JP3283084B2 - 立体視硬性内視鏡 - Google Patents

立体視硬性内視鏡

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JP3283084B2 JP34806592A JP34806592A JP3283084B2 JP 3283084 B2 JP3283084 B2 JP 3283084B2 JP 34806592 A JP34806592 A JP 34806592A JP 34806592 A JP34806592 A JP 34806592A JP 3283084 B2 JP3283084 B2 JP 3283084B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、観察部位を立体的に観
察できるようにした立体視硬性内視鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】細長の挿入部を体腔内等に挿入して、直
接目視できない被検部位を観察することのできる内視鏡
装置が広く用いられている。通常の内視鏡装置では、被
検部位を遠近感のない平面としてしか見ることができな
いため、例えば体腔壁表面の微細な凹凸等を観察するこ
とが困難であり、内視鏡観察による診断や各種処置が容
易にできない不具合があった。
【0003】そこで、複数の観察光学系を並列に設け、
これらの光学系の光軸がなす輻輳角を設定して視差を持
つように観察光学系を配置し、観察部位を立体視するこ
とができるようにした立体視内視鏡装置が従来より提案
されている。
【0004】このような立体視内視鏡装置として、例え
ば特開昭57−69839号公報等には、内視鏡の挿入
部に一対の像伝送光学系を内設し、この像伝送光学系の
先端側に一対の対物光学系を設けると共に、手元操作部
側に一対の接眼光学系を設け、前記一対の対物光学系の
なす輻輳角を調整して観察部位を立体的に見えるように
した装置が提案されている。
【0005】ここで、従来の立体視内視鏡の概略構成を
図10に示す。立体視内視鏡51は、細長の挿入部先端
部に2つの対物レンズ系52a,52b、および対物レ
ンズ系52a,52bにより形成された像を伝達するリ
レーレンズ系53a,53bを備えており、それぞれの
像をCCD等の固体撮像素子54a,54bで撮像する
ようになっている。
【0006】このような立体視内視鏡では、被写体の距
離が変わると輻輳角が変化するため、被写体が近くなる
と図10の破線のように輻輳角が大きくなって立体感が
強くなり、被写体が遠くへ行くと逆に立体感が弱くな
る。すなわち、被写体までの距離によって得られる像の
立体感が変化していた。
【0007】例えば、外科手術において立体視内視鏡を
用いる場合に、被検部位を近くで観察するときも遠くで
観察するときもほぼ同じ立体感で観察することによっ
て、術者が同じ感触で手技を行いたいという要求があ
る。しかし、前記のような立体視内視鏡では、近点では
立体感が大きく遠点では立体感が少なくなるため、この
ような要求を満たすことができなかった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
立体視内視鏡では、被写体までの距離によって輻輳角が
変わり、得られる像の立体感が変化するため、常に同じ
立体感で観察することができないという問題点があっ
た。
【0009】また、逆に、遠点および近点でそれぞれの
被写体に応じて見易い立体感の状態で観察したいという
要求もあるが、ある物体距離で所望の立体感を得られる
ように調整することも困難であった。
【0010】本発明は、これらの事情に鑑みてなされた
もので、必要に応じて得られる像の立体感を調整するこ
とができ、被写体までの距離によらず所望の立体感で立
体視を行うことが可能な立体視硬性内視鏡を提供するこ
とを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明による立体視硬性
内視鏡は、単一の光軸を持つ対物レンズ系と、該対物レ
ンズ系と同軸に配置され、前記対物レンズ系により形成
された物体像を伝達するための少なくとも一つのリレー
レンズ系と、前記リレーレンズ系の瞳位置またはその近
傍、またはそれらの共役位置に配置され、前記瞳を複数
に分割する瞳分割手段と、前記瞳分割手段の近傍または
その共役位置に配置され、前記複数の瞳の重心間隔を変
化させる瞳間隔変換手段と、前記リレーレンズ系を射出
した光束を受けて、前記瞳分割手段と共働して複数の物
体像を形成する結像光学系と、前記各物体像を受ける撮
像手段とを備えたものである。
【0012】
【作用】瞳間隔変換手段によって、瞳分割手段で分割さ
れる複数の瞳の重心間隔を変化させ、輻輳角を変化させ
る。
【0013】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図1ないし図4は本発明の第1実施例に係り、図
1は立体視硬性内視鏡の主要部の構成を示す説明図、図
2は立体視硬性内視鏡の外観構成を示す説明図、図3は
可変絞りの第1の構成例を示す説明図、図4は可変絞り
の第2の構成例を示す説明図である。
【0014】図2に示すように、立体視硬性内視鏡1
(以下、単に内視鏡とも記す)は、細長で硬性の挿入部
2を有し、挿入部2の基端部に把持部3が連設されてい
る。把持部3からは、ケーブル4が延出しており、立体
視硬性内視鏡1はケーブル4を介して信号処理装置5に
接続されるようになっている。信号処理装置5にはCR
Tモニタ等の表示装置6が接続されており、内視鏡1で
得られた左右2つの観察画像が信号処理装置5で処理さ
れ、表示装置6に立体視内視鏡画像として表示されるよ
うになっている。例えば、表示装置6に左右2つの画像
を交互に表示し、偏光メガネで観察することによって、
立体感のある被写体像を観察することができる。
【0015】立体視硬性内視鏡1の光学系等を含む主要
部は図1のように構成されている。内視鏡1の先端部に
は一つの対物レンズ系11が設けられており、対物レン
ズ系11の後方には対物レンズ系11で形成された被写
体像を伝達するリレーレンズ系12が同軸的に配設され
ている。リレーレンズ系12の後方には、結像レンズ1
3およびフォーカシングレンズ14が設けられ、フォー
カシングレンズ14の後方の前記対物レンズ系11およ
びリレーレンズ系12の瞳と共役な位置に瞳分割プリズ
ム15が配設されている。すなわち、単一の光軸を持つ
対物レンズ系11で形成された像をリレーレンズ系12
で伝達し、瞳分割プリズム15で左右2つの像となるよ
うに瞳分割するようになっている。
【0016】瞳分割プリズム15の近傍の光路中には、
瞳の重心間隔を変更する瞳間隔変換手段としての可変絞
り16が配設されている。そして、瞳分割プリズム15
によって分割された光束をそれぞれ反射するミラー1
7,18が設けられ、ミラー17,18後方の結像レン
ズ13の結像位置には、それぞれCCD等の固体撮像素
子19,20が配設されている。固体撮像素子19,2
0は、撮像面にそれぞれ結像した被写体像を光電変換す
ることによって撮像し、撮像信号として出力するように
なっている。この出力の撮像信号が信号処理装置5に送
られて、表示装置6に表示可能なように各種画像信号処
理が行われ、表示装置6に被写体の内視鏡画像が表示さ
れるようになっている。
【0017】この立体視硬性内視鏡1の光学系におい
て、リレーレンズ系12は等倍アフォーカルリレーレン
ズなどで構成されており、ここでは簡単のため2つのレ
ンズ系で示している。また、瞳分割プリズム15は、対
物レンズ系11およびリレーレンズ系12の瞳と共役な
位置に、頂点が位置するように配置されている。そし
て、瞳分割プリズム15の近傍に、通過する光束の位置
を移動させて瞳を変位させたり瞳径を変化させることに
よって瞳の重心間隔を変更する可変絞り16が配置され
ている。
【0018】なお、瞳分割プリズム15は、対物レンズ
系11およびリレーレンズ系12の瞳と共役な位置に限
らず、瞳位置またはその近傍のいずれかに配置しても良
い。また、結像レンズ13にはズームレンズ系等を含ん
でも良い。また、可変絞り16は、対物レンズ系11お
よびリレーレンズ系12の瞳と共役な位置の近傍だけで
なく、対物レンズ系11の瞳位置やリレーレンズ系12
の瞳位置に配置しても良い。
【0019】前記可変絞り16の構成例として、第1の
例を図3に示す。この第1の例の絞り21は、円形の絞
り孔をそれぞれ有した2枚の絞り板21a,21bから
なっており、絞り板21a,21bが互いにあるいは一
方が光軸と垂直な方向に変位し、絞り孔の間隔を変化さ
せるようになっている。
【0020】前記可変絞り16の第2の例を図4に示
す。この第2の例の絞り22は、複数(ここでは6枚)
の絞り羽根を有しており、絞り羽根を変位させることに
よって絞り径が変化するようになっている。
【0021】前記第1の例および第2の例のいずれの絞
りによっても、絞り孔の間隔を変化させるあるいは絞り
径を変化させることによって、分割される2つの瞳の重
心間隔を変化させることができる。
【0022】ここで、前記分割された左右2つの瞳の重
心間隔について説明する。瞳分割プリズム15によって
瞳を分割し、視差のある左右2つの像として得る場合に
おいて、前記重心間隔は、例えば円形の瞳の場合には、
分割後の一方の半円形の瞳の重心位置と、もう一方の半
円形の瞳の重心位置との間隔で定義される。すなわち、
分割後のそれぞれの瞳の重心位置の間隔で定義される。
【0023】立体視内視鏡で得られる立体感を決める要
素としては、左右の光学系の輻輳角があり、この輻輳角
が大きいと立体感が強くなり、輻輳角が小さくなると立
体感が弱まる。1つの対物レンズ系で形成された像を2
つに分割する瞳分割光学系では、輻輳角(左右の光学系
の内向角)を決める光軸に相当するものを分割されたそ
れぞれの瞳の重心位置を通る光線と考えるのが妥当であ
る。この場合、これらの瞳の重心位置を結ぶ距離が左右
の光軸の間隔であると考えられる。従って、分割後のそ
れぞれの瞳の重心間隔によって立体感が変化する。
【0024】本実施例では、重心間隔が被写体の距離に
応じて変化するように、近点の場合には重心間隔が小さ
くなる方向に、遠点の場合には重心間隔が大きくなる方
向に可変絞り16を可変し、被写体までの距離によらず
常に一定の立体感が得られるようにする。
【0025】これを実現するために、図3の第1の例の
絞り21あるいは図4の第2の例の絞り22を用いる。
【0026】第1の例では、2枚の絞り板21a,21
bの一方あるいは双方が光軸と垂直な方向に変位するこ
とで、絞り孔の間隔が変化し、左右の瞳位置が移動す
る。これに伴って、瞳の重心間隔が変化する。例えば、
近点を観察する際には、図3の(a)に示すように瞳の
重心間隔を狭めてd1 とし、遠点を観察する際には、図
3の(b)に示すように瞳の重心間隔を広げてd2 とす
る。また、近点観察後に遠点を観察する場合には、瞳の
重心間隔をd1 からd2 に広がるように変化させる。
【0027】また、第2の例では、複数の絞り羽根が変
位することで、絞り径が変化する。絞り開口はほぼ円形
であり、左右の瞳は常に中央で分割されるため、絞り径
の変化によって瞳の重心間隔が変化する。例えば、近点
を観察する際には、図4の(a)に示すように絞り径を
絞って瞳の重心間隔を狭めるようにし、遠点を観察する
際には、図4の(b)に示すように絞り径を開いて瞳の
重心間隔を広げるようにする。また、近点観察後に遠点
を観察する場合には、絞りを開いて図4の(a)から
(b)の状態にして瞳の重心間隔が広がるように変化さ
せる。
【0028】このような可変絞り16を用いることによ
って、分割される左右の瞳の重心間隔を変化させること
ができ、輻輳角を変化させて立体感を調整することがで
きる。従って、遠点観察時には輻輳角を広げて立体感を
強め、近点観察時には輻輳角を狭めて立体感を弱めて、
被写体までの距離にかかわらず常に一定の立体感で立体
視が行えるようにできる。また、ある任意の観察距離で
所望の立体感が得られるように必要に応じて左右の瞳の
重心間隔を変化させ、立体感を調整することも可能であ
る。
【0029】図5は本発明の第2実施例に係る立体視硬
性内視鏡の主要部の構成を示す説明図である。
【0030】第2実施例は、第1実施例での立体感の調
整とフォーカシング制御とを連動させるようにした例で
ある。
【0031】第2実施例の立体視内視鏡は、光学系にお
いて結像レンズ13の後方で瞳分割プリズム15の近傍
に第1実施例の可変絞り16と同様な可変絞り31が配
置され、瞳分割プリズム15での瞳分割後の光路中に焦
点合わせを行うフォーカシングレンズ32,33が左右
それぞれに配設されている。その他の光学系の構成は第
1実施例と同様であり、説明を省略する。
【0032】可変絞り31およびフォーカシングレンズ
32,33には、それぞれ駆動装置34,35,36が
連設されており、これらの駆動装置34,35,36
は、フォーカス位置の可変量および絞り可変量を指示す
る制御手段37からの指示入力を受けて動作するように
なっている。
【0033】制御手段37は、被写体の位置に応じてフ
ォーカス位置までの可変量を設定し、合焦状態となるよ
うにフォーカシングレンズ32,33の移動を指示する
レンズ駆動信号を出力する。また、このフォーカシング
制御に伴って、可変絞り31を所定量駆動する絞り駆動
信号を出力し、焦点距離に合わせて分割される左右の瞳
の重心間隔を変化させる。このように、フォーカシング
制御に連動して、焦点を合わせる被写体までの距離に応
じて、可変絞り31を駆動して左右の瞳の重心間隔を変
化させ、常に輻輳角が一定となるようにする。
【0034】例えば、ある距離の点Aに左右の画像のピ
ントが一致しており、入射瞳の左右の重心に一致するそ
れぞれの光軸が点Aで交わっているとする。この場合、
左右の光軸がある輻輳角をもって視差を有しており、左
右の画像が立体的に観察される。この状態から点Aより
近い点Bの物体を立体視するために、フォーカシングレ
ンズ32,33を移動させることにより焦点距離を変化
させ、近点の物体にピントを一致させることが可能であ
る。
【0035】このとき、左右の入射瞳の重心間隔が一定
であると、輻輳角が変化してしまうため、立体感が異な
ってしまう。この場合被写体が近点に移動したため立体
感が強くなってしまう。そこで、本実施例では、左右の
瞳の重心間隔を変化させる可変絞り31と、焦点合わせ
を行うフォーカシングレンズ32,33とを連動させる
ことによって、被写体までの距離にかかわらず輻輳角を
一定とすることができ、遠点から近点までほぼ同じ立体
感を得ることができる。
【0036】以上のように、本実施例によれば、得られ
る像の立体感を変えることなく、所望の距離に焦点を合
わせて立体視を行うことが可能となる。また、フォーカ
シングを行ったある所定の距離で好みの立体感が得られ
るように輻輳角を調整することも可能である。
【0037】図6ないし図8は本発明の第3実施例に係
り、図6は立体視硬性内視鏡の主要部の構成を示す説明
図、図7は瞳分割プリズムから可変絞りを通る光を示す
説明図、図8は可変絞りの概略構成を示す斜視図であ
る。
【0038】第3実施例は、瞳分割プリズムで瞳分割し
た後の光路中にそれぞれ可変絞りを配置した例である。
【0039】第実施例の立体視内視鏡は、光学系にお
いて瞳分割プリズム15での瞳分割後の光路中の左右そ
れぞれに可変絞り39,40が配設されている。その他
の構成は第2実施例と同様であり、説明を省略する。
【0040】可変絞り39,40は、図7および図8に
示すように、それぞれ絞り孔を有した絞り板で構成され
ており、変位することによって絞り孔が移動し、瞳の位
置が変位するようになっている。可変絞り39,40に
よって、例えば図7において斜線で示す部分の光束が通
過し、可変絞り39,40が移動すると瞳の位置が変位
し、左右の瞳の重心間隔が変化するようになっている。
このとき、図8に示すように、可変絞り39,40は互
いに連結されるかあるいは駆動部が連動するようになっ
ており、2つの絞り板が連動して移動するように構成さ
れている。
【0041】可変絞り39,40を瞳分割前の光学系の
光軸に対して前側に移動させると、左右の瞳の間隔、す
なわち瞳の重心間隔が狭くなり、得られる像の立体感が
弱くなる。一方、可変絞り39,40を瞳分割前の光学
系の光軸に対して後側に移動させると、左右の瞳の間隔
が広くなり、得られる像の立体感が強くなる。なお、こ
のとき第2実施例と同様に、可変絞り39,40とフォ
ーカシングレンズ32,33とを連動させる。
【0042】このように、可変絞りを瞳分割後の光路中
に配置した場合においても、第1および第2実施例と同
様に左右の瞳の重心間隔を調整でき、被写体までの距離
にかかわらず常に一定の立体感が得られるように立体視
を行うことが可能となる。
【0043】図9は本発明の第4実施例に係る立体視硬
性内視鏡の主要部の構成を示す説明図である。
【0044】第4実施例は、被写体までの距離を検出す
る距離検出手段を備え、検出した距離に応じて可変絞り
およびフォーカシングレンズを制御するようにした例で
ある。
【0045】第4実施例の立体視内視鏡は、光学系にお
いて結像レンズ13の後方にフォーカシングレンズ41
が配設され、瞳分割プリズム15の近傍に可変絞り42
が配置されている。その他の光学系の構成は第1実施例
と同様であり、説明を省略する。可変絞り42は、例え
ば第1実施例における第2の例の絞り径を可変する絞り
22が用いられる。
【0046】フォーカシングレンズ41および可変絞り
42には、それぞれ駆動装置43,44が連設されてお
り、これらの駆動装置43,44は、信号処理装置5に
設けられたフォーカス位置の可変量および絞り可変量を
指示する制御手段45からの指示入力を受けて動作する
ようになっている。また、信号処理装置5には明るさ検
出手段46が設けられており、固体撮像素子19,20
からの出力に基づいて画像の明るさを検出するようにな
っている。さらに、前記制御手段45および明るさ検出
手段46は、光源装置47の光量を調整する自動調光手
段を構成している。
【0047】内視鏡による観察時においては、観察部位
に照明光を照射して観察を行うようになっており、この
照明のために被写体までの距離によって画像の明るさが
変化する。このため、自動調光手段によって、画像の明
るさを検出して一定の明るさが得られるように光源装置
の光量を制御するようにしているが、逆に検出した画像
の明るさによって被写体までの距離を知ることができ
る。すなわち、被写体が近距離にあれば画像が明るくな
り、遠距離では画像が暗くなるため、この画像の明るさ
から被写体までの距離を検出することができる。
【0048】本実施例では、明るさ検出手段46によっ
て画像の明るさを検出することにより、制御手段45で
被写体までの距離を検知する。ここでは、物体の反射
率、光源装置47の照明光量に対応する画像の明るさ、
およびこれに対応する被写体までの距離が予め知られて
おり、メモリ等に記憶されているものとする。
【0049】明るさ検出手段46は、固体撮像素子1
9,20からの出力画像信号を積分する積分手段等によ
り、像の明るさを検出して明るさ検出信号を制御手段4
5へ出力する。制御手段45は、前記明るさ検出信号に
基づいて被写体までの距離を検知し、距離に応じてフォ
ーカシングレンズ41の移動量とこれに連動する可変絞
り42の変化量を決定して駆動装置43,44へ駆動信
号を出力する。これにより、第2実施例と同様に被写体
までの距離に応じたフォーカシング制御、およびこれに
連動した左右の瞳の重心間隔の調整が行われ、立体感の
調整がなされる。
【0050】なお、光学系によって物体距離と輻輳角の
大きさとの関係は予め決まっているため、フォーカシン
グレンズ41の移動量とこれに連動する可変絞り42の
変化量とをメモリ等に記憶させておき、連動するように
制御できる。
【0051】また、近点を観察する際に、左右の瞳の重
心間隔を狭めるために絞り径を可変できる可変絞り42
を絞ると、絞り径が小さくなることによって画像の明る
さを抑えることができる。すなわち、立体感の調整と画
像の明るさ調整とを連動して行うことが可能となる。こ
の可変絞り42の変位に合わせて、制御手段45は光源
装置47に光量調整信号を出力し、光源の光量調整を行
う。
【0052】このように、本実施例によれば、自動調光
制御、フォーカシング制御、立体感の調整を連動して行
うことができる。さらに、近点観察時に可変絞り42に
よって絞り径を絞ることによって、従来は被写界深度の
浅い画像となっていたものが被写界深度を深く観察する
ことができる。
【0053】なお、本実施例のリレー光学系は、単一の
光軸を持つものに限らず、伝達した像を途中で分割し、
さらに分割された像をそれぞれ伝達するように構成して
も良い。また、光学系に、結像レンズ,ズームレンズ等
を任意に設けても良い。
【0054】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、必
要に応じて得られる像の立体感を調整することができ、
被写体までの距離によらず所望の立体感で立体視を行う
ことが可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1ないし図4は本発明の第1実施例に係り、
図1は立体視硬性内視鏡の主要部の構成を示す説明図
【図2】立体視硬性内視鏡の外観構成を示す説明図
【図3】可変絞りの第1の構成例を示す説明図
【図4】可変絞りの第2の構成例を示す説明図
【図5】本発明の第2実施例に係る立体視硬性内視鏡の
主要部の構成を示す説明図
【図6】図6ないし図8は本発明の第3実施例に係り、
図6は立体視硬性内視鏡の主要部の構成を示す説明図
【図7】瞳分割プリズムから可変絞りを通る光を示す説
明図
【図8】可変絞りの概略構成を示す斜視図
【図9】本発明の第4実施例に係る立体視硬性内視鏡の
主要部の構成を示す説明図
【図10】従来の立体視内視鏡の構成例を示す説明図
【符号の説明】
1…立体視硬性内視鏡 11…対物レンズ系 12…リレーレンズ系 13…結像レンズ 14…フォーカシングレンズ 15…瞳分割プリズム 16…可変絞り 19,20…固体撮像素子

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 単一の光軸を持つ対物レンズ系と、 該対物レンズ系と同軸に配置され、前記対物レンズ系に
    より形成された物体像を伝達するための少なくとも一つ
    のリレーレンズ系と、 前記リレーレンズ系の瞳位置またはその近傍、またはそ
    れらの共役位置に配置され、前記瞳を複数に分割する瞳
    分割手段と、 前記瞳分割手段の近傍またはその共役位置に配置され、
    前記複数の瞳の重心間隔を変化させる瞳間隔変換手段
    と、 前記リレーレンズ系を射出した光束を受けて、前記瞳分
    割手段と共働して複数の物体像を形成する結像光学系
    と、 前記各物体像を受ける撮像手段と、 を備えたことを特徴とする立体視硬性内視鏡。
  2. 【請求項2】 前記瞳分割手段の前にフォーカシングレ
    ンズを配置したことを特徴とする請求項1記載の立体視
    硬性内視鏡。
  3. 【請求項3】 前記結像光学系は、光軸に沿って移動可
    能なフォーカシングレンズを含み、このフォーカシング
    レンズの移動と、前記瞳間隔変換手段による分割形成さ
    れた複数の瞳の重心間隔の変化とが連動することを特徴
    とする請求項1記載の立体視硬性内視鏡。
  4. 【請求項4】 前記瞳間隔変換手段は、絞り孔をそれぞ
    れ有した2枚の絞り板からなり、該2枚の絞り板が互い
    にあるいは一方が光軸と垂直な方向に変位し、絞り孔の
    間隔を変化させ、2つの瞳の重心間隔を変化させること
    を特徴とする請求項1に記載の立体視硬性内視鏡。
  5. 【請求項5】 前記瞳間隔変換手段は、複数の絞り羽根
    を有し、該複数の絞り羽根を変位させることによって絞
    り径を変化させ、2つの瞳の重心間隔を変化させること
    を特徴とする請求項1に記載の立体視硬性内視鏡。
  6. 【請求項6】 近点を観察する際には瞳の重心間隔を狭
    め、遠点を観察する際には瞳の重心間隔を広げることを
    特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載の立体
    視硬性内視鏡。
  7. 【請求項7】 近点を観察する際には、絞り径を絞って
    瞳の重心間隔を狭め、 遠点を観察する際には絞り径を開
    いて瞳の重心間隔を広げることを特徴とする請求項5に
    記載の立体視硬性内視鏡。
  8. 【請求項8】 明るさ検出手段を備え、該明るさ検出手
    段が出力する明るさ検出信号に基づいて、フォーカシン
    グ制御、およびこれに連動した前記瞳間隔変換手段の制
    御を行うことを特徴とする請求項3に記載の立体視硬性
    内視鏡。
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