(57)【要約】【課題】  ＮＢＩと一般的なカラー画像観察を併用して診断精度を向上させることができるカプセル型内視鏡を提供する。【解決手段】  少なくとも、被写体を照明する照明手段２と、被写体を撮像する撮像手段と、照明手段と撮像手段を覆う透明カバー３とを有するカプセル型内視鏡において、照明手段は、被写体が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分を含むように発光する状態Ａと、被写体が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分のうちの２つ以下であるように発光する状態Ｂの２状態が選択可能に構成され、照明手段の発光状態として状態Ｂが選択されているときに撮像手段が取得する被写体の画像の明るさが、照明手段の発光状態として状態Ａが選択されているときに撮像手段が取得する被写体の画像の明るさの２０％以上である。【選択図】        図１
2006068488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、被写体を照明する照明手段と、前記被写体を撮像する撮像手段と、前記照明手段と前記撮像手段を覆う透明カバーとを有するカプセル型内視鏡において、
前記照明手段は、被写体が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分を含むように発光する状態Ａと、被写体が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分のうちの２つ以下であるように発光する状態Ｂの２状態が選択可能に構成され、前記照明手段の発光状態として状態Ｂが選択されているときに前記撮像手段が取得する被写体の画像の明るさが、前記照明手段の発光状態として状態Ａが選択されているときに前記撮像手段が取得する被写体の画像の明るさの２０％以上であることを特徴とするカプセル型内視鏡。
【請求項２】
少なくとも、被写体を照明する照明手段と、前記被写体を撮像する撮像手段と、前記照明手段と前記撮像手段を覆う透明カバーと、前記撮像手段からの撮像信号を無線送信する手段を有するカプセル型内視鏡と、前記撮像信号を受信する受信手段と、前記受信手段からの撮像信号をもとに画像を構築する画像処理回路と、前記画像処理回路からの画像信号を画像として表示する画像表示装置とを備えた観察装置において、
前記照明手段は、被写体が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分を含むように発光する状態Ａと、被写体が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分のうちの２つ以下であるように発光する状態Ｂの２状態が選択可能に構成され、状態Ｂが選択されたときに前記照明手段が発光する照明光に対して所定の反射率αをもつ内壁を有し、条件式(７)を満たす白色円筒の中心軸とカプセル型内視鏡の長手方向の中心軸を一致させて、前記白色円筒の内壁を観察した場合に、前記表示装置に表示される画像の中心から周辺までの画像信号の強度分布が条件式(１０)を満足することを特徴とする観察装置。
（０．２×α）1/4  ×Φ＝  Ｄ                        ・・・(７)
Ｓｃ×１．６  ≦  Ｓｍ                            ・・・(１０)
但し、
Ｓｃ：状態Ａが選択されたときに前記照明手段が発光する照明光で前記白色円筒の内壁面を照明したときに、前記撮像手段により撮像される画像の中心から周辺まで測定して得られる画像信号強度の最大値
Ｓｍ：状態Ｂが選択されたときに前記照明手段が発光する照明光で前記白色円筒の内壁面を照明したときに、前記撮像手段により撮像される画像の中心から周辺まで測定して得られる画像信号強度の最大値
α：白色円筒の内壁面の反射率[％]
Ｄ：前記白色円筒の内径[ｍｍ]
Φ：カプセル型内視鏡の外径[ｍｍ]
【請求項３】
少なくとも、被写体を照明する照明手段と、前記被写体を撮像する撮像手段と、前記照明手段と前記撮像手段を覆う透明カバーとを有するカプセル型内視鏡において、
前記照明手段は、被写体が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分を含むように発光する状態Ａと、被写体が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分のうちの２つ以下であるように発光する状態Ｂの２状態が選択可能に構成され、前記透明カバーの前方に配置された前記撮像手段の光軸に垂直な面に対して、状態Ａが選択されたときに前記照明手段が発光する照明光がつくる照野は、前記撮像手段の視野範囲を含み、前記透明カバーの前方に配置された前記撮像手段の光軸に垂直な面に対して、状態Ｂが選択されたときに前記照明手段が発光する照明光がつくる照野は、前記撮像手段の視野範囲に含まれるように前記撮像手段と前記照明手段が配置されていることを特徴とするカプセル型内視鏡。
【請求項４】
少なくとも、観察対象部位を照明する照明手段と、前記観察対象部位を撮像する撮像手段と、前記照明手段と前記撮像手段を覆う透明カバーとを有するカプセル型内視鏡において、
前記照明手段は、前記観察対象部位が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分を含むように発光する状態Ａと、前記観察対象部位が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分のうちの２つ以下であるように発光する状態Ｂの２状態が選択可能に構成され、前記撮像手段は対物光学系と撮像素子で構成され、前記観察対象部位が前記対物光学系の被写界深度内にある間に、前記照明手段の発光状態ＡおよびＢがそれぞれ２回以上選択されるように設定されていることを特徴とするカプセル型内視鏡。
【請求項５】
請求項４に記載されるカプセル型内視鏡において、
前記照明手段の発光状態ＡおよびＢが交互に選択されることを特徴とするカプセル型内視鏡。
【請求項６】
少なくとも、観察対象部位が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分を含むように発光する状態Ａと、前記観察対象部位が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分のうちの２つ以下であるように発光する状態Ｂの２状態が選択可能に構成された照明手段と、前記観察対象部位を撮像する撮像手段と、前記照明手段と前記撮像手段を覆う透明カバーと、前記撮像手段からの撮像信号を無線送信する手段を有するカプセル型内視鏡と、前記撮像信号を受信する受信手段と、前記受信手段からの撮像信号をもとに画像を構築する画像処理回路と、前記画像処理回路からの画像信号を画像として表示する画像表示装置とを備えた観察装置を使用するカプセル型内視鏡の観察方法において、以下のステップを含むことを特徴とするカプセル型内視鏡の観察方法。
Step1：前記照明手段の発光状態として状態Ａが選択されているときに前記撮像手段が観察対象部位の画像を取得するステップ
Step2：Step1に引き続き、前記照明手段の発光状態として状態Ｂが選択されているときに前記撮像手段が観察対象部位の画像を取得するステップ
Step3：Step2で取得した画像から観察対象部位に特異的な情報を抽出するステップ
Step4：Step3で抽出した情報をStep1で取得した画像に重ねて表示するステップ
【請求項７】
少なくとも、観察対象部位が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分を含むように発光する状態Ａと、前記観察対象部位が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分のうちの２つ以下であるように発光する状態Ｂの２状態が選択可能に構成された照明手段と、前記観察対象部位を撮像する撮像手段と、前記照明手段と前記撮像手段を覆う透明カバーと、前記撮像手段からの撮像信号を無線送信する手段を有するカプセル型内視鏡と、前記撮像信号を受信する受信手段と、前記受信手段からの撮像信号をもとに画像を構築する画像処理回路と、前記画像処理回路からの画像信号を画像として表示する画像表示装置とを備えた観察装置を使用するカプセル型内視鏡の観察方法において、以下のステップを含むことを特徴とするカプセル型内視鏡の観察方法。
Step1：前記照明手段の発光状態として状態Ａが選択されているときに前記撮像手段が観察対象部位の画像を取得するステップ
Step2：前記照明手段の発光状態として状態Ｂが選択されているときに前記撮像手段が観察対象部位の画像を取得するステップ
Step3：Step１およびStep2で取得した画像から立体画像や等高線像など、観察対象部位に着目した新たな画像を構築するステップ
Step4：Step3で構築した画像をStep1で取得した画像に並べて表示するステップ
【請求項８】
少なくとも、観察対象部位が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分を含むように発光する照明手段と、前記観察対象部位を撮像する撮像手段と、前記照明手段と前記撮像手段を覆う透明カバーを有するカプセル型内視鏡において、
前記撮像手段は、対物光学系と、撮像素子と、前記対物光学系の最も物体側の面から前記撮像素子の受光面までの間に配置される透過波長選択素子と、前記波長選択素子の透過特性を制御する制御回路Ａを備え、前記照明手段は更に発光タイミングを制御する制御回路Ｂを備え、前記制御回路Ｂは前記照明手段を１〜１５コマ／秒の間隔でフラッシュ発光させ、前記制御回路Ａは前記照明手段の発光間隔に同期して前記波長選択素子の透過特性を変化させることを特徴とするカプセル型内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カプセル型内視鏡に関し、特に、小腸等の円筒状構造の部位の検査を行うために用いられるカプセル型内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、内視鏡において、挿入部を必要とせず、先端に透明カバーを設け、カプセル形状に形成されていて、患者が飲み込んだときに、従来の挿入部による挿入の苦痛を軽減できるようにしたカプセル型内視鏡が医療用分野で使用される状況になってきた。
【０００３】
また、例えば、一般的な内視鏡においては、胃の中など広い範囲を撮像し、病変等を探し出すといった目的のため、撮像される視野範囲をできる限り広くするとともに、その撮像される視野範囲を照らす照明光の照明範囲をできる限り広角化し、かつ、撮像範囲全体の照度が均一になるように照明光学系が構成されている。そして、そのような、広角の照明光学系としては、例えば次の特許文献１〜３に開示されているものがある。
【０００４】
また、カプセル型内視鏡では、病変をなるべく発見しやすくするために、カラー画像による一般的な観察を行う機能の他に、例えば生体組織に励起光を照射して、生体組織からの蛍光を観察する機能などをあわせ持たせたものが提案されている。そのようなカプセル型内視鏡としては、例えば次の特許文献４に開示されているものがある。一般的なカラー画像観察と蛍光画像に代表される特殊画像の観察の両方を行えるようにするための工夫を開示したものとしては、例えば次の特許文献５がある。
【特許文献１】特開平１０−２３９５８６号公報
【特許文献２】特開平６−１４８５１９号公報
【特許文献３】特開２０００−１９３８９４号公報
【特許文献４】ＰＣＴ  ＷＯ０２／３６００７号公報
【特許文献５】ＰＣＴ  ＷＯ０３／１１１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような広い範囲を照明する照明光学系をカプセル型内視鏡に使用した場合、小腸等の円筒状構造の部位の検査を行うときに、観察対象である円筒状構造の壁面部分に対する照明光学系からの距離が円筒状構造の中央部に対する照明光学系からの距離に比べて短いため、画像の周辺部分での照度が大きく明るくなり、相対的に画像の中央部付近が暗くなってしまう。
【０００６】
また、カプセル型内視鏡は、観察対象である円筒状構造の壁面に密着することが多く、画像の周辺部分で壁面と照明手段との距離がより一層短くなる。このため、照明手段より出射して壁面で反射した光が、撮像光学系の結像作用により撮像素子の受光面に集光したときに、受光面での照度が撮像素子の許容できる強さを越えてしまい、画像の周辺部分で正常な画像再現ができない「ハレーション」と呼ばれる現象が発生しやすい。
【０００７】
さらに、カプセル型内視鏡では、病変をなるべく発見しやすくするために、広視野角の撮像光学系を用いることが望ましいが、広視野角の撮像光学系は、一般的に撮像素子の受光面での視野周辺部分の照度低下がないため、ハレーションがさらに発生しやすい。
【０００８】
このように、広視野角の撮像光学系を搭載したカプセル型内視鏡では、照明手段と視野の周辺部の距離が接近することにより、画像の周辺部分でハレーションが発生してしまい、観察及び検査に支障をきたしてしまうといった問題があった。
【０００９】
ところで、病変をなるべく発見しやすくするために一般的なカラー画像観察と併用される特殊画像観察の１つに、狭帯域のバンド光を生体組織に照射し、生体組織からの反射光を画像化して観察するNarrow Band Imaging（以下、ＮＢＩと略す）とよばれる観察手法がある。その特徴は以下のようなものである。
【００１０】
例えば、青色光などの波長の短い光は、生体への深達度が小さい。このため、ＮＢＩにおいて波長の短い狭帯域バンド光を用いた場合、この波長の短い光が生体組織の表面付近の情報のみを含んで反射されるので、生体組織表面に特化した観察画像を得ることができる。一方、ＮＢＩにおいて例えば赤色光など、生体への深達度が大きい光を用いた場合、この波長の長い光が生体組織の深部の情報を含んで反射されるので、生体組織の深部の様子を画像化することができる。
【００１１】
また、ＮＢＩは、生体表面に色素を散布したり、インドシアニングリーン（ＩＣＧ；Indocyanine green）などの造影剤を生体組織に発生した腫瘍の周囲に注入することなく、例えば、粘膜表層の毛細血管を明瞭に描出可能である。このため、カプセル型内視鏡において、一般的なカラー画像観察とＮＢＩを併用すると、バレット食道・腺癌の早期発見、早期癌の分化度・浸潤範囲・深達度の同定、大腸腫瘍のpit pattern 診断の補助、炎症性腸疾患のステージ診断などの精度向上に貢献できる。また、ＮＢＩは、拡大観察と組み合わせると更に効果がある。ところが、上記特許文献４および５は、カプセル型内視鏡において、ＮＢＩと一般的なカラー画像観察を併用するための工夫や、拡大観察に関して開示されていない。このため、従来のカプセル型内視鏡は、ＮＢＩを実施する能力が十分にあるとは言えなかった。
【００１２】
本発明では、上述した点を鑑みてなされたもので、ＮＢＩと一般的なカラー画像観察を併用して診断精度を向上させることができるカプセル型内視鏡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】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明によるカプセル型内視鏡は、少なくとも、被写体を照明する照明手段と、前記被写体を撮像する撮像手段と、前記照明手段と前記撮像手段を覆う透明カバーとを有し、前記照明手段は、被写体が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分を含むように発光する状態Ａと、被写体が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分の１つのみであるように発光する状態Ｂの２状態が選択可能に構成され、前記照明手段の発光状態として状態Ｂが選択されているときに前記撮像手段が取得する被写体の画像の明るさが、前記照明手段の発光状態として状態Ａが選択されているときに前記撮像手段が取得する被写体の画像の明るさの２０％以上であることを特徴としている。
【００１４】
また、少なくとも、被写体を照明する照明手段と、前記被写体を撮像する撮像手段と、前記照明手段と前記撮像手段を覆う透明カバーと、前記撮像手段からの撮像信号を無線送信する手段を有するカプセル型内視鏡と、前記撮像信号を受信する受信手段と、前記受信手段からの撮像信号をもとに画像を構築する画像処理回路と、前記画像処理回路からの画像信号を画像として表示する画像表示装置とを備えた観察装置において、前記照明手段は、被写体が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分を含むように発光する状態Ａと、被写体が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分の１つのみであるように発光する状態Ｂの２状態が選択可能に構成され、状態Ｂが選択されたときに前記照明手段が発光する照明光に対して所定の反射率αをもつ内壁を有し、条件式(７)を満たす白色円筒の中心軸とカプセル型内視鏡の長手方向の中心軸を一致させて、前記白色円筒の内壁を観察した場合に、前記表示装置に表示される画像の中心から周辺までの画像信号の強度分布が条件式(１０)を満足することを特徴とすることを特徴としている。
【００１５】
（０．２×α）1/4  ×Φ＝  Ｄ                        ・・・(７)
Ｓｃ×１．６  ≦  Ｓｍ                            ・・・(１０)
但し、Ｓｃは状態Ａが選択されたときに前記照明手段が発光する照明光で前記白色円筒の内壁面を照明したときに、前記撮像手段により撮像される画像の中心から周辺まで測定して得られる画像信号強度の最大値、Ｓｍは状態Ｂが選択されたときに前記照明手段が発光する照明光で前記白色円筒の内壁面を照明したときに、前記撮像手段により撮像される画像の中心から周辺まで測定して得られる画像信号強度の最大値、αは白色円筒の内壁面の反射率[％]、Ｄは前記白色円筒の内径[ｍｍ]、Φはカプセル型内視鏡の外径[ｍｍ]である。
【００１６】
また、少なくとも、被写体を照明する照明手段と、前記被写体を撮像する撮像手段と、前記照明手段と前記撮像手段を覆う透明カバーとを有するカプセル型内視鏡において、前記照明手段は、被写体が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分を含むように発光する状態Ａと、被写体が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分の１つのみであるように発光する状態Ｂの２状態が選択可能に構成され、前記透明カバーの前方に配置された前記撮像手段の光軸に垂直な面に対して、状態Ａが選択されたときに前記照明手段が発光する照明光がつくる照野は、前記撮像手段の視野範囲を含み、前記透明カバーの前方に配置された前記撮像手段の光軸に垂直な面に対して、状態Ｂが選択されたときに前記照明手段が発光する照明光がつくる照野は、前記撮像手段の視野範囲に含まれるように前記撮像手段と前記照明手段が配置されていることを特徴としている。
【００１７】
また、少なくとも、観察対象部位を照明する照明手段と、前記観察対象部位を撮像する撮像手段と、前記照明手段と前記撮像手段を覆う透明カバーとを有するカプセル型内視鏡において、前記照明手段は、前記観察対象部位が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分を含むように発光する状態Ａと、前記観察対象部位が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分の１つのみであるように発光する状態Ｂの２状態が選択可能に構成され、前記撮像手段は対物光学系と撮像素子で構成され、前記観察対象部位が前記対物光学系の被写界深度内にある間に、前記照明手段の発光状態ＡおよびＢがそれぞれ２回以上選択されるように設定されていることを特徴としている。
【００１８】
更に、前記照明手段の発光状態ＡおよびＢが交互に選択されることを特徴としている。
【００１９】
また、少なくとも、観察対象部位が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分を含むように発光する状態Ａと、前記観察対象部位が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分の１つのみであるように発光する状態Ｂの２状態が選択可能に構成された照明手段と、前記観察対象部位を撮像する撮像手段と、前記照明手段と前記撮像手段を覆う透明カバーと、前記撮像手段からの撮像信号を無線送信する手段を有するカプセル型内視鏡と、前記撮像信号を受信する受信手段と、前記受信手段からの撮像信号をもとに画像を構築する画像処理回路と、前記画像処理回路からの画像信号を画像として表示する画像表示装置とを備えた観察装置を使用するカプセル型内視鏡の観察方法において、以下のステップを含むことを特徴としている。
Step1：前記照明手段の発光状態として状態Ａが選択されているときに前記撮像手段が観察対象部位の画像を取得するステップ
Step2：Step1に引き続き、前記照明手段の発光状態として状態Ｂが選択されているときに前記撮像手段が観察対象部位の画像を取得するステップ
Step3：Step2で取得した画像から観察対象部位に特異的な情報を抽出するステップ
Step4：Step3で抽出した情報をStep1で取得した画像に重ねて表示するステップ
また、少なくとも、観察対象部位が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分を含むように発光する状態Ａと、前記観察対象部位が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分の１つのみであるように発光する状態Ｂの２状態が選択可能に構成された照明手段と、前記観察対象部位を撮像する撮像手段と、前記照明手段と前記撮像手段を覆う透明カバーと、前記撮像手段からの撮像信号を無線送信する手段を有するカプセル型内視鏡と、前記撮像信号を受信する受信手段と、前記受信手段からの撮像信号をもとに画像を構築する画像処理回路と、前記画像処理回路からの画像信号を画像として表示する画像表示装置とを備えた観察装置を使用するカプセル型内視鏡の観察方法において、以下のステップを含むことを特徴としている。
Step1：前記照明手段の発光状態として状態Ａが選択されているときに前記撮像手段が観察対象部位の画像を取得するステップ
Step2：前記照明手段の発光状態として状態Ｂが選択されているときに前記撮像手段が観察対象部位の画像を取得するステップ
Step3：Step１およびStep2で取得した画像から立体画像や等高線像など、観察対象部位に着目した新たな画像を構築するステップ
Step4：Step3で構築した画像をStep1で取得した画像に並べて表示するステップ
また、少なくとも、観察対象部位が受光する照明光が青、緑、赤の３色の波長成分を含むように発光する照明手段と、前記観察対象部位を撮像する撮像手段と、前記照明手段と前記撮像手段を覆う透明カバーを有するカプセル型内視鏡において、前記撮像手段は、対物光学系と、撮像素子と、前記対物光学系の最も物体側の面から前記撮像素子の受光面までの間に配置される透過波長選択素子と、前記波長選択素子の透過特性を制御する制御回路Ａを備え、前記照明手段は更に発光タイミングを制御する制御回路Ｂを備え、前記制御回路Ｂは前記照明手段を１〜１５コマ／秒の間隔でフラッシュ発光させ、前記制御回路Ａは前記照明手段の発光間隔に同期して前記波長選択素子の透過特性を変化させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のカプセル型内視鏡によれば、ＮＢＩと一般的なカラー画像観察を併用して診断精度を向上させることができるカプセル型内視鏡を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
実施例の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
【００２２】
本発明のカプセル型内視鏡のように、前記対物光学系が、次の条件式(1)を満足し、かつ、次の条件式(3)を満足する反射率９０％の白色円筒を観察した場合における、カプセルの長手方向の中心軸と反射率９０％の白色円筒の中心軸が一致した状態での前記撮像素子の撮像面上の照度が、次の条件式(2)を満足するように構成すれば、小腸等の円筒状構造の部位の観察及び検査を行った場合にも、良好な明るさ分布が得られる。
条件式（１）：  ω  ≧  ５０°
条件式（２）：  Ｔ１×０．５  ≦  Ｔ２
条件式（３）：  Ｄ  ＝  １．２×Φ
ただし、ωは対物光学系の視野角の１／２、Ｔ１は対物光学系の視野範囲に相当する撮像素子の撮像面上のエリア内での最大照度、Ｔ２は対物光学系の最大像高の１／２に相当する撮像素子の撮像面上の位置での照度、Ｄは円筒の内径、Φはカプセル内視鏡の外径である。
【００２３】
本発明によるカプセル型内視鏡は、広視野角の撮像光学系を搭載したカプセル型内視鏡を想定している。このため、視野角ωが条件式(1)を満足する必要がある。
【００２４】
条件式(1)を満足せずに、ω＜５０°となると、小腸等の管腔状臓器の内壁部位の検査を行った場合に視野範囲が狭くなり、観察及び検査に支障を来してしまう。条件式(1)を満足することにより、良好な視野範囲が得られ、観察及び検査に支障を来さずに済む。
【００２５】
また、ω≧６０°を満足するようにすると、生体組織がひだ状の凹凸構造を呈している部位に対しても、ひだの影になる部分を見落とし無く観察及び検査を行うことができるので好ましい。
【００２６】
また、本発明のカプセル型内視鏡における条件式(2)は、上述のような広視野角のカプセル型内視鏡において、画像周辺部でのハレーションを発生させずに視野の全域で良好な明るさ分布を得るための条件である。
【００２７】
カプセル型内視鏡を用いた観察においては、生体の反射率や被写体とカプセルの位置関係によりハレーションの発生する状態は異なるが、主として対物光学系の視野内で被写体をごく近接させた場合に発生しやすく、以下の2つに大別される。その1つは、管腔臓器の内壁がカプセルの外周面に密着した状態である。カプセル型内視鏡の主要な観察対象である消化管の８０％は食道や腸などの管腔状臓器であり、これらの臓器は空気を送り込まない状態では収縮して内壁が管路をほとんど塞いだようになっている。
【００２８】
このため、カプセルは管腔臓器の内壁に密着していることが多く、対物光学系の視野周辺では被写体との距離が近づいてハレーションが起こりやすくなる。照明手段を出射した照明光は被写体で反射して対物光学系に入射し、対物光学系の結像作用によって撮像素子の受光面に集光して、受光面の有効撮像範囲内で照度分布を形成する。このとき、受光面上で視野の周辺にあたる部分の照度が撮像素子の許容できる強さを越えてしまい、モニターなどの表示装置に映し出される画像の周辺部全域で正常な画像再現が行われない。
【００２９】
もう1つは、胃など比較的広い空間をもった臓器において、カプセルの外周面の1部が臓器の内壁面と密着した状態である。この場合、視野の片側では対物光学系と被写体の距離が近づき、反対側では被写体との距離が離れているため、画像の周辺部の1部でハレーションが発生する。
【００３０】
いずれの状態でも、撮像素子の受光面での照度分布が視野の周辺に偏って分布しており、このような状態でハレーションが起こりやすい。
【００３１】
また、広視野角の撮像光学系を用いて管腔内を撮像した場合、視野の中心から中間までの画像に比べて視野の中間から周辺での画像の密度が高くなったように見える。これは、広視野角の対物光学系に発生する収差の特徴であり、結像面上での像高が1/2を越えて最大像高に近づくほど顕著になる。このため、例えば上記の撮像光学系を用いて、均一な輝度分布をもち、視野の中心から周辺まで等距離にある光源を撮像すると、撮像素子の受光面での照度分布は視野の周辺に行くほど高くなる。管腔状の被写体では、視野の周辺に行くほど撮像光学系と被写体の距離が近づくので、撮像素子の受光面上での照度分布の視野周辺での偏りはより顕著になりハレーションが起こりやすい。
【００３２】
そこで、本発明では、上述した管腔臓器での観察状態を再現するために、内壁に適当な反射率を有する円筒形状の治具を用意し、円筒の中心軸とカプセルの長手方向の中心軸が一致するように固定する。このとき、円筒の内径Dは、カプセル外径Φと生体組織の反射率と円筒内壁の反射率より求められる。例えば、小腸の内壁のように無数の突起状組織で構成され、しかもその表面が粘液で覆われているような場合には、生体組織での反射率は組織表面での光の吸収と散乱による減衰の影響を大きく受ける。
【００３３】
更に、カプセル型内視鏡による管腔状臓器の観察の場合、照明手段の配光分布や照明光が生体組織に入射する角度を考慮する必要があり、組織表面に入射する光の量を１とすると、生体組織で反射して撮像光学系に入射する光の量はおおよそ０．４である。そこで、本発明では生体組織の反射率を４０％と仮定した。このとき、白色光に対して所定の反射率αをもつ内壁面を有する白色円筒の内径Ｄは以下の条件式（６）より求められる。
条件式（６）：  （０．０２５×α）1/4  ×Φ＝  Ｄ
ただし、αは白色円筒の内壁面の反射率[％]、Ｄは前記白色円筒の内径[ｍｍ]、Φはカプセル型内視鏡の外径[ｍｍ]である。
【００３４】
例えば、円筒内壁が白色光に対して９０％の反射率を有するように設定すると、円筒の内径Dは条件式（３）のように表される。
【００３５】
円筒状の治具にカプセル型内視鏡を固定した状態で、カプセル型内視鏡の照明手段より円筒の内壁に対して照明を行い、更に広視野角を有する撮像光学系により円筒内壁の像を撮像する。このとき、撮像素子の受光面での照度分布が条件式（２）を満たすようにすることで、画像の周辺部分でハレーションが発生せず広い視野を良好な明るさで観察することが可能なカプセル型内視鏡を実現することができる。
【００３６】
カプセル型内視鏡の場合、撮像素子からの撮像信号が無線手段などにより、カプセルから離れた場所に設置された受信装置を経て画像処理回路に送られ、画像信号に変換されてモニタなどの表示装置に画像として映し出される。したがって、カプセル型内視鏡の製造過程において、撮像素子の受光面での照度分布が上記条件式（２）を満足しているかどうかを検査する場合には、表示装置に出力される画像信号の強度を画像中心から周辺まで測定して、画像信号の強度分布を描出し、その形状から以下の条件式（５）を満たしているかどうかを判断することで同等の評価が可能である。
条件式（５）：  Ｔ３×０．５  ≦  Ｔ４
ただし、Ｔ３は画像の中心から周辺までに測定される画像信号強度の最大値、Ｔ４は前記対物光学系の視野角の１／２に対応する画像信号強度の値である。
【００３７】
図１８は視野角に対する上記白色円筒を撮像したときの撮像面上の照度比を概念的に示すグラフである。
【００３８】
図１８中、ＴｙｐｅＡは、一般的な内視鏡光学系の例、ＴｙｐｅＢ及びＴｙｐｅＣは、本発明のカプセル型内視鏡の光学系の例を示している。
【００３９】
円筒状物体を観察する場合、視野角が広くなると、観察対象である物体までの距離が短くなるため、被写体の反射光強度は強くなる。
【００４０】
従って、視野角が広くなったときに、視野の周辺部での撮像素子の受光面の照度が低くなるように設定しておくと、画像の明るさが均一になって、観察や診断を行う上で好ましくなる。
【００４１】
即ち、撮像素子の受光面での照度分布を照度の最大値で規格化した場合に、最大像高の１／２に対応する撮像素子の受光面位置での照度が高くなるように設定することで、最大像高における像面の照度を下げることが出来る。
【００４２】
ＴｙｐｅＡの例においては、視野周辺部での像面照度が強く、最大像高の１／２での受光面の照度比が約０．３と低くなっている。このため視野周辺部でハレーションが起こり、中心部付近では暗くなってしまう。
【００４３】
ＴｙｐｅＢ、及びＴｙｐｅＣの例は、いずれも、視野周辺部での受光面の照度が強いことに加えて、最大像高の１/２での像面照度が約０．５１、及び０．６５と大きくなっている。このためカプセル型内視鏡として、視野周辺にハレーションが発生せず、視野の全域にわたって良好な画像を得ることが出来ている。
【００４４】
なお、ＴｙｐｅＢの例とＴｙｐｅＣの例との違いは、ＴｙｐｅＢの例が、撮像光学系の視野絞りの配置を工夫して、条件式（２）を実現しているのに対して、ＴｙｐｅＣは撮像光学系の歪曲収差をコントロールして条件式（２）を満たしているということである。
【００４５】
また、本発明のカプセル型内視鏡において、上記条件式(2)を大幅に上回る、Ｔ１×０．６≦Ｔ２を満足すれば、画像の周辺部と画像の中央部との明るさ分布が良好になり、円筒状構造での観察及び検査がさらに容易になるので好ましい。
【００４６】
また、本発明のカプセル型内視鏡の撮像光学系の歪曲収差の発生量は、均一な面光源を撮像した場合における最大像高の１／２での前記撮像素子の受光面の照度が、視野範囲内での前記撮像素子の受光面の最大照度の５０％以下となる状態を目安としてコントロールされるのが好ましい。撮像光学系の歪曲収差の発生量を上記のように設定することで、視野周辺にハレーションが発生せず、視野の全域にわたって良好な画像を得ることができるカプセル型内視鏡に適した撮像光学系を構成することができる。
【００４７】
また、上記撮像光学系を構成するレンズの少なくとも１面を非球面で構成することで、歪曲収差の発生量がコントロールしやすくなるという効果が得られ、更に撮像光学系の焦点距離を短くして被写界深度を長くすることができるので、被写体の拡大観察も可能になりうる撮像光学系を形成することができる。
【００４８】
また、撮像光学系の歪曲収差をコントロールする代わりに、撮像光学系を通過して視野の周辺に結像する光束を、視野絞りによって制限することにより、撮像素子の受光面での照度分布が適正な分布になるように調整することもできる。歪曲収差の発生量がコントロールされた撮像光学系によって撮像された管腔状物体の内壁の画像では、視野の中心付近と周辺部での遠近感がとりにくい場合があるが、上記の実施形態によれば、自然な遠近感が得られて、しかも視野周辺にハレーションが発生せず、視野の全域にわたって良好な画像を得ることができるカプセル型内視鏡を構成することができる。
【００４９】
また、視野絞りにより周辺光線を遮断し、周辺部の明るさを調整しているので、周辺光量を制御するために複雑なレンズ構成にする必要がなくなり、レンズ加工を容易にすることができる。視野絞りの代わりに、視野周辺の光束の強度を減衰するように構成したNDフィルターを配置しても同様の効果が得られる。
【００５０】
また、本発明のカプセル型内視鏡では、照明手段を工夫することにより視野周辺でのハレーションを防止することが可能である。すなわち、図２０に示すように、撮像光学系の前方に、視野の中心から周辺まで等距離にある（撮像光学系との距離をある程度離せば、球面状とみなせる）物体に対して照明手段により照明を行った場合、物体面での照度分布が条件式（４）を満足するようにすることで、撮像光学系の視野周辺の被写体で照度が上昇するのを防ぐことができる。
条件式（４）：  Ｒ(θ)≦Ｒ（０）×ｃｏｓ2（θ）
ただし、Ｒ（θ）は対物光学系の視野角θ°に対する物体面での照度、Ｒ（０）は対物光学系の光軸と交わる物体面の照度である。
【００５１】
その結果、視野周辺にハレーションが発生せず、視野の全域にわたって良好な明るさの画像を得ることができるカプセル型内視鏡を構成することができる。
【００５２】
また、一般的なカラー画像観察とＮＢＩを併用する場合には、白色光を生成する照明手段と狭帯域のバンド光を生成する照明手段がそれぞれ必要になる。狭帯域のバンド光を生成するために、白色光を生成する照明手段の光出射面の前方にバンドパスフィルターを配置したり、ＬＥＤやＬＤなど狭帯域な波長成分を有する単色光を発生する素子を用いている。
【００５３】
図２６はバンドパスフィルターの透過特性の一例を示す図である。ＮＢＩで使用される照明光の帯域幅は半値全幅で３０nm以下であることが望ましい。このような狭帯域のバンド光を生体組織に照射し、生体組織からの反射光を撮像する場合には、白色光を照明として用いる場合に比べて明るさが大幅に低下する。したがって、一般的なカラー画像とNBI画像の２つの画像を１つの撮像手段で撮像するカプセル型内視鏡では、２つの画像の明るさの差を補正する工夫が必要になる。撮像素子の受光感度が一般的なカラー画像を撮像するのに好適に設定されている場合には、NBI画像の明るさが一般的なカラー画像の明るさの２０％以上となるように、それぞれの照明手段の明るさ比を調整するのが望ましい。
【００５４】
そこで、本発明では、内壁に適当な反射率を有する円筒形状の治具を用意し、円筒の中心軸とカプセルの長手方向の中心軸が一致するように固定した状態で明るさを測定し、調整を行う。組織表面での光の吸収と散乱による減衰を考慮し、更に、照明手段の配光分布や照明光が生体組織に入射する角度を考慮すると、狭帯域のバンド光を生体組織に対して照明したときに組織表面に入射する光の量を１とした場合、生体組織で反射して撮像光学系に入射する光の量はおおよそ０．０５である。
【００５５】
そこで、狭帯域のバンド光を生体組織に対して照明したときの生体組織の反射率を５％と仮定した。このとき、狭帯域のバンド光に対して所定の反射率αをもつ内壁面を有する白色円筒の内径Ｄは以下の条件式（７）より求められる。
条件式（７）：  （０．２×α）1/4  ×Φ＝  Ｄ
ただし、αは白色円筒の内壁面の反射率[％]、Ｄは前記白色円筒の内径[ｍｍ]、Φはカプセル型内視鏡の外径[ｍｍ]である。
【００５６】
例えば、円筒内壁が白色光に対して９０％の反射率を有するように設定すると、円筒の内径Dは条件式（８）のように表される。
条件式（８）：  Ｄ  ＝  ２×Φ
円筒状の治具にカプセル型内視鏡を固定した状態で、カプセル型内視鏡に設置した狭帯域のバンド光を照明する手段より円筒の内壁に対して照明を行うとともに、撮像手段により円筒内壁の像を撮像する。同様に、カプセル型内視鏡に設置した白色光を照明する手段より円筒の内壁に対して照明を行うとともに、撮像手段により円筒内壁の像を撮像する。このとき、対物光学系の視野範囲に相当する撮像素子の撮像面上のエリア内での最大照度が条件式（９）を満たすように狭帯域のバンド光の照明強度を調整すると、一般的なカラー画像とNBI画像の２つの画像を良好な明るさで観察することが可能なカプセル型内視鏡を実現することができる。
条件式（９）：  ＴＣ×１．６  ≦  Ｔｍ
ただし、ＴＣは白色光を照明する手段で白色円筒の内壁面を照明したときの、撮像手段の視野範囲に相当する撮像素子の撮像面上のエリア内での最大照度、Ｔｍは狭帯域のバンド光を照明する手段で白色円筒の内壁面を照明したときの、撮像手段の視野範囲に相当する撮像素子の撮像面上のエリア内での最大照度である。
【００５７】
カプセル型内視鏡の場合、撮像素子からの撮像信号が無線手段などにより、カプセルから離れた場所に設置された受信装置を経て画像処理回路に送られ、画像信号に変換されてモニタなどの表示装置に画像として映し出される。したがって、カプセル型内視鏡の製造過程において、それぞれの照明手段により照明した状態での撮像素子の受光面での照度分布が上記条件式（９）を満足しているかどうかを検査する場合には、表示装置に出力される画像信号の強度を画像中心から周辺まで測定して、画像信号の最大強度値ＳＣおよびＳｍをそれぞれ抽出し、以下の条件式（１０）を満たしているかどうかを判断することで同等の評価が可能である。
条件式（１０）：  ＳＣ×１．６  ≦  Ｓｍ
ただし、ＳＣは白色光を照明する手段で白色円筒の内壁面を照明したときに、撮像手段により撮像される画像の中心から周辺まで測定して得られる画像信号強度の最大値、Ｓｍは狭帯域のバンド光を照明する手段で白色円筒の内壁面を照明したときに、撮像手段により撮像される画像の中心から周辺まで測定して得られる画像信号強度の最大値である。
【００５８】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
（実施例１）
図１は本発明の実施例１にかかるカプセル型内視鏡を示す図で、(a)はカプセル型内視鏡の概略構成を示す光軸に沿う断面図、(b)は対物光学系と照明光学系の配置を示す説明図である。
【００５９】
図２は実施例１のカプセル型内視鏡を用いた画像を表示するカプセル型内視鏡システムの構成を示す概念図である。図３は実施例１のカプセル型内視鏡における出射角に対する照明光の強度分布を示すグラフ、図４(a)は実施例１のカプセル型内視鏡における対物光学系の構成を示す光軸に沿う断面図、図４(b)は図４(a)の対物光学系の歪曲収差を表す収差図、図５は均一な面光源を観察した場合における対物光学系の視野角に対する照度特性を示すグラフ、図６は実施例１のカプセル型内視鏡で白色円筒の内壁を撮像した場合における対物光学系の視野角に対する撮像素子面上での照度特性を示すグラフ、図７は実施例１で使用している管腔状構造物（白色円筒）を示す模式図であり、カプセルの長手方向の中心軸と管腔状構造物（白色円筒）の中心軸が一致した状態を示した図である。
【００６０】
また、図８〜図１０は本発明の比較例である従来の内視鏡で使用されている光学系をカプセル型内視鏡に用いた例を示す図で、図８(a)は従来の内視鏡で使用されている対物光学系の構成を示す光軸に沿う断面図、図８(b)は図８(a)の対物光学系の歪曲収差を表す収差図、図９は均一な面光源を観察した場合における図８の対物レンズの照度特性を示すグラフ、図１０は図８の対物光学系を有するカプセル型内視鏡で白色円筒を撮像した場合における撮像素子面上での照度特性を示すグラフである。
【００６１】
実施例１のカプセル型内視鏡４３では、図１(a)に示すように、最も物体側に樹脂系の透明な材料をプレス成型などにより製造された透明カバー３が配置されている。透明カバー３の内側には、対物光学系１が対物光学系レンズ枠３７に固定された状態で配置されている。対物光学系１の周辺には、図１(b)に示すように、対物光学系レンズ枠３７を介して照明手段であるチップ型ＬＥＤ２が４個配置されている。対物光学系１の像面位置には、図１(a)に示すように、撮像素子としてのＣＭＯＳチップ３８が配置され、その背面には、順に、電気基板４０と、ＣＭＯＳやＬＥＤ等に電気を供給するための２つのボタン型電池３９と、取り込んだ画像を図２に示す体外の画像表示システム２５に送信するためのアンテナユニット４１が配置されている。また、カプセル型内視鏡４３の外壁は、透明カバー３と外装カバー４２とにより密閉されている。
【００６２】
画像表示システム２５は、図２に示すように、画像信号の処理を行うことのできるパーソナルコンピュータ２４（以下、パソコンと略記）と、画像を表示するモニタ２３を有して構成されている。
【００６３】
その他、撮像素子としては、ＣＭＯＳチップ３８の代わりにＣＣＤチップを用いてもよい。
【００６４】
また、照明手段であるチップ型ＬＥＤ２は、４個の配置ではなく、２個、６個、８個というように個数はいくつでもよい。
【００６５】
図１(a)に示すアンテナユニット４１から無線等で送信された画像信号は、図２に示すように、患者の体外に設けられたアンテナユニット２２で受信され、パソコン２４で画像処理された後、モニタ２３に画像表示される。
【００６６】
対物光学系１は、物体側から順に、平行平板１1と、物体側が平面で像側が凸面の平凸レンズ１2と、物体側が平面で像側が凸面の平凸レンズ１3と、物体側が凸面で像側が平面の平凸レンズ１4とで構成されている。平凸レンズ１3の凸面は、非球面形状に形成されている。また、開口絞りＳが平行平板１1と平凸レンズ１2との間に設けられている。
【００６７】
次に、実施例１のカプセル型内視鏡を構成する対物光学系の数値データを示す。
【００６８】
数値データ中、ｆは焦点距離、FはFナンバー、IHは撮像素子の像高、OBJは物点距離、ωは対物光学系の最大像高における画角を示している。
【００６９】
なお、非球面形状Z（ｙ）は、光軸方向をZ、光軸からの高さをｙとして、光の進行方向を正としたとき、次式にて表される。
Ｚ（ｙ）＝（１／Ｒ）ｙ2／［１＋｛１−（ｋ＋１）（１／Ｒ）2ｙ2｝1/2］
＋Ａ２ｙ2＋Ａ４ｙ4＋・・・＋Ａｎｙn
但し、Rはレンズの曲率半径、ｋは円錐係数、A２は２次の非球面係数、A４は４次の非球面係数、Aｎはｎ次の非球面係数である。また、レンズ形状は光軸中心に対して対称形であるため、このように偶数次数にて構成する必要がある。
【００７０】
これらの記号は以下の各実施例において共通である。
数値データ１
f=1.000  、 F=2.706 、IH=1.179 、 OBJ=15.000  、２ω=119.96
面番号        曲率半径      面間隔        屈折率        アッベ数    ｋ
0            INF          15.0000        1
1            INF           0.5797        1.51633        64.50
2（絞り）    INF           0.9697        1.72916        54.68
3            -1.4844        0.1932        1
4            INF           1.0771        1.56348        60.69
5（非球面）  -0.7176        0.1932        1                        -1.8791
6             3.1282        0.6803        1.51633        64.15
7            INF           0             1
8（撮像面）
第５面は円錐係数のみの非球面式により形成される非球面である。
【００７１】
また、INFは曲率半径が無限大（平面）であることを意味している。
【００７２】
図３に示す光強度分布で照明された照明光は、図７に示す白色円筒としての筒状構造の側面５０で反射され、実施例１の対物光学系１を通過し、撮像素子３８の撮像面上に結像する。このとき、円筒内壁を白色光に対して９０％の反射率を有するように構成した場合には、外径Φが１３mmのカプセルに対する円筒の内径Dは１５．６mmである。
【００７３】
なお、実施例１のカプセル型内視鏡では、対物光学系に非球面レンズを使用し、図４(b)に示すように最大像高における歪曲収差の発生量を３５％以下にすることにより、視野周辺の光量を制御している。
【００７４】
白色円筒の中心軸とカプセルの長手方向の中心軸を一致させた状態で、カプセル型内視鏡の照明手段２から円筒の内壁を照明し、対物光学系１を通して撮像素子３８の撮像面上に結像された円筒の内壁からの反射光は、図６に示すような照度分布特性を有している。これを、条件式(1)，(2)に当てはめると、
ω＝６０°
Ｔ１：Ｔ２＝１：０．６５
となる。このことから、実施例１のカプセル型内視鏡が、条件式(1)〜(２)を満足することがわかる。条件式(1)〜(２)を満足する実施例１のカプセル型内視鏡によれば、広い視野範囲をもち、円筒状構造を観察した場合、撮像素子３８の撮像面上で良好な明るさ分布が得られ、視野周辺でハレーションが発生するのを防止することができる。
【００７５】
上述したように、撮像素子３８の撮像面上で撮像された画像信号は、アンテナユニット４１を介して送信され、アンテナユニット２２で受信され、パソコン２４で画像信号が処理された後、モニタ２３に画像が表示される。
【００７６】
なお、パソコン２４でアンテナユニット４１より送信されてきた信号に対してγ補正等の処理を行うが、本実施例ではモニタの逆γ特性で補正するのみで、特別な明るさ調整をすることはない。このため、モニタ２３に映し出される画像の信号強度分布と、撮像素子３８の撮像面上の照度分布は同じ分布形状として表される。そこで、モニタに出力される画像信号の強度を画像中心から周辺まで測定して、画像信号の強度分布を描出することで、撮像面上の照度分布を容易に確認することができる。
【００７７】
一方、カプセル内視鏡の大きさ及び照明光学系等が上述の条件と同じで、対物光学系のみ図８(a)に示す従来使用されている対物レンズを使用した比較例の場合は、歪曲収差は図８(b)に示すように、図４(b)と同じ最大像高において強いディストーションをもつことになる。この結果、白色円筒の内壁を観察した場合の撮像素子３８の撮像面上での照度特性は、図９に示すように周辺部が明るくなりすぎるため、視野の周辺部においてハレーションが発生しやすくなって、良好な観察画像が得られない。
【００７８】
条件式(1)，(2)に当てはめると
２ω＝６０°
Ｔ１：Ｔ２＝１：０．３２
となり、条件式(2)を満足しないことがわかる。条件式(2)を満足しない比較例のカプセル内視鏡では、視野の周辺部においてハレーションが発生しやすい他に画面中心部が暗くなってしまい、円筒状構造を観察した場合、良好な明るさ分布が得られない。
（実施例２）
図１１〜図１３は本発明の実施例２にかかるカプセル型内視鏡の説明図で、図１１は実施例２のカプセル型内視鏡における対物光学系の構成を示す光軸に沿う断面図、図１２は均一な面光源を観察した場合における対物光学系の視野角に対する照度特性を示すグラフ、図１３は実施例２のカプセル型内視鏡で白色円筒の内壁を撮像した場合における対物光学系の視野角に対する撮像素子の撮像面上での照度分布特性を示すグラフである。
【００７９】
なお、実施例２では、カプセル型内視鏡の大きさ及び照明光学系等は、上述の実施例１と同じ条件である。対物光学系のみ図１１に示されているものを使用しており、実施例１と異なる。
【００８０】
対物光学系１は、物体側から順に、平行平板１1と、物体側が平面で像側が凸面の平凸レンズ１2と、物体側が凸面で像側が平面の平凸レンズ１3'とで構成されている。また、開口絞りＳが平行平板１1と平凸レンズ１2との間に設けられている。さらに、フレア絞りS'が平凸レンズ１２と平凸レンズ１3'との間に設けられている。
【００８１】
次に、実施例２のカプセル型内視鏡を構成する対物光学系の数値データを示す。
数値データ２
f=1.2331 、 F=4.473 、IH=1.179 、 OBJ=11.9731 、２ω=119.96
面番号        曲率半径      面間隔        屈折率      アッベ数        Φ
0              INF        11.9731        1
1              INF         0.3862        1.51633      64.15
2（絞り）      INF         0.8690        1.51633      64.15
3            -0.8536       -0.0984        1
4（F絞り）    INF         0.3107        1                          1.08
5             2.1841        0.8111        1.51633      64.15
6              INF         0.6571        1
7（撮像面）
図１２に示す光強度分布で照明された照明光は、図７に示す白色円筒の内壁５０で反射され、実施例２の対物光学系１を通過し、撮像素子３８の撮像面上に結像する。なお、実施例２の対物光学系１では、このとき、図１１に示すように、第一の凸レンズ１2と第二の凸レンズ１3'との間に設けられた遮光部材としてのフレア絞りＳ'を介して周辺光量を遮光し、撮像素子３８の撮像面上の明るさ分布をコントロールしている。
【００８２】
撮像素子３８の撮像面上に結像された反射光は、図１２に示すような照度特性を有している。これを、条件式(1)，(2)に当てはめると、
ω＝６０°
Ｔ１：Ｔ２＝１：０．５４
となる。このことから、実施例２のカプセル型内視鏡が、条件式(1)〜(２)を満足することがわかる。条件式(1)〜(２)を満足する実施例２のカプセル型内視鏡によれば、広い視野範囲をもち、円筒状構造を観察した場合、視野の周辺部でハレーションが発生するのを防ぐことができ、撮像素子３８の撮像面上で円筒の内壁を観察するのに適した明るさ分布が得られる。
【００８３】
なお、周辺光線を遮光する遮光部材の配置に関しては、像面付近であると視野周辺の光束を遮光する割合が遮光部材の製造誤差や組立て誤差に依存して変化してしまい、画像の周辺で急激に暗くなる「ケラレ」と呼ばれる現象が目立つ可能性があるため、射出瞳の近傍であることが望ましい。
【００８４】
また、実施例２では、遮光部材として、フレア絞りＳを用いたが、間隔管等のメカ枠での周辺光量の遮光手段や、レンズ周辺部における面取り及び黒インクを利用した周辺光量の遮光手段でも同様の効果が得られる。また、視野周辺の光束の強度を減衰するように構成したNDフィルターを配置しても同様の効果が得られる。
【００８５】
また、実施例２の照明光学系１では、第一の凸レンズ１2と第二の凸レンズ１3'は、いずれも球面レンズを用いた構成となっているが、第一の凸レンズ１2または第二の凸レンズ１3'のいずれかに非球面レンズを使用してもかまわない。
【００８６】
また、レンズ構成として、凸レンズを二枚用いて構成したが、非球面レンズ一枚で構成しても構わない。
（実施例３）
図１４〜図１７は本発明の実施例３にかかるカプセル型内視鏡の説明図で、図１４は実施例３のカプセル型内視鏡の概略構成を示す光軸に沿う断面図、図１５は実施例３のカプセル型内視鏡における照明手段の光出射角に対する照明光の強度分布を示すグラフ、図１６は実施例３のカプセル型内視鏡に用いることができる対物光学系の構成例を示す光軸に沿う断面図、図１７は実施例３のカプセル型内視鏡で白色円筒の内壁を撮像した場合における対物光学系の視野角に対する撮像素子面上での照度分布特性を示すグラフである。
【００８７】
実施例３のカプセル内視鏡は、図１４に示すように、カプセル型内視鏡に備えられた照明手段２の中心軸が、対物光学系１の光軸に対し、ある角度をもって傾いている。
【００８８】
このように、照明手段２の中心軸を、対物光学系１の光軸に対して傾けることにより、対物光学系の前方に例えば５０mm程度離して配置した球面状物体に対して照明したときの物体面上での照度分布を条件式（４）を満たすように調整することが可能となる。これにより、上記のような球面状物体を撮像したときに、撮像素子の撮像面上での照度分布が視野の周辺に行くほど高くなるという広視野角の対物光学系の収差特性に起因する現象を補正することができるので、円筒の内壁を撮像した場合における撮像素子面上での照度分布特性をも制御することが可能となる。このように照明手段を工夫することにより制御された、対物光学系の視野角に対する撮像素子の撮像面での照度分布は、対物光学系側に工夫を施した場合に得られる図１８のＴｙｐｅＢ，ＴｙｐｅＣに示される照度分布と同等の分布形状とすることができる。
【００８９】
また、上に示した照明手段の工夫と対物光学系側の工夫を合わせて実施してもかまわない。
【００９０】
本実施例の対物光学系１は、物体側から順に、物体側が平面で像側が凸面の平凸レンズ１1'と、物体側が凸面で像側が平面の平凸レンズ１2'と、平行平板１3"とで構成されている。
【００９１】
次に、実施例３のカプセル型内視鏡を構成する対物光学系の数値データを示す。
数値データ３
f=1.558 、 F=3.829 、IH=1.179 、 OBJ=14.339 、２ω=100.19
面番号        曲率半径      面間隔        屈折率      アッベ数
0              INF        14.3390        １
1              INF         1.0156        1.88300      40.76
2            -2.3916        0.4570        １
3             2.6938        1.2694        1.88300      40.76
4              INF         1.0156        1.61090      50.20
5（撮像面）
図１５の光強度分布で照明された照明光は、図７の白色円筒の内壁５０に反射され、実施例３の対物光学系１を通過し、撮像素子３８の撮像面に結像する。
【００９２】
このとき、照明手段２の中心軸は対物光学系１の光軸に対して２５°程度傾けて設置されており、対物光学系１の最も物体側の面から５０mm前方に置かれた球面状物体の物体面上での照度分布は概ね図１９に示される形状となり、条件式（４）を満たしていることがわかる。
【００９３】
撮像素子３８の撮像面上に結像された反射光は、図１７に示すような照度特性を有している。これを、条件式(1)，(2)に当てはめると、
ω＝５０．１
Ｔ１：Ｔ２＝１：０．５１
となる。このことから、実施例３のカプセル型内視鏡が、条件式(1)、(2)、(4)を満足することがわかる。本実施例のカプセル型内視鏡によれば、広い視野範囲をもち、円筒状構造を観察した場合、視野の周辺部でハレーションが発生するのを防ぐことができ、撮像素子３８の撮像面上で円筒の内壁を観察するのに適した明るさ分布が得られる。
【００９４】
なお、実施例３のカプセル型内視鏡では、照明手段の工夫として、照明手段の中心軸を対物光学系の光軸に対して傾けるようにしているが、照明手段の直後に配光を制御する光学素子を設置し、照明光の配光分布を制御するようにしても同様の効果が得られる。
【００９５】
また、照明手段の直後に遮光部材や照明光の強度を減衰する部材を設け、照明手段から発せられる照明光の一部分を遮光したり減光したりすることで、照明光の配光分布を制御するようにしても構わない。
【００９６】
また、光源として狭角な配光分布をもつＬＥＤを複数個使用して、対物光学系とLEDの中心軸のなす角度を個別に調整することで、照明光の配光分布を制御してもかまわない。
【００９７】
さらに、上述した各実施例のカプセル型内視鏡の構成要素を部分的に組み合わせて構成してもよい。このようなカプセル型内視鏡も本発明のカプセル型内視鏡に属することはいうまでもない。
（実施例４）
本実施例では、対物光学系１２３のレンズ形状を工夫して、１４０°以上の広い視野範囲の観察が行えるように構成している。
【００９８】
先ず、図２１を用いてカプセル型内視鏡１０３の先端側の詳細な構成を説明する。
図２１に示すようにカプセル型内視鏡１０３では、第１レンズ枠１２０の後端側に第２レンズ枠１２２が嵌合している。対物光学系１２３は、物体側から順に、第１レンズ１４１，第２レンズ１４２，第３レンズ１４３からなる。
【００９９】
第１レンズ枠１２０には、枠の内径を大きくした部分１２０ａに第１レンズ１４１が保持固定され、第１レンズ１４１の後方で枠の内径を１２０ａに比べて小さくした部分に第２レンズ１４２が保持固定されている。
一方、第２レンズ枠１２２には、物体側から順に、明るさ絞り１４５と第３レンズ１４３とフレア防止絞り１４６が保持固定されており、さらにその後方で撮像素子のカバーガラス１２５が勘合されて遮光性接着剤１４４により撮像基板１２１に接着固定されている。
【０１００】
第２レンズ枠１２２は、第１レンズ枠１２０の後端側に嵌合されており、第１レンズ枠１２０と第２レンズ枠１２２とを相対的に移動させてピント調整を行った後に接着剤１４７により接着固定される。このようにして、撮像部１４８を構成している。更に、第１レンズ枠１２０の外周側には、１２０ａと垂直な面１２０ｂに照明基板１２６が突き当てられて配置される。
【０１０１】
カプセルの外装部１１６には透明カバー１１７が嵌合されて水密接着剤により水密的に接着固定されている。なお、カプセルの外装部１１６と透明カバー１１７との嵌合部分には、互いに凹凸形状に形成された抜け止め部１４９が設けられており、この隙間に水密接着剤が塗布される。なお、透明カバー１１７には突き当て面１１７ａが設けられており、照明基板１２６が突き当てられている。
【０１０２】
ここで、本実施例では、第１レンズ１４１を、それよりも後方のレンズ外径よりも大きくして、且つ対物側に凸となる形状に形成している。また、第１レンズ１４１の外径Ｄ１は、第２レンズ１４２の外径Ｄ２及び第３レンズ１４３の外径Ｄ３に対し、Ｄ１＞Ｄ２≧Ｄ３のような関係となるように形成されている。また、第１レンズ１４１は、物体側に凸となるメニスカス形状に形成されており、負の屈折力を有している。
【０１０３】
これにより、第１レンズ１４１は、従来に比べて広い範囲からの光を取り込むことができ、取り込んだ光を第２レンズ１４２，第３レンズ１４３を介してＣＭＯＳイメージャ１２４の撮像面に結像できるようになっている。
【０１０４】
また、第２レンズ１４２は、平凹形状に形成されており、第１レンズ１４１を通過した視野周辺部の光束がケラれることなく明るさ絞り１４５に入射するように配置されている。
【０１０５】
更に、本実施例では、照明部１３７の先端面１３７ａを第１レンズ枠１２０の先端面１４１ａと略一致させるか、またはそれよりも後方となるように配置している。より具体的には、照明部１３７の先端面１３７ａは、透明カバー１１７の先端部１１７ｂから照明部１３７の先端面１３７ａの距離Ｈ２と、透明カバー１１７の先端部１１７ｂから第１レンズ枠１２０の先端面１４１ａまでの距離Ｈ１とがＨ２≧Ｈ１のような関係となるように配置されている。
【０１０６】
図２２は照明部１３７の配置構成を示す断面図である。照明部１３７は、第１レンズ枠１２０の周囲を取り囲むように、カプセルの長手方向の中心軸に対して対称に配置されている。発光素子には白色ＬＥＤ１５１を採用している。なお、図２２中、符号１５２は、照明基板１２６に設けられた接続電極部であり、照明部１３７に電気的に接続されている。
【０１０７】
図２３は照明部の配置構成の変形例を示す断面図である。この変形例では、照明部がリング状に形成されている。図２３のリング状照明部１３７Ａには、カプセルの長手方向の中心軸に対して同心円状に白色ＬＥＤ１５１が配置されている。
【０１０８】
この場合、リング状照明部１３７Ａは、狭いスペースにより多くの白色ＬＥＤ１５１を設けることができるので、視野の周辺まで明るく照明することができる。
【０１０９】
本実施例では１２個の白色LED１５１を配置している。
【０１１０】
複数の白色ＬＥＤ１５１の単体照明範囲が合わさって複合照明範囲を形成する。カプセル型内視鏡１０３の観察範囲は複合照明範囲に含まれており、１４０°以上の広角な観察範囲内の被写体から反射した光が対物光学系１２３の第１レンズ１４１により取り込まれ、ＣＭＯＳイメージャ１２４で撮像される。
【０１１１】
白色ＬＥＤ１５１のうちのいくつかに、図２０で示したバンドパスフィルターを組合せて、ＮＢＩ用の照明としてもよい。この場合、内壁に適当な反射率を有する円筒形状の治具を用意して、円筒の中心軸とカプセルの長手方向の中心軸が一致するように固定した状態で明るさを測定することにより、白色光を出射するLEDとNBI用の狭帯域のバンド光を出射するLEDの数が最適な割合となるように設定することができる。例えば、本実施例のカプセル内視鏡の外径Φが１３mmである場合には、円筒治具の内壁が白色光に対して９０％の反射率を有するように設定すると、円筒治具の内径Dは条件式（８）を用いて２３mmと計算される。
【０１１２】
そこで、内径が２３mmで、白色光に対する反射率が９０％に設定された内壁面を有する円筒状の治具にカプセル型内視鏡を固定した状態で、カプセル型内視鏡に設置された狭帯域のバンド光を照明するLEDより内壁面に対して照明を行うとともに、撮像手段により内壁面の像を撮像する。同様に、カプセル型内視鏡に設置された白色光を照明するLEDより内壁面に対して照明を行うとともに、撮像手段により内壁面の像を撮像する。このとき、表示装置に出力される画像信号の強度を画像中心から周辺まで測定して、画像信号の最大強度値ＳＣおよびＳｍをそれぞれ抽出し、これらの関係が前述した条件式（１０）を満たすようにそれぞれのLEDの数を調整する。この結果、本実施例では１２個のLEDのうち、白色光を出射するLEDを４個、NBI用の狭帯域のバンド光を出射するLEDを８個としている。
（実施例５）
図２４及び図２５は本発明の実施例５に係わり、図２４は実施例５のカプセル型内視鏡の先端部を拡大し、対物光学系の観察視野とLEDの照明範囲の関係を示す断面図、図２５は透明カバーを取り除いた状態で物体側からカプセル型内視鏡を見たときの照明手段の配置状態を示した図である。上記実施例１は、透明カバー１１７に対して対物光学系１２３の第１レンズ１４１を離間させて配置するように構成しているが、実施例２は透明カバー１１７に対して対物光学系１２３の第１レンズ１４１が密接するように構成する。それ以外の構成は上記実施例１と同様であるので説明を省略し、同一構成には同じ符号を付して説明する。
【０１１３】
実施例５は、上記実施例１と同様に対物光学系１２３の第１レンズ１４１は、それよりも後方の第２レンズ１４２，第３レンズ１４３のレンズ外径よりも大きく、かつ対物側に凸となる形状に形成されている。そして、各レンズとCMOSイメージャ１２４のカバーガラス１２５がレンズ枠１６０により保持、固定されて撮像部１４８Bを構成している。また、透明カバー１１７に対して対物光学系１２３の第１レンズ１４１を近づけて密接させることにより、カプセルの全長を短くして小型化を図っている。さらに、本実施例では、照明部１３７Ｂの構成が異なっている。
【０１１４】
図２５に示すように照明部１３７Ｂは、ドーナツ状に形成された照明基板１２６Ｂの前面側に対して傾斜台１６１を設け、白色ＬＥＤ１５１が図示しない対物光学系１２３の光軸に対して予め設定した所定の角度を向くように構成されている。なお、照明部１３７Ｂは、接続端子１６２によりＬＥＤ駆動回路に接続されている。このような構成により、対物光学系１２３の観察視野に対して所望の配光特性をもった照明を行うことが可能である。
【０１１５】
また、実施例１と同様に、白色ＬＥＤ１５１のうちのいくつかに、図２６で示したバンドパスフィルターを組合せて、ＮＢＩ用の照明としてもよい。例えば、図２６（ａ）のような青色領域の光を選択的に透過するバンドパスフィルターを使用することで、生体組織の表層に分布する毛細血管の構造を明瞭に描出することが可能である。また、被写体の近接像をモニターなどの表示画面上で７０倍から５００倍程度に拡大表示できる撮像部と組み合わせることによって、生体組織に発生した腫瘍などの病変のpit pattern を明瞭に描出することが可能である。
【０１１６】
カプセル型内視鏡の進路となる小腸などの管腔臓器の内部は、収縮してカプセル型内視鏡の視野を塞いでいると考えられ、カプセル型内視鏡は、管腔臓器内壁の蠕動運動により管腔臓器の内壁を押しのけるようにして進んでいく。従って、図２４に示されるように、透明カバー１１７の物体側の面では、視野の周辺境界部近傍において、管腔臓器の内壁と密着した状態となりやすい。そこで、対物光学系１２３とCMOSイメージャなどの撮像素子１２４からなる撮像部１４８Bの解像力が、透明カバー１１７の物体側の面付近で最も高くなるように設定することで、生体組織の拡大画像を取得することができる。
【０１１７】
即ち、図２４の構成において、対物光学系１２３の最も物体側の面から管腔臓器の内壁面に接触する透明カバー１１７の物体側の面までの光軸方向の物体距離P１での解像力が５本／ｍｍ以上であり、また、対物光学系１２３の被写界深度の遠点付近での物体距離P２では、解像力が１本／ｍｍ以上であるのが望ましい。
【０１１８】
ここで、一般の撮像ユニットにおける解像力は、次のように定義される。
【０１１９】
対物光学系の前に置いた白黒のラインペアを、固体撮像素子の撮像面上の水平方向に白黒が並ぶように撮像ユニットで撮像し、固体撮像素子から送られてくる画像信号を処理する回路系を通してモニタに表示する。このとき、モニタ上の水平方向で得られる白黒の強度分布の最大値をＩｍａｘ、最小値をＩｍｉｎとしたとき、白黒ラインペアのモニタ上でのコントラストIは、
Ｉ  ＝（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）
として求められる。解像力は、上述のコントラストＩが１０％となるときの、白黒ラインペアの幅の逆数として定義される。
【０１２０】
従って、上記説明における「解像力５本／ｍｍ以上」、「解像力1本／ｍｍ以上」とは、それぞれ、幅０．２ｍｍ以下、幅０．５ｍｍ以下の白黒ラインペアのコントラストが、モニタ上で１０％以上であることを指している。物点距離P１において、撮像ユニットの解像力を５本／ｍｍ以上とすれば、透明カバーの物体側の面付近に位置する生体組織をモニタなどの表示画面上で拡大して観察することができる。また、物点距離P２において、撮像ユニットの解像力を1本／ｍｍ以上とすれば、モニタなどの表示画面上に映し出された視野の遠点位置で、管腔臓器の内壁面に発生した腫瘍などの病変を発見し易くなる。
【０１２１】
また、NBI用の照明光は、透明カバーの物体側の面付近に位置する生体組織に対して効率よく照明されるのが好ましい。この場合、NBI用の照明範囲は白色光の照明範囲と一致させる必要は無く、図２４に示したように、白色光の照明範囲は対物光学系１２３の視野範囲を含み、かつNBI用の照明範囲は白色光の照明範囲と対物光学系１２３の視野範囲の両方に含まれるように、撮像部１４８Bと各LEDの配置を決めればよい。ここで、照明範囲を以下のように規定する。すなわち、図２０に示されるように、対物光学系の前方に球面状物体を配置して、その球面状物体に対して照明手段により照明を行う。そして、物体面上での照度を測定して照度分布を求めたときに、対物光学系の光軸と交差する物体面上の位置での照度値の１０％を境界値として、その間に含まれる範囲を照明範囲とする。
（実施例６）
図２７は実施例６のカプセル型内視鏡の先端側を示す拡大図である。本実施例は透明カバーの形状を変えているが、それ以外の構成は上記実施例４と同様であるので説明を省略し、同一構成には同じ符号を付して説明する。
【０１２２】
図２７に示すように透明カバー１１７Ｃは、透明カバーの１部分が半球型の突出部を有している。この半球型の突出部は、撮像部１４８を構成している対物光学系１２３の第１レンズ１４１を覆い、かつ対物レンズ１２３の入射瞳の中心と、半球型の突出部の曲率中心とが略一致するように配置されている。このように、対物光学系の先端部分を突出させたことにより、以下のような利点が生ずる。すなわち、撮像部１４８の周囲に配置される構造物により対物光学系１２３の視野が妨げられることなく、１８０°以上の観察視野を確保することができる。本実施例では、２１０°の観察視野角をもつ対物光学系により撮像部１４８を構成しているので、被写体を後方視できるようになり、管腔状臓器の内壁を観察する場合などにおいて病変の見落としを防止することができる。
【０１２３】
また、図２７に示すように、管腔状臓器の内壁を通過する場合、透明カバー１７１の肩部によって内壁が押し上げられた状態になって、透明カバー１７１の突出部に生体組織の表面が密着することがない。このため、観察視野の周辺部においても、透明カバー１７１の突出部と生体組織の間で観察を行うのに適当な距離を確保することができる。本発明のカプセル型内視鏡では、管腔状臓器の中を進みながら、まず、観察視野の前方で病変部を捉えて観察を行い、その後に同じ病変部を後方から観察することになるので、その間に撮像した複数の画像から病変部の情報を集積して分析を行い、病変部の立体画像、等高線像など、病変部に着目した新たな画像を構築することができる。これにより、病変部の形状解析、分布情報の解析等、診断に有用な情報解析を行うことができる。
【０１２４】
また、透明カバー１７１の物体側の面について、突出部と肩部をつなぐ部分を、カプセルの中心軸から周辺に向かう方向に傾斜するように形成した。そして、この部分と対向するように照明部１３７Cを配置することにより、白色LED１５１の光出射面から出射した照明光が、上記の傾斜面で屈折して観察視野の周辺部まで広がるように構成した。また、透明カバー１７１の内側の面について、照明光が通過する部分を凹面状に形成したり、その部分に照明光を拡散させる部材を設けることもできる。
【０１２５】
なお、本発明のカプセル型内視鏡は、上述した各条件式を満たすように構成できることは言うまでもない。
【０１２６】
図２８には、実施例６の変形例を示した。図２８はカプセル型内視鏡の先端側を示す拡大図である。実施例６の変形例においても透明カバーの形状が発明の要部であり、それ以外の構成は上記実施例４と同様であるので説明を省略し、同一構成部分について図に符号を記載するのを省略した。本実施例でも、対物光学系の観察視野範囲内における透明カバーの形状と観察視野範囲外における透明カバーの形状が異なるように構成した。図２８に示す断面図では下側に位置する生体組織表面と接触し、対物光学系の観察視野を含む部分では透明カバーは曲面状に形成されている。
【０１２７】
一方、図２８に示す断面図では上側に位置する生体組織表面と接触し、対物光学系の観察視野の外側にあたる部分では、透明カバーは平面と曲面を組み合わせて形成されている。透明カバーの平面部分は、カプセルの長手方向の中心軸に対して垂直に配置されており、この部分に対向して照明手段が設けられている。また、カプセルの内側から外側に向けて処置具などを挿通するための挿通口を設けることもできる。
（実施例７）
図２９には、実施例７を示した。図２９はカプセル型内視鏡の内部構成を示す図である。図２９に示すようにカプセル型内視鏡２０３は、円筒形状でその後端を丸くして閉塞した外装ケース２１６と半球状の透明カバー２１７を水密的に接続固定して、その内側をシール部材２１８により密閉し、その密閉したカプセル状容器内に以下の内蔵物を収納している。なお、外装ケース２１６は、ポリサルフォンやポリウレタンなどの合成樹脂で形成されており、透明カバー２１７はポリカーボネート，シクロオレフィンポリマー，ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）などの合成樹脂で形成されている。
【０１２８】
透明カバー２１７に対向する照明基板２２０には、対物レンズ枠２２１が嵌合固定されている。この対物レンズ枠２２１には、第１レンズ２２２ａ及び第２レンズ２２２ｂを取り付けて構成した対物光学系２２２が配置されている。
【０１２９】
また、対物光学系２２２の結像位置には、撮像手段として例えばＣＭＯＳイメージャ２２３が配置されている。このＣＭＯＳイメージャ２２３は、照明基板２２０の後方に配置された撮像基板２２４の前面に取り付けられている。なお、ＣＭＯＳイメージャ２２３は、撮像面をカバーガラス２２５で保護されている。
【０１３０】
撮像基板２２４は、ＣＭＯＳイメージャ２２３，カバーガラス２２５と一体的に構成されており、その背面側にはカプセル外に設けられた送受信ユニットからの信号を受けてＣＭＯＳイメージャ２２３を駆動すると共に、ＣＭＯＳイメージャ２２３から出力される撮像信号に対する信号処理及び制御処理を行う駆動処理部２２６が設けられている。なお、ＣＭＯＳイメージャ２２３及びカバーガラス２２５は、対物光学系２２２及び対物レンズ枠２２１と共に撮像部２２７を構成している。
【０１３１】
また、照明基板２２０の前面側には、照明部２２８が撮像部２２７に対して対称的に取り付けられている。なお、図中、Ｏ′は、照明部２２８の光出射面の中心軸（０°の出射角の方向）を示しており、IAは、照明部２２８の照明範囲を示している。撮像基板２２４の後方側には、各部に動作電力を供給する電源部２３１が設けられており、この電源部２３１の後方側には、カプセル外部との無線送信等する無線通信部２３２が設けられている。
【０１３２】
電源部２３１は、動作電力を供給する内蔵電源としてのボタン型の２つの電池２３１ａがカプセル容器の軸方向に積層するようにして配置されており、これら電池２３１ａの動作電力は電源基板２３１ｂに電気的に接続可能となっている。
【０１３３】
電源基板２３１ｂには、例えば、バイアス磁石とリードスイッチとから形成される内部スイッチ２３１ｃが設けられており、電池２３１ａから供給される動作電力のオンオフが行われるようになっている。また、電源基板２３１ｂの前面側には、ＣＭＯＳイメージャ２２３で取得した画像データを記録するための記録部２３３が設けられている。
【０１３４】
この電源基板２３１ｂは、連結用フレキシブル基板２３４を介して撮像基板２２４と、無線通信部２３２を構成している無線基板２３２ａとに接続されている。更に、撮像基板２２４は、連結用フレキシブル基板２３４を介して照明基板２２０に接続されている。
【０１３５】
無線通信部２３２は、無線基板２３２ａに無線アンテナ２３２ｂが設けられている。無線基板２３２ａには、この無線アンテナ２３２ｂで受信した電波から制御信号を復調して各回路へ出力すると共に、例えば、画像データ等の情報信号を所定の周波数の搬送波で変調し、無線アンテナ２３２ｂから電波として発信するための図示しない無線通信回路が設けられている。
【０１３６】
また、照明基板２２０には、照明部２２８の発光部を間欠的にフラッシュ発光させるように駆動する図示しないＬＥＤ駆動回路を構成するチップ部品２２０ａが背面側に実装されている。
【０１３７】
電源基板２３１ｂの内部スイッチ２３１ｃがオン状態となると、電池２３１ａからの動作電力は、連結用フレキシブル基板２３４を介して電源基板２３１ｂから撮像基板２２４及び無線基板２３２ａに供給され、更に、照明基板２２０に供給される。
【０１３８】
そして、無線通信部２３２は、無線アンテナ２３２ｂがカプセル外からの電波を受信し、無線通信回路が復調して制御信号を撮像基板２２４の駆動制御部２２６及び照明基板２２０のＬＥＤ駆動回路に出力する。
【０１３９】
ＬＥＤ駆動回路は、照明部２２８の発光面を間欠的にフラッシュ発光させる。これに同期して駆動制御部２２６は、ＣＭＯＳイメージャ２２３を駆動させて対物光学系２２により結像された被写体の像を撮像する。
【０１４０】
駆動制御部２２６は、ＣＭＯＳイメージャ２２３からの撮像信号を信号処理して得た画像データを記録部２３３に記録させる。そして、記録部２３３に記録させた画像データが所定量に達したとき、駆動処理部２２６は、記録部２３３から画像データを読み出して無線通信部２３２の無線通信回路に出力する。無線通信部２３２の無線通信回路は、画像データを変調し、無線アンテナ２３２ｂから電波として発信させるようになっている。なお、駆動制御部２２６は、画像データを記録部２３３に記録せずに、直接、無線通信回路に出力して送信するようにしても良い。
【０１４１】
カプセル外の設けられた送受信装置は、カプセル型内視鏡２０３から送信された信号を受信して画像データを保存する。次に、送受信装置は、パソコンに接続され、このパソコンの制御により保存した画像データが読み出され、表示装置の表示画面に取得した画像が表示されるようになっている。
【０１４２】
本実施例では、白色光を発生する発光部及び、狭帯域のバンド光を発生する別の発光部を照明部２２８に設けると共に、この照明部２２８の各発光部を順次発光させてこれら各発光部によって照明された部位からの反射光を撮像部２２７により順次撮像するように構成している。
【０１４３】
すなわち、図３０（Ａ），（Ｂ）に示すように照明部２２８は、撮像部２２７の周囲を取り囲むようにカプセルの長手方向軸の中心に対して、白色光を発生する発光部２４１と、狭帯域のバンド光を発生する別の発光部２４２とを備えている。なお、図３０（Ａ），図３０（Ｂ）は図２９に示したカプセル型内視鏡２０３のＹ−Ｙ断面図であり、図３０（Ａ）は白色光を発光する発光部２４１が点灯状態にあり、狭帯域のバンド光を発生する別の発光部２４２が消灯状態にあるときの様子を示している。このとき、カプセル型内視鏡では一般的なカラー画像が取得される。図３０（Ｂ）は白色光を発光する発光部２４１が消灯状態にあり、狭帯域のバンド光を発光する別の発光部２４２が点灯状態にあるときの様子を示している。このとき、カプセル型内視鏡ではNBI画像が取得される。
【０１４４】
発光部２４１には、例えば、白色光を発生する白色ＬＥＤを用いている。一方、発光部２４２は、図３１（Ａ），（Ｂ）に示すように構成されている。
【０１４５】
図３１（Ａ）に示す発光部２４２Ａは、白色ＬＥＤ２４１Ａの前面に図２０に示したような透過特性を有するバンドパスフィルターを設けて構成されている。また、単色光を発光するＬＥＤの前面に半値全幅ｄ≦３０ｎｍの透過特性を有するバンドパスフィルターを設けて構成してもよい。
【０１４６】
また、図３１（Ｂ）に示す発光部２４２Ｂは、帯域幅が３０ｎｍ以下のレーザー光を発生する半導体レーザー素子により構成されている。
【０１４７】
これら図３１（Ａ），図３１（Ｂ）に示した狭帯域のバンド光を発光する発光部２４２（２４２Ａ，２４２Ｂ）は、例えば、赤色Ｒ（４８５ｎｍ〜５１５ｎｍ），緑色Ｇ（４３０ｎｍ〜４６０ｎｍ），青色Ｂ（４００ｎｍ〜４３０ｎｍ）の光を発生するようになっている。
【０１４８】
そして、各発光部２４１，２４２は、例えば、図３２に示すようにＷ（白色），Ｒ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の発光部がそれぞれ照明基板２２０に配置される。図３２に示す配置例では、白色光を発光する発光部２４１であるＷ（白色）に対して狭帯域のバンド光を発光する発光部２４２であるＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）が交互に配置されており、Ｗ（白色）を４個，Ｒ（赤色）を１個，Ｇ（緑色）を１個，Ｂ（青色）を２個用いている。なお、これら発光部の組み合わせ方は、観察目的に応じて任意に設定される。
【０１４９】
これら各発光部２４１，２４２は、観察目的に応じてＬＥＤ駆動回路によりそれぞれ個別に制御される。
【０１５０】
本実施例では、各発光部を図３０のように同心円状に交互に配置することで、狭帯域のバンド光の照明範囲と白色光の照明範囲がほぼ等しくなるようにしている。
【０１５１】
カプセル型内視鏡２０３を消化管の内部を進ませながら観察を行う場合、観察対象部位が対物光学系２２２の被写界深度内に入っているうちに病変を発見し、その病変の正確な位置や範囲を特定したり、良性か悪性かの診断を行う必要がある。そこで、本実施例では、観察対象部位が対物光学系２２２の被写界深度内を通過するまでの間に、白色光の発光と狭帯域のバンド光の発光をそれぞれ２回以上行うように設定されている。
【０１５２】
このとき、白色光と狭帯域のバンド光は交互に発光するのが好ましい。例えば、青色領域のバンド光を用いて観察を行った場合には、生体組織表層に分布する毛細血管の分布を描出することができる。腫瘍のような病変部では、生体表層部の毛細血管の分布に特異的な変性が見られるので、白色光によるカラー画像観察と組み合わせて観察することにより、カラー画像観察だけでは見落とす可能性のある病変を精度よく発見できるようになる。
【０１５３】
図３３は消化管内壁を観察するカプセル型内視鏡システムの一例を示す説明図である。図３３中、点線で囲まれた機器類は、患者の体外に設置される画像表示システムである。また、便宜上図示を省略したが、患者３４１は、消化管３２１を移動するカプセル型内視鏡３４０の姿勢を体外から電磁誘導などの方法により制御するために工夫された着衣を身に着けている。カプセル型内視鏡３４０に内蔵された送信ユニットから無線送信された画像信号は、患者の体外に設けられた受信装置３２２により受信される。受信装置３２２は、画像信号の処理を行うことのできるパーソナルコンピュータ３２４に接続されており、パーソナルコンピュータ３２４で処理された画像がモニタ３２３を介して表示されるようになっている。
【０１５４】
また、図３４はモニター画像の表示例を示す図である。図３４に示すように表示部２０９の表示画面において、左側中央部付近にはカラー画像の表示エリア２５１が設けられ、右側上部には狭帯域のバンド光による観察像の表示エリア２５２が設けられ、更に、表示エリア２５２の下側には、情報表示エリア２５３が設けられ、カプセル型内視鏡２０３の体腔内通過時間や体腔内での位置情報等の情報が表示される。
【０１５５】
また、表示部２０９の表示画面は、例えば、図３５に示すように表示エリア２５１と表示エリア２５２とが左右に並べられた構成でも良い。
【０１５６】
また、表示部２０９の表示画面は、例えば、図３６（Ａ）〜（Ｄ）に示すようにカラー画像と狭帯域のバンド光による観察画像とが交互に表示されるような表示構成でも良い。
【０１５７】
また、パーソナルコンピュータ３２４に内蔵された画像解析回路により、狭帯域のバンド光による観察画像から病変の範囲、進達度、悪性度などの情報を抽出し、カラー画像に重ねて擬似的なマーキングを行ったり、進達度や悪性度のレベルに応じた色別の階層表示をするようにしてもよい。
（実施例８）
図３７は実施例８のカプセル型内視鏡に用いられる白色光ＬＥＤの光学特性を示すグラフ、図３８は図３７のグラフに示した光学特性を有する白色ＬＥＤと透過波長選択フィルタを設けた撮像部を示す説明図であり、図３８（Ａ）は白色ＬＥＤを示す説明図、図３８（Ｂ）は透過波長選択フィルタを設けた撮像部を示す説明図である。
【０１５８】
実施例８は撮像部２２７Ｂに所定の狭帯域の光を選択的に透過する透過波長選択フィルタ２４３Ｂを設けている。それ以外の構成は上記実施例７と同様であるので説明を省略し、同一構成には同じ符号を付して説明する。
【０１５９】
本実施例では、図３７のグラフに示すような光学特性を有する白色ＬＥＤを照明部２８に複数設けて構成される。
【０１６０】
白色光ＬＥＤは、４１５ｎｍ付近にピークを有している。そして、白色光によるカラー画像観察においては、撮像部２２７Ｂに設けられた透過波長選択フィルター２４３Ｂは、この白色光ＬＥＤによって照明された部位からの反射光を透過するように構成されている。一方、狭帯域のバンド光によるＮＢＩ観察においては、撮像部２２７Ｂに設けられた透過波長選択フィルター２４３Ｂは、白色ＬＥＤによって照明された部位からの反射光のうち、特定の狭帯域のバンド光のみを透過させるように構成されている。
【０１６１】
この場合でも、狭帯域のバンド光の半値全幅ｄはｄ≦３０ｎｍを満たすのが望ましい。
【０１６２】
撮像部２２７Ｂの先端側に設けられた透過波長選択フィルター２４３Ｂは、電圧や電流を印加したり電磁力の作用により透過波長を変更可能に構成されている。
【０１６３】
例えば、液晶素子のように印加する電流のＯＮ−ＯＦＦによって、液晶の光透過特性を変更するもの、エタロンのように、平行に置いた基板の間に生じる空気間隔を変えることにより、光の干渉作用を利用して光透過特性を変更するものなどを用いることができる。
【０１６４】
また、ホログラムフィルムなど、光の回折作用によって波長分離を行う光学素子を撮像部２２７Ｂに配置することにより、波長ごとに画像を分離して取得するようにしてもよい。
【０１６５】
白色光ＬＥＤ２４１ＢはＬＥＤ駆動回路により１〜１５コマ／秒の間隔にてフラッシュ発光され、白色ＬＥＤ２４１Ｂのフラッシュ発光に同期して、透過波長選択フィルタ２４３Ｂは駆動制御部２２６により印加電流などを変化させるようになっている。これにより、実施例８のカプセル型内視鏡は、上記実施例７と同様な効果を得ることができる。
（実施例９）
図３９は実施例９のカプセル型内視鏡の照明基板及び撮像部前面側を示す正面図であり、図４０は図３９のＡ−Ｏ−Ｂ線に沿った断面図である。
【０１６６】
本実施例では狭帯域のバンド光を発光する発光部２４２として単色のＬＥＤを用いると共に、白色光を発光する発光部２４１として単色のＬＥＤの前面に蛍光体を設けて白色光を発生するように構成する。それ以外の構成は上記実施例７と同様であるので説明を省略し、同一構成には同じ符号を付して説明する。
【０１６７】
すなわち、図３９に示すように実施例９のカプセル型内視鏡は、撮像部２２７の周囲に単色のＬＥＤ２６１を設けると共に、単色のＬＥＤ２６１の前面側に蛍光体を設けて白色光を発生するように形成した白色ＬＥＤ２６２を設けた照明部２８Ｃにより構成されている。
【０１６８】
図４０に示すように照明部２２８Ｃは、照明基板２２０に単色のＬＥＤ２６１として例えば、青色光ＬＥＤ２６３を設けると共に、この青色光ＬＥＤ２６３の前面側に蛍光体２６４を設けて白色光を発生するように形成した白色ＬＥＤ２６２を設けている。
【０１６９】
撮像部２２７は図４１に示すような２眼式の対物ユニット３５０A、３５０Bで構成されていても良い。対物ユニット３５０Aは、１００°以上の観察視野角を有し、生体組織の像を撮像素子ユニット３５１の撮像面３５１Bに結像させる。また、対物ユニット３５０Bは、被写体の近接像をモニターなどの表示画面上で２００倍程度に拡大表示できる観察倍率を有し、生体組織に発生した腫瘍などの病変のpit pattern を明瞭に描出することが可能である。対物ユニット３５０Bの観察視野角は６０°未満に設定されており、対物ユニット３５０Aの観察視野に含まれるように配置されている。対物ユニット３５０Bは、観察視野内の生体組織の拡大像を撮像素子ユニット３５１の撮像面３５１Bに結像させる。なお、撮像素子ユニット３５１の撮像面３５０Bはカバーガラス３５１Aで保護されている。
【０１７０】
本実施例のカプセル型内視鏡によれば、広角な観察視野をもつ対物ユニット３５０Aにより撮像した画像を元にして、注目部位を決定し、その注目部位を対物ユニット３５０Bにより拡大して撮像することにより、正確に注目部位の特徴を把握することができる。このとき、単色のLED２６１によって照明を行うことにより、NBIの画像を取得し、その部位の診断に必要な情報を抽出することができる。
【０１７１】
例えば、対物ユニット３５０Aの視野に捉えられた病変と疑われる部位（以下「着目部位」と呼ぶ）に対して更に詳細な情報を取得する場合には、対物ユニット３５０Aの被写界深度の遠点位置から中間位置までの間で着目部位を捉え、対物ユニット３５０Bの視野に入るようにカプセル型内視鏡の姿勢を制御する。このとき、着目部位を自動追尾して対物ユニット３５０Bの視野に導く動作を自動的に行う機能を、パーソナルコンピュータに内蔵されるカプセル型内視鏡の制御回路に持たせることもできる。
【０１７２】
このような機能を備えたカプセル型内視鏡システムの場合、観察者がモニタに表示される観察画像を見ながら、同じ画面上に表示されたカーソルを観察画像上の着目部位に重ねる等の動作により、自動追尾目標を指定することで、自動追尾機能がスタートするようにしてもよい。そして、自動追尾中にモニタ上で着目部位と対物ユニット３５０Ｂの視野が重なったときに、白色ＬＥＤ２６２が消灯し、単色光ＬＥＤ２６１が点灯するように設定してもよい。
【０１７３】
なお、本発明は、以上述べた実施例のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。例えば、撮像手段は、ＣＭＯＳイメージャの代わりにＣＣＤイメージャを用いても当然良いし、ＬＥＤの数や配置は適宜変更可能であり、リング状形状のＬＥＤを用いても当然良い。また、撮像手段や対物光学系を複数具備しているものや、経肛門的に挿入して誘導手段により盲腸まで逆走させて検査するようなカプセル型内視鏡に適用しても当然良い。
【図面の簡単な説明】
【０１７４】
【図１】本発明の実施例１にかかるカプセル型内視鏡を示す図で、(a)はカプセル型内視鏡の概略構成を示す光軸に沿う断面図、(b)は対物光学系と照明光学系の配置を示す説明図である。
【図２】実施例１のカプセル型内視鏡を用いた画像を表示するカプセル型内視鏡システムの構成を示す概念図である。
【図３】実施例１のカプセル型内視鏡における出射角に対する照明光の強度分布を示すグラフである。
【図４】(a)は実施例１のカプセル型内視鏡における対物光学系の構成を示す光軸に沿う断面図、(b)は(a)の対物光学系の歪曲収差を表す収差図である。
【図５】均一な面光源を観察した場合における対物光学系の視野角に対する照度特性を示すグラフである。
【図６】実施例１のカプセル型内視鏡で白色円筒の内壁を撮像した場合における対物光学系の視野角に対する撮像素子面上での照度特性を示すグラフである。
【図７】実施例１で使用している管腔状構造を示す模式図であり、カプセルの長手方向の中心軸と管腔状構造の中心軸が一致した状態を示した図である。
【図８】(a)は従来の内視鏡で使用されている対物光学系の構成を示す光軸に沿う断面図、(b)は(a)の対物光学系の歪曲収差を表す収差図である。
【図９】均一な面光源を観察した場合における図８の対物光学系の照度特性を示すグラフである。
【図１０】図８の対物光学系をカプセル型内視鏡に用いて、白色円筒の内壁を撮像した場合における撮像素子の撮像面上での照度特性を示すグラフである。
【図１１】図１１は実施例２のカプセル型内視鏡における対物光学系の構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図１２】均一な面光源を観察した場合における対物光学系の視野角に対する照度特性を示すグラフである。
【図１３】実施例２のカプセル型内視鏡で白色円筒の内壁を撮像した場合における対物光学系の視野角に対する撮像素子の撮像面上での照度特性を示すグラフである。
【図１４】実施例３のカプセル型内視鏡の概略構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図１５】実施例３のカプセル型内視鏡における照明手段の光出射角に対する照明光の強度分布を示すグラフである。
【図１６】実施例３のカプセル型内視鏡における対物光学系の構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図１７】実施例３のカプセル型内視鏡で白色円筒の内壁を撮像した場合における対物光学系の視野角に対する撮像素子の撮像面上での照度分布特性を示すグラフである。
【図１８】対物光学系の視野角に対する上記白色円筒を撮像したときの撮像面上の照度比を概念的に示すグラフである。
【図１９】実施例３のカプセル型内視鏡において、対物光学系の最も物体側の面から５０mm前方に置かれた球面状物体の物体面上での照度分布を示す図である。
【図２０】球面上物体とカプセル型内視鏡の位置関係を示す図である。
【図２１】実施例４のカプセル型内視鏡の先端側を示す拡大図である。
【図２２】実施例４の照明部の配置構成を示す断面図である。
【図２３】実施例４の照明部の配置構成の変形例を示す断面図である。
【図２４】実施例５のカプセル型内視鏡の先端部を拡大し、対物光学系の観察視野とLEDの照明範囲の関係を示す断面図である。
【図２５】実施例５の透明カバーを取り除いた状態で物体側からカプセル型内視鏡を見たときの照明手段の配置状態を示した図である。
【図２６】バンドパスフィルターの透過特性を示す図である。
【図２７】実施例６のカプセル型内視鏡の先端側を示す拡大図である。
【図２８】実施例６の変形例のカプセル型内視鏡の先端側を示す拡大図である。
【図２９】実施例７のカプセル型内視鏡の内部構成を示す図である。
【図３０】白色光を発光する発光部２４１が消灯状態にあり、狭帯域のバンド光を発光する別の発光部２４２が点灯状態にあるときの様子を示す図である。
【図３１】発光部の構成を示す図である。
【図３２】各発光部の配置を示す図である。
【図３３】消化管内壁を観察するカプセル型内視鏡システムの一例を示す説明図である。
【図３４】モニター画面への画像表示例を示す図である。
【図３５】モニター画面への別の画像表示例を示す図である。
【図３６】モニター画面へのさらに別の画像表示例を示す図である。
【図３７】実施例８のカプセル型内視鏡の照明部に用いられる白色ＬＥＤの照明光の分光強度特性を示す図である。
【図３８】実施例８のカプセル型内視鏡に用いられる照明部及び撮像部の構造を示す図である。
【図３９】実施例９のカプセル型内視鏡の照明基板及び撮像部前面側を示す正面図である。
【図４０】図３９のＡ−Ｏ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４１】実施例９のカプセル型内視鏡に使用される撮像部の例を示す図である。
【符号の説明】
【０１７５】
１  対物光学系
２  チップ型ＬＥＤ
３  透明カバー
３７  対物光学系レンズ枠
３８  ＣＭＯＳチップ
３９  ボタン型電池
４０  電気基板
４１  アンテナユニット
４２  外装カバー
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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