ＯＣＴシステムを備える眼科手術用顕微鏡
【課題】本発明は、顕微鏡主対物レンズと、物体領域を視覚化するために顕微鏡主対物レンズを透過する観察光路とを備える眼科手術用顕微鏡を提供する。
【解決手段】眼科手術用顕微鏡１００は、物体領域１０８の像を撮像するためのＯＣＴシステム１４０を含んでいる。ＯＣＴシステム１４０は、スキャンミラー構造１４６を介して物体領域１０８へと案内されるＯＣＴ走査光路１４２を含んでいる。本発明によると、スキャンミラー構造１４６と顕微鏡主対物レンズ１０１の間に、スキャンミラー構造１４６から射出されるＯＣＴ走査光路１４２を集束させて顕微鏡主対物レンズ１０１を透過する光路へと移行させる光学部材１４７が設けられている。代替的または追加的に、眼科手術用顕微鏡１００は、観察光路１０５とＯＣＴ走査光路１４２へ出入りするように内方旋回し外方旋回することができる検眼鏡検査ルーペ１３２を含むことができる。
【解決手段】眼科手術用顕微鏡１００は、物体領域１０８の像を撮像するためのＯＣＴシステム１４０を含んでいる。ＯＣＴシステム１４０は、スキャンミラー構造１４６を介して物体領域１０８へと案内されるＯＣＴ走査光路１４２を含んでいる。本発明によると、スキャンミラー構造１４６と顕微鏡主対物レンズ１０１の間に、スキャンミラー構造１４６から射出されるＯＣＴ走査光路１４２を集束させて顕微鏡主対物レンズ１０１を透過する光路へと移行させる光学部材１４７が設けられている。代替的または追加的に、眼科手術用顕微鏡１００は、観察光路１０５とＯＣＴ走査光路１４２へ出入りするように内方旋回し外方旋回することができる検眼鏡検査ルーペ１３２を含むことができる。
【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と、顕微鏡主対物レンズを透過する観察光路と、物体領域の像を撮像するためのＯＣＴシステムとを備え、ＯＣＴシステムはスキャンミラー構造を介して物体領域へと案内されるＯＣＴ走査光路を含んでいる、眼科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。この手術用顕微鏡は、短いコヒーレントのレーザ放射に由来する走査光路を生成するＯＣＴシステムを含んでいる。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含んでおり、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備えた、ＯＣＴ走査光路をスキャンする装置を含んでいる。手術用顕微鏡における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と入力結合され、これとともに顕微鏡主対物レンズを通過して物体領域へと誘導される。
【０００３】
ＯＣＴシステムは、光コヒーレンス断層撮影法を用いて、組織内部の構造を非侵襲的に表示し測定することを可能にする。光コヒーレンス断層撮影法は光学的な像生成法として、特に、生物組織の断面像または体積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１】欧州特許第０６９７６１１Ｂ１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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、人間の目のＯＣＴ断層像の撮像を可能にし、ＯＣＴ走査光路を強度損失なくＯＣＴ走査平面へと案内することができる、コンパクトに構成された眼科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】
【０００９】
この課題は、スキャンミラー構造と顕微鏡主対物レンズの間に、スキャンミラー構造から射出されるＯＣＴ走査光路の光を集束させて顕微鏡主対物レンズを透過する光路へと移行させる光学部材が設けられている、冒頭に述べた種類の眼科手術用顕微鏡によって解決される。
【００１０】
上述の課題は、観察光路とＯＣＴ走査光路へ出入りするように内方旋回および外方旋回することができる検眼鏡検査ルーペが設けられている、冒頭に述べた種類の眼科手術用顕微鏡によっても解決される。検眼鏡検査ルーペは、ＯＣＴ走査光路を患者の目の底に集束させることを可能にし、それによって眼底を走査すると同時に、手術用顕微鏡の光学的な観察光路によって、接眼レンズを覗き込んで眼底を見ることができるようにする。
【００１１】
本発明の発展例では、スキャンミラー構造と顕微鏡主対物レンズの間の光学部材は可動のレンズユニットとして製作されている。このようにして、人間の目のさまざまな断層面をＯＣＴ放射で走査することができる。
【００１２】
本発明の発展例では、この光学部材はレンズ交換装置に収容されている。このようにして、物体領域におけるＯＣＴ放射のさまざまな走査平面の間で迅速な往復切換が可能である。
【００１３】
本発明の発展例では、光学部材は焦点距離が可変なズームシステムとして製作される。このようにして、ＯＣＴ放射によって患者の目で検査される断層面を無段階に変えることが可能となる。
【００１４】
本発明の発展例では、主対物レンズの焦点距離を調整する手段が設けられている。このようにして、眼科手術用顕微鏡を用いて物体領域のさまざまな平面を検査することができ、その際に、手術用顕微鏡を変位させる必要がない。
【００１５】
本発明の発展例では、スキャンミラー構造は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、第１および第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、互いに垂直に延びる網目パターンで物体領域を走査することができる。
【００１６】
本発明の発展例では、ＯＣＴシステムは、動かすための手段が付属している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いる。このようにして、さまざまな波長のＯＣＴ放射を使用するためにＯＣＴシステムを適合化することができる。
【００１７】
本発明の発展例では、眼科手術用顕微鏡では、観察光路とＯＣＴ走査光路へ出入りするように内方旋回および外方旋回することができる検眼鏡検査ルーペが設けられている。この検眼鏡検査ルーペは縮小レンズと組み合わされるのが好ましく、検眼鏡検査ルーペと縮小レンズは、ＯＣＴ走査光路と観察光路へ出入りするように内方旋回し外方旋回することができる検眼鏡検査アタッチメントモジュールに配置されている。このようにして、眼科手術用顕微鏡を用いて、患者の目の前側区域だけでなくその眼底もＯＣＴ放射によって検査することができる。
【００１８】
本発明の発展例では、眼科手術用顕微鏡の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。波長の異なるＯＣＴ走査光線を提供する、相応の第１のＯＣＴシステムと相応の第２のＯＣＴシステムが設けられるのが好ましい。このようにして、ＯＣＴ放射に対する吸収特性がさまざまに異なる体組織を、優れた解像度で検査することができる。
【００１９】
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】
【００２０】
図１の手術用顕微鏡１００は、光学軸１０２と焦点面１０３をもつ顕微鏡主対物レンズ１０１を有している。顕微鏡主対物レンズ１０１には、双眼鏡筒１０６の立体視観察光路１０５が通っている。
【００２１】
患者の目１０８としての物体領域を照明するために、手術用顕微鏡１００は照明装置として照明モジュール１２０を有している。この照明モジュール１２０は、詳しくは図示しない光源からの照明光１２２を提供する第１の光導波路１２１を含んでいる。光導波路１２１から射出される照明光１２２によって、位置調節可能な視野絞り１２４が照明される。顕微鏡主対物レンズ１０１の物体と反対側に配置された反射鏡１２３によって、光導波路１２１から射出された照明光が、顕微鏡主対物レンズ１０１を通過して物体領域１０８へと誘導される。
【００２２】
眼科手術用顕微鏡１００には、二重矢印１３３，１３４に示すように手術用顕微鏡１００の立体視観察光路１０５に出入りするように内方旋回し、かつ外方旋回することができる、縮小レンズ１３１と検眼鏡検査ルーペ１３２とを備える検眼鏡検査アタッチメントモジュール１３０が付属している。
【００２３】
眼科手術用顕微鏡１００には第１のＯＣＴシステム１４０が設けられている。さらに眼科手術用顕微鏡は、図２に示す第２のＯＣＴシステムを含んでいる。これらのＯＣＴシステムはＯＣＴ像の撮像を可能にする。
【００２４】
図１に示すＯＣＴシステム１４０は、ＯＣＴ走査光路１４２を生成し、分析するためのユニット１４１を含んでいる。ユニット１４１は手術用顕微鏡１００に組み込まれている。あるいは、このユニットは手術用顕微鏡１００の外部で、相応の三脚柱に配置することもできる。ユニット１４１は、ＯＣＴ走査光路１４２を提供する光導波路１４３と接続されている。
【００２５】
光導波路１４３から射出されるＯＣＴ走査光路１４２は、発散光路によって、ＯＣＴスキャンユニット１４６の第１のスキャンミラー１４４と第２のスキャンミラー１４５へと案内され、そこから集光レンズ１４７の形態の光学部材に到達し、それから顕微鏡主対物レンズ１０１を透過する。ＯＣＴ走査光路１４２は、ＯＣＴ走査平面１６０で、患者の目１０８の前面区域に収束される。
【００２６】
患者の目１０８の形態の物体領域からＯＣＴ走査光路へ後方散乱されたＯＣＴ光は、顕微鏡主対物レンズ１０１、集光レンズ１４７、ＯＣＴスキャンユニット１４６を介して、ユニット１４１へと戻っていく。そこで、物体領域から後方散乱されたＯＣＴ走査光が、参照光路に由来するＯＣＴ放射で干渉される。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。
【００２７】
ＯＣＴ走査平面１６０を調整するために、集光レンズ１４７には位置調節機構１４８が付属しており、それによって集光レンズを二重矢印１４９に示すように動かすことができる。
【００２８】
第１のＯＣＴシステム１４０は波長λ＝１３１０ｎｍで作動する。眼科手術用顕微鏡１００の第２のＯＣＴシステムは、第１のＯＣＴシステム１４０に準じて構成されているが、λ＝８００ｎｍの動作波長を有している。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。
【００２９】
図２は、第１のＯＣＴシステム１４０に準じて構成、配置された第２のＯＣＴシステム１５０を備える、図１の眼科手術用顕微鏡１００を示している。
【００３０】
手術用顕微鏡の同一のモジュールには、図２にも図１と同じ符号が付されている。
【００３１】
ＯＣＴシステム１５０は、ＯＣＴシステム１５０のＯＣＴ走査光路１５２の生成と分析をするためのユニット１５１を含んでおり、光導波路１５３の射出端部でＯＣＴ走査放射１５２を生起する。このＯＣＴ走査放射１５２は、図１に示すＯＣＴシステム１９０のＯＣＴ走査放射１４２と同じく、第１のスキャンミラー１５４と第２のスキャンミラー１５５を備えるＯＣＴスキャンユニット１５６によって、集光レンズ１５７として構成された光学部材を介して、顕微鏡主対物レンズ１０１を通るように案内される。
【００３２】
図２は、検眼鏡検査アタッチメントモジュール１３０の縮小レンズ１３１と検眼鏡検査ルーペ１３２が手術用顕微鏡１００の観察光路２０５へ入るように内方旋回している動作モードで、眼科手術用顕微鏡１００を示している。このことは、眼底１９０からはね返って手術用顕微鏡の観察光路へ入る光による、及びＯＣＴ走査光による、患者の目１０８の眼底１９０の検査を可能にする。
【００３３】
集光レンズ１５７はＯＣＴ走査光路を集束させ、これを顕微鏡主対物レンズ１０１へと誘導する。ＯＣＴ走査放射は、顕微鏡主対物レンズ１０１、縮小レンズ１３１、検眼鏡検査ルーペ１３２を通ってＯＣＴ走査放射が患者の目１０８に入り、ＯＣＴ走査平面１７０で患者の目１０８の眼底１９０に集束される。
【００３４】
患者の目１０８の形態の物体領域からＯＣＴ走査光路へと後方散乱されたＯＣＴ光は、顕微鏡主対物レンズ１０１、集光レンズ１５７、ＯＣＴスキャンユニット１５６を介して、ＯＣＴ走査光路の生成と分析をするためのユニット１５１へ戻っていく。そこで、物体領域から後方散乱されたＯＣＴ走査光が、参照光路に由来するＯＣＴ放射でさらに干渉される。ＯＣＴシステム１４０の場合と同じく、ＯＣＴシステム１５０でも干渉信号が検出器によって検出され、計算ユニットによって評価され、この信号を基にして計算ユニットが、物体領域における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出する。
【００３５】
集光レンズ１５７には位置調節機構１５７が付属しており、これによって集光レンズを二重矢印１５９に示すように動かすことができる。このようにして、ＯＣＴシステム１５０に由来するＯＣＴ走査放射についても、焦点面を調整することができる。
【００３６】
眼科手術用顕微鏡１００の図２に示す動作モードのときのＯＣＴ走査光路の光学的な経路長は、図１に示す動作モードのときよりも長い。このことは、ＯＣＴシステム１５０の参照光路における光学的な経路長の適合化を必要にする。そのために、検眼鏡検査ルーペ１３２とＯＣＴシステム１５０との結合器１８０が設けられており、この結合器によって、検眼鏡検査ルーペ１３２が観察光路とＯＣＴ光路へ入るように内方旋回したときに、ＯＣＴシステムの参照光路の光学的な経路長が一定の値に準じて拡大される。この値は調整可能に保たれているのが好ましい。固定的な値は、患者の目の平均長に準拠するのが好都合である。
【００３７】
図３は、図１のIII−III線に沿った断面図である。この図面は、図１の手術用顕微鏡１００の立体視観察光路１０５，２０５の推移を説明するものである。顕微鏡主対物レンズ１０１には２つの立体視部分光路１０５，２０５が透過している。顕微鏡主対物レンズの光学軸１０２はその中心３１０に位置している。図１のＯＣＴシステム１４０のＯＣＴ走査光路１４２は、領域３０１で、顕微鏡主対物レンズ１０１を透過している。領域３０２では、図２に示すＯＣＴシステム１５０のＯＣＴ走査光路１５２がこれを透過しており、領域３０３では照明光１２２が透過している。
【００３８】
図４は、図１ないし図２に示す手術用顕微鏡１００の第１のＯＣＴシステム１４０と第２のＯＣＴシステム１５０を示している。ただし、両方のＯＣＴシステム１４０，１５０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。図４のＯＣＴシステム１４０、１５０の各モジュールを表すために、図１ないし図２と同じ符号を使用している。
【００３９】
ＯＣＴシステム１４０，１５０の第１のスキャンミラー１４４，１５４と第２のスキャンミラー１４５，１５５は、アクチュエータ４０１，４０２，４０３，４０４によって、互いに垂直に延びる２つの軸４０５，４０６，４０７、４０８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１４２，１５２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】
第１のＯＣＴシステム１４０のＯＣＴ走査光路１４２は、集光レンズ１４７を介して、顕微鏡主対物レンズ１０１へと案内される。第２のＯＣＴシステム１５０のＯＣＴ走査光路１５２は、集光レンズ１５７を介して、顕微鏡主対物レンズ１０１を通過する。
【００４１】
図５は、図１の光導波路１４３の前面区域５０２を示している。光導波路１４３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１４３のファイバコアの直径ｄ1は次式、
【数１】
を満たしており、このときＮＡ1は光導波路の前面の開口数である。光導波路１２２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１４３はガウス形の波長モードで光を案内する。ＯＣＴ走査光線５０１は、胴部パラメータＷ1と開口パラメータθ1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１４３から射出され、このとき次式が成り立つ。
【数２】
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θ1≒０．０８２７ｒａｄの開口角が得られる。
【００４２】
光導波路１４３の前面５０２は、図１に示す手術用顕微鏡１００にあるスキャンミラー１４４、１４５と集光レンズ１４７を介して、顕微鏡主対物レンズを通してＯＣＴ走査平面へ結像される。
【００４３】
図６は、ＯＣＴ走査光線５０１の強度分布の推移をＯＣＴ走査平面６０１に対して垂直に示している。ＯＣＴ走査平面６０１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５０１は図５の光導波路１４３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、図１の手術用顕微鏡１００の集光レンズ１４７と顕微鏡主対物レンズ１０１は、ＯＣＴ走査光線にとってＯＣＴ走査平面１６０の領域で、ＯＣＴ走査光線５０１のいわゆるガウス光束６００を惹起する。このガウス光束６００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ｚ1によって、および、ＯＣＴ走査平面におけるＯＣＴ走査光線５０１の最小の狭隘部６０２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Ｗ1、A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６００の胴部パラメータＷ1、Aと、図５に示す、光導波路１４３から射出されるIII５０１の胴部パラメータＷ1との間には、次の関係が成り立つ：
Ｗ1,A＝β1Ｗ1
ここでβ1は、ＯＣＴ走査平面における図１の光導波路１４３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。β1は、図１の集光レンズ１４７の焦点距離ｆ147および顕微鏡主対物レンズの焦点距離ｆ2との間で、次の関係によって結びついている：
ｆ2／ｆ147＝β1
【００４４】
ＯＣＴ走査光線５０１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６０１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Ｗ1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、ＯＣＴ走査平面におけるＯＣＴ走査光線５０１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５０１の波長がλ1のとき、ＯＣＴシステム１４０の希望する解像度のためには、ＯＣＴ光路における光学的な結像の倍率と、光導波路１４３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。
【００４５】
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ｚ1は、図１のＯＣＴ走査光路１４３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ｚ1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６０１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Ｗ1および共焦点パラメータｚ1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。
【００４６】
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システムで使用される光源のコヒーレンス長ｌcに合わせて共焦点パラメータｚ1を調整するのが好都合である。
【００４７】
そしてＯＣＴ走査光線５０１の特定の波長λ1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λ1とレイリーパラメータｚ1が胴部パラメータＷ1、Aを規定するからである。そして、図１に示すＯＣＴ走査光路１４３の光学系ユニット、および光導波路１４３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具体化されるように選択することができる。
【００４８】
手術用顕微鏡１００の集光レンズ１４７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１７０と、ＯＣＴシステム１４０のＯＣＴ走査平面１６０とが一致するように調整されているのが好ましい。そうすれば、図５に示す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。
【００４９】
図２に示すＯＣＴ１５０のＯＣＴ走査光路１５２については、光導波路１５３は波長λ2＝８００ｎｍ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１５３のファイバコアの直径ｄ2は次式、
【数４】
を満たしており、このときＮＡ2は光導波路１５３の前面の開口数である。ＯＣＴ走査光線１５２は、胴部パラメータＷ2と開口パラメータθ2によって特徴づけられる、同じく近似的にガウス形の放射断面形状で光導波路１５３から射出され、このとき次式が成り立つ。
【数５】
【００５０】
したがって、ＯＣＴ走査平面１７０におけるＯＣＴ走査光線１５２の胴部パラメータについては次式が成り立つ：
Ｗ2,A＝β2Ｗ2
ここでβ2は、ＯＣＴ走査平面１７０における図２の光導波路１５３の射出端部の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。
【００５１】
β2は、図２の集光レンズ１５７の焦点距離、顕微鏡主対物レンズ１０１の焦点距離、ならびに縮小レンズ１３１、検眼鏡検査ルーペ１３２、患者の目１０８の角膜とレンズによって決まる。
【００５２】
このとき集光レンズ１５７は、光学的な観察光路が顕微鏡主対物レンズ１０１によって患者の目１０８の眼底１９０を結像するときに、手術用顕微鏡１００におけるＯＣＴシステム１５０のＯＣＴ走査平面１７０が、眼底１９０と一致するように調整されているのが好ましい。
【００５３】
手術用顕微鏡におけるＯＣＴシステムの上述した設計に代えて、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いてもよい。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ｚよりも大きくないのが好ましい。
【００５４】
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限にすることができる。
【００５５】
図７には、図１および図２に示す眼科手術用顕微鏡１００で使用することができるＯＣＴシステムの改変された実施形態が示されている。
【００５６】
このＯＣＴシステム７００は、図１に示すＯＣＴシステム１４０に準じて、ＯＣＴ走査光路７０２の生成と分析をするためのユニット７０１を含んでいる。このユニット７０１は、異なる波長のＯＣＴ走査光路を生成して評価することができるように設計されている。ＯＣＴシステム７００の波長の調整のために、制御装置７０３が設けられている。
【００５７】
ＯＣＴ走査光路７０２は、ユニット７０１と接続された光導波路７０４から射出され、２つのスキャンミラー７０５，７０６へ到達する。これらのミラーは、ＯＣＴ走査平面７０７で物体領域７０８を走査することができるように、詳しくは図示しない駆動装置によって可動である。
【００５８】
さまざまなＯＣＴ走査平面を設定するために、ＯＣＴシステム７００では、一方では、屈折力の異なる集光レンズ７１０，７１１を含んでいるレンズ交換装置としての倍率変更装置７０９が設けられている。これらの集光レンズ７１０，７１１はＯＣＴ走査光路７０２へ出入りするように内方旋回し外方旋回することができる。さらに光導波路７０４には駆動ユニット７１２が付属しており、この駆動ユニットは、光導波路の射出端部７１３が二重矢印７１４に示すように動くことを可能にし、そのようにして、物体領域におけるＯＣＴ走査平面７０７の位置を変えられるようになっている。
【００５９】
ＯＣＴ走査光路７０７は、走査光路を集束させて相応の手術用顕微鏡の顕微鏡主対物レンズへとさらに誘導する集光レンズ７０９を通って、ＯＣＴ走査平面へ到達する。
【００６０】
図８は、眼科手術用顕微鏡のためのＯＣＴシステムのさらに別の実施形態を示している。このＯＣＴシステムは、ＯＣＴシステム７００と同じく、光導波路８０３から射出されるＯＣＴ走査光路８０２を生成し分析するためのユニット８０１を有している。ＯＣＴシステム８００では、光導波路の射出端部８０４から射出されたＯＣＴ走査光路８０２は、相応のスキャンミラーシステム８０５を介して、ズームシステムとして作用する、屈折力を調整可能なレンズユニット８０６を通るように案内される。このようにして、物体領域８０８におけるＯＣＴ走査平面８０７の位置を変えることが同じく可能である。
【００６１】
図１を参照して説明した手術用顕微鏡１００のさらに別の改変された実施形態は、焦点距離を調整可能である焦点合わせ可能な顕微鏡主対物レンズを含んでいる。この方策も、ＯＣＴ走査平面の変位を可能にするとともに、ＯＣＴ走査平面への光導波路射出端部の幾何学的結像を変更することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】検眼鏡検査アタッチメントモジュールと第１のＯＣＴシステムとを備える眼科手術用顕微鏡である。
【図２】第２のＯＣＴシステムを備える図１の眼科手術用顕微鏡であり、検眼鏡検査アタッチメントモジュールは眼科手術用顕微鏡の観察光路に入るように内方旋回している。
【図３】図１のIII−III線に沿った顕微鏡主対物レンズの断面図である。
【図４】第１および第２のＯＣＴシステムを備えている眼科手術用顕微鏡の区域である。
【図５】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６】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。
【図７】手術用顕微鏡のＯＣＴシステムの改変された実施形態である。
【図８】手術用顕微鏡のＯＣＴシステムの改変された実施形態である。
【符号の説明】
【００６３】
１００ 眼科手術用顕微鏡、１０１ 顕微鏡主対物レンズ、１０５ 観察光路、１０８ 物体領域、１３２ 検眼鏡検査ルーペ、１４０ ＯＣＴシステム、１４２ ＯＣＴ走査光路、１４６ スキャンミラー構造、１４７ 光学部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡主対物レンズと、顕微鏡主対物レンズを透過する観察光路と、物体領域の像を撮像するためのＯＣＴシステムとを備え、ＯＣＴシステムはスキャンミラー構造を介して物体領域へと案内されるＯＣＴ走査光路を含んでいる、眼科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。この手術用顕微鏡は、短いコヒーレントのレーザ放射に由来する走査光路を生成するＯＣＴシステムを含んでいる。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含んでおり、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備えた、ＯＣＴ走査光路をスキャンする装置を含んでいる。手術用顕微鏡における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と入力結合され、これとともに顕微鏡主対物レンズを通過して物体領域へと誘導される。
【０００３】
ＯＣＴシステムは、光コヒーレンス断層撮影法を用いて、組織内部の構造を非侵襲的に表示し測定することを可能にする。光コヒーレンス断層撮影法は光学的な像生成法として、特に、生物組織の断面像または体積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１】欧州特許第０６９７６１１Ｂ１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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、人間の目のＯＣＴ断層像の撮像を可能にし、ＯＣＴ走査光路を強度損失なくＯＣＴ走査平面へと案内することができる、コンパクトに構成された眼科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】
【０００９】
この課題は、スキャンミラー構造と顕微鏡主対物レンズの間に、スキャンミラー構造から射出されるＯＣＴ走査光路の光を集束させて顕微鏡主対物レンズを透過する光路へと移行させる光学部材が設けられている、冒頭に述べた種類の眼科手術用顕微鏡によって解決される。
【００１０】
上述の課題は、観察光路とＯＣＴ走査光路へ出入りするように内方旋回および外方旋回することができる検眼鏡検査ルーペが設けられている、冒頭に述べた種類の眼科手術用顕微鏡によっても解決される。検眼鏡検査ルーペは、ＯＣＴ走査光路を患者の目の底に集束させることを可能にし、それによって眼底を走査すると同時に、手術用顕微鏡の光学的な観察光路によって、接眼レンズを覗き込んで眼底を見ることができるようにする。
【００１１】
本発明の発展例では、スキャンミラー構造と顕微鏡主対物レンズの間の光学部材は可動のレンズユニットとして製作されている。このようにして、人間の目のさまざまな断層面をＯＣＴ放射で走査することができる。
【００１２】
本発明の発展例では、この光学部材はレンズ交換装置に収容されている。このようにして、物体領域におけるＯＣＴ放射のさまざまな走査平面の間で迅速な往復切換が可能である。
【００１３】
本発明の発展例では、光学部材は焦点距離が可変なズームシステムとして製作される。このようにして、ＯＣＴ放射によって患者の目で検査される断層面を無段階に変えることが可能となる。
【００１４】
本発明の発展例では、主対物レンズの焦点距離を調整する手段が設けられている。このようにして、眼科手術用顕微鏡を用いて物体領域のさまざまな平面を検査することができ、その際に、手術用顕微鏡を変位させる必要がない。
【００１５】
本発明の発展例では、スキャンミラー構造は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、第１および第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、互いに垂直に延びる網目パターンで物体領域を走査することができる。
【００１６】
本発明の発展例では、ＯＣＴシステムは、動かすための手段が付属している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いる。このようにして、さまざまな波長のＯＣＴ放射を使用するためにＯＣＴシステムを適合化することができる。
【００１７】
本発明の発展例では、眼科手術用顕微鏡では、観察光路とＯＣＴ走査光路へ出入りするように内方旋回および外方旋回することができる検眼鏡検査ルーペが設けられている。この検眼鏡検査ルーペは縮小レンズと組み合わされるのが好ましく、検眼鏡検査ルーペと縮小レンズは、ＯＣＴ走査光路と観察光路へ出入りするように内方旋回し外方旋回することができる検眼鏡検査アタッチメントモジュールに配置されている。このようにして、眼科手術用顕微鏡を用いて、患者の目の前側区域だけでなくその眼底もＯＣＴ放射によって検査することができる。
【００１８】
本発明の発展例では、眼科手術用顕微鏡の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。波長の異なるＯＣＴ走査光線を提供する、相応の第１のＯＣＴシステムと相応の第２のＯＣＴシステムが設けられるのが好ましい。このようにして、ＯＣＴ放射に対する吸収特性がさまざまに異なる体組織を、優れた解像度で検査することができる。
【００１９】
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】
【００２０】
図１の手術用顕微鏡１００は、光学軸１０２と焦点面１０３をもつ顕微鏡主対物レンズ１０１を有している。顕微鏡主対物レンズ１０１には、双眼鏡筒１０６の立体視観察光路１０５が通っている。
【００２１】
患者の目１０８としての物体領域を照明するために、手術用顕微鏡１００は照明装置として照明モジュール１２０を有している。この照明モジュール１２０は、詳しくは図示しない光源からの照明光１２２を提供する第１の光導波路１２１を含んでいる。光導波路１２１から射出される照明光１２２によって、位置調節可能な視野絞り１２４が照明される。顕微鏡主対物レンズ１０１の物体と反対側に配置された反射鏡１２３によって、光導波路１２１から射出された照明光が、顕微鏡主対物レンズ１０１を通過して物体領域１０８へと誘導される。
【００２２】
眼科手術用顕微鏡１００には、二重矢印１３３，１３４に示すように手術用顕微鏡１００の立体視観察光路１０５に出入りするように内方旋回し、かつ外方旋回することができる、縮小レンズ１３１と検眼鏡検査ルーペ１３２とを備える検眼鏡検査アタッチメントモジュール１３０が付属している。
【００２３】
眼科手術用顕微鏡１００には第１のＯＣＴシステム１４０が設けられている。さらに眼科手術用顕微鏡は、図２に示す第２のＯＣＴシステムを含んでいる。これらのＯＣＴシステムはＯＣＴ像の撮像を可能にする。
【００２４】
図１に示すＯＣＴシステム１４０は、ＯＣＴ走査光路１４２を生成し、分析するためのユニット１４１を含んでいる。ユニット１４１は手術用顕微鏡１００に組み込まれている。あるいは、このユニットは手術用顕微鏡１００の外部で、相応の三脚柱に配置することもできる。ユニット１４１は、ＯＣＴ走査光路１４２を提供する光導波路１４３と接続されている。
【００２５】
光導波路１４３から射出されるＯＣＴ走査光路１４２は、発散光路によって、ＯＣＴスキャンユニット１４６の第１のスキャンミラー１４４と第２のスキャンミラー１４５へと案内され、そこから集光レンズ１４７の形態の光学部材に到達し、それから顕微鏡主対物レンズ１０１を透過する。ＯＣＴ走査光路１４２は、ＯＣＴ走査平面１６０で、患者の目１０８の前面区域に収束される。
【００２６】
患者の目１０８の形態の物体領域からＯＣＴ走査光路へ後方散乱されたＯＣＴ光は、顕微鏡主対物レンズ１０１、集光レンズ１４７、ＯＣＴスキャンユニット１４６を介して、ユニット１４１へと戻っていく。そこで、物体領域から後方散乱されたＯＣＴ走査光が、参照光路に由来するＯＣＴ放射で干渉される。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。
【００２７】
ＯＣＴ走査平面１６０を調整するために、集光レンズ１４７には位置調節機構１４８が付属しており、それによって集光レンズを二重矢印１４９に示すように動かすことができる。
【００２８】
第１のＯＣＴシステム１４０は波長λ＝１３１０ｎｍで作動する。眼科手術用顕微鏡１００の第２のＯＣＴシステムは、第１のＯＣＴシステム１４０に準じて構成されているが、λ＝８００ｎｍの動作波長を有している。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。
【００２９】
図２は、第１のＯＣＴシステム１４０に準じて構成、配置された第２のＯＣＴシステム１５０を備える、図１の眼科手術用顕微鏡１００を示している。
【００３０】
手術用顕微鏡の同一のモジュールには、図２にも図１と同じ符号が付されている。
【００３１】
ＯＣＴシステム１５０は、ＯＣＴシステム１５０のＯＣＴ走査光路１５２の生成と分析をするためのユニット１５１を含んでおり、光導波路１５３の射出端部でＯＣＴ走査放射１５２を生起する。このＯＣＴ走査放射１５２は、図１に示すＯＣＴシステム１９０のＯＣＴ走査放射１４２と同じく、第１のスキャンミラー１５４と第２のスキャンミラー１５５を備えるＯＣＴスキャンユニット１５６によって、集光レンズ１５７として構成された光学部材を介して、顕微鏡主対物レンズ１０１を通るように案内される。
【００３２】
図２は、検眼鏡検査アタッチメントモジュール１３０の縮小レンズ１３１と検眼鏡検査ルーペ１３２が手術用顕微鏡１００の観察光路２０５へ入るように内方旋回している動作モードで、眼科手術用顕微鏡１００を示している。このことは、眼底１９０からはね返って手術用顕微鏡の観察光路へ入る光による、及びＯＣＴ走査光による、患者の目１０８の眼底１９０の検査を可能にする。
【００３３】
集光レンズ１５７はＯＣＴ走査光路を集束させ、これを顕微鏡主対物レンズ１０１へと誘導する。ＯＣＴ走査放射は、顕微鏡主対物レンズ１０１、縮小レンズ１３１、検眼鏡検査ルーペ１３２を通ってＯＣＴ走査放射が患者の目１０８に入り、ＯＣＴ走査平面１７０で患者の目１０８の眼底１９０に集束される。
【００３４】
患者の目１０８の形態の物体領域からＯＣＴ走査光路へと後方散乱されたＯＣＴ光は、顕微鏡主対物レンズ１０１、集光レンズ１５７、ＯＣＴスキャンユニット１５６を介して、ＯＣＴ走査光路の生成と分析をするためのユニット１５１へ戻っていく。そこで、物体領域から後方散乱されたＯＣＴ走査光が、参照光路に由来するＯＣＴ放射でさらに干渉される。ＯＣＴシステム１４０の場合と同じく、ＯＣＴシステム１５０でも干渉信号が検出器によって検出され、計算ユニットによって評価され、この信号を基にして計算ユニットが、物体領域における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出する。
【００３５】
集光レンズ１５７には位置調節機構１５７が付属しており、これによって集光レンズを二重矢印１５９に示すように動かすことができる。このようにして、ＯＣＴシステム１５０に由来するＯＣＴ走査放射についても、焦点面を調整することができる。
【００３６】
眼科手術用顕微鏡１００の図２に示す動作モードのときのＯＣＴ走査光路の光学的な経路長は、図１に示す動作モードのときよりも長い。このことは、ＯＣＴシステム１５０の参照光路における光学的な経路長の適合化を必要にする。そのために、検眼鏡検査ルーペ１３２とＯＣＴシステム１５０との結合器１８０が設けられており、この結合器によって、検眼鏡検査ルーペ１３２が観察光路とＯＣＴ光路へ入るように内方旋回したときに、ＯＣＴシステムの参照光路の光学的な経路長が一定の値に準じて拡大される。この値は調整可能に保たれているのが好ましい。固定的な値は、患者の目の平均長に準拠するのが好都合である。
【００３７】
図３は、図１のIII−III線に沿った断面図である。この図面は、図１の手術用顕微鏡１００の立体視観察光路１０５，２０５の推移を説明するものである。顕微鏡主対物レンズ１０１には２つの立体視部分光路１０５，２０５が透過している。顕微鏡主対物レンズの光学軸１０２はその中心３１０に位置している。図１のＯＣＴシステム１４０のＯＣＴ走査光路１４２は、領域３０１で、顕微鏡主対物レンズ１０１を透過している。領域３０２では、図２に示すＯＣＴシステム１５０のＯＣＴ走査光路１５２がこれを透過しており、領域３０３では照明光１２２が透過している。
【００３８】
図４は、図１ないし図２に示す手術用顕微鏡１００の第１のＯＣＴシステム１４０と第２のＯＣＴシステム１５０を示している。ただし、両方のＯＣＴシステム１４０，１５０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。図４のＯＣＴシステム１４０、１５０の各モジュールを表すために、図１ないし図２と同じ符号を使用している。
【００３９】
ＯＣＴシステム１４０，１５０の第１のスキャンミラー１４４，１５４と第２のスキャンミラー１４５，１５５は、アクチュエータ４０１，４０２，４０３，４０４によって、互いに垂直に延びる２つの軸４０５，４０６，４０７、４０８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１４２，１５２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】
第１のＯＣＴシステム１４０のＯＣＴ走査光路１４２は、集光レンズ１４７を介して、顕微鏡主対物レンズ１０１へと案内される。第２のＯＣＴシステム１５０のＯＣＴ走査光路１５２は、集光レンズ１５７を介して、顕微鏡主対物レンズ１０１を通過する。
【００４１】
図５は、図１の光導波路１４３の前面区域５０２を示している。光導波路１４３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１４３のファイバコアの直径ｄ1は次式、
【数１】
を満たしており、このときＮＡ1は光導波路の前面の開口数である。光導波路１２２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１４３はガウス形の波長モードで光を案内する。ＯＣＴ走査光線５０１は、胴部パラメータＷ1と開口パラメータθ1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１４３から射出され、このとき次式が成り立つ。
【数２】
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θ1≒０．０８２７ｒａｄの開口角が得られる。
【００４２】
光導波路１４３の前面５０２は、図１に示す手術用顕微鏡１００にあるスキャンミラー１４４、１４５と集光レンズ１４７を介して、顕微鏡主対物レンズを通してＯＣＴ走査平面へ結像される。
【００４３】
図６は、ＯＣＴ走査光線５０１の強度分布の推移をＯＣＴ走査平面６０１に対して垂直に示している。ＯＣＴ走査平面６０１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５０１は図５の光導波路１４３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、図１の手術用顕微鏡１００の集光レンズ１４７と顕微鏡主対物レンズ１０１は、ＯＣＴ走査光線にとってＯＣＴ走査平面１６０の領域で、ＯＣＴ走査光線５０１のいわゆるガウス光束６００を惹起する。このガウス光束６００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ｚ1によって、および、ＯＣＴ走査平面におけるＯＣＴ走査光線５０１の最小の狭隘部６０２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Ｗ1、A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６００の胴部パラメータＷ1、Aと、図５に示す、光導波路１４３から射出されるIII５０１の胴部パラメータＷ1との間には、次の関係が成り立つ：
Ｗ1,A＝β1Ｗ1
ここでβ1は、ＯＣＴ走査平面における図１の光導波路１４３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。β1は、図１の集光レンズ１４７の焦点距離ｆ147および顕微鏡主対物レンズの焦点距離ｆ2との間で、次の関係によって結びついている：
ｆ2／ｆ147＝β1
【００４４】
ＯＣＴ走査光線５０１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６０１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Ｗ1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、ＯＣＴ走査平面におけるＯＣＴ走査光線５０１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５０１の波長がλ1のとき、ＯＣＴシステム１４０の希望する解像度のためには、ＯＣＴ光路における光学的な結像の倍率と、光導波路１４３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。
【００４５】
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ｚ1は、図１のＯＣＴ走査光路１４３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ｚ1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６０１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Ｗ1および共焦点パラメータｚ1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。
【００４６】
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システムで使用される光源のコヒーレンス長ｌcに合わせて共焦点パラメータｚ1を調整するのが好都合である。
【００４７】
そしてＯＣＴ走査光線５０１の特定の波長λ1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λ1とレイリーパラメータｚ1が胴部パラメータＷ1、Aを規定するからである。そして、図１に示すＯＣＴ走査光路１４３の光学系ユニット、および光導波路１４３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具体化されるように選択することができる。
【００４８】
手術用顕微鏡１００の集光レンズ１４７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１７０と、ＯＣＴシステム１４０のＯＣＴ走査平面１６０とが一致するように調整されているのが好ましい。そうすれば、図５に示す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。
【００４９】
図２に示すＯＣＴ１５０のＯＣＴ走査光路１５２については、光導波路１５３は波長λ2＝８００ｎｍ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１５３のファイバコアの直径ｄ2は次式、
【数４】
を満たしており、このときＮＡ2は光導波路１５３の前面の開口数である。ＯＣＴ走査光線１５２は、胴部パラメータＷ2と開口パラメータθ2によって特徴づけられる、同じく近似的にガウス形の放射断面形状で光導波路１５３から射出され、このとき次式が成り立つ。
【数５】
【００５０】
したがって、ＯＣＴ走査平面１７０におけるＯＣＴ走査光線１５２の胴部パラメータについては次式が成り立つ：
Ｗ2,A＝β2Ｗ2
ここでβ2は、ＯＣＴ走査平面１７０における図２の光導波路１５３の射出端部の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。
【００５１】
β2は、図２の集光レンズ１５７の焦点距離、顕微鏡主対物レンズ１０１の焦点距離、ならびに縮小レンズ１３１、検眼鏡検査ルーペ１３２、患者の目１０８の角膜とレンズによって決まる。
【００５２】
このとき集光レンズ１５７は、光学的な観察光路が顕微鏡主対物レンズ１０１によって患者の目１０８の眼底１９０を結像するときに、手術用顕微鏡１００におけるＯＣＴシステム１５０のＯＣＴ走査平面１７０が、眼底１９０と一致するように調整されているのが好ましい。
【００５３】
手術用顕微鏡におけるＯＣＴシステムの上述した設計に代えて、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いてもよい。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ｚよりも大きくないのが好ましい。
【００５４】
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限にすることができる。
【００５５】
図７には、図１および図２に示す眼科手術用顕微鏡１００で使用することができるＯＣＴシステムの改変された実施形態が示されている。
【００５６】
このＯＣＴシステム７００は、図１に示すＯＣＴシステム１４０に準じて、ＯＣＴ走査光路７０２の生成と分析をするためのユニット７０１を含んでいる。このユニット７０１は、異なる波長のＯＣＴ走査光路を生成して評価することができるように設計されている。ＯＣＴシステム７００の波長の調整のために、制御装置７０３が設けられている。
【００５７】
ＯＣＴ走査光路７０２は、ユニット７０１と接続された光導波路７０４から射出され、２つのスキャンミラー７０５，７０６へ到達する。これらのミラーは、ＯＣＴ走査平面７０７で物体領域７０８を走査することができるように、詳しくは図示しない駆動装置によって可動である。
【００５８】
さまざまなＯＣＴ走査平面を設定するために、ＯＣＴシステム７００では、一方では、屈折力の異なる集光レンズ７１０，７１１を含んでいるレンズ交換装置としての倍率変更装置７０９が設けられている。これらの集光レンズ７１０，７１１はＯＣＴ走査光路７０２へ出入りするように内方旋回し外方旋回することができる。さらに光導波路７０４には駆動ユニット７１２が付属しており、この駆動ユニットは、光導波路の射出端部７１３が二重矢印７１４に示すように動くことを可能にし、そのようにして、物体領域におけるＯＣＴ走査平面７０７の位置を変えられるようになっている。
【００５９】
ＯＣＴ走査光路７０７は、走査光路を集束させて相応の手術用顕微鏡の顕微鏡主対物レンズへとさらに誘導する集光レンズ７０９を通って、ＯＣＴ走査平面へ到達する。
【００６０】
図８は、眼科手術用顕微鏡のためのＯＣＴシステムのさらに別の実施形態を示している。このＯＣＴシステムは、ＯＣＴシステム７００と同じく、光導波路８０３から射出されるＯＣＴ走査光路８０２を生成し分析するためのユニット８０１を有している。ＯＣＴシステム８００では、光導波路の射出端部８０４から射出されたＯＣＴ走査光路８０２は、相応のスキャンミラーシステム８０５を介して、ズームシステムとして作用する、屈折力を調整可能なレンズユニット８０６を通るように案内される。このようにして、物体領域８０８におけるＯＣＴ走査平面８０７の位置を変えることが同じく可能である。
【００６１】
図１を参照して説明した手術用顕微鏡１００のさらに別の改変された実施形態は、焦点距離を調整可能である焦点合わせ可能な顕微鏡主対物レンズを含んでいる。この方策も、ＯＣＴ走査平面の変位を可能にするとともに、ＯＣＴ走査平面への光導波路射出端部の幾何学的結像を変更することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】検眼鏡検査アタッチメントモジュールと第１のＯＣＴシステムとを備える眼科手術用顕微鏡である。
【図２】第２のＯＣＴシステムを備える図１の眼科手術用顕微鏡であり、検眼鏡検査アタッチメントモジュールは眼科手術用顕微鏡の観察光路に入るように内方旋回している。
【図３】図１のIII−III線に沿った顕微鏡主対物レンズの断面図である。
【図４】第１および第２のＯＣＴシステムを備えている眼科手術用顕微鏡の区域である。
【図５】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６】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。
【図７】手術用顕微鏡のＯＣＴシステムの改変された実施形態である。
【図８】手術用顕微鏡のＯＣＴシステムの改変された実施形態である。
【符号の説明】
【００６３】
１００ 眼科手術用顕微鏡、１０１ 顕微鏡主対物レンズ、１０５ 観察光路、１０８ 物体領域、１３２ 検眼鏡検査ルーペ、１４０ ＯＣＴシステム、１４２ ＯＣＴ走査光路、１４６ スキャンミラー構造、１４７ 光学部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
顕微鏡主対物レンズ（１０１）と、
物体領域（１０８）を視覚化するために前記顕微鏡主対物レンズ（１０１）を透過する 観察光路（１０５，２０５）と、
物体領域（１０８）の像を撮像するためのＯＣＴシステム（１４０，１５０，７００，８００）とを備え、前記ＯＣＴシステム（１４０，１５０，７００，８００）はスキャンミラー構造（１４６，１５６，７０５，７０６，８０５）を介して物体領域（１０８）へと案内されるＯＣＴ走査光路（１４２，１５２，７０２，８０２）を含んでいる眼科手術用顕微鏡（１００）であって、
前記スキャンミラー構造（１４６，１５６，７０５，７０６，８０５）と前記顕微鏡主対物レンズ（１０１）との間に、前記スキャンミラー構造（１４６，１５６，７０５，７０６，８０５）から射出される前記ＯＣＴ走査光路（１４２，１５２，７０２，８０２）を集束させて前記顕微鏡主対物レンズ（１０１）を透過する光路へと移行させる光学部材（１４７，１５７，７１１，８０６）が設けられていることを特徴とする眼科手術用顕微鏡。
【請求項２】
前記光学部材は可動のレンズユニット（１４７，１５７）として構成されていることを特徴とする請求項１に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項３】
前記光学部材（７１１）はレンズ交換装置（７０９）に収容されていることを特徴とする請求項１または２に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項４】
前記光学部材は焦点距離が可変なズームシステム（８０６）として構成されていることを特徴とする請求項１に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項５】
前記顕微鏡主対物レンズの焦点距離を調整するための手段が設けられていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項６】
前記スキャンミラー構造（１４６，１５６）は前記ＯＣＴ走査光路をスキャンするために第１の回転軸（３０１，３０３）を中心として動くことができる第１のスキャンミラー（１４４，１５４）を含んで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項に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項７】
第２の回転軸（３０２，３０４）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（１４５，１５５）が設けられており、前記第１の回転軸（３０１，３０３）と前記第２の回転軸（３０２，３０４）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６に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項８】
前記ＯＣＴシステムは前記ＯＣＴ走査光路のための光射出区域（７１３）を有する光導波路（７０４）を含んでおり、前記光導波路（７０４）の前記光射出区域（７１３）を動かすための手段（７１２）が設けられて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項に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項９】
顕微鏡主対物レンズ（１０１）と、
物体領域（１０８）を視覚化するために前記顕微鏡主対物レンズ（１０１）を透過する観察光路（１０５，２０５）と、
物体領域（１０８）の像を撮像するためのＯＣＴシステム（１４０，１５０，７００，８００）とを備え、前記ＯＣＴシステム（１４０，１５０，７００，８００）はスキャンミラー構造（１４６，１５６，７０５，７０６，８０５）を介して物体領域（１０８）へと案内されるＯＣＴ走査光路（１４２，１５２，７０２，８０２）を含んでいる、
請求項１から８までのいずれか１項に記載の眼科手術用顕微鏡において、
前記観察光路と前記ＯＣＴ走査光路へ出入りするように内方旋回し、外方旋回することができる検眼鏡検査ルーペ（１３２）が設けられていることを特徴とする眼科手術用顕微鏡。
【請求項１０】
前記検眼鏡検査ルーペ（１３２）が内方旋回したときに前記ＯＣＴシステムの参照光路の光学的な経路長が一定の値だけ拡大されるように、前記ＯＣＴシステム１４０と前記検眼鏡検査ルーペ（１３２）との結合器が設けられていることを特徴とする請求項９に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項１１】
前記観察光路と前記ＯＣＴ走査光路（１４２）へ出入りするように内方旋回し、外方旋回することができる縮小レンズ（１３１）が設けられて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項に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項１２】
前記ＯＣＴ走査光路（１４２，１５２）へ出入りするように内方旋回し、外方旋回することができる、前記検眼鏡検査ルーペ（１３２）および／または前記縮小レンズ（１３１）を備える検眼鏡検査アタッチメントモジュール（１３０）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項に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項１３】
前記ＯＣＴシステム（７００）は、さまざまな波長λ1および前記波長λ1とは異なる第２の波長λ2をもつ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１２までのいずれか１項に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項１４】
異なる波長λ1、λ2のＯＣＴ走査光線（１４２，１５２）を提供する第１のＯＣＴシステム（１４０）と第２のＯＣＴシステム（１５０）が設けら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項に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項１】
顕微鏡主対物レンズ（１０１）と、
物体領域（１０８）を視覚化するために前記顕微鏡主対物レンズ（１０１）を透過する 観察光路（１０５，２０５）と、
物体領域（１０８）の像を撮像するためのＯＣＴシステム（１４０，１５０，７００，８００）とを備え、前記ＯＣＴシステム（１４０，１５０，７００，８００）はスキャンミラー構造（１４６，１５６，７０５，７０６，８０５）を介して物体領域（１０８）へと案内されるＯＣＴ走査光路（１４２，１５２，７０２，８０２）を含んでいる眼科手術用顕微鏡（１００）であって、
前記スキャンミラー構造（１４６，１５６，７０５，７０６，８０５）と前記顕微鏡主対物レンズ（１０１）との間に、前記スキャンミラー構造（１４６，１５６，７０５，７０６，８０５）から射出される前記ＯＣＴ走査光路（１４２，１５２，７０２，８０２）を集束させて前記顕微鏡主対物レンズ（１０１）を透過する光路へと移行させる光学部材（１４７，１５７，７１１，８０６）が設けられていることを特徴とする眼科手術用顕微鏡。
【請求項２】
前記光学部材は可動のレンズユニット（１４７，１５７）として構成されていることを特徴とする請求項１に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項３】
前記光学部材（７１１）はレンズ交換装置（７０９）に収容されていることを特徴とする請求項１または２に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項４】
前記光学部材は焦点距離が可変なズームシステム（８０６）として構成されていることを特徴とする請求項１に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項５】
前記顕微鏡主対物レンズの焦点距離を調整するための手段が設けられていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項６】
前記スキャンミラー構造（１４６，１５６）は前記ＯＣＴ走査光路をスキャンするために第１の回転軸（３０１，３０３）を中心として動くことができる第１のスキャンミラー（１４４，１５４）を含んで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項に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項７】
第２の回転軸（３０２，３０４）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（１４５，１５５）が設けられており、前記第１の回転軸（３０１，３０３）と前記第２の回転軸（３０２，３０４）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６に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項８】
前記ＯＣＴシステムは前記ＯＣＴ走査光路のための光射出区域（７１３）を有する光導波路（７０４）を含んでおり、前記光導波路（７０４）の前記光射出区域（７１３）を動かすための手段（７１２）が設けられて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項に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項９】
顕微鏡主対物レンズ（１０１）と、
物体領域（１０８）を視覚化するために前記顕微鏡主対物レンズ（１０１）を透過する観察光路（１０５，２０５）と、
物体領域（１０８）の像を撮像するためのＯＣＴシステム（１４０，１５０，７００，８００）とを備え、前記ＯＣＴシステム（１４０，１５０，７００，８００）はスキャンミラー構造（１４６，１５６，７０５，７０６，８０５）を介して物体領域（１０８）へと案内されるＯＣＴ走査光路（１４２，１５２，７０２，８０２）を含んでいる、
請求項１から８までのいずれか１項に記載の眼科手術用顕微鏡において、
前記観察光路と前記ＯＣＴ走査光路へ出入りするように内方旋回し、外方旋回することができる検眼鏡検査ルーペ（１３２）が設けられていることを特徴とする眼科手術用顕微鏡。
【請求項１０】
前記検眼鏡検査ルーペ（１３２）が内方旋回したときに前記ＯＣＴシステムの参照光路の光学的な経路長が一定の値だけ拡大されるように、前記ＯＣＴシステム１４０と前記検眼鏡検査ルーペ（１３２）との結合器が設けられていることを特徴とする請求項９に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項１１】
前記観察光路と前記ＯＣＴ走査光路（１４２）へ出入りするように内方旋回し、外方旋回することができる縮小レンズ（１３１）が設けられて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項に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項１２】
前記ＯＣＴ走査光路（１４２，１５２）へ出入りするように内方旋回し、外方旋回することができる、前記検眼鏡検査ルーペ（１３２）および／または前記縮小レンズ（１３１）を備える検眼鏡検査アタッチメントモジュール（１３０）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項に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項１３】
前記ＯＣＴシステム（７００）は、さまざまな波長λ1および前記波長λ1とは異なる第２の波長λ2をもつ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１２までのいずれか１項に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項１４】
異なる波長λ1、λ2のＯＣＴ走査光線（１４２，１５２）を提供する第１のＯＣＴシステム（１４０）と第２のＯＣＴシステム（１５０）が設けら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項に記載の眼科手術用顕微鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−２６８８５２（Ｐ２００８−２６８８５２Ａ）
【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２００７−２９０５３２（Ｐ２００７−２９０５３２）
【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）】
[ Back to top ]