JP2006221085A - Stereoscopic observation device - Google Patents
Stereoscopic observation device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006221085A JP2006221085A JP2005036480A JP2005036480A JP2006221085A JP 2006221085 A JP2006221085 A JP 2006221085A JP 2005036480 A JP2005036480 A JP 2005036480A JP 2005036480 A JP2005036480 A JP 2005036480A JP 2006221085 A JP2006221085 A JP 2006221085A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- image
- projection
- projector
- optical element
- optical axis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、3D観察用の特殊眼鏡を用いないで3D観察可能な立体観察装置に関する。 The present invention relates to a stereoscopic observation apparatus capable of 3D observation without using special glasses for 3D observation.
従来、3D観察用の特殊眼鏡を用いないで3D観察可能な立体観察装置が用いられている。このような立体観察装置が、特許文献1乃至6に開示されている。これら立体観察装置は、左眼用画像と右眼用画像とを投射する左右の画像投影手段を有する。これら左右の画像投影手段から投射された左眼用画像と右眼用画像とは、夫々、パネルを透過あるいはパネルで反射されて左視域と右視域とを形成する。これら左視域と右視域とに夫々左眼と右眼とを配置することにより、3D観察を行うことが可能である。 Conventionally, a stereoscopic observation apparatus capable of 3D observation without using special glasses for 3D observation has been used. Such a stereoscopic observation apparatus is disclosed in Patent Documents 1 to 6. These stereoscopic observation apparatuses include left and right image projecting units that project a left eye image and a right eye image. The left-eye image and the right-eye image projected from the left and right image projecting units respectively form a left viewing area and a right viewing area by being transmitted through or reflected by the panel. By arranging the left eye and the right eye in the left viewing area and the right viewing area, respectively, 3D observation can be performed.
特許文献1の立体観察装置では、1枚のパネルのみで複数人による観察を可能にしている。即ち、パネルに入射光束を分割するプリズム列を配設し、プリズム列によって画像を分割して第1の観察者と第2の観察者とに提示するようになっている。 In the stereoscopic observation apparatus of Patent Document 1, observation by a plurality of people is possible with only one panel. That is, a prism row for dividing the incident light beam is provided on the panel, and the image is divided by the prism row and presented to the first observer and the second observer.
また、特許文献2乃至5の立体観察装置では、パネルに入射光束を拡散する拡散板を配設し、画像を拡散板を介して観察者に提示することにより視域を拡大している。 In the stereoscopic observation apparatuses disclosed in Patent Documents 2 to 5, a diffusion plate that diffuses an incident light beam is provided on the panel, and an image is presented to an observer through the diffusion plate to expand the viewing area.
さらに、特許文献6の立体観察装置では、特許文献2乃至5のパネルと同様なパネルを複数用いることにより、視域を拡大すると共に複数人による観察を可能にしている。 Furthermore, in the stereoscopic observation apparatus of Patent Document 6, by using a plurality of panels similar to the panels of Patent Documents 2 to 5, the viewing zone is expanded and observation by a plurality of people is possible.
ところで、実際の手術では、顕微鏡画像、MRI画像、CT画像等の観察が必要になる場合があり、顕微鏡画像等の観察では3D観察が適しているが、MRI画像、CT画像等の観察では3D観察は不要であり、2D観察が行われる。即ち、術者や術者を補助する助手等は、必要に応じて3D観察、2D観察を選択的に行う。ここで、立体観察装置において、左右の画像投影手段の両方から同一の画像を投射することにより、2D観察を行うことが可能である。
特許文献1の立体観察装置では、複数人による観察が可能となっているが、視域を拡大することについては考慮されていない。一方、特許文献2乃至5の立体観察装置では、視域が拡大されているが、複数人による観察を可能にすることについては考慮されていない。また、特許文献6の立体観察装置では、視域を拡大すると共に複数人による観察を可能にしているが、術部の上方に複数のパネルを配置する必要があり、特に術部の近傍に多数の器材が集中して配置される手術に用いることは困難である。 In the stereoscopic observation apparatus of Patent Document 1, observation by a plurality of persons is possible, but enlargement of the viewing zone is not considered. On the other hand, in the stereoscopic observation apparatuses of Patent Documents 2 to 5, the viewing area is enlarged, but consideration is not given to enabling observation by a plurality of people. Further, in the stereoscopic observation device of Patent Document 6, the viewing area is enlarged and observation by a plurality of persons is possible. However, it is necessary to dispose a plurality of panels above the operation part, and in particular, there are many in the vicinity of the operation part. It is difficult to use for the operation in which the equipment is concentrated.
ところで、術部を処置している術者によって顕微鏡画像等の3D観察が行われ、術者を補助する助手によってMRI画像、CT画像等の2D観察が行われる場合がある。画像を観察するには視域中に眼を配置する必要があり、術者は術部近傍の一定の立ち位置にいるため視域が充分に広くなくても眼を配置するのにそれほど不便はないが、助手は一定の位置にいるわけではないので様々な立ち位置において眼を配置することができるように視域が充分に広いことが好ましい。即ち、3D観察用の視域についてはそれほど広くなくてもよいが、2D観察用の視域については充分に広いことが好ましい。 By the way, 3D observation of a microscope image or the like is performed by an operator who is treating the surgical site, and 2D observation of an MRI image, CT image, or the like may be performed by an assistant who assists the operator. In order to observe the image, it is necessary to place an eye in the viewing zone, and since the operator is in a certain standing position near the surgical site, it is not very convenient to place the eye even if the viewing zone is not wide enough. Although the assistant is not at a fixed position, it is preferable that the viewing area is sufficiently wide so that the eyes can be placed at various standing positions. That is, the viewing area for 3D observation does not have to be so wide, but the viewing area for 2D observation is preferably sufficiently wide.
しかしながら、左右の画像投影手段の両方によって同一の画像を投射することにより2D観察を行う場合には、以下に述べるように充分に広い視域を確保することができない。即ち、3D観察を行う際に、左右眼用画像の視域が互いに重なった場合には、重なり部分において左眼用画像と右眼用画像との両方が一つの眼に同時に重畳表示されるクロストークが発生する。このため、左右眼用画像の視域が互いに重ならないように、拡散板による光束の拡散角度を制限する必要がある。さらに、拡散板による光束の拡散角度の増大に応じて画像の明るさが減少するため、画像の明るさを確保するためには拡散角度を制限する必要がある。このように、3D観察を行う立体観察装置では拡散板による拡散角度を制限する必要がある。このような拡散角度が制限された立体観察装置において、左右の画像投影手段の両方によって同一の画像を投射することにより2D観察を行う場合の視域は、単に2D観察のみを行う観察装置で実現できる視域よりも狭くなる。 However, when 2D observation is performed by projecting the same image by both the left and right image projection means, a sufficiently wide viewing zone cannot be secured as described below. That is, when the viewing areas of the left and right eye images overlap each other when performing 3D observation, the left eye image and the right eye image are superimposed and displayed simultaneously on one eye in the overlapping portion. Talk occurs. For this reason, it is necessary to limit the diffusion angle of the light beam by the diffusion plate so that the viewing areas of the left and right eye images do not overlap each other. Furthermore, since the brightness of the image decreases as the diffusion angle of the light beam by the diffusion plate increases, it is necessary to limit the diffusion angle in order to ensure the brightness of the image. Thus, in the stereoscopic observation apparatus that performs 3D observation, it is necessary to limit the diffusion angle by the diffusion plate. In such a stereoscopic observation apparatus in which the diffusion angle is limited, the viewing zone when performing 2D observation by projecting the same image by both the left and right image projection means is realized by an observation apparatus that performs only 2D observation. It becomes narrower than the viewable area.
このように、特許文献1乃至6の立体観察装置は、例えば2D観察では充分に広い視域を提供できないといったように、画像ソースに応じた最適な観察形態を提供することが困難となっている。 As described above, it is difficult for the stereoscopic observation apparatuses disclosed in Patent Documents 1 to 6 to provide an optimal observation mode according to the image source, for example, a sufficiently wide viewing zone cannot be provided by 2D observation. .
本発明は、上記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、単一のパネルを用いた、視域の拡大、複数人による観察、画像ソースに応じた最適な観察形態の提供を可能にする立体観察装置を提供することである。 The present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to use a single panel to enlarge the viewing zone, to observe by a plurality of people, and to have an optimal observation form according to the image source. It is to provide a stereoscopic observation apparatus that enables provision.
請求項1の発明は、一対の射出瞳を介して略同一平面上に互いに視差を有する2つの画像を略一致させて結像する第1の画像投影手段と、少なくとも1つの射出瞳を介して前記第1の画像投影手段の結像位置の近傍に少なくとも1つの画像を結像する第2の画像投影手段と、前記第1及び第2の画像投影手段の結像位置を含むように配置され、入射光束を拡散して透過するホログラム型回折光学素子と、前記ホログラム型回折光学素子を透過した拡散光束を反射して集光するフレネル凹面鏡と、を具備することを特徴とする立体観察装置である。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a first image projecting means for forming two images having parallax substantially on the same plane through a pair of exit pupils, and at least one exit pupil. A second image projecting unit that images at least one image in the vicinity of an image forming position of the first image projecting unit; and an image forming position of the first and second image projecting units. A stereoscopic observation apparatus comprising: a hologram type diffractive optical element that diffuses and transmits an incident light beam; and a Fresnel concave mirror that reflects and collects the diffused light beam transmitted through the hologram type diffractive optical element. is there.
そして、本請求項1の発明では、第1の画像投影手段によって、ホログラム型回折光学素子面に互いに視差を有する2つの画像を略一致させて結像し、ホログラム型回折光学素子及びフレネル凹面鏡によって、入射光束を拡散、反射、集光して左眼用画像と右眼用画像とが夫々投影された3D観察用の視域を形成すると共に、第2の画像投影手段によって、ホログラム型回折光学素子面の、第1の画像投影手段の結像位置の近傍に少なくとも1つの画像を結像し、ホログラム型回折光学素子及びフレネル凹面鏡によって、入射光束を拡散、反射、集光して画像が投影された視域を形成する。 In the first aspect of the invention, the first image projecting means forms two images having parallax on the surface of the hologram type diffractive optical element so that they substantially coincide with each other, and is formed by the hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror. The incident light beam is diffused, reflected, and condensed to form a viewing area for 3D observation in which the image for the left eye and the image for the right eye are respectively projected, and the second image projecting means uses the hologram type diffractive optics. At least one image is formed on the element surface in the vicinity of the imaging position of the first image projection means, and the image is projected by diffusing, reflecting, and condensing the incident light beam by the hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror. Form a viewing zone.
請求項2の発明は、前記第2の画像投影手段は、一対の射出瞳を介して略同一平面上に互いに視差を有する2つの画像を略一致させて結像することを特徴とする請求項1に記載の立体観察装置である。 According to a second aspect of the present invention, the second image projecting unit forms two images having parallax substantially on the same plane through a pair of exit pupils so as to substantially coincide with each other. The stereoscopic observation apparatus according to 1.
そして、本請求項2の発明では、第2の画像投影手段によって、ホログラム型回折光学素子面に互いに視差を有する2つの画像を略一致させて結像し、ホログラム型回折光学素子及びフレネル凹面鏡によって、左眼用画像と右眼用画像とが夫々投影された3D観察用の視域を形成する。 In the second aspect of the invention, the second image projecting means forms two images having parallax on the surface of the hologram type diffractive optical element so as to substantially coincide with each other, and is formed by the hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror. A viewing zone for 3D observation is formed by projecting the image for the left eye and the image for the right eye, respectively.
請求項3の発明は、前記第1の画像投影手段の一対の射出瞳を介する一対の投影光軸は交点を有し、前記第2の画像投影手段の一対の射出瞳を介する一対の投影光軸は交点を有し、前記第1の画像投影手段の前記交点と前記第2の画像投影手段の前記交点とは、互いに略一致することを特徴とする請求項2に記載の立体観察装置である。 According to a third aspect of the present invention, a pair of projection optical axes via a pair of exit pupils of the first image projection means has an intersection, and a pair of projection lights via a pair of exit pupils of the second image projection means. 3. The stereoscopic observation apparatus according to claim 2, wherein the axis has an intersection, and the intersection of the first image projection unit and the intersection of the second image projection unit substantially coincide with each other. is there.
そして、本請求項3の発明では、ホログラム型回折光学素子面における、第1の画像投影手段と第2の画像投影手段との結像位置を略一致させている。 In the third aspect of the present invention, the imaging positions of the first image projecting unit and the second image projecting unit on the surface of the hologram type diffractive optical element are substantially matched.
請求項4の発明は、前記第2の画像投影手段は、一つの射出瞳を介して1つの画像を結像することを特徴とする請求項1に記載の立体観察装置である。 A fourth aspect of the present invention is the stereoscopic observation apparatus according to the first aspect, wherein the second image projecting means forms one image through one exit pupil.
そして、本請求項4の発明では、第2の画像投影手段によって、ホログラム型回折光学素子面に1つの画像を結像し、ホログラム型回折光学素子及びフレネル凹面鏡によって、入射光束を拡散、反射、集光して画像が投影された2D観察用の視域を形成する。 In the invention of claim 4, one image is formed on the hologram type diffractive optical element surface by the second image projecting means, and the incident light beam is diffused and reflected by the hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror. A viewing area for 2D observation on which the image is projected after being condensed is formed.
請求項5の発明は、前記第2の画像投影手段により形成される視域は、前記第1の画像投影手段により形成される視域よりも大きいことを特徴とする請求項4に記載の立体観察装置である。 According to a fifth aspect of the present invention, the viewing zone formed by the second image projecting unit is larger than the viewing zone formed by the first image projecting unit. It is an observation device.
そして、本請求項5の発明では、第2の画像投影手段による2D観察用の視域を第1の画像投影手段による3D観察用の視域よりも大きくする。 In the fifth aspect of the present invention, the viewing area for 2D observation by the second image projection means is made larger than the viewing area for 3D observation by the first image projection means.
請求項6の発明は、前記第2の画像投影手段の前記1つの射出瞳は、前記第1の画像投影手段の前記一対の射出瞳を含む大きさを有することを特徴とする請求項4又は5に記載の立体観察装置である。 The invention according to claim 6 is characterized in that the one exit pupil of the second image projection means has a size including the pair of exit pupils of the first image projection means. 5. The stereoscopic observation apparatus according to 5.
そして、本請求項6の発明では、第2の画像投影手段の1つの射出瞳を第1の画像投影手段の一対の射出瞳を含む大きさを有するようにすることにより、第2の画像投影手段による2D観察用の視域を第3の画像投影手段による3D観察用の視域よりも大きくする。 In the invention of claim 6, the second image projection is performed by making one exit pupil of the second image projection means have a size including the pair of exit pupils of the first image projection means. The viewing area for 2D observation by the means is made larger than the viewing area for 3D observation by the third image projection means.
請求項7の発明は、前記第1の画像投影手段の一対の射出瞳を介する一対の投影光軸は交点を有し、前記第2の画像投影手段の前記1つの射出瞳を介する投影中心光軸は、前記第1の画像投影手段の前記交点を略通ることを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1に記載の立体観察装置である。 According to a seventh aspect of the present invention, the pair of projection optical axes via the pair of exit pupils of the first image projection means has an intersection, and the projection center light via the one exit pupil of the second image projection means The stereoscopic observation apparatus according to claim 4, wherein an axis substantially passes through the intersection of the first image projection unit.
そして、本請求項7の発明では、ホログラム型回折光学素子面における、第1の画像投影手段と第2の画像投影手段との結像位置を略一致させている。 In the seventh aspect of the present invention, the imaging positions of the first image projection means and the second image projection means on the hologram type diffractive optical element surface are substantially matched.
請求項8の発明は、一対の射出瞳を介して略同一平面上に互いに視差を有する2つの画像を略一致させて結像する第1の画像投影手段と、少なくとも1つの射出瞳を介して前記第1の画像投影手段の結像位置の近傍に少なくとも1つの画像を結像する第2の画像投影手段と、前記第1及び第2の画像投影手段の結像位置を含んで配置され、入射光束を拡散して透過するホログラム型回折光学素子と、前記ホログラム型回折光学素子を透過した拡散光束を反射して集光するフレネル凹面鏡と、前記ホログラム型回折光学素子及び前記フレネル凹面鏡を保持する保持手段と、を具備することを特徴とする立体観察装置である。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a first image projecting means for forming two images having parallax substantially in the same plane through a pair of exit pupils, and at least one exit pupil. A second image projecting unit that images at least one image in the vicinity of an image forming position of the first image projecting unit; and an image forming position of the first and second image projecting units. A hologram type diffractive optical element that diffuses and transmits an incident light beam, a Fresnel concave mirror that reflects and collects a diffused light beam transmitted through the hologram type diffractive optical element, and holds the hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror And a holding means.
そして、本請求項8の発明では、保持手段によってホログラム型回折光学素子及びフレネル凹面鏡を保持し、第1の画像投影手段によって、ホログラム型回折光学素子面に互いに視差を有する2つの画像を略一致させて結像し、ホログラム型回折光学素子及びフレネル凹面鏡によって、入射光束を拡散、反射、集光して左眼用画像と右眼用画像とが夫々投影された3D観察用の視域を形成すると共に、第2の画像投影手段によって、ホログラム型回折光学素子面の、第1の画像投影手段の結像位置の近傍に少なくとも1つの画像を結像し、ホログラム型回折光学素子及びフレネル凹面鏡によって、入射光束を拡散、反射、集光して画像が投影された視域を形成する。
In the invention of
請求項9の発明は、前記保持手段は、前記第1の画像投影手段及び前記第2の画像投影手段の投影中心光軸に対する前記ホログラム型回折光学素子及び前記フレネル凹面鏡のなす角度を変化させて、前記ホログラム型回折光学素子及び前記フレネル凹面鏡による前記第1の画像投影手段及び前記第2の画像投影手段の反射中心光軸の方向を変化させる角度変更手段を有する、ことを特徴とする請求項8に記載の立体観察装置である。 According to a ninth aspect of the present invention, the holding means changes an angle formed by the hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror with respect to a projection center optical axis of the first image projecting means and the second image projecting means. An angle changing means for changing the direction of the reflection center optical axis of the first image projecting means and the second image projecting means by the hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror is provided. The stereoscopic observation apparatus according to 8.
そして、本請求項9の発明では、角度変更手段によって、第1の画像投影手段及び第2の画像投影手段の投影中心光軸に対するホログラム型回折光学素子及びフレネル凹面鏡のなす角度を変化させて、ホログラム型回折光学素子及びフレネル凹面鏡による第1の画像投影手段及び第2の画像投影手段の反射中心光軸の方向を変化させ、第1の画像投影手段による視域及び第2の画像投影手段による視域の位置を変化させる。 In the invention of claim 9, the angle changing means changes the angle formed by the hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror with respect to the projection center optical axis of the first image projecting means and the second image projecting means, The direction of the reflection center optical axis of the first image projecting means and the second image projecting means by the hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror is changed, and the viewing area by the first image projecting means and the second image projecting means are used. Change the position of the viewing zone.
請求項10の発明は、前記角度変更手段は、前記ホログラム型回折光学素子及び前記フレネル凹面鏡を第1の角度と第2の角度との間で切替可能であり、前記第1の角度における前記第1の画像投影手段の反射中心光軸と、前記第2の角度における前記第2の画像投影手段の反射中心光軸とは、略一致している、ことを特徴とする請求項9に記載の立体観察装置である。 According to a tenth aspect of the present invention, the angle changing means can switch the hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror between a first angle and a second angle, and the first angle at the first angle. The reflection center optical axis of one image projection unit and the reflection center optical axis of the second image projection unit at the second angle substantially coincide with each other. This is a stereoscopic observation apparatus.
そして、本請求項10の発明では、角度変更手段によって、ホログラム型回折光学素子及びフレネル凹面鏡を第1の角度と第2の角度との間で切替ることにより、略同じ位置に第1の画像投影手段による視域と第2の画像投影手段による視域とを選択的に配置する。 In the tenth aspect of the present invention, the first image is located at substantially the same position by switching the hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror between the first angle and the second angle by the angle changing means. The viewing zone by the projection unit and the viewing zone by the second image projection unit are selectively arranged.
請求項11の発明は、前記第1の画像投影手段の投影中心光軸と前記第2の画像投影手段の投影中心光軸とは、交点を有し、前記角度変更手段は、前記交点を略通り、前記第1の画像投影手段の投影中心光軸と前記第2の画像投影手段の投影中心光軸とを含む面に略直交する回転軸を有し、前記ホログラム型回折光学素子及び前記フレネル凹面鏡は、前記回転軸を中心として回転される、ことを特徴とする請求項9に記載の立体観察装置である。 According to an eleventh aspect of the present invention, the projection center optical axis of the first image projection means and the projection center optical axis of the second image projection means have an intersection point, and the angle changing means substantially omits the intersection point. As described above, the hologram type diffractive optical element and the Fresnel have a rotation axis substantially orthogonal to a plane including the projection center optical axis of the first image projection unit and the projection center optical axis of the second image projection unit. The stereoscopic observation apparatus according to claim 9, wherein the concave mirror is rotated about the rotation axis.
そして、本請求項11の発明では、角度変更手段によって、ホログラム型回折光学素子及び前記フレネル凹面鏡を回転軸を中心として回転させ、第1の画像投影手段による視域及び第2の画像投影手段による視域を回転軸を中心として回転させる。 In the invention of claim 11, by the angle changing means, the hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror are rotated around the rotation axis, and the viewing area by the first image projecting means and the second image projecting means are used. Rotate the viewing zone around the axis of rotation.
請求項12の発明は、前記角度変更手段は、前記回転軸を中心とする前記ホログラム型回折光学素子及び前記フレネル凹面鏡の回転角度を規制する回転角度規制手段を有する、ことを特徴とする請求項11に記載の立体観察装置である。 The invention according to claim 12 is characterized in that the angle changing means includes a rotation angle restricting means for restricting a rotation angle of the hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror around the rotation axis. 11 is a three-dimensional observation apparatus.
そして、本請求項12の発明では、回転角度規制手段によって、ホログラム型回折光学素子及び前記フレネル凹面鏡の回転角度を規制して、第1の画像投影手段による視域及び第2の画像投影手段による視域の回転角度を規制する。 In the twelfth aspect of the invention, the rotation angle of the hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror is regulated by the rotation angle regulating means, and the viewing zone by the first image projecting means and the second image projecting means are used. Regulate the rotation angle of the viewing zone.
請求項13の発明は、前記回転角度規制手段は、前記第1の画像投影手段の反射中心光軸と前記第2の画像投影手段の反射中心光軸とのなす角の略1/2の角度範囲内に前記回転角度を規制することを特徴とする請求項12に記載の立体観察装置である。 According to a thirteenth aspect of the present invention, the rotation angle restricting means is an angle that is approximately a half of an angle formed by the reflection center optical axis of the first image projection means and the reflection center optical axis of the second image projection means. The stereoscopic observation apparatus according to claim 12, wherein the rotation angle is regulated within a range.
そして、本請求項13の発明では、略同じ位置に第1の画像投影手段による視域と第2の画像投影手段による視域とを選択的に配置することが可能な最小限の角度範囲内にホログラム型回折光学素子及びフレネル凹面鏡の回転角度を規制する。 In the invention of claim 13, within a minimum angle range in which the viewing area by the first image projecting means and the viewing area by the second image projecting means can be selectively arranged at substantially the same position. The rotation angle of the hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror is restricted.
本発明によれば、単一のパネルを用いた、視域の拡大、複数人による観察、画像ソースに応じた最適な観察形態の提供が可能となっている。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the provision of the optimal observation form according to the expansion of a viewing zone, the observation by several persons, and the image source using a single panel is possible.
以下、本発明の第1実施形態を図1乃至図5を参照して説明する。図1及び図2は、本発明の第1実施形態の立体観察装置14の概略構成を示す。本実施形態の立体観察装置14は、術部を観察するための手術用顕微鏡16を有する。この手術用顕微鏡16は、保持装置18によって保持されており、術部を拡大観察する左右の観察光学系を有する。左眼用の観察光学系によって取得された術部の拡大像は左眼用画像としてCCD等の撮像素子によって撮像され、右眼用の観察光学系によって取得された術部の拡大像は右眼用画像としてCCD等の撮像素子によって撮像される。これら撮像素子は、第1及び第2のカメラコントローラと電気的に接続され、互いに視差のある左眼用画像と右眼用画像との両方を第1及び第2のカメラコントローラに伝送する。また、第2のカメラコントローラには、CT装置、MRI装置、コンピュータ等のその他の画像ソースが接続され、CT画像、MRI画像等が伝送される。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 show a schematic configuration of the
手術室の天井、床等にはブーム20が固定されている。本実施形態では、ブーム20は天井から略鉛直方向に懸垂されている。このブーム20の末端部には中間支持部22が配設されている。この中間支持部22から略水平方向に第1及び第2の保持バー24a,24bが延出されている。これら第1及び第2の保持バー24a,24bの延出端部には、夫々、第1及び第2の画像投影手段としての第1及び第2のプロジェクター26a,26bが配設されている。
A
第1のプロジェクター26aは、第1のカメラコントローラに電気的に接続され、左眼用画像と右眼用画像とを伝送される。また、第1のプロジェクター26aには開口状の左眼用射出瞳28L及び右眼用射出瞳28Rが並設されている。そして、左眼用射出瞳28Lから左眼用画像が投射され、右眼用射出瞳28Rから右眼用画像が射出され、略同一平面上に互いに視差を有する左眼用画像と右眼用画像とが略一致されて結像される。
The
第2のプロジェクター26bは、第2のカメラコントローラに電気的に接続されている。そして、第2のプロジェクター26bは、第1のプロジェクター26aと同様な構成となっており、左眼用射出瞳30L及び右眼用射出瞳30Rから左眼用画像及び右眼用画像を夫々投射して、略同一平面上に互いに視差を有する左眼用画像及び右眼用画像を略一致させて結像する。また、第2のプロジェクター26bは、左眼用射出瞳30L及び右眼用射出瞳30Rから同一の画像を射出して、略同一平面上に同一の画像を略一致させて結像することも可能である。
The
一方、ブーム20の末端部には、中間支持部22を介して保持アーム32が略鉛直方向に延設されている。この保持アーム32の末端側には、パネル33が配設されている。このパネル33は、ホログラム型回折光学素子34とフレネル凹面鏡35とを積層することにより形成され、第1及び第2のプロジェクター26a,26b側にパネル33のホログラム型回折光学素子34側が配置されている。ホログラム型回折光学素子34は入射光束を拡散させて透過させる作用を有し、フレネル凹面鏡35は拡散光束を反射させて集光させる作用を有する。
On the other hand, a holding
そして、第1のプロジェクター26aによって、ホログラム型回折光学素子34面に互いに視差を有する左眼用画像と右眼用画像とを略一致させて結像すると、ホログラム型回折光学素子34及びフレネル凹面鏡35の作用により、左眼用投影画像を観察可能な左視域LE1と右眼用投影画像を観察可能な右視域RE1とが観察者の近傍に形成される。術者48は、左眼用投影画像を左眼48Lで、右眼用投影画像を右眼48Rで観察することにより3D観察を行うことが可能である。
Then, when the
同様に、第2のプロジェクター26bによって、ホログラム型回折光学素子34面に互いに視差を有する左眼用画像と右眼用画像とを略一致させて結像すると、左眼用投影画像を観察可能な左視域LE2と右眼用投影画像を観察可能な右視域RE2とが観察者の近傍に形成される。また、第2のプロジェクター26bによって、ホログラム型回折光学素子34面に同一の画像を略一致させて結像すると、同一の画像を観察可能な左視域LE2と右視域RE2とが観察者の近傍に形成される。助手50は、左視域LE2に左眼50L、右視域RE2に右眼50Rを配置することにより2D観察を行うことが可能である。
Similarly, when the
以下、第1及び第2のプロジェクター26a,26b、並びに、パネル33の配置について詳細に説明する。第1のプロジェクター26aの左眼用射出瞳28Lを介する左投影光軸をLP1、右眼用射出瞳28Rを介する右投影光軸をRP1と称する。そして、第1のプロジェクター26aの左投影光軸LP1と右投影光軸RP1との中心線を投影中心光軸P1と称する。さらに、第1のプロジェクター26aの左投影光軸LP1の反射光軸である左反射光軸をLR1、右投影光軸RP1の反射光軸である右反射光軸をRR1と称し、これら左反射光軸LR1と右反射光軸RR1との中心線、即ち、投影中心光軸P1の反射光軸である反射中心光軸をR1と称する。同様に、第2のプロジェクター26bの左投影光軸をLP2、右投影光軸をRP2、投影中心光軸をP2、左反射光軸をLR2、右反射光軸をRR2、反射中心光軸をR2と称する。
Hereinafter, the arrangement of the first and
第1のプロジェクター26aの左眼用射出瞳28L及び右眼用射出瞳28Rは、パネルよりも上方に配置され、第1のプロジェクター26aの投影中心光軸P1はパネル33に向かって下っている。また、第1のプロジェクター26aの左眼用射出瞳28L及び右眼用射出瞳28Rはパネル面に対面しており、投影中心光軸P1を含む鉛直平面はパネル面に略直交している。さらに、第1のプロジェクター26aの左投影光軸LP1と右投影光軸RP1とは交点X1を有し、この交点X1はパネル面に配置されている。
The left
そして、左眼用投影画像を観察可能な左視域LE1が第1のプロジェクター26aの左反射光軸LR1を中心として形成されており、右眼用投影画像を観察可能な右視域RE1が第1のプロジェクター26aの右反射光軸RR1を中心として形成されている。これら左視域LE1と右視域RE1とは、第1のプロジェクター26aの反射中心光軸R1を挟んで所定距離(例えば、術者48の眼福)だけ離間して配置されている。
The left viewing area LE1 in which the left eye projection image can be observed is formed around the left reflected optical axis LR1 of the
第2のプロジェクター26bは第1のプロジェクター26aとほぼ同じ高さに配置されており、第2のプロジェクター26bの投影中心光軸P2はパネル33に向かって下っている。また、第2のプロジェクター26bの投影中心光軸P2を含む鉛直平面はパネル面と角度αをなしている。さらに、第2のプロジェクター26bの左眼用射出瞳30Lの左投影光軸LP2と右眼用射出瞳30Rの右投影光軸RP2とは交点X2を有し、この交点X2は交点X1と略一致しており、パネル面に配置されている。
The
第2のプロジェクター26bの反射中心光軸R1を含む鉛直平面は、パネル面と角度αをなしている。そして、第1のプロジェクター26aと同様に、左眼用投影画像を観察可能な左視域LE2が第2のプロジェクター26bの左反射光軸LR2を中心として形成されており、右眼用投影画像を観察可能な右視域RE2が第2のプロジェクター26bの右反射光軸RR2を中心として形成されている。これら左視域LE2と右視域RE2とは、第2のプロジェクター26bの反射中心光軸R2を挟んで所定距離(例えば、助手50の眼福)だけ離間して配置されている。
A vertical plane including the reflection center optical axis R1 of the
以下、本実施形態の立体観察装置における光学的構成について詳細に説明する。ホログラム型回折光学素子は、可干渉な複数の光源からホログラム記録材料に干渉光を露光することにより製造される。この際、複数の光源の内の1つの光源の発光面中心とホログラム記録材料の露光面の法線とを含む平面の近傍に、その他の光源の発光面中心を配置する。そして、立体観察装置は、1つの光源の発光面中心とホログラム記録材料の露光面の法線とを含んでいた平面が、観察者の眼幅方向と、プロジェクターの左眼用射出瞳及び右眼用射出瞳の中心を通る方向と、に直交するように構成される。このような立体観察装置では、ホログラム型回折光学素子に入射された光束の主な拡散方向は、観察者の眼幅方向に略直交する方向となる。 Hereinafter, the optical configuration of the stereoscopic observation apparatus of the present embodiment will be described in detail. The hologram type diffractive optical element is manufactured by exposing interference light to a hologram recording material from a plurality of coherent light sources. At this time, the light emitting surface centers of the other light sources are arranged in the vicinity of the plane including the light emitting surface center of one of the light sources and the normal line of the exposure surface of the hologram recording material. In the stereoscopic observation apparatus, the plane including the light emitting surface center of one light source and the normal line of the exposure surface of the hologram recording material has the eye width direction of the observer, the left-eye exit pupil and the right eye of the projector. It is comprised so as to be orthogonal to the direction passing through the center of the exit pupil for use. In such a stereoscopic observation apparatus, the main diffusion direction of the light beam incident on the hologram type diffractive optical element is a direction substantially orthogonal to the observer's eye width direction.
図3を参照して、ホログラム型回折光学素子34及びフレネル凹面鏡35の一例を説明する。このホログラム型回折光学素子34は、入射光束を主に0次光と±1次光の3つの光束に分離し、主に±1次光を拡散する作用を有する。そして、パネル33は、ホログラム型回折光学素子34の光線分割方向が観察者の眼幅方向に略直交するように配置されている。
An example of the hologram type diffractive
このため、第1あるいは第2のプロジェクター26a,26bによってホログラム型回折光学素子34面に画像を結像すると、ホログラム型回折光学素子34及びフレネル凹面鏡35の作用により、1次拡散光束により形成される1次光拡大視域36bと、0次光束により形成される0次光視域36aと、−1次拡散光束により形成される−1次光拡大視域36cとが、眼幅方向に略直交する方向に並設して形成される。このため、第1及び第2のプロジェクター26a,26bによって一対の射出瞳28L,28R,30L,30Rを介してホログラム型回折光学素子34面に互いに視差を有する2つの画像を略一致させて結像すると、夫々、1次光拡大視域36b、0次光視域36a、−1次光拡大視域36cからなる左視域と右視域とが形成されることとなる。観察者は、1次光拡大視域36bと−1次光拡大視域36cとのいずれからでも3D観察を行うことができる。
Therefore, when an image is formed on the surface of the hologram type diffractive
なお、0次光視域36aと±1次光拡大視域36b,36cの中心との間の距離は、50mm以上の距離であることが好ましい。この場合、0次光視域36a、+1次光拡大視域36b、及び、−1次光拡大領域36cが互いに重なることが少なく、観察者の眼の配置の自由度が増大される。また、0次光束は拡散されていないため、0次光視域36aに眼が配置されると急に明るい画像が眼に入りまぶしい。しかし、0次光視域36aと±1次光拡大視域36b,36cとの重なりが小さいため、±1次光拡大視域36b,36cのいずれかで観察を行っている場合にはかかる事態が防止される。
The distance between the 0th-order
なお、±1次光拡大視域36b,36cの一方を他方よりも観察者に対して近くかつ下方に配置し、当該一方の視域から観察を行うようにすることが好ましい。例えば、図4に示されるように、−1次光拡大視域36cを+1次光拡大視域36bよりも観察者に対して近く、かつ、下方に配置し、−1次光拡大視域36cにより観察する場合を考える。+1次光拡大視域36b、0次視域36a、−1次光拡大視域36cは眼幅方向に略直交する方向に下方に向かって並設されているため、観察者が視域から眼を離して手元を見ようと視線を下げた場合でも、0次視域36a、+1次光拡大視域36bに眼が配置されることなく、手元を確認することができる。
In addition, it is preferable that one of the ± primary light enlarged
図5を参照し、ホログラム型回折光学素子34に光線が入射した場合には、光線は波長に応じて屈折分光される。ここで、ホログラム型回折光学素子34によって分割透過された+(−)1次光の光線屈曲の可視域波長分散は、+(−)1次光の拡散角の1/2以下であることが好ましい。ここで、可視域波長分散とは、ホログラム型回折光学素子34を透過する波長450nmの光線の屈曲角と、波長650nmの光線の屈曲角との差のことである。
Referring to FIG. 5, when a light beam is incident on hologram type diffractive
このようなホログラム型回折光学素子34では、波長450nmの光線によって形成される+(−)1次光拡大視域と、波長650nmの光線によって形成される+(−)1次光拡大視域との間のずれ量は、可視域波長の光線によって形成される+(−)1次光拡大視域全体の、波長によるずれが発生する方向の全長の1/2以下となる。即ち、波長450nmの光線によって形成される+(−)1次光拡大視域と、波長650nmの光線によって形成される+(−)1次光拡大視域との重なり部分を充分に広く確保することが可能である。そして、この重なり部分に眼を配置して観察した場合には、画像を正しい色で観察することが可能である。
In such a hologram type diffractive
波長分散の小さなホログラム型回折光学素子は、以下のように製造することができる。即ち、ホログラム型回折光学素子のホログラム記録材料の露光面の一点と、2つの光源の発光面中心とを夫々結ぶ線分のなす角度を、2つの光源の発光面中心を見込む角度と称する。そして、ホログラム記録材料の露光面の任意点と2つの光源の発光面中心を見込む角度が20°以下の角度となるように2つの光源を配置し、これら2つの光源からホログラム記録材料に干渉光を露光する。なお、光源としては、複数の光源を集合させて各発光面を近接させてまとめた形態の光源を用いてもよい。この場合には、まとめられた発光面の中心が発光面中心となる。 A hologram type diffractive optical element having a small wavelength dispersion can be manufactured as follows. That is, an angle formed by a line segment connecting one point of the exposure surface of the hologram recording material of the hologram type diffractive optical element and the center of the light emitting surface of the two light sources is referred to as an angle at which the center of the light emitting surface of the two light sources is viewed. Then, two light sources are arranged so that an angle between an arbitrary point on the exposure surface of the hologram recording material and the center of the light emitting surface of the two light sources is 20 ° or less, and interference light is transmitted from these two light sources to the hologram recording material. To expose. In addition, as a light source, you may use the light source of the form which put together the several light source and made each light emission surface adjoin. In this case, the center of the collected light emitting surfaces is the light emitting surface center.
なお、ホログラム型回折光学素子は集光作用あるいは発散作用を有する。そして、視域は、ホログラム型回折光学素子の屈折分光作用により波長に応じて位置がずれるだけでなく、ホログラム型回折光学素子の集光作用あるいは発散作用により波長に応じて広さが変化されることになる。このため、ホログラム型回折光学素子が強い集光作用あるいは発散作用を有する場合には、高波長領域において視域が狭くなり、各波長による視域の重なり部分が狭くなる。このため、ホログラム型回折光学素子のレンズ作用のパワーは、フレネル凹面鏡のレンズ作用のパワーの1/10以下であることが好ましい。この場合には、各波長による視域の重なり部分が広くなり、観察者の観察位置の自由度が増大される。 Note that the hologram type diffractive optical element has a condensing action or a diverging action. The viewing zone is not only displaced depending on the wavelength due to the refractive spectral action of the hologram type diffractive optical element, but also changes in width depending on the wavelength due to the condensing action or the diverging action of the hologram type diffractive optical element. It will be. For this reason, when the hologram type diffractive optical element has a strong condensing action or diverging action, the viewing area becomes narrow in the high wavelength region, and the overlapping portion of the viewing area due to each wavelength becomes narrow. For this reason, it is preferable that the lens action power of the hologram type diffractive optical element is 1/10 or less of the lens action power of the Fresnel concave mirror. In this case, the overlapping portion of the viewing zone due to each wavelength becomes wide, and the degree of freedom of the observer's observation position is increased.
レンズ作用のパワーをほとんど有さないホログラム型回折光学素子は、以下のように製造される。即ち、ホログラム記録材料に対して可干渉な複数の光源を各発光面中心がホログラム記録材料の記録面中心位置からほぼ一定の距離になるように配置して、これら複数の光源によりホログラム記録材料に干渉光を露光する。複数の光源として第1及び第2の光源を用いた場合について、具体的に説明する。ホログラム記録材料の露光面中心から第1及び第2の光源の発光面中心までの距離を夫々L1、L2とすると、0.9<L1/L2<1.11であることが好ましい。なお、光源としては、上述した、複数の光源を集合させて各発光面を近接させてまとめた形態の光源を用いてもよい。 A hologram type diffractive optical element having almost no lens action power is manufactured as follows. That is, a plurality of light sources coherent with the hologram recording material are arranged so that the center of each light emitting surface is at a substantially constant distance from the recording surface center position of the hologram recording material, and the hologram recording material is formed by the plurality of light sources. Exposure to interference light. The case where the first and second light sources are used as the plurality of light sources will be specifically described. If the distances from the exposure surface center of the hologram recording material to the light emission surface centers of the first and second light sources are L1 and L2, respectively, it is preferable that 0.9 <L1 / L2 <1.11. In addition, as a light source, you may use the light source of the form which gathered together the several light source mentioned above, and put each light emission surface close together.
なお、視域の中心部の色度(XYZ表色系)を(x,y)=(X,Y)とする。プロジェクターから白色光を投射した場合に、(x,y)=(X±0.05,Y±0.05)となる領域では、眼を移動させても観察画像の色の変化を強く感じることはない。このような領域が、視域の中心部を中心として直径50mm以上となることが好ましい。このような場合には、観察画像の色の変化を強く感じることなく、観察者の観察位置の自由度を増大させることができる。さらに、(x,y)=(X±0.03,Y±0.03)となる領域が、視域の中心部を中心として直径60mm以上となるようにすることがさらに好ましい。 Note that the chromaticity (XYZ color system) at the center of the viewing zone is (x, y) = (X, Y). When white light is projected from the projector, in the region where (x, y) = (X ± 0.05, Y ± 0.05), the change in the color of the observation image is strongly felt even if the eye is moved. There is no. Such a region preferably has a diameter of 50 mm or more around the center of the viewing zone. In such a case, the degree of freedom of the observer's observation position can be increased without strongly feeling the color change of the observation image. Furthermore, it is more preferable that the region where (x, y) = (X ± 0.03, Y ± 0.03) has a diameter of 60 mm or more with the center of the viewing zone as the center.
なお、立体観察装置では、左右の視域が重なり、右眼用投影画像が左眼に見え、左眼用投影画像が右眼に見えてしまうクロストークという問題が生じる場合がある。ここで、プロジェクターから左眼用画像と右眼用画像との一方のみを投射し、投射された一方の画像の中心の輝度を左視域と右視域との他方から測定する場合を考える。投射された一方の画像の中心の輝度を左視域と右視域との一方から測定した場合の輝度をH1、他方から測定した場合の輝度をH2とすると、H2/H1<0.05であることが好ましい。この場合には、クロストークによって立体観察に支障がでることが少なくなる。H2/H1<0.02であればさらに好ましい。 In the stereoscopic observation apparatus, there may be a problem of crosstalk in which the left and right viewing zones overlap, the right eye projection image appears to the left eye, and the left eye projection image appears to the right eye. Here, consider a case where only one of the left-eye image and the right-eye image is projected from the projector, and the luminance of the center of the projected one image is measured from the other of the left viewing area and the right viewing area. H2 / H1 <0.05, where H1 is the luminance when the center luminance of one projected image is measured from one of the left viewing area and the right viewing area, and H2 is the luminance when measuring from the other. Preferably there is. In this case, it is less likely that the stereoscopic observation is hindered by crosstalk. More preferably, H2 / H1 <0.02.
クロストークを防止するために、ホログラム型回折光学素子では、眼幅方向の拡散角は回折光強度の半値全幅で8°以下の角度であることが好ましい。又は、眼幅方向の拡散角は回折光強度が1/10になる全幅で12°以下の角度であることが好ましい。 In order to prevent crosstalk, in the hologram type diffractive optical element, the diffusion angle in the eye width direction is preferably an angle of 8 ° or less in terms of the full width at half maximum of the diffracted light intensity. Alternatively, the diffusion angle in the eye width direction is preferably an angle of 12 ° or less in the entire width where the diffracted light intensity becomes 1/10.
なお、観察者の観察位置の自由度を増大するためには、左視域と右視域の両方が充分に広いことが望ましい。しかしながら、単純に左右視域を広くした場合にはクロストークが発生する。このため、左右視域は、観察者の眼幅方向に略直交する方向に長い形状であることが好ましい。この場合には、観察者の観察位置の自由度が増大されると共に、クロストークが防止される。 In order to increase the degree of freedom of the observer's observation position, it is desirable that both the left viewing area and the right viewing area are sufficiently wide. However, crosstalk occurs when the left and right viewing areas are simply widened. For this reason, it is preferable that the left and right viewing areas have a shape that is long in a direction substantially orthogonal to the observer's eye width direction. In this case, the degree of freedom of the observer's observation position is increased and crosstalk is prevented.
±1次光拡大視域が眼幅方向に略直交する方向に長い形状となるようなホログラム型回折光学素子は、以下のように製造することができる。第1及び第2の光源によってホログラム記録材料に干渉光を露光する。ここで、第2の光源の発光面の形状は一方向に長く、第2の光源の発光面中心から第1の光源の発光面中心へと延びる方向と第2の発光面の長手方向とは略一致する。 A hologram type diffractive optical element in which the ± primary light expansion viewing area has a long shape in a direction substantially orthogonal to the eye width direction can be manufactured as follows. The interference recording light is exposed to the hologram recording material by the first and second light sources. Here, the shape of the light emitting surface of the second light source is long in one direction, and the direction extending from the center of the light emitting surface of the second light source to the center of the light emitting surface of the first light source and the longitudinal direction of the second light emitting surface are: It almost agrees.
そして、第2の光源の発光面の長手方向の長さをL、短手方向の長さをSとすると、1.3<L/Sであることが好ましい。また、第2の光源の発光面の面積は、5000mm2以下の面積であることが好ましい。そして、不要な回折光を生じさせないために、第1の光源の発光面の面積は、100mm2以下の面積であることが好ましい。なお、光源としては、上述した複数の光源を集合させて各発光面を近接させてまとめた形態の光源を用いてもよい。 When the length in the longitudinal direction of the light emitting surface of the second light source is L and the length in the short direction is S, it is preferable that 1.3 <L / S. Moreover, it is preferable that the area of the light emission surface of a 2nd light source is an area of 5000 mm < 2 > or less. In order to prevent generation of unnecessary diffracted light, the area of the light emitting surface of the first light source is preferably 100 mm 2 or less. In addition, as a light source, you may use the light source of the form which gathered together the several light source mentioned above and put each light emission surface close together.
また、このように製造されたホログラム型回折光学素子では、上述した波長分散による波長ごとの視域のずれが、±1次光拡大視域の長手方向に略一致する。このため、波長分散による波長ごとの視域のずれの方向が±1次光拡大視域の短手方向に略一致する場合に比して、ずれた視域の重なり部分が広くなり、画像を正しい色で観察できる範囲が広くなる。 Further, in the hologram type diffractive optical element manufactured as described above, the shift of the viewing zone for each wavelength due to the above-described wavelength dispersion substantially coincides with the longitudinal direction of the ± primary light expansion viewing zone. For this reason, compared with the case where the direction of shift of the viewing zone for each wavelength due to chromatic dispersion substantially coincides with the short side direction of the ± 1st-order enlarged light viewing zone, the overlapping portion of the shifted viewing zones becomes wider, The range that can be observed with the correct color is widened.
なお、クロストークは、ホログラム型回折光学素子において発生する不要回折光によっても発生する。この不要回折光の発生を防ぐために、ホログラム型回折光学素子のホログラム記録材料への干渉光の露光回数は10回以下が望ましい。 Crosstalk also occurs due to unnecessary diffracted light generated in the hologram type diffractive optical element. In order to prevent the generation of this unnecessary diffracted light, the number of exposure times of the interference light to the hologram recording material of the hologram type diffractive optical element is desirably 10 times or less.
なお、第1の光源と、発光面の形状が一方向に長い第2の光源とを用いて、ホログラム記録材料に干渉光を露光した後、第1の光源から単色光をホログラム型回折光学素子に照射すると、単色光がホログラム型回折光学素子を透過して一方向に細長い1次像と−1次像とが生成される。そして、像中心を通って像の長手方向に回折光強度分布を測定した場合に、像中心の回折光強度を100%として、像の長手方向周辺部の回折光強度が40%以上となるようにホログラム型回折光学素子を製造しておくことが好ましい。 The hologram recording material is exposed to interference light using the first light source and the second light source having a light emitting surface that is long in one direction, and then the monochromatic light is emitted from the first light source to the hologram type diffractive optical element. , The monochromatic light is transmitted through the hologram type diffractive optical element, and a primary image and a −1st order image elongated in one direction are generated. Then, when the diffracted light intensity distribution is measured in the longitudinal direction of the image through the center of the image, the diffracted light intensity at the periphery in the longitudinal direction of the image is 40% or more, assuming that the diffracted light intensity at the image center is 100%. It is preferable to manufacture a hologram type diffractive optical element.
この場合、±1次拡大視域の中心部の回折光強度に対する長手方向周辺部の回折光強度は、40%以上となる。そして、ホログラム型回折光学素子の屈折分光作用により波長に応じて視域の位置がずれるが、各波長の視域の長手方向周辺部の回折光強度は中心部の40%以上となっているため、視域の重なっている部分ではどの位置間にも60%以上の回折光強度の差が発生しない。このため、視域の重なっている部分では画像の色の変化をほとんど感じることなく画像を観察することが可能である。 In this case, the diffracted light intensity at the peripheral portion in the longitudinal direction with respect to the diffracted light intensity at the central portion of the ± 1st order enlarged viewing area is 40% or more. The position of the viewing zone is shifted according to the wavelength due to the refractive spectroscopic action of the hologram type diffractive optical element, but the diffracted light intensity at the peripheral portion in the longitudinal direction of the viewing zone of each wavelength is 40% or more of the central portion. No difference in diffracted light intensity of 60% or more occurs between any positions in the overlapping viewing zones. For this reason, it is possible to observe the image with almost no change in the color of the image at the overlapping viewing zones.
同様に、像中心を通って像の短手方向に回折光強度分布を測定した場合に、像中心の回折光強度を100%として、像の短手方向周辺部の回折光強度が60%以上となるようにホログラム型回折光学素子を製造しておくことが好ましい。この場合、±1次拡大視域の中心部の回折光強度に対する短手方向周辺部の回折光強度は、60%以上となる。このため、波長に応じてずれた視域について、視域の重なっている部分では、画像の明るさの変化をほとんど感じることなく画像を観察することが可能である。 Similarly, when the diffracted light intensity distribution is measured in the short direction of the image through the image center, the diffracted light intensity at the periphery in the short direction of the image is 60% or more with the diffracted light intensity at the image center being 100%. It is preferable to manufacture a hologram type diffractive optical element so that In this case, the diffracted light intensity at the peripheral portion in the short direction with respect to the diffracted light intensity at the central portion of the ± 1st order enlarged viewing area is 60% or more. For this reason, it is possible to observe the image with almost no change in the brightness of the image in the overlapping area of the viewing zones that are shifted according to the wavelength.
なお、ホログラム型回折光学素子は、ビニールバック内にビニールバックと一体的に形成され、ビニールバックとともに滅菌処理可能であり、フレネル凹面鏡に着脱自在であり、ディスポーサブルであることが好ましい。かかるホログラム型回折光学素子を用いることにより、ホログラム型回折光学素子を別途滅菌ドレープで覆うことなく、術部に近いフレネル凹面鏡を滅菌状態に保つことができる。また、光線が滅菌ドレープを透過することで発生する観察画像の画質劣化を防ぐことができる。 The hologram type diffractive optical element is preferably formed integrally with the vinyl back in the vinyl back, can be sterilized together with the vinyl back, is detachable from the Fresnel concave mirror, and is disposable. By using such a hologram type diffractive optical element, it is possible to keep the Fresnel concave mirror close to the surgical site in a sterilized state without separately covering the hologram type diffractive optical element with a sterile drape. In addition, it is possible to prevent deterioration in the image quality of the observation image that occurs when light rays pass through the sterile drape.
なお、本実施形態の立体観察装置では、プロジェクターからの光束をホログラム型回折光学素子及びフレネル凹面鏡により視域に集光する。このため、プロジェクターの明るさがそれほど大きくなくても充分な明るさの画像を得ることができ、むしろ、明るさが800ANSI(American National Standards Institute)ルーメン以上あるような通常のプロジェクターでは明るすぎて画像を観察することが難しくなる。このため、プロジェクターの明るさは、200ANSIルーメン以下の明るさであることが好ましく、この場合には、快適な明るさで画像を観察することが可能である。また、NDフィルター等の減光手段を用いて、200ANSIルーメン以上の明るさを有するプロジェクターを200ANSIルーメン以下の明るさに調節するようにしてもよい。 In the stereoscopic observation apparatus of the present embodiment, the light beam from the projector is collected in the viewing area by the hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror. For this reason, an image with sufficient brightness can be obtained even if the brightness of the projector is not so high. Rather, it is too bright for an ordinary projector having a brightness of 800 ANSI (American National Standards Institute) lumens or more. It becomes difficult to observe. For this reason, it is preferable that the brightness of the projector is 200 ANSI lumens or less. In this case, it is possible to observe an image with a comfortable brightness. Further, a projector having a brightness of 200 ANSI lumens or more may be adjusted to a brightness of 200 ANSI lumens or less using a dimming means such as an ND filter.
次に、本実施形態の立体観察装置14の作用について説明する。本実施形態の立体観察装置14を用いて手術を行う際には、手術台に患者を横臥させる。そして、患者には、外科的な術部が形成される。術者48と助手50とは術部を取り囲み、術者48は第1のプロジェクター26aの左右視域LE1,RE1が夫々左右眼48L,48Rに配置されるように、また、助手50は第2のプロジェクター26bの左右視域LE2,RE2が夫々左右眼50L,50Rに配置されるように立つ。
Next, the operation of the
手術用顕微鏡16の観察光学系によって、互いに視差を有する左眼用及び右眼用の術部の拡大画像を取得する。取得された画像はCCDにより電気信号に変換され、第1のカメラコントローラを介して、第1のプロジェクター26aに送られる。第1のプロジェクター26aは、左眼用画像及び右眼用画像を夫々左眼用射出瞳28L及び右眼用射出瞳28Rから投射する。即ち、術者48から術部を観察した場合に、左眼48Lで観察される術部の拡大画像を左眼用射出瞳28L、右眼48Rで観察される術部の拡大画像を右眼用射出瞳28Rによって射出する。
The observation optical system of the
左眼用射出瞳28Lから投射された左眼用画像は、左投影光軸LP1方向に伝達され、ホログラム型回折光学素子34面に結像される。そして、左眼用画像は、パネル33のホログラム型回折光学素子34によって拡散透過され、フレネル凹面鏡35によって左反射光軸LR1方向に反射される。この結果、左反射光軸LR1を中心として左眼用投影画像が投影された左視域LE1が形成される。同様に、右眼用射出瞳28Rから投射された右眼用画像によって、右反射光軸RR1を中心として右眼用投影画像が投影された右視域RE1が形成される。術者48は、左視域LE1に左眼48L、右視域RE1に右眼48Rを配置することにより3D観察を行う。
The left-eye image projected from the left-
一方、第2のプロジェクター26bは第1のプロジェクター26aと同様に作用し、助手50は、第2のプロジェクター26bによって形成される左視域LE1に左眼50L、右視域RE1に右眼50Rを配置することにより3D観察を行う。また、必要に応じて、第2のプロジェクター26bの左眼用射出瞳30L及び右眼用射出瞳30Rから同一のCT画像、MRI画像等を射出する。助手50は、左視域LE1に左眼50L、右視域RE1に右眼50Rを配置することによりCT画像、MRI画像等の2D観察を行う。
On the other hand, the
従って、本実施形態の立体観察装置14は次の効果を奏する。第1のプロジェクター26aによって、左眼用射出瞳28L及び右眼用射出瞳28Rを介して、パネル33のホログラム型回折光学素子34面に互いに視差を有する左眼用画像及び右眼用画像を略一致させて結像し、ホログラム型回折光学素子34及びフレネル凹面鏡35によって、入射光束を拡散、反射、集光して左眼用画像と右眼用画像とが夫々投影された3D観察用の左右視域LE1,RE1を形成している。同様に、第2のプロジェクター26bによっても、3D観察用の左右視域LE2,RE2を形成することが可能である。このため、単一のパネル33を用い、広い視域LE1,RE1,LE2,RE2において術者48と助手50といった複数人が観察を行うことが可能となっている。また、第2のプロジェクター26bの視域LE2,RE2はそれほど広くないが、第2のプロジェクター26bで3D観察を行う場合には適切な広さであるといえ、画像ソースに応じた最適な観察形態が提供されている。
Accordingly, the
また、第1のプロジェクター26aの左視域LE1に左眼48L、右視域RE1に右眼48Rを配置することにより、顕微鏡画像の3D観察を行っている。さらに、第2のプロジェクター26bの左眼用射出瞳30L及び右眼用射出瞳30Rから同一のCT画像、MRI画像等を投射し、左視域LE2に左眼50L、右視域RE2に右眼50Rを配置することにより、CT画像、MRI画像等の2D観察を行っている。このように、複数人が単一のパネル33によって異なった画像を観察することが可能となっている。
In addition, the
そして、本実施形態では、手術用顕微鏡16を用いているが、視差を有する左右眼用の観察画像を取得可能な様々な観察装置を用いることが可能である。例えば、左右眼用の観察光学系を有する立体視内視鏡を用いることが可能である。
In this embodiment, the
なお、第2のプロジェクター26bは、パネル33に向かって斜め方向から画像を結像する配置となっている。このような配置では、投影光学系を回転対称な光学系で構成すると、結像された像はアオリ像となって像歪みを発生する。この像歪みは、以下のようにして補正できる。即ち、本実施形態のプロジェクターは画像を表示する画像表示手段を有し、表示された画像は投射手段によって射出瞳を介して投射される。かかる構成において、画像表示手段の画像面と、投射手段の主面と、パネルのフレネル凹面鏡の主面とを平行に配置し、上記三者を投射光軸に略直交する方向にシフトした形態とすることにより像歪みを補正することができる。又は、上記三者をシャムフルクの法則を満たすように配置することにより、像歪みを補正することができる。さらに、このような光学的な補正と電気的な補正とを組み合わせて用いることも可能である。
The
図6乃至図8は、本発明の第2実施形態を示す。第1実施形態と同様な機能を有する構成には、同一の参照符号を付して説明を省略する。本実施形態では、第1実施形態の3D観察用の第2のプロジェクター26b(図1及び図2参照)に代わって、2D観察用の2Dプロジェクター26cを用いている。
6 to 8 show a second embodiment of the present invention. Components having the same functions as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In this embodiment, a
図6及び図7を参照し、手術用顕微鏡16の左右の観察光学系のいずれか一方の撮像素子が、第2のカメラコントローラに電気的に接続されている。そして、第2のカメラコントローラは、2Dプロジェクター26cに電気的に接続され、手術用顕微鏡16で取得された単一の画像を2Dプロジェクター26cに伝送する。
With reference to FIG. 6 and FIG. 7, one of the imaging elements of the left and right observation optical systems of the
図6、図7及び図8(A)に示されるように、2Dプロジェクター26cは開口状の単一の射出瞳30Cを有する。この射出瞳30Cは、第1のプロジェクター26aの左眼用射出瞳28Lと右眼用射出瞳28Rとを含む大きさを有する。そして、2Dプロジェクター26cは、射出瞳30Cを介して、単一の2D画像を結像する。ここで、2Dプロジェクター26cの投影中心光軸P2は、第1のプロジェクター26aの左投影光軸LP1と右投影光軸RP1との交点X1を通り、2Dプロジェクター26cの結像位置は第1のプロジェクター26aの結像位置と略一致する。
As shown in FIGS. 6, 7 and 8A, the
2Dプロジェクター26cによって、ホログラム型回折光学素子34面に単一の2D画像を結像すると、ホログラム型回折光学素子34とフレネル凹面鏡35の作用により、2D投影画像を観察可能な視域DEが助手の近傍に形成される。2Dプロジェクター26cの反射中心光軸R2を含む鉛直平面はパネル面と角度αをなしており、2Dプロジェクター26cの反射中心光軸R2を中心として視域DEが形成される。助手50は、2D投影画像を左右眼50L,50Rで観察することにより2D観察を行うことが可能である。
When a
次に、本実施形態の立体観察装置14の作用について説明する。第2のカメラコントローラから、手術用顕微鏡16による術部の拡大画像、CT画像等が2Dプロジェクター26cに伝送されると、2Dプロジェクター26cは画像を射出瞳30Cを介して投影中心光軸P2の方向に射出して、ホログラム型回折光学素子34面に結像する。ホログラム型回折光学素子34面に結像された画像は、ホログラム型回折光学素子34によって拡散透過され、フレネル凹面鏡35によって反射中心光軸R2の方向に反射される。この結果、反射中心光軸R2を中心として2D投影画像が投影された視域DEが形成される。この視域DEに左右眼50L,50Rを配置することにより、助手50は2D画像を観察することができる。
Next, the operation of the
また、2Dプロジェクター26cの視域DEは、第1のプロジェクター26aの左視域LE1と右視域RE1とを含む大きさを有する。さらに、2Dプロジェクター26cの視域DEは、反射中心光軸R2に沿って、パネル面からの距離に比例して大きくなる。即ち、助手50は、図7において破線で示される、反射中心光軸R2に沿って移動した位置Sにおいても、視域DEに左右眼50L,50Rを配置することで2D画像を観察することが可能である。
The viewing area DE of the
以下、第1のプロジェクター26aの視域LE1,RE1と2Dプロジェクター26cの視域DEとを詳細に説明する。図8(B)は第1のプロジェクター26aの視域LE1,RE1を説明する概略図である。左眼用射出瞳28Lの投射中心点をLOとする。左投射中心点LOからパネル33の右端点RPEに到達した光線は、ホログラム型回折光学素子34及びフレネル凹面鏡35の作用によって、R1、R2で示されるような所定の角度を有する光束として反射される。同様に、左投射中心点LOからパネル33の左端点LPEに到達した光線は、L1、L2で示されるような所定の角度を有する光束として反射される。そして、R1、R2、L1、及び、L2によって囲まれる、図中ハッチングで示される視域LE1に術者48が左眼48Lを配置すると、パネル33の全体をケラレなく観察することが可能となる。
Hereinafter, the viewing zones LE1 and RE1 of the
同様に、右眼用射出瞳28Rの投射中心点をROとすると、右投射中心点ROに対応して視域RE1が形成される。この視域RE1に術者48が右眼48Rを配置すると、パネル33の全体をケラレなく観察することが可能となり、左眼48Lと合せて3D観察が可能となる。なお、右視域RE1と左視域LE1とは、互いに重ならないように形成される。
Similarly, assuming that the projection center point of the right-
図8(C)は2Dプロジェクター26cの視域DEを説明する概略図である。射出瞳30Cの投射中心点をCOとする。投射中心点COからパネル33の右端点RPEに到達した光線は、ホログラム型回折光学素子34及びフレネル凹面鏡35の作用によって、R1’、R2’で示されるように所定の角度を有した光束として反射される。同様に、投射中心点COからパネル33の左端点LPEに到達した光線は、L1’、L2’で示されるように所定の角度を有した光束として反射される。そして、R1’、R2’、L1’、及び、L2’で囲まれる、図中ハッチングで示される視域DEに術者48が左右眼48L,48Rを配置すると、パネル33の全体をケラレなく観察できることになる。図7において破線で示される位置Sは、視域DEに含まれている。
FIG. 8C is a schematic diagram illustrating the viewing area DE of the
従って、本実施形態の立体観察装置14は第1実施形態の効果に加えて次の効果を奏する。2Dプロジェクター26cによって1つの射出瞳30cを介して2D画像を結像し、パネル33のホログラム型回折光学素子34及びフレネル凹面鏡35によって、入射光束を拡散、反射、集光して、2D画像が投影された2D観察用の視域DEを形成している。このため、3D観察用の左視域LE1と右視域RE1とに同一の2D画像を投影して2D観察を行う場合と比較して視域DEが充分に広くなっており、画像ソースに応じた最適な観察形態が提供されている。
Therefore, the
また、助手50は2Dプロジェクター26cの反射中心光軸R2に沿って移動した様々な位置で2D画像を観察することが可能であり、助手50の観察位置の自由度が増大されている。
The assistant 50 can observe the 2D image at various positions moved along the reflection center optical axis R2 of the
図9及び図10は、本発明の第3実施形態を示す。第2実施形態と同様な機能を有する構成には、同一の参照符号を付して説明を省略する。本実施形態では、以下で詳細に説明するように、第1のプロジェクター26aの左右視域LE1,RE1と2Dプロジェクター26cの視域DEとをブーム20の中心軸を中心として回転可能としている。
9 and 10 show a third embodiment of the present invention. Configurations having functions similar to those of the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In the present embodiment, as will be described in detail below, the left and right viewing zones LE1, RE1 of the
図9及び図10に示されるように、本実施形態では、第2実施形態の中間支持部22(図6及び図7参照)に代わって角度変更手段としての回動中間支持部37を用いており、回動中間支持部37はブーム20の中心軸を回転軸T1として回転可能である。即ち、回動中間支持部37は略円筒形状をなしており、上端面には開口部38が形成されており、下端面は閉塞されている。回動中間支持部37の内部は、開口部38の内径より大きい内径で中グリ加工が施されている。一方、ブーム20の末端にはフランジ40が形成されている。そして、ブーム20の末端部に、回動中間支持部37が開口部38を介してブーム20の中心軸を回転軸T1として回動自在にがたなく軸止されている。そして、ブーム20と回動中間支持部37との間にはばね42が介設されており、ブーム20の末端部のフランジ40は回動中間支持部37の内部上面に対して回転軸T1方向に当接されている。また、ばね42の摺動抵抗によって、第1のプロジェクター26a、2Dプロジェクター26c等の自重等により回動中間支持部37がブーム20に対して自然移動することが防止されている。そして、回動中間支持部37の下端部には、ブーム20の回転軸T1方向に保持アーム32が接続されている。
As shown in FIGS. 9 and 10, in this embodiment, a rotating
次に、本実施形態の立体観察装置14の作用について説明する。術者48は、第1のプロジェクター26aの左右視域LE1,RE1によって術部の3D観察を行い、助手50は、2Dプロジェクター26cの視域DEによってCT画像、MRI画像等の2D観察を行っている。このような場合に、術者48自身が2D観察を行う必要が生じる場合がある。この場合、術者48がパネル33を回転操作すると、ブーム20に対して、保持アーム32、回動中間支持部37、第1及び第2の保持バー24a,24b、第1のプロジェクター26a及び2Dプロジェクター26cが回転軸T1を中心として回転操作される。この際、パネル33、第1のプロジェクター26a及び2Dプロジェクター26cの相対的な位置関係が保持される。この結果、回転軸T1を中心として第1のプロジェクター26aの視域LE1,RE1と2Dプロジェクター26cの視域DEとが回転操作される。術者48は、2Dプロジェクター26cの視域DEに自身の左右眼48L,48Rが配置されるようにパネル33を回転操作し、左右眼48L,48Rにより2D観察を行う。
Next, the operation of the
従って、本実施形態の立体観察装置14は第2実施形態の効果に加えて次の効果を奏する。術者48がパネル33を回転操作することにより、回転軸T1を中心として第1のプロジェクター26aの左右視域LE1,RE1と2Dプロジェクター26cの視域DEとが回転操作されている。このため、必要に応じて、術者48が移動することなく、2Dプロジェクター26cによる広い視域DEで2D画像を観察することが可能となっている。
Therefore, the
図11及び図12は、本発明の第4実施形態を示す。第2実施形態と同様な機能を有する構成には、同一の参照符号を付して説明を省略する。本実施形態では、以下で詳細に説明するように、第1のプロジェクター26aの視域LE1,RE1と2Dプロジェクター26cの視域DEとを略鉛直方向に並設し、これら視域LE1,RE1,DEを鉛直方向に移動可能としている。
11 and 12 show a fourth embodiment of the present invention. Configurations having functions similar to those of the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In the present embodiment, as will be described in detail below, the viewing zones LE1, RE1 of the
図11に示されるように、本実施形態では、中間支持部22から1つの保持バー24が延出されており、保持バー24の末端部に第1のプロジェクター26aと2Dプロジェクター26cとが一体的に配設されている。これら第1のプロジェクター26aと2Dプロジェクター26cは鉛直方向に並設され、第1のプロジェクター26aが上方、2Dプロジェクター26cが下方に配置されている。
As shown in FIG. 11, in the present embodiment, one holding
第1のプロジェクター26aの光学的配置は第2実施形態と同様である。そして、第1のプロジェクター26aの投影中心光軸P1と2Dプロジェクター26cの投影中心光軸P2とは同一の鉛直平面に略含まれている。また、第1のプロジェクター26aの投影中心光軸P1と2Dプロジェクター26cの投影中心光軸P2とは交点を有し、この交点はホログラム型回折光学素子34面に略配置されている。即ち、第1のプロジェクター26aの結像中心と2Dプロジェクター26cの結像中心とは略一致している。
The optical arrangement of the
保持バー24、ブーム20、及び、保持アーム32の中心軸は上記鉛直平面に略含まれており、保持アーム32の末端部には、角度変更手段を介してパネル33が接続されている。即ち、保持アーム32の末端部には、上記鉛直平面に直交する方向に延びている円柱部材44が接続されている。この円柱部材44の両端部には、夫々、上記直交する方向に枢支軸が突設されている。一方、パネル33の背面側には一対の突起部46a,46bが突設されており、これら突起部46a,46bは上記直交する方向に離間して並設されている。各突起部46a,46bには上記直交する方向に同軸の貫通孔が形成されており、これら貫通孔に円柱部材44の両端部の枢支軸が自身の軸周り方向に回転自在に軸止されている。このため、パネル33は、円柱部材44の中心軸を回転軸T2として回転自在となっている。この回転軸T2は、第1のプロジェクター26aの投影中心光軸P1と2Dプロジェクター26cの投影中心光軸P2との交点を略通るとみなすことができる。
The central axes of the holding
また、円柱部材44と突起部46a,46bとの間で、ばね48が枢支軸に回設されている。このばね48の摺動抵抗によって、パネル33の自重等によりパネル33が自然移動することが防止されている。
A
第1のプロジェクター26a及び2Dプロジェクター26cの投影中心光軸P1,P2を含む上記鉛直平面に、第1のプロジェクター26a及び2Dプロジェクター26cの反射中心光軸R1、R2が略含まれる。第1のプロジェクター26aの反射中心光軸R1は、2Dプロジェクター26cの反射中心光軸R2の上方に配置される。そして、第1のプロジェクター26aの反射中心光軸R1を挟んで所定距離(例えば、術者48の眼福)だけ離間して、第1のプロジェクター26aの左視域LE1と右視域RE1とが配置される。また、2Dプロジェクター26cの反射中心光軸R2を中心として、2Dプロジェクター26cの視域DEが配置される。従って、第1のプロジェクター26aの視域LE1,RE1と2Dプロジェクター26cの視域DEとは略鉛直方向に並設されており、第1のプロジェクター26aの視域LE1,RE1が上方、2Dプロジェクター26cの視域DEが下方に配置される。
The vertical planes including the projection center optical axes P1 and P2 of the
ここで、本実施形態の角度変更手段は、パネル33の回転角度を規制する回転角度規制手段としての図示しないストッパを有する。このストッパは、パネル33の回転角度を第1の角度と第2の角度との間に規制する。そして、パネル33の回転角度が第1の角度である場合の第1のプロジェクター26aの反射中心光軸R1の位置と、パネル33の回転角度が第2の角度である場合の2Dプロジェクター26cの反射中心光軸R2の位置とが互いに略一致する。即ち、パネル33の回転角度を第1の角度と第2の角度との間で切替えることにより、反射中心光軸R1,R2が互いのなす角だけ回転され、反射中心光軸R1と反射中心光軸R2との切替が実現される。
Here, the angle changing means of this embodiment has a stopper (not shown) as a rotation angle restricting means for restricting the rotation angle of the
ここで、反射中心光軸R1、R2を互いのなす角度だけ回転させるには、パネル33を当該なす角の1/2だけ回転することが必要である。このため、反射中心光軸R1と反射中心光軸R2との切替を実現するためには、第1の角度と第2の角度との差を反射中心光軸R1と反射中心光軸R2とのなす角の略1/2とすればよい。
Here, in order to rotate the reflection center optical axes R1 and R2 by an angle formed by each other, it is necessary to rotate the
本実施形態では、図12(A)に示されるように、パネル33の回転角度が第1の角度である場合には、パネル33は略鉛直状態にあり、第1のプロジェクター26aの反射中心光軸R1が略水平に配置される。一方、図12(B)に示されるように、パネル33の回転角度が第2の角度である場合には、パネル33は略鉛直状態からパネル33の上方が背面側へ下方が前面側へと回転角度θ1だけ回転された状態にあり、2Dプロジェクター26cの反射中心光軸R1が略水平に配置される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 12A, when the rotation angle of the
また、本実施形態では、第1のプロジェクター26aの結像面は、図12(A)に示される、パネル33が略鉛直状態にある場合のホログラム型回折光学素子34面である。一方、2Dプロジェクター26cの結像面は、図12(B)に示される、パネル33が回転角度θ1だけ回転された状態にある場合のホログラム型回折光学素子34面である。
In the present embodiment, the imaging surface of the
次に、本実施形態の立体観察装置14の作用について説明する。術者48が3D観察を行う場合には、図12(A)に示されるように、パネル33を回転操作して略鉛直状態に配置する。この結果、第1のプロジェクター26aから射出された画像はパネル面で結像され、ホログラム型回折光学素子34及びフレネル凹面鏡35の作用により、左右視域LE1,RE1が術者48の左右眼48L,48Rの近傍に配置される。これら左右視域LE1,RE1に術者48の左右眼48L,48Rを配置して3D観察を行う。
Next, the operation of the
この際、2Dプロジェクター26cの結像位置はパネル面からずれているため、2Dプロジェクター26cの視域DEに投影される2D画像はボケ画像となっている。2Dプロジェクター26cの視域DEは、第1のプロジェクター26aの視域LE1,RE1よりも下方、例えば術者48の胸部に配置されるため、第1のプロジェクター26aの視域LE1,RE1による3D観察を妨げない。
At this time, since the imaging position of the
一方、術者48が2D観察を行う場合には、図12(B)に示されるように、パネル33を回転操作して、上方が背面側へ、下方が前面側へ所定角度θ1だけ回転された状態に移行させる。この結果、2Dプロジェクター26cの視域DEは上方に移動されて、視域DEが術者48の左右眼48L,48Rの近傍に配置される。このようにして、第1のプロジェクター26aの視域LE1,RE1と、2Dプロジェクター26cの視域DEとが切替えられる。この視域DEに術者48の左右眼48L,48Rを配置して2D観察を行う。
On the other hand, when the
この際、第1のプロジェクター26aの結像位置はパネル面からずれているため、第1のプロジェクター26aの視域LE1,RE1に投影される3D画像はボケ画像となっている。第1のプロジェクター26aの視域LE1,RE1は、2Dプロジェクター26cの視域DEよりも上方、例えば術者48の頭部の上方に配置されるため、2Dプロジェクター26cの視域DEによる2D観察を妨げない。
At this time, since the imaging position of the
従って、本実施形態の立体観察装置14は第2実施形態の効果に加えて次の効果を奏する。第1のプロジェクター26aの左右視域LE1,RE1と2Dプロジェクター26cの視域DEとは略鉛直方向に並設され、パネル33を回転操作することにより、鉛直方向に上下移動させることが可能である。このため、パネル33を回転操作することにより、術者48は立ち位置を変化させずに、第1のプロジェクター26aの左右視域LE1,RE1と2Dプロジェクター26cの視域DEとを左右眼48L,48R近傍に配置して3D観察と2D観察とを選択的に行うこと可能となっている。即ち、3D観察と2D観察との切替が容易になっている。
Therefore, the
また、パネル33の回転角度を第1のプロジェクター26aの反射中心光軸R1と第2のプロジェクター26bの反射中心光軸R2とのなす角の1/2に規制している。このため、パネル33の回転角度が、第1のプロジェクター26aの左右視域LE1,RE1と2Dプロジェクター26cの視域DEとを切替えるために必要な最小限の角度範囲に規制されている。
Further, the rotation angle of the
次に、本出願の他の特徴的な技術事項を下記の通り付記する。
記
(付記項1)左右一対の射出瞳を通して同一平面上に互いに視差を有する2つの画像を略一致させて結像する第1の画像投影手段と、入射光束を拡散して透過する作用を有し前記第1の画像投影手段の結像位置またはその近傍に配置されるホログラム型回折光学素子と、前記ホログラム型回折光学素子を透過した拡散光束を反射して集光する作用を有するフレネル凹面鏡と、前記ホログラム型回折光学素子と前記フレネル凹面鏡の保持手段と、前記第1の画像投影手段の結像位置と同一平面上に結像する第2の画像投影手段を備えたことを特徴とする立体観察装置。
Next, other characteristic technical matters of the present application are appended as follows.
Record
(Additional Item 1) First image projecting means for forming two images having parallax substantially on the same plane through a pair of left and right exit pupils, and having an action of diffusing and transmitting an incident light beam A hologram type diffractive optical element disposed at or near the imaging position of the first image projecting means, and a Fresnel concave mirror having an action of reflecting and condensing the diffused light beam transmitted through the hologram type diffractive optical element; Stereoscopic observation characterized by comprising: a holding means for the hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror; and a second image projection means for forming an image on the same plane as the imaging position of the first image projection means. apparatus.
(付記項2)左右一対の射出瞳を通して同一平面上に互いに視差を有する2つの画像を略一致させて結像する第1の画像投影手段と、入射光束を拡散して透過する作用を有し前記第1の画像投影手段の結像位置またはその近傍に配置されるホログラム型回折光学素子と、前記ホログラム型回折光学素子を透過した拡散光束を反射して集光する作用を有するフレネル凹面鏡と、前記ホログラム型回折光学素子と前記フレネル凹面鏡の保持手段と、前記ホログラム型回折光学素子と同一平面上に結像する第2の画像投影手段を備えたことを特徴とする立体観察装置。 (Additional Item 2) First image projecting means that forms two images having parallax substantially on the same plane through a pair of left and right exit pupils, and has a function of diffusing and transmitting an incident light beam A hologram type diffractive optical element disposed at or near the imaging position of the first image projecting means, and a Fresnel concave mirror having an action of reflecting and condensing the diffused light beam transmitted through the hologram type diffractive optical element; A stereoscopic observation apparatus comprising: a holding unit for the hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror; and a second image projecting unit that forms an image on the same plane as the hologram type diffractive optical element.
(付記項3)前記第2の画像投影手段は前記第1の画像投影手段と同じ構成であることを特徴とする付記項1又は2の立体観察装置。 (Additional Item 3) The stereoscopic observation apparatus according to Additional Item 1 or 2, wherein the second image projecting unit has the same configuration as the first image projecting unit.
(付記項4)前記第2の画像投影手段は一対の射出瞳を通して同一平面上に互いに視差を有する2つの画像を略一致させて前記第1の画像投影手段の結像位置に結像することを特徴とする付記項3の立体観察装置。 (Additional Item 4) The second image projecting unit forms two images having parallax with each other on the same plane through a pair of exit pupils so as to form an image at the imaging position of the first image projecting unit. The three-dimensional observation device according to additional item 3, characterized by:
(付記項5)前記第2の画像投影手段は一対の射出瞳を通して前記ホログラム型回折光学素子上に互いに視差を有する2つの画像を略一致させて結像することを特徴とする付記項3の立体観察装置。 (Additional Item 5) The second image projecting unit forms two images having parallax substantially coincide with each other on the hologram type diffractive optical element through a pair of exit pupils. Stereoscopic observation device.
(付記項6)前記第2の画像投影手段の一対の投影光軸の交点は、前記第1の画像投影手段の一対の投影光軸の交点と一致していることを特徴とする付記項3乃至5のいずれか1の立体観察装置。 (Additional Item 6) An additional point of the pair of projection optical axes of the second image projection unit coincides with an intersection point of the pair of projection optical axes of the first image projection unit. The stereoscopic observation apparatus of any one of thru | or 5.
(付記項7)前記第2の画像投影手段は1つの射出瞳を有していることを特徴とする付記項1又は2の立体観察装置。 (Additional Item 7) The stereoscopic observation apparatus according to Additional Item 1 or 2, wherein the second image projection unit has one exit pupil.
(付記項8)前記第2の画像投影手段から投影され前記フレネル凹面鏡により反射される反射投影画像の画角は、前記第1の画像投影手段から投影され前記フレネル凹面鏡により反射される反射投影画像の画角よりも大きいことを特徴とする付記項7の立体観察装置。 (Additional Item 8) The angle of view of the reflection projection image projected from the second image projection unit and reflected by the Fresnel concave mirror is reflected by the reflection projection image projected from the first image projection unit and reflected by the Fresnel concave mirror. The stereoscopic observation apparatus according to additional item 7, wherein the stereoscopic observation apparatus is larger than the angle of view.
(付記項9)前記第2の画像投影手段は、前記第1の画像投影手段の左右一対の射出瞳に対して、少なくてもその2つの瞳を外接する瞳面積以上の大きさを備えていることを特徴とする付記項7又は8の立体観察装置。
(Additional Item 9) The second image projection unit has at least a size larger than a pupil area circumscribing the two pupils with respect to the pair of left and right exit pupils of the first image projection unit. Item 3. The stereoscopic observation apparatus according to
(付記項10)前記第2の画像投影手段の投影光軸は、前記第1の画像投影手段の一対の投影光軸の交点を通ることを特徴とする付記項7、8、又は、10の立体観察装置。
(Additional Item 10) In the
(付記項11)前記保持手段は、前記第1の画像投影手段と前記第2の画像投影手段から投射されフレネル凹面鏡によって反射投影される夫々の反射光軸方向を略一致するように配置切替可能な前記ホログラム型回折光学素子と前記フレネル凹面鏡の角度変更手段を備えていることを特徴とする付記項1、3、4、7、8、又は、9の立体観察装置。
(Additional Item 11) The holding means is switchable so that the directions of the reflected optical axes projected from the first image projecting means and the second image projecting means and reflected and projected by the Fresnel concave mirror substantially coincide with each other. The stereoscopic observation apparatus according to
(付記項12)前記保持手段は、前記第1の画像投影手段の光軸と前記第2の画像投影手段による光軸の交点を通り、前記第1の画像投影手段と前記第2の画像投影手段の両方の光軸が含まれる面に垂直な軸を中心に回転軸を有していることを特徴とする付記項1、3、4、7、8、9、又は、11の立体観察装置。
(Additional Item 12) The holding means passes through the intersection of the optical axis of the first image projection means and the optical axis of the second image projection means, and passes through the first image projection means and the second image projection. The stereoscopic observation apparatus according to
(付記項13)前記保持手段は、前記回転軸の回転角度規制手段を有していることを特徴とする付記項12の立体観察装置。 (Additional Item 13) The stereoscopic observation apparatus according to Additional Item 12, wherein the holding unit includes a rotation angle regulating unit for the rotation shaft.
(付記項14)前記回転角度規制手段は、前記第1の画像投影手段と前記第2の画像投影手段の前記フレネル凹面鏡に対する投影角度の1/2の角度に規制した角度変更手段であることを特徴とする付記項13の立体観察装置。 (Additional Item 14) The rotation angle restricting means is an angle changing means that restricts the angle of projection of the first image projecting means and the second image projecting means to a half of the projection angle with respect to the Fresnel concave mirror. The three-dimensional observation device according to Additional Item 13, which is a feature.
(付記項15)前記第2の画像投影手段は前記第1の画像投影手段の左右上下いずれかに配置されると共に、前記フレネル凹面鏡によって集光され形成される前記第1の画像投影手段の前記一対の射出瞳と共役な位置に配置される投影瞳の範囲外に前記第2の画像投影手段による投影瞳が配置されることを特徴とする付記項1乃至14のいずれか1の立体観察装置。 (Additional Item 15) The second image projecting unit is arranged on either the left, right, upper, or lower side of the first image projecting unit, and is condensed and formed by the Fresnel concave mirror. The stereoscopic observation apparatus according to any one of Additional Items 1 to 14, wherein a projection pupil by the second image projection unit is disposed outside a range of a projection pupil disposed at a position conjugate with the pair of exit pupils. .
本発明は、単一のパネルを用いた、視域の拡大、複数人による観察、画像ソースに応じた最適な観察形態の提供を可能にする、3D観察用の特殊眼鏡を用いないで3D観察可能な立体観察装置を提供する。 The present invention enables a 3D observation without using special glasses for 3D observation, which enables a viewing area to be enlarged, observation by a plurality of persons, and provision of an optimal observation form according to an image source using a single panel. A possible stereoscopic observation apparatus is provided.
14…立体観察装置、26a…第1の画像投影手段、26b…第2の画像投影手段、28L,28R,30L,30R、30C…射出瞳、34…ホログラム型回折光学素子、35…フレネル凹面鏡。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
少なくとも1つの射出瞳を介して前記第1の画像投影手段の結像位置の近傍に少なくとも1つの画像を結像する第2の画像投影手段と、
前記第1及び第2の画像投影手段の結像位置を含むように配置され、入射光束を拡散して透過するホログラム型回折光学素子と、
前記ホログラム型回折光学素子を透過した拡散光束を反射して集光するフレネル凹面鏡と、
を具備することを特徴とする立体観察装置。 First image projecting means for imaging two images having parallax with each other on substantially the same plane through a pair of exit pupils;
Second image projection means for imaging at least one image in the vicinity of the imaging position of the first image projection means via at least one exit pupil;
A holographic diffractive optical element disposed so as to include the imaging positions of the first and second image projecting means, and diffusing and transmitting an incident light beam;
A Fresnel concave mirror that reflects and condenses the diffused light beam transmitted through the hologram type diffractive optical element;
A stereoscopic observation apparatus comprising:
前記第2の画像投影手段の一対の射出瞳を介する一対の投影光軸は交点を有し、
前記第1の画像投影手段の前記交点と前記第2の画像投影手段の前記交点とは、互いに略一致する、
ことを特徴とする請求項2に記載の立体観察装置。 A pair of projection optical axes through a pair of exit pupils of the first image projection means have intersections;
A pair of projection optical axes through a pair of exit pupils of the second image projection means have intersections;
The intersection of the first image projection means and the intersection of the second image projection means substantially coincide with each other;
The stereoscopic observation apparatus according to claim 2, wherein:
前記第2の画像投影手段の前記1つの射出瞳を介する投影中心光軸は、前記第1の画像投影手段の前記交点を略通ることを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1に記載の立体観察装置。 A pair of projection optical axes through a pair of exit pupils of the first image projection means have intersections;
The projection center optical axis through the one exit pupil of the second image projecting unit substantially passes through the intersection point of the first image projecting unit. Stereoscopic observation device.
少なくとも1つの射出瞳を介して前記第1の画像投影手段の結像位置の近傍に少なくとも1つの画像を結像する第2の画像投影手段と、
前記第1及び第2の画像投影手段の結像位置を含んで配置され、入射光束を拡散して透過するホログラム型回折光学素子と、
前記ホログラム型回折光学素子を透過した拡散光束を反射して集光するフレネル凹面鏡と、
前記ホログラム型回折光学素子及び前記フレネル凹面鏡を保持する保持手段と、
を具備することを特徴とする立体観察装置。 First image projecting means for imaging two images having parallax with each other on substantially the same plane through a pair of exit pupils;
Second image projection means for imaging at least one image in the vicinity of the imaging position of the first image projection means via at least one exit pupil;
A holographic diffractive optical element disposed including the imaging positions of the first and second image projecting means and diffusing and transmitting an incident light beam;
A Fresnel concave mirror that reflects and condenses the diffused light beam transmitted through the hologram type diffractive optical element;
Holding means for holding the hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror;
A stereoscopic observation apparatus comprising:
前記第1の角度における前記第1の画像投影手段の反射中心光軸と、前記第2の角度における前記第2の画像投影手段の反射中心光軸とは、略一致している、
ことを特徴とする請求項9に記載の立体観察装置。 The angle changing means can switch the hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror between a first angle and a second angle,
The reflection center optical axis of the first image projection means at the first angle and the reflection center optical axis of the second image projection means at the second angle substantially coincide with each other.
The three-dimensional observation apparatus according to claim 9.
前記角度変更手段は、前記交点を略通り、前記第1の画像投影手段の投影中心光軸と前記第2の画像投影手段の投影中心光軸とを含む面に略直交する回転軸を有し、
前記ホログラム型回折光学素子及び前記フレネル凹面鏡は、前記回転軸を中心として回転される、
ことを特徴とする請求項9に記載の立体観察装置。 The projection center optical axis of the first image projection means and the projection center optical axis of the second image projection means have an intersection,
The angle changing unit has a rotation axis that substantially passes through the intersection point and is substantially orthogonal to a plane including the projection center optical axis of the first image projection unit and the projection center optical axis of the second image projection unit. ,
The hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror are rotated around the rotation axis.
The three-dimensional observation apparatus according to claim 9.
ことを特徴とする請求項11に記載の立体観察装置。 The angle changing means includes a rotation angle restricting means for restricting a rotation angle of the hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror around the rotation axis.
The three-dimensional observation apparatus according to claim 11.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005036480A JP2006221085A (en) | 2005-02-14 | 2005-02-14 | Stereoscopic observation device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005036480A JP2006221085A (en) | 2005-02-14 | 2005-02-14 | Stereoscopic observation device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006221085A true JP2006221085A (en) | 2006-08-24 |
Family
ID=36983442
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005036480A Pending JP2006221085A (en) | 2005-02-14 | 2005-02-14 | Stereoscopic observation device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006221085A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009054709A2 (en) * | 2007-10-22 | 2009-04-30 | Uab 'geola Digital' | Method for spatial images stream's observation and system implementing thereof |
JP2011180177A (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Equos Research Co Ltd | Head-up display apparatus |
JP2011180351A (en) * | 2010-03-01 | 2011-09-15 | Equos Research Co Ltd | Head-up display apparatus |
JP2013257584A (en) * | 2013-08-01 | 2013-12-26 | Equos Research Co Ltd | Head-up display device |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1082970A (en) * | 1996-06-04 | 1998-03-31 | Xenotech Res Pty Ltd | Video display system for many |
JP2001108939A (en) * | 1999-10-07 | 2001-04-20 | Hitachi Ltd | Picture display device and screen |
JP2003215496A (en) * | 2002-01-22 | 2003-07-30 | Olympus Optical Co Ltd | Device and system for stereoscopic observation |
JP2004226958A (en) * | 2003-01-21 | 2004-08-12 | Olympus Corp | Stereoscopic observation device |
JP2004301876A (en) * | 2003-03-28 | 2004-10-28 | Olympus Corp | Projection optical device |
-
2005
- 2005-02-14 JP JP2005036480A patent/JP2006221085A/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1082970A (en) * | 1996-06-04 | 1998-03-31 | Xenotech Res Pty Ltd | Video display system for many |
JP2001108939A (en) * | 1999-10-07 | 2001-04-20 | Hitachi Ltd | Picture display device and screen |
JP2003215496A (en) * | 2002-01-22 | 2003-07-30 | Olympus Optical Co Ltd | Device and system for stereoscopic observation |
JP2004226958A (en) * | 2003-01-21 | 2004-08-12 | Olympus Corp | Stereoscopic observation device |
JP2004301876A (en) * | 2003-03-28 | 2004-10-28 | Olympus Corp | Projection optical device |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009054709A2 (en) * | 2007-10-22 | 2009-04-30 | Uab 'geola Digital' | Method for spatial images stream's observation and system implementing thereof |
WO2009054709A3 (en) * | 2007-10-22 | 2009-07-30 | Uab Geola Digital | Method for spatial images stream's observation and system implementing thereof |
LT5591B (en) | 2007-10-22 | 2009-08-25 | Uab "Geola Digital", , | Method and system for observation of flow spatial images |
JP2011180177A (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Equos Research Co Ltd | Head-up display apparatus |
JP2011180351A (en) * | 2010-03-01 | 2011-09-15 | Equos Research Co Ltd | Head-up display apparatus |
JP2013257584A (en) * | 2013-08-01 | 2013-12-26 | Equos Research Co Ltd | Head-up display device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4721981B2 (en) | Stereo microscope | |
US20110080536A1 (en) | Stereoscopic image display apparatus | |
CN110088664A (en) | Wearable display for the observation of nearly eye | |
JP2001117049A (en) | Stereoscopic observation device and electronic picture display device | |
JP2001208979A (en) | Stereoscopic microscope | |
JP3756561B2 (en) | Stereo microscope structure | |
JP5378474B2 (en) | Vision test device | |
JP2022536860A (en) | Wearable display for near-eye viewing with extended beam | |
JPH0554087B2 (en) | ||
JP4225816B2 (en) | Projection optical device | |
JP2023543219A (en) | two-person surgical microscope | |
JP4674094B2 (en) | Stereoscopic observation device | |
JP2006221085A (en) | Stereoscopic observation device | |
US20050030622A1 (en) | Three-dimensional observation apparatus | |
JP3785539B2 (en) | Wide viewing area retinal projection display system | |
JP6538466B2 (en) | Ophthalmic microscope | |
JP4370215B2 (en) | Projection display device | |
US7088504B2 (en) | Surgical microscope | |
JP2023542384A (en) | Microsurgical aid device | |
JP3709921B2 (en) | Image providing method and image providing apparatus for patients with eye diseases | |
WO2020095445A1 (en) | Microscope | |
JPWO2020196637A1 (en) | Image relay device and image projection system | |
JP2000338416A (en) | Stereoscopic view microscope | |
JP2000338412A (en) | Stereoscopic viewing microscope | |
WO2019059314A1 (en) | Image display device and image display system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071213 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20101228 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110104 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110426 |