を簡単に分析することができる。

倍率の段階の絶対値符号化に関して、光学カプラ（例えば、フォークカプラまたは反射カプラ）または誘導カプラをも使用することができる。
第２の有利な実施形態によれば、ルーチンは制御ユニットに追加的に記憶され、それぞれの終了位置に到達した後のさらなる手順を含む。

原則として、最大倍率の段階または最小の倍率の段階に達した場合、倍率チェンジャが、先に切り替わらず、ユーザが変更を行うために操作要素を反対方向に操作しなければならない可能性がある。さらに、システムは、ユーザに音響的なフィードバックまたは視覚的なフィードバックを提供し、終了に到達したことを通知する。

別の有利な実施形態は、ユーザの操作要素に関する。例えば、「拡大」および「縮小」のための１つのみの操作要素または２つの操作要素または操作機能が、ユーザが倍率の段階を選択するために利用可能であるか、または倍率の段階ごとに個別の操作要素がユーザに利用可能である。

しかしながら、ユーザが倍率の段階を選択するために使用できる操作要素が１つのみの場合、倍率を１段階を超えて変更するために、操作要素を複数回作動させることが可能であるべきである。センサ、制御ユニット、およびアクチュエータは、倍率を１段階を超えて変更することを次々に即座に実行できる必要がある。

各倍率の段階に対して個別の操作要素を使用することにより、ユーザは増分的に調整するだけでなく、所望の倍率の段階を直接選択することができる。
スイッチ、ボタン、ノブ、フットペダル、またはジョイスティックおよびタッチパッドが操作要素として使用される。

さらに有利な実施形態は、倍率チェンジャに存在するアクチュエータに関する。倍率チェンジャの調整用のアクチュエータは、好ましくは電気モータであり、電気モータは、シャフトに直接またはギアを介して取り付けられ、（好ましくは）手動でも移動できるように構成されている。しかしながら、アクチュエータが円形リニアモータまたは進行波モータとして倍率チェンジャの一部であり、手動調整が不可能である可能性もある。

別の実施形態によれば、倍率チェンジャの絶対位置を検出するためのセンサは、アクチュエータに組み込まれている。
ここで、アクチュエータ制御は、選択された倍率の段階に達した後、アクチュエータがオフになるように、または動作電圧とは異なる補助電圧が供給されるように、または全電圧に維持されるように、構成することができる。

倍率チェンジャ上のセンサが、手動で行われた動きもキャプチャして、現在存在する倍率の段階を制御ユニットに送信するように構成されている場合、特に有利である。
これにより、倍率チェンジャを手動で調整する場合でも、その絶対位置がキャプチャされて、制御ユニットに送信されるという利点がある。

さらに有利な実施形態は、制御ユニットに関するものであり、制御ユニットは、現在存在する倍率の段階、操作要素を介してユーザが選択した倍率の段階、および制御ユニットに記憶された割り当てを使用して、適切な制御信号を生成し、その制御信号をアクチュエータに送信するように構成される。

制御ユニットは、好ましくは、実行された倍率変化または到達した終了位置をユーザ用に光学的信号伝達、音響的信号伝達または同様の信号伝達により記録するようにさらに構成される。

現在設定されている倍率について、人間工学的に見やすい位置または操作要素の近傍にある表示要素に視覚的なフィードバックを与えることができる。さらに、例えば、現在の終了位置に到達するなど、動作状態に関する情報を音響的または触覚的に提供することができる。ここで、現在の倍率の段階は、付加的に設けられた画像形成ユニットを介して表示することができる。

本発明の基礎となる倍率チェンジャは、ガリレオ式望遠鏡システムを備えた１つの自由通路と２つの通路とを有し、これらの通路は、約６０°オフセットして配置され、回転運動によってビーム経路に導入されることができる。しかしながら、この倍率チェンジャにおいても、同様に、過不足なく２つのみの通路（例えば、１ｘフリー、１ｘ光学式）のみで構成することもでき、また合計で３つ以上の通路で構成することもできる。

自由通路は、自由通路に関連する用途を提供することなく、２回（それぞれ順方向および逆方向に）利用可能である。最後の有利な実施形態によれば、倍率チェンジャは、チェンジャが一方向を向いている場合には自由通路に任意に挿入可能であり、チェンジャが他の個別の方向を向いている場合には自由通路に挿入可能でない１つまたは複数の光学要素を有する。これにより、倍率チェンジャの自由通路を少なくとも一方向に光学的にアクティブにすることが可能である。従って、例えば、３倍または５倍の倍率チェンジャの通常の個別の倍率の段階を、追加の段階で増強させることが可能である。有利には、例えば、特に、高倍率または大きな視野の場合。チェンジャの方向に応じて、追加の光学要素の挿入が可能となるか、または防止される。これは、センサおよび制御ユニットを介して位置を評価することによって、または、例えば、ピニオン、カム、重力要素、またはバネ要素を介して旋回して通り過ぎる際に光学要素をアクティブまたは非アクティブにする機械部品を使用した簡単な手段によって実現することができる。

倍率チェンジャの自由通路に挿入可能な光学要素は、この場合、例えば、追加のレンズであり、これにより、２つの自由通路のうちの１つを追加して光学的に使用することができる。

本発明による解決策により、ガリレオ式望遠鏡システムに基づく倍率チェンジャの倍率の段階をアクチュエータ駆動方式で調整することができる装置が利用可能になる。特に、この装置は、オペレータにとって倍率変更が簡単でかつ直感的であることによって区別される。第２の独立した実施形態では、選択的光学効果を有する２つの自由通路の方向のうちの１つを使用することによって、利用可能な倍率または視野直径を追加の段階によって増大させることができる。

この解決策は、特に、接眼レンズを備えたスリットランプおよび手術用顕微鏡の倍率チェンジャを対象としているが、原則として他の眼科用機器または他の技術分野の機器にも使用することができる。

この装置の特別な利点は、接眼レンズを備えたスリットランプまたは手術用顕微鏡のユーザが、接眼レンズ、従って検査対象の眼から視線を外すことなく倍率を変更することができることである。ユーザがより大きな視野が必要か、それともより高い倍率が必要かを検討する場合、ユーザは対応する操作要素を作動させる。

ここで説明する解決策は、接眼レンズの代わりにカメラを使用し、画像をモニタに表示するシステムにも同様に適用することができる。

Claims (19)

1. 倍率チェンジャの倍率の段階のアクチュエータ駆動による調整用の装置であって、前記倍率チェンジャは、現在存在する倍率の段階を検出して制御ユニットに送信する少なくとも１つのセンサを有し、前記制御ユニットは、サイズに応じて順序付けられた倍率の段階のシーケンスに対する前記倍率チェンジャに存在する倍率の段階の割り当てを記憶しており、前記制御ユニットに接続され、倍率の段階を選択するための操作要素がユーザ用に設けられ、前記倍率チェンジャは、前記操作要素を介してユーザによって選択された倍率の段階を設定するために、対応する制御信号を受信するように前記制御ユニットに接続されたアクチュエータを有し、前記制御ユニットは、現在存在する倍率の段階、前記操作要素を介してユーザが選択した倍率の段階、および前記制御ユニットに記憶された前記割り当てを使用して、適切な制御信号を生成し、その制御信号を前記アクチュエータに送信するように構成される装置において、前記倍率チェンジャは、前記倍率チェンジャの自由通路に一方向にのみ挿入でき、反対方向には挿入できない少なくとも一つの光学要素を有することを特徴とする装置。
2. 前記センサは、現在存在する倍率の段階を前記制御ユニットに送信するために、前記倍率チェンジャの絶対位置を検出するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記倍率チェンジャにおいて、磁気符号と存在する倍率の段階との間に全単射があり、現在存在する倍率の段階を前記制御ユニットに送信する前記センサが、ホール効果に基づくものであることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記制御ユニットに記憶された前記割り当てが、前記倍率チェンジャが個々の終了位置にあるときに受信される制御信号を処理する方法の手順を含むルーチンをさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
5. １つのみの前記操作要素が、倍率の段階を選択するために、ユーザが利用可能であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. ２つの前記操作要素が、倍率の段階を選択するために、ユーザに利用可能であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 倍率の段階を選択するためにユーザが利用可能な前記操作要素が、触覚的に区別可能であることを特徴とする請求項１および６のいずれか１項に記載の装置。
8. 各倍率の段階に対する別個の操作要素が、倍率の段階を選択するためにユーザに利用可能であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. スイッチ、ボタン、ノブ、フットペダル、ジョイスティック、およびタッチパッドからなる群から選択された１つが、前記操作要素として使用されることを特徴とする請求項１および請求項５乃至８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記倍率チェンジャの調整のための前記アクチュエータが、直接またはギアを介してシャフトに取り付けられ、かつ手動でも移動可能に構成された電気モータであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
11. 前記倍率チェンジャの絶対位置を検出するためのセンサが前記アクチュエータに組み込まれていることを特徴とする請求項１および１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記倍率チェンジャにおける前記センサは、手動で行われた動きもキャプチャして、現在の倍率の段階を前記制御ユニットに送信するように構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記制御ユニットが、実行された倍率変化または到達した終了位置をユーザ用に光学的信号伝達、音響的信号伝達または同様の信号伝達により記録するようにさらに構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
14. 前記制御ユニットは、現在の倍率の段階を付加的に利用可能な画像形成ユニットにより示すようにさらに構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
15. 前記倍率チェンジャは、顕微鏡のビーム経路に導入されるガリレオ式望遠鏡システムを備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
16. 前記倍率チェンジャは、１つの自由通路と、ガリレオ式望遠鏡システムが配置された２つの通路とを有し、これらの通路は、約６０°オフセットして配置され、かつ回転運動によって顕微鏡のビーム経路に導入されることを特徴とする請求項１および１５のいずれか１項に記載の装置。
17. 前記倍率チェンジャが、１つの自由通路と、ガリレオ式望遠鏡システムが配置された少なくとも１つの通路とを有し、これらの通路が回転運動によって顕微鏡のビーム経路に導入されることを特徴とする請求項１および１５のいずれか１項に記載の装置。
18. 前記倍率チェンジャの自由通路に挿入可能な前記光学要素は、さらなるガリレオ式望遠鏡システムであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
19. 前記倍率チェンジャの自由通路に挿入可能な前記光学要素は、自由通路が所定の方向にアクティブとなったときに自動的に挿入されることを特徴とする請求項１に記載の装置。

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