(57)【要約】【課題】観察時の疲労感などの障害の無い立体視観察を実現できる立体観察システムを提供する。【解決手段】画像表示手段５３により表示された第１の像の中心を見る観察者５５の左眼の視線と、画像表示手段５２により表示された第２の像の中心を見る観察者５５の右眼の視線が互いに輻輳角α２をなすように立体表示ユニットを構成し、輻輳角α２は以下の条件（１）を満たす。2004309930.tif 000006【選択図】  図１０
2004309930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射瞳を少なくとも２つ有して互いに視差を有する左眼用の第１の像と右眼用の第２の像を撮像する撮像手段を有し、前記２つの入射瞳中心を結ぶ距離の１０倍以上の被写界深度を有する立体撮像ユニットと、前記立体撮像ユニットで撮像した２つの像を表示する２つの画像表示手段を有する立体表示ユニットとからなる立体観察システムにおいて、
前記画像表示手段により表示された前記第１の像の中心を見る観察者の左眼の視線と、前記画像表示手段により表示された前記第２の像の中心を見る観察者の右眼の視線が互いに輻輳角α２をなすように前記立体表示ユニットを構成し、前記輻輳角α２は以下の条件（１）を満たすことを特徴とする立体観察システム。
2004309930.tif 000005
ただし、α１は前記立体撮像ユニットの輻輳角（内向角）、ｄは前記立体撮像ユニットの２つの入射瞳中心を結ぶ距離、Ｌは前記立体撮像ユニットの被写界深度の遠点から立体撮像ユニットの入射瞳までの距離、Ｓは前記立体撮像ユニットの被写界深度の近点から立体撮像ユニットの入射瞳までの距離、ｗ１は前記立体撮像ユニットの画角、ｗ２は前記立体表示ユニットの画角、Ｇは観察者の左右瞳孔間距離、Ｄは観察者の瞳孔位置から観察画像までの距離である。
【請求項２】
以下の条件（２）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の立体観察システム。
０．７≦α１／α２≦１．７            ・・・（２）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広範囲の被写界深度を有する立体視内視鏡などの立体撮像装置が撮像した、視差を有する左右の像を、立体観察する場合に好適な立体観察システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、医療分野、特に外科分野において立体視内視鏡などの立体観察システムを用いた手技が普及しつつある。
【０００３】
もともと、従来内視鏡と専用処置具を用いた手技は、開腹手術を必要としていた疾病を内視鏡下で低侵襲に処置することを可能とした。さらに内視鏡が立体視化し、新たに得られた奥行き方向の情報は処置具の誘導を確実にし、従来の内視鏡下処置に比べ、より短時間に、より繊細で高度な処置を行うことができるようになった。
【０００４】
このため、低侵襲手技である立体視内視鏡下外科手術は、今後も発展が期待されている。
立体観察システムの観察系は通常２眼式であり、図６に示すように、視差を有する観察物体１の左右の像を撮像するための撮像光学系と撮像素子を内蔵した立体撮像ユニット２と、この立体撮像ユニット２からの左右像の映像信号により立体像を生成する立体映像信号処理ユニット３と、生成された立体像を表示する立体表示装置ユニット４の３つのユニットからなる。
【０００５】
そして、この立体観察システムでは、立体撮像ユニット２の撮像光学系により物体の像が撮像素子の撮像面に形成される。視差を有する左右の像を得るために、撮像光学系には様々な方式が用いられる。撮像素子で取得した左右の画像は、映像信号として立体撮像ユニット２から立体映像信号処理ユニット３に伝達される。立体映像信号処理ユニット３は後段の立体表示装置ユニット４に対応して必要な信号処理を行う。立体表示装置ユニット４は、立体映像信号処理ユニット３から送出された立体像を基に表示素子上に左右の画像を形成する。
【０００６】
左右の画像を分離して観察者の両眼に伝達するために、立体表示装置ユニット４にも様々の方式が存在する。
立体表示装置の方式の代表的な一例として、観察者の顔面のごく近くに配置された光学系により直接、左右の画像に対応する観察者の左右の瞳（眼）に投光し、等価的に大画面の画像情報を虚像として立体観察させるようにした虚像立体観察式がある。
【０００７】
従来、立体視内視鏡と虚像立体観察式の表示装置とを組み合わせたシステムが提案されている（例えば特許文献１参照）。前記特許文献１に記載の立体観察システムは、立体視内視鏡の画像を自然な臨場感で観察するために、立体視内視鏡の画角と、虚像立体観察式表示装置の画角との関係を定めたものである。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−３１３８２８号公報（図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、自然な臨場感による立体視観察までは実現できても、実際に立体観察システムを使用する場合に発生する立体視観察時の観察者の疲労要因と、その解決方法については上記従来例では十分な検討がなされていなかった。
【００１０】
立体観察システムの実使用時の疲労は、特に立体撮像装置に立体視内視鏡を用いた時に発生する。
立体視内視鏡は、立体視用でない一般の内視鏡と同じく広い被写界深度を有し、被写体を被写界深度の範囲内で捉え、被写体に立体視内視鏡を近付けたり、被写体から遠ざけたりして所望の位置で観察する。被写界深度とは被写体がボケずに観察できる物体距離の範囲を言う。
【００１１】
観察の際には、立体視内視鏡から被写体までの距離に応じた焦点調整や輻輳角度調整などを行わずに観察する。図７はこの様子を表した図である。
図中、５は立体視内視鏡、６は立体視内視鏡保持アーム、７は虚像立体観察式表示装置、８は虚像立体観察式表示装置保持アーム、９は観察者、１０は立体視内視鏡５の先端部拡大図、１１は立体視内視鏡先端部、１２は立体視内視鏡光学系の左側入射瞳、１３は立体視内視鏡光学系の右側入射瞳、１４は立体視内視鏡の輻輳角、１５は立体視内視鏡の焦点位置、１６は立体視内視鏡の被写界深度範囲、１７は前記被写界深度範囲内で最も立体視内視鏡に近い位置Ａにある被写体、１８は立体視内視鏡の焦点位置Ｂにある被写体、１９は前記被写界深度内で最も立体視内視鏡から遠い位置Ｃにある被写体をそれぞれ示している。
【００１２】
観察者９は前述のように立体視内視鏡を前後に操作して、被写体を図中Ａの位置からＣの位置の範囲で捉えて観察する。被写体位置が図中のＡ〜Ｃのそれぞれの位置にある場合の観察画像を示したものが２０である。
【００１３】
２１は被写体が位置Ａにあるときの観察画像であり、２２は右眼用観察画像、２３は左眼用観察画像、２４は観察画像中心をそれぞれ示しており、被写体の画像２５は左右の画像共に観察画像中心２４に対してそれぞれ内側に寄っている。
【００１４】
又２２’は被写体が位置Ｂにあるときの観察画像であり、２６は右眼用観察画像、２７は左眼用観察画像をそれぞれ示しており、被写体の画像２８は左右の画像共に観察画像中心２４上にある。
【００１５】
又２３’は被写体が位置Ｃにあるときの観察画像であり、２９は右眼用観察画像、３０は左眼用観察画像をそれぞれ示しており、被写体の画像３１は左右の画像共に観察画像中心に対してそれぞれ外側に寄っている。
【００１６】
このように、立体視内視鏡と被写体との距離に応じて観察像中の被写体像は互いに内側や外側に寄ることがある。
被写体像が互いに外側に寄った時には、図８に示すように左右の被写体像へ向かう観察者の視線がそれぞれ外側に向いてしまい、左右の画像を融像できなくなったり、疲労を感じるという問題が発生していた。
【００１７】
図８中、３２は虚像立体観察式表示装置、３３は右眼用接眼光学系、３４は左眼用接眼光学系、３５は右眼用画像表示手段、３６は左眼用画像表示手段、３７は右眼用画像表示手段上に表示された外側に寄った被写体の像、３８は左眼用画像表示手段上に表示された外側に寄った被写体の像、３９は観察者をそれぞれ示している。
【００１８】
また、あらかじめある程度の輻輳角を持っている虚像立体観察式表示装置において、被写体像が互いに内側に寄った時には、図９に示すように左右の被写体像へ向かう観察者の視線が、虚像立体観察式表示装置によって作られた画像の虚像位置であり眼のピント位置でもある４０よりはるか手前で交差することになり、左右の画像を融像できなくなったり、疲労を感じるという問題が発生していた。
【００１９】
実験によると、左右の視線の交差点が眼のピント位置より少しでも眼に近付いた場合、強度の疲労感を感じることがわかった。
図９中、４１は虚像立体観察式表示装置、４２は右眼用接眼光学系、４３は左眼用接眼光学系、４４は右眼用画像表示手段、４５は左眼用画像表示手段、４６は右眼用画像表示手段上に表示された内側に寄った被写体の像、４７は左眼用画像表示手段上に表示された内側に寄った被写体の像、４８は観察者、４９は左右の被写体像へ向かう観察者の視線の交点をそれぞれ示している。右眼用接眼光学系４２と左眼用接眼光学系４３は角度αの輻輳角をなすように配置されている。
【００２０】
さらに、従来の立体観察システムはもう一つの問題を有する。
図１８に示すように、輻輳角α１の立体撮像装置１０００で、被写体１００１を、横に寝かせたものと、縦に立たせたものを撮像する。
【００２１】
次に、図１９に示すように図１８の立体撮像装置の輻輳角α１よりかなり小さい角度の輻輳角α２を有する立体表示装置で、前記立体撮像装置で撮像した、横に寝かせた被写体と縦に立たせた被写体を観察すると、横に寝かせた被写体の観察像１００２と、縦に立たせた被写体の観察像１００３とでは、感じる長さが著しく変わってしまう。
【００２２】
このように、輻輳角が互いに大きく異なる立体撮像装置と立体表示装置とからなる立体観察システムにおいては、観察される被写体の空間に強い歪みを感じることがあった。
【００２３】
観察される被写体の空間に強い歪みが発生すると、処置具の誘導に不具合を来す可能性がある。
上記従来例では、以上の問題点の原因や解決法について述べられていなかった。また、以上の問題点の説明には、立体表示装置として虚像立体観察式表示装置を用いたが、その他の方式の立体表示装置を用いても全く同じ問題を有する。
【００２４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、前記従来例に加えて、立体視内視鏡などの立体撮像ユニットと、虚像立体観察式表示装置などの立体表示ユニットの好ましい関係をさらに設定することにより、観察時の疲労感などの障害の無い立体視観察を実現することのできる立体観察システムを提供することを目的としている。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の立体観察システムは以下の特徴を有している。
（１）  入射瞳を少なくとも２つ有して互いに視差を有する左眼用の第１の像と右眼用の第２の像を撮像する撮像手段を有し、前記２つの入射瞳中心を結ぶ距離の１０倍以上の被写界深度を有する立体撮像ユニットと、前記立体撮像ユニットで撮像した２つの像を表示する２つの画像表示手段を有する立体表示ユニットとからなる立体観察システムにおいて、
前記画像表示手段により表示された前記第１の像の中心を見る観察者の左眼の視線と、前記画像表示手段により表示された前記第２の像の中心を見る観察者の右眼の視線が互いに輻輳角α２をなすように前記立体表示ユニットを構成し、前記輻輳角α２は以下の条件（１）を満たすことを特徴とする立体観察システム。
【００２６】
2004309930.tif 000003
ただし、α１は前記立体撮像ユニットの輻輳角（内向角）、ｄは前記立体撮像ユニットの２つの入射瞳中心を結ぶ距離、Ｌは前記立体撮像ユニットの被写界深度の遠点から立体撮像ユニットの入射瞳までの距離、Ｓは前記立体撮像ユニットの被写界深度の近点から立体撮像ユニットの入射瞳までの距離、ｗ１は前記立体撮像ユニットの画角、ｗ２は前記立体表示ユニットの画角、Ｇは観察者の左右瞳孔間距離、Ｄは観察者の瞳孔位置から観察画像までの距離である。
【００２７】
ここで、被写界深度の定義について簡単に説明する。図１７は撮像ユニットの光軸に沿う断面図である。この図において、物体Ｏの像Ｉが形成される位置に撮像素子を配置することにより、ピントの合った像を得ることができるが、物体Ｏに撮像ユニットを近接させてＯ’の位置に物体を移動させると、像ＩはずれてＩ’の位置に形成される。反対に、物体Ｏから撮像ユニットを離してＯ’’の位置に物体を移動させると、ＩはずれてＩ’’の位置に形成される。
【００２８】
ここで、撮像素子の位置は固定されているとすると、撮像素子の位置における像Ｉ’及びＩ’’は径δの錯乱円となり、このδが撮像素子のピクセルピッチＰの４倍すなわちδ＝４Ｐまでは、ピントボケした画像として観察されず、δ＞４Ｐからピントボケした画像として観察される。
【００２９】
よって、Ｏ’からＯ’’の範囲はピントが合っているように感じられ、この範囲を被写界深度と呼び、撮像光学系からＯ’までの距離Ｘｎを被写界深度内の最近接距離（近点）、撮像光学系からＯ’’までの距離Ｘｆを被写界深度内の最遠方距離（遠点）と定義する。この時の撮像光学系の実効口径比（Ｆナンバー）をＦｎｏ、撮像光学系の焦点距離をｆＬとすると、
｜１／Ｘｎ−１／Ｘｆ｜＝２×４Ｐ×Ｆｎｏ／ｆＬ２
が成立する。ここで、被写界深度Ｄは下記で表される。
【００３０】
Ｄ＝Ｘｆ−Ｘｎ
また、立体撮像ユニットが有する輻輳角（内向角）α１とは、図１に示すように、被写体５００側から、立体撮像ユニット５０１が有する光学手段５０２、５０３のそれぞれの入射瞳５０４、５０５のうち、右眼側の入射瞳５０５の中心５０６を通って、かつ、右眼用撮像手段５０７の撮像面中心５０８を通る光線５０９と、同じく被写体５００側から、左眼側の入射瞳５０４の中心５１０を通って、かつ、左眼用撮像手段５１１の撮像面中心５１２を通る光線５１３とのなす角度を言う。
【００３１】
また、立体撮像ユニットの画角ｗ１とは、図２に示すように、立体撮像ユニットが有する左眼用撮像手段５１４の撮像範囲５１５の対角直線５１６を、左眼用光学手段５１７で被写体側のある位置５１８に投影し、この投影された対角直線５１９の一方の端点５２０と左眼用光学手段５１７の入射瞳中心５２１を結ぶ直線５２２と、対角直線５１９の他方の端点５２３と入射瞳中心５２１を結ぶ直線５２４とのなす角度を言う。
【００３２】
図示しない右眼側についても全く同様なため説明を省略する。
なお、図３に示すように、撮像手段５２５の撮像範囲の形状を、絞り５２６や電気的手段により丸形状などに限定する場合は、前記対角直線の代わりに限定撮像範囲５４１内の最大長を持つ直線５２７を用いる。
【００３３】
また、立体表示ユニットの画角ｗ２とは、図４に示すように、立体表示ユニットが有する左眼用画像表示手段５３６に表示され、観察者により観察される左眼用画像５２８の対角直線５２９の一方の端点５３０と観察者の左眼５３１の瞳孔中心５３２を結ぶ直線５３４と、対角直線５２９の他方の端点５３３と観察者の眼５３１の瞳孔中心５３２を結ぶ直線５３５とのなす角度を言う。
【００３４】
また、左眼用画像５２８は、図４のような画像表示手段上に表示された画像そのものではなく、画像表示手段上に表示された画像を光学手段により投影した実像でもよく、もしくは同じく光学手段により投影された虚像でもよい。
【００３５】
図示しない右眼側についても全く同様なため説明を省略する。
なお、図５に示すように、画像表示手段５３７の表示範囲５３８より小さく丸形状などに限定表示する場合は、前記対角直線の代わりに限定表示範囲５３９内の最大長を持つ直線５４０を用いる。
【００３６】
また、観察者の左右瞳孔間距離Ｇは、５５ｍｍ〜７５ｍｍの値をとり、平均値は６５ｍｍである。
また、観察者の瞳孔位置から観察画像までの距離Ｄは、観察する画像が画像表示手段上に表示された画像であれば、観察者の瞳孔位置から画像表示手段の表示面までの距離となり、観察する画像が、画像表示手段上に表示された画像を光学手段により投影した実像や虚像であれば、上記Ｄは観察者の瞳孔位置から前記の実像や虚像までの距離となる。
【００３７】
この構成によると、立体撮像ユニットを被写界深度範囲内で被写体に対し最大限遠ざけ、立体表示ユニットで観察される被写体像が観察画像中心に対して互いに外側に寄っても、左右の被写体像へ向かう観察者の視線のなす角度を打ち消すように立体表示ユニットの輻輳角α２が設定されるため、左右の被写体像へ向かう観察者の視線が外側に向いてしまうことが無く、融像を容易にでき、強度の疲労を感じることは無い。
【００３８】
また、立体撮像ユニットを被写界深度範囲内で被写体に対し最大限近付け、立体表示ユニットで観察される被写体像が観察画像中心に対して互いに内側に寄っても、左右の被写体へ向かう観察者の視線の交点が、観察者の両眼のピント位置より手前になる事が無いように立体表示ユニットの輻輳角α２が設定されるため、融像を容易にでき、強度の疲労を感じることは無い。よって、常に疲労感などの障害の無い立体視観察を実現できる。
（２）  前記（１）項において、以下の条件（２）を満たすことを特徴とする立体観察システム。
【００３９】
０．７≦α１／α２≦１．７            ・・・（２）
立体撮像ユニットが有する輻輳角α１と立体表示ユニットが有する輻輳角α２が上記条件を満たしていれば、前記立体観察システムにより観察される被写体の空間に強い歪みを感じること無く観察できることが、実験によりわかった。
【００４０】
被写体の空間の強い歪みとは、例えばある長さの棒を立てて観察して奥行き方向に感じる棒の長さと、同じ棒を横にして観察して感じる棒の長さとが極端に一致しなくなることを言う。前記条件の下限を超えた場合、立てて観察した棒の長さが横にして観察した棒の長さよりはるかに長く感じる。また、前記条件の上限を超えた場合、立てて観察した棒の長さより横にして観察した棒の長さの方がはるかに長く感じる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の立体観察システムの実施例を説明する。
（実施例１）
図１０は本実施例の立体観察システムの図である。
【００４２】
本実施例の立体観察システムは、立体視内視鏡ユニット５０、立体映像信号処理ユニット５１と、図中Ａ〜Ｆに図示した各種立体表示ユニットのいずれかとからなる。
【００４３】
図中Ａの立体表示ユニットは、画像表示装置直接観察式の立体表示装置である。右眼用ＬＣＤ５２と左眼用ＬＣＤ５３とに、立体視内視鏡５０により撮像された左右の画像をそれぞれ表示し、左右眼用のＬＣＤ５２、５３から射出する光束は、複数枚のミラー５４により観察者５５の目前に導かれる。そして左右眼用のＬＣＤ５２、５３に表示された画像の中心５６に向かう観察者の左右の視線のなす角度はα２である。
【００４４】
図中Ｂの立体表示ユニットは、実像観察式の立体表示装置である。右眼用ＬＣＤ５７と左眼用ＬＣＤ５８とに、立体視内視鏡５０により撮像された左右眼用の画像をそれぞれ表示し、左右眼用の画像は、右眼用投影光学系６０と左眼用投影光学系５９により、フレネル凹面鏡からなるスクリーン６１上に実像として重ねて投影される。又スクリーン６１により、右眼用投影光学系６０の射出瞳６２は観察者５５の右眼位置６３に投影され、左眼用投影光学系５９の射出瞳６４は観察者５５の左眼位置６５に投影される。よって、観察者はスクリーン６１上に重ねて投影された左右眼用の画像の実像から右眼用の画像は右眼にて、左眼用の画像は左眼にて観察することができる。そして左右眼用の実像の中心６６に向かう観察者の左右の視線のなす角度はα２である。
【００４５】
図中Ｃの立体表示ユニットは、虚像観察式の立体表示装置である。右眼用ＬＣＤ６７と左眼用ＬＣＤ６８とに、立体視内視鏡５０により撮像された左右眼用の画像をそれぞれ表示し、右眼用接眼光学系６９の光軸７０は、右眼用画像の中心７１を通っている。左眼用接眼光学系７２の光軸７３は左眼用画像の中心７４を通っている。また、左右眼用の接眼光学系の光軸７０、７３は平行に配置されている。さらに、左右眼用の接眼光学系６９、７２の光線射出側にそれぞれ楔プリズム７５、７６が配置されている。よって観察者は左右眼用の接眼光学系により提供される左右眼用の画像の虚像を観察することができ、かつ、楔プリズム７５、７６の作用により、左右眼用の虚像の中心に向かう観察者の左右の視線のなす角度はα２である。
【００４６】
図中Ｄの立体表示ユニットは、虚像観察式の立体表示装置である。右眼用ＬＣＤ６７と左眼用ＬＣＤ６８とに、立体視内視鏡５０により撮像された左右眼用の画像をそれぞれ表示し、右眼用接眼光学系６９の光軸７０は、右眼用画像の中心７１を通っている。左眼用接眼光学系７２の光軸７３は左眼用画像の中心７４を通っている。また、左右眼用の接眼光学系の光軸７０、７３は平行に配置されている。さらに、左右眼用の接眼光学系６９、７２の光線射出側に１つの凹レンズ７７が配置されている。よって観察者は左右眼用の接眼光学系により提供される左右眼用の画像の虚像を観察することができ、かつ、凹レンズ７７の作用により、左右眼用の虚像の中心に向かう観察者の左右の視線のなす角度はα２である。
【００４７】
図中Ｅの立体表示ユニットは、虚像観察式の立体表示装置である。右眼用ＬＣＤ６７と左眼用ＬＣＤ６８とに、立体視内視鏡５０により撮像された左右眼用の画像をそれぞれ表示し、右眼用接眼光学系６９の光軸７０は、右眼用画像の中心７１を通っている。また、左眼用接眼光学系７２の光軸７３は左眼用画像の中心７４を通っている。また、左右眼用の接眼光学系６９、７２と左右眼用のＬＣＤ６７、６８とは、一体で前記左右眼用の接眼光学系の光軸７０、７３がα２の角度をなすように配置されている。よって観察者は左右眼用の接眼光学系により提供される左右眼用の画像の虚像を観察することができ、かつ、左右眼用の接眼光学系の光軸７０、７３がα２の角度をなすように配置されているため、左右眼用の虚像の中心に向かう観察者の左右の視線のなす角度はα２である。
【００４８】
図中Ｆの立体表示ユニットは、虚像観察式の立体表示装置である。右眼用ＬＣＤ６７と左眼用ＬＣＤ６８とに、立体視内視鏡５０により撮像された左右眼用の画像をそれぞれ表示し、右眼用接眼光学系６９の光軸７０は、右眼用画像の中心７１を通らずに、外側にオフセットしている。また、左眼用接眼光学系７２の光軸７３は左眼用画像の中心７４を通らずに、外側にオフセットしている。よって観察者は左右眼用の接眼光学系により提供される左右眼用の画像の虚像を観察することができ、かつ、左右眼用の接眼光学系の光軸７０、７３が、左右眼用画像の中心７１、７４に対して外側にオフセットしているため、左右眼用の虚像の中心に向かう観察者の左右の視線のなす角度はα２である。
【００４９】
上記Ａ〜Ｆの各表示ユニットを、左右瞳孔間距離が６５ｍｍの観察者が観察する時、各表示ユニットの画角ｗ２、輻輳角α２、観察者の瞳孔位置から観察画像までの距離Ｄは各表示ユニット全て同じ値をとり、ｗ２＝３５．２°、α２＝５．６°、Ｄ＝４３０ｍｍとなる。さらに、立体視内視鏡ユニット５０の輻輳角α１は６．９３°であり、２つの入射瞳中心を結ぶ距離ｄは４．６ｍｍ、被写界深度範囲の最も立体視内視鏡ユニットから遠い位置（遠点）から入射瞳までの距離Ｌは１００ｍｍ、被写界深度範囲の最も立体視内視鏡ユニットに近い位置（近点）から入射瞳までの距離Ｓは２０ｍｍ、画角ｗ１は６０°である。
【００５０】
上記各パラメータの値を条件式（１）に当てはめると、
２．１°≦α２≦６．０５°
となる。上記Ａ〜Ｆの各表示ユニットの輻輳角α２は５．６°であり、条件式（１）を満たす。
【００５１】
よって、立体視内視鏡ユニットを被写界深度範囲内で被写体に対し最大限遠ざけ、各種立体表示ユニットで観察される被写体像が、観察画像中心に対して互いに外側に寄っても、左右の被写体像へ向かう観察者の視線のなす角度を打ち消すように立体表示ユニットの輻輳角α２が設定されるため、左右の被写体像へ向かう観察者の視線が外側に向いてしまうことが無く融像を容易にできるため、強度の疲労を感じることは無い。
【００５２】
また、立体視内視鏡ユニットを被写界深度範囲内で被写体に対し最大限近付け、上記各種立体表示ユニットで観察される被写体像が観察画像中心に対して互いに内側に寄っても、左右の被写体へ向かう観察者の視線の交点が、観察者の両眼のピント位置より手前になる事が無いように立体表示ユニットの輻輳角α２が設定されるため、融像を容易にでき、強度の疲労を感じることは無い。
【００５３】
よって、常に疲労感などの障害の無い立体視観察が得られる。
さらに、前記立体視内視鏡ユニットの輻輳角α１と前記Ａ〜Ｆの各表示ユニットの輻輳角α２との関係は、α１／α２＝１．２３となり、条件式（２）を満足する。
【００５４】
よって、観察者は立体観察システムにより観察される被写体の空間に強い歪みを感じること無く観察することができる。
（実施例２）
図１１は本実施例の立体観察システムの図である。
【００５５】
本実施例の立体観察システムは、保持アーム７８に保持された虚像立体観察式表示装置７９と表示装置コントローラユニット８０と、立体視内視鏡保持アーム８１に保持された立体視内視鏡８２と、立体映像信号処理ユニット８３とからなっている。
【００５６】
図１２は、本実施例の虚像立体観察式表示装置の光学系の構成を示した図である。図中８４は対角長さ６インチの透過型ＬＣＤ、８５は光路偏向ミラー、８６は光路偏向プリズム、８７は接眼光学系、８８は観察者をそれぞれ示している。
【００５７】
透過型ＬＣＤ８４の表示面上には、立体視内視鏡８２で撮像された左右の画像がそれぞれ表示され、観察者８８は接眼光学系８７を介して虚像として左右の画像を観察することができる。
【００５８】
また、接眼光学系８７の光軸８９は、光路偏向プリズム８６と、光路偏向ミラー８５によって、透過型ＬＣＤ８４の表示面上に表示された画像の中心９０を通っている。また、左右接眼光学系の光軸８９は光路偏向プリズム８６によって輻輳角α２を持つように配置されている。なお、本実施例の虚像立体観察式表示装置の輻輳角α２は５．６°、画角ｗ２は３５．２°、接眼光学系８７により作られる観察画像の虚像位置から観察者の眼までの距離Ｄは４３０ｍｍ、観察者の左右瞳孔間距離Ｇは６５ｍｍである。
【００５９】
以下に、本実施例の虚像立体観察式表示装置光学系のレンズデータを記す。
2004309930.tif 000004
次に、図１３に本実施例の立体視内視鏡の詳細を示す。図１３（ａ）は本実施例の立体視内視鏡の画角ｗ１を示したものである。９１は立体視内視鏡、９２は立体視内視鏡の入射瞳中心、９３は立体視内視鏡によって撮像される被写体をそれぞれ示している。本実施例の立体視内視鏡の画角ｗ１は６０°である。
【００６０】
また、図１３（ｂ）は、本実施例の立体視内視鏡の輻輳角α１と、遠点から立体視内視鏡の入射瞳までの距離Ｌと、近点から立体視内視鏡の入射瞳までの距離Ｓと、立体視内視鏡の左右入射瞳中心間距離ｄを示したものである。９８は立体視内視鏡の被写界深度範囲を示している。
【００６１】
なお、本実施例においては、α１＝６．９３°、ｗ１＝６０°、Ｌ＝１００ｍｍ、Ｓ＝２０ｍｍ、ｄ＝４．６ｍｍである。
上記各パラメータの値を条件式（１）に当てはめると、
２．１°≦α２≦６．０５°となる。本実施例の虚像立体観察式表示装置の輻輳角α２は５．６°であり、条件式（１）を満たす。
【００６２】
よって、立体視内視鏡を被写界深度範囲内で被写体に対し最大限遠ざけ、虚像立体観察式表示装置で観察できる被写体像が観察画像中心に対して互いに外側に寄っても、左右の被写体像へ向かう観察者の視線のなす角度を打ち消すように虚像立体観察式表示装置の輻輳角α２が設定されるため、左右の被写体像へ向かう観察者の視線が外側に向いてしまうことが無く融像を容易にできるため、強度の疲労を感じることは無い。
【００６３】
また、立体視内視鏡を被写界深度範囲内で被写体に対し最大限近付け、虚像立体観察式表示装置で観察できる被写体像が観察画像中心に対して互いに内側に寄っても、左右の被写体へ向かう観察者の視線の交点が観察者の両眼のピント位置より手前になる事が無いように虚像立体観察式表示装置の輻輳角α２が設定されるため、融像を容易にでき、強度の疲労を感じることは無い。よって、常に疲労感などの障害の無い立体視観察が得られる。
【００６４】
さらに、立体視内視鏡の輻輳角α１と虚像立体観察式表示装置の輻輳角α２との関係は、α１／α２＝１．２３となり、条件式（２）を満足する。
よって、観察者は立体観察システムにより観察される被写体の空間に強い歪みを感じること無く観察することができる。
（実施例３）
図１４は本実施例の立体観察システムの図である。
【００６５】
本実施例の立体観察システムは、保持アーム１０２に保持された実像立体観察式表示装置１０３と表示装置コントローラユニット１０４と、実体顕微鏡保持アーム１０５に保持された実体顕微鏡１０６と、立体映像信号処理ユニット１０７とからなっている。
【００６６】
図１５は、本実施例の実像立体観察式表示装置の光学系の構成を示した図である。図中１０８は反射型ＬＣＤ、１０９はビームスプリッタ、１１０は反射型ＬＣＤ用ＬＥＤ光源、１１１は投影光学系、１１２はフレネル凹面鏡１１３と透過型ホログラムデフューザ１１４とからなる反射スクリーン、１１５は観察者をそれぞれ示している。
【００６７】
実体顕微鏡１０６で撮像された左右の画像は、反射型ＬＣＤ１０８の表示面上にそれぞれ表示され、かつ、投影光学系１１１により反射スクリーン１１２のごく近傍に実像として重ねて投影される。また、反射スクリーン１１２のレンズ作用と拡散作用により、右眼用投影光学系の射出瞳１１６は観察者の右眼位置１１７に拡大投影され、また、左眼用投影光学系の射出瞳１１８は観察者の左眼位置１１９に拡大投影される。よって、観察者は反射スクリーン１１２上に重ねて投影された左右眼用の画像の実像から、右眼用の画像は右眼にて、左眼用の画像は左眼にて観察することができる。
【００６８】
そして、左右眼用の実像の中心１２０に向かう観察者の左右の視線１２１は互いに輻輳角α２を持つように配置されている。なお、本実施例の実像立体観察式表示装置の輻輳角α２は５．３°、画角ｗ２は３６．９°、反射スクリーン上の実像位置から観察者の眼までの距離Ｄは４５０ｍｍ、観察者の左右瞳孔間距離Ｇは６５ｍｍである。
【００６９】
図１６は本実施例の実体顕微鏡の詳細を示した図である。
図１６（ａ）は本実施例の実体顕微鏡の画角ｗ１を示したものである。１２２は実体顕微鏡、１２３は実体顕微鏡の入射瞳中心、１２４は実体顕微鏡によって撮像される被写体をそれぞれ示している。本実施例の実体顕微鏡の画角ｗ１は３０°である。
【００７０】
また、図１６（ｂ）は、本実施例の実体顕微鏡の輻輳角α１と、遠点から実体顕微鏡の入射瞳までの距離Ｌと、近点から実体顕微鏡の入射瞳までの距離Ｓと、実体顕微鏡の左右入射瞳中心間距離ｄを示したものである。１２９は実体顕微鏡の被写界深度範囲を示している。
【００７１】
なお、本実施例の実体顕微鏡において、α１＝６．９３°、ｗ１＝３０°、Ｌ＝３７０ｍｍ、Ｓ＝１６０ｍｍ、ｄ＝２１ｍｍである。
上記各パラメータの値を条件式（１）に当てはめると、
３．７６°≦α２≦９．０８°
となる。本実施例の虚像立体観察式表示装置の輻輳角α２は５．３°であり、条件式（１）を満たす。
【００７２】
よって、実体顕微鏡を被写界深度範囲内で被写体に対し最大限遠ざけ、実像立体観察式表示装置で観察できる被写体像が観察画像中心に対して互いに外側に寄っても、左右の被写体像へ向かう観察者の視線のなす角度を打ち消すように実像立体観察式表示装置の輻輳角α２が設定されるため、左右の被写体像へ向かう観察者の視線が外側に向いてしまうことが無く融像を容易にできるため、強度の疲労を感じることは無い。
【００７３】
また、実体顕微鏡を被写界深度範囲内で被写体に対し最大限近付け、実像立体観察式表示装置で観察できる被写体像が、観察画像中心に対して互いに内側に寄っても左右の被写体へ向かう観察者の視線の交点が観察者の両眼のピント位置より手前になる事が無いように実像立体観察式表示装置の輻輳角α２が設定されるため、融像を容易にでき、強度の疲労を感じることは無い。よって、常に疲労感などの障害の無い立体視観察が得られる。
【００７４】
さらに、実体顕微鏡の輻輳角α１と実像立体観察式表示装置の輻輳角α２との関係はα１／α２＝１．３１となり条件式（２）を満足する。
よって、観察者は立体観察システムにより観察される被写体の空間に強い歪みを感じること無く観察することができる。
【００７５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の立体観察システムによれば、観察時の疲労感などの障害の無い立体視観察を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】立体撮像ユニットの輻輳角（内向角）α１の定義の説明図である。
【図２】立体撮像ユニットの画角ｗ１の定義の説明図である。
【図３】撮像範囲の形状を限定した場合の、ｗ１の定義の説明図である。
【図４】立体表示ユニットの画角ｗ２の定義の説明図である。
【図５】表示範囲の形状を限定した場合の、ｗ２の定義の説明図である。
【図６】立体観察システムの概念図である。
【図７】従来の立体観察システムによる観察の様子を示す図である。
【図８】従来の立体観察システムにおいて、被写体像が互いに外側に寄った場合の説明図である。
【図９】従来の立体観察システムにおいて、被写体像が互いに内側に寄った場合の説明図である。
【図１０】本発明の実施例１の立体観察システムの構成図である。
【図１１】本発明の実施例２の立体観察システムの構成図である。
【図１２】本発明の実施例２の表示装置の光学系の断面図である。
【図１３】本発明の実施例２の立体視内視鏡の詳細図である。
【図１４】本発明の実施例３の立体観察システムの構成図である。
【図１５】本発明の実施例３の表示装置の光学系の断面図である。
【図１６】本発明の実施例２の実体顕微鏡の詳細図である。
【図１７】被写界深度の定義の説明図である。
【図１８】従来の立体観察システムの問題点の説明図である。
【図１９】従来の立体観察システムの問題点の説明図である。
【符号の説明】
１    観察物体
５、５０、８２、９１    立体視内視鏡
６、８１    立体視内視鏡保持アーム
７、３２、４１、７９    虚像立体観察式表示装置
８    虚像立体観察式表示装置保持アーム
９、３９、４８、５５、８８、１１５    観察者
１１    立体視内視鏡先端部
１２    立体視内視鏡光学系の左側入射瞳
１３    立体視内視鏡光学系の右側入射瞳
１４    立体視内視鏡の輻輳角
１５    立体視内視鏡の焦点位置
１６    立体視内視鏡の被写界深度範囲
１７、１８、１９、９３、１２４、５００、１００１    被写体
２０、２１、２２’、２３’        観察画像
２２、２６、２９    右眼用観察画像
２３、２７、３０    左眼用観察画像
２４    観察画像中心
２５、２８、３１    被写体の画像
３３、４２、６９    右眼用接眼光学系
３４、４３、７２    左眼用接眼光学系
３５、４４    右眼用画像表示手段
３６、４５    左眼用画像表示手段
３７、３８、４６、４７    被写体の像
４０    虚像位置
４９    視線の交点
５１、１０７    立体映像信号処理ユニット
５２、５７、６７    右眼用ＬＣＤ
５３、５８、６８    左眼用ＬＣＤ
５４    ミラー
５６、７１、７４、９０    画像中心
５９    左眼用投影光学系
６０    右眼用投影光学系
６１    スクリーン
６２、６４、１１６、１１８    射出瞳
６３、１１７    右眼位置
６５、１１９    左眼位置
６６    実像中心
７０、７３、８９    光軸
７５、７６    楔プリズム
７７    凹レンズ
７８、１０２    保持アーム
８０、１０４    表示装置コントローラユニット
８３    立体映像信号処理ユニット
８４    透過型ＬＣＤ
８５    光路偏向ミラー
８６    光路偏向プリズム
８７    接眼光学系
９２    立体視内視鏡の入射瞳中心
１０３    実像立体観察式表示装置
１０５    実体顕微鏡保持アーム
１０６、１２２    実体顕微鏡
１０８    反射型ＬＣＤ
１０９    ビームスプリッタ
１１０    ＬＥＤ光源
１１１    投影光学系
１１２    反射スクリーン
１１３    フレネル凹面鏡
１１４    透過型ホログラムデフューザ
１２０    実像中心
１２１    視線
１２３    実体顕微鏡の入射瞳中心
１２９    実体顕微鏡の被写界深度範囲
５０１    立体撮像ユニット
５０２、５０３、５１７    光学手段
５０４、５０５    入射瞳
５０６、５１０、５２１    入射瞳中心
５０７、５１１、５１４、５２５    撮像手段
５０８、５１２    撮像面中心
５０９、５１３    光線
５１５    撮像範囲
５１６、５１９、５２９    対角直線
５２０、５２３、５３０、５３３    端点
５２６    絞り
５２８    画像
５３１    観察者の眼
５３２    瞳孔中心
５３６、５３７    画像表示手段
５３８    表示範囲
５３９    限定表示範囲
１０００    立体撮像装置
１００２、１００３    被写体の観察像
【図１】
2004309930.tif 000007
【図２】
2004309930.tif 000008
【図３】
2004309930.tif 000009
【図４】
2004309930.tif 000010
【図５】
2004309930.tif 000011
【図６】
2004309930.tif 000012
【図７】
2004309930.tif 000013
【図８】
2004309930.tif 000014
【図９】
2004309930.tif 000015
【図１０】
2004309930.tif 000016
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2004309930.tif 000019
【図１４】
2004309930.tif 000020
【図１５】
2004309930.tif 000021
【図１６】
2004309930.tif 000022
【図１７】
2004309930.tif 000023
【図１８】
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【図１９】
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