JPWO2008139828A1 - 立体映像表示装置 - Google Patents

Abstract

接眼レンズ１５の光軸Ｓは互いに平行で、且つ電子映像表示パネル１２の表面に対して垂直である。また、この光軸Ｓは、観察者である助手Ｂの主な観察点である電子映像表示パネル１２の中央部Ｘを貫通している。従って、電子映像表示パネル１２を観察している際に、助手の眼Ｐの視軸が電子映像表示パネル１２に対して大きな角度をもつことがなく、助手Ｂは電子映像表示パネル１２に表示された電子映像を、手術顕微鏡２の対物レンズ５による本来の両眼視差で立体観察することができる。そのため、長時間観察しても、目が疲れたり頭痛がしたりすることがない。

Description

本発明は、立体映像表示装置に関するものである。

手術用顕微鏡やデジタルビデオカメラなどの撮像装置で、立体視可能な所定の両眼視差を有する左目用及び右目用の電子映像を撮像し、その左右一対の電子映像を、左右一対の電子映像表示パネル（液晶、プラズマ、有機ＥＬ等）にそれぞれ表示し、それを左右の接眼レンズからそれぞれ対応する方の電子映像だけを見るようにすることにより、立体映像が観察できる立体映像表示装置が知られている。

関連する立体映像表示装置の例としては、日本国特許公報第２６０７８２８号に開示されるように、接眼レンズにくさび状のプリズムを用い、観察者の左右の視軸を所定の角度に広げ、左右の電子映像表示パネルの上下左右の中心点を観察するようにしている。

しかしながら、このような関連技術にあっては、手術用顕微鏡やデジタルビデオカメラなどの撮像装置で、あらかじめ所定の両眼視差で撮像された一対の電子映像を、更に、立体映像表示装置の接眼レンズにより、更に角度をもたせた状態で観察するため、例えば、脳外科手術のように長時間観察する場合は、頭痛がする等の難点がある。

人間が物体を見る場合、像が網膜の中央に来るように右眼と左眼の両眼が目頭の方へ寄る。この時の右眼と左眼の視線が作る角度（輻輳角）により、左右の眼で見える像の差（両眼視差）が生まれ、この両眼視差を脳の働きで一致させることにより、物体の奥行きを立体的に知覚できるようになる。

手術顕微鏡やデジタルビデオカメラなどの撮像装置は、この輻輳角を対物レンズの屈折により形成しており、観察者の眼が疲れないように、人間工学的に最適の輻輳角に設定されている。

従来は、その最適の輻輳角で撮像された両眼視差をもつ電子映像を、更に立体映像表示装置に対して所定の角度をもって観察する。このときに表示された左右画像にわずかな位置ズレや画像の回転が生じると、最適な両眼視差が狂い、それを脳内で是正する結果、知らないうちに脳に負担が加わり、眼の疲労や頭痛の原因になっていた。

課題を解決するための手段
本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、長時間観察しても疲れない立体映像表示装置を提供するものである。

本発明の第１の技術的側面によれば、立体映像表示装置は、両眼視差を有する左右一対の電子映像をそれぞれ表示する第１の表示面および第２の表示面を有する電子映像表示装置、および前記各電子映像に対応してそれぞれ設けられる左右一対の接眼光学系であって、各前記接眼光学系の光軸はそれぞれ前記第１の表示面および第２の表示面を通り、かつ前記光軸は相互に平行に固定されることを特徴とする。

本発明の第２の技術的側面によれば、さらに前記各光軸は前記第１の表示面および第２の表示面に対して垂直に固定されることを特徴とする。

本発明の第３の技術的側面によれば、第１の技術的側面に加えて、前記左右一対の電子映像は立体顕微鏡の対物光学系を介して固体撮像素子により取得されたことを特徴とする。

本発明の第４の技術的側面によれば、第１の技術的側面に加えて、各前記接眼光学系の光軸が対応する各電子映像の実質的に中央に位置づけられることを特徴とする。

図１は、本発明の一実施形態に係る立体映像表示装置を示す斜視図。 図２は、手術顕微鏡の光学系を示す説明図。 図３は、立体映像表示装置を示す横断面図。 図４は、立体映像表示装置を示す縦断面図。 図５は、電子映像表示パネル中の中央部を示す正面図。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、図示せぬスタンド装置の先端リンク１に、手術顕微鏡２と立体映像表示装置３を支持した状態を示している。手術顕微鏡２は主術者Ａが観察し、立体映像表示装置３は助手Ｂが観察する。

手術顕微鏡２は、吊下アーム４を介して先端リンク１に支持されている。手術顕微鏡２は、内部に対物レンズ５、ズームレンズ６、ビームスプリッター７等を備えている。術部Ｔから所定の輻輳角θで対物レンズ５に導かれた光束Ｌは、対物レンズ５を透過してから、左右の眼Ｐに対応して二系統の光路Ｋａ，Ｋｂに別れ、それぞれズームレンズ６を通過した後、ビームスプリッター７で後側（図２の紙面の裏側方向）に反射され（光路Ｋ１ａ，Ｋ１ｂ）、その後、図示せぬプリズム等の光学要素により、前側（図２の紙面の表側方向）に折り返されて、最終的には左右一対の接眼部８に導かれる。したがって、接眼部８に到る光路Ｋ１ａ，Ｋ１ｂが手術顕微鏡２の奥行方向に実質的に水平に固定されるので接眼部８を対物レンズ５の光軸の近傍に配置することができ、手術顕微鏡２の本体の高さを小さく構成することができる。

主術者Ａは一対の接眼部８から輻輳角θに応じた両眼視差を有する術部Ｔの光学像を立体的に観察できる。

また、手術顕微鏡２の上部には立体撮影可能なカメラ９が設けられており、手術顕微鏡２の内部の一対の光束Ｌをそれぞれ途中から分岐導入して（光路Ｋ２ａ、Ｋ２ｂ）、主術者Ａが観察している光学像と同様の電子映像を撮影できるようになっている。このカメラ９は既知の立体アダプター（例えば特許２６０７８２８号）を備えており、１枚の固体撮像素子を使用することで光路Ｋ２ａ，Ｋ２ｂに係る右眼用の電子映像と左眼用の電子映像を同時に撮影することができる。ＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像素子の撮像面には画素としての受光エレメントが格子状に配列されており、両眼用の光束が１枚の撮像面上で重複せずに結像する。したがって左右の画像のアライメント等の位置関係を正確に維持して立体撮像画面を取得し伝送することができる。また、一対の電子映像を１つの電子映像信号として伝送することができる（以下仮想光路ＩＫ２という）。

一方、立体映像表示装置３は、補助アーム１０を介して先端リンク１に支持されている。立体映像表示装置３は、ケース１１の内部に、左右一対の電子映像表示パネル１２を備え、そこに手術顕微鏡２のカメラ９で撮影した術部Ｔに関する一対の電子映像をそれぞれ表示することができる。

電子映像表示パネル１２は、上下方向と左右方向の比率が９：１６の横長の１枚の液晶画面を左右（５０Ａ，５０Ｂ）に分割したものである。換言すれば、左右一対の電子映像が相互に重畳しないように１つの電子映像表示平面５０（５０Ａ，５０Ｂ）に位置固定されている。電子映像表示パネル１２はドットマトリクス表示装置であって、固体撮像素子で取得した左右の画像の位置関係を液晶表示画面に正確に再現することができる。左右の画像を独立した表示装置で表示する場合には表示装置のアライメントを正確に調整し、なおかつ取り付け直す際には再度アライメントの調整をしなければならず、医療現場においてそのような作業を行うことは困難である。したがって、１つの仮想平面で規定される１枚の表示画面を分割して左右の画像とすることがより好ましい。すなわち、１枚の撮像素子で取得した電子映像を１枚のドットマトリクス表示面に表示することにより、実質的な画像の修正をせずに視覚疲労を生じない立体映像を表示することができる。さらに左右の画像のアライメントの調整をする必要がない。

ケース１１の内部には、一対の電子映像表示パネル１２に対応する空間を仕切る仕切壁１３が設けられている。ケース１１における電子映像表示パネル１２の反対側には、左右一対の接眼部１４が設けられている。この接眼部１４は、ケース１１に対して左右方向に移動して、眼幅調整できるようになっている。

接眼部１４には、アクロマートレンズによる接眼レンズ１５が設けられ、該接眼レンズ１５を介して電子映像表示パネル１２に表示された電子映像をそれぞれ左右の眼Ｐで観察できるようになっている。

この接眼レンズ１５の光軸Ｓは互いに平行で、且つ電子映像表示パネル１２の表面５０に対して垂直に固定される。また、この光軸Ｓは、観察者である助手Ｂの主な観察点である電子映像表示パネル１２の中央部Ｘを貫通している。したがって、立体撮像カメラ９から接眼レンズ１５に到る光路（ＩＫ２，Ｋ２’）において左右の映像の位置関係にずれが生じず維持されるので、助手Ｂは主術者Ａが接眼部８を通して光学像を観察する場合と同じ視覚的条件で電子映像を観察することができる。その結果助手Ｂは視覚疲労が生じない。すなわち、助手Ｂは対物レンズ５、ズームレンズ６、ビームスプリッタ７、立体撮像カメラ９と立体映像表示装置３（光路Ｋ２ａ’，Ｋ２ｂ’）を介して術部Ｔの立体電子画像を観察することにより、主術者Ａが対物レンズ５、ズームレンズ６、ビームスプリッタ７および接眼部８を介して対象の光学画像を観察する場合と同じ視覚条件で術部Ｔを観察することができる。換言すれば、本発明によれば立体撮像カメラ９および立体映像表示装置３を用いることによりあたかも光路Ｋ２ａ，Ｋ２ｂ上に接眼部を配置したことと等価な視覚的環境を再現することができる。

本実施形態では、助手Ｂは、電子映像表示パネル１２の上下方向で中央の１／３の範囲、左右方向でも中央の１／３の範囲を主に観察しているため、光軸Ｓを各電子映像表示パネル１２の上下左右１／３の範囲である中央部Ｘ内に位置させている。

従って、電子映像表示パネル１２を観察している際に、助手の眼Ｐの視軸が電子映像表示パネル１２に対して大きな角度をもつことがなく、助手Ｂは電子映像表示パネル１２に表示された電子映像を、手術顕微鏡２の対物レンズ５による本来の両眼視差で立体観察することができる。そのため、長時間観察しても、目が疲れたり頭痛がしたりすることがない。

以上の実施形態では、１枚の液晶パネルを左右に２分割して、左右一対の電子映像表示パネル１２を形成する例を示したが、それぞれ独立した一対の電子映像表示パネルを左右方向で離間した状態で固定設置しても良い。

また、実施形態においては立体顕微鏡による術部をリアルタイムで観察する構成を示したが、たとえば、立体顕微鏡を介した立体電子映像を一端蓄積装置に保管したものを再生して電子映像表示装置１２により観察することもできる。

表示パネルは液晶パネルに限らず有機ＥＬパネル、プラズマパネル（ＰＤＰ）等のドットマトリクス表示装置でもよい。

発明の効果
本発明によれば、各接眼レンズの光軸が、対応する電子映像表示パネルに対して垂直で、且つ各電子映像表示パネルの中央部に位置しているため、電子映像表示パネルを観察している際に、観察者の眼の視軸が電子映像表示パネルに対して大きな角度をもつことがなく、観察者は電子映像表示パネルに表示された電子映像を、本来の両眼視差で立体観察することができる。そのため、長時間観察しても、目が疲れたり頭痛がしたりすることがない。

さらに、本発明によれば、左右一対の電子映像が１つの撮像素子によって撮像されたものであり、左右一対の電子映像画面が１つの画面に固定されるので、撮像時および映像画面のアライメントの調整および再調整が不要であり、光学映像と等価な視覚環境で電子立体映像を観察することができるため視覚疲労を生じない。

また、左右一対の電子映像表示パネルが１つの電子映像表示パネルを左右に２分割したものであるため、左右の電子映像表示パネルの中央部が左右方向で接近した状態となり、接眼レンズの光軸を電子映像表示パネルの上下左右１／３の範囲内に位置させやすい。

（米国指定）
本国際特許出願は米国指定に関し、２００７年５月１４日に出願された日本国特許出願第２００７−１２８４０２号（２００７年５月１４日出願）について米国特許法第１１９条（ａ）に基づく優先権の利益を援用し、当該開示内容を引用する。

Claims (8)

1. 両眼視差を有する左右一対の電子映像をそれぞれ表示する第１の表示面および第２の表示面を有する電子映像表示装置と、
   前記各電子映像に対応してそれぞれ設けられる左右一対の接眼光学系であって、各前記接眼光学系の光軸はそれぞれ前記第１の表示面および第２の表示面を通り、かつ前記光軸は相互に平行に固定されるものと
   を具備することを特徴とする立体映像表示装置。
2. 前記第１の表示面および第２の表示面は１つの表示平面に相互に重畳しないように位置固定されることを特徴とする請求項１記載の立体映像表示装置 ．
3. 前記各光軸は前記第１の表示面および第２の表示面に対して垂直に固定されることを特徴とする請求項１記載の立体映像表示装置。
4. 前記左右一対の電子映像は立体顕微鏡の対物光学系を介して１枚の固体撮像素子により取得されることを特徴とする請求項１記載の立体映像表示装置。
5. 前記左右一対の電子映像は前記固体撮像素子によって取得された電子映像を一時保管したものを再生したものであることを特徴とする請求項４記載の立体映像表示装置。
6. 各前記接眼光学系の光軸が対応する各電子映像の実質的に中央に位置づけられることを特徴とする請求項１記載の立体映像表示装置。
7. 各前記接眼光学系の光軸が対応する各電子映像の上下方向および左右方向の中央部１／３の範囲に位置づけられることを特徴とする請求項６記載の立体映像表示装置。
8. 前記表示平面はドットマトリクス表示装置の表示面であることを特徴とする請求項２記載の立体映像表示装置。

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