JP2010207451A - カプセル内視鏡およびカプセル内視鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】 カプセル内視鏡の小型化を維持しつつ、高解像度の画像を取得することが可能なカプセル内視鏡を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明により、光源と、光源から入射される光を射出して、観察対象上を走査する走査手段と、走査手段によって走査される観察対象の反射光を受光する受光手段と、受光手段によって受光した反射光を、波長ごとに分離して所定の光検出手段に導く導波路部とを備えるカプセル内視鏡が提供される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カプセル型の内視鏡および、カプセル型の内視鏡を用いたカプセル内視鏡システムに関する。

近年、電子内視鏡の挿入部を咽喉部に差し込まれることに因る被検者の苦痛を無くすために、被検者が嚥下することにより被検者の体腔内（消化管内）に導入されるカプセル内視鏡と、被検者の体外に配置される体外ユニットとからなるカプセル内視鏡システムが開発されている。

このようなカプセル内視鏡システムで用いられるカプセル内視鏡の一例が、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１のカプセル内視鏡は、カプセル型の容器内に、体腔内を撮像するための撮像素子であるＣＭＯＳ、光源、およびそれらの電源となる電池を備えている。そして、カプセル内視鏡が被検者によって嚥下され、体腔内に導入された状態において撮影が開始されると、電池からの駆動電流を受けて、光源から照明光が体腔壁に照射される。そして、体腔壁によって反射された光が、光学系を介してＣＭＯＳによって受光され、画像データが生成される。生成された画像データは、無線通信によって体外のレシーバへ送信される。そして、レシーバによって受信した画像データに基づいて生成された映像が、モニタ等に表示される。

特表２００４−５３６６４４号公報

ここで、被検者の体腔内の状態を詳しく観察するためには、より解像度の高い画像を取得することが望まれる。しかしながら、カプセル内視鏡は被検者により嚥下されて体腔内に導入されるものであるため、被検者の負担を軽減するためには、カプセル内視鏡はできるだけ小型である必要がある。そのため、従来のカプセル内視鏡では、使用可能なＣＭＯＳやＣＣＤなどの撮像素子のサイズに制限があり、高解像度の画像を取得することが困難であった。

そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、カプセル内視鏡の小型化を維持しつつ、高解像度の画像を取得することが可能なカプセル内視鏡を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明により、光源と、光源から入射される光を射出して、観察対象上を走査する走査手段と、走査手段によって走査される観察対象の反射光を受光する受光手段と、受光手段によって受光した反射光を、波長ごとに分離して所定の光検出手段に導く導波路部と、を備えることを特徴とするカプセル内視鏡が提供される。

このように構成することによって、走査手段によって観察対象を走査し、受光手段によって画素ごとのデータを取得することができる。また、走査手段における走査パターンを適宜設定することにより、十分な画素数のデータを取得することも可能である。これにより、従来のようにＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を用いる場合に比べ、より解像度の高い体腔内画像を取得することができる。

また、上記受光手段は、複数の受光ファイバからなり、上記導波路部は、複数の受光ファイバを結合して形成される複数のファイバカプラからなる構成としても良い。このように構成することにより、反射光を分光するための部品やスペースが不要となり、カプセル内視鏡の小型化を維持することができる。

また、複数の受光ファイバは、少なくとも２箇所のファイバカプラを形成するように結合される構成としても良い。このように構成することにより、各受光ファイバによってＲＧＢの３波長の反射光を受光した場合に、当該反射光を波長ごとに分離することが可能となる。

また、上記走査手段は、入射端が光源に光学的に接続されたシングルモードファイバからなる導光手段と、導光手段の射出端近傍を振動させる振動手段と、から構成されても良い。このように構成することにより、細径のファイバを走査して画像を取得することが可能となり、カプセル内視鏡の小型化を維持することができる。

また、光源は、単一波長光を発振する半導体レーザであり、シングルモードファイバは、光源により発振される単一波長光から、複数の異なる波長に対応する光を励起するものであっても良い。また、シングルモードファイバは、ピグテイル化されて光源と結合される構成としても良い。このように構成することにより、カラー画像を取得するために複数の波長それぞれに対応した光源を設ける必要がなく、カプセル内視鏡の小型化を維持することができる。

また、所定の光検出手段は、導波手段によって分離された反射光を波長ごとに検出し、電気信号へと変換するものであっても良い。このように構成することにより、カプセル内視鏡内にて、受光した反射光から電気信号を生成することが可能となる。

また、上記カプセル内視鏡は、無線通信によって光源および走査手段を駆動するための駆動制御信号を受信する受信部と、無線通信によって所定の光検出手段によって変換された電気信号を送信する送信部とを更に備える構成としても良い。このように構成することにより、外部からのカプセル内視鏡の駆動制御、および外部装置でのカプセル内視鏡により取得した画像の処理を行うことが可能となる。

さらに、本発明により、上記いずれかの構成を備えたカプセル内視鏡と、光源および走査手段を駆動するための駆動制御信号を供給するタイミングコントローラと、所定の光検出手段によって検出された信号に所定の画像処理を行って画像を生成する信号処理部と、信号処理部によって生成された画像を表示するモニタと、からなることを特徴とするカプセル内視鏡システムが提供される。

したがって、本発明によれば、カプセル内視鏡の小型化を維持しつつ、高解像度の画像を取得可能なカプセル内視鏡を提供することができる。

本発明の実施形態におけるカプセル内視鏡システムの概略構成図である。 図１のカプセル内視鏡システムにおける各部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態におけるカプセル内視鏡による走査パターンを示す図である。 本発明の実施形態における受光ファイバの配置を示す模式図である。 本発明の実施形態における導波路部の構成を示す模式図である。 本発明の実施形態におけるファイバカプラ部を示す模式図である。 本発明の実施形態におけるプロセッサの信号処理回路によるアドレスの変換処理の具体例を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明が適用されるカプセル内視鏡システム１の概略構成を示す図である。また、図２は、カプセル内視鏡システム１における各部の構成を示すブロック図である。ここで、モニタ４０は周知の構成を有した受像装置であるため、図２においてモニタ４０の詳細な構成は図示省略している。図１および図２に示されるように、カプセル内視鏡システム１は、被検者の体内に導入されるカプセル内視鏡１０、体外に配置され、カプセル内視鏡１０と無線による通信を行う通信ユニット２０、通信ユニット２０と通信可能に接続されるプロセッサ３０、およびプロセッサ３０に接続されるモニタ４０から構成される。

図１に示されるように、カプセル内視鏡１０は、両端面が半球状で中央部が円筒状の形状を有する外装に収納された小型の医療用内視鏡である。カプセル内視鏡１０は、その移動を制御するためのケーブル等は備えておらず、被検者によって嚥下された後は、撮影を行いながら体内を流動し排出される。本実施形態においては、カプセル内視鏡１０は、従来のようにＣＣＤなどの撮像素子を備えておらず、後述するように、１本のシングルモードファイバを共振させて観察対象を走査し、得られた反射光に基づいて画像を取得する構成を備えている。

詳しくは、カプセル内視鏡１０は、照明光によって観察対象を走査するための走査部、走査部を駆動するための駆動部、および走査部によって走査される観察対象の反射光を受光し、該反射光に対応する画像信号を生成する受光部から構成される。

カプセル内視鏡１０の走査部は、光源１０１、アクチュエータ１０２、シングルモードファイバ１０３（以下、「ＳＭＦ１０３」という）、レンズユニット１０４、支持体１０５、および筒体１０６から構成される。光源１０１は、青色のレーザ光を発振するための小型の青色半導体レーザであり、図示しない結合レンズを介してＳＭＦ１０３に結合される。

ＳＭＦ１０３は、光源１０１からの光を伝搬し、観察対象上に射出するための導光ファイバであり、小型化のためにピグテイル化されて光源１０１に結合される。また、ＳＭＦ１０３は、光源１０１から入射する青色レーザ光から、緑色および赤色の波長に対応する光をそれぞれ励起することが可能なファイバレーザである。具体的には、ＳＭＦ１０３のコア部分には増幅媒体がドープされており、励起光の波長を増幅させることによって、緑色および赤色の各波長に対応する光を励起する。これにより、ＳＭＦ１０３の射出端からは、観察対象に向けてＲＧＢの各波長に対応する光（白色光）が射出される。このように、白色ファイバレーザを用いて観察対象を走査することにより、体腔内のカラー画像を得ることができる。

アクチュエータ１０２は、円筒型の圧電素子であり、ＳＭＦ１０３と光源１０１との結合部周辺を囲むように配置され、ＳＭＦ１０３と接着材などで固定される。アクチュエータ１０２は、図示しない複数の電極を有しており、後述するアクチュエータ駆動回路１１６におけるＸ軸ドライバ１１６ＸおよびＹ軸ドライバ１１６Ｙから、各電極に接続された電線を通じて所定の駆動電圧が供給されることにより、所定の振動を開始する。また、アクチュエータ１０２は、支持体１０５に設けられた貫通孔に通されて支持される。これにより、ＳＭＦ１０３の先端部が、支持体１０５に片持ち梁の状態で支持される。

レンズユニット１０４は、複数のレンズから構成され、ＳＭＦ１０３の射出端から射出される走査光を観察対象上に集光するための光学系である。また、筒体１０６は、ステンレスなどの金属で形成される円筒上の部品であり、レンズユニット１０４、および支持体１０５の固定のほか、走査部の各部品をカプセル内視鏡１０の中心軸周辺に支持するための部材である。具体的には、図１に示されるように、アクチュエータ１０２が駆動されていない状態において、ＳＭＦ１０３の中心軸が、カプセル内視鏡１０の中心軸と略一致するように、支持体１０５および筒体１０６によって、走査部の各部品が配置される。また、筒体１０６の内径は、後述するようにＳＭＦ１０３が共振した場合に、ＳＭＦ１０３の射出端の動きを妨げないよう十分な大きさとなっている。

また、上記走査部を駆動するための駆動部は、受信部１１２、光源制御回路１１４、アクチュエータ制御回路１１６、およびバッテリ１１８から構成される。受信部１１２は、図示しないアンテナを備えており、体外に配置された通信ユニット２０から無線通信によって送信される各種駆動制御信号を受信し、復調する。光源制御回路１１４は、図２に示されるように光源１０１を駆動するためのドライバ１１４ａを備え、受信部１１２にて受信した駆動制御信号に従って、光源１０１へ所定の駆動電圧の供給を行う。また、アクチュエータ制御回路１１６は、図２に示されるようにＸ軸ドライバ１１６ＸおよびＹ軸ドライバ１１６Ｙを備え、受信部１１２にて受信した駆動制御信号に従って、アクチュエータ１０２へ所定の駆動電圧の供給を行う。また、バッテリ１１８は、カプセル内視鏡１０の各部に電力を供給する電力源である。

また、受光部は、複数の受光ファイバ１２０、導波路部１２２、検出器１２４Ｒ、１２４Ｇおよび１２４Ｂ、Ａ/Ｄコンバータ１２６Ｒ、１２６Ｇおよび１２６Ｂ、ならびに送信部１２８から構成される。受光ファイバ１２０は、ＳＭＦ１０３から射出され、観察対象によって反射された反射光を受光するためのシングルモードファイバである。受光ファイバ２０は、筒体１０６の外周に円環状に配置される。導波路部１２２は、受光ファイバ１２０にて受光した反射光をＲＧＢの各波長に対応する光に分離して検出器へと導くためのものである。検出器１２４Ｒ、１２４Ｇおよび１２４Ｂは、導波路部１２２によって波長ごとに分離された反射光を検出し、光電変換を行ない、電気信号を生成する。また、Ａ/Ｄコンバータ１２６Ｒ、１２６Ｇおよび１２６Ｂは、検出器１２４Ｒ、１２４Ｇおよび１２４Ｂによって生成された電気信号をＡ/Ｄ変換する。送信部１２８は、図示しないアンテナを備え、Ａ/Ｄコンバータ１２６Ｒ、１２６Ｇおよび１２６ＢによってＡ/Ｄ変換された信号を変調し、無線通信によって通信ユニット２０へと送信する。

次に、通信ユニット２０は、カプセル内視鏡１０およびプロセッサ３０と無線通信可能に接続されており、プロセッサ３０およびカプセル内視鏡１０の間の信号のやり取りを随時中継するための中継部である。通信ユニット２０は、複数のアンテナ２１、カプセル内視鏡１０へプロセッサ３０からの駆動制御信号を送信するための送信部２１０、およびカプセル内視鏡１０からの画素データを受信する受信部２２０から構成される。複数のアンテナ２１は、カプセル内視鏡１０が被検者の体内のどこにある場合でもカプセル内視鏡１０と通信可能なように、被検者の身体表面に分散して取り付けられる。また、通信ユニット２０は、被検者が装着するベルトなどに取り付けられ、撮影中は、常時アンテナ２１を介して信号を受信できるように被検者によって携帯される。また、通信ニット２０は、ケーブル等によってプロセッサ３０と通信可能に接続される構成としてもよい。

次に、プロセッサ３０は、カプセル内視鏡１０を駆動するための駆動制御信号の供給や、カプセル内視鏡１０によって生成された画素データに基づいて、診断に適した診断用画像を生成するための処理装置である。図２に示されるように、プロセッサ３０は、タイミングコントローラ３１０、信号処理回路３２０、画像メモリ３３０、およびエンコーダ３４０を備えている。タイミングコントローラ３１０は、カプセル内視鏡１０およびプロセッサ３０の各部における処理のタイミングを統括的にコントロールするものであり、各部の処理の同期をとるために、カプセル内視鏡１０に対して所定の駆動制御信号を供給する。信号処理回路３２０は、カプセル内視鏡１０から送信される画素データに対して増幅処理、色調整などの信号処理を行い、画像データを生成する。画像メモリ３３０は、信号処理回路３２０において生成された画像データを一時的に記憶する。また、エンコーダ３４０は、信号処理回路３２０にて処理された画像データを映像信号へと変換してモニタ４０に出力する。

次に、上述のような構成を備えたカプセル内視鏡システム１における体腔内観察の流れについて、各部の具体的な動作とともに説明する。まず、カプセル内視鏡１０が被検者によって嚥下され、体腔内に導入される。そして、体外に配置されたプロセッサ３０が起動され、タイミングコントローラ３１０から光源１０１を駆動するための光源駆動制御信号が出力される。タイミングコントローラ３１０から出力された光源駆動制御信号は、通信ユニット２０の送信部２１０にて変調され、アンテナ２１を介してカプセル内視鏡１０へ送信される。

通信ユニット２０の送信部２１０から送信された光源駆動制御信号は、カプセル内視鏡１０の受信部１１２にて受信され、復調されて光源制御回路１１４へ送られる。そして、駆動制御信号に基づいて、光源制御回路１１４のドライバ１１４ａから光源１０１に所定の駆動電圧が印加される。光源１０１は、駆動電圧が印加されることにより青色レーザ光を発振する。光源１０１によって発振された青色レーザ光は、図示しない結合レンズを介してＳＭＦ１０３に入射する。そして、ＳＭＦ１０３にて、緑色および赤色の波長に対応する光が励起され、ＳＭＦ１０３の射出端から、ＲＧＢの３波長を含む光（以下、「走査光」という）が射出される。ＳＭＦ１０３から射出された走査光は、レンズユニット１０４によって、観察対象上に集光されスポットを形成する。かかるスポット径は、例えば数ミクロンオーダであり極めて小さいものである。

また、上述のように光源駆動制御信号が供給されるのと同期して、タイミングコントローラ３１０から、アクチュエータ１０２を駆動するためのアクチュエータ駆動制御信号が出力される。タイミングコントローラ３１０から出力されたアクチュエータ駆動制御信号は、通信ユニット２０の送信部２１０にて変調され、アンテナ２１を介してカプセル内視鏡１０へ送信される。

通信ユニット２０の送信部２１０から送信されたアクチュエータ駆動制御信号は、カプセル内視鏡１０の受信部１１２にて受信され、復調されてアクチュエータ制御回路１１６のＸ軸ドライバ１１６ＸおよびＹ軸ドライバ１１６Ｙにそれぞれ出力される。Ｘ軸ドライバ１１６ＸおよびＹ軸ドライバ１１６Ｙは、受信した駆動制御信号に従って、アクチュエータ１０２を駆動させるための所定の駆動電圧を生成し、アクチュエータ１０２に印加する。具体的には、Ｘ軸ドライバ１１６Ｘは、アクチュエータ１０２に第一の交流電圧を印加し、Ｙ軸ドライバ１１６Ｙは、アクチュエータ１０２に第一の交流電圧と同一周波数であって位相が直交する第二の交流電圧を印加する。

アクチュエータ１０２は、Ｘ軸ドライバ１１６ＸおよびＹ軸ドライバ１１６Ｙから印加された第一および第二の交流電圧に応じて振動する。アクチュエータ１０２の振動はそれぞれ、ＳＭＦ１０３の先端部のＸ方向、Ｙ方向への共振運動を生じさせる。そして、ＳＭＦ１０３の射出端は、アクチュエータ１０２によるＸ方向およびＹ方向への運動エネルギーが合成されることにより、Ｘ−Ｙ平面に近似する面上において所定半径を有する円の軌跡を描く。そして、ＳＭＦ１０３の振動の振幅が増幅するように、Ｘ軸ドライバ１１６ＸおよびＹ軸ドライバ１１６Ｙから印加される駆動電圧を変化させながらＳＭＦ１０３を共振させることにより、ＳＭＦ１０３の先端部が中心から外側に向かって螺旋状に駆動される。その結果、図３に示されるように、ＳＭＦ１０３の射出端から走査光が観察対象へ向けて螺旋状の走査パターンＳＰを描くように放射される。

また、Ｘ軸ドライバ１１６ＸおよびＹ軸ドライバ１１６Ｙからアクチュエータ１０２への、第一および第二の交流電圧の印加が開始されてから、ＳＭＦ１０３の射出端が所定の半径Ｒを有する円の軌跡を描く迄の期間（以下、「走査パターン期間」という）、ＳＭＦ１０３から走査光が射出され続ける。そして、この走査パターン期間において受光された反射光が、１フレーム分の画像として取得される。その後、ＳＭＦ１０３の射出端が、所定半径Ｒを有する円の軌跡を描く状態となると、アクチュエータ１０２に対する交流電圧の印加が停止される。すると、ＳＭＦ１０３の先端部の振動は徐々に減衰されていく。かかる減衰に伴って、ＳＭＦ１０３の射出端は、略渦巻パターンの軌跡を描きながら中心に向かい、最終的には中心軸上で停止する。

なお、実験等を重ねた結果、ＳＭＦ１０３の射出端が停止した状態から所定半径Ｒを有する円の軌跡を描く状態に達する迄にかかる時間、すなわち走査パターン期間が開始され終了する迄にかかる時間は既知である。さらに、走査パターン期間中のＳＭＦ１０３の射出端の位置も既知である。そのため、タイミングコントローラ３１０は、かかる既知の情報に基づき、Ｘ軸ドライバ１１６Ｘ、Ｙ軸ドライバ１１６Ｙに対するタイミング制御（つまり、アクチュエータ１０２に対する交流電圧の印加と停止のタイミング）、およびドライバ１１４ａに対するタイミング制御（つまり、走査パターン期間中における光源１０１に対する駆動電圧の印加と停止のタイミング）のそれぞれをフレームレートに応じた周期で繰り返す。

このように観察対象が走査されることによって得られた反射光は、受光ファイバ１２０にて受光される。図４は、受光ファイバ１２０の配置を示す模式図である。図４に示されるように、カプセル内視鏡１０の筒体１０６の外周を囲むように複数の受光ファイバ１２０が配置される。これにより、観察対象によって反射された反射光を様々な角度から受光することができる。そして、複数の受光ファイバ１２０によって受光された反射光は、導波路部１２２によって、ＲＧＢの各波長の光に分離され、検出器１２４Ｒ、１２４Ｇ、１２４Ｂへそれぞれ導かれる。

図５は、導波路部１２２の構成を模式的に示す図である。一般的に、光を波長ごとに分離する方法としては、ダイクロイックミラーや分光プリズム等を用いることが知られている。しかしながら、カプセル内視鏡１０は小型であることから、ダイクロイックミラーや分光プリズムを用いて光を分離させるための十分なスペースを確保することが困難である。そのため、本実施形態においては、導波路部１２２として、隣接する受光ファイバ１２０を結合させて複数のファイバカプラ部１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、１２３ｄ・・・を形成することにより、反射光の分離および結合を行う構成となっている。

図５を参照して、受光ファイバ１２０を伝搬される反射光の分離について、具体例に基づいて説明する。まず、受光ファイバ１２０ａによって受光された、Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１の各波長を含む反射光（以下、「反射光Ｒ１、反射光Ｇ１、反射光Ｂ１」という）は、ファイバカプラ部１２３ａによって、反射光Ｒ１と、反射光Ｇ１およびＢ１とに分離される。図６は、ファイバカプラ部１２３ａを模式的に示す図である。図６に示されるように、ファイバカプラ部１２３ａでは、受光ファイバ１２０ａと受光ファイバ１２０ｂのコアを接近させて結合させている。ここでは、２本のファイバのクラッド側面をコア近傍まで研磨し、互いに研磨面を接触させる研磨法によってファイバカプラ部が形成される。また、その他にも、ファイバのクラッド側面を接触させ、接触面を過熱溶融、その後過熱延伸することでファイバ間に光の結合を生じさせる融着延伸法によって、ファイバカプラ部を形成することも可能である。

このように、受光ファイバ１２０ａおよび受光ファイバ１２０ｂのコア同士を光の波長の数倍程度まで接近させることで、受光ファイバ１２０ａを伝搬される光を、受光ファイバ１２０ｂへと分離させること、および受光ファイバ１２０ｂを伝搬される光を、受光ファイバ１２０ａを伝搬される光に結合させることができる。また、受光ファイバ１２０ａおよび１２０ｂのコア間の距離およびコアが接触する長さを調整することによって、特定の波長の光のみを結合および分離させることができる。本実施形態のファイバカプラ部１２３ａは、受光ファイバ１２０ａに伝搬される反射光の内、Ｇ１およびＢ１の波長の光（反射光Ｇ１および反射光Ｂ１）を受光用ファイバ１２０ｂへと分離させるよう、コア間の距離およびコアが接触する長さが調整されている。

そして、受光ファイバ１２０ａをそのまま伝搬された反射光Ｒ１は、ファイバカプラ部１２３ｃを経て、検出器１２４Ｒへと導かれる。一方、受光ファイバ１２０ｂへと分離された反射光Ｇ１およびＢ１は、ファイバカプラ部１２３ｂを経て、ファイバカプラ部１２３ｄによって、反射光Ｇ１と反射光Ｂ１とがさらに分離される。そして、反射光Ｇ１および反射光Ｂ１は、それぞれ検出器１２４Ｇおよび１２４Ｂへと導かれる。

同様に、受光ファイバ１２０ｂによって受光された、Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２の各波長を含む反射光（以下、「反射光Ｒ２、反射光Ｇ２、反射光Ｂ２」という）は、ファイバカプラ部１２３ａによって、反射光Ｒ２と、反射光Ｇ２およびＢ２とに分離される。そして、反射光Ｒ２は、ファイバカプラ部１２３ｃによって受光ファイバ１２０ａへ結合され、検出器１２４Ｒへと導かれる。一方、反射光Ｇ２およびＢ２は、ファイバカプラ部１２３ｂを経て、ファイバカプラ部１２３ｄによって反射光Ｇ２と反射光Ｂ２とがさらに分離される。そして、反射光Ｇ２および反射光Ｂ２は、それぞれ検出器１２４Ｇおよび１２４Ｂへと導かれる。

また、受光ファイバ１２０ｃによって受光された、Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３の各波長を含む反射光（以下、「反射光Ｒ３、反射光Ｇ３、反射光Ｂ３」という）は、ファイバカプラ部１２３ｂによって、反射光Ｒ３と、反射光Ｇ３およびＢ３とに分離される。そして、反射光Ｒ３は、ファイバカプラ部１２３ｃによって受光ファイバ１２０ａへ結合され、検出器１２４Ｒへと導かれる。一方、反射光Ｇ３およびＢ３は、ファイバカプラ部１２３ｄによって反射光Ｇ３と反射光Ｂ３とがさらに分離され、それぞれ検出器１２４Ｇおよび１２４Ｂへと導かれる。

このように、筒体１０６の外周に配置される全ての受光ファイバ１２０によって受光された反射光が、ファイバカプラ部１２３によって各波長に対応する光に分離されて各検出器１２４Ｒ、１２４Ｇ、および１２４Ｂへとそれぞれ導かれる。このとき、受光ファイバ１２０によって受光された反射光は、ＲＧＢの３つ波長へと分離される。そのため、各受光ファイバ１２０は、それぞれ少なくとも２箇所のファイバカプラ部１２３を形成するように結合される。

続いて、導波路部１２２によって分離された各反射光は、検出器１２４Ｒ、１２４Ｇおよび１２４Ｂによって検出される。そして、検出器１２４Ｒ、１２４Ｇおよび１２４Ｂによって光電変換され、アナログ信号が生成される。なお、光源１０１から供給される走査光は、単一のＳＭＦ１０３により導光されて観察対象にて反射される。そのため、反射光の光量は非常に少ない。このような微弱な光を確実にかつ低ノイズで検出する必要があるため、検出器１２４Ｒ、１２４Ｇおよび１２４Ｂには小型の高感度光検出器が用いられる。

検出器１２４Ｒ、１２４Ｇおよび１２４Ｂによって生成されたアナログ信号は、Ａ／Ｄコンバータ１２６Ｒ、１２６Ｇおよび１２６Ｂにそれぞれ出力される。Ａ／Ｄコンバータ１２６Ｒ、１２６Ｇおよび１２６Ｂは、受信したアナログ信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングおよびホールドして、図３のスポットＳ_１、Ｓ_２、Ｓ_３・・・に対応する画素データへと変換する。そしてＡ／Ｄコンバータ１２６Ｒ、１２６Ｇおよび１２６Ｂによって生成された画素データは、送信部１２８に送られる。送信部１２８では、画素データの信号が変調され、図示しないアンテナを介して通信ユニット２０へ送信される。

カプセル内視鏡１０から送信された画素データ信号は、アンテナ２１を介して通信ユニット２０の受信部２２０にて受信され、復調されてプロセッサ３０の信号処理回路３２０へ送られる。信号処理回路３２０では、入力された画素データに対して、増幅処理や色調整などに加え、画素位置を補正する処理が行われる。具体的には、信号処理回路３２０にて、螺旋状の走査パターンによって得られた各画素データを、固体撮像素子で言うところの画素アドレスに変換して記憶するために、変換テーブルを参照して画素データのアドレス変換処理が行なわれる。

信号処理回路３２０には、各スポットに対応する時間Ｔと画素アドレスとの変換テーブルが予め保持されている。かかる変換テーブルは、既知の情報である走査パターン期間中の各スポットの形成位置および形成時間、ならびにサンプリング周波数などに基づき作成されている。信号処理回路３２０は、特定の時間Ｔに対応する画素データが入力されたとき、変換テーブルに基づき該画素データの画素アドレスを特定し、画像メモリ３３０へと記憶する。

図７を用いて、信号処理回路３２０による画素アドレスの変換処理の具体例を説明する。ここでは、説明の便宜上、画素データを１９×１９からなる画素アドレスに割り当てる場合を考える。信号処理回路３２０は、例えばスポットＳ_１に対応する時間ｔ_１の画素データが入力されたとき、上記変換テーブルに基づき当該画素データを画素アドレス（１０，１０）に記憶する。次いで、スポットＳ_２に対応する時間ｔ_２の画素データが入力されたとき、上記変換テーブルに基づき当該画素データを画素アドレス（１１，９）に記憶する。信号処理回路３２０は、かかる画素アドレスへの変換処理を、入力される画素データに対して順次行う。

信号処理回路３２０は、全ての画素データに対応する画素アドレスを特定し、画像メモリ３３０へ順次出力して書き込む。また、画素データを有さない画素アドレスに関しては、例えば所定のマスキングデータを生成して画像メモリ３３０に出力して書き込む。画像メモリ３３０は、フレームバッファであり、信号処理回路３２０により生成されたスポットＳ_１〜Ｓ_ｎに対応する画素データを一フレーム分の画像データとしてバッファリングする。

そして、タイミングコントローラ３２０のタイミング制御に従い、画像メモリ３３０に記憶された画像データが読み出され、エンコーダ２７０に出力される。エンコーダ２７０は、入力された画素データをＮＴＳＣ（National Television Standards Committee）やＰＡＬ（Phase Alternating Line）等の所定の規格に準拠した映像信号に変換してモニタ３００に出力する。これにより、モニタ３００に観察対象の映像が表示される。

上述のように、本実施形態においては、ＳＭＦ１０３によって観察対象を走査し、各受光ファイバにおいて画素ごとにＲＧＢの各波長に対応した画素データを取得することができる。また、螺旋状の走査パターンにおける回転周期や、サンプリング周波数を適宜設定することにより、ダイナミックレンジを向上させることも可能である。これにより本実施形態のカプセル内視鏡１０では、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を用いる場合に比べ、高解像度の体腔内画像を取得することができる。

また、本実施形態においては、１本のファイバを走査させることによって、体腔内の画像を取得する構成となっている。そのため、カプセル内視鏡１０の小型化を維持したままで、上述のような高解像度の画像を取得することが可能となる。また、本実施形態においては、隣接する受光ファイバ１２０を結合したファイバカプラ部１２３によって分光を行うため、カプセル内視鏡１０に波長を分離するための部品を別に備える必要がない。また、カプセル内視鏡１０において分光を行うためのスペースを別に設ける必要もない。これにより、小型のカプセル内視鏡において、走査型光ファイバによる画像の取得を実現することが可能となった。

以上が本発明の実施形態であるが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく様々な範囲で変形が可能である。上記実施形態においては、プロセッサ３０にモニタ４０を接続し、取得した画像が随時表示される構成となっているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、モニタ４０の替わりに記録装置を用い、カプセル内視鏡１０が体腔内に導入されてから排出されるまでの画像を当該記録装置に記録する構成としても良い。

また、上記実施形態においては、受光ファイバを結合してファイバカプラ部とすることによって、反射光の波長の分離を行う構成としたが、本発明はこれに限定されるものではない。上記実施形態のように受光ファイバを結合させる以外にも、受光ファイバ１２０を特定の波長の分離を行うフィルム状の導波路結晶に結合させ、導波路結晶にて反射光の波長を分離させる構成としても良い。このようにフィルム状の導波路結晶を用いることでも、カプセル内視鏡の小型化を維持することができ、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

１ カプセル内視鏡システム
１０ カプセル内視鏡
２０ 通信ユニット
３０ プロセッサ
４０ モニタ
１０１ 光源
１０２ アクチュエータ
１０３ シングルモードファイバ
１２０ 受光ファイバ
１２２ 導波路部
１２４Ｒ、１２４Ｇ、１２４Ｂ 検出器
３１０ タイミングコントローラ
３２０ 信号処理回路

Claims (9)

1. 光源と、
   前記光源から入射される光を射出して、観察対象上を走査する走査手段と、
   前記走査手段によって走査される前記観察対象の反射光を受光する受光手段と、
   前記受光手段によって受光した反射光を、波長ごとに分離して所定の光検出手段に導く導波路部と、を備えることを特徴とするカプセル内視鏡。
2. 前記受光手段は、複数の受光ファイバからなり、
   前記導波路部は、前記複数の受光ファイバを結合して形成される複数のファイバカプラからなることを特徴とする請求項１に記載のカプセル内視鏡。
3. 前記複数の受光ファイバは、少なくとも２箇所の前記ファイバカプラを形成するように結合されることを特徴とする請求項２に記載のカプセル内視鏡。
4. 前記走査手段は、
   入射端が前記光源に光学的に接続されたシングルモードファイバからなる導光手段と、
   前記導光手段の射出端近傍を振動させる振動手段と、から構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のカプセル内視鏡。
5. 前記光源は、単一波長光を発振する半導体レーザであり、
   前記シングルモードファイバは、前記光源により発振される単一波長光から、複数の異なる波長に対応する光を励起することを特徴とする請求項４に記載のカプセル内視鏡。
6. 前記シングルモードファイバは、ピグテイル化されて前記光源と結合されることを特徴とする請求項５に記載のカプセル内視鏡。
7. 前記所定の光検出手段は、導波手段によって分離された反射光を波長ごとに検出し、電気信号へと変換するものであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のカプセル内視鏡。
8. 無線通信によって前記光源および前記走査手段を駆動するための駆動制御信号を受信する受信部と、
   無線通信によって前記所定の光検出手段によって変換された電気信号を送信する送信部と、を更に備えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のカプセル内視鏡。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載のカプセル内視鏡と、
   前記光源および前記走査手段を駆動するための駆動制御信号を供給するタイミングコントローラと、
   前記所定の光検出手段によって検出された信号に所定の画像処理を行って画像を生成する信号処理部と、
   前記信号処理部によって生成された画像を表示するモニタと、からなることを特徴とするカプセル内視鏡システム。

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