(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長で柔軟な挿入部を有する内視鏡と、この内視鏡でとらえた観察対象物の画像を表示する表示装置とを具備する内視鏡装置において、
前記内視鏡の先端部に、
観察対象物を照明するための照明光学系と、
この照明光学系で照らされた観察対象物を観察する撮像光学系と、
Ｃ−ＭＯＳイメージセンサーを用いて前記観察光学系でとらえた光学画像をデジタルの映像信号に変換する撮像回路と、
少なくとも前記Ｃ−ＭＯＳイメージセンサーを実装する基板と、
重力方向を検出してデジタルの重力加速度検知信号を出力する重力方向検出装置と、
この重力方向検出装置からの重力加速度検知信号を受け、重力方向を判別する計算を行って重力方向判別信号を生成するとともに、前記Ｃ−ＭＯＳイメージセンサーから出力されるクロック信号を元に前記映像信号に前記重力方向判別信号を同期させる所定の重畳タイミングを生成する演算部と、
前記演算部からの重畳タイミング信号を受けて前記映像信号に前記重力方向判別信号を重畳する判別信号重畳回路と、
を内蔵したことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２】
前記観察光学系、前記撮像素子及び前記基板を一体に構成し、これら一体に構成された一体部と、前記先端部を構成する外装部材又はこの外装部材に直付けされている部材との間に、衝撃を減衰させる緩衝部材を配置したことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重力方向検出装置を備えた内視鏡を有する内視鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、体腔内に細長の挿入部を挿入することにより、体腔内臓器等を観察したり、必要に応じ処置具チャンネル内に挿通した処置具を用いて各種治療処置のできる内視鏡が広く利用されている。また、工業用分野においても、ボイラ、タービン、エンジン、化学プラント等の内部の傷、腐食等の観察、検査に工業用内視鏡が広く用いられている。
【０００３】
例えば、本出願人は、特願２０００−１８３４０５号に、撮像アダプタ内にＬＥＤ照明部、Ｃ−ＭＯＳセンサ、このＣ−ＭＯＳセンサの撮像面に光学像を結像させる観察光学系、センサ基板、ＬＥＤ基板等を配置した内視鏡を提案している。
【０００４】
この内視鏡では、所望する画素数や画素構成、或いはＬＥＤ構成の撮像アダプタを取り付けることによって検査状況や検査目的に応じた検査を行える。
【０００５】
前記内視鏡のＣ−ＭＯＳセンサは、センサ基板の一面側に固定されており、センサ基板とＬＥＤ基板とは配線材を介して接続されている。そして、センサ基板とＬＥＤ基板とは所定間隔で対向配置され、その隙間に接着剤を充填して一体的に固定されていた。前記センサ基板は、前記観察光学系を保持するセンサ筐体の端面に位置決め固定されていた。このセンサ筐体は、撮像アダプタの外装部材に嵌合して固定される構成部材によって保持されていた。
【０００６】
一方、特開昭６２−６３９１０号公報には、内視鏡の観察光学系内に鋼球を配置したものが示されている。この鋼球は、観察光学系を介して観察される円形の画像の周縁において画像と重なって観察されるようになっている。つまり、前記鋼球は、画像の周縁に沿って振れが可能であり、重力方向に位置するように振れる。したがって、この鋼球の位置を確認することによって画像と重力方向との位置関係を知ることができる。
【０００７】
しかし、この特開昭６２−６３９１０号公報に示すように鋼球によって画像と重力方向との位置関係を確認する内視鏡では、内視鏡先端部が急に姿勢変更された際、鋼球が静止するまでに時間がかかり、その間、正しい重力方向が判りづらいという不具合がある。また、鋼球は、常に視野内に存在するので、内視鏡先端部が例えば真上や真下を向いていると判断できずに、重力方向を誤認するおそれがあった。さらに、重力方向の指示が不要な場合でも常に鋼球が視野内に存在して煩わしいという不具合もあった。
【０００８】
これらの不具合を解消するため、撮像装置でとらえた観察画像を電気的に回転させることが考えられ、そのために、先端部の重力方向を検出する一方、その情報をメモリーや制御回路等を備えた画像を回転させるための回路を設けることによって、画像の回転を行える。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記画像を回転させるための回路を内視鏡先端部に設けると先端部が大きくなるという不具合が発生する。一方、前記回路を手元側に設けると、従来のカメラコントロールユニットが使えなくなるばかりでなく、内視鏡先端部に重力情報を重畳するための回路が必要になる。また、前記重力情報を重畳させない構成を取る場合には重力信号を手元側に送信するための信号線を内視鏡に追加しなければならない。
【００１０】
また、前記特願２０００−１８３４０５号の内視鏡では落下などによって撮像アダプタの外装部材に衝撃が加えられると、外装部材から構成部材を介して、衝撃が弱められることなく直接センサ筐体に伝達され、さらにはこのセンサ筐体に保持されている観察光学系、或いはＣ−ＭＯＳ基板にも伝達され、このＣ−ＭＯＳ基板と接着剤で一体化したＬＥＤ基板にも伝達される。そして、その衝撃によって、観察光学系ではレンズ破損、Ｃ−ＭＯＳ基板とＬＥＤ基板とでは実装されている電気部品や電気的接続部等に不具合が発生するおそれがあった。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、内視鏡及びカメラコントロール等の構成を変更することなく、かつ先端部にメカニカル機構を設けることなく、重力方向を使用者に告知することが可能で、観察光学系や基板が衝撃によって不具合が発生することを防止した内視鏡装置を提供することを目的にしている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の内視鏡装置は、細長で柔軟な挿入部を有する内視鏡と、この内視鏡でとらえた観察対象物の画像を表示する表示装置とを具備する内視鏡装置であって、
前記内視鏡の先端部に、観察対象物を照明するための照明光学系と、この照明光学系で照らされた観察対象物を観察する撮像光学系と、Ｃ−ＭＯＳイメージセンサーを用いて前記観察光学系でとらえた光学画像をデジタルの映像信号に変換する撮像回路と、少なくとも前記Ｃ−ＭＯＳイメージセンサーを実装する基板と、重力方向を検出してデジタルの重力加速度検知信号を出力する重力方向検出装置と、この重力方向検出装置からの重力加速度検知信号を受け、重力方向を判別する計算を行って重力方向判別信号を生成するとともに、前記Ｃ−ＭＯＳイメージセンサーから出力されるクロック信号を元に前記映像信号に前記重力方向判別信号を同期させる所定の重畳タイミングを生成する演算部と、前記演算部からの重畳タイミング信号を受けて前記映像信号に前記重力方向判別信号を重畳する判別信号重畳回路とを内蔵している。
【００１３】
また、前記観察光学系、前記撮像素子及び前記基板を一体に構成し、これら一体に構成された一体部と、前記先端部を構成する外装部材又はこの外装部材に直付けされている部材との間に、衝撃を減衰させる緩衝部材を配置している。
【００１４】
この構成によれば、前記重力方向判別信号が重畳された映像信号が表示装置に伝送されるので、表示装置の画面上に内視鏡画像とともに重力方向を示す例えば指標が表示される。
【００１５】
また、外装部材に衝撃が加わると、この外装部材に加わった衝撃が外装部材から緩衝部材に伝達されるので、観察光学系、撮像素子や基板に緩衝部材で減衰された衝撃が伝わる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１ないし図９は本発明の一実施形態に係り、図１は本発明の内視鏡を備えた内視鏡装置の構成例を説明する図、図２は撮像アダプタの構成を説明する図、図３はＬＥＤ基板に配置した重力加速度センサを示す図、図４は内視鏡装置の電気的な構成を説明する図、図５は撮像アダプタ内の回路構成を説明する図、図６は重力方向検知プログラムのソフトウエアの構成を説明する図、図７は重力加速度検知信号を説明する図、図８は判定結果と表示領域との関係を説明する図、図９は表示装置の画面上に表示される内視鏡画像と指標とを示す図である。本実施形態においては内視鏡を挿入部の先端部に撮像アダプタを取り付ける工業用の内視鏡として説明する。
なお、図２（ａ）は撮像アダプタの正面図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＡ-Ａ線断面図である。
【００１７】
図１に示すように本実施形態の内視鏡装置１は、後述する照明用ＬＥＤ及び撮像素子としてＣ−ＭＯＳ(相補型金属酸化膜半導体（Complementary Metal-Oxide Semiconductor の略称)イメージセンサ（以下、ＣＭＯＳセンサと略記する）を内蔵した撮像アダプタ２が挿入部３ａの先端部に着脱自在に配置される構成の内視鏡３と、前記挿入部３ａを巻取り収納するドラム４と、このドラム４から延出するビデオケーブル５ａを介して接続される例えば液晶モニタ等の表示装置５とで主に構成されている。
【００１８】
なお、前記撮像アダプタ２に内蔵されるＣＭＯＳセンサは、高密度化に適し、小さな電力で動作するのが特徴であり、このＣＭＯＳセンサには例えば駆動信号発生部やノイズ低減回路、出力信号レベル安定化回路、Ａ／Ｄコンバータ等、カメラとしての機能が全て搭載されている。したがって、このＣＭＯＳセンサを配置した撮像アダプタ２からは直接、ＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式等の標準ＴＶ信号である映像信号が前記表示装置５に向けて出力される。
【００１９】
また、このＣＭＯＳセンサは、前記ドラム４内に設けられる乾電池或いは充電池等の電池、又は図示しない電源コンセントに接続されるＤＣ電源アダプタ６を介して供給される電源によって駆動される。
【００２０】
さらに、前記ドラム４は、フレーム４ａに回動自在に取り付けられており、このフレーム４ａの所定位置に設けられている図示しないドラムストッパを適宜操作することによって、前記ドラム４を回転可能な状態又は停止状態にすることができるようになっている。
【００２１】
図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照して撮像アダプタ２の構成を説明する。
図に示すように撮像アダプタ２の外装は、先端側を構成する略筒状の先端側外装部材１１と、前記先端側外装部材１１の基端側に配置されて基端側を構成する略管状の基端側外装部材１２とで主に構成されている。この基端側外装部材１２の基端部には前記挿入部３ａの先端側に配置された図示しない雌ネジ部を有する二点鎖線に示す連結部３ｂと接続される接続部２８が設けられている。この接続部２８には脱落防止機構となる２重ネジ部を構成する２か所の雄ネジ部２８ａ、２８ｂが形成されている。また、この接続部２８には電気的な接続部となるコネクタ２９が配置されている。
【００２２】
前記先端側外装部材１１の正面略中央部には後述する観察光学系に対向する観察用開口１３が形成され、この観察用開口１３の周囲には所定の間隔で後述する照明光学系に対向する照明用開口１４が形成されている。
【００２３】
前記先端側外装部材１１及び基端側外装部材１２の内部には照明光学系であるＬＥＤ照明部を構成する複数のＬＥＤチップ１５、観察光学系を構成するＣＭＯＳセンサ１６、このＣＭＯＳセンサ１６用の基板であるＣ−ＭＯＳセンサ回路基板（以下センサ基板と略記する）１７、前記ＬＥＤ照明部用の基板であるＬＥＤ照明回路基板（以下ＬＥＤ基板と略記する）１８、前記ＣＭＯＳセンサ１６の撮像面に光学像を結像させる複数の光学レンズ１９を配置したレンズ枠２０、このレンズ枠２０及び前記ＣＭＯＳセンサ１６等が固定される段付形状のセンサ筐体２１、前記ＬＥＤチップ１５及びセンサ筐体２１が配置固定されるアダプタ本体２２が設けられている。
【００２４】
そして、図３に示すように前記ＬＥＤ基板１８の例えば裏面中央部には図中矢印で示すＸ方向及びＹ方向の振れを検出する、重力方向検出装置である重力加速度センサ（以下、重力センサと略記する）７が配置されている。
【００２５】
なお、前記レンズ枠２０内に配置された隣り合う光学レンズ１９の間にはレンズ間隔を所定の値に設定する間隔環２３が設けられている。
【００２６】
また、符号２４は前記アダプタ本体２２及びセンサ筐体２１の基端面に例えば接着によって一体に固定される環状の固定板であり、符号２５は前記センサ基板１７とＬＥＤ基板１８とを所定間隔で保持する例えばエポキシ系の接着剤で形成された接着剤層、符号２６は前記センサ基板１７及びＬＥＤ基板１８から延出する電気ケーブル、符号２７はＬＥＤチップ１５の先端に配置したフードである。
【００２７】
そして、前記接着剤層２５によって一体的に固定されたセンサ基板１７及びＬＥＤ基板１８のうち、前記センサ基板１７がセンサ筐体２１の基端面に例えば接着によって位置決め固定されている。また、前記先端側外装部材１１、基端側外装部材１２、センサ筐体２１、アダプタ本体２２、フード部材２７同士の接触面には、これら接触面から水等が侵入することを防止して防水構造にするシリコン充填材等が設けている。
【００２８】
図４を参照して内視鏡装置１の電気的な構成を説明する。
図に示すように撮像アダプタ２内には前記ＣＭＯＳセンサ１６を含んだ撮像回路３１と、この撮像回路３１から出力される映像信号に後述する重力方向判別信号を重畳する判別信号重畳回路である重畳回路３２と、演算部となるＣＰＵ３３と、前記重力センサ７を構成する重力センサ回路３４とが設けられている。
【００２９】
前記ＣＰＵ３３には前記撮像回路３１の前記ＣＭＯＳセンサ１６で発生された駆動信号及び前記重力センサ回路３４からの出力信号がそれぞれ入力される。そして、このＣＰＵ３３では重力センサ回路３４からの出力信号から重力方向を判別するための演算処理を行って重力方向判別信号を生成するとともに、前記ＣＭＯＳセンサ１６からの駆動信号を基に前記Ｃ−ＭＯＳセンサ１６で変換された映像信号に前記重力方向判別信号を同期させる重畳タイミング信号（以下、重畳信号と略記する）を生成して、前記重畳回路３２に出力する。
【００３０】
このことによって、前記重畳回路３２からは、前記撮像回路３１から出力された映像信号に重力方向判別信号が重畳された信号がコネクタ２９に出力され、このコネクタ２９に接続された挿入部３ａ内を挿通する信号伝送ケーブル３ｃを介してドラム４内のアンプ４１に伝送されて増幅されて表示装置５に出力される。このことにより、表示装置５の画面上には重力方向を示す後述する指標を備えた内視鏡画像が表示される。なお、符号４２は前記アンプ４１へ電源を供給するための電源回路である。
【００３１】
図５を参照して撮像アダプタ２の作用を説明する。
図に示すように前記ＣＭＯＳセンサ１６には所定の周波数でこのＣＭＯＳセンサ１６を動作させるための水晶振動子３５が接続されている。このＣＭＯＳセンサ１６からは、前記水晶振動子３５の周波数と同じクロック信号と複合同期信号とが、それぞれ前記ＣＰＵ３３に出力される。また、前記重力センサ７から前記ＣＰＵ３３には、Ｘ方向の振れ及びＹ方向の振れに対応する重力加速度検知信号が入力される。
【００３２】
一方、前記ＣＰＵ３３からは重畳信号が出力され、この重畳信号がスイッチ回路３６に入力される構成になっている。また、このスイッチ回路３６には白レベル電位発生回路３７から出力される白レベル信号（１Ｖ）が入力される。このことにより、前記ＣＰＵ３３から出力された重畳信号に基づいて、前記ＣＭＯＳセンサ１６から出力された映像信号の所定位置を強制的に所定ライン数だけ白レベル信号にして、表示装置５に表示された内視鏡画像に重力方向を告知する白い印（以下指標ともいう）が表示されるようにしている。
【００３３】
前記コネクタ２９には挿入部３ａ内を挿通する駆動用ケーブル３ｄを介して、例えばＤＣ電源アダプタ６からの電源が供給される。このコネクタ２９に供給された電源は、電源フィルタ３８を介してＣＭＯＳセンサ１６、ＣＰＵ３３、重力センサ７、白レベル電位発生回路３７等の各デバイス及びＬＥＤチップ１５にそれぞれ供給される。
【００３４】
なお、前記ＬＥＤチップ１５に電源を供給する電源線は他のデバイスと別系統であり、その中途部には前記ＣＰＵ３３の入力に接続された中継線の端部が接続されている。このことによって、ＣＰＵ３３では前記照明用ＬＥＤ１５への電源供給をモニタできるようになっている。
【００３５】
また、前記ＣＭＯＳセンサ１６とスイッチ回路３６との間には前記ＣＭＯＳセンサ１６に過電流が流れることを防止する、例えば７５Ωの負荷抵抗３９が設けてある。
【００３６】
ここで、図６を参照して重力方向検知プログラムのソフトウエアの構成を説明する。
重力方向検知プログラムは、「初期化」、「ＮＴＳＣ／ＰＡＬ検知」、「キャリブレーション」、「ＥＥＰＲＯＭ内センサパルスデータ読み込み」、「重力方向検知」、「メインループ」、「スリープモード」の各処理で構成されている。
【００３７】
前記初期化ではＣＰＵ３３のデータやポートの初期化を行う。
前記ＮＴＳＣ／ＰＡＬ検知では、複合同期信号の同期信号をカウントして、ＣＭＯＳセンサ１６がＮＴＳＣ信号で動いているか、又はＰＡＬ信号で動いているかを判別する。そして、その判別結果に基づいて各パラメータを初期化する。
【００３８】
前記キャリブレーションでは、前記重力センサ７の０点位置を検出し、そのデータをＥＥＰＲＯＭに記憶させるものであり、後述するように初期設定時に行われる。
前記ＥＥＰＲＯＭ内センサパルスデータ読み込みでは、前記重力センサ７の０点位置をＥＥＰＲＯＭから読み出して重力方向検知に使用する。
【００３９】
そして、重力方向検知では、前記重力センサ７から出力されるＸ軸方向、Ｙ軸方向の振れに対応する重力加速度検知信号に基づいて重力方向を検出する。
前記スリープモードでは、重力方向検知の結果から、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に対して上下方向を向いている状態であると判断した場合、前記ＣＰＵ３３をスリープモードに移行させて、以降の表示を出さないようにする。
【００４０】
前記メインループは、メイン処理を「ＨＶ Ｓｙｎｃ Ｏｎ待ち」、「重力方向検知」、「重力方向値変換処理」、「奇数フィールド時処理」、「表示ライン検知」、「読み飛ばし処理」、「カーソル（白線）表示」の各処理で構成している。
【００４１】
前記ＨＶ Ｓｙｎｃ Ｏｎ待ちでは垂直同期信号及び水平同期信号の始まりを検出する。
前記重力方向検知ではＸ軸方向、Ｙ軸方向に関する重力加速度検知信号の大きさをカウントして数字情報に変換する。
【００４２】
前記重力方向値変換処理では、０点に対するＸ軸方向及びＹ軸方向の振れ量に対応するように変換された数字情報から上下左右及び斜め方向（４５度方向）を判定する。
前記奇数フィールド時処理では検出した垂直同期信号が偶数フィールドであった場合に奇数フィールドの先頭を検出する。
【００４３】
前記表示ライン検知では水平同期信号をカウントし、重畳させる指標の重畳位置タイミングを発生させるために水平ラインの先頭を検出する。
前記読み飛ばし処理では重畳される指標の縦方向を決めるために水平同期信号をカウントしスキップする。
【００４４】
前記カーソル（白線）表示では垂直同期信号と水平同期信号とをカウントし、表示すべき位置が決定された後、所定のライン数（例えば４ライン分）に白レベル信号を出力する。
【００４５】
ここで、前記キャリブレーションの詳細を説明する。
上述した通り重力方向を決定する際、重力センサ７の０点及び＋１Ｇ、−１Ｇにおける大きさＴ１の値を予め記憶させておく必要がある。そして、このキャリブレーションモードに移行するために、照明用ＬＥＤ１５への電源供給を利用する。
【００４６】
つまり、照明用ＬＥＤ１５の電源は、ＣＰＵ３３に接続されているので、このＣＰＵ３３で照明用ＬＥＤ１５への電源出力が１００ｍｓｅｃＯＦＦ、その後５０ｍｓｅｃ  ＯＮ後にＯＦＦになったことを検出したとき、ＣＰＵ３３ではキャリブレーションモードに移行する。
【００４７】
このキャリブレーションモードでは、撮像アダプタ２を図示しない治具に配置して所定の回数だけ上下左右方向に３６０度回転させる。このことにより、前記ＣＰＵ３３に重力センサ７からのＸ軸方向の振れ及びＹ軸方向の振れに応じた重力加速度検知信号が入力され、その中の最大値と最小値とを求めることによって、重力センサ７の＋１Ｇにおける数値、及び−１Ｇにおける数値が分かる。その後、中央値である０点を計算によって求める。
【００４８】
そして、前記照明用ＬＥＤ１５への電源が再びＯＮにされることで、この作業を終了し、ＥＥＰＲＯＭに０点及び＋１Ｇと−１Ｇのそれぞれの数値を書き込んでキャリブレーションを終了する。
【００４９】
ここで、重力方向検知プログラムの動作例を説明する。
前記撮像アダプタ２に前記挿入部３ａの駆動用ケーブル３ｄを経由して電源が供給されると、その電源は電源フィルタ３８を通ってＣＭＯＳセンサ１６、ＣＰＵ３３、重力センサ７、白レベル電位発生回路３７等に供給されるとともに、各照明用ＬＥＤ１５に供給される。
【００５０】
前記ＣＭＯＳセンサ１６に電源が供給されると、ＮＴＳＣ或いはＰＡＬ等の所定の標準ＴＶ信号を出力する。つまり、複数の光学レンズ１９を通過してＣ−ＭＯＳセンサ１６に結像された光学像が標準ＴＶ信号に変換されてコネクタ２９及び挿入部３ａ内の信号伝送ケーブル３ｃを経由してドラム４内のアンプ４１に伝送される。なお、前記ＣＭＯＳセンサ１６からのクロック信号は、この場合、４ｆｓｃでサブキャリア周波数の４倍のクロックが出力され、ＣＰＵ３３に供給されてそのクロックでこのＣＰＵ３３が動作する。
【００５１】
一方、前記重力センサ７に電源が供給されると、図７に示すように重力加速度検知信号を出力する。この重力加速度検知信号は、一定の周期Ｔ２で繰り返されるデジタル信号で、重力加速度に応じてＴ１が変化する。つまり、加速度０の場合にはＴ１は周期Ｔ２の略半分の値であり、＋１Ｇと−１Ｇとに相当する加速度の範囲でＴ１の大きさが増減する。なお、この重力加速度検知信号は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれについて出力されて前記ＣＰＵ３３に入力される。
【００５２】
前記ＣＰＵ３３に電源が供給されるとまず、初期化処理を行って各パラメータと入力出力ポートとを初期化する。そして、ＣＰＵ３３では前記クロック信号を基準にして垂直同期信号のタイミングを検出し、ＮＴＳＣ／ＰＡＬの検知を行い、ＣＰＵ３３の動作モードを設定する。
【００５３】
次に、このＣＰＵ３３ではＥＥＰＲＯＭに記憶されている０点に相当するＴ１の数値及び＋１Ｇと−１Ｇとにそれぞれ相当するＴ１の数値をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向について読み出しておく。この数値はそれぞれ以後の処理に使用する。
【００５４】
次いで、このＣＰＵ３３では、重力センサ７からの出力、すなわちＸ軸方向とＹ軸方向の重力加速度検知信号の大きさＴ１を読み取り、ＥＥＰＲＯＭから読み出した数値と比較する演算を行う。つまり、それぞれの軸の数値が０点の数値に近いか否かを判定する。
【００５５】
そして、その判定の結果、Ｘ軸方向及びＹ軸方向が共に０点に近かった場合には、撮像アダプタ２が上方向又は下方向を向いていると判断して、スリープモードに移行する。このことにより、以後このＣＰＵ３３からは重畳信号を発生しないので、内視鏡画像内に重力方向を示す指標が表示されなくなる。なお、画面上に指標を出したくない場合には、予め撮像アダプタ２の先端面を上方向又は下方向に向けた状態で電源を入れる。すると、内視鏡画像上に指標が表示されない。
【００５６】
一方、前記判定の結果、Ｘ軸方向又はＹ軸方向の少なくとも一方が０点に近くなかった場合にはメインループに移行して、メインループ内のプログラムだけを実行する。
【００５７】
このメインループに移行するとまず、重力方向検知を行い重力センサ７からのＸ軸方向及びＹ軸方向に関する重力加速度検知信号の大きさＴ１をそれぞれ数値に変換し、その後、重力方向値変換処理を行う。この重力方向値変換処理は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の重力加速度検知信号に対応するそれぞれの数字情報から重力方向が表示装置の画面上の上下左右のどの位置になるかを判定するものであり、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの座標値から、例えば図８に示すように上、右上、右、表示無しを判定する。なお、本図は第１象限を示すものであり、他の象限でも同様に上、左上、左、表示無し、或いは左、左下、下、表示無し、或いは下、右下、右、表示無しが判定される。
【００５８】
そして、重力方向が画面上の上、右上、右、右下、下、左下、左、左上の８方向の内、どの位置かを判定した後、ＣＰＵ３３では奇数フィールド時に所定の処理を行う。つまり、重力方向を示す表示である指標を奇数フィールドから行うので、垂直同期信号を検出した後、奇数・偶数フィールドを判別し、偶数フィールドだった場合には奇数フィールドになるまで待機し、奇数フィールドの先頭が分かった後に表示ライン検知を行う。
【００５９】
このライン検知は、図９に示すように前記表示装置５の画面内の８か所の内の１つに重力方向を示す指標表示を重畳させるためのライン数を数える処理であり、例えば、ＴＶ信号がＮＴＳＣで奇数フィールドの場合には上段の３つの左上、上、右上の３つの指標８ＬＵ、８Ｕ、８ＲＵの表示では７番目の７ラインからであり、中央部の左、右の２つ指標８Ｌ、８Ｒの表示では７６ラインから、下段の左下、下、右下の３つの指標８ＬＤ、８Ｄ、８ＲＤの表示では１９１ラインからである。
【００６０】
そして、この表示ラインが決まったなら、読み飛ばし処理に入り、この読み飛ばし処理で水平同期信号を検出してから重畳信号を出力する。このことにより、水平方向のタイミングを調整して８か所の横方向の位置を決め、その位置から所定の時間だけ重畳回路３２から重畳信号が出力される。
【００６１】
前記重力方向表示の最初のラインが引かれた後は、ＣＰＵ３３はカーソル（白線）表示処理を行い、次のラインに水平同期信号から前のラインと同じタイミングで重畳信号を載せる。そして、奇数フィールドでこの処理が終わったなら、偶数フィールドで同じ処理を行う。
【００６２】
上述した処理を行うことによって、表示装置５に内視鏡画像を表示させる映像信号とともに白い四角となって重力方向を指示する指標が重畳されて出力される。このことにより、表示装置５の画面５ｂ上に重力方向を示す白い四角形（図中では着色した四角形である指標８Ｕ）が内視鏡画像とともに表示される。
【００６３】
なお、本実施形態では内視鏡を挿入部の先端部に撮像アダプタを取り付ける工業用の内視鏡として説明したが、内視鏡は工業用の内視鏡に限定されるものではなく医療用の内視鏡であってもよい。また、撮像アダプタを挿入部の先端部に取り付ける代わりに、内視鏡の先端部を上述したように構成してもよい。
【００６４】
このように、内視鏡の先端部に重力加速度センサを配置するとともに、所定の処理や演算を行うプログラムを搭載したＣＰＵ及び所定の回路を配置することによって、メカニカルな機構を必要とせずに、また信号線を追加することなく、従来の内視鏡外部装置であるカメラコントロールユニット等を使用して、表示装置の画面上に重力方向を示す指標を表示させることができる。
【００６５】
また、重力加速度センサは、内視鏡先端部の急激な方向変換に瞬時に反応して常に正確な重力方向を表示することができる。
【００６６】
さらに、重力方向の表示が不要な場合には任意に指標を非表示状態にすることができる。
【００６７】
図１０は本発明の第２実施形態に係る撮像アダプタの他の構成を説明する図である。本実施形態は前記第１実施形態と略同様の構成であり、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００６８】
図に示すように本実施形態の撮像アダプタ２Ａにおいては、先端側外装部材１１及び基端側外装部材１２と直付けで固定されているアダプタ本体２２及び固定板２４に対して、光学レンズ１９及びＣＭＯＳセンサ１６を搭載したセンサ基板１７を配置したセンサ筐体２１と、このセンサ基板１７に接着剤層２５によって一体に固定された重力センサ７を配置したＬＥＤ基板１８とを一体にした一体部を、緩衝部材である衝撃減衰部材９ａ、９ｂ、９ｃを介して所定位置に位置決め固定している。
【００６９】
この構成にしたことにより、例えば、観察中や準備作業中に万一、挿入部３ａを落下させて地面に撮像アダプタ２をぶつけてしまった場合に、撮像アダプタ２の先端側外装部材１１又は基端側外装部材１２に強い衝撃が加わって、この先端側外装部材１１及び基端側外装部材１２に直付けされているアダプタ２２及び固定板２４にはこの衝撃力が伝達されるが、これらアダプタ２２及び固定板２４に対して衝撃減衰部材９ａ、９ｂ、９ｃを介して所定位置に位置決め固定されたセンサ筐体２１、センサ基板１７、接着剤層２５及びＬＥＤ基板１８には前記衝撃減衰部材９ａ、９ｂ、９ｃが衝撃を減衰させるので、前記光学レンズ１９やＣＭＯＳセンサ１６、重力センサ７が衝撃によって破損することや、基板１７、１８上の電気部品や電気的接続部等に不具合が発生することが防止される。なお、前記接着剤層２５も衝撃を減衰させる作用を有する。
【００７０】
このように、センサ筐体及び基板を外装部材及びこの外装部材に直付けされたアダプタ本体及び固定板に対して衝撃減衰部材を介して位置決め固定することにより、外部から外装部材に加わる衝撃によって光学レンズや、センサ基板、このセンサ基板に搭載された各種部品、ＬＥＤ基板及びこのＬＥＤ基板に搭載された各種部品が破損したり不具合が発生することを防止することができる。
【００７１】
図１１ないし図１３は本発明の第３実施形態に係り、図１１は撮像アダプタの別の構成を説明する図、図１２は撮像アダプタ内の回路構成を説明する図、図１３は表示装置への指標表示例を示す図である。
【００７２】
なお、本実施形態の構成及び作用は前記第１実施形態及び第２実施形態と略同様であり、上述した実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００７３】
図に示すように本実施形態においては第１実施形態のＸ軸方向及びＹ軸方向の重力センサ７に加えて、Ｚ軸方向の重力加速度検知信号を得るための重力センサ７Ａを配置した基板１０を前記ＬＥＤ基板１８に対して直交させた所定の位置関係にして接着層２５ａによって一体に配置固定している。
【００７４】
このため、図１２に示すようにＣＰＵ３３にはＺ軸方向の重力加速度検知信号が入力される。そして、キャリブレーションの際には上下左右方向に加えて前後方向にも３６０度回転させて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に加えてＺ軸方向、それぞれの最大値及び最小値及び０点を求める。
【００７５】
そして図１３に示すように例えば、撮像アダプタ２が上方向を向いているときには画面５ｂ上の四隅に小さな長方形の指標８ａを表示させ、下方向を向いているときには画面５ｂ上の四隅に大きな長方形の指標８ｂを表示させるように処理を行う。
なお、図１４の表示装置への他の指標表示例を示す図のように３次元的な矢印等によって上下方向を表示させるようにしてもよい。
【００７６】
ところで、内視鏡の先端部の外径寸法に対して、例えば配管の内径寸法が比較的大きな場合、配管の中央部に対して離れた重力下方側に内視鏡が配置される。すると、観察光学系で配管内面全体をとらえることが難しくなる。このため、内視鏡を可能な限り配管中央部に配置することが望まれていた。
【００７７】
このため、図１５の内視鏡の挿入部の先端部の構成を説明する図に示すように、本実施形態では挿入部先端部に所定の可撓性を持たせるためのスプリング５１と、このスプリング５１の先端部及び基端部に口金５２、５３とを設けて構成された挿入部先端部５０に、この挿入部先端部５０を配管の略中央部に挿通させるためのセンタリングデバイス５５を挿通配置する構成にして上述した不具合を解消するようにしている。
【００７８】
図１５及び図１６を参照してセンタリングデバイスの構成を説明する。
センタリングデバイス５５は、図１５及び図１６（ａ）のセンタリングデバイスを構成する位置決め部材を説明する図に示すように前記口金５２、５３の端部全周に例えば段部として形成した係止部５４に配置される爪部５６ａと雄ネジ部５６ｂを備えた位置決め部材５６と、図１５及び図１６（ｂ）のセンタリングデバイスを構成するプレートを説明する図に示すように配管の内径寸法に対応させて交換可能で外径寸法Ｄを前記内径寸法より所定寸法だけ小さく形成した複数の羽根部５７ａを有するプレート５７と、図１５及び図１６（ｃ）のセンタリングデバイスを構成する固定部材を説明する図に示すように前記位置決め部材５６の雄ネジ部５６ｂに螺合する雌ネジ部５８ａを有する固定部材５８とで構成されている。
【００７９】
なお、前記プレート５７は、滑り性が良く、かつ耐磨耗性が高く、折れたり、ちぎれたりしない例えばテフロン、ポリプロピレンなどの材質で形成する。また前記羽根部５７ａの中心から所定の距離の部位には段部５７ｂが形成してある。この段部５７ｂは、前記羽根部５７ａが摩耗した際の目安であり、羽根部５７ａが段部５７ｂまで磨耗した場合に使用を中止する。
【００８０】
図１６（ａ）に示すように前記爪部５６ａを先端に形成した先端部には複数のスリット５６ｃを設けて拡縮可能な径変化部５６ｄを形成している。また、この先端部外周面には所定の傾斜角の傾斜面５６ｅが形成されている。これに対して図１６（ｃ）に示す前記雌ネジ部５８ａを有する固定部材５８の端部内周面には前記傾斜面５６ｅと同じ傾斜角のテーパー面５８ｂが形成してある。
【００８１】
したがって、前記センタリングデバイス５５を構成する位置決め部材５６、プレート５７、固定部材５８を挿入部先端５０を構成する口金５２、５３の所定位置にそれぞれ配置した状態にして、前記位置決め部材５６の雄ネジ部５６ｂと前記固定部材５８の雌ネジ部５８ａとを螺合していく。すると、前記テーパー面５８ｂが前記傾斜面５６ｅを押圧して前記径変化部５６ｄの径寸法が徐々に小さくなって前記爪部５６ａが前記口金５２、５３の係止部５４に配置されて、図１７のセンタンリングデバイスを挿入部先端部に配置した状態の作用を説明する図に示すようにセンタリングデバイス５５が配置された状態になる。
【００８２】
このことにより、配管の内径寸法に対して径寸法が小径な内視鏡であっても、挿入部先端部にセンタリングデバイス５５を配置することによって、前記プレート５７の羽根部５７ａの先端が配管内周面に当接して撮像アダプタ２を配管５９の略中央部に配置させた状態にして配管内周面全体をとらえた観察を行うことができる。
【００８３】
尚、本発明は、以上述べた実施形態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。
【００８４】
［付記］
以上詳述したような本発明の上記実施形態によれば、以下の如き構成を得ることができる。
【００８５】
（１）細長で柔軟な挿入部を有する内視鏡と、この内視鏡でとらえた観察対象物の画像を表示する表示装置とを具備する内視鏡装置において、
前記内視鏡の先端部に、
観察対象物を照明するための照明光学系と、
この照明光学系で照らされた観察対象物を観察する撮像光学系と、
この観察光学系でとらえた光学画像を映像信号に変換する撮像素子と、
この撮像素子等を実装する少なくとも１つの基板と、
この基板に配置された重力方向を検出する重力方向検出装置と、
この重力方向検出装置の信号を受け、重力方向を判別する計算を行って重力方向判別信号を生成するとともに、前記撮像素子からクロック信号を元に前記映像信号に前記重力方向判別信号を同期させる所定の重畳タイミングを生成する演算部と、
前記演算部からの重畳タイミング信号を受けて前記映像信号に前記重力方向判別信号を重畳する判別信号重畳回路と、
を設けた内視鏡装置。
【００８６】
（２）前記演算部で前記照明光学系に供給される電源を観察し、所定の電圧のオン・オフ状態を検出したとき、動作モードが切り換え可能である付記１記載の内視鏡装置。
【００８７】
（３）前記観察光学系、前記撮像素子及び前記基板を一体に構成し、これら一体に構成された一体部と、前記先端部を構成する外装部材又はこの外装部材に直付けされている部材との間に、衝撃を減衰させる緩衝部材を配置した付記１に記載の内視鏡装置。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、内視鏡及びカメラコントロール等の構成を変更することなく、かつ先端部にメカニカル機構を設けることなく、重力方向を使用者に告知することが可能で、観察光学系や基板が衝撃によって不具合が発生することを防止した内視鏡装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１ないし図９は本発明の一実施形態に係り、図１は本発明の内視鏡を備えた内視鏡装置の構成例を説明する図
【図２】撮像アダプタの構成を説明する図
【図３】ＬＥＤ基板に配置した重力加速度センサを示す図
【図４】内視鏡装置の電気的な構成を説明する図
【図５】撮像アダプタ内の回路構成を説明する図
【図６】重力方向検知プログラムのソフトウエアの構成を説明する図
【図７】重力加速度検知信号を説明する図
【図８】判定結果と表示領域との関係を説明する図
【図９】表示装置の画面上に表示される内視鏡画像と指標とを示す図
【図１０】本発明の第２実施形態に係る撮像アダプタの他の構成を説明する図
【図１１】図１１ないし図１３は本発明の第３実施形態に係り、図１１は撮像アダプタの別の構成を説明する図
【図１２】撮像アダプタ内の回路構成を説明する図
【図１３】表示装置への指標表示例を示す図
【図１４】表示装置への他の指標表示例を示す図
【図１５】内視鏡の挿入部の先端部の構成を説明する図
【図１６】センタリングデバイスの構成を説明する図
【図１７】センタンリングデバイスを挿入部先端部に配置した状態の作用を説明する図
【符号の説明】
７…加速度センサ
１５…ＬＥＤチップ
１６…Ｃ−ＭＯＳセンサ
３３…ＣＰＵ
３６…スイッチ回路
３７…白レベル電位発生回路
【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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