JP4236345B2 - 実体顕微鏡 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、物体の像を拡大して立体的に観察できる実体顕微鏡や立体内視鏡などの光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
実体顕微鏡は、小さい物を拡大して立体的に見る装置である。これを利用して、精密な作業、特に、手術に利用して手術の成功率を上げることに貢献している。精密な作業をするために倍率が高く、物体を様々な方向から見ることが要求される。見る方向を大きく変えるときは実体顕微鏡を動かせば良く、例えば、図８（特開昭６３−２９６７４６号公報）に示されているように、一点を固定して見る方向を変えるスタンドが考案されている。これにより、観察物の前に障害物（例えば、作業装置や術部に関係ない血管など）により十分に観察物体を見ることが出来ない場合に、見る方向を変えることが出来るようになった。しかし、この例では、少し方向を変えて見るにも、足を使って鏡体を動かすフットスイッチを操作することになり、作業者の負担が増えて疲労を軽減することにはならないと言う問題があった。また、図９（特開平５−１０７４８１号公報）に示されているように、実体顕微鏡の光学系を一本にして眼幅より大きい射出瞳径を作って対応する方法が考えられた。しかし、この光学系では、倍率を高くすると射出瞳径が小さくなるため、五倍程度しか倍率が上がらず、作業者が要求する五倍以上の倍率を実現するのは難しい。また、特開平８−３０４７０７号公報に開示されているように、焦点面に拡散板を入れる方法や、視差のある二つの画像を撮影してモニターに表示し拡大観察する方法も考えられているが、射出瞳径を大きくして覗き易くするだけで、物体側での観察方向を変えるものではない。
【０００３】
また、実体顕微鏡は、両眼の視差による像を与えて観察物体を立体的に把握するが、この両眼視差による画像から立体把握できない人がいる。これらの人は、左右の目の視力が大きく違い殆ど片目で見ている場合や、両眼視差による立体把握を習得していない人である。このような人の場合、物体を見る方向を多少変えて観察することにより、立体的な把握をしている場合が多い。これらの人は、頭を動かして、物体側の見る方向が変わる実体顕微鏡が望まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の如き従来の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、観察者の頭の動きにより物体側の観察方向が変わる実体顕微鏡を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による実体顕微鏡は、左右の視差のある画像を撮影する撮影光学系と、その画像を画像表示手段に表示して左右の眼で観察する接眼光学系からなる実体顕微鏡において、観察者の目を光軸に垂直な面内で動かす事により、物体側で観察する方向を変えた同一倍率の画像を観察できるようにした事を特徴としている。
又、本発明による実体顕微鏡は、前記撮影光学系が三つ以上の結像光学系から成っていて各結像光学系の光軸が物体付近で同一平面上にあり、接眼光学系の各画像の光軸が観察者の覗く位置でも同一平面であり、前記撮影光学系の観察方向と接眼光学系の覗く位置が対応するように構成したことを特徴としている。
又、本発明による実体顕微鏡は、前記撮影光学系が四つの撮影光学系から成り、各撮影光学系の光軸を結ぶ形状が長方形になり、その撮影画像の間の視差の画像を作って、観察者が目を動かした時の像と同方向の画像が見られるように表示することを特徴としている。
又、本発明による実体顕微鏡は、撮影光学系が少なくとも一対の結像光学系を含み、接眼光学系は観察者の目の位置を検出する手段を有していて、観察者の目の位置に対応して前記一対の結像光学系を動かして観察方向を変えることが出来るようにしたことを特徴としている。
又、本発明による実体顕微鏡は、撮影光学系が三つ以上の互いに分離された撮影光束を含む一つの対物レンズを含み、前記各光束中に連動して変倍を行い得る変倍系を夫々設けたことを特徴としている。
又、本発明による実体顕微鏡は、撮影光学系が、物体からの光束をアフォーカル光束にする一つの対物レンズと、該対物レンズと同軸の一つのアフォーカル変倍光学系と、該アフォーカル変倍系の光軸を含む面内に光軸のある三つの結像光学系とを備えていることを特徴としている。
又、本発明による実体顕微鏡は、撮影光学系の撮影画像と同数の画像表示手段を有し、該画像表示手段に表示された各画像を接眼光学系の入射瞳位置に一致させ、該接眼光学系の射出瞳位置に前記各画像の投影光学系の瞳が横に並び且つ物体を見る方向と一致するようにしたことを特徴としている。
又、本発明による実体顕微鏡は、接眼光学系に、マイクロレンズの焦点位置に画像表示素子が二次元的に配置された画像表示装置を用いたことを特徴としている。
又、本発明による実体顕微鏡は、接眼光学系に、目の位置を検出してその位置情報から左右の像を作りその像を左右の目で観察できるようにする手段を設けたことを特徴としている。
又、本発明による実体顕微鏡は、撮影光学系が、対物レンズと該対物レンズと同軸の一つのアフォーカル変倍系とを更に含み、一対の結像光学系の光軸間隔が変えられるようになっていることを特徴としている。
更に、本発明による実体顕微鏡は、接眼光学系が左右一対の接眼レンズを含み、該一対の接眼レンズの射出瞳径が夫々１５ｍｍ以上であることを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示した実施例に基づき説明する。
実施例１
図１は本発明による実体顕微鏡の第１実施例の全体構成を示す図である。図中、０は物体、１は物体０からの光束をアフォーカル光束にする対物レンズ、２は各光軸が同一面内にあるように配置された三組のアフォーカル変倍レンズ、３は各アフォーカル変倍レンズ２の光軸上に配置された結像レンズで、これら三組の光学系は、対物レンズ１を射出した光束を左側光束と中央光束と右側光束とに分ける役割を果たしていて、各倍率は略等しくなるように設計されている。４Ｌ，４Ｍ，４Ｒは左側光束，中央光束，右側光束の各結像面に設置された撮像素子、５Ｌ，５Ｍ，５Ｒは左側撮像素子４Ｌ，中央撮像素子４Ｍ，右側撮像素子４Ｒに夫々接続された撮像データ処理回路、６Ｌ，６Ｍ，６Ｒは各撮像データ処理回路５Ｌ，５Ｍ，５Ｒに夫々接続された画像表示装置、７Ｌ，７Ｍ，７Ｒは各画像表示装置６Ｌ，６Ｍ，６Ｒに対応するように配置されたコリメータレンズ、８Ｌ，８Ｒは左側コリメータレンズ７Ｌと右側コリメータレンズ７Ｒに夫々対応して配置され各射出面が開口絞り（瞳と共役の位置）になるように設計された合成プリズム、９は表示光学系結像レンズ、１０は結像点、１１は左右共通の接眼レンズ、１２Ｌ，１２Ｒは観察者の左右の目である。
【０００７】
第１実施例は上記のように構成されているから、物体０から発した光束は、対物レンズ１によりアフォーカルな光束にされ、三組のアフォーカルレンズ２と結像レンズ３により左側光束と中央光束と右側光束とに分割されて、左側撮像素子４Ｌと中央撮像素子４Ｍと右側撮像素子４Ｒ上に夫々結像される。各撮像素子４Ｌ，４Ｍ，４Ｒからの撮像データは、各撮像データ処理回路５Ｌ，５Ｍ，５Ｒに送られ、ホワイトバランス等必要な画像処理を施された後に各画像表示装置６Ｌ，６Ｍ，６Ｒに送られ、夫々の像を表示する。かくして表示された各像は、コリメータレンズ７Ｒ，７Ｍ，７Ｌにより夫々アフォーカル光束にされ、合成プリズム８Ｒ，８Ｌにより合成されて、表示光学系結像レンズ９により結像点１０に結像され、この像は接眼レンズ１１により拡大観察される。この場合、目を紙面内で中央光束の光軸に垂直な方向（矢印方向）に動かすことにより、三方向の像を観察することが出来る。この三方向の像の内二つを左右それぞれの目で見れば、立体観察が可能である。
【０００８】
この実施例によれば、各結像光学系の光軸が物体付近で同一平面内にあり、接眼光学系の各画像の対応する光軸が観察者の覗く位置でも同一平面内であり、撮影光学系の観察方向と接眼光学系の覗く位置とが対応するように構成されているから、一般的な実体顕微鏡のように眼幅調整の必要がなく、従って目の位置の制限が減り、より自由な姿勢で観察することが出来る。また、融像による立体視が出来ない人でも、覗く位置を変えることで観察方向が変えられることを利用して、立体的な把握の手助けが出来る。また、観察方向を変更することが出来るので、障害物を避けて目的の対象物を観察できると云う利点もある。また、撮影光学系の鏡体と表示光学系の鏡筒とは電気的に連結されているだけであるから、作業者の覗き易い位置に配置することができると云う利点もある。更に、物体面への作業が遠隔操作で出来る場合、観察者も対象物から離れて作業できると云う利点がある。
【０００９】
実施例２
図２は本発明による実体顕微鏡の第２実施例の全体構成を示す図である。図中１３は可変作動距離対物レンズ（この対物レンズは、作動距離を変えるためにレンズ系の一部を動かすことができ、これにより鏡体全体を動かさずに焦点合わせが出来るので作業位置が前後に変わる対象物には有利に使用することができ、以下可変ＷＤ対物レンズと云う）。１４は可変ＷＤ対物レンズ１３と同軸のアフォーカル変倍系、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅは分割された光束の同一の平面内にある五本の光軸上に夫々配置された結像レンズ、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅは結像レンズ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅの各結像点に配置された撮像素子、１７は各撮像素子１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅで得られた画像データを処理する電気処理回路、１８は表示画素の近くにレンチキュラーレンズ１９が設置されていて曲面がある方向に目を動かすと見える像が変わるように構成されたレンチキュラー表示素子、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅはレンチキュラーレンズ１９の一つの曲面に対応してその曲面の焦点位置に結像するように配置された表示画素、２１はレンチキュラー表示素子１８を観察するための接眼レンズである。結像レンズ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅは、各レンズの開口が瞳位置で光束を分割し、各光束は物体面で一致せしめられるようになっている。なお、表示画素２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅは、観察者が左に見る位置を変えると物体側で左の画像が見えるように配置されている。
【００１０】
第２実施例は上記のように構成されているから、物体０から発した光束は、可変ＷＤ対物レンズ１３とアフォーカル変倍系１４を透過してアフォーカル光束にされ、結像レンズ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅにより五つの光束に分割されて、対応する撮像素子１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ上に夫々結像せしめられる。かくして得られた五つの撮像データは電気処理回路１７で処理され、この処理データはレンチキュラー表示素子１８へ送られて画像として表示され、その画像は接眼レンズ２１により拡大観察される。
【００１１】
この実施例では、観察者の目１２Ｌ，１２Ｒをレンチキュラー１９の曲面のある方向に動かした場合、左目１２Ｌが表示画面２０ｂを、右眼１２Ｒが表示画素２０ｄを見るようにすると使用感は良い。人が接眼レンズ２１のように一つのレンズを覗く場合中央に頭を置くので、表示画素２０ｂが作る瞳の範囲と表示画素２０ｄが作る瞳の範囲に、眼幅の大きい人も眼幅の小さい人も入る。従って、表示画素の一つの瞳位置で占める範囲が最小眼幅の人よりも小さく、表示画素三つ分の瞳位置で占める範囲が最大眼幅の人より大きいことが必要条件である。表示画素のレンチキュラーレンズ１９の曲面の方向の間隔をＤ、レンチキュラーレンズ１９の曲面の焦点距離をｆ_r、接眼レンズ２１の焦点距離をｆとしたとき、２５≦Ｄ×（ｆ／ｆ_r）≦５５なる条件を満足すると良い。しかし、この場合、眼幅最大の人や最小の人は少し頭を動かすだけで観察像が変わるので疲れ易くなる。これを避けるため、片側で５ｍｍの余裕をとれば良いので、３５≦Ｄ×（ｆ／ｆ_r）≦４５なる条件を満足するようにすると、より良い観察が可能となる。
【００１２】
また、この実施例では、アフォーカル変倍系１４で変倍すると観察範囲が倍率に比例して大きくなるが、視差が小さくて画像が立体的に見えなくなったり、視差が大きくなり過ぎて融像ができなくなったりしない範囲で変倍するのが良い。この実施例は、第１実施例に比べて、変倍部の変更が少なく、倍率による観察像の差が発生しにくく、而も観察し易い実体顕微鏡を作り易いと云う利点がある。また、像をより自然に見せるため光束の分割数を増やすことも可能である。また、本実施例によれば、覗く位置を変えることで観察方向が変えられることを利用して立体的な把握の手助けができ、障害物を避けて目的の対象物を観察できる効果が第１実施例の場合よりも大きい。
【００１３】
この実施例においても、第１実施例と同様、撮影光学系が三つ以上の結像光学系から成っていて、各結像光学系の光軸が物体付近で同一平面内にあり、接眼光学系の各画像の対応する光軸も観察者の覗く位置において同一平面内にあって、撮影光学系の観察方向と接眼光学系の覗く位置とが対応するように構成されている。この撮影光学系は、焦点合わせと、変倍と、撮影面に結像させる機能とを持っている。そして左右の焦点合わせは、各撮影光学系の光束を総て透過させる対物レンズ１３を設けて、この対物レンズ全体または構成レンズの一部を動かすことにより行うようになっているため、撮影光学系を支持するスタンドに微動機構を設ける必要がなくなり、架台を軽量化することが出来る。また、変倍レンズも各像に共通の一つの変倍系を用いているので、変倍時の像の左右差を減らすことが出来る。また、画像表示手段としてレンチキュラー表示素子を用いたので、表示装置を小型に構成することが出来る。
【００１４】
実施例３
図３は本発明による実体顕微鏡の第３実施例の全体構成を示す図である。図中、２２は物体０からの光束をアフォーカル光束で射出することができ、構成レンズの一部を動かすか又は構成レンズの交換、挿脱、変形などにより物体０までの距離や倍率を変えることが出来る対物光学系、２３ａ，２３ｃ，２３ｇ，２３ｉは各開口絞りの中心を通る光軸を結ぶ形状が長方形になるように各開口に合わせて配置された結像レンズ、２３ｂ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆ，２３ｈは結像レンズ２３ａ，２３ｃ，２３ｇ，２３ｉの各中間位置に配置された結像レンズ、２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆ，２４ｇ，２４ｈ，２４ｉは結像レンズ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆ，２３ｇ，２３ｈ，２３ｉの結像点に夫々配置された撮像素子、２５は撮像素子２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆ，２４ｇ，２４ｈ，２４ｉで撮影された各画像データを受けてホワイトバランスなどの画像処理を加える電気処理回路、２６は一つの絵素（表示画素）が一つのマイクロレンズ２７と九つの表示画素２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ，２８ｅ，２８ｆ，２８ｇ，２８ｈ，２８ｉとから成り一つのマイクロレンズ２７で九つの表示画素２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ，２８ｅ，２８ｆ，２８ｇ，２８ｈ，２８ｉの光束を各方向へ射出し得るマイクロレンズ表示装置、２９は接眼レンズである。なお、マイクロレンズ表示装置２６により表示される画像は接眼レンズ２９を介して観察者が覗く位置を変えると、同じ方向から見た物体０の画像が見られるように配置されている。
【００１５】
第３実施例は上記のように構成されているから、物体０から発した光束は、対物レンズ系２２でアフォーカルな光束にされ、各結像レンズ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆ，２３ｇ，２３ｈ，２３ｉを介して各撮像素子２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆ，２４ｇ，２４ｈ，２４ｉ上に結像される。今、図３に示すように四つの結像レンズ２３ａ，２３ｃ，２３ｇ，２３ｉと、対応する四つの撮像素子２４ａ，２４ｃ，２４ｇ，２４ｉが使用されているものとすると、電気処理回路２５ではホワイトバランスなどの画像処理に加えて撮像素子２４ａ，２４ｃ，２４ｇ，２４ｉで撮影された中間の視差の画像が作られる。この場合、二つの画像が多少視差の違う像であれば二つの画像の対応点は取り易く、その対応点の中間にその点が来ると云う方法で中間像が作られる。これを図４を参照して説明する。撮影された左目用画像６０Ｌと右目用画像６０Ｒを重ねると、合成画像６１のようになる。この合成画像６１の内一点鎖線図示のものが左目の画像であり、破線図示のものが右目画像であるが、これらの画像の中間点をとると、実線図示の画像となる。この実線図示の画像が中間画像６２となる。かくして得られる中間画像６２は、結像レンズ２３ａ，２３ｃ，２３ｇ，２３ｉの各中間位置に結像レンズ２３ｂ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆ，２３ｈ（破線図示）を配置し、これに対応して撮像素子２４ａ，２４ｃ，２４ｇ，２４ｉの各中間位置に配置される撮像素子２４ｂ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆ，２４ｈ（破線図示）により夫々撮影されて得られる画像と同じである。電気処理回路２５において、このようにして得られた画像データは、マイクロレンズ表示装置２６により表示されるべきデータに変換され、マイクロレンズ表示装置２６へ転送される。マイクロレンズ表示装置２６により表示された画像は接眼レンズ２９により拡大して観察される。
【００１６】
この実施例によれば、上記説明から明らかなように、中間像を作って分割数を増やすことにより、比較的少数の撮像光学系を用いても、接眼レンズを介して実際に観察物体を見ているような状態に近付けることが出来る。また、第１実施例及び第２実施例では目を動かして像の変わる方向が一次元であったのに対して、本実施例では、目を二次元的に動かしても像が変わると云う特徴を有する。従って、障害物を避けて観察するのには有効であり、また、直角方向から観察しても立体的に像を見ることができる。また、複数の観察者による観察にも対応することが出来る。
【００１７】
実施例４
図５は本発明による実体顕微鏡の第４実施例の全体構成を示す図である。図中３０は物体０からの光束をアフォーカル光束にする対物レンズ、３１は対物レンズ３０と同軸のアフォーカル変倍系、３２はアフォーカル変倍系３１の射出光軸に対し垂直な平面内で動くことができ左右一体の結像レンズ３３Ｌ，３３Ｒと該結像レンズ３３Ｌ，３３Ｒの各結像点に配置されたＣＣＤなどの撮像素子３４Ｌ，３４Ｒとを内蔵した撮影鏡筒、３５は撮像素子３４Ｌ，３４Ｒに接続された電気処理回路、３６は電気処理回路３５の出力端に接続されていて交互に並べられた複数の右目用表示素子３８Ｒ及び左目用表示素子３８Ｌと、隣接する一対の右目用表示素子３８Ｒと左目用表示素子３８Ｌ上に焦点が来るように配置されたレンチキラーレンズ３７とを含む表示素子、３９は表示装置３６上に表示された像を拡大観察するための接眼レンズ、４０は接眼レンズ３９に隣接配置された光源、４１は接眼レンズ３９に隣接して配置されていて観察者の目１２Ｌ，１２Ｒによる光源４０からの反射光を集光する集光レンズ４２と集光された前記反射光を受光する位置センサー４３とを含む目位置検出系、４４は位置センサー４３の出力による目の動きに従って撮影鏡筒３２の移動を制御する制御回路である。なお、レンチキュラーレンズ３７の隣接する曲面間の間隔は、右目用表示素子３８Ｒと左目用表示素子３８Ｌとを合わせた長さと略等しくなるように設計されている。
【００１８】
本実施例は上記のように構成されているから、物体０から発した光束は対物レンズ３０及びアフォーカル変倍系３１を透過して撮影鏡筒３２より撮影され、この撮影された像は電気処理回路３５において表示装置３６で観察できるように処理されて、表示装置３６へ送られる。かくして表示装置３６により表示された画像は接眼レンズ３９により拡大して観察される。この場合、撮影鏡筒３２は、目位置検出系４１と制御回路４４を介し目の動きに従って動かされる。
【００１９】
本実施例では、観察者の目の位置の検出を二次元的に行うことにより、第１実施例や第２実施例とは異なり、左右の目を結ぶ方向（左右方向）だけでなく、この方向に対し垂直の方向にも撮影鏡筒３２を動かすことが出来る。また、既述の実施例では、目の動きに対する物体側の方向の変化は一定であるのに対して、本実施例では制御回路４４に目の動きに対する撮影鏡筒３２の動きの比を適誼設定することにより、観察者の使い勝手の良いようにすることが出来る。また、アフォーカル変倍系３１の倍率に比例して観察者の目の動きに対する物体側の観察方向の動きは大きくなるが、制御回路４４により、物体側の倍率変化に対する観察方向の変化を小さくするように処理することが出来る。アフォーカル変倍系３１の倍率がβ１からβ２に変化したとき、目の移動量に対する撮影鏡筒３２の移動量の比がＫ１からＫ２に変化したとすると、Ｋ２＝Ｋ１×（β１／β２）なる関係がある。
【００２０】
この場合、立体感も同様に変化するので、立体感を一定に保つために、左右の光軸間隔を変えるようにすれば良く、こうすることにより倍率範囲を広げることが出来る。即ち、上記式においてＫ１，Ｋ２を光軸間隔とし、それに連動して倍率を変化させるようにすれば良い。しかし、これは、物体側の立体角（左右の光軸のなす角）が１度から１５度の間であれば多くの人の場合問題ない。立体角が小さいと立体感が小さくて立体的に見えず、大き過ぎると融像できないためである。この立体角の範囲での変倍であれば、撮影鏡筒３２の光軸の間隔を変えなくても問題はない。また、特に自然に見るためには立体角は２度から１０度の間であると良い。
【００２１】
また、アフォーカル変倍系３１と撮影鏡筒３２の間にビームスプリッターを入れることにより光学像を観察することが出来るような鏡筒を用いれば、同一倍率の光学像を簡単に得ることができ、電気系の故障時に対応させることが出来る。また、第１及び第２実施例を左右方向の像作成に用い、上下方向の像作成にのみ本実施を用いるようにすることにより、左右の像の視差以外のズレを小さくすることができ且つ調整の簡単な光学系を得ることが出来る。また、表示光学系は左右方向に５ｍｍ移動することができるようにすれば、目を左右に振ることにより像の観察方向が変わる効果が出て来る。眼幅は７５ｍｍあれば殆どの人をカバーできるので、表示幅で８０ｍｍ以上あれば良い。
【００２２】
実施例５
図６は本発明による実体顕微鏡の第５実施例の全体構成を示す図である。図中４５は物体０からの光束をアフォーカル光束にする可変ＷＤ対物レンズ、４６は可変ＷＤ対物レンズ４５の光軸に対し垂直な面内で移動可能に構成されていて、左右一対のアフォーカル変倍系４７Ｌ，４７Ｒと一対の結像レンズ４８Ｌ，４８Ｒと一対の撮影系４９Ｌ，４９Ｒを内蔵した撮影鏡筒，５０Ｌ，５０Ｒは撮影系４９Ｌ，４９Ｒに夫々接続されていて撮影鏡筒４６で撮影したデータを処理する左右の電気処理回路、５１Ｌ，５１Ｒは電気処理回路５０Ｌ，５０Ｒの各出力端に接続された左右の画像表示装置、５２Ｌ，５２Ｒは画像表示装置５１Ｌ，５１Ｒに表示された画像を拡大観察するための左右一対の接眼レンズ、５３は接眼レンズ５２Ｌと５２Ｒの中間に配置された光源、５４Ｌ，５４Ｒは接眼レンズ５２Ｌ，５２Ｒに夫々隣接配置されている光源５３から出射して観察者の左右の目１２Ｌ，１２Ｒで夫々反射した光を集光するための集光レンズ、５５Ｌ，５５Ｒは集光レンズ５４Ｌ，５４Ｒで集光された光を夫々受光する位置センサー、５６は位置センサー５５Ｌ，５５Ｒの各出力端に接続されていて位置センサー５５Ｌ，５５Ｒからの出力に応じて撮影鏡筒４６の位置を制御することの出来る制御回路である。
【００２３】
本実施例は上記のように構成されているから、物体０から発した光束は、可変ＷＤ対物レンズ４５によりアフォーカルな光束にされ、撮影鏡筒４６により左右の目で観察されるべき像が撮影される。撮影鏡筒４６で撮影された像データは電気処理回路５０Ｌ，５０Ｒにより夫々処理され、左右の画像表示装置５１Ｌ，５１Ｒ上に画像として表示される。これらの画像は左右一対の接眼レンズ５２Ｌ，５２Ｒを介して観察者により拡大観察される。この場合、光源５３から発した光は、観察者の左右の目１２Ｌ，１２Ｒにより反射され、夫々集光レンズ５４Ｌ，５４Ｒを介して位置センサー５５Ｌ，５５Ｒに達する。かくして各位置センサー５５Ｌ，５５Ｒからの出力は制御回路５６で処理されて撮影鏡筒４６の駆動装置へ出力され、その結果、撮影鏡筒４６は観察者の目１２Ｌ，１２Ｒの位置に連動して同じ方向に動かされる。
【００２４】
この実施例では、アフォーカル変倍系４７Ｌ，４７Ｒと結像レンズ４８Ｌ，４８Ｒは分離しなくても良いが、撮影系４９Ｌ，４９ＲとしてＣＣＤなど種々の撮像面積を有する撮影素子があるので、それに対応するのに結像レンズのみの変更で済むようにするため実施例のような構成にするのが良い。また、光源５３としては、作業に気にならないように目に見えない赤外光を使用すると云う意味で、赤外ランプを用いるのが良い。また、本実施例の場合、目の移動に対する物体の観察方向の変化は、第４実施例とは異なり倍率によらず一定である。また、接眼レンズ５２Ｌ，５２Ｒの射出瞳は、左右の瞳間隔を６５ｍｍにして、直径１０ｍｍ以上であると眼幅調整が不要になり、目の移動による効果が感じられるのは瞳径が１５ｍｍ以上の場合である。瞳径が２０ｍｍ以上になると、目の移動による物体側の変化を細かく調整できるようになり使い易くなる。
【００２５】
実施例６
図７は本発明による実体顕微鏡の第６実施例の全体構成を示す図である。図中、６３は物体０からの光束をアフォーカル光束で射出することができ構成レンズの一部を動かすか又は構成レンズの交換、挿脱、変更などにより物体０までの距離や倍率を変えることが出来る対物光学系、６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄは対物光学系６３の後に各開口絞りの中心を通る光軸を結ぶ形状が長方形になるように各開口に合わせて配置された結像レンズ、６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄは結像レンズ６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄの結像点に夫々配置された撮像素子、６６Ｌ，６６Ｒは結像レンズ６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄと同様に構成配置された左右の仮想結像レンズ、６７Ｌ，６７Ｒは仮想結像レンズ６６Ｌ，６６Ｒの結像点に夫々配置された仮想撮像素子、６８は撮像素子６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄで撮影された各画像データを受けてホワイトバランスなどの画像処理を加えて各撮像素子６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄで撮影した中間の視差のある二つの画像を作る電気処理回路、６９Ｌ，６９Ｒは電気処理回路６８の出力端に接続されていてここで作られた画像を表示するための左右の画像表示装置、７０Ｌ，７０Ｒは画像表示装置６９Ｌ，６９Ｒに表示された画像を拡大観察するための左右の接眼レンズ、７１は接眼レンズ７０Ｌ，７０Ｒの中間に配置された好ましくは赤外ランプ等の光源、７２Ｌ，７２Ｒは接眼レンズ７０Ｌ，７０Ｒに夫々隣接配置されていて光源７１から出射して観察者の左右の目１２Ｌ，１２Ｒで夫々反射した光を集光するための集光レンズ、７３Ｌ，７３Ｒは集光レンズ７２Ｌ，７２Ｒで集光された光を夫々受光する位置センサー、７４は位置センサー７３Ｌ，７３Ｒの各出力端に接続されていて位置センサー７３Ｌ，７３Ｒからの出力を電気処理回路６８へ入力させる検出回路、７５は左右の仮想結像レンズ６６Ｌ，６６Ｒと仮想撮像素子６７Ｌ，６７Ｒとを含む仮想鏡筒（破線図示）である。
【００２６】
本実施例は上記のように構成されているから、物体０から発した光束は対物光学系６３でアフォーカルな光束にされ、各結像レンズ６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄを介して各撮像素子６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄ上に結像される。電気処理回路６８は各撮像素子６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄから入力した各画像信号に基づき視差のある二つの画像信号を作成し、これを出力して画像表示手段６９Ｌ，６９Ｒに夫々左右視差のある画像を表示させる。この画像は接眼レンズ７０Ｌ，７０Ｒを介して拡大観察される。この場合の画像は、仮想鏡筒７５を介して得られる画像と同じであり、この画像を作る位置は観察者の覗いている位置に対応するようにされる。観察中、光源７１を発した光は観察者の左右の目１２Ｌ，１２Ｒで夫々反射され、各反射光は集光レンズ７２Ｌ，７２Ｒを介して位置センサー７３Ｌ，７３Ｒにより感知され、検出回路７４で処理される。かくして得られた位置情報は電気処理回路６８に入力され、ここで、目の位置に連動して同じ方向に仮想鏡筒７５を動かしたのと同じ画像信号が作成される。これにより、接眼レンズ７０Ｌ，７０Ｒを覗く位置を変えると、物体を見る方向が変えられる。なお、撮像素子６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄで撮影した中間の視差のある二つの画像を作る場合、得られた四つの画像が多少視差の違う像であれば各画像の対応点は取り易く、その対応点の特定の比でその点を取ると云う方法で中間像を作れば良い。
【００２７】
この実施例は、動く部分が少ないので故障しにくいと云う特徴を有し、また、中間像を作る場合目の動きと物体の撮影方向の比を設定することにより、頭の移動に対する像の方向変化を観察者の好みに合わせることが出来ると云う利点がある。また、画像の立体感は仮想結像レンズ６６Ｌ，６６Ｒの光軸間隔で決まるので、画像を作成する場合この光軸間隔を変えることにより立体感を調整することが出来る。
【００２８】
以上実施例では何れも実体顕微鏡を対象に説明したが、本発明は、立体内視鏡装置や双眼鏡装置など撮影系と撮影した画像を表示する接眼光学系を備えた各種の立体観察装置に適用することが出来る。
【００２９】
以上説明したように、本発明による実体顕微鏡は、特許請求の範囲に記載した特徴のほか下記の特徴も有する。
【００３０】
（１）前記撮影光学系が三つ以上の結像光学系から成っていて各結像光学系の光軸が物体付近で同一平面上にあり、接眼光学系の各画像の光軸が観察者の覗く位置でも同一平面であり、前記撮影光学系の観察方向と接眼光学系の覗く位置が対応するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の実体顕微鏡。
【００３１】
（２）前記撮影光学系が四つの撮影光学系から成り、各撮影光学系の光軸を結ぶ形状が長方形になり、その撮影画像の間の視差の画像を作って、観察者が目を動かした時の像と同方向の画像が見られるように表示することを特徴とする請求項１に記載の実体顕微鏡。
【００３２】
（３）撮影光学系が少なくとも一対の結像光学系を含み、接眼光学系は観察者の目の位置を検出する手段を有していて、観察者の目の位置に対応して前記一対の結像光学系を動かして観察方向を変えることが出来るようにしたことを特徴とする請求項１に記載の実体顕微鏡。
【００３３】
（４）撮影光学系が三つ以上の互いに分離された撮影光束を含む一つの対物レンズを含み、前記各光束中に連動して変倍を行い得る変倍系を夫々設けたことを特徴とする上記（１）に記載の実体顕微鏡。
【００３４】
（５）撮影光学系が、物体からの光束をアフォーカル光束にする一つの対物レンズと、該対物レンズと同軸の一つのアフォーカル変倍光学系と、該アフォーカル変倍系の光軸を含む面内に光軸のある三つの結像光学系とを備えていることを特徴とする上記（１）に記載の実体顕微鏡。
【００３５】
（６）撮影光学系の撮影画像と同数の画像表示手段を有し、該画像表示手段に表示された各画像を接眼光学系の入射瞳位置に一致させ、該接眼光学系の射出瞳位置に前記各画像の投影光学系の瞳が横に並び且つ物体を見る方向と一致するようにしたことを特徴とする上記（１）に記載の実体顕微鏡。
【００３６】
（７）接眼光学系に、マイクロレンズの焦点位置に画像表示素子が二次元的に配置された画像表示装置を用いたことを特徴とする上記（２）に記載の実体顕微鏡。
【００３７】
（８）接眼光学系に、目の位置を検出してその位置情報から左右の像を作りその像を左右の目で観察できるようにする手段を設けたことを特徴とする上記（２）に記載の実体顕微鏡。
【００３８】
（９）撮影光学系が、対物レンズと該対物レンズと同軸の一つのアフォーカル変倍系とを更に含み、一対の結像光学系の光軸間隔が変えられるようになっていることを特徴とする上記（３）に記載の実体顕微鏡。
【００３９】
（１０）接眼光学系が左右一対の接眼レンズを含み、該一対の接眼レンズの射出瞳径が夫々１５ｍｍ以上であることを特徴とする上記（３）に記載の実体顕微鏡。
【００４０】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、観察者が顕微鏡を動かすことなしに観察方向を変えることができ、その結果障害物により見えない部分を顕微鏡を動かすことなしに見えるようにすることが出来る、便利な実体顕微鏡を提供することが出来る。また、本発明によれば、目の動きに従って像が動くので、両眼視差に加えて運動視差が得られ、観察物体の三次元的な把握が容易な実体顕微鏡を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施例の全体構成を示す図である。
【図３】本発明の第３実施例の全体構成を示す図である。
【図４】第３実施例において中間画像を作る方法を示す図である。
【図５】本発明の第４実施例の全体構成を示す図である。
【図６】本発明の第５実施例の全体構成を示す図である。
【図７】本発明の第６実施例の全体構成を示す図である。
【図８】実体顕微鏡の従来例の斜視図である。
【図９】従来の実体顕微鏡に用いられている光学系の全体構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
０ 物体
１，１３，３０，４５ 対物レンズ
２ アフォーカル変倍レンズ
３，１５ａ〜１５ｄ，２３ａ〜２３ｉ，３３Ｌ，３３Ｒ，４８Ｌ，４８Ｒ，６４ａ〜６４ｄ，６６Ｌ，６６Ｒ 結像レンズ
４Ｌ，４Ｒ，４Ｍ，１６ａ〜１６ｅ，２４ａ，２４ｉ，３４Ｌ，３４Ｒ，６５ａ〜６５ｄ，６７Ｌ，６７Ｒ 撮像素子
５Ｌ，５Ｍ，５Ｒ 撮像データ処理回路
１７，２５，３５，５０Ｌ，５０Ｒ，６８ 電気処理回路
６Ｌ，６Ｍ，６Ｒ，５１Ｌ，５１Ｒ，６９Ｌ，６９Ｒ 画像表示装置
７Ｌ，７Ｍ，７Ｒ コリメータレンズ
８Ｌ，８Ｒ 合成プリズム
９ 表示光学系結像レンズ
１０ 結像点
１１，２１，２９，３９，５２Ｌ，５２Ｒ，７０Ｌ，７０Ｒ 接眼レンズ
１２Ｌ，１２Ｒ 観察者の目
１４，３１，４７Ｌ，４７Ｒ アフォーカル変倍系
１８ レンチキュラー表示素子
１９ レンチキュラーレンズ
２０ａ〜２０ｅ，２８ａ〜２８ｉ 表示画素
２２，６３ 対物光学系
２６ マイクロレンズ表示装置
２７ マイクロレンズ
３２，４６，７５ 撮影鏡筒
３７ レンチキュラーレンズ
３８Ｌ，３８Ｒ 表示素子
４０，５３，７１ 光源
４１ 目位置検出系
４２，５４Ｌ，５４Ｒ，７２Ｌ，７２Ｒ 集光レンズ
４３，５５Ｌ，５５Ｒ，７３Ｌ，７３Ｒ 位置センサー
４４，５６ 制御回路
４９Ｌ，４９Ｒ 撮影系
７４ 検出回路
７５ 仮想鏡筒

Claims (11)

1. 左右の視差のある画像を撮影する撮影光学系と、その画像を画像表示手段に表示して左右の眼で観察する接眼光学系からなる実体顕微鏡において、観察者の目を光軸に垂直な面内で動かす事により、物体側で観察する方向を変えた同一倍率の画像を観察できるようにした事を特徴とする実体顕微鏡。
2. 前記撮影光学系が三つ以上の結像光学系から成っていて各結像光学系の光軸が物体付近で同一平面上にあり、接眼光学系の各画像の光軸が観察者の覗く位置でも同一平面であり、前記撮影光学系の観察方向と接眼光学系の覗く位置が対応するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の実体顕微鏡。
3. 前記撮影光学系が四つの撮影光学系から成り、各撮影光学系の光軸を結ぶ形状が長方形になり、その撮影画像の間の視差の画像を作って、観察者が目を動かした時の像と同方向の画像が見られるように表示することを特徴とする請求項１に記載の実体顕微鏡。
4. 撮影光学系が少なくとも一対の結像光学系を含み、接眼光学系は観察者の目の位置を検出する手段を有していて、観察者の目の位置に対応して前記一対の結像光学系を動かして観察方向を変えることが出来るようにしたことを特徴とする請求項１に記載の実体顕微鏡。
5. 撮影光学系が三つ以上の互いに分離された撮影光束を含む一つの対物レンズを含み、前記各光束中に連動して変倍を行い得る変倍系を夫々設けたことを特徴とする請求項２に記載の実体顕微鏡。
6. 撮影光学系が、物体からの光束をアフォーカル光束にする一つの対物レンズと、該対物レンズと同軸の一つのアフォーカル変倍光学系と、該アフォーカル変倍系の光軸を含む面内に光軸のある三つの結像光学系とを備えていることを特徴とする請求項２に記載の実体顕微鏡。
7. 撮影光学系の撮影画像と同数の画像表示手段を有し、該画像表示手段に表示された各画像を接眼光学系の入射瞳位置に一致させ、該接眼光学系の射出瞳位置に前記各画像の投影光学系の瞳が横に並び且つ物体を見る方向と一致するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の実体顕微鏡。
8. 接眼光学系に、マイクロレンズの焦点位置に画像表示素子が二次元的に配置された画像表示装置を用いたことを特徴とする請求項３に記載の実体顕微鏡。
9. 接眼光学系に、目の位置を検出してその位置情報から左右の像を作りその像を左右の目で観察できるようにする手段を設けたことを特徴とする請求項３に記載の実体顕微鏡。
10. 撮影光学系が、対物レンズと該対物レンズと同軸の一つのアフォーカル変倍系とを更に含み、一対の結像光学系の光軸間隔が変えられるようになっていることを特徴とする請求項４に記載の実体顕微鏡。
11. 接眼光学系が左右一対の接眼レンズを含み、該一対の接眼レンズの射出瞳径が夫々１５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項４に記載の実体顕微鏡。

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