(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象部位（１２）を光ビーム路（１６ｒ）によって撮像系の像面（２７ａ、２７ｂ、２７ｃ）に結像するための光学系であって、
前記光ビーム路（１６ｒ）が通過する第１の光学部品（１８）と、
前記対象部位（１２）とは反対の前記第１の光学部品（１８）の側の前記光ビーム路（１６ｒ）に配置された第２の光学部品（２４）と、を備え、当該光学系は、
前記第２の光学部品（２４）を、光の波長領域６２５ｎｍ≦λ≦８５０ｎｍで生じる前記第１の光学部品（１８）の縦色収差を少なくとも部分的に補正する系として構成し、
前記第２の光学部品は（２４）、正の屈折力を有する第１のレンズ（２００）と、負の屈折力を有する第２のレンズ（２０２）と、正の屈折力を有する第３レンズ（２０４）と、からなり、
前記第１の光学部品（１８）は、波長λ≒６５６ｎｍの光と波長λ≒４８６ｎｍの光について補正されたアクロマート系であるか、もしくは、波長λ≒６５６ｎｍの光と波長λ≒４８６ｎｍの光と波長λ≒５８８ｎｍの光について補正されたアポクロマート系であって、さらに／もしくはアフォーカルズーム系を含むこと、さらに、前記第２の光学部品（２４）は、波長λ≒４８６ｎｍとλ≒５８８ｎｍとλ≒６５６ｎｍの光について補正されたアポクロマートもしくはセミアポクロマートであること、を特徴とする、光学系。
【請求項２】
前記第２の光学部品（２４）は、正の屈折力を有することを特徴とする、請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記第２の光学部品（２４）は、前記対象部位（１２）を前記撮像系の前記像面（２７ａ、２７ｂ、２７ｃ）に結像させる対物レンズであることを特徴とする、請求項１または２に記載の光学系。
【請求項４】
前記第２の光学部品（２４）は、前記光ビーム路（１６ｒ）において前記撮像系の前記像面（２７ａ、２７ｂ、２７ｃ）に対して相対変位可能な少なくとも１つのレンズ（２００、２０２、２０４）を含むことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の光学系。
【請求項５】
前記対象部位（１２）から前記撮像系の前記像面（２７ａ、２７ｂ、２７ｃ）への前記光ビーム路（１６ｒ）の光路長を設定するために、変位可能に配置された第２の光学部品（２４）を特徴とする、請求項４に記載の光学系。
【請求項６】
正の屈折力を有する前記第１のレンズ（２００）と、負の屈折力を有する前記第２のレンズ（２０２）とは、接合部材を形成するように併合されていることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の光学系。
【請求項７】
前記第２の光学部品（２４）の前記第１のレンズ（２００）は、前記光ビーム路において前記第１の光学部品（１８）に面していることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の光学系。
【請求項８】
前記第２の光学部品（２４）の前記第３のレンズ（２０４）は、前記光ビーム路において前記撮像系の前記像面に面する側に配置されることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の光学系。
【請求項９】
前記第２の光学部品（２４）の前記第１のレンズ（２００）および／または前記第３レンズ（２０４）は、異常部分分散を有するレンズ材料で製造されることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の光学系。
【請求項１０】
前記第１のレンズ（２００）は、第１のガラス材料で製造され、前記第２のレンズ（２０２）は、第２のガラス材料で製造され、前記第３のレンズ（２０４）は、前記第１のガラス材料または第３のガラス材料で製造されるものであり、前記第２のガラス材料の部分分散に対する前記第１のガラス材料または前記第３のガラス材料の部分分散の差ΔＰｄＣと、前記第２のガラス材料のアッベ数に対する前記第１のガラス材料または前記第３のガラス材料のアッベ数の差Δνとを、比｜ΔＰｄＣ／Δν｜で相互に関連付けて、これについて、｜ΔＰｄＣ／Δν｜≦０．１‰、または｜ΔＰｄＣ／Δν｜≦０．０３‰を適用している、ことを特徴とする、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の光学系。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の構成のよる光学系を特徴とする、手術用顕微鏡。
【請求項１２】
前記撮像系の前記像面に配置されたイメージセンサを備えた３チップカメラとして構成されるカラーカメラ（２６）を特徴とする、請求項１１に記載の手術用顕微鏡。
【請求項１３】
前記対象部位（１２）における色素の蛍光を励起するように機能するとともに、前記蛍光色素の蛍光光の波長に相当する波長の光をフィルタリング除去するためのフィルタ系を通して誘導されることができる照射ビーム路（３６）を有する照明装置（３０）を特徴とする、請求項１２に記載の手術用顕微鏡。
【請求項１４】
像面を定義する撮像系と、
光ビーム路を定義し、前記光ビーム路を介して前記像面に対象部位を結像するように構成された光学系、
を備える、手術用顕微鏡であって、
前記光学系は、前記光ビーム路が通過できるように前記光ビーム路に取り付けられた第１の光学アセンブリを含み、
前記第１の光学アセンブリは、前記対象部位とは反対の側の端部を有し、
前記光学系は、さらに、前記第１の光学アセンブリの前記端部で前記光ビーム路に取り付けられた第２の光学アセンブリを含み、
前記第２の光学アセンブリは、６２５ｎｍ≦λ≦８５０ｎｍの光の波長領域で生じる前記第１の光学アセンブリの縦色収差を少なくとも部分的に補正する補正系として構成され、
前記第１の光学アセンブリは、第１の波長および第２の波長の光に対して補正されるアクロマート系として構成され、
前記第１の波長はλ≒４８６ｎｍであり、前記第２の波長はλ≒６５６ｎｍであり、
前記アクロマート系は、ノーマルまたは標準ガラスでのアクロマート化のために、ノーマルまたは標準ガラスのみで作られたレンズを含み、前記アクロマート系は、可視スペクトル領域の色収差よりも約５倍大きい近赤外光および赤外光の色収差を有し、
前記近赤外光および赤外光の色収差は、前記可視スペクトル領域の色収差の符号と反対の符号を有し、
前記第２の光学アセンブリは、λ≒４８６ｎｍである前記第１の波長の光に対して補正されたアポクロマートまたはセミアポクロマートであり、λ≒６５６ｎｍである前記第２の波長の光、及び、λ≒５８８ｎｍである第３の波長の光に対して、前記撮像系に供給される前記対象部位の像の前記近赤外光および赤外光での色収差を低減する、
手術用顕微鏡。
【請求項１５】
前記第２の光学アセンブリは、正の屈折力を有する第１のレンズと、負の屈折力を有する第２のレンズと、正の屈折力を有する第３のレンズと、を有し、
前記第１のレンズは第１のガラス材料で製造され、前記第２のレンズは第２のガラス材料で製造され、前記第３のレンズは前記第１のガラス材料または第３のガラス材料で製造されるものであり、前記第２のガラス材料の部分分散に対する前記第１のガラス材料または前記第３のガラス材料の部分分散の差ΔＰｄＣと、前記第２のガラス材料のアッベ数に対する前記第１のガラス材料または前記第３のガラス材料のアッベ数の差Δνとを、比｜ΔＰｄＣ／Δν｜で相互に関連付けて、これについて、｜ΔＰｄＣ／Δν｜≦０．１‰を適用している、ことを特徴とする、請求項１４に記載の手術用顕微鏡。
【請求項１６】
前記第２のガラス材料の部分分散に対する前記第１のガラス材料または前記第３のガラス材料の部分分散の差ΔＰｄＣと、前記第２のガラス材料のアッベ数に対する前記第１のガラス材料または前記第３のガラス材料のアッベ数の差Δνとを、比｜ΔＰｄＣ／Δν｜で相互に関連付けて、これについて、｜ΔＰｄＣ／Δν｜≦０．０３‰を適用する、ことを特徴とする、請求項１５に記載の手術用顕微鏡。
【請求項１７】
正の屈折力の前記第１のレンズと負の屈折力の前記第２のレンズとは、接合部材を形成するように併合されている、及び／または、
前記第２の光学アセンブリの端部に取り付けられた前記第１のレンズは、前記光学ビーム路において前記第１の部品に面している、及び／または、
前記第２の光学アセンブリの前記第３のレンズは、前記光ビーム路において前記撮像系の前記像面に面するように取り付けられている、
ことを特徴とする、請求項１５に記載の手術用顕微鏡。
【請求項１８】
前記第２の光学アセンブリの前記第１のレンズ及び／または前記第２の光学アセンブリの前記第３のレンズは、異常部分分散を有するレンズ材料で製造されることを特徴とする、請求項１５に記載の手術用顕微鏡。
【請求項１９】
前記第１の光学アセンブリは、アフォーカルズーム系を含む、請求項１４に記載の手術用顕微鏡。
【請求項２０】
前記第２の光学アセンブリは、正の屈折力を有する、請求項１４に記載の手術用顕微鏡。
【請求項２１】
前記第２の光学アセンブリは、前記対象部位を前記撮像系の前記像面に結像させる対物レンズである、請求項１４に記載の手術用顕微鏡。
【請求項２２】
前記第２の光学アセンブリは、前記光ビーム路において前記撮像系の前記像面に対して相対変位可能な少なくとも１つのレンズを有する、請求項１４に記載の手術用顕微鏡。
【請求項２３】
前記第２の光学アセンブリは、前記対象部位から前記撮像系の前記像面への前記光ビーム路の光波長の調節を可能にするように、変位可能に取り付けられている、請求項２２に記載の手術用顕微鏡。
【請求項２４】
前記撮像系は、３チップカメラとして構成されたカラーカメラと、前記撮像系の前記像面に配置された複数のイメージセンサと、を含む、請求項１４に記載の手術用顕微鏡。
【請求項２５】
前記対象部位における色素の蛍光を励起するための照明ビーム路を定義する照明ユニットをさらに備え、前記色素の蛍光の波長に相当する波長を有する光をフィルタリング除去するためのフィルタ系を含む、請求項２４に記載の手術用顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象部位を光ビーム路によって撮像系の像面に結像するための光学系に関するものであり、光ビーム路が通過する第１の光学部品と、対象部位とは反対の第１の光学部品の側の光ビーム路に配置された第２の光学部品と、を備える。さらに、本発明は、かかる光学系を備えた手術用顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
本件において、手術用顕微鏡とは、スタンドに受けられる好ましくは実体顕微鏡として構成される顕微鏡ユニットを備えたシステムを意味するものと理解され、顕微鏡ユニットは、観察者が手術部位を拡大して観察することを可能とするものである。顕微鏡ユニットは、観察光ビーム路によって手術部位を可視化するように設計することができる。一方、デジタル取得した像を観察者に対して表示する顕微鏡ユニットを提供することも可能である。本発明の意義の範囲内の手術用顕微鏡の一例は、Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ Ｍｅｄｉｔｅｃ ＡＧ（カールツァイスメディテック社）によって製造・供給されているＯＰＭＩ（登録商標）Ｐｅｎｔｅｒｏ（登録商標）システムである。
【０００３】
特許文献１は、冒頭に記載したタイプの光学系を開示している。この光学系は、波長λ≧６２０ｎｍの光によって対象部位内の構造物を可視化するための装置を有する手術用顕微鏡内に配置される。この波長の光に対して、人間の眼は比較的低い感度を有する。一方、この光は、人体内の動脈血による散乱または吸収は、ほんのわずかである。手術用顕微鏡は照明装置を内蔵しており、これにより、赤色および赤外スペクトル領域にある光を供給することが可能である。手術用顕微鏡内には、対象部位とは反対のアフォーカル拡大系の側で、左側と右側の観察ビーム路の顕微鏡主対物レンズの上方にビームスプリッタが設けられており、このビームスプリッタは、観察光を、赤色および赤外スペクトル領域の光を感知することができるカメラに誘導する。手術用顕微鏡内の光学系は、アフォーカル拡大系を備えた第１の光学部品を含んでいる。この光学系は、第２の光学部品を有し、これは、対物レンズの機能を有するとともに、対象部位から第１の光学部品を通過してカメラのイメージセンサに至るビーム路を誘導する。
【０００４】
手術用顕微鏡では、特に蛍光色素を用いて対象部位の構造物を検査するために、撮像系は、可視光だけではなく、赤外スペクトル領域の光も感知可能であることが望ましい。
【０００５】
このため、従来の手術用顕微鏡は、可視スペクトル領域と赤外スペクトル領域に合わせて調整された別々のカメラを備えた撮像系を有する（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４７８６１５５号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００６００６０１４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、手術用顕微鏡での使用に適した光学系を開発することであり、これによって、同じ対象距離で、すなわち光学系と対象部位との間の距離は全く同一で、可視スペクトル領域だけではなく赤外スペクトル領域で良好な撮像品質を有する撮像系に、対象部位の像を誘導することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本目的は、請求項１に規定する光学系によって達成される。本発明の効果的な改良について、従属請求項に規定している。
【０００９】
本発明は、手術用顕微鏡で使用される光学部品のコンセプトに基づくものであり、特に、顕微鏡主対物レンズとズーム系とを備えた一般的にはアクロマートである光学部品のコンセプトに基づくものである。これによって、赤色波長領域にある波長（λ≒６４０ｎｍ）の光と青色波長領域にある波長（λ≒４８０ｎｍ）の光について、焦点ずれが、規格ＩＳＯ／ＦＤＩＳ １９０１２−２に従った光学部品の被写界深度δ＝ｎλ／（２ＮＡ2）以下の大きさであることを保証し、ここで、ｎは物体空間の媒質の屈折率（空気の場合はｎ＝１が適用される）であり、ＮＡは物体側開口数であり、λ＝４８０ｎｍまたはλ＝６４０ｎｍである。
【００１０】
一方、このようなアクロマートは、上記で規定した波長に対して、例えば波長λ＝８５０ｎｍの光である赤外スペクトル領域にある光については、かなりの縦色収差および横色収差を有する。
【００１１】
この縦色収差および横色収差を低減するために、本発明は、この光学系における第２の光学部品を、光の波長領域６２５ｎｍ≦λ≦８５０ｎｍで生じる第１の光学部品の縦色収差を少なくとも部分的に補正する系として構成することを提案する。この手段によって実現できるのは、近赤外および赤外スペクトル領域にある光を用いた光学系によって、この目的で光学系における光学部品を長い変位経路で調整する必要なく、対象部位を検査することもできるということである。具体的には、この手段によって実現できるのは、光学系と対象部位との間の距離の変更または光学系のリフォーカスに起因して、撮像系に供給される対象部位の像が、可視スペクトル領域の光による対象部位の像と比較して、光の６２５ｎｍ≦λ≦８５０ｎｍの波長領域で鮮明さを失うことにならないということである。
【００１２】
この場合、この光学系における第２の光学部品は、正の屈折力を有することができる。具体的には、第２の光学部品は、対物レンズ、例えばカラーカメラの対物レンズとすることができ、これにより、対象部位を撮像系の像面に結像させる。
【００１３】
光ビーム路において撮像系の像面に対して相対変位可能な少なくとも１つのレンズを含む第２の光学部品によって、撮像系の像面における結像誤差を補正することが可能であり、それらの誤差は、対象部位を観察するのに用いる光の波長に依存する。
【００１４】
撮像系の像面における結像誤差であって、対象部位を観察するのに用いる光の波長に依存する誤差を補正するために、この光学系の範囲内において、対象部位から撮像系の像面への光ビーム路の光路長を設定する目的で、第２の光学部品を全体として変位可能とすることもできる。
【００１５】
本発明によれば、第２の光学部品は、正の屈折力を有する第１のレンズと、負の屈折力を有する第２のレンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、を備えることができる。この場合、正の屈折力を有する第１のレンズと、負の屈折力を有する第２のレンズとは、接合部材を形成するように併合することができる。このとき、第２の光学部品の第１のレンズは、可能であれば、光ビーム路において第１の光学部品に面する。この場合、第２の光学部品の第３のレンズは、好ましくは、光ビーム路において撮像系の像面に面する側に配置される。この場合、正の屈折力を有する２つのレンズは、好ましくは、異常部分分散を有する材料で構成される。
【００１６】
本発明による光学系の第２の光学部品における正の屈折力を有するレンズのガラスは、それぞれ、いわゆるノーマルラインから離れたものである。
【００１７】
本発明によれば、正の屈折力を有する２つのレンズは、具体的には、Ｓｃｈｏｔｔ社のガラスＮ−ＦＫ５８、Ｎ−ＦＫ５１Ａ、Ｎ−ＰＫ５２Ａ、Ｎ−ＰＫ５１、オハラ社のガラスＳ−ＦＰＬ５３、Ｓ−ＦＰＬ−５１、Ｓ−ＦＰＬ５１Ｙ、Ｓ−ＦＰＭ３もしくはＳ−ＦＰＭ２、または上記ガラスの光学特性に相当する光学特性および異常部分分散比を有するガラスで構成することができる。
【００１８】
第２の光学部品において負の屈折力を有するレンズは、効果的には、より低いアッベ数を有するが、正レンズで生じるのと可能な限り類似した部分分散比を有する材料で構成される。本発明による光学系では、第２の光学部品において負の屈折力を有するレンズは、具体的には、ガラスＮ−ＫＺＦＳ２、Ｎ−ＢＫ７、またはＮ−ＳＫ１１で構成することができる。
【００１９】
第２の光学部品において、一方で正の屈折力を有する２つのレンズとして、他方で負の屈折力を有するレンズとしての、効果的なガラスの組み合わせは、具体的には、Ｓ−ＦＰＬ５１／Ｎ−ＫＺＦＳ２、Ｓ−ＦＰＬ５３／Ｎ−ＢＫ７、またはＮ−ＰＫ５１／Ｎ−ＳＫ１１である。本発明による光学系の第２の光学部品において負の屈折力を有するレンズのガラスは、異常部分分散を有し得るが、しかしこれは必須ではない。従って、本発明による光学系の第２の光学部品において負の屈折力を有するレンズのガラスは、ノーマルラインに近いものとすることもできる。
【００２０】
具体的には、本発明は、２つのガラスタイプの部分分散の差ΔＰdCと、２つのガラスタイプのアッベ数の差Δνとを、比｜ΔＰdC／Δν｜で相互に関連付けて、これについて、｜ΔＰdC／Δν｜≦０．１‰、好ましくは｜ΔＰdC／Δν｜≦０．０３‰を適用することを提案する。
【００２１】
この光学系における第１の光学部品は、好ましくは波長λ≒６５６ｎｍの光と波長λ≒４８６ｎｍの光について補正されたアクロマート系である。一方、第１の光学部品は、好ましくは波長λ≒６５６ｎｍの光と波長λ≒４８６ｎｍの光と波長λ≒５８８ｎｍの光について補正されたアポクロマート系とすることもできる。特に、第１の光学部品は、アフォーカルズーム系を含むことができる。
【００２２】
本発明によれば、この光学系における第２の光学部品は、好ましくは波長λ≒４８６ｎｍとλ≒５８８ｎｍとλ≒６５６ｎｍの光について補正されたアポクロマート、またはセミアポクロマートである。
【００２３】
本発明では、セミアポクロマートとは、正の屈折力を有する光学系であって、赤色波長領域にある波長（λ≒６４０ｎｍ）の光と青色波長領域にある波長（λ≒４８０ｎｍ）の光と緑色波長領域にある波長（λ≒５４６ｎｍ）の光について、焦点ずれが、規格ＩＳＯ／ＦＤＩＳ １９０１２−２に従った被写界深度δ＝ｎλ／（２ＮＡ2）の２．５倍以下の大きさである光学系であると解釈し、ここで、ｎは物体空間の媒質の屈折率であり、ＮＡは物体側開口数であり、λ≒４８０ｎｍまたはλ≒５４６ｎｍまたはλ≒６４０ｎｍである。
【００２４】
本発明では、アポクロマートとは、正の屈折力を有する光学系であって、赤色波長領域にある波長（λ≒６４０ｎｍ）の光と青色波長領域にある波長（λ≒４８０ｎｍ）の光と緑色波長領域にある波長（λ≒５４６ｎｍ）の光について、焦点ずれが、規格ＩＳＯ／ＦＤＩＳ １９０１２−２に従った被写界深度δ＝ｎλ／（２ＮＡ2）以下の大きさである光学系であると解釈し、ここで、ｎは物体空間の媒質の屈折率であり、ＮＡは物体側開口数であり、λ≒４８０ｎｍまたはλ≒５４６ｎｍまたはλ≒６４０ｎｍである。
【００２５】
本発明は、さらに、上記で規定したような光学系を含む手術用顕微鏡に及ぶ。手術用顕微鏡が、撮像系の像面に配置されたイメージセンサを備えた３チップカメラとして構成されるカラーカメラを有する場合に、効果的である。これによって、カラーカメラを使用して、その波長が可視スペクトル領域および赤外スペクトル領域にある光で手術用顕微鏡の対象部位を認識することが可能となる。本発明は、さらに、照射ビーム路を提供する照明装置を備えた手術用顕微鏡に及び、その照射ビーム路は、対象部位における色素の蛍光を励起するように機能するものであって、後に手術用顕微鏡内のカメラによって感知される蛍光色素の蛍光光の波長に相当する波長の光をフィルタリング除去するためのフィルタ系を通して誘導されることができる。
【００２６】
図面に概略的に示す本発明の効果的な例示的実施形態について、以下で詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、光ビーム路によって、接眼レンズに対象部位を可視化するとともに、対象部位を撮像系の像面に結像するための光学系を備えた、手術用顕微鏡を示している。
【図２】図２は、手術用顕微鏡の光学系において、顕微鏡主対物レンズ系とアフォーカルズーム系とを含む第１の光学部品を示している。
【図３】図３は、手術用顕微鏡の光学系における上記第１の光学部品の縦色収差を示しており、この縦色収差は、光の波長λに依存する。
【図４】図４は、手術用顕微鏡の光学系において、カメラ対物レンズとして構成される第２の光学部品を示している。
【図５】図５は、光学系における第２の光学部品の縦色収差を示しており、この縦色収差は、光の波長λに依存する。
【図６】図６は、光の波長λに依存する、第１と第２の光学部品の合成縦色収差を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１に示す手術用顕微鏡１０は、立体光ビーム路１６ｌ、１６ｒによって、観察者が、双眼鏡筒１５の左側と右側の接眼レンズ１４ｌ、１４ｒで対象部位１２を拡大して観察することを可能とするものである。手術用顕微鏡１０では、対象部位１２からの光を、光学系を通して誘導し、その光学系は、顕微鏡主対物レンズ系２０とアフォーカルズーム系２２ｒとを備えて顕微鏡本体１７内に配置された第１の光学部品１８を含み、さらに光学系は、像面２７ａ、２７ｂ、２７ｃを備えたカラーカメラ２６の形態の撮像系のカメラ対物レンズとして機能する第２の光学部品２４を有し、これに対してビームスプリッタ２８によってビーム路１６ｒから光が誘導される。カラーカメラ２６の像面２７ａ、２７ｂ、２７ｃには、スプリッタプリズム装置２５と、赤色、緑色、青色スペクトル領域にある異なる光を感知するように機能する別々のイメージセンサ２９ａ、２９ｂ、２９ｃと、が設けられる。赤色スペクトル領域の光を感知するように設計されたイメージセンサ２９ａによって、近赤外および赤外スペクトル領域にある波長を有する光を、すなわち０．７μｍ〜５μｍの範囲の波長を有する光、および５μｍ〜５０μｍの波長を有する光を、感知することも可能である。
【００２９】
これに代えて、特に、青色スペクトル領域の光を感知するように設計されたイメージセンサ２９ｃによって、近赤外および赤外スペクトル領域の波長を有する光も感知できるようにスプリッタプリズム装置２５を設計することも可能である。
【００３０】
手術用顕微鏡において、観察ビーム路１６ｌは、ズーム系２２ｒの設計に一致するズーム系２２ｌを通過する。
【００３１】
手術用顕微鏡１０は、調整可能な多関節アームを有するスタンド（図示せず）に受けられる。スタンド上で、多関節アームを調整することによって、対象部位１２の上方で手術用顕微鏡１０を変位させることができる。
【００３２】
手術用顕微鏡１０は、光源３２と、光源３２からの光が通過できる照明光学系３４と、を備えた照明装置３０を内蔵しており、その照明光学系によって照射ビーム路３６を提供し、これにより、対象部位１２に照射することが可能である。
【００３３】
照明装置３０は、例えば、インドシアニングリーン（ＩＣＧ）色素、５ＡＬＡ色素、またはプロトポルフィリンＩＸ色素など、１種以上の色素を、蛍光を生じさせるために励起するように設計されている。この目的で、青色スペクトル領域の波長を有する光を、照明装置３０の光源３２によって供給する。対象部位１２内に配されて蛍光を発するように励起される色素の光の波長に相当する波長を有する光が、照射ビーム路３６で対象部位１２に誘導されることを避けるために、照明装置３０内に蛍光励起フィルタ４０が設けられており、この蛍光励起フィルタは、蛍光を発するように対象部位１２内の色素が励起されて蛍光が発生するときに放出されるスペクトル領域の照明光をフィルタリング除去するために、両矢印３８に従って照射ビーム路３６に導入することができる。
【００３４】
手術用顕微鏡１０の蛍光動作モードにおいて、対象部位１２内の蛍光色素によって放出される蛍光光のみを、観察者およびカラーカメラ２６に誘導できるように、手術用顕微鏡１０内の光学系は、調整可能なフィルタ素子４２を含み、これらは、両矢印４４に従って、対象部位とは反対のズーム系の側で立体観察ビーム路１６ｌ、１６ｒに配置することができる。フィルタ素子４２によって、蛍光を励起する光の波長を有する光が双眼鏡筒１５の接眼レンズ１４ｌ、１４ｒおよびカラーカメラ２６に到達しないようにすることができる。
【００３５】
図２は、手術用顕微鏡１０の光学系における第１の光学部品１８を示している。顕微鏡主対物レンズ系２０は、光学有効面１０１、１０２、１０３を有する接合部材である。アフォーカルズーム系２２ｒは、４つの部材１１０、１１２、１１４、１１６を有する。ズーム系２２ｒの部材１１０、１１６は、正の屈折力を有し、どちらも接合部材として構成される。アフォーカルズーム系２２ｒの部材１１２、１１４は、変位可能に配置される。この場合、部材１１２は、同様に接合部材として構成される。ズーム系２２ｒは、光学有効面１２０、１２１、１２３、１２４、１２５、１２６、１２７、１２８、１２９、１３０、１３１を有する。
【００３６】
光学部品１８は、波長λ＝６５６ｎｍ（Ｃ線）の光に対する波長λ＝４８６ｎｍ（Ｆ線）の光の波面の縦色収差ＣＨＬを完全に補正するアクロマートであり、すなわちＣＨＬ18FC＝０である。
【００３７】
図３は、手術用顕微鏡の光学系における該第１の光学部品のＣ線に対する縦色収差であって、光の波長λ（ｘ線）に依存する縦色収差ＣＨＬ18xCを示している。
【００３８】
手術用顕微鏡１０における光学系の設計は、Ｃ線に対する縦色収差であって、光の波長λ（ｘ線）に依存する、Ｃ線に対する波面の縦色収差ＣＨＬ18xCは、次のようにして良好な近似値を推定できるという考えに基づいている。
【００３９】
【数１】
0006735573.tif 000002
【００４０】
ここで、αxCは、波長ｘの光についてＣ線に対するノーマルラインの傾きを表し、βxC,iは、このノーマルラインからのレンズｉの特定のガラスの距離を表し、ｙiは、周辺光線高さを表し、νiは、その材料のアッベ数ν＝（ｎd−１）／（ｎF−ｎC）を表し、φiは、レンズｉの屈折力を表す。
【００４１】
光学部品１８においてアクロマート化のためにノーマルガラスのみを用いる場合には（すなわち、βxC,i＝０）、波長λ＝５８８ｎｍ（ｄ線）およびλ＝８５０ｎｍ（ｓ線）の光のＣ線に対する縦色収差は、次のようになる。
【００４２】
【数２】
0006735573.tif 000003
【００４３】
本発明者らは、これらが次のように相互に関係していることを発見した。
【００４４】
【数３】
0006735573.tif 000004
【００４５】
つまり、光学部品１８において、近赤外光および赤外光についての色収差は、可視スペクトル領域よりも、約５倍大きい。ただし、これらの色収差の符号は、可視スペクトル領域の色収差の符号とは反対である。
【００４６】
手術用顕微鏡１０の光学系において、第２の光学部品２４は、近赤外および赤外で、カラーカメラ２６に供給される対象部位の像の色収差を低減するように機能する。
【００４７】
これは、好ましくは、波長λ＝６５６ｎｍ（Ｃ線）、λ＝５８８ｎｍ（ｄ線）、λ＝４８６ｎｍ（Ｆ線）の光について同時に、光学部品群２４の色収差が完全に補正されることによって実現される。これは、この場合の波長λ＝８５０ｎｍ（ｓ線）についての光学部品２４の色収差が、光学部品１８の対応する色収差と反対の符号であることによる。その結果、光学部品１８の近赤外および赤外の色収差は、光学部品２４の近赤外および赤外の色収差によって、少なくとも部分的に改善される。光学部品１８と光学部品２４は、いずれも可視スペクトル領域の光について完全に補正されるので、手術用顕微鏡１０の光学系において光学部品１８を光学部品２４と組み合わせることで、やはり可視スペクトル領域における色収差のない像を、カラーカメラ２６に供給することができる。
【００４８】
図４は、手術用顕微鏡１０の光学系における第２の光学部品２４を示している。光学部品２４は、正の屈折力を有する。これは、３つのレンズ２００、２０２、２０４を含む。レンズ２００、２０２は、正の屈折力を有する接合部材を形成している。レンズ２０４の屈折力は正である。レンズ２００および２０４は、可視スペクトル領域で異常部分分散を有するレンズ材料で構成される。接合部材のレンズ２０２は、正レンズの材料と適合する上記の材料のいずれかで構成される。光学部品２４は、光学有効面２０６、２０７、２０８、２０９、２１０を有する。これは、２部材アポクロマートであって、これにより、波長λ＝６５６ｎｍ（Ｃ線）の光に対して、波長λ＝４８６ｎｍ（Ｆ線）の光および波長λ＝５８８ｎｍ（ｄ線）の光の波面の縦色収差ＣＨＬ24を完全に補正する、すなわちＣＨＬ24FC＝０かつＣＨＬ24dC＝０である。これは、前述のガラスを選択することによって確保される。
【００４９】
図５は、手術用顕微鏡１０の光学系における該第２の光学部品２４の、Ｃ線に対する縦色収差であって、光の波長λ（ｘ線）に依存する縦色収差ＣＨＬ24xCを示している。
【００５０】
本発明者らは、２部材アポクロマートの、波長λ＝８５２ｎｍ（ｓ線）の光についての近赤外の残留誤差は、次のようにして良好な近似値を推定できることを発見した。
【００５１】
【数４】
0006735573.tif 000005
【００５２】
ここで、ｙ0は、周辺光線高さであり、φは、２部材アポクロマートの屈折力である。変数ΔＰsCは、２種類の採用されたガラスタイプでのｓ線とＣ線の波長領域の部分分散比の差を表し、変数Δνは、２種類のガラスのアッベ数の差を表す。
【００５３】
次の表から集計できるように、前述のガラス対のいくつかについて、変数ΔＰsC／Δνの値は、＋０．０００５１と＋０．０００４２の間でばらついている。
【００５４】
【表１】
0006735573.tif 000006
【００５５】
様々なガラスタイプについて、変数ΔＰsC／Δνの値が異なることを本発明では利用して、これにより、光学部品２４におけるレンズ２００、２０２、２０４のガラスタイプを適切に選択することで、第１の光学部品１８の縦色収差ＣＨＬxCを少なくとも部分的に補正する。この目的で、第２の光学部品の赤外スペクトル領域の縦色収差には、第１の光学部品の縦色収差の符号と反対の符号を設定することが可能である。
【００５６】
図６は、光の波長λに依存する、第１の光学部品１８と第２の光学部品２４の合成縦色収差ＣＨＬ(18+24)xCを示している。
【００５７】
このように、手術用顕微鏡１０の光学系では、赤外スペクトル領域の光によってカメラのイメージセンサ上に対象部位１２を結像することに影響のない残留誤差を残して、第１の光学部品１８の縦色収差を、第２の光学部品２４によって補正している。
【００５８】
手術用顕微鏡１０の光学系における第１の光学部品１８および第２の光学部品２４の設計例を以下の表に再現している。
【００５９】
【表２】
0006735573.tif 000007
0006735573.tif 000008
【００６０】
原理的には、第２の光学部品において異常部分分散を有するレンズのレンズ材料として、Ｓｃｈｏｔｔ社のガラスＮ−ＦＫ５８、Ｎ−ＦＫ５１Ａ、Ｎ−ＰＫ５２Ａ、Ｎ−ＰＫ５１、オハラ社のガラスＳ−ＦＰＬ５３、Ｓ−ＦＰＬ−５１、Ｓ−ＦＰＬ５１Ｙ、Ｓ−ＦＰＭ３もしくはＳ−ＦＰＭ２、または上記ガラスの光学特性に相当する光学特性および異常部分分散を有するガラスを使用することも可能であるということに留意すべきである。
【００６１】
原理的には、上述の手術用顕微鏡１０における顕微鏡主対物レンズ系２０は、合焦可能な顕微鏡主対物レンズとして構成することも可能であるということに留意すべきである。上記で再現された表に従った光学部品２４の設計によって、顕微鏡主対物レンズを合焦させる場合であっても、像面２７ａ、２７ｂ、２７ｃにそれぞれ対象部位１２の像が生成されることが保証され、その像は、可視スペクトル領域の光で鮮明さを失うことがないだけではなく、近赤外光でも鮮明さを失うことはなく、これは、ビーム路１６ｒにおける光学部品２４の全体として変位、または該光学部品のレンズの変位を必要としない。
【００６２】
結論として、特に、以下のことが認識されなければならない。本発明は、対象部位１２を光ビーム路１６ｒ、１６ｒ’によって撮像系の像面２７ａ、２７ｂ、２７ｃに結像するための光学系に関するものである。この光学系は、光ビーム路１６ｒが通過する第１の光学部品１８と、対象部位１２とは反対の第１の光学部品１８の側の光ビーム路１６ｒに配置された第２の光学部品２４と、を含む。第２の光学部品２４は、光の波長領域６２５ｎｍ≦λ≦８５０ｎｍで生じる第１の光学部品１８の縦色収差を少なくとも部分的に補正する系として構成される。
【符号の説明】
【００６３】
１０      手術用顕微鏡
１２      対象部位
１４ｌ    左側の接眼レンズ
１４ｒ    右側の接眼レンズ
１５      双眼鏡筒
１６ｌ    左側のビーム路
１６ｒ    右側のビーム路
１６ｒ’  右側のビーム路
１７      顕微鏡本体
１８      第１の光学部品
２０      顕微鏡主対物レンズ系
２２ｌ，２２ｒ    ズーム系
２４      第２の光学部品
２５      スプリッタプリズム装置
２６      カラーカメラ
２７ａ，ｂ，ｃ    像面
２８      ビームスプリッタ
２９ａ，ｂ，ｃ    イメージセンサ
３０      照明装置
３２      光源
３４      照明光学系
３６      照射ビーム路
３８      両矢印
４０      蛍光励起フィルタ
４２      フィルタ素子
４４      両矢印
１０１，１０２，１０３    光学有効面
１１０，１１２，１１４，１１６    部材
１２０，１２１，１２３，１２４，１２５，１２６，１２７，１２８，１２９，１３０，１３１    光学有効面
２００，２０２，２０４    レンズ
２０５      瞳
２０６，２０７，２０８，２０９，２１０    光学有効面
２１１      像
【図１】
0006735573.tif 000009
【図２】
0006735573.tif 000010
【図３】
0006735573.tif 000011
【図４】
0006735573.tif 000012
【図５】
0006735573.tif 000013
【図６】
0006735573.tif 000014