(57)【要約】【課題】極細径化を妨げることなく、簡単に関心領域（ＲＯＩ）に視野を向けることを可能とする。【解決手段】内視鏡１０の先端部２０は、挿入部１３の軸に対して下側に曲げられている。イメージガイド３１の入射端と対面し、該入射端に被観察部位の像を取り込むための観察窓２５は、先端部２０の先端面２０ａの、先端部２０が曲げられた下側と逆の上側に配されている。また、処置具の先端が出し入れされる鉗子出口２６は、先端部２０が曲げられた下側と同じ側に配されている。イメージガイド３１の観察視野は下側に指向する。下側の被観察部位を捉え易くなる。【選択図】図３
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【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り、内視鏡の挿入部に挿通されるイメージガイドであり、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、該入射端を周期的にシフト動作させる圧電素子と、
シフト動作に同期して前記イメージガイドの出射端からの像を複数回撮像し、一つの合成画像の生成に供するイメージセンサと、
挿入部の軸に対して曲げられた先端部とを備えることを特徴とする内視鏡。
【請求項２】
前記イメージガイドの入射端と対面し、該入射端に被観察部位の像を取り込むための観察窓を備え、
前記観察窓は、前記先端部の先端面において、前記先端部が曲げられた側と逆側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
【請求項３】
処置具の先端が出し入れされる鉗子出口を備え、
前記鉗子出口は、前記先端部の先端面において、前記先端部が曲げられた側と同じ側に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内視鏡。
【請求項４】
前記先端部を曲げられた状態とストレートな状態との間で変位させるアクチュエータを備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の内視鏡。
【請求項５】
前記アクチュエータは、圧電アクチュエータ、静電アクチュエータ、形状記憶合金、流体アクチュエータ、高分子アクチュエータのうちいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージガイドの入射端をシフトさせるシフト機構を有する内視鏡に関する。
【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】
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。
【０００８】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６０−０５３９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本出願人は、イメージガイドの入射端を圧電素子で周期的にシフトさせ、このシフト動作に同期して複数回撮像し、シフト量の情報等を加味しつつ、得られた複数の画像から一つの合成画像を生成することで、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した内視鏡システムの開発を検討している。
【００１１】
しかしながら、本出願人が検討している内視鏡は、極細径化を達成するために内視鏡先端部の湾曲機能（湾曲駒や操作ワイヤ等）を省いている。また、本出願人が検討している内視鏡は細管部の観察用なので、内視鏡外表面と管壁との間にスペースがなく、先端部の姿勢を変えることが難しい。このため、細管部の管壁にある関心領域（ＲＯＩ）に視野を向けるために手技に手間取り、結果として患者に負担が掛かるおそれがあった。
【００１２】
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、極細径化を妨げることなく、簡単にＲＯＩに視野を向けることを可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、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り、内視鏡の挿入部に挿通されるイメージガイドであり、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、該入射端を周期的にシフト動作させる圧電素子と、シフト動作に同期して前記イメージガイドの出射端からの像を複数回撮像し、一つの合成画像の生成に供するイメージセンサと、挿入部の軸に対して曲げられた先端部とを備えることを特徴とする。
【００１４】
前記イメージガイドの入射端と対面し、該入射端に被観察部位の像を取り込むための観察窓を、前記先端部の先端面において、前記先端部が曲げられた側と逆側に配置することが好ましい。また、処置具の先端が出し入れされる鉗子出口を、前記先端部の先端面において、前記先端部が曲げられた側と同じ側に配置することが好ましい。
【００１５】
前記先端部を曲げられた状態とストレートな状態との間で変位させるアクチュエータを備えることが好ましい。前記アクチュエータは、例えば人工筋肉やＭＥＭＳを代表とする微小アクチュエータであり、具体的には圧電アクチュエータ、静電アクチュエータ、形状記憶合金、流体アクチュエータ、高分子アクチュエータ等である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、挿入部の軸に対して先端部を曲げるので、極細径化を妨げることなく、簡単にＲＯＩに視野を向けることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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】内視鏡先端部の構成を示す斜視図である。
【図４】内視鏡先端部周辺の断面図である。
【図５】シフト機構の構成を示す斜視図である。
【図６】イメージガイドの光ファイバ束を示す平面図である。
【図７】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８】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９】シフトの仕方の例を示す説明図である。
【図１０】コア一本の移動軌跡を示す説明図である。
【図１１】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】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１４】観察窓の配置によるイメージガイドの観察視野の相違を説明する図である。
【図１５】内視鏡先端部にアクチュエータを設けた例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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４参照）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。
【００２０】
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４参照）を介して内視鏡１０に給電を行い、シフト機構３２（図４参照）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４参照）で伝達された被観察部位の像を、内蔵のＣＣＤ５８Ｒ、５８Ｇ、５８Ｂ（図７参照、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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４参照）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。
【００２３】
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。
【００２４】
図３において、先端部２０は、観察窓２５が鉗子出口２６の側（図２の下側）に向くよう、挿入部１３の軸に対して角度α分曲げられている。角度αは例えば５°〜３０°である。後述するイメージガイド３１の観察視野は、これにより前方ではなく下側に常時指向する。従って、観察窓２５の側（図２の上側）よりも、下側の被観察部位を捉え易くなる。
【００２５】
図４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。
【００２６】
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６参照）。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。
【００２７】
図５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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
図６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。
【００３５】
図７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。
【００３６】
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。ＣＣＤ５８の上下は、図２の上下と一致しており、従ってＣＣＤ５８で得られる体内画像の上下も図２の上下と一致している。なお、ＣＣＤの代わりにＣＭＯＳイメージセンサを用いてもよい。
【００３７】
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８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。
【００３８】
図７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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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１１参照）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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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９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。
【００５１】
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１０（ａ）に示す菱形状の移動軌跡を辿る。
【００５２】
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１０（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。
【００５３】
図１１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。
【００５４】
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、図８に示すイメージガイド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、ピッチ、像８０と画素８１の位置関係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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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、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。合成時に各画像Ｇ０〜Ｇ３や合成画像Ｇｃに対して画素補間を施してもよい。
【００５９】
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。
【００６０】
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、シフト情報８５の像８０と画素８１の位置関係を元に、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し、上記の画素補間等を行う。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
図１３において、シフト撮影モードが選択された場合（Ｓ１０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。
【００６６】
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（Ｓ１１）。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（Ｓ１２）。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、Ｓ１１、Ｓ１２の処理が繰り返される（Ｓ１３でｎｏ）。
【００６７】
一周期のシフト動作が終了すると（Ｓ１３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（Ｓ１４）。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（Ｓ１５）。一方、通常撮影モードが選択された場合は、Ｓ１２の撮影は行われるが、Ｓ１１、Ｓ１４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（Ｓ１６でｙｅｓ）まで繰り返される。
【００６８】
以上説明したように、内視鏡１０の先端部２０を挿入部１３の軸に対して曲げるので、極細径化の妨げとなる湾曲機能等の特別な機能を設けることなく、所望の被観察部位にイメージガイド３１の観察視野を向けることができる。
【００６９】
先端部２０が挿入部１３の軸に対して曲げられていない（先端部２０が挿入部１３の軸に対してストレートである）と、イメージガイド３１の観察視野は常時前方を向いている。この場合、挿入部１３の軸に対してある角度をもった特定の方向に存在する関心領域（ＲＯＩ）に観察視野を向けるためには、挿入部１３毎特定の方向に向ける必要がある。本例のように、先端部２０が挿入部１３の軸に対して曲げられていると、イメージガイド３１の観察視野は前方以外の下側に指向する。このため、挿入部１３を手元で軸回りに回転させるだけで、上記特定の方向に存在するＲＯＩに観察視野を向けることができる。
【００７０】
また、観察対象の細管部と挿入部１３の径が同じ、または細管部が挿入部１３の径よりも狭い場合には、先端部２０を曲げたことで、細管部の管壁に対して鉤の手のような取っかかりとなるため、先端部２０の管壁への固定がし易くなる。
【００７１】
図１４（Ｂ）において、先端部２０の下側と細管部Ｓの管壁が接し、該管壁を上から見下ろすように観察する場合、先端部２０が曲げられた図２の下側と同じ側（鉗子出口２６がある側）に観察窓２５を配すると、イメージガイド３１の観察視野を一点鎖線で示すように、殆ど真下の管壁が映って視界が限定されてしまう。対して、本例の如く先端部２０が曲げられた図２の下側と逆の上側に観察窓２５を配すれば、同図（Ａ）に示すように、真下の管壁だけでなく前方の細管部Ｓも観察することができる。
【００７２】
また、図１４（Ａ）に示すシチュエーションでは、先端部２０が曲げられた側である図２の下側に鉗子出口２６があり、鉗子出口２６と細管部Ｓの管壁の距離が短くなるため、処置具の出し入れ量が少なくて済み、処置具を用いた手技がし易くなる。また、上側が観察窓２５、下側が鉗子出口２６という配置は、現在市販されている一般的な内視鏡と同じであるため、術者に違和感を与えることもない。
【００７３】
なお、観察窓２５は、先端面２０ａを左右の線で二分した上側の領域にあればよく、同様に鉗子出口２６も先端面２０ａを左右の線で二分した下側の領域にあればよい。従って、本例のように観察窓２５と鉗子出口２６が同一直線上に並んでいる必要はなく、中心から偏った位置に設けられていてもよい。
【００７４】
内視鏡１０を体内に挿入する際や体内から抜去する際には、先端部２０が曲がっていると管壁に引っ掛かる等してかえってやり難い。そこで、図１５に示すように、先端部２０と挿入部１３の継ぎ目を弾性部９０とし、弾性部９０内にアクチュエータ９１を設けて、先端部２０を実線で示す曲げられた状態と点線で示すストレートな状態との間で変位させてもよい。
【００７５】
アクチュエータ９１は、例えば人工筋肉やＭＥＭＳを代表とする微小アクチュエータであり、具体的には圧電アクチュエータ、静電アクチュエータ、形状記憶合金、流体アクチュエータ、高分子アクチュエータ等である。静電アクチュエータは、例えばシリコーンゴム等の誘電エラストマーを、炭素微粒子を混ぜた高分子材料からなる電極で挟み、電極間に電圧を印加したときに電極間で発生する静電力によって、電界方向と垂直な方向に誘電エラストマーを伸縮させるものである。流体アクチュエータは、例えば生理食塩水、水、空気、窒素、またはアルゴンやヘリウムなどの希ガスといった流体をマイクロポンプ等で可動部に注入、または可動部から排出することで変位を得る。
【００７６】
この場合、アクチュエータ９１を駆動するための操作スイッチを操作部１４に設ける。術者は、内視鏡１０の挿入時または抜去時は、操作スイッチを操作してアクチュエータ９１を駆動させ、先端部２０を点線で示すストレートな状態とする。被観察部位を観察する際には、角度α内で先端部２０を曲げ、イメージガイド３１の観察視野をＲＯＩに向ける。
【００７７】
アクチュエータ９１による先端部２０の変位量は、角度α分あればよい。このため、上下左右に先端部２０を曲げる湾曲機能よりも簡単な構成、且つ小型のアクチュエータ９１で済む。従って、挿入部１３の太径化を極力避けることができる。
【００７８】
内視鏡１０の挿入時または抜去時に、アクチュエータ９１を連続的に動かして、先端部２０を曲げられた状態とストレートな状態との間で周期的に揺動させれば、先端部２０が細管部内を移動するための推進力とすることも可能である。これに加えて、あるいは代えて、内視鏡１０の挿入時または抜去時にシフト機構３２を駆動させてイメージガイド３１をシフト動作させることで、先端部２０の推進力としてもよい。
【００７９】
シフト機構の構成は、円柱状に限らない。例えば四角柱状でもよい。この場合はイメージガイドを四角筒状の保持筒に内挿固定し、保持筒の四辺にそれぞれ電極を形成する。そして、上下左右に保持筒毎イメージガイドをシフト動作させる。例えば、初期位置から９０°左方向に√３／４Ｐ分シフトさせ、一回シフトの位置に移動させる。そして、初期位置に戻してから９０°下方向に１／４Ｐ分シフトさせ、二回シフトの位置に移動させる。二回シフトの位置から再度初期位置に戻した後、順次右方向、上方向にシフトさせ、再び初期位置に戻す。こうすることで、コア５０は十字状の移動軌跡を辿る。なお、この場合は校正チャートを上下、左右方向の二種類用意し、校正チャート１０１と同様に、黒白各領域の幅を初期位置から上下、左右へのシフト量の定数倍とすればよい。
【００８０】
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。シフト量の校正をする場合も同様である。
【００８１】
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。
【００８２】
なお、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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
なお、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。
【００８６】
また、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。
【００８７】
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。
【００８８】
あるいは、例えば四回シフトの場合に、同じシフト周期の画像Ｇ０〜Ｇ３で合成画像Ｇｃを生成した後、その画像Ｇ１〜Ｇ３と次のシフト周期の画像Ｇ０から合成画像Ｇｃを生成するというように、画像の組み合わせを一画像ずつずらして、Ｇ０〜Ｇ３の画像のうちの一番古い画像を新しく得られた画像に順次置き換えながら合成画像Ｇｃを生成してもよい。こうすれば、クロック信号の周期を変化させたりする制御の面倒が省け、しかもフレームレートの低下を防ぐことができる。
【００８９】
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。
【００９０】
また、照明用の光源として中心波長４４５ｎｍの青色レーザ光源を用い、青色レーザ光源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波長変換部材をライトガイド２７の光出射側に配置して、レーザ光と励起光を合成した高輝度な白色光を照明光として照射してもよい。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。
【００９１】
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】
【００９２】
２  内視鏡システム
１０  内視鏡
１１  プロセッサ装置
１２  光源装置
１３  挿入部
２０  先端部
２０ａ  先端面
２５  観察窓
２６  鉗子出口
２７  ライトガイド
３１  イメージガイド
３２  シフト機構
３５  圧電素子
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
６５  デジタル信号処理回路（ＤＳＰ）
６５ａ  画像合成部
６８  操作部
８０  像
８１  画素
８５  シフト情報
９１  アクチュエータ
【図１】
2011050543.tif 000003
【図２】
2011050543.tif 000004
【図３】
2011050543.tif 000005
【図４】
2011050543.tif 000006
【図５】
2011050543.tif 000007
【図６】
2011050543.tif 000008
【図７】
2011050543.tif 000009
【図８】
2011050543.tif 000010
【図９】
2011050543.tif 000011
【図１０】
2011050543.tif 000012
【図１１】
2011050543.tif 000013
【図１２】
2011050543.tif 000014
【図１３】
2011050543.tif 000015
【図１４】
2011050543.tif 000016
【図１５】
2011050543.tif 000017