JP2003504976A - 立体的映像観察および画像拡大システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 立体的映像観察および拡大システムは、カメラモジュールと、ヘッドマウントディスプレイユニットと、オペレータコントローラユニットと、インタフェースおよび処理ユニットと、ビデオ回路および通信リンクとを備え、カメラモジュールに埋め込まれたビデオカメラにより生成された再生される画像の、可変的な拡大された３Ｄ表示が、ヘッドマウントディスプレイユニットに提供される。システムは、自動的なビデオカメラの均衡と、再生される画像の自動的な質的な最適化をなす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】

本発明は、全般的には、立体的映像観察システムに関し、降り詳細には、外科
および他の医療の応用で利用されるべき立体的映像観察および拡大システムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】

外科治療や他の治療をなす現代の外科医は、異なる一群の外科治療活動の間、
或いは、単一の外科治療活動においても、異なる観察方法を利用することを強い
られている。各観察方法には、異なる器具や機器の使用が含まれている。いくつ
かの外科手術にとっては裸眼或いは自然な観察で充分であるが、多くのタイプの
手術では、手術している視野の拡大や外科医の視覚の強化が必要となる。このよ
うな外科治療をなす外科医には、連想される範囲の拡大能力をもつ一連の光学機
器を用いることにより、手術中の領域の眺め(view)が拡大される。一群の手術用
の拡大機器には、単純な携帯拡大鏡、ヘッドライト付き或いはヘッドライト無し
の装着可能な両眼用の拡大鏡、又は、顕微鏡手術における手術用顕微鏡などが含
まれる。典型的には、拡大鏡の助力をかりた観察は、２ないし３倍の拡大率を得
ることができ（より大きな拡大率を得ることも可能であるが、機材が扱いにくく
あまり利用されない）、その一方、顕微鏡による拡大率は、典型的には８倍以上
である。多数の観察法や関連する機器の使用は、現在の外科治療観察技術に、著
しく不利である。現存する技術は、「人の眼でシースルーする(see-thorough hi
s eyes)」オプションを提供せず、また、外科医が見た画像を、外科医のアシス
タントや外科治療をなす際に立ち会う他の専門家の眼に伝達する能力がない。

【０００３】 現在の外科の傾向は、浸襲をより少なくし、浸襲を最小限にし、露出を小さく
するような外科技術に向けられている。したがって、外科技術には、より眺めを
拡大し強化することや、視覚化ツールが求められる。このような浸襲を小さくす
る外科手術には、外科用顕微鏡を必要とする顕微鏡手術、内視鏡や腹腔鏡を利用
する内視鏡手術、コンピュータに補助された手術、特定の治療にて、強化された
リアリティ技術とともに、コンピュータに補助されたシステムを利用して実行さ
れるロボットによる遠隔手術、および、手術領域へのアクセスを最小限にするよ
うな古典的な外科手術或いは直接的な最小浸襲手術が含まれる。

【０００４】 内視鏡手術、および、コンピュータに補助されたロボットによる遠隔手術など
、上述した手術のいくつかには、特殊な可視化システムを必要とするものがあり
、これに加えて、拡大をインタフェースする機器や可視化を強める機器の利用を
必要とする場合もある。顕微鏡手術や手術室の顕微鏡の利用が必要な古典的な手
術などの他の方法においても、外科医の眺めの拡大および強化が必要である。遠
隔の組織や解剖組織上の領域の治療は、一般的な手術ステップ、すなわち、顕微
鏡手術による解剖(microsurgical dissection)、縫合技術、フリーフラップ(fre
e flap)、動脈および静脈の解剖、インターポジションヴェイングラフト(interp
osition vein graft)、端側吻合(end to side anastomosis)、神経移植、上顎顔
面の顕微鏡手術(maxillofacial microsurgery)、精管フィステル形成術(vasovas
ostomy)、組織移植手術、ファロピウス管の解剖などや、手術の最中に露出しか
つ到達するのが困難である。遠隔の組織や解剖組織上の領域の治療は、実質的に
は、拡大や３Ｄオンライン画像化により利益を得ている。現代の外科治療では、
手術の品質を向上させ、手術時間を短縮し、患者の外傷を小さくし、したがって
、合併症の率や入院期間を減じるための可視化の進歩した状況が求められている
。

【０００５】 進歩した可視化ツールは、手術中の状況の変化に応えるように、自動的かつ動
的に均衡されかつ最適化された、３次元の高解像度のカラー画像を提供する調整
可能な表示装置を備えたリアルタイム画像化システムと、広範囲な拡大率をもつ
ツールと、支配的な状況にしたがって操作可能なパラメータのいくつかを変更可
能な容易に利用可能なオペレータコントロールとを含む一体型システムであるべ
きである。システムは、手術処置中に外科医が「シースルー」する選択肢を提供
すべきである。また、システムは、処置中に存在する付加的な人たちの眼に、外
科医に対して表示されているのと同一の画像を適切に送信することにより、当該
手術処置中に、アシスタントや専門家が、「人の眼でシースルー」するような能
力を備えているべきである。付加的に、システムは、学習、解析、記録保管など
の目的のため、処置お記録を繰り返し再生できるような記録能力を備えているべ
きである。従来技術のシステムでは、このような能力が備えられていなかった。

【０００６】

【発明の開示】

本発明の一つの態様は、接近した観察の処理、および、適用空間内の物体の操
作を補助するため、身体的な適用空間の、リアルタイムで、動的に、拡大率が変
更される、最適化された、立体的映像による画像を、人間のオペレータに表示す
る方法に関している。この方法は、画像検知デバイスにより適用空間の動的な画
像を生成し、生成された画像を電気信号にエンコードし、オペレータの眼に光学
的に整列されて配置された表示デバイスに、動的な画像を示す信号を送信し、動
的な画像を示す信号をデコードし、かつ、結果として再生された画像をオペレー
タの眼に向けて表示することを含む。

【０００７】 本発明の第２の態様は、カラーで、高解像度の、拡大率が変更される、動的で
、立体的映像による、質的に最適に再生された、物理的な手術環境のビデオ画像
を、前記環境内の物体に関連した観察および操作のセッション中に、人間のオペ
レータを補助するために当該人間のオペレータに提供する方法に関する。この方
法は、ビデオカメラによりセッションの動的な画像を注視し、画像をビデオ信号
に変換し、ビデオ信号を、一群の適切な導線を介して、手術環境とオペレータの
眼との間に配置されたそれぞれの視覚スクリーンに送信し、ビデオ画像を表すビ
デオ信号を再生される画像にデコードし、視覚スクリーン上に再生されたビデオ
画像を表示することを含む。

【０００８】 本発明の第３の態様は、オペレータにより装着可能なカメラモジュールに埋め
込まれた、機構的にリンクされた二つのビデオカメラと、オペレータにより装着
可能なヘッドマウントディスプレイユニットに埋め込まれた二つの表示スクリー
ンと、インタフェースおよび処理ユニットと、ビデオカメラに接続された適当な
ビデオ回路であって、当該ビデオ回路を介して、カメラが、表示スクリーンに表
示すべき、手術環境の動的な画像を示すビデオ信号を送信するようなビデオ回路
と、再生される画像の監視、連続的で自動的な均衡および最適化を可能にするた
めのシリアル通信リンクおよびシリアル回路であって、これを介して、カメラの
画像品質制御パラメータの値が、インタフェースおよび処理ユニット、および、
オペレータコントローラユニットに送信されるようなシリアル通信リンクおよび
シリアル回路とを含む立体的映像観察および拡大システムに関している。

【０００９】 本発明の各々および全ての上記態様は、観察の質を向上させる。 本発明の各々および全ての上記態様は、物体操作の質を向上させ、かつ、操作
セッションの時間を減少させる。

【００１０】

【発明を実施するための最良の形態】

本発明は、手術空間の詳細を拡大する必要のある外科および他の治療を補助す
るために新規で万能な立体的映像視覚化システムを提供することにより、従来技
術の欠点を克服する。

【００１１】 提案された発明は、外科治療のための、コンピュータ化された立体的映像観察
および拡大システムである。このシステムは、高解像度ビデオの画像品質、ハイ
パワーズームの柔軟性、および、コンピュータ化された自動化により達成される
使用容易性を兼ね備えている。このパワフルで効率の良い機構を使用することに
より、外科医は、より効率的かつより精度よく作業することができ、かつ、より
短時間で、難しく複雑な作業を実施することが可能となる。システムは、外科医
の集中を高めかつ複雑で長時間にわたる外科処置にかかわる物理的努力を低減す
るために、最適な能力および最大の自動化を提供する。このシステムは、可変的
な視野、実際に同一の機器を用いることにより、また、必要であれば同一のセッ
ションにおいて約１倍（裸眼に相当する）から約１０倍までの連続的な拡大制御
をなす。システム全体は軽量で、かつ、低消費電力であり、救急救命のクルーが
これを現場の機器として利用することも可能である。さらに、システムは、「シ
ースルー(see-through)」能力、「人の眼でシースルー」する(see-thorough-his
-eyes)オプション、並びに、記録および再生能力など一群の高度な特徴をも備え
ている。

【００１２】 まず、図１および図２を参照する。これらは、接近観察、および、物体のマニ
ュアル又はセミ・マニュアルでの操作を要するセッションを実行するために役立
つものとして利用されるようにデザインされたシステムの主たるコンポーネント
が例示されている。操作される物体を極度に集中して観察することが必要であり
、したがって、操作セッションが進行している限り、観察される眺めの可変的な
拡大を求められる、任意に区切られた物理的な適用空間中で、物体のマニュアル
或いはセミ・マニュアルでの操作を要する様々な領域で機能する熟練工に、シス
テム−ユーザがなり得ることが容易に理解できるであろう。開示された実施例は
、本発明の単なる例にすぎない。開示された詳細は、限定するものとして解釈さ
れてはならず、単に、本発明をより良く理解するために寄与する手段としてのみ
解釈されるべきである。

【００１３】 本発明の好ましい実施例にかかるユーザ１０は、治療実行者、たとえば、手術
のような医学的処置を実行するのに役立つものとしてシステムを利用する外科医
のような者である。好ましくは、ユーザ１０は、その体の上に或いは体に近接し
て、主たるコンポーネントを装着する。カメラモジュール（ＣＭ）２０は、ユー
ザ１０の頭の上に位置する、ヘッドバンド、ヘッドセット又はヘルメットのよう
な支持装置に装着されたビデオカメラのような、画像受理、画像エンコーディン
グおよび画像送信に特殊化された一対の軽量センサを備えている。ヘッドギアお
よび二つのビデオカメラは、以下のように設計されている。すなわち、二つの単
眼的な(monoscopic)眺めを表す、一時的には同時であるが部分的にはわずかに異
なって送信される適切なディジタル的にエンコードされた電気信号が、ユーザ１
０の眼に与えられ、これにより、ユーザ１０が、立体的映像モード(stereoscopi
c mode)で、手術空間を観察するオプションを実現できる。現実世界の画像を表
す電気信号は、カメラにより光学的に受理され、ユ−ザ１０の身体にゆるく取り
付けられたインタフェースおよび処理ユニット（ＩＰＵ）５０に、適当な導線を
介して送信される。取り付けは、ベルトにより装着された機器のような適当な手
段を用いることにより実現される。インタフェースおよび処理ユニット（ＩＰＵ
）５０は、自動的に、かつ、オペレータコントローラ（ＯＣ）４０を介して入力
された、ユーザ１０のマニュアルによる指示にしたがって、ディジタル信号を処
理する。ユーザは、ＯＣ４０の上面に配置されたプッシュボタンなどの種々のコ
ントロールを手動で起動することにより指示を入力する。ユーザ１０の下腕部に
ストラップやベルクロストリップなど適当な手段にて取り付けられたものとして
示されている。処理された信号は、適当なケーブルを介して、ヘッドマウントデ
ィスプレイ（ＨＭＤ）３０に送信される。ヘッドマウントディスプレイ３０は、
ユーザ１０の眼と光学的に整列するように配置され、手術空間が観察される。提
案されたシステムの全ての他の主たるコンポーネントのように、ＨＭＤ３０も、
装着可能であり、かつ、本発明の好ましい実施例においては、拡大鏡と同じよう
にユーザ１０の眼の前に位置している。ＨＭＤ３０に送信される信号はデコード
され、対応する画像に体系化され、かつ、液晶表示（ＬＣＤ）眼鏡のような一対
の表示装置上に表示される。

【００１４】 記載されたコンポーネントの構造、位置および配置が、本発明の他の意図され
る実施例のために異ならしめ得ることに、当業者であれば容易に気付くであろう
。たとえば、本発明の異なる実施例においては、オペレータコントローラユニッ
トが、腕、足、接触或いは声により、その上にある操作可能なコントロールを起
動させることにより利用され得る。ここで開示した詳細は、単に、以下の請求の
範囲のための基礎をなすにすぎない。

【００１５】 図３に示すシステムは、観察者の二つの眼に相当する二つのビデオカメラ２２
、２４のようなイメージ検知デバイスを利用している。カメラ２２、２４は、瞳
孔間隔(Inter Pupillary Distance:ＩＰＤ)２５として知られている間隔で、互
いに離され、かつ、物体３２から距離２８だけ離間して配置されている。各カメ
ラは、僅かに異なる角度から物体３２に向けられ、その視線が物体３２に収束す
るようになっている。視線は、収束角（ＤＡ）３４を形成する。各カメラにて撮
影される画像は、図１に示すヘッドマウントディスプレイＨＭＤ３０を用いて、
観察者の対応する眼に向けて表示される。脳は、これら双方の画像を、深さ（デ
プス）の認識能力により、三次元の景観に変換する。

【００１６】 図４を参照すると、ＩＰＤおよび集束距離Ｄの値の変化に基づく立体的映像シ
ステムの質的な性能が示されている。試験は、与えられた状況に対する「理想的
３Ｄシステム(ideal 3D system)」として知られているものを確立するように実
施された。最適なＩＰＤおよび集束距離（Ｄ）を確立するときに、テスト結果は
、最適な性能を呈するパラメータの範囲にあることを示す。主たる重要な尺度と
して、ＩＰＤとカメラから物体までの距離（Ｄ）との比を参照すると、立体的映
像より下の領域(hypo stereoscopy)３６（ＩＰＤが小さすぎる）、最適な立体的
映像の領域３８、および、過度な立体的映像の領域(hyper stereoscopy)３８（
ＩＰＤが大きすぎる）との間を区別することができる。立体的映像より下の領域
では、深さ（デプス）の不足が感じられる。過度な立体的映像の領域は、短時間
の後に混乱および疲労を強いる。立体的映像の性能を最適化するために、ＩＰＤ
は、物体への距離にしたがって再調整されるのが望ましい。他の３Ｄビデオシス
テムと異なり、提案されるシステムは、光学的な立体的映像を実現するために、
ＩＰＤおよび収束角度を動的に操作することができ、深さ（デプス）の効果が、
集中の欠如や疲労に関連する望ましくない効果無しに最適化される。

【００１７】 システムは、カメラモジュールに埋め込まれた二つのチャージカプルドデバイ
ス（ＣＣＤ）或いは固体素子センサカメラを用いている。カメラとして、日本の
ソニー社のモデルＥＶＩ３７０ＤＧなどを用いることができる。完全自動モード
での動作を可能にし、或いは、ソニー社の特殊なプロトコルであるＲＳ２３２／
ＶＩＡＣＡ（登録商標）のようなシリアル通信ポートを介して外部から制御でき
るように、カメラには、埋め込まれたＤＳＰ（ディジタル信号プロセッサ）が設
けられているべきである。カメラの全体の操作可能なパラメータの組は、遠隔コ
ンピュータから（或いは、適当なインタフェースユニットにより）制御可能であ
る。カメラモジュールは、ヘルメット、移動アーム或いは固定ブームなど種々の
表面に装着可能にデザインされている。カメラモジュールは、カメラに加えて、
少なくとも二つの、日本製のギヤードミニモータのような電気モータデバイスを
利用した、瞳孔間隔（ＩＰＤ）およびカメラの間の収束角（ＤＡ）を変更するた
めに必要な機構を備えている。

【００１８】 図５を参照すると、図２のシステムのコンポーネントのより詳細な図が示され
ている。二つのカメラ２２、２４は、カメラモジュールとして組み立てられる。
双方のカメラは、約４８．４°ないし約４．３°の水平視野を与える１２倍(Ｘ
１２)のズームレンズを備えている。カメラは、シリアル通信リンク５４、５６
を用いて制御され、各カメラは、システムパラメータを修正し、かつ、各カメラ
に関連する独立したビデオチャンネルを均衡させるために、独立して制御され得
る。Ｓ−Ｖｉｄｅｏ（スーパーＶＨＳ）のビデオ信号が、より高品質な画像を形
成するため、二つの構成部分、輝度（ルミナンス：Luminance）およびクロミナ
ンス(Chrominance)として送信される。システムのカメラは、Ｓ−Ｖｉｄｅｏ出
力を備えているのが望ましい。カメラ間のビデオ信号の最適化および均衡を実現
するために、ルミナンス（ｙ）チャンネルは、ビデオ信号レベルを制御するため
に用いられる。

【００１９】 カメラ２２、２４は、ＩＰＤ／収束角機構４６に接続され、かつ、これにより
制御されるメカニカルアーム４４により機構的にリンクされている。カメラ２２
は、導線４８を介して、ビデオ信号をＣＰＵ５０に送信し、カメラ２４は、導線
５２を介して、ビデオ信号をＩＰＵ５０に送信する。カメラ２２およびカメラ２
４の種々の操作可能なパラメータに対応する制御信号は、それぞれ、導線５４お
よび５６を介して、ＩＰＵ５０に送信される。カメラ２２および２４の相互間の
正しい位置決めを実現するために、ＩＰＵ５０のディジタル信号処理の結果得ら
れた制御信号は、導線５８を介して、ＩＰＵ５０からＩＰＤ／収束角制御機構に
送られる。ＩＰＵ５０は、制御導線８０を介して、オペレータコントローラ（Ｏ
Ｃ）４０にリンクされ、かつ、導線８２を介して、ＨＭＤ３０にリンクされてい
る。ＨＭＤ３０は、ＬＣＤ眼鏡のような一対の表示ユニット６２、６４を備えて
いる。表示のために、日本のソニー社のモデルＬＤＩ−Ｄ１００ＢＥなどのよう
な、既知のヘッドマウントディスプレイを用いることができる。モデルＬＤＩ−
Ｄ１００ＢＥは、「シースルー(See-Through)」構成を備えた立体的映像に適し
ている。ＩＰＵ５０から受理されたビデオ信号は、デコードされ、表示ユニット
６２、６４上に表示される。本発明の好ましい実施例においては、ＩＣ４０は、
ＩＰＵ５０と結線されている。本発明の他の実施例においては、（家庭用ＴＶの
ように）ＩＲ（赤外線）通信コントローラにて利用され、音声駆動、無線通信、
或いは、この目的に適した現存し又は後に開発される他の通信形態により、修正
され得る。

【００２０】 カメラモジュールは、インタフェースおよび処理ユニット（ＩＰＵ）に接続さ
れている。システムの「頭脳」であるインタフェースおよび処理ユニットは、カ
メラ、カメラの位置を変化させる機構（たとえば、ＩＰＤおよび収束角）および
ディスプレイを制御する。ＩＰＵ５０は、幾つかの機能的なコンポーネントを含
む。電源コントロールは、システムの主たるコントロールであり、ＩＰＵ５０に
配置された唯一のマニュアルコントロールである。電源コントロール６７は、ガ
ードされたタイプのスイッチで、偶発的な電源オフを防止するのが望ましい。Ｉ
ＰＵ５０の他の機能的コンポーネントは、以下の図面に関連して説明する。

【００２１】 オペレータコントローラユニット（ＯＣ）４０は、導線８０を介してＩＰＵ５
０と接続されている。ＯＣ４０は、ユーザにより利用され、ＩＰＵ５０に指示を
送信し、かつ、ＩＰＵ５０から，システムのセッティングに関するデータおよび
システムの全般的なステータスを受理する。ユーザ１０は、ＯＣ４０上に配置さ
れた一群のコントロールを介してシステムと通信する。ユーザ１０が観察／操作
セッションを開始するときに、初期化コントロール６８が起動され、視野、シャ
ッタスピード、焦点距離、ＩＰＤ、および、収束角（ＤＡ）などのシステムの基
礎パラメータをセットするために、スタートアップ−リセット処理を引き起こす
。再調整コントロール７０は、オペレータが、システムが上首尾に調整されてい
るかを確認するとき、或いは、背景光などの環境パラメータが変更されたときな
どに用いられる。再調整７０の起動は、システムをリアルタイムで最適化するた
めに必要な通常の自動調整の幾つかを入れ替える。

【００２２】 「シースルー」することは、ａ）画像表示モード、および、ｂ）透過(transpa
rent)モードの二つの異なるモードにて動作するための、既知の表示デバイスに
おける高度な特徴である。画像表示モードにおいて、スクリーンは、適切に接続
された画像検知デバイスにより生成されかつ送信された画像を表示する。その一
方、透過モードにおいては、画像が表示スクリーンから取り去られ、次いで、観
察者がスクリーンを通して、その先にある現実の光景を見ることができるように
、スクリーンが透明にされる。シースルー(See-Through)コントロール７２が起
動されると、それぞれの表示スクリーンが透明にされることにより、表示ユニッ
ト６２、６４が透過モード（シースルーモード）となり、これにより、視覚デバ
イスが中性化され、観察者が、自然な視線で観察者自身の眼を通して見ることが
可能となる。シースルーコントロール７２をもう一度押すことで、それぞれのビ
デオチャンネルを介したカメラ２２、２４から送信された画像により与えられる
眺めに戻るよう表示デバイスが切り替えられる。表示ユニット６２、６４がシー
スルーモードにあるときに、カメラ２２、２４を含むシステムの残りの部分は、
通常通り動作し続ける。

【００２３】 モードコントロール７４は、周期的に動作するように意図されている。ユーザ
１０が修正できるように特定のパラメータモードを変更するために、モードコン
トロール７４は、適切なモードおよび変更すべき関連するパラメータを選択する
ために、繰り返しかつ断続的に起動される。アップコントロール７８およびダウ
ンコントロール７６は、対応するパラメータの値を選択するために使用される。
たとえば、システムの通常動作中に、デフォルトのモードは、フィールドオブビ
ュー（ＦＯＶ）にセットされている。ＦＯＶモードにおいては、オペレータは表
示された画像の拡大率を制御することができる。アップコントロール７８および
ダウンコントロール７６を起動することにより、適切なＦＯＶの値が設定され、
対応するズームイン或いはズームアウト効果が実現されて、画像のサイズが有効
に拡大され或いは縮小される。オペレータが異なるパラメータを修正したいとき
には、モードコントロール７４が起動され、現在モードが、オートホワイトバラ
ンス（ＡＷＢ）に切り替えられる。ＡＷＢは、自然色を作り出すために画像の色
の要素を均衡させるための方法である。所望のモードに切り替えた後に、新しい
選択を示す対応する指示が表示スクリーン６６上に現れる。ＡＷＢモードが選択
されるときに、アップコントロール７８或いはダウンコントロール７６の起動は
、室内、屋外、自動などのＡＷＢのプリセットパラメータ値の適当な選択をなす
。モードコントロール７４をさらに起動することにより、スタビライザモードが
選択され、アップコントロール７８およびダウンコントロール７６は、オン或い
はオフなどのスタビライザモードに関連するパラメータの値をセットする。スク
リーン６６は、付加的に、システムステータス、フォーカス、ズームおよび種々
のエラーメッセージを表示できる。

【００２４】 付加的なユニットを上述した主たるユニットに接続できることに容易に気付く
であろう。たとえば、何れかのタイプ（付加的なヘッドマウントディスプレイ、
モニター、或いは、ビデオプロジェクタ）の付加的な表示ユニットを、クルーの
他のメンバーが、ユーザ１０が眺めている画像を観察できるようにするために、
システムの基本構成に追加することが考えられる。また、画像が、教育目的或い
は相談目的で、ケーブル或いはワイヤレス手段を介して、手術室の外に送信され
ても良い。さらに、システムは、オンラインによる専門家の助力のため、遠隔位
置に、圧縮したフォーマットでビデオ画像を送信するために、通信エンコーダを
利用することも可能である。

【００２５】 図６を参照すると、インタフェースおよび処理ユニット（ＩＰＵ）のコンポー
ネントが詳細に例示されている。ＩＰＵ５０は、プロセッサデバイス８８、記憶
デバイス８４、タイミングおよび制御ユニット８６、電力供給／ＤＣコンバータ
９６、カメラコマンドインタフェース９２、コントロールユニットインタフェー
ス９８、ＨＭＤコマンドインタフェース１００、サーボインタフェース９０、カ
メラコマンドインタフェース９２、および、カメラビデオインタフェース９４を
有している。図６の記憶デバイス８４は、実行可能なバイナリファイル中に、動
作可能なソフトウェア機能を保持する。ソフトウェア機能は、適当なデータ構造
で記憶された、適切な所定のプリセットされたパラメータ値により制御されるコ
ンピュータプログラムである。カメラ２２、２４は、ビデオ画像を示す信号を、
カメラビデオインタフェース９４に送信する。信号は、それぞれの表示デバイス
上で表示されるように、ＨＭＤコマンドインタフェース１００を介して、ＨＭＤ
３０に送信される。また、カメラ２２、２４は、プロセッサデバイス８８に、光
度(luminous)データを示すディジタル信号を送信し、ディジタル信号は、必要な
場合に、処理され活性化される。カメラ２２、２４から受理したデータにしたが
って、プロセッサデバイス８８は、カメラ２２、２４の焦点距離など画質に関す
るパラメータの値を変更するために、カメラコマンドインタフェース９２および
シリアルコマンドライン５４、５６を介して、コマンドを、カメラ２２、２４に
送る。また、プロセッサデバイス８８は、カメラ２２、２４の互いの空間的位置
を適切に変更するために、サーボインタフェース９０を介して、コマンドを、Ｉ
ＰＤ／収束角機構４６に送り、これにより、最適なＩＰＤおよびこれに関連する
収束角を確立して、ユーザの眼の疲労を低く抑えつつ、最適なデプスの知覚を達
成する。

【００２６】 オペレータコントローラ（ＯＣ）４０は、プロセッサデバイス８８に接続され
ている。ＯＣ４０により、ユーザ１０は、視野、フォーカス、オートホワイトバ
ランスなど、システムの特定のパラメータを制御することができる。ユーザ１０
の指示は、プロセッサユニット８８に送信され、実行可能なバイナリーフォーマ
ットに適当にエンコードされ、記憶デバイス８４に記憶されたソフトウェアファ
ンクションを用いて、プロセッサデバイス８８により翻訳される。コマンドは、
カメラコマンドインタフェース９２およびサーボインタフェース９０を介して、
カメラ２２、２４およびＩＰＤ／収束角制御機構４６に送信される。

【００２７】 カメラ２２、２４は、レンズの絞りとシャッタスピードとによりカメラのビデ
オレベルを制御するための、自動ライトコントロール（ＡＬＣ）などの幾つかの
自動的なビルトイン機能を備えている。自動的なビルトイン機能は、焦点距離な
どの重要な動作可能なパラメータを訂正するために利用され、これにより、プロ
セッサデバイス８８が、全ての局面で画像チャンネルを自動的に均衡させること
が可能となる。プロセッサ８８は、受理したディジタル制御信号を解析した後、
カメラ２２、２４のそれぞれのパラメータをセットする。二つの画像は、適切な
フォーカス、ビデオレベルおよびカラーバランスに訂正される。また、プロセッ
サ８８は、割り込み処理、エラー復旧などシステムレベルでの種々のタスクを処
理する。

【００２８】 提案したシステムの性能は、システムを効率的に動作させるために重要な幾つ
かのパラメータに依存している。カメラが物体に接近して動作するときに、適切
な焦点距離および色の強さが維持されなければならない。双方のカメラが与えら
れたセッション中のいかなる時でも、一様な性能を達成するために、カメラはこ
れらの面の均衡をとる必要がある。

【００２９】 図７を参照すると、システムの主たる処理機能のフローチャートが示されてい
る。ステップ１０４において、オペレータが図５に示す電源コントロール６７を
起動すると、電源がオンとなる。引き続いて、ステップ１０６において、システ
ムが初期化される。初期化処理は、その期間中に全ての機能的なパラメータが、
記憶デバイス８４にてテーブルなどのようなあるデータ構造で記憶された、定め
られた値にリセットされるような、システムスタートアップである。初期化処理
の詳細な描写は、以下の図面に関連して後述されるであろう。ステップ１０８に
おいて、図５のＯＣ４０がアクセスされて、図５に記載したプッシュボタンなど
の特定のコントロールを介してマニュアルで入力されたオペレータの指示が読み
出される。ステップ１１０において、ＯＣコマンドは、図６のプロセッサデバイ
ス８８により処理される。処理の詳細な描写は、以下の図面に関連して後述され
るであろう。ステップ１１２で、平均ビデオレベルが、双方のカメラから読み出
され、ビデオレベルに関してカメラの均衡がとられる。この詳細な描写も、以下
の図面に関連して後述する。ステップ１１４において、双方のカメラからフォー
カスセッティングが読み出され、焦点距離に関してカメラの均衡がとられる。こ
の詳細な描写も、以下の図面に関連して後述する。ステップ１１６で、ＩＰＤお
よびＤＡが、先に取得されたフォーカス（焦点）の値にしたがって設定される。
この詳細な描写も、以下の図面に関連して後述する。

【００３０】 図８を参照すると、オペレータコントローラ４０上のコントロールアクチベー
ションのシーケンスが例示されている。ＯＣ４０を利用するオペレータにより制
御される基本的な処理、システムの動作のモードは以下のとおりである。 ａ）初期化モード ｂ）再調整モード ｃ）通常動作（自動モード） ｄ）システムパラメータのマニュアル修正

【００３１】 ＯＣ４０を介して、オペレータには、上述した全ての処理および動作を起動す
る選択肢が与えられる。図７の初期化処理１０６は、二つの状態で作業をする。
すなわち、図５の電源スイッチ６７の起動に引き続き電源がオンされるとき、或
いは、図５の初期化コントロール６８が用いられたときである。図５の初期化６
８が用いられることにより、オペレータは、図６のプロセッサデバイス８８によ
り自動的に実行される、図６の記憶デバイス８４に記憶された一連の所定の機能
を起動させる。ステップ１２０において、初期化シーケンスは、システムをスタ
ートアップさせることから始まり、次いで、全ての機能的なパラメータが特に定
義された所定の値にリセットされる。初期化処理にて実行される動作可能なステ
ージは以下のとおりである。

【００３２】 ａ）ステップ１２２において、カメラ２２、２４がオンされる。 ｂ）ステップ１２４において、カメラ２２、２４上のオートホワイトバランス
が室内の値にセットされる。 ｃ）ステップ１２６において、視野が約３５°に設定される。 ｄ）ステップ１２８において、シャッタスピードが約１／６０秒に設定される
。 ｅ）ステップ１３０において、自動利得コントロール（ＡＧＣ）がオフにセッ
トされる。ＡＧＣは、プリセットレベルと整合させるために、入力信号を引き上
げ或いは引き下げることにより、オーディオ或いはビデオの入力レベルを補償す
る電子回路である。ＡＧＣを利用することにより、変更された入力レベルが、単
一の定数設定で出力することができる。 ｆ）ステップ１３２において、シャッタ優先モードに入るために絞りが自動に
セットされる。 ｇ）ステップ１３４において、フォーカスが約１．５ｍ（約５フィート）の値
に設定される。 ｈ）ステップ１３６において、瞳孔間隔（ＩＰＤ）が７５ｍｍ（約３インチ）
の値に設定され、収束角が、約２度から約４度（好ましくは２．９度）に設定さ
れる。 ｉ）ステップ１３８において、現在のパラメータの自動的な変更を防止するた
めに、スタビライザがオンにセットされる。

【００３３】 初期化機能は、制御を主たる機能（メインファンクション）に返し、引き続い
て、動作可能なシステムのパラメータを連続的に調整する処理を開始するために
、通常動作（自動モード）に入る。 再調整処理１５０は、背景光の強度など環境要素が変化したとき、ＩＰＤおよ
び収束角に関してカメラの位置が急に変化したとき、或いは、カメラ２２、２４
に関する双方のビデオチャンネルが不均衡となったときに起動される。再調整処
理１５０中に実行されるステップは、初期化処理１２０における処理と類似して
いる。しかしながら、システムの全てのパラメータを定められたデフォルト値に
リセットすることはない。再調整処理１５０において、ユーザ１０に対して表示
されている画像の急速な変化を防止するために、図５のシースルーコントロール
７２が起動されるのが望ましい。図５の再調整コントロール７０が起動されるの
に引き続いて、記憶デバイス８４から対応する機能がロードされ、図５のプロセ
ッサデバイス８８により実行される。この機能にて実行されるステップは以下の
とおりである。

【００３４】 ａ）ステップ１５２において、シャッタスピードが約１／６０秒に設定される
。 ｂ）ステップ１５４において、自動利得コントロールがオフにセットされる。 ｃ）ステップ１５６において、絞りが自動モードにセットされる。 ｄ）ステップ１５７において、カメラがビデオレベルに対応して均衡を取られ
る。 ｅ）ステップ１５８において、フォーカスが自動に設定される。 ｆ）ステップ１５９において、カメラが争点距離に対応して均衡をとられる。 再調整機能は、制御を主たる論理機能（メインロジックファンクション）に蝿
氏、その結果、動作可能なシステムのパラメータを連続的に自動で、かつ、オン
ラインで調整することを開始するために、通常動作（自動モード）に入る。

【００３５】 オペレータには、図５のモードコントロール７４を使用してシステムの幾つか
のパラメータを修正する選択肢を与えられる。ステップ１４０で、モードコント
ロール７４を繰り返しかつ断続的に起動することにより、オペレータは、特定の
パラメータを修正できる、所望の動作モードを選択する。双方のカメラに関して
全ての修正が動作可能である。選択されたモードにしたがって、当該選択された
モードに固有の視覚インジケータが、図５の表示スクリーン６６上に現れる。デ
フォルトモードは、ＦＯＶモード或いは視野の変更である。ＦＯＶは、当該ＦＯ
Ｖモードにおいてズームインおよびズームアウトの動作にそれぞれ対応する、ア
ップコントロール７８或いはダウンコントロール７６の起動を介して、ステップ
１４２で調整される。その結果、ＦＯＶの値の変更は、受理する画像のサイズを
増大或いは減少させる。したがって、このような手法で画像の拡大が実現される
。

【００３６】 ステップ１４４において、ＡＷＢ択一モードが選択される。ＡＷＢモードにお
いては、双方のカメラに対してホワイトバランスが調整される。ユーザには、ホ
ワイトバランス調整の三つの所定の値を切り替える選択肢が与えら得る。これら
の値は以下のとおりである。 ａ）室内：人工光にしたがった画像の色の訂正 ｂ）屋外：画像の色を、約６５００度ケルビン(degrees Kelvin)の自然光に訂
正する。 ｃ）自動：自動ＡＷＢを実行する。

【００３７】 ステップ１４６において、オペレータはカメラ間のフォーカスを均衡させる。
双方のカメラの焦点距離は、必要な場合にチェックされて修正される。カメラに
対して、争点距離が修正されるときに、ＩＰＤが計算されて修正される。ＩＰＤ
の平均値が、立体的映像を見ることができる観察者と、観察される空間の最もク
リアに見られる物体との間の距離の１／２０であるときに、立体的映像の眺めが
最適となるため、ＩＰＤの値は、約５０ないし６０ｍｍ（好ましくは５３ｍｍ）
を最小値として焦点距離の１／２０に設定される。ＩＰＤの修正の後に、収束角
ＤＡが、ルックアップテーブルなどの適当なデータ構造をアクセスして適切な値
を取り出すことにより取得される。

【００３８】 図９を参照すると、ビデオレベル１１２の自動均衡処理が示されている。ステ
ップ１６６において、光度(luminous)の平均ビデオレベルが双方のカメラから読
み出され、ステップ１６８で、カメラから取得された値が相互に比較される。ス
テップ１７０において、二つのカメラ間のビデオレベルの差が、所定の値、たと
えば、１０％より大きいか否かが判断される。上記差が所定の値より大きい場合
には、ステップ１７２において、各カメラがチェックされて、何れのカメラが、
所定に設定されたビデオレベル値、たとえば、ピークトゥピーク(peak to peak)
で約１．０ボルトから離間している設定となっているかを判断する。ステップ１
７６或いはステップ１７４の結果にしたがって、それぞれのカメラの絞りが、所
定の設定された値に調整される。引き続いて、制御はステップ１６８に戻って、
均衡（バランシング）の処理が繰り返される。ステップ１６８において、カメラ
のビデオレベル間の差が、所定の値より小さいことが見出された場合には、制御
は、ステップ１６６に戻り、カメラの光度ビデオレベルが再度取得される。

【００３９】 図１０を参照すると、カメラ相互のフォーカス設定の自動的均衡（バランシン
グ）１１４に関する制御フローが示されている。ステップ１８０において、双方
のカメラの焦点距離の設定が取得され、ステップ１８２において、その差をとる
ために比較される。ステップ１８４で、設定の間に差があるか否かが判断される
。差が見出されない場合には、均衡処理を繰り返すために、制御はステップ１８
０に戻る。ステップ１８６において設定に差があることが見出された場合には、
何れのカメラのフォーカス設定が、他のカメラの値よりも高いかが判断される。
ステップ１９０の結果或いはステップ１８８の結果にしたがって、より高いフォ
ーカスの値を有するカメラのフォーカスが、他のカメラの値に再セットされる。

【００４０】 図１１を参照すると、ＩＰＤおよびＤＡの自動的設定に関する論理フローが示
されている。ステップ１９４において、双方のカメラのフォーカス設定が読み出
され、ステップ１９６においてＩＰＤが算出される。ステップ１９８において、
ＩＰＤが設定され、ステップ２０２で、ＩＰＤの値によって、ステップ２００で
記憶装デバイス上に保持されたルックアップテーブルからＤＡの値の取り出しが
可能となる。ＤＡの値はステップ２０４で設定される。結果は、図６のサーボイ
ンタフェース９０に供給され、また、所定の信号に変換されて、図６のＩＰＤ／
ＤＡ制御機構４６に送られる。次いで、機能制御は、ステップ１９４に戻り、双
方のカメラからのフォーカス設定の読み出しが取得され、処理が繰り返される。

【００４１】 図１２Ａ、１２Ｂおよび１２Ｃを参照すると、図６に示すカメラモジュール２
０の機構的構造が示されている。カメラモジュール２０は、関連する機構部品を
備えたモータ２１６、２１０を有している。カメラ２２、２４は、ベース２１８
からつり下げられている。機構のベース２１８に対する取り付けポイントは、双
方のモータ２１０、２１６を保持するボルトである。前方モータ２１６は、反対
方向のねじ山をもつ両側の軸を備えている。カメラ２２、２４を保持するボルト
は、同一のねじ山を有している。したがって、モータ２１６が一方向に回転する
と、前側２１２とカメラ２２の前側２１４は、それぞれ、互いに接近するように
移動し、或いは、互いに離間するように移動する。上述したような動きを可能に
するために、ボルトとカメラ２２、２４のハウジングとの間の連結は、位置を変
更しないが自由に回転できるようになっている。また、背部モータ２１０には、
双方のアーム２０６、２０８を動かすねじ山をもつシャフトが備えられている。
したがって、モータ２１０の動く方向にしたがって、カメラ２２、２４の後側の
距離が、モータ２１０の動く方向にしたがって、増大或いは減少する。上述した
機構により、ＩＰＤおよび収束角の双方が制御される。

【００４２】 当業者は、上記記載が、本発明の潜在的なコンセプトを単に例示したものであ
り、提案するシステムの製造にて有効となり得る多数の想像可能なデザインから
可能な配置の一つを単に引用したに過ぎないことに、容易に気付くであろう。 本発明の他の実施例においては、手系的な手術室の構造にあわせるために、記
録および再生のオーディオや通信のような付加的機器が追加されるであろう。 また、本発明のさらに他の実施例においては、システムのよりコンパクトなバ
ージョンに、バッテリーやカーバッテリーコネクタで作動される付加的な光源が
設けられるであろう。この実施例において、システムは、屋外で活動する軍や救
急救命のクルーによっても使用可能となる。

【００４３】 本発明のさらに他の実施例においては、提案されたシステムは、軍用の低高原
で作動するモノクロの超高感度カメラ（ＩＣＣＤカメラ）を備えることもできる
。 当業者は、本発明が上に示しまた記述したものに限定されないことを理解する
であろう。むしろ、本発明の範囲は、以下の請求の範囲のみにより確定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、ユーザの身体に関してコンポーネントの機能的な配置を示
す、システムの主たるコンポーネントを示す図である。

【図２】 図２は、機能的に相互接続されたシステムの主たるコンポーネント
を示す単純化されたブロックダイヤグラムである。

【図３】 図３は、一対のカメラおよび観察される物体の、立体映像に関連す
る空間的関係を定義した幾何学的要素の図形的表示である。

【図４】 図４は、与えられたカメラと物体との距離において、瞳孔間隔の変
化に依存する、立体的映像システムの質的な性能を示すグラフである。

【図５】 図５は、システムのコンポーネントの配置を概略的に示す図である
。

【図６】 図６は、インタフェースおよび処理ユニットのハードウェアおよび
ソフトウェアのコンポーネントを示す機能的ブロックダイヤグラムである。

【図７】 図７は、システムの主たる動作可能な機能のハイレベルなフローチ
ャートである。

【図８】 図８は、オペレータコントローラユニットにて起動される制御のシ
ーケンスに対応したハイレベルなフローチャートである。

【図９】 図９は、カメラの光度データの読み出しを用いたビデオレベル制御
に関連するハイレベルなフローチャートである。

【図１０】 図１０は、カメラからの読み出しを利用したフォーカス制御のハ
イレベルなフローチャートである。

【図１１】 図１１は、先に読み出されたフォーカスを用いたＩＰＤおよびＤ
Ａの値の調整に関連するハイレベルなフローチャートである。

【図１２Ａ】 図１２Ａは、瞳孔間隔（ＩＰＤ）および収束角（ＤＡ）を制御
するモータおよび関連する機構を含むカメラモジュールの機構的構造を示す図で
ある。

【図１２Ｂ】 図１２Ｂは、瞳孔間隔（ＩＰＤ）および収束角（ＤＡ）を制御
するモータおよび関連する機構を含むカメラモジュールの機構的構造を示す図で
ある。

【図１２Ｃ】 図１２Ｃは、瞳孔間隔（ＩＰＤ）および収束角（ＤＡ）を制御
するモータおよび関連する機構を含むカメラモジュールの機構的構造を示す図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接近した観察の処理、および、身体的な適用空間内の物体の操
   作を補助するため、身体的な適用空間の、リアルタイムで、動的に、拡大率が変
   更される、最適化された、立体的映像にエミュレートされた画像を、人間のオペ
   レータに表示する方法であって、 画像生成デバイスにより前記適用空間の動的な画像を生成し、 前記画像生成デバイスの画像品質制御パラメータの値を監視し、 最適な立体的映像の品質を取得するために、前記画像品質制御パラメータの値
   にしたがって、画像生成デバイスの、立体的映像の品質に関連する物理的な位置
   を自動的に調整し、 動的な画像をエンコードされた電気信号にエンコードし、 動的な画像を示す前記エンコードされた電気信号を、前記人間のオペレータの
   眼に光学的に整列した表示デバイスに送信し、 動的な画像を示すエンコードされた信号を、再生画像にデコードし、 人間のオペレータの眼に対して、前記再生された画像を表示し、 前記画像生成デバイスの立体的映像の品質に関連する物理的位置が、前記画像
   生成デバイスの間の瞳孔間隔（ＩＰＤ）と、前記画像生成デバイスの視線の間の
   収束角（ＤＡ）とを含むことを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 画像生成デバイスの、立体的映像の品質に関連する物理的な位
   置を調整するステップが、 前記監視された画像品質制御パラメータの値にしたがって、最適なＩＰＤの値
   およびこれに対応した最適なＤＡの値を含む、最適な立体的映像の品質制御パラ
   メータの値を算出し、 空間に関する制御デバイスに、前記算出された最適な立体的映像の品質制御パ
   ラメータの値を送信し、 前記算出された最適な立体的映像の品質制御パラメータの値を、適切な物理的
   な位置決め信号に変換し、 前記最適なＩＰＤの値およびＤＡの値にしたがって、前記画像生成デバイスを
   、空間的な位置に、物理的に位置決めし、かつ、 上記ステップを繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 さらに、 前記画像生成デバイスの、画像品質制御パラメータのセッティングを自動的に
   均衡させるステップを備えたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記画像品質制御パラメータのセッティングを自動的にいの区
   させるステップが、 第１の画像生成デバイスの画像品質制御パラメータの値を監視し、 第２の画像生成デバイスの画像品質制御パラメータの値を監視し、 前記第１の画像生成デバイスおよび第２の画像生成デバイスの、前記画像品質
   制御パラメータの値を比較し、 前記第１の画像生成デバイスおよび第２の画像生成デバイスの、画像品質制御
   パラメータの値を均一にし、 上記ステップを繰り返すことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 【請求項５】 さらに、前記画像生成デバイスの画像品質制御パラメータを手
   動で制御するステップを備えたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 【請求項６】 画像品質制御パラメータを手動で制御するステップが、 画像生成デバイスの画像品質制御パラメータの値を初期化し、 前記画像生成デバイスの前記画像品質制御パラメータの値を、選択的に再調整
   し、 前記画像生成デバイスの少なくとも一つの画像品質制御パラメータの値を、選
   択的に再設定し、 前記画像生成デバイスの画像品質制御パラメータの値を一定に保ち、 前記画像生成デバイスを、前記表示デバイスから選択的にその接続を絶ち、前
   記適用空間の、表示デバイスの視線を通した観察が可能となるようにすることを
   特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 【請求項７】 少なくとも一つの画像品質制御パラメータの値を、選択的に再
   設定するステップが、 表示される画像の視野および拡大率を制御し、 表示される画像の色バランスを調整し、 表示される画像の鮮明さを調整し、 表示される画像の明るさを設定することを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 【請求項８】 カラーで、高解像度の、拡大率が変更される、動的で、立体的
   映像による、質的に最適に再生された、物理的な手術環境のビデオ画像を、前記
   環境内の物体に関連した観察および操作のセッション中に、人間のオペレータを
   補助するために当該人間のオペレータに提供する方法であって、 ビデオカメラにより前記観察および操作セッションの動的な画像を注視し、 前記動的な画像を、エンコードされたビデオ信号に変換し、 ビデオカメラの画像品質制御パラメータの値を監視し、 偶発的、手動或いは自動的に、前記画像品質制御パラメータに生じた変化を監
   視し、 ビデオカメラ相互の物理的位置を、自動的に最適化し、 ビデオ画像を表す前記エンコードされた信号を、一群の適当な導線を介して、
   手術環境と人間のオペレータの眼との間に配置されたそれぞれの視覚スクリーン
   に送信し、 動的な画像を表す電気信号を、可視的に再生されるビデオ画像にデコードし、 前記視覚スクリーン上に、前記可視的に構築されたビデオ画像を表示し、 前記ビデオカメラの互いの物理的位置が、ビデオカメラ間の瞳孔間隔（ＩＰＤ
   ）と、前記ビデオカメラの視線の間の収束角（ＤＡ）とを含むことを特徴とする
   方法。
9. 【請求項９】 さらに、前記視覚スクリーン上の均一な画像を実現するために
   、ビデオカメラの前記画像品質制御パラメータの値を均衡させるステップを備え
   たことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 【請求項１０】 さらに、人間のオペレータにより、ビデオカメラの、操作可
    能な画像品質制御パラメータの値を手動で調整するステップを備えたことを特徴
    とする請求項８に記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記手動で調整するステップが、 ビデオカメラの操作可能な設定を予め定められた値に初期化し、 前記ビデオカメラの操作可能な設定を、予め定められた値に、選択的に再調整
    し、 ビデオカメラの少なくとも一つの操作可能な設定を、所定の値に、選択的に再
    設定し、 ビデオカメラの操作可能な設定の自動的な構成を不可能にし、 視覚スクリーン上のビデオ画像の表示を不可能にして、人間のオペレータに、
    その視線を経た明瞭な眺望を提供することを特徴とする請求項１０に記載の方法
    。
12. 【請求項１２】 操作可能な設定を初期化するステップが、 ビデオカメラを起動し、 カラーバランスコントロールを予め定められた値に設定し、 拡大率を予め定められた値に請求項手致死、 シャッタスピードを予め定められた値に設定し、 自動利得コントロールとの接続を絶ち、 自動絞り制御を動作可能にし、 争点距離を予め定められた値に設定し、 焦点距離にしたがって、瞳孔間隔の値を算出し、 瞳孔間隔の値にしたがって収束角を算出し、 瞳孔間隔および収束角に対応して、ビデオカメラの移動をなし、 ビデオカメラの制御を一手に保つことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 【請求項１３】 選択的に再調整するステップが、 シャッタスピードを予め定められた値に設定し、 自動利得コントロールを動作不可能にし、 自動絞り制御を動作可能にし、 自動焦点制御を動作可能にし、 輝度のレベルに関してビデオカメラを均衡させ、 焦点距離に関してビデオカメラを均衡させることを特徴とする請求項１１に記
    載の方法。
14. 【請求項１４】 ビデオカメラ相互の物理的位置を自動的に最適化するステッ
    プが、 ビデオカメラの焦点距離の設定を監視し、 最適な瞳孔間隔の値およびこれに対応した最適な収束角の値を算出し、 結果の値を、動作可能なサーボモータインタフェースにより、適当な電気制御
    信号に変換し、 ビデオカメラ相互の位置決めを動作させる適切なサーボモータデバイスを起動
    し、 上記ステップを繰り返すことを特徴とする請求項８に記載の方法。
15. 【請求項１５】 前記瞳孔間隔の算出結果が、焦点距離を予め定められた値で
    割った値により取得されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 【請求項１６】 収束角の算出結果が、算出された瞳孔間隔にしたがって、予
    め定められたテーブルから所望の値を取ることにより取得されることを特徴とす
    る請求項１４に記載の方法。
17. 【請求項１７】 立体的映像のビデオ観察および拡大システムであって、 人間のオペレータに装着可能なカメラモジュールに埋め込まれた、機構的にリ
    ンクされた二つのビデオカメラと、 人間のオペレータに装着可能な、ヘッドマウントディスプレイユニットに埋め
    込まれた二つの表示スクリーンと、 人間のオペレータに装着可能なオペレータコントローラと、 インタフェースおよび処理ユニットと、 前記二つのビデオカメラに接続された適当なビデオ回路であって、当該ビデオ
    回路を介して、ビデオカメラが、二つの表示スクリーン上に表示すべき、手術環
    境の動的な画像を示す適当な電気信号を送信するようなビデオ回路と、 シリアル通信リンクおよびシリアル回路であって、再生される画像の監視、連
    続的で自動的な均衡および最適化を可能にするために、当該シリアル通信リンク
    およびシリアル回路を介して、ビデオカメラの画像品質制御パラメータを示すデ
    ィジタル信号が、インタフェースおよび処理ユニット、並びに、オペレータコン
    トローラに送信されるように構成された、シリアル通信リンクおよびシリアル回
    路とを備え、 前記カメラモジュールが、 ビデオカメラに連結され、二つのカメラの間の距離に関するカメラの位置決め
    をなす第１のサーボモータと、 二つのビデオカメラに連結され、手術空間の物体へのそれぞれの視線により形
    成される収束角に関して、カメラの位置決めをなす第２のサーボモータとを有し
    、これにより、制御可能な瞳孔間隔／収束角機構が形成されることを特徴とする
    システム。
18. 【請求項１８】 オペレータコントローラが、 システムステータス、画像品質制御パラメータの値、および、現在の動作モー
    ドを示す表示スクリーンと、 人間のオペレータに、画像品質制御パラメータを予め定められた値に設定する
    選択肢を与える初期化コントロールと、 人間のオペレータに、画像品質制御パラメータの値を再調整する選択肢を与え
    る再調整コントロールと、 画像品質制御パラメータを手動で選択するためのモードコントロールと、 現在のモードに関して、パラメータの値を、手動で調整するための、アップコ
    ントロールおよびダウンコントロールと、 オペレータが自然な視線に沿って手術空間を眺めることができるように、ビデ
    オカメラにより可視スクリーンに送信されるビデオ信号の接続を絶つためのシー
    スルーコントロールとを有することを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
19. 【請求項１９】 前記コントロールがプッシュボタンであることを特徴とする
    請求項１８に記載のシステム。
20. 【請求項２０】 インタフェースおよび処理ユニットが、 システムの電源をオンおよびオフするメイン制御デバイスと、 ビデオカメラから受理したビデオ信号を処理するカメラビデオインタフェース
    と、 ビデオカメラから受理した画像品質制御パラメータの値に対応するディジタル
    信号を処理し、かつ、プロセッサデバイスからそれぞれのカメラに、処理された
    ディジタル信号を送信するカメラコマンドインタフェースと、 ビデオ画像に対応する電気信号を、視覚スクリーンに送信するヘッドマウント
    ディスプレイインタフェースと、 ビデオカメラの位置決めに関連する制御信号を、適当なサーボコマンドに変換
    し、かつ、前記サーボコマンドを、それぞれの位置決め調整機構に送信するサー
    ボインタフェースと、 実行可能な制御機能、制御テーブル、および、予め定められた画像品質制御パ
    ラメータの値を保持する記憶デバイスと、 画像品質制御パラメータの値に関するディジタル信号を処理するプロセッサデ
    バイスと、 オペレータからのコマンドを受理する制御ユニットインタフェースと、 電源供給／ＤＣコンバータデバイスと、 タイミングおよび制御ユニットとを有することを特徴とする請求項１７に記載
    のシステム。
21. 【請求項２１】 前記メイン制御デバイスが、ガードされたスイッチであるこ
    とを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
22. 【請求項２２】 前記可視スクリーンが、液晶デバイスであることを特徴とす
    る請求項１７に記載のシステム。
23. 【請求項２３】 ビデオカメラがＳ−ＶＨＳ出力を有することを特徴とする請
    求項１７に記載のシステム。
24. 【請求項２４】 可視スクリーンが、ビルトインされたシースルー能力を有す
    ることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
25. 【請求項２５】 さらに、生成された動的な画像に関して、録画および再生能
    力を備えたことを特徴とする請求項１７に記載のシステム。