JP2000507402A

JP2000507402A - 立体自動焦点合わせ、距離測定及び映像測定法

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Publication number: JP2000507402A
Application number: JP8536643A
Authority: JP
Inventors: イーカザケヴィッチ，ユリ
Original assignee: Smith and Nephew Inc
Current assignee: Smith and Nephew Inc
Priority date: 1995-05-30
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 2000-06-13
Also published as: EP0829171A4; AU5953096A; US5864359A; CA2220194A1; EP0829171A1; CN1192316A; AU706506B2; BR9608738A; WO1996038986A1

Abstract

(57)【要約】物体（１４）の立体像は、物体の左右の像か撮像装置（３２）上で一致する程度に基づいて撮像装置（３２）上で焦点が合わされる。左右の像を表わす撮像装置（３２）によって作られた信号は、撮像装置（３２）上の左右の像の一致点を示す制御信号を作るために相互に比較され、撮像装置（３２）とこの装置（３２）に像を導く光要素（１８）との間隙が制御信号に応答して変えられ、一致点を上昇させる。距離測定と映像測定も、観察される物体（１４）への距離を、その位置及び大きさと共に求めるために行われる。

Description

【発明の詳細な説明】立体自動焦点合わせ、距離測定及び映像測定法この発明は立体光学システムの焦点合わせに関する。この発明は更に画像計測システムにおける距離測定及び映像測定法に関する。立体光学システムはさまざまに応用されて使われている。立体（すなわち三次元）画像計測が有用になる１つの環境が内視鏡手術の分野である。この種の手術中、内視鏡は小さな針孔を通して身体内に挿入され、使用者に傷を全開することなしに手術部位の視覚化を可能にする。内視鏡はその長手方向に延びる一組の光学ファイバーを介して手術部位に光を供給する。撮像装置（ソリッドステートのセンサ、例えば電荷結合型素子すなわちＣＣＤのような）が光学アセンブリから手術部位の物体の光学像を受け取り、そしてその像を電子表示装置上での視覚化のための電気的信号に変える。撮像装置は内視鏡の遠位端（distal tip）や、内視鏡の近位端のハンドル側あるいはその間のどこでも配置できる。立体光学システムは２つの異なる視角から物体の左右の別々の像を得ることによって物体の映像を作り出す。システムは観察者の右目に右の像を表示し、そして別に観察者の左目に左の像を表示して物体の三次元像を提供する。内視鏡操作手順の間に、立体光学システムの焦点はすばやく又はたびたび変わり、外科医のごとき使用者がシステムを手動で再び焦点合わせすることを要求する。手術室でのこの特別の操作は望ましくない。この発明の目的は上で概説した問題を解消又は少なくとも軽減することである。依って、撮像装置から離れた光学素子を使用し、物体の左像と右像を撮像装置が左像を示す信号と右像を示す信号を作るように撮像装置に適合させ、左像を示す信号と右像を示す信号を比較し、撮像装置上の左像と右像の一致点を測定し、かつ光学素子と撮像装置の間隔を変更して撮像装置上の左像と右像の一致点を増加させることからなる撮像装置上の物体の立体像の焦点合わせ方法が提供される。この発明は、左右像が撮像装置上で一致する程度に基づいて立体光学システム（stereoscopic optical system）を自動的に焦点合わせすることを特徴とする。この発明は、決して限定されないが、特に内視鏡の立体光学システムに有用である。この発明の１つの一般的な観点では、光学アセンブリは物体の左右の像を撮像装置に適当させる。応答して撮像装置が左右の像を示す信号を作り出す。プロセッサが、撮像装置上での左右の像の一致点（coincidence）を求めるために相互に信号を比較し、光学アセンブリと撮像装置との間隔が一致点を増加させるために変えられる。好ましい実施態様が次の特徴を備えている。択一的な２つの形式の比較を行うことができる。各々が撮像装置上での左右の像の一致程度−つまり焦点特性−を示す。１つのアプローチでは、撮像装置上での左像と右像との相関（correlation）が撮像装置によって発生された信号に基づいて求められる。光学アセンブリと撮像装置との間隔は相関を最大にするよう変えられる。ｘとｙは表面のデカルト（Cartesian）座標であり、（原点は光学アセンブリの光軸に配置されている）、Ａは積分が行わリと撮像装置との間の距離を定めるパラメータである。距離から撮像装置の表面まで測定される。もう１つの比較技術によれば、撮像装置の表面上の左像と右像との間の強度差の絶対値が求められ、光学アセンブリと撮像装置との間隔が強度差を最小にすべく変えられる。差、Ｄ（によって与えられる。両技術において、比較が撮像装置の表面の選択領域に受けられた左右の像の部分の間で行われる。その領域はＡの形状と面積によって定められる。通常、中央の長方形の領域が、（−ａ，ａ）と（−ｂ，ｂ）のごとき対称の限界値を選択することによって選定される。これはシステムの視野の中央領域に位置する物体に対する最適の焦点合わせを提供する。光学アセンブリと撮像装置との間隔は光学アセンブリ、撮像装置又は両者を移動させることによって変えられる。光学アセンブリは、撮像装置の表面に左右の像を形成する左右の光路をそれぞれ定めるための左右の開口（apertures）を含む。１つの実施態様では、左右の像は撮像装置素子（common element）（例えば、電荷結合型素子又はＣＣＤのような単一ソリッドステートセンサ）に異なる時間間隔で供給される。複数のシャッタが、左右の像を撮像装置の共通素子に連続的に供給するためにモジュレータ（modulator）によって交互に開閉される。比較の手順は、相互に比較された信号が撮像装置の共通素子に連続的に供給された左右の像を示すように時間設定される。この発明は立体像を使用者に対し自動的でかつ明白に焦点合わせする。かくしてこの発明は使用者が撮像装置上で像を手動で焦点合わせする（又は再焦点合わせする）必要性をなくす。これは特に立体光学システムの焦点がすばやく又はたびたび変わる用途に好都合である（内視鏡観察用のように）。わせのスピードを増加する。この発明のもう１つの一般的な観点では、立体システムは距離測定を行う。すなわち、そのシステムは光学アセンブリと選定された物体との間の距離をシステムの光軸に沿って求める。像の焦点が合うと撮像装置上に配置されたセンサは、撮像アセンブリから光学装置の第２主面までの距離を求める（すなわち像距離）。次いでプロセッサは光学アセンブリの焦点距離と像距離を用いて、物体の光学アセンブリから物体までの距離を求める。距離測定の特徴は立体と二次元像システムの両方に適用可能である。好ましい実施態様は次の特徴を含む。プロセッサは、物体から光学アセンブリの第１主面までの距離を次の関係式により決める。ここで、ｓ’は像距離であり、ｆは焦点距離である。いくつかの実施態様では、距離測定は光学アセンブリと物体との間の距離が許容範囲内に入るときのみ可能になる。距離測定が第２物体と光学アセンブリとの間の距離を求めるために第２物体で行われると、プロセッサは物体に対する距離の差を測定することにより光軸に沿う２つの物体間の距離を求める。この発明の更にもう１つの観点では、立体システムはまた映像測定を行う。すなわちそのシステムは光軸に交差する平面内に物体の位置を求める。焦点を合わせて後、プロセッサは撮像装置の表面上で物体の像の位置を求める。次いでプロセッサは像の位置、光学アセンブリの焦点距離及び光学アセンブリと物体との間の距離に基づいて平面内の物体の位置を求める。映像測定法の特徴は立体と２次元像計測システムの両方に適用可能である。プロセッサは次の演算を行うことにより光軸に交差する平面内における物体の位置を求める。Ｒ＝ｒ／ｍここでＸとＹは面内の物体の座標であり（撮像装置の光軸はＸ−Ｙ座標システムの原点を定める）、Ｒは物体平面の物体の極半径であり、ｒは撮像装置の表面に像の極半径である。ある実施態様では、プロセッサは像の歪曲（distortion）を直す。例えばプロセッサは光学アセンブリの歪曲係数特性（distortion factor characteristic）を求め、次いで次の演算を行うことによってＲを決める。ここでＤｒは歪曲係数である。他の実施態様では、プロセッサは平面上に投影される物体の面積を計算する。距離測定及び映像測定は、物体の位置を三次元空間内に完全に特定するために一緒に行われる。第２物体の座標がこの方法で求められた後、プロセッサは２つの物体間の真の距離、すなわち２つの物体を結ぶベクトルの長さを求める。更に他の実施態様では、距離測定及び映像測定の特徴が両方共内視鏡に使用するために立体システムに組み入れられる。距離測定及び映像測定機能は、立体鏡システムがシステムの視野内のどの物体についてもその大きさと位置の両方をすばやく求めることを可能にする。自動焦点合わせ、距離測定及び映像測定技術は、三次元立体内視鏡及びカップラ、立体カムコーダ及び立体スチルカメラを含むさまざまな立体器具に容易に装備することができる。この発明の他の特徴及び利点は次の記述から及び請求の範囲から明らかになるであろう。図１は、撮像装置を含んだ自動焦点式立体鏡システムを概略的に示す。図２は、焦点合わせ操作中における図１の撮像装置の表面を概略的に示す。図３は、他の焦点合わせ操作中における図１の撮像装置の表面を概略的に示す。図４は、図１のシステムにより行われる焦点合わせ操作のためのフローチャートである。図５は、図１のシステムにより行われる代わりの焦点合わせ操作のためのフローチャートである。図６は、距離測定とビデオ測定の際における図１の立体鏡システムの側面図を概略的に示す。図７は、図６のシステムにより像が映される物体の正面図を概略的に示す。図８は、図６のシステムにおける撮像装置の表面に形成された物体の像を概略的に示す。図９は、距離測定とビデオ測定の際における二次元画像計測システムの側面図を概略的に示す。図１によれば、立体光学システム１０は、共通に観測される物体１４からの分離された左右の観測光ビーム２０，２２を形成する立体光学アセンブリ１８を含んでいる。光学アセンブリ１８は、左右光ビーム２０，２２を撮像装置３２の表面３４に導き、そこに物体１４の左右の像がそれぞれ形成される。左右の像が撮像装置３２上に焦点合わせする質（quality）は、左右の像が装置３２の表面３４で互いに一致する量に直接関連する。カメラ制御ユニット３５は、撮像装置３２を制御する標準回路を含んでいる。カメラ制御ユニット３５は、撮像装置３２から像を得て、それをディジタル電気信号に変換する。画像処理装置３８は、カメラ制御ユニット３５からの左右の像を表示する電気信号を受ける。（いくつかの実施例では、画像処理装置３８はカメラ制御ユニット３５に含まれる。）画像処理装置３８はその電気信号にさまざまな機能を実行する。例えば、画像処理装置３８は、その電気信号を用いて撮像装置３２の表面３４上における左右の像の一致度を測定し（そのようにする２つの技術が以下に詳しく説明される）、またその値を記憶回路３９に格納する。画像処理装置３８はまた、ディスプレイのための信号を作成するディジタル信号処理や他の諸操作を行う。例えば、画像処理装置３８は、信号へのリアルタイムの「ラインダブリング」（ line-doubling）を行って、表示されたそれぞれの像のための、ちらつきのない６０Ｈｚの視野率をもたらす。画像処理装置３８は、撮像装置３２に接続されたディジタル制御モータを含んだ焦点合わせ機構１０３に連結されている。画像処理装置３８は、焦点合わせ機構１０３に左右の像の一致度を指示する制御信号４０を与える。焦点合わせ機構１０３における前記モータは、制御信号４０に応答して装置３２を光軸４１に沿って移動させ、それによって光学アセンブリ１８と表面３４との間隔を変化させて、表面３４上における左右の像の一致、すなわち、焦点の質を調整する。画像処理装置３８は、左右の像を表す処理ずみ電気信号を、観測者ために物体１４の三次元画像をともにつくる画像分離装置１０４とディスプレイ１０５へ送る。例えば、ヘッド搭載型観測システムにおいては、画像分離装置１０４は左右の像を、観測者の肉眼の一方だけが見ることのできる分離液晶ディスプレイ１０５へ送る。画像分離装置１０４とディスプレイ１０５の他の実施例は以下に詳しく説明される。観測者はディスプレイ１０５に接続されたユーザー・インターフェイス１０６を通してこのシステムを制御する。好ましい実施例では、ユーザー・インターフェイス１０６は、光感知スクリーンを有するディスプレイ１０５とともに使用するためのライト・ペンを含んでいる。観測者は、ライト・ペンを使ってスクリーン上の物体の像を丸で囲むことで、焦点調節のための物体を選択する。すると、システム１０は撮像装置３２の表面３４上のその物体の像を、以下により詳しく説明するように焦点合わせさせる。光学アセンブリ１８において、物体１４からの光は第１レンズ群１１０を通って有孔プレート１１１へ到達する。有孔プレート１１１は、光軸４１に対して対称に配されかつ撮像装置表面３４の水平軸に沿った左右の孔１１４，１１６を有している。プレート１１１の左右の孔１１４，１１６はそれぞれ、右光ビーム２０と左光ビーム２２を分けて形成する。光ビーム２０，２２は第２レンズ群１１８を通った後に表面３４上に左右の像を形成する。孔１１４，１１６には、モジュレータ１２２により制御されるシャッタ１１９，１２０が設けられている。シャッタ１１９，１２０は例えば、回転式閉塞具のような電気機械装置や液晶装置（ＬＣＤ）シャッタのような電気光学装置である。同期回路１２４は、右光ビーム２０と左光ビーム２２がレンズ群１１８を介して連続的に通過し撮像装置３２に到るように、モジュレータ１２２によりシャッタ１１９，１２０を交互に開く（そして閉じる）。（操作中、シャッタ１１９，１２０の状態（開閉）は、相補的なものである。）同期回路１２４は、典型的にはカメラ制御ユニット３５と画像処理装置３８に組み込まれるが、明快にするために分けて示されている。同期回路１２４はまた、画像分離装置１０４とディスプレイ１０５をモジュレータ１２２に同期させる。例えば、前記のヘッド搭載型システムにおいては、同期回路１２４は、対応する左右の像がそれぞれの分離ディスプレイ１０５に同時に表示されるのを保証する。画像分離装置１０４とディスプレイ１０５の交互型の同期については以下に説明される。同期回路１２４はまた、ディスプレイ１０５のディスプレイ掃引とカメラ制御ユニット３５の出力とを画像処理装置３８のリアルタイム画像強調操作（ラインダブリングのような）に同期させる。同期回路１２４によりもたらされるクロック信号もまた、画像処理装置３８がカメラ制御ユニット３５から届いた信号の流れを左右の像に対応する信号に分割するようにする。撮像装置３２は例えば、左右のビーム２０，２２を表面３４上の光電性画素のアレイで受けるソリッドステートの電荷結合素子（ＣＣＤ）である。左右のビーム２０，２２が表面３４上に焦点合わせしていると、定義により表面３４は光学アセンブリ１８の第２主面１２６から距離ｓ’だけ間隔をおいている。（第２主面は光学アセンブリ１８の焦点距離が決められる面である。）ビーム２０，２２の焦点が外れているときの表面３４と第２主面１２６との間隔はｓ’として示される。表面３４と第２主面１２６との初期間隔は、装置３２が光学アセンブリ１８に関して反対方向へ等しく移動することができるように、装置３２が移動範囲内のほぼ中心に位置するように選ばれる。図２においても、画像処理装置３８は、表面３４の照準領域２００における画素によりもたらされる電気信号の部分をまず比較することで左右の像の焦点を制御する。領域２００は長方形であり、線ｘ＝ −ａ，ｘ＝ａ，ｙ＝−ｂ，ｙ＝ｂにより境界が決められている。ここで、ｘとｙは原点が光軸４１（図１）を通る、表面３４の直交座標であり、ａとｂは実定数である。換言すると、表面３４の周縁にいっそう近い画素により受けられた像の部分は、左右の像の一致度を決定するのには用いられない。これは、物体１４の像がディスプレイ１０５の中心、すなわち、表面３４の中心を占めるように観測者が典型的にシステム１０に狙いを定めるからである。したがって、物体１４の像は、左右の像間の最大の一致が表面３４の中心またはその近くで起きたときに焦点が合う。図３において、使用者が焦点合わせのための他の物体を選ぶと、照準領域２００は新たな照準領域２００’内に新たな物体の像を含むように移動する。例えば、新たな照準領域２００’は長方形でない領域Ａの中に制限される。使用者は、前述したように、ディスプレイ１０５に含まれる光感知スクリーンにおけるその像を丸で囲むことで、新たな物体を選ぶ。システム１０は、左右の像の一致が照準領域２００’内で最大であるときにまさに焦点合わせされる。左右の像がそれらの焦点合わせの最高レベルにあるとき（すなわち、表面３４と第２主面１２６との間隔が図１においてｓ’であるとき）、左像に対応する電気信号と右像に対応する電気信号との相関は領域２００内（または領域２００’ 内）で最大になる。逆に、これら一組の電気信号の差は最小になる。この発明は、自動焦点合わせを行うためにこれらの関係のいずれかを用いることができる。光学システム１０は、表面３４が像平面の左像と右像を近位または遠位に、例えば図１に「Ａ」で示した位置に、さえぎるように距離ｓ’が変化すると、焦点が外れる。これにより、左像と右像は照準領域２００（２００’）から反対の方向へ移動し、それによって左右の像に対応する電気信号どうしの間の相関は減る（そしてその差は増える）。すると、間隔ｓ’を変え、領域２００（２００’）における信号どうしの差を最小にし、それによってｓ’をｓ’に持ってくる（装置３２が物体１４と共役位置になる）ことにより、再び画像の焦点をあわせる。画像処理装置３８は、領域２００における電気信号の交差相として決定する。ここで、カメラ制御ユニット３５からの連続化された強度分布である。照準領域２００’が用いられるとき、積分の極限は、（−ａ，ａ）と（−ｂ，ｂ）から、領域Ａにわたって積分するために必要となるそれらへ変化する。画像処理装置は式（１）を有限和として実行する。図４によれば、画像処理装置３８は反復過程を用いて光学システム１０を物体１４上に焦点合わせさせる。画像処理装置３８はまず、照準領域２００（２００’）に含まれる画像の一部に対応する電気信号（例えば、右像に対応する右信号）を受ける（ステップ３００）。画像処理装置３８はその右像を記憶回路３９（図１）に格納する。画像処理装置３８が左像に対応する次の電気信号（左側信号）を受けた（ステップ３０２）後に、照準領域２００（２００’）内の各画素に対応する左信号に、を導き出すために、照準領域２００（２００’）のすべての画素にわたるその答を加算する（ステップ３０４）。ここで、ｎする最初の回は、反復の指数ｎは０である。画像処理装置３８調節され、左右の像が焦点合わせするときに前記相関が有する ’）に等しいかまたはそれよりも大きいと、画像は焦点合わせしこの過程は終了する。しかし、もし前記相関が閾値に達しな初の回かどうか、すなわち、ｎが０であるかどうかを調べる（ステップ３０８）。この実施例ではｎが０であるので、画像処理装置３８は、焦点合わせ機構１０３のモータが撮像装置３２を任意方向（方向１）へ移動させるような制御信号４０を作成する（ステップ３１０）。反復の指数ｎは１だけ増え（ステップ３１２）、そして画像処理装置３８はカメラ結合ユニット３５から次の新たな一対の連続した左右信号を受ける。次いで、画像処理装置３８はその理装置３８は、前記モータに撮像装置３２を動かすことを停止させる新たな制御信号４０を送ることで、焦点合わせ機構１０を越えると、画像処理装置３８は、焦点合わせ機構１０３が撮像装置３２を同じ方向へ移動させるように制御信号４０を維持よりも小さいと、画像処理装置３８は、焦点合わせ機構１０３が撮像装置３２を反対方向へ移動させるように新たな制御信号４０を作成する（ステップ３２０）。次いで、画像処理装置３８は、ステップ３１２に戻り、また前記相関が前記閾値を越え、像が焦点合わせするまで前記過程を繰り返る。各反復間の時間は小さいため、画像処理装置３８は、その相関を事実上、即座にかつ連続して演算する。その結果、画像処理装置３８は、焦点合わせ機構１０３が反復の間画像受信装置３２を動かすことを停止させることを要しない。このようにし置３８は、画像検知装置３２のどのような焦点ずれをも迅速に検出し、そして焦点合わせ機構１０３がその焦点ずれをすばやく補正するように、応答する。焦点ずれは例えば、使用者によって光学システムが移動されそれによって物体１４と光学アセンブリ１８との距離が変化するときに発生する。画像処理装置３８はまた、ユニット３５から届く電気信号のノイズとジッタ（ jitter）を過剰に感知するのを避けるために、他の実施例は請求の範囲に含まれる。例えば、焦点合わせ機構１０３は、撮像装置３２を、制御信号４０で作動される都度固定距離（ｄ）だけ移動させるステッピングモータを含んでいてもよい。また、その代わりに、画像処理装置３８はステッピングモータに距離（ｄ）を変化させる制御信号４０を送る。例えば、前記相関が前記閾値に近いときに、画像処理装置３８は、ステッピングモータに距離ｄを減らし、より正確に最大相関の位置を決めるようにする。焦点合わせ過程は、前記相関が前記閾値を越えるときに終了する必要はない。その代わりに、焦点合わせはある固定した反復数（ｎ）が現れるまで続けられてもよい。最大反復数は、画像処理装置３８がその最大相関の位置を決めるのに充分な時間を有することを保証するために、充分高くなるように選ぶべきである。図５によれば、画像処理装置３８は、照準領域２００（２０することで、代わりに焦点合わせを制御することができる。Ｄで定義される。（照準領域２００’（図３）が用いられるときには、積分の限界を領域Ａのため必要とされるものに変更する。）画像処理装置３８は、図４に示されたのと類似した方法で光学システム１０を焦点合わせさせる。（図４におけるのと同じステップを表すために、図５において同一の符号が用いられた。）右及び左信号を受けた（ステップ３００及び３０２）後に、’）よりも小さいかそれに等しいときには、この過程は終了すときには、画像処理装置３８は、焦点合わせ機構１０３に、撮像装置３２を任意方向へ移動させるように指示し（ステップ３焦点合わせ機構１０３に、移動中の撮像装置３２を同じ方向へ移動させ続けるようにする（ステップ３１８）。もし、Ｄ_n 方向へ移動される（ステップ３２０）。画像処理装置３８は、図４に関連して説明したのと類似した方法で、差分関数Ｄ_n を処理し続ける。図６及び７を参照すると、（例えばここで述べる技術の何れかを用いて）左右の像の焦点を最大限合わせたときに、画像処理装置３８は距離測定（光学アセンブリ１８からの物体１４の光軸４１に沿った距離Ｚ１を測定すること）および映像測定（光軸４１に垂直な平面内における物体１４の面積と位置を測定すること）を次のように行う。物体１４から光学アセンブリ１８の第一主要平面１２６’（図１も参照のこと）までの物体距離ｓは次の式で与えられる。ここでｓは実物体に対して負の値をとり、ｓ’はシステム１０の焦点を合わせたとき光学アセンブリ１８の第二主要平面１２６から撮像装置３２の表面３４までの距離であり、ｆは光学アセンブリ１８の焦点距離である。このように物体距離ｓは光学アセンブリ１８の焦点距離ｆおよび焦点を合わせた距離ｓ’から求めることができる。一旦ｓがわかれば、光学アセンブリ１８の遠位端５００から物体１４までの距離は、第一主要平面１２６’から光学アセンブリ１８の遠位端５００までの距離Ｄをｓから減算することにより計算される。光学アセンブリ１８の光学特性は、何れの立体鏡システム１０についても操作中固定されている。このように距離測定に関係するパラメータ（例えは主要平面１２６および１２６’の間の間隔、遠位端５００に対する第一主要平面１２６’ の場所、および焦点距離ｆ）はレンズ設計から求めることができ、メモリ回路３９に記憶される。あるいはまた焦点距離は光学アセンブリ１８の初期較正（init ial calibration）の際に求められる。像距離ｓ’は使用中ディスプレー１０５上に示された全ての新しい物体１４に対して測定される。このことは典型的には、撮像装置３２上に距離感知装置５０２例えばファイバー光学センサを載置することによって達成することができる。距離感知装置５０２は焦点合わせ機構１０３（図１）と結合している。あるいはまた距離感知装置５０２は光学アセンブリ１８の中に載置されるか、あるいは画像プロセッサ３８に直接接続される。一旦システムの焦点が合わされると、距離感知装置５０２が光学アセンブリ１８の近位端５０４までの距離を見い出してその距離の値を画像プロセッサ３８に送り、画像装置３８はその値をメモリ回路３９に記憶する。次に画像プロセッサ３８は、第二主要平面１２６から光学アセンブリ１１２の近位端５０４までの距離を感知装置５０２によって送られた距離の値に加算することにより像距離ｓ’を計算する。あるいはまた、固定された距離ステップ（ｄ）を有するステッピングモータが焦点合わせ機構１０３に用いられているとき、焦点合わせのあいだ（すなわち図４あるいは５に示された手順を行っているあいだ）どのように撮像装置３２が動かされるかを追跡することにより、光学アセンブリ１８に対する撮像装置３２の位置を見いだすことができる。もし撮像装置３２の開始位置が較正の間記録されているならば、システム１０の焦点を合わせたときのその位置が、焦点を合わせる過程のそれぞれの繰り返し（iteration）においてステッピングモータがどの方向に動いたかを解析することにより、見いだされる。理論的には、数式（３）に示されたように、画像プロセッサ３８は記憶されたｓ’およびｆの値から物体の距離ｓを計算することができる。しかしながら数式（３）は物体距離（ｓ）が像距離（ｓ’）よりも非常に大きい時、使用することができない。それはｓ’の値の何らかの小さい誤差が、計算されたｓの値に対して許容しがたいほど大きな誤差を生み出すからである。このことは数式（３）を微分して次の式を得ることによって見いだすことができる。ここでｄｓは物体距離の絶対誤差であり、ｄｓ／ｓは物体距離における相対誤差であり、ｄｓ’は像距離における絶対誤差であってそれは全ての与えられた距離感知装置５０２について一定である。数式（４）は、一定の像距離誤差ｄｓ’に対してｓが無限大に近づくとき、相対誤差ｄｓ／ｓもまた無限大に増加することを示している。このことは距離測定が、小さな物体距離ｓに対してのみ正確であることを示している。（焦点距離ｆにおける不正確さの影響も同様にして求めることができる。しかしｆは較正その他によって高い精度で測定することが可能であるので、通常は大きな誤差の原因にはならない。）与えられた相対誤差ｄｓ／ｓの下で測定することのできる物体距離ｓの範囲は、次のように限られている。焦点距離ｆと像距離ｓ’の誤差が一定である時、我々はｓ＝−ｋｆであると仮定する。ここでｋは正の定数である。これを数式（４）中のｓに代入すると我々は次の式を得ることができる。相対誤差｜ｄｓ／ｓ｜の絶対値に対する最大許容可能値をＤｍａｘと定義すると、我々は次の式を得る。ここでであり、ｃは正の定数である。ｋに対して数式（６）を解くと次の式が得られる。物体距離｜ｓ｜＝ｋｆを代入すると次の式が得られる数式（７）におけるｋの下限は１より小さく、これは物体距離｜ｓ｜の大きさ（数式（８））は焦点距離ｆよりも小さいかも知れないことを示している。このことが不可能な状況においては、物体距離ｓに対するより正確な下限を見いだすことができる。例えば大抵の内視鏡においては光学アセンブリ１８の先端５０４と前主要平面１２６’の間の距離Ｄは１．３ｆよりも大きく、数式（７）の左辺は操作範囲の下限を決定しない。実際には内視鏡における最小物体距離｜ｓ｜ｍｉｎは、焦点合わせ機構１０３によって許される最大像距離ｓ’ｍａｘによって制限される。数式（３）は次のことを示す。このように、内視鏡における物体距離の許容可能な範囲は次の式で与えられる。典型的な適用例では、物体距離の最大相対誤差は５％に制限されており（Ｄｍａｘ＝０．０５）、像距離の絶対誤差は０．０２５ｍｍであり（ｄｓ’＝０．０２５ｍｍ）、光学アセンブリ１８は５ｍｍの焦点距離を有し（ｆ＝５ｍｍ）、最大像距離は２０ｍｍである（ｓ’ｍａｘ＝２０ｍｍ）。数式（６）および（１０）を用いると、５％の精度で求めることのできる物体距離は次の範囲にある。６．７ｍｍ＜｜ｓ｜＜５９．６ｍｍ（１１）これは大抵の内視鏡の適用をカバーする範囲である。操作に際しては、使用者がディスプレー１０５上の立体像を観察する。一旦自動焦点合わせが完了すると、距離感知装置５０２がｓ’の値を求め、この値を画像プロセッサ３８に送り、画像プロセッサ３８は次に数式（３）からｓを計算する。画像プロセッサ３８はｓの値を、光学アセンブリ１８の遠位端５００からの物体１４の距離に変換し、この値をディスプレー１０５上で使用者に表示する。使用者は次に上に述べたように物体１４’の領域を囲むことによって、ディスプレー１０５上の焦点を合わすべき別の物体１４’（図６）を選択することができる。次に自動焦点合わせと距離測定の全体の過程が、新しい物体１４’に対して繰り返される。このことは、物体１４’の像が現れる撮像平面３２の表面３４の部分（例えば図３に示された部分２００’）における左方および右像の相関を計算することにより行われる。次に画像プロセッサ３８は図４あるいは５のいずれかに示された手順を用いて領域２００’における物体１４’の像の焦点を合わせる。またその代わりに、例えば物体１４’がディスプレー１０５の中心に示されていることを保証することにより、物体１４’の像が撮像装置３２の表面３４の中心に来るまで光学システム１０を移動する。次に画像プロセッサ３８は焦点合わせ手順を行い領域２００における物体１４’の像の焦点を合わせる。画像プロセッサ３８は、上述のようにして光学軸４１に沿った物体１４’への物体距離Ｚ２を求め記憶する。次に画像プロセッサ３８は２つの記憶された物体距離Ｚ１およびＺ２を減算することにより光軸４１に沿った２つの物体１４、１４’の間の距離を求め、この値をディスプレー１０５上で使用者に表示する。内視鏡的応用においては、適切な固定具を用いて距離測定の間の内視鏡の移動を防止することがしはしば望まれる。例えはロボット的な腕あるいはその他の適切な装置を用いて、距離測定のあいだ内視鏡を静止状態に保持しておくことができる。図７および８において画像プロセッサ３８は映像測定を行い、物体１４の物体平面５０６（すなわち光軸４１に垂直な物体１４を含み、撮像装置３２の表面３４に平行な平面）上の投影の座標の位置を求める。第一次の近似において、半径方向の歪曲がない場合、物体平面における物体１４の極半径（Ｒ）は次の式で表される。 R＝r_p/m ここでＸおよびＹは物体平面における物体１４の座標であり、ｒｐは撮像装置３２の表面３４上の理想的像の極半径であり、ｘｐおよびｙｐは撮像装置３２表面３４の理想的像の座標であり、ｍは光学アセンブリ１８の近軸拡大率である。撮像装置３２の表面３４および物体平面はそれらの原点において光軸４１と交差している。極半径Ｒおよびｒｐは平行である。すなわちｘに関してｒｐのなす角およびＸに関してＲのなす角は等しい。通常Ｒおよびｒｐはそれぞれ物体１４およびその像のほぼ中心に来るように選ばれる。一旦距離測定が達成されて物体距離ｓが見いだされると、画像プロセッサ３８は（数式（１２）を用いて）像平面における物体１４の像の極半径ｒを物体平面における物体１４の極半径Ｒに変換する。画像プロセッサ３８は同様に物体１４の像の輪郭線（contour）を規定する複数の点の位置を像平面から物体平面へと転置することができる。像の半径方向の歪曲が（例えば内視鏡的適用において）かなりのものである時、数式（１２）は次の式に修正される。ここでｒは撮像装置３２の表面３４上の実際の（歪曲した）像の極半径であり、ｘおよびｙは表面３４上の実際の像の座標であり、ｒｐは対応する理想の（近軸）像の極半径であり、Ｄｒは半径方向の歪曲因子である。Ｄｒは与えられた撮像装置３２に対して固定されている。Ｄｒは例えば格子の上に載置された物体１４を撮像しディスプレー１０５上の対応する像を物体１４と比較することにより見いだされる。焦点合わせおよび距離測定が完了すると画像プロセッサ３８は、ｘ軸が像平面上にあるｒによって得られるその極半径Ｒおよび極角度（Θ）から物体１４の位置（Ｘ，Ｙ）を求める。距離測定により光軸４１に沿った物体１４の距離（物体１４のｚ−座標に相当する）も求められるので、物体１４の位置は完全に特定される。一旦２つの物体１４の座標が見いだされると、画像プロセッサ３８は物体１４、１４’の間の実際の距離すなわちｓｑｒｔ［（Ｘ₁−Ｘ₂）²＋（Ｙ₁−Ｙ₂）²＋（Ｚ₁−Ｚ₂）²］で与えられる距離を算出する。ここで（Ｘ₁，Ｙ₁，Ｚ₁）は第一の物体１４の座標であり、（Ｘ₂，Ｙ₂，Ｚ₂）は第二の物体１４’の座標である。さらに使用者が上述のようにユーザーインターフェース１０６を用いて物体の輪郭線を取り囲むことによりディスプレー１０５上の特定の物体１４を選択した後、画像プロセッサ３８は輪郭線上に来る点の集合に対する極半径Ｒを求める。次に画像プロセッサ３８は次の式を用いて物体平面上に投影された物体１４の面積（Ａ）を求める。ここでΣは像の面積である。画像プロセッサ３８は数式（１４）を離散和として計算する図９において、上記の距離測定と映像測定の技術は、２次元撮像システム１０’例えばビデオカメラ上で行うこともできる。物体１４から受け取った光は撮像装置３２上で単一の像を形成し、従来技術の何れかを用いてその焦点合わせが行われる。カメラ制御ユニット３５は撮像装置３２を駆動し、画像プロセッサ３８は上述の距離測定と映像測定の機能を実行する。２次元ディスプレー１０５’（例えばテレビモニタ）は焦点合わせした像を、物体への距離ｓや物体平面における物体の位置や物体平面上に投影された物体の面積とともに表示する。観察者はユーザーインターフェース１０６を通じて撮像システム１０’と対話する。別の実施態様においては、撮像装置３２に対して光学アセンブリ１８を移動させるために焦点合わせ機構１０３が接続されており、あるいはまた光学アセンブリ１８と撮像装置３２を反対の方向に移動させるために焦点合わせ機構１０３が接続されている。もし光学アセンブリ１８が変焦点レンズ（varifocallens）構成を備えているならば、（アセンブリ１８全体よりもむしろ）光学アセンブリ１８の内部部分を移動させその焦点距離を変化させるように焦点合わせ機構１０３が接続される。本発明は様々な像分離装置１０４およびディスプレー１０５とともに用いることができる。例えばいくつかの実施態様において像分離装置１０４が、近接した距離間隔をおいて置かれ観察者の両方の眼で見ることのできる別々のディスプレー１０５に対して右方および左方の信号を送る。別のシステムにおいては、右方及び左像が、単一のモニタを備えたディスプレー１０５上に順番に表示される。画像分離装置１０４は、それぞれの眼の前にシャッタ（例えば液晶シャッタ）を有するような、使用者がかける「能動メガネ（ active glasses）」を備える。（この実施態様においては像分離装置１０４は、図１に示されているように画像プロセッサ３８に接続されていない。）シャッタはモニタに表示される像と同期されるので、左像が画面上に表示されているとき左方のシャッタが開いており右方のシャッタは閉じられていて、観察者の左方の眼は左方の表示画像だけを見るようになっている。右像が表示されたとき、右方のシャッタが開き左方のシャッタは閉じられて、観察者の右方の眼は右方の表示画像だけを見るようになっている。左右の像のスイッチング速度が大きいので観察者は左右の像が画面上に同時に表示されているように知覚する。別のシステムにおいては、観察者はレンズが反対方向の偏光を有する受動メガネ（passive glasses）をかけ、像分離装置１０４はディスプレー１０５内のモニターの前に置かれた液晶スクリーンを備える。スクリーンは、ディスプレーの像スイッチング速度（フレーム速度）と位相を合わせてその偏光度を変化させる。受動メガネは正しく偏光された像のみを観察者のそれぞれの眼に到達させ、それにより観察者に３次元像を見るようにさせる。そのような液晶スクリーンの１つの例はテクトロニクス社（Tektronix,Inc.）から入手可能である。もし能動メガネが用いられるならば、同期回路１２４によってシャッタ１１９、１２０と同じ速度で、メガネのシャッタが開いた状態と閉じた状態を交互に繰り返す。あるいはまた、もし能動モニタが用いられるならば、モニタの偏光スイッチング速度をシャッタ１１９、１２０のスイッチング速度に同期させる。自動立体鏡ディスプレーとして知られるその他のシステムは、物体１４の水平方向に隣接した２つ以上の画像を単一のディスプレー１０５上に多重表示（mult iplexed）させる水平多重表示技術を用いる。像分離装置１０４はディスプレー１０５にそれぞれの隣接した像を限られた方向にのみ射出させ、観察者の眼のそれぞれが異なる像を見るようにさせる。画像分離装置１０４は、隣接した像を方位角の方向に分離するための円柱状のマイクロレンズを表面上に有する水晶体スクリーン（lenticular scree n）により提供される。時系列的水平多重表示も可能である。この技術においては水平方向に隣接した像がディスプレー１０５上に連続して表示される。画像スイッチングの速度（フレーム速度）に同期した画像分離装置１０４が観察者の眼に別々に像を導く。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９７年６月２３日（１９９７．６．２３）【補正内容】請求の範囲（補正分）１．撮像装置から離れた光学素子を使用し、物体の左像と右像を撮像装置が左像を示す信号と右像を示す信号を作るように撮像装置に適合させ、左像を示す信号と右像を示す信号を比較し、撮像装置上の左像と右像の一致点を測定し、かつ光学素子と撮像装置の間隔を変更して撮像装置上の左像と右像の一致点を増加させ、それによって撮像装置上の左右の像の焦点合わせを増加させることからなる撮像装置上の物体の立体像の焦点合わせ方法。２．前記信号の比較が、左像を示す信号と右像を示す信号とに基づいて、撮像装置上での左右の像の相関を求めることを含む請求の範囲１の方法。３．相関を最大にすべく間隔を変えることを更に含む請求の範囲２の方法。４．前記信号の比較が、左像を示す信号と右像を示す信号とに基づいて、撮像装置の表面のある領域における左像の標準化強（ここでＡは前記表面の領域のｘ，ｙ座標における面積を表わを定める。）の式によって求めることを更に含む請求の範囲２の方法。５．前記信号の比較が、左像を示す信号と右像を示す信号とに基づいて、撮像装置での左右の像の間の差を求めることを含む請求の範囲１の方法。６．前記間隔を差を最小にすべく変えることを更に含む請求の範囲５の方法。７．前記信号の比較が、左像を示す信号と右像を示す信号とに基づいて、撮像装置の表面のある領域の左像の標準化強度分布（ここでＡは表面の領域のｘ，ｙ座標における面積を表わし、 ……………………………… １４．工程（ａ），（ｂ）及び（ｃ）が相関を最大にすべくくり返される請求の範囲１の方法。１５．工程（ａ），（ｂ）及び（ｃ）が差を最小にすべくくり返される請求の範囲５の方法。１６．物体の左右の像を作る光学素子と、左右の像を受け取り、左像を示す信号と右像を示す信号とを作るために光学素子から離れた撮像装置と、左右の像が撮像装置上で焦点が合っているかどうかを決定するために左像を示す信号を右像を示す信号と比較するプロセッサと、撮像装置上で左右の像の焦点を合わせるために、前記比較に応答して光学素子と撮像装置との間隔を変える手段とからなる立体装置。１７．プロセッサが左像を示す信号と右像を示す信号とに基づいて撮像装置上での左右の像の間の相関を求める相関子を含む請求の範囲１６の装置。１８．前記手段が相関を最大にすべく間隔を変える請求の範囲１７の装置。１９．相関子が、……………………………… ３３．装置が内視鏡である請求の範囲１６の装置。３４．撮像装置から離れて置かれ、選択された焦点距離を有する光学素子を用いて撮像装置上に物体の像を適合させ、像を撮像装置に焦点合わせし、像の焦点が合った時撮像装置から光学素子までの像距離を検出し、像距離と焦点距離に基づいて、光学素子から物体までの距離を測定することからなる距離測定方法。３５．像の焦点合わせが、撮像装置から離れた光学素子を使用し、物体の左像と右像を撮像装置が左像を示す信号と右像を示す信号を作るように撮像装置に適合させ、左像を示す信号と右像を示す信号を比較し、撮像装置上の左像と右像の一致点を測定し、かつ光学素子と撮像装置の間隔を変更して撮像装置上の左像と右像の一致点を増加させ、それによって撮像装置上の左右の像の焦点合わせを増加させることからなる請求の範囲３４の方法。３６．距離を測定する工程が、物体から光学素子の第１主面までの距離を求めることを含む請求の範囲３４又は３５の方法。３７．光学素子から第２物体までの距離を求めるために、適合させ、焦点合わせし、検出し、そして測定する各工程をくり返すことを更に含む請求の範囲３４又は３５の方法。３８．最初に述べた物体までの距離と、第２物体までの距離との差を測定することを更に含む請求の範囲３７の方法。３９．第２の像と最初に述べた像を撮像装置上に適合させることを更に含む請求の範囲３４又は３５の方法。４８．撮像装置から離れた光学素子を使用し、物体の左像と右像を撮像装置が左像を示す信号と右像を示す信号を作るように撮像装置に適合させ、左像を示す信号と右像を示す信号を比較し、撮像装置の表面のある領域における左像の標準化強度分布（ここでＡは前記表面の領域のｘ，ｙ座標における面積を表わを定める。）のごとく測定することによって、撮像装置上の左像と右像の相関を測定し、かつ光学素子と撮像装置の間隔を変更して撮像装置上の左像と右像の相関を増加させることからなる撮像装置上の物体の立体像の焦点合わせ方法。４９．撮像装置から離れた光学素子を使用し、物体の左像と右像を撮像装置が左像を示す信号と右像を示す信号を作るように撮像装置に適合させ、左像を示す信号と右像を示す信号を比較し、撮像装置の表面のある領域における左像の標準化強度分布（ここでＡは前記表面の領域のｘ，ｙ座標における面積を表わを定める。）のごとく測定することによって、撮像装置上の左像と右像の差を測定し、かつ光学素子と撮像装置の間隔を変更して撮像装置上の左像と右像の差を減少させることからなる撮像装置上の物体の立体像の焦点合わせ方法。５０．物体の左右の像を作る光学素子と、左右の像を受け取り、左像を示す信号と右像を示す信号とを作るために光学素子から離れた撮像装置と、左右の像が撮像装置上で焦点が合っているかどうかを決定するために左像を示す信号を右像を示す信号と比較し、左像を示す信号と右像を示す信号とに基づいて、撮像装置の表面の領域（ここでＡは表面の領域のｘ，ｙ座標における面積を表わし、距離を定める）のごとく求めることによって、撮像装置上での左像と右像との相関を測定する相関子を含むプロセッサと、前記プロセッサに連結され、撮像装置上で左右の像の焦点を合わせるために光学素子と撮像装置との間隔を変える機構とからなる立体鏡装置。５１．物体の左右の像を作る光学素子と、左右の像を受け取り、左像を示す信号と右像を示す信号とを作るために光学素子から離れた撮像装置と、左右の像が撮像装置上で焦点が合っているかどうかを決定するために左像を示す信号を右像を示す信号と比較し、左像を示す信号と右像を示す信号とに基づいて、撮像装置の表面の領域（ここでＡは表面の領域のｘ，ｙ座標における面積を表わし、距離を定める）のごとく求めることによって、撮像装置上での左像と右像との差を測定する比較子を含むプロセッサと、前記プロセッサに連結され、撮像装置上で左右の像の焦点を合わせるために光学素子と撮像装置との間隔を変える機構とからなる立体鏡装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．撮像装置から離れた光学素子を使用し、物体の左像と右像を撮像装置が左像を示す信号と右像を示す信号を作るように撮像装置に適合させ、左像を示す信号と右像を示す信号を比較し撮像装置上の左像と右像の一致点を測定し、かつ光学素子と撮像装置の間隔を変更して撮像装置上の左像と右像の一致点を増加させることからなる撮像装置上の物体の立体像の焦点合わせ方法。２．前記信号の比較が、左像を示す信号と右像を示す信号とに基づいて、撮像装置上での左右の像の相関を求めることを含む請求の範囲１の方法。３．相関を最大にすべく間隔を変更することを更に含む請求の範囲２の方法。４．前記信号の比較が、左像を示す信号と右像を示す信号とに基づいて、撮像装置の表面のある領域における左像の標準化強（ここでＡは前記表面の領域のｘ，ｙ座標における面積を表わを定める。）の式によって求めることを更に含む請求の範囲２の方法。５．前記信号の比較が、左像を示す信号と右像を示す信号とに基づいて、撮像装置での左右の像の間の差を求めることを含む請求の範囲１の方法。６．前記間隔を差を最小にすべく変えることを更に含む請求の範囲５の方法。７．前記信号の比較が、左像を示す信号と右像を示す信号とに基づいて、撮像装置の表面のある領域の左像の標準化強度分布（ここでＡは表面の領域のｘ，ｙ座標における面積を表わし、を定める。）の式によって求めることを更に含む請求の範囲５の方法。８．撮像装置の表面の選択された領域に受け入れられる左右の像の部分に対してのみ比較を実行することを更に含む請求の範囲１の方法。９．選択された領域が表面の中央領域である請求の範囲８の方法。１０．光学素子と撮像装置との間隔を変える工程が少なくとも前記光学素子を動かすことを含む請求の範囲１の方法。１１．光学素子と撮像装置との間隔を変える工程が少なくとも前記撮像装置を動かすことを含む請求の範囲１の方法。１２．前記適合さす工程が、異なる時間間隔にて、左像と右像を撮像装置の共通素子に適合させ、その共通素子が異なる時間間隔で、左像を示す信号と右像を示す信号とを作ることを含む、請求の範囲１の方法。１３．左像と右像を順次シャッターし、左右の像を撮像装置の共通素子に連続的に適合させることを更に含む請求の範囲１２の方法。１４．工程（ａ），（ｂ）及び（ｃ）が相関を最大にすべくくり返される請求の範囲１の方法。１５．工程（ａ），（ｂ）及び（ｃ）が差を最小にすべくくり返される請求の範囲５の方法。１６．物体の左右の像を作る光学素子と、左右の像を受け取り、左像を示す信号と右像を示す信号とを作るために光学素子から離れた撮像装置と、左右の像が撮像装置上で焦点が合っているかどうかを決定するために左像を示す信号を右像を示す信号と比較するプロセッサと、前記比較に応答して光学素子と撮像装置との間隔を変える手段とからなる立体装置。１７．プロセッサが左像を示す信号と右像を示す信号とに基づいて撮像装置上での左右の像の間の相関を求める相関子を含む請求の範囲１６の装置。１８．前記手段が相関を最大にすべく間隔を変える請求の範囲１７の装置。１９．相関子が、左像を示す信号と右像を示す信号とに基づいて、撮像装置の表面の領域での左像の標準化強度分布ｕ（ｘ，（ここでＡは表面の領域のｘ，ｙ座標における面積を表わし、距離を定める）の式によって求めるよう更に構成されている請求の範囲１７の装置。２０．プロセッサは左像を示す信号と右像を示す信号とに基づいて撮像装置上での左右の像の差を求める比較子を含む請求の範囲１６の装置。２１．機構が差を最小にすべく間隔を変えるよう構成された請求の範囲１６の装置。２２．比較子が、左像を示す信号と右像を示す信号とに基づいて、撮像装置の表面の領域での左像の標準化強度分布ｕ（ｘ，（ここでＡは表面の領域のｘ，ｙ座標における面積を表わし、ｓ’は、撮像装置の光軸に沿う、光学素子と撮像装置との間の距離を定める）の式によって求めるよう更に構成されている請求の範囲２０の装置。２３．プロセッサが、撮像装置の表面の選択された領域に受け入れられる左右の像の部分に対してのみ比較を実行するよう構成された請求の範囲１６の装置。２４．選択された領域が表面の中央領域である請求の範囲２３の装置。２５．機構が、光学素子に結合され、かつ少なくとも光学素子を移動させることによって間隔を変更する請求の範囲１６の装置。２６．機構が、撮像装置に結合され、かつ少なくとも撮像装置を移動することによって間隔を変更する請求の範囲１６の装置。２７．光学素子が、共通素子が異なる時間間隔で左像を示す信号と右像を示す信号を作るために、左右の像を撮像装置の共通素子に異なる時間間隔で適合させる構成部材を含み、プロセッサが前記異なる時間間隔中、共通素子によっ作られた信号に基づいて比較を実行する請求の範囲１６の装置。２８．光学素子が、物体から光を受け取るレンズと、このレンズによって受け取られた光から左ビーム及び右ビームを形成する左・右開口であって、前記左ビームが撮像装置に投射されたとき左像を作り、前記右ビームが撮像装置に投射されたとき右像を作る左・右開口とを更に備え、前記構成部材か左右の像を撮像装置の共通素子に連続して適合させる左ビーム及び右ビームを順次ブロック及びアンブロックする複数のシャッタからなる請求の範囲２７の装置。２９．左右の像を異なる時間間隔で撮像装置の共通素子に連続して適合させるべく、複数のシャッタを交互に開放するためにプロセッサにより制御されたモジュレータを更に備えた請求の範囲２８の装置。３０．光学素子が更に左右の像を撮像装置の共通素子に導く第２レンズを備えた請求の範囲２５の装置。３１．撮像装置が、左右の像を受ける少なくとも１つのソリッドステート装置を含む請求の範囲１５の装置。３２．少なくとも１つのソリッドステート装置が電荷結合装置を含む請求の範囲３１の装置。３３．装置が内視鏡である請求の範囲１６の装置。３４．撮像装置から離れて置かれ、選択された焦点距離を有する光学素子を用いて撮像装置上に物体の像を適合させ、像を撮像装置に焦点合わせし、像の焦点が合った時撮像装置から光学素子までの像距離を検出し、像距離と焦点距離に基づいて、光学素子から物体までの距離を測定することからなる距離測定方法。３５．像の焦点合わせが、請求の範囲１の方法によって実行される請求の範囲３４の方法。３６．距離を測定する工程が、物体から光学素子の第１主面までの距離を求めることを含む請求の範囲３４又は３５の方法。３７．光学素子から第２物体までの距離を求めるために、適合させ、焦点合わせし、検出し、そして測定する各工程をくり返すことを更に含む請求の範囲３４又は３５の方法。３８．最初に述べた物体までの距離と、第２物体までの距離との差を測定することを更に含む請求の範囲３７の方法。３９．第２の像を撮像装置に適合させ、第２の像と最初に述ベた像の両方を撮像装置上に焦点合わせすることを更に含む請求の範囲３４又は３５の方法。４０．撮像装置の表面で像の位置を測定し、光学素子の光軸に交差する面内の物体の位置を、前記位置、焦点距離及び距離から求めることを更に含む請求の範囲３４又は３５の方法。４１．光軸に交差する面内の第２物体の距離及び位置を求めるために前記の測定し求める工程をくり返し、更に最初に述べた物体と第２物体との距離を測定することを更に含む請求の範囲４０の方法。４２．面内の物体の位置を求めることが、演算：Ｒ＝ｒ／ｍ（但し、Ｘ及びＹは平面内の物体の座標であり撮像装置の光軸が前記ｘ及びｙ座標の原点を定め、Ｒは物体平面の物体の極半径、ｒは撮像装置の表面での像の極半径、そしてｘとｙは像の座標である。）を実行することからなる請求の範囲４０の方法。４３．像の歪曲を矯正することを更に含む請求の範囲４０の方法。４４．光学素子の歪曲係数を求めることを含む請求の範囲４３の方法。４５．平面内の物体の複数の点の位置を測定し、複数の点の位置に基づいて物体の面積を測定することを更に含む請求の範囲４０の方法。４６．撮像装置と、この撮像装置から離れて置かれ、物体の像を撮像装置の表面に適合させる光学素子と、撮像装置の表面に像を焦点合わせする手段と、像の焦点が合うとき撮像装置から光学素子までの映像距離を検出するセンサと、前記像距離と光学素子の焦点距離に基づいて光学素子から物体までの距離を測定するプロセッサとからなる距離測定を実行する光学システム。４７．撮像装置から光学軸に沿って離れて置かれた光学素子を用いて、物体の像を撮像装置の表面に適合させ、像を撮像装置上で焦点合わせし、表面上での像の位置を測定し、光学軸に交差する面内における物体の位置を測定することからなる映像計測方法。