JP6984745B2 - 画像表示装置、画像表示システム、画像表示方法及び画像処理プログラム - Google Patents
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Description
入射側に左眼用画像を示す左眼用画像領域が配置され、かつ射出側の最も外側のレンズの外側に左眼用射出瞳が形成された左眼用光学ユニットと、
入射側に右眼用画像を示す右眼用画像領域が配置され、かつ射出側の最も外側のレンズの外側に右眼用射出瞳が形成された右眼用光学ユニットと、
前記左眼用光学ユニットの焦点面であって前記左眼用光学ユニットの光軸から離れた位置に領域中心が配置されるように前記左眼用画像領域を提示し、かつ前記右眼用光学ユニットの焦点面であって前記右眼用光学ユニットの光軸から離れた位置に領域中心が配置されるように前記右眼用画像領域を提示することによって、前記左眼用光学ユニットを通して前記左眼用画像領域を目視し、かつ前記右眼用光学ユニットを通して前記右眼用画像領域を目視した際に、両眼に輻輳角を生じさせる表示部と、
前記左眼用光学ユニットを射出した光を反射して前記左眼用射出瞳と共役関係にある位置に左眼瞳を形成し、かつ前記右眼用光学ユニットを射出した光を反射して前記右眼用射出瞳と共役関係にある位置に右眼瞳を形成する反射部と、
を備えた画像表示装置である。
入射側に左眼用画像を示す左眼用画像領域が配置され、かつ射出側の最も外側のレンズの外側に左眼用射出瞳が形成された左眼用光学ユニットと、
入射側に右眼用画像を示す右眼用画像領域が配置され、かつ射出側の最も外側のレンズの外側に右眼用射出瞳が形成された右眼用光学ユニットと、
前記左眼用光学ユニットの焦点面であって前記左眼用光学ユニットの光軸上に領域中心が配置されるように前記左眼用画像領域を提示し、かつ前記右眼用光学ユニットの焦点面であって前記右眼用光学ユニットの光軸上に領域中心が配置されるように前記右眼用画像領域を提示すると共に、前記左眼用光学ユニットの光軸と前記右眼用光学ユニットの光軸とを、前記左眼用光学ユニット及び前記右眼用光学ユニットの射出側で交差させることによって、前記左眼用光学ユニットを通して前記左眼用画像領域を目視し、かつ前記右眼用光学ユニットを通して前記右眼用画像領域を目視した際に、両眼に輻輳角を生じさせる表示部と、
前記左眼用光学ユニットを射出した光を反射して前記左眼用射出瞳と共役関係にある位置に左眼瞳を形成し、かつ前記右眼用光学ユニットを射出した光を反射して前記右眼用射出瞳と共役関係にある位置に右眼瞳を形成する反射部と、
を備えた画像表示装置である。
対象物の画像が表示部に表示される位置に光の入射側の焦点を有し、射出瞳を形成する光学ユニットと、前記光学ユニットから射出される光を反射又は透過し、前記射出瞳と共役関係にある位置に前記射出瞳をリレーする光学素子と、前記光学素子によってリレーされる前記射出瞳の位置において観察する観察者の両眼に輻輳角を生じさせる輻輳角調整機構とを備える画像表示装置。
前記画像表示装置と、
右眼用画像情報、及び左眼用画像情報を取得し、取得した前記右眼用画像情報及び前記左眼用画像情報に基づき形成される右眼用画像領域及び左眼用画像領域が反転されるように画像処理する画像処理部と、
を備えた画像表示システムである。
前記画像表示装置の画像表示方法であって、
右眼用画像情報、及び左眼用画像情報に基づき形成される右眼用画像領域及び左眼用画像領域を反転した状態で提示する
ことを含む処理を実行する画像表示方法である。
コンピュータを、前記画像表示装置の画像処理部として機能させるための画像処理プログラムである。
コンピュータを、前記画像表示システムの画像処理部として機能させるための画像処理プログラムである。
開示の技術は、画像を表示する装置であれば開示の技術に係る画像表示装置は適用可能であり、また、画像を表示する装置を備えたシステムであれば開示の技術に係る画像表示システムは適用可能である。本実施形態では、以下の説明を簡単にするため、画像を表示する画像表示装置を備えた画像表示システムの一例として、眼科における眼の診断及び眼への外科的処置を目的として患者等の眼(以下、被検眼という。)及び被検眼周辺を医師等の観察者が観察する眼科装置に適用した眼科システムを説明する。
図1に示すように、眼科システム10は、生物の組織を含む対象物OBとしての被検眼及び被検眼周辺を撮影する撮影部20と、撮影部20で撮影した撮影画像を表示するディスプレイ等の表示部30と、表示部30の撮影画像を観察者OP用に表示する表示装置40を含む。眼科システム10は、観察対象者の被検眼及び被検眼周辺を撮影部20で撮影し、撮影した撮影画像を表示部30に形成し、当該撮影画像を観察者OP用に表示装置40で表示する。表示装置40にはディスプレイ等の表示部30が着脱可能に取り付けられており、表示部30を備えた表示装置40が形成されている。
観察者OPの両眼にて立体視させる場合、視差を有する2枚の画像の各々を左眼用及び右眼用に提示する場合が考えられる。本実施形態では、カメラ24は、視差を有する2枚の画像の各々を得るために、独立した左眼用のカメラ24Lと右眼用のカメラ24Rとを備えている。左眼用のカメラ24Lは左眼用の映像信号をカメラコントローラ26へ出力し、右眼用のカメラ24Rは右眼用の映像信号をカメラコントローラ26へ出力する。
図2Aは左眼用画像及び右眼用画像の各々を独立した表示部で表示する場合を模式的に示している。図2Bは、左眼用画像及び右眼用画像の各々を1つの表示部で表示する場合を模式的に示している。図2Cは、左眼用画像の成分と右眼用画像の成分とを含ませた1枚の画像を1つの表示部で表示する場合を模式的に示している。
また、図2Aに示す例では、左眼用の撮影画像ImLの画像中心GoLと右眼用の撮影画像ImRの画像中心GoRとの間の距離Lwが眼幅に対応するように、左眼用の撮影画像ImLと右眼用の撮影画像ImRとの各々位置が設定される。
図3A〜図3Cに示すように、表示装置40は、右眼用表示機能として、カメラ24Rによる画像として表示部30Rに形成された撮影画像ImRを、右眼用の光学ユニット42L及び反射部44の反射部材48を介して観察者OPの右眼用として観察者OPと反射部44との間の空間に表示する。また、表示装置40は、左眼用表示機能として、カメラ24Lによる画像として表示部30Lに形成された撮影画像ImLを、左眼用の光学ユニット42L及び反射部44の反射部材48を介して観察者OPの左眼用として観察者OPと反射部44との間の空間に表示する。
図4に示すように、光学ユニット42は、撮影画像Imから順に、面番号P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9、P10、P11の光学面を備えたレンズ系を形成している。光学面は、光学面を境界とした一方側の媒質の屈折率と他方側の媒質の屈折率とが相違する場合には屈折面となる。
表1において、面番号mは図4に示す光学面の面番号に対応する。また、曲率半径rは各光学面の曲率半径を示し、面間隔dは各光学面から次の光学面までの光軸上の距離を示し、屈折率ndはd線に対する屈折率を示し、分散νdはアッベ数を示している。表1に示す諸元では、曲率半径r、及び面間隔dの単位として「mm」を採用したが、光学ユニット42は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「mm」に限定されることはなく、他の単位を用いることもできる。
そこで、本実施形態では、有効径の増大を抑制しつつ、瞳を大きくして観察画像範囲を大きくすることが可能な最適なレンズ構成として、3群4枚のレンズ構成を採用した。図4に示す例では、第1群のレンズは、面番号P1、P2の光学面により形成される負パワーのメニスカスレンズであり、第2群のレンズは、面番号P3、P4の光学面により形成される正パワーの凸レンズである。そして、第3群のレンズは、面番号P5、P6、P7の光学面により形成され、負パワーのメニスカスレンズと正パワーの凸レンズとを張り合わせたレンズ群である。
図5に示すように、表示部30による対象物OBの撮影画像Imの各画素は、光学ユニット42の射出瞳Expから平行光束で射出され、光学結像素子48Aにより折り返されて射出瞳が形成されることで、瞳が再形成される。表示装置40では、光学ユニット42の射出瞳Expが光学ユニット42の光の射出側の最外面の位置に射出瞳Expが形成され、アイポイントEptを形成している。アイポイントEptとは、光学ユニット42から射出される光の全ての画角を網羅して目視可能な範囲である。図5に示す例では、光軸方向に射出瞳Expから距離Lzの範囲がアイポイントEptになっている。
ところが、観察者OPは、対象物を観察可能である限り観察者OPの頭部を表示装置40、特に反射部44へ接近する可能性がある。観察者OPが頭部を反射部44へ接近させた場合には、観察者OPの頭部が反射部44に接触する可能性が増大する。
そこで、反射部44と、アイボックスとの間の距離を適正に設定することが好ましい。具体的には、反射部材48(光学結像素子48A)により折り返されて再形成される瞳の位置は、
d0 >(1+tanθ/tanΨ)2・(φ/2tanθ)
の条件式に適合することが好ましい。
なお、Ψは、設置された反射部材48と光軸CLと成す角度であり、θは視野角の半角であり、φは瞳の直径であり、d0 は、瞳から光軸CLと反射部材48との交点までの距離である。
図6に、反射部材48と、瞳とに関する光路の一例を示す。
図6に示すように、反射部材48により折り返されて共役な射出瞳Expが形成されることで、瞳が再形成される。図6に示す例では、射出瞳Expの瞳面が示されている。また、図6に示す例では、反射部材48を、光軸CLと成す角度を角度Ψで設置した場合が示されている。
点B0 から光軸CLまでの距離h0 は、角度Ψに基づいて、次に示す(1)式で表すことができる。
h0 =(d0 −a0 )tanΨ ・・・(1)
また、角度θに基づくと、次に示す(2)式で表すことができる。
h0 =a0 ・tanθ ・・・(2)
(1)式と(2)式から、瞳から点A0 までの距離d0 は、次に示す(3)式で表すことができる。
d0 =(1+tanθ/tanΨ)・a0 ・・・(3)
a1 =a0 −φ/2tanΨ ・・・(4)
(4)式を、距離a0 で書き直すと、次に示す(5)式で表すことができる。
a0 =a1 +φ/2tanΨ ・・・(5)
このことから、瞳面から点A0 までの距離d0 と、瞳面から最も近い位置までの距離a1 との関係は、(5)式を(3)式に代入し、次に示す(6)式で表すことができる。
d0 =(1+tanθ/tanΨ)・(a1 +φ/2tanΨ)
・・・(6)
アイボックスの反射部材48側の限界値(前方限界値)は、Z軸方向(光軸方向)に射出瞳Expからの距離Lzである。したがって、距離Lzは、視野角の半角である角度θ、及び瞳の直径である瞳径φを用いて、次に示す(7)式で表すことができる。
Lz=φ/2tanθ ・・・(7)
そこで、瞳面から最も近い位置までの距離a1 は、次の(8)式に示すように、距離Lzより長く設定することが好ましい。
a1 >Lz ・・・(8)
距離Lzは、視野角の半角である角度θ及び瞳径φによって定まるので、瞳面から最も近い位置までの距離a1 及び瞳面から最も近い位置までの距離d0 の範囲を定めることができる。次の表2に、反射部材48と瞳との位置関係の一例を示す。
d0 >(1+tanθ/tanΨ)2・(φ/2tanθ) ・・・(9)
d0 >(1+tanθ/tanΨ)・(a1 +φ/2tanΨ)
=(1+tanθ/tanΨ)・{(φ/2tanθ)+(φ/2tanΨ)}
=(1+tan θ/tanΨ)・(1+tanθ/tanΨ)・(φ/2tanθ)
=(1+tanθ/tanΨ)2・(φ/2tanθ)
上記の(1)式は、(10)式で表すことができる。
h0 =d0 −a0 ・・・(10)
この(10)式と、角度θに基づく上記の(2)式を用いて、瞳から点A0 までの距離d0 を示す(3)式は、次に示す(11)式で表すことができる。
d0 =(1+tanθ)・a0 ・・・(11)
a1 =a0 −φ/2 ・・・(12)
a0 =a1 +φ/2 ・・・(13)
このことから、上記(6)式は、次に示す(14)式に簡略化できる。
d0 =(1+tanθ)・(a1 +φ/2) ・・・(14)
d0 >(1+tanθ)2・(φ/2tanθ) ・・・(15)
また、上記の一例は、視野角の半角である角度θ=24度、及び瞳径φ=50の場合の一例であり、d0 =150になるため、a1>Lzを満たしている。
所定の条件とは、両眼視可能な輻輳角が生じるように画像を提供することである。所定の条件の一例には、第1条件として、理想的な輻輳角として焦点位置を目視する場合における左眼の視軸(視線方向の光軸)と右眼の視軸とがなす角とすること、第2条件として、立体視をするためにはそれぞれ視差を持った像を両眼で観察することが挙げられる。
そこで、本実施形態に係る眼科システム10は、反射部材48(光学結像素子48A)の光学的性質を用いて、所定の条件に適合するように、観察者OPの両眼に輻輳角を生じさせるべく画像Imを表示する。
本実施形態では、反射部材48の構造に起因する反射部材48を経由する光線の角度維持及び角度反転の光学的性質を用いて、眼幅方向であるy軸方向の光線の光路に角度を有するようにすることで、観察者OPの両眼に輻輳角を生じさせる画像Imを表示する。
図7Aは左眼用の光学ユニット42Lの光軸CLLと右眼用の光学ユニット42Rの光軸CLRとを平行にし、かつ観察者OPの眼幅に対応する距離Lwを隔てて左眼用の光学ユニット42L及び右眼用の光学ユニット42Rを配置した場合を示している。
図9に示すように、制御装置として動作するコンピュータは、CPU(Central Processing Unit)31A、RAM(Random Access Memory)31B、およびROM(Read Only Memory)31Cを備えた装置本体31Xを含んで構成されている。ROM31Cは、輻輳角を可変する制御を実行する輻輳角制御プログラム31Pを含んでいる。装置本体31Xは、入出力インタフェース(I/O)31Dを備えており、CPU31A、RAM31B、ROM31C、及びI/O31Dは各々コマンド及びデータを授受可能なようにバス31Eを介して接続されている。また、I/O31Dには、輻輳角調整機構31、及び観察者OPからの指示等が入力される操作部31Fが接続されている。
装置本体31Xでは、輻輳角制御プログラム31PがROM31Cから読み出されてRAM31Bに展開され、RAM31Bに展開された輻輳角制御プログラム31PをCPU31Aが実行する。
第1モードは、観察者OPの操作部31Fによる指示毎に、例えばボタンの押下毎に、予め定めた所定量だけ左眼用の表示部30L及び右眼用の表示部30Rの間の距離が移動されるように制御信号を出力するモードである。この第1モードによって、例えば、観察者OPの両眼に生じさせる輻輳角を大きくする場合、操作部31Fによる指示毎に、現在の第1距離から前記第1距離より所定量だけ大きい第2距離に、段階的に変更される。
第2モードは、観察者OPの操作部31Fによる指示が継続されている間、例えばボタンの押下中に、左眼用の表示部30L及び右眼用の表示部30Rの間の距離が連続して移動されるように制御信号を出力するモードである。この第2モードによって、観察者OPは画像Imを目視しながら、両眼に生じさせる輻輳角を変更することが可能になる。
図11に示す例では、左眼用の表示部30Lに表示された撮影画像ImLは観察者OPの左眼EyeLの網膜上に結像されるが、上下左右が反転される。左眼用の撮影画像ImRも同様に、観察者OPの右眼EyeRの網膜上では上下左右が反転される。このため、例えば、ヘッドマウントディスプレイ装置(HMD)に用いられる画像をそのまま利用することが困難である。
そこで、本実施形態では、表示部30に表示する撮影画像Imを、観察者OPに対して適切に知覚されるように表示する。
図12に示すように、本実施形態では、表示部30に表示する撮影画像ImL,ImRの各々を、HMDの表示形式を基準として、予め反転(すなわち、180度回転)させる。なお、表示部30に表示する撮影画像ImL,ImRの各々を、予め反転(すなわち、180度回転)させる処理は、カメラコントローラ26で実行することができる。また、撮影画像ImL,ImRの各々を、表示部30L,30Rの各々に対応させて表示する場合には、表示部30L,30Rの各々を予め180度回転させてもよい。
図13に示すように、図12に示す被検眼の前眼部を観察する顕微鏡22の被検眼側に、一次像を形成するように前置レンズ25を配置して、被検眼の後眼部を観察する場合、撮影画像ImL,ImRの各々は、反転(すなわち、180度回転)された状態で撮影される。そして、撮影画像ImL,ImRの各々による視差は反転されない。このように、顕微鏡22の被検眼側に前置レンズ25を配置して被検眼の後眼部を観察する場合、表示部30に表示する撮影画像ImL,ImRの各々は、予め反転(すなわち、180度回転)させることなく、撮影画像ImL,ImRを入れ替える処理を、カメラコントローラ26で実行する。
図14に、カメラコントローラ26を、コンピュータにより実現する構成の一例を示す。
図14に示すように、カメラコントローラ26として動作するコンピュータは、CPU26A、RAM26B、およびROM26Cを備えた装置本体26Xを含んで構成されている。ROM26Cは、撮影画像Imを観察者OPに適切に知覚させるための画像処理を実行するが画像処理プログラム26Pを含んでいる。装置本体26Xは、入出力インタフェース(I/O)26Dを備えており、CPU26A、RAM26B、ROM26C、及びI/O26Dは各々コマンド及びデータを授受可能なようにバス26Eを介して接続されている。また、I/O26Dには、カメラ24、及び観察者OPからの指示等が入力される操作部26Fが接続されている。
装置本体26Xでは、画像処理プログラム26PがROM26Cから読み出されてRAM26Bに展開され、RAM26Bに展開された画像処理プログラム26PをCPU26Aが実行する。
画像処理プログラム26Pの実行タイミングは、前置レンズ25の挿抜等の術式の変更時等が挙げられる。
図16に示す例では、左眼用の光学ユニット42L及び右眼用の光学ユニット42Rは、光学ユニット用の輻輳角調整機構43によって、観察者OPの眼幅方向であるy軸方向に移動可能に形成される。左眼用の光学ユニット42L及び右眼用の光学ユニット42Rの各々は、眼幅の距離Lzの位置から互いに接近する方向に距離Lyを移動した位置に配置される。これによって、左眼用の光学ユニット42L及び右眼用の光学ユニット42Rの光軸間の距離は、距離Lwから距離Lvに狭くされる(Lv<Lw)。図16に示す例のように眼科システム10を形成しても、図7Bに示す例のように形成した眼科システム10と同様の効果が得られる。
図17に示す例では、左眼用の表示部30L及び光学ユニット42Lからなる左眼用の表示セットは、左眼用の輻輳角調整機構32Lによって、光軸が射出側で内側に向う方向(図17では反時計回り方向)に回転可能に形成される。同様に、右眼用の表示部30R及び光学ユニット42Rからなる右眼用の表示セットは、右眼用の輻輳角調整機構32Rによって、光軸が射出側で内側に向う方向(図17では時計回り方向)に回転可能に形成される。このように表示セットを回転することで、輻輳角ACを生じさせることが可能となる。
観察者OPが光を目視する場合、平行光は網膜上に結像することができ、発散光は眼の調節力によって網膜上に結像される。ところが、収束光は眼の調節力を用いても網膜上への結像は困難である。例えば、光学ユニット42が像面湾曲を有する場合、光学ユニット42の焦点に画像を配置すると、光軸近傍では、レンズ系から平行光が射出され、その平行光を目視する観察者OPの眼では、画像が網膜上に結像される。一方、光軸から離れた位置では、像面湾曲が作用し、光学ユニット42から収束光が射出され、観察者OPがその収束光を目視しても、画像は、網膜上に結像されない。
上述のように、反射部材48(光学結像素子48A)は光を経由させる素子であるが、構造に起因して反射部材48を経由する光線は、一方向の角度が維持され、一方向と直交する他方向の角度が反転される。すなわち、図18に示すように、像面湾曲の作用によって反射部材48に収束光が入射された場合、射出光は発散光になる。従って、観察者OPは、目の調節によって画像を目視することが可能になる。このように、反射部材48によって収束光が発散光に逆転するので、光学ユニット42が像面湾曲を有する場合であっても、観察者OPによる画像の目視が可能になり、光学ユニット42の像面湾曲を抑止する光学設計の処理負荷を軽減できる。また、表示部30に表示される画像Imの中心を光学ユニット42の焦点位置に設定するのみの単純な作業によって眼科システム10の表示装置40を形成することが可能になる。
上述のように、反射部材48は光を反射して経由させる複数の素子を有するが、その構造に起因して、例えば反射面で散乱する光を観察者OPが目視し、反射部材48の素子又は素子の一部に観察者OPが目視する焦点を合わせることで、反射部材48の素子又は素子の一部が画像目視の妨げになる場合がある。
そこで、本実施形態に係る眼科システム10は、反射部材48に観察者OPが目視する焦点を合わせることを抑制する抑制機構を備える。本実施形態では、抑制機構の一例として反射部材48を所定方向に移動させることにより観察者OPによる反射部材48への目視を抑制する。ここで、光を経由させる反射部材48における光の経由とは反射面で光を反射すること、光が通過すること、媒質を光が透過すること、屈折により光路が偏向されて光が進行することの少なくとも1つの作用により光が進む状態をいう。
なお、抑制機構49は、振動及び回転の少なくとも一方の駆動を行う装置の一例として、直線駆動、曲線駆動及び回転駆動の少なくとも1つの駆動を行う駆動装置が挙げられる。
光学ユニット42から射出された光は、反射部材48を通過して観察者OPの眼に到達し、観察者OPの網膜上に結像し、撮影画像Imが観察者OPに知覚される。この光学ユニット42から射出された光を遮らない位置で、観察者OPが目視可能な位置に枠などの視認物47を配置する。
また、図21に、視認物47を配置した表示装置40のその他の例を示す。図21は反射部材48が透過性を有する場合の構成の一例を示している。反射部材48が透過性を有する場合、観察者OPの視線は、反射部材48を通過してそのまま直進する(図20で矢印でも示した)。そこで、観察者OPの視線方向の先で、光学ユニット42から射出された光を遮らない位置、例えば、筐体46の内側の所定位置に枠などの視認物47を配置する。観察者OPは透過型の反射部材48を通過して視認物47を目視することで、反射部材48への目視が抑制される。
図22に示すように、外乱光抑制部50は、表示装置40の筐体46の内部で、かつ光学ユニット42から射出された光を遮らない位置に配置される。例えば、反射部材48を通過する観察者OPの視線の延長線上の筐体46の内面と、反射部材48で反射する観察者OPの視線の延長線上の筐体46の内面と、に外乱光抑制部50を配置する。なお、反射部材48で反射する観察者OPの視線の延長線上の筐体46の内面に配置する外乱光抑制部50には、光学ユニット42から射出される光を通過させるために、開口が設けられる。この外乱光抑制部50は、外乱光によって生じる筐体46の内部における散乱光を少なくとも抑制できればよく、遮光可能であることは更に好ましい。また、外乱光抑制部50は、光吸収部材を含むことが好ましく、外乱光抑制部50が光吸収部材を含むことで、外乱光によって生じる筐体46の内部における散乱光の抑制のみならず、外乱光抑制部50における光の反射が抑制される。
そこで、図23A、及び図23Bに示す例では、図22に示す外乱光抑制部50に加えて、表示装置40の筐体46に設けられ、筐体46の下方(−x軸方向)に板状の遮光部材50Aを配置している。遮光部材50Aは、撮影画像Imを知覚するための観察者OPの視野を遮らず、かつ撮影画像Imを知覚するための観察者OPの最大視野の角度範囲(最大視野角)を通る光線と平行に配置される。また、遮光部材50Aの表示装置40側の一端から観察者OP側の他端までの距離は、観察者OPが目視位置を変更可能な範囲で、観察者OPが遮光部材50Aに接触しないように適宜設定される。
なお、図23Aでは、筐体46の下方に板状の遮光部材50Aを配置した一例を示したが、遮光部材50Aの配置位置及び形状は図23Aに示す一例に限定されるものではない。例えば、遮光部材50Aは、撮影画像Imを知覚するための観察者OPの視野を遮らない位置であれば何れの位置でもよく、また何れの形状(例えば、正方形や長方形などの多角形、円形、板状など)でもよい。また、図23Aの例では、1個の遮光部材50Aを筐体46の下方に配置した例を示したが、2個以上配置してもよい。
図24Aは本実施形態に係る再帰透過素子と扱うことができる光学結像素子48Aを用いた眼科システム10の表示装置40の一例を示している。図24Bは、反射型の再帰素子を用いた眼科システム10の表示装置40に関する第1の変形例を示している。
図24Aに示すように、光学結像素子48Aを用いた表示装置40は、光学ユニット42から射出された光が反射部材48で反射して観察者OPの眼に到達する。
一方、図24Bに示すように、第1の変形例では、表示装置40に含む反射部44は、筐体46、直交する反射面を複数備えたコーナキューブを複数2次元平面状に配列した反射アレイ等の再帰反射部材47A、及びハーフミラー48Bを含む。第1の変形例の表示装置40は、光学ユニット42から射出された光をハーフミラー48Bで反射する。ハーフミラー48Bで反射された光は、再帰反射部材47Aへ射出されて、再帰反射し、ハーフミラー48Bを透過して、観察者OPへ向けて射出される。このように、図24Bに示す第1の変形例は、ハーフミラー48Bによる反射光を用いるので、図24Aに示す表示装置40の光学結像素子48Aと比べて、再帰反射部材47Aを小さくすることができる。
図25に示すように、第2の変形例では、表示装置40に含む反射部44は、筐体46、直交する反射面を複数備えたコーナキューブを複数2次元平面状に配列した反射アレイ等の再帰反射部材47A,47B、及びハーフミラー48Bを含む。第2の変形例の表示装置40は、光学ユニット42から射出された光をハーフミラー48Bで反射する。ハーフミラー48Bで反射された光は、再帰反射部材47Aへ射出されて、再帰反射し、ハーフミラー48Bを透過して、観察者OPへ向けて射出される。また、光学ユニット42から射出された光のうちハーフミラー48Bを透過した光は、再帰反射部材47Bへ射出されて、再帰反射し、ハーフミラー48Bで反射されて、観察者OPへ向けて射出される。
第2の変形例は、第1の変形例に比べて、ハーフミラー48Bを透過した光を利用できるため、観察者OPが目視する撮影画像Imの光量を増加することができる。
図26に示すように、第3の変形例では、表示装置40に含む反射部44は、筐体46、直交する反射面を複数備えたコーナキューブを複数2次元平面状に配列した反射アレイ等の再帰反射部材47C、及びハーフミラー48Bを含む。再帰反射部材47C及びハーフミラー48Bは、ハーフミラー48Bの反射面と再帰反射部材47Cの反射面とが直交するように、ハーフミラー48Bの一端側が再帰反射部材47Cの中央付近に配置される。第3の変形例の表示装置40は、光学ユニット42から射出された光をハーフミラー48Bで反射する。ハーフミラー48Bで反射された光は、再帰反射部材47Cへ射出されて、再帰反射し、ハーフミラー48Bを透過して、観察者OPへ向けて射出される。また、光学ユニット42から射出された光のうちハーフミラー48Bを透過した光も、再帰反射部材47Cへ射出されて、再帰反射し、ハーフミラー48Bで反射されて、観察者OPへ向けて射出される。
第3の変形例は、第2の変形例に比べて、ハーフミラー48Bの反射光及び透過光を共通して再帰反射部材47Cで再帰反射できるため、再帰反射部材の素子数を減少して表示装置を形成することができる。
以上、眼科システム10の表示装置40に関する第1の変形例から第3の変形例を説明したが、第1の変形例から第3の変形例の各々において、反射部材48は光学結像素子48Aを用いた場合と同様の効果を奏することは言うまでもない。
図27Aに示す反射部材48は、面対称に光線を集光する性質を有し、物点Q1から反射部材48までの距離Lkと、像点Q2から反射部材48までの距離Lmとは、一致する(Lk=Lm)。従って、反射部材48は、例えば、等倍(1:1)の大きさで瞳を再形成することができる。
一方、図27Bに示す反射部材48も、面対称に光線を集光する性質を有し、物点Q1から反射部材48までの距離Lkと、像点Q2から反射部材48までの距離Lmとは、不一致になる(図27Bの例では、Lk<Lm)。従って、反射部材48は、例えば、等倍(1:m)の大きさで瞳を再形成することができる。なお、反射部材48として適用可能な非等倍の像を結像する素子は、特開2017−067933号公報等に記載されているように周知の技術であるため、詳細な説明を省略する。
図28では、反射部材48の一例として、等倍の像を結像する光学結像素子48Aを用いた場合を示している。すなわち、図28に示すように平面状の反射部材48は、面対称に光線を集光する性質を有し、物点から反射部材48までの距離Laと、像点Q2から反射部材48までの距離Lbとは、一致する(La=Lb)。図28に示すように、平面状の反射部材48を、半径rの曲率を有するように形成することで、2/rの屈折力を付与することが可能になる。
便宜的に、図28に示す平面状(r=∞)の反射部材48の焦点距離をfoとすると、次に示す(16)式と、La=Lbの関係とを用いて、焦点距離foは、次の(17)式で表すことができる。
1/La+1/Lb=1/fo ・・・(16)
fo=La/2 ・・・(17)
fLob =R/2 ・・・(18)
従って、曲率Rを持つ反射部材48の焦点距離fR は、次の(19)式で表され、整理すると、(20)式で表すことができる。
fR =1/fo+1/fLob ・・・(19)
fR =2{La・R/(La+R)}La ・・・(20)
1/La+1/Lb=1/fR ・・・(21)
Lb’={La・R/(2La+R)}La ・・・(22)
β=R/(2La+R) ・・・(23)
(23)式で示される倍率βのとき、瞳の大きさはβ倍になり、見込み画角は1/β倍になる。このように2/rの屈折力が付与された反射部材48であっても、開示の技術は有効である。
しかし、開示の技術に係る画像表示システムは、表示部30を表示装置40の上部に取り付けることに限定されるものではない。例えば、表示部30を表示装置40の下部に取り付け、表示部30に形成された撮影画像Imを、表示装置40の下方から上方に向う光軸で光学ユニット42及び反射部材48を介して観察者OPに向けて表示する構成としてもよい。すなわち、表示装置40に取り付ける表示部30の位置は、表示装置40における何れの位置であってもよく、また表示装置40への光軸方向は表示装置40に対して何れの方向に向かうように構成してもよい。
図29に示すように、一般的な双眼鏡300は、両眼で遠方の対象物を拡大して観察するため、左眼用及び右眼用に対物レンズ302L,302R及び接眼レンズ308L,308Rを備えている。また、図29には双眼鏡300の左右の瞳EL,ERも示されている。双眼鏡300は、対物レンズ302L,302Rにより拡大された対象物の一次像306L,306Rの各々を接眼レンズ308L,308Rによりさらに拡大する。しかし、対物レンズ302L,302R及び接眼レンズ308L,308Rで拡大される像は倒立像として知覚されるため、ポロプリズム又はダハプリズム等の光学素子304を用いて倒立像を正立像に変換する。
図33に、一般的な光学顕微鏡400の構成を模式的に示す。また、図34に、開示の技術に係る画像表示装置又は画像表示システムを適用した第1例の光学顕微鏡410の構成を模式的に示す。
図33に示すように、一般的な両眼視の光学顕微鏡400は、両眼で対象物を拡大して観察するため、第1対物レンズ401、左眼用及び右眼用に第2対物レンズ402L,402R及び接眼レンズ408L,408Rを備えている。また、図33には光学顕微鏡400の左右の瞳EL,ERも示されている。光学顕微鏡400は、第1対物レンズ401、第2対物レンズ402L,402Rにより拡大された対象物の一次像406L,406Rの各々を接眼レンズ408L,408Rによりさらに拡大する。しかし、第1対物レンズ401、第2対物レンズ402L,402R及び接眼レンズ408L,408Rで拡大される像は倒立像として知覚されるため、ポロプリズム又はダハプリズム等の光学素子404L,404Rを用いて倒立像を正立像に変換する。
本実施形態における別の一態様は、入射側に左眼用画像を示す左眼用画像領域が配置され、かつ射出側の最も外側のレンズの外側に左眼用射出瞳が形成された左眼用光学ユニットと、入射側に右眼用画像を示す右眼用画像領域が配置され、かつ射出側の最も外側のレンズの外側に右眼用射出瞳が形成された右眼用光学ユニットと、前記左眼用光学ユニットの焦点面であって前記左眼用光学ユニットの光軸から離れた位置に領域中心が配置されるように前記左眼用画像領域を提示し、かつ前記右眼用光学ユニットの焦点面であって前記右眼用光学ユニットの光軸から離れた位置に領域中心が配置されるように前記右眼用画像領域を提示することによって、前記左眼用光学ユニットを通して前記左眼用画像領域を目視し、かつ前記右眼用光学ユニットを通して前記右眼用画像領域を目視した際に、両眼に輻輳角を生じさせる画像提示部と、前記左眼用光学ユニットを射出した光を反射して前記左眼用射出瞳と共役関係にある位置に左眼瞳を形成し、かつ前記右眼用光学ユニットを射出した光を反射して前記右眼用射出瞳と共役関係にある位置に右眼瞳を形成する反射部と、を備えた画像表示装置である。
20 撮影部
22 顕微鏡
24 カメラ
25 前置レンズ
26 カメラコントローラ
26P 画像処理プログラム
26X 装置本体
30 表示部
31 輻輳角調整機構
31P 輻輳角制御プログラム
32L、32R 輻輳角調整機構
40 表示装置
42 光学ユニット
43 輻輳角調整機構
44 反射部
47 視認物
48 反射部材
48A 光学結像素子
49 抑制機構
50 外乱光抑制部50
AC 輻輳角
CL 光軸
Ept アイポイント
Exp 射出瞳
Go 画像中心
GoL、GoR 画像中心
GoaL、GoaR 領域中心
Im 画像
OB 対象物
OP 観察者
PD 眼幅
Claims (20)
- 入射側に左眼用画像を示す左眼用画像領域が配置され、かつ射出側の最も外側のレンズの外側に左眼用射出瞳が形成された左眼用光学ユニットと、
入射側に右眼用画像を示す右眼用画像領域が配置され、かつ射出側の最も外側のレンズの外側に右眼用射出瞳が形成された右眼用光学ユニットと、
前記左眼用光学ユニットの焦点面であって前記左眼用光学ユニットの光軸から離れた位置に領域中心が配置されるように前記左眼用画像領域を提示し、かつ前記右眼用光学ユニットの焦点面であって前記右眼用光学ユニットの光軸から離れた位置に領域中心が配置されるように前記右眼用画像領域を提示することによって、前記左眼用光学ユニットを通して前記左眼用画像領域を目視し、かつ前記右眼用光学ユニットを通して前記右眼用画像領域を目視した際に、両眼に輻輳角を生じさせる表示部と、
前記左眼用光学ユニットを射出した光を反射して前記左眼用射出瞳と共役関係にある位置に左眼瞳を形成し、かつ前記右眼用光学ユニットを射出した光を反射して前記右眼用射出瞳と共役関係にある位置に右眼瞳を形成する反射部と、
を備えた画像表示装置。 - 前記左眼用画像領域の領域中心と前記右眼用画像領域の領域中心との距離と、前記左眼用光学ユニットの光軸と前記右眼用光学ユニットの光軸との距離との少なくとも一方の距離を可変する距離可変部を含み、
前記表示部は、前記距離可変部によって前記少なくとも一方の距離が可変された状態で前記左眼用画像領域及び前記右眼用画像領域を提示する
請求項1に記載の画像表示装置。 - 前記距離可変部は、前記両眼に生じさせる輻輳角を大きくする場合、前記左眼用画像領域の領域中心と前記右眼用画像領域の領域中心との距離を、現在の第1距離から前記第1距離より大きい第2距離に変更する
請求項2に記載の画像表示装置。 - 前記距離可変部は、前記左眼用画像領域の領域中心と前記右眼用画像領域の領域中心との距離が大きくなるに従って輻輳角が大きくなるように、前記左眼用画像領域の領域中心と前記右眼用画像領域の領域中心との距離を可変する
請求項2に記載の画像表示装置。 - 入射側に左眼用画像を示す左眼用画像領域が配置され、かつ射出側の最も外側のレンズの外側に左眼用射出瞳が形成された左眼用光学ユニットと、
入射側に右眼用画像を示す右眼用画像領域が配置され、かつ射出側の最も外側のレンズの外側に右眼用射出瞳が形成された右眼用光学ユニットと、
前記左眼用光学ユニットの焦点面であって前記左眼用光学ユニットの光軸上に領域中心が配置されるように前記左眼用画像領域を提示し、かつ前記右眼用光学ユニットの焦点面であって前記右眼用光学ユニットの光軸上に領域中心が配置されるように前記右眼用画像領域を提示すると共に、前記左眼用光学ユニットの光軸と前記右眼用光学ユニットの光軸とを、前記左眼用光学ユニット及び前記右眼用光学ユニットの射出側で交差させることによって、前記左眼用光学ユニットを通して前記左眼用画像領域を目視し、かつ前記右眼用光学ユニットを通して前記右眼用画像領域を目視した際に、両眼に輻輳角を生じさせる表示部と、
前記左眼用光学ユニットを射出した光を反射して前記左眼用射出瞳と共役関係にある位置に左眼瞳を形成し、かつ前記右眼用光学ユニットを射出した光を反射して前記右眼用射出瞳と共役関係にある位置に右眼瞳を形成する反射部と、
を備えた画像表示装置。 - 前記右眼用光学ユニットの光軸と、前記左眼用光学ユニットの光軸とのなす角度を可変する角度可変部を含み、
前記表示部は、前記角度可変部によって前記角度が可変された状態で前記左眼用画像領域及び前記右眼用画像領域を提示する
請求項5に記載の画像表示装置。 - 前記表示部は、前記左眼用画像領域及び前記右眼用画像領域が連続する1枚の画像を提示する
請求項1から請求項6の何れか1項に記載の画像表示装置。 - 前記表示部は、前記右眼用画像領域及び左眼用画像領域の各々独立した右眼用画像及び左眼用画像を提示する
請求項1から請求項7の何れか1項に記載の画像表示装置。 - 前記反射部で形成される前記左眼瞳及び前記右眼瞳の少なくとも一方の瞳は、
視野角の半角をθ、光軸と前記反射部の反射面とのなす角度をΨ、瞳の直径をφ、前記瞳から前記反射部の反射面までの距離d0 とした場合、
d0 >(1+tanθ/tanΨ)2・(φ/2tanθ)
で表す条件を満たすように形成される
請求項1から請求項8の何れか1項に記載の画像表示装置。 - 対象物の画像が表示部に表示される位置に光の入射側の焦点を有し、射出瞳を形成する光学ユニットと、
前記光学ユニットから射出される光を反射又は透過し、前記射出瞳と共役関係にある位置に前記射出瞳をリレーする光学素子と、
前記光学素子によってリレーされる前記射出瞳の位置において観察する観察者の両眼に輻輳角を生じさせる輻輳角調整機構と
を備える画像表示装置。 - 前記輻輳角調整機構の駆動を制御し、前記輻輳角を変える制御部を備える
請求項10に記載の画像表示装置。 - 前記制御部は、前記観察者の眼で観察される画像に対して前記対象物の画像を反転して前記表示部に表示させる
請求項11に記載の画像表示装置。 - 前記光学素子は、再帰透過素子又は光学結像素子である
請求項10から請求項12の何れか一項に記載の画像表示装置。 - 前記輻輳角調整機構は、前記光学ユニットの光軸に交差する方向に前記表示部を移動させることによって、前記輻輳角を調整する
請求項10から請求項13の何れか一項に記載の画像表示装置。 - 前記輻輳角調整機構は、前記光学素子によってリレーされる前記射出瞳の瞳面に対する前記光学ユニットの光軸の入射角が変わるように、前記表示部及び前記光学ユニットを移動させることによって前記輻輳角を調整する
請求項10から請求項14の何れか一項に記載の画像表示装置。 - 請求項1から請求項15の何れか1項に記載の画像表示装置と、
右眼用画像情報、及び左眼用画像情報を取得し、取得した前記右眼用画像情報及び前記左眼用画像情報に基づき形成される右眼用画像領域及び左眼用画像領域が反転されるように画像処理する画像処理部と、
を備えた画像表示システム。 - 前記右眼用画像情報、及び前記左眼用画像情報は、顕微鏡を用いて被検眼の前眼部を撮影した撮影画像を示す画像情報であり、
前記画像処理部は、前記顕微鏡で反転される像方向に、前記右眼用画像領域、及び前記左眼用画像領域の各々が反転されるように画像処理する
請求項16に記載の画像表示システム。 - 前記右眼用画像情報、及び前記左眼用画像情報は、前記顕微鏡の被検眼側に前置き光学系を設置して被検眼の後眼部を撮影した撮影画像を示す画像情報であり、
前記画像処理部は、前記右眼用画像領域と、前記左眼用画像領域とが交換されるように画像処理する
請求項17に記載の画像表示システム。 - 請求項1から請求項7の何れか1項に記載の画像表示装置の画像表示方法であって、
右眼用画像情報、及び左眼用画像情報に基づき形成される右眼用画像領域及び左眼用画像領域を反転した状態で提示する
ことを含む処理を実行する画像表示方法。 - コンピュータを、請求項16から請求項18の何れか1項に記載された画像表示システムの画像処理部として機能させるための画像処理プログラム。
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