JP2004341361A - 立体観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】瞳径拡大を行い投影画像の観察を容易にする反射投影型の立体像観察装置において、ザラツキのない画質良好な立体像観察が求められている。
【解決手段】視差を有する右と左目用の投影光をそれぞれ照射する右目用ＰＪ１と左目用ＰＪ２と、それぞれ照射された右目と左目用の画像の投影光に正極性のレンズ作用を付与して反射させるフレネルレンズ１７と、このフレネルレンズから反射される右目と左目それぞれの画像の反射光の反射出射位置を時間的に変化拡散させるための液晶１９と複屈折板２０からなる光学シフト素子層１６を設け立体像観察装置。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用に撮像した画像を立体的に表示させる立体像観察装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、医療分野において、患者への低侵襲性という利点を有する内視鏡手術が普及している。この内視鏡手術は、術者が患部を直視して手術を行う場合に比して、内視鏡画像が２次元であるために、内視鏡画像の基で患部への手術処置具の操作難易度が高いものである。
【０００３】
一方、立体視内視鏡は、体腔内の立体像を術者に提示することができるため、術者による直視下に近い操作性を提供できる利点を有するもので、今までにも種々の方式が提案されている。
【０００４】
この立体視内視鏡の例として、画像表示手段に表示された互いに視差を有する画像からの光束を観察者の顔面の極近くに配置させた光学系で直接観察者の左右の目に投光して、等価的に大画面の画像情報を虚像として立体観察させるヘッドマウントディスプレイ方法や、あるいは、同一位置のモニタ上に互いに視差を有する画像を順次表示し、観察者はモニタの順次切り替えられる画像と同期した左右順次切り替えシャッタ機能を有する眼鏡を装着して、モニタの画像を立体観察するモニタ方法とがある。
【０００５】
この各方法は、立体画像観察のために観察光学系やシャッタ機能を有する眼鏡などを顔面に装着するために、医療行為中の周囲の状況認識や、医療協力者の行動認識などは、顔面に装着されている立体画像観察の眼鏡を外さなければならず手術などの医療操作行為の妨げとなっている。
【０００６】
そこで、観察光学系やシャッタ機能を有する眼鏡などを顔面に装着すること無く、立体画像の観察が可能で、かつ、立体画像観察中に立体画像以外の周囲の視界が確保された非常に軽量で省スペースの操作作業性が良好な立体観察装置が、例えば、本出願人が先に出願した特願２００２−３１４２６号（以下、先出願と称する）に提案されている。
【０００７】
この先出願に提案されている立体観察装置は、明細書の段落００２２〜００２５の記載と図４に示されるように、観察者の右目に対応する右目用画像投影機と、左目に対応する左目用画像投影機とを有し、この右目用と左目用の画像投影機から投影された画像を観察者の右目と左目に反射投影する画像投影パネルとからなり、この画像投影パネルは、拡散面とフレネルレンズ面を有し、フレネルレンズ面にはアルミ蒸着コートが施された正極性のフレネル凹面鏡となっている。
【０００８】
前記右目用と左目用の画像投影機が投影する画像を互いに画像投影パネル上に一致して重ね、かつ、前記両画像投影機から画像投影する射出瞳が、画像投影パネルのフレネル凹面鏡のレンズ作用で観察者の瞳の位置に投影されるようにすると共に、画像投影パネルのレンズ作用と拡散面で光拡散作用で拡大されて、観察者の左右の瞳付近に集光されて、左右の目でそれぞれに対応する投影画像のみを認識することで、立体像の観察を可能としている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記先出願に提案されている立体観察装置は、目幅（左目と右目との間隔）の異なる不特定多数の観察者に対して立体画像観察を可能とし、さらに観察者が若干頭部を移動させた場合でも立体画像観察が可能で、観察者の左右の目近傍に生ずる瞳の径を拡大させるために、画像投影手段により投影された画像を反射する画像投影パネルに備えている。
【００１０】
この画像投影パネルの表面は、極めて小径の樹脂ビーズを打ち込むことや、表面を粗く処理するなどによって形成された微細な凹凸面を有しているために、この凹凸面により、投影された画像が光拡散され、画像の出射角が広がることで瞳径が拡大されるようになっている。
【００１１】
しかし、この瞳径拡散面は、一定の位置にあることで、画像拡散時に発生する濃淡のムラが観察画像のザラツキとして感じられるために、観察画像の画質劣化となる課題があった。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、瞳径拡大を行うことで投影画像の観察を容易にしている反射投影型の立体観察装置において、ザラツキのない立体画像観察を可能とする立体像観察装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の立体像観察装置は、第１の画像の投影光を照射する第１の投影光照射手段と、この第１の投影光照射手段から照射される投影光による画像に対して、視差を有すると共に、略一致可能な照射軸を有する第２の画像の投影光を照射する第２の投影光照射手段と、前記第１の投影光照射手段と、第２の投影光照射手段からそれぞれ照射された第１の画像と第２の画像の投影光に正極性のレンズ作用を付与して反射させる反射手段と、この反射手段に設けられ、前記第１の投影光照射手段と第２の投影光照射手段からの第１の画像の投影光と第２の画像の投影光の反射光の出射位置を時間的に変化させて拡散させる拡散手段と、を具備することを特徴としている。
【００１４】
本発明の立体像観察装置は、投影画像の観察を容易にする瞳拡大の反射手段で反射される投影光は、反射出射位置が時間的に変化させることで、ザラツキのない画質の良好な立体画像観察が可能となった。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。最初に図１乃至図７を用いて本発明に係る立体像観察装置の第１の実施形態について説明する。
【００１６】
図１は本発明に係る立体像観察装置の全体構成を示す平面図、図２は本発明に係る立体像観察装置の第１の実施形態に用いる画像投影パネルの構成を示し、図２（ａ）は画像投影パネルの斜視図、図２（ｂ）は画像投影パネルの断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）に示す画像投影パネルの図中３ａの部分の拡大斜視図、図２（ｄ）は画像投影パネルの光学シフト素子の斜視図、図３は本発明に係る立体像観察装置の第１の実施形態に用いる光学シフト素子駆動装置と画像投影パネルの構成を示すブロック図、図４は本発明に係る立体像観察装置の第１の実施形態に用いる光学シフト素子駆動装置から出力する画像投影パネルの駆動制御信号を説明する説明図、図５は本発明に係る立体像観察装置の第１の実施形態の変形例である光学シフト素子駆動装置と画像投影パネルの構成を示すブロック図、図６は本発明に係る立体像観察装置の第１の実施形態の変形例の画像投影パネルの作用をを説明する説明図、図７は本発明に係る立体像観察装置の第１の実施形態の変形例に用いる光学シフト素子駆動装置から出力する画像投影パネルの駆動制御信号を説明する説明図である。
【００１７】
本発明の立体像観察装置は、図１に示すように、第１の画像の投影光を照射する第１の投影光照射手段である右目用プロジェクタ（以下、右目用ＰＪと称する）１と、前記右目用ＰＪ１から照射される第１の画像と所定の視差を有し、かつ、略一致可能な照射軸を有する第２の画像の投影光を照射する第２の投影光照射手段である左目用プロジェクタ（以下、左目用ＰＪと称する）２と、この右目用ＰＪ１と左眼用ＰＪ２から投影照射された第１の画像である右目用と第２の画像である左目用の画像が投影され、その投影された画像光を反射する反射手段及びこの反射手段から反射された画像光を拡散出射させる拡散手段とを有する画像投影パネル３と、前記左右目用ＰＪ１、２から投影する立体像を撮像生成する立体内視鏡８と、この立体内視鏡８を駆動制御すると共に、撮像生成された立体像を所定の信号処理を行い、右目用画像信号と左目用画像信号を前記右目用ＰＪ１と左目用ＰＪ２に供給するカメラコントロールユニット（以下、単にＣＣＵと称する）１０と、前記画像投影パネル３を駆動制御する光学シフト素子駆動装置４とからなっている。
【００１８】
多関節を有する支持アーム９に取付固定された立体内視鏡８は、術者１２により患者の体腔内にトロッカー１４ａを介して挿入され、その立体内視鏡８で撮像された所定の視差を有する右目用と左目用の撮像信号を基に、ＣＣＵ１０で所定の信号処理を行いそれぞれ標準的映像信号、例えば、ＮＴＳＣ方式やＰＡＬ方式などのテレビ映像信号を生成する。
【００１９】
このＣＣＵ１０で生成された右目用と左目用の標準的映像信号は、信号ケーブル１１ａ，１１ｂを介して右目用ＰＪ１と左目用ＰＪ２にそれぞれ供給されて、右目用ＰＪ１と左目用ＰＪ２から画像投影パネル３に対して、それぞれの画像が投影される。
【００２０】
前記右目用ＰＪ１と左目用ＰＪ２と画像投影パネル３は、多関節を有する支持アーム５にそれぞれ取付固定され、前記画像投影パネル３は、画像観察者である術者１２が患者１５と相対している状態で、前方上方向の視線方向に位置するように配置され、右目用ＰＪ１と左目用ＰＪ２は術者１２の前方上方向の視線方向に設けられた画像投影パネル３に投影画像が収束する位置に配置されている。
【００２１】
前記右目用ＰＪ１と左目用ＰＪ２から投影されたそれぞれの投影画像は、画像投影パネル３に画像６として表示される。この画像投影パネル３は、光学シフト素子駆動装置４から信号ケーブル７を介して供給される後述する光学シフト素子駆動信号の基で、光学シフト素子を切り替え駆動するようになっている。なお、この光学シフト素子駆動装置４は、前記ＣＣＵ１０から信号ケーブル１１ｃを介して供給される標準的映像信号の同期信号を基準に前記画像投影パネル３の光学シフト素子のシフト駆動制御を行うようになっており、光学シフト素子駆動装置４と画像投影パネル３を接続する信号ケーブル７は、支持アーム５に内装されている。
【００２２】
前記右目用ＰＪ１と左目用ＰＪ２から画像投影パネル３にそれぞれ投影された立体内視鏡８で撮像生成された画像６は、光学シフト素子駆動装置４からのシフト駆動制御の基でシフト切り換えされて、観察者である術者１２の右目に右目用投影画像、左目に左目用投影画像がそれぞれ投影されて立体画像として認識し、その立体画像の基で、トロッカー１４ｂを介して、処置具１３を用いて患者１５の体腔内の治療処置を行うようになっている。
【００２３】
前記画像投影パネル３の構成について、図２を用いて説明する。図２（ａ）は画像投影パネル３の正面から見た斜視図である。この画像投影パネル３の前記右目用ＰＪ１と左目用ＰＪ２から画像が投影される面の断面は、図２（ｂ）に示すように、後述するフレネル凹面鏡から反射された反射光の出射位置を時間的に変化させて拡散させる拡散手段である光学シフト素子層１６と、アクリル樹脂で形成されたフレネルレンズであるフレネルレンズ面１７と、そのフレネルレンズ面１７に設けられているアルミ蒸着コート１８からなり、投影光に正極性のレンズ作用を付与する反射手段であるフレネル凹面鏡からなる。
【００２４】
この光学シフト素子層１６は、図２（ｃ）に示すように、複数の光学シフト素子１６ａがアレイ状に集積配置され、この光学シフト素子１６ａは、図２（ｄ）に示すように、複屈折板１９と液晶２０とが貼着形成されている。この複屈折板１９は、入射される光の偏光角により出射される光の屈折率が異なる性質を有し、液晶２０は、印加される電圧値によって入射される光の偏光角を変化させる性質を有するものである。
【００２５】
このような構成の画像投影パネル３を駆動する光学シフト素子駆動装置４の構成について、図３を用いて説明する。光学シフト素子駆動装置４は、前記ＣＣＵ１０で生成された標準的映像信号に包含する同期信号から垂直同期信号を分離抽出する垂直同期信号分離回路２１と、この垂直同期信号分離回路２１で分離した垂直同期信号の基で、前記画像投影パネル３の光学シフト素子層１６の複数の光学シフト素子１６ａそれぞれの液晶２０を駆動制御する液晶駆動回路２２からなっている。
【００２６】
つまり、前記右目用ＰＪ１と左目用のＰＪ２からそれぞれ投影された画像は、光学シフト素子層１６とフレネルレンズ面１７とを透過して、アルミ蒸着コート１８で反射され、フレネルレンズ面１７で拡大されて光学シフト素子層１６から観察者側へと出射される。このとき、前記光学シフト素子層１６に備えられている液晶２０は、印加電圧値によって複屈折板１９へと出射する光の偏光角を変化させ、例えば、液晶駆動回路２２から液晶２０に電圧を印加しない場合には、液晶２０から出射される光の偏光角は変化させず、例えば偏光角０°の光が出射され、ある設定電圧を印加した場合には、液晶２０から出射される光の偏光角は変化して、例えば偏光角９０゜の光が出射されるようにする。
【００２７】
また、複屈折板１９は、偏光角０゜の入射光はそのまま透過出射させ、偏光角９０°の入射光は垂直下方向に屈折出射されるようにする。
【００２８】
即ち、前記蒸着コート１８にて反射された画像光は、液晶２０によって偏光角を０゜と９０゜に切り替えられ、その偏光角によって複屈折板１９は、偏光角０゜の画像光はそのまま透過させ、偏光角９０゜の画像光は、例えば、垂直の下方向に屈折透過させることで、この光学シフト素子層１６により、入射光（入射画像）を拡散出射させるようになっている。
【００２９】
この光学シフト素子駆動装置４から各光学シフト素子１６ａの液晶２０を駆動制御する液晶駆動信号の供給動作について、図４を用いて説明する。
【００３０】
前記光学シフト素子駆動装置４の垂直同期信号分離回路２１には、前記ＣＣＵ１０で生成された標準的映像信号が供給され、この映像信号から垂直同期信号を分離抽出する。なお、前記ＣＣＵ１０で生成される標準的映像信号は、映像信号に同期信号が重畳されているコンポジット信号の場合は、前記垂直同期信号分離回路２１では、コンポジット信号から映像信号と複合同期信号の分離を行い、分離した複合同期信号から垂直同期信号を抽出分離する。また、前記ＣＣＵ１０で生成される標準的映像信号は、映像信号と複合同期信号が個別に伝送されるコンポーネント信号の場合は、前記垂直同期信号分離回路２１では、個別伝送される複合同期信号から垂直同期信号を分離抽出する。
【００３１】
この垂直同期信号分離回路２１で分離された垂直同期信号の基で、前記液晶駆動回路２２は、垂直同期信号との同期タイミングで液晶駆動信号を生成出力する。
【００３２】
この垂直同期信号と液晶駆動信号の関係は、前記ＣＣＵ１０で生成する標準的映像信号がＮＴＳＣ方式である場合、図４に示すように１枚の画像が表示される１フィールドである垂直同期信号の周期は１／６０秒であり、この１フィールド周期に同期させて液晶２０を交互にＯＮ／ＯＦＦさせる液晶駆動信号を出力する。つまり、垂直同期信号に同期した液晶駆動信号のＯＮ期間に液晶２０に所定電圧を印加し、ＯＦＦ期間に液晶２０への所定電圧の印加を停止させることで、液晶２０からの出射光の偏光角を切り替える。
【００３３】
即ち、右目用ＰＪ１および左目用ＰＪ２より出射されて画像投影パネル３のアルミ蒸着コート１８にて反射され、フレネルレンズ面１７で拡大された投影画像は、１フィールド毎に光学シフト素子層１６の液晶２０で偏光されて、かつ、複屈折板１９で正確に垂直方向に拡散させることができる。
【００３４】
これにより、画像投影パネル３から術者１２である観察者が観察する前記画像投影パネル３に表示されている画像６は、ザラツキのない鮮明な立体像として観察が可能となる。
【００３５】
次に、本発明の立体像観察装置の第１の実施形態の変形例について、図５乃至図７を用いて説明する。この第１の実施形態の変形例は、前述した第１の実施形態の画像投影パネル３の光学シフト素子層１６を形成する光学シフト素子１６ａの構成が異なるものである。前述した光学シフト素子１６ａは、液晶２０と複屈折板１９から形成され、投影画像を垂直方向へ拡散するようにしている。
【００３６】
この変形例の光学シフト素子１６ａ’は、図５に示すように、投影画像を水平垂直方向に拡散させるために、第１の液晶２３ａと第２の液晶２３ｂと、この２つの液晶２３ａ，２３ｂの間に配置された第１の複屈折板２４ａと第２の複屈折板２４ｂと、及び第２の液晶２３ｂの出射側に配置された第３の複屈折板２４ｃからなっている。さらに、この光学シフト素子１６ａ’の第１と第２の液晶２３ａ，２３ｂは、信号ケーブル２８ａ，２８ｂを介して液晶駆動回路２６と垂直同期信号分離回路２７からなる光学シフト素子駆動装置２５が接続されている。
【００３７】
前記第１と第２の液晶２３ａ、２３ｂは、同一特性のものを用いており、前述した第１の実施形態と同様に電圧を印加しないＯＦＦの場合には偏光角は変化させず（偏光角０°）、ある設定電圧を印加したＯＮの場合には偏光角を変化させる（偏光角９０°）ようになっている。
【００３８】
また、前記第１乃至第３の複屈折板２４ａ、２４ｂ、２４ｃは、それぞれ異なる複屈折特性を有している。第１の複屈折板２４ａは、偏光角０°の入射光を直進透過させ、偏光角９０°の入射光を光の進行方向の左斜め下に屈折させるものとする。第２の複屈折板２４ｂは、偏光角０°の入射光を光の進行方向の垂直下方向に屈折させ、偏光角９０°の入射光を直進透過させるものとする。第３の複屈折板２４ｃは、偏光角０°および偏光角１８０°の入射光を直進透過させ、偏光角９０°の入射光を光の進行方向の垂直上方向に屈折させるものとする。
【００３９】
このような構成の光学シフト素子１６ａ’の水平垂直方向への光学シフト、つまり画像の拡散の作用について、図６を用いて説明する。なお、図６（ａ）〜（ｄ）は、第１と第２の液晶２３ａ、２３ｂのそれぞれの印加電圧をＯＮとＯＦＦの４つの組み合わせ状態の光学シフト動作を示している。
【００４０】
図６（ａ）は、第１の液晶２３ａと第２の液晶２３ｂをいずれも印加電圧ＯＦＦにした際の光の透過状態を示している。印加電圧ＯＦＦの第１の液晶２３ａから出射される偏光角０゜の光は、前記第１の複屈折板２４ａと第２の複屈折板２４ｂへと入射される。この第１と第２の複屈折板２４ａ，２４ｂに入射された光は、前述の複屈折特性により、第１の複屈折板２４ａは直進透過し、第２の複屈折板２４ｂでは光の進行方向の垂直下方向に屈折される。この第２の複屈折板２４ｂで垂直下方向に屈折された偏光角０゜の光は、第２の液晶２３ｂがＯＦＦ状態のため、偏光角は変化せず、偏光角０゜の光を第３の複屈折板２４ｃへと出射する。この第３の複屈折板２４ｃの複屈折特性により、偏光角０゜の光は、直進透過されることから、光学シフト素子１６ａ’から出射される画像は図中Ａの位置となる。
【００４１】
図６（ｂ）は、第１と第２の液晶２３ａ、２３ｂをいずれも印加電圧ＯＮとした状態の光透過状態を示している。印加電圧ＯＮの第１の液晶２３ａから出射される偏光角９０゜の光は、前記第１の複屈折板２４ａと第２の複屈折板２４ｂへと入射される。この第１と第２の複屈折板２４ａ，２４ｂの入射された偏光角９０゜の光は、前述の複屈折特性により、第１の複屈折板２４ａでは光の進行方向の左斜め下方向に屈折され、第２の複屈折板２４ｂでは直進透過される。この第２の複屈折板２４ｂを直進透過した偏光角９０゜の光は、第２の液晶２３ｂがＯＮ状態のため、偏光角はさらに９０゜偏光されて、１８０゜の偏光角の光が第３の複屈折板２４ｃへと出射する。この第３の複屈折板２４ｃの複屈折特性により、偏光角１８０゜の光は、直進透過されることから、光学シフト素子１６ａ’から出射される画像は図中Ｂの位置となる。
【００４２】
図６（ｃ）は、第１の液晶２３ａに印加電圧ＯＮし、第２の液晶２３ｂは印加電圧ＯＦＦとした状態を示している。印加電圧ＯＮの第１の液晶２３ａから出射される偏光角９０゜の光は、前記第１の複屈折板２４ａと第２の複屈折板２４ｂへと入射される。この第１と第２の複屈折板２４ａ，２４ｂの入射された偏光角９０゜の光は、前述の複屈折特性により、第１の複屈折板２４ａでは光の進行方向の左斜め下方向に屈折され、第２の複屈折板２４ｂでは直進透過される。この第２の複屈折板２４ｂを直進透過した偏光角９０゜の光は、第２の液晶２３ｂがＯＦＦ状態のため、偏光角９０゜の状態で、第３の複屈折板２４ｃへと出射する。この第３の複屈折板２４ｃの複屈折特性により、偏光角９０゜の光は、光の信号方向の垂直上方向に屈折されることから、光学シフト素子１６ａ’から出射される画像は図中Ｃの位置となる。
【００４３】
また、図６（ｄ）は、第１の液晶２３ａは印加電圧ＯＦＦし、第２の液晶２３ｂは印加電圧ＯＮとした状態を示している。印加電圧ＯＦＦの第１の液晶２３ａから出射される偏光角０゜の光は、前記第１の複屈折板２４ａと第２の複屈折板２４ｂへと入射される。この第１と第２の複屈折板２４ａ，２４ｂの入射された偏光角０゜の光は、前述の複屈折特性により、第１の複屈折板２４ａでは偏光角０゜の光は直進透過され、第２の複屈折板２４ｂでは光信号方向の垂直下方向に屈折される。この第２の複屈折板２４ｂで垂直下方向に屈折した偏光角０゜の光は、第２の液晶２３ｂがＯＮ状態のため、偏光角９０゜へと偏光されて、第３の複屈折板２４ｃへと出射する。この第３の複屈折板２４ｃの複屈折特性により、偏光角９０゜の光は、光の信号方向の垂直上方向に屈折されることから、光学シフト素子１６ａ’から出射される画像は図中Ｄの位置となる。
【００４４】
このように、前記光学シフト素子１６ａ’の第１と第２の液晶２３ａ，２３ｂを時系列的にＯＮ，ＯＦＦ駆動制御することで水平垂直方向への光学シフト（拡散）が可能となる。
【００４５】
この第１と第２の液晶２３ａ，２３ｂを駆動制御する前記光学シフト素子駆動装置２５の液晶駆動回路２６から出力される液晶駆動信号について、図７を用いて説明する。
【００４６】
前述した第１の実施形態と同様に、前記ＣＣＵ１０からの映像信号から垂直同期信号を分離抽出し、その垂直同期信号に同期して、第１の液晶２３ａの駆動信号と第２の液晶２３ｂの駆動信号を生成する。
【００４７】
この第１の液晶２３ａの駆動信号と第２の液晶２３ｂの駆動信号は、偏光角を４通りにシフトさせる必要があることから１枚の画像が表示される１フィールドの周期に１状態を対応させている。例えば、ＮＴＳＣ方式の映像信号である場合、最初の１フィールド周期の１／６０秒間は、第１と第２の液晶２３ａ，２３ｂをＯＦＦする駆動信号、２番目の１フィールド周期の１／６０秒間は、第１と第２の液晶２３ａ，２３ｂをＯＮする駆動信号、３番目の１フィールド周期の１／６０秒間は、第１の液晶２３ａをＯＮし、第２の液晶２３ｂをＯＦＦする駆動信号、４番目の１フィールド周期の１／６０秒間は、第１の液晶２３ａをＯＦＦし、第２の液晶２３ｂをＯＮする駆動信号を生成するようにしている。
【００４８】
つまり、垂直同期信号に同期させて、４フィールドで水平垂直方向に一巡させる光学シフト（拡散）が可能となり、画像投影パネル３から観察者である術者１２はザラツキのない鮮明な立体像として観察が可能となった。
【００４９】
なお、前述した本発明の第１実施形態および変形例ともに、光学シフト動作の周期は１フィールドとしたが、垂直２方向に光学シフトを行う方式においては、入力される画像信号を倍速に、また水平垂直方向に光学シフトを行う方式においては、入力される画像信号を４倍速にそれぞれスキャンコンバートすることで、光学シフト動作の周期が１フィールド毎でも、よりちらつきのない画像拡散が行える。
【００５０】
また、画像投影パネル３は、光学部材と樹脂部材から形成されることから、放射線による滅菌が可能で、滅菌域である手術室の術者１２の上部視線方向に画像投影パネル３を位置させることができる。
【００５１】
次に、本発明に係る立体像観察装置の第２の実施形態について、図８乃至図１１を用いて説明する。図８は本発明に係る立体像観察装置の第２の実施形態に用いる画像投影パネルの構成を示し、図８（ａ）は画像投影パネルの正面図、図８（ｂ）は画像投影パネルの側面断面図、図８（ｃ）は図８（ｂ）に示す画像投影パネルの図中３１ａの部分の拡大断面図、図９は本発明に係る立体像観察装置の第２の実施形態に用いる超音波振動素子駆動装置の構成を示すブロック図、図１０は本発明に係る立体像観察装置の第２の実施形態に用いる超音波振動素子駆動装置から出力する超音波振動子の駆動信号を説明する説明図、図１１は本発明に係る立体像観察装置の第２の実施形態の変形例である画像投影パネルの構成を示し、図１１（ａ）は画像投影パネルの正面図、図１１（ｂ）は画像投影パネルの側面図、図１１（ｃ）は図１１（ｂ）に示す画像投影パネルの図中４１ａの部分の拡大断面図である。
【００５２】
この第２の実施形態の立体像観察装置は、前述した第１の実施形態の立体像観察装置との相違は、画像投影パネル３にある。
【００５３】
前述した第１の実施形態の画像投影パネル３は、右目用ＰＪ１と左目用ＰＪ２から投影された投影画像を反射投影する際に、その反射投影画像の偏光角を液晶２０で偏光し、その偏光された投影画像光を複屈折板１９により拡散するものであるのに対して、この第２の実施形態に用いる画像投影パネル２９は、超音波振動子を水平と垂直方向にそれぞれ内蔵させ、その超音波振動子により光拡散板を水平と垂直方向に超音波振動させることで光拡散させるようになっている。
【００５４】
この画像投影パネル２９は、図８に示すように、前記右目用ＰＪ１及び左目用のＰＪ２からの投影光をフレネル凹面鏡３２で反射させた反射光を投影拡散させる光拡散板３１と、この光拡散板３１の図中右側の側辺に設けられた水平駆動超音波振動子３３と、前記光拡散板３１の図中上側の側辺に設けられた垂直方向駆動超音波振動子３４とからなっている。
【００５５】
前記光拡散板３１は、アクリル部材が用いられ、表面には小径ビーズ樹脂を打ち込んだり、あるいは表面を荒らく形成して微小な凹凸を有する拡散面３７を有している。
【００５６】
この光拡散板３１の背面には、フレネル凹面鏡３２が配置されている。このフレネル凹面鏡３２の背面のフレネルレンズ面１７には、アルミ蒸着コート１８が施されている。また、前記光拡散板３１は、前記フレネル凹面鏡３２の表面に水平及び垂直方向に振動可能に配置されている。
【００５７】
前記フレネル凹面鏡３２の図中右側片には、固定板３５が設けられ、この固定板３５により、水平方向駆動超音波振動子３３が前記フレネル凹面鏡３２の表面に振動可能に配置された光拡散板３１の図中右側辺との間に固定配置されている。前記フレネル凹面鏡３２と光拡散板３１の図中左側片には、弾性固定板３６が設けられている。つまり、前記水平方向駆動超音波振動子３３が図中水平方向に振動すると、その振動が光拡散板３１に伝達され、かつ、光拡散板３１の他端は弾性固定板３１で固定されているために、光拡散板３１は水平方向に超音波振動するようになっている。
【００５８】
一方、前記光拡散板３１の図中上側の側辺には、前記垂直方向駆動超音波振動子３４が、図示していないが、前記水平方向駆動超音波振動子３３と同様に取付固定され、この垂直方向駆動超音波振動子３４の超音波振動により、光拡散板３１を垂直方向に超音波振動させるようになっている。
【００５９】
なお、前記水平方向駆動超音波振動子３３および垂直方向駆動超音波振動子３４には、ボルト締めランジュバン振動子が用いられ、また、前記弾性固定板３６には板バネが用いられている。
【００６０】
つまり、前記映像投影パネル２９に備えられた水平方向駆動超音波振動子３３および垂直方向駆動超音波振動子３４は、その伸縮軸が光拡散板３１の面方向となるように配設され、またフレネル凹面鏡３２に重ねて配置した光拡散板３１の水平と垂直の一側辺に超音波振動子３３，３４を介して固定板３５で固定され、光拡散板３１とフレネル凹面鏡３２の水平と垂直の他側片は弾性固定板３６で共に固定したことにより超音波振動子３３，３４に正負方向の電圧を印加すると、光拡散板３１はフレネル凹面鏡３２に対して摺動振動し、相対的にその位置が変化するようになっている。
【００６１】
このような、水平と垂直方向駆動超音波振動子３３，３４を有した画像投影パネル２９を駆動制御する超音波振動子駆動装置３０について、図９を用いて説明する。
【００６２】
この超音波振動子駆動装置３０は、超音波振動子駆動回路３８と、垂直同期信号分離回路２１からなっている。前記垂直同期信号分離回路２１は、前述した第１の実施形態と同様に、前記ＣＣＵ１０からの標準的映像信号を構成する複合同期信号から垂直同期信号を分離抽出する。この垂直同期信号分離回路２１で分離した垂直同期信号を基に、超音波振動子駆動回路３８は、水平方向駆動超音波振動子３３と垂直方向超音波振動子３４とそれぞれ駆動する超音波振動子駆動信号をそれぞれ生成して、信号ケーブル３９ａ，３９ｂを介して水平方向駆動超音波振動子３３と垂直方向超音波振動子３４に供給する。
【００６３】
この超音波振動子駆動回路３８で生成される水平方向駆動超音波振動子３３と垂直方向超音波振動子３４の超音波振動子駆動信号は、図１０に示すように、垂直同期信号分離回路２１で抽出した垂直同期信号に同期させて、超音波振動子駆動信号を生成させる。
【００６４】
前記水平方向駆動と垂直方向駆動超音波振動子３３，３４は、前述の如くボルト締めランジュバン振動子を用いていることから、超音波振動子３３，３４に正負方向の電圧を印加すると、超音波振動子３３，３４の伸縮軸方向へ印加電圧に応じた振幅で伸縮させることができる。
【００６５】
このため、前記水平方向駆動および垂直方向駆動の超音波振動子３３，３４に対して、お互いに９０°位相のずれた正弦波を印加することにより、光拡散板３１はフレネル凹面鏡３２に対して円運動を行う。
【００６６】
具体的には、１枚の画像が表示される１フィールド周期の垂直同期信号の周期１／６０秒に周期を一致させた正弦波を生成し、かつ、垂直方向駆動超音波振動子３４の駆動信号は、水平方向駆動超音波振動子３３の駆動信号に対して位相が９０°進んでいる正弦波駆動信号を生成する。
【００６７】
この正弦波駆動信号をそれぞれの超音波振動子３３，３４に印加することで、光拡散板３１をフレネル凹面鏡３２に対して振動駆動させ、その結果、光拡散板３１とフレネル凹面鏡３２から反射される画像は、観察者である術者１２によって立体像として観察され、その観察像の画質劣化要因であるザラツキを低減させることができる。
【００６８】
次に、この第２の実施形態の変形例について、図１１を用いて説明する。前述した第２の実施形態の立体像観察装置に用いる画像投影パネル２９に代えて、画像投影パネル３９を用いる。前述した画像投影パネル２９の光拡散板３１の表面には、微少な凹凸面で形成された拡散面３７を有しているが、この変形例の画像投影パネル３９には、流体４３とビーズ４４が封止された光拡散層４１が設けられている。この光拡散層４１の水平と垂直方向の一方の側辺には、前述した水平方向駆動と垂直方向駆動の超音波振動子３３，３４が前述した第２の実施形態と同様に配置されている。なお、光拡散層４１の前記超音波振動子３３，３４との接合端とは反対側の光拡散層４１の側辺は、フレネル凹面鏡３２と共に固定板４２で固定されている。
【００６９】
前記光拡散層４１の流体４３は、透明で粘性の高くない部材、例えば、水等が用いられ、かつ、ビーズ４４は流体４３と屈折率の異なる材質の樹脂が用いられている。この光拡散層４１に対して、前記超音波振動子駆動装置３０から水平方向駆動超音波振動子３３および垂直方向駆動超音波振動子３４を駆動させて、光拡散層４１内の流体４３とビーズ４４に超音波振動を与える。
【００７０】
これにより、光拡散層４１に封止されているビーズ４０が微弱振動して、フレネル凹面鏡３２から反射された画像光が拡散して、観察者である術者１２による立体像の観察が可能となり、画質劣化要因であるザラツキを低減させることができる。また、光拡散層４１とフレネル凹面鏡３２とを相対的に移動させる必要がないために超音波振動の制御が容易で機械的強度も向上する。
【００７１】
次に、本発明に係る立体像観察装置の第３の実施形態について、図１２と図１３を用いて説明する。図１２は本発明に係る立体像観察装置の第３の実施形態の全体構成を示すブロック図、図１３は本発明に係る立体像観察装置の第３の実施形態に用いる画像投影パネルの構成を示す断面図である。なお、図１と同一部分は、同一符号を付して詳細説明は省略する。
【００７２】
この第３の実施形態の立体像観察装置は、第１の実施形態の画像投影パネル３に代えて、フレネル凹面鏡４６と、このフレネル凹面鏡４６の正面に配置された光拡散板４７と、このフレネル凹面鏡４６と光拡散板４７を内蔵配置したケース４８と、このケース４８を覆う滅菌ドレープ４６からなる画像投影パネル４５を有している。
【００７３】
この画像投影パネル４５は、図１３に示すように、フレネルレンズ面にアルミ蒸着コートされたフレネル凹面鏡４６が複数の固定具４６ａを介してケース４４の背面内部に固定され、そのフレネル凹面鏡４６の正面には、円形状に形成されると共に、表面に微細な凹凸を形成した光拡散板４３が配置されている。この光拡散板４３の中心部には、拡散板回転機構部４７ａが固定されている。この拡散板回転機構部４７ａは、ＤＣモーターにより構成され、このＤＣモータの回転軸は、前記フレネル凹面鏡４６の中心部を貫通して、前記光拡散板４７に固定されている。つまり、光拡散板回転機後部４７ａのＤＣモータの回転駆動により、光拡散板４７が回転駆動するようになっている。
【００７４】
前記ケース４８の前面には、透明で滅菌可能なアクリル板４８ａが着脱自在に設けられており、このアクリル板４８ａとケース４８の間には、このケース４８と、このケース４８を取付固定している支持アーム５を覆う滅菌ドレープ４９の端面が挟み込まれて固定されるようになっている。
【００７５】
このような構成の画像投影パネル４５に前記右目用ＰＪ１と左目用ＰＪ２から右目用と左目用の画像が投影されると、それら右目用と左目用の画像は、フレネル凹面鏡４６で拡大反射投影されると共に、その拡大投影された右目用と左目用の画像は、光拡散板回転機能部４７ａで回転駆動している光拡散板４７を透過する際に拡散されて観察者である術者１２の両目に瞳径が拡大されて出射される。
【００７６】
この滅菌ドレープ４９に覆われた画像投影パネル４５は、手術室などの滅菌領域での使用が可能で、回転駆動している光拡散板４７により投影画像のザラツキは低減され、良好な画質の立体像の観察が可能となる。
【００７７】
なお、前記拡散板回転機構部４７をＤＣモーター以外に、エアタービン構成とし、図示しないコンプレッサーにてエアをエアタービンに送って光拡散板４７を回転させもよい。
【００７８】
［付記］
以上詳述した本発明の実施形態によれば、以下のごとき構成を得ることができる。
【００７９】
（付記１） 第１の画像の投影光を照射する第１の投影光照射手段と、
この第１の投影光照射手段から照射される投影光による画像に対して、視差を有すると共に、略一致可能な照射軸を有する第２の画像の投影光を照射する第２の投影光照射手段と、
前記第１の投影光照射手段と、第２の投影光照射手段からそれぞれ照射された第１の画像と第２の画像の投影光に正極性のレンズ作用を付与して反射させる反射手段と、
この反射手段に設けられ、前記第１の投影光照射手段と第２の投影光照射手段からの第１の画像の投影光と第２の画像の投影光の反射光の反射出射位置を時間的に変化させて拡散させる拡散手段と、
を具備することを特徴とした立体像観察装置。
【００８０】
（付記２） 第１の画像を形成可能な第１の投影光を照射する第１の投影光照射手段と、前記第１の画像に対して視差を持つ第２の画像を形成可能な第２の投影光を照射する第２の投影光照射手段と、前記第１の投影光照射手段で形成される前記第１の画像と前記第２の投影光照射手段で形成される前記第２の画像とを略一致可能な照射軸関係で、前記第１の投影光照射手段と前記第２の投影光照射手段とを支持する支持手段と、前記支持手段で支持された前記第１および前記第２の投影光照射手段からの前記第１および前記第２の投影光に正極性のレンズ作用を付与して反射可能な反射手段と、前記反射手段によって反射された前記第１および前記第２の投影光照射手段からの前記第１および前記第２の投影光を拡散させる拡散手段と、前記支持手段に設けられ、前記第１および第２の投影光の光路上に配置可能に前記反射手段を把持する把持手段と、を備えた立体観察装置において、
前記拡散手段は、反射手段により反射された前記第１および前記第２の投影光照射手段からの前記第１および前記第２の投影光の光出射位置を時間的に変化させる手段を具備していることを特徴とする立体観察装置。
【００８１】
（付記３） 前記反射手段は、フレネルレンズと、そのフレネルレンズ面にアルミ蒸着コートされたフレネル凹面鏡であることを特徴とした付記１と付記２のいずれかに記載の立体像観察装置。
【００８２】
（付記４） 前記拡散手段は、前記反射手段から反射された投影光の偏光角を可変する液晶と、その液晶から出射された偏光角に応じて、投影光を屈折させる多屈折板とからなることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれかに記載の立体像観察装置。
【００８３】
（付記５） 前記拡散手段は、前記反射手段から反射された投影光の偏光角を可変する複数の液晶と、その複数の液晶から出射された偏光角に応じて、投影光を屈折させる複数の多屈折板とからなることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれかに記載の立体像観察装置。
【００８４】
（付記６） 前記拡散手段は、表面に微少な拡散面を有する光拡散板と、この光拡散板の面方向に水平と垂直方向の超音波振動を与える水平方向及び垂直方向駆動超音波振動子とからなることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれかに記載の立体像観察装置。
【００８５】
（付記７） 前記拡散手段は、流体とビーズと封止させた光拡散層と、この光拡散層の面方向に水平と垂直方向の超音波振動を与える水平方向及び垂直方向駆動超音波振動子とからなることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれかに記載の立体像観察装置。
【００８６】
（付記８） 前記拡散手段は、前記反射手段の前面に回転駆動する光拡散板からなることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれかに記載の立体像観察装置。
【００８７】
【発明の効果】
本発明の立体像観察装置は、瞳径拡大を行う光拡散手段により拡散出射位置を時間的に変化させることで、ザラツキのない、良質画質の立体画像の観察が可能となり、立体像観察の基で執行される繊細な内視鏡手術の効率が向上する効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る立体像観察装置の全体構成を示す平面図。
【図２】本発明に係る立体像観察装置の第１の実施形態に用いる画像投影パネルの構成を示し、図２（ａ）は画像投影パネルの斜視図、図２（ｂ）は画像投影パネルの断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）に示す画像投影パネルの図中３ａの部分の拡大斜視図、図２（ｄ）は画像投影パネルの光学シフト素子の斜視図。
【図３】本発明に係る立体像観察装置の第１の実施形態に用いる光学シフト素子駆動装置と画像投影パネルの構成を示すブロック図。
【図４】本発明に係る立体像観察装置の第１の実施形態に用いる光学シフト素子駆動装置から出力する画像投影パネルの駆動制御信号を説明する説明図。
【図５】本発明に係る立体像観察装置の第１の実施形態の変形例である光学シフト素子駆動装置と画像投影パネルの構成を示すブロック図。
【図６】本発明に係る立体像観察装置の第１の実施形態の変形例の画像投影パネルの作用を説明する説明図。
【図７】本発明に係る立体像観察装置の第１の実施形態の変形例に用いる光学シフト素子駆動装置から出力する画像投影パネルの駆動制御信号を説明する説明図。
【図８】本発明に係る立体像観察装置の第２の実施形態に用いる画像投影パネルの構成を示し、図８（ａ）は画像投影パネルの正面図、図８（ｂ）は画像投影パネルの側面断面図、図８（ｃ）は図８（ｂ）に示す画像投影パネルの図中３１ａの部分の拡大断面図。
【図９】本発明に係る立体像観察装置の第２の実施形態に用いる超音波振動素子駆動装置の構成を示すブロック図。
【図１０】本発明に係る立体像観察装置の第２の実施形態に用いる超音波振動素子駆動装置から出力する超音波振動子の駆動信号を説明する説明図。
【図１１】本発明に係る立体像観察装置の第２の実施形態の変形例である画像投影パネルの構成を示し、図１１（ａ）は画像投影パネルの正面図、図１１（ｂ）は画像投影パネルの側面図、図１１（ｃ）は図１１（ｂ）に示す画像投影パネルの図中４１ａの部分の拡大断面図。
【図１２】本発明に係る立体像観察装置の第３の実施形態の全体構成を示すブロック図。
【図１３】本発明に係る立体像観察装置の第３の実施形態に用いる画像投影パネルの構成を示す断面図。
【符号の説明】
１…第１の投影光照射手段（右目用プロジェクタ）
２…第２の投影光照射手段（左目用プロジェクタ）
３…画像投影パネル
４…光学シフト素子駆動装置
８…立体内視鏡
１０…カメラコントロールユニット（ＣＣＵ）
１６…光学シフト素子層
１７…フレネルレンズ面
１８…アルミ蒸着コート
１９…複屈折板
２０…液晶
２１…垂直同期信号分離回路
２２…液晶駆動回路

Claims (1)

1. 第１の画像の投影光を照射する第１の投影光照射手段と、
   この第１の投影光照射手段から照射される投影光による画像に対して、視差を有すると共に、略一致可能な照射軸を有する第２の画像の投影光を照射する第２の投影光照射手段と、
   前記第１の投影光照射手段と、第２の投影光照射手段からそれぞれ照射された第１の画像と第２の画像の投影光に正極性のレンズ作用を付与して反射させる反射手段と、
   この反射手段に設けられ、前記第１の投影光照射手段と第２の投影光照射手段からの第１の画像の投影光と第２の画像の投影光の反射光の出射位置を時間的に変化させて拡散させる拡散手段と、
   を具備することを特徴とした立体像観察装置。

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