JP3226361B2 - 立体視硬性内視鏡 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、観察部位を立体的に観
察できるようにした立体視硬性内視鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】細長の挿入部を体腔内等に挿入して、直
接目視できない被検部位を観察することのできる内視鏡
装置が広く用いられている。通常の内視鏡装置では、被
検部位を遠近感のない平面としてしか見ることができな
いため、例えば体腔壁表面の微細な凹凸等を観察するこ
とが困難であり、内視鏡観察による診断や各種処置が容
易にできない不具合があった。

【０００３】そこで、複数の観察光学系を並列に設け、
これらの光学系の光軸がなす輻輳角を設定して視差を持
つように観察光学系を配置し、観察部位を立体視するこ
とができるようにした立体視内視鏡装置が従来より提案
されている。

【０００４】このような立体視内視鏡装置として、例え
ば特開昭５７−６９８３９号公報等には、内視鏡の挿入
部に一対の像伝送光学系を内設し、この像伝送光学系の
先端側に一対の対物光学系を設けると共に、手元操作部
側に一対の接眼光学系を設け、前記一対の対物光学系と
観察対象点とのなす輻輳角を調整して観察部位を立体的
に見えるようにした装置が提案されている。

【０００５】立体視内視鏡において、左右の画像それぞ
れに少しでも像の歪みがあると、平面の画像がもり上が
ったり、凹んで見えたりしてしまい、正しい立体感のあ
る画像が得られない。よって、正常な立体視を行うため
には、光学系において像の歪みが発生しないようにする
必要がある。

【０００６】一方、観察している部位が被写体全体の中
のどの辺りであるかを知るためには、ある程度広角の光
学系が必要である。ところが、広角の光学系の場合は、
設計上において、および製造上においても、像の周辺で
歪みが生じてしまう。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、正常な
立体視を行うためには、光学系において左右それぞれの
像の歪みが発生しないようにする必要があるが、広角の
光学系を有する立体視内視鏡では、設計上および製造上
において像の周辺で歪みが生じてしまい、正常な立体視
ができない問題点があった。

【０００８】このため、正常な立体視を行うには広角の
光学系を用いることができず、視野の狭い観察像しか得
られなくなり、一方、広い視野を得るために広角の光学
系を用いると、像の周辺部の歪みによって正常な立体感
が得られない。従って、観察している部位が被写体全体
の中のどの辺りであるかを知るために、ある程度広角の
視野が得られ、しかも注目している観察部位においては
正常な立体視が可能な立体視内視鏡が必要となる。

【０００９】本発明は、これらの事情に鑑みてなされた
もので、ある程度広角の視野を得て被写体全体を把握で
きると共に、目的の観察部位において正常な立体視が可
能な立体視硬性内視鏡を提供することを目的としてい
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による立体視硬性
内視鏡は、単一の光軸を持つ対物レンズ系と、該対物レ
ンズ系と同軸に配置され、前記対物レンズ系により形成
された物体像を伝達するための少なくとも一つのリレー
レンズ系と、前記リレーレンズ系の瞳位置またはその近
傍、またはそれらの共役位置に配置され、該瞳を複数に
分割する瞳分割手段と、前記リレーレンズ系を射出した
光束を受けて、前記瞳分割手段と共に複数の物体像を形
成する結像光学系と、前記各物体像を受ける撮像手段と
を備え、前記瞳分割手段よりも物体側に配置された光学
系によって、視野中心部より視野周辺部の方が瞳の重心
間隔が小さくなるようにしたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】瞳分割手段によって、視野中心部より視野周辺
部の方が瞳の重心間隔が小さくなるように、リレーレン
ズ系の瞳を複数に分割することによって、視野周辺部に
おいて立体感が弱まる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１ないし図３は本発明の第１実施例に係り、図
１は立体視硬性内視鏡の主要部の構成を示す説明図、図
２は立体視硬性内視鏡の外観構成を示す説明図、図３は
視野の位置によって変化する瞳の状態を示す作用説明図
である。

【００１３】図２に示すように、立体視硬性内視鏡１
（以下、単に内視鏡とも記す）は、細長で硬性の挿入部
２を有し、挿入部２の基端部に把持部３が連設されてい
る。把持部３からは、ケーブル４が延出しており、立体
視硬性内視鏡１はケーブル４を介して信号処理装置５に
接続されるようになっている。信号処理装置５にはＣＲ
Ｔモニタ等の表示装置６が接続されており、内視鏡１で
得られた左右２つの観察画像が信号処理装置５で処理さ
れ、表示装置６に立体視内視鏡画像として表示されるよ
うになっている。例えば、表示装置６に左右２つの画像
を交互に表示し、偏光メガネで観察することによって、
立体感のある被写体像を観察することができる。

【００１４】立体視硬性内視鏡１の光学系等を含む主要
部は図１のように構成されている。内視鏡１の先端部に
は一つの対物レンズ系１１が設けられており、対物レン
ズ系１１の後方には対物レンズ系１１で形成された被写
体像を伝達するリレーレンズ系１２が同軸的に配設され
ている。リレーレンズ系１２の後方には、第１結像レン
ズ１３および瞳分割プリズム１４が設けられており、リ
レーレンズ系１２で伝達された像を左右２つの像に分割
するようになっている。すなわち、単一の光軸を持つ対
物レンズ系１１からの像を瞳分割プリズム１４で左右の
像となるように瞳分割するようになっている。

【００１５】そして、ミラー１５，１６および第２結像
レンズ１７，１８が設けられており、瞳分割プリズム１
４で分割された光をそれぞれミラー１５，１６で反射
し、第２結像レンズ１７，１８によって結像するように
なっている。

【００１６】第２結像レンズ１７，１８の結像位置に
は、それぞれＣＣＤ等の固体撮像素子１９，２０が配設
されており、固体撮像素子１９，２０の撮像面にそれぞ
れ結像した被写体像を光電変換することによって撮像
し、撮像信号として出力するようになっている。この出
力の撮像信号が信号処理装置５に送られて、表示装置６
に表示可能なように各種画像信号処理が行われ、表示装
置６に被写体の内視鏡画像が表示されるようになってい
る。

【００１７】この立体視硬性内視鏡１の光学系におい
て、リレーレンズ系１２は等倍アフォーカルリレーレン
ズなどで構成されており、ここでは簡単のため２つのレ
ンズで示している。リレーレンズ系１２の前側のレンズ
をＬ1 、後側のレンズをＬ2 とすると、Ｌ1 の後側焦点
とＬ2 の前側焦点とが一致するように設けられている。
また、リレーレンズ系１２は、瞳２１に対して光学系配
置が前後対称であり、かつ、軸外の上側光線を蹴る作用
を持つＡの部分と、軸外の下側光線を蹴る作用を持つＢ
の部分とが瞳２１に対して対称に存在している。すなわ
ち、リレーレンズ系１２において、図中実線で示す軸上
の光線と破線で示す軸外の光線とで瞳の大きさが異なる
ように、かつ図の上下（分割すると左右に相当する）に
おける瞳の対称性が維持されるようになっている。

【００１８】また、瞳分割プリズム１４は、対物レンズ
系１１およびリレーレンズ系１２の瞳と共役な位置２
２、すなわち、絞りが設けられる位置に、像を分割する
頂点が位置するように配置されている。

【００１９】なお、瞳分割プリズム１４は、対物レンズ
系１１およびリレーレンズ系１２の瞳と共役な位置に限
らず、瞳位置またはその近傍のいずれかに配置しても良
い。

【００２０】次に、本実施例の作用について説明する。
正常な立体視を行うためには、光学系において左右それ
ぞれの像の歪みが発生しないようにする必要があるが、
観察している部位が被写体全体の中のどの辺りであるか
を認識できるように広角にすると像の周辺部で歪みが発
生し、正しい立体視ができなくなる。

【００２１】しかし、立体視が必要なのは視野中心部の
ある程度の範囲に限られ、視野周辺部では必ずしも立体
的に見える必要はない。そこで、本実施例では、像の歪
みによって正常に立体視ができない視野周辺部において
立体感が弱まるようにすることによって、視野周辺部で
の像の歪みが観察画像にあまり影響しないようにし、光
学系を広角にして広い視野を得る一方、視野中心部で正
常な立体視を可能にしている。

【００２２】瞳分割プリズム１４によって瞳を分割し、
視差のある左右２つの像として得る場合には、瞳分割位
置において視野中心部と視野周辺部とで瞳径が同じであ
り、瞳分割比が同じであれば、瞳の左右の像の重心間隔
が視野の位置によらず一定となり、立体感が視野中心部
と視野周辺部とで変わらない。

【００２３】ここで、前記重心間隔は、図３の左に示す
ように円形の瞳の場合には、分割後の一方の半円形の瞳
の重心位置と、もう一方の半円形の瞳の重心位置との間
隔で定義される。この重心間隔に応じて立体感が変化
し、重心間隔が小さくなると視差が減って像の立体感が
弱くなり、重心間隔が零の場合、すなわち２つの像の重
心が一致するとモノラルの像となる。

【００２４】本実施例では、重心間隔を視野中心部と視
野周辺部とで変化するように、すなわち視野中心部では
重心間隔が大きく、視野周辺部で重心間隔が小さくなる
ようにし、視野中心部において立体感が保ちつつ視野周
辺部では立体感が弱まるようにする。

【００２５】これを実現するために、本実施例ではリレ
ーレンズ系１２において瞳の大きさを視野周辺部で小さ
くすることによって、分割された左右の瞳の重心間隔を
変化させる。具体的には、リレーレンズ系１２の前側レ
ンズＬ1 のＡの部分で軸外の上側光線を蹴るように、ま
た、後側レンズＬ2 のＢの部分で軸外の下側光線を蹴る
ようにして、図３の右側に示すように瞳の分割線に垂直
な方向の径を小さくする。

【００２６】ここで、リレーレンズ系１２の前側レンズ
Ｌ1 と後側レンズＬ2 とは、瞳位置を挟んで対称に配置
されており、軸外光は上側と下側とが対称に蹴られる。
従って、瞳分割プリズム１４は、対物レンズ系１１およ
びリレーレンズ系１２の瞳と共役な位置に配置すれば良
い。すなわち、瞳の対称性が維持されているため、瞳分
割プリズム１４で中央を分割することによって、常に左
右対称に分割される。よって、リレーレンズ系１２の瞳
は、図３に示すように軸上，中間部，軸外で大きさが変
化し、瞳の分割線に垂直な方向の径が軸外になるに従っ
て小さくなる。これにより、分割された左右の瞳の重心
間隔は、ｄ1 ＞ｄ2 ＞ｄ3 のように視野周辺部で小さく
なる。

【００２７】このように、前記左右の瞳の重心間隔を変
化させることによって、視野周辺部において左右の像の
視差が減少し、立体感が弱まり、モノラル画像に近づ
く。

【００２８】本実施例によれば、視野位置に応じて左右
の瞳の重心間隔を変化させて視野周辺部において立体感
を弱めることができ、視野周辺部で発生しやすい像の歪
みの影響を軽減することができる。従って、視野中心部
においては正常な立体感が得られ、かつ、被写体全体を
把握できるように広い視野を持った立体視内視鏡を構成
できる。

【００２９】図４および図５は本発明の第２実施例に係
り、図４は立体視硬性内視鏡の主要部の構成を示す説明
図、図５は視野の位置によって変化する瞳の状態を示す
作用説明図である。

【００３０】第２実施例は、光学系の瞳における左右の
分割比を変更するようにした例である。

【００３１】本実施例の立体視硬性内視鏡の光学系等を
含む主要部は、図４に示すように構成されている。対物
レンズ系１１の後方には、第１実施例と異なり視野の位
置によって瞳径が変化しないリレーレンズ系３２が配設
されている。リレーレンズ系３２の後方には結像レンズ
３３が設けられ、結像レンズ３３の後方にリレーレンズ
系３２および結像レンズ３３により伝達され結像された
像を左右２つに分割する瞳分割プリズム３４が設けられ
ている。結像レンズ３３は、例えばコンペンセータ，バ
リエータ，リレーレンズを有するズームレンズ系を含ん
でおり、ここでは簡単のため１つのレンズで示してい
る。

【００３２】そして、瞳分割プリズム３４で分割された
光をそれぞれ反射するミラー１５，１６、およびミラー
１５，１６からの像を受けて撮像する固体撮像素子１
９，２０が設けられている。

【００３３】前記瞳分割プリズム３４、ミラー１５，１
６、固体撮像素子１９，２０は、一体的に移動可能な移
動ユニット３５を構成しており、光学系の瞳と共役な位
置３６（あるいは瞳位置）に対して光軸方向前後に移動
可能に設けられている。通常の状態では、例えば図４の
ように瞳位置３６より少し外れた後方に瞳分割プリズム
３４の頂点が位置するように配置されている。すなわ
ち、瞳分割プリズム３４を瞳位置３６から光軸方向に少
しずらして配置し、図中実線で示す軸上の光線と破線で
示す軸外の光線とで分割位置を変化させるようになって
いる。

【００３４】なお、瞳分割プリズム３４は光学系の瞳と
共役な位置だけでなく、瞳位置の近傍に設けても良い。

【００３５】瞳分割プリズム３４によって瞳を分割し、
視差のある左右２つの像として得る場合に、瞳分割プリ
ズム３４を対物レンズ系１１およびリレーレンズ系３２
の瞳と共役な位置に配置すると、図５の（ａ）に示すよ
うに、分割される左右の像の境界線３７ａは、視野の位
置によらず中央となり、常に左右対称に像が分割され
る。

【００３６】一方、瞳分割プリズム３４を瞳位置あるい
は瞳と共役な位置から少しずらして配置すると、図４に
示すように軸外の光は瞳分割プリズム３４へ斜めに入射
するため、瞳が中央で分割されず、図５の（ｂ）に示す
ように、分割される左右の瞳の境界線３７ｂは、視野中
心部では中央部にあるが、視野周辺部では片方（ここで
はＬ方向）に移動する。

【００３７】このように瞳の分割位置を視野の位置によ
って変化させると、視野周辺部では瞳の左右の像の光量
のバランスが大きく異なり、立体感が減少してモノラル
の像に近づく。すなわち、実質上片目で見たような像と
なる。

【００３８】従って、左右の像の分割光量比を視野中心
部で１：１に、視野周辺部でほぼ１：０に、すなわち軸
外では一方だけに光束を導くことによって、視野周辺部
において立体感を弱めることができる。なお、この分割
光量比は、左右の像の光量のバランスが大きく異なる
値、およそ１：０．３より比率が大きくなると、実質上
モノラルに近い見え方となる。

【００３９】よって、視野中心部から視野周辺部まで同
じ径の瞳を有する光学系において、瞳での分割光量比が
視野中心部では１：１に、視野周辺部では１：０．３よ
りも比率が大きくなるように、瞳分割プリズム３４を瞳
位置よりずらして配置することによって、前述のように
視野周辺部において立体感を弱めることができる。

【００４０】以上のように、本実施例では、視野位置に
応じて左右の像の分割光量比を変化させることによっ
て、第１実施例と同様に視野周辺部において立体感を弱
めることができ、視野周辺部で発生しやすい像の歪みの
影響を軽減することができる。これにより、視野中心部
においては正常な立体感が得られ、かつ、被写体全体を
把握できるように広い視野を持った立体視内視鏡を構成
できる。

【００４１】なお、光学系に、結像レンズ，フォーカシ
ングレンズ，ズームレンズ等を任意に設けても良い。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、あ
る程度広角の視野を得て被写体全体を把握できると共
に、目的の観察部位において正常な立体視が可能となる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１ないし図３は本発明の第１実施例に係り、
図１は立体視硬性内視鏡の主要部の構成を示す説明図

【図２】立体視硬性内視鏡の外観構成を示す説明図

【図３】視野の位置によって変化する瞳の状態を示す作
用説明図

【図４】図４および図５は本発明の第２実施例に係り、
図４は立体視硬性内視鏡の主要部の構成を示す説明図

【図５】視野の位置によって変化する瞳の状態を示す作
用説明図

【符号の説明】

１…立体視硬性内視鏡 １１…対物レンズ系 １２…リレーレンズ系 １３，１７，１８…結像レンズ １４…瞳分割プリズム １９，２０…固体撮像素子

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単一の光軸を持つ対物レンズ系と、 該対物レンズ系と同軸に配置され、前記対物レンズ系に
   より形成された物体像を伝達するための少なくとも一つ
   のリレーレンズ系と、 前記リレーレンズ系の瞳位置またはその近傍、またはそ
   れらの共役位置に配置され、該瞳を複数に分割する瞳分
   割手段と、 前記リレーレンズ系を射出した光束を受けて、前記瞳分
   割手段と共に複数の物体像を形成する結像光学系と、 前記各物体像を受ける撮像手段とを備え、 前記瞳分割手段よりも物体側に配置された光学系によっ
   て、視野中心部より視野周辺部の方が瞳の重心間隔が小
   さくなるようにした ことを特徴とする立体視硬性内視
   鏡。
2. 【請求項２】 単一の光軸を持つ対物レンズ系と、 該対物レンズ系と同軸に配置され、視野周辺部の瞳の大
   きさを、視野中心部の瞳に比べて小さくし、前記対物レ
   ンズ系により形成された物体像を伝達するための少なく
   とも一つのリレーレンズ系と、 前記リレーレンズ系の瞳位置またはその近傍、またはそ
   れらの共役位置に配置された瞳分割手段と、 前記リレーレンズ系を射出した光束を受けて、前記瞳分
   割手段と共に複数の物体像を形成する結像光学系と、 前記各物体像を受ける撮像手段と、 を備えたことを特徴とする立体視硬性内視鏡。
3. 【請求項３】 単一の光軸を持つ対物レンズ系と、 該対物レンズ系と同軸に配置され、前記対物レンズ系に
   より形成された物体像を伝達するための少なくとも一つ
   のリレーレンズ系と、 視野中心部と視野周辺部とで前記リレーレンズ系の瞳を
   異なる面積比で分割する瞳分割手段と、 前記リレーレンズ系を射出した光束を受けて、前記瞳分
   割手段と共に複数の物体像を形成する結像光学系と、 前記各物体像を受ける撮像手段と、 を備えたことを特徴とする立体視硬性内視鏡。
4. 【請求項４】 前記瞳分割手段は、前記リレーレンズ系
   の光軸に沿って移動可能に配置されていることを特徴と
   する請求項３記載の立体視硬性内視鏡。
5. 【請求項５】 前記リレーレンズ系によって、視野中心
   部より視野周辺部の方が瞳の重心間隔が小さくなるよう
   にしたことを特徴とする請求項１記載の立体視硬性内視
   鏡。