JP3035129B2 - ステレオ光学装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はステレオ光学装置、特に
内視鏡等に適用され、小さな被写体を良好に立体視する
ための構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】被写体を立体的な像として撮影、観察す
るためのステレオ光学装置が周知であり、このステレオ
光学装置では、図４に示されるように、被写体１を左右
の所定角度から捉えるために平行配置され、焦点合せが
可能な右側レンズ系２と左側レンズ系３が設けられる。
そして、この左右のレンズ系２，３の後段には、フィル
ムやＣＣＤ（Charge Coupled Device ）等の撮像部４，
５、或いは直視する場合は接眼レンズが配置される。こ
れによれば、被写体１が上記左右レンズ系２，３にて異
なる角度で捉えられ、この被写体１の像が撮像部４，５
のそれぞれの撮像面に結像することになる。従って、上
記左右レンズ系２，３により得られた像を左右の目で重
ねるようにして見れば、被写体１が立体的な像として観
察できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ステレオ光学装置を小さな被写体を撮像する内視鏡等に
用いる場合は、上述のように、左右２系統のレンズ系
２，３及び撮像部４，５を配置すると、内視鏡（スコー
プ）の径が大きくなるという問題があった。内視鏡にお
いては、光学撮像部材が配置された内視鏡自体を狭い体
腔内に挿入することから、患者に対する苦痛を低減する
ために、可能なかぎり細径化を図ることが求められる。

【０００４】また、上記左右のレンズ系２，３や撮像部
４，５を取り付ける際の構造上の限界から、両レンズ系
２，３の基線長Ｄ₀ （中心部間の幅）が長くなり、良好
なステレオ像が得られないという問題があった。即ち、
図４に示されるように、通常の被写体１の場合は左右レ
ンズ系２，３により角度θ1 で被写体１を見込めばよい
ことになるが、内視鏡では、奥行数ｍｍ〜１０ｍｍ程度
の小さい被写体６を観察対象としており、この場合も構
成上見込み角度が角度θ1 となり、立体感が不必要に誇
張されてしまうことになる。従って、内視鏡等で立体視
するには、上記左右レンズ系２，３が小さな被写体６に
応じた小さい角度θ2 で被写体６を見込む必要がある。

【０００５】そこで、本出願人は詳細は後述するが、偏
光分離素子を用いて実質的に左右位置から見込んだ被写
体像光を得ることを提案している。しかし、光学系に入
射する光の中には、特定の物体からの反射光が既に偏光
となるものがあり、この偏光が上記の偏光分離素子へ入
射すると、左右の被写体像光の明るさにアンバランスが
生じ、良好な立体視ができなくなる場合がある。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、小さな被写体に応じた見込み角度
で、しかも左右の均等な被写体像光により、小さな被写
体を良好に捉えることができるステレオ光学装置を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るステレオ光学装置は、被写体からの像
光を入力する円偏光板と、この円偏光板を通過した光を
振動方向が互に垂直となる２つの直線偏光に分離する偏
光分離素子と、この偏光分離素子の後段に配置され、分
離された２つの直線偏光を個別に取り出すための偏光選
択手段と、を含んで構成したことを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記の構成によれば、例えば円偏光板としてλ
／４波長板が配置され、偏光分離素子としてウォラスト
ン型プリズムが直列に２個配置され、偏光選択手段とし
てＰ偏光とＳ偏光のいずれかを選択するための液晶シャ
ッタや分配プリズムが配置される。そして、上記円偏光
板では被写体像光が円偏光に変換され、この円偏光に変
換された像光が偏光分離素子でＰ偏光とＳ偏光に分離さ
れる。従って、像光の一部が既に偏光していた場合であ
っても、均等な量のＰ偏光とＳ偏光が得られることにな
る。また、上記偏光分離素子により被写体像光は所定間
隔をもった２本の像光に分離されることになり、結果的
にこの所定間隔が基線長とされた左右のレンズから被写
体を見込んだときと同じ状態のステレオ像光が得られる
ことになる。その後、このＰ偏光とＳ偏光の光束は液晶
シャッタや分配プリズムにていずれかが選択され、この
２つの光束により左右のステレオ像を得ることが可能と
なる。

【０００９】

【実施例】図１には、実施例に係る内視鏡用のステレオ
光学装置を用いた撮像装置を上側から見た構成が示され
ており、図において被写体６を捉える前置レンズ１０の
後段に、円偏光板としてλ／４位相板１１が配置され
る。このλ／４位相板１１は、互に垂直方向に振動する
直線偏光の間に１／４波長の光路差を生じさせる厚さか
らなり、物体から反射された直線偏光を円偏光に変換す
ることができる。このλ／４位相板１１の後段には、偏
光分離素子として２個のウォラストン型の偏光プリズム
１２，１３が配置される。即ち、このウォラストン型の
偏光プリズム１２，１３の構成は、図２に示されてお
り、複屈折の性質を持つ方解石等が用いられ、この方解
石等をその光学軸と平行の面で切り出して、図示の直角
プリズムＡ，Ｂが形成される。そして、この直角プリズ
ムＡ，Ｂは、斜面部で上下を反対にしながら接合され
（図のプリズムＡ，Ｂは垂直方向にずらせてある）、こ
の直角プリズムＡ，Ｂの光学軸が、撮像装置の光軸１０
０に対し垂直となるように配置し、この状態で、例えば
一方の直角プリズムＡの垂直方向の屈折率が１．６５８
（ｎ1 ）、水平方向の屈折率が１．４８６（ｎ2 ）とな
り、他方の直角プリズムＢの垂直方向の屈折率が１．４
８６（ｎ2 ）、水平方向の屈折率が１．６５８（ｎ1 ）
となるように構成する。なお、この図２の偏光プリズム
１２，１３は両者とも光軸１００に対して同じ向きで配
置される。

【００１０】図３には、上記λ／４位相板１１及び偏光
プリズム１２，１３の配置構成及び主光線の軌跡が示さ
れており、実施例では直角プリズムＡ，Ｂは、図示の角
度αが４５度で形成される。また、前段の偏光プリズム
１２の長さ：プリズム間の長さ：後段の偏光プリズム１
３の長さの比が、所定の分離幅（基線長Ｄ）を定めるた
めに、２：１：２となるように設定、配置される。この
ような構成によれば、被写体像光２００の中の直線偏光
はλ／４位相板により円偏光となって偏光プリズム１２
へ出射され、その後に被写体像光２００は前段の偏光プ
リズム１２の接合部で、実線で示されるＰ偏光（振動方
向が入射面内の直線偏光）と点線で示されるＳ偏光（振
動方向がＰ偏光と垂直になる直線偏光）に分離され、後
段の偏光プリズム１３により所定の間隔まで広がったＰ
偏光とＳ偏光が光軸１００に平行に導かれる。

【００１１】即ち、偏光プリズム１２,１３によって、
図３に示されるようにＳ偏光は光軸１００からΔ1 だけ
光学系をシフトさせて観察したのと同等となり、Ｐ偏光
は光軸１００からΔ2 だけ光学系をシフトさせて観察し
たのと同等となる。従って、このＰ偏光とＳ偏光の光束
は、基線長Ｄだけ離れた左右の位置で被写体６を捉えた
像光となり、このＰ偏光とＳ偏光の２つの光束により立
体視が可能となる。なお、上記基線長Ｄは直角プリズム
Ａ，Ｂの上記角度αを変えること、或いは偏光プリズム
１２，１３の大きさ、或いは配置間隔を変えることによ
って、任意に設定できる。これにより、微小な被写体６
に応じた小さな角度（図４のθ2 ）で被写体６を捉える
ことが可能となる。

【００１２】図１において、上記偏光プリズム１２，１
３の後段には、偏光シャッタとしてＰ偏光用液晶シャッ
タ１４及びＳ偏光用液晶シャッタ１５が配置され、この
液晶シャッタ１４，１５を駆動する液晶シャッタ駆動回
路１６が設けられる。これらの液晶シャッタ１４，１５
は、電圧の印加により複屈折性が生じ、このとき前段の
Ｐ偏光用液晶シャッタ１４はＰ偏光を通過させ、後段の
Ｓ偏光用液晶シャッタ１５は上記Ｐ偏光に直交するＳ偏
光を通過させ、一方印加電圧の解除により全ての光を通
過させるように構成される。

【００１３】上記液晶シャッタ１４，１５の後段には、
結像レンズ１７を介して撮像素子であるＣＣＤ１８が配
置され、このＣＣＤ１８の後段に、画像信号を処理しか
つこの画像情報を記憶する画像記録部２０が接続され
る。そして、上記液晶ＣＣＤ駆動回路１６、ＣＣＤ１
８、画像記録部２０を制御すると共に、装置全体を制御
する制御回路２１が設けられている。

【００１４】このような実施例によれば、被観察体内の
小さな被写体の像光２００が、前置レンズ１０を介して
円偏光板１１へ入射すると、像光２００に含まれる直線
偏光は円偏光に変換される。その後、像光２００が偏光
プリズム１２，１３へ入射すると、図３の主光線の軌跡
で示されるように、偏光プリズム１２にてＰ偏光の光束
とＳ偏光の光束に分離されることになり、上記λ／４位
相板１１で円偏光とされた光も、均等にＰ偏光とＳ偏光
に分離される。そして、偏光プリズム１３では、広がる
ようにして入射したＰ偏光の光束とＳ偏光の光束が光軸
１００に平行状態となって出射され、これによって基線
長Ｄの間隔を持った２つの光束が得られることになる。

【００１５】このとき、液晶シャッタ１４，１５では液
晶シャッタ駆動回路１６のオン、オフ制御によって、互
に直交する状態の偏光面が交互に切換え動作されてお
り、Ｐ偏光用液晶シャッタ１４がオン、Ｓ偏光用液晶シ
ャッタ１５がオフのとき、Ｐ偏光光束のみが通過し、Ｐ
偏光用液晶シャッタ１４がオフ、Ｓ偏光用液晶シャッタ
１５がオンのとき、Ｓ偏光光束のみが通過する。このＰ
偏光及びＳ偏光の光束は、結像レンズ１７を介してＣＣ
Ｄ１８へ供給され、これによりＣＣＤ１８の撮像面にＰ
偏光光束による被写体像と、Ｓ偏光光束による被写体像
が交互に結像することになる。

【００１６】そして、このＣＣＤ１８で得られたＰ偏光
光束とＳ偏光光束による２つの画像信号は、制御回路２
１の制御によって左右の画像信号として別個に画像処理
され、その後に画像記録部２０へ記録される。実施例で
は、Ｐ偏光光束により形成された画像信号が左側の画像
信号、Ｓ偏光光束により形成された画像信号が右側の画
像信号となる。従って、これらの左右の画像信号に基づ
いて左右の画面等に被写体像を表示し、これを左右の目
で重ねるようにして見れば、被観察体内の像を立体的に
観察することができる。

【００１７】上記の実施例の構成によれば、λ／４位相
板１１によって特定の物質から反射した直線偏光が一旦
円偏光に変換され、再度直線偏光に変換されるので、均
等な量のＰ偏光とＳ偏光が得られ、バランスのとれた明
るさのステレオ画像により良好な立体視が得られること
になる。しかも、偏光プリズム１２，１３にて左右へ光
束を分離するので、被写体６を見込む角度を小さくでき
る。また、実施例では偏光選択手段として偏光シャッタ
１４，１５を用い、かつ一つのＣＣＤ１８にて撮像する
構造としたので、従来使用していた左右２系統のレンズ
系及び撮像部が不要となり、内視鏡の細系化に貢献でき
る利点がある。

【００１８】上記実施例では、偏光分離素子としてウォ
ラストン型の偏光プリズム１２，１３を用いたが、これ
に限らず、他の偏光分離素子を用いることができる。ま
た、偏光選択手段として偏光シャッタ１４，１５を用い
たが、偏光プリズム等からなる分配プリズムを設け、例
えばこの分配プリズムにより上記Ｐ偏光とＳ偏光を左右
に配置された接眼レンズへ導き、この接眼レンズを介し
てステレオ像を直視観察できるように構成することが可
能である。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
直線偏光を円偏光へ変換する円偏光素子と、入射光をＰ
偏光とＳ偏光に分離する偏光分離素子と、この２つの直
線偏光を個別に取り出す偏光選択手段を設け、被写体像
光中に含まれる直線偏光を一旦円偏光に変換した後に、
この被写体像光をＰ偏光とＳ偏光に分離し、これを左右
の被写体像光としたので、特定物体から反射された直線
偏光による左右像の明るさのアンバランスをなくした上
で、小さな被写体を良好に捉えることができ、誇張され
ない良好な立体感を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るステレオ光学装置を適用
した撮像装置の構成を上側から見た図である。

【図２】実施例の偏光プリズムの構成を示す斜視図であ
る。

【図３】実施例の円偏光板及び偏光プリズムの配置状態
及びＰ偏光及びＳ偏光の軌跡（主光線）を示す上面図で
ある。

【図４】従来のステレオ光学装置の概略構成を示す上面
図である。

【符号の説明】

１，６ … 被写体、 １１ … λ／４位相板、 １２，１３ … 偏光分離素子としての偏光プリズム １４ … Ｐ偏光用液晶シャッタ、 １５ … Ｓ偏光用液晶シャッタ、 １６ … 液晶シャッタ駆動回路、 １８ … ＣＣＤ、 Ａ，Ｂ … 直角プリズム。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体からの像光を入力する円偏光板
   と、この円偏光板を通過した光を振動方向が互に垂直と
   なる２つの直線偏光に分離する偏光分離素子と、この偏
   光分離素子の後段に配置され、分離された２つの直線偏
   光を個別に取り出すための偏光選択手段と、を含んで構
   成したステレオ光学装置。