(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察光学系と、前記観察光学系を介して得られた物体像を電子画像として表示する複数の電子画像表示装置とを有する立体観察装置において、
前記観察光学系よりも像側に配置された光路分割手段と、該光路分割手段を介して分割された光路上に設けられた左右の開口と該左右の開口からの像を撮像する撮像素子とを含む撮像ユニットと、該撮像ユニットで撮像した物体像を表示する所定の前記電子画像表示装置と、からなる組を複数有していて、
前記複数の組のうちの少なくとも１組において、前記所定の電子画像表示装置が、前記観察光学系の光軸の周りを回動可能、且つ、該所定の電子画像表示装置の表示面の中心近傍を軸として回動可能に配置されており、前記観察光学系の光軸に対する前記所定の電子画像表示装置の回動に同期して前記光路分割手段と前記撮像ユニットとが前記観察光学系の光軸を中心として同方向に回動し、前記所定の電子画像表示装置の表示面の中心近傍を軸とした該所定の電子画像表示装置の回動に同期して前記左右の開口がそれらの中心を軸として回動するように構成したことを特徴とする立体観察装置。
【請求項２】
前記複数の組のうち他の少なくとも１組において、前記光路分割手段と前記撮像ユニットとが前記観察光学系の光軸を中心として回動しないように構成したことを特徴とする請求項１に記載の立体観察装置。
【請求項３】
前記観察光学系と、該観察光学系に最も近い位置に配置された前記光路分割手段との間に、ズーム光学系を配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の立体観察装置。
【請求項４】
前記左右の開口と、前記撮像素子との間に、ズーム光学系を配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の立体観察装置。
【請求項５】
前記左右の開口の回動を、対応する前記電子画像表示装置の回動に、同期させるか否かを選択可能なことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の立体観察装置。
【請求項６】
前記光路分割手段と、該光路分割手段に対応する前記撮像ユニットとが、前記観察光学系の光軸を中心として一体的に回動することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の立体観察装置。
【請求項７】
前記光路分割手段と、該光路分割手段に対応する前記電子画像表示装置とが、前記観察光学系の光軸を中心として一体的に回動することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の立体観察装置。
【請求項８】
前記光路分割手段と、該光路分割手段に対応する前記撮像ユニットと、該光路分割手段に対応する前記電子画像表示装置とが、前記観察光学系の光軸を中心として一体的に回動することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の立体観察装置。
【請求項９】
前記光路分割手段を透過した光路上に、前記観察光学系からの像をモニター表示するために撮像する撮像素子を設けたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の立体観察装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体観察装置に関し、特に、光学像を撮像素子を介して一旦電子画像に変換後、その画像を表示装置に表示して、それを観察する方式の手術用顕微鏡などの立体観察装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の立体観察装置及び電子画像表示装置の従来例には、特開平５−１０７４８２号や特表平９−５１１３４３号などに記載のものがある。電子画像を応用した手術用顕微鏡には、特開平５−１０７４８２号に記載されているように、眼科手術において照明系が患者の目に与える負担を軽減する効果や、脳外科手術などにおいて照明系が術部の組織表面の乾きを助長してしまうのを抑えるための生理食塩水をかける作業が頻繁化しないようにする効果が予測されている。
【０００３】
しかし、このような電子画像を応用した手術用顕微鏡を実際に使いやすいものとするには、従来より次のような課題があった。
(1)すなわち、電子画像を応用した従来の手術用顕微鏡は、主術者の観察姿勢の自由度が少なかった。また、主術者に対する助手の観察位置の自由度も少なく、対向又は側方（互いに９０°を向いた位置）のいずれかに限られていた。
また、電子画像を応用した手術用顕微鏡において、観察姿勢や観察位置に自由度を持たせた場合には、観察者が観察姿勢や観察位置を気にすることなく適切な画像を自動的に得られるようにすることが望まれている。
【０００４】
(2)また、電子画像を応用した手術用顕微鏡において、主術者と助手というように複数人が別個に観察できるようにするためには、撮像素子及び観察光学系を観察者ごとに設ける必要があり、そのためにコストが増大し、大型化し、さらには調整が困難となってしまうので、実現性に難があった。特に側方観察方式の場合には、主術者と助手とが互いに隣接する側の観察光学系が共通となり、変倍を行う場合には３本のズーム光学系を設けた構成となるが、３本のズーム光学系の芯、倍率、同焦を調整するのは至難の技である。
【０００６】
これら上記（１）,（２）の課題と、従来例との関係を以下に示す。
なお、特表平９−５１１３４３号公報には、ズーム光学系の設置本数を減らす方法が示されているが、見やすさの向上、主術者及び助手の観察姿勢に影響を与えないようにする点に関しては何ら配慮されていない。
【０００７】
まず、特開平５−１０７４８２号公報には、２人の観察者が対向位置で観察する場合の立体観察装置の従来例が記載されている。この従来例を図２０〜図２２を用いて説明する。図２０はこの種の従来例の概略正面図、図２１及び図２２は夫々図２０の側面図及びモニタの表示方向を示す図である。
光学系及び撮像部を備えている鏡体１０６'は、観察部支持部材１３８を備えており、観察部支持部材１３８には観察部１３０，１３０'の後部をそれぞれ回動自在に支持する回転軸１３４，１３４'が設けられている。
【０００８】
観察部１３０には、アイシェード１３１ａを備えた第１左側モニタ１３１とアイシェード１３２ａを備えた第１右側モニタ１３２とが摺動支持体１３３を介して左右に摺動自在に取付けられている。又、観察部１３０'にも同様に、第２左側モニタ１３７と第２右側モニタ１３６とが設けられている。
又、全てのモニタ１３１，１３２，１３６，１３７は、図２２に示すように、鏡体１０６'の上方向から見て表示方向が全て同じになるように取り付けられている。
【０００９】
従って、本従来例によれば、観察部１３０，観察部１３０’を介して夫々の術者は対向する２方向から適正な立体観察を行うことができる。
【００１０】
しかし、本従来例の場合、観察できるのは、対向位置に限られており、側方位置の観察を兼ねることができない。また、術者の観察姿勢の自由度が少なく使い勝手が悪い。
また、本従来例では、各撮像素子毎にズーム光学系を含む光学系を設ける必要があるので、その分、調整が大変であり、且つ装置の大型化を招いてしまう。
【００１１】
また、特開平５−１０７４８２号公報には、主術者と助手とが互いに９０°を向いて観察（側方観察）する場合の立体観察装置の従来例が記載されている。
本従来例を、図２３，図２４及び図２５に基づいて説明する。図２４は本従来例の鏡体及び電気回路の要部ブロック図、図２５は鏡体１９９を上方から見たときの固体撮像素子の配置を示した図である。図中、鏡体１９９は、図２３に示す液晶モニタ１９３，１９４が取り付けられた支持アーム１５６に取り付けられ空間的に移動自在に支持されていて、鏡体１９９には、図示しない照明系と共に対物レンズ１１０と、３つの観察光路Ｐ，Ｑ，Ｒ上に夫々変倍系１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃ、リレーレンズ１６２ａ，１６２ｂ，１６２ｃ及び固体撮像素子２０１，２００，２０２が配置されている。なお、固体撮像素子２０２は、固体撮像素子２０１を反時計方向に９０°回転させた向きに配置されている。
【００１２】
そして、本従来例は、立体画像回路１８５Ａで、図示しない内部のスイッチング回路により、入力信号としての映像信号Ｆ１及び映像信号Ａの同期を補正して立体画像信号を生成して液晶モニタ１９３へ出力し、図示しない液晶駆動回路により液晶モニタ１９３の表面に付設された液晶偏向板を駆動して偏向方向を変え、更に図示しない偏向メガネを通し、液晶モニタ１９３において、光路Ｑの映像信号Ａと光路Ｐの映像信号Ｆ１とを観察者の左右の眼に対応させて導き、術部１１１の立体画像の観察が可能となり、立体画像回路１８５Ｂにおいても、液晶モニタ１９４において、光路Ｐの映像信号Ｆ２と光路Ｒの映像信号Ｃとを観察者の左右の眼に対応させて導き、術部１１１の立体画像の観察が可能となるようにしている。
【００１３】
従って、本従来例によれば、観察光路を３光路とし、そのうちの共有する１光路において撮像された観察像からの信号処理によって像の方向位置が異なる２方向からの観察像を得ることにより、２人の術者（観察者）の観察位置が異なっても各々が適切な立体画像を観察することができる。しかも、回路部は全て架台内に収納できるので鏡体部は小型化され術者の作業領域はより広く確保でき、これにより手術をスムーズに行うことができる。
【００１４】
しかし、本従来例では、主術者と助手とが、互いに対向する位置又は互いに側方を向く位置での観察しかできず、また、側方を向く位置も主術者と助手との位置関係が９０°となる位置に限定されている。
また、本従来例では、鏡体に対して液晶モニタを傾けた姿勢での観察において、画像を見易くする配慮がされていない。
更には、各撮像素子毎にズーム光学系を含む光学系を設ける必要があるので調整が大変であり、大型化を招くという問題があった。
【００１５】
更に、特表平９−５１１３４３号公報には、電子画像の入力及び出力（表示）方法の改善を試みた従来例として、画像入力部においてズームレンズを共通化して、時分割で左右の画像を入力する方式が記載されている。
本従来例を、図２６及び図２７に基づいて説明する。
本従来例では、図２６に示すように、等長の左右の光路１０１ａ，１０１ｂおよび回転切換要素１０３ａを有している。回転切換要素１０３ａは、図２７に示すように、同じく薄いガラス板（ディスク）１０５上に構成されている。
図２６の装置の光路１０１ａ，１０１ｂの主な特徴の１つは、ズーム光学系１１３ないし撮像装置１０９まで上記光路が等長である点にある。この等長性は、２つの方向変換ミラー１３８ａ，１３８ｂによって支援される主対物レンズ１０８の中心軸線のまわりの対称構造によって得られる。そして、回転切換要素１０３ａを介して時間制御で交互に画像を撮像することができるようになっている。
【００１６】
しかし、本従来例には、主術者と助手の両者の観察に関する方法、姿勢の変更に対する配慮に関しては触れられていないので、このままでは上述のような術者の使い勝手についての所望の顕微鏡を実現できない。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は観察像を電子画像に変換し、表示装置に表示された電子画像を観察する方式の手術用顕微鏡において、
１）術者（観察者）の姿勢の自由度を増すことができ、また、鏡体を取り外すことなく、対向、側方からの助手の観察が可能であり、
２）主術者、助手など２人の観察者が観察可能な鏡体のコスト、大型化、光学要素の調整の難度化を抑えることができ、
術者の使い勝手を向上させて、電子画像により患者、術者の負担軽減を図る顕微鏡として実際に使用できるものを実現することができる立体観察装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明による立体観察装置は、観察光学系と、前記観察光学系を介して得られた物体像を電子画像として表示する複数の電子画像表示装置とを有する立体観察装置において、前記観察光学系よりも像側に配置された光路分割手段と、該光路分割手段を介して分割された光路上に設けられた左右の開口と該左右の開口からの像を撮像する撮像素子とを含む撮像ユニットと、該撮像ユニットで撮像した物体像を表示する所定の前記電子画像表示装置と、からなる組を複数有していて、前記複数の組のうちの少なくとも１組において、前記所定の電子画像表示装置が、前記観察光学系の光軸の周りを回動可能、且つ、該所定の電子画像表示装置の表示面の中心近傍を軸として回動可能に配置されており、前記観察光学系の光軸に対する前記所定の電子画像表示装置の回動に同期して前記光路分割手段と前記撮像ユニットとが前記観察光学系の光軸を中心として同方向に回動し、前記所定の電子画像表示装置の表示面の中心近傍を軸とした該所定の電子画像表示装置の回動に同期して前記左右の開口がそれらの中心を軸として回動するように構成したことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明による立体観察装置は、前記複数の組のうち他の少なくとも１組において、前記光路分割手段と前記撮像ユニットとが前記観察光学系の光軸を中心として回動しないように構成したことを特徴とする。
また、本発明による立体観察装置は、前記観察光学系と、前記観察光学系に最も近い位置に配置された前記光路分割手段との間に、ズーム光学系を配置したことを特徴とする。
また、本発明による立体観察装置は、前記左右の開口と、前記撮像素子との間に、ズーム光学系を配置したことを特徴とする。
また、本発明による立体観察装置は、前記左右の開口の回動を、対応する前記電子画像表示装置の回動に、同期させるか否かを選択可能なことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明による立体観察装置は、前記光路分割手段と、該光路分割手段に対応する前記撮像ユニットとが、前記観察光学系の光軸を中心として一体的に回動することを特徴とする。
また、本発明による立体観察装置は、前記光路分割手段と、該光路分割手段に対応する前記電子画像表示装置とが、前記観察光学系の光軸を中心として一体的に回動することを特徴とする。
また、本発明による立体観察装置は、前記光路分割手段と、該光路分割手段に対応する前記撮像ユニットと、該光路分割手段に対応する前記電子画像表示装置とが、前記観察光学系の光軸を中心として一体的に回動することを特徴とする。
更に、本発明による立体観察装置は、前記光路分割手段を透過した光路上に、前記観察光学系からの像をモニター表示するために撮像する撮像素子を設けたことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例の説明に先立ち、本発明の構成概要について説明する。電子画像を得た後、電子画像で観察を行う手術用顕微鏡において、術者の姿勢の自由度を増し、鏡体を取り換えることなく同一の鏡体で、対向、側方からの助手の観察を可能にするために、観察光学系の上方に光路分割手段を設けると共に、分割後の光路に左右の開口を有する撮像ユニットをそれぞれ設け、これらの撮像ユニットの少なくとも１つが観察光学系の光軸の周りを回転できるように構成する。また、各撮像ユニットで撮像された画像を表示するための観察用の表示パネルを設ける（図１〜図８参照）。
【００２４】
電子画像を得た後、電子画像で観察を行う立体観察装置において、主術者、助手が異なる方位からの立体観察が可能で、さらにその観察方位を交換することができる装置を小型化し、また調整を容易にするために、観察光学系の上方に光路分割手段を設けると共に、分割後の光路に左右の開口を有する撮像ユニットを設け、撮像ユニット内には左右光路を結合する結合手段と、結合された光路上にズーム光学系と、ズーム光学系を透過後の像を撮像する撮像素子を配置すると共に、左右光路の画像を時間的に特性の変わる変調素子で変調して左右の像を独立してズーム光学系を通すように構成する（図４〜図９参照）。
【００２５】
更に、術者が自らの観察姿勢を気にすることなく、その位置からの視線に応じた立体画像を得るために、
(1)表示パネルの位置を検出する位置検出手段と、視線を変更するための視線変更手段と、検出した表示パネルの姿勢に応じて視線変更手段を連動させる連動手段を設ける。より具体的には、
(1-1)表示パネル（表示装置）と撮像ユニットの回転、表示パネル（表示装置）と光路分割プリズムの回転を機械的にリンクさせる（図１〜図６参照）。
(1-2)表示パネルの姿勢を検出する検出装置、外部信号に応じて視線を変更させる視線変更手段、検出装置からの信号をもとに視線変更手段を制御する装置を設ける（例えば、エンコーダー、ナビゲーション、電子画像回転手段等、図９〜図１１参照）。
【００２７】
以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
第１実施例
図１は本発明による立体観察装置の第１実施例を示す手術用顕微鏡の全体構成図である。
手術用顕微鏡本体内には、観察光学系と照明光学系が備えられている。
観察光学系は、可変ＷＤ対物レンズ１で構成されている。なお、観察光学系の光軸を通る上方には、１本のズーム光学系２が配置されている。照明光学系は、図示していない光源からの照明光をライトガイド３を通じ、照明レンズ４を介して適当な広がり角に調整した後、ハーフミラー５を介して物体面に照射するように構成されている。
【００２８】
観察光学系及びズーム光学系２の光軸を通る上方には、術者（主術者及び助手）用の２つの光路分割手段６，６が配置されている。光路分割手段６は少なくとも一方（図においては右側）が、顕微鏡本体の観察光軸を中心に回転可能に取り付けられたアーム１０に一体的に接続されている。
なお、両方の光路分割手段６，６が、顕微鏡本体の観察光軸を中心に回転可能となるように構成してもよい。
各光路分割手段６で反射してそれぞれの観察者（術者）へ向けて分割された観察光の光路上には、それぞれ左目及び右目用の開口Ｌ，Ｒが設けられている。左右の開口Ｌ，Ｒは、光路分割手段６からの光束を制限して、左右それぞれで視差の異なる画像を得られるように構成されている。
左右の開口Ｌ，Ｒを経た光路上には左右それぞれに撮像素子７がそれぞれ１つのユニットとして設けられている。撮像素子７は、観察者の目の前に配置された左右それぞれの表示パネル８にケーブル９で接続されている。
そして、左右の開口Ｌ，Ｒからの像を撮像素子７で撮像後、その画像をケーブル９を通じて左右それぞれの（２枚の）表示パネルに表示することにより術者（観察者）に電子画像を提供することができるように構成されている。
【００２９】
光路分割手段６，６のいずれをも透過した光路上には、術者以外の人が被観察物体を見ることができるようにモニター表示するための撮像素子７'が設けられている。
なお、本実施例に用いる上記照明用ライトガイド３は、シリコンゴムをコアとし、クラッドにフッ素樹脂を皮膜したモノファイバーを用いると透過率の減衰も少なく、しかも全部がコアに相当するためにファイバーバンドルタイプに比べて有効断面積が広くなるので明るさの点で有利である。
【００３０】
ここで、本実施例においては、一方（図において右側）のアーム１０は、光路分割手段６の方位と、表示パネル８の方位とを常に一致させるように構成されている。
即ち、光路分割手段６と表示パネル８は、同じアーム１０の内部に一体的に組み入れられており、ズーム光学系２の光軸を中心とする回転方向に対しては、同期して動くように構成されている。このため、図において右側の術者（例えば助手）は、図において左側の術者（例えば主術者）に対して、対向位置又は、側方位置に観察位置を変えても表示パネル８が術者の前に来るように表示パネル８と光路分割部材６を一体に組み込んだ構成部材（例えば、アーム又は鏡筒）を回転するように構成すれば、自動的にその姿勢からの観察像が得られる。
【００３１】
さらに、図２に示すように、左右の開口Ｌ，Ｒはそれらの中心軸の周りを回転可能に構成されていると共に、表示パネル８はそれらの中心軸近傍の周りを回転可能に構成されていて、表示パネル８と左右の開口はワイヤー１１で連結され、ワイヤー１１を介して同じ方向に回転するようになっている。
なお、表示パネル８と左右の開口の回転方向の同期付けは、ワイヤー１１を表示パネル８と左右の開口に連結させるか否かを観察者が選択できるように構成されている。
両者を連結させた場合は、術者の前方の表示パネルの向きに応じた向きの視差の異なる左右の画像を術者は得ることができる。
【００３２】
以上、本実施例はこのように構成したので、術者（主術者及び助手）は、互いに対向、側方に位置を変えて観察する場合に、鏡体を取り換えることなく、それぞれの方位からの画像を得ることができる。
また、術者の姿勢と得るべき画像とを結びつけることができるので、術者にわずらわしさを与えることなく、観察物体に対する視点を変更することができる。
さらに、本実施例によれば、各術者の観察に際し倍率調整は共通の１本のズーム光学系で足りるので、左右の同焦、倍率、ピント調整が容易になる。
なお本実施例では、左右の像を得るために、左右の開口の後には、結像光学系（図示省略）を配置してある。
【００３３】
第２実施例
本発明の第２実施例を図３に示す。
図３は本発明による立体観察装置の第２実施例を示す手術用顕微鏡の全体構成図である。
本実施例は、第１実施例と以下の点を除き構成が同じである。
本実施例では、物体面から順に、可変ＷＤ対物レンズ１、光路分割手段６、左右開口と左右の目用にそれぞれズーム光学系２、撮像素子７を配置して構成されている。
第１実施例では、可変ＷＤ対物レンズ１と光路分割手段６の間に１本のズーム光学系２を用いたが、本実施例では、光路分割部材６で主術者及び助手用に光路を２つに分割され、更に各光路において左右の開口で分けられたそれぞれの光路上にズーム光学系２を配置しており、総数で４本のズーム光学系を用いて構成されている。
このため、４本のズーム光学系の倍率差、同焦差、芯調整を行う必要があり、大きさ、コストの面でも問題がある。
しかしながら、本実施例は、第１実施例に示したように、観察者の方位にしたがって光路分割手段６が光軸の周りに回転でき、さらに左右のズーム光学系２を搭載した撮像部が左右開口の中心軸の周りに回転可能な構成となっているので、第１実施例と同様に、術者（主術者及び助手）は、互いに対向、側方に位置を変えて観察する場合に、鏡体を取り換えることなく、それぞれの方位からの画像を得ることができ、さらに、術者の姿勢と得るべき画像とを結びつけることができるので、術者は、わずらわしさを与えられることなく、観察物体に対する視点を変更することができる。
【００３４】
第３実施例
本発明の第３実施例を図４に示す。
図４は本発明による立体観察装置の第３実施例を示す手術用顕微鏡の全体構成図である。
本実施例は、図３の第２実施例を改良したものである。
本実施例では、物体面から順に、ハーフミラー５、可変ＷＤ対物レンズ１、光路分割プリズム６、左右の開口と左右の開口から光路を時分割で結合する光路結合手段１２とズーム光学系２と結像光学系１３と撮像素子７とを一体に組み込んだ撮像ユニット１４と左右の眼用に２枚の表示パネル（図示省略）を有して構成されている。なお、本実施例においても、右側の観察者用の光路分割プリズム６は撮像ユニット１４、図示省略した表示パネルと共にアームに一体に結合されていて、アームを介して可変ＷＤ対物レンズ１の光軸を中心に回転可能に鏡体に取り付けられて構成されている。
本実施例では、左右の開口からの光路を時分割で結合する手段として１つのＤＭＤ１５及び左右用に２枚のミラー１６を有している。また、図５に示すように、ズーム光学系２、結像レンズ１３とで左右の開口からの光束が通る１本の共通光学系を構成している。
ＤＭＤは、disital micro mirror device の略で、数〜数十μの微小ミラーをマトリックス状に数万〜数十万個程度配置した素子であり、外部からの電圧駆動により微小ミラーの傾斜角度を＋，−で２値的に一方向に高速に切り換え制御することができるようになっている。
【００３５】
図５に本実施例における撮像ユニット１４の光学要素の具体的な配置構成を示す。
撮像ユニット１４は、光路分割手段６からの光束を左右の開口で制限し、制限された左右の光束を、左右のミラー１６，１６でそれぞれ反射して同一のＤＭＤ１５の表面に結合する。ＤＭＤ１５は、微小ミラーの角度を＋，−で５°〜１５°程度偏向でき、入射角の２倍の＋，−１０°〜３０°程度の反射角でもって向きを変えることができるようになっており、微小ミラーの角度を＋，−で所望の角度に切り換えたときに左右からの光束のうちいずれか一方の光束からの反射光を共通光学系に導くように構成されている。
撮像素子７は、主術者、助手用の各撮像ユニット１４の内部にそれぞれ１つずつ設けられており、ＤＭＤ１５の微小ミラーの反射方向の左右の切り換えのタイミングとあわせて駆動し、左右像を交互に同期させて切り換えながら図示していない左右２枚の表示パネルに表示するように回路構成されている。
ここで、撮像素子７の駆動速度は、目にチラツキがないように少なくとも１／３０秒以下の時間的間隔で撮像されるような速度にするのが望ましい。なお、ＤＭＤ１５、撮像素子７のいずれも実際には上記速度よりも更に高速度で駆動させることができるので目にチラツキが生じることはない。
【００３６】
本実施例によれば、第１実施例と同様に、術者（主術者及び助手）は、互いに対向、側方に位置を変えて観察する場合に、鏡体を取り換えることなく、それぞれの方位からの画像を得ることができ、また、術者の観察姿勢と得るべき画像とを結びつけることができるので、術者はわずらわしさを与えられることなく、観察物体に対する視点を変更することができる。
これらの効果に加えて、本実施例によれば、各術者に対してズーム光学系がそれぞれ１本ずつで足りるので、左右の同焦、倍率、ピント調整が容易になる。
さらに、各術者に対して撮像素子もズーム光学系も１つずつでよいので、小型化、コスト削減も行うことができる。
また、視差の異なる左右の画像表示をＤＭＤを介して時分割で行っているので、左右の像が交じるというようなクロストークが生じない。
【００３７】
第４実施例
本発明の第４実施例を図６に示す。
図６は本発明による立体観察装置の第４実施例を示す手術用顕微鏡の全体構成図である。
本実施例は、第３実施例の変形例である。
本実施例では、物体面から順に、ハーフミラー５、可変ＷＤ対物レンズ１、反射光学部材（直角プリズム）１７、光路分割プリズム６，６と、光路分割プリズム６，６により主術者及び助手用に分割されたそれぞれの光路上に一体となった撮像ユニット１８，１９がつみかさねられて構成されている。
図において右側の光路分割プリズム６及び撮像ユニット１８は、同一の鏡筒（又はアーム）に一体的に組み込まれていて鏡体内部の観察光学系の射出光軸の周りを一体的に回転可能に構成されている。
また、各撮像ユニット１８，１９は、光路分割手段６からの射出光軸を回転中心として回転可能に構成されている。
なお、各撮像ユニット１８，１９内部の撮像素子７は、ケーブル９を介して図示していない左右２枚の表示パネルに接続しており、撮像素子７で撮像した画像は表示パネルに表示されるようになっている。
【００３８】
図において右側の表示パネル（図示省略）と撮像ユニット１８と光路分割手段６は、反射光学部材１７からの射出光軸の周りを一体的に回転できる構成となっており、術者が表示パネルを回動させるとそれに応じて光路分割手段６も回動するため、術者は観察方位からの画像が得られる。
また、図示していないが、第１実施例と同様に、表示パネルを傾けた場合、その動きにリンクして撮像ユニット１８，１９を光路分割手段６からの射出光軸を中心に回転させて向きを合わせることができるように構成されている。
なお、この表示パネルと撮像ユニットとの動きは、リンクさせる場合とさせない場合とに切り換えができるように切換手段が設けられている。
【００３９】
なお、両側の撮像ユニット１８，１９の内部には、それぞれ１本の変倍結像光学系２０，２１が配置されている。また撮像素子７もそれぞれ１つずつ設けられている。
図において左側の撮像ユニット１９は、反射プリズム２２、偏光ビームスプリッター２３を介して、左右の開口からの光をそれぞれ互いに直交した直線偏光成分として変調して合成し、１本の変倍結像光学系２１に入射させている。変倍結像光学系２１の内部には、偏光の方位を９０°回転させることのできるツイストネマチック液晶セル２４が配設されていて、図示省略した制御手段等を介した外部からの電圧によってその方位を０°又は９０°に高速に切り換えることができるようになっている。
なお、望ましくは、この液晶セル２４は強誘電液晶セルであれば、より高速に駆動できる。
そして、撮像ユニット１９は、外部から撮像素子７の駆動のタイミングに合わせて液晶セル２４を駆動することで左右の像を時分割に撮像することができるようになっている。
【００４０】
一方、図において右側の撮像ユニット１８は、左側の撮像ユニット１９とは別の方式で構成されている。
撮像ユニット１８の内部には、左右の開口からの光路上にそれぞれシャッター素子２５，２５が配置され、図示省略したコントローラーを介してこれらのシャッター素子２５，２５が交互に透過、遮光するように駆動制御されており、左右の像の光が互いに交じり合わずに一方の像の光のみが共通光学系２０に入射するように構成されている。
また、このシャッター素子２５，２５の駆動のタイミングは撮像素子９の駆動のタイミングと合わせてあり、これにより、撮像素子９からは、交互に左右の画像が撮像されるようになっている。
左右のシャッター素子２５，２５からの一方の光路上には反射ミラー２６が、他方の光路上にはビームスプリッター２７が、それぞれ配置されており左右の光束を同一の光路に導くようになっている。
なお、図においては、主術者と助手とで、撮像ユニット内部の光学系の構成を異ならせているが、説明の便宜上そのように構成したのであり、勿論、主術者と助手とで同一構成の撮像ユニットを用いてもよい。
【００４１】
本実施例によれば、第１実施例と同様に、術者（主術者及び助手）は、互いに対向、側方に位置を変えて観察する場合に、鏡体を取り換えることなく、それぞれの方位からの画像を得ることができ、また、術者の姿勢と得るべき画像とを結びつけることができるので、術者はわずらわしさを与えられることなく、観察物体に対して視点の変更ができる。
これらの効果に加えて、本実施例によれば、第３実施例と同様に、各術者に対してズーム光学系が１本ずつで足りるので、左右の同焦、倍率、ピント調整が容易になる。さらに、各術者に対して撮像素子もズーム光学系も１つずつでよいので、小型化、コスト削減も行うことができる。また、左右像の切り換えを時分割で行っているので、左右像のクロストークが生じない。
【００４２】
第５実施例
本発明の第５実施例を図７に示す。
図７は本発明による立体観察装置の第５実施例として撮像ユニットの変形例を示す概略構成図である。
本実施例は、撮像ユニットに関する変形例である。
本実施例の撮像ユニット２８は、左右の開口位置に、時間的に波長特性を変えることができる素子２９，２９'を配置して構成されている。
図７は、左右の光路を通る光が素子２９，２９'を介して時間的にＢ→Ｇ→Ｒ→Ｂ…と繰り返しながら波長特性を変化させられて撮像素子７を介してメモリ３０上に記憶される様子を示している。また図８は、素子２９，２９'が同時刻において互いに異なる波長特性となるように駆動する様子を示している。
例えば、時刻(1)では素子２９での波長特性はＢ色、素子２９'での波長特性はＧ色というように、重なり合わない。以後、時刻(2)、時刻(3)等のそれぞれの時刻において素子２９，２９'を介して左右の光路を通る光の波長特性は互いに異なった状態で変化する。
【００４３】
また本実施例の撮像ユニットは、左右の光路からの光束を、素子２９，２９'を通過後に反射プリズム２２、ビームスプリッタ−２７を介して合成し、合成した光束を、ズーム光学系２、結像光学系１３を介して、撮像素子７上に結像するように構成されている。なお、撮像素子７は、カラーマトリックス（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のＣＣＤ又は、３板（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のＣＣＤで構成されている。
【００４４】
このように構成された本実施例の撮像ユニットを用いて、同一時刻にＣＣＤなどの撮像素子７で撮像された左右の合成画像を、その後、色ごとに分離して再構築すれば、左右の表示画像が得られる。
従って、本実施例のような、時間によって色特性を変える素子を用いた方式を用いると、同時に左右の画像を表示できる。
なお、この方式は、上述の実施例においても時分割方式と置き換えて用いることができる。
【００４５】
第６実施例
本発明の第６実施例を図９に示す。
図９は本発明による立体観察装置の第６実施例を示す手術用顕微鏡の全体構成図である。
本実施例では、可変ＷＤ対物レンズ１の後方に、ビームスプリッター３１を配置し、さらに、その透過側には撮像ユニット３２を、反射側には反射光学系３３の後方に撮像ユニット３２をそれぞれ配置して構成されている。
各撮像ユニット３２には、左右の開口を通る光路上に偏光ビームスプリッター２３，２３が、左右の光路の光束を互いに直交する直線偏光の光として変調し、共通の光路を通る光束に合成するように、それぞれ配置されている。なお、図９において各撮像ユニット３２内における右側の偏光ビームスプリッター２３の代わりに左側の偏光ビームスプリッター２３へ向けて光路を変える反射部材（例えば、反射ミラー、反射プリズム、ビームスプリッター）を用いて構成してもよい。
【００４６】
ズーム光学系２と結像光学系１３は共通光学系２１の構成要素として配置されており、倍率調整と結像作用を行うようになっている。共通光学系２１の内部には上述の液晶の偏光セル２４が、偏光の方位を時間的に０°又は９０°に交互に変えるように制御されて組み込まれている。
さらに、共通光学系２１のからの光軸上には撮像素子７が設けられている。
撮像素子７は偏光セル２４の偏光方位の切り換え動作と同期して駆動するように制御されており、左右の像を交互に撮像できるようになっている。
撮像された画像は、左右の像に切り換えられながら２枚の左右用の表示パネル８，８に表示される。なお、図においては各術者用に設けられた左右の２枚の表示パネルのうち紙面の手前側にあるため一方の表示パネルのみ見えている。
【００４７】
また本実施例では、撮像ユニット３２，３２の回転駆動と、回転位置の検出のためのエンコーダーつきの回転モーター３４，３４が、それぞれの撮像ユニット３２，３２に取付けられている。
また、主術者及び助手側それぞれのアーム３９の一端部は、表示パネル８，８の鏡体本体３５に対する回転位置を検出するためのエンコーダー３６，３６を介して、鏡体本体３５に回転可能に接続されている。
また、左右の表示パネル８，８を備えた表示装置４０は、表示パネル８，８のアームの長手方向に対する傾きを検出するためのエンコーダー３７，３７を介して、その下側部分をアーム３９の他端部に回転可能に取り付けられている。
また、鏡体本体３５はコントローラー３８を備えており、コントローラー３８は撮像素子７，７、エンコーダーつきの回転モーター３４，３４、エンコーダー３６，３６、３７，３７とそれぞれケーブル４１，４１、４２，４２、４３，４３、９，９を介して接続されている。
【００４８】
そして、術者（観察者）がアーム３９を鏡体本体３５に対して回転し左右の表示パネル８，８の位置を変えたときは、エンコーダー３６が回転量よりその位置を検出し、ケーブル４３を介してコントローラー３８に信号として伝える。また表示パネル８，８を備えた表示装置４０をアーム３９に対して回転して左右の表示パネル８，８の傾きを変えたときは、エンコーダー３７が回転量よりその傾斜角度を検出し、ケーブル９を介してコントローラー３８に信号として伝える。
そして、コントローラー３８は、送られた左右の表示パネル８，８の回転方向、傾斜角度に基づきエンコーダーつき回転モーター３４の回転量を算出し、回転モーター３４を介して撮像ユニット３２を所定量回転させる。
撮像ユニット３２内の撮像素子７は、その回転した向きで左右の像を交互に撮像し、ケーブル４１を通してコントローラー３８に画像を送る。コントローラー３８は、その画像をケーブル９を介して表示パネル８に送り、表示パネル８は、送られた画像を表示する。
【００４９】
このように本実施例は、術者が、観察の際に鏡体に対する回転角度、表示パネルの傾きを変える操作を行うと、その回転角度、傾きなどのデータはリアルタイムでコントローラーに伝えられると共に、それに同期してその角度姿勢に応じた画像を撮像するようにコントローラーが撮像ユニット用のモーターに指示をあたえるように構成されているので、観察者の観察位置及び観察姿勢に追従した画像が得られる。
【００５０】
本実施例によれば、第１実施例と同様に、術者（主術者及び助手）は、互いに対向、側方に位置を変えて観察する場合に、鏡体を取り換えることなく、それぞれの方位からの画像を得ることができる。
また、術者の観察位置及び姿勢を検出する手段と、撮像ユニットの向きを変更する手段と、観察位置及び姿勢と撮像ユニットの向きとを適切に結合制御する手段を有しているので、術者は自らの姿勢を気にすることなく、得るべき画像を得ることができる。
【００５１】
第７実施例
本発明の第７実施例を図１０に示す。
図１０は本発明による立体観察装置の第７実施例を示す手術用顕微鏡の全体構成図である。
本実施例は、第６実施例とは異なり、表示パネルが鏡体本体から離れて別体で天井等に配置されて構成されている。
鏡体本体３５は、その内部に、図９の第６実施例と同様に、対物レンズと分割プリズムと反射光学系を含み、鏡体本体３５の光軸の周りを回転可能な撮像ユニットを２人の観察者用に２つ内蔵して構成されている（図１０において省略）。
これら２つの撮像ユニットの回転方向は、鏡体本体３５の内部に設けらコントローラー（図示省略）を介して外部からそれぞれ独立的に駆動制御できるようになっている。
【００５２】
図１０に示すように、鏡体本体３５はアーム４４を介して天井４５から吊り下げられている。鏡体本体３５を支持するアーム４４の関節部４４ａ，４４ｂにはエンコーダー（図示省略）が配置されている。それらのエンコーダーは、その出力情報より鏡体本体３５の姿勢（傾き，位置，高さなど）を検出し、鏡体本体３５の内部のコントローラー（図示省略）に信号として伝送するようになっている。
【００５３】
一方、各術者ごとに表示装置４０はアーム３９を介して天井４５から吊り下げられている。表示装置４０を支持するアーム３９の関節部３９ａ，３９ｂ，３９ｃには、エンコーダー（図示省略）が配置されている。それらのエンコーダーは、その出力情報より表示装置４０内部に設けられた表示パネル８，８の姿勢（傾き，位置，高さなど）を検出し、鏡体本体３５を支持するアーム３９の天井４５への取付け部を介して、ケーブル４６を介して鏡体本体３５内部のコントローラーに信号として伝送するようになっている。
【００５４】
そして、これらのエンコーダーにより検出された鏡体本体３５及び表示パネル保持部材４０を支持するアーム４４及びアーム３９についての諸データを鏡体本体３５内部のコントローラーで解析して撮像ユニットの方位をリアルタイムで補正して撮像ユニットを駆動するようになっている。また、これらの撮像ユニットは、主術者と助手側とでそれぞれ独立して駆動させることができるようになっている。
本実施例はこのように構成したので、２人の術者は互いの位置を気にすることなく、必要な場所からの観察が可能となる。
その他の構成及び効果は、図９の第６実施例とほぼ同様である。
【００５５】
第８実施例
本発明の第８実施例を図１１に示す。
図１１は本発明による立体観察装置の第８実施例を示す手術用顕微鏡の全体構成図である。
本実施例は、第７実施例の変形例である。
鏡体本体３５の内部は、図９の第６実施例と同様に、対物レンズと分割プリズムと反射光学系を含み、鏡体本体３５の光軸の周りを回転可能な撮像ユニットを２人の観察者用に２つ内蔵して構成されている（図１１において省略）。
本実施例では、表示装置４７をメガネ型に構成し、それを術者が装着する方式を用いている。このようなメガネ型の表示装置を用いれば、術者は表示装置内の表示パネルを鏡体３５から切り離された状態で自由に移動できるで表示パネルの位置を気にすることなく、また、表示パネルと鏡体とを連結させるためのアーム等によって術部のスペースが制約されることなく手術をすることができる。
【００５６】
また、本実施例では、術者の観察姿勢を検出する手段として、（アームについたエンコーダーでなく）３点の発光素子４８，４８，４８が表示装置４７に取付けられていると共に、その状態をテレビジョンカメラで撮像するナビゲーション装置４９，４９が鏡体３５に取り付けられている。このナビゲーション装置４９には、テレビジョンカメラで発光素子４８，４８，４８の位置を撮像することで術者の観察姿勢を検出することができるようにプログラミングされたナビゲーションシステムが構築されている。
【００５７】
なお、ナビゲーションシステムとしては、発光素子の代わりに反射光を与えるための反射球を表示装置４７に取付けると共に、鏡体３５から表示装置４７へ向けて赤外光を発するように構成し、赤外光を発したときの反射球の位置を２つのテレビジョンカメラで撮像することで術者の観察姿勢を検出する方法を用いても上記と同様の効果が得られる。
【００５８】
上述のようなナビゲーション装置４９を用いると、鏡体本体３５の姿勢に対する術者の視線の相体的角度が検出できるので、この値に基づき、鏡体本体３５に内蔵されたモーターなどの駆動部材を介して適切な方位に撮像ユニットを回転制御することができる。
【００５９】
本実施例によれば、表示装置が鏡体やアーム部に保持されない構成であっても、第１実施例と同様に、術者（主術者及び助手）は、互いに対向、側方に位置を変えて観察する場合に、対向、側方の鏡体を取り換えることなく、同一鏡体でそれぞれの方位からの画像を得ることができる。
また、術者の姿勢を検出する手段と撮像ユニットの姿勢を変更しうる手段とそれらの関係を適切に結合制御（リンク）する手段を有しているので、術者は自らの姿勢を気にすることなく、適切な画像を得ることができる。
なお、観察物体の周辺部近傍に発光素子５０，５０を設け、これをテレビジョンカメラで撮像するように構成すれば、鏡体３５の位置も検出することができる。
【００９５】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、電子画像の入力部と表示部を有する手術用実体顕微鏡において、術者の姿勢を検出する手段と、入力部の開口の位置を変更する手段と、それらを電気的、光学的又は機械的に連動する手段を設けたことにより、術者は自身の姿勢を気にすることなくその姿勢に適した画像を観察できる。また、その観察位置及び観察姿勢の自由度を増やすことができる。
【００９６】
また、複数の術者が同時に観察することのできる顕微鏡において、ズーム光学系などの光学系の数を２本以下にすることができるので、観察装置を大型化させずに済み、また、光学調整を複雑化させずに済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明による立体観察装置の第１実施例を示す手術用顕微鏡の全体構成図である。
【図２】  図１の手術用顕微鏡における各術者用に分割された光路上に配置された表示パネルと左右の開口との関係を観察者側からみた概略構成図である。
【図３】  本発明による立体観察装置の第２実施例を示す手術用顕微鏡の全体構成図である。
【図４】  本発明による立体観察装置の第３実施例を示す手術用顕微鏡の全体構成図である。
【図５】  図４の装置に設けられた撮像ユニット内部の光学系の概略構成図である。
【図６】  本発明による立体観察装置の第４実施例を示す手術用顕微鏡の全体構成図である。
【図７】  本発明による立体観察装置の第５実施例として撮像ユニットの変形例を示す概略構成図である。
【図８】  図７の撮像ユニットに用いられる時間的に波長特性を変えることができる素子の波長特性の時間的変化を示す説明図である。
【図９】  本発明による立体観察装置の第６実施例を示す手術用顕微鏡の全体構成図である。
【図１０】  本発明による立体観察装置の第７実施例を示す手術用顕微鏡の全体構成図である。
【図１１】  本発明による立体観察装置の第８実施例を示す手術用顕微鏡の全体構成図である。
【図２０】  ２人の観察者が対向位置で立体観察可能な立体観察装置の従来例を示す概略正面図である。
【図２１】  図２０の装置の側面図である。
【図２２】  図２０の装置のモニターの表示方向を示す図である。
【図２３】  ２人の観察者が側方位置で立体観察可能な立体観察装置の従来例を示す側面図である。
【図２４】  従来例の鏡体及び電気回路の要部ブロック図である。
【図２５】  図２３の鏡体を上部から見たときの固体撮像素子の配置を示した図である。
【図２６】  電子画像の入力及び出力（表示）方法の改善に関する従来例の概略構成図である。
【図２７】  従来例の回転切換要素を上側からみた図である。
【符号の説明】
１                  可変ＷＤ対物レンズ
２                  ズーム光学系
３                  ライトガイド
４                  照明レンズ
５                  ハーフミラー
６                  光路分割部材（光路分割プリズム）
７                  撮像素子
８                  表示パネル
９，４１，４２，４３，４６      ケーブル
１０，３９，４４    アーム
１１                ワイヤー
１２                光路合成手段
１３                結像レンズ
１４，１８，１９    撮像ユニット
１５                ＤＭＤ
１６                ミラー
１７                反射光学部材（直角プリズム）
２０，２１          変倍結像光学系
２２                反射プリズム
２３                偏光ビームスプリッター
２４                偏光セル（ツイストネマチック液晶セル）
２５                シャッター素子
２６                反射ミラー
２７，３１          ビームスプリッター
２８、３２          撮像ユニット
２９，２９’        時間的に波長特性を変えることができる素子
３０                メモリ
３３                反射光学系
３４                回転モーター
３５                鏡体（本体）
３６，３７          エンコーダー
３８                コントローラー
３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，４４ａ，４４ｂ    アームの関節部
４０，４７          表示装置
４５                天井
４８，５０          発光素子
４９                ナビゲーション装置
【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２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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