JP4668581B2 - 手術用顕微鏡 - Google Patents

Description

この発明は、例えば脳神経外科等で微細部位の対象物を観察もしくは撮像するのに用いられる手術用顕微鏡に関する。

一般に、脳神経外科領域においては、術部を拡大観察するために手術用顕微鏡が使用されている。このような手術用顕微鏡は、術部を立体観察するための立体光学系を備えた鏡体（光学ユニット）が配される顕微鏡部と、この顕微鏡部を術部に対し移動可能に支持する架台より構成されている。

また、近年、術部をＴＶカメラ等の撮像部により立体撮影し、これにより得られる画像により立体観察を行う手術用顕微鏡も種々提案されている（例えば，特許文献１参照。）。

ところで、このような手術用顕微鏡にあっては、肉眼観察、画像観察の両方式とも、術部を拡大観察（撮影）するための対物光学系と、術部にピントを合わせるためのフォーカス（合焦）機構が備えられている。このピント合わせに構成に関しては、手術中のピント合わせのわずらわしさを軽減するために、いわゆるオートフォーカス（自動合焦）機構を備えたものが提案されている（例えば，特許文献２、特許文献３参照。）。

ここで、オートフォーカス機構によるピントを合わせの原理について、図１３、図１４、図１５を参照して説明する。

即ち、手術用顕微鏡の鏡体７０には、対物レンズ７１が配される。この対物レンズ７１の左右の観察光路７２Ｌ，７２Ｒは、その光軸が手術用顕微鏡の焦点位置Ｐで一致され、この焦点位置Ｐが左右の観察光路７２Ｌ，７２Ｒの解像力の最高の位置となる（図１３参照）。このようなオートフォーカス機構は、一般的に、焦点位置Ｐが被写体（測距対象）位置に一致するように制御されている。

ここで、対物レンズ７１から焦点位置Ｐまでの距離Ｓは、いわゆる焦点距離となる。この手術用顕微鏡の焦点位置Ｐに対して、図１４に示すように観察物体が前後方向にずれた場合（ピントズレ）と解像力の関係を有する。

このように解像力の最高の位置が焦点位置Ｐ（＝焦点距離Ｓ）と設定され、実際に手術において、観察者によりピントが合っていると認識できる範囲である被写界深度Ｗが、焦点位置Ｐ（焦点距離Ｓ）を中心として略対称に配分されるように設定される。

ところで、このような手術用顕微鏡を用いる手術においては、一般的に図１５に示すように小さい開口部を通して穴の底部を観察したりする使用形態が多く、例えば観察点である術部Ｑにピントを合わせた場合（Ｐ＝Ｑ）、術部Ｑより浅い部分（手前側）は、被写界深度Ｗの半分の範囲（Ｗ／２）までピントがあって見えることになる。言い換えると、観察点より深い方向にもＷ／２の被写界深度があるが、この範囲は、観察できない領域（必要ない領域）となる。すなわち、従来の手術用顕微鏡を使った手術においては、被写界深度Ｗの半分を有効に使用した観察が行われている。
特開２００３−２７２７６０号公報 特開平８−１３６８１３号公報 特開平５−１０７４４７号公報

しかしながら、上記手術用顕微鏡では、被写界深度の半分しか有効に使われていないために、広い範囲の観察を行う場合、その調整の頻度が多く、調整に多くの時間を費やすために、その使い勝手が劣るという問題を有する。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成で、且つ、広い範囲の高精度な観察を実現し得るようにして、使い勝手の向上を図った手術用顕微鏡を提供することを目的とする。

この発明は、対象物の光学像を取得する光学系、前記光学系が係合され、解像力特性が前記光学系から対象物までの距離との関係において、略平坦な所定の範囲を有した前記光学像の観察画像を取得する電子撮像素子、前記電子撮像素子で取得した観察画像を表示するモニタを構成要素として含む電子撮像部と、前記電子撮像素子に係合する光学系の焦点を合焦する自動合焦手段と、前記電子撮像素子の解像力特性が略平坦な所定の範囲における被写界深度範囲内において、前記自動合焦手段による、前記光学系の解像力が最も高い焦点位置を、前記対象物から所定距離、乖離した位置に可変設定する制御手段とを備えて手術用顕微鏡を構成した。

上記構成によれば、手術作業を行うにあたり、制御手段により、焦点位置を、対象物から所定距離、乖離した位置に可変設定することにより、光学式に観察像を取得する場合に比して、より広い被写界深度を有効に使用することが可能となる。これにより、手術において、例えば作業位置（観察対象位置）が前後方向に変化した場合においても、ピント調整頻度の軽減が図れ、最小限のピント調整で容易に対象物の特定が可能となるため、使い勝手の向上が図れて、手術作業の迅速化を図ることが可能となる。

以上述べたように、この発明によれば、簡易な構成で、且つ、広い範囲の高精度な観察を実現し得るようにして、使い勝手の向上を図った手術用顕微鏡を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、この発明の第１の実施の形態に係る手術用顕微鏡を光学観察構成に適用した外観構成を示すもので、架台部１には、ベース１ａが、例えば臨床室の床面を移動自在に設けられ、このベース１ａ上には、図示しない顕微鏡用電源部の配される支柱１ｂが立設される。

この架台部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回りに回転自在に取り付けられ、この第１アーム２には、図示しない顕微鏡用光源が内蔵される。この第１アーム２の他端には、例えばリンク機構で構成される第２アーム３が鉛直な軸０ｂ回りに回転自在で、水平な軸０ｃを中心に上下移動操作可能に連結される。この第２アーム３の先端には、俯仰アーム４の一端が軸０ｄまわりに回転自在で、軸０ｅ及び０ｆまわりに回転可能に取付けられる。

上記軸Ｏａ〜Ｏｆには、それぞれの軸回りの回転を固定／解除可能な図示しない電磁ブレーキが配設される。

また、上記俯仰アーム４には、顕微鏡部７が配設される。この顕微鏡部７は、鏡体部５に観察鏡筒６が組付けられて構成される。このうち鏡体部５には、操作用ハンドル８が設けられ、このハンドル８を介して空間的に自由な位置に移動可能に配される。このハンドル８には、後述するロックフリースイッチ８ａ（図４）が設けられ、このロックフリースイッチ８ａの操作に応動して上記電磁ブレーキ（図示せず）が動作制御されて上記鏡体部５の移動／固定の切り替えが行われる。

さらに、上記顕微鏡部７には、図示しない照明光学系が内蔵され、この照明光学系（図示せず）には、上記第１アーム２内に設けられた上記顕微鏡用光源（図示せず）からの照明光が図示しないライトガイド等光伝達手段によって導かれ、該照明光を対象物体である術部等の対象物に照射する。

上記顕微鏡部７の端部には、図２に示ように光軸２３を有する焦点距離可変対物光学系９が配される。この焦点距離可変対物光学系９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、詳細を後述する入力手段、例えばフットスイッチ等の入力スイッチ２６（図４参照）の操作に応動して上記レンズ移動手段（図示せず）を駆動制御し、上記レンズ群（図示せず）のレンズ間隔を変化させて焦点距離が可変設定される。

焦点距離可変対物光学系９は、その光軸２３に対応して左右一対の観察光軸１５Ｌ，１５Ｒが形成され、この観察光軸１５Ｌ，１５Ｒ上には、左右一対の変倍光学系１０Ｌ，１０Ｒが配される。この変倍光学系１０Ｌ，１０Ｒは、図示しないレンズ移動手段が設けられ、このレンズ移動手段（図示せず）を介して、そのレンズ群の間隔が可変調整されて観察倍率が可変設定される。ここで、上記左右一対の観察光軸１５Ｌ，１５Ｒは、それぞれの解像力が最高となる位置が上記光軸２３上で一致され、この位置が焦点位置Ｐを形成する。

また、観察鏡筒６内には、左右一対の結像レンズ１１Ｌ，１１Ｒ、立体接眼光学系を構成する左右一対の接眼レンズ１２Ｌ，１２Ｒが、上記左右一対の変倍光学系１０Ｌ，１０Ｒに対応して順に設けられる。

上記鏡体部５には、オートフォーカス機構を構成する赤外投影指標発光用の赤外発光素子１３が発光光学系１４及びミラー１６を介して上記焦点距離可変対物光学系９の光軸２３上に配設される。これにより、赤外発光素子１３から発光された赤外光は、発光光学系１４、ミラー１６を介して焦点距離可変対物光学系９の光軸２３に導かれて術部Ｑに投影される。このオートフォーカス機構においては、赤外発光素子１３で発光した赤外光を、術部Ｑに照射するアクティブ方式を採用していることで、目的位置へ焦点移動を迅速に行うことができる。

また、上記鏡体部５の赤外発光素子１３を避けた側方位置には、術部Ｑからの赤外光の反射光を受光する光電変換素子１８が受光光学系１７を介して配設される。そして、受光光学系１７の中心軸（受光光軸２２）と、左側の観察光軸１５Ｌとが交差する位置には、ダイクロイックプリズム１９が配設される。このダイクロイックプリズム１９は、その反射面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。ここで、焦点位置Ｐは、上記左右一対の観察光軸１５Ｌ，１５Ｒのピント位置及び交点に一致されると共に、上記光電変換素子１８上の基準位置Ｔが光学的に共役な位置関係に設定されている。

このように構成したオートフォーカス機構は、図３に示すように焦点位置Ｐ（左右一対の観察光軸１５Ｌ、１５Ｒのピント位置および交点）より、常に距離Ｄほど遠点側に離れた乖離位置Ｆが観察しようとする対象物（手術においては術部Ｑ）に一致するよう作動される。

ここで、図３中２２及び２２′は、焦点位置Ｐと乖離位置Ｆにおける受光光軸を示し、受光光軸２２が上記観察光路１５Ｌと一部同一となる。そして、上記光電変換素子１８上の位置Ｔ′は、乖離位置Ｆと光学的に共役となる関係の位置となる。また、光電変換素子１８の（焦点位置Ｐと共役な基準）位置Ｔと位置Ｔ′の距離Δｄは、物体側の距離Ｄに対応される。この距離Ｄは、後述する測距演算回路２５（図４参照）を介して、例えば焦点位置Ｐから遠方に被写界深度範囲Ｗの１／４ずらした位置に設定される。

次に、顕微鏡制御系について図４を参照して説明する。即ち、上記入力スイッチ２６には、例えば図示しない（マニュアル）焦準、変倍、オートフォーカス操作子が設けられ、その各出力端には、変倍手段を構成する変倍駆動回路２７、焦準手段を構成する焦準駆動回路２９、自動合焦手段における制御手段を構成する測距演算回路２５の入力端が接続される。変倍駆動回路２７は、その出力端が変倍駆動モータ２８に接続され、上記入力スイッチ２６からの操作信号に基づいて駆動信号を生成して変倍駆動モータ２８に出力する。変倍駆動モータ２８は、駆動信号に応動して上記変倍光学系１０Ｌ，１０Ｒにおける図示しないレンズ移動手段を駆動する。

上記変倍駆動モータ２８の出力部には、エンコーダ２４が設けられ、このエンコーダ２４には、倍率検出回路３１が接続される。エンコーダ２４は、変倍駆動モータ２８の駆動量を検出して倍率検出回路３１に出力する。倍率検出回路３１は、上記測距演算回路２５に接続され、エンコーダ２４からの検出信号に基づいて変倍光学系１０におけるレンズ変位に対応する観察倍率信号を生成して測距演算回路２５に出力し、上記変倍光学系１０Ｌ，１０Ｒを可変制御する。

また、焦準駆動回路２９は、焦準駆動モータ３０に接続され、上記入力スイッチ２６からの操作信号に基づいて駆動信号を生成して焦準駆動モータ３０を駆動制御する。この焦準駆動モータ３０は、駆動信号に基づいて上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制御する。

上記測距演算回路２５には、ロックフリースイッチ８ａが入力回路２１を介して接続され、この入力回路２１には、上記電磁ブレーキ（図示せず）に接続されるブレーキ駆動回路３２が接続される。入力回路２１は、ロックフリースイッチ８ａが押圧操作されたオン状態で、ブレーキ駆動回路３２に駆動信号を出力して上記電磁ブレーキ（図示せず）を駆動制御してロックフリースイッチ８ａの押圧操作が解除されてオフされると、測距演算回路２５にオフ信号を出力する。

また、測距演算回路２５には、測距手段を構成する発光回路３５及び受光回路３３が接続される。このうち発光回路３５は、上記ロックフリースイッチ８ａ及び入力スイッチ２６が操作されて各操作信号が測距演算回路２５に入力されると、該測距演算回路２５から駆動信号が入力される。すると、発光回路３５は、駆動信号に応動して上記赤外発光素子１３に発光信号を出力して、該赤外発光素子１３を点灯駆動する。他方の受光回路３３は、上記光電変換素子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、光電変換素子１８からの出力に基づいて距離情報信号を生成して測距演算回路２５に出力する。

さらに、測距演算回路２５には、上記焦準駆動回路２９の入力端が接続される。測距演算回路２５は、上述した観察倍率信号、距離情報信号、被写界深度データに基づいて焦準信号を生成して焦準駆動回路２９に出力する。焦準駆動回路２９は、入力した制御駆動信号に基づいて上記焦準駆動モータ３０を駆動制御して上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。

また、測距演算回路２５には、記憶手段であるメモリ３４が接続され、該メモリ３４には、観察倍率に対応した被写界深度データが記憶される。

上記構成において、術部Ｑの立体観察を行う場合には、顕微鏡部７に内蔵された図示しない照明光学系により、照明光を術部Ｑに照射する。すると、術部Ｑで反射された光は、焦点距離可変対物光学系９、左右一対の変倍光学系１０Ｌ，１０Ｒ、左右一対の結像レンズ１１Ｌ，１１Ｒ及び左右一対の接眼レンズ１２Ｌ，１２Ｒを介して術者の眼Ｅに到達され、立体像として観察される。

ここで、立体像の観察倍率は、入力スイッチ２６によって手術に適した所望の値に可変設定される。この倍率設定において、変倍光学系１０による変倍操作時、倍率検出回路３１において、エンコーダ２４の検出値に基づいて鏡体部５の観察倍率が算出され、測距演算回路２５に出力される。

次に、術中、観察視野を移動させる場合、術者は、ハンドル８を握り、ロックフリースイッチ８ａを押圧操作する。すると、入力回路２１及びブレーキ駆動回路３２を介して、図示しない電磁ブレーキが解除される。これにより、第１アーム２、第２アーム３、俯仰アーム４の固定が解除され、顕微鏡部７が自在に移動可能になり、術者は、ハンドル８を操作して観察鏡部７を所望の位置に移動させることが可能となる。例えば、観察鏡筒６の接眼レンズ１２Ｌ，１２Ｒを覗いて、その観察視野の中心に観察対象物が来るように移動操作する。

このように顕微鏡部７を移動させ、視野を目的位置に合わせた後、ロックフリースイッチ８ａをオフ操作し、あるいは入力スイッチ２６のオートフォーカス操作子を操作すると、オートフォーカスによる焦準調整が行われる。

即ち、ロックフリースイッチ８ａを開放してオフ操作すると、入力回路２１を介して測距演算回路２５に、オフ信号が入力され、あるいは上記入力スイッチ２６のオートフォーカス操作子が操作されると、オートフォーカス作動信号が測距演算回路２５に入力される。すると、測距演算回路２５は、発光回路３５に駆動信号を出力し、該発光回路３５が、予め設定されている、微小の赤外指標を術部Ｑ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Ｑの方向に反射されて、焦点距離可変対物光学系９を介して術部Ｑに照射される。この赤外発光素子１３は、オートフォーカス作動中、常に連続発光される。

この術部Ｑで反射された赤外投影指標は、上記焦点距離可変対物光学系９に入射されて、一方の観察光軸１５Ｌ上に配置されたダイクロイックプリズム１９の反射面２０に導かれて反射され、受光光学系１７を介して光電変換素子１８の受光面上に光学像として結像される。光電変換素子１８は、入射した光像を光電変換して電気信号を生成し、受光回路３３に出力する。

ここで、上記術部Ｑまでの測距の原理について説明する。即ち、オートフォーカス機構は、図５で示す投光光学系と受光光学系の如く、術部Ｑが焦点位置Ｐから大きく離れて（被写界深度Ｗ外）、ピントが合っていない状態において、乖離位置Ｆを術部Ｑに一致するように移動させるように作動する。ここで、乖離位置Ｆ及び術部Ｑは、受光光軸２２′及び２２″を有し、光電変換素子１８の受光面上の位置Ｔ′及び位置Ｔ″と共役である。そして、この光電変換素子１８上の位置Ｔ′と位置Ｔ″間の距離Δｕは、乖離位置Ｆと術部Ｑの距離Ｕに対応される。

上記受光回路３３には、光電変換素子１８上のＴ″位置に対応した出力信号が入力され、入力した信号を信号処理して距離情報信号を生成し、上記測距演算回路２５に出力する。すると、測距演算回路２５は、先ず倍率検出回路３１からの入力される倍率情報信号に対応する被写界深度情報（＝現倍率における被写界深度Ｗ）をメモリ３４から呼び出し、現在の観察倍率に対応した距離Ｄ（＝Ｗ／４）を算出する。次に、測距演算回路２５は、算出した距離Ｄ情報に基づいて上記光電変換素子１８上の（仮想位置）Ｔ′位置を算出し、この算出したＴ′の位置情報と、受光回路３３から入力された、ピントを合わせる術部Ｑにおける変換素子１８上の（受光位置）Ｔ″の位置情報との位置のズレ量「ΔＵ」を算出する。

さらに、測距演算回路２５は、ズレ量「Δｕ」の正負に応じた駆動信号を生成して、焦準駆動回路２９に出力する。すると、この出力に基づいて焦準駆動回路２９は、上記焦準駆動モータ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させる。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による焦点距離が変化される。

そして、上記測距演算回路２５は、逐一、上記受光回路３３から入力されるＴ″の位置情報に基づいて、ズレ量「Δｕ」を算出し、図５における乖離位置Ｆが術部Ｑに一致するまで、すなわち、「Δｕ」の値が零になるまで、上記焦準駆動回路２９を介して駆動信号を焦準駆動モータ３０に出力し、上記焦点距離可変対物光学系９を移動制御する。そして、測距演算回路２５は、上記ズレ量「Δｕ」の値が零（０）になると、演算処理を停止し、上記赤外発光素子１３の発光を停止させて、測距ならびに焦準動作を終了する。

上記ピント位置のズレ量「Δｕ」は、被写界深度範囲に対して一定の割合になるよう制御していることで、術者は、倍率により被写界深度が変化してもピントズレ等の違和感なく使用することが可能となる。

ここで、上記顕微鏡部７は、図３に示すように術部Ｑに対して、その焦点位置Ｐが距離Ｄだけ離れた位置に設定される。これにより、術者は、術部Ｑから３Ｗ／４の範囲（図３中Ｘ）のピントが合った状態で観察できる。この観察においては、従来のオートフォーカスでは実際の観察に有効に使われていた被写界深度がＷ／２であったのに対して１．５倍の被写界深度を得ることができて、ピント合わせを行う頻度を減らすことが可能となり、手術時間の短縮化に寄与することができる。

このように、上記手術用顕微鏡は、オートフォーカス機構を介して術部Ｑの光学像を取得する焦準可変対物光学系９の焦点を自動合焦すると共に、その被写界深度範囲内において、オートフォーカス機構による、焦準可変対物光学系９の解像力が最も高い焦点位置を、術部Ｑから所定距離、乖離した位置に可変設定するように構成した。

これによれば、手術作業を行うにあたり、その焦点位置を、被写界深度Ｗが深くなる術部Ｑから乖離した所定の位置に設定し、その前後方向に一度に観察可能な観察範囲を広げるように設定することにより、広い範囲における術部等の対象物を特定することが可能となる。この結果、手術において、例えば作業位置（観察対象位置）が前後方向に変化した場合においても、ピント調整頻度の軽減が図れ、最小限のピント調整で容易に術部Ｑの特定が可能となるため、使い勝手の向上が図れて、手術作業の迅速化を図ることが可能となる。

（第２の実施の形態）
図６は、第２の実施の形態に係る手術用顕微鏡を示すもので、画像観察構成に適用した外観構成を示すものである。但し、この図６を含む第２の実施の形態においては、上記第１の実施の形態と同様に構成される同一部分について同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。

即ち、この第２の実施の形態は、上記オートフォーカス光学系とこれに伴う測距演算手段の構成が異なり、鏡体部３９には、後述する左右一対のＣＣＤ４２Ｌ，４２Ｒ（図８参照）が配される。そして、このＣＣＤ４２Ｌ，４２Ｒには、表示装置である３Ｄディスプレイ３７が周知の画像処理装置３８を介して接続される。

ここで、第２の実施の形態を説明するに先立ち、図８を参照して光学観察と画像観察における解像力の差異について記述する。即ち、図中において、縦軸は、解像力を示し、横軸は、焦点距離可変対物光学系９（図７参照）から観察位置までの距離を表している。そして、線Ａは、光学観察の解像力特性を示し、線Ｂは、画像観察の解像力特性を示す。画像観察の解像力特性Ｂは、接続される撮像手段であるＣＣＤ４２Ｌ，４２Ｒの画素数及び３Ｄディスプレイ３７の解像力に大きく左右される。

現状一般的には、ＣＣＤ画素ピッチは、光学的な分解能より大きいため、画像観察は、光学観察より中心解像力が低くなっている。図中の範囲Ｃは、画像観察の手術用顕微鏡においてピントズレにより光学的解像力が変化しても、観察画像上に解像力変化が認識されにくい範囲を示しており、第２の実施の形態においては、この範囲Ｃを被写界深度Ｗとして設定する。

なお、解像度の限界値は、撮像素子（ＣＣＤ）により異なり、任意に設定できることが可能である。

即ち、上記鏡体部３９には、図７に示すように上記左右一対のＣＣＤ４２Ｌ，４２Ｒが焦準可変対物光学系９の左右一対の撮影光軸４１Ｌ，４１Ｒ上の結像レンズ４０Ｌ，４０Ｒの結像位置に配設され、上記３Ｄディスプレイ３７が画像処理装置３８を介して接続されている。

また、焦点距離可変対物光学系９の光軸２３上には、いわゆるパッシブ方式のフォーカス機構の受光側を構成する測距対物レンズ４３、ミラー４４が配設される。そして、ミラー４４により反射された光軸上には、測距手段を構成するフィールドレンズ４５、セパレータレンズ４６、ラインセンサ４７（検出素子）による測距光学系４８が配設される。この測距光学系４８は、焦点距離可変対物光学系９を経た術部Ｑからの測距用光束が、測距対物レンズ４３によりミラー４４に導かれて反射された後、フィールドレンズ４５近くに結像され、この結像した像がフィールドレンズ４５を通りセパレータレンズ４６に導かれ、このセパレータレンズ４６により２つに分離されてラインセンサ４７上の２位置に結像される。

すなわち、上記測距光学系４８の検出原理は、フィールドレンズ４５近くに結像した像の合焦位置からの結像位置ずれ（ずれ量Δ）に対応して、ラインセンサ４７上に再結像した２つの像の間隔ｈ（ピッチ）が変化され、この間隔ｈに基づいて上記ずれ量Δが算出される。このずれ量Δが所定範囲内となるように焦点距離可変対物光学系９を駆動して自動合焦を行うものである。

そして、ピントがずれた場合には、オートフォーカス作動前、図９に示すように焦点位置Ｐから術部Ｑが距離Ｇだけ離れた状態となる。そこで、この第２の実施の形態においては、焦点位置Ｐから距離Ｋだけ離れた乖離位置Ｆが、観察対象である術部Ｑに一致するように合焦する。

即ち、術者は、焦点位置Ｐから観察物体（乖離位置Ｆ）をどのくらい遠方に設定するか、言い換えると、距離Ｋの値を被写界深度Ｗの何パーセントに設定するかを後述するダイヤルスイッチ５１（図１０参照）により入力操作する。実際の観察において、焦点位置Ｐと乖離位置Ｆが距離Ｋだけ離間されている場合には、乖離位置Ｆに対応するラインセンサ４７上の像がΔｋだけ離間されて結像される。ここで、術部Ｑに対応するラインセンサ４７上の像はΔｇだけ離間されて結像される。

ここで、上記パッシブ方式のオートフォーカス機構について図１０を参照して説明する。但し、図１０においては、上記第１の実施の形態で説明した図４と同一部分について、同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。即ち、上記ラインセンサ４７には、図１０に示すように測距演算回路５０が受光回路４９を介して接続される。そして、この測距演算回路５０には、術者が観察対象位置Ｆと焦点位置Ｐをずらす割合を任意に設定可能な上記ダイヤルスイッチ５１が接続される。

また、上記焦準駆動モータ３０の図示しない出力軸には、焦点距離可変対物光学系９の図示しないレンズ位置を検出するためのエンコーダ５３が配設され、このエンコーダ５３は焦準距離検出回路５４に接続される。この焦準距離検出回路５４は測距演算回路５０に接続され、エンコーダ５３の検出情報に基づいて焦点距離情報を算出して測距演算回路５０に出力する。

この測距演算回路５０は、上記焦点距離情報と共に、上述した観察倍率信号、距離情報信号、被写界深度データが入力され、これに基づいて駆動信号を算出して上記焦準駆動回路２９を駆動制御する。

上記構成により、術部Ｑの画像は、焦点距離可変対物光学系９、測距対物レンズ４３、ミラー４４、フィールドレンズ４５、セパレータレンズ４６を介して、ラインセンサ４７上でΔｇだけ離間されて結像される。そして、観察視野を移動させる場合には、ロックフリースイッチ８ａあるいは入力スイッチ２６を操作すると、上記第１の実施の形態と略同様に、測距演算回路５０に操作信号が入力される。同時に、測距演算回路５０は、ラインセンサ４７の出力情報に基づいて受光回路４９で算出したΔｇに対応する距離情報が入力される。

ここで、測距演算回路５０は、先ず倍率検出回路３１からの倍率情報に対応する被写界深度Ｗ（すなわち、現在の観察状態の被写界深度）を上記メモリ３４から呼び出し、ダイヤルスイッチ５１の操作量に応じた「設定値」に従い、この被写界深度Ｗに対して、焦点位置Ｐと乖離位置Ｆのずらすべき距離Ｋを算出する。例えば所望の倍率時の被写界深度がＹのとき、ダイヤルスイッチ５１で「１０％」を設定すると、測距演算回路５０は、値「距離Ｋ＝Ｙ／１０」を算出する。

続いて、測距演算回路５０は、設定された乖離位置Ｆに物体が存在する場合、その物体がラインセンサ４７上に結像される場合の像の仮想ズレ量Δｋを演算し、入力されたΔｇの情報とΔｋを比較して、この差がゼロ（Δｇ＝Δｋ）になるように焦点距離可変対物光学系９の駆動量を算出し、上記焦準駆動回路２９に駆動信号を出力する。焦準駆動回路２９は、入力情報に基づいて上記焦準駆動モータ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する。これによって、それを構成するレンズ群が移動されて、その焦点距離可変対物光学系９による焦点距離が変化され、乖離位置Ｆが術部Ｑに一致される。

上記説明では、距離Ｋの値を被写界深度の１０％としたが、これに限るものでなく、手術に合わせて術者が任意に設定して使用することが可能である。これにより、手術スタイルに応じ最適な設定が可能となり、術式を問わず観察において被写界深度範囲を最大限に有効活用することができるため、その使い勝手の向上が図れて、手術作業の迅速化を図ることができる。

また、この第２の実施の形態によれば、測距手段として発光手段がないパッシブ方式のフォーカス機構を採用していることにより、鏡体部３９がシンプル化されるため、顕微鏡部の小型化を図ることができる。

さらに、第２の実施の形態によれば、オートフォーカス開始時に術部Ｑまでの距離情報を入力し、この情報に対して、所定量焦準を移動させる、いわゆるフィードバックがない構成となっていることにより、所望の位置への焦点位置の移動を迅速に行うことが可能となる。

また、電子画像観察式の顕微鏡構成を採用していることにより、被写界深度が深いため、被写界深度の拡大の作用がさらに拡大される。

（第３の実施の形態）
図１１及び図１２は、この発明の第３の実施の形態に係る手術用顕微鏡を示すものである。但し、この図１１及び図１２の説明においては、上記第２の実施の形態において説明した図７及び図１０と同様に構成される部分について同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。

この第３の実施の形態においては、上記第２の実施の形態の構成に加えて、上記左右一対の観察光路上１５Ｌ，１５Ｒ上の変倍光学系１０Ｌ，１０ＲとＣＣＤ４２Ｌ，４２Ｒの間に、それぞれ可変式の開口絞り５０Ｌ，５０Ｒが配設される。この開口絞り５０Ｌ，５０Ｒは、互いに連結され、図示しない操作ツマミにより、開口径が変更調整自在に設けられる。そして、上記操作ツマミ（図示せず）には、開口径検出手段を構成する例えばエンコーダ５７（図１２参照）が組付けられ、このエンコーダ５７により、開口絞り５０Ｌ，５０Ｒの開口径に対応するその操作量が検出される。

このエンコーダ５７には、絞り開口径検出回路５９が接続される。この絞り開口径検出回路５９には、上記測距演算回路５０が接続され、エンコーダ５７の検出情報に基づいて上記開口絞り５０Ｌ，５０Ｒの開口径を算出して測距演算回路５０に出力する。

また、測距演算回路５０には、記憶手段を構成するメモリ６０が接続され、このメモリ６０には、上記観察倍率に応じた被写界深度情報と共に、開口絞り５０Ｌ，５０Ｒの開口径に対応した被写界深度情報が記憶される。

上記構成により、測距演算回路５０は、観察倍率に応じた被写界深度情報、及び絞り情報検出回路５９から入力される開口絞り５０Ｌ，５０Ｒの開口径に基づく被写界深度情報をメモリ６０から呼び出し、この各被写界深度情報と、ダイヤルスイッチ５１による術者の設定値に基づいて焦点位置Ｐと乖離位置Ｆ点との距離Ｋを算出する。

ここで、測距演算回路５０は、設定された乖離位置Ｆに物体が存在する場合、上記第２の実施の形態と略同様に、その物体がラインセンサ４７上に結像される場合の像の仮想ズレ量Δｋを演算し、入力されたΔｇの情報とΔｋを比較して、この差がゼロ（Δｇ＝Δｋ）になるように焦点距離可変対物光学系９の駆動量を算出し、上記焦準駆動回路２９に駆動信号を出力する（上記図９参照）。すると、焦準駆動回路２９は、入力情報に基づいて上記焦準駆動モータ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する。

これによって、それを構成するレンズ群が移動されて、その焦点距離可変対物光学系９による焦点距離が変化され、乖離位置Ｆが術部Ｑに一致される。

この第３の実施の形態によれば、開口絞り５０Ｌ，５０Ｒを備えていることにより、通常の手術においても任意の被写界深度に設定できる可能となるため、さらに使い勝手の向上が図れて、手術作業の迅速化の促進が図れる。

よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。

例えば実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

また、この発明は、上記各実施の形態によれば、次のような手術用顕微鏡を構成することもできる。

（付記１）
対象物体の光学像を取得する一対の光学系が配される鏡体と、
前記鏡体の一対の光学系の焦点を合焦する自動合焦手段と、
前記前記一対の光学系の被写界深度範囲内において、前記自動合焦手段による、前記一対の光学系の解像力が最も高い焦点位置を、前記対象物から所定距離、乖離した位置に可変設定する制御手段と、
を具備することを特徴とする手術用顕微鏡。

（付記２）
前記制御手段は、前記自動合焦手段による焦点位置を前記対象物の近点側に設定することを特徴とする付記１記載の手術用顕微鏡。

（付記３）
前記制御手段は、入力手段を備え、前記入力手段の入力操作に応動して前記自動合焦手段による焦点位置を、前記被写界深度内で可変設定可能に構成されることを特徴とする付記１又は２記載の手術用顕微鏡。

（付記４）
前記自動合焦手段は、対称物体までの距離を検出する測距手段と、前記立体観察用または立体撮影用光学系の焦点距離を変更する焦準手段と、前記立体観察用または立体撮影用光学系の倍率を検出する倍率検出手段とを具備し、
前記制御手段は、予め倍率に応じた被写界深度が記憶されている記憶手段を備え、前記記憶手段からの被写界深度情報と、前記測距手段からの情報に基づき、演算を行い、前記焦準手段を所定量駆動させることを特徴とする付記１乃至３のいずれか記載の手術用顕微鏡。

（付記５）
前記自動合焦手段は、対称物体までの距離を検出する測距手段と、前記立体観察用または立体撮影用光学系の焦点距離を変更する焦準手段と、前記立体観察用または立体撮影用光学系の倍率を検出する倍率検出手段と、前記立体観察用または立体撮影用光学系の被写界深度を変更可能な開口絞りと、前記開口絞りの開口径情報を検出する開口径検出手段を具備し、
前記制御手段は、予め倍率および絞り開口径に応じた被写界深度が記憶されている記憶手段を備え、前記記憶手段からの被写界深度情報と、前記測距手段からの情報に基づき、演算を行い、前記焦準手段を所定量駆動させることを特徴とする付記１乃至３いずれか記載の手術用顕微鏡。

（付記６）
前記自動合焦手段は、アクティブ式であることを特徴とする付記１乃至５のいずれか記載の手術用顕微鏡。

（付記７）
前記自動合焦手段は、パッシブ式であることを特徴とする付記１乃至５のいずれか記載の手術用顕微鏡。

この発明の第１の実施の形態に係る手術用顕微鏡の外観構成を示した構成説明図である。 図１の顕微鏡部の光学系を示した構成図である。 図１のオートフォーカス機構の動作を説明するために示した説明図である。 図１の顕微鏡制御系を取出して示したブロック図である。 図１の焦点位置検出の動作原理を説明するために示した説明図である。 この発明の第２の実施の形態に係る手術用顕微鏡の外観構成を示した構成説明図である。 図６の顕微鏡部の光学系を示した構成図である。 この発明の適用される光学観察と画像観察による解像力の差異を説明するために示した説明図である。 図６の焦点位置検出の動作原理を説明するために示した説明図である。 図６の顕微鏡制御系を取出して示したブロック図である。 この発明の第３の実施の形態に係る手術用顕微鏡の顕微鏡部の光学系を示した構成図である。 図１１の顕微鏡制御系を取出して示したブロック部である。 従来の手術用顕微鏡の配置構成を示した説明図である。 手術用顕微鏡における焦点位置のズレと解像度の関係を示した特性図である。 従来の手術用顕微鏡の問題点を説明するために示した説明図である。

符号の説明

１…架台部、１ａ…ベース、１ｂ…支柱、２…第１アーム、３…第２アーム、４…俯仰アーム、５…鏡体部、６…観察鏡筒、７…顕微鏡部、８…ハンドル、８ａ…ロックフリースイッチ、９…焦点距離可変対物光学系、１０Ｌ，１０Ｒ…変倍光学系、１１Ｌ，１１Ｒ…結像レンズ、１２Ｌ，１２Ｒ…接眼レンズ、１３…赤外発光素子、１４…発光光学系、１５Ｌ，１５Ｒ…観察光軸、１６…ミラー、１７…受光光学系、１８…光電変換素子、１９…ダイクロイックプリズム、２０…反射面、２１…入力回路、２２，２２′…受光光軸、２３…光軸、２４…エンコーダ、２５…測距演算回路、２６…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…倍率検出回路、３２…ブレーキ駆動回路、３３…受光回路、３４…メモリ、３５…発光回路、３７…３Ｄディスプレイ、３８…画像処理装置、３９…鏡体部、４０Ｌ，４０Ｒ…結像レンズ、４１Ｌ，４１Ｒ…撮影光軸、４２Ｌ，４２Ｒ…ＣＣＤ、４３…測距対物レンズ、４４…ミラー、４５…フィールドレンズ、４６…セパレータレンズ、４７…ラインセンサ、４８…測距光学系、４９…受光回路、５０…測距演算回路、５０Ｌ，５０Ｒ…開口絞り、５１…ダイヤルスイッチ、５３…エンコーダ、５４…焦準距離検出回路、５７…エンコーダ、５９…絞り開口径検出回路、６０…メモリ。

Claims (3)

1. 対象物の光学像を取得する光学系、前記光学系が係合され、解像力特性が前記光学系から対象物までの距離との関係において、略平坦な所定の範囲を有した前記光学像の観察画像を取得する電子撮像素子、前記電子撮像素子で取得した観察画像を表示するモニタを構成要素として含む電子撮像部と、
   前記電子撮像素子に係合する光学系の焦点を合焦する自動合焦手段と、
   前記電子撮像素子の解像力特性が略平坦な所定の範囲における被写界深度範囲内において、前記自動合焦手段による、前記光学系の解像力が最も高い焦点位置を、前記対象物から所定距離、乖離した位置に可変設定する制御手段と、
   を具備することを特徴とする手術用顕微鏡。
2. 前記制御手段は、前記自動合焦手段による焦点位置を前記対象物の近点側に設定することを特徴とする請求項１記載の手術用顕微鏡。
3. 前記制御手段は、入力手段を備え、前記入力手段の入力操作に応動して前記自動合焦手段による焦点位置を、前記被写界深度内で可変設定可能に構成されることを特徴とする請求項１又は２記載の手術用顕微鏡。

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