(57)【要約】【課題】走査型内視鏡装置において、走査型内視鏡装置において、奥行き感のある立体画像を得ることができる。【解決手段】ＳＦＥスキャナ１６によって照明用光ファイバ１２の先端部１２Ｔを２次元振動させ、照明光を螺旋状に走査させる走査型内視鏡装置において、２つのイメージ用光ファイバ１４Ａ、１４Ｂをスコープ１０に設ける。立体画像表示モードの場合、イメージ用光ファイバ１４Ａ、１４Ｂへ別々に入射する反射光に基づき、それぞれ視方向の異なる画像信号を生成する。また、スコープ先端部１０Ｔに設けられたバルーンにエアを送気し、イメージ用光ファイバ１４Ａ、１４Ｂの先端面を離間させる。【選択図】図１
2011036592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明用光ファイバと、
前記照明用光ファイバから射出する照明光を、観察対象に向けて走査させる走査手段と、
観察対象からの反射光をそれぞれ異なる位置で受光し、反射光を別々に伝達する少なくとも２つのイメージ用光ファイバと、
各イメージ用光ファイバの反射光に応じた画素信号に基づいて、立体表示用画像信号を生成する画像信号生成手段と
を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２】
前記少なくとも２つのイメージ用光ファイバの先端部を、スコープ先端部の径方向外側に向けて付勢する付勢手段を有し、
前記付勢手段による付勢によって、前記少なくとも２つのイメージ用光ファイバの先端部が離間することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
【請求項３】
前記付勢手段が、弾性部材を有することを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置。
【請求項４】
前記付勢手段が、バルーンを有することを特徴とする請求項３に記載の内視鏡装置。
【請求項５】
前記付勢手段が、前記少なくとも２つのイメージ用光ファイバの先端部と、前記照明用光ファイバの先端部との間に配置されることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の内視鏡装置。
【請求項６】
前記スコープ先端部のハウジングが、スコープ中心側から受ける力によって径方向外側へ変形可能であることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
【請求項７】
前記少なくとも２つのイメージ用光ファイバの先端部が、前記照明用光ファイバの先端部に関して対称的な位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光を器官内壁などの観察対象に向けて走査させ、観察画像を取得する内視鏡装置に関し、特に、画像表示に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡装置として、スコープ先端部に撮像素子を設ける代わりに、光ファイバ先端部を共振させて照明光を走査させる内視鏡装置（以下、走査型内視鏡装置という）が知られている（例えば、特許文献１参照）。そこでは、走査型光ファイバがスコープ内部に設けられ、ファイバ先端部分が圧電素子によって２次元振動することによって、照明光が螺旋状に走査される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６２９４７７５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
走査型内視鏡装置の場合、点順次走査によって観察対象を照明するため、その反射光は時系列的に光ファイバ、あるいはフォトセンサに入射し、１フレーム分の画素信号が時系列的に出力される。そのため、２次元画像生成するにも所定の画像信号処理（ラスタ化）を行わなければならない。また、走査型内視鏡装置のスコープは、肺などの器官に使用可能とするため細径化されており、特殊な用途の光学系、撮像系をスコープ先端部に取り込むことが難しい。
【０００５】
その一方、走査型内視鏡装置においても、人間の立体視感に基づいて病変部を３次元表現し、立体感ある画像に基づいて診断、手術を効果的に行うことが要求される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の走査型内視鏡装置は、照明用光ファイバと、照明用光ファイバから射出する照明光を、観察対象に向けて走査させる走査手段とを備えた内視鏡装置であり、例えば光ファイバ先端部を駆動する駆動部（圧電素子など）を設け、照明光を螺旋状走査させる。
【０００７】
さらに本発明の走査型内視鏡装置は、観察対象からの反射光をそれぞれ異なる位置で受光し、反射光を別々に伝達する少なくとも２つのイメージ用光ファイバと、各イメージ用光ファイバの反射光に応じた画素信号に基づいて、立体表示用画像信号を生成する画像信号生成手段とを備える。
【０００８】
走査型内視鏡装置では、走査される照明用光ファイバの先端部は、通常、スコープ軸に沿って配置され、イメージ用光ファイバの先端部は、中心から離れたスコープ外表面の近くに配置される。その結果、観察対象からの反射光は、それぞれ視方向の異なる情報をもつ光となって各イメージ用光ファイバに入射する。
【０００９】
各イメージ用光ファイバは、立体視用の異なる画像信号を生成するため、独自に反射光を画像信号処理回路側へ伝達する。そして、視方向の異なる画像信号に基づき、立体画像を表示するための画像信号処理が行われる。画像信号処理としては、立体表示方式に従った処理が行われる。イメージ用光ファイバが視方向の異なる位置で反射光を別々に受光することにより、細径化のスコープにおいても、立体画像が表示可能となる。
【００１０】
両眼視差像を形成するためには、照明光の当たる照射中心位置から対称的な位置に受光部があるのが望ましい。そのため、少なくとも２つのイメージ用光ファイバの先端部を、その断面から見て、照明用光ファイバの先端部に関し対称的な位置に配置するのがよい。
【００１１】
観察画像の奥行き感を高めるためには、イメージ用光ファイバの先端部（光の入射する先端面）の距離間隔を広げて視差を大きくすることが望ましい。そのため、少なくとも２つのイメージ用光ファイバの先端部を、スコープ先端部の径方向外側に向けて付勢する付勢手段を設けるのがよい。
【００１２】
付勢手段としては、弾性部材、アクチュエータなど様々な構成で実現可能であるが、付勢力を急激に発生させず、かつスコープ先端部の内部構成の複雑化を避けるため、例えば（膨張収縮可能なバルーンなど）弾性部材を設けるのがよい。スコープ先端部のハウジングが、スコープ中心側から受ける力によって径方向外側へ変形可能となるように構成すれば、細径化されたスコープでも奥行き感かる立体画像を生成可能となる。
【００１３】
また、照明用光ファイバ１２に無理な力を作用させることなく、イメージ用光ファイバの先端部（光の入射する先端面）の距離間隔を効果的に広げるため、付勢手段が、少なくとも２つのイメージ用光ファイバの先端部と、照明用光ファイバの先端部との間に配置するのがよい。
【発明の効果】
【００１４】
このように本発明によれば、走査型内視鏡装置において、奥行き感のある立体画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態である走査型内視鏡装置のブロック図である。
【図２】スコープ先端部を走査させるアクチュエータの駆動信号を示した図である。
【図３】走査パターンを示した図である。
【図４】スコープ先端部の模式的内部構成を示した図である。
【図５】図４のＶ−Ｖに沿ったスコープ先端部の断面図である。
【図６】両眼視差に基づく立体視の原理を示した図である。
【図７】立体画像表示モードのときのスコープ先端部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下では、図面を参照して本実施形態である走査型内視鏡装置について説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態である走査型内視鏡装置のブロック図である。図２は、スコープ先端部を走査させるアクチュエータの駆動信号を示した図である。図３は、走査経路を示した図である。
【００１８】
走査型内視鏡装置は、スコープ１０とプロセッサ３０とを備え、スコープ１０の内部には、照明用のシングルモード型光ファイバ（照明用光ファイバ）１２と、観察対象からの反射光をプロセッサ３０へ伝送する２つのイメージ用光ファイバ１４Ａ、１４Ｂが設けられている。スコープ１０はプロセッサ３０と着脱自在に接続可能であり、プロセッサ３０にはモニタ６０が接続される。
【００１９】
プロセッサ３０には、Ｒ，Ｇ，Ｂの光をそれぞれ発光するレーザー光源２１が設けられ、レーザードライバ（図示せず）によって駆動される。レーザー光源２１から発したＲ，Ｇ，Ｂの光は、光学レンズ、ハーフミラー群から構成される結合部（図示せず）において混合される。混合した光（白色光）は、照明用光ファイバ１２を通ってスコープ先端部１０Ｔから射出する。これによって観察対象が照明される。
【００２０】
スコープ先端部１０Ｔには、スコープ先端部１０Ｔから射出される照明光を螺旋状に走査させるスキャナデバイス（以下、ＳＦＥスキャナという）１６が設けられており、プロセッサ３０内のアクチュエータ駆動回路２２から送られてくる駆動信号に基づいて動作する。
【００２１】
ＳＦＥスキャナ１６は、ピエゾ素子から構成されるチューブ状圧電素子を備え、照明光ファイバ１２の先端部１２Ｔを二次元的に共振させる。すなわち、直交する２方向に沿って所定の共振モードでファイバ先端部１２Ｔを共振させる。ＳＦＥスキャナ１６によってカンチレバー状に支持されるファイバ先端部１２Ｔは、図２に示す駆動信号に従い、その先端面が周期的な螺旋運動となるように振動する。
【００２２】
ファイバ先端部１２Ｔの先端面１２Ｓから射出した照明光は、レンズ（図示せず）を通って観察部位に到達する。ファイバ先端部１２Ｔが螺旋状に駆動するため、観察対象エリアにおける照明光の軌跡は、螺旋状の走査線ＰＴになる（図３参照）。走査線ＰＴの径方向間隔が密になるように走査することで、観察対象全体が（中心から周囲に向けて順に）照射される。
【００２３】
観察対象において反射した光は、照明用光ファイバ１２から離れた、すなわちスコープ中心から離れた周辺部であってスコープ先端部１０Ｔのハウジング傍に配置された２つのイメージ用光ファイバ１４Ａ、１４Ｂに入射し、プロセッサ３０へ導かれる。イメージ用光ファイバ１４Ａ、１４Ｂを通った反射光は、光学レンズ、ハーフミラー群から構成される光分離部２３Ａ、２３Ｂにそれぞれ入射し、Ｒ，Ｇ，Ｂの光に分離される。
【００２４】
分離されたＲ，Ｇ，Ｂの光は、それぞれフォトセンサ２４ＲＲ、２４ＧＲ、２４ＢＲに入射し、イメージ用光ファイバ１４Ｂから伝送されたＲ，Ｇ，Ｂの光は、それぞれフォトセンサ２４ＲＬ、２４ＧＬ、２４ＢＬに入射する。フォトセンサ２４ＲＲ、２４ＧＲ、２４ＢＲ、および２４ＲＬ、２４ＧＬ、２４ＢＬでは、光電変換によってＲ，Ｇ，Ｂに応じた画素信号が生成される。螺旋走査期間は、所定の時間間隔（ここでは、１／３０秒間隔）に定められており、１フレーム分の画素信号がその走査周期（フレーム周期）に合わせて読み出される。
【００２５】
イメージ用光ファイバ１４Ａ、１４Ｂからの反射光によってそれぞれ生成されたＲ，Ｇ，Ｂの画素信号は、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）においてデジタル信号に変換された後、それぞれ画像信号処理回路２５Ａ、２５Ｂへ送られ、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号毎に信号処理される。画像信号処理回路２５Ａ、２５Ｂでは、順次送られてくる一連のＲ，Ｇ，Ｂデジタル画素信号と照明光の走査位置とをマッピング、すなわち対応づけることにより、時系列的に取得される画素信号の画素位置が特定される（ラスタ展開される）。これにより、１フレーム分のデジタル画素信号が２次元画像データとして取得される。マッピングによって観察画像データが生成されると、ホワイトバランス調整などの画像信号処理が施される。
【００２６】
本実施形態では、モード切替スイッチ２７に対する操作によって、通常画像表示モードと、立体画像表示モードが選択的に設定される。通常画像表示モードの間、一方のイメージ用光ファイバに入射した反射光に基づいた画像信号が、立体画像信号処理回路２６を介してモニタ６０に出力される。これにより、通常の観察画像がモニタ６０に表示される。
【００２７】
一方、立体画像表示モードが選択されると、立体画像信号処理回路２６では、画像信号処理回路２５Ａ、２５Ｂにおいて別々に生成された画像信号に基づいて立体表示用画像信号が生成され、モニタ６０へ出力される。また、スコープ先端部１０Ｔに設けられたバルーン（ここでは図示せず）に対し、ポンプ６３によってエアが送気される。これにより、イメージ用光ファイバ１４Ａ、１４Ｂの先端部間隔が広がる。通常表示画像モードに再び切り替えられると、ポンプ６３によってバルーンのエアが吸気される。
【００２８】
立体表示方式として、ここでは、左目用画像、右目用映像を交互にモニタ表示する立体表示方式が採用されており、画像信号処理回路２５Ａ、画像信号処理回路２５Ｂから右目用画像信号を、左目用画像信号を交互に出力するように出力タイミング調整が行われる。オペレータは、偏光メガネ６２を掛けてモニタ６０に表示される立体画像を観察する。
【００２９】
ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含む制御回路２０は、プロセッサ３０の動作を制御し、画像信号処理回２５Ａ、２５Ｂ、レーザー光源２１など各回路へ制御信号を出力する。図示しないタイミングコントローラは、同期信号をフォトセンサ２４ＲＲ、２４ＧＲ、２４ＢＲ、および２４ＲＬ、２４ＧＬ、２４ＢＬ、アクチュエータ駆動回路２２等に出力し、ファイバ先端部１２Ｔの螺旋運動と画像処理タイミングを同期させる。
【００３０】
図４は、スコープ先端部の模式的内部構成を示した図である。図５は、図４のＶ−Ｖに沿ったスコープ先端部の断面図である。ただし、スコープ先端部に設けられるレンズ群は、ここでは図示していない。また、図４では、通常画像表示モードのときのスコープ先端部の内部構成を示している。
【００３１】
観察対象ＯＳに向けて照明光を射出する照明用光ファイバ１２は、スコープ先端部１０Ｔの中心に同軸配置されており、その先端部１２ＴはＳＦＥスキャナ１６によって保持されている。一方、イメージ用光ファイバ１４Ａ、１４Ｂは、スコープ先端部１０Ｔの中心から離れ、さらには、ＳＦＥスキャナ１６、照明用光ファイバ先端部１２Ｔを囲むスリーブ（図示せず）の外側に配置され、断面図から見ると、照明用光ファイバ１２に関し対称的な位置に配置されている（図５参照）。イメージ用光ファイバ１４Ａ、１４Ｂ先端面１４ＡＳ、１４ＢＳは、スコープ先端部１０Ｔのハウジング１０Ｋに接している。
【００３２】
バルーン８２Ａ、８２Ｂは、ゴムなどの弾性部材から成り、イメージ用光ファイバ１４Ａ、１４Ｂと照明用光ファイバ１２との間に挟まれるような形で、ＳＦＥスキャナ１６の後方（プロセッサに近い側）に配置されている。図５から明らかなように、イメージ用光ファイバ１４Ａ、１４Ｂ、バルーン８２Ａ、８２Ｂ、照明用光ファイバ１２は、スコープ先端部１０Ｔの断面図から見て、同一方向に並んで配置されている。
【００３３】
通常画像表示モードでは、バルーン８２Ａ、８２Ｂは収縮した状態であり、イメージ用光ファイバ１４Ａ、１４Ｂの先端面１４ＡＳ、１４ＢＳは距離間隔Ｒ０だけ離れた状態にある。バルーン８２Ａ、８２Ｂは、それぞれ送気管８４Ａ、８４Ｂに接続されており、立体画像表示モードが選択されると、送気管８４Ａ、８４Ｂを通ってバルーン８２Ａ、８２Ｂへエアが供給される。
【００３４】
図６は、両眼視差に基づく立体視の原理を示した図である。図７は、立体画像表示モードのときのスコープ先端部の断面図である。
【００３５】
従来周知のように、３次元物体を見るときに左目の網膜像と右目の網膜像が異なり、人間の視覚は左目と右目の視方向の差（θ２−θ１）、すなわち両眼視差によって観察対象ＯＳの奥行きを認識できる。この視差、すなわち輻輳角の大きさは、奥行き指標となる。
【００３６】
立体画像表示モードが設定されると、バルーン８２Ａ、８２Ｂにエアが供給される。スコープ先端部１０Ｔのハウジング１０Ｋは、径方向外側へ膨張可能な部材（弾性の樹脂など）によって成形されているため、膨張するバルーン８２Ａ、８２Ｂがハウジング１０Ｋを径方向外側へ向けて押すのに従い、ハウジング１０Ｋが図７に示すように弾性変形する。
【００３７】
イメージ用光ファイバ１４Ａ、１４Ｂ、バルーン８２Ａ、８２Ｂは、照明用光ファイバ１２に関して対称的な配置構成になっている。そのため、ハウジング１０Ｋの断面は楕円状に変形する。その結果、照明用光ファイバ１２の位置は中心軸に維持されたまま、イメージ用光ファイバ１４Ａ、１４Ｂの先端面１４ＡＳ、１４ＢＳが離間し、距離間隔Ｒ０よりも大きい距離間隔Ｒの位置でバルーン８２Ａ、８２Ｂから径方向外側へ付勢される。
【００３８】
立体画像信号処理回路２６では、この距離間隔Ｒに基づいた立体視画像を生成するように画像信号処理が行われる。すなわち、モニタ６０の画面上においてこの距離間隔Ｒに基づいた視差像の画像信号を生成する。なお、点順次走査のため、一度に観察対象ＯＳ全体を照明することはできないが、スコープ先端部１０Ｔを動かさずに同じ方向へ向けて光を当てることにより、問題なく立体画像を得ることができる。
【００３９】
このように本実施形態によれば、ＳＦＥスキャナ１６によって照明用光ファイバ１２の先端部１２Ｔを２次元振動させ、照明光を螺旋状に走査させる走査型内視鏡装置において、２つのイメージ用光ファイバ１４Ａ、１４Ｂがスコープ１０に設けられる。観察対象ＯＳからの反射光は、イメージ用光ファイバ１４Ａ、１４Ｂへ別々に入射し、それぞれ視方向の異なる画像信号が生成される。
【００４０】
また、スコープ先端部１０Ｔに設けられたバルーン８２Ａ、８２Ｂにエアが送気されるため、イメージ用光ファイバ１４Ａ、１４Ｂの先端面１４ＡＳ、１４ＢＳが離間する。立体画像信号処理回路２６では、イメージ用光ファイバ１４Ａ、１４Ｂの先端面１４ＡＳ、１４ＢＳの距離間隔Ｒに基づいて視差像となる立体表示用画像信号がモニタ６０へ交互に出力される。これにより、オペレータは、偏向メガネ６２を通じて観察対象ＯＳを立体視することができる。
【００４１】
視方向の異なる像の光を取り込むためにイメージ用光ファイバ１４Ａ、１４Ｂをスコープ１０に設けることにより、走査型内視鏡装置において立体画像の表示が可能となる。特に、イメージ用光ファイバ１４Ａ、１４Ｂの先端面１４ＡＳ、１４ＢＳをスコープ先端部１０Ｔのハウジング１０Ｋの周辺部に配置しているため、先端面１４ＡＳ、１４ＢＳの距離間隔が十分に確保される。
【００４２】
また、バルーン８２Ａ、８２Ｂによってイメージ用光ファイバ１４Ａ、１４Ｂの先端面１４ＡＳ、１４ＢＳの距離間隔をより広げることにより、輻輳角の大きい視差像を形成することが出来、肺などの器官挿入を可能にするために細径化された走査型内視鏡装置においても、十分奥行きのある立体画像を得ることができる。
【００４３】
さらに、イメージ用光ファイバ１４Ａ、１４Ｂの先端面１４ＡＳ、１４ＢＳは、照明用光ファイバ先端部１２Ｔ、すなわちスコープ中心に関して対称的な位置にあり、また、バルーン８２Ａ、８２Ｂが、イメージ用光ファイバ１４Ａ、照明用光ファイバ１２、イメージ用光ファイバ１４Ｂの配列に沿ってその間に配置されている。
【００４４】
そのため、立体画像表示モードのとき、照明用光ファイバ１２に対してバルーン８２Ａ、８２Ｂから互いに相殺するような付勢力を受け、照明用光ファイバ１２は中心位置に維持されるとともに、イメージ用光ファイバ１４Ａ、１４Ｂに対して同等の付勢力を掛けることができる。これにより、イメージ用光ファイバ１４Ａ、１４Ｂの先端面１４ＡＳ、１４ＢＳを毎回同じ距離間隔だけ安定して離間させることができる。
【００４５】
なお、バルーン以外の膨張収縮可能な部材に構成によってイメージ用光ファイバを径方向外側へ付勢してもよく、バネ、形状記憶合金などの弾性部材を用いても良い。さらに、圧電素子などのアクチュエータといった付勢手段を用いても良い。
【００４６】
また、スコープ先端部の強度を保つために弾性変形しない素材でスコープ先端部を製造するような場合、イメージ用光ファイバの先端部をスコープ先端部の外周部と接触させず、より中心側に配置し、バルーンによって離間させるように構成してもよい。
【００４７】
さらに、バルーンなどの付勢手段をスコープ先端部に設けず、イメージ用光ファイバの先端部の距離間隔を一定に維持したまま、立体画像を表示するように構成してもよい。この場合、一定であるイメージ用光ファイバ先端部の距離間隔に基づいて画像信号処理が行われる。
【００４８】
立体表示方式としては、偏向メガネを用いた方式に限定されず、レンチキュラーなどを使った他の立体表示方式を適用可能である。
【００４９】
各イメージ用光ファイバは、スコープ先端部において分岐し、複数の先端面において反射光を受光し、ファイバ内部で反射光を混合するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１０  スコープ
１２  照明用光ファイバ
１２Ｔ  ファイバ先端部
１４Ａ、１４Ｂ  イメージ用光ファイバ
１６  ＳＦＥスキャナ（走査手段）
２５Ａ、２５Ｂ  画像信号処理回路
２６  立体画像信号処理回路
３０  プロセッサ
８２Ａ、８２Ｂ  バルーン
【図１】
2011036592.tif 000003
【図２】
2011036592.tif 000004
【図３】
2011036592.tif 000005
【図４】
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【図５】
2011036592.tif 000007
【図６】
2011036592.tif 000008
【図７】
2011036592.tif 000009