(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースラインが一定で光軸の交点が変更自在なように、支持体によって支持された一対の画像取込手段と、
該一対の画像取込手段の間に設けられた拡張部材と、
該画像取込手段の前記光軸を変化させるために、前記支持体の支持角度を前記拡張部材の拡張によって制御する角度制御手段と
を備えたことを特徴とする内視鏡用の撮像装置。
【請求項２】
前記拡張部材は流体の充填によって拡張自在なバルーンであって、前記支持体は前記べースラインを形成する要素と該要素に対して光軸を決定するために斜めに交わる少なくとも２片から成る筺体とからなり、前記制御手段は前記バルーンを充填させる流体量を制御することにより前記２片の交わり角度を制御して、光軸を変化させることを特徴とする請求項１記載の内視鏡用の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、撮像側で輻輳角を変化させることができる内視鏡用の撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、管腔臓器、腹腔内や胸腔内の観察手段として内視鏡が広く用いられている。これら内視鏡のほとんどは画像観察手段を１つしか持っておらず、観察者は単眼でしか観察することができないために、観察対象の立体的観察ができずに正確な診断が困難であったり、内視鏡と併用して使用する器具を用いた観察対象への処置において距離感を得ることができずに、処置が容易にできないという不具合があった。
【０００３】
これに対し、少なくとも２つの画像伝送光学系の対物レンズと観察対象点とのなす輻輳角を立体可視可能な角度となるように配置し、立体視が可能な内視鏡がある。しかし、これらは輻輳角が固定されており、両画像伝送光学系の光軸が一致している付近では立体画像の観察は可能であるが、この領域をはずれると観察像が２重に観察されるなど立体画像が得られにくくなるという問題点があり、観察対象の距離に応じて輻輳角を任意に変える必要があることが分かっている。また、輻輳角が固定では術者の輻輳角の個人差との不一致より不自然な立体視を行わねばならないとの問題点がある。
【０００４】
この問題を解決するため、２本の硬性鏡をある輻輳角で配置しこの２本の硬性鏡の光軸が交わる点と観察部位との位置ずれ量を検出し、この位置ずれ量より硬性鏡の輻輳角を調整する手段を持つ装置が提案されている（特開平０５ー３４１２０６）。しかしこの出願は、位置ずれを検出するためにレーザ光線を使用したり、３ＤーＣＣＵを必要とするなど、装置が複雑になる不利益を有する。更に、この方式では観察点が光軸の交点の前方に位置しているか後方に位置しているかの判定が難しく、自動補正をかけた場合適切な補正が行われずに使用しにくい。また、この方式であっても術者の輻輳角の個人差の問題を解決することは困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
注視点の奥行きの変化は、表示装置側で左右のディスプレイの像の重なり具合をずらすことによってもできるが、これではカメラの画角が有限であることから立体視が可能な領域が制限される。
本発明は、輻輳角を変えることにより、立体画像の撮像領域の奥行きの変化を撮像側で簡単に実現するために提案されたものである。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、術者が立体画像を観察しながら術者自身の操作により適切な立体画像を得ることができる立体内視鏡用の撮像装置を提案することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のこのような目的は、ベースラインが一定で光軸の交点が変更自在なように、支持体によって支持された一対の画像取込手段と、該一対の画像取込手段の間に設けられた拡張部材と、該画像取込手段の前記光軸を変化させるために、前記支持体の支持角度を前記拡張部材の拡張によって制御する角度制御手段とを備えたことを特徴とする内視鏡用の撮像装置によって達成される。
【０００８】
この撮像装置において、前記拡張部材は流体の充填によって拡張自在なバルーンであって、前記支持体は前記べースラインを形成する要素と該要素に対して光軸を決定するために斜めに交わる少なくとも２片から成る筺体とからなり、前記制御手段は前記バルーンを充填させる流体量を制御することにより前記２片の交わり角度を制御して、光軸を変化させることを特徴とする。
【０００９】
【作用】
本発明によれば、観察中に観察者の操作により撮像手段の光軸を変えることにより、撮像装置の輻輳角を調整するため、術者は立体視できる領域の範囲を制御できる。また、術者が立体画像を見ながら操作を行うことで術者の個人差に合わせた輻輳角調整が可能である。画像伝送光学系のイメージファイバの特性である柔軟性を利用することにより内視鏡を軟性化できるので、この特性により観察部位の用途の拡大を図ることができる。
【００１０】
本発明におけるイメージファイバの素材は多成分ガラス，石英，プラスチック等の可とう性のある材料で形成される。本発明の動力は、内視鏡の対物レンズ部に固定されたバルーンとこのバルーンに液体を注入しバルーンを膨張収縮することで得られる。バルーンの素材には、天然ゴム，ポリオレフィン，ポリエステル，ポリアミド，ポリエチレン，ポリウレタン，塩化ビニル，又はシリコンを使用できる。
【００１１】
なお、本発明は軟性鏡、硬性鏡を問わず全ての内視鏡に利用できることは言うまでもない。
【００１２】
【実施例】
次に、実施例を具体的に説明する。
図１は、本発明の立体内視鏡の代表的な実施例を示すシステム構成図である。
図１に示す立体内視鏡システムは、立体内視鏡１０と、２つの画像伝送光学系（イメージファイバ１）によって伝送される一対の画像をそれぞれ撮像レンズ１５を通して受光し、ＴＶ信号へ変換するためのＣＣＤ等から成る一対の撮像素子１２と、得られた一対のＴＶ信号を立体画像として表示するためのステレオ画像表示装置１３と、輻輳角の調整のための流体圧発生部８とを備える。流体圧発生部８が発生する圧力は、圧縮力伝達チューブ２１を通りバルーン２２に供給される。この流体圧発生部８は、より具体的には図６の流体圧発生装置１１と供給／排気用の２つのバルブ２４，２５による制御に置き代えられる。
【００１３】
立体内視鏡１０の先端部の撮像部は、画像を撮像素子まで伝送する右目用，左目用のイメージファイバ１が内視鏡の被覆材にそって先端の対物レンズ２まで延び、他端部は撮像素子１２に接続されている。撮像素子１２から出力したＴＶ信号はステレオ画像表示装置１３に入力される。
内視鏡の被覆材３０はラテックスあるいはエラストマー材料からなるので、内視鏡自体が適度の可撓性を備える。
【００１４】
観察対象物の照明光は、立体内視鏡１０に設けられたライトガイド接続口１４に光源装置に接続されたライトガイドを接続し、光を導光することで得る。照明光は立体内視鏡先端部の図３におけるライトガイド開放端１６から出射し、観察対象を照明する。
図２は、内視鏡先端部の拡大図、図３は、内視鏡の完成品（先端にキャップをかぶせた状態の正面図であり、図４，５は、内部構成を説明するための図である）。上記図２〜図５を参照して、立体内視鏡１０の先端の中心部に固定されているスペーサ４の構成と動作を説明する。
【００１５】
スペーサ４は、ファイバ１に接着して支持する支持部４１，４２とレンズ２のべースライン（カメラ間の基線長）を決めるべース４３とから成る。支持部４１、４２はヒンジ部４４で開き角度自在である（図４）。このヒンジ部４４は、メカニカルヒンジのほか、スペーサ４を樹脂製にすれば、折れ曲がり自在のプラスチックヒンジであってもよい。
【００１６】
スペーサ４の開口部には、支持部４１、４２を内側方向に付勢するキャップ状のバネ２３が、支持部にわずか乗り上げるように被せられている。このバネ２３が、バルーン内の液体が減少する場合のスペーサ４の復元力を提供する。
１８はレンズ２とイメージファイバ１を接合するリングであり、このリング１８はスペーサ４の支持部４１、４２上に固定され、支持部の開口角度に追随して動き、対物レンズ２の光軸の交叉角度がつくる輻輳角を変化させる。すなわち、レンズの光軸の立体内視鏡１０の軸３方向への移動は、スペーサ４の保持部４１、４２の交わり角度を変更することによって実現される。
【００１７】
スペーサ４は内側にバルーンを収納し、図５に示すように膨張するバルーン２２により、支持部は４１、４２は開き方向の圧力を内側から受けている。バネ２３はバルーン２２の膨張に対向する力をスペーサ４に与える。また、バネ２３はバルーン収縮時の動作をスムーズにする作用を発揮する。
このバルーン２２は圧力を供給するチューブ２１に接続されている。圧縮力伝達チューブ２１の終端は操作部８に接続されており、圧縮力伝達系の内部には流体が充填されている。
【００１８】
ここで使用するイメージファイバの材質は多成分ガラス，石英ガラス等のガラスかＰＭＭＡ，ポリスチレン等のプラスチックであるが、先端部での曲げ易さより材質を選択するとプラスチック材質が好ましい。イメージファイバに用いられるファイバの本数は、ステレオ画像の画素の数と等しいため、イメージファイバ１つにつき１，０００〜２０，０００本であることが好ましく、画質の点からの要求では画素数は３，０００以上であることが望ましいので、ファイバの本数も３０００本以上となる。また、イメージファイバに用いられるファイバの本数は、イメージファイバの太さに影響するため、２０，０００本を超えるものは好ましくない。イメージファイバの太さは０．２ｍｍ〜１ｍｍが好ましく、特に０．５ｍｍが好ましい。
【００１９】
レンズ部２はセルフォックレンズとレンズ接合リング１８とで構成され、このレンズ−イメージファイバ接合リング１８を介してイメージファイバ１に固定されている。
スペーサ４は、図４に示すように蝶番構造を有する金属製であっても良いし、ポリカーボネートやアクリル樹脂のような高分子材料であってもよい。バネ２３は、金属製バネ材であっても良いし、樹脂製であっても良い。バルーン２２は、スペーサ４の押し広げと縮小を行うためのものであり、材質は天然ゴムやポリオレフィン，ポリエステル，ポリアミド，ポリエチレン，ポリウレタン，塩化ビニールなどの１つで作る。
【００２０】
バルーン２２は、その先端部がスペーサ４のべース４３に接着され、周辺部がスペーサ４の支持部４１、４２に接着されていても良い。もちろんバルーン２２はスペーサ４の内部空間に挟まっているだけの構造でも良い。バルーンの長さは、１〜１０ｍｍが好ましく５ｍｍが特に好ましい。また、収縮時の外径は、０．１〜２．０ｍｍが好ましく、０．５ｍｍが特に好ましい。膨張時の最大外径は、０．５〜１０．０ｍｍが好ましく、０．７５ｍｍが特に好ましい。
【００２１】
操作部８で得られた圧縮力は、圧縮力伝達チューブ２１内の流体を伝達して先端バルーン２２に伝達される。この流体は、空気や炭素ガス，酸素のような圧縮性の流体や水，生理食塩水のような非圧縮性の流体であっても良い。加圧時の圧縮力範囲は０〜±１０ａｔｍである。
以下、図１〜図５に従って本実施例の作用を説明する。観察者はライドガイド１６で導光された照明光により照明された観察対象を、ある輻輳角で撮影する。撮影された右、左用の画像は撮像素子１２、そして撮像素子１２が接続されたステレオ画像表示装置１３で立体的に観察する。
【００２２】
さて、ここで、観察対象に対して注視点を浅めに変化させようとするときは、輻輳角θを大きくする。このため、操作部８を操作して、バルーン２２を膨張させる圧力流体をバルーンに供給し、バルーンの膨張の度合いを調整する。
バルーン２２が膨張すると、スペーサ４は内視鏡１０に固定されているために力の作用はレンズ部を押し広げる方向に働く。この結果輻輳角θは大きくなり、近位置を立体的に観察するのに適した輻輳角となる。
【００２３】
遠方を観察する場合はバルーン２２を収縮させ、これと逆の作用を利用する。調整を行う輻輳角θの範囲は０度〜６０度であることが好ましく、最適値は１０度〜２０度である。これにより、観察対象の位置、内視鏡の位置、そして観察者の輻輳角の個人差に関わらず最適な立体視が可能である。
図６は、本発明の第２の実施例を示した図であるが、輻輳角を調整するための流体の流れをコントロールする弁２４，２５を内視鏡１０の手元部に配置したものである。弁２４は圧力供給用であり、弁２５は圧力の排気用の弁である。この２つの弁によって、操作性をより向上させたものである。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、観察対象の位置、内視鏡の位置そして観察者の輻輳角の個人差に関わらず、輻輳角の調整を撮像側でできるので立体感を最適に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例を示す立体内視鏡のシステム硬性を示す図である。
【図２】実施例の立体内視鏡先端部の内部構成を示す図である。
【図３】実施例の立体内視鏡を正面から見た端面図である。
【図４】図３に示す端面のキャップを外して先端方向から見た平面図である。
【図５】図４の状態を逆方向から見た図である。
【図６】本発明の第二実施例を示す立体内視鏡の構成を示すシステム構成図である。
【符号の説明】
１  イメージファイバ
２  対物レンズ
３  立体内視鏡の軸
４  スペーサ
８  操作部
９  画像伝送光学系光軸
１０  立体内視鏡
１１  圧縮力発生装置
１２  撮像素子
１３  ステレオ画像表示装置
１４  ライトガイド接続口
１５  撮像レンズ
１６  ライドガイド開放端
１７  操作弁
１８  レンズ−イメージファイバ接合リング
２１  チューブ
２２  バルーン
２３  バネ
２４  圧力供給弁
２５  圧力排気弁
３０  被覆材
４１、４２  支持部
４３  ベース
４４  ヒンジ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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