JP3354645B2 - ステレオ撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はステレオ撮像装置、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
るためのステレオ撮像装置が周知であり、このステレオ
撮像装置では、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
ム或いはＣＣＤ（Charge Coupled Device ）等の撮像部
４，５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
ステレオ撮像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】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、左右２系統のレンズ系、撮像部を
なくして内視鏡の細径化に貢献すると同時に、小さな被
写体を良好な立体感の下に撮像できるステレオ撮像装置
を提供することにある。

【０００６】

【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撮像装置は、被写体からの像
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（ビーム）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つの直線偏光のいずれかを選
択するための偏光シャッタと、この偏光シャッタを通過
した像光に基づいて被写体を撮像する撮像手段と、上記
偏光シャッタを切換え制御すると共に、この切換えに応
じて撮像手段を駆動させる制御部と、を含んで構成した
ことを特徴とする。

【０００７】

【作用】上記の構成によれば、例えば偏光分離素子とし
てウォラストン型プリズムが直列に２個配置され、偏光
シャッタとしてＰ偏光を通過させる液晶シャッタとＳ偏
光を通過させる液晶シャッタが直列に配置される。そし
て、上記偏光分離素子では自然光がＰ偏光とＳ偏光に分
離され、このＰ偏光とＳ偏光の光束は平行光となって液
晶シャッタ側へ出射される。従って、この偏光分離素子
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
のステレオ像光を得ることが可能となる。そうして、こ
のときＰ偏光用液晶シャッタとＳ偏光用液晶シャッタが
交互に切換え制御されており、上記のＰ偏光とＳ偏光の
光束は交互に液晶シャッタを通過し、後段の撮像素子へ
導かれる。従って、ＣＣＤ等の撮像手段ではＰ偏光の光
束とＳ偏光の光束によって左右のステレオ像が交互に撮
像されることになる。

【０００８】

【実施例】図１には、実施例に係る内視鏡用のステレオ
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、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。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１００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１．４８６（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。

【０００９】図３には、この偏光プリズム１２，１３の
配置構成及び偏光した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１３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、前段の偏光プリズム１２により被写体像光２
００が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。

【００１０】従って、最終的には図示の基線長Ｄの間隔
を持ったＰ偏光とＳ偏光が得られ、この２つの偏光光束
は、基線長Ｄだけ離れた左右の位置で被写体６を捉えた
像光となるので、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、任意に設定することができる。

【００１１】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。

【００１２】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、上記液晶シャッタ駆動回路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。

【００１３】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
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、まず偏光プリズム１２ではＰ偏
光の光束とＳ偏光の光束に分離され、互に進行方向を変
えながら偏光プリズム１３へ入射される。この偏光プリ
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、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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】上記の実施例の構成によれば、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、
また偏光プリズム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という利点
がある。即ち、上述したように、偏光プリズム１２，１
３の大きさ、配置間隔、角度αを適切に選択することに
より、基線長Ｄの長さを任意に設定することができ、こ
れにより微小な被写体６に応じた小さな角度（図４のθ
2 ）で被写体６を捉えることが可能となる。

【００１７】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、２つの偏光光束に分離できる光学部材を偏光
分離素子として使用することができ、また偏光シャッタ
についても同様である。更に、上記実施例では、撮像手
段としてＣＣＤ１８を用いた例を示したが、その他の撮
像手段、例えばフィルム等を使用することもできる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
Ｐ偏光とＳ偏光に分離する偏光分離素子と、この２つの
直線偏光のいずれかを選択する偏光シャッタを設け、上
記Ｐ偏光とＳ偏光を左右の被写体像光として撮像するよ
うにしたので、左右２系統のレンズ系及び撮像部をなく
すことができ、内視鏡の細径化に貢献することが可能と
なる。しかも、内視鏡等で撮像される小さな被写体に応
じた角度で被写体を捉えることができ、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】従来のステレオ撮像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、 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
   偏光のいずれかを選択するための偏光シャッタと、この
   偏光シャッタを通過した像光に基づいて被写体を撮像す
   る撮像手段と、上記偏光シャッタを切換え制御すると共
   に、この切換えに応じて撮像手段を駆動させる制御部
   と、を含んで構成したステレオ撮像装置。