JP2013085615A - 立体内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被写体に対する適正な立体感のある画像を簡易に取得する。
【解決手段】被検体内に挿入される挿入部２の先端に、相互に間隔をあけて配置された２つの撮像素子７と、該撮像素子７の光軸の相対角度を変化させる角度変更機構５，６と、撮像素子７から被写体までの距離を検出する距離センサ９と、該距離センサ９により検出された距離に基づいて角度変更機構５，６を制御する制御部とを備える立体内視鏡装置１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、立体内視鏡装置に関するものである。

従来、外科手術に使用される内視鏡において、被写体を立体視する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この特許文献１の技術は、体内に挿入される挿入部の先端に配置された複数のイメージファイバの端部を変形させて、イメージファイバどうしの光軸の交差角である輻輳角を調節することにより、撮影される画像の立体感を変化させている。

特開平８−９４９６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、イメージファイバの変形による輻輳角の調節は、医師等の観察者がモニタを見ながら手探りで行わなければならず、被写体に対して適正な立体感のある画像を簡単に得ることができないという不都合がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、被写体に対する適正な立体感のある画像を簡易に取得することができる立体内視鏡装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、被検体内に挿入される挿入部に、相互に間隔をあけて配置された２つの撮像素子と、該撮像素子の光軸の相対角度を変化させる角度変更機構と、前記撮像素子から被写体までの距離を検出する距離センサと、該距離センサにより検出された距離に基づいて前記角度変更機構を制御する制御部とを備える立体内視鏡装置を提供する。

本発明によれば、挿入部を被検体内に挿入し、挿入部を被写体に近接させると、挿入部に設けられた距離センサにより、撮像素子から被写体までの距離が検出され、検出された距離に基づいて制御部により角度変更機構が制御される。角度変更機構は２つの撮像素子の光軸の相対角度を変化させるので、撮像素子から被写体までの距離に応じて２つの撮像素子の輻輳角が調節され、被写体に対して適正な立体感のある画像を自動的に得ることができる。

上記発明においては、前記制御部は、前記撮像素子の光軸どうしの交点が前記被写体の表面に一致するように前記角度変更機構を制御してもよい。
このようにすることで、距離センサにより検出された距離に基づいて、撮像素子の光軸どうしの交点を被写体の表面に一致させることができ、被写体に対して適正な立体感のある画像を自動的に得ることができる。

また、上記発明においては、前記制御部が、前記距離と前記相対角度を示す情報とを対応づけたマップを記憶する記憶部を備え、前記マップに基づいて、前記距離センサにより検出された距離と対応する前記情報に示される相対角度が達成されるように前記角度変更機構を制御してもよい。

このようにすることで、距離センサにより検出された距離に基づいて、マップに予め記憶されている情報に示される相対角度が達成される。これにより、適正な輻輳角を迅速に達成することができ、被写体に対して適正な立体感のある画像を迅速に得ることができる。

また、上記発明においては、前記マップに対応づけられている前記距離と前記相対角度を示す情報とが、前記距離に対して前記相対角度を連続的に変化させる関係を有していてもよい。
このようにすることで、距離センサにより検出される距離が変化する毎に、撮像素子の光軸どうしの相対角度を調節し、被写体に対して適正な立体感のある画像を常に得ることができる。

また、上記発明においては、前記マップに対応づけられている前記距離と前記相対角度を示す情報とが、前記距離に対して前記相対角度を段階的に変化させる関係を有していてもよい。
このようにすることで、距離センサにより検出される距離の変化に応じて、撮像素子の光軸どうしの相対角度が頻繁に変更されることを防止して、取得される画像の変動を防止し、観察しやすさを向上することができる。

また、上記発明においては、前記マップに対応づけられている前記距離と前記相対角度を示す情報とが、前記距離が増大する方向に変化するときと、前記距離が減少する方向に変化するときとで、異なる距離において前記相対角度を変化させる関係を有していてもよい。
このようにすることで、挿入部と被写体との距離が増減する場合に、撮像素子の光軸どうしの相対角度が頻繁に変更されることを防止して、取得される画像の変動を防止し、観察しやすさを向上することができる。

また、上記発明においては、前記制御部が、前記距離と前記情報との対応関係の異なる複数の前記マップを備え、観察者に、いずれかの前記マップを選択させるマップ選択部を備えていてもよい。
このようにすることで、観察者が、マップ選択部によっていずれかのマップを選択することにより、被写体の種類に応じた適正な動作を角度変更機構により行うことができる。

また、上記発明においては、複数の前記マップは、前記距離が最小のときの前記相対角度が異なっていてもよい。
このようにすることで、挿入部が被写体に最も近接した位置における２つの撮像素子による輻輳角を、マップ選択部によって選択できることになり、拡大観察する際の立体感を調節することができる。

また、上記発明においては、前記角度変更機構が、前記挿入部の先端に、該挿入部の長手軸に交差する方向に延びる軸線回りに揺動可能に取り付けられた少なくとも１つの揺動部材と、該揺動部材を揺動させる駆動部とを備え、前記撮像素子の一方が、前記揺動部材に取り付けられていてもよい。
このようにすることで、角度変更機構を構成する駆動部を作動させて揺動部材を揺動させることにより、２つの撮像素子の光軸どうしの相対角度を容易に変更することができる。

また、上記発明においては、前記角度変更機構が、一対の前記揺動部材を備え、各前記撮像素子が、各前記揺動部材に取り付けられていてもよい。
このようにすることで、一対の揺動部材を揺動させることにより、２つの揺動部材の光軸を変位させ、２つの撮像素子の光軸どうしの相対角度を容易に変更することができる。

また、上記発明においては、前記駆動部が、一対の前記揺動部材を、前記挿入部の長手軸に沿う方向に延びて相互に近接する閉位置と、前記挿入部の長手軸に交差する方向に延びて相互に離間する開位置との間で揺動させてもよい。
このようにすることで、挿入部を被検体内に挿入する際には、揺動部材を閉位置に配置して、挿入部の長手方向に沿わせることで、横断面積を小さくして挿入容易性を向上し、挿入部の先端が被検体内に挿入された後には、揺動部材を揺動させることにより開位置に配置して、撮像素子どうしの間隔を確保し、大きな輻輳角を形成しやすくすることができる。

また、上記発明においては、前記駆動部が、各前記揺動部材を独立して揺動させてもよい。
このようにすることで、２つの撮像素子の光軸を、挿入部の延長上のみならず、異なる方向に向けることができ、正面視観察のみならず、斜視観察あるいは側視観察を行うことも可能となる。

また、上記発明においては、前記角度変更機構が、前記揺動部材の揺動平面内において、該揺動部材に対して前記撮像素子を揺動させる素子揺動機構を備えていてもよい。
このようにすることで、距離センサにより検出された距離に基づいて、駆動部の作動により一対の揺動部材を揺動させ、かつ、素子揺動機構の作動により撮像素子を揺動させることによって、２つの撮像素子の光軸どうしの各交差位置に対して異なる相対角度を実現することができる。これにより、被写体を異なる立体感で観察することが可能となる。

また、上記発明においては、前記撮像素子の間隔を変化させる間隔調節機構を備えていてもよい。
このようにすることで、角度変更機構の作動により揺動部材を揺動させて２つの撮像素子の光軸どうしの相対角度を調節するとともに、間隔調節機構を作動させて、撮像素子の間隔を変化させることで、２つの撮像素子の光軸どうしの各交差位置に対して異なる相対角度を実現することができる。

これにより、距離の離れた被写体を観察する際に、距離の近い被写体を観察する際の輻輳角で観察することができ、取得された画像を拡大して観察する際に自然な立体感を得ることができる。大きな輻輳角を達成する際には揺動部材の相対角度が小さくなるため、距離の近い被写体を観察する際に揺動部材が被写体に近接して邪魔になることが考えられるが、このようにすることで、揺動部材を被写体から十分に離した状態で、距離の近い被写体を観察する場合と同様の立体感を得ることができる。逆に、距離の近い被写体を観察する際に、距離の離れた被写体を観察する際の輻輳角で観察することができ、取得された画像を縮小して観察する際に自然な立体感を得ることができる。

また、上記発明においては、前記間隔調節機構により前記撮像素子の間隔を変化させて異なる間隔で取得された複数の画像に基づいて立体画像を生成する立体画像生成部を備えていてもよい。
このようにすることで、視点の異なる複数の撮像素子により取得された複数の画像から立体画像を生成することができる。

また、上記発明においては、前記揺動部材が閉位置に配置されているときに、該揺動部材の先端から前記被写体までの距離を検出する閉位置距離センサを備えていてもよい。
このようにすることで、挿入部を被検体内に挿入する際に、揺動部材を閉位置に配置して横断面積を小さくても、閉位置距離センサによって揺動部材の先端から被写体までの距離を検出することができ、被検体内への挿入時に揺動部材の先端が被写体に接触することを防止できる。

また、上記発明においては、前記挿入部に、前記揺動部材より基端側に、ＣＯ_２センサを備えていてもよい。
このようにすることで、ＣＯ_２センサによって所定以上の濃度のＣＯ_２が検出された時点で、ＣＯ_２センサが被検体内に入ったこと、すなわち、ＣＯ_２センサよりも先端側の揺動部材が被検体内に完全に入ったことを感知できる。

本発明によれば、被写体に対する適正な立体感のある画像を簡易に取得することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る立体内視鏡装置を示す全体構成図である。 図１の立体内視鏡装置の揺動部材を閉位置に配置した状態で、先端方向から見た正面図である。 図１の立体内視鏡装置の揺動部材を開位置に配置した状態で、先端方向から見た正面図である。 図１の立体内視鏡装置の機能ブロック図である。 図１の立体内視鏡装置の挿入部を体内に挿入する挿入時の状態であって、揺動部材が閉位置に配置されている状態を示す図である。 図５の状態から、挿入部を体内にさらに挿入し、揺動部材の先端と被写体との距離ｄがＪとなった状態を示す図である。 図６の位置で揺動部材が開位置に配置され、撮像素子等が起動された、比較的遠距離での観察状態を示す図である。 図７の位置から挿入部をさらに体内に挿入した、比較的近距離での観察状態を示す図である。 図２のマップ記憶部に記憶されている距離ｄと輻輳角αとの関係を示すマップの一例を示すグラフである。 図１の立体内視鏡装置を用いた観察手順を説明するフローチャートである。 図９のマップの第１の変形例を示すグラフである。 図９のマップの第２の変形例を示すグラフである。 図９のマップの第３の変形例を示すグラフである。 図９のマップの第４の変形例を示すグラフである。 図９のマップの第５の変形例を示すグラフである。 図１の立体内視鏡装置の揺動部材の先端に設けた距離センサの変形例を示す正面図である。 図１６の距離センサを設けた立体内視鏡装置による（ａ）閉位置での距離検出、（ｂ）開位置での距離検出をそれぞれ示す図である。 図１の立体内視鏡装置の揺動部材を独立に駆動させる変形例を示す図である。 図１の立体内視鏡装置の２つの揺動部材を揺動させるシャフトを交差する方向に配置した変形例を示す正面図である。 図１９の立体内視鏡装置の鉗子チャネルを介して導入した処置具による処置時に撮影された画像例を示す図である。 図１の立体内視鏡装置の２つの揺動部材に設けた撮像素子を揺動部材に対して揺動させる変形例であって、（ａ）比較的遠距離での観察状態、（ｂ）比較的近距離での観察状態を示す図である。 図２１による撮像素子を揺動させる機構例を示す図である。 図１の立体内視鏡装置の２つの揺動部材に設けた撮像素子を揺動部材の長手方向に移動させつつ揺動部材に対して揺動させる直動機構の例であって、（ａ）撮像素子の光軸が揺動部材の長手方向に対して直交している状態、（ｂ）撮像素子が揺動部材の先端側に移動させられて、その光軸が揺動部材の長手方向に直交する方向よりも内向きに揺動させられた状態をそれぞれ示す図である。 図１の立体内視鏡装置の変形例であって、（ａ）比較的遠距離での観察状態、（ｂ）そのときの画像例、（ｃ）被写体までの距離を変化させずに拡大観察する場合の観察状態、（ｄ）そのときの拡大画像例をそれぞれ示す図である。 図１の立体内視鏡装置の変形例であって、（ａ）立体視用の２つの撮像素子の他に、広角野の撮像素子を備える立体内視鏡装置、（ｂ）取得される画像例を示す図である。 図１の立体内視鏡装置の複数の撮像素子の間隔を調節可能な変形例であって、（ａ）撮像素子を近接させた状態、（ｂ）撮像素子を離間させた状態をそれぞれ示す図である。 図１の立体内視鏡装置の変形例であって、撮像素子を移動させることなく、画像処理により、適正な視差を有する画像を取得するための、（ａ）立体内視鏡装置、（ｂ）左側画像例、（ｃ）右側画像例をそれぞれ示す図である。 図２７の立体内視鏡装置による画像処理を説明する（ａ）左側画像例、（ｂ）右側画像例をそれぞれ示す図である。 図１の立体内視鏡装置の変形例であって、挿入部の体内への挿入を検出するＣＯ_２センサを有する立体内視鏡装置の（ａ）挿入前の状態、（ｂ）挿入後の状態をそれぞれ示す図である。

本発明の一実施形態に係る立体内視鏡装置１について図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る立体内視鏡装置１は、図１〜図３に示されるように、患者の体内（被検体内）に挿入可能な細長い挿入部２と、該挿入部２に接続される本体システム３とを備えている。

挿入部２の先端には、挿入部２の長手軸に直交する方向に平行に延びる２つのシャフト４回りにそれぞれ揺動可能に支持された２つの揺動部材５が設けられている。
揺動部材５の基端部には、それぞれ、シャフト４を回転させるロータリマイクロアクチュエータ（駆動部）６が設けられている。

そして、２つのロータリマイクロアクチュエータ６が同期してシャフト４を逆方向に回転させることにより、２つの揺動部材５が、挿入部２の長手軸に沿う方向に近接して配置される閉位置（図１中実線で示す。）と、揺動部材５が相互に離間して配置される開位置（図１中鎖線で示す。）との間で往復移動させられるようになっている。

各揺動部材５には、閉位置に配置されたときに相互に対向する位置に配置される撮像素子７、照明素子８および距離センサ９が設けられている。
撮像素子７は、例えば、揺動部材５に直交する光軸７ａを有するＣＣＤあるいはＣＭＯＳイメージャである。照明素子８は、例えば、揺動部材５に交差する方向に照明光を射出するＬＥＤである。

距離センサ９は、例えば、一方の揺動部材５に設けられた発光素子９ａと他方の揺動部材５に設けられた受光素子９ｂとを備えている。発光素子９ａから発せられた光が、被写体Ａ（図５等参照。）において反射して戻ることによって受光素子９ｂにより受光される。受光素子９ｂに受光される光の光量は、距離が長いときには少なく、距離が短いときには多いので、受光された光の光量に基づいて距離センサ９から被写体Ａまでの距離を検出することができるようになっている。

また、本実施形態においては、揺動部材５の先端に、該揺動部材５が閉位置に配置されている状態で、被写体Ａから揺動部材５までの距離を検出する先端距離センサ（閉位置距離センサ）１０が設けられている。この先端距離センサ１０も、上記距離センサ９と同様に発光素子１０ａと受光素子１０ｂとを備えている。

本体システム３は、図４に示されるように、距離センサ９および先端距離センサ１０を制御するセンサ制御部１１と、照明素子８を点灯制御する照明制御部１２と、撮像素子７による撮影を制御する撮像制御部１３と、揺動部材５の角度を制御する揺動制御部（制御部）１４と、撮像素子７により取得された画像信号を処理する画像処理部１５と、該画像処理部１５により処理された画像を表示する画像表示部１６と、距離と輻輳角とを対応づけたマップを記憶するマップ記憶部１７とを備えている。

センサ制御部１１は、図５に示されるように、揺動部材５が閉位置に配置されている挿入時の状態においては、先端距離センサ１０を作動させるようになっている。また、センサ制御部１１は、図７に示されるように、揺動部材５が開位置に配置されている状態においては、距離センサ９を作動させるようになっている。

距離センサ９および先端距離センサ１０を構成する受光素子９ｂ，１０ｂは、受光した光の光量に応じた電圧信号を揺動制御部１４に出力するようになっている。揺動制御部１４は、揺動部材５が閉位置に配置されている挿入時の状態においては、先端距離センサ１０を構成する受光素子１０ｂからの電圧信号を監視し、電圧信号が記憶されている所定の閾値を超えた時点、すなわち、図６に示されるように、揺動部材５の先端と被写体Ａとの間の距離が所定距離Ｊに達した時点で、ロータリマイクロアクチュエータ６を作動させる。ここから、図７に示されるように、揺動部材５を閉位置から初期の開位置まで揺動させるようになっている。

また、揺動制御部１４は、揺動部材５が初期の開位置まで揺動させられた時点で、センサ制御部１１、照明制御部１２および撮像制御部１３に起動信号を出力するようになっている。
起動信号を受けたセンサ制御部１１は、先端距離センサ１０に代えて距離センサ９を駆動し、被写体Ａまでの距離を検出させるようになっている。

また、起動信号を受けた照明制御部１２は照明素子８を作動させ、起動信号を受けた撮像制御部１３は撮像素子７を作動させるようになっている。
また、揺動制御部１４は、距離センサ９を構成する受光素子９ｂからの電圧信号が入力されると、入力された電圧信号に対応する距離ｄを算出して、マップ記憶部１７に記憶されているマップ内のその距離ｄに対応する輻輳角αを検索し、検索された輻輳角αが達成されるようにロータリマイクロアクチュエータ６を駆動させるようになっている。

マップ記憶部１７内に記憶されるマップとしては、例えば、図９に示されるように、距離ｄと輻輳角αとが直線的な関係となるものが記憶されている。この関係は、撮像素子７に対して各距離ｄに配置される被写体Ａの表面に一致する位置に、２つの撮像素子７の光軸７ａどうしが対応する輻輳角をなして交差する関係となっている。

揺動制御部１４は、距離センサ９により検出された距離ｄに基づいてマップから検索した輻輳角αを用いて、その輻輳角αが達成される揺動部材５の角度を算出し、その角度までロータリマイクロアクチュエータ６のシャフト４を回転させるよう、制御するようになっている。

このように構成された本実施形態に係る立体内視鏡装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る立体内視鏡装置１を用いて体内の被写体Ａを観察するには、図１０に示されるように、ロータリマイクロアクチュエータ６を作動させて２つの揺動部材５を図１に実線で示される閉位置に配置した状態で、図５に示されるように、体表組織Ｂに貫通形成された開口部Ｃに配置したトラカールＤの貫通孔を介して揺動部材５の先端から挿入部２を体内の空間内に挿入していく（ステップＳ１）。

このとき、センサ制御部１１は、先端距離センサ１０の発光素子１０ａおよび受光素子１０ｂを作動させる（ステップＳ２）。これにより、図５に示されるように、発光素子１０ａから発せられ、体内の被写体Ａにおいて反射されて受光素子１０ｂに受光された光の光量を示す電圧信号が揺動制御部１４に入力され、そこで距離ｄの判定が行われる（ステップＳ３）。図６に示されるように、先端距離センサ１０により検出された距離ｄが所定の距離Ｊより小さくなった場合には、その位置で、揺動制御部１４がロータリマイクロアクチュエータ６を作動させて２つの揺動部材５を予め定められた初期の開位置まで揺動させる（ステップＳ４）。

また、揺動制御部１４は、揺動部材５を初期の開位置まで揺動させると同時に、センサ制御部１１、照明制御部１２および撮像制御部１３に起動信号を出力する（ステップＳ５）。起動信号を受けたセンサ制御部１１は、起動していた先端距離センサ１０を停止し、距離センサ９の発光素子９ａおよび受光素子９ｂを作動させる。

また、起動信号を受けた照明制御部１２は、照明素子８を作動させ、被写体Ａに対して照明光を照射する。さらに、起動信号を受けた撮像制御部１３は、２つの撮像素子７を作動させ、被写体Ａを左右２方向から撮影した２種類の画像を取得する（ステップＳ６）。

距離センサ９の受光素子９ａにより受光された光の光量に対応する電圧信号は、揺動制御部１４に送られて距離ｄが算出される（ステップＳ７）。そして、揺動制御部１４は、算出された距離ｄを用いてマップ記憶部１７に記憶されているマップ内の対応する輻輳角αを検索し、検索された輻輳角αを達成するための揺動部材５の角度を算出する。揺動制御部１４は、揺動部材５が算出された角度となるまで、ロータリマイクロアクチュエータ６を作動させる（ステップＳ８）。

マップは、２つの撮像素子７の光軸７ａどうしが被写体Ａの表面に一致する距離ｄと輻輳角αとを対応づけて記憶しているので、検出された距離ｄに対応する輻輳角αが達成されるように揺動部材５を揺動させることにより、２つの撮像素子７の光軸７ａどうしを被写体Ａの表面に常に一致させた状態で被写体Ａを左右２方向から見た２つの画像を取得することができる。

そして、距離センサ９により検出された距離ｄが所定の距離Ｊ以上になるよう、挿入部２が引き出されるまで（ステップＳ９）、ステップＳ６〜Ｓ８の撮影、距離ｄ検出および輻輳角α調節が繰り返される。その後、所定の距離Ｊ以上に引き出された時点で、揺動制御部１４が、照明制御部１２および撮像制御部１３に撮影終了を示す信号を出力する（ステップＳ１０）。

これにより、照明素子８および撮像素子７の作動が停止し、撮影が終了する。また、揺動制御部１４は、この後、ロータリマイクロアクチュエータ６を作動させて、２つの揺動部材５を閉位置に配置し（ステップＳ１１）、距離センサ９を停止して先端距離センサ１０を作動させるようセンサ制御部１１に指令する。これにより挿入部２および揺動部材５をトラカールＤを介して体内から抜き出すことができる（ステップＳ１２）。

このように、本実施形態に係る立体内視鏡装置１によれば、距離センサ９によって検出された距離ｄに基づいて揺動部材５が揺動させられることにより、２つの撮像素子７の光軸７ａどうしの交点が常に被写体Ａの表面に一致するように輻輳角αが調節される。このため、医師等の観察者がモニタを見ながら輻輳角αの調節を手探りで行わなくても、被写体Ａを適正な立体感で観察することができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、検出された距離ｄに対して輻輳角αを直線的な関係によって変化させることとしたが、これに限定されるものではなく、図１１に示されるように、曲線的に変化させることとしてもよい。

また、図１２に示されるように、距離ｄに対して輻輳角αを段階的に変化させることにしてもよい。このようにすることで、挿入部２と被写体Ａとの間の距離ｄが頻繁に変化する場合においても、輻輳角αを段階的に変化させることで、画像表示部１６に表示される画像の立体感が頻繁に変化することを防止して、観察時の不快感を解消することができるという利点がある。

また、図１３に示されるように、距離ｄに対して輻輳角αを段階的に変化させる場合に、挿入部２を被写体Ａに近づけていくときと、遠ざけていくときとで、異なる距離ｄで輻輳角αが変化するようなマップを有していてもよい。このようにすることで、挿入部２を頻繁に往復移動させる場合に、輻輳角αが頻繁に変化することを防止して、観察の不快感を解消することができる。

また、マップ記憶部１７に、距離ｄと輻輳角αとの異なる関係を示す複数のマップを記憶しておき、観察者が、適宜選択することができるようにマップ選択部（図示略）を備えていてもよい。このようにすることで、観察者が、被写体Ａの種類に応じて適正なマップを選択し、輻輳角αの変化に違和感の少ない立体観察を行うことができる。

例えば、図１４に示されるように、挿入部２と被写体Ａとの距離が小さくなったときの輻輳角αが異なる複数のマップを記憶していてもよい。このようにすることで、拡大観察による精密な手技の場合に、手技に応じた最適な立体映像による観察を選択することができる。この場合に、輻輳角αは１°以上１０°以下の範囲で選択可能であることが好ましい。過度な輻輳角αで観察することによる違和感や疲労感、映像酔い等を軽減することができる。

また、図１５に示されるように、挿入部と被写体との距離が大きくなったときの輻輳角αが異なる複数のマップを記憶していてもよい。このようにすることで、広域観察によるマクロ手技の際に、手技に応じた最適な立体映像による観察を選択することができる。この場合に、輻輳角αは０°より大きく１０°以下の範囲で選択可能であることが好ましい。過度な輻輳角αで観察することによる違和感や疲労感、映像酔い等を軽減することができる。
また、距離ｄに応じた変化の形態が異なる複数のマップ、例えば、図１１〜図１５のいずれか２つ以上を記憶していてもよい。

また、本実施形態においては、被写体Ａまでの距離ｄを検出するセンサとして、揺動部材５が閉位置に配置されているときに作動する先端距離センサ１０を揺動部材５の先端に設け、揺動部材５が開位置に配置されているときに作動する距離センサ９を２つの揺動部材５の対向面に備えることとした。しかしながら、これに代えて、図１６および図１７に示されるように、異なる方向に指向性を有する光を射出する２つの発光素子１０ａ，１０ｃを一方の揺動部材５の先端に配置し、他方の揺動部材５の先端に配置した受光素子１０ｂを共用することにしてもよい。

すなわち、図１７（ａ）に示されるように、挿入部２の体内への挿入時には、閉位置に配置されている揺動部材５の先端に設けられた発光素子１０ａから、揺動部材５の長手方向に沿う方向に向けて光を射出し、被写体Ａからの反射光を受光素子１０ｂにより検出する。一方、１７（ｂ）に示されるように、揺動部材５が開位置に配置されているときは、開位置に配置されている揺動部材５の先端に設けられた発光素子１０ｃから、揺動部材５の長手方向に交差する方向に向けて光を射出し、被写体Ａからの反射光を受光素子１０ｂにより検出する。これにより、距離センサの数を減らして、構造を簡易にし、細径化を図ることができる。

また、本実施形態においては、２つの揺動部材５が、同期して逆方向に同じ角度だけ揺動することとしたが、これに代えて、図１８に示されるように、異なる角度で独立して揺動することにしてもよい。このようにすることで、図７に示されるような、挿入部２の長手方向前方に配置されている被写体Ａの直視観察のみならず、図１８に示されるような、長手方向に対して傾斜して配置されている被写体Ａの斜視観察あるいは側視観察をも行うことができる。図１８は、一方の揺動部材５のみを揺動させた場合を示しているが、両揺動部材５を異なる角度だけ揺動させてもよいし、同一方向に揺動させてもよい。

また、本実施形態においては、２つの揺動部材５が、互いに平行なシャフト４回りに逆方向に揺動することとしたが、これに代えて、図１９に示されるように、互いに交差するシャフト４回りに揺動することにしてもよい。
このようにすることで、挿入部２に鉗子チャネル１８が設けられている場合に、鉗子チャネル１８を介して挿入部２の前方に延びる処置具１９（図２０参照。）を、２つの撮像素子７の光軸７ａを含む平面外に配置することができる。

その結果、２つの撮像素子７により取得される左右の画像Ｇ１，Ｇ２内の処置具１９は、図２０に示されるように、画像の下縁（または上縁）から延びるように配置され、左右の画像Ｇ１，Ｇ２を立体として融像し易くすることができるという利点がある。図中、符号Ｅは、処置対象部位である。

また、本実施形態においては、揺動部材５が大きく揺動するに従って、輻輳角αが小さくなることとしたが、これに代えて、図２１に示されるように、揺動部材５が大きく揺動するに従って輻輳角αが大きくなるように構成してもよい。このようにすることで、図２１（ａ）に示されるように、被写体Ａが遠距離に配されるときには、２つの揺動部材５を小さく揺動させて２つの撮像素子７の間隔を近接させ、図２１（ｂ）に示されるように、被写体Ａが近距離に配されるときには、２つの揺動部材５を大きく揺動させて２つの撮像素子７の間隔を離すことができる。

すなわち、被写体Ａが近距離に配されるほど輻輳角αをより大きく、被写体Ａが遠距離に配されるほど輻輳角αをより小さくして、より自然な立体感を伴う観察を行うことができるという利点がある。また、近距離の被写体Ａを観察する場合に、揺動部材５を大きく広げることにより、揺動部材５の先端を被写体Ａから遠ざけることができ、揺動部材５と被写体Ａとの干渉を防止することができる。

この場合には、撮像素子７を揺動部材５に対して、揺動部材５の揺動方向に揺動させる撮像素子揺動機構２０を設ければよい。
撮像素子揺動機構２０としては、例えば、図２２に示されるように、揺動部材５の長手方向に往復移動可能に配置されたラックギヤ２１と、該ラックギヤ２１を往復移動させるマイクロアクチュエータ２２と、撮像素子７に設けられラックギヤ２１に噛み合うピニオンギヤ２３とを備えているものを挙げることができる。

また、さらに、揺動部材５の揺動による撮像素子７の間隔調節に加えて、図２３に示されるように、撮像素子７を揺動部材５の長手方向に移動させる直動機構２４を設けることにしてもよい。
直動機構２４としては、図２３（ａ）に示されるように、撮像素子７の移動を案内する直線ガイド２５と、該直線ガイド２５と平行に間隔をあけて延びる２本の送りネジ２６と、該送りネジ２６をその軸線回りにそれぞれ回転させるマイクロモータ２７と、撮像素子７に固定され２つの送りネジ２６に同時に噛み合うピニオンギヤ２８とを備えたものを採用すればよい。

２つの送りネジ２６を、若干異なる回転数で同一回転方向に回転させることにより、図２３（ｂ）に示されるように、撮像素子７を直線ガイド２５に沿って、揺動部材５の長手方向に移動させつつ、撮像素子７を揺動させることができる。これにより、近距離の被写体Ａを観察する際には、撮像素子７を揺動部材５の先端側に移動させて間隔を広げるとともに、撮像素子７を内向きに揺動させることで、さらに大きな輻輳角αを達成することができる。逆に、遠距離の被写体Ａを観察する際には、撮像素子７を揺動部材５の基端側に移動させて間隔を狭めるとともに、撮像素子７を外向きに揺動させることで、さらに小さな輻輳角αを達成することができる。

また、本実施形態においては、２本の送りネジ２６の回転数を若干異ならせることにより、撮像素子７を揺動部材５に対して揺動させることとしたが、これに代えて、２つの送りネジ２６の回転数を全く同一としてもよい。これにより、撮像素子７を揺動部材５に対して揺動させることなく、揺動部材５の長手方向に直線移動させることができる。

また、図２４（ａ）に示されるように、遠距離に配置される被写体Ａに対して小さい輻輳角αでの観察を行っている場合に、図２４（ｂ）に示される画像例のように、被写体Ａが小さくて拡大観察したい場合について説明する。この場合には、図２４（ｃ）に示されるように、２つの撮像素子７の光軸７ａどうしの交点Ｐを被写体Ａに固定したままで、撮像素子７を直動機構２４によって互いに離れる方向に移動させ、かつ、内向きに揺動させることにより、輻輳角αのみを増大させてもよい。

このようにすることで、図２４（ｄ）に示される画像例のように、取得された画像Ｇから被写体Ａを含む小領域Ｒを拡大した画像Ｇ３を取得することができる。取得された画像Ｇ３は、近距離に配置される被写体Ａ’を増大させた輻輳角αで撮影したのと同じ画像となり、自然な立体感を得ることができる。
なお、撮像素子７のみを揺動あるいは直線移動させる場合について説明したが、撮像素子７、照明素子８および距離センサ９ａ，９ｂを一体的に揺動あるいは直線移動させるようにしてもよい。

また、図２５（ａ）に示されるように、立体的な観察を行うための２つの撮像素子７に加えて、立体視の撮像素子７より画角の広い他の撮像素子２８を配置し、立体視の視野周辺の被写体Ａの画像をも取得することにしてもよい。このようにすることで、広角野の画像によって、立体視している被写体Ａ周辺の術野も確認することができ、内視鏡による手術を容易にすることができる。

この場合の広角の撮像素子２８は、２つの撮像素子７の光軸を含む平面に近接するように配置されていることが好ましい。このようにすることで、図２５（ｂ）に示されるように、広角野Ｒ１を立体視の視野Ｒ２に近づけることができ、観察しやすさを向上することができる。

また、図２６に示されるように、各揺動部材５に、複数の撮像素子７を搭載し、各撮像素子７の間隔を変化させる間隔調節機構２９を設けてもよい。間隔調節機構２９としては、リニアアクチュエータ３０を用いることができる。そして、この場合には、画像処理部１５に、異なる間隔で取得された複数の画像に基づいて立体画像を生成する機能を備えることにすればよい。

図２６（ａ），（ｂ）に示されるように、間隔調節機構２９を作動させて、異なる間隔で取得された視点の異なる複数の画像から、画像処理部１５においてポリゴンデータを生成する処理等を行うことにより新たな立体画像として生成することができる。この生成された新たな立体画像は、画像処理によって、拡大や縮小、回転等をすることができる。これにより、観察しやすさをより向上することができる。

また、本実施形態においては、２つの撮像素子７を移動させることにより、輻輳角αを調節することとした。しかしながら、これに代えて、図２７（ａ）〜（ｃ）に示されるように、２つの撮像素子７によって取得された視差を有する左右一対の画像Ｇ１，Ｇ２から、図２８に示されるように、観察したい観察対象部位Ｆを中心とした画像Ｇ１’，Ｇ２’を切り出すことにしてもよい。
図２７および図２８において、符号Ｈは非観察対象部位である。

このようにすることで、図２８（ａ），（ｂ）に示されるように、観察したい観察対象部位Ｆを中心に置いた、適正な視差を有する画像Ｇ１’，Ｇ２’を、撮像素子７を移動させることなく、取得することができる。
この場合に、画像Ｇ１’，Ｇ２’の中心に配置する被写体Ａは、手動により指定してもよいし、画像処理により形態的特徴等から自動的に設定することにしてもよい。

また、本実施形態においては、揺動部材５の先端に配置した先端距離センサ１０により、体内への挿入時における揺動部材５を揺動させるタイミングを設定することとしたが、これに代えて、図２９に示されるように、揺動部材５全体が体内に挿入されたことを検出する任意のセンサを挿入部２に設けることにしてもよい。図に示す例では、揺動部材５よりも基端側にＣＯ_２センサ３１を設けている。

体外雰囲気におけるＣＯ_２濃度は０．０６％であるのに対し、体内雰囲気のＣＯ_２濃度は０．５％であるため、ＣＯ_２センサ３１により検出されたＣＯ_２濃度の違いによって、体内に挿入されたか否かを容易に検出することができる。

Ａ 被写体
α 輻輳角（相対角度）
１ 立体内視鏡装置
２ 挿入部
５ 揺動部材（角度変更機構）
６ ロータリマイクロアクチュエータ（駆動部、角度変更機構）
７ 撮像素子
７ａ 光軸
９ 距離センサ
１０ 先端距離センサ（閉位置距離センサ）
１４ 揺動制御部（制御部）
１５ 画像処理部（立体画像生成部）
１７ マップ記憶部（記憶部）
２０ 撮像素子揺動機構（素子揺動機構、角度変更機構）
２４ 直動機構（間隔調節機構）
３１ ＣＯ_２センサ

Claims (17)

1. 被検体内に挿入される挿入部に、相互に間隔をあけて配置された２つの撮像素子と、
   該撮像素子の光軸の相対角度を変化させる角度変更機構と、
   前記撮像素子から被写体までの距離を検出する距離センサと、
   該距離センサにより検出された距離に基づいて前記角度変更機構を制御する制御部とを備える立体内視鏡装置。
2. 前記制御部は、前記撮像素子の光軸どうしの交点が前記被写体の表面に一致するように前記角度変更機構を制御する請求項１に記載の立体内視鏡装置。
3. 前記制御部が、前記距離と前記相対角度を示す情報とを対応づけたマップを記憶する記憶部を備え、前記マップに基づいて、前記距離センサにより検出された距離と対応する前記情報に示される相対角度が達成されるように前記角度変更機構を制御する請求項１または請求項２に記載の立体内視鏡装置。
4. 前記マップに対応づけられている前記距離と前記相対角度を示す情報とが、前記距離に対して前記相対角度を連続的に変化させる関係を有する請求項３に記載の立体内視鏡装置。
5. 前記マップに対応づけられている前記距離と前記相対角度を示す情報とが、前記距離に対して前記相対角度を段階的に変化させる関係を有する請求項３に記載の立体内視鏡装置。
6. 前記マップに対応づけられている前記距離と前記相対角度を示す情報とが、前記距離が増大する方向に変化するときと、前記距離が減少する方向に変化するときとで、異なる距離において前記相対角度を変化させる関係を有する請求項５に記載の立体内視鏡装置。
7. 前記制御部が、前記距離と前記情報との対応関係の異なる複数の前記マップを備え、
   観察者に、いずれかの前記マップを選択させるマップ選択部を備える請求項３に記載の立体内視鏡装置。
8. 複数の前記マップは、前記距離が最小のときの前記相対角度が異なる請求項７に記載の立体内視鏡装置。
9. 前記角度変更機構が、前記挿入部の先端に、該挿入部の長手軸に交差する方向に延びる軸線回りに揺動可能に取り付けられた少なくとも１つの揺動部材と、該揺動部材を揺動させる駆動部とを備え、
   前記撮像素子の一方が、前記揺動部材に取り付けられている請求項１から請求項８のいずれかに記載の立体内視鏡装置。
10. 前記角度変更機構が、一対の前記揺動部材を備え、
    各前記撮像素子が、各前記揺動部材に取り付けられている請求項９に記載の立体内視鏡装置。
11. 前記駆動部が、一対の前記揺動部材を、前記挿入部の長手軸に沿う方向に延びて相互に近接する閉位置と、前記挿入部の長手軸に交差する方向に延びて相互に離間する開位置との間で揺動させる請求項１０に記載の立体内視鏡装置。
12. 前記駆動部が、各前記揺動部材を独立して揺動させる請求項１０または請求項１１に記載の立体内視鏡装置。
13. 前記角度変更機構が、前記揺動部材の揺動平面内において、該揺動部材に対して前記撮像素子を揺動させる素子揺動機構を備える請求項９から請求項１２のいずれかに記載の立体内視鏡装置。
14. 前記撮像素子の間隔を変化させる間隔調節機構を備える請求項１３に記載の立体内視鏡装置。
15. 前記間隔調節機構により前記撮像素子の間隔を変化させて異なる間隔で取得された複数の画像に基づいて立体画像を生成する立体画像生成部を備える請求項１４に記載の立体内視鏡装置。
16. 前記揺動部材が閉位置に配置されているときに、該揺動部材の先端から前記被写体までの距離を検出する閉位置距離センサを備える請求項１１に記載の立体内視鏡装置。
17. 前記挿入部に、前記揺動部材より基端側に、ＣＯ_２センサを備える請求項１１に記載の立体内視鏡装置。

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