ＯＣＴシステムを備える手術用顕微鏡
【課題】ＯＣＴ走査光路による物体領域の深部像の検出が可能で、拡大率が可変でコンパクトに構成された手術用顕微鏡を提供する。
【解決手段】本発明は、顕微鏡主対物レンズ系１０１および拡大率を可変な拡大システム１０８を含む顕微鏡結像光学系を通る観察光路１０９を備える、手術用顕微鏡１００に関するものである。顕微鏡結像光学系は物体領域１１４に由来する収束観察光路１０９を平行な光路へ移行させる。物体領域１１４を検査するために、手術用顕微鏡はＯＣＴシステム１２０を含んでいる。本発明によると、ＯＣＴシステム１２０は、顕微鏡結像光学系を通して案内されるＯＣＴ走査光路１９０を提供する。
【解決手段】本発明は、顕微鏡主対物レンズ系１０１および拡大率を可変な拡大システム１０８を含む顕微鏡結像光学系を通る観察光路１０９を備える、手術用顕微鏡１００に関するものである。顕微鏡結像光学系は物体領域１１４に由来する収束観察光路１０９を平行な光路へ移行させる。物体領域１１４を検査するために、手術用顕微鏡はＯＣＴシステム１２０を含んでいる。本発明によると、ＯＣＴシステム１２０は、顕微鏡結像光学系を通して案内されるＯＣＴ走査光路１９０を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡主対物レンズ系と拡大率を可変な拡大システムを含む顕微鏡結像光学系と、顕微鏡結像光学系を通る観察光路とを備え、顕微鏡結像光学系は物体領域に由来する収束観察光路を平行な光路へ移行させ、物体領域を検査するためのＯＣＴシステムが設けられている、手術用顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冒頭に述べた種類の手術用顕微鏡は特許文献１から公知である。同文献には、可変な拡大率のためのズームシステムが付属する、立体視観察光路が通る顕微鏡主対物レンズを備えた手術用顕微鏡が記載されている。手術用顕微鏡はＯＣＴシステムを含んでいる。このＯＣＴシステムは、干渉信号を評価するための分析ユニットを備える、短いコヒーレントなレーザ光線からＯＣＴ走査光路を生成するためのモジュールを含んでいる。このモジュールには、ＯＣＴ走査光路をスキャンする装置が付属している。ＯＣＴ走査光路によって手術領域を走査するために、このスキャン装置は２つの運動軸を中心として位置調節することができる２つのスキャンミラーを含んでいる。特許文献１に記載された手術用顕微鏡では、ＯＣＴ走査光路はビーム分割鏡を介して手術用顕微鏡の照明光路へ入力結合され、これとともに顕微鏡主対物レンズを通して物体領域へ向うように誘導される。
【０００３】
光コヒーレンス断層撮影法の手法は、生物組織内部の構造を非侵襲的に検査し測定することを可能にする。相応のＯＣＴシステムを備える光コヒーレンス断層撮影法は光学的な画像生成法として、特に、生物組織の断面画像または体積画像をマイクロメートルの解像度で生成することを可能にする。これに対応するＯＣＴシステムは、試料光路と参照光路に供給される、時間的にインコヒーレントで空間的にコヒーレントであるコヒーレンス長ｌcの光のための光源を含んでいる。試料光路は、検査されるべき組織に対して向けられる。ＯＣＴシステムは、組織内の散乱中心に基づいて試料光路へとはね返されたレーザ放射を、参照光路に由来するレーザ放射と重ね合わせる。重ね合わせによって干渉信号が生じる。この干渉信号を基にして、検査された組織におけるレーザ放射に対する散乱中心の位置を決めることができる。
【０００４】
ＯＣＴシステムについては、「タイムドメインＯＣＴ」と「フーリエドメインＯＣＴ」の構造原理が知られている。
【０００５】
「タイムドメインＯＣＴ」の構造は、たとえば特許文献２で図１ａを参照しながら、５欄４０行から１１欄１０行に説明されている。このようなシステムでは、参照光路の光学的な経路長が、高速運動可能な参照鏡によって継続的に変えられる。試料光路と参照光路に由来する光は、光検出器で重ね合わされる。試料光路と参照光路の光学的な経路長が一致したときに、光検出器に干渉信号が発生する。
【０００６】
「フーリエドメインＯＣＴ」は、たとえば特許文献３に説明されている。試料光路の光学的な経路長を測定するために、同じく、試料光路に由来する光が参照光路に由来する光に重ね合わされる。しかし「タイムドメインＯＣＴ」とは異なり、試料光路の光学的な経路長を測定するために、試料光路と参照光路に由来する光が直接検出器へ供給されるのではなく、まず分光計によってスペクトル分解される。そして、こうして生成された、試料光路と参照光路に由来する重ね合わされた信号のスペクトル強度が、検出器によって検出される。検出器信号を評価することで、同じく、試料光路の光学的な経路長を判定することができる。
【０００７】
特許文献４は、接眼レンズを覗き込むことによって、手術用領域を立体視観察光路で検査することを観察者に可能にする手術用顕微鏡を開示している。この手術用顕微鏡は、ディスプレイと、ビーム分割キューブとして構成されたビームスプリッタとを備える、データ取り込みのための装置を含んでいる。このビームスプリッタは、手術用顕微鏡の本体で、顕微鏡主対物レンズと接眼レンズとの間の平行な観察光路に配置されており、ディスプレイ光学系によって無限大に結像されたディスプレイ画像を、手術用顕微鏡における平行な観察光路に重ね合わせる。
【０００８】
【特許文献１】欧州特許第０８１５８０１Ｂ１号明細書
【特許文献２】米国特許第５，３２１，５０１号明細書
【特許文献３】国際公開第２００６／１０５４４Ａ１号パンフレット
【特許文献４】欧州特許第１２２０００４Ｂ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、ＯＣＴ走査光路による物体領域の深部像の検出が可能であり、このＯＣＴ走査光路の推移が、接眼レンズを覗き込む観察者のために物体領域の拡大像を惹起する、手術用顕微鏡における光学的な観察光路の推移に一致しており、物体領域におけるＯＣＴ走査光路の断面が選択された拡大率に適合化される、拡大率が可変でコンパクトに構成された手術用顕微鏡を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は、ＯＣＴシステムが、顕微鏡結像光学系を通して案内されるＯＣＴ走査光路を設ける、冒頭に述べた種類の手術用顕微鏡によって解決される。
【００１１】
このようにして、特に平坦でない物体領域の場合に、光学的な観察光路とＯＣＴ走査放射とが物体領域の同一のゾーンをカバーすることが保証される。すなわちＯＣＴ走査放射によって、その手術用顕微鏡の双眼鏡筒を覗き込む観察者に表示されている観察画像そのものを走査することができる。このとき、ＯＣＴ走査放射に依拠する物体領域の深部断面を検出することができる。
【００１２】
本発明の発展例では、ＯＣＴ走査光路を観察光路に入力結合し、それによってＯＣＴ走査光路を観察光路に重ね合わせたうえで、顕微鏡結像光学系を通して物体領域へと案内する入力結合部材が設けられる。入力結合部材はビーム分割鏡として構成され、特に平面鏡またはビーム分割キューブとして構成されるのが好ましい。このようにして、同時観察者は物体領域への視界を常に開いておくことが可能となる。
【００１３】
発展例では、観察光路から像情報を出力結合するために、顕微鏡結像光学系と入力結合部材との間に出力結合部材が配置されている。
【００１４】
本発明の発展例では、入力結合部材と顕微鏡主対物レンズとの間に、特にズームシステムとして構成された無限焦点レンズ系が配置されている。このようにして、ＯＣＴシステムによって取得可能なＯＣＴ情報の横解像度を、手術用顕微鏡の接眼レンズを覗き込む観察者に表示される観察画像に合わせて適合化させながら変えることが可能である。
【００１５】
本発明の発展例では、ＯＣＴシステムはＯＣＴ走査光路をスキャンするために第１のスキャンミラーを含んでいる。これに加えて、第２のスキャンミラーが設けられているのが好ましく、この場合、第１のスキャンミラーは第１の回転軸を中心として動かすことができ、第２のスキャンミラーは第２の回転軸を中心として動かすことができる。第１と第２の回転軸は側方にオフセットされて、互いに直角をなしている。このようにして、垂直に延びる網目パターンに応じた物体領域の走査が可能である。
【００１６】
本発明の発展例では、ＯＣＴシステムは、ＯＣＴ走査光路のための光射出区域を有する光導波路を含んでおり、光導波路の光射出区域を動かすための手段が設けられている。このようにして、物体領域でＯＣＴ走査平面を変えることができ、同時観察のための観察光路にある、可視光のために設計されている光学コンポーネントを考慮したうえで、さまざまなＯＣＴ波長に合わせてシステムを調整することが可能である。
【００１７】
本発明の発展例では、ＯＣＴ走査光路には、ＯＣＴ走査平面への光導波路の射出端部の幾何学的結像を調整するために、位置調節可能な光学システムが設けられている。このようにして、手術用顕微鏡のＯＣＴ走査平面を、システムの光学的な観察光路の観察平面に対して相対的に変位させることができ、また、顕微鏡結像光学系の結像倍率を調節するときに、光学的な観察光路における結像倍率がＯＣＴ走査光路における結像倍率に一致するようにＯＣＴ走査放射の結像倍率を再調整することが可能である。このようにして、該当する結像倍率を同一に保つことができる利点がある。
【００１８】
本発明の発展例では、位置調節可能な光学部材には駆動ユニットが付属している。このようにして、たとえばＯＣＴ走査平面を手術用顕微鏡の観察平面に対して相対的に所定の値だけ変えることができる。
【００１９】
本発明の発展例では、ＯＣＴシステムは、第１の波長をもつ第１のＯＣＴ走査光線を提供するように、および、第１の波長とは異なる第２の波長をもつ第２のＯＣＴ走査光線を提供するように設計されている。このようにして、患者のさまざまな組織構造や身体器官を検査するために、手術用顕微鏡を最適化することができる。
【００２０】
本発明の発展例では、異なる波長のＯＣＴ走査光線を提供する第１と第２のＯＣＴシステムが設けられる。このようにして、異なるＯＣＴ波長に基づいた物体領域の検査が最大の解像度で可能となる。特に、それによりＯＣＴ走査光線を用いてさまざまな侵入深さで組織を検査することができる。さらに、種々の用途に合わせて手術用顕微鏡を設計することが可能である。
【００２１】
本発明の発展例では、手術用顕微鏡の作業間隔が変化したときに、ＯＣＴシステムにおける光学的な経路長の相応の変化を調整するために、顕微鏡結像光学系とＯＣＴシステムとの結合器が設けられる。このようにして、顕微鏡結像光学系によって鮮明に結像される物体領域を、ＯＣＴシステムによっても走査できることが保証される。
【００２２】
本発明の発展例では、光学的な観察光路における結像倍率とＯＣＴ走査光路における結像倍率とを互いに適合化するために、顕微鏡結像光学系とＯＣＴシステムのコリメート光学系との結合器が設けられる。このようにして、ＯＣＴ走査光路が、光学的な観察光路で見ることのできる観察領域を走査することが保証される。
【００２３】
本発明の有利な実施形態が図面に示されており、以下において説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１の手術用顕微鏡１００は、光学軸１０２と、相応に変位可能な焦点面１０３とを備え、アクチュエータ１５０によって焦点合わせ可能な顕微鏡主対物レンズ系１０１を有している。顕微鏡主対物レンズ系１０１は、部分光学系１５１，１５２、１５３を含んでいる。顕微鏡主対物レンズ系には、双眼鏡筒１０４の立体視観察光路と、照明鏡１０７を備える照明装置１０６の照明光路１０５とが通っている。この照明鏡は、顕微鏡主対物レンズ系１０１の物体と反対側に配置されている。
【００２５】
双眼鏡筒１０４には、ズーム可能な拡大システム１０８が付属している。顕微鏡主対物レンズ系１０１とズーム可能な拡大システム１０８とが、手術用顕微鏡１００の顕微鏡結像光学系を形成する。図１は、手術用顕微鏡１００における立体視観察光路の右側の観察光路１０９を示している。
【００２６】
双眼鏡筒１０４とズーム可能な拡大システム１０８との間には、直角プリズム１１０，１１１で構成される第１のビーム分割キューブ１１２が、平行な右側の観察光路１０９にある。第１のビーム分割キューブ１１２と同じビーム分割キューブが、平行な左側の観察光路の対応する位置に配置されている。第１のビーム分割キューブ１１２と第２のビーム分割キューブは二重の機能を有している。すなわちこれらは、手術用顕微鏡の右側の観察光路１０９と左側の観察光路にある第１のディスプレイ１１３の表示と図１には示さない第２のディスプレイの表示とを入力結合させる入力結合部材として作用する。
【００２７】
すなわち、双眼鏡筒１０４における物体領域１１４の像に、第１のディスプレイ１１３と第２のディスプレイの表示が重ね合わされる。それと同時に、第１のビーム分割キューブ１１２と第２のビーム分割キューブは、第１のＯＣＴシステム１２０によって提供されるＯＣＴ走査光路１９０を入力結合するための部材として作用する。
【００２８】
手術用顕微鏡１００は、ＯＣＴ像を撮像するための第１のＯＣＴシステム１２０を含んでいる。このＯＣＴシステムは、光導波路１２２から射出されるＯＣＴ走査光路１９０を生成させ分析するためのユニット１２１を含んでいる。光導波路１２２から射出される走査光路１９０は、ＯＣＴスキャンユニット１２６の第１のスキャンミラー１２４と第２のスキャンミラー１２５へと案内され、ＯＣＴスキャンユニット１２６の後、レンズ１３１とレンズ１３２を備える調整可能なコリメート光学系１３０を通過する。コリメート光学系１３０は駆動装置１３３を有しており、走査光路１９０を集束して平行な光束１４０にする。
【００２９】
当然ながら、ＯＣＴスキャンユニット１２６の第１のスキャンミラー１２４と第２のスキャンミラー１２５によって、平行なＯＣＴ走査光路を偏向させることも可能である。そのためには、光導波路１２２とＯＣＴスキャンユニット１２６との間に配置される適切なコリメート光学系、例えば集光レンズが必要となる。その場合、ＯＣＴスキャンユニット１２６の光導波路と反対側にあるコリメート光学系１３０は不要である。
【００３０】
ＯＣＴスキャンユニット１２６に由来する光束１４０は、観察光路１０６にあるビーム分割キューブ１１２へと案内される。ビーム分割キューブ１１２は、この観察光路における観察光の、人間の目に見えるスペクトル領域に対しては実質的に透過性である。逆にビーム分割キューブはＯＣＴ走査光路の光を反射させ、これを観察光路１０６に重ね合わせる。ビーム分割キューブ１１２は、平行平面板を備える鏡部材として製作されていてよいことを付言しておく。
【００３１】
ＯＣＴ走査光路１９０の光は、顕微鏡主対物レンズ１０１によってＯＣＴ走査平面１９５で集束される。ＯＣＴ走査平面１９５は、ＯＣＴスキャンユニット１２６、集光レンズ１３０、ビーム分割キューブ１１２、顕微鏡主対物レンズ１０１を備えるＯＣＴ走査光路の光学部材によって、物体領域に光導波路１２２の射出端部が幾何学的に結像される平面である。すなわち、光導波路の射出端部の相応の幾何学的結像は、ＯＣＴ走査平面１９５に位置している。
【００３２】
ＯＣＴ走査光路へはね返された光は、顕微鏡主対物レンズ１０１、ズーム可能な拡大システム１０８、ビーム分割キューブ１１２を介してユニット１２１へと戻っていく。そこで、物体領域１１４から後方散乱されたＯＣＴ走査光は、参照光路に由来するＯＣＴ放射によって干渉される。干渉信号が検出器によって検出され、計算機ユニットによって評価され、計算機ユニットはこの信号を基にして、物体領域１１４におけるＯＣＴ光の散乱中心と、参照分路における光の経路長との間の光学的な経路長差を算定する。
【００３３】
顕微鏡主対物レンズ系１０１の位置調節によって手術用顕微鏡１００の作業間隔１８０が変わると、手術用顕微鏡における対応するＯＣＴシステムの走査光路の光学的な経路長も変化する。焦点合わせ可能な顕微鏡主対物レンズ系１０１のアクチュエータ１５０は、信号回線１８５を介して、手術用顕微鏡におけるＯＣＴシステムと電気接続されている。このことは、ＯＣＴシステムと顕微鏡主対物レンズ系との結合を惹起し、そのようにして、物体領域１１４からの手術用顕微鏡の作業間隔１８０が変わった場合に、必要に応じて、ＯＣＴシステムにおける参照光路の光学的な経路長を相応に適合化する。
【００３４】
物体領域１１４に由来する像情報を記録ユニットへ供給するために、ズーム可能な拡大システム１０８とビーム分割キューブ１１２の間には出力結合部材１４１がある。
【００３５】
図２は、図１のII−II線に沿った断面図を示している。この図面は、図１の手術用顕微鏡１００の立体視観察光路の推移を説明するものである。顕微鏡主対物レンズ１０１の光学軸１０２はその中心に位置している。右側の観察光路１０９と左側の観察光路１１０は、照明鏡１０７によって方向転換される照明光路１０５とともに、顕微鏡主対物レンズ１０１を、互いに分離された断面領域２０１，２０２、２０３で通過している。
【００３６】
図３は、図１の手術用顕微鏡１００における第１のＯＣＴシステム１２０と第２のＯＣＴシステム３２０を示している。第１のＯＣＴシステム１２０と同じく、第２のＯＣＴシステム３２０も、ＯＣＴ走査光路を生成し分析するためのユニット３２１を含んでいる。ただし、両方のＯＣＴシステム１２０，３２０のＯＣＴ走査光路の波長領域は相違している。すなわち、第１のＯＣＴシステムは波長λ1＝１３１０ｎｍのＯＣＴ走査放射に依拠している。第２のＯＣＴシステム３２０は、波長λ2＝８００ｎｍのＯＣＴ走査放射によって作動する。当然ながら、これ以外の動作波長用としてＯＣＴシステムを設計することもできる。動作波長は特に６００ｎｍ＜λ＜１５００ｎｍの範囲内で具体化することができ、好ましくはそれぞれ用途に応じる。
【００３７】
第１のＯＣＴシステム１２０のＯＣＴ走査光路１９０は、集光レンズ１３０を介して、手術用顕微鏡１００の右側の観察光路にある第１のビーム分割キューブへ入力結合され、第２のＯＣＴシステム３２０のＯＣＴ走査光路３９０は、第２の集光レンズを介して、手術用顕微鏡１００の左側の観察光路にある第２のビーム分割キューブへ重ね合わされる。
【００３８】
そのためにＯＣＴシステム３２０は、ＯＣＴシステム１２０と同じく、スキャンミラー３２４，３２５と、ＯＣＴ走査光路３９０の光を集光して平行な光束にする集光レンズ３３０とを備えるＯＣＴスキャンユニット３２６を含んでいる。
【００３９】
ＯＣＴシステム１２０，３２０の第１のスキャンミラー１２４，３２４と第２のスキャンミラー１２５，３２５は、アクチュエータ３０１，３０２，３０３，３０４によって、互いに垂直に延びる２つの軸３０５，３０６，３０７、３０８を中心として回転運動可能なように配置されている。このことは、ＯＣＴ走査光路１９０，３９０を互いに独立して１つの平面でスキャンすることを可能にする。
【００４０】
図１に示す手術用顕微鏡１００の光学的な観察光路の物体平面に対する、ＯＣＴ走査平面の調整を操作者に可能にするために、集光レンズ１３１，３３１および光導波路１２７，３２７の射出端部１３３，３３３の位置調節可能性が意図されている。そのために、集光レンズ１３１，３３１と光導波路１２７，３２７に駆動ユニット３７１，３７２，３７３、３７４が割り当てられている。これらの駆動ユニットによって、集光レンズ１３１，３３１と光導波路１２７，３２７を二重矢印３７４，３７５，３７６、３７７に示すように変位させることができる。それによって特に、ＯＣＴ走査平面の位置を変えられるばかりでなく、希望する値に合わせた光導波路１２７，３２７の射出端部の拡大ないし縮小も行うことができる。
【００４１】
図４は、図１の光導波路１２７の前面区域４０２を示している。光導波路１２７は波長λ1＝１３１０ｎｍの光に対してモノモードファイバとして作用する。光導波路１２７のファイバコアの直径ｄは次式、
【数１】
を満たしており、このときＮＡは光導波路の前面の開口数である。したがって光導波路１２７のファイバコアの直径ｄは、５μｍ＜ｄ＜１０μｍの範囲内にあるのが好ましい。このパラメータ範囲内では、光導波路１２７はガウス形の波長モードで光を案内する。ＯＣＴ走査光線４０１は、胴部パラメータＷ1と開口パラメータθ1とによって特徴づけられる、近似的にガウス形の放射断面形状で光導波路１２７から射出され、このとき次式が成り立つ。
【数２】
【００４２】
したがって、ｄ1＝１０μｍのファイバコア直径と波長λ1＝１３１０ｎｍについては、光線発散を表す目安としてθ0≒０．０８２７ｒａｄの開口角が得られる。
【００４３】
光導波路１２２の前面４０２は、図１に示す手術用顕微鏡１００にあるスキャンミラー１２４、１２５、集光レンズ１３０、ビーム分割鏡１５０、反射鏡１０７、顕微鏡主対物レンズ系１０１を介して、ＯＣＴ走査平面１９５へ物体領域１０８で結像される。
【００４４】
図５は、ＯＣＴ走査光線４０１の強度分布の推移をＯＣＴ走査平面５０１に対して垂直に示している。ＯＣＴ走査平面５０１では、ＯＣＴ走査放射の強度分布は最小の狭隘部を有している。ＯＣＴ走査平面の範囲外では、ＯＣＴ走査光路の直径が増加していく。ＯＣＴ走査光線４０１は図４の光導波路１２２から近似的にガウス形の放射断面形状で射出されるので、集光レンズ１３０と顕微鏡主対物レンズ系１０１は、ＯＣＴ走査光線にとってＯＣＴ走査平面１９５の領域で、ＯＣＴ走査光線４０１のいわゆるガウス光束５００を惹起する。このガウス光束５００は、ガウス光束の胴部の縦方向長さを表す目安としての共焦点パラメータｚによって、および、ＯＣＴ走査光線４０１の最小の狭隘部５０２の直径を表す目安としての、すなわちその胴部の直径を表す目安としての胴部パラメータＷによって特徴づけられ、このとき次式が成り立つ：
【数３】
ここでλ1はＯＣＴ走査光線の波長である。ガウス光束５００の胴部パラメータＷと、図４に示す、光導波路１２２から射出される走査光線４０１の胴部パラメータＷ1との間には、次の関係が成り立つ：
Ｗ＝βＷ1
ここでβは、ＯＣＴ走査平面における図１の光導波路１２２の射出端部の上に述べた幾何学的結像の拡大パラメータないし縮小パラメータである。βは、図１のコリメート光学系１３０の焦点距離ｆ1と、顕微鏡主対物レンズ系１０１と拡大システム１０８とを備える顕微鏡結像光学系の焦点距離ｆ2との間で、次の関係によって結びついている：
ｆ2／ｆ1＝β
【００４５】
ＯＣＴシステムの位置調節可能なコリメート光学系は、顕微鏡結像光学系の結像倍率の変化に合わせて、これに対応するＯＣＴ光路の結像パラメータβを適合化することを可能にする。この適合化のために、該当するそれぞれの結像倍率が等しく選択されるのが好ましい。
【００４６】
それにより、ＯＣＴ走査光路の特定のスキャンパターンについて、図１の手術用顕微鏡１００の接眼レンズを覗き込んだときに観察者に呈示される観察画像に合わせて、当該スキャンパターンが自動的に適合化される。
【００４７】
ＯＣＴ走査光線４０１によって解像することができる構造のサイズは、ＯＣＴ走査平面１９５におけるその直径によって決まり、すなわち胴部パラメータＷによって決まる。たとえば、ある用途が手術用顕微鏡におけるＯＣＴシステムの約４０μｍの横解像度を必要とする場合、ナイキストの定理により、表面におけるＯＣＴ走査光線４０１の断面積は約２０μｍでなければならない。したがって、図１に示すＯＣＴ走査光線１２３の波長がλのとき、ＯＣＴシステム１２０の希望する解像度のためには、ＯＣＴ光路の光学的な結像の倍率と、光導波路１２２のファイバコアの直径とを適切に選択しなくてはならない。
【００４８】
ガウス光束の胴部の縦方向長さを表す目安としての共焦点パラメータｚは、図１のＯＣＴ走査光路１９０で後方散乱された光を検出することができる軸方向の深部領域を決める。すなわち、共焦点パラメータｚが小さくなるほど、ＯＣＴ走査放射で走査される物体からＯＣＴ走査平面１９５までの距離で、横解像度に関わるＯＣＴシステムの損失は大きくなる。散乱中心の場所は、胴部パラメータＷおよび共焦点パラメータｚによって決まる「漏斗」の内部でしか、特定することができないからである。
【００４９】
一方では、ＯＣＴシステムの軸方向解像度は、ＯＣＴシステムで使用される光源の光のコヒーレンス長ｌcによって制限されており、他方では、ＯＣＴシステムの横解像度は、その深度ストロークが共焦点パラメータを超えると減少するので、ＯＣＴシステムの深度ストロークに合わせて共焦点パラメータｚを調整するのが好都合である。
【００５０】
そしてＯＣＴ走査光線４０１の特定の波長λについて、図１のＯＣＴシステムの可能な横解像度が得られる。波長λとレイリーパラメータｚが胴部パラメータＷを決めるからである。そして、図１に示すＯＣＴ走査光路１９０の光学系ユニット、および光導波路１２２のファイバコアの寸法設定を、該当する胴部パラメータが生じるように選択することができる。同様のことは、手術用顕微鏡の第２のＯＣＴシステム３２０のＯＣＴ走査光路にある光学系ユニットについても当てはまる。
【００５１】
図１に示す手術用顕微鏡１００は、可視スペクトル領域についての顕微鏡主対物レンズ１０１の焦点面１０３と、手術用顕微鏡のＯＣＴシステムのＯＣＴ走査平面１９５とが一致するように設計されている。そうすれば、図５に示す該当するＯＣＴ走査光線の胴部５０２は手術用顕微鏡の焦点面に位置する。
【００５２】
手術用顕微鏡のこのような設計に代えて、ＯＣＴ走査平面と手術用顕微鏡の焦点面とのオフセットが意図されてもよい。このようなオフセットは、ＯＣＴ走査平面の領域におけるＯＣＴ走査光線の共焦点パラメータよりも大きくないのが好ましい。このことは、たとえば手術用顕微鏡の焦点面のすぐ下に位置する物体領域を、ＯＣＴによって視覚化することを可能にする。あるいは特定の用途については、たとえば手術用顕微鏡によって患者の目の角膜の表面を検査できるようにし、それと同時にＯＣＴシステムによって患者の目の角膜の裏面またはそのレンズを視覚化するために、共焦点パラメータを上回る決められたオフセットを設けるのが有意義である。
【００５３】
ＯＣＴ走査平面を共焦点パラメータｚの分だけさらに図１の顕微鏡主対物レンズ系１０１から遠ざけることによって、物体領域におけるＯＣＴシステムの深度ストロークを最大にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】ＯＣＴシステムが組み込まれた第１の手術用顕微鏡である。
【図２】手術用顕微鏡の顕微鏡主対物レンズを示す図１のII−II線に沿った断面図である。
【図３】第１および第２のＯＣＴシステムを備えている手術用顕微鏡の区域である。
【図４】手術用顕微鏡でＯＣＴシステムの光導波路から射出されるＯＣＴ走査光線の強度分布である。
【図５】手術用顕微鏡の物体領域のＯＣＴ走査平面におけるＯＣＴ走査光線の強度分布である。
【符号の説明】
【００５５】
１００ 手術用顕微鏡、１０１ 顕微鏡主対物レンズ系、１０８ 拡大システム、１０９ 観察光路、１１４ 物体領域、１２０ ＯＣＴシステム、１９０ ＯＣＴ走査光路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡主対物レンズ系と拡大率を可変な拡大システムを含む顕微鏡結像光学系と、顕微鏡結像光学系を通る観察光路とを備え、顕微鏡結像光学系は物体領域に由来する収束観察光路を平行な光路へ移行させ、物体領域を検査するためのＯＣＴシステムが設けられている、手術用顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冒頭に述べた種類の手術用顕微鏡は特許文献１から公知である。同文献には、可変な拡大率のためのズームシステムが付属する、立体視観察光路が通る顕微鏡主対物レンズを備えた手術用顕微鏡が記載されている。手術用顕微鏡はＯＣＴシステムを含んでいる。このＯＣＴシステムは、干渉信号を評価するための分析ユニットを備える、短いコヒーレントなレーザ光線からＯＣＴ走査光路を生成するためのモジュールを含んでいる。このモジュールには、ＯＣＴ走査光路をスキャンする装置が付属している。ＯＣＴ走査光路によって手術領域を走査するために、このスキャン装置は２つの運動軸を中心として位置調節することができる２つのスキャンミラーを含んでいる。特許文献１に記載された手術用顕微鏡では、ＯＣＴ走査光路はビーム分割鏡を介して手術用顕微鏡の照明光路へ入力結合され、これとともに顕微鏡主対物レンズを通して物体領域へ向うように誘導される。
【０００３】
光コヒーレンス断層撮影法の手法は、生物組織内部の構造を非侵襲的に検査し測定することを可能にする。相応のＯＣＴシステムを備える光コヒーレンス断層撮影法は光学的な画像生成法として、特に、生物組織の断面画像または体積画像をマイクロメートルの解像度で生成することを可能にする。これに対応するＯＣＴシステムは、試料光路と参照光路に供給される、時間的にインコヒーレントで空間的にコヒーレントであるコヒーレンス長ｌcの光のための光源を含んでいる。試料光路は、検査されるべき組織に対して向けられる。ＯＣＴシステムは、組織内の散乱中心に基づいて試料光路へとはね返されたレーザ放射を、参照光路に由来するレーザ放射と重ね合わせる。重ね合わせによって干渉信号が生じる。この干渉信号を基にして、検査された組織におけるレーザ放射に対する散乱中心の位置を決めることができる。
【０００４】
ＯＣＴシステムについては、「タイムドメインＯＣＴ」と「フーリエドメインＯＣＴ」の構造原理が知られている。
【０００５】
「タイムドメインＯＣＴ」の構造は、たとえば特許文献２で図１ａを参照しながら、５欄４０行から１１欄１０行に説明されている。このようなシステムでは、参照光路の光学的な経路長が、高速運動可能な参照鏡によって継続的に変えられる。試料光路と参照光路に由来する光は、光検出器で重ね合わされる。試料光路と参照光路の光学的な経路長が一致したときに、光検出器に干渉信号が発生する。
【０００６】
「フーリエドメインＯＣＴ」は、たとえば特許文献３に説明されている。試料光路の光学的な経路長を測定するために、同じく、試料光路に由来する光が参照光路に由来する光に重ね合わされる。しかし「タイムドメインＯＣＴ」とは異なり、試料光路の光学的な経路長を測定するために、試料光路と参照光路に由来する光が直接検出器へ供給されるのではなく、まず分光計によってスペクトル分解される。そして、こうして生成された、試料光路と参照光路に由来する重ね合わされた信号のスペクトル強度が、検出器によって検出される。検出器信号を評価することで、同じく、試料光路の光学的な経路長を判定することができる。
【０００７】
特許文献４は、接眼レンズを覗き込むことによって、手術用領域を立体視観察光路で検査することを観察者に可能にする手術用顕微鏡を開示している。この手術用顕微鏡は、ディスプレイと、ビーム分割キューブとして構成されたビームスプリッタとを備える、データ取り込みのための装置を含んでいる。このビームスプリッタは、手術用顕微鏡の本体で、顕微鏡主対物レンズと接眼レンズとの間の平行な観察光路に配置されており、ディスプレイ光学系によって無限大に結像されたディスプレイ画像を、手術用顕微鏡における平行な観察光路に重ね合わせる。
【０００８】
【特許文献１】欧州特許第０８１５８０１Ｂ１号明細書
【特許文献２】米国特許第５，３２１，５０１号明細書
【特許文献３】国際公開第２００６／１０５４４Ａ１号パンフレット
【特許文献４】欧州特許第１２２０００４Ｂ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、ＯＣＴ走査光路による物体領域の深部像の検出が可能であり、このＯＣＴ走査光路の推移が、接眼レンズを覗き込む観察者のために物体領域の拡大像を惹起する、手術用顕微鏡における光学的な観察光路の推移に一致しており、物体領域におけるＯＣＴ走査光路の断面が選択された拡大率に適合化される、拡大率が可変でコンパクトに構成された手術用顕微鏡を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は、ＯＣＴシステムが、顕微鏡結像光学系を通して案内されるＯＣＴ走査光路を設ける、冒頭に述べた種類の手術用顕微鏡によって解決される。
【００１１】
このようにして、特に平坦でない物体領域の場合に、光学的な観察光路とＯＣＴ走査放射とが物体領域の同一のゾーンをカバーすることが保証される。すなわちＯＣＴ走査放射によって、その手術用顕微鏡の双眼鏡筒を覗き込む観察者に表示されている観察画像そのものを走査することができる。このとき、ＯＣＴ走査放射に依拠する物体領域の深部断面を検出することができる。
【００１２】
本発明の発展例では、ＯＣＴ走査光路を観察光路に入力結合し、それによってＯＣＴ走査光路を観察光路に重ね合わせたうえで、顕微鏡結像光学系を通して物体領域へと案内する入力結合部材が設けられる。入力結合部材はビーム分割鏡として構成され、特に平面鏡またはビーム分割キューブとして構成されるのが好ましい。このようにして、同時観察者は物体領域への視界を常に開いておくことが可能となる。
【００１３】
発展例では、観察光路から像情報を出力結合するために、顕微鏡結像光学系と入力結合部材との間に出力結合部材が配置されている。
【００１４】
本発明の発展例では、入力結合部材と顕微鏡主対物レンズとの間に、特にズームシステムとして構成された無限焦点レンズ系が配置されている。このようにして、ＯＣＴシステムによって取得可能なＯＣＴ情報の横解像度を、手術用顕微鏡の接眼レンズを覗き込む観察者に表示される観察画像に合わせて適合化させながら変えることが可能である。
【００１５】
本発明の発展例では、ＯＣＴシステムはＯＣＴ走査光路をスキャンするために第１のスキャンミラーを含んでいる。これに加えて、第２のスキャンミラーが設けられているのが好ましく、この場合、第１のスキャンミラーは第１の回転軸を中心として動かすことができ、第２のスキャンミラーは第２の回転軸を中心として動かすことができる。第１と第２の回転軸は側方にオフセットされて、互いに直角をなしている。このようにして、垂直に延びる網目パターンに応じた物体領域の走査が可能である。
【００１６】
本発明の発展例では、ＯＣＴシステムは、ＯＣＴ走査光路のための光射出区域を有する光導波路を含んでおり、光導波路の光射出区域を動かすための手段が設けられている。このようにして、物体領域でＯＣＴ走査平面を変えることができ、同時観察のための観察光路にある、可視光のために設計されている光学コンポーネントを考慮したうえで、さまざまなＯＣＴ波長に合わせてシステムを調整することが可能である。
【００１７】
本発明の発展例では、ＯＣＴ走査光路には、ＯＣＴ走査平面への光導波路の射出端部の幾何学的結像を調整するために、位置調節可能な光学システムが設けられている。このようにして、手術用顕微鏡のＯＣＴ走査平面を、システムの光学的な観察光路の観察平面に対して相対的に変位させることができ、また、顕微鏡結像光学系の結像倍率を調節するときに、光学的な観察光路における結像倍率がＯＣＴ走査光路における結像倍率に一致するようにＯＣＴ走査放射の結像倍率を再調整することが可能である。このようにして、該当する結像倍率を同一に保つことができる利点がある。
【００１８】
本発明の発展例では、位置調節可能な光学部材には駆動ユニットが付属している。このようにして、たとえばＯＣＴ走査平面を手術用顕微鏡の観察平面に対して相対的に所定の値だけ変えることができる。
【００１９】
本発明の発展例では、ＯＣＴシステムは、第１の波長をもつ第１のＯＣＴ走査光線を提供するように、および、第１の波長とは異なる第２の波長をもつ第２のＯＣＴ走査光線を提供するように設計されている。このようにして、患者のさまざまな組織構造や身体器官を検査するために、手術用顕微鏡を最適化することができる。
【００２０】
本発明の発展例では、異なる波長のＯＣＴ走査光線を提供する第１と第２のＯＣＴシステムが設けられる。このようにして、異なるＯＣＴ波長に基づいた物体領域の検査が最大の解像度で可能となる。特に、それによりＯＣＴ走査光線を用いてさまざまな侵入深さで組織を検査することができる。さらに、種々の用途に合わせて手術用顕微鏡を設計することが可能である。
【００２１】
本発明の発展例では、手術用顕微鏡の作業間隔が変化したときに、ＯＣＴシステムにおける光学的な経路長の相応の変化を調整するために、顕微鏡結像光学系とＯＣＴシステムとの結合器が設けられる。このようにして、顕微鏡結像光学系によって鮮明に結像される物体領域を、ＯＣＴシステムによっても走査できることが保証される。
【００２２】
本発明の発展例では、光学的な観察光路における結像倍率とＯＣＴ走査光路における結像倍率とを互いに適合化するために、顕微鏡結像光学系とＯＣＴシステムのコリメート光学系との結合器が設けられる。このようにして、ＯＣＴ走査光路が、光学的な観察光路で見ることのできる観察領域を走査することが保証される。
【００２３】
本発明の有利な実施形態が図面に示されており、以下において説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１の手術用顕微鏡１００は、光学軸１０２と、相応に変位可能な焦点面１０３とを備え、アクチュエータ１５０によって焦点合わせ可能な顕微鏡主対物レンズ系１０１を有している。顕微鏡主対物レンズ系１０１は、部分光学系１５１，１５２、１５３を含んでいる。顕微鏡主対物レンズ系には、双眼鏡筒１０４の立体視観察光路と、照明鏡１０７を備える照明装置１０６の照明光路１０５とが通っている。この照明鏡は、顕微鏡主対物レンズ系１０１の物体と反対側に配置されている。
【００２５】
双眼鏡筒１０４には、ズーム可能な拡大システム１０８が付属している。顕微鏡主対物レンズ系１０１とズーム可能な拡大システム１０８とが、手術用顕微鏡１００の顕微鏡結像光学系を形成する。図１は、手術用顕微鏡１００における立体視観察光路の右側の観察光路１０９を示している。
【００２６】
双眼鏡筒１０４とズーム可能な拡大システム１０８との間には、直角プリズム１１０，１１１で構成される第１のビーム分割キューブ１１２が、平行な右側の観察光路１０９にある。第１のビーム分割キューブ１１２と同じビーム分割キューブが、平行な左側の観察光路の対応する位置に配置されている。第１のビーム分割キューブ１１２と第２のビーム分割キューブは二重の機能を有している。すなわちこれらは、手術用顕微鏡の右側の観察光路１０９と左側の観察光路にある第１のディスプレイ１１３の表示と図１には示さない第２のディスプレイの表示とを入力結合させる入力結合部材として作用する。
【００２７】
すなわち、双眼鏡筒１０４における物体領域１１４の像に、第１のディスプレイ１１３と第２のディスプレイの表示が重ね合わされる。それと同時に、第１のビーム分割キューブ１１２と第２のビーム分割キューブは、第１のＯＣＴシステム１２０によって提供されるＯＣＴ走査光路１９０を入力結合するための部材として作用する。
【００２８】
手術用顕微鏡１００は、ＯＣＴ像を撮像するための第１のＯＣＴシステム１２０を含んでいる。このＯＣＴシステムは、光導波路１２２から射出されるＯＣＴ走査光路１９０を生成させ分析するためのユニット１２１を含んでいる。光導波路１２２から射出される走査光路１９０は、ＯＣＴスキャンユニット１２６の第１のスキャンミラー１２４と第２のスキャンミラー１２５へと案内され、ＯＣＴスキャンユニット１２６の後、レンズ１３１とレンズ１３２を備える調整可能なコリメート光学系１３０を通過する。コリメート光学系１３０は駆動装置１３３を有しており、走査光路１９０を集束して平行な光束１４０にする。
【００２９】
当然ながら、ＯＣＴスキャンユニット１２６の第１のスキャンミラー１２４と第２のスキャンミラー１２５によって、平行なＯＣＴ走査光路を偏向させることも可能である。そのためには、光導波路１２２とＯＣＴスキャンユニット１２６との間に配置される適切なコリメート光学系、例えば集光レンズが必要となる。その場合、ＯＣＴスキャンユニット１２６の光導波路と反対側にあるコリメート光学系１３０は不要である。
【００３０】
ＯＣＴスキャンユニット１２６に由来する光束１４０は、観察光路１０６にあるビーム分割キューブ１１２へと案内される。ビーム分割キューブ１１２は、この観察光路における観察光の、人間の目に見えるスペクトル領域に対しては実質的に透過性である。逆にビーム分割キューブはＯＣＴ走査光路の光を反射させ、これを観察光路１０６に重ね合わせる。ビーム分割キューブ１１２は、平行平面板を備える鏡部材として製作されていてよいことを付言しておく。
【００３１】
ＯＣＴ走査光路１９０の光は、顕微鏡主対物レンズ１０１によってＯＣＴ走査平面１９５で集束される。ＯＣＴ走査平面１９５は、ＯＣＴスキャンユニット１２６、集光レンズ１３０、ビーム分割キューブ１１２、顕微鏡主対物レンズ１０１を備えるＯＣＴ走査光路の光学部材によって、物体領域に光導波路１２２の射出端部が幾何学的に結像される平面である。すなわち、光導波路の射出端部の相応の幾何学的結像は、ＯＣＴ走査平面１９５に位置している。
【００３２】
ＯＣＴ走査光路へはね返された光は、顕微鏡主対物レンズ１０１、ズーム可能な拡大システム１０８、ビーム分割キューブ１１２を介してユニット１２１へと戻っていく。そこで、物体領域１１４から後方散乱されたＯＣＴ走査光は、参照光路に由来するＯＣＴ放射によって干渉される。干渉信号が検出器によって検出され、計算機ユニットによって評価され、計算機ユニットはこの信号を基にして、物体領域１１４におけるＯＣＴ光の散乱中心と、参照分路における光の経路長との間の光学的な経路長差を算定する。
【００３３】
顕微鏡主対物レンズ系１０１の位置調節によって手術用顕微鏡１００の作業間隔１８０が変わると、手術用顕微鏡における対応するＯＣＴシステムの走査光路の光学的な経路長も変化する。焦点合わせ可能な顕微鏡主対物レンズ系１０１のアクチュエータ１５０は、信号回線１８５を介して、手術用顕微鏡におけるＯＣＴシステムと電気接続されている。このことは、ＯＣＴシステムと顕微鏡主対物レンズ系との結合を惹起し、そのようにして、物体領域１１４からの手術用顕微鏡の作業間隔１８０が変わった場合に、必要に応じて、ＯＣＴシステムにおける参照光路の光学的な経路長を相応に適合化する。
【００３４】
物体領域１１４に由来する像情報を記録ユニットへ供給するために、ズーム可能な拡大システム１０８とビーム分割キューブ１１２の間には出力結合部材１４１がある。
【００３５】
図２は、図１のII−II線に沿った断面図を示している。この図面は、図１の手術用顕微鏡１００の立体視観察光路の推移を説明するものである。顕微鏡主対物レンズ１０１の光学軸１０２はその中心に位置している。右側の観察光路１０９と左側の観察光路１１０は、照明鏡１０７によって方向転換される照明光路１０５とともに、顕微鏡主対物レンズ１０１を、互いに分離された断面領域２０１，２０２、２０３で通過している。
【００３６】
図３は、図１の手術用顕微鏡１００における第１のＯＣＴシステム１２０と第２のＯＣＴシステム３２０を示している。第１のＯＣＴシステム１２０と同じく、第２のＯＣＴシステム３２０も、ＯＣＴ走査光路を生成し分析するためのユニット３２１を含んでいる。ただし、両方のＯＣＴシステム１２０，３２０のＯＣＴ走査光路の波長領域は相違している。すなわち、第１のＯＣＴシステムは波長λ1＝１３１０ｎｍのＯＣＴ走査放射に依拠している。第２のＯＣＴシステム３２０は、波長λ2＝８００ｎｍのＯＣＴ走査放射によって作動する。当然ながら、これ以外の動作波長用としてＯＣＴシステムを設計することもできる。動作波長は特に６００ｎｍ＜λ＜１５００ｎｍの範囲内で具体化することができ、好ましくはそれぞれ用途に応じる。
【００３７】
第１のＯＣＴシステム１２０のＯＣＴ走査光路１９０は、集光レンズ１３０を介して、手術用顕微鏡１００の右側の観察光路にある第１のビーム分割キューブへ入力結合され、第２のＯＣＴシステム３２０のＯＣＴ走査光路３９０は、第２の集光レンズを介して、手術用顕微鏡１００の左側の観察光路にある第２のビーム分割キューブへ重ね合わされる。
【００３８】
そのためにＯＣＴシステム３２０は、ＯＣＴシステム１２０と同じく、スキャンミラー３２４，３２５と、ＯＣＴ走査光路３９０の光を集光して平行な光束にする集光レンズ３３０とを備えるＯＣＴスキャンユニット３２６を含んでいる。
【００３９】
ＯＣＴシステム１２０，３２０の第１のスキャンミラー１２４，３２４と第２のスキャンミラー１２５，３２５は、アクチュエータ３０１，３０２，３０３，３０４によって、互いに垂直に延びる２つの軸３０５，３０６，３０７、３０８を中心として回転運動可能なように配置されている。このことは、ＯＣＴ走査光路１９０，３９０を互いに独立して１つの平面でスキャンすることを可能にする。
【００４０】
図１に示す手術用顕微鏡１００の光学的な観察光路の物体平面に対する、ＯＣＴ走査平面の調整を操作者に可能にするために、集光レンズ１３１，３３１および光導波路１２７，３２７の射出端部１３３，３３３の位置調節可能性が意図されている。そのために、集光レンズ１３１，３３１と光導波路１２７，３２７に駆動ユニット３７１，３７２，３７３、３７４が割り当てられている。これらの駆動ユニットによって、集光レンズ１３１，３３１と光導波路１２７，３２７を二重矢印３７４，３７５，３７６、３７７に示すように変位させることができる。それによって特に、ＯＣＴ走査平面の位置を変えられるばかりでなく、希望する値に合わせた光導波路１２７，３２７の射出端部の拡大ないし縮小も行うことができる。
【００４１】
図４は、図１の光導波路１２７の前面区域４０２を示している。光導波路１２７は波長λ1＝１３１０ｎｍの光に対してモノモードファイバとして作用する。光導波路１２７のファイバコアの直径ｄは次式、
【数１】
を満たしており、このときＮＡは光導波路の前面の開口数である。したがって光導波路１２７のファイバコアの直径ｄは、５μｍ＜ｄ＜１０μｍの範囲内にあるのが好ましい。このパラメータ範囲内では、光導波路１２７はガウス形の波長モードで光を案内する。ＯＣＴ走査光線４０１は、胴部パラメータＷ1と開口パラメータθ1とによって特徴づけられる、近似的にガウス形の放射断面形状で光導波路１２７から射出され、このとき次式が成り立つ。
【数２】
【００４２】
したがって、ｄ1＝１０μｍのファイバコア直径と波長λ1＝１３１０ｎｍについては、光線発散を表す目安としてθ0≒０．０８２７ｒａｄの開口角が得られる。
【００４３】
光導波路１２２の前面４０２は、図１に示す手術用顕微鏡１００にあるスキャンミラー１２４、１２５、集光レンズ１３０、ビーム分割鏡１５０、反射鏡１０７、顕微鏡主対物レンズ系１０１を介して、ＯＣＴ走査平面１９５へ物体領域１０８で結像される。
【００４４】
図５は、ＯＣＴ走査光線４０１の強度分布の推移をＯＣＴ走査平面５０１に対して垂直に示している。ＯＣＴ走査平面５０１では、ＯＣＴ走査放射の強度分布は最小の狭隘部を有している。ＯＣＴ走査平面の範囲外では、ＯＣＴ走査光路の直径が増加していく。ＯＣＴ走査光線４０１は図４の光導波路１２２から近似的にガウス形の放射断面形状で射出されるので、集光レンズ１３０と顕微鏡主対物レンズ系１０１は、ＯＣＴ走査光線にとってＯＣＴ走査平面１９５の領域で、ＯＣＴ走査光線４０１のいわゆるガウス光束５００を惹起する。このガウス光束５００は、ガウス光束の胴部の縦方向長さを表す目安としての共焦点パラメータｚによって、および、ＯＣＴ走査光線４０１の最小の狭隘部５０２の直径を表す目安としての、すなわちその胴部の直径を表す目安としての胴部パラメータＷによって特徴づけられ、このとき次式が成り立つ：
【数３】
ここでλ1はＯＣＴ走査光線の波長である。ガウス光束５００の胴部パラメータＷと、図４に示す、光導波路１２２から射出される走査光線４０１の胴部パラメータＷ1との間には、次の関係が成り立つ：
Ｗ＝βＷ1
ここでβは、ＯＣＴ走査平面における図１の光導波路１２２の射出端部の上に述べた幾何学的結像の拡大パラメータないし縮小パラメータである。βは、図１のコリメート光学系１３０の焦点距離ｆ1と、顕微鏡主対物レンズ系１０１と拡大システム１０８とを備える顕微鏡結像光学系の焦点距離ｆ2との間で、次の関係によって結びついている：
ｆ2／ｆ1＝β
【００４５】
ＯＣＴシステムの位置調節可能なコリメート光学系は、顕微鏡結像光学系の結像倍率の変化に合わせて、これに対応するＯＣＴ光路の結像パラメータβを適合化することを可能にする。この適合化のために、該当するそれぞれの結像倍率が等しく選択されるのが好ましい。
【００４６】
それにより、ＯＣＴ走査光路の特定のスキャンパターンについて、図１の手術用顕微鏡１００の接眼レンズを覗き込んだときに観察者に呈示される観察画像に合わせて、当該スキャンパターンが自動的に適合化される。
【００４７】
ＯＣＴ走査光線４０１によって解像することができる構造のサイズは、ＯＣＴ走査平面１９５におけるその直径によって決まり、すなわち胴部パラメータＷによって決まる。たとえば、ある用途が手術用顕微鏡におけるＯＣＴシステムの約４０μｍの横解像度を必要とする場合、ナイキストの定理により、表面におけるＯＣＴ走査光線４０１の断面積は約２０μｍでなければならない。したがって、図１に示すＯＣＴ走査光線１２３の波長がλのとき、ＯＣＴシステム１２０の希望する解像度のためには、ＯＣＴ光路の光学的な結像の倍率と、光導波路１２２のファイバコアの直径とを適切に選択しなくてはならない。
【００４８】
ガウス光束の胴部の縦方向長さを表す目安としての共焦点パラメータｚは、図１のＯＣＴ走査光路１９０で後方散乱された光を検出することができる軸方向の深部領域を決める。すなわち、共焦点パラメータｚが小さくなるほど、ＯＣＴ走査放射で走査される物体からＯＣＴ走査平面１９５までの距離で、横解像度に関わるＯＣＴシステムの損失は大きくなる。散乱中心の場所は、胴部パラメータＷおよび共焦点パラメータｚによって決まる「漏斗」の内部でしか、特定することができないからである。
【００４９】
一方では、ＯＣＴシステムの軸方向解像度は、ＯＣＴシステムで使用される光源の光のコヒーレンス長ｌcによって制限されており、他方では、ＯＣＴシステムの横解像度は、その深度ストロークが共焦点パラメータを超えると減少するので、ＯＣＴシステムの深度ストロークに合わせて共焦点パラメータｚを調整するのが好都合である。
【００５０】
そしてＯＣＴ走査光線４０１の特定の波長λについて、図１のＯＣＴシステムの可能な横解像度が得られる。波長λとレイリーパラメータｚが胴部パラメータＷを決めるからである。そして、図１に示すＯＣＴ走査光路１９０の光学系ユニット、および光導波路１２２のファイバコアの寸法設定を、該当する胴部パラメータが生じるように選択することができる。同様のことは、手術用顕微鏡の第２のＯＣＴシステム３２０のＯＣＴ走査光路にある光学系ユニットについても当てはまる。
【００５１】
図１に示す手術用顕微鏡１００は、可視スペクトル領域についての顕微鏡主対物レンズ１０１の焦点面１０３と、手術用顕微鏡のＯＣＴシステムのＯＣＴ走査平面１９５とが一致するように設計されている。そうすれば、図５に示す該当するＯＣＴ走査光線の胴部５０２は手術用顕微鏡の焦点面に位置する。
【００５２】
手術用顕微鏡のこのような設計に代えて、ＯＣＴ走査平面と手術用顕微鏡の焦点面とのオフセットが意図されてもよい。このようなオフセットは、ＯＣＴ走査平面の領域におけるＯＣＴ走査光線の共焦点パラメータよりも大きくないのが好ましい。このことは、たとえば手術用顕微鏡の焦点面のすぐ下に位置する物体領域を、ＯＣＴによって視覚化することを可能にする。あるいは特定の用途については、たとえば手術用顕微鏡によって患者の目の角膜の表面を検査できるようにし、それと同時にＯＣＴシステムによって患者の目の角膜の裏面またはそのレンズを視覚化するために、共焦点パラメータを上回る決められたオフセットを設けるのが有意義である。
【００５３】
ＯＣＴ走査平面を共焦点パラメータｚの分だけさらに図１の顕微鏡主対物レンズ系１０１から遠ざけることによって、物体領域におけるＯＣＴシステムの深度ストロークを最大にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】ＯＣＴシステムが組み込まれた第１の手術用顕微鏡である。
【図２】手術用顕微鏡の顕微鏡主対物レンズを示す図１のII−II線に沿った断面図である。
【図３】第１および第２のＯＣＴシステムを備えている手術用顕微鏡の区域である。
【図４】手術用顕微鏡でＯＣＴシステムの光導波路から射出されるＯＣＴ走査光線の強度分布である。
【図５】手術用顕微鏡の物体領域のＯＣＴ走査平面におけるＯＣＴ走査光線の強度分布である。
【符号の説明】
【００５５】
１００ 手術用顕微鏡、１０１ 顕微鏡主対物レンズ系、１０８ 拡大システム、１０９ 観察光路、１１４ 物体領域、１２０ ＯＣＴシステム、１９０ ＯＣＴ走査光路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
顕微鏡主対物レンズ系（１０１）および拡大率を可変な拡大システム（１０８）を含み、物体領域（１１４）に由来する収束観察光路（１０９）を平行な光路へと移行させる顕微鏡結像光学系（１０１，１０８）と、
前記顕微鏡結像光学系（１０１，１０３）を通る、物体領域を検査するための観察光路（１０９）と、
物体領域（１１４）を検査するためのＯＣＴシステム（１２０，３２０）とが設けられている、手術用顕微鏡（１００）であって、
前記ＯＣＴシステム（１２０，３２０）は前記顕微鏡結像光学系（１０１，１０８）を通して案内されるＯＣＴ走査光路（１９０，３９０）を提供することを特徴とする手術用顕微鏡。
【請求項２】
前記ＯＣＴ走査光路（１９０，３９０）を前記観察光路（１０９，１１０）に入力結合し、それによってこれを前記観察光路（１０９）へ重ね合わせたうえで前記顕微鏡結像光学系を通して物体領域（１１４）へ案内する入力結合部材（１１２）が設けられてい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】
ディスプレイ表示器（１１３）が設けられており、前記ＯＣＴ走査光路（１９０，３９０）のための前記入力結合部材（１１２）はディスプレイ情報の入力結合部材としての作用をして前記観察光路（１０９）にディスプレイ情報を重ね合わせることを特徴とする請求項３に記載の手術用顕微鏡。
【請求項４】
前記入力結合部材（１１２）は、平面鏡またはビーム分割キューブとして構成されたビーム分割鏡として構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の手術用顕微鏡。
【請求項５】
前記顕微鏡結像光学系（１０１，１０８）と前記入力結合部材（１１２）の間に、前記観察光路（１０９）から像情報を出力結合するための出力結合部材（１４１）が配置されていることを特徴とする請求項２から４までのいずれか１項に記載の手術用顕微鏡。
【請求項６】
前記顕微鏡結像光学系の前記拡大システムは無限焦点レンズ系（１０８）として構成されていることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の手術用顕微鏡。
【請求項７】
前記無限焦点のレンズ系はズームシステム（１０８）として構成されていることを特徴とする請求項６に記載の手術用顕微鏡。
【請求項８】
前記ＯＣＴシステム（１２０）は前記ＯＣＴ走査光路（１９０）をスキャンするために第１の回転軸（３０６）を中心として動かすことができる第１のスキャンミラー（１２４）を含んでいることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の手術用顕微鏡。
【請求項９】
第２の回転軸（３０６）を中心として動かすことができる第２のスキャンミラー（１２５）がさらに設けられており、前記第１の回転軸（３０６）と前記第２の回転軸（３０５）は側方にオフセットされて互いに直角をなしていることを特徴とする請求項８に記載の手術用顕微鏡。
【請求項１０】
前記ＯＣＴシステムは前記ＯＣＴ走査光路（１９０，３９０）のための光射出区域（４０２）を有する光導波路（１２７，３２７）を含んでおり、前記光導波路（１２７，３２７）の前記光射出区域（４０２）を動かすための手段（３７１，３７２）が設けられていることを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項に記載の手術用顕微鏡。
【請求項１１】
前記ＯＣＴシステムは平行な走査光路（１０９）を前記入力結合部材（１１２）に供給するコリメート光学系（１３０）を含んでいることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載の手術用顕微鏡。
【請求項１２】
前記ＯＣＴ走査光路（１９０）に、ＯＣＴ走査平面（１９５）への前記光導波路（１２７，３２７）の射出端部（４０２）の幾何学的結像を調整するために、位置調節可能な光学系（１３０，１３１，３３１）が設けられていることを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載の手術用顕微鏡。
【請求項１３】
位置調節可能な前記光学系（１３０，１３１，３３１）には駆動ユニット（３７３，３７４）が付属していることを特徴とする請求項１２に記載の手術用顕微鏡。
【請求項１４】
前記ＯＣＴシステムは第１の波長をもつ第１のＯＣＴ走査光線を提供するため、および、前記第１の波長とは異なる第２の波長をもつ第２のＯＣＴ走査光線を提供するように設計されていることを特徴とする請求項１から１３までのいずれか１項に記載の手術用顕微鏡。
【請求項１５】
波長の異なるＯＣＴ走査光線（１９０，３９０）を提供するために第１のＯＣＴシステム（１２０）と第２のＯＣＴシステム（３２０）が設けられていることを特徴とする請求項１から１４までのいずれか１項に記載の手術用顕微鏡。
【請求項１６】
前記手術用顕微鏡（１００）の作業間隔（１８０）が変化したときに、前記ＯＣＴシステム（１２０，３２０）における参照光路の光学的な経路長の相応の変化を調整するために、前記顕微鏡結像光学系（１０１，１０８）と前記ＯＣＴシステム（１２０，３２０）との結合器が設けられていることを特徴とする請求項１から１５までのいずれか１項に記載の手術用顕微鏡。
【請求項１７】
前記手術用顕微鏡（１００）の光学的な観察光路（１０９）における結像倍率と前記ＯＣＴ走査光路（１９０）における結像倍率とを互いに適合化するために、前記顕微鏡結像光学系（１０１，１０８）と前記ＯＣＴシステム（１２０）の前記コリメート光学系（１３０）との結合器が設けられていることを特徴とする請求項１から１６までのいずれか１項に記載の手術用顕微鏡。
【請求項１】
顕微鏡主対物レンズ系（１０１）および拡大率を可変な拡大システム（１０８）を含み、物体領域（１１４）に由来する収束観察光路（１０９）を平行な光路へと移行させる顕微鏡結像光学系（１０１，１０８）と、
前記顕微鏡結像光学系（１０１，１０３）を通る、物体領域を検査するための観察光路（１０９）と、
物体領域（１１４）を検査するためのＯＣＴシステム（１２０，３２０）とが設けられている、手術用顕微鏡（１００）であって、
前記ＯＣＴシステム（１２０，３２０）は前記顕微鏡結像光学系（１０１，１０８）を通して案内されるＯＣＴ走査光路（１９０，３９０）を提供することを特徴とする手術用顕微鏡。
【請求項２】
前記ＯＣＴ走査光路（１９０，３９０）を前記観察光路（１０９，１１０）に入力結合し、それによってこれを前記観察光路（１０９）へ重ね合わせたうえで前記顕微鏡結像光学系を通して物体領域（１１４）へ案内する入力結合部材（１１２）が設けられてい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】
ディスプレイ表示器（１１３）が設けられており、前記ＯＣＴ走査光路（１９０，３９０）のための前記入力結合部材（１１２）はディスプレイ情報の入力結合部材としての作用をして前記観察光路（１０９）にディスプレイ情報を重ね合わせることを特徴とする請求項３に記載の手術用顕微鏡。
【請求項４】
前記入力結合部材（１１２）は、平面鏡またはビーム分割キューブとして構成されたビーム分割鏡として構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の手術用顕微鏡。
【請求項５】
前記顕微鏡結像光学系（１０１，１０８）と前記入力結合部材（１１２）の間に、前記観察光路（１０９）から像情報を出力結合するための出力結合部材（１４１）が配置されていることを特徴とする請求項２から４までのいずれか１項に記載の手術用顕微鏡。
【請求項６】
前記顕微鏡結像光学系の前記拡大システムは無限焦点レンズ系（１０８）として構成されていることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の手術用顕微鏡。
【請求項７】
前記無限焦点のレンズ系はズームシステム（１０８）として構成されていることを特徴とする請求項６に記載の手術用顕微鏡。
【請求項８】
前記ＯＣＴシステム（１２０）は前記ＯＣＴ走査光路（１９０）をスキャンするために第１の回転軸（３０６）を中心として動かすことができる第１のスキャンミラー（１２４）を含んでいることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の手術用顕微鏡。
【請求項９】
第２の回転軸（３０６）を中心として動かすことができる第２のスキャンミラー（１２５）がさらに設けられており、前記第１の回転軸（３０６）と前記第２の回転軸（３０５）は側方にオフセットされて互いに直角をなしていることを特徴とする請求項８に記載の手術用顕微鏡。
【請求項１０】
前記ＯＣＴシステムは前記ＯＣＴ走査光路（１９０，３９０）のための光射出区域（４０２）を有する光導波路（１２７，３２７）を含んでおり、前記光導波路（１２７，３２７）の前記光射出区域（４０２）を動かすための手段（３７１，３７２）が設けられていることを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項に記載の手術用顕微鏡。
【請求項１１】
前記ＯＣＴシステムは平行な走査光路（１０９）を前記入力結合部材（１１２）に供給するコリメート光学系（１３０）を含んでいることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載の手術用顕微鏡。
【請求項１２】
前記ＯＣＴ走査光路（１９０）に、ＯＣＴ走査平面（１９５）への前記光導波路（１２７，３２７）の射出端部（４０２）の幾何学的結像を調整するために、位置調節可能な光学系（１３０，１３１，３３１）が設けられていることを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載の手術用顕微鏡。
【請求項１３】
位置調節可能な前記光学系（１３０，１３１，３３１）には駆動ユニット（３７３，３７４）が付属していることを特徴とする請求項１２に記載の手術用顕微鏡。
【請求項１４】
前記ＯＣＴシステムは第１の波長をもつ第１のＯＣＴ走査光線を提供するため、および、前記第１の波長とは異なる第２の波長をもつ第２のＯＣＴ走査光線を提供するように設計されていることを特徴とする請求項１から１３までのいずれか１項に記載の手術用顕微鏡。
【請求項１５】
波長の異なるＯＣＴ走査光線（１９０，３９０）を提供するために第１のＯＣＴシステム（１２０）と第２のＯＣＴシステム（３２０）が設けられていることを特徴とする請求項１から１４までのいずれか１項に記載の手術用顕微鏡。
【請求項１６】
前記手術用顕微鏡（１００）の作業間隔（１８０）が変化したときに、前記ＯＣＴシステム（１２０，３２０）における参照光路の光学的な経路長の相応の変化を調整するために、前記顕微鏡結像光学系（１０１，１０８）と前記ＯＣＴシステム（１２０，３２０）との結合器が設けられていることを特徴とする請求項１から１５までのいずれか１項に記載の手術用顕微鏡。
【請求項１７】
前記手術用顕微鏡（１００）の光学的な観察光路（１０９）における結像倍率と前記ＯＣＴ走査光路（１９０）における結像倍率とを互いに適合化するために、前記顕微鏡結像光学系（１０１，１０８）と前記ＯＣＴシステム（１２０）の前記コリメート光学系（１３０）との結合器が設けられていることを特徴とする請求項１から１６までのいずれか１項に記載の手術用顕微鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２６４４９０（Ｐ２００８−２６４４９０Ａ）
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９０５２９（Ｐ２００７−２９０５２９）
【出願日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【出願人】（５０６０８５０６６）カール・ツアイス・サージカル・ゲーエムベーハー (17)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【出願人】（５０６０８５０６６）カール・ツアイス・サージカル・ゲーエムベーハー (17)
【Ｆターム（参考）】
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