JPH07222754A

JPH07222754A - 手術顕微鏡

Info

Publication number: JPH07222754A
Application number: JP6019674A
Authority: JP
Inventors: Koichi Hoshi; 幸一星
Original assignee: FUROOBELL KK
Current assignee: FUROOBELL KK
Priority date: 1994-02-16
Filing date: 1994-02-16
Publication date: 1995-08-22

Abstract

(57)【要約】【目的】所定の物体により指し示された被写体の所定
の個所の合焦画像を表示する。【構成】物体１０からの反射光は、光学系１１を介し
て、カメラＬ２、カメラＲ３に入射し、その像に対応す
る信号が３Ｄカメラ制御器６を介して、倍速スキャンモ
ニタ８および自動制御器７に供給される。自動制御器７
は、入力された信号に基づいて、駆動部５またはフォー
カス駆動部４への制御信号を出力する。駆動部５または
フォーカス駆動部４は、自動制御器７からの制御信号に
基づいて、物体１０により指し示された被写体１の所定
の個所の合焦画像が、倍速スキャンモニタ８の中央に表
示されるように、光学系１１を移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、観測位置を自
動的に制御する際に用いて好適な手術顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の手術顕微鏡は、例えば、手術中の
患部などの被写体からの光を受光し、その像に対応する
信号を出力するビデオカメラと、ビデオカメラからの信
号を表示するＣＲＴと、ビデオカメラの位置を移動させ
る駆動部と、ビデオカメラの焦点を調整する焦点調整部
と、駆動部または焦点調整部を制御する制御部と、制御
部への命令を入力する操作部から構成されている。

【０００３】手術中の患部をＣＲＴに表示するために、
まず、手術顕微鏡を手術中の患部に向け、患部からの光
をビデオカメラで受光し、その像に対応する信号をＣＲ
Ｔに出力する。ＣＲＴは、入力された信号に対応する画
像を表示する。

【０００４】このとき、患部の所望の位置がＣＲＴの中
央に表示されていない場合、操作部（フットスイッチ）
を足で操作することにより、患部の所望の位置がＣＲＴ
の中央に表示されるように、制御部、および駆動部を介
して、手術顕微鏡を移動させることができる。

【０００５】また、ＣＲＴに表示される患部の画像が、
合焦していない場合、同様に、ＣＲＴを見ながら操作部
を手動操作し、ＣＲＴに表示される患部の画像が合焦す
るように、制御部、および駆動部を介して、手術顕微鏡
の焦点を調整することができる。

【０００６】このようにして、手術対象とされる患部の
所望の部分の合焦画像を、ＣＲＴに表示することができ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の手術顕微鏡にお
いては、このように、患部の所望の部分がＣＲＴの所望
の位置に表示されていない場合、または手術顕微鏡の焦
点が、患部の所望の部分に合焦していない場合、操作部
を足または手で操作して、手術顕微鏡を移動させたり、
焦点調整をしたりしなければならず、操作が煩わしい課
題があった。

【０００８】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、所定の形状を有する物体により、患部の所
望の部分を指し示すだけで、自動的に、その物体および
患部の所望の部分の合焦画像が、ＣＲＴの中央に表示さ
れることを可能にするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の手術顕微鏡は、
被写体からの光を受光し、被写体の像に対応する信号を
出力する撮像手段（例えば、図１のカメラ２，カメラ
３）と、撮像手段より出力された信号に対応する映像を
表示する表示手段（例えば、図１の倍速スキャンモニタ
８）と、撮像手段の出力信号から、所定の形状を有する
物体の、被写体と撮像手段を結ぶ線と垂直な面内におけ
る位置を検出する位置検出手段（例えば、図１の自動制
御器７）と、位置検出手段により検出された位置に基づ
いて、撮像手段と物体との相対的な位置関係を変化させ
る位置変化手段（例えば、図１の駆動部５）と、撮像手
段に入射する被写体からの光の結像位置のズレを検出す
る焦点検出手段（例えば、図１の自動制御器７）と、焦
点検出手段により検出されたズレに基づいて、撮像手段
の焦点を調整する焦点調整手段（例えば、図１のフォー
カス駆動部４）とを備えることを特徴とする。

【００１０】撮像手段は、所定の視差を含む光をそれぞ
れ受光し、その光に対応する信号を出力することができ
る。

【００１１】撮像手段からの信号を、交互に、所定の周
期で表示手段に出力させる信号制御手段（例えば、図１
の３Ｄカメラ制御器６）をさらに設けることができる。

【００１２】表示手段は、撮像手段から出力された信号
に対応する映像を、信号制御手段を介して、所定の周期
で交互に表示することができる。

【００１３】周期は、１／１２０秒とすることができ
る。

【００１４】焦点検出手段は、被写体より撮像手段に入
射する光が有する所定の視差に基づいて、被写体と撮像
手段との間の距離を認識することができる。

【００１５】焦点検出手段は、一方の視差の光に対応す
る撮像手段の画像の位置と、他方の視差の光に対応する
撮像手段の画像の位置の差に対応して、被写体と撮像手
段の距離を演算することができる。

【００１６】表示手段の表示周期と同一の周期で、左右
のシャッタを開閉する立体視手段（例えば、図１の３Ｄ
シャッタメガネ９）をさらに設けることができる。

【００１７】シャッタは、液晶で構成することができ
る。

【００１８】

【作用】本発明の手術顕微鏡においては、カメラ２，カ
メラ３により、被写体１からの光を受光し、その像に対
応する信号を出力する。また、倍速スキャンモニタ８に
より、カメラ２，カメラ３より出力された信号に対応す
る映像を表示する。また、自動制御器７により、カメラ
２，カメラ３の出力信号から、所定の形状を有する物体
の、被写体とカメラ２，カメラ３を結ぶ線と垂直な面内
における位置を検出し、その位置に基づいて所定の制御
信号を出力し、駆動部５により、自動制御器７から出力
される制御信号に基づいて、カメラ２，カメラ３と被写
体１との水平面内における相対的な位置関係を変化させ
る。

【００１９】また、自動制御器７により、カメラ２，カ
メラ３に入射する被写体からの光の結像位置のズレを検
出し、そのズレに基づいて所定の制御信号を出力する。
さらに、フォーカス駆動部４により、自動制御器７から
出力される制御信号に基づいて、カメラ２，カメラ３の
焦点を調整する。

【００２０】従って、煩わしい操作をすることなく、被
写体の所望の部分の合焦画像を倍速スキャンモニタ８の
中央に表示することができる。

【００２１】

【実施例】図１は、本発明の手術顕微鏡の一実施例の構
成を示すブロック図である。手術顕微鏡は、被写体１か
らの所定の視差（左右の視差）を有する光を集光し、分
離する光学系１１を有している。光学系１１の作用によ
り分離された一方（左側）の光は、その光の像に対応す
る信号を出力するカメラ２に入射され，光学系１１の作
用により分離された他方（右側）の光は、その光の像に
対応する信号を出力するカメラ３に入射されるようにな
されている。カメラ２およびカメラ３から出力された信
号は、それらを所定の周期で交互に出力する３Ｄカメラ
制御器６に供給され、３Ｄカメラ制御器６より出力され
た信号が倍速スキャンモニタ８に出力されている。

【００２２】自動制御器７は、３Ｄカメラ制御器６より
出力される左右の視差を含んだ信号を入力し、これらの
信号から、物体１０の水平面内（被写体１と光学系１１
とを結ぶ線（図１のＺ軸）と垂直な面内（図１のＸＹ平
面内））における位置を検出し、所定の制御信号を出力
するとともに、被写体１と光学系１１との間の距離を算
出し、対応する制御信号を出力するようになっている。
駆動部５は、光学系１１を図１のＸ軸方向またはＹ軸方
向に移動させ、フォーカス駆動部４は、光学系１１を図
１のＺ軸方向に移動させるようになされている。

【００２３】さらに、３Ｄシャッタメガネ９により、倍
速スキャンモニタ８の表示周期と同一の周期で、例えば
液晶からなる左右のシャッタ９Ａ，９Ｂを開閉し、使用
者の左の眼に左眼用の映像を、右の眼に右眼用の映像
を、それぞれ入射させるようになされている。

【００２４】次に、その動作を説明する。まず、光学系
１１を被写体１に向ける。被写体１からの左側の光と右
側の光は光学系１１により分離され、カメラ２とカメラ
３にそれぞれ入射される。即ち、カメラ２とカメラ３に
より、立体画像生成のための左眼用画像と右眼用画像が
取り込まれる。

【００２５】カメラ２またはカメラ３により、それぞれ
取り込まれた映像は、それらに対応する映像信号に変換
され、３Ｄカメラ制御器６に供給される。

【００２６】３Ｄカメラ制御器６は、カメラ２より供給
された左眼に対応する映像信号と、カメラ３より供給さ
れた右眼に対応する映像信号をＡ／Ｄ変換し、内蔵する
フレームバッファに一旦記憶し、それらの信号を、交互
に、倍の速度で、倍速スキャンモニタ８に出力するよう
にする。その詳細については、図３を参照して後述す
る。

【００２７】倍速スキャンモニタ８により、３Ｄカメラ
制御器６より入力された映像信号は、例えば、通常のモ
ニタの表示周波数６０ヘルツの倍、即ち１２０ヘルツの
周波数で表示される。

【００２８】一方、３Ｄカメラ制御器６より出力される
映像信号は、自動制御器７へも供給される。自動制御器
７は、３Ｄカメラ制御器６より供給される映像信号によ
り、まず、倍速スキャンモニタ８に表示されている映像
のなかに、手術用の器具の１つである例えばカンシ等よ
りなる物体１０があるか否かを、例えば、その物体の形
状を正規化相関を用いて認識することにより判定する。

【００２９】即ち、例えば、カンシを所定の物体１０と
して登録すると、その形状が正規化され、自動制御器７
の内蔵するメモリに記憶される。そして、取り込まれた
画像の中に、この登録された形状と同一または類似の形
状が存在するか否かが判定される。

【００３０】物体１０がある場合、予め登録してあるそ
の所定の部分（例えば、その先端）のＸＹ面内における
位置を検出する。次に、自動制御器７により、物体１０
の先端が、倍速スキャンモニタ８の画面の中心に表示さ
れるように、駆動部５に対して、制御信号が供給され
る。これらの処理の詳細については、図４を参照して後
述する。

【００３１】駆動部５は、自動制御器７より供給された
制御信号に基づいて、光学系１１をＸ，Ｙ軸方向へ移動
させる。その結果、物体１０の先端が、倍速スキャンモ
ニタ８の画面の中心に表示される。従って、手術者が物
体１０の先端で、所定の位置を指定すれば、その位置が
倍速スキャンモニタ８の画面の中心に自動的に位置合わ
せされる。

【００３２】また、自動制御器７により、３Ｄカメラ制
御器６より供給される映像信号に基づいて、カメラ２ま
たはカメラ３の受光素子上に結像した映像が、合焦した
画像であるか否かが判定される。合焦していない場合、
自動制御器７により、カメラ２またはカメラ３の受光素
子上に、合焦した映像が得られるように、フォーカス駆
動部４に対して、制御信号が供給される。これらの処理
の詳細については、図５または図６を参照して後述す
る。

【００３３】フォーカス駆動部４は、自動制御器７より
供給された制御信号に基づいて、光学系１１をＺ軸方向
（フォーカス方向）へ移動させる。その結果、物体１０
の合焦画像が、倍速スキャンモニタ８の画面に表示され
る。

【００３４】次に、手術の観察者は、３Ｄシャッタメガ
ネ９を装着し、倍速スキャンモニタ８に表示される映像
を観察する。３Ｄシャッタメガネ９は、倍速スキャンモ
ニタ８の表示周期と同一の周期で、左右のシャッタ９
Ａ，９Ｂを開閉するため、観察者の左眼には、左眼用の
映像が入射し、観察者の右眼には、右眼用の映像が入射
する。その結果、観察者は、倍速スキャンモニタ８に表
示される映像を、手術者が物体１０の先端で指定した位
置を中心として、立体的に認識することができる。その
詳細については、図２を参照して後述する。

【００３５】次に、図２を参照して、立体画像を観察す
る方法について説明する。３Ｄカメラ２２は、例えば、
カメラ２、カメラ３、および光学系１１等で構成され、
被写体１からの光を受光し、使用者の左の眼に入射させ
るための左眼用の映像信号と、使用者の右の眼に入射さ
せるための右眼用の映像信号を出力するようになされて
いる。

【００３６】３Ｄカメラ２２より出力された左右の映像
信号は、３Ｄカメラ制御器６に入力され、そこで、例え
ば、フレームバッファなどに一旦記憶される。次に、フ
レームバッファより、そこに記憶された左右の映像信号
が倍の速度で交互に読み出され、倍速スキャンモニタ８
に供給される。また、３Ｄカメラ制御器６は、倍速スキ
ャンモニタ８に、左眼用の映像信号を供給すると同時
に、シャッタドライバ２３に、３Ｄカメラ制御器６が、
倍速スキャンモニタ８に、左眼用の映像信号を供給した
ことを表す信号を出力する。同様に、倍速スキャンモニ
タ８に、右眼用の映像信号を供給すると同時に、シャッ
タドライバ２３に、３Ｄカメラ制御器６が、倍速スキャ
ンモニタ８に、右眼用の映像信号を供給したことを表す
信号を出力する。

【００３７】シャッタドライバ２３は、３Ｄカメラ制御
器６より供給される信号に従って、左眼用の映像信号
が、３Ｄカメラ制御部６から倍速スキャンモニタ８に供
給されているときは、それを表す信号を３Ｄシャッタメ
ガネ９に送信する。同様に、右眼用の映像信号が、３Ｄ
カメラ制御部６から倍速スキャンモニタ８に供給されて
いるときは、それを表す信号を３Ｄシャッタメガネ９に
送信する。

【００３８】３Ｄシャッタメガネ９は、シャッタドライ
バ２３より送信される信号を受信し、その信号に基づい
て、３Ｄシャッタメガネ９の左右のシャッタ９Ａ，９Ｂ
の開閉を行う。即ち、倍速スキャンモニタ８に左目用の
映像が表示されている場合は、３Ｄシャッタメガネ９の
左のシャッタ９Ａを開け、右のシャッタ９Ｂを閉じ、倍
速スキャンモニタ８に表示されている映像が、観察者の
左眼だけに入射するようにする。また、倍速スキャンモ
ニタ８に右目用の映像が表示されている場合は、３Ｄシ
ャッタメガネ９の右のシャッタ９Ｂを開け、左のシャッ
タ９Ａを閉じ、倍速スキャンモニタ８に表示されている
映像が、観察者の右眼だけに入射するようにする。

【００３９】これにより、観察者は、倍速スキャンモニ
タ８に表示されている映像を、立体画像として認識する
ことができる。３Ｄシャッタメガネ９を複数個設けれ
ば、多くの観察者が同時に観察することができる。

【００４０】次に、図３を参照して、カメラ２またはカ
メラ３から出力される、６０ヘルツを有する映像信号
を、１２０ヘルツを有する映像信号に変換する方法につ
いて説明する。

【００４１】図３において、カメラ２より出力される映
像信号を構成するフィールドは、フィールドＬ１，Ｌ２
・・・Ｌｎにより表され、カメラ３より出力される映像
信号を構成するフィールドは、フィールドＲ１，Ｒ２，
・・・Ｒｎにより表されている。また、これらのフィー
ルドは、ＮＴＳＣ方式の場合、それぞれ１／６０秒の周
期で出力される。

【００４２】これらのフィールドの画像を、例えば、図
示せぬフレームバッファに１／６０秒の周期で一旦記憶
させる。そして、まず、フィールドＬ１をフレームバッ
ファから倍の速度（１／１２０秒の周期）で読み出し、
倍速スキャンモニタ８に出力する。次に、フィールドＲ
１をフレームバッファから倍の速度（１／１２０秒の周
期）で読み出し、倍速スキャンモニタ８に出力する。以
下同様に、このような処理を繰り返すことにより、カメ
ラ２およびカメラ３より出力される６０ヘルツの映像信
号を、１２０ヘルツの映像信号に変換し、合成すること
ができる。

【００４３】この変換により得られた映像信号には、カ
メラ２から出力される映像信号を構成するフィールド
と、カメラ３から出力される映像信号を構成するフィー
ルドが、１２０ヘルツ毎に交互に含まれる。

【００４４】次に、図４を参照して、被写体１の所望の
個所を倍速スキャンモニタ８の中央に表示させる方法に
ついて説明する。

【００４５】まず、使用者（手術者）は、被写体１の所
望の部分を、予め登録されている物体１０の先端で指し
示す。自動制御器７は、図４（ａ）に示した、カメラ２
またはカメラ３より供給される映像信号から、図４
（ｂ）に示すように、所定の形状を有する物体１０を、
例えば、正規化相関を用いて、画像処理により検出する
と、その先端にターゲットマークＴを表示させる。そし
てターゲットマークＴが表示されている倍速スキャンモ
ニタ８上の位置（例えば、倍速スキャンモニタ８の画面
を、Ｘ，Ｙ軸座標に対応させることにより得られる、そ
のＸ軸座標値（画素数単位）とＹ軸座標値（画素数単
位））を演算する。

【００４６】次に、図４（ｃ）に示すように、倍速スキ
ャンモニタ８の画面の中心Ｐと、倍速スキャンモニタ８
に表示された所定の形状を有する物体１０の先端のター
ゲットマークＴとの間の画面上でのＸ軸方向の距離Ｘ１
と、Ｙ軸方向の距離Ｙ１を演算し、それらを、駆動部５
の駆動距離に変換する。即ち、倍速スキャンモニタ８の
中央に表示されている、被写体１の所定の個所と、所定
の形状を有する物体１０の先端のターゲットマークＴと
の間のＸ軸方向の駆動距離Ｘ２とＹ軸方向の駆動距離Ｙ
２を、予め測定しておいた、倍速スキャンモニタ８に表
示される画像の表示倍率などから演算する。

【００４７】次に、自動制御器７は、演算の結果得られ
た駆動距離Ｘ２だけ、光学系１１を移動させるように指
示する制御信号と、演算の結果得られた駆動距離Ｙ２だ
け、光学系１１を移動させるように指示する制御信号
を、駆動部５に供給する。

【００４８】駆動部５は、図４（ｄ）に示すように、自
動制御器７から供給された制御信号に従って、Ｘ軸方向
とＹ軸方向に駆動距離Ｘ２またはＹ２だけ、光学系１１
を移動させる。これにより、光学系１１は、所定の形状
を有する物体１０の先端により指し示された、被写体１
上の所定の個所の真上に位置するように調整される。そ
の結果、倍速スキャンモニタ８の画面の中央に、所定の
形状を有する物体１０の先端により指し示された被写体
１上の所定の個所が表示される。

【００４９】次に、図５および図６を参照して、所定の
形状を有する物体１０により指し示された被写体１上の
所定の個所の合焦画像を得る方法について説明する。

【００５０】被写体１が、例えば、図５のＢで示した位
置（合焦位置）にある場合、その所定の部分を指し示す
所定の形状を有する物体１０により反射され、光学系１
１を介して、カメラ２またはカメラ３に入射する光は、
それぞれ、図６（ｄ）に示すような画像を結像する。こ
のように、被写体１が合焦位置にあるとき、カメラ２に
結像する物体１０の画像の、カメラ２の受光素子上での
位置と、カメラ３に結像する物体１０の画像の、カメラ
３の受光素子上での位置とは、ほぼ同一となる。

【００５１】一方、被写体１が、例えば、図５のＡで示
した位置（前ピン位置）にある場合、その所定の部分を
指し示す所定の形状を有する物体１０により反射され、
光学系１１を介して、カメラ２またはカメラ３に入射す
る光は、それぞれ、図６（ａ）の実線と破線に示すよう
な画像を結像する。ここで、図６（ａ）は、カメラ２に
結像する画像と、カメラ３に結像する画像とを重ね合わ
せて得られる合成画像を表している。実線で示した物体
１０を含む画像は、右側のカメラ３に結像する画像を表
し、破線で示した物体１０を含む画像は、左側のカメラ
２に結像する画像を表している。

【００５２】このように、被写体１が前ピン位置にある
場合、カメラ２に結像する画像と、カメラ３に結像する
画像を重ね合わせて得られる合成画像においては、カメ
ラ２の受光素子に結像する物体１０の対応する合成画像
内での位置は、カメラ３の受光素子に結像する物体１０
の対応する合成画像内での位置に対して、右へ所定の距
離だけずれる。

【００５３】また、被写体１が、例えば、図５のＣで示
した位置（後ピン位置）にある場合、その所定の部分を
指し示す所定の形状を有する物体１０により反射され、
光学系１１を介して、カメラ２またはカメラ３に入射す
る光は、それぞれ、図６（ｂ）の実線と破線に示すよう
な画像を結像する。ここで、図６（ｂ）は、カメラ２に
結像する画像と、カメラ３に結像する画像とを重ね合わ
せて得られる合成画像を表している。実線で示した物体
１０を含む画像は、右側のカメラ３に結像する画像を表
し、破線で示した物体１０を含む画像は、左側のカメラ
２に結像する画像を表している。

【００５４】このように、被写体１が後ピン位置にある
場合、カメラ２に結像する画像と、カメラ３に結像する
画像を重ね合わせて得られる合成画像において、カメラ
２の受光素子に結像する物体１０の対応する合成画像内
での位置は、カメラ３の受光素子に結像する物体１０の
対応する合成画像内での位置に対して、左へ所定の距離
だけずれる。

【００５５】この左右方向の距離のずれと、フォーカス
方向の合焦状態からのずれは、一義的な所定の関係を有
している。従って、この関係から、フォーカス方向のず
れを求めることが可能である。その詳細については、図
７および図８を参照して後述する。

【００５６】次に、被写体１が前ピン位置にある場合
に、所定の形状を有する物体１０により指し示された被
写体１上の所定の個所の合焦画像を得る方法について説
明する。

【００５７】最初に、自動制御器７は、図６（ｃ）に示
すように、被写体１が前ピン位置にあることにより生じ
る、合成画像上での物体１０の先端のターゲットマーク
Ｔのズレの大きさを検出する。これを距離Ｘ３とする。
自動制御器７は、受光素子の画素の数で表されるこの距
離Ｘ３から、合焦画像が得られる、被写体１と光学系１
１との間の距離（図５に示した距離Ｚ２）を、後述する
ように演算する。この演算結果に基づいて、自動制御器
７は、被写体１と光学系１１との間の実際の距離（いま
の場合、図５の距離Ｚ１）を、演算された、合焦画像が
得られる被写体１と光学系１１との間の距離（図５の距
離Ｚ２）とするように、フォーカス制御部４に対して、
制御信号を供給する。

【００５８】フォーカス制御部４は、自動制御器７から
供給される制御信号に基づいて、光学系１１をＺ軸方向
（この場合、上方向）に移動させ、合焦画像が得られる
所定の位置で停止させる。これにより、図６（ｄ）に示
すように、カメラ２またはカメラ３に、被写体１の合焦
画像が結像され、倍速スキャンモニタ８の画面にも、被
写体１の合焦画像が表示される。

【００５９】一方、被写体１が、後ピン位置にある場合
にも、同様の方法を適用することにより、図６（ｄ）に
示すように、カメラ２またはカメラ３に、被写体１の合
焦画像が結像され、倍速スキャンモニタ８の画面にも、
被写体１の合焦画像が表示されるようにすることができ
る。

【００６０】次に、図７および図８を参照して、カメラ
２の撮像素子Ｌとカメラ３の撮像素子Ｒに結像する画像
の左右方向（Ｘ軸方向）のずれＸ３（ピクセル単位）か
ら、合焦状態を得るための距離Ｚ２を求める方法につい
て説明する。

【００６１】図７は、図５に示したカメラ２、またはカ
メラ３の光軸Ｈ₁またはＨ₂と、光軸Ｈ₁とＨ₂が交叉する
位置（合焦位置）の面ｂ上にある点Ｐ_1bまたは点Ｐ
_2b（点Ｐ_1bから距離Ｓだけ離れた点）との位置関係と、
カメラ２またはカメラ３の光軸Ｈ₁またはＨ₂と、面ｂか
ら所定の距離Ｄだけ上方向（フォーカス方向）に離れた
前ピン位置の面ｄ上の、面ｂ上の点Ｐ_1bまたは点Ｐ_2bに
対応する点Ｐ_1dまたは点Ｐ_2dとの位置関係を示してい
る。ここで、光軸Ｈ₁または光軸Ｈ₂は、面ｂとそれぞれ
等しい角度αで交わるものとし、Ｚ軸に直角な面ｄと面
ｂは相互に平行であるものとする。

【００６２】図７において、面ｂと面ｄとは、距離Ｄだ
け離れているから、面ｂ上の点Ｐ_1bと、面ｄ上の点Ｐ_1d
とは、距離Ｄだけ離れている。また、光軸Ｈ₂と面ｄ上
の点Ｐ_1dとは、距離Ｒ₁だけ離れている。点Ｐ_1dから、
光軸Ｈ₂に降ろした垂線と光軸Ｈ₂とが交わる点をＱ₁と
する。

【００６３】図８は、被写体１が面ｄにある場合におい
て、図７に示した各点が、カメラ２の撮像素子Ｌ、また
はカメラ３の撮像素子Ｒ上に結像される位置を示す図で
ある。

【００６４】図８に示すように、撮像素子Ｌの中央の、
面ｂ上の点Ｐ_1bが結像すべき点Ｐ_1b _L（光軸Ｈ₁上の点）
から、図７に示した、面ｄ上の点Ｐ_1dと光軸Ｈ₁との間
の距離Ｌ₁に対応する、撮像素子Ｌ上での距離Ｌ_1e（ピ
クセル）だけ右にずれた位置に、面ｄ上の点Ｐ_1dに対応
する点Ｐ_1dLの画像が結像される。また、面ｂ上の点Ｐ
_1bに対応する点Ｐ_1bLが結像する位置から、図７に示し
た、面ｄ上の点Ｐ_2dと光軸Ｈ₁との間の距離Ｌ₂に対応す
る、撮像素子Ｌ上での距離Ｌ_2eだけ左にずれた位置に点
Ｐ_2dLが結像される。

【００６５】同様に、撮像素子Ｒの中央には、面ｂ上の
点Ｐ_1bに対応する点Ｐ_1bRが結像される。そこから図７
に示した、面ｄ上の点Ｐ_1dと光軸Ｈ₂との間の距離Ｒ₁に
対応する、撮像素子Ｒ上での距離Ｒ_1e（ピクセル）だけ
左にずれた位置に、面ｄ上の点Ｐ_1dに対応する点Ｐ_1dR
が結像される。また、面ｂ上の点Ｐ_1bに対応する点Ｐ₁
_bRが結像する位置から、図７に示した、面ｄ上の点Ｐ_2d
と光軸Ｈ₂との間の距離Ｒ₂に対応する、撮像素子Ｒ上で
の距離Ｒ_2eだけ左にずれた位置に点Ｐ_2dRが結像され
る。

【００６６】ここで、面ｄ上の点Ｐ_1dに対応する撮像素
子Ｌ上の点Ｐ_1dLと、面ｄ上の点Ｐ₁ _dに対応する撮像素
子Ｒ上の点Ｐ_1dRに対応する、撮像素子Ｌ（またはＲ）
上での位置とのずれの距離を距離Ｍ₁とすると、距離Ｍ₁
は、距離Ｌ_1eと距離Ｒ_1eとを加算して得られる距離（Ｌ
_1e＋Ｒ_1e）で表される。

【００６７】また、面ｄ上の点Ｐ_2dに対応する撮像素子
Ｌ上の点Ｐ_2dLと、面ｄ上の点Ｐ_2dに対応する撮像素子
Ｒ上の点Ｐ_2dRに対応する、撮像素子Ｌ（またはＲ）上
での位置とのずれの距離をＭ₂とすると、距離Ｍ₂は、距
離Ｒ_2eから距離Ｌ_2eを減算して得られる距離（Ｒ_2e−Ｌ
_2e）で表される。

【００６８】図７において、面ｄ上の点Ｐ_2dを通り、光
軸Ｈ₂に平行な直線Ｔ₂考え、面ｄ上の点Ｐ_1dから直線Ｔ
₂への垂線の足を点Ｑ₃とする。また、面ｄ上の点Ｐ_1dを
通り、光軸Ｈ₁に平行な直線Ｔ₁を考え、面ｄ上の点Ｐ_2d
から直線Ｔ₁への垂線の足を点Ｑ₄とする。

【００６９】点Ｐ_2d、点Ｑ₃、および点Ｐ_1dからなる三
角形と、点Ｐ_1d、点Ｑ₄、および点Ｐ_2dからなる三角形
において、点Ｐ_1dと点Ｐ_2dとを結ぶ辺の長さは、それぞ
れ所定の長さＳで等しい。また、点Ｑ₃と点Ｐ_2dとを結
ぶ辺と、点Ｐ_2dと点Ｐ_1dとを結ぶ辺とのなす角度と、点
Ｑ₄と点Ｐ_1dとを結ぶ辺と、点Ｐ_1dと点Ｐ_2dとを結ぶ辺
とのなす角度はそれぞれ角度αで等しい。さらに、点Ｑ
₃と点Ｐ_2dとを結ぶ辺と、点Ｑ₃と点Ｐ_1dとを結ぶ辺との
なす角度と、点Ｑ₄と点Ｐ_1dとを結ぶ辺と、点Ｑ₄と点Ｐ
_2dとを結ぶ辺とのなす角度はそれぞれ直角で等しい。

【００７０】従って、点Ｐ_2d、点Ｑ₃、および点Ｐ_1dか
らなる三角形と、点Ｐ_1d、点Ｑ₄、および点Ｐ_2dからな
る三角形は合同となる。これにより、点Ｐ_2dと点Ｑ₄を
結ぶ辺に対応する長さ、即ち、距離Ｌ₁と距離Ｌ₂とを加
算した距離（Ｌ₁＋Ｌ₂）と、点Ｑ₃と点Ｐ_1dを結ぶ辺に
対応する長さ、即ち、距離Ｒ₂から距離Ｒ₁を減算した距
離（Ｒ₂−Ｒ₁）とは等しい距離であることが導かれる。

【００７１】即ち、Ｌ₁＋Ｌ₂＝Ｒ₂−Ｒ₁ となる。この式を変形させると、Ｒ₂−Ｌ₂＝Ｌ₁＋Ｒ₁ となる。従って、距離（Ｒ₂−Ｌ₂）と距離（Ｌ₁＋Ｒ₁）
は等しい距離であることが導かれる。

【００７２】従って、距離（Ｌ₁＋Ｒ₁）に対応する、撮
像素子上でのずれの距離Ｍ₁（＝Ｌ₁ _e＋Ｒ_1e）と、距離
（Ｒ₂−Ｌ₂）に対応する、撮像素子上でのずれの距離Ｍ
₂（＝Ｒ_2e−Ｌ_2e）とは等しい距離であることが導かれ
る。

【００７３】次に、面ｂから距離Ｚ３だけ離れた前ピン
位置にある任意の面ａを考える。この面ａは、面ｂに平
行であるすると、面ｂ上の点Ｐ_1bと、それに対応する面
ａ上の点Ｐ_1aとは、距離Ｚ３だけ離れている。また、光
軸Ｈ₂と面ａ上の点Ｐ_1aとは、距離Ｒ₃だけ離れている。
点Ｐ_1aから、光軸Ｈ₂へ降ろした垂線と光軸Ｈ₂とが交わ
る点を点Ｑ₂とする。

【００７４】点Ｐ_1b、点Ｐ_1d、および点Ｑ₁を頂点とす
る三角形と、点Ｐ_1b、点Ｐ_1a、および点Ｑ₂を頂点とす
る三角形とは、３つの内角がそれぞれ等しいから相似の
関係にある。従って、点Ｐ_1b、点Ｐ_1d、および点Ｑ₁を
頂点とする三角形の点Ｐ_1bと点Ｐ₁ _dとを結ぶ辺の長さ
（距離）Ｄ、点Ｐ_1dと点Ｑ₁とを結ぶ辺の長さ（距離）
Ｒ₁、および点Ｐ_1aと光軸Ｈ₂との距離Ｒ₃により、任意
の面ａ上の点Ｐ_1aと面ｂ上の点Ｐ_1bとの距離Ｚ３は、次
のように表すことができる。Ｚ３＝Ｄ／Ｒ₁×Ｒ₃

【００７５】このように、距離Ｒ₁とフォーカス方向の
ずれの距離Ｄとは、所定の相関関係を有し、同様に、距
離Ｌ₁とフォーカス方向のずれの距離Ｄとは、所定の相
関関係を有している。従って、距離Ｒ₁と距離Ｌ₁とを加
算した距離（Ｒ₁＋Ｌ₁）も同様に、フォーカス方向のず
れの距離Ｄと、所定の相関関係を有する。従って、距離
（Ｌ₁＋Ｒ₁）に対応する、撮像素子上でのずれの距離Ｍ
₁（＝Ｌ_1e＋Ｒ_1e）と、フォーカス方向のずれの距離Ｄ
とは、所定の相関関係を有する。

【００７６】さらに、距離Ｒ₁と距離Ｌ₁とを加算した距
離（Ｒ₁＋Ｌ₁）と、距離Ｒ₂から距離Ｌ₂を減算した距離
（Ｒ₂−Ｌ₂）とは等しい距離であるから、距離（Ｒ₂−
Ｌ₂）に対応する、撮像素子上でのずれの距離Ｍ₂（＝Ｒ
_2e−Ｌ_2e）と、フォーカス方向のずれの距離Ｄとは、所
定の相関関係を有する。

【００７７】これらのことから、任意の位置にある面ａ
上の任意の点Ｐ_xaが撮像素子Ｒ上に結像する点Ｐ_xaRの
位置と、撮像素子Ｌ上に結像する点Ｐ_xaLの、撮像素子
Ｒ上の対応する位置との間の距離Ｍ_aは、点Ｐ_xaの面ａ
上の位置に拘らず一定となり、この距離Ｍ_aは、点Ｐ_xa
を含むＺ軸に直角に交わる平面（いまの場合、面ａ）
と、面ｂとの間の距離（いまの場合、Ｚ３）にだけ依存
する。

【００７８】従って、任意の位置にある面ａ上の任意の
位置にある点Ｐ_xaが、撮像素子Ｒ上に結像する位置と、
撮像素子Ｌ上に結像する位置に対応する、撮像素子Ｒ上
の位置との間の距離Ｍ_aより、点Ｐ_xaを含む任意の面ａ
と面ｂとの間の距離Ｚ３を算出することが可能となる。

【００７９】次に、その具体的な方法について説明す
る。物体１０の先端が、例えば図７の面ｄ上の点Ｐ_2dの
位置にある場合、図８に示したように、物体１０は、撮
像素子Ｌ上の点Ｐ_2dLの位置に結像する。同様に、物体
１０は、撮像素子Ｒ上の点Ｐ_2dRの位置に結像する。ま
ず、物体１０が、撮像素子Ｒ上に結像する点Ｐ_2dRの位
置と、撮像素子Ｌ上に結像する点Ｐ_2dLの位置に対応す
る、撮像素子Ｒ上の位置との間の距離Ｍ₂（単位はピク
セル）を算出する。

【００８０】次に、自動制御器７は、フォーカス駆動部
４に対して、所定のＫ個のパルス数分だけ内蔵するパル
スモータを回転するよう指示する制御信号を供給する。
フォーカス駆動部４は、自動制御器７より供給される制
御信号に従って、内蔵するパルスモータをＫパルス分だ
け回転させ、光学系１１を図７に示したＺ軸方向（フォ
ーカス方向）に移動させる。

【００８１】その結果、例えば、物体１０の先端が、図
７の面ａ上の点Ｐ_2aの位置に相対的に移動したとする。
このとき、図８に示したように、物体１０は、撮像素子
Ｌ上の点Ｐ_2aLの位置に結像する。同様に、物体１０
は、撮像素子Ｒ上の点Ｐ_2aRの位置に結像する。次に、
自動制御器７は、物体１０が、撮像素子Ｒ上に結像する
位置（点Ｐ_1aRの位置）と、撮像素子Ｌ上に結像する位
置（点Ｐ_2aLの位置）に対応する、撮像素子Ｒ上の位置
との間の距離Ｍ₄（単位はピクセル）を算出する。

【００８２】距離Ｍ₂と距離Ｍ₄との差（Ｍ₂−Ｍ₄）と、
Ｚ軸方向の移動量（いまの場合、距離Ｄと距離Ｚ３との
差（Ｄ−Ｚ３））に対応するパルス数Ｋより、物体１０
が撮像素子Ｌ上に結像する位置と、撮像素子Ｒ上に結像
する位置との間の距離（いまの場合、距離Ｍ₄（ピクセ
ル単位））は、１パルス当たり、（Ｍ₂−Ｍ₄）／Ｋずつ
変化する。

【００８３】また、逆に、撮像素子Ｌ上に結像する位置
と、撮像素子Ｒ上に結像する位置との間の距離（いまの
場合、距離Ｍ₄（ピクセル単位））を、１ピクセル分だ
け変化させるのに必要なパルス数Ｎ₀は、Ｎ₀＝Ｋ／（Ｍ₂−Ｍ₄）・・・（１）で表される。

【００８４】従って、自動制御器７は、例えば、物体１
０の先端が、図７の点Ｐ_2aの位置にある場合、物体１０
が、撮像素子Ｒ上に結像する位置と、撮像素子Ｌ上に結
像する位置に対応する、撮像素子Ｒ上の位置との間の距
離Ｍ₄（ピクセル単位）を、式（１）で表される画像の
左右方向のずれ１ピクセル当たりのパルス数Ｎ₀に乗じ
ることにより、いま面ａ上にある物体１０が、面ｂ（合
焦位置）上に位置するように、光学系１１を上方向（Ｚ
軸方向）へ移動させるために、フォーカス駆動部４に対
して出力すべきパルス数Ｎ_aを算出することができる。
即ち、パルス数Ｎ_a＝Ｎ₀×Ｍ₄で表される。

【００８５】このＭ₄が、図６（ｃ）のＸ３に対応し、
Ｎ_aが図５のＺ３に対応している。

【００８６】次に、自動制御器７は、このパルス数Ｎ_a
に基づいた制御信号をフォーカス駆動部４に出力する。
フォーカス駆動部４は、自動制御器７からの制御信号に
従って、内蔵するモータを回転させ、図５に示した光学
系１１を上方向（Ｚ軸方向）にパルス数Ｎ_aに応じた所
定の距離（いまの場合、距離Ｚ３）だけ移動させる。そ
の結果、物体１０は、面ｂ（合焦位置）上の点Ｐ_2bの位
置に移動し、物体１０の合焦画像が撮像素子ＬまたはＲ
に結像される。

【００８７】同様に、任意の位置にある物体１０が、撮
像素子Ｒ上に結像する位置と、撮像素子Ｌ上に結像する
位置に対応する、撮像素子Ｒ上の位置との間の距離が距
離Ｍ_xである場合、物体１０が合焦位置に来るように、
光学系１１を移動させる為に、自動制御器７がフォーカ
ス駆動部４に対して、供給すべきパルス数Ｎ_xは、パルス数Ｎ_x＝Ｎ₀×Ｍ_x ・・・（２）で表される。

【００８８】従って、自動制御器７により、上記したパ
ルス数Ｎ₀を予め計測、演算して求めておけば（勿論、
その都度求めてもよいが）、式（２）に従って、直ちに
合焦位置に移動することができる。

【００８９】即ち、まず、任意の位置にある物体１０
が、撮像素子Ｒ上に結像する位置と、撮像素子Ｌ上に結
像する位置に対応する、撮像素子Ｒ上の位置との間の距
離Ｍ_xを求める。次に、それを式（２）に代入すること
により、任意の位置にある物体１０の合焦画像を得るた
めに必要なパルス数Ｎ_xを算出する。さらに、算出した
パルス数Ｍ_xに基づいて、制御信号をフォーカス駆動部
４に対して供給する。フォーカス駆動部４は、自動制御
器７より供給された制御信号に基づいて、所定のパルス
数Ｎ_x分だけ光学系１１をＺ軸方向に移動させる。その
結果、物体１０の合焦画像が、カメラ２またはカメラ３
の撮像素子Ｒまたは撮像素子Ｌ上に結像される。

【００９０】また、物体１０が、後ピン位置にある場合
も、同様の方法を適用することにより、その合焦画像を
得ることができる。

【００９１】なお、本実施例においては、光学系１１を
Ｘ，Ｙ，またはＺ軸方向に移動させるようにしたが、被
写体１を、Ｘ，Ｙ，またはＺ軸方向に移動させるように
してもよい。

【００９２】

【発明の効果】本発明の手術顕微鏡によれば、撮像手段
の出力から、物体の位置を検出し、その位置に撮像手段
を移動させるようにしたので、手や足で煩わしい操作を
することなく、被写体の所望の部分の合焦画像を迅速に
表示することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の手術顕微鏡の一実施例の構成を示すブ
ロック図である。

【図２】立体画像を観察する方法を説明するための図で
ある。

【図３】カメラ２またはカメラ３から出力される、６０
ヘルツを有する映像信号を、１２０ヘルツを有する映像
信号に変換する方法を説明するための図である。

【図４】被写体１の所望の個所を倍速スキャンモニタ８
の中央に表示させる方法を説明するための図である。

【図５】所定の形状を有する物体１０の合焦画像を得る
方法を説明するための図である。

【図６】所定の形状を有する物体１０の合焦画像を得る
方法を説明するための図である。

【図７】カメラ２またはカメラ３の光軸Ｈ₁またはＨ
₂と、面Ａ、面Ｂまたは面Ｃ上にある各点の位置関係を
示す図である。

【図８】カメラ２の撮像素子Ｌ、またはカメラ３の撮像
素子Ｒ上に結像される各点の位置関係を示す図である。

【符号の説明】

１被写体２，３カメラ４フォーカス駆動部５駆動部６３Ｄカメラ制御器７自動制御器８倍速スキャンモニタ９３Ｄシャッタメガネ９Ａ，９Ｂシャッタ１０物体１１光学系２２３Ｄカメラ２３シャッタドライバ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体からの光を受光し、前記被写体の
像に対応する信号を出力する撮像手段と、前記撮像手段より出力された前記信号に対応する映像を
表示する表示手段と、前記撮像手段の出力信号から、所定の形状を有する物体
の、前記被写体と前記撮像手段を結ぶ線と垂直な面内に
おける位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段により検出された前記位置に基づい
て、前記撮像手段と前記物体との相対的な位置関係を変
化させる位置変化手段と、前記撮像手段に入射する前記被写体からの光の結像位置
のズレを検出する焦点検出手段と、前記焦点検出手段により検出された前記ズレに基づい
て、前記撮像手段の焦点を調整する焦点調整手段とを備
えることを特徴とする手術顕微鏡。
【請求項２】前記撮像手段は、所定の視差を含む光を
それぞれ受光し、前記光に対応する信号を出力すること
を特徴とする請求項１に記載の手術顕微鏡。
【請求項３】前記撮像手段からの信号を、交互に、所
定の周期で前記表示手段に出力させる信号制御手段をさ
らに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の
手術顕微鏡。
【請求項４】前記表示手段は、前記撮像手段から出力
された信号に対応する映像を、前記信号制御手段を介し
て、所定の周期で交互に表示することを特徴とする請求
項３に記載の手術顕微鏡。
【請求項５】前記周期は、１／１２０秒であることを
特徴とする請求項３または４に記載の手術顕微鏡。
【請求項６】前記焦点検出手段は、被写体より前記撮
像手段に入射する光が有する所定の視差に基づいて、被
写体と撮像手段との間の距離を認識することを特徴とす
る請求項１乃至５のいずれかに記載の手術顕微鏡。
【請求項７】前記焦点検出手段は、一方の視差の光に
対応する前記撮像手段の画像の位置と、他方の視差の光
に対応する前記撮像手段の画像の位置の差に対応して、
前記被写体と前記撮像手段の距離を演算することを特徴
とする請求項６に記載の手術顕微鏡。
【請求項８】前記表示手段の表示周期と同一の周期
で、左右のシャッタを開閉する立体視手段をさらに備え
ることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の
手術顕微鏡。
【請求項９】前記シャッタは、液晶からなることを特
徴とする請求項８に記載の手術顕微鏡。