特許 6681395 立体画像を生成する観察装置及び立体顕微鏡

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6681395

(24)【登録日】2020年3月25日

(45)【発行日】2020年4月15日

(54)【発明の名称】立体画像を生成する観察装置及び立体顕微鏡

(51)【国際特許分類】

   H04N 13/363 20180101AFI20200406BHJP

   H04N 13/302 20180101ALI20200406BHJP

   H04N 13/275 20180101ALI20200406BHJP

   H04N 13/239 20180101ALI20200406BHJP

   G02B 21/22 20060101ALI20200406BHJP

   G02B 17/08 20060101ALI20200406BHJP

【ＦＩ】

   H04N13/363

   H04N13/302

   H04N13/275

   H04N13/239

   G02B21/22

   G02B17/08 Z

【請求項の数】11

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2017-526097(P2017-526097)

(86)(22)【出願日】2015年11月5日

(65)【公表番号】特表2018-501697(P2018-501697A)

(43)【公表日】2018年1月18日

(86)【国際出願番号】EP2015075802

(87)【国際公開番号】WO2016078923

(87)【国際公開日】20160526

【審査請求日】2018年9月3日

(31)【優先権主張番号】1420352.5

(32)【優先日】2014年11月17日

(33)【優先権主張国】GB

(31)【優先権主張番号】1420926.6

(32)【優先日】2014年11月25日

(33)【優先権主張国】GB

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】515100798

【氏名又は名称】ヴィジョン エンジニアリング リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100111235

【弁理士】

【氏名又は名称】原 裕子

(72)【発明者】

【氏名】マーサー、 グラハム ピーター フランシス

【審査官】 益戸 宏

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１５２５８０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−０１１１４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１１９１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２５８２１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−１１８８１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１３３３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３２６１０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５２９４８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１０１７９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｎ １３／００

Ｇ０２Ｂ ２７／２２

Ｇ０２Ｂ ２１／２２

Ｇ０２Ｂ １７／０８

Ｇ０２Ｂ ２５／００

Ｇ０３Ｂ ３５／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

観察者のために立体画像を生成するための観察装置であって、
物体の第１及び第２ビデオ画像のそれぞれ一方を投影するための第１及び第２ビデオプロジェクターであって、前記第１及び第２ビデオ画像は前記第１及び第２ビデオ画像間の視差を伝えるために前記物体に対して空間的に、角度的に、又は空間的かつ角度的にずらされた異なる画像であり、前記第１及び第２ビデオプロジェクターは、
前記第１及び第２ビデオ画像のそれぞれ一方を表示するように第１及び第２ビデオ信号によって駆動される第１及び第２ビデオディスプレイであって、前記第１及び第２ビデオディスプレイの光軸は鋭角を囲む、第１及び第２ビデオディスプレイと、
前記第１及び第２ビデオディスプレイによって表示されるそれぞれの画像からの光の焦点を第１ミラーに合わせるための第１及び第２光学装置であって、各光学装置はレンズを含む第１及び第２光学装置と
を含む、前記第１及び第２ビデオプロジェクターと、
前記第１及び第２ビデオプロジェクターからの光を受光する前記第１ミラーであって、前記第１ミラーは前記物体の焦点画像が前記第１ミラーに生成されるように前記第１及び第２ビデオプロジェクターに対して配置され、前記第１ミラーは前記第１及び第２ビデオプロジェクターのレンズの射出瞳が前記第１ミラーによって観察面に反射されて観察者のそれぞれの眼で立体画像として見ることができるような半径を有する凹面鏡である、前記第１ミラーと、
前記第１及び第２ビデオプロジェクターのレンズからの光が少なくとも１つの更なるミラーによって前記第１ミラーに反射されるように前記第１及び第２ビデオプロジェクター及び前記第１ミラーに対して配置される前記少なくとも１つの更なるミラーと
を含み、
前記第１ミラーにおける画像の入射光路と反射光路との間に、前記反射光路が前記少なくとも１つの更なるミラーと交わらないように角度成分（β）が存在し、
前記第１及び第２ビデオプロジェクターのレンズの光軸が並んで配置され、
前記第１及び第２光学装置はそれぞれ、それぞれのビデオプロジェクターのビデオディスプレイ及びレンズに対して、前記ビデオディスプレイからの光が追加ミラーによって前記レンズに反射されるように配置された追加ミラーを含む、観察装置。

【請求項2】

ビデオ信号が、３次元モデリングシステム又はアニメーションシステムから供給される、請求項１に記載の観察装置。

【請求項3】

前記画像は前記物体の拡大画像である、請求項１に記載の観察装置。

【請求項4】

前記観察装置の光学構造から生じる少なくとも１つのアーチファクトを除去又は調整するために前記第１及び第２ビデオプロジェクターによって投影される画像を操作するための処理回路をさらに含む、請求項１に記載の観察装置。

【請求項5】

前記少なくとも１つのアーチファクトはキーストーン歪みを含む、請求項４に記載の観察装置。

【請求項6】

各ビデオプロジェクターは、共通の光軸を共有する一対のレンズを含む、請求項１に記載の観察装置。

【請求項7】

請求項１に記載の観察装置を組み込んだ立体顕微鏡。

【請求項8】

立体顕微鏡であって、
請求項１に記載の観察装置と、
前記物体の第１及び第２拡大画像のそれぞれ一方を取り込むための第１及び第２ビデオカメラと
を含む顕微鏡。

【請求項9】

前記物体の第１及び第２拡大画像を生成するための対物レンズ装置をさらに含み、前記第１及び第２ビデオカメラは、前記対物レンズ装置によって生成される画像から前記物体の第１及び第２拡大画像のそれぞれ一方を取り込むように構成されている、請求項８に記載の顕微鏡。

【請求項10】

前記対物レンズ装置は、各々が前記物体の拡大画像を生成するための第１及び第２ズーム対物レンズを含み、前記第１及び第２ビデオカメラは、前記第１及び第２ズーム対物レンズによって生成される画像から前記物体の第１及び第２拡大画像のそれぞれ一方を取り込むように構成されている、請求項９に記載の顕微鏡。

【請求項11】

前記第１及び第２ズーム対物レンズの光軸は、前記第１ミラーに対する観察者の眼の間の視野角に対応する鋭角を囲む、請求項１０に記載の顕微鏡。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ビデオ画像から立体画像を生成するための観察装置に関する。

【背景技術】

【0002】

本出願人の以前の特許文献１に開示されているように、立体画像を生成するための様々な光学拡大装置が存在する。

【0003】

３次元ビデオ画像を表示するための様々なディスプレイも存在するが、偏光画像又は同期画像などの画像の変更を必要とする場合、観察者は適合したアイウェアを使用する必要があり、結果として生じる観察者によって観察される画像は、分解能の低下及び／又はリフレッシュレートの低下を被る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第１９９４／００６０４８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的は、ビデオ画像から立体画像を生成し且つ適合したアイウェアの使用を必要としない観察装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一態様において、本発明は、観察者のために立体画像を生成するための観察装置であって、物体の第１及び第２ビデオ画像のそれぞれ一方を投影するための第１及び第２ビデオプロジェクターであって、第１及び第２画像は画像間の視差を伝えるために物体に対して空間的にと角度的にの一方又は両方でずらされた異なる画像である第１及び第２ビデオプロジェクターと、第１及び第２ビデオプロジェクターからの光を受光する凹面鏡を含むミラー装置であって、ミラー装置に物体の焦点画像が生成されるように第１及び第２ビデオプロジェクターに対して配置されるミラー装置と、ミラー装置によって反射される焦点画像の各々に対応する射出瞳を適合したアイウェアの使用なしで観察者のそれぞれの眼で立体画像として見ることができるように観察面に中継するための観察レンズとを含み、ビデオプロジェクターは、第１及び第２ビデオ画像のそれぞれ一方を表示するように第１及び第２ビデオ信号によって駆動される第１及び第２ビデオディスプレイと、第１及び第２ディスプレイによって表示されるそれぞれの画像からの光の焦点をミラー装置に合わせるための第１及び第２光学装置とを含む観察装置を提供する。

【0007】

一実施形態において、ディスプレイの光軸は同軸であり、ディスプレイは任意選択的に対向する関係にある。

【0008】

別の実施形態において、ディスプレイの光軸は鋭角を囲む。

【0009】

一実施形態において、ビデオ信号は、３次元モデリングシステム又はアニメーションシステムから供給される。

【0010】

一実施形態において、光学装置は、少なくとも１つのレンズと、光学的な光路をディスプレイからミラー装置に向けるための少なくとも１つのミラーとを含む。

【0011】

一実施形態において、画像は、物体の空間的にずらされた画像である。

【0012】

一実施形態において、画像は、物体の角度的にずらされた画像である。

【0013】

一実施形態において、画像は、物体の空間的及び角度的にずらされた画像である。

【0014】

一実施形態において、画像は物体の拡大画像である。

【0015】

一実施形態において、ミラー装置は単一の凹面鏡を含む。

【0016】

一実施形態において、装置は、装置の光学構造から生じる少なくとも１つのアーチファクトを除去又は調整するためにビデオプロジェクターによって投影される画像を操作するための処理回路を更に含む。一実施形態において、少なくとも１つのアーチファクトはキーストーン歪みを含む。

【0017】

別の態様において、本発明は、観察者のために立体画像を生成するための観察装置であって、物体の第１及び第２ビデオ画像のそれぞれ一方を投影するための第１及び第２ビデオプロジェクターであって、第１及び第２画像は画像間の視差を伝えるために物体に対して空間的にと角度的にの一方又は両方でずらされた異なる画像である第１及び第２ビデオプロジェクターと、第１及び第２ビデオプロジェクターからの光を受光するミラー装置であって、ミラー装置に物体の焦点画像が生成されるように第１及び第２ビデオプロジェクターに対して配置されるミラー装置と、ミラー装置によって反射された焦点画像の各々に対応する射出瞳を観察者のそれぞれの眼で立体画像として見ることができるように観察面に中継するための観察レンズとを含む観察装置を提供する。

【0018】

更なる態様において、本発明は、上記観察装置を組み込んだ立体顕微鏡を提供する。

【0019】

更に別の態様において、本発明は、上記観察装置と、物体の第１及び第２拡大画像のそれぞれ一方を取り込むための第１及び第２ビデオカメラとを含む立体顕微鏡を提供する。

【0020】

一実施形態において、顕微鏡は、物体の第１及び第２拡大画像を生成するための対物レンズ装置を更に含み、第１及び第２ビデオカメラは、対物レンズ装置によって生成される画像から物体の第１及び第２拡大画像のそれぞれ一方を取り込むように構成されている。

【0021】

一実施形態において、対物レンズ装置は、各々が物体の拡大画像を生成するための第１及び第２ズーム対物レンズを含み、第１及び第２ビデオカメラは、ズーム対物レンズによって生成される画像から物体の第１及び第２拡大画像のそれぞれ一方を取り込むように構成されている。

【0022】

一実施形態において、ズーム対物レンズの光軸は、ミラー装置に対する観察者の眼の間の視野角に対応する鋭角を囲む。

【図面の簡単な説明】

【0023】

添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を例としてのみ以下で説明する。

【図1(a)】本発明の第１実施形態による立体観察装置を示す。

【図1(b)】垂直方向においてミラー装置の入射光路と反射光路との角度関係を示す、図１（ａ）の観察装置の部分側面図を示す。

【図2(a)】本発明の第２実施形態による立体観察装置の斜視図を示す。

【図2(b)】本発明の第２実施形態による立体観察装置の側面図を示す。

【図2(c)】本発明の第２実施形態による立体観察装置の正面図を示す。

【図3】本発明の第３実施形態による立体観察装置を示す。

【図4】本発明の第４実施形態による立体視観察装置を示す。

【発明を実施するための形態】

【0024】

図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１実施形態による立体観察装置を示す。

【0025】

観察装置は、開口絞り５によって定められる対物面ＯＰに配置された物体の第１及び第２拡大画像を生成するための対物レンズ装置３を含む。

【0026】

この実施形態において、対物レンズ装置３は、第１及び第２ズーム対物レンズ４ａ、４ｂを含み、第１及び第２ズーム対物レンズ４ａ、４ｂは、各々が対物レンズ７と追加のレンズ９，１１とを含み、対物レンズ７に対する追加のレンズ９，１１の相対位置を変えることによって倍率の制御を提供する。

【0027】

この実施形態において、ズーム対物レンズ４ａ、４ｂの光軸は、物体の生成される画像間の視差をもたらすような収束関係で配置される。

【0028】

一実施形態において、ズーム対物レンズ４ａ、４ｂの光軸は、以下でより詳細に説明されるように、ミラー装置３５に対する眼の間の視野角に対応する鋭角を囲む。

【0029】

観察装置は、各々が物体の第１及び第２拡大画像を取り込むためのセンサー１９を含む第１及び第２ビデオカメラ１５ａ、１５ｂを更に含み、第１及び第２拡大画像は、以下でより詳細に説明するように、対応する射出瞳が観察者の左右の眼のそれぞれ一方に提示される場合に、知覚される画像が３次元画像であるように、物体に対して空間的に又は角度的にずらされている。

【0030】

観察装置は、第１及び第２ビデオカメラ１５ａ、１５ｂによって取り込まれる物体のそれぞれの拡大画像からの光のミラー装置３５における焦点画像を投影する画像プロジェクター２０ａ、２０ｂを更に含む。

【0031】

この実施形態において、画像プロジェクター２０ａ、２０ｂは各々、第１及び第２ビデオカメラ１５ａ、１５ｂによって取り込まれる物体の第１及び第２拡大画像のそれぞれ一方を表示するように駆動されるディスプレイ２１と、画像プロジェクター２０ａ、２０ｂのそれぞれのディスプレイ２１によって表示される拡大画像からの光のミラー装置３５における焦点画像を提供するための光学装置２５とを含む。

【0032】

この実施形態において、ディスプレイ２１は、高解像度（ＨＤ）ビデオディスプレイ、任意選択的に超高解像度（ＵＨＤ）ディスプレイを含む。

【0033】

この実施形態において、画像プロジェクター２０ａ、２０ｂのディスプレイ２１は、同軸配置で、ここでは対向する関係で配置されている。代替的な実施形態において、ディスプレイ２１は、任意の角度的又は空間的な関係を有することができる。

【0034】

この実施形態において、各光学装置２５は、焦点画像を提供する少なくとも１つのレンズ２９と、光路をそれぞれのディスプレイ２１からミラー装置３５に向ける少なくとも１つのミラー３１とを含む。

【0035】

観察装置は、画像プロジェクター２０ａ、２０ｂのディスプレイ２１によって提示される画像の各々からの光を受光するミラー装置３５を更に含み、ミラー装置３５は、物体の拡大焦点画像がミラー装置３５に生成され且つミラー装置３５によって受光された光が観察レンズ３７に反射されるように配置される。

【0036】

この実施形態において、ミラー装置３５は、ここでは単一のミラーとして形成された凹面鏡を含み、ミラーにおいて物体の焦点画像又は実像が重ね合わされ、ミラーの半径は、それぞれの画像プロジェクター２０ａ、２０ｂの光学装置２５のレンズ２９の射出瞳が、以下で更に説明するように、観察面ＶＰにおいて観察者の眼に中継されるように選択される。

【0037】

別の実施形態において、ミラー装置３５は、平面鏡又は非球面ミラーと、ミラーの表面にある球面レンズとを含むことができる。

【0038】

観察装置は、ミラー装置３５によって受け取られる画像の各々に対応する射出瞳を観察者のそれぞれの眼で立体画像として見ることができるように観察面ＶＰに中継するための観察レンズ３７を更に含む。

【0039】

本発明者らは、驚くべきことに、観察される３次元画像の細部が、第１及び第２画像における細部の「総和」から予想される細部よりもはるかに優れていることを見出した。

【0040】

また、本発明は、ビデオ信号を静止画又は動画として記録し且つその後で提示することを可能にする。

【0041】

図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２実施形態による立体観察装置を示す。

【0042】

この実施形態の観察装置は、最初に記載した実施形態の観察装置に非常に良く似ている。不必要な説明の重複を避けるため、相違点のみを詳細に説明し、同様の部分は同様の符号で示す。

【0043】

この実施形態の観察装置は、画像プロジェクター２０ａ、２０ｂのディスプレイ２１の光軸が同軸ではなく、鋭角を囲む点と、画像プロジェクター２０ａ、２０ｂの光学装置２５が各々、複数のレンズ２９ａ、２９ｂと、複数のミラー３１ａ、３１ｂとを含み、ミラー３１ｂの１つが光学装置２５の各々に共通である点で最初に記載した実施形態の観察装置と異なる。

【0044】

図３は、本発明の第３実施形態による立体観察装置を示す。

【0045】

この実施形態の観察装置は、最初に記載した実施形態の観察装置に非常に良く似ている。不必要な説明の重複を避けるため、相違点のみを詳細に説明し、同様の部分は同様の符号で示す。

【0046】

この実施形態の観察装置は、ズーム対物レンズ４ａ、４ｂの光軸が平行に間隔を置いて配置され、物体の生成される画像間の視差を提供するように共通の収束対物レンズ７を共有する点で最初に記載した実施形態の観察装置と異なる。

【0047】

図４は、本発明の第４実施形態による立体観察装置を示す。

【0048】

この実施形態の観察装置は、最初に記載した実施形態の観察装置に非常に良く似ている。不必要な説明の重複を避けるため、相違点のみを詳細に説明し、同様の部分は同様の符号で示す。

【0049】

この実施形態の観察装置は、ビームスプリッタ５１を更に含み、ビームスプリッタ５１が、ビームスプリッタ５１に対して直交するように配置された第１及び第２プロジェクター２０ａ、２０ｂの光学装置２５のミラー３１からの光を受光するようにミラー装置３５と観察レンズ３７との間の光軸上に配置されている点で最初に記載した実施形態の観察装置と異なる。理解されるように、この構成は、最初に記載した実施形態に存在するミラー装置３５の入射光路と反射光路との間の角度成分βを除去し、その結果として、最初に記載した実施形態のような平面への傾斜投影から生じる画像歪みが、光強度は低減されるものの、大幅に低減される。

【0050】

この実施形態において、ビームスプリッタ５１はプリズム立方体であるが、代わりに半反射鏡であってもよい。

【0051】

最後に、本発明をその好ましい実施形態で説明してきたが、添付の特許請求の範囲によって定められる本発明の範囲に従って様々な方法で変更できることが理解されるであろう。

【0052】

例えば、ビデオプロジェクター２０ａ、２０ｂのディスプレイ２１によって表示される第１及び第２ビデオ画像は、最初に記載した実施形態ではズーム対物レンズ装置から得られるが、代わりに、ディスプレイ２１は、ビデオ信号が角度及び／又は離間した関係を有するビューから提供される、モデリングシステム又はアニメーションシステム（例えば、３次元ＣＡＤモデリングシステム）によって提供されるような他のビデオ信号によって駆動されてもよい。

【0053】

一実施形態において、平面への傾斜投影から生じるキーストーン歪みのような、光学構造から生じるアーチファクトを調整するために、処理回路を使用してビデオプロジェクター２０ａ、２０ｂのディスプレイ２１によって表示される画像を操作することができる。

【図1(a)】

【図1(b)】

【図2(a)】

【図2(b)】

【図2(c)】

【図3】

【図4】