JP2001117049A - 立体観察装置および電子画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】術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、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、メ
ガネなしで広角視野でしかもアイレリーフの長い電子画
像素子鏡筒を実現できる立体観察装置及び電子画像表示
装置を提供する。 【解決手段】複数の電子画像表示装置で観察する立体観
察装置において、観察光学系の上方に光路分割手段６，
６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７，７をそれぞれ設け、これらの撮像ユニ
ット７の少なくとも一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７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８，
８を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、立体観察装置及び
電子画像表示装置に関し、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
察装置及び電子画像表示装置に関する。

【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。

【０００５】さらに、この種の手術用顕微鏡に用いる画
像観察装置としては、偏光メガネをかけて大型モニター
を見る方式が考えられるが、それでは、観察に際し偏光
メガネが煩わしい。一方、偏光メガネをかけない方式と
しては、２つの表示装置から左右の目用の画像を左右の
眼にそれぞれに表示する方法が考えられるが、その方式
では、目を離して広角視野の画像を得ようとすると、左
右の光学系が干渉してしまい、広角化（画角ＵＰ）とア
イレリーフの確保を同時に実現できない。このため、目
を離してしかも広角のままで観察像を見ることができ、
見やすさが向上することを望んでいる観察者の要望を満
たせない。

【０００６】これら上記(1),(2),(3)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１３０，１
３０'の後部をそれぞれ回動自在に支持する回転軸１３
４，１３４'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１
３１，１３２，１３６，１３７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１３
０，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。またこの
際、術者は、左右の画像を分割する手段として偏光メガ
ネ等を用いる必要もなく、通常の観察動作にも何ら支障
を及ぼさない。

【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、本従来例のように、２つの表
示装置（例えば、左側モニタ１３１、右側モニタ１３
２）で、左右の眼にそれぞれの画像を表示するタイプの
ものは、視野の画角に制約が生じてしまう。また、見易
さを向上させるために視野角を大きくとって表示するに
は、左右の表示パネルを大きくする必要があるが、左右
の表示パネルが互いに干渉してしまい実現できない。更
に、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１９
９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１８５
Ａ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１９
３において、光路Ｑの映像信号Ａと光路Ｐの映像信号Ｆ
１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
互いに側方を向く位置での観察しかできず、また、側方
の位置関係も９０°というように観察位置の自由度が限
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。また、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。更には、本従来例の場合、偏向メ
ガネをつけて観察するように構成されていたため、観察
の際に偏向メガネが煩わしい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１０３
ａ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，１０１
ｂ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１
０３ａ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。

【００１７】また、特表平９−５１１３４３号公報に
は、表示素子１枚で左右に電子画像を表示することを試
みた従来例が記載されている。図２８に、本従来例のデ
ィスプレイ１１０ａから立体顕微鏡の２つのアイピース
（接眼レンズ）光路１０１ｃ，１０１ｄに像を供給する
ための構造を示す。本実施例では、プリズムによって等
長の光路を達成できるようになっている。また、切換要
素１０３ａによって、ディスプレイの交互連続の映像を
双方の光路１０１ｃ，１０１ｄに交互連続的に伝送でき
るようになっている。そして、観察者の立体視野内に２
つの正立の左右部分像を見ることができるよう、交互連
続の像の１つを側方へ向けて表示する電子系（図示省
略）にディスプレイを結合すれば表示素子１枚で左右に
電子画像を表示することができる。

【００１８】しかし、本従来例は、表示素子１つで、時
分割で交互に表示する装置ではあるものの、視野の広角
化とアイレリーフを長くして見易さを同時に実現するこ
とは、左右の光路が互いに干渉するためできない。

【発明が解決しようとする課題】

【００１９】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、 3)更には、メガネなしで広角視野でしかもアイレリーフ
の長い電子画像素子鏡筒を実現でき、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及び電子画像表示装置を提供するこ
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、物体像を撮像し、複数の電子画像表示装置で観察
する立体観察装置において、観察光軸上に光路分割手段
を有し、前記光路分割手段を介して分割した複数の光路
上に撮像ユニットを有し、各前記撮像ユニットには左右
開口を有していて、少なくとも１つの前記撮像ユニット
を観察光軸の周りを回動可能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、物体
像を撮像し、電子画像表示装置で観察する立体観察装置
において、電子画像表示装置の位置を検出する位置検出
手段と、撮像ユニットの位置を変更する位置変更手段
と、前記位置検出手段により検出された電子画像表示装
置の位置に応じた位置に撮像ユニットが位置合わせされ
るように前記検出手段と前記位置変更手段とを連動させ
る連動手段と、を有していることを特徴とする。

【００２２】また、本発明による電子画像表示装置は、
同一の表示面に、左右の画像を順次表示させる表示手段
と、表示面を介して観察者の左右の目に共役な位置に配
置された左右の照明手段とを有し、前記表示手段により
表示される左右の画像と同期して、照明手段の左右の照
明を発光させることを特徴とする。

【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、 (1)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）。 (2)又は、対物レンズの上方に開口を４つ設け、それら
の開口からの画像のうち観察姿勢に応じた方向の画像を
選択し、像の向きを調整して、表示させるように構成す
る（図１２，図１３参照）。

【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、 (1)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）。 (2)又は、対物レンズの上方に開口を４つ設け、それら
の開口から得られる画像のうち観察姿勢に応じた画像を
選択し、像の向きを調整して表示させることに加えて、
4つの開口からの光束を互いに合成する合成手段を有
し、それらの光束からの像を時間的に切り換えることで
同一のズーム光学系の中をそれぞれの光束からの像を通
すように構成して、ズーム光学系の数を減らす（図１
２，図１３参照）。

【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）。

【００２６】更に、電子画像表示装置において、アイレ
リーフが長く、且つ、広角視野の得られる表示パネルを
実現するために、 (1)同一の表示パネルに左右の画像を順次表示させる表
示手段と、観察者の左右のそれぞれの瞳と共役関係にあ
る左右のそれぞれの照明光源より左右のそれぞれの照明
光を順次発光する照明手段とを含めて表示装置を構成す
る。 (1-1)ＤＭＤ表示パネルを用いて照明光の反射光が観察
者の左右の瞳に結像するようにする（図１４〜図１６参
照）。 (1-2)反射型液晶表示パネルを用いて、照明光の反射光
が観察者の左右の瞳に結像するようにする（図１７参
照）。 (1-3)透過型液晶表示パネルを用いて、照明光の透過光
が観察者の左右の瞳に結像するようにする（図１８参
照）。 (1-4)表示パネルの前方（観察者側）に単一の大口径拡
大レンズを配置する（図１４〜図１９）。

【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、１本のズーム光学系２
を含んで構成されている。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】観察光学系のズーム光学系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 mi
cro 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１
４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°〜３
０°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、Ｄ
ＭＤ１５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）１
７、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２
９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３
２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３２，３
２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３
５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、４３，４
３、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３
８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３
８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３
５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。

【００６０】第９実施例 本発明の第９実施例を図１２に示す。図１２は本発明に
よる立体観察装置の第９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、鏡体５１の内部にそれぞ
れ２本のズーム光学系を配置して構成されている。なお
図１２において、鏡体５１内部の可変ＷＤ対物レンズ
１、ライトガイド３、照明レンズ４、プリズム５２より
上方に設けられた光学要素は、２本のズーム光学系に合
わせて２つずつ設けられているうちの一方が表されてお
り、もう一方の光学要素は紙面の手前又は奥側に隠れて
いる。また、可変ＷＤ体物レンズの前方（物体側）には
４つの開口が設けられている。ズーム光学系２の前方
（物体側）には、ＤＭＤ１５と２枚のミラー１６，１６
で構成された光路合成手段１２が配置されており、光路
合成手段１２は可変ＷＤ対物レンズ１を通過した視差の
異なる像を時分割で左右交互にズーム光学系２に導くよ
うになっている。光路合成手段１２により合成された光
束の光路上には、ズーム光学系２、結像レンズ１３、撮
像素子７が配置されており、光路合成手段１２からの光
束を、ズーム光学系２と結像レンズ１３を介して撮像素
子７上に結像させるようになっている。

【００６１】光路分割手段１２、ズーム光学系２、結像
光学系１３、撮像素子７は、図１３(a)に示すように、
それぞれ２組ずつ設けられていて、これらの光学系によ
り、視差の異なる４枚の画像を２つの撮像素子７，７を
介して時分割で撮像することができるようになってい
る。なお、ＤＭＤ１５と可変ＷＤ対物レンズ１の間であ
って上記２組ずつの光学系の間には、ライトガイド３と
照明レンズ４とプリズム５２とを有する照明系が配置さ
れている。

【００６２】本実施例の構成では、４枚のミラー１６，
１６、１６，１６の位置が固定されているために、２人
の術者が対向位置（１８０°）又は側方位置（９０°）
というような所定の観察位置での画像は得られるが、そ
れらの中間的な観察位置での画像は得られない。しかし
ながら、本実施例の構成においても、これらの対向及び
側方の２つの観察位置で鏡体を交換することなく画像を
得ることができるという従来例にない大きな効果を奏す
る。

【００６３】図１２において、右側の術者用の表示パネ
ル８，８を備えた表示装置４０を取付けているアーム５
３は鏡体５１に固定されており、右側の表示パネル８，
８は鏡体の軸に対して位置を固定されている。よって、
図１３(b)に示すように、右側の術者用の表示パネル
８，８は、常に同じ向き且つ同じ視差からの被観察物体
の画像Ａ，Ｂを表示する。一方、左側の術者用の表示パ
ネル８，８を取付けているアーム５４は、エンコーダー
５５を介して鏡体５１の本体に鏡体５１の光軸を中心と
して回転可能に結合されている。エンコーダー５５は、
左側の術者用の表示パネル８，８の鏡体５１の光軸を回
転中心とした回転方向（０°，−９０°又は+９０°）
を検出して、コントローラー５６に信号を送るようにな
っている。コントローラー５６は、送られた信号をもと
に対向姿勢（０°）であれば、図１３(b)に示すよう
に、画像Ｃ，Ｄをそのまま表示するように左側の表示パ
ネル８，８に画像情報を送り、側方姿勢（−９０°又は
＋９０°）では、撮像された画像を図示省略したメモリ
ー上に置いた後、読み出し方向を９０°変えることによ
って、画像を９０°回転させて画像Ｂ，Ｄあるいは画像
Ａ，Ｃの表示を行うように画像情報を左側の表示パネル
８，８に送っている。また、コントローラー５６は右側
の表示パネル８，８に表示する画像情報も送るように構
成されており、右側と左側の表示パネルに送るべき画像
情報を選択すると共に、左側の表示パネル８，８へ送る
画像の回転角度及び回転方向を制御する役割を果たして
いる。

【００６４】本実施例はこのように、ＤＭＤとミラーと
１本の変倍光学系からなる時分割変倍光学系を２組配置
し、また、得られた画像を制御信号で選択又は回転処理
を行い、更に、表示パネルの位置を検出する手段により
制御信号を送るように構成したので、一方の術者は、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、同一鏡体で所望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、術者が自身の姿勢（対向又
は側方）を気にすることなく、観察物体に対して視点の
移動ができる。さらに、時分割を用いているのでクロス
トークも生じない。

【００６５】なお、本実施例の構成を更に進めて、２組
の光路合成光学系１２，１２の上に、ＤＭＤとミラーで
構成された光路合成光学系をさらにもう１段組み込ん
で、主術者と助手用の光路を１つに合成すれば、ズーム
光学系１本の中に視差の異なる４つの光束を時分割で順
に通すようにすることも可能である。なお、その場合
は、上述と同様に一度メモリーに記憶しておいて、必要
な画像を選択し、また像の向きを調整して、該当する表
示パネルに表示させるようにコントローラーで制御する
ように構成すればよい。

【００６６】第１０実施例〜第１４実施例 第１０実施例〜第１４実施例は、特に表示パネルの発明
に関するものである。上述までの各実施例は、左右の表
示パネルに左右の像を表示して観察する表示装置を備え
付けた構成となっている。しかしながら、従来例に示す
ように、このような方式の表示装置ではアイレリーフが
十分とれないか、又は、アイレリーフを十分にとること
ができたとしてもより広角にすることが難しく、より見
やすい表示装置は実現できていない。これは、アイレリ
ーフをとって、しかも広角にすると、左右の光路が交じ
り合ってしまうか、又は、左右の表示装置が干渉してし
まうからである。一方、従来例に示したように、１枚の
パネルに左右像を時分割で表示してそれに同期した偏光
メガネを術者が装着して観察するようにしたものもある
が、これは、メガネをかける煩わしさがあり、術者にと
ってより見やすい装置という点では不十分であった。そ
こで、上述のように、主術者、助手の立体視の要望、鏡
体の小型化、コスト低減化の要望に加えて、メガネなし
で、広角視野でしかもアイレリーフの大きな見易い表示
パネルを実現するためになされた表示パネルに関する本
発明の実施例を第１０実施例〜第１４実施例として以下
に説明する。

【００６７】第１０実施例 本発明における表示パネルの一実施例を第１０実施例と
して図１４に示す。本実施例の表示パネルは、上述の各
実施例において、２枚の表示パネルで左右のそれぞれの
目に表示させるタイプのものに換えて用いることができ
るように構成されている。本実施例の表示装置４０は、
表示パネルとして、ＤＭＤ５８を備えた１枚のＤＭＤパ
ネル５７を用いて構成されている。ＤＭＤパネル５７上
には、図示省略した撮像装置を介して時分割で左右の観
察用画像が交互に表示されるようになっている。ＤＭＤ
５８の前方には、観察画像を拡大するための拡大用レン
ズとして大型の大口径レンズ５９が配置されている。大
口径レンズ５９の左右側方には、照明用の集光レンズ６
０と、照明用光源となるＢ，Ｇ，ＲのＬＥＤ６１と、Ｌ
ＥＤ光源６１の前方に配置された拡散板６２とが、ＤＭ
Ｄパネル５７に向けて配置されている。

【００６８】ＤＭＤ５８は、その表面上の反射角度を２
値で可変な微小ミラーのアレーである。ＤＭＤパネル５
７の動作を説明すると、まず、ある時刻において、例え
ば右目用の画像がＤＭＤパネル５７に表示されると、コ
ントローラー３８は、その間は右目用（例えば図におい
て右側）のＬＥＤ６１を発光させるように駆動制御す
る。発光したＬＥＤ６１は、拡散板６２、集光レンズ６
０を介してＤＭＤパネル５７の表示面全体を照明する。
このとき、ＤＭＤ５８の微小ミラーは、コントローラー
３８からの制御信号により集光レンズ６０からの照明光
を反射して大口径レンズ５９によって集光され略右目の
アイポイント位置に結像するように駆動する。これによ
り、観察者の右目に明るい表示画像が得られる。この方
式では、ＬＥＤ６１の光が瞳に結像関係をもつので、効
率的に照明され明るい観察像が得られる。また、拡散板
６２を通して照明しているので、観察者の目の位置では
場所によらず均一な明るさの像ができるので、少々目を
ふったときにチラついたり明るさが急激に変化すること
はなく見易い観察像が得られる。

【００６９】次の時刻に、左目用の画像がＤＭＤパネル
５７に表示されると、同じタイミングで、左目用（例え
ば図において左側）のＬＥＤ６１が点灯し、ＤＭＤ５８
の微小ミラーの傾斜角度が切り換えられて左目だけにそ
の表示画像が結像される。なお、コントローラー３８を
介しての左目用ＬＥＤ６１、ＤＭＤ５８の微小ミラーの
動作は右目用の画像が表示パネルに表示される場合と同
様である。このような左右の画像表示に同期した、左右
側のＬＥＤの駆動、ＤＭＤの微小ミラーの傾斜角度の切
り換えを連続的に高速に行わせることにより、チラツキ
のない立体像が得られる。なお、ＬＥＤの動作、ＤＭＤ
の駆動速度は、ビデオレートの１／６０秒に比べて十分
に高速にできるので左右側の表示画像が観察者の瞳に混
じって観察されたりするというようなクロストークは生
じない。

【００７０】更に、本実施例では、大口径のレンズによ
って同一の表示パネルを見るように構成したので、視野
角を大きくとることができる。しかも、左右の観察像は
時分割で表示パネルに表示されるので、アイレリーフを
長くとった場合に問題となる左右観察光路のオーバーラ
ップの制約もない。よって、本実施例によれば、広角で
アイレリーフの長い表示鏡筒が実現可能となる。しか
し、あまりアイレリーフをとりすぎると表示鏡筒自体が
大型化してしまうので、適切な値の中でもなるべく少な
い方に設定するのが実際的であり、レンズからアイレリ
ーフまでは１００ｍｍから１０ｍｍ程度が望ましい。

【００７１】更に、本実施例では、コントローラー３８
を介して、一方の目（例えば右目）用における画像を表
示パネルに表示するに際し、ＬＥＤ６１より、Ｂ，Ｇ，
Ｒの各色ごとの光を発光させて、表示パネルに表示され
るそれぞれのＢ，Ｇ，Ｒの画像と同期させている。ま
た、各表示画像の階調については、ＬＥＤ６１がＢ色を
発光する時間内で、所望の階調に応じてＤＭＤの微小ミ
ラーのＯＮ（反射）時間を各画素ごとに調整するように
して制御している。ＤＭＤは、非常に高速で駆動できる
ため、このような微小ミラーの切り換え制御を行うこと
で、画像の階調を調整することができる。

【００７２】なお、本実施例の大口径レンズ５９は、薄
型、軽量化のために、プラスチックフレネルレンズ５９
ａとガラスレンズ５９ｂのみを組合せて構成されてい
る。また、照明系の拡散板６２には、フレネルレンズを
用いている。ＬＥＤ６１は、明るさ確保のために、Ｂ，
Ｇ，Ｒの光源を各々複数配置して構成してもよい。こう
すると、明るさに加えて照明光が照明する瞳のサイズを
大きくすることができるので、表示装置を覗いたときの
見易さを向上させることができる。また本実施例の表示
装置には、後方からの映り込みを避けることができるよ
うに、水中メガネのようなつば部（アイシェード）６３
が大口径レンズ５９の周りに設けられている。

【００７３】本実施例はこのように構成したので、本発
明の上記各実施例で述べたような鏡体と組合わせること
によって、主術者と助手とが自由な観察位置でもって立
体視でき、鏡体を小型化、コストダウンできるという効
果に加えて、メガネなしで広角視野でアイレリーフが大
きな見易い電子画像表示装置を実現できる。なお、この
表示装置は、上記各実施例の鏡体とは別に単独で用いて
も従来の表示装置に対して見易さの点で優っており有効
である。

【００７４】第１１実施例 本実施例は第１０実施例の変形例である。図１５は、本
実施例の表示装置の側面図、図１６は図１５の表示装置
を上方からみた図である。本実施例では、ＤＭＤ表示パ
ネル５７の上方にＲ，Ｇ，ＢのＬＥＤ６１と拡散板６２
を左右の目用に２セット配置すると共に、それぞれのＬ
ＥＤ６１、拡散板６２からの照明光をＤＭＤ表示パネル
５７へ向けて反射するように湾曲形状に形成されたミラ
ー６４を大口径レンズ５９の上方に配置して構成されて
いる。そして、左右のＬＥＤ６１からの照明光が、それ
ぞれ拡散板６２で拡散され、ミラー６４で反射されてＤ
ＭＤ表示パネル５７へ上方から照射され、ＤＭＤ５８を
介して、時分割で反射されて、大口径レンズ５９を経て
観察者の目の位置に到達するようになっている。なお、
図１６に示すように、拡散板６２が観察者の瞳位置に結
像する配置構成となっている。

【００７５】また、本実施例では、ＤＭＤ表示パネル５
７は右目用（図１６において左側）のＬＥＤ６１が点灯
したときには、右目用の画像を表示し、左目用（図１６
において右側）のＬＥＤ６１が点灯したときには、左目
用の画像を表示するように構成されている。この表示お
よび点灯の切り換えを交互に高速に行うことにより、チ
ラツキのない立体表示でしかもアイレリーフが長く且つ
広視野の電子画像観察鏡筒が実現できる。なお、本実施
例では、ＤＭＤ５８の微小ミラーは、上下方向に傾斜角
度を切り換えて、左右のＬＥＤ６１からの光を拡大レン
ズ５９の上側部分又は下側部分に導き、拡大レンズ５９
は、その上側部分又は下側部分に導かれた光を観察者の
左目又は右目の瞳に結像するように構成されている。ま
た、本実施例では、大口径レンズ５９は、プラスチック
フレネルレンズ１枚で構成されている。

【００７６】このように、本実施例は、第１０実施例と
は異なり、照明光学系には集光レンズの代わりにミラー
６４を用い、ＤＭＤを微小ミラーが表示パネルの上下方
向に傾斜角度を変えるように構成し、さらに大口径レン
ズを１枚で構成したので、よりコンパクトな表示パネル
を実現できる。なお、上記以外の構成及び作用効果は第
１０実施例とほぼ同様である。

【００７７】第１２実施例 図１７は、第１２実施例の表示装置を上方からみた図で
ある。本実施例では、表示パネル６５は反射型液晶を用
いて構成されている。また、Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤ６１と
その前方に配置した拡散板６２が、表示パネル６５の側
方に左右の目用に２組並列に配置されている。拡散板６
２の前方には左右の目用に２つの開口６６と１つのフレ
ネルレンズ６７が配置されており、それぞれの開口６６
で左右の目用の照明光束を制限した後にフレネルレンズ
６７で表示パネル６４の全面を照明するための光を集光
するようになっている。フレネルレンズ６７の前方に
は、偏光ビームスプリッター６８が配置されている。偏
光ビームスプリッター６８は、フレネルレンズ６７を通
過した照明光のうちの所定の偏光成分を反射して表示パ
ネル６５の前面を照明するように導くと共に、表示パネ
ル６５からの反射光のうちの所定の偏光成分を透過して
大口径結像レンズ５９に導くようになっている。大口径
結像レンズ５９は偏光ビームスプリッター６８を透過し
た表示パネル６５からの光を観察者の左右夫々の瞳位置
に結像するように配置されている。

【００７８】本実施例において、表示パネル６５の反射
型液晶は、入射光をピクセル単位で偏光方向を０°又は
９０°回転させることができるようになっている。ま
た、左右のＬＥＤ６１は時分割で交互に点灯するように
駆動制御されている。このため、偏光ビームスプリッタ
ー６８で反射されて表示パネル６５に入射した左右の照
明光のうち偏光方向が回転した成分だけが偏光ビームス
プリッター６８を透過して大口径結像レンズ５９を介し
て観察者の瞳に導かれ、明るく画像として観察される。

【００７９】本実施例の表示装置の実際の動作について
説明すると、左右の画像を偏光ビームスプリッター６８
で切り換えていると共に、ＬＥＤ６１のＲ，Ｇ，Ｂを左
右異なる色特性となるようにして順に照明し、それに同
期させて各色毎に反射型液晶６５によって左右の目用の
Ｒ，Ｇ，Ｂの画像を表示している。さらに階調について
は、ＬＥＤ６１の各色についての発光時間内で、表示パ
ネル６５の反射型液晶の各ピクセル毎の反射時間の長さ
を制御することで階調の調整を行っている。

【００８０】本実施例によれば、反射型表示パネルと左
右用の光源とを有して、左右の画像を時分割で同一の表
示パネル上に表示して左右の立体像が得られるようにし
たので、アイポイントを長くとることと広角化を同時に
実現でき、さらにモニター用のメガネも不要でコンパク
トな表示装置が実現できる。なお、表示パネル６５は、
上記のような反射型のものを用いる代わりに表示パネル
６５自体がＲ，Ｇ，Ｂのマトリックス構造を有している
ものを用いてもよい。その場合は、ＬＥＤ６１には、白
色ＬＥＤを用いるのがよい。なお、本実施例では光源を
左右方向に配置したが、上下方向に配置した構成にして
も同様の構成が得られる。

【００８１】第１３実施例 本発明による立体観察装置の第１３実施例の表示パネル
部を上方からみた断面図である。本実施例は、第１２実
施例で用いた反射型液晶の表示パネルの代わりに透過型
液晶の表示パネルを用いて構成されている。観察者とは
反対側から順に、ＬＥＤ６１及び拡散板６２とからなる
左右の照明系と、集光レンズ６９と透過型表示パネル７
０と、結像レンズと目の近くに配置した表示パネルの拡
大レンズとで構成された大口径レンズ７１を備えて構成
されている。結像レンズは左右のＬＥＤ６１の像を左右
の瞳にそれぞれ結像させるように構成されている。この
ため照明光を効率的に瞳に集めて明るい観察画像を提供
でき、左右の目用のそれぞれの照明光が互いに別の目に
到達しないようにしてクロストークを防いでいる。

【００８２】また、コントローラー３８を介して交互に
左右のＬＥＤ６１を点灯させると共に、その左右の点灯
に同期して表示パネル７０に左右の画像に切り換えて表
示し、この左右のＬＥＤ６１の点灯と表示パネル７０へ
の左右の画像表示を高速で行うことで、チラツキのない
画像を得るように構成されている。なお、本実施例のよ
うな透過型の表示パネルを用いる場合には、Ｒ，Ｇ，Ｂ
の色モザイクを透過型表示パネル自体が有している構成
を用いることができる。また、その場合のＬＥＤ６１に
は、白色のＬＥＤを用いるのがよい。

【００８３】第１４実施例 図１９は本発明による立体観察装置の第１４実施例を示
す図であり、(a)は表示パネル部を側方から見た図、(b)
は(a)の表示パネルの正面図である。本実施例の表示パ
ネルを構成する表示素子として、ＤＭＤ、反射型液晶、
透過型液晶のいずれを用いて構成されていてもよい。本
実施例は、第１０〜第１４実施例に示されるような、表
示パネル及び大口径レンズを左右方向に横長に形成する
と共に、横長の表示パネル７２ｎ及び大口径レンズ７３
ｎで構成される表示装置を上下方向に複数段組み合わせ
て構成されている。なお、ＬＥＤ、拡散板等の照明光学
系は説明の便宜上、図において省略してある。

【００８４】本実施例では、左右方向に横長の表示パネ
ル７２ｎと大口径レンズ７３ｎを配置し、これらを上下
方向に近接して積み重ねることで、アイレリーフが十分
に大きくしかも左右方向に広角の視差をもつ画像を表示
することができる。なお、上下の表示装置を、中央の表
示装置による観察者の瞳位置と同じ位置に重なるように
構成すれば、同時に上下の画像も観察することができ
る。なお、それぞれの大口径レンズ７３ｎからの光束の
径の大きさは、複数段のいずれかの表示装置を注視した
ときに眼球が回って瞳位置が変わっても光束が含まれる
ような大きさにすると更に望ましい。

【００８５】以上説明したように、本発明による立体観
察表示装置及び電子画像表示装置は、特許請求の範囲に
記載された特徴のほかに下記に示すような特徴も備えて
いる。

【００８６】（１）物体像を撮像し、（複数の）電子画
像表示装置で観察する立体観察装置において、観察光軸
上に光路分割手段を有し、光路分割手段の後に（複数の
観察者の為の）複数の撮像ユニットを有し、各撮像ユニ
ットは左右開口と、撮像手段を有していて、更に、左右
開口で制限された光束を結合する光学系を有し、結合後
の光路に変倍光学系が配置されていて、左右像は時分割
で交互に変倍光学系を透過するように構成したことを特
徴とする立体観察装置。

【００８７】（２）物体像を撮像し、複数の電子画像表
示装置で観察する立体観察装置において、対物レンズ
と、その後方に配置したほぼ同一平面内に配置された４
つの開口を有し、開口で制限された光束を互いに合成す
る手段を有し、同一の変倍光学系を通過させることで変
倍し、更に時分割で合成した光束を選択することにより
互いに視差のある画像を順次撮像する撮像手段を有し、
得られた複数の画像から２つを選択し、画像表示装置に
立体画像を表示することを特徴とする立体観察装置。

【００８８】（３）前記連動手段が、電子画像表示装置
と、撮像ユニットが機械的に結合されていることにより
なされていることを特徴とする請求項２に記載の立体観
察装置。

【００８９】（４）前記連動手段が、表示装置に位置検
出手段からの信号をもとに、撮像ユニットの位置を変更
する手段を駆動することを特徴とする請求項２に記載の
立体観察装置。

【００９０】（５）前記表示パネルに、微小マイクロミ
ラーアレー表示装置（ＤＭＤ）を用いたことを特徴とす
る請求項３に記載の電子画像表示装置。

【００９１】（６）前記表示パネルに、反射型液晶表示
装置を用いたことを特徴とする請求項３に記載の電子画
像表示装置。

【００９２】（７）前記表示パネルに、透過型液晶表示
装置を用いたことを特徴とする請求項３に記載の電子画
像表示装置。

【００９３】（８）前記光路分割手段と前記撮像ユニッ
トとが一体的に、対物レンズの光軸の周りに回動するこ
とを特徴とする請求項１に記載の立体観察装置。

【００９４】（９）前記撮像ユニットが、前記光路分割
手段の後の観察光軸の周りに回動することを特徴とする
請求項１に記載の立体観察装置。

【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。

【００９７】また、表示装置を１枚の表示パネルを両眼
で見る構成とそれぞれの目に結像する位置に光源をおい
て、各光源の発光のタイミングと表示タイミングを合わ
せる構成としたので、術者は、広角の画像をアイレリー
フを大きく、しかもメガネなしで観察でき、また観察姿
勢も楽になり疲労の軽減が図れる。

【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１２】本発明による立体観察装置の第９実施例を示
す手術用顕微鏡の全体構成図である。

【図１３】(a)は図１２の手術用顕微鏡を上側からみた
断面図、(b)は、図１２の手術用顕微鏡における表示パ
ネルと表示される画像との関係を示す説明図である。

【図１４】本発明による立体観察装置の第１０実施例の
表示パネル部を上方からみた断面図である。

【図１５】本発明による立体観察装置の第１１実施例の
表示パネル部を側方からみた断面図である。

【図１６】図１５の表示装置を上方からみた図である。

【図１７】本発明による立体観察装置の第１２実施例の
表示パネル部を上方からみた断面図である。

【図１８】本発明による立体観察装置の第１３実施例の
表示パネル部を上方からみた断面図である。

【図１９】(a)は本発明による立体観察装置の第１４実
施例を示す表示パネル部を側方から見た図、(b)は(a)の
表示パネルの正面図である。

【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。

【図２８】表示素子１枚で左右に電子画像を表示する従
来例の概略構成図である。

【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 ８，７２ｎ 表示パネル ９，４１，４２，４３，４６ ケーブル １０，３９，４４，５３，５４ 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 １５，５８ ＤＭＤ １６，６３ 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 ２３，６８ 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） ３６，３７，５５ エンコーダー ３８，５６ 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 ５１ 鏡体 ５２ プリズム ５７ ＤＭＤパネル ５８ ＤＭＤ ５９，７１，７３ｎ 大口径レンズ ６０，６９ 集光レンズ ６１ ＬＥＤ ６２ 拡散板 ６３ つば部（アイシェード） ６３ ミラー ６５ 反射型液晶表示パネル ６６ 開口 ６７ フレネルレンズ ６９ 透過型表示パネル ７０ 結像レンズ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体像を撮像し、複数の電子画像表示装置
   で観察する立体観察装置において、 観察光軸上に光路分割手段を有し、前記光路分割手段を
   介して分割した複数の光路上に撮像ユニットを有し、各
   前記撮像ユニットには左右開口を有していて、 少なくとも１つの前記撮像ユニットを観察光軸の周りを
   回動可能に構成したことを特徴とする立体観察装置。
2. 【請求項２】物体像を撮像し、電子画像表示装置で観察
   する立体観察装置において、 電子画像表示装置の位置を検出する位置検出手段と、 撮像ユニットの位置を変更する位置変更手段と、 前記位置検出手段により検出された電子画像表示装置の
   位置に応じた位置に撮像ユニットが位置合わせされるよ
   うに前記検出手段と前記位置変更手段とを連動させる連
   動手段と、を有していることを特徴とする立体観察装
   置。
3. 【請求項３】同一の表示面に、左右の画像を順次表示さ
   せる表示手段と、 表示面を介して観察者の左右の目に共役な位置に配置さ
   れた左右の照明手段とを有し、 前記表示手段により表示される左右の画像と同期して、
   照明手段の左右の照明を発光させることを特徴とする電
   子画像表示装置。