JP3527659B2 - 立体顕微鏡 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所定の基線長を隔
てて配置された一対の対物光学系により同一の観察対象
物の実像をそれぞれ形成し、この実像を別の光学系によ
って伝送する立体顕微鏡に、関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のビデオ型立体顕微鏡は、例え
ば、脳神経外科手術のように微細な組織を処置する際に
使用される。

【０００３】即ち、脳のように微細な組織からなる器官
は、その構造組織を肉眼で識別することが困難であるた
めに、このような器官の処置は、顕微鏡下で行わざるを
得ない。しかも、単眼の顕微鏡では組織の立体的構造を
認識することが不可能であるので、組織を立体的に拡大
観察させて正確な処置を可能とするため、このような処
置には立体顕微鏡が用いられているのである。

【０００４】このような立体顕微鏡としては、光学式の
ものとビデオ型のものがあり、何れのものも、所定の基
線長を隔てて配置された一対の対物光学系により同一の
観察対象物の実像をそれぞれ形成させる光学構成を採用
している。そして、光学式の立体顕微鏡は、一対の対物
光学系によって一旦形成された一対の実像（一次像）
を、一対の接眼レンズによってそれぞれ虚像として伝送
し、この虚像を観察者に観察せしめる。一方、ビデオ型
の立体顕微鏡は、一旦形成された一対の実像の外縁を視
野枠で区切るとともに、視野枠によって区切られた一対
の実像（一次像）を一対のリレー光学系によって夫々リ
レーし、撮像装置の撮像面上に夫々再結像させる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような構成の立体
顕微鏡においては、各対物光学系の製造誤差，又は、両
対物光学系の筐体への組み付け誤差に因り、同一の観察
対象物に対する一次像の形成位置が左右の対物光学系で
ずれてしまう事があり得る。この場合、各一次像を伝送
する接眼光学系又はリレー光学系を調整することによっ
て、最終的に撮像又は観察される像のピント状態を調整
することも考えられる。

【０００６】しかしながら、一次像以降の光学系を調整
しようとすると、最終的に得られる像の大きさ，即ち、
その光学系の倍率が、左右で相違してしまう問題を生じ
る。また、対物光学系としてズームレンズが採用された
場合には、ズーミングに伴って、最終的に得られる像の
ピントズレが生じてしまう問題も生じる。このような倍
率のズレやピントのズレといった光学系の誤差を発生さ
せないようにするには、一旦接眼光学系やリレー光学系
の調整を行った後に光学系全体の調整を行って、最終的
に得られる像のピント状態や倍率を左右で揃えなければ
ならない。従って、全体的な調整項目が煩雑となるとい
う問題をも引き起こす。

【０００７】また、ビデオ型の立体顕微鏡の場合、同一
の観察対象物に対する左右の一次像の形成位置がずれて
しまうということは、少なくとも一方の実像の形成位置
が視野絞りからずれているということである。従って、
この場合には、各リレー光学系を調整しても、観察対象
物に対するピント状態と視野枠に対するピント状態はず
れたままとなってしまう。その結果、最終的に得られる
画像の品質が劣化してしまう問題を生ずる。

【０００８】本発明は、このような問題意識に基づいて
なされたものであり、左右の対物光学系によって夫々形
成される同一の観察対象物の実像の位置を簡単な機構に
より調整することができる立体顕微鏡の提供を、課題と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
め、本発明の立体顕微鏡は、所定の物体からの物体光を
平行光として射出するクローズアップ光学系と、このク
ローズアップ光学系における異なる部分を夫々透過した
前記物体光を夫々収束させて前記物体の実像を結像させ
る一対の結像光学系とを有する立体顕微鏡であって、前
記各結像光学系を夫々保持する一対の結像光学系鏡筒
と、前記両結像光学系の光軸を互いに平行にした状態で
前記光軸方向へ位置調整可能に前記各結像光学系鏡筒を
支持する鏡筒ハウジングと、前記クローズアップ光学系
を保持しているとともに、各結像光学系の光軸を前記ク
ローズアップ光学系の光軸と平行にした状態で、前記鏡
筒ハウジングを前記光軸方向へ位置調整可能に保持する
筐体とを、備えたことを特徴とする。

【００１０】このように構成されると、両結像光学系を
保持している各結像光学系鏡筒自体が光軸方向に移動さ
れるので、その構成レンズ間の間隔を変化させることな
く、その実像の形成位置を調整することができる。従っ
て、例えば結像光学系としてズーム光学系を用いた場合
でも、ズーミングに伴うピントズレ等の問題は生じな
い。また、このように各結像光学系を保持している各結
像光学系鏡筒を光軸方向に移動させると、クローズアッ
プ光学系と各結像光学系との間の距離が変化するが、こ
のクローズアップ光学系から射出されている被写体光は
平行光であるので、これに起因する画像劣化やクローズ
アップ光学系におけるピント調整に対する影響は全くな
い。また、鏡筒ハウジングを筐体に組み込む前に、鏡筒
ハウジングに支持された各結像光学系鏡筒内の結像光学
系による結像位置を相互に一致させることができるの
で、筐体内においては、互いに一致された両結像光学系
による結像位置を一緒に移動させる調整をするだけで済
む。従って、調整作業が簡単になる。

【００１１】本発明における立体顕微鏡は、各結像光学
系によって形成された物体の実像を一対の接眼レンズに
よって拡大する光学式立体顕微鏡であっても良いし、各
結像光学系によって形成された物体の実像を一対のリレ
ー光学系によって撮像装置の撮像面上にリレーするビデ
オ型立体顕微鏡であっても良い。後者の場合には、一対
のリレー光学系によって夫々リレーされた像が重なり合
わぬように予めその一部を遮蔽するエッジを有する視野
絞りを設け、両結像位置をこの視野絞りの位置に合わせ
れば良い。

【００１２】また、本発明における結像光学系は、ズー
ム光学系であっても良いし、単焦点レンズであっても良
い。

【００１３】さらに、本発明における鏡筒ハウジングに
は、各結像光学系鏡筒を貫通させる一対の貫通口が形成
されており、各結像光学系鏡筒は、その外周面に形成さ
れた雄ネジに螺合する一対のリングが前記鏡筒ハウジン
グを挟み込むことにより、鏡筒ハウジングに対して位置
調整可能に支持されるように構成されても良い。このよ
うにすれば、各リングの各結像光学系鏡筒に対する螺着
位置を変化させるだけで、各結像光学系鏡筒の鏡筒ハウ
ジングに対する位置を容易に変化させることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。

【００１５】

【実施形態１】以下に説明する第１実施形態によるビデ
オ型立体顕微鏡（以下、単に「立体顕微鏡」という）
は、例えば脳神経外科手術の際に用いられる手術支援シ
ステムに組み込まれて使用される。この手術支援システ
ムは、立体顕微鏡によって患者の組織をビデオ撮影して
得られた立体映像（ステレオ映像）を、予め得られてい
た患部のデータに基づいて作成したＣＧ（コンピュータ
グラフィック）映像と合成して、手術者専用の立体視ビ
ューアーや他のスタッフ用のモニタ等に表示し、また、
録画装置に録画するシステムである。 （手術支援システムの全体構成） 図１は、この手術支援システムの概略を示すシステム構
成図である。この図１に示されるように、手術支援シス
テムは、立体顕微鏡１０１と、この立体顕微鏡１０１の
背面の上端近傍に取り付けられたハイビジョンＣＣＤカ
メラ１０２と、同じく下端近傍に取り付けられた顕微鏡
位置測定装置１０３と、立体顕微鏡１０１の上面に取り
付けられたカウンターウェイト１０４と、このカウンタ
ーウェイト１０４に開けられた貫通孔を貫通して立体顕
微鏡１０１の内部に導通されたライトガイドファイバ１
０５と、このライトガイドファイバ１０５を通じて立体
顕微鏡１０１に照明光を導入する光源装置１０６と、デ
ィスク装置１０７を有する手術計画用コンピュータ１０
８と、顕微鏡位置測定装置１０３及び手術計画用コンピ
ュータ１０８に接続されたリアルタイムＣＧ作成装置１
０９と、このリアルタイムＣＧ作成装置１０９及びハイ
ビジョンＣＣＤカメラ１０２に接続された画像合成装置
１１０と、この画像合成装置１１０に接続された分配器
１１１と、この分配器１１１に接続された録画装置１１
５，モニタ１１４及び立体視ビューア１１３等から、構
成されている。

【００１６】上述したディスク装置１０７には、患者Ｐ
の患部を予め様々な撮影装置で撮影することによって得
られた画像（ＣＴスキャン画像，ＭＲＩ画像，ＳＰＥＣ
Ｔ画像，血管造影画像，等）が格納されているととも
に、これらの各種画像に基づいて予め作成された患部及
び周辺組織の３次元データが格納されている。なお、こ
の３次元データは、患者の外皮又は内部組織の特定部位
に設定された基準点（マーキング等）を原点として定義
された３次元ローカル座標上で、患部及び周辺組織の形
状，大きさ及び位置を、ベクトル形式又はマップ形式で
特定するデータとなっている。

【００１７】また、上述した立体顕微鏡１０１は、その
背面に取付られたマウントを介して、第１スタンド１０
０のフリーアーム１００ａの先端に、着脱自在に固定さ
れている。従って、この立体顕微鏡１０１は、第１スタ
ンド１００のフリーアーム１００ａの先端が届く半径内
で、移動自在であるとともに、任意の向きに向くことが
できる。但し、ここでは、便宜上、立体顕微鏡１０１に
対するその被写体の向きを「下」と定義し、逆向きを
「上」と定義するものとする。

【００１８】この立体顕微鏡１０１内の光学構成につい
ては後で詳しく説明するが、その概略構成を述べると、
図２に示すように、観察対象物は、単一の光軸を持つ大
径のクローズアップ光学系２１０，及びこのクローズア
ップ光学系２１０における互いに異なる箇所を透過した
光を夫々収束させる左右一対のズーム光学系２２０，２
３０からなる対物光学系によって、左右の視野絞り２７
０，２７１の位置に、夫々、一次像として結像される。
これら左右の一次像は、左右一対のリレー光学系２４
０，２５０によってリレーされてハイビジョンＣＣＤカ
メラ１０２内に導入され、ハイビジョンサイズ（縦横の
アスペクト比＝９：１６）の撮像面を有する撮像装置と
してのＣＣＤ１１６における左右の各撮像領域（縦横の
アスペクト比＝９：８）に、夫々二次像として再結像さ
れる。この光学系におけるクローズアップ光学系２１
０，一方のズーム光学系２２０及び一方のリレー光学系
２４０は一方の撮影光学系をなし、該クローズアップ光
学系２１０，他方のズーム光学系２３０及び他方のリレ
ー光学系２５０は他方の撮影光学系をなし、併せて、所
定の基線長を隔てて配置された一対の撮影光学系をな
す。

【００１９】このような一対の撮影光学系によってＣＣ
Ｄ１１６の撮像面上における左右の各撮像領域（撮像面
における基線長の方向において区分された二つの領域）
に形成された像は、所定の基線長を隔てた二箇所から夫
々撮影した画像を左右に並べたステレオ画像と等価であ
る。そして、このＣＣＤ１１６の出力信号は、画像プロ
セッサ１１７によってハイビジョン信号として生成され
て、ハイビジョンＣＣＤカメラ１０２から画像合成装置
１１２へ向けて出力される。

【００２０】なお、この立体顕微鏡１０１内には、クロ
ーズアップ光学系２１０の焦点位置近傍に存在する観察
対象物を照明する照明光学系３００（図６参照）が内蔵
されている。そして、この照明光学系３００には、光源
装置１０６からライトガイドファイババンドル１０５介
して照明光が導入される。

【００２１】図１に戻り、立体顕微鏡１０１に取り付け
られた顕微鏡位置測定装置１０３は、クローズアップ光
学系２１０の光軸上に存在する観察対象物までの距離，
クローズアップ光学系２１０の光軸の立体的な向き，上
記基準点の位置を測定し、測定したこれら情報に基づい
て上記ローカル座標における観察対象物の位置を算出す
る。そして、これら光軸の向き及び観察対象物の位置の
情報を、リアルタイムＣＧ作成装置１０９に通知する。

【００２２】このリアルタイムＣＧ作成装置１０９は、
顕微鏡位置測定装置１０３から通知された光軸の向き及
び観察対象物の位置の情報，及び手術計画用コンピュー
タ１０８からダウンロードした３次元データに基づい
て、この光軸の向きから患部（例えば腫瘍）を立体視し
たのと等価なＣＧ画像（例えば、ワイヤフレーム画像）
をリアルタイムに生成する。このＣＧ画像は、立体顕微
鏡１０１内の光学系と同じ基線長，及び同じ被写体距離
での立体画像（ステレオ画像）として生成される。そし
て、リアルタイムＣＧ作成装置１０９は、このようにし
て生成したＣＧ画像を示すＣＧ画像信号を、随時、画像
合成装置１１０に入力する。

【００２３】この画像合成装置１１０は、ハイビジョン
ＣＣＤカメラ１０２から入力された実際の観察対象物の
ハイビジョン信号に、リアルタイムＣＧ作成装置１０９
から得られたＣＧ画像信号を、縮尺を調整してスーパー
インポーズする。このようなＣＧ画像信号のスーパーイ
ンポーズがなされたハイビジョン信号が示す画像におい
ては、実際に撮影して得られた画像中で、患部の形状，
大きさ及び位置が、ワイヤフレーム等のＣＧ画像として
示されている。このスーパーインポーズのなされたハイ
ビジョン信号は、分配器１１１によって、主術者Ｄ用の
立体視ビューワ１１３，その他の手術スタッフ用又は遠
隔地に居るアドバイザ用のモニタ１１４，及び、録画装
置１１５へ、夫々供給される。

【００２４】立体視ビューワ１１３は、第２スタンド１
１２のフリーアーム１１２ａの先端から垂下して取り付
けられている。従って、主術者Ｄが処置を施し易い姿勢
に合わせて、立体視ビューワ１１３を配置することが可
能になっている。この立体視ビューワ１１３は、図３に
示すようにハイビジョンサイズのＬＣＤパネル１２０
を、モニタとして内蔵している。このＬＣＤパネル１２
０に分配器からのハイビジョン信号による映像が表示さ
れた場合には、図４に示すように、その左半分には、Ｃ
ＣＤ１１６における左側撮像領域にて撮影された映像が
表示され、右半分には、ＣＣＤ１１６における右側撮影
領域にて撮影された映像が表示される。これら左右の映
像の境界線１２０ｃは、後述する視野絞り２７０，２７
１の位置調整如何により、ずれたり傾むいたりする。立
体視ビューワ１１３内の光路は、視野絞り２７０，２７
１が正確に調整された際における境界線１２０ｃに対し
て垂直に設置された隔壁１２１により、左右に区分けさ
れている。この隔壁１２１の両側には、夫々、ＬＣＤパ
ネル１２０側から順番に、楔プリズム１１９及び接眼レ
ンズ１１８が配置されている。この接眼レンズ１１８
は、ＬＣＤパネル１２０に表示された映像の虚像を、観
察眼Ｉの前方約１ｍ（−１ディオプトリ）の位置に拡大
して形成するレンズである。また、楔プリズム１１９
は、観察眼Ｉの輻輳角が１ｍ先に存在する物体を観察す
るのと等しい角度になるように光の進行方向を補正し、
自然な立体観察を可能としている。

【００２５】このような立体視ビューワ１１３によって
立体視される映像，又は、モニタ１１４に表示される映
像においては、上述したように、予め各種撮影装置によ
って撮影された画像に基づいて検出されていた腫瘍等の
患部の形状，大きさ及び位置を示すワイヤフレーム等の
ＣＧがスーパーインポーズされている。従って、これら
を観察している主術者Ｄ又はその他の手術スタッフは、
実際の映像中では識別が困難である患部を、容易に識別
することができる。これにより、正確且つ迅速な処置が
可能となるのである。 （立体顕微鏡の構成） 次に、上述した立体顕微鏡１０１（ハイビジョンＣＣＤ
カメラ１０２を含む）の具体的な構成を、詳細に説明す
る。この立体顕微鏡１０１は、図５の斜視図に示すよう
に、ハイビジョンＣＣＤカメラ１０２が取り付けられた
背面が扁平であり、且つ、表面（背面の反対側面）の両
側縁が面取りされた略角柱形状を有する。そして、その
上面の中央に、開口が円形の凹部１０１ａが形成されて
いる。この凹部１０１ａの中心には、ライトガイドファ
イババンドル１０５の先端が挿通固定された円筒部材で
あるガイドパイプ１２２が挿入される挿入口（図示略）
が形成されている。なお、この挿入口の開口に取り付け
られた円環状の部材（ファイバガイド挿入部）１２３
は、挿入口に挿入されたガイドパイプ１２２を固定する
チャックである。 ＜光学構成＞ 次に、立体顕微鏡１０１内の光学構成を、図６乃至図９
を参照して説明する。図６は顕微鏡光学系の全体構成を
示す斜視図、図７は側面図、図８は正面図、図９は平面
図である。

【００２６】顕微鏡光学系は、図６に示すように、被写
体の像を電子的に撮影する撮影光学系２００と、ライト
ガイドファイババンドル１０５により光源装置１０６か
ら導かれた照明光により被写体を照明する照明用光学系
３００とから構成されている。

【００２７】撮影光学系２００は、全体として、前記の
ように、左右で共用される一つのクローズアップ光学系
２１０、及び左右一対のズーム光学系２２０，２３０か
ら構成される対物光学系と、この対物光学系により形成
された被写体の一次像をリレーして被写体の二次像を形
成する左右一対のリレー光学系２４０，２５０と、これ
らのリレー光学系２４０，２５０からの被写体光を互い
に近接させる光軸間距離縮小素子としての輻輳寄せプリ
ズム２６０とを備えている。

【００２８】また、ズーム光学系２２０，２３０による
一次像の形成位置には、視野絞り２７０，２７１がそれ
ぞれ配置されており、リレー光学系２４０，２５０には
光路を直角に偏向する光路偏向素子としてのペンタプリ
ズム２７２，２７３がそれぞれ配置されている。

【００２９】このような構成により、ＣＣＤカメラ１０
２内に配置されたＣＣＤ１１６上の隣接した２つの領域
に、所定の視差を持つ左右の被写体像を形成することが
できる。なお、光学系の説明においては、「左右」はＣ
ＣＤ１１６上に投影された際にその撮像面の長手方向に
一致する方向、「上下」はＣＣＤ１１６上で左右方向に
直交する方向とする。以下、各光学系の構成を順に説明
する。

【００３０】クローズアップ光学系２１０は、図６、図
７、図８に示すように、物体側から順に負の第１レンズ
２１１と正の第２レンズ２１２とが配列して構成され
る。第２レンズ２１２は、光軸方向に移動可能であり、
その移動調整により異なる距離の被写体に対して焦点を
合わせることができる。すなわち、クローズアップ光学
系２１０は、主要被写体（観察対象物）がその物体側焦
点位置に位置するように第２レンズ２１２が調整される
ので、主要被写体（観察対象物）からの発散光をほぼ平
行光に変換するコリメート機能を有する。

【００３１】クローズアップ光学系２１０を構成する第
１，第２レンズ２１１，２１２自体は、その光軸と平行
にこの光軸から若干外側にずれた位置を通る平面に沿っ
て、その平面よりも外側のコバが切り欠かれている。従
って、その光軸方向から見ると、その平面形状がいずれ
もＤカットされた形状となっているので、その切欠面の
側方にはスペースが空いている。このスペースに、照明
光学系３００が、その光軸Ａｘ４をクローズアップ光学
系２１０の光軸Ａｘ１と平行にして配置されている。

【００３２】一対のズーム光学系２２０，２３０は、ク
ローズアップ光学系２１０からの無限遠結像の被写体光
を視野絞り２７０，２７１の位置にそれぞれ結像させる
結像光学系として、機能する。

【００３３】一方のズーム光学系２２０は、図６〜図８
に示すように、クローズアップ光学系２１０側から順
に、正、負、正、正のパワーをそれぞれ有する第１〜第
４レンズ群２２１，２２２，２２３，２２４により構成
され、第１，第４レンズ群２２１，２２４を固定し、第
２，第３レンズ群２２２，２２３を光軸方向に移動させ
てズーミングを行う。主に第２レンズ群２２２の移動に
より倍率を変化させ、第３レンズ群２２３の移動により
焦点位置を一定に保つ。

【００３４】他方のズーム光学系２３０も、上記のズー
ム光学系２２０と同一構成であり、第１〜第４レンズ群
２３１，２３２，２３３，２３４から構成される。これ
らのズーム光学系２２０，２３０は、図示せぬ駆動機構
により連動し、左右の画像の撮影倍率を同時に変化させ
ることができる。

【００３５】ズーム光学系２２０，２３０の光軸Ａｘ
2，Ａｘ3は、クローズアップ光学系２１０の光軸Ａｘ1
に対して平行にオフセットして配置されている。但し、
ズーム光学系２２０，２３０の光軸Ａｘ2，Ａｘ3は、ク
ローズアップ光学系２１０の光軸Ａｘ1に対して、互い
に等距離となり且つ切欠面からの距離が互いに等しくな
る位置に、オフセットされている。そして、クローズア
ップ光学系２１０の光軸Ａｘ1方向から見ると、クロー
ズアップ光学系２１０の光軸Ａｘ１と両ズーム光学系２
２０，２３０の光軸Ａｘ2，Ａｘ3とが、光軸Ａｘ１の位
置を鈍角な頂点とした二等辺三角形をなすように配置さ
れている。

【００３６】なお、クローズアップ光学系２１０の直
径，即ち、レンズ鏡筒１の内径は、ズーム光学系２２
０，２３０の最大有効径と照明光学系３００の最大有効
径を内包する円の直径より大きく設定されている。従っ
て、両ズーム光学系２２０，２３０の光軸は、このクロ
ーズアップ光学系２１０によって偏向され、クローズア
ップ光学系２１０の物体側焦点位置において互いに交わ
る。その結果、両ズーム光学系２２０，２３０の像側焦
点位置には、所定の基線長を隔てた二位置から夫々同一
物体を撮像して得たのと等価な像が、夫々形成される。

【００３７】視野絞り２７０，２７１は、設計値通りに
作成されたズーム光学系２２０，２３０による一次像の
結像位置として予定された位置に配置されている。視野
絞り２７０，２７１は、図６に示すように、外形が円形
状で左右方向のそれぞれ内側に半円形の開口を有してい
る。各視野絞り２７０，２７１は、この開口の直線状の
エッジがＣＣＤ１１６上での左右画像の境界線に相当す
る方向に一致し、それより内側の光束のみを透過させる
ように配置されている。

【００３８】前述のように、実施形態の顕微鏡は、左右
の二次像を単一のＣＣＤ１１６上の隣接領域に形成させ
るため、ＣＣＤ１１６上での左右の画像の境界を明確に
して画像の重なりを防ぐ必要がある。このため、一次像
の位置に視野絞り２７０，２７１が配置されている。半
円開口の直線エッジをいわゆるナイフエッジとして機能
させ、それより内側の光束のみを透過させることによ
り、ＣＣＤ１１６上での左右の画像の境界を明確にする
ことができる。

【００３９】なお、視野絞り２７０，２７１と同一平面
上に形成される一次像は、リレー光学系２４０，２５０
により再結像されて二次像となり、一次像と二次像とで
は上下、左右が反転する。したがって、一次像の位置で
左右方向の外側を規定するナイフエッジは、二次像の位
置では左右方向の内側、すなわち左右の画像の境界を規
定することとなる。

【００４０】リレー光学系２４０，２５０は、上述のよ
うにズーム光学系２２０，２３０により形成された一次
像を再結像させる作用を持ち、いずれも３枚の正レンズ
群により構成される。

【００４１】一方のリレー光学系２４０は、図６及び図
７に示すように、単一の正メニスカスレンズから構成さ
れる第１レンズ群２４１と、負、正の貼合わせで構成さ
れ、全体として正のパワーを持つ第２レンズ群２４２
と、単一の両凸レンズから構成される第３レンズ群２４
３とから構成されている。このうち第１レンズ群２４１
及び第２レンズ群２４２は、その全体としての物体側焦
点をズーム光学系２２０による一次像の結像面（視野絞
り２７１と同じ平面）に一定させている。また、第３レ
ンズ群２４３は、第２レンズ群２４２から射出された平
行光をＣＣＤ１１６の撮像面上に収束させる。そして、
第１レンズ群２４１と第２レンズ群２４２との間には、
光路を直角に偏向するペンタプリズム２７２が配置さ
れ、第２レンズ群２４２と第３レンズ群２４３との間に
は光量調節用の明るさ絞り２４４が設けられている。

【００４２】他方のリレー光学系２５０も、上記のリレ
ー光学系２４０と同一構成であり、第１、第２、第３レ
ンズ群２５１，２５２，２５３から構成され、第１レン
ズ群２５１と第２レンズ群２５２との間には、ペンタプ
リズム２７３が配置され、第２レンズ群２５２と第３レ
ンズ群２５３との間には明るさ絞り２５４が設けられて
いる。

【００４３】視野絞り２７０，２７１を通過した発散光
は、リレー光学系の第１レンズ群２４１，２５１及び第
２レンズ群２４２，２５２により再びほぼ平行光に変換
され、明るさ絞り２４４，２５４を通過した後、第３レ
ンズ群２４３，２５３により再度結像して二次像を形成
する。

【００４４】なお、リレー光学系２４０，２５０は、そ
の第２レンズ２４２，２５２と第３レンズ２４３，２５
３が光軸方向、及び光軸に垂直な方向に調整自在であ
る。これらの第２，第３レンズ群２４２，２５２，２４
３，２５３を光軸方向に移動させて第１レンズ群２４
１，２５１及び第２レンズ群２４２，２５２の合成焦点
距離を変化させることにより、リレー光学系２４０，２
５０全体の倍率（二次像の像高）を調整することができ
る。また、第３レンズ群２４３，２５３のみを光軸方向
に移動させることにより、リレー光学系のバックフォー
カスを変化させ、ＣＣＤ１１６に対する焦点調節が可能
となる。さらに、第２レンズ群２４２，２５２及び第３
レンズ群２４３，２５３を一体にして光軸と垂直な方向
に調整することにより、二次像の光軸に直交する面内で
の位置を調整することができる。このような調整のた
め、第２レンズ群２４２，２５２と第３レンズ群２４
３，２５３とは一体の外鏡筒に保持され、第３レンズ群
２４３，２５３は更にこの外鏡筒に対して光軸方向に移
動可能な内鏡筒に保持される。

【００４５】リレー光学系２４０，２５０とＣＣＤカメ
ラ１０２との間に配置された輻輳寄せプリズム２６０
は、それぞれのリレー光学系２４０，２５０からの被写
体光の左右の間隔を狭める機能を有する。立体視による
立体感を得るためには左右のズーム光学系２２０，２３
０、リレー光学系２４０，２５０の間には所定の基線長
が必要である。他方、ＣＣＤ１１６上の隣接した領域に
二次像を形成するためには光軸間の距離を基線長より小
さくする必要がある。そこで、輻輳寄せプリズム２６０
により、リレー光学系の光軸をそれぞれ内側にシフトさ
せることにより、所定の基線長を確保しつつ同一ＣＣＤ
上への結像を可能としている。

【００４６】輻輳寄せプリズム２６０は、図６及び図９
に示すように、五角柱の左右対称な光軸シフトプリズム
２６１，２６２を貼り合わせて構成されている。

【００４７】光軸シフトプリズム２６１，２６２は、図
９に示すように、互いに平行な入射端面と射出端面とを
備え、かつ、内側と外側とに互いに平行な第１，第２反
射面を備えている。また、これらの光軸シフトプリズム
２６１，２６２は、入射、射出端面や反射面に対して垂
直な方向で平面的に見ると、平行四辺形の鋭角の頂角の
一方を射出端面に直交する線で切り取って形成された五
角形状であり、切り取られて形成された面が接合面とな
っている。

【００４８】リレー光学系２４０，２５０からの被写体
光は、各光軸シフトプリズム２６１，２６２の入射端面
から入射し、外側の反射面で反射されて左右方向で内側
に向けられ、内側の反射面で再び入射時と同じ光軸方向
に反射され、射出端面から射出してＣＣＤカメラ１０２
に入射する。この結果、左右の被写体光はその進行方向
を変えずに左右の間隔のみが狭められ、同一のＣＣＤ１
１６上に二次像を形成する。

【００４９】照明光学系３００は、被写体に照明光を投
影する機能を有し、図６及び図７に示すように、ライト
ガイドファイバーバンドル１０５から射出する発散光の
発散度合いを調整する照明レンズ３１０と、照明範囲と
撮影範囲とを一致させるための楔プリズム３２０とから
構成されている。照明レンズ３１０の光軸Ａｘ4は、図
７に示すようにクローズアップ光学系２１０の光軸Ａｘ
1と平行であり、かつ、所定量偏心しているため、この
ままでは照明範囲の中心と撮影範囲の中心とが一致せ
ず、照明光量が無駄になる。楔プリズム３１０を設ける
ことにより、上記の不一致を解消でき、照明光量を有効
に利用することができる。 ＜光学系保持機構＞ 次に、上述した撮影光学系のうち左右一対のズーム光学
系２２０，２３０を双眼顕微鏡１０１の筐体内に保持す
る機構の機械構成を、説明する。図１０は、各ズーム光
学系２２０，２３０の光軸Ａｘ２，Ａｘ３をともに含む
面に沿った双眼望遠鏡１０１の概略断面図である。この
図１０に示されるように、一方のズーム光学系２２０
は、これを構成する各レンズ群２２１〜２２４を上述し
たように移動させるカムが形成された従来公知のズーム
鏡筒（結像光学系鏡筒）１内に、保持されている。同様
に、他方の光学系２３０も、このズーム鏡筒１と同じ構
成を有するズーム鏡筒（結像光学系鏡筒）２内に、保持
されている。但し、図１０においては、各ズーム鏡筒
１，２の最外殻をなす固定筒の輪郭のみが、示されてい
る。

【００５０】この図１０に示されるように、各ズーム鏡
筒１，２は、その入射側から射出側に向けて数段に分け
て縮径している。具体的には、各ズーム鏡筒１，２にお
ける中間部分約１／３は均一径の中間保持部１ａ，２ａ
として形成され、この中間保持部１ａ，２ａの下（入射
側）に隣接した所定幅の領域が中間保持部１ａ，２ａよ
りも若干大径な下雄ネジ部１ｂ，２ｂとして形成され、
この下雄ネジ部１ｂ，２ｂからズーム鏡筒１，２の下端
（入射端）までの領域が第１レンズ群２２１，２３１を
保持するための最大径部１ｃ，２ｃとして形成されてい
る。また、中間保持部１ａ，２ａからズーム鏡筒１，２
の上端（出射端）までの領域が中間保持部１ａ，２ａよ
りも若干小径な小径部１ｄ，２ｄとして形成されてい
る。そして、下雄ネジ部１ｂ，２ｂの外周面には雄ネジ
が形成されており、その内周面に雌ネジが切られた円環
状の下側ズーム鏡筒押え環４がこの下雄ネジ部１ｂ，２
ｂに螺着している。また、小径部１ｄ，２ｄにおける中
間保持部１ａ，２ａとの境界部分にも、雄ネジ（上雄ネ
ジ部１ｅ，２ｅ）が形成されている。この上雄ネジ部１
ｅ，２ｅにおけるネジ溝の径は小径部１ｄ，２ｄのもの
と同じであり、上雄ネジ部１ｅ，２ｅにおけるネジ山の
径は中間保持部１ａ，２ａのものと同じである。

【００５１】これら両ズーム鏡筒１，２は、図１０乃至
図１２に示すように、クローズアップ光学系２１０を構
成する各レンズ２１１，２１２と略同径の円柱形状を有
するズームハウジング３を夫々貫通して、このズームハ
ウジング３内に保持されている。即ち、このズームハウ
ジング３は、クローズアップ光学系２１０の光軸Ａｘ１
とその中心軸とが同軸になるように、立体顕微鏡１０１
の筐体内に固定されている。そして、この状態において
設計位置を通る両ズーム光学系２２０，２３０の光軸Ａ
ｘ２，Ａｘ３の位置を中心として、各ズーム鏡筒１，２
の中間保持部１ａ，２ａの外径とほぼ同径の内径を有す
る保持孔（貫通孔）３１，３２が、夫々、ズームハウジ
ング３の両端面間を貫通して穿たれている。各保持孔３
１，３２の下端開口近傍は、各ズーム鏡筒１，２の下雄
ネジ部１ｂ，２ｂの外径よりも若干大径且つ下側ズーム
鏡筒押え環４の外径よりも小径な内径を有するクリアラ
ンス部３１ａ，３２ａとして、形成されている。なお、
ズームハウジング３には、さらに、上述したライトガイ
ドファイババンドル１０５を通してクローズアップ光学
系２１０の側方へ導くための貫通孔３３も穿たれてい
る。

【００５２】上述した一方のズーム鏡筒１は、ズームハ
ウジング３における一方の保持孔３１に、また、他方の
ズーム鏡筒２は、ズームハウジング３における他方の保
持孔３２に、夫々、クリアランス部３１ａ，３２ａの側
から挿入され、夫々の下雄ネジ部１ｂ，２ｂに螺着して
いる下側ズーム鏡筒押え環４の端面がズームハウジング
３の下端面（クローズアップ光学系２１０に対向してい
る端面）に当接することによって、位置決めされる。こ
のようにして位置決めされるので、各ズーム鏡筒２，３
の位置は下側ズーム鏡筒押え環４の下雄ネジ部１ｂ，２
ｂに対する螺着位置に依って定まる。例えば、下側ズー
ム鏡筒押え環４が下雄ネジ部１ｂ，２ｂの最下端近傍に
螺着しているときには、下雄ネジ部１ｂ，２ｂが一部ク
リアランス部３１ａ，３２ａ内に入り込んだ状態で、位
置決めされる。このようにして位置決めされた状態にお
いて、ズームハウジング３の上端面からは、各ズーム鏡
筒２，３の上雄ネジ部１ｅ，２ｅにおける少なくとも一
部が突き出ている。このように突き出ている各ズーム鏡
筒２，３の上雄ネジ部１ｅ，２ｅに、その内周面に雌ネ
ジが切られた円環状の上側ズーム鏡筒押え環５が螺着し
ており、この上側ズーム鏡筒押え環５と下側ズーム鏡筒
押え環４との間でズームハウジング３が挟み込まれるこ
とにより、各ズーム鏡筒１，２がズームハウジング３に
対して固定されるのである。この時、もし各ズーム光学
系２２０，２３０が設計値通りに作成されているなら
ば、各ズーム鏡筒１，２の下雄ネジ部１ｂ，２ｂに対す
る各下側ズーム鏡筒押え環４の螺着位置を互いに同一に
しさえすれば、各ズーム光学系２２０，２３０による観
察対象物の一次像は、光軸Ａｘ２，Ａｘ３方向において
互いに一致する。

【００５３】次に、このズームハウジング３自体を立体
顕微鏡１０１の筐体内に固定するための構造を説明す
る。図１０に示されるように、立体顕微鏡１０１の筐体
内面におけるクローズアップ光学系２１０の固定位置よ
りも上方の部分は、このクローズアップ光学系２１０の
光軸Ａｘ１を中心とし、且つ、ズームハウジング３より
も若干大径な円筒面状に形成されている。この円筒面部
１０の軸方向における長さはズームハウジング３よりも
長く、その全域にわたって光軸Ａｘ１を中心にした雌ネ
ジが切られている。この円筒面部１０内にズームハウジ
ング３は挿入される。この円筒面部１０の上端側及び下
端側からは、夫々、ズームハウジング３を挟み込むよう
に、ズームハウジング調整環（上側ズームハウジング固
定環７，下側ズームハウジング固定環６）が、ねじ込ま
れている。即ち、これら各ズームハウジング調整環６，
７は、図１１に示すように、リング状の形状を有してお
り、その外面におけるズームハウジング３と接する側の
外縁近傍に、雄ねじ６ａ，７ａが突出形成されているの
である。そして、各雄ねじ６ａ，７ａが円筒面部１０の
内面の雌ネジに螺合されて、図１２に示すように、両ズ
ームハウジング固定環７，６の端縁がズームハウジング
３の端面に当接してこれを挟み込むことにより、このズ
ームハウジング３が円筒面部１０内において位置決めさ
れて固定されているのである。 （ビデオ式立体顕微鏡の組立及び調整） 次に、上述した構成を有する立体顕微鏡１０１の組立及
び調整の手順を説明する。最初に、組立作業者は、立体
顕微鏡１０１の筐体の外部において、クローズアップ光
学系２１０，照明光学系３００，並びに、視野絞り２７
０，２７１及びプリズム２７２，２７３を含むリレー光
学系２４０，２５０を、夫々に用意された鏡筒（図示
略）内に個別に組み込んで、玉合わせを行っておく。ま
た、両視野絞り２７０，２７１を、夫々の開口同士が近
接するとともに夫々のエッジ同士が平行となるように、
調整しておく。これとともに、組立作業者は、一方のズ
ーム光学系２２０を一方のズーム鏡筒１内に組み込むと
ともに他方のズーム光学系２３０を他方のズーム鏡筒２
内に組み込んで、夫々、玉合わせを行う。

【００５４】次に、ズームハウジング３の各保持孔３
１，３２内に各ズーム鏡筒１，２を夫々挿入し、各ズー
ム鏡筒押え環４，５によってズームハウジング３内に固
定する。このとき、組立作業者は、各ズーム鏡筒１，２
の下雄ねじ部１ｂ，２ｂに対する下側ズーム鏡筒固定環
４の螺着位置を、左右で同じとなるように調整してお
く。

【００５５】次に、組立作業者は、ズームハウジング３
に固定された各ズーム鏡筒１，２内のズーム光学系２２
０，２３０のフランジバックの値（距離）を、夫々、Ｍ
ＴＦ測定器によって測定する。この場合、各ズーム光学
系２２０，２３０が設計値通りに加工されていれば、両
ズーム光学系２２０，２３０のフランジバックの値は互
いに同一値となるが、製造誤差等により、両者が一致し
ない場合もあり得る。図１３は、このようにして測定さ
れた一方のズーム光学系２２０のフランジバックＦＢ１
が他方のズーム光学系２３０のフランジバックＦＢ２よ
りも短かった場合を、示している。このような場合に
は、組立作業者は、何れかのズーム鏡筒（図１４の例で
はズーム鏡筒２）を固定している上側ズーム鏡筒固定環
５を緩めるとともに、対応する下側ズーム鏡筒固定環４
を適宜回転させてその下雄ねじ部２ｂに対する螺着位置
を調整した後に、上側ズーム鏡筒固定環５を再度締め戻
すことにより、各ズーム光学系２２０，２３０のフラン
ジバックの差分（ＦＢ２−ＦＢ１）と同距離だけ、この
ズーム鏡筒２を移動させる。その結果、図１４に示すよ
うに、両ズーム光学系２２０，２３０の像側焦点位置
は、光軸方向において一致する。

【００５６】次に、組立作業者は、このようにして両ズ
ーム鏡筒１，２の位置調整が行われたズームハウジング
３を、立体顕微鏡１の筐体内における円筒面部１０内部
に挿入して、両ズームハウジング調整環６，７によって
仮止めする。

【００５７】次に、組立作業者は、上述したように組み
込んでおいた視野絞り２７０，２７１及びプリズム２７
２，２７３を含む両リレー光学系２４０，２５０を、立
体顕微鏡１０１の筐体内に固定するとともに、双眼顕微
鏡１０１にハイビジョンＣＣＤカメラ１０２を取り付け
る。すると、このハイビジョンＣＣＤカメラ１０２から
のハイビジョン信号を受信したモニタ１１４上には、各
リレー光学系２４０，２５０によって撮像された左右の
二次像が、表示される。組立作業者は、このモニタ１１
４上に表示された左右の二次像を見ながらリレー光学系
２４０，２５０の第３レンズ群２４３，２５３を光軸方
向に移動させることにより、両視野枠２７０，２７１の
ＣＣＤ１１６に対するピント状態を調整する。これによ
り、モニタ１１４上にこれら両視野枠２７０，２７１の
像が明瞭に表示されるようになる。

【００５８】次に、組立作業者は、両ズーム光学系２２
０，２３０の光軸Ａｘ２，Ａｘ３の前方に夫々オートコ
リメータを配置し、そのターゲット像を各ズーム光学系
２２０，２３０に向けて投影する。しかしながら、この
時点では、各ズーム光学系２２０，２３０の像側焦点位
置は、必ずしも各視野絞り２７０，２７１の位置とは一
致していないので、ＣＣＤ１１６によって撮像されモニ
タ１１４上に表示されるターゲット像のピント状態は、
必ずしも明瞭なものとはなっていない。そこで、組立作
業者は、ズームハウジング３を位置決めしている両ズー
ムハウジング調整環６，７を適宜緩めたりねじ込んだり
することにより、ズームハウジング３に固定されている
両ズーム鏡筒１，２内のズーム光学系２２０，２３０
を、ズームハウジング３と一体に光軸Ａｘ２，Ａｘ３の
方向に移動させる。このように移動させると、両ズーム
光学系２２０，２３０によって夫々形成された各ターゲ
ット像のモニタ１１４上におけるピント状態も変化す
る。そして、このように変化する各ターゲット像のピン
ト状態が各視野絞り２７０，２７１のピント状態と一致
するまで、上述したズームハウジング３の移動調整を繰
り返す。そして、各ターゲット像のピント状態と各視野
絞り２７０，２７１のピント状態とが一致すると、ズー
ムハウジング３が移動しないように両ズームハウジング
調整環６，７を本締めする。

【００５９】最後に、組立作業者は、リレーレンズ系２
１０の鏡筒を、双眼顕微鏡１０１の筐体に組み込む。こ
れにより、双眼顕微鏡１０１が完成する。 （実施形態の作用） 以上のように構成された本実施形態のビデオ型立体顕微
鏡によると、両ズーム鏡筒１，２の光軸方向への移動に
よって、両ズーム光学系２２０，２３０による一次像の
結像位置を視野絞り２７０，２７１の位置に一致させる
ので、リレー光学系２４０，２５０のピントを調整すれ
ば、二次像及び視野絞り２７０，２７１の像が共に明瞭
にＣＣＤ１１６上に形成される。

【００６０】また、ズーム光学系２２０，２３０の構成
レンズ相互間の間隔を調整してフランジバックを変化さ
せるのではなく、このズーム光学系２２０，２３０全体
を保持しているズーム鏡筒１，２自体を移動させること
によって一次像の結像位置を左右で一致させているの
で、ズーミングに伴って一次像の倍率が変動してしまう
とかピントズレが生じてしまうといった不具合がない。
しかも、このように各ズーム光学系２２０，２３０を移
動させることによってクローズアップ光学系２１０との
間隔を変化させても、両者の間において被写体光は平行
光となっているので、これに起因する画像の劣化や、ク
ローズアップ光学系２１０におけるピント調整に対する
影響は、全くない。

【００６１】さらに、立体顕微鏡１０１の筐体外におい
て両ズーム光学系２２０，２３０のフランジバックを計
測して両者の一次像形成位置を一致させる調整を行って
から、両ズーム鏡筒１，２と一体化させたズームハウジ
ング３を筐体内に組み込むので、筐体内での調整はズー
ムハウジング３の光軸方向における位置調整だけで済
む。従って、筐体内にて各ズーム鏡筒１，２を個別に調
整する必要がなくなるので、作業が非常に簡単となる。

【００６２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の立体顕
微鏡によると、左右の対物光学系によって夫々形成され
る同一の観察対象物の実像の位置を簡単な機構により調
整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態によるビデオ型立体顕
微鏡を組み込んだ手術支援システムの全体構成を示す概
略図

【図２】 ビデオ型立体顕微鏡内の光学構成の概略を示
す光学構成図

【図３】 ビデオ型立体視ビューワの光学構成の概略を
示す光学構成図

【図４】 ＬＣＤパネルの平面図

【図５】 立体顕微鏡の外観斜視図

【図６】 顕微鏡光学系の全体構成を示す斜視図

【図７】 顕微鏡光学系の全体構成を示す側面図

【図８】 顕微鏡光学系の全体構成を示す正面図

【図９】 顕微鏡光学系の全体構成を示す平面図

【図１０】 ビデオ型立体顕微鏡の概略縦断面図

【図１１】 ズームハウジング及び両ズームハウジング
調整環の分解斜視図

【図１２】 ズームハウジングに両ズームハウジング調
整環を突き当てた状態を示す斜視図

【図１３】 両ズーム光学系のフランジバックが不一致
であった場合の状態を示す説明図

【図１４】 ズームハウジングに対する各ズーム鏡筒の
調整状態を示す説明図

【図１５】 視野絞りに対するズームハウジングの調整
状態を示す説明図

【符号の説明】

１，２ ズーム鏡筒 ３ ズームハウジング ４ 下側ズーム鏡筒固定環 ５ 下側ズーム鏡筒固定環 ３１，３２ 保持孔 ２１０ クローズアップ光学系 ２２０，２３０ ズーム光学系 ２７０，２７１ 視野絞り

フロントページの続き (56)参考文献 特開2000−330032（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−274141（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−318936（ＪＰ，Ａ) 特開2000−199857（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−88513（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−184762（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−5369（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−318882（ＪＰ，Ａ) 特開2000−330031（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−202006（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−295579（ＪＰ，Ａ) 実開 平７−16907（ＪＰ，Ｕ) 特表 平11−501734（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 21/22

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の物体からの物体光を平行光として射
   出するクローズアップ光学系と、このクローズアップ光
   学系における異なる部分を夫々透過した前記物体光を夫
   々収束させて前記物体の実像を結像させる一対の結像光
   学系とを有する立体顕微鏡であって、 前記各結像光学系を夫々保持する一対の結像光学系鏡筒
   と、 前記両結像光学系の光軸を互いに平行にした状態で、前
   記光軸方向へ位置調整可能に前記各結像光学系鏡筒を支
   持する鏡筒ハウジングと、 前記クローズアップ光学系を保持しているとともに、各
   結像光学系の光軸を前記クローズアップ光学系の光軸と
   平行にした状態で、前記鏡筒ハウジングを前記光軸方向
   へ位置調整可能に保持する筐体とを備えたことを特徴と
   する立体顕微鏡。
2. 【請求項２】前記各結像光学系は結像倍率が可変なズー
   ム光学系であることを特徴とする請求項１記載の立体顕
   微鏡。
3. 【請求項３】前記各結像光学系によって形成された実像
   を夫々リレーする一対のリレー光学系と、 各リレー光学系によって夫々リレーされた像を撮像する
   撮像装置と、 各結像光学系による結像位置として予定された位置に固
   定され、前記一対のリレー光学系によってリレーされた
   像における互いに重なり合う部分に対応する部分を遮蔽
   するエッジを有する視野絞りとを更に備えることを特徴
   とする請求項１記載の立体顕微鏡。
4. 【請求項４】前記鏡筒ハウジングには、前記各結像光学
   系鏡筒を貫通させる一対の貫通孔が形成されており、 前記各結像光学系鏡筒は、その外周面に形成された雄ネ
   ジに螺合した一対のリングが前記鏡筒ハウジングを挟み
   込むことにより、前記鏡筒ハウジングに対して位置調整
   可能に支持されていることを特徴とする請求項１記載の
   立体顕微鏡。