JP2006011145A - 双眼顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 立体観察が可能な双眼顕微鏡の操作をアシストできるようにした双眼顕微鏡装置の提供。
【解決手段】 観察物体に対して視差を有する少なくとも２つの光軸を形成し、かつ、対応する少なくとも２つの撮像素子上に観察物体の像を結像する全体で正の屈折力を有する結像光学系１を備えた双眼顕微鏡１０と、少なくとも２つの撮像素子４₁ 、４₂ により撮像された視差画像から対応点探索することにより物体の３次元形状データを再構築する３次元再構築部３１とを備え、３次元再構築部３１で再構築された物体の３次元形状データに基づいて双眼顕微鏡１０の姿勢とフォーカスを制御する駆動制御部３４を有する双眼顕微鏡装置。
【選択図】 図９

Description

本発明は、双眼顕微鏡装置に関し、特に、双眼顕微鏡からの視差画像により立体視を可能とすると共に、３次元形状を再構成して観察物体の位置・形状を認識可能にする双眼顕微鏡装置に関するものである。

従来、双眼の電子画像顕微鏡として、特許文献１、特許文献２、特許文献３のものが知られている。これらの双眼実体顕微鏡は、３次元画像を取り込むことはできるが、形状の測定はできなかった。

また、特許文献４には、形状、特に高さのみではあるが、２つの画像から形状を測定する方法が開示されている。
特許第３２０９５４３号公報 特開平７−２２２７５４号公報 特開平８−３６１３４号公報 特許第２５２６５４３号公報 松山隆司他２名編「コンピュータビジョン：技術評論と将来展望」（１９９８年６月１５日、（株）新技術コミュニケーションズ発行） 技術編ＣＧ標準テキストブック編集委員会監修「技術編ＣＧ標準テキストブック」（平成１１年３月１日、財団法人画像情報教育振興協会発行）

本発明は従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、立体観察が可能な双眼顕微鏡によって撮像された視差画像に基づいて観察物体の３次元形状を再構築し、その再構築された３次元形状により観察物体の相対的位置と形状を認識可能とすることにより、例えば顕微鏡の操作をアシストできるようにした双眼顕微鏡装置を提供することである。

上記目的を達成する本発明の双眼顕微鏡装置は、観察物体に対して視差を有する少なくとも２つの光軸を形成し、かつ、対応する少なくとも２つの撮像素子上に観察物体の像を結像する全体で正の屈折力を有する結像光学系を備えた双眼顕微鏡と、前記少なくとも２つの撮像素子により撮像された視差画像から対応点探索することにより物体の３次元形状データを再構築する３次元再構築部とを備え、前記３次元再構築部で再構築された物体の３次元形状データに基づいて前記双眼顕微鏡の姿勢とフォーカスを制御する駆動制御部を有することを特徴とするものである。

この場合に、前記少なくとも２つの撮像素子により撮像された視差画像が少なくとも表示可能な一対の表示素子と、前記一対の表示素子に表示された視差画像を射出瞳を経て同一平面上に投影する一対の投影手段と、前記平面又はその近傍に配置された表示パネルであって、前記各投影手段の射出瞳の像を観察用の瞳位置に結像する結像手段と拡散作用を奏して前記各投影手段の射出瞳の像を観察用の瞳位置で拡大する拡散手段とを有する表示パネルを備えていることが望ましい。

その場合に、前記結像手段をフレネルレンズ又はフレネルミラーで構成すると共に、前記フレネルレンズ又はフレネルミラーの光軸が前記表示パネルの中心に対して偏心して配置されていることが望ましい。

また、前記少なくとも２つの撮像素子により撮像された視差画像又は前記３次元再構築部で３次元再構築された物体形状データを記録する記録部を備えていることが望ましい。

また、前記駆動制御部は、
前記表示パネルの画面に対して観察物体の観測中心が移動しないように前記双眼顕微鏡の姿勢とフォーカスを制御するモード、
前記表示パネルの画面に対して観察物体の手前に位置する開口部の中心、又は、観察物体自体が観察側に有する開口部の中心が移動しないように前記双眼顕微鏡の姿勢とフォーカスを制御するモード、
前記双眼顕微鏡を観察物体に沿って平行移動させるときにその移動に伴って観察物体の表面に前記双眼顕微鏡のフォーカスを合わせるように前記双眼顕微鏡のフォーカスを制御するモード、
の何れか１つを有していることが望ましい。

本発明においては、視差画像が撮影可能な双眼顕微鏡によって撮像された視差画像に基づいて観察物体の３次元形状データが再構築され、その再構築された物体の３次元形状データに基づいて双眼顕微鏡の姿勢とフォーカスを制御するので、双眼顕微鏡の姿勢や位置を変えても観察中心が移動しないようにしたり、開口部越しに奥の観察部位を広い視野で観察することができたり、双眼顕微鏡を観察物体表面に沿って移動させてもピントを速やかに合わすことができるようになる。

以下に、実施例に基づいて本発明の双眼顕微鏡装置を説明する。

双眼顕微鏡としては、単対物レンズで左右の光路が平行になるタイプであって、左右に２つの変倍光学系を持つタイプ（図１（ａ））と左右共通の１つの変倍光学系を持つタイプ（図１（ｂ））等の例がある。また、左右の光路がＶ字型に構成されたタイプ（図２）も知られている。何れも少なくとも２つの結像光学系に対して少なくとも２つの撮像素子を配置し、それぞれの撮像素子から得られた少なくとも２つの視差を有する映像（画像）を撮像する。図１、図２において、双眼顕微鏡自体は符号１０で、また、対物レンズは符号１で、結像レンズは２₁ 、２₂ で、変倍光学系は３、３₁ 、３₂ で、撮像素子は４₁ 、４₂ でそれぞれ示す。これらの符号の添字の“₁ ”、“₂ ”はそれらの素子が複数ある場合の配置位置（光路）を区別するためのもので、左右の２つの光路の場合は、左右の素子の区別を意味する。また、図１、図２において、観察物体は符号Ｏで示してある。なお、図２の構成においては、左右の変倍光学系３₁ 、３₂ が左右の対物レンズを兼ねている。

このような双眼顕微鏡１０の少なくとも２つの撮像素子４₁ 、４₂ からの映像信号は、図３に示すように、両眼立体観察装置３０に送られ、その２つの２次元表示素子１１₁ 、１１₂ に視差画像を表示し、その２つの２次元視差画像をそれぞれ投影光学系１２₁ 、１２₂ によって表示パネル１５上に同時に投影して、観察者の左右の眼球（瞳）ＥＬ、ＥＲに別々に見えるようにして、物体Ｏの立体観察を可能にする。

ところで、双眼顕微鏡１０の撮像素子４₁ 、４₂ で撮像された少なくとも２つの視差を有する映像から、よく知られたステレオ計測法により視差を有する映像間の対応点を探索し、物体Ｏの立体形状を取得することができる。この計測方法は、例えば非特許文献１の第８０〜９６頁（「コンピュータビジョンにおけるエピポーラ幾何」）に詳細が記載されている。

そこで、双眼顕微鏡１０の少なくとも２つの撮像素子４₁ 、４₂ からの映像信号は、物体Ｏの形状の３次元再構築を行う３次元再構築部３１にも入力され、この中で少なくとも２つの映像のアライメント等が行われ、対応点探索がなされ、対応点に基づいて３次元座標データが作られる。これを基に、サーフェスオブジェクトが生成され、サーフェスモデル表面にテクスチャーを投影し３次元再構築が終了する（サーフェスモデル、テクスチャーの投影等については、非特許文献２の第５５〜８６頁、第１６５〜１７１頁等参照）。

この３次元再構築部３１で再構築された観察物体Ｏの相対的位置と形状データに基づいて双眼顕微鏡１０の姿勢とフォーカスを制御する駆動制御部３４が３次元再構築部３１に接続されている。

さらに、双眼顕微鏡１０の少なくとも２つの撮像素子４₁ 、４₂ からの映像信号は記録装置３２₁ 、３２₂ に接続されており、視差を持つ２次元画像２枚がそのままこの記録装置３２₁ 、３２₂ に記録されるようになっている。

また、３次元再構築部３１には、３次元再構築された立体モデルを記録する再構築モデル記録装置３３が接続されている。

ここで、まず、本発明において用いる両眼立体観察装置３０について説明する。

図４に、図１、図２のような視差像撮像装置（双眼顕微鏡）１０の少なくとも２つの撮像素子４₁ 、４₂ からの映像信号を２つの２次元表示素子１１₁ 、１１₂ に表示し、その２つの２次元視差画像を表示パネル１５上に同時に投影して物体Ｏの立体表示を可能にする両眼立体観察装置３０の構成を示す。ここで、図４（ａ）は透過型両眼立体観察装置の概略構成図、図４（ｂ）は反射型両眼立体観察装置の概略構成図である。なお、図４（ｂ）では、便宜上右眼用の構成についてのみ示してあり、左眼用の構成は省略してある。

図４（ａ）、（ｂ）に示す両眼立体観察装置３０は、表示素子１１₁ 、１１₂ と、投影光学系１２₁ 、１２₂ と、結像光学系１３と、その観察側に密着あるいはわずかに離間して配置れた拡散板１４とを備えて構成されている。結像光学系１３と拡散板１４とで表示パネル１５を構成している。

投影光学系１２₁ 、１２₂ は、表示素子１１₁ 、１１₂ に表示された視差画像を観察者側に投影する。このとき、投影された画像が表示パネル１５の同一の表示面に投影するように、光学系が構成されている。結像光学系１３はその同一の表示面近傍に配置されている。そして、投影光学系１２₁ 、１２₂ の射出瞳１６₁ 、１６₂ を観察者側に投影する。観察者は投影された射出瞳像の位置に左右の眼の瞳ＥＬ、ＥＲを一致させることで、表示素子１１₁ 、１１₂ に表示された画像を観察することができる。拡散板１４は、観察用の瞳を拡大する作用を有している。また、結像光学系１３と拡散板１４は表示面位置に配置されている。

表示面位置は、投影光学系１２₁ 、１２₂ で投影される表示素子１１₁ 、１１₂ の画像の結像位置となっている。そして、この結像位置に配置された結像光学系１３としては、透過型両眼立体観察装置（図４（ａ））では、フレネルレンズ（凸レンズ）が、反射型両眼立体観察装置（図４（ｂ））ではフレネルミラー（凹面鏡）が設けられている。また、拡散板１４としては、指向性のあるＨＯＥ散乱膜や、フレネルミラーの入射面あるいはフレネルレンズの射出面に形成された指向性の拡散面で構成されている。

フレネルミラー、フレネルレンズは、それぞれ２つの射出瞳１６₁ 、１６₂ の像を観察者側に結像するようになっている。これらのフレネル面は、表示面位置（あるいはその近傍）に配置されているため、投影された映像の画質は劣化しないで、高い解像力で観察することができる。また、凹面鏡とは異なり、平板状に配置されている。

図５（ａ）は、上記両眼立体観察装置３０において、射出瞳像（観察用の瞳）が拡大される原理を示す説明図である。なお、図５（ａ）では、透過型の両眼立体観察装置の構成を用いている。

表示パネル１５の平面状の表示面位置又はその近傍には、結像光学系１３と共に拡散板１４が配置されている。図５（ａ）において、結像光学系１３は、左右の投影光学系１２₁ 、１２₂ の射出瞳１６₁ 、１６₂ の径Φ₀ をΦ₀ ’の大きさで、観察者側の所定の位置に結像する作用を有している。この所定の位置は、観察者の眼球（瞳）瞳ＥＬ、ＥＲが位置する所である。ここで、拡散板１４は、その拡散作用により、本来Φ₀ ’の大きさで結像されるべき射出瞳１６₁ 、１６₂ の瞳像（左右の投影光学系１２₁ 、１２₂ の射出瞳１６₁ 、１６₂ の像）をΦ₁ の大きさに拡大するようになっている。なお、拡散板１４により拡大された左右の射出瞳像は、それぞれが重なり合わないように、その位置と径が設定されている。この拡散板１４による拡散作用は、透過型両眼立体観察装置では表示面位置に設けられた拡散板１４を１回だけ透過するので１回だけ作用し、反射型両眼立体観察装置（図５では不図示）では表示面位置に設けられた拡散光学系を２回透過するため２回作用する。

図５（ｂ）、（ｃ）に、左右の観察用の瞳内の明るさ分布を示す。瞳内の分布のタイプには、図５（ｂ）に示すように均一の場合と、図５（ｃ）に示すようにガウス分布に近い場合がある。何れの場合の構成においても、左右の瞳の重なり合う部分の光強度を十分に小さくして、実質上、重なりがない状況にすることが重要である。特に、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、左右の瞳の重なり合う部分の光強度が１０分の１を下回るように構成することが望ましい。このため、左右の投影装置２０₁ 、２０₂ の画像を、それぞれ独立した状態で観察者の左右の瞳ＥＬ、ＥＲに提示可能となりメガネなしでの立体観察が可能になる。

図６は本発明において用いる両眼立体観察装置３０の１例を示す図である。図６（ａ）は、上方から見た概略構成図、図６（ｂ）は図６（ａ）の側面図である。本例の両眼立体観察装置３０は、透過型に構成されている。表示パネル１５の表示面位置には、結像光学系１３が配置されている。結像光学系１３は、投影光学系１２₁ 、１２₂ の射出瞳１６₁ 、１６₂ を、観察者側に投影する。この投影された位置に観察者の眼球（瞳）ＥＬ、ＥＲを一致させることにより、観察者は映像の観察が行える。

ここで、結像光学系１３としては、観察者側にフレネル面１３ａを向けたフレネルレンズが用いられている。このフレネルレンズ１３の近傍には、瞳拡大のための拡散板１４が配置されており、これらで透過型表示パネル１５を構成している。本例では、フレネルレンズ面１３ａは、投影光学系１２₁ 、１２₂ により投影された投影像の結像位置に配置されている。このため、フレネルレンズ面１３ａによる画質の劣化はない。拡散板１４の拡散面１４ａは、フレネルレンズ１３のフレネルレンズ面１３ａ側に設けられている。拡散面１４ａは、フレネルレンズ面１３ａに近づけて配置されており、ボケを少なくして画質劣化を少なく抑えている。

また、本例では、透過型表示パネル１５のフレネルレンズ面１３ａが偏心フレネルレンズ面となっており、図６（ｂ）に示すように、フレネルレンズ面１３ａの光軸が中心より下側に位置している。なお、フレネルレンズ面１３ａは正屈折力を有している。

本例のように、透過型表示パネル１５を偏心光学系で構成すると、表示パネル面自体が厚くならずにすむ。よって、表示パネル１５邪魔にならない配置が可能となる。また、本例のように、表示面位置に拡散面１４ａ及びフレネル面１３ａを極力近づけて配置した方が画質劣化が少ないので好ましい。

図７は本発明において用いる両眼立体観察装置３０の他の例を示す説明図である。図７（ａ）は斜視図、図７（ｂ）は側面図である。

本例の両眼立体観察装置３０は反射型に構成されている。そして、表示パネル１５は、結像光学系１３と瞳拡大のための拡散板１４を備えている。結像光学系１３は、具体的にはフレネルミラー１４である。結像光学系１３は、投影光学系１２₁ 、１２₂ の射出瞳１６₁ 、１６₂ を、観察者側に投影する。観察者は、この投影位置に瞳ＥＬ、ＥＲを一致させることで映像観察ができる。

ところで、反射型両眼立体観察装置の場合、投影光学系１２₁ 、１２₂ と観察者の顔とが干渉しないように各光学部材を配置する必要がある。また、観察者は表示パネルを正面から見た方が観察しやすい。そこで、本例では、表示パネル１５の中心へ入射する投影光の入射光軸と表示パネル１５の中心から出射する光線の出射光軸との間に角度Θを持たせている。また、表示パネル１５の中心に対し、フレネルミラー１３の光軸を上下方向（図７においては上方向）に偏心させている。

図８は、図７の例をより具体化した例を示す側面図である。図８の例では、投影光学系１２₂ （１２₁ ）に球面レンズ系を用いると共に、表示素子１１₂ （１１₁ ）をレンズの光軸から偏心させた位置に配置している。このようにすることで、投影光学系１２₂ （１２₁ ）と観察者の顔とが干渉しないようにしている。表示パネル１５は、観察者の眼及び投影光学系１２₂ （１２₁ ）に対して垂直に配置されている。また、表示パネル面には非球面のフレネルミラーが用いられている。

なお、本発明において用いる両眼立体観察装置３０の表示パネル１５を構成する拡散板１４としては、上記のように指向性のあるＨＯＥ散乱膜が使用できる。ＨＯＥ散乱膜としては、透過型ホログラムを採用でき、そのために体積型ホログラム（ボリュームホログラム）を用いることができる。また、拡散板１４としては、フレネルミラーの入射面あるいはフレネルレンズの射出面に形成された指向性の拡散面で構成することができ、例えば、ガラスビーズをランダムに研磨した真鍮面に吹き付けて、鏡面でかつランダムな配列からなる微小な凹面配列面を金型として、これをプラスチックからなるフレネル凹面鏡に転写して構成することができる。

このように、本発明において用いる両眼立体観察装置３０においては、左右の視差画像を投影する投影光学系１２₁ 、１２₂ が備える２つの射出瞳１６₁ 、１６₂ を、表示パネル１５の結像光学系１３と拡散板１４の作用により観察者の左右の眼球（瞳）ＥＬ、ＥＲ近傍に投影し、観察者はこの投影された２つの射出瞳１６₁ 、１６₂ から、投影光学系１２₁ 、１２₂ が投影する互いに視差を有する２つの画像の中、右眼用の画像を右眼ＥＲで、左眼用の画像を左眼ＥＬで観察することができ、観察者はシャッター機能を有する眼鏡等を顔面に装着することなく、比較的広い観察範囲で立体画像を容易に観察することができる。

さらに、結像光学系１３のフレネルレンズ、フレネルミラーの光軸を偏心して配置するようにすることにより、投影装置２０₁ 、２０₂ を表示面に対して斜め方向から投影することが可能となり、表示面での反射光で画像にフレアーが入ることが回避できる。

図３に戻ると、両眼立体観察装置３０がこのような構成であるので、観察者は双眼顕微鏡１０の撮像素子４₁ 、４₂ を経て撮像された左右の視差画像を２次元表示素子１１₁ 、１１₂ にそれぞれ表示し、表示パネル１５を介して観察物体Ｏの立体観察が直接できるようになっている。

一方、３次元再構築部３１には、この３次元再構築部３１で再構築された観察物体Ｏの相対的位置と形状データに基づいて双眼顕微鏡１０の姿勢とフォーカスを制御する駆動制御部３４が接続されており、駆動制御部３４にはモード切り換えスイッチ３５と位置指定ボタン３６と移動指示手段３７とが取り付けている。

この３次元再構築部３１で観察物体Ｏの相対的位置と形状データが再構築されると、双眼顕微鏡１０に対してどの位置にどのような形状の物体Ｏが配置されているかが分かる。つまり、双眼顕微鏡１０自体がどこのどういう形の物体Ｏを観察しているかを認識することが分かることになる。

図９に図３に基づいて構成した本発明の双眼顕微鏡装置の１実施例の斜視図を示す。ただし、両眼立体観察装置３０は省いて図示してある。双眼顕微鏡１０の２つの撮像素子４₁ 、４₂ からの映像信号は３次元再構築部３１にも入力され、ここで観察物体Ｏの相対的位置と形状データが再構築される。そのデータに基づいて駆動制御部３４により双眼顕微鏡１０の姿勢とフォーカスが制御されるようになっており、モード切り換えスイッチ３５で観察位置固定モードと観察位置移動モードの間で切り換え可能になっている。また、位置指定ボタン３６により、観察位置が固定できるようになっている。さらに、移動指示手段３７により双眼顕微鏡１０の２次元的な位置又は角度の変更が指示できるようになっている。そして、駆動制御部３４からは、双眼顕微鏡１０の水平方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）位置調節機構４１と、旋回角度（Ｘ軸周りの角度α、Ｙ軸周りの角度β）調節機構４２と、光軸方向（Ｚ軸方向）位置調節機構４３に駆動信号が送られ、それぞれ水平方向位置と傾き角と光軸方向位置が調節されるようになっている。

以下、まず、モード切り換えスイッチ３５で観察位置固定モードが選ばれた場合の姿勢制御について説明する。

このモードは、観察物体Ｏの観察位置を中心に双眼顕微鏡１０が動くようにアシストするモードであり、移動指示手段３７により入力された（Ｘ，Ｙ）又は（α，β）の２次元の情報を基に、３次元再構築部３１で再構築された観察物体Ｏの３次元座標データに基づいて観察物体Ｏの観察位置を変えずに、双眼顕微鏡１０の本体を移動するように、水平方向位置調節機構４１と旋回角度調節機構４２とを駆動するモードである。例えば、移動指示手段３７によりＸ方向、Ｙ方向の移動を指示すると、観察位置は３次元再構築された３次元座標データを基に観察位置を算出し、その観察位置が変化しないように、角度αとβとＺ位置を共に協調して駆動することにより、観察位置も焦点位置も変化せずに観察方向を変えることが簡単に可能となる。

説明の簡単上、２次元的な調節に限定して説明すると、図１０に示すように、移動指示手段３７によりＹ方向の移動を指示すると、水平方向位置調節機構４１により双眼顕微鏡１０が実際にＹ方向に移動すると共に、角度αの回転中心と観察物体Ｏの位置が一致していなくても、双眼顕微鏡１０が観察している物体Ｏの観測中心Ｐと角度αの回転中心から計算して、観察中心Ｐが移動しないように旋回角度調節機構４２により角度αの回転を制御することが可能となり、観察物体Ｏに対する観察方向の変更を簡単に行うことが可能となる。

さらに、操作者が手でＹ方向に双眼顕微鏡１０を押す動作だけで、その移動量から観察物体Ｏが画面上移動しないように回転角αを制御することも可能である。

なお、水平方向位置調節機構４１による水平位置の移動と旋回角度調節機構４２による回転角度の変更に伴ってフォーカス位置も変動するので、光軸方向位置調節機構４３によるＺ方向の移動も、３次元再構築された３次元座標データを基に算出して制御することが必要である。

次に、観察位置固定モードの別の使い方について説明する。この使い方は、図１１に示すように、観察物体Ｏの手前に開口部Ｏｅがある場合、あるいは、観察物体Ｏ自体が観察側に開口部Ｏｅがある場合であり、その開口部Ｏｅを中心にその奥側の観察位置が変えられるようにアシストするモードである。開口部Ｏｅ越しに物体内部Ｏｂを観察しているような状況の場合、単純に双眼顕微鏡１０を動かすと、手前の開口部Ｏｅで視野が遮られてその奥側の観察部位Ｏｂを観察することができなくなってしまう。

そこで、観察視野内の手前に開口部Ｏｅがある場合には、その開口部Ｏｅの位置を認識して、その開口部Ｏｅの中心Ｐ’を回転中心になるようのに、水平方向位置調節機構４１による双眼顕微鏡１０の移動と旋回角度調節機構４２による回転を連動して制御するようにすることにより、開口部Ｏｅ越しに奥の観察部位Ｏｂの映像を広い視野で観察することが可能となる。

そのためには、説明の簡単上、２次元的な調節に限定して説明すると、操作者が手でＹ方向に双眼顕微鏡１０を押して開口部Ｏｅの一方の端部に視野の中心を持って行ってフォーカスを合わせ、フォーカスを固定した状態のまま開口部Ｏｅの中心Ｐ’に視野の中心が一致するように双眼顕微鏡１０を押して移動させ、その状態で位置指定ボタン３６を押す。すると、３次元再構築された３次元座標データから開口部Ｏｅの中心Ｐ’の座標位置が認識され、例えば、移動指示手段３７によりＹ方向の移動を指示すると、その中心Ｐ’位置が変化しないように旋回角度調節機構４２により角度αの回転を制御することが可能となり、開口部Ｏｅに遮蔽されて観察部位Ｏｂが見えなくなることなく、その開口部Ｏｅ越しに広い視野で観察することが可能となる。

この場合、水平方向位置調節機構４１による水平位置の移動と旋回角度調節機構４２による回転角度の変更に伴って物体内部Ｏｂに対するフォーカス位置も変動するので、３次元再構築された３次元座標データを基に算出して光軸方向位置調節機構４３によるＺ方向の移動を制御する。

さらに、操作者が手でＹ方向に双眼顕微鏡１０を押す動作だけで、その移動量から開口部Ｏｅ越しに観察視野がケラレないように回転角αを制御することも可能である。

次に、モード切り換えスイッチ３５で観察位置移動モードが選ばれた場合の姿勢制御について説明する。

このモードは、双眼顕微鏡１０の水平移動に伴って観察物体Ｏの観察位置が移動し、その移動に伴って観察物体Ｏの表面にフォーカスを合わせるようにするモードである。この場合も、説明の簡単上、２次元的な調節に限定して説明すると、図１２に示すように、移動指示手段３７により、あるいは、手で双眼顕微鏡１０をＹ方向に移動させると、３次元再構築された３次元座標データから観察物体Ｏの表面形状を求め、双眼顕微鏡１０が観察している物体Ｏの表面にピントを合わせるように、光軸方向位置調節機構４３によるＺ方向の移動を制御することができる。この場合は、フォーカス検出機構によらずにピントを合わすことができるため、ピント合わせに時間がかからない。

なお、双眼顕微鏡１０の移動範囲が双眼顕微鏡１０の視野以上になる場合でも、３次元再構築部３１で再構築される観察物体Ｏの３次元座標データはその移動に伴って再構築範囲が追加されていくので、フォーカスに支障は起きない。

なお、本発明の双眼顕微鏡装置においては、両眼立体観察装置３０に表示された立体画像に対して指示手段（例えば、ペン型指示手段、マウス指示手段）による指示を可能にして、例えば指示された２点を対角位置とする長方形領域を観察範囲とするように、双眼顕微鏡１０の倍率調節とその移動を可能にするようにすることもできる。

図１３に、本発明の双眼顕微鏡装置１００を手術用に応用した実施例の概念図を示す。本実施例は、支持アーム５１を手術用の椅子５０に取り付けて構成されている。双眼顕微鏡装置１００は保持部材５３に取り付けられている。そして、保持部材５３は、保持部材５２に回動可能に取り付けらており、双眼顕微鏡装置１００の向きを所定の方向に変えることができるようになっている。保持部材５２は、支持アーム５１に連結部５４を介して３６０°回動可能に取り付けられており、双眼顕微鏡装置１００の向きを所定方向に変えることができるようになっている。また、手術用の椅子５０にはキャスター５０ａが設けられており、手術用椅子を移動させることで観察位置を変えることができようになっている。そして、操作者Ｍは、双眼顕微鏡装置１００の両眼立体観察装置３０の表示パネル１５上に手術部の立体観察が可能になっており、双眼顕微鏡装置１００に例えば図１０又は図１１を用いて説明した双眼顕微鏡１０の姿勢とフォーカスを制御を行わせながら、手術を行うようになっている。さらには、３次元再構築したデーターを図示しない入力機器で移動させたり、傾かせたり、拡大・縮小すると、水平方向位置調節機構４１等が動作して両眼立体観察装置３０の表示パネル１５上に表示される立体画像もそれに合わせて移動、変倍するようにすることができる。

以上、本発明の双眼顕微鏡装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。

本発明の双眼顕微鏡装置に使用可能な双眼顕微鏡の２つのタイプを説明するための図である。 本発明の双眼顕微鏡装置に使用可能な双眼顕微鏡のもう１つのタイプを説明するための図である。 本発明の双眼顕微鏡装置の１実施例のシステム構成図である。 本発明において使用する両眼立体観察装置の構成を説明するための図である。 両眼立体観察装置において射出瞳像（観察用の瞳）が拡大される原理を示す説明図である。 本発明において用いる両眼立体観察装置の１例を示す説明図である。 本発明において用いる両眼立体観察装置の他の例を示す説明図である。 図７の例をより具体化した例を示す側面図である。 図３に基づいて構成した本発明の双眼顕微鏡装置の１実施例の斜視図である。 観察物体の観察位置を中心に双眼顕微鏡が動くようにアシストするモードを説明するための図である。 観察物体の手前に開口部がある場合にその開口部を中心にその奥側の観察位置が変えられるようにアシストするモードを説明するための図である。 観察物体の観察位置が移動に伴って観察物体の表面にフォーカスを合わせるようにするモードを説明するための図である。 本発明の双眼顕微鏡装置を手術用に応用した実施例の概念図である。

符号の説明

Ｏ…観察物体
ＥＬ、ＥＲ…眼球（瞳）
Ｐ…物体の観測中心
Ｏｅ…開口部
Ｏｂ…物体内部の観察部位
Ｐ’…開口部の中心
Ｍ…操作者
１…対物レンズ
２₁ 、２₂ …結像レンズ
３、３₁ 、３₂ …変倍光学系
４₁ 、４₂ …撮像素子
１０…双眼顕微鏡
１１₁ 、１１₂ …２次元表示素子
１２₁ 、１２₂ …投影光学系
１３…結像光学系
１３ａ…フレネルレンズ面
１４…拡散板
１４ａ…拡散面
１５…表示パネル
１６₁ 、１６₂ …投影光学系の射出瞳
２０₁ 、２０₂ …投影装置
３０…両眼立体観察装置
３１…３次元再構築部
３２₁ 、３２₂ …記録装置
３３…記録装置
３４…駆動制御部
３５…モード切り換えスイッチ
３６…位置指定ボタン
３７…移動指示手段
４１…水平方向位置調節機構
４２…旋回角度調節機構
４３…光軸方向位置調節機構
５０…手術用の椅子
５０ａ…キャスター
５１…支持アーム
５２、５３…保持部材
５４…連結部
１００…双眼顕微鏡装置

Claims (7)

1. 観察物体に対して視差を有する少なくとも２つの光軸を形成し、かつ、対応する少なくとも２つの撮像素子上に観察物体の像を結像する全体で正の屈折力を有する結像光学系を備えた双眼顕微鏡と、前記少なくとも２つの撮像素子により撮像された視差画像から対応点探索することにより物体の３次元形状データを再構築する３次元再構築部とを備え、前記３次元再構築部で再構築された物体の３次元形状データに基づいて前記双眼顕微鏡の姿勢とフォーカスを制御する駆動制御部を有することを特徴とする双眼顕微鏡装置。
2. 前記少なくとも２つの撮像素子により撮像された視差画像が少なくとも表示可能な一対の表示素子と、前記一対の表示素子に表示された視差画像を射出瞳を経て同一平面上に投影する一対の投影手段と、前記平面又はその近傍に配置された表示パネルであって、前記各投影手段の射出瞳の像を観察用の瞳位置に結像する結像手段と拡散作用を奏して前記各投影手段の射出瞳の像を観察用の瞳位置で拡大する拡散手段とを有する表示パネルを備えていることを特徴とする請求項１記載の双眼顕微鏡装置。
3. 前記結像手段をフレネルレンズ又はフレネルミラーで構成すると共に、前記フレネルレンズ又はフレネルミラーの光軸が前記表示パネルの中心に対して偏心して配置されていることを特徴とする請求項２記載の双眼顕微鏡装置。
4. 前記少なくとも２つの撮像素子により撮像された視差画像又は前記３次元再構築部で３次元再構築された物体形状データを記録する記録部を備えていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の双眼顕微鏡装置。
5. 前記駆動制御部は、前記表示パネルの画面に対して観察物体の観測中心が移動しないように前記双眼顕微鏡の姿勢とフォーカスを制御するモードを有していることを特徴とする請求項２から４の何れか１項記載の双眼顕微鏡装置。
6. 前記駆動制御部は、前記表示パネルの画面に対して観察物体の手前に位置する開口部の中心、又は、観察物体自体が観察側に有する開口部の中心が移動しないように前記双眼顕微鏡の姿勢とフォーカスを制御するモードを有していることを特徴とする請求項２から４の何れか１項記載の双眼顕微鏡装置。
7. 前記駆動制御部は、前記双眼顕微鏡を観察物体に沿って平行移動させるときにその移動に伴って観察物体の表面に前記双眼顕微鏡のフォーカスを合わせるように前記双眼顕微鏡のフォーカスを制御するモードを有していることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の双眼顕微鏡装置。

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