JP3824924B2 - ライトによって照明される領域をビデオ撮影する方法およびライト - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、手術用ライトによって照明される領域をビデオ撮影する方法と、ライトを含む装置に関し、ここではライトケーシングの少なくとも１つの光ビーム出射領域から、少なくとも１つの光束が所定のケーシング軸の方向に出射されて領域が照明される。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＥ１９５２３３７７Ｃ１から、ビデオ信号を伝送する方法ならびに手術用ライトに対する画像伝送システムが公知である。このためにビデオカメラを有する手術用ランプがライトケーシングの領域に設けられており、これによってディスプレイ／コントロール装置により手術領域が外部で画像表示される。ここでこのライトケーシングは、調整可能な懸架部を介して、手術室の天井領域の懸架ブラケットに接続されている。
【０００３】
上記のドイツ国特許明細書の図１には、ビデオカメラが偏心して取り付けられたライトが示されている。
【０００４】
このような装置において問題であることが判明したのは、記録対象体ないしは手術領域に対する手術用ライトの調整によって、結果的に手術領域に対する画像の方向の調整が生じてしまったり、画像区画が変わってしまうことである。このため、状況によっては術者には、手術領域とモニタでの再生画像との間に角度のずれないしは回転が発生したように思われてしまう。
【０００５】
さらにＥＰ０９８９７４４Ａ２からビデオカメラに対する画像伝送装置が公知であり、これは手術用ライトと、ディスプレイおよび制御装置を有するコントロール装置とに接続されている。ここでこれは、カメラの少なくとも１つの画像センサを、調整可能な支承部に有しており、この制御装置によって制御される駆動装置が設けられており、これによって少なくとも１つのこの画像センサが記録対象体に対して位置決めされる。ここでビデオカメラは、手術用ライトの照明体に接続されており、この手術用ライトは調整可能なつり下げ部によって静止の固定部に保持される。ここではビデオカメラの少なくとも１つの画像センサは、ビデオカメラの光軸の周りに旋回可能に支承されている。このビデオカメラは、手術用ライトの照明体に設けられた回転支承部に配置されており、この回転支承部の軸は、このビデオカメラの光軸に少なくとも平行に延在している。
【０００６】
問題であることが判明したのは、ここでは記録対象体の照明の方向に沿った正面表示だけが可能であることである。
【０００７】
カメラ、例えばビデオカメラをライト、例えば手術用ライトに固定したい場合、このカメラをこのライトの光軸の外に配置しなければならない、ないしはするのが望ましいことがある。この場合、照明される領域の中心点に向けるためにカメラの光軸は、ライトの光軸と角度を生じることになる。このような場合、対象体の間の視差という語が用いられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、照明される対象体に対して照明器を調整する際の視差を補正して、カメラないしはビデオカメラの光軸を、調整後も照明される領域の中心点に配向させることと、この方法を実施するのに有利なライトを提供することである。
【０００９】
上記の方法についての課題は、本発明により、手術用ライトによって照明される領域をビデオ撮影する方法であって、ライトケーシングの少なくとも１つの光ビーム出射領域から、所定の軸の方向に少なくとも１つの光ビーム束を出射して上記領域を照明し、上記の所定の軸から所定の間隔をおきかつ旋回可能に配置されたビデオカメラを、制御ユニットからの信号により、調整素子を用いてこのビデオカメラの光軸と共に自動調整して、ビデオカメラの光軸と、上記の少なくとも１つの光ビーム束とが上記の照明される領域にて交わるまでこの調整を行う、ライトによって照明される領域をビデオ撮影する方法において、上記カメラをまず調整範囲全体にわたって動かし、つぎに画像輝度の最も高い位置をとらせることによって、所要の移動調整パスを求めることによって解決される。
また本発明の別の態様によれば、上記課題は、手術用ライトによって照明される領域をビデオ撮影する方法であって、ライトケーシングの少なくとも１つの光ビーム出射領域から、所定の軸の方向に少なくとも１つの光ビーム束を出射して上記領域を照明し、上記の所定の軸から所定の間隔をおきかつ旋回可能に配置されたビデオカメラを、制御ユニットからの信号により、調整素子を用いてこのビデオカメラの光軸と共に自動調整して、ビデオカメラの光軸と、上記の少なくとも１つの光ビーム束とが上記の照明される領域にて交わるまでこの調整を行う、ライトによって照明される領域をビデオ撮影する方法において、上記ビデオカメラの自動焦点機能による焦点調整によって、上記の照明される領域までの間隔を求め、求めたこの間隔を使用して上記制御ユニットにて制御信号を算出し、つぎにこの制御信号をビデオカメラの調整素子に出力して、ビデオカメラの光軸と、上記の所定の軸との間の視差を補正することによって解決される。
【００１０】
上記のライトについての課題は、少なくとも１つのライトケーシングと、ビデオカメラとを有する手術用ライトを含む装置であって、少なくとも１つの光ビーム束が、上記ライトケーシングから、所定の軸の方向に出射されて領域が照明され、このビデオカメラは、１つまたは複数の光ビーム束の出口領域ないしは上記の所定の軸に対して所定の間隔をおかれて配置されており、またこのビデオカメラは、このビデオカメラの光軸と共に、上記の少なくとも１つの光ビーム束に対して、ないしは上記のライトケーシングの所定の軸に対して、制御装置の調整素子によって自動的に調整され、この調整は、上記光軸が、上記の照明される領域に交わるまで行われ、このビデオカメラの調整素子を駆動制御するために制御ユニットが設けられている、ライトを含む装置において、このビデオカメラは、ライトケーシングに設けられており、上記制御ユニットに対する案内信号を形成するために、上記の照明される領域の輝度を測定するホトセンサが設けられているようにすることによって解決される。
また上記のライトについての課題は、少なくとも１つのライトケーシングと、ビデオカメラとを有する手術用ライトを含む装置であって、少なくとも１つの光ビーム束が、上記ライトケーシングから、所定の軸の方向に出射されて領域が照明され、上記ビデオカメラは、１つまたは複数の光ビーム束の出射領域ないしは上記の所定の軸に対して所定の間隔をおいて配置されており、またこのビデオカメラは、このビデオカメラの光軸と共に、上記の少なくとも１つの光ビーム束に対して、ないしは上記のライトケーシングの所定の軸に対して、制御装置の調整素子によって自動的に調整され、この調整は、上記光軸が、上記の照明される領域に交わるまで行われ、このビデオカメラの調整素子を駆動制御するために制御ユニットが設けられており、このビデオカメラは、自動焦点装置を有する、ライトを含む装置において、このビデオカメラは、ライトケーシングに設けられており、上記制御装置を構成して、上記ビデオカメラの自動焦点装置によって求めた、ビデオカメラと上記の照明される領域との間隔に基づいてこの制御装置により、上記調整素子に対する信号が計算されるようにすることによっても解決される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
有利であることが判明したのは、照らされる対象体を種々異なるパースペクティブから観察できるようにして、離れた観察者も、所属のモニタで適切な画像を作成し、ないしは空間的な調整を行えるうにすることである。
【００１２】
上記の調整素子は、有利には制御ユニットからの信号によって制御される。
【００１３】
本発明の方法の有利な実施形態では、ビデオカメラを、所定のケーシング軸に対して段階的に調整し、ここでこの調整を、このカメラの光軸が、光ビーム束ないしは所定の（ケーシング）軸とが少なくともほぼ交わるまで行う。
【００１４】
有利にはビデオカメラは段階的に調整される。ビデオカメラの自動焦点機能による焦点調整によって、照明される領域との間隔とが求められ、引き続いて制御ユニットにより、このカメラの調整素子に信号が出力されて、カメラの光軸と１つまたは複数の光ビーム軸との間の視差が調整される。
【００１５】
有利であることが判明したのは、画像を焦点調整の前に拡大することである。このために焦点調整機能、すなわち例えばカメラの自動焦点機能を活動化する前に、ズーム対物レンズの焦点距離を最大にする（「望遠」位置）。画像を鮮明に調整した後、焦点距離を元々の値に戻す。
【００１６】
有利にはカメラの光軸の配向補正は、反復のパスで行う。
【００１７】
本発明の方法の有利な実施形態は、請求項３〜５に記載されている。
【００１８】
殊に有利であることが判明したのは、カメラの高速な追従であり、これは実践的には自動的に行われる。
【００１９】
ライトの有利な実施形態では、ビデオカメラの調整素子を制御するために、制御ユニットないしは追従制御器が設けられており、これは、ライトケーシングの所定の軸の向きと、カメラによって測定された、照明される領域までの間隔とに依存する案内信号を受け取る。
【００２０】
有利には、照明される領域までの間隔の補正は、反復のパスで行われ、ここで制御ユニットは、実行された調整ステップの数によってカメラの配向についての情報を得、カメラの自動焦点機能によって、照らされる領域までの距離についての情報を得る。これらの情報から三角法の変形によりライトケーシングと、照らされる領域との間隔を簡単に求めることができ、この際にこのライトケーシングの軸とビデオカメラとの間の間隔はつねに一定に保たれる。
【００２１】
その都度の案内信号を形成するために角度センサを使用することもでき、ここでこのセンサはこのカメラの光軸の空間における向きを検出する。
【００２３】
本発明を以下、図面を用いて詳しく説明する。
【００２４】
【実施例】
図１では手術用ライトのライトケーシング１は、ここでは概略的に示したリングレフレクタ２を有しており、これには中央に（縦軸４に）配置された少なくとも１つの光源３により、概略的に示した位置においてビームが照射される。ここではリングレフレクタ２を構成して、軸対称ないしは同軸のビーム束５（わかりやすくするために部分的にだけ示した）が縦軸４に沿って形成されるようにする。ここでビーム束５により、照明される領域８に斜めの影のない照明が得られる。このようにして、光ビーム束５に場合によっては突出している対象体、例えば、術者の器具、ないしは外科医の手または頭によって斜めの影ができず、したがって手術領域もつねに良好な照明が保たれる。
【００２５】
照らされる領域８の方を向いた、ライトケーシング１の下側の面９には、縦軸４に対して偏心して所定の間隔でビデオカメラ１１が配置されており、このビデオカメラによって、手術領域（例えば傷）がパースペクティブにディスプレイの観察者に表示される。ビデオカメラ１１は保持部１２に旋回可能に配置されており、その光軸１３ないしはカメラの旋回角δ（光軸１３と、縦軸４に垂直な面ないしは光ビームカット面との間の角）が、ここに図示しない調整素子によって調整され、光軸１３が、照明される領域８の中心点Ｍに配向され、少なくともほぼ縦軸４と小さな範囲で交わるようにされる。ライトケーシング１ないしはライト出射面６と、照らされる領域８との間の間隔がａからａ′に減少すると直ちに、照明される領域８′の新たな中心Ｍ′が引き続き検出されるようにするため、カメラの光軸１３はより大きく収束しなければならない。間隔がａ′に縮まった際の光軸の新たな配向を１３′で示す。
【００２６】
カメラ１１と、照明される領域８との間の距離Ｃが値Ｃ′に縮まったため、三角法の計算（cosδ＝Ｒ／Ｃないしはcosδ′＝Ｒ／Ｃ′）に基づいて、逆三角関数により角度δ′を求めることでき、この値から間隔ａ（ａ＝ｃsinδないしはａ′＝ｃ′sinδ′）が得られる。
【００２７】
新たに計算した角度δ′に基づいて、ここに図示しない制御ユニットと、調整素子として作用する駆動モータとによってカメラを段階的に旋回させて、δ′に対して計算した値が得られるようにする。
【００２８】
逆に、ここで概略的に示した、ライトケーシング１の光ビーム出射面６と、照明される領域８″との間の間隔がａ″に増大した際には、光軸１３″のより急な角度が調整され、これによりビデオカメラ１を引き続き、照明される領域８″の中心に照準するすることができる。この場合、相応する三角法の関係はつぎのようになる。すなわち、
cosδ″＝Ｒ／Ｃ″ないしはａ″＝ｃ″sinδ″
わかりやすくするためにここでは図示していない制御ユニット（ディジタル計算ユニット）を用いて、図２による第１実施形態では視差が段階的に次のように補正される。すなわち、
１． 距離を測定する、
２． この距離に相応して角度を調整する、
３． 距離を測定する、
４． ３の結果が１の結果と異なる場合、続いて１に進む。
【００２９】
原理的に前提とすることができるのは、この方法が、不利な場合であっても、数段階（最大４または５）の後、安定化することである。エラーを抑止するために、この制御ユニットをプログラムして、この方法が安定化しない場合、角度が標準間隔に応じて調整されるようにする（手術用ライトではこの間隔は１メートルである）。
【００３０】
さらに第２実施形態の制御ユニットを用いて、視差が段階的につぎのように補正される。すなわち、
１． 照明強度を測定する、
２． カメラを１段階、外側に傾ける、
３． 照明強度を測定する、
４． ３の結果が１の結果よりも大きい場合、引き続き１を、その他の場合、引き続き５に進む、
５． 照明強度を測定する、
６． カメラを１段階、内側に傾ける、
７． 照明強度を測定する、
８． ７の結果が５の結果よりも大きい場合、引き続き５に進む。
【００３１】
この実施形態では、有利には（手術用ライトに対する）ビデオカメラにおいていずれにせよ設けられている輝度信号を、自動照明調整の一部として使用して、照明強度を求める。
【００３２】
択一的には、この照明強度を、ビデオカメラの内部ないしはこれに配置された露光測定器によって求めることが可能である。
【００３３】
殊に有利であることが判明したのは、１つまたは複数のセンサおよび調整素子をビデオカメラ１１に設けるか、ないしはその保持部１２に接続することであり、これにより、コンパクトな制御ないしは良好な衛生学的条件の下でのコントロールを行うことが可能である。
【００３４】
この際にはカメラ１１に組み込んだ自動焦点装置によって、照らされる領域８とカメラ１１との間の距離が求められ、引き続き視差の補正が行われる。これは、カメラと、照明される面との間の既知の距離に基づいて視差が調整されるまで行われる。これは有利には反復のパスにおいて行われる。これを以下、例で説明する。
【００３５】
元々の作業設定では、ライトは例えば、傷まで１．３ｍの距離を有しており、つぎにこれは例えば０．８ｍまで減少する。この場合、視差調整を新たに決定して調整しなければならない。実践的には、照明体が手術台に斜めに配置されていることがある。この場合、元の１．４ｍに対して正しい視差のカメラにより、、このライトの新たな軸に対して正しい距離とは異なる距離が測定される。それは斜めに配置したことにより、照明体の周縁領域における距離（すなわち外側の距離）は中心における距離とは異なるからである。したがって第１の視差補正の後、このカメラはライトの軸の近くに位置決めされるが、まだ正しい位置にない。さらに画像はいくらか不鮮明である。それは焦点調整が傾けの前に行われたからである。
【００３６】
したがって、撮像する対象体の正面にライトが配向されていない場合には、距離測定も角度位置も共に安定化するまで、視差補正を何回か反復することが必要である。このことが意味するのは、ライトケーシング１を調整する際にはまずビデオカメラをその光軸と共に旋回させて、光軸１３と縦軸４とが互いに少なくともほぼ交わるようにすることである。２つの軸の間の収束する角度をこのように段階的に増大することによって、光軸１３は、照明される領域８を有する断面に到達する。つぎにこれに基づいて距離測定が、ビデオカメラ１１の自動焦点装置によって行われる。縦軸４に対する光軸１３の傾き角度、および照明される領域８とビデオカメラ１１との間の距離とがわかった後、（有利にはディジタルの）制御装置によって三角法の関係の計算が行われ、これに基づいて引き続きビデオカメラ１１はその光軸１３と共に調整されて、光軸１３と、ライトケーシング１の縦軸４とが、照明される領域８のほぼ中央で交わり、撮像時に視差がないようにされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ライトとビーム経路とが概略的に示された本発明の手術用ライトの長手方向断面図である。
【図２】ビデオカメラとその光軸と追従制御のための流れを示すブロック図である。
【符号の説明】
１ ライトケーシング
２ リングレフレクタ
３ 光源
４ 縦軸
５ ビーム束
６ ライト出射面
８ 照らされる領域
９ ライトケーシングの下側の面
１１ ビデオカメラ
１２ 保持部
１３ ビデオカメラの光軸
Ｍ 中心点

Claims (7)

1. 手術用ライトによって照明される領域をビデオ撮影する方法であって、
   ライトケーシングの少なくとも１つの光ビーム出射領域から、所定の軸の方向に少なくとも１つの光ビーム束を出射して前記領域を照明し、
   前記の所定の軸から所定の間隔をおきかつ旋回可能に配置されたビデオカメラを、制御ユニットからの信号により、調整素子を用いて当該ビデオカメラの光軸と共に自動調整して、
   前記のビデオカメラの光軸と、前記の少なくとも１つの光ビーム束とが前記の照明される領域にて交わるまで当該調整を行う、ライトによって照明される領域をビデオ撮影する方法において、
   前記カメラをまず調整範囲全体にわたって動かし、つぎに画像輝度の最も高い位置をとらせることによって、所要の移動調整パスを求めることを特徴とする、
   ライトによって照明される領域をビデオ撮影する方法。
2. 手術用ライトによって照明される領域をビデオ撮影する方法であって、
   ライトケーシングの少なくとも１つの光ビーム出射領域から、所定の軸の方向に少なくとも１つの光ビーム束を出射して前記領域を照明し、
   前記の所定の軸から所定の間隔をおきかつ旋回可能に配置されたビデオカメラを、制御ユニットからの信号により、調整素子を用いて当該ビデオカメラの光軸と共に自動調整して、
   前記のビデオカメラの光軸と、前記の少なくとも１つの光ビーム束とが前記の照明される領域にて交わるまで当該調整を行う、ライトによって照明される領域をビデオ撮影する方法において、
   前記ビデオカメラの自動焦点機能による焦点調整によって、前記の照明される領域までの間隔を求め、
   求めた当該間隔を使用して前記制御ユニットにて制御信号を算出し、
   つぎに該制御信号をビデオカメラの調整素子に出力して、ビデオカメラの光軸と、前記の所定の軸との間の視差を補正することを特徴とする、
   ライトによって照明される領域をビデオ撮影する方法。
3. 前記のビデオカメラの自動焦点機能をアクティブ化する前に、ズーム光学系を用いて、照明される対象体を最大限に拡大する、
   請求項２に記載の方法。
4. 前記のビデオカメラを段階的に移動調整して、カメラの光軸と、所定の軸との間の視差を補正する、
   請求項２に記載の方法。
5. 前記のビデオカメラの光軸の配向補正を、
   １）距離を測定する、
   ２）当該距離に相応して角度を調整する、
   ３）距離を測定する、
   ４）前記３）の結果と、１）の結果とが一致しない場合、続いて１）に進む
   繰り返しのステップで行って、カメラの光軸と、所定の軸との間の視差を補正する、
   請求項２に記載の方法。
6. 少なくとも１つのライトケーシング（１）と、ビデオカメラ（１１）とを有する手術用ライトを含む装置であって、
   少なくとも１つの光ビーム束（５）が、前記ライトケーシング（１）から、所定の軸の方向に出射されて領域（８）が照明され、
   前記ビデオカメラ（１１）は、１つまたは複数の光ビーム束の出口領域ないしは前記の所定の軸に対して所定の間隔をおかれて配置されており、
   また該ビデオカメラ（１）は、当該ビデオカメラの光軸（１３）と共に、前記の少なくとも１つの光ビーム束（５）に対して、ないしは前記のライトケーシング（１）の所定の軸に対して、制御ユニットの調整素子によって自動的に調整され、
   当該調整は、前記光軸（１３）が、前記の照明される領域（８）に交わるまで行われ、
   前記のビデオカメラ（１１）の調整素子を駆動制御するために制御ユニットが設けられている、ライトを含む装置において、
   前記のビデオカメラは、ライトケーシングに設けられており、前記制御ユニットに対する案内信号を形成するために、前記の照明される領域の輝度を測定するホトセンサが設けられていることを特徴とする、
   請求項１，４および５に記載の方法を実施するための、ライトを含む装置。
7. 少なくとも１つのライトケーシング（１）と、ビデオカメラ（１１）とを有する手術用ライトを含む装置であって、
   少なくとも１つの光ビーム束（５）が、前記ライトケーシング（１）から、所定の軸の方向に出射されて領域（８）が照明され、
   前記ビデオカメラ（１１）は、１つまたは複数の光ビーム束の出射領域ないしは前記の所定の軸に対して所定の間隔をおいて配置されており、
   また該ビデオカメラ（１）は、当該ビデオカメラの光軸（１３）と共に、前記の少なくとも１つの光ビーム束（５）に対して、ないしは前記のライトケーシング（１）の所定の軸に対して、制御ユニットの調整素子によって自動的に調整され、
   当該調整は、前記光軸（１３）が、前記の照明される領域（８）に交わるまで行われ、
   前記のビデオカメラ（１１）の調整素子を駆動制御するために制御ユニットが設けられており、
   前記のビデオカメラ（１１）は、自動焦点装置を有する、ライトを含む装置において、
   前記のビデオカメラは、ライトケーシングに設けられており、
   前記制御ユニットにより、前記ビデオカメラの自動焦点装置によって求めた、ビデオカメラと前記の照明される領域（８）との間隔に基づいて、前記調整素子に対する信号を計算することを特徴とする、
   請求項２，３および４に記載の方法を実施するための、ライトを含む装置。

Images