(57)【要約】【課題】内視鏡の挿入部の太径化を極力避けつつ、照明光の出射端から被観察部位までの距離および照明光の照射角度を測定する。【解決手段】内視鏡１０は、光源４０ｂからの赤外光を伝搬するライトガイド２２ｂ、光源４０ｃからの測定光を伝搬するライトガイド２２ｃ、および測定光の投影パターンを撮像するＣＣＤ２４ａを有する。画像処理回路３４ａは、ＣＣＤ２４ａからの画像内の投影パターンを抽出し、その大きさを算出して、赤外光の出射端から被観察部位までの距離、および被観察部位への照射角度を算出する。ＣＰＵ３０は、算出された距離および照射角度に応じて、光源４０ｂの動作を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被観察部位に照明光を照射する照明光照射手段と、
照明光の出射端から被観察部位までの距離、および照明光の被観察部位への照射角度を測定するための測定光を発するレーザ光源、レーザ光源からの測定光を伝搬するライトガイドを有する測定光照射手段と、
測定光の投影パターンを撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で得られた画像を解析して、投影パターンの大きさを検出し、検出した大きさを元に、距離および照射角度を算出する算出手段とを備えることを特徴とする内視鏡システム。
【請求項２】
照明光は赤外光であることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項３】
前記算出手段で算出した距離および照射角度に応じて、前記照明光照射手段の動作を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の内視鏡システム。
【請求項４】
前記制御手段は、距離および照射角度に関わらず、被観察部位における照明光の照射強度が同じになるように制御することを特徴とする請求項３に記載の内視鏡システム。
【請求項５】
前記制御手段は、前記算出手段で算出した距離が閾値以下になったとき、照明光を消灯させることを特徴とする請求項３または４に記載の内視鏡システム。
【請求項６】
前記測定光照射手段は、前記ライトガイドから出射した測定光を、照明光よりも広がり角が小さい略平行光とする屈折率分布部を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の内視鏡システム。
【請求項７】
測定光は、その光軸に垂直な面に映る投影パターンの外形が略円形状であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の内視鏡システム。
【請求項８】
前記算出手段は、その光軸に垂直な面に映る略円形状の投影パターンの半径、または光軸に対して傾いた面に映る略楕円形状の投影パターンの短軸および長軸を検出することを特徴とする請求項７に記載の内視鏡システム。
【請求項９】
前記測定光照射手段は、照明光の照射範囲外に測定光の照射範囲があるように配されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の内視鏡システム。
【請求項１０】
前記算出手段で算出した距離および照射角度を、体内画像とともにモニタに表示させる表示制御手段を備えることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の内視鏡システム。
【請求項１１】
前記照明光照射手段は、照明光を発するレーザ光源、レーザ光源からの照明光を伝搬するライトガイドを有し、
前記ライトガイドは、その出射端に先細のテーパ部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の内視鏡システム。
【請求項１２】
被観察部位に照射される照明光の出射端から被観察部位までの距離、および照明光の被観察部位への照射角度を測定するためのレーザ光源からの測定光を伝搬するライトガイドと、
測定光の投影パターンを撮像する撮像手段とを備え、
前記撮像手段で得られた画像から投影パターンの大きさが検出され、検出された大きさを元に、距離および照射角度が算出されることを特徴とする内視鏡。
【請求項１３】
被観察部位に照射される照明光の出射端から被観察部位までの距離、および照明光の被観察部位への照射角度を測定するための測定光をレーザ光源から発し、レーザ光源からの測定光をライトガイドで伝搬して、被観察部位に測定光を照射する測定光照射ステップと、
測定光の投影パターンを撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップで得られた画像を解析して、投影パターンの大きさを検出し、検出した大きさを元に、距離および照射角度を算出する算出ステップとを備えることを特徴とする距離・角度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡システム、内視鏡、並びに距離・照射角度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野において、内視鏡を利用した検査が広く普及している。内視鏡検査では、電気メス等の各種処置具を用いた手技を行う。従来、こうした手技を円滑に進めるため、被観察部位までの距離の情報を得たいという要望がある。
【０００３】
他方、粘膜下層部の血管の視認性を高めるため、インドシアニングリーン（ＩＣＧ；Indocyanine green）などの造影剤を被観察部位に注入し、被観察部位に赤外光を照射して観察する内視鏡検査も行われている。赤外光を照明に用いた場合、被観察部位にあたる赤外光の照射強度が体内画像の画質に効いてくる。光の減衰の法則より、光の照射強度は光源からの距離の二乗に反比例する。このため、赤外光観察においては、照射強度を制御するために距離情報を知ることは特に重要である。
【０００４】
さらに、赤外光の照射距離が近くなって照射強度が強くなりすぎると安全上好ましくないので、この点でも距離情報の取得は不可欠である。なぜなら、赤外光を照射して得られる画像は体表面よりも深い下層であり、体表面の様子は画像からは見てとれないので、距離情報を正確に把握しておかないと体表面が損傷するおそれがあるからである。
【０００５】
従来、被観察部位までの距離を測定する方法として、特許文献１に記載の方法が提案されている。特許文献１では、照明用光ファイバの中心（光軸）を外れた位置に測距用レーザの出射端を配置し、照明光の光軸と平行にレーザ光を被観察部位に照射している。
【０００６】
照明光は光軸を中心に広がりをもって被観察部位に照射される。対して、測距用のレーザ光は、照明光の光軸と常に等間隔な位置に照射される。被観察部位までの距離が離れるほど撮像範囲が広まって、相対的にレーザ光の照射位置は画像の中心に近付くから、画像の中心からレーザ光の照射位置がどの程度ずれているかによって被観察部位までの距離を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−２８５５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
内視鏡検査では、照明光の光軸が被観察部位に垂直にあたることは稀で、大体は斜めに入射する。垂直入射と斜入射の場合では、距離は同じでも被観察部位における照明光の単位面積あたりの照射強度が変ってくる。このため、特に照射強度を厳密に制御する必要がある赤外光観察の場合は、距離情報に加えて照射角度の情報も得なければならない。
【０００９】
特許文献１に記載の方法では、照射角度の情報は得られない。また、斜入射の観点がなく、斜入射の場合は距離を正確に測ることができない。
【００１０】
距離や照射角度の情報を得るための機構を追加すると、内視鏡の挿入部が太径化して患者への負担が増すという問題もある。例えば、市販されている超音波距離測定センサは、径が約１０ｍｍであるため、挿入部の大幅な太径化は避けられず、距離情報を得る目的では使用することができない。
【００１１】
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、内視鏡の挿入部の太径化を極力避けつつ、照明光の出射端から被観察部位までの距離および照明光の照射角度を測定することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の内視鏡システムは、被観察部位に照明光を照射する照明光照射手段と、照明光の出射端から被観察部位までの距離、および照明光の被観察部位への照射角度を測定するための測定光を発するレーザ光源、レーザ光源からの測定光を伝搬するライトガイドを有する測定光照射手段と、測定光の投影パターンを撮像する撮像手段と、前記撮像手段で得られた画像を解析して、投影パターンの大きさを検出し、検出した大きさを元に、距離および照射角度を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
照明光は赤外光であることが好ましい。なお、照明光は可視光であってもよいし、赤外光と可視光を切り替えて使用してもよい。
【００１４】
前記算出手段で算出した距離および照射角度に応じて、前記照明光照射手段の動作を制御する制御手段を備えることが好ましい。
【００１５】
前記制御手段は、距離および照射角度に関わらず、被観察部位における照明光の照射強度が同じになるように制御する。また、前記制御手段は、前記算出手段で算出した距離が閾値以下になったとき、照明光を消灯させる。
【００１６】
前記測定光照射手段は、前記ライトガイドから出射した測定光を、照明光よりも広がり角が小さい略平行光とする屈折率分布部を有することが好ましい。
【００１７】
測定光は、その光軸に垂直な面に映る投影パターンの外形が略円形状であることが好ましい。この場合、前記算出手段は、投影パターンの大きさと距離、投影パターンの形状と照射角度がそれぞれ相関をもつことから、投影パターンが略円形状であればその半径、略楕円形状であればその短軸および長軸を検出する。
【００１８】
前記測定光照射手段は、照明光の照射範囲外に測定光の照射範囲があるように配されていることが好ましい。
【００１９】
前記算出手段で算出した距離および照射角度を、体内画像とともにモニタに表示させる表示制御手段を備えることが好ましい。
【００２０】
前記照明光照射手段は、照明光を発するレーザ光源、レーザ光源からの照明光を伝搬するライトガイドを有する。前記ライトガイドは、その出射端に先細のテーパ部が形成されている。
【００２１】
本発明の内視鏡は、被観察部位に照射される照明光の出射端から被観察部位までの距離、および照明光の被観察部位への照射角度を測定するためのレーザ光源からの測定光を伝搬するライトガイドと、測定光の投影パターンを撮像する撮像手段とを備えることを特徴とする。前記撮像手段で得られた画像から投影パターンの大きさが検出され、検出された大きさを元に、距離および照射角度が算出される。
【００２２】
本発明の距離・角度測定方法は、被観察部位に照射される照明光の出射端から被観察部位までの距離、および照明光の被観察部位への照射角度を測定するための測定光をレーザ光源から発し、レーザ光源からの測定光をライトガイドで伝搬して、被観察部位に測定光を照射する測定光照射ステップと、測定光の投影パターンを撮像する撮像ステップと、前記撮像ステップで得られた画像を解析して、投影パターンの大きさを検出し、検出した大きさを元に、距離および照射角度を算出する算出ステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、レーザ光源およびライトガイドを用いて測定光を被観察部位に照射し、その投影パターンを撮像して得た画像を元に照明光の出射端から被観察部位までの距離、および照明光の被観察部位への照射角度を算出するので、内視鏡の挿入部の太径化を極力避けつつ、照明光の出射端から被観察部位までの距離および照明光の照射角度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】内視鏡システムの構成図である。
【図２】内視鏡システムの内部構成を示すブロック図である。
【図３】内視鏡の挿入部の先端部を示す拡大部分断面図である。
【図４】先端部の先端面に平行な被観察部位の面に照射された測定光の像を示す説明図である。
【図５】先端部の先端面に対して傾いた被観察部位の面に照射された測定光の像を示す説明図である。
【図６】画像処理回路の内部構成を示す図である。
【図７】赤外光出力の制御の例を示すグラフである。
【図８】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９】別の実施形態における内視鏡の挿入部の先端部を示す拡大部分断面図である。
【図１０】距離および照射角度を表示する例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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、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。
【００２６】
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を介して内視鏡１０に給電を行う。また、プロセッサ装置１１は、内視鏡１０で得られた被観察部位の像を表す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１８に体内画像として表示される。
【００２７】
図２において、挿入部１３の先端部２０には、二つの観察窓２１ａ、２１ｂ、および三本のライトガイド２２ａ、２２ｂ、２２ｃの出射端が配されている。観察窓２１ａ、２１ｂの奥には、レンズ群やプリズムからなる対物光学系２３ａ、２３ｂを介して、体内撮影用のＣＣＤ２４ａ、２４ｂが設置されている。以下の説明および図面では、添字「ａ」がついた部材は通常光（白色光）用、「ｂ」がついたものは赤外光用、「ｃ」がついたものは測定光用として区別する。
【００２８】
ＣＣＤ２４ａ、２４ｂは、例えばインターライントランスファ型で、プログレッシブスキャンに対応した読み出し方式のＣＣＤイメージセンサからなる。ＣＣＤ２４ａ、２４ｂは、観察窓２１ａ、２１ｂ、対物光学系２３ａ、２３ｂを経由した体内の被観察部位の像が、撮像面に入射するように配置されている。ＣＣＤ２４ａ、２４ｂはそれぞれ、通常光および赤外光の照射による被観察部位の像を撮像する。ＣＣＤ２４ａは可視光域、ＣＣＤ２４ｂは赤外域にそれぞれ撮影感度を有する。
【００２９】
ライトガイド２２ａ〜２２ｃはそれぞれ、光源装置１２からの通常光、赤外光、および測定光を伝達して被観察部位に照射する。
【００３０】
対物光学系２３ａ、２３ｂ、およびライトガイド２２ａ〜２２ｃは、対物光学系２３ａ、２３ｂの光軸Ｌａ、Ｌｂ、およびライトガイド２２ａ〜２２ｃ（から発せられる各光）の光軸ｌａ、ｌｂ、ｌｃが、互いに平行で先端部２０の先端面２５に対して垂直となるように設けられている。各光軸Ｌａ、Ｌｂ、ｌａ、ｌｂ、ｌｃは、先端部２０の先端面２５に平行な被観察部位の面Ｓには垂直（照射角度φ＝０°）に、先端面２５に対して傾いた被観察部位の面Ｓ’には斜めにあたる。
【００３１】
ライトガイド２２ｂ、２２ｃの出射端付近を拡大した図３において、ライトガイド２２ｂの出射端には、先端面２５に向かって径が徐々に細くなるテーパ部５０が形成されている。テーパ部５０は、ライトガイド２２ｂを構成する光ファイバの先端を加熱延伸することで作製される。テーパ部５０は、光軸ｌｂまわりでテーパ角が同一であり、テーパ部５０を輪切りにした円断面の中心と光軸ｌｂが一致する。
【００３２】
ライトガイド２２ｂを構成する光ファイバのテーパ部５０以外のコア径およびクラッド径は、例えば２３０μｍおよび２５０μｍである。ライトガイド２２ｂの出射端（テーパ部５０の先端）におけるコア径およびクラッド径は、例えば４６μｍおよび５０μｍである。上記例では、テーパ部５０のテーパ率（テーパ部５０の先端のコア径／テーパ部５０以外のコア径）は０．２である。
【００３３】
ライトガイド２２ｂは、光透過性を有し、紫外線により硬化する樹脂系の接着剤５１によって先端部２０内に固着されている。接着剤５１は、テーパ部５０の先端面２５側を除いて充填されている。接着剤５１が充填されない部分は、ライトガイド２２ｂの出射端の周面が露呈した、略円環状の凹部５２となっている。
【００３４】
接着剤５１は、ライトガイド２２ｂを構成する光ファイバのクラッドよりも屈折率が低い。例えば、クラッドの屈折率は１．４３以上１．４４以下であり、接着剤５１の屈折率は１．４０以上１．４１以下である。
【００３５】
赤外光は、ライトガイド２２ｂを構成する光ファイバのクラッドに反射しながら、コア内を伝搬する。テーパ部５０では、クラッドに対する赤外光の入射角がテーパ部５０以外の部分よりも小さくなる。このため、赤外光の一部は、テーパ部５０のクラッドに反射せず、クラッド外へと漏れ出す。クラッド外へ漏れ出した赤外光は、接着剤５１に反射しながら、テーパ部５０のコア内を伝搬する。
【００３６】
テーパ部５０のコア内を伝搬した赤外光は、先端面２５から出射する他、凹部５２のライトガイド２２ｂの出射端の露呈部分からも出射する。従って、赤外光の広がり角（遠視野像（先端面２５から１０ｃｍ程度離れた垂直面に映される赤外光の像）における照射強度が最大値の１／２になる出射角度幅、半値全角）θｂおよび開口数（ＮＡ；Numerical Aperture）は、テーパ部５０や凹部５２を設けない場合よりも大きくなる。こうすることで、赤外光の照射範囲をＣＣＤ２４ｂの撮影範囲よりも大きくすることができる。なお、広がり角には水平方向と垂直方向の二つがあるが、赤外光はいずれの方向も同じ広がり角を有し、先端部２０の先端面２５に平行な被観察部位の面Ｓに映される赤外光の投影パターンは略円形状となる。通常光、測定光も同様である。
【００３７】
ライトガイド２２ｃは、ライトガイド２２ｂの直下に配されている。ライトガイド２２ｃは、例えば直径１２５μｍの光ファイバからなる。ライトガイド２２ｃの出射端は、屈折率分布部５３に接続されている。屈折率分布部５３は、光軸中心から外側に向かって屈折率が漸減する、径方向に屈折率分布をもつＧＩファイバまたはＧＲＩＮレンズである。ライトガイド２２ｃで伝搬された測定光は、屈折率分布部５３で略コリメート（平行光化）され、赤外光の広がり角θｂに比して十分に小さい広がり角θｃ（例えば約３°〜６°）で先端面２５から出射される。
【００３８】
図２に戻って、内視鏡１０にはさらに、アナログ信号処理回路（以下、ＡＦＥと略す）２６ａ、２６ｂ、ＣＣＤ駆動回路２７ａ、２７ｂ、およびＣＰＵ２８が設けられている。ＡＦＥ２６ａ、２６ｂ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、ＣＣＤ２４ａ、２４ｂ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、ＣＣＤ２４ａ、２４ｂ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、プロセッサ装置１１から指定されるゲイン（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、ユニバーサルコード１７、プロセッサ用コネクタ１５を介してプロセッサ装置１１に入力される。
【００３９】
ＣＣＤ駆動回路２７ａ、２７ｂは、ＣＣＤ２４ａ、２４ｂ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ＡＦＥ２６ａ、２６ｂ用の同期パルスとを発生する。ＣＣＤ２４ａ、２４ｂは、ＣＣＤ駆動回路２７ａ、２７ｂ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。ＡＦＥ２６ａ、２６ｂの各部は、ＣＣＤ駆動回路２７ａ、２７ｂからの同期パルスに基づいて動作する。
【００４０】
ＣＰＵ２８は、電子内視鏡１０とプロセッサ装置１１とが接続された後、プロセッサ装置１１のＣＰＵ３０からの動作開始指示に基づいて、ＣＣＤ駆動回路２７ａ、２７ｂを駆動させるとともに、ＡＦＥ２６ａ、２６ｂのＡＧＣのゲインを調整する。
【００４１】
ＣＰＵ３０は、プロセッサ装置１１全体の動作を統括的に制御する。ＣＰＵ３０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。ＲＯＭ３１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。ＣＰＵ３０は、ＲＯＭ３１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ＲＡＭ３２に展開し、読み出したプログラムを逐次処理する。また、ＣＰＵ３０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、プロセッサ装置１１のフロントパネル３３やＬＡＮ(Local Area Network)等のネットワークより得て、ＲＡＭ３２に記憶する。
【００４２】
画像処理回路３４ａ、３４ｂは、入力された画像に対して、色補間、ホワイトバランス調整、ガンマ補正、画像強調、画像用ノイズリダクション、色変換等の画像処理を施す。画像処理回路３４ａは、上記画像処理の他に、測定光の解析結果を元に先端面２５から被観察部位までの距離Ｄ（図４参照）および赤外光の照射角度φを算出する。
【００４３】
表示制御回路３５は、ＣＰＵ３０からＲＯＭ３１およびＲＡＭ３２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）等がある。表示制御回路３５は、画像処理回路３４ａ、３４ｂ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１８の表示画面への描画処理等の各種表示制御処理を施す。
【００４４】
表示制御回路３５は、画像処理回路３４ａ、３４ｂからの画像を一時的に格納するフレームメモリを有する。表示制御回路３５は、フレームメモリから画像を読み出し、読み出した画像をモニタ１８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１８に体内画像が表示される。
【００４５】
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、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ＣＰＵ３０と接続されている。
【００４６】
光源装置１２は、光源４０ａ、４０ｂ、４０ｃを有する。光源４０ａは、通常光として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４０ｂは、赤外光として、例えば、７５０ｎｍ〜２５００ｎｍのうちの狭帯域な波長帯の光、いわゆる近赤外光を発生する、出力１００ｍＷ以上の半導体レーザ等である。光源４０ｃは、測定光として、例えば、５００ｎｍ付近にのみ光強度を有する青色の光を発生する半導体レーザ等である。
【００４７】
光源４０ａ〜４０ｃは、光源ドライバ４１ａ、４１ｂ、４１ｃによってそれぞれ駆動される。集光レンズ４２ａ、４２ｂ、４２ｃは、光源４０ａ〜４０ｃから発せられた各光を集光して、ライトガイド２２ａ〜２２ｃの入射端にそれぞれ導光する。ＣＰＵ４３は、プロセッサ装置１１のＣＰＵ３０と通信し、光源ドライバ４１ａ〜４１ｃの動作制御を行う。
【００４８】
内視鏡システム２には、通常光を使用した通常撮影モードと、赤外光を使用した赤外撮影モードとが用意されている。赤外撮影モードでは、インドシアニングリーン（ＩＣＧ；Indocyanine green）などの造影剤を被観察部位に注入し、粘膜下層部の血管を観察する。各モードの切り替えは、例えばプロセッサ装置１１のフロントパネル３３を操作することにより行われる。
【００４９】
通常撮影モードが選択された場合、ＣＰＵ３０は、ＣＣＤ２４ａやその後段のＡＦＥ２６ａ、画像処理回路３４ａ等を駆動させる。また、ＣＰＵ４３を介して光源ドライバ４１ａ〜４１ｃの駆動を制御して、光源４０ａを点灯、他の光源４０ｂ、４０ｃを消灯させる。被観察部位に照射される照明光は通常光のみとなる。また、当然ながらモニタ１８には、体内画像として通常光による画像のみが表示される。
【００５０】
一方、赤外撮影モードが選択された場合、ＣＰＵ３０は、ＣＣＤ２４ｂ、ＡＦＥ２６ｂ、画像処理回路３４ｂ等も駆動させ、且つ全光源４０ａ〜４０ｃを点灯させる。被観察部位に照射される照明光は通常光、赤外光、および測定光となる。この場合、モニタ１８には、表示制御回路３５によって通常光と赤外光による画像が二画面表示される。
【００５１】
図４において、先端部２０の先端面２５に平行な被観察部位の面Ｓには、測定光の投影パターンＱは略円形状で映る。Ｐ０は測定光の発光点、Ｐは発光点Ｐ０から面Ｓに引いた垂線、つまり光軸ｌｃと面Ｓとの交点であり、投影パターンＱの円中心である。Ｒは投影パターンＱの半径であり、例えば２．５ｍｍ〜５ｍｍ（距離Ｄ＝１００ｍｍのとき）である。測定光の照射範囲は、投影パターンＱを底面、Ｐ０を頂点、距離Ｄを高さとする円錐状である。
【００５２】
投影パターンＱは、先端面２５（発光点Ｐ０）から被観察部位（点Ｐ）までの距離Ｄが離れると大きさが増し、距離Ｄが近付くと小さくなる。距離Ｄは、測定光の広がり角θｃと投影パターンＱの半径Ｒを用いて、次式（１）で求められる。
Ｄ＝Ｒ／ｔａｎ（θｃ／２）・・・（１）
【００５３】
測定光の広がり角θｃは、距離Ｄと投影パターンＱの半径Ｒを実測して、式（１）に代入すれば容易に求められる。あるいは、光源４０ｃ、ライトガイド２２ｃ、屈折率分布部５３の仕様を元に広がり角θｃを求めてもよい。このように、広がり角θｃは既知の値とすることができるため、投影パターンＱの半径Ｒさえ分れば、距離Ｄを算出することが可能である。
【００５４】
図５において、先端面２５に対して傾いた被観察部位の面Ｓ’には、測定光の投影パターンＱ’は略楕円形状で映る。投影パターンＱ’は、測定光の照射範囲を示す円錐を斜めに切り取った切り口に相当する。投影パターンＱ’の中心は投影パターンＱと同じく点Ｐ、短軸は投影パターンＱの半径と同じくＲ、長軸はＲ’である。投影パターンＱ’の中心は、厳密には点Ｐではなく多少ずれるが、θｃが極めて小さいため、ずれを無視できるとして点Ｐに近似する。このとき、測定光の照射角度φは、次式（２）で求められる。
φ＝ｃｏｓ−１（Ｒ／Ｒ’）・・・（２）
【００５５】
測定光の照射角度φは、式（２）より、投影パターンＱ’の長軸と短軸が分れば求められる。距離Ｄは、面Ｓの場合と同じく式（１）で求められる。なお、面Ｓ、Ｓ’に凹凸があった場合は投影パターンＱ、Ｑ’に歪みが生じるが、投影パターンの大きさが例えば半径または短径２．５ｍｍ〜５ｍｍと非常に小さいため、凹凸による歪みは無視する。
【００５６】
図６において、赤外撮影モードが選択された場合、画像処理回路３４ａには、測定光抽出部６０、大きさ算出部６１、および距離・角度算出部６２が構築される。
【００５７】
測定光抽出部６０は、周知の画像認識技術を用いて、ＡＦＥ２６ａから入力された画像内の測定光の投影パターンを抽出する。測定光抽出部６０は、測定光の色である青色の画素成分を抜き出し、抜き出した青色画素成分のうち、他の部分よりも値が大きく、且つ略円形状または略楕円形状で凝集している部分を測定光の投影パターンとして抽出する。体内は大部分が赤色であるため、青色の測定光があたった部分は比較的簡単に抽出することが可能である。
【００５８】
大きさ算出部６１は、測定光抽出部６０で抽出された測定光の投影パターンの大きさ（半径または短軸Ｒ、長軸Ｒ’）を算出する。ここで算出される測定光の投影パターンの大きさの単位は画素数である。距離・角度算出部６２は、大きさ算出部６１で算出された各値を式（１）、（２）に代入して、画素数ベースの距離Ｄと、照射角度φを算出する。測定光の広がり角θｃは前述の通り既知であるため、式（１）に代入されるのは半径または短軸Ｒのみである。なお、画素数ベースの測定光の投影パターンの大きさと実寸との関係を予め測定しておき、実寸の距離Ｄを算出しても構わない。
【００５９】
光の減衰の法則より、赤外光の被観察部位への照射強度は、距離Ｄが離れるに従って急激に低下する。また、照射角度φが大になる程、赤外光の被観察部位への単位面積あたりの照射強度が下がる。さらには、距離Ｄがある閾値以下となると、赤外光による悪影響を被観察部位に与えてしまう。これらの事情および距離・角度算出部６２の算出結果を踏まえて、ＣＰＵ３０は、ＣＰＵ４３を介して光源４０ｂの駆動を制御する。
【００６０】
図７に例示するように、ＣＰＵ３０は、赤外光の照射強度の減衰を補って、照射強度が距離Ｄに関わらず一定となるよう、距離Ｄが大きくなるに連れて光源４０ｂの出力（赤外光出力）を急増させる。また、ＣＰＵ３０は、照射角度φが大になるに連れて、距離Ｄに対する赤外光出力の変化量を増やす。さらに、ＣＰＵ３０は、距離Ｄが閾値Ｄｌｉｍ以下となったときに、光源４０ｂを消灯させる。
【００６１】
図７に例示する赤外光出力の制御情報は、データテーブルや関数の形で予めＲＯＭ３１に記憶されている。ＣＰＵ３０は、制御情報をＲＯＭ３１から読み出し、この制御情報と距離・角度算出部６２の算出結果に応じた制御信号をＣＰＵ４３に送信する。ＣＰＵ４３は、ＣＰＵ３０からの制御信号に従って光源ドライバ４１ｂを通して光源４０ｂの駆動を制御する。
【００６２】
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、フロントパネル３３等を操作して、患者に関する情報等を入力し、検査開始を指示する。
【００６３】
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からの通常光または赤外光で体内を照明しながら、ＣＣＤ２４ａまたはＣＣＤ２４ｂによる体内画像をモニタ１８で観察する。
【００６４】
ＣＣＤ２４ａ、２４ｂから出力された撮像信号は、ＡＦＥ２６ａ、２６ｂの各部で各種処理を施された後、プロセッサ装置１１の画像処理回路３４ａ、３４ｂに入力される。画像処理回路３４ａ、３４ｂでは、入力された撮像信号に対して各種画像処理が施され、画像が生成される。画像処理回路３４ａ、３４ｂで処理された画像は、表示制御回路３５に入力される。表示制御回路３５では、ＣＰＵ３０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、体内画像がモニタ１８に表示される。
【００６５】
図８において、赤外撮影モードが選択された場合（Ｓ１０でＹＥＳ）、ＣＣＤ２４ｂ、ＡＦＥ２６ｂ、画像処理回路３４ｂ等が駆動され、且つ全光源４０ａ〜４０ｃが点灯される（Ｓ１１）。また、画像処理回路３４ａに測定光抽出部６０、大きさ算出部６１、および距離・角度算出部６２が構築される。
【００６６】
通常光による像および赤外光の投影パターンがＣＣＤ２４ａ、２４ｂによって撮像され（Ｓ１２）、ＡＦＥ２６ａ、２６ｂ、画像処理回路３４ａ、３４ｂの各部を経て、表示制御回路３５によりモニタ１８に通常光と赤外光による画像が二画面表示される。
【００６７】
このとき、画像処理回路３４ａでは、測定光抽出部６０によってＡＦＥ２６ａから入力された画像より、測定光の投影パターンが抽出される（Ｓ１３）。次いで、大きさ算出部６１によって測定光抽出部６０で抽出された投影パターンの大きさが算出される（Ｓ１４）。そして、距離・角度算出部６２によって距離Ｄおよび照射角度φが算出される（Ｓ１５）。
【００６８】
ＣＰＵ３０は、距離・角度算出部６２の算出結果を受けて、赤外光の照射強度が距離Ｄおよび照射角度φに関わらず一定となるよう、ＣＰＵ４３を介して赤外光出力を制御する（Ｓ１７）。また、距離Ｄが閾値Ｄｌｉｍ以下となったとき（Ｓ１６でＹＥＳ）、ＣＰＵ３０は、光源４０ｂを消灯させる（Ｓ１８）。これら一連の処理は、検査終了が指示されるか（Ｓ１９でＹＥＳ）、通常撮影モードが選択されるまで（Ｓ１０でＮＯ）続けられる。
【００６９】
通常撮影モードが選択された場合（Ｓ１０でＮＯ）は、ＣＣＤ２４ｂ、ＡＦＥ２６ｂ、画像処理回路３４ｂ等は駆動されない。光源４０ａのみが点灯され、被観察部位には通常光のみが照射される。また、通常光による画像のみがモニタ１８に表示される。
【００７０】
以上説明したように、光源４０ｃおよびライトガイド２１ｃで測定光を被観察部位に照射して、その投影パターンをＣＣＤ２４ａで撮像し、得られた画像を解析して測定光の投影パターンの大きさを算出した結果に基づき距離Ｄおよび照射角度φを求めるので、挿入部１３を太径化することなく、距離Ｄおよび照射角度φの情報を取得することができる。
【００７１】
距離Ｄおよび照射角度φに応じて、赤外光の照射強度が一定となるよう赤外光出力を制御するので、距離Ｄや照射角度φに関係なく、常に一定の照射条件で赤外撮影モードを実施することができる。また、距離Ｄが閾値Ｄｌｉｍ以下となったときに、光源４０ｂを消灯させるので、赤外光による悪影響を被観察部位に与えることがなく、安全性を確保することができる。
【００７２】
上記実施形態では、光軸ｌｂ、ｌｃが平行になるようにライトガイド２１ｂ、２１ｃを配置しているが、光軸ｌｂ、ｌｃは必ずしも平行でなくてもよい。ＣＣＤ２４ａの撮影範囲内で、且つ赤外光の照射範囲外に測定光があたるよう、光軸ｌｃを外側に傾けてもよい。
【００７３】
光軸ｌｃを外側に傾ける方法としては、図９（Ａ）に示すように、屈折率分布部５３を構成するＧＩファイバまたはＧＲＩＮレンズの先端を、先端面２５に対して斜めにカットしたり、ライトガイド２２ｃおよび屈折率分布部５３自体を、先端面２５に対して傾けて配置する方法がある。いずれにしても、光軸ｌｂに対する光軸ｌｃの傾斜角度で、式（２）で求めた照射角度φを補正する必要がある。
【００７４】
赤外光の照射範囲外に測定光があたるようにすれば、赤外光の影響を受けることなく測定光の投影パターンを抽出することができ、より正確な距離Ｄおよび照射角度φの測定が可能となる。
【００７５】
また、照明光と測定光を例えば赤外光とする等、同じ波長帯の光とすることもできる。照明光と測定光を赤外光とした場合、ライトガイド２２ｂの一部を分岐してライトガイド２２ｃとすれば、光源４０ｃ等の部品点数を削減することができる。なお、この場合、ＣＣＤ２４ｂで測定光の投影パターンを撮像し、図６に示す各部６０〜６２は、画像処理回路３４ｂに構築される。
【００７６】
上記実施形態では、通常光と赤外光を照明光とする内視鏡１０を例示したが、通常光のみの一般的な内視鏡１０についても本発明は適用可能である。この場合は上記実施形態のように照明光の出力を厳密に制御する必要はさほどないが、図１０に示すように、体内画像とともに距離Ｄ（実寸）および照射角度φをモニタ１８に表示すれば、処置具を用いた手技のときに役立つ。また、硬性鏡に適用した場合は、適正な観察位置を知るための指標となる。勿論、通常光と赤外光を照明光とする上記実施形態で距離Ｄおよび照射角度φをモニタ１８に表示させてもよい。
【００７７】
上記実施形態では、赤外光出力を制御するために距離Ｄおよび照射角度φを算出しているが、式（１）、（２）からこれらと半径または短軸Ｒ、長軸Ｒ’の関係は分かっているため、半径または短軸Ｒ、長軸Ｒ’が分れば実質的に距離Ｄおよび照射角度φを算出したことと同じであり、これらを元に赤外光出力を制御することはできるので、距離Ｄおよび照射角度φを実際に算出するには及ばない。
【００７８】
測定光は上記実施形態の円形状に限らず、十字状や正三角形の頂点にあたる三点スポット光、あるいは照明光の外周を内環とする円環状でも構わない。要するに半径または短軸Ｒと長軸Ｒ’に準ずる二次元的な大きさが測定可能であれば如何なる形状でもよい。なお、測定光を円環状とする場合は、内壁がミラーとなった円筒にレーザ光を斜め入射させ、内壁でレーザ光を螺旋状に伝搬させればよい。
【００７９】
上記実施形態では、距離Ｄが閾値Ｄｌｉｍ以下となったときに、光源４０ｂを消灯させているが、光源４０ｂを消灯させずに、被観察部位に悪影響を与えないレベルまで赤外光出力を下げてもよいし、モニタ１８に警告を表示してもよい。距離Ｄが閾値Ｄｌｉｍ以下となっても、赤外光による画像の視野を最低限確保することができる。
【００８０】
なお、距離Ｄおよび照射角度φを算出して赤外光出力を制御するサンプリングレートについては特に言及していないが、一フレーム毎に行ってもよいし、所定間隔で行ってもよい。術者からの操作があったときに行ってもよい。あるいは、加速度センサ等で先端部２０の動きの速さを検出し、動きが速いときは一フレーム毎、遅いときや止まっているときは所定間隔としてもよい。所定間隔で行う場合は、測定光をその間隔に合せて点滅させてもよい。
【００８１】
上記実施形態では、ライトガイド２２ｃ等の測定光に関わる部材を内視鏡１０や光源装置１２に一体に設けているが、測定光に関わる部材を別体としてもよい。この場合、ライトガイド２２ｃをシースでくるみ、このシースを鉗子チャンネルに挿通して先端部２０に配してもよいし、専用のアタッチメントを介して着脱可能に先端部に取り付けてもよい。
【符号の説明】
【００８２】
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
１８  モニタ
２２ａ〜２２ｃ  ライトガイド
２４ａ、２４ｂ  ＣＣＤ
３０  ＣＰＵ
３４ａ、３４ｂ  画像処理回路
４０ａ〜４０ｃ  光源
５０  テーパ部
５３  屈折率分布部
６０  測定光抽出部
６１  大きさ算出部
６２  距離・角度算出部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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