内視鏡システム、内視鏡、並びに内視鏡駆動方法
【課題】極細径化の達成と質の高い体内画像の取得という要請を両方満たす。
【解決手段】内視鏡２は、イメージガイド３１をシフト動作させるためのシフト機構３２を備える。シフト機構３２は、圧電素子３５を駆動源として、イメージガイド３１を構成する光ファイバ５２のクラッド５１の影を埋めるようにイメージガイド３１の入射端をシフトさせ、各シフト位置でその都度止める。三板式ＣＣＤ５６のＣＣＤ５８は、各シフト位置で撮影を行う。画像合成部６５ａは、光ファイバ５２のコア５０で伝達された像８０とＣＣＤ５８の画素８１の位置関係、およびシフト機構３２によるイメージガイド３１の入射端のシフト量に基づき、ＣＣＤ５８から出力された各シフト位置での画像から、一つの合成画像を生成する。
【解決手段】内視鏡２は、イメージガイド３１をシフト動作させるためのシフト機構３２を備える。シフト機構３２は、圧電素子３５を駆動源として、イメージガイド３１を構成する光ファイバ５２のクラッド５１の影を埋めるようにイメージガイド３１の入射端をシフトさせ、各シフト位置でその都度止める。三板式ＣＣＤ５６のＣＣＤ５８は、各シフト位置で撮影を行う。画像合成部６５ａは、光ファイバ５２のコア５０で伝達された像８０とＣＣＤ５８の画素８１の位置関係、およびシフト機構３２によるイメージガイド３１の入射端のシフト量に基づき、ＣＣＤ５８から出力された各シフト位置での画像から、一つの合成画像を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡システム、内視鏡、並びに内視鏡駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野において、内視鏡は今や欠くことのできない医療器具の一つである。内視鏡は、いわゆる胃カメラやファイバスコープを使用していた黎明期から、現在はＣＣＤ等のイメージセンサを用いた電子内視鏡、あるいは患者に飲み込ませて体内画像を取得するカプセル型内視鏡が開発されるに到り、着実に技術的進歩を遂げている。
【０００３】
内視鏡検査の分野では、患者の体内に挿入する挿入部の極細径化が希求されている。実際、現在に到るまで様々な細径化の試みがなされており、例えば膵管、胆管、乳管、気管支末端といった細管部の観察が可能な内視鏡も検討されている。
【０００４】
ファイバスコープは、極言すれば、体内の被観察部位の像を伝達するイメージガイドと被観察部位に照明光を照射するライトガイドさえあれば体内画像を取得することが可能であるため、構造上極細径化に向いている。しかしながら、イメージガイドを構成する光ファイバ束のクラッドが像の伝達に寄与しないので、クラッドを投影した網目模様が体内画像に映り込み、体内画像の画質が悪くなるという問題があった。
【０００５】
上記問題を踏まえて、特許文献１の第一実施形態のファイバスコープは、イメージガイドの入射端に配置された、イメージガイドの入射端に結像させるレンズ等の結像系光学部材を圧電素子で振動させることで、体内画像に網目模様が映り込むことを防止している。圧電素子は、イメージガイドの光ファイバまたはＣＣＤの画素の配列ピッチに応じて、結像系光学部材を上下左右方向に所定量振動させている。
【０００６】
また、特許文献１の第二実施形態では、イメージガイドを用いずに、挿入部の先端にＣＣＤを配置した例が開示されている。第二実施形態では、ＣＣＤの前方に配置された結像系光学部材を第一実施形態と同じく振動させている。そして、この振動の間に、時分割的にＣＣＤの画素で像を受光し、得られたデータをフレームメモリに順次記憶して一フレーム分の画像を得ることで、高解像度化を実現している。
【０００７】
特許文献２には、ホワイトボードを撮像して得た参照画像の網目部分に該当する撮影画像の部分を、白色に置換、隣接する画素で置換、周囲の画素で置換、あるいは補間値を演算して置換することで、撮影画像の網目模様を除去する技術が記載されている。
【０００８】
特許文献３では、白色被写体を撮影して得られた白画像から、イメージガイドを構成する光ファイバのコアの、画像（固体撮像素子の撮像面）上の中心座標を抽出している。そして、白画像の各画素の明度を均すように補正し、中心座標に対応する画素以外の画素を、二次元的な補間埋め込み処理で補間している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６０−０５３９１９号公報
【特許文献２】特開平０６−３４３１３４号公報
【特許文献３】特開平０８−１９１４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
結像系光学部材は、画像の明るさを確保するために、イメージガイドよりも径が大きいが、特許文献１では、結像系光学部材を圧電素子で振動させている。このため、ただでさえイメージガイドよりも径が大きい結像系光学部材を揺動可能に保持するための枠体や保持機構を取り付けるスペースがさらに必要になり、その分挿入部の径方向寸法が大きくなる。つまり、結像系光学部材を圧電素子で振動させることは、極細径化の妨げとなる。数十μｍ〜数ｍｍオーダーの極細径化を目指すためには、枠体や保持機構の取り付けスペースですら憂慮すべき問題となる。
【００１１】
特許文献１の第二実施形態は、高解像度化は実現可能となるものの、結像系光学部材に加えてＣＣＤを挿入部先端に配置する構成であるため、極細径化には程遠い。
【００１２】
特許文献２、３に記載の方法は、網目模様の除去はできるが、画像化に寄与する画素の数は増えないため、たとえ画素補間を施したとしても高解像度化には限界がある。
【００１３】
本発明は、上記背景を鑑みてなされたものであり、その目的は、極細径化の達成と質の高い体内画像の取得という要請を両方満たすことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の内視鏡システムは、複数本の光ファイバをバンドル化してなるイメージガイド、イメージセンサ、シフト機構、同期制御手段、および画像合成手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
前記イメージガイドは、内視鏡の挿入部に挿通され、対物光学系で入射端に結像された被観察部位の像を出射端に伝達する。前記イメージセンサは、前記イメージガイドで伝達された像を撮像する。
【００１６】
前記シフト機構は、前記イメージガイドの入射端の外周に形成された圧電素子で前記イメージガイドの入射端を揺動させ、対物光学系で結像された像に対して前記イメージガイドの入射端を周期的にシフト動作させる。
【００１７】
前記同期制御手段は、前記シフト機構によるシフト動作に同期して前記イメージセンサに複数回撮像させ、対物光学系で結像された像に対する前記イメージガイドの入射端の位置が異なる状態で撮像された複数の画像が得られるよう、前記イメージセンサと前記シフト機構の動作を制御する。
【００１８】
前記画像合成手段は、前記イメージガイドの各光ファイバで伝達された像と前記イメージセンサの画素の撮像面上の位置関係、および前記シフト機構でシフトされる前記イメージガイドのシフト量の情報に基づき、得られた複数の画像を合成して、一つの合成画像を生成する。
【００１９】
無地の単色被写体を撮像して得た参照画像を元に、位置関係の情報を取得する情報取得手段を備えることが好ましい。前記情報取得手段は、所定期間毎に得られる参照画像から、その都度位置関係の情報を取得する。前記情報取得手段は、参照画像に対して二値化処理を施してマスク画像を生成する二値化処理手段と、生成されたマスク画像に基づいて、前記イメージセンサの撮像面上における、各光ファイバで伝達された像の中心位置を検出する位置検出手段とからなる。
【００２０】
前記画像合成手段は、前記位置検出手段で検出された中心位置を中心とし、光ファイバのコア径を直径とする結像領域を光ファイバ毎に設定する。そして、各結像領域内における前記イメージセンサの画素の画素値に基づいて、各結像領域の画素値の代表値を算出する。
【００２１】
前記画像合成手段は、各結像領域内における前記イメージセンサの画素の画素値の平均値、または最大値を代表値として算出する。また、前記画像合成手段は、前記シフト機構によるシフト動作に同期して前記イメージセンサに複数回撮像させて得られた複数の画像単位で代表値を算出する。
【００２２】
前記画像合成手段は、シフト量の情報に応じて、前記イメージセンサの該当する画素の画素値に代表値をマッピングする。前記画像合成手段は、前記位置検出手段で検出された中心位置にシフト量を加算し、代表値をマッピングする前記イメージセンサの該当する画素を特定する。
【００２３】
前記画像合成手段は、結像領域内の画素のうち、代表値がマッピングされた画素の画素値から、マッピングされていない画素の画素値を生成する。
【００２４】
前記シフト機構は、前記イメージガイドの入射端を第一の位置から第二の位置、第二の位置から第三の位置と順に移動させ、最後は第一の位置に戻すことで一回の周期的なシフト動作をさせる。前記イメージセンサは、各位置でその都度撮像する。
【００２５】
あるいは、前記シフト機構は、前記イメージガイドの入射端を第一の位置から第二の位置に移動させたら止め、さらに第二の位置から第三の位置に移動させたら止めるという間欠シフト動作を繰り返す。
【００２６】
前記シフト機構で前記イメージガイドの入射端が移動させられる各位置の距離は、前記イメージガイドを構成する光ファイバの配列ピッチの１／ｎに相当する。各位置の数は四個、または九個であり、辺のなす角が６０°および１２０°で一辺が二個、または三個の位置を結ぶ線からなる菱形をなす。
【００２７】
前記シフト機構は、前記イメージガイドの入射端を、各位置を巡る最短の移動経路で移動させることが好ましい。
【００２８】
前記シフト機構は、前記イメージガイドの入射端が内挿固定され、前記イメージガイドの入射端をシフト動作可能な状態で保持する保持筒を有する。前記保持筒の外周面には前記圧電素子が形成され、前記圧電素子の駆動力が前記保持筒を介して前記イメージガイドに伝えられる。
【００２９】
本発明の内視鏡は、複数本の光ファイバをバンドル化してなるイメージガイドと、シフト機構を備えることを特徴とする。
【００３０】
前記イメージガイドは、挿入部に挿通され、対物光学系で入射端に結像された被観察部位の像を出射端に伝達する。
【００３１】
前記シフト機構は、前記イメージガイドの入射端の外周に形成された圧電素子で前記イメージガイドの入射端を揺動させ、対物光学系で結像された像に対して前記イメージガイドの入射端を周期的にシフト動作させる。
【００３２】
前記シフト機構によるシフト動作に同期してイメージセンサに複数回撮像させ、対物光学系で結像された像に対する前記イメージガイドの入射端の位置が異なる状態で撮像された複数の画像が得られるよう、前記イメージセンサと前記シフト機構の動作が制御される。そして、前記イメージガイドの各光ファイバで伝達された像と前記イメージセンサの画素の撮像面上の位置関係、および前記シフト機構でシフトされる前記イメージガイドのシフト量の情報に基づき、得られた複数の画像を合成して、一つの合成画像が生成される。
【００３３】
本発明の内視鏡駆動方法は、複数本の光ファイバをバンドル化してなるイメージガイドであり、内視鏡の挿入部に挿通され、対物光学系で入射端に結像された被観察部位の像を出射端に伝達するイメージガイドの入射端を、その外周に形成された圧電素子で揺動させ、対物光学系で結像された像に対してイメージガイドの入射端を周期的にシフト動作させるステップと、シフト動作に同期してイメージセンサに複数回撮像させるステップと、イメージガイドの各光ファイバで伝達された像とイメージセンサの画素の撮像面上の位置関係、およびシフト機構でシフトされるイメージガイドのシフト量の情報に基づき、複数回の撮像により得られた、対物光学系で結像された像に対するイメージガイドの入射端の位置が異なる状態で撮像された複数の画像を合成して、画像合成手段で一つの合成画像を生成するステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、イメージガイドの入射端をシフト機構で周期的にシフト動作させ、このシフト動作に同期してイメージセンサで複数回の撮像を行い、イメージガイドの各光ファイバで伝達された像とイメージセンサの画素の撮像面上の位置関係、およびシフト機構でシフトされるイメージガイドのシフト量の情報に基づき、複数回の撮像で得られた複数の画像から一つの合成画像を生成するので、極細径化の達成と質の高い体内画像の取得という要請を両方満たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】内視鏡システムの構成を示す外観図である。
【図２】内視鏡先端部の構成を示す平面図である。
【図３】内視鏡先端部周辺の断面図である。
【図４】シフト機構の構成を示す斜視図である。
【図５】イメージガイドの光ファイバ束を示す平面図である。
【図６】内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。
【図７】コアが伝達する像とＣＣＤの画素の位置関係を示す図である。
【図８】シフトの仕方の例を示す説明図である。
【図９】コア一本の移動軌跡を示す説明図である。
【図１０】シフト撮影モードが選択されたときに機能する各部を示すブロック図である。
【図１１】白色画像と二値化画像を示す図である。
【図１２】ＣＣＤの駆動と圧電素子制御信号、画像合成信号の関係を示すタイミングチャートである。
【図１３】結像領域とマッピング画像を示す図である。
【図１４】画像合成処理の流れを示す図である。
【図１５】内視鏡システムの処理手順を示すフローチャートである。
【図１６】画像合成処理の詳細手順を示すフローチャートである。
【図１７】別の実施形態における内視鏡先端部の構成を示す平面図である。
【図１８】シフト機構の別の実施形態を示す斜視図である。
【図１９】シフトの仕方の別の例を示す説明図である。
【図２０】シフトの仕方のさらに別の例を示す説明図である。
【図２１】コア一本の移動軌跡を示す説明図である。
【図２２】シフト機構に突起、先端部内壁に凹部を設けた例を示す図である。
【図２３】先端部内壁に突起を設けた例を示す図である。
【図２４】中継ボックスを備えた内視鏡システムの外観図である。
【図２５】中継ボックスを備えた内視鏡システムのブロック図である。
【図２６】レーザ光源を用いた光源装置の別例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１において、内視鏡システム２は、内視鏡１０、プロセッサ装置１１、および光源装置１２からなる。内視鏡１０は、例えば膵管、胆管、乳管、気管支末端といった細管部を観察する際に用いられる。内視鏡１０は、患者の体内に挿入される可撓性の挿入部１３と、挿入部１３の基端部分に連設された操作部１４と、プロセッサ装置１１および光源装置１２にそれぞれ接続されるプロセッサ用コネクタ１５および光源用コネクタ１６と、操作部１４、各コネクタ１５、１６間を繋ぐユニバーサルコード１７とを有する。
【００３７】
挿入部１３は、例えば厚み５０μｍ、外径０．９ｍｍのテフロン（登録商標）等の可撓性材料からなる。操作部１４には、体内画像を静止画記録するためのレリーズボタン１８といった操作部材が設けられている。また、操作部１４の先端側には、電気メス等の処置具が挿通される鉗子口１９が設けられている。鉗子口１９は、挿入部１３内の鉗子チャンネル４６（図３参照）を通して、挿入部１３の先端部２０に設けられた鉗子出口２６（図２参照）に連通している。
【００３８】
プロセッサ装置１１は、光源装置１２と電気的に接続され、内視鏡システム２の動作を統括的に制御する。プロセッサ装置１１は、ユニバーサルコード１７や挿入部１３内に挿通された配線ケーブル４５（図３参照）を介して内視鏡１０に給電を行い、シフト機構３２（図３参照）の駆動を制御する。また、プロセッサ装置１１は、イメージガイド３１（図３参照）で伝達された被観察部位の像を、内蔵のＣＣＤ５８Ｒ、５８Ｇ、５８Ｂ（図６参照、以下、まとめてＣＣＤ５８という）で受像し、これにより得られた撮像信号に各種処理を施して画像を生成する。プロセッサ装置１１で生成された画像は、プロセッサ装置１１にケーブル接続されたモニタ２１に体内画像として表示される。
【００３９】
先端部２０は、例えば厚み２５μｍ、外径０．８ｍｍのステンレス製パイプを基体とする。図２において、先端部２０の先端面２０ａには、上方中央に観察窓２５が、その直下に鉗子出口２６が設けられている。また、観察窓２５、鉗子出口２６以外の隙間を埋めるように、複数のライトガイド２７の先端がランダムに配置されている。
【００４０】
鉗子出口２６は、例えば外径０．３４ｍｍ、内径０．３ｍｍであり、ポリイミド等からなる鉗子チャンネル４６（図３参照）に連通している。ライトガイド２７は、例えば外径５０μｍの光ファイバからなる。ライトガイド２７は、挿入部１３、ユニバーサルコード１７に亘って挿通され、その入射端が光源用コネクタ１６内に位置している。ライトガイド２７は、入射端に入射した光源装置１２からの照明光を導光して、先端面２０ａから露呈した先端（出射端）から照明光を被観察部位に照射する。
【００４１】
ライトガイド２７は、複数本の光ファイバをバラで挿入部１３内に挿通させ、その後先端部２０に接着剤を流し込むことで先端部２０に固着される。必要に応じて、固着後にライトガイド２７の出射端を表面研磨したり、各ライトガイド２７の出射端前方に、ライトガイド２７の出射端が配された部分を覆う照明窓を設けてもよい。さらには、照明窓に蛍光物質を塗り込む等して照明光を拡散させてもよい。
【００４２】
図３に示すように、観察窓２５の奥には、対物光学系３０、イメージガイド３１、およびイメージガイド３１をシフトさせるシフト機構３２が配されている。対物光学系３０は、鏡筒３３に保持され、被観察部位の像をイメージガイド３１の入射端に結像させる。対物光学系３０、鏡筒３３の外径はそれぞれ、例えば０．３５ｍｍ、０．４ｍｍである。また、鏡筒３３の軸方向長さは、例えば３．２ｍｍである。
【００４３】
イメージガイド３１は、例えば外径０．２ｍｍの光ファイバ束からなる（図５参照）。イメージガイド３１は、挿入部１３、ユニバーサルコード１７内を挿通され、その出射端がプロセッサ用コネクタ１５内に位置している。イメージガイド３１は、対物光学系３０に面した入射端から取り込んだ被観察部位の像を出射端に伝達する。
【００４４】
図４にも示すように、シフト機構３２は、保持筒３４、圧電素子３５、および電極３６で構成される。保持筒３４は、例えば外径０．２６ｍｍ、内径０．２ｍｍのステンレス製パイプからなり、イメージガイド３１が内挿固定される。圧電素子３５は、例えば厚み１５μｍであり、保持筒３４の外周面を覆う円筒状に成膜されている。電極３６は、例えば厚み５μｍであり、圧電素子３５の外周面に成膜されている。
【００４５】
シフト機構３２は、先端部２０の基体内に収容されている。シフト機構３２の外周面と先端部２０の基体の内周面との間には、例えば０．１ｍｍ程度の空洞３７が形成されている。
【００４６】
シフト機構３２は、イメージガイド３１の入射端とともに揺動する、先端面２０ａ側の揺動部３８と、イメージガイド３１とともに固定される、挿入部１３側の固定部３９とに分れる。揺動部３８では、シフト機構３２は先端部２０の基体に固着されておらず、イメージガイド３１は、固定部３９を支点として空洞３７内を揺動可能である。固定部３９では、シフト機構３２は接着剤４０で先端部２０の基体の内周面に固着されている。接着剤４０は、イメージガイド３１が剥き出しになるシフト機構３２の終端手前から、挿入部１３の先端途中に掛けて充填されている。揺動部３８、固定部３９の軸方向長さはそれぞれ、例えば４ｍｍ、１．９ｍｍであり、固定部３９と挿入部１３の先端途中を含む接着剤４０の充填範囲の軸方向長さは、例えば３．２ｍｍである。
【００４７】
電極３６は、周方向に９０°間隔（図２の上下左右方向に対して４５°傾いた位置）に設けられ、軸方向に平行に形成された四本の溝４１によって、上下、左右の二対、計四個に分割されている。揺動部３８では、各電極３６の間隔が溝４１の幅分しか空いておらず、各電極３６が幅広となっている。対して、固定部３９では溝４１が周方向に対称に拡がった形の切欠き４２が形成されて、幅狭部４３となっている。幅狭部４３は、圧電素子３５の後端付近まで延在している。溝４１および切欠き４２は、圧電素子３５の外周面全体に電極材料を成膜した後、エッチングによって形成される。
【００４８】
幅狭部４３の終端にはパッド４４が形成され、パッド４４には配線ケーブル４５が接続されている。パッド４４は、保持筒３４の終端にも形成されており、これにも配線ケーブル４５が接続されている。すなわち、保持筒３４は、圧電素子３５の共通電極としても機能する。
【００４９】
配線ケーブル４５は、例えば導線径１５μｍ、被覆外径２０μｍである。配線ケーブル４５は、イメージガイド３１の周囲を這うように挿入部１３、ユニバーサルコード１７内を挿通され、プロセッサ用コネクタ１５を介してプロセッサ装置１１に接続される。
【００５０】
上下、左右で対になった電極３６には、共通電極である保持筒３４に掛かる電圧を基準として、逆の極性の電圧が供給される。例えば保持筒３４の電位が０Ｖであった場合、上側の電極３６には＋５Ｖ、下側には−５Ｖといった具合である。こうすることで電極３６下の圧電素子３５が軸方向に伸縮し、この圧電素子３５の伸縮に連れて、固定部３９から先の揺動部３８が、イメージガイド３１の入射端とともに空洞３７内を揺動する。電圧を供給する電極３６の組み合わせや印加電圧の値を種々変更することで、揺動部３８を所定角度で所定量移動させることができる。
【００５１】
図５において、イメージガイド３１は、周知の如く、コア５０とクラッド５１からなる複数本（例えば６０００本）の光ファイバ５２を、六角最密状に束ねてバンドル化した構成である。本例では、コア５０、クラッド５１の径はそれぞれ、３μｍ、６μｍであり、光ファイバ５２の配列ピッチＰは６μｍである。
【００５２】
図６において、プロセッサ装置１１は、拡大光学系５５および三板式ＣＣＤ５６を有する。拡大光学系５５は、プロセッサ用コネクタ１５から露呈したイメージガイド３１の出射端に面する箇所に配置されている。拡大光学系５５は、イメージガイド３１で伝達された被観察部位の像を、適当な倍率で拡大して三板式ＣＣＤ５６に入射させる。
【００５３】
三板式ＣＣＤ５６は、拡大光学系５５の背後に配置されている。三板式ＣＣＤ５６は、周知の如く、色分解プリズム５７と、三台のＣＣＤ５８とから構成される。色分解プリズム５７は、三個のプリズムブロックと、プリズムブロックの接合面に配された二枚のダイクロイックミラーとからなる。色分解プリズム５７は、拡大光学系５５からの被観察部位の像を赤、青、緑色の波長帯域を有する光に分け、それぞれの光をＣＣＤ５８に向けて出射する。ＣＣＤ５８は、色分解プリズム５７からの各色光の入射光量に応じた撮像信号を出力する。なお、ＣＣＤの代わりにＣＭＯＳイメージセンサを用いてもよい。
【００５４】
イメージガイド３１のコア５０で伝達する像８０を、画素８１が配列されたＣＣＤ５８の撮像面に投影した図７において、像８０の中心は、画素８１の九個分の枡目の中心と略一致する。イメージガイド３１の出射端と色分解プリズム５７、ＣＣＤ５８は、像８０と画素８１が図示する位置関係となるように位置決めされている。
【００５５】
図６に戻って、ＣＣＤ５８からの撮像信号は、アナログフロントエンド（以下、ＡＦＥと略す）５９に入力される。ＡＦＥ５９は、相関二重サンプリング回路（以下、ＣＤＳと略す）、自動ゲイン制御回路（以下、ＡＧＣと略す）、およびアナログ／デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄと略す）から構成されている。ＣＤＳは、ＣＣＤ５８から出力される撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、ＣＣＤ５８で生じるリセット雑音およびアンプ雑音の除去を行う。ＡＧＣは、ＣＤＳによりノイズ除去が行われた撮像信号を所定のゲイン（増幅率）で増幅する。Ａ／Ｄは、ＡＧＣにより増幅された撮像信号を、所定のビット数のデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄでデジタル化された撮像信号は、デジタル信号処理回路（以下、ＤＳＰと略す）６５のフレームメモリ（図示せず）に一旦格納される。
【００５６】
ＣＣＤ駆動回路６０は、ＣＣＤ５８の駆動パルス（垂直／水平走査パルス、電子シャッタパルス、読み出しパルス、リセットパルス等）とＡＦＥ５９用の同期パルスとを発生する。ＣＣＤ５８は、ＣＣＤ駆動回路６０からの駆動パルスに応じて撮像動作を行い、撮像信号を出力する。ＡＦＥ５９の各部は、ＣＣＤ駆動回路６０からの同期パルスに基づいて動作する。なお、図では便宜上、ＣＣＤ駆動回路６０とＡＦＥ５９はＣＣＤ５８Ｇのみに繋がれているが、これらは実際にはＣＣＤ５８Ｒ、５８Ｂにも繋がれている。
【００５７】
圧電素子駆動回路６１は、配線ケーブル４５を介して電極３６および保持筒３４に繋がれている。圧電素子駆動回路６１は、ＣＰＵ６２の制御の下、圧電素子３５に電圧を供給する。
【００５８】
ＣＰＵ６２は、プロセッサ装置１１全体の動作を統括的に制御する。ＣＰＵ６２は、図示しないデータバスやアドレスバス、制御線を介して各部と接続している。ＲＯＭ６３には、プロセッサ装置１１の動作を制御するための各種プログラム（ＯＳ、アプリケーションプログラム等）やデータ（グラフィックデータ等）が記憶されている。ＣＰＵ６２は、ＲＯＭ６３から必要なプログラムやデータを読み出して、作業用メモリであるＲＡＭ６４に展開し、読み出したプログラムを逐次処理する。また、ＣＰＵ６２は、検査日時、患者や術者の情報等の文字情報といった検査毎に変わる情報を、後述する操作部６８やＬＡＮ(Local Area Network)等のネットワークより得て、ＲＡＭ６４に記憶する。
【００５９】
ＤＳＰ６５は、ＡＦＥ５９からの撮像信号をフレームメモリから読み出す。ＤＳＰ６５は、読み出した撮像信号に対して、色分離、色補間、ゲイン補正、ホワイトバランス調整、ガンマ補正等の各種信号処理を施し、一フレーム分の画像を生成する。またＤＳＰ６５は、後述するシフト撮影モードが選択されたときに、シフトの一周期で得られた複数の画像を合成して一つの高解像度な画像（以下、合成画像という）を出力する画像合成部６５ａ（図１０参照）を有する。このためＤＳＰ６５には、複数のフレームメモリが設けられている。ＤＳＰ６５で生成された画像（合成画像も含む）は、デジタル画像処理回路（以下、ＤＩＰと略す）６６のフレームメモリ（図示せず）に入力される。
【００６０】
ＤＩＰ６６は、ＣＰＵ６２の制御に従って各種画像処理を実行する。ＤＩＰ６６は、ＤＳＰ６５で処理された画像をフレームメモリから読み出す。ＤＩＰ６６は、読み出した画像に対して、電子変倍、あるいは色強調、エッジ強調等の各種画像処理を施す。ＤＩＰ６６で各種画像処理を施された画像は、表示制御回路６７に入力される。
【００６１】
表示制御回路６７は、ＤＩＰ６６からの処理済みの画像を格納するＶＲＡＭを有する。表示制御回路６７は、ＣＰＵ６２からＲＯＭ６３およびＲＡＭ６４のグラフィックデータを受け取る。グラフィックデータには、体内画像の無効画素領域を隠して有効画素領域のみを表示させる表示用マスク、検査日時、あるいは患者や術者の情報等の文字情報、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ；Graphical User Interface）といったものがある。表示制御回路６７は、ＤＩＰ６６からの画像に対して、表示用マスク、文字情報、ＧＵＩの重畳処理、モニタ２１の表示画面への描画処理といった各種表示制御処理を施す。
【００６２】
表示制御回路６７は、ＶＲＡＭから画像を読み出し、読み出した画像をモニタ２１の表示形式に応じたビデオ信号（コンポーネント信号、コンポジット信号等）に変換する。これにより、モニタ２１に体内画像が表示される。
【００６３】
操作部６８は、プロセッサ装置１１の筐体に設けられる操作パネル、内視鏡１０の操作部１４にあるボタン、あるいは、マウスやキーボード等の周知の入力デバイスである。ＣＰＵ６２は、操作部６８からの操作信号に応じて、各部を動作させる。
【００６４】
プロセッサ装置１１には、上記の他にも、画像に所定の圧縮形式（例えばＪＰＥＧ形式）で画像圧縮を施す圧縮処理回路や、レリーズボタン１８の操作に連動して、圧縮された画像をＣＦカード、光磁気ディスク（ＭＯ）、ＣＤ−Ｒ等のリムーバブルメディアに記録するメディアＩ／Ｆ、ＬＡＮ等のネットワークとの間で各種データの伝送制御を行うネットワークＩ／Ｆ等が設けられている。これらはデータバス等を介してＣＰＵ６２と接続されている。
【００６５】
光源装置１２は、光源７０を有する。光源７０は、赤から青までのブロードな波長の光（例えば、４８０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長帯の光）を発生するキセノンランプや白色ＬＥＤ（発光ダイオード）等である。光源７０は、光源ドライバ７１によって駆動される。絞り機構７２は、光源７０の光射出側に配置され、集光レンズ７３に入射される光量を増減させる。集光レンズ７３は、絞り機構７２を通過した光を集光して、ライトガイド２７の入射端に導光する。ＣＰＵ７４は、プロセッサ装置１１のＣＰＵ６２と通信し、光源ドライバ７１および絞り機構７２の動作制御を行う。
【００６６】
内視鏡システム２には、シフト機構３２を動作させないで撮影する検査準備モードおよび通常撮影モードと、シフト機構３２を使用するシフト撮影モードとが用意されている。シフト撮影モードでは、シフト回数を四回、九回の二種類設定することが可能である。各モードの切り替えおよびシフト回数の設定は、操作部６８を操作することにより行われる。
【００６７】
シフト撮影モードが選択されてシフト回数が四回に設定（以下、単に四回シフトという）された場合、圧電素子駆動回路６１は、シフト機構３２の揺動部３８を駆動して、イメージガイド３１の入射端を図８に示すようにシフト動作させる。まず、揺動部３８は、（ａ）の初期位置から３０°左斜め下方向に、光ファイバ５２の配列ピッチＰの半分、つまり１／２Ｐ分イメージガイド３１の入射端を揺動させ、（ｂ）に示す一回シフトの位置に移動させる。そして、順次右斜め下方向、右斜め上方向、左斜め上方向に、最初と同じ角度、同じ移動量でシフトさせて、（ｃ）の二回シフト、（ｄ）の三回シフトの位置に移動させ、再び（ａ）の初期位置（四回シフトの位置）に戻す。揺動部３８は、圧電素子駆動回路６１によって、各シフト位置でその都度止められる。なお、実線はイメージガイド３１の入射端における実際のコア５０の位置、破線は一つ前の位置を表す。
【００６８】
イメージガイド３１の入射端におけるコア５０は、（ａ）〜（ｄ）、そして再び（ａ）に戻る一周期のシフト動作を繰り返すことで、（ａ）の初期位置だけでは画像化されないクラッド５１の部分を埋めるような、図９（ａ）に示す菱形状の移動軌跡を辿る。
【００６９】
因みにシフト回数が九回に設定（以下、単に九回シフトという）された場合の移動軌跡は、例えば図９（ｂ）に示す如くである。四回シフトの場合と比べて、各方向へのシフト動作が一回多くなる。但し、七回シフトから八回シフトの位置に移るときは、六回シフトから七回シフトの位置に移ったときの左斜め上方向から、左斜め下方向に方向が変えられる。また、八回シフトから初期位置（九回シフトの位置）に移るときは、角度が９０°に変えられて上方向に移動される。九回シフトの場合も四回シフトの場合と同様に、初期位置だけでは画像化されないクラッド５１の部分を埋めるような移動軌跡となる。そのうえ、隣接する三つのコア５０の初期位置と同じ位置（二回、四回、六回シフトの位置）に移動される。
【００７０】
図１０において、シフト撮影モードが選択されると、プロセッサ装置１１のＣＰＵ６２には、同期制御部６２ａ、圧電素子制御部６２ｂが構築され、また、ＤＳＰ６５の画像合成部６５ａが動作する。画像合成部６５ａおよび各制御部６２ａ、６２ｂは、シフト情報８５に基づいて互いに協働しながら各種処理を行う。
【００７１】
シフト情報８５は、シフト機構３２の揺動部３８のシフト動作に関する情報である。シフト情報８５は、シフト回数、シフト方向とそのピッチ（シフト量）、コア５０の径、コア５０で伝達する像８０とＣＣＤ５８の画素８１の位置関係等を含む。シフト回数の情報は操作部６８から与えられる。シフト方向、シフト量、コア５０の径といった基本的な情報は例えばＲＯＭ６３に記憶されており、ＲＯＭ６３から画像合成部６５ａおよび各制御部６２ａ、６２ｂに読み出される。なお、コア５０の径としては、後述する二値化画像Ｇｗｂで像８０として認識可能な領域の径を用いてもよい。
【００７２】
検査準備モードは、イメージガイド３１のコア５０で伝達する像８０とＣＣＤ５８の画素８１の位置関係を取得するためのモードである。検査準備モードは、内視鏡検査の前にその都度実行される。検査準備モードでは、ＤＳＰ６５の二値化処理部６５ｂ、および中心座標検出部６５ｃが動作する。
【００７３】
検査準備モードでは、まず、例えば白板等の無地の白色被写体を内視鏡１０で撮影する。こうして得られた画像（以下、白色画像という）Ｇｗは、図１１（Ａ）に示すように、コア５０と対面する画素８１得られた、複数の白丸の像８０が斑点状に配列されたものとなる。斜線で示す白丸の像８０以外の部分は、像８０が伝達されないクラッド５１に対応する部分であり、これが網目模様として映る。
【００７４】
図１１（Ｂ）に示すように、ＤＳＰ６５の二値化処理部６５ｂは、白色画像Ｇｗに対して二値化処理を施し、白黒の二値化画像（マスク画像）Ｇｗｂを生成する。二値化処理部６５ｂは、ある閾値を基準として、各画素８１で出力された撮像信号を白か黒に二分する。このため、図示するように、中心部分と比較して伝達効率が悪くなりがちな像８０の辺縁部に対応する画素８１が二値化処理によって黒と認識され、像８０が円形でなくなる場合もある。
【００７５】
ＤＳＰ６５の中心座標検出部６５ｃは、二値化処理後の各像８０の中心Ｏを、形状認識等の周知の画像処理技術によって求め、さらに中心Ｏに位置する各画素８１の座標（以下、中心座標という）を求める。座標は、ＣＣＤ５８の水平方向をＸ軸、垂直方向をＹ軸、例えば左隅を原点として、（Ｘ、Ｙ）で表す（図１４参照）。中心座標は、二値化処理の説明でも述べたように、二値化処理後に像８０の形状が円形でなくなることがあるため、図７に示す像８０の中心と一致しないこともある。
【００７６】
中心座標検出部６５ｃは、求めた中心座標（Ｘ１、Ｙ１）、（Ｘ２、Ｙ２）、・・・と個々の光ファイバ５２を識別するファイバＮｏ．Ｆ１、Ｆ２、・・・とを、像８０と画素８１の位置関係の情報としてＤＳＰ６５の内部メモリ６５ｄに格納する（図１４参照）。ファイバＮｏ．は、座標の原点に近いほうから（左から右、上から下の）順に付される。
【００７７】
同期制御部６２ａは、ＣＣＤ駆動回路６０からＣＣＤ５８の駆動パルスの情報を受けて、圧電素子制御部６２ｂに圧電素子制御信号Ｓａを、画像合成部６５ａに画像合成信号Ｓｂをそれぞれ送信する。圧電素子制御部６２ｂは、圧電素子制御信号Ｓａに同期してシフト動作が行われるよう、圧電素子駆動回路６１の動作を制御する。同様に、画像合成部６５ａは、画像合成信号Ｓｂに同期して画像合成処理を実行し、各回のシフト位置で得られた画像Ｇ０、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３（四回シフトの場合を例示）の画素を、各シフト位置に対応させてマッピングすることにより、一つの合成画像Ｇｃを生成する。
【００７８】
より詳しくは、四回シフトの場合を例示した図１２において、同期制御部６２ａは、ＣＣＤ５８の電荷蓄積が終了した直後、すなわちＣＣＤ５８の画素８１から垂直転送路に一フレーム分の信号電荷が読み出されたとき（ＣＣＤ駆動回路６０からＣＣＤ５８に読み出しパルスが出力されたとき）に、圧電素子制御信号Ｓａを発する。また、同期制御部６２ａは、三回シフトの位置で得られた画像Ｇ３に該当するＣＣＤ５８の電荷読出出力が終了したときに、画像合成信号Ｓｂを発する。電荷読出出力とは、読み出しパルスに応じてＣＣＤ５８の画素８１から垂直転送路に信号電荷が読み出され、垂直転送、水平転送を経て、一フレーム分の撮像信号が出力されるまでの一連のＣＣＤ動作をいう。
【００７９】
圧電素子駆動回路６１は、圧電素子制御信号Ｓａを受けて圧電素子３５に相応の電圧を供給し、揺動部３８を前回のシフト位置から次回のシフト位置に移動させる。同期制御部６２ａから圧電素子駆動回路６１に圧電素子制御信号Ｓａが発せられてから、揺動部３８が次回のシフト位置に移動するまでの時間は、ＣＣＤ５８が前回の電荷蓄積を終えてから次回の電荷蓄積を開始するまでの時間よりも短い。従って、揺動部３８が圧電素子駆動回路６１により次回のシフト位置に移動されて制止された状態で、常に次回の電荷蓄積が開始される。
【００８０】
画像合成部６５ａは、画像合成信号Ｓｂを受けて、各回のシフト位置で得られた画像Ｇ０〜Ｇ３をフレームメモリから読み出す。画像合成部６５ａは、検査準備モードで白色画像Ｇｗを元に検出したコア５０に対応する像８０の中心座標を使用して、各画像Ｇ０〜Ｇ３の画素を、各シフト位置に対応させてマッピングし、合成画像Ｇｃを出力する。
【００８１】
具体的には、画像合成部６５ａは、中心座標に基づいて、図１３（Ａ）に示す結像領域８６を特定する。結像領域８６は、中心座標を中心とし、直径がコア５０（二値化処理前の像８０）の径と同じ円である。結像領域８６は、コア５０によって伝達される像８０の、ＣＣＤ５８の撮像面上における投影領域を意味する。
【００８２】
次に、画像合成部６５ａは、各結像領域８６内の画素８１で得られた撮像信号の代表値Ｄを、画像Ｇ０〜Ｇ３毎に求める（図１４参照）。代表値Ｄは、結像領域８６内の画素８１で得られた撮像信号の平均値、または最大値である。画像合成部６５ａは、シフト情報８５のうちの中心座標およびコア５０の径を、内部メモリ６５ｄおよびＲＯＭ６３からそれぞれ読み出し（あるいは、二値化画像Ｇｗｂで像８０として認識可能な領域の径をコア５０の径として用い）、これらに基づいて代表値Ｄの算出を実行する。
【００８３】
なお、代表値Ｄの二つの添字は、左がファイバＮｏ．と対応しており、右が画像Ｇ０〜Ｇ３の添字と対応している。例えばＤ１０は、ファイバＮｏ．１で中心座標（Ｘ１、Ｙ１）の、画像Ｇ０の結像領域８６における代表値を表す。また、図１１および図１３では、像８０が実線、画素８１が点線で囲われた枡目でそれぞれ表されている。
【００８４】
合成画像Ｇｃは、画像化されないクラッド５１の部分が画像化され、しかもその部分の画素値が一フレーム内の隣接画素の補間で得た擬似値ではなく、被観察部位の像を反映したものとなる。言い換えれば、通常撮影モードや各回のシフト位置で得られた画像よりも画素数が増え、よりきめ細かい画像となる。この画像の鮮明さは、四回シフトよりもサンプリング数が多い九回シフトのほうが当然より顕著になる。
【００８５】
なお、ここで注意すべきは、各画像Ｇ０〜Ｇ３の実態は、シフト動作で各シフト位置にずらされたそれぞれ異なる像８０であるが、イメージガイド３１の出射端を固定して入射端における像８０のみをシフトさせており、ＣＣＤ５８の撮像面とイメージガイド３１の出射端の相対的な位置関係は変わらないので、データ上は各シフト位置とも同じ画素８１から出力されていて区別がつかないという点である。例えば、画像Ｇ０内のある位置の像８０と画像Ｇ１内の同じ位置の像８０とは、それぞれシフト位置が異なる像８０であるが、ＣＣＤ５８の同じ画素８１で撮像される。他の画像も同様である。このため、画像合成部６５ａは、シフト量の情報を元に、各画像の画素値が本来どの画素８１に該当するかをマッピングで割り出す。
【００８６】
図１４において、画像合成部６５ａは、各画像Ｇ０〜Ｇ３の中心座標にシフト量ΔＸｓ、ΔＹｓを加算し、シフト量を加算した中心座標に対応する画素８１に代表値Ｄをあてがうマッピング処理を施す。シフト量は、初期位置を０（基準）として、各回シフト位置に応じた値が記憶されている。本例では、３０°の方向に１／２Ｐのピッチでシフトさせるので、例えば一回シフトのシフト量ΔＸｓ１は−√３／４Ｐ、ΔＹｓ１は１／４Ｐであり、二回シフトのシフト量ΔＸｓ２は０、ΔＹｓ２は１／２Ｐである。三回シフトのシフト量は、一回シフトのシフト量の正負符号を違えたものである。
【００８７】
図１３（Ｂ）に示すように、マッピング処理で得られる画像（以下、マッピング画像という）Ｇｍｐは、シフト量を加算した中心座標（図中黒丸点で表す）に対応する画素８１の画素値を、代表値Ｄとするものである。図中一点鎖線の菱形で囲う領域内の中心座標に対応する画素８１の画素値が、コア５０一本で得られるデータである（四回シフトの場合を例示）。このように、白色画像Ｇｗの二値化画像Ｇｗｂを解析して各コア５０による像８０の中心座標を求め、求めた中心座標にシフト量を加算して、各シフト位置に対応する画素８１に代表値Ｄをあてがうことで、マッピング画像Ｇｍｐは、各シフト位置で得られた像８０を、ＣＣＤ５８の撮像面上のあるべき位置に配したものとなる。
【００８８】
画像合成部６５ａは、マッピング画像Ｇｍｐの中心座標に対応する各画素８１の代表値Ｄを用いて画素補間を実行する。画像合成部６５ａは、中心座標に対応する画素８１のうち、図１３（Ｂ）で太線の三角形で結ぶ、隣接する三つの画素８１の代表値Ｄから、三角形の内部に位置する画素８１の画素値を生成する。
【００８９】
画素補間に際しては、三角形で結ぶ三つの画素８１との距離に応じた重み付けを行う。例えば、三角形の真ん中に位置する画素８１の画素値は、三角形の頂点に位置する画素８１の画素値、つまり代表値Ｄの単純平均とする。三角形の真ん中から頂点側に寄っている画素８１の画素値は、最も距離が近い頂点の画素８１の代表値Ｄを例えば二倍したものと、離れている頂点の画素８１を例えば１／２倍したものとの平均とする。画像合成部６５ａは、こうして画素補間を施した画像を、最終的に合成画像Ｇｃとして表示制御回路６７に出力する。
【００９０】
次に、上記のように構成された内視鏡システム２の作用について説明する。内視鏡１０で患者の体内を観察する際、術者は、内視鏡１０と各装置１１、１２とを繋げ、各装置１１、１２の電源をオンする。そして、操作部６８を操作して、患者に関する情報等を入力し、検査開始を指示する。
【００９１】
検査開始を指示した後、術者は、挿入部１３を体内に挿入し、光源装置１２からの照明光で体内を照明しながら、ＣＣＤ５８による体内画像をモニタ２１で観察する。
【００９２】
ＣＣＤ５８から出力された撮像信号は、ＡＦＥ５９の各部で各種処理を施された後、ＤＳＰ６５に入力される。ＤＳＰ６５では、入力された撮像信号に対して各種信号処理が施されて画像が生成される。ＤＳＰ６５で生成された画像は、ＤＩＰ６６に出力される。
【００９３】
ＤＩＰ６６では、ＣＰＵ６２の制御の下、ＤＳＰ６５からの画像に各種画像処理が施される。ＤＩＰ６６で処理された画像は、表示制御回路６７に入力される。表示制御回路６７では、ＣＰＵ６２からのグラフィックデータに応じて、各種表示制御処理が実行される。これにより、画像がモニタ２１に体内画像として表示される。
【００９４】
図１５において、検査を実施するに際して、検査準備モードが実施される（Ｓ１０）。検査準備モードでは、内視鏡１０によって白色被写体が撮影される（Ｓ１１）。そして、これにより得られた白色画像Ｇｗが二値化処理部６５ｂで二値化画像Ｇｗｂとされる（Ｓ１２）。二値化画像Ｇｗｂは、中心座標検出部６５ｃに送られ、中心座標検出部６５ｃによって二値化処理後の像８０の中心座標が検出される（Ｓ１３）。検出された中心座標は、内部メモリ６５ｄに格納される。
【００９５】
シフト撮影モードが選択された場合（Ｓ１４でＹＥＳ）、プロセッサ装置１１のＣＰＵ６２に同期制御部６２ａ、圧電素子制御部６２ｂが構築される。そして、シフト情報８５、およびＣＣＤ駆動回路６０からのＣＣＤ５８の駆動パルスの情報に基づいて、同期制御部６２ａから圧電素子制御部６２ｂに圧電素子制御信号Ｓａが、画像合成部６５ａに画像合成信号Ｓｂがそれぞれ送信される。
【００９６】
圧電素子制御信号Ｓａを受けた圧電素子制御部６２ｂによって、圧電素子駆動回路６１の動作が制御され、圧電素子駆動回路６１から圧電素子３５に相応の電圧が供給される。これにより、設定されたシフト回数に応じて、揺動部３８が所定角度、所定ピッチ分順次シフトされる（Ｓ１５）。そして、揺動部３８が各シフト位置に止まっているときに、ＣＣＤ５８による電荷蓄積が行われ、イメージガイド３１で伝達された被観察部位の像８０が各画素８１で撮像される（Ｓ１６）。揺動部３８が初期位置からシフトされて再び初期位置に戻り、一周期のシフト動作が終了するまで、Ｓ１５、Ｓ１６の処理が繰り返される（Ｓ１７でｎｏ）。
【００９７】
一周期のシフト動作が終了すると（Ｓ１７でｙｅｓ）、画像合成信号Ｓｂを受けた画像合成部６５ａによって画像合成処理が実行され、各回のシフト位置で得られた画像から、一つの合成画像が生成される（Ｓ１８）。
【００９８】
このとき、図１６に示すように、内部メモリ６５ｄから中心座標の情報が、ＲＯＭ６３からコア５０の径の情報がそれぞれ画像合成部６５ａに読み出される。そして、各結像領域８６内の画素８１で得られた撮像信号の代表値Ｄが、各回のシフト位置で得られた画像毎に求められる（Ｓ１８１）。
【００９９】
次いで、各回のシフト位置で得られた画像の中心座標に各回のシフト量を加算し、シフト量を加算した中心座標に対応する画素８１に代表値Ｄをあてがうマッピング処理が施される（Ｓ１８２）。最後に、マッピング処理によって代表値Ｄがあてがわれた画素８１を用いて、代表値Ｄがあてがわれていない画素８１の画素値を生成する画素補間が行われる（Ｓ１８３）。
【０１００】
図１５に戻って、こうして生成された合成画像は、前述のようにＤＩＰ６６、表示制御回路６７を経由して、モニタ２１に表示される（Ｓ１９）。一方、通常撮影モードが選択された場合は、Ｓ１６の撮影は行われるが、Ｓ１５、Ｓ１８の処理は実行されない。これら一連の処理は、検査終了が指示される（Ｓ２０でＹＥＳ）まで繰り返される。
【０１０１】
以上説明したように、イメージガイド３１の入射端を圧電素子３５でシフト動作させ、シフトの一周期で複数回撮影を行い、得られた複数フレームの画像を合成して一つの合成画像を生成するので、挿入部１３の極細径化を達成しつつ、診断に供する質の高い画像を提供することができる。
【０１０２】
イメージガイド３１のコア５０で伝達する像８０とＣＣＤ５８の画素８１の位置関係（中心座標）とシフト量の情報を元に、各シフト位置で得られた像８０をＣＣＤ５８の撮像面上にマッピングして画像合成するので、高精細な合成画像Ｇｃを得ることができる。
【０１０３】
白色光画Ｇｗの二値化画像Ｇｗｂを用いて中心座標を検出するので、コア５０の配列誤差や伝達効率のバラツキを吸収することができる。また、代表値Ｄがあてがわれない画素８１の画素値を画素補間にて生成するので、さらなる合成画像Ｇｃの高精細化を実現することができる。なお、定期的に歪みゲージ等でシフト機構のシフト量を検出し、シフト情報内のシフト量を書き換えてもよい。
【０１０４】
イメージガイド３１を含めたシフト機構３２の外径は、配線ケーブル４５を含めても鏡筒３３の外径と同じかそれ以下である。シフト機構３２を構成する各部材の厚みも数十μｍ程度であり、径方向に寸法を増大させる要素が殆どない。従って、レンズ等の結像系光学部材を揺動させる従来技術よりも極細径化を実現することができる。
【０１０５】
同期制御部６２ａによって、シフト機構３２とＣＣＤ５８の動作を同期させ、イメージガイド３１を各シフト位置に止めた状態で撮影するので、各シフト位置でブレのない画像を得ることができ、より高精細な画像を生成することができる。
【０１０６】
保持筒３４を円筒状として圧電素子３５をこれに倣うように成膜して、上下、左右二対の電極３６に電圧を供給することで、図９（ａ）または（ｂ）に示すように、揺動部３８を一筆書きのように各シフト位置を最短の移動経路で移動させるので、シフト動作に時間が掛からず、ＣＣＤ５８の撮像動作に余裕をもって追随することができる。
【０１０７】
揺動部３８では電極３６を幅広として高い駆動力を得られるようにし、固定部３９では電極３６を幅狭部４３として固定部３９に余計な力が加わらないようにしているので、駆動効率を高めることができ、機械的強度を保つことができる。
【０１０８】
固定部３９よりも後端側で電極３６と配線ケーブル４５とを接続するので、配線ケーブル４５にシフト動作によるストレスが掛からない。また、配線ケーブル４５を保持筒３４の外周に配した場合の径方向寸法の増加を抑えることができる。
【０１０９】
保持筒３４でイメージガイド３１を保持し、保持筒３４に圧電素子３５を設けるので、イメージガイド３１に圧電素子３５を直接設ける場合と比べて、製造組み立てが容易になる。さらには、保持筒３４を圧電素子３５の共通電極として用いるので、電極および配線ケーブルの数を削減することができ、ひいては極細径化に寄与することができる。
【０１１０】
通常撮影モードとシフト撮影モードを選択可能としたので、術者の意図を反映させることができる。術者が患者の体内に内視鏡１０の挿入部１３を挿入し、体内で挿入部１３を移動させているときは、少なくとも先端部付近の様子が分かればよいので、比較的画質は悪いが、被写体の動きに対するタイムディレイがなく動画がスムーズに流れるため、通常撮影モードで事足りる。対して、挿入部１３の先端部が病変等の被観察部位に到達し、術者が詳細な観察をしているときには、通常撮影モードよりも高画質なシフト撮影モードを選択することで、診断に適した画像を提供することができる。
【０１１１】
なお、レリーズボタン１８が押下されて静止画取得の指示がなされたときに、高画質なシフト撮影モードに自動的に切り替える構成でもよい。例えば通常撮影モードまたは四回シフトのシフト撮影モードのときにレリーズボタン１８が押下されたら、九回シフトのシフト撮影モードに切り替える。こうすれば、常に良好な画質で体内画像を静止画記録することができ、検査後の診断にも役立てることができる。
【０１１２】
挿入部１３内の隙間を埋めるように、ライトガイド２７を先端面２０ａにランダムに配置するので、照明光を広範囲に拡散させることができる。また、三板式ＣＣＤ５６を用いるので、単板式と比べて画素数が増加し、より高精細な画像を得ることができる。
【０１１３】
ＣＣＤの代わりにＣＭＯＳイメージセンサを用いる場合は、結像領域に該当する画素のみ撮像信号を読み出す部分読み出しを実行してもよい。読み出し処理を高速化することができる。
【０１１４】
上記実施形態では、各シフト位置で得られた画像にシフト量を加算しているが、白色画像Ｇｗにシフト量を加算してもよい。この場合、白色画像Ｇｗにシフト量を加算した後に二値化画像Ｇｗｂを得て、その中心座標を検出する。さらに、各シフト位置で得られた画像にシフト量を加算し、上記実施形態と同様に各結像領域８６内の画素８１の代表値Ｄを求める。
【０１１５】
上記実施形態では、検査毎に検査準備モードを実施しているが、内視鏡システムの出荷時に一度検査準備モードを実施し、その後は適宜の期間をおいて実施してもよい。検査準備モードの実施を促すメッセージをモニタ２１に表示させてもよい。
【０１１６】
上記実施形態では、コア５０で伝達する像８０とＣＣＤ５８の画素８１の位置関係として、中心座標を求めているが、この代わりに、ＣＣＤ５８の中心からの距離とＣＣＤ５８の水平方向に対する角度とで上記位置関係を表してもよい。シフト量の情報についても同様である。また、位置関係を取得するために二値化画像Ｇｗｂを生成する等の各種処理をしているが、コア５０の配列誤差や伝達効率のバラツキがないものとし、図７に示す像８０とＣＣＤ５８の画素８１の位置関係を理論値として用いてもよい。あるいは、位置関係の情報として、理論値からのずれを数値化したものを用いてもよい。
【０１１７】
いずれにしても、位置関係の情報は、像８０を撮像するＣＣＤ５８の画素８１を特定するために必要であり、シフト量の情報は、各シフト位置の撮影で得られた画素値（上記実施形態では代表値Ｄ）をマッピングする際に必要である。このため、これらの情報は、本発明を実施するために必須の要件である。
【０１１８】
なお、コア５０一本分の像８０を撮像する画素８１の個数は、中心座標とこれに対応する画素８１とのズレが大きくならず、且つ代表値Ｄの算出や画素補間に時間が掛からない程度であることが好ましく、例えば三個〜三十個程度である。
【０１１９】
また、静止画記録した画像の画素補間した部分に、万が一病変らしきものが見られた場合、それが画素補間によるものなのか、本当の病変であるのかを判断するために、画素補間前のマッピング画像Ｇｍｐを合成画像Ｇｃと併せて記録することが好ましい。
【０１２０】
シフト機構の構成は、上記実施形態の円柱状に限らない。例えば図１７および図１８に示すように、四角柱状のシフト機構９０を用いてもよい。なお、以下では上記実施形態のシフト機構３２と異なる点のみを説明し、同様の構成は符号のみを付し説明を省略する。
【０１２１】
シフト機構９０は、四角筒状の保持筒９１を有する。保持筒９１は、例えば厚み５０μｍ、０．７ｍｍ角のステンレス製パイプからなり、接着剤等（図示せず）でイメージガイド３１が内挿固定される。圧電素子９２は、例えば厚み５０μｍで、保持筒９１の四辺を覆う短冊状に直接成膜されるか、保持筒９１の四辺に導電性の接着剤で接着されて配置されており、その上面に電極９３が成膜されている。
【０１２２】
シフト機構９０は、先端部２０の基体内に収容されている。シフト機構９０の外周面と先端部２０の基体の内壁面との間には、例えば０．１ｍｍ程度の空洞９４が形成されている。
【０１２３】
上記実施形態と同様、電極９３は、上下、左右で対になっている。また、電極９３には切欠き９５が形成されて幅狭部９６が設けられており、幅狭部９６および保持筒９１の終端には、配線ケーブル４５が接続されるパッド９７が形成されている。
【０１２４】
シフト機構９０を用いた場合、揺動部３８は、例えば図１９または図２０に示すシフト動作をする。図１９において、揺動部３８は、（ａ）の初期位置から９０°左方向に√３／４Ｐ分シフトされ、（ｂ）に示す一回シフトの位置に移動される。そして、（ｂ）の一回シフトの位置での撮影が終了した後、初期位置に戻されてから９０°下方向に１／４Ｐ分シフトされ、（ｃ）に示す二回シフトの位置に移動される。揺動部３８は、二回シフトの位置から初期位置に戻された後に、順次右方向（（ｄ）の三回シフトの位置、角度、シフト量は、一回シフトの場合と同様）、上方向（（ｅ）の四回シフトの位置、角度、シフト量は、二回シフトの場合と同様）にシフトされ、再び（ａ）の初期位置に戻される。イメージガイド３１の入射端におけるコア５０は、初期位置に戻るのと（ｂ）〜（ｅ）のシフト動作を繰り返すことで、図２１（ａ）に示す十字状の移動軌跡を辿る。
【０１２５】
あるいは図２０において、揺動部３８は、（ａ）の初期位置から９０°左方向に√３／４Ｐ分シフトされた後、９０°下方向に１／４Ｐ分シフトされ、（ｂ）に示す一回シフトの位置に移動される。そして、（ｂ）の一回シフトの位置での撮影が終了した後、一回シフトの位置から９０°下方向に１／４Ｐ分シフトされた後、右方向に√３／４Ｐ分シフトされ、（ｃ）に示す二回シフトの位置に移動される。揺動部３８は、順次右および上方向（（ｄ）の三回シフトの位置、角度、シフト量は、一回シフトの場合と同様）、上および左方向（角度、シフト量は、二回シフトの場合と同様）にシフトされ、再び（ａ）の初期位置に戻される。コア５０は、初期位置に戻るのと（ａ）〜（ｄ）のシフト動作を繰り返すことで、図２１（ｂ）に示す矩形状の移動軌跡を辿る。
【０１２６】
もしくは、図２１（ｃ）に示すように、下および左方向、下および右方向、上および右方向、上および左方向と移動させ、上下方向の移動を必ず先に行うようにし、略卍状の移動軌跡を辿らせてもよい。いずれも移動軌跡は異なるが、上記実施形態と同様、初期位置だけでは画像化されないクラッド５１の部分を埋めるように移動される。
【０１２７】
上記実施形態の円柱状のシフト機構３２は、圧電素子３５を円筒状に成膜することで、シフト機構３２の外径を鏡筒３３の外径と略同じにすることができ、挿入部１３の極細径化に寄与することができる。対して図１７や図１８に示す四角柱状のシフト機構９０は、四隅が鏡筒３３の外径から若干はみ出るために、シフト機構３２と比べて挿入部１３の径は大きくなるが、圧電素子９２を短冊状に成膜または接着して配置することに製造上の困難性はないため、安価且つ簡単に製造することが可能である。
【０１２８】
図１９〜図２１で示した、９０°でシフトさせる例は、上記実施形態の円柱状のシフト機構３２でも実施することができる。また、図１７の符号９８は、治療用レーザ光を患部に照射するための光ファイバの出射端が覗いたレーザ光照射部であり、鉗子チャンネル４６に代わる他の例として挙げている。勿論、シフト機構３２にレーザ光照射部９８を設けてもよい。
【０１２９】
以上、シフト機構の構成やそのシフト方法の例を列挙したが、ここで挙げた例は一例に過ぎず、特にシフト方法には様々な変形例が考えられる。例えば四回シフトの三回シフトの位置を飛ばして、シフト機構を３０°の方向に三回シフトさせた後、初期位置に戻してもよいし、九回シフトの八回シフトの位置を飛ばして八回シフトとしても可である。あるいは、九回シフトの一回、二回シフトをさせた後、初期位置に戻してもよい。
【０１３０】
但し、圧電素子にはヒステリシス特性があり、無秩序に駆動させるとシフト位置がずれるため、移動軌跡は毎回同じとし、常に同じ移動経路でシフト機構をシフトさせる。つまり、シフト機構をシフトさせる際の圧電素子の駆動順序を毎回同じにする。また、上下、左右で対になった電極に電圧を供給する順序も同じにする。
【０１３１】
上記実施形態では、圧電素子駆動回路６１により圧電素子３５への供給電圧を制御し、イメージガイド３１をシフト位置に停止させているが、これに代えて、あるいは加えて、機械的な構成でシフト機構３２をシフト位置に停止させてもよい。例えば図２２に示すシフト機構１００（シフトの仕方はシフト機構３２と同じ）のように、先端外周面のシフト方向にあたる位置に突起１０１を設け、シフト機構１００が収まる先端部２０の基体の、突起１０１に対向する位置に凹部１０２を設ける。突起１０１と凹部１０２とは、シフト機構１００のシフト量分離れており、シフト機構１００がシフトされたときに、突起１０１が凹部１０２に嵌まってシフト機構１００が停止される。
【０１３２】
あるいは図２３に示すように、先端部２０の基体の内壁に突起１０３を設けてもよい。突起１０３は、シフト機構３２が各シフト位置に移動したときに、シフト機構３２の外周面に二点（黒丸で示す）で接触する位置に設けられている。符号１０４は、シフト機構３２の各シフト位置への移動を許すための逃がし用凹部である。シフト機構に突起を設ける必要がない分、図２２の例よりも製造コストが安く済む。
【０１３３】
イメージガイドの入射端をシフトさせる場合、レンズ等の結像系光学部材を動かす場合と異なり、固定部から先のイメージガイドの一部分を揺動させるので、シフト動作によってイメージガイドに掛かる力には、圧電素子によって加えられる力と元の位置に戻ろうとする反力とがある。イメージガイドの慣性質量は比較的重いため、特に反力によってイメージガイドの移動がスムーズにいかなくなることが考えられるが、図２２の如く機械的にシフト位置に停止させる構成を採用することで、イメージガイドのシフト位置がずれることがなくなり、より安定した高速なシフト動作を実現することができる。また、ある程度アバウトな電圧制御でよくなる。
【０１３４】
先端部は使用中体内に挿入され、使用後は洗浄、消毒、あるいは滅菌されるため、高湿度環境下に置かれることが多い。そこで、配線ケーブルを含むシフト機構全体に対して防湿コーティングを行った後、先端部に組み込むことが好ましい。防湿コーティングとしては、例えば低真空、低温度の化学気相成長で均一なコーティングが可能なパリレンコートを実施する。
【０１３５】
イメージガイドは揺動部が根元から撓ることでシフトをするので、各シフト位置にすぐには停止せず、しばらく振動してから止まる可能性がある。このため、シフト機構の停止後、シフト方向とは逆方向に瞬間的に揺動部が振れるように、圧電素子駆動回路で圧電素子を駆動する等の制振対策を講じることが好ましい。具体的には、反力をシミュレーションや実測で求めて、これを打ち消すための圧電素子の駆動電圧をＲＯＭに記憶させておき、圧電素子制御部がその駆動電圧の情報をＲＯＭから読み出して圧電素子駆動回路に与える。あるいは、空洞に絶縁性の粘性流体を封入してダンピング効果を利用し、制振対策を講じてもよい。
【０１３６】
上記実施形態では、揺動部が次回のシフト位置に移動するまでの時間が、ＣＣＤが前回の電荷蓄積を終えてから次回の電荷蓄積を開始するまでの時間よりも短いと説明しているが、揺動部の長さ、材質、あるいはシフト量、さらには圧電素子自体の性能等が要因で、前者の時間が後者の時間よりも長くなることもあり得る。前述のようにイメージガイドの慣性質量が比較的重いことから、前者の時間が後者の時間よりも長くなる可能性が高い。
【０１３７】
こうした場合には、揺動部がシフト位置に移動している間は、プロセッサ装置のＣＰＵの制御の下、ＣＣＤ駆動回路からＣＣＤに電子シャッタパルスを供給して電荷蓄積を開始する時間を遅らせ、揺動部がシフト位置に停止してから電荷蓄積を開始する。あるいは、揺動部がシフト位置に移動している間は光源を消灯し、揺動部がシフト位置に停止したら光源を点灯する。
【０１３８】
揺動部が次回のシフト位置に移動するまでの時間を基準にしてＣＣＤを駆動しようとすると、前者の時間が後者の時間よりも長くなる場合はフレームレートを落とさなければならないが、電子シャッタパルスで電荷を掃き出すか、光源を点消灯させる上記いずれかの方法を採用すれば、フレームレートは現行を維持しつつブレのない画像を得ることができる。
【０１３９】
上記実施形態では、シフト撮影モードが選択されたときのみ画像合成部で画像合成処理をしているが、通常撮影モード時にも画像合成処理をしてもよい。クラッドの位置に対応する被観察部位の像を反映した画像は得られないが、クラッドの影は埋めることができる。
【０１４０】
上記実施形態では、シフトの一周期毎に画像合成部で画像合成処理を行い、一つの合成画像を出力しているが、この方法であると通常撮影モードに比べてフレームレートが落ちる。このフレームレート低下の対策としては、四回シフトの場合は通常撮影モードの四倍といったように、シフト撮影モードが選択されたときにフレームレートを上げることが考えられる。
【０１４１】
具体的には、ＣＰＵ６２のシステムクロックのクロック信号の周期を変化させることで、ＣＣＤ駆動回路６０の駆動信号の周期を変化させる。あるいは、システムクロックのクロック信号は変化させずに、ＣＣＤ駆動回路６０に分周器を設け、この分周器でシステムクロックのクロック信号を分周することで変化させてもよい。
【０１４２】
三板式ＣＣＤ、モード切り替えとシフト回数の設定をする操作部、および画像合成部と同期制御部と圧電素子制御部の機能を実現するハードウェアを、プロセッサ装置とは別の筐体に搭載してもよいし、内視鏡に搭載してもよい。
【０１４３】
例えば図２４、２５に示す内視鏡システム１１０のように、プロセッサ装置１１１とは別に中継ボックス１１２を設ける。なお、上記実施形態と同様の機能には同じ符号を付し、説明を省略する。
【０１４４】
図２４において、中継ボックス１１２には、内視鏡１０のプロセッサ用コネクタ１５が接続されている。そして、プロセッサ装置１１１と中継ボックス１１２とは、中継ケーブル１１３で互いに接続されている。中継ボックス１１２の前面パネルには、モード切り替えとシフト回数の設定をする操作部１１４が設けられている。
【０１４５】
図２５において、中継ボックス１１２は、三板式ＣＣＤ５６、ＡＦＥ５９、ＣＣＤ駆動回路６０、圧電素子駆動回路６１、ＣＰＵ１１５、画像合成部１１６、およびＲＯＭ１１７を有する。ＣＰＵ１１５は、中継ケーブル１１３を介してプロセッサ装置１１１のＣＰＵ６２と通信する。ＣＰＵ１１５は、上記実施形態のＣＰＵ６２と同様に、ＣＣＤ駆動回路６０、圧電素子駆動回路６１の駆動制御を行い、同期制御部、圧電素子制御部の各機能を担う。画像合成部１１６は、シフト撮影モードが操作部１１４で選択された場合に、ＣＰＵ１１５の制御の下、上記実施形態の画像合成部６５ａと同じ画像合成処理をＡＦＥ５９からの撮像信号に対して施す。ＲＯＭ１１７には、上記実施形態のＲＯＭ６３と同様、シフト情報８５が記憶されている。画像合成部１１６で生成された合成画像は、中継ケーブル１１３を経由してプロセッサ装置１１１のＤＳＰ６５に入力される。
【０１４６】
ＣＣＤ等のイメージセンサを先端部に配置した電子内視鏡と汎用プロセッサ装置のシステムに本発明を適用した場合、上記実施形態ではシフト動作および画像合成に関わる機能を汎用プロセッサ装置に追加する必要があり、汎用プロセッサ装置の改造は必須となる。あるいは、汎用プロセッサ装置に代えて上記実施形態のプロセッサ装置１１を新たに購入しなければならない。対して、図２４および図２５に示す中継ボックス１１２を用いれば、汎用プロセッサ装置（プロセッサ装置１１１）を流用することができ、設備投資費用も中継ボックス１１２の分だけで済むので、病院側の費用負担が減り、本発明の内視鏡システムの病院への導入障壁も低くなる。
【０１４７】
また、図２６に示す内視鏡システム１２０の光源装置１２１を用いてもよい。光源装置１２１は、中心波長４４５ｎｍの青色レーザ光源１２２と、青色レーザ光源１２２からのレーザ光を平行光化するコリメータレンズ１２３と、レーザ光を集光する集光レンズ１２４とを有する。ＣＰＵ７４は、光源ドライバ７１を経由して青色レーザ光源１２２の動作制御を行う。
【０１４８】
青色レーザ光源１２２からのレーザ光は、集光レンズ１２４によりライトガイド２７の入射端に入射される。ライトガイド２７は、入射されたレーザ光を、内視鏡１０の先端部２０まで伝搬する。
【０１４９】
一方、ライトガイド２７の光出射側には、波長変換部材１２５が配置されている。波長変換部材１２５は、複数種の蛍光物質を分散配置して一体に形成された一塊のブロックである。波長変換部材１２５は、青色レーザ光源１２２からのレーザ光の一部を吸収して、緑色〜黄色に励起発光する複数種の蛍光体を有する。これにより、青色レーザ光源１２２からのレーザ光と、このレーザ光から変換された緑色〜黄色の励起光とが合波されて、白色光が生成される。
【０１５０】
青色レーザ光源１２２と波長変換部材１２５とで、上記実施形態と比べて高輝度な白色光を供給するので、僅かな本数（一、二本）のライトガイドで十分な照明光を得ることができる。従って、極細径化をさらに促進することができる。
【０１５１】
なお、イメージセンサとしては、単板式を用いてもよい。また、上記実施形態では、イメージガイドと配線ケーブルのプロセッサ装置への接続を同じコネクタで果たしているが、イメージガイドと配線ケーブルを別のコネクタに実装してもよい。
【符号の説明】
【０１５２】
２、１１０、１２０ 内視鏡システム
１０ 内視鏡
１１、１１１ プロセッサ装置
１２、１２１ 光源装置
１３ 挿入部
２０ 先端部
２７ ライトガイド
３１ イメージガイド
３２、９０、１００ シフト機構
３４、９１ 保持筒
３５、９２ 圧電素子
３６、９３ 電極
３８ 揺動部
３９ 固定部
４３ 幅狭部
４５ 配線ケーブル
５６ 三板式ＣＣＤ
５８Ｒ、５８Ｇ、５８Ｂ ＣＣＤ
６０ ＣＣＤ駆動回路
６１ 圧電素子駆動回路
６２ ＣＰＵ
６２ａ 同期制御部
６２ｂ 圧電素子制御部
６３、１１７ ＲＯＭ
６５ デジタル信号処理回路（ＤＳＰ）
６５ａ、１１６ 画像合成部
６５ｂ 二値化処理部
６５ｃ 中心座標検出部
６５ｄ 内部メモリ
６８、１１４ 操作部
８０ 像
８１ 画素
８５ シフト情報
８６ 結像領域
１０１、１０３ 突起
１０２ 凹部
１１２ 中継ボックス
１１５ ＣＰＵ
１２２ 青色レーザ光源
１２５ 波長変換部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡システム、内視鏡、並びに内視鏡駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野において、内視鏡は今や欠くことのできない医療器具の一つである。内視鏡は、いわゆる胃カメラやファイバスコープを使用していた黎明期から、現在はＣＣＤ等のイメージセンサを用いた電子内視鏡、あるいは患者に飲み込ませて体内画像を取得するカプセル型内視鏡が開発されるに到り、着実に技術的進歩を遂げている。
【０００３】
内視鏡検査の分野では、患者の体内に挿入する挿入部の極細径化が希求されている。実際、現在に到るまで様々な細径化の試みがなされており、例えば膵管、胆管、乳管、気管支末端といった細管部の観察が可能な内視鏡も検討されている。
【０００４】
ファイバスコープは、極言すれば、体内の被観察部位の像を伝達するイメージガイドと被観察部位に照明光を照射するライトガイドさえあれば体内画像を取得することが可能であるため、構造上極細径化に向いている。しかしながら、イメージガイドを構成する光ファイバ束のクラッドが像の伝達に寄与しないので、クラッドを投影した網目模様が体内画像に映り込み、体内画像の画質が悪くなるという問題があった。
【０００５】
上記問題を踏まえて、特許文献１の第一実施形態のファイバスコープは、イメージガイドの入射端に配置された、イメージガイドの入射端に結像させるレンズ等の結像系光学部材を圧電素子で振動させることで、体内画像に網目模様が映り込むことを防止している。圧電素子は、イメージガイドの光ファイバまたはＣＣＤの画素の配列ピッチに応じて、結像系光学部材を上下左右方向に所定量振動させている。
【０００６】
また、特許文献１の第二実施形態では、イメージガイドを用いずに、挿入部の先端にＣＣＤを配置した例が開示されている。第二実施形態では、ＣＣＤの前方に配置された結像系光学部材を第一実施形態と同じく振動させている。そして、この振動の間に、時分割的にＣＣＤの画素で像を受光し、得られたデータをフレームメモリに順次記憶して一フレーム分の画像を得ることで、高解像度化を実現している。
【０００７】
特許文献２には、ホワイトボードを撮像して得た参照画像の網目部分に該当する撮影画像の部分を、白色に置換、隣接する画素で置換、周囲の画素で置換、あるいは補間値を演算して置換することで、撮影画像の網目模様を除去する技術が記載されている。
【０００８】
特許文献３では、白色被写体を撮影して得られた白画像から、イメージガイドを構成する光ファイバのコアの、画像（固体撮像素子の撮像面）上の中心座標を抽出している。そして、白画像の各画素の明度を均すように補正し、中心座標に対応する画素以外の画素を、二次元的な補間埋め込み処理で補間している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６０−０５３９１９号公報
【特許文献２】特開平０６−３４３１３４号公報
【特許文献３】特開平０８−１９１４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
結像系光学部材は、画像の明るさを確保するために、イメージガイドよりも径が大きいが、特許文献１では、結像系光学部材を圧電素子で振動させている。このため、ただでさえイメージガイドよりも径が大きい結像系光学部材を揺動可能に保持するための枠体や保持機構を取り付けるスペースがさらに必要になり、その分挿入部の径方向寸法が大きくなる。つまり、結像系光学部材を圧電素子で振動させることは、極細径化の妨げとなる。数十μｍ〜数ｍｍオーダーの極細径化を目指すためには、枠体や保持機構の取り付けスペースですら憂慮すべき問題となる。
【００１１】
特許文献１の第二実施形態は、高解像度化は実現可能となるものの、結像系光学部材に加えてＣＣＤを挿入部先端に配置する構成であるため、極細径化には程遠い。
【００１２】
特許文献２、３に記載の方法は、網目模様の除去はできるが、画像化に寄与する画素の数は増えないため、たとえ画素補間を施したとしても高解像度化には限界がある。
【００１３】
本発明は、上記背景を鑑みてなされたものであり、その目的は、極細径化の達成と質の高い体内画像の取得という要請を両方満たすことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の内視鏡システムは、複数本の光ファイバをバンドル化してなるイメージガイド、イメージセンサ、シフト機構、同期制御手段、および画像合成手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
前記イメージガイドは、内視鏡の挿入部に挿通され、対物光学系で入射端に結像された被観察部位の像を出射端に伝達する。前記イメージセンサは、前記イメージガイドで伝達された像を撮像する。
【００１６】
前記シフト機構は、前記イメージガイドの入射端の外周に形成された圧電素子で前記イメージガイドの入射端を揺動させ、対物光学系で結像された像に対して前記イメージガイドの入射端を周期的にシフト動作させる。
【００１７】
前記同期制御手段は、前記シフト機構によるシフト動作に同期して前記イメージセンサに複数回撮像させ、対物光学系で結像された像に対する前記イメージガイドの入射端の位置が異なる状態で撮像された複数の画像が得られるよう、前記イメージセンサと前記シフト機構の動作を制御する。
【００１８】
前記画像合成手段は、前記イメージガイドの各光ファイバで伝達された像と前記イメージセンサの画素の撮像面上の位置関係、および前記シフト機構でシフトされる前記イメージガイドのシフト量の情報に基づき、得られた複数の画像を合成して、一つの合成画像を生成する。
【００１９】
無地の単色被写体を撮像して得た参照画像を元に、位置関係の情報を取得する情報取得手段を備えることが好ましい。前記情報取得手段は、所定期間毎に得られる参照画像から、その都度位置関係の情報を取得する。前記情報取得手段は、参照画像に対して二値化処理を施してマスク画像を生成する二値化処理手段と、生成されたマスク画像に基づいて、前記イメージセンサの撮像面上における、各光ファイバで伝達された像の中心位置を検出する位置検出手段とからなる。
【００２０】
前記画像合成手段は、前記位置検出手段で検出された中心位置を中心とし、光ファイバのコア径を直径とする結像領域を光ファイバ毎に設定する。そして、各結像領域内における前記イメージセンサの画素の画素値に基づいて、各結像領域の画素値の代表値を算出する。
【００２１】
前記画像合成手段は、各結像領域内における前記イメージセンサの画素の画素値の平均値、または最大値を代表値として算出する。また、前記画像合成手段は、前記シフト機構によるシフト動作に同期して前記イメージセンサに複数回撮像させて得られた複数の画像単位で代表値を算出する。
【００２２】
前記画像合成手段は、シフト量の情報に応じて、前記イメージセンサの該当する画素の画素値に代表値をマッピングする。前記画像合成手段は、前記位置検出手段で検出された中心位置にシフト量を加算し、代表値をマッピングする前記イメージセンサの該当する画素を特定する。
【００２３】
前記画像合成手段は、結像領域内の画素のうち、代表値がマッピングされた画素の画素値から、マッピングされていない画素の画素値を生成する。
【００２４】
前記シフト機構は、前記イメージガイドの入射端を第一の位置から第二の位置、第二の位置から第三の位置と順に移動させ、最後は第一の位置に戻すことで一回の周期的なシフト動作をさせる。前記イメージセンサは、各位置でその都度撮像する。
【００２５】
あるいは、前記シフト機構は、前記イメージガイドの入射端を第一の位置から第二の位置に移動させたら止め、さらに第二の位置から第三の位置に移動させたら止めるという間欠シフト動作を繰り返す。
【００２６】
前記シフト機構で前記イメージガイドの入射端が移動させられる各位置の距離は、前記イメージガイドを構成する光ファイバの配列ピッチの１／ｎに相当する。各位置の数は四個、または九個であり、辺のなす角が６０°および１２０°で一辺が二個、または三個の位置を結ぶ線からなる菱形をなす。
【００２７】
前記シフト機構は、前記イメージガイドの入射端を、各位置を巡る最短の移動経路で移動させることが好ましい。
【００２８】
前記シフト機構は、前記イメージガイドの入射端が内挿固定され、前記イメージガイドの入射端をシフト動作可能な状態で保持する保持筒を有する。前記保持筒の外周面には前記圧電素子が形成され、前記圧電素子の駆動力が前記保持筒を介して前記イメージガイドに伝えられる。
【００２９】
本発明の内視鏡は、複数本の光ファイバをバンドル化してなるイメージガイドと、シフト機構を備えることを特徴とする。
【００３０】
前記イメージガイドは、挿入部に挿通され、対物光学系で入射端に結像された被観察部位の像を出射端に伝達する。
【００３１】
前記シフト機構は、前記イメージガイドの入射端の外周に形成された圧電素子で前記イメージガイドの入射端を揺動させ、対物光学系で結像された像に対して前記イメージガイドの入射端を周期的にシフト動作させる。
【００３２】
前記シフト機構によるシフト動作に同期してイメージセンサに複数回撮像させ、対物光学系で結像された像に対する前記イメージガイドの入射端の位置が異なる状態で撮像された複数の画像が得られるよう、前記イメージセンサと前記シフト機構の動作が制御される。そして、前記イメージガイドの各光ファイバで伝達された像と前記イメージセンサの画素の撮像面上の位置関係、および前記シフト機構でシフトされる前記イメージガイドのシフト量の情報に基づき、得られた複数の画像を合成して、一つの合成画像が生成される。
【００３３】
本発明の内視鏡駆動方法は、複数本の光ファイバをバンドル化してなるイメージガイドであり、内視鏡の挿入部に挿通され、対物光学系で入射端に結像された被観察部位の像を出射端に伝達するイメージガイドの入射端を、その外周に形成された圧電素子で揺動させ、対物光学系で結像された像に対してイメージガイドの入射端を周期的にシフト動作させるステップと、シフト動作に同期してイメージセンサに複数回撮像させるステップと、イメージガイドの各光ファイバで伝達された像とイメージセンサの画素の撮像面上の位置関係、およびシフト機構でシフトされるイメージガイドのシフト量の情報に基づき、複数回の撮像により得られた、対物光学系で結像された像に対するイメージガイドの入射端の位置が異なる状態で撮像された複数の画像を合成して、画像合成手段で一つの合成画像を生成するステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、イメージガイドの入射端をシフト機構で周期的にシフト動作させ、このシフト動作に同期してイメージセンサで複数回の撮像を行い、イメージガイドの各光ファイバで伝達された像とイメージセンサの画素の撮像面上の位置関係、およびシフト機構でシフトされるイメージガイドのシフト量の情報に基づき、複数回の撮像で得られた複数の画像から一つの合成画像を生成するので、極細径化の達成と質の高い体内画像の取得という要請を両方満たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】内視鏡システムの構成を示す外観図である。
【図２】内視鏡先端部の構成を示す平面図である。
【図３】内視鏡先端部周辺の断面図である。
【図４】シフト機構の構成を示す斜視図である。
【図５】イメージガイドの光ファイバ束を示す平面図である。
【図６】内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。
【図７】コアが伝達する像とＣＣＤの画素の位置関係を示す図である。
【図８】シフトの仕方の例を示す説明図である。
【図９】コア一本の移動軌跡を示す説明図である。
【図１０】シフト撮影モードが選択されたときに機能する各部を示すブロック図である。
【図１１】白色画像と二値化画像を示す図である。
【図１２】ＣＣＤの駆動と圧電素子制御信号、画像合成信号の関係を示すタイミングチャートである。
【図１３】結像領域とマッピング画像を示す図である。
【図１４】画像合成処理の流れを示す図である。
【図１５】内視鏡システムの処理手順を示すフローチャートである。
【図１６】画像合成処理の詳細手順を示すフローチャートである。
【図１７】別の実施形態における内視鏡先端部の構成を示す平面図である。
【図１８】シフト機構の別の実施形態を示す斜視図である。
【図１９】シフトの仕方の別の例を示す説明図である。
【図２０】シフトの仕方のさらに別の例を示す説明図である。
【図２１】コア一本の移動軌跡を示す説明図である。
【図２２】シフト機構に突起、先端部内壁に凹部を設けた例を示す図である。
【図２３】先端部内壁に突起を設けた例を示す図である。
【図２４】中継ボックスを備えた内視鏡システムの外観図である。
【図２５】中継ボックスを備えた内視鏡システムのブロック図である。
【図２６】レーザ光源を用いた光源装置の別例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１において、内視鏡システム２は、内視鏡１０、プロセッサ装置１１、および光源装置１２からなる。内視鏡１０は、例えば膵管、胆管、乳管、気管支末端といった細管部を観察する際に用いられる。内視鏡１０は、患者の体内に挿入される可撓性の挿入部１３と、挿入部１３の基端部分に連設された操作部１４と、プロセッサ装置１１および光源装置１２にそれぞれ接続されるプロセッサ用コネクタ１５および光源用コネクタ１６と、操作部１４、各コネクタ１５、１６間を繋ぐユニバーサルコード１７とを有する。
【００３７】
挿入部１３は、例えば厚み５０μｍ、外径０．９ｍｍのテフロン（登録商標）等の可撓性材料からなる。操作部１４には、体内画像を静止画記録するためのレリーズボタン１８といった操作部材が設けられている。また、操作部１４の先端側には、電気メス等の処置具が挿通される鉗子口１９が設けられている。鉗子口１９は、挿入部１３内の鉗子チャンネル４６（図３参照）を通して、挿入部１３の先端部２０に設けられた鉗子出口２６（図２参照）に連通している。
【００３８】
プロセッサ装置１１は、光源装置１２と電気的に接続され、内視鏡システム２の動作を統括的に制御する。プロセッサ装置１１は、ユニバーサルコード１７や挿入部１３内に挿通された配線ケーブル４５（図３参照）を介して内視鏡１０に給電を行い、シフト機構３２（図３参照）の駆動を制御する。また、プロセッサ装置１１は、イメージガイド３１（図３参照）で伝達された被観察部位の像を、内蔵のＣＣＤ５８Ｒ、５８Ｇ、５８Ｂ（図６参照、以下、まとめてＣＣＤ５８という）で受像し、これにより得られた撮像信号に各種処理を施して画像を生成する。プロセッサ装置１１で生成された画像は、プロセッサ装置１１にケーブル接続されたモニタ２１に体内画像として表示される。
【００３９】
先端部２０は、例えば厚み２５μｍ、外径０．８ｍｍのステンレス製パイプを基体とする。図２において、先端部２０の先端面２０ａには、上方中央に観察窓２５が、その直下に鉗子出口２６が設けられている。また、観察窓２５、鉗子出口２６以外の隙間を埋めるように、複数のライトガイド２７の先端がランダムに配置されている。
【００４０】
鉗子出口２６は、例えば外径０．３４ｍｍ、内径０．３ｍｍであり、ポリイミド等からなる鉗子チャンネル４６（図３参照）に連通している。ライトガイド２７は、例えば外径５０μｍの光ファイバからなる。ライトガイド２７は、挿入部１３、ユニバーサルコード１７に亘って挿通され、その入射端が光源用コネクタ１６内に位置している。ライトガイド２７は、入射端に入射した光源装置１２からの照明光を導光して、先端面２０ａから露呈した先端（出射端）から照明光を被観察部位に照射する。
【００４１】
ライトガイド２７は、複数本の光ファイバをバラで挿入部１３内に挿通させ、その後先端部２０に接着剤を流し込むことで先端部２０に固着される。必要に応じて、固着後にライトガイド２７の出射端を表面研磨したり、各ライトガイド２７の出射端前方に、ライトガイド２７の出射端が配された部分を覆う照明窓を設けてもよい。さらには、照明窓に蛍光物質を塗り込む等して照明光を拡散させてもよい。
【００４２】
図３に示すように、観察窓２５の奥には、対物光学系３０、イメージガイド３１、およびイメージガイド３１をシフトさせるシフト機構３２が配されている。対物光学系３０は、鏡筒３３に保持され、被観察部位の像をイメージガイド３１の入射端に結像させる。対物光学系３０、鏡筒３３の外径はそれぞれ、例えば０．３５ｍｍ、０．４ｍｍである。また、鏡筒３３の軸方向長さは、例えば３．２ｍｍである。
【００４３】
イメージガイド３１は、例えば外径０．２ｍｍの光ファイバ束からなる（図５参照）。イメージガイド３１は、挿入部１３、ユニバーサルコード１７内を挿通され、その出射端がプロセッサ用コネクタ１５内に位置している。イメージガイド３１は、対物光学系３０に面した入射端から取り込んだ被観察部位の像を出射端に伝達する。
【００４４】
図４にも示すように、シフト機構３２は、保持筒３４、圧電素子３５、および電極３６で構成される。保持筒３４は、例えば外径０．２６ｍｍ、内径０．２ｍｍのステンレス製パイプからなり、イメージガイド３１が内挿固定される。圧電素子３５は、例えば厚み１５μｍであり、保持筒３４の外周面を覆う円筒状に成膜されている。電極３６は、例えば厚み５μｍであり、圧電素子３５の外周面に成膜されている。
【００４５】
シフト機構３２は、先端部２０の基体内に収容されている。シフト機構３２の外周面と先端部２０の基体の内周面との間には、例えば０．１ｍｍ程度の空洞３７が形成されている。
【００４６】
シフト機構３２は、イメージガイド３１の入射端とともに揺動する、先端面２０ａ側の揺動部３８と、イメージガイド３１とともに固定される、挿入部１３側の固定部３９とに分れる。揺動部３８では、シフト機構３２は先端部２０の基体に固着されておらず、イメージガイド３１は、固定部３９を支点として空洞３７内を揺動可能である。固定部３９では、シフト機構３２は接着剤４０で先端部２０の基体の内周面に固着されている。接着剤４０は、イメージガイド３１が剥き出しになるシフト機構３２の終端手前から、挿入部１３の先端途中に掛けて充填されている。揺動部３８、固定部３９の軸方向長さはそれぞれ、例えば４ｍｍ、１．９ｍｍであり、固定部３９と挿入部１３の先端途中を含む接着剤４０の充填範囲の軸方向長さは、例えば３．２ｍｍである。
【００４７】
電極３６は、周方向に９０°間隔（図２の上下左右方向に対して４５°傾いた位置）に設けられ、軸方向に平行に形成された四本の溝４１によって、上下、左右の二対、計四個に分割されている。揺動部３８では、各電極３６の間隔が溝４１の幅分しか空いておらず、各電極３６が幅広となっている。対して、固定部３９では溝４１が周方向に対称に拡がった形の切欠き４２が形成されて、幅狭部４３となっている。幅狭部４３は、圧電素子３５の後端付近まで延在している。溝４１および切欠き４２は、圧電素子３５の外周面全体に電極材料を成膜した後、エッチングによって形成される。
【００４８】
幅狭部４３の終端にはパッド４４が形成され、パッド４４には配線ケーブル４５が接続されている。パッド４４は、保持筒３４の終端にも形成されており、これにも配線ケーブル４５が接続されている。すなわち、保持筒３４は、圧電素子３５の共通電極としても機能する。
【００４９】
配線ケーブル４５は、例えば導線径１５μｍ、被覆外径２０μｍである。配線ケーブル４５は、イメージガイド３１の周囲を這うように挿入部１３、ユニバーサルコード１７内を挿通され、プロセッサ用コネクタ１５を介してプロセッサ装置１１に接続される。
【００５０】
上下、左右で対になった電極３６には、共通電極である保持筒３４に掛かる電圧を基準として、逆の極性の電圧が供給される。例えば保持筒３４の電位が０Ｖであった場合、上側の電極３６には＋５Ｖ、下側には−５Ｖといった具合である。こうすることで電極３６下の圧電素子３５が軸方向に伸縮し、この圧電素子３５の伸縮に連れて、固定部３９から先の揺動部３８が、イメージガイド３１の入射端とともに空洞３７内を揺動する。電圧を供給する電極３６の組み合わせや印加電圧の値を種々変更することで、揺動部３８を所定角度で所定量移動させることができる。
【００５１】
図５において、イメージガイド３１は、周知の如く、コア５０とクラッド５１からなる複数本（例えば６０００本）の光ファイバ５２を、六角最密状に束ねてバンドル化した構成である。本例では、コア５０、クラッド５１の径はそれぞれ、３μｍ、６μｍであり、光ファイバ５２の配列ピッチＰは６μｍである。
【００５２】
図６において、プロセッサ装置１１は、拡大光学系５５および三板式ＣＣＤ５６を有する。拡大光学系５５は、プロセッサ用コネクタ１５から露呈したイメージガイド３１の出射端に面する箇所に配置されている。拡大光学系５５は、イメージガイド３１で伝達された被観察部位の像を、適当な倍率で拡大して三板式ＣＣＤ５６に入射させる。
【００５３】
三板式ＣＣＤ５６は、拡大光学系５５の背後に配置されている。三板式ＣＣＤ５６は、周知の如く、色分解プリズム５７と、三台のＣＣＤ５８とから構成される。色分解プリズム５７は、三個のプリズムブロックと、プリズムブロックの接合面に配された二枚のダイクロイックミラーとからなる。色分解プリズム５７は、拡大光学系５５からの被観察部位の像を赤、青、緑色の波長帯域を有する光に分け、それぞれの光をＣＣＤ５８に向けて出射する。ＣＣＤ５８は、色分解プリズム５７からの各色光の入射光量に応じた撮像信号を出力する。なお、ＣＣＤの代わりにＣＭＯＳイメージセンサを用いてもよい。
【００５４】
イメージガイド３１のコア５０で伝達する像８０を、画素８１が配列されたＣＣＤ５８の撮像面に投影した図７において、像８０の中心は、画素８１の九個分の枡目の中心と略一致する。イメージガイド３１の出射端と色分解プリズム５７、ＣＣＤ５８は、像８０と画素８１が図示する位置関係となるように位置決めされている。
【００５５】
図６に戻って、ＣＣＤ５８からの撮像信号は、アナログフロントエンド（以下、ＡＦＥと略す）５９に入力される。ＡＦＥ５９は、相関二重サンプリング回路（以下、ＣＤＳと略す）、自動ゲイン制御回路（以下、ＡＧＣと略す）、およびアナログ／デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄと略す）から構成されている。ＣＤＳは、ＣＣＤ５８から出力される撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、ＣＣＤ５８で生じるリセット雑音およびアンプ雑音の除去を行う。ＡＧＣは、ＣＤＳによりノイズ除去が行われた撮像信号を所定のゲイン（増幅率）で増幅する。Ａ／Ｄは、ＡＧＣにより増幅された撮像信号を、所定のビット数のデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄでデジタル化された撮像信号は、デジタル信号処理回路（以下、ＤＳＰと略す）６５のフレームメモリ（図示せず）に一旦格納される。
【００５６】
ＣＣＤ駆動回路６０は、ＣＣＤ５８の駆動パルス（垂直／水平走査パルス、電子シャッタパルス、読み出しパルス、リセットパルス等）とＡＦＥ５９用の同期パルスとを発生する。ＣＣＤ５８は、ＣＣＤ駆動回路６０からの駆動パルスに応じて撮像動作を行い、撮像信号を出力する。ＡＦＥ５９の各部は、ＣＣＤ駆動回路６０からの同期パルスに基づいて動作する。なお、図では便宜上、ＣＣＤ駆動回路６０とＡＦＥ５９はＣＣＤ５８Ｇのみに繋がれているが、これらは実際にはＣＣＤ５８Ｒ、５８Ｂにも繋がれている。
【００５７】
圧電素子駆動回路６１は、配線ケーブル４５を介して電極３６および保持筒３４に繋がれている。圧電素子駆動回路６１は、ＣＰＵ６２の制御の下、圧電素子３５に電圧を供給する。
【００５８】
ＣＰＵ６２は、プロセッサ装置１１全体の動作を統括的に制御する。ＣＰＵ６２は、図示しないデータバスやアドレスバス、制御線を介して各部と接続している。ＲＯＭ６３には、プロセッサ装置１１の動作を制御するための各種プログラム（ＯＳ、アプリケーションプログラム等）やデータ（グラフィックデータ等）が記憶されている。ＣＰＵ６２は、ＲＯＭ６３から必要なプログラムやデータを読み出して、作業用メモリであるＲＡＭ６４に展開し、読み出したプログラムを逐次処理する。また、ＣＰＵ６２は、検査日時、患者や術者の情報等の文字情報といった検査毎に変わる情報を、後述する操作部６８やＬＡＮ(Local Area Network)等のネットワークより得て、ＲＡＭ６４に記憶する。
【００５９】
ＤＳＰ６５は、ＡＦＥ５９からの撮像信号をフレームメモリから読み出す。ＤＳＰ６５は、読み出した撮像信号に対して、色分離、色補間、ゲイン補正、ホワイトバランス調整、ガンマ補正等の各種信号処理を施し、一フレーム分の画像を生成する。またＤＳＰ６５は、後述するシフト撮影モードが選択されたときに、シフトの一周期で得られた複数の画像を合成して一つの高解像度な画像（以下、合成画像という）を出力する画像合成部６５ａ（図１０参照）を有する。このためＤＳＰ６５には、複数のフレームメモリが設けられている。ＤＳＰ６５で生成された画像（合成画像も含む）は、デジタル画像処理回路（以下、ＤＩＰと略す）６６のフレームメモリ（図示せず）に入力される。
【００６０】
ＤＩＰ６６は、ＣＰＵ６２の制御に従って各種画像処理を実行する。ＤＩＰ６６は、ＤＳＰ６５で処理された画像をフレームメモリから読み出す。ＤＩＰ６６は、読み出した画像に対して、電子変倍、あるいは色強調、エッジ強調等の各種画像処理を施す。ＤＩＰ６６で各種画像処理を施された画像は、表示制御回路６７に入力される。
【００６１】
表示制御回路６７は、ＤＩＰ６６からの処理済みの画像を格納するＶＲＡＭを有する。表示制御回路６７は、ＣＰＵ６２からＲＯＭ６３およびＲＡＭ６４のグラフィックデータを受け取る。グラフィックデータには、体内画像の無効画素領域を隠して有効画素領域のみを表示させる表示用マスク、検査日時、あるいは患者や術者の情報等の文字情報、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ；Graphical User Interface）といったものがある。表示制御回路６７は、ＤＩＰ６６からの画像に対して、表示用マスク、文字情報、ＧＵＩの重畳処理、モニタ２１の表示画面への描画処理といった各種表示制御処理を施す。
【００６２】
表示制御回路６７は、ＶＲＡＭから画像を読み出し、読み出した画像をモニタ２１の表示形式に応じたビデオ信号（コンポーネント信号、コンポジット信号等）に変換する。これにより、モニタ２１に体内画像が表示される。
【００６３】
操作部６８は、プロセッサ装置１１の筐体に設けられる操作パネル、内視鏡１０の操作部１４にあるボタン、あるいは、マウスやキーボード等の周知の入力デバイスである。ＣＰＵ６２は、操作部６８からの操作信号に応じて、各部を動作させる。
【００６４】
プロセッサ装置１１には、上記の他にも、画像に所定の圧縮形式（例えばＪＰＥＧ形式）で画像圧縮を施す圧縮処理回路や、レリーズボタン１８の操作に連動して、圧縮された画像をＣＦカード、光磁気ディスク（ＭＯ）、ＣＤ−Ｒ等のリムーバブルメディアに記録するメディアＩ／Ｆ、ＬＡＮ等のネットワークとの間で各種データの伝送制御を行うネットワークＩ／Ｆ等が設けられている。これらはデータバス等を介してＣＰＵ６２と接続されている。
【００６５】
光源装置１２は、光源７０を有する。光源７０は、赤から青までのブロードな波長の光（例えば、４８０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長帯の光）を発生するキセノンランプや白色ＬＥＤ（発光ダイオード）等である。光源７０は、光源ドライバ７１によって駆動される。絞り機構７２は、光源７０の光射出側に配置され、集光レンズ７３に入射される光量を増減させる。集光レンズ７３は、絞り機構７２を通過した光を集光して、ライトガイド２７の入射端に導光する。ＣＰＵ７４は、プロセッサ装置１１のＣＰＵ６２と通信し、光源ドライバ７１および絞り機構７２の動作制御を行う。
【００６６】
内視鏡システム２には、シフト機構３２を動作させないで撮影する検査準備モードおよび通常撮影モードと、シフト機構３２を使用するシフト撮影モードとが用意されている。シフト撮影モードでは、シフト回数を四回、九回の二種類設定することが可能である。各モードの切り替えおよびシフト回数の設定は、操作部６８を操作することにより行われる。
【００６７】
シフト撮影モードが選択されてシフト回数が四回に設定（以下、単に四回シフトという）された場合、圧電素子駆動回路６１は、シフト機構３２の揺動部３８を駆動して、イメージガイド３１の入射端を図８に示すようにシフト動作させる。まず、揺動部３８は、（ａ）の初期位置から３０°左斜め下方向に、光ファイバ５２の配列ピッチＰの半分、つまり１／２Ｐ分イメージガイド３１の入射端を揺動させ、（ｂ）に示す一回シフトの位置に移動させる。そして、順次右斜め下方向、右斜め上方向、左斜め上方向に、最初と同じ角度、同じ移動量でシフトさせて、（ｃ）の二回シフト、（ｄ）の三回シフトの位置に移動させ、再び（ａ）の初期位置（四回シフトの位置）に戻す。揺動部３８は、圧電素子駆動回路６１によって、各シフト位置でその都度止められる。なお、実線はイメージガイド３１の入射端における実際のコア５０の位置、破線は一つ前の位置を表す。
【００６８】
イメージガイド３１の入射端におけるコア５０は、（ａ）〜（ｄ）、そして再び（ａ）に戻る一周期のシフト動作を繰り返すことで、（ａ）の初期位置だけでは画像化されないクラッド５１の部分を埋めるような、図９（ａ）に示す菱形状の移動軌跡を辿る。
【００６９】
因みにシフト回数が九回に設定（以下、単に九回シフトという）された場合の移動軌跡は、例えば図９（ｂ）に示す如くである。四回シフトの場合と比べて、各方向へのシフト動作が一回多くなる。但し、七回シフトから八回シフトの位置に移るときは、六回シフトから七回シフトの位置に移ったときの左斜め上方向から、左斜め下方向に方向が変えられる。また、八回シフトから初期位置（九回シフトの位置）に移るときは、角度が９０°に変えられて上方向に移動される。九回シフトの場合も四回シフトの場合と同様に、初期位置だけでは画像化されないクラッド５１の部分を埋めるような移動軌跡となる。そのうえ、隣接する三つのコア５０の初期位置と同じ位置（二回、四回、六回シフトの位置）に移動される。
【００７０】
図１０において、シフト撮影モードが選択されると、プロセッサ装置１１のＣＰＵ６２には、同期制御部６２ａ、圧電素子制御部６２ｂが構築され、また、ＤＳＰ６５の画像合成部６５ａが動作する。画像合成部６５ａおよび各制御部６２ａ、６２ｂは、シフト情報８５に基づいて互いに協働しながら各種処理を行う。
【００７１】
シフト情報８５は、シフト機構３２の揺動部３８のシフト動作に関する情報である。シフト情報８５は、シフト回数、シフト方向とそのピッチ（シフト量）、コア５０の径、コア５０で伝達する像８０とＣＣＤ５８の画素８１の位置関係等を含む。シフト回数の情報は操作部６８から与えられる。シフト方向、シフト量、コア５０の径といった基本的な情報は例えばＲＯＭ６３に記憶されており、ＲＯＭ６３から画像合成部６５ａおよび各制御部６２ａ、６２ｂに読み出される。なお、コア５０の径としては、後述する二値化画像Ｇｗｂで像８０として認識可能な領域の径を用いてもよい。
【００７２】
検査準備モードは、イメージガイド３１のコア５０で伝達する像８０とＣＣＤ５８の画素８１の位置関係を取得するためのモードである。検査準備モードは、内視鏡検査の前にその都度実行される。検査準備モードでは、ＤＳＰ６５の二値化処理部６５ｂ、および中心座標検出部６５ｃが動作する。
【００７３】
検査準備モードでは、まず、例えば白板等の無地の白色被写体を内視鏡１０で撮影する。こうして得られた画像（以下、白色画像という）Ｇｗは、図１１（Ａ）に示すように、コア５０と対面する画素８１得られた、複数の白丸の像８０が斑点状に配列されたものとなる。斜線で示す白丸の像８０以外の部分は、像８０が伝達されないクラッド５１に対応する部分であり、これが網目模様として映る。
【００７４】
図１１（Ｂ）に示すように、ＤＳＰ６５の二値化処理部６５ｂは、白色画像Ｇｗに対して二値化処理を施し、白黒の二値化画像（マスク画像）Ｇｗｂを生成する。二値化処理部６５ｂは、ある閾値を基準として、各画素８１で出力された撮像信号を白か黒に二分する。このため、図示するように、中心部分と比較して伝達効率が悪くなりがちな像８０の辺縁部に対応する画素８１が二値化処理によって黒と認識され、像８０が円形でなくなる場合もある。
【００７５】
ＤＳＰ６５の中心座標検出部６５ｃは、二値化処理後の各像８０の中心Ｏを、形状認識等の周知の画像処理技術によって求め、さらに中心Ｏに位置する各画素８１の座標（以下、中心座標という）を求める。座標は、ＣＣＤ５８の水平方向をＸ軸、垂直方向をＹ軸、例えば左隅を原点として、（Ｘ、Ｙ）で表す（図１４参照）。中心座標は、二値化処理の説明でも述べたように、二値化処理後に像８０の形状が円形でなくなることがあるため、図７に示す像８０の中心と一致しないこともある。
【００７６】
中心座標検出部６５ｃは、求めた中心座標（Ｘ１、Ｙ１）、（Ｘ２、Ｙ２）、・・・と個々の光ファイバ５２を識別するファイバＮｏ．Ｆ１、Ｆ２、・・・とを、像８０と画素８１の位置関係の情報としてＤＳＰ６５の内部メモリ６５ｄに格納する（図１４参照）。ファイバＮｏ．は、座標の原点に近いほうから（左から右、上から下の）順に付される。
【００７７】
同期制御部６２ａは、ＣＣＤ駆動回路６０からＣＣＤ５８の駆動パルスの情報を受けて、圧電素子制御部６２ｂに圧電素子制御信号Ｓａを、画像合成部６５ａに画像合成信号Ｓｂをそれぞれ送信する。圧電素子制御部６２ｂは、圧電素子制御信号Ｓａに同期してシフト動作が行われるよう、圧電素子駆動回路６１の動作を制御する。同様に、画像合成部６５ａは、画像合成信号Ｓｂに同期して画像合成処理を実行し、各回のシフト位置で得られた画像Ｇ０、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３（四回シフトの場合を例示）の画素を、各シフト位置に対応させてマッピングすることにより、一つの合成画像Ｇｃを生成する。
【００７８】
より詳しくは、四回シフトの場合を例示した図１２において、同期制御部６２ａは、ＣＣＤ５８の電荷蓄積が終了した直後、すなわちＣＣＤ５８の画素８１から垂直転送路に一フレーム分の信号電荷が読み出されたとき（ＣＣＤ駆動回路６０からＣＣＤ５８に読み出しパルスが出力されたとき）に、圧電素子制御信号Ｓａを発する。また、同期制御部６２ａは、三回シフトの位置で得られた画像Ｇ３に該当するＣＣＤ５８の電荷読出出力が終了したときに、画像合成信号Ｓｂを発する。電荷読出出力とは、読み出しパルスに応じてＣＣＤ５８の画素８１から垂直転送路に信号電荷が読み出され、垂直転送、水平転送を経て、一フレーム分の撮像信号が出力されるまでの一連のＣＣＤ動作をいう。
【００７９】
圧電素子駆動回路６１は、圧電素子制御信号Ｓａを受けて圧電素子３５に相応の電圧を供給し、揺動部３８を前回のシフト位置から次回のシフト位置に移動させる。同期制御部６２ａから圧電素子駆動回路６１に圧電素子制御信号Ｓａが発せられてから、揺動部３８が次回のシフト位置に移動するまでの時間は、ＣＣＤ５８が前回の電荷蓄積を終えてから次回の電荷蓄積を開始するまでの時間よりも短い。従って、揺動部３８が圧電素子駆動回路６１により次回のシフト位置に移動されて制止された状態で、常に次回の電荷蓄積が開始される。
【００８０】
画像合成部６５ａは、画像合成信号Ｓｂを受けて、各回のシフト位置で得られた画像Ｇ０〜Ｇ３をフレームメモリから読み出す。画像合成部６５ａは、検査準備モードで白色画像Ｇｗを元に検出したコア５０に対応する像８０の中心座標を使用して、各画像Ｇ０〜Ｇ３の画素を、各シフト位置に対応させてマッピングし、合成画像Ｇｃを出力する。
【００８１】
具体的には、画像合成部６５ａは、中心座標に基づいて、図１３（Ａ）に示す結像領域８６を特定する。結像領域８６は、中心座標を中心とし、直径がコア５０（二値化処理前の像８０）の径と同じ円である。結像領域８６は、コア５０によって伝達される像８０の、ＣＣＤ５８の撮像面上における投影領域を意味する。
【００８２】
次に、画像合成部６５ａは、各結像領域８６内の画素８１で得られた撮像信号の代表値Ｄを、画像Ｇ０〜Ｇ３毎に求める（図１４参照）。代表値Ｄは、結像領域８６内の画素８１で得られた撮像信号の平均値、または最大値である。画像合成部６５ａは、シフト情報８５のうちの中心座標およびコア５０の径を、内部メモリ６５ｄおよびＲＯＭ６３からそれぞれ読み出し（あるいは、二値化画像Ｇｗｂで像８０として認識可能な領域の径をコア５０の径として用い）、これらに基づいて代表値Ｄの算出を実行する。
【００８３】
なお、代表値Ｄの二つの添字は、左がファイバＮｏ．と対応しており、右が画像Ｇ０〜Ｇ３の添字と対応している。例えばＤ１０は、ファイバＮｏ．１で中心座標（Ｘ１、Ｙ１）の、画像Ｇ０の結像領域８６における代表値を表す。また、図１１および図１３では、像８０が実線、画素８１が点線で囲われた枡目でそれぞれ表されている。
【００８４】
合成画像Ｇｃは、画像化されないクラッド５１の部分が画像化され、しかもその部分の画素値が一フレーム内の隣接画素の補間で得た擬似値ではなく、被観察部位の像を反映したものとなる。言い換えれば、通常撮影モードや各回のシフト位置で得られた画像よりも画素数が増え、よりきめ細かい画像となる。この画像の鮮明さは、四回シフトよりもサンプリング数が多い九回シフトのほうが当然より顕著になる。
【００８５】
なお、ここで注意すべきは、各画像Ｇ０〜Ｇ３の実態は、シフト動作で各シフト位置にずらされたそれぞれ異なる像８０であるが、イメージガイド３１の出射端を固定して入射端における像８０のみをシフトさせており、ＣＣＤ５８の撮像面とイメージガイド３１の出射端の相対的な位置関係は変わらないので、データ上は各シフト位置とも同じ画素８１から出力されていて区別がつかないという点である。例えば、画像Ｇ０内のある位置の像８０と画像Ｇ１内の同じ位置の像８０とは、それぞれシフト位置が異なる像８０であるが、ＣＣＤ５８の同じ画素８１で撮像される。他の画像も同様である。このため、画像合成部６５ａは、シフト量の情報を元に、各画像の画素値が本来どの画素８１に該当するかをマッピングで割り出す。
【００８６】
図１４において、画像合成部６５ａは、各画像Ｇ０〜Ｇ３の中心座標にシフト量ΔＸｓ、ΔＹｓを加算し、シフト量を加算した中心座標に対応する画素８１に代表値Ｄをあてがうマッピング処理を施す。シフト量は、初期位置を０（基準）として、各回シフト位置に応じた値が記憶されている。本例では、３０°の方向に１／２Ｐのピッチでシフトさせるので、例えば一回シフトのシフト量ΔＸｓ１は−√３／４Ｐ、ΔＹｓ１は１／４Ｐであり、二回シフトのシフト量ΔＸｓ２は０、ΔＹｓ２は１／２Ｐである。三回シフトのシフト量は、一回シフトのシフト量の正負符号を違えたものである。
【００８７】
図１３（Ｂ）に示すように、マッピング処理で得られる画像（以下、マッピング画像という）Ｇｍｐは、シフト量を加算した中心座標（図中黒丸点で表す）に対応する画素８１の画素値を、代表値Ｄとするものである。図中一点鎖線の菱形で囲う領域内の中心座標に対応する画素８１の画素値が、コア５０一本で得られるデータである（四回シフトの場合を例示）。このように、白色画像Ｇｗの二値化画像Ｇｗｂを解析して各コア５０による像８０の中心座標を求め、求めた中心座標にシフト量を加算して、各シフト位置に対応する画素８１に代表値Ｄをあてがうことで、マッピング画像Ｇｍｐは、各シフト位置で得られた像８０を、ＣＣＤ５８の撮像面上のあるべき位置に配したものとなる。
【００８８】
画像合成部６５ａは、マッピング画像Ｇｍｐの中心座標に対応する各画素８１の代表値Ｄを用いて画素補間を実行する。画像合成部６５ａは、中心座標に対応する画素８１のうち、図１３（Ｂ）で太線の三角形で結ぶ、隣接する三つの画素８１の代表値Ｄから、三角形の内部に位置する画素８１の画素値を生成する。
【００８９】
画素補間に際しては、三角形で結ぶ三つの画素８１との距離に応じた重み付けを行う。例えば、三角形の真ん中に位置する画素８１の画素値は、三角形の頂点に位置する画素８１の画素値、つまり代表値Ｄの単純平均とする。三角形の真ん中から頂点側に寄っている画素８１の画素値は、最も距離が近い頂点の画素８１の代表値Ｄを例えば二倍したものと、離れている頂点の画素８１を例えば１／２倍したものとの平均とする。画像合成部６５ａは、こうして画素補間を施した画像を、最終的に合成画像Ｇｃとして表示制御回路６７に出力する。
【００９０】
次に、上記のように構成された内視鏡システム２の作用について説明する。内視鏡１０で患者の体内を観察する際、術者は、内視鏡１０と各装置１１、１２とを繋げ、各装置１１、１２の電源をオンする。そして、操作部６８を操作して、患者に関する情報等を入力し、検査開始を指示する。
【００９１】
検査開始を指示した後、術者は、挿入部１３を体内に挿入し、光源装置１２からの照明光で体内を照明しながら、ＣＣＤ５８による体内画像をモニタ２１で観察する。
【００９２】
ＣＣＤ５８から出力された撮像信号は、ＡＦＥ５９の各部で各種処理を施された後、ＤＳＰ６５に入力される。ＤＳＰ６５では、入力された撮像信号に対して各種信号処理が施されて画像が生成される。ＤＳＰ６５で生成された画像は、ＤＩＰ６６に出力される。
【００９３】
ＤＩＰ６６では、ＣＰＵ６２の制御の下、ＤＳＰ６５からの画像に各種画像処理が施される。ＤＩＰ６６で処理された画像は、表示制御回路６７に入力される。表示制御回路６７では、ＣＰＵ６２からのグラフィックデータに応じて、各種表示制御処理が実行される。これにより、画像がモニタ２１に体内画像として表示される。
【００９４】
図１５において、検査を実施するに際して、検査準備モードが実施される（Ｓ１０）。検査準備モードでは、内視鏡１０によって白色被写体が撮影される（Ｓ１１）。そして、これにより得られた白色画像Ｇｗが二値化処理部６５ｂで二値化画像Ｇｗｂとされる（Ｓ１２）。二値化画像Ｇｗｂは、中心座標検出部６５ｃに送られ、中心座標検出部６５ｃによって二値化処理後の像８０の中心座標が検出される（Ｓ１３）。検出された中心座標は、内部メモリ６５ｄに格納される。
【００９５】
シフト撮影モードが選択された場合（Ｓ１４でＹＥＳ）、プロセッサ装置１１のＣＰＵ６２に同期制御部６２ａ、圧電素子制御部６２ｂが構築される。そして、シフト情報８５、およびＣＣＤ駆動回路６０からのＣＣＤ５８の駆動パルスの情報に基づいて、同期制御部６２ａから圧電素子制御部６２ｂに圧電素子制御信号Ｓａが、画像合成部６５ａに画像合成信号Ｓｂがそれぞれ送信される。
【００９６】
圧電素子制御信号Ｓａを受けた圧電素子制御部６２ｂによって、圧電素子駆動回路６１の動作が制御され、圧電素子駆動回路６１から圧電素子３５に相応の電圧が供給される。これにより、設定されたシフト回数に応じて、揺動部３８が所定角度、所定ピッチ分順次シフトされる（Ｓ１５）。そして、揺動部３８が各シフト位置に止まっているときに、ＣＣＤ５８による電荷蓄積が行われ、イメージガイド３１で伝達された被観察部位の像８０が各画素８１で撮像される（Ｓ１６）。揺動部３８が初期位置からシフトされて再び初期位置に戻り、一周期のシフト動作が終了するまで、Ｓ１５、Ｓ１６の処理が繰り返される（Ｓ１７でｎｏ）。
【００９７】
一周期のシフト動作が終了すると（Ｓ１７でｙｅｓ）、画像合成信号Ｓｂを受けた画像合成部６５ａによって画像合成処理が実行され、各回のシフト位置で得られた画像から、一つの合成画像が生成される（Ｓ１８）。
【００９８】
このとき、図１６に示すように、内部メモリ６５ｄから中心座標の情報が、ＲＯＭ６３からコア５０の径の情報がそれぞれ画像合成部６５ａに読み出される。そして、各結像領域８６内の画素８１で得られた撮像信号の代表値Ｄが、各回のシフト位置で得られた画像毎に求められる（Ｓ１８１）。
【００９９】
次いで、各回のシフト位置で得られた画像の中心座標に各回のシフト量を加算し、シフト量を加算した中心座標に対応する画素８１に代表値Ｄをあてがうマッピング処理が施される（Ｓ１８２）。最後に、マッピング処理によって代表値Ｄがあてがわれた画素８１を用いて、代表値Ｄがあてがわれていない画素８１の画素値を生成する画素補間が行われる（Ｓ１８３）。
【０１００】
図１５に戻って、こうして生成された合成画像は、前述のようにＤＩＰ６６、表示制御回路６７を経由して、モニタ２１に表示される（Ｓ１９）。一方、通常撮影モードが選択された場合は、Ｓ１６の撮影は行われるが、Ｓ１５、Ｓ１８の処理は実行されない。これら一連の処理は、検査終了が指示される（Ｓ２０でＹＥＳ）まで繰り返される。
【０１０１】
以上説明したように、イメージガイド３１の入射端を圧電素子３５でシフト動作させ、シフトの一周期で複数回撮影を行い、得られた複数フレームの画像を合成して一つの合成画像を生成するので、挿入部１３の極細径化を達成しつつ、診断に供する質の高い画像を提供することができる。
【０１０２】
イメージガイド３１のコア５０で伝達する像８０とＣＣＤ５８の画素８１の位置関係（中心座標）とシフト量の情報を元に、各シフト位置で得られた像８０をＣＣＤ５８の撮像面上にマッピングして画像合成するので、高精細な合成画像Ｇｃを得ることができる。
【０１０３】
白色光画Ｇｗの二値化画像Ｇｗｂを用いて中心座標を検出するので、コア５０の配列誤差や伝達効率のバラツキを吸収することができる。また、代表値Ｄがあてがわれない画素８１の画素値を画素補間にて生成するので、さらなる合成画像Ｇｃの高精細化を実現することができる。なお、定期的に歪みゲージ等でシフト機構のシフト量を検出し、シフト情報内のシフト量を書き換えてもよい。
【０１０４】
イメージガイド３１を含めたシフト機構３２の外径は、配線ケーブル４５を含めても鏡筒３３の外径と同じかそれ以下である。シフト機構３２を構成する各部材の厚みも数十μｍ程度であり、径方向に寸法を増大させる要素が殆どない。従って、レンズ等の結像系光学部材を揺動させる従来技術よりも極細径化を実現することができる。
【０１０５】
同期制御部６２ａによって、シフト機構３２とＣＣＤ５８の動作を同期させ、イメージガイド３１を各シフト位置に止めた状態で撮影するので、各シフト位置でブレのない画像を得ることができ、より高精細な画像を生成することができる。
【０１０６】
保持筒３４を円筒状として圧電素子３５をこれに倣うように成膜して、上下、左右二対の電極３６に電圧を供給することで、図９（ａ）または（ｂ）に示すように、揺動部３８を一筆書きのように各シフト位置を最短の移動経路で移動させるので、シフト動作に時間が掛からず、ＣＣＤ５８の撮像動作に余裕をもって追随することができる。
【０１０７】
揺動部３８では電極３６を幅広として高い駆動力を得られるようにし、固定部３９では電極３６を幅狭部４３として固定部３９に余計な力が加わらないようにしているので、駆動効率を高めることができ、機械的強度を保つことができる。
【０１０８】
固定部３９よりも後端側で電極３６と配線ケーブル４５とを接続するので、配線ケーブル４５にシフト動作によるストレスが掛からない。また、配線ケーブル４５を保持筒３４の外周に配した場合の径方向寸法の増加を抑えることができる。
【０１０９】
保持筒３４でイメージガイド３１を保持し、保持筒３４に圧電素子３５を設けるので、イメージガイド３１に圧電素子３５を直接設ける場合と比べて、製造組み立てが容易になる。さらには、保持筒３４を圧電素子３５の共通電極として用いるので、電極および配線ケーブルの数を削減することができ、ひいては極細径化に寄与することができる。
【０１１０】
通常撮影モードとシフト撮影モードを選択可能としたので、術者の意図を反映させることができる。術者が患者の体内に内視鏡１０の挿入部１３を挿入し、体内で挿入部１３を移動させているときは、少なくとも先端部付近の様子が分かればよいので、比較的画質は悪いが、被写体の動きに対するタイムディレイがなく動画がスムーズに流れるため、通常撮影モードで事足りる。対して、挿入部１３の先端部が病変等の被観察部位に到達し、術者が詳細な観察をしているときには、通常撮影モードよりも高画質なシフト撮影モードを選択することで、診断に適した画像を提供することができる。
【０１１１】
なお、レリーズボタン１８が押下されて静止画取得の指示がなされたときに、高画質なシフト撮影モードに自動的に切り替える構成でもよい。例えば通常撮影モードまたは四回シフトのシフト撮影モードのときにレリーズボタン１８が押下されたら、九回シフトのシフト撮影モードに切り替える。こうすれば、常に良好な画質で体内画像を静止画記録することができ、検査後の診断にも役立てることができる。
【０１１２】
挿入部１３内の隙間を埋めるように、ライトガイド２７を先端面２０ａにランダムに配置するので、照明光を広範囲に拡散させることができる。また、三板式ＣＣＤ５６を用いるので、単板式と比べて画素数が増加し、より高精細な画像を得ることができる。
【０１１３】
ＣＣＤの代わりにＣＭＯＳイメージセンサを用いる場合は、結像領域に該当する画素のみ撮像信号を読み出す部分読み出しを実行してもよい。読み出し処理を高速化することができる。
【０１１４】
上記実施形態では、各シフト位置で得られた画像にシフト量を加算しているが、白色画像Ｇｗにシフト量を加算してもよい。この場合、白色画像Ｇｗにシフト量を加算した後に二値化画像Ｇｗｂを得て、その中心座標を検出する。さらに、各シフト位置で得られた画像にシフト量を加算し、上記実施形態と同様に各結像領域８６内の画素８１の代表値Ｄを求める。
【０１１５】
上記実施形態では、検査毎に検査準備モードを実施しているが、内視鏡システムの出荷時に一度検査準備モードを実施し、その後は適宜の期間をおいて実施してもよい。検査準備モードの実施を促すメッセージをモニタ２１に表示させてもよい。
【０１１６】
上記実施形態では、コア５０で伝達する像８０とＣＣＤ５８の画素８１の位置関係として、中心座標を求めているが、この代わりに、ＣＣＤ５８の中心からの距離とＣＣＤ５８の水平方向に対する角度とで上記位置関係を表してもよい。シフト量の情報についても同様である。また、位置関係を取得するために二値化画像Ｇｗｂを生成する等の各種処理をしているが、コア５０の配列誤差や伝達効率のバラツキがないものとし、図７に示す像８０とＣＣＤ５８の画素８１の位置関係を理論値として用いてもよい。あるいは、位置関係の情報として、理論値からのずれを数値化したものを用いてもよい。
【０１１７】
いずれにしても、位置関係の情報は、像８０を撮像するＣＣＤ５８の画素８１を特定するために必要であり、シフト量の情報は、各シフト位置の撮影で得られた画素値（上記実施形態では代表値Ｄ）をマッピングする際に必要である。このため、これらの情報は、本発明を実施するために必須の要件である。
【０１１８】
なお、コア５０一本分の像８０を撮像する画素８１の個数は、中心座標とこれに対応する画素８１とのズレが大きくならず、且つ代表値Ｄの算出や画素補間に時間が掛からない程度であることが好ましく、例えば三個〜三十個程度である。
【０１１９】
また、静止画記録した画像の画素補間した部分に、万が一病変らしきものが見られた場合、それが画素補間によるものなのか、本当の病変であるのかを判断するために、画素補間前のマッピング画像Ｇｍｐを合成画像Ｇｃと併せて記録することが好ましい。
【０１２０】
シフト機構の構成は、上記実施形態の円柱状に限らない。例えば図１７および図１８に示すように、四角柱状のシフト機構９０を用いてもよい。なお、以下では上記実施形態のシフト機構３２と異なる点のみを説明し、同様の構成は符号のみを付し説明を省略する。
【０１２１】
シフト機構９０は、四角筒状の保持筒９１を有する。保持筒９１は、例えば厚み５０μｍ、０．７ｍｍ角のステンレス製パイプからなり、接着剤等（図示せず）でイメージガイド３１が内挿固定される。圧電素子９２は、例えば厚み５０μｍで、保持筒９１の四辺を覆う短冊状に直接成膜されるか、保持筒９１の四辺に導電性の接着剤で接着されて配置されており、その上面に電極９３が成膜されている。
【０１２２】
シフト機構９０は、先端部２０の基体内に収容されている。シフト機構９０の外周面と先端部２０の基体の内壁面との間には、例えば０．１ｍｍ程度の空洞９４が形成されている。
【０１２３】
上記実施形態と同様、電極９３は、上下、左右で対になっている。また、電極９３には切欠き９５が形成されて幅狭部９６が設けられており、幅狭部９６および保持筒９１の終端には、配線ケーブル４５が接続されるパッド９７が形成されている。
【０１２４】
シフト機構９０を用いた場合、揺動部３８は、例えば図１９または図２０に示すシフト動作をする。図１９において、揺動部３８は、（ａ）の初期位置から９０°左方向に√３／４Ｐ分シフトされ、（ｂ）に示す一回シフトの位置に移動される。そして、（ｂ）の一回シフトの位置での撮影が終了した後、初期位置に戻されてから９０°下方向に１／４Ｐ分シフトされ、（ｃ）に示す二回シフトの位置に移動される。揺動部３８は、二回シフトの位置から初期位置に戻された後に、順次右方向（（ｄ）の三回シフトの位置、角度、シフト量は、一回シフトの場合と同様）、上方向（（ｅ）の四回シフトの位置、角度、シフト量は、二回シフトの場合と同様）にシフトされ、再び（ａ）の初期位置に戻される。イメージガイド３１の入射端におけるコア５０は、初期位置に戻るのと（ｂ）〜（ｅ）のシフト動作を繰り返すことで、図２１（ａ）に示す十字状の移動軌跡を辿る。
【０１２５】
あるいは図２０において、揺動部３８は、（ａ）の初期位置から９０°左方向に√３／４Ｐ分シフトされた後、９０°下方向に１／４Ｐ分シフトされ、（ｂ）に示す一回シフトの位置に移動される。そして、（ｂ）の一回シフトの位置での撮影が終了した後、一回シフトの位置から９０°下方向に１／４Ｐ分シフトされた後、右方向に√３／４Ｐ分シフトされ、（ｃ）に示す二回シフトの位置に移動される。揺動部３８は、順次右および上方向（（ｄ）の三回シフトの位置、角度、シフト量は、一回シフトの場合と同様）、上および左方向（角度、シフト量は、二回シフトの場合と同様）にシフトされ、再び（ａ）の初期位置に戻される。コア５０は、初期位置に戻るのと（ａ）〜（ｄ）のシフト動作を繰り返すことで、図２１（ｂ）に示す矩形状の移動軌跡を辿る。
【０１２６】
もしくは、図２１（ｃ）に示すように、下および左方向、下および右方向、上および右方向、上および左方向と移動させ、上下方向の移動を必ず先に行うようにし、略卍状の移動軌跡を辿らせてもよい。いずれも移動軌跡は異なるが、上記実施形態と同様、初期位置だけでは画像化されないクラッド５１の部分を埋めるように移動される。
【０１２７】
上記実施形態の円柱状のシフト機構３２は、圧電素子３５を円筒状に成膜することで、シフト機構３２の外径を鏡筒３３の外径と略同じにすることができ、挿入部１３の極細径化に寄与することができる。対して図１７や図１８に示す四角柱状のシフト機構９０は、四隅が鏡筒３３の外径から若干はみ出るために、シフト機構３２と比べて挿入部１３の径は大きくなるが、圧電素子９２を短冊状に成膜または接着して配置することに製造上の困難性はないため、安価且つ簡単に製造することが可能である。
【０１２８】
図１９〜図２１で示した、９０°でシフトさせる例は、上記実施形態の円柱状のシフト機構３２でも実施することができる。また、図１７の符号９８は、治療用レーザ光を患部に照射するための光ファイバの出射端が覗いたレーザ光照射部であり、鉗子チャンネル４６に代わる他の例として挙げている。勿論、シフト機構３２にレーザ光照射部９８を設けてもよい。
【０１２９】
以上、シフト機構の構成やそのシフト方法の例を列挙したが、ここで挙げた例は一例に過ぎず、特にシフト方法には様々な変形例が考えられる。例えば四回シフトの三回シフトの位置を飛ばして、シフト機構を３０°の方向に三回シフトさせた後、初期位置に戻してもよいし、九回シフトの八回シフトの位置を飛ばして八回シフトとしても可である。あるいは、九回シフトの一回、二回シフトをさせた後、初期位置に戻してもよい。
【０１３０】
但し、圧電素子にはヒステリシス特性があり、無秩序に駆動させるとシフト位置がずれるため、移動軌跡は毎回同じとし、常に同じ移動経路でシフト機構をシフトさせる。つまり、シフト機構をシフトさせる際の圧電素子の駆動順序を毎回同じにする。また、上下、左右で対になった電極に電圧を供給する順序も同じにする。
【０１３１】
上記実施形態では、圧電素子駆動回路６１により圧電素子３５への供給電圧を制御し、イメージガイド３１をシフト位置に停止させているが、これに代えて、あるいは加えて、機械的な構成でシフト機構３２をシフト位置に停止させてもよい。例えば図２２に示すシフト機構１００（シフトの仕方はシフト機構３２と同じ）のように、先端外周面のシフト方向にあたる位置に突起１０１を設け、シフト機構１００が収まる先端部２０の基体の、突起１０１に対向する位置に凹部１０２を設ける。突起１０１と凹部１０２とは、シフト機構１００のシフト量分離れており、シフト機構１００がシフトされたときに、突起１０１が凹部１０２に嵌まってシフト機構１００が停止される。
【０１３２】
あるいは図２３に示すように、先端部２０の基体の内壁に突起１０３を設けてもよい。突起１０３は、シフト機構３２が各シフト位置に移動したときに、シフト機構３２の外周面に二点（黒丸で示す）で接触する位置に設けられている。符号１０４は、シフト機構３２の各シフト位置への移動を許すための逃がし用凹部である。シフト機構に突起を設ける必要がない分、図２２の例よりも製造コストが安く済む。
【０１３３】
イメージガイドの入射端をシフトさせる場合、レンズ等の結像系光学部材を動かす場合と異なり、固定部から先のイメージガイドの一部分を揺動させるので、シフト動作によってイメージガイドに掛かる力には、圧電素子によって加えられる力と元の位置に戻ろうとする反力とがある。イメージガイドの慣性質量は比較的重いため、特に反力によってイメージガイドの移動がスムーズにいかなくなることが考えられるが、図２２の如く機械的にシフト位置に停止させる構成を採用することで、イメージガイドのシフト位置がずれることがなくなり、より安定した高速なシフト動作を実現することができる。また、ある程度アバウトな電圧制御でよくなる。
【０１３４】
先端部は使用中体内に挿入され、使用後は洗浄、消毒、あるいは滅菌されるため、高湿度環境下に置かれることが多い。そこで、配線ケーブルを含むシフト機構全体に対して防湿コーティングを行った後、先端部に組み込むことが好ましい。防湿コーティングとしては、例えば低真空、低温度の化学気相成長で均一なコーティングが可能なパリレンコートを実施する。
【０１３５】
イメージガイドは揺動部が根元から撓ることでシフトをするので、各シフト位置にすぐには停止せず、しばらく振動してから止まる可能性がある。このため、シフト機構の停止後、シフト方向とは逆方向に瞬間的に揺動部が振れるように、圧電素子駆動回路で圧電素子を駆動する等の制振対策を講じることが好ましい。具体的には、反力をシミュレーションや実測で求めて、これを打ち消すための圧電素子の駆動電圧をＲＯＭに記憶させておき、圧電素子制御部がその駆動電圧の情報をＲＯＭから読み出して圧電素子駆動回路に与える。あるいは、空洞に絶縁性の粘性流体を封入してダンピング効果を利用し、制振対策を講じてもよい。
【０１３６】
上記実施形態では、揺動部が次回のシフト位置に移動するまでの時間が、ＣＣＤが前回の電荷蓄積を終えてから次回の電荷蓄積を開始するまでの時間よりも短いと説明しているが、揺動部の長さ、材質、あるいはシフト量、さらには圧電素子自体の性能等が要因で、前者の時間が後者の時間よりも長くなることもあり得る。前述のようにイメージガイドの慣性質量が比較的重いことから、前者の時間が後者の時間よりも長くなる可能性が高い。
【０１３７】
こうした場合には、揺動部がシフト位置に移動している間は、プロセッサ装置のＣＰＵの制御の下、ＣＣＤ駆動回路からＣＣＤに電子シャッタパルスを供給して電荷蓄積を開始する時間を遅らせ、揺動部がシフト位置に停止してから電荷蓄積を開始する。あるいは、揺動部がシフト位置に移動している間は光源を消灯し、揺動部がシフト位置に停止したら光源を点灯する。
【０１３８】
揺動部が次回のシフト位置に移動するまでの時間を基準にしてＣＣＤを駆動しようとすると、前者の時間が後者の時間よりも長くなる場合はフレームレートを落とさなければならないが、電子シャッタパルスで電荷を掃き出すか、光源を点消灯させる上記いずれかの方法を採用すれば、フレームレートは現行を維持しつつブレのない画像を得ることができる。
【０１３９】
上記実施形態では、シフト撮影モードが選択されたときのみ画像合成部で画像合成処理をしているが、通常撮影モード時にも画像合成処理をしてもよい。クラッドの位置に対応する被観察部位の像を反映した画像は得られないが、クラッドの影は埋めることができる。
【０１４０】
上記実施形態では、シフトの一周期毎に画像合成部で画像合成処理を行い、一つの合成画像を出力しているが、この方法であると通常撮影モードに比べてフレームレートが落ちる。このフレームレート低下の対策としては、四回シフトの場合は通常撮影モードの四倍といったように、シフト撮影モードが選択されたときにフレームレートを上げることが考えられる。
【０１４１】
具体的には、ＣＰＵ６２のシステムクロックのクロック信号の周期を変化させることで、ＣＣＤ駆動回路６０の駆動信号の周期を変化させる。あるいは、システムクロックのクロック信号は変化させずに、ＣＣＤ駆動回路６０に分周器を設け、この分周器でシステムクロックのクロック信号を分周することで変化させてもよい。
【０１４２】
三板式ＣＣＤ、モード切り替えとシフト回数の設定をする操作部、および画像合成部と同期制御部と圧電素子制御部の機能を実現するハードウェアを、プロセッサ装置とは別の筐体に搭載してもよいし、内視鏡に搭載してもよい。
【０１４３】
例えば図２４、２５に示す内視鏡システム１１０のように、プロセッサ装置１１１とは別に中継ボックス１１２を設ける。なお、上記実施形態と同様の機能には同じ符号を付し、説明を省略する。
【０１４４】
図２４において、中継ボックス１１２には、内視鏡１０のプロセッサ用コネクタ１５が接続されている。そして、プロセッサ装置１１１と中継ボックス１１２とは、中継ケーブル１１３で互いに接続されている。中継ボックス１１２の前面パネルには、モード切り替えとシフト回数の設定をする操作部１１４が設けられている。
【０１４５】
図２５において、中継ボックス１１２は、三板式ＣＣＤ５６、ＡＦＥ５９、ＣＣＤ駆動回路６０、圧電素子駆動回路６１、ＣＰＵ１１５、画像合成部１１６、およびＲＯＭ１１７を有する。ＣＰＵ１１５は、中継ケーブル１１３を介してプロセッサ装置１１１のＣＰＵ６２と通信する。ＣＰＵ１１５は、上記実施形態のＣＰＵ６２と同様に、ＣＣＤ駆動回路６０、圧電素子駆動回路６１の駆動制御を行い、同期制御部、圧電素子制御部の各機能を担う。画像合成部１１６は、シフト撮影モードが操作部１１４で選択された場合に、ＣＰＵ１１５の制御の下、上記実施形態の画像合成部６５ａと同じ画像合成処理をＡＦＥ５９からの撮像信号に対して施す。ＲＯＭ１１７には、上記実施形態のＲＯＭ６３と同様、シフト情報８５が記憶されている。画像合成部１１６で生成された合成画像は、中継ケーブル１１３を経由してプロセッサ装置１１１のＤＳＰ６５に入力される。
【０１４６】
ＣＣＤ等のイメージセンサを先端部に配置した電子内視鏡と汎用プロセッサ装置のシステムに本発明を適用した場合、上記実施形態ではシフト動作および画像合成に関わる機能を汎用プロセッサ装置に追加する必要があり、汎用プロセッサ装置の改造は必須となる。あるいは、汎用プロセッサ装置に代えて上記実施形態のプロセッサ装置１１を新たに購入しなければならない。対して、図２４および図２５に示す中継ボックス１１２を用いれば、汎用プロセッサ装置（プロセッサ装置１１１）を流用することができ、設備投資費用も中継ボックス１１２の分だけで済むので、病院側の費用負担が減り、本発明の内視鏡システムの病院への導入障壁も低くなる。
【０１４７】
また、図２６に示す内視鏡システム１２０の光源装置１２１を用いてもよい。光源装置１２１は、中心波長４４５ｎｍの青色レーザ光源１２２と、青色レーザ光源１２２からのレーザ光を平行光化するコリメータレンズ１２３と、レーザ光を集光する集光レンズ１２４とを有する。ＣＰＵ７４は、光源ドライバ７１を経由して青色レーザ光源１２２の動作制御を行う。
【０１４８】
青色レーザ光源１２２からのレーザ光は、集光レンズ１２４によりライトガイド２７の入射端に入射される。ライトガイド２７は、入射されたレーザ光を、内視鏡１０の先端部２０まで伝搬する。
【０１４９】
一方、ライトガイド２７の光出射側には、波長変換部材１２５が配置されている。波長変換部材１２５は、複数種の蛍光物質を分散配置して一体に形成された一塊のブロックである。波長変換部材１２５は、青色レーザ光源１２２からのレーザ光の一部を吸収して、緑色〜黄色に励起発光する複数種の蛍光体を有する。これにより、青色レーザ光源１２２からのレーザ光と、このレーザ光から変換された緑色〜黄色の励起光とが合波されて、白色光が生成される。
【０１５０】
青色レーザ光源１２２と波長変換部材１２５とで、上記実施形態と比べて高輝度な白色光を供給するので、僅かな本数（一、二本）のライトガイドで十分な照明光を得ることができる。従って、極細径化をさらに促進することができる。
【０１５１】
なお、イメージセンサとしては、単板式を用いてもよい。また、上記実施形態では、イメージガイドと配線ケーブルのプロセッサ装置への接続を同じコネクタで果たしているが、イメージガイドと配線ケーブルを別のコネクタに実装してもよい。
【符号の説明】
【０１５２】
２、１１０、１２０ 内視鏡システム
１０ 内視鏡
１１、１１１ プロセッサ装置
１２、１２１ 光源装置
１３ 挿入部
２０ 先端部
２７ ライトガイド
３１ イメージガイド
３２、９０、１００ シフト機構
３４、９１ 保持筒
３５、９２ 圧電素子
３６、９３ 電極
３８ 揺動部
３９ 固定部
４３ 幅狭部
４５ 配線ケーブル
５６ 三板式ＣＣＤ
５８Ｒ、５８Ｇ、５８Ｂ ＣＣＤ
６０ ＣＣＤ駆動回路
６１ 圧電素子駆動回路
６２ ＣＰＵ
６２ａ 同期制御部
６２ｂ 圧電素子制御部
６３、１１７ ＲＯＭ
６５ デジタル信号処理回路（ＤＳＰ）
６５ａ、１１６ 画像合成部
６５ｂ 二値化処理部
６５ｃ 中心座標検出部
６５ｄ 内部メモリ
６８、１１４ 操作部
８０ 像
８１ 画素
８５ シフト情報
８６ 結像領域
１０１、１０３ 突起
１０２ 凹部
１１２ 中継ボックス
１１５ ＣＰＵ
１２２ 青色レーザ光源
１２５ 波長変換部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の光ファイバをバンドル化してなるイメージガイドであり、内視鏡の挿入部に挿通され、対物光学系で入射端に結像された被観察部位の像を出射端に伝達するイメージガイドと、
前記イメージガイドで伝達された像を撮像するイメージセンサと、
対物光学系で結像された像に対して前記イメージガイドの入射端を周期的にシフト動作させるシフト機構と、
前記シフト機構によるシフト動作に同期して前記イメージセンサに複数回撮像させ、対物光学系で結像された像に対する前記イメージガイドの入射端の位置が異なる状態で撮像された複数の画像が得られるよう、前記イメージセンサと前記シフト機構の動作を制御する同期制御手段と、
前記イメージガイドの各光ファイバで伝達された像と前記イメージセンサの画素の撮像面上の位置関係、および前記シフト機構でシフトされる前記イメージガイドのシフト量の情報に基づき、得られた複数の画像を合成して、一つの合成画像を生成する画像合成手段とを備えることを特徴とする内視鏡システム。
【請求項２】
無地の単色被写体を撮像して得た参照画像を元に、位置関係の情報を取得する情報取得手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項３】
前記情報取得手段は、所定期間毎に得られる参照画像から、その都度位置関係の情報を取得することを特徴とする請求項２に記載の内視鏡システム。
【請求項４】
前記情報取得手段は、参照画像に対して二値化処理を施してマスク画像を生成する二値化処理手段と、
生成されたマスク画像に基づいて、前記イメージセンサの撮像面上における、各光ファイバで伝達された像の中心位置を検出する位置検出手段とからなることを特徴とする請求項２または３に記載の内視鏡システム。
【請求項５】
前記画像合成手段は、前記位置検出手段で検出された中心位置を中心とし、光ファイバのコア径を直径とする結像領域を光ファイバ毎に設定し、
各結像領域内における前記イメージセンサの画素の画素値に基づいて、各結像領域の画素値の代表値を算出することを特徴とする請求項４に記載の内視鏡システム。
【請求項６】
前記画像合成手段は、各結像領域内における前記イメージセンサの画素の画素値の平均値、または最大値を代表値として算出することを特徴とする請求項５に記載の内視鏡システム。
【請求項７】
前記画像合成手段は、前記シフト機構によるシフト動作に同期して前記イメージセンサに複数回撮像させて得られた複数の画像単位で代表値を算出することを特徴とする請求項５または６に記載の内視鏡システム。
【請求項８】
前記画像合成手段は、シフト量の情報に応じて、前記イメージセンサの該当する画素の画素値に代表値をマッピングすることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の内視鏡システム。
【請求項９】
前記画像合成手段は、前記位置検出手段で検出された中心位置にシフト量を加算し、代表値をマッピングする前記イメージセンサの該当する画素を特定することを特徴とする請求項８に記載の内視鏡システム。
【請求項１０】
前記画像合成手段は、結像領域内の画素のうち、代表値がマッピングされた画素の画素値から、マッピングされていない画素の画素値を生成することを特徴とする請求項８または９に記載の内視鏡システム。
【請求項１１】
前記シフト機構は、前記イメージガイドの入射端を第一の位置から第二の位置、第二の位置から第三の位置と順に移動させ、最後は第一の位置に戻すことで一回の周期的なシフト動作をさせ、
前記イメージセンサは、各位置でその都度撮像することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の内視鏡システム。
【請求項１２】
前記シフト機構は、前記イメージガイドの入射端を第一の位置から第二の位置に移動させたら止め、さらに第二の位置から第三の位置に移動させたら止めるという間欠シフト動作を繰り返すことを特徴とする請求項１１に記載の内視鏡システム。
【請求項１３】
前記シフト機構で前記イメージガイドの入射端が移動させられる各位置の距離は、前記イメージガイドを構成する光ファイバの配列ピッチの１／ｎに相当することを特徴とする請求項１１または１２に記載の内視鏡システム。
【請求項１４】
各位置の数は四個、または九個であり、辺のなす角が６０°および１２０°で一辺が二個、または三個の位置を結ぶ線からなる菱形をなすことを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれかに記載の内視鏡システム。
【請求項１５】
前記シフト機構は、前記イメージガイドの入射端を、各位置を巡る最短の移動経路で移動させることを特徴とする請求項１１ないし１４のいずれかに記載の内視鏡システム。
【請求項１６】
前記シフト機構は、前記イメージガイドの入射端が内挿固定され、前記イメージガイドの入射端をシフト動作可能な状態で保持する保持筒を有し、
前記保持筒の外周面には前記圧電素子が形成され、前記圧電素子の駆動力が前記保持筒を介して前記イメージガイドに伝えられることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれかに記載の内視鏡システム。
【請求項１７】
複数本の光ファイバをバンドル化してなるイメージガイドであり、挿入部に挿通され、対物光学系で入射端に結像された被観察部位の像を出射端に伝達するイメージガイドと、
前記イメージガイドの入射端の外周に形成された圧電素子で前記イメージガイドの入射端を揺動させ、対物光学系で結像された像に対して前記イメージガイドの入射端を周期的にシフト動作させるシフト機構とを備え、
前記シフト機構によるシフト動作に同期してイメージセンサに複数回撮像させ、対物光学系で結像された像に対する前記イメージガイドの入射端の位置が異なる状態で撮像された複数の画像が得られるよう、前記イメージセンサと前記シフト機構の動作が制御され、前記イメージガイドの各光ファイバで伝達された像と前記イメージセンサの画素の撮像面上の位置関係、および前記シフト機構でシフトされる前記イメージガイドのシフト量の情報に基づき、得られた複数の画像を合成して、一つの合成画像が生成されることを特徴とする内視鏡。
【請求項１８】
複数本の光ファイバをバンドル化してなるイメージガイドであり、内視鏡の挿入部に挿通され、対物光学系で入射端に結像された被観察部位の像を出射端に伝達するイメージガイドの入射端を、その外周に形成された圧電素子で揺動させ、対物光学系で結像された像に対してイメージガイドの入射端を周期的にシフト動作させるステップと、
シフト動作に同期してイメージセンサに複数回撮像させるステップと、
イメージガイドの各光ファイバで伝達された像とイメージセンサの画素の撮像面上の位置関係、およびシフト機構でシフトされるイメージガイドのシフト量の情報に基づき、複数回の撮像により得られた、対物光学系で結像された像に対するイメージガイドの入射端の位置が異なる状態で撮像された複数の画像を合成して、画像合成手段で一つの合成画像を生成するステップとを備えることを特徴とする内視鏡駆動方法。
【請求項１】
複数本の光ファイバをバンドル化してなるイメージガイドであり、内視鏡の挿入部に挿通され、対物光学系で入射端に結像された被観察部位の像を出射端に伝達するイメージガイドと、
前記イメージガイドで伝達された像を撮像するイメージセンサと、
対物光学系で結像された像に対して前記イメージガイドの入射端を周期的にシフト動作させるシフト機構と、
前記シフト機構によるシフト動作に同期して前記イメージセンサに複数回撮像させ、対物光学系で結像された像に対する前記イメージガイドの入射端の位置が異なる状態で撮像された複数の画像が得られるよう、前記イメージセンサと前記シフト機構の動作を制御する同期制御手段と、
前記イメージガイドの各光ファイバで伝達された像と前記イメージセンサの画素の撮像面上の位置関係、および前記シフト機構でシフトされる前記イメージガイドのシフト量の情報に基づき、得られた複数の画像を合成して、一つの合成画像を生成する画像合成手段とを備えることを特徴とする内視鏡システム。
【請求項２】
無地の単色被写体を撮像して得た参照画像を元に、位置関係の情報を取得する情報取得手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項３】
前記情報取得手段は、所定期間毎に得られる参照画像から、その都度位置関係の情報を取得することを特徴とする請求項２に記載の内視鏡システム。
【請求項４】
前記情報取得手段は、参照画像に対して二値化処理を施してマスク画像を生成する二値化処理手段と、
生成されたマスク画像に基づいて、前記イメージセンサの撮像面上における、各光ファイバで伝達された像の中心位置を検出する位置検出手段とからなることを特徴とする請求項２または３に記載の内視鏡システム。
【請求項５】
前記画像合成手段は、前記位置検出手段で検出された中心位置を中心とし、光ファイバのコア径を直径とする結像領域を光ファイバ毎に設定し、
各結像領域内における前記イメージセンサの画素の画素値に基づいて、各結像領域の画素値の代表値を算出することを特徴とする請求項４に記載の内視鏡システム。
【請求項６】
前記画像合成手段は、各結像領域内における前記イメージセンサの画素の画素値の平均値、または最大値を代表値として算出することを特徴とする請求項５に記載の内視鏡システム。
【請求項７】
前記画像合成手段は、前記シフト機構によるシフト動作に同期して前記イメージセンサに複数回撮像させて得られた複数の画像単位で代表値を算出することを特徴とする請求項５または６に記載の内視鏡システム。
【請求項８】
前記画像合成手段は、シフト量の情報に応じて、前記イメージセンサの該当する画素の画素値に代表値をマッピングすることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の内視鏡システム。
【請求項９】
前記画像合成手段は、前記位置検出手段で検出された中心位置にシフト量を加算し、代表値をマッピングする前記イメージセンサの該当する画素を特定することを特徴とする請求項８に記載の内視鏡システム。
【請求項１０】
前記画像合成手段は、結像領域内の画素のうち、代表値がマッピングされた画素の画素値から、マッピングされていない画素の画素値を生成することを特徴とする請求項８または９に記載の内視鏡システム。
【請求項１１】
前記シフト機構は、前記イメージガイドの入射端を第一の位置から第二の位置、第二の位置から第三の位置と順に移動させ、最後は第一の位置に戻すことで一回の周期的なシフト動作をさせ、
前記イメージセンサは、各位置でその都度撮像することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の内視鏡システム。
【請求項１２】
前記シフト機構は、前記イメージガイドの入射端を第一の位置から第二の位置に移動させたら止め、さらに第二の位置から第三の位置に移動させたら止めるという間欠シフト動作を繰り返すことを特徴とする請求項１１に記載の内視鏡システム。
【請求項１３】
前記シフト機構で前記イメージガイドの入射端が移動させられる各位置の距離は、前記イメージガイドを構成する光ファイバの配列ピッチの１／ｎに相当することを特徴とする請求項１１または１２に記載の内視鏡システム。
【請求項１４】
各位置の数は四個、または九個であり、辺のなす角が６０°および１２０°で一辺が二個、または三個の位置を結ぶ線からなる菱形をなすことを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれかに記載の内視鏡システム。
【請求項１５】
前記シフト機構は、前記イメージガイドの入射端を、各位置を巡る最短の移動経路で移動させることを特徴とする請求項１１ないし１４のいずれかに記載の内視鏡システム。
【請求項１６】
前記シフト機構は、前記イメージガイドの入射端が内挿固定され、前記イメージガイドの入射端をシフト動作可能な状態で保持する保持筒を有し、
前記保持筒の外周面には前記圧電素子が形成され、前記圧電素子の駆動力が前記保持筒を介して前記イメージガイドに伝えられることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれかに記載の内視鏡システム。
【請求項１７】
複数本の光ファイバをバンドル化してなるイメージガイドであり、挿入部に挿通され、対物光学系で入射端に結像された被観察部位の像を出射端に伝達するイメージガイドと、
前記イメージガイドの入射端の外周に形成された圧電素子で前記イメージガイドの入射端を揺動させ、対物光学系で結像された像に対して前記イメージガイドの入射端を周期的にシフト動作させるシフト機構とを備え、
前記シフト機構によるシフト動作に同期してイメージセンサに複数回撮像させ、対物光学系で結像された像に対する前記イメージガイドの入射端の位置が異なる状態で撮像された複数の画像が得られるよう、前記イメージセンサと前記シフト機構の動作が制御され、前記イメージガイドの各光ファイバで伝達された像と前記イメージセンサの画素の撮像面上の位置関係、および前記シフト機構でシフトされる前記イメージガイドのシフト量の情報に基づき、得られた複数の画像を合成して、一つの合成画像が生成されることを特徴とする内視鏡。
【請求項１８】
複数本の光ファイバをバンドル化してなるイメージガイドであり、内視鏡の挿入部に挿通され、対物光学系で入射端に結像された被観察部位の像を出射端に伝達するイメージガイドの入射端を、その外周に形成された圧電素子で揺動させ、対物光学系で結像された像に対してイメージガイドの入射端を周期的にシフト動作させるステップと、
シフト動作に同期してイメージセンサに複数回撮像させるステップと、
イメージガイドの各光ファイバで伝達された像とイメージセンサの画素の撮像面上の位置関係、およびシフト機構でシフトされるイメージガイドのシフト量の情報に基づき、複数回の撮像により得られた、対物光学系で結像された像に対するイメージガイドの入射端の位置が異なる状態で撮像された複数の画像を合成して、画像合成手段で一つの合成画像を生成するステップとを備えることを特徴とする内視鏡駆動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２０１０−２５３１５６（Ｐ２０１０−２５３１５６Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０８９８３（Ｐ２００９−１０８９８３）
【出願日】平成２１年４月２８日（２００９．４．２８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２８日（２００９．４．２８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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