JP5389483B2

JP5389483B2 - 観察装置

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Publication number: JP5389483B2
Application number: JP2009058095A
Authority: JP
Inventors: 正和溝口; 朝規石川; なつき堀
Original assignee: Olympus Medical Systems Corp
Current assignee: Olympus Medical Systems Corp
Priority date: 2009-03-11
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2029-03-11
Also published as: JP2010207460A

Description

本発明は、撮像範囲内で凹凸差を有する対象物までの焦点距離及び対象物の明るさに基づき、所望する観察個所における画像の調光を行う観察装置に関する。

一般に、撮像装置で被写体像を撮像する場合、撮像範囲内の主要被写体に対して、測距及び測光を行い、ピントと明るさが最適な撮影条件を設定して撮像を行っている。
例えば、特許文献１には、被写体までの距離とレンズの焦点距離とに基づいて、撮像範囲と視野範囲とが重複する範囲を定めて、その映像信号の輝度成分を抽出して測光値を算出する技術が提案されている。
また、特許文献２には、撮像画面を複数の検波域に等分割する測光枠を作り、画像データを基に演算して撮影条件（焦点距離）を設定する技術が提案されている。

特開平６−１０５２１７号公報特開２００３−１５３０７１号公報

前述した撮影条件の設定においては、撮像を行う被写体の前後に凹凸差（被写界深度差）、即ち被写体の部位間で焦点距離が異なっていた場合や、撮像範囲（観察視野範囲）内に輝度が高くなる部位例えば、暗色を基調とした部位の中に白色の部位等が含まれていた場合に、自動調光を利用すると、白色の部位が基準となる事態が発生し、撮影者が観察したい部位が最適な明るさに調整されるとは限らない。

電子画像顕微鏡等に用いられた観察装置においては、観察対象となる部位が、体腔内の手術により処置する患部であった場合には、略平面に所在する患部や深い穴状の底に所在する患部などがある。例えば、深い穴状の底に所在する患部が観察対象であれば、その穴の入口近傍や途中に、脳や骨などの比較的白を基調とした部位が存在した場合、自動調光した際に、その白が基準に調光されると、観察者（術者）が観察したい穴の底の患部が暗くなってしまう。従って、再度、撮像部を侵入し直して再設定する又は、マニュアルによる補正動作が必要となっている。
そこで本発明は、撮像対象となる観察物の表面形状や色に影響されずに、所望する観察物の部位に対して適正な調光が行われる撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に従う実施形態の観察装置は、焦点距離が可変可能な対物光学系を介して、観察を所望する対象物を含む観察画像を取得する撮像手段と、前記観察画像内における前記撮像手段と前記対象物との距離を測定可能であって、前記対象物を含む前記観察画像内の複数の個所に対して前記撮像手段を用いて距離を測定する測距手段と、前記焦点距離と前記測距手段により測定された複数の距離とを各々比較する演算手段と、前記対象物の明るさを測定する複数の測光モードを有し、前記演算手段による演算結果に基づいて前記測光モードを変更する測光手段と、前記測光モードに基づいて前記観察画像の明るさを制御する調光手段と、明るさが調光された前記観察画像を表示する表示手段と、を備える。

本発明によれば、撮像対象となる観察物の表面形状や色に影響されずに、所望する観察物の部位に対して適正な調光が行われる撮像装置を提供することができる。

図１は、第２の実施形態に係る手術に用いられる観察システムの全体的な構成を示す図である。図２は、観察装置における鏡体部の光学的な構成を詳細に示す図である。図３は、観察装置における鏡体部及び鏡体部を移動可能に支持する支持部の構成を示す図である。図４は、観察システムにおける撮像及び画像処理に関するブロック構成図である。図５（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、観察システムによる撮像（調光）について説明するための図である。図６は、第１の実施形態の観察システムによる調光について説明するためのフローチャートである。図７（ａ）は、視野範囲内に配置される複数の測距スポットによる第１の配置例を示す図であり、図７（ｂ）は、視野範囲内を中心から同心円状に分割する測光エリアの配置例を示す図であり、図７（ｃ）は、視野範囲内に配置される複数の測距スポットによる第２の配置例を示す図である。図８は、第２の実施形態の観察システムに係る観察装置のブロック構成図である。図９は、第２の実施形態の観察システムによる調光について説明するためのフローチャートである。図１０は、第３の実施形態に係る観察対象物の撮像及び調光処理を行うブロック構成図である。図１１（ａ）は、観察範囲内に配置される複数の測距スポットによる第２の配置例を示す図であり、図１１（ｂ）は、視野範囲内を５分割する測光エリアの配置例を示す図である。図１２は、第３の実施形態の観察システムによる調光について説明するためのフローチャートである。図１３は、第４の実施形態に係る観察対象物の撮像及び調光処理を行うブロック構成図である。図１４（ａ）は、観察対象物に対する焦点深度について説明するための図であり、図１４（ｂ）は、視野範囲と焦点深度との関係を示す図である。図１５は、第４の実施形態の観察システムによる調光について説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１乃至図６を参照して、第１の実施形態に係る観察システムについて説明する。本実施形態の観察システムは、内視鏡やビデオ式手術顕微鏡（電子画像顕微鏡）に搭載した撮像装置であり、以下の例では、手術に顕微鏡として用いられる観察装置を搭載した観察システムについて説明する。尚、観察装置は、静止画を撮像する撮像装置又は、動画を撮像する撮像装置の何れを採用してもよい。

図１は、第２の実施形態に係る手術に用いられる観察システムの全体的な構成を示す図である。図２は、観察装置における鏡体部の光学的な構成を詳細に示す図である。図３は、観察装置における鏡体部及び鏡体部を移動可能に支持する支持部の構成を示す図である。図４は、観察システムにおける撮像及び画像処理に関するブロック構成図である。図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は、観察システムによる撮像（調光）について説明するための図である。図６は、第１の実施形態の観察システムによる調光について説明するためのフローチャートである。

この観察システム１は、図１に示すように、大別して、鏡体部２及び支持部３からなる観察装置と、撮像された被写体を表示する３Ｄモニタ４と、３Ｄモニタ４を移動可能に支持するモニタアーム５と、フォーカス動作及びズーム動作を指示するフットスイッチ１７とで構成される。

鏡体部２は、撮像部本体であり、図２に示すように、筐体内に立体画像（３Ｄ）を撮像するために２系統の撮像系が設けられている。具体的には、対物レンズ１２、ズーム光学系１３Ｌ，１３Ｒと、結像レンズ１４Ｌ，１４Ｒと、撮像素子（例えば、ＣＣＤ）１５Ｌ，１５Ｒと、測距センサ１８が収容される。対物レンズ１２の近傍には、対物レンズ位置センサ１９が配置されている。また、ズームレンズ１３の近傍には、ズームレンズ位置センサ１９’が設けられている。この構成において、観察対象物（患部）６の像は、対物レンズ１２、ズームレンズ１３Ｌ及び、結像レンズ１４Ｌを経て、所望する倍率で撮像素子１５Ｌ上に結像して、光電変換により左側の画像信号として生成される。同様に、対物レンズ１２、ズームレンズ１３Ｒ及び、結像レンズ１４Ｒを経て、所望する倍率で撮像素子１５Ｒ上に結像して、光電変換により右側の画像信号として生成される。生成された左側画像と右側画像を後述するカメラコントロールユニット（ＣＣＵ）１６内の画像処理部により立体画像として処理されて、３Ｄモニタ４に表示される。

また測距センサ１８は、図示しない赤外光照射部及び被写体で反射した赤外光を受光する赤外センサを備えている。

図３に示すように、鏡体部２の外装には、観察者が移動しやすいに様にグリップ１０が取り付けられている。このグリップ１０には、押しボタン式のグリップスイッチ１１が設けられている。このグリップ１０を把持した際に、指先にグリップスイッチ１１が来るように配置されている。

鏡体部２を移動させる場合には、グリップ１０を把持して、グリップスイッチ１１を押下して、後述するアーム部３をフリー状態にして移動させる。その後、グリップスイッチ１１を離すと、アーム部３がその時点の形態で固定されて、観察者７が所望する位置及び向きで鏡体部２を固定されることができる。

また、図３に示すように、アーム部３は、所定位置に固定される架台８と、複数のアームロッド３（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）と、これらのアームロッドを屈曲自在に連結する関節９（９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ）とで構成される。これらの関節９は、図示しない電磁ブレーキを備えており、グリップスイッチ１１のオンオフにより、電磁ブレーキの動作又は解除により、固定（ロック）状態又は開放（フリー）状態が設定される。グリップスイッチ１１で電磁ブレーキを解除することにより、各関節が回動可能となり、グリップ１０を把持して鏡体２を任意の位置に移動可能となる。

また、架台８には後述するＣＣＵ１６が設けられて、鏡体部２と３Ｄモニタ４と制御部２４（図４参照）とを、それぞれにケーブルにより接続している。

また、フットスイッチ１７には、撮像する際に、鏡体部２に指示を行うためのフォーカススイッチ１７ａとズームスイッチ１７ｂが設けられている。フォーカススイッチ１７ａはフォーカスのＵＰ／ＤＯＷＮが可能に設けられており、操作によって図示しない駆動系によって対物レンズ１２が光軸方向に移動し、焦準調整を行う。また、ズームスイッチ１７ｂは、ズームＵＰ／ＤＯＷＮが可能に設けられており、その指示に従って図示しない駆動系を駆動し、ズーム光学系１３Ｌ，１３Ｒ内のズームレンズを光軸方向に移動させて、倍率調整を行う。

図４には、観察対象物６の撮像及び調光処理を行うブロック構成を示している。この構成において、撮像素子１５Ｌ，１５Ｒと、ＣＣＵ１６と、３Ｄモニタ４と、制御部２４とを備えている。撮像素子１５Ｌ，１５Ｒとしては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ又は、ＣＭＯＳイメージセンサ等の公知なイメージセンサが用いられる。

ＣＣＵ１６は、少なくとも画像処理（３Ｄ画像処理）と、複数の測光モード及びそのモード切換と、調光制御の機能（回路）を備えている。

制御部２４は、観察対象物までの距離を算出する測距センサ制御部２０と、対物レンズと観察対象物までの距離ＷＤを算出する光学系制御部２１と、後述する観察距離ＷＤによる比較演算を行う比較演算部２２とで構成される。測距センサ制御部２０は、測距センサ１８が検出した距離情報の処理を行い、観察対象部までの距離を算出する。光学系制御部２１は、対物レンズ位置センサ１９が検出した位置情報の処理と、フォーカススイッチ１７ａ及びズームスイッチ１７ｂからの指示信号による合焦及びズーム制御とを行う。比較演算部２２は、測距センサ制御部２０による測距結果及び光学系制御部２１からの後述する観察距離ＷＤによる比較演算を行う。

図５（ａ）には、鏡体部２における視野範囲と同じ領域を持つ測光エリアを複数に分割した分割測光エリアの第１の例を示している。この第１の例では、中心から内外２つの同心円状に分割された分割測光エリアであり、中央側の分割測光エリアＡと、その外環側の分割測光エリアＢとが設けられている。また、視野範囲中央の極小エリアには、測距スポットが設けられている。尚、本実施形態では、１点の測距スポットを採用したため、円形の視野範囲の中央に配置したが、対物レンズの形状（又は視野範囲の形状）や使用方法によっては、中央の配置に限定されなくともよい。

ここで、図５（ｂ）は、測距する位置までの距離（距離情報）ｆｂと、観察する対象物の位置Ｐｂまでの距離ＷＤｂが同じ場合の観察例を示す。図５（c）は、測距する位置までの距離ｆｃと、観察する対象物の位置Ｐｃまでの距離ＷＤｃにおいて、距離ＷＤｃよりも距離ｆｃの方が長い（遠い）場合の観察例を示す。図５（ｄ）は、測距する位置までの距離ｆｄと、観察する対象物の位置Ｐｄまでの距離ＷＤｂにおいて、距離ｆｄよりも距離ＷＤｄの方が長い（遠い）場合の観察例を示す。

これらの照明において、図５（ｂ）に示すように、観察する対象物の位置Ｐｂまでの距離ＷＤｂが同じ場合には、照明光が測距の位置を基準とすれば、適切な照明光が照射される対象物６を撮像するため、適正な明るさの対象物の画像が３Ｄモニタ４に表示される。

また、図５（c）に示すように、対象物までの距離ＷＤｃよりも測距の距離ｆｃの方が長い（遠い）場合には、照明光が測距の位置を基準とすれば、明る過ぎる照明光が照射される対象物６を撮像するため、明る過ぎて見づらい対象物の画像が３Ｄモニタ４に表示される。一方、図５（ｄ）に示すように、測距の距離ｆｄよりも距離ＷＤｂの方が長い（遠い）場合には、照明光が測距の位置を基準とすれば、観察する対象物６の位置には所望する照明光が照射されずに撮像されるため、暗い画像の対象物が３Ｄモニタ４に表示される。

次に、図６に示すフローチャートを参照して、第１の実施形態の観察装置における撮像時の調光について説明する。
まず、観察者（術者）は、観察システムを起動し、グリップ１０を把持して電磁ブレーキを解除して、鏡体２を任意の位置に移動し、鏡体２により撮像された観察対象物（患部）６の画像がＣＣＵ１６によって映像処理されて、３Ｄモニタ４に表示される。この時、対物レンズ１２の位置が位置センサ１９によって検出され、光学系制御部２１で対物レンズ１２からの観察距離ＷＤとして算出される（ステップＳ１）。この現在の観察距離ＷＤは、比較演算部２２に通知される。

次に、測距センサ１８により観察対象物までの距離を測定し、その検出信号が測距センサ制御部２０により、対物レンズ１２から観察対象物６までの測定距離（距離情報）ｆが算出される（ステップＳ２）。また算出された測定距離ｆは、比較演算部２２に通知される。

比較演算部２２では、観察距離ＷＤと測定距離ｆを比較する（ステップＳ３）。この比較において、観察距離ＷＤが測定距離ｆよりも大きければ（ＹＥＳ）、測光エリアＢを重点的に測光するモードを切換える（ステップＳ４）。一方、観察距離ＷＤが測定距離ｆよりも大きくなければ（ＮＯ）、観察距離ＷＤが測定距離ｆと略等しいか否かを判定する（ステップＳ５）。この判定で観察距離ＷＤが測定距離ｆと略等しければ（ＹＥＳ）、測光エリアＡを重点的に測光するモードを切換える（ステップＳ６）。一方、この判定において、観察距離ＷＤが測定距離ｆと略等しくない、即ち、観察距離ＷＤが測定距離ｆよりも小さければ（ＹＥＳ）、周辺部重点測光モードに切り換えられる（ステップＳ７）。

次に、ステップＳ４，Ｓ６及びＳ７により設定された測光モードによる測光を行い、それらの測光結果に応じて、ＣＣＵ１６は、調光（撮像素子１５Ｌ，１５Ｒに取り入れる光の量の調整）を行う（ステップＳ８）。尚、光源を有するシステムであれば、光源調光を行ってもよい。調光の後にステップＳ１に戻り、繰り返し、調光を行う。

従って、例えば、観察者は深い穴状の底に所在する患部を見たい場面では、観察者が鏡体２を移動させて、表示される画面中央に観察対象物（患部）６を表示させると、測距が行われる。観察距離ＷＤが測定距離ｆと略等しいければ、観察者が見たい部位であると判断することにより、その測定距離ｆに見合う調光を行うことで観察対象物が観察しやすい最適な明るさに調光される。つまり、照明光の照度を上げることにより、深い穴状の底が見やすい明るさとなる。この時、穴の周辺部は、過度に明るくなっている。

また、観察距離ＷＤが測定距離ｆと略等しくなければ、観察したい部位が現在の測定距離でなく、もっと測定距離が短い、穴の周辺部分であると判定することで、その測定距離に見合った調光、つまり、照明光の照度を下げて周辺部分を照明する。これにより、観察者は、穴の底は見えにくくなるが、所望する周辺部分は見やすい明るさとなる。

特に、観察対象ではない白色の部位が観察視野に含まれていたとしても、観察距離ＷＤがその白色部分までの距離ではないため、調光の基準とならないため、従来のような高輝度の部位に照準があってしまうことは防止することができる。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、簡素な構成で、オートフォーカス技術にソフト的な処理を追加することで、撮像対象となる観察対象物の表面形状や色に影響されずに、所望する観察対象物の部位に対して適正に調光が行われる。従って、新たな回路や構成部位を追加せずに実現できるため、製造コストの増加や装置の大型化等を最小限に抑えることができる。

次に、図７乃至図９を参照して、第２の実施形態に係る観察システムについて説明する。本実施形態の観察装置の構成部位において、前述した第１の実施形態の観察装置の構成部位と同等のものには、同じ参照符号を付して、その説明を省略する。ここで、図７（ａ）は、視野範囲内に配置される複数の測距スポットによる第１の配置例を示す図、図７（ｂ）は、視野範囲内を中心から同心円状（環状）に分割する分割測光エリアの配置例を示す図、図７（ｃ）は、視野範囲内に配置される複数の測距スポットによる第２の配置例を示す図である。図８は、第２の実施形態の観察システムに係る観察装置のブロック構成図である。図９は、第２の実施形態の観察システムによる調光について説明するためのフローチャートである。

図７（ａ）に示すように、本実施形態は、１つの測距センサ１８に代わって、複数の測距スポットを用いたマルチ測距方式を用いている。複数の測距スポットは、視野範囲の中心で直交する２つのライン状に並べられている。ここでは、測距スポットＣを中心として、測距スポットＬ２，Ｌ１，Ｃ，Ｒ１，Ｒ２のライン状と、これと直交する、測距スポットＴ２，Ｔ１，Ｃ，Ｂ１，Ｂ２のライン状に、それぞれが等間隔に配置されている。この配置により、測距スポットは、視野範囲を中心から四半円に４分割するように９０度毎に配置されている。

また、図７（ｂ）に示す様に、測光エリアは、図７（ａ）のマルチ測距スポットに対応するように、中央に配置された分割測距エリアＡ0、その外周側の測距スポットＬ１，Ｔ１，Ｌ１，Ｂ１に対応する同心円状に分割された中間の分割測距エリアＡ1、最外周側の測距スポットＬ２，Ｔ２，Ｌ２，Ｂ２に対応する同心円状に分割された外側の分割測距エリアＡ2、として環状に３分割されている。尚、図７（ｂ）に示すように、本実施形態では、分割測距エリアＡ0の直径と、分割測距エリアＡ1及び分割測距エリアＡ2の半径の長さが略等しくなるように記載しているが、特に限定されるものではなく、設計等の仕様により適宜、それぞれの長さを変更することは勿論である。

図８に示すように、観察装置は、前述した撮像素子１５Ｌ，１５Ｒを含む撮像光学系と、ＣＣＵ１６と、３Ｄモニタ４と、光学系制御部２１と、対物レンズ位置センサ１９と、フットスイッチ１７ａ，１７ｂと、比較演算部２２とを備えている。さらに、ズームレンズ１３Ｌ，１３Ｒの位置を検出するズームレンズ位置検出部３５と、複数の測距スポットを有するマルチ測距ユニット２３と、それぞれの測距スポットの距離演算を行う測距センサ制御部２０とが設けられている。

図９に示すフローチャートを参照して、第２の実施形態の観察装置における撮像時の調光について説明する。尚、前述した図６に示すステップ動作と同じ動作である場合には、簡略化して説明する。
まず、観察者（術者）は、観察システムを起動して、所望する観察対象物（患部）６又はその近傍が３Ｄモニタ４に表示されるように、鏡体２を移動させる。この時、対物レンズ１２及びズームレンズ１３Ｌ又は１３Ｒのそれぞれの位置を、位置センサ１９及びズームレンズ位置検出部３５によって検出される。光学系制御部２１は、検出された対物レンズ１２の位置情報から観察距離ＷＤを算出する（ステップＳ１１）。この現在の観察距離ＷＤは、比較演算部２２に通知される。

次に、マルチ測距ユニット２３により各測距スポット（Ｃ，Ｒ１，Ｒ２，Ｌ１，Ｌ２，Ｔ１，Ｔ２，Ｂ１及び，Ｂ２）における観察対象物６までの距離を測定し、その検出信号が測距センサ制御部２０により、対物レンズ１２から観察対象物６までの測定距離ｆ（ｆc，ｆ_Ｒ１、ｆ_Ｒ２、ｆ_Ｌ１、ｆ_Ｌ２、ｆ_Ｔ１、ｆ_Ｔ２、ｆ_Ｂ１、ｆ_Ｂ２）を算出する（ステップＳ１２）。また算出された各測定距離ｆは、比較演算部２２に通知される。

比較演算部２２では、観察距離ＷＤと各測定距離ｆとが略同一か否かを比較する（ステップＳ１３）。この比較において、観察距離ＷＤと測定距離ｆとが略同一であれば（ＹＥＳ）、各測光エリアＡ_０，Ａ_１，Ａ_２の全体で測光を行う（ステップＳ１４）。一方、観察距離ＷＤと測定距離ｆとが略同一でなければ（ＮＯ）、視野範囲の外周側に配置された分割測距エリア（Ｒ２，Ｌ２，Ｔ２及びＢ２）が選択される。次に、これらの分割測距エリアにより測定された距離ｆ_Ｒ２、ｆ_Ｌ２、ｆ_Ｔ２、ｆ_Ｂ２の和と観察距離ＷＤとか同一でないか否かを判定する（ステップＳ１５）。

この判定で、距離ｆの和と観察距離ＷＤとが同一でなければ（ＹＥＳ）、視野範囲の中央及び中間の測光エリアＡ_０，Ａ_１における測光を行う（ステップＳ１６）一方、距離ｆの和と観察距離ＷＤとが同一であったならば（ＮＯ）、視野範囲の中央の測光エリアＡ_０のみで測光する（ステップＳ１７）。

次に、観察距離ＷＤと、ステップＳ１４，Ｓ１６，Ｓ１７のいずれかで測定した測光結果に応じて、ＣＣＵ１６は、調光（撮像素子１５Ｌ，１５Ｒに取り入れる光の量の調整）を行う（ステップＳ１８）。尚、光源を有するシステムであれば、光源調光を行ってもよい。調光の後にステップＳ１１に戻り、繰り返し、調光を行う。
また、本実施形態では、測距スポットを視野範囲の中央を抜けて直交する十字形に配置したが、図７（ｃ）に示す変形例のように、低コスト化を図るために、視野範囲の中央から３分割するようにＹ字形に配置してもよい。他にも、複数の測距スポットを全視野範囲に均等に配置してもよいし、単位面積当たりに異なる密度で配置してもよい。例えば、視野範囲の中央側には測距スポットを多く、周辺側には少なく配置する。

以上説明したように、第２の実施形態によれば、マルチ測距を採用することにより、観察したい対象部位が視野範囲の中央（測距スポット位置：図５（ａ））から外れていたとしても、その対象部位に最も近い測距スポットを選択して、測距することができる。これにより、視野範囲内に表示される観察対象物であれば、鏡体２を移動させなくとも、適正な調光を実施することができる。

本実施形態の観察装置は、深い穴を開口して執り行う手術、例えば、脳外手術に用いられる手術用顕微鏡に好適する。また、測距スポットの選択は、例えば、３Ｄモニタ上にタッチパネルを配設して、指示してもよいし、モニタ画面にポインタを表示させてクリックによる選択を行ってもよい。さらに、眼鏡型の入力装置を用いて、視線検出により選択することも可能である。

次に、図１０乃至図１２を参照して、第３の実施形態に係る観察システムについて説明する。
本実施形態の観察システムに係る観察装置の構成部位において、前述した第２の実施形態の観察装置の構成部位と同等のものには、同じ参照符号を付して、その説明を省略する。ここで、図１０は、第３の実施形態に係る観察対象物の撮像及び調光処理を行うブロック構成図である。図１１（ａ）は、観察範囲内に配置される複数の測距スポットによる第２の配置例を示す図、図１１（ｂ）は、視野範囲内を５分割する測光エリアの配置例を示す図、図１２は、第３の実施形態の観察システムによる調光について説明するためのフローチャートである。

本実施形態は、図７（ａ）に示すように、第１，２の実施形態における測距センサ１８（２３）及び測距センサ制御部２０による測距に代わって、画像計測部３６を設けて、２
系統の撮像光学系により撮像された左右２つの画像を用いて、観察対象物との距離を演算して、観察距離ＷＤとして用いている。

図１０に示すように、本実施形態の観察装置は、前述した撮像素子１５Ｌ，１５Ｒを含む撮像光学系と、ＣＣＵ１６と、３Ｄモニタ４と、光学系制御部２１と、対物レンズ位置センサ１９と、フットスイッチ１７ａ，１７ｂと、ズームレンズ位置検出部３５と、比較演算部２２と、画像計測部３６とを備えている。

また、図１１（ａ）に示すように、観察範囲内には、第２の配置例として、５点の測定個所（測距スポットと同等）が配置される。この配置は、観察範囲即ち、３Ｄモニタ４の表示画面に表示される画像において、中央に測定個所ｃを配置して、対角線近傍にそれぞれ測定個所Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅを配置する。画像計測部３６は、これらの測定個所から、それぞれ測定距離ｆ_Ｃ、ｆ_Ａ、ｆ_Ｂ、ｆ_Ｄ、ｆ_Ｅを算出する。これらの測定距離は、比較演算部２２に出力される。この時、光学系制御部２１は、対物レンズ位置センサ１９によって検出された対物レンズ１２の位置情報と、ズームレンズ位置検出部３５によって検出されたズームレンズ１３Ｌ，１３Ｒの位置情報とから焦点距離及びズーム倍率を算出して、焦点深度を演算する。この焦点深度は、比較演算部２２に通知され、△Ｄとして後述する判定に用いる。

また、図１１（ｂ）には、観察範囲を５分割する測光エリアＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの配置例を示している。本実施形態では、観察範囲の中央には、円形のエリア形状を有する測光エリアＣが配置され、この測光エリアＣを除く周囲で、観察範囲を縦横に４等分した矩形のエリア形状を有する測光エリアＡ，Ｂ，Ｄ，Ｅが配置される。それぞれの測光エリアには、少なくとも１つの測距個所が配置されている。

図１２に示すフローチャートを参照して、第３の実施形態の観察装置における撮像時の調光について説明する。尚、前述した図６及び図９に示したステップ動作と同じ動作である場合には、簡略化して説明する。
まず、観察者（術者）は、観察システムを起動した後、鏡体２を移動して、所望する観察対象物（患部）６又はその近傍を３Ｄモニタ４に表示させる。この時、対物レンズ位置センサ１９により対物レンズ１２の位置情報を検出して、現在の観察距離ＷＤを算出する（ステップＳ２１）。この現在の観察距離ＷＤは、比較演算部２２に通知される。

次に、画像計測部３６は、測定個所における測定距離（距離情報）ｆ_Ｃ、ｆ_Ａ、ｆ_Ｂ、ｆ_Ｄ、ｆ_Ｅを算出する（ステップＳ２２）。また算出された各測定距離ｆは、比較演算部２２に通知される。

比較演算部２２では、各測定距離ｆに対して観察距離ＷＤと略同一か否かを比較する。まず、観察距離ＷＤと測定距離ｆ_Ｃとが略同一か否かを判定する（ステップＳ２３）。この判定において、観察距離ＷＤと測定距離ｆ_Ｃとが略同一であれば（ＹＥＳ）、測光エリアＣを測光対象のエリアに設定する（ステップＳ２４）。一方、観察距離ＷＤと測定距離ｆ_Ｃとが略同一でなければ（ＮＯ）、次に、観察距離ＷＤと測定距離ｆ_Ａとが略同一か否かを判定する（ステップＳ２５）。

この判定において、観察距離ＷＤと測定距離ｆ_Ａとが略同一であれば（ＹＥＳ）、測光エリアＡを測光対象のエリアに設定する（ステップＳ２６）。一方、観察距離ＷＤと測定距離ｆ_Ａとが略同一でなければ（ＮＯ）、次に、観察距離ＷＤと測定距離ｆ_Ｂとが略同一か否かを判定する（ステップＳ２７）。

以下同様に、観察距離ＷＤと測定距離ｆ_Ｂとが略同一であれば（ステップＳ２７：ＹＥＳ）、測光エリアＢを測光対象のエリアに設定し（ステップＳ２８）、観察距離ＷＤと測定距離ｆ_Ｄとが略同一であれば（ステップＳ２９：ＹＥＳ）、測光エリアＤを測光対象のエリアに設定し（ステップＳ３０）、観察距離ＷＤと測定距離ｆ_Ｅとが略同一であれば（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、測光エリアＥを測光対象のエリアに設定する（ステップＳ３２）。

これらが設定されたならば、設定された測光エリアの測光を行い、その測光値に基づき調光を行う（ステップＳ３３）。尚、光源を有するシステムであれば、光源調光を行ってもよい。調光の後にステップＳ２１に戻り、繰り返し、調光を行う。
他の手法としては、調光に先立って、光学系制御部２１は、焦点距離とズーム倍率に応じた焦点深度を求めて記録しておく。また、光学系制御部２１は、焦点距離とズーム倍率から焦点深度を演算する。この焦点深度をΔＤとして上記判定を行う。

即ち、前述したステップＳ２３において、ＷＤ≒ｆ_Ｃの判定において、ＷＤ±ΔＤ≒ｆ_Ｃとして、前述したΔＤを任意の一定の値（範囲）として用いてもよい。さらに、図示しないキーボード等の入力手段により観察者が設定入力してもよい。

さらに、図１０に示す画像計測部３６は、２系統の撮像光学系により、それぞれに撮像された左画像と右画像により、観察対象物との距離を演算し、その計測結果に基づいてもよい。

以上説明した第３の実施形態による観察装置にすれば、前述した第１，第２の実施形態による効果に加えて、測距スポットを最小限としているため、比較的広範囲を観察する用途に好適し、製造コストも安価になる。

次に、図１３乃至図１５を参照して、第４の実施形態の観察システムについて説明する。本実施形態の観察システムに係る観察装置の構成部位において、前述した第１の実施形態の観察装置の構成部位と同等のものには、同じ参照符号を付して、その説明を省略する。ここで、図１３は、第４の実施形態に係る観察対象物の撮像及び調光処理を行うブロック構成図である。図１４（ａ）は、観察対象物に対する焦点深度について説明するための図であり、図１４（ｂ）は、視野範囲と焦点深度との関係を示す図である。図１５は、第４の実施形態の観察システムによる調光について説明するためのフローチャートである。

本実施形態の観察装置は、図１２に示すように、鏡体部２ａと、光学系制御部２１と、フットスイッチに設けられたフォーカススイッチ１７ａと、赤外光により測距を行う距離センサ制御部３４と、比較演算部２２と、ＣＣＵ１６と、２Ｄモニタ３７とで構成される。

鏡体部２ａは、同じ光軸上に撮像光学系と測距光学系を備えている。
撮像光学系は、対物レンズ２５と、結像レンズ２８と、撮像素子（ＣＣＤ）２９とで構成される。対物レンズ２５の近傍には、対物レンズ位置センサ１９が設けられ、対物レンズ２５の位置を検出している。

測距光学系は、赤外飛行時間計測方式を採用した構成であり、赤外光を発光する赤外光源３０と、赤外光をビーム状に収束させる集光レンズ３１と、光軸上に配置され、側方からの赤外光（出射赤外光）を屈曲させて光軸上に導くハーフミラー２６と、光軸上の赤外光（反射赤外光）を屈曲させて側方に導くビームスプリッター２７と、側方に導かれた反射赤外光を結像レンズ３２と、結像された反射赤外光を受光する面距離センサ３３とで構成される。この例では、対物レンズ２５と結像レンズ２８の間の光軸上に、ハーフミラー２６及びビームスプリッター２７が配設されている。

測距センサ制御部３４は、赤外光源３０を駆動制御して、赤外光を発光させて、観察対象物に出射し、その反射光である反射赤外光を受光した面距離センサ３３から検出されたピクセル毎の距離情報ｆ［ｘ、ｙ］（ｘ、ｙはピクセル位置を示す変数）に変換する。この距離情報は、比較演算部２２に通知される。

また、観察対象物の撮像は、対物レンズ２５と結像レンズ２８により集光された光像が撮像素子２９の受光面上に結像される。撮像素子２９は光電変換により、像信号を生成して、ＣＣＵ１６に出力する。ＣＣＵ１６は、前述した画像処理を行い、２Ｄモニタ３７に表示させる。

次に、図１５に示すフローチャートを参照して、第４の実施形態の観察システムに係る観察装置による調光について説明する。

まず、観察者（術者）は、観察システムを起動した後、鏡体２を移動して、所望する観察対象物（患部）６又はその近傍を２Ｄモニタ３７に表示させる。この時、対物レンズ位置センサ１９により対物レンズ２５の位置情報を検出して、現在の観察距離ＷＤを算出する（ステップＳ４１）。この現在の観察距離ＷＤは、比較演算部２２に通知される。

次に、測距センサ制御部３４は、前述した反射赤外光を受光した面距離センサ３３からピクセル毎の距離情報ｆを検出する（ステップＳ４２）。算出された距離情報ｆは、比較演算部２２に通知される。

次に、比較演算部２２は、図１４（ａ）に示すように、測距センサ制御部３３からの距離情報ｆ［ｘ、ｙ］をそれぞれＷＤ±Δｄ内にあるか否かを比較し、面距離センサ３３による測光対象エリアをマッピングする（ステップＳ４３）。次に、その測光対象エリアマップを撮像素子２９におけるピクセルマップに変換して、ＣＣＵ１６に通知する（ステップＳ４４）。

ＣＣＵ１６は、通知された測光対象エリアマップに基づく測光対象に対して測光する（ステップＳ４５）。尚、測光対象となるエリアは、ＷＤ±Δｄ内にあるエリアである。ＣＣＵ１６は、この測光により得られた測光値に基づいて、調光を行う（ステップＳ４６）。尚、光源を有するシステムであれば、光源調光を行ってもよい。調光の後にステップＳ４１に戻り、繰り返し、調光を行う。
尚、本実施形態の構成において、図１３において、破線で示す３Ｄモニタ４ａ及び３Ｄプロセッサ３８追加構成することにより、ＤｅｐｔｈＭａｐによる３Ｄ画像が生成でき、対応する３Ｄモニタ４ａにより３Ｄ画像を表示させることができる。このように、第４の実施形態によれば、ＤｅｐｔｈＭａｐを基に、３Ｄ画像を生成するシステムが構築され、より容易に構成可能であり、且つ最もきめ細やかな調光を実現することができる。

以上説明したように、本実施形態に従う観察システムは、観察対象物に凹凸（高低差又は被写界深度差）があった場合や、白色の部位等が含まれて輝度が高くなる部位が存在していたとしても、観察者が見たい部位部分が最適な明るさに調整されて、撮像及びモニタ表示させることができる。従って、観察対象物となる部位が深い穴状の底に所在する患部であっても、見やすい好適な明るさに調光される。

また、補正のための他の操作を必要とせず、内視鏡やビデオ式手術顕微鏡（電子画像顕微鏡）に搭載したならば、術者が観察しながら手術に専念することができる。

以上発明した各実施形態によれば、以下の発明を含んでいる。

（１）焦点距離が可変可能な対物光学系を介して、観察を所望する対象物を含む観察画像を取得する撮像手段と、
前記観察画像内における前記撮像手段と前記対象物との距離を測定可能な測距手段と、
前記焦点距離と、前記測距手段により測定された距離とを比較する演算手段と、
前記対象物の明るさを測定する複数の測光モードを有し、前記演算手段による演算結果に基づいて前記測光モードを変更する測光手段と、
前記測光モードに基づいて前記観察画像の明るさを制御する調光手段と、
明るさが調光された前記観察画像を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とする観察装置。

（２）前記測光手段による複数の測光モードは、少なくとも２つ以上に分割された分割測光領域のうちの何れか又はその組み合わせを選択するものであることを特徴とする前記（１）項に記載の観察装置。

（３）前記測距手段による測距箇所は、前記測光手段による少なくとも一つの前記分割測光領域と関連付けられていることを特徴とする前記（２）項に記載の観察装置。

（４）前記測光手段は、観察視野内の全領域の距離を計測する面距離センサであることを特徴とする前記（２）項に記載の観察装置。

（５）前期面距離センサは赤外飛行時間計測方式によって実現されるものであることを特徴とする前記（４）項に記載の観察装置。

（６）前記対物光学系は立体観察可能な立体光学系であるとともに、前記撮像手段は立体映像を撮像することを特徴とする前記（１）〜（５）項記載の観察装置。

（７）前記測距手段は、前記立体光学系を介して撮像された２つの画像による視差に基づいて距離を算出することを特徴とする前記（１）項に記載の観察装置。

（８）前記撮像手段は内視鏡・ビデオ式手術用顕微鏡あることを特徴とする前記（１）〜（５）項記載の観察装置。

１…観察システム、２…鏡体部、３…支持部、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ…アームロッド、４…３Ｄモニタ、５…モニタアーム、６…観察対象物、７…観察者（術者）、８…架台、９，９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ…関節、１０…グリップ、１１…グリップスイッチ、１２，２５…対物レンズ、１３Ｌ，１３Ｒ…ズーム光学系、１４Ｌ，１４Ｒ，２８…結像レンズ、１５Ｌ，１５Ｒ，２９…撮像素子（ＣＣＤ）、１６…カメラコントロールユニット（ＣＣＵ）、１７…フットスイッチ、１７ａ…フォーカススイッチ、１７ｂ…ズームスイッチ、１８…測距センサ、１９…対物レンズ位置センサ、２０，３４…測距センサ制御部、２１…光学系制御部、２２…比較演算部、２４…制御部、３０…赤外光源、３３…面距離センサ、３５…ズームレンズ位置検出部、３６…画像計測部、３７…２Ｄモニタ。

Claims

焦点距離が可変可能な対物光学系を介して、観察を所望する対象物を含む観察画像を取得する撮像手段と、
前記観察画像内における前記撮像手段と前記対象物との距離を測定可能であって、前記対象物を含む前記観察画像内の複数の個所に対して前記撮像手段を用いて距離を測定する測距手段と、
前記焦点距離と前記測距手段により測定された複数の距離とを各々比較する演算手段と、
前記対象物の明るさを測定する複数の測光モードを有し、前記演算手段による演算結果に基づいて前記測光モードを変更する測光手段と、
前記測光モードに基づいて前記観察画像の明るさを制御する調光手段と、
明るさが調光された前記観察画像を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とする観察装置。
前記測光手段は、前記観察画像内を複数に分割した選択可能な分割測光領域を有するとともに、
前記分割測光領域は、前記測距手段により測定された複数の測定結果に基づいて、近似する距離又は大小の距離差に応じて選択されることを特徴とする請求項１記載の観察装置。
前記測光手段は、観察視野内の全領域の距離を計測する面距離センサであることを特徴とする請求項１記載の観察装置。
前記測光手段は、円形の前記観察画像内における中心から同心円状に分割された複数の分割測光領域を設けることを特徴とする請求項２記載の観察装置。
前記測光手段は、前記観察画像の中央を中心とする円状の第１の分割測光領域を設け、該第１の分割測光領域の周囲の前記観察画像内の領域を複数に分割した第２の分割測光領域を設けることを特徴とする請求項２記載の観察装置。
前記演算手段は、前記測距手段により測定された距離と前記対物光学系の焦点深度とに基づいて行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の観察装置。
焦点距離が可変可能な対物光学系を介して、観察を所望する対象物を含む観察画像を取得する撮像手段と、
前記観察画像内における前記撮像手段と前記対象物との距離を測定可能な測距手段と、
前記焦点距離と、前記測距手段により測定された距離とを比較する演算手段と、
前記対象物の明るさを測定する複数の測光モードを有し、前記演算手段による演算結果に基づいて前記測光モードを変更する測光手段と、
前記測光モードに基づいて前記観察画像の明るさを制御する調光手段と、
明るさが調光された前記観察画像を表示する表示手段と、
を備え、前記演算結果は、前記測距手段により測定された距離に対する前記焦点距離の偏差であることを特徴とする観察装置。