JP5897222B2 - 立体内視鏡システム - Google Patents
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Description
立体内視鏡の製造直後においては、左右の撮像部は左右対称な状態に設定されており、それぞれが撮像した左右の画像の中心位置が一致して、左右対称な撮像状態で撮像できるように設定(調整)されているが、繰り返しの使用に伴う左右の撮像部を構成する構成部品の劣化等により、中心位置のずれが発生する等、左右対称な撮像状態からのずれが生じる。
このため、例えば日本国特開平6−59196号公報においては、立体内視鏡の挿入部の先端部に校正の基準となる校正具を取り付け、校正具の内面に形成された先端面からの距離が数10mm程度に設定される基準の像を左右の光学系を介してそれぞれ左右の結像位置に配置された左右のCCDに結像し、光学系とCCDとの相対位置を調整することによって、2つのCCDで撮像される観察画像における視野中心の像の位置を一致させるように調整する調整手段を備えた構成等を開示している。
しかしながら、上記公報の従来例においては、内視鏡に装着する場合、内視鏡を清浄な状態を保つためには校正具を消毒や滅菌する必要があり、調整後には、装着した校正具を取り外す。また、この従来例では、校正具を装着した状態においては校正具が邪魔になる等して内視鏡検査等を行うことができない。このように従来例においては、調整を行う際のユーザの負担が大きい欠点がある。このため、調整を行う際に必要となる校正具のような基準部材を着脱する作業を必要としないで、簡単に中心位置のずれ等を解消して、初期状態のように左右対称に調整された撮像状態で撮像した場合に近い画像を取得できるように設定することができる利便性の高い立体内視鏡システムが望まれる。
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、調整を行う際に必要となる基準部材を着脱する作業を不要にして、左右対称な撮像状態で撮像したような画像を取得できるように設定できる利便性の高い立体内視鏡システムを提供することを目的とする。
(第1の実施形態)
図1に示すように本発明の第1の実施形態の立体内視鏡システム1は、立体観察を行うための立体内視鏡2と、この立体内視鏡2に照明光を供給する光源装置3と、立体内視鏡2に設けた2つの撮像部に対する画像処理を行う信号処理装置(又は画像処理装置)としての第1カメラコントロールユニット(第1CCU又は単にCCUとも言う)4A及び第2CCU(単にCCUとも言う)4Bと、中心位置のずれ等を調整するための画像処理を行う調整ユニット5と、立体視用の画像信号を生成する3Dミキサ6と、立体視できるように立体画像(3D画像)を表示する3Dモニタ7と、を有する。
立体内視鏡2は、細長の挿入部11とこの挿入部11の後端(基端)に設けられ、術者等のユーザが把持して操作を行う操作部12と、操作部12から延出されたユニバーサルケーブル13とを有し、このユニバーサルケーブル13の端部のライトガイドコネクタは光源装置3に着脱自在に接続される。
挿入部11は、その先端に設けられた(内視鏡先端部としての)先端部15と、この先端部15の後端に設けられた湾曲部16と、この湾曲部16の後端から操作部12まで延出される硬性の硬性部17を有する。
図2Aは立体内視鏡2の挿入部11の先端部15を斜視図で示す。図2Aに示すように先端部15には、照明光を出射する照明窓21と、この照明窓21に隣接して左右の観察窓が設けられ、左右の観察窓には対となる左右の撮像部(図3参照)22L,22Rをそれぞれ構成する対物光学系23L,23Rが左右方向に離間して取り付けられている。
図3に示すように撮像部22Lは、対物光学系23Lと、その結像位置に配置された撮像素子としての電荷結合素子(CCDと略記)24Lを備えて構成される。
同様に、撮像部22Rは、対物光学系23R及びその結像位置に配置された撮像素子としてのCCD24Rを備えて構成される。なお、撮像素子として、CCDの場合に限定されるものでなく、CMOSイメージャ等を用いても良い。
なお、図2Aでは1つの照明窓21を設けた場合を示しているが、図2Bに示すように2つの照明窓21a,21bを設けるようにしても良い。2つの照明窓21a,21bの場合には、立体内視鏡2内において1本のライトガイド31は2本のライトガイドに分岐され、2本のライトガイドの先端は照明窓21a,21bに固定される。照明窓21には、後述する照明レンズ35がレンズ枠を介して取り付けられている。2つの照明窓21a,21bの場合もそれぞれ照明レンズ35が取り付けられている。
撮像部22L,22Rは、互いに光学的な特性の揃った左右の対物光学系23L,23Rと、左右の対物光学系23L,23Rの結像位置に撮像面が配置されるように調整された左右のCCD24L,24Rとを備え、先端部材15bにおける左右方向に離間して設けた2つの貫通孔内にそれぞれ調整されて、上記中点において左右対称な撮像状態となるように取り付けられる。
立体内視鏡2は、その製造時(又は工場出荷前)において、撮像部22L,22Rは、予め両撮像部22L,22R(を構成する対物光学系23L,23R)の各光軸Ol,Orの方向に沿った視野方向Vl,Vrが(両光軸Ol,Orを含む面内において)左右対称となり、先端面15a(における両光軸Ol,Or間を結ぶ線分の中点)から所定の距離Lの点P0で両光軸Ol,Orが交差するように調整されて取り付けられる。
また、図2Aに示すように、指標部材25は、先端面15aにおける例えば両光軸Ol,Or間を結ぶ線分の中点を通り、該線分と垂直な線上の位置から、先端面15aに垂直な前方側に突出し、指標25bが両撮像部22L,22Rによる視野範囲(CCD24L,24Rの撮像範囲)内に入るように、軸部25aの長さ(突出する高さ)が設定されている。対物光学系23L,23Rの視野角などの特性に応じて、先端面15aから指標25bまでの高さは、例えば数mmから1cm程度以下に設定することができる。
光源ランプ33は、キセノンランプ等により構成され、白色光を発生する。なお、光源ランプ33として、白色光を発生する発光ダイオード等を用いるようにしても良い。ライトガイド31の後端に入射された照明光は、挿入部11の先端部15の照明窓21から、照明レンズ35を経て拡開するように出射され、両撮像部22L,22Rの視野範囲をカバーするように照明する。
CCU4A、4Bは、CCD24L,24Rをそれぞれ駆動するCCD駆動信号を生成するCCD駆動回路41a、41bと、CCD駆動信号の印加によりCCD24L,24Rの撮像面における撮像範囲で撮像された画像信号に対する信号処理を行い、モニタに表示する映像信号(画像信号)を生成する信号処理回路42a,42bとを有する。
なお、CCD24L,24Rの撮像面における撮像範囲は、図4Aに示すように(対物光学系23L,23Rにより結像される光学像を)光電変換して撮像画像の電気信号を出力する有効画素領域43La,43Raにより形成される。
信号処理回路42a,42bにより生成された左右の画像信号は、調整ユニット5を構成する調整回路ユニット5A,5Bにそれぞれ入力される。
調整回路ユニット5A,5Bは、入力される画像信号が異なるのみで、同じ調整機能を持つように、同じ構成である。従って、以下では、一方の調整回路ユニット5Aの構成を説明する。
信号処理回路42aにより生成された左の画像信号は、調整回路ユニット5A内の第1メモリ51aに格納(又は書き込みが)され、第1メモリ51aに格納された左の画像信号は、読み出されて拡大回路50aにより若干拡大処理された後、第2メモリ52aに格納されると共に、切替回路53aを介して3Dミキサ6に出力される。
なお、信号処理回路42aにより生成された左の画像信号がアナログの画像信号の場合には、図示しないA/D変換回路によりデジタルの画像信号に変換された後、第1メモリ51aに格納される。
第1メモリ51a、第2メモリ52aへの画像信号の書き込み(ライト)と読み出し(リード)はリード/ライト回路54aにより行われる。このリード/ライト回路54aのリード/ライトの動作は、制御回路55aにより制御される。
上記第2のメモリ52aは、有効画素領域43Laから、その周辺側の有効画素領域45Laを除外した中央側の切出範囲44La内の画像(切出画像とも言う)を格納する。このため、第2のメモリ52aは、切出画像を生成又は格納する切出画像生成部(又は切出画像格納部)を形成する。なお、切出画像を生成する切出画像生成部(切出画像生成回路)は、第1のメモリ51a、拡大回路50a、第2のメモリ52a及びリード/ライト回路54aにより構成されると定義することもできる。
通常の使用状態においては、切替回路53aは、接点bが選択されるように設定されており、この状態では切出範囲44Laで撮像した画像信号が通常表示用の画像信号として3Dミキサ6側に出力され、3Dモニタ7には切出範囲44Laで撮像した画像信号が3D画像における左画像として表示される。
一方、ユーザにより調整指示スイッチ57が操作された場合には、調整指示の信号が制御回路55aに入力される(制御回路55bにも入力される)。制御回路55aは、調整指示の信号が入力されると、切替回路53aが接点aを選択するように切り替え、有効画素領域43Laで撮像した画像信号が3Dミキサ6側に出力される。
制御回路55aは、中央演算装置(CPUと略記)等により形成され、調整時の画像信号が入力される場合には、調整時の画像(有効画素領域43Laで撮像した画像)における指標25b(の中心)が存在する2次元位置の座標(Xl2,Yl2)を抽出する座標抽出部(又は座標抽出回路)55a1の機能を有する。上記のように調整時の画像は、有効画素領域43Laに結像される光学像を光電変換したものに対応し、調整時の画像の座標(Xl2,Yl2)は、有効画素領域43Laにおける画素位置の座標と同じであるとして説明する。
また、調整回路ユニット5Aは、制御回路55aと接続され、データを格納するメモリ56aを有する。
なお、図4Cは、有効画素領域43La,43Raの画像を3Dモニタ7の表示領域7aに表示した場合の例を示す。このため、図4Cでは、表示領域7aが有効画素領域43La,43Raに相当することを7a=43La,43Raで示している。また、この場合には、表示領域7aの内側の領域7bに切出範囲44La,44Raが表示される。この様子を7b=44La,44Raで示している。
上記メモリ56aは、撮像部22Lの予め調整された調整済みの状態の基準データを格納する基準データ格納部(又は基準データ格納ユニット)56a1の機能を有する。また、メモリ56aに上記基準データの他に、切出範囲を決定するのに必要なデータを格納するようにしても良い。具体的には図4Aにおける長方形の切出範囲44Laを決定するのに用いられる位置Plaの座標のデータ(に相当するアドレス情報)を格納するようにしても良い。なお、メモリ56aに上記基準データの他に位置Plaの座標のデータを格納する場合に限定されるものでなく、長方形の切出範囲の一辺、又は2辺の長さの情報を切出範囲44Laを決定するデータとして格納するようにしても良い。
リード/ライト回路54aは、メモリ56aに格納された切出範囲のアドレス情報を参照して、切出範囲の画像(データ)を第2メモリ52aに書き込んだり、第2メモリ52aから読み出したりする。なお、図4Aにおける横(水平)方向,縦(垂直)方向がX軸、Y軸方向に対応する。
また、制御回路55aは、上記差分(の分)だけ切出範囲44Laを移動して、調整された新しい切出範囲44La′を設定する。つまり、制御回路55aは、差分算出部55a2による差分の算出結果に基づいて、切出範囲44Laを、上記差分の分だけ2次元的にシフトした位置に調整された切出範囲を設定する切出範囲設定部(又は切出範囲設定回路)55a3の機能を有する。
調整回路ユニット5Bは、調整回路ユニット5Aにおいて、第1メモリ51a、拡大回路50a、第2メモリ52a、切替回路53a、リード/ライト回路54a、制御回路55a、メモリ56a、における○○aの代わりに○○bを用いた構成であり、入力される信号が異なるのみで同じ構成及び機能を有し、その説明を省略する。
調整回路ユニット5A、5Bの出力信号は、3Dミキサ6を構成する倍速回路61a,61bにそれぞれ入力され、各フレームの信号が周期が1/2に圧縮された倍速の左右の画像信号に変換された後、ミキサ62に入力され、混合されて、3Dの画像信号に変換される。3Dの画像信号は、3Dモニタ7に出力され、3Dモニタ7の表示面には、左右の画像が例えば交互に表示され、術者等のユーザは、液晶シャッタメガネを用いて3Dモニタ7に表示される左右の画像を立体視する。なお、3Dモニタとして偏光メガネにおける左右の偏光方向に対応した、左右に偏光した画像を表示することにより立体視できる偏光式3Dモニタにしても良い。
なお、前記第1及び第2の撮像素子により前記基準部材をそれぞれ撮像した場合の前記第1の画像及び前記第2の画像を、表示装置の表示領域において左右の画像として表示した場合、左右対称に近い状態の画像を生成するように少なくとも一方の撮像部に対する調整を行う調整部に関しては、図8において後述する。
また、CCD24L,24Rの撮像面に結像される(指標部材25の)指標25bは、図4Aのように互いに左右対称になる。
この場合、座標(Xl1,Yl1)と(Xr1,Yr1)は、切出範囲44La,44Raを決定する境界位置上にある。また、以下に説明するように図4Aにおける点Pla,Praも切出範囲44La,44Raを決定する点となる。
有効画素領域43La,43Raにおける中央側の領域を切り出した切出範囲44La,44Raの画像を3Dモニタ7に表示した場合には、指標25bの座標(Xl1,Yl1)と(Xr1,Yr1)は、表示されない境界位置となる。そして、切出範囲44La,44Raは、3Dモニタ7における通常の画像(信号)の表示領域に設定される。つまり、図4Dに示すように切出範囲44La,44Ra内で撮像された左右の画像が表示領域7a全体に(拡大回路50a,50bにより拡大処理されて)表示され、切出範囲44La,44Raの外側の指標25bを含む領域(45La,45Raで示す周辺側有効画素領域)は表示されない状態となる。
メモリ56a,56bには、上記座標(Xl1,Yl1)と(Xr1,Yr1)がそれぞれ格納され、以後の調整の際に参照される。また、切出範囲44La,44Raのサイズを決定するデータ(例えば図4Aにおける点Pla,Praの座標のデータ)もメモリ56a,56bに格納される。点Plaの座標は、中心位置の座標(Xl0,Yl0)に関して、中心対称となる座標であり、同様に、点Praの座標は、中心位置の座標(Xr0,Yr0)に関して、中心対称となる座標である。
このようにして両撮像部22L,22Rが適切に調整された状態でユーザとしての術者は、立体内視鏡2を使用し、立体観察や立体観察する状態で手術等を行う。術者は、両撮像部22L,22Rの撮像状態を確認したり、調整したいと望む場合には、図5のステップS1に示すように調整指示スイッチ57を操作し、調整の指示操作を行う。なお、ホワイトバランスの調整などを行う初期状態において調整指示スイッチ57を操作するようにしても良い。また、ホワイトバランスの調整後に、白い被写体を撮像する状態において調整指示スイッチ57を操作するようにしても良い。
切替回路53a,53bを切り替えられると、ステップS3に示すように調整回路ユニット5a,5Bは、第1メモリ51a,51bの画像信号を3Dモニタ7に出力する。この場合には、3Dモニタ7は、CCD24L,24Rの各撮像範囲としての有効画素領域43La,43Raにて撮像した画像を表示する。
また、この場合の画像信号は、それぞれ制御回路55a,55bに入力される。この場合、CCD24L,24Rの各有効画素領域43La,43Raが撮像する状態は、図4Bに示す状態とする。図4Bは、撮像部22Lが、(工場出荷時の)調整済みの状態から若干ずれ、他方の撮像部22Rは調整済みの状態から変化しない場合を示す。
ステップS4に示すように制御回路55a,55b(の座標抽出部55a1,55b1)は、左右の画像信号から指標25bの座標(Xl2,Yl2)と(Xr2,Yr2)のデータをそれぞれ取得する。
次のステップS5に示すように制御回路55a,55bは、メモリ56a,56bから基準データとしての図4Aの調整済みの指標25bの座標(Xl1,Yl1)と(Xr1,Yr1)を基準座標として読み出し、差分算出部55a2,55b2に送る。
次のステップS6に示すように制御回路55a,55bの差分算出部55a2,55b2は、座標抽出部55a1,55b1が抽出した現在の座標と、上記基準座標との差分を算出する。つまり、差分算出部55a2,55b2は、差分(Xl2−Xl1,Yl2−Yl1)、(Xr2−Xr1,Yr2−Yr1)を算出する。そして、算出した差分(Xl2−Xl1,Yl2−Yl1)、(Xr2−Xr1,Yr2−Yr1)は、それぞれ切出範囲設定部55a3,55b3に送られる。
換言すると、切出範囲設定部55a3,55b3は、基準位置となる指標25bの座標(Xl1,Yl1)と(Xr1,Yr1)を、抽出された新しい指標25bの座標(Xl2,Yl2)と(Xr2,Yr2)に合わせるように切出範囲44La,44Raを(指標の移動方向及び移動量だけ)移動する調整を行う。また、図4Aに示した調整済みの中心位置の座標(Xl0,Yl0)は、上記差分に相当する分だけ、シフトされて中心位置の座標(Xl0′,Yl0′)に移動される。
次のステップS9に示すように制御回路55a,55bは、切替回路53a,53bの切替を行い、図5の処理を終了する。そして、術者は、立体内視鏡2を用いて立体観察等を行う。
本実施形態における上記のような調整を行う処理は、両撮像部22L,22Rに対して左右対称に配置された指標部材25の指標25bを、両撮像部22L,22Rによりそれぞれ撮像し、表示装置としての3Dモニタ7の表示領域7aにおいて左右の画像として表示した場合、両撮像部22L,22Rが左右対称に近い状態の画像を生成するように少なくとも一方の撮像部により撮像された画像に対する調整処理となる。ここで、「左右対称に近い状態の画像を生成する」は、切出範囲44La′,44Ra′内で生成される画像を意味する。
この場合、左右の切出範囲44La′,44Ra′の中心位置は、通常画像(立体視用画像)を表示する際の通常の表示領域の中心位置となる。このため、中心位置のずれを解消した状態に設定できる。また、指標25bの座標(Xl1,Yl1)と(Xr1,Yr1)が、経年変化などの影響により変位した場合においても、その変位量が小さい場合には、有効撮像領域43La,43Raにおける各位置も同じ変位量だけ変位すると近似できるので、光軸Ol,Orの回りの回転的な変位量を無視できる。
従って、本実施形態によれば、調整を行う際に必要となる基準部材を着脱する作業を不要にして、左右対称な撮像状態で撮像したような画像を取得できる。従って、術者等のユーザは、3Dモニタ7に表示される左右の画像を左右の目で立体視した場合、中心位置のずれがなく、かつ光軸回りの傾きのない、立体視し易い状態で観察することができ、手術等を円滑に行うことができる。
また、本実施形態においては、ユーザは、調整指示スイッチ57を操作するのみで、調整ユニット5が自動的に両撮像部22L,22R(における切出範囲)の調整処理を行うので、ユーザの負担を軽減でき、操作性(利便性)の高い立体内視鏡システム1を実現できる。
また、本実施形態によれば、指標部材25が先端部15に一体的に設けてあるので、従来例のように調整を行う際に取り付け、調整後に外す作業を不要となり、術者等のユーザの負担を軽減できる。また、立体内視鏡2を消毒又は滅菌した場合に、指標部材25も同時に消毒又は滅菌が行われるため、別体の場合における指標部材25の消毒又は滅菌等を考慮する必要が無く、術者等のユーザの負担を軽減できる。
図6Bに示すように左右の有効画素領域43La,43Raによりそれぞれ照明レンズ枠21a1,21b1の先端側を捕捉して撮像し、捕捉された先端側部分における輪郭線の頂点Plb、Prbを切出範囲44La,44Raを決定する基準位置の機能を持たせている。換言すると、左右の有効画素領域43La,43Raにおいて撮像された先端側部分においてその輪郭線付近の位置を、図4A等に示した指標25bの機能に相当する基準位置に設定している。そして、切出範囲44La,44Raは、点Plb、Prbを通るように設定される。
なお、図6Bに示す例では、点Plb、Prbが長方形の切出範囲44La,44Raの頂点となる基準位置ではなく、水平方向に所定画素Na,Nbシフトした位置(の座標データ)が切出範囲44La,44Raの頂点となるように設定している。勿論、点Plb、Prbが長方形の切出範囲44La,44Raの頂点となるように設定しても良い。
その他は、第1の実施形態と同様である。本変形例は、先端面15aより突出する照明レンズ枠21a1、21b1を、基準部材として用いることにより、第1の実施形態とほぼ同様の作用効果を有する。
工場出荷時等において予め調整された調整済みの状態においては、有効画素領域43La,43Raには、例えば図7Bのように照明レンズ枠21a1、21b1がそれぞれ上下対称に撮像され、有効画素領域43La,43Ra内に撮像された照明レンズ枠21a1、21b1の先端側部分における輪郭線の頂点が切出範囲44La,44Raの2つの頂点を決定する基準位置に設定する。
また、同様に、有効画素領域43Raにおいては、照明レンズ枠21a1、21b1の先端側部分における輪郭線の頂点の座標(Xra1,Yra1),(Xrb1,Yrb1)が切出範囲44Raを決定する基準データとなる。
本変形例において、長期間の使用により、例えば撮像部22L側が工場出荷時の調整済みの状態から例えば図7Cに示すように変化したとする。図7Cでは、例えば、座標(Xlb1,Ylb1)の位置は、変化しないで、他方の座標(Xla1,Yla1)が変化した場合を示している。
この場合にも、図5に示したような処理手順により、点線で示す調整済みの状態における切出範囲44Laから実線で示す切出範囲44La′に調整することができる。
本変形例の場合には、図3の座標抽出部55a1は、図7Cにおける照明レンズ枠21a1、21b1の輪郭線の頂点の座標(Xla1′,Yla1′)と(Xlb1′,Ylb1′)を抽出する。
本変形例によれば、立体視の特性を実質的に決定する左右の各切出範囲を、それぞれ2つの基準位置に基づいて設定するようにしているので、1つの基準位置の場合よりも高精度に設定することができる。
なお、本変形例において、例えば図7Bにおいて点線で示すように調整済みの状態において切出範囲44Laを決定する際の基準となる位置の座標(Xla1,Yla1)と(Xlb1,Ylb1)を中心として、所定の範囲Lu1,Lu2を設定するようにしても良い。図7Bでは所定の範囲Lu1,Lu2は、座標(Xla1,Yla1)と(Xlb1,Ylb1)を中心とした円形の領域であるが、円形の領域に限定されるものでない。
そして、調整時において撮像される2つ指標の位置としての照明レンズ枠21a1、21b1の輪郭線の頂点の座標(Xla1′,Yla1′)と(Xlb1′,Ylb1′)が所定の範囲Lu1,Lu2以内に存在する場合には、画像処理による調整で所定の性能を確保できる条件を満たし、所定の範囲Lu1,Lu2以内に存在しない場合には、注意を促すようにしても良い。
しかし、両撮像部22L,22R間の相対的なずれが大きいような場合においては、機械的に調整された状態で確保できる立体視がし易い当初の性能から低下する可能性が発生する。例えば、並進的なずれの他に回転的なずれが発生し、画像処理により切出範囲を調整しても当初の性能を確保し難い場合が起こる可能性がある。このため、調整ユニット5による電気的に調整(画像処理による調整)により、当初(の調整済み)の性能を確保できる場合と、電気的な調整よりは機械的に調整した方が良い場合との閾値の範囲を設定し、閾値の範囲以内か否かの判定結果をユーザに告知できるようにすると、ユーザに対する利便性が高いものとなる。
図7Bにおいては、左の有効画素領域43La側においての所定の範囲Lu1,Lu2を設定した場合を示しているが、右の有効画素領域43Ra側にも所定の範囲を設定するようにしても良い。この場合、差分算出部55a2は、また、図4Aや,図6Bの場合においても所定の範囲を設定するようにしても良い。
図7Dは図7Bのように許容範囲Lu1,Lu2を予め設定した場合の調整処理の一部の処理を示す。この場合の処理は、図5と一部異なるのみであるので、異なる処理部分を説明する。
一方、差分の絶対値が所定の範囲Lu1,Lu2内に存在しない判定結果の場合には、ステップS12において差分算出部55a2は、メモリ56aから告知用のデータを読み出し、3Dミキサ6側に出力する画像信号に告知用のデータを重畳して出力させる。そして、3Dモニタ7は、例えば注意を促す内容を表示する。このステップS12の処理の後、ステップS7の処理に移る。ステップS7以降は、図5と同様の処理となる。
本変形例の場合には、術者等のユーザは、機械的な調整を行う方が良い程度に両撮像部22L,22Rにおける少なくとも一方にずれが発生したことを確認できる。そして、ユーザは、例えば次回に立体内視鏡2を使用する前に、機械的な調整を行うようにすれば所定の性能を得られる状態に設定できる。本変形例によれば、立体内視鏡2を長期間、繰り返し使用するような状態においても、所定の性能が得られる状態を確認することができるし、機械的な調整を行うタイミングを知ることができる。なお、照明レンズ枠21a1,21b1を基準部材に用いる場合を説明したが、先端面15aから照明レンズ35を突出させ、突出する照明レンズ35を基準部材に用いるようにしても良い。
これに対して、本変形例においては、図8に示すように一方の撮像部としての例えば右の撮像部22Rを備えた撮像ユニット71Rを、先端部本体15cにおける左右方向に離間して設けた2つの撮像ユニット用貫通孔(単に貫通孔という)72L,72Rにおける右の貫通孔72Rに後方側から挿通(収納)して光軸Or回りの回転角θRrを調整して、取り付け(固定)する。他方の撮像部としての左の撮像部22Lを備えた撮像ユニット71Lを、先端部本体15cの貫通孔72Lに介挿部材としての収納部材73Lを介して、後方側から挿通(収納)して撮像ユニット71Rと左右対称となるように光軸Ol回りの回転角θLrと光軸Olの傾き角θLdを調整して取り付け(固定)する。なお、左右方向に離間する貫通孔72L,72Rは、予め中心軸が左右対称となるように先端部本体15cに設けられている。
これに対して、貫通孔72Lは、撮像ユニット71Lをその光軸Ol回りで所定角度の範囲内で、回転可能であると共に、光軸Olの方向から若干傾むけて固定できる空隙を備え、以下に説明するように撮像ユニット71Rと左右対称となるように調整して撮像ユニット71Lがネジ又は接着剤79L等で固定される。
図8における先端部材15bは、貫通孔72L,72Rを設けた先端部本体15cと、先端部本体15cの後方側に伸び、湾曲部に連結される先端筒体15dとからなる。
撮像ユニット71Rにおける撮像部22Rは、撮像部枠体75Rに対物光学系23Rと、CCD24Rとが取り付けられ、対物光学系23Rは一部のレンズ群がレンズ枠76Rを介して撮像部枠体75Rの内側に取り付けている。レンズ枠76Rは、光軸Or方向の位置が調整され、所定距離の被写体がCCD24Rの撮像面にフォーカスして結像される状態で撮像部枠体75Rに固定されている。
撮像ユニット71Lは、上記撮像ユニット71Rと同様の構成であり、その説明を省略する。但し、撮像ユニット71Lは、撮像部枠体75Lが収納部材73Lで覆われており、この収納部材73Lを貫通孔72L内に挿通して調整して取り付けることができる構造になっている。このため、貫通孔72Lは、収納部材73Lを遊嵌して収納できるサイズに設定され、また位置決め用テーパ部77Lにおいて光軸Olの傾き角θLdと、撮像ユニット71Lの周方向の方位(光軸Ol回りの方位又は回転角)θLrとを(所定の範囲内で)調整可能にしている。
CCD24Rの有効画素領域43Raで指標25bを撮像した画像を3Dモニタ7に表示して指標25bの位置を確認する。この場合には、図4Aの右側に示す状態に近い状態の画像が得られる。そして、その場合の指標25bの位置の座標(Xr1,Yr1)を基準座標に設定して、その座標(Xr1,Yr1)を基準にして切出範囲44Raを設定し、座標(Xr1,Yr1)と切出範囲44Raのデータをメモリ56bに格納する。
また、CCD24Lの有効画素領域43Laで指標25bを撮像した画像を3Dモニタ7に表示して、撮像ユニット71Lの傾き角θLdと、回転角θLrとを調整する。傾き角θLdを調整して、光軸Olの方向となる視野方向Vlが、光軸Orの視野方向Vrと左右対称となるように調整する。この調整により、先端面15aより所定の距離Lの点P0(に対応する点)を撮像した場合の中心位置が図4Cに示すように両画像上で一致するように設定できる。
また、CCD24Lの有効画素領域43Laで指標25bを撮像した画像から指標25bの位置がCCD24Rの有効画素領域43Raで指標25bを撮像した画像と左右対称となるように回転角θLrを調整し、(CCD24Rの回転角に対して)傾きの無い状態に設定することができる。そして、調整後の指標25bの位置の座標(Xl1,Yl1)を基準座標に設定して、その座標(Xl1,Yl1)を基準にして切出範囲44Laを設定し、座標(Xl1,Yl1)と切出範囲44Laのデータをメモリ56aに格納する。
次に本発明の第2の実施形態を説明する。本実施形態における立体内視鏡2(図10参照)における先端部15の構成を図9に示す。なお、立体内視鏡2以外の光源装置3、CCU4A,4B、調整ユニット5、3Dミキサ6、3Dモニタ7は、第1の実施形態と同様である。
本実施形態においては、先端部15内に搭載した両撮像ユニット(又は撮像部)71L、71Rを手元側の牽引操作可能な手元側牽引操作物により牽引部材としてのワイヤ81を牽引して、両光軸Ol,Orのなす角又は両視野方向Vl,Vrのなす角としての内向角θiを可変できる構造にしたものである。
なお、先端部15には、第1の実施形態において説明した基準部材を形成する指標部材として、例えば図6に示すような照明レンズ枠21a1、21b1が設けてある。
そして、例えば工場出荷前に両撮像ユニット(又は撮像部)71L、71Rの心ずれを解消する調整と、両光軸Ol,Orの傾き角θdが互いに等しくなるような調整、両光軸Ol,Orの回転角θrの調整が、1つ以上の代表的な内向角θiの値に対して行われる。また、両視野方向Vl,Vrが左右対称となるように調整される。また、1つ以上の代表的な内向角θiの値に対して、第1の実施形態において説明したように調整ユニット5により切出範囲を設定することができるようにしている。
また、撮像ユニット71L、71Rにおける対物光学系23L,23R及びCCD24L,24Rを保持する枠体75L′、75R′の後端側はテーパ状の切り欠き部84r,84lが形成され、該切り欠き部84r,84lには台形状の当接部材85が当接し、当接部材85は、バネ86を介してその先端側の支持部材に引っ張られる弾性力が作用するように付勢されている。
なお、挿入部11が屈曲された部位等に挿入される場合に対応して、ワイヤ81には若干の弛みを持たせるような場合もあり、そのような場合にはバネ86の弾性力によりその弛みを解消して当接部材85を切り欠き部84r,84lに当接させて所定の内向角θiの状態に設定するが、弛みを無視できるような場合にはバネ86を設けない構造にしても良い。
両撮像ユニット71L、71Rは、バネ83a,83bの弾性力と、バネ86による当接部材85を先端側に付勢する弾性力とにより、通常は図9に示すように内向角θiが最も大きい角となる状態に設定される。
上記ワイヤ81は図10の概略図に示すように挿入部11内を挿通され、その後端は立体内視鏡2の手元側の操作部12内のプーリ87に巻回して取り付けられる。このプーリ87には、該プーリ87を回転してワイヤ81を牽引する手元側牽引操作物としてのノブ87aが設けられ、ユーザはこのノブ87aを回動する操作を行うことにより、内向角θiを可変することができる。
このとき、図9に示す撮像ユニット71Rと71Lが、先端部15cに対して可動するため、両光軸Ol,Orの交点P0と先端面の距離L、先端面における撮像ユニット71Rと71Lの光軸間距離(又は光軸間隔)Ldが変わることで、内向角θiが変わる。なお、先端面における撮像ユニット71Rと71Lの光軸間距離(又は光軸間隔)Ldは、先端面における両視野方向Vl,Vrの間隔とも言える。
逆に、ノブ87aを反時計回りに回転すると、バネ86の付勢力により、撮像ユニット71L,71Rの光軸Ol,Orが変化し、その交点P0と先端面の距離Lが短くなり、先端面と撮像ユニット71L,71Rと先端面15cの接点Psとの距離により、光軸間隔Ldが広くなり、内向角θiを大きくすることができる。
本実施形態によれば、手元側の操作部12において、内向角θiを可変することができるので、観察対象の被検体や、術者の望む内向角θiに設定して立体視することができる。
上述の説明においては、手動操作でワイヤ81を牽引して内向角θiを可変する構造を説明したが、以下の第1変形例のようにワイヤ81を電気的に駆動する構成にしても良い。図12はこの場合の立体内視鏡2の概略の構成を示す。
なお、コネクタ88bは、CCU4A又は4Bに接続される。また、スイッチ回路88dは、操作部12に設けた複数のスイッチ88eを有し、操作されたスイッチに応じて駆動信号の強度が異なり、ワイヤ81を牽引する移動量が異なる。本変形例によれば、スイッチ操作で内向角θiを可変することができる。その他、第2の実施形態と同様の効果を有する。
図13は第2変形例における先端部15の構成を示し、また図14は図13のB−B断面図を示す。
図13に示すように一方の撮像ユニット71Rは、図8に示したものと同様に先端部本体15cに固定されている。
これに対して、他方の撮像ユニット71Lは、先端部本体15cのテーパ部77Lに当接し、光軸Ol方向が変更可能に支持されている。また、撮像ユニット71Lの撮像部枠体75Lには、テーパ部77Lよりも後方側の位置の外周面における上下、左右の位置にワイヤ81u,81d,81l,81rの先端を取り付けるワイヤ取り付け部91u,91d,91l,91rが設けてある。
また、図13に示すように、先端部15におけるワイヤ取り付け部91u,91d,91l,91rよりも後方側の位置において、ワイヤ81u,81d,81l,81rの広がりを光軸Ol寄りとなる中心側に規制するワイヤ受け92u,92d,92l,92rが設けてある。なお、図13に示す例ではワイヤ受け92u,92d,92l,92rは、ワイヤ受け部材92に貫通孔を設けて形成した場合で示している。
ワイヤ受け92u,92d,92l,92rをそれぞれ通したワイヤ81u,81d,81l,81rの後端側は、例えば図10に示すようなプーリ87に巻回される。この場合、ワイヤ81u,81dは、1つのプーリ(図示しないが87aとする)に互いに逆方向から巻回され、ワイヤ81l,81rも他方のプーリ(図示しないが87bとする)に互いに逆方向から巻回される。
例えば、プーリ87aを回転操作して例えばワイヤ81lを手元側に牽引すると、撮像ユニット71Lは、テーパ部77Lを支点としてその後端側が先端部15の中心軸側に回転する力が作用し、光軸Orに対して光軸Olが変化し、光軸Orと光軸Olの交点P0と先端面の距離Lが長くなり、光軸Orと光軸Olの光軸間距離Ldが短くなるため、内向角θiが小さくなる。
ワイヤ81rを手元側に牽引するように操作した場合には、光軸Orに対して光軸Olが変化し、光軸Orと光軸Olの交点P0と先端面の距離Lが短くなり、光軸Orと光軸Olの光軸間距離Ldが短くなるため、内向角θiが大きくなる。
本変形例では、手元側の操作によって内向角を変化させることができる。また、内向角を変化する他に、光軸Olの方向、つまり視野方向Vlを両光軸Ol,Orを含む水平面と垂直となる方向にも変更することができる。
このような構成にすると、先端部15において撮像ユニット71Lの光軸Ol方向をより広範囲に変化させるスペースを確保できる。換言すると、図14と同じ変化範囲を確保する場合には、先端部15の外径を細径にすることもできる。
なお、本変形例においては、撮像部枠体75Lの外周面に光軸Olの方向を変更又は調整するためにワイヤ81u,81d,81l,81rの先端を取り付ける(固定する)ワイヤ取り付け部91l,91rを設けたが、撮像部枠体75Lの外周面に、ワイヤ取り付け部91u,91d,91l,91rを設けたリング(調整リングという)を設けるようにしても良い。
なお、第1の実施形態、又は第2の実施形態等において、撮像部22L,22Rや撮像ユニット77L,77Rの調整を行う場合、細径の先端部15であると、撮像部22L,22Rや撮像ユニット77L,77Rにおける上下や左右の方向が分かり難くなる場合がある。そのような場合には、例えば図3の調整ユニット5において、メモリ56a,56b内に、有効画素領域43La,43Raの画像を表示した場合、上方向と左方向とを示す方向指標が表示されるように方向指標のデータを予め格納しておいても良い。
そして、方向指標を表示させる指示操作を行った場合、例えば図4Cの点線で示すように、上方向の方向指標94a,左方向の方向指標94bを表示させ、撮像部22L,22Rや撮像ユニット77L,77Rにおける上下や左右の方向を簡単に知ることができるようにしても良い。
また、上述した変形例の場合を含む実施形態を部分的に組み合わせて構成される実施形態も本発明に属する。
Claims (13)
- 内視鏡先端部に設けられ、第1の視野方向を有し、被検体に対する第1の画像を取得するための第1の対物光学系及び第1の撮像素子を備えた第1の撮像部と、
前記内視鏡先端部に前記第1の撮像部と左右方向に離間して設けられ、第2の視野方向を有し、前記被検体に対する第2の画像を取得するための第2の対物光学系及び第2の撮像素子を備えた第2の撮像部と、
前記内視鏡先端部に一体的に設けられ、前記第1及び第2の撮像素子によりそれぞれ撮像可能な第1及び第2の撮像範囲内に少なくとも先端側が撮像され、前記第1及び第2の撮像部を調整する際の基準となる基準部材と、
前記第1及び第2の撮像素子により前記基準部材をそれぞれ撮像した場合の前記第1の画像及び前記第2の画像を、表示装置の表示領域において左右の画像として表示した場合、左右対称に近い状態の画像を生成するように少なくとも一方の撮像部により撮像された画像に対する調整、又は前記一方の撮像部に対する調整を行う調整部と、
を備えることを特徴とする立体内視鏡システム。 - 前記基準部材は、前記内視鏡先端部の先端面において、該先端面から突出するように設けられ、前記基準部材における先端側の指標が、前記第1及び第2の撮像範囲内における周辺側の領域のみで撮像されると共に、前記第1及び第2の撮像範囲において左右対称となるように前記先端面における所定の位置に設けられることを特徴とする請求項1に記載の立体内視鏡システム。
- 前記調整部は、前記第1及び第2の撮像範囲をそれぞれ形成する左右の有効画素領域から、前記基準部材の前記指標がそれぞれ撮像される前記第1及び第2の撮像範囲内の周辺側となる左右の周辺側有効画素領域をそれぞれ除外し、左右の中央側有効画素領域を切り出す切出範囲設定回路と、
前記切出範囲設定回路により切り出された前記中央側有効画素領域内で撮像された画像を、前記表示装置の表示領域全体に左右の画像として表示するように拡大処理する拡大回路と、
を有することを特徴とする請求項2に記載の立体内視鏡システム。 - 前記調整部は、更に、前記第1及び第2の撮像部を左右対称の撮像状態に調整した調整済みの状態において、前記左右の周辺側有効画素領域における前記指標がそれぞれ撮像された位置データを左右の基準位置データとして予め格納する基準データ格納部を有し、
前記切出範囲設定回路は、前記基準データ格納部に格納された前記調整済みの状態における前記左右の基準位置データを用いて予め基準となる前記左右の切出範囲の設定を行い、
前記基準データ格納部は、前記基準位置データと共に、前記基準となる前記左右の切出範囲を決定するデータを格納することを特徴とする請求項3に記載の立体内視鏡システム。 - 前記調整部は、更に、該調整部に対する調整指示がされた際に、前記左右の周辺側有効画素領域における前記指標がそれぞれ撮像された左右の位置データと、前記基準データ格納部に格納された調整済みの状態における前記指標がそれぞれ撮像された際の前記左右の基準位置データとの差分を算出する差分算出回路を有し、
前記切出範囲設定回路は、前記調整済みの状態における前記左右の切出範囲を、前記差分算出回路により算出された前記差分に相当する分だけシフトして、前記調整指示がされた際の新しい切出範囲を設定することを特徴とする請求項4に記載の立体内視鏡システム。 - 前記調整部は、更に、前記調整済みの状態においての前記左右の周辺側有効画素領域における前記指標がそれぞれ撮像された前記左右の基準位置データに対して、前記調整指示がされた際に前記左右の周辺側有効画素領域における前記指標がそれぞれ撮像された前記左右の位置データが、予め設定された閾値の範囲内に存在するか否かを判定する判定回路を有し、
前記判定回路が前記左右の位置データにおける少なくとも一方が、前記閾値の範囲を逸脱する判定結果の場合には、注意を促す告知回路を備えることを特徴とする請求項5に記載の立体内視鏡システム。 - 前記内視鏡先端部は、左右方向に離間して前記第1の撮像部と前記第2の撮像部とを収納する左右の貫通孔を備え、
前記左右の貫通孔における一方の貫通孔は前記第1の撮像部と前記第2の撮像部における一方の撮像部を、前記一方の撮像部の光軸回りで少なくとも所定角度だけ回転可能に収納し、
前記左右の貫通孔における他方の貫通孔は前記第1の撮像部と前記第2の撮像部における他方の撮像部を、前記他方の撮像部の光軸回りで少なくとも所定角度だけ回転可能に、かつ前記他方の撮像部の前記光軸の傾きを調整可能に収納し、
前記調整部は、前記基準部材をそれぞれ撮像した場合の前記第1の画像及び前記第2の画像における一方の画像と、前記第1の画像及び前記第2の画像における他方の画像とが左右対称となるように、前記一方の撮像部を、該一方の撮像部の光軸回りの回転角を調整して前記一方の貫通孔に固定し、前記他方の撮像部を、該他方の撮像部の光軸回りの回転角と、前記光軸の傾きを調整して前記他方の貫通孔に固定することを特徴とする請求項1に記載の立体内視鏡システム。 - 前記内視鏡先端部は、左右方向に離間して前記第1の撮像部と前記第2の撮像部とを収納する左右の貫通孔を備え、
前記左右の貫通孔における一方の貫通孔は前記第1の撮像部と前記第2の撮像部における一方の撮像部を、前記一方の撮像部の光軸回りで少なくとも所定角度だけ回転可能に収納し、
前記左右の貫通孔における他方の貫通孔は前記第1の撮像部と前記第2の撮像部における他方の撮像部を、前記他方の撮像部の光軸回りで少なくとも所定角度だけ回転可能に、かつ前記他方の撮像部の前記光軸の傾きを調整可能に収納し、
前記調整部は、前記指標をそれぞれ撮像した場合の前記第1の画像及び前記第2の画像における一方の画像と、前記第1の画像及び前記第2の画像における他方の画像とが左右対称となるように、前記一方の撮像部を、該一方の撮像部の光軸回りの回転角を調整して前記一方の貫通孔に固定し、前記他方の撮像部を、該他方の撮像部の光軸回りの回転角と、前記光軸の傾きを調整して前記他方の貫通孔に固定することを特徴とする請求項2に記載の立体内視鏡システム。 - 前記基準部材は、前記内視鏡先端部における前記第1の撮像部及び前記第2の撮像部の周辺に、前記先端面から突出するように配置された照明光を出射する照明レンズ又は前記照明レンズを取り付けた照明レンズ枠により構成され、前記照明レンズ又は前記照明レンズ枠における先端側が前記左右の周辺側有効撮像領域において撮像される輪郭線の位置が前記指標として設定されることを特徴とする請求項2に記載の立体内視鏡システム。
- 更に、前記第1の撮像部及び前記第2の撮像部の少なくとも一方の撮像部と連動し、少なくとも一方の視野方向を変更可能な牽引部材と、前記少なくとも一方の撮像部を前記内視鏡先端部に付勢する付勢部材と、前記牽引部材を牽引操作可能な手元側操作物とを有することを特徴とする請求項5に記載の立体内視鏡システム。
- 更に、前記牽引部材と前記少なくとも一方の撮像部は、前記第1の視野方向と前記第2の視野方向との交点と内視鏡先端面間の距離、及び前第1の視野方向と前記第2の視野方向の間隔を変更し、内向角を変更可能とするように、前記少なくとも一方の撮像部と前記内視鏡先端部の接点と、前記内視鏡先端部に付勢する前記付勢部材と、前記牽引部材を設けたことを特徴とする請求項10に記載の立体内視鏡システム。
- 前記基準部材は、2つの指標を有し、前記2つの指標は、前記第1及び第2の撮像範囲内における周辺側の領域のみでそれぞれ撮像されると共に、前記第1及び第2の撮像範囲において左右対称となるように前記先端面における所定の位置に設けられることを特徴とする請求項2に記載の立体内視鏡システム。
- 前記立体内視鏡システムは、前記第1の撮像部及び前記第2の撮像部を備えた立体内視鏡と、
前記第1の撮像部及び前記第2の撮像部に対する画像処理を行う画像処理装置と、を備え、
前記画像処理装置は、前記切出範囲設定回路と、前記拡大回路とを備えることを特徴とする請求項3に記載の立体内視鏡システム。
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