(57)【要約】   【課題】  先端部の視点ではなく、挿入管の壁面に対向する消化管の内壁をぐるりとスキャンし、その平面展開画像として得る内視鏡システムを提供する。  【解決手段】  内視鏡システム１００は、挿入管部３０と先端部１０とそれらの中に仕込まれた光学系と操作部４０を備え、さらに、薄膜型エリアスキャナ２０を備えている。先端部１０付近の挿入管３０の壁面を周回するように筒型の薄膜型エリアスキャナ２０を設けて先端部１０付近の挿入管３０の壁面を周回するように画像読み取り面を設けている。ここで、薄膜型エリアスキャナ２０の筐体を、挿入管３０の壁面に対して、その壁面周回方向に回転可能となっている。例えば薄膜型エリアスキャナが６角形筒型であり、各面が画像読み取り面となっている。薄膜型エリアスキャナ２０の筐体の回転角を所定きざみとし、各回転角で読み取った画像を合成して一つの消化管内壁の平面展開画像を得る。【選択図】  図１
2006087447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
挿入管部と、前記挿入管部の先端に設けられた先端部と、前記挿入管部および前記先端部の中に仕込まれた光学系と、操作部を備えた内視鏡システムに組み込むスキャナシステムであって、
前記先端部付近の挿入管の壁面を周回するように筒型の薄膜型エリアスキャナを設けて、前記先端部付近の挿入管の壁面を周回するように画像読み取り面を設け、
前記薄膜型エリアスキャナの筐体を、前記挿入管の壁面周回方向に回転可能としたことを特徴とするスキャナシステム。
【請求項２】
前記薄膜型エリアスキャナが円筒型であり、前記挿入管の壁面を周回するように設けられ、その外周側面が画像読み取り面となっている請求項１に記載のスキャナシステム。
【請求項３】
前記薄膜型エリアスキャナが多角形筒型であり、前記挿入管の壁面を周回するように設けられ、その外周側面が画像読み取り面となっている請求項１に記載のスキャナシステム。
【請求項４】
前記薄膜型エリアスキャナの筐体の回転角を所定きざみとし、各回転角で読み取った画像を合成して一つの消化管内壁の平面展開画像を得る請求項１から４に記載のスキャナシステム。
【請求項５】
前記薄膜型エリアスキャナが、各画素構成として、走査光線を発射する発光体と、前記走査光線が読み取り対象物に当たって反射した反射光を導く等倍結像系と、前記等倍結像系により導かれた反射光を光電変換する受光素子を備えたものである請求項１から４のいずれかに記載のスキャナシステム。
【請求項６】
前記薄膜型エリアスキャナが、
前記画像読み取り面の下に設けられた発光層であって、複数の小領域を持ち、前記小領域が発光状態と透明状態の２状態を有し、前記複数の小領域のうち、一部の小領域を発光状態とし、他の小領域を透明状態とすることにより走査光線を生成する発光層と、
前記発光層の下に設けられた液晶スリット層であって、複数の小領域を持ち、前記小領域が遮光状態と透明状態の２状態を有し、前記複数の小領域のうち、一部の小領域を透明状態とし、他の小領域を遮光状態とすることにより画像読み取り対象物からの反射光線に対するスリットを形成する液晶スリット層と、
前記液晶スリット層の下に設けられた受光素子層であって、受光素子と、前記スリットを通過した前記反射光線を前記受光素子上に結像させる光学系とを備えて前記画像読み取り対象物の画像を読み取る受光素子層を備えたものである請求項１から４のいずれかに記載のスキャナシステム。
【請求項７】
挿入管部と、前記挿入管部の先端に設けられた先端部と、前記挿入管部および前記先端部の中に仕込まれた光学系と、操作部を備えた内視鏡システムに組み込むスキャナシステムであって、
前記先端部付近の挿入管の壁面の一部に前記挿入管の軸方向と並行のライン状の画像読み取り面を持つ小型ラインスキャナを設け、
前記小型ラインスキャナを前記挿入管の壁面周回方向に回転可能としたことを特徴とするスキャナシステム。
【請求項８】
挿入管部と、前記挿入管部の先端に設けられた先端部と、前記挿入管部および前記先端部の中に仕込まれた光学系と、操作部を備えた内視鏡システムに組み込むスキャナシステムであって、
前記先端部付近の挿入管の壁面の一部に前記挿入管の壁面を周回するリング状の画像読み取り面を持つ小型リングスキャナを設け、
前記小型リングスキャナを前記挿入管の壁面に沿って前記挿入管の軸方向への移動を可能としたことを特徴とするスキャナシステム。
【請求項９】
前記小型リングスキャナの画像読み取り面の横断面外形を多角形とし、前記小型リングスキャナを複数個設け、前記小型リングスキャナの前記挿入管壁面への取り付け角度を相互に所定角度ずらしたことを特徴とする請求項７に記載のスキャナシステム。
【請求項１０】
前記薄型エリアスキャナ、前記ラインスキャナ、または、前記小型リングスキャナが、そのスキャンにおいて発した走査光線の対象物体からの反射光を、ＲＧＢ別に読み取るカラー画像スキャナである請求項１から９のいずれかに記載のスキャナシステム。
【請求項１１】
前記薄型エリアスキャナ、前記ラインスキャナ、または、前記小型リングスキャナが、そのスキャンにおいて発した走査光線を受けた対象物体が発する蛍光を読み取る蛍光画像スキャナである請求項１から９のいずれかに記載のスキャナシステム。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載のスキャナシステムを組み込んだ内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はスキャナシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人体の胃、食道、大腸、小腸などの消化管の内壁を観察し、内壁面に対する治療や薬の注入などを行なう内視鏡が知られている。概ね、先端部、挿入管部、操作部を備えている。先端部にはレンズが仕込まれ、挿入管部にはレンズから取り込んだ像を送る光学系を備えている。これら光学系を介して得た画像はモニタなどに映し出される。
ここで、内視鏡で得られる画像は、レンズが設けられている先端部を視点として見た画像となる。つまり、先端部が進入するにつれ、その先端部を視点して進行方向の様子を目視するような画像が得られる。挿入管部を自由に変形させつつ先端部の進入方向を制御し、その進入中の内壁の様子を目視するには適したものとなっている。
特開平０７−１３４２５３号公報に開示された内視鏡は、連結駒を用いて、挿入管を自在に曲げて変形させる機構を備え、先端部のレンズを介して進入方向の画像をモニタするものとなっている。
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−１３４２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術における内視鏡を用いれば、先端部のレンズを介して進入方向の画像をモニタすることができる。その進入中の内壁の様子を目視するには適したものとなっている。
しかし、上記従来技術における内視鏡を用いてモニタできる画像は、先端部のレンズを視点とする進入方向の画像であって、消化管の径の大きさやその管形状から、正対画像を得にくいという問題がある。つまり、内壁は先端部および挿入管と略並行となっており、先端部のレンズを視点として当該内壁を見た場合、前方の内壁が斜めに見えることとなる。また、消化管は小径の管状であり、もともと見づらい形状をしている。そのため、全体を鳥瞰することが困難である。
また、挿入管自体は消化管内壁よりも細く小さいものであり、消化管内壁全体を読み取るためには、縮小結像系を用いて小さい面積の受光部分で大きい読み取り範囲をカバーするか、等倍結像系を用いて小さい面積の受光部分で大きい読み取り範囲を粗く読み取るか、のいずれかの方法が想定された。しかし、前者であれば、精度の高い焦点調整が必要となり操作が複雑で難しいという問題が発生する。また、後者であれば画像が粗くなり要求される品質の画像が得られないという問題がある。
【０００５】
上記問題点に鑑み、本発明は、先端部のレンズを視点とする従来の光学系により観察しつつ、あたりを付けた部分において、消化管の内壁をスキャンし、その内壁正対画像を平面展開画像として得ることができる内視鏡に組み込むスキャナシステムを提供することを目的とする。また、画像読み取り対象物の面積より面積が小さい受光素子面を用い、かつ、画像品質を粗くせずに高い品質に維持できる内視鏡に組み込むスキャナシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の第１のスキャナシステムは、挿入管部と、前記挿入管部の先端に設けられた先端部と、前記挿入管部および前記先端部の中に仕込まれた光学系と、操作部を備えた内視鏡に組み込むスキャナシステムであって、前記先端部付近の挿入管の壁面を周回するように筒型の薄膜型エリアスキャナを設けて、前記先端部付近の挿入管の壁面を周回するように画像読み取り面を設けたことを特徴とする。
上記構成により、従来のように、先端部のレンズを視点とする進入方向の画像が得られるとともに、操作者の判断により、薄膜型エリアスキャナを用いて、先端部の周囲の消化管内壁の正対画像を得ることができる。ここで、薄膜型エリアスキャナとは受光素子が２次元マトリックス状に配されている薄膜型のスキャナを言う。
【０００７】
ここで、前記薄膜型エリアスキャナの筐体を、前記挿入管の壁面に対して、その壁面周回方向に回転可能とすることが好ましい。
また、前記薄膜型エリアスキャナの筐体の回転角を所定きざみとし、各回転角で読み取った画像を合成して一つの消化管内壁の平面展開画像を得ることが好ましい。
上記構成により、薄膜型エリアスキャナが等倍結像系を用いて画像読み取り面に対向する物体の画像を得るもので薄膜型エリアスキャナの外径よりも大きい内径を持つ消化管の画像を読み取る場合であっても、解像度が低くならないように工夫することができる。また、薄膜型エリアスキャナの外形が多角形筒体などの場合、画像読み取り面の対向面の画像を読み取ると死角が生じて画像読み取りができないエリアが生じる恐れがあるが、壁面周回方向に回転することにより死角が生じるのを防止することができる。
一般的に、内視鏡の挿入部の外径は、被検体となる消化管内に進入するために、当然、消化管の内径よりも小さいものとなっている。そのため、いわゆる等倍結像系のスキャナを曲面や多角形の周回面に仕立てて画像読み取りを行なうと、内視鏡の挿入部の外径の面積にくらべ消化管の内径の面積が大きいため、解像度が低くなったり死角が生じたりする。本発明のスキャナシステムでは、薄膜型エリアスキャナの筐体を前記挿入管の壁面に対して、所定のきざみ角度で壁面周回方向に回転させて各角度において正対画像を読み取ることができ、それら各回転角で読み取った画像を合成して一つの消化管内壁の平面展開画像を得るので本来薄膜型エリアスキャナが持っている解像度を維持することができ、また、死角の発生を防止することができる。
なお、薄膜型エリアスキャナの形状は、円筒型としても良く、多角形筒型としても良い。
【０００８】
ここで、薄膜型エリアスキャナとして、一つは、各画素構成として、走査光線を発射する発光体と、前記走査光線が読み取り対象物に当たって反射した反射光を導く等倍結像系と、前記等倍結像系により導かれた反射光を光電変換する受光素子を備えた薄膜型エリアスキャナを採用することができる。
また、他に、薄膜型エリアスキャナとして、以下の薄膜型エリアスキャナを採用することができる。つまり、画像読み取り面の下に設けられた発光層であって、複数の小領域を持ち、前記小領域が発光状態と透明状態の２状態を有し、前記複数の小領域のうち、一部の小領域を発光状態とし、他の小領域を透明状態とすることにより走査光線を生成する発光層と、前記発光層の下に設けられた液晶スリット層であって、複数の小領域を持ち、前記小領域が遮光状態と透明状態の２状態を有し、前記複数の小領域のうち、一部の小領域を透明状態とし、他の小領域を遮光状態とすることにより画像読み取り対象物からの反射光線に対するスリットを形成する液晶スリット層と、前記液晶スリット層の下に設けられた受光素子層であって、受光素子と、前記スリットを通過した前記反射光線を前記受光素子上に結像させる光学系とを備えて前記画像読み取り対象物の画像を読み取る受光素子層を備えた薄膜型エリアスキャナを採用することができる。
【０００９】
また、上記目的を達成するため、本発明の第２のスキャナシステムは、薄膜型エリアスキャナに代え、小型ラインスキャナを用いる構成とすることができる。つまり、挿入管部と、前記挿入管部の先端に設けられた先端部と、前記挿入管部および前記先端部の中に仕込まれた光学系と、操作部を備えた内視鏡において、前記先端部付近の挿入管の壁面の一部に前記挿入管の軸方向と並行のライン状の画像読み取り面を持つ小型ラインスキャナを設け、前記小型ラインスキャナを前記挿入管の壁面周回方向に回転可能としたことを特徴とする。
上記構成により、従来のように、先端部のレンズを視点とする進入方向の画像が得られるとともに、操作者の判断により、小型ラインスキャナを用いて、先端部の周囲の消化管内壁の正対画像を得ることができる。ここで、小型ラインスキャナとは受光素子が一次元のライン状に配された小型のスキャナを言う。なお、受光素子列が一次元のラインとしたが、カラー画像読み取りのため、受光素子列が例えばＲ、Ｇ、Ｂの３列のライン、ＹＭＣＫの４列のラインを備えることを含む。この小型ラインスキャナが画像読み取り範囲上を移動しつつスキャンするので画像読み取り範囲となる消化管の内壁を２次元の面として読み取る。
【００１０】
また、上記目的を達成するため、本発明の第３のスキャナシステムは、薄膜型エリアスキャナに代え、小型リングスキャナを用いる構成とすることができる。つまり、挿入管部と、前記挿入管部の先端に設けられた先端部と、前記挿入管部および前記先端部の中に仕込まれた光学系と、操作部を備えた内視鏡において、前記先端部付近の挿入管の壁面の一部に前記挿入管の壁面を周回するリング状の画像読み取り面を持つ小型リングスキャナを設け、前記小型リングスキャナを前記挿入管の壁面に沿って前記挿入管の軸方向への移動を可能としたことを特徴とする。
ここで、小型リングスキャナとは、小型ラインスキャナをぐるりとリング状に曲げた如くのものである。この小型リングスキャナを挿入管の壁面に沿って挿入管の軸方向に移動させることにより、画像読み取り範囲となる消化管の内壁を２次元の面として読み取る。
なお、前記小型リングスキャナの画像読み取り面の横断面外形を多角形とする場合、前記小型リングスキャナを複数個設け、前記小型リングスキャナの前記挿入管壁面への取り付け角度を相互に所定角度ずらすことが好ましい。
このように複数個の小型リングスキャナの挿入管壁面への取り付け角度をそれぞれ所定角度ずらすことにより画像読み取り範囲の死角がなくなり、それらが挿入管の軸方向に移動して画像を読み取れば消化管の内壁画像をすべて読み取ることができる。
なお、上記のスキャナシステムは、反射画像を読み取る用途のみならず、蛍光画像を読み取る用途にも適用することができる。
反射画像を読み取る場合は、カラー画像スキャナシステムであれば、薄型エリアスキャナ、ラインスキャナ、または、小型リングスキャナが、そのスキャンにおいて発した走査光線の対象物体からの反射光線を、ＲＧＢ別、またはＹＭＣＫ別に読み取る。
蛍光画像を読み取る場合は、薄型エリアスキャナ、ラインスキャナ、または、小型リングスキャナが、そのスキャンにおいて発した走査光線を受けた対象物体が励起発光する蛍光を読み取る蛍光画像スキャナとする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のスキャナシステムによれば、先端部のレンズを視点とする進入方向の画像をモニタしつつ、利用者の判断により、先端部の周囲の消化管内壁をスキャンしてその平面展開画像を得ることができ、かつ、その解像度を高く維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、本発明のスキャナシステムの実施例を説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施例に示した具体的な形状、個数、角度などには限定されないことは言うまでもない。
【実施例１】
【００１３】
実施例１にかかる本発明の第１のスキャナシステムの例を示す。実施例１にかかるスキャナシステムはいわゆる薄膜型エリアスキャナを用いるものである。
図１は、本発明の第１のスキャナシステムを組み込んだ内視鏡システム１００の基本構成を模式的に示した図である。レンズ１１（図示せず）を内蔵する先端部１０、薄膜型エリアスキャナ２０、自在に変形が可能な挿入管３０、操作部４０を備えている。先端部１０から挿入管３０の内部を通貫するように光ファイバーなどの光学系３１（図示せず）が設けられている。内視鏡システム１００の操作者は光学系３１を用いて先端部の進入方向の画像を眺めつつ、操作部４０を介して挿入管３０を自在に変形させて先端部の進入を続ける。操作者はある被検個所においてその周囲の消化管内壁の平面展開画像を得たい場合、薄膜型エリアスキャナ２０を駆動して周囲の消化管内壁をスキャンしてその画像を読み取る。
【００１４】
実施例１に係る薄膜型エリアスキャナ２０は、先端部１０付近の挿入管３０の壁面を周回するように設けられている。その外形は多角形筒型である。この例では６角形筒型となっている。薄膜型エリアスキャナ２０の画像読み取り面はその多角形筒型の外周側面、つまり、挿入管３０の壁面を周回するように画像読み取り面が設けられていることになる。
Ａ１−Ａ１断面図は、薄膜型エリアスキャナ２０の横断面の外形（内部構造および内部にある挿入部３０の図示は省略する）とその画像読み取り範囲を模式的に表したものである。この例では６角形である。
【００１５】
薄膜型エリアスキャナ２０は薄膜型のエリアスキャナであれば良い。この例では等倍結像系を備えたものとし、画像読み取り面の下に受光素子が２次元マトリックス（エリア）に敷き詰められたものとする。この薄膜型エリアスキャナ２０は本来は筐体が移動することなく対向する物体の画像を等倍で読み取るものであるが、後述するように本発明の薄膜型エリアスキャナ２０は挿入管壁面の周回方向に回転移動する動作を行なう。
本発明の薄膜型エリアスキャナ２０は、図２に示すように、その筐体が、挿入管３０の壁面に対して、その壁面周回方向に回転可能となっている。操作者により回転角度の指定が可能である。図２（ｂ）はＡ１−Ａ１断面図の外形を拡大して回転可能となっている様子を模式的に示している。
【００１６】
図３は薄膜型エリアスキャナ２０の横断面の外形（内部構造および内部にある挿入部３０の図示は省略する）とその画像読み取り範囲を模式的に表したものである。ここでは６角形であり、薄膜型エリアスキャナ２０は上記したように画像読み取り面の正対方向にある範囲が画像読み取り範囲２１０となる。なお、３００は被検個所の消化管内壁である。
図３（ｂ）において、図３（ａ）の状態にある薄膜型エリアスキャナ２０について、６角形の各辺に正対する方向が画像読み取り範囲２１０であり、６角形の各辺に正対しない範囲２２０は死角となり、その範囲の画像が読み取れない画像非読み取り範囲２２０となる。
【００１７】
薄膜型エリアスキャナ２０の外径と、被検個所である消化管内壁の内径の差が比較的小さい場合、死角となる画像非読み取り範囲２２０は比較的小さいが、薄膜型エリアスキャナ２０の外径と、被検個所である消化管内壁の内径の差が大きくなる程、死角となる画像非読み取り範囲２２０も大きくなる。ここで、内視鏡は医療現場で検査に用いるものであるので、検査個所において死角があってはならない。そこで、本実施例１に係る内視鏡システム１００は、薄膜型エリアスキャナ２０の筐体がその取り付け位置において挿入管３０の壁面に対して壁面周回方向に回転可能となっているので、回転前に死角となった画像非読み取り範囲２２０が回転後の画像読み取り範囲２１０となるように回転させつつ、所定のきざみで画像読み取りを実行すれば死角がなくなる。
【００１８】
まず、初期状態の回転角０度において、６面の画像読み取り面により、薄膜型エリアスキャナ２０の画像読み取りを実行し、図３（ｂ）に示した画像読み取り範囲２１０の画像を読み取る。次に、薄膜型エリアスキャナ２０の筐体を反時計回転させて回転角３０度において、６面の画像読み取り面により、薄膜型エリアスキャナ２０の画像読み取りを実行し、図３（ｄ）の画像読み取り範囲２１０の画像を読み取る。この結果、２回の画像読み取りにより、消化管内壁３００のすべての範囲の画像が読み取れる。つまり、この例では、図４に示すように、２回の画像読み取り範囲を重ね合わせれば、消化管３００の内壁のすべての範囲がカバーされ、死角となる画像非読み取り範囲２２０がなくなる。
このように、薄膜型エリアスキャナ２０の筐体の回転角を所定きざみとし、各回転角で読み取った画像を合成すれば一つの消化管内壁の平面展開画像を得ることができる。なお、消化管内壁３００の表面には独特の襞形状や紋様があることが通常であり、イメージマッチング処理により部分画像同士をつなぎ合わせて合成画像を得ることは比較的容易である。
【００１９】
次に、第１に、薄膜型エリアスキャナ２０の横断面の外径と被検体である消化管内壁の内径との差と薄膜型エリアスキャナ２０の回転角のきざみについて、また、第２に、薄膜型エリアスキャナ２０の横断面と消化管内壁との相対的位置関係と薄膜型エリアスキャナ２０の回転角のきざみについて考慮を加えておく。
第１の点については以下のことが言える。薄膜型エリアスキャナ２０の横断面の外径と消化管内壁３００の内径の差が、図４の差以下であれば、薄膜型エリアスキャナ２０の回転角のきざみを３０度とすれば、２度の画像読み取りで消化管内壁３００のすべての範囲がカバーできる。しかし、図５（ａ）のように、図４に比べて両者の差が大きくなると、薄膜型エリアスキャナ２０の回転角のきざみを３０度とした２度の画像読み取りでは消化管内壁３００のすべての範囲がカバーできない。そこで、所定きざみ角度を小さくしてより細かく画像読み取りを複数回実行する。この例では１５度きざみで各４回の画像読み取りを実行すれば、図５（ｂ）のように、消化管３００の内壁のすべての範囲がカバーされ、死角となる画像非読み取り範囲２２０がなくなる。
【００２０】
次に、第２の点については以下のことが言える。薄膜型エリアスキャナ２０の位置が図４のように消化管内壁の中心付近に位置している場合、図４のように、薄膜型エリアスキャナ２０の回転角のきざみを３０度とすれば、２度の画像読み取りで消化管内壁３００のすべての範囲がカバーできる。しかし、図６（ａ）のように、薄膜型エリアスキャナ２０の位置が消化管内壁の片一方の壁面に偏っている位置している場合、薄膜型エリアスキャナ２０の回転角のきざみを３０度とした２度の画像読み取りでは消化管内壁３００のすべての範囲がカバーできない。そこで、所定きざみ角度を小さくしてより細かく画像読み取りを複数回実行する。この例では１５度きざみで各４回の画像読み取りを実行すれば、図６（ｂ）のように、消化管３００の内壁のすべての範囲がカバーされ、死角となる画像非読み取り範囲２２０がなくなる。
【００２１】
次に、薄膜型エリアスキャナ２０の構造と動作の例を簡単に説明しておく。
第１の例は、各画素構成として、走査光線を発射する発光体と、前記走査光線が読み取り対象物に当たって反射した反射光を導く等倍結像系と、前記等倍結像系により導かれた反射光を光電変換する受光素子を備えたものである。
図７は、上記構成の一例である。
図７（ａ）のものは各画素にＬＥＤなどの発光体４１０と、等倍結像系のロッドレンズアレイ４２０と、ＣＣＤ素子やＣＭＯＳセンサである受光素子４３０があり、発光体４１０から発射された光が対象物に当たって反射し、反射光がロッドレンズアレイ４２０を介して受光素子４３０に受光される。この画素ごとの構成をマトリックス状に２次元に並べ、薄膜型に仕立てたものである。
図７（ｂ）のものは有機ＥＬなどの発光体５１０と等倍結像系のロッドレンズアレイ５２０と受光素子である受光素子５３０があり、発光体５１０から発射された光が対象物に当たって反射し、反射光がロッドレンズアレイ５２０を介して受光素子５３０に受光される。この画素ごとの構成をマトリックス状に２次元に並べ、薄膜型に仕立てたものである。
【００２２】
第２の例として、以下の新型の薄膜型エリアスキャナを採用することができる。
新型の薄膜型エリアスキャナは、図８に示すように、発光層６１０、液晶スリット層６２０、受光素子層６３０の薄膜の３層構造を備えている。
発光層６１０は、複数の小領域を持ち、各小領域が発光状態６１１と透明状態６１２の２状態を有するものである。例えば有機ＥＬ素子で構成した発光層が挙げられる。図９（ａ）に示すように、走査処理制御部（図示せず）により発光層６１０の一部の小領域を発光状態６１１、他の領域を透明状態６１２として、図９（ａ）の太線で示されているように原稿を照射する走査光線を生成する走査処理を行なう。この発光状態６１１とする小領域を隣接する小領域に次々と切り換えて行くことにより、走査光線があたかも矢印方向に走査移動しているように制御する。
【００２３】
次に、液晶スリット層６２０は、発光層６１０の下に設けられており、複数の液晶の小領域を持ち、各小領域が遮光状態６２２と透明状態６２１の２状態を有するものである。液晶スリット層６２０は一部の小領域を透明状態６２１とし、他の領域を遮光状態６２２として反射光線に対するスリットを形成する。当該スリットにより照射された走査光線の原稿からの反射光線の一部を選択的に透過させる。液晶素子の駆動方法や種類は特に限定されず広く適用することができるが、例えば、スタティック駆動によるセグメント方式の液晶素子とする場合、線状の縦長のセグメントとし、当該セグメントを液晶スリット層の各小領域とする。
スリット処理制御部は、液晶スリット層６２０の各小領域の遮光状態６２２と透明状態６２１の２状態の切り替えを制御する。スリット処理制御部は、液晶スリット層６２０において、図９（ｂ）に示すように、一部の小領域を透明状態６２１とし、他の領域を遮光状態６２２としてスリットを形成し、原稿からの反射光線の一部を選択的に通過させるスリット処理を行なう。スリット処理制御部はスリット処理において、液晶スリット層６２０の小領域のうち透明状態６２１とする小領域を所定順序により他の小領域に切り換えることによりスリットの形成位置を移動する。透明状態となっているスリットがあたかも矢印方向に移動している場合と同じ効果が得られている。
【００２４】
次に、受光素子層６３０は、図１０に示すように、液晶スリット層６２０の下に設けられ、受光素子６３１と、液晶スリット層６２０のスリットを通過した原稿からの反射光線を受光素子６３１上に結像させる光学系６３２とを備えている。受光素子６３１は例えばＣＣＤ素子，ＣＭＯＳセンサなど光電変換できる素子であれば良い。光学系６３２は等倍結像系のレンズであれば良く、例えばロッドレンズアレイである。
液晶スリット層６２０のスリットを通過した反射光線は、受光素子層６３０に対して入射し、光学系６３２を介して受光素子６３１に受光される。受光された反射光線は受光素子６３１において電気信号に変換されて画像データとなる。
【００２５】
図１１（ａ）、（ｂ）は、新型の薄膜型エリアスキャナの各層が連携して画像を読み取るスキャン処理を説明する縦断断面図である。発光層６１０で生成された走査光線が対象物の表面で反射し、液晶スリット層６２０を通過して受光素子層６３０で受光されるまでの様子を模式的に示している。発光層６１０、液晶スリット層６２０、受光素子層６３０の小領域の状態を切り換えて行くことにより、画像読み取り対象物の表面をスキャンして画像を読み取る。６４０は筐体表面のガラス面である。
以上のような新型の薄膜型エリアスキャナを、筒型に成型して本発明の薄膜型エリアスキャナ２０として採用する。
以上、本発明の内視鏡システムによれば、先端部のレンズを視点とする進入方向の画像をモニタしつつ、利用者の判断により、先端部の周囲の消化管内壁をぐるりとスキャンしてその平面展開画像を得ることができ、かつ、その解像度を高く維持することができる。
【実施例２】
【００２６】
実施例２のスキャナシステムは、実施例１のスキャナシステムと同様であるが、薄膜型エリアスキャナ２０の横断面の外形が異なっている。
実施例１の内視鏡システムでは薄膜型エリアスキャナ２０の横断面の外形が６角形の筒型であったが、多角形として角を多くしても原理的には同じである。多角形の角を無限に多くすると横断面の外形が円となり、円筒型となる。実施例２の内視鏡システムは薄膜型エリアスキャナ２０を円筒型としたものである。
薄膜型エリアスキャナ２０が円筒型の場合、画像読み取り面もその外表面として円筒側面となり、画像読み取り対象物が円筒面に密着した状態では、各受光素子に対応する画像読み取り面が円筒の周回方向に一様に並んでいると評価できるが、読み取り対象物との間に距離があると、各受光素子に対応している画像読み取り面が一様に並んでいるとは評価できず、間欠的に並んでいる状態と評価することができる。
【００２７】
例えば、薄膜型エリアスキャナ２０の外径がｒとすると、外周長はπｒとなるが、消化管の内壁内径が２ｒであるとその内周長は２πｒとなる。つまり、外径ｒで表面に一様に並べられた受光素子で読み取る等倍結像系の薄膜型エリアスキャナ２０を用いて、内径２ｒである消化管内壁を読み取る場合は、各受光素子に対応している画像読み取り面が間欠的に並んだ状態となり、全体として有効な画像読み取り範囲が半分、死角となる画像非読み取り範囲が半分となり、その解像度が１／２に劣化することとなる。もともと薄膜型エリアスキャナ２０が備える解像度が、要求される画像品質に対して十分な解像度を備えており、解像度が１／２でも十分に要求品質がある場合は、そのまま、円筒型の薄膜型エリアスキャナ２０を用いて読み取った画像を使用すれば良い。しかし、解像度が１／２に劣化すると要求品質に見合わない場合、この解像度の劣化を防止しなければならない。そこで、実施例１の場合と同様、薄膜型エリアスキャナ２０を周回方向に回転させて死角をカバーする。ただし、実施例２の場合の回転角は極めて小さいものとなる。回転角の制御方法は限定しないが、圧電素子や電気ねじりバネのように電圧で変形する素材を薄膜型エリアスキャナの筐体に組み込んで筐体の回転角を制御しても良い。
【実施例３】
【００２８】
実施例３にかかる本発明の第２のスキャナシステムの例を示す。実施例３にかかるスキャナシステムはいわゆる小型ラインスキャナを用いるものである。小型ラインスキャナとは、一次元（ライン状）に並べられた受光素子を備えたものである。なお、カラー対応のため、ＲＢＧ３列、またはＹＭＣＫ４列の受光素子列を備える場合を含む。
図１２は、実施例３にかかるスキャナシステムを組み込んだ内視鏡システム１００の基本構成を模式的に示した図である。レンズ１１（図示せず）を内蔵する先端部１０、小型ラインスキャナ２１、自在に変形が可能な挿入管３０、操作部４０を備えている。先端部１０から挿入管３０の内部を通貫するように光ファイバーなどの光学系３１（図示せず）が設けられている。内視鏡１００の操作者は光学系３１を用いて先端部の進入方向の画像を眺めつつ、操作部４０を介して挿入管３０を自在に変形させて先端部の進入を続ける。操作者はある被検個所においてその周囲の消化管内壁の平面展開画像を得たい場合、小型ラインスキャナ２１を駆動して周囲の消化管内壁をスキャンしてその画像を読み取る。
【００２９】
小型ラインスキャナ２１は、先端部１０付近の挿入管３０の壁面の一部に設けられている。図１３は小型ラインスキャナ２１の内部構造を模式的に示した拡大図である。図１３に示すように、小型ラインスキャナ２１は、ラインセンサ７３０と、ラインセンサ７３０に対応する走査光線を生成する発光体７１０と、発光体７１０から発射された走査光線が画像読み取り対象物に当たって反射した反射光線をラインセンサ７３０に導く光学系７２０を備えている。なお、発光体７１０は、ライン状に並べたＬＥＤ、有機ＥＬ、半導体レーザ、蛍光ランプなど、所定範囲の波長の輝線を生成できるものであれば良い。３００は被検個所の消化管内壁である。
この画素ごとの構成をライン（直線）状に１次元に並べ、小型化したものである。小型ラインスキャナ２１の挿入管３０への取り付けはラインセンサ７３０が挿入管３０の軸方向と並行になるように取り付ける。カラー対応の場合は当該画素構成をＲＢＧ３列分またはＹＭＣＫ４列分設ければ良い。また、ＲＢＧまたはＹＭＣＫ対応の受光素子を１次元に交互に並べたいわゆるインライン方式の場合もあり得る。
【００３０】
小型ラインスキャナ２１は挿入管３０の壁面周回方向に回転可能となっている。つまり、小型ラインスキャナ２１は各角度においてライン状に画像を読み取って行き、筐体ごとぐるりと３６０度周回してスキャンすることにより、消化管の内壁全体を読み取る構成となっている。図１４は小型ラインスキャナ２１の横断面の外形（内部構造および内部にある挿入部３０の図示は省略する）と消化管３００の内壁とその読み取り範囲を模式的に表したものである。図１４の状態ではライン状の画像読み取り範囲が小型ラインスキャナ２１内部のラインセンサと正対方向にある範囲、つまり、下を向いているが、小型ラインスキャナ２１がぐるりと消化管内壁を周回しつつスキャンすることにより、消化管の内壁全体を読み取る。読み取り画像は縦方向がいわゆる主走査方向であるライン方向、横方向が副走査方向であり移動して読み取る方向となっている。
【実施例４】
【００３１】
実施例４にかかる本発明の第３のスキャナシステムの例を示す。実施例４にかかるスキャナシステムはいわゆる小型リングスキャナを用いるものである。
小型リングスキャナとは、画像読み取り範囲が１次元のライン状のラインスキャナをぐるりとリング状に曲げた如くのものである。リングの外周が画像読み取り面となる。例えば、図１５に示すようなリング形状をしており、その外形外周が画像読み取り面となっている。図１５は実施例４にかかる本発明の第３のスキャナシステムを組み込んだ内視鏡システム１００の基本構成を模式的に示した図、図１６は小型リングスキャナが軸方向に移動して消化管内壁を２次元的に読み込む原理を説明する図である。なお、小型リングスキャナのリング状の受光素子列はカラー対応で当該構成をＲＢＧ３列分またはＹＭＣＫ４列分の受光素子列を備えることを含む。またいわゆるインライン方式としても良い。受光素子はＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサなど光電変換できる素子であれば良い。
【００３２】
本発明の第３のスキャナシステムは、図１５に示すように、小型リングスキャナ２２を先端部１０付近の挿入管３０の壁面を周回するように取り付ける。また、本発明の第３のスキャナシステムは、この小型リングスキャナ２２を挿入管３０の壁面に沿って挿入管３０の軸方向に移動させつつ画像を読み取ることにより、消化管の内壁の所定範囲を２次元的に読み取るものである。図１６に示すように、手前にある小型リングスキャナ２２が消化管３００の中を挿入管３０の壁面に沿って挿入管３０の軸方向に移動することにより消化管３００の内壁画像を読み取る。読み取り画像は縦方向が小型リングスキャナ２２の移動方向であるいわゆる副走査方向、横方向が小型リングスキャナ２２の外周がリング状に読み取ったものをラインに展開したものでいわゆる主走査方向（消化管の内壁周回方向）となっている。
【００３３】
なお、小型リングスキャナの横断面の外形を多角形とし、画像読み取り面の横断面を多角形とする場合、実施例１で検討したように、一つの小型リングスキャナの画像読み取り範囲のみでは死角が生じるので、小型リングスキャナを複数設け、小型リングスキャナの前記挿入管壁面への取り付け角度を所定角度ずらすことが好ましい。
【００３４】
図１７は、外形が６角形の第１の小型リングスキャナ２２ａに隣接して、外形が６角形の第２の小型リングスキャナ２２ｂを、第１の小型リングスキャナ２２ａに対して３０度ずらして設けて双対子とした例を示す図である。この第１の小型リングスキャナ２２ａおよび第２の小型リングスキャナの双対子を、挿入管３０の壁面に沿って挿入管３０の軸方向に移動させつつ画像を読み取ることにより、消化管の内壁の所定範囲を２次元的に読み取るものである。
【００３５】
図１８は、双対子となっている第１の小型リングスキャナ２２ａと第２の小型リングスキャナ２２ｂの動きを模式的に別々に示したものである。第１の小型リングスキャナ２２ａによる消化管内壁の画像読み取り範囲２１０ａおよび画像非読み取り範囲２２０ａを上側の図に、第２の小型リングスキャナ２２ｂによる消化管内壁の画像読み取り範囲２１０ｂおよび画像非読み取り範囲２２０ｂを下側の図に模式的に別々に示している。実施例１で説明したように、小型リングスキャナの外径と消化管の内壁内径の差が大きい場合は死角が生じる。図１８に示すように、第１の小型リングスキャナ２２ａおよび第２の小型リングスキャナの双対子が消化管３００の中を挿入管３０の壁面に沿って挿入管３０の軸方向に移動することにより消化管３００の内壁画像を読み取るが、そのうち第１の小型リングスキャナ２２ａが読み取る範囲が２１０ａ、その死角が２２０ａであり、第２の小型リングスキャナ２２ｂが読み取る範囲が２１０ｂ、その死角が２２０ｂである。消化管内壁内径の大きさと小型リングスキャナの外径の大きさの概ね２倍以内であり、この例では第１の小型リングスキャナ２２ａの死角２２０ａおよび第２の小型リングスキャナ２２ｂの死角２２０ｂが、それぞれの画像読み取り範囲２１０ａおよび２１０ｂにより相互にカバーされ、両者を併せると死角がなくなる。図１９は第１の小型リングスキャナ２２ａの画像読み取り範囲２１０ａと第２の小型リングスキャナ２２ｂの画像読み取り範囲２１０ｂが合成され、消化管の内壁の合成画像が得られる様子を示す図である。合成画像は、縦方向がそれぞれの小型リングスキャナ２２ａ、２２ｂのスキャン方向、横方向がそれぞれの小型リングスキャナ２２ａ、２２ｂの各辺が読み取った部分画像をつなぎ合わせる方向、つまり、消化管内壁の周回方向となる。
【００３６】
図１７の例は、第１の小型リングスキャナ２２ａと第２の小型リングスキャナ２２ｂの２つが相互に３０度ずれて設けられている例であったが、実施例１の図５、図６、図７を用いて検討したように、さらに細かく、例えば、図２０に示すように、第１の小型リングスキャナ２２ａから第４の小型リングスキャナ２２ｄまでの４つを４対子として設け、それぞれ相互に１５度ずつずらして設けることもできる。この場合、消化管内壁の内径が小型リングスキャナの外径にほぼ等しい場合は、４つのうちの１つのリングスキャナ、例えば、第１の小型リングスキャナ２２ａの画像読み取り範囲２１０ａのみにより合成すれば良い。消化管内壁の内径が小型リングスキャナの外径の概ね２倍以内である場合は４つのうちの２つのリングスキャナ、例えば、第１の小型リングスキャナ２２ａの画像読み取り範囲２１０ａと第２の小型リングスキャナ２２ｂの画像読み取り範囲２１０ｂの２つの画像を合成して合成画像を得れば良い。消化管内壁の内径が小型リングスキャナの外径の２倍以上である場合は、４つのリングスキャナ、つまり、第１の小型リングスキャナ２２ａの画像読み取り範囲２１０ａから第４の小型リングスキャナ２２ｄの画像読み取り範囲２１０ｂｄまでの４つの画像を合成して合成画像を得れば良い。その原理は図１８、図１９に示した２つの画像読み取り範囲の合成の場合を４つの画像読み取り範囲の場合に拡張して同様に考えれば良い。
【実施例５】
【００３７】
本発明のスキャナシステムは、反射画像を読み取る用途のみならず、蛍光画像を読み取る用途にも適用することができる。
【００３８】
反射画像を読み取る場合は、カラー画像スキャナシステムであれば、薄型エリアスキャナ、ラインスキャナ、または、小型リングスキャナが、そのスキャンにおいて発した走査光線の対象物体からの反射光線を、ＲＧＢ別に読み取る。
例えば、いわゆるフィルタ方式でＲＧＢ別に読み取る。つまり、走査光源は白色光とし、受光素子の開口面に赤色の波長成分のみを透過するＲフィルタを設けたＲ用受光素子、受光素子の開口面に緑色の波長成分のみを透過するＧフィルタを設けたＧ用受光素子、受光素子の開口面に青色の波長成分のみを透過するＢフィルタを設けたＢ用受光素子の３種の受光素子を設けて反射画像を読み取る。３列構造として配置しても良く、いわゆるインライン方式でＲＧＢ用受光素子を副走査方向に交互に配置しても良い。
また、例えば、いわゆる走査光源方式でＲＧＢ別に読み取る。つまり、走査光源として赤色光線、緑色光線、青色光線の３種を設け、赤色画像読み取りモードでは赤色光線を用い、緑色画像読み取りモードでは緑色光線を用い、青色画像読み取りモードでは青色光線を用いて対象物を照射し、受光素子で各色別の反射光線を読み取る。図７に示した構成の薄膜型エリアスキャナ、図１３に示した小型ラインスキャナ、小型リングスキャナの場合、ＬＥＤや発光ダイオードなどの発光体４１０、５１０、７１０としてＲＧＢ用の３種の光源を用意し、３列構造としても良く、いわゆるインライン方式でＲＧＢ用発光体を副走査方向に交互に配置しても良い。
【００３９】
図８に示す薄膜型エリアスキャナでいわゆる走査光源方式を採用する場合、図８に示す発光層６１０を赤色発光層、緑色発光層、青色発光層の３層構造とし、赤色画像読み取りモードでは赤色発光層を駆動し、他の緑色発光層と青色発光層を透明状態とし、緑色画像読み取りモードでは緑色発光層を駆動し、他の赤色発光層と青色発光層を透明状態とし、青色画像読み取りモードでは青色発光層を駆動し、他の赤色発光層と緑色発光層を透明状態とする。なお、上記のように３層構造とせず、発光層６１０を１層のいわゆるインライン方式とし、赤色発光領域、緑色発光領域、青色発光領域の３領域を副走査方向に交互に並べたものとしても良い。
【００４０】
次に、蛍光画像スキャナの場合を説明する。蛍光画像を読み取る場合は、薄型エリアスキャナ、ラインスキャナ、または、小型リングスキャナが、そのスキャンにおいて発した走査光線を受けた対象物体が励起発光する蛍光を読み取る蛍光画像スキャナとする。
例えば、白色光線を消化管組織に照射すると、正常組織と、腫瘍を持つ組織とでは、その反射率が異なり、反射光線画像を見れば判別がつく場合がある。特に、腫瘍が消化管の内壁表面に大きく露出している場合には、当該腫瘍が黒や赤黒く見える場合がある。しかし、腫瘍があまり大きくない場合や消化管内壁組織の中に埋没している場合には反射光線画像を見るだけではその判別が難しい場合がある。そこで、腫瘍に蛍光を励起発光させることによりその判別を簡単にする工夫がある。例えば、走査光線として青色光線または紫外光線を照射した場合、通常の組織であれば特に蛍光を励起発光しないが、腫瘍組織は蛍光を励起発光する。この励起発光する蛍光を受光素子で読み取り、蛍光画像を得るものである。蛍光画像を読み取りやすいように、予定される蛍光の励起光波長を選択的に通すフィルタ（蛍光フィルタ）を受光素子の開口に設けることは好ましい。
【００４１】
走査光線に対する正常組織と腫瘍組織との反射率の違い、走査光線により励起される蛍光発光の有無の違いに応じて、走査光線の波長と受光素子のフィルタの透過波長を選択すれば良いが、この原理は上記の例のみならず、今後病理学上新しく発見される腫瘍組織の性質に応じて走査光線の波長と受光素子フィルタの透過波長の選択を改良することは十分に可能であり、本発明はそれらを除外するものではない。
なお、このように蛍光フィルタを設けてしまうと、その受光素子では通常の反射画像が読めなくなるので、反射画像読み取り用の受光素子列と、蛍光画像読み取り用の受光素子列の２系統設けることも可能である。
【００４２】
図２１は、実施例３の小型ラインスキャナを用いたスキャナシステムにおいて、反射画像読み取り用の受光素子列と、蛍光画像読み取り用の受光素子列の２系統設けた例である。正面側に反射画像読み取り用の小型ラインスキャナの構造（７１０〜７３０）、裏面側に蛍光画像読み取り用の小型ラインスキャナの構造（８１０〜８３０）が設けられている。ここで、８１０は青色または紫外線光線の発光体、８２０は等倍結像系、８３０は受光素子であり、蛍光フィルタを備えている。なお、反射画像読み取り用の小型ラインスキャナの構造の図示は省略した。
【００４３】
図２２に示したように、挿入管３０の壁面の周回方向にぐるりと回転しつつ、正面側で通常の白色光線を照射してその反射画像を読み取りつつ、裏面側で青色または紫外線光線を照射して腫瘍から励起発光される蛍光の蛍光画像を読み取る。２系統あるが、それぞれの走査光線の照射方向および画像読み取り面が、小型ラインスキャナの筐体を挟んで反対方向にあるので、混信して相互に誤動作を招くことはない。なお、図２２では反射画像の図示は省略し、蛍光画像のみを模式的に図示している。
【００４４】
以上、本発明の好ましい実施形態を図示して説明してきたが、本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変更が可能であることは理解されるであろう。従って本発明の技術的範囲は添付された特許請求の範囲の記載によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１のスキャナシステムを組み込んだ内視鏡システムの基本構成を模式的に示した図。
【図２】薄膜型エリアスキャナの筐体が挿入管の壁面に対して周回方向に回転可能な様子を示す図
【図３】薄膜型エリアスキャナの横断面の外形とその画像読み取り範囲を模式的に表した図
【図４】図３の２つの画像読み取り範囲を重畳した場合にカバーされる範囲を示す図
【図５】薄膜型エリアスキャナの横断面の外径と消化管内壁の内径の差がある場合にカバーされる範囲を示す図
【図６】薄膜型エリアスキャナが消化管内壁の片一方の壁面に偏っている場合にカバーされる範囲を示す図
【図７】薄膜型エリアスキャナの構成の一例を模式的に示す図
【図８】新型の薄膜型エリアスキャナの３層構造を模式的に示す図
【図９】発光層における走査光線の生成、液晶スリット層における液晶スリットの形成を模式的に示す図
【図１０】受光素子層の構造を簡単に示した図
【図１１】新型の薄膜型エリアスキャナの各層が連携して画像を読み取るスキャン処理を説明する図
【図１２】実施例３にかかる第２のスキャナシステムを組み込んだ内視鏡システムの基本構成を模式的に示した図
【図１３】小型ラインスキャナの内部構造を模式的に示した拡大図
【図１４】小型ラインスキャナの横断面外形と消化管横断面の外形とその読み取り画像を模式的に表した図
【図１５】実施例４にかかる第３のスキャナシステムを組み込んだ内視鏡システムの基本構成を模式的に示した図
【図１６】小型リングスキャナが軸方向に移動して消化管内壁を２次元的に読み込む原理を説明する図
【図１７】第２の小型リングスキャナを第１の小型リングスキャナに対して３０度ずらして設けて双対子とした例を示す図
【図１８】小型リングスキャナが軸方向に移動して消化管内壁を２次元的に読み込む原理を説明する図
【図１９】第１の小型リングスキャナと第２の小型リングスキャナの画像読み取り範囲を合成して消化管の内壁の合成画像を得る原理を説明する図
【図２０】第１の小型リングスキャナから第４の小型リングスキャナをそれぞれ１５度ずらして設けて４対子とした例を示す図
【図２１】実施例５に係る反射画像読み取り／蛍光画像読み取り兼用の小型ラインスキャナの内部構造を模式的に示した拡大図
【図２２】小型ラインスキャナの横断面外形と消化管横断面の外形と、その読み取り蛍光画像を模式的に表した図
【符号の説明】
【００４６】
１０  先端部
２０  薄膜型エリアスキャナ
２１  小型ラインスキャナ
２２  小型リングスキャナ
３０  挿入管部
３１  光学系
４０  操作部
１００  内視鏡システム
２１０  画像読み取り範囲
２２０  画像非読み取り範囲
３００  消化管内壁
【図１】
2006087447.tif 000003
【図２】
2006087447.tif 000004
【図３】
2006087447.tif 000005
【図４】
2006087447.tif 000006
【図５】
2006087447.tif 000007
【図６】
2006087447.tif 000008
【図７】
2006087447.tif 000009
【図８】
2006087447.tif 000010
【図９】
2006087447.tif 000011
【図１０】
2006087447.tif 000012
【図１１】
2006087447.tif 000013
【図１２】
2006087447.tif 000014
【図１３】
2006087447.tif 000015
【図１４】
2006087447.tif 000016
【図１５】
2006087447.tif 000017
【図１６】
2006087447.tif 000018
【図１７】
2006087447.tif 000019
【図１８】
2006087447.tif 000020
【図１９】
2006087447.tif 000021
【図２０】
2006087447.tif 000022
【図２１】
2006087447.tif 000023
【図２２】
2006087447.tif 000024