JP2009297415A - 電子内視鏡及び画像処理プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】広い範囲の詳細な映像情報を精度良く取得することが可能な新規な構造の電子内視鏡を提供する。
【解決手段】少なくとも円筒部の観察窓が透明である円筒状透明体と、透明体３に連設される本体部２と、透明体３及び本体部２の内部で透明体３の中心軸を中心に回転すると共に該中心軸の方向に移動する回転体４と、回転体４に設けられ透明体３の円筒部に対面する位置に設けられた対物レンズ１７を通して入射する光を本体部２の方向に反射する対物ミラー１６と、本体部２に固定設置され対物ミラー１６で反射された光を受光し電気信号に変換する撮像素子２７と、本体部２の内部に設けられ回転体４を回転駆動すると共に中心軸方向に駆動する駆動手段２８と、撮像素子２７の撮像信号を取り込んで画像処理するとき画像処理後の画像データを回転補正する回転補正手段２５とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、透明円筒体の内側からこの透明円筒体の軸方向及び周方向に沿う映像情報を取得する電子内視鏡及び画像処理プログラムに関する。

電子内視鏡の多くは、例えば下記の特許文献１に記載されている様に、孔内あるいは体腔内に細い挿入部を挿入し、挿入部先端に取り付けた対物レンズを挿入方向の患部等に向け、映像情報を取得する様にしている。

また、下記の特許文献２記載の従来技術では、挿入部の先端に全方位受光ユニットを設け、挿入部先端の周方向全周に渡る映像を全方位受光ユニット内の凸面鏡に反射させて、撮影する様にしている。

特開平０９−１９２０８４号公報 特開２００３−２７９８６２号公報

内視鏡先端部に収納される固体撮像素子は、デジタルカメラ等に用いられる固体撮像素子より小面積，少画素数のものが多い。従って、患部等の詳細画像を撮影しようとした場合、１回１回の撮影で得られる映像情報は、夫々狭い視野範囲の画像に限られてしまう。

このため、広い範囲の映像情報を綿密に取得しようとすると、内視鏡の操作者は、内視鏡の挿入位置を手操作で調整しながら撮影を行うことになる。つまり、患部等の探索すなわち挿入位置の調整と撮影の両方に注意を払わなければならなくなる。

挿入部先端全周の画像を全方位受光ユニットを用いて撮影する内視鏡の場合には、撮影した挿入位置全周範囲の画像情報を一度に得ることができるが、全周範囲の映像情報を１つの固体撮像素子の受光面に集光するため、得られる映像情報は圧縮された映像情報となり、小さな患部等の詳細な画像を得ることができない。

本発明の目的は、広い範囲の詳細な映像情報を精度良く取得することが可能な新規な構造の電子内視鏡及び画像処理プログラムを提供することにある。

本発明の電子内視鏡は、少なくとも円筒部の観察窓が透明である円筒状透明体と、該円筒状透明体の前記円筒部に連設される円筒部を有する本体部と、前記円筒状透明体及び前記本体部の内部で該円筒状透明体の中心軸を中心に回転すると共に該中心軸の方向に移動する回転体と、該回転体に設けられ前記円筒状透明体の前記円筒部に対面する位置に設けられた対物レンズを通して入射する光を前記本体部の方向に反射する対物ミラーと、前記本体部に固定設置され前記対物ミラーで反射された光を受光し電気信号に変換する撮像素子と、前記本体部の内部に設けられ前記回転体を回転駆動すると共に前記中心軸方向に駆動する駆動手段と、前記撮像素子の撮像信号を取り込んで画像処理するとき画像処理後の画像データを回転補正する回転補正手段とを備えることを特徴とする。

本発明の電子内視鏡の前記回転補正の補正量は、前記駆動手段による前記回転駆動の駆動量に応じた値であることを特徴とする。

本発明の電子内視鏡では、前記回転補正後の画像データの向きを、前記回転体の原点位置で撮像された画像データの向きに合わせることを特徴とする。
本発明の電子内視鏡の前記対物レンズは、入射する光を平行光束にして前記対物ミラーに進ませることを特徴とする。

本発明の電子内視鏡の前記回転体は、前記対物レンズが搭載され且つ前記対物ミラーが搭載された円盤状部材と、該円盤状部材の前記本体部側に一体に連設される円筒状部材とを備えることを特徴とする。

本発明の電子内視鏡は、前記本体部の内周面に螺刻された雌ネジと、前記円筒状部材の外周面に螺刻され前記雌ネジと螺合する雄ネジであって前記駆動手段により前記円筒状部材が回転駆動されたとき該円筒状部材を前記中心軸方向に移動させる雄ネジとを備えることを特徴とする。

本発明の電子内視鏡の前記対物レンズは、光軸が前記回転体の回転軸に対して垂直方向に設けられていることを特徴とする。

本発明の電子内視鏡の前記対物ミラーは、前記対物レンズを通して入射する光を前記中心軸を通る光路で前記本体部の方向に反射することを特徴とする。

本発明の電子内視鏡は、前記対物ミラーで反射される光の光路途中に設けられるハーフミラーと、照明光を発光させ該照明光を前記ハーフミラーで反射させ前記対物ミラーで反射させることで前記対物レンズを通し被写体を照明する発光体とを備えることを特徴とする。

本発明の電子内視鏡は、前記回転補正手段が補正した撮像画像データを格納する画像メモリを内蔵することを特徴とする。

本発明の画像処理プログラムは、少なくとも円筒部の観察窓が透明である円筒状透明体と、該円筒状透明体の前記円筒部に連設される円筒部を有する本体部と、前記円筒状透明体及び前記本体部の内部で該円筒状透明体の中心軸を中心に回転すると共に該中心軸の方向に移動する回転体と、該回転体に設けられ前記円筒状透明体の前記円筒部に対面する位置に設けられた対物レンズを通して入射する光を前記本体部の方向に反射する対物ミラーと、前記本体部に固定設置され前記対物ミラーで反射された光を受光し電気信号に変換する撮像素子と、前記本体部の内部に設けられ前記回転体を回転駆動すると共に前記中心軸方向に駆動する駆動手段とを備える電子内視鏡で撮像された撮像画像データを画像処理する画像処理プログラムであって、前記撮像素子の撮像信号を取り込んで画像処理するとき画像処理後の画像データを回転補正するステップを備えることを特徴とする。

本発明の画像処理プログラムの前記回転補正の補正量は、前記駆動手段による前記回転駆動の駆動量に応じた値とすることを特徴とする。

本発明の画像処理プログラムは、前記回転補正後の画像データの向きを、前記回転体の原点位置で撮像された画像データの向きに合わせることを特徴とする。

本発明によれば、円筒状内周面の広い範囲の精度の高い画像を取得することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電子内視鏡の外観斜視図である。本実施形態の電子内視鏡は、側視型ということができ、また、硬性型である。この電子内視鏡１は、外殻体となる本体部２及び透明カプセル部３と、内部に収納される移動レンズ枠部４及び後述の撮像駆動ユニット部５（図２参照）とを備えて構成される。

図２は、電子内視鏡１の分解斜視図であり、図３は、電子内視鏡１の縦断面図である。

本体部２は、樹脂材などで有底円筒形に形成されて成り、底部（図２の下側）２ａには筒状の電池収納部２ｂが設けられ、電源電池１１が装着された後に電池収納部２ｂは電池蓋１２によって気密に閉塞される様になっている。

また、底部２ａには、図示する例では樹脂製の２本の硬質の把持管１３，１４が外部に対して突設固定され、この把持管１３，１４を持って操作することで、電子内視鏡１の全体を、被検体となる孔内あるいは体腔内に挿入し引き出すことが可能になっている。把持管１３，１４内に、配線を挿通して電子内視鏡１を使用する場合もある。

本体部２の内周面には、本体部２の軸を中心とする精密な雌ネジ２ｃが刻設されており、雄ネジが形成された部材（移動レンズ枠部）４が螺合し回転することで、該部材４は、軸方向に進退する様になっている。

透明カプセル部３は、硬質の透明樹脂で成形された円筒体でなり、一端側（先端側）は半球状に成形され、この半球部３ａと反対側の開口端部３ｂと、本体部２の開口端部２ｄとが整合して接着固定される。図示する例では、カプセル部３全体が透明樹脂で形成されているが、円筒部３ｃの少なくとも観察窓となる部分が透明であればよく、半球部３ａは、不透明であってもよい。観察窓とは、後述する対物レンズ１７が移動レンズ枠部の回転，移動に伴って対面する部分である。半球部３ａと円筒部３ｃとを同一の材料で一体形成せずに別体で形成し一体に接合する構造でもよい。なお、透明樹脂は、例えば赤外光等の特定の波長の光に対して透明であればよく、必ずしも可視光に対して透明でなくてもよい。

半球部３ａを図示するより更に小径に形成し、透明カプセル部３の円筒体３ｃの先端部をテーパ形状に絞ってから滑らかに半球部３ａに連設する様に構成しても良い。この様にすると、より小さな孔内，体腔内にも透明カプセル部３の先端部を案内し挿入し易くなる。本実施形態の場合、透明カプセル部３の円筒部３ｃ外径と本体部２の外径とを全く同一寸法にしているため、両者間に段差は生じない。

移動レンズ枠部４は、樹脂材を円盤状に形成した対物レンズ搭載部４ａと、該対物レンズ搭載部４ａと略同径の円筒状部材４ｂとを備え、円筒状部材４ｂの上部（電子内視鏡１の先端方向）開口端に対物レンズ搭載部４ａが一体となるように接着固定され、該開口端が閉塞される。対物レンズ搭載部４ａの外径は、透明カプセル部３の内径より若干小径に形成され、対物レンズ搭載部４ａが透明カプセル部３内でガタツキなくスムースに移動できるようになっている。

円筒状部材４ｂの外周面には、本体部２の内周面に刻設された雌ネジ２ｃに螺合する精密な雄ネジ４ｃが、円筒状部材４ｂの軸方向全長に渡って刻設されており、また、円筒状部材４ｂの内周面には内歯歯車４ｄが形成されている。この内歯歯車４ｄは、軸に平行な歯で且つ円筒状部材４ｂの軸方向全長に渡る歯が周方向に等間隔に形成されてなる。

対物レンズ搭載部４ａの中心軸部分には、上端方向（電子内視鏡１の先端方向）に底部を有する円柱孔４ｅが穿孔されており、この円柱孔４ｅ内に、対物ミラー１６が収納されている。対物ミラー１６は円柱状ガラス体を斜め４５度で切断した形状を持ち、この斜め４５度の切断面に、平面反射膜が製膜されている。

対物レンズ搭載部４ａには、円盤状部材の半径方向に直状に延びる撮像用の撮像孔４ｆが穿孔され、撮像孔４ｆの一端は対物レンズ搭載部４ａの外周側面に開口され、この開口部に凹レンズでなる対物レンズ１７が設けられる。撮像孔４ｆの他端は円柱孔４ｅに開口しており、対物レンズ１７を通して孔４ｆ内に入射した被写体光は、平行光束として進み、対物ミラー１６の上記斜め４５度の反射面で反射し、平行光束のまま円筒状部材４ｂの中心軸に沿って進む様になっている。

尚、図３では、撮像孔４ｆ内及び上記の平行光束を明示するために、平行光束の向こう側に見える内歯歯車４ｄの歯の図示は省略しており、平行光束を白抜き部分で示している。

撮像駆動ユニット部５は、本体部２の底部２ａに設けられている電池収納部２ｂの周壁部を支柱として、図示しないステー部材を用い本体部２の内部に固定設置される。撮像駆動ユニット部５は、図示する例では３枚の基板２１，２２，２３を備える。

最下層（底部２ａ側）の基板２１にはステッピングモータのドライバ回路等を含む制御ユニット２５が設けられ、中層の基板２２には撮像画像データを格納する画像メモリ２６が設けられ、上層の基板２３は、ＣＣＤ型イメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像素子２７と、ステッピングモータ２８が設置される。

基板２３の中心部には、円筒状に形成されたレンズホルダ２９が設けられ、この内部に固体撮像素子２７が収納される。そして、レンズホルダ２９の上端開口部に集光レンズ３０が設置され、中心軸に沿って入射して来る上記の平行光束（被写体光）が、固体撮像素子２７の受光面に集光レンズ３０によって結像される。

集光レンズ３０に入射する平行光束の、集光レンズ３０の直前部分に、平行光束の光軸（＝円筒状部材４ｂの中心軸）に対し斜め４５度に傾斜して置かれたハーフミラー３１が設けられる。そして、ハーフミラー３１に対し照明光が平行光束となるように集光する照明レンズ３２と、照明光を発光するＬＥＤ３３とが設けられる。ハーフミラー３１、照明レンズ３２、ＬＥＤ３３は、基板２３に固定される。

基板２３の周辺部にはステッピングモータ２８が固設され、このステッピングモータ２８の回転軸にモータギア（平歯車）３６が取り付けられる。ステッピングモータ２８の回転軸は円筒状部材４ｂの中心軸（＝平行光束の光軸）と平行に設けられており、モータギア３６には平歯車のアイドルギア３７が噛合される。

アイドルギア３７の回転軸は基板２３に対して垂直に回転自在に軸支されており、アイドルギア３７の歯数はモータギア３６の歯数より多くなっている。このため、ステッピングモータ２８の回転速度は減速されてアイドルギア３７に伝達される。アイドルギア３７は、円筒状部材４ｂの内周面に設けられた内歯歯車４ｄに噛合される。

ステッピングモータ２８が回転すると、アイドルギア３７が回転し、これに伴って円筒状部材４ｂが回転する。円筒状部材４ｂが回転すると、その回転方向により、移動レンズ枠部４の円筒状部材４ｂが、本体部２の内部に螺入し或いは内部から螺出することになり、軸方向に進退する。

この電子内視鏡１には、図示しない電源スイッチが設けられ、この電源スイッチが投入されると、電源電池１１からの電力が図示しない配線を通して撮像駆動ユニット部５の各構成部に供給され、撮像動作，駆動動作が後述するように行われる。

電源スイッチは、例えば、本体部２の底部２ａに設けられ、手操作スイッチがオンオフされる構成としても良い。あるいは、本体部２に磁力に応動するスイッチ端子を内蔵させ、電子内視鏡１の外部から、磁石を近づけたり離したりすることで、このスイッチ端子をオンオフ操作する構成としても良い。

図４は、撮像駆動ユニット部５の機能ブロック図である。システム全体を統括制御するＣＰＵ４１には、制御プログラムが格納されると共にワークメモリとしても動作する制御メモリ４２と、図３で説明した基板２２に設けられる画像メモリ２６と、ＬＥＤ３３を駆動するＬＥＤ駆動回路４３と、撮像素子２７を駆動する撮像素子ドライバ４４と、ステッピングモータ２８を駆動するモータドライバ４５に駆動パルスを供給するパルス発生器４６とが接続される。

電源スイッチ４７が投入されると、電源電池１１から各部に電力が供給されて動作を開始し、モータ２８が回転駆動される。これにより、移動レンズ枠部４は、電子内視鏡１の内部で回転し、且つ軸方向に進退する。また、ＬＥＤ３３からの発光光が照明レンズ３２で平行光に集光され、この平行光がハーフミラー３２により対物ミラー１６の方向に反射され、対物ミラー１６で反射した平行光が対物レンズ１７を通して被写体方向に照射され、照明光となる。

被写体からの反射光は対物レンズ１７を通して電子内視鏡１内に取り込まれ、対物ミラー１６で反射した被写体の光像は、平行光束のまま集光レンズ３０まで進み、この集光レンズ３０によって撮像素子２７の受光面上に結像される。

撮像素子２７で撮像された被写体の撮像信号は、ＣＰＵ４１に取り込まれて画像処理され、例えばＪＰＥＧ画像データとして画像メモリ２６に格納される。

図５は、制御メモリ４２に格納されている制御プログラムの処理手順を示すフローチャートである。電源スイッチ４７が投入されると、この制御プログラムが立ち上げられ、先ず、ステッピングモータ２８が原点側に駆動される（ステップＳ１）。原点側とは、例えば図３に示す状態すなわち対物レンズ１７の位置が電子内視鏡１の先端側となる方向である。

本実施形態では、コスト削減のために、ステッピングモータ２８が原点に達したか否かを検出するセンサを設けていないので、次のステップＳ２で、所定時間を計数するタイマがカウントアップしたか否かを判定し、所定時間が経過しない間はステップＳ１を繰り返し実行する。原点に達したことを検出するセンサを設けていれば、このセンサの原点検出までステップＳ１を繰り返し実行すれば良い。

所定時間とは、ステッピングモータ２８が原点に達するに要する一番長い時間とすれば良い。例えば、図７に示す状態は、移動レンズ枠部４が回転して最下位位置まで移動した状態を示しており、この状態から、ステッピングモータ２８の回転によって移動レンズ枠部４が回転して図３に示す原点位置（移動レンズ枠部４が半球部３ａの内周面に当接しそれ以上その方向に移動できない位置）に達するまでの時間とすれば良い。

これにより、移動レンズ枠部４が、図３の状態と図７の状態（円筒状部材４ｂの下端部が本体部２ａの底部２ａに当接する状態）との間のいずれの中間位置の状態であっても、ステッピングモータ２８を原点位置方向に所定時間だけ駆動すれば、必ず、対物レンズ１７は原点位置となる。

タイマが所定時間を計数した場合には、ステップＳ２からステップＳ３に進み、後述するカウンタの内容を０クリアする。そして、ステップＳ４に進み、撮像処理を行う。

撮像処理とは、ＬＥＤ３３を点灯して対物レンズ１７から照明光を照射し、被写体から反射した光を対物レンズ１７から電子内視鏡１内に取り込み、撮像素子２７の受光面に被写体からの入射光を結像させ、ＣＰＵ４１が、撮像素子ドライバ４４を介して撮像素子２７を駆動し、撮像素子２７から得られた被写体の撮像信号を撮像素子２７から取り込み、画像処理して画像メモリ２６に格納するまでの処理をいう。

次のステップＳ５では、指定パルス数だけステッピングモータ２８を駆動し、次のステップＳ６ではカウンタの計数値にこの指定パルス数だけ加算し、次のステップＳ７では、カウンタの合計計数値を指定数を比較する。

そして、カウンタの合計計数値が指定数に達していない場合には、ステップＳ７からステップＳ４に戻って撮像処理を行い、以後、ステップＳ４〜Ｓ７の処理ループを繰り返し実行する。カウンタの合計計数値が指定数達したときは、この図５の処理を終了する。

図８は、図５のステップＳ４を繰り返し実行するときの対物レンズ１７の撮像視野の移動の様子を示す図である。原点位置で行う初回の撮像処理では、図８の「Ｎｏ．００１」で示す視野の被写体画像を撮像素子２７から取得する。

この視野「Ｎｏ．００１」の被写体画像を撮像した後には、ステップＳ５で指定パルス数のステッピングモータ２８の駆動が行われるため、円筒状部材４ｂは指定パルス数だけ回転する。これにより、円筒状部材４ｂは本体部２内に螺入して引っ込むことになり、次の視野は、図８の「Ｎｏ．００２」となり、この視野の被写体画像を撮像し、画像データを画像メモリ２６に蓄積することになる。

以後、視野をＮｏ．００３→Ｎｏ．００４→Ｎｏ．００５……と移動させて撮像処理と画像データのメモリ２６への蓄積を繰り返す。図６は、図３の状態に比較して、移動レンズ枠部４を透明カプセル３内で半周させた状態を示している。移動レンズ枠部４が透明カプセル部３内で原点位置から一周（一回転）し終わったときの撮像視野は図８のＮｏ．０１１となり、二周（二回転）し終わったときの撮像視野は図８のＮｏ．０２１となる。

また、図７は、円筒状部材４ｂの下端が本体部２の底部２ａに当接しそれ以上その方向に移動できない状態を示しており、図７に示す状態に達したとき、撮影処理（ステップＳ４）を繰り返す処理ループの終了となる。即ち、図５のステップＳ７で用いる「指定数」は、原点位置から図７の状態に達するまでの合計パルス数である。

図８に例示した撮像視野の移動例は、回転体となる移動レンズ枠部４の回転方向で、隣接する撮像視野同士の左右の端部が接する様に、図５のステップＳ５の指定パルス数が設定されている場合を示している。また、本体部２の内周面と円筒状部材４ｂの外周面に設けられた螺条のピッチは、１回転毎に、回転軸方向に隣接する撮像視野同士の上下の端部が接する様に設計されている場合を示している。

この図８に例示する撮像視野の移動例でも、観察対象となる円筒状の被写体内周面の視野全域の状態を、漏れなく撮像し、画像データとして取得することが可能である。しかし、本実施形態では、更に、撮像画像データの精度を高めるために、隣接する撮像視野同士が大きく重なる様に、ステッピングモータのパルス数を設定し、更に、螺旋２ｃ，４ｃのピッチを設計している。

図９（ａ）は、同一回転位置における撮像視野の重なり状態を示している。図示する例では、ある撮像視野ｎに対して回転方向で次の撮像視野ｎ＋１が、撮像視野の回転方向長さの少なくとも半分（１／２ピッチ）で重なるように、ステッピングモータ２８の指定パルス数（図５のステップＳ５）を設定している。

図９（ｂ）は、同一回転角度位置における軸方向の撮像視野の重なり状態を示している。図示する例では、ある撮像視野ｎに対して軸方向に隣接する次の撮像視野ｍが、撮像視野の軸方向長さの少なくとも半分（１／２ピッチ）で重なるように、本体部２の内周面に設けた雌ネジ２ｃと、円筒状部材４ｂの外周面に設けた雄ネジ４ｃの各螺条のピッチを設計している。

この様にすることで、同じ患部位置の画像を複数（図９の例では４つの画像）の画像データで取得でき、撮像データの信頼性を向上させることが可能となる。

図１０は、撮像された画像データに対して施す補正処理を示すフローチャートである。この補正処理は、例えば、図５のステップＳ４における撮像処理中で行われる。

ステップＳ４１で、撮像画像データ（例えば被写体画像のＪＰＥＧ画像データ）が生成されたとき、次に倍率補正処理をこのＪＰＥＧ画像データに施し（ステップＳ４２）、次にこのＪＰＥＧ画像データに回転補正処理を施し（ステップＳ４３）てから、補正処理後のＪＰＥＧ画像データを画像メモリ２６に格納する（ステップＳ４４）。

ステップＳ４２における倍率補正処理とは、次の処理である。図３に示す対物レンズ１７により、被写体からの入射光は平行光束にされて対物ミラー１６に入り、対物ミラー１６で平行光束のまま反射され、集光レンズ３０に至る。

対物ミラー１６と集光レンズ３０との間の距離は、図３の最長距離の状態から、図７の最短距離の状態まで変化する。しかし、平行光束であるため、この距離の変化に関わらず、一定の大きさの光像が撮像素子２７の受光面に入射することになる。

しかしながら、完全な平行光束を得るには、高性能な対物レンズ１７が必要となり、電子内視鏡１の製造コストを押し上げる要因になってしまう。低コストな対物レンズ１７を使用した場合、例えば、図１１に示す様に、対物ミラー１６で反射される平行光束５１は、完全な平行光束ではなく、図示する例では、若干広がってくる。勿論、狭くなってくる場合もある。

撮像素子２７の集光レンズ３０が軸方向に進退して図１１の位置Ａにあるときには、一辺の長さａの光像を撮像素子２７の受光面に結像することになるが、位置Ｂに来たときには一辺の長さｂ（＞ａ）の光像を結像することになる。

例えば図８（図９でも同様）に示す個々の撮像視野における撮像画像を別個に観察する場合には、図１１の位置Ａでの取得画像と位置Ｂでの取得画像の大きさが異なっても問題はない。しかし、図８の各撮像視野毎の被写体画像を一枚の画像となるように貼り合わせて観察する場合には、個々の撮像画像の大きさが異なると、一枚に貼り合わせることができなくなってしまう。

そこで、本実施形態では、撮像処理を行う毎に、適切な倍率を画像データに乗算して、各撮像視野毎に得られる画像の大きさを所定の大きさ（例えば原点位置における画像データの大きさ）に統一して、画像メモリ２６に格納する。

使用する各倍率の値は、予め製品（電子内視鏡１）出荷前に計測し、その製品固有値として、制御用メモリ４２の所定領域に書き換え不可で保存しておく。この倍率値は、原点位置からの軸方向距離（この距離は、ステッピングモータ２８の原点位置からの駆動パルス数の累計値に対応した値として求めることができる。）に対応した値として求めておく。

図１２は、上記倍率の計測値を求めるときの処理手順を示すフローチャートである。計測を開始すると、先ずステップＳ５１で、ステッピングモータ２８を原点位置に移動させる。次に撮像を行い（ステップＳ５２）、画像データのサイズを測定し（ステップＳ５３）、倍率（この例では原点位置の画像であるため倍率は“１”とする。）を制御メモリ４２に記憶する（ステップＳ５４）。

次に、ステッピングモータ２８を駆動して中央位置（原点位置（図３の位置）と終端位置（図７の位置）との中央位置）に移動し（ステップＳ５５）、撮像（ステップＳ５６）、画像データのサイズの測定（ステップＳ５７）、倍率値の算出及び制御メモリ４２への記憶（ステップＳ５８）を行う。

次に、ステッピングモータ２８を駆動して終端位置に移動し（ステップＳ５９）、撮像（ステップＳ６０）、画像データのサイズ測定（ステップＳ６１）、倍率値の算出及び制御メモリ４２への記憶（ステップＳ６２）を行い、この処理を終了する。

この例では、開始位置（原点位置）、中央位置、終点位置の３点の倍率値をメモリ４２に格納し、ＣＰＵ４１はこの３点のデータから途中位置の個々の倍率を補間演算で求めて使用することになるが、更に細かく測定してメモリ４２に格納する構成としても良い。

図１０のステップＳ４３における回転補正処理とは、次の処理である。今、図１３（ａ）に示す様に、撮像視野の移動に従って、螺条２ｃ，４ｃの螺旋と同一螺旋の連続する矢印画像５５を撮像しているとする。

図８に示す原点位置（図９でも同様であるが、図８で説明する。）において、この撮像視野における撮像画像データと、固体撮像素子２７の受光面との関係は、図１３（ｂ）に示す関係となる。即ち、図１３（ｂ）における外側の矩形枠が受光面５２を示し、内側の小さい矩形枠が撮像視野Ｎｏ．００１の矩形枠（以下、撮像視野５３という。）を示している。この図１３（ｂ）に示す像を正立像とする。

撮像素子２７は本体部２に固定設置されており、本体部２に対して不動である。これに対し、移動レンズ枠部４が回転すると、対物ミラー１６も回転するため、対物ミラー１６に映る撮像視野も回転し、受光面５２に映る撮像視野５３も回転する。

図１３（ｃ）は、移動レンズ枠部４が１／８周したときの受光面５２と撮像視野５３との関係を示す。１／８周であるため、３６０度／８＝４５度だけ、撮像視野５３は受光面５２に対して回転する。従って、図１３（ｂ）に示す状態で得られた正立像に対し、図１３（ｃ）に示す状態で得られた画像は、４５度回転した画像である。従って、図１３（ｃ）に示す状態で得られた画像を、−４５度だけ逆回転させないと、この画像を正立像に貼り合わせるとき、矢印画像５５は連続した画像にならない。

同様に、移動レンズ枠部４の回転が進む毎に、画像の回転が進む。図１３（ｄ）（ｅ）（ｆ）は、夫々、２／８周，３／８周，４／８周したときの受光面５２の撮像視野５３との関係を示す図である。そして、図１３（ｇ）に示す様に、移動レンズ枠部４が１周すると、また正立像が得られることになる。

以上説明したように、正立像が得られる回転角位置以外で得られた撮像画像は、その回転角に応じた分だけ逆方向に回転補正しないと、各撮像視野毎に得られた画像データを貼り合わせて一枚の画像を得ることができない。このため、ステップＳ４３で回転補正処理を行い、全ての撮像画像を正立像に変換してから、画像メモリ２６に格納する。

撮像視野毎に行う回転補正処理で使用する回転角度情報は、原点位置からのステッピングモータ２８の駆動パルス数の累計値から求めることができる。しかし、製品（電子内視鏡１）の内歯歯車４ｄとアイドルギア３７とのギア比や歯数、図５のステップＳ５における指定パルス数等によっても異なってくるため、これらの製品情報を製品固有値情報として制御メモリ４２の所定領域に書き換え不可で格納しておき、この情報を用いて回転角度を算出し回転補正処理を行う。

尚、図１０のステップＳ４２，Ｓ４３における画像処理は、これを図５のステップＳ５における指定パルス数の駆動と同時並行的に行うことで、全体における撮像時間の短縮を図るのが好ましい。

電子内視鏡１による撮像が終了した後は、図４の画像メモリ２６内の蓄積データを外部に読み出すことになる。この読み出しは、無線を用いて行っても良く、また、図１に示す把持管１３，１４内に挿通した配線を用いて読み出しても良い。あるいは、画像メモリ２６を電子内視鏡１から取り出し可能に設けておき、取り出した画像メモリ２６を別置のパーソナルコンピュータで読むようにしても良い。

図１４は、図４の撮像駆動ユニット部５の別実施形態に係る機能ブロック図である。図４の実施形態との違いは、撮像画像データを外部モニタに送り、外部モニタで撮像画像をオンラインで観察できるようにし、更に、外部から操作指示を入力できる様にした点だけである。

この実施形態の場合、ＣＰＵ４１は、画像処理を行うことなく、撮像素子２７から取得した撮像信号をそのまま外部のビデオプロセッサに送り、ビデオプロセッサが画像処理した被写体画像を外部モニタに表示する構成としても良い。

図１０のステップＳ４２，Ｓ４３の画像処理は、高性能な演算処理装置（ＣＰＵ４１）を用いないと、次々と撮像視野を移動して連続した撮像を行うことができず、画像処理のために一々中断されることになってしまう。

このため、図１０のステップＳ４２，Ｓ４３の処理をスキップしてステップＳ４１からステップＳ４４に進み、各撮像視野毎に得られた画像データ（上記のＪＰＥＧ画像データ）をそのまま画像メモリ２６に格納し、この画像データを外部の高性能なビデオプロセッサに転送して、ビデオプロセッサでステップＳ４２，Ｓ４３の画像処理を行わせる構成とすることも可能である。外部のビデオプロセッサは、制御メモリ４２の所定領域に格納されている製品固有情報を取得しさえすれば、容易に倍率補正や回転補正処理を行うことができる。

外部のビデオプロセッサや外部モニタとＣＰＵ４１との間の通信は、有線でも無線でも良い。有線で通信を行う場合には、配線中に電源線を入れることで、外部電源を利用することも可能となる。

また、制御プログラムとして、図５の制御プログラムの他に、外部からの操作指示に従って、例えば対物レンズ１７の視野位置を、図８の任意の撮像視野位置に移動させる制御プログラムを搭載するのが良い。

尚、上述した実施形態では、移動レンズ枠部４の回転駆動をステッピングモータ２８で行ったが、ステッピングモータでなくても、回転角や回転長さを精度良く制御できるモータであれば良いことはいうまでもない。

次に、上述した実施形態に係る電子内視鏡１の好適な使用例について説明する。
（ｉ）子宮内視鏡としての使用例：
近年、女性が罹患する子宮頸ガンの若年齢化が進んでいるが、子宮頸ガンは発見が早ければ部分摘出で大事に至らないため、早期発見が重要である。しかし、女性の場合、自分の体を見られることに抵抗があり、検診人口が増えないという傾向がある。

上述した実施形態に係る電子内視鏡１は、その寸法形状を適切な大きさに設計しておけば、子宮頸ガンの検診に有効である。図１の電子内視鏡１を女性の膣腔内に挿入し、図８に示す一連の撮像視野位置が子宮頸部に達するように先端部（半球部３ａ）から電子内視鏡１を子宮頸部にまで挿入することで、子宮頸部の内周面の様子を洩れなく撮像することが可能となる。

例えば、診察室で電子内視鏡１を患者自身の手によって子宮頸部にまで挿入してもらい、医者は別室で挿入位置を指示したり撮像画像をオンラインでモニタ観察する様にすれば、検診人口を増やすことが可能となる。

また、上述した電子内視鏡１は、電源スイッチ４７をオンにすれば図５で説明したように対物レンズ１７の位置が自動的に原点位置に戻り且つ撮像処理が自動的に行われるため、この電子内視鏡１を患者に貸し出し、患者自身が自宅で自身の子宮頸部の画像を撮像することが可能となる。医者は、電子内視鏡１を回収し、画像メモリ２６内の撮像画像データを調べることで、診断が可能となる。

（ii)大腸用，直腸用の内視鏡としての使用例：
大腸や直腸の検診を行う場合、従来は、先端部に撮像素子が搭載された内視鏡で観察するため、患部を斜め上方向からしか観察できないという問題がある。しかし、上述した実施形態の電子内視鏡１を患部位置まで挿入し、撮像を行えば、患部を垂直上方位置から観察することが可能となり、より詳細に観察ができ、精度の高い診断が可能となる。

（iii）工業用内視鏡としての使用例：
例えば、細い配管内の微細なキズを観察する様な工業用の内視鏡として上述した実施形態の電子内視鏡１を用いることができる。観察対象となる孔や隙間の開口の大きさや挿入する深さに応じた寸法形状の内視鏡１を用意する。上記したように、キズ等に対して孔の内周面に対して垂直上方から観察できるため、より詳細な観察が可能となる。また、一度挿入すれば、広い範囲（移動レンズ枠部４の軸方向の移動可能長さにおける全周囲の範囲）の観察が可能となり、小さなキズなどの見逃し率も低下する。

本発明に係る電子内視鏡は、広い範囲の画像を詳細に撮像することが可能となり、また、患部や傷などに対して垂直上方から観察することが可能となるため、より精度の高い診断を行うことができ、医療用内視鏡，工業用内視鏡として有用である。

本発明の一実施形態に係る電子内視鏡の全体の外観斜視図である。 図１に示す電子内視鏡の分解斜視図である。 図１に示す電子内視鏡の縦断面図である。 図１に示す電子内視鏡に搭載する制御ユニットの機能ブロック図である。 図４に示すＣＰＵが実行する制御プログラムの処理手順を示すフローチャートである。 図３に示す状態から移動レンズ枠部が半周した状態を示す縦断面図である。 図６に示す移動レンズ枠部が撮像終了位置まで下動した状態を示す縦断面図である。 図３に示す対物レンズの撮像視野の移動の様子を示す図である。 撮像視野を回転方向（ａ）と軸方向（ｂ）に半ピッチづつ移動させる様子を示す図である。 撮像された画像データの画像処理手順を示すフローチャートである。 図１０に示す倍率補正処理の説明図である。 図１０に示す倍率補正処理で用いる倍率値の計測手順を示すフローチャートである。 図１０に示す回転補正処理の説明図である。 図４に代わる実施形態に係る制御ユニットの機能ブロック図である。

符号の説明

１ 電子内視鏡
２ 本体部
２ａ 底部
２ｂ 電池収納部
２ｃ 内周面に設けた雌ネジ
３ 透明カプセル部
３ａ 先端の半球部
３ｃ 円筒部
４ 移動レンズ枠部（回転体）
４ａ 円盤状の対物レンズ搭載部
４ｂ 円筒状部材
４ｃ 外周面に設けた雄ネジ
４ｄ 内歯歯車
４ｆ 撮像孔
５ 撮像駆動ユニット部
１１ 電源電池
１２ 電池蓋
１３，１４ 把持管
１６ 対物ミラー
１７ 対物レンズ
２１，２２，２３ 基板
２５ 制御ユニット
２６ 画像用メモリ
２７ 固体撮像素子
２８ ステッピングモータ
２９ レンズホルダ
３０ 集光レンズ
３１ ハーフミラー
３２ 照明レンズ
３３ ＬＥＤ（発光体）
３６ モータギア
３７ アイドルギア
４１ 制御装置（ＣＰＵ）
４７ 電源スイッチ

Claims (13)

1. 少なくとも円筒部の観察窓が透明である円筒状透明体と、該円筒状透明体の前記円筒部に連設される円筒部を有する本体部と、前記円筒状透明体及び前記本体部の内部で該円筒状透明体の中心軸を中心に回転すると共に該中心軸の方向に移動する回転体と、該回転体に設けられ前記円筒状透明体の前記円筒部に対面する位置に設けられた対物レンズを通して入射する光を前記本体部の方向に反射する対物ミラーと、前記本体部に固定設置され前記対物ミラーで反射された光を受光し電気信号に変換する撮像素子と、前記本体部の内部に設けられ前記回転体を回転駆動すると共に前記中心軸方向に駆動する駆動手段と、前記撮像素子の撮像信号を取り込んで画像処理するとき画像処理後の画像データを回転補正する回転補正手段とを備えることを特徴とする電子内視鏡。
2. 前記回転補正の補正量は、前記駆動手段による前記回転駆動の駆動量に応じた値であることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡。
3. 前記回転補正後の画像データの向きを、前記回転体の原点位置で撮像された画像データの向きに合わせることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子内視鏡。
4. 前記対物レンズは、入射する光を平行光束にして前記対物ミラーに進ませることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電子内視鏡。
5. 前記回転体は、前記対物レンズが搭載され且つ前記対物ミラーが搭載された円盤状部材と、該円盤状部材の前記本体部側に一体に連設される円筒状部材とを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電子内視鏡。
6. 前記本体部の内周面に螺刻された雌ネジと、前記円筒状部材の外周面に螺刻され前記雌ネジと螺合する雄ネジであって前記駆動手段により前記円筒状部材が回転駆動されたとき該円筒状部材を前記中心軸方向に移動させる雄ネジとを備えることを特徴とする請求項５に記載の電子内視鏡。
7. 前記対物レンズの光軸は、前記回転体の回転軸に対して垂直方向に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の電子内視鏡。
8. 前記対物ミラーは、前記対物レンズを通して入射する光を前記中心軸を通る光路で前記本体部の方向に反射することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の電子内視鏡。
9. 前記対物ミラーで反射される光の光路途中に設けられるハーフミラーと、照明光を発光させ該照明光を前記ハーフミラーで反射させ前記対物ミラーで反射させることで前記対物レンズを通し被写体を照明する発光体とを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の電子内視鏡。
10. 前記回転補正手段が補正した撮像画像データを格納する画像メモリを内蔵することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の電子内視鏡。
11. 少なくとも円筒部の観察窓が透明である円筒状透明体と、該円筒状透明体の前記円筒部に連設される円筒部を有する本体部と、前記円筒状透明体及び前記本体部の内部で該円筒状透明体の中心軸を中心に回転すると共に該中心軸の方向に移動する回転体と、該回転体に設けられ前記円筒状透明体の前記円筒部に対面する位置に設けられた対物レンズを通して入射する光を前記本体部の方向に反射する対物ミラーと、前記本体部に固定設置され前記対物ミラーで反射された光を受光し電気信号に変換する撮像素子と、前記本体部の内部に設けられ前記回転体を回転駆動すると共に前記中心軸方向に駆動する駆動手段とを備える電子内視鏡で撮像された撮像画像データを画像処理する画像処理プログラムであって、前記撮像素子の撮像信号を取り込んで画像処理するとき画像処理後の画像データを回転補正するステップを備えることを特徴とする画像処理プログラム。
12. 前記回転補正の補正量は、前記駆動手段による前記回転駆動の駆動量に応じた値とすることを特徴とする請求項１１に記載の画像処理プログラム。
13. 前記回転補正後の画像データの向きを、前記回転体の原点位置で撮像された画像データの向きに合わせることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の画像処理プログラム。

Images