JP4136462B2

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Publication number: JP4136462B2
Application number: JP2002156115A
Authority: JP
Inventors: 聡司大塚; 昌章植田; 徹新村; 知暁山下; 元一中村; 純一野沢; 正和溝口; 健二大町; 朝規石川; 浩二安永; 敬司塩田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2022-05-29
Also published as: JP2003344779A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、手術方法、手術用具の発達に伴い、微細な手術、いわゆるマイクロサージェリーが頻繁に行われるようになってきた。このマイクロサージェリーには、眼科や脳神経外科に例をみるように、術部を拡大観察するための手術用顕微鏡が用いられる。ところで、例えば、脳神経外科における頭蓋底手術などでみられる硬膜の処置では、術者は患者頭部に設けられたバーホールの底部の微細な組織の拡大観察とともに、観察光軸方向に対しても比較的広い範囲の処置を行う必要がある。即ち、高分解能を要する観察とともに長焦点深度を要する観察をする必要がある。
【０００３】
手術用顕微鏡は通常、鏡体と、この鏡体を所望の位置に移動し、所望の方向に向け、この状態で鏡体を保持するための支持機構とで構成されている。一般的に、光学式顕微鏡の鏡体は、術部からの光束を入射しアフォーカル光束を出射する対物光学系と、対物光学系からのアフォーカル光束上に配設されたアパーチャ絞り（以下、ＡＳとする）と、ＡＳを通過した光束を所定の位置に結像させる結像光学系と、結像光学系の中間結像を拡大観察する接眼光学系とから構成されている。
【０００４】
このような顕微鏡とは異なる顕微鏡は、例えば特開平７−５３６９号公報に開示されている。この顕微鏡は、術部からの光束が入射されアフォーカル光束を射出する対物光学系と、対物光学系からのアフォーカル光東上に配設されたＡＳと、ＡＳを通過した光束を所定の位置に結像させる結像光学系と、結像光学系の結像面に配設された撮像手段を有する観察光学系と、撮像手段によって撮像された像を表示するディスプレイと、撮像手段によって撮像された像の輝度に基づいてＡＳの絞り直径を制御するＡＳ駆動部とから構成されている。術者はディスプレイに表示された画像を観察する。
【０００５】
しかしながら、このような顕微鏡は、術者が高分解能を要する場合にはＡＳ直径が大きくされた状態になり、一方長焦点深度を要する場合にはＡＳ直径が小さくされた状態になる。従って、前者と後者のいずれか一方の状態にて観察された観察像しか得られない。
【０００６】
このような問題を解決するために、焦点深度の浅い光学系を用いたとしても３次元被写体の各位置に焦点の合った画像を取り込むことができる、いわゆる焦点深度の深い撮像装置が様々に提案されている。例えば、特開平１０−２５７３７３に開示されている撮像装置は、焦点位置を深度方向に可動させて得られる複数の画像情報を利用して、高分解能かつ長深度の観察像を獲得する。
【０００７】
しかしながら、このような撮像装置を手術用顕微鏡に応用した場合、撮像光路上に配置された、焦点位置を深度方向に可動させるための光学素子を移動させなければならない。即ち、撮像光路の光軸に対して光学的に一定の姿勢を保たせたままこの光学素子を移動させる必要があるため、高精度な駆動機構や制御が必要である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような事情に着目してなされたものであり、本発明の目的は、単純な構成を用いて、高い分解能をもつとともに深い焦点深度をもつ観察画像を容易に取得できる画像表示装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係わる画像表示装置は、
被検体からの光束に基づいてアフォーカル光束を射出する対物光学系と、
このアフォーカル光束の一部を通過させると共に、通過するアフォーカル光束の中心軸を一定に保ったまま、その径を変更する光束径変更手段と、
前記光束径変更手段を通過したアフォーカル光束に基づく光学像の画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段で取得される、アフォーカル光束の径の変更に応じて順次変化する画像をアフォーカル光束の径毎に順次振り分け、振り分けられたこれらの画像を重畳する画像重畳手段と、
振り分けられたこれらの画像の重畳割合を設定する重畳割合設定手段と、
前記画像重畳手段により重畳された画像を表示する画像表示手段と、
を備えている。
【００１０】
画像重畳手段によりアフォーカル光束の径毎に順次振り分けられた画像は、高い分解能をもつ画像と深い焦点深度をもつ画像である。画像表示手段は両方の画像の情報を含んだ画像を表示する。このような表示は単純な構成を用いてなされる。
【００１１】
本発明の請求項２に係わる画像表示装置では、前記重畳割合設定手段により設定される重畳割合は、画像重畳手段により振り分けられたそれぞれの画像の表示濃度に反映する。
【００１２】
本発明の請求項３に係わる画像表示装置は、
被検体からの光束に基づいてアフォーカル光束を射出する対物光学系と、
このアフォーカル光束の一部を通過させると共に、通過するアフォーカル光束の中心軸を一定に保ったまま、その径を変更する光束径変更手段と、
前記光束径変更手段を通過したアフォーカル光束に基づく光学像の画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段で取得される、アフォーカル光束の径の変更に応じて順次変化する画像をアフォーカル光束の径毎に順次振り分け、振り分けられた画像から少なくとも１つの画像を選択してこの画像の中央部を取り出し、振り分けられた画像から少なくとも１つ画像を選択してこの画像の周縁部を取り出し、この中央部とこの周縁部を組み合わせて１つの画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段により取り出される中央部と周縁部の寸法を設定する寸法設定手段と、
前記画像生成手段により生成された画像を表示する画像表示手段と、
を備えている。
【００１３】
本発明の請求項３に係わる画像表示装置は請求項１に係わる画像表示装置と同じ効果をもつとともに、よりコントラストの高い画像を表示できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１〜図６を参照して、本発明の実施の形態に係わる画像表示装置を説明する。先ず、図１及び図２を参照して本発明の第１の実施の形態の画像表示装置を説明する。図１は、画像表示装置の構成を示す斜視図である。画像表示装置は、被検体７からの光束に基づいてアフォーカル光束を射出する対物光学系８を有している。このアフォーカル光束は光束径変更手段３０に導かれる。光束径変更手段３０はここに導かれた光束の一部を通過させる。光束径変更手段３０は異なる直径をもつ複数の絞りを有している。本実施の形態では、光束径変更手段３０は直径Ｄをもつ絞り１２と直径ｄをもつ絞り１４とを有している。Ｄ＞ｄである。絞り１２，１４は円盤状のディスク部材１１に設けられている。絞り１２，１４のそれぞれの中心の位置はディスク部材１１の中心に対して点対称である。絞り１２，１４の中心間の距離はＬである。
【００１５】
光束径変更手段３０を通過したアフォーカル光束は、このアフォーカル光束に基づく光学像の画像を取得する画像取得手段（撮像手段）５０に導かれる。画像取得手段５０は結像光学系９と撮像素子１０とを有している。結像光学系９は光束径変更手段３０を通過したアフォーカル光束を所定の結像面に結像させる。撮像素子１０はこの結像面に配置されており、この結像面に結像した被検体７の光学像を電気信号に変換する。撮像素子１０はＣＣＤ（ＣＨＡＲＧＥＤＣＯＵＰＬＥＤＤＥＶＩＣＥ）やＣＭＤ（ＣＨＡＲＧＥＭＯＤＵＬＡＴＥＤＤＥＶＩＣＥ）を有している。本実施の形態では、独立した２つの画像を使用者の２つの眼にそれぞれ導くために、結像光学系９と撮像素子１０とが２つずつ設けられているが、１つずつ設けられていても良い。２つの結像光学系９はこれらの光軸が互いに平行になるように配置されている。これらの光軸の間隔はＬである。
【００１６】
光束径変更手段３０の構成を詳細に説明する。ディスク部材１１の中心には、ディスク部材１１に直交する向きにこれを貫いている中心軸１６が固定されている。中心軸１６の一端は画像表示装置の本体の一部５１に回転自在に取り付けられている。中心軸１６の他端にはプーリ１３が固定されている。画像表示装置の本体の一部５２には、ディスク部材１１を回転させるためのモータ１７が固定されている。モータ１７の出力回転軸１９に固定されたプーリ２０と、プーリ１３との間にはテンションがかかった状態でタイミングベルト１５が架け渡されている。モータ１７にはディスク部材１１の回転角を検出するロータリーエンコーダ１８が取り付けられている。
【００１７】
ディスク部材１１が回転すると、結像光学系９のそれぞれの光軸に対して絞り１２，１４が移動する。対物光学系８から光束径変更手段３０に導かれたアフォーカル光束の一部は絞り１２，１４を通過する。一方の結像光学系９の光軸上に絞り１２が、他方の結像光学系９の光軸上に絞り１４が位置すると、絞り１２を通過したアフォーカル光束が一方の撮像素子１０に導かれ、絞り１４を通過したアフォーカル光束が他方の撮像素子１０に導かれる。さらにディスク部材１１が回転し、一方の結像光学系９の光軸上に絞り１４が、他方の結像光学系９の光軸上に絞り１２が位置すると、絞り１４を通過したアフォーカル光束が一方の撮像素子１０に導かれ、絞り１２を通過したアフォーカル光束が他方の撮像素子１０に導かれる。
【００１８】
即ち、光束径変更手段３０をアフォーカル光束の一部が通過する際、光束径変更手段３０を通過したアフォーカル光束の中心軸が一定に保たれたまま、光束径変更手段３０を通過したアフォーカル光束の径が変更される。光束径変更手段３０を通過したアフォーカル光束の中心軸は結像光学系９の光軸に一致させられている。アフォーカル光束の径の変更に応じて、画像取得手段５０の撮像素子１０で取得される画像は順次変化する。
【００１９】
一方の結像光学系９の光軸上に絞り１２が位置し、他方の結像光学系９の光軸上に絞り１４が位置するとき、一方の結像光学系９のＦ値Ｆ１は他方の結像光学系９のＦ値Ｆ２とは異なる。Ｆ値Ｆ１，Ｆ２は、それぞれの結像光学系９の焦点距離をＳとすると、
Ｆ１＝Ｓ／Ｄ
Ｆ２＝Ｓ／ｄ
である。
【００２０】
上述のようにＤ＞ｄであるので、Ｆ１＜Ｆ２である。Ｆ値が大きいほど分解能が増し、焦点深度が浅くなり、Ｆ値が小さいほど分解能が減り、焦点深度が深くなることは良く知られている。このことから、絞り１２を通過したアフォーカル光束に基づく光学像の焦点深度は、絞り１４を通過したアフォーカル光束に基づく光学像の焦点深度と比較して深いことが分かる。一方、絞り１４に関する光学像の分解能は絞り１２に関する光学像の分解能と比較して高い。これは、一方の結像光学系９の光軸上に絞り１４が位置し、他方の結像光学系９の光軸上に絞り１２が位置するときにもいえる。
【００２１】
一方の結像光学系９と撮像素子１０の組みにより取得される光学像の画像について考える。ディスク部材１１の回転に応じて、この結像光学系９には絞り１２を通過した、太いアフォーカル光束と、絞り１４を通過した細いアフォーカル光束が交互に入射する。撮像素子１０により取得される光学像の画像はアフォーカル光束の径の変更に応じて順次変化する。ディスク部材１１の回転数は好ましくは３０ｒｐｓである。この画像はディスク部材１１の回転数に応じた周期で変化する。ディスク部材１１の回転数はより好ましくは３０ｒｐｓより大きい。対物光学系８に対して被検体７が動くとき、回転数が大きいほど、撮像素子１０により取得される光学像の画像が変化する間に被検体７が動く距離が小さい。即ち、被検体７が動いたときのタイムラグが小さい。
【００２２】
撮像素子１０は制御部２１に接続されている。制御部２１は、この順次変化する画像をアフォーカル光束の径毎に順次振り分け、振り分けられたこれらの画像を重畳する画像重畳手段（重畳画像生成手段）を有している。制御部２１には、絞り１２を通過した太いアフォーカル光束に基づく光学像の画像Ａと、絞り１４を通過した細いアフォーカル光束に基づく光学像の画像Ｂとが順次入力される。制御部２１にはロータリーエンコーダ１８が接続されている。制御部２１はロータリーエンコーダ１８から渡されるディスク部材１１の回転角に基づいて結像光学系９に入射するアフォーカル光束の径を取得する。画像重畳手段は、この取得されたアフォーカル光束の径の情報を用いて、制御部２１に入力された画像をアフォーカル光束の径毎に画像Ａと画像Ｂに振り分ける。画像重畳手段は振り分けられた画像Ａと画像Ｂを重畳する。
【００２３】
制御部２１には振り分けられた画像Ａと画像Ｂの重畳割合を設定する重畳割合設定手段（重畳割合変更手段）２５が接続されている。設定された重畳割合は画像重畳手段に渡される。本実施の形態では重畳割合設定手段２５には可変抵抗が取り付けられたツマミが用いられている。ここまで、一方の結像光学系９と撮像素子１０の組みにより取得される光学像の画像について考えたが、他方の結像光学系９と撮像素子１０の組みにより取得される光学像の画像についても同様である。画像重畳手段により重畳された画像は画像表示手段により表示される。
【００２４】
画像表示装置は様々なものに適用される。本実施の形態では画像表示装置は顕微鏡に適用される。本実施の形態の画像表示手段６０は制御部２１に接続された１対のモニタ２２と１対の結像光学系２３と１対の接眼光学系２４とを有している。モニタ２２にはＴＦＴ−ＬＣＤ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙｓ）が用いられている。１対のモニタ２２には、２つの撮像素子１０によりそれぞれ取得された光学像の画像に対応した画像がそれぞれ表示される。重畳割合設定手段により設定される重畳割合は、画像重畳手段により振り分けられたそれぞれの画像Ａ，Ｂの表示濃度に反映する。モニタ２２に表示された画像は結像光学系２３により所定の位置に結像される。この結像された画像は結像光学系２３により拡大される。拡大された画像は使用者２６により観察される。画像表示手段は、画像表示装置が顕微鏡とは別のものに適用される場合には、モニタ２２、結像光学系２３及び接眼光学系２４の代わりに例えばＣＲＴを有していても良い。この場合、結像光学系９と撮像素子１０とは１つずつ設けられていても良い。
【００２５】
絞り１２を通過した太いアフォーカル光束に基づく光学像の画像Ａのみがモニタ２２に表示されると使用者２６は深い焦点深度をもつ被検体７の画像を観察することになる。絞り１４を通過した細いアフォーカル光束に基づく光学像の画像Ｂのみがモニタ２２に表示されると高い解像度をもつ画像を観察することになる。重畳された画像がモニタ２２に表示されると、使用者は深い焦点深度をもつ画像の情報と高い解像度をもつ画像の情報との両方を取得することができる。
【００２６】
上述した特開平１０−２５７３７３に開示されている従来の撮像装置では、従来高い分解能と深い焦点深度とを併せ持つ画像を取得するために、撮像光路の光軸に対して光学的に一定の姿勢を保たせたまま光学素子を移動させる必要がある。このため、高精度な駆動機構や制御が必要である。一方、本実施の形態の画像表示装置では、アフォーカル光束に対するディスク部材１１の位置の精度を高くする必要がない。従って、高精度な駆動機構などは必要ないので、画像表示装置の構成は単純になる。
【００２７】
本実施の形態では、光束径変更手段３０はディスク部材１１を有しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、それぞれの結像光学系９の光軸上にそれぞれ配置された液晶シャッタを有していても良い。この場合、それぞれの液晶シャッタの周波数（アフォーカル光束の径の変化の周期の逆数）は好ましくは３０Ｈｚであり、より好ましくは３０Ｈｚより大きい。
【００２８】
上述したように、本実施の形態の画像表示装置は顕微鏡に適用される。この画像表示装置を医療用顕微鏡、特に術部を拡大観察するための手術用顕微鏡に適用した例を説明する。図２は手術用顕微鏡の斜視図である。手術台６に寝かされている患者５の術部（被検体）７には鏡体１が対向させられる。鏡体１には、対物光学系８、光束径変更手段３０及び画像取得手段５０が内蔵されている。鏡体１は手術室の床又は天井（図示せず）に固定された保持機構により保持されている。画像表示手段６０を内蔵したビューワ３は術者（使用者）２６の眼前に配置される。ビューワ３は、鏡体１と同様に手術室の床又は天井（図示せず）に固定された保持機構により保持されている。ビューワ３には重畳割合設定手段２５が取り付けられている。
【００２９】
この手術用顕微鏡を用いれば、術者は深い焦点深度をもつ術部の画像の情報と高い解像度をもつ画像の情報との両方を取得することができる。これにより、手術、特に脳外科手術の作業性を向上させることができる。例えば、脳神経外科における頭蓋底手術などでみられる硬膜の処置では、術者は患者頭部に設けられたバーホールの底部の微細な組織の拡大観察とともに、観察光軸方向に対しても比較的広い範囲の処置を行うことができる。
【００３０】
次に、図３〜図５を参照して本発明の第２の実施の形態の画像表示装置を説明する。図３は画像表示装置の構成を示す斜視図である。本実施の形態の画像表示装置は、第１の実施の形態と同様に、手術用顕微鏡に適用される。図４は手術用顕微鏡の斜視図である。本実施の形態の画像表示装置の構成は、基本的に第１の実施の形態のものと同じである。本実施の形態において、第１の実施の形態の図１及び図２を参照して説明した構成部材と実質的に同一の構成部材は、第１の実施の形態の対応する構成部材を指示していた参照符号と同じ参照符号を付して詳細な説明を省略する。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、ディスク部材と制御部の構成である。
【００３１】
ディスク部材２６は、直径Ｅの絞り２７ａ，２７ｂ，２７ｃと、直径ｅの絞り２８ａ，２８ｂ，２８ｃとを有している。Ｅ＞ｅである。絞り２７ａの中心の位置と絞り２８ａの中心の位置はディスク部材２６の中心に対して点対称である。絞り２７ａ，２８ａの中心間の距離はＬである。絞り２７ｂと絞り２８ｂの位置関係及び絞り２７ｃと絞り２８ｃの位置関係は、絞り２７ａと絞り２８ａの位置関係と同じである。絞り２７ａ，２８ａの中心間を結ぶ直線、絞り２７ｂ，２８ｂの中心間を結ぶ直線及び絞り２７ｃ，２８ｃの中心間を結ぶ直線はディスク部材２６の中心を中心とした円の中心角を６等分している。
【００３２】
ディスク部材２６が回転すると、結像光学系９のそれぞれの光軸に対して絞り２７ａ，２７ｂ，２７ｃと絞り２８ａ，２８ｂ，２８ｃが移動する。一方の結像光学系９の光軸上に絞り２７ｂが、他方の結像光学系９の光軸上に絞り２８ｂが位置すると、絞り２７ｂを通過した太いアフォーカル光束が一方の撮像素子１０に導かれ、絞り２８ｂを通過した細いアフォーカル光束が他方の撮像素子１０に導かれる。さらにディスク部材２６が回転し、一方の結像光学系９の光軸上に絞り２８ｃが、他方の結像光学系９の光軸上に絞り２７ｃが位置すると、絞り２８ｃを通過した細いアフォーカル光束が一方の撮像素子１０に導かれ、絞り２７ｃを通過した太いアフォーカル光束が他方の撮像素子１０に導かれる。さらにディスク部材２６が回転し、一方の結像光学系９の光軸上に絞り２７ａが、他方の結像光学系９の光軸上に絞り２８ａが位置すると、太いアフォーカル光束が一方の撮像素子１０に導かれ、細いアフォーカル光束が他方の撮像素子１０に導かれる。
【００３３】
第１の実施の形態では、ディスク部材１１が１回転する間に１回アフォーカル光束の径が変更される。一方本実施の形態では、ディスク部材２６が１回転する間に３回アフォーカル光束の径を変更されるので、第１の実施形態と比べ、ディスク部材の回転数を１／３にすることができる。これにより、ディスク部材の回転にともなって発生する発音や振動を抑制することができる。
【００３４】
このようにして、ディスク部材２６の回転に応じて、結像光学系９には太いアフォーカル光束と細いアフォーカル光束とが交互に入射する。撮像素子１０により取得される光学像の画像はアフォーカル光束の径の変更に応じて順次変化する。
【００３５】
制御部２９には、第１の実施の形態と同様に、撮像素子１０、ロータリーエンコーダ１８及びモニタ２２が接続されている。制御部２９は、上述のように順次変化する画像をアフォーカル光束の径毎に順次振り分け、振り分けられた画像を組み合わせて１つの画像を生成する画像生成手段を有している。画像生成手段は振り分けられた画像から１つ画像を選択してこの画像の中央部を取り出す。これとともに、画像生成手段は振り分けられた画像からまた１つ画像を選択してこの画像の周縁部を取り出す。このとき、中央部を取り出すときと同じ画像を選択しても良い。本実施の形態では、中央部を取り出すときに選択する画像は周縁部を取り出すときに選択する画像とは異なる。この中央部とこの周縁部を組み合わせて１つの画像を生成する。
【００３６】
制御部２９には、太いアフォーカル光束に基づく光学像の画像Ａと、細いアフォーカル光束に基づく光学像の画像Ｂとが順次入力される。画像生成手段は、第１の実施の形態の画像重畳手段と同様に、制御部２９に入力された画像をアフォーカル光束の径毎に画像Ａと画像Ｂに振り分ける。上述したように、画像Ａは深い焦点深度をもつ。画像Ｂは高い分解能をもつ。制御部２９は画像Ａ，Ｂから画像Ｂを選択し、画像Ｂの中央部を取り出す。これとともに、画像生成手段は画像Ａ，Ｂから画像Ａを選択し、画像Ａの周縁部を取り出す。画像生成手段は画像Ｂの中央部と画像Ａの周縁部を組み合わせて１つの画像を生成する。生成された画像の中央部には画像Ｂの中央部が、生成された画像の周縁部には画像Ａの周縁部がそれぞれ配置される。制御部２９には画像生成手段により取り出される中央部と周縁部の寸法を設定する寸法設定手段（分割割合変更手段）３３が接続されている。本実施の形態では寸法設定手段３３には可変抵抗が取り付けられたツマミが用いられている（図４参照）。画像生成手段により生成された画像は画像表示手段６０のモニタ２２により表示される。
【００３７】
上述したように、本実施の形態の画像表示装置は手術用顕微鏡に適用される。この手術用顕微鏡の使用例を説明する。図５は画像生成手段により生成された画像を表示するモニタ２２の画面を示している。図４に示すように、術者２６は、ビューワ３に内蔵された画面を観察しながら、鏡体１を術部に対して位置決めする。星印で示された観察注視部位３４が画面の中心に位置すると、観察注視部位３４の近傍の画像３２が画面の中央部に表示される。この画像は高い分解能をもつ画像Ｂの中央部である。観察注視部位３４の近傍の画像の周縁には観察注視部位３４の周縁に位置する部位の画像３１が表示される。この画像は深い焦点深度をもつ画像Ａの周縁部である。寸法設定手段３３を操作すれば、中央部に表示される画像３２の寸法を所望の寸法に設定することができる。これにより、手術、特に脳外科手術の作業性を向上させることができる。例えば、脳神経外科における頭蓋底手術などでみられる硬膜の処置に有効である。
【００３８】
第１の実施の形態では、高い分解能をもつ画像と深い焦点深度をもつ画像とを重畳する。これに対して、本実施の形態では、画像Ａ，Ｂがもつコントラストを劣化させることなくこれらの画像を表示することができる。
【００３９】
次に、図６を参照して本発明の第３の実施の形態の画像表示装置を説明する。図６は画像表示装置の構成を示す斜視図である。本実施の形態の画像表示装置は、第１の実施の形態と同様に、手術用顕微鏡に適用される。本実施の形態の画像表示装置の構成は、基本的に第２の実施の形態のものと同じである。本実施の形態において、第２の実施の形態の図３〜図５を参照して説明した構成部材と実質的に同一の構成部材は、第２の実施の形態の対応する構成部材を指示していた参照符号と同じ参照符号を付して詳細な説明を省略する。本実施の形態が第２の実施の形態と異なる点は、ディスク部材と制御部の画像生成手段の構成である。
【００４０】
ディスク部材３５は絞り３６，３７，３８，３９，４０，４１を有している。これらの絞りの直径を順にＥ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６とすると、Ｅ１＞Ｅ２＞Ｅ３＞Ｅ４＞Ｅ５＞Ｅ６である。これらの絞りの中心はディスク部材３５の中心を中心にもつ同一円周上に位置している。ＰＣＤはＬであり、これらの絞りの中心とディスク部材３５の中心を結ぶ線分はこの円周の中心角を６等分している。
【００４１】
ディスク部材３５が回転すると、結像光学系９の光軸上位置する絞りの径が順次変更される。このとき、撮像素子１０に導かれるアフォーカル光束の径が順次変更される。撮像素子１０により取得される光学像の画像はアフォーカル光束の径の、このような変更に応じて順次変化する。
【００４２】
制御部４２には、第１の実施の形態と同様に、撮像素子１０、ロータリーエンコーダ１８及びモニタ２２が接続されている。制御部４２には、異なる径をもつアフォーカル光束に基づく光学像の画像Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇが順次入力される。制御部４２の画像生成手段は、これらの画像をアフォーカル光束の径毎に振り分ける。これらの画像は異なる焦点深度と分解能をもっている。
【００４３】
画像生成手段は振り分けられた画像から少なくとも１つ画像を選択してこの画像の中央部を取り出す。本実施の形態では２つの画像を選択する。例えば画像Ｅ，Ｇを選択する。これとともに、画像生成手段は振り分けられた画像から少なくとも１つ画像を選択してこの画像の周縁部を取り出す。例えば、画像Ａ，Ｃを選択する。中央部を取り出すときに選択する画像は周縁部を取り出すときに選択する画像と同じでも良いし、異なっていても良い。
【００４４】
画像生成手段はこの中央部とこの周縁部を組み合わせて１つの画像を生成する。生成された画像の中央部には、画像Ｅの中央部と画像Ｇの中央部が配置される。これらは重畳される。生成された画像の周縁部には画像Ａの周縁部と画像Ｃの周縁部が配置される。これらも重畳される。画像生成手段により生成された画像は画像表示手段６０のモニタ２２により表示される。
【００４５】
制御部４２には、生成される画像の中央部に配置される２つの画像Ｅ，Ｇの重畳割合を設定する重畳割合設定手段４３と、生成される画像の周縁部に配置される２つの画像Ａ，Ｃの重畳割合を設定する重畳割合設定手段４４とが接続されている。さらに、制御部４２には、画像生成手段により取り出される中央部と周縁部の寸法を設定する寸法設定手段４５が接続されている。本実施の形態では重畳割合設定手段４３、重畳割合設定手段４４及び寸法設定手段４５には可変抵抗が取り付けられたツマミが用いられている。
【００４６】
本実施の形態の画像表示装置は上記第１及び第２の実施の形態の効果を併せ持っている。本実施の形態の画像表示装置を用いた手術用顕微鏡を用いれば、より術部の状態に即した術部の画像を取得することができる。
【００４７】
本発明は、以下の各項に示す発明を開示している。
【００４８】
１．被検体からの光束に基づいてアフォーカル光束を射出する対物光学系と、
このアフォーカル光束の一部を通過させると共に、通過するアフォーカル光束の中心軸を一定に保ったまま、その径を変更する光束径変更手段と、
前記光束径変更手段を通過したアフォーカル光束に基づく光学像の画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段で取得される、アフォーカル光束の径の変更に応じて順次変化する画像をアフォーカル光束の径毎に順次振り分け、振り分けられたこれらの画像を重畳する画像重畳手段と、
振り分けられたこれらの画像の重畳割合を設定する重畳割合設定手段と、
前記画像重畳手段により重畳された画像を表示する画像表示手段と、
を備えている画像表示装置。
【００４９】
２．前記重畳割合設定手段により設定される重畳割合は、画像重畳手段により振り分けられたそれぞれの画像の表示濃度に反映する第１項に記載の画像表示装置。
【００５０】
３．被検体からの光束に基づいてアフォーカル光束を射出する対物光学系と、
このアフォーカル光束の一部を通過させると共に、通過するアフォーカル光束の中心軸を一定に保ったまま、その径を変更する光束径変更手段と、
前記光束径変更手段を通過したアフォーカル光束に基づく光学像の画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段で取得される、アフォーカル光束の径の変更に応じて順次変化する画像をアフォーカル光束の径毎に順次振り分け、振り分けられた画像から少なくとも１つの画像を選択してこの画像の中央部を取り出し、振り分けられた画像から少なくとも１つ画像を選択してこの画像の周縁部を取り出し、この中央部とこの周縁部を組み合わせて１つの画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段により取り出される中央部と周縁部の寸法を設定する寸法設定手段と、
前記画像生成手段により生成された画像を表示する画像表示手段と、
を備えている画像表示装置。
【００５１】
４．前記光束径変更手段は、異なる直径をもつ複数の絞りを有している第１項乃至第３項いずれか１項に記載の画像表示装置。
【００５２】
５．前記光束径変更手段は、異なる直径をもつ複数の絞りが設けられたディスク部材を有している第１項乃至第３項いずれか１項に記載の画像表示装置。
【００５３】
６．前記光束径変更手段は、液晶シャッタを有している第１項乃至第３項いずれか１項に記載の画像表示装置。
【００５４】
７．被検体からの光束に基づいてアフォーカル光束を射出する対物光学系と、
前記アフォーカル光束から任意の径を有する光束を選択して透過させると共に、透過する光束の大きさをその径方向に変更することが可能な光束径変更手段と、
前記光束径変更手段を透過したアフォーカル光束に基づく光学像を撮像可能な撮像手段と、
前記光束径変更手段の動作に応じて前記撮像手段で得られる光束中心が同一で光束径が異なる複数の光学像を重畳した画像を生成する重畳画像生成手段と、
前記重畳画像生成手段と接続され、複数の光学像が重畳された画像を表示可能な画像表示手段と、
前記画像表示手段に重畳表示された光学像の重畳割合を変更する重畳割合変更手段と、
を有する画像表示装置。
【００５５】
８．前記重畳割合変更手段により変更される重畳割合は、重畳表示された各々の光学像の表示濃度に反映される第７項に記載の画像表示装置。
【００５６】
９．被検体からの光束に基づいてアフォーカル光束を射出する対物光学系と、
前記アフォーカル光束から任意の径を有する光束を選択して透過させると共に、透過する光束の大きさをその径方向に変更することが可能な光束径変更手段と、
前記光束径変更手段を透過したアフォーカル光束に基づく光学像を撮像可能な撮像手段と、
前記光束径変更手段の動作に応じて前記撮像手段で得られる光束中心が同一で光束径が異なる複数の光学像をそれぞれ径方向に分割すると共に、分割された複数の光学像を選択的に組み合わせて一画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段で生成された画像を表示する画像表示手段と、
前記画像生成手段における径方向の分割割合を変更する分割割合変更手段と、を有する画像表示装置。
【００５７】
尚、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳述したことから明らかなように、本発明に従った画像表示装置を用いれば、単純な構成を用いて、高い分解能をもつとともに深い焦点深度をもつ観察画像を容易に取得できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における画像表示装置の構成を示す斜視図。
【図２】図１の画像表示装置を用いた手術用顕微鏡の斜視図。
【図３】本発明の第２の実施の形態における画像表示装置の構成を示す斜視図。
【図４】図３の画像表示装置を用いた手術用顕微鏡の斜視図。
【図５】画像生成手段により生成された画像を表示するモニタの画面を示す図。
【図６】本発明の第３の実施の形態における画像表示装置の構成を示す斜視図。
【符号の説明】
１鏡体
３ビューワ
５患者
６手術台
７被検体（術部）
８対物光学系
９結像光学系
１０撮像素子
１１ディスク部材
１２絞り
１３プーリ
１４絞り
１５タイミングベルト
１６中心軸
１７モータ
１８ロータリーエンコーダ
１９出力回転軸
２０プーリ
２１制御部（画像重畳手段）
２２モニタ
２３結像光学系
２４接眼光学系
２５重畳割合設定手段
２６使用者（術者）
２６ディスク部材
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ絞り
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ絞り
２９制御部（画像生成手段）
３０光束径変更手段
３１画像
３２画像
３３寸法設定手段
３４観察注視部位
３５ディスク部材
３６，３７，３８，３９，４０，４１絞り
４２制御部（画像生成手段）
４３重畳割合設定手段
４４重畳割合設定手段
４５寸法設定手段
５０画像取得手段
６０画像表示手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image display device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the development of surgical methods and surgical tools, fine surgery, so-called microsurgery, has been frequently performed. In this microsurgery, a surgical microscope is used for observing the surgical site in an enlarged manner, as seen in examples in ophthalmology and neurosurgery. By the way, in the treatment of the dura mater, which is seen in, for example, skull base surgery in neurosurgery, the operator is able to observe the enlarged tissue at the bottom of the barhole provided on the patient's head and observe the observation optical axis direction. However, it is necessary to perform a relatively wide range of treatments. That is, it is necessary to perform observation that requires a long focal depth as well as observation that requires high resolution.
[0003]
A surgical microscope is generally composed of a mirror body and a support mechanism for moving the mirror body to a desired position, directing the mirror body in a desired direction, and holding the mirror body in this state. In general, a mirror body of an optical microscope includes an objective optical system that receives a light beam from an operation site and emits an afocal light beam, and an aperture stop (hereinafter referred to as an aperture stop) disposed on the afocal light beam from the objective optical system. AS), an imaging optical system that forms an image of a light beam that has passed through AS at a predetermined position, and an eyepiece optical system that magnifies and observes intermediate imaging of the imaging optical system.
[0004]
A microscope different from such a microscope is disclosed in, for example, JP-A-7-5369. This microscope has an objective optical system that emits an afocal light beam when a light beam from an operation site is incident, an AS disposed on the east of afocal light from the objective optical system, and a light beam that has passed through the AS at a predetermined position. An imaging optical system for forming an image, an observation optical system having an imaging unit disposed on an imaging surface of the imaging optical system, a display for displaying an image captured by the imaging unit, and an image captured by the imaging unit The AS drive unit controls the aperture diameter of the AS based on the luminance of the image. The surgeon observes the image displayed on the display.
[0005]
However, such a microscope is in a state in which the AS diameter is increased when the surgeon requires high resolution, and is in a state in which the AS diameter is reduced when a long focal depth is required. Therefore, only an observation image observed in one of the former and the latter can be obtained.
[0006]
In order to solve such problems, there are various proposals of so-called deep focus imaging devices that can capture in-focus images at each position of a three-dimensional subject even if an optical system with a shallow focus depth is used. Has been. For example, the imaging apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-257373 acquires a high-resolution and long-depth observation image by using a plurality of pieces of image information obtained by moving the focal position in the depth direction.
[0007]
However, when such an imaging apparatus is applied to a surgical microscope, it is necessary to move an optical element arranged on the imaging optical path for moving the focal position in the depth direction. In other words, since it is necessary to move the optical element while maintaining an optically constant posture with respect to the optical axis of the imaging optical path, a highly accurate drive mechanism and control are required.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made paying attention to the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide an image display that can easily acquire an observation image having a high resolution and a deep focal depth by using a simple configuration. Is to provide a device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an image display apparatus according to claim 1 of the present invention provides:
An objective optical system for emitting an afocal light beam based on the light beam from the subject;
A light beam diameter changing means for changing a diameter of the afocal light beam while passing a part of the afocal light beam and maintaining a constant central axis of the afocal light beam;
Image acquisition means for acquiring an image of an optical image based on the afocal light beam that has passed through the light beam diameter changing means;
An image superimposing unit that sequentially acquires images that change sequentially according to a change in the diameter of the afocal light beam, acquired by the image acquisition unit, and superimposes the distributed images.
Superimposition ratio setting means for setting the superimposition ratio of these distributed images;
Image display means for displaying the image superimposed by the image superimposing means;
It has.
[0010]
The images sequentially sorted by the afocal beam diameter by the image superimposing means are an image having a high resolution and an image having a deep depth of focus. The image display means displays an image including information on both images. Such a display is made using a simple configuration.
[0011]
In the image display device according to claim 2 of the present invention, the superimposition ratio set by the superimposition ratio setting means is reflected in the display density of each image distributed by the image superimposition means.
[0012]
An image display apparatus according to claim 3 of the present invention is provided.
An objective optical system for emitting an afocal light beam based on the light beam from the subject;
A light beam diameter changing means for changing a diameter of the afocal light beam while passing a part of the afocal light beam and maintaining a constant central axis of the afocal light beam;
Image acquisition means for acquiring an image of an optical image based on the afocal light beam that has passed through the light beam diameter changing means;
The images acquired by the image acquisition means are sequentially distributed according to the change of the diameter of the afocal light beam, and are sequentially distributed for each diameter of the afocal light beam. At least one image is selected from the distributed images, and An image generating means for taking out the central part, selecting at least one image from the sorted images, taking out the peripheral part of the image, and combining the central part and the peripheral part to generate one image;
Dimension setting means for setting the dimensions of the central portion and the peripheral portion taken out by the image generating means;
Image display means for displaying an image generated by the image generation means;
It has.
[0013]
The image display device according to claim 3 of the present invention has the same effect as the image display device according to claim 1 and can display an image with higher contrast.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An image display apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, an image display apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the image display apparatus. The image display apparatus has an objective optical system 8 that emits an afocal light beam based on the light beam from the subject 7. This afocal light beam is guided to the light beam diameter changing means 30. The light beam diameter changing means 30 passes a part of the light beam guided here. The light beam diameter changing means 30 has a plurality of stops having different diameters. In the present embodiment, the light beam diameter changing means 30 has a stop 12 having a diameter D and a stop 14 having a diameter d. D> d. The diaphragms 12 and 14 are provided on a disk-shaped disk member 11. The positions of the centers of the diaphragms 12 and 14 are point symmetric with respect to the center of the disk member 11. The distance between the centers of the diaphragms 12 and 14 is L.
[0015]
The afocal beam that has passed through the beam diameter changing unit 30 is guided to an image acquisition unit (imaging unit) 50 that acquires an image of an optical image based on the afocal beam. The image acquisition means 50 has an imaging optical system 9 and an image sensor 10. The imaging optical system 9 images the afocal light beam that has passed through the light beam diameter changing means 30 on a predetermined imaging surface. The image sensor 10 is disposed on this imaging plane, and converts an optical image of the subject 7 formed on this imaging plane into an electrical signal. The imaging element 10 has a CCD (CHARGED COUPLED DEVICE) and a CMD (CHARGE MODULATED DEVICE). In the present embodiment, two imaging optical systems 9 and two image sensors 10 are provided to guide two independent images to the two eyes of the user, respectively. May be. The two imaging optical systems 9 are arranged so that their optical axes are parallel to each other. The distance between these optical axes is L.
[0016]
The configuration of the light beam diameter changing means 30 will be described in detail. At the center of the disk member 11, a central shaft 16 passing through the disk member 11 is fixed in a direction orthogonal to the disk member 11. One end of the central shaft 16 is rotatably attached to a part 51 of the main body of the image display device. A pulley 13 is fixed to the other end of the central shaft 16. A motor 17 for rotating the disk member 11 is fixed to a part 52 of the main body of the image display device. A timing belt 15 is stretched between a pulley 20 fixed to the output rotating shaft 19 of the motor 17 and the pulley 13 in a tensioned state. A rotary encoder 18 that detects the rotation angle of the disk member 11 is attached to the motor 17.
[0017]
When the disk member 11 rotates, the diaphragms 12 and 14 move with respect to the respective optical axes of the imaging optical system 9. Part of the afocal light beam guided from the objective optical system 8 to the light beam diameter changing means 30 passes through the stops 12 and 14. When the diaphragm 12 is positioned on the optical axis of one imaging optical system 9 and the diaphragm 14 is positioned on the optical axis of the other imaging optical system 9, the afocal light beam that has passed through the diaphragm 12 is guided to one imaging element 10. Then, the afocal light beam that has passed through the stop 14 is guided to the other image sensor 10. When the disk member 11 further rotates and the diaphragm 14 is positioned on the optical axis of one imaging optical system 9 and the diaphragm 12 is positioned on the optical axis of the other imaging optical system 9, the afocal light beam that has passed through the diaphragm 14. Is guided to one image sensor 10, and the afocal light beam that has passed through the aperture 12 is guided to the other image sensor 10.
[0018]
That is, when a part of the afocal light beam passes through the light beam diameter changing unit 30, the central axis of the afocal light beam that has passed through the light beam diameter changing unit 30 is kept constant and the light beam that has passed through the light beam diameter changing unit 30 is kept constant. The diameter of the focal beam is changed. The central axis of the afocal light beam that has passed through the light beam diameter changing means 30 is made to coincide with the optical axis of the imaging optical system 9. In accordance with the change in the diameter of the afocal light beam, the image acquired by the image sensor 10 of the image acquisition means 50 changes sequentially.
[0019]
When the diaphragm 12 is positioned on the optical axis of one imaging optical system 9 and the diaphragm 14 is positioned on the optical axis of the other imaging optical system 9, the F value F1 of one imaging optical system 9 is the other This is different from the F value F2 of the imaging optical system 9. The F values F1 and F2 are given by assuming that the focal length of each imaging optical system 9 is S.
F1 = S / D
F2 = S / d
It is.
[0020]
Since D> d as described above, F1 <F2. It is well known that the larger the F value, the higher the resolution and the shallower the focal depth, and the smaller the F value, the lower the resolution and the deeper the focal depth. From this, it can be seen that the depth of focus of the optical image based on the afocal light beam passing through the stop 12 is deeper than the depth of focus of the optical image based on the afocal light beam passing through the stop 14. On the other hand, the resolution of the optical image related to the stop 14 is higher than the resolution of the optical image related to the stop 12. This is also true when the diaphragm 14 is positioned on the optical axis of one imaging optical system 9 and the diaphragm 12 is positioned on the optical axis of the other imaging optical system 9.
[0021]
Consider an image of an optical image obtained by the combination of one imaging optical system 9 and the image sensor 10. In accordance with the rotation of the disk member 11, a thick afocal light beam that has passed through the stop 12 and a thin afocal light beam that has passed through the stop 14 are alternately incident on the imaging optical system 9. The image of the optical image acquired by the image sensor 10 changes sequentially according to the change of the diameter of the afocal light beam. The rotational speed of the disk member 11 is preferably 30 rps. This image changes at a period corresponding to the rotational speed of the disk member 11. The rotational speed of the disk member 11 is more preferably greater than 30 rps. When the subject 7 moves relative to the objective optical system 8, the greater the number of rotations, the shorter the distance that the subject 7 moves while the image of the optical image acquired by the image sensor 10 changes. That is, the time lag when the subject 7 moves is small.
[0022]
The image sensor 10 is connected to the control unit 21. The control unit 21 has image superimposing means (superimposed image generating means) for sequentially distributing the sequentially changing images for each diameter of the afocal light beam and superimposing the allocated images. An image A of an optical image based on a thick afocal light beam that has passed through the stop 12 and an image B of an optical image based on a thin afocal light beam that has passed through the stop 14 are sequentially input to the control unit 21. A rotary encoder 18 is connected to the control unit 21. The control unit 21 acquires the diameter of the afocal light beam incident on the imaging optical system 9 based on the rotation angle of the disk member 11 passed from the rotary encoder 18. The image superimposing means distributes the image input to the control unit 21 into the image A and the image B for each diameter of the afocal light beam using the acquired information on the diameter of the afocal light beam. The image superimposing means superimposes the distributed image A and image B.
[0023]
Connected to the control unit 21 is a superimposition ratio setting means (superimposition ratio changing means) 25 for setting the superposition ratio of the distributed images A and B. The set superposition ratio is passed to the image superimposing means. In the present embodiment, the superimposition ratio setting means 25 is a knob with a variable resistor attached. Up to this point, the image of the optical image acquired by the combination of the one imaging optical system 9 and the image sensor 10 has been considered. The same applies to. The image superimposed by the image superimposing means is displayed by the image display means.
[0024]
An image display apparatus is applied to various things. In the present embodiment, the image display device is applied to a microscope. The image display means 60 of the present embodiment has a pair of monitors 22, a pair of imaging optical systems 23, and a pair of eyepiece optical systems 24 connected to the control unit 21. The monitor 22 uses a TFT-LCD (Thin Film Transistor Liquid Crystal Displays). On the pair of monitors 22, images corresponding to the images of the optical images respectively acquired by the two imaging elements 10 are displayed. The superposition ratio set by the superposition ratio setting means is reflected in the display densities of the images A and B distributed by the image superposition means. The image displayed on the monitor 22 is imaged at a predetermined position by the imaging optical system 23. The formed image is enlarged by the imaging optical system 23. The enlarged image is observed by the user 26. The image display means may have, for example, a CRT instead of the monitor 22, the imaging optical system 23, and the eyepiece optical system 24 when the image display device is applied to a device other than a microscope. In this case, one imaging optical system 9 and one image sensor 10 may be provided.
[0025]
When only the image A of the optical image based on the thick afocal light beam that has passed through the stop 12 is displayed on the monitor 22, the user 26 observes the image of the subject 7 having a deep depth of focus. When only the image B of the optical image based on the thin afocal light beam that has passed through the stop 14 is displayed on the monitor 22, an image having a high resolution is observed. When the superimposed image is displayed on the monitor 22, the user can acquire both information on an image having a deep focal depth and information on an image having a high resolution.
[0026]
In the conventional imaging device disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 10-257373, in order to acquire an image having both high resolution and deep focal depth, an optically constant posture is taken with respect to the optical axis of the imaging optical path. It is necessary to move the optical element while keeping it. For this reason, a highly accurate drive mechanism and control are required. On the other hand, in the image display device of the present embodiment, it is not necessary to increase the accuracy of the position of the disk member 11 with respect to the afocal light beam. Therefore, since a highly accurate drive mechanism or the like is not necessary, the configuration of the image display apparatus is simplified.
[0027]
In the present embodiment, the light beam diameter changing means 30 includes the disk member 11, but the present invention is not limited to this. For example, you may have the liquid-crystal shutter each arrange | positioned on the optical axis of each imaging optical system 9. FIG. In this case, the frequency of each liquid crystal shutter (the reciprocal of the change in the diameter of the afocal beam) is preferably 30 Hz, more preferably greater than 30 Hz.
[0028]
As described above, the image display apparatus according to the present embodiment is applied to a microscope. An example in which this image display device is applied to a medical microscope, in particular, a surgical microscope for magnifying and observing a surgical site will be described. FIG. 2 is a perspective view of a surgical microscope. The mirror body 1 is made to face the surgical part (subject) 7 of the patient 5 who is laid on the operating table 6. The mirror body 1 includes an objective optical system 8, a light beam diameter changing unit 30, and an image acquisition unit 50. The mirror body 1 is held by a holding mechanism fixed to the floor or ceiling (not shown) of the operating room. The viewer 3 incorporating the image display means 60 is disposed in front of the surgeon (user) 26. The viewer 3 is held by a holding mechanism fixed to the floor or ceiling (not shown) of the operating room, like the mirror body 1. A superimposition ratio setting unit 25 is attached to the viewer 3.
[0029]
By using this surgical microscope, the operator can obtain both information on the image of the surgical site having a deep focal depth and information on the image having a high resolution. Thereby, workability | operativity of operation, especially brain surgery can be improved. For example, in the treatment of the dura mater seen in skull base surgery in neurosurgery, the surgeon compared with the observation optical axis direction while magnifying the fine tissue at the bottom of the bar hole provided on the patient's head. A wide range of treatments can be performed.
[0030]
Next, an image display apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the image display apparatus. The image display apparatus according to the present embodiment is applied to a surgical microscope as in the first embodiment. FIG. 4 is a perspective view of a surgical microscope. The configuration of the image display apparatus according to the present embodiment is basically the same as that of the first embodiment. In the present embodiment, the structural members that are substantially the same as the structural members described with reference to FIGS. 1 and 2 of the first embodiment indicate the corresponding structural members of the first embodiment. The same reference numerals as those used in the above description are attached and detailed description thereof is omitted. This embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the disk member and the control unit.
[0031]
The disk member 26 has diaphragms 27a, 27b, and 27c having a diameter E and diaphragms 28a, 28b, and 28c having a diameter e. E> e. The center position of the diaphragm 27 a and the center position of the diaphragm 28 a are point symmetric with respect to the center of the disk member 26. The distance between the centers of the stops 27a and 28a is L. The positional relationship between the diaphragm 27b and the diaphragm 28b and the positional relationship between the diaphragm 27c and the diaphragm 28c are the same as the positional relationship between the diaphragm 27a and the diaphragm 28a. A straight line connecting the centers of the stops 27a and 28a, a straight line connecting the centers of the stops 27b and 28b, and a straight line connecting the centers of the stops 27c and 28c divide the central angle of the circle about the center of the disk member 26 into six equal parts. is doing.
[0032]
When the disk member 26 rotates, the diaphragms 27a, 27b, 27c and the diaphragms 28a, 28b, 28c move with respect to the respective optical axes of the imaging optical system 9. When the stop 27b is positioned on the optical axis of one image forming optical system 9 and the stop 28b is positioned on the optical axis of the other image forming optical system 9, the thick afocal light beam that has passed through the stop 27b is applied to one image sensor 10. The thin afocal light beam guided and passed through the stop 28 b is guided to the other image sensor 10. When the disk member 26 further rotates and the stop 28c is positioned on the optical axis of one imaging optical system 9 and the stop 27c is positioned on the optical axis of the other imaging optical system 9, the thin afocal that has passed through the stop 28c. The light beam is guided to one image sensor 10, and the thick afocal light beam that has passed through the diaphragm 27 c is guided to the other image sensor 10. When the disk member 26 further rotates and the stop 27a is positioned on the optical axis of one imaging optical system 9 and the stop 28a is positioned on the optical axis of the other imaging optical system 9, a thick afocal light beam is captured on one image. Guided to the element 10, a thin afocal light beam is guided to the other imaging element 10.
[0033]
In the first embodiment, the diameter of the afocal light beam is changed once while the disk member 11 rotates once. On the other hand, in the present embodiment, since the diameter of the afocal light beam is changed three times during one rotation of the disk member 26, the number of rotations of the disk member can be reduced to 1/3 as compared with the first embodiment. it can. As a result, it is possible to suppress sound generation and vibration that occur as the disk member rotates.
[0034]
In this manner, a thick afocal light beam and a thin afocal light beam are alternately incident on the imaging optical system 9 in accordance with the rotation of the disk member 26. The image of the optical image acquired by the image sensor 10 changes sequentially according to the change of the diameter of the afocal light beam.
[0035]
As in the first embodiment, the image sensor 10, the rotary encoder 18, and the monitor 22 are connected to the control unit 29. The control unit 29 includes image generation means for sequentially distributing the images that change sequentially as described above for each diameter of the afocal light beam, and generating one image by combining the distributed images. The image generation means selects one image from the sorted images and takes out the central portion of this image. At the same time, the image generation means selects another image from the sorted images and takes out the peripheral portion of this image. At this time, the same image as when the center portion is taken out may be selected. In the present embodiment, the image selected when the central portion is extracted is different from the image selected when the peripheral portion is extracted. One image is generated by combining the central portion and the peripheral portion.
[0036]
An image A of an optical image based on a thick afocal light beam and an image B of an optical image based on a thin afocal light beam are sequentially input to the control unit 29. Similar to the image superimposing unit of the first embodiment, the image generating unit distributes the image input to the control unit 29 into the image A and the image B for each afocal light beam diameter. As described above, the image A has a deep depth of focus. Image B has a high resolution. The control unit 29 selects the image B from the images A and B, and takes out the central portion of the image B. At the same time, the image generation means selects the image A from the images A and B, and takes out the peripheral edge of the image A. The image generating means generates one image by combining the central portion of the image B and the peripheral portion of the image A. The central part of the image B is arranged at the central part of the generated image, and the peripheral part of the image A is arranged at the peripheral part of the generated image. Connected to the control unit 29 is a dimension setting means (division ratio changing means) 33 for setting the dimensions of the central portion and the peripheral portion taken out by the image generating means. In this embodiment, the dimension setting means 33 is a knob to which a variable resistor is attached (see FIG. 4). The image generated by the image generation means is displayed on the monitor 22 of the image display means 60.
[0037]
As described above, the image display apparatus according to the present embodiment is applied to a surgical microscope. An example of using this surgical microscope will be described. FIG. 5 shows a screen of the monitor 22 that displays an image generated by the image generating means. As shown in FIG. 4, the surgeon 26 positions the mirror 1 with respect to the surgical site while observing a screen built in the viewer 3. When the observation gaze region 34 indicated by an asterisk is positioned at the center of the screen, an image 32 in the vicinity of the observation gaze region 34 is displayed at the center of the screen. This image is the central part of the image B having a high resolution. An image 31 of a part located at the periphery of the observation gaze part 34 is displayed at the periphery of the image in the vicinity of the observation gaze part 34. This image is a peripheral portion of the image A having a deep focal depth. By operating the dimension setting means 33, the dimension of the image 32 displayed at the center can be set to a desired dimension. Thereby, workability | operativity of operation, especially brain surgery can be improved. For example, it is effective for the treatment of the dura mater found in skull base surgery in neurosurgery.
[0038]
In the first embodiment, an image having a high resolution and an image having a deep focal depth are superimposed. On the other hand, in the present embodiment, these images can be displayed without degrading the contrast of the images A and B.
[0039]
Next, an image display apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the image display apparatus. The image display apparatus according to the present embodiment is applied to a surgical microscope as in the first embodiment. The configuration of the image display apparatus according to the present embodiment is basically the same as that of the second embodiment. In the present embodiment, constituent members that are substantially the same as those described with reference to FIGS. 3 to 5 of the second embodiment indicate the corresponding constituent members of the second embodiment. The same reference numerals as those used in the above description are attached and detailed description thereof is omitted. This embodiment is different from the second embodiment in the configuration of the disk member and the image generation means of the control unit.
[0040]
The disk member 35 has apertures 36, 37, 38, 39, 40, and 41. Assuming that the diameters of these diaphragms are E1, E2, E3, E4, E5, and E6 in order, E1>E2>E3>E4>E5> E6. The centers of these stops are located on the same circumference with the center of the disk member 35 as the center. PCD is L, and the line segment connecting the center of these stops and the center of the disk member 35 divides the center angle of this circumference into six equal parts.
[0041]
When the disk member 35 rotates, the diameter of the stop located on the optical axis of the imaging optical system 9 is sequentially changed. At this time, the diameter of the afocal light beam guided to the image sensor 10 is sequentially changed. The image of the optical image acquired by the image sensor 10 sequentially changes in accordance with such a change in the diameter of the afocal light beam.
[0042]
As in the first embodiment, the image sensor 10, the rotary encoder 18, and the monitor 22 are connected to the control unit 42. Images A, B, C, D, E, F, and G of optical images based on afocal light beams having different diameters are sequentially input to the control unit 42. The image generation means of the control unit 42 distributes these images for each afocal light beam diameter. These images have different depths of focus and resolution.
[0043]
The image generation means selects at least one image from the sorted images and takes out the central portion of the image. In the present embodiment, two images are selected. For example, images E and G are selected. At the same time, the image generating means selects at least one image from the sorted images and takes out the peripheral portion of the image. For example, images A and C are selected. The image selected when the central portion is taken out may be the same as or different from the image selected when the peripheral portion is taken out.
[0044]
The image generating means generates one image by combining the central portion and the peripheral portion. At the center of the generated image, the center of the image E and the center of the image G are arranged. These are superimposed. The peripheral edge of the image A and the peripheral edge of the image C are arranged at the peripheral edge of the generated image. These are also superimposed. The image generated by the image generation means is displayed on the monitor 22 of the image display means 60.
[0045]
The control unit 42 includes a superimposition ratio setting unit 43 that sets a superposition ratio of the two images E and G arranged at the center of the generated image, and two images arranged at the peripheral edge of the generated image. A superimposition ratio setting means 44 for setting the superimposition ratio of A and C is connected. Further, the control unit 42 is connected with a dimension setting means 45 for setting the dimensions of the central part and the peripheral part taken out by the image generating means. In the present embodiment, the superimposition ratio setting means 43, the superposition ratio setting means 44, and the dimension setting means 45 use a knob with a variable resistor attached.
[0046]
The image display device according to the present embodiment has the effects of the first and second embodiments. If a surgical microscope using the image display device of the present embodiment is used, it is possible to acquire an image of the surgical site that more closely matches the state of the surgical site.
[0047]
The present invention discloses the invention shown in the following items.
[0048]
1. An objective optical system for emitting an afocal light beam based on the light beam from the subject;
A light beam diameter changing means for changing a diameter of the afocal light beam while passing a part of the afocal light beam and maintaining a constant central axis of the afocal light beam;
Image acquisition means for acquiring an image of an optical image based on the afocal light beam that has passed through the light beam diameter changing means;
An image superimposing unit that sequentially acquires images that change sequentially according to a change in the diameter of the afocal light beam, acquired by the image acquisition unit, and superimposes the distributed images.
Superimposition ratio setting means for setting the superimposition ratio of these distributed images;
Image display means for displaying the image superimposed by the image superimposing means;
An image display device comprising:
[0049]
2. The image display device according to claim 1, wherein the superimposition ratio set by the superimposition ratio setting means is reflected in the display density of each image distributed by the image superimposition means.
[0050]
3. An objective optical system for emitting an afocal light beam based on the light beam from the subject;
A light beam diameter changing means for changing a diameter of the afocal light beam while passing a part of the afocal light beam and maintaining a constant central axis of the afocal light beam;
Image acquisition means for acquiring an image of an optical image based on the afocal light beam that has passed through the light beam diameter changing means;
The images acquired by the image acquisition means are sequentially distributed according to the change of the diameter of the afocal light beam, and are sequentially distributed for each diameter of the afocal light beam. At least one image is selected from the distributed images, and An image generating means for taking out the central part, selecting at least one image from the sorted images, taking out the peripheral part of the image, and combining the central part and the peripheral part to generate one image;
Dimension setting means for setting the dimensions of the central portion and the peripheral portion taken out by the image generating means;
Image display means for displaying an image generated by the image generation means;
An image display device comprising:
[0051]
4). The image display device according to any one of claims 1 to 3, wherein the light beam diameter changing means includes a plurality of apertures having different diameters.
[0052]
5. The image display device according to any one of claims 1 to 3, wherein the light beam diameter changing means includes a disk member provided with a plurality of apertures having different diameters.
[0053]
6). The image display device according to any one of claims 1 to 3, wherein the light beam diameter changing means includes a liquid crystal shutter.
[0054]
7). An objective optical system for emitting an afocal light beam based on the light beam from the subject;
A light beam diameter changing unit capable of selecting and transmitting a light beam having an arbitrary diameter from the afocal light beam, and changing a size of the transmitted light beam in the radial direction;
Imaging means capable of capturing an optical image based on an afocal light beam transmitted through the light beam diameter changing means;
A superimposed image generating means for generating an image in which a plurality of optical images having the same light beam center and different light beam diameters obtained by the imaging means according to the operation of the light beam diameter changing means are superimposed;
An image display means connected to the superimposed image generating means and capable of displaying an image on which a plurality of optical images are superimposed;
Superimposition ratio changing means for changing the superposition ratio of the optical image superimposed on the image display means;
An image display apparatus.
[0055]
8). The image display device according to claim 7, wherein the superimposition ratio changed by the superimposition ratio changing unit is reflected in a display density of each optical image displayed in a superimposed manner.
[0056]
9. An objective optical system for emitting an afocal light beam based on the light beam from the subject;
A light beam diameter changing unit capable of selecting and transmitting a light beam having an arbitrary diameter from the afocal light beam, and changing a size of the transmitted light beam in the radial direction;
Imaging means capable of capturing an optical image based on an afocal light beam transmitted through the light beam diameter changing means;
In accordance with the operation of the light beam diameter changing means, a plurality of optical images having the same light beam center and different light beam diameters obtained by the imaging means are respectively divided in the radial direction, and the plurality of divided optical images are selectively combined. Image generating means for generating a single image,
Image display means for displaying the image generated by the image generation means;
An image display apparatus comprising: a division ratio changing unit that changes a radial division ratio in the image generation unit.
[0057]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications and applications can be made without departing from the spirit of the invention.
[0058]
【The invention's effect】
As is clear from the above detailed description, the use of the image display device according to the present invention makes it possible to easily obtain an observation image having a high resolution and a deep depth of focus using a simple configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration of an image display device according to a first embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of a surgical microscope using the image display device of FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of an image display device according to a second embodiment of the present invention.
4 is a perspective view of a surgical microscope using the image display device of FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a screen of a monitor that displays an image generated by the image generation means.
FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of an image display device according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 body
3 Viewer
5 patients
6 Operating table
7 Subject (operative part)
8 Objective optical system
9 Imaging optical system
10 Image sensor
11 Disc members
12 Aperture
13 pulley
14 Aperture
15 Timing belt
16 Central axis
17 Motor
18 Rotary encoder
19 Output rotation axis
20 pulley
21 Control unit (image superimposing means)
22 Monitor
23 Imaging optical system
24 Eyepiece optical system
25 Superimposition ratio setting means
26 User (Operator)
26 Disc members
27a, 27b, 27c Aperture
28a, 28b, 28c Aperture
29 Control unit (image generating means)
30 Light beam diameter changing means
31 images
32 images
33 Dimension setting means
34 Observation gaze site
35 Disc members
36, 37, 38, 39, 40, 41
42 control unit (image generating means)
43 Superimposition ratio setting means
44 Superimposition ratio setting means
45 Dimension setting means
50 Image acquisition means
60 Image display means

Claims

An objective optical system for emitting an afocal light beam based on the light beam from the subject;
A light beam diameter changing means for changing a diameter of the afocal light beam while passing a part of the afocal light beam and maintaining a constant central axis of the afocal light beam;
Image acquisition means for acquiring an image of an optical image based on the afocal light beam that has passed through the light beam diameter changing means;
An image superimposing unit that sequentially acquires images that change sequentially according to a change in the diameter of the afocal light beam, acquired by the image acquisition unit, and superimposes the distributed images.
Superimposition ratio setting means for setting the superimposition ratio of these distributed images;
Image display means for displaying the image superimposed by the image superimposing means;
An image display device comprising:

The image display apparatus according to claim 1, wherein the superimposition ratio set by the superimposition ratio setting unit is reflected in a display density of each image distributed by the image superimposition unit.

An objective optical system for emitting an afocal light beam based on the light beam from the subject;
A light beam diameter changing means for changing a diameter of the afocal light beam while passing a part of the afocal light beam and maintaining a constant central axis of the afocal light beam;
Image acquisition means for acquiring an image of an optical image based on the afocal light beam that has passed through the light beam diameter changing means;
The images acquired by the image acquisition means are sequentially distributed according to the change of the diameter of the afocal light beam, and are sequentially distributed for each diameter of the afocal light beam. At least one image is selected from the distributed images, and An image generating means for taking out the central part, selecting at least one image from the sorted images, taking out the peripheral part of the image, and combining the central part and the peripheral part to generate one image;
Dimension setting means for setting the dimensions of the central portion and the peripheral portion taken out by the image generating means;
Image display means for displaying an image generated by the image generation means;
An image display device comprising: