本發(fā)明涉及一種內(nèi)窺鏡裝置，并涉及一種對能夠立體顯示的像進行攝像的內(nèi)窺鏡裝置。

背景技術：

內(nèi)窺鏡是在醫(yī)療用領域和工業(yè)用領域中被廣泛使用的裝置。在醫(yī)療用領域中，通過被插入體腔內(nèi)的內(nèi)窺鏡來獲得體腔內(nèi)的各種部位的圖像。使用該圖像進行觀察部位的診斷。這樣，內(nèi)窺鏡被利用在體腔內(nèi)的各種部位的觀察和診斷中。

在利用內(nèi)窺鏡進行的觀察中，形成為拍攝存在視差的多個像，由此將多個圖像融合來進行圖像的立體顯示(3d顯示)。例如在專利文獻1、2中提出了這樣的進行具有立體感的觀察的內(nèi)窺鏡。

專利文獻1：國際公開第2013/108500號

專利文獻2：日本特開2012-245056號公報

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

立體內(nèi)窺鏡立體地表現(xiàn)出被攝體，因此觀察者能夠進行更正確的處置。另外，觀察者通過監(jiān)視器來觀察立體的被攝體像。在利用監(jiān)視器對立體的被攝體像的觀察中，分別連結左右眼球的視線的中心軸的線段相交叉的角度設為會聚角。被攝體像顯示于與監(jiān)視器面相比越靠近觀察者一側的空間，則會聚角越大。

在用內(nèi)窺鏡觀察所靠近的被攝體的情況下，會聚角變大。當觀察者通過監(jiān)視器觀察的會聚角變大而看上去物體顯示于相比于3d監(jiān)視器的畫面靠前側(觀察者側)的位置時，會導致觀察者嚴重疲勞。在專利文獻1、2中，沒有考慮到在立體地觀察所靠近的被攝體時產(chǎn)生的觀察者的眼睛疲勞。這樣，產(chǎn)生以下問題：當會聚角變大時，觀察者的眼睛產(chǎn)生疲勞，妨礙了順利的作業(yè)。

本發(fā)明是鑒于這樣的問題而完成的，其目的在于提供一種在近距觀察中也能夠進行容易看清且有立體感的觀察的內(nèi)窺鏡裝置。

用于解決問題的方案

為了解決上述的問題并達成目的，本發(fā)明提供以下方案。

本發(fā)明的一個方式是一種內(nèi)窺鏡裝置，具有：

光學系統(tǒng)，其分別形成左眼用圖像和右眼用圖像；

攝像元件，其獲取左眼用與右眼用的視差圖像；以及

圖像處理裝置，其對視差圖像的信號進行處理來生成能夠顯示于監(jiān)視器的立體圖像，

該內(nèi)窺鏡裝置的特征在于，

滿足以下的條件式(1)，

0.3＜cp×(1+dtl)＜7、且cp≤10…(1)

在此，

cp為在監(jiān)視器面的畫面中心處左眼用與右眼用的視差圖像的左右偏移量為0時的、從光學系統(tǒng)的最靠近物體側的面到被攝體的距離(mm)，

dtl為最大像高時的長度的失真。

發(fā)明的效果

本發(fā)明的一個實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡裝置起到如下的效果：在近距觀察中能夠進行容易看清且有立體感的觀察。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡裝置的概要結構的圖。

圖2a是說明第一實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡裝置的被攝體空間的圖。

圖2b是說明第一實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡裝置的再現(xiàn)空間的圖。

圖2c是表示監(jiān)視器面中的偏移量的圖。

圖3a是表示用于說明失真的被攝體空間的圖。

圖3b是表示用于說明失真的再現(xiàn)空間的圖。

圖4是表示第一實施方式中的光學系統(tǒng)的截面結構的圖。

圖5a是說明第二實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡裝置的被攝體空間的圖。

圖5b是說明第二實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡裝置的再現(xiàn)空間的圖。

圖5c是說明第二實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡裝置的再現(xiàn)空間的另一圖。

圖6是表示第二實施方式中的光學系統(tǒng)的截面結構的圖。

圖7是對失真進行說明的圖。

具體實施方式

以下，針對本實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡裝置，使用附圖來說明采用這種結構的理由和作用。此外，本發(fā)明并不限定于以下的實施方式。

圖1是表示本實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡裝置1的概要結構的圖。

如圖1所示，本實施方式的內(nèi)窺鏡裝置1包括：電子內(nèi)窺鏡2，其內(nèi)置有攝像元件12(參照圖2a)作為攝像裝置；光源裝置3，其具有用于向電子內(nèi)窺鏡2提供照明光的光源；圖像處理裝置4，其進行針對電子內(nèi)窺鏡2的攝像元件12的信號處理；以及監(jiān)視器5，其用于顯示經(jīng)過圖像處理裝置4輸出的影像信號所形成的內(nèi)窺鏡圖像。

電子內(nèi)窺鏡2包括：插入部21，其細長且具有撓性，內(nèi)置有攝像元件12；寬幅的操作部22，其形成在插入部21的后端；前端硬性部10；以及通用線23，其從操作部22的側部延伸出。在通用線23的端部設置有能夠裝卸自如地連接于光源裝置3的連接器部24。在連接器部24側延伸出的連接線25的端部設置有能夠裝卸自如地連接于圖像處理裝置4的電連接器部26。

(第一實施方式)

圖2a是表示本發(fā)明的第一實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡裝置的前端硬性部10附近的圖。本實施方式的內(nèi)窺鏡裝置具有右眼用光學系統(tǒng)11r和左眼用光學系統(tǒng)11l兩個光學系統(tǒng)。兩個光學系統(tǒng)的詳細結構在后面記述。

在被攝體空間30中，被攝體ob通過右眼用光學系統(tǒng)11r和左眼用光學系統(tǒng)11l而在攝像元件12的攝像面分別形成右眼像、左眼像。圖像處理裝置4對來自攝像元件12的輸出信號進行后述的圖像處理。然后，圖像處理裝置4將進行圖像處理得到的右眼用圖像的信號和左眼用圖像的信號輸出到監(jiān)視器5。

在圖2a中，將右眼用光學系統(tǒng)11r的光軸與最靠近物體側的透鏡面相交的點和被攝體ob連結的直線同將左眼用光學系統(tǒng)11l的光軸與最靠近物體側的透鏡面相交的點和被攝體ob連結的直線所成的角度θa設為內(nèi)向角。

圖2b是對于第一實施方式中的被攝體像ob’的再現(xiàn)進行說明的圖。在再現(xiàn)空間40中，根據(jù)來自圖像處理裝置4的信號，在監(jiān)視器5的監(jiān)視器面5a顯示右眼用圖像和左眼用圖像。

圖2b表示被攝體像ob’被顯示在監(jiān)視器5的監(jiān)視器面5a上的情況。將觀察者的右眼er的視線與被攝體像ob’連結的直線和將左眼el的視線與被攝體像ob’連結的直線所成的角度θb設為會聚角。

本實施方式是一種內(nèi)窺鏡裝置1，具有：

光學系統(tǒng)11r、11l，分別形成左眼用圖像和右眼用圖像；

攝像元件12，其獲取左眼用與右眼用的視差圖像；以及

圖像處理裝置4，其對視差圖像的信號進行處理來生成能夠顯示于監(jiān)視器5的立體圖像。

而且，期望滿足以下的條件式(1)。

0.3＜cp×(1+dtl)＜7、且cp≤10…(1)

在此，

cp是在監(jiān)視器面的畫面中心處左眼用與右眼用的視差圖像的左右偏移量為0時的、從光學系統(tǒng)11r、11l的最靠近物體側的面到被攝體ob的距離(mm)，

dtl是最大像高時的長度的失真。

在此，對于能夠立體地觀察被攝體像的理由進行說明。圖2c表示從正面觀察監(jiān)視器面5a得到的結構。右眼用圖像7r和左眼用圖像7l隔開偏移量sh的間隔地進行顯示。另外，最大像高imax以從監(jiān)視器面5a的中心c到有效顯示區(qū)域內(nèi)的離該中心c最遠的位置為止的長度來表示。

在偏移量sh為零的情況下，右眼用圖像7r與左眼用圖像7l一致。由此，觀察者識別出被攝體像ob’存在于監(jiān)視器面5a上。與此相對地，如圖2c所示，在右眼用圖像7r和左眼用圖像7l以偏移量sh隔開間隔地顯示的情況下，觀察者識別出被攝體像ob’存在于與監(jiān)視器面5a相比靠后的方向的位置。

這樣，通過改變顯示在監(jiān)視器面5a上的右眼用圖像7r與左眼用圖像7l的偏移量sh，能夠?qū)⒈粩z體像ob’所存在的位置設定為監(jiān)視器面5a上、監(jiān)視器面5a的后側空間以及監(jiān)視器面5a的前側空間中的任一個。由此，觀察者能夠觀察立體的被攝體像ob’。通過圖像處理裝置4來進行偏移量sh的控制。

并且，對于本實施方式中的被攝體像ob’的觀察方式與失真之間的關系進行說明。圖7是說明本實施方式中的失真的圖。

失真通過以下的式(a)定義。

(|i′|-|β×i|)/|β×i|(a)

在此，

i為物體面上的物高，

i’為監(jiān)視器面上的像高，

β為橫向倍率。

在圖7中，為了簡單，而將右眼用光學系統(tǒng)11r和左眼用光學系統(tǒng)11l形成為一個，表示為光學系統(tǒng)11。物高i的被攝體通過光學系統(tǒng)11被成像在攝像元件12的攝像面上。然后，通過圖像處理裝置4對來自攝像元件12的圖像信號進行規(guī)定的處理。然后，在監(jiān)視器5的監(jiān)視器面5a顯示被攝體像。失真是指包括光學系統(tǒng)11和圖像處理裝置4的系統(tǒng)中的失真。即，是指在將物體面設為基準時最終顯示于作為評價像面的監(jiān)視器面5a的像的失真。

如上所述，通過改變右眼用圖像7r與左眼用圖像7l在監(jiān)視器面5a上的偏移量sh，能夠?qū)⒈粩z體像ob’的位置設定在從觀察者來看的縱深方向上。

并且，說明通過失真而能夠更增強地識別被攝體像ob’的立體感的情形。

通過右眼用光學系統(tǒng)11r將被攝體b在右眼用攝像元件12r的攝像面上成像為像br。另外，通過左眼用光學系統(tǒng)11l將被攝體b在左眼用攝像元件12l的攝像面上成像為像bl。

將來自右眼用攝像元件12r和左眼用攝像元件12l的信號輸出到圖像處理裝置4。然后，如圖3b所示，根據(jù)來自圖像處理裝置4的信號，在監(jiān)視器面5a顯示被攝體a的像a’。觀察者識別為像a’位于監(jiān)視器面5a上。

另外，根據(jù)來自圖像處理裝置4的信號，在監(jiān)視器面5a顯示被攝體b的兩個像br’、bl’。觀察者將兩個像br’、bl’融合而識別為像b’位于從監(jiān)視器面5a縱深距離h的位置。

在此，當在從光學系統(tǒng)11開始直到監(jiān)視器面5a為止的系統(tǒng)中存在失真時，監(jiān)視器面5a上的兩個像br’、bl’各自的位置進一步偏移。相比于監(jiān)視器面5a的中心區(qū)域，失真在周邊區(qū)域更大。因此，在像高大的監(jiān)視器面5a的周邊區(qū)域，識別為像b’位于相比于監(jiān)視器面5a更靠后側的位置。

當在包括光學系統(tǒng)和圖像處理裝置的內(nèi)窺鏡裝置中存在負的失真、所謂的鼓型的失真時，相對于監(jiān)視器5的畫面中心的再現(xiàn)空間來說，畫面周邊的再現(xiàn)空間存在于對于觀察者而言的后側方向。換言之，由于負的鼓型的失真，即使在觀察平面的情況下，在監(jiān)視器面上也被再現(xiàn)為使凸面朝向觀察者的碗狀的被攝體像。

返回圖2b繼續(xù)進行說明。在監(jiān)視器面5a上再現(xiàn)出了被攝體像ob1’。而且，在監(jiān)視器面5a的周邊顯示的被攝體像ob2’由于負的失真而被再現(xiàn)在相比于監(jiān)視器面5a靠后的方向的位置。因此，由于能夠減小觀察被攝體像ob2’時的會聚角θb，因此觀察者能夠不感覺疲勞地進行融像。

如上述那樣，在本實施方式中，期望滿足條件式(1)。

0.3＜cp×(1+dtl)＜7、且cp≤10…(1)

在本實施方式中，通過低于cp×(1+dtl)的上限值，能夠?qū)⒈粩z體空間中的深度內(nèi)整個區(qū)域、即圖2b中的相比于被攝體像ob1’靠后的方向的被攝體像再現(xiàn)于監(jiān)視器面5a的后部。并且，在監(jiān)視器面5a的畫面周邊區(qū)域中能夠看到的被攝體像ob2’也能夠再現(xiàn)于相比于監(jiān)視器面5a靠后的方向的位置。因此，觀察者能夠不感覺疲勞地在監(jiān)視器面5a的整個區(qū)域進行融像。例如，穿通于內(nèi)窺鏡內(nèi)的處置器具在監(jiān)視器面5a的周邊部被觀察為靠近的被攝體。在本實施方式中，在監(jiān)視器面5a中，即使在將視線對準處置器具的情況下，也能夠不感覺疲勞地進行融像。

另外，通過高于cp×(1+dtl)的下限值，能夠限制再現(xiàn)空間的縱深。因此，能夠一次對景深的整個區(qū)域、例如再現(xiàn)空間7mm～100mm中的被攝體像進行融像。

在本實施方式中，為了減輕近距觀察時的疲勞，而將近距離深度邊界再現(xiàn)在監(jiān)視器面5a上，將深度內(nèi)整個區(qū)域再現(xiàn)于監(jiān)視器面5a的后部。單焦點光學系統(tǒng)中的近距離深度邊界為3mm～8mm左右。因此，期望也將cp值設定為3mm～8mm。

另外，為了減輕由于處置器具的觀察方式所引起的疲勞，期望將在與光學系統(tǒng)的最靠近物體側的透鏡面相距3mm的距離處位于最大的觀察視野的被攝體再現(xiàn)于監(jiān)視器面的后部。

這樣，在現(xiàn)有技術中，在被攝體靠近的情況下，將被攝體像再現(xiàn)于監(jiān)視器面5a的前側。換言之，在近點深度邊界，會聚角變大。因此，導致觀察者眼睛的疲勞嚴重。

與此相對地，在本實施方式中，內(nèi)向角θa與會聚角θb不同。特別地，期望內(nèi)向角θa>會聚角θb。因此，在本實施方式中，內(nèi)向角θa的自由度大。此外，本實施方式中的會聚角θb是由觀察者與監(jiān)視器面5a的距離以及觀察者眼睛的瞳距決定的值。

優(yōu)選的是，代替條件式(1)而滿足以下的條件式(1’)。

0.4＜cp×(1+dtl)＜5.6、且cp≤8…(1′)

接著，說明本實施方式中的右眼用光學系統(tǒng)11r、左眼用光學系統(tǒng)11l的數(shù)值實施例。右眼用光學系統(tǒng)11r和左眼用光學系統(tǒng)11l是相同結構的光學系統(tǒng)。因此，示出一方的光學系統(tǒng)的數(shù)值例進行說明。

在此，圖4是表示右眼用光學系統(tǒng)11r、左眼用光學系統(tǒng)11l的截面結構的圖。

由從物體側起依次配置的平凹的負透鏡l1、使凸面朝向像側的正彎月透鏡l2、平行平板l3、亮度光圈s、雙凸正透鏡l4、雙凸正透鏡l5、使凸面朝向像側的負彎月透鏡l6、濾波器f以及護罩玻璃cg構成。在此，將正透鏡l5與負透鏡l6接合。另外，濾波器f與護罩玻璃cg的間隔d14是粘結層。

另外，平行平板l3是紅外吸收濾波器，對其物體側實施了yag激光切割的涂敷，對像側實施了ld激光切割的涂敷。

光軸ax1與光軸ax2的間隔p與視差對應，為1mm。在圖4中，記載了軸上光束和軸外光束(視角100度、像高0.429)。

下面示出上述實施例的數(shù)值數(shù)據(jù)。符號r為各透鏡面的曲率半徑，符號d為各透鏡面間的間隔，符號nd為各透鏡的d線的折射率，符號νd為各透鏡的阿貝數(shù)。

數(shù)值實施例1

單位mm

面數(shù)據(jù)

(第二實施方式)

接著，說明本發(fā)明的第二實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡裝置。對與上述第一實施方式相同的部分附加相同的附圖標記，并省略重復的說明。

圖5a是表示本實施方式的內(nèi)窺鏡裝置的概要結構的圖。

具有透鏡驅(qū)動部6和cp值變更部8，

該透鏡驅(qū)動部6是對至少兩個光學系統(tǒng)焦點進行切換的單元，

該cp值變更部8是如下的單元：在聚焦于遠點側的被攝體的情況下，滿足條件式(1)，在聚焦于近點側的被攝體的情況下，將cp的值切換為比聚焦于遠點側的被攝體時的cp的值(cp1)小的值(cp2)。

在本實施方式中，能夠通過透鏡驅(qū)動部6來切換遠點側焦點和近點側焦點。而且，在遠點側焦點的情況下，設定為cp×(1+dtl)＝0.52。圖5b是表示遠點側焦點的狀態(tài)下的再現(xiàn)空間40的圖。被攝體ob1在監(jiān)視器面5a上被觀察為被攝體像ob1’。另外，在被攝體空間的周邊存在的被攝體ob2(距最靠近物體側的透鏡面的距離設定為2mm)被觀察為在再現(xiàn)空間中作為被攝體像ob2’而存在于監(jiān)視器面5a的后側。因此，能夠減小再現(xiàn)空間中的會聚角θb。由此，觀察者能夠不感覺疲勞地觀察立體像。

另外，在本實施方式中，在近點側焦點的情況下，通過透鏡驅(qū)動部6來驅(qū)動右眼用光學系統(tǒng)11r、左眼用光學系統(tǒng)11l內(nèi)的透鏡。由此，能夠從遠點側焦點向近點側焦點切換。此外，形成為光學系統(tǒng)的失真不因切換而變動的結構。

在近點側焦點的情況下，通過cp值變更部將cp值減小為2.5mm。圖5c是表示近點側焦點的狀態(tài)下的再現(xiàn)空間40的圖。從圖5c可知，由于將景深的整個區(qū)域(2.5mm～5mm)中的被攝體在監(jiān)視器面5a的縱深方向的位置再現(xiàn)，因此觀察者能夠不感覺疲勞地進行融像。

另外，在近點側焦點的狀態(tài)下，cp×(1+dtl)＝0.325，為0.3以上。因此，能夠不會感覺疲勞地對深度整個區(qū)域進行融像。此外，在近點側焦點時，深度幅度本來就窄，因此在0.3以下的情況下也能夠融像。

以下表示本實施方式的數(shù)值例。

在此，圖6是表示右眼用光學系統(tǒng)11r、左眼用光學系統(tǒng)11l的截面結構的圖。

由從物體側起依次配置的平凹的負透鏡l1、使凸面朝向像側的負彎月透鏡l2、使凸面朝向物體側的正彎月透鏡l3、亮度光圈s、雙凸正透鏡l4、平行平板l5、雙凸正透鏡l6、使凸面朝向像側的負彎月透鏡l7、濾波器f以及護罩玻璃cg構成。在此，將正透鏡l6與負透鏡l7接合。另外，濾波器f與護罩玻璃cg的間隔d16為粘結層。

光軸ax1與光軸ax2的間隔p與視差對應，為1mm。在圖6中，記載了軸上光束和軸外光束(視角166度、像高0.429)。

在從遠點側焦點向近點側焦點切換的情況下，通過透鏡驅(qū)動部6來使透鏡l3沿著光軸向攝像元件12側移動。由此，能夠使焦點向近點側移動。

<遠點側焦點>

景深5mm～100mm

視角166度

左眼用光學系統(tǒng)與右眼用光學系統(tǒng)的視差1mm

(cp值為4mm時的內(nèi)向角θa為14.3度)

最大像高時的長度的失真為-0.87

cp值為4mm

cp×(1+dtl)＝0.52

<近點側焦點>

景深2.5mm～5mm

視角166度

左眼用光學系統(tǒng)與右眼用光學系統(tǒng)的視差1mm

(cp值為2.5mm時的內(nèi)向角為22.6度)

最大像高時的長度的失真為-0.87

cp值為2.5mm

cp×(1+dtl)＝0.325

數(shù)值實施例2

單位mm

面數(shù)據(jù)

以下示出第一實施方式、第二實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡裝置系統(tǒng)中的條件式(1)的數(shù)值。視距使用了最佳視距。最佳視距是指假設視力為1.0的人觀看分辨率1920×1080的畫面而能夠識別構成畫面的各像素(pixel)的臨界距離。實施例2記載聚焦于遠點側的情況。另外，關于dtl，記載實施例1和實施例2的光學系統(tǒng)的失真值。

(監(jiān)視器5的大小為26寸的情況)

設為觀察者觀看監(jiān)視器的視距＝1m，觀察者的瞳距＝65mm。

此時，會聚角θb＝3.7度。

被攝體處于近點側的深度邊界的情況

在監(jiān)視器面上再現(xiàn)被攝體的情況

(監(jiān)視器5的大小為32寸的情況)

設為觀察者觀看監(jiān)視器的視距＝1.3m，觀察者的瞳距＝65mm。

此時，會聚角θb＝2.9度。

被攝體處于近點側的深度邊界的情況

在監(jiān)視器面上再現(xiàn)被攝體的情況

以上說明了本發(fā)明的各種實施方式，但是本發(fā)明并不僅限于這些實施方式，在不超出其宗旨的范圍內(nèi)，將這些實施方式的特征適當?shù)亟M合而構成的實施方式也屬于本發(fā)明的范疇。

例如，也可以具有三個以上的光學系統(tǒng)，通過選擇其中的任意兩個光學系統(tǒng)，來生成左眼用圖像和右眼用圖像。另外，作為實施例2的變形，也可以應用于視角與焦點位置的變動一同改變那樣的變倍光學系統(tǒng)。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

如以上那樣，本發(fā)明對于小型且具有良好的光學性能的內(nèi)窺鏡裝置是有用的。

附圖標記說明

1：內(nèi)窺鏡裝置；2：電子內(nèi)窺鏡；3：光源裝置；4：圖像處理裝置；5：監(jiān)視器；5a：監(jiān)視器面；6：透鏡驅(qū)動部；7r：右眼用圖像；7l：左眼用圖像；8：cp值變更部；10：前端硬性部；11r：右眼用光學系統(tǒng)；11l：左眼用光學系統(tǒng)；12：攝像元件；13：處置器具；21：插入部；22：操作部；23：通用線；24：連接器部；25：連接線；26：電連接器部；30：被攝體空間；40：再現(xiàn)空間；sh：偏移量；imax：最大像高；er：右眼；el：左眼；s：亮度光圈；c：監(jiān)視器面中心；ax1、ax2：光軸。