JP3718272B2 - 立体視内視鏡 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、硬性鏡を用いて物体を立体的に観察、撮影する立体視内視鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
立体視内視鏡は、物体像を形成する対物レンズ、この像を伝達するリレーレンズから成る一次光学系と、この一次光学系により伝達された像を左右に分割する瞳分割手段と、分割された２つの像をそれぞれ観察、あるいは撮像する二次光学系とを備え、体腔内の部位を観察するための医療用、あるいはエンジン等の機械内部を観察するための工業用の用途等に用いられる。この種の立体視内視鏡は、例えば特開平６−１９４５８１号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の立体視内視鏡は、瞳分割手段の位置を調整するための機構や基準位置からの変位を検出するための装置がないため、例えば工場での組立時にも視界を確認しながら瞳分割手段の位置を決定する必要があり、組付けの作業性が悪いという問題があった。
【０００４】
この発明は、上述した従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、瞳分割手段の基準位置からの変位を容易に検出して基準位置に復帰させることができる立体視内視鏡の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる立体視内視鏡は、上記の目的を達成させるため、物体側から順に配置された対物レンズ系とリレーレンズ系とを有する一次光学系と、一次光学系の瞳内の光束を立体視が可能なように２つの領域に分割する瞳分割手段と、瞳分割手段により分割された光束により形成されるそれぞれの像を一対の撮像素子を用いて撮影する二次光学系と、入力される制御信号に基づき瞳分割手段を駆動する駆動機構を有し、一次光学系の瞳に対する瞳分割手段の相対位置を調整する調整手段と、撮像素子から出力される画像信号に基づき、一次光学系の瞳に対する瞳分割手段の相対位置の基準位置からの変位を検出する検出手段と、検出手段により検出された変位を補正するための移動量に対応した制御信号を調整手段に出力する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の態様】
以下、この発明にかかる立体視内視鏡、処理装置と組み合わせた立体視内視鏡システム、そして立体視内視鏡の調整方法の実施例を説明する。
【０００７】
【実施例１】
実施例１の立体視内視鏡は、図１に示されるように、体腔内等の狭い空間内部に挿入される管状の挿入部１と、この挿入部１の基端側に接続された観察部２とを備える。挿入部１の内部には、物体の像を形成する３群４枚構成の対物レンズ系１１と、対物レンズ系１１により形成された像を伝達する複数のレンズから構成される第１のリレーレンズ系１２と、射出瞳を形成する第２のリレーレンズ１３とが物体側から順に配置され、これらのレンズ系により一次光学系１０が構成されている。
【０００８】
観察部２内には、瞳分割手段として２枚のミラー面２０ａ，２０ｂを有する瞳分割ミラー２０が配置されると共に、これらのミラー面２０ａ，２０ｂで分割された光束を受光する一対の二次光学系３０ａ，３０ｂが配置されている。各二次光学系３０ａ，３０ｂは、光路偏向ミラー３１ａ，３１ｂ、結像レンズ系３２ａ，３２ｂ、二次元ＣＣＤ等の撮像素子３４ａ，３４ｂから構成される。
【０００９】
立体視を可能とするためには、１つの物体を異なる方向から観察する必要があり、そのためには、左右の二次光学系に対して瞳内の異なる領域を通過した光束を導く必要がある。そこで、ミラー面２０ａ，２０ｂは、図２(Ａ)に示すように、基準位置では一次光学系１０の光軸Ａｘ1に対して±４５°の角度で屋根型に配置されている。瞳分割ミラー２０は、基準位置では各ミラー面２０ａ，２０ｂの境界となる稜線が瞳Ｅpに一致し、かつ、一次光学系１０の光軸Ａｘ1に一致するよう配置される。
【００１０】
これにより、二次光学系３０ａ，３０ｂに入射する光束の中心軸Ａｘ2，Ａｘ3は、瞳Ｅｐ上で所定の間隔をなし、この間隔に応じた視差を二次光学系により撮影される左右の画像間に与えることができる。なお、二次光学系に入射する光束の中心軸Ａｘ2，Ａｘ3は、分割された光束の断面の重心位置を通る軸として定義され、各光学素子が基準位置に設定されている場合には二次光学系３０ａ，３０ｂの機械的な光軸(レンズ系の光軸)とも一致している。
【００１１】
ここで、一次光学系の光軸の方向をｘ軸、紙面内でｘ軸と垂直な方向をｙ軸、ｘ，ｙ両軸に垂直な方向(紙面に垂直な方向)をｚ軸として定義しておく。
【００１２】
また、瞳分割ミラー２０は、図２(Ｂ)に示すように互いに平行な２枚のガイド板４２ａ，４２ｂにより光軸Ａｘ1に対する角度を一定に保ちつつ、ｘ軸方向(前後方向)、ｙ軸方向(左右方向)に平行移動が可能なように保持されており、調整手段４０を操作することにより移動する。
【００１３】
すなわち、瞳分割ミラー２０の基端部側には保持枠４１が形成され、左右位置調整スクリュー４４がこの保持枠４１に対して回転可能に取り付けられると共に、このスクリュー４４には左右位置調整ギア４４ａが固定されている。また、瞳分割ミラー２０の裏面には、左右位置調整ギア４４ａに噛合するピニオン６０ａが回転軸に接続された第１のマイクロモータ６０が取り付けられている。
【００１４】
他方、取り付け部２ａには、左右位置調整スクリュー４４を保持して保持枠４１を支持する前後位置調整ボルト４５が回転不能、かつ、ｘ軸方向(前後方向)に進退可能に取り付けられている。前後位置調整ボルト４５の先端には、左右位置調整スクリュー４４に螺合するナット部４５ａが固定され、かつ、取り付け部２ａの壁面内部には、前後位置調整ボルト４５に螺合する前後位置調整ギア４６が進退動不能、かつ、回転可能に取り付けられている。また、この壁面内部には、前後位置調整ギア４６に噛合するピニオン６１ａが回転軸に接続された第２のマイクロモータ６１が取り付けられている。
【００１５】
この構成によれば、第１のマイクロモータ６０を回転制御することにより、左右位置調整スクリュー４４に固定された左右位置調整ギア４４ａを回動させ、瞳分割ミラー２０のｙ軸方向(左右方向)の位置を調整することができる。また、第２のマイクロモータ６１を回転制御することにより、前後位置調整ギア４６を回動させ、瞳分割ミラー２０のｘ軸方向(前後方向)の位置を調整することができる。これらの２次元方向の調整により、瞳分割ミラー２０の稜線が正確に一次光学系１０の瞳Ｅp内に位置し、かつ、一次光学系１０の光軸Ａｘ1に一致するよう位置決めされる。
【００１６】
撮像素子３４ａ，３４ｂからの出力信号は、図３に示されるように処理装置１００内に取り込まれ、観察時には被観察物の像を立体画像として観察できるよう処理され、調整時には瞳分割ミラー２０の位置を自動的に調整するために利用される。
【００１７】
観察時には、各撮像素子３４ａ，３４ｂの出力信号は、それぞれ画像メモリ１０１，１０２に取り込まれ、ビデオプロセッサ１０３を介して外部に接続されたモニタ２００に交互に時系列的に表示される。眼鏡２０１は、左右の視野部分にそれぞれ独立して制御可能な液晶シャッタ等の遮光手段を有し、これらの遮光手段はビデオプロセッサ１０３の画像信号出力タイミングに応じて制御信号を出力するタイミングコントローラ１０４により制御される。タイミングコントローラ１０４は、モニタ２００上での表示の切換に応じて右画像が表示されているときには右眼のみ、左画像が表示されているときには左眼のみで視認できるように遮光手段を制御する。したがって、観察者は、眼鏡２０１をかけてモニタ２００の画面を観察することにより、被観察物の像を立体画像として観察することができる。
【００１８】
一方、画像メモリ１０１，１０２からの画像信号は、これらの信号を比較する演算手段１０５に入力され、この演算手段１０５の出力はマイクロモータ６０，６１を制御するコントローラ１０６に入力されている。演算手段１０５およびコントローラ１０６は、瞳分割ミラー２０の位置の調整時にのみ使用され、通常の観察時には使用されない。
【００１９】
調整時には、撮影される左右の画像の光量分布が均質となるよう被観察物として輝度が均一な白色面、拡散面を有する発光板３００を用い、撮像素子３４ａ，３４ｂから出力される信号を演算手段１０５において比較する。比較の結果、左右の画像の光量分布に偏りがある場合、あるいは左右の画像が均質であってもそれぞれの画像の光量分布が光軸を中心として対称でない場合には、コントローラ１０６はこれらの偏りをなくすようマイクロモータ６０，６１を制御して瞳分割ミラー２０の位置を変更する。
【００２０】
すなわち、演算手段１０５は、撮像素子３４ａ，３４ｂから出力される画像信号に基づき、瞳分割ミラー２０の設定位置を検出する検出手段として機能し、マイクロモータ６０，６１は、入力される制御信号に基づいて瞳分割ミラー２０を駆動する駆動機構を構成し、コントローラ１０６は、検出された設定位置に基づいて制御信号を出力する制御手段を構成する。
【００２１】
なお、図３に示すシステムでは、処理装置１００を調整時、観察時で共用する構成であるが、他に図４〜図７に示すような構成とすることもできる。
【００２２】
図４の構成では、図３の処理装置１００に該当する部分が観察用処理装置１００ａと調整用処理装置１００ｂとの独立した２つのユニットから構成されている。立体視内視鏡の構成は図１の例と同一である。観察用処理装置１００ａには、左右の画像メモリ１０１，１０２とビデオプロセッサ１０３、そしてタイミングコントローラ１０４が設けられている。一方、調整用処理装置１００ｂには、演算手段１０５とマイクロモータ６０，６１を駆動するコントローラ１０６とが設けられている。
【００２３】
調整時には、撮像素子３４ａ，３４ｂからの画像信号が画像メモリ１０１，１０２に一旦入力され、ここから演算手段１０５に入力される。演算手段１０５は、入力された信号に基づいて瞳分割ミラーの基準位置からの変位量を求め、これを補正するようコントローラー１０６を制御する。コントローラー１０６は、マイクロモータ６０，６１を駆動して瞳分割ミラー２０を所定の基準位置に復帰させる。
【００２４】
観察時には、調整用処理装置１００ｂを取り外してもよい。撮像素子３４ａ，３４ｂからの画像信号は、メモリ１０１，１０２を介して観察用処理装置１００ａのビデオプロセッサ１０３に入力され、ビデオプロセッサ１０３はモニタ２００に左右の画像を交互に表示させる。タイミングコントローラー１０４は、ビデオプロセッサ１０３の画面切換に同期して眼鏡２０１の遮光手段を制御する。
【００２５】
図４の構成によれば、調整時にのみ必要となる回路を調整用処理装置１００ｂ内に設けたため、調整用処理装置１００ｂは工場での組立段階でのみ必要となり、製品としての販売時には内視鏡と観察用処理装置１００ａとのみで足りることとなる。
【００２６】
図５の構成では、図４の調整用処理装置１００ｂ内の回路と画像メモリ１０１，１０２とを内視鏡の観察部２内に内蔵している。この構成では、外部に処理装置を接続しなくとも調整が可能である。観察時には、画像メモリ１０１，１０２からの出力信号を観察用処理装置１００ｃに入力させる。観察用処理装置１００ｃは、ビデオプロセッサ１０３とタイミングコントローラ１０４とを備え、画像メモリからの出力信号をモニタ２００に表示すると共に眼鏡２０１の遮光手段を制御する。
【００２７】
図６の内視鏡では、上記の各例と異なり、瞳分割ミラー２０を指示する保持枠４１ａがボルト４０１とナット４０２とを介して観察部２内の取り付け部２０１ａに固定されている。
【００２８】
図６の内視鏡の瞳分割ミラー部分の詳細と、この内視鏡に接続される処理装置の構成とは図７に示される。ボルト４０１は、保持枠４１ａに穿設された貫通孔４１ｂと取り付け部２０１ａに形成された遊挿孔２０１ｂとを貫通してナット４０２に螺合している。貫通孔４１ｂはボルトの外径にほぼ等しい内径で形成されており、保持枠４１ａとボルト４０１との間には遊びはない。一方、遊挿孔２０１ｂは、ボルト外径より大きな内径を持つよう形成されている。調整時には、ボルト４０１とナット４０２との締結を緩めることにより、遊挿孔２０１ｂ内でのボルト４０１の遊びの範囲内で瞳分割ミラー２０を位置を調整することができる。
【００２９】
図７に示される処理装置は、図４の例と同様に観察用処理装置１００ａと調整用処理装置１００ｄとに分離されている。観察用処理装置１００ａの構成は図４の例と同一である。調整用処理装置１００ｄは、演算手段１０５と移動量表示器１０７とを備えている。演算回路１０５が画像メモリ１０１，１０２からの画像信号を受けて瞳分割ミラー２０の基準位置からの変位量を演算すると、この変位を補正するための移動量が移動量表示器１０７に数値情報として表示される。
【００３０】
図７の構成も、図４の例と同様に調整用処理装置１００ｄは工場での組立時にのみ必要となる。組立時には、作業者が移動量表示器１０７の表示を確認しつつ瞳分割ミラー２０を所定の位置に設定し、ボルト４０ａとナット４０ｂとを締め付けて瞳分割ミラー２０を所定位置に固定する。図６の構成ではモータ等の駆動手段を設けていないため、内視鏡のコストを下げることができる。
【００３１】
【実施例２】
図８に示す実施例２の立体視内視鏡は、一次光学系１０が設けられた挿入部１のみで単眼視用の硬性鏡を構成しており、この硬性鏡に瞳分割手段と二次光学系とが設けられた観察部２を両眼視用アダプターとして取り付けて構成されている。光学的な構成、および調整手段４０、マイクロモータ６０，６１等の構成は、図１および図２に示す実施例１と同一である。
【００３２】
挿入部１の基端側には、単眼での観察時に観察者の目の周囲に接触して周辺光を遮断するつば状のフード１４が取り付けられている。観察部２は、このフード１４に取り付けられたアタッチメント５０を介して挿入部１に固定されている。
【００３３】
アタッチメント５０は、フード１４に観察部２側から当てつけられてフード１４を外側から囲み込む取り付け環５１と、このフード１４に物体側から当接して取り付け環５１に当てつける当てつけ片５２と、当てつけ片５２を取り付け環５１に固定する固定ボルト５３とから構成される。
【００３４】
取り付け環５１は、フード１４に当接する中央に開口が形成された円板部５１ａと、この円板部５１ａの周縁部から物体側に向けて立ち上げられてフード１４の外周を囲む円筒部５１ｂと、この円筒部の物体側先端から内周に向けて形成されたフランジ部５１ｃとから一体に構成されている。当てつけ片５２は、断面Ｌ字状の小片であり、周方向の少なくとも３カ所でフード１４を取り付け環５１に当てつけている。
【００３５】
また、取り付け環５１の観察部２側の面の外周部には、周方向の３カ所に観察部２側に向けて突出する調整ボルト５４が固定されている。観察部２には、挿入部１側の周辺部に外方フランジ２ｂが形成されると共に、この外方フランジ２ｂには調整ボルト５４が挿通される貫通孔２ｃが穿設されている。調整ボルト５４は、貫通孔２ｃに挿通された状態で外方フランジ２ｂの両側に位置するナット５５，５６により外方フランジ２ｂに固定され、アタッチメント５０に取り付けられた挿入部１を観察部２に対して固定する。
【００３６】
なお、この実施例２では、調整手段４０による瞳分割ミラー２０の調整に加え、３本の調整ボルト５４に螺合するそれぞれのナット５５，５６の位置を調整することにより、アタッチメント５０と観察部２との位置関係を三次元的に調整することができる。
【００３７】
なお、調整手段４０を設けておくことは、特に図８に示す実施例２のように挿入部１と観察部２との位置関係が変化する可能性がある場合に位置関係の変化に応じた調整ができる点で有効である。
【００３８】
【実施例３】
図９および図１０は、この発明の実施例３にかかる立体視内視鏡を示す。調整部４０を除く他の構成は図８に示した実施例２と同一であるため、調整部４０についてのみ説明する。
【００３９】
実施例３では、瞳分割ミラー２０を実施例１、２でのｘ，ｙ軸方向への平行移動に加え、ｘ，ｙ，ｚ軸の各軸と平行な軸回りでの回転、あるいはこれらを合成した方向へのズレがある場合にも補正できるよう構成されている。すなわち、瞳分割ミラー２０はベース４２に対してｘ，ｙ軸方向に平行移動可能に取り付けられており、このベース４２は３本の調整ボルト４８ａ，４８ｂ，４８ｃを介して回転板４７に取り付けられ、回転板４７は取り付け部２ａにピン４９を介してｘ軸と平行な軸回りに回転可能に取り付けられている。調整ボルト４８ａ，４８ｂ，４８ｃのベース４２と回転板４７との間の部分には、これらを離反する方向に付勢するスプリングが巻回されている。
【００４０】
瞳分割ミラー２０をｘ，ｙ軸と平行な方向に調整する場合には、実施例１と同様に前後位置調整ギア４６、左右位置調整ギア４４ａを回転させる。ｘ軸回りに回転させる場合には、回転板４７をピン４９を軸に回転させる。ｙ，ｚ軸回りに回転させる場合には、調整ボルト４８ａ，４８ｂ，４８ｃを適宜調整する。
【００４１】
実施例３では、検出された設定位置誤差に基づいて左右の画面を観察しつつ調整手段４０を調整することにより、あるいは、アタッチメント５０の調整ボルト５４に螺合するナット５５，５６の位置を調整することにより、光が左右の撮像素子に均等に到達するよう調整することができる。
【００４２】
【実施例４】
図１１は、実施例４にかかる立体視内視鏡の観察部を示す説明図である。
【００４３】
観察部２内の光学的な構成は先に示した実施例３と同様であり、瞳分割手段として２つのミラー面２０ａ，２０ｂを有する瞳分割ミラー２０が配置されると共に、これらのミラー面２０ａ，２０ｂで分割された光束を受光する一対の二次光学系３０ａ，３０ｂが配置されている。各二次光学系３０ａ，３０ｂは、光路偏向ミラー３１ａ，３１ｂ、結像レンズ系３２ａ，３２ｂ、撮像素子３４ａ，３４ｂから構成される。
【００４４】
この実施例では、アタッチメント５０の取り付け環５１に、周方向の３カ所に観察部２側に突出する調整ボルト５４が設けられており、そのうちの少なくとも２カ所が中継板５７を介して観察部２に接続されている。中継板５７は、Ｌ字形の板材であり、外側に向けられた一片にアタッチメント５０の調整ボルト５４を貫通させる固定孔５７ａが穿設されると共に、観察部２側に向けられた他片に内側に突出して調整ボルト５７ｂが取り付けられている。
【００４５】
観察部２には、中継板５７の調整ボルト５７ｂを貫通させる支持板２ｄが設けられており、この調整ボルト５７ｂは支持板２ｄの両側で調整ナット５８，５９により固定されている。
【００４６】
この構成によれば、調整ボルト５７ｂに螺合する調整ナット５８，５９の位置を調整することにより、中継板５７の左右方向(ｙ軸方向)の位置を変位させることができ、図中の上下に設けられた２カ所の中継板５７の位置を順次変更することにより、一次光学系の光軸Ａｘ1と瞳分割ミラー２０との左右方向の位置関係を調整することができる。
【００４７】
また、調整ナット５５，５６を調整することにより、上記の各実施例と同様に単眼視用内視鏡１と観察部２との位置関係、主として傾きを三次元的に調整することができる。
【００４８】
図１２は、実施例４の変形例を示す。この例では、調整ボルト５４に螺合する調整ギア５６ａが中継板５７とこの中継板に固定された押え板５７ａとの間に回転可能に取り付けられており、中継板５７の外側には、この調整ギア５６ａに噛合するピニオン６２ａが回転軸に接続された第１のマイクロモータ６２が取り付けられている。
【００４９】
他方、観察部２には、調整ボルト５７ｂを貫通させる取付孔２ｅが穿設されており、観察部２内には、調整ボルト５７ｂに螺合する調整ギア５８ａが観察部２に対して進退動不能、かつ、回転可能に取り付けられている。また、観察部内には、この調整ギア５８ａに噛合するピニオン６３ａが回転軸に接続された第２のマイクロモータ６３が取り付けられている。
【００５０】
図１２の構成によれば、取り付け環５１の周方向の３カ所に設けられた第１のマイクロモータ６２を同時に、あるいは独立して制御することにより、単眼視用内視鏡１の観察部２に対する傾きを調整できる。また、２カ所に設けられた第２のマイクロモータ６３を同時に制御することにより、単眼視用内視鏡１の観察部２に対する左右方向の位置を調整することができる。
【００５１】
次に、一次光学系の射出瞳に対する瞳分割ミラーの変位の自由度と、これらの変位によって生じる像の明暗の変化とを説明する。
【００５２】
瞳分割ミラーの変位自由度は、ｘ軸方向の移動、ｙ軸方向の移動、ｚ軸方向の移動、ｘ軸回りの回転、ｙ軸回りの回転、ｚ軸回りの回転の６つとなる。ここでｚ軸方向の移動については、ミラーの高さが十分に確保されていれば像に影響を与えないため、考慮する必要がない。そこで、残りの各自由度の変化をそれぞれｘ軸方向の移動ψ1、ｙ軸方向の移動ψ2、ｘ軸回りの回転ψ3、ｙ軸回りの回転ψ4、ｚ軸回りの回転ψ5としてその影響を説明する。
【００５３】
ここで、各移動、回転の方向性を図１３に示すように定義する。すなわち、それぞれの軸方向の移動については、図１３(Ａ)に示すように矢印がついた方向、ｘ軸では光軸Ａｘ1に沿って進む方向、ｙ軸では左方向、ｚ軸では上方向への移動をプラス(＋)、反対方向への移動をマイナス(−)とする。また、各軸回りの回転は、図１３(Ｂ)に示すように各軸をマイナス側からプラス方向に見て時計回り方向をプラス、反時計回り方向をマイナスとする。
【００５４】
図１４に示すように瞳分割ミラー２０の稜線が瞳Ｅｐに一致し、一次光学系１０の光軸Ａｘ1にも一致する基準位置にある場合には、実線で示される軸上の光束Ｌ0、ピッチの短い破線で示される左側の最大画角から入射する光束ＬL、ピッチの長い破線で示される右側の最大画角から入射する光束ＬRのいずれもが均等に分割される。この結果、左右の画像の光量分布は同一となり、かつ、各画像内での光量分布も中心軸に対して対称となる。
【００５５】
図１５(Ａ)に示すように瞳分割ミラー２０が基準位置から＋ｘ方向に平行移動した場合、すなわち、ミラーが相対的に第２のリレーレンズ系１３側から離反した場合、軸上の光束Ｌ0の分布は変化しないが、左側からの光束ＬLは右側のミラー面２０ａでより多く反射され、右側からの光束ＬRは左側のミラー面２０ｂでより多く反射される。したがって、表示される画面のイメージは、図１５(Ｂ)に示すように、左画面は左側が暗くなり、右画面は右側が暗くなる。
【００５６】
図１６(Ａ)に示すように瞳分割ミラー２０が基準位置から−ｘ方向に平行移動した場合、すなわち、ミラーが相対的に第２のリレーレンズ系１３側に近接した場合、軸上の光束Ｌ0の分布は変化しないが、左側からの光束ＬLは左側のミラー面２０ｂでより多く反射され、右側からの光束ＬRは右側のミラー面２０ａでより多く反射される。したがって、表示される画面のイメージは、図１６(Ｂ)に示すように、左画面は右側が暗くなり、右画面は左側が暗くなる。
【００５７】
図１７(Ａ)に示すように瞳分割ミラーが基準位置から＋ｙ方向に平行移動した場合には、全ての光束Ｌ0，ＬL，ＬRに対して、一方のミラー面２０ａで反射される光量が他方のミラー面２０ｂで反射される光量より少なくなる。このため、表示される画面のイメージは図１７(Ｂ)に示すとおり左画像は全体的に明るく、右画面は全体的に暗くなる。
【００５８】
ｘ，ｙ軸方向の平行移動のみを検出する場合には、上記のように設定誤差による光量分布の偏りは画面内では図中の横方向にのみ現れるため、演算手段１０５は各画像メモリ内のデータから横方向の１ライン分のデータのみを取り出して光量分布の偏りを検出するようにしてもよいし、さらに、この１ライン内の複数の点を代表として選んで例えば３点の光量分布から全体の偏りを検出する構成としてもよい。
【００５９】
なお、レンズの有効径に対して比較的視野が広い場合には、レンズ系の周辺部の光量低下の影響を受けるため、例えば図１５(Ｂ)、図１６(Ｂ)に示した画像は、それぞれ同心円状の分布となるが、その場合にも、横方向のラインに沿って信号を取り出すことにより、瞳分割ミラー２０の位置誤差を検出することができる。
【００６０】
図１８(Ａ)に示すように瞳分割ミラー２０がｘ軸回りで−方向に回転した場合、回転量が一定以上となると、瞳分割ミラー２０で反射された光束の一部が光路偏向ミラー３１ａ，３１ｂに入射せずにケラレを生じ、図１８(Ｂ)に示されるように左画面では下側、右画面では上側が暗くなる。
【００６１】
したがって、ｘ軸回りの回転は、ｘ，ｙ軸方向の平行移動と同様に左右両画面の光量分布を比較することにより、検出することができる。
【００６２】
図１９(Ａ)に示すように瞳分割ミラー２０がｙ軸回りで＋方向に回転した場合、回転量が一定以上となると、瞳分割ミラー２０で反射された光束の一部が光路偏向ミラー３１ａ，３１ｂに入射せずにケラレを生じ、図１９(Ｂ)に示されるように左画面、右画面共に下側が暗くなる。
【００６３】
図２０(Ａ)に示すように瞳分割ミラー２０がｚ軸回りで＋方向に回転した場合、回転量が一定以上となると、瞳分割ミラー２０で反射された光束の一部が光路偏向ミラー３１ａ，３１ｂに入射せずにケラレを生じ、図２０(Ｂ)に示されるように左画面、右画面共に左側が暗くなる。
【００６４】
ｙ，ｚ軸回りの回転は、左右の画面の光量分布の偏りとしては検出されず、各画面内での光量分布の偏りとして現れる。したがって、これらの軸回りの回転は、平行移動、あいるはｘ軸回りの回転とは異なり、各画面内での光量分布を調べることにより検出する必要がある。
【００６５】
図２１は、前述したψ1〜ψ5の５つの変位がそれぞれ単独で生じた場合における左右各画像内の像の明暗の分布をまとめて示す図である。すなわち、左右の画像の明暗の分布は、ｘ軸方向の移動に関しては左右対称に現れ、ｙ軸方向の移動に関しては画像全体の光量アンバランスとして現れ、ｘ軸回りの回転に関しては上下対称に現れ、ｙ軸回りの回転に関しては上下に分布した同一パターンとして現れ、ｚ軸回りの回転に関しては左右に分布した同一パターンとして現れる。
【００６６】
ここで、各画像内に中心と上下左右との５つの測定範囲Ａ1〜Ａ5を設け、各測定範囲の強度Ｉ1〜Ｉ5を測定すると、その結果は表１の(Ａ)〜(Ｊ)に示す通りとなる。図１９では、暗くなる部分のみをシェーディングにより図示しているが、実際には画面内の一方側が暗くなると、反対側は明るくなる。表１では、基準より暗くなる領域をｄ、明るくなる領域をｂで示してある。
【００６７】
【表１】

【００６８】
測定範囲は、ＣＣＤ素子の単一の画素でもよいし、数個から数十個の画素の平均を用いてもよい。各変位が単独で発生する場合、それぞれの画像内で５つの測定範囲Ａ1〜Ａ5について光強度を測定することにより、いずれの方向の移動、あるいは回転が生じたのかを判断することができる。
【００６９】
図２１および表１から理解できるように、ｘ軸方向の移動ψ1とｚ軸回りの回転ψ5とは、共に各画面内で左右の光量アンバランスを生じ、ｘ軸回りの回転とｙ軸回りの回転とは共に各画面内で上下の光量アンバランスを生じる。したがって、これらの変位が同時に発生した場合には、単に明暗２段階の情報では判断が困難になる。表１の(Ｋ)〜(Ｒ)は、上記の変位が同時に発生した場合の光強度を示している。ここで、ｖｄは上記のｄより更に暗い状態、ｖｂはｂより更に明るい状態を示す。
【００７０】
すなわち、これらの変位が同時に発生する可能性がある場合には、明暗の情報を少なくとも４段階で評価することにより、どのような変位が発生しているかを検出することができる。
【００７１】
ここでは、左右の画面内の５つの測定範囲Ａ1〜Ａ5の強度Ｉ1〜Ｉ5を取り込み、この強度に基づいて変位量ψ1〜ψ5を検出すると共に、検出された変位量から変位を補正して瞳分割ミラーを基準位置に復帰させるために必要な移動量を求める。立体視内視鏡が手動調整を必要とする場合には、移動量は数値情報としてＣＲＴ等に表示され、作業者はこの移動量に基づいて各部の位置関係を調整する。一方、内視鏡が自動調整手段を備える場合には、求められた移動量に基づいてモータ等の駆動手段が駆動される。
【００７２】
左右の測定範囲Ａ1〜Ａ5から得られる２組の強度値Ｉ1〜Ｉ5に基づいて瞳分割ミラーの位置を調整するためには、以下のような４通りの方法が用いられる。ここでは内視鏡が自動調整用のモータを備える場合について説明する。
【００７３】
第１の方法は、瞳分割ミラーの変位に対する調整の自由度数と同数の種類の測定値が得られ、かつ、変位に対する測定値の変化が線形である場合に成立する。この条件が成立する場合には、両者の関係を連立方程式で記述することができる。したがって、測定値を当てはめて連立方程式を解くことにより、基準位置からの変位量、すなわち基準位置へ復帰させるための移動量を求めることができる。
【００７４】
例えば、左画像の測定範囲Ａ1〜Ａ3の強度Ｉ1〜Ｉ3と、右画像の測定範囲Ａ1，Ａ2の強度Ｉ1，Ｉ2の計５点を選択することで上記の条件が成立し、両者の関係を連立方程式で記述することができる。
【００７５】
第１の方法は、図２２(Ａ)に示される。撮像素子から画像データを入力し、測定範囲Ａ1〜Ａ2の強度データを取り込み、連立方程式に代入して移動量を演算する。求められた移動量に基づいてモータをコントロールすることにより、瞳分割ミラーを基準位置に復帰させることができる。この場合には、理論的には１回の調整動作で瞳分割ミラーを基準位置に設定することができる。
【００７６】
第２の方法は、強度と移動量との関係が非線形である場合に用いられる。基準位置で得られるべき基準測定値を予め求めておき、現実の測定値と基準測定値との差を評価関数として最小二乗法により基準測定値に近づくための移動量を算出し、これに基づいて調整する。
【００７７】
第２の方法は、図２２(Ｂ)に示される。ここでは、図２２(Ａ)と同様に強度データを取り込んだ後、最小二乗法により基準位置でのデータと比較して差分を移動量として求める。この求めた移動量に基づいてモータをコントロールした後、再度画像を入力して基準位置でのデータに対して許容範囲内に接近したか否かを判断し、範囲内でない場合には再度移動量を求めてモータをコントロールする。移動量の算出と調整とを交互に繰り返すことにより、瞳分割ミラーを段階的に基準位置に近づけることができる。
【００７８】
第３の方法は、表１に示されるようなテーブルを用い、測定された強度分布がいずれのパターンに合致するかを求め、これによりψ1〜ψ5のいずれの変位が発生しているか、および発生している変位が＋方向か−方向かを求め、これに基づいて瞳分割ミラーを微小量づつ移動させる。
【００７９】
第３の方法は、図２２(Ｃ)に示される。この方法では、テーブルを参照して補正のための移動方向を求め、この方向に瞳分割ミラーを予め定められた一定の微小量移動させるようモータをコントロールする。移動後に再度画像を入力して強度分布の偏りが許容範囲内にあるか否かを判断し、範囲内でない場合には再度移動方向を求めてモータをコントロールする。移動方向の算出と調整とを交互に繰り返すことにより、瞳分割ミラーを段階的に基準位置に近づけることができる。
【００８０】
第４の方法は、表１に示したようなテーブルに方向性のみでなく測定される光量の値と変位量との数値的な関係を持たせ、このテーブルを参照して補正のための移動量を求める。テーブルには、例えば左画像のＩ2が−１０、右画像のＩ4が−１０である時には、ｘ軸方向の変位量ψ1が＋０．６となるといった測定値と変位量との対応を予め用意しておく。
【００８１】
第４の方法は、図２２(Ｄ)に示される。測定範囲の強度データを取り込み、テーブルを参照して補正のための移動量を求め、これに基づいてモータをコントロールして瞳分割ミラーを移動させる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、撮像素子からの信号に基づいて瞳分割ミラーの設定位置を検出することができ、この検出結果に基づいて瞳検出ミラーの位置、角度を調整することにより、左右の画像の光量分布、あるいは各画像内での光量分布のバランスを良好に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の立体視内視鏡の実施例１を示す内視鏡全体の断面図である。
【図２】 実施例１の立体視内視鏡の瞳分割ミラー部分を拡大して示す光路図であり、(Ａ)が図１と同様の平面図、(Ｂ)が側面図である。
【図３】 図１の内視鏡に接続される処理装置のブロック図である。
【図４】 図１の内視鏡に接続される処理装置の第１の変形例を示すブロック図である。
【図５】 図１の内視鏡の変形例の断面図と、それに接続される処理装置のブロック図とを合わせて示す説明図である。
【図６】 図１の内視鏡の他の変形例を示す断面図である。
【図７】 図６の内視鏡に接続される処理装置のブロック図である。
【図８】 この発明の立体視内視鏡の実施例２を示す観察部の拡大図である。
【図９】 この発明の立体視内視鏡の実施例３を示す観察部の拡大図である。
【図１０】 実施例３の立体視内視鏡の瞳分割ミラー部分を拡大して示す光路図であり、(Ａ)が平面図、(Ｂ)が側面図である。
【図１１】 この発明の立体視内視鏡の実施例４を示す観察部の拡大図である。
【図１２】 実施例４の変形例を示す観察部の拡大図である。
【図１３】 瞳分割ミラーと座標軸の符号との関係を示す斜視図である。
【図１４】 実施例１の瞳分割ミラーの稜線が射出瞳Ｅｐおよび光軸Ａｘ1に一致する場合の光路図である。
【図１５】 (Ａ)は実施例１の瞳分割ミラーが＋ｘ方向に移動した場合の光路図であり、(Ｂ)はその際に撮影される画像を示す説明図である。
【図１６】 (Ａ)は実施例１の瞳分割ミラーが−ｘ方向に移動した場合の光路図であり、(Ｂ)はその際に撮影される画像を示す説明図である。
【図１７】 (Ａ)は実施例１の瞳分割ミラーが＋ｙ方向に移動した場合の光路図であり、(Ｂ)はその際に撮影される画像を示す説明図である。
【図１８】 (Ａ)は実施例１の瞳分割ミラーがｘ軸回りで−方向に回転した場合の光路図であり、(Ｂ)はその際に撮影される画像を示す説明図である。
【図１９】 (Ａ)は実施例１の瞳分割ミラーがｙ軸回りで＋方向に回転した場合の光路図であり、(Ｂ)はその際に撮影される画像を示す説明図である。
【図２０】 (Ａ)は実施例１の瞳分割ミラーがｚ軸回りで＋方向に回転した場合の光路図であり、(Ｂ)はその際に撮影される画像を示す説明図である。
【図２１】 瞳分割ミラーの５つの変位が単独で生じた場合における左右各画像内の像の明暗の分布をまとめて示した図である。
【図２２】 この発明にかかる立体視内視鏡の調整方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 挿入部
２ 観察部
１０ 一次光学系
１１ 対物レンズ系
１２ 第１のリレーレンズ系
１３ 第２のリレーレンズ系
１４ フード
２０ 瞳分割ミラー
２０ａ，２１ａ ミラー面
３０ａ，３０ｂ 二次光学系
３１ａ，３１ｂ 光路偏向ミラー
３２ａ，３２ｂ 結像レンズ系
３４ａ，３４ｂ 撮像素子
４０ 調整手段
４１ 保持枠
４２ 間隔調整スクリュー
４４ 左右位置調整スクリュー
４５ 前後位置調整ボルト
４５ａ ナット部
４７ａ，４７ｂ 支持部材
６０，６１ マイクロモータ
１００ 処理装置
１０１，１０２ 画像メモリ
１０３ ビデオプロセッサ
１０４ タイミングコントローラ
１０５ 演算手段
１０６ コントローラ

Claims (21)

1. 物体側から順に配置された対物レンズ系とリレーレンズ系とを有する一次光学系と、
   前記一次光学系の瞳内の光束を立体視が可能なように２つの領域に分割する瞳分割手段と、
   前記瞳分割手段により分割された光束により形成されるそれぞれの像を一対の撮像素子を用いて撮影する二次光学系と、
   入力される制御信号に基づき前記瞳分割手段を駆動する駆動機構を有し、前記一次光学系の瞳に対する前記瞳分割手段の相対位置を調整する調整手段と、
   前記撮像素子から出力される画像信号に基づき、前記一次光学系の瞳に対する前記瞳分割手段の相対位置の基準位置からの変位を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された変位を補正するための移動量に対応した制御信号を前記調整手段に出力する制御手段と、を備えることを特徴とする立体視内視鏡。
2. 前記検出手段は、輝度が均一な物体を観察した際の前記画像内の光量分布に基づいて前記変位を検出することを特徴とする請求項１に記載の立体視内視鏡。
3. 前記検出手段は、前記各撮像素子により撮影された各画像内にそれぞれ複数の測定範囲を設定し、これらの測定範囲内の光量を比較することにより前記変位を検出することを特徴とする請求項２に記載の立体視内視鏡。
4. 前記検出手段が前記各測定範囲内の光量に基づいて検出した前記変位に関する情報を表示する表示手段を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の立体視内視鏡。
5. 前記表示手段は、前記変位を補正するための移動方向を表示することを特徴とする請求項４に記載の立体視内視鏡。
6. 前記表示手段は、前記変位を補正するための移動方向と移動量とを表示することを特徴とする請求項４に記載の立体視内視鏡。
7. 一次光学系を介して入射して該一次光学系の瞳に達した物体からの光束を瞳分割手段により立体視が可能なように２つの領域に分割し、分割された光束により形成される像を一対の撮像素子を用いて撮影する立体視内視鏡の調整方法であって、
   前記撮像素子の検出出力に基づいて前記瞳に対する前記瞳分割手段の相対位置の基準位置からの変位を検出するステップと、
   該検出結果に基づき、前記瞳分割手段を前記基準位置に復帰させるよう調整するステップとを有することを特徴とする立体視内視鏡の調整方法。
8. 前記検出ステップにおいて、前記変位の方向が検出されることを特徴とする請求項７に記載の立体視内視鏡の調整方法。
9. 前記検出ステップにおいて、前記変位の方向と量とが検出されることを特徴とする請求項７に記載の立体視内視鏡の調整方法。
10. 前記調整ステップにおいて、前記瞳分割手段の位置が調整されることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかに記載の立体視内視鏡の調整方法。
11. 前記調整ステップにおいて、前記一次光学系が配置された挿入部と前記瞳分割手段および前記撮像素子が配置された観察部とを接続するアダプターが調整されることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかに記載の立体視内視鏡の調整方法。
12. 一次光学系を介して入射して該一次光学系の瞳に達した物体からの光束を瞳分割手段により立体視が可能なように２つの領域に分割し、分割された光束により形成される像を一対の撮像素子を用いて撮影する立体視内視鏡の調整方法であって、
    前記撮像素子の検出出力に基づいて前記瞳に対する前記瞳分割手段の相対位置の基準位置からの変位を検出するステップと、
    該検出結果に基づいて前記瞳分割手段を前記基準位置に復帰させるための情報を演算するステップと、
    該演算結果に基づき、前記瞳分割手段を前記基準位置に復帰させるよう調整するステップと、前記変位量が所定の許容範囲内に入るか否かを判定するステップとを有し、
    前記変位量が所定の許容範囲内に入るまで前記３段階のステップを繰り返すことを特徴とする立体視内視鏡の調整方法。
13. 前記演算ステップでは、前記情報として移動方向が求められ、前記調整ステップでは、求められた移動方向に沿って前記瞳分割手段を微小量移動させることを特徴とする請求項１２に記載の立体視内視鏡の調整方法。
14. 前記演算ステップにおいて、前記情報として移動方向と移動量とが求められ、前記調整ステップでは、求められた移動方向と移動量とにしたがって前記瞳分割手段を移動させることを特徴とする請求項１２に記載の立体視内視鏡の調整方法。
15. 一次光学系を介して入射して該一次光学系の瞳に達した物体からの光束を瞳分割手段により立体視が可能なように２つの領域に分割し、分割された光束により形成される像を一対の撮像素子を用いて撮影する立体視内視鏡と、該内視鏡から出力される画像情報を処理する処理装置とから構成される立体視内視鏡システムにおいて、
    前記立体視内視鏡は、入力される制御信号に基づき前記瞳分割手段を駆動する駆動機構を有しており前記一次光学系の瞳に対する前記瞳分割手段の相対位置を調整する調整手段を有し、
    前記処理装置は、前記撮像素子から出力される画像信号に基づき、前記一次光学系の瞳に対する前記瞳分割手段の相対位置の基準位置からの変位を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて前記瞳分割手段を前記基準位置に復帰させるための情報を演算する演算手段と、前記演算手段の演算結果に基づいて前記駆動機構を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする立体視内視鏡システム。
16. 前記処理装置は、前記演算手段の演算結果を表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項１５に記載の立体視内視鏡システム。
17. 前記処理装置は、前記撮像素子から出力される画像信号を立体情報として表示する観察用処理装置の機能を合わせ持つことを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の立体視内視鏡システム。
18. 前記処理装置は、前記検出手段を有する調整用処理装置と、前記前記撮像素子から出力される画像信号を立体情報として表示する観察用処理装置との２つのユニットから構成されることを特徴とする請求項１５から請求項１７のいずれかに記載の立体視内視鏡システム。
19. 一次光学系を介して入射して該一次光学系の瞳に達した物体からの光束を瞳分割手段により立体視が可能なように２つの領域に分割し、分割された光束により形成される像を一対の撮像素子を用いて撮影する立体視内視鏡と、該内視鏡から出力される画像情報を処理する処理装置とから構成される立体視内視鏡システムにおいて、
    前記立体視内視鏡は、入力される制御信号に基づき前記瞳分割手段を駆動する駆動機構を有しており前記一次光学系の瞳に対する前記瞳分割手段の相対位置を調整する調整手段と、前記撮像素子から出力される画像信号に基づき、前記一次光学系の瞳に対する前記瞳分割手段の相対位置の基準位置からの変位を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて前記瞳分割手段を前記基準位置に復帰させるための情報を演算する演算手段と、前記演算手段の演算結果に基づいて前記駆動機構を制御する制御手段と、を備え、
    前記処理装置は、前記撮像素子から出力される画像信号を立体情報として表示する観察用処理装置として機能することを特徴とする立体視内視鏡システム。
20. 一次光学系を介して入射して該一次光学系の瞳に達した物体からの光束を瞳分割手段により立体視が可能なように２つの領域に分割し、分割された光束により形成される像を一対の撮像素子により撮影する立体視内視鏡に接続される調整用処理装置において、
    前記撮像素子から出力される画像信号に基づき、前記一次光学系の瞳に対する前記瞳分割手段の相対位置の基準位置からの変位を検出する検出手段と、
    前記検出手段の検出結果に基づいて前記瞳分割手段を前記基準位置に復帰させるための情報を演算する演算手段と、を備えることを特徴とする立体視内視鏡の調整用処理装置。
21. 前記処理装置は、前記演算手段の演算結果を表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項２０に記載の立体視内視鏡の調整用処理装置。

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