JPH0756113A - ステレオ光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小さな被写体に応じた小さな角度で被写体を
見込むことができ、また内視鏡の細径化に貢献でき、し
かも正立像が良好に得られるようにする。 【構成】 Ｐ偏光とＳ偏光を左右の被写体像光として分
離する偏光プリズム１２，１３、結像レンズ１４、被写
体像光を全反射と透過により左右へ分配するグラントム
ソン型偏光プリズム１５、正立像へ変換するためのダハ
プリズム１６及びポロプリズム１８を備える。上記偏光
プリズム１２，１３により得られた基線長Ｄの左右の被
写体像光は、グラントムソン型偏光プリズム１５で左右
に分配されるが、このとき反射像光はダハプリズム１６
により、透過像光はポロプリズム１８により１８０度回
転されて正立像に変換される。従って、接眼レンズ１
７，２０により、被写体１を立体視することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はステレオ光学装置、特に
内視鏡、顕微鏡等に適用され、小さな被写体を良好に立
体視するための構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】被写体を立体的な像として撮影、観察す
るためのステレオ光学装置が周知であり、例えば顕微鏡
に用いられるステレオ光学装置では、図６に示されるよ
うに、被写体１を左右の所定角度から捉えるために、被
写体１の中央で主光線（視線）を交差させる前置レンズ
２と、平行配置された右側の結像レンズ３と左側の結像
レンズ４が設けられる。そして、この左右の結像レンズ
３，４の後段に、それぞれプリズム光路５，６、接眼レ
ンズ７，８が配置される。これによれば、被写体１が上
記左右結像レンズ３，４にて異なる角度で捉えられ、こ
の被写体１の像光が接眼レンズ７，８へ導かれる。従っ
て、この接眼レンズ７，８を通してそれぞれの被写体像
を左右の目で重ねるようにして見れば、被写体１が立体
的な像として観察できる。また、内視鏡にステレオ光学
系を適用することが提案されているが、この場合も図６
と同様の構成となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ステレオ光学装置では、上記左右の結像レンズ３，４や
接眼レンズ７，８を取り付ける際の構造上の限界から、
図６に示される結像レンズ３，４の基線長（中心部間の
幅）Ｄ₀ が長くなり、良好なステレオ像が得られないと
いう問題があった。即ち、図示されるように、左右の結
像レンズ３，４により被写体１は角度θ1 で見込まれて
いるが、内視鏡では、数ｍｍ〜１０ｍｍ程度の小さい被
写体１、顕微鏡では更に小さい被写体１を観察対象とし
ており、上記角度θ1 では見込む角度が大きくなり、立
体感が不必要に誇張されてしまうことになる。更に、顕
微鏡の場合は拡大倍率を余り大きくできないことにな
る。従って、内視鏡等で立体視するには、上記左右の結
像レンズ３，４が小さな被写体１に応じた小さい角度θ
2 で被写体１を見込む必要がある。

【０００４】また、内視鏡に用いる場合、上述のよう
に、左右２系統の結像レンズ２，３を内視鏡内へ４，５
を配置すると、内視鏡（スコープ）の径が大きくなると
いう問題がある。内視鏡においては、光学撮像部材が配
置された内視鏡自体を狭い体腔内に挿入することから、
患者に対する苦痛を低減するために、可能なかぎり細径
化を図ることが求められる。

【０００５】そこで、本出願人は、偏光分離素子を用い
て実質的に左右位置から見込んだ被写体像光を得ること
を提案しているが、このような構成においてステレオ像
を直視する場合は、左右の被写体像の正立像を効率よく
接眼レンズへ導く必要がある。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、小さな被写体に応じた小さな角度
で被写体を見込むことができ、また左右２系統の結像レ
ンズによることなく内視鏡の細径化に貢献し、しかも正
立像の被写体像を良好に得ることができるステレオ光学
装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るステレオ光学装置は、被写体からの像
光を振動方向が互に垂直となる２つの直線偏光に分離す
る偏光分離素子と、この偏光分離素子の後段に配置され
た結像手段と、上記偏光分離素子の後段に配置され、分
離された２つの直線偏光の一方を反射させ、他方を透過
させ、それぞれの直線偏光を所定の位置まで導く分配手
段と、この分配手段からの反射光及び透過光をそれぞれ
入射し、倒立像を正立像へ変換する左右の変換素子と、
を含んで構成したことを特徴とする。第２請求項の発明
は、上記分配手段として直線偏光の一方を全反射させる
偏光プリズムを用い、上記変換素子として上記全反射型
偏光プリズムの反射光についてはダハプリズム、透過光
についてはポロプリズムを用いたことを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記の構成によれば、例えば偏光分離素子とし
てウォラストン型プリズムが直列に２個配置されてお
り、この偏光分離素子により自然光がＰ偏光とＳ偏光に
分離され、このＰ偏光とＳ偏光の光束は所定の間隔をも
った平行光となって出射される。従って、このＰ偏光と
Ｓ偏光により得られる被写体像光は、その間隔が基線長
とされた左右のレンズから被写体を見込んだときと同じ
状態のステレオ像光となる。

【０００９】そして、分配手段として偏光プリズムが用
いられ、この偏光プリズムにより上記Ｐ偏光とＳ偏光の
いずれかの光束が反射され、もう一方の光束は透過され
る。この後に、反射光は例えばダハプリズムを介して接
眼レンズへ導かれ、透過光はポロプリズムを介して接眼
レンズへ導かれる。従って、この接眼レンズによれば、
Ｐ偏光の光束とＳ偏光の光束によって形成された左右像
が正立像として観察され、これによって立体視ができる
ことになる。

【００１０】

【実施例】図１には、実施例に係るステレオ光学装置を
上側から見た構成が示されており、これは内視鏡、顕微
鏡等に用いられるものである。図において、被写体１を
捉える前置レンズ１０の後段に、偏光分離素子として２
個のウォラストン型の偏光プリズム１２，１３が配置さ
れる。このウォラストン型の偏光プリズム１２，１３の
構成は、図２に示されており、複屈折の性質を持つ方解
石等が用いられ、この方解石等をその光学軸と平行の面
で切り出して、図示の直角プリズムＡ，Ｂが形成され
る。そして、この直角プリズムＡ，Ｂは、斜面部で上下
を反対にしながら接合され（図のプリズムＡ，Ｂは図の
垂直方向にずらせてある）、この直角プリズムＡ，Ｂの
光学軸が、撮像装置の光軸１００に対し垂直となるよう
に配置し、この状態で、例えば一方の直角プリズムＡの
垂直方向の屈折率が１．６５８（ｎ1 ）、水平方向の屈
折率が１．４８６（ｎ2 ）となり、他方の直角プリズム
Ｂの垂直方向の屈折率が１．４８６（ｎ2 ）、水平方向
の屈折率が１．６５８（ｎ1 ）となるように構成する。
なお、この図２の偏光プリズム１２，１３は両者とも光
軸１００に対して同じ向きで配置される。

【００１１】図３には、この偏光プリズム１２，１３の
配置構成及び偏光した主光線の軌跡が示されており、実
施例では直角プリズムＡ，Ｂは、図示の角度αが４５度
で形成されると共に、前段の偏光プリズム１２の長さ：
プリズム間の長さ：後段の偏光プリズム１３の長さの比
が２：１：２となるように設定、配置される。このよう
な構成によれば、前段の偏光プリズム１２により被写体
像光２００が接合部で実線で示されるＰ偏光（振動方向
が入射面内の直線偏光）と点線で示されるＳ偏光（振動
方向がＰ偏光と垂直になる直線偏光）に分離され、後段
の偏光プリズム１３により所定の間隔まで広がったＰ偏
光とＳ偏光が光軸１００に平行に導かれる。

【００１２】従って、図示の基線長Ｄの間隔を持ったＰ
偏光とＳ偏光が得られ、この２つの偏光光束は、基線長
Ｄだけ離れた左右の位置で被写体１を捉えた像光となる
ので、このＰ偏光とＳ偏光の２つの光束により立体視が
可能となる。なお、上記基線長Ｄは直角プリズムＡ，Ｂ
の上記角度αを変えること、或いは偏光プリズム１２，
１３の大きさ、或いは配置間隔を変えることによって、
任意に設定することが可能となる。

【００１３】図１において、上記偏光プリズム１２，１
３の後段には、結像レンズ１４が配置され、この結像レ
ンズ１４の後段に、Ｐ偏光とＳ偏光のいずれかを反射さ
せ、もう一方を透過させる分配用偏光プリズム１５が設
けられる。実施例の分配用偏光プリズム１５は、反射光
を全反射させるグラントムソン型の偏光プリズムで、２
個のプリズム１５Ｉ，１５IIをバルサム等で接合したも
のであり、その他ではニコルプリズムや半透鏡プリズム
を用いることができる。実施例では、この偏光プリズム
１５によりＰ偏光を左側の像光Ｌとして反射させ、Ｓ偏
光を右側の像光Ｒとして透過させるものとする。そし
て、この偏光プリズム１５の反射光を入射し、上下及び
左右を逆転させるダハプリズム１６が配置され、このダ
ハプリズム１６の後段に左側の接眼レンズ１７が取り付
けられる。

【００１４】図４には、上記分配用偏光プリズム１５と
ダハプリズム１６の側面図が示されており、図示のよう
にこの分配用偏光プリズム１５は接合部傾斜が全反射さ
せるために、４５度よりも小さな角度βに設定される。
従って、反射される像光Ｌは真横ではなく、斜め前方へ
向かうことになる。そこで、実施例では像光Ｌの主光線
に直角となるように、上記プリズム１５Ｉの出射面Ｅ及
びダハプリズム１６の入射面Ｆを形成し、図示のように
合せる。また、ダハプリズム１６は２回反射のダハ面Ｇ
を有し、またこのダハ面Ｇからの光を上記入射面Ｆと同
一の斜面Ｆにより光軸と平行な方向へ反射させるように
なっている。従って、このグラントムソン型偏光プリズ
ム１５とダハプリズム１６の組合せによれば、例えば像
光Ｌの全てを良好に分配できると同時に、入射光を１８
０度回転させて出射することができる。

【００１５】一方、図１の上記偏光プリズム１５の透過
光（像光Ｒ）側には、プリズム１８Ｉ，１８II，１８II
I からなるポロプリズム１８と、右側の接眼レンズ２０
が配置される。このポロプリズム１８は、図示されるよ
うに、光軸方向において互に向きを反対にして配置され
たプリズム１８Ｉ，１８III と、光軸に垂直方向に配置
された２回反射のプリズム１８IIにより構成され、これ
によって像を１８０度回転させるようになっている。

【００１６】実施例は以上の構成からなり、以下にその
作用を説明する。被観察体内の小さな被写体１の像光２
００が、前置レンズ１０を介して偏光プリズム１２，１
３へ入射すると、図３の主光線の軌跡で示されるよう
に、まず偏光プリズム１２ではＰ偏光の光束とＳ偏光の
光束に分離され、互に進行方向を変えながら偏光プリズ
ム１３へ入射される。この偏光プリズム１３では、広が
るようにして入射したＰ偏光の光束とＳ偏光の光束が光
軸１００に平行状態となって出射され、基線長Ｄの間隔
を持った２つの光束が得られることになる。

【００１７】その後、上記偏光プリズム１３から出射さ
れたＰ偏光の光束は、左側の被写体像光Ｌとして結像レ
ンズ１４を介してグラントムソン型の分配用偏光プリズ
ム１５へ供給される。そして、この像光Ｌは偏光プリズ
ム１５で反射されてダハプリズム１６へ出射され、この
ダハプリズム１６ではダハ面Ｇで２回、斜面Ｆで１回反
射された後に、接眼レンズ１７へ導かれる。他方のＳ偏
光の光束は、右側の被写体像光Ｒとして結像レンズ１
４、分配用偏光プリズム１５を通過して、３個のプリズ
ム１８Ｉ，１８II，１８III からなるポロプリズム１８
へ供給され、このポロプリズム１８では４回反射された
後に、接眼レンズ２０へ導かれる。

【００１８】上記において、被写体像光２００による被
写体像は、結像レンズ１４により上下及び左右が反転
（１８０度回転）することになるが、左側の像光Ｌはダ
ハプリズム１６のダハ面で２回反射され、また右側の像
光Ｒはポロプリズム１８で４回反射され、その結果反転
していた被写体像は上下及び左右が更に反転し、正立正
像に変換される。従って、接眼レンズ１７，２０を通し
て被写体１を見ると、左右の異なる方向から捉えた被写
体像が重ね合わせられ、これによって被写体１を立体視
することが可能となる。

【００１９】このような実施例によれば、従来使用して
いた左右２系統の結像レンズが不要となり、また偏光プ
リズム１２，１３にて左右の光束を分離するので、上述
したように、偏光プリズム１２，１３の大きさ、配置間
隔、角度αを適切に選択して、基線長Ｄの長さを任意に
設定することにより、微小な被写体１に応じた小さな角
度（図６のθ2 ）で被写体１を捉えることが可能とな
る。更に、分配偏光プリズム１５で分配された左右の被
写体像を、ダハプリズム１６とポロプリズム１８によっ
て正立正像に変換して、接眼レンズ１７，２０へ導くこ
とができる。

【００２０】また、上記実施例のダハプリズム１６の代
りに、ポロプリズムの構成を用いることができ、この構
成が図５に示されている。この図５では、上記分配用偏
光プリズム１５として、反射光を直角方向へ出射させる
タイプの半透鏡プリズムが用いられた場合は（もちろん
上記グラントムソン型プリズムでもよい）、この半透鏡
プリズムからの反射光２０２を直角方向へ反射させる直
角プリズム２２、プリズムＩ，IIからなるポロプリズム
２３が設けられる。これによれば、上記分配用偏光プリ
ズム１５で１回反射された反射光２０２は、直角プリズ
ム２２でもう１回反射されるので、被写体像は図１の結
像レンズ１４の出力状態と同じとなるが、ポロプリズム
２３の図示の４回の反射により、１８０度回転されて最
終的に正立像となる。

【００２１】更に、上記実施例では直視するために接眼
レンズ１７，２０へ左右の被写体像光を導くようにした
が、この接眼レンズ１７，２０の代りにフィルムやＣＣ
Ｄ等の撮像手段を配置することも可能である。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、第１請求項の発明
によれば、２つの直線偏光を左右の被写体像光として分
離する偏光分離素子と、結像レンズと、上記左右の被写
体像光を左右へ分配する分配手段と、この左右の被写体
像光について倒立像から正立像への変換をする変換素子
と、を含んで構成するようにしたので、偏光分離素子か
ら出射された左右の被写体像の正立像を良好に形成でき
ると共に、内視鏡等で観察対象となる小さな被写体に応
じた角度で被写体が捉えられ、誇張されない良好な立体
感を得ることが可能となる。また、左右２系統の結像レ
ンズをなくすことができ、内視鏡では細径化に貢献する
ことが可能となる。

【００２３】第２請求項の発明によれば、上記分配手段
として直線偏光の一方を全反射させる偏光プリズムを用
い、上記変換素子として上記全反射の反射光については
ダハプリズム、透過光についてはポロプリズムを用いた
ので、左右の被写体像光が光損失なく左右に分配され、
しかもこの分配後の正立像への変換が簡単な構成により
効率よく行える利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るステレオ光学装置の構成
を下側斜め方向から見た斜視図である。

【図２】実施例の偏光プリズムの構成を示す斜視図であ
る。

【図３】実施例の偏光プリズムの配置状態及びＰ偏光及
びＳ偏光の軌跡（主光線）を示す上面図である。

【図４】実施例のグラントムソン型偏光プリズム及びダ
ハプリズムを側面から見た図である。

【図５】実施例のダハプリズムの代りにポロプリズムを
用いた場合の例を示す斜視図である。

【図６】従来のステレオ光学装置の概略構成を示す上面
図である。

【符号の説明】

１ … 被写体、 １２，１３ … 偏光分離素子としての偏光プリズム ３，４，１４ … 結像レンズ、 １５ … 分配用偏光プリズム（グラントムソン型）、 １６ … ダハプリズム、 １８，２３ … ポロプリズム、 １７，２０ … 接眼レンズ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体からの像光を振動方向が互に垂直
   となる２つの直線偏光に分離する偏光分離素子と、この
   偏光分離素子の後段に配置された結像手段と、上記偏光
   分離素子の後段に配置され、分離された２つの直線偏光
   の一方を反射させ、他方を透過させ、それぞれの直線偏
   光を所定の位置まで導く分配手段と、この分配手段から
   の反射光及び透過光をそれぞれ入射し、倒立像を正立像
   へ変換する左右の変換素子と、を含んで構成したステレ
   オ光学装置。
2. 【請求項２】 上記分配手段として直線偏光の一方を全
   反射させる偏光プリズムを用い、上記変換素子として上
   記全反射型偏光プリズムの反射光についてはダハプリズ
   ム、透過光についてはポロプリズムを用いたことを特徴
   とする上記第１請求項記載のステレオ光学装置。