(57)【要約】  三次元画像情報を生成する方法および装置が開示される。装置は、光学系を備え、光学系は、この光学系の視野内の光を捕らえるように配置された撮像経路を有する。撮像経路が、前記光学系の視野の少なくとも一部分を照明すべく照明光束を結合させるように動作可能に構成された少なくとも１つの照明部分を含む。さらに装置は、第１および第２の画像を撮像経路の第１および第２のそれぞれの撮像部分を通じて受け取らせるように動作可能に構成された画像変調部を備え、前記第１および第２の撮像部分は、前記少なくとも１つの照明部分に隣接して配置される。第１の撮像部分が、前記視野において第１の斜視の視点を有し、第２の撮像部分が、前記視野において第２の斜視の視点を有し、前記第１および第２の画像が、照明された視野内の物体の三次元空間属性を表すように協働することができる。本発明の別の態様においては、照明器が、前記第１の画像を受け取りつつ、前記光学系の視野の第１の部分を照明するために前記撮像経路の第２の部分を通って照明光束を案内すること、および前記第２の画像を受け取りつつ、前記光学系の視野の第２の部分を照明するために前記撮像経路の第１の部分を通って照明光束を案内することを、交互に行うように動作可能に構成される。
2014531613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系を通じて三次元画像情報を生成する方法であって、
前記光学系は、該光学系の視野内の光を捕らえるように配置された複数の光学素子によって定められる撮像経路を有し、
当該方法が、
前記光学系の前記視野の少なくとも一部分を照明するために、前記撮像経路の少なくとも１つの照明部分を通じて照明光束を結合させるステップと、
前記撮像経路の第１および第２のそれぞれの撮像部分を通じて第１および第２の画像を受け取るステップと
を含み、
前記第１および第２の撮像部分は、前記少なくとも１つの照明部分に隣接して配置され、前記第１の撮像部分が、前記視野において第１の斜視の視点を有し、前記第２の撮像部分が、前記視野において第２の斜視の視点を有し、前記第１および第２の画像が、前記照明された視野内の物体の三次元空間属性を表すように協働することができる方法。
【請求項２】
前記撮像経路の前記少なくとも１つの照明部分を通じて前記照明光束を結合させるステップが、前記撮像経路を通って延びる２本の概ね平行な線の間に定められる前記撮像経路の少なくとも１つの概ね矩形の部分を通じて前記照明光束を結合させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記撮像経路の前記少なくとも１つの概ね矩形の部分を通じて前記照明光束を結合させるステップが、前記撮像経路に関する光軸を囲む概ね矩形の部分を通じて前記照明光束を結合させるステップを含み、前記第１および第２の画像を受け取るステップが、前記概ね矩形の部分の各側に配置された前記撮像経路の第１および第２のそれぞれの撮像部分を通じて第１および第２の画像を受け取るステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記撮像経路の前記少なくとも１つの概ね矩形の部分を通じて前記照明光束を結合させるステップが、前記撮像経路に関する光軸の各側に配置された第１および第２の概ね矩形の部分を通じて前記照明光束を結合させるステップを含み、前記第１および第２の画像を受け取るステップが、前記第１および第２の概ね矩形の部分の間に配置された前記撮像経路の第１および第２のそれぞれの撮像部分を通じて第１および第２の画像を受け取るステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の光学素子が、概ね円形の断面形状を有し、前記撮像経路の前記少なくとも１つの照明部分を通じて前記照明光束を結合させるステップが、前記撮像経路に関する光軸の各側に配置された前記撮像経路の第１および第２のセグメントを通じて前記照明光束を結合させるステップを含み、前記第１および第２の画像を受け取るステップが、前記撮像経路の前記第１および第２のセグメントの間に配置された前記撮像経路の第１および第２のそれぞれの撮像部分を通じて第１および第２の画像を受け取るステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記撮像経路の前記少なくとも１つの照明部分を通じて前記照明光束を結合させるステップが、前記撮像経路の少なくとも１つの概ね円形の部分を通じて前記照明光束を結合させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記撮像経路の少なくとも１つの概ね円形の部分を通じて前記照明光束を結合させるステップが、前記撮像経路の光軸を囲む前記撮像経路の概ね円形の部分を通じて前記照明光束を結合させるステップを含み、前記第１および第２の画像を受け取るステップが、前記概ね円形の部分の各側に配置された前記撮像経路の第１および第２のそれぞれの撮像部分を通じて第１および第２の画像を受け取るステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記撮像経路の前記少なくとも１つの照明部分を通じて前記照明光束を結合させるステップが、前記複数の光学素子のうちの第１の光学素子の少なくとも１つの照明部分を通じて前記照明光束を結合させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の光学素子の前記少なくとも１つの照明部分を通じて前記照明光束を結合させるステップが、
対物レンズ、および
前記視野からの光を前記撮像経路へと伝達するように配置された窓
のうちの少なくとも一方の少なくとも１つの照明部分を通じて前記照明光束を結合させるステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの照明部分を通じて前記照明光束を結合させるステップが、前記対物レンズおよび前記窓のうちの前記少なくとも一方の中央に配置された開口を通じて前記照明光束を結合させるステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記撮像経路の前記少なくとも１つの照明部分を通じて前記照明光束を結合させるステップが、前記照明光束源から前記照明光束を受け取り、前記撮像経路の前記少なくとも１つの照明部分へと前記照明光束を案内するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記照明光束を案内するステップが、光ファイバ束および導波路のうちの一方を通じて前記照明光束を案内するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１および第２の画像をイメージセンサにおいて受け取り、該イメージセンサに前記第１および第２のそれぞれの画像を表す第１および第２の信号を生成させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１および第２の信号を表示装置において受け取り、該表示装置に前記第１および第２の画像を表示させるステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の画像を操作者の左眼へと選択的に案内し、前記第２の画像を操作者の右眼へと選択的に案内するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記表示装置が、前記第１および第２の画像の各々を同時に表示するように動作可能に構成され、
当該方法が、操作者の左眼への前記第１の画像の到達を可能にし、操作者の右眼への前記第２の画像の到達を可能にしつつ、操作者の右眼への前記第１の画像の到達を阻止し、操作者の左眼への前記第２の画像の到達を阻止するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記撮像経路の第１および第２の撮像部分を通じて前記第１および第２の画像を受け取るステップが、前記撮像経路の前記第１の撮像部分への光の到達の阻止と、前記撮像経路の前記第２の撮像部分への光の到達の阻止とを交互に行うステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１および第２の画像を受け取るステップが、前記撮像経路の前記第１および第２の撮像部分を通じて前記第１および第２の画像を同時に受け取るステップを含み、
当該方法が、
前記撮像経路の前記第１の撮像部分を通過する光が前記光学系を通って伝達されることを阻止すること、および
前記撮像経路の前記第２の撮像部分を通過する光が前記光学系を通って伝達されることを阻止すること
を交互に行うステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１および第２の画像を受け取るステップが、
前記撮像経路の前記第１および第２の撮像部分を通じて前記第１および第２の画像を同時に受け取り、該第１および第２の画像を、前記光学系を通って同時に伝達するステップと、
前記光学系を通って伝達された前記第１および第２の画像を画像変調部において同時に受け取るステップと、
前記画像変調部に前記第１および第２のそれぞれの画像を選択的に伝達させるステップと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記画像変調部に前記第１および第２のそれぞれの画像を選択的に伝達させるステップが、
前記第２の画像に関する光を伝達しつつ、前記第１の画像に関する光を遮断するステップ、および
前記第１の画像に関する光を伝達しつつ、前記第２の画像に関する光を遮断するステップ
を前記画像変調部に交互に実行させるステップ
を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記画像変調部に前記第１および第２のそれぞれの画像を選択的に伝達させるステップが、
前記第１の画像に関する光の状態を、第１の光学的状態を有するように変化させるステップ、および
前記第２の画像に関する光の状態を、第２の光学的状態を有するように変化させるステップ
を前記画像変調部に実行させるステップ
を含み、
前記第１および第２の光学的状態が、前記第１および第２の画像について、前記第１および第２の画像を受け取るように配置されたイメージセンサにおける第１および第２の画像への分離を容易にするように機能することができる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１および第２の画像に関する光の前記状態を第１および第２のそれぞれの光学的状態を有するように変化させるステップを前記画像変調部に実行させるステップが、前記第１および第２のそれぞれの画像の偏光の状態を変化させるステップを前記画像変調部に実行させるステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
三次元画像情報を生成するための装置であって、
光学系と、
画像変調部と
を備え、
前記光学系は、該光学系の視野内の光を捕らえるように配置された撮像経路を有し、該撮像経路は、前記光学系の前記視野の少なくとも一部分を照明すべく照明光束を結合させるように動作可能に構成された少なくとも１つの照明部分を備え、
前記画像変調部は、第１および第２の画像を前記撮像経路の第１および第２のそれぞれの撮像部分を通じて受け取らせるように動作可能に構成され、前記第１および第２の撮像部分は、前記少なくとも１つの照明部分に隣接して配置され、前記第１の撮像部分が、前記視野において第１の斜視の視点を有し、前記第２の撮像部分が、前記視野において第２の斜視の視点を有し、前記第１および第２の画像が、前記照明された視野内の物体の三次元空間属性を表すように協働することができる装置。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの照明部分が、前記撮像経路を通って延びる２本の概ね平行な線の間に定められる前記撮像経路の少なくとも１つの概ね矩形の部分を備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記撮像経路の前記少なくとも１つの概ね矩形の部分が、前記撮像経路に関する光軸を囲む概ね矩形の部分を備え、前記画像変調部が、前記第１および第２の画像を前記概ね矩形の部分の各側に配置された前記撮像経路の第１および第２のそれぞれの撮像部分を通じて受け取らせるように動作可能に構成されている、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの概ね矩形の部分が、前記撮像経路に関する光軸の各側に配置された第１および第２の概ね矩形の部分を備え、前記画像変調部が、前記第１および第２の画像を前記第１および第２の概ね矩形の部分の間に配置された前記撮像経路の第１および第２のそれぞれの撮像部分を通じて受け取らせるように動作可能に構成されている、請求項２４に記載の装置。
【請求項２７】
前記複数の光学素子が、概ね円形の断面形状を有し、前記撮像経路の前記少なくとも１つの照明部分が、前記撮像経路に関する光軸の各側に配置された前記撮像経路の第１および第２のセグメントを備え、前記画像変調部が、前記第１および第２の画像を前記撮像経路の前記第１および第２のセグメントの間に配置された前記撮像経路の第１および第２のそれぞれの撮像部分を通じて受け取らせるように動作可能に構成されている、請求項２３に記載の装置。
【請求項２８】
前記撮像経路の前記少なくとも１つの照明部分が、前記撮像経路の少なくとも１つの概ね円形の部分を備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項２９】
前記撮像経路の少なくとも１つの概ね円形の部分が、前記撮像経路の光軸を囲む前記撮像経路の概ね円形の部分を備える、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記撮像経路の前記少なくとも１つの照明部分が、前記複数の光学素子のうちの第１の光学素子の少なくとも１つの照明部分を備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項３１】
前記第１の光学素子の前記少なくとも１つの照明部分が、
対物レンズ、および
光を前記撮像経路へと伝達するように配置された窓
のうちの少なくとも一方の少なくとも１つの照明部分を備える、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記対物レンズの前記少なくとも１つの照明部分が、前記対物レンズおよび前記窓のうちの前記少なくとも一方の中央に配置された開口を備える、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
照明源と、
前記照明源から前記照明光束を受け取り、該照明光束を前記撮像経路の前記照明部分へと案内するように動作可能に構成された照明経路と
をさらに備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項３４】
前記照明経路が、光ファイバ束および導波路のうちの一方を備える、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記第１および第２の画像を受け取り、該第１および第２のそれぞれの画像を表す第１および第２の信号を生成するイメージセンサをさらに備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項３６】
前記第１および第２の信号を受け取り、前記第１および第２の画像を表示するための表示装置をさらに備える、請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記第１の画像を操作者の左眼へと選択的に案内し、前記第２の画像を操作者の右眼へと選択的に案内するように動作可能に構成された光学プロセッサをさらに備える、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記表示装置が、前記第１および第２の画像の各々を同時に表示するように動作可能に構成され、前記光学プロセッサが、操作者の左眼への前記第１の画像の到達を可能にし、操作者の右眼への前記第２の画像の到達を可能にしつつ、操作者の右眼への前記第１の画像の到達を阻止し、操作者の左眼への前記第２の画像の到達を阻止するように動作可能に構成されている、請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記画像変調部が、前記撮像経路の前記第１の撮像部分への光の到達の阻止と、前記撮像経路の前記第２の撮像部分への光の到達の阻止とを交互に行うように配置される、請求項２３に記載の装置。
【請求項４０】
前記光学システムが、前記撮像経路の前記第１および第２の撮像部分を通じて前記第１および第２の画像を同時に受け取るように動作可能に構成されており、
前記画像変調部が、
前記撮像経路の前記第１の撮像部分を通過する光が前記光学系を通って伝達されることを阻止すること、および
前記撮像経路の前記第２の撮像部分を通過する光が前記光学系を通って伝達されることを阻止すること
を交互に行うように動作可能に構成されている、請求項２３に記載の装置。
【請求項４１】
前記光学系が、前記撮像経路の前記第１および第２の撮像部分を通じて前記第１および第２の画像を同時に受け取り、該第１および第２の画像を、該光学系を通って同時に伝達するように動作可能に構成され、前記画像変調部が、前記光学系を通って伝達された前記第１および第２の画像を同時に受け取り、前記第１および第２のそれぞれの画像を選択的に伝達するように配置される、請求項２３に記載の装置。
【請求項４２】
前記画像変調部が、
前記第２の画像に関する光を伝達しつつ、前記第１の画像に関する光を遮断すること、および
前記第１の画像に関する光を伝達しつつ、前記第２の画像に関する光を遮断すること
を交互に実行することによって前記第１および第２のそれぞれの画像を選択的に伝達するように動作可能に構成されている、請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
前記画像変調部が、
前記第１の画像に関する光の状態を、第１の光学的状態を有するように変化させること、および
前記第２の画像に関する光の状態を、第２の光学的状態を有するように変化させること
によって前記第１および第２のそれぞれの画像を選択的に伝達するように動作可能に構成されており、
前記第１および第２の光学的状態が、前記第１および第２の画像について、前記第１および第２の画像を受け取るように配置されたイメージセンサにおける第１および第２の画像への分離を容易にするように機能することができる、請求項４１に記載の装置。
【請求項４４】
前記画像変調部が、前記第１および第２のそれぞれの画像の偏光の状態を変化させることによって、前記第１および第２の画像に関する光の前記状態を変化させるように動作可能に構成されている、請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
光学系を使用して三次元画像情報を生成する方法であって、
前記光学系は、該光学系の視野内の光を捕らえるように配置された撮像経路を有し、
当該方法が、
前記光学系の前記視野の第１の部分を照明するために前記撮像経路の第２の部分を通して照明光束を案内しつつ、前記視野において第１の斜視の視点を有する前記撮像経路の第１の部分を通じて、第１の画像を受け取るステップと、
前記光学系の前記視野の第２の部分を照明するために前記撮像経路の第１の部分を通して前記照明光束を案内しつつ、前記視野において第２の斜視の視点を有する前記撮像経路の第２の部分を通じて、第２の画像を受け取るステップと
を交互に行うことを含み、
前記第１および第２の画像が、前記視野内の物体の三次元空間属性を表すように協働することができる方法。
【請求項４６】
前記第１および第２の画像を受け取るステップが、アクセスできない場所からの光を捕らえるように動作可能な細長い撮像経路を通じて第１および第２の画像を受け取るステップを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記アクセスできない場所が、生体内の場所である、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記照明光束を生成するステップ
をさらに含み、
前記視野の前記第１および第２のそれぞれの部分を照明するために前記撮像経路の前記第１および第２の部分を通して前記照明光束を案内するステップが、
前記視野の前記第１の部分を照明するために前記撮像経路の前記第２の部分を通る前記照明光束の少なくとも一部を反射させつつ、前記第１の画像を伝達すること、および
前記視野の前記第２の部分を照明するために前記撮像経路の前記第１の部分を通る前記照明光束の少なくとも一部を反射させつつ、前記第２の画像を伝達すること
を交互に行うように前記撮像経路に配置された変調部を選択的に動作させるステップ
を含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４９】
前記変調部を選択的に動作させるステップが、
機械式のシャッタを、
該シャッタが、前記視野の前記第２の部分を照明するために前記撮像経路を通る前記照明光束を反射させつつ、前記撮像経路を通る前記第２の画像の伝達を阻止する第１の位置、および
該シャッタが、前記視野の前記第１の部分を照明するために前記撮像経路を通る前記照明光束を反射させつつ、前記撮像経路を通る前記第１の画像の伝達を阻止する第２の位置
の間を移動するように選択的に駆動するステップ
を含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記変調部を選択的に動作させるステップが、
光バルブを、
前記視野の前記第２の部分を照明するために前記撮像経路を通る前記照明光束を反射させつつ、前記撮像経路を通る前記第２の画像の伝達を阻止すること、および
前記視野の前記第１の部分を照明するために前記撮像経路を通る前記照明光束を反射させつつ、前記撮像経路を通る前記第１の画像の伝達を阻止すること
を交互に行うように選択的に駆動するステップ
を含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記視野の前記第１および第２のそれぞれの部分を照明するために前記撮像経路の前記第１および第２の部分を通して前記照明光束を案内するステップが、
前記撮像経路を通って前記第１の画像を伝達するように変調部を選択的に駆動しつつ、前記視野の前記第１の部分を照明するように配置された第１の照明器を選択的に作動させること、および
前記撮像経路を通って前記第２の画像を伝達するように前記変調部を選択的に駆動しつつ、前記視野の前記第２の部分を照明するように配置された第２の照明器を選択的に作動させること
を交互に行うステップ
を含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項５２】
前記第１および第２の照明器を選択的に作動させることが、前記光学系の開口面の付近に配置された第１および第２の照明器を選択的に作動させることを含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記第１および第２の照明器を選択的に作動させることが、第１および第２のそれぞれの発光ダイオードを選択的に作動させることを含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５４】
前記変調部を選択的に駆動することが、シャッタを前記撮像経路内の第１および第２の位置の間で移動させることを含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５５】
前記光学系の前記視野の前記第１の部分と前記光学系の前記視野の前記第２の部分とが、前記視野内に重なり合う領域を有する、請求項４５に記載の方法。
【請求項５６】
前記撮像経路の前記第１および第２のそれぞれの部分を通して前記照明光束を案内するステップが、前記照明光束を照明源から受け取り、前記撮像経路の前記第１および第２のそれぞれの部分へと前記照明光束を選択的に案内するステップを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項５７】
前記照明光束を選択的に案内するステップが、前記照明光束を第１および第２のそれぞれの複数のファイバを有する光ファイバ束へと案内するステップを含み、前記第１の複数のファイバが、前記視野の前記第１の部分を照明するように配置され、前記第２の複数のファイバが、前記視野の前記第２の部分を照明するように配置される、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記第１の画像を操作者の左眼へと選択的に案内し、前記第２の画像を操作者の右眼へと選択的に案内するステップをさらに含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項５９】
選択的に案内するステップが、
前記第１および第２の画像の各々を操作者の左眼および右眼の各々へと提示するステップと、
操作者の左眼への前記第１の画像の到達および操作者の右眼への前記第２の画像の到達を可能にしつつ、操作者の右眼への前記第１の画像の到達を阻止し、操作者の左眼への前記第２の画像の到達を阻止するステップと
を含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
選択的に案内するステップが、操作者の左眼への前記第１の画像の到達を選択的に可能にすること、および操作者の右眼への前記第２の画像の到達を選択的に可能にすることを交互に行いつつ、前記光学系による前記第１の画像の伝達を可能にすること、および前記光学系による前記第２の画像の伝達を可能にすることを交互に行うステップを含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６１】
三次元画像情報を生成するための装置であって、
光学系と、
画像変調部と、
照明器と
を備え、
前記光学系は、該光学系の視野内の光を捕らえるように配置された撮像経路を有し、
前記画像変調部は、第１および第２の画像を前記撮像経路の第１および第２のそれぞれの撮像部分を通じて受け取らせるように動作可能に構成され、前記撮像経路の前記第１の部分が、前記視野において第１の斜視の視点を有し、前記撮像経路の前記第２の部分が、前記視野において第２の斜視の視点を有し、
前記照明器は、
前記第１の画像を受け取りつつ、前記光学系の前記視野の第１の部分を照明するために前記撮像経路の前記第２の部分を通して前記照明光束を案内すること、および
前記第２の画像を受け取りつつ、前記光学系の前記視野の第２の部分を照明するために前記撮像経路の前記第２の部分を通して前記照明光束を案内すること
を交互に行うように動作可能に構成されており、
前記第１および第２の画像が、前記視野内の物体の三次元空間属性を表すように協働することができる装置。
【請求項６２】
前記撮像経路が、アクセスできない場所からの光を捕らえるように動作可能な細長い撮像経路を備える、請求項６１に記載の装置。
【請求項６３】
前記アクセスできない場所が、生体内の場所である、請求項６２に記載の装置。
【請求項６４】
前記照明器が、照明光束を生成するように動作可能な照明源を備え、
前記変調部が、
前記視野の前記第１の部分を照明するために前記撮像経路の前記第２の部分を通る前記照明光束の少なくとも一部を反射させつつ、前記第１の画像を伝達すること、および
前記視野の前記第２の部分を照明するために前記撮像経路の前記第１の部分を通る前記照明光束の少なくとも一部を反射させつつ、前記第２の画像を伝達すること
を交互に行うように動作可能に構成されている、請求項６１に記載の装置。
【請求項６５】
前記変調器が、
前記視野の前記第２の部分を照明するために前記撮像経路を通る前記照明光束を反射させつつ、前記撮像経路を通る前記第２の画像の伝達を阻止する第１の位置、および
前記視野の前記第１の部分を照明するために前記撮像経路を通る前記照明光束を反射させつつ、前記撮像経路を通る前記第１の画像の伝達を阻止する第２の位置
の間を移動するように動作可能に構成された機械式のシャッタを備える、請求項６４に記載の装置。
【請求項６６】
前記変調部が、
前記視野の前記第２の部分を照明するために前記撮像経路を通る前記照明光束を反射させつつ、前記撮像経路を通る前記第２の画像の伝達を阻止すること、および
前記視野の前記第１の部分を照明するために前記撮像経路を通る前記照明光束を反射させつつ、前記撮像経路を通る前記第１の画像の伝達を阻止すること
を交互に行うように動作可能に構成された光バルブを備える、請求項６５に記載の装置。
【請求項６７】
前記照明器が、
前記撮像経路を通って前記第１の画像を受け取りつつ、前記視野の前記第１の部分を照明するように配置された第１の照明器と、
前記撮像経路を通って前記第２の画像を受け取りつつ、前記視野の前記第２の部分を照明するように配置された第２の照明器と
を含む、請求項６１に記載の装置。
【請求項６８】
前記第１および第２の照明器が、前記光学系の開口面の付近に配置される、請求項６７に記載の装置。
【請求項６９】
前記第１および第２の照明器が、第１および第２のそれぞれの発光ダイオードを備える、請求項６８に記載の装置。
【請求項７０】
前記変調部が、前記撮像経路内の第１および第２の位置の間を移動するように動作可能に構成されたシャッタを備える、請求項６７に記載の装置。
【請求項７１】
前記光学系の前記視野の前記第１の部分と前記光学系の前記視野の前記第２の部分とが、前記視野内に重なり合う領域を有する、請求項６１に記載の装置。
【請求項７２】
前記照明器が、
前記照明光束を生成するための照明源と、
前記撮像経路の前記第１および第２のそれぞれの部分へと前記照明光束を選択的に案内するように動作可能なガイドと
を備える、請求項６１に記載の装置。
【請求項７３】
前記ガイドが、第１および第２のそれぞれの複数のファイバを有する光ファイバ束を備え、前記第１の複数のファイバが、前記視野の前記第１の部分を照明するように配置され、前記第２の複数のファイバが、前記視野の前記第２の部分を照明するように配置される、請求項７２に記載の装置。
【請求項７４】
前記第１の画像を操作者の左眼へと選択的に案内するための手段と、前記第２の画像を操作者の右眼へと選択的に案内するための手段とをさらに備える、請求項６１に記載の装置。
【請求項７５】
前記選択的に案内するための手段が、
前記第１および第２の画像の各々を操作者の左眼および右眼の各々へと提示するための手段と、
操作者の左眼への前記第１の画像の到達および操作者の右眼への前記第２の画像の到達を可能にしつつ、操作者の右眼への前記第１の画像の到達を阻止し、操作者の左眼への前記第２の画像の到達を阻止するための手段と
を備える、請求項７４に記載の装置。
【請求項７６】
前記変調部が、前記光学系による前記第１の画像の伝達を可能にすること、および前記光学系による前記第２の画像の伝達を可能にすることを交互に行うように動作可能に構成され、前記選択的に案内するための手段が、操作者の左眼への前記第１の画像の到達を選択的に可能にすること、および操作者の右眼への前記第２の画像の到達を選択的に可能にすることを交互に行うための手段を備える、請求項７４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に三次元画像情報の生成に関し、さらに詳しくは、三次元画像情報を生成する光学系の視野の照明に関する。
【背景技術および発明が解決しようとする課題】
【０００２】
アクセス困難な場所に位置する物体を観察する顕微鏡、内視鏡、およびボアスコープなどの光学機器は、一般に、使用可能な画像の形成を容易にするために、機器の視野の照明を必要とする。
【０００３】
本出願と所有者が同一である「Ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ  ｖｉｅｗｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｔｗｏ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｌｅｎｓ  ｓｙｓｔｅｍ」という名称の米国特許第６，１５１，１６４号において、立体観察システムが、二次元のレンズ系を使用し、画像の経路および／またはカメラを二重にする必要なく、立体視を提供している。立体視が、三次元（３Ｄ）の画像表現をもたらすように観察または処理することができる左および右の斜視の観察をもたらす。内視鏡においては、視野を照明するための光を、機器の穴を通って周辺を案内される光ファイバによって結合させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，１５１，１６４号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、光学系を通じて三次元画像情報を生成する方法であって、前記光学系が、該光学系の視野内の光を捕らえるように配置された複数の光学素子によって定められる撮像経路を有する方法が提供される。この方法は、前記光学系の視野の少なくとも一部分を照明するために、前記撮像経路の少なくとも１つの照明部分を通じて照明光束を結合させるステップと、前記撮像経路の第１および第２のそれぞれの撮像部分を通じて第１および第２の画像を受け取るステップとを含み、前記第１および第２の撮像部分は、前記少なくとも１つの照明部分に隣接して配置される。前記第１の撮像部分が、前記視野において第１の斜視の視点を有し、前記第２の撮像部分が、前記視野において第２の斜視の視点を有し、前記第１および第２の画像が、照明された視野内の物体の三次元空間属性を表すように協働することができる。
【０００６】
前記撮像経路の前記少なくとも１つの照明部分を通じて前記照明光束を結合させるステップは、前記撮像経路を通って延びる２本の概ね平行な線の間に定められる前記撮像経路の少なくとも１つの概ね矩形の部分を通じて前記照明光束を結合させるステップを含むことができる。
【０００７】
前記撮像経路の前記少なくとも１つの概ね矩形の部分を通じて前記照明光束を結合させるステップは、前記撮像経路に関する光軸を囲む概ね矩形の部分を通じて前記照明光束を結合させるステップを含むことができ、前記第１および第２の画像を受け取るステップは、前記概ね矩形の部分の各側に配置された前記撮像経路の第１および第２のそれぞれの撮像部分を通じて第１および第２の画像を受け取るステップを含むことができる。
【０００８】
前記撮像経路の前記少なくとも１つの概ね矩形の部分を通じて前記照明光束を結合させるステップは、前記撮像経路に関する光軸の各側に配置された第１および第２の概ね矩形の部分を通じて前記照明光束を結合させるステップを含むことができ、前記第１および第２の画像を受け取るステップは、前記第１および第２の概ね矩形の部分の間に配置された前記撮像経路の第１および第２のそれぞれの撮像部分を通じて第１および第２の画像を受け取るステップを含むことができる。
【０００９】
前記複数の光学素子が、概ね円形の断面形状を有し、前記撮像経路の前記少なくとも１つの照明部分を通じて前記照明光束を結合させるステップが、前記撮像経路に関する光軸の各側に配置された前記撮像経路の第１および第２のセグメントを通じて前記照明光束を結合させるステップを含むことができ、前記第１および第２の画像を受け取るステップは、前記撮像経路の前記第１および第２のセグメントの間に配置された前記撮像経路の第１および第２のそれぞれの撮像部分を通じて第１および第２の画像を受け取るステップを含むことができる。
【００１０】
前記撮像経路の前記少なくとも１つの照明部分を通じて前記照明光束を結合させるステップは、前記撮像経路の少なくとも１つの概ね円形の部分を通じて前記照明光束を結合させるステップを含むことができる。
【００１１】
前記撮像経路の前記少なくとも１つの概ね円形の部分を通じて前記照明光束を結合させるステップは、前記撮像経路の光軸を囲む前記撮像経路の概ね円形の部分を通じて前記照明光束を結合させるステップを含むことができ、前記第１および第２の画像を受け取るステップは、前記概ね円形の部分の各側に配置された前記撮像経路の第１および第２のそれぞれの撮像部分を通じて第１および第２の画像を受け取るステップを含むことができる。
【００１２】
前記撮像経路の前記少なくとも１つの照明部分を通じて前記照明光束を結合させるステップは、前記複数の光学素子のうちの第１の光学素子の少なくとも１つの照明部分を通じて前記照明光束を結合させるステップを含むことができる。
【００１３】
前記第１の光学素子の前記少なくとも１つの照明部分を通じて前記照明光束を結合させるステップは、対物レンズおよび前記視野からの光を前記撮像経路へと伝達するように配置された窓のうちの少なくとも一方の少なくとも１つの照明部分を通じて前記照明光束を結合させるステップを含むことができる。
【００１４】
前記少なくとも１つの照明部分を通じて前記照明光束を結合させるステップは、前記対物レンズおよび前記窓のうちの前記少なくとも一方の中央に配置された開口を通じて前記照明光束を結合させるステップを含むことができる。
【００１５】
前記撮像経路の前記少なくとも１つの照明部分を通じて前記照明光束を結合させるステップは、照明源から前記照明光束を受け取り、前記撮像経路の前記少なくとも１つの照明部分へと前記照明光束を案内するステップを含むことができる。
【００１６】
前記照明光束を案内するステップは、光ファイバ束および導波路のうちの一方を通じて前記照明光束を案内するステップを含むことができる。
【００１７】
本方法は、前記第１および第２の画像をイメージセンサにおいて受け取り、該イメージセンサに前記第１および第２のそれぞれの画像を表す第１および第２の信号を生成させるステップを含むことができる。
【００１８】
本方法は、前記第１および第２の信号を表示装置において受け取り、該表示装置に前記第１および第２の画像を表示させるステップを含むことができる。
【００１９】
本方法は、前記第１の画像を操作者の左眼へと選択的に案内し、前記第２の画像を操作者の右眼へと選択的に案内するステップを含むことができる。
【００２０】
前記表示装置を、前記第１および第２の画像の各々を同時に表示するように動作可能に構成することができ、操作者の左眼への前記第１の画像の到達を可能にし、操作者の右眼への前記第２の画像の到達を可能にしつつ、操作者の右眼への前記第１の画像の到達を阻止し、操作者の左眼への前記第２の画像の到達を阻止するステップをさらに含むことができる。
【００２１】
前記撮像経路の第１および第２の撮像部分を通じて前記第１および第２の画像を受け取るステップは、前記撮像経路の前記第１の撮像部分への光の到達の阻止と、前記撮像経路の前記第２の撮像部分への光の到達の阻止とを交互に行うステップを含むことができる。
【００２２】
前記第１および第２の画像を受け取るステップは、前記撮像経路の前記第１および第２の撮像部分を通じて前記第１および第２の画像を同時に受け取るステップを含むことができ、前記撮像経路の前記第１の撮像部分を通過する光が前記光学系を通って伝達されることを阻止すること、および前記撮像経路の前記第２の撮像部分を通過する光が前記光学系を通って伝達されることを阻止することを交互に行うステップをさらに含むことができる。
【００２３】
前記第１および第２の画像を受け取るステップは、前記撮像経路の前記第１および第２の撮像部分を通じて前記第１および第２の画像を同時に受け取り、該第１および第２の画像を、前記光学系を通って同時に伝達するステップと、前記光学系を通って伝達された前記第１および第２の画像を画像変調部において同時に受け取るステップと、前記画像変調部に前記第１および第２のそれぞれの画像を選択的に伝達させるステップとを含むことができる。
【００２４】
前記画像変調部に前記第１および第２のそれぞれの画像を選択的に伝達させるステップは、前記第２の画像に関する光を伝達しつつ、前記第１の画像に関する光を遮断するステップ、および前記第１の画像に関する光を伝達しつつ、前記第２の画像に関する光を遮断するステップを、前記画像変調部に交互に実行させるステップを含むことができる。
【００２５】
前記画像変調部に前記第１および第２のそれぞれの画像を選択的に伝達させるステップは、前記第１の画像に関する光の状態を、第１の光学的状態を有するように変化させるステップ、および前記第２の画像に関する光の状態を、第２の光学的状態を有するように変化させるステップを、前記画像変調部に実行させるステップを含むことができ、前記第１および第２の光学的状態は、前記第１および第２の画像について、前記第１および第２の画像を受け取るように配置されたイメージセンサにおける第１および第２の画像への分離を容易にするように機能可能であってもよい。
【００２６】
前記第１および第２の画像に関する光の状態を第１および第２のそれぞれの光学的状態を有するように変化させるステップを前記画像変調部に実行させるステップは、前記第１および第２のそれぞれの画像の偏光の状態を変化させるステップを前記画像変調部に実行させるステップを含むことができる。
【００２７】
本発明の別の態様によれば、三次元画像情報を生成するための装置が提供される。この装置は、光学系を備え、この光学系が、この光学系の視野内の光を捕らえるように配置された撮像経路を有する。撮像経路は、前記光学系の視野の少なくとも一部分を照明すべく照明光束を結合させるように動作可能に構成された少なくとも１つの照明部分を備える。さらに装置は、第１および第２の画像を前記撮像経路の第１および第２のそれぞれの撮像部分を通じて受け取らせるように動作可能に構成された画像変調部を備え、前記第１および第２の撮像部分は、前記少なくとも１つの照明部分に隣接して配置される。前記第１の撮像部分が、前記視野において第１の斜視の視点を有し、前記第２の撮像部分が、前記視野において第２の斜視の視点を有し、前記第１および第２の画像が、照明された視野内の物体の三次元空間属性を表すように協働することができる。
【００２８】
前記少なくとも１つの照明部分は、前記撮像経路を通って延びる２本の概ね平行な線の間に定められる前記撮像経路の少なくとも１つの概ね矩形の部分を含むことができる。
【００２９】
前記撮像経路の前記少なくとも１つの概ね矩形の部分は、前記撮像経路に関する光軸を囲む概ね矩形の部分を含むことができ、前記画像変調部を、前記第１および第２の画像を前記概ね矩形の部分の各側に配置された前記撮像経路の第１および第２のそれぞれの撮像部分を通じて受け取らせるように動作可能に構成することができる。
【００３０】
前記少なくとも１つの概ね矩形の部分は、前記撮像経路に関する光軸の各側に配置された第１および第２の概ね矩形の部分を含むことができ、前記画像変調部を、前記第１および第２の画像を前記第１および第２の概ね矩形の部分の間に配置された前記撮像経路の第１および第２のそれぞれの撮像部分を通じて受け取らせるように動作可能に構成することができる。
【００３１】
前記複数の光学素子が、概ね円形の断面形状を有し、前記撮像経路の前記少なくとも１つの照明部分が、前記撮像経路に関する光軸の各側に配置された前記撮像経路の第１および第２のセグメントを含むことができ、前記画像変調部を、前記第１および第２の画像を前記撮像経路の前記第１および第２のセグメントの間に配置された前記撮像経路の第１および第２のそれぞれの撮像部分を通じて受け取らせるように動作可能に構成することができる。
【００３２】
前記撮像経路の前記少なくとも１つの照明部分は、前記撮像経路の少なくとも１つの概ね円形の部分を含むことができる。
【００３３】
前記撮像経路の少なくとも１つの概ね円形の部分は、前記撮像経路の光軸を囲む前記撮像経路の概ね円形の部分を含むことができる。
【００３４】
前記撮像経路の前記少なくとも１つの照明部分は、前記複数の光学素子のうちの第１の光学素子の少なくとも１つの照明部分を含むことができる。
【００３５】
前記第１の光学素子の前記少なくとも１つの照明部分は、対物レンズおよび光を前記撮像経路へと伝達するように配置された窓のうちの少なくとも一方の少なくとも１つの照明部分を含むことができる。
【００３６】
前記対物レンズの前記少なくとも１つの照明部分は、前記対物レンズおよび前記窓のうちの前記少なくとも一方の中央に配置された開口を含むことができる。
【００３７】
本装置は、照明源と、前記照明源から前記照明光束を受け取り、該照明光束を前記撮像経路の前記照明部分へと案内するように動作可能に構成された照明経路とを備えることができる。
【００３８】
前記照明経路は、光ファイバ束および導波路のうちの一方を備えることができる。
【００３９】
本装置は、前記第１および第２の画像を受け取り、該第１および第２のそれぞれの画像を表す第１および第２の信号を生成するイメージセンサを備えることができる。
【００４０】
本装置は、前記第１および第２の信号を受け取り、前記第１および第２の画像を表示するための表示装置を備えることができる。
【００４１】
本発明は、前記第１の画像を操作者の左眼へと選択的に案内し、前記第２の画像を操作者の右眼へと選択的に案内するように動作可能に構成された光学プロセッサを備えることができる。
【００４２】
前記表示装置を、前記第１および第２の画像の各々を同時に表示するように動作可能に構成することができ、前記光学プロセッサを、操作者の左眼への前記第１の画像の到達を可能にし、操作者の右眼への前記第２の画像の到達を可能にしつつ、操作者の右眼への前記第１の画像の到達を阻止し、操作者の左眼への前記第２の画像の到達を阻止するように動作可能に構成することができる。
【００４３】
前記画像変調部を、前記撮像経路の前記第１の撮像部分への光の到達の阻止と、前記撮像経路の前記第２の撮像部分への光の到達の阻止とを交互に行うように配置することができる。
【００４４】
前記光学システムを、前記撮像経路の前記第１および第２の撮像部分を通じて前記第１および第２の画像を同時に受け取るように動作可能に構成することができ、前記画像変調部を、前記撮像経路の前記第１の撮像部分を通過する光が前記光学系を通って伝達されることを阻止すること、および前記撮像経路の前記第２の撮像部分を通過する光が前記光学系を通って伝達されることを阻止することを、交互に行うように動作可能に構成することができる。
【００４５】
前記光学系を、前記撮像経路の前記第１および第２の撮像部分を通じて前記第１および第２の画像を同時に受け取り、該第１および第２の画像を、該光学系を通って同時に伝達するように動作可能に構成することができ、前記画像変調部を、前記光学系を通って伝達された前記第１および第２の画像を同時に受け取り、前記第１および第２のそれぞれの画像を選択的に伝達するように配置することができる。
【００４６】
前記画像変調部を、前記第２の画像に関する光を伝達しつつ、前記第１の画像に関する光を遮断すること、および前記第１の画像に関する光を伝達しつつ、前記第２の画像に関する光を遮断することを交互に実行することによって、前記第１および第２のそれぞれの画像を選択的に伝達するように動作可能に構成することができる。
【００４７】
前記画像変調部を、前記第１の画像に関する光の状態を、第１の光学的状態を有するように変化させること、および前記第２の画像に関する光の状態を、第２の光学的状態を有するように変化させることによって、前記第１および第２のそれぞれの画像を選択的に伝達するように動作可能に構成することができ、前記第１および第２の光学的状態が、前記第１および第２の画像について、前記第１および第２の画像を受け取るように配置されたイメージセンサにおける第１および第２の画像への分離を容易にするように機能可能であってもよい。
【００４８】
前記画像変調部を、前記第１および第２のそれぞれの画像の偏光の状態を変化させることによって、前記第１および第２の画像に関する光の前記状態を変化させるように動作可能に構成することができる。
【００４９】
本発明の別の態様によれば、光学系を使用して三次元画像情報を生成する方法であって、前記光学系は、この光学系の視野内の光を捕らえるように配置された撮像経路を有する方法が提供される。本方法は、前記光学系の前記視野の第１の部分を照明するために前記撮像経路の第２の部分を通して照明光束を案内しつつ、前記撮像経路の第１の部分を通じて第１の画像を受け取るステップ、を交互に行うことを含む。前記撮像経路の前記第１の部分は、前記視野において第１の斜視の視点を有する。本方法は、前記光学系の前記視野の第２の部分を照明するために前記撮像経路の第１の部分を通して前記照明光束を案内しつつ、前記撮像経路の第２の部分を通じて第２の画像を受け取るステップをさらに含む。前記撮像経路の前記第２の部分は、前記視野において第２の斜視の視点を有する。前記第１および第２の画像が、前記視野内の物体の三次元空間属性を表すように協働することができる。
【００５０】
前記第１および第２の画像を受け取るステップは、アクセスできない場所からの光を捕らえるように動作可能な細長い撮像経路を通じて第１および第２の画像を受け取るステップを含むことができる。
【００５１】
前記アクセスできない場所は、生体内の場所であってもよい。
【００５２】
本方法は、照明光束を生成するステップをさらに含むことができ、前記視野の前記第１および第２のそれぞれの部分を照明するために前記撮像経路の前記第１および第２の部分を通して前記照明光束を案内するステップが、前記視野の前記第１の部分を照明するために前記撮像経路の前記第２の部分を通る前記照明光束の少なくとも一部を反射させつつ、前記第１の画像を伝達すること、および前記視野の前記第２の部分を照明するために前記撮像経路の前記第１の部分を通る前記照明光束の少なくとも一部を反射させつつ、前記第２の画像を伝達することを交互に行うように、前記撮像経路に配置された変調部を選択的に動作させるステップを含むことができる。
【００５３】
前記変調部を選択的に動作させるステップは、機械式のシャッタを、前記視野の前記第２の部分を照明するために前記撮像経路を通る前記照明光束を反射させつつ、前記撮像経路を通る前記第２の画像の伝達を阻止する第１の位置、および前記視野の前記第１の部分を照明するために前記撮像経路を通る前記照明光束を反射させつつ、前記撮像経路を通る前記第１の画像の伝達を阻止する第２の位置の間を移動するように、選択的に駆動するステップを含むことができる。
【００５４】
前記変調部を選択的に動作させるステップは、光バルブを、前記視野の前記第２の部分を照明するために前記撮像経路を通る前記照明光束を反射させつつ、前記撮像経路を通る前記第２の画像の伝達を阻止すること、および前記視野の前記第１の部分を照明するために前記撮像経路を通る前記照明光束を反射させつつ、前記撮像経路を通る前記第１の画像の伝達を阻止すること、を交互に行うように選択的に駆動するステップを含むことができる。
【００５５】
前記視野の前記第１および第２のそれぞれの部分を照明するために前記撮像経路の前記第１および第２の部分を通して前記照明光束を案内するステップが、前記撮像経路を通って前記第１の画像を伝達するように変調部を選択的に駆動しつつ、前記視野の前記第１の部分を照明するように配置された第１の照明器を選択的に作動させること、および前記撮像経路を通って前記第２の画像を伝達するように前記変調部を選択的に駆動しつつ、前記視野の前記第２の部分を照明するように配置された第２の照明器を選択的に作動させることを、交互に行うステップを含むことができる。
【００５６】
前記第１および第２の照明器を選択的に作動させることは、前記光学系の開口面の付近に配置された第１および第２の照明器を選択的に作動させることを含むことができる。
【００５７】
前記第１および第２の照明器を選択的に作動させることは、第１および第２のそれぞれの発光ダイオードを選択的に作動させることを含むことができる。
【００５８】
前記変調部を選択的に駆動することは、シャッタを前記撮像経路内の第１および第２の位置の間で移動させることを含むことができる。
【００５９】
前記光学系の前記視野の前記第１の部分と前記光学系の前記視野の前記第２の部分とが、前記視野内に重なり合う領域を有する。
【００６０】
前記撮像経路の前記第１および第２のそれぞれの部分を通して前記照明光束を案内するステップは、前記照明光束を照明源から受け取り、前記撮像経路の前記第１および第２のそれぞれの部分へと前記照明光束を選択的に案内するステップを含むことができる。
【００６１】
前記照明光束を選択的に案内するステップは、前記照明光束を第１および第２のそれぞれの複数のファイバを有する光ファイバ束へと案内するステップを含むことができ、前記第１の複数のファイバが、前記視野の前記第１の部分を照明するように配置され、前記第２の複数のファイバが、前記視野の前記第２の部分を照明するように配置される。
【００６２】
本方法は、前記第１の画像を操作者の左眼へと選択的に案内し、前記第２の画像を操作者の右眼へと選択的に案内するステップを含むことができる。
【００６３】
選択的に案内するステップは、前記第１および第２の画像の各々を操作者の左眼および右眼の各々へと提示するステップと、操作者の左眼への前記第１の画像の到達および操作者の右眼への前記第２の画像の到達を可能にしつつ、操作者の右眼への前記第１の画像の到達を阻止し、操作者の左眼への前記第２の画像の到達を阻止するステップとを含むことができる。
【００６４】
選択的に案内するステップは、操作者の左眼への前記第１の画像の到達を選択的に可能にすること、および操作者の右眼への前記第２の画像の到達を選択的に可能にすることを交互に行いつつ、前記光学系による前記第１の画像の伝達を可能にすること、および前記光学系による前記第２の画像の伝達を可能にすることを交互に行うステップを含むことができる。
【００６５】
本発明の別の態様によれば、三次元画像情報を生成するための装置が提供される。この装置は、光学系と、画像変調部と、照明器とを備え、前記光学系は、この光学系の視野内の光を捕らえるように配置された撮像経路を有し、前記画像変調部は、第１および第２の画像を前記撮像経路の第１および第２のそれぞれの撮像部分を通じて受け取らせるように動作可能に構成され、前記撮像経路の前記第１の部分が、前記視野において第１の斜視の視点を有し、前記撮像経路の前記第２の部分が、前記視野において第２の斜視の視点を有し、前記照明器は、前記第１の画像を受け取りつつ、前記光学系の前記視野の第１の部分を照明するために前記撮像経路の前記第２の部分を通して前記照明光束を案内すること、および前記第２の画像を受け取りつつ、前記光学系の前記視野の第２の部分を照明するために前記撮像経路の前記第２の部分を通して前記照明光束を案内することを、交互に行うように動作可能に構成されており、前記第１および第２の画像が、前記視野内の物体の三次元空間属性を表すように協働することができる。
【００６６】
前記撮像経路は、アクセスできない場所からの光を捕らえるように動作可能な細長い撮像経路を備えることができる。
【００６７】
前記アクセスできない場所は、生体内の場所であってもよい。
【００６８】
前記照明器は、照明光束を生成するように動作可能な照明源を備えることができ、前記変調部を、前記視野の前記第１の部分を照明するために前記撮像経路の前記第２の部分を通る前記照明光束の少なくとも一部を反射させつつ、前記第１の画像を伝達すること、および前記視野の前記第２の部分を照明するために前記撮像経路の前記第１の部分を通る前記照明光束の少なくとも一部を反射させつつ、前記第２の画像を伝達することを、交互に行うように動作可能に構成することができる。
【００６９】
前記変調器は、前記視野の前記第２の部分を照明するために前記撮像経路を通る前記照明光束を反射させつつ、前記撮像経路を通る前記第２の画像の伝達を阻止する第１の位置、および前記視野の前記第１の部分を照明するために前記撮像経路を通る前記照明光束を反射させつつ、前記撮像経路を通る前記第１の画像の伝達を阻止する第２の位置の間を移動するように動作可能に構成された機械式のシャッタを備えることができる。
【００７０】
前記変調部は、前記視野の前記第２の部分を照明するために前記撮像経路を通る前記照明光束を反射させつつ、前記撮像経路を通る前記第２の画像の伝達を阻止すること、および前記視野の前記第１の部分を照明するために前記撮像経路を通る前記照明光束を反射させつつ、前記撮像経路を通る前記第１の画像の伝達を阻止することを、交互に行うように動作可能に構成された光バルブを備えることができる。
【００７１】
前記照明器は、前記撮像経路を通って前記第１の画像を受け取る一方で、前記視野の前記第１の部分を照明するように配置された第１の照明器と、前記撮像経路を通って前記第２の画像を受け取る一方で、前記視野の前記第２の部分を照明するように配置された第２の照明器とを含むことができる。
【００７２】
前記第１および第２の照明器を、前記光学系の開口面の付近に配置することができる。
【００７３】
前記第１および第２の照明器は、第１および第２のそれぞれの発光ダイオードを備えることができる。
【００７４】
前記変調部は、前記撮像経路内の第１および第２の位置の間を移動するように動作可能に構成されたシャッタを備えることができる。
【００７５】
前記光学系の前記視野の前記第１の部分と前記光学系の前記視野の前記第２の部分とが、前記視野内に重なり合う領域を有する。
【００７６】
前記照明器は、前記照明光束を生成するための照明源と、前記撮像経路の前記第１および第２のそれぞれの部分へと前記照明光束を選択的に案内するように動作可能なガイドとを備えることができる。
【００７７】
前記ガイドは、第１および第２のそれぞれの複数のファイバを有する光ファイバ束を備えてもよく、前記第１の複数のファイバが、前記視野の前記第１の部分を照明するように配置され、前記第２の複数のファイバが、前記視野の前記第２の部分を照明するように配置される。
【００７８】
本装置は、前記第１の画像を操作者の左眼へと選択的に案内するための手段と、前記第２の画像を操作者の右眼へと選択的に案内するための手段とをさらに備えることができる。
【００７９】
前記選択的に案内するための手段は、前記第１および第２の画像の各々を操作者の左眼および右眼の各々へと提示するための手段と、操作者の左眼への前記第１の画像の到達および操作者の右眼への前記第２の画像の到達を可能にしつつ、操作者の右眼への前記第１の画像の到達を阻止し、操作者の左眼への前記第２の画像の到達を阻止するための手段とを備えることができる。
【００８０】
前記変調部は、前記光学系による前記第１の画像の伝達を可能にすること、および前記光学系による前記第２の画像の伝達を可能にすることを交互に行うように動作可能に構成され、前記選択的に案内するための手段が、操作者の左眼への前記第１の画像の到達を選択的に可能にすること、および操作者の右眼への前記第２の画像の到達を選択的に可能にすることを交互に行うための手段を備えることができる。
【００８１】
本発明の他の態様および特徴が、本発明の具体的な実施の形態についての以下の説明を、添付の図面と併せて検討することによって、当業者にとって明らかになるであろう。
【００８２】
図面が、本発明の実施の形態を示す。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】三次元画像情報を生成するための本発明の第１の実施の形態に係る装置の側面図である。
【図２Ａ−２Ｄ】図１に示した本発明の種々の実施の形態による装置について、線２−２に沿って得た一連の断面図である。
【図３】図１に示した装置の２つの部分の拡大側面図である。
【図４】図１に示した装置に使用される画像変調部およびイメージセンサの斜視図である。
【図５】図４に示した画像変調部に使用される液晶素子の部分切断の斜視図である。
【図６】図２Ａに示した線６−６に沿って得た図１に示した装置の光学系の概略図である。
【図７】三次元画像情報を生成するための本発明の別の実施の形態に係る装置の側面図である。
【図８】図７に示した装置において使用される空間変調器のブロック図である。
【図９】図８に示した空間変調器を制御するための制御信号のグラフである。
【図１０】三次元画像情報を生成するための本発明のさらに別の実施の形態に係る装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００８４】
いくつかの用途においては、光学機器の直径を小さくすること、または所与の直径の光学機器について立体画像から得られる３Ｄの奥行きの知覚を向上させることが望まれる可能性がある。視野の照明は、そのような用途において重要な課題を呈する。
【００８５】
図１を参照すると、三次元画像情報を生成するための本発明の第１の実施の形態に係る装置が、全体として１００で示される。装置１００は、複数の光学素子によって定められる撮像経路を有する光学系１０２を備える。撮像経路を定める複数の光学素子は、細長いハウジング１０８の内側に配置され、この実施の形態においては対物レンズである第１の光学素子１０４と、視野レンズ１１２および１１４と、複数のリレーレンズ１１６〜１２２とを含む。他の実施の形態においては、第１の光学素子１０４が、窓であってもよく、レンズ１１２を、対物レンズとして機能するように構成することができる。複数の光学素子のうちの他の光学素子は、図１に示した光学素子とは違ってもよい。
【００８６】
装置１００は、この実施の形態においては対物レンズ１０４から少し離れて位置するイメージセンサ１１０をも備える。対物レンズ１０４が、光学系の視野（ＦＯＶ）１０６内の光を捕らえ、撮像経路に沿って視野レンズ１１２および１１４ならびに複数のリレーレンズ１１６〜１２２を通ってイメージセンサ１１０へと光を伝達するように配置される。
【００８７】
装置１００は、外部の照明源（図示せず）から照明光束を受け取るための照明カプラ１２４をも備える。また、装置１００は、ハウジング１０８内に配置され、ハウジング１０８の全長にわたって延びる照明路１２６も備える。図示の実施の形態においては、照明光束が、光ファイバの束１２８を使用して照明路１２６を通って結合させられる。
【００８８】
図１に示した実施の形態においては、装置１００および光学系１０２が、内視鏡として構成されており、ハウジング１０８が、遠方に位置する物体１３０の観察を可能にするための生体の内部への挿入に合わせた寸法および構成とされている。図示の実施の形態においては、リレーレンズ１１６〜１２２が、Ｈｏｐｋｉｎｓ型の棒状接合複レンズとして構成されているが、末端に位置する対物レンズ１０４からの画像をイメージセンサ１１０へと伝達するために、他の構成の視野レンズおよび／またはリレーレンズを使用することも可能である。
【００８９】
あるいは、他の実施の形態においては、光学系１０２を、顕微鏡、ボアスコープ、または３Ｄ画像情報を生成するための他の光学系など、別の画像取得システムを実現するように構成することができる。
【００９０】
光学系１０２が、図２Ａ〜２Ｄに断面図にて示され、対物レンズ１０４を含む光学系１０２の末端部分１３２が、図３に拡大平面図にて示される。図２Ａを参照すると、撮像経路が、撮像経路を通って延びる２本の概ね平行な線１４０および１４２の間に定められた照明部分１３４を含む。この実施の形態においては、照明部分１３４が、概ね矩形の形状を有し、撮像経路に関する光軸１０３を囲む。
【００９１】
図３を参照すると、照明カプラ１２４が、外部の照明源１４６から照明光束を受け取ってファイバ束１２８へと案内するように構成されたコリメートレンズ１４４を備える。ファイバ束１２８が、照明路１２６を通って延び、対物レンズ１０４に隣接した複数の個別のファイバ１５０を終端としている。ファイバ束１２８の各々のファイバ１５０が、光源からの照明光束の一部分を対物レンズ１０４の照明部分を通って結合させる。対物レンズ１０４が、光学系１０２の視野１０６の少なくとも一部分を照明するために、照明部分を通して照明光束を結合させる。図２Ａに示した照明の実施の形態が、図３に実現されて示されるが、図２Ｂ〜図２Ｄに示されるいずれも実施の形態も、同様に良好に実現することが可能である。
【００９２】
再び図２Ａを参照すると、撮像経路が、概ね矩形の照明部分１３４の各側に配置された第１の撮像部分１３６および第２の撮像部分１３８を備える。第１の撮像部分１３６が、視野１０６内に第１の斜視の視点を有し、第２の撮像部分１３８が、視野内に第２の斜視の視点を有する。
【００９３】
図２Ｂを参照すると、別の実施の形態においては、対物レンズ１０４の照明部分が、撮像経路の光軸１０３を囲む概ね円形の部分１３５を含むことができる。円形の部分１３５が、視野を照明し、第１および第２の画像が、概ね円形の部分の各側に配置された撮像経路の第１および第２のそれぞれの撮像部分１３６および１３８を通って受け取られる。図２Ａに示した実施の形態においては、概ね矩形の照明部分１３４が、図２Ｂに示した概ね円形の部分１３５と比べて利用可能な照明の面積を増やし、したがってより多数および／またはより大径のファイバを収容することで、照明部分１３４を通じて結合させられる照明光束によってもたらされる照明の強度を高める可能性がある。
【００９４】
図２Ｃを参照すると、別の実施の形態においては、照明部分が、撮像経路の光軸１０３の各側に配置された第１のセグメント１４３および第２のセグメント１４５を含み、撮像経路が、第１および第２のセグメントの間に配置された第１および第２のそれぞれの撮像部分１４７および１４９を含む。
【００９５】
図２Ｄを参照すると、さらに別の実施の形態においては、照明部分が、光軸１０３の各側に配置された第１の概ね矩形の部分１５１および第２の概ね矩形の部分１５３を含み、撮像経路が、第１および第２の概ね矩形の部分の間に配置された撮像経路の第１および第２のそれぞれの撮像部分１５５および１５７を含む。撮像経路のさらなる部分１５９および１６１も、３Ｄ情報の生成に使用することができる。
【００９６】
他の実施の形態においては、照明部分１３４を、視野を照明するように他の方法で構成できる一方で、撮像経路の残りの部分が、第１および第２の画像を生成するための第１および第２のそれぞれの撮像部分を含む。
【００９７】
図３を参照すると、対物レンズ１０４が、第１の表面１５４および第２の表面１５６を備え、この実施の形態においては、ファイバ束１２８のファイバ１５０が、第１の表面１５４において終わり、ファイバ束を通って案内された照明が、視野１０６を照明すべく対物レンズを通過する。他の実施の形態においては、対物レンズ１０４が、ファイバ束を受け入れるための開口（図示せず）を備えることができ、ファイバ束１２８が、第２の表面１５６において終わることができる。そのような開口を、対物レンズ１０４を貫いて形成することができ、その場合には、ファイバ束１２８の末端を覆うために追加の窓が必要になる場合がある。一実施の形態においては、対物レンズ１０４が、開口を形成するように離された２つの別々のレンズセグメントを備えることができる。あるいは、対物レンズ１０４を完全には貫通しない開口を形成することができ、照明光束が、対物レンズの残りの部分を通過して第２の表面１５６に達してもよい。
【００９８】
図示の実施の形態においては、照明路１２６が、協働してハウジング１０８を形成する外鞘１６０および内側管１６２の間に定められる。内側管１６２が、内腔１６４を備え、内腔１６４は、レンズ１０４および１１２〜１２２を、それぞれのレンズが必要な光学的公差に従って内腔の中心に位置するように受け入れるように寸法付けられている。一実施の形態においては、内側管１６２が、約６ｍｍの直径を有し、外鞘１６０が、約１０ｍｍの直径を有する。レンズ１０４および１１２〜１２２の間の間隔を、やはり内腔１６４内に収容され、隣り合うレンズの間を延びる筒状のスペーサ（図示せず）によって、もたらすことができる。照明路１２６が、ファイバ束１２８のファイバ１５０を案内するために内側の管１６２を囲む環状の円筒形の空間をもたらす。
【００９９】
あるいは、他の実施の形態においては、照明路１２６を定める外鞘１６０および内側管１６２の表面を、照明光束が照明路に沿って対物レンズ１０４へと導かれ、すなわち照明路が照明用の導波路として機能するように、被覆することができる。
【０１００】
装置１００は、光学系１０２とイメージセンサ１１０との間に配置された画像変調部１７０をも備える。画像変調部１７０は、変調部制御信号を受信するための入力１７４を備える。画像変調部１７０を、動作に関して、変調部制御信号に応答して第１および第２の画像を対物レンズ１０４の第１および第２のそれぞれの撮像部分１３６および１３８（図２Ａに示される）を通じて受信するように構成することができる。光学系１０２を通じて受信される第１および第２の画像が、イメージセンサ１１０に入射するように変調部１７０によって選択的に案内される。上述のように、第１の撮像部分１３６が、視野１０６内に第１の斜視の視点を有し、第２の撮像部分１３８が、視野内に第２の斜視の視点を有し、第１および第２の画像が、照明された視野１０６内の物体１３０の三次元空間属性の描写を促進する情報をともに含む。
【０１０１】
装置１００は、画像信号を受信するためにイメージセンサ１１０の出力１７２に連絡した入力１８２を有するコントローラ１８０をさらに備える。また、コントローラ１８０は、変調部制御信号を生成するために変調部の入力１７４に連絡した出力１８４と、表示装置１９０を駆動するための信号を生成するための出力１８８とを備える。一実施の形態においては、コントローラ１８０を、例えばマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラなどのプロセッサ回路を使用して実現することができる。
【０１０２】
対物レンズ１０４の第１の撮像部分１３６が、光軸１０３に対してずらされているため、第１の画像は、物体１３０の一方の側からの斜視の視点を有する。同様に、第２の画像は、物体１３０の他方の側からの斜視の視点を有する。第１および第２の画像が、ユーザの右および左のそれぞれの眼へと選択的に案内されるとき、ユーザは、実際の物体を観察するときに３Ｄ情報を認識することができる方法とほとんど同じ方法で、画像から３Ｄ情報を認識することができる。
【０１０３】
一実施の形態においては、第１および第２の画像が、表示装置１９０上に別々の映像フィールドとして交互に表示される。様々な種類の能動式および受動式のアイウェア（ｅｙｅｗａｒｅ）が、そのように表示される第１および第２の画像をユーザの眼へと案内するために利用可能である。受動式のアイウェアは、一般に、画像の追加の波長または偏光処理に頼ることで、アイウェアの受動フィルタ素子において画像を分離できるようにする。能動式のアイウェアは、一般に、第１および第２の画像を左右のそれぞれの眼へと交互に透過させることができるよう、表示装置から同期信号を受信するための受信器を備える。あるいは、第１および第２の画像を、それぞれの画像内の特定可能な特徴を照合し、特定された特徴の間の横ずれを割り出すように処理することができる。割り出された横ずれを、光学系１０２の撮像パラメータについての情報とともに、物体上の点の間の奥行きの差または異なる奥行きに位置する物体の間の奥行きの差を計算するために使用することができる。
【０１０４】
画像変調部１７０およびイメージセンサ１１０が、図４にさらに詳しく示される。図４を参照すると、この実施の形態においては、画像変調部１７０が、液晶装置（ＬＣＤ）２００と、光学系１０２から第１および第２の画像を受け取り、ＬＣＤへと案内するように配置されたレンズ２０２とを備える。一般に、レンズ２０２は、複数のレンズ要素を備えることができ、一実施の形態においては、レンズ２０２を、光学系１０２の開口面をＬＣＤ２００またはその付近に定めるように選択することができる。好適には、ＬＣＤ２００を開口面に位置させることによって、第１および第２のそれぞれの画像のけられなど画像形成の問題が軽減される。
【０１０５】
図示の実施の形態においては、イメージセンサ１１０が、第１および第２の画像を表す画像信号を生成するためのイメージセンサの出力１７２（図１および図３に示される）へと接続された電荷結合素子アレイ（ＣＣＤ）２１０を備える。さらに、イメージセンサ１１０は、ＣＣＤ２１０上に第１および第２の画像を形成するためのレンズ２１２を備える。一実施の形態においては、レンズ２１２が、ＣＣＤ２１０の有効面積を満たすように第１および第２の画像を整えるように動作可能に構成された複数のレンズを備えることができる。
【０１０６】
ＬＣＤ２００が、入力１７４（図３に示される）において受信される変調部制御信号に応答して、ＬＣＤ２００の第１および第２の領域２０４および２０６を交互に動作させ、第１および第２のそれぞれの画像を形成すべく光を透過させる。ＬＣＤ２００が、図５にさらに詳しく示される。図５を参照すると、ＬＣＤ２００が、第１のガラス板３０４と第２のガラス板３０６との間に配置された液晶材料層３０２を備える。第１のガラス板３０４が、複数の透明電極３０８を備え、複数の透明電極３０８は、第１のガラス板３０４の表面に形成され、列状に配置される。各々の電極３０８に、例えばワイヤボンディングまたは可撓性回路接続部による接続であってもよいコネクタ３１０が組み合わせられている。コネクタ３１０は、コントローラ１８０（図３に示される）の出力１８４への接続を容易にするヘッダ３１２につながっている。第２のガラス板３０６が、第２のガラス板の表面全域に広がり、共通電極として機能する透明な面電極３０７を備える。各々の透明電極３０８が、この電極と透明な面電極３０７との間に素子を定め、すなわち該当の電極３０８と面電極３０７との間に駆動電位をもたらすことによって別々に作動させることができる複数の素子３１８を定めている。
【０１０７】
さらに、ＬＣＤ２００は、第１の直線偏光特性（この場合には、垂直偏光）を有する第１の偏光板３１４を備える。第１の偏光板３１４は、複数の透明電極３０８を覆う。ＬＣＤ２００は、第２の電極３０７を覆い、第２の直線偏光特性（この場合には、水平偏光）を有する第２の偏光板３１６をさらに備える。図５において、種々の層は、必ずしも比例尺で示されてはいない。
【０１０８】
再び図３を参照すると、コントローラ１８０が、出力１８４に駆動信号を生成するための変調部駆動部１８６を備える。図示の実施の形態においては、変調部駆動部が、図５に示したＬＣＤ変調部２００を駆動するように構成され、したがって出力１８４が、画像変調部１７０の素子３１８の数に対応する「ｎ」個の出力チャネルを有する。したがって、出力１８４が、ＬＣＤ２００の各々の電極３０８のための個別の駆動信号をもたらす。駆動信号が、ヘッダ３１２およびコネクタ３１０を介してそれぞれの電極３０８へと接続され、共通電極３０７が、接地接続として機能する。一実施の形態においては、駆動電圧が、電圧Ｖ＋およびＶ−の間を変化する５０％のデューティサイクルの方形波であってもよく、ここで電圧は、ＬＣＤ２００に入射する光について透過と遮断との間の充分な対比をもたらすように、安全な動作電圧の範囲において選択される。図５に示した実施の形態においては、複数の列状の素子３１８が、図４に示した領域２０４および２０６の大きさまでの変化を促進する。しかしながら、他の実施の形態においては、ＬＣＤ２００を、列状の素子を２つだけ備え、各々の素子がＬＣＤ２００の前面の約５０％の大きさを有するように構成することができる。
【０１０９】
動作時、第１の偏光板３１４が、垂直偏光を有する光を通す。この実施の形態においては、液晶材料３０２が、自由な状態（駆動されていない）においては液晶を通過する光の偏光に影響を及ぼさないように選択され、したがって光が第２の偏光板３１６において遮断される。いずれかの電極３０８へと加えられる駆動電圧によって駆動されるとき、液晶材料層３０２のうちのこの電極の下方に位置する部分が、この層を通過する光に偏光の９０°の変化を生じさせ、したがって光が第２の偏光板３１６およびＬＣＤ２００を通過する。したがって、第１および第２の複数の電極３０８のための駆動信号を交互に生成することによって、ＬＣＤ２００は、第１の領域２０４および第２の領域２０６においてそれぞれ光の遮断と透過との間を交互に変化する。
【０１１０】
別の実施の形態においては、電極３０８および３０７の間に駆動電圧が加えられていないときにＬＣＤ変調部が透過性であるように、偏光板３１４および３１６の両方が垂直偏光であってもよい。この場合には、素子が駆動されたときに、液晶材料が光に偏光の９０°の変化を生じさせ、したがって素子３１８が光の透過を阻止する。
【０１１１】
別の実施の形態においては、ＬＣＤ２００の電極３０８を、複数の画素（３２０に破線で示される）へとさらに分割することができ、コネクタ３１０およびヘッダ３１２を、各画素３２０を個別に駆動するように構成することができる。動作時、素子３１８の列を、列の画素３２０の各々を駆動することによって駆動することができる。あるいは、画素を、列のパターン以外で駆動することが望まれる場合がある。例えば、液晶装置（ＬＣＤ）２００を、光学系１０２の開口面に配置することができ、画素３２０を、円形または半円形のパターンにて画素を駆動することによって開口面における画像の絞りを生じさせるように駆動することができる。
【０１１２】
３Ｄ画像情報の生成における装置１００の動作を、図６を参照してさらに説明する。図６を参照すると、装置１００の光学系１０２が、上面図にて示されており、ハウジング１０８、照明カプラ１２４、画像変調部１７０、およびイメージセンサ１１０の部分は、分かりやすくするために省略されている。ファイバ束１２８（図３に示される）が、上述の通りに視野の照明をもたらす。物体１３０上の点３５２から生じる第１の光束３５０が、光学系１０２の第１の撮像部分１３６を通って捕らえられ、レンズ１１２〜１２２によって光学系を通って中継された後で、レンズ２０２によってＬＣＤ２００の第１の領域２０４へと案内される。同様に、物体１３０上の点３５２から生じる第２の光束３５４が、光学系１０２の第２の撮像部分１３８によって捕らえられ、レンズ１１２〜１２２によって光学系を通って中継された後で、レンズ２０２によってＬＣＤ２００の第２の領域２０６へと案内される。
【０１１３】
図６に示される状態において、ＬＣＤ２００の第１の領域２０４が、対物レンズ１０４の第１の撮像部分１３６からの光を第１の画像の形成のためにレンズ２１２を通ってＣＣＤ２１０へと透過させることができるように駆動される。同時に、ＬＣＤ２００の第２の領域２０６が、対物レンズ１０４の第２の撮像部分１３８からの光の透過を阻止するように駆動される。ＬＣＤ２００が、第１の領域２０４において光の透過を阻止し、第２の領域２０６において光の透過を許すように駆動されるとき、対物レンズ１０４の第２の撮像部分１３８を通って捕らえられた光が、ＬＣＤ２００の第２の領域２０６を通って伝達され、ＣＣＤ２１０上に第２の画像が形成される。
【０１１４】
この実施の形態においては、第１および第２のそれぞれの領域２０４および２０６が、ほぼ同じ大きさ（すなわち、ＬＣＤ２００の大きさの５０％）を有する。他の実施の形態においては、第１および第２の部分が、ＬＣＤ２００の大きさの５０％よりも大きく、あるいは小さくてもよい。一般に、画像によってもたらされる３Ｄの奥行きの認識の程度は、第１および第２の画像の各々の斜視の視点が光軸１０３からより大きく離れているほど大きい。
【０１１５】
再び図３を参照すると、図示の実施の形態においては、光学系１０２の中央に配置された照明部分１３４（図２Ａに示される）を通じて結合させられた照明光束が、物体１３０の第１および第２の画像を取得するために視野１０６を照明する。内視鏡検査の場合、装置１００のハウジング１０８の外径が、通常は、患者の体の到達困難部位へのアクセスを提供する必要性によって制約され、そのような場合には、対物レンズ１０４の直径も同様に制約される。中央に配置された照明部分１３４を通じて照明光束を結合させることは、第１の撮像部分１３６および第２の撮像部分１３８（図２Ａに示される）を光軸１０３から外側へと離すことで、第１および第２の画像中の情報における３Ｄの奥行きの水準を高めるという効果を有する。また、例えば図２Ａに示されるような装置１００の視野へと照明を結合させるための照明部分１３４を使用することで、対物レンズ１０４が、照明光束が伝統的な内視鏡のようにハウジング１０８の周辺部分を通じて結合させられる場合と比べて、ハウジング１０８においてより大きな直径を占めることが可能になる。したがって、対物レンズ１０４の直径を相応に大きくすることができ、結果として第１および第２の撮像部分１３６および１３８の面積が大きくなり、より多くの光の取得が促進される。図２Ｂ〜２Ｄに示した照明の実施の形態も、同様の利益をもたらすと考えられる。
【０１１６】
図７を参照すると、三次元画像情報を生成するための本発明の第２の実施の形態に係る装置が、全体として４００で示される。装置４００の光学系４０２が、光学系の視野４０４内の光を捕らえるように配置された撮像経路を有する。光学系４０２は、対物レンズ４１８および複数の他のレンズ（そのうちの視野レンズ４２０およびリレーレンズ４２２だけが図７に示される）を備える。また、装置４００が、外部の照明源４０８から照明光束を受け取るための照明カプラ４０６を備える。装置４００は、空間変調部４１０をさらに備える。この実施の形態においては、空間変調部４１０が、実線で示される第１の位置４１２と、破線の輪郭で示される第２の位置４１４との間で可動となっている。
【０１１７】
空間変調部４１０が第１の位置４１２にあるとき、照明光束が撮像経路の第１の部分を通って案内され、視野４０４の第１の部分を照明する。空間変調部４１０が第２の位置４１４にあるとき、照明光束が撮像経路の第２の部分を通って案内され、視野４０４の第２の部分を照明する。このようにして、視野４０４の第１および第２の部分が、撮像経路の第１および第２のそれぞれの部分を通じて交互に照明される。
【０１１８】
装置４００は、光学系４０２によって生成される画像を受け取るためのイメージセンサ４２３をさらに備える。この実施の形態においては、イメージセンサが、画像をＣＣＤ４２６へと導くように配置されたレンズ４２４を備える。
【０１１９】
空間変調部４１０が第２の位置４１４にあるとき、視野４０４の第２の部分が照明され、撮像経路の第１の部分が、視野４０４内から捕らえられる光を受け取る。捕らえられた光が、レンズ（４２０〜４２２）によって光学系４０２を通って中継され、ＣＣＤ４２６において受光され、第１の画像が形成される。撮像経路の第１の部分は、視野４０４において第１の斜視の視点を有する。視野４０４の第１の部分が照明されているとき、撮像経路の第２の部分が、視野４０４内から捕らえられた光を受け取る。捕らえられた光が、リレーレンズによって光学系４０２を通って中継され、ＣＣＤ４２６において受光され、第２の画像を形成する。撮像経路の第２の部分は、視野４０４において第２の斜視の視点を有する。第１および第２の画像が、物体４１６の三次元空間属性を表すように協働することができる。
【０１２０】
空間変調部４１０が、図８にさらに詳しく示される。図８を参照すると、空間変調部４１０が、アーム４４２に取り付けられた反射器４４０を備える。アーム４４２は、アームの横移動をもたらすようにピボット４４４に取り付けられている。さらに、アーム４４２は、アームの途中に取り付けられた磁石４４６を備える。磁石４４６は、第１および第２の電磁石４４８および４５０の間に配置される。アーム４４２、ピボット４４４、ならびに電磁石４４８および４５０が協働し、アーム４４２および反射器４４０の第１および第２の位置をそれぞれ定める１対のストッパ４５４および４５６の間で反射器４４０を矢印４５２の方向に横移動させるための力を生み出すように働くことができる機械アクチュエータを構成する。ストッパ４５４および４５６の各々は、反射器４４０を光学系４０２の第１および第２のそれぞれの部分に沿って照明光束を案内するように整列させるための調節を提供するねじ山付きの部分４５９を備える。一実施の形態においては、ストッパ４５４および４５６を電気アクチュエータ（図示せず）に組み合わせ、変調器４１０へのアクセスを必要とすることなく反射器４４０の整列を容易にすることができる。
【０１２１】
空間変調部４１０を駆動するために、図１に示した実施の形態のコントローラ１８０を、図８に示した変調部コントローラ４８０で置き換えることができる。変調部コントローラ４８０は、第１の電磁石４４８のコイル４５８を駆動するための第１組の出力４８２と、第２の電磁石４５０のコイル４６０を駆動するための第２組の出力４８４とを備える。
【０１２２】
動作時、変調部コントローラ４８０が、内部でＳＹＮＣＨ信号を生成し、ＳＹＮＣＨ信号に応答して、それぞれのコイル４５８および４６０を駆動するための電流波形を出力４８２および４８４に生成する。それぞれのコイル４５８および４６０を通過する電流が、アーム４４２へと作用して所望のストッパ４５６または４５４へと移動させる力を生じさせる。好適には、変調部コントローラ４８０を、電磁石４４８および４５０のうちの一方が磁石４４６への引力をもたらす一方で、他方の電磁石が反発力をもたらすプッシュ−プル式のコントローラとして実現することができる。
【０１２３】
アーム４４２を第１の電磁石４４８に向かって移動させるべくコイル４５８および４６０へともたらされる電流駆動の典型的な波形が、図９に図式的に示される。コイル４５８を通る電流波形が、５００に示され、コイル４６０を通る電流波形が、５０２に示される。ＳＹＮＣＨ信号のパルス波形が、５０６に示される。ＳＹＮＣＨ信号５０６の立ち上がりエッジが、アーム４４２への引力を生じさせるべく電流５００が急激に立ち上がる第１の期間５０４の開始時刻を定める。引力がアーム４４２の慣性に打ち勝ち、アームをストッパ４５６および第２の電磁石４５０から離れる方向に加速させる。第１の期間５０４において、電流５０２は、最初はゼロであり、ひとたびアーム４４２が加速を始めると、電流５０２は、アームがストッパ４５４に近付くにつれて減速力をもたらすことで、ストッパへの係合時のアームの跳ね返りを防止すべくアームの運動を減衰させるために、急激に増加する。アーム４４２がストッパ４５４に当接し、電流５００および５０２が、アームをストッパ４５４に保持するための各々のコイル４５８および４６０の小さな保持電流へと減らされる。アーム４４２がストッパ４５４に保持されている第２の期間５０８が、第１の画像の取得を完了させるための充分な時間を提供する。
【０１２４】
同様に、ＳＹＮＣＨ信号５０６の次の立ち上がりエッジが、アームをストッパ４５６へと移動させるべく、電流５０２がアーム４４２へと引力を生じさせ、電流５００がアーム４４２へと反発力を生じさせる第３の期間５１０の開始時刻を定める。アーム４４２がストッパ４５６に位置している期間５１２が、第２の画像の取得を完了させるための充分な時間を提供する第４の期間５１２を定める。
【０１２５】
変調部コントローラ４８０は、必要であれば、イメージセンサ４２３の動作を同期させるための同期信号（ＳＹＮＣ）を生成するための出力４８６をさらに備える。あるいは、出力４８６を、イメージセンサの制御に関係するコントローラによって生成される同期信号を受信するための入力として構成してもよい。
【０１２６】
図７に示した実施の形態の関連の別の実施の形態においては、視野４０４の第１および第２の部分を照明すべく照明光束を向けるために、小型の照明器（発光ダイオード（ＬＥＤ）など）を、空間変調部４１０上に保持することができる。
【０１２７】
他の実施の形態においては、空間変調部４１０を、視野の第１の部分を照明するために撮像経路の第２の部分を通る照明光束の少なくとも一部を反射させつつ、第１の画像を伝達する状態と、視野の第２の部分を照明するために撮像経路の第１の部分を通る照明光束の少なくとも一部を反射させつつ、第２の画像を伝達する状態との間を交互するように、撮像経路に配置された変調部を選択的に動作させることによって撮像経路の第１および第２の部分を通して光の照明光束を結合させて視野の第１および第２のそれぞれの部分を照明するように構成された半導体変調器で置き換えることができる。照明光束の波長が撮像波長とは異なることを利用するそのような半導体変調器を、ダイクロイック変調素子および／またはフィルタ部品を使用して製造することができる。
【０１２８】
図１０を参照すると、三次元画像情報を生成するための本発明の第３の実施の形態に係る装置が、全体として５５０で示される。装置５５０は、図７に示した光学系と同様に構成された光学系を有し、２つの実施の形態において類似の構成要素を指すために、共通の参照番号が使用されている。光学系４０２が、光学系の視野４０４内の光を捕らえるように配置された撮像経路を有し、対物レンズ４１８および複数の他のレンズ（そのうちの視野レンズ４２０およびリレーレンズ４２２が図示される）が、撮像経路の一部を形成している。この実施の形態においては、図７に示した照明カプラおよび空間変調部が、第１の照明源５５２および第２の照明源５５４で置き換えられている。第１の照明源５５２が、第１の照明源によって生成される光を集めて案内するためのレンズ５５６を備え、第１の照明源５５４が、第２の照明源によって生成される光を集めて案内するためのレンズ５５８を備える。一実施の形態においては、第１および第２の照明源５５２および５５４の各々が、発光ダイオードまたは複数の発光ダイオードを備えることができる。さらに、装置５５０は、図４に示した画像変調部１７０およびイメージセンサ１１０と同様に構成された画像変調部１７０およびイメージセンサ１１０を備える。
【０１２９】
動作時、第１および第２の照明源５５２および５５４が、制御信号に応答して作動したときに照明光束を生成するようにそれぞれ構成される。したがって、第１および第２の照明源５５２および５５４が、視野４０４の第１の部分の照明と視野の第２の部分の照明とを交互に行う。視野の第１の部分が照明されているとき、画像変調部１７０が、撮像経路を通って第１の画像を伝達するように駆動される。同様に、視野の第２の部分が照明されているとき、画像変調部１７０が、撮像経路を通って第２の画像を伝達するように駆動される。上述の実施の形態と同様に、第１および第２の画像が、視野内の物体の三次元空間属性を表すように協働することができる。
【０１３０】
本発明の具体的な実施の形態を説明および図示したが、そのような実施の形態を、あくまでも本発明の例示にすぎないと考えるべきであり、添付の特許請求の範囲に従って解釈される本発明を限定するものとして考えてはならない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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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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【図１０】
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【図３】
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【国際調査報告】
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