(57)【要約】【課題】術中等において、安定した立体視を可能にさせる。【解決手段】第１および第２のＣＣＤ１５、１６を有する硬性鏡１０と、モニタ４０および硬性鏡１０が接続される信号処理装置３０とを設ける。そして、以下の式が満足するように、光学倍率ｍ、電気拡大率Ｍを定める。０．００１０２  ≦｜Ｍ×ｍ×ｐ×Δｓ／（ｓ×Ｌ）｜  ≦  ０．００９１ただし、Ｍは電気的拡大率、ｍは光学倍率、ｐは入射瞳間隔の半分の距離、ｓは焦点位置から内視鏡先端までの距離、Δｓは被写体の奥行き間隔、そして、Ｌは観察者から表示画面までの距離を示す。【選択図】        図１
2004233480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
視差のある２つの像を形成し、立体視可能となるように立体視用画像を表示する立体内視鏡システムにおいて、
以下の式を満たすことを特徴とする立体内視鏡システム。
０．００１０２  ≦  ｜Ｍ×ｍ×ｐ×Δｓ／（ｓ×Ｌ）｜  ≦  ０．００９１
・・・・・（１）
ただし、Ｍは電気的拡大率、ｍは光学倍率、ｐは入射瞳間隔の半分の距離、ｓは被写体から内視鏡先端までの距離、Δｓは被写体の奥行き間隔、そして、Ｌは観察者から表示画面までの距離を示す。
【請求項２】
視差のある２つの像を形成し、立体視可能となるように立体視用画像を表示するとともに、拡大観察用光学系を介して立体視される立体内視鏡システムにおいて、
以下の式を満たすことを特徴とする立体内視鏡システム。
０．００１０２  ≦｜Ｍ×ｍ×ｐ×Δｓ／（ｓ×Ｌ’）｜  ≦  ０．００９１
・・・・（２）
ただし、Ｍは電気的拡大率、ｍは光学倍率、ｐは入射瞳間隔の半分の距離、ｓは被写体から内視鏡先端までの距離、Δｓは被写体の奥行き間隔、そして、Ｌ’は拡大観察用光学系による仮想の観察者から表示画面までの距離を示す。
【請求項３】
被写体を立体視可能にするため一対の撮像素子を有する撮像部と、
１つの被写体から視差のある一対の像を形成し、前記一対の撮像素子に結像させる光学系と、
撮像素子から読み出される前記一対の像に応じた一対の画像信号に基づいて、立体視用画像を表示装置に表示させる信号処理手段とを備え、
以下の式を満たすように、光学系の光学倍率および信号処理手段における電気的拡大率とが定められることを特徴とする立体内視鏡システム。
０．００１０２  ≦  ｜Ｍ×ｍ×ｐ×Δｓ／（ｓ×Ｌ）｜  ≦  ０．００９１
・・・・・（３）
ただし、Ｍは電気的拡大率、ｍは光学倍率、ｐは入射瞳間隔の半分の距離、ｓは被写体から内視鏡先端までの距離、Δｓは被写体の奥行き間隔、Ｌは観察者から表示画面までの距離を示す。
【請求項４】
被写体を立体視可能にするため一対の撮像素子を有する撮像部と、
１つの被写体から視差のある一対の像を形成し、前記一対の撮像素子に結像させる光学系と、
前記撮像素子から読み出される前記一対の像に応じた一対の画像信号に基づいて、立体視用画像を表示装置に表示させる信号処理手段と、
前記表示装置の立体視用画像を光学的に拡大する拡大観察用光学系とを備え、以下の式を満たすように、前記光学系の光学倍率および前記信号処理手段における電気的拡大率とが定められることを特徴とする立体内視鏡システム。
０．００１０２  ≦｜Ｍ×ｍ×ｐ×Δｓ／（ｓ×Ｌ’）｜  ≦  ０．００９１
・・・・（４）
ただし、Ｍは電気的拡大率、ｍは光学倍率、ｐは入射瞳間隔の半分の距離、ｓは被写体から内視鏡先端までの距離、Δｓは被写体の奥行き間隔、そして、Ｌ’は拡大観察用光学系による仮想の観察者から表示画面までの距離を示す。
【請求項５】
前記立体内視鏡システムが、２眼２カメラ方式による立体内視鏡システムであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の立体内視鏡システム。
【請求項６】
前記拡大観察用光学系が、１対のルーペを有することを特徴とする請求項２および請求項４のいずれかに記載の立体内視鏡システム。
【請求項７】
被写体を立体視可能にするため一対の撮像素子を有する撮像部と、１つの被写体から視差のある一対の像を形成し、前記一対の撮像素子に結像させる光学系とを備えた立体視用内視鏡に接続される立体内視鏡システムの画像処理装置であって、
前記撮像素子から読み出される前記一対の像に応じた一対の画像信号に基づいて、立体視用画像信号を生成する信号処理手段と、
前記立体視用画像を表示する表示手段と備え、
以下の式を満たすように、前記信号処理手段における電気的拡大率が定められることを特徴とする立体内視鏡システムの画像処理装置。
０．００１０２  ≦  ｜Ｍ×ｍ×ｐ×Δｓ／（ｓ×Ｌ）｜  ≦  ０．００９１
・・・・・（５）
ただし、Ｍは電気的拡大率、ｍは光学倍率、ｐは入射瞳間隔の半分の距離、ｓは被写体から内視鏡先端までの距離、Δｓは被写体の奥行き間隔、そして、Ｌは観察者から表示画面までの距離を示す。
【請求項８】
請求項７の立体内視鏡システムの画像処理装置に接続される立体視用内視鏡であって、
被写体を立体視可能にするため一対の撮像素子を有する撮像部と、
１つの被写体から視差のある一対の像を形成し、前記一対の撮像素子に結像させる光学系とを備え、
以下の式を満たすように、前記光学系の光学倍率が定められることを特徴とする立体視用内視鏡。
０．００１０２  ≦  ｜Ｍ×ｍ×ｐ×Δｓ／（ｓ×Ｌ）｜  ≦  ０．００９１
・・・・・（６）
ただし、Ｍは電気的拡大率、ｍは光学倍率、ｐは入射瞳間隔の半分の距離、ｓは被写体から内視鏡先端までの距離、Δｓは被写体の奥行き間隔、Ｌは観察者から表示画面までの距離を示す。
【請求項９】
被写体を立体視可能にするため一対の撮像素子を有する撮像部と、１つの被写体から視差のある一対の像を形成し、前記一対の撮像素子に結像させる光学系とを備えた立体視用内視鏡に接続される立体内視鏡システムの画像処理装置であって、
前記撮像素子から読み出される前記一対の像に応じた一対の画像信号に基づいて、立体視用画像信号を生成する信号処理手段と、
前記立体視用画像を表示する表示手段と、
前記表示手段により表示される立体視用画像を光学的に拡大する拡大観察用光学系とを備え、
以下の式を満たすように、前記信号処理手段における電気的拡大率が定められることを特徴とする立体内視鏡システムの画像処理装置。
０．００１０２  ≦｜Ｍ×ｍ×ｐ×Δｓ／（ｓ×Ｌ’）｜  ≦  ０．００９１
・・・・（７）
ただし、Ｍは電気的拡大率、ｍは光学倍率、ｐは入射瞳間隔の半分の距離、ｓは被写体から内視鏡先端までの距離、Δｓは被写体の奥行き間隔、そして、Ｌ’は拡大観察用光学系による仮想の観察者から表示画面までの距離を示す。
【請求項１０】
請求項９の立体内視鏡システムの画像処理装置に接続される立体視用内視鏡であって、
被写体を立体視可能にするため一対の撮像素子を有する撮像部と、
１つの被写体から視差のある一対の像を形成し、前記一対の撮像素子に結像させる光学系とを備え、
以下の式を満たすように、前記光学系の光学倍率が定められることを特徴とする立体視用内視鏡。
０．００１０２  ≦｜Ｍ×ｍ×ｐ×Δｓ／（ｓ×Ｌ’）｜  ≦  ０．００９１
・・・・（８）
ただし、Ｍは電気的拡大率、ｍは光学倍率、ｐは入射瞳間隔の半分の距離、ｓは被写体から内視鏡先端までの距離、Δｓは被写体の奥行き間隔、Ｌ’は拡大観察用光学系による仮想の観察者から表示画面までの距離を示す。
【請求項１１】
被写体を立体視可能にするため一対の撮像素子を有する撮像部と、
１つの被写体から視差のある一対の像を形成し、前記一対の撮像素子に結像させる光学系と、
前記撮像素子から読み出される前記一対の像に応じた一対の画像信号に基づいて、立体視用画像を表示装置に表示させる信号処理手段とを備え、
以下の式を満たすように、前記光学系の光学倍率および前記信号処理手段における電気的拡大率とが定められることを特徴とする立体表示システム。
０．００１０２  ≦  ｜Ｍ×ｍ×ｐ×Δｓ／（ｓ×Ｌ）｜  ≦  ０．００９１
・・・・・（９）
ただし、Ｍは電気的拡大率、ｍは光学倍率、ｐは入射瞳間隔の半分の距離、ｓは被写体から内視鏡先端までの距離、Δｓは被写体の奥行き間隔、そして、Ｌは観察者から表示画面までの距離を示す。
【請求項１２】
被写体を立体視可能にするため一対の撮像素子を有する撮像部と、
１つの被写体から視差のある一対の像を形成し、前記一対の撮像素子に結像させる光学系と、
前記撮像素子から読み出される前記一対の像に応じた一対の画像信号に基づいて、立体視用画像を表示装置に表示させる信号処理手段と、
前記表示装置の立体視用画像を光学的に拡大する拡大観察用光学系とを備え、
以下の式を満たすように、前記光学系の光学倍率および前記信号処理手段における電気的拡大率とが定められることを特徴とする立体表示システム。
０．００１０２  ≦｜Ｍ×ｍ×ｐ×Δｓ／（ｓ×Ｌ’）｜  ≦  ０．００９１
・・・・（１０）
ただし、Ｍは電気的拡大率、ｍは光学倍率、ｐは入射瞳間隔の半分の距離、ｓは被写体から内視鏡先端までの距離、Δｓは被写体の奥行き間隔、そして、Ｌ’は拡大観察用光学系による仮想の観察者から表示画面までの距離を示す。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、視差のある左右の像を得ることが可能な撮像システムを有し、その２つの像に基づいて立体視用画像を画面に表示する立体表示システムに関し、特に、観察部位を立体視しながら手術等を行うことができる立体内視鏡システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、視差を有する左右の像が得られるように観察部位を撮像し、その視差のある像（視差画像）を表示させて立体視を可能にする立体表示システムが知られている。特に、開腹等をせずに内視鏡を使用して手術をする「低浸襲手術」において、観察部位を立体視することが可能な立体内視鏡システムが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１では、立体内視鏡の先端部における画角αとＨＭＤ（Ｈｅａｄ  Ｍｏｕｎｔ  Ｄｉｓｐｌａｙ）の視角βの条件式が示されており、さらに、奥行き感を得るための入射瞳間隔Ｅと内視鏡挿入部の外径Ｄとの関係が明らかにされている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−３１３８２８号公報
（段落〔００２３〕〜〔００３２〕、第３−４図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１では、先端部から観察部位までの距離をＸ、先端部の外径Ｄとした場合、ＸとＤとの関係が、“Ｘ＝２Ｄ”と規定されている。しかしながら、内視鏡を使用して縫合や止血クリッピングを行う場合、観察部位までの距離は術者の作業状況によって変わるため、特許文献１に示された条件では、術中において奥行き感を得るのが難しく、効率よく適切に手術を行うことができない。
【０００５】
そこで本発明では、術中等に安定して立体視することが可能な立体内視鏡システムおよび立体表示システムを得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の立体内視鏡システムは、視差のある２つの像を形成し、立体視可能となるように立体視用画像を表示する立体内視鏡システムであり、手術下において術者が十分に立体視できるように構成されている。立体内視鏡システムの１つの構成としては、立体視用内視鏡と立体視用の画像信号処理装置とが備えられ、例えば２眼２カメラ方式の硬性鏡と、シャッタ機能付き眼鏡を用いた立体表示方式による画像処理装置とが設けられる。本発明の１つの特徴を示す立体内視鏡システムは、被写体を立体視可能にするため一対の撮像素子を有する撮像部と、１つの被写体から視差のある一対の像を形成し、一対の撮像素子に結像させる光学系と、撮像素子から読み出される一対の像に応じた一対の画像信号に基づいて、立体視用画像を表示装置に表示させる信号処理手段とを備える。
【０００７】
本発明の立体内視鏡システムは、以下の式を満たすことを特徴とする。
０．００１０２  ≦  ｜Ｍ×ｍ×ｐ×Δｓ／（ｓ×Ｌ）｜  ≦  ０．００９１
ここで、Ｍは電気的拡大率、ｍは内視鏡内に設けられた光学系の光学倍率、ｐは光学系における入射瞳間隔の半分の距離、ｓは焦点位置から内視鏡先端までの距離、Δｓは被写体の奥行き間隔、そして、Ｌは観察者から表示画面までの距離を示す。なお、電気的拡大率Ｍは、立体視用内視鏡内に設けられた撮像素子に形成される被写体像と表示画面に表示される被写体像との大きさ（サイズ）に関する比を示す。この式の下限値は、従来の開腹手術下において術者が知覚している立体感と同等の立体感（奥行き感）を最低限感じさせる必要があるとの考えにより定められており、奥行き間隔を過度に強調して立体視することが困難になる閾値を上限値として定めている。
【０００８】
一方、ビュアー方式による本発明の立体内視鏡システムは、拡大観察用光学系を介して立体視される立体内視鏡システムであって、拡大観察用光学系は、表示装置の立体視用画像を光学的に拡大する。この場合、立体内視鏡システムは、以下の式を満たすことを特徴とする。
０．００１０２  ≦｜Ｍ×ｍ×ｐ×Δｓ／（ｓ×Ｌ’）｜  ≦  ０．００９１
ただし、Ｌ’は拡大観察用光学系による仮想の観察者から表示画面までの距離を示す。
【０００９】
本発明の立体表示システムは、視差のある２つの像を形成し、立体視可能となるように立体視用画像を表示する立体表示システムであって、内視鏡の有無に関係なく立体表示可能である。立体表示システムは、以下の式を満たすことを特徴とする。
０．００１０２  ≦  ｜Ｍ×ｍ×ｐ×Δｓ／（ｓ×Ｌ）｜  ≦  ０．００９１
また、ビュアー方式による立体表示システムは、以下の式を満たすことを特徴とする。
０．００１０２  ≦｜Ｍ×ｍ×ｐ×Δｓ／（ｓ×Ｌ’）｜  ≦  ０．００９１
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下では、図面を用いて、本発明の実施形態である立体内視鏡システムについて説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態である立体内視鏡システムのブロック図である。本実施形態の立体内視鏡システムは、腹部などに硬性鏡を挿入し、立体視しながら手術を行うための内視鏡システムである。
【００１２】
立体内視鏡システムは、硬性鏡１０、信号処理装置３０、立体映像表示用のモニタ４０を備えており、硬性鏡１０は信号処理装置３０に接続されている。硬性鏡１０は、挿入部１２および撮像部１４から構成されており、患部を立体的に観察可能にする２眼２カメラ方式の電子内視鏡である。挿入部１２には、対物レンズ１１Ａ、１１Ｂ、および光学像を撮像部１４まで伝達する中継用（リレー）光学系１３Ａ、１３Ｂが設けられている。
【００１３】
硬性鏡１０の先端部１２Ｓに設けられた対物レンズ１１Ａは観察者の左目用の観察像（以下では、第１の観察像という）を形成する。そして、第１の観察像に応じた光はリレー光学系１３Ａを介して撮像部１４へ伝達される。一方、対物レンズ１１Ｂは右目用の観察像（以下では、第２の観察像という）を形成し、第２の観察像に応じた光はリレー光学系１３Ｂを介して撮像部１４へ伝達される。
【００１４】
撮像部１４には、反射ミラー１７Ａ、１７Ｂ、１８Ａ、１８Ｂ、第１のＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）１５、第２のＣＣＤ１６、およびズームレンズ１９Ａ、１９Ｂが設けられており、第１の観察像に応じた光は、反射ミラー１７Ａ、１８Ａにおいて反射され、第１のズームレンズ１９Ａを介して第１のＣＣＤ１５に到達する。これにより、第１の観察像がＣＣＤ１５に形成され、画像信号が発生する。発生した画像信号（以下では、第１の画像信号という）は撮像部１４から読み出され、信号処理装置３０へ送られる。同様に、第２の観察像に応じた光は、反射ミラー１７Ｂ、１８Ｂ、第２のズームレンズ１９Ｂを介して第２のＣＣＤ１６に到達し、第２の観察像が第２のＣＣＤ１６上に形成され、画像信号（以下では、第２の画像信号という）が信号処理装置３０へ送られる。
【００１５】
信号処理装置３０には、第１信号処理部３２、第２信号処理部３３、映像同期部３４、制御部３５が設けられており、第１の画像信号、第２の画像信号は、それぞれ第１信号処理部３２、第２信号処理部３３へ送られる。第１信号処理部３２、第２信号処理部３３では、それぞれ第１の画像信号、第２の画像信号に対して所定の処理が施される。処理された画像信号は、映像同期部３４へ送られる。
【００１６】
本実施形態では、シャッタ付き眼鏡および時系列表示により立体視を実現させており、観察者はシャッタ機能付き眼鏡（図示せず）を掛けて立体視する。映像同期部３４では、第１の観察像および第２の観察像がモニタ４０上において交互に時系列表示されるように、第１の画像および第２の画像信号が所定のタイミングで出力される。また、映像同期部３４では、１画面上において第１の観察像と第２の観察像とが両眼視差に応じた距離だけ相対的にずれて表示されるように、信号処理が施される。シャッタ機能付き眼鏡では、映像同期部３４から出力される第１および第２の画像信号の出力タイミングと同期して左目用シャッタおよび右目用シャッタが交互に切り替えられる。その結果、硬性鏡１０によって捉えられた観察部位が立体視される。
【００１７】
硬性鏡１０の操作部にはズーム操作用レバー２１が備えられており、ズーム操作用レバー２１が操作されると、第１、第２レンズ駆動機構２２Ａ、２２Ｂが動き、操作量に従ってそれぞれ第１、第２のズームレンズ１９Ａ、１９Ｂを光軸に沿って移動させる。これにより、硬性鏡１０の光学的倍率が変動する。一方、制御部３５は、信号処理装置３０の動作を制御しており、後述するように電気的拡大率を設定可能である。オペレータが硬性鏡１０の光学倍率を設定するためキーボード３９を操作すると、それに応じて電気的拡大率が設定される。
【００１８】
図２は、モニタ画面と観察者との立体視関係を示した図であり、図３は、硬性鏡先端部１２Ｓおよび観察部位における光の軌跡を示した図である。図２、図３を用いて、術中において立体視するための立体内視鏡システムの条件について説明する。
【００１９】
まず、立体内視鏡システムを使用した手術において、医師等の観察者が１つの画面上の立体視用画像から観察部位を３次元的に知覚することができるための条件を求める。
【００２０】
図２に示すように、モニタ４０の表示画面４０Ｓと観察者ＯＨとの距離（以下では、表示距離という）を“Ｌ”，眼福の半分の距離を“ｑ”と表す。また、観察対象はオペレータＯＨの真正面上に知覚されるものとする。すなわち、観察者ＯＨの正面（左目ＬＥ、右目ＲＥの二等分線となる中心線ＧＨ）に観察対象が立体視されるように立体視用映像が画面４０Ｓに表示される。立体視用画像によって観察対象が３次元的に知覚されている場合、その観察対象の先端位置（以下では仮想先端位置という）を“Ｐ”と表し、画面４０Ｓ上にあって中心線ＧＨ上にある観察対象点を“Ｐ１”と表す。また、表示画面４０Ｓからの距離、すなわち観察対象の奥行き（以下では、仮想奥行き距離という）を“ΔＬ”と表す。
【００２１】
本実施形態では、硬性鏡１０によって撮像された観察対象は、「距離Ｌだけ離れ、“ΔＬ”だけ奥行きがある」物体として立体視される。そして、そのような立体感を知覚できる立体視用映像がモニタ４０に表示される必要があり、表示画面４０Ｓには、左目用の第１の観察像と右目用の第２の観察像とが両眼視差に応じたずれをもって交互に表示される。このとき、第１の観察像と第２の観察像との間における視差によるずれ量の半分の距離（以下では、表示側視差という）を“ΔＹ”とする。表示側視差ΔＹは、中心線ＧＨからのずれた距離に相当する。
【００２２】
ここで、左目ＬＥから仮想先端位置Ｐを通る視線Ｘ１が表示画面４０Ｓ上に到達する点をＱ１、右目ＲＥから仮想先端位置Ｐを通る視線Ｘ２が表示画面４０Ｓに到達する点をＱ２とする。仮想先端位置Ｐおよび、Ｑ１、Ｑ２を結ぶことで構成される三角形Ｓ１と、仮想物体先端Ｐおよび左目ＬＥ，右目ＲＥを結ぶことで構成される三角形Ｓ２は、相似関係にある。したがって、以下の式が成り立つ。
ΔＹ／ΔＬ＝ｑ／Ｌ                                ・・・・（１１）
（１１）式により、表示側視差ΔＹは、以下の式に従って定められる。
ΔＹ＝ｑ×ΔＬ／Ｌ                                ・・・・（１２）
【００２３】
次に、図３を用いて、実際に観察対象を硬性鏡１０により撮像した場合に得られる左右の像のずれを求める。ただし、説明を簡単にするため、光学系としては１つの対物レンズ１１Ａ、１１Ｂのみ表す。
【００２４】
図３に示すように、観察対象となる部位の先端位置を“Ｚ１”、対物レンズ１１Ａ、１１Ｂから先端位置Ｚ１までの距離を“ｓ”、観察部位の奥行きを“Δｓ”、観察部位の先端部１２Ｓから一定距離だけ離れた位置（以下では、最後尾位置という）を“Ｚ２”とする。また、入射瞳間隔（基線長）の半分の距離を“ｐ”、対物レンズ１１Ａ、１１Ｂを結ぶ部線ＧＧから第１および第２のＣＣＤ１５、１６までの像距離を“ｓ’”と表す。観察部位は対物レンズ１１Ａ、１１Ｂの中心を通る基準線Ｋ上にあるものとする。距離ｓは、対物レンズ１１Ａ、１１Ｂの焦点距離に対し十分大きいとき実質的に先端部１２Ｓと観察部位までの距離に等しいため、以下では被写体距離を“ｓ”とする。
【００２５】
観察対象の奥行きΔｓにより、第１のＣＣＤ１５、および第２のＣＣＤ１６の受光面上では、先端位置Ｚ１に応じた像の位置と最後尾位置Ｚ２に応じた像の位置とが異なる。ここでは、この距離（以下では、撮像側視差という）を“Δｙ”で表す。表示側視差ΔＹ（図２参照）の大きさは、この撮像側視差Δｙに比例する。
【００２６】
内視鏡を使用した手術下において、被写体距離ｓは、観察対象の奥行きΔｓに比べて十分長く、Δｓ≪ｓとみなせる。よって、基準線Ｋと最後尾位置Ｚ２から第２のＣＣＤ１６へ到達する光線Ｒ２ととの角度を“θ’”とすると、θ’は入射瞳間隔の半分の距離をｐ、被写体距離ｓを用いて以下のように表される。
θ’≒  θ  ＝  ｐ／ｓ                        ・・・・・・（１３）
【００２７】
先端位置Ｚ１から対物レンズ１１Ｂを通って第２のＣＣＤ１６に到達する光線を“Ｒ１”とし、先端位置Ｚ１を含む断面における光線Ｒ１と光線Ｒ２との距離を“Δｈ”とする。ΔｈはΔｓ、θ’を用いて以下のように表される。
Δｈ＝Δｓ×θ’≒  Δｓ×ｐ／ｓ                  ・・・・（１４）
また、光学系全体の倍率を“ｍ”とすると、光学倍率ｍは、被写体距離ｓと像距離ｓ’あるいは撮像側視差ΔｙとΔｈを用いて以下のように表される。
ｍ  ＝  ｓ’／ｓ  ＝  Δｙ／Δｈ                  ・・・・（１５）
【００２８】
したがって、（１４）（１５）式より、Δｙは、ｍ、ｐ、Δｓ、ｓを用いて次式のように表される。
Δｙ＝ｍ×ｐ×Δｓ／ｓ                              ・・・（１６）
第１の撮影光学系１１Ａ、第１のＣＣＤ１５に関しても、同様に撮像側視差Δｙが求められる。
【００２９】
なお、ｓ’≪ｓの場合、ｓ’は実質的に焦点距離ｆに等しい（ｓ’≒  ｆ）。したがって、Δｙは、以下のように焦点距離ｆを用いて表すことができる。
Δｙ＝（ｓ’／ｓ）×ｐ×Δｓ／ｓ
＝ｆ×ｐ×Δｓ／ｓ２                          ・・・・（１７）
【００３０】
ここで、第１、第２のＣＣＤ１５、１６に結像される像の大きさに対するモニタ４０上の表示画像との比を電気的拡大率“Ｍ”とした場合、ΔＹとΔｙは以下の関係を満たす。
ΔＹ＝｜Δｙ×Ｍ｜                                ・・・・（１８）
したがって、上記（１２）、（１７）、（１８）式より、以下の関係式が導かれる。
ΔＹ  ＝  ｑ×ΔＬ／Ｌ  ＝  ｜Ｍ×ｍ×ｐ×Δｓ／ｓ｜  ・・（１９）
【００３１】
さらに、（１９）式の両辺に１／Ｌを乗じることにより、（１９）式は以下のように無次元化して表すことができる。
ΔＹ／Ｌ＝（ｑ×ΔＬ）／Ｌ２
＝｜Ｍ×ｍ×ｐ×Δｓ／（ｓ×Ｌ）｜          ・・・（２０）
ΔＹが表示側視差を示すことから、ΔＹ／Ｌは視差角を表すものとみなせる。表示側視差ΔＹが大きいほど、あるいは表示距離Ｌが小さいほど立体感が得られることから、“ΔＹ／Ｌ”は立体感を表す係数と定義できる。眼福の半分の距離ｑはおよそ一定とみなせることから、表示距離Ｌと仮想奥行き距離ΔＬとの関係に従って“ΔＹ／Ｌ”の値は変化する。
【００３２】
ここで、立体内視鏡システムを利用している状況下においてオペレータに最低限必要な立体感を考える。内視鏡を使用しない開腹手術の下では、術者の眼球位置から観察物体までの距離は、腕を伸ばした長さほどの距離に相当し、およそ５００ｍｍである。さらに、開腹術では主に縫合作業が行われるが、そのとき使用される針の大きさは、平均的に８〜１０ｍｍ程度である。本実施形態では、このような開腹手術下で知覚できる立体感（奥行き感）をオペレータにとって最低限必要な立体感とみなす。すなわち、少なくとも開腹手術により得られる立体感と同等と立体感を立体内視鏡システムによって提供できるように（２０）式の下限値を定める。
【００３３】
眼福の半分の距離ｑは平均３２ｍｍである。（２０）式においてｑ＝３２、Ｌ＝５００、ΔＬ＝８を代入すると、（２０）式の下限値が以下のように求められる。
（ｑ×ΔＬ）／Ｌ２＝３２×８／５００２＝０．００１０２  ・・（２１）
よって、次式が導かれる。
０．００１０２  ≦  ｜Ｍ×ｍ×ｐ×（Δｓ／ｓ）×Ｌ｜  ・・（２２）
【００３４】
一方、光学倍率ｍあるいは電気的拡大率Ｍを必要以上に大きくすると、システムの大型化や画質劣化を招く。さらに、奥行き感が過度に強調された立体視用画像をモニタ４０に表示させると、オペレータＯＨは画像の融合がしにくくなり、立体視が困難になる。そこで、（２０）式の上限値を以下の条件に基づいて算出する。
【００３５】
３０歳前後の人の近点は、最も眼球（観察者）に近い場所で６ディオプター（以下、Ｄで表す）程度である。人間の眼球における焦点調節機能（単眼視でも可能）と輻輳（両眼視による機能）とは連動して一体的に作用することから、この近点での両眼視差によるズレ量が、オペレータの観察可能な限界点とみなせる。（２０）式の左辺にＬ＝１６７（ｍｍ）を代入すると、以下のように（２０）式の上限値が求められる。
｜Ｍ×ｍ×ｐ×（Δｓ／（ｓ×Ｌ）｜  ≦  ０．００９１  ・・（２３）
本実施形態の立体内視鏡では、（２２）式かつ（２３）式を満たすように、光学倍率ｍ、電気拡大率Ｍが定められ、信号処理装置３０の制御部３５が電気拡大率Ｍを調整する。
【００３６】
ここで、（２２）、（２３）式を、光学的倍率ｍ、電気的拡大率Ｍ、入射瞳間隔の半分の距離ｐをパラメータとした式で表すことを考える。腹腔鏡手術の場合、立体視が要求される作業は主に縫合作業であり、針の大きさが８〜１０ｍｍ、観察部位までの距離は４０〜１００ｍｍである。したがって、Δｓ／ｓは、少なくとも１／１０あればよい。Δｓ＝１０、ｓ＝１００とすると、以下の式が成り立つ。
１０．２  ≦  ｜（Ｍ×ｍ×ｐ）／Ｌ｜  ≦  ９１．０  ・・・（２４）
【００３７】
次に、図４を用いて第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、表示装置の前に光学系を配置するビュアー方式によって立体視される。それ以外の構成については、第１の実施形態と実質的に同じである。
【００３８】
図４は、第２の実施形態である立体内視鏡システムのブロック図である。
【００３９】
信号処理装置３０Ａには一対の表示装置４０Ａが接続されており、第１信号処理部３２から出力される第１の画像信号は第１の表示部４１へ出力され、第２信号処理部３３から出力される第２の画像信号は第１の表示部４２へ出力される。これにより、第１の表示部４１、第２の表示部４２にそれぞれ左目、右目用の視差のある画像が表示される。さらに、一対の表示装置４０ＡとオペレータＯＨとの間にはルーペＲＰが配置され、オペレータＯＨはルーペＲＰを介して立体視する。ルーペＲＰは左目用の第１レンズ４３、右目用の第２レンズ４４から構成され、第１の表示部４１、第２の表示部４２にそれぞれ表示された画像が拡大観察される。
【００４０】
ルーペＲＰは、仮想的に観察距離をルーペ焦点距離ｆｅ［ｍｍ］以下まで近づける機能をもつ。仮想の観察距離を“Ｌ’”と表した場合、仮想観察距離Ｌ’は以下の式で表される。ただし、仮想観察距離Ｌ’は、いわゆる機械近視（オペレータＯＨの視度が−１Ｄ）の状態に基づいて定められる。
Ｌ’＝ｆｅ−ｆｅ２／１０００                        ・・・（２５）
したがって、ビュアー方式の立体内視鏡システムでは、次式の関係が成り立つ。０．００１０２  ≦｜Ｍ×ｍ×ｐ×（Δｓ／（ｓ×Ｌ’）｜  ≦  ０．００９１
・・・（２６）
【００４１】
なお、立体表示方法については、第１、第２実施形態で示した表示方法以外の方法（例えば、ＨＭＤ方式など）によって立体視させてもよい。また、２眼２カメラ方式以外の立体視用硬性鏡（１眼２カメラ方式など）を使用してもよい。また、軟性鏡に適用することも可能である。
【００４２】
第１、第２実施形態では、開腹手術下の条件に従って（２２）式を導いているが、内視鏡を使用しない立体表示システムにも適用可能である。この場合、その立体表示システムが適用される環境（ロボット遠隔操作など）に従って上限値、下限値を求めればよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、術中等に安定して立体視することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態である立体内視鏡システムのブロック図である。
【図２】モニタ画面と観察者との立体視関係を示した図である。
【図３】硬性鏡先端部および観察部位における光の軌跡を示した図である。
【図４】第２の実施形態である立体内視鏡システムのブロック図である。
【符号の説明】
１０  硬性鏡
１１Ａ、１１Ｂ  対物レンズ
１３Ａ、１３Ｂ  リレー系レンズ
１５  第１のＣＣＤ
１６  第２のＣＣＤ
１９Ａ、１９Ｂ  ズームレンズ
３０、３０Ａ  信号処理装置
４０、４０Ａ  モニタ
【図１】
2004233480.tif 000003
【図２】
2004233480.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004233480.tif 000006