(57)【要約】  【課題】観察者が観察像をフォーカスできる範囲が広く、疲労が少ない立体画像が得られる観察装置を提供する。  【解決手段】視差のある左右方向から撮像する撮像部と、視差のある像を立体観察する観察部からなる。撮像部は各光路にｉ個の撮像位置を有し、結像レンズからｊ番目の撮像位置までの光軸上の距離Ｌj、隣り合う撮像位置の結像レンズまでの光軸上の距離の差Ｅｋ、撮像部の光学系の像側深度Ｄｄが      Ｌ(j-1)＜Ｌj      Ｅｋ＝Ｌj−Ｌ(j-1)      Ｄｄ＜Ｅｋを満足し、観察部は各光路に接眼光学系とｉ個の表示装置を有し、撮像部のｊ番目の撮像位置で撮像した像を接眼光学系からｊ番目の表示装置に表示し、接眼光学系からｊ番目の表示装置までの光軸上の距離Ｍjが      Ｍj＜Ｍ(j-1)を満足し、ｉ個の表示像を観察者の瞳上で重ねる手段を有する。  但し、ｉは２以上の整数、ｊは１≦ｊ≦ｉかつｊ≧２を満たす整数である。【選択図】  図１
2005049646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
視差のある左右の少なくとも２方向から撮像する撮像部と、視差のある像を観察者が左右の目で見て立体観察する観察部とからなる双眼立体観察装置において、
前記撮像部は、左右の光路ごとに、
撮像位置に物体の像を結像する結像レンズを有するとともに、前記結像レンズの光軸上にｉ個の撮像位置を有し、
前記結像レンズからｊ番目の撮像位置までの光軸上の距離をＬj、隣り合う撮像位置における、前記結像レンズまでの光軸上の距離の差をＥｋ、前記撮像部の光学系の像側深度をＤｄとしたとき、
Ｌ(j-1)＜Ｌj
Ｅｋ＝Ｌj−Ｌ(j-1)
Ｄｄ＜Ｅｋ
を満足し、
前記観察部は、左右の光路ごとに、
接眼光学系と、ｉ個の表示装置を有し、
前記撮像部の各光路における前記結像レンズからｊ番目の撮像位置で撮像した像を、対応する光路における前記接眼光学系からｊ番目の表示装置に表示し、
前記接眼光学系からｊ番目の表示装置までの光軸上の距離をＭjとしたとき、
Ｍj＜Ｍ(j-1)
を満足し、かつ、
ｉ個の表示像を観察者の瞳上で重ねる手段を有することを特徴とする双眼立体観察装置。
但し、ｉは２以上の整数、ｊは１≦ｊ≦ｉかつｊ≧２を満たす整数である。
【請求項２】
視差のある左右の少なくとも２方向から撮像する撮像部と、視差のある像を観察者が左右の目で見て立体観察する観察部とからなる電子画像実体顕微鏡において、
前記撮像部は、左右の光路ごとに、
撮像位置に物体の像を結像する結像レンズを有するとともに、前記結像レンズの光軸上にｉ個の撮像位置を有し、
前記結像レンズからｊ番目の撮像位置までの光軸上の距離をＬj、隣り合う撮像位置における、前記結像レンズまでの光軸上の距離の差をＥｋ、前記撮像部の光学系の像側深度をＤｄとしたとき、
Ｌ(j-1)＜Ｌj
Ｅｋ＝Ｌj−Ｌ(j-1)
Ｄｄ＜Ｅｋ
を満足し、
前記観察部は、左右の光路ごとに、
接眼光学系と、ｉ個の表示装置を有し、
前記撮像部の各光路における前記結像レンズからｊ番目の撮像位置で撮像した像を、対応する光路における前記接眼光学系からｊ番目の表示装置に表示し、
前記接眼光学系からｊ番目の表示装置までの光軸上の距離をＭjとしたとき、
Ｍj＜Ｍ(j-1)
を満足し、かつ、
ｉ個の表示像を観察者の瞳上で重ねる手段を有し、
更に、左の光路における前記結像レンズから最も近い撮像位置までの光軸上の距離をＬ１Ｌ、右の光路における前記結像レンズから最も近い撮像位置までの光軸上の距離をＬ１Ｒとしたとき、
｜Ｌ１Ｌ−Ｌ１Ｒ｜＝Ｅｋ／２
を満足することを特徴とする電子画像実体顕微鏡。
但し、ｉは２以上の整数、ｊは１≦ｊ≦ｉかつｊ≧２を満たす整数、ｋ＝ｊ−１である。
【請求項３】
観察物体の複数の画像を撮像する撮像部と、それらの画像を表示する観察部とからなる電子画像実体顕微鏡において、
前記撮像部は、
撮像位置に物体の像を結像する結像レンズを有するとともに、前記結像レンズの光軸上にｉ個の撮像位置を有し、
前記結像レンズからｊ番目の撮像位置までの光軸上の距離をＬj、隣り合う撮像位置における、前記結像レンズまでの光軸上の距離の差をＥｋ、前記撮像部の光学系の像側深度をＤｄとしたとき、
Ｌ(j-1)＜Ｌj
Ｅｋ＝Ｌj−Ｌ(j-1)
Ｄｄ＜Ｅｋ
を満足し、
前記観察部は、
接眼光学系と、ｉ個の表示装置を有し、
前記撮像部の前記結像レンズからｊ番目の撮像位置で撮像した像を、前記接眼光学系からｊ番目の表示装置に表示し、
前記接眼光学系からｊ番目の表示装置までの光軸上の距離をＭjとしたとき、
Ｍj＜Ｍ(j-1)
を満足し、かつ、
ｉ個の表示像を観察者の瞳上で重ねる手段を有し、
更に、撮像部の光学系の縦倍率と横倍率の絶対値とが等しくなるように、隣り合う表示装置における、前記接眼光学系までの光軸上の距離の差Ｆｋ＝Ｍj−Ｍ(j-1)を設定することを特徴とする電子画像実体顕微鏡。
但し、ｉは２以上の整数、ｊは１≦ｊ≦ｉかつｊ≧２を満たす整数、ｋ＝ｊ−１である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察物体に作業を加えるのに適した双眼立体観察装置、電子画像実体顕微鏡、電子画像立体観察装置、電子画像観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、微細部分の加工や、患部付近の狭い領域での正確な作業が求められる顕微鏡手術には、実体顕微鏡が用いられてきた。近年、これらの作業を遠隔操作で行うことが望まれている。というのは、遠隔操作で行うことができれば、高度な加工技能者や医師が移動することなく、様々な場所での作業や手術に対応できるからである。このような遠隔操作を実現するためには、実体顕微鏡での観察像を電子化する必要がある。
【０００３】
一般に用いられている立体撮像装置では、撮像部で視差のある２画像を撮像し、その画像を観察部において左右の目で観察する両眼視差を使って立体観察できるようにした装置が多い。このような視差のある２画像を左右の目で観察することにより得られる立体画像を本願では、「ステレオ画像」と呼ぶ。このような立体撮像装置の場合、撮像部の光学系の深度を深くすると解像劣化となり、他方、解像をよくするために開口を大きくすると撮像部の光学系の深度が浅くなる。しかるに、高度な加工技能者や医師は、光学像を観察しているため、解像を良くするために開口を広げて撮像部の光学系の深度が浅くなっても、目のフォーカス調整機能によりフォーカスを合わせることによりフォーカス調整範囲を広げられる。そのため、従来の立体撮像装置では、同一解像時において、前記撮像画像の深度が浅いのに対し、光学像のフォーカス可能範囲が広くなる。その差が、フォーカス調整作業の増加につながり、作業上効率低下や作業者の疲労の原因となり、加工技能者や医師にとって問題である。
【０００４】
また、このようなステレオ画像では、２つの視差画像の対応点がわかりやすい部分（例えば、物体の輪郭など）は画像の再現性が良いが、滑らかな物体の膨らみがあるような部分での視線方向の再現性が悪いことが知られている。これは、書き割り効果と呼ばれ、この効果が大きく現れている像は、平板に絵を書いたような奥行きがない像に見える。このような実体顕微鏡の観察像と異なる、視線方向の情報の欠如した像では、観察物体の形状を間違える可能性があるので、加工技能者や医師にとって受入れ難い問題である。
【０００５】
しかるに、従来、視線方向の像情報が得られる超多眼観察やホログラムの装置および方法が提案されている。しかし、これらの提案では、撮像系の解像度が不足し、実用が難しい。また、DFD式（Depth-Fused3D）装置および方法が例えば次の特許文献１，２に提案されている。
【特許文献１】特開２０００−２１４４１３号公報
【特許文献２】特開２０００−２１４４１３号公報
【０００６】
特許文献１には、視線方向に複数並べた画像の同一位置の濃度を変えることで複数像の間の位置が表現できることが示されている。また、特許文献２には、光軸方向に離れたボケのわかる像を撮像して、それを重ねて表示することにより光軸方向の情報を得て立体像と認識できることが示されている。
【０００７】
従来、一般的には、このように像を重ねても複数の像があるのが認識されるだけで、書き割り的な像として認織されると思われていた。また、ボケた像は残すとコントラストの低下など像劣化になるとして、ボケた部分を消すなどの処理が行われていた。
【０００８】
ところが、実際は、ボケた像を残したまま視線方向の像を重ねて見た場合、ボケた像は認識されず、書き割りのない自然な立体像に見える。これは、視線方向に画像を並べることにより、フォーカスを変えたときに得られる光学像の変化に近い見えになることによる。
【０００９】
このことから、人間は、視線方向の情報を複数の点で像を認識し、その像のコントラスト変化（像の濃度変化）を認識して立体情報として捉えていると考えられる。特に、２画像以上を両眼視差などで位置を特定しないと立体画像としての効果が現れない。
【００１０】
この方法で立体画像を作った場合、両眼視差、運動視差、輻輳、フォーカス（目の焦点調整）などの効果が少しずつ含まれるので、その分、自然な立体像になり、眼性疲労も少なくなる。
【００１１】
しかし、この方法で立体画像を作っても、立体画像としての効果が十分でなく、加工者や医師など高度な立体観察を必要とする者が立体像として観察するには、立体情報が不足しているという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、観察者が観察する像をフォーカスできる範囲が広く、かつ、疲労が少ない立体画像が得られる双眼立体観察装置、電子画像実体顕微鏡、電子画像立体観察装置、電子画像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】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明による双眼立体観察装置は、視差のある左右の少なくとも２方向から撮像する撮像部と、視差のある像を観察者が左右の目で見て立体観察する観察部とからなる双眼立体観察装置において、前記撮像部は、左右の光路ごとに、撮像位置に物体の像を結像する結像レンズを有するとともに、前記結像レンズの光軸上にｉ個の撮像位置を有し、前記結像レンズからｊ番目の撮像位置までの光軸上の距離をＬj、隣り合う撮像位置における、前記結像レンズまでの光軸上の距離の差をＥｋ、前記撮像部の光学系の像側深度をＤｄとしたとき、
Ｌ(j-1)＜Ｌj
Ｅｋ＝Ｌj−Ｌ(j-1)
Ｄｄ＜Ｅｋ
を満足し、前記観察部は、左右の光路ごとに、接眼光学系と、ｉ個の表示装置を有し、前記撮像部の各光路における前記結像レンズからｊ番目の撮像位置で撮像した像を、対応する光路における前記接眼光学系からｊ番目の表示装置に表示し、前記接眼光学系からｊ番目の表示装置までの光軸上の距離をＭjとしたとき、
Ｍj＜Ｍ(j-1)
を満足し、かつ、ｉ個の表示像を観察者の瞳上で重ねる手段を有することを特徴としている。
但し、ｉは２以上の整数、ｊは１≦ｊ≦ｉかつｊ≧２を満たす整数である。
【００１４】
また、本発明による電子画像実体顕微鏡は、視差のある左右の少なくとも２方向から撮像する撮像部と、視差のある像を観察者が左右の目で見て立体観察する観察部とからなる電子画像実体顕微鏡において、前記撮像部は、左右の光路ごとに、撮像位置に物体の像を結像する結像レンズを有するとともに、前記結像レンズの光軸上にｉ個の撮像位置を有し、前記結像レンズからｊ番目の撮像位置までの光軸上の距離をＬj、隣り合う撮像位置における、前記結像レンズまでの光軸上の距離の差をＥｋ、前記撮像部の光学系の像側深度をＤｄとしたとき、
Ｌ(j-1)＜Ｌj
Ｅｋ＝Ｌj−Ｌ(j-1)
Ｄｄ＜Ｅｋ
を満足し、前記観察部は、左右の光路ごとに、接眼光学系と、ｉ個の表示装置を有し、前記撮像部の各光路における前記結像レンズからｊ番目の撮像位置で撮像した像を、対応する光路における前記接眼光学系からｊ番目の表示装置に表示し、前記接眼光学系からｊ番目の表示装置までの光軸上の距離をＭjとしたとき、
Ｍj＜Ｍ(j-1)
を満足し、かつ、ｉ個の表示像を観察者の瞳上で重ねる手段を有し、更に、左の光路における前記結像レンズから最も近い撮像位置までの光軸上の距離をＬ１Ｌ、右の光路における前記結像レンズから最も近い撮像位置までの光軸上の距離をＬ１Ｒとしたとき、
｜Ｌ１Ｌ−Ｌ１Ｒ｜＝Ｅｋ／２
を満足することを特徴としている。
但し、ｉは２以上の整数、ｊは１≦ｊ≦ｉかつｊ≧２を満たす整数、ｋ＝ｊ−１である。
【００１５】
また、本発明による電子画像実体顕微鏡は、観察物体の複数の画像を撮像する撮像部と、それらの画像を表示する観察部とからなる電子画像実体顕微鏡において、前記撮像部は、撮像位置に物体の像を結像する結像レンズを有するとともに、前記結像レンズの光軸上にｉ個の撮像位置を有し、前記結像レンズからｊ番目の撮像位置までの光軸上の距離をＬj、隣り合う撮像位置における、前記結像レンズまでの光軸上の距離の差をＥｋ、前記撮像部の光学系の像側深度をＤｄとしたとき、
Ｌ(j-1)＜Ｌj
Ｅｋ＝Ｌj−Ｌ(j-1)
Ｄｄ＜Ｅｋ
を満足し、前記観察部は、接眼光学系と、ｉ個の表示装置を有し、前記撮像部の前記結像レンズからｊ番目の撮像位置で撮像した像を、前記接眼光学系からｊ番目の表示装置に表示し、前記接眼光学系からｊ番目の表示装置までの光軸上の距離をＭjとしたとき、
Ｍj＜Ｍ(j-1)
を満足し、かつ、ｉ個の表示像を観察者の瞳上で重ねる手段を有し、更に、撮像部の光学系の縦倍率と横倍率の絶対値とが等しくなるように、隣り合う表示装置における、前記接眼光学系までの光軸上の距離の差Ｆｋ＝Ｍj−Ｍ(j-1)を設定することを特徴としている。
但し、ｉは２以上の整数、ｊは１≦ｊ≦ｉかつｊ≧２を満たす整数、ｋ＝ｊ−１である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、観察者の像をフォーカスできる範囲が広く、疲労が少ない立体画像を供給する電子画像実体顕微鏡を提供することができた。特に、奥行き方向に解像感の良い範囲を広げて詳細な情報を観察者が得られたり、縦倍率の補正により自然な像が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施例の説明に先立ち、本発明の基本概念及び作用効果について説明する。
【００１８】
本発明では、次のように双眼立体装置を構成する。
（１）視差のある少なくとも２方向から撮像する撮像部と、撮像方向の違う２つの像を観察者が左右の目でみて立体観察する観察部からなる双眼立体観察装置において、左右それぞれの光路で、光軸上に異なる撮像位置に複数の撮像素子を配置し、隣り合う撮像位置における、前記撮像部に配置される結像レンズまでの光軸上の距離の差が、撮像部の光学系の像側深度より大きくなるように撮像部を構成するとともに、撮像部で撮像した左右それぞれにおける複数の像を、観察者が観察する左右の光軸上で異なる複数の表示位置に表示し、その複数の表示像が観察者が見て重なるように観察部を構成し、かつ、観察部で表示する画像の内どの２つを選んでも、観察部において近くに見える像に対応する物体面の撮像部からの光軸上の距離が近くなるように構成する。特に、観察部では、隣り合う表示位置における、観察部の接眼光学系までの距離の差が、観察者の目の深度よりも大きいとよい。
【００１９】
また、上記観察部において観察者の観察位置で像を重ねるために、撮像した像に対する電子ズーム処理や、表示像が重なって見える位置を観察部の光学系の入射瞳位置に合わせるように観察部の光学系を設計する。また、複数の所望の被写体にフォーカスが合うように、撮像部の左右一組の撮像位置を一体で移動して変えることができるようにすると、作業性の良い像が観察者に供給できる。
【００２０】
特に、双眼立体装置が実体顕微鏡の場合で、できるだけ広い範囲を観察したい場合、次のように構成すると良い。
（２）視差のある少なくとも２方向から撮像する撮像部と、撮像方向の違う２つの像を観察者が左右の目でみて立体観察する観察部からなり、左右それぞれの光路で、光軸上に異なる撮像位置に複数の撮像素子を配置し、隣り合う撮像位置における、前記撮像部に配置される結像レンズまでの光軸上の距離の差が、撮像部の光学系の像側深度より大きくなるように撮像部を構成するとともに、撮像部で撮像した左右それぞれにおける複数の像を、観察者が観察する左右の光軸上で異なる複数の表示位置に表示し、その複数の表示像が観察者が見て重なるように観察部を構成し、かつ、観察部において近くに見える像に対応する物体面の撮像部からの光軸上の距離が近くなるように構成した電子画像実体顕微鏡において、観察者の瞳径をＥｐ、観察者がフォーカスを合わせられる視度をｓ（１／ｍ）、観察者の観察波長をλ、撮像部での像側の撮像必要範囲をＲとしたとき、隣り合う撮像位置における、前記撮像部に配置される結像レンズまでの光軸上の距離の差Ｅｋが、
Ｒ×２０００×（λ／Ｅｐ＋１／１７５０）／（ｓ×Ｅｐ）
≦Ｅｋ≦Ｒ／２
の関係を満たすようにする。ここで、λには、最も目の感度の高い波長を入れる。一般に、波長を限定するフィルターなどを入れない場合、λ＝５５０ｎｍである。
【００２１】
さらに、ボケを目立たないようにするには、撮像部の撮像数をｉ、該撮像部の光学系の解像限界をＰ、射出開口数をＮＡ’としたとき、
ＮＡ’≦ｉ×Ｐ／Ｒ
の関係を満たすとよい。
【００２２】
また、観察物体の見たい部分の前後の解像を良くする実体顕微鏡の場合、次のように構成すると良い。
（３）視差のある少なくとも２方向から撮像する撮像部と、撮像方向の違う２つの像を観察者が左右の目でみて立体観察する観察部からなり、左右それぞれの光路で、光軸上に異なる撮像位置に複数の撮像素子を配置し、隣り合う撮像位置における、前記撮像部に配置される結像レンズまでの光軸上の距離の差Ｅｋが、撮像部の光学系の像側深度より大きくなるように撮像部を構成するとともに、撮像部で撮像した左右それぞれにおける複数の像を、観察者が観察する左右の光軸上で異なる複数の表示位置に表示し、その複数の表示像が観察者が見て重なるように観察部を構成し、かつ、観察部で表示する画像の内どの２つを選んでも、観察部において近くに見える像に対応する物体面の撮像部からの光軸上の距離が近くなるように構成した電子画像実体顕微鏡において、前記撮像部に配置される結像レンズを基準にして、左の光路における前記結像レンズから最も近い撮像位置までの光軸上の距離をＬ1L、右の光路における前記結像レンズから最も近い撮像位置までの光軸上の距離をＬ1Rとしたとき、
｜Ｌ1L−Ｌ1R｜＝Ｅｋ／２
を満足するように左右の撮像位置をずらして配置する。
また、撮像部の光学系の像側深度をＤｄとしたとき、Ｅｋ≦２Ｄｄとなるようにする。
【００２３】
また、上記（２）、（３）の構成においても、上記（１）の構成と同様に、観察部の観察者の観察位置で像を重ねるために、撮像した像に電子ズーム処理や、観察者の瞳位置で像の重なる位置をほぼ一致させるように観察部の光学系の入射瞳を合わせるように構成する。
【００２４】
また、光学系は、縦倍率と横倍率とで違いがあり、不自然な像になるという性質を持っている。この不自然な像とは、等倍以外は、観察物体を回転させるとフォーカス面にある場合とフォーカス面の前後にある場合で、観察物体の凹凸の感じが変化することである。特に、１倍から離れた倍率ほど顕著になる。これを改善するため本発明では次のような構成をとるのが好ましい。
（４）観察物体の複数の画像を撮像する撮像部と、その像を観察者がみて観察する観察部からなり、光軸上に異なる撮像位置に複数の撮像素子を配置し、隣り合う撮像位置における、前記撮像部に配置される結像レンズまでの光軸上の距離の差が、撮像部の光学系の像側深度より大きくなるように撮像部を構成するとともに、撮像部で撮像した複数の像を、観察者が観察する光軸上で異なる複数の表示位置に表示し、像が重なるように観察部を構成した観察装置において、撮像部の光学系の縦倍率と横倍率の絶対値とが等しくなるように、観察部における複数の表示装置を配置した構成とする。特に、実体顕微鏡のように視差のある２方向以上から撮像し、撮像した方向の違う２方向の画像を表示して観察する立体観察装置において、それぞれの方向で、撮像部の光学系の縦倍率と横倍率の絶対値とが等しくなるように、観察部の画像表示位置を変えると縦倍率と横倍率との関係の補正効果が大きい。
【００２５】
上記（４）の光学系がズーム光学系の場合、倍率が変わると縦倍率と横倍率の比も変わる。これを補正するため、撮像部の撮像位置、観察部の表示位置、または、両方をズームに連動して動かすようにする。縦倍率と横倍率の関係を補正した実体顕微鏡に近い見えにするには、例えば、縦倍率と横倍率の絶対値が一致するように撮像位置を動かす場合には、左右光軸の交点に近い物体面と共役な撮像面を基準にして、他の撮像素子をズームに連動して動かすように設定すると良い。
【００２６】
また、観察部における表示位置の光軸上の距離を変えて縦倍率と横倍率の絶対値とを一致させる場合には、上記（１）の構成と同様に、表示画像を重ねて見えるように、撮像した像に電子ズーム処理や、観察者の目の位置に像の重なる位置をほぼ一致させるように観察部の光学系の入射瞳を合わせるようにするとよい。
【００２７】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２８】
図１は本発明の第１実施例にかかる双眼立体観察装置の概略構成図である。
第１実施例の双眼立体観察装置は、観察物体を撮像する撮像部と撮像した像を観察者が観察する観察部とからなる。撮像部は、視差のある像を撮像する左右一対の光学系を有し、左右それぞれの光学系でフォーカス位置の異なる２つの像を撮像するように構成されている。観察部は、撮像部で撮像した左右それぞれのフォーカス位置が異なる像を複数の表示位置で表示し、左右それぞれの目で観察することで画像が重なるように構成されている。
【００２９】
撮像部は、対物レンズ１と、左右一対のアフォーカルズームレンズ２Ｌ，２Ｒと、左右一対の結像レンズ３Ｌ，３Ｒとで構成された左右一対の結像光学系を有している。左右一対の結像光学系は、左右それぞれの所定の撮像位置に像を結像するように構成されている。左右それぞれの結像光学系の射出側には、光分割素子４Ｌ，４Ｒが配置されている。光分割素子４Ｌ，４Ｒの反射側には、撮像素子５Ｌ，５Ｒが、透過側には撮像素子６Ｌ，６Ｒが配置されている。また、撮像素子５Ｌ，５Ｒ，６Ｌ，６Ｒは、撮像範囲全体に立体情報を提供するために、それぞれ物体側で左右光軸の交わる点が撮像面の中心にくるように配置されている。なお、図中、番号についているＬは左目光路を示し、Ｒは右目光路を示している。
【００３０】
左目光路について説明すると、撮像素子５Ｌの撮像面７Ｌの物体面でのフォーカス位置が物体面９の位置、撮像素子６の撮像面８Ｌの物体面でのフォーカス位置が物体面１０の位置となるように、撮像素子５Ｌと撮像素子６は、撮像面７Ｌ，８Ｌのそれぞれの物体面でのフォーカス位置を異ならせて配置されている。また、撮像素子５Ｌと撮像素子６Ｌの撮像位置は、撮像素子５Ｌと撮像素子６Ｌのそれぞれにおける結像レンズ３からの光軸上の距離の差が、撮像部の光学系の像側深度よりも大きくなる位置に配置されている。撮像素子５Ｌと撮像素子６Ｌの撮像位置が、この深度よりも小さくなるような光路長が接近した位置に配置されていると、光軸方向のコントラストの変化がハッキリとした情報が得られず、同一画像を重ねたコンポジット像に近くなって立体情報にならないからである。右目光路における、撮像素子５Ｒの撮像面７Ｒ、撮像素子６Ｒの撮像面８Ｒも、左目光路と同様に配置されている。なお、撮像素子５Ｌと撮像素子５Ｒの物体面でのフォーカス位置、撮像素子６Ｌと撮像素子６Ｒの物体面でのフォーカス位置をほぼ一致させるのが見易さの点からは良いが、目的によってはフォーカス位置が異なっていてもよく、実用上問題にならないことが多い。
【００３１】
左右の撮像素子７Ｌ，７Ｒ，８Ｌ，８Ｒで撮像した像は、それぞれの画像処理装置１１Ｌ，１１Ｒ，１２Ｌ，１２Ｒを介して画像処理され、観察部における、それぞれに対応した画像表示装置１３Ｌ，１３Ｒ，１４Ｌ，１４Ｒに表示される。観察部の左目光路では、画像表示装置１３Ｌ，１４Ｌで表示した像を光合成素子１５Ｌで合成し、接眼レンズ１６Ｌで拡大し、観察者が左目１７Ｌで観察することができるようになっている。また、画像表示装置１３Ｌ，１４Ｌに表示される像は、撮像部からより近い位置の物体面の像が観察者からの光軸上の距離がより近い位置に配置された画像表示装置に表示され、撮像部からより遠い位置の物体面の像が観察者からの光軸上の距離がより遠い位置に配置された画像表示装置に表示されるようになっている。例えば、物体面９は物体面１０に比べて撮像部から遠い位置にあるので、その物体面９の像を表示する画像表示装置１３Ｌの表示面は、画像表示装置１４Ｌの表示面に比べて、観察者の見る位置から光軸上の距離が離れた位置にある。
【００３２】
同様に右目光路では、画像表示装置１３Ｒ，１４Ｒで表示した像を光合成素子１５Ｒで合成し、接眼レンズ１６Ｒで拡大し、観察者が右目１７Ｒで観察することができるようになっている。また、画像表示装置１３Ｒ，１４Ｒの位置も左目光路と同様に撮像部からより近い位置の物体面の像が観察者からの光軸上の距離がより近い位置に配置された画像表示装置に表示され、撮像部からより遠い位置の物体面の像が観察者からの光軸上の距離がより遠い位置に配置された画像表示装置に表示されるようになっている。
【００３３】
また、各画像表示装置は、左右の光路ごとに、隣り合う画像表示装置（１３Ｌと１４Ｌ）、（１３Ｒと１４Ｒ）における、接眼レンズ１６Ｌ，１６Ｒまでの光軸上の距離の差が、観察者の目の深度よりも大きくなる位置に配置されている。このように配置すると、光軸方向のコントラスト変化情報が強調され、よりよい立体像となる。
【００３４】
画像処理装置１１Ｌ，１１Ｒ，１２Ｌ，１２Ｒは、一般的に行われるホワイトバランス、シャープネス、コントラストなどの調整のほか、重ねる画像の色や明るさや大きさに差のないように、色調整や明るさ調整や像を重ねるための倍率調整などを行う装置が用いられる。像を重ねるための倍率調整を、図２〜図４を用いて説明する。なお、説明は、左目光路のみについて行い、右目光路は左目光路における調整と同様であるので省略する。図２は撮像面７Ｌ，８Ｌの相対位置関係を示す説明図であり、説明の便宜上、光分割素子４Ｌの透過側の光路上に撮像面７Ｌの共役位置を示してある。図２では、図１の物体面９の位置での矢印の絵が撮像面７Ｌに結像したときの像を像１８Ｌとする。また、この矢印の像１８Ｌにおける矢印の頂点を通る光束を光束１９Ｌ、その光束の主光線を主光線２０Ｌとする。また、光束１９Ｌが撮像面８で交わる領域を交差領域２１Ｌとする。
【００３５】
図３は図２に示した撮像面７Ｌに結像した矢印の絵の像１８Ｌの表示位置を示す説明図である。図３においても、図２と同様に、表示装置１３Ｌ，１４Ｌの相対位置関係を示してある。図３に示すように、図２の撮像面７Ｌで撮像した像は、表示装置１３Ｌの表示面２２Ｌに像２４Ｌとして表示され、撮像面８Ｌで撮像した像は、表示装置１４Ｌの表示面２３Ｌに表示される。なお、矢印の頂点を通り撮像面８Ｌで撮像した交差領域２１Ｌの像は、表示装置１４Ｌの表示面２３Ｌ上の交差領域２５Ｌに表示される。また、図３では、観察者が接眼レンズ１６Ｌを通して観察した場合の主光線を２６Ｌで示してある。
【００３６】
この場合、観察者が見る観察像は、図４の左側に示すように、表示面２３Ｌに表示されたボケた矢印の像２８Ｌと、表示面２２Ｌに表示された矢印の像２７Ｌとが重ならない。この像が重ならないと、フォーカス位置の変更により発生する像のコントラスト変化が認識できず、立体情報が得られない。そこで、画像処理装置１１Ｌ，１２Ｌでは、このような図４の左側の状態から図４の右側のように画像処理して、観察部Ｃにおいて画像が重なるようにする。図４では、ボケた矢印の像２８Ｌに対して画像処理装置１２Ｌを介してデジタルズームを使うことにより、倍率を変更した像２９Ｌにして、観察部Ｃにおいて矢印の像２７Ｌと重なるようにしている。
【００３７】
また、図５は図１に示す接眼レンズ１６Ｌを、複数のレンズで入射瞳を調整可能に構成された接眼レンズ３０Ｌを用いて、入射瞳を調整することによって像を重ねた例を示す説明図である。なお、図５では左目光路で説明しているが、右目光路でも同様に配置する。図５の例は、接眼レンズ３０Ｌにより決まる観察者に観察される主光線３１Ｌが交差領域２５Ｌを通り、矢印の表示像２４Ｌの先端を通るようにしたものである。このようにすれば、図４で説明したような電子ズームなどの調整が不要になる。ただし、観察部の瞳が大きく変動する場合、接眼レンズ３０Ｌの瞳を撮像部のズームにあわせて変更するのは難しい。観察部の瞳の変動は、アフォーカルズームレンズ２Ｌ，２Ｒによることが大きく、開口絞りがアフォーカルズームレンズ２Ｌ，２Ｒ中、または、それより物体側である場合に大きくなる。そこで、図５の構成の場合、開口絞りは、アフォーカルズーム２Ｌ，２Ｒより像側に配設するのがよい。
【００３８】
このように構成した第１実施例の双眼立体観察装置によれば、ステレオ画像の視線方向の情報を追加することができ、観察者に対し、より正確な立体情報を供給できる。これにより、観察による疲労も減らすことができる。また、光軸上異なる距離に配置された複数の撮像面を光軸方向に動かすことができるようにすれば、同時に解像力良く見たい二箇所を立体的にみることができる。これは、所望の観察部位の手前に接触すると問題になるようなものがある場合に有効である。例えば、手術用顕微鏡観察において手術部位の手前に手術器具が接触すると問題になる血管があり、その位置が顕微鏡の光学系の深度よりも大きく離れている場合である。これまでは、フォーカスを合わせ直して接触の問題がないことを確認しながら手術をしていたため、時間がかかり、術者の負担も大きなものとなっていた。しかし、手術部位と深度外の血管に同時にフォーカスが合えば、操作時間の短縮と術者の疲労の軽減に役立つ。
【００３９】
なお、第１実施例の撮像部は、単対物型実体顕微鏡に設けたタイプで示したが、撮像部をグリノー型実体顕微鏡に設けても問題ない。その場合は、光分割素子４Ｌ，４Ｒや光合成素子１５Ｌ，１５Ｒとしては、ハーフミラー、ビームスプリッタや部分的にミラーになっているミラーなどで高速回転機構を備えたものが適用可能である。なお、撮像素子７Ｌ，７Ｒや表示装置１３Ｌ，１３Ｒを、左右ともに紙面に対し垂直方向に並べて配置すれば、光分割素子４Ｌ，４Ｒを一体化したものや、光合成素子１５Ｌ，１５Ｒを一体化したものを左右の光路で共通に使用できる。このようにすれば、光分割素子４Ｌ，４Ｒや光合成素子１５Ｌ，１５Ｒごとの製作上のバラツキによる特性の差が生じない。また、撮像素子５Ｌ，５Ｒ，６Ｌ，６Ｒは、ＣＣＤ、ＣＭＯＳや撮像管などで構成される。なお、本願では、イメージインテンシファイアーなど感度を上げる装置は、撮像素子に含めるものとする。また、観察画像表示装置１３Ｌ，１３Ｒ，１４Ｌ，１４Ｒは、液晶表示装置、反射型液晶表示装置、ＣＲＴモニターなどで構成される。
【実施例２】
【００４０】
図６は本発明の第２実施例にかかる双眼立体観察装置の概略構成図である。
第２実施例の双眼立体観察装置は、観察物体を撮像する撮像部と撮像した像を観察者が観察する観察部とからなる。
第２実施例の撮像部は、左右それぞれでｎ個の撮像素子を有している。
詳しくは、撮像部は、可変ＷＤ対物レンズ３２群と左右一対のアフォーカルズームレンズ３３Ｌ，３３Ｒと左右一対の結像レンズ３４Ｌ，３４Ｒとで構成された左右一対の結像光学系と、光分割素子３５Ｌ1〜３５Ｌn-1，３５Ｒ1〜３５Ｒn-1と、ミラー３６Ｌ，３６Ｒと、撮像素子３７Ｌ1〜３７Ｌn，３７Ｒ1〜３７Ｒnとからなる。なお、図中、番号についているＬは左目光路を示し、Ｒは右目光路を示している。また、右下の数字はｎ個、又は、ｎ−１個あるうちでの番号を示す。
【００４１】
可変ＷＤ対物レンス３２群は、レンズ系の一部を動かしてアフォーカル光束を射出する像の位置を変えることができるように構成されている。アフォーカルズームレンズ３３Ｌ，３３Ｒは、可変ＷＤ対物レンズ３２群から射出するアフォーカル光束を変倍してアフォーカル光束で射出するように構成されている。結像レンズ３４Ｌ，３４Ｒは、アフォーカルズームレンズ３３Ｌ，３３Ｒから射出したアフォーカル光束を所定の撮像位置に結像するようになっている。
【００４２】
左右それぞれの結像光学系の射出側には、左右それぞれ光分割素子３５Ｌ1〜３５Ｌn-1，３５Ｒ1〜３５Ｒn-1、ミラー３６Ｌ，３６Ｒが配置されており、結像光学系からの射出光束を左右それぞれｎ個の撮像素子３７Ｌ1〜３７n，３７Ｒ1〜３７Ｒnに導いて撮像することができるようになっている。また、撮像素子３７Ｌ1〜３７Ｌnまたは、撮像素子３７Ｒ1〜３７Ｒnの撮像位置に対応する物体面３８1〜３８nの間には、可変ＷＤ対物レンズ群３２がアフォーカル光束を射出する物体面があるように構成されている。なお、図６では、物体面が左右の光路で同一面になるように示したが、物体面は、左右の光路で一致しなくてもよい。また、各撮像素子の撮像位置は、左右それぞれにおける結像レンズ３４Ｌ，３４Ｒからの光軸上の距離の差が、第１実施例の撮像部と同様に撮像部の光学系の像側深度よりも大きくなるように、隣接する撮像面同士における結像レンズまでの光軸上の距離の差をつけて配置されている。
【００４３】
第２実施例の観察部は、画像処理装置３９Ｌ1〜３９Ｌn，３９Ｒ1〜３９Ｒnと、画像表示装置４０Ｌ1〜４０Ｌn，４０Ｒ1〜４０Ｒnと、ミラー４１Ｌ，４１Ｒと、光合成素子４２Ｌ2〜４２Ｌn，４２Ｒ1〜４２Ｒnと、接眼レンズ４３Ｌ，４３Ｒとで構成されている。
【００４４】
左右の撮像素子３７Ｌ1〜３７Ｌn，３７Ｒ1〜３７Ｒnで撮像した像は、それぞれの画像処理装置３９Ｌ1〜３９Ｌn，３９Ｒ1〜３９Ｒnで画像処理され、それぞれに対応した画像表示装置４０Ｌ1〜４０Ｌn，４０Ｒ1〜４０Ｒnに表示される。表示された像は、ミラー４１Ｌ，４１Ｒや光合成素子４２Ｌ2〜４２Ｌn，４２Ｒ1〜４２Ｒnを経て、それぞれが合成される。合成した光束を接眼レンズ４３Ｌ，４３Ｒで拡大し、観察者の目４４Ｌ，４４Ｒで観察することができるようになっている。また、画像表示装置４０Ｌ1〜４０Ｌn、４０Ｒ1〜４０Ｒnの表示位置は、撮像素子３７Ｌ1〜３７Ｌn，３７Ｒ1〜３７Ｒnの撮像位置との相対的な視線方向の位置がかわらないように配置されており、その状態で観察者の観察像ですべての片眼の像が重なるように画像処理装置３９Ｌ1〜３９Ｌn，３９Ｒ1〜３９Ｒnで倍率が調整されるようになっている。
【００４５】
なお、撮像部では、撮影像の中心（各撮像素子の光軸）が一致していなくても、画像処理装置３９Ｌ1〜３９Ｌn，３９Ｒ1〜３９Ｒnで調整可能であるが、その場合視野が狭くなる。従って、撮像部の少なくとも片側光路の撮影像の中心（各撮像素子の光軸）は一致させておいたほうがよい。また、撮像部の各撮像素子３７Ｌ1〜３７Ｌn，３７Ｒ1〜３７Ｒnの撮像位置のそれぞれにおける結像レンズ３４Ｌ，３４Ｒからの光軸上の距離の差と、表示部の画像表示装置４０Ｌ1〜４０Ｌn，４０Ｒ1〜４０Ｒnの表示位置のそれぞれにおける接眼レンズからの光軸上の距離の差が（表示サイズ／撮像サイズ）の拡大率に比例するように配置すると光学像に近い像になる。また、観察部においても、第１実施例の観察部と同様に隣り合う表示位置における接眼レンズまでの光軸上の距離の差が観察者の目の深度より大きいと片目でみても立体的に見える。
【００４６】
上記方法によれば、画像を光学像に近付けることができるほかに、光学顕微鏡で使いづらいいくつかの点を改善することもできる。１つは、従来、撮像部の光学系の被写界深度が浅いために見たい位置を合わせ難いという点を改善できる。これを改善する方法を、図７、図８に示す。図７では左目光路で説明するが、右目光路も同様である。図７に示すように、必要なフォーカス範囲Ｒ内で、ｎ個の撮像面４５Ｌ1〜４５Ｌnを等間隔に配置し、前記撮像面上に撮像素子を設置して撮像するとよい。また、各撮像素子の間隔ＥｋはＥｋ＝Ｒ／ｎとするとよい。撮像部の光学系の像側深度ＤｄはＲ／ｎ≧Ｄｄである。
【００４７】
また、観察部側で左右の光路ごとに、前記撮像素子の撮影した画像を表示するときに、隣り合う表示装置における、前記観察部の接眼光学系までの光軸上の距離の差をＦｋ、観察者の目の深度をＤeyeとし、Ｄeye＞Ｆｋのような条件で表示すると、光軸方向のコントラストの変化の情報が十分に得られず、同一画像を重ねたコンポジット像に近くなって立体的に観察することができない。従って、Ｄeye＜Ｆｋを満たすように構成することで重ねあわされた表示画像を立体的に観察することができる。
【００４８】
以上のように撮像部と表示部を構成することで、必要なフォーカス範囲Ｒと共役な物体側の範囲内にある被写体の像を良好な解像で立体的に観察することができるため、上記の問題点を解決することができる。
【００４９】
図８は、観察部において、観察者が観察波長λに対して目の調整能力によりフォーカスの合わせられる範囲Ｄ内での表示装置の配置関係の一例を示す図である。観察部の光学系の深度Ｄｆは、接眼レンズ４３Ｌ，４３Ｒの焦点距離ｆｏｃ、観察者の瞳径Ｅｐ、観察波長λにより以下の式で表せる。なお、λは、最も目の感度の高い波長を入れる。一般に、波長を限定するフィルターなどを入れない場合、λ＝５５０ｎｍである。
Ｄｆ＝２×ｆｏｃ2／Ｅｐ×（λ／Ｅｐ＋１／１７５０）
この式は、ベレークの式を変形したものである。観察部において、観察波長λに対して目の調整能力によりフォーカスの合わせられる範囲Ｄは、視度ｓ（１／ｍ）はあるとすると、以下のようになる。
Ｄ＝ｓ×ｆｏｃ2／１０００
以上の条件から撮像数ｎは以下のような式になる
２≦ｎ≦Ｄ／Ｄｆ＝ｓ×Ｅｐ／２０００／（λ／Ｅｐ＋１／１７５０）
このことから、撮像部の隣り合う撮像位置における、結像レンズまでの光軸上の距離の差Ｅｋは、以下の範囲になる
Ｒ×２０００×（λ／Ｅｐ＋１／１７５０）／（ｓ×Ｅｐ）
≦Ｅｋ≦Ｒ／２
【００５０】
上記範囲では、ボケている部分が発生する可能性がある。この場合、範囲を広くみることが目的であり、解像はある程度悪くてよいので、開口を絞って深度を深くする。撮像部の撮像数をｎ、該撮像部の光学系の解像限界をＰ、必要な深度幅ｓ、射出開口数をＮＡ’とすると、ｓ＝Ｒ／ｎであるので、
ＮＡ’≦ｎＰ／Ｒ
の関係を満たすとよい。以上は左目光路のみを示したが、右目光路でも同様である。
以上のような条件を満たすように撮像部と表示部を構成することで、一般的な観察者が観察を行う際に、十分な広さの観察範囲の像を立体画像として観察することができる。
【００５１】
次に、解像のよい範囲を増やす方法について述べる。人間には、左右の目で観察した場合、解像のよいほうを優先して像をみるという性質がある。それを利用して片方の目で深度から僅かに外れてボケた像の解像の悪さを、他方の目で解像している像を見ることによって補うようにすることができる。この場合、撮像部の左右それぞれの光路上に配置する撮像素子と撮像部の光学系の焦点深度との位置関係は図９のようになる。図９には、左右の光路の撮像位置の位置関係を説明するために、左目光路４７と右目光路４８と、左目光路撮像位置４９Ｌk，４９Ｌk+1と右目光路撮像位置４９Ｒk-1，４９Ｒk，４９Ｒk+1をそれぞれ示してある。
【００５２】
図９において、撮像部の左右それぞれの光路の隣り合う撮像位置における、前記撮像部に配置される結像レンズまでの光軸上の距離の差をＥｋ＝一定とし、かつ前記結像レンズを基準にして右目光路上のｋ番目の撮像位置までの距離と、左眼光路上のｋ番目の撮像位置までの距離との差がＥｋ／２となるように左右の撮像位置をずらして、前記撮像位置に撮像素子を配置し、表示部でもそれに対応するように表示装置を配置する。また、撮像部の光学系の像側深度をＤｄとしたとき、Ｅｋ≦２Ｄｄとなるようにする。このようにすることで、例えば右目光路のｋ番目の撮像素子とその前後に配置されている左目光路のk番目とｋ+１番目の撮像素子で撮影した像は、それぞれの焦点深度内にあって解像しているので、右目光路のｋ番目の撮像位置と共役な物体面を注目しているにもかかわらず、左目光路のk番目とｋ+１番目の撮像位置にそれぞれ共役な物体面の間の空間にまであたかも被写界深度が拡大したような状態で立体的に観察することができる。また、この装置の構成で静止画撮影を行うためにフォーカス合わせをするときには、左右のフォーカス位置に同じになるように一方の光路のフォーカス位置を変えるように構成するのが望ましい。すなわち、左右の光路に配置される撮像素子が、少なくとも±Ｅｋ／２だけ光軸方向に移動可能に構成し、静止画撮影時には左右の光路上のｋ番目の撮像素子がそれぞれ同じ物体面の左右一対の像を撮影するように移動する。そして、それぞれの撮像素子が撮影した像のうち、ｋ番目の撮像位置と共役な物体面上での左右の光軸間距離Δｋが最も小さくなる撮像位置で撮像される像のみを観察部のｋ番目の表示装置に表示するようにする。
【００５３】
撮像部の光学系の像側深度Ｄｄは、ズームにより変わる場合が多い。そこで、ズームに連動して隣り合う撮像素子どうしの結像レンズまでの光軸上の距離の差Ｅｋを変えるのが最も好ましい。しかし、それにより装置が複雑化し、大型化するなどの問題も発生する。そこで、撮像部の光学系の像側深度がズームの動作に伴って最も浅くなるときの深度をＤｄminとしたとき、Ｅｋ＝２Ｄｄminとなるように各撮像素子を配置するとよい。これを図１０に示す。図１０は、Ｅｋ＝２Ｄｄminを満足ように左右の光路上に撮像素子を配置した図である。
【００５４】
このようにすることで、ズームの動作に関わらず、常に適正な撮像素子間隔を保つことができるので、どのようなズーム状態でも立体的で自然な画像を得ることができるとともに、装置を複雑にしたり、大型化することがないという優れた効果を得ることができる。
【００５５】
また、広い範囲でおおよその像を捕らえる表示方法と狭い範囲で解像の良い表示をする表示方法とを切り替えることができるようにすると、観察者はより操作がし易くなる。また、ズーム倍率と上記２つの表示方法との間に一定の法則性があるような場合には、その法則性を記憶し、ズームの変更だけで表示状態を変えるように構成してもよい。
【００５６】
また、この装置に静止画撮影装置を取り付けて被写体の写真を撮影することが望まれる場合がある。そのような場合、観察部の光学系で静止画撮影装置のフォーカスが確認できると作業効率が良い。しかるに、第２実施例の観察部の光学系では、光学像に近い像を形成するため、フォーカスの合っている範囲が広い。静止画撮像のフォーカス合わせの精度を上げるためには、撮像部の光学系の左右光軸の交点付近の撮影像のみを観察部の光学系で表示（更に詳しくは、ｊ番目の撮像位置と共役な物体面上での左右の光軸間距離Δｊが最も小さくなる撮像位置で撮像される像のみを観察部のｊ番目の表示装置に表示）し、それを使ってフォーカス合わせをするようにするとよい。そのようにすると、他の像の表示がないので観察像が暗くなるが、画像表示している表示装置を明るくすれば使いやすくなる。
【実施例３】
【００５７】
図１１は本発明の第３実施例にかかる双眼立体観察装置の概略構成図である。第３実施例の立体観察装置は、像の表示位置を変えることができることを利用して、縦倍率の絶対値αと横倍率の絶対値βとが等しくなるように補正するように構成されている。
レンズの特性として以下の関係がある。
α＝β2
この特性のため、倍率が大きいと凹凸が強調されることになり、実際と異なる像になる。特に、視差のある画像と組合せると光軸方向の像位置が異なり不自然な像になってしまう。これを表示位置がα＝｜β｜となる位置に表示することにより自然な拡大立体像にする。
【００５８】
第３実施例は、説明の便宜上、単眼で２画像撮像の構成を示してある。撮像部は、ズームとフォーカス機能を備えた結像レンズ系５０と、光分割素子５１と、撮像素子５２，５３とからなる。観察物点５４，５５は、それぞれ、撮像素子５２の撮像面５６、撮像素子５３の撮像面５７に結像するようになっている。
【００５９】
撮像素子５２で撮像した像と撮像装置５３で撮像した像は、それぞれの画像処理装置５８，５９で画像処理される。画像処理装置５８，５９で画像処理された像は、それぞれ画像表示装置６０，６１に表示される。この表示した像が光合成素子６２で合成され、接眼レンズ６３を通して観察者の両目６４Ｌ，６４Ｒで観察されるようになっている。表示装置６０，６１は、観察する像が、撮像部で撮像した観察物点５４，５５の遠近と合うように配置されている。図１２に撮像部における撮像位置の光軸上の相対位置関係を示し、図１３に観察部における表示位置の光軸上の相対位置関係を示す。観察物点５４と観察物点５５との間の光軸上の距離をａ、横倍率をβとすると、その像面である撮像面５６と撮像面５７との間の光軸上の距離の差はａ×β2になる。その像を観察部に表示したときの倍率をｍとし、観察者の見る観察物点５４、観察物点５５に対応する像の位置をそれぞれ表示位置６５と表示位置６６とする。表示位置６５と表示位置６６との間隔をａ×ｍ×βとなるように配置する。これは、表示位置の間隔を視線方向に１／β倍したことと等しく、縦倍率αと横倍率βがα＝βとなった状態である。この状態で画像処理装置５８，５９を介して、観察位置から見て撮像した像が重なるように画像の倍率を調整する。
【００６０】
第３実施例では、単眼光学系で示したが、第１実施例、第２実施例で示したように一対の光学系それぞれに適応させた双眼光学系で構成すると、より良い立体像が観察できる。
【００６１】
以上説明したように、本発明は特許請求の範囲に記載した発明の他に次のような特徴も備えている。
【００６２】
（１）前記観察部は、左右の光路ごとに、隣り合う表示装置における、前記接眼光学系までの光軸上の距離の差をＦｋ、観察者の目の深度をＤeyeとしたとき、
Ｆｋ＝Ｍ(j-1)−Ｍj
Ｄeye＜Ｆｋ
を満足することを特徴とする請求項１に記載の双眼立体観察装置。
【００６３】
（２）視差のある左右の少なくとも２方向から撮像する撮像部と、視差のある像を観察者が左右の目で見て立体観察する観察部とからなる電子画像実体顕微鏡において、前記撮像部は、左右の光路ごとに、撮像位置に物体の像を結像する結像レンズを有するとともに、前記結像レンズの光軸上にｉ個の撮像位置を有し、前記結像レンズからｊ番目の撮像位置までの光軸上の距離をＬj、隣り合う撮像位置における、前記結像レンズまでの光軸上の距離の差をＥｋ、前記撮像部の光学系の像側深度をＤｄとしたとき、
Ｌ(j-1)＜Ｌj
Ｅｋ＝Ｌj−Ｌ(j-1)
Ｄｄ＜Ｅｋ
を満足し、前記観察部は、左右の光路ごとに、接眼光学系と、ｉ個の表示装置を有し、前記撮像部の各光路における前記結像レンズからｊ番目の撮像位置で撮像した像を、対応する光路における前記接眼光学系からｊ番目の表示装置に表示し、前記接眼光学系からｊ番目の表示装置までの光軸上の距離をＭjとしたとき、
Ｍj＜Ｍ(j-1)
を満足し、かつ、ｉ個の表示像を観察者の瞳上で重ねる手段を有し、更に、観察者の瞳径をＥｐ、観察者がフォーカスを合わせられる視度をｓ（１／ｍ）、観察者の観察波長をλ、撮像部での像側の撮像必要範囲をＲとしたとき、隣り合う撮像位置における、前記結像レンズまでの光軸上の距離の差Ｅｋが、
Ｒ×２０００×（λ／Ｅｐ＋１／１７５０）／（ｓ×Ｅｐ）
≦Ｅｋ≦Ｒ／２
を満足することを特徴とする電子画像実体顕微鏡。
但し、ｉは２以上の整数、ｊは１≦ｊ≦ｉかつｊ≧２を満たす整数、ｋ＝ｊ−１である。
【００６４】
（３）前記像を重ねる手段が、電子ズーム処理手段であることを特徴とする請求項１又は上記（２）に記載の双眼立体観察装置。
【００６５】
（４）ｉ個の表示像が前記観察部の光学系の入射瞳上で重なっていることを特徴とする請求項１又は上記（２）に記載の双眼立体観察装置。
【００６６】
（５）左右それぞれの光路に、ｊ番目の撮像装置どうしが連動して移動する手段を備えていることを特徴とする請求項１又は上記（２）に記載の双眼立体観察装置。
【００６７】
（６）前記撮像部における撮像数をｎ、該撮像部の光学系の解像限界をＰ、射出開口数をＮＡ’としたときに、
ＮＡ’≦ｎ×Ｐ／Ｒ
を満足することを特徴とする上記（２）に記載の電子画像実体顕微鏡。
【００６８】
（７）隣り合う撮像位置における、前記結像レンズまでの光軸上の距離の差Ｅｋ、前記撮像部の光学系の像側深度Ｄｄとしたとき、
Ｅｋ≦２×Ｄｄ
を満足することを特徴とする請求項２に記載の電子画像実体顕微鏡。
【００６９】
（８）前記撮像部の左右いずれか一方の光路上にある全ての撮像位置をＥｋ／２移動し、ｊ番目の撮像位置と共役な物体面上での左右の光軸間距離Δｊが最も小さくなる撮像位置で撮像される像のみを観察部のｊ番目の表示装置に表示することを特徴とする請求項２に記載の電子画像実体顕微鏡。
【００７０】
（９）視差のある左右の少なくとも２方向から撮像する撮像部と、視差のある像を観察者が左右の目で見て立体観察する観察部とからなる電子画像立体観察装置において、前記撮像部は、左右の光路ごとに、撮像位置に物体の像を結像する結像レンズを有するとともに、前記結像レンズの光軸上にｉ個の撮像位置を有し、前記結像レンズからｊ番目の撮像位置までの光軸上の距離をＬj、隣り合う撮像位置における、前記結像レンズまでの光軸上の距離の差をＥｋ、前記撮像部の光学系の像側深度をＤｄとしたとき、
Ｌ(j-1)＜Ｌj
Ｅｋ＝Ｌj−Ｌ(j-1)
Ｄｄ＜Ｅｋ
を満足し、前記観察部は、左右の光路ごとに、接眼光学系と、ｉ個の表示装置を有し、前記撮像部の各光路における前記結像レンズからｊ番目の撮像位置で撮像した像を、対応する光路における前記接眼光学系からｊ番目の表示装置に表示し、前記接眼光学系からｊ番目の表示装置までの光軸上の距離をＭjとしたとき、
Ｍj＜Ｍ(j-1)
を満足し、かつ、ｉ個の表示像を観察者の瞳上で重ねる手段を有し、更に、撮像部の光学系の縦倍率と横倍率の絶対値とが等しくなるように、隣り合う表示装置における、前記接眼光学系までの光軸上の距離の差Ｆｋ＝Ｍj−Ｍ(j-1)を設定することを特徴とする電子画像立体観察装置。
但し、ｉは２以上の整数、ｊは１≦ｊ≦ｉかつｊ≧２を満たす整数、ｋ＝ｊ−１である。
【００７１】
（１０）観察物体の複数の画像を撮像する撮像部と、それらの画像を表示する観察部とからなる電子画像観察装置において、前記撮像部は、撮像位置に物体の像を結像する結像レンズを有し、ズーム光学系を備えるとともに、前記結像レンズの光軸上に、ｉ個の撮像位置を有し、前記結像レンズからｊ番目の撮像位置までの光軸上の距離をＬj、隣り合う撮像位置における、前記結像レンズまでの光軸上の距離の差をＥｋ、前記撮像部の光学系の像側深度をＤｄとしたとき、
Ｌ(j-1)＜Ｌj
Ｅｋ＝Ｌj−Ｌ(j-1)
Ｄｄ＜Ｅｋ
を満足し、前記ズーム光学系のズーム倍率に連動して、隣り合う撮像位置における、前記結像レンズまでの光軸上の距離の差Ｅｋを調整する手段を有し、前記観察部は、接眼光学系と、ｉ個の表示装置を有し、前記撮像部の前記結像レンズからｊ番目の撮像位置で撮像した像を、前記接眼光学系からｊ番目の表示装置に表示し、前記接眼光学系からｊ番目の表示装置までの光軸上の距離をＭjとしたとき、
Ｍj＜Ｍ(j-1)
を満足し、かつ、ｉ個の表示像を観察者の瞳上で重ねる手段を有し、更に、撮像部の光学系の縦倍率と横倍率の絶対値とが等しくなるように、隣り合う表示装置における、前記接眼光学系までの光軸上の距離の差Ｆｋ＝Ｍj−Ｍ(j-1)を設定することを特徴とする電子画像観察装置。
但し、ｉは２以上の整数、ｊは１≦ｊ≦ｉかつｊ≧２を満たす整数、ｋ＝ｊ−１である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１実施例にかかる双眼立体観察装置の概略構成図である。
【図２】撮像面７Ｌ，８Ｌの相対位置関係を示す説明図である。
【図３】図２に示した撮像面７Ｌに結像した矢印の絵の像１８Ｌの表示位置を示す説明図である。
【図４】像が重なった状態の観察像を示す説明図である。
【図５】図１に示す接眼レンズ１６Ｌを、複数のレンズで入射瞳を調整可能に構成された接眼レンズ３０Ｌを用いて、入射瞳を調整することによって像を重ねた例を示す説明図である。
【図６】本発明の第２実施例にかかる双眼立体観察装置の概略構成図である。
【図７】必要なフォーカス範囲Ｒ内に配置される撮像素子の位置関係および撮像部の光学系の焦点深度Ｄｄと撮像素子間隔Ｅｋの関係を示す図である。
【図８】観察部において、観察者が観察波長λに対して目の調整能力によりフォーカスの合わせられる範囲Ｄ内での表示装置の配置関係の一例を示す図である。
【図９】撮像部の左右それぞれの光路上に配置する撮像素子と撮像部の光学系の焦点深度との位置関係を示す図である。
【図１０】撮像部の隣り合う撮像素子どうしの結像レンズまでの光軸上の距離の差Ｅｋ＝２Ｄｄminとなるように各撮像素子を配置した図である。
【図１１】本発明の第３実施例にかかる双眼立体観察装置の概略構成図である。
【図１２】撮像部における撮像位置の光軸上の相対位置関係を示す説明図である。
【図１３】観察部における表示位置の光軸上の相対位置関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７３】
１          対物レンズ
２Ｌ，２Ｒ，３３Ｌ，３３Ｒ      アフォーカルズームレンズ
３Ｌ，３Ｒ，３４Ｌ，３４Ｒ      結像レンズ
４Ｌ，４Ｒ，３５Ｌ1〜３５Ｌn-1、３５Ｒ1〜３５Ｒn-1，５１            光分割素子
５Ｌ，５Ｒ，６Ｌ，６Ｒ，３７Ｌ1〜３７Ｌn，３７Ｒ1〜３７Ｒn，５２，５３          撮像素子
７Ｌ，７Ｒ，８Ｌ，８Ｒ，４５Ｌ1〜４５Ｌn，５６，５７              撮像面
９，１０，３８1〜３８n          物体面
１１Ｌ，１１Ｒ，１２Ｌ，１２Ｒ，３９Ｌ1〜３９Ｌn，３９Ｒ1〜３９Ｒn，５８，５９          画像処理装置
１３Ｌ，１３Ｒ，１４Ｌ，１４Ｒ，４０Ｌ1〜４０Ｌn，４０Ｒ1〜４０Ｒn，６０，６１          画像表示装置
１５Ｌ，１５Ｒ，４２Ｌ2〜４２Ｌn，４２Ｒ1〜４２Ｒn，６２          光合成素子
１６Ｌ，１６Ｒ，３０Ｌ，４３Ｌ，４３Ｒ，６３                     接眼レンズ
１７Ｌ，１７Ｒ，４４Ｌ，４４Ｒ，６４Ｌ，６４Ｒ                   観察者の目
１８Ｌ      物体面９の位置での矢印の絵が撮像面７Ｌに結像したときの像
１９Ｌ      像１８Ｌにおける矢印の頂点を通る光束
２０Ｌ      光束１９Ｌの主光線
２１Ｌ      光束１９Ｌが撮像面８で交わる交差領域
２２Ｌ      表示装置１３Ｌの表示面
２３Ｌ      表示装置１４Ｌの表示面
２４Ｌ      表示面２２Ｌに表示される像
２５Ｌ      表示装置１４Ｌの表示面２３Ｌ上の交差領域
２６Ｌ      観察者が接眼レンズ１６Ｌを通して観察した場合の主光線
２７Ｌ      表示面２２Ｌに表示された矢印の像
２８Ｌ      表示面２３Ｌに表示されたボケた矢印の像
２９Ｌ      倍率を変更した像
３１Ｌ      接眼レンズ３０Ｌにより決まる観察者に観察される主光線
３２        可変ＷＤ対物レンズ群
３６Ｌ，３６Ｒ，４１Ｌ，４１Ｒ        ミラー
４６Ｌ1〜４６Ｌn，６５，６６          表示位置
４７        左目光路
４８        右目光路
４９Ｌk，４９Ｌk+1                    左目光路撮像位置
４９Ｒk-1，４９Ｒk，４９Ｒk+1          右目光路撮像位置
５０        結像レンズ系
５４，５５  観察物点
【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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