JP6296365B2 - 手術内視鏡用カメラコントロールユニット - Google Patents

Description

本発明は、例えば手術顕微鏡システムなどの医療分野に用いられる医療用カメラシステムに用いられる手術内視鏡用カメラコントロールユニットに関する。

例えば、顕微鏡を用いて微細な手術部位を観察しながら行う顕微鏡手術、或いは内視鏡を用いて体内の手術部位を観察しながら行う内視鏡手術などにおいて、観察画像を撮像してモニタに表示するカメラ装置が用いられている。このようなカメラ装置を有する医療用カメラシステムでは、モニタ上に表示される大きな観察画像によって対象部位を容易かつ精細に視認でき、また、手術に関わる複数の人が観察可能であり、手術部位の画像を共有できる。

この種のカメラ装置の従来例として、例えば特許文献１に開示された立体内視鏡装置がある。特許文献１の従来例では、内視鏡によって広角側撮影画像（２Ｄ画像）、立体視用画像（３Ｄ画像）及びナビゲーション用の画像（全体画像）を取得し、２Ｄ画像の一部に３Ｄ画像を表示させて、３Ｄ画像の表示領域を制御する。これにより、画像の参照者の疲労感や緊張感を緩和するものである。

特開２０１１−２０６４２５号公報

医療用カメラシステムにおいては、手術、処置等を行う対象部位の鮮明な視野を確保するため、できる限り高精細な表示映像が望まれる。また、対象部位の立体視によって観察対象物の距離、大きさの把握がより正確かつ容易にできるため、観察者に立体的な観察映像を提供する３Ｄ映像の要求が高まっている。特に微細部位の手術用途においては、高精細の３Ｄ映像が必要となるが、従来のカメラ装置では、観察映像の細部が鮮明に視認できないなどの課題があった。また、医療分野にて要求される高精細の３Ｄ映像を生成するために、左右の視差映像の撮像用に２つのカメラを用いる必要があった。

本発明は、上述した従来の課題を解決するために、１つのカメラにより医療分野にて要求される高精細の３Ｄ映像を撮像し出力することが可能な医療用カメラシステムにおける手術内視鏡用カメラコントロールユニットを提供することを目的とする。

本発明は、手術内視鏡により得られる対象部位の観察映像を撮像するカメラヘッドと前記観察映像を表示するモニタとにそれぞれ接続され、前記カメラヘッドからの前記対象部位の被写体像の撮像に基づく観察映像の信号処理を行い、信号処理された観察映像を前記モニタに出力する手術内視鏡用カメラコントロールユニットであって、前記手術内視鏡用カメラコントロールユニットは、動作モードとして、３Ｄ映像の出力モード又は２Ｄ映像の出力モードのいずれかを選択するスイッチを有し、接続される前記カメラヘッドが３Ｄ映像を撮像する場合には、前記手術内視鏡からの視差を持つ左右の観察画像を撮像して１画面において左右の視差映像を含む４Ｋの観察映像を生成し、前記左右の視差映像を含む４Ｋの観察映像から２Ｋの左視差映像及び２Ｋの右視差映像を切り出し、切り出された前記２Ｋの左視差映像及び２Ｋの右視差映像を同時に出力することにより前記モニタでの３Ｄ表示による立体視が可能な２Ｋの３Ｄ映像を表示させる第１の出力処理、切り出された前記２Ｋの左視差映像及び２Ｋの右視差映像を合成し、合成された３Ｄ映像を前記モニタに表示させる第２の出力処理、或いは、切り出された前記２Ｋの左視差映像もしくは前記２Ｋの右視差映像のうちどちらか一方のみを出力することにより前記モニタでの２Ｄ表示が可能な２Ｋの２Ｄ映像を表示させる第３の出力処理、のいずれかを前記スイッチの操作に応じて切り替えて実行し、接続される前記カメラヘッドが２Ｄ映像を撮像する場合には、撮像された２Ｋの観察映像を用いて４Ｋの観察映像を生成し、生成された前記４Ｋの観察映像を前記モニタにそのまま出力する第４の出力処理を実行する、手術内視鏡用カメラコントロールユニットを提供する。

本発明によれば、１つのカメラにより医療分野にて要求される高精細の３Ｄ映像を撮像し出力することが可能な医療用カメラシステムにおける手術内視鏡用カメラコントロールユニットを提供できる。

本実施形態のカメラ装置を含む医療用カメラシステムを手術顕微鏡システムに適用した構成を示すシステム構成図 本実施形態に係る手術顕微鏡システムの外観構成を示す図 本実施形態のカメラ装置の外観構成を示す図であり、（Ａ）はカメラヘッド及びＣＣＵを示す図、（Ｂ）はＣＣＵの背面を示す図 本実施形態のカメラ装置における２Ｄ映像撮像時の機能構成を示すブロック図 本実施形態のカメラ装置における３Ｄ映像撮像時の機能構成を示すブロック図 本実施形態のカメラ装置における画像処理部の機能構成の第１例を示すブロック図 本実施形態における２Ｄ映像の生成動作の概要を示す説明図 本実施形態における３Ｄ映像の生成動作の概要を示す説明図 本実施形態のカメラ装置における画像処理部の機能構成の第２例を示すブロック図 本実施形態のカメラ装置の動作を説明するフローチャート 本実施形態のカメラ装置を含む医療用カメラシステムを手術内視鏡システムに適用した構成を示すシステム構成図 本実施形態に係る手術内視鏡システムの外観構成を示す図

以下、適宜図面を参照しながら、本発明に係るカメラ装置を具体的に開示した実施形態（以下、「本実施形態」という）を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

また、以下の本実施形態では、本実施形態のカメラ装置を含む医療用カメラシステムの構成例について説明する。本実施形態の具体的な適用例として、手術顕微鏡システムにおけるカメラ装置の構成を例示する。但し、本発明に係るカメラ装置の実施形態は、後述する本実施形態の内容に限定されない。

本実施形態のカメラ装置は、高精細の観察映像として、例えば、４Ｋ解像度（２１６０ｐなど）の観察映像（以下、２Ｄ映像と称する）と、フルハイビジョン（ＦＨＤ：Full High Definition）解像度（１０８０ｐなど）の立体視可能な観察映像（以下、３Ｄ映像と称する）とを撮像して出力可能な構成である。なお、フルハイビジョン（ＦＨＤ）解像度を２Ｋ解像度と称する場合もある。

（システム構成１）
図１は、本実施形態のカメラ装置を含む医療用カメラシステムを手術顕微鏡システムに適用した構成を示すシステム構成図である。手術顕微鏡システムは、医療用光学機器の一例としての手術顕微鏡１０と、カメラ装置２０と、モニタ３０とを含む構成である。カメラ装置２０は、手術顕微鏡１０により得られた対象部位の観察画像を撮像するカメラヘッド２１と、カメラヘッド２１を制御して撮像した観察映像の信号処理を行うＣＣＵ（カメラコントロールユニット：Camera Control Unit）２２とを有し、カメラヘッド２１とＣＣＵ２２とが信号ケーブル２５により接続される。カメラヘッド２１は、手術顕微鏡１０のカメラ装着部１５に装着されて接続される。ＣＣＵ２２の出力端子には、観察映像を表示するモニタ３０が接続される。

手術顕微鏡１０は、双眼の顕微鏡であり、対物レンズ１１、観察者の左右の眼に対応する２つの観察光学系１２、接眼部１３、カメラ撮影用光学系１４、カメラ装着部１５を有して構成される。観察光学系１２は、ズーム光学系１０１Ｒ，１０１Ｌ、結像レンズ１０２Ｒ，１０２Ｌ、接眼レンズ１０３Ｒ，１０３Ｌを有する。２つの観察光学系１２は、対物レンズ１１の光軸を挟んで配置されており、ズーム光学系１０１Ｒ，１０１Ｌにより所定倍率に拡大した右眼と左眼用の観察画像を結像レンズ１０２Ｒ，１０２Ｌにより結像し、視差を持つ左右の観察画像を接眼レンズ１０３Ｒ，１０３Ｌを介して接眼部１３に導くものである。観察者は接眼部１３を両眼で覗くことにより、対象部位の被写体４０を立体的に視認可能となっている。

カメラ撮影用光学系１４は、ビームスプリッタ１０４Ｒ，１０４Ｌ、ミラー１０５Ｒ，１０５Ｌを有する。カメラ撮影用光学系１４は、ビームスプリッタ１０４Ｒ，１０４Ｌによって観察光学系１２を通過する左右の観察画像の光を偏向して分離し、ミラー１０５Ｒ，１０５Ｌによって反射して視差を持つ左右の観察画像をカメラ装着部１５に導くものである。カメラ装着部１５にカメラ装置２０のカメラヘッド２１を装着して撮像することにより、３Ｄ表示用の立体視が可能な観察映像を取得可能となっている。

図２は、本実施形態に係る手術顕微鏡システムの外観構成を示す図である。手術顕微鏡１０は、顕微鏡本体の上部に接眼部１３が設けられ、接眼部１３の基端部より側方にカメラ撮影用光学系１４の筐体が延出し、カメラ装着部１５が設けられている。カメラ装着部１５は、上方に向かって開口し、カメラヘッド２１の撮像レンズ部２３が装着可能に形成されている。撮像レンズ部２３は、カメラヘッド２１の本体に対して着脱して交換可能であり、用途に応じて異なる光学特性を持つ撮像光学系を使用できる構成となっている。カメラヘッド２１は、被写体像をＲＧＢの各色に分光する分光プリズムと、ＲＧＢの各色の被写体像をそれぞれ撮像する３つのイメージセンサとを有する３板式の撮像部により構成される。なお、１つのイメージセンサを有する単板式の撮像部を用いてもよい。

手術顕微鏡システムは、対象部位を照明する光源装置３１、カメラ装置２０にて撮像した観察映像を記録するレコーダ３２、手術顕微鏡システムを操作するための操作ユニット３３、観察者が足で操作入力を行うフットスイッチ３７を含む構成である。操作ユニット３３、ＣＣＵ２２、光源装置３１、及びレコーダ３２は、制御ユニット筐体３５に収納されている。制御ユニット筐体３５の近傍には、モニタ３０が配置される。手術顕微鏡１０は、変位可能な支持アーム３４に取り付けられ、支持アーム３４を介して制御ユニット筐体３５に連結されている。

（カメラ装置の構成）
図３は、本実施形態のカメラ装置の外観構成を示す図であり、（Ａ）はカメラヘッド及びＣＣＵを示す図、（Ｂ）はＣＣＵの背面を示す図である。カメラヘッド２１は、信号ケーブル２５を介してＣＣＵ２２の筐体の背面に接続される。カメラヘッド２１は、高精細の観察映像を撮像するものであり、３Ｄ映像を撮像する場合、３板式又は単板式の撮像部により、１画面において左右の視差映像を含む観察映像を撮像可能に構成される。

ＣＣＵ２２は、前面パネル２２１に、電源スイッチ２２２、プロファイル選択スイッチ２２３、メニュースイッチ２２４、ページ切替スイッチ２２５、上下左右の移動スイッチ２２６、選択スイッチ２２７、画質調整スイッチ２２８が設けられる。また、ＣＣＵ２２は、背面パネル２４１に、カメラ端子２４２、ＳＤＩ（Serial Digital Interface）映像出力端子２４３、２４４、ＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition Multimedia Interface）映像出力端子２４５、２４６、フットスイッチ端子２４７、モードスイッチ２４８、ＤＣ電源入力端子２４９が設けられる。

ＣＣＵ２２は、動作モードの切り替えによって、４Ｋ解像度の２Ｄ映像（４Ｋ・２Ｄ映像）と、ＦＨＤ解像度の３Ｄ映像（ＦＨＤ・３Ｄ映像）とを出力可能となっている。プロファイル選択スイッチ２２３は、ＣＣＵ２２の動作モードを設定したプリセットのプロファイルを選択するスイッチである。４Ｋ・２Ｄ映像とＦＨＤ・３Ｄ映像の動作モードの切替設定は、プロファイル選択スイッチ２２３によってプロファイルを選択する、メニュースイッチ２２４及び選択スイッチ２２７によって動作モードを選択する、背面のモードスイッチ２４８によって動作モードを設定する、などによって可能である。

ＳＤＩ映像出力端子２４３、２４４は、３Ｇ−ＳＤＩ規格に対応するＣＨ１とＣＨ２の２系統の出力端子に相当する。ＣＨ１のＳＤＩ映像出力端子２４３は、４つの端子を有し、４Ｋ映像とＦＨＤ映像の双方を出力可能である。ＣＨ２のＳＤＩ映像出力端子２４４は、ＦＨＤ映像を出力可能である。ＨＤＭＩ（登録商標）（以下同様）映像出力端子２４５、２４６は、ＣＨ１とＣＨ２の２系統の出力端子に相当する。ＣＨ１のＨＤＭＩ映像出力端子２４５は、ＨＤＭＩ２．０規格に対応し、４Ｋ映像とＦＨＤ映像の双方を出力可能である。ＣＨ２のＨＤＭＩ映像出力端子２４６は、ＨＤＭＩ１．４規格に対応し、ＦＨＤ映像を出力可能である。なお、映像出力端子は、２系統の出力端子のいずれにおいても４Ｋ映像とＦＨＤ映像の双方を出力可能に構成してもよい。また、映像出力端子の形態及び数は図示例に限定されるものではなく、他の規格に対応するものであっても同様に適用可能である。

カメラ端子２４２には、カメラヘッド２１の信号ケーブル２５が接続される。ＳＤＩ映像出力端子２４３、２４４とＨＤＭＩ映像出力端子２４５、２４６の少なくとも一つに、図示しない映像信号ケーブルを介してモニタ３０が接続される。ＤＣ電源入力端子２４９には、図示しない電源ケーブルを介してＤＣ電源を供給する電源装置が接続される。フットスイッチ端子２４７には、フットスイッチ３７が接続される。

図４は、本実施形態のカメラ装置における２Ｄ映像撮像時の機能構成を示すブロック図である。カメラ装置２０によって４Ｋ解像度の２Ｄ映像を撮像する場合、カメラヘッド２１の撮像レンズ部２３において被写体像を結像する単眼のレンズ２１１を装着した状態で、カメラヘッド２１を手術顕微鏡１０のカメラ装着部１５に取り付けて使用する。被写体４０からの光は、レンズ２１１を通過して３板式の撮像部２１３の３つのイメージセンサの撮像面に結像され、ＲＧＢの被写体像が撮像される。すなわち、カメラヘッド２１は、手術顕微鏡１０からの観察画像を撮像して高精細（ここではＦＨＤ（２Ｋ）解像度）の観察映像を得る撮像部２１３を備える。撮像部２１３は、高精細の撮像映像を取得可能なものであり、ＲＧＢの各色においてそれぞれＦＨＤ解像度の映像を撮像可能な３板式のＦＨＤイメージセンサにより構成される。ＦＨＤイメージセンサは、ＣＣＤ（Charged-Coupled Device）又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子により構成される。なお、単板式の撮像部を用いる場合は、４Ｋ解像度の映像を撮像可能な４Ｋイメージセンサとカラーフィルタとにより撮像部を構成すればよい。カメラヘッド２１にて撮像した被写体の撮像映像の映像信号は、信号ケーブル２５を介してＣＣＵ２２に伝送される。

ＣＣＵ２２は、カメラヘッド２１にて撮像した映像信号を処理する信号処理回路を含む画像処理部２６１と、画像処理部２６１及び撮像部２１３の動作モードの設定、各動作の制御を行う制御ユニット（コンピュータ）を構成するプロセッサの一例としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）２６２とを含む。画像処理部２６１は、例えばＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を用いて構成され、プログラムによって回路構成及び動作の設定、変更が可能となっている。画像処理部２６１は、カメラヘッド２１から伝送されるＲＧＢ各色の２Ｋ映像Ｒ，Ｇ，Ｂ（４Ｋ用映像Ｒ，Ｇ，Ｂ）から高精細（ここでは４Ｋ解像度）の２Ｄ映像（４Ｋ・２Ｄ映像）を生成し、映像出力としてモニタ３０に出力する。

図５は、本実施形態のカメラ装置における３Ｄ映像撮像時の機能構成を示すブロック図である。カメラ装置２０によってＦＨＤ解像度の３Ｄ映像を撮像する場合、カメラヘッド２１の撮像レンズ部２３において左右の視差を有する被写体像を結像する双眼のレンズ２１２を装着した状態で、カメラヘッド２１を手術顕微鏡１０のカメラ装着部１５に取り付けて使用する。なお、単眼のレンズを用いて左右の視差を有する被写体の映像を撮像することも可能である。被写体４０からの光は、レンズ２１２を通過して視差を持った左右２つの像として３板式の撮像部２１３の３つのイメージセンサの撮像面にそれぞれ左右隣合って結像され、３Ｄ映像用の左右のＲＧＢの被写体像が撮像される。すなわち、カメラヘッド２１は、手術顕微鏡１０からの視差を持つ左右の観察画像を撮像して１画面において左右の視差映像を含む高精細（ここではＦＨＤ（２Ｋ）解像度）の観察映像を得る撮像部２１３を備える。カメラヘッド２１にて撮像した被写体の３Ｄ映像用の映像信号は、信号ケーブル２５を介してＣＣＵ２２に伝送される。

なお、カメラヘッド２１により３Ｄ映像を撮像する場合、撮像レンズ部２３のレンズを２Ｄ用から３Ｄ用に交換するのに代えて、手術顕微鏡１０のカメラ装着部１５にアダプタを設け、アダプタの光学系を２Ｄ用から３Ｄ用に交換して用いてもよい。或いは、カメラヘッド２１を接続する手術顕微鏡１０等の医療用光学機器自体を取り換えて使用し、２Ｄ用の観察光学系を持つ機器に装着して２Ｄ映像を撮像し、３Ｄ用の観察光学系を持つ機器に装着して３Ｄ映像を撮像することも可能である。

ＣＣＵ２２の画像処理部２６１は、カメラヘッド２１から伝送されるＲＧＢ各色の３Ｄ表示用の左右の２Ｋ映像Ｒ，Ｇ，Ｂ（３Ｄ左用及び３Ｄ右用の２Ｋ映像Ｒ，Ｇ，Ｂ）から高精細（ここではＦＨＤ解像度）の３Ｄ映像（ＦＨＤ・３Ｄ映像）を生成し、３Ｄ表示用の左右２つの映像出力１及び２としてモニタ３０に出力する。４Ｋ・２Ｄ映像又はＦＨＤ・３Ｄ映像を生成する画像処理部２６１の構成及び動作の詳細は後述する。観察映像の立体視を行う場合は、モニタ３０単体又は３Ｄ観察用のメガネを観察者が装着した状態で、左視差映像と右視差映像をそれぞれの眼で観察可能なように、モニタ３０に３Ｄ映像を表示する。

図６は、本実施形態のカメラ装置における画像処理部の機能構成の第１例を示すブロック図である。画像処理部２６１は、４Ｋ映像化部２６４、２Ｋ左視差映像切り出し部２６５、２Ｋ右視差映像切り出し部２６６、映像出力切替部２６７、２６８を含む構成である。４Ｋ映像化部２６４は、撮像映像の高解像度化処理として、３板式のカメラヘッド２１にて撮像したＲＧＢ各色の２Ｋ映像Ｒ，Ｇ，Ｂを入力し、４Ｋ解像度の映像を生成する。４Ｋ映像化の方法としては、例えば公知の「画素ずらし」処理を用いる。４Ｋ映像化部２６４は、２Ｋ映像Ｇの各画素に対して、２Ｋ映像Ｒと２Ｋ映像Ｂの画素を水平及び垂直方向に１／２画素ずらす処理を行い、４Ｋ解像度のカラー映像を生成する。４Ｋ解像度の２Ｄ映像を撮像する場合は、２Ｄ表示用の２Ｋ映像Ｒ，Ｇ，Ｂから２Ｄのカラーの４Ｋ映像を生成する。ＦＨＤ解像度の３Ｄ映像を撮像する場合は、イメージセンサに左右隣接して撮像された３Ｄ表示のための左用及び右用の２Ｋ映像Ｒ，Ｇ，ＢからＦＨＤ解像度の左右の視差映像を含む４Ｋ映像（３Ｄ左視差映像及び３Ｄ右視差映像）を生成する。なお、単板式の撮像部を用いる場合は、画像処理部２６１において４Ｋ映像化部２６４を設けず、カメラヘッド２１にて撮像したカラーの４Ｋ解像度の映像信号を画像処理部２６１に入力して処理する。

２Ｋ左視差映像切り出し部２６５は、４Ｋ映像化部２６４から出力されるＦＨＤ解像度の左右の視差映像を含む４Ｋ映像より、半分の左用の領域に相当する２Ｋ左視差映像を切り出し、３Ｄ表示のための左用のＦＨＤ映像（３Ｄ左視差映像）を生成する。２Ｋ右視差映像切り出し部２６６は、４Ｋ映像化部２６４から出力されるＦＨＤ解像度の左右の視差映像を含む４Ｋ映像より、残り半分の右用の領域に相当する２Ｋ右視差映像を切り出し、３Ｄ表示のための右用のＦＨＤ映像（３Ｄ右視差映像）を生成する。

映像出力切替部２６７、２６８は、映像信号出力の切り替えを行い、ＦＨＤ解像度の３Ｄ映像（３Ｄ（ＦＨＤ））又は４Ｋ解像度の２Ｄ映像（２Ｄ（４Ｋ））の映像信号を出力する。ＦＨＤ解像度の３Ｄ映像（３Ｄ（ＦＨＤ））を出力する場合、チャンネルＣＨ１の映像出力１として３Ｄ左視差映像の映像信号を出力し、チャンネルＣＨ２の映像出力２として３Ｄ右視差映像の映像信号を出力する。４Ｋ解像度の２Ｄ映像（２Ｄ（４Ｋ））を出力する場合、チャンネルＣＨ１の映像出力１とチャンネルＣＨ２の映像出力２の両方に映像信号を出力してもよいし、いずれか一方のみに映像信号を出力してもよい。また、チャンネルＣＨ１とチャンネルＣＨ２のいずれか一方に４Ｋ解像度の２Ｄ映像（２Ｄ（４Ｋ））を出力し、他方にＦＨＤ解像度の２Ｄ映像（２Ｄ（ＦＨＤ））を出力してもよい。

（４Ｋ・２Ｄ映像の生成処理）
図７は、本実施形態における２Ｄ映像の生成動作の概要を示す説明図であり、４Ｋ解像度の２Ｄ映像を生成する処理を模式的に示したものである。カメラ装置２０によって４Ｋ解像度の２Ｄ映像を撮像する場合、３板式のカメラヘッド２１により、２Ｄの４Ｋ用映像Ｒ，Ｇ，Ｂとして、ＲＧＢ各色の２Ｋ映像Ｒ，Ｇ，Ｂを撮像する。次に、画像処理部２６１の４Ｋ映像化部２６４により、２Ｋ映像Ｒ，Ｇ，Ｂの映像信号に対して画素ずらし処理を行って４Ｋ映像化し、２Ｄのカラーの４Ｋ映像を生成する。

（ＦＨＤ・３Ｄ映像の生成処理）
図８は、本実施形態における３Ｄ映像の生成動作の概要を示す説明図であり、ＦＨＤ解像度の３Ｄ映像を生成する処理を模式的に示したものである。カメラ装置２０によってＦＨＤ解像度の３Ｄ映像を撮像する場合、３板式のカメラヘッド２１により、イメージセンサの左右隣接した１／２ずつの領域に、３Ｄ表示のための左用及び右用のＲＧＢ各色の２Ｋ映像Ｒ，Ｇ，Ｂ（３Ｄ左用及び３Ｄ右用）を撮像する。次に、画像処理部２６１の４Ｋ映像化部２６４により、左右の視差映像を含む２Ｋ映像Ｒ，Ｇ，Ｂの映像信号に対して画素ずらし処理を行って４Ｋ映像化し、３Ｄ表示用のカラーの４Ｋ映像（３Ｄ左視差映像及び３Ｄ右視差映像）を生成する。続いて、２Ｋ左視差映像切り出し部２６５及び２Ｋ右視差映像切り出し部２６６により、それぞれ２Ｋの左視差映像とＫ右視差映像の切り出し処理を行い、３Ｄ表示のためのＦＨＤ映像（３Ｄ左視差映像及び３Ｄ右視差映像）を生成する。

図９は、本実施形態のカメラ装置における画像処理部の機能構成の第２例を示すブロック図である。画像処理部２７１は、図６に示した第１例と同様に４Ｋ映像化部２６４、２Ｋ左視差映像切り出し部２６５、２Ｋ右視差映像切り出し部２６６を有するとともに、３Ｄ映像合成部２７２、映像出力切替部２７３、２７４を含む構成である。３Ｄ映像合成部２７２は、２Ｋ左視差映像切り出し部２６５の出力の３Ｄ左視差映像と２Ｋ右視差映像切り出し部２６６の出力の３Ｄ右視差映像とを合成処理し、ＨＤ解像度の３Ｄ映像（３Ｄ（Ｎｏｒｍａｌ））を生成する。３Ｄ映像の合成処理は、例えば左視差映像と右視差映像とを水平方向に隣接させたサイドバイサイド方式、或いは１ラインごとに左視差映像と右視差映像とを配置したラインバイライン方式など、３Ｄ映像の各種伝送方式に対応する映像変換処理（３Ｄ映像化処理）を用いることができる。

映像出力切替部２７３、２７４は、映像信号出力の切り替えを行い、ＦＨＤ解像度の３Ｄ映像（３Ｄ（ＦＨＤ））、又はＨＤ解像度の３Ｄ映像（３Ｄ（Ｎｏｒｍａｌ））、若しくは４Ｋ解像度の２Ｄ映像（２Ｄ（４Ｋ））の映像信号を出力する。ＦＨＤ解像度の３Ｄ映像（３Ｄ（ＦＨＤ））を出力する場合、チャンネルＣＨ１の映像出力１として３Ｄ左視差映像の映像信号を出力し、チャンネルＣＨ２の映像出力２として３Ｄ右視差映像の映像信号を出力する。４Ｋ解像度の２Ｄ映像（２Ｄ（４Ｋ））又はＨＤ解像度の３Ｄ映像（３Ｄ（Ｎｏｒｍａｌ））を出力する場合、チャンネルＣＨ１の映像出力１とチャンネルＣＨ２の映像出力２の両方に映像信号を出力してもよいし、いずれか一方のみに映像信号を出力してもよい。

図１０は、本実施形態のカメラ装置の動作を説明するフローチャートである。カメラ装置２０は、カメラヘッド２１において、手術顕微鏡１０により取得した被写体４０からの光を、撮像レンズ部２３のレンズによって集光する（ステップＳ１１）。そして、カメラヘッド２１の３板式の撮像部２１３において、分光プリズムによりＲＧＢの各色の被写体像に分光し、ＲＧＢの３つのイメージセンサの撮像面上にそれぞれ結像して、ＦＨＤ解像度のＲＧＢの被写体像を撮像する（ステップＳ１２）。次に、カメラ装置２０は、ＣＣＵ２２の画像処理部２６１において、撮像されたＲＧＢ各色の２Ｋ映像Ｒ，Ｇ，Ｂを画素ずらし処理により４Ｋ映像化し、４Ｋ映像を生成する（ステップＳ１３）。そして、ＣＣＵ２２のＣＰＵ２６２において、出力映像種別を判別し、ＦＨＤ解像度の３Ｄ映像（３Ｄ（ＦＨＤ））、４Ｋ解像度の２Ｄ映像（２Ｄ（４Ｋ））、ＨＤ解像度の３Ｄ映像（３Ｄ（Ｎｏｒｍａｌ））の各映像種別ごとに、画像処理部２６１の動作を設定して映像出力を切り替える（ステップＳ１４）。

ＦＨＤ解像度の３Ｄ映像（３Ｄ（ＦＨＤ））を出力する場合、画像処理部２６１において、左右２つの２Ｋ視差映像（２Ｋ左視差映像及び２Ｋ右視差映像）の切り出し処理を行う（ステップＳ１５）。そして、画像処理部２６１において、３Ｄ表示のためのＦＨＤ解像度の３Ｄ映像出力として、３Ｄ左視差映像をチャンネルＣＨ１から出力し、３Ｄ右視差映像をチャンネルＣＨ２から出力する（ステップＳ１６）。

４Ｋ解像度の２Ｄ映像（２Ｄ（４Ｋ））を出力する場合、画像処理部２６１において、チャンネルＣＨ１とチャンネルＣＨ２の両方又はいずれか一方より、４Ｋ解像度の２Ｄ映像出力として、４Ｋ映像を出力する（ステップＳ１７）。

また、ＨＤ解像度の３Ｄ映像（３Ｄ（Ｎｏｒｍａｌ））を出力する場合、画像処理部２６１において、左右２つの２Ｋ視差映像（２Ｋ左視差映像及び２Ｋ右視差映像）の切り出し処理を行う（ステップＳ１８）。次に、画像処理部２６１において、左右２つの２Ｋ視差映像を合成し、３Ｄ映像の各種伝送方式に対応する映像変換処理（３Ｄ映像化処理）を行う（ステップＳ１９）。そして、画像処理部２６１において、ＨＤ解像度の３Ｄ映像出力として、３Ｄ映像（左右視差映像）を出力する（ステップＳ２０）。

このように、本実施形態のシステム構成１では、手術顕微鏡１０により取得した対象部位の左右の視差画像を、カメラヘッド２１において左右の視差画像を持つＦＨＤ解像度の観察映像として撮像し、ＣＣＵ２２においてそれぞれＦＨＤ解像度の左視差映像と右視差映像を生成出力し、モニタ３０においてＦＨＤ解像度の３Ｄ映像を表示可能としている。これにより、医療分野の手術用途などにおいて要求される高精細の３Ｄ映像を撮像し出力することができる。

（システム構成２）
図１１は、本実施形態のカメラ装置を含む医療用カメラシステムを手術内視鏡システムに適用した構成を示すシステム構成図である。手術内視鏡システムは、手術内視鏡１１０と、カメラ装置１２０と、モニタ１３０と、光源装置１３１とを有する。カメラ装置１２０は、図１〜図５に示したカメラ装置２０と同様であり、カメラヘッド１２１とＣＣＵ１２２とを有して構成される。

手術内視鏡１１０は、立体視内視鏡であり、細長の挿入部１１１に、左右の眼に対応する２つの観察光学系として、対物レンズ２０１Ｒ，２０１Ｌ、リレーレンズ２０２Ｒ，２０２Ｌ、結像レンズ２０３Ｒ，２０３Ｌを有して構成される。手術内視鏡１１０は、観察光学系の手元側に設けられたカメラ装着部１１５と、光源装着部１１７とを有し、光源装着部１１７から挿入部１１１の先端部にかけて照明光を導光するライトガイド２０４が設けられている。カメラ装着部１１５にカメラヘッド１２１の撮像レンズ部１２３を装着して撮像することにより、カメラ装置１２０において立体視用の観察映像を取得可能となっている。光源装着部１１７には、ライトガイドケーブル１１６が接続され、ライトガイドケーブル１１６を介して光源装置１３１が接続される。

カメラヘッド１２１とＣＣＵ１２２とは信号ケーブル１２５により接続され、カメラヘッド１２１にて撮像した被写体の３Ｄ映像用の映像信号は、信号ケーブル１２５を介してＣＣＵ１２２に伝送される。ＣＣＵ１２２の出力端子にはモニタ１３０が接続され、３Ｄ表示用の左右２つの映像出力１及び２が出力される。モニタ１３０には、対象部位の観察映像として、ＦＨＤ解像度の３Ｄ映像が表示される。

図１２は、本実施形態に係る手術内視鏡システムの外観構成を示す図である。手術内視鏡１１０は、挿入部１１１の手元側にカメラ装着部１１５が設けられ、カメラヘッド１２１の撮像レンズ部１２３が装着される。挿入部１１１の手元側側部には光源装着部１１７が設けられ、ライトガイドケーブル１１６が接続される。カメラヘッド１２１には操作スイッチが設けられ、撮像する観察映像の操作（フリーズ、レリーズ、画像スキャン等）を使用者の手元において行うことが可能となっている。手術内視鏡システムは、カメラ装置１２０にて撮像した観察映像を記録するレコーダ１３２、手術内視鏡システムを操作するための操作ユニット１３３、観察者が足で操作入力を行うフットスイッチ１３７を有し、操作ユニット１３３、ＣＣＵ１２２、光源装置１３１、及びレコーダ１３２が制御ユニット筐体１３５に収納されている。制御ユニット筐体１３５の上部には、モニタ１３０が配置される。

このように、本実施形態のシステム構成２では、前述したシステム構成１と同様、手術内視鏡１１０により取得した対象部位の左右の視差画像から、それぞれＦＨＤ解像度の左視差映像と右視差映像を生成出力し、モニタ１３０においてＦＨＤ解像度の３Ｄ映像を表示させることができる。

本実施形態では、カメラヘッド２１により１画面において左右の視差映像を含むＦＨＤ解像度の観察映像を撮像し、ＣＣＵ２２の画像処理部２６１において４Ｋ映像化処理を行った後に左右の視差映像を切り出し、左右それぞれでＦＨＤ解像度の左視差映像と右視差映像を生成し、３Ｄ映像としてモニタ３０に出力する。モニタ３０では、左視差映像と右視差映像を観察者のそれぞれの眼で観察可能なように、３Ｄ映像を表示する。これにより、１つのカメラヘッド２１及びＣＣＵ２２によってＦＨＤ解像度の高精細の３Ｄ映像を撮像し出力することができ、対象部位を立体的かつ高精細に映し出すことが可能になる。したがって、医療用カメラシステムの省スペース化、高解像度化を実現できる。本実施形態によれば、特に手術用途において、より鮮明な３Ｄ映像を取得でき、手術時の操作性、対象部位の視認性を向上できる。

また、カメラヘッド２１において、３板式の撮像部２１３を用いることにより、イメージセンサの小型化と高感度化を図ることができる。これによって、撮像した映像の明るさを明るくでき、被写界深度を拡大できるとともに、ノイズを低減できるため、より高画質の映像を得ることができる。

また、１つのＣＣＵ２２において、４Ｋ解像度の２Ｄ映像の撮像出力と、ＦＨＤ解像度の３Ｄ映像の撮像出力とに対応できるため、多様な観察映像の用途に適応可能となる。

以上説明したように、本実施形態のカメラ装置２０では、手術顕微鏡１０又は手術内視鏡１１０等の医療用光学機器と接続され、医療用光学機器により得られる対象部位の観察画像を撮像するカメラヘッド２１と、カメラヘッド２１と接続され、カメラヘッド２１により撮像した観察映像の信号処理を行うカメラコントロールユニット（ＣＣＵ）２２とを備える。カメラヘッド２１は、医療用光学機器からの視差を持つ左右の観察画像を撮像して１画面において左右の視差映像を含む高精細の観察映像を得る撮像部２１３を備え、ＣＣＵ２２は、左右の視差映像を含む観察映像から左視差映像と右視差映像とを切り出し、モニタ３０での３Ｄ表示による立体視が可能な高精細の３Ｄ映像を生成する画像処理部２６１を備える。これにより、１つのカメラにより医療分野にて要求される高精細の３Ｄ映像を撮像し出力することが可能になる。

また、カメラ装置２０は、画像処理部２６１において、カメラヘッド２１にて撮像した高精細の観察映像を入力して行う高精細の２Ｄ映像の生成及び出力と、左右の視差映像を含む観察映像を入力して行う高精細の３Ｄ映像の生成及び出力との、いずれかを切り替えて実行する。これにより、高精細の２Ｄ映像の撮像と３Ｄ映像の撮像とに対応でき、多様な観察映像の用途に適応可能となる。

また、カメラ装置２０は、撮像部２１３において、高精細の観察映像として左右の視差映像を含むフルハイビジョン解像度の観察映像を撮像し、画像処理部２６１において、フルハイビジョン解像度の観察映像を４Ｋ解像度の観察映像に高解像度化する処理を行い、４Ｋ解像度の観察映像から左視差映像と右視差映像とを切り出し、フルハイビジョン解像度の左視差映像と右視差映像とによる３Ｄ映像を生成する。これにより、４Ｋ解像度の２Ｄ映像の撮像出力と、ＦＨＤ解像度の３Ｄ映像の撮像出力とに対応可能であり、１つのカメラにより医療分野にて要求される高精細の３Ｄ映像の撮像に適応できる。

以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、例えば手術顕微鏡システム、手術内視鏡システム等に用いられ、１つのカメラにより医療分野にて要求される高精細の３Ｄ映像を撮像し出力することが可能な医療用カメラシステムの手術内視鏡用カメラコントロールユニットとして有用である。

１０ 手術顕微鏡
１２ 観察光学系
１３ 接眼部
１４ カメラ撮影用光学系
１５ カメラ装着部
２０、１２０ カメラ装置
２１、１２１ カメラヘッド
２２、１２２ ＣＣＵ（カメラコントロールユニット）
２３、１２３ 撮像レンズ部
２５、１２５ 信号ケーブル
３０、１３０ モニタ
３１、１３１ 光源装置
１１０ 手術内視鏡
１１１ 挿入部
１１５ カメラ装着部
１１７ 光源装着部
２１１、２１２ レンズ
２１３ 撮像部
２４２ カメラ端子
２４３、２４４ ＳＤＩ映像出力端子
２４５、２４６ ＨＤＭＩ映像出力端子
２６１、２７１ 画像処理部
２６２ ＣＰＵ
２６４ ４Ｋ映像化部
２６５ ２Ｋ左視差映像切り出し部
２６６ ２Ｋ右視差映像切り出し部
２６７、２６８、２７３、２７４ 映像出力切替部
２７２ ３Ｄ映像合成部

Claims (1)

1. 手術内視鏡により得られる対象部位の観察映像を撮像するカメラヘッドと前記観察映像を表示するモニタとにそれぞれ接続され、前記カメラヘッドからの前記対象部位の被写体像の撮像に基づく観察映像の信号処理を行い、信号処理された観察映像を前記モニタに出力する手術内視鏡用カメラコントロールユニットであって、
   前記手術内視鏡用カメラコントロールユニットは、
   動作モードとして、３Ｄ映像の出力モード又は２Ｄ映像の出力モードのいずれかを選択するスイッチを有し、
   接続される前記カメラヘッドが３Ｄ映像を撮像する場合には、
   前記手術内視鏡からの視差を持つ左右の観察画像を撮像して１画面において左右の視差映像を含む４Ｋの観察映像を生成し、
   前記左右の視差映像を含む４Ｋの観察映像から２Ｋの左視差映像及び２Ｋの右視差映像を切り出し、
   切り出された前記２Ｋの左視差映像及び２Ｋの右視差映像を同時に出力することにより前記モニタでの３Ｄ表示による立体視が可能な２Ｋの３Ｄ映像を表示させる第１の出力処理、
   切り出された前記２Ｋの左視差映像及び２Ｋの右視差映像を合成し、合成された３Ｄ映像を前記モニタに表示させる第２の出力処理、或いは、
   切り出された前記２Ｋの左視差映像もしくは前記２Ｋの右視差映像のうちどちらか一方のみを出力することにより前記モニタでの２Ｄ表示が可能な２Ｋの２Ｄ映像を表示させる第３の出力処理、のいずれかを前記スイッチの操作に応じて切り替えて実行し、
   接続される前記カメラヘッドが２Ｄ映像を撮像する場合には、
   撮像された２Ｋの観察映像を用いて４Ｋの観察映像を生成し、生成された前記４Ｋの観察映像を前記モニタにそのまま出力する第４の出力処理を実行する、
   手術内視鏡用カメラコントロールユニット。

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