JP2012196344A - Endoscope - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、外部から直接観察できない被写体の内部を撮像する内視鏡に関し、特に、内視鏡において高解像度の画像を得るための技術に関する。 The present invention relates to an endoscope that images the inside of a subject that cannot be directly observed from the outside, and more particularly, to a technique for obtaining a high-resolution image in the endoscope.
従来、剛性の高い挿入部を備えた硬性内視鏡において、その挿入部の先端に、固体撮像素子およびこの固体撮像素子の駆動回路基板からなる撮像ユニットを設けた構成が知られている(特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a rigid endoscope having a highly rigid insertion portion, a configuration is known in which an imaging unit including a solid-state imaging device and a drive circuit board of the solid-state imaging device is provided at the distal end of the insertion portion (patent) Reference 1).
この種の内視鏡では、高解像度の撮像素子を使用してより精細な画像を得ることが望ましいが、装置の小型化(特に、挿入部の小径化)の必要性から、撮像素子のサイズは挿入部の径による制約を受ける。撮像素子自体の画素数よりも高い解像度の画像を得るための技術としては、例えば、ピエゾ素子などからなるアクチュエータを用いて撮像素子の受光面上で結像する光像と撮像素子とを相対的に微小変位させながら撮像を行う、いわゆる画素ずらしによって取得した複数の原画像から、撮像素子の本来の解像度より高い解像度の画像を生成する手法が知られている(特許文献2、3参照)。
In this type of endoscope, it is desirable to obtain a finer image using a high-resolution image sensor, but the size of the image sensor is required because of the need for downsizing of the apparatus (particularly, the diameter of the insertion portion). Is restricted by the diameter of the insert. As a technique for obtaining an image with a resolution higher than the number of pixels of the image sensor itself, for example, an optical image formed on the light receiving surface of the image sensor using an actuator composed of a piezo element and the like are relatively There is known a method of generating an image having a resolution higher than the original resolution of the image sensor from a plurality of original images acquired by so-called pixel shift, which is imaged while being slightly displaced (see
また、画素ずらしによって取得した複数の原画像から高解像度画像を生成する画像処理法として、低解像度画像の画素値を高解像度画像の画素にマッピングするイメージシフト処理や、ML(Maximum-likelihood)法、MAP(Maximum A Posterior)法や、POCS(Projection On to Convex Sets)法などを用いた超解像処理の技術が知られている(特許文献4参照)。 Further, as an image processing method for generating a high-resolution image from a plurality of original images acquired by pixel shifting, an image shift process for mapping pixel values of a low-resolution image to pixels of a high-resolution image, or an ML (Maximum-likelihood) method A super-resolution technique using a MAP (Maximum A Posterior) method, a POCS (Projection On to Convex Sets) method, or the like is known (see Patent Document 4).
ところで、経鼻的下垂体手術などには、小径の挿入部(例えば、外径2mmの管)を有する内視鏡が好適である。しかしながら、そのような内視鏡では、挿入部内のスペースに制約があるため、上記特許文献2、3に記載のようなアクチュエータを配置することができないという問題があった。また、アクチュエータを挿入部の外に配置することも考えられるが、上記特許文献2、3に記載の従来技術では、挿入部の先端に配置される撮像素子をで高精度に微少変位させることは困難であるという問題があった。さらに、アクチュエータを挿入部の外に配置する場合、アクチュエータと撮像素子との距離が大きくなるため、上記特許文献2、3に記載の従来技術では、撮像素子の変位量を適切に確保することが難しいという問題もあった。
By the way, an endoscope having a small-diameter insertion portion (for example, a tube having an outer diameter of 2 mm) is suitable for nasal pituitary surgery or the like. However, in such an endoscope, there is a problem that the actuators described in
本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、挿入部を小径化可能な構成でありながら、撮像された画像に超解像処理を施して高解像度の画像を取得可能とした内視鏡を提供することを主目的とする。 The present invention has been devised in view of such a problem of the prior art, and has a configuration in which the diameter of the insertion portion can be reduced, while performing a super-resolution process on the captured image, thereby obtaining a high-resolution image. The main purpose is to provide an endoscope that can acquire the above.
本発明の内視鏡は、被写体に挿入される挿入部を形成する保護管と、前記保護管に挿通されると共に、当該保護管内において所定のピッチで軸方向に配置された複数のスペーサによって支持された駆動力伝達シャフトと、前記駆動力伝達シャフトの先端側に取り付けられた撮像素子と、前記保護管外において前記駆動力伝達シャフトの基端側に駆動力を付与することにより、当該駆動力伝達シャフトに対して前記複数のスペーサの支持部位を節とする横方向の振動を生じさせるアクチュエータとを備えたことを特徴とする。 The endoscope of the present invention is supported by a protective tube that forms an insertion portion to be inserted into a subject, and a plurality of spacers that are inserted through the protective tube and arranged in the axial direction at a predetermined pitch in the protective tube. The driving force transmission shaft, the image sensor attached to the distal end side of the driving force transmission shaft, and the driving force applied to the base end side of the driving force transmission shaft outside the protective tube, And an actuator that generates a vibration in a lateral direction with a support portion of the plurality of spacers as a node with respect to the transmission shaft.
このように本発明によれば、保護管外に配置されたアクチュエータから駆動力を付与して駆動力伝達シャフトを振動させることにより、当該駆動力伝達シャフトの先端側に取り付けられた撮像素子を変位させる(すなわち、撮像素子の受光面上で結像する光像と撮像素子とを相対的に変位させる)ことが可能となるため、挿入部を小径化可能な構成でありながら、撮像された画像に超解像処理を施して高解像度の画像を取得することが可能となるという優れた効果を奏する。 As described above, according to the present invention, by applying a driving force from an actuator arranged outside the protective tube to vibrate the driving force transmission shaft, the image sensor attached to the tip side of the driving force transmission shaft is displaced. (I.e., the optical image formed on the light receiving surface of the image sensor and the image sensor are relatively displaced), so that the captured image can be obtained while the diameter of the insertion portion can be reduced. It is possible to obtain a high resolution image by performing super-resolution processing on the image.
上記課題を解決するためになされた第1の発明は、被写体に挿入される挿入部を形成する保護管と、前記保護管に挿通されると共に、当該保護管内において所定のピッチで軸方向に配置された複数のスペーサによって支持された駆動力伝達シャフトと、前記駆動力伝達シャフトの先端側に取り付けられた撮像素子と、前記保護管外において前記駆動力伝達シャフトの基端側に駆動力を付与することにより、当該駆動力伝達シャフトに対して前記複数のスペーサの支持部位を節とする横方向の振動を生じさせるアクチュエータとを備えたことを特徴とする。 A first invention made to solve the above-mentioned problems is a protective tube that forms an insertion portion to be inserted into a subject, and is inserted through the protective tube and is arranged in the protective tube in the axial direction at a predetermined pitch. A driving force transmission shaft supported by a plurality of spacers, an image sensor attached to the distal end side of the driving force transmission shaft, and applying a driving force to the proximal end side of the driving force transmission shaft outside the protective tube Thus, an actuator for generating a lateral vibration having the support portions of the plurality of spacers as nodes on the driving force transmission shaft is provided.
これによると、保護管外に配置されたアクチュエータから駆動力を付与して駆動力伝達シャフトを振動させることにより、当該駆動力伝達シャフトの先端側に取り付けられた撮像素子を変位させることが可能となるため、挿入部を小径化可能な構成でありながら、撮像された画像に超解像処理を施して高解像度の画像を取得することが可能となる。 According to this, it is possible to displace the image sensor attached to the distal end side of the driving force transmission shaft by applying a driving force from an actuator arranged outside the protective tube to vibrate the driving force transmission shaft. Therefore, it is possible to obtain a high-resolution image by performing super-resolution processing on the captured image, while having a configuration in which the diameter of the insertion portion can be reduced.
また、第2の発明は、前記駆動力伝達シャフトを付勢することにより、初期状態の前記駆動力伝達シャフトを前記各スペーサ間において撓ませる付勢部材を更に備えた構成とする。 The second aspect of the invention further includes a biasing member that biases the driving force transmission shaft in an initial state between the spacers by biasing the driving force transmission shaft.
これによると、初期状態の駆動力伝達シャフトが各スペーサ間で撓んだ状態となるため、各スペーサと当該スペーサに支持されるシャフトとのガタを抑制し、駆動力伝達シャフトの先端側に取り付けられた撮像素子をより安定的かつ高精度に変位させることができる。 According to this, since the driving force transmission shaft in the initial state is bent between the spacers, the backlash between each spacer and the shaft supported by the spacer is suppressed, and the shaft is attached to the front end side of the driving force transmission shaft. The obtained image sensor can be displaced more stably and with high accuracy.
また、第3の発明は、前記アクチュエータは、互いに交差する2つの方向に前記駆動力を付与する2つのアクチュエータからなる構成とする。 According to a third aspect of the present invention, the actuator includes two actuators that apply the driving force in two directions intersecting each other.
これによると、駆動力伝達シャフトの先端側に取り付けられた撮像素子の変位の軌跡を容易に変更することが可能となる。 According to this, it is possible to easily change the locus of displacement of the image sensor attached to the tip side of the driving force transmission shaft.
また、第4の発明は、前記駆動力伝達シャフトにおける前記アクチュエータの駆動力付与部位よりも更に基端側に固定され、前記駆動力伝達シャフトの位置を検出する位置検出センサを更に備えた構成とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a configuration further comprising a position detection sensor that is further fixed to the base end side of the driving force transmission shaft of the actuator in the driving force transmission shaft and detects the position of the driving force transmission shaft. To do.
これによると、位置検出センサの配置の自由度が向上するため、駆動力伝達シャフトの変位量から撮像素子の変位量を容易かつ高精度に推定可能となる。 According to this, since the degree of freedom of arrangement of the position detection sensor is improved, the displacement amount of the image sensor can be estimated easily and accurately from the displacement amount of the driving force transmission shaft.
また、第5の発明は、被写体に挿入される挿入部を形成する保護管と、前記保護管内において所定のピッチで軸方向に配置された複数のスペーサによって支持された駆動力伝達シャフトと、前記駆動力伝達シャフトの先端側に取り付けられた撮像素子と、前記駆動力伝達シャフトを付勢することにより、初期状態の前記駆動力伝達シャフトを前記各スペーサ間において湾曲させる付勢部材と、前記保護管外において前記駆動力伝達シャフトの基端側に駆動力を付与することにより、当該駆動力伝達シャフトに対して前記複数のスペーサの支持部位を支点とする周期的な回動を行わせるアクチュエータとを備えた構成とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a protective tube that forms an insertion portion to be inserted into a subject, a driving force transmission shaft that is supported by a plurality of spacers arranged in the axial direction at a predetermined pitch in the protective tube, An imaging device attached to the distal end side of the driving force transmission shaft, an urging member for bending the driving force transmission shaft in an initial state between the spacers by urging the driving force transmission shaft, and the protection An actuator that applies a driving force to the base end side of the driving force transmission shaft outside the tube, thereby causing the driving force transmission shaft to periodically rotate with support portions of the plurality of spacers as fulcrums; It is set as the structure provided with.
これによると、保護管外に配置されたアクチュエータから駆動力を付与して駆動力伝達シャフトを周期的に回動させることにより、当該駆動力伝達シャフトの先端側に取り付けられた撮像素子を変位させることが可能となるため、挿入部を小径化可能な構成でありながら、撮像された画像に超解像処理を施して高解像度の画像を取得可能となる。 According to this, by applying a driving force from an actuator arranged outside the protective tube and periodically rotating the driving force transmission shaft, the image sensor attached to the distal end side of the driving force transmission shaft is displaced. Therefore, it is possible to obtain a high-resolution image by performing super-resolution processing on the captured image, while having a configuration in which the diameter of the insertion portion can be reduced.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第1実施形態>
図1は本発明の実施形態に係る内視鏡1の斜視図である。内視鏡1は、医療用や工業用として用いられる硬性鏡であり、本体部2と、この本体部2から前方に延設された挿入部3とを主として備える。図示を省略するが、本体部2は、電源ケーブルを介して商用電源等からの電力供給が可能であると共に、通信ケーブルを介して外部機器(画像処理装置やモニタ等)との間で画像データや制御信号等の送受信が可能となっている。挿入部3は、比較的小径(例えば、外径2mm、内径1.6mm)でかつ容易に撓むことのない高い剛性を有し、図示しない被写体(例えば、患者の身体等)に挿入される。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a perspective view of an
図2は図1中のII−II線断面図であり、図3は内視鏡1の第1スペーサ12Aの構成を示す模式的断面図であり、図4は図2中のIV部の拡大図であり、図5は図2中のV部の拡大図であり、図6は図2中のVI部の拡大図である。
2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 1, FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the
図2に示すように、挿入部3の外殻は、後端部を本体部2に固定された金属製の円管からなる保護管4と、この保護管4の前端(先端)が嵌め込まれた有底円筒状のアクリル等の透明樹脂材からなる先端カバー6とから構成される。先端カバー6は、被写体からの光を透過する撮像窓として機能する。保護管4では、前側開口が先端カバー6に覆われる一方、後側開口が本体部2の内部に連通しており、これにより挿入部3の密閉された内部スペースが画成されている。
As shown in FIG. 2, the outer shell of the
保護管4および先端カバー6内には、本体部2内から前方に延設されると共に、前端に撮像ユニット10が取り付けられたシャフト(駆動力伝達シャフト)11が挿通されている。シャフト11は、いわゆるばね用鋼からなる弾性変形が容易な棒状部材であり、所定の外力が付与されることにより真直ぐな状態から撓曲可能である。保護管4および本体部2内において所定のピッチで軸方向に配置された複数(ここでは、4つ)の第1スペーサ12A〜第4スペーサ12Dによって支持されている。これにより、シャフト11は、外力を受けていない状態では保護管4および先端カバー6と同軸に配置されると共に、径方向の移動が規制される。
A shaft (driving force transmission shaft) 11 that extends forward from the inside of the
第1スペーサ12Aは、図3に示すように、シャフト11が嵌入された小径環状部材13と、この小径の環状部材13を外囲する大径環状部材14と、小径環状部材13の外周部と大径環状部材14の内周部との間に介装され、大径環状部材14に対して小径環状部材13を回転自在とするx軸方向(上下方向)に配置された一対の回動軸15、15と、大径環状部材14の外周部と保護管4の内周部との間に介装され、保護管4に対して大径環状部材14を回転自在とするy軸方向(左右方向)に配置された一対の回動軸16、16とを有しており、これによりジンバル機構が形成されている。つまり、シャフト11は、第1スペーサ12Aによって前後方向の移動が規制される一方、そのジンバル機構によって第1スペーサ12Aを支点として任意の方向に傾動可能となっている。
As shown in FIG. 3, the first spacer 12 </ b> A includes a small-diameter
また、第1スペーサ12Aの後方に順次配置された第2スペーサ12Bおよび第3スペーサ12Cは、図4に示すように、保護管4の内周面とシャフト11の外周面とに当接するように設けられている。第2スペーサ12Bおよび第3スペーサ12Cは、シャフト11を軸方向に摺動可能に支持する。ここで、第2スペーサ12Bおよび第3スペーサ12Cは、シャフト11の外径と略同一の内径を有する合成樹脂製の環状部材からなるが、これに限らず、シャフト11の周方向に等間隔で配置された複数(例えば、4つ)の支持部材によって構成してもよい。また、図4に示す断面において、第2スペーサ12Bおよび第3スペーサ12Cの内周面(シャフト11との当接面)は、シャフト11の外周面に向けて凸となる円弧状をなしており、これにより、シャフト11は、第2スペーサ12Bおよび第3スペーサ12Cを支点として任意の方向に傾動が容易である。
Further, the
さらに、第3スペーサ12Cの後方の本体部2内に配置された第4スペーサ12Dは、図5に示すように、第2スペーサ12Bおよび第3スペーサ12Cと略同様の構成を有する環状部材からなり、シャフト11を軸方向に摺動可能に支持する。なお、ここでは、シャフト11を支持する4つのスペーサ12A〜12Dを用いる例を示すが、スペーサの個数や配置(相互の間隔)は適宜変更することが可能である。
Further, as shown in FIG. 5, the
撮像ユニット10は、前方に位置する被写体(図示せず)を所定の視野角で撮像可能に設けられている。図6に示すように、撮像ユニット10は、先端カバー6を通して被写体からの光が入射する対物レンズ系21と、この対物レンズ系21の後方に配置され、当該対物レンズ系21からの光が前側の受光面に結像される固体撮像素子22と、この固体撮像素子22の後部に取り付けられ、当該固体撮像素子22との間で各種信号の送受信や電力受給を行う駆動基板23とを有している。詳細は図示しないが、対物レンズ系21は複数の光学レンズによって構成することができる。
The
固体撮像素子22は、先端カバー6内において駆動基板23を介してシャフト11の前端に固定されている。固体撮像素子22としては、比較的小型(例えば、1mm×1mmのサイズ)のCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等からなる周知のイメージセンサを用いることができる。なお、固体撮像素子22の設定位置は、その撮像が阻害されな限りにおいて、少なくともシャフト11の前端側であればよい。
The solid-
駆動基板23には、固体撮像素子22を駆動するための電源の電圧変換回路や、クロック発生回路等が設けられている。図示は省略するが、駆動基板23と本体部2との間には、撮像画像データや駆動電力等を送受するためのケーブルが配設されている。
The
図7は内視鏡1の本体部2の内部構造を一部省略して示す斜視図であり、図8は内視鏡1における本体部2の内部構造の部分透視斜視図であり、図9は図8に示す内部構造の底面図であり、図10は本体部2における受光センサ54の周辺を示す(A)基板背面側および(B)基板表面側の斜視図である。以下、これら図7から図10と前出の図5を参照して本体部2の内部構造について説明する。なお、説明の便宜上、本体部2においても撮像画像データや駆動電力等を送受するためのケーブル等については図示を省略している。
7 is a perspective view showing the internal structure of the
本体部2のハウジングは、図5に示したように、略カップ状のカバー部材31と、当該カバー部材31の前側にねじで固定された略平板状のベース部材32とを有しており、カバー部材31の前側の開口がベース部材32によって閉鎖されることにより内部空間が画成されている。ベース部材32の前面中央部において前方に突設された円筒状の固定部33には、保護管4の後端部が嵌め込まれている。
As shown in FIG. 5, the housing of the
シャフト11の後端側は、固定部33の基端に形成された貫通孔32aを通して本体部2内に挿入される。シャフト11における第4スペーサ12Dの支持部位の後方近傍にはシャフト押圧部材40が配置されており、図7に示すように、シャフト11は、シャフト押圧部材40の上部に設けられた支持凹部40aに挟持された状態にある。また、シャフト押圧部材40の下部には、シャフト11に駆動力を付与するピエゾアクチュエータ41が連結されている。
The rear end side of the
ピエゾアクチュエータ41はシャフト押圧部材40を介してシャフト11に対して下方から当接した状態にあり、逆圧電効果によるピエゾアクチュエータ41の上下方向の変位によりシャフト11に対して駆動力が付与される。ピエゾアクチュエータ41の下部は支持部材42によって支持されており、この支持部材42はベース部材32に対してねじで固定されている。
The
また、シャフト押圧部材40の上部には、圧縮ばね(付勢部材)43の下端部が連結されている。圧縮ばね43は、シャフト押圧部材40の上部に嵌着されると共に、シャフト11に対して上方から当接した状態にある。これにより、圧縮ばね43は、ピエゾアクチュエータ41に対して予圧(初期荷重)を付与すると共に、ピエゾアクチュエータ41の動作時にはその上下変位に応じて上下に伸縮する。圧縮ばね43の上端部は、前壁44aをベース部材32に対してねじで固定されたブラケット44における上壁44bの下面側の凸部45(図5参照)に連結されている。
Further, a lower end portion of a compression spring (biasing member) 43 is connected to the upper portion of the
シャフト11の後端部は、上方に直角に折り曲げられてL字状をしており、その末端は、ブラケット44の上壁44bに取り付けられた軸受51に支持されている。シャフト11の末端が挿入された軸受51の挿入孔51aは、図8に示すように、前後方向に延びる長孔として形成されている。
The rear end portion of the
また、図5に示すように、シャフト11におけるシャフト押圧部材40の支持部位の更に後方にはセンサ取付部材52が固定されている。センサ取付部材52には、図10に示すように、センサ基板53を介してフォトダイオードからなる受光センサ54が取り付けられている。センサ取付部材52は、図10(A)に示すように、係止爪56およびこれに対向するように配置された段部57、ならびに係止孔58によってL字状をなすシャフト11の後端部に取り付けられているため、シャフト11に対して安定的に固定される。
Further, as shown in FIG. 5, a
また、図8に示すように、受光センサ54の受光面側(右側)にはLED(Light Emitting Diode)55が配置されており、このLED55は、対向する受光センサ54に向けて光を出射する。これにより、受光センサ54が検出するLED55からの光の増減に基づき、シャフト11の変位(延いては後述するシャフト11先端の固体撮像素子22の変位)を検出することが可能となっている。LED55は、図9に示すように、LED55は、LED基板59と共にブラケット44の右壁44cに固定されている。
Further, as shown in FIG. 8, an LED (Light Emitting Diode) 55 is disposed on the light receiving surface side (right side) of the
図11は第1実施形態に係る内視鏡1の撮像時における動作説明図であり、図12は図11中のXII−XII線断面における内視鏡1の動作説明図であり、図13は内視鏡1の撮像時における撮像素子の変位の様子を示す模式図である。
FIG. 11 is an operation explanatory diagram during imaging of the
内視鏡1では、図11中に実線で示すように、シャフト11は圧縮ばね43の付勢力によって予め撓んだ状態とされる。このとき、シャフト11において、第1スペーサ12A〜第4スペーサ12Dによる支持部位は、撓む前のシャフト11の中心軸C上に保持されると共に、各スペーサ間の部位は上下に湾曲した状態となる。これにより、第1スペーサ12A〜第4スペーサ12Dとシャフト11間のガタが抑制され、第1スペーサ12A〜第4スペーサ12Dを支点としてシャフト11を安定的に振動または変位させることが可能となる。
In the
内視鏡1では、電源がオンされて撮像が開始されると、ピエゾアクチュエータ41に駆動電圧が印加されることにより、ピエゾアクチュエータ41からシャフト11に対して駆動力が付与される。このとき、図11および図12中の矢印Aで示すように、ピエゾアクチュエータ41の上端は所定のストローク(数μm)でx軸方向(上下方向)に変位する。これにより、図11に示すように、シャフト11は共振状態となり、シャフト11には第1スペーサ12A〜第4スペーサ12Dに支持された部位を節とする横方向の振動が生じる。その結果、シャフト11の先端の固体撮像素子22において、図13中に矢印Bで示すように、画素P(たとえば、画素ピッチ2μm)を一定の範囲(例えば、数画素ピッチの大きさ)で直線的に変位させることができる。なお、固体撮像素子22の変位は、厳密には中心軸Cの方向にも生じ得るが、無視できる程度であってデフォーカス等が問題になることはない。
In the
ここで、固体撮像素子22の変位量は、受光センサ54の検出結果から推定することが可能である。例えば、受光センサ54の検出光量と固体撮像素子22の変位の関係について予め調査しておくことにより、変位量を高精度に推定できる。
Here, the displacement amount of the solid-
このように、第1実施形態に係る内視鏡1では、保護管4外に配置されたピエゾアクチュエータ41から駆動力を付与してシャフト11を振動させることにより、シャフト11の先端側に取り付けられた固体撮像素子22を変位させる(すなわち、固体撮像素子22の受光面上で結像する光像と固体撮像素子22とを相対的に微少変位させる)ことが可能となるため、挿入部3の小径化を実現しつつ、画素ずらしによって取得した複数の原画像から、撮像素子の本来の解像度より高い解像度の画像を生成することが可能となる。なお、得られた撮像データは内視鏡1に接続される画像処理装置(例えば、汎用コンピュータ)によって処理されて、液晶モニタ等に表示される。
As described above, in the
ここで、前出の図2に示したように、第1スペーサ12A〜第4スペーサ12Dは、撮像ユニット10の取付位置よりも後方に順次配置されており、撮像ユニット10と第1スペーサ12Aとの間隔はL1であり、第1スペーサ12A〜第4スペーサ12D間のピッチはL2である。ここでは、撮像ユニット10と第1スペーサ12Aとの間隔L1は、各スペーサ12A〜12DのピッチL2よりも小さく設定されているが、L1とL2との比を変更することにより、シャフト11の振動による固体撮像素子22の変位量を所望の大きさに調整することができる。
Here, as shown in FIG. 2 described above, the
また、ピエゾアクチュエータ41は、シャフト11の振動の腹に相当する部位(各スペーサ間)に駆動力を付与するように配置可能であるが、第3スペーサ12Cとピエゾアクチュエータ41との当接位置(駆動力付与部位)との間隔L3(図11参照)の大きさを変更することによっても、シャフト11の振動による固体撮像素子22の変位量を所望の大きさに調整することが可能である。ピエゾアクチュエータ41は、その性質上、比較的大きな駆動力を生じさせることが可能である一方、その変位量を増大させることは比較的難しいため、間隔L3を小さくして(第4スペーサ12Dの近傍に配置して)曲げモーメントを発生させるようにするとよい。
The
<第1実施形態の変形例>
図14は第1実施形態の変形例に係る内視鏡1の撮像時における動作説明図であり、前出の図12に対応するものである。ここで、第1実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付してある。また、この変形例については、以下で特に言及する事項を除いて上述の第1実施形態の場合と同様とする。
<Modification of First Embodiment>
FIG. 14 is an explanatory diagram of an operation at the time of imaging of the
図14に示すように、変形例では、ピエゾアクチュエータ41と圧縮ばね43とが、x軸方向と直交するy軸方向(左右方向)に変位可能に配置されている点において第1実施形態の場合とは異なる。ここでは、ピエゾアクチュエータ41に駆動電圧が印加されると、第1スペーサ12A〜第4スペーサ12Dを支点としてシャフト11を捩る方向に駆動力が作用する。これにより、シャフト11は、図14中の矢印Dで示すように、第1スペーサ12A〜第4スペーサ12Dを支点として中心軸C周りに所定の範囲で回動する。その結果、シャフト11の先端の固体撮像素子22を、所定範囲(例えば、数画素ピッチの大きさ)で円弧上を移動するように変位させることができる。
As shown in FIG. 14, in the modification, in the case of the first embodiment, the
<第2実施形態>
図15は第2実施形態に係る内視鏡1の撮像時における動作説明図であり、前出の図11に対応するものである。ここで、第1実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付してある。また、第2実施形態では、以下で特に言及する事項を除いて上述の第1実施形態の場合と同様とする。
Second Embodiment
FIG. 15 is an operation explanatory diagram at the time of imaging of the
図15に示すように、第2実施形態では、シャフト11の駆動力が付与される部位に、中心軸Cと直交する方向に延在する駆動アーム61が設けられている。圧縮ばね43とピエゾアクチュエータ41とは、ともに中心軸C方向と平行な方向(左右方向)に変位可能に配置されており、それぞれ駆動アーム61に対して前方および後方から当接した状態にある。したがって、ピエゾアクチュエータ41の前端の中心軸C方向(前後方向)の変位により、ピエゾアクチュエータ41から駆動アーム61を介してシャフト11に対して駆動力が付与される。シャフト11は、第1実施形態の場合と同様に、圧縮ばね(ここでは図示せず)等の付勢部材によって付勢されることにより、予め撓んだ状態とされる。
As shown in FIG. 15, in the second embodiment, a
ここで、ピエゾアクチュエータ41の前端が前方に変位すると、図15中に破線で示すように、シャフト11はその湾曲量を増大させるように変位する。これにより、シャフト11の先端の固体撮像素子22をx軸方向に直線的に変位させることができる。したがって、ピエゾアクチュエータ41の前端を繰り返し前後方向に変位させることにより、固体撮像素子22を、第1実施形態の場合と同様に、一定の範囲で直線的に変位させることができる。
Here, when the front end of the
このように、第2実施形態に係る内視鏡1では、保護管4外に配置されたピエゾアクチュエータ41から駆動力を付与してシャフト11を振動させることにより、シャフト11の先端側に取り付けられた固体撮像素子22を変位させることが可能となるため、挿入部3の小径化を実現しつつ、撮像された画像に超解像処理を施して高解像度の画像を取得可能となる。
Thus, in the
<第2実施形態の変形例>
図16は第2実施形態の変形例に係る内視鏡1の撮像時における動作説明図である。図16では、上述の第2実施形態とは構成を異にするシャフト11の前端部周辺について示してある。この変形例については、以下で特に言及する事項を除いて第2実施形態の場合と同様とする。
<Modification of Second Embodiment>
FIG. 16 is an operation explanatory diagram at the time of imaging of the
図16(A)に示すように、シャフト11の前端は、第1回動軸71を介して固体撮像素子22を支持する駆動基板23の後部中央に接続されている。また、駆動基板23の後部において第1回動軸71の下方に設けられた第2回動軸72には、シャフト11の前端部と平行に延在するロッド73の前端が接続されている。ロッド73は、シャフト11の前端と第1スペーサ12Aの支持部位との間の距離と略同一の長さを有しており、ロッド73の後端は、第1スペーサ12Aの下方に配置された第3回動軸74に接続されている。第3回動軸74は、保護管4または先端カバー6(図6参照)に支持されている。また、シャフト11前端部とロッド73との間には、卵形のダンピングゲル75が挟装されている。
As shown in FIG. 16A, the front end of the
このような構成により、シャフト11の前端部、ロッド73、第1スペーサ12Aおよび第1〜第3回動軸によってリンク機構が形成され、シャフト11に対して駆動力が付与された際には、図16(B)に示すように、固体撮像素子22は姿勢を維持したままx軸方向に変位することになる。つまり、上述の第2実施形態においては、固体撮像素子22の変位と共に中心軸Cに対する角度が僅かに変化するが、このようなリンク機構により、固体撮像素子22の角度変化を防止し、より安定かつ高精度な撮像を実現することが可能となる。また、シャフト11前端部とロッド73との間のダンピングゲル75により、外部からの振動入力に対する共振を防止することができる。
With such a configuration, a link mechanism is formed by the front end portion of the
<第3実施形態>
図17は第3実施形態に係る内視鏡1の撮像時における動作説明図であり、図18は図17中のXVIII−XVIII線断面における内視鏡1の動作説明図であり、図19は第3実施形態に係る内視鏡1の撮像時における撮像素子の変位の様子を示す模式図である。ここで、第1実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付してある。また、第3実施形態では、以下で特に言及する事項を除いて上述の第1実施形態の場合と同様とする。
<Third Embodiment>
FIG. 17 is an operation explanatory diagram during imaging of the
図17および図18に示すように、第3実施形態では、それぞれ対をなすピエゾアクチュエータ41a、41bと圧縮ばね43a、43bとが、中心軸Cの方向と交差(ここでは、直交)し、且つ互いに直交するp軸方向およびq軸方向にそれぞれ変位可能に配置されている点において第1実施形態の場合と異なる。ここで、ピエゾアクチュエータ41a、41bと圧縮ばね43a、43bとは、第4スペーサ12Dと、第5スペーサ12Eとの間に配置されている。第5スペーサ12Eは、上述の第1スペーサ12Aと同様にジンバル機構を有している。
As shown in FIGS. 17 and 18, in the third embodiment, the
ピエゾアクチュエータ41a、41bに駆動電圧が印加されると、各々の変位量、振動数および位相の設定によって、固体撮像素子22をリサジュー図形のごとく種々の曲線(円、楕円等)や、直線上で変位させることができる。例えば、ピエゾアクチュエータ41a、41bの位相を90°ずらして同一の変位量(振幅)で正弦波振動させることにより、シャフト11を、図18中の矢印Hで示すように、第1スペーサ12A〜第4スペーサ12Dを支点として中心軸C周りに所定の範囲で回転させることができる。その結果、図19中の矢印Iで示すように、画素Pを一定の直径(例えば、数画素ピッチの大きさ)を有する円上を移動させることができる。
When a drive voltage is applied to the
本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。例えば、
アクチュエータの駆動力を伝達するシャフトの材料および形状(径、長さ)は種々の変更が可能である。また、シャフトは、少なくとも後端側のピエゾアクチュエータによって生じる曲げモーメントを先端側に伝達可能なものであればよい。また、ピエゾアクチュエータや圧縮ばねの数量や配置は種々の変更が可能であり、上述の各実施形態における動作方式を複数組み合わせて用いることもできる。なお、上記実施形態に示した本発明に係る内視鏡の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
Although the present invention has been described based on specific embodiments, these embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to these embodiments. For example,
Various changes can be made to the material and shape (diameter, length) of the shaft that transmits the driving force of the actuator. The shaft may be any shaft that can transmit at least the bending moment generated by the piezoelectric actuator on the rear end side to the front end side. Further, the number and arrangement of the piezoelectric actuators and compression springs can be variously changed, and a plurality of operation methods in the above-described embodiments can be used in combination. It should be noted that not all the constituent elements of the endoscope according to the present invention shown in the above embodiment are necessarily essential, and can be appropriately selected as long as they do not depart from the scope of the present invention.
本発明に係る内視鏡は、挿入部を小径化可能な構成でありながら、撮像された画像に超解像処理を施して高解像度の画像を取得可能とし、小型でありながら高解像度の画像を得るための内視鏡として有用である。 The endoscope according to the present invention can obtain a high-resolution image by performing super-resolution processing on a captured image while having a configuration in which the diameter of the insertion portion can be reduced. It is useful as an endoscope for obtaining
1 内視鏡
2 本体部
3 挿入部
4 保護管
6 先端カバー
10 撮像ユニット
11 シャフト(駆動力伝達シャフト)
12A〜12E 第1〜第5スペーサ
21 対物レンズ系
22 固体撮像素子
23 駆動基板
31 カバー部材
32 ベース部材
41 ピエゾアクチュエータ41
43 圧縮ばね(付勢部材)
54 受光センサ
55 LED
DESCRIPTION OF
12A to 12E First to
43 Compression spring (biasing member)
54
Claims (5)
前記保護管に挿通されると共に、当該保護管内において所定のピッチで軸方向に配置された複数のスペーサによって支持された駆動力伝達シャフトと、
前記駆動力伝達シャフトの先端側に取り付けられた撮像素子と、
前記保護管外において前記駆動力伝達シャフトの基端側に駆動力を付与することにより、当該駆動力伝達シャフトに対して前記複数のスペーサの支持部位を節とする横方向の振動を生じさせるアクチュエータと
を備えたことを特徴とする内視鏡。 A protective tube that forms an insertion portion to be inserted into the subject;
A driving force transmission shaft that is inserted through the protective tube and supported by a plurality of spacers arranged in the axial direction at a predetermined pitch in the protective tube;
An image sensor attached to the tip side of the driving force transmission shaft;
An actuator that generates lateral vibration with the support portions of the plurality of spacers as nodes in the driving force transmission shaft by applying a driving force to the base end side of the driving force transmission shaft outside the protective tube. And an endoscope.
前記保護管内において所定のピッチで軸方向に配置された複数のスペーサによって支持された駆動力伝達シャフトと、
前記駆動力伝達シャフトの先端側に取り付けられた撮像素子と、
前記駆動力伝達シャフトを付勢することにより、初期状態の前記駆動力伝達シャフトを前記各スペーサ間において湾曲させる付勢部材と、
前記保護管外において前記駆動力伝達シャフトの基端側に駆動力を付与することにより、当該駆動力伝達シャフトに対して前記複数のスペーサの支持部位を支点とする周期的な回動を行わせるアクチュエータと
を備えたことを特徴とする内視鏡。 A protective tube that forms an insertion portion to be inserted into the subject;
A driving force transmission shaft supported by a plurality of spacers arranged in the axial direction at a predetermined pitch in the protective tube;
An image sensor attached to the tip side of the driving force transmission shaft;
An urging member that bends the driving force transmission shaft in an initial state between the spacers by urging the driving force transmission shaft;
By applying a driving force to the base end side of the driving force transmission shaft outside the protective tube, the driving force transmission shaft is periodically rotated about the support portions of the plurality of spacers. An endoscope comprising an actuator.
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