JP2003222804A - 光学観察装置及びこれに用いる立体画像入力光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 視差量を十分確保しながら、像の姿勢の補正
が可能な立体観察用の光学観察装置及びこれに用いる立
体画像入力光学系を提供する。 【解決手段】 視差を有する画像入力手段３と、画像入
力手段３の視差方向とは異なる視差方向に変換する画像
変換手段ＰＣと、変換された画像を立体的に観察できる
ようにする立体画像観察手段５とで構成される。画像入
力手段３は、先端部１が細径の棒状に形成され、先端部
１の先端には、視差のある画像を取り込むための先端光
学系が、画像入力手段３の長手方向に視差を持つように
配置されている。又、先端光学系３の視差方向を検出す
る手段Ｅと、先端光学系の視差方向を立体画像観察手段
５の視差方向に変換する画像変換手段ＰＣを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、医療用光学機器に
用いる光学観察装置及びこれに用いる立体画像入力光学
系に関し、特に、外科手術に使用する光学観察装置及び
これに用いる立体画像入力光学系に関する。さらに詳し
くは、撮像素子で画像を撮像して、画像観察装置を用い
て画像を観察する硬性鏡、手術用顕微鏡、等の手術に使
用するための光学観察装置及びこれに用いる立体画像入
力光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、低侵襲手術として、内視鏡や手術
用顕微鏡を用いた手術が広く実施されている。さらに、
撮像素子で画像を撮像し、表示装置で画像観察を行いな
がら、マニピュレータを用いて微細な手術を行う方法が
提案され、実際の手術への適用が進められている。

【０００３】この種の外科手術に使用する光学観察装置
の従来例としては、瞳分割方式硬性鏡と立体観察装置と
を組み合わせたタイプの光学観察装置が提案されている
（例えば特許文献１、２参照）。

【０００４】このようなタイプの光学装置に用いる瞳分
割方式硬性鏡は、例えば、図１８(a)に示すように、硬
性の挿入部５１と、挿入部５１に連結された保持部５２
とを備える。

【０００５】挿入部５１は、先端側から、複数のレンズ
からなる対物レンズ５３と、複数のレンズ群からなるリ
レーレンズ部５４とを内蔵する。そして、この対物レン
ズ５３、及びリレーレンズ部５４が一つの画像入力光学
系を構成し、被写体を後述する分割手段へ伝達する。

【０００６】保持部５２には、一つの画像入力光学系を
介して伝達された被写体像を左右の像に分割する絞り５
５及び瞳分割プリズム５６，５６’が配置される。瞳分
割プリズムの反射面５６ａ，５６’ａは、光軸に対して
４５°となるように配置される。そして、この瞳分割プ
リズム５６，５６’は、瞳に絞り５５を介して左右に入
射した左右の被写体像を、それぞれ光軸に直角に反射す
る。

【０００７】また、保持部５２は、瞳分割プリズム５
６，５６’で反射することによって分割され左右の被写
体像をそれぞれ直角に反射する反射面を有するプリズム
５７，５７’と、結像レンズ５８，５８’と、ＣＣＤ５
９，５９’とを内蔵する。ＣＣＤ５９，５９’は結像レ
ンズ５８，５８’の結像位置に配置されており、左右の
被写体像を電気信号に変換し、図示省略した制御装置を
介して、図示省略したモニタ等に表示する。

【０００８】さらに、保持部５２は、絞り５５、左右の
瞳分割プリズム５６，５６’〜ＣＣＤ５９，５９’（こ
れらを撮像系側光学系Ｓと呼ぶ）を挿入部５１に対して
一体的に回転させることができるように構成される。

【０００９】このような瞳分割方式硬性鏡では、視差量
を決める光軸間隔ｄは、図１８(b)に示すように、リレ
ーレンズ５４の外径Ｄに対し１／４〜１／８程度であ
り、視差は少ない。

【００１０】また、このような瞳分割方式硬性鏡は、図
１８(a)に示す挿入部５１の先端面Ｉを長手方向に対し
て斜めに構成して被写体斜視観察用の硬性鏡とした場合
には、先端面Ｉの斜視方向に合わせて撮像系側光学系Ｓ
を回転することにより、立体観察装置の視差方向に像の
姿勢を補正することができる。

【００１１】また、瞳分割手段を構成する絞り５５にお
ける２つの開口５５ａ，５５ｂの間隔の大きさを可変に
することで観察しやすい視差量に補正することができ
る。また、この種の外科手術に使用する光学観察装置の
他の従来例としては、２本光学系型硬性鏡と立体撮影装
置とを組み合わせたタイプの光学観察装置が提案されて
いる（例えば特許文献１参照）。

【００１２】このタイプの光学装置に用いる２本光学系
型硬性鏡は、例えば、図１９(a)に示すように、硬性の
挿入部６１と、挿入部６１に連結された保持部６２とを
備える。

【００１３】挿入部６１は、先端側から、複数のレンズ
からなる対物レンズ６３，６３’と、複数のレンズ群か
らなるリレーレンズ部６４，６４’とで構成された２つ
の画像入力光学系６５，６５’を内蔵する。

【００１４】保持部６２は、二つの画像入力光学系６
５，６５’が伝達したそれぞれの被写体像用に、それぞ
れ、プリズム６６，６７と結像レンズ６８とＣＣＤ６９
とで構成された撮像光学系と、プリズム６６’，６７’
と結像レンズ６８’とＣＣＤ６９’とで構成された撮像
光学系とを内蔵する。ＣＣＤ６９，６９’は、二つの画
像入力光学系６５，６５’を介して伝達されたそれぞれ
の被写体像をそれぞれ電気信号に変換し、図示省略した
制御装置を介して、モニタ等に表示する。

【００１５】このような２本光学系型硬性鏡では、図１
９(b)に示すように、光学系の配置スペース径Ｄに対し
て、約１／２の視差量ｄが得られ、立体観察において
は、瞳分割方式硬性鏡以上の視差を得ることができる。

【００１６】

【特許文献１】特開平６−５９１９９号公報（図１、図
１２）

【００１７】

【特許文献２】特開平６−２０２００６号公報（図１）

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図１８に示す
瞳分割方式硬性鏡を用いた光学装置は、像姿勢の補正は
可能ではあるものの、視差量を十分に確保することがで
きないという問題があった。

【００１９】他方、図１９に示す２本光学系型硬性鏡を
用いた光学装置は、視差量を大きく取ることができるも
のの、視差量を変更することができないため、近接観察
時など視差量が大きすぎて観察に支障を来し、また、視
差方向を変更することができないため、像姿勢の補正が
できず、斜視での観察時に支障を来すという問題があっ
た。

【００２０】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであり、視差量を十分確保しながら、像の姿勢の
補正が可能な立体観察用の光学観察装置及びこれに用い
る立体画像入力光学系、より詳しくは、先端部が固定さ
れている視差方向を有する光学系と組み合わせて、像の
姿勢の補正を実現する立体観察用の光学観察装置及びこ
れに用いる立体画像入力光学系を提供することを目的と
する。

【００２１】又本発明は、観察者に対し最適な視差量で
もって観察可能な立体観察用の光学観察装置及びこれに
用いる立体画像入力光学系、より詳しくは、先端部が固
定されている視差量を有する光学系と組み合わせて、立
体視差の拡大及び縮小を実現し得る立体観察用の光学観
察装置及びこれに用いる立体画像入力光学系を提供する
ことを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明の光学観察装置及
びこれに用いる立体画像入力光学系は、 （１） 立体画像観察用の光学観察装置において、該光
学観察装置が、生体内に挿入するのに十分小径な棒状先
端部を有し該棒状先端部の長手方向の成分を含む方向に
視差を有する像を取得する先端光学系を前記棒状先端部
が含む画像入力手段と、前記先端光学系から受けた像の
視差方向又は視差量のうち少なくとも一つを変えて変換
像を形成する画像変換手段と、変換された画像の立体観
察を可能にする立体画像観察手段と、を含むことを特徴
とする。 （２） 前記画像変換手段が変換像を形成するとき前記
先端光学系から受けた像の視差量を変えることを特徴と
する。 （３） 光学観察装置用の立体画像入力光学系におい
て、該立体画像入力光学系が、光学入力部と、偏光面と
を含み、前記光学入力部は一端において棒状であり前記
棒状の光学入力部の長手方向に沿った成分を含む方向に
視差を有する光学系を含み、視差を有する像を伝送する
二つの光路が前記偏光面で一つの光路に結合され、前記
光学入力部の光学入力面を透過する前記二つの光路の光
軸は分離され互いに平行であることを特徴とする。 （４） 前記変換された像の視差量を増加又は減少させ
ることが可能なことを特徴とする。 （５） 前記先端光学系の視差方向又は視差量のうち少
なくとも一つを検出する検出手段を含むことを特徴とす
る。 （６） 前記画像変換手段が、前記画像入力手段から受
けた像の視差方向も変えることを特徴とする。 （７） 前記画像入力手段に着脱可能で撮像素子を有す
る保持部本体と、前記画像入力手段を前記保持部本体か
ら取り外して前記保持部本体に取り付け可能な顕微鏡画
像入力手段と、をさらに含むことを特徴とする。 （８） プリズム光学系と、二つの負レンズを前記分離
され互いに平行な光軸にそれぞれ同軸に配置して一体的
に成形した光学部材と、をさらに含むことを特徴とす
る。 （９） 前記先端光学系の視差方向又は視差量のうち少
なくとも一つを検出する検出手段をさらに含むことを特
徴とする。 （１０） 前記先端光学系の視差方向が前記検出手段に
よって検出され、前記立体画像観察手段の視差方向に対
応させるように前記画像変換手段によって変換されるこ
とを特徴とする。 （１１） 前記検出手段が前記先端光学系から受けた像
の視差量を計測し、前記計測された視差量が、立体画像
観察手段で観察される像の視差量の変換比を変えるのに
用いられることを特徴とする。 （１２） 前記画像入力手段によって得られた像を元に
立体形状マップを生成する手段と、前記画像入力手段の
視点とは異なる視点から見た立体画像に変換する手段
と、をさらに含むことを特徴とする。 （１３） プリズム光学系を含み、偏光成分により光路
を分離する光路分離手段用膜を備えた境界面と、偏光成
分にかかわらずに光を反射する膜を備えた境界面と、光
を繰り返し反射することにより光路を横ずらしする光学
部材と、分離されたそれぞれの光路に対応する光学系が
一体に設けられた先玉凹レンズとを有することを特徴と
する。 （１４） 保持部本体と、保持部に保持されたＴＶカメ
ラ部と、ＴＶカメラ部に交換して接続可能な内視鏡及び
対物レンズとからなることを特徴とする。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の一つの形態は、視差方向
は固定されていても視差量自体を大きく確保することが
できる光学系として採用する。さらに、細径化で視差確
保が困難な場合は、長手方向に視差を有するように２本
の光軸の位置を設定する。

【００２４】加えて、視差方向変換手段を配置して、画
像を画像処理演算によって立体観察装置の視差方向に応
じた画像に変換し、変換された画像を立体観察装置で観
察する。

【００２５】なお、画像入力手段の視差方向を検出する
手段を設け、常に、立体観察装置の視差方向に合致する
方向に画像を回転変換することで、常に正常な視差で観
察可能にするのが好ましい。

【００２６】また、本発明の別の形態は、視差量が固定
の画像入力光学系に、画像の視差量自体を拡大、縮小変
換する画像変換手段を組み合わせ、変換後の画像を立体
画像表示装置に表示することで適切な視差で画像観察す
ることができる。

【００２７】さらに、画像の視差量を計測する手段を設
けるとともに、画像の視差量を適切な量に固定させるこ
とができるように、視差量の拡大、縮小の係数を計測視
差量に応じて変更できる。

【００２８】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明
する。 （第１実施例）図１は本発明の第１実施例にかかる光学
観察装置の全体構成を示す説明図である。

【００２９】第１実施例の光学観察装置は、先端部１と
先端保持部２とで構成された画像入力部３と、保持部本
体４と、画像表示部５と、関節部６，７とを有して構成
される。

【００３０】先端部１は、細径の棒状に形成され先端保
持部２に保持される。また、先端部１には、視差を有す
る画像を入力するための光学系が配置される。先端保持
部２は、ＴＶカメラ部を構成する。

【００３１】画像入力部３は、関節部６を介して保持部
本体４に保持される。また、画像入力部３は、先端光学
部（先端部）１と、先端保持部２とを図中Ｄで示した部
分において着脱可能に構成される。

【００３２】保持部本体４には、光源装置ＬＳと、ＴＶ
カメラコントロールユニットＣＵと、画像変換処理を行
うコンピュータＰＣとが内蔵される。画像表示部５は関
節部７を介して保持部本体４に保持される。

【００３３】そして、第１実施例の光学観察装置では、
図２(a)に示すように、視差をより大きく確保するた
め、あるいは、同じ視差量において太さをより細くする
ために、図２(a)に示すように、先端部１の端面を長手
方向に対して斜めに設けて斜視方向の観察系とするとと
もに、その端面近傍に二つの凹面１ｂ1，１ｂ2を有する
凹レンズ１ｂを設けて先端部１に２光軸を配置した構成
となっている。なお、図２中、１ａはカバーガラスであ
る。

【００３４】また、第１実施例の光学観察装置では、画
質の確保のため、先端部１に内蔵する光学系の配置スペ
ース一杯に画像を形成することができるように、偏光成
分の異なる２画像を重ね合わせて伝送し、後に偏光成分
に応じて光路を分離する構成を採用する。

【００３５】具体的には、図２(a)に示すように、画像
入力手段として、例えば、先端部１のプリズム光学系１
ｃ，１ｄの境界には、偏光成分により透過又は反射して
光を分離する分離面１ｃ1が配置される。より具体的に
は、プリズム光学系１ｃが、結晶軸を境界面に対し平行
に向けた結晶材料で構成される。

【００３６】プリズム１ｃは、ｎｅ＞ｎｏの一軸結晶で
あり（ｎｅは異常光に対する屈折率、ｎｏは常光に対す
る屈折率）、プリズム１ｄの屈折率ｎはｎ＝ｎｅの均質
媒質からなる。光線の偏光成分により、分離面１ｃ1で
の作用が異なるため以下のような光線の振る舞いとな
る。

【００３７】物体からの光線のうち、実線で示した光線
が分離面１ｃ1に入射したとき、ｓ成分は結像に無関係
な方向に屈折し、ｐ成分は像面に向かって透過する。破
線で示した光線は、実線で示した光線とは視差を有する
光線であり、１回目に分離面１ｃ1に入射したときは両
成分が透過し、面１ｃ2で反射した後２回目に分離面１
ｃ1に入射したときはｓ成分は全反射して像面に向かっ
て進行し、ｐ成分は透過して結像に無関係な方向に進行
する。よって、視差を有する二つの光線が分離面１ｃ1
によって一つに結合される。

【００３８】なお、図２(a)中、１ｅは平行平板であ
り、一方の光路位置に穴をあけて、２つの光路長が同じ
になるように構成される。また、図２の構成では、棒状
の先端部１のレンズ外径の０．６倍に光軸間の距離が離
れた視差を確保している。

【００３９】図３は第１実施例の光学観察装置における
画像入力部３の内部に設けられた光学系の全体構成を示
す概略構成図である。画像入力部３には、先端対物光学
系１ｆを介して結像した画像がリレー光学系１ｇを介し
て再度結像し、偏光分離光学系１ｈを介して偏光成分に
応じて視差の異なる画像に分離後、２個のＴＶカメラ１
ｉ，１ｉ’に結像する。図３中、１ｈ1は異なる偏光成
分ごとに反射又は透過する偏光面である。偏光分離光学
系１ｈは、偏光面１ｈ1を有するプリズムと、偏光面１
ｈ1を介して分離された光をそれぞれ異なる二つの光路
に導くプリズム及びレンズとで構成される。

【００４０】加えて、第１実施例の画像入力部３は、図
中の分離位置Ｄにおいて、先端光学部１と、ＴＶカメラ
部１ｉ，１ｉ’を備えた先端保持部２とが分離できると
ともに、先端光学部１を対物レンズ８に交換して先端保
持部２に接続可能に構成されており、通常の顕微鏡とし
ての画像観察に容易に切り替えることが可能である。

【００４１】図４は第１実施例の光学観察装置に用いる
視差方向変換手段の概念図である。第１実施例におい
て、棒状の先端部１を視差方向が術者から見て左右方向
になるように配置した場合には、術者の視差方向と一致
するため、そのままで立体観察が可能となる。しかし、
棒状の先端部１を視差方向が術者から見て上下方向にな
るように配置した場合には、術者の視差方向に対して視
差方向が９０°回転しているため、術者は立体観察がで
きない。そこで、本発明では、そのような場合を想定し
て、画像入力部から入力されることで生じる視差方向を
異なる方向に変更可能な画像変換手段を設けることでこ
の問題を解消する。

【００４２】第１実施例の光学観察装置における画像の
視差方向変更手段は、次に述べるような処理を、図１の
保持部本体４に設けられたコンピュータＰＣを介して行
う。両画像は常に、視差方向にのみ位置ずれした画像と
なる。このため、両画像に関して、その走査線方向に左
右像の対応画像の位置を算出することで、各画素単位で
の左右の位置ずれ量が算出できる。対応画像の位置を探
す手法は、パターンマッチングと言われている。この方
法の一例を特開平１０−２４８８０６号を参考に示す。
図５にパターンマッチングのフローチャートを示す。

【００４３】まず、サブルーチンのパターンマッチング
処理を実行して、左右の２画像（ステレオ画像）の対応
点であるマッチングポイントを検出する（ステップＳ
１）。次に、対応点の座標から左右の２画像のずれ量を
求める（ステップＳ２）。

【００４４】次に、対象としている点の３次元座標を計
算し、本ルーチンを終了する（ステップＳ３）。ここ
で、上記サブルーチンにおける３次元座標解析処理の基
本原理について、図６を用いて説明する。図６はｘ，
ｙ，ｚ軸を持つ３次元座標上の右左２画像の位置関係を
示す図であって、被写体の点Ｐが撮像素子２８の右結像
面２８Ｒ、左結像面２８Ｌ上に結像した状態を示してい
る。図６において、点ＯＲ，ＯＬを光学系の瞳位置と
し、距離ｆを焦点距離とし、点ＱＲ，ＱＬを点Ｐの結像
位置とし、距離Ｌを点ＯＲ−点ＯＬ間の距離とする。

【００４５】図６において、直線ＱＲ−ＯＲから次式が
成立する。 ｘ／ｘR’＝｛ｙ−（Ｌ／２）｝／｛ｙR’−（Ｌ／
２）｝＝ｚ／（−ｆ） また、直線ＱＬ−ＯＬから次式が成立する。

【００４６】ｘ／ｘL’＝｛ｙ＋（Ｌ／２）｝／｛ｙL’
＋（Ｌ／２）｝＝ｚ／（−ｆ） これらの式をｘ，ｙ，ｚについて解けば、点Ｐの３次元
座標が得られる。次に、図５(a)の３次元座標解析処理
のステップＳ１においてコールされるサブルーチンのパ
ターンマッチング処理について図５(b)を用いて説明す
る。

【００４７】まず、パターンマッチングを行うパターン
の大きさを設定するためのパターンエリアの絞り込みを
行い（ステップＳ１１）、値ｋに対応したパターンエリ
アを設定する（ステップＳ１２）。すなわち、ｋ＝１で
はパターンエリアを３６×３６（ピクセル）、ｋ＝２で
はパターンエリアを２４×２４（ピクセル）、ｋ＝３で
はパターンエリアを１２×１２（ピクセル）とし、値ｋ
を小から大へ切り換えて領域を大から小へ絞り込んでい
き、対応点検出の精度を上げるようにする。

【００４８】次に、検索範囲を設定する（ステップＳ１
３）。すなわち、パターンを探す右画像の領域を決定す
る。次に、設定された検索範囲でのパターンマッチング
を行う（ステップＳ１４〜Ｓ１６）。このパターンマッ
チングは、正規化相互相関による対応点検出を行い、最
も正規化相互関数の大きな座標（Ｘ，Ｙ）を上記対応点
とする。

【００４９】次に、値ｋをインクリメントし、その値ｋ
に対応してパターンを絞り込み、対応点検出を行う（ス
テップＳ１７）。次に、マッチングポイントの設定を行
う（ステップＳ１８）。このとき、正規化相互相関の値
をモニタ画面上に表示し、これをマッチングの信頼性の
尺度としてもよい。また、正規化相互相関の値（０〜
１）が所定の値よりも小さい場合は、手動式のマッチン
グ処理に切り換えてもよい。

【００５０】これを、全画素に対して行うことで、左右
画像の位置ずれマップが作成できる。なお、上記パター
ンマッチングに利用する正規化相互相関関数Ｍ（ｕ，
ｖ）は、一般的な以下の式を用いる。すなわち、ｔ
（ｘ，ｙ）をテンプレートとし、ｆ（ｘ，ｙ）を画像デ
ータとし、ｔ’をテンプレートの平均輝度とし、さら
に、ｆ’を画像の平均輝度として、次式が適用される。 Ｍ（u，v）＝｛ΣΣ（ｆ（x＋u，y＋v）−ｆ’）（ｔ
（x，y）−ｔ’）｝／｛ΣΣ（ｆ（x＋u，y＋v）−
ｆ’）²×ΣΣ（ｔ（x，y）−ｔ’）²｝^1/2 次に、位置ずれマップから、視点の変換を行う。その方
法を、図７を用いて示す。

【００５１】光学系の左右光軸間隔が既知であれば、位
置ずれ量から凹凸の量を演算し計算することができる。
視点間距離は既知である（＝Ｌ）。対応点Ｑｕ、Ｑｄか
ら３次元位置Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を演算する。

【００５２】この時点で、被写体の立体形状マップが計
測されたことになる。次に、視差変換すべき座標系がわ
かっている（たとえば、この場合は、９０°回転）の
で、その方向から見た座標系に投影することで、異なっ
た視点から見た立体画像に変換することができる。

【００５３】この場合は、同じ視点間距離Ｌで、ＱＬ、
ＱＲの座標にＰ（ｘ，ｙ，ｚ）の位置を投影すれば求ま
る。さらに、第１実施例においては、先端光学系の向き
と観察装置の姿勢が、図１に示す関節部６、７に配置さ
れたエンコーダーＥを介して検出することができる。こ
のため、画像の変換視点を逐次変更することで、常に観
察装置では正しい視差方向を保持しながら観察すること
ができる。

【００５４】なお、上記実施例では、視差方向が９０°
回転した場合について説明したが、投影座標の位置を適
宜変更することで、連続的な回転位置への変換は可能で
ある。

【００５５】なお、第１実施例における図２に示した先
端対物光学系１ｆの変形例を図８〜１１に示す。これら
の先端対物光学系１ｆを備える先端部１の基本構成は、
図２と同様である。

【００５６】図８の先端対物光学系１ｆは、斜視６０°
に構成されている。プリズム１ｃ，１ｄの境界面に偏光
膜が施され、偏光成分に応じて偏光膜を透過又は反射す
ることで二つの光路に分離される。

【００５７】なお、視差量はレンズ外径の約０．５倍で
ある。通常、レンズ外径は１０ｍｍ〜１ｍｍ程度に設計
され、光軸間隔はその約１／２程度となる。図９の先端
対物光学系１ｆは、斜視３０°に構成されている。図８
と同様、プリズム１ｃと１ｄとの境界面に偏光膜が施さ
れ、偏光成分に応じて偏光膜を透過又は反射することで
二つの光路に分離される。なお、プリズム１ｃを複屈折
材料を用いて構成してもよい。また、図９の例において
は、それぞれの光路ごとに凹レンズ１ｂ’を用いてい
る。図９中、１ｊは反射面を持つプリズムである。

【００５８】図１０の先端対物光学系１ｆは、斜視７０
°に構成されている。プリズム１ｃの凸レンズ側の境界
面に偏光膜が施され、偏光成分に応じて偏光膜を透過又
は反射することで２つの光路に分離される。なお、図１
０中、１ｋはプリズムである。

【００５９】図１１の先端対物光学系１ｆは、側視９０
°に構成されている。図８と同様、プリズム１ｃとプリ
ズム１ｄとの境界面に偏光膜が施され、偏光成分に応じ
て偏光膜を透過又は反射することで二つの光路に分離さ
れる。さらに、図１１の例におけるプリズム１ｃ，１ｄ
の配置では、二つの光路の反射回数が異なる。このた
め、図において省略した画像入力部と接続するコンピュ
ータの画像処理手段を介して一方の光路の画像の反転処
理が施される。

【００６０】図１２は上記各実施例のように構成された
先端対物光学系１ｆを備えた先端光学部１に対し、先端
保持部２’側にＴＶカメラを一つ設けて構成した画像入
力部３’の一実施例を示す概略構成図である。

【００６１】先端対物光学系１ｆは、上記各実施例のい
ずれかと同様に構成される。ＴＶカメラ側には、先端保
持部２’に可変位相素子２ａと検光子２ｂが光路中に配
置され、ＴＶカメラコントロールユニットＣＵ、及びド
ライバを介して位相を９０°交互に変更することで、先
端対物光学系を経て得られた異なる視差の画像を一つの
ＴＶカメラで交互に撮像できる。なお、図１２中、２ｃ
はＣＣＤである。また、ＴＶカメラコントロールユニッ
トＣＵには分配器が接続され、分配器には左右の表示素
子が接続されており、撮像された視差の異なる画像がド
ライバの駆動タイミングと同期した分配器を介して交互
に左右の表示素子に表示されることで立体観察すること
ができる。

【００６２】図１３は本発明による光学観察装置におけ
る先端部１と通常の顕微鏡対物レンズ８との交換を可能
に構成した画像入力部の一実施例を示す概略構成図であ
る。対物レンズ８の後方には異なる偏光成分の光路を合
成する光学素子Ｎを備えた光路合成部９が配置され、対
物レンズ８を先端保持部２’に取り付けた場合において
も、図１２に示すようなＴＶカメラの駆動に応じて、立
体観察をすることができる。

【００６３】その他、本発明の上記各実施例の光学観察
装置において、リレー光学系１ｇは１本の光学系の構成
に限られるものではなく、先端光学系１ｆと図１９に示
した従来例の２本リレー光学系との組み合わせで構成し
ても有効である。

【００６４】従来例のように２本リレー光学系を用いて
構成した場合には、画像入力部単独では視差方向の変換
は不可能であったが、本発明では別個に画像変換手段と
組み合わせたので、視差方向の変更が可能となる。

【００６５】ところで、観察対象によっては瞳分割方式
の視差量が最適となる場合もある。従って、本発明で
は、図１８に示した従来例の瞳分割方式の光学系と、画
像の視点回転変換手段との組み合わせも有効である。こ
の場合は、先端部とＴＶカメラ部との相対的な回転操作
が不要となり、操作性が向上するとともに機械的な可動
部が無く信頼性が高くなる。 （第２実施例）図１４は本発明の第２実施例にかかる光
学観察装置の先端部を示す概略構成図である。

【００６６】第２実施例の先端部１は、先端対物光学系
１ｆと、偏光切り換え素子１ｑと、撮像素子１ｒを備え
る。先端対物光学系１ｆには、対物レンズ１ｍと、互い
の境界面に偏光面を有するプリズム１ｃ，１ｄと、凸レ
ンズ１ｎ，１ｏと、ズーム・フォーカス部１ｐが設けら
れる。

【００６７】ズーム・フォーカス部１ｐは、ズームレン
ズとして構成されており、後部から伸びたワイヤー１ｐ
1の回転操作によって、ズームレンズのズームカム１ｐ2
を介して、レンズ群１ｐ3，１ｐ4が移動されズームが機
能する。

【００６８】また、第２実施例では、先玉の対物レンズ
１ｍに凸レンズを配置し、その後方はアフォーカル光束
となるように構成されている。アフォーカル光束である
ためレンズ間隔によらず結像関係が維持されるので、光
路を自由に設定でき、二つの光路の光軸間隔を例えば図
８に示した場合に比べて大きく取ることができる。

【００６９】撮像素子１ｒの手前には、ＴＶカメラの撮
像タイミングと同期して時間的に偏光方向を９０°回転
させる偏光切り替え素子１ｑが配置され、視差のある画
像を、交互に順次撮像素子で読み込むことができる。

【００７０】又第２実施例の先端部には、第１実施例と
同様に画像変換手段と画像表示手段が備えられる（図示
省略）。動作と効果は第１実施例と同様であり、説明は
省略する。 （第３実施例）図１５は本発明の第３実施例にかかる光
学観察装置の先端部を示す概略構成図である。

【００７１】第３実施例の先端部１は、先端対物光学系
１ｆ’と撮像素子１ｒとで構成された光学系を二つ長手
方向に配置して構成され、一つの対物光学系を配置した
場合に比べて大きな視差を得ることができる。

【００７２】先端対物光学系１ｆ’は、凹レンズ１ｂ’
とプリズム１ｆ’1とレンズ１ｆ’2とレンズ１ｆ’3と
で構成される。また、先端対物光学系１は、先端面が斜
視６０°に構成されており、断面の長さは、横に並列に
並べた場合の約２倍である。このため、同じ外径の従来
例に対して大きな視差を取ることができる。また、視差
量が十分である場合には、外径をその分細くすることが
可能である。

【００７３】加えて、本発明では、上述の実施例で説明
したように、視差方向変換手段を組み合わせている。こ
のため、第３実施例の先端部を備えた光学観察装置にお
いても、大きな視差を得ることができると同時に、視差
方向を補正して正しい視差方向での立体観察が可能であ
る。 （第４実施例）図１６は本発明の第４実施例にかかる光
学観察装置の全体構成を示す説明図である。

【００７４】第４実施例の光学観察装置は、先端部１と
先端保持部２とで構成された画像入力部３と、保持部本
体４と、立体画像表示装置５’とで構成される。なお、
全体構成は図１に示す構成であってもよい。

【００７５】先端部１は、細径の棒状に形成され、先端
保持部２に保持される。また、先端部１には、視差を有
する画像を入力するための光学系が配置される。画像入
力部３は先端光学部１として硬性鏡と、先端保持部２に
内蔵されたＴＶカメラ部とからなる。硬性鏡は瞳分割式
である。

【００７６】光源装置ＬＳと、ＴＶカメラコントロール
ユニットＣＵと、画像変換のためのコンピュータＰＣ
と、立体画像観察装置５’は、保持部本体４を構成する
カートに備えられる。また、立体観察用の眼鏡１０、１
１が備えられている。立体観察用眼鏡１０は左右のレン
ズが互いに異なる偏光成分のみを透過するレンズで構成
され、立体観察用眼鏡１０を通して立体画像観察装置
５’に表示された画像を観察したときに立体画像が得ら
れる。立体観察用眼鏡１１は画像変換のためのコンピュ
ータＰＣに接続されており、コンピュータＰＣ内で異な
る偏光成分毎の像が左右のレンズに送られることによっ
て立体画像を観察することができる。

【００７７】また、第４実施例の光学観察装置は、後述
の視差量変換手段が備えられ、視差量の拡大又は縮小を
することができる。図１７は第４実施例の光学観察装置
に用いる視差量変換手段の概念図である。

【００７８】視差量変換手段は、図４に示した視点方向
移動手段と内容的には共通する。両画像は常に視差方向
にのみ位置ずれした画像となる。このため、両画像に関
し、その走査線方向に左右像の対応点を検出演算するこ
とで、各画素単位での左右の位置ずれ量を算出できる。
これを全画素に対して行うことで、左右画像の位置ずれ
マップが作成できる。

【００７９】光学系の左右光軸間隔が既知であれば、位
置ずれ量から凹凸の量を計算することができる。この時
点で、被写体の立体形状マップが計測されたことにな
る。

【００８０】次に、視差変換すべき座標系がわかってい
る（たとえばこの場合は、視差量を２倍に拡大するもの
とする）ので、その方向から見た座標系に投影すること
で、異なった視点から見た立体画像に変換することがで
きる。

【００８１】さらに、第４実施例においては、両画像の
画像ずれ量が視差量変換時に把握できるため、この画像
ずれ量に基づいて、視差量変換係数を変更し画像の変換
視点を逐次変更することで、常に観察装置において適切
な視差量を保持しながら観察することができる。

【００８２】なお、第４実施例の画像入力光学系３は、
図１５に示した対物光学系と撮像素子からなる２本の光
学系と、視差量変換手段とを組み合わせて構成してもよ
い。または、図１９に示した従来例の２本リレー光学系
と、視差量変換光学系とを組み合わせて構成してもよ
い。そのような構成は、近接観察時において視差量が増
大しすぎて観察できない場合に有効である。

【００８３】

【発明の効果】本発明によれば、視差方向固定の立体画
像入力光学系と、立体観察装置の視差方向に応じた画像
に変換する画像変換手段とを組み合わせたので、先端の
細径化に対応した立体画像観察をすることができる。

【００８４】また、画像入力手段の視差方向を検出する
手段を設けたので、常に、立体観察装置の視差方向に合
致する方向に画像の回転変換することで、常に正常な視
差で観察をすることができる。

【００８５】又、視差量が固定の光学像入力光学系に、
画像の視差量自体を拡大、縮小変換する画像変換手段を
組み合わせたので、視差の大きさ、先端部の径などに応
じた最適な光学系の選択の幅を広げることができる。

【００８６】さらに、画像の視差量を計測する手段を設
け、適切な視差量に固定するように、視差拡大、縮小係
数を計測視差量に応じて変更することで、常に良好な視
差量で観察をすることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例にかかる光学観察装置の
全体構成を示す説明図である。

【図２】 第１実施例の光学観察装置の先端光学系１ｆ
を示す概略構成図であり、(a)は長手方向に沿う断面
図、(b)は先端面を示す平面図である。

【図３】 画像入力部３の内部の光学系全体を示す概略
構成図である。

【図４】 第１実施例の光学観察装置に用いる視差方向
変換手段の概念図である。

【図５】 第１実施例における画像の視差方向変更手段
において用いるパターンマッチングの一例を示すフロー
チャートであり、(a)は3次元座標解析処理のフローチャ
ート、(b)はパターンマッチング処理のフローチャート
である。

【図６】 ｘ，ｙ，ｚ軸を持つ３次元座標上の右左２画
像位置関係を示す図である。

【図７】 ｘ，ｙ，ｚ軸を持つ３次元座標上の右左２画
像位置関係を示す図である。

【図８】 第１実施例における図２に示した先端対物光
学系１ｆの一変形例を示す概略構成図である。

【図９】 第１実施例における図２に示した先端対物光
学系１ｆの他の変形例を示す概略構成図である。

【図１０】 第１実施例における図２に示した先端対物
光学系１ｆのさらに他の変形例を示す概略構成図であ
る。

【図１１】 第１実施例における図２に示した先端対物
光学系１ｆのさらに他の変形例を示す概略構成図であ
る。

【図１２】 上記各実施例のように構成された先端光学
系１ｆを備えた先端光学部１に対し、先端保持部２’に
ＴＶカメラを一つ設けて構成した画像入力部３’の一実
施例を示す概略構成図である。

【図１３】 先端部１と通常の顕微鏡対物レンズ８との
交換を可能に構成した一実施例を示す概略構成図であ
る。

【図１４】 本発明の第２実施例にかかる光学装置に用
いる先端部を示す概略構成図である。

【図１５】 本発明の第３実施例にかかる光学観察装置
の先端部を示す概略構成図である。

【図１６】 第４実施例にかかる光学観察装置の全体構
成を示す説明図である。

【図１７】 第４実施例の光学観察装置に用いる視差量
変換手段の概念図である。

【図１８】 瞳分割方式硬性鏡と立体観察装置とを組み
合わせたタイプの光学観察装置に用いる瞳分割方式硬性
鏡の一従来例を示す概略構成図である。

【図１９】 ２本光学系型硬性鏡と立体撮影装置とを組
み合わせたタイプの光学観察装置に用いる２本光学系型
硬性鏡の一従来例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１ 先端（光学）部 １ａ カバーガラス １ｂ，１ｂ’ 凹レンズ １ｂ1，１ｂ2 凹面 １ｃ，１ｄ プリズム光学系 １ｃ1 分離面 １ｅ 穴あき平行平面 １ｆ，１ｆ’ 先端対物光学系 １ｇ リレー光学系 １ｈ 偏光分解光学系 １ｈ1 偏光面 １ｉ，１ｉ’ ＴＶカメラ １ｊ 反射面を持つプリズム １ｋ，１ｆ’1，６６，６７ プリズム １ｍ 対物レンズ １ｎ，１ｏ，１ｆ’2，１ｆ’3 レンズ １ｐ ズーム・フォーカス部 １ｐ1 ワイヤー １ｐ2 ズームカム １ｐ3，１ｐ4 レンズ群 １ｑ 偏光切り換え素子 １ｒ 撮像素子 ２，２’ 先端保持部 ２ａ 可変位相素子 ２ｂ 検光子 ３ 画像入力部 ４ 保持部本体 ５ 画像表示部 ５’ 立体画像観察装置 ６，７ 関節部 ８，５３，６３，６３’ 対物レンズ ９ 光路合成部 １０，１１ 立体画像観察用眼鏡 ５１，６１ 挿入部 ５２，６２ 保持部 ５４，６４，６４’ リレーレンズ部 ６５，６５’ 画像入力光学系 ６８，６８’ 結像レンズ ６９，６９’ ＣＣＤ ＬＳ 光源装置 ＣＵ ＴＶカメラコントロールユニット ＰＣ 画像変換処理を行うコンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 13/02 Ｈ０４Ｎ 13/02 15/00 15/00

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 立体画像観察用の光学観察装置におい
   て、該光学観察装置が、生体内に挿入するのに十分小径
   な棒状先端部を有し該棒状先端部の長手方向の成分を含
   む方向に視差を有する像を取得する先端光学系を前記棒
   状先端部が含む画像入力手段と、前記先端光学系から受
   けた像の視差方向又は視差量のうち少なくとも一つを変
   えて変換像を形成する画像変換手段と、変換された画像
   の立体観察を可能にする立体画像観察手段と、を含むこ
   とを特徴とする光学観察装置。
2. 【請求項２】 前記画像変換手段が変換像を形成すると
   き前記先端光学系から受けた像の視差量を変えることを
   特徴とする請求項１に記載の立体画像観察用の光学観察
   装置。
3. 【請求項３】 光学観察装置用の立体画像入力光学系に
   おいて、該立体画像入力光学系が、光学入力部と、偏光
   面とを含み、前記光学入力部は一端において棒状であり
   前記棒状の光学入力部の長手方向に沿った成分を含む方
   向に視差を有する光学系を含み、視差を有する像を伝送
   する二つの光路が前記偏光面で一つの光路に結合され、
   前記光学入力部の光学入力面を透過する前記二つの光路
   の光軸は分離され互いに平行であることを特徴とする光
   学観察装置用の立体画像入力光学系。
4. 【請求項４】 前記変換された像の視差量を拡大又は縮
   小させることが可能なことを特徴とする請求項２に記載
   の立体画像観察用の光学観察装置。
5. 【請求項５】 前記先端光学系の視差方向又は視差量の
   うち少なくとも一つを検出する検出手段を含むことを特
   徴とする請求項２に記載の立体画像観察用の光学観察装
   置。
6. 【請求項６】 前記画像変換手段が、前記画像入力手段
   から受けた像の視差方向も変えることを特徴とする請求
   項２に記載の立体画像観察用の光学観察装置。
7. 【請求項７】 前記画像入力手段に着脱可能で撮像素子
   を有する保持部本体と、前記画像入力手段を前記保持部
   本体から取り外して前記保持部本体に取り付け可能な顕
   微鏡画像入力手段と、をさらに含むことを特徴とする請
   求項１に記載の立体画像観察用の光学観察装置。
8. 【請求項８】 プリズム光学系と、二つの負レンズを前
   記分離され互いに平行な光軸にそれぞれ同軸に配置して
   一体的に成形した光学部材と、をさらに含むことを特徴
   とする請求項３に記載の光学観察装置用の立体画像入力
   光学系。
9. 【請求項９】 前記先端光学系の視差方向又は視差量の
   うち少なくとも一つを検出する検出手段をさらに含むこ
   とを特徴とする請求項１に記載の立体画像観察用の光学
   観察装置。
10. 【請求項１０】 前記先端光学系の視差方向が前記検出
    手段によって検出され、前記立体画像観察手段の視差方
    向に対応させるように前記画像変換手段によって変換さ
    れることを特徴とする請求項９に記載の立体画像観察用
    の光学観察装置。
11. 【請求項１１】 前記検出手段が前記先端光学系から受
    けた像の視差量を計測し、前記計測された視差量が、立
    体画像観察手段で観察される像の視差量の変換比を変え
    るのに用いられることを特徴とする請求項９に記載の立
    体画像観察用の光学観察装置。
12. 【請求項１２】 前記画像入力手段によって得られた像
    を元に立体形状マップを生成する手段と、前記画像入力
    手段の視点とは異なる視点から見た立体画像に変換する
    手段と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載
    の立体画像観察用の光学観察装置。
13. 【請求項１３】 プリズム光学系を含み、偏光成分によ
    り光路を分離する光路分離手段用膜を備えた境界面と、
    偏光成分にかかわらずに光を反射する膜を備えた境界面
    と、光を繰り返し反射することにより光路を横ずらしす
    る光学部材と、分離されたそれぞれの光路に対応する光
    学系が一体に設けられた先玉凹レンズとを有することを
    特徴とする立体画像入力光学系。
14. 【請求項１４】 保持部本体と、保持部に保持されたＴ
    Ｖカメラ部と、ＴＶカメラ部に交換して接続可能な内視
    鏡及び対物レンズとからなることを特徴とする立体観察
    装置。