JP2011036592A - Endoscope apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照明光を器官内壁などの観察対象に向けて走査させ、観察画像を取得する内視鏡装置に関し、特に、画像表示に関する。 The present invention relates to an endoscope apparatus that scans illumination light toward an observation target such as an inner wall of an organ to acquire an observation image, and particularly relates to image display.
内視鏡装置として、スコープ先端部に撮像素子を設ける代わりに、光ファイバ先端部を共振させて照明光を走査させる内視鏡装置(以下、走査型内視鏡装置という)が知られている(例えば、特許文献1参照)。そこでは、走査型光ファイバがスコープ内部に設けられ、ファイバ先端部分が圧電素子によって2次元振動することによって、照明光が螺旋状に走査される。 As an endoscope apparatus, an endoscope apparatus (hereinafter referred to as a scanning endoscope apparatus) that scans illumination light by resonating an optical fiber distal end instead of providing an imaging element at the distal end of a scope is known. (For example, refer to Patent Document 1). In this case, a scanning optical fiber is provided inside the scope, and the tip of the fiber is two-dimensionally vibrated by a piezoelectric element, so that illumination light is scanned in a spiral shape.
走査型内視鏡装置の場合、点順次走査によって観察対象を照明するため、その反射光は時系列的に光ファイバ、あるいはフォトセンサに入射し、1フレーム分の画素信号が時系列的に出力される。そのため、2次元画像生成するにも所定の画像信号処理(ラスタ化)を行わなければならない。また、走査型内視鏡装置のスコープは、肺などの器官に使用可能とするため細径化されており、特殊な用途の光学系、撮像系をスコープ先端部に取り込むことが難しい。 In the case of a scanning endoscope apparatus, since the observation object is illuminated by dot sequential scanning, the reflected light is incident on an optical fiber or a photo sensor in time series, and a pixel signal for one frame is output in time series. Is done. Therefore, predetermined image signal processing (rasterization) must be performed to generate a two-dimensional image. In addition, the scope of the scanning endoscope apparatus is reduced in diameter so that it can be used for organs such as the lung, and it is difficult to incorporate an optical system and an imaging system for special applications into the distal end of the scope.
その一方、走査型内視鏡装置においても、人間の立体視感に基づいて病変部を3次元表現し、立体感ある画像に基づいて診断、手術を効果的に行うことが要求される。 On the other hand, a scanning endoscope apparatus is also required to express a lesion part three-dimensionally based on human stereoscopic vision and to effectively perform diagnosis and surgery based on a stereoscopic image.
本発明の走査型内視鏡装置は、照明用光ファイバと、照明用光ファイバから射出する照明光を、観察対象に向けて走査させる走査手段とを備えた内視鏡装置であり、例えば光ファイバ先端部を駆動する駆動部(圧電素子など)を設け、照明光を螺旋状走査させる。 The scanning endoscope apparatus of the present invention is an endoscope apparatus including an illumination optical fiber and a scanning unit that scans illumination light emitted from the illumination optical fiber toward an observation target. A drive unit (such as a piezoelectric element) that drives the fiber tip is provided to scan the illumination light in a spiral manner.
さらに本発明の走査型内視鏡装置は、観察対象からの反射光をそれぞれ異なる位置で受光し、反射光を別々に伝達する少なくとも2つのイメージ用光ファイバと、各イメージ用光ファイバの反射光に応じた画素信号に基づいて、立体表示用画像信号を生成する画像信号生成手段とを備える。 Furthermore, the scanning endoscope apparatus of the present invention receives reflected light from an observation object at different positions and transmits the reflected light separately, and the reflected light of each image optical fiber. Image signal generating means for generating a stereoscopic display image signal based on the pixel signal corresponding to the image signal.
走査型内視鏡装置では、走査される照明用光ファイバの先端部は、通常、スコープ軸に沿って配置され、イメージ用光ファイバの先端部は、中心から離れたスコープ外表面の近くに配置される。その結果、観察対象からの反射光は、それぞれ視方向の異なる情報をもつ光となって各イメージ用光ファイバに入射する。 In a scanning endoscope apparatus, the tip of the illumination optical fiber to be scanned is usually arranged along the scope axis, and the tip of the image optical fiber is arranged near the outer surface of the scope away from the center. Is done. As a result, the reflected light from the observation target becomes light having different information in the viewing direction and enters each image optical fiber.
各イメージ用光ファイバは、立体視用の異なる画像信号を生成するため、独自に反射光を画像信号処理回路側へ伝達する。そして、視方向の異なる画像信号に基づき、立体画像を表示するための画像信号処理が行われる。画像信号処理としては、立体表示方式に従った処理が行われる。イメージ用光ファイバが視方向の異なる位置で反射光を別々に受光することにより、細径化のスコープにおいても、立体画像が表示可能となる。 Each image optical fiber independently transmits reflected light to the image signal processing circuit side in order to generate different image signals for stereoscopic viewing. Then, image signal processing for displaying a stereoscopic image is performed based on image signals having different viewing directions. As the image signal processing, processing according to a stereoscopic display method is performed. By receiving the reflected light separately at different positions in the viewing direction, the image optical fiber can display a three-dimensional image even on a narrow scope.
両眼視差像を形成するためには、照明光の当たる照射中心位置から対称的な位置に受光部があるのが望ましい。そのため、少なくとも2つのイメージ用光ファイバの先端部を、その断面から見て、照明用光ファイバの先端部に関し対称的な位置に配置するのがよい。 In order to form a binocular parallax image, it is desirable that the light receiving unit be located at a symmetrical position from the irradiation center position on which the illumination light hits. For this reason, it is preferable that the tip portions of at least two image optical fibers are arranged in a symmetrical position with respect to the tip portion of the illumination optical fiber when viewed from the cross section.
観察画像の奥行き感を高めるためには、イメージ用光ファイバの先端部(光の入射する先端面)の距離間隔を広げて視差を大きくすることが望ましい。そのため、少なくとも2つのイメージ用光ファイバの先端部を、スコープ先端部の径方向外側に向けて付勢する付勢手段を設けるのがよい。 In order to increase the sense of depth of the observation image, it is desirable to increase the parallax by increasing the distance between the tip portions of the image optical fibers (tip surfaces where light enters). For this reason, it is preferable to provide a biasing means for biasing the distal end portions of at least two image optical fibers toward the radially outer side of the scope distal end portion.
付勢手段としては、弾性部材、アクチュエータなど様々な構成で実現可能であるが、付勢力を急激に発生させず、かつスコープ先端部の内部構成の複雑化を避けるため、例えば(膨張収縮可能なバルーンなど)弾性部材を設けるのがよい。スコープ先端部のハウジングが、スコープ中心側から受ける力によって径方向外側へ変形可能となるように構成すれば、細径化されたスコープでも奥行き感かる立体画像を生成可能となる。 The urging means can be realized in various configurations such as an elastic member and an actuator. However, in order to prevent the urging force from being generated abruptly and to avoid complication of the internal configuration of the scope tip, for example (expandable / shrinkable) An elastic member (such as a balloon) may be provided. If the housing at the distal end of the scope is configured to be deformable radially outward by the force received from the center of the scope, it is possible to generate a stereoscopic image that gives a sense of depth even with a narrowed scope.
また、照明用光ファイバ12に無理な力を作用させることなく、イメージ用光ファイバの先端部(光の入射する先端面)の距離間隔を効果的に広げるため、付勢手段が、少なくとも2つのイメージ用光ファイバの先端部と、照明用光ファイバの先端部との間に配置するのがよい。
Further, in order to effectively widen the distance between the tip portions (tip surfaces where light enters) of the image optical fiber without exerting an excessive force on the illumination
このように本発明によれば、走査型内視鏡装置において、奥行き感のある立体画像を得ることができる。 Thus, according to the present invention, a stereoscopic image with a sense of depth can be obtained in a scanning endoscope apparatus.
以下では、図面を参照して本実施形態である走査型内視鏡装置について説明する。 Below, the scanning endoscope apparatus which is this embodiment is demonstrated with reference to drawings.
図1は、本実施形態である走査型内視鏡装置のブロック図である。図2は、スコープ先端部を走査させるアクチュエータの駆動信号を示した図である。図3は、走査経路を示した図である。 FIG. 1 is a block diagram of a scanning endoscope apparatus according to this embodiment. FIG. 2 is a diagram showing an actuator drive signal that scans the scope tip. FIG. 3 shows the scanning path.
走査型内視鏡装置は、スコープ10とプロセッサ30とを備え、スコープ10の内部には、照明用のシングルモード型光ファイバ(照明用光ファイバ)12と、観察対象からの反射光をプロセッサ30へ伝送する2つのイメージ用光ファイバ14A、14Bが設けられている。スコープ10はプロセッサ30と着脱自在に接続可能であり、プロセッサ30にはモニタ60が接続される。
The scanning endoscope apparatus includes a
プロセッサ30には、R,G,Bの光をそれぞれ発光するレーザー光源21が設けられ、レーザードライバ(図示せず)によって駆動される。レーザー光源21から発したR,G,Bの光は、光学レンズ、ハーフミラー群から構成される結合部(図示せず)において混合される。混合した光(白色光)は、照明用光ファイバ12を通ってスコープ先端部10Tから射出する。これによって観察対象が照明される。
The
スコープ先端部10Tには、スコープ先端部10Tから射出される照明光を螺旋状に走査させるスキャナデバイス(以下、SFEスキャナという)16が設けられており、プロセッサ30内のアクチュエータ駆動回路22から送られてくる駆動信号に基づいて動作する。
The
SFEスキャナ16は、ピエゾ素子から構成されるチューブ状圧電素子を備え、照明光ファイバ12の先端部12Tを二次元的に共振させる。すなわち、直交する2方向に沿って所定の共振モードでファイバ先端部12Tを共振させる。SFEスキャナ16によってカンチレバー状に支持されるファイバ先端部12Tは、図2に示す駆動信号に従い、その先端面が周期的な螺旋運動となるように振動する。
The SFE
ファイバ先端部12Tの先端面12Sから射出した照明光は、レンズ(図示せず)を通って観察部位に到達する。ファイバ先端部12Tが螺旋状に駆動するため、観察対象エリアにおける照明光の軌跡は、螺旋状の走査線PTになる(図3参照)。走査線PTの径方向間隔が密になるように走査することで、観察対象全体が(中心から周囲に向けて順に)照射される。
The illumination light emitted from the distal end surface 12S of the fiber
観察対象において反射した光は、照明用光ファイバ12から離れた、すなわちスコープ中心から離れた周辺部であってスコープ先端部10Tのハウジング傍に配置された2つのイメージ用光ファイバ14A、14Bに入射し、プロセッサ30へ導かれる。イメージ用光ファイバ14A、14Bを通った反射光は、光学レンズ、ハーフミラー群から構成される光分離部23A、23Bにそれぞれ入射し、R,G,Bの光に分離される。
The light reflected from the observation target is incident on two image
分離されたR,G,Bの光は、それぞれフォトセンサ24RR、24GR、24BRに入射し、イメージ用光ファイバ14Bから伝送されたR,G,Bの光は、それぞれフォトセンサ24RL、24GL、24BLに入射する。フォトセンサ24RR、24GR、24BR、および24RL、24GL、24BLでは、光電変換によってR,G,Bに応じた画素信号が生成される。螺旋走査期間は、所定の時間間隔(ここでは、1/30秒間隔)に定められており、1フレーム分の画素信号がその走査周期(フレーム周期)に合わせて読み出される。
The separated R, G, and B light enters the photosensors 24RR, 24GR, and 24BR, respectively, and the R, G, and B light transmitted from the image
イメージ用光ファイバ14A、14Bからの反射光によってそれぞれ生成されたR,G,Bの画素信号は、A/D変換器(図示せず)においてデジタル信号に変換された後、それぞれ画像信号処理回路25A、25Bへ送られ、R,G,B信号毎に信号処理される。画像信号処理回路25A、25Bでは、順次送られてくる一連のR,G,Bデジタル画素信号と照明光の走査位置とをマッピング、すなわち対応づけることにより、時系列的に取得される画素信号の画素位置が特定される(ラスタ展開される)。これにより、1フレーム分のデジタル画素信号が2次元画像データとして取得される。マッピングによって観察画像データが生成されると、ホワイトバランス調整などの画像信号処理が施される。
The R, G, and B pixel signals generated by the reflected light from the image
本実施形態では、モード切替スイッチ27に対する操作によって、通常画像表示モードと、立体画像表示モードが選択的に設定される。通常画像表示モードの間、一方のイメージ用光ファイバに入射した反射光に基づいた画像信号が、立体画像信号処理回路26を介してモニタ60に出力される。これにより、通常の観察画像がモニタ60に表示される。
In the present embodiment, the normal image display mode and the stereoscopic image display mode are selectively set by an operation on the
一方、立体画像表示モードが選択されると、立体画像信号処理回路26では、画像信号処理回路25A、25Bにおいて別々に生成された画像信号に基づいて立体表示用画像信号が生成され、モニタ60へ出力される。また、スコープ先端部10Tに設けられたバルーン(ここでは図示せず)に対し、ポンプ63によってエアが送気される。これにより、イメージ用光ファイバ14A、14Bの先端部間隔が広がる。通常表示画像モードに再び切り替えられると、ポンプ63によってバルーンのエアが吸気される。
On the other hand, when the stereoscopic image display mode is selected, the stereoscopic image
立体表示方式として、ここでは、左目用画像、右目用映像を交互にモニタ表示する立体表示方式が採用されており、画像信号処理回路25A、画像信号処理回路25Bから右目用画像信号を、左目用画像信号を交互に出力するように出力タイミング調整が行われる。オペレータは、偏光メガネ62を掛けてモニタ60に表示される立体画像を観察する。
Here, as the stereoscopic display method, a stereoscopic display method in which a left-eye image and a right-eye image are alternately displayed on a monitor is adopted, and the right-eye image signal is received from the image signal processing circuit 25A and the image
CPU、ROM、RAMを含む制御回路20は、プロセッサ30の動作を制御し、画像信号処理回25A、25B、レーザー光源21など各回路へ制御信号を出力する。図示しないタイミングコントローラは、同期信号をフォトセンサ24RR、24GR、24BR、および24RL、24GL、24BL、アクチュエータ駆動回路22等に出力し、ファイバ先端部12Tの螺旋運動と画像処理タイミングを同期させる。
A
図4は、スコープ先端部の模式的内部構成を示した図である。図5は、図4のV−Vに沿ったスコープ先端部の断面図である。ただし、スコープ先端部に設けられるレンズ群は、ここでは図示していない。また、図4では、通常画像表示モードのときのスコープ先端部の内部構成を示している。 FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic internal configuration of the distal end portion of the scope. FIG. 5 is a cross-sectional view of the distal end portion of the scope along VV in FIG. However, the lens group provided at the distal end of the scope is not shown here. FIG. 4 shows an internal configuration of the distal end portion of the scope in the normal image display mode.
観察対象OSに向けて照明光を射出する照明用光ファイバ12は、スコープ先端部10Tの中心に同軸配置されており、その先端部12TはSFEスキャナ16によって保持されている。一方、イメージ用光ファイバ14A、14Bは、スコープ先端部10Tの中心から離れ、さらには、SFEスキャナ16、照明用光ファイバ先端部12Tを囲むスリーブ(図示せず)の外側に配置され、断面図から見ると、照明用光ファイバ12に関し対称的な位置に配置されている(図5参照)。イメージ用光ファイバ14A、14B先端面14AS、14BSは、スコープ先端部10Tのハウジング10Kに接している。
The illumination
バルーン82A、82Bは、ゴムなどの弾性部材から成り、イメージ用光ファイバ14A、14Bと照明用光ファイバ12との間に挟まれるような形で、SFEスキャナ16の後方(プロセッサに近い側)に配置されている。図5から明らかなように、イメージ用光ファイバ14A、14B、バルーン82A、82B、照明用光ファイバ12は、スコープ先端部10Tの断面図から見て、同一方向に並んで配置されている。
The
通常画像表示モードでは、バルーン82A、82Bは収縮した状態であり、イメージ用光ファイバ14A、14Bの先端面14AS、14BSは距離間隔R0だけ離れた状態にある。バルーン82A、82Bは、それぞれ送気管84A、84Bに接続されており、立体画像表示モードが選択されると、送気管84A、84Bを通ってバルーン82A、82Bへエアが供給される。
In the normal image display mode, the
図6は、両眼視差に基づく立体視の原理を示した図である。図7は、立体画像表示モードのときのスコープ先端部の断面図である。 FIG. 6 is a diagram illustrating the principle of stereoscopic vision based on binocular parallax. FIG. 7 is a cross-sectional view of the distal end portion of the scope in the stereoscopic image display mode.
従来周知のように、3次元物体を見るときに左目の網膜像と右目の網膜像が異なり、人間の視覚は左目と右目の視方向の差(θ2−θ1)、すなわち両眼視差によって観察対象OSの奥行きを認識できる。この視差、すなわち輻輳角の大きさは、奥行き指標となる。 As is well known in the art, when viewing a three-dimensional object, the retinal image of the left eye and the retinal image of the right eye are different, and human vision is to be observed by the difference in viewing direction between the left eye and the right eye (θ2−θ1), that is, binocular parallax. The depth of the OS can be recognized. This parallax, that is, the size of the convergence angle is a depth index.
立体画像表示モードが設定されると、バルーン82A、82Bにエアが供給される。スコープ先端部10Tのハウジング10Kは、径方向外側へ膨張可能な部材(弾性の樹脂など)によって成形されているため、膨張するバルーン82A、82Bがハウジング10Kを径方向外側へ向けて押すのに従い、ハウジング10Kが図7に示すように弾性変形する。
When the stereoscopic image display mode is set, air is supplied to the
イメージ用光ファイバ14A、14B、バルーン82A、82Bは、照明用光ファイバ12に関して対称的な配置構成になっている。そのため、ハウジング10Kの断面は楕円状に変形する。その結果、照明用光ファイバ12の位置は中心軸に維持されたまま、イメージ用光ファイバ14A、14Bの先端面14AS、14BSが離間し、距離間隔R0よりも大きい距離間隔Rの位置でバルーン82A、82Bから径方向外側へ付勢される。
The image
立体画像信号処理回路26では、この距離間隔Rに基づいた立体視画像を生成するように画像信号処理が行われる。すなわち、モニタ60の画面上においてこの距離間隔Rに基づいた視差像の画像信号を生成する。なお、点順次走査のため、一度に観察対象OS全体を照明することはできないが、スコープ先端部10Tを動かさずに同じ方向へ向けて光を当てることにより、問題なく立体画像を得ることができる。
The stereoscopic image
このように本実施形態によれば、SFEスキャナ16によって照明用光ファイバ12の先端部12Tを2次元振動させ、照明光を螺旋状に走査させる走査型内視鏡装置において、2つのイメージ用光ファイバ14A、14Bがスコープ10に設けられる。観察対象OSからの反射光は、イメージ用光ファイバ14A、14Bへ別々に入射し、それぞれ視方向の異なる画像信号が生成される。
As described above, according to the present embodiment, in the scanning endoscope apparatus in which the
また、スコープ先端部10Tに設けられたバルーン82A、82Bにエアが送気されるため、イメージ用光ファイバ14A、14Bの先端面14AS、14BSが離間する。立体画像信号処理回路26では、イメージ用光ファイバ14A、14Bの先端面14AS、14BSの距離間隔Rに基づいて視差像となる立体表示用画像信号がモニタ60へ交互に出力される。これにより、オペレータは、偏向メガネ62を通じて観察対象OSを立体視することができる。
Further, since air is supplied to the
視方向の異なる像の光を取り込むためにイメージ用光ファイバ14A、14Bをスコープ10に設けることにより、走査型内視鏡装置において立体画像の表示が可能となる。特に、イメージ用光ファイバ14A、14Bの先端面14AS、14BSをスコープ先端部10Tのハウジング10Kの周辺部に配置しているため、先端面14AS、14BSの距離間隔が十分に確保される。
By providing the optical fibers for
また、バルーン82A、82Bによってイメージ用光ファイバ14A、14Bの先端面14AS、14BSの距離間隔をより広げることにより、輻輳角の大きい視差像を形成することが出来、肺などの器官挿入を可能にするために細径化された走査型内視鏡装置においても、十分奥行きのある立体画像を得ることができる。
Further, by further widening the distance between the tip surfaces 14AS and 14BS of the image
さらに、イメージ用光ファイバ14A、14Bの先端面14AS、14BSは、照明用光ファイバ先端部12T、すなわちスコープ中心に関して対称的な位置にあり、また、バルーン82A、82Bが、イメージ用光ファイバ14A、照明用光ファイバ12、イメージ用光ファイバ14Bの配列に沿ってその間に配置されている。
Further, the tip surfaces 14AS, 14BS of the image
そのため、立体画像表示モードのとき、照明用光ファイバ12に対してバルーン82A、82Bから互いに相殺するような付勢力を受け、照明用光ファイバ12は中心位置に維持されるとともに、イメージ用光ファイバ14A、14Bに対して同等の付勢力を掛けることができる。これにより、イメージ用光ファイバ14A、14Bの先端面14AS、14BSを毎回同じ距離間隔だけ安定して離間させることができる。
Therefore, in the stereoscopic image display mode, the illuminating
なお、バルーン以外の膨張収縮可能な部材に構成によってイメージ用光ファイバを径方向外側へ付勢してもよく、バネ、形状記憶合金などの弾性部材を用いても良い。さらに、圧電素子などのアクチュエータといった付勢手段を用いても良い。 Note that the image optical fiber may be biased radially outward depending on the configuration of a member other than the balloon that can be expanded and contracted, or an elastic member such as a spring or a shape memory alloy may be used. Furthermore, an urging means such as an actuator such as a piezoelectric element may be used.
また、スコープ先端部の強度を保つために弾性変形しない素材でスコープ先端部を製造するような場合、イメージ用光ファイバの先端部をスコープ先端部の外周部と接触させず、より中心側に配置し、バルーンによって離間させるように構成してもよい。 Also, when the scope tip is manufactured with a material that does not elastically deform to maintain the strength of the scope tip, the tip of the optical fiber for image is placed closer to the center without contacting the outer periphery of the scope tip. However, it may be configured to be separated by a balloon.
さらに、バルーンなどの付勢手段をスコープ先端部に設けず、イメージ用光ファイバの先端部の距離間隔を一定に維持したまま、立体画像を表示するように構成してもよい。この場合、一定であるイメージ用光ファイバ先端部の距離間隔に基づいて画像信号処理が行われる。 Furthermore, it may be configured such that a stereoscopic image is displayed while maintaining a constant distance between the distal ends of the image optical fibers without providing an urging means such as a balloon at the distal end of the scope. In this case, image signal processing is performed on the basis of a constant distance between the optical fiber ends of the image.
立体表示方式としては、偏向メガネを用いた方式に限定されず、レンチキュラーなどを使った他の立体表示方式を適用可能である。 The stereoscopic display method is not limited to the method using deflection glasses, and other stereoscopic display methods using lenticulars can be applied.
各イメージ用光ファイバは、スコープ先端部において分岐し、複数の先端面において反射光を受光し、ファイバ内部で反射光を混合するように構成してもよい。 Each image optical fiber may be configured to branch at the distal end portion of the scope, receive reflected light at a plurality of distal end surfaces, and mix the reflected light inside the fiber.
10 スコープ
12 照明用光ファイバ
12T ファイバ先端部
14A、14B イメージ用光ファイバ
16 SFEスキャナ(走査手段)
25A、25B 画像信号処理回路
26 立体画像信号処理回路
30 プロセッサ
82A、82B バルーン
DESCRIPTION OF
25A, 25B Image
Claims (7)
前記照明用光ファイバから射出する照明光を、観察対象に向けて走査させる走査手段と、
観察対象からの反射光をそれぞれ異なる位置で受光し、反射光を別々に伝達する少なくとも2つのイメージ用光ファイバと、
各イメージ用光ファイバの反射光に応じた画素信号に基づいて、立体表示用画像信号を生成する画像信号生成手段と
を備えたことを特徴とする内視鏡装置。 An optical fiber for illumination;
Scanning means for scanning the illumination light emitted from the illumination optical fiber toward the observation object;
At least two image optical fibers for receiving reflected light from the observation object at different positions and transmitting the reflected light separately;
An endoscope apparatus comprising: an image signal generation unit configured to generate an image signal for stereoscopic display based on a pixel signal corresponding to reflected light of each image optical fiber.
前記付勢手段による付勢によって、前記少なくとも2つのイメージ用光ファイバの先端部が離間することを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。 Biasing means for biasing the distal ends of the at least two image optical fibers toward the radially outer side of the scope distal end;
The endoscope apparatus according to claim 1, wherein tip portions of the at least two image optical fibers are separated by urging by the urging unit.
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