(57)【要約】  マルチビームスプリッタは、多くの応用に対して費用対効果が高い小型且つ柔軟な設計を用いて、顕微鏡の光学的視野の上にオーバーレイコンテンツを重ね合わせることを可能にする。マルチビームスプリッタはまた、オーバーレイコンテンツなしの光学的視野の取込みも可能にする。【選択図】図１
2021505228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ビームを発生させる第１ビーム源と、
第２ビームを発生させる第２ビーム源と、
前記第１ビーム及び前記第２ビームを受光することができるマルチビームスプリッタであって、
第１面において前記第１ビームを受光し、前記第１面とは反対側の第２面において前記第２ビームを受光するように構成されたビームスプリッタであって、前記第１ビームの第１部分ビームを透過させるとともに前記第１ビームの第２部分ビームを反射し、前記第２ビームの第３部分ビームを透過させるとともに前記第２ビームの第４部分ビームを反射するビームスプリッタと、
第１半径を有する不透明スポットを備えたスポットフィルタであって、前記不透明スポットが、前記第２面において前記第２ビームをフィルタリングするように前記第２ビームに対して同軸上に配置された、スポットフィルタと、
第２半径を有する透明開口を備えた開口フィルタであって、前記透明開口が、前記第１面からの前記第２部分ビームを透過させるように前記第２部分ビームに対して同軸上に配置された、開口フィルタと、
をさらに備え、
前記スポットフィルタの前記不透明スポットが、前記開口フィルタの前記透明開口と同軸上に位置合わせされ、前記第１半径が前記第２半径と等しいか又はそれより大きく、前記第３部分ビームが前記開口フィルタにおいて遮断される、マルチビームスプリッタと、
を備える光学システム。
【請求項２】
前記第１ビームが第１光軸に沿って受光され、前記第２ビームが、前記第１光軸に対して垂直な第２光軸に沿って受光される、請求項１に記載の光学システム。
【請求項３】
前記ビームスプリッタが、前記第１光軸及び前記第２光軸に対して４５度に向けられている、請求項２に記載の光学システム。
【請求項４】
前記第１部分ビーム及び前記第４部分ビームが、前記第１光軸に沿って前記マルチビームスプリッタから離れる、請求項３に記載の光学システム。
【請求項５】
前記第２部分ビームが、前記第２光軸に沿って前記マルチビームスプリッタから離れる、請求項３に記載の光学システム。
【請求項６】
前記光学システムが、
前記開口フィルタから前記第２部分ビームを受光する光センサ
をさらに備え、前記第２ビーム源がディスプレイであり、前記第２ビームが、前記ディスプレイによって生成されたオーバーレイコンテンツを含み、
前記光学システムが、
前記第１部分ビーム及び前記第４部分ビームを受光する接眼レンズであって、前記オーバーレイコンテンツが、前記接眼レンズにおいて観察されるように前記第１ビーム源の画像の上にオーバーレイ表示される、接眼レンズ
をさらに備える、請求項１に記載の光学システム。
【請求項７】
前記オーバーレイコンテンツが、前記光センサからの出力を用いて生成される、請求項７に記載の光学システム。
【請求項８】
第１ビームを発生させる第１ビーム源と、
第２ビームを発生させる第２ビーム源と、
前記第１ビーム及び前記第２ビームを受光することができるマルチビームスプリッタであって、
第１面において前記第１ビームを受光し、前記第１面とは反対側の第２面において前記第２ビームを受光するように構成されたビームスプリッタであって、前記第１ビームの第１部分ビームを透過させるとともに前記第１ビームの第２部分ビームを反射し、前記第２ビームの第３部分ビームを透過させるとともに前記第２ビームの第４部分ビームを反射するビームスプリッタと、
不透明領域と第２半径を有する透明開口とを備えた開口フィルタであって、前記透明開口が、前記第２面において前記第２ビームをフィルタリングするように前記第２ビームに対して同軸上に配置された、開口フィルタと、
透明領域と第１半径を有する不透明スポットとを備えたスポットフィルタであって、前記不透明スポットが、前記第１面からの前記第２部分ビームを透過させるように前記第２部分ビームに対して同軸上に配置された、スポットフィルタと、
をさらに備え、
前記スポットフィルタの前記不透明スポットが、前記開口フィルタの前記透明開口と同軸上に位置合わせされ、前記第２半径が前記第１半径と等しいか又はそれより大きく、前記第３部分ビームが前記スポットフィルタにおいて遮断される、マルチビームスプリッタと、
を備える光学システム。
【請求項９】
前記第１ビームが第１光軸に沿って受光され、前記第２ビームが、前記第１光軸に対して垂直な第２光軸に沿って受光される、請求項８に記載の光学システム。
【請求項１０】
前記ビームスプリッタが、前記第１光軸及び前記第２光軸に対して４５度に向けられている、請求項９に記載の光学システム。
【請求項１１】
前記第１部分ビーム及び前記第４部分ビームが、前記第１光軸に沿って前記マルチビームスプリッタから離れる、請求項１０に記載の光学システム。
【請求項１２】
前記第２部分ビームが、前記第２光軸に沿って前記マルチビームスプリッタから離れる、請求項１０に記載の光学システム。
【請求項１３】
前記光学システムが、
前記スポットフィルタから前記第２部分ビームを受光する光センサ
をさらに備え、前記第２ビーム源がディスプレイであり、前記第２ビームが、前記ディスプレイによって生成されたオーバーレイコンテンツを含み、
前記光学システムが、
前記第１部分ビーム及び前記第４部分ビームを受光する接眼レンズであって、前記オーバーレイコンテンツが、前記接眼レンズにおいて観察されるように前記第１ビーム源の画像の上にオーバーレイ表示される、接眼レンズ
をさらに備える、請求項７に記載の光学システム。
【請求項１４】
前記オーバーレイコンテンツが、前記光センサからの出力を用いて生成される、請求項２７に記載の光学システム。
【請求項１５】
前記光センサがカメラである、請求項２６に記載の光学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光学部品に関し、より具体的には、空間ビーム分離を用いるマルチビーム分割に関する。
【背景技術】
【０００２】
眼科では、眼の手術、すなわち眼科手術により、毎年何万人もの患者の視力が救われ、改善されている。しかしながら、視力は眼内のわずかな変化にさえも影響を受けやすいことと、多くの眼の構造の精密且つ繊細な性質とを考慮すると、眼科手術は実施が困難であり、軽微な若しくはまれな手術ミスの低減又は手術技法の精度のわずかな向上により、術後の患者の視力に非常に大きい差がもたらされる可能性がある。
【０００３】
眼科手術は、眼球及び副眼器に対して実施され、特に、網膜硝子体手術及び白内障手術を含む場合がある。具体的には、網膜硝子体手術は、硝子体液及び網膜等、眼球の内部に影響を与えるさまざまな繊細な処置を含む。特に、黄斑上膜、糖尿病網膜症、硝子体出血、黄斑円孔、網膜剥離、及び白内障手術の合併症を含む、多くの眼疾患の治療において、視覚能力を向上させるために、時にレーザを用いて、種々の網膜硝子体手術処置が使用される。網膜硝子体手術中、眼科医は、通常、手術用顕微鏡を用いて角膜を通して眼底を観察し、その間、種々の異なる処置のうちの任意のものを実施するために、強膜を貫通する手術器具を導入することができる。手術用顕微鏡は、眼科手術中、眼底の撮像及び任意選択的に照明を提供する。患者は、通常、手術中、手術用顕微鏡の下で仰臥位になり、開瞼器が使用されて、眼球は露出したままにされる。使用される光学システムのタイプに応じて、眼科医は眼底の所与の視野を有し、それは、狭い視野から、眼底の周辺領域まで広がることができる広い視野まで、変更することができる。
【０００４】
外部から可視である眼球の前部に対して実施される白内障手術中、罹患した水晶体は、水晶体嚢から取り除かれ、眼内レンズ（ＩＯＬ）等の人工レンズに置き換えることができる。白内障手術中、手術用顕微鏡を用いて角膜及び虹彩を観察して、角膜の切開部を通して人工レンズの埋込みを可能にするとともに、新たな人工レンズを位置合わせして適切に取り付けることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
眼科手術で用いられる手術用顕微鏡は、画像に基づく手術支援にも使用可能とすることができ、その場合、手術用顕微鏡の接眼レンズにおける等、執刀医が観察することができる視野の上に、追加の画像コンテンツをオーバーレイ表示することができる。こうしたオーバーレイコンテンツはまた、顕微鏡の他のタイプの一般的な応用においても使用することができる。こうしたオーバーレイコンテンツを生成し表示する目的で、光スループットの柔軟性を提供するビームの小型且つ柔軟な同軸アライメントが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様では、第１マルチビームスプリッタを開示する。第１マルチビームスプリッタは、第１面において第１ビームを受光し、第１面とは反対側の第２面において第２ビームを受光するように構成されたビームスプリッタを含むことができる。第１マルチビームスプリッタにおいて、ビームスプリッタは、第１ビームの第１部分ビームを透過させることができるとともに、第１ビームの第２部分ビームを反射することができ、一方で、ビームスプリッタは、第２ビームの第３部分ビームを透過させることができるとともに、第２ビームの第４部分ビームを反射することができる。第１マルチビームスプリッタは、第１半径を有する不透明スポットを備えたスポットフィルタであって、不透明スポットが、第２面において第２ビームをフィルタリングするように第２ビームに対して同軸上に配置された、スポットフィルタと、第２半径を有する透明開口を備えた開口フィルタであって、透明開口が、第１面からの第２部分ビームを透過させるように第２部分ビームに対して同軸上に配置された、開口フィルタとをさらに含むことができる。第１マルチビームスプリッタにおいて、スポットフィルタの不透明スポットは、開口フィルタの透明開口と同軸上に位置合わせすることができ、第１半径は第２半径と等しいか又はそれより大きく、第３部分ビームは開口フィルタにおいて遮断することができる。
【０００７】
第１マルチビームスプリッタの開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、第１ビームは、第１光軸に沿って受光することができ、第２ビームは、第１光軸に対して垂直な第２光軸に沿って受光することができる。
【０００８】
第１マルチビームスプリッタの開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、ビームスプリッタは、第１光軸及び第２光軸に対して４５度に向けることができる。
【０００９】
第１マルチビームスプリッタの開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、第１部分ビーム及び第４部分ビームは、第１光軸に沿って第１マルチビームスプリッタから離れることができる。
【００１０】
第１マルチビームスプリッタの開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、第２部分ビームは、第２光軸に沿って第１マルチビームスプリッタから離れることができる。
【００１１】
別の態様では、第１ビームを発生させる第１ビーム源と、第２ビームを発生させる第２ビーム源と、第１ビーム及び第２ビームを受光することができるマルチビームスプリッタとを含む、第１光学システムを開示する。第１光学システムにおいて、マルチビームスプリッタは、第１面において第１ビームを受光し、第１面とは反対側の第２面において第２ビームを受光するように構成されたビームスプリッタをさらに含むことができる。第１光学システムにおいて、ビームスプリッタは、第１ビームの第１部分ビームを透過させることができるとともに、第１ビームの第２部分ビームを反射することができ、一方で、ビームスプリッタは、第２ビームの第３部分ビームを透過させることができるとともに、第２ビームの第４部分ビームを反射することができる。第１光学システムにおいて、マルチビームスプリッタは、第１半径を有する不透明スポットを備えたスポットフィルタであって、不透明スポットが、第２面において第２ビームをフィルタリングするように第２ビームに対して同軸上に配置された、スポットフィルタと、第２半径を有する透明開口を備えた開口フィルタであって、透明開口が、第１面からの第２部分ビームを透過させるように第２部分ビームに対して同軸上に配置された、開口フィルタとをさらに含むことができる。第１光学システムにおいて、スポットフィルタの不透明スポットは、開口フィルタの透明開口と同軸上に位置合わせすることができ、第１半径は第２半径と等しいか又はそれより大きいものとすることができ、第３部分ビームは開口フィルタにおいて遮断することができる。
【００１２】
第１光学システムの開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、第１ビームは、第１光軸に沿って受光することができ、第２ビームは、第１光軸に対して垂直な第２光軸に沿って受光することができる。
【００１３】
第１光学システムの開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、ビームスプリッタは、第１光軸及び第２光軸に対して４５度に向けることができる。
【００１４】
第１光学システムの開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、第１部分ビーム及び第４部分ビームは、第１光軸に沿ってマルチビームスプリッタから離れることができる。
【００１５】
第１光学システムの開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、第２部分ビームは、第２光軸に沿ってマルチビームスプリッタから離れることができる。
【００１６】
開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、第１光学システムは、開口フィルタから第２部分ビームを受光する光センサをさらに含むことができる。
【００１７】
第１光学システムの開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、第２ビーム源はディスプレイとすることができ、第２ビームは、ディスプレイによって生成されたオーバーレイコンテンツを含むことができ、第１光学システムは、第１部分ビーム及び第４部分ビームを受光する接眼レンズをさらに含むことができる。第１光学システムにおいて、オーバーレイコンテンツは、接眼レンズにおいて観察されるように第１ビーム源の画像の上にオーバーレイ表示することができる。
【００１８】
第１光学システムの開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、第１ビーム源は、眼科手術を受ける患者の眼球であり得る。
【００１９】
第１光学システムの開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、オーバーレイコンテンツは、光センサからの出力を用いて生成することができる。
【００２０】
第１光学システムの開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、光センサはカメラであり得る。
【００２１】
さらに別の態様では、第２マルチビームスプリッタを開示する。第２マルチビームスプリッタは、第１面において第１ビームを受光し、第１面とは反対側の第２面において第２ビームを受光するように構成されたビームスプリッタを含むことができる。第２マルチビームスプリッタにおいて、ビームスプリッタは、第１ビームの第１部分ビームを透過させることができるとともに、第１ビームの第２部分ビームを反射することができ、一方で、ビームスプリッタは、第２ビームの第３部分ビームを透過させることができるとともに、第２ビームの第４部分ビームを反射することができる。第２マルチビームスプリッタは、不透明領域と第２半径を有する透明開口とを備えた開口フィルタであって、透明開口が、第２面において第２部分ビームをフィルタリングするように第２部分ビームに対して同軸上に配置された、開口フィルタと、透明領域と第１半径を有する不透明スポットとを備えたスポットフィルタであって、不透明スポットが、第１面からの第２部分ビームを透過させるように第２ビームに対して同軸上に配置された、スポットフィルタとをさらに含むことができる。第２マルチビームスプリッタにおいて、スポットフィルタの不透明スポットは、開口フィルタの透明開口と同軸上に位置合わせすることができ、第２半径は第１半径と等しいか又はそれより大きく、第３部分ビームは、スポットフィルタにおいて遮断することができる。
【００２２】
第２マルチビームスプリッタの開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、第１ビームは、第１光軸に沿って受光することができ、第２ビームは、第１光軸に対して垂直な第２光軸に沿って受光することができる。
【００２３】
第２マルチビームスプリッタの開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、ビームスプリッタは、第１光軸及び第２光軸に対して４５度に向けることができる。
【００２４】
第２マルチビームスプリッタの開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、第１部分ビーム及び第４部分ビームは、第１光軸に沿って第２マルチビームスプリッタから離れることができる。
【００２５】
第２マルチビームスプリッタの開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、第２部分ビームは、第２光軸に沿って第２マルチビームスプリッタから離れることができる。
【００２６】
さらなる態様では、第１ビームを発生させる第１ビーム源と、第２ビームを発生させる第２ビーム源と、第１ビーム及び第２ビームを受光することができるマルチビームスプリッタとを含む、第２光学システムを開示する。第２光学システムにおいて、マルチビームスプリッタは、第１面において第１ビームを受光し、第１面とは反対側の第２面において第２ビームを受光するように構成されたビームスプリッタをさらに含むことができる。第２光学システムにおいて、ビームスプリッタは、第１ビームの第１部分ビームを透過させることができるとともに、第１ビームの第２部分ビームを反射することができ、一方で、ビームスプリッタは、第２ビームの第３部分ビームを透過させることができるとともに、第２ビームの第４部分ビームを反射することができる。第２光学システムにおいて、マルチビームスプリッタは、不透明領域と第２半径を有する透明開口とを備えた開口フィルタであって、透明開口が、第２面において第２部分ビームをフィルタリングするように第２部分ビームに対して同軸上に配置された、開口フィルタと、透明領域と第１半径を有する不透明スポットとを備えたスポットフィルタであって、不透明スポットが、第１面からの第２部分ビームを透過させるように第２ビームに対して同軸上に配置された、スポットフィルタとをさらに含むことができる。第２光学システムにおいて、スポットフィルタの不透明スポットは、開口フィルタの透明開口と同軸上に位置合わせすることができ、第２半径は第１半径と等しいか又はそれより大きいものとすることができ、第３部分ビームは、スポットフィルタにおいて遮断することができる。
【００２７】
第２光学システムの開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、第１ビームは、第１光軸に沿って受光することができ、第２ビームは、第１光軸に対して垂直な第２光軸に沿って受光することができる。
【００２８】
第２光学システムの開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、ビームスプリッタは、第１光軸及び第２光軸に対して４５度に向けることができる。
【００２９】
第２光学システムの開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、第１部分ビーム及び第４部分ビームは、第１光軸に沿ってマルチビームスプリッタから離れることができる。
【００３０】
第２光学システムの開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、第２部分ビームは、第２光軸に沿ってマルチビームスプリッタから離れることができる。
【００３１】
開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、第２光学システムは、スポットフィルタから第２部分ビームを受光する光センサをさらに含むことができる。
【００３２】
第２光学システムの開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、第２ビーム源はディスプレイとすることができ、第２ビームは、ディスプレイによって生成されたオーバーレイコンテンツを含むことができ、第２光学システムは、第１部分ビーム及び第４部分ビームを受光する接眼レンズをさらに含むことができる。第２光学システムにおいて、オーバーレイコンテンツは、接眼レンズにおいて観察されるように第１ビーム源の画像の上にオーバーレイ表示することができる。
【００３３】
第２光学システムの開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、第１ビーム源は、眼科手術を受ける患者の眼球であり得る。
【００３４】
第２光学システムの開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、オーバーレイコンテンツは、光センサからの出力を用いて生成することができる。
【００３５】
第２光学システムの開示する実施形態のうちの任意のものにおいて、光センサはカメラであり得る。
【００３６】
本開示がより完全に理解されるために、ここで、添付図面と併せて以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１はマルチビーム分割機器の光学素子の図である。
【図２】図２はマルチビーム分割機器の機能要素の図である。
【図３Ａ−３Ｂ】図３Ａはマルチビームスプリッタの図である。図３Ｂはマルチビームスプリッタの別の図である。
【図４】図４はマルチビームスプリッタの別の図である。
【図５】図５はコントローラの選択された要素の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下の説明では、開示する主題の考察を容易にするために、例として詳細を示す。しかしながら、当業者には、開示する実施態様が例示的なものであってあり得るすべての実施態様を網羅するものではないことが明らかなはずである。
【００３９】
本明細書で用いる、参照数字のハイフンでつないだ形式は、要素の具体例を指し、参照数字のハイフンでつながれていない形式は、包括的な要素を指す。したがって、たとえば、デバイス「１２−１」は、まとめてデバイス「１２」と呼ぶものとし且ついずれも包括的にデバイス「１２」と呼ぶものとするデバイスクラスの例を指す。
【００４０】
上述したように、網膜硝子体手術又は白内障手術等の眼科手術中、執刀医は、手術用顕微鏡を用いて患者の眼球の一部を観察することができる。たとえば、網膜硝子体手術中、接触型レンズ又は非接触型レンズ等、角膜を通して観察するための眼科レンズに関連して、眼底を観察することができる。白内障手術中、眼球の前部は、手術用顕微鏡を用いて角膜を通して観察することができる。
【００４１】
他のタイプの顕微鏡もあるが特に、こうした手術用顕微鏡応用では、特定のオーバーレイコンテンツを生成し、顕微鏡の視野内で顕微鏡のユーザに見えるようにすることができる。オーバーレイコンテンツは、デジタルで生成された注釈、情報領域、さまざまなディスプレイ及びインジケータ等、合成コンテンツであり得る。オーバーレイコンテンツは、視野内の物体の測定値又は特徴等、画像若しくは分析的コンテンツを含むことができ、又はそうした画像若しくは分析的コンテンツに基づくことができる。たとえば、網膜硝子体手術中、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）画像及び関連する情報をオーバーレイコンテンツとして生成することができ、それは、ＯＣＴが観察可能にすることができる、光学顕微鏡では観察可能ではない組織層を奥行き方向に観察する等のためである。
【００４２】
このオーバーレイコンテンツは、たとえば、ディスプレイにおいて、好適なコントローラを用いて生成することができ、一方、ディスプレイからの光を顕微鏡の不変の視野からの光と結合して、その視野の上にオーバーレイコンテンツを重ね合わせることができる。たとえば、眼科手術中、オーバーレイコンテンツを含む重ね合わされた画像を手術用顕微鏡の接眼レンズに提供して、手術用顕微鏡を操作している執刀医に、画像に基づく手術支援を提供することができる。
【００４３】
こうしたオーバーレイコンテンツの表示を可能にする光学的方法は、２つの光路を、特定の特徴及び特性を有する第３光路の上に結合し、又は重ね合わせることを含む。たとえば、３つの光路すべてが共通の１つの光軸又は複数の光軸に同軸上に位置合わせされることが非常に望ましい可能性がある。干渉なしにオーバーレイコンテンツを生成する所望の処理を実行するために、２つの光路は互いから分離可能であるべきである。３つの光路の間の相対的な光スループット（又は分割比）を自由に定義することができる場合、非常に有利である。さらに、たとえば、光結合を組み込んだ顕微鏡の小型寸法を維持するために、光路の結合のための物理的空間が最小限であるように、こうした光結合は、小型の容積内で実施されるべきである。最後に、光結合のための解決法は、任意の市場向き製品の経済的成功を可能にするように費用対効果が高くなければならない。
【００４４】
光結合のこの問題に対する従来の解決法は、偏光フィルタ等、ビームを分離する追加の素子を備えるビームスプリッタを必要としていたが、これにより、分割比が一定の５０％／５０％比に限定される可能性がある。他の解決法は、単純なビームスプリッタのスタックを使用する場合があり、それにより、同軸アライメント及び可変分割割当が可能となるが、空間及び構成要素が追加されるという代償を払うことになり、それにより、物理的空間及び費用が望ましくないように追加される可能性がある。光路を非同軸ビームに分割する解決法は、視差が起因するオーバーレイコンテンツのミスアライメントに対する一定の調整が必要である可能性があり、これは不都合である。こうした従来のビームスプリッタ解決法は、すべて、光スループット、物理的寸法、分割比の柔軟性又は費用対効果に関して、不都合を克服しない。
【００４５】
さらに詳細に記載するように、顕微鏡においてオーバーレイコンテンツを表示するための同軸光結合を可能にするマルチビームスプリッタを開示する。本明細書で開示するマルチビームスプリッタは、光路の間の分割比の任意の所望の定義を可能にすることができる。本明細書で開示するマルチビームスプリッタは、マルチビームスプリッタが組み込まれる光学機器の小型設計を可能にするように物理的空間を最小限にする、小型の単一の光学部品である。本明細書で開示するマルチビームスプリッタにより、非常に小さいフットプリント及び小さい全体的なスタック高さを用いて、上述した機能性の具現化を可能にし、これは、顕微鏡との機械的適合性とともに、執刀医がこの解決法を最適に使用することができ且つ許容するための最小限の顕微鏡スタック高さの影響に対して、重要である。本明細書で開示するマルチビームスプリッタはまた、他の解決法と比較して費用対効果が高い。
【００４６】
ここで図面を参照すると、図１は、本明細書に記載するような、空間ビーム分離を用いるマルチビーム分割のためのマルチビーム分割機器１００−１の図である。機器１００−１は、正確な尺度又は遠近法では描かれておらず、概略表現である。機器１００−１は、眼科手術中に、患者のヒト眼球１０２を観察して分析するために、手術用顕微鏡とともに使用することができる。図示するように、機器１００−１は、マルチビームスプリッタ１２８、ディスプレイ１０４、センサ１０６及び接眼レンズ１２６を用いてオーバーレイコンテンツを生成し表示する光学的機能を含む。機器１００−１は、さまざまな実施態様において異なる要素で実施することができることに留意されたい。
【００４７】
図１に示すように、機器１００−１は、示すように光学的機能を例示するために概略形態で示されている。機器１００−１は、異なる実施態様ではさまざまな他の電子部品及び機械部品を含むことができることが理解されよう。具体的には、眼球１０２を視覚化するために、眼球１０２から（異なる光路を明確に説明するために、図１では１１０及び１１２の両方として示す）第１ビームを放出することができる。第１ビームは、眼球１０２から光を反射する光源（図示せず）によって発生させることができる。第１ビームは、したがって、眼球１０２からマルチビームスプリッタ１２８に到達することができ、そこで、マルチビームスプリッタは、第１ビームを、マルチビームスプリッタ１２８を透過する第１部分ビーム１１２と、マルチビームスプリッタ１２８によって反射される第２部分ビーム１１０とに分割することができる。第１部分ビーム１１２は、マルチビームスプリッタ１２８を透過して接眼レンズ１２６に向かい、ユーザによる観察のために使用することができる。第２部分ビーム１１０は、マルチビームスプリッタ１２８によってセンサ１０６に向かって反射され、センサ１０６が取り込み取得する。したがって、分離後の第１部分ビーム１１２及び第２部分ビーム１１０の相対強度は、図３Ａに関してさらに詳細に後述するように、マルチビームスプリッタ１２８の特性によって決まり得る。さまざまな実施形態では、センサ１０６は、さまざまな波長での画像取得又は測定のための感光性センサであり得る。
【００４８】
同時に、（異なる光路を明確に説明するために、図１では１０８及び１０９の両方としての）第２ビームが、上述した第１ビームを受光する第１面とは反対側の第２面においてマルチビームスプリッタ１２８に到達することができる。たとえば、第２ビームは、図２に関してさらに詳細に後述するように、ディスプレイ１０４によって生成されるオーバーレイコンテンツを表すことができ、接眼レンズ１２６において第１部分ビーム１１２と重ね合わされるように意図されている。したがって、マルチビームスプリッタ１２８に到達する第２ビームは、マルチビームスプリッタ１２８によって反射される第３部分ビーム１０８と、マルチビームスプリッタ１２８によって遮断される第４部分ビーム１０９（図３Ａも参照）とに分割することができ、センサ１０６に向かって第２部分ビーム１１０と同軸上に透過することはない。したがって、分離後の第３部分ビーム１０８及び第４部分ビーム１０９の相対強度は、図３Ａに関してさらに詳細に後述するように、マルチビームスプリッタ１２８の特性によって決まり得る。機器１００−１に示すマルチビームスプリッタ１２８の配置及び動作により、第３部分ビーム１０８におけるオーバーレイコンテンツをディスプレイ１０４において生成し、ユーザが観察するために接眼レンズ１２６に到達する第１部分ビーム１１２と重ね合わせることができる。同時に、センサ１０６は、第４部分ビーム１０９が重ね合わされることなく第２部分ビーム１１０を受光し、それにより、センサ１０６は、眼球１０２からの第１ビームを検出し取得することができる。
【００４９】
機器１００−１は単一の接眼レンズ１２６があるように示すが、接眼レンズ１２６を用いて、顕微鏡の左接眼レンズ又は右接眼レンズのいずれかを実施することができることが理解されよう。いくつかの実施態様では、機器１００−１は、オーバーレイコンテンツの立体表示のために左接眼レンズ及び右接眼レンズの両方のために二重化することができる。本明細書で用いる左及び右の指示は、任意とすることができ、入れ替え可能とすることができ、本明細書では、図１を参照する説明の目的で指定することができることに留意されたい。マルチビームスプリッタ１２８を用いる機器１００−１のさまざまな実施態様及び構成については、本出願と同時に出願された「ＣＯＭＢＩＮＥＤ  ＮＥＡＲ  ＩＮＦＲＡＲＥＤ  ＩＭＡＧＩＮＧ  ＡＮＤ  ＶＩＳＩＢＬＥ  ＩＭＡＧＩＮＧ  ＩＮ  Ａ  ＣＯＭＰＡＣＴ  ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＥ  ＳＴＡＣＫ」と題する米国特許出願に記載されている。
【００５０】
ここで図２を参照すると、本明細書に記載するような、空間ビーム分離を用いるマルチビーム分割のためのマルチビーム分割機器１００−２の図が示されている。機器１００−２は、正確な尺度又は遠近法では描かれておらず、概略表現である。図示するように、機器１００−２は、機器１００−１に示す光学配置で上述したように、オーバーレイコンテンツを生成し表示する光学及び電子機能を含む。したがって、図１及び図２は、ともに、マルチビーム分割機器１００の異なる態様を示す。機器１００−１は、さまざまな実施態様において異なる要素を用いて実施することができることに留意されたい。
【００５１】
具体的には、図２には、眼球１０２に関連するオーバーレイコンテンツを生成するセンサ１０６及びディスプレイ１０４の光学及び電気機能を示す。オーバーレイコンテンツは、たとえば、眼球１０２からの、近赤外光を用いて取り込まれたＯＣＴ画像であり得る。オーバーレイ画像はまた、他の測定値又は指示もあるが特に、アライメント特徴、回転値、サイズ又は距離等、眼球の可視光画像からデジタルに生成される、さまざまな測定値又は指示も含むことができる。機器１００−２に示すように、図１の機器１００−１に関して上述したように、センサ１０６は、眼球１０２から第２部分ビーム１１０を受光する。センサ１０６は、第２部分ビーム１１０の少なくとも一部を取得することができ、対応する画像データを、処理のためにコントローラ１３０に送信することができる。コントローラ１３０は、画像データを処理して、所望のオーバーレイコンテンツを生成し、そのオーバーレイコンテンツをディスプレイ１０４に出力することができる。そして、ディスプレイ１０４は、図１における機器１００−１に関して上述したように、第１部分ビーム１１２とともにオーバーレイ表示するために第３部分ビーム１０８を生成することができる。
【００５２】
図２において、コントローラ１３０は、たとえば、表示データを出力するディスプレイ１０４（図５も参照）との電気インタフェースを有することができる。コントローラ１３０は、接眼レンズ１２６で観察される表示画像をディスプレイ１０４に出力することができる。コントローラ１３０への電気インタフェースはデジタル画像データをサポートすることができるため、コントローラ１３０は、比較的高いフレームリフレッシュレートでリアルタイムに画像処理を実行することができ、機器１００のユーザは、眼球１０２の表示画像とともに他の動作を制御するために、ユーザ入力に対する実質的に即時のフィードバックを受けることができる。ディスプレイ１０４は、他のタイプのディスプレイデバイスもあるが特に、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）等の発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、コンピュータモニタ、テレビ、プロジェクタ、デジタルライトプロセッシング（ｄｉｇｉｔａｌ  ｌｉｇｈｔ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）（ＤＬＰ）エンジン又はリキッドクリスタルオンシリコン（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ）（ＬＣｏＳ）デバイスとして実装することができる。ディスプレイ１０４は、他の標準規格もあるが特に、ビデオグラフィックスアレイ（ｖｉｄｅｏ  ｇｒａｐｈｉｃｓ  ａｒｒａｙ）（ＶＧＡ）、拡張グラフィックスアレイ（ｅｘｔｅｎｄｅｄ  ｇｒａｐｈｉｃｓ  ａｒｒａｙ）（ＸＧＡ）、デジタルビジュアルインタフェース（ｄｉｇｉｔａｌ  ｖｉｓｕａｌ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）（ＤＶＩ）、高精細度マルチメディアインタフェース（ｈｉｇｈ−ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）（ＨＤＭＩ（登録商標））等、対応するタイプの表示のための表示規格に準拠することができる。いくつかの実施態様では、ディスプレイ１０４は、コントローラ１３０と一体化される小型デバイスであり得る。
【００５３】
本開示の範囲から逸脱することなく、図１及び図２に示すマルチビーム分割機器１００に、変更、追加又は省略を行うことができる。本明細書に記載するような、マルチビーム分割機器１００の構成要素及び素子は、特定の用途に従って一体化し又は分離することができる。マルチビーム分割機器１００は、より多くの、より少ない又は異なる構成要素を用いて実施することができる。
【００５４】
ここで図３Ａを参照すると、本明細書に記載するような、空間ビーム分離を用いるマルチビーム分割のためのマルチビームスプリッタ１２８−１の図が示されている。マルチビームスプリッタ１２８−１は、正確な尺度又は遠近法では描かれておらず、概略表現である。図３Ａでは、図１におけるマルチビームスプリッタ１２８の動作を記載するさらなる内部詳細について説明する。マルチビームスプリッタ１２８−１は、第１ビーム源Ａ、第２ビーム源Ｄ、第１出力Ｂ及び第２出力Ｃを含む包括的な構成で示す。たとえば、図１における機器１００−１と比較して、第１ビーム源Ａは、眼球１０２等、顕微鏡を用いて観察されている物体とすることができ、一方で、第１出力Ｂは、接眼レンズ１２６等、顕微鏡の観察窓とすることができる。さらに、第２ビーム源Ｄは、ディスプレイ１０４等、オーバーレイコンテンツ源とすることができ、一方で、第２出力Ｃは、センサ１０６等、第１ビーム源Ａにおける物体の画像を取得するためのセンサポートとすることができる。
【００５５】
図３Ａにおいて、第１ビーム３１０が、第１ビーム源Ａから、第１面３０６−１において部分ミラー３０６に到達する。部分ミラー３０６は、第１面３０６−１において入射光を部分的に反射するとともに部分的に透過させるように構成されているため、第１ビーム３１０から第１部分ビーム３１６を透過させ、第１ビーム３１０から第２部分ビーム３１２を反射する。具体的には、第１面３０６−１から反射される第２部分ビーム３１２は、第２出力Ｃに配置された開口フィルタ３０４に対応する領域の上にビーム３１２−１、３１２−２、３１２−３を含むように示されている。開口フィルタ３０４は、第２半径（ｒ２）を有する円形開口とともに不透明領域を備え、円形開口は、透明であり、第２出力Ｃに到達する第２部分ビーム３１２−２のための開口としての役割を果たし、一方で、第２部分ビーム３１２−１、３１２−２は、開口の外側の開口フィルタ３０４の周辺部分に到達するため、開口フィルタ３０４において遮断される。その間、第１部分ビーム３１６は第１出力Ｂまで透過する。
【００５６】
図３Ａではまた、ビーム３１４−１、３１４−２、３１４−３として示す第２ビーム３１４が、第１ビーム源Ｄからスポットフィルタ３０２に到達する。スポットフィルタ３０２は、開口フィルタ３０４の第２半径（ｒ２）と同等であり得る第１半径（ｒ１）を有する円形不透明スポットとともに、透明領域を備える。特に、第１半径（ｒ１）は、第２半径（ｒ２）より大きいか又はそれと等しいものであり得る。したがって、第２ビーム３１４の周辺部分３１４−１、３１４−３は、部分ミラー３０６の第２面３０６−２に到達し、一方で、中心部分３１４−２はスポットフィルタ３０２において遮断される。部分ミラー３０６は、第２面３０６−２において入射光を部分的に反射するとともに部分的に透過させるように構成されているため、第１出力Ｂに向かう周辺部分３１８−１、３１８−３として示す第３部分ビーム３１８を反射し、第３部分ビーム３１８は第１部分ビーム３１６と同軸上に重ね合わされ、それにより、第２ビーム源Ｄからのコンテンツを、第１出力Ｂにおいて、第１ビーム源Ａからのコンテンツとオーバーレイ表示することができる。同時に、第２面３０６−２はまた、第２ビーム３１４からの第４部分ビーム３２０（周辺部分３１４−１、３１４−３）を透過させ、スポットフィルタ３０２の透明領域に対応する第４部分ビームの周辺部分３２０−１、３２０−３のみが開口フィルタ３０４まで透過する。第１半径（ｒ１）が、少なくとも第２半径（ｒ２）程度の大きさであるか又は第２半径と等しい場合、開口フィルタ３０４の不透明領域がスポットフィルタ３０２の透明領域に空間的に対応するため、第４部分ビーム３２０は、したがって開口フィルタ３０４において遮断される。したがって、第４部分ビームの周辺部分３２０−１、３２０−３は開口フィルタ３０４によって遮断され、第４部分ビーム３２０はマルチビームスプリッタ１２８−１によって遮断される。第２ビームの中心部分３１４−２はスポットフィルタ３０２において遮断されたため、開口フィルタ３０４の開口には、第２部分ビーム３１２−２のみが到達し、それにより、第４部分ビーム３２０の中心部分が第２部分ビーム３１２−２を干渉するのが防止される。
【００５７】
第２出力Ｃに結合された光の第１出力Ｂに結合された光に対する比を定義するために、フィルタ３０２、３０４のサイズに対して、半径ｒ１及びｒ２の絶対値を選択することができることに留意されたい。半径ｒ１及びｒ２は自由に選択することができるため、この分割比は、要求に応じて連続的に変更することができる。いくつかの実施態様では、スポットフィルタ３０２及び開口フィルタ３０４は位置を入れ替えることができることにさらに留意されたい。スポットフィルタ３０２及び開口フィルタ３０４は、機械部品又は不透明コーティングを用いて実施することができ、スポット又は開口は、図３Ａに示し且つ上述した円形形状の代わりとして、異なる形状でさまざまに形成することができる。
【００５８】
図３Ａにおいて、反射ビーム経路及び透過ビーム経路は、マルチビームスプリッタ１２８の異なる実施態様では異なる形状を有することができる。図示するように、第１ビーム源Ａから第１光軸に沿った第１出力Ｂへの第１ビーム３１０は、第２ビーム源Ｄから第２光軸に沿った第２出力Ｃまでの第２ビーム３１４に対して垂直とすることができ、部分ミラー３０６は、第１光軸に沿った第１ビーム３１０及び第２光軸に沿った第２ビーム３１４の両方に対して４５度に向けることができる。
【００５９】
ここで図３Ｂを参照すると、本明細書に記載するような、空間ビーム分離を用いるマルチビーム分割のためのマルチビームスプリッタ１２８−２の図が示されている。マルチビームスプリッタ１２８−２は、正確な尺度又は遠近法では描かれておらず、概略表現である。図３Ｂには、図３Ａに示すマルチビームスプリッタ１２８−１に対する代替実施態様を示す。図３Ａと同様に、図３Ｂにおけるマルチビームスプリッタ１２８−２は、第１ビーム源Ａ、第２ビーム源Ｄ、第１出力Ｂ及び第２出力Ｃを含む包括的な構成で示す。
【００６０】
図３Ｂにおいて、第１ビーム３１０が、第１ビーム源Ａから、第１面３０６−１において部分ミラー３０６に到達する。部分ミラー３０６は、第１面３０６−１において入射光を部分的に反射するとともに部分的に透過させるように構成されているため、第１ビーム３１０からの第１部分ビーム３１６を透過させ、第１ビーム３１０からの第２部分ビーム３１２を反射する。具体的には、第１面３０６−１から反射された第２部分ビーム３１２は、第２出力Ｃに配置されたスポットフィルタ３３４に対応する領域の上にビーム３１２−１、３１２−２、３１２−３を含むように示されている。スポットフィルタ３３４は、開口フィルタ３３２の第２半径（ｒ２）と同等であり得る第１半径（ｒ１）を有する円形不透明スポットとともに、透明領域を備える。その間、第１部分ビーム３１６は第１出力Ｂまで透過する。
【００６１】
図３Ｂではまた、ビーム３１４−１、３１４−２、３１４−３として示す第２ビーム３１４が、第１ビーム源Ｄから開口フィルタ３３２に到達する。開口フィルタ３３２は、第２半径（ｒ２）を有する円形開口とともに不透明領域を備え、円形開口は、透明であり、部分ミラー３０６の第２面３０６−２に到達する第２ビームの中心部分３１４−２のための開口としての役割を果たし、一方で、第２ビームの残りの部分３１４−１、３１４−３は、開口の外側の開口フィルタ３３２の周辺部分に到達するため、開口フィルタ３３２において遮断される。部分ミラー３０６は、第２面３０６−２において入射光を部分的に反射するとともに部分的透過させるように構成されているため、（説明を明確にするために第２面３０６−２からずれて示されている）中心部分３１８−２として示す第３部分ビーム３１８を第１出力Ｂに向かって反射し、第３部分ビーム３１８は第１部分ビーム３１６と同軸上に重ね合わされ、それにより、第２ビーム源Ｄからのコンテンツを、第１出力Ｂにおいて、第１ビーム源Ａからのコンテンツとオーバーレイ表示することができる。同時に、第２面３０６−２はまた、第２ビーム３１４からの第４部分ビーム３２０（中心部分３１４−２）を透過させ、開口フィルタ３３２の透明開口に対応する第４部分ビームの中心部分３２０−２のみがスポットフィルタ３３４まで透過する。第２半径（ｒ２）が少なくとも第１半径（ｒ１）程度の大きさであるか又は第１半径と等しい場合、スポットフィルタ３３４の不透明スポットが開口フィルタ３３２の透明開口に空間的に対応するため、第４部分ビーム３２０−２は、したがってスポットフィルタ３３４において遮断される。したがって、第４部分ビームの中心部分３２０−２はスポットフィルタ３３４によって遮断され、第４部分ビーム３２０はマルチビームスプリッタ１２８−２によって遮断される。第２ビームの周辺部分３１４−１、３１４−３は開口フィルタ３３２において遮断されたため、スポットフィルタ３３４の透明領域では、第２部分ビームの周辺部分３１２−１、３１２−３が到達し、それにより、第４部分ビーム３２０の周辺部分が第２部分ビーム３１２−１、３１２−３を干渉するのが防止される。
【００６２】
図３Ａで述べたように、図３Ｂにおける反射ビーム経路及び透過ビーム経路は、マルチビームスプリッタ１２８の異なる実施態様では異なる形状を有することができる。
【００６３】
ここで図４を参照すると、本明細書に記載するような、空間ビーム分離を用いるマルチビーム分割のためのマルチビームスプリッタ４００の図が示されている。マルチビームスプリッタ４００は、正確な尺度又は遠近法では描かれておらず、可視性を向上させるために斜めの角度で示す概略表現である。マルチビームスプリッタ４００は、図３Ａにおけるマルチビームスプリッタ１２８−１の立体実施態様を表すことができる。上述したように、スポットフィルタ及び開口フィルタを逆にして、図３Ｂにおけるマルチビームスプリッタ１２８−２の対応する立体実施態様（図示せず）を使用することができることが理解されよう。図４には、立方体光学素子としてのマルチビームスプリッタ４００の実施態様例を示す。マルチビームスプリッタ４００の一面に、スポットフィルタ３０２が形成されており、反対の面に開口フィルタ３０４が形成されている。図４には部分ミラー３０６も可視であり、それは、２つの三角形状プリズムの間の接合面を用いて形成することができる。いくつかの実施態様では、部分ミラー３０６はダイクロイック特性を有することができる。
【００６４】
要約すると、マルチビームスプリッタ１２８を用いて、眼科手術用の手術用顕微鏡等の光学システムにおいて、視差のないオーバーレイコンテンツを提供することができる。マルチビームスプリッタ１２８は、顕微鏡スタック又は他の光学システムに容易に組み込むことができるように、小さい又は限られた物理的外部寸法を呈することができる、小型且つ比較的費用対効果の高い光学部品として実施することができる。
【００６５】
ここで図５を参照すると、図２に関して上述したコントローラ１３０の選択された要素の図が提示されている。図５に示す実施態様では、コントローラ１３０は、まとめてメモリ５１０として識別するメモリ媒体に共有バス５０２を介して結合されたプロセッサ５０１を含む。
【００６６】
コントローラ１３０は、図５に示すように、他のデバイスもあるが特に、センサ１０６及びディスプレイ１０４等、さまざまな外部エンティティにコントローラ１３０をインタフェースすることができる、通信インタフェース５２０をさらに含む。いくつかの実施態様では、通信インタフェース５２０は、コントローラ１３０をネットワーク（図５には示さず）に接続することができるように動作可能である。空間ビーム分離を用いるマルチビーム分割に好適ないくつかの実施態様では、コントローラ１３０は、図５に示すように、ディスプレイ１０４等、１つ又は複数のディスプレイのための出力ポートを、共有バス５０２又は別のバスに接続する、ディスプレイインタフェース５０４を含む。
【００６７】
図５において、メモリ５１０は、不揮発性媒体及び揮発性媒体、固定媒体及び取外し可能媒体、並びに磁気媒体及び半導体媒体を含む。メモリ５１０は、命令、データ又は両方を格納するように動作可能である。メモリ５１０は、図示するように、命令のセット又はシーケンス、すなわち、オペレーティングシステム５１２、及び、本明細書に記載した空間ビーム分離を用いるマルチビーム分割のためのさまざまな動作を実行するために使用することができるオーバーレイイメージングアプリケーション５１４を含む。オペレーティングシステム５１２は、ＵＮＩＸ（登録商標）又はＵＮＩＸ（登録商標）系オペレーティングシステム、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ファミリオペレーティングシステム又は別の好適なオペレーティングシステムであり得る。
【００６８】
本明細書で開示したように、マルチビームスプリッタは、多くの応用に対して費用対効果が高い小型且つ柔軟な設計を用いて、顕微鏡の光学的視野の上にオーバーレイコンテンツを重ね合わせることを可能にする。マルチビームスプリッタはまた、オーバーレイコンテンツなしの光学的視野の取込みも可能にする。
【００６９】
上に開示した主題は、制限するものではなく例示的であるとみなされるべきであり、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の趣旨及び範囲内にあるすべてのこうした変更形態、改良形態及び他の実施形態を包含するように意図されている。したがって、法律によって許可される最大の範囲まで、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲及びそれらの均等物の許容される最も広い解釈によって決定されるべきであり、上述した詳細な説明によって制限も限定もされるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ−３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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