JP6446161B1

JP6446161B1 - 立体内視鏡

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Publication number: JP6446161B1
Application number: JP2018535442A
Authority: JP
Inventors: さや歌西村
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2017-06-06
Filing date: 2018-04-19
Publication date: 2018-12-26
Anticipated expiration: 2038-04-19
Also published as: CN110678115A; WO2018225397A1; JPWO2018225397A1; US10827912B2; CN110678115B; US20200093356A1

Abstract

第１の対物光学系ＯＢＬ１と、第２の対物光学系ＯＢＬ２と、第１の対物光学系ＯＢＬ１の視野範囲に対応する撮像範囲を有する第１の撮像素子ＩＭＧ１と、第２の対物光学系ＯＢＬ２の視野範囲に対応する撮像範囲を有する第２の撮像素子ＩＭＧ２と、モニター１０１と、からなり、以下の条件（１）及び条件（２）を満たすことを特徴とする。
条件（１）は、第１距離ＤＴ１と第２距離ＤＴ２との和に、モニター１０１の倍率を乗算した第１の値と、モニターの表示画面の縦の大きさＴ（ｍｍ）との割合が、１．５％より大きく、１０．５%より小さいこと、
条件（２）は、第３距離と第４距離との差分に、モニター１０１の倍率を乗算した第２の値と、モニターの表示画面の縦の大きさＴとの割合が、１．２％より大きく、７．５％より小さいこと、
である。

Description

本発明は、立体内視鏡に関するものである。

近年、医療分野では、病変の精密かつ迅速な手術を行うために、立体観察が可能な手術用内視鏡が重要視されている。特に外科手術の分野では、観察距離１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の範囲で、安全かつ快適に立体画像の観察をできることが必要である。

精密な作業を正確に行うためには、奥行き方向の分解能を向上することが望ましい。また、作業を容易化するためには、被写体の実物の形状を忠実に３Ｄモニターで再現することが望ましい。

２つの対物光学系が内蔵された立体内視鏡において、奥行きの分解能を上げるためには、２つの対物光学系の光軸間の距離を離すことが必要である。一方、被写体の形状を忠実に再現するためには、各対物光学系のディストーションを抑えることが必要である。

特許第６０７２３９２号公報（国際公開第２０１６／１５７６２３号）特表２０１３−５２１９４１号公報特開平０７−２３６６１０号公報特開２０１４−０２８００８号公報

ここで、２つの対物光学系の配置に関して光軸間距離を離すと、奥行き分解能は向上する。しかしながら、画面中心の近点に存在する物体が飛び出して見えてしまう。このため、快適な立体画像にならない。

さらに、ディストーションを抑えた２つの対物光学系の光軸間距離を離して配置した場合、画面中心部だけでなく、画面周辺部の近点に存在する物体も飛び出して見えてしまう。このため、快適な立体画像を得ることができない。

例えば、特許文献１に開示された立体的可視化システムは、ＧＩ（消化管）用途である。このため、手術用内視鏡とは、被写体との観察距離が異なる。特許文献１の構成では、近点観察のみ考慮されている。そして、２つの光学系の光軸間隔は、１ｍｍ程度しかない。さらに、クロスポイント（詳細は後述する）も１０ｍｍ以下であり、短い距離である。特許文献１の構成を、例えば外科手術に使用した場合、立体感が弱いために、立体視の利点が発揮されない。すなわち、特許文献１に開示された立体的可視化システムでは、前後方向（奥行き方向）を認知することが困難であり、安全に精確な作業ができない。

同様に、特許文献２、３、４に開示された構成は、奥行き方向に高分解能を有することが困難である。また、特許文献２、３、４に開示された構成は、被写体の形状を適切に再現することが困難な場合、及び視野の中心部、周辺部に存在する被写体が飛び出して見えてしまう場合がある。

本発明は、上記を鑑みてなされたものであって、奥行き方向に高分解能を有し、被写体の形状を適切に再現しつつ、中心部の被写体、周辺部の被写体も共に不適切に飛び出さない好適な立体視ができる立体内視鏡を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る立体内視鏡は、第１の対物光学系と、第２の対物光学系と、第１の対物光学系の視野範囲に対応する撮像範囲を有する第１の撮像素子と、第２の対物光学系の視野範囲に対応する撮像範囲を有する第２の撮像素子と、モニターと、からなり、以下の条件（１）及び条件（２）を満たすことを特徴とする。
条件（１）は、第１距離と第２距離との和に、モニターの倍率を乗算した第１の値と、前記モニターの表示画面の縦の大きさＴ（ｍｍ）との割合が、１．５％より大きく、１０．５%より小さいこと、
条件（２）は、第３距離と第４距離との差分に、モニターの倍率を乗算したモニターの表示画面の縦の大きさＴとの割合が、１．２％より大きく、７．５％より小さいこと、
ここで、
第１距離は、第１の撮像素子の撮像面のうちの撮像範囲の中心と、観察距離が３０ｍｍにおける第１の対物光学系及び第２の対物光学系の光軸間隔の中間位置に存在する第１物体が第１の撮像素子に結像した位置と、の距離、
第２距離は、第２の撮像素子の撮像面のうちの撮像範囲の中心と、第１物体が第２の撮像素子に結像した位置と、の距離、
第３距離は、第１の撮像素子の撮像面のうちの撮像範囲の中心と、観察距離が３０ｍｍにおける第１の撮像素子または第２の撮像素子のいずれか一方の撮像素子の視野範囲の視差方向の最端点に存在する第２物体が第１の撮像素子に結像した位置と、の距離、
第４距離は、第２の撮像素子の撮像面のうちの撮像範囲の中心と、第２物体が第２の撮像素子に結像した位置と、の距離、
である。

本発明は、奥行き方向に高分解能を有し、被写体の形状を適切に再現しつつ、中心部の被写体、周辺部の被写体も共に不適切に飛び出さない好適な立体視ができる立体内視鏡を提供できるという効果を奏する。

（ａ）は、実施形態に係る立体内視鏡の概略構成図である。（ｂ）は、実施形態に係る立体内視鏡の別の概略構成図である。（ａ）は、実施形態に係る立体内視鏡のさらに別の図である。（ｂ）は、実施形態に係る立体内視鏡で撮像した画像を再生する時の構成を示す図である。（ａ）は、実施例１に係る立体内視鏡の通常観察時のレンズ断面図である。（ｂ）は、実施例１に係る立体内視鏡の近点観察時のレンズ断面図である。（ａ）は、実施例２に係る立体内視鏡の通常観察時のレンズ断面図である。（ｂ）は、実施例２に係る立体内視鏡の近点観察時のレンズ断面図である。

以下に、実施形態に係る立体内視鏡１００を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により、この発明が限定されるものではない。

本実施形態は、第１の対物光学系と、第２の対物光学系と、第１の対物光学系の視野範囲に対応する撮像範囲を有する第１の撮像素子と、第２の対物光学系の視野範囲に対応する撮像範囲を有する第２の撮像素子と、モニターと、からなり、以下の条件（１）及び条件（２）を満たすことを特徴とする。
条件（１）は、第１距離と第２距離との和に、モニターの倍率を乗算した第１の値と、前記モニターの表示画面の縦の大きさＴ（ｍｍ）との割合が、１．５％より大きく、１０．５％より小さいこと、
条件（２）は、第３距離と第４距離との差分に、モニターの倍率を乗算した第２の値と、前記モニターの表示画面の縦の大きさＴとの割合が、１．２％より大きく、７．５％より小さいこと、である。
ここで、
第１距離は、第１の撮像素子の撮像面のうちの撮像範囲の中心と、観察距離が３０ｍｍにおける第１の対物光学系及び第２の対物光学系の光軸間隔の中間位置に存在する第１物体が第１の撮像素子に結像した位置と、の距離、
第２距離は、第２の撮像素子の撮像面のうちの撮像範囲の中心と、第１物体が第２の撮像素子に結像した位置と、の距離、
第３距離は、第１の撮像素子の撮像面のうちの撮像範囲の中心と、観察距離が３０ｍｍにおける第１の撮像素子または第２の撮像素子のいずれか一方の撮像素子の視野範囲の視差方向の最端点に存在する第２物体が第１の撮像素子に結像した位置と、の距離、
第４距離は、第２の撮像素子の撮像面のうちの撮像範囲の中心と、第２物体が第２の撮像素子に結像した位置と、の距離、
である。

図１（ａ）、図１（ｂ）、図２（ａ）、図２（ｂ）を用いて、本実施形態を説明する。図１（ａ）は、立体内視鏡１００が第１物体ＯＢＪ１を撮像するときの概略構成図である。図１（ｂ）は、立体内視鏡１００が第２物体ＯＢＪ２を撮像する時の別の概略構成図である。図２（ａ）は、立体内視鏡１００のさらに別の図である。図２（ｂ）は、立体内視鏡１００で撮像した画像を再生する時の構成を示す図である。

まず、図１（ａ）、図１（ｂ）、図２（ａ）、図２（ｂ）を用いて説明する。立体内視鏡１００は、第１の対物光学系ＯＢＬ１、例えば左眼用対物光学系と、第２の対物光学系ＯＢＬ２、例えば右眼用対物光学系と、を有する。第１の撮像素子ＩＭＧ１は、第１の対物光学系ＯＢＬ１に対応して撮像する位置に配置されている。第２の撮像素子ＩＭＧ２は、第２の対物光学系ＯＢＬ２に対応して撮像する位置に配置されている。また、撮像された像は、図２（ｂ）に示すモニター１０１に表示される。

そして、立体内視鏡１００は、以下の条件（１）及び条件（２）を満たしている。
条件（１）は、第１距離ＤＴ１と第２距離ＤＴ２との和に、モニター１０１の倍率を乗算した第１の値と、モニター表示画面のたての大きさＴとの割合が１．５％より大きく、１０．５％より小さいこと、
条件（２）は、第３距離ＤＴ３と第４距離ＤＴ４との差分に、モニター１０１の倍率を乗算した第２の値と、モニターの表示画面のたての大きさＴとの割合が、１．２％より大きく、７．５％より小さいこと、である。

第１距離ＤＴ１は、第１の撮像素子ＩＭＧ１の撮像面のうちの撮像範囲の中心Ｃ１と、観察距離が３０ｍｍにおける第１の対物光学系ＯＢＬ１及び第２の対物光学系ＯＢＬ２の光軸ＡＸ１、ＡＸ２の間隔の中間位置に存在する第１物体ＯＢＪ１が第１の撮像素子ＩＭＧ１に結像した位置Ｉ１Ｌと、の距離である。なお、図１（ａ）において、光軸ＡＸ１、ＡＸ２の中間を軸ＡＸＣで示している。

第２距離ＤＴ２は、第２の撮像素子ＩＭＧ２の撮像面のうちの撮像範囲の中心Ｃ２と、第１物体ＯＢＪ１が第２の撮像素子ＩＭＧ２に結像した位置Ｉ１Ｒと、の距離である。

第３距離ＤＴ３は、第１の撮像素子ＩＭＧ１の撮像面のうちの撮像範囲の中心Ｃ１と、観察距離が３０ｍｍにおける第１の撮像素子ＩＭＧ１または第２の撮像素子ＩＭＧ２のいずれか一方の撮像素子の視野範囲の視差方向の最端点に存在する第２物体ＯＢＪ２が第１の撮像素子ＩＭＧ１に結像した位置Ｉ２Ｌと、の距離である。

第４距離ＤＴ４は、第２の撮像素子ＩＭＧ２の撮像面のうちの撮像範囲の中心Ｃ２と、第２物体ＯＢＪ２が第２の撮像素子ＩＭＧ２に結像した位置Ｉ２Ｒと、の距離である。

第１物体ＯＢＪ１と第２物体ＯＢＪ２とは、それぞれ観察視野内の中心領域と周辺領域とに存在している。ここで周辺領域とは、視差が発生している方向の最周辺領域をいう。

ディスト―ションと光軸間隔の組み合わせにより、像の飛び出しと、像の盛り上がりの特性が決まる。上記条件（１）、（２）を満足することで、飛び出しと盛り上がりの適切なバランスを得ることができる。これにより、自然な立体感を得ることができる。

本実施形態において、第１の値Ｈｃは、以下の式（Ａ）で示される。
Ｈｃ＝（２×Ｍ×β×（Ｋ／２）×（Ｄｃ＋１）−２Ｓ×Ｍ×β）（Ａ）
ここで、
Ｍは、モニター１０１の倍率（＝（ｘ’／ｘ）×（Ｉｍ／Ｉｐ））、
ｘ’は、モニター１０１の画素数、
ｘは、第１の対物光学系ＯＢＬ１及び第２の対物光学系ＯＢＬ２の画素数、
Ｉｍは、モニター１０１の画素ピッチ、
Ｉｐは、第１の撮像素子ＩＭＧ１または第２の撮像素子ＩＭＧ２の画素ピッチ、
βは、第１の対物光学系ＯＢＬ１及び第２の対物光学系ＯＢＬ２の倍率、
Ｋは、第１の対物光学系ＯＢＬ１と第２の対物光学系ＯＢＬ２との光軸ＡＸ１、ＡＸ２の間隔、
また、Ｋは、第１の対物光学系ＯＢＬ１の瞳と第２の対物光学系ＯＢＬ２の瞳との間隔、または第１の対物光学系ＯＢＬ１の開口部と第２の対物光学系ＯＢＬ２の開口部との間隔でも良い。Ｔは、モニターの縦の大きさである。
また、画素数は、視差方向の画素数及び撮像素子の対角方向の画素数の何れでも良い。
Ｄｃは、第１物体ＯＢＪ１が第１の撮像素子ＩＭＧ１及び第２の撮像素子ＩＭＧ２に結像した際のディストーション量（％）、即ち、視野範囲の中心に存在する第１物体ＯＢＪ１が結像する位置におけるディストーション量（％）、
Ｓは、第１の撮像素子ＩＭＧ１の撮像面のうちの撮像範囲の中心Ｃ１と第１の対物光学系ＩＭＧ１の光軸ＡＸ１との距離、または、第２の撮像素子ＩＭＧ２の撮像面のうちの撮像範囲の中心Ｃ２と第２の対物光学系ＩＭＧ２の光軸ＡＸ２との距離、
である。

式（Ａ）は、視野中心における物体の飛び出しを、光軸間隔Ｋにより制御することを規定している式である。

第１の値Ｈｃが式（Ａ）の下限値を下回ると、奥行き分解能が低くなってしまう。第１の値Ｈｃが式（Ａ）の上限値を上回ると、視野の中心領域に存在する物体の飛び出しが強すぎてしまい、快適に立体視できない。

本実施形態において、第２の値Ｈｓは、以下の式（Ｂ）で示される。
Ｈｓ＝（Ｍ×β×（（ΔＰ＋Ｋ）×（Ｄ＋１）−ΔＰ×（Ｄ’＋１）−２Ｓ））（Ｂ）
ここで、
Ｍは、モニター１０１の倍率（＝（ｘ’／ｘ）×（Ｉｍ／Ｉｐ））、
ｘ’は、モニター１０１の画素数、
ｘは、第１の対物光学系ＯＢＬ１及び第２の対物光学系ＯＢＬ２の画素数、
Ｉｍは、モニター１０１の画素ピッチ、
Ｉｐは、第１の撮像素子ＩＭＧ１または第２の撮像素子ＩＭＧ２の画素ピッチ、
βは、第１の対物光学系ＯＢＬ１及び第２の対物光学系ＯＢＬ２の倍率
ΔＰは、第１の対物光学系ＯＢＬ１または第２の対物光学系ＯＢＬ２の光軸ＡＸ１、Ａ
Ｘ２と垂直な方向の視野範囲の最大長と光軸間隔との差分、
Ｋは、第１の対物光学系ＯＢＬ１と第２の対物光学系ＯＢＬ２との光軸ＡＸ１、ＡＸ２の間隔、
Ｄは、第２物体ＯＢＪ２が第１の撮像素子ＩＭＧ１に結像した際のディストーション量（％）、
Ｄ’は、第２物体ＯＢＪ２が第２の撮像素子ＩＭＧ２に結像した際のディストーション量（％）、
Ｓは、第１の撮像素子ＩＭＧ１の撮像面のうちの撮像範囲の中心Ｃ１と第１の対物光学系ＯＢＬ１の光軸ＡＸ１との距離、または、第２の撮像素子ＩＭＧ２の撮像面のうちの撮像範囲の中心Ｃ２と第２の対物光学系ＯＢＬ２の光軸ＡＸ２との距離、
である。

式（Ｂ）は、視野周辺領域の物体の飛び出しを、光軸間隔とディストーションにより制御し、近点観察時に視野周辺に存在する鉗子の飛び出しは、ディストーションで制御することを規定している式である。また、視野中心における物体の飛び出しは、光軸間隔Ｋにより制御することを規定している式である。

第２の値Ｈｓが式（Ｂ）の下限値を下回ると、近点観察時の周辺領域に存在する鉗子の飛び出しがきつくなってしまう。また、第２の値Ｈｓが式（Ｂ）の上限値を上回ると、平面の被写体を観察したとき、実際の形状と異なる形状が再生されてしまう。

また、本実施形態の好ましい態様によれば、光軸ＡＸ１、ＡＸ２の間隔を適宜変化させて、条件（１）を決定することが望ましい。

また、本実施形態の好ましい態様によれば、第２物体ＯＢＪ２が第１の撮像素子ＩＭＧ１及び第２の撮像素子ＩＭＧ２に結像した際のディストーション量を適宜変化させて、条件（２）を決定することが望ましい。

また、本実施形態の好ましい態様によれば、条件（１）において、光軸間隔Ｋは２ｍｍ以上、６ｍｍ以下であることが望ましい。これにより、さらに奥行き分解能を向上し、中心領域の物体の飛び出しを抑えることができる。

また、本実施形態の好ましい態様によれば、条件（２）において、ディストーション量Ｄは−３０％以上から−１０％以下であることが望ましい。これにより、意図的にディストーションを発生させ、さらに視野周辺領域の物体の飛び出し、及び近点観察時に視野周辺に存在する鉗子の飛び出しを、抑えることができる。

また、本実施形態の好ましい態様によれば、第３距離ＤＴ３と第４距離ＤＴ４との差分に、モニター１０１の倍率を乗算した第２の値Ｈｓが１．８％以上、７．２％以下であり、ディストーション量Ｄは、−２２％以上から−１０％以下であることが望ましい。これにより、ディストーション量を減らすことで、ディストーションの像のゆがみによる左右像の縦ズレを減らすことができる。

また、本実施形態の好ましい態様によれば、モニター１０１に表示される画像の中心点がゼロ視差となる観察距離は４０ｍｍ以下であることが望ましい。

図２（ａ）に示す軸ＡＸＣ上のクロスポイントＣＰは距離４０ｍｍ以下であることが望ましいことを意味する。また、「ゼロ視差」とは、再生画像の中心点１０２がモニター１０１面上に存在することをいう（図２（ｂ）参照）。なお、観察者は、８０ｃｍから２ｍの範囲でモニター１０１を観察する。

クロスポイントＣＰが４０ｍｍ以下の場合でも、通常観察（遠点観察）時に、開散しないように立体内視鏡の構成を設定する。

以下、実施例について説明する。

（実施例１）
図３（ａ）は、実施例１に係る立体内視鏡３００の通常観察時のレンズ断面図である。図３（ｂ）は、実施例１に係る立体内視鏡３００の近点観察（拡大観察）時のレンズ断面図である。本実施例は、−１０％のディスト―ションを発生させている。

実施例１の立体内視鏡３００は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、両凹負レンズＬ２と、両凸正レンズＬ３と、平行平板（赤外吸収フィルタ）Ｌ４と、開口絞りＳと、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５と、両凹負レンズＬ６と、両凸正レンズＬ７と、両凸正レンズＬ８と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ９と、両凸正レンズＬ１０と、両凹負レンズＬ１１と、カバーガラスＦと、ＣＣＤカバーガラスＣＧと、を有している。

両凹負レンズＬ２と両凸正レンズＬ３とは接合されている。両凹負レンズＬ６と両凸正レンズＬ７とは接合されている。両凸正レンズＬ８と像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ９とは接合されている。両凸正レンズＬ１０と両凹負レンズＬ１１とは接合されている。

カバーガラスＦとＣＣＤカバーガラスＣＧとは接合されている。ｄ２１は接着層である。また、赤外吸収フィルタＬ４の物体側に、ＹＡＧレーザーカットのコーティング、像側にＬＤレーザーカットのコーティングを施している。

平行平板Ｌ４と、開口絞りＳと、正メニスカスレンズＬ５と、が一体となって像側へ移動することで、通常観察と近点（拡大）観察を行う。

（実施例２）
図４（ａ）は、実施例２に係る立体内視鏡４００の通常観察時のレンズ断面図である。図４（ｂ）は、実施例２に係る立体内視鏡４００の近点観察時のレンズ断面図である。本実施例は、−１６％のディスト―ションを発生させている。

実施例２の立体内視鏡４００は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、両凹負レンズＬ２と、両凸正レンズＬ３と、平行平板（赤外吸収フィルタ）Ｌ４と、開口絞りＳと、物体側に平面を向けた平凸正レンズＬ５と、物体側に平面を向けた平凹負レンズＬ６と、両凸正レンズＬ７と、両凸正レンズＬ８と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ９と、両凸正レンズＬ１０と、両凹負レンズＬ１１と、カバーガラスＦと、ＣＣＤカバーガラスＣＧと、を有している。

両凹負レンズＬ２と両凸正レンズＬ３とは接合されている。平凹負レンズＬ６と両凸正レンズＬ７とは接合されている。両凸正レンズＬ８と像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ９とは接合されている。両凸正レンズＬ１０と両凹負レンズＬ１１とは接合されている。

平行平板Ｌ４と、開口絞りＳと、平凸正レンズＬ５と、が一体となって像側へ移動することで、通常観察と近点（拡大）観察を行う。

以下に、上記各実施例の数値データを示す。記号は、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは各レンズ面間の間隔、ｎｅは各レンズのｅ線の屈折率、νｅは各レンズのアッベ数、＊印は非球面である。絞りは開口絞りである。

また、非球面形状は、光軸方向をｚ、光軸に直交する方向をｙにとり、円錐係数をｋ、非球面係数をＡ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０としたとき、次の式で表される。
ｚ＝（ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｙ／ｒ）²｝^1/2］
＋Ａ４ｙ⁴＋Ａ６ｙ⁶＋Ａ８ｙ⁸＋Ａ１０ｙ¹⁰
また、非球面係数において、「Ｅ−ｎ」（ｎは整数）は、「１０^−ｎ」を示している。
なお、これら諸元値の記号は実施例の数値データにおいて共通である。

数値実施例１
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νe
物面 ∞ 43.4151 1
1* 2.3823 0.3949 1.81078 40.92
2* 0.9151 0.6777 1
3 -5.5508 0.8934 1.88815 40.76
4 1.9264 0.9687 1.76167 27.51
5 -4.397 0.1565可変 1
6 ∞ 0.2235 1.523 65.13
7 ∞ 0.0284 1
8(絞り) ∞ 0 1
9 -9.5812 0.2981 1.65425 58.55
10 -7.5594 0.849可変 1
11 -26.843 0.3181 1.93429 18.9
12 5.4361 0.747 1.67765 32.1
13 -2.6970 0.0656 1
14 7.2754 1.2102 1.74795 44.78
15 -4.2565 0.8066 1.93429 18.9
16 -5.1872 0.0745 1
17 3.3362 0.7915 1.59143 61.14
18 -3.5799 0.5961 1.93429 18.9
19 19.0140 1.1782 1
20 ∞ 0.3726 1.51825 64.14
21 ∞ 0.0149 1.5119 64.05
22 ∞ 0.2981 1.507 63.26
像面 ∞ 0

非球面データ
第１面
k=0
A2=0.00E+00,A4=5.3715E-02,A6=-3.4719E-03,A8=8.1102E-04
第２面
k=0
A2=0.00E+00,A4=8.0179E-02,A6=2.3258E-02,A8=6.6214E-02

各種データ
通常観察拡大観察
物体距離 43.41506 32.19677
d5 0.15648 0.33562
d10 0.849 0.66986

第１の値Ｈｃ＝９．８％
第２の値Ｈｓ＝７．１５％

数値実施例２
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d ne νe
物面 ∞ 60.0000 1
1* 2.9142 0.4 1.81078 40.88
2* 1.0606 0.84 1
3 -18.377 0.5 2.01169 28.27
4 2.634 1.2 1.85504 23.78
5 -8.532 0.21可変 1
6 ∞ 0.3 1.523 65.13
7 ∞ 0.03 1
8(絞り) ∞ 0.11 1
9 ∞ 0.35 1.65425 58.55
10 -35.645 0.72可変 1
11 ∞ 0.4 2.01169 28.27
12 9.972 0.78 1.80642 34.97
13 -3.375 0.08 1
14 24.688 0.9 1.73234 54.68
15 -2.782 0.53 1.93429 18.9
16 -5.625 1.2453 1
17 3.375 1.3 1.73234 54.68
18 -3.375 0.35 2.01169 28.27
19 8.042 0.856 1
20 ∞ 0.5 1.51825 64.14
21 ∞ 0.02 1.5119 64.05
22 ∞ 0.4 1.507 63.26
像面 ∞ 0

非球面データ
第１面
k=0.8038
A2=0.00E+00,A4=7.55E-04,A6=5.60E-04,A8=-1.86E-04
第２面
k=-0.1138
A2=0.00E+00,A4=2.51E-03,A6=-7.25E-04,A8=4.59E-03

各種データ
通常観察拡大観察
物体距離 60 30
d5 0.21 0.68
d10 0.72 0.25

第１の値Ｈｃ＝７．７７％
第２の値Ｈｓ＝４．７１％

なお、上述の立体内視鏡は、複数の構成を同時に満足してもよい。このようにすることが、良好な立体内視鏡を得る上で好ましい。また、好ましい構成の組み合わせは任意である。また、各条件について、より限定した条件の数値範囲の上限値あるいは下限値のみを限定しても構わない。

以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態のみに限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、これら実施形態の構成を適宜組合せて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。

以上のように、本発明は、奥行き方向に高分解能を有し、被写体の形状を適切に再現しつつ、中心部の被写体、周辺部の被写体も共に不適切に飛び出さない好適な立体視ができる立体内視鏡に有用である。

ＤＴ１第１距離
ＤＴ２第２距離
ＤＴ３第３距離
ＤＴ４第４距離
ＩＭＧ１第１の撮像素子
ＩＭＧ２第２の撮像素子
ＯＢＬ１第１の対物光学系
ＯＢＬ２第２の対物光学系
ＡＸ１、ＡＸ２光軸
ＡＸＣ軸
ＣＰクロスポイント
Ｉ１Ｌ位置
Ｉ１Ｒ位置
Ｉ２Ｌ位置
Ｉ２Ｒ位置
ＯＢＪ１第１物体
ＯＢＪ２第２物体
Ｃ１撮像面のうちの撮像範囲の中心
Ｃ２撮像面のうちの撮像範囲の中心
Ｋ光軸間隔
Ｈｃ第１の値
Ｈｓ第２の値
１００、３００、４００立体内視鏡
１０１モニター
１０２再生画像の中心点

Claims

第１の対物光学系と、
第２の対物光学系と、
前記第１の対物光学系の視野範囲に対応する撮像範囲を有する第１の撮像素子と、
前記第２の対物光学系の視野範囲に対応する撮像範囲を有する第２の撮像素子と、
モニターと、からなり、
以下の条件（１）及び条件（２）を満たすことを特徴とする立体内視鏡。
条件（１）は、第１距離と第２距離との和に、前記モニターの倍率を乗算した第１の値と、前記モニターの表示画面の縦の大きさＴ（ｍｍ）との割合が、１．５％より大きく、１０．５%より小さいこと、
条件（２）は、第３距離と第４距離との差分に、前記モニターの倍率を乗算した第２の値と、前記モニターの表示画面の縦の大きさＴとの割合が、１．２％より大きく、７．５％より小さいこと、
である。
ここで、
前記第１距離は、前記第１の撮像素子の撮像面のうちの前記撮像範囲の中心と、観察距離が３０ｍｍにおける前記第１の対物光学系及び前記第２の対物光学系の光軸間隔の中間位置に存在する第１物体が前記第１の撮像素子に結像した位置と、の距離、
前記第２距離は、前記第２の撮像素子の撮像面のうちの前記撮像範囲の中心と、前記第１物体が前記第２の撮像素子に結像した位置と、の距離、
前記第３距離は、前記第１の撮像素子の撮像面のうちの前記撮像範囲の中心と、観察距離が３０ｍｍにおける前記第１の撮像素子または前記第２の撮像素子のいずれか一方の撮像素子の前記視野範囲の視差方向の最端点に存在する第２物体が前記第１の撮像素子に結像した位置と、の距離、
前記第４距離は、前記第２の撮像素子の撮像面のうちの前記撮像範囲の中心と、前記第２物体が前記第２の撮像素子に結像した位置と、の距離、
である。
前記第１の値は、以下の式（Ａ）で示されることを特徴とする請求項１に記載の立体内視鏡。
（２×Ｍ×β×（Ｋ／２）×（Ｄｃ＋１）−２Ｓ×Ｍ×β ）（Ａ）
ここで、
Ｍは、前記モニターの倍率、
βは、前記第１の対物光学系及び前記第２の対物光学系の倍率、
Ｋは、前記第１の対物光学系と前記第２の対物光学系との光軸間隔、
Ｄｃは、前記第１物体が前記第１の撮像素子及び前記第２の撮像素子に結像した際のディストーション量、
Ｓは、前記第１の撮像素子の撮像面のうちの前記撮像範囲の中心と前記第１の対物光学系の光軸との距離、または、前記第２の撮像素子の撮像面のうちの前記撮像範囲の中心と前記第２の対物光学系の光軸との距離、
である。
前記第２の値は、以下の式（Ｂ）で示されることを特徴とする請求項１に記載の立体内視鏡。
（Ｍ×β×（（ΔＰ＋Ｋ）×（Ｄ＋１）−ΔＰ×（Ｄ’＋１）−２Ｓ））（Ｂ）
ここで、
Ｍは、前記モニターの倍率、
βは、前記第１の対物光学系及び前記第２の対物光学系の倍率、
ΔＰは、前記第１の対物光学系または前記第２の対物光学系の光軸と垂直な方向の視野範囲の最大長と光軸間隔との差分、
Ｋは、前記第１の対物光学系と前記第２の対物光学系との光軸間隔、
Ｄは、前記第２物体が前記第１の撮像素子に結像した際のディストーション量、
Ｄ’は、前記第２物体が前記第２の撮像素子に結像した際のディストーション量、
Ｓは、前記第１の撮像素子の撮像面のうちの前記撮像範囲の中心と前記第１の対物光学系の光軸との距離、または、前記第２の撮像素子の撮像面のうちの前記撮像範囲の中心と前記第２の対物光学系の光軸との距離、
である。
条件（１）において、前記光軸間隔は２ｍｍ以上、６ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の立体内視鏡。
条件（２）において、前記第２物体が前記第１の撮像素子に結像した際の前記ディストーション量は−３０％以上から−１０％以下であることを特徴とする請求項３に記載の立体内視鏡。
前記第２の値が１．８％以上、７．２％以下であり、
前記第２物体が前記第１の撮像素子に結像した際の前記ディストーション量は、−２２％以上から−１０％以下であることを特徴とする請求項３に記載の立体内視鏡。
前記モニターに表示される画像の中心点がゼロ視差となる観察距離は４０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の立体内視鏡。