(57)【要約】      （修正有）【課題】耳孔内部の３次元画像の撮像やスペクトル画像の撮像することにより、耳の内部の炎症や感染症についての診断の改善を支援するために、検耳鏡をプレノプティック型の機器として構成する。【解決手段】主たる撮像システムとプレノプティック型センサー部とを含んでおり、当該主たる撮像システムは、互いに協働して耳孔内部の画像を中間位置にある結像平面上に形成する検耳鏡対物部３２０と光中継部３３０とを含み、当該プレノプティック型センサー部は、当該中間位置にある結像平面の位置に配置された微小結像素子の配列構造と瞳孔平面の複素共役にあたる位置に配置された感光センサーの配列構造３５０を含んでいる。光フィルタ・モジュールは、当該瞳孔平面の位置またはその複数の複素共役位置の中の一つに配置されることにより、３次元撮像機能に加えて、スペクトル撮像機能を実現する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検耳鏡の対物部と光中継部とを備え、前記対物部と光中継部とが互いに協働して結像平面上に耳孔内部の画像を形成するように構成された主たる撮像システムであって、瞳孔平面によって特性が決定される主たる撮像システム；および、
微小結像素子の配列構造と感光センサーの配列構造とを備え、前記微小結像素子の配列構造が前記結像平面の位置に配置され、前記感光センサーの配列構造が前記瞳孔平面の複素共役にあたる位置に配置されるように構成されたプレノプティック型センサー部；
を具備するプレノプティック型検耳鏡。
【請求項２】
前記瞳孔平面の複素共役にあたる位置に配置された光フィルタ・モジュールをさらに具備する請求項１記載のプレノプティック型検耳鏡。
【請求項３】
取り外し可能な先端部をさらに具備し、
前記光フィルタ・モジュールは、前記取り外し可能な先端部の内部に設けられ、前記取り外し可能な先端部が当該プレノプティック型検耳鏡に取り付けられた際に、前記光フィルタ・モジュールが前記主たる撮像システムの光入射口となる瞳孔部分の位置に配置されることを特徴とする、
請求項２記載のプレノプティック型検耳鏡。
【請求項４】
複数の取り外し可能な先端部から成る組をさらに具備し、
前記複数の取り外し可能な先端部の各々は、それぞれ異なる種類の光フィルタ・モジュールを含んでおり、
前記取り外し可能な先端部が当該プレノプティック型検耳鏡に取り付けられた際に、前記光フィルタ・モジュールが前記主たる撮像システムの光入射口となる瞳孔部分の位置に配置されることを特徴とする、
請求項２記載のプレノプティック型検耳鏡。
【請求項５】
前記光フィルタ・モジュールは、複数の異なる種類のスペクトル・フィルタを具備していることを特徴とする、請求項２記載のプレノプティック型検耳鏡。
【請求項６】
前記光フィルタ・モジュールは、耳孔内部の複数の異なる状態を区別するために選択された複数の異なる種類のフィルタを具備していることを特徴とする、請求項２記載のプレノプティック型検耳鏡。
【請求項７】
前記光フィルタ・モジュールの位置は、前記主たる撮像装置から相対的に見て平行移動されることが可能であることを特徴とする、請求項２記載のプレノプティック型検耳鏡。
【請求項８】
当該プレノプティック型検耳鏡は、深さを表現する撮像モードにおいて動作可能であり、
前記深さを表現する撮像モードにおいては、前記感光センサーの配列構造によってキャプチャされたプレノプティック画像は、３次元的な深さを表現する耳孔内部の画像を提供するように画像処理されることを特徴とする、
請求項１記載のプレノプティック型検耳鏡。
【請求項９】
当該プレノプティック型検耳鏡は、スペクトル撮像モードにおいて動作可能であり、
前記スペクトル撮像モードにおいては、前記感光センサーの配列構造によってキャプチャされたプレノプティック画像は、耳孔内部を写した２種類以上の異なるスペクトル画像を提供するように画像処理されることを特徴とする、
請求項１記載のプレノプティック型検耳鏡。
【請求項１０】
当該プレノプティック型検耳鏡は、深さを表現する撮像モードとスペクトル撮像モードとの間で動作モードを切り替えることが可能であることを特徴とする、
請求項１記載のプレノプティック型検耳鏡。
【請求項１１】
前記深さを表現する撮像モードと前記スペクトル撮像モードとの間で動作モードを切り替える操作は、前記主たる撮像システムについての視野の深さを変更する操作を具備することを特徴とする、
請求項１０記載のプレノプティック型検耳鏡。
【請求項１２】
当該プレノプティック型検耳鏡の動作モードが前記深さを表現する撮像モードに設定されている場合には、前記視野の深さは５ｍｍより小さく、当該プレノプティック型検耳鏡の動作モードが前記スペクトル撮像モードに設定されている場合には、前記視野の深さは５ｍｍよりも大きいことを特徴とする、
請求項１１記載のプレノプティック型検耳鏡。
【請求項１３】
前記深さを表現する撮像モードと前記スペクトル撮像モードとの間で動作モードを切り替える操作は、前記主たる撮像システムについての焦点を変更する操作を具備することを特徴とする、
請求項１０記載のプレノプティック型検耳鏡。
【請求項１４】
前記瞳孔平面の複素共役にあたる位置に配置された光フィルタ・モジュールをさらに具備し、
前記光フィルタ・モジュールは、複数の異なる種類のスペクトル・フィルタと透明なフィルタとを備え、前記光フィルタ・モジュールの位置は、前記主たる撮像装置から相対的に見て平行移動されることが可能であることを特徴とし、
前記深さを表現する撮像モードと前記スペクトル撮像モードとの間で動作モードを切り替える操作は、前記光フィルタ・モジュールを平面内で平行移動させる操作を備え、
前記光フィルタ・モジュールの前記平行移動は、当該プレノプティック型検耳鏡が前記深さを表現する撮像モードにおいて使用される場合には、前記透明なフィルタが照射され、当該プレノプティック型検耳鏡が前記スペクトル撮像モードにおいて使用される場合には、前記スペクトル・フィルタが照射されるような態様で実行されることを特徴とする、
請求項１０記載のプレノプティック型検耳鏡。
【請求項１５】
前記主たる撮像装置に接続されたビュー・ファインダーをさらに具備する、請求項１記載のプレノプティック型検耳鏡。
【請求項１６】
前記微小結像素子の配列構造は、微小レンズの配列構造であることを特徴とする、請求項１記載のプレノプティック型検耳鏡。
【請求項１７】
前記微小結像素子の配列構造は、１０μｍから１００μｍの間の口径をそれぞれ有する複数の微小レンズが並んだ配列構造であることを特徴とする、請求項１記載のプレノプティック型検耳鏡。
【請求項１８】
前記主たる撮像装置の動作速度は、Ｆ／８よりも速いことをことを特徴とする、請求項１記載のプレノプティック型検耳鏡。
【請求項１９】
センサーを有するデジタル式検耳鏡に対して使用可能な市販のプレノプティック改造キットであって、
前記キットは、プレノプティック型センサー部を具備しており、前記プレノプティック型センサー部は、微小結像素子の配列構造と感光センサーの配列構造とを具備しており、
前記プレノプティック型センサー部は、前記デジタル式検耳鏡に取り付けることによって、前記デジタル式検耳鏡が有する前記センサーと置き換わることが可能であり、
前記プレノプティック型センサー部が前記デジタル式検耳鏡に取り付けられた際に、前記微小結像素子の配列構造は、前記デジタル式検耳鏡の結像平面の位置に配置され、前記感光センサーの配列構造は、前記デジタル式検耳鏡の瞳孔平面の複素共役にあたる位置に配置されることを特徴とする、
プレノプティック改造キット。
【請求項２０】
耳孔内部の画像を結像平面の上に形成する主たる撮像手段であって、瞳孔平面によって固有の特性が決定される、主たる撮像手段；および、
耳孔内部のプレノプティック画像をキャプチャするために、前記主たる撮像手段からみて相対的な位置に配置されるプレノプティック・センサー手段；
を具備するプレノプティック型検耳鏡。
【請求項２１】
検耳鏡の対物レンズ部；
結像用の光学系；
微小結像素子の配列構造；および、
感光センサーの配列構造を具備し、
前記対物レンズ部と前記光学系とが協働して結像平面の上に耳孔内部の画像を形成するように構成され、前記微小結像素子の配列構造は、前記結像平面の位置に配置されることを特徴とする、
プレノプティック型検耳鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、人間や動物の耳の内側を撮像する検耳鏡と関係する。なお、本特許出願においては、2013年１月18日付で出願され、「プレノプティック型検耳鏡」と題された米国仮特許出願第６１／７５４，３２７号を基礎出願として、米国特許法１１９条（ｅ）に規定される優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
医師にとって、人間や動物の耳の内側を撮像する作業は、一般的な診断作業である。典型的には、医師は、検耳鏡（オトスコープ）を使用して患者の耳の内側を覗き込む。そのような診断作業は、耳の疾患を診断しようと試みる際における一般的な診断手順である。大半の医師は、単に光照射器に拡大鏡を組み合わせただけの手動式の検耳鏡を使用している。医師が当該検耳鏡を通して観察した画像は、医師の記憶の中にのみ留められている。従って、当該検耳鏡を通して異なる時刻に観察した異なる画像を対比することは困難であり、そのような対比ができなければ他覚的な観察であるとはいえない。
【０００３】
一方、検耳鏡の内部にデジタル・カメラが埋め込まれているデジタル式の検耳鏡、または検耳鏡の器具本体から外部接続モジュールへと光を導く光ファイバー・ケーブルの終端部にデジタル・カメラを取り付けたデジタル式の検耳鏡が従来から存在している。そして、デジタル形式の画像データは、外部接続された画面表示ディスプレイを通して観察される。そのようなデジタル式の検耳鏡は、遠隔医療アプリケーションを実現するための実現技術として市場投入されている。デジタル式の検耳鏡において現在使用されているカメラ装置は、従来型の結像用光学系と感光センサーから構成されている。スマート型の医療サービス・アプリケーションを実装するためのモバイル型プラットフォームの開発が急速に進むにつれて、耳の中の光照明、画像撮影および画像表示などのためにスマートフォンを使用して耳の内側を撮像することを可能にする機能を持った携帯電話機用の外付け装置が開発されてきている。
【０００４】
耳の炎症（中耳炎）の診断を行おうとする際に、医師が分析しようとする特徴的所見の中には鼓膜の出っ張り、耳の組織の光透過性や黄色性などの特徴的所見などが含まれる。しかしながら、従来型のカメラ装置により撮影された平坦な２次元画像から上述したような特徴的所見を分析することは困難である。
【０００５】
以上から、耳の所見に関して３次元的な特性と色彩の特性をより確実に抽出可能とするように改良された画像データ獲得手段を実現する必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、プレノプティック型の検耳鏡を実現することによって、従来技術における検耳鏡の機能的な限界を克服するものである。プレノプティック型の検耳鏡は、耳の炎症を診断するための特徴的所見を抽出するために、良好な品質の観察データを提供するように設計することが可能である。一つの実装形態においては、従来型のデジタル式検耳鏡にプレノプティック型のセンサーと光フィルタ・モジュールを組み合わせることにより、本発明に係るプレノプティック型の検耳鏡が製造される。従来型のデジタル式検耳鏡に上述した構成要素が追加されたことにより、３次元（３Ｄ）形状、光透過性および／または色彩情報をキャプチャすることが可能になる。
【０００７】
本発明に係る一実施例においては、プレノプティック型の検耳鏡は、主たる撮像システムおよびプレノプティック型のセンサーを含んでいる。当該主たる撮像システムは、瞳孔平面によってその特性が決定され、検耳鏡の対物部と光中継部を含んでおり、これらが協働することにより、中間位置に介在する結像平面の上に耳の内側の画像が形成される。当該プレノプティック型のセンサーは、当該中間位置に介在する結像平面の上に配置された微小結像素子の配列構造および上述した瞳孔平面の複素共役にあたる位置に配置された感光センサーの配列構造を含んでいる。
【０００８】
一つの実装形態においては、本発明に係るプレノプティック型の検耳鏡は、光フィルタ・モジュールをさらに含んでおり、当該光フィルタ・モジュールは、瞳孔平面複素共役位置（すなわち、上述した瞳孔平面上または当該瞳孔平面の複素共役にあたる複数の平面の何れか一つの位置）に配置されている。本実施例に係る一つのアプローチにおいては、当該光フィルタ・モジュールは、検耳鏡から取り外し可能な先端部に配置され、当該プレノプティック型の検耳鏡に当該取り外し可能な先端部が取り付けられた際に、上述した主たる撮像システムの光入射口となる瞳孔部分に配置される。このようにして、検耳鏡から取り外し可能な先端部に様々な異なる光フィルタ・モジュールを含めることができるので、当該取り外し可能な先端部を取り替えることにより、当該プレノプティック型の検耳鏡に取り付けられる当該光フィルタ・モジュールの種類を切り替えることが可能となる。
【０００９】
さらに別の実装形態においては、本発明に係るプレノプティック型の検耳鏡は、深さを考慮した画像化モードにおいて動作することが可能である。当該深さを考慮した画像化モードにおいては、上述した感光センサーの配列構造によって撮影されたプレノプティック画像は、耳の内側の３次元的な深さを表現する画像を提供するように処理される。代替的に又は追加的に、本発明に係るプレノプティック型の検耳鏡は、スペクトル画像化モードにおいて動作することが可能である。当該スペクトル画像化モードにおいては、上述した感光センサーの配列構造によって撮影されたプレノプティック画像は、耳の内側を写した２つ以上の異なるスペクトル画像を提供するように処理される。本発明に係るプレノプティック型の検耳鏡は、当該深さを考慮した画像化モードとスペクトル画像化モードとの間で動作モードを切り替えることが可能である。
【００１０】
本発明を実施するための実施態様のうち、上述した以外のその他の実施態様は、方法としての実施形態、装置としての実施形態、システムとしての実施形態、および上述したアプローチとその変形実施例とに関連するアプリケーションとしての実施形態を含んでいる。
【００１１】
本発明は、上述した以外のその他の技術的優位性や技術的特徴を有しており、以下において簡単に説明する添付図面を参照するならば、これらの技術的優位性や技術的特徴は、本発明に関する以下の詳細な説明および本明細書に添付した特許請求の範囲の記載から直ちに自明な事項として理解されるだろう。以下において簡単に説明する添付図面は、例示のみを目的として、本発明に係る複数の実施例を図示しており、当該技術分野における当業者であれば、本明細書に記載された発明の技術思想から逸脱することなく、本発明の実施例に関して本明細書中に記載された方法および構造を代替する代替的な実施例を採用可能であることが、本明細書中の以下の検討内容から直ちに理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】１ａ乃至１ｃは、耳の異なる状態を示すと共に状態同士を互いに区別するための特徴的所見を示す例示的な画像（従来技術）
【図２】本発明に係るプレノプティック型のデジタル式検耳鏡システムのブロック図
【図３】本発明に係るプレノプティック型検耳鏡の内部を通る光の流れを表す線を示す図
【図４ａ】本発明に係るプレノプティック型検耳鏡の内部を通る光にフィルタリングを適用した場合において、当該検耳鏡内部を通る光の流れを表す線を示す図
【図４ｂ】本発明に係るプレノプティック型検耳鏡の内部を通る光にフィルタリングを適用した場合において、当該検耳鏡内部を通る光の流れを表す線を示す図
【図４ｃ】本発明に係るプレノプティック型検耳鏡の内部を通る光にフィルタリングを適用した場合において、当該検耳鏡内部を通る光の流れを表す線を示す図
【図５】５ａ乃至５ｂは、スペクトル・フィルタがそれぞれ異なる複数の光フィルタ・モジュールを使用した結果を示す図
【図６】６ａ乃至６ｃは、追加的な光フィルタ・モジュールを示す図
【図７ａ】次元を表す表記を付記して示したプレノプティック型検耳鏡システムの構成図
【図７ｂ】次元を表す表記を付記して示したプレノプティック型検耳鏡システムの構成図
【図８】８ａ乃至８ｂは、プレノプティック型検耳鏡に関してAdelson/Wangモデルを使用して行った深さ推定のシミュレーション結果を示す図
【図９】本発明に係るプレノプティック型検耳鏡の内部を通る光の流れを表す線を示す図
【図１０】１０ａ乃至１０ｃは、本発明に係るプレノプティック型検耳鏡の内部を通る光にフィルタリングを適用した場合において、当該検耳鏡内部を通る光の流れを表す線を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書に添付した図面と本明細書の以下の記述は、例示のみを目的として本発明に係る好適な実施例と関連している。本明細書中の以下の検討内容を踏まえるならば、本発明を実施する形態として開示される方法や構造を代替する代替的な実施例は、本特許出願において特許請求されている発明の技術思想から逸脱することなしに採用可能な代替的実施形態として当然に認識され得ることに留意されたい。本発明の理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図面中に現れる複数の構成要素に同一の参照番号を付すことによって、これらの構成要素が複数の図面同士の間で共通となる同種の構成要素であることを示している。
【００１４】
本発明に係るプレノプティック型検耳鏡の設計内容によれば、耳の炎症を診断するのに必要な特徴的所見を抽出するために現在使用されている検耳鏡から得られる画像データ品質が貧弱であるという問題点を克服することが可能である。一つの実装形態においては、従来から使用されていたデジタル式の検耳鏡の機器本体内部にプレノプティック型のセンサーと共に光フィルタ・モジュールが追加される。従来のデジタル式検耳鏡にこれらの構成要素が追加されたことにより、耳の内部の３次元的な形状（３Ｄ形状）、光透過性および／または詳細な色彩情報などをキャプチャすることが出来るようになる。
【００１５】
従来技術に係る図１ａ乃至図１ｃは、耳の異なる状態を示すと共に状態同士を互いに区別するための特徴的所見を示す例示的な画像である。これら３つの図面にそれぞれ示される耳の３種類の状態は、以下のとおりである。図１ａには急性中耳炎（AOM:  Acute  Otitis  Media）の状態が示され、図１ｂには、血液の浸出を伴う中耳炎（OME:  Otitis  Media  with  Effusion）の状態が示され、図１ｃには、血液の浸出が無い中耳炎（NOE:  Otitis  Media  with  No  Effusion）の状態が示されている。以下の表１は、上述した３種類の耳の状態を区別するための幾つかの特徴的所見を一覧表にしたものである。より具体的には、以下の表１は、検耳鏡によって得られた鼓膜の画像から、上述した３種類の耳の状態と関連して発見される所見を一覧表にしたものである。
【表１】
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【００１６】
図１ａ乃至図１ｂおよび表１から見て取れるように、上述した耳の３種類の状態は、互いに異なる状態であり、「色彩」、「位置や３次元的な形状」および「光透過性」などを含む複数の特徴的所見の中の一つ以上に基づいて互いに区別され得る。耳の状態に関して正確な診断を行うために、耳の内側における「色彩」、「位置や３次元的な形状」および「光透過性」に関して正確な情報をキャプチャしている検耳鏡画像（例えば、耳孔内の鼓膜の画像など）が所望される。
【００１７】
図２は、本発明に係るプレノプティック型のデジタル式検耳鏡システムのブロック図を示している。図２に示した当該システムは、検耳鏡の対物部２１０、結像用の光学系（光中継部）２２０、プレノプティック型センサー部２３０および画像処理部２４０を含んでいる。検耳鏡の対物部２１０は、従来型の検耳鏡において使用されている撮像用の対物部と同様のものとすることが可能である。結像用の光学系（光中継部）２２０は、検耳鏡の対物部２１０と連携して機能することにより、検耳鏡の機器本体内部において従来と同様の画像を形成する。本発明においては、このように形成された画像を従来型の感光センサー配列構造によってキャプチャするのではなく、プレノプティック型センサー部２３０がこの画像をキャプチャする。プレノプティック型センサー部２３０は、感光センサーが並んだ配列構造の前部に微小な結像素子が並んだ配列構造（微小なレンズが並んだ配列構造またはピン・ホール（針の穴）が並んだ配列構造）を取り付けたものである。加えて、入射光に対してスペクトル・フィルタリング処理またはその他のフィルタリング処理を行うことを可能にするために、光線が通過する瞳孔平面の位置（または瞳孔平面の位置の複素共役にあたる位置）において図２には示されない光フィルタ・モジュールを挿入することが可能である。プレノプティック型センサー部２３０によって抽出されたデジタル情報は、画像処理部２４０に送られ、画像処理部２４０は、プレノプティック技術により得られた撮像データに対して画像処理を実行する計算処理モジュールとして機能する。このようにして、耳の内部に関する３次元的な撮像データ、および／または光スペクトル表現された撮像データを抽出することが可能となる。
【００１８】
本発明に係る検耳鏡システムにおいて検耳鏡の頭部は、内部に照明用光源を収容している把持部（取っ手部分）の上端部に取り付けることが可能である（例えば、検耳鏡システムを可搬型のシステムとする場合）。あるいは、本発明に係る検耳鏡システムにおいて検耳鏡の頭部は、照明用光源と接続することが可能である（例えば、検耳鏡システムを壁面設置型のシステムとする場合）。上述した照明用光源は、ＬＥＤ光源や標準的な白色光源とすることが可能である。上述した照明用光源は、さらに偏光特性を有する光源とすることが可能である。例えば、当該光源は、偏光の無い光、部分的に偏光した光または完全に偏光している光（例えば、ＴＥやＴＭなど）を照射する光源とすることが可能である。
【００１９】
＜本発明に係る第１の実施形態＞
図３は、本発明に係るプレノプティック型検耳鏡の内部を通る光の流れを表す線を示す図である。本発明に係るプレノプティック型検耳鏡は、「主たる撮像システム」および「プレノプティック型センサー部」と呼ばれる２つの構成部分を含んでいる。当該「主たる撮像システム」は、対物部３２０と光中継部３３０とを含んでいる。対物部３２０と光中継部３３０とは、互いに協働して撮影対象３１０（例えば、耳の内部の様子や鼓膜の状態など）を写した従来と同様の画像を形成する。微小なレンズが並んだ配列構造３４０と感光センサーが並んだ配列構造３５０から成る上述した「プレノプティック型センサー部」は微小レンズの配列構造３４０が従来と同様の結像平面の上に位置するように配置され、この場合、当該従来と同様の結像平面は、上述した「主たる撮像システム」の中間位置に介在する結像平面である。続いて、感光センサーの配列構造３５０は、光照射野をキャプチャし、当該光照射野をキャプチャして得られる画像は、上述した撮影対象３１０のプレノプティック画像と呼ばれる。
【００２０】
本発明に係る一実施例においては、上述したプレノプティック画像は、深さを表すデータを含んでいるので、図３に示されていない計算処理モジュールは、当該キャプチャされたプレノプティック画像に対してさらに処理を加えて、３次元の画像データを生成することが可能である。以下の説明においては、本発明に係るプレノプティック型検耳鏡のこのような動作モードを指して、「深さを表現する撮像モード」と呼ぶことが可能である。例えば、当該「深さを表現する撮像モード」においては、感光センサーの配列構造３５０によってキャプチャされたプレノプティック画像は、耳の内部の３次元的な深さを表現可能な画像を提供するために画像処理されることが可能である。
【００２１】
本発明に係るプレノプティック型検耳鏡において実現可能なさらに別の動作モードは、「スペクトル撮像モード」である。当該「スペクトル撮像モード」においては、感光センサーの配列構造３５０によってキャプチャされたプレノプティック画像は、光スペクトルを表す情報を含んでいるので、撮影対象３１０を写した２種類以上の異なるスペクトル画像を提供するために画像処理されることが可能である。図４ａ乃至図４ｃにおいて図示されるように、スペクトル撮像機能は、プレノプティック型検耳鏡の瞳孔平面の複素共役位置に光フィルタ・モジュールを設置することにより実現される。上述した用語「瞳孔平面の複素共役位置」とは、「主たる撮像システム」の瞳孔平面または当該瞳孔平面の複素共役にあたる位置にある平面の何れか一方の平面を指して言うための用語である。例えば、「瞳孔平面の複素共役位置」は、「主たる撮像システム」において光入射口となる瞳孔平面および光出射口となる瞳孔平面のいずれも含んでいる。
【００２２】
図４ａ乃至図４ｃは、上述した光フィルタ・モジュールを配置すべき複数の異なる配置場所を図示している。図４ａは、光中継部とプレノプティック型センサー部との間に位置する開口部に光フィルタ・モジュール４１０が配置されている様子を図示している。図４ｂは、光入射口となる瞳孔平面に光フィルタ・モジュール４１０が配置されている様子を図示している。図４ｃは、一対の光中継レンズの間に位置する開口部に光フィルタ・モジュール４１０が配置されている様子を図示している。
【００２３】
図４ｂに示した実施例の中の一つにおいては、当該光フィルタ・モジュールは、本発明に係るプレノプティック型検耳鏡に取り付けられる取り外し可能な先端部（またはリング部）の中に含まれている。上述した先端部が検耳鏡本体に取り付けられると、当該光フィルタ・モジュール４１０は、図４ｂに示すとおり、第１のレンズ群の光入射口となる瞳孔平面位置に配置されることになる。従来型の検耳鏡と同様に、耳孔の中を覗くために使用される検鏡は上述した取り外し可能な先端部に取り付けることが可能である。
【００２４】
本発明に係る一実施例においては、当該プレノプティック型検耳鏡の動作モードは、「深さを表現する撮像モード」と「スペクトル撮像モード」との間で切り替えることが可能である。本発明に係る一つのアプローチにおいては、「深さを表現する撮像モード」のために透明な光フィルタを使用し、「スペクトル撮像モード」のために一つ以上の異なる種類のスペクトル・フィルタを使用することが可能である。上述した２つの動作モードの間での切り替えを実行するために、当該光フィルタ・モジュール４１０は、透明色である一つの区画に加え、異なる種類の複数のスペクトル・フィルタを含んでいるさらに別の区画を含むことが可能である。光フィルタ・モジュール４１０に含まれる上述した区画のうち、所望の区画が照射されるようにするために、上述した「主たる撮像システム」から見た当該光フィルタ・モジュールの相対的な位置を平行移動させることが可能である。このようなタイプの光フィルタ・モジュールの具体例を図５に示す。このようなタイプの光フィルタ・モジュールは、「瞳孔平面の複素共役位置」にある平面上に配置することが可能であり、異なる種類の複数のスペクトル・フィルタから成る組と透明色のフィルタとの間で光フィルタの切り替えを行うために、「瞳孔平面の複素共役位置」の平面内において平行移動させることが可能である。図５内の黒い線で描いた円は、検耳鏡の内部を伝搬してきた光が通過する領域部分である。
【００２５】
図５ａに示す例においては、検耳鏡に入射した光は、赤色の長方形、青色の長方形、緑色の長方形および黄色の長方形として描かれている異なる色の複数のスペクトル・フィルタをそれぞれ通過するようになっている。一枚の色付きフィルタを通過した光の成分は、（プレノプティック画像内に写っている）撮影対象の画像を形成し、当該形成された画像は、当該対応する色付きフィルタによって光フィルタリングされた画像である。これにより、本発明に係るプレノプティック検耳鏡において、スペクトル撮像機能が実現される。ここで示した具体例においては、撮影対象を写した４種類の異なるスペクトル画像、すなわち、赤色の画像、青色の画像、緑色の画像および黄色の画像を抽出することが可能なプレノプティック画像を形成することが可能である。
【００２６】
図５ｂに示す例においては、上述した「主たる撮像システム」から見た当該光フィルタ・モジュールの相対的な位置を平行移動させることにより、検耳鏡に入射した光が透明な開口部として構成された光フィルタを通過するようにしている。このような設定状態は、例えば、「深さを表現する撮像モード」のために使用することが可能である。ここで示した具体例においては、撮影対象に関して３次元的な深さを表現可能な画像を抽出することが可能なプレノプティック画像を形成することが可能である。
【００２７】
この特定の光フィルタ・モジュールは、色彩情報を含む画像生成のためのＲＧＢフィルタに加えて、黄色のフィルタを有しており、その理由は、耳の内部組織の黄色がかった又は琥珀色がかった色彩は何らかの症状を表すものだからであり、このようなフィルタ構成は単なる具体例として示されているだけである。本発明に係る一実施例においては、当該光フィルタ・モジュールは、異なる種類の複数のスペクトル・フィルタを含むことが可能である。当該光フィルタ・モジュール内において、上述した光フィルタ構成とは異なる色彩の組み合わせと２次元レイアウトを有する光フィルタ構成を使用することもまた可能である。そのような光フィルタ構成については、2011年５月４日付けで出願された米国特許出願第１３／０４０８０９号において説明されており、当該米国特許出願の開示内容の全ては参照により本明細書中に組み込まれる。
【００２８】
スペクトル撮像機能は、耳孔内の複数の異なる状態を区別する際の助けになるという点で有益である。耳孔内の複数の異なる状態の中の幾つかは、図１ａ乃至図１ｃおよび表１において示されている。例えば、ＡＯＭ状態における特徴的所見は顕著な赤色を示し、ＯＭＥ状態における特徴的所見は琥珀色を示し、ＮＯＥ状態の所見としては灰色および桃色を示す特徴的所見が含まれる。本発明に係る一実施例においては、当該光フィルタ・モジュールは、耳孔内の複数の異なる状態を互いに区別するために選択される異なる種類の複数のスペクトル・フィルタを含んでいる。そのような光フィルタ・モジュールは図５ａ乃至図５ｂに示されているように、例えば、ＲＧＢ（赤色−緑色−青色）の光フィルタと黄色の光フィルタを含んでいる光フィルタ・モジュールなどである。
【００２９】
図６ａ乃至図６ｃは、幾つかの追加的な光フィルタ・モジュールを図示している。図６ａにおいては、当該光フィルタ・モジュールは、黄色の光フィルタの区画と透明な区画とを有しており、図６ｂにおいては、当該光フィルタ・モジュールは、黄色の光フィルタの区画、琥珀色の光フィルタの区画および透明な区画とを有している。本実施例においては、センサーの配列構造を、（例えば、標準的な「Ｂａｙｅｒ  ＲＧＢパターン」などのような）スペクトル・フィルタ構成に適合させることが可能である。従って、「Ｂａｙｅｒ  ＲＧＢパターン」内の透明な区画領域において図６ａや図６ｂに示される光フィルタ・モジュールが嵌め込まれて使用される場合には、「Ｂａｙｅｒ  ＲＧＢパターン」を使用して色彩情報を含む画像の生成機能を実現することが可能である。図６ａや図６ｂに示される黄色や琥珀色の光フィルタは、ＲＧＢパターンでは抽出されない余分な色彩情報を抽出するために使用することが可能である。これらの光フィルタは、（標準的な「Ｂａｙｅｒ  ＲＧＢパターン」に適合した配列構造を採る）白黒（モノクロ撮影用）の感光センサー配列構造とＲＧＢ（カラー撮影用）の感光センサー配列構造と組み合わせて使用することが可能である。上述した余分な色彩情報（黄色と琥珀色の色彩情報）を使用することにより、耳孔内の複数の異なる状態を区別することが可能となる。
【００３０】
図６ｃに示す光フィルタ構成は、複数の光フィルタから成る配列構造を有している。当該配列構造内の中央列に縦に並んだ３つの光フィルタは、黄色のフィルタ、琥珀色のフィルタおよび第３のスペクトル・フィルタから成る３種類のスペクトル・フィルタを含んでいる。これらのスペクトル・フィルタは、スペクトル画像生成のために使用されることが可能である。当該配列構造内の右上と左上に位置するフィルタは、（例えば、反射光を低減させるための）偏光フィルタである。偏光フィルタは、（例えば、照明光がある程度の偏光度を有する場合などにおいて）照明特性を抽出するのに有益である可能性がある。当該配列構造内の中段の右端と左端のフィルタは、（例えば、深さを考慮した画像の生成において深さ情報を抽出する際に使用される）透明部分である。当該配列構造内の下段の右端と左端のフィルタは、それぞれ異なる減光率を有する２つの減光フィルタであり、例えば、プレノプティック型検耳鏡のダイナミックレンジを増加させるために使用される。
【００３１】
図７ａおよび図７ｂは、本発明に係るプレノプティック型検耳鏡システムを示すと共に、システム設計に際して考慮すべき複数の異なる考慮事項を説明するために以下において使用される概念を紹介している。図７ａは、本発明に係るプレノプティック型検耳鏡システムの典型的な実施例を図示しており、当該実施例は、「主たる撮像システム」と「プレノプティック型センサー部」を含んでいる。当該「主たる撮像システム」は、２つのレンズ群を含んでいる。第１のレンズ群は、検耳鏡の対物部を構成するものであり、第２のレンズ群は、検耳鏡の光中継部を構成するものである。「プレノプティック型センサー部」は微小結像素子が並んだ配列構造３４０と感光センサーが並んだ配列構造３５０とを含んでいる。図７ｂにおいては、微小結像素子の配列構造３４０は、微小レンズが並んだ配列構造として構成され、配列構造内の各微小レンズは、口径、曲率半径、材質および厚みなどのような光学的特性が全て同一となるように揃えられている。本発明に係る一実施例においては、各微小レンズの口径は、１０ミクロン〜１００ミクロンの間となるように選ばれる。
【００３２】
図７ａにおいて図示されるとおり、撮影対象（例えば、耳孔内の鼓膜）は、被写体平面内に位置付けられ、その像は、第１のレンズ群によって第１の中間位置の結像平面（以下の説明では、これを「光中継平面」と呼ぶ）の上に結像され、続いて、第２のレンズ群によって微小レンズの配列構造が配置されている第２の中間位置の結像平面の上に結像される。
【００３３】
数多くの従来型の検耳鏡においては、上述した「主たる撮像システム」による撮影時の拡大倍率は、（図１ａ乃至図１ｃにおいて見られるように）感光センサーの配列構造の上に鼓膜（ＴＭ：Tympanic  Membrane）の全体を結像することが出来るような拡大倍率に設定される。ここで、感光センサーの配列構造の横幅と縦幅をＷとＨと表記し、鼓膜（ＴＭ）の口径をｈと表記するならば、上述した「主たる撮像システム」による撮影時の拡大倍率は、
【数１】
2014138858.tif 000004
によって表され、min(x,y)は、ｘの値とｙの値のうち小さい方の値を返す関数である。
【００３４】
平均的な成人の鼓膜（ＴＭ）の口径は、ｈ＝７ｍｍである。ここでの説明においては、Ｗ＝４．６ｍｍ、Ｈ＝３．７ｍｍとなる１／３“の感光センサー配列構造を例にとって、光学系の設計仕様を定義することにする。このような感光センサー配列構造に関して、上述した「主たる撮像システム」による撮影時の拡大倍率は、Ｍ＝３．７ｍｍ／７ｍｍ＝０．５３と計算される。このような拡大倍率は、従来型の検耳鏡において典型的にみられる拡大倍率である。これに対して、顕微鏡は、典型的には、上述した倍率よりも遥かに大きな拡大倍率（２０倍より大きい拡大倍率）を有し、人物や自然の風景を撮像するための一般消費者向けカメラは、典型的にはこれよりもずっと小さな拡大倍率を有する。
【００３５】
Ｍ１を第１のレンズ群による拡大倍率とし、Ｍ２を第２のレンズ群による拡大倍率とするならば、上述した「主たる撮像システム」による撮影時の全体的な拡大倍率はＭ＝Ｍ１×Ｍ２によって計算される。例示的な目的のために、Ｍ２＝１であると仮定することが可能である。その他のアプローチにおいては、Ｍ２は１以外の任意の適切な数値とすることが可能である。Ｍ２＝１となる例においては、Ｍ１＝Ｍとなる。拡大倍率がＭである「主たる撮像システム」の現在有効なＦ−数であるＮｗの値は、
【数２】
2014138858.tif 000005
と定義され、Ｎは「主たる撮像システム」のＦ−数である（すなわち、Ｎ＝ｆ／Ｄ１であり、Ｄ１は「主たる撮像システム」の光入射口となる瞳孔部分の口径であり、ｆは「主たる撮像システム」の実効的な焦点距離である）。本発明に係る一実施例においては、当該プレノプティック型検耳鏡が具備する「主たる撮像システム」はＦ／８よりも高速な動作が可能である。
【００３６】
当該検耳鏡に関して現在有効な距離値ｚ１とは、撮影対象と第１のレンズ群との間の距離である。鼓膜（ＴＭ）の撮像に関して、現在有効な距離値の典型的な値は２７ｍｍ〜３０ｍｍの間の値である。鼓膜の裏側にある骨は鼓膜の位置から最大で約１５ｍｍ離れた位置にある。その結果、現在有効な距離値は、例えば、２７ｍｍ〜４５ｍｍまでの間の様々な値をとり得ることになる。例示的な目的のために、現在有効な距離値をｚ１＝３０ｍｍと仮定することが可能である。光入射口となる瞳孔部分は、第１のレンズ群に近接した位置にある検耳鏡の細い先端部分に位置しており、当該瞳孔部分は、一般的には、当該検耳鏡先端部分よりも小さい。当該検耳鏡先端部分は、耳孔にピッタリと嵌るようにするために典型的には４ｍｍ〜５ｍｍ程度の口径を有している。今、光入射口となる瞳孔部分の口径が２ｍｍであるとする。すると、第１のレンズ群の実効的な焦点距離は、ｆ＝Ｎ＊Ｄ１＝１０．４ｍｍとなる。第２のレンズ群は、第１のレンズ群からの像を光中継して、微小レンズの配列構造３４０が位置している中間位置の結像平面の上に結像する。プレノプティック画像をキャプチャするために、感光センサーの配列構造３５０は、微小レンズの配列構造３４０の位置よりもさらに後方となる距離ｚ３’の位置に配置されている。
【００３７】
本発明に係る一実施例においては、撮影対象は、第１のレンズ群の過焦点距離の近傍に位置している。過焦点距離とは、当該距離を超えた先において、全ての撮影対象が受容可能な合焦点状態に収まるようになる距離を指して言う。数学的に定義すると、上述した過焦点距離は、以下の数式
【数３】
2014138858.tif 000006
により表現され、上記数式において、ｆは実効的な焦点距離であり、ＮはＦ−数であり、ｃは錯乱円の限界直径である。本実施例の一つの実装形態においては、微小レンズの開口数（対物レンズとしての性能指数）は、上述した「主たる撮像システム」の結像位置における開口数と一致している。この事は、上述した「主たる撮像システム」の現在有効なＦ−数が当該微小レンズのＦ−数と一致することを意味している。上述したような位置関係と構成設定状態においては、視野の深さは一方向においてのみ上限が課されるので、離れた距離にある撮影対象を撮像するのに特に適している可能性がある。
【００３８】
本発明に係る一実施例においては、撮影対象は、第１のレンズ群の光入射口となる瞳孔部分から距離ｚ１だけ離れている位置に置かれている。第１のレンズ群の光出射口となる瞳孔部分と光中継平面との間の距離ｚ２は、以下のレンズ方程式によって決定される。
【数４】
2014138858.tif 000007
上記数式において、ｆ１は、第１のレンズ群の実効的な焦点距離である。
【００３９】
第１のレンズ群と第２のレンズ群との間の関係は、以下の式によって与えられる。
【数５】
2014138858.tif 000008
上記数式において、
【数６】
2014138858.tif 000009
は、第１のレンズ群の光出射口となる瞳孔部分の口径であり、
【数７】
2014138858.tif 000010
は、第２のレンズ群の光入射口となる瞳孔部分の口径であり、
【数８】
2014138858.tif 000011
は、光中継平面と第２のレンズ群の光入射口となる瞳孔部分との間の距離である。第２のレンズ群の光出射口となる瞳孔部分と中間位置にある結像平面との間の距離
【数９】
2014138858.tif 000012
は、以下のレンズ方程式によって決定される。
【数１０】
2014138858.tif 000013
上記数式において、
【数１１】
2014138858.tif 000014
は、第２のレンズ群の実効的な焦点距離である。
【００４０】
微小レンズの配列構造と感光センサーの配列構造との間の距離
【数１２】
2014138858.tif 000015
は、以下の数式を満足するように選ばれる。
【数１３】
2014138858.tif 000016
この時、
【数１４】
2014138858.tif 000017
は、微小レンズにより構成されるサブシステムの拡大倍率を表し、（図７ｂに示したとおり）Ｄ２は微小レンズの口径を表し、
【数１５】
2014138858.tif 000018
【００４１】
本発明に係る一実施例においては、図７ａに描かれているように、光フィルタ・モジュール４１０は、第２のレンズ群の開口部に挿入される。光フィルタ・モジュール４１０は、２次元のｘ−ｙ座標平面に沿って平行移動することが可能となるような態様で、その位置を調節することが可能であり、当該ｘ−ｙ座標平面は、第２のレンズ群の光軸であるｚ軸に対して垂直となる平面である。説明を明確にするために、座標系の全体が図７ａにおいてさらに図示されている。加えて、第２のレンズ群は、光フィルタ・モジュール４１０の前面と背面に取り付けられた絞り機構／シャッター機構を有することが可能である。このような機構は、絞り機構／シャッター機構を、より大きく開いたり、より小さく閉じたりして、開口部の直径を調節することを可能にする。
【００４２】
「深さを表現する撮像モード」と「スペクトル撮像モード」との間での動作モードの切り替えは、「主たる撮像システム」について視野の深さを変える（さらには、光フィルタを変更する）ことにより、実現することが可能である。上述した視野の深さを変える一つの方法は、開口部の大きさを調節することである。例えば、開口部がより大きくなるほど、視野の深さはより短距離となり、深さの解像度がより細かくなることにより、深さを表現する撮像機能にとって有利に働く。他方、開口部がより小さくなるほど、視野の深さをより長距離となり、「深さを表現する撮像動作」にとっては不適切となる反面、「スペクトル撮像動作」を使用するためにはむしろ適切な状態となる。
【００４３】
本発明に係る一実施例においては、「深さを表現する撮像モード」と「スペクトル撮像モード」との間での動作モードの切り替えは、第２のレンズ群の開口部が位置する平面の上にある絞り機構／シャッター機構を、より大きく開いたり、より小さく閉じたりする操作を含んでいる。以下において、２つの例示的な構成設定が与えられる。第１の構成設定においては、実効的な焦点距離はｆ＝１０ｍｍであり、錯乱円の直径は、ｃ＝０．０１９ｍｍであり、開口部は大きく開いた状態とされ、その結果、Ｆ−数を小さくし（例えば、Ｆ／５）、視野の深さを短くする（例えば、２ｍｍより短い深さ）ことが可能となる。この構成設定は、「深さを表現する撮像機能」を使用する用途にとって適切であり、また場合によっては、深さを表現する撮像とスペクトル撮像とを組み合わせた撮像動作にも適している可能性がある。第２の構成設定においては、実効的な焦点距離はｆ＝１０ｍｍであり、錯乱円の直径は、ｃ＝０．０１９ｍｍであり、開口部は目一杯に小さく絞られた状態とされ、その結果、Ｆ−数を大きくし（例えば、Ｆ／１６）、視野の深さを長くする（例えば、３．５ｍｍより長い深さ）ことが可能となる。この構成設定は、スペクトル撮像動作にのみ適している可能性がある。
【００４４】
「深さを表現する撮像モード」と「スペクトル撮像モード」との間での動作モードの切り替えは、「主たる撮像システム」について焦点を変更することによってもまた実現することが可能である。このような焦点の変更は、焦点調節機構によって成される。このような焦点調節機構（例えば、焦点調節用の可動リング部）は、「主たる撮像システム」の内部においてレンズの位置を移動させたり、プレノプティック型サンサー部の位置を移動させたりすることが可能であり、その結果、異なる様々な距離に位置している複数の撮影対象は、微小レンズの配列構造が配置された結像平面（例えば、中間位置にある結像平面）の上において焦点を合わされることが可能となる。本実施例に係る一つのアプローチにおいては、焦点調節機構は、鼓膜（ＴＭ）から手前方向に４ｍｍ〜５ｍｍ離れた位置と鼓膜（ＴＭ）から奥に向かって最大で１５ｍｍ離れた位置との間の領域部分の像が、微小レンズ配列構造の平面上に焦点が合った状態で結像されるように調節される。これにより、複数の異なる着目領域部分においてスペクトル撮像動作、深さを表現する撮像動作またはこれら２つの撮像動作の組み合わせが可能となる。例えば、（耳孔内の複数の異なる状態の全てを漏れなく区別すること等を目的として）鼓膜（ＴＭ）の近傍に位置する領域部分に関して「深さを表現する撮像」と「スペクトル撮像」の両方を実行可能とすることが望ましい可能性がある反面、他の領域部分に関してはスペクトル撮像だけを行えば充分である場合もあり得る。焦点を調節することにより、耳孔の内部において、どの領域部分がより多くの注目を集めるべきであるか（つまり、どの領域部分からより重点的に画像化情報を収集すべきであるか）を選択することが可能となる。例えば、鼓膜（ＴＭ）の近傍位置においては、３次元の深さを表現可能な情報として撮像により得られる情報量を増加させるために、細かいステップ・サイズで焦点を調節することが可能である一方で、耳孔内のその他の領域部分においては、粗いステップ・サイズで焦点を調節することが可能である。
【００４５】
本発明に係る一実施例においては、「主たる撮像システム」についての視野の深さが５ｍｍよりも長い場合には、本発明に係るプレノプティック型検耳鏡は、「スペクトル撮像モード」に設定されている。例えば、鼓膜（ＴＭ）とその背後にある骨の像を、微小レンズ配列構造の平面上に焦点が合わされた状態で撮像する際などに、このような構成は有益である。これとは反対に、「主たる撮像システム」についての視野の深さが５ｍｍよりも短い場合には、本発明に係るプレノプティック型検耳鏡は、「深さを表現する撮像モード」に設定されている。この動作モードにおいては、例えば、鼓膜（ＴＭ）の背後にある骨や鼓膜（ＴＭ）の手前にある耳孔の狭隘部に焦点を合わせることにより、鼓膜（ＴＭ）の深さ位置を推定することが可能である。
【００４６】
図８ａおよび図８ｂは、「深さを表現する撮像モード」に設定されたプレノプティック型検耳鏡について、Adelson/Wangモデルを使用した深さ推定に関するシミュレーション結果を示している。当該シミュレーション結果を表すグラフのｘ軸は撮影対象までの距離ｚ１をミリメートル単位で示している。ｙ軸は、撮影対象が位置する点に関する深さ解像度をAdelson/Wangモデルを使用して計算した結果を示す。グラフ内に示された曲線の各々は、光軸の上と下にそれぞれ位置し、等しい距離にある２つのレンズレットから成る一対に対応している。各曲線上の各点は、上述した一対のレンズレットの奥にある感光センサーが位置する所与の点位置から撮影対象の深さ位置を算出する際に達成された深さ解像度に対応している。図中において、各曲線は、感光センサーが位置する２５箇所の点位置（一対のレンズレットのうちの上側にあるレンズレットの上半分および下側にあるレンズレットの下半分に含まれる２５箇所）について計算されている。２ミクロンの画素サイズに対して各レンズレットの口径を１００ミクロンとしているので、画素位置の個数は、１００／（２×２）となる。上述した２つのレンズレット内のセンサー位置の対は、撮影対象を関する２種類の異なるビューに対応する。図８ｂは、光軸の直上と直下にある２つのレンズレットから成る第１の対の奥にあるセンサーの点位置１〜６から、０．５ｍｍに等しい深さ解像度の下で撮影対象の深さ位置を３０ｍｍと算出することが可能であることを示している。このシミュレーションで使用されたプレノプティック型検耳鏡のパラメータ設定は以下のとおりである。すなわち、ｆ＝１０ｍｍ、Ｆ／８、ｚ１＝４５ｍｍ（これは、鼓膜の背後にある骨の遠方端に焦点が合う設定である）、センサーの画素サイズ＝２μｍ、各微小レンズの口径Ｄ２＝１００μｍと設定している。鼓膜（ＴＭ）は、大まかに言ってｚ１＝３０ｍｍとなる位置にある。腫れて膨らんだ状態の鼓膜（ＴＭ）は、ｚ１＝２７ｍｍからｚ１＝３０ｍｍまでの間の位置にあるように見える。鼓膜（ＴＭ）が位置する場所（すなわち、ｚ１＝３０ｍｍとなる位置）の周辺領域での深さ解像度は、約０．５ｍｍとなることが予測される。
【００４７】
各微小レンズの口径は、現在有効な距離値が３０ｍｍである場合の深さ推定に関して、少なくとも２対のビューが利用可能となるように選ばれる。深さ推定の推定結果は、プレノプティック技術により得られたデータが表す６個前後の異なるビューの対から計算することが可能である。図８ｂは図８ａの拡大図であり、鼓膜（ＴＭ）の深さ計測に適している６対のビューを示している（図８ｂにおいて円で囲って示した）。
【００４８】
プレノプティック型検耳鏡内にはビュー・ファインダーをさらに含めることが可能であり、それにより検査者は、耳孔内の画像のキャプチャ時に当該検耳鏡のビュー・ファインダーを通して画像を事前に見ることが可能となる。光線の伝搬経路を分割して像をプレノプティック型センサー部とビュー・ファインダーの両方に導くために、ビーム分光器や単一のレンズ・リフレクタを使用することが可能である。例えば、ビーム分光器または単一のレンズ・リフレクタの何れか一方は、検耳鏡内部の第１のレンズ群と第２のレンズ群との間にある光中継平面の位置に挿入されることが可能であり、これにより、医療専門家が鼓膜を観察しながら、同一の検耳鏡内に設けられた感光センサー配列構造を使用して鼓膜のプレノプティック画像をキャプチャすることが可能となる。
【００４９】
本発明に係るその他の実施例においては、プレノプティック型検耳鏡システムは、数種類の取り外し可能な先端部から成る組を含んでいる。取り外し可能な先端部の各々は、異なる種類の光フィルタ・モジュールを含んでいる。光フィルタ・モジュールの各々は、それぞれ異なる目的のために使用することが可能である。例えば、一つの光フィルタ・モジュールは、スペクトル撮像動作のために使用され、他方、別の種類の光フィルタ・モジュールは、深さを表現する撮像動作のために使用することが可能である。これらの取り外し可能な先端部は、別の種類のものに交換して使用することが可能であり、交換可能な先端部とも呼ばれる。当該取り外し可能な先端部が当該検耳鏡に取り付けられると、当該先端部に含まれている光フィルタ・モジュールが、述した「主たる撮像システム」の光入射口となる瞳孔部分に配置される。
【００５０】
本明細書において説明されたプレノプティック型検耳鏡は、最初からプレノプティック型の医療機器として設計され、製造されることが可能である。代替的に、従来と同様の既存の検耳鏡を改造してプレノプティック型の検耳鏡とすることも可能である。本発明に係る一実施例においては、市販のプレノプティック改造キットを使用して、従来と同様のデジタル式検耳鏡をプレノプティック型検耳鏡に改造することが可能である。上述した改造キットは、微小結像素子の配列構造と感光センサーの配列構造を具備したプレノプティック型センサー部を含んでいる。従来と同様のデジタル式検耳鏡は、従来と同様の感光センサーを装備している。上述した改造キットを使用した改造作業においては、従来と同様の感光センサーは、上述したプレノプティック型センサー部と置き換えられ、その結果、微小結像素子の配列構造（例えば、微小レンズの配列構造またはピン・ホール（針穴）の配列構造）がが当該デジタル式検耳鏡の結像平面の位置に配置されることとなる。例えば、微小結像素子の配列構造は、従来と同様の感光センサーが以前に配置されていた平面上の位置に新たに配置されることが可能である。
【００５１】
＜本発明に係る第２の実施形態＞
図９は、本発明に係るプレノプティック型検耳鏡の内部を通る光の流れを表す線を示す図である。対物レンズとして機能する複レンズと焦点調節機能を有する光学系によって耳孔の内部を写した従来と同様の画像が形成される。プレノプティック型センサー部（レンズレットが並んだ配列構造と撮像用の感光センサーが並んだ配列構造を組み合わせたもの）は、当該レンズレット配列構造が従来と同様の結像平面上に位置するように配置される。続いて、撮像用の感光センサーが耳孔の内部のプレノプティック画像をキャプチャする。続いて、計算処理モジュールは、当該キャプチャされた画像を画像処理して３次元画像データを生成する。
【００５２】
スペクトル撮像動作は、図１０ａ乃至図１０ｃに示すようにプレノプティック型検耳鏡の瞳孔平面位置に光フィルタ・モジュールを配置することにより実現される。図１０ａにおいて、当該光フィルタ・モジュールは、焦点調節機能を有する光学系とプレノプティック型センサー部との間の開口部に配置される。図１０ｂにおいては、当該光フィルタ・モジュールは、光入射口となる瞳孔部分の位置に配置される。図１０ｃにおいては、当該光フィルタ・モジュールは、焦点調節される複レンズを置き換える一対のレンズの間に配置される。
【００５３】
「深さを表現する撮像動作」と「スペクトル撮像動作」との間で検耳鏡の動作を切り替えるために、当該光フィルタ・モジュールは、撮影対象から反射された光ビームが当該光フィルタ・モジュールに到達する位置から、システム内の全ての開口部が透明である位置へと平面内を平行移動したり、あるいは元の位置に戻ったりする。これは例えば、図５に示すような光フィルタ・モジュールの２次元的なレイアウト構成によって実現され、当該レイアウト構成を有する光フィルタ・モジュールは、開口部／瞳孔平面内を平行移動させられることにより、スペクトル・フィルタと透明な開口部とが切り替えられる。図５内の黒い線で描いた円は、検耳鏡の内部を伝搬してきた光が通過する領域部分である。図５ａにおいて、光線はスペクトル・フィルタを通過するので、スペクトル撮像動作が実現される。図５ｂにおいては、光線が透明な開口部分を通過するように光フィルタ・モジュールが平行移動させられるので、スペクトル撮像動作は無効化される。耳孔内部の黄色がかった又は琥珀色がかった組織は何らかの症状を表すものなので、この特定の光フィルタ・モジュールは、色彩情報を含む画像化のためにＲＧＢスペクトル・フィルタを有するのに加えて、黄色のスペクトル・フィルタを有している。
【００５４】
プレノプティック型検耳鏡内にはビュー・ファインダーをさらに含めることが可能であり、それにより検査者は、耳孔内の画像のキャプチャ時に当該検耳鏡のビュー・ファインダーを通して画像を事前に見ることが可能となる。従来型の検耳鏡の場合と同様に、光線の伝搬経路を分割して像をプレノプティック型センサー部とビュー・ファインダーの両方に導くために、ビーム分光器や単一のレンズ・リフレクタを使用することが可能である。
【００５５】
本明細書において説明されたプレノプティック型検耳鏡は、最初からプレノプティック型の医療機器として設計され、製造されることが可能である。代替的に、従来と同様の既存の検耳鏡を改造してプレノプティック型の検耳鏡とすることも可能である。
【００５６】
本発明に係るプレノプティック型検耳鏡内に含めることが可能なその他の特徴的構成要素には、以下のものが含まれ得る。これらは、（従来のものと同様の先端部を含む）機器本体の頭部、機器本体内部において画像を形成する機能を有する機器本体内部の光学系、画像が結像される平面上に位置するレンズレットの配列構造、レンズレット配列構造の背後の合焦点平面に近接した位置に有るセンサー部、標準的な白色光照明、コンピュータ機能ユニット内部のデジタル信号処理部、光学系の瞳孔平面上に位置する光ファイバー・モジュール光フィルタ・モジュールを平面内で平行移動させるたり、光フィルタをオン／オフ切り替えしたりするための位置調節機能部、および光学的な焦点調節機構（いくつかのデジタル式検耳鏡は、リング型の焦点調節用可動部を有しており、焦点を変更することにより、スペクトル撮像機能や３次元撮像機能に関して異なるタイプの画像処理を実現することができる）などを含む。
【００５７】
本明細書中の発明の詳細な説明は数多くの具体的な詳細内容を含んでいるが、これらは本発明の技術的範囲を限定する意味に解釈されるべきではなく、本発明の複数の異なる実例や実施態様を単に例示するために記載されていると解釈されるべきである。当該技術分野における当業者であれば、本発明の技術的範囲には、本明細書中の上記説明において検討されていないその他の実施例が含まれ得ることが理解できよう。本発明の実施例に関して、当該技術分野の当業者にとって自明であるその他の変形実施例や修正実施例は、本明細書に添付した請求項記載の発明の技術思想と技術的範囲から逸脱することなしに、本明細書中に開示された本発明に係る方法や装置の構成、動作手順および詳細内容において実施可能なものである。従って、本発明の技術的範囲は、本明細書に添付した請求項に記載された発明とその法律上の均等物によって規定される。
【図１】
2014138858.tif 000019
【図４ａ】
2014138858.tif 000020
【図４ｂ】
2014138858.tif 000021
【図４ｃ】
2014138858.tif 000022
【図５】
2014138858.tif 000023
【図６】
2014138858.tif 000024
【図７ａ】
2014138858.tif 000025
【図７ｂ】
2014138858.tif 000026
【図８】
2014138858.tif 000027
【図９】
2014138858.tif 000028
【図１０】
2014138858.tif 000029
【図２】
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【図３】
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