(57)【要約】      （修正有）【課題】狭範囲の観察部位を、ブレを抑制して精密に観察できる観察装置、観察ユニット及び観察方法を提供する。【解決手段】歯牙をカメラ３０，２１で撮像して観察する拡大鏡１であって、カメラ３０，２１が、歯牙を狭撮像範囲で撮像する狭範囲カメラ３０と、歯牙を広撮像範囲で撮像する広範囲カメラ２１とで構成され、広範囲カメラ２１で撮像した広範囲撮像画像に基づいて、少なくとも歯牙の三次元位置を検出する三次元位置算出部５２と、三次元位置算出部５２によって三次元位置が検出された歯牙と、狭範囲カメラ３０との三次元相対位置の変化に基づいて、狭範囲カメラ３０で撮像した狭範囲撮像画像のブレを補正するブレ補正処理部５３と、ブレが補正された狭範囲撮像画像を少なくとも表示する画像表示部４０とが備えられた拡大鏡１。【選択図】図１
2019086712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察部位を撮像部で撮像して観察する観察装置であって、
前記撮像部が、前記観察部位を狭範囲で撮像する狭範囲撮像部と、前記観察部位を広範囲で撮像する広範囲撮像部とで構成され、
前記広範囲撮像部で撮像した広範囲撮像画像に基づいて、少なくとも前記観察部位の三次元位置を検出する三次元位置検出部と、
該三次元位置検出部によって前記三次元位置が検出された前記観察部位と、狭範囲撮像部との三次元相対位置の変化に基づいて、前記狭範囲撮像部で撮像した狭範囲撮像画像のブレを補正するブレ補正部と、
ブレが補正された前記狭範囲撮像画像、及び前記広範囲撮像画像のうちブレが補正された前記狭範囲撮像画像を少なくとも表示する画像表示部とが備えられた
観察装置。
【請求項２】
前記狭範囲撮像部の光学経路と前記広範囲撮像部の光学経路との少なくとも一部が共用されている
請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
前記観察部位に対して、前記狭範囲撮像部における焦点位置を移動させながらの連続撮影を制御する狭範囲撮像部制御部と、
連続撮影された複数の前記狭範囲撮像画像を合成して被写界深度の深い狭範囲撮像画像を生成する狭範囲撮像画像生成部が備えられた
請求項１または２に記載の観察装置。
【請求項４】
前記狭範囲撮像部制御部の制御によって連続撮影する際に、少なくとも前記狭範囲撮像部で撮像する前記観察部位に光を投影する光投影部が備えられた
請求項３に記載の観察装置。
【請求項５】
前記狭範囲撮像部制御部の制御によって連続撮影した際の移動する焦点位置に関する焦点位置情報に基づいて、少なくとも前記狭範囲撮像部で撮像する前記観察部位の三次元形状を計測する三次元形状計測部が備えられた
請求項３または４に記載の観察装置。
【請求項６】
前記観察部位が口腔内における所望の部位であり、
前記三次元位置検出部は、噛合紙によって口腔内の歯の表面に着色された複数の着色箇所を前記広範囲画像内で検出することによって前記観察部位の三次元位置を検出する構成である
請求項１乃至５のうちいずれかに記載の観察装置。
【請求項７】
少なくとも前記画像表示部が観察者の頭部に装着する頭部装着型で構成された
請求項１乃至６のうちいずれかに記載の観察装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のうちいずれかに記載の観察装置と、
前記観察装置の少なくとも前記狭範囲撮像部を支持する支持部が備えられた
観察ユニット。
【請求項９】
前記支持部に支持された前記観察装置の少なくとも前記狭範囲撮像部が前記観察部位に対して移動可能に、前記支持部を構成した
請求項８に記載の観察ユニット。
【請求項１０】
ブレが補正された前記狭範囲撮像画像を少なくとも表示する表示装置が備えられた
請求項８又は９に記載の観察ユニット。
【請求項１１】
前記表示装置が、
観察者の頭部に装着する頭部装着型表示装置で構成された
請求項１０に記載の観察ユニット。
【請求項１２】
観察装置の撮像部で観察部位を撮像して観察する観察方法であって、
前記撮像部を構成する広範囲撮像部で撮像した広範囲撮像画像に基づいて、少なくとも前記観察部位の三次元位置を検出し、
前記三次元位置が検出された前記観察部位と、前記撮像部を構成する狭範囲撮像部との三次元相対位置の変化に基づいて、前記狭範囲撮像部で撮像した狭範囲撮像画像のブレを補正し、
ブレが補正された前記狭範囲撮像画像、及び前記広範囲撮像画像のうちブレが補正された前記狭範囲撮像画像を少なくとも表示する
観察方法。
【請求項１３】
前記観察部位に対して、前記狭範囲撮像部における焦点位置を移動させながらの連続撮影を行い、
連続撮影された複数の前記狭範囲撮像画像を合成して被写界深度の深い狭範囲撮像画像を生成する
請求項１２に記載の観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、口腔領域における所望の観察部位を観察する観察装置、観察ユニット及び観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、歯科医療分野等において、歯牙に対する根管治療の際には、顕微鏡で歯牙を観察して治療することで精密な根管治療を行うようになってきている。  
例えば、特許文献１に記載の顕微鏡付診療台もそのひとつであるが、特許文献１に記載の顕微鏡付診療台は、医療用診療台の近傍に配置された支持アームに顕微鏡が支持されており、術者（観察者）は顕微鏡で観察部位を観察しながら精密な診療をすることができる。別の例として、拡大鏡（ルーペ）を観察者の頭部に装着し、拡大観察しながら精密な診療行為を行う場合もある。
【０００３】
しかしながら、このような顕微鏡は、観察部位を狭範囲であるものの高倍率で精密に観察できる反面、顕微鏡を支持する支持アームの振動や被観察者の微動などによる観察部位と顕微鏡の相対移動が拡大されて、観察視野がブレてしまうため、精密に観察できないおそれがあった。頭部に装着するタイプの拡大鏡の場合も同様に、特に拡大倍率を高倍率とした場合に、観察者の頭部の動きや被観察者の動きにより、ブレが問題となる。ブレを低減するために、支持アームや頭部固定具を高剛性となる構造で構成すると、支持アームや頭部固定具が大型化したり、製造や設置にかかるコストが増加したり、観察者の負担が増加するおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−０５２７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明は、狭範囲の観察部位を、ブレを抑制して精密に観察できる観察装置、観察ユニット及び観察方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、観察部位を撮像部で撮像して観察する観察装置であって、前記撮像部が、前記観察部位を狭範囲で撮像する狭範囲撮像部と、前記観察部位を広範囲で撮像する広範囲撮像部とで構成され、前記広範囲撮像部で撮像した広範囲撮像画像に基づいて、少なくとも前記観察部位の三次元位置を検出する三次元位置検出部と、該三次元位置検出部によって前記三次元位置が検出された前記観察部位と、狭範囲撮像部との三次元相対位置の変化に基づいて、前記狭範囲撮像部で撮像した狭範囲撮像画像のブレを補正するブレ補正部と、ブレが補正された前記狭範囲撮像画像、及び前記広範囲撮像画像のうちブレが補正された前記狭範囲撮像画像を少なくとも表示する画像表示部とが備えられたことを特徴とする。
【０００７】
またこの発明は、観察装置の撮像部で観察部位を撮像して観察する観察方法であって、前記撮像部を構成する広範囲撮像部で撮像した広範囲撮像画像に基づいて、少なくとも前記観察部位の三次元位置を検出し、前記三次元位置が検出された前記観察部位と、前記撮像部を構成する狭範囲撮像部との三次元相対位置の変化に基づいて、前記狭範囲撮像部で撮像した狭範囲撮像画像のブレを補正し、ブレが補正された前記狭範囲撮像画像、及び前記広範囲撮像画像のうちブレが補正された前記狭範囲撮像画像を少なくとも表示することを特徴とする。
【０００８】
上記狭範囲撮像部と上記広範囲撮像部は、一体で撮像部を構成してもよいし、別体で撮像部を構成してもよい。また、一体で撮像部を構成した場合であっても、一体化された撮像部の筐体の内部においては上記狭範囲撮像部と上記広範囲撮像部とが独立して備えられていてもよい。また、各撮像部は、撮像素子やレンズを含む光学経路から構成されるが、それぞれの撮像素子に対して光学経路の一部を共用してもよい。
【０００９】
さらには、左右の視差に対応した二種の画像を画像表示部に表示することで観察者は立体感のある画像として観察部位を観察でき、利便性を向上することができるが、該二種の画像を撮像するために、上記狭範囲撮像部と上記広範囲撮像部のうち少なくとも上記狭範囲撮像部を、前記観察部位を異なる２つの角度から撮像するように二系統で構成してもよい。
【００１０】
前記観察装置は、ＨＭＤ（Head Mount Display）のように観察者の頭部に装着されてもよいし、支持部で支持されてもよい。あるいは、あるときには支持部から観察装置を分離して観察者の頭部に装着した状態で使用でき、別のときには頭部から観察装置を分離して支持部に取り付けた状態で使用できるように構成してもよい。
【００１１】
なお、上記支持部は、天井、壁、床、あるいは、スタンド、ワゴン、ラック、さらには医療用診療台、スピットン台、医療用ロボットやその他の医療機器等から延びる支持アーム等としてもよい。観察部位の位置や患者の体格等に応じて観察に適した位置に移動できるよう、手動で位置調整が可能な支持アーム（例えば、多関節のバランスアーム）であることが好ましい。
【００１２】
また、自動で位置調整が可能なロボットアーム等でよい。さらにまた、上記狭範囲撮像部と上記広範囲撮像部を別体で構成した撮像部の場合、同じ支持部で支持してもよいし、異なる支持部で支持してもよいし、一方は支持部を介さずに天井や壁などに直接固定されていてもよい。  
上記観察部位は、歯牙や歯牙内部、あるいは歯肉など口腔内の部位や、人間や動物の体の一部であってもよい。
【００１３】
前記三次元位置検出部は、前記広範囲撮像部にて撮像した広範囲撮像画像に基づいて前記観察部位の三次元位置を検出する。具体的には、前記広範囲撮像部をステレオカメラ等の立体カメラで構成し、撮像した広範囲撮像画像を処理することで、観察部位の特徴的な部位や、観察部位に対して剛体的に装着したボールマーカーなどの特徴点に基づき、前記観察部位の三次元位置を検出することができる。
【００１４】
上述の該三次元位置検出部によって前記三次元位置が検出された前記観察部位と、狭範囲撮像部との三次元相対位置は、広範囲撮像画像に基づいて検出された前記観察部位の三次元位置と、広範囲撮像部に対する既知の狭範囲撮像部の三次元位置とに基づく三次元相対位置、広範囲撮像画像に基づいて検出された前記観察部位及び狭範囲撮像部の三次元位置に基づく三次元相対位置、あるいは、異なる三次元位置検出装置によって検出された狭範囲撮像画像の三次元位置に基づく三次元相対位置であってもよい。
【００１５】
上述の狭範囲撮像画像のブレを補正するとは、三次元相対位置の変化に応じて狭範囲撮像画像に対してブレを補正するための、例えば、画素値の平行移動や回転移動や拡大縮小処理などの画像処理を施してもよいし、狭範囲撮像画像にブレが生じないように三次元相対位置の変化を解消する方向に狭範囲撮像部の全体、あるいは、狭範囲撮像部を構成する光学系路の一部を移動させてもよいし、これらを組み合わせてもよい。
【００１６】
なお、狭範囲撮像部の全体あるいは一部を移動するための方法としては、例えば、アクチュエータを用いて撮像素子（イメージセンサ）や光学系路を構成するレンズ・プリズム・ミラーなどの光学素子を機械的に移動する方法や、屈折率や形状が電気的な制御により可変できる可変レンズ・可変プリズムや空間光変調器などを用いて狭範囲撮像部の光軸を光学的に移動する方法を適用することができる。
【００１７】
上述のブレが補正された前記狭範囲撮像画像を少なくとも表示するとは、前記狭範囲撮像画像のみを表示すること、あるいは前記狭範囲撮像画像と前記広範囲撮像画像とを並列して表示することや切り替えて表示することを含むものとする。
【００１８】
この発明により、狭範囲の観察部位を、ブレを抑制して精密に観察することができる。  
詳述すると、前記観察部位と狭範囲撮像部との三次元相対位置に変化が生じると、上述したようなブレが狭範囲撮像画像に生じるが、観察装置の撮像部を構成する前記広範囲撮像部で撮像した広範囲撮像画像に基づいて検出した、少なくとも前記観察部位の三次元位置と、狭範囲撮像部との三次元相対位置に変化によって生じる狭範囲撮像画像のブレを補正するため、ブレのない鮮明な狭範囲撮像画像を得ることができる。したがって、狭範囲の観察部位を精密に観察することができる。  
また、広範囲撮像部によって、観察部位を広範囲に撮像できるため、狭範囲撮像部で観察している箇所を含む広範囲を観察することができる。
【００１９】
また、ブレが補正された前記狭範囲撮像画像、及び前記広範囲撮像画像のうちブレが補正された前記狭範囲撮像画像を少なくとも表示する画像表示部が備えられているため、視野の狭い狭範囲撮像画像と、視野の広い広範囲撮像画像とを合わせ見ながら、精密かつ包括的な観察を行うことができる。
【００２０】
また、前記広範囲撮像画像と狭範囲撮像画像とを前記画像表示部に並べて表示したり、切り替えて表示したりして同時に表示することで、狭範囲の部位を精密に観察しながらも、広範囲の視野の中での現在の着目位置を同時に確認でき、操作性が向上する。すなわち、広範囲撮像部は、部品点数を増やすことなく同じ撮像部により、ブレ補正するための撮像部として機能するだけでなく、上述のような包括的観察にも活用できるという相乗効果を奏することができる。
【００２１】
また、ブレの原因となる機械的な振動が許容されるため、支持部で観察装置を支持する場合であっても、剛性の低い、すなわち小型・軽量・低コストな構成で支持部を構成することができる。
【００２２】
この発明の態様として、前記狭範囲撮像部の光学経路と前記広範囲撮像部の光学経路との少なくとも一部が共用されてもよい。  
上記光学経路は、例えば、イメージセンサなどの撮像素子、光路、及びレンズなどで構成され、これら光学経路を構成する要素の一部を共用してもよい。
【００２３】
なお、撮像素子を共用する場合は、ひとつの撮像素子を前記狭範囲撮像部用の領域と前記広範囲撮像部用の領域とに領域分けをすることで共用することができる。また、共用された光路から前記狭範囲用の撮像素子と前記広範囲撮像部用の撮像素子とで、それぞれの範囲が異なる撮像画像を撮像するためには、撮像素子と観察部位との間の光路の途中の位置にビームスプリッタやレンズを設置して光路を分岐することで実現できる。
【００２４】
前記撮像素子は、広範囲撮像部と狭範囲撮像部とで、シャッタスピードや撮像レート、画素サイズ、画素ビニングサイズ、カラーフィルタの構成（カラー撮影用／モノクロ撮影用／赤外撮影用／可視域撮影用／紫外撮影用など）の仕様が異なるように構成されてもよい。領域分けした場合も、領域ごとに上記した各種仕様が異なるよう構成されていてもよい。
【００２５】
この発明により、撮像部を簡素化することができ、コンパクトな撮像部を構成することができる。  
詳述すると、前記狭範囲撮像部と前記広範囲撮像部とが別体である場合や、一体で構成されている場合であっても撮像素子、光路、及びレンズなどで構成される光学経路を前記狭範囲撮像部と前記広範囲撮像部とがそれぞれ備えている場合、部品点数も多くなるとともに、構造も複雑化するが、前記狭範囲撮像部の光学経路と前記広範囲撮像部の光学経路との少なくとも一部を共用することで部品点数を低減し、構造を簡素化することができる。
【００２６】
またこの発明の態様として、前記観察部位に対して、前記狭範囲撮像部における焦点位置を移動させながらの連続撮影を制御する狭範囲撮像部制御部と、連続撮影された複数の前記狭範囲撮像画像を合成して被写界深度の深い狭範囲撮像画像を生成する狭範囲撮像画像生成部が備えられてもよい。
【００２７】
具体的には、画像を合成して被写界深度が拡大された狭範囲撮像画像（すなわち被写界深度の深い狭範囲撮像画像）を生成する方法として、例えば、下記の手順によって計算される。（１）狭範囲撮像部を構成するレンズを機械的に駆動させるなどの方法によって焦点位置を観察部位上で光軸方向に掃引しながら連続的に撮像する。（２）画素毎にコントラスト量（画像がボケているか、ピントが合っているかを定量化したもの）を計算し、レンズを所定の距離に亘って一往復（または半往復）させるなどによって焦点位置を掃引する間に、コントラスト量が極大値を示したときの画素値を、画像表示部に表示する狭範囲撮像画像として採用する。コントラスト量を得る方法として、ラプラシアン演算子を用いた方法、微分フィルタを用いた方法などの公知の手法を適用することができる。もし、被写界深度が拡大された狭範囲撮像画像を生成するために連続的に撮像する複数の画像にブレが生じていると、（２）の演算において、極大値が複数回存在するなどし、画像表示部に表示する狭範囲撮像画像が歪んだりノイズが生じたりするおそれがあるが、本発明においてはブレが補正された狭範囲撮像画像に基づいて演算を行うため、上述のノイズ等の問題は解消され、観察者の操作性が向上する。
【００２８】
なお、上記（１）〜（２）に記載の処理は、ＦＰＧＡなどのハードウェアプロセッサを使って高速に演算するとよい。これにより被写界深度の深い、かつ低遅延かつ高フレームレートな狭範囲撮像画像を画像表示部に表示することができ、観察者の満足度が向上する。
【００２９】
上述の焦点位置を移動させるとは、前記狭範囲撮像部における撮像素子を固定し、その他のレンズ等で構成される光学系の実効的な焦点距離を変化させること（例えば、上記光学系を構成する複数の要素レンズのうち少なくとも一つの要素レンズを光軸に沿って前後に機械的に移動させる方法や、上記光学系に含まれる液体レンズ等の焦点可変レンズを電気的に制御することで該焦点可変レンズの焦点距離を調整する方法）、上記光学系の焦点距離を所定の距離に維持したまま狭範囲撮像部を物理的に移動させて焦点位置を移動させること、上記光学系の焦点距離を所定の距離に維持したまま撮像素子を光軸に沿って移動させること、あるいはこれらの組み合わせによって実現してもよい。
【００３０】
この発明により、被写界深度の深い狭範囲撮像画像に基づいてより精密に観察することができる。  
詳述すると、狭範囲撮像部は、観察部位における狭範囲を高拡大倍率で撮像するが、その反面、狭範囲撮像部によって撮像された狭範囲撮像画像は被写界深度が浅い、つまり画像の奥行方向において焦点が合っている箇所が狭く、精密に観察できる範囲が少ない傾向にある。
【００３１】
これに対し、前記観察部位に対して、前記狭範囲撮像部における焦点位置を移動させながら連続撮影し、連続撮影された複数の前記狭範囲撮像画像を合成して被写界深度の深い狭範囲撮像画像を生成することができる。つまり、観察部位における狭範囲を高拡大倍率かつ、奥行方向に焦点が合っている範囲の広い狭範囲撮像画像により、精密に観察することができる。
【００３２】
なお、焦点位置を移動させながら連続撮影された複数の前記狭範囲撮像画像はブレが補正されているため、連続撮影された複数の前記狭範囲撮像画像を精度よく合成して、鮮明な被写界深度の深い狭範囲撮像画像を精度よく生成することができる。
【００３３】
すなわち、広範囲撮像部は、ブレを補正するための撮像部として機能するだけでなく、上述のような被写界深度の深い狭範囲撮像画像を精度よく生成するためにも活用でき、さらには、包括的観察を実施できるという相乗効果を奏することができる。
【００３４】
またこの発明の態様として、前記狭範囲撮像部制御部の制御によって連続撮影する際に、少なくとも前記狭範囲撮像部で撮像する前記観察部位に光を投影する光投影部が備えられてもよい。  
上記光投影部が投影する上記光は、所定のパターンを有するパターン光であってもよいし、パターンのない光であってもよい。
【００３５】
この発明により、視野の狭い狭範囲撮像部によって観察している観察部位に光が投影されるため、広範囲撮像部で撮像された広範囲撮像画像において、狭範囲撮像部によって観察している観察部位を明示することができる。つまり、投影された光は、狭範囲撮像画像で撮像された箇所を明示する撮像箇所明示部として機能することができる。また、狭範囲撮像部と広範囲撮像画像とを画像表示部に並列して表示、もしくは切り替えて表示することで、全体位置の中での観察箇所が明瞭になり操作性を向上することができる。
【００３６】
また、上記光投影部が投影する上記光が、所定のパターンを有するパターン光である場合、少なくとも前記狭範囲撮像部で撮像する前記観察部位に光が投影されるため、例えば、観察部位が模様の無い均質な構造体であってもパターンを付与することにより、上述した処理（２）におけるコントラスト量の検知が容易となり、より鮮明な被写界深度の深い狭範囲撮像画像を精度よく生成することができる。
【００３７】
またこの発明の態様として、前記狭範囲撮像部制御部の制御によって連続撮影した際の移動する焦点位置に関する焦点位置情報に基づいて、少なくとも前記狭範囲撮像部で撮像する前記観察部位の三次元形状を計測する三次元形状計測部が備えられてもよい。
【００３８】
具体的には、上述の被写界深度の深い狭範囲撮像画像を生成する処理（２）において、ある画素においてコントラスト量が極大値を示すことと、移動する前記焦点位置と観察部位の表面位置とが一致することとは、同値である。
【００３９】
また、移動する前記焦点位置に関する焦点位置情報は、あらかじめ形状既知の基準物体を撮像する等の校正処理を実行しておくことにより、前記狭範囲撮像部制御部の制御状態（液体レンズへの入力電圧情報や、エンコーダセンサ等を用いることで検出可能な機械的に移動するレンズの現在位置情報）と対応付けることが可能である。すなわち上述の被写界深度の深い狭範囲撮像画像を生成する処理と、上記の焦点位置情報とに基づき、観察部位の三次元形状を取得することが可能である。
【００４０】
もし、被写界深度が拡大された狭範囲撮像画像を生成するために連続的に撮像する複数の画像にブレが生じていると、上述の（２）の処理において、極大値が複数回存在することなどによって、計測される三次元形状が歪んだりノイズが生じたりするおそれがあるが、本発明においてはブレが補正された狭範囲撮像画像に基づいて三次元形状を計測する処理が行われるため、上述のノイズ等の問題は解消され、より高精度な三次元形状を計測することが可能となる。  
この発明により、狭範囲撮像手段で鮮明で被写界深度の深い狭範囲撮像画像を撮像することで、撮像箇所の三次元形状も精度よく得ることができる。
【００４１】
またこの発明の態様として、前記観察部位が口腔内における所望の部位であり、前記三次元位置検出部は、噛合紙によって口腔内の歯の表面に着色された複数の着色箇所を前記広範囲画像内で検出することによって前記観察部位の三次元位置を検出する構成であってもよい。
【００４２】
この発明により、口腔内に特徴点を形成できるため、例えば、ボールマーカーなどの特徴点となる別部材を設ける必要がなく、そのための患者の苦痛を低減させつつも、精度よく三次元位置を検出することができる。
【００４３】
またこの発明の態様として、前記画像表示部が、観察者の頭部に装着する頭部装着型の画像表示部で構成されてもよい。  
上記頭部装着型の画像表示部は、ヘッドギアタイプ、ヘルメットタイプ、サンバイザータイプ、バンドタイプ、観察者が視力矯正等のために普段使用している一般のメガネのフレームに対してクリップで装着するタイプなど、頭部に少なくとも接眼部を装着できる様々なタイプとすることができる。  
この発明により、頭部の移動を制限されることなく自由な位置にて、ブレが補正された前記狭範囲撮像画像を表示させて、観察することができる。
【００４４】
またこの発明は、上述の観察装置と、前記観察装置の少なくとも前記狭範囲撮像部を支持する支持部が備えられた観察ユニットであることを特徴とする。  
この発明により、支持部に支持された状態の前記観察装置で観察者の頭部への負担のない状態でブレが補正された前記狭範囲撮像画像を表示させて、観察することができる。  
上記支持部は、天井、壁、床、スタンドやワゴンやラック、あるいは医療用診療台、スピットン台、医療用ロボット又はその他の医療機器等から延びる支持アーム等としてもよい。
【００４５】
またこの発明の態様として、前記支持部に支持された前記観察装置の少なくとも前記狭範囲撮像部が前記観察部位に対して移動可能に、前記支持部を構成してもよい。  
例えば、前記支持部を、可動する関節部を有する支持アームで構成することで、観察者は該関節部を曲げることにより、支持部が移動、すなわち支持された観察装置を観察部位に対して移動することができ、所望の位置からの観察が可能となる。  
この発明により、前記支持部を観察部位に対して適切な位置に配置してから観察できるため、より詳細に観察することができる。
【００４６】
またこの発明の態様として、ブレが補正された前記狭範囲撮像画像を少なくとも表示する表示装置が備えられてもよい。  
上記表示装置は、例えば、前記支持部や壁や天井等、観察装置本体とは別の位置に設けられてもよいし、複数の表示装置が設けられてもよい。
【００４７】
この発明により、観察者が様々な位置に移動する場合や、観察者が複数いる場合であっても、画像表示部とは別の表示装置で、さまざまな視点位置からブレが補正された前記狭範囲撮像画像を表示させて、観察することができる。例えば、歯科診療において、被観察者である患者から見ることができる位置に表示装置を配置することで、診療状況の患者への説明や、インフォームドコンセントなどに有効である。
【００４８】
またこの発明の態様として、前記表示装置が、観察者の頭部に装着する頭部装着型表示装置で構成されてもよい。  
上記頭部装着型表示装置は、ヘッドギアタイプ、ヘルメットタイプ、サンバイザータイプ、バンドタイプ、メガネタイプ、観察者が視力矯正等のために普段使用している一般のメガネのフレームに対してクリップで装着するタイプなど、頭部に少なくとも接眼部を装着できる様々なタイプとすることができる。  
この発明により、頭部の移動を制限されることなく、ブレが補正された前記狭範囲撮像画像を表示させて、観察することができる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明により、狭範囲の観察部位を、ブレを抑制して精密に観察できる観察装置、観察ユニット及び観察方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】拡大鏡の構成説明図。
【図２】診療ユニットの概略斜視図。
【図３】拡大鏡の拡大概略斜視図。
【図４】拡大鏡における光学構成の概略構成図。
【図５】広範囲光学系と狭範囲光学系の説明図。
【図６】広範囲光学系と狭範囲光学系の説明図。
【図７】広範囲光学系と狭範囲光学系の説明図。
【図８】広範囲光学系と狭範囲光学系の説明図。
【図９】表示画面の概略図。
【図１０】拡大鏡による観察方法のフローチャート。
【図１１】観察部位の三次元位置計測のためのマーキング方法の説明図。
【図１２】全焦点拡大鏡の概略図。
【図１３】全焦点拡大鏡による観察状況の概略図。
【図１４】全焦点拡大鏡による全焦点観察方法の詳細説明図。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
以下、本発明による拡大鏡１について、図１乃至図１４とともに説明する。  
図１は拡大鏡１及び全焦点拡大鏡１ｆの構成説明図を示しており、図２は診療ユニットＸの概略斜視図を示しており、図３は拡大鏡１の拡大概略斜視図を示しており、図４乃至図８は広範囲光学系Ｗと狭範囲光学系Ｎの説明図を示しており、図９は表示画像Ｐの概略図を示しており、図１０は拡大鏡１による観察方法のフローチャートを示しており、図１１は観察部位の三次元位置計測のためのマーキング方法についての説明図を示している。
【００５２】
また、図１２は全焦点拡大鏡１ｆの概略図を示しており、図１３は全焦点拡大鏡１ｆによる観察状況の概略図を示しており、図１４は全焦点拡大鏡１ｆによる全焦点観察方法の詳細説明図を示している。
【００５３】
詳述すると、図１（ａ）は拡大鏡１の構成ブロック図を示しており、図１（ｂ）は全焦点拡大鏡１ｆの構成ブロック図を示している。図４は、狭範囲光学系Ｎと広範囲光学系Ｗとが別々に設けられた拡大鏡１における光学構成の概略構成図を示している。
【００５４】
図５（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ共通光路である共通レンズ６１及びウェッジプレート６１ａにより別々に設けられた狭範囲光学系Ｎと広範囲光学系Ｗとが先端側で共通化した拡大鏡１ａにおける光学構成の概略構成図を示しており、図６（ａ）及び（ｂ）は共通光路であるビームスプリッタ６２により狭範囲光学系Ｎと広範囲光学系Ｗとが先端側で共通化した拡大鏡１ｂにおける光学構成の概略構成図を示している。
【００５５】
図７（ａ）は狭範囲光学系Ｎと広範囲光学系Ｗとが別々に設けられ、共通イメージセンサ６４を備えた拡大鏡１ｃの光学構成の概略構成図を示しており、図７（ｂ）は別々に設けられた狭範囲光学系Ｎと広範囲光学系Ｗとがそれぞれ二系統で構成された拡大鏡１ｄにおける光学構成の概略構成図を示している。
【００５６】
図８（ａ）は別々に設けられた狭範囲光学系Ｎと広範囲光学系Ｗに対して共通の投影部７０が設けられた拡大鏡１における光学構成の概略構成図を示しており、図８（ｂ）は別々に設けられた狭範囲光学系Ｎと広範囲光学系Ｗに対して投影部７０がそれぞれ設けられた拡大鏡１ｅにおける光学構成の概略構成図を示しており、図１４は全焦点拡大鏡１ｆを用いて全焦点観察方法によって観察対象である歯牙Ｔを観察する際のステップを概略的に図示している。
【００５７】
診療ユニットＸは、図２に示す歯科診療装置２００と、観察装置に相当する拡大鏡１とともに使用される観察ユニットＹとで構成されている。  
歯科診療装置２００は、図２に示すように、診療器具２１３（２１３ａ〜２１３ｅ）を備えた器具台２１０と、施術対象である患者を載せて治療を行うための診療台２２０とで構成している。
【００５８】
器具台２１０は、診療台２２０にアームを介して回動可能に取付けたテーブル２１１の手前側に器具ホルダ２１２を備え、器具ホルダ２１２にエアータービンハンドピース、マイクロモータハンドピースなどの切削工具やスケーラ、スリーウエイシリンジ、バキュームシリンジなどで構成する診療器具２１３（２１３ａ〜２１３ｅ）を着脱可能に取付けている。
【００５９】
また、診療器具２１３は、水供給源、エア供給源やエア吸引部に接続されて駆動するが、これらの機構については公知であるため、詳細な説明は省略する。  
また、各種操作の入力するフートコントローラ２１４を備えているが、フートコントローラの機構については公知であるため、詳細な説明は省略する。
【００６０】
患者を載せる診療台２２０は、図２に示すように、基台２２１に昇降可能に載置された座部シートと、その座部シートの後方に連接された傾動可能な背板シート２２３と、その背板シート２２３の上端に連接された傾動可能なヘッドレスト２２４とを備え、これらを診療状況に応じた最適位置に制御するため座部シート昇降部、背板シート傾倒部、ヘッドレスト傾倒部が設けられ、フートコントローラ２１４によって操作制御された油圧シリンダや電動モータ等の駆動によって駆動するように構成している。
【００６１】
また、診療台２２０には、スピットン２２５及び治療用スタンドポール２３０が付設され、治療用スタンドポール２３０には、途中より分岐し、回動可能に突出させたアーム２３１と上端に後述する支持アーム３００が備えられている。  
また、治療用スタンドポール２３０には、拡大鏡１とともに観察ユニットＹを構成するモニタ２４０が設けられている。
【００６２】
なお、スピットン２２５は、口腔内を濯ぐ際などに給水する給水栓と、排唾鉢とを備えている。更に、患者の背中又は腹部では診療台２２０に配設された電気系路、油圧系路又はエア系路等と接続する接続部(不図示)が設けられている。
【００６３】
また、位置調整可能な支持アーム３００（支持部に相当）によって拡大鏡１が支持されている。なお、支持アーム３００と拡大鏡１とで観察ユニットＹを構成している。  
支持アーム３００は、診療台２２０に付設された治療用スタンドポール２３０の上端に対して回動可能に設けられ、複数のアーム３０１がそれぞれ可動できるように複数の関節部３０１ａで連結された多関節アーム式であり、支持アーム３００の先端に装着された拡大鏡１を、所望の位置に移動可能に構成されている。
【００６４】
また、支持アーム３００は、診療台２２０に付設された治療用スタンドポール２３０に設けられずとも、天井、壁、あるいは床から延びるように構成されてもよいし、治療用スタンドポール２３０とは別のスタンドやワゴンやラックに設けられてもよい。さらには、医療用診療台、スピットン台、医療用ロボットやその他の医療機器等から延びるように構成されてもよい。
【００６５】
このように構成された歯科診療装置２００とで診療ユニットＸを構成する拡大鏡１は、図１（ａ）及び図３に図示するように、拡大鏡本体１０と、拡大鏡本体１０に沿うように設けられた広範囲撮像装置２０とで構成されている。
【００６６】
広範囲撮像装置２０は、拡大鏡本体１０の筐体１０ａに固定された筐体２０ａの内部にイメージセンサで構成する広範囲カメラ２１と、観察対象である歯牙Ｔを含む広範囲で撮像するためのレンズ等で構成する広範囲光学路２２（図４参照）とを備えている。
【００６７】
広範囲カメラ２１は、撮像する画像の解像度が後述の狭範囲カメラ３０で撮像した画像の解像度に比べて低解像度であるものの、図３に図示するように、広範囲光学路２２によって、狭範囲カメラ３０が撮像する狭撮像範囲Ａｎを含む広い範囲である広撮像範囲Ａｗを撮像可能に広範囲カメラ２１が配置されている。また、広範囲カメラ２１は、図示省略する通信部によって制御部５０に接続されている。
【００６８】
また、広範囲カメラ２１は、歯牙Ｔや広撮像範囲Ａｗの三次元位置を撮像可能な立体カメラで構成している。  
なお、図４に図示する広範囲カメラ２１は、例えば、１眼タイプの立体カメラであり、例えば、三角法、合焦法、Time of Flight法、ＲＧＢ−Ｄ（Distance）カメラ、ライトフィールドカメラなどの公知の三次元計測原理を採用した三次元カメラで構成することができる。
【００６９】
また、広範囲カメラ２１とは別の三次元計測器を広範囲撮像装置２０の内部または外部に組み込み、別の三次元計測器を用いて歯牙Ｔや広撮像範囲Ａｗの三次元位置情報を取得し、立体的な撮像画像を得る構成であってもよい。また、両眼タイプ（ステレオカメラ）や、３眼以上の多眼タイプ等、３つ以上の角度で撮像した撮像画像に基づいて立体的な撮像画像を得る構成の多系統の光学路を有するカメラであってもよい。
【００７０】
なお、図３において、広範囲カメラ２１は単一の筐体２１ａであるように描かれているが、例えば、両眼タイプや多眼タイプの立体カメラの場合には、ひとつの筐体２１ａの内部に複数系統のカメラを備えてもよいし、カメラの系統別にそれぞれ筐体を有していてもよい。  
また、図３に示す筐体２０ａのように拡大鏡本体１０の筐体１０ａと別体で構成するのではなく、拡大鏡本体１０と同一の筐体１０ａに広範囲カメラ２１を備えるように構成してもよい。
【００７１】
また、拡大鏡本体１０は、接眼部１１と対物部１２とを有する筐体１０ａの内部において、対物部１２に対応して配置された狭範囲カメラ３０と、歯牙Ｔを高精度で撮像するためのレンズ等で構成する狭範囲光学路３１（図４参照）と、接眼部１１に対応して配置された画像表示部４０と、制御部５０とで構成されている。
【００７２】
また、筐体１０ａには、拡大鏡１を所望の位置に移動させる、つまり多関節アーム式である支持アーム３００を構成する各アームの関節部３０１ａを可動させるために観察者が把持するハンドル１３が備えられている。なお、筐体１０ａには、上述の構成の他、拡大鏡１を起動するための起動スイッチや、接眼部１１の位置を調整するアジャスタ等が備わっていてもよい（図示省略）。
【００７３】
狭範囲カメラ３０は、イメージセンサで構成されており、対物部１２に対応して配置された狭範囲光学路３１によって規定される観察範囲は、図３に図示するように狭範囲（狭撮像範囲Ａｎ）であるものの、撮像した画像の解像度が上述の広範囲カメラ２１で撮像した画像の解像度に比べて高解像となるよう構成されている。すなわち狭範囲カメラ３０は、狭範囲光学路３１によって歯牙Ｔを高解像度で狭範囲撮像画像を撮像して観察することができる。
【００７４】
狭範囲カメラ３０は、歯牙Ｔを立体的に撮像する立体カメラで構成してもよい。この場合、左右の眼の視差を利用して観察する両眼タイプ（双眼タイプ）であっても１眼タイプであってもよい。なお、狭範囲カメラ３０は、図示省略する通信部によって後述する制御部５０に接続されている。
【００７５】
画像表示部４０は、上述したように接眼部１１に対応して配置されており、狭範囲カメラ３０で撮像した歯牙Ｔの撮像画像を表示することができる。そのため、観察者は、狭範囲カメラ３０で撮像され、画像表示部４０に表示された歯牙Ｔの撮像画像を、接眼部１１を介して観察することができる。
【００７６】
なお、画像表示部４０は、撮影した画像情報を表示する液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等や、スクリーンに映像を投影するタイプ、あるいはレーザ走査によって観察者の網膜に映像を書き込むタイプ等であってもよく、さらには、立体カメラで撮像された立体撮像画像を立体的に表示できるタイプ等であってもよい。
【００７７】
また、左右の接眼部１１、すなわち右目用の接眼部１１と左目用の接眼部１１に対してそれぞれ画像表示部４０を設けてもよいし、共通の画像表示部４０を左右の接眼部１１から見えるように構成してもよい。  
なお、画像表示部４０は図示省略する通信部によって制御部５０に接続されている。
【００７８】
制御部５０は、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭ等で構成されており、画像生成部５１、三次元位置算出部５２、及びブレ補正処理部５３などの機能構成を備えている。  
画像生成部５１は、少なくとも狭範囲カメラ３０で撮像した撮像画像に基づき、画像表示部４０で表示する表示画像を生成する構成である。例えば、画像生成部５１によって、図９（ａ）に図示するような表示画像Ｐを画像表示部４０に表示することができる。なお、図９（ａ）に図示する表示画像Ｐは、狭範囲カメラ３０で撮像した撮像画像を表示する狭範囲観察画像表示Ｐｎと、広範囲カメラ２１で撮像した撮像画像を表示する広範囲観察画像表示Ｐｗとを並列して表示したものとなっている。
【００７９】
広範囲観察画像表示Ｐｗは、表示領域の大きさは狭範囲観察画像表示Ｐｎに比べて小さく、解像度も低いものの、例えば、歯列弓全体など歯牙Ｔを含む広範囲を観察可能に表示している。  
これに対し、狭範囲観察画像表示Ｐｎは、表示領域の大きさは広範囲観察画像表示Ｐｗに比べて大きく、解像度も高いが、歯牙Ｔ付近のみが観察可能に表示している。
【００８０】
なお、図９（ａ）では、狭範囲観察画像表示Ｐｎと広範囲観察画像表示Ｐｗとを並列して表示しているが、狭範囲観察画像表示Ｐｎだけを表示画像Ｐに表示し、フートコントローラ２１４などを用いた所定の操作によって、狭範囲観察画像表示Ｐｎと広範囲観察画像表示Ｐｗとを切り替えて表示するように構成してもよいし、自動的に切り替わるように構成してもよい。さらには、狭範囲観察画像表示Ｐｎと広範囲観察画像表示Ｐｗとを並列して表示した後に狭範囲観察画像表示Ｐｎのみが表示され、その後広範囲観察画像表示Ｐｗに切り替わるように構成してもよい。
【００８１】
また、両画像表示Ｐｗ，Ｐｎは、フートコントローラ２１４やマウス等の入力手段の操作によってそれぞれの表示サイズや表示濃度等を変更できるにしてもよい。また、両画像表示Ｐｗ，Ｐｎは一部もしくは全部が重なって表示されていてもよい。
【００８２】
三次元位置算出部５２は、広範囲カメラ２１で撮像した広撮像範囲Ａｗの撮像画像（広範囲撮像画像）より、歯牙Ｔの三次元位置を算出するとともに、相対位置変化を検出する構成である。なお、歯牙Ｔの三次元位置を算出する三次元位置算出部５２では、絶対三次元位置を算出してもよいが、少なくとも、狭範囲カメラ３０と一体構成された広範囲カメラ２１に対する相対三次元位置を算出すればよい。
【００８３】
具体的には、三次元位置算出部５２は、連続的に撮像した広範囲撮像画像のうち、現在撮像された広範囲撮像画像と、それよりも過去のタイミングで撮像した少なくとも１枚の広範囲撮像画像とを比較し、撮像画像内の特徴的な箇所（特徴点）がどのような運動をしているかをテンプレートマッチングや特徴点マッチング等の手法を適用することによって各時刻での三次元位置と、前時刻からの三次元位置の変化量とを検出する。
【００８４】
なお、前記特徴点は、少なくとも３点あればよく、歯牙Ｔを含む歯列の特徴的な部位や、歯列に対して剛体的に装着したボールマーカーなどの特徴点としてよい。また、前記特徴点は、広範囲カメラ２１が二系統で構成されたステレオカメラである場合には、各系統の広範囲カメラ２１で撮像した画像内の二次元的な特徴点をステレオマッチング処理することで三次元位置の算出が可能である。  
あるいは、広範囲カメラ２１が立体カメラであり、歯列の三次元的な表面形状を演算でき、前記演算された三次元的な表面形状における三次元的な特徴点を採用してもよい。
【００８５】
また、歯科診療のように、仰向けの状態で姿勢が概ね固定され患者の口腔内を、略上方から拡大鏡１で観察する場合には、ブレがあったときに観察の阻害となるのは、上下方向（すなわち歯牙Ｔから拡大鏡１に向かう直線方向）のブレよりも、上下以外の方向のブレのほうが支配的であることが多い。  
その際には、三次元位置算出部５２で算出する相対三次元位置は、上下方向の相対位置の移動を無視し、上下以外の方向のみを考慮した二次元の相対位置と近似しても差し支えがなく、三次元位置算出部５２での演算負荷を軽減することができる。またその場合、特徴点の必要数は２点以下とすることができる。
【００８６】
ブレ補正処理部５３は、三次元位置算出部５２で算出した歯牙Ｔの三次元位置の変化を検出し、三次元位置の相対位置変化によって狭範囲カメラ３０が撮像する高解像度の撮像画像に生じるブレを、検出した三次元位置の変化に基づいて補正処理する構成である。
【００８７】
検出した歯牙Ｔの三次元位置の変化に基づいて狭範囲カメラ３０が撮像する高精度の狭範囲撮像画像に生じるブレを補正する処理方法としては、例えば、狭範囲撮像画像に対して、画素値の平行移動や回転移動や拡大縮小処理などの画像処理を施してブレを補正する。
【００８８】
ブレを補正する他の方法としては、狭範囲撮像画像にブレが生じないように三次元相対位置の変化を解消する方向に拡大鏡本体１０の全体、あるいは、狭範囲カメラ３０及び狭範囲光学路３１の一部を移動させてもよいし、これらを組み合わせてもよい。また、上述の画像処理と狭範囲カメラ３０等の移動とを組み合わせてブレを補正してもよい。
【００８９】
なお、拡大鏡本体１０の全体あるいは狭範囲カメラ３０の狭範囲光学路３１などの一部を移動するための方法としては、例えば、アクチュエータを用いて拡大鏡本体１０、狭範囲カメラ３０及び狭範囲光学路３１の少なくとも一部を機械的に移動する方法や、屈折率や形状が電気的な制御により可変できる可変レンズ・可変プリズムや空間光変調器などを用いて光軸を光学的に移動する方法などを適用することができる。
【００９０】
このように各要素が構成された拡大鏡１は、図４に示すように、広範囲カメラ２１及び広範囲光学路２２で構成する広範囲光学系Ｗと、狭範囲カメラ３０及び狭範囲光学路３１で構成する狭範囲光学系Ｎとが別々で構成された拡大鏡を構成している。
【００９１】
そして、拡大鏡１を用いて歯牙Ｔを観察するためには、図１０に示すフローチャートに示すように、まず、狭範囲光学系Ｎと広範囲光学系Ｗとで歯牙Ｔを撮像し（ステップｓ１）、撮像画像に基づいて生成された表示画像を画像表示部４０に表示する（ステップｓ２）。
【００９２】
具体的には、狭範囲光学路３１を介した歯牙Ｔの撮像画像を狭範囲光学系Ｎの狭範囲カメラ３０で撮像するとともに、広範囲光学路２２を介した歯牙Ｔの撮像画像を広範囲光学系Ｗの広範囲カメラ２１で撮像する（ステップｓ１）。
【００９３】
このとき、狭範囲カメラ３０では歯牙Ｔを含む狭範囲の光学像（狭範囲撮像画像）を高解像度で撮像し、広範囲カメラ２１では歯牙Ｔを含む広範囲の光学像（広範囲撮像画像）を低解像度で撮像する。そして、各撮像画像を検出した狭範囲カメラ３０及び広範囲カメラ２１は図示省略する通信部によって接続された制御部５０の画像生成部５１に撮像画像情報を出力し、画像生成部５１によって例えば、表示画像Ｐのような表示画像を生成し、制御部５０に接続された画像表示部４０に表示する（ステップｓ２）。
【００９４】
そして、三次元位置算出部５２により、広範囲カメラ２１によって検出された広範囲撮像画像に基づいて歯牙Ｔの三次元位置を算出する（ステップｓ３）。このとき、歯牙Ｔの広範囲カメラ２１に対する相対移動を検出すると（ステップｓ４：Ｙｅｓ）、ブレ補正処理部５３によって歯牙Ｔの相対移動に応じてブレが生じる狭範囲カメラ３０が撮像した狭範囲撮像画像に対してブレを解消するブレ補正処理を施し（ステップｓ５）、ブレ補正処理が施された表示画像を狭範囲観察画像表示Ｐｎのように画像表示部４０に表示する。これを観察が終了するまで繰り返し（ステップｓ６：Ｎｏ）、観察終了（ステップｓ６：Ｙｅｓ）によって当該フローを終了する。
【００９５】
なお、フートコントローラ２１４やマウス等の入力手段の操作によって、ブレを補正する動作のＯＮ／ＯＦＦ状態を切り替えられるように構成してもよい。  
例えば、ハンドル１３を観察者が把持して拡大鏡１を所望の観察位置にまで移動している最中などは、補正可能限界を超える量の前記三次元相対位置の変化が発生し得るため、ブレ補正を行わない方が有利である。
【００９６】
また、上記のような手動による方法で上記ＯＮ／ＯＦＦ状態の切り替え操作を行うのではなく、前記三次元相対位置の変化量の履歴から振動周波数、振動振幅、などのパラメータを計算し、パラメータに応じて、上記ＯＮ／ＯＦＦ状態が自動的に切り替わるように構成してもよい。
【００９７】
このように、歯牙Ｔをカメラ３０，２１で撮像して観察する拡大鏡１において、歯牙Ｔを狭撮像範囲Ａｎで撮像する狭範囲カメラ３０と、歯牙Ｔを広撮像範囲Ａｗで撮像する広範囲カメラ２１とを備え、広範囲カメラ２１で撮像した広範囲撮像画像に基づいて、少なくとも歯牙Ｔを含む観察対象の三次元位置を検出する三次元位置算出部５２と、三次元位置算出部５２によって三次元位置が検出された歯牙Ｔと、狭範囲カメラ３０との三次元相対位置の変化に基づいて、狭範囲カメラ３０で撮像した狭範囲撮像画像のブレを補正するブレ補正処理部５３と、ブレが補正された狭範囲撮像画像を少なくとも表示する画像表示部４０とを備えているため、狭撮像範囲Ａｎの歯牙Ｔを、ブレを抑制して精密に観察することができる。
【００９８】
詳述すると、歯牙Ｔと狭範囲カメラ３０との三次元相対位置に変化が生じると、狭範囲カメラ３０が撮像する狭範囲撮像画像にブレが生じるが、広範囲カメラ２１で撮像した広範囲撮像画像に基づいて算出した、少なくとも歯牙Ｔの三次元位置と、狭範囲カメラ３０との三次元相対位置の変化によって生じる狭範囲撮像画像のブレを補正するため、ブレのない鮮明な狭範囲撮像画像を得ることができる。したがって、狭撮像範囲Ａｎの歯牙Ｔを精密に観察することができる。
【００９９】
また、広範囲カメラ２１によって、歯牙Ｔを広撮像範囲Ａｗに撮像できるため、狭範囲カメラ３０で観察している箇所を含む広撮像範囲Ａｗを観察することができる。  
また、ブレが補正された狭範囲撮像画像を少なくとも表示する画像表示部４０とが備えられているため、視野の狭い狭範囲撮像画像と、視野の広い広範囲撮像画像とを合わせ見ながら、精密かつ包括的な観察を行うことができる。
【０１００】
つまり、広範囲撮像画像と狭範囲撮像画像とを画像表示部４０に並べて表示したり、切り替えて表示したりして同時に表示することで、狭撮像範囲Ａｎの部位を精密に観察しながらも、広撮像範囲Ａｗの視野の中での現在の着目位置を同時に確認でき、操作性や安全性が向上する。
【０１０１】
例えば、観察者が拡大鏡１にて歯牙Ｔを観察しながら、診療器具２１３として歯牙Ｔを切削するための歯科用タービンを使用する場面を考えたとき、観察者は狭範囲観察画像表示Ｐｎばかりに着目していると、歯科用タービンの位置が狭撮像範囲Ａｎから外れてしまった場合に、見えなくなってしまった歯科用タービンの鋭利な先端バーが、意図せず患者の口腔内や皮膚に触れ、傷付けてしまう虞があったが、上記のような包括的な観察が可能な構成としたことで、仮に、歯科用タービンの位置が狭撮像範囲Ａｎから外れてしまった場合であっても、患者の歯牙Ｔ周辺の広撮像範囲Ａｗを撮像した広範囲観察画像表示Ｐｗに映っている歯科用タービンの位置を視認することができ、患者を傷付けないよう歯科用タービンを操作することが可能となるため、安全性が向上する。
【０１０２】
このように、広範囲カメラ２１は、部品点数を増やすことなく同じカメラにより、ブレ補正処理に必要な歯牙Ｔの三次元位置情報を取得するためのカメラとして機能するだけでなく、上述のような包括的観察にも活用できるという相乗効果を奏することができる。
【０１０３】
また、ブレの原因となる機械的な振動が許容されるため、支持アーム３００で拡大鏡１を支持する場合であっても、剛性の低い、すなわち小型・軽量・低コストな構成で支持アーム３００を構成することができる。
【０１０４】
また、上述の拡大鏡１を支持する支持アーム３００が備えられ、支持アーム３００に支持された状態の拡大鏡１で負担なく観察することができる観察ユニットＹとして説明したが、支持アーム３００は、関節部３０１ａを可動させることによって支持した拡大鏡１が歯牙Ｔに対して移動可能に構成されているため、支持アーム３００を歯牙Ｔに対して適切な位置に配置してから拡大鏡１で観察できるため、より詳細に観察することができる。
【０１０５】
なお、三次元位置算出部５２によって三次元位置が検出された歯牙Ｔと、狭範囲カメラ３０との三次元相対位置は、広範囲撮像画像に基づいて検出された歯牙Ｔの三次元位置と広範囲カメラ２１に対する既知の狭範囲カメラ３０の三次元位置とに基づいて算出しているが、広範囲撮像画像に狭範囲カメラ３０や拡大鏡本体１０も映り込むように広範囲撮像装置２０を配置するとともに、歯牙Ｔとともに狭範囲カメラ３０や拡大鏡本体１０が映り込む広範囲撮像画像に基づいて歯牙Ｔ及び狭範囲カメラ３０の各三次元位置や三次元相対値を算出してもよい。
【０１０６】
なお、上述の説明では、図４に示すように狭範囲光学系Ｎと広範囲光学系Ｗとを別々に構成した拡大鏡１について説明したが、狭範囲光学系Ｎと広範囲光学系Ｗについて様々な形態で構成することできる。
【０１０７】
例えば、図５（ａ）に示すように、広範囲カメラ２１と広範囲光学路２２とで構成する広範囲光学系Ｗと、狭範囲カメラ３０と狭範囲光学路３１とで構成する狭範囲光学系Ｎとを別々で構成するものの、広範囲光学路２２及び狭範囲光学路３１を透過する撮像画像がともに透過する共通レンズ６１を備えた拡大鏡１ａであってもよい。
【０１０８】
なお、このような拡大鏡１ａは、図３に示すような拡大鏡本体１０の筐体１０ａに対して別体で広範囲撮像装置２０を設けた拡大鏡１と異なり、狭範囲カメラ３０及び狭範囲光学路３１に加え、広範囲カメラ２１及び広範囲光学路２２も筐体１０ａに内蔵し、共通レンズ６１を対物部１２に備えることで構成することができる。
【０１０９】
なお、図５（ａ）において、共通レンズ６１は単一のレンズとして描かれているが、他の形態であってよい。例えば、複数の要素レンズで構成されたレンズシステムであったり、ミラー、光学フィルタ、偏光素子、カバーガラス等のその他の光学素子であったり、あるいは上記の組み合わせで構成された光学系であってもよい。
【０１１０】
特に、共通レンズ６１を構成する上記光学系が等価的にレンズとみなせる場合（合成焦点距離が規定できる場合）、図５（ａ）に示すように、光軸（カメラ２１，３０から歯牙Ｔへと向けられる矢印）の方向を歯牙Ｔに向けて屈折させることができ、共通レンズ６１よりもカメラ２１，３０に近い側の光軸を筐体に対して平行に配置することが可能となる。
【０１１１】
図４のように両光軸を斜めに配置する場合と比べ、広範囲光学系Ｗや狭範囲光学系Ｎを筐体に保持するための部品の設計や組立工程を簡素することができるなどの効果が生じる。また、カメラ２１，３０を配置する面が同一となるよう配置することによって、カメラ２１，３０を構成するイメージセンサを同一の電子基板上に実装でき、小型・部品点数削減・組立簡素化を図ることができる。
【０１１２】
また、図５（ｂ）のように共通レンズ６１の代わりに、複数の斜面を有するウェッジプレート６１ａを用いて拡大鏡１ａを構成しても同様の効果が得られる。また、該ウェッジプレート６１ａは単一の素子であるように図示しているが、例えば、単一の斜面を有するウェッジプレートを複数組み合わせることでウェッジプレート６１ａを構成してもよい。また、共通レンズ６１やウェッジプレート６１ａを、ミラーやペンタプリズムなどその他の屈折作用のある素子で置換または組み合わせて構成することで、同様の光軸を屈折させる効果が得られることは言うまでもない。
【０１１３】
このように構成された拡大鏡１ａは、対物部１２から入光した歯牙Ｔの光学像は共通レンズ６１を透過した後、広範囲光学系Ｗを構成する広範囲光学路２２を透過して広範囲カメラ２１で撮像するとともに、狭範囲光学系Ｎを構成する狭範囲光学路３１を透過して狭範囲カメラ３０で撮像することで観察することができる。そして、拡大鏡１ａは、上述のような拡大鏡１の効果を奏するとともに、拡大鏡１に比べ、筐体２０ａを不要としており、また、レンズ、ミラー、光学フィルタ、偏光素子、カバーガラス等の光学素子を共通化することで、個別に上記光学素子を各光学系Ｎ，Ｗに設ける場合に比べ、部品点数を低減でき、拡大鏡１ａをコンパクトに構成することができる。
【０１１４】
このように、共通レンズ６１やウェッジプレート６１ａを備えた拡大鏡１ａは、共通レンズ６１やウェッジプレート６１ａによって狭範囲光学系Ｎや広範囲光学系Ｗの少なくとも一部が共用されるため、構造を簡素化することができ、コンパクトな拡大鏡本体１０を構成することができる。
【０１１５】
また、図５に示した共通レンズ６１やウェッジプレート６１ａの代わりに、図６に示すようにビームスプリッタ６２を備えるとともに、ビームスプリッタ６２と対物部１２との間にレンズ等で構成する共通光学路６３を備えて拡大鏡１ｂを構成してもよい。  
このように構成された拡大鏡１ｂは、対物部１２から入光した歯牙Ｔの光学像は共通光学路６３を透過した後、ビームスプリッタ６２で狭範囲光学系Ｎと広範囲光学系Ｗとに分離され、広範囲光学系Ｗを構成する広範囲光学路２２を透過して広範囲カメラ２１で撮像するとともに、狭範囲光学系Ｎを構成する狭範囲光学路３１を透過して狭範囲カメラ３０で撮像することで観察することができる。そして、拡大鏡１ｂは、上述のような拡大鏡１の効果を奏するとともに、拡大鏡１に比べて、コンパクトに構成することができる。
【０１１６】
また、図６（ａ）に示したようにビームスプリッタによる光学系Ｎ，Ｗの分離角が９０°であるため、図４に図示する拡大鏡１の光学系のように、光学路やイメージセンサといった部品を斜めに配置する必要が無くなり、固定部品の設計や組立を簡素化することができる。
【０１１７】
また、図６（ａ）では光学系Ｎ，Ｗが９０°に分離される例を図示しているが、例えば、図６（ｂ）に示すようにビームスプリッタ６２で光学像の進行方向を、９０°に分離した後に、分離された一方の光学像を、ミラー６２ａなどを用いて、進行方向をもう一度逆方向に９０°曲げることで、分離後の各光学系Ｎ，Ｗを平行に配置するように構成してもよい。この場合、カメラ２１，３０を構成するイメージセンサを同一の電子基板上に実装でき、小型、組立容易、部品点数削減を図ることができる。
【０１１８】
このように、ビームスプリッタ６２やミラー６２ａを備えた拡大鏡１ｂは、ビームスプリッタ６２やミラー６２ａによって狭範囲光学路３１と広範囲光学路２２との少なくとも一部を共用できるため、構造を簡素化することができ、コンパクトな拡大鏡本体１０を構成することができる。
【０１１９】
さらには、図７（ａ）に示すように、広範囲カメラ２１と広範囲光学路２２とで構成する広範囲光学系Ｗと、狭範囲カメラ３０と狭範囲光学路３１とで構成する狭範囲光学系Ｎとを別々で構成するものの、広範囲カメラ２１と狭範囲カメラ３０とをひとつの共通イメージセンサ６４で構成した拡大鏡１ｃであってもよい。
【０１２０】
このとき、共通イメージセンサ６４を、広範囲カメラ２１における領域と、狭範囲カメラ３０における領域とに分けて使用することでひとつのイメージセンサで広範囲カメラ２１と狭範囲カメラ３０としての機能を実現することができる。
【０１２１】
この拡大鏡１ｃも、別々の電子基板が必要であった図４に図示の拡大鏡１の構成に比べ、ひとつの電子基板にて広範囲の撮像と狭範囲の撮像とを実現できるため、部品点数を削減でき、小型・組立簡素化を図ることができる。
【０１２２】
このように構成された拡大鏡１ｃは、対物部１２から入光した歯牙Ｔの撮像画像は、広範囲光学系Ｗを構成する広範囲光学路２２を透過し、共通イメージセンサ６４における広範囲カメラ２１として機能する領域で撮像するとともに、狭範囲光学系Ｎを構成する狭範囲光学路３１を透過して狭範囲カメラ３０として機能する領域で撮像することで観察することができる。
【０１２３】
このように構成された拡大鏡１ｃは、拡大鏡１による効果及び拡大鏡１ａによる効果を奏するとともに、共通イメージセンサ６４で狭範囲カメラ３０と広範囲カメラ２１との機能を実現しているため、狭範囲カメラ３０と広範囲カメラ２１との相対位置が変化しないため、広範囲カメラ２１によって検出された広範囲撮像画像に基づく歯牙Ｔの三次元位置の変化に対して狭範囲カメラ３０が撮像した狭範囲撮像画像のブレ補正を正確に行うことができる。なお、拡大鏡１ａに備えた共通レンズ６１やウェッジプレート６１ａ、または拡大鏡１ｂに備えたビームスプリッタ６２及びミラー６２ａを拡大鏡１ｃに備えてもよい。
【０１２４】
また、狭範囲光学系Ｎと広範囲光学系Ｗとを左眼用と右眼用とにそれぞれ二系統を設けてもよい。狭範囲光学系Ｎと広範囲光学系Ｗとをそれぞれ二系統設けた拡大鏡１ｄは、図７（ｂ）に示すように、広範囲カメラ２１及び広範囲光学路２２を左眼用と右眼用とにそれぞれ二つずつ設け、狭範囲カメラ３０及び狭範囲光学路３１も左眼用と右眼用とにそれぞれ二つずつ設けることで構成することができる。
【０１２５】
これにより、広範囲撮像装置２０及び狭範囲カメラ３０を双眼タイプの立体カメラで構成することができるため、拡大鏡１ｄは、広範囲カメラ２１及び狭範囲カメラ３０の両方ともを、視差を利用して歯牙Ｔを立体的に観察することができる立体カメラ（ステレオカメラ）として構成できる。これにより、表示部４０に表示する画像表示Ｐｎ，Ｐｗの両方を、観察者は立体視することができるため、包括的観察及び精密な観察の両方において観察の際の操作性や満足度を向上することができる。
【０１２６】
なお、拡大鏡１ｄにおける左右それぞれの狭範囲光学系Ｎ及び広範囲光学系Ｗにおいて、拡大鏡１ａのように共通レンズ６１やウェッジプレート６１ａを設けてもよいし、拡大鏡１ｂのようにビームスプリッタ６２やミラー６２ａと共通光学路６３とを設けてもよい。これにより、拡大鏡１ｄは、拡大鏡１ａや拡大鏡１ｂと同様の効果を奏することができる。
【０１２７】
さらには、拡大鏡１ｄにおける左右それぞれの狭範囲光学系Ｎの狭範囲カメラ３０と広範囲光学系Ｗの広範囲カメラ２１とを、拡大鏡１ｃのように共通イメージセンサ６４で構成してもよい。これにより、拡大鏡１ｄは、拡大鏡１ｃと同様の効果も奏することができる。
【０１２８】
なお、拡大鏡１ｄのように狭範囲光学系Ｎ及び広範囲光学系Ｗの両方とも二系統で構成してもよいが、狭範囲光学系Ｎ及び広範囲光学系Ｗのうちいずれかを二系統で構成し、もう一方を一系統で構成してもよい。
【０１２９】
また、図８（ａ）に示すように、拡大鏡１に対して、少なくとも歯牙Ｔを照らす投影部７０を設けてもよい。具体的には、投影部７０は、歯牙Ｔに対して投影光Ｌを投影する。ここでは、狭範囲撮像領域に対応する範囲を照らすように投影光Ｌの照明範囲を設定している。例えば、図８（ａ）のように狭範囲カメラの最適な焦点位置にてカメラの光軸と、投影光の光軸とが交差するよう配置することで実現される。
【０１３０】
なお、投影光Ｌは、拡大鏡１を使用している間、常時点灯していてもよいし、所定のタイミングで点滅するように構成してもよい。  
また、投影光Ｌは、例えば、格子状等のパターンを含むパターン投影光Ｌａとしてもよい。これにより、例えば、広範囲カメラを三次元的な表面形状を演算できる立体カメラ（例えば、パターン投影型の三角法に基づく立体カメラ）とし、三次元位置算出部５２が上記表面形状の三次元的な特徴点の三次元位置を算出する際の精度や、後述する全焦点狭範囲撮像画像を生成する際の精度が向上する。
【０１３１】
また、上記投影光Ｌ，Ｌａの照明範囲は、狭撮像範囲Ａｎだけでなく、狭撮像範囲Ａｎを含む広撮像範囲Ａｗとしてもよい。この場合、照明範囲のうち、狭撮像範囲Ａｎと広撮像範囲Ａｗとで、明るさや、色、パターン投影光Ｌａのパターンの形態を変えるなど照明状態を区別するのが有利である。
【０１３２】
例えば、広範囲カメラ２１と狭範囲カメラ３０とで、撮像する範囲や絞り値やシャッタスピード等、露光感度を規定するパラメータが異なっている場合に、カメラに応じて適切な光量や色を設定するのがよい。また、広範囲カメラ２１が三次元的な表面形状を演算するためのアルゴリズムや、後述する全焦点狭範囲撮像画像を生成するアルゴリズムに応じて、狭撮像範囲Ａｎと広撮像範囲Ａｗとで、パターン投影光Ｌａのパターンの形態を区別するのがよい。
【０１３３】
このように投影部７０を備えることによって、狭範囲カメラ３０で明るい狭範囲撮像画像を撮像できるとともに、狭範囲カメラ３０で撮像する狭範囲撮像画像に対応する狭撮像範囲Ａｎが明るく表示されるため、広範囲カメラ２１で撮像する広範囲撮像画像において狭撮像範囲Ａｎを明示することができる。
【０１３４】
また、狭撮像範囲Ａｎだけでなく、狭撮像範囲Ａｎを含む広撮像範囲Ａｗを照明する場合であっても、狭撮像範囲Ａｎと広撮像範囲Ａｗとで、明るさや、色やパターンを変えるなど、照明状態を区別することで上述の明示機能を実現することができる。
【０１３５】
なお、投影部７０は拡大鏡１ａ，１ｂ，１ｃに備えてもよい。また、上述の拡大鏡１ｄにおいて投影部７０を備える場合には、左右用の二系統の狭範囲光学系Ｎ及び広範囲光学系Ｗに対して系統ごとに投影部７０を備えてもよいし、ひとつの投影部７０を備えてもよい。左右用の二系統の狭範囲光学系Ｎ及び広範囲光学系Ｗに対して系統ごとに投影部７０を備える場合、左眼用の投影部７０と右眼用の投影部７０とで投影光Ｌの波長（色）、偏光状態、点滅タイミングを変えてもよい。
【０１３６】
このように、制御部５０の制御によって連続撮影する際に、少なくとも狭範囲カメラ３０で撮像する歯牙Ｔに投影光Ｌ，Ｌａを投影する投影部７０を備えることにより、視野の狭い狭範囲カメラ３０によって観察している歯牙Ｔに投影光Ｌ，Ｌａが投影されるため、図９（ｂ）に示すように、広範囲カメラ２１で撮像された広範囲撮像画像において、狭範囲カメラ３０によって観察している歯牙Ｔを明示することができる。
【０１３７】
つまり、投影された投影光Ｌ，Ｌａは、図９（ｂ）における広範囲観察画像表示Ｐｗ’に示すように、広範囲撮像画像において狭範囲撮像画像で撮像された箇所を明示する撮像箇所明示部Ｐｅとして機能することができる。また、広範囲撮像画像と狭範囲撮像画像とを画像表示部４０に並列して表示することで、全体位置の中での観察箇所が明瞭になり操作性を向上することができる。
【０１３８】
また、投影部７０が投影するパターン投影光Ｌａが少なくとも狭範囲カメラ３０で撮像する歯牙Ｔに投影されることにより、例えば、歯牙Ｔが模様の無い均質な構造体であってもパターンを付与することにより、後述する全焦点狭範囲撮像画像を生成する過程において、コントラストの検知が容易かつ正確となり、より鮮明な被写界深度の深い狭範囲撮像画像を精度よく生成することができる。
【０１３９】
また、図８（ｂ）に示すように、狭範囲光学系Ｎ及び広範囲光学系Ｗにそれぞれ投影部７０（７０ａ，７０ｂ）を備えた拡大鏡１ｅであってもよい。この場合、狭範囲光学系Ｎ及び広範囲光学系Ｗにそれぞれ投影部７０（７０ａ，７０ｂ）に加えて、光学路３１，２２にビームスプリッタ７１を備えていてもよい。
【０１４０】
このように構成された拡大鏡１ｅは、上述のような拡大鏡１の効果を奏するとともに、投影部７０から投影した投影光Ｌ，Ｌａはビームスプリッタ７１を通り歯牙Ｔに投影され、歯牙Ｔで反射した反射光はビームスプリッタ７１を透過して狭範囲カメラ３０及び広範囲カメラ２１で撮像することで観察することができる。
【０１４１】
また、投影部７０（７０ａ，７０ｂ）を別々に設けたことにより、投影部７０が単一であった場合と比べ、上述したような撮像範囲Ａｗ，Ａｎに応じて照明状態を区別する場合に、投影部７０の設計の自由度が向上する。
【０１４２】
なお、狭範囲光学系Ｎの投影部７０ａと広範囲光学系Ｗの投影部７０ｂとで同時に投影光Ｌ，Ｌａを投影する場合、投影光Ｌ，Ｌａの波長（色）、偏光状態、点滅タイミング、あるいはパターンの模様などを変えてもよい。
【０１４３】
さらに、拡大鏡１の別の例として、図１２に示すように全焦点拡大鏡１ｆを構成してもよい。全焦点拡大鏡１ｆは図８（ｂ）に図示する拡大鏡１ｅにおける狭範囲光学系Ｎにおける狭範囲光学路３１にビームスプリッタ７１に加えて焦点可変レンズ７２を備えている。そして、全焦点拡大鏡１ｆは、図１（ｂ）に示すように、狭範囲光学系Ｎにおける狭範囲カメラ３０に対する焦点可変レンズ７２の位置を調整する焦点調整部７３を備えるとともに、制御部５０に、焦点調整部７３を制御する焦点調整制御部５４と、投影部７０によるパターン投影光Ｌａの投影を制御する投影制御部５５とを備えている。
【０１４４】
このように構成した全焦点拡大鏡１ｆの狭範囲光学系Ｎでは、例えば、焦点可変レンズ７２が機械的にレンズの位置を移動するタイプの焦点可変レンズである場合には、図１３に示すように、狭範囲カメラ３０に対する焦点可変レンズ７２の位置を焦点調整部７３によって調整することで、狭範囲カメラ３０の焦点位置（すなわち図１３において、狭撮像範囲Ａｎとして図示されている面の、高さ方向の位置）を、光軸方向における所定の範囲Ｒに亘って掃引することができ、焦点位置を掃引させながら狭範囲撮像画像を撮像することができる。
【０１４５】
図１４に示すように、焦点調整部７３の制御によって焦点可変レンズ７２を調整することで焦点位置を歯牙Ｔの上部から高さ方向に順に掃引させながら、焦点位置の所定のタイミングに合わせて狭範囲カメラ３０で狭範囲撮像画像を撮像することで、焦点位置の異なる複数の狭範囲撮像画像を得ることができる。そして、これら焦点位置の異なる複数の狭範囲撮像画像を画像生成部５１で合成することで、狭範囲カメラ３０の光軸方向である高さ方向の全範囲にわたって焦点が合った、すなわち被写界深度が拡大された、全焦点狭範囲撮像画像を得ることができる。なお、図１４においては、焦点位置を歯牙Ｔの上部から高さ方向に順に掃引する様子を示しているが、逆方向から掃引を始めてもよいし、周期的に掃引を繰り返してもよい。
【０１４６】
具体的には、複数の狭範囲撮像画像を合成して全焦点狭範囲撮像画像、すなわち被写界深度が拡大された狭範囲撮像画像を生成する方法として、  
（１）まず、狭範囲カメラ３０における狭範囲光学路３１のレンズ等を機械的に駆動させるなどの方法によって焦点位置を歯牙Ｔ上で掃引しながら連続的に狭範囲カメラ３０で撮像する。  
（２）各狭範囲撮像画像を構成する画素毎にコントラスト量（狭範囲撮像画像がボケているか、ピントが合っているかを定量化したもの）を計算し、レンズを一往復（または半往復）させるなどによって焦点位置を掃引する間に、コントラスト量が極大値を示したときの画素値を、画像表示部４０に表示する狭範囲撮像画像として採用する。  
なお、コントラスト量を得る方法としては、ラプラシアン演算子を用いた方法、微分フィルタを用いた方法などの公知の手法を適用することができる。
【０１４７】
もし、狭範囲撮像画像にブレが生じていると、（２）の演算において、極大値が複数回存在するなどし、画像表示部４０に表示する狭範囲撮像画像が歪んだりノイズが生じたりするおそれがあるが、本発明においてはブレが補正された狭範囲撮像画像に基づいて演算を行うため、上述のノイズ等の問題は解消され、観察者の操作性を向上させることができる。  
なお、上述の手順は、ＦＰＧＡなどのハードウェアプロセッサを使って高速に演算するとよい。
【０１４８】
なお、狭範囲カメラ３０による焦点位置を移動させるためには、上述したように範囲カメラ３０を固定し、狭範囲光学路３１を構成するレンズ等の焦点距離を機械的に移動させる方法のほか、液体レンズ等の焦点可変レンズを電気的に制御することで調整して焦点位置を移動させてもよい。また、焦点距離を所定の距離に維持したまま狭範囲カメラ３０を物理的に移動させて焦点位置を移動させてもよいし、拡大鏡本体１０全体を移動させてもよい。
【０１４９】
また、上述のような機械的な可動部を含む構成にて焦点位置の掃引を連続的に繰り返す場合、重心の移動に伴って発生する振動を打ち消すためのカウンターウェイト（前記可動部とは反対方向に運動する錘）を用いるのが良い。該カウンターウェイトの採用により、不要な振動が抑圧されるとともに、全焦点拡大鏡１ｆが低騒音に動作するようになり、さらに高精度な観察が可能となる。
【０１５０】
このように全焦点拡大鏡１ｆは、歯牙Ｔに対して、狭範囲カメラ３０における焦点位置を移動させながらの連続撮影を制御する焦点調整制御部５４と、連続撮影された複数の狭範囲撮像画像を合成して全焦点狭範囲撮像画像、すなわち被写界深度の深い狭範囲撮像画像を生成する画像生成部５１が備えられているため、被写界深度の深い狭範囲撮像画像に基づいてより精密に観察することができる。
【０１５１】
詳述すると、狭範囲カメラ３０は、歯牙Ｔにおける狭撮像範囲Ａｎを高拡大倍率で撮像するが、その反面、狭範囲カメラ３０によって撮像された狭範囲撮像画像は被写界深度が浅い、つまり撮像画像の奥行方向において焦点が合っている箇所が狭く、精密に観察できる範囲が少ない傾向にあるが、歯牙Ｔに対して、狭範囲カメラ３０における焦点位置を移動させながら連続撮影し、連続撮影された複数の狭範囲撮像画像を合成して被写界深度の深い狭範囲撮像画像を生成する、つまり、歯牙Ｔにおける狭撮像範囲Ａｎを高拡大倍率かつ、奥行方向に焦点が合っている範囲の広い狭範囲撮像画像により、精密に観察することができる。
【０１５２】
なお、焦点位置を移動させながら連続撮影された複数の狭範囲撮像画像はブレが補正されているため、連続撮影された複数の狭範囲撮像画像を精度よく合成して、鮮明な被写界深度の深い狭範囲撮像画像を高精度で生成することができる。
【０１５３】
すなわち、広範囲カメラ２１は、ブレ補正するために機能し、狭範囲カメラ３０により上述のような被写界深度の深い撮像画像を生成する際の精度向上のためにも活用でき、さらには部品点数を増やすことなく同じ広範囲カメラ２１を用いて、包括的観察・明示部の処理・後述の焦点位置情報に基づいた歯牙Ｔの精密な三次元計測を実施できるという相乗効果を奏することができる。
【０１５４】
また、図１（ｂ）に破線で示すように、全焦点拡大鏡１ｆに制御部５０の制御によって連続撮影した際の移動する焦点位置に関する焦点位置情報に基づいて、少なくとも狭範囲カメラ３０で撮像する歯牙Ｔの三次元形状を計測する三次元形状計測部５６を備えてもよく、三次元形状計測部５６を備えることで、狭撮像範囲Ａｎにおいて鮮明で被写界深度の深い狭範囲撮像画像を撮像するとともに、歯牙Ｔの三次元形状も得ることができる。
【０１５５】
具体的には、上述の全焦点狭範囲撮像画像を生成する処理（２）において、ある画素においてコントラスト量が極大値を示すことと、移動する前記焦点位置と観察部位である歯牙Ｔの表面位置とが一致することとは、同値である。
【０１５６】
また、移動する前記焦点位置に関する焦点位置情報は、あらかじめ形状既知の基準物体を撮像する等の校正処理を実行しておくことにより、前記狭範囲撮像部制御部の制御状態（液体レンズへの入力電圧情報や、レンズを移動するアクチュエータ等への入力電圧情報、あるいはエンコーダセンサ等を用いることで実測可能な機械的に移動するレンズの現在位置情報）と対応付けることが可能である。すなわち上述の被写界深度の深い狭範囲撮像画像を生成する処理と、上記の焦点位置情報とに基づき、観察部位の三次元形状を取得することが可能である。
【０１５７】
もし、被写界深度の深い狭範囲撮像画像を生成するために連続的に撮像する複数の画像にブレが生じていると、上述の（２）の処理において、極大値が複数回存在するなどによって、計測される三次元形状が歪んだり、ノイズが生じたりするおそれがあるが、本発明においてはブレが補正された狭範囲撮像画像に基づいて三次元形状を計測する処理が行われるため、上述のノイズ等の問題は解消され、より高精度な三次元形状を計測することが可能となる。
【０１５８】
また、広範囲カメラ２１で撮像した広範囲撮像画像から歯牙Ｔや広撮像範囲Ａｗの三次元位置を検出するために、口腔内に複数の特徴点を設けることでより正確に三次元位置を算出することができる。そのための一例として、図１１に示すように、被観察対象である患者が咬合紙を噛むことで、患者の歯に赤／青などの色の模様（色点Ｐｃ）が転写され、転写された色点Ｐｃを特徴点とすることができる。これらの色点Ｐｃの動きを広範囲カメラ２１でトラッキングすることで、患者歯列の三次元的な位置・動きを認識することができる。したがって、広範囲カメラ２１によって検出された広範囲撮像画像に基づく歯牙Ｔの三次元位置の変化に対して狭範囲カメラ３０が撮像した狭範囲撮像画像のブレ補正をより正確に行うことができる。
【０１５９】
なお、転写した色点が頬肉などに隠れてしまい特徴点が見えづらくなることを防ぐため、硬組織（すなわち患者の歯列）を露出させる開口器を併用するとよい。ここでいう咬合紙とは、「咬合紙」の名称で広く市販されているもの、すなわち赤や青色の顔料が転写されるシート状の薄膜に限らず、歯で噛むことで、咬合に応じた箇所に、色や光学的な特徴（生体安全性のある顔料などの塗料、粘着剤、粘着シート、マイクロカプセル、粒子、投影光Ｌの照射に応じて蛍光を示す物質など）が転写されるものであり、口に挿入可能なサイズのシート状もしくは厚みのある形状、印象トレー形状、マウスピース（スプリント）形状のもの全般を含む。
【０１６０】
このように、歯牙Ｔが口腔内における所望の部位であり、三次元位置算出部５２は、噛合紙によって口腔内の歯の表面に着色された複数の着色箇所を広範囲撮像画像内で検出することによって、例えば、ボールマーカーなどの特徴点となる別部材を設けることなく、精度よく三次元位置を検出することができる。
【０１６１】
なお、このように構成した拡大鏡１（１ａ乃至１ｆ）を有する観察ユニットＹは、制御部５０にモニタ２４０を接続することによって、狭範囲カメラ３０及び広範囲カメラ２１で撮像した撮像画像を画像表示部４０のみならず、モニタ２４０にも表示させて、観察することができる。上記モニタ２４０は、例えば、図２において治療用スタンドポール２３０に設置された例を示しているが、支持アーム３００や、支持アーム３００とは別の支持アーム、壁、天井等、など別の位置に設けられてもよい。
【０１６２】
また、図示省略するが、観察ユニットＹに、モニタ２４０以外の外部モニタを制御部５０に接続してもよく、あるいはヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）や、メガネ型のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）などのようにヘッドギアタイプ、ヘルメットタイプ、サンバイザータイプ、バンドタイプ、メガネタイプ、観察者が視力矯正等のために普段使用している一般のメガネのフレームに対してクリップで装着するタイプの表示装置を制御部５０に無線等の通信手段を用いて接続してもよい。
【０１６３】
このようにモニタ２４０をはじめ、複数の表示装置を設けることにより、観察者が様々な位置に移動する場合や、観察者が複数いる場合であっても、画像表示部４０とは別のモニタ２４０にて、さまざまな視点位置からブレが補正された前記狭範囲撮像画像を表示させて、観察することができる。例えば、歯科診療において、被観察者である患者から見ることができる位置にモニタ２４０を配置することで、診療状況の患者への説明や、インフォームドコンセントなどにも有効である。
【０１６４】
また、拡大鏡１（１ａ乃至１ｆ）に画像表示部４０を配置せず、図示省略するＨＭＤやＨＵＤなどのようにヘッドギアタイプ、ヘルメットタイプ、サンバイザータイプ、バンドタイプ、メガネタイプ、観察者が視力矯正等のために普段使用している一般のメガネのフレームに対してクリップで装着するタイプに、拡大鏡１（１ａ乃至１ｆ）における画像表示部４０を配置し、拡大鏡１の本体から画像表示部４０を分離した頭部装着型の拡大鏡であってもよい。
【０１６５】
このように、画像表示部４０の代わりに、あるいは画像表示部４０と併用して、観察者の頭部に画像表示部４０を装着するＨＭＤ，ＨＵＤは、頭部の移動を制限されることなく、ブレが補正された狭範囲撮像画像を表示させて、観察することができる。
【０１６６】
以上、本発明の構成と、前述の実施態様との対応において、本実施形態の観察部位は歯牙Ｔに対応し、
以下同様に、
撮像部はカメラ３０，２１に対応し、
観察装置は拡大鏡１に対応し、
狭範囲は狭撮像範囲Ａｎに対応し、
狭範囲撮像部は狭範囲カメラ３０に対応し、
広範囲は広撮像範囲Ａｗに対応し、
広範囲撮像部は広範囲カメラ２１に対応し、
広範囲撮像画像は広範囲撮像画像に対応し、
三次元位置検出部は三次元位置算出部５２に対応し、
狭範囲撮像画像は狭範囲撮像画像に対応し、
ブレ補正部はブレ補正処理部５３に対応し、
画像表示部は画像表示部４０に対応し、
狭範囲撮像部の光学経路は狭範囲光学路３１に対応し、
広範囲撮像部の光学経路は広範囲光学路２２に対応し、
狭範囲撮像部制御部は制御部５０に対応し、
狭範囲撮像画像生成部は画像生成部５１に対応し、
光は投影光Ｌ，Ｌａに対応し、
光投影部は投影部７０に対応し、
三次元形状計測部は三次元形状計測部５６に対応し、
頭部装着型表示装置はＨＭＤ，ＨＵＤに対応し、
支持部は支持アーム３００に対応し、
観察ユニットは観察ユニットＹに対応し、
表示装置はモニタ２４０，外部モニタに対応するが、上記実施形態に限定するものではない。
【０１６７】
例えば、上述の説明では、拡大鏡１や観察ユニットＹ、及び診療ユニットＸについて、患者の歯牙Ｔを観察対象とし、歯科診療における観察について説明したが、歯牙のみならず、歯牙の内部や歯肉など口腔内の部位を観察対象として診療のみならず、実習などに活用してもよい。また、歯科のみならず、耳鼻科や脳外科など精密な診療が必要な他領域においても活用できるし、歯科、医療領域のみならず、拡大鏡１や観察ユニットＹはバイオなどの精密性が求められる分野においても活用することができる。
【０１６８】
また、三次元位置算出部５２は、連続的に撮像した広範囲撮像画像のうち、現在撮像された広範囲撮像画像と、それよりも過去のタイミングで撮像した少なくとも１枚の広範囲撮像画像とを比較し、撮像画像内の特徴的な箇所（特徴点）がどのような運動をしているかをテンプレートマッチングや特徴点マッチング等の手法を適用することによって検出したが、特徴点はブレ無く観察したい歯牙Ｔに対して剛体的に固定されたものであれば別の形態でもよく、カメラ２１で撮像可能な光の波長や、トラッキングのアルゴリズムに応じた形態のもの（たとえば赤外線に対して強い反射を示す再帰反射型のボールマーカー等）を選択し、トラッキングすることが有効である。
【０１６９】
また、撮像画像内でトラッキング対象をそれ以外（例えば、被観察者の歯とは無関係に動く観察者の手、手術具、被観察者の口腔内外の軟組織）を除外する除外処理があるとなおよい。除外処理の例として、例えば、色の違いを利用して歯ではない部分を特定する方法などが適用できる。また、形状や光学的な反射・発光特性が特徴的なマーカを設け、被観察者の歯に対して剛体的に固定することで、当該マーカを特徴点としてもよい。
【符号の説明】
【０１７０】
１…拡大鏡
２１…広範囲カメラ
２２…広範囲光学路
３０…狭範囲カメラ
３１…狭範囲光学路
４０…画像表示部
５０…制御部
５１…画像生成部
５２…三次元位置算出部
５３…ブレ補正処理部
５６…三次元形状計測部
７０，７０ａ…照明部
２４０…モニタ
３００…狭範囲カメラ
Ａｎ…狭撮像範囲
Ａｗ…広撮像範囲
Ｌ…投影光
Ｌａ…パターン投影光
Ｔ…歯牙
Ｙ…観察ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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