JP6553130B2 - ステレオビデオ内視鏡の光学系と、ステレオビデオ内視鏡とステレオビデオ内視鏡の光学系を操作するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステレオビデオ内視鏡の光学系であって、遠位光学アセンブリと近位光学アセンブリとを備え、
近位光学アセンブリは、左光軸を備えた左レンズ系チャネルと右光軸を備えた右レンズ系チャネルとを備え、
左および右レンズ系チャネルは、同様に設計され、また、左および右光軸は互いに平行に整列させられ、
遠位光学アセンブリは、被写体空間から入射する光を、近位光学アセンブリの左レンズ系チャネルおよび右レンズ系チャネル内へ結合するように構成され、
遠位光学アセンブリは、左レンズ系チャネルの左視野軸および右レンズ系チャネルの右視野軸が交差する、被写体空間内に軸方向交差点を定める、ステレオビデオ内視鏡の光学系に関する。

更に、本発明は、そのような光学系を備えたステレオビデオ内視鏡のほかに、ステレオビデオ内視鏡の光学系を操作するための方法にも関し、
光学系は、遠位光学アセンブリと近位光学アセンブリとを備え、近位光学アセンブリは、左光軸を備えた左レンズ系チャネルと右光軸を備えた右レンズ系チャネルとを備え、
左および右レンズ系チャネルは、同様に設計され、また、左および右光軸は互いに平行に整列させられ、
遠位光学アセンブリは、被写体空間から入射する光を、近位光学アセンブリの左レンズ系チャネルおよび右レンズ系チャネル内へ結合し、
遠位光学アセンブリは、左レンズ系チャネルの左視野軸および右レンズ系チャネルの右視野軸が交差する、被写体空間内に軸方向交差点を定める。

内視鏡シャフトの遠位先端から入る光が、光学系を通して１つ以上のイメージセンサ上に導かれるビデオ内視鏡が、異なる設計で知られている。直接視野、いわゆる０°視野方向を備えた内視鏡、横視野方向を備えた内視鏡、および（Ｖ−ＤＯＶ内視鏡とも呼ばれる）調整可能な視野方向を備えた内視鏡もある。

更に、ステレオビデオ内視鏡は知られ、ステレオビデオ内視鏡は、一対の立体的画像、またはそれぞれ２つの立体的ビデオチャネルを記録するように設計されている。そのような機器により、内視鏡シャフト端の遠方前にある検査または手術空間の３Ｄ画像を形成することは可能である。ステレオビデオ内視鏡の場合には、２つの光学チャネルが、わずかに異なる視野方向から記録される。左チャネルが、左視野軸の方向に面し、この左視野軸は、右視野軸を有する角度に接合し、この右視野軸の方向では、右チャネルが面する。左および右視野軸は被写体空間の軸方向交差点で交わる。人間の場合、この点は、人間の両目の視線が交わる交差点と一致する。

ステレオビデオ内視鏡の２つのチャネルはステレオベースにより互いから間隔を空けて配置され、互いに対してオフセットまたは変位されている。右および左画像チャネルは、同時に記録され、例えば、３Ｄスクリーン上、または３Ｄビデオ眼鏡を介して、特に適切な再生装置によりユーザにとって使用可能にされている。これは、検査または手術野内にある被写体の３Ｄ画像を示している。

横視野方向を備えたステレオビデオ内視鏡の光学系は、ドイツ特許 １０ ２０１３ ２１５ ４２２ Ａ１から知られている。そのシステムは横向きに面する遠位光学アセンブリを備えている。それは、外部からの内視鏡シャフトを閉鎖する入射窓の後ろに配置されている。遠位光学アセンブリは、光入射方向に観察された場合、入射レンズ、光学偏向ユニットおよび出射レンズを連続して備えている。近位光学アセンブリの左および右レンズ系チャネルは、光入射方向に観察された場合、遠位光学アセンブリの出射レンズに更に後から続いている。２つのレンズ系チャンネル各々は、それら自身の光軸を有し、左および右イメージセンサ上の左および右チャネルを撮像するように構成されている。光学系は単一の共通の遠位光学アセンブリと、２の個別の近位光学アッセンブリ、すなわち、左および右レンズ系チャネルと、を備えている。

ステレオビデオ内視鏡の更なる光学系は、ドイツ特許 １０ ２０１３ ２１７ ４４９ Ａ１から知られている。このシステムは、可変視野方向を許容している。プリズムユニットは、視野方向を変化させる働きをし、この視野方向は、垂直および水平軸周りの両方に回転させることができる。２つの回転軸は、内視鏡シャフトの縦軸上で垂直になっている。プリズムユニットは、中央偏向ユニットと２対の偏向プリズムとを備え、これらプリズムは、中央偏向ユニットの反対側にそれぞれ配置されている。ドイツ特許 １０ ２０１３ ２１５ ４２２ Ａ１から知られる光学系のように、単一で共通の遠位光学アセンブリが、被写体空間から光学系に入射した光を左レンズ系チャネル内および右レンズ系チャネル内へ結合するように同様に構成されている。

最新式のステレオビデオ内視鏡は、高い画像解像度を提供している。それらのイメージセンサは、多数のピクセルおよび、したがって、非常に小さなピクセルサイズを有している。そのような機器の光学系は大きなアパーチャ、つまり小さなｆ値の光学系（レンズ）を有している。しかしながら、これらの光学系は単に小さな鮮明度深度を提供するのみである。したがって、被写体空間にある被写体が、左および右のレンズ系チャネルのイメージセンサ上で撮像されるように、左および右のレンズ系チャネルの撮像光学系を最良の作業点に合焦させることが要求される。この最良の作業点は、最良の操作点としても称される。

本発明の目的は、改善された３Ｄ表現が可能である、ステレオビデオ内視鏡の光学系と、ステレオビデオ内視鏡と、ステレオビデオ内視鏡の光学系を操作する方法とを、特定することである。

上記目的は、ステレオビデオ内視鏡の光学系により解決され、ステレオビデオ内視鏡の光学系は、
遠位光学アセンブリと近位光学アセンブリとを備え、
近位光学アセンブリは、左光軸を備えた左レンズ系チャネルと右光軸を備えた右レンズ系チャネルとを備え、
左および右レンズ系チャネルは、同様に設計され、また、左および右光軸は互いに平行に整列させられ、
遠位光学アセンブリは、被写体空間から入射する光を、近位光学アセンブリの左レンズ系チャネルおよび右レンズ系チャネル内へ結合するように構成され、
遠位光学アセンブリは、左レンズ系チャネルの左視野軸および右レンズ系チャネルの右視野軸が交差する軸方向交差点を被写体空間内に定め、
遠位光学アセンブリが調整可能な焦点距離を備えた光学アセンブリであり、
遠位光学アセンブリの焦点距離の変化は、遠位光学アセンブリの光軸に沿った方向に被写体空間内の軸方向交差点に変位を生じさせるという点で、光学系は、更に発展されている。

写真撮影から知られているように、遠位光学アセンブリの焦点距離の変化は、ズームレンズのズームアクションと同じように起こる。そのようなレンズは、バリオ対物レンズ、バリオシステム、バリオフォーカスまたはトランスフォケータと呼ばれている。被写体空間の軸方向交差点の変位は、特に遠位光学アセンブリの光軸と平行に起こる。更に、光学系の操作中の遠位光学アセンブリが、被写体空間から入射した光を、近位光学アセンブリの左レンズ系チャネル内および右レンズ系チャネル内へ結合することを、特に提供している。

本発明の態様によれば、ステレオビデオ内視鏡の光学系は、次の考察に基づいている。
左レンズ系チャネルおよび右レンズ系チャネルの合焦は、被写体空間にある被写体の鮮明な撮像を可能にする。しかしながら、このプロセスでは、それぞれ鮮明に撮像された被写体は、内視鏡の遠位先端から異なる距離に位置するが、３Ｄ画像の零レベルは変化されられないままである。言いかえれば、左レンズ系チャネルおよび右レンズ系チャネルの視野軸が交差する軸方向交差点は、面の前および後ろの両方に位置することができ、そこでその面では被写体はレンズ系チャネルのイメージセンサ上で鮮明に撮像される。

そのような被写体で創られた画像の３Ｄ表現では、この効果は、スクリーン面の前および後ろの両方に位置するように見える３Ｄ画像をもたらす。しかしながら、３Ｄ表示の零レベルは、理想的にはスクリーン表面の面内にある。奥行き方向の３Ｄ表示の変位は、ユーザによりしばしば目には不快で厳しいと思われている。

本発明の態様によれば、光学系の支援により、遠位光学アセンブリの焦点距離の変化を通して軸方向交差点の変位により３Ｄ表示の３Ｄ零レベルの変位を達成することが可能である。零レベルはいかなる位置にでも置くことができる。３Ｄ画像が快適だと感じるようにユーザは自分で判断し、システムをセットアップする。特に、モニタの表面が広がる面内に３Ｄ零レベルを置くことが可能である。

本発明の態様による光学系で可能な３Ｄ画像はより快適である。そのような系を備えた装置は、疲れにくい。この態様は、ステレオビデオ内視鏡にとって非常に重要で且つ関連性がある。内視鏡は、外科医のための技術的援助として非常に役立つ。外科医は、その人の仕事中、ハイレベルのストレスを一般的に経験している。外科用器具により提供される３Ｄ画像は、外科医のストレスレベルを更に上げるべきではない。外科的介在は、しばしば長時間続く。したがって、外科医が疲れずに、３Ｄ表示を観察することができることは特に重要である。

被写体空間内にある被写体を撮像するために、ステレオビデオ内視鏡の光学系は、例えば、左イメージセンサおよび右イメージセンサを備えている。左レンズ系チャネルにより作られた画像は、左イメージセンサ上に撮像される。右レンズ系チャネルは、右イメージセンサ上に撮像する。イメージセンサは、特に、高解像度、例えば、ＨＤ、４Ｋ、およびその後のテクノロジを備えたセンサに関係がある。

有利な実施形態によれば、遠位光学アセンブリは少なくとも１つの変位可能な光学素子を備える、ということが提供される。光学素子の前記変位は、遠位光学アセンブリの焦点距離の変化を引き起こす。遠位光学アセンブリが１以上の変位可能光学素子を備えることもあり得る。素子のそのようなグループは、例えば、焦点距離の変化をもたらす。焦点距離の変化の他に、素子または光学素子の変位は、例えば、遠位光学アセンブリの主面の延長または変位をもたらす。

更なる実施例によれば、光入射方向の遠位光学アセンブリは、入射レンズと、偏向プリズムと出射レンズとを順に備える。特に、出射レンズは、変位可能な光学素子である。
言いかえれば、３Ｄ零レベルを調節するために、共通のレンズ、即ち特に、遠位光学アセンブリの出射レンズ、および、例えば、個々のレンズ系チャネルのレンズは、イメージを合焦させるために、それぞれ、変位させられる。それにより、画像の鮮明度と３Ｄ画像の零レベルの位置との両方が、チェックされる。

更なる実施形態によれば、光学系は、遠位光学アセンブリがズーム駆動部を備えるという点で更に発展されている。光学系は、特に、ズーム駆動部に結合されたコントロールユニットを更に備えており、コントロールユニットは、ズーム駆動部をコントロールするように構成されている。軸方向交差点が、近範囲内で最良の操作点に、または遠範囲内で最良の操作点に二者択一的に設定されるように、コントロールユニットは、ズーム駆動部をコントロールするように構成されている。これは、軸方向交差点が、近範囲内で最良の操作点に、または遠範囲内で最良の操作点に二者択一的に設定されるように、光学系の操作においてコントロールユニットがズーム駆動部をコントロールすることを意味している。近範囲内で最良の操作点および遠範囲内で最良の操作点は、被写体空間内に位置している。遠範囲内で最良の操作点は、近範囲内で最良の操作点よりも、遠位光学アセンブリから更に移動させられている。

ズーム駆動部は、特に変位可能な光学素子に連結されている。ズーム駆動部が、幾つかの光学素子と連結されているということも提供されている。駆動部は、１つの変位可能な光学素子または複数の変位可能な光学素子を変位／シフトするように、且つ位置決めするように構成されている。変位は、軸方向交差点を近範囲内で最良の操作点または遠範囲内で最良の操作点に二者択一的に設定させる。

更に、近範囲内で最良の操作点および遠範囲内で最良の操作点が、互いから最小距離を維持するということが、特に提供されている。この最小距離は、例えば、数ミリメートル或いはわずか数センチメートルである。近範囲内で最良の操作点は、特に近範囲内で更に遠方に位置している。遠範囲内で最良の操作点も、特に遠範囲内に位置している。例えば、近範囲内で最良の操作点は、近範囲の前部境界上に位置しているということが提供されている。例えば、遠範囲内で最良の操作点は、遠範囲の前部境界上に位置しているということも提供されている。近または遠範囲の前部境界は、遠位光学アセンブリに最も近接して位置している。更に、近範囲および遠範囲が部分的にオーバーラップしているということも特に提供されている。近範囲および遠範囲の両方が被写体空間内に位置している。それにより、近範囲は、遠位光学系の入射レンズに遠範囲よりも近接している。

２点以上および２領域以上が設けられているということも提供されている。したがって、コントロールユニットは、例えば、軸方向交差点を幾つかの最良操作点に設定するように構成されている。コントロールユニットは、軸方向交差点を無限に調整するように構成されているということも提供されている。したがって、軸方向交差点は、遠位レンズグループの光軸と少なくとも略平行に位置する方向に沿って可変的に変位可能である。

左レンズ系チャネルは、少なくとも１つの変位可能な左光学素子を備え、右レンズ系チャネルは、少なくとも１つの変位可能な右光学素子を備えるという点で、光学系は更に発展している。左光学素子を変位させることにより、被写体空間内に位置する被写体の画像の鮮明度は、左レンズ系チャネル内で変化する。右光学素子を変位することにより、被写体空間内に位置する被写体の画像の鮮明度は、右レンズ系チャネル内で変化する。コントロールユニットは、左または右被写体距離値を判定、例えば問合せ（クエリ）又は測定するように構成され、軸方向交差点が、左または右被写体距離値の関数として変化されられるようにズーム駆動部をコントロールするように構成されている。

被写体値は、それぞれのレンズ系における移動可能な左または右光学素子の位置から導き出すことができるパラメータであり、パラメータは距離を示し、その距離においては、チャネルにより鮮明に撮像された被写体が位置している。写真用対物レンズの場合、被写体距離値は、鮮明度調整リング上で特定される距離になっている。

ズーム駆動部は、例えば、ズーム駆動部が軸方向交差点をそのような被写体距離値に比例して変位させるようにコントロールされる。例えば、軸方向交差点は、常に面内に位置し、ここでは、左レンズ系チャネルまたは右レンズ系チャネルからの被写体は、鮮明に撮像される。このために、コントロールユニットが、左または右レンズ系チャネルの被写体距離値に依存してコントロールされることは可能である。言いかえれば、２つのレンズ系チャネルのうちの１つの鮮明度面の軸方向交差点の位置は、したがって追跡されている。レンズ系チャネル（複数可）の合焦への遠位光学アセンブリのズームアクションの結合が起こる。この結合は、例えば、機械的に起こる。軸方向交点の合焦用および調整用の共通駆動部は、遠位光学アッセンブリの焦点距離を変化させることにより使用されることができる。コントロールユニットを介して電子結合があることも提供されている。

特に、被写体距離値が変化する時、軸方向交差点が間隔をおいて変位させられるということが更に提供されている。例えば、被写体距離値が近範囲内または遠範囲内に位置するかを問い合わせることができる。被写体距離値が近範囲に位置する場合、コントロールユニットは、例えば、軸方向交差点が近範囲内で最良の操作点に調整されるようにコントロールされる。被写体が鮮明に撮像される面が遠範囲内に位置すると判定された場合、例えば、軸方向交差点は、ズーム駆動部の対応する起動を通して遠範囲内で最良の操作点に設定される、ということが提供され得る。

本目的は、先に指定された１つ以上の実施形態による光学系を備えるステレオビデオ内視鏡により更に解決される。
光学系に関して先に言及されたように、同一または同様の利点は、ステレオビデオ内視鏡に当てはまる。ステレオビデオ内視鏡が、疲れないことを考慮できる３Ｄ表示を提供することは、特に有利である。この態様は、ステレオビデオ内視鏡が示すような外科用器具に特に関連する。ステレオビデオ内視鏡は、長く続く手術においてしばしば使用される。外科医が疲れずにより長い間働くことを可能にする作業具を外科医が持つことは外科医にとって非常に重要である。

更に、本目的は、ステレオビデオ内視鏡の光学系を操作する方法により解決され、光学系は、遠位光学アセンブリと近位光学アセンブリとを備え、
近位光学アセンブリは、左光軸を備えた左レンズ系チャネルと右光軸を備えた右レンズ系チャネルとを備え、
左および右レンズ系チャネルは、同様に設計され、また、左および右光軸は互いに平行に整列させられ、
遠位光学アセンブリは、被写体空間から入射する光を、近位光学アセンブリの左レンズ系チャネルおよび右レンズ系チャネル内へ結合し、
遠位光学アセンブリは、左レンズ系チャネルの左視野軸および右レンズ系チャネルの右視野軸が交差する軸方向交差点を被写体空間内に定め、
遠位光学アッセンブリから異なる距離に位置する、被写体空間内の複数の被写体を撮像するために、遠位光学アッセンブリの焦点距離は変化させられ、遠位光学アセンブリの焦点距離の変化は、遠位光学アッセンブリの光軸に沿った方向に被写体空間内の軸方向交差点のシフトを引き起こすという点で、本方法は更に発展させられている。 光学系に関して先に言及されたように、同一または同様の利点は、光学系を操作する方法にも当てはまる。

遠位光学アセンブリの少なくとも１つの光学素子が、遠位光学アセンブリの焦点距離を変化させるために変位させられるという点で、本方法は有利に更に開発されている。
更に、遠位光学アセンブリは、ズーム駆動部を備え、軸方向交差点がズーム駆動部を用いて変位させられるということが特に提供されている。ズーム駆動部を用いて、軸方向交差点が近範囲内で最良の操作点または遠範囲内で最良の操作点に二者択一的に設定されるということが、特に提供されている。近範囲内で最良の操作点および遠範囲内で最良の操作点は、それにより被写体空間に位置し、遠範囲内で最良の操作点は、近範囲内で最良の操作点よりも、遠位光学アセンブリから更に移動させられる。

更に有利な実施形態によれば、左レンズ系チャネルは、少なくとも１つの変位可能な左光学素子を備え、右レンズ系チャネルは、少なくとも１つの変位可能な右光学素子を備え、左光学素子を変位させることにより、左レンズ系チャネル内の被写体空間内に位置する被写体の画像の鮮明度は、変化させられ、右光学素子を変位することにより、右レンズ系チャネル内の被写体空間内に位置する被写体の画像の鮮明度は、変化させられ、左または右被写体距離値は判定され、軸方向交差点が左または右被写体距離値の関数として変化するようにズーム駆動部はコントロールされる、ということが提供されている。

更に、軸方向交差点が左または右被写体距離値に比例して変化させられるということが特に提供されている。例えば、軸方向交差点がズーム駆動部の対応する起動により可変的に調整されるということが提供されている。このために、例えば、左または右被写体距離値が或る特定された区間に位置するかどうか問い合わせられる。被写体距離値は、その後、例えば、間隔の中心に設定される。したがって、被写体距離値が、例えば、近範囲内に位置する場合、ズーム駆動部は、その後、軸方向交差点が近範囲内で最良の操作点上に位置するように起動される。例えば、被写体距離値が遠範囲内に位置することが判定された場合、同じことが当てはまる。軸方向交差点は、その後、遠範囲内で最良の操作点に設定される。

本発明の更なる特徴は、請求項および含まれた図面と共に、本発明による実施形態の説明から明らかになる。本発明による実施形態は、個々の特性または幾つかの特性の組み合わせを実現させることができる。

図面に関する例示的な実施形態に基づいて、本発明の一般観念を制限することなく、本発明が以下に説明され、本テキストに非常に詳細には説明されていない本発明による全詳細の開示に関して、我々は図面を明確に参照する。

光学系を備えるステレオビデオ内視鏡の概略的に簡略された表示である。 概略的に簡略されたスケッチであり、３Ｄ零レベルを提供することなく左および右レンズ系チャネルで被写体を撮像しているステレオスコープを示す。 図３ａは、光学系が近範囲に設定されるステレオビデオ内視鏡の光学系の概略簡略された表示である。図３ｂは、光学系が遠範囲に設定されるステレオビデオ内視鏡の光学系の概略簡略された表示である。 図４ａは、近範囲に設定される光学系の更に概略的に簡略された図である。図４ｂは、遠範囲に設定される光学系の更に概略的に簡略された図である。

図面では、同一または同様のタイプの要素および／または部品には、再導入が省略されるように同一の参照番号が設けられている。

図１は、概略的に簡略化された表示において、ステレオビデオ内視鏡２を斜視図で示している。ステレオビデオ内視鏡２は、近位ハンドル４を備えており、例えば強固な内視鏡シャフト６は近位ハンドル４に接続している。入射窓であって、手術野または観察野からの光がそれを通ってステレオビデオ内視鏡２の光学系（図１では不図示）に入る入射窓１０は、内視鏡シャフト６の遠位先端８に位置している。ステレオビデオ内視鏡２の光学系は、例えば、内視鏡シャフト６の遠位セクション１２に配置されている。光学系は、これらのイメージセンサ上に撮像する。イメージセンサは、ＨＤ、４Ｋ、または後のテクノロジ等の、例えば高解像度を有している。

示されたステレオビデオ内視鏡２は、直接視野（０°視野方向）、及び、横視野方向または調整可能な視野方向を有する機器として設計されることができる。可変または横視野角が許容されれば、その場合、入射窓１０は、湾曲且つ非対称様式で設計される。内視鏡シャフト６の縦軸周りの視野方向の変化は、内視鏡シャフト６の縦軸周りのハンドル４の回転により同様にもたらされる。遠位セクション１２に設けられた光学系は、ハンドル４のこの回転中に一緒に回転する。表示画像の水平位置を保持するために、回転式ホイール１４はハンドル４を回転させる間、保持されている。これは、内視鏡シャフト６の内部内の１つ以上のイメージセンサに回転運動を追従させない。

ステレオビデオ内視鏡２の光学系は、遠位光学アセンブリおよび近位光学アセンブリを備えている。近位光学アセンブリは、左光軸を有する左レンズ系チャネルおよび右光軸を有する右レンズ系チャネルを備えている。左および右レンズ系チャネルは、同一に構造化され、左および右光軸は、互いに平行に整列させられている。遠位光学アセンブリは、被写体空間からの光の入射を、近位光学アセンブリの左レンズ系チャネルおよび右レンズ系チャネルの両方へ結合するように構成されている。

ステレオビデオ内視鏡２が横視野方向を有する機器である場合、その場合には、その光学系、特に、その光学系の遠位光学アセンブリは、例えば、出願者、オリンパス ウィンタ＆イベ社、ハンブルクからのドイツ特許 １０ ２０１３ ２１５ ４２２ Ａ１で開示されたのと同様または同一に構造化されている。ステレオビデオ内視鏡２が可変視野方向を有する機器である場合、その場合には、その光学系、特に、遠位光学アセンブリは、例えば、出願者、オリンパス ウィンタ＆イベ社、ハンブルクからのドイツ特許ＤＥ １０ ２０１３ ２１７ ４４９ Ａ１で開示されるように構造化されている。ドイツ特許 １０ ２０１３ ２１７ ４４９ Ａ１およびドイツ特許 １０ ２０１３ ２１５ ４２２ Ａ１の両方の開示は、本記述に完全に参照援用されている。

ステレオビデオ内視鏡は、立体的画像の対またはそれぞれ２つの立体的ビデオチャネルを記録するよう設計されている。したがって、遠位先端８の前の遠方に位置する、検査または手術空間に横たわっている被写体の３Ｄ画像を形成することが可能である。ステレオビデオ内視鏡２のユーザは、適切な再生装置（不図示）、例えば、３Ｄモニタまたは３Ｄビデオ眼鏡を用いてこの被写体の３Ｄ画像を観察することができる。

図２は概略的に簡略化された見取図を示し、それは光学系の左および右レンズ系チャネルの支援による被写体の立体的な撮像を示している。図２の見取図は、ステレオビデオ内視鏡２の光学系内のズームされた右および左レンズ系チャネルの配置を表わしている。光学系の零レベルは、調整可能ではない。左および右レンズ系チャネルは、互いに傾斜して配置されている。これは、ステレオビデオ内視鏡２の光学系の事例ではない。２つのレンズ系チャネルは、（それらの光軸に対して）互いに平行に配置されている。

図２に示される見取図において、左レンズ系チャネル１８ａは、左視野軸２０ａの方向に面し、それは、左レンズ系チャネル１８ａの左光軸２２ａと一致している。右レンズ系チャネル１８ｂは、右視野軸２０ｂの方向に面し、それは右光軸２２ｂと一致している。左視野軸２０ａおよび右視野軸２０ｂは、被写体空間２６の軸交差点２４で交差している。

ステレオビデオ内視鏡２の光学系の場合には、レンズ系チャネル１８ａ、１８ｂの光軸２２ａ、２２ｂは、互いに対して並列に整列している。機械的構造は、左レンズ系チャネル１８ａの左視野軸２０ａおよび右レンズ系チャネル１８ｂの右視野軸２０ｂが、被写体空間２６内の軸方向交差点２４で交差することを保証している。ステレオビデオ内視鏡２の光学系の場合には、光軸２２ａ、２２ｂおよび視野軸２０ａ、２０ｂは、図２のように一致しない。

左光学系２８ａおよび右光学系２８ｂ（それらは左イメージセンサ３０ａ上または右イメージセンサ３０ｂ上に撮像し、それぞれが左または右レンズシステムチャネル１８ａ、１８ｂを左イメージセンサ３０ａ、右イメージセンサ３０ｂと一緒に形成する）は、大きな口径またはそれぞれが低いｆ値を有する高速光学系である。そのような光学系２８ａ、２８ｂは、それら（光学系２８ａ、２８ｂ）が、被写体空間内２６に位置する、異なる距離で離れた位置にある被写体３２，３２’を、それぞれイメージセンサ上３０ａ、３０ｂ上に必要な限り鮮明に撮像するために合焦されなければならないように低深度の鮮明度を有する。このために、左光学系２８ａは、左変位可能レンズグループ３４ａを備え、右光学系２８ｂは同一の右変位可能レンズグループ３４ｂを対応して備えている。

変位可能なレンズグループ３４ａおよび３４ｂを変位させることにより、面を表示することが可能であり、その面においては、被写体が光軸２２ａ、２２ｂに沿ってセンサ３０ａ、３０ｂの上に鮮明に撮像される。したがって、それは、被写体３２および被写体３２’を撮像センサ３０ａおよび３０ｂ上にそれぞれ撮像するために左、右光学系２８ａ、２８ｂをそれぞれ合焦することを通して可能である。合焦中、左および右視野軸２０ａ、２０ｂが交差する軸方向交差点２４は、変化しないままである。言いかえれば、軸方向交差点２４の後ろに位置する被写体３２または軸方向交差点２４の前に位置する被写体３２’は、このように鮮明に撮像される。用語「の後」および「の前」は、軸方向交差点２４の分離距離に対する左および右レンズ系チャネル１８ａ、１８ｂから開始する、被写体３２、３２’の分離距離のことをいう。

軸方向交差点２４の前または後ろに位置する被写体の撮像は、３Ｄ表示において３Ｄ零レベルの変位を導く。それぞれ撮像された被写体３２，３２’は、スクリーンの表面の前または後ろに位置するように見え、それにより被写体３２，３２’の３Ｄ視野を提供している。多くの場合では、そのような３Ｄ表示は、不快で疲れるということが分かった。

この影響を打ち消すために、本発明の態様によるステレオビデオ内視鏡２の光学系は、調整可能な焦点距離を有する遠位光学アセンブリを備える。焦点距離を変化させることにより、遠位光学アセンブリの光軸の方向に被写体空間２６の軸方向交差点２４を変位させることが可能である。

図３ａおよび３ｂは、それぞれ光学系４０の概略および簡略された図を示し、そこでは図３ａで表示される光学系４０は、近範囲に、図３ｂの表示では遠範囲へ設定されている。図４ａおよび４ｂは、更に、光学系４０の概略的に簡略された図を示し、この光学系は、近範囲（図４ａ）または遠範囲（図４ｂ）に設定されている。光学系４０が、図３ａ、３ｂ、４ａおよび４ｂを参照して説明されている。

光学系４０は、（図４ａ内に破線で囲まれた）遠位光学アセンブリ４２および（図４ａ内に一点鎖線で囲まれた）近位光学アセンブリを備えている。既に述べられたように、近位光学アセンブリ４４は、左レンズ系チャネル１８ａおよび右レンズ系チャネル１８ｂを備えている。２つのレンズ系チャネル１８ａ、１８ｂは、左レンズ系チャネル１８ａの左光軸２２ａおよび右レンズ系チャネル１８ｂの右光軸２２ｂが、互いに平行に整列するように配置されている（図４ａ参照）。左および右レンズ系チャネル１８ａ、１８ｂは、また、同一または同様の方法で構造化されている。それらは、それぞれ、光学系２８ａ、２８ｂ（図４ｂ参照）を備え、光がそれら光学系を使用して左または右イメージセンサ３０ａ、３０ｂ上に撮像される。合焦するために、左および右光学系２８ａ、２８ｂは、それぞれ変位可能なレンズグループ３４ａ、３４ｂ、またはそれぞれ変位可能なレンズを含んでいる。図４ａおよび４ｂ内の画像を比較すると、合焦プロセスは明瞭である。レンズグループ３４ａ、３４ｂは、それぞれ異なる位置に置かれている。

遠位光学アセンブリ４２は、被写体空間２６から入射した光を左および右レンズ系チャネル１８ａ、１８ｂ内へ結合するように構成されている。遠位光学アセンブリ４２は、調整可能な焦点距離を有する光学アセンブリである。これは、変位可能な光学素子の変位により引き起こされ、この光学素子は遠位光学アセンブリ４２を含んでいる。例示的実施形態で示されるように、光入射方向の遠位光学アッセンブリ４２は、入射レンズ４６、偏向プリズム４８および出射レンズ５０を連続して含んでいる。更に、図４ａおよび４ｂは、入射窓１０を示していて、この窓は、外部（図１）から内視鏡シャフト６の内部を閉鎖する。遠位光学アセンブリ４２の焦点距離の変化は、出射レンズ５０の変位により起こる。このことは、例えば図４ａおよび４ｂの比較からきている。出射レンズ５０は、したがって、例えば変位可能な光学素子である。遠位光学アセンブリ４２の焦点距離の変化は、被写体空間２６内で軸方向交差点２４の変位を引き起こす。この変位は、遠位光学アセンブリ４２の光軸６０に沿った方向で起こる（図３ｂおよび４ｄ参照）。

遠位光学アセンブリ４２には、例えば、ズーム駆動部（不図示）が提供され、またはそれを備えている。更に、このズーム駆動部（同様に不図示）に結合されたコントロールユニットは、光学系４０内に設けられている。コントロールユニットは、ズーム駆動部を無限に駆動するように、しかし或る位置または設定を調節するようにも構成されている。軸方向交差点２４が近範囲５２（図３ａ参照）で最良の操作点、または遠範囲５４（図３ｂ参照）で最良の操作点上にあるように、コントロールユニットがズーム駆動部を駆動するということが特に提供されている。

近範囲５２で最良の操作点および遠範囲５４で最良の操作点は、被写体空間２６内にある。図３ａおよび３ｂの比較により示されるように、最良の操作点は、近範囲５２で最良の操作点よりも、遠位光学アセンブリ４２から更に移動させられた遠範囲５４内にある。例えば、この結合では、入射窓１０と、近範囲のそれぞれの位置または遠範囲４２、５４内のそれぞれの最良操作位置と、の間の分離距離が参照される。近範囲５２内の最良の操作点は、近範囲５３内にある。遠範囲５４内の最良の操作点は、遠範囲５５内にある。遠位光学アセンブリ４２は、軸方向交差点２４が、近範囲５２内で最良の操作点上、または遠範囲５４内で最良の操作点上に二者択一的にあるようにその変位可能な光学素子、即ち、例えば、出射レンズ５０が、２つの異なる位置に位置決めされることができるように構成されている。

近範囲５３内にある被写体を撮像するために、（被写体が鮮明に撮像される）被写体面と、（近範囲５２内で最良の作動位置上にある）軸方向交差点とは、ユーザが３Ｄ零レベルの感知できるほどの偏向を知覚することができないように共に十分に近接して位置する。遠範囲内５５にある被写体が撮像される場合、軸方向交差点２４は遠範囲５４内で最良の作動位置に設定されている。遠範囲５５内の被写体は、ユーザが、例えば、スクリーンの表面の３Ｄ零レベル内で感知できるほどの偏向を知覚することなく、鮮明に再び撮像されることができる。例えば、近範囲５２内の最良の操作点は、近範囲の中間に位置し、遠範囲５４内の最良の操作点は、遠範囲５５の中間に位置する。

図３の表示とは対照的に、近範囲５３および遠範囲５５は、それらが互いに直接隣接しているように構成することができる。ひいては、近範囲５３と遠範囲５５の間に空間は少しも設けられない。

近範囲５３または遠範囲５５への遠位光学アセンブリ４２の調節は、被写体距離値が右または左レンズ系チャネル１８ａ、１８ｂから問い合わされるという点で例えば起こる。被写体距離値は、それぞれのセンサ３０ａ、３０ｂ上に鮮明に撮像される被写体が位置する分離距離である。図３ａの表示では、これらは、近被写体面５６にある被写体、即ち、被写体距離値ｄ１を有する被写体である。図３ｂでは、これらは遠被写体面５８に位置している被写体である。それらは、被写体距離値ｄ２を有している。被写体距離値ｄ１、ｄ２は、例えば、面５６、５８と入射窓１０の間で測定される。

例えば、被写体距離値ｄ１、ｄ２が近範囲５３内に位置すると光学系４０のコントロールユニットが判定する場合、次に、遠位光学アセンブリ４２が軸方向交差点２４を近範囲５２内の最良の操作点に設定することが許容される。図３ｂでは、遠被写体面５８は、第２被写体距離値ｄ２により入射窓１０から距離を置かれている。第２被写体距離値ｄ２が遠範囲５５内に位置すると光学系４０のコントロールユニットが判定する場合、次に、軸方向交差点２４が遠範囲５４内で最良の操作点上に位置するように遠位光学アセンブリ４２は設定される。

言いかえれば、遠位光学アセンブリ４２のズーム駆動部は、したがって、被写体距離値ｄ１、ｄ２の関数として軸方向交差点２４を変化させるように構成されている。
例えば、この漸進的変化に加えて、鮮明に撮像された被写体平面５６，５８の位置のために軸方向交差点２４が連続して更新化されることも提供されている。この場合、遠位光学アセンブリ４２の焦点距離は、したがって、被写体距離値の値に、例えば、比例して変化させられてもよい。軸方向交差点２４が基づいて更新される被写体距離値ｄ１、ｄ２は、例えば、左または右レンズ系チャネル１８ａ、１８ｂにより送られた被写体距離値に基づいて判定される。

ステレオビデオ内視鏡２の光学系４０を操作する方法の場合、遠位光学アセンブリ４２の焦点距離は、遠位光学アセンブリ４２から異なる距離で位置している被写体空間内の被写体３２および３２’を撮像するために変化させられる。焦点距離の変化は、遠位光学アセンブリ４２の光軸６０に沿った方向で被写体空間２６内に軸方向交差点２４の変位を引き起こす（図４ｂ参照）。被写体が鮮明に撮像される被写体面５６、５８に対する軸方向交差点２４の変位またはそれぞれの更新を通して、３Ｄ表示が提供され、３Ｄ表示の零レベルは、スクリーン表面またはそれぞれ再生装置の零レベル近くに常に位置している。

この更新は別として、３Ｄ零レベルのターゲットとされた変位のために軸方向交差点２６を自由に設定することも可能である。ユーザは、最も快適で疲れない作業が可能であるように３Ｄ表示を調整することができる姿勢に置かれる。

図面単独、および他の特徴と組み合わせて開示された個々の特徴から得られたものを含む、全ての名付けられた特徴は、本発明の要点として、単独で、また、組み合せて考慮される。本発明による実施形態は、個々の特徴または幾つかの特徴の組み合わせにより実現させることができる。本発明の文脈において、「特に」または「好ましくは」で指定される特徴は、任意選択的な特徴として理解されたい。

２ ステレオビデオ内視鏡
４ ハンドル
６ 内視鏡シャフト
８ 遠位先端
１０ 入射窓
１２ 遠位セクション
１４ 回転ホイール
１８ａ 左レンズ系チャネル
１８ｂ 右レンズ系チャネル
２０ａ 左視野軸
２０ｂ 右視野軸
２２ａ 左光軸
２２ｂ 右光軸
２４ 軸方向交差点
２６ 被写体空間
２８ａ 左光学系
２８ｂ 右光学系
３０ａ 左イメージセンサ
３０ｂ 右イメージセンサ
３２，３２’被写体
３４ａ 左変位可能レンズグループ
３４ｂ 右変位可能レンズグループ
４０ 光学系
４２ 遠位光学アセンブリ
４４ 近位光学アセンブリ
４６ 入射レンズ
４８ 偏向プリズム
５０ 出射レンズ
５２ 近範囲内で最良の操作点
５３ 近範囲
５４ 遠範囲内で良好の操作点
５５ 遠範囲
５６ 近被写体面
５８ 遠被写体面
６０ 遠位光学アセンブリの光軸
ｄ１、ｄ２被写体距離値

Claims (6)

1. 遠位光学アセンブリ（４２）と近位光学アセンブリ（４４）とを備え、
   前記近位光学アセンブリ（４４）は、左光軸（２２ａ）を備えた左レンズ系チャネル（１８ａ）と右光軸（２２ｂ）を備えた右レンズ系チャネル（１８ｂ）とを備え、
   前記左および前記右レンズ系チャネル（１８ａ、１８ｂ）は、同様に設計され、また、前記左および前記右光軸（２２ａ、２２ｂ）は互いに平行に整列させられ、
   前記遠位光学アセンブリ（４２）は、被写体空間（２６）から入射する光を、前記近位光学アセンブリ（４４）の前記左レンズ系チャネル（１８ａ）および前記右レンズ系チャネル（１８ｂ）内へ結合するように構成され、
   前記遠位光学アセンブリ（４２）は、前記左レンズ系チャネル（１８ａ）の左視野軸（２２ａ）および前記右レンズ系チャネル（１８ｂ）の右視野軸（２２ｂ）が交差する軸方向交差点（２４）を前記被写体空間（２６）内に定める、ステレオビデオ内視鏡（２）の光学系（４０）であって、
   前記遠位光学アセンブリ（４２）は、調整可能な焦点距離を備えた光学アセンブリであり、
   前記遠位光学アセンブリ（４２）の前記焦点距離の変化は、前記遠位光学アセンブリ（４２）の光軸（６０）に沿った方向に前記被写体空間（２６）内に前記軸方向交差点（２４）の変位を生じさせ、
   前記遠位光学アセンブリ（４２）は、ズーム駆動部を含み、前記光学系（４０）は、前記ズーム駆動部と結合されたコントロールユニットを含み、
   前記コントロールユニットは、前記軸方向交差点（２４）が近範囲（５２）で最良の操作点にまたは遠範囲（５４）で最良の操作点に二者択一的に設定されるように、前記ズーム駆動部をコントロールするように構成され、
   前記近範囲（５２）で最良の操作点および遠範囲（５４）で最良の操作点は、前記被写体空間（２６）内に位置し、
   前記遠範囲（５４）で最良の操作点は、前記近範囲（５２）で最良の操作点よりも、前記遠位光学アセンブリ（４２）から更に移動させられ、
   前記左レンズ系チャネル（１８ａ）は、少なくとも１つの変位可能な左光学素子を備え、前記右レンズ系チャネル（１８ｂ）は、少なくとも１つの変位可能な右光学素子を備え、
   前記左光学素子を変位させることにより、前記左レンズ系チャネル（１８ａ）内の被写体空間（２６）内に位置する被写体（３２、３２’）の画像の鮮明度は、変化させられることができ、前記右光学素子を変位することにより、前記右レンズ系チャネル（１８ｂ）内の前記被写体空間（２６）内に位置する被写体（３２、３２’）の画像の鮮明度は、変化させられることができ、
   前記コントロールユニットは、左または右被写体距離値（ｄ１、ｄ２）を判定するように構成され、前記軸方向交差点（２４）が前記左または右被写体距離値（ｄ１、ｄ２）の関数として変化されられるように前記ズーム駆動部をコントロールするように構成されていることを特徴とする、ステレオビデオ内視鏡（２）の光学系（４０）。
2. 前記遠位光学アセンブリ（４２）は、少なくとも１つの変位可能な光学素子を備え、前記変位可能な光学素子の前記変位は、前記遠位光学アセンブリ（４２）の焦点距離の変化を引き起こすことを特徴とする、請求項１に記載の光学系（４０）。
3. 光入射方向の前記遠位光学アセンブリ（４２）は、入射レンズ（４６）と、偏向プリズム（４８）と、出射レンズ（５０）とを順に備え、前記出射レンズ（５０）は、前記変位可能な光学素子であることを特徴とする、請求項２に記載の光学系（４０）。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光学系（４０）により特徴付けられるステレオビデオ内視鏡（２）。
5. ステレオビデオ内視鏡（２）の光学系（４０）を操作するための方法であって、前記光学系（４０）は、遠位光学アセンブリ（４２）と近位光学アセンブリ（４４）とを備え、
   前記近位光学アセンブリ（４４）は、左光軸（２２ａ）を備えた左レンズ系チャネル（１８ａ）と右光軸（２２ｂ）を備えた右レンズ系チャネル（１８ｂ）とを備え、
   前記左および前記右レンズ系チャネル（１８ａ、１８ｂ）は、同様に設計され、また、前記左および前記右光軸（２２ａ、２２ｂ）は互いに平行に整列させられ、
   前記遠位光学アセンブリ（４２）は、被写体空間（２６）から入射する光を、前記近位光学アセンブリ（４４）の前記左レンズ系チャネル（１８ａ）および前記右レンズ系チャネル（１８ｂ）内へ結合し、
   前記遠位光学アセンブリ（４２）は、前記左レンズ系チャネル（１８ａ）の左視野軸（２０ａ）および前記右レンズ系チャネル（１８ｂ）の右視野軸（２０ｂ）が交差する軸方向交差点（２４）を前記被写体空間（２６）内に定め、
   前記遠位光学アセンブリ（４２）から異なる距離に位置する、前記被写体空間（２６）内の被写体（３２’および３２）を撮像するために、前記遠位光学アセンブリ（４２）の焦点距離が変化させられ、
   前記遠位光学アセンブリ（４２）の前記焦点距離の変化は、前記遠位光学アセンブリ（４２）の光軸（６０）に沿った方向に前記被写体空間（２６）内の前記軸方向交差点（２４）に変位を生じさせ、
   前記遠位光学アセンブリ（４２）は、ズーム駆動部を備え、前記駆動部を用いて、前記軸方向交差点（２６）は前記近範囲（５２）内で最良の操作点に、または前記遠範囲（５４）内で最良の操作点に二者択一的に設定され、前記近範囲（５２）内で前記最良の操作点および前記遠範囲（５４）内で前記最良の操作点は、前記被写体空間に位置し、前記遠範囲（５４）内で最良の操作点は、前記近範囲（５２）内で最良の操作点よりも、遠位光学アセンブリ（４２）から更に距離を置かれており、
   前記左レンズ系チャネル（１８ａ）は、少なくとも１つの変位可能な左光学素子を備え、前記右レンズ系チャネル（１８ｂ）は、少なくとも１つの変位可能な右光学素子を備え、
   前記左光学素子を変位させることにより、前記左レンズ系チャネル（１８ａ）内の被写体空間（２６）内に位置する被写体（３２、３２’）の画像の鮮明度は、変化させられ、前記右光学素子を変位することにより、前記右レンズ系チャネル（１８ｂ）内の前記被写体空間（２６）内に位置する被写体（３２、３２’）の画像の鮮明度は、変化させられ、
   左または右被写体距離値（ｄ１、ｄ２）は判定され、前記ズーム駆動部は、前記軸方向交差点（２４）が前記左または右被写体距離値（ｄ１、ｄ２）の関数として変化するようにコントロールされることを特徴とする、ステレオビデオ内視鏡（２）の光学系（４０）を操作するための方法。
6. 前記遠位光学アセンブリ（４２）の少なくとも１つの光学素子は、前記遠位光学アセンブリ（４２）の焦点距離を変化させるために変位させられることを特徴とする、請求項５に記載の方法。