(57)【要約】  【課題】運動視差の効果を利用して、観察者が画像を立体的に把握し易くするとともに撮影装置を小型化することができ、更に製造コストを低くすることができる立体画像観察装置を提供する。  【解決手段】物体側から順に、対物光学系１とレンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子２と撮像素子４で構成される撮影装置と、観察者側から順にレンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子８と表示素子６で構成される表示装置からなり、撮像素子の撮像面は対物光学系１と光学素子２との合成の結像面よりも物体側に配置され、表示素子の表示面は光学素子８の焦点位置又は焦点位置より光学素子側に配置され、以下の条件式を満足する。    0.95    ≦  （ｂ／B）×（D／ｄ）  ≦  1.05ただし、ｂ：撮像素子の画素間隔、B：表示素子の表示絵素間隔、ｄ：光学素子２のレンズ作用のある部材どうしの間隔、D：光学素子８のレンズ作用のある部材どうしの間隔。【選択図】図１
2007199226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、対物光学系と、レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子と、撮像素子で構成される撮影装置と、
観察者側から順に、レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子と、表示素子で構成される表示装置からなる立体画像観察装置において、
前記撮像素子の撮像面は、前記対物光学系と、前記レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子との合成の結像面よりも物体側に配置され、
前記表示素子の表示面は、前記レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子の焦点位置、または、焦点位置より光学素子側に配置され、
以下の条件式を満足することを特徴とする立体画像観察装置。
0.95    ≦  （ｂ／B）×（D／ｄ）  ≦  1.05
ただし、
ｂ：撮像素子の画素間隔、
B：表示素子の表示絵素間隔、
ｄ：撮影装置に配置されるレンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子におけるレンズ作用のある部材どうしの間隔、
D：表示装置に配置されるレンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子におけるレンズ作用のある部材どうしの間隔
【請求項２】
対物光学系が物体側と像側ともにテレセントリックであることを特徴とする請求項１に記載の立体画像観察装置。
【請求項３】
更に以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の立体画像観察装置。
0.95  ≦  （ｅ／Ｅ）×（Ｂ／b）  ≦  1.05
0.95  ≦  （ｅ／Ｅ）×（D／ｄ）  ≦  1.05
ただし、
ｅ：レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子の中心軸から撮像素子の撮像面上の任意の画素Ｘｎまでの距離、
Ｅ：レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子の中心軸から表示素子の表示面上で前記画素Ｘｎが撮像した画像を表示する絵素Ｙｎまでの距離
【請求項４】
前記レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子が、レンチキュラーレンズまたは、マイクロレンズアレーであることを特徴とする請求項３に記載の立体画像観察装置。
【請求項５】
撮影装置に配置されるレンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子の有するパワーと、表示装置に配置されるレンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子の有するパワーが異なることを特徴とする請求項３に記載の立体画像観察装置。
【請求項６】
物体側から順に、対物光学系と、レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子と、リレー光学系と、撮像素子で構成される撮像装置と、
観察者側から順に、レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子と、表示素子で構成される表示装置からなる立体画像観察装置において、
前記撮像素子の撮像面と共役な面が、前記レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子と、前記対物レンズと前記レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子との合成の結像面との間に配置され、
前記表示素子の表示面は、前記レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子の焦点位置、または、焦点位置より光学素子側に配置され、
以下の条件式を満足することを特徴とする立体画像観察装置。
0.95  ≦  （ｂ／（βr×Ｂ））×（D／ｄ）  ≦  1.05
ただし、
ｂ：撮像素子の画素間隔、
B：表示素子の表示絵素間隔、
ｄ：撮影装置に配置されるレンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子におけるレンズ作用のある部材どうしの間隔、
D：表示装置に配置されるレンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子におけるレンズ作用のある部材どうしの間隔、
βr：リレー光学系のリレー倍率
【請求項７】
前記対物光学系は開口絞りを有し、前記開口絞りと光学的に共役な位置に前記リレー光学系の絞りを設けたことを特徴とする請求項６に記載の立体画像観察装置。
【請求項８】
前記レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子が、レンチキュラーレンズまたは、マイクロレンズアレーであることを特徴とする請求項７に記載の立体画像観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体画像観察装置に関し、更に詳しくは、撮影装置と表示装置から構成される立体観察用顕微鏡システムおよび立体観察用内視鏡システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、顕微鏡下での微細加工や、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下での手術には、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、遠隔操作で作業を行うことができれば、加工技能者や医師が現場へ移動することなく、遠隔地から対応できるようになるからである。このような遠隔操作を実現するためには、実体顕微鏡により観察される被写体の像を画像化して表示装置上に表示できるようにするのが望ましい。
【０００３】
このような用途に適用されるものとしては、観察者の両眼視差を利用して表示画像を立体的に観察させる装置が知られている。例えば、両眼視差の効果が現れる程度に被写体に対する角度を変えて撮影した２つの画像を表示装置上に表示し、観察者が左右の目で夫々の画像を見ることにより被写体を立体的に観察するステレオ画像観察装置などがある。
【０００４】
このようなステレオ画像観察装置によるステレオ画像は、観察者の視線方向で立体的に見えにくいことが知られている。すなわち、被写体の境界部分（例えば物体の輪郭）の画像は比較的立体として捉え易いが、観察者の視線方向に連続的に物体が存在するような被写体では、平面に絵を書いたような立体感の無い画像が視線方向にいくつも並んでいるように見えてしまい、観察者が被写体を立体として認識することができない。この現象は、一般に「書割効果」として知られている。このような観察者の視線方向の立体感の欠如した画像は、術者が観察物体の形状を誤認する可能性があるため、この種の用途のステレオ画像としては適さない。
【０００５】
ステレオ画像における「書割効果」を改善してより実際に近い立体感をもたせるため、新たに運動視差の効果を付加して画像を構築する方法が提案されている。例えば、特許文献１の第２実施例等には、運動視差の効果を利用して、観察者が画像を立体的に把握し易くした実体顕微鏡の構成が開示されている。
【０００６】
すなわち、可変WD対物レンズと、対物レンズと同軸に配置されたアフォーカル変倍系と、アフォーカル変倍系から射出された光束の垂直断面上に配置された５つの結像レンズと、結像レンズの結像面に配置された撮像素子で構成される撮影装置により、被写体を異なる角度から撮影し、観察者が覗く角度を変えると見える像が変わるように製作されたレンチキュラー表示素子と、レンチキュラー表示素子を観察するための接眼レンズで構成される表示装置により、撮影装置で撮影した画像を表示することで、運動視差の効果を付加した画像を提供できるようにしている。
【特許文献１】特開2001-66513号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
先行文献１に開示される実体顕微鏡の撮影装置は、被写体を異なる角度から撮影するために複数の撮像素子を配置している。そのため、撮影装置が大型化してしまうとともに、製造コストが高いという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、運動視差の効果を利用して、観察者が画像を立体的に把握し易くするとともに撮影装置を小型化することができ、更に製造コストを低くすることができる立体画像観察装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明の立体画像観察装置は、物体側から順に、対物光学系と、レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子と、撮像素子で構成される撮影装置と、観察者側から順に、レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子と、表示素子で構成される表示装置からなり、前記撮像素子の撮像面は、前記対物光学系と、前記レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子との合成の結像面よりも物体側に配置され、前記表示素子の表示面は、前記レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子の焦点位置、または、焦点位置より光学素子に配置され、以下の条件式を満足することを特徴としている。
【００１０】
0.95    ≦  （ｂ／B）×（D／ｄ）  ≦  1.05
ただし、ｂは撮像素子の画素間隔、Bは表示素子の表示絵素間隔、ｄは撮影装置に配置されるレンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子におけるレンズ作用のある部材どうしの間隔、Dは表示装置に配置されるレンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子におけるレンズ作用のある部材どうしの間隔である。
【００１１】
また、第１の発明の立体画像観察装置は、対物光学系が物体側と像側ともにテレセントリックであることが望ましい。
【００１２】
また、第１の発明の立体画像観察装置は、以下の条件式を満足するのが望ましい。
【００１３】
0.95  ≦  （ｅ／Ｅ）×（Ｂ／b）  ≦  1.05
0.95  ≦  （ｅ／Ｅ）×（D／ｄ）  ≦  1.05
ただし、ｅはレンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子の中心軸から撮像素子の撮像面上の任意の画素Ｘｎまでの距離、Ｅはレンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子の中心軸から表示素子の表示面上で前記画素Ｘｎが撮像した画像を表示する絵素Ｙｎまでの距離である。
【００１４】
また、本発明の立体画像観察装置は、レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子が、レンチキュラーレンズまたは、マイクロレンズアレーであることが望ましい。
【００１５】
また、第１の発明の立体画像観察装置は、撮影装置に配置されるレンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子の有するパワーと、表示装置に配置されるレンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子の有するパワーが異なるとより望ましい。
【００１６】
第２の発明の立体画像観察装置は、物体側から順に、対物光学系と、レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子と、リレー光学系と、撮像素子で構成される撮像装置と、観察者側から順に、レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子と、表示素子で構成される表示装置からなり、前記撮像素子の撮像面と共役な面が、前記レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子と、前記対物レンズと前記レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子との合成の結像面との間に配置され、前記表示素子の表示面は、前記レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子の焦点位置に配置され、以下の条件式を満足することを特徴としている。
【００１７】
0.95  ≦  （ｂ／（βr×Ｂ））×（D／ｄ）  ≦  1.05
ただし、ｂは撮像素子の画素間隔、Bは表示素子の表示絵素間隔、ｄは撮影装置に配置されるレンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子におけるレンズ作用のある部材どうしの間隔、Dは表示装置に配置されるレンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子におけるレンズ作用のある部材どうしの間隔、βrはリレー光学系のリレー倍率である。
【００１８】
また、第２の発明の立体画像観察装置は、対物光学系が開口絞りを有し、前記開口絞りと光学的に共役な位置に前記リレー光学系の絞りを設けられているのが望ましい。
【００１９】
また、第２の発明の立体画像観察装置は、レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子が、レンチキュラーレンズまたは、マイクロレンズアレーであるのが望ましい。
【００２０】
本発明の立体画像観察装置に採用される光学系の基本構成について、図８、図９を用いて説明する。図８（ａ）は、撮影装置を構成する光学部材の配置関係を説明するための光線図であり、図８（ｂ）は、撮像素子の撮像面近傍を拡大表示した光線図である。また、図９（ａ）は、表示装置を構成する光学部材の配置関係を説明するための光線図であり、図９（ｂ）は、表示素子の表示面近傍を拡大表示した光線図である。
【００２１】
図８（ａ）に示すように、撮影装置は、物体側から順に、対物光学系と、レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子（以下、単に光学素子Ａと記述する）と、撮像素子で構成されている。
【００２２】
対物光学系と光学素子Ａにより、物体Ｏの像が撮像素子の撮像面に結像する。このとき、撮像素子の撮像面は、対物光学系と光学素子Ａによる光線の結像位置よりも物体Ｏ側に配置される。その結果、物体Ｏ上の物点Onの像は、図８(ｂ)に示すように、撮像素子の撮像面上の複数の画素により撮像される。
【００２３】
例えば、画素ｃは撮像面に対する入射角度が０°の光線ｋ１による像を撮像し、画素ｂは、画素ｃに入射する光線よりも撮像面に対する入射角度が大きく、且つ、図８（ｂ）上で左側から入射する光線ｋ２による像を撮像する。また、画素ｄは、画素ｃに入射する光線よりも撮像面に対する入射角度が大きく、且つ図８（ｂ）上で右側から入射する光線ｋ３による像を撮像する。すなわち、上記のような配置とすることで、物点Onをそれぞれ異なる方向から見た像を、それぞれの画素により撮像することができる。
【００２４】
一方、撮影装置が撮影した画像を表示する表示装置は、図９（ａ）に示すように、観察者側から順に、レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子（以下、単に光学素子Ｂと記述する）と、表示素子で構成されている。観察者は、表示素子の表示面に表示される画像を、光学素子Ｂを通して観察する。このとき、表示素子の表示面は光学素子Ｂの焦点位置に配置される。例えば、撮影装置で撮影した物点Ｏｎの画像を表示する場合には、表示面の絵素に撮像素子の画素ａ〜ｅが撮像した画像を割り当てて表示する。ここでは、簡単のために、撮像素子の画素ａ〜ｅが撮像した画像を表示素子の絵素ａ〜ｅに１対１で割り当てる場合を例にとって説明する。
【００２５】
図９（ｂ）に示される表示面の絵素の符号は、撮像素子の画素の符号に対応している。すなわち、撮像素子の画素ｂで撮像した画像は、表示面の絵素ｂに表示される。図９（ｂ）に示すように、絵素ｂを射出する光線は光学素子Ｂによって所定の角度に曲げられ、観察者に到達する。同様に、各絵素ａ〜ｅを射出する光線は、光学素子Ｂによりそれぞれ異なる角度で曲げられて観察者に到達するので、観察者が表示素子の表示面を覗く角度を変えることにより、物点Ｏｎを異なる方向から観察することが可能になる。
【００２６】
また、絵素ｂに表示される画像と、絵素ｄに表示される画像は両眼視差の効果が現れる程度に角度を変えて撮像されているので、観察者が表示面に表示される画像を左右の眼で観察することにより、物点Ｏｎを立体的に観察することができる。
【００２７】
なお、物点Onの像を撮像する画素の数が多いほど、観察者が表示素子の表示面を覗く角度を変えたときの画像の変化が連続的になり、滑らかな立体画像を観察することができる。例えば、光学素子A、Bとしてレンチキュラーレンズを採用する場合には、物点Onの像を少なくとも５画素以上で撮像するのが望ましく、光学素子A、Bとしてマイクロレンズアレーを採用する場合には、物点Onの像を２０画素以上で撮像するのが望ましい。
【００２８】
また、光学素子Aが有する屈折力に対して光学素子Bが有する屈折力を異ならせることにより、観察者が観察する画像の立体感を調整することが可能である。
【００２９】
以上のような装置構成により、立体画像に運動視差の効果を加えた画像を提供することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、運動視差の効果を利用して、観察者が画像を立体的に把握し易くするとともに撮影装置を小型化することができ、更に製造コストを低くすることができる立体画像観察装置を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】
【００３１】
（実施例１）
本発明の実施例１の立体観察装置の構成を図１、図２を用いて説明する。図１は、本実施例の立体観察装置の撮影装置部分の構成を説明する図であり、図２は、本実施例の立体観察装置の表示装置部分の構成を説明する図である。
【００３２】
本実施例の撮像装置は、図１に示すように、対物光学系１とレンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子２と撮像素子４により構成されている。対物光学系１は、明るさ絞り１０を挟んで、全体として負の屈折力を有する前群レンズ系１１と、全体として正の屈折力を有する後群レンズ系１２で構成されている。レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子２として、マイクロレンズアレー（蝿の目レンズ）が用いられている。撮像素子４の撮像面５は対物光学系１とマイクロレンズアレー２の合成の結像位置３よりも物体側に配置されている。
【００３３】
上記のような構成により、運動視差の効果を含んだ立体画像を撮影することができるとともに、例えば、電子内視鏡の撮像ユニットとして採用可能な程度に小型化することが可能である。
【００３４】
本実施例の表示装置は、図２に示すように、マイクロレンズアレー８と表示素子６により構成されている。表示素子６の表示面は、マイクロレンズアレー８の焦点位置に配置されている。撮影装置により撮影した画像を表示素子６の表示面に表示することにより、観察者７は表示された画像を立体観察することが可能である。観察者７が観察する立体画像には運動視差の効果が付加されているので、観察者７が首を動かすなどの動作により表示素子６の表示面を見る方向を変えても、常に立体感が失われることなく観察を行うことができる。
【００３５】
更に、本実施例の撮影装置および表示装置は以下の条件式（１ａ）（１ｂ）（１ｃ）を満足するように構成されている。
【００３６】
0.95  ≦  （ｂ／B）×（D／ｄ）  ≦  1.05    ……    （１a）
0.95  ≦  （ｅ／Ｅ）×（Ｂ／b）  ≦  1.05    ……    （１b）
0.95  ≦  （ｅ／Ｅ）×（D／ｄ）  ≦  1.05    ……    （１c）
ここで、ｂは撮像素子の画素間隔、Bは表示素子の表示面の絵素間隔、ｄは撮影装置に配置されるマイクロレンズアレーのマイクロレンズどうしの間隔、Dは表示装置に配置されるマイクロレンズアレーのマイクロレンズどうしの間隔、ｅはマイクロレンズアレーの中心軸から撮像素子の撮像面上の任意の画素Ｘｎまでの距離、Ｅはマイクロレンズアレーの中心軸から表示素子の表示面上で画素Ｘｎが撮像した画像を表示する絵素Ｙｎまでの距離である。
【００３７】
これらの符号の定義を明確にするために、図３にマイクロレンズアレー２と撮像素子４の撮像面５上の画素との関係を示し、図４にマイクロレンズアレー８と表示素子６の表示面上の絵素との関係を示した。
【００３８】
図３において、符号９は対物光学系１（図示せず）とマイクロレンズアレー２の合成の結像位置を示している。また、一点鎖線は、マイクロレンズアレー２を構成するマイクロレンズの光軸を示し、二点鎖線はマイクロレンズアレー２の中心軸を示している。図３に示すように、符号ｂは隣り合う画素の画素中心どうしの間隔であり、符号ｄはマイクロレンズの光軸どうしの間隔であり、符号ｅはマイクロレンズアレー２の中心軸から任意の画素Ｘｎの画素中心まで距離である。
【００３９】
図４において、符号３０はマイクロレンズアレー８の焦点位置を示している。また、一点鎖線はマイクロレンズアレー８を構成するマイクロレンズの光軸を示し、二点鎖線はマイクロレンズアレー８の中心軸を示している。図４に示すように、符号Ｄは隣り合う絵素の絵素中心どうしの間隔であり、符号Ｄはマイクロレンズの光軸どうしの間隔であり、符号Ｅはマイクロレンズアレー８の中心軸と絵素Ｙｎの絵素中心までの距離である。
【００４０】
撮影装置および表示装置が条件式（１a）を満足することにより、観察者７が首を動かすなどの動作により表示素子６の表示面を見る方向を変えても、立体感が失われることなく、表示画像を正しく立体として認識可能な範囲を広範囲に確保することができる。この条件を外れると観察像にモアレが発生し、立体感が失われる。また、条件式（１b）、（１c）を満たすことにより、撮影装置が撮影した立体画像を表示装置で忠実に（画像が歪むことなく）再現することができる。この条件を外れると立体的な像の歪みが発生し、観察物体の正しい立体把握できない。
【００４１】
さらに  、以下の条件式（１d）（１e）（１f）を満足するように構成されているとよい。
【００４２】
0.98  ≦  （ｂ／B）×（D／ｄ）  ≦  1.02    ……    （１d）
0.98  ≦  （ｅ／Ｅ）×（Ｂ／b）  ≦  1.02    ……    （１e）
0.98  ≦  （ｅ／Ｅ）×（D／ｄ）  ≦  1.02    ……    （１f）
撮影装置および表示装置が条件式（１d）を満足することにより、観察者の観察像の「見かけの視野」を広げることで観察像を大きく見ることができ、よりリアルな立体像に見える。条件式（１e）、（１f）を満たすと、マイクロレンズアレー１要素に含む画素を増やして調節（accommodation）も再現した画像にした「超多眼立体」にした場合でも、自然な調節の再現が可能になる。
【００４３】
なお、マイクロレンズアレー２、８をレンチキュラーレンズに置き換えることもできる。この場合、表示装置側に配置されるレンチキュラーレンズは、レンチキュラーレンズのレンズ作用のない方向と観察者７の左右の眼を結ぶ方向とが垂直になるように調整されるのが望ましい。このようにすることで、表示装置が提供する画像の立体感が失われることがなく、観察者７が眼の疲労を感じるのを防止することができる。
【００４４】
また、マイクロレンズアレーやレンチキュラーレンズに限らず、同じレンズ作用のある光学要素を等間隔に並べて構成したものであればよい。例えば、マイクロレンズアレーのような配置の不均質レンズの集合板や、フレネルレンズの集合体を用いることもできる。
（実施例２）
本発明の実施例２の立体観察装置の構成を図５を用いて説明する。図５（ａ）は、本実施例の立体観察装置の撮影装置部分の構成を説明するための光線図であり、図５（ｂ）は、撮影装置の配置される撮像素子の近傍の拡大図である。なお、本実施例の表示装置部分の構成は、実施例１に示した構成と同じであるので図示を省略する。
【００４５】
本実施例の撮像装置は、図５（ａ）に示すように、ズーム光学系１３と、開口絞り１４と、結像光学系１５と、レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子１６と、撮像素子１８により構成されている。ズーム光学系１３は、物体側から順に、全体として正の屈折力を有する第１レンズ群と、全体として負の屈折力を有する第２レンズ軍と、全体として正の屈折力を有する第３レンズ群とで構成されている。
【００４６】
レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子１６として、マイクロレンズアレー（蝿の目レンズ）が用いられている。撮像素子１８の撮像面は、ズーム光学系１３と、結像光学系１５とマイクロレンズアレー１６の合成の結像面（図５（ｂ）における符号１７の位置）よりも物体側に配置されている。
【００４７】
本実施例では、ズーム光学系１３と、開口絞り１４と、結像光学系１５により、物体側と像側共にテレセントリックな光学系を形成している。すなわち、開口絞り１４を挟んで、開口絞り１４より物体側に配置されるズーム光学系１３で物体側のテレセントリック条件を満足し、開口絞り１４より像側に配置される結像光学系１５で像側のテレセントリック条件を満足するように構成している。ズーム光学系１３は、３つのレンズ群を適宜移動させることで物体側のテレセントリック条件を満足するように構成されている。
【００４８】
物体側と像側共にテレセントリックな光学系とすることで、撮影装置が物体Ｏを撮像する方向と、観察者が表示装置を通して物体Ｏを観察する方向との相関性を良くすることができる。例えば、観察者が表示装置に表示された物体Ｏの画像を見ながら物体Ｏに対して作業を施す場合、撮影装置が物体Ｏを撮像する方向と、観察者が表示装置を通して物体Ｏを観察する方向がずれていると、観察者が作業を施す位置を把握し難くなり、作業性が悪くなるとともに、観察者が著しい疲労を覚える原因となり好ましくない。
【００４９】
上記の構成によれば、このような不具合を改善することができる。特に、撮像装置に配置されるマイクロレンズアレー１６が有する屈折力に対して表示装置に配置されるマイクロレンズアレー８が有する屈折力を異ならせて、観察者が観察する画像の立体感を調整する場合には、上記のような構成とすることで、広い範囲で画像が歪むことなく観察することができるので好ましい。
（実施例３）
本発明の実施例３の立体観察装置の構成を図６を用いて説明する。図６は、本実施例の立体観察装置の撮影装置部分の構成を説明するための図である。なお、本実施例の表示装置部分の構成は、実施例１に示した構成と同じであるので図示を省略する。
【００５０】
本実施例の撮像装置は、図６に示すように、対物光学系１９と、レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子２０と、リレー光学系２１と、撮像素子２２により構成されている。レンズ作用のある部材を同一面上に等間隔に並べた光学素子２０として、マイクロレンズアレー（蝿の目レンズ）が用いられている。撮像素子２２の撮像面２３は、リレー光学系２１を挟んで撮像面２３と共役な面２４が、対物光学系１９とマイクロレンズアレー２０の合成の結像面２５よりも物体側にくるように配置されている。対物光学系１９には明るさ絞り２７が設置されており、リレー光学系２１中で明るさ絞り２７と共役な位置には、開口絞り２６が設置されている。
【００５１】
本実施例では、開口絞り２６の開口面積を可変にすることにより、撮像素子２２が取得する物体Oの像の明るさを調整することができるように構成されている。
【００５２】
更に、本実施例の撮影装置および表示装置は以下の条件式（２）を満足するように構成されている。
【００５３】
0.95  ≦  （ｂ／（βr×Ｂ））×（D／ｄ）  ≦  1.05    ……    （２a）
0.95  ≦  （ｅ／Ｅ）×（（βr×Ｂ）／b）  ≦  1.05    ……    （２b）
0.95  ≦  （ｅ／Ｅ）×（D／ｄ）  ≦  1.05            ……    （２c）
ここで、ｂは撮像素子の画素間隔、Bは表示素子の表示面の絵素間隔、ｄは撮影装置に配置されるマイクロレンズアレーのマイクロレンズどうしの間隔、Dは表示装置に配置されるマイクロレンズアレーのマイクロレンズどうしの間隔、βrはリレー光学系のリレー倍率である。また、撮像素子の任意の画素Ｘｎがリレー光学系を通したときの共役位置をＸｎ′とする。ｅはマイクロレンズアレーの中心軸から撮像素子の撮像面上の任意の画素Ｘｎ′までの距離、Ｅはマイクロレンズアレーの中心軸から表示素子の表示面上で画素Ｘｎが撮像した画像を表示する絵素Ｙｎまでの距離である。
【００５４】
これらの符号の定義を明確にするために、図７に、マイクロレンズアレー２０と、リレー光学系２１を通して撮像素子２２の撮像面２３と共役な面２４上に投影される撮像素子の画素２８との関係を示した。図７において、符号２５は対物光学系１９（図示せず）とマイクロレンズアレー２０の合成の結像位置を示している。また、一点鎖線は、マイクロレンズアレー２０を構成するマイクロレンズの光軸を示している。図７に示すように、符号（ｂ／βr）は隣り合う画素の画素中心どうしの間隔であり、符号ｄはマイクロレンズの光軸どうしの間隔である。符号Bおよび符号Dは実施例１で図４を用いて説明したものと同様である。
【００５５】
撮影装置および表示装置が条件式（２a）を満足することにより、観察者７が首を動かすなどの動作により表示素子６の表示面を見る方向を変えても、立体感が失われることなく、表示画像を正しく立体として認識可能な範囲を広範囲に確保することができる。この条件を外れると観察像にモアレが発生し、立体感が失われる。また、条件式（２b）、（２c）を満たすことにより、撮影装置が撮影した立体画像を表示装置で忠実に（画像が歪むことなく）再現することができる。この条件を外れると立体的な像の歪みが発生し、観察物体の正しい立体把握できない。
【００５６】
さらに  、以下の条件式（2d）（2e）（2f）を満足するように構成されているとよい。
【００５７】
0.98  ≦  （ｂ／（βr×Ｂ））×（D／ｄ）  ≦  1.02    ……    （２d）
0.98  ≦  （ｅ／Ｅ）×（（βr×Ｂ）／b）  ≦  1.02    ……    （２e）
0.98  ≦  （ｅ／Ｅ）×（D／ｄ）  ≦  1.02            ……    （２f）
撮影装置および表示装置が条件式（2d）を満足することにより、観察者の観察像の「見かけの視野」を広げることで観察像を大きく見ることができ、よりリアルな立体像に見える。条件式（2e）、（2f）を満たすと、マイクロレンズアレー１要素に含む画素を増やして調節（accommodation）も再現した画像にした「超多眼立体」にした場合でも、自然な調節の再現が可能になる。
【００５８】
また、実施例２と同様に、対物光学系１９およびリレー光学系２１により、物体側と像側共にテレセントリックな光学系を形成することができるのはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施例１の撮影装置部分の構成を示す図である。
【図２】実施例１の表示装置部分の構成を示す図である。
【図３】マイクロレンズアレーと撮像素子との関係を示す図である。
【図４】マイクロレンズアレーと表示素子との関係を示す図である。
【図５】実施例２の構成を示す図である。
【図６】実施例３の構成を示す図である。
【図７】マイクロレンズアレーと撮像面の共役面との関係を示す図である。
【図８】本発明の撮影装置の基本構成を示す図である。
【図９】本発明の表示装置の基本構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１          対物光学系
２          光学素子
３          結像位置
４          撮像素子
５          撮像面
１０        明るさ絞り
１１        前群レンズ系
１２        後群レンズ系
【図１】
2007199226.tif 000003
【図２】
2007199226.tif 000004
【図３】
2007199226.tif 000005
【図４】
2007199226.tif 000006
【図５】
2007199226.tif 000007
【図６】
2007199226.tif 000008
【図７】
2007199226.tif 000009
【図８】
2007199226.tif 000010
【図９】
2007199226.tif 000011