JP3559341B2

JP3559341B2 - 立体視内視鏡

Info

Publication number: JP3559341B2
Application number: JP05061395A
Authority: JP
Inventors: 尊臣関谷
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 1995-02-15
Filing date: 1995-02-15
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2019-09-02
Also published as: JPH08220449A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、物体を立体的に観察、撮影する立体視内視鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
立体視内視鏡は、物体像を形成する対物レンズ系、この像を伝達するリレーレンズ系から成る一次光学系と、この一次光学系により伝達された像を左右に分割する瞳分割手段と、分割された２つの像をそれぞれ観察、あるいは撮像する二次光学系とを備え、体腔内の部位を観察するための医療用、あるいはエンジン等の機械内部を観察するための工業用の用途等に用いられる。この種の立体視内視鏡は、例えば特開平６−１９４５８１号公報に開示されている。
【０００３】
従来の立体視内視鏡では、瞳分割手段としてダハミラー、反射プリズム等の反射用の光学素子が用いられており、分割された光束はそれぞれ一次光学系の光軸から垂直に離れる方向に反射される。二次光学系には、瞳分割手段で反射された光束を再度反射させて同一の方向に向けるための反射面が一対設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の立体視内視鏡では、反射面を利用して瞳を分割しており、上述のように分離後の各光束が一次光学系の光軸に対して垂直に、かつ互いに離れる方向に進むため、分離された光束を受ける二次光学系の配置スペースが大きくなるという問題がある。
【０００５】
【発明の目的】
この発明は、上述した従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、分割後の光路間の広がりを小さくして二次光学系の配置スペースを小さくすることができる立体視内視鏡の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる立体視内視鏡は、上記の目的を達成させるため、物体側から順に配置された対物レンズ系とリレーレンズ系とを有する一次光学系と、一次光学系の瞳位置に配置され、物体を異なる方向から観察できるよう瞳内の光束を２つの領域に分割し、かつ、分割された光束を異なる方向に屈折させる瞳分割プリズムと、瞳分割プリズムで分割された光束を取り込む一対の二次光学系とを有することを特徴とする。
【０００７】
【実施例】
以下、この発明にかかる立体視内視鏡の実施例を説明する。
【０００８】
【実施例１】
実施例１の立体視内視鏡は、図１に示されるように、体腔内等の狭い空間内部に挿入される管状の挿入部１と、この挿入部１の基端側に接続された観察部２とを備える。
【０００９】
挿入部１の内部には、物体の像を形成する３群４枚構成の対物レンズ系１１と、対物レンズ系１１により形成された像を伝達する複数のレンズ系から構成される第１のリレーレンズ系１２と、射出瞳を形成する第２のリレーレンズ系１３とが物体側から順に配置され、これらのレンズ系により一次光学系１０が構成されている。
【００１０】
観察部２内には、物体を異なる方向から観察できるよう瞳内の光束を２つの領域に分割し、かつ、分割された光束を異なる方向に屈折させる一対の楔型の瞳分割プリズム７０，７１が一次光学系１０の瞳位置に一致して配置されると共に、これらの瞳分割プリズム７０，７１で分割された光束を受光する一対の二次光学系３０ａ，３０ｂが配置されている。
【００１１】
瞳分割プリズム７０は、色収差を低減するために分散値が異なる２つのプリズム７０ａ，７０ｂを貼り合わせた色消しプリズムとして構成される。同様にして、他方の瞳分割プリズム７１も、２つのプリズム７１ａ，７１ｂを貼り合わせた色消しプリズムとして構成される。
【００１２】
色消しのための条件は、それぞれのプリズムの頂角をＡ１，Ａ２、分散値をＶ１，Ｖ２、屈折率をＮ１，Ｎ２、両プリズムの合成偏角をＤｔとして、以下の式で与えられる。
【００１３】
【数１】
Ａ１＝Ｄｔ・Ｖ１／（（Ｎ１−１）・（Ｖ１−Ｖ２））
Ａ２＝Ｄｔ・Ｖ２／（（Ｎ２−１）・（Ｖ２−Ｖ１））
【００１４】
また、瞳分割プリズム７０，７１は、一次光学系１０の瞳に到達した光束を立体視が可能なように左右の２成分に分割し、それぞれの成分を一次光学系１０の光軸Ａｘ１から離れる方向に屈折させるよう楔の先端側を一次光学系１０の光軸Ａｘ１に向け、光軸Ａｘ１に対して対称に配置されている。
【００１５】
各二次光学系３０ａ，３０ｂは、結像レンズ系３２ａ，３２ｂ、受像素子３４ａ，３４ｂから構成される。瞳分割プリズム７０，７１により２つの領域に分割された各光束は、それぞれ結像レンズ系３２ａ，３２ｂを透過し、ＣＣＤ等の撮像素子３４ａ，３４ｂ上に結像する。結像レンズ系３２ａ，３２ｂは、それぞれの光軸が瞳分割プリズム７０，７１で屈折された光路に対して平行になるように、一次光学系１０の光軸Ａｘ１に対して傾いて配置されており、撮像素子３４ａ，３４ｂは、それぞれの受光面が結像レンズ系３２ａ，３２ｂの光軸に対して垂直となるよう配置されている。
【００１６】
立体視を可能とするためには、１つの物体を異なる方向から観察する必要があり、そのためには、左右の二次光学系に対して瞳内の異なる領域を通過した光束を導く必要がある。そこで、瞳分割プリズム７０，７１は、一次光学系１０の瞳位置に光軸に対して対称に設けられている。これにより、二次光学系３０ａ，３０ｂに入射する光束の中心軸は、瞳上で所定の間隔をなし、この間隔に応じた視差を各撮像素子により撮影される像の間に与えることができる。なお、二次光学系に入射する光束の中心軸は、分割された光束の断面の重心位置を通る軸として定義される。
【００１７】
したがって、各撮像素子３４ａ，３４ｂにより撮影された画像をそれぞれ別個のディスプレイに表示し、各ディスプレイを右眼、左目で別個に観察することにより、立体画像を得ることができる。また、撮像手段により撮像した画像をＶＴＲ等により立体情報を保ったまま記録することもできる。
【００１８】
なお、上記のようにプリズムを用いて光路を偏向すると、撮像素子上に形成される像に台形歪みが生じる。この実施例では、撮像素子により撮影された画像にアフィン変換等の画像処理を施すことにより、台形歪みを補正している。
【００１９】
実施例１によれば、瞳分割素子としてプリズムを用いることにより、分割された光束のなす角度を必要最小限に設定することができ、二次光学系の配置スペースを従来より小さく抑えることができる。特に、実施例１のように撮像素子を用いて像を撮影する場合には、肉眼による直接観察の場合と違って二次光学系の軸間隔を眼幅に合わせる必要がないため、結像レンズと撮像素子とのサイズに合わせて観察部２のサイズを最小限に抑えることができる。また、二次光学系の光軸が平行である必要もないため、二次光学系の構成を結像レンズと撮像素子のみに単純化することが可能となる。
【００２０】
【実施例２】
図２は、実施例２の立体視内視鏡を示す全体の説明図である。この実施例２では、瞳分割プリズム７０，７１を中央に間隔があくよう離間させ、この間隔を覆うように矩形の遮光板２２を配置している。他の構成は実施例１と同一である。遮光板２２を配置することにより、瞳の中央部を遮光し、二次光学系３０ａ，３０ｂに入射する光束の中心軸の間隔（入射軸間隔）を、遮光板２２が設けられていない実施例１の場合と比較して大きく設定している。
【００２１】
二次光学系に入射する光束の中心軸間隔が大きくなると、二次光学系に入射する光量は低下するが、対物レンズ系から被観察物体までの距離が同一であれば、物体に対する見込み角度が大きくなるため、立体感（浮き上がり度）を増すことができる。したがって、物体距離がより遠い場合にも、立体感を得ることができる。
【００２２】
なお、図３に示されるように瞳分割プリズム７０，７１を実施例１と同様に接触させて配置した場合にも、両プリズムの楔の先端部分を覆うようにリレーレンズ系１３側に遮光板２２を設けることにより、実施例２と同様に入射軸間隔を広くするという効果を得ることができる。また、図３の例の場合、遮光板２２の幅を変更可能とすれば、観察中に立体感を変更することも可能となる。
【００２３】
実施例２の場合にも、撮像素子上の画像には台形歪みが発生するため、これを表示する際にはアフィン変換等の画像処理が必要となる。
【００２４】
【実施例３】
図４は、この発明の立体視内視鏡の実施例３を示す全体の説明図である。この実施例では、各二次光学系３０ａ，３０ｂにより肉眼による観察が可能となるよう構成されている。挿入部１の構成は上記の実施例と同一であるため、観察部２の構成についてのみ説明する。
【００２５】
観察部２内には、瞳分割手段としての一対の瞳分割プリズム７０，７１が配置されると共に、これらの瞳分割プリズム７０，７１で分割された光束を受光する一対の二次光学系３０ａ，３０ｂが配置されている。各二次光学系３０ａ，３０ｂは、光路偏向プリズム７２ａ，７２ｂ、結像レンズ系３２ａ，３２ｂ、接眼レンズ系３３ａ，３３ｂから構成される。
【００２６】
瞳分割プリズム７０，７１により屈折されて光軸Ａｘ１から離れる方向に屈折された光束は、光路偏向プリズム７２ａ，７２ｂにより一次光学系１０の光軸Ａｘ１と平行な方向に屈折され、結像レンズ系３２ａ，３２ｂ、接眼レンズ系３３ａ，３３ｂを介して観察者の左右各々の眼に入射し、観察者は対象物を立体的に観察することができる。
【００２７】
なお、瞳分割プリズム７０，７１と光路偏向プリズム７２ａ，７２ｂとは同一の材質により等しい頂角で形成されており、一方で発生した色収差を他方で相殺することができるため、各プリズム単独では色収差補正のために貼り合わせとする必要はない。
【００２８】
また、このようにプリズムを組み合わせて使用すれば台形歪みは発生せず、かつ、二次光学系の光軸を平行にすることができるため、直接肉眼で観察することができる。
【００２９】
実施例３の構成においても、接眼レンズ系３３ａ，３３ｂに代えて結像レンズ系３２ａ，３２ｂの像面位置に撮像素子を設けることにより、実施例１、２と同様に立体画像を映像信号として取り出すことができる。この場合には、台形歪みを補正するためのアフィン変換等の画像処理は不要である。
【００３０】
【実施例４】
図５は、この発明にかかる立体視内視鏡の実施例４を示す要部の光路図である。瞳分割プリズム７３は、一次光学系の光軸Ａｘ１を中心として両端に向けて光軸方向の厚さが薄くなる屋根型プリズムである。入射端面７３ａ，７３ｂに入射した光束は、それぞれ光軸を境界として入射した側とは反対側に向けて偏向され、光軸Ａｘ１を挟んで各面の反対側に位置する二次光学系３０ａ，３０ｂにそれぞれ入射する。
【００３１】
二次光学系３０ａ，３０ｂに入射した光束は、それぞれ結像レンズ３２ａ，３２ｂにより撮像素子３４ａ，３４ｂ上に結像する。実施例４では、撮像素子上の画像は台形歪みを含むため、これを補正するためにアフィン変換等の画像処理が必要である。
【００３２】
図６は、実施例４の変形例を示す。この例では、屋根型プリズム７３と結像レンズ３２ａ，３２ｂとの間に、単一の光路偏向プリズム７４が配置されている。瞳分割プリズム２３の一方の入射端面７３ａに入射した光束は、光路偏向プリズム７４の射出端面７４ａから射出されて結像レンズ３２ａに入射し、他方の入射端面７３ｂに入射した光束は、他方の射出端面７４ｂから射出されて結像レンズ３２ｂに入射する。
【００３３】
この例でも、瞳分割プリズム７３の頂角と光路偏向プリズム７４の頂角とは等しく設定され、かつ、各プリズムは同一の材質で形成されているため、二次光学系の光軸を平行とし、かつ、色収差、台形歪みの発生を防ぐことができる。
【００３４】
【実施例５】
図７は、この発明にかかる立体視内視鏡の実施例５を示す観察部の説明図である。実施例５の立体視構成内視鏡は、一次光学系１０が設けられた挿入部１のみで単眼視用の硬性鏡を構成しており、この硬性鏡に瞳分割手段と二次光学系とが設けられた観察部２を両眼視用アダプターとして取り付けて構成されている。光学的な構成は、図１に示す実施例１と同一である。
【００３５】
挿入部１の基端側には、単眼での観察時に観察者の目の周囲に接触して周辺光を遮断するつば状のフード１４が取り付けられている。観察部２は、このフード１４に取り付けられたアタッチメント５０を介して挿入部１に固定されている。
【００３６】
アタッチメント５０は、フード１４に観察部２側から当てつけられてフード１４を外側から囲み込む取り付け環５１と、このフード１４に物体側から当接して取り付け環５１に当てつける当てつけ片５２と、当てつけ片５２を取り付け環５１に固定する固定ボルト５３とから構成される。
【００３７】
取り付け環５１は、フード１４に当接する中央に開口が形成された円板部５１ａと、この円板部５１ａの周縁部から物体側に向けて立ち上げられてフード１４の外周を囲む円筒部５１ｂと、この円筒部の物体側先端から内周に向けて形成されたフランジ部５１ｃとから一体に構成されている。当てつけ片５２は、断面Ｌ字状の小片であり、周方向の少なくとも３カ所でフード１４を取り付け環５１に当てつけている。
【００３８】
また、取り付け環５１の観察部２側の面の外周部には、周方向の３カ所に観察部２側に向けて突出する調整ボルト５４が固定されている。観察部２には、挿入部１側の周辺部に外方フランジ２ｂが形成されると共に、この外方フランジ２ｂには調整ボルト５４が挿通される貫通孔２ｃが穿設されている。調整ボルト５４は、貫通孔２ｃに挿通された状態で外方フランジ２ｂの両側に位置するナット５５，５６により外方フランジ２ｂに固定され、アタッチメント５０に取り付けられた挿入部１を観察部２に対して固定する。
【００３９】
なお、実施例５では、３本の調整ボルト５４に螺合するそれぞれのナット５５，５６の位置を調整することにより、アタッチメント５０と観察部２との位置関係を三次元的に調整することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、瞳を分割するためにプリズムの屈折作用を利用することにより、分割された光束の広がり角度を反射作用を用いたものより小さくすることができ、二次光学系の配置スペースを小さく抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の立体視内視鏡の実施例１を示す全体の平面図である。
【図２】この発明の立体視内視鏡の実施例２を示す観察部の平面図である。
【図３】実施例２の変形例を示す要部の光路図である。
【図４】この発明の立体視内視鏡の実施例３を示す全体の平面図である。
【図５】この発明の立体視内視鏡の実施例４を示す要部の光路図である。
【図６】実施例４の変形例を示す要部の光路図である。
【図７】この発明の立体視内視鏡の実施例５を示す観察部の平面図である。
【符号の説明】
１挿入部
２観察部
１０一次光学系
１１対物レンズ系
１２第１のリレーレンズ系
１３第２のリレーレンズ系
１４フード
３０ａ，３０ｂ二次光学系
３２ａ，３２ｂ結像レンズ系
３４ａ，３４ｂ撮像素子
７０，７１瞳分割プリズム

Claims

物体側から順に配置された対物レンズ系とリレーレンズ系とを有する一次光学系と、
前記一次光学系の瞳位置に配置され、前記物体を異なる方向から観察できるよう前記瞳内の光束を２つの領域に分割し、かつ、分割された光束を異なる方向に屈折させる瞳分割プリズムと、
前記瞳分割プリズムで分割された光束を取り込む一対の二次光学系とを有することを特徴とする立体視内視鏡。
前記各瞳分割プリズムは、該プリズムによる色収差を低減する色消しプリズムで構成されることを特徴とする請求項１に記載の立体視内視鏡。
前記瞳分割プリズムは、前記一次光学系の光軸を中心に対称に配置された一対の楔型プリズムから構成されることを特徴とする請求項１に記載の立体視内視鏡。
前記楔型プリズムは、前記分割された光束を前記一次光学系の光軸から離れる方向に屈折させるよう楔の先端を前記光軸側に向けて配置されていることを特徴とする請求項３に記載の立体視内視鏡。
前記瞳分割プリズムは、前記一次光学系の光軸を中心として該中心から遠ざかるのにしたがって前記光軸方向の厚さが薄くなる屋根型プリズムであることを特徴とする請求項１に記載の立体視内視鏡。
前記二次光学系は、前記瞳分割プリズムにより屈折された光束を前記一次光学系の光軸と平行な方向に屈折させる光路偏向プリズムを備えることを特徴とする請求項１に記載の立体視内視鏡。
前記光路偏向プリズムは、前記瞳分割プリズムと頂角および材質が同一であることを特徴とする請求項６に記載の立体視内視鏡。
前記光路偏向プリズムは、それぞれの二次光学系に１つづつ配置されていることを特徴とする請求項６に記載の立体視内視鏡。
前記二次光学系は、前記分割プリズムにより分割された光束をそれぞれ結像させる結像レンズ系と、該像を撮影する撮像素子とをそれぞれ備えることを特徴とする請求項１に記載の立体視内視鏡。
前記二次光学系は、前記分割プリズムにより分割された光束をそれぞれ結像させる結像レンズ系と、該像を観察者の眼に導く接眼レンズ系とをそれぞれ備えることを特徴とする請求項１に記載の立体視内視鏡。