JP2005034654A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 立体画像の被写体への注視点、輻輳角を撮像側で簡単に実現できる内視鏡用の撮像装置を提案する。
【解決手段】 撮像部はイメージファイバ１と、ファイバに画像を結像する対物レンズ２とを備える。両対物レンズ２の光軸の交わりが作る輻輳角を調整する調整器４（７０）を備える。調整器４は、複数の関節から成る枠体状のもので、ロッド７により調整器４を変形させて、輻輳角を設定する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、内視鏡用の撮像装置に関し、特に撮像側で内視鏡の輻輳角を変更できる内視鏡用の撮像装置に関するものである。

従来、管腔臓器、腹腔内や胸腔内の観察手段として内視鏡が広く用いられている。これら内視鏡のほとんどは画像観察手段を１つしか持っておらず、観察者は単眼でしか観察することができないために、観察対象の立体的観察ができずに正確な診断が困難であったり、内視鏡と併用して使用する器具を用いた観察対象への処置において距離感を得ることができずに処置が容易にできないという不具合があった。

これに対し、少なくとも２つの画像伝送光学系の対物レンズと観察対象点とのなす輻輳角を立体可視可能な角度となるように配置し、立体視が可能な内視鏡があるが、これらは輻輳角が固定されており、両画像伝送光学系の光軸が一致している付近では立体画像の観察は可能であるが、この領域をはずれると観察像が２重に観察されるなど立体画像が得られにくくなるという問題点があり、観察対象の距離に応じて輻輳角を任意に変えることが必要であることが分かっている。また、輻輳角が固定では術者の輻輳角の個人差との不一致より不自然な立体視を行わねばならないとの問題点がある。

この問題を解決するため、２本の硬性鏡をある輻輳角で配置しこの２本の硬性鏡の光軸が交わる点と観察部位との位置ずれ量を検出し、この位置ずれ量より硬性鏡の輻輳角を調整する手段を持つ装置が提案されている（特許文献１）。
特開平０５−３４１２０６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明は、位置ずれを検出するためにレーザ光線を使用したり、３Ｄ−ＣＣＵを必要とするなど装置が複雑になる不利益を有する。更に、この方式では観察点が光軸の交点の前に位置しているか後ろの位置しているかの判定が難しく、自動補正をかけた場合適切な補正が行われずに使用しにくいことが考えられる。

また、この方式であっても術者の輻輳角の個人差の問題を解決することは困難であると考えられる。注視点の奥行きの変化は、表示装置側で左右のディスプレイの像の重なり具合をずらすことによってもできるが、これではカメラの画角が有限であることから立体視が可能な領域は制限されてしまう。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、注視の奥行きの変化あるいは立体感の変化を、撮像側で簡単に実現できる内視鏡用の撮像装置を提案するものである。

また、本発明は、術者が立体画像を観察しながら術者自身の操作により被写体までの距離、あるいは立体感を変更できる立体内視鏡用の撮像装置を提案するものである。

上記課題を解決するため、本発明による撮像装置は、画像を取り込む画像取込手段と、前記画像取込手段と結合され、取り込んだ画像を画像処理部に伝える可撓性をもった画像伝送系と、拡張、収縮自在に構成され、前記画像伝送系を変形させて前記画像取込手段の輻輳角を変化させる光軸変更手段と、前記光軸変更手段を操作する操作手段とを備え、前記光軸変更手段は、遠方を観察する場合は収縮し、近位を観察する場合は突出するよう変形することを特徴とする。

また、前記光軸変更手段が突出するように変形した際には、前記内視鏡の先端部の外径が拡張するようになっている。

その他の本発明の特徴は、以下の発明を実施するための最良の形態の記載及び添付図面により明らかになるものである。

以上のように、本発明によれば、内視鏡で観察する被写体の注視点を外部より自在に制御できる。又、観察対象の位置、内視鏡の位置そして観察者の輻輳角の個人差に関わらず、輻輳点の奥行きを変化させることにより、最適な立体視が可能になる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。

実施例の説明に先立ち、図２から図５までの第１の実施形態と、図６の第２の実施形態の説明の導入として、全体的なシステム構成を図１で説明する。図１に示す立体内視鏡システムは、立体内視鏡１０と、２つの画像伝送光学系（イメージファイバ１）によって伝送される一対の画像をそれぞれ撮像レンズ１５を通して受光し、ＴＶ信号へ変換するためのＣＣＤ等からなる一対の撮像素子１２と、得られた一対のＴＶ信号を立体画像として表示するためのステレオ画像表示装置１３と、カメラ間距離（ベースライン）輻輳角の調整のための操作部５０とを備える。

立体内視鏡１０の先端部の撮像部は、対物レンズ２で被写体の画像をイメージファイバ上に結像し、これがファイバにより伝送され、撮像レンズ１５を介して更に撮像素子１２に結像する。撮像素子１２から出力したＴＶ信号はステレオ画像表示装置１３に入力される。被写体を照らすライトガイド６０（図４）は、ライトガイド接続口１４で光源装置と接続され、光源装置より光供給を受ける。

内視鏡の被覆材３１は、ラテックスあるいはエラストマー材料などの曲がりやすい可撓性の材料から成る。先端部の被覆材３０は、同種の材料を更に収縮性を高めたものであり、内部からの応力に応じ変形自在とする。参照番号３２は、被覆材３０，３１と共働してイメージファイバ収納用のルーメンを形成する部材であり、材料とその特性は被覆材３０，３１にそれぞれ対応する。

観察対象物の照明は、光源にライトガイド６０を接続し、光を導光し、ライトガイド開放端から光りを出射し、観察対象を照明する。

＜第1の実施形態＞
次に本実施形態において、カメラ間距離を調整する調整器４０の構成と動作を添付図面を参照して説明する。

先ず、図２が示すように、調整器４０は４辺（４１、４２、４３および４４）から成る枠体で、４つの関節を持つので加えられる応力により拡張、収縮自在である。４つの関節のうち、内視鏡１０の軸方向３で対向する浮いた２つの関節２９には、内側にネジ溝が切られたガイド２０、２２が関節を動き自在に付けられている。ロッド８からの力はガイドによって調整器４０に伝えられる。ガイド２０、２２には、先端に左ねじ２４、後端に右ネジ２５が切られたロッド８が螺合されている。一方、他の関節２７は、ルーメン部材３２に接着材２８で固定されている。

８０は、術者がマニュアルでロッド８を回すために外部に取り付けられた回転ナットであり、ナットの回り方向にしたがって、ロッドが時計方向、反時計方向に回転する。８２は、ナット８０の回転をロッド８に伝えるネジである。図４は内視鏡の先端部の画像取り込み素子が納められているイメージ用窓、イメージ用窓の間隔を調整する調整器４０、被写体を照射するライトガイド６０の配置を示す。この図は、調整器４０が閉じ、イメージ窓が最短の間隔にある状態を示している。

このように構成される内視鏡の動作を説明する。図３は、枠体状の調整器４０が閉じられ、ベースラインが未調整の段階を示す。ここで、ナット８０を回し、術者がロッドを例えば右回転させると、ガイド２０、２２はそれらの取り付け部位の関節を互いに近付ける方向に移動させるので、枠体は徐々に菱形に変形し、ルーメン部材３２に固定されている関節２７は外方向に突き出て、ルーメン部材３２、イメージファイバー１、被覆材３０を関節２７を中心に外方向に膨張させる。この結果、内視鏡先端部の外形が拡張し、イメージファイバ１、対物レンズ２が作る画像取込手段（カメラ）の距離は広げられる。

一方、ロッド８を左回転せると、ガイド２０、２２はロッド８上を互いに離れる方向に移動し、調整器４は扁平に変形し、関節２７はへこむので、関節２７、２７間の距離が狭まる。このため、イメージファイバ１、対物レンズ２が作る画像取込手段（カメラ）の距離は短くなる。図５は、カメラ間距離を最大限にした状態を示す模式図であり、図から理解されるように、調整器が閉じた状態のときの対物レンズ（イメージファイバー）の間隔に対して、実際は２．５倍（理論上はほぼ３倍）の間隔を作ることができる。２つの対物レンズ（イメージファイバー）間の距離、すなわちカメラ間距離を変えることにより、被写体までの距離を変えて、注視点を変化させることができる。

図２の実施例では、観察者はライドガイド６０で導光された照明光により照明された被写体をある注視点の下に観察している。ここで、撮影したい被写体への注視点を変更したいときは、ロッドを回し、関節２７、２７を外方向に突出させ、被覆材３１をひろげ、カメラ間距離を大きくする。注視点を近位に設定するときは、関節２７、２７の押し出しを低下させるようにロッドを回せばよい。

＜第２の実施形態＞
図６は別の調整器７０を使用して、輻輳角を変更する実施例を示す。先ず、図６が示すように、調整器７０は５辺（７１〜７５）から成り、底辺７１が固定の枠体である。この枠体は５つの関節で、拡張、収縮自在に組み立てられている。辺７１が固定で、辺７２と辺７３、辺７４と辺７５が関節２７を作る。辺７３と辺７５が関節２９を作る。関節２７は浮動（非固定）である。関節２９には内側にネジ溝が切られたガイド２２が、関節２９に自由に取り付けられている。ガイド２２には先端にネジが切られた操作ロッド８が螺合されている。辺７２と辺７４には、辺７２と辺７４には、対物レンズ２とイメージファイバ１が固定され、辺７２、７４の傾き角度でそれらの光軸が決定される。この２つの光軸の交わりが輻輳角をつくる。固定長の辺７１はストローク（カメラ間距離）を固定する。

図６の例では、ナット８０を回し、術者がロッドを例えば、右回転を伝えると、ロッド８によりガイド２２は関節２９を左に移動させるので、枠体は内側につぶれ、関節２７を外方向に押し出す。この押し出しで、被覆材３１イメージファイバ１は関節２７を中心に変形し、角度がつく。したがって、辺７２、７４の交わり角度は大きくなり、撮像系の輻輳角を大きくする。

一方、ロッドを逆に回転させると、ガイド２２はロッド８上を右に移動し、関節２７の外方向への膨張を縮め、辺７２、７４の作る角度を小さくする。この結果、辺７２、７４の交わり角で決まる撮像系の輻輳角は小さくなる。このように、ロッドの操作で、術者の希望する立体感をもつ、立体画像の撮影と表示ができる。

図６の例では、ロッド８を回して、関節２７、２７の突出の度合いを変え、辺７２、７４の傾きを変更する。こうすれば、辺７２、７４の傾きに依存する内視鏡の輻輳角は自在に制御できるので、容易に立体感を変更できる。また、立体視できる画領域を変更できる。具体的に言えば、近位の観察対象を立体視しようとするときは、関節２７、２７を大きく突出させれば、輻輳角θは大きくなり、近位を立体的に観察するのに適した輻輳角となる。遠方を観察する場合は調整器をへん平に収縮させる。

なお、調整を行う輻輳角θの範囲は０度〜６０度であることが好ましく、最適値は１０度〜２０度である。これにより、観察対象の位置、内視鏡の位置そして観察者の輻輳角の個人差に関わらず最適な立体視が可能である。
＜実施形態の作用＞
本実施形態によれば、立体内視鏡で観察対象を観察中に観察者がロッドを操作すると、操作量に応じて調整器が動作する。調整器は撮像装置のカメラ間距離あるいは輻輳角を調整する。輻輳が一定のまま、カメラ間距離を制御すれば、撮像装置と被写体の距離が変わり、注視点を変化させることができる。また、輻輳角の調整により、立体視できる領域を変更できる。もちろん、術者が立体画像を見ながら操作を行うことで、術者の個人差に合わせた輻輳角の調整が可能である。画像伝送光学系のイメージファイバの特性である柔軟性を利用することにより内視鏡を軟性化できるので、この特性により観察部位の用途の拡大を図ることができる。

また、本実施形態におけるイメージファイバの素材は、多成分ガラス，石英，プラスチック等の可とう性のある材料で形成される。本発明の動力は、外部から伝達される回転力である。

なお、本発明は軟性鏡、硬性鏡を問わず全ての内視鏡に利用できる。

本発明の第１の実施形態を示す立体内視鏡のシステム構成を示す図である。 カメラ間の距離を調整する実施形態の要部の一部断面図である。 図２の第１の実施形態の調整器がほぼ閉じられている状態を示す一部断面図である。 立体内視鏡の先端部の主要な要素の配置構成を示す図である。 カメラ間の間隔の拡張に伴い、立体内視鏡の先端部が変形した状態を示す図である。 輻輳角を調整する第２の実施形態の要部の一部断面図である。

Claims (2)

1. 画像を取り込む画像取込手段と、
   前記画像取込手段と結合され、取り込んだ画像を画像処理部に伝える可撓性をもった画像伝送系と、
   拡張、収縮自在に構成され、前記画像伝送系を変形させて前記画像取込手段の輻輳角を変化させる光軸変更手段と、
   前記光軸変更手段を操作する操作手段とを備え、
   前記光軸変更手段は、遠方を観察する場合は収縮し、近位を観察する場合は突出するよう変形することを特徴とする内視鏡用の撮像装置。
2. 前記光軸変更手段が突出するように変形した際には、前記内視鏡の先端部の外径が拡張することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用の撮像装置
   

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