(57)【要約】【課題】本発明は、撮像素子を用いた電子画像実体顕微鏡において、自然な立体感が得られる手術用顕微鏡を提供することを最も主要な特徴とする。【解決手段】画像の差分検出部９によって立体観察用の観察光学系のフォーカス状態を検出し、この差分検出部９からの検出結果に基づき、ＣＣＤ６ａ，６ｂによって撮像された画像のフォーカス状態を画像成形部１０によって観察光学系２ａ，２ｂの光学レンズの焦点深度に合わせて画像処理を行なうものである。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体観察用の観察光学系の左右の画像を撮像するための一対の撮像素子と、
前記撮像素子によって撮像された画像を表示するための表示手段と、
前記立体観察用の観察光学系のフォーカス状態を検出するためのフォーカス検出手段と、
前記フォーカス検出手段からの検出結果に基づき、前記撮像素子によって撮像された画像のフォーカス状態を前記観察光学系の光学レンズの焦点深度に合わせて画像処理を行なう画像処理手段と
を具備したことを特徴とする手術用顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤを用いた電子画像実体顕微鏡によって形成される手術用顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、手術用顕微鏡として例えば特許文献１や、特許文献２には立体観察用の観察光学系を備え、観察対象を立体観察する構成の光学式実体顕微鏡の一例が示されている。この光学式実体顕微鏡では人間の左右の目にそれぞれ対応させた左右一対の観察光学系が設けられている。さらに、この左右の各観察光学系にはそれぞれ複数の光学レンズ群が並設されている。
【０００３】
そして、この実体顕微鏡では左右の各観察光学系の光学レンズ群によって左右眼に対応した視差をもった立体画像が形成されるので、この画像を観察することにより立体視が行なわれる。
【０００４】
また、通常の光学式実体顕微鏡では、焦点深度外の像はデフォーカスされ、ピンぼけ状態で表示されている。そのため、例えば光学レンズ群の焦点位置近傍では観察対象にピントが合い、観察対象の鮮明な画像が観察できる。さらに、この立体画像は光学レンズ群の焦点位置から光軸方向にずれるにしたがって徐々に観察対象のピントがずれ、観察対象がピンぼけ状態で表示される。すなわち、左右の画像の視差が大きい部分はデフォーカスされることにより、自然な立体感が得られている。
【０００５】
また、対物光学系によって得られる観察画像をＣＣＤなどの撮像素子で撮像する電子画像実体顕微鏡が開発されている。この電子画像実体顕微鏡では、ＣＣＤの明るさ感度が高いため、光学系の光束が絞れる。この結果、焦点深度の深い画像が得られる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−３００９８５号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平６−２９４９３３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来構成のＣＣＤを用いた電子画像実体顕微鏡では焦点深度が深いために、光学顕微鏡ではテフォーカスされていた箇所までフォーカスされている。そのため、左右画像の視差の大きすぎる部分まで鮮明に表示されるので、実際に観察したい観察対象の位置から光軸方向に離れた部分まで鮮明に観察できてしまい、観察時に眼が疲れるという問題がある。
【０００９】
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的は、撮像素子を用いた電子画像実体顕微鏡において、自然な立体感が得られる手術用顕微鏡を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、立体観察用の観察光学系の左右の画像を撮像するための一対の撮像素子と、
前記撮像素子によって撮像された画像を表示するための表示手段と、
前記立体観察用の観察光学系のフォーカス状態を検出するためのフォーカス検出手段と、
前記フォーカス検出手段からの検出結果に基づき、前記撮像素子によって撮像された画像のフォーカス状態を前記観察光学系の光学レンズの焦点深度に合わせて画像処理を行なう画像処理手段と
を具備したことを特徴とする手術用顕微鏡である。
そして、本発明では、立体観察時には観察光学系の左右の画像を一対の撮像素子によって撮像し、この撮像素子によって撮像された画像を表示手段に表示する。このとき、フォーカス検出手段によって立体観察用の観察光学系のフォーカス状態を検出し、このフォーカス検出手段からの検出結果に基づき、撮像素子によって撮像された画像のフォーカス状態を画像処理手段によって観察光学系の光学レンズの焦点深度に合わせて画像処理を行なうようにしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図１乃至図５を参照して説明する。図１は本実施の形態の手術用顕微鏡の要部の概略構成を示すものである。図１中で、１は手術用顕微鏡の顕微鏡部である。この顕微鏡部１は、図示しない架台によって３次元空間を移動可能に保持されている。
【００１２】
また、顕微鏡部１には立体観察用の左右の観察光学系２ａ，２ｂが設けられている。これらの左右の観察光学系２ａ，２ｂとそれぞれ対応する左右光路Ｌａ，Ｌｂには共通の対物レンズ３が設けられている。さらに、左右の各光路Ｌａ，Ｌｂには対物レンズ３の後方にそれぞれズームレンズ４ａ，４ｂと、結像レンズ５ａ，５ｂとが順次配設されている。
【００１３】
また、各結像レンズ５ａ，５ｂの結像位置にはＣＣＤ（撮像素子）６ａ，６ｂが配設されている。これら左右一対のＣＣＤ６ａ，６ｂは画像処理部７に接続されている。この画像処理部７にはＣＣＤ６ａ，６ｂによって撮像された画像を表示するための表示手段としての公知のフェイスマウントディスプレイ（ＦＭＤ）８が接続されている。
【００１４】
また、本実施の形態の画像処理部７には図２に示すように画像の差分検出部（フォーカス検出手段）９と、画像成形部（画像処理手段）１０とが設けられている。ここで、差分検出部９の入力側には左右一対のＣＣＤ６ａ，６ｂが接続されている。そして、左右一対のＣＣＤ６ａ，６ｂからの映像信号が差分検出部９に入力された際に、差分検出部９では左右の各ＣＣＤ６ａ，６ｂからの撮像画像の差分を検出して立体観察用の観察光学系のフォーカス状態を検出するようにしている。
【００１５】
例えば、図３は左右の各ＣＣＤ６ａ，６ｂで撮像される図１に示す観察点Ｐの撮像画像Ｐａ，Ｐｂ、図４は左右の各ＣＣＤ６ａ，６ｂの撮像画像Ｐａ，Ｐｂを合成した立体画像Ｐｃの表示状態をそれぞれ示す。図４中で、点線は左側のＣＣＤ６ａの画像Ｐａで、実線は右側のＣＣＤ６ｂの画像Ｐｂを示している。そして、画像処理部７の差分検出部９では左右のＣＣＤ６ａ，６ｂで得られた画像Ｐａ，Ｐｂを単位面積ごとに比較を行ない、左右の画像Ｐａ，Ｐｂのズレを検出するようにしている。なお、図４中のエリアＡ，Ｂは、左右の画像Ｐａ，Ｐｂを複数のエリアに分割した内の単位面積を示す。
【００１６】
さらに、画像成形部１０の出力側にはフェイスマウントディスプレイ８が接続されている。そして、画像成形部１０では差分検出部９からの検出結果に基づき、各ＣＣＤ６ａ，６ｂによって撮像された画像Ｐａ，Ｐｂのフォーカス状態を観察光学系の光学レンズ（対物レンズ３、ズームレンズ４ａ，４ｂ、結像レンズ５ａ，５ｂ）の焦点深度に合わせて画像処理を行なうものである。この画像処理部７で画像処理された映像信号は、フェイスマウントディスプレイ８に送信される。そして、左右一対のＣＣＤ６ａ，６ｂによって撮像されたのち、画像処理部７で画像処理された画像がこのフェイスマウントディスプレイ８に表示されるようになっている。
【００１７】
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の手術用顕微鏡による顕微鏡観察時には図１に示すように観察点のＰの像は、対物レンズ３から左右のズームレンズ４ａ，４ｂを経て左右の結像レンズ５ａ，５ｂにそれぞれ入射され、各結像レンズ５ａ，５ｂによって左右のＣＣＤ６ａ，６ｂ上にそれぞれ結像される。ここで、左右のＣＣＤ６ａ，６ｂには、それぞれ図２に示す如く画像Ｐａ，Ｐｂが得られている。
【００１８】
さらに、ＣＣＤ６ａ，６ｂからの映像信号は画像処理部７の差分検出部９に入力される。このとき、画像処理部７は図５に示すフローチャートの通り動作する。すなわち、画像処理部７の差分検出部９では、まず、左右それぞれのＣＣＤ６ａ，６ｂからの画像Ｐａ，Ｐｂの差分を検出する（ステップＳ１）。このとき、差分検出部９では左右のＣＣＤ６ａ，６ｂで得られた画像Ｐａ，Ｐｂを単位面積ごとに比較を行ない、単位面積ごとに左右の画像Ｐａ，Ｐｂのズレを検出する。
【００１９】
続いて、次のステップＳ２では左右のＣＣＤ６ａ，６ｂからの画像Ｐａ，Ｐｂに単位面積ごとにズレがあるか否かが判断される。そして、左右のＣＣＤ６ａ，６ｂからの画像Ｐａ，Ｐｂにズレがあると判断された場合には次のステップＳ３に進む。このステップＳ３では左右の画像Ｐａ，Ｐｂのズレの大きさによって、画像にデフォーカスさせる処理を行なったのち、次のステップＳ５に進む。
【００２０】
また、ステップＳ２で左右のＣＣＤ６ａ，６ｂからの画像Ｐａ，Ｐｂにズレがないと判断された場合には次のステップＳ４に進む。このステップＳ４では左右の画像Ｐａ，Ｐｂの差は無いためにフォーカスした画像が出力され、次のステップＳ５に進む。例えば、図４中のエリアＡ部では、左右の画像Ｐａ，Ｐｂの差は無いためにフォーカスした画像がフェイスマウントディスプレイ８に映し出される。一方、エリアＢ部では、左右の画像Ｐａ，Ｐｂの差があるためにデフォーカス処理が施される。
【００２１】
その後、次のステップＳ５では差分検出部９からの検出結果に基づき上述したステップＳ３、Ｓ４の画像処理を施した映像信号をフェイスマウントディスプレイ８に出力する。これにより、フェイスマウントディスプレイ８には各ＣＣＤ６ａ，６ｂによって撮像された画像Ｐａ，Ｐｂのフォーカス状態を観察光学系の光学レンズ（対物レンズ３、ズームレンズ４ａ，４ｂ、結像レンズ５ａ，５ｂ）の焦点深度に合わせて画像処理された処理済の画像が表示される。
【００２２】
そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態の手術用顕微鏡では観察者は、左右視差の少ない範囲ではフォーカスされた状態で鮮明に表示される画像の観察が行なえる。さらに、左右視差が大きくなるに従いデフォーカス処理された画像が観察できるため、従来に比べて顕微鏡観察中の眼の疲労が少なく、自然な状態での立体観察が行なえる効果がある。
【００２３】
また、図６乃至図８は本発明の第２の実施の形態を示すものである。図６は本実施の形態の手術用顕微鏡の要部の概略構成を示すもので、２１は手術用顕微鏡の顕微鏡部である。
【００２４】
この顕微鏡部２１には立体観察用の左右の観察光学系２２ａ，２２ｂとそれぞれ対応する左右光路Ｌａ，Ｌｂに共通の対物レンズ２３が設けられている。さらに、左右の各光路Ｌａ，Ｌｂには対物レンズ２３の後方にそれぞれズームレンズ２４ａ，２４ｂと、ビームスプリッター２５ａ，２５ｂと、第１のＣＣＤ（撮像素子）２６ａ，２６ｂとが順次配設されている。
【００２５】
また、図６中で、左側のビームスプリッター２５ａの側方にはこのビームスプリッター２５ａの光軸Ｌｃ上にＬＥＤ２７が配設されている。このＬＥＤ２７は図６中で矢印に示す通り、光軸Ｌｃと直交する平面に沿って互いに直交するＸ方向およびＹ方向にそれぞれ移動可能に保持されている。
【００２６】
さらに、右側のビームスプリッター２５ｂの側方にはこのビームスプリッター２５ｂの光軸Ｌｄ上にＬＥＤ２７の光を受光するための第２のＣＣＤ２８が配設されている。また、第１のＣＣＤ２６ａ，２６ｂおよび第２のＣＣＤ２８は画像処理部２９に接続されている。この画像処理部２９はさらにフェイスマウントディスプレイ３０に接続されている。
【００２７】
また、本実施の形態の画像処理部２９には図７に示すように焦点位置の合致判定部（フォーカス検出手段）３１と、画像成形部（画像処理手段）３２とが設けられている。さらに、焦点位置の合致判定部３１の入力側には第２のＣＣＤ２８が接続されている。この焦点位置の合致判定部３１の動作時にはＬＥＤ２７から発光した光は、ビームスプリッター２５ａによって顕微鏡部２１の左光路Ｌａの光軸上に合成され、ズームレンズ２４ａ、対物レンズ２３を通過して物体面に到達する。さらに、物体面で反射したＬＥＤ２７の光は、対物レンズ２３、ズームレンズ２４ｂを通過し、ビームスプリッター２５ｂを順次通過して第２のＣＣＤ２８上に結像する。これにより、焦点位置の合致判定部３１では公知のオートフォーカス方式（例えば、特開昭５４−４０６４９号公報参照）により、物体面と対物レンズ２３の焦点位置の合致判定が行なわれる。このとき、図６中で矢印に示す通り、光軸Ｌｃと直交する平面に沿って互いに直交するＸ方向およびＹ方向にＬＥＤ２７をそれぞれ走査することにより、顕微鏡部２１の観察視野内の全ての点で、焦点位置との合致判定が行なわれる。
【００２８】
また、画像成形部３２の入力側には第１のＣＣＤ２６ａ，２６ｂおよび焦点位置の合致判定部３１、出力側にはフェイスマウントディスプレイ３０がそれぞれ接続されている。そして、画像処理部２９の画像成形部３２では焦点位置の合致判定部３１からの出力信号に基づき第１のＣＣＤ２６ａ，２６ｂの映像をデフォーカスさせる処理が行なわれている。すなわち、顕微鏡部２１の観察視野内において、物体面と対物レンズ２３の焦点位置が合っている範囲では、画像をフォーカスさせた状態でフェイスマウントディスプレイ３０に信号を送信し、物体面と対物レンズ２３の焦点位置がズレている範囲では、第１のＣＣＤ２６ａ，２６ｂからの映像信号をデフォーカスさせる処理を施し、信号を送信するようになっている。そして、左右一対のＣＣＤ２６ａ，２６ｂによって撮像されたのち、画像処理部２９で画像処理された画像がこのフェイスマウントディスプレイ３０に表示されるようになっている。
【００２９】
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の手術用顕微鏡による顕微鏡観察時には観察点の画像は対物レンズ２３、ズームレンズ２４ａ，２４ｂ、ビームスプリッター２５ａ，２５ｂを通過し、第１のＣＣＤ２６ａ，２６ｂ上に結像される。
【００３０】
さらに、第１のＣＣＤ２６ａ，２６ｂからの映像信号は画像処理部２９の画像成形部３２に入力される。このとき、画像処理部２９は図８に示すフローチャートの通り動作する。すなわち、画像処理部２９の動作時には、まず、焦点位置の合致判定部３１で公知のオートフォーカス方式により、物体面と対物レンズ２３の焦点位置の合致判定が行なわれる（ステップＳ１１）。
【００３１】
この焦点位置の合致判定時には、ＬＥＤ２７が発光されるとともに、このＬＥＤ２７が図６中で矢印に示す通り、光軸Ｌｃと直交する平面に沿って互いに直交するＸ方向およびＹ方向にそれぞれ走査される。
【００３２】
そして、ＬＥＤ２７から発光した光は、ビームスプリッター２５ａによって顕微鏡２１の左光路Ｌａの光軸上に合成され、ズームレンズ２４ａ、対物レンズ２３を通過して物体面に到達する。さらに、物体面で反射したＬＥＤ２７の光は、対物レンズ２３、ズームレンズ２４ｂを通過し、ビームスプリッター２５ｂによって第２のＣＣＤ２８上に結像する。この第２のＣＣＤ２８からの出力信号は画像処理部２９の焦点位置の合致判定部３１に入力されて物体面と対物レンズ２３の焦点位置の合致判定が行なわれる。このとき、ＬＥＤ２７を図６中、矢印Ｘ方向およびＹ方向に走査させることにより、顕微鏡部２１の観察視野内の全ての点で、焦点位置との合致判定が行なわれる。
【００３３】
そして、次のステップＳ１２で、顕微鏡部２１の観察視野内において、物体面と対物レンズ２３の焦点位置が合っていると判断された範囲では、第１のＣＣＤ２６ａ，２６ｂからの画像をフォーカスさせた状態でフェイスマウントディスプレイ３０に信号を送信し（ステップＳ１３）、物体面と対物レンズ２３の焦点位置がズレていると判断された範囲では、第１のＣＣＤ２６ａ，２６ｂからの映像信号をデフォーカスさせる処理を施し、信号を送信する（ステップＳ１４）。
【００３４】
その後、次のステップＳ１５では焦点位置の合致判定部３１からの検出結果に基づき上述したステップＳ１３、Ｓ１４の画像処理を施した映像信号を画像成形部３２からフェイスマウントディスプレイ３０に出力する。これにより、フェイスマウントディスプレイ３０には各ＣＣＤ２６ａ，２６ｂによって撮像された画像のフォーカス状態を観察光学系の光学レンズ（対物レンズ３、ズームレンズ４ａ，４ｂ、結像レンズ５ａ，５ｂ）の焦点深度に合わせて画像処理された処理済の画像が表示される。
【００３５】
そこで、上記構成の本実施の形態の手術用顕微鏡では顕微鏡部２１の観察視野内において、物体面と対物レンズ２３の焦点位置が合っている範囲では、第１のＣＣＤ２６ａ，２６ｂからの画像がフォーカスされた鮮明な状態でフェイスマウントディスプレイ３０に表示され、物体面と対物レンズ２３の焦点位置がズレている範囲では、第１のＣＣＤ２６ａ，２６ｂからの映像信号をデフォーカス処理された画像が表示される。そのため、従来に比べて自然な立体観察が行なえるので、顕微鏡観察中の眼の疲労が少なくなると共に、オートフォーカス機能を共用できる効果がある。
【００３６】
なお、本実施の形態ではＬＥＤ２７を図６中で矢印に示す通り、光軸Ｌｃと直交する平面に沿って互いに直交するＸ方向およびＹ方向にそれぞれ移動させる構成を示したが、固定点に配置されたＬＥＤ２７からの光をミラーによってＸ方向およびＹ方向に走査させる構成にしてもよい。また、複数のＬＥＤ２７をＸ方向およびＹ方向にマトリックス状に配置し、各ＬＥＤ２７を順次、点滅させる構成にしてもよい。また、ＣＣＤ６ａ，６ｂによって撮像された画像を表示するための表示手段はＴＶモニタであってもよい。
【００３７】
さらに、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施できることは勿論である。
次に、本出願の他の特徴的な技術事項を下記の通り付記する。
記
（付記項１）  実体顕微鏡の左右の画像を撮像するための撮像素子と前記撮像素子の画像を表示するための表示手段を備えた手術用顕微鏡において、顕微鏡のフォーカス状態を検出するための検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づき、前記撮像素子によって撮像された画像の画像処理をおこなう画像処理手段を備えたことを特徴とする手術用顕微鏡。
【００３８】
（付記項２）  前記画像処理手段は、前記検出手段の検出結果に伴い撮像素子の画像にデフォーカス処理を施すことを特徴とする付記項１に記載の手術用顕微鏡。
【００３９】
（付記項３）  前記検出手段が顕微鏡視野内の全範囲を検出すべく構成されていることを特徴とする付記項１および付記項２に記載の手術用顕微鏡。
【００４０】
（付記項４）  前記検出手段は左右の画像をそれぞれ複数のエリアに分割した内の単位面積毎に比較してその差分を検出していることを特徴とする付記項１〜３に記載の手術用顕微鏡。
【００４１】
（付記項５）  前記検出手段は顕微鏡光軸に対し垂直な平面内を走査するＬＥＤと前記ＬＥＤの光を受光するＣＣＤからなることを特徴とする付記項１〜３に記載の手術用顕微鏡。
【００４２】
（付記項１〜５の従来技術）  ＣＣＤを用いた電子画像実体顕微鏡では、ＣＣＤの明るさ感度が高いため、光学系の光束が絞れる。この結果、焦点深度の深い画像が得られる。実体顕微鏡では左右眼に対応した視差をもった画像を観察することにより立体視がおこなわれる。通常の光学式実体顕微鏡では、焦点深度外の像はデフォーカスされる。すなわち左右の画像の視差が大きい部分はデフォーカスされることにより、自然な立体感が得られている。
【００４３】
（付記項１〜５が解決しようとする課題）  しかしながら、電子画像顕微鏡では焦点深度が深いために、光学顕微鏡ではテフォーカスされていた箇所までフォーカスされるため、左右画像の視差の大きすぎる部分まで観察できてしまい、観察時に眼が疲れるという問題がある。
【００４４】
（付記項１〜５の目的）  電画顕微鏡において、自然な立体感が得られる装置の提供。
【００４５】
（付記項１〜５の効果）  焦点深度の深い電子画像実体顕微鏡においても、自然な立体観察がおこなえる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、焦点深度の深い電子画像実体顕微鏡においても、自然な立体観察が行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の手術用顕微鏡を示す要部の概略構成図。
【図２】第１の実施の形態の手術用顕微鏡における画像処理部の概略構成図。
【図３】第１の実施の形態の手術用顕微鏡によって観察される左右の画像をそれぞれ示す平面図。
【図４】第１の実施の形態の手術用顕微鏡によって観察される左右の画像を合成した立体画像の表示状態を説明するための説明図。
【図５】第１の実施の形態の手術用顕微鏡における画像処理部の動作を説明するためのフローチャート。
【図６】本発明の第２の実施の形態の手術用顕微鏡を示す要部の概略構成図。
【図７】第２の実施の形態の手術用顕微鏡における画像処理部の概略構成図。
【図８】第１の実施の形態の手術用顕微鏡における画像処理部の動作を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
２ａ，２ｂ    観察光学系
６ａ，６ｂ    ＣＣＤ（撮像素子）
８    フェイスマウントディスプレイ（表示手段）
９    画像の差分検出部（フォーカス検出手段）
１０    画像成形部（画像処理手段）
【図１】
2004151490.tif 000003
【図２】
2004151490.tif 000004
【図３】
2004151490.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004151490.tif 000007
【図６】
2004151490.tif 000008
【図７】
2004151490.tif 000009
【図８】
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