JP4338538B2 - プリズム固定方法及び立体視硬性鏡 - Google Patents

Description

本発明は、立体視硬性鏡の外套管内にプリズム群をセットするためのプリズム固定方法と、このようなプリズム固定方法によって外套管内にプリズム群がセットされた立体視硬性鏡とに、関する。

周知のように、身体や機械や瓦礫のような観察対象の内部を立体視観察するための立体視硬性鏡が、各社によって開発されている（例えば特許文献１参照）。そして、このような立体視硬性鏡用の光学系の一つとして、本出願人は、光軸が互いに平行な一対の対物光学系のそれぞれから射出された光の光路を合成して一本のリレー光学系に導入するためのプリズム群を案出し、このプリズム群の構成につき、本件とは別に出願している。
特開平０５−３４１２０７号公報

本出願人が案出した光路合成用のプリズム群は、一方の対物光学系の光軸を所定量だけ平行にシフトさせるとともに、その所定量と同じ量だけ他方の対物光学系の光軸を平行にシフトさせることにより、両対物光学系の光軸をともにリレー光学系の光軸と同軸にすることを、特徴としている。また、このプリズム群は、一方の対物光学系の光軸のシフト方向を、他方の対物光学系の光軸のシフト方向に対し、直角，又は、直角より数度少ない鋭角に、傾けていることを、特徴としている。

図１３は、各光学系の光軸方向に視線を向けて見たときのプリズム群３０の正面図である。この図１３に示されるように、各光学系の光軸方向に視線を向けてこのプリズム群３０を見ると、一対の対物光学系の光軸のシフト方向がなす角度を直角以下の角度にするため、第１乃至第３プリズム３１〜３３からなる第１プリズム群と、第４プリズム３４からなる第２プリズム群とが、全体として、特殊なＶ字状の外形を、形成している。なお、図１３中の破線の円は、第１プリズム３１における第１入射面３１ａを通過する光の光路と、第４プリズム３４における第２入射面３４ａを通過する光の光路とを、示しており、図１３中の一点鎖線の円は、第２プリズム３２における射出面を通過する光の光路を、示している。

しかしながら、このプリズム群３０は、本出願人が新規に案出したものであるため、このプリズム群３０を外套管内にセットするための方法や保持具が、もともと存在していなかった。然も、このプリズム群３０は、前述したように特殊なＶ字状の外形を有しているため、台座に固定するといった通常の固定方法を採ってしまうと、立体視硬性鏡の外套管の外径を大きくしなければならなくなる。そのため、立体視硬性の外套管の外径を大きくすることなくその外套管内にプリズム群３０を実際に組み込むための新たな方法や保持具を開発する必要があった。

本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、その課題は、一対の対物光学系の光軸をともに所定量だけ平行にシフトさせるとともに両光軸のシフト方向同士がなす角度を直角以下の角度にするプリズム群を、立体視硬性鏡の外套管内に簡単にセットでき、然も、そのようにプリズム群がセットされる外套管の外径を大きくしなくて済むプリズム固定方法を、提供することにある。また、本発明の課題は、このようなプリズム固定方法によって外套管内にプリズム群がセットされた立体視硬性鏡を、提供することにある。

上記の課題を解決するために発明されたプリズム固定方法は、光軸が互いに平行な一対の対物光学系，及び、それら対物光学系と光軸が平行なリレー光学系を共に内包する立体硬性鏡の外套管内において、前記第１対物光学系及び前記第２対物光学系の光軸を何れも所定量だけ平行にシフトさせることによって前記リレー光学系の光軸と同軸にするとともに、前記第１対物光学系の光軸のシフト方向と前記第２対物光学系の光軸のシフト方向とがなす角度を直角以下の角度にする第１プリズム群及び第２プリズム群を、固定するためのプリズム固定方法であって、前記各光学系の光軸方向と中心軸が平行な三個の円筒管を前記外套管内に組み込むとともに、前記各光学系の光軸方向に視線を向けて見た場合において、Ｖ字状をなす前記第１プリズム群と前記第２プリズム群との間に第１円筒管を配置することによって、その第１円筒管を前記第１プリズム群と前記第２プリズム群とに共に当て付け、第２円筒管を前記第１プリズム群に当接させることによって、第１円筒管と第２円筒管とにより前記第１プリズム群を挟み付け、第３円筒管を前記第２プリズム群に当接させることによって、第１円筒管と第３円筒管とにより前記第２プリズム群を挟み付けることを、特徴としている。

このように構成されると、一対の対物光学系の光軸をともに所定量だけ平行にシフトさせるとともに両光軸のシフト方向同士がなす角度を直角以下にする第１プリズム群と第２プリズム群を、三本の円筒管だけで支持することができる。このため、このようなプリズム群を立体視硬性鏡の外套管内に簡単にセットすることができる。然も、三本の円筒管は、第１プリズム群と第２プリズム群と外套管とによって形成される間隙に、配置される。このため、外套管の外径を大きくしなくて済む。

また、上記の課題を解決するために発明された立体視硬性鏡は、光軸が互いに平行な一対の対物光学系，前記各対物光学系と光軸が平行なリレー光学系，前記第１対物光学系及び前記第２対物光学系の光軸を何れも所定量だけ平行にシフトさせることによって前記リレー光学系の光軸と同軸にするとともに、前記第１対物光学系の光軸のシフト方向と前記第２対物光学系の光軸のシフト方向とがなす角度を直角以下の角度にする第１プリズム群及び第２プリズム群，前記各光学系の光軸方向に視線を向けて見た場合において、Ｖ字状をなす前記第１プリズム群と前記第２プリズム群との間において、前記第１プリズム群と前記第２プリズム群とに共に当て付けられた第１円筒管，前記各光学系の光軸方向に視線を向けて見た場合において、前記第１円筒管とで前記第１プリズム群を挟み付けるようにその第１プリズム群に当接された第２円筒管，及び、前記各光学系の光軸方向に視線を向けて見た場合において、前記第１円筒管とで前記第２プリズム群を挟み付けるようにその第２プリズム群に当接された第３円筒管を備えることを、特徴としている。

従って、この立体視硬性鏡は、前述した本発明によるプリズム固定方法によって外套管内にプリズム群がセットされた立体視硬性鏡と同等なものになることとなる。

以上に説明したように、本発明によれば、一対の対物光学系の光軸をともに所定量だけ平行にシフトさせるとともに両光軸のシフト方向同士がなす角度を直角以下の角度にするプリズム群を、立体視硬性鏡の外套管内に簡単にセットでき、然も、そのようにプリズム群がセットされる外套管の外径を大きくしなくて済ますことができる。

以下、添付図面に基づいて、本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、本発明の実施形態である立体視硬性鏡の部分透視斜視図である。また、図２及び図３は、立体視硬性鏡内の光学構成図であり、図２は、図１の上方からの各光学系の平面視を示し、図３は、図１の右方からの各光学系の側面視を示している。この立体視硬性鏡は、挿入部１０と撮影部２０とを、備えている。

このうち、挿入部１０は、その主要な構成部品として、第１対物光学系１１，第２対物光学系１２，光路合成素子１３，リレー光学系１４，第１円筒管１５，第２円筒管１６，第３円筒管１７，ライトガイド１８，及び、外套管１９を、備えている。

なお、外套管１９は、円筒状のパイプであり、身体や機械や瓦礫のような観察対象の内部に挿入することができるように細長く形成されている。この外套管１９は、前述した各光学系１１，１２，１４をそれぞれ内包するレンズ枠，光路合成素子１３，各円筒管１５〜１７，及び、ライトガイド１８を、その内部に固定している。

第１対物光学系１１及び第２対物光学系１２は、挿入部１０の先端に対向する被写体の像を形成するための光学系である。これら第１対物光学系１１及び第２対物光学系１２は、外套管１９の先端からその内部に向かって等距離の位置にそれぞれ配置されている。また、これら各対物光学系１１，１２の光軸は、互いに平行であり、所定の基線長をもって離間されている。

光路合成素子１３は、その具体的な構成については後述するが、簡単に説明すると、第１対物光学系１１及び第２対物光学系１２の光軸を何れも所定量だけ平行にシフトさせることによってそれら光軸をリレー光学系１４の光軸と同軸にするための光学素子である。つまり、この光路合成素子１３は、第１対物光学系１１の光軸を所定量だけ平行にシフトさせるとともに、それと同じ所定量だけ第２対物光学系１２の光軸を平行にシフトさせる。従って、第１対物光学系１１からリレー光学系１４までの光路長は、第２対物光学系１２のそれと揃っている。このため、前述した第１対物光学系１１及び第２対物光学系１２には、互いに同一の光学特性を持つ光学系が、採用されている。

また、この光路合成素子１３は、第１対物光学系１１から射出された光と第２対物光学系１２から射出された光とを、それぞれ直線偏光する。この光路合成素子１３の通過後、リレー光学系１４に入射する直前においては、第１対物光学系１１からの光が持つ偏光方向は、第２対物光学系１２からの光が持つ偏光方向に対し、直交している。

リレー光学系１４は、第１対物光学系１１及び第２対物光学系１２が各々その結像面に形成した像を挿入部１０の基端側へリレーするための光学系であり、多数のリレーレンズから構成されている。各対物光学系１１，１２による像は、各リレーレンズの結像面に順次形成され、最も像側の結像面には、各対物光学系１１，１２が形成した像とほぼ同じ大きさの像が、形成される。

第１乃至第３円筒管１５，１６，１７は、光路合成素子１３を保持するための保持具である。第２円筒管１６及び第３円筒管１７は、互いに等しい直径を、有しており、第１円筒管１５は、第２円筒管１６及び第３円筒管１７よりも大きい直径を、有している。これら第１乃至第３円筒管１５，１６，１７については、後述する。

ライトガイド１８は、可撓な多数の光ファイバからなる。このライトガイド１８は、外套管１９内に引き通されており、その先端は、外套管１９の先端に達し、その基端は、撮影部２０を介して図示せぬ光源装置に、接続されている。その光源装置は、外套管１９の先端に対向する被写体を照明するための照明光を、ライトガイド１８の基端面に供給する。ライトガイド１８は、光源装置から供給された照明光を導いて、外套管１９の先端から射出する。

他方、撮影部２０は、その主要な構成部品として、第１撮像装置２１及び第２撮像装置２２と、光路分離素子２３と、筐体２４とを、備えている。なお、筐体２４は、円柱状に形成されており、その底面には、挿入部１０の外套管１９の基端を着脱自在に装着するための機構が、備えられている。前述した各撮像装置２１，２２と光路分離素子２３は、この筐体２４内に固定される。

第１撮像装置２１及び第２撮像装置２２は、何れも、二次元配列された多数の画素により構成される撮像面を有するエリアイメージセンサを、有しており、その撮像面上にはカラーフィルタがオンチップされている。これら撮像装置２１，２２は、その撮像面上に形成された像を画像データに変換し、その画像データに各種の処理を施してモニタ等の立体表示装置へ出力する。

光路分離素子２３は、リレー光学系１４から射出された光を、第１対物光学系１１から射出された光と第２対物光学系１２から射出された光とに分離するための光学素子である。この光路分離素子２３は、Ｌ字プリズム２３１及び三角プリズム２３２から構成されている。

Ｌ字プリズム２３１は、四角柱状の二個のプリズムで三角プリズムを挟んで一体に形成したものと等価な形状に、形成されている。その形状とは、より具体的には、四角柱状の二個のプリズムにおける正方形状の底面を、三角プリズムにおける斜面を挟む一対の正方形状の側面のそれぞれに当て付けることにより、一体に形成してなる形状である。なお、このＬ字プリズム２３１において、四角柱状のプリズムに相当する部分のそれぞれにおける三角プリズムがある側とは反対側の底面を、以下では、入射面２３１ａ及び第１射出面２３１ｃと表記する。

三角プリズム２３２は、上記のＬ字プリズム２３１における三角プリズムに相当する部分と同じ大きさの三角プリズムを二個組み合わせてなるプリズムである。従って、この三角プリズム２３２の斜面は、Ｌ字プリズム２３１の入射面２３１ａと同じ大きさの正方形を二個組み合わせてなる縦横比１：２の長方形となっている。なお、この三角プリズム２３２における斜面を挟む一対の側面のうちの一方の側面を、以下では、反射面２３２ｂと表記する。また、その斜面を、以下では、第２射出面２３２ｃと表記する。

そして、筐体２４の中では、この三角プリズム２３２の第２射出面２３２ｃは、Ｌ字プリズム２３１の第１射出面２３１ｃに対し、平行となっている。また、三角プリズム２３２における反射面２３２ｂ及び第２射出面２３２ｃ以外の側面２３２ａは、Ｌ字プリズム２３１における上記三角プリズムの斜面に相当する側面２３１ｂに対し、接している。これら側面２３１ｂ，２３２ａ同士は、その四辺が互いに接した状態で、且つ、ｓ偏光成分を反射するとともにｐ偏光成分を透過させる偏光膜を挟んだ状態で、接着されている。この偏光膜とこれを挟んだ一対の側面２３１ｂ，２３２ａとからなる光学面を、以下では、光路分離作用面２３ａと表記する。

また、筐体２４に外套管１９が装着されている状態では、リレー光学系１４の光軸は、Ｌ字プリズム２３１の入射面２３１ａの中心を垂直に貫き、光路分離作用面２３ａの中心においてこの面２３ａに対して４５°傾いて交差する。さらに、光路分離素子２３は、第１対物光学系１１からの光が持つ直線偏光の方向が光路分離作用面２３ａにおけるｓ偏光方向に一致し、且つ、第２対物光学系１２からの光が持つ直線偏光の方向が光路分離作用面２３ａにおけるｐ偏光方向に一致するように、配置されている。このため、第１対物光学系１１からの光は光路分離作用面２３ａによって反射され、第２対物光学系１２からの光は光路分離作用面２３ａを透過する。つまり、この光路分離作用面２３ａは、偏光ビームスプリッタとして機能する。従って、第１対物光学系１１の光軸は、この光路分離作用面２３ａによって直角に折り曲げられ、第２対物光学系１２の光軸は、この光路分離作用面２３ａを貫くこととなる。

第１対物光学系１１の光軸は、この光路分離作用面２３ａで直角に折り曲げられた後、Ｌ字プリズム２３１の第１射出面２３１ｃの中心を垂直に貫いて、第１撮像装置２１の撮像面に達する。一方、第２対物光学系１２の光軸は、この光路分離作用面２３ａを通過した後、三角プリズム２３２の反射面２３２ｂの中心で直角に折り曲げられ、第２射出面２３２ｃを垂直に貫いて、第２撮像装置２２の撮像面に達する。なお、第１撮像装置２１及び第２撮像装置２２の筐体２４内での取り付け位置は、リレー光学系１４から各々の撮像面に至るまでの光路長が互いに等しくなるように、調整されている。

光路分離素子２３が、以上に説明したように構成されていることにより、第１撮像装置２１が、第１対物光学系１１によって形成されてリレー光学系１４によってリレーされた像を撮影することとなり、第２撮像装置２２が、第２対物光学系１２によって形成されてリレー光学系１４によってリレーされた像を撮影することとなる。従って、光路分離素子２３は、像分離手段として機能する。

なお、本実施形態の立体視硬性鏡は、一対の対物光学系１１，１２を有していることから、立体視のための視差のある二つの画像の画像データをモニタ等に出力することができる。但し、実際にこの立体視硬性鏡により観察対象を観察する者に対してより快適に立体視させるためには、モニタ等の立体表示装置に出力された一対の画像を観察する者の輻輳点（視線の交点）と調節点（ピントの合う点）とを一致させるようにすることが望ましい。このような輻輳点と調節点との一致は、第１対物光学系１１の光軸と第２対物光学系１２の光軸とをリレー光学系１４の光軸を挟んで対称に傾けることによって、行っても良い。しかし、そうすると、互いの光軸が平行な状態にある一対の対物光学系１１，１２を近接させる場合に比べて、外套管１９の径を太くしなければならなくなる。そのため、本実施形態においては、一対の対物光学系１１，１２の光軸は、リレー光学系１４の光軸と平行に配置しておき、輻輳一致は、第１撮像装置２１及び第２撮像装置２２の各々の撮像面に直交する中心軸を第１対物光学系１１及び第２対物光学系１２の光軸に対してシフトさせることにより、或いは、第１撮像装置２１及び第２撮像装置２２によって取得された画像データの中から画像処理装置が一部を選択して出力することによって、行っている。

次に、光路合成素子１３について、より詳しく説明する。

図４及び図５は、何れも、光路合成素子１３の斜視図である。なお、図４は、図１の下方からみたときの状態を示し、図５は、図１の上方から見たときの状態を示している。これら図４及び図５に示されるように、光路合成素子１３は、第１乃至第４プリズム１３１〜１３４から構成されている。

第１プリズム１３１は、立方体状のプリズムである。第２プリズム１３２は、平行四辺形の底面を有する四角柱の形状に、形成されている。その形状は、より具体的には、第１プリズム１３１を二等分してできる二個の三角プリズムを、各々の斜面同士が互いに平行となる状態で、一方の側面同士を向かい合わせるとともに、その互いに向かい合う側面の間に、それら側面と同じ大きさの正方形の平板状のプリズムを挿入し、これらプリズムを一体に形成したものと等価な形状である。この第２プリズム１３２における平行四辺形状の底面の一方の短辺に接する側面のうち、上記三角プリズムの側面に相当する正方形状の領域には、第１プリズム１３１の一つの側面が接着されている。

ここで、この第１プリズム１３１における第２プリズム１３２がある側とは反対側の側面を、以下では、第１入射面１３１ａと表記する。また、第２プリズム１３２における平行四辺形状の底面の一対の長辺に接する側面のうち、第１プリズム１３１が接着された側面に対して４５°傾いている側面を、以下では、第１反射面１３２ａと表記する。

第３プリズム１３３は、第１プリズム１３１を二等分してできる二個の三角プリズムと同じ大きさの三角柱の形状に、形成されている。この第３プリズム１３３における斜面以外の一対の側面のうちの一方の側面は、上記の第２プリズム１３２における第１プリズム１３１がある側とは反対側にある側面と、平行となっている。

ここで、第２プリズム１３２における第１プリズム１３１がある側とは反対側にある側面を、以下では、射出面１３２ｃと表記する。また、第３プリズム１３３においてこの射出面１３２ｃと平行な側面を、以下では、第２透過面１３３ａと表記する。

また、第３プリズム１３３の斜面１３３ｂは、第２プリズム１３２における第１反射面１３２ａに対向する側面１３２ｂに対し、接している。これら斜面１３３ｂ及び側面１３２ｂ同士は、その四辺が互いに接した状態で、且つ、ｓ偏光成分を反射するとともにｐ偏光成分を透過させる偏光膜を挟んだ状態で、接着されている。この偏光膜とこれを挟んだ斜面１３３ｂ及び側面１３２ｂとからなる光学面を、以下では、光路合成作用面１３ａと表記する。

第４プリズム１３４は、第２プリズム１３２と同じ形状に、形成されている。この第４プリズム１３４における平行四辺形状の底面の一対の短辺に接する側面を、以下では、第２入射面１３４ａ及び第１透過面１３４ｄと、それぞれ表記する。また、この第４プリズム１３４における平行四辺形状の底面の一対の長辺に接する側面のうち、第２入射面１３４ａに対して４５°傾いている側面を、以下では、第２反射面１３４ｂと表記する。さらに、第２反射面１３４ｂに対向する側面を、以下では、第３反射面１３４ｃと表記する。

そして、この第４プリズム１３４の第１透過面１３４ｄのうち、上記三角プリズムの側面に相当する正方形状の領域には、第３プリズム１３３の第２透過面１３３ａが、接着されている。このような接着状態において、第１透過面１３４ｄ中の正方形状の領域の中心は、第２透過面１３３ａの中心に一致している。

第１乃至第４プリズム１３１〜１３４がこのような相対位置関係にある状態において、外套管１９の中では、第１対物光学系１１の光軸Ａｘ１が、第１プリズム１３１の第１入射面１３１ａの中心を垂直に貫いている。このため、第１対物光学系１１の光軸Ａｘ１は、第１プリズム１３１の第１入射面１３１ａの中心を垂直に貫いた後、第２プリズム１３２の第１反射面１３２ａによって直角に折り曲げられ、光路合成作用面１３ａの中心においてこの面１３ａに対して４５°傾いて交差する。

一方、外套管１９の中では、第２対物光学系１２の光軸Ａｘ２が、第４プリズム１３４の第２入射面１３４ａにおける上記三角プリズムの側面に相当する正方形状の領域の中心を、垂直に貫いている。このため、第２対物光学系１２の光軸Ａｘ２は、第２入射面１３４ａ中の正方形状の領域の中心を垂直に貫いた後、第２反射面１３４ｂ及び第３反射面１３４ｃによってクランク状に折り曲げられ、第１透過面１３４ｄ中の正方形状の領域の中心を垂直に貫く。さらに、第２対物光学系１２の光軸Ａｘ２は、第３プリズム１３３の第２透過面１３３ａの中心を垂直に貫き、光路合成作用面１３ａの中心においてこの面１３ａに対して４５°傾いて交差する。

ここで、この光路合成作用面１３ａは、第１対物光学系１１を透過して第１反射面１３２ａで反射された光のうち、この面１３ａにおけるｓ偏光方向を持つ成分を、反射するとともに、第２対物光学系１２を透過して第２反射面１３４ｂ及び第３反射面１３４ｃで反射された光のうち、この面１３ａにおけるｐ偏光方向を持つ成分を、透過させる。つまり、この光路合成作用面１３ａは、偏光ビームコンバイナとして機能する。これにより、第１対物光学系１１の光軸Ａｘ１は、この光路合成作用面１３ａで直角に折り曲げられるとともに、第２対物光学系１２の光軸Ａｘ２は、この光路合成作用面１３ａを真っ直ぐに貫通することによって、光路合成作用面１３ａを通過後の第１対物光学系１１の光軸Ａｘ１と同軸になる。

この光路合成作用面１３ａによって互いに同軸とされた一対の対物光学系１１，１２の光軸Ａｘ１，Ａｘ２は、その後、第２プリズム１３２の射出面１３２ｃにおける上記三角プリズムの側面に相当する正方形状の領域の中心を、垂直に貫くこととなる。

そして、外套管１９の中では、リレー光学系１４の光軸Ａｘ０が、第２プリズム１３２の射出面１３２ｃ中の正方形状の領域の中心を、垂直に貫いている。この結果、一対の対物光学系１１，１２の光軸Ａｘ１，Ａｘ２は、光路合成素子１３によって、リレー光学系１４の光軸Ａｘ０と同軸にされることとなる。

然も、第２プリズム１３２と第４プリズム１３４とが、互いに同じ大きさであることから、第２プリズム１３２の第１反射面１３２ａ及び光路合成作用面１３ａによる第１対物光学系１１の光軸Ａｘ１のシフト量は、第４プリズム１３４の第２反射面１３４ｂ及び第３反射面１３４ｃによる第２対物光学系１２の光軸Ａｘ２のシフト量と、同じである。従って、第１対物光学系１１からリレー光学系１４までの光路長は、第２対物光学系１２のそれと揃うこととなる。

さらに、この光路合成素子１３においては、第２プリズム１３２の第１反射面１３２ａと光路合成作用面１３ａによる第１対物光学系１１の光軸Ａｘ１のシフト方向は、第４プリズム１３４の第２反射面１３４ｂ及び第３反射面１３４ｃによる第２対物光学系１２の光軸Ａｘ２のシフト方向に対し、直角，又は、直角より数度少ない鋭角に、傾いている。

図６は、光路合成素子１３の直前で先端が切り落とされている状態の挿入部１０を正面視したときの断面図である。この図６に示されるように、各光学系１１，１２，１４の光軸方向から光路合成素子１３を見ると、第１乃至第３プリズム１３１〜１３３からなる第１プリズム群と、第４プリズム１３４からなる第２プリズム群とが、特殊なＶ字状の外形を、形成している。光路合成素子１３がこのような特殊なＶ字状の外形を有するため、この光路合成素子１３を用いれば、各光学系１１，１２，１４を外套管１９内で密に配置することができ、その結果として、外套管１９をできるだけ細くすることができる。

次に、この光路合成素子１３の外套管１９内での固定手順について、説明する。なお、以下では、各光学系１１，１２，１４の光軸方向に視線を向けて見た場合を前提に、説明する。

作業者は、まず、第１乃至第３円筒管１５〜１７を外套管１９内に固定するための台座を、用意する。図７は、この台座１９ａの外観図である。台座１９ａは、円柱状に形成されている。この台座１９ａの一方の底面は、四つの貫通孔１９１〜１９４が穿たれた平坦面１９５となっており、この平坦面１９５は、後述するように、光路合成素子１３の当付面として機能する。また、四つの貫通孔１９１〜１９４のうち、第１貫通孔１９１は、第１円筒管１５を挿入するためのものであり、第１円筒管１５の外径と等しい内径を有している。また、第２貫通孔１９２及び第３貫通孔１９３は、第２円筒管１６及び第３円筒管１７を挿入するためのものであり、第２円筒管１６及び第３円筒管１７の外径と等しい内径を有している。第４貫通孔１９４は、リレー光学系１４を収容している鏡筒を挿入するためのものであり、この鏡筒の外径と等しい内径を有している。また、この台座１９ａ自体は、外套管１９の内径と等しい直径を有しているため、外套管１９内に挿入することができるようになっている。

図７に示されるような台座１９ａを用意した後、作業者は、この台座１９ａの第１貫通孔１９１に第１円筒管１５を挿入し、この台座１９ａの当付面１９５から第１円筒管１５の先端部を突出させた状態で、第１円筒管１５を接着剤にて台座１９ａに接着する。また、第２貫通孔１９２に第２円筒管１６を、第３貫通孔１９３に第３円筒管１７を、それぞれ挿入し、第１円筒管１５と同様に、台座１９ａの当付面１９５から第２円筒管１６及び第３円筒管１７のそれぞれの先端部を突出させた状態で、第２円筒管１６及び第３円筒管１７を接着剤にて台座１９ａに接着する。

接着剤を乾燥させて各円筒管１５〜１７を台座１９ａに固定した後、作業者は、Ｖ字状をなすようにして互いに固定された第１プリズム群と第２プリズム群とからなる光路合成素子１３を用意する。そして、作業者は、台座１９ａの当付面１９５から突出する各円筒管１５〜１７の先端部によって囲まれる空間内へ、この光路合成素子１３を挿入し、第２プリズム１３２の射出面１３２ｃを、台座１９ａの当付面１９５に当て付ける。このとき、射出面１３２における正方形状の領域の中心が、第４貫通孔１９４の当付面１９５側の開口の中心に一致する。図８は、各円筒管１５〜１７と光路合成素子１３とが取り付けられた台座１９ａの斜視図である。

図８に示されるようにして光路合成素子１３が台座１９ａに取り付けられた際、第１円筒管１５は、第１プリズム群の側面（第１プリズム１３１の側面，及び、第２プリズム１３２における平行四辺形状の底面）と第２プリズム群の側面（第４プリズム１３４における平行四辺形状の底面）とに当て付けられる。また、第２円筒管１６は、第１プリズム群における第１円筒管１５がある側とは反対側の側面に当て付けられることにより、第１円筒管１５とともに第１プリズム群を挟み付ける。また、第３円筒管１７は、第２プリズム群における第１円筒管１５がある側とは反対側の側面に当て付けられることにより、第１円筒管１５ととともに第２プリズム群を挟み付ける。

このようにして当該空間内に光路合成素子１３を挿入した後、作業者は、第１プリズム群及び第２プリズム群と第１乃至第３円筒管１５〜１７とが接している箇所を中心に、接着剤を塗り付けて、光路合成素子１３を第１乃至第３円筒管１５〜１７に固定する。

接着剤が乾いた後、作業者は、各円筒管１５〜１７と光路合成素子１３とが取り付けられた台座１９ａの第４貫通孔１９４に対してリレー光学系１４の鏡筒を挿入しつつ、この台座１９ａ自体を外套管１９内に挿入する。台座１９ａを外套管１９内に組み込んだ後、作業者は、第１乃至第３円筒管１５〜１７の内部に、ライトガイド１８を引き通す。

以上に説明したように、本実施形態によれば、一対の対物光学系１１，１２の光軸Ａｘ１，Ａｘ２をともに所定量だけ平行にシフトさせるとともに両光軸Ａｘ１，Ａｘ２のシフト方向同士がなす角度を直角以下の角度にする第１プリズム群と第２プリズム群を、三本の円筒管１５〜１７だけで支持することができる。このため、このような光路合成素子１３を立体視硬性鏡の外套管１９内に簡単にセットすることができる。然も、三本の円筒管１５〜１７は、図６に示されるように、第１プリズム群と第２プリズム群と外套管１９とによって形成される間隙に、配置される。このため、外套管１９の外径を大きくしなくて済む。

ところで、本実施形態では、一対の対物光学系１１，１２の光軸Ａｘ１，Ａｘ２の光路合成素子１３によるシフト方向同士がなす角度θを変更したときには、この変更に合わせて、三本の円筒管１５〜１７の直径を変更する必要がある。図９乃至図１１は、角度θの変更に応じて三本の円筒管１５〜１７の直径が変化する様子を示す断面図である。なお、図９は角度θが７５°である状態を示し、図１０は、角度θが８０°である状態を示し、図１１は、角度θが８５°である状態を示している。

これら図９乃至図１１を比較して明らかなように、角度θを大きくした場合には、第１プリズム群と第２プリズム群との間隙が広がるので、その間隙を埋めるためには、第１円筒管１５の直径を大きくせねばならない。逆に、角度θを小さくした場合には、第１プリズム群と外套管１９との間隙，並びに、第２プリズム群と外套管１９との間隙は、何れも、狭まるので、その間隙を埋めるためには、第２円筒管１６及び第３円筒管１７の直径を小さくしなければならない。

また、本実施形態においては、光路合成素子１３の各プリズム１３１〜１３４の一部が、必要に応じて面取りされる。例えば、各光学系１１，１２，１４の光軸方向に視線を向けて見ると、第２プリズム群は、長方形状の外形を有しているが、その四つの角のうち、第１プリズム群の中央部に位置する角が、面取りによって切り落とされていなければならない。角度θが９０°以下であるため、第１プリズム群におけるこの角が面取りされていないと、第２円筒管１６に干渉することとなるためである。

これと同様に、第１プリズム群も、長方形状の外形を有しているが、その四つの角のうち、第２プリズム群の中央部に位置する角が、面取りによって切り落とされていなければならない。

さらに、図９乃至図１１に示されるように、第１プリズム群と第２プリズム群とにおいて、四つの角のうち、外套管１９に干渉することとなる角が存在する場合には、その角も、面取りによって切り落とされていなければならない。

但し、前述したような面取りを施すことによって角を切り落とす際には、その面取りにより形成される断面が、正方形状の第１入射面１３１ａ（或いは、第２入射面１３４ａ中の正方形状の領域）を通過する光の光路（例えば、その正方形に内接する円形の領域を光が通過する場合にはこの円形領域）に対し、掛からないようにせねばならない。

以上に説明した本実施形態では、撮影部２０の筐体２４が円柱状であるとしたが、これに限定されるものではない。例えば、筐体２４の外径形状が、直方体状であっても良い。また、筐体２４内においては、その側面に装着された外套管１９内のリレー光学系１４から射出された光が、本実施形態のように、光路分離素子２３に直接入射するようであっても良いが、そうでなくてもよい。例えば、図１２に示されるように、リレー光学系１４から射出された光が、筐体２４内に備えられたプリズム又はミラーによって反射された後に、光路分離素子２３に入射するようであっても良い。

本発明の実施形態である立体視硬性鏡の部分透明斜視図 図１の上方から見たときの立体視硬性鏡の光学構成図 図１の右方から見たときの立体視硬性鏡の光学構成図 光路合成素子の斜視図 光路合成素子の斜視図 光路合成素子の直前で先端が切り落とされている状態の挿入部を正面視したときの断面図 台座の斜視図 各円筒管と光路合成素子とが取り付けられた台座の斜視図 光路合成素子による一対の対物光学系の光軸のシフト方向がなす角度が７５°である場合の光路合成素子の正面図 光路合成素子による一対の対物光学系の光軸のシフト方向がなす角度が８０°である場合の光路合成素子の正面図 光路合成素子による一対の対物光学系の光軸のシフト方向がなす角度が８５°である場合の光路合成素子の正面図 撮影部の変形例を概略的に示す断面図 各光学系の光軸方向に視線を向けて見たときの従来のプリズム群の正面図

符号の説明

１０ 挿入部
１１ 第１対物光学系
１２ 第２対物光学系
１３ 光路合成素子
１３１ 第１プリズム
１３２ 第２プリズム
１３２ａ 第１反射面
１３３ 第３プリズム
１３４ 第４プリズム
１３４ｂ 第２反射面
１３４ｃ 第３反射面
１３ａ 光路合成作用面
１４ リレー光学系
１５ 第１円筒管
１６ 第２円筒管
１７ 第３円筒管
１８ ライトガイド
１９ 外套管
１９ａ 台座
１９１ 第１貫通孔
１９２ 第２貫通孔
１９３ 第３貫通孔
１９４ 第４貫通孔
１９５ 当付面
２０ 撮影部
２１ 第１撮像装置
２２ 第２撮像装置
２３ 光路分離素子
２３１ Ｌ字プリズム
２３２ 三角プリズム
２３ａ 光路分離作用面
２４ 筐体

Claims (5)

1. 光軸が互いに平行な一対の対物光学系，及び、それら対物光学系と光軸が平行なリレー光学系を共に内包する立体硬性鏡の外套管内において、前記第１対物光学系及び前記第２対物光学系の光軸を何れも所定量だけ平行にシフトさせることによって前記リレー光学系の光軸と同軸にするとともに、前記第１対物光学系の光軸のシフト方向と前記第２対物光学系の光軸のシフト方向とがなす角度を直角以下の角度にする第１プリズム群及び第２プリズム群を、固定するためのプリズム固定方法であって、
   前記各光学系の光軸方向と中心軸が平行な三個の円筒管を前記外套管内に組み込むとともに、
   前記各光学系の光軸方向に視線を向けて見た場合において、Ｖ字状をなす前記第１プリズム群と前記第２プリズム群との間に第１円筒管を配置することによって、その第１円筒管を前記第１プリズム群と前記第２プリズム群とに共に当て付け、第２円筒管を前記第１プリズム群に当接させることによって、第１円筒管と第２円筒管とにより前記第１プリズム群を挟み付け、第３円筒管を前記第２プリズム群に当接させることによって、第１円筒管と第３円筒管とにより前記第２プリズム群を挟み付ける
   ことを特徴とするプリズム固定方法。
2. 前記第１プリズム群及び前記第２プリズム群と、これらプリズム群を挟み付ける三本の円筒管との間に、更に、接着剤を注入する
   ことを特徴とする請求項１記載のプリズム固定方法。
3. 前記第１プリズム群及び前記第２プリズム群とを挟み付ける三本の円筒管のそれぞれの内部に、更に、照明光を導く光ファイバを、引き通す
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のプリズム固定方法。
4. 前記各対物光学系の光軸同士のシフト方向がなす角度を変更するために、前記第１プリズム群及び前記第２プリズム群を交換する場合には、前記三本の円筒管を、その角度の大きさに応じた外径を有する三本の円筒管に変更する
   ことを特徴とする請求項１，２又は３記載のプリズム固定方法。
5. 光軸が互いに平行な一対の対物光学系，
   前記各対物光学系と光軸が平行なリレー光学系，
   前記第１対物光学系及び前記第２対物光学系の光軸を何れも所定量だけ平行にシフトさせることによって前記リレー光学系の光軸と同軸にするとともに、前記第１対物光学系の光軸のシフト方向と前記第２対物光学系の光軸のシフト方向とがなす角度を直角以下の角度にする第１プリズム群及び第２プリズム群，
   前記各光学系の光軸方向に視線を向けて見た場合において、Ｖ字状をなす前記第１プリズム群と前記第２プリズム群との間において、前記第１プリズム群と前記第２プリズム群とに共に当て付けられた第１円筒管，
   前記各光学系の光軸方向に視線を向けて見た場合において、前記第１円筒管とで前記第１プリズム群を挟み付けるようにその第１プリズム群に当接された第２円筒管，及び、
   前記各光学系の光軸方向に視線を向けて見た場合において、前記第１円筒管とで前記第２プリズム群を挟み付けるようにその第２プリズム群に当接された第３円筒管
   を備えることを特徴とする立体視硬性鏡。

Images