JPH09505906A - ステレオスコープイメージ機構と視覚機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ステレオスコープイメージ機構は、対物レンズ（２）と、このレンズの光路内で且つこれから離隔する他のレンズ手段（３）とを有する光学デバイス（１），上記他のレンズ手段からの光を受けて像を感光像面（７）上に形成するようになされた立体像デバイス（４）を含み、このデバイス（４）は他のレンズ手段の左および右領域から出る光線を選択的に阻止して右像と左像を上記像面上に形成するシャッター（５）と、右像と左像を組合わせて対物レンズの視野を立体的にデバイスプレーする手段とを有する。像はモニター（９）上に表示させ、開閉式のメガネ（１０）で立体的に視ることが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】 ステレオスコープイメージ機構と視覚機構 本発明はステレオスコープイメージ機構およびかようなイメージ機構と共に用 いられるステレオスコープ視覚機構に関する。 多数のステレオスコープイメージおよび／あるいは視覚機構が知られている。 たとえば、GB606,065はステレオスコープ式にスケールモデルを視るための機構 を開示するが、この機構の視覚管は対物レンズを含み、他のレンズは互いに直交 する２つの鏡と組合さっているので、他のレンズの左および右領域から出る光線 をそらせて双眼鏡視覚機構の対眼レンズに送る。１９４８年のGB606,065はさら に、顕微鏡のためのステレオスコープ対眼レンズをGB167,130に開示されるよう に、より早期に開示している。この接眼レンズは双眼鏡視認のための２つの管、 １つの対物レンズ、反射プリズムを含み、このプリズムは対物レンズの右側を通 る光線が左に反射し、次いでひとの視覚管に入り、対物レンズの左側を通る光線 は右に反射し他の視覚管に入るように配設されている。 １９４９年のUS2,639,653は顕微鏡の対物レンズの左半分を次いで右半分を暗 くするのに用いられるブロック薄膜を有する顕微鏡を含む、顕微鏡写真をとるた めのカメラ機構を開示する。かくてとらえた顕微鏡写真はステレオスコープで視 ると３次元像がえられる。コラム３，１５〜１８行に示すように、ブロック薄膜 は対物レンズの前あるいは後そしてその焦点内におくことが出来る。 最近もステレオスコープ式のエンドスコープが開発された。エンドスコープは 大きさの制約があるので、光学系の横寸法を最少にする必要があり、そのため多 くの場合、対物レンズは１個であり、光線分割機構は光路に入れ、光線は分けら れて左と右の像がえられる。 たとえばUS5,222,477が開示するステレオスコープ式のエンドスコープ機構の 開口板は、エンドスコープの端末のビデオカメラの対物レンズの近くにおかれる 。板の左と右の開口は、ビデオスイッチに結合されたシャッターにより交互に開 く。かような機構により、左および右の像は連続して素早く検知され、モニター スク リーン上に交互に表示される。かくして像を一対の情景として立体的に視ること が出来る。この場合、左と右の接眼レンズは、表示と同期して素早く交互にふさ がれる。かような表示装置は市販されている。 しかし、かようなシャッター機構は欠点をもつ。つまり、これは現存する一眼 式エンドスコープに簡単にとりつけることが出来なく、さらに、エンドスコープ の端末にシャッターを付けると、かさ張ってしまい、望ましくない。 （本願の優先権主張日後の公告された）GB-A-2,268,283が開示する機構は、ひ とみの出口において交叉垂線と対称的に配置されて光軸と交叉する、互いに直交 する２つの反射面を有する単眼エンドスコープを含む。この場合、対物レンズの 左側領域から出た光線は右側領域からの光と分けられる。２組の光線は、個々の テレビ管上に焦点を結び、得られた像はクロス偏光像として２つの直交モニター スクリーンに表示される。該スクリーン間には部分的反射面が配置される。かく して、像は結合され、クロス偏光レンズ付の偏光メガネを着けたユーザにより立 体的に視覚される。 GB-A-2,268,283によるエンドスコープの出口ひとみに光線分割機構を設けると 、US5,222,477の機構が有する上記問題のいくつかが解決される。しかし、光線 分割機の光軸を正確に配置し、エンドスコープの接眼レンズからの光線を平行に する必要がある。さらに、望ましくないことだが、光線分割機を設けると、反射 面の必要数が増え、コストが上昇する。 本発明の目的は、上記欠点の少なくともいくつかを解消するにある。 さらに他の目的は、ステレオスコープイメージ機構の光学パーツの数を減らす にある。 さらに他の目的は、好適具体例によって、視野からの光をより多目的に広くろ 過できるステレオスコープイメージ機構を提供するにある。 したがって、本発明は、ａ）対物レンズとこのレンズの光路内ではあるが離れ て位置する他のレンズ手段とを有する光学デバイスと、ｂ）他のレンズからの光 をうけて、像を感光イメージ面上に形成するようになされたステレーオスコープ イメージデバイスを含み、このデバイスは、他のレンズの左および右領域から出 る光を選択的に阻止して、右と左の像をイメージ面上に形成するようになされた シャッター手段と、右および左像を組合わせて、対物レンズの視野を立体表現す る手段とを有するステレオスコープイメージ機構を提供する。 右と左の像を組合わせる手段は、たとえば右と左の交代像を表示するビデオシ グナルを形成するビデオ処理回路を含んでもよい。かようなビデオ信号は、電子 的な立体表現と考えることでもできる。 本発明はまた、視野の立体表現を表示するようになされたディスプレーを上記 ステレオスコープイメージ機構とを含む立体視覚装置を提供する。 好ましくは、左および右の領域は重なる。GB-A-2,268,283の機構では得られな いこの特徴により、伝達光は増加する。しかし立体効果は低下する。 出来れば、上記シャッターは、左から右に配置された３つ以上の光学シャッタ ーの列と、左および右の像の間の立体ベース幅を変えるべく光学シャッター要素 の伝達光を制御する手段とを含む方がいい。 好ましくは、該シャッターは、他のレンズ手段の阻止されてない左あるいは右 の領域の大きさを変えて、視野と／あるいは結像面の照度を変動させるコントロ ール手段を含む。 好ましくは、シャッター手段は、コントロール出来る幅と／あるいは高さおよ び分割の垂直ユニットを形成すべくなされた多数のシャッターエレンメントを含 む。 本発明はまた、素早くつづけて左および右の像を交互に投射するようになされ たフィルム投影器からの信号で制御され、左か右の像を選択的にユーザの左か右 の眼に送るようになされた双眼視覚手段とを含むステレオスコープ視覚機構を提 供する。 本発明のさらに他の目的は従属項に記載されている。 本発明の好適具体例は、添付図の図１〜８を参照して以下に記述される。 図１は本発明によるステレオスコープ視覚機構を示す略図である。 図２は図１の機構に用いられうるシャッターの作動モードを示す。 図３は図２のシャッターの他の作動モードを示す。 図４は本発明によるイメージ機構に用いられうる他のシャッターを示す。 図５は図４のシャッターの他の作動モードを示す。 図６は図１のレンズ機構の代りに用いられ、且つ図４と図５のシャッターを用 いうるズームレンズを示す。 図７は本発明による双眼ステレオスコープイメージ機構を示す。 図８は図１の変形例として映画カメラで写されたシネフィルムを立体表示する ための投影機を示す。 図１をみるに、図示の通常の単眼固定式エンドスコープすなわち内視鏡１はそ の端末に対物レンズ２を有し、基端の接眼レンズ３は（平面図で示す）ビデオカ メラ４に光学接合されている。このカメラは他のレンズ手段つまり接眼レンズ３ から出る光を、焦点レンズ６により、感光イメージ面７あるいは通常の感光検知 器（たとえばＣＣＤ）上に結像させる。当業者には明らかなように、実用レンズ ６は多エレメントレンズであって、露光は通常絞り（図示せず）によってコント ロールされる。上述のように、本機構は従来のものと全く異なる。カメラ４は代 りにシネカメラでも良いが、その場合はレンズ６からの光はシネフィルムの感光 イメージ面７′上に焦点が合う。 本発明によれば、シャッター５は、ビデオ処理回路８からの信号によって制御 されつつ、１秒間当り（ビデオの場合）５０回という高速で接眼レンズ３の左お よび右の領域からの光を交互に遮断するようになされている。このシャッターは 、図示のように、多エレメントレンズ６（図示せず）の異なるレンズエレメント 間あるいは、たとえばレンズ６と感光イメージ面７の間の、レンズ６の前に設け てもよい。とくに、シャッター５はＬＣＤシャッター５′でレンズ６の表面にプ リントされたものでも良い。シャッターによって阻止された光線は図示のように 好ましくは、平行であり、交互に収れんと拡散をする。もし光線が収れんのとき 、たとえばバリアント５′の場合、シャッターはレンズの近くにおくのが好まし い。 好ましくは、フード（図示せず）をカメラ４とエンドスコープ１の界面に設け て、散乱光がビデオカメラに入るのを防止する。あるいはカメラとエンドスコー プを一体にしても良い。エンドスコープつまり内視鏡はたとえば、腹腔鏡、気圧 計、膀胱計、関節腔スコープでもよい。ユーザが焦点あるいはズーム（レンズが この機能をもっているとして）を引いても、立体像に影響しない。 ビデオ処理回路８によって、対物レンズ２の視野の左および右部分から出る左 および右像を交互に表わすビデオ信号が出、この信号はモニター９に伝達される 。かくして、モニターは左および右像を交互に１秒間当り２５個の画面で表示す る。回路８はまた、シャッター５の開閉佐用と同期する開閉信号を出す。この信 号は、信号に応じて交互に開く接眼レンズ上の液晶シャッターを有する一対のメ ガネ１０に、柔軟ケーブルを介して伝達される。かくして、左の接眼レンズが開 くときは常に、左像がモニター９上に表示され、右の接眼レンズが開くときは常 に、右像が表示される。各接眼レンズは１秒当り２５回開くので、メガネを着け たユーザは立体像を視覚する。画質は上記速度を上げると共に、メガネの開閉速 度を相対的に上げることにより向上出来る。 本発明の好適特徴によれば、メガネ１０にはその方向および／あるいは水平面 （モニターに対する）内の位置を検出する手段２０を設けられる。これらの情報 の信号はシャッター５の作動を制御するのに用いられる。手段２０は、固定セン サ（図示せず）によって検知されうる電磁信号を伝えるようになされたコイルを 含んでも良い。位置感知機構はそれ自体知られているので、手段２０はこれ以上 説明しない。シャッター５の上記作動モードは以下において図５と関連的に説明 される。 まず最初にシャッター５の他の作動モードを説明する。 図２を視るに、シャッター５は、回路８からの信号によって個々に制御されう る液晶製たてストリップ５ａ〜５ｈより構成される。図２ａにおいては、左像が 形成されエレメント５ｂと５ｄが開いている。シャッター開閉信号が発生した瞬 間、各シャッター要素は閉じ、図２ｂに示すように要素５ｅと５ｇが開き、右像 が形成される。かような動作が１秒当りたとえば２４画像の高速でくり返される 。 露光のたびに開く要素の数を制御することにより、視野の明るさおよび／ある いは深さがコントロールされ、従来の絞りなしでも問題ない。たとえば、シャッ ター要素５ｃだけが開いて左像を形成し、要素５ｆだけが開いて右像を形成した とすると、開口のｆ数は図２に示すように増大し、かくして照度は低下し視野深 さは増す。 左像と右像間の立体分割はまた、左像を形成するべく開くシャッター要素と右 像を形成するべく開くシャッター要素間の分離を調節することによっても変えら れる。たとえば、要素５ａと５ｂを開いて左像を作り、要素５ｇと５ｈを開いて 右像を作ることにより分離を増大させることが出来る。この方法における露光と 立体分離は独立的に変えることが出来る。また各要素を垂直方向において分割す ることが出来るので、開口の大きさと位置をさらに制御することが可能である。 図３はシャッター５のさらに他の動作モードを示す。ビデオ回路は３状態開閉 信号を出すので、シャッター要素５ａと５ｂはつづいて開き、左像（図３ａ）を 形成し、要素５ｄと５ｅが開いて中心像が形成され、要素５ｇと５ｈで右像が形 成される。対応する３状態開閉信号がメガネ（図１）に送られ、左接眼レンズが 、次いで両方の接眼レンズが、次いで右のレンズが連続的に開く。この動作モー ドには立体効果がわずかに含まれるが、平均照度は増し、ちらつきは減る。本発 明によるシネフィルム変形例では、図３に示す動作モードを、ステージ６におい てシャッター５の全部を暗転させ、その間にフィルムを前進させることにより変 動させることが出来る。 図４はシャッター５の変形例を示す。これは個々に制御出来る六角形要素より 成る。図４ａと４ｂに示すように、開口は六角形（光学系には望ましい殆んど円 形）に維持されるが、その大きさは拡大する。それぞれの場合、図示の開口は左 像を形成するためのものであり、右像用の開口は図示のものと鏡面像となる。 最後に図５は、位置および／あるいは方向感知手段２０（図１）と関連的に採 用される動作モードを示す。ユーザが鏡９の左側および／あるいはスクリーンの 右側部分を視ているとき、回路８は第１開閉信号を出し、図５ａと５ｂに示す２ つの開口が連続的に形成されて、左像と右像がそれぞれ形成される。この結果、 ユーザは明らかに、エンドスコープつまり内視鏡の対物レンズの外見上の視野の 右側に視点をもつことになる。その結果ユーザは自分の位置および／あるいは向 きを変えることにより簡単に外見上の視点を変えられる。 図６に示すズームレンズは図１のビデオカメラ４内においてあるいは事実、立 体表現を形成するのに用いられる如何なるビデオカメラにおいても交換出来る。 これは収れんレンズ１１を含むが、このレンズは標準型の機械リンク（図示せず ）により他の収れんレンズ１３にリンクさせて、焦点距離を調節することが出来 る。中間の散乱レンズ１２が設けられる。図４と関連的に記述されて来たシャッ ター ５は、たとえば他の収れんレンズ1４の後に担持される。この位置には通常絞り が位置する。像は、たとえばシネフィルムの感光像面７′上に焦点を結ぶことも ある。 図７は本発明の双眼鏡結像機構を示す平面図である。終端にリレーレンズ１６ Ａを有する光学系１５Ａ（たとえば取外し自在の多要素レンズでもよい）は、平 行反射表面１７Ａと１８Ａと心合する。同様に、リレーレンズ１６Ｂで終わる光 学系１５Ｂ（たとえば取外し自在の多要素レンズ）は、焦点レンズ１９と心合す る。たとえば、図４と関連的に上述したようにシャッター５は、感光像面７′の 前でこれの近くに設けられる。シャッター５は、レンズ１６Ａおよび１６Ｂの前 ５′あるいはレンズ１９の後に置いてもよい。 液晶シャッター５を説明して来たが、云うまでもなく、本発明に機械的シャッ ターを用いることも可能である。 本発明はまた、像増強機を用いる暗視装置にも用いられ（この場合左像および 右像は像増強管の感光面に焦点を結ぶ）、そしてＩ．Ｒ．イメージ装置にも応用 されうる。 図８に示すディスプレーは、たとえば図１のイメージ系のシネフィルム用変形 例により、シネフィルム２３上に事前に録画された左および右の交互像を表示す る。フィルムは１秒当り２４コマの通常の速度の２倍で、投影ビームゼネレータ ２５ａの前のスプール２２および２４の間を送られる。かくしてスクリーン２１ は左像Ｌと右像Ｒを十分速い速度で連続的に表示するので、過剰なちらつきは失 くなる。各像は回転シャッター２５ｂのコントロールをうけて１秒当りそれぞれ ２４コマで交互に表示される。検知器２５ｃ（シャッターのひとつあるいはそれ 以上の磁石に応動するホール効果スイッチでもよい）がシャッターの回転位置を 検知して、２状態開閉信号を発生させるので、（図示の）左像あるいは右像のど ちらが表示されているかによりメガネ１０の左側接眼レンズは交互に開く。この 結果、メガネをかけたユーザは立体的表現を視ることが出来る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（ａ）対物レンズ（２）と、このレンズの光路内ではあるがこれからは離 れて位置する他のレンズ手段（３）とを有する光学デバイス（１），（６）該他 のレンズ手段からの光を受けて像を感光像面（７）に形成するようになされたス テレオスコープイメージデバイス（４）を含み、このデバイス（４）は該他のレ ンズ手段の左領域および右領域から出る光線を選択的にブロックして、右像と左 像を該画面上に形成するように配されたシャッター手段（５）を有し、さらに右 像と左像を組合わせて対物レンズの視野を立体表現する手段を有することを特徴 とするステレオスコープイメージ機構。 ２．該左領域と右領域は重なり合う、１項記載のステレオスコープイメージ機 構。 ３．シャッター手段（５）は、左から右へ分散配置された、３個以上の光学シ ャッター要素（５ａ…５ｈ）の列であって、光学シャッター要素の光伝達をコン トロールして右像と左像間の立体ベース幅を変える手段（８）を含む、１項ある いは２項のステレオスコープイメージ機構。 ４．該シャッター手段（５）は、他のレンズ手段（３）のブロックされない左 あるいは右の領域の大きさを変えて、イメージ面（７）における視野の深さおよ び／あるいは照度を変えるためのコントロール手段（８）を含む、上記各項のい ずれかによるステレオスコープイメージ機構。 ５．該シャッター手段（５）は、幅および／あるいは高さと分離がコントロー ルできる垂直スリットを形成するようになされた多数のシャッター要素（５ａ〜 ５ｈ）を含む、４項のステレオスコープイメージ機構。 ６．該シャッター手段（５）は、左領域と右領域の両方を左へあるいは右へ、 入力信号に応答して動かし、かくして視野をシフトさせるようになされたコント ロール手段（８）を含む、上述のいずれか１項のステレオスコープイメージ機構 。 ７．ステレオスコープイメージデバイス（４）は、多要素レンズ（１１，１２ ，１３，１４）を含み、該シャッター手段（５）は該多要素レンズの絞りを構成 する、上記いずれか１項のステレオスコープイメージ機構。 ８．該ステレオスコープイメージデバイスは、シャッター手段（５）の開閉に 応答して右像および左像を表現する交代信号を発生させるように配設されたビデ オカメラ（４）であり、上記信号に応答して、対物レンズ（２）の立体視野を表 す出力信号を出すビデオ処理手段（８）を含む、上記いずれかの１項のステレオ スコープイメージ機構。 ９．光学デバイス（１）は単眼光学デバイスである、上記いずれか１項のステ レオスコープイメージ機構。 １０．該光学デバイス（１）は内視鏡である、上記いずれか１項のステレオス コープイメージ機構。 １１．該シャッター手段（５）は液晶デバイスである、上記いずれか１項のス テレオスコープイメージ機構。 １２．該ステレオスコープイメージデバイス（４）に上記光学デバイス（１） から分離可能であり、独立して用いられうる、上記いずれか１項のステレオスコ ープイメージ機構。 １３．上記いずれか１項のステレオスコープイメージ機構と、上記視野の立体 表現をディスプレーするようになされたディスプレー手段（９，１０，２０）と を含むステレオスコープ視覚機構。 １４．上記ディスプレー手段は、左像と右像を交互に且つ素早く連続的にディ スプレーするようになされたスクリーン（９）と、交互に表示された左像と右像 を選択的にユーザの左眼と右眼に伝達するようなされた双眼視覚手段（１）とを 含む、１３項のステレオスコープ視覚機構。 １５．上記ステレオスコープイメージ機構は６項あるいはその従属項のいずれ かに記載してあり、該ディスプレー手段（９，１０，２０）は双眼視覚手段のス クリーン（９）に対する方向と／あるいは位置を検出する手段（２０）と、該検 出された位置および／あるいは方向に応答する入力信号を出す手段とを含む、ス テレオスコープ視覚機構。 １６．左像と右像（Ｌ，Ｒ）を交互に素早く続けて投影するようになされたフ ィルム投影器（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ）と、投影器からの信号によってコント ーロールされ、且つ左像と右像を選択的にユーザの左眼と右眼に伝達するように なされた双眼視覚手段（１０）とを含むステレオスコープ視覚機構。