立体内視鏡

【課題】側視型立体内視鏡の視野方向を選択可能とすることで、観察や計測時の操作性を著しく改善した立体内視鏡を提供することである。
【解決手段】
側視型の立体内視鏡の挿入方向軸に対して前方視野を有するように装着された直視撮像モジュールと、挿入方向軸に対して挿入方向軸の周りを回転可能とした側視方向の視野をもつ立体撮像モジュールを有し、回転する立体撮像モジュールの視野方向を検出し画像信号を発生させ、直視撮像モジュールによる画像内に重畳して表示し、回転方向を制御することで立体撮像モジュールの視野方向を選択可能とした立体内視鏡。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機器内部やパイプの内壁、体腔内部等の立体観察や立体計測に適した側視方向の視野を持つ立体内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体としての機器内部や体腔内を観察する目的の内視鏡は、被検体を観察する手段として対物レンズ＋リレーレンズを用いた硬性内視鏡や、対物レンズ＋ファイバーイメージガイドを用いたファイバースコープ、対物レンズ＋ＣＣＤのような固体撮像素子を用いた電子内視鏡等があり使用目的に応じて使い分けられているが、近年は固体撮像素子の小型化、高性能化に伴って固体撮像素子を用いた電子内視鏡が広く使われてきている。
【０００３】
特に固体撮像素子の高画素化、小型化に伴って対物レンズと固体撮像素子を含んだ撮像モジュール２個を人間の右、左の目に相当する視差を有するように配置した先端部構造を持った立体内視鏡は、被検体の立体画像観察装置や被検体の立体計測装置として医用、工業用に利用したいとの要求があり実用化されつつある。
【０００４】
以降の説明では、前記右の目に相当する撮像系を右系（図面ではＲで表示）、左の目に相当する撮像系を左系（図面ではＬで表示）と記述する。
【０００５】
固体撮像素子を用いた基本的な立体内視鏡は、図１に示すように水平方向に視差を持つように配置された一組の撮像モジュールより構成さる立体撮像モジュール１００を内視鏡先端部に装着している。立体撮像モジュール１００は、右系の撮像モジュール１１０Ｒと左系の撮像モジュールを視差を持たせて配置し、それぞれの撮像モジュールは、対物レンズ１１１Ｒ、１１１Ｌの結像面にＣＣＤのような固体撮像素子１１２Ｒ，１１２Ｌの撮像面を配置して構成されており、固体撮像素子１１２Ｒ，１１２Ｌは映像信号処理手段１１３Ｒ、１１３Ｌに組込まれている固体撮像素子の駆動手段で駆動される。固体撮像素子１１２Ｒ，１１２Ｌで電気信号に変換された対物レンズ１１１Ｒ，１１１Ｌによる画像は映像信号処理手段１１３Ｒ、１１３Ｌで映像信号に処理される。
【０００６】
処理された映像信号は立体映像信号処理手段１１４に組込まれている記憶手段（メモリー）に記憶させ、記憶手段を制御する制御手段によって右系、左系の映像信号として順次読み出し立体映像信号処理手段１１４で立体表示用の映像信号に処理される。
【０００７】
この立体映像信号を映像化する方式はいろいろあるが、１例としては立体映像信号の右系、左系に同期し偏光方向を変える液晶の偏光シャッターを持った立体モニター１１７で画像化し、偏光眼鏡等を介して時系列で順次右系の画像を右目で、左系の画像を左目で観察することで立体視を可能にしている。
【０００８】
さらに立体内視鏡には、立体画像の観察だけでなく、立体撮像の特徴を生かし披検体までの距離や披検体の大きさの計測を無接触で可能にしたいとの立体計測の要求がある。このような要求に対しては、立体内視鏡で得られる視差を有する右系、左系の画像をパソコンのような演算装置に読み込み、右系、左系の画像上で披検体の測定点を観察者がクリックし、演算装置で寸法等を演算表示することが出来る。図１中１１５は視差のある右系、左系の画像を取込む画像取込手段を、１１６は計測演算を行う演算手段を示し、１１８は計測表示を行う計測用モニターを示している。
【０００９】
なを、立体内視鏡では目的に応じて、立体画像の観察部または立体画像の計測部のみで構成されることもあり、また観察部と計測部が一体に構成される場合もある。
【００１０】
立体撮像装置では前記撮像モジュールを２個並べて配置する必要があるため、先端部の挿入軸方向に視野を持つように撮像モジュールを装着した直視型では先端部の外径が太くなるので高画素の固体撮像素子を採用するには問題がある。先端部の挿入軸方向に対してほぼ直角方向に視野を持つように撮像モジュールを配置した側視型では２個の撮像モジュールは先端部の挿入軸方向に配置されるので、先端部の径は大幅に太くなることなく高画素の固体撮像素子を採用できるので、立体画像の画質の向上と特に計測をおこなう場合の計測精度を高くすることが可能となる。
【００１１】
このような立体内視鏡では、直視型と呼ばれるものと、側視型と呼ばれるものがある。側視型内視鏡は、食道のような筒状披検体やパイプのような筒状披検体の内壁を観察するには観察目標を正面より撮像できるので直視型より有効であるが、視野が限定されるため管状披検体の内壁を全周観察するためには内視鏡自体を回転する必要があり操作上の自由度が制約される。
【００１２】
この様に、側視型は直視型に比べ技術上有利な点も多いが、管状披検体の全周観察の自由度が低いという問題点がある。この問題点を解決する方策として特開平９−５６６６２では先端部の外周に複数個の側方視野を持つ撮像手段を装着し、各撮像手段からの映像信号を合成する手段が提案されているが、多数の撮像手段を先端部周囲に装着するので外径が大きくなる等の問題がある。
【００１３】
また、本出願人は先に内視鏡自体を回転せず、内視鏡先端部に装着された側方視野を持つ撮像手段のみを回転し、管状披検体の内壁の任意方向を観察可能な構造を提案している（特願２００８−１０３４１１）。
【特許文献１】特開平９−５６６６２号公報
【特許文献２】特願２００８−１０３４１１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、管状披検体内壁の全周観察時に側視型立体内視鏡の視野方向を選択操作可能とすることで、観察や計測時の操作性を著しく改善した立体内視鏡を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、先端部の挿入方向軸に対して前方視野を有するように装着された、対物レンズと固体撮像素子を含む直視撮像モジュールと、先端部の挿入方向軸に対して挿入方向軸の周りを回転する回転部材に側方視野を有するように装着された２個の対物レンズと固体撮像素子を含む立体撮像撮像モジュールと、立体撮像モジュールを装着した回転部材の回転位置を検出する回転位置検出手段と、回転位置検出手段の信号を画像として表示する位置信号発生手段を有し、前方視野を持つ直視撮像モジュールによる画像内に前記回転位置画像を重畳して表示することで、立体撮像モジュールの視野方向を直視撮像モジュールによる画像内に表示することを特徴とした立体内視鏡を構成する。
【００１６】
さらに詳細に説明すると、本発明による立体内視鏡は２次元画像を撮像する直視撮像モジュールと側方視野を持った側視の立体撮像モジュールを持ち、直視撮像モジュールの後方に立体撮像モジュールが配置されるが、直視撮像モジュールによる画像は立体内視鏡の挿入時の被検体前方の状況を判断するのに有用であるだけでなく、前方視野内に傷等の観察物を見つけた時に、側視立体撮像モジュールの視野方向が同一画面内に表示されるように構成されており、容易に立体側視撮像モジュールの視野方向を観察物方向に合致させる操作が可能となるので立体内視鏡の操作性を向上させることが出来る。
【００１７】
前記立体撮像モジュールは、対物レンズと固体撮像素子を含んだ撮像モジュールを２個、視差を有するように並べて配置する構造が基本となるが、立体撮像モジュールは、１個の固体撮像素子の撮像面を２分し、２分したそれぞれの撮像面に結像する対物レンズ２個を装着した構造を選択することも可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による立体内視鏡は、内視鏡の外形を著しく増加させることなく高画素固体撮像素子が組み込み可能であり、内視鏡自体を回転することなく３６０度の円周方向に広がる管状披検体の内壁の任意方向の視野を簡単な操作で選択可能なので、屈曲可能な挿入部を持つ立体内視鏡に適用した場合でも、屈曲した管空内の任意の場所を容易に選択観察できるのでその利用価値は非常に大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお実施例の説明で使用する図面は本発明を容易に把握、理解できるよう本発明と直接関係ない機構等の具体的な詳細は省略して示し、同一の機能部品の符号は極力同じものを使用する。
【実施例１】
【００２０】
図２は本発明の実施の一形態を示す立体内視鏡先端部の構成図で図２（Ａ）は先端部の断面を示し、図２（Ｂ）は左側前方より見た正面図、図２（Ｃ）は図２（Ａ）のＸ−Ｘ‘方向の断面図を示している。
【００２１】
立体内視鏡の先端部２１０は透明なアクリル等の材質で作られた透明な円筒体２２１と、円筒体２２１の端面に装着された直視撮像モジュール２２２と、円筒体内に回転自在に装着された立体撮像モジュール２２３を主構成要素としている。
【００２２】
直視撮像モジュール２２２は、図３（Ａ）に示すように少なくとも対物レンズ１１１とＣＭＯＳやＣＣＤのような固体撮像素子１１２を含めて構成されており、目的に応じて固体撮像素子の駆動回路、信号処理回路等を組込んだ構成要素に変えることが出来る。なお鎖線は対物レンズ１１１の視野範囲を示している。
【００２３】
立体撮像モジュール２２３は、図３（Ｂ）に示すように少なくとも対物レンズ１１１Ｒ、１１１ＬとＣＭＯＳやＣＣＤのような固体撮像素子１１２Ｒ、１１２Ｌを含めた撮像モジュールを並べて構成されており、目的に応じて固体撮像素子の駆動回路、信号処理回路等を組込んだ構成要素に変えることが出来るのは直視撮像モジュールの場合と同じである。なお鎖線は対物レンズ１１１Ｒ、１１１Ｌの視野範囲を示している
例えば、極力内視鏡の先端部を細くしようとした場合の撮像モジュールは、対物レンズと固体撮像素子とプリアンプ等で構成し、固体撮像素子の駆動回路、信号処理回路等は撮像ユニットから離れた操作部や外部等に配置することで小型化出来る。
【００２４】
また形状はやや大きくなるが、対物レンズとＣＭＯＳ撮像素子とその周辺回路を一体化しＵＹＶＹのデジタル出力を取り出せる撮像モジュールが実用化されているのでこの様な撮像モジュールとすることも可能である。
【００２５】
図２に示すように、直視撮像モジュール２２２は透明な円筒体２２１の前方の一端面に前方方向の視野を持つよう固定して装着され、立体撮像モジュール２２３は直視撮像モジュール２２２の後方に配置され、立体撮像モジュール２２３は直視撮像モジュール２２２の光軸に対して側視方向（概略９０度）の光軸を持ち、透明な円筒体２２１の内部で回転自在に動くよう装着される。
【００２６】
更に詳細に直視撮像モジュールの装着方法を説明すると、前面保持枠２２４は透明な円筒体２２１の前面に固定され、直視撮像モジュール２２２は前面保持枠２２４に装着される。更に前面保持枠２２４の前面にはカバーガラス２２５が装着され、この内部に照明用の小型発光ダイオード２２６が組み込まれる。
【００２７】
透明な円筒体２２１の他の端面には、透明な円筒部２２１と内視鏡の挿入部２２７を連結する連結部材２２８が装着され、連結部材２２８には、立体撮像モジュール２２３を装着した回転部材２３２が透明な円筒体２２１内で回転できるように、円筒状の摺動部２４２が設けられている。
【００２８】
また前面保持枠２２４の後端には、立体撮像モジュール２２３を装着した回転部材２３２が透明な円筒体２２１内で回転できるように、円筒状の摺動部２４１が設けられている。
【００２９】
回転部材２３２の外周は、前記摺動部２４１、２４２と接しており、透明な円筒体２２１の内部で回転部材２３２は回転するが、回転部材２３２の後端部には内側にギアー２４３が設けられており、連結部材２２８に装着されたモーター２３１の回転軸先端に装着されたギアー２４４と連結され、回転部材２３２はモーター２３１によって駆動される。さらに回転部材２３２に装着された立体撮像モジュール２２３の近傍には側視方向の視野を照明する発光ダイオード２４５が装着されており、立体撮像デバイス２２３に同期して、透明な円筒体２２１内で回転する。
【００３０】
図４にモーター２３１を駆動する制御手段を示す。２６０はモーメンタリ動作の２極双投スイッチで、図中上方に示された方向にスイッチのレバーを倒したとき、モーター２３１の端子２６１には電源２６５のプラス端子が接続され、モーター１３１の他の端子２６２には電源２６５のマイナス端子が接続される。また、図中下方に示された方向にスイッチのレバーを倒したとき、モーター２３１の端子２６１には電源２６５のマイナス端子が接続され、モーター２３１の他の端子２６２には電源２６５のプラス端子が接続される。なおスイチのレバーをフリーにすると、スイチ２６０はオフの状態に戻る。
【００３１】
このように、モーメンタリ動作の２極双投スイッチ２６０を用いることで、スイッチ２６０のレバー操作でモーター２３１の回転方向を右回り、左回りと変えることができ、また容易に回転を止めることができるが、第１、第２の撮像モジュール等からのケーブルの保護のため、回転の範囲は３６０度以内に制限するのが望ましい。なお、この２極双投スイッチは立体内視鏡の操作部内に組込まれるのが一般的である
【００３２】
また、立体撮像モジュール２２３は回転部材２３２に装着されているので、回転部材２３２の回転位置で立体撮像モジュール２２３の視野方向が変わる。回転部材２３２の回転位置を検出する手段はいろいろ考えられるが、この実施例ではポテンショメーターを装着した例を示している。図中２５０は回転位置検出手段（ポテンショメーター）を示しており、その回転軸の先端にはギアー２５１が装着され、立体撮像モジュール２２３が装着されている回転部材２３２の後端部に設けられたギアー２４３に連接されている。
【００３３】
図５は本発明による立体内視鏡の基本構成を示す。立体内視鏡の先端部に装着された直視撮像モジュール２２２は、立体内視鏡の挿入方向の前方視野にある披検体を撮像し、映像信号処理手段１１３で映像信号に処理される。直視撮像モジュール２２２の後方に配置され、立体内視鏡の挿入方向に対して側視視野を持つ立体撮像モジュール２２３は、立体内視鏡の先端部に組み込まれた回転可能な回転部材２３２に装着され、視差を持った右系、左系の撮像モジュール１１０Ｒ，１１０Ｌからの信号は信号処理手段１１３Ｒ，１１３Ｌで右系、左系の映像信号に処理され、立体映像観察や立体計測に使用されるのは図１で説明した場合と同様なので以降の説明は省略する。
【００３４】
図５中、２５０は回転部材２３２の位置を検出する回転位置検出手段で、図２においてはポテンショメーターがこれに相当し、回転部材２３２はモーター２３１で回転駆動される。回転位置検出手段２５０よりの位置信号は、位置表示信号発生手段２８１で画像化された位置信号に変換している。この画像化された位置表示信号は画像重畳手段２８２によって、直視モジュー２２２による前方視野画像に重畳して前方視野画像表示用モニター２８３に表示される。
【００３５】
図６（Ａ）は、本発明による立体内視鏡でパイプ３００の内部管壁を観察している状態を示したもので、図６（Ｂ）は図６（Ａ）における前方視野の画像を示している。立体内視鏡の直視撮像デバイス２２２による画像は、管壁ａの位置は、図６（Ｂ）の外周円（ａ）で、管壁ｂの位置は図６（Ｂ）の点線の円（ｂ）で、管壁ｃの位置は図６（Ｂ）の小円（ｃ）で表示される。パイプ３００の内部管壁にある傷状物３０１が管壁ｂの位置の円周上にあるとすれば直視撮像デバイスによる画像として認識できる。
【００３６】
直視撮像デバイス２２２による前方視野内に傷状物３０１が観察された場合、直視撮像デバイスによる画像を表示するモニターの画像上に、立体撮像デバイスの視野方向が位置表示パターン（マーカー）３０２で表示されると、マーカー３０２が傷状物３０１と重なるように立体撮像デバイス２２３の回転方向を制御し、立体内視鏡を前方に進めることで容易に傷状物３０１を立体撮像デバイス２２３の視野内に捕捉することが出来、立体画像としてモニター上に表示可能となる。
【００３７】
この様子を図７で更に詳しく説明する。直視撮像モジュール２２２で撮像したパイプ３００の内部管壁画像（クロスしたハッチングで示す）と、画像化された回転位置表示パターン３０２（マーカー）は合成した画像としてモニター２８３上に図７（Ａ）のように表示される。ここで、３０１は管壁の傷状物、３０２は立体撮像デバイス２２３の回転位置表示のマーカーを表している。ここで中心部の円形３０５はパイプ先端の開口を示している。
【００３８】
この状態では、立体撮像モジュール２２３の視野方向の中心は傷状物３０１より後方にあるので（図６参照）、立体内視鏡を内視鏡を前方に挿入すると、立体撮像モジュール２２３からの画像は、モニター１１７上に図８（Ｂ）のように管壁の傷状物３０１を正面視した立体画像として表示される。
【００３９】
この傷状物３０１を立体計測する場合には、演算手段を介して計測用モニター上に視差のある右系、左系の画像として表示できるので、右系、左系の画像いずれかを用いることで、計測時にも立体内視鏡の操作が容易になる。
【００４０】
図５の説明では、直視撮像モジュール２２２による画像と、立体撮像モジュール２２３による画像は２台のモニターに個別に表示しているが、立体画像を表示するモニター２８４内に、ピクチャー・イン・ピクチャーのような形態で表示することも可能である。
【実施例２】
【００４１】
図２で説明した立体内視鏡の先端部は、透明な円筒体１２１の端面に装着された直視撮像モジュール２２２と、円筒体内に回転自在に装着された立体撮像モジュール２２３を主構成要素としている。このような構造は、側視型の立体内視鏡の先端部を小型で気密構造にするのに適しているが、シリンドリカルレンズ効果を持つ透明な円筒の一部分を立体撮像モジュールの窓ガラスとして使用するので対物レンズの結像に微妙な歪を与える。立体画像の計測時には、この歪の影響を除去するために基準チャートを用いてキャリブレーション行う必要がある。
【００４２】
図８は上記窓ガラスのシリンドリカルレンズ効果を避けるために、立体撮像モジュール２２３の窓ガラス３２６を透明な平行平面板とした場合の立体内視鏡先端部の構造を示す。この場合も基本的には内視鏡先端部の挿入方向軸に対して、直視撮像モジュール２２２を装着し、直視撮像モジュール２２２の後方に挿入方向軸の周りを回転する回転部材３２１を設け、この回転部材３２１に側視方向の視野を持った立体撮像モジュール２２３を装着した構造を持っている。
【００４３】
図８（Ａ）は先端部の断面図を示し、図８（Ｂ）はＸ−Ｘ‘方向の断面を示している。図に示すように挿入部２２７にモーター２３１と回転位置検出手段（ポテンショメーター）２５０を組込んだ連結部材３２５に、回転を支える主軸３２０をネジ部で固定締結させ、この主軸３２０を回転軸として回転部材３２１が回転可能に装着されている。回転部材３２１には側視方向の視野を持つ立体撮像モジュール２２３が装着され、モーター２３１、ポテンショメーター２５０との連結も回転部材後方に設けられたギアーを介して行われる構造は実施例１の場合と同じであるので詳細な説明は省略する。
【００４４】
この主軸には前面保持枠３２４がネジ３２７で固定締結されており、前面保持枠３２４に直視撮像モジュール２２２、窓ガラス２２５等が装着されているのは図２の実施例と同じである。
【００４５】
この様に実施例２は実施例１の立体内視鏡先端部の機構に関するものであり、信号の処理系、使用上の問題、効果等は実施例１と同じであるので説明を省略する。
【００４６】
このように、立体内視鏡の視野方向を側視型にすることで先端部の形状をあまり大きくせずに、高画素固体撮像素子を使用することが可能になり、高画質の立体画像と高精度の立体計測機能を持った立体内視鏡が可能になり、さらに前方視野を持つ直視撮像モジュールの画像内に、側方視野を持つ立体撮像モジュールの視野方向を表示することによって、管壁等内部の傷等が容易に発見でき、前記傷等が管壁のどの方向にあっても、内視鏡自体を回転せずに常に正面視した画像を容易に得ることが出来るので、利用しやすい立体内視鏡が提供可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明による立体内視鏡は、内視鏡の挿入軸方向に対して側視方向の視野を持ち高画質の立体画像を得ることができ、高精度な立体計測が可能であるが、直視方向の撮像モジュールによる画像と、側視方向の立体撮像モジュールによる画像を利用することで広視野内視鏡も構成できるので広い分野で利用できる可能性が非常に大きい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】立体電子内視鏡の基本構成図。
【図２】立体内視鏡の第１の実施例による先端部の構成図。
【図３】撮像モジュールの基本構成図。
【図４】モーターを駆動する制御手段の説明図。
【図５】本発明による立体内視鏡の基本構成図。
【図６】パイプ内壁を観察している状態の説明図。
【図７】直視撮像モジュールの画像と立体撮像モジュールの視野方向表示の説明図。
【図８】立体内視鏡の第２の実施例による先端部の構成図。
【符号の説明】
【００４９】
１００立体撮像のジュール
１１０Ｒ右系の撮像モジュール
１１０Ｌ左系の撮像モジュール
１１１、１１１Ｒ，１１１Ｌ対物レンズ
１１２、１１２Ｒ，１１２Ｌ固体撮像素子
１１３、１１３Ｒ，１１３Ｌ映像信号処理手段
１１４立体映像信号処理手段
１１６演算手段
１１７立体モニター
１１８計測用モニター
２２１透明な円筒体
２２２直視撮像モジュール
２２３立体撮像モジュール
２２４、３２４前面保持枠
２２６、２４５発光ダイオード
２２８、３２５連結部材
２３１モーター
２３２、３２１回転部材
２５０回転位置検出手段
２６０２極双投スイチ
２８１位置表示信号発生手段
２８２画像重畳手段
２８３前方視野画像表示モニター
３２０主軸
３２６窓ガラス

【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部の挿入方向軸に対して前方視野を有するように装着された対物レンズと固体撮像素子を含む直視撮像モジュールと、先端部の挿入方向軸に対して挿入方向軸の周りを回転する回転部材に側方視野を有するように装着された２個の対物レンズと固体撮像素子を含む立体撮像モジュールと、立体撮像モジュールを装着した回転部材の回転位置を検出する回転位置検出手段と、回転位置検出手段の信号を画像として表示する信号発生手段を有し、前方視野を持つ直視撮像モジュールによる画像内に前記回転位置画像を重畳して表示することで、立体撮像モジュールの視野方向を直視撮像モジュールによる画像内に表示することを特徴とした立体内視鏡。

【図１】