JP2007014580A - 立体観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外科手術において、主術者と手術協力者との相互の意思の疎通や状況の把握に最適な位置関係となる位置で、主術者と手術協力者とが、作業スペースを極力確保でき、かつ、眼への負担を極力軽減しながら、ほぼ同時に観察することのできる立体観察装置を提供する。
【解決手段】互いに視差を有する２つの画像を撮像する撮像手段１と、撮像した２つの画像を投影する投影手段２１と、２つの画像を観察者の左右の眼に導くための結像手段を有する表示パネル２２とを備えた立体観察装置において、投影手段２１からの投影光を異なる光路に向けて分割する光路分割手段２３を備え、表示パネル２２が、対向配置された２つの結像手段２２ａ，２２ｂを有し、光路分割手段２３を介して分割された夫々の光路を通る投影画像が、結像手段２２ａ，２２ｂを介して、対向位置に位置する夫々の観察者の眼に導かれるように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、外科手術において主術者と手術協力者とが細部を拡大観察するために使用する立体観察装置に関する。

従来、観察対象に対して互いに視差を有する２つの画像を撮像し、撮像した夫々の画像を観察者の左右の眼に導くことにより、観察者が観察対象の拡大像を立体的に観察することができるようにした立体観察システムが知られている。立体観察システムは、医療分野において注目されており、特に、細かい術部の観察下で繊細かつ高度な技術での処置を行うことが求められる、内視鏡や実体顕微鏡を用いた外科手術に採用されている。

ところで、立体観察システムを用いた外科手術において、術者に繊細な手術の技術を十分に発揮させるには、術者に与える疲労を極力軽減することが必要である。

しかるに、従来一般の内視鏡下での外科手術に使用される立体観察システムは、内視鏡で撮像された画像が、手術室内の患者から離れた位置に設置されたモニタに表示され、術者が、このモニタに表示された内視鏡画像上の手術部位と、術者自らが操作する手術器具とを見ながら手術を行うように構成されている。この場合、術者は、手術を受けている患者の手術部位の方向に体を向けながら、顔だけをモニタに向けて作業を行わなければならず、無理な体勢を強いられ、疲労が生じやすくなる。この疲労の発生を抑えるためには、術者の顔が患者に対して正面（術者が患者と正対して術部を見る方向）を向いた姿勢でモニタに表示された画像を観察できるようにすることが望まれる。

また、外科手術を円滑に行うためには、手術を行う主術者以外に、その手術を補佐する助手、麻酔医、及び看護士等の手術協力者とが連携をとり合いながら手術を進める必要がある。このためには、手術の際に、主術者と手術協力者が無理な体勢を強いられることなく、夫々、相互の状況を把握できる位置に位置できるようにすることが重要である。また、主術者だけでなく手術協力者も、主術者が手術を行っている術部の拡大像を観察することができるようにすることが必要である。

しかるに、従来、複数の観察者が観察可能な立体観察装置としては、例えば、次の特許文献１〜３に開示のものが提案されている。
特開平08-146348号公報 特開2003-207743号公報 特開2004-337247号公報

特許文献１に記載の装置は、投影手段からの左眼用及び右眼用の投影画像を２方向に分解するプリズム列手段を表示パネルに備えることによって、１つの表示面に対して、２名の観察者が横に並んだ状態で投影画像を観察することができるように構成されている（特許文献１の図９参照）。

また、特許文献２に記載の装置は、左眼用及び右眼用の投影光学系を備えた投影装置と表示パネルとの組を対向配置することによって、２名の観察者が対向位置で観察することができるように構成されている（特許文献２の図１９参照）。

また、特許文献３に記載の装置は、左眼用及び右眼用の投影光学系を備えた投影装置と、投影装置からの投影光を２方向に分割する分割手段を備えるとともに、この分割手段で２方向に分割された投影光を対向位置に位置する観察者に向けて夫々反射する２つの表示パネルを夫々観察者の顔面近傍に配置することによって、一つの投影装置を共用しながら２名の観察者が対向位置で観察することができるように構成されている（例えば、特許文献３の図９，１０参照）。

上述したように、外科手術において、手術を円滑に行うためには、主術者と手術協力者とが適切な位置関係となることが重要である。例えば、一般に、脳神経外科、耳鼻咽喉科、眼科での顕微鏡下の手術では、主術者に対して手術協力者が９０°側方に配置された位置関係、また、整形外科、形成外科での顕微鏡下の手術や、腹腔鏡下の手術では、主術者に対して手術協力者が対向配置された位置関係が、適切な位置関係となる。そして、外科手術においては、主術者と助手とが同じ側から表示パネルを観察するような位置関係はならない。

しかるに、特許文献１に記載の装置は、上述したように、２名の観察者が横に並んで観察する構成であるため、外科手術に適さない。
この点、特許文献２，３に記載の装置であれば、２名の観察者が対向位置で立体観察できるように構成されているので、主術者に対して手術協力者が対向配置された位置関係の外科手術において適用できる。
しかし、特許文献２に記載の装置は、観察者ごとに投影装置及び表示パネルの組が夫々独立して構成されているため、装置全体が大型化し、手術室における作業スペースが大きく狭められてしまう。このため、手術がしにくくなる上、姿勢や位置を変える自由度が少なく疲労し易くなってしまう。

また、特許文献３に記載の装置は、２名の観察者に対して一つの投影装置を共用してはいるものの、表示パネルを夫々の観察者の顔面近傍に配置しているため、手術室における特に術部周辺の作業スペースが狭められてしまう上、表示パネルから観察者までの距離が短くなり、観察者の眼にかかる負担が大きくなってしまう。

このように、特許文献２，３に記載の観察装置は、主術者と手術協力者との相互の意思の疎通や状況の把握に最適な位置関係が対向位置となる外科手術に使用することができるものの、表示パネルを観察する主術者と手術協力者の眼が疲れ易くなる上、作業スペースが狭められてしまい、効率よく手術をすることができなかった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、外科手術において、主術者と手術協力者との相互の意思の疎通や状況の把握に最適な位置関係となる位置で、主術者と手術協力者とが、作業スペースを極力確保でき、かつ、眼への負担を極力軽減しながら、ほぼ同時に観察することのできる立体観察装置を提供する。

上記目的を達成するため、本発明による立体観察装置は、互いに視差を有する２つの画像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により得られた２つの画像を投影する投影手段と、前記２つの画像を観察者の左右の眼に導くための結像手段を有する表示パネルとを備えた立体観察装置において、前記投影手段からの投影光を異なる光路に向けて分割するための光路分割手段を備え、前記表示パネルが、対向配置された２つの前記結像手段を有し、前記光路分割手段を介して分割された夫々の光路を通る投影画像が、前記表示パネルの夫々異なる前記結像手段を介して、対向位置に位置する夫々の観察者の眼に導かれるようにしたことを特徴としている。

また、本発明の立体観察装置においては、前記光路分割手段が、前記投影手段から前記表示パネルに至る途中の光路上に配置され、前記光路分割手段を介して分割された夫々の光路を通る投影光を前記表示パネルの夫々異なる前記結像手段に導くための導光部材を有し、さらに、前記表示パネルが、両面ミラーを２つの前記結像手段で挟むように備えているのが好ましい。

また、本発明の立体観察装置においては、前記光路分割手段が、２つの前記結像手段の間に配置され、前記表示パネルの一方の面に入射した投影画像が、前記光路分割手段、及び２つの前記結像手段を介して、対向位置に位置する夫々の観察者の眼に導かれるようにするのが好ましい。

また、本発明の立体観察装置においては、２つの前記結像手段が、互いに傾斜して対向配置され、前記光路分割手段が、一方の前記結像手段における他方の前記結像手段側の面に設けられたハーフミラーで構成され、さらに、前記ハーフミラーを透過した光を他方の前記結像手段に向けて反射するミラーを有するのが好ましい。

また、本発明の立体観察装置においては、前記光路分割手段が、入射光に対して反射作用と透過作用とを時分割で切換える光学特性切換手段で構成されているのが好ましい。

本発明によれば、外科手術において、主術者と手術協力者との相互の意思の疎通や状況の把握に最適な位置関係となる位置で、主術者と手術協力者とが、作業スペースを極力確保でき、かつ、眼への負担を極力軽減しながら、ほぼ同時に観察することのできる立体観察装置が得られる。

第一実施形態
図１は本発明の第一実施形態にかかる立体観察装置の説明図であり、(a)は装置全体の概略構成図、(b)は表示パネルの構成を示す拡大断面図である。なお、便宜上、図１では、観察者の眼は片方のみ示してある。
本発明の立体観察装置は、立体画像撮像装置１と、立体画像表示装置２を有して構成されている。
立体画像撮像装置１は、左眼用及び右眼用撮像光学系を備えた実体顕微鏡あるいは立体内視鏡で構成されており、互いに視差を有する左眼用及び右眼用の画像を撮像することができるようになっている。
立体画像表示装置２は、立体画像撮像装置１を介して撮像された左眼用及び右眼用の画像を投影するための画像投影装置２１と、光路分割手段２３と、導光部材２４と、表示パネル２２を有している。

また、立体画像撮像装置１には、術部の観察像を電子画像として拡大３次元画像を撮像するための左右一対の、ＣＣＤなどからなる撮像素子（図示省略）を備えた観察光学系が内蔵されている。

左右一対の撮像素子は、図１において図示省略したカメラコントローラに内蔵された左右一対のＣＣＵ（カメラコントロールユニット）にそれぞれ接続されている。また、左右一対のＣＣＵは、それぞれからの信号が後述する画像投影装置２１の左眼用及び右眼用の画像表示素子に別個に入力されるように、画像投影装置２１に接続されている。

画像投影装置２１は、左眼用及び右眼用の画像投影光学系２１Ｌ，２１Ｒを有している。
左眼用及び右眼用の画像投影光学系２１Ｌ，２１Ｒは、それぞれ左右のＣＣＵからの信号を画像として表示する画像表示素子と、投影レンズを有している。そして、それぞれの射出光軸が画像表示パネル２２の表示面の中心Ｓ１，Ｓ２で一致するように配置されており、左眼用及び右眼用の画像投影光学系２１Ｌ，２１Ｒからのそれぞれの観察像を一致させて画像表示パネル２２上に投影するようになっている。

表示パネル２２は、図１(b)に示すように、対向配置された２つのフレネルレンズ２２ａ，２２ｂと、２つのフレネルレンズ２２ａ，２２ｂに挟まれた両面ミラー２２ｃを有して構成されている。
フレネルレンズ２２ａ，２２ｂは、結像手段としての機能を有し、左眼用及び右眼用の画像投影光学系２１Ｌ，２１Ｒからの投影画像を観察者の左右の眼の位置に導くように構成されている。
そして、画像投影装置２１の左眼用及び右眼用の投影光学系２１Ｌ，２１Ｒの射出瞳が、表示パネル２２のフレネルレンズにより、表示パネル２２の表示面の中心Ｓ１，Ｓ２から所定の距離、離れた位置に拡大され、左右に分離された状態で形成されるようになっている。
そして、左右の射出瞳内に観察者の左右の眼が入るようにすることにより、表示パネル２２を見ている第一の観察者の左眼（第二の観察者の場合は右眼）には、左眼用の画像投影光学系２１Ｌからの観察像が導かれ、第一の観察者の右眼（第二の観察者の場合は左眼）には、右眼用の画像投影光学系２１Ｒからの観察像が導かれる。
その結果、左眼用及び右眼用の画像投影光学系２１Ｌ，２１Ｒから表示パネル２２に投影された観察像が、観察者によって３Ｄ（立体）観察されるようになっている。

光路分割手段２３は、ハーフミラーで構成されている。
導光手段２４は、ミラー２４ａ，２４ｂと、ミラー２４ｃとで構成されている。ミラー２４ａ，２４ｂは、ハーフミラー２３の透過側光路に配置されている。ミラー２４ｃは、ハーフミラー２３の反射側光路に配置されている。
そして、ミラー２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、ハーフミラー２３を介して分割された夫々の光路を通る投影光を表示パネル２２の夫々異なるフレネルレンズ２２ａ，２２ｂに導くように配置されている。

このように構成された第一実施形態の立体観察装置では、立体画像撮像装置１を介して互いに視差を有する左眼用及び右眼用の術部の画像を撮像する。立体画像撮像装置１を介して撮像された左眼用及び右眼用の画像は、図示省略したＣＣＵを経て、立体画像表示装置２の画像投影装置２１の左眼用及び右眼用の画像投影光学系２１Ｌ，２１Ｒから投影され、ハーフミラー２３を介して２つの光路に分割される。

ハーフミラー２３を透過した光は、ミラー２４ａ，２４ｂで反射されて、表示パネル２２のフレネルレンズ２２ａに入射する。フレネルレンズ２２ａに入射した光は、フレネルレンズ２２ａの内部を通って両面ミラー２２ｃのミラー面で反射されて再びフレネルレンズ２２ａの内部を通り、第一の観察者（ここでは、主術者）に向かって射出される。射出された光は、第一の観察者の左右の眼の位置において左眼用及び右眼用の射出瞳を形成する。これにより、第一の観察者は、術部を立体観察することができる。

一方、ハーフミラー２３で反射された光は、ミラー２４ｃで反射されて、表示パネル２２のフレネルレンズ２２ｂに入射する。フレネルレンズ２２ｂに入射した光は、フレネルレンズ２２ｂの内部を通って両面ミラー２２ｃのミラー面で反射されて再びフレネルレンズ２２ｃの内部を通り、第一の観察者と対向位置に位置する第二の観察者（ここでは、助手等の手術協力者）に向かって射出される。射出された光は、第二の観察者の左右の眼の位置において左眼用及び右眼用の射出瞳を形成する。これにより、第二の観察者は、術部を立体観察することができる。

このように、第一実施形態の立体観察装置によれば、ハーフミラー２３を介して分割された夫々の光路を通る投影画像が、表示パネル２２の夫々異なる結像手段として対向配置されたフレネルレンズ２２ａ，２２ｂを介して、対向位置に位置する夫々の観察者の眼に導かれるようにしたので、互いに対向位置に位置する第一及び第二の観察者（主術者及び手術協力者）は、術部の画像を同時に立体観察することができる。

このとき、第一実施形態の立体観察装置によれば、表示パネル２２を、両面ミラー２２ｃを２つのフレネルレンズ２２ａ，２２ｂで挟むようにして構成したので、表示パネル２２を極力薄肉化できる。このため、術部周辺の作業スペースを極力広くとることができるとともに、表示パネル２２から対向位置に位置する夫々の観察者の眼までの距離として、観察者の眼に過大な負担をかけない程度の適切な距離を十分に確保することができる。

第二実施形態
図２は本発明の第二実施形態にかかる立体観察装置の説明図であり、(a)は立体画像表示装置の概略構成図、(b)は表示パネルの構成を示す拡大断面図である。なお、第二実施形態の立体観察装置における立体画像撮像装置の構成は、第一実施形態と同じであるので、図示を省略している。
第二実施形態の立体観察装置は、立体画像表示装置２における表示パネル２２’が、フレネルレンズ２２ａ’，２２ｂ’と、ハーフミラー２３’と、ミラー２４ｃ’を有して構成されている。
フレネルレンズ２２ａ’，２２ｂ’は、互いに傾斜して対向配置されている。ハーフミラー２３’は、フレネルレンズ２２ａ’におけるフレネルレンズ２２ｂ’側の面に設けられている。ミラー２４ｃ’は、ハーフミラー２３’を透過した光をフレネルレンズ２２ｂ’に向けて反射するように配置されている。
そして、第二実施形態の立体観察装置では、画像投影装置２１の左眼用及び右眼用の画像投影光学系２１Ｌ，２１Ｒからの投影光を、直接、表示パネル２２’のフレネルレンズ２２ａ’に入射させるようになっている。また、ハーフミラー２３’が本発明における光路分割手段として機能するようになっている。

このように構成された第二実施形態の立体観察装置では、立体画像表示装置２の画像投影装置２１の左眼用及び右眼用の画像投影光学系２１Ｌ，２１Ｒから投影された光は、表示パネル２２’のフレネルレンズ２２ａ’に入射する。フレネルレンズ２２ａ’に入射した光は、フレネルレンズ２２ａ’の内部を通ってハーフミラー２３’を介して２つの光路に分割される。

ハーフミラー２３’で反射された光は、フレネルレンズ２２ａ’の内部を通り、第一の観察者（ここでは、主術者）に向かって射出される。射出された光は、第一の観察者の左右の眼の位置において左眼用及び右眼用の射出瞳を形成する。これにより、第一の観察者は、術部を立体観察することができる。

一方、ハーフミラー２３'を透過した光は、ミラー２４ｃ'で反射されて、表示パネル２２’のフレネルレンズ２２ｂ’に入射する。フレネルレンズ２２ｂ’に入射した光は、フレネルレンズ２２ｂ’の内部を通り、第一の観察者と対向位置に位置する第二の観察者（ここでは、助手等の手術協力者）に向かって射出される。射出された光は、第二の観察者の左右の眼の位置において左眼用及び右眼用の射出瞳を形成する。これにより、第二の観察者は、術部を立体観察することができる。

このように、第二実施形態の立体観察装置によれば、ハーフミラー２３’を介して分割された夫々の光路を通る投影画像が、表示パネル２２’の夫々異なる結像手段として傾斜をつけて対向配置されたフレネルレンズ２２ａ’，２２ｂ’を介して、対向位置に位置する夫々の観察者の眼に導かれるようにしたので、互いに対向位置に位置する第一及び第二の観察者（主術者及び手術協力者）は、術部の画像を同時に立体観察することができる。

このとき、第二実施形態の立体観察装置によれば、互いに傾斜して対向配置された２つのフレネルレンズ２２ａ’，２２ｂ’の間において、光路分割手段としてのハーフミラー２３’をフレネルレンズ２２ａ’におけるフレネルレンズ２２ｂ’側の面に設けるとともに、ミラー２４ｃ’をハーフミラー２３’を透過した光をフレネルレンズ２２ｂ’に向けて反射するように配置したので、表示パネル２２’の一方の側からのみ投影光を入射させても表示パネル２２’の両側で対向する観察者に投影画像を導くことができる。このため、画像投影装置２１から表示パネル２２’までの構成を最大限に簡素化でき、装置全体を省スペース化できる。また、表示パネル２２’において、結像手段（フレネルレンズ２２ａ’，２２ｂ’）、光路分割手段（ハーフミラー２３’）、導光手段（ミラー２４ｃ’）を一体的に構成できるので、表示パネル２２’から対向位置に位置する観察者の眼までの距離として、観察者の眼に過大な負担をかけない程度の適切な距離を確保することができる。

第三実施形態
図３は本発明の第三実施形態にかかる立体観察装置の概略構成を示す説明図である。なお、第三実施形態の立体観察装置における立体画像撮像装置の構成は、第一実施形態と同じである。
第三実施形態の立体観察装置は、立体画像表示装置２における表示パネル２２”が、互いに対向配置された結像手段としてのフレネルレンズ２２ａ，２２ｂと、フレネルレンズ２２ａ，２２ｂの間に挟まれるように配置された液晶シャッタ２５を有して構成されている。
液晶シャッタ２５は、入射光に対して透過作用と反射作用とを時分割で切換える機能を備えており、本発明における光路分割手段として機能する。また、液晶シャッタ２５には、画像処理部２６が接続されている。画像処理部２６は、液晶シャッタ２５の透過作用と反射作用の切換えに同期して、画像投影装置２１で投影する画像の向きを反転させる機能を備えている。
なお、画像処理部２６は、図示省略したコンピュータ等の制御部に備えられている。そして、液晶シャッタ２５の時分割での切換駆動制御、及び液晶シャッタ２５の切換えに同期した画像処理部２６の駆動制御は、図示省略したコンピュータ等の制御部が行うように構成されている。さらに、第三実施形態の立体観察装置は、制御部を介した画像処理部２６の駆動による画像の反転駆動の向きを選択できるスイッチ（図示省略）を備えている。

このように構成された第三実施形態の立体観察装置では、立体画像撮像装置１を介して互いに視差を有する左眼用及び右眼用の術部の画像を撮像する。なお、ここでは、符号Ｉ０に示す状態の術部を挟んで、互いに対向位置に主術者と手術協力者とが位置しているものとする。立体画像撮像装置１を介して撮像された左眼用及び右眼用の画像は、図示省略したコンピュータ等の制御部に設けられたＣＣＵを経て、立体画像表示装置２の画像投影装置２１の左眼用及び右眼用の画像投影光学系２１Ｌ，２１Ｒから投影される。
画像投影装置２１の左眼用及び右眼用の画像投影光学系２１Ｌ，２１Ｒから投影された光は、表示パネル２２”のフレネルレンズ２２ａに入射する。フレネルレンズ２２ａに入射した光は、フレネルレンズ２２ａの内部を通って液晶シャッタ２５に入射する。
ここで、液晶シャッタ２５が反射状態に切換えられているときには、画像投影光学系２１Ｌ，２ＩＲの各画像表示素子には、液晶シャッタ２５の切換えに同期して画像処理部２６を介して符号Ｉ１で示す向きの画像が表示されている。液晶シャッタ２５に入射した光は、液晶シャッタ２５で反射されて、再びフレネルレンズ２２ａに入射し、フレネルレンズ２２ａの内部を通って主術者に向かって射出される。射出された光は、観察者の左右の眼の位置において左眼用及び右眼用の射出瞳を形成する。これにより、観察者は術部を立体観察することができる。このとき、主術者に観察される術部の像は符号Ｉ３で示す向きとなる。

一方、液晶シャッタ２５が透過状態に切換えられているときには、画像投影光学系２１Ｌ，２ＩＲの各画像表示素子には、液晶シャッタ２５の切換えに同期して画像処理部２６を介して符号Ｉ２で示す向きの画像が表示される。液晶シャッタ２５に入射した光は、液晶シャッタ２５を透過して、フレネルレンズ２２ｂに入射し、フレネルレンズ２２ｂの内部を通って手術協力者に向かって射出される。射出された光は、観察者の左右の眼の位置において左眼用及び右眼用の射出瞳を形成する。これにより、観察者は術部を立体観察することができる。このとき、手術協力者に観察される術部の像は符号Ｉ４で示す向きとなる。
ここで、制御部を介した液晶シャッタ２５による反射、透過の切換、及びその切換に同期した画像処理部２６による画像表示素子に表示させる画像Ｉ１と画像Ｉ２との切換は、非常に短いサイクルで繰り返される。このため、対向位置に位置する夫々の観察者の眼には、表示パネル２２”の両面に術部の画像が連続的に投影されているように感じさせることができる。このため、互いに対向位置に位置する第一及び第二の観察者（主術者及び手術協力者）は、術部の画像を実質的に同時に立体観察することができる。

このとき、第三実施形態の立体観察装置によれば、表示パネル２２”を、液晶シャッタ２５を２つのフレネルレンズ２２ａ，２２ｂに挟むようにして構成したので、第一実施形態の立体観察装置と同様に、表示パネル２２”を極力薄肉化できる。このため、術部周辺の作業スペースを広くとることができ、表示パネル２２”から対向位置に位置する夫々の観察者の眼までの距離として、観察者の眼に過大な負担をかけない程度の適切な距離を十分に確保することができる。しかも、第三実施形態の立体観察装置によれば、対向配置された２つのフレネルレンズ２２ａ，２２ｂの間に、光路分割手段としての液晶シャッタ２５を配置したので、表示パネル２２”の一方の側からのみ投影光を入射させても表示パネル２２”の両側で対向する観察者に投影画像を導くことができる。このため、第二実施形態の立体観察装置と同様に、画像投影装置２１から表示パネル２２”までの構成を最大限に簡素化でき、装置全体を省スペース化できる。

なお、主術者と対向位置に位置する手術協力者に、主術者が観察している方向と同じ方向からの画像を観察させたほうが、手術位置での術部の位置関係や主術者の技術を理解させ易い。このため、教育用途として、主術者が観察している方向と同じ方向からの画像を観察できるようにすることが望まれる場合がある。
そのような場合には、第三実施形態の立体観察装置における図示しないスイッチを介して、液晶シャッタ２５の透過状態に切換えられたときの制御部を介した画像処理部２６の駆動による画像の反転駆動の向きが符号Ｉ２’に示す向きになるように選択する。
そのようにすれば、液晶シャッタの透過作用と反射作用の切換えに同期して、画像処理部２６の駆動により画像が符号Ｉ２’に示す向きと符号Ｉ１に示す向きとに反転駆動されて、左眼用及び右眼用の画像表示素子に表示されるので、手術協力者は、主術者と同じ手術位置からみた向きの画像を観察することができる。

以上、本発明の立体観察装置の各実施形態について説明したが、これらの各実施形態の立体観察装置は、主術者と手術協力者とが対向位置に位置するのが最適な位置関係となる外科手術において有効である。
ところで、外科手術においては、上述したように、主術者に対して手術協力者が９０°側方に位置するのが最適な位置関係となる手術がある。
しかしながら、特許文献１〜３に記載の装置を含めて、従来、主術者に対して手術協力者が９０°側方に位置する位置関係において、主術者と手術協力者とが、術部の画像を同時観察することができる立体観察装置は存在しない。このため、主術者に対して手術協力者が９０°側方に位置するのが最適な位置関係となる手術においては、手術協力者は、表示パネルを観察するために、無理な位置、姿勢を強いられて、疲労の度合いが大きかった。
そこで、本件出願人は、主術者に対して手術協力者が９０°側方に位置する位置関係において、主術者と手術協力者とが、術部の画像を同時観察することができるようにするために、次の参考例に示すような立体観察装置を導出した。

第一参考例
図４は第一参考例にかかる立体観察装置の概略構成図である。
第一参考例の立体観察装置は、立体画像撮像装置１と、立体画像表示装置２を有して構成されている。
立体画像撮像装置１は、第一実施形態と同様、左眼用及び右眼用撮像光学系を備えた実体顕微鏡あるいは立体内視鏡で構成されており、互いに視差を有する左眼用及び右眼用の画像を撮像することができるようになっている。
立体画像表示装置２は、立体画像撮像装置１を介して撮像された左眼用及び右眼用の画像を投影するための画像投影装置２１と、偏光板２７Ｌ，２７Ｒと、表示パネル２２”’と、偏光スクリーン２８を有している。
画像投影装置２１は、第一実施形態と同様に構成されている。
偏光板２７Ｌ，２７Ｒは、画像投影装置２１の左眼用及び右眼用の投影光学系の出射光軸上に配置され、互いに位相が９０°異なる直線偏光成分のみを透過する特性を有している。
表示パネル２２”’は、フレネルレンズ２２ａ”と、その裏面に設けられた光路分割手段としてのハーフミラー２３”とで構成されている。
フレネルレンズ２２ａ”は、結像手段としての機能を有し、ハーフミラー２３”で反射され２つの投影画像を第一の観察者の左右の眼ＥＬ１，ＥＲ１に導くように構成されている。
偏光スクリーン２８は、ハーフミラー２３”を透過した２つの投影光のうち、いずれか一方の投影光の直線偏光成分と同じ位相の偏光特性を有しており、入射した２つの投影光のうち同じ位相の偏光特性を持つ光を反射して、第一の観察者に対して９０°側方に位置する第二の観察者の眼ＥＬ２，ＥＲ２に導くように構成されている。

このように構成された第一参考例の立体観察装置では、画像投影装置２１からの２つの投影光は、それぞれ対応する偏光板２７Ｌ，２７Ｒを通過することにより互いに位相が９０°異なる偏光となって、表示パネル２２”’に入射する。表示パネル２２”’に入射した２つの投影光は、フレネルレンズ２２ａ”に入射し、フレネルレンズ２２ａ”の内部を通り、ハーフミラー２３”を一部の光が透過し、残りの光が反射される。ハーフミラー２３”で反射された光は、再びフレネルレンズの内部を通り、第一の観察者（ここでは、主術者）に向かって射出される。射出された光は、第一の観察者の左右の眼ＥＬ１，ＥＲ１の位置において左眼用及び右眼用の射出瞳を形成する。これにより、第一の観察者は、術部を立体観察することができる。

一方、ハーフミラー２３”を透過した光は、偏光スクリーン２８に入射する。偏光スクリーン２８に入射した２つの投影光のうち、偏光スクリーン２８と位相が同じ光が、偏光スクリーン２８で反射されて、第一の観察者に対して９０°側方に位置する第二の観察者（ここでは、助手等の手術協力者）に向かって射出される。射出された光は、２次元画像として第二の観察者の左右の眼ＥＬ２，ＥＲ２の位置において射出瞳を形成する。これにより、第二の観察者は、術部を２次元観察することができる。

従って、第一参考例の立体観察装置によれば、主術者に対して９０°側方に位置する第二の観察者は、術部の２次元画像を主術者の立体画像観察と同時に観察することができる。

第二参考例
図５は第二参考例にかかる立体観察装置の概略構成図である。立体画像撮像装置の構成は、第一実施形態と同様であるので図示を省略してある。
第二参考例の立体観察装置１は、立体画像表示装置２が、立体画像撮像装置１を介して撮像された左眼用及び右眼用の画像を投影するための画像投影装置２１と、表示パネル２２””と、光路分割手段としてのハーフミラー２３”’と、導光手段してのミラー２４ｃ１’，２４ｃ２’と、スクリーン２８’と、画像回転手段としてのローテータプリズム２９と、スクリーン回動手段（図示省略）を有して構成されている。

表示パネル２２””は、フレネルレンズ２２ａ”’の背面にミラー２２ｂ”’を備えて構成されている。
ハーフミラー２３”’は、画像投影装置２１からの２つの投影光の光路のうち、一方の光路上に配置されている。
ミラー２４ｃ１’，２４ｃ２’は、ハーフミラー２３”’で反射された光をスクリーン２８’に向けて偏向するように配置されている。
スクリーン２８’は、入射された２次元の投影画像を第二の観察者（ここでは手術協力者）の眼ＥＬ２，ＥＲ２に導くように構成されている。また、スクリーン２８’は、図示省略したスクリーン回動手段を介して、ハーフミラー２３”’を介して分割された光路における光軸Ｏ１を中心としてミラー２４ｃ１’，２４ｃ２’、ローテータプリズム２９とともに回動可能に保持されるとともに、光軸Ｏ２を中心として単独で回動可能に保持されている。
ローテータプリズム２９は、ミラー２４ｃ２’とスクリーン２８’との間に配置され、スクリーン２８’の回動に伴う投影画像の回転を補正する機能を備えている。
さらに、第二参考例の立体観察装置では、スクリーン２８’の回動方向及び回動量を検出する検出手段（図示省略）と、スクリーン２８’の回動に同期してローテータプリズム２９を所定量回動させる駆動制御手段（図示省略）を備えている。

このように構成された第二参考例の立体観察装置では、画像投影装置２１からの２つの投影光のうち、一方の光路を通る投影光は、ハーフミラー２３”’に入射する。
ハーフミラー２３”’を透過した光は、画像投影装置２１からの２つの投影光のうち、他方の光路を通る投影光とともに、表示パネル２２””のフレネルレンズ２２ａ”’に入射する。フレネルレンズ２２ａ”’に入射した光は、フレネルレンズ２２ａ”’の内部を通り、ミラー２２ｂ”’で反射されて、再びフレネルレンズ２２ａ”’の内部を通り、第一の観察者（ここでは、主術者）に向かって射出される。射出された光は、第一の観察者の左右の眼ＥＬ１，ＥＬ２の位置において左眼用及び右眼用の射出瞳を形成する。これにより、第一の観察者は術部を立体観察することができる。

一方、ハーフミラー２３”’で反射された光は、ミラー２４ｃ１’，２４ｃ２’で反射されて、ローテータプリズム２９を通り、スクリーン２８’に入射する。スクリーン２８’に入射した光は、スクリーン２８’で反射されて、第一の観察者に対して９０°側方に位置する第二の観察者（ここでは、助手等の手術協力者）に向かって射出される。射出された光は、２次元画像として第二の観察者の眼ＥＬ２，ＥＲ２の位置において射出瞳を形成する。これにより、第二の観察者は術部を２次元観察することができる。

従って、第二参考例の立体観察装置によれば、第一参考例と同様、主術者に対して９０°側方に位置する第二の観察者は、術部の２次元画像を主術者の立体画像観察と同時に観察することができる。

さらに、第二参考例の立体観察装置によれば、第一の観察者の側方に位置する第二の観察者の位置の移動に応じて、図示省略したスクリーン回動手段を介して、スクリーン２８’を、光軸Ｏ１を中心としてミラー２４ｃ１’，２４ｃ２’、ローテータプリズム２９とともに回動させたり、光軸Ｏ２を中心として単独で回動させることができる。
このとき、観察する２次元画像が回転することになるが、スクリーン２８’を軸Ｏ１，又は軸Ｏ２を中心に回動させたときには、図示省略した検出手段を介して、回動方向及び回動量を検出し、さらに、図示省略した駆動制御手段を介して、検出手段で検出された情報に基づいてローテータプリズム２９を所定方向に所定量回動して、スクリーン２８’の回動に伴う投影画像の回転が補正される。
このため、第二参考例の立体観察装置によれば、主術者の側方に位置する手術協力者の観察位置の自由度を大きくとることができる。

以上、説明したように、本発明の立体観察装置は、特許請求の範囲に記載した発明の他に、次のような特徴を備えている。

（１）互いに視差を有する２つの画像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により得られた２つの画像を投影する投影手段と、前記２つの画像を第一の観察者の左右の眼に導くための結像手段を有する表示パネルとを備えた立体観察装置において、前記投影手段からの２つの投影光のうち少なくとも一方の光を異なる光路に向けて分割するための分割手段と、前記光路分割手段を介して分割された一方の光路を通る投影画像を前記第一の観察者の側方に位置する第二の観察者の眼に導く表示スクリーンを備えたことを特徴とする立体観察装置。

（２）前記光路分割手段が、前記表示パネルに設けられていることを特徴とする上記（１）に記載の立体観察装置。

（３）前記光路分割手段が、前記投影手段からの２つの投影光を、２つの光路に向けて分割するように構成され、さらに、前記光路分割手段を介して分割された他方の光路を通る２つの投影光のうち前記一方の投影光のみを抽出するための投影画像選択手段を有することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の立体観察装置。

（４）前記投影画像選択手段が、前記投影手段の２つの投影光の出射部近傍に夫々設けられた、互いに位相が９０°異なる２つの偏光板と、前記光路分割手段を介して分割された他方の光路上に配置された、前記２つの偏光板のうちの一方と同じ位相の偏光スクリーンとで構成されていることを特徴とする上記（３）に記載の立体観察装置。

（５）前記光路分割手段が、前記投影手段と前記表示パネルとの間において、前記投影手段からの２つの投影光のうち一方の光を、２つの光路に向けて分割するように構成されるとともに、前記光路分割手段を介して分割された一方の光路を通る投影光を前記スクリーンに導く導光手段を有し、前記スクリーンが、前記光路分割手段を介して分割された一方の光路の光軸を中心に回動可能に保持され、さらに、前記スクリーンの回動に伴う投影画像の回転を補正するための画像回転手段を有することを特徴とする上記（１）に記載の立体観察装置。

（６）前記光学特性切換手段の切換に同期して、前記投影手段で投影する画像の向きを反転させる投影画像反転制御手段を備えたことを特徴とする請求項５に記載の立体観察装置。

本発明の立体観察装置は、特に手術において術部の拡大観察画像を表示する観察装置を複数人で使用する脳神経外科、眼科、整形外科等において有用である。

本発明の第一実施形態にかかる立体観察装置の説明図であり、(a)は装置全体の概略構成図、(b)は表示パネルの構成を示す拡大断面図である。 本発明の第二実施形態にかかる立体観察装置の説明図であり、(a)は立体画像表示装置の概略構成図、(b)は表示パネルの構成を示す拡大断面図である。 本発明の第三実施形態にかかる立体観察装置の概略構成を示す説明図である。 第一参考例にかかる立体観察装置の概略構成図である。 第二参考例にかかる立体観察装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 立体画像撮像装置
２ 立体画像表示装置
２１Ｌ 左眼用画像投影光学系
２１Ｒ 右眼用画像投影光学系
２２，２２’，２２”，２２”’，２２”” 表示パネル
２２ａ，２２ｂ，２２ａ’，２２ｂ’，２２ａ” フレネルレンズ
２２ｃ 両面ミラー
２３，２３’，２３”，２３”’ 光路分割手段（ハーフミラー）
２４ 導光手段
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｃ’，２４ｃ１’，２４ｃ２’ ミラー
２５ 液晶シャッタ
２６ 画像処理部
２７Ｌ，２７Ｒ 偏光板
２８ 偏光スクリーン
２８’ スクリーン
２９ ローテータプリズム

Claims (5)

1. 互いに視差を有する２つの画像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により得られた２つの画像を投影する投影手段と、前記２つの画像を観察者の左右の眼に導くための結像手段を有する表示パネルとを備えた立体観察装置において、
   前記投影手段からの投影光を異なる光路に向けて分割するための光路分割手段を備え、
   前記表示パネルが、対向配置された２つの前記結像手段を有し、
   前記光路分割手段を介して分割された夫々の光路を通る投影画像が、前記表示パネルの夫々異なる前記結像手段を介して、対向位置に位置する夫々の観察者の眼に導かれるようにしたことを特徴とする立体観察装置。
2. 前記光路分割手段が、前記投影手段から前記表示パネルに至る途中の光路上に配置され、
   前記光路分割手段を介して分割された夫々の光路を通る投影光を前記表示パネルの夫々異なる前記結像手段に導くための導光部材を有し、さらに、
   前記表示パネルが、両面ミラーを２つの前記結像手段で挟むように備えていることを特徴とする請求項１に記載の立体観察装置。
3. 前記光路分割手段が、２つの前記結像手段の間に配置され、
   前記表示パネルの一方の面に入射した投影画像が、前記光路分割手段、及び２つの前記結像手段を介して、対向位置に位置する夫々の観察者の眼に導かれるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の立体観察装置。
4. ２つの前記結像手段が、互いに傾斜して対向配置され、
   前記光路分割手段が、一方の前記結像手段における他方の前記結像手段側の面に設けられたハーフミラーで構成され、さらに、
   前記ハーフミラーを透過した光を他方の前記結像手段に向けて反射するミラーを有することを特徴とする請求項３に記載の立体観察装置。
5. 前記光路分割手段が、入射光に対して反射作用と透過作用とを時分割で切換える光学特性切換手段で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の立体観察装置。