(57)【要約】    【課題】観察者に適当な光量で高コントラストの画像を安価に表示できる立体観察装置を提供する。    【解決手段】２つの開口から同一平面に画像を投影する投影手段６Ｌ，６Ｒと、前記平面に配置した結像手段５とを有し、観察用の瞳位置に前記２つの開口の像を結像させるようにした立体観察装置において、前記結像手段５と、前記瞳位置との間に減光部材７を配置したことを特徴とする。【選択図】図１
2006301419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの開口から同一平面に画像を投影する投影手段と、前記平面に配置した結像手段とを有し、観察用の瞳位置に前記２つの開口の像を結像させるようにした立体観察装置において、前記結像手段と、前記瞳位置との間に減光部材を配置したことを特徴とする立体観察装置。
【請求項２】
前記減光部材は、前記結像手段に投影される前記投影手段からの光線が蹴られない位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の立体観察装置。
【請求項３】
前記減光部材は、ＮＤフィルターーであることを特徴とした請求項１又は２に記載の立体観察装置。
【請求項４】
前記減光部材は、前記結像手段に貼り付けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の立体観察装置。
【請求項５】
前記減光部材は、偏光板で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の立体観察装置。
【請求項６】
前記減光部材は、前記結像手段によって前記瞳位置に結像される光線を遮る挿入位置と、前記光線を遮らない退避位置にセット可能である挿脱機構を有することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の立体観察装置。
【請求項７】
前記挿脱機構のセット状態に応じて、前記投影手段の投影光量を調節する光量調節手段を有することを特徴とする請求項６に記載の立体観察装置。
【請求項８】
前記結像手段の近傍に明るさを検出する光検出手段を有し、前記光検出手段の検出状態に応じて、前記光量調節手段及び減光部材の少なくとも一方を制御する制御部を有することを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の立体観察装置。
【請求項９】
前記光量調節手段は、前記減光部材を構成する液晶板の偏向角を調節する調節機能を少なくとも有することを特徴とする請求項８に記載の立体観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察者がメガネを使用しないで立体像を観察できる立体観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体像の観察を可能にするため特殊光学パネルを用いた立体表示装置は、従来より数多く提案されており（例えば、特許文献１乃至１１参照）、そして特殊光学パネルにも、様々な種類の方式が存在する。
【特許文献１】特開昭６４−２９８３０号公報
【特許文献２】特開平９−６８６７４号公報
【特許文献３】特開２００３−６６５３６号公報
【特許文献４】特開２００３−２１５４９６号公報
【特許文献５】特開２００３−２０７７４３号公報
【特許文献６】特開２００３−２１５４９６号公報
【特許文献７】特開２００３−２３３０３１号公報
【特許文献８】特開２００３−２３３１４３号公報
【特許文献９】特開２００３−３２９９７２号公報
【特許文献１０】特開２００４−２２６９５８号公報
【特許文献１１】特開２００４−３４１３６１号公報
【０００３】
また、上記特許文献８には、表示パネルを、拡散手段として高分子重合液晶を用いた内部拡散型表示パネルとして構成することで、特殊光学パネルの表面を平板状に形成し、外光の映り込みを防止する反射防止膜（コーティング）を付け易くする技術が開示されている。
また、上記特許文献７には、特殊光学パネルと画像投影装置を支持する支持手段に遮光機能を持たせ、無影灯等の室内照明が光線反射手段（特殊光学パネル）に映りこんで観察画像を劣化させる（コントラストを低下させる）ことを防止する技術が開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特殊光学パネルを用いた立体表示装置は、画像投影装置からの像を観察者の瞳方向に反射・集光させるが、集光率が１００％ではないこと、及び反射面にはあらゆる方向からの光（外乱光）が入射しているため、この外乱光が本来の画像に重ね合わされ、コントラストの低下を招く。この外乱光の影響を排除するために画像投影装置の光量を増すと、コントラストは向上するが、観察者が明るい画像を見るために瞳孔を小さくして観察する結果となり、例えば、観察者が鉗子類を持ち替えるために画像から目を離した時、瞳孔が小さくなっているために、外界の視認を瞬時に行いにくくなり、作業性が悪いという問題がある。
この場合、コーティングを用いて外乱光を防止する技術も開示されているが、高分子重合液晶という特殊な液晶が必要であり、製作コストが非常に高くなる。
【０００５】
また、遮光手段を用いて外乱光の影響を軽減する技術も開示されているが、外乱光の入射方向が決まっている場合には有効な手法であるが、一般の手術室のように様々な方向から外乱光が入射する場合には、効果が殆ど期待できない。また、この外乱光を遮光するには、手術の邪魔になる程の大きな遮光手段が必要となる。
【０００６】
本発明は、従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、観察者に適当な光量で高コントラストの画像を安価に表示できる立体観察装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明による立体観察装置は、２つの開口から同一平面に画像を投影する投影手段と、前記平面に配置した結像手段とを有し、観察用の瞳位置に前記２つの開口の像を結像させるようにした立体観察装置において、前記結像手段と、前記瞳位置との間に減光部材を配置したことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、好ましくは、前記減光部材は、前記結像手段に投影される前記投影手段からの光線が蹴られない位置に配置されており、また、ＮＤフィルターまたは偏光板で構成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明によれば、好ましくは、前記減光部材は、前記結像手段に貼り付けられていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明によれば、好ましくは、前記減光部材は、前記結像手段によって前記瞳位置に結像される光線を遮る挿入位置と、前記光線を遮らない退避位置にセット可能である挿脱機構を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明によれば、好ましくは、前記挿脱機構のセット状態に応じて、前記投影手段の投影光量を調節する光量調節手段を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明によれば、好ましくは、前記結像手段の近傍に明るさを検出する光検出手段を有し、前記光検出手段の検出状態に応じて、前記光量調節手段及び減光部材の少なくとも一方を制御する制御部を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明によれば、好ましくは、前記光量調節手段は、前記減光部材を構成する液晶板の偏向角を調節する調節機能を少なくとも有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、特殊光学パネルで拡散された外乱光は減光部材で弱められ、明るい室内でも、観察者には適当な光量で高コントラストの画像を表示できる立体観察装置を安価に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図示した実施例に基き説明する。
第一実施例
図１は、本発明に係る立体観察装置の第一実施例の全体構成を示す説明図である。図中、１は例えば手術室等の天井、２は天井１に固定された支柱、３は連結部３ａを介して支柱２に対して上下に旋回可能に取り付けられたアーム、４は連結部４ａを介してアーム３の先端に回動可能に取り付けられていて操作部４ｂを有する保持部材、５は保持部材４に取り付けられた結像手段としての特殊光学パネル、６Ｒ及び６Ｌは保持部材４に取り付けられていて夫々の開口からの画像を特殊光学パネル５上に投影する右目用および左目用投影装置、７は図示しない支持部材を介して保持部材４に取り付けられ特殊光学パネル５と観察者の目（瞳）との間（即ち、結像手段に投影される投影手段からの光線が蹴られない位置）に配置された減光部材としてのＮＤフィルターである。
【００１６】
図２は、上記特殊パネル５の一構造例を示している。５ａは偏芯フレネル裏面鏡よりなるフレネル反射板、５ｂはホログラムスクリーンよりなる拡散板であって、特殊パネル５は、このフレネル反射板５ａの表面に拡散板５ｂを貼り付けることにより構成されている。
【００１７】
図３は、第一実施例に係る立体観察装置の作用を説明するための図である。図３に示すように、この実施例では、投影装置６Ｌ，６Ｒと観察者の顔とが干渉しないように、特殊パネル５の中心へ入射する投影光の入射光軸と特殊パネル５の中心から出射する光線の出射光軸との間に角度θをもたせて、観察者が特殊パネル５の正面に向いて観察できるように構成されている。
【００１８】
本実施例に係る立体観察装置はこのように構成されているから、左右の投影装置６Ｌ，６Ｒにより投影された二つの画像は、特殊パネル５上において分離された状態で反射され拡大されて、観察者の瞳位置に結像され、それぞれ観察者の左右の目に達する。従って、観察者はメガネを使用することなしに楽な姿勢で画像を立体観察することができる。この場合、特殊パネル５で拡散された外乱光はＮＤフィルター７で弱められるので、観察者には適当な光量で高コントラストの画像が提供される。
【００１９】
ここで、高コントラストの画像が得られる理由を更に具体的に説明する。今、特殊光学パネル５からの投影光が観察者の瞳位置に対して偏向する効率を仮に５０％、その他の位置からの外乱光が同瞳位置に対して偏向してしまう効率を５％として、ＮＤフィルター７を用いない通常の観察状態の場合、外乱光が０であれば、投影装置６Ｌ，６Ｒの性能に応じたコントラストで画像観察ができることになる。
【００２０】
今、観察者が観察に適した画像の光量を仮に２００とすると、特殊光学パネル５に投射する光量が４００であれば、観察者の目には２００の光量が供給されることになる。しかし、この場合外乱光が仮に２００の光量（観察者の観察に適した光量と同じであることが理想）を有しているとすると、観察者の瞳には１０の光量の外乱光が導かれることになる。従って、画像のコントラストは２００：１０＝２０：１となり、非常にコントラストの悪い画像となってしまう。
【００２１】
これに対して、本実施例の如く、特殊光学パネル５と観察者の瞳との間に、透過率２５％の減光（ＮＤ）フィルター７を挿入し、これに併せて投影装置の光量を１６００にアップさせたとすると、特殊光学パネル５で偏向される光量が８００、ＮＤフィルター７で減光された光量が２００となり、観察者に適した光量の画像が提供される。一方、外乱光の光量は２００であるから、特殊光学パネル５で偏向されてしまう光量が１０、更にＮＤフィルター７を透過すると光量は２.５となる。従って、画像のコントラストは２００：２.５＝８０：１となり、４倍のコントラストの向上が図れることになる。
【００２２】
第二実施例
図４は、本発明に係る立体観察装置の第二実施例の要部構成を示す説明図である。図中、第一実施例と実質上同一の部材には同一符号が用いられ、それらにつての説明は省略されている。この実施例は、ＮＤフィルター７が観察者の瞳位置に結像される光線を遮る位置（実線位置）と遮らない位置（破線位置）とにセットし得るように構成され、且つ、例えば保持部材４に取り付けられていて投影装置６Ｌ,６Ｒに接続された光量調整手段８と、この光量調整手段８に接続されていてＮＤフィルター７が実線位置にセットされた状態と破線位置にセットされた状態とを検知し得るセンサー９を備えている点で、第一実施例と異なる。
【００２３】
この種観察装置を用いて手術を行う術者の中には、手術に没頭するため観察光学系の照明以外部屋の照明を全て消して、手術を行う術者がいる。このような場合には、外乱光が少ないにも拘わらず第一実施例のような構成では、投影装置の光量ロスがあるため好ましくない。この問題を解決するためには、ＮＤフィルター７を、特殊光学パネル５と観察者の瞳との間の光路に対して挿脱可能に構成して、挿入した場合は第一実施例と同様に使用し、挿入しない場合はその状態を検出して投影装置の光量を低下させることができるようにすると良い。
【００２４】
第二実施例は、かかる用途に適するように構成されたもので、観察者が部屋の照明を消して手動でＮＤフィルター７を光路から退避させた時は、センサー９はこれを検出して投影装置６Ｌ，６Ｒの光量調整手段８に減光信号を送り、光量調整手段８はこの減光信号を受け取ると、これまで例えば１６００を投射していた光量を例えば４００に低減させるように作用する。これにより、観察者は例えば２００の光量の画像を観察することができる。この場合、部屋の照明は消されているので、外乱光によるコントラストの低下の影響は無視できる。これにより、消費電力の低下と、冷却ファンの低速運転等が可能となり、音が静かになるため、より手術に集中できる環境が提供され得る。
また、部屋の照明を再び点灯してＮＤフィルター７を光路に挿入した時は、センサー９がこの状態を検出して、光量調整手段８を介し投影装置の投射光量は再び元の状態に戻る。
【００２５】
第三実施例
図５は本発明に係る立体観察装置の第三実施例の全体概略構成を示す説明図、図６は本実施例に用いられる特殊光学パネルの構成を示す断面図、図７は本実施例の要部構成を示す説明図である。図中、既述の実施例と実質上同一の部材には同一符号を付し、それらについての説明は省略されている。本実施例は、結像手段としての特殊光学パネル１０が図６に示す如くフレネル反射板１０ａと拡散板（ホログラムスクリーン）１０ｂと第一の液晶偏光板１０ｃとを貼り付けてなり、また、減光部材が偏光角度可変の第二の液晶偏光板１１からなり、更に、図７に示す如く特殊光学パネル１０に隣接配置された光量検出装置１２と、光量検出装置１２に接続されその出力端が光量調整手段８と図示しない偏光制御装置を介して液晶偏光板１１にそれぞれ接続された調整手段１３とが設けられている点で、第一及び第二実施例と異なる。
【００２６】
本実施例によれば、例えば外乱光が多い場合、光量検出装置１２からの出力により、調整手段１３は、偏光制御装置を介して第一の液晶偏光板１０ｃの偏光方向に対し第二の液晶偏光板１１の偏光方向が直交に近い状態になるように第二の液晶偏光板１１の偏光角度を調整すると共に、光量調整手段８を介して投影装置６Ｌ，６Ｒの投射光量を増加させる。従って、投影装置からの画像は例えば前記２００の光量で観察できるが、外乱光は第一及び第二の二つの液晶偏光板１０ｃ及び１１によって減衰されて、観察者の画像観察には影響を及ぼさず、観察者は所望の明るい画像を観察することができる。
また、外乱光が少なくなった場合には、光量検出装置１２及び調整手段１３を介して、第一の液晶偏光板１０ｃの偏光方向と第二の液晶偏光板１１の偏光方向とが略平行になるように調整されると共に、光量調整手段８を介して投影装置６Ｌ，６Ｒの投射光量は所定値まで低減される。従って、投影装置からの所定の偏光成分を有した観察光は、低い減衰量で観察者に提供される。
よって、本実施例によれば、第二実施例の効果に加えて、観察者が手動で操作することなく、室内の外乱光の量に応じて自動的に最適なコントラストの画像が提供される。
【００２７】
第四実施例
図８は本発明に係る立体観察装置の第四実施例の全体概略構成を示す説明図、図９は本実施例に用いられる特殊光学パネルの構成を示す断面図、図１０は本実施例の作用を示す説明図である。図中、既述の実施例と実質上同一の部材には同一符号を付し、それらについての説明は省略されている。本実施例は、結像手段としての特殊光学パネル１４が、図９に示す如くフレネル反射板１４ａと着色した拡散板（着色したアクリル板又はガラス板の表面に凹凸を設けて拡散機能を持たせたもの）１０ｂとを貼り付けて、光拡散手段にＮＤフィルターの役割を持たせるように構成した点で、既述の何れの実施例とも異なる。
即ち、この実施例では、光拡散手段を表面の凹凸形状の屈折作用により散乱を生じるアクリル板又はガラス板で構成し、そのアクリル板又はガラス板に着色を行って透過率を下げるようにしたものである。これにより、外乱光と観察光の双方の観察者の瞳方向に偏向される光量が減少するため、コントラストの向上した画像の観察が可能となる。
このように、本実施例によれば、観察者の眼前に存在する減光部材が不要であり、操作性が良くなるという効果を有する。
【００２８】
第五実施例
本実施例は、第四実施例と同様の全体構成において、結像手段としての特殊光学パネル１５を、図１１に示すように、フレネル反射板１５ａに貼り付けられるべき拡散板１５ｂを高分子重合液晶を用いた内部拡散型表示パネルとして構成してその表面を平板状に形成し、その表面にＮＤフィルター１５ｃを貼り付けたものを用いている。
この実施例も、第四実施例と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る立体観察装置の第一実施例の全体構成を示す説明図である。
【図２】第一実施例に用いられる特殊パネルの一構造例を示す断面図である。
【図３】第一実施例に係る立体観察装置の作用を説明するための図である。
【図４】本発明に係る立体観察装置の第二実施例の要部構成を示す説明図である。
【図５】本発明に係る立体観察装置の第三実施例の全体構成を示す説明図である。
【図６】第三実施例に用いられる特殊パネルの一構造例を示す断面図である。
【図７】第三実施例に係る立体観察装置の作用を説明するための図である。
【図８】本発明に係る立体観察装置の第四実施例の全体構成を示す説明図である。
【図９】第四実施例に用いられる特殊パネルの一構造例を示す断面図である。
【図１０】第四実施例に係る立体観察装置の作用を説明するための図である。
【図１１】本発明に係る立体観察装置の第五実施例に用いられる特殊パネルの一構造例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１                                  天井
２                                  支柱
３                                  アーム
３ａ，４ａ                          連結部
４                                  保持部材
４ｂ                                操作部
５，１０，１４，１５                特殊光学パネル（結像手段）
５ａ                                フレネル反射板
５ｂ                                拡散板
６Ｌ                                左目用投影装置
６Ｒ                                右目用投影装置
７                                  ＮＤフィルター（減光部材）
８                                  光量調整手段
９                                  センサー
１１                                液晶偏光板（減光部材）
１２                                光量検出装置
１３                                調整手段
１４ａ，１５ａ                      フレネル反射板
１４ｂ                              着色した拡散板
１５ｂ                              拡散板
１５ｃ                              ＮＤフィルター
【図１】
2006301419.tif 000003
【図２】
2006301419.tif 000004
【図３】
2006301419.tif 000005
【図４】
2006301419.tif 000006
【図５】
2006301419.tif 000007
【図６】
2006301419.tif 000008
【図７】
2006301419.tif 000009
【図８】
2006301419.tif 000010
【図９】
2006301419.tif 000011
【図１０】
2006301419.tif 000012
【図１１】
2006301419.tif 000013