(57)【要約】観察者に立体画像を提供するための装置であって、装置は、立体映像システムを備え、立体映像システムは、光景の第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２画像センサーと、観察者の第１の目に第１画像を表示すると共に観察者の第２の目に第２画像を表示するディスプレイシステムと、第１及び第２画像間の視差を調整するための視差調整手段とを備える。観察者に立体画像を提供するための方法であって、方法は、光景の第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２画像センサーと、観察者の第１の目に第１画像を表示すると共に観察者の第２の目に第２画像を表示するディスプレイシステムと、第１及び第２画像間の視差を調整するための視差調整手段とを備える立体映像システムを提供することを備える。【選択図】図８
2013521941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察者に立体画像を表示するための装置であって、
内視鏡と、
内視鏡に光学的に接続された立体映像カメラと、を備え、
立体映像カメラは、
内視鏡からの光景の第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２光学チャンネルと、
第１及び第２光学チャンネルからの第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２画像センサーであって、軸線に沿って配置される第１及び第２画像センサーと、
第１及び第２画像センサーによって取得された及びディスプレイ上に提供された立体画像の視差を調整するための視差調整手段と、を備える。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
視差調整手段は、軸線に沿って第１及び第２画像センサーの少なくとも一つを物理的に移動するためのセンサー移動手段を備える、装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
第１及び第２光学チャンネルは、第１及び第２焦点ポイントをそれぞれ備え、
装置は、
第１及び第２焦点ポイントの配置を調整するためのフォーカス手段を備え、
センサー移動手段は、
フォーカス手段と関連して動作するように構成される、装置。
【請求項４】
請求項２記載の装置において、
第１及び第２光学チャンネルは、第１及び第２焦点ポイントをそれぞれ備え、
装置は、
第１及び第２焦点ポイントの配置を調整するためのフォーカス手段を備え、
センサー移動手段は、
フォーカス手段と別個に動作するように構成される、装置。
【請求項５】
請求項２記載の装置において、
センサー移動手段は、少なくとも一つのカム及び少なくとも一つのカム従動節を備える、装置。
【請求項６】
請求項２記載の装置において、
センサー移動手段は、少なくとも一つのモーターを備える、装置。
【請求項７】
請求項２記載の装置において、
センサー移動手段は、軸線に沿って第１及び第２画像センサーの両方を物理的に動かすように構成される、装置。
【請求項８】
請求項１記載の装置において、
第１及び第２画像センサーの各々は、平面を画定し、
第１及び第２画像センサーの平面は、軸線に沿って整合される、装置。
【請求項９】
請求項１記載の装置において、
第１及び第２画像センサーの各々は、平面を画定し、
第１及び第２画像センサーの少なくとも一つの平面は、軸線に対して鋭角に配置される、装置。
【請求項１０】
請求項１記載の装置において、
第１及び第２光学チャンネルは、少なくとも一つの光学要素を各々備え、
視差調整手段は、第１及び第２光学チャンネルの少なくとも一つの光学要素物理的に移動するための光学要素移動手段を備える、装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の装置において、
第１及び第２光学チャンネルは、第１及び第２焦点ポイントをそれぞれ備え、
装置は、第１及び第２焦点ポイントの配置を調整するための焦点手段を備え、
光学要素移動手段は、焦点手段と関連して動作するように構成される、装置。
【請求項１２】
請求項１０記載の装置において、
第１及び第２光学チャンネルは、第１及び第２焦点ポイントをそれぞれ備え、
装置は、第１及び第２焦点ポイントの配置を調整するための焦点手段を備え、
光学要素移動手段は、焦点手段と別個に動作するように構成される、装置。
【請求項１３】
請求項１０記載の装置において、
光学要素移動手段は、少なくとも一つのカム及び少なくとも一つのカム従動節を備える、装置。
【請求項１４】
請求項１０記載の装置において、
光学要素移動手段は、少なくとも一つのモーターを備える、装置。
【請求項１５】
請求項１０記載の装置において、
光学要素移動手段は、第１及び第２光学チャンネルの各々の少なくとも一つの光学要素を物理的に動かすように構成される、装置。
【請求項１６】
請求項１記載の装置において、
装置は、更に、
予め決められた位置関係に従ってディスプレイに第１及び第２画像センサーによって取得された第１及び第２画像をマッピングするためのマッピング手段を備え、
視差調整手段は、マッピング手段が第１及び第２画像をディスプレイにマップする方法で変更するように構成される、装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の装置において、
視差調整手段は、マッピング手段が第１及び第２画像をディスプレイにマップするときに、第１及び第２画像の少なくとも一つを横方向にシフトさせるように構成される、装置。
【請求項１８】
請求項１６記載の装置において、
視差調整手段は、マッピング手段がディスプレイに第１及び第２画像センサーによって取得された第１及び第２画像の一部分だけを表示させるように構成される、装置。
【請求項１９】
請求項１８記載の装置において、
第１及び第２光学チャンネルは、第１及び第２焦点ポイントをそれぞれ備え、
装置は、第１及び第２焦点ポイントの配置を調整するための焦点手段を備え、
視差調整手段は、焦点手段と関連して動作するように構成される、装置。
【請求項２０】
請求項１８記載の装置において、
第１及び第２光学チャンネルは、第１及び第２焦点ポイントをそれぞれ備え、
装置は、第１及び第２焦点ポイントの配置を調整するための焦点手段を備え、
視差調整手段は、焦点手段と別個に動作するように構成される、装置。
【請求項２１】
請求項１６記載の装置において、
視差調整手段は、第１及び第２画像の関心領域内にある視差値を決定し、次に、選択された基準に従って視差を調整するように構成される、装置。
【請求項２２】
請求項２１記載の装置において、
視差調整手段は、最大負の値まで関心領域内に視差を制限するように構成される、装置。
【請求項２３】
請求項２１記載の装置において、
視差調整手段は、最大正の値まで関心領域内に視差を制限するように構成される、装置。
【請求項２４】
請求項２１記載の装置において、
視差調整手段は、ディスプレイの選択された部分に対してゼロに視差を調整するように構成される、装置。
【請求項２５】
請求項２４記載の装置において、
ディスプレイの選択された部分は、ディスプレイの中央部分である、装置。
【請求項２６】
請求項２１記載の装置において、
視差調整手段は、装置の焦点距離とディスプレイの両眼共同運動距離との関係が選択された領域内にあるように、視差を調整するように構成される、装置。
【請求項２７】
請求項２１記載の装置において、
選択された基準は、ディスプレイからの観察者の距離、ディスプレイのサイズ、及び光学システムの立体ベースの少なくとも一つを考慮する、装置。
【請求項２８】
請求項２１記載の装置において、
視差調整手段は、
装置の焦点距離とディスプレイの両眼共同運動距離との関係が選択された領域内にある場合に、ディスプレイの選択された一部分に対してゼロに視差を調整するように構成され、そうでなければ、
視差調整手段は、装置の焦点距離とディスプレイの両眼共同運動距離との関係が選択された領域内にあるように、視差を調整するように構成される、装置。
【請求項２９】
請求項２１記載の装置において、
選択された基準は、観察に先立って確立される、装置。
【請求項３０】
請求項２１記載の装置において、
選択された基準は、観察者によって観察時に確立される、装置。
【請求項３１】
観察者に立体画像を提供するための装置であって、
装置は、
立体映像カメラを備え、
立体映像カメラは、
光景の第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２光学チャンネルと、
第１及び第２光学チャンネルからの第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２画像センサーであって、軸線に沿って配置される第１及び第２画像センサーと、
第１及び第２画像センサーによって取得された及びディスプレイ上に提供された立体画像の視差を調整するための視差調整手段と、を備え、
第１及び第２光学チャンネルは、第１及び第２焦点ポイントをそれぞれ備え、
装置は、第１及び第２焦点ポイントの配置を調整するための焦点手段を備え、視差調整手段は、焦点手段を別個に作動するように構成される、装置。
【請求項３２】
請求項３１記載の装置において、
装置は、更に内視鏡を備え、
内視鏡は、立体映像カメラに光学的に接続される、装置。
【請求項３３】
観察者に立体画像を提供するための装置であって、
装置は、
立体映像カメラは、
光景の第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２光学チャンネルと、
第１及び第２光学チャンネルからの第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２画像センサーであって、軸線に沿って配置される第１及び第２画像センサーと、
第１及び第２画像センサーによって取得された及びディスプレイ上に提供された立体画像の視差を調整するための視差調整手段と、を備え、
第１及び第２光学チャンネルは、各々、少なくとも一つの光学コンポーネントを備え、
視差調整手段は、第１及び第２光学チャンネルの少なくとも一つの光学コンポーネントの少なくとも一つを物理的に移動するための光学コンポーネント移動手段を備える、装置。
【請求項３４】
請求項３３記載の装置において、
装置は、更に内視鏡を備え、
内視鏡は、立体映像カメラに光学的に接続される、装置。
【請求項３５】
観察者に立体画像を提供するための装置であって、
装置は、
立体映像カメラは、
光景の第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２光学チャンネルと、
第１及び第２光学チャンネルからの第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２画像センサーであって、軸線に沿って配置される第１及び第２画像センサーと、
第１及び第２画像センサーによって取得された及びディスプレイ上に提供された立体画像の視差を調整するための視差調整手段と、を備え、
装置は、予め決められた位置関係に従ってディスプレイに第１及び第２画像センサーによって取得された第１及び第２画像をマッピングするためのマッピング手段を更に備え、
視差調整手段は、マッピング手段が第１及び第２画像をディスプレイにマップする方法で変更するように構成される、装置。
【請求項３６】
請求項３５記載の装置において、
視差調整手段は、マッピング手段が第１及び第２画像をディスプレイにマップするときに、第１及び第２画像の少なくとも一つを横方向にシフトさせるように構成される、装置。
【請求項３７】
請求項３５記載の装置において、
装置は、更に内視鏡を備え、
内視鏡は、立体映像カメラに光学的に接続される、装置。
【請求項３８】
観察者に立体画像を提供するための方法であって、
方法は、
内視鏡と、内視鏡に光学的に接続された立体映像カメラとを提供するステップを備え、
立体映像カメラは、
内視鏡からの光景の第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２光学チャンネルと、
第１及び第２光学チャンネルからの第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２画像センサーであって、軸線に沿って配置される第１及び第２画像センサーと、
第１及び第２画像センサーによって取得された及びディスプレイ上に提供された立体画像の視差を調整するための視差調整手段と、を備え、
方法は、更に、
観察者に立体画像を提供するように内視鏡及び立体映像カメラを作動させるステップを備え、視差が調整される、方法。
【請求項３９】
請求項３８記載の方法において、
第１及び第２光学チャンネルは、第１及び第２焦点ポイントをそれぞれ備え、
装置は、第１及び第２焦点ポイントの配置を調整するための焦点手段を備え、
視差調整手段は、焦点手段と関連して動作するように構成される、方法。
【請求項４０】
観察者に立体画像を提供するための方法であって、
方法は、
立体映像カメラを提供するステップを備え、
立体映像カメラは、
光景の第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２光学チャンネルと、
第１及び第２光学チャンネルからの第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２画像センサーであって、軸線に沿って配置される第１及び第２画像センサーと、
第１及び第２画像センサーによって取得された及びディスプレイ上に提供された立体画像の視差を調整するための視差調整手段と、を備え、
第１及び第２光学チャンネルは、第１及び第２焦点ポイントをそれぞれ備え、
装置は、第１及び第２焦点ポイントの配置を調整するための焦点手段を備え、視差調整手段は、焦点手段を別個に作動するように構成され、
方法は、更に、
観察者に立体画像を提供するように内視鏡及び立体映像カメラを作動させるステップを備え、視差が調整される、方法。
【請求項４１】
観察者に立体画像を提供するための方法であって、
方法は、
立体映像カメラを提供するステップを備え、
立体映像カメラは、
光景の第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２光学チャンネルと、
第１及び第２光学チャンネルからの第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２画像センサーであって、軸線に沿って配置される第１及び第２画像センサーと、
第１及び第２画像センサーによって取得された及びディスプレイ上に提供された立体画像の視差を調整するための視差調整手段と、を備え、
第１及び第２光学チャンネルは、各々、少なくとも一つの光学コンポーネントを備え、
視差調整手段は、第１及び第２光学チャンネルの少なくとも一つの光学コンポーネントを物理的に移動するための光学コンポーネント移動手段を備え、
方法は、更に、
観察者に立体画像を提供するように内視鏡及び立体映像カメラを作動させるステップを備え、視差が調整される、方法。
【請求項４２】
観察者に立体画像を提供するための方法であって、
方法は、
立体映像カメラを提供するステップを備え、
立体映像カメラは、
光景の第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２光学チャンネルと、
第１及び第２光学チャンネルからの第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２画像センサーであって、軸線に沿って配置される第１及び第２画像センサーと、
第１及び第２画像センサーによって取得された及びディスプレイ上に提供された立体画像の視差を調整するための視差調整手段と、を備え、
装置は、予め決められた位置関係に従ってディスプレイに第１及び第２画像センサーによって取得された第１及び第２画像をマッピングするためのマッピング手段を更に備え、
視差調整手段は、マッピング手段が第１及び第２画像をディスプレイにマップする方法で変更するように構成され、
方法は、更に、
観察者に立体画像を提供するように内視鏡及び立体映像カメラを作動させるステップを備え、視差が調整される、方法。
【請求項４３】
観察者に立体画像を提供するための装置が提供され、その装置は、
立体映像カメラを備え、
立体映像カメラは、
第１及び第２光学チャンネルからの第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２画像センサーと、
観察者の第１の目に第１画像を表示すると共に観察者の第２の目に第２画像を表示するためのディスプレイシステムと、
第１画像と第２画像との間の視差を調整するための視差調整手段と、を備える、装置。
【請求項４４】
観察者に立体画像を提供するための方法であって、
方法は、
立体映像カメラを提供するステップを備え、
立体映像カメラは、
第１及び第２光学チャンネルからの第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２画像センサーと、
観察者の第１の目に第１画像を表示すると共に観察者の第２の目に第２画像を表示するためのディスプレイシステムと、
第１画像と第２画像との間の視差を調整するための視差調整手段と、を備え、
方法は、更に、
観察者に立体画像を提供するように内視鏡及び立体映像カメラを作動させるステップを備え、視差が調整される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明者
Ｙｕｒｉ  Ｋａｚａｋｅｖｉｃｈ
Ｊｏｈｎ  Ｅ．  Ｋｅｎｎｅｄｙ
【０００２】
継続中の先の特許出願の参照
本出願は、立体的可視化システムと題されたＹｕｒｉ  Ｋａｚａｋｅｖｉｃｈ及びＪｏｈｎ  Ｅ．  Ｋｅｎｎｅｄｙによって２０１０年３月１２日に出願された継続中の先の米国仮特許出願第６１／３１３２２０号（代理人の整理番号Ｎｏ．ＶＩＫＩＮＧ−２  ＰＲＯＶ）の利益を主張し、その特許出願は、これによって本明細書中に参照により組み込まれる。
【０００３】
発明の分野
本発明は、概ね、可視化システムに関し、より具体的には、立体的可視化システムに関する。
【背景技術】
【０００４】
立体テレビ映像と関連した主要な問題の一つは、観察者の二つの眼の間の人間の目の順応と両眼共同運動との間の通常の相関関係の分裂である。特に、通常の視覚経験では、人間の目は、観察の対象物に適応され（すなわち、焦点を合わされ）、同時に、二つの眼は、同じ対象物に集中される。従って、観察の対象物は、視差がない状態で二つの網膜の対応する領域に投影される。観察の対象物の前にある全ての対象物は、視差を交差し、“近い”として検知され、観察の対象物の後ろにある全ての対象物は、視差を交差せず、“遠く離れている”として検知される。
【０００５】
しかしながら、目の焦点とそれらの収束との間のこの相関関係は、通常の立体映像アプリケーションで分断される。この場合、対象物の左右の表現は、通常の視覚経験に対する空間の任意の空間とは対照的に、モニターの表面上に物理的に配置される。そのため、最良な焦点を得るためには、目は、モニター上で光学的に焦点を当てる必要がある。しかしながら、二つの眼の両眼共同運動は、モニター上の左右の画像間に発生された視差によって決定され、一般的に、モニター面で最良な焦点のための目の順応に対応しない。一般的な立体シナリオを示す図１を参照すると、焦点距離と両眼共同運動距離との間の通常の対応で屈曲がある。目の焦点と収束の間の相関関係のこの分断は、観察者の精疲労や疲れを引き起こす。図２を参照すると、焦点距離と両眼共同運動距離との関係が、観察者がそれらの“快適なゾーン”（すなわち、いわゆる“パーシバルの快適なゾーン”）に残存させる目的で、特定の範囲内にとどまるべきかを示す。
【０００６】
上述の問題は、立体映像システムが長時間にわたって観察精度のために使用することができる医療（例えば、内視鏡）のアプリケーションでは特に重要になる。これに限定しないがさらなる例として、外科的な例は、２時間以上持続することは珍しくはなく、一般的に、外科医は、毎日少なくともいくつかのケースを実行する。そのような医療アプリケーションの重要な性質のために、奥行感覚の利点の全てを維持しながら、使用者の疲労を最小限に抑えると共に、快適な可視化を提供することが重要である。
【０００７】
図３は、典型的なデュアルチャンネルステレオカメラ５の第１次光学レイアウトを示す。デュアルチャンネルステレオカメラ５は、概ね、左イメージセンサー１０Ｌ及び右イメージセンサー１０Ｒ（例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサー）と、（単に図示の目的の明確のために各光学チャンネルに対して二つの単一レンズとして図３に概略的に示された）左チャンネル光学システム２０Ｌ及び右チャンネル光学システム２０Ｒを備える光学システム１５とを備える。当技術分野でよく知られているように、図４を参照すると、デュアルチャンネルステレオカメラ５は、内視鏡２１に結合されることを意図されており、イメージセンサー１０Ｌ、１０Ｒによって生成された信号は、処理のための適当な電子システム２２（電子システム２２は、ステレオカメラ５内に含まれることができる）に転送され、それから、処理された信号は、左イメージセンサー１０Ｌ及び右イメージセンサー１０Ｒによって捕らえられた左イメージ及び右イメージを表示する又は記録するように構成された適当なステレオディスプレイ２３又は記録デバイスに転送される。このディスプレイデバイス２３は、当技術分野でよく知られている種類の３Ｄモニター、ヘッドマウントディスプレイ、又は、左イメージ及び右イメージを観察者の適切な眼に提供することができるあらゆる他のディスプレイデバイスにすることができる。
【０００８】
図３において、Ｐ１及びＰ２は、左右チャンネル光学システム２０Ｌ、２０Ｒの第１及び第２主要な面であり、第１次近似では、左右チャンネル光学システム２０Ｌ、２０Ｒは、同じであるとみなされ、それらに対応する主要な平面は、一致し、Ｏは、デュアルチャンネルステレオカメラ５の中心軸であり、ＯＬ及びＯＲは、それぞれ、左右チャンネル光学システム２０Ｌ、２０Ｒの光軸であり、ｆは、デュアルチャンネルステレオカメラ５の有効焦点距離であり、ｓ及びｓ’は、対象物及び対応する主平面に対するそのイメージからの距離であり、光学分野で一般的に受け入れられた符号規約によって、主平面から左に測定された距離は、負であるとみなされ、主平面から右に測定された距離は、正であるとみなされ、従って、図３において、距離ｓは、負であるとみなされるのに対し、距離ｓ’は正であるみなされ、Ｆは、デュアルチャンネルステレオカメラ５の背面焦点であり、ｘ’は、焦点Ｆから像面までの距離であり、Ｃは、収束点（下記参照）であり、ｈは、中心軸Ｏと、右チャンネル光学システム２０Ｒの光軸との間の距離であり、符号規約によって、光軸の下で測定された高さは、負であるとみなされるのに対し、光軸の上で測定された高さは、正であるとみなされ、ｈ’は、収束点に対するイメージの高さである。
【０００９】
典型的に、デュアルチャンネルステレオカメラは、対象空間における収束の特定のポイントのために整列される。その整列は、目の“水平面”、すなわち図３の線２５によって表された“水平面”においてイメージセンサー１０Ｌ、１０Ｒをオフセットすることにより達成される。センサー１０Ｌ、１０Ｒの中心は、左右チャンネル光学システム２０Ｌ、２０Ｒの光軸ＯＬ、ＯＲから水平方向にオフセットされることが図３からわかることができ、収束点は、各対応するセンサーの中心に結像される。このような構成により、収束点は、ディスプレイデバイス上にゼロ視差で表示され、この特定のポイントに対して、目の順応と面の収束との間の結合が保持され、この収束の特定のポイントに対して、デュアルチャンネルステレオカメラは、観察者に“通常の”視覚経験を提供する。
【００１０】
典型的に、収束点は、特定のアプリケーションで発生することが予想される対象距離の使用可能な範囲内になるように選択される。例えば、ポイントＣは、一般的なビデオカメラのアプリケーションのための光学系から５メートルの距離に、あるいは、一般的な腹腔鏡下手術アプリケーション用内視鏡の先端部から５０ミリメートルの距離になるように選択される。同様に、左右チャンネル光学システム２０Ｌ、２０Ｒの光軸ＯＬ、ＯＲ間の焦点距離、左右チャンネル光学システム２０Ｌ、２０Ｒの焦点距離、及び、イメージセンサー１０Ｌ、１０Ｒの種類／サイズは、典型的に、ステレオカメラが使用されアプリケーションに応じて選択される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来のステレオカメラの欠点は、カメラが収束ポイントから異なる距離にある任意の他のポイントに焦点を当てているときに、ディスプレイデバイスの中心点が非ゼロ視差を有し、それによって、目の順応と収束の間の通常の結合を壊すことである。この目の順応と収束の間の通常の結合の破壊は、観察者に対して眼精疲労や疲れを引き起こす。
【００１２】
いくつかの状況では、例えば、従来のステレオカメラが単に短い期間使用される必要がある場合、及び／又は、かなりの精度で画像を表示する必要がない場合、及び／又は、視差が比較的通常である場合には、この目の順応と収束の間の通常の結合の破壊は、観察者に単に適度のレベルの眼精疲労及び疲れを生じ、従来のステレオカメラは、許容可能である。しかしながら、優れた精度でステレオカメラが長時間使用される、及び、視差が頻繁に実際的である、医療（例えば、内視鏡）アプリケーションでは、目の順応と収束の間の通常の結合の破壊は、観察者に大きなレベルの眼精疲労及び疲れを生じ、従来のステレオカメラは、不十分である。
【００１３】
従って、医療（例えば、内視鏡）及び関連するアプリケーションにおける収束の前述の問題に対応することができる新規で改善された立体的可視化システムの必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、医療（例えば、内視鏡）及び関連するアプリケーションにおける収束の前述の問題に対応することができる新規で改善された立体的可視化システムを提供する。とりわけ、本発明は、ディスプレイ上に表示される立体画像の視差を調整するための手段を有する立体的可視化システムを提供することによって、収束の前述の問題に対応する。
【００１５】
本発明の一形態では、観察者に立体画像を提供するための装置が提供され、その装置は、
内視鏡と、
内視鏡に光学的に接続された立体映像カメラと、を備え、
立体映像カメラは、
内視鏡からの光景の第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２光学チャンネルと、
第１及び第２光学チャンネルからの第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２画像センサーであって、軸線に沿って配置される第１及び第２画像センサーと、
第１及び第２画像センサーによって取得された及びディスプレイ上に提供された立体画像の視差を調整するための視差調整手段と、を備える。
【００１６】
本発明の他の形態では、観察者に立体画像を提供するための装置が提供され、その装置は、
立体映像カメラを備え、
立体映像カメラは、
光景の第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２光学チャンネルと、
第１及び第２光学チャンネルからの第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２画像センサーであって、軸線に沿って配置される第１及び第２画像センサーと、
第１及び第２画像センサーによって取得された及びディスプレイ上に提供された立体画像の視差を調整するための視差調整手段と、を備え、
第１及び第２光学チャンネルは、第１及び第２焦点ポイントをそれぞれ備え、
装置は、第１及び第２焦点ポイントの配置を調整するための焦点手段を備え、視差調整手段は、焦点手段を別個に作動するように構成される。
本発明の他の形態では、観察者に立体画像を提供するための装置が提供され、その装置は、
立体映像カメラを備え、
立体映像カメラは、
光景の第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２光学チャンネルと、
第１及び第２光学チャンネルからの第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２画像センサーであって、軸線に沿って配置される第１及び第２画像センサーと、
第１及び第２画像センサーによって取得された及びディスプレイ上に提供された立体画像の視差を調整するための視差調整手段と、を備え、
第１及び第２光学チャンネルは、各々、少なくとも一つの光学コンポーネントを備え、
視差調整手段は、第１及び第２光学チャンネルの少なくとも一つの光学コンポーネントを物理的に移動するための光学コンポーネント移動手段を備える。
本発明の他の形態では、観察者に立体画像を提供するための装置が提供され、その装置は、
立体映像カメラを備え、
立体映像カメラは、
光景の第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２光学チャンネルと、
第１及び第２光学チャンネルからの第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２画像センサーであって、軸線に沿って配置される第１及び第２画像センサーと、
第１及び第２画像センサーによって取得された及びディスプレイ上に提供された立体画像の視差を調整するための視差調整手段と、を備え、
装置は、予め決められた位置関係に従ってディスプレイに第１及び第２画像センサーによって取得された第１及び第２画像をマッピングするためのマッピング手段を更に備え、
視差調整手段は、マッピング手段が第１及び第２画像をディスプレイにマップする方法で変更するように構成される。
【００１７】
本発明の他の形態では、観察者に立体画像を提供するための方法が提供され、その方法は、
内視鏡と、内視鏡に光学的に接続された立体映像カメラとを提供するステップを備え、
立体映像カメラは、
内視鏡からの光景の第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２光学チャンネルと、
第１及び第２光学チャンネルからの第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２画像センサーであって、軸線に沿って配置される第１及び第２画像センサーと、
第１及び第２画像センサーによって取得された及びディスプレイ上に提供された立体画像の視差を調整するための視差調整手段と、を備え、
方法は、更に、
観察者に立体画像を提供するように内視鏡及び立体映像カメラを作動させるステップを備え、視差が調整される、方法。
【００１８】
本発明の別の形態では、観察者に立体画像を提供するための方法が提供され、その方法は、
立体映像カメラを提供するステップを備え、
立体映像カメラは、
光景の第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２光学チャンネルと、
第１及び第２光学チャンネルからの第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２画像センサーであって、軸線に沿って配置される第１及び第２画像センサーと、
第１及び第２画像センサーによって取得された及びディスプレイ上に提供された立体画像の視差を調整するための視差調整手段と、を備え、
第１及び第２光学チャンネルは、第１及び第２焦点ポイントをそれぞれ備え、
装置は、第１及び第２焦点ポイントの配置を調整するための焦点手段を備え、視差調整手段は、焦点手段を別個に作動するように構成され、
方法は、更に、
観察者に立体画像を提供するように内視鏡及び立体映像カメラを作動させるステップを備え、視差が調整される、方法。
【００１９】
本発明の別の形態では、観察者に立体画像を提供するための方法が提供され、その方法は、
立体映像カメラを提供するステップを備え、
立体映像カメラは、
光景の第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２光学チャンネルと、
第１及び第２光学チャンネルからの第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２画像センサーであって、軸線に沿って配置される第１及び第２画像センサーと、
第１及び第２画像センサーによって取得された及びディスプレイ上に提供された立体画像の視差を調整するための視差調整手段と、を備え、
第１及び第２光学チャンネルは、各々、少なくとも一つの光学コンポーネントを備え、
視差調整手段は、第１及び第２光学チャンネルの少なくとも一つの光学コンポーネントを物理的に移動するための光学コンポーネント移動手段を備え、
方法は、更に、
観察者に立体画像を提供するように内視鏡及び立体映像カメラを作動させるステップを備え、視差が調整される、方法。
【００２０】
本発明の別の形態では、観察者に立体画像を提供するための方法が提供され、その方法は、
立体映像カメラを提供するステップを備え、
立体映像カメラは、
光景の第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２光学チャンネルと、
第１及び第２光学チャンネルからの第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２画像センサーであって、軸線に沿って配置される第１及び第２画像センサーと、
第１及び第２画像センサーによって取得された及びディスプレイ上に提供された立体画像の視差を調整するための視差調整手段と、を備え、
装置は、予め決められた位置関係に従ってディスプレイに第１及び第２画像センサーによって取得された第１及び第２画像をマッピングするためのマッピング手段を更に備え、
視差調整手段は、マッピング手段が第１及び第２画像をディスプレイにマップする方法で変更するように構成され、
方法は、更に、
観察者に立体画像を提供するように内視鏡及び立体映像カメラを作動させるステップを備え、視差が調整される、方法。
【００２１】
本発明の別の形態では、観察者に立体画像を提供するための装置が提供され、その装置は、
立体映像カメラを備え、
立体映像カメラは、
第１及び第２光学チャンネルからの第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２画像センサーと、
観察者の第１の目に第１画像を表示すると共に観察者の第２の目に第２画像を表示するためのディスプレイシステムと、
第１画像と第２画像との間の視差を調整するための視差調整手段と、を備える、装置。
【００２２】
本発明の別の形態では、観察者に立体画像を提供するための方法が提供され、その方法は、
立体映像カメラを提供するステップを備え、
立体映像カメラは、
第１及び第２光学チャンネルからの第１画像及び第２画像をそれぞれ取得するための第１及び第２画像センサーと、
観察者の第１の目に第１画像を表示すると共に観察者の第２の目に第２画像を表示するためのディスプレイシステムと、
第１画像と第２画像との間の視差を調整するための視差調整手段と、を備え、
方法は、更に、
観察者に立体画像を提供するように内視鏡及び立体映像カメラを作動させるステップを備え、視差が調整される、方法。
【００２３】
本発明のこれらおよび他の目的及び特徴は、同じ部品に同じ符号が参照される添付の図面と一緒に考えられる本発明の好適実施形態の以下の詳細な説明によってより完全に開示され又は明らかにされるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、焦点距離と両眼共同運動距離と間に通常の対応にずれがある一般的な立体シナリオを示す概略図である。
【図２】図２は、焦点距離と両眼共同運動距離との関係が、観察者がそれらの“快適なゾーン”（すなわち、いわゆる“パーシバルの快適なゾーン”）に残存させる目的で、特定の範囲内にとどまるべきかを示す概略図である。
【図３】図３は、典型的なデュアルチャンネルステレオカメラの第１次光学レイアウトの概略図である。
【図４】図４は、典型的な立体可視化システムの概略図である。
【図５】図５は、ディスプレイ上に提供される立体画像の視差を調整するための手段を備える、本発明に従って形成された新規な立体可視化システムの概略図である。
【図６】図６は、立体内視鏡システムの焦点ポイントに従って左画像センサー及び右画像センサーの物理的配置を調整することにより視差を調整するように構成された、本発明に従って形成された新規な立体可視化システムの選択された態様の概略図である。
【図７】図７は、左画像センサー及び右画像センサーのディスプレイ領域を調整することにより視差を調整するように構成された、本発明に従って形成された新規な立体可視化システムの選択された態様の概略図である。
【図８】図８は、左画像センサー及び右画像センサーの上流側にある光学コンポーネントの物理的配置を調整することにより視差を調整するように構成された、本発明に従って形成された新規な立体可視化システムの選択された態様の概略図である。
【図９】図９は、新規な単一のチャンネル内視鏡、及び、左画像センサー及び右画像センサーの上流側にある光学コンポーネントの物理的配置を調整することにより視差が調整されるように構成されたカメラヘッドモジュール、の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
新規な立体可視化システムの焦点ポイントに従って左イメージセンサー及び右イメージセンサーの物理的配置を調整することにより視差が調整される、新規な立体可視化システム
使用者が、適当な焦点に及びディスプレイの中心に光景の最も重要な部分の画像（例えば、治療中の組織）を得ようとする場合、表示された画像の中心に対して焦点及び両眼共同運動を相互的に関連させることが好ましい。
【００２６】
従って、図５を参照すると、本発明の一形態では、表示された画像の中心に対して焦点と両眼共同運動との間の結合を維持するように構成された新規な立体可視化システム２６が提供される。立体可視化システム２６は、概ね、光景の立体画像を取得するための内視鏡２１と、内視鏡２１によって得られた画像を捕捉するための新規な立体カメラ２８と、（新規な立体カメラ２８内に含まれることができる）電子処理システム２９と、適当なディスプレイ３３とを備える。
【００２７】
まず、図３の幾何学及び第１次画像形成の原則
【００２８】
【数１】
2013521941.tif 000003
【００２９】
から見る。対象物が、第１の原理平面Ｐ１から他の距離までの距離ｓを移動するとき、光学システムは、対象物の画像が再度焦点に合わされるように再度焦点を合わせる。この再度焦点を合わせることを達成するために、両方のチャンネルの光学系は、軸線Ｏに沿ってユニットとして動く。対象物ポイントＣが距離Δｓで新しい位置Ｃ１まで動くと仮定する。再度焦点を合わせるために、光学系は、距離Δｓ’で動く。対象物ポイントＣが軸線Ｏに沿って動くと、値ｈは、二つのチャンネルの軸間距離（立体光学系の立体ベースと呼ばれている）で画定されるので変化しないことが図３から明白である。また、焦点ポイントＦは、同じ距離Δｓ’で光学系と共に動くことがわかる。焦点ポイントと画像平面ｘ’との間の距離は、従って、ｘ’＋Δｓ’となる。新しい対象物ポイントＣ１の像高がｈ１’である場合、
【００３０】
【数２】
2013521941.tif 000004
【００３１】
となる。
上記式（１）及び（２）から、元の画像の高さと新しい画像の高さとの差は、単純な線形関数
【００３２】
【数３】
2013521941.tif 000005
【００３３】
で表されていることになる。従って、対象物ポイントが新しい内Ｃ１まで動くと、各センサー上のその画像は、式（３）によって与えられた距離Δｈ’で反対方向に水平方向に動き、従って、センサー面で測定された水平視差２Δｈ’を生じる。ディスプレイの実際の視差は、ディスプレイデバイスとセンサーとの間の倍率に応じて決められる。
【００３４】
上述したように、この視差は、使用者に対して目の疲れや疲労を与える。この視差の大きさは、内視鏡アプリケーションで実質的であるので、そして、この視差は、内視鏡アプリケーションで相当期間医者によって形成されるので、この視差に関連した眼精疲労と疲れは、外科手術現場の適当な可視化の大きな邪魔になる。
【００３５】
本発明は、再び焦点を合わせることに起因する視差を排除する（又は調整する）ための手段を提供する。
本発明の一形態では、視差は、各センサーに対して式（３）によって与えられたΔｈ’の追加のオフセットを形成するように、画像センサーの適当な“水平方向の”変位（すなわち、図３の線２５に沿って）を行うことによって排除される（又は調整される）ことができる。従って、本発明の一形態では、新規な立体カメラ２８は、軸方向の“焦点内の”対象物ポイントが収束ポイントに自動的になり、従って、ゼロ視差で可視化を提供するように、光学系焦点などの光学系と同時に、その二つの画像センサー１０Ｌ、１０Ｒが“水平方向”（すなわち、図３の線２５に沿って）に互いに反対に一致して動く。
【００３６】
図６は、本発明のこの形態の例示的実施形態の運動学的図を示す。図６の例示的実施形態では、新規な立体カメラ２８の選択された態様が示される。本発明のこの形態では、新規な立体内視鏡システム３０の光学システム３５（すなわち、図３の光学システム１５）は、必要とされる合焦範囲内で軸方向の動きに制限される。光学システムは、コーン又は三角プリズム形状であるリニアカム４０にしっかりと結合される。新規な立体カメラ２８の画像センサー１０Ｌ、１０Ｒは、軸線ＭＫに垂直な水平運動に制限され、それぞれ、例えば、スプリング及び点接触アクチュエーターを用いて三角形ＭＮＫ（又はＭＫＬ）の斜辺に配置するように結合される。角度αは、
【００３７】
【数４】
2013521941.tif 000006
【００３８】
によって画定され、
ここで、ｈは、左右チャンネル光学システム（図３において２０Ｌ、２０Ｒ）間の軸間距離の半分であり、ｆは、光学システム３５の有効焦点距離である。
【００３９】
図６に示された概略図は、本発明のこの形態の可能な実施の例にすぎない。電動及び手動の焦点合わせの両方に適する。また、他の実施形態も可能である。例えば、光学システム３５及びセンサー１０Ｌ、１０Ｒは、別個でプログラム可能なモーターによって駆動されることができる。この場合では、モーターは、焦点を合わせている間、式（３）を維持するように設定されることができるので物理的カム４０を必要としない。
【００４０】
オーバースキャンモードを使用することにより、及び、左イメージセンサー及び右イメージセンサーのディスプレイ領域を電気的に調整することにより、視差が調整される、新規な立体可視化システム
本発明の別の形態では、システムの視差を調整するために画像センサー１０Ｌ、１０Ｒの物理的な移動をする必要がない。むしろ、本発明のこの形態では、視差は、左右画像センサーのディスプレイ領域を調整することにより電気的に調整される。
【００４１】
より具体的には、この実施形態の原理が図７に示される。画像センサー１０Ｌ、１０Ｒ及びディスプレイデバイスは、“オーバースキャンモード”で動作するように構成され、その結果、センサー画像領域４５Ｌ、４５Ｒの部分だけが、使用者に実際に表示される。システムは、ディスプレイ領域５０Ｌ、５０Ｒが、それぞれ画像センサー１０Ｌ、１０Ｒの画像領域４５Ｌ、４５Ｒ内にとどまる限り、それらの位置を変更するように設定される。水平方向の視差調整に関し、ディスプレイ領域５０Ｌ、５０Ｒの水平方向のシフトは、図６に示された構成のセンサー１０Ｌ、１０Ｒの物理的オフセットと同等であり、すなわち、ディスプレイ領域５０Ｌ、５０Ｒの水平方向のシフトは、再度焦点を合わせることに起因する視差を排除するのに適当な範囲である。
【００４２】
本発明のこの形態は、様々な実施形態で実施されることができる。例えば、立体映像カメラは、光学システムのための手動式フォーカス機構を有し、この手動式フォーカス機構は、位置検知手段を備えることができる。位置検知手段は、光学システムの偏倚Δｓ’のリアルタイムの情報を電気的に供給する。カメラ処理ユニットは、式（３）による反対方向の距離Δｈ’まで左右センサー１０Ｌ、１０Ｒの表示領域５０Ｌ、５０Ｒを歯周とするためにこの情報を使用する。代替的に、カメラ焦点合わせは電動化され、モーター制御回路からの情報は、カメラプロセッサーに供給される。システムは、表示領域のシフト及び焦点合わせシステムの変位が式（３）によって結合されるように設定される。画像センサー１０Ｌ、１０Ｒは、収束ポイントの初期位置のために機械的にオフセットされ、又は、全体の視差調整が電気的に行われる。
【００４３】
視差の電気的調整のさらなる利点は、式（３）のパラメーターを変更することが容易であることであり、すなわち、本発明の形態では、このようなパラメーターの変更は、ソフトウェアのみによって行われる。この特徴は、異なる光学システム（例えば、内視鏡）が同じ基本的なカメラで使用される内視鏡アプリケーションで特に有用である。カメラシステムは、カメラで使用される内視鏡の種類、又はカメラで使用される（同じ焦点距離及び軸間距離ｈを有する）内視鏡ファミリーの種類を認識するための手段を供給されることができる。これらのパラメーターは、初期化時にカメラプロセッサーに自動的に供給され、そして、内視鏡の各ファミリーに対する特定のパラメーターの設定で式（３）ごとに自動的に調整される。
【００４４】
本発明のこの形態は、移動機構部品を必要としないので、いわゆる“先端上のチップ”を利用する構造に特に適している。
互いに取り外し可能に結合された内視鏡及び立体カメラを備えるモジュラーシステム
内視鏡アプリケーションでは、互いに取り外し可能に結合された内視鏡及び立体カメラを備えるモジュラーシステムを有することがしばしば利点である。システムのモジュール化は、同じ立体カメラに様々な種類／大きさの内視鏡を結合することができる。一般的に内視鏡アプリケーションでは、立体カメラも少なくとも二つのモジュール：それらの駆動回路を有する画像センサーを含む携帯カメラヘッドと、電源、信号処理回路及び立体出力コネクターを含むカメラ制御ユニットとに分割される。カメラヘッドは、一般的に、ケーブル又は無線リンクを介してカメラ制御ユニットに接続される。カメラ制御ユニットは、それ自体ディスプレイデバイスに接続される。別個のカメラ制御ユニットの存在が典型的であるが絶対に必要ではなく、カメラヘッドは、カメラ回路及び携帯電源（例えば、バッテリー）の全てを含むことができる。図８及び図９は、結合された内視鏡／カメラヘッドモジュールの二つの例を示す（カメラ制御ユニットは図に示されていない）。
【００４５】
図８において、内視鏡４０１は、デュアルチャンネル立体内視鏡である。内視鏡４０１は、内視鏡の遠位端から内視鏡の近位端まで延びる二つの別個の光学チャンネル４０２Ａ、４０２Ｂを備える。内視鏡の遠位端では、各チャンネル４０２Ａ、４０２Ｂは、観察中に対象物の画像を形成する対物レンズ４０３Ａ、４０３Ｂを含む。対物レンズ４０３Ａ、４０３Ｂによって形成された画像は、光学中継システム４０４Ａ、４０４Ｂによって内視鏡４０１の近位端まで中継される。各中継システム４０４Ａ、４０４Ｂは、一つ又は複数のレンズリレー（一般的にロッドレンズリレー）又はコヒーレント画像ファイバー束を備える。内視鏡の近位端では、ミラー又はプリズム又はその双方の組み合わせによって形成されたチャンネル分離システム４０５Ａ、４０５Ｂが提供される。チャンネル分離システムの近位側に、各チャンネルは、接眼レンズ４０６Ａ、４０６Ｂを含む。接眼レンズ４０６Ａ、４０６Ｂは、出口ポート４０７Ａ、４０７Ｂから出るほぼ平行にされた光ビームを形成する。一般的に、内視鏡４０１は、カメラヘッド４０８に取り外し可能に結合する独立型密閉された滅菌アッセンブリを意味する。
【００４６】
図８に示されたカメラヘッドモジュール４０８は、好ましくは、密閉された滅菌アッセンブリである。カメラヘッドモジュール４０８は、内視鏡４０１の左右のチャンネルからの光ビームを受け入れるための二つの光学ポート４０９Ａ、４０９Ｂを含む。フォーカスレンズ４１０Ａ、４１０Ｂは、対応する光学チャンネルからの光を画像センサー４１１Ａ、４１１Ｂに、それぞれ焦点を合わせる。焦点を合わせることを達成するために、レンズ４１０Ａ、４１０Ｂは、内視鏡４０１の前の所望の対象物に対して最良の焦点合わせが達成されるまでユニットとして軸方向に移動する。画像センサー４１１Ａ、４１１Ｂは、各画像センサー４１１Ａ、４１１Ｂによって受け入れられた光学画像を表す生の電気信号を形成するように、それらの駆動電子回路要素に接続される。生の電気信号は、次に、ケーブル４１３又は無線リンクを介して信号処理のためのカメラ制御ユニットモジュール（図示せず）に送信される。
【００４７】
図８に示されたシステムに対し、モニターの中央部分の収束と最良な焦点との間の整合性を維持するためのいくつかの可能性がある。
一つの可能性は、フォーカスグループ４１０Ａ、４１０Ｂの軸方向の移動に従って、すなわち、図６に関連して上述したように視差を低減するために画像センサーを物理的に動かすことによって、図８の対称線から離れる方向及び図８の対称線に向かう方向への画像センサー４１１Ａ、４１１Ｂの横方向の動きである。本発明のこの形態では、画像センサー４１１Ａ、４１１Ｂは、フォーカスグループの軸方向の動きの線形関数として式（３）に従って対称的に動く。この場合、値ｆは、フォーカスレンズ４１０Ａ又は４１０Ｂの有効焦点距離として解釈されなければならない。
【００４８】
さらなる別の代替的な実施は、図７と関連して上述したようにスクリーン視差の電気的操作に基づかれる。本発明のこの形態では、フォーカスレンズ４１０Ａ、４１０Ｂの軸方向の位置は、当技術分野で周知の電気手段（例えば、位置センサー）によって監視されて登録される。フォーカスレンズグループの各位置は、特定の焦点ポイントに及び最良の焦点のポイントでの特定のスクリーン視差に対応する。上記説明で確立されたように、レンズの軸方向位置と視差の値との間の関数は、線形である。この関数は、ルックアップテーブルとして設定され又は保存される。その結果、スクリーンの中心の焦点を合わされる領域に対してゼロ視差整合を維持するために、フォーカスグループの位置の電気的検知データーが二つのチャンネルの電気的オフセットを制御するソフトウェア手段に供給される。
【００４９】
左画像センサー及び右画像センサーの上流側にある光学コンポーネントの物理的配置を調整することにより視差が調整される新規な立体ビデオカメラ
前のセクションでは、焦点と両眼共同運動との間の相関を維持するように左右画像センサーを物理的に動かすことによって、視差が調整されることが開示されている。しかしながら、それに関して、典型的には、画像センサー４１１Ａ、４１１Ｂは、駆動電子機器及び他の関連回路を含むプリント回路基板に恒久的に固定されることを理解されるべきである。高画質アプリケーションにするケースでは、各イメージセンサーは、色分離プリズムに設けられた赤色、緑色及び青色に対する３つの別個のセンサーのブロックを表す。実際には、画像センサー４１１Ａ、４１１Ｂは、簡単に物理的な動きにはそれ自体役に立たない複雑な電気光学機械アッセンブリを構成する。従って、このアプローチはいくつかの状況では実用的ではない。
【００５０】
代替的に、いくつかのより実用的なアプローチは、視差を調整するためにフォーカスレンズ群４１０Ａ、４１０Ｂの移動に横方向の構成を導入することである。このアプローチでは、フォーカスレンズ４１０Ａ、４１０Ｂは、図８に示されるように対称の中央軸に傾斜された点線に沿って一致して移動する。
傾斜したセグメントに沿ったフォーカスレンズの移動は、画像センサー４１１Ａ、４１１Ｂを移動させないで視差を調整する最も現実的な方法であることに留意すべきであるが、フォーカス中視差を変更するという目的を達成するための唯一の可能は解決策ではない。例えば、接眼レンズ４０６Ａ、４０６Ｂは、視差の変化を発生し、また、チャンネル分離コンポーネント４０５Ａ、４０５Ｂの横方向の動きは、視差を変更させ、要素４０５Ａ、４０６Ａ及び要素４０５Ｂ、４０６Ｂの組み合わせの一致した横方向の動きは、視差を変更させ、図８の平面におけるチャンネル分離コンポーネント４０５Ａ、４０５Ｂの反射面の揺動も視差の変化をもたらす。従って、本発明の他の形態では、視差は、左右画像センサーの上流側にある光学要素の物理的配置を調整することによって調整されることが理解されるであろう。
【００５１】
フォーカスから独立的でフォーカスから分離された視差の調整
本質的には、視差を調整するための上述の技術の全ては、シーン全体にスクリーン視差の一定量を開示している。これは、画像を、“スクリーンの背後に”向かって、あるいは“スクリーンの前に”向かって動かすことに相当する。いくつかの例では、スクリーン上のベストフォーカス領域と収束の間で完全に一致する必要はなく、あるいは、立体画像の近くに影響を与える他のファクターによって上回る可能がある。例えば、シーンの部分は、使用者によって視覚的に融合されることができない過度の視差を有する対象物を含めることができる。このような状況下では、スクリーンの中心に焦点を合わされた対象物のために正確にゼロ視差を実現しようとするよりも、使用者によって易融可能な制限ないで“スクリーン全体の視差の予算”を維持することがより重要である。
【００５２】
また、ベストフォーカスに関係なくスクリーンの背後にある画像のほとんどを有するために、目の適応及び両眼共同運動を分離する他の理由、例えば、使用者の好みがある。
従って、本発明の他の実施形態は、フォーカスから独立的でフォーカスから分離されたスクリーン視差の調整を含む。この調整は、画像センサーの物理的な横方向配置、又は、ディスプレイ上の画像の電気的シフト、又は、画像センサーの上流側にある光学要素の横方向の配置などの既に上述された全ての方法によって実行されることができる。
【００５３】
視差の調整は、例えば、スクリーンディスプレイスライダー上のノブやボタンなどの当該分野で公知の種類のユーザーインターフェース手段を介して、観察者の好みに応じて使用者によって制御されることができる。
【００５４】
また、ソフトウェアによる左右チャンネル画像（又は特定の関心のある領域）を比較することができると共に、視差データー、例えば、正と負の視差の最大値を取り出すことができる。次に、上述の様々なアプローチを使用して視差の調整は、視差データー及び特定の最適化基準、例えば、所定の制限以下に視差の絶対値をもたらすことに基づいて行われることができる。実際には、画像の中央部分のゼロ値に視差をもたらすことは、基準の一つである。また、カメラは、画像の中央部分が常にフォーカスされることを確実にするために自動フォーカス機能を有することができる。使用者は、ユーザーインターフェースメニューの形態で実装される視差調整のための基準を選択することができる。この実施形態では、視差の調整は、使用者の介入なしでソフトウェアを介して自動的に行われる。
【００５５】
従って、本発明の一形態では、“関心のある領域”は、（使用時に使用者によってあるいは製造等の時点でメーカーによってのいずれかによって）スクリーン上に画定される。次に、システムは、（例えば、二つの画像センサー上の少なくともいくつかの相同ポイントの相対位置を比較することによって）関心のある領域内の視差値の範囲を画定するように構成される。その後、この情報は、いくつかの所望の条件に従って視差を調整するのに使用されることができる。そのような基準は、これらに限定されないが、（ｉ）最大の負の値に視差を制限すること、（ｉｉ）最大の正の値に視差を制限すること、（ｉｉｉ）スクリーン上のポイント（例えば、スクリーンの中間）で視差をゼロに調整すること、を含む。
【００５６】
これに限定されないが例によって、関心の領域内の視差が−５０ピクセルから＋１５０ピクセルの範囲内にあるように決定されていると仮定し、最大負の視差が−３０ピクセルを超えていないと仮定する。この場合では、システムは、例えば、２０ピクセルまで負の平行視差を低減するように画像センサーを横方向に物理的に動かすことにより、あるいは、２０ピクセルまで負の平行視差を低減するように画像を電気的にシフトすることにより、あるいは、２０ピクセルまで負の平行視差を低減するように上流側の光学素子を物理的に動かすことにより、正の２０ピクセルまで視差を調整することができる。
【００５７】
上述の例では、視差は、センサー画素に関連して表される。しかしながら、視差は、ディスプレイ上の寸法長さ又は角度に関連して表され、その場合には、ディスプレイの寸法及びディスプレイからの観察者の距離などを識別する必要があることを理解されるであろう。これに関連して、関心領域の視差が−３０ｍｍ乃至＋７０ｍｍの範囲であると仮定すると、最大正の視差は６４ｍｍを越えるべきではなく、システムは、最大正の視差を６ｍｍまで低減することにより視差を調整する。
【００５８】
とりわけ、観察者に表示された画像がフォーカスと収束との間の通常のリンクが引き示される場合であっても観察者によって視覚的に融合可能に残るように、視差を調整するのが望ましいことが理解されるであろう。これに関し、フォーカス距離と両眼共同運動の距離との間の関係が特定の境界（図２）内にとどまる限りにおいて、観察者は、彼らの視覚的な“快適なゾーン”（すなわち、いわゆる“パーシバルの快適なゾーン”））のままになる。
【００５９】
本発明の一好適形態では、新規な立体的可視化システムは、画像のいくつかの部分が使用者によって視覚的に融合されることができない限り、スクリーンの中心（すなわち、一般的には適当なフォーカスの領域）に対して視差をゼロに通常調整するように構成されることができる。このケースでは、立体的可視化システムは、視差がスクリーンの中心に対してゼロに調整されないとしても、使用者によって視覚的に融合可能な画像全体を作るのに必要な範囲内にと止まるように画像の視差値を調整するように構成されることができる。
【００６０】
左右画像の比較及び視差データーを取り出すことは、コンピューターの集約的なプロセスを構成していることに留意すべきである。ビデオフレームレートで連続的にこの操作を実行することは、いくつかの状況では実用的でないかもしれない。しかしながら、内視鏡アプリケーションでは、シーンの変化が比較的低速であるために、ビデオレートに比べて比較的まれな間隔（例えば、１秒に１回）で比較演算を実行するのに十分である。スクリーンの内外への画像のあまりにも頻繁でかつ神経質な動きを生じる過度な視差調整量を防止するために、最適化されたしきい値が、ソフトウェアに備えられ、視差データーの大幅な変更が領域内で発生した後にのみ調整を可能にする。
【００６１】
さらに、関連領域内にある視差の決定は、評価されている画像の中核ではない一時的な事象の視覚的な面を除外すべきではないことを理解すべきである。これに限定しないが一例として、典型的な内視鏡アプリケーションでは、外科手術が電気メスを伴い、それは、一般的に、液体バブルや蒸気放電などを一時的な視覚的出現を伴う。このような状況では、これらの一時的な視覚的出現は、しさのてきとうな計算を確実にするために視差決定から除外される。これに関連して、視差の適当な決定は、画像の比較的安定した領域に向けられるべきであることが理解されるであろう。
【００６２】
単一のチャンネル立体カメラを備えるモジュール構造
図９は、内視鏡５０１が単一のチャンネルタイプである内視鏡／カメラヘッドモジュールの代替的なバージョンを示す。好ましくは、単一のチャンネルの内視鏡は、特に、増大された立体知覚のための立体内視鏡検査のために設計されるが、通常の内視鏡も使用できる。光学的に、遠位端から近位端まで、単一のチャンネルの内視鏡は、観察物体の像を形成する対物レンズ５０２を含み、対物レンズ５０２によって形成された画像は、リレーシステム５０３によって内視鏡５０１の近位端に中継される。リレーシステムは、一つ又は複数のレンズリレー（通常はロッドレンズリレー）またはコヒーレント画像繊維束を備えることができる。内視鏡の近位端では、接眼レンズ５０４がある。接眼レンズ５０４は、内視鏡モジュール５０１を出るほぼ平行にされた光を形成する。一般的に、内視鏡モジュール５０１は、カメラヘッドモジュール５０６に取り外し可能に結合する独立型密閉された滅菌アッセンブリを意味する。
【００６３】
カメラヘッドモジュール５０６は、光ビーム５０５の断面内に配置された二つの光学ポート５０７Ａ、５０７Ｂを含む。光学ポート５０７Ａ、５０７Ｂは、ビーム５０５からの光の細い光束を“切り取る”。これらの光の細い光束は、内視鏡の光学系を経て遡る場合は、観察物体から二つの異なる角度で内視鏡に入る二つの光の光束になる。つまり、単一のチャネル内視鏡を用いて立体画像がどのようい得られるかである。また、カメラヘッド５０６は、レンズ５０８Ａ、５０８Ｂ及びミラーシステム（又はプリズム）５０９Ａ、５０９Ｂを含むチャンネル分離システムを含む。左右チャンネルからの光は、フォーカスレンズ５１０Ａ、５１０Ｂによって画像センサー５１１Ａ，５１１Ｂ上に焦点が合わされる。画像センサーは、画像センサーによって受け取られた光学画像表す電気信号を発生するドライバー回路基板５１２Ａ、５１２Ｂに結合される。これらの電気信号は、ケーブル５１３又は無線リンクを介してさらに処理するためのカメラコントロールユニット（図示せず）に送信される。
【００６４】
図８に示されたデュアルチャンネルスコープ／カメラヘッド構成に関して上述された本発明の態様の全ては、図９に示された単一のチャンネルスコープ／カメラ構成に同様に適用可能である。
【００６５】
付加的な解説
前述の説明の概略本質は、本発明の一般的な性質を制限するものと解釈されるべきではないことを理解されるべきである。単一のレンズやミラー表面として概略的に示された光のすべての要素は、実際の実装では制限を受けることなく複合レンズ群またはプリズムブロックを表す。単一のセンサーとして概略的に示された画像センサーは、色分離プリズムを有する３チップセンサーブロックを表す。システムのモジュラー構造も異なる場合がある。例えば、フォーカス光学系は、近位端でカメラヘッドに取り外し可能に結合すると共に遠位端で内視鏡に取り外し可能に結合する独立型密閉された滅菌モジュール（しばしば、“内部カプラ”と呼ばれる）に含まれることができる。内視鏡モジュールの一部分として図８に示された色分離及び接眼レンズ要素は、カメラヘッドモジュール又は内部カプラーモジュールの一部分としてなされることができる。あるいは、図８及び図９に示された全体のアッセンブリは、使用者による取り外し可能な部品がない単一の密閉されたモジュールとしてなされることができる。さらに、ディスプレイは、当該技術分野で知られた種類の３Ｄモニター又はヘッドマウントディスプレイ又は観察者の適当な目に左右の画像を提供することができるあらゆる他のディスプレイ表示にすることができる。ヘッドマウントディスプレイなどの関連された光学システムを備えるディスプレイデバイスでは、ディスプレイまでの距離は、観察者の目からディスプレイの光学系によって生成される画像までの距離であると考えられる。
【００６６】
変更態様
本発明は、特定の典型的な好ましい実施形態に関して説明したが、限定されないで、本発明の精神及び範囲内にとどまりながら上述の好適実施形態に多くの追加、削除及び変更が行われることを当業者に容易に理解され認められるであろう。
【図１】
2013521941.tif 000007
【図２】
2013521941.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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