JP2015058090A - 内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】内視鏡の小径化を図りつつ、内視鏡の外径を越えて基線長を拡大することが可能な内視鏡を提供すること。
【解決手段】視差のある２つの光路（右側光路２５Ｒ、左側光路２５Ｌ）を形成する一対のステレオ光学部材２０と、前記一対のステレオ光学部材２０の光路を通る光を共通の領域に結像する１つの結像光学系１５と、前記結像光学系１５の結像位置に設けられた１つの撮像素子１７と、前記結像光学系１５および前記撮像素子１７を収納するとともに、前記一対のステレオ光学部材２０を、折り畳んだ状態と露出した状態（第１状態、第２状態）との間で変位可能に支持する筐体１６と、を備え、前記一対のステレオ光学部材２０を前記筐体１６から露出した状態とすることで、前記２つの光路に基づく基線長が前記筐体１６の外径以上となるように構成した。
【選択図】図６

Description

本発明は、外部から直接観察できない観察対象の内部を撮像する内視鏡に関するものである。

従来、医療分野や工業分野において、患者の体内や機器および構造物の内部を撮像するための内視鏡が普及している。内視鏡には、対象物を複数の異なる方向から撮影し、いわゆるステレオ画像を取得可能に構成したものが知られている。ステレオ画像に基づく立体視を可能とすることで、一般的な２次元画像では得られない奥行き感のある画像を見ながら処置を行うことができるため、処置の正確性や迅速性を確保することができる。

このようなステレオ画像を取得可能に構成された内視鏡の例として、内視鏡先端部に設けられたレンズ枠を先端構成部材の外周面に対して収納位置と起立位置との間で変位可能とする技術が開示されている（特許文献１）。

また、他の例として、視差のある２つの光路を形成する２光路形成光学系と、２光路形成光学系におけるそれぞれの光路を通る光を共通の領域に結像する１つの結像光学系と、結像光学系の結像位置に配置された１つの撮像素子とを内視鏡挿入部先端に備え、２光路形成光学系に形成される２つの光路のうちいずれか一方の光路からの光のみが結像光学系に入射するように、２つの光路を時分割で切り替え可能な時分割光路切り替え手段を備える技術が開示されている（特許文献２）。

特開昭６３−２９４５０８号公報 特許第４７５０１７５号公報

特許文献１に開示された技術では、左右の画像の撮影に供せられるレンズ枠そのものを機械的に変位させる構成によって、収納位置と起立位置とで視野を切り替えることが可能であり、レンズ枠を起立位置に変位させた場合は、内視鏡の外径を越えて基線長を拡大させることが可能とされている。しかしながら、各レンズ枠には独立して結像光学系や撮像素子が搭載されており、左右の結像光学系、撮像素子には共有部分が存在せず、近年、特に要望されている内視鏡の小径化と高度解像度化を図ることにはレンズの解像力や撮像素子の画素数など限界がある。

また、特許文献２に開示された技術では、単一の結像光学系および単一の撮像素子を用いて、いわゆる瞳分割によってステレオ画像を取得している。この構成によれば、１つの結像光学系等を左右で共有することが可能であり、内視鏡を小径化できる可能性がある。しかしながら、基線長は２光路形成光学系の左右の離間距離で決定されてしまい、内視鏡の外径を越えて基線長を拡大することは困難である。もっとも、内視鏡の外径を拡大すれば基線長はこれに伴って拡大されるが、内視鏡の小径化を図る方向性とは逆行することになる。

本発明は、このような従来技術の課題を解決するべく案出されたものであり、その主な目的は、内視鏡の小径化を図りつつ、２つの光路に基づく基線長を内視鏡の筐体の外径以上とすることが可能な内視鏡を提供することにある。

本発明は、視差のある２つの光路を形成する一対のステレオ光学部材と、前記一対のステレオ光学部材の光路を通る光を共通の領域に結像する１つの結像光学系と、前記結像光学系の結像位置に設けられた１つの撮像素子と、前記結像光学系および前記撮像素子を収納するとともに、前記一対のステレオ光学部材を、折り畳んだ状態と露出した状態との間で変位可能に支持する筐体と、を備え、前記一対のステレオ光学部材を前記筐体から露出した状態とすることで、前記２つの光路に基づく基線長が前記筐体の外径以上となるようにしたものである。

本発明によれば、一対のステレオ光学部材を筐体から露出した状態とすることで、２つの光路に基づく基線長が筐体の外径以上となるようにしたことで、内視鏡を細径化したような場合であっても、左右の視差を確保して、施術者等が立体視を行うことが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る内視鏡を用いた内視鏡システムの全体構成図 光学部材ホルダに一対のステレオ光学部材を折り畳んだ状態を示す要部斜視図、 ステレオ画像を撮影する第１状態を示す要部斜視図、 平面画像を撮影する第２状態を示す要部斜視図 第２状態に変位した際のステレオ光学部材および変位機構の状態を示す断面図 第１状態に変位した際のステレオ光学部材および変位機構の状態を示す断面図 折り畳んだ状態におけるステレオ光学部材および変位機構の状態を示す断面図 （ａ）〜（ｃ）は、偏光素子を用いて右画像と左画像とを分離する過程を示す説明図 （ａ）は、撮像素子全体の画素配列を示す説明図、（ｂ）は、撮像素子の左画像に係る画素配列を示す説明図、（ｃ）は、撮像素子の右画像に係る画素配列を示す説明図 （ａ）は、撮像素子全体の画素配列の変形例を示す説明図、（ｂ）は、変形例における撮像素子の左画像に係る画素配列を示す説明図、（ｃ）は、変形例における撮像素子の右画像に係る画素配列を示す説明図 （ａ）は、第１実施形態におけるステレオ光学部材の変形例を示す説明図、（ｂ）は、同要部拡大図 基線長制御の過程を示すフロー図 レンチキュラレンズを用いて右画像と左画像とを分離する過程を示す説明図 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２実施形態に係る内視鏡において、平面画像を撮影する第３状態を示す説明図 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３実施形態に係る内視鏡におけるステレオ光学部材の構成を示す説明図

上記課題を解決するためになされた本発明は、視差のある２つの光路を形成する一対のステレオ光学部材と、前記一対のステレオ光学部材の光路を通る光を共通の領域に結像する１つの結像光学系と、前記結像光学系の結像位置に設けられた少なくとも１つの撮像素子と、前記結像光学系および前記撮像素子を収納するとともに、前記一対のステレオ光学部材を、折り畳んだ状態と露出した状態との間で変位可能に支持する筐体と、を備え、前記一対のステレオ光学部材を前記筐体から露出した状態とすることで、前記２つの光路に基づく基線長が前記筐体の外径以上となるようにしたものである。

これによって、一対のステレオ光学部材を筐体から露出した状態とすることで、２つの光路に基づく基線長が筐体の外径以上となるようにしたことで、内視鏡を細径化したような場合であっても、左右の視差を確保して、施術者等が立体視を行うことが可能となる。

また、本発明は、前記一対のステレオ光学部材は、前記筐体の先端に回動可能に設けられた右側光学部材と左側光学部材とで構成され、前記一対のステレオ光学部材を前記折り畳んだ状態から、前記右側光学部材および前記左側光学部材の先端が互いに離間する方向に回動させることで、前記一対のステレオ光学部材は前記筐体から露出して、前記２つの光路に基づく基線長が前記筐体の外径以上となる第１状態に変位し、前記一対のステレオ光学部材を前記第１状態から更に回動させることで、前記一対のステレオ光学部材が光路形成に関与しない第２状態に変位するようにしたものである。

これによって、一対のステレオ光学部材を回動させるだけで、互いに視差を持つ右画像および左画像を撮像する第１状態と、単一の平面画像を撮像する第２状態とを切り替えて利用することが可能となる。

また、本発明は、前記一対のステレオ光学部材は、前記筐体の先端において、前記筐体に折り畳んだ状態から前記第１状態に至る間に略９０度回転し、前記第１状態から第２状態に至る間に更に略９０度回転するようにしたものである。

これによって、互いに視差を持つ右画像および左画像を撮像する第１状態では、一対のステレオ光学部材を鏡筒の前面に配置し、更に単一の平面画像を撮像する第２状態では、一対のステレオ光学部材を光路形成に関与しない位置に退避させることが可能となる。

また、本発明は、前記筐体の外周面に沿って設けられ、前記結像光学系の光軸方向に移動可能に構成された押圧部材を備え、前記押圧部材を前記一対のステレオ光学部材に当接させ、前記押圧部材を前記光軸方向に移動させることで、前記一対のステレオ光学部材を、前記折り畳んだ状態と前記第１状態と前記第２状態との間で変位させるようにしたものである。

これによって、押圧部材を前後方向に移動させるシンプルな構成を用いて、容易に一対のステレオ光学部材を回動させることが可能となる。

また、本発明は、前記一対のステレオ光学部材を変位、または、前記一対のステレオ光学部材の一部を変形させて、前記２つの光路に輻輳を生じさせるようにしたものである。

これによって、ステレオ光学部材の回動量を制御するだけで輻輳角を任意に調整することができ、立体画像を長時間にわたって見続けても、施術者等に疲労が少ない内視鏡を提供することが可能となる。

また、本発明は、前記第１状態において、前記撮像素子は右画像および左画像を撮像し、前記第２状態において、前記撮像素子は平面画像を撮像するようにしたものである。

これによって、１つの内視鏡を用いて、互いに視差を持つ右画像および左画像と単一の平面画像との両方を撮像することができ、立体３Ｄ（ステレオ）撮像と高解像度の２Ｄ撮像とを簡単に切り替えることが可能となる。

また、本発明は、前記一対のステレオ光学部材のそれぞれは、被写体からの光の入射側に第１反射面と、前記被写体からの光の出射側に第２反射面と、を備え、前記第１反射面の面積を前記第２反射面の面積より大きく構成したものである。

これによって、一対のステレオ光学部材の内部で光路が蹴られることがなく、互いに視差を持つ右画像および左画像の視野角を広くすることが可能となる。

また、本発明は、前記右側光学部材および前記左側光学部材は、互いに偏光方向が９０度異なる第１、第２偏光素子のいずれかを備え、前記撮像素子は、その結像面の前面に、前記撮像素子の各画素列に対応して交互に設けられ、前記第１、第２偏光素子の偏光方向に対応して互いに偏光方向が９０度異なる第３、第４偏光素子を備え、前記撮像素子は、前記第１〜第４偏光素子によって分離された右画像と左画像とを同時に撮像するようにしたものである。

これによって、撮像素子の撮像面の共通範囲に左右の光に基づくイメージサークルを形成して、互いに視差を持つ右画像および左画像を撮像する際においても、単一の平面画像を撮像する場合とほぼ等しい像高を得ることができ、更に、互いに視差のある右画像および左画像を同時に撮像することが可能となる。

また、本発明は、前記撮像素子は、その結像面の前面に、前記撮像素子の２画素ピッチに対応したレンチキュラレンズを備え、前記撮像素子は、前記右側光学部材と前記左側光学部材とによって導かれて、前記レンチキュラレンズによって分離された右画像と左画像とを同時に撮像するようにしたものである。

これによって、撮像素子の撮像面の共通範囲に左右の光に基づくイメージサークルを形成して、互いに視差を持つ右画像および左画像を撮像する際においても、単一の平面画像を撮像する場合とほぼ等しい像高を得ることができ、更に、互いに視差のある右画像および左画像を同時に撮像することが可能となる。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、説明に用いる方向については、各図中の方向の記載に従うものとする。ここで、「上」および「下」はビデオプロセッサ３の上下にそれぞれ対応し、「前（先）」および「後」は、内視鏡本体２（以降「内視鏡２」と呼称する）の挿入部５側およびプラグ部６側にそれぞれ対応する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る内視鏡２を用いた内視鏡システム１の全体構成図である。図１に示すように、内視鏡システム１は、医療用の軟性鏡である内視鏡２と、観察対象（ここでは、人体）の内部を撮影して得られた静止画および動画に対して画像処理を行うビデオプロセッサ３とから構成される。内視鏡２は、略前後方向に延在し、観察対象の内部に挿入される挿入部５と、挿入部５の後部が接続されるプラグ部６とを備える。

ビデオプロセッサ３は、その前壁３ａに開口するソケット部７を有している。このソケット部７には、内視鏡２のプラグ部６の後部６ａが挿入され、これにより、内視鏡２はビデオプロセッサ３との間で電力や各種信号（映像信号、制御信号など）の送受が可能である。

挿入部５はプラグ部６に後端を接続された可撓性を備える軟性部１１と、この軟性部１１の先端に連なる硬性部１２とを有している。軟性部１１は種々の術式に適切な長さを有する。なお、硬性部１２の最大外径は、２ｍｍ〜１０ｍｍのサイズで構成可能だが、ここでは約８ｍｍ程度とする。

上述した電力や各種信号は軟性部１１内部を挿通された伝送ケーブル１３（図５等参照）を介してプラグ部６から軟性部１１に導かれる。硬性部１２に設けられた撮像素子１７（図５等参照）が出力した画像データは、伝送ケーブル１３を介してプラグ部６からビデオプロセッサ３に送信される。

第１実施形態に係る内視鏡２は、後に詳細に説明するように、互いに視差を持つ右画像および左画像（以降、右画像と左画像とを区別しない場合は「ステレオ画像」と呼称する）を出力する３次元画像出力モード（以降、「３Ｄモード」と呼称する）と、単一の平面画像を出力する２次元画像出力モード（以降、「２Ｄモード」と呼称する）が選択可能に構成されている。ビデオプロセッサ３は３Ｄモードが選択されている場合は、内視鏡２が出力する画像データを右画像と左画像とに分離した後に、左右の画像別にフィルタリング、色補正、階調補正等といった公知の画像処理を施して、ＨＭＤ（Head Mounted Display）や３Ｄモニター等の３次元表示デバイス（図示せず）に出力する。他方、２Ｄモードが選択されている場合は、内視鏡２が出力する画像データに上述した画像処理を施して、液晶モニターや液晶ＴＶ等の２次元表示デバイス（図示せず）に出力する。

また、ビデオプロセッサ３には、上述した３Ｄモードと２Ｄモードとの相互切り替えや、３Ｄモードが指定されている場合における基線長や輻輳角を調整する操作部（図示せず）が設けられており、使用者は操作部を操作することで、内視鏡２の状態を制御することができる。この観点でビデオプロセッサ３は、内視鏡２のコントローラとして機能する。

図２は、光学部材ホルダ１６に一対のステレオ光学部材２０を折り畳んだ状態を示す要部斜視図、図３は、ステレオ画像を撮影する第１状態を示す要部斜視図、図４は、平面画像を撮影する第２状態を示す要部斜視図である。以降、図２〜図４を用いて、第１実施形態に係る内視鏡２のステレオ光学部材２０の動作について概略を説明する。

内視鏡２の硬性部１２は筐体としての光学部材ホルダ１６を備えており、光学部材ホルダ１６の先端には一対のステレオ光学部材２０が設けられている。一対のステレオ光学部材２０は、例えばガラス製のプリズムで構成された右側光学部材２０Ｒおよび左側光学部材２０Ｌで構成され、光学部材ホルダ１６の先端において、視差のある２つの光路を形成する部材である。なお、以降の説明において「ステレオ光学部材２０」と称するときは「一対のステレオ光学部材２０」を意味し、一対のステレオ光学部材２０の左右について個別に説明する際には、「右側光学部材２０Ｒ」、「左側光学部材２０Ｌ」の用語を用いる。

図２に示すように、施術者が内視鏡２を用いた手術等を開始する前等の時点（即ち、内視鏡２の挿入部５が体腔の外にあるとき）において、ステレオ光学部材２０は光学部材ホルダ１６の先端に折り畳んだ状態となっている。ステレオ光学部材２０が収納された状態において、右側光学部材２０Ｒの先端部２０Ｒａと左側光学部材２０Ｌの先端部２０Ｌａとは互いに近接、対峙し、右側光学部材２０Ｒの光入射面２４ｉＲと左側光学部材２０Ｌの光入射面２４ｉＬとが対向する状態となっている。この際の形態をステレオ光学部材２０全体としてみたときには、先端部２０Ｒａと先端部２０Ｌａとは合わさって先細りの形状（先鋭端）をなし、これによって挿入部５を体腔に挿入する際に被施術者の負担が軽減される。

挿入部５を体腔内に挿入した後、施術者が上述したビデオプロセッサ３の操作部（図示せず）を操作すると、図２、図３に示すように、右側光学部材２０Ｒは右側ヒンジ部２２Ｒを回動中心として、また左側光学部材２０Ｌは左側ヒンジ部２２Ｌを回動中心として回動する（以降の説明で、右側ヒンジ部２２Ｒと左側ヒンジ部２２Ｌとをまとめて「ヒンジ部２２」と呼称する場合がある）。このとき、右側光学部材２０Ｒの先端部２０Ｒａと左側光学部材２０Ｌの先端部２０Ｌａとは、互いに離間する方向に回動する。そして、光学部材ホルダ１６に折り畳んだ状態から、右側光学部材２０Ｒおよび左側光学部材２０Ｌを約９０度回動させた位置でそれぞれの回動を停止することで、ステレオ光学部材２０は第１状態に変位する。

この第１状態において、ステレオ光学部材２０はその全体が光学部材ホルダ１６から完全に露出（展開）し、右側光学部材２０Ｒによって形成される右側光路２５Ｒおよび左側光学部材２０Ｌによって形成される左側光路２５Ｌに基づく基線長ＬｎＢ１は、光学部材ホルダ１６の外径ＬＯ以上の長さとなる。この第１状態は上述した３Ｄモードに対応しており、この状態で撮像を行うことでステレオ画像を取得して、施術者等はＨＭＤや立体視に対応した表示装置等を用いて患部等を立体的に観察することができる。なお、図３のようなステレオ画像を撮影する第１状態では、その上下方向において、ステレオ光学部材２０と光学部材ホルダ１６との隙間から混入する迷光を遮断するための遮光部を設けることが望ましい。また、迷光を遮断する観点では、ステレオ光学部材２０と光学部材ホルダ１６との間の隙間が小さくなるように、光学部材ホルダ１６をステレオ光学部材２０の形状に沿わせて、前方から見たときに略矩形状に構成してもよい。

図４に示すように、上述した第１状態から、右側光学部材２０Ｒおよび左側光学部材２０Ｌを更に約９０度回動させた位置でそれぞれの回動を停止することで、ステレオ光学部材２０は第２状態に変位する。このように第２状態は、光学部材ホルダ１６に折り畳んだ状態から、ヒンジ部２２を中心としてステレオ光学部材２０を約１８０度回転させた状態である。第２状態においては、右側光学部材２０Ｒおよび左側光学部材２０Ｌは、光学部材ホルダ１６から完全に露出するとともに光学部材ホルダ１６の前面（対物面側）から完全に除去されて、結果的にステレオ光学部材２０は光路形成に関与しないようになる。この第２状態は上述した２Ｄモードに対応しており、この状態で撮像を行うことで平面画像を取得して、施術者等は表示装置を用いて患部等を平面視することができる。

なお、上述した、光学部材ホルダ１６の先端においてステレオ光学部材２０が「折り畳んだ状態」とは、ステレオ光学部材２０の全てが光学部材ホルダ１６の内部に包含される状態をいうものではなく、図２に示すように、右側光学部材２０Ｒの先端部２０Ｒａと左側光学部材２０Ｌの先端部２０Ｌａとが互いに近接、重畳して、ステレオ光学部材２０の一部が光学部材ホルダ１６の内部に包含された状態をいうものとする。

また、上述した「折り畳んだ状態」と「第１状態」と「第２状態」との間で行われるステレオ光学部材２０の変位は、後述するように、光学部材ホルダ１６の外周面に沿って設けられた押圧部材２３を前後方向に移動させることで行われる。押圧部材２３を前方に移動させることで、ステレオ光学部材２０は「第２状態」、「第１状態」、「折り畳んだ状態」の順に変位し、逆に押圧部材２３を後方に移動させることで、ステレオ光学部材２０は「折り畳んだ状態」、「第１状態」、「第２状態」の順に変位する。もちろん「第１状態」と「第２状態」との間、または「第１状態」と「折り畳んだ状態」との間で変位を交互に行うことも可能である。

図５は、第２状態に変位した際のステレオ光学部材２０および変位機構の状態を示す断面図、図６は、第１状態に変位した際のステレオ光学部材２０および変位機構の状態を示す断面図、図７は、折り畳んだ状態におけるステレオ光学部材２０および変位機構の状態を示す断面図である。以降、図５〜図７を用いて、硬性部１２の構成について説明し、その後、ステレオ光学部材２０を「折り畳んだ状態」と「第１状態」と「第２状態」とに変位させた際の変位機構の状態、および変位機構の動作について説明する。

＜硬性部１２の構成＞
図５〜図７に示すように、硬性部１２は、光学部材ホルダ１６と、光学部材ホルダ１６の後部を封止するリアカバー１８と、光学部材ホルダ１６の外周面に沿って設けられた押圧部材２３とから構成される。光学部材ホルダ１６はステンレス鋼（ここでは、ＳＵＳ３０４（１８クロムステンレス））で構成され、内部に結像光学系である鏡筒１５と撮像素子１７と駆動源２６とコイルばねで構成された付勢部材２７とを収納し、更に光学部材ホルダ１６の先端には右側ヒンジ部２２Ｒを介して右側光学部材２０Ｒが、左側ヒンジ部２２Ｌを介して左側光学部材２０Ｌが取り付けられている。なお、リアカバー１８、押圧部材２３についてもステンレス鋼で構成されている。

鏡筒１５には光学材料（ガラス、樹脂等）からなる同一径の複数（ここでは、３枚）の光学レンズＬ１〜Ｌ３（以降、「レンズ群」と呼称する）が、ステンレス鋼製の円筒状のレンズ枠体に互いに光軸ＬＣの方向に密接した状態で組み込まれている。図６に示すように、右側光路２５Ｒおよび左側光路２５Ｌを通って鏡筒１５に導かれた光は、鏡筒１５に収納されたレンズ群によって、共通の領域、即ち撮像素子１７の撮像面にイメージサークル１７ａ（図８等参照）として結像する。即ち、鏡筒１５はステレオ光学部材２０によって形成される２つの光路を通る光を共通の領域に結像する１つの結像光学系として機能する。

図５に示すように、鏡筒１５の前面にはカバーガラス３５が設けられ、鏡筒１５内に水分や塵芥等が入るのを防止する。また、鏡筒１５の後部には撮像素子１７が封止材でモールドされて装着され、結果的に鏡筒１５はレンズ群と撮像素子１７とを一体として保持する。このように鏡筒１５は前面をカバーガラス３５によって封止され、後面を撮像素子１７によって封止され、鏡筒１５は単体で気密性を備えている。

撮像素子１７は、前後方向から見て略矩形状をなすＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）で構成される。撮像素子１７の後部（背面側）には、撮像素子１７の駆動回路等が設けられた回路基板７２が取り付けられている。回路基板７２は、後方から見て撮像素子１７よりもやや小さい外形を有している。撮像素子１７は背面にＬＧＡ(Land grid array)を備えており、回路基板７２に形成された電極パターンと電気的に接続される。また、回路基板７２の後部（背面側）には、伝送ケーブル１３の先端が半田付けによって電気的に接続されている。回路基板７２および回路基板７２と伝送ケーブル１３との接続部分は、エポキシ樹脂等のモールド材４４で覆われ、水分やガスに対してバリア性を備える。

伝送ケーブル１３は、リアカバー１８の後部に形成された略円形のケーブル挿通孔４５を介して、後方に引き出され、プラグ部６（図１参照）と接続される。なお、伝送ケーブル１３は、ケーブル挿通孔４５において接着剤によって固定されている。

鏡筒１５はレンズ群と撮像素子１７とを一体に保持した状態で、光学部材ホルダ１６内部を前後方向に摺動可能に構成されている。そして、撮像素子１７の後端において、鏡筒１５には付勢部材２７の前端が固定されている。そして付勢部材２７の後端は、光学部材ホルダ１６の内壁に突出した係止片２８に固定されている。付勢部材２７は、鏡筒１５全体を前方に付勢しており、鏡筒１５は光学部材ホルダ１６の前端に設けられた規制部材２９によって前方への変位が規制され、光学部材ホルダ１６の前方から露出しないようにされている。

上述したように、光学部材ホルダ１６の先端には、右側光学部材２０Ｒと左側光学部材２０Ｌとから構成されるステレオ光学部材２０が取り付けられている。右側光学部材２０Ｒおよび左側光学部材２０Ｌは、上下方向からみたとき略平行四辺形の形状をなすプリズム状部材である（図２〜図４参照）。なお、ステレオ光学部材２０は、右側光学部材２０Ｒと左側光学部材２０Ｌとが対称配置される構成であれば、その形状は略平行四辺形に限らず、一部に曲面を施した形状としてもよい。

図６に示すように、右側光学部材２０Ｒは光入射面２４ｉＲと光出射面２４ＯＲとを備え、光入射面２４ｉＲのうち右端近傍の領域から入射した光は、第１反射面２４Ｒｘ１Ｒで反射され、右側光学部材２０Ｒの内部を第２反射面２４Ｒｘ２Ｒ方向に進み、更に第２反射面２４Ｒｘ２Ｒで反射され、最終的に光出射面２４ＯＲのうち左端近傍の領域から鏡筒１５に向けて出射される。このように、右側光学部材２０Ｒによって、右側光路２５Ｒが形成される。

一方、左側光学部材２０Ｌは光入射面２４ｉＬと光出射面２４ＯＬとを備え、光入射面２４ｉＬのうち左端近傍の領域から入射した光は、第１反射面２４Ｒｘ１Ｌで反射され、左側光学部材２０Ｌの内部を第２反射面２４Ｒｘ２Ｌ方向に進み、更に第２反射面２４Ｒｘ２Ｌで反射され、最終的に光出射面２４ＯＬのうち右端近傍の領域から鏡筒１５に向けて出射される。このように、左側光学部材２０Ｌによって、左側光路２５Ｌが形成される。なお、第１反射面２４Ｒｘ１Ｒ（２４Ｒｘ１Ｌ）、第２反射面２４Ｒｘ２Ｒ（２４Ｒｘ２Ｌ）を構成する面には、面に近い方から高反射率を備える銀メッキと、耐酸および耐アルカリ性を備える樹脂膜とが積層して形成されており、これらの反射面において光が鏡面反射される。

以降、変位機構の構成について説明する。変位機構は、主に押圧部材２３と駆動源２６とによって構成される。ただし、ステレオ光学部材２０を３Ｄモードで撮像を行う「第１状態」と「折り畳んだ状態」との間で変位させる際には、上述した鏡筒１５を前方に付勢する付勢部材２７も変位機構の一部を構成する。

押圧部材２３は、光学部材ホルダ１６の外周面に沿って設けられた略円筒形状の部材であり（図２〜図４参照）、押圧部材２３は光学部材ホルダ１６に対して前後方向に摺動可能に構成される。押圧部材２３の先端には、光学部材ホルダ１６に設けられたヒンジ部２２を避ける位置に、二股フォーク形状の舌片２３ａが一対設けられている（図２〜図４参照）。この舌片２３ａが、押圧部材２３の前後方向への移動に伴ってステレオ光学部材２０の光出射面２４ＯＲ（２４ＯＬ）を押圧することで、光学部材ホルダ１６の先端においてステレオ光学部材２０が回動して、「折り畳んだ状態」と「第１状態」と「第２状態」との間で変位する。

他方、押圧部材２３はギアトレイン等の最終駆動段である動力伝達部材２６ａを介して駆動源２６と機械的に連結されている。押圧部材２３には溝列２３ｂが前後方向に複数設けられ、この溝列２３ｂが動力伝達部材２６ａに設けられたギアと係合している。駆動源２６を駆動すると、その動力は動力伝達部材２６ａから溝列２３ｂを介して押圧部材２３に伝達され、押圧部材２３は光学部材ホルダ１６に対して前後方向に相対的に移動する。

なお、押圧部材２３の内周には図示しない複数のマーキングが前後方向に施されており、更に光学部材ホルダ１６には、押圧部材２３の前後方向の移動に伴ってマーキングが移動する位置に対応して、図示しない開口部が設けられている。光学部材ホルダ１６には、この開口部と対向する位置に図示しない反射型センサ（フォトリフレクタ）が設けられており、コントローラとして機能するビデオプロセッサ３（図１参照）は、光学部材ホルダ１６に対する押圧部材２３の相対的な位置を検出する。図５〜図７に示すように、押圧部材２３の前後方向の位置とステレオ光学部材２０の変位（即ち、「折り畳んだ状態」と「第１状態」と「第２状態」）とは対応しているから、ビデオプロセッサ３は、反射型センサの出力を参照することで、ステレオ光学部材２０の変位位置を把握することができる。

さて、ステレオ光学部材２０は上述した「第２状態」、即ちステレオ光学部材２０が図５に実線で示す位置にある状態が機構的な初期状態となる（図４参照）。なお、ここで初期状態とは、押圧部材２３がステレオ光学部材２０に何ら外力を付与しない状態をいう。初期状態（第２状態）においては、図５に示すように、ステレオ光学部材２０は光学部材ホルダ１６から完全に露出するとともに、鏡筒１５は光学部材ホルダ１６の先端近くに移動しており、硬性部１２を洗浄等するのに好適な状態となっている。一方、内視鏡２を使用する際には、硬性部１２を被施術者の体内に挿入しやすい先細りの状態とするため、ステレオ光学部材２０を光学部材ホルダ１６に「折り畳んだ状態」に変位させる必要がある。後述するように、初期状態以外の状態においては、押圧部材２３を後方に押し戻そうとする力が作用するため、ステレオ光学部材２０を「折り畳んだ状態」に変位させた後に電源を遮断したとしても、この「折り畳んだ状態」が維持される必要がある。

従って、ここで駆動源２６としては、電源遮断時にもある程度の停止トルクを備えるステッピングモータを選定するのが望ましい。または、駆動源２６をいわゆるギアードモータを含むユニットとして構成し、内蔵されたギアの一部をウォームギアで構成するとともに、そのねじり角を安息角（摩擦角）より小さく設定するのが望ましい。このようにすることで、ステレオ光学部材２０が「折り畳んだ状態」から変位しようとしても、押圧部材２３は前後方向に移動することなく、ステレオ光学部材２０を「折り畳んだ状態」に安定的に維持することが可能となる。なお、駆動源２６は適切なシール構造を有し、外部から侵入した水分やガスに対してバリア性を有している。

以降、ステレオ光学部材２０を変位させる過程について説明する。なお、説明を容易にするために、機構的初状態であるとともに２Ｄモードで撮像を行う「第２状態」、３Ｄモードで撮像を行う「第１状態」、「折り畳んだ状態」の順に説明する。
＜第２状態（機構的初期状態）＞
本実施形態に係る内視鏡２において、ステレオ光学部材２０は図５に実線で示す位置にある状態（第２状態）を説明の便宜上、機構的な初期状態とし、以降、図５を用いて、「第２状態」におけるステレオ光学部材２０およびその周辺機構の状態について説明する。

光学部材ホルダ１６の先端に設けられた右側ヒンジ部２２Ｒおよび左側ヒンジ部２２Ｌは、内部に図示しないトーションばねを有しており、トーションばねの一端は光学部材ホルダ１６の側に係止され、他端はステレオ光学部材２０の側に係止されている。このトーションばねの弾性によって、右側光学部材２０Ｒには方向ＤＲ１に、左側光学部材２０Ｌには方向ＤＬ１に常に付勢されている。「第２状態」においては押圧部材２３（舌片２３ａ）は、後方に退いており、その結果、方向ＤＲ１に付勢された右側光学部材２０Ｒおよび方向ＤＬ１に付勢された左側光学部材２０Ｌは、いずれも光学部材ホルダ１６の外周面に当接している。

「第２状態」では、ステレオ光学部材２０は光学部材ホルダ１６から完全に露出するとともに、カバーガラス３５の前方からも完全に除去されており、内視鏡２の硬性部１２から入射する光は何ら遮られることなくカバーガラス３５、鏡筒１５内のレンズ群を経て撮像素子１７の撮像面に結像する。このように「第２状態」では、内視鏡２は単眼カメラとして機能し、施術者等は２Ｄモードによる平面画像によって患部等を観察することができる。なお、このとき、鏡筒１５は付勢部材２７によって、光学部材ホルダ１６の先端に設けられた規制部材２９の位置まで前進している。このため光学部材ホルダ１６によって光路が蹴られるような事態は発生しない。

この状態から、駆動源２６を駆動して押圧部材２３を前方に移動させると、押圧部材２３の先端に構成された舌片２３ａは、ステレオ光学部材２０と光学部材ホルダ１６との間に入り込み、右側光学部材２０Ｒの光出射面２４ＯＲおよび左側光学部材２０Ｌの光出射面２４ＯＬにそれぞれ当接して、前方に移動する。その結果、ステレオ光学部材２０を方向ＤＲ１（方向ＤＬ１）に付勢する付勢力に抗して、右側光学部材２０Ｒは右側ヒンジ部２２Ｒを回動中心として方向ＤＲ２に、左側光学部材２０Ｌは左側ヒンジ部２２Ｌを回動中心として方向ＤＬ２に、それぞれ回動する。なお、舌片２３ａは板ばねを構成しており、「第２状態」において、舌片２３ａは光学部材ホルダ１６の外周面に自己の弾性によって付勢されている。従って、押圧部材２３を移動させると、舌片２３ａは光学部材ホルダ１６に当接して摺動することになる。

＜第１状態＞
以降、図６を用いて、「第１状態」におけるステレオ光学部材２０およびその周辺機構の状態について説明する。上述した「第２状態」から更に押圧部材２３を前方に移動させると、舌片２３ａの先端は光学部材ホルダ１６の先端と同一位置になるまで到達する。このとき、右側光学部材２０Ｒは、光出射面２４ＯＲを舌片２３ａによって後方から支持されて、「第２状態」から方向ＤＲ２に９０度回転した状態となる。同様に左側光学部材２０Ｌは、「第２状態」から方向ＤＬ２に９０度回転した状態となる。なお、「第１状態」は、後に説明する「折り畳んだ状態」からステレオ光学部材２０をそれぞれＤＲ１方向およびＤＬ１方向に９０度回転した状態でもある。

なお、「第１状態」において、舌片２３ａの先端は、ステレオ光学部材２０を光学部材ホルダ１６の外側で支持している。上述したように、舌片２３ａは板ばねで構成されるが、光学部材ホルダ１６の外面に当接した際に舌片２３ａの先端が外側に向く形状とすることで、ステレオ光学部材２０を支持する位置（作用点）をヒンジ部２２（支点）から外径方向に離間させることができる。これによってステレオ光学部材２０がより安定して支持される。

「第１状態」では、ステレオ光学部材２０は光学部材ホルダ１６から完全に露出するとともに、右側光学部材２０Ｒおよび左側光学部材２０Ｌは光学部材ホルダ１６の前方に配置される。光出射面２４ＯＲのうち左側端部近傍の領域および光出射面２４ＯＬのうち右側端部近傍の領域は鏡筒１５と対向する位置となり、右側光学部材２０Ｒおよび左側光学部材２０Ｌによって、右側光路２５Ｒおよび左側光路２５Ｌが形成される。

そしてこのとき、右側光学部材２０Ｒにおいては第１反射面２４Ｒｘ１Ｒと第２反射面２４Ｒｘ２Ｒとの距離に応じて、また左側光学部材２０Ｌにおいては第１反射面２４Ｒｘ１Ｌと第２反射面２４Ｒｘ２Ｌとの距離に応じて、２つの光路に基づく基線長ＬｎＢ１が定まる。ここで、第１反射面２４Ｒｘ１Ｒおよび第１反射面２４Ｒｘ１Ｌの位置が、左右方向（即ち、光学部材ホルダ１６の径方向）に光学部材ホルダ１６の外周を越える位置となるように、右側光学部材２０Ｒおよび左側光学部材２０Ｌの左右方向の長さを設定することで、基線長ＬｎＢ１の長さは光学部材ホルダ１６の外径ＬＯ以上の長さとなる。

なお、第１実施形態では、右側光学部材２０Ｒおよび左側光学部材２０Ｌの左右方向の長さについては特に限定されない。即ち、図６に示すように、ステレオ光学部材２０の左右方向のサイズのうち、光学部材ホルダ１６の内周方向については、ヒンジ部２２と光軸ＬＣとの距離によって（実質的に、光学部材ホルダ１６の外径ＬＯによって）決定されてしまうが、ヒンジ部２２から光学部材ホルダ１６の外周方向に向かうサイズについては制限されない。

また、「第１状態」においても、鏡筒１５は付勢部材２７によって、光学部材ホルダ１６の先端に設けられた規制部材２９の位置まで前進しており、光学部材ホルダ１６によって光路が蹴られるような事態は発生しない。

右側光学部材２０Ｒの光出射面２４ＯＲのうち、鏡筒１５と対向する部位には右側偏光素子３０Ｒ（第１偏光素子）が設けられ、左側光学部材２０Ｌの光出射面２４ＯＬのうち、鏡筒１５と対向する部位には左側偏光素子３０Ｌ（第２偏光素子）が設けられている（以降、右側偏光素子３０Ｒと左側偏光素子３０Ｌとをまとめて偏光素子３０と呼称することがある）。右側偏光素子３０Ｒと左側偏光素子３０Ｌとは、偏光方向が互いに９０度異なっており、例えば右側偏光素子３０Ｒは横偏光の光を透過し、左側偏光素子３０Ｌは縦偏光の光を透過する。なお、これらの偏光素子は偏光膜を形成した公知の偏光フィルムで構成され、ステレオ光学部材２０の該当部分には偏光フィルムが接着されている。また、右側光学部材２０Ｒまたは左側光学部材２０Ｌのいずれか一方（ここでは、左側光学部材２０Ｌ）には、偏光フィルムと重畳するように１／２λ位相板３１が張り付けられている。

後述するように、撮像素子１７の前面には画素列１７ｂに対応して横偏光素子１７ｃと縦偏光素子１７ｄとが交互（ストライプ状）に設けられており（図８参照）、撮像素子１７は、右側偏光素子３０Ｒと左側偏光素子３０Ｌとで偏光方向が揃えられた光を、左右に分離して受光する。

＜折り畳んだ状態＞
以降、図６、図７を用いて、ステレオ光学部材２０が光学部材ホルダ１６に折り畳まれる過程について説明する。上述した「第１状態」から更に押圧部材２３を前方に移動させると、舌片２３ａの先端は右側光学部材２０Ｒを方向ＤＲ２に、左側光学部材２０Ｌを方向ＤＬ２に更に回動させる。これに伴い、右側光学部材２０Ｒの後端部２０Ｒｂおよび左側光学部材２０Ｌの後端部２０Ｌｂは、鏡筒１５の前面に設けられたカバーガラス３５と当接する。

上述のように、鏡筒１５は光学部材ホルダ１６の内部において付勢部材２７によって前方に付勢されるとともに、前後に摺動可能に設けられており、鏡筒１５はステレオ光学部材２０を方向ＤＲ２（ＤＬ２）に回動することによって、ステレオ光学部材２０に押されて光学部材ホルダ１６の内部を後退する。このように「第１状態」から「折り畳んだ状態」に至る過程では、押圧部材２３は、トーションばねによって付勢されたステレオ光学部材２０、および付勢部材２７によって前方に付勢された鏡筒１５の双方の付勢力に抗して、ステレオ光学部材２０を「折り畳んだ状態」に変位させる。なお、押圧部材２３の先端に設けられた舌片２３ａは、上述したように板ばねで構成され、ステレオ光学部材２０と当接する状態において、ステレオ光学部材２０の内径方向に付勢されている。即ち、舌片２３ａは「折り畳んだ状態」においてステレオ光学部材２０の光入射面２４ｉＲと２４ｉＬとが対向する、あるいは両面が接触するように支持する。

以上、２Ｄモードで画像を撮像する「第２状態」から３Ｄモードで画像を撮像する「第１状態」を経て、光学部材ホルダ１６にステレオ光学部材２０が「折り畳んだ状態」に至る過程を説明したが、逆に、「折り畳んだ状態」において押圧部材２３を後退させることで、方向ＤＲ１、ＤＬ１に付勢されたステレオ光学部材２０は「第１状態」に変位し、ステレオ光学部材２０が光学部材ホルダ１６から徐々に露出するにつれて、付勢部材２７によって前方に付勢された鏡筒１５も「第１状態」に示した状態に復帰する。そして「第１状態」から更に押圧部材２３を後退させることで、ステレオ光学部材２０が「第２状態」に変位する。

図８（ａ）〜（ｃ）は、偏光素子３０を用いて右画像と左画像とを分離する過程を示す説明図である。以降、図８（ａ）〜（ｃ）を用いて、「第１状態」即ち３Ｄモードで撮像を行う場合において、左右の画像を分離する構成について説明する。なお、説明を簡単にするために、図８（ａ）、（ｂ）では、ステレオ光学部材２０を単純な２枚の偏光フィルタ、鏡筒１５を単レンズとして記載し、上述した１／２λ位相板３１（図６参照）の記載を省略している。

上述したように、ステレオ光学部材２０の左側光学部材２０Ｌには左側偏光素子３０Ｌが、右側光学部材２０Ｒには右側偏光素子３０Ｒが設けられている（図６参照）。第１実施形態においては、図８（ａ）に示すように、左側偏光素子３０Ｌは縦偏光素子であり、自然光のうち縦偏光の光を透過する。透過された縦偏光光は、鏡筒１５に収納されたレンズ群によって撮像素子１７の撮像面にイメージサークル１７ａとして結像される。また、図８（ｂ）に示すように、右側偏光素子３０Ｒは横偏光素子であり、自然光のうち横偏光の光を透過する。この光も同様に、撮像素子１７の撮像面にイメージサークル１７ａとして結像される。

一般に、左右の離間した位置に縦偏光と横偏光とを選択的に透過させる立体瞳を設けることによって、左右の入射光に異なる特性を付与するとともに、左右の光路を変えて視差を生じさせることができる。ただし、このときの基線長ＬｎＢ０は左右の立体瞳の間の距離となるが、第１実施形態では、上述したように、ステレオ光学部材２０によって、立体瞳によって生じる基線長ＬｎＢ０より大きい基線長ＬｎＢ１（図６参照）を設定している。これによってより大きな視差を得ることができる。

図８（ｃ）に示すように、撮像素子１７は左右方向に複数の画素列１７ｂを有し、各画素列１７ｂは図面の上下方向に複数の画素（ＰＤ：Photodiode）を含んでいる。そして、各画素列１７ｂの前面には、画素列１７ｂのサイズおよびピッチに対応して、縦偏光素子１７ｄ（第３偏光素子）と横偏光素子１７ｃ（第４偏光素子）とが交互に（ストライプ状に）形成されている。ここに縦偏光素子である左側偏光素子３０Ｌ（立体瞳（左側））を透過した縦偏光光と、横偏光素子である右側偏光素子３０Ｒ（立体瞳（右側））を透過した横偏光光とが同時に入射すると、縦偏光素子１７ｄが前面に形成された画素列１７ｂには縦偏光光のみが入射し、横偏光素子１７ｃが前面に形成された画素列１７ｂには横偏光光のみが入射する。即ち、左側偏光素子３０Ｌを透過した光は左画像用画素列１７ｂＬのみを露光し、右側偏光素子３０Ｒを透過した光は右画像用画素列１７ｂＲのみを露光する。これによって視差を有する左右の画像が右画像と左画像とに分離されて、１つの撮像素子１７によって同時に撮像される。

さて、ここで左右の光路に基づく光は１つの結像光学系（即ち、鏡筒１５に収納されたレンズ群）によって共通の領域、即ち１つの撮像素子１７の撮像面の全域にわたって結像され、左右の光に基づくイメージサークル１７ａの位置は、いずれもほぼ同一となる。即ち、左右の画像の像高は上述した「第２状態」において２Ｄモードで撮像を行うときと殆ど変わらないことになる。また、左右の画像は１つの撮像素子１７によって同時に撮像されるため、３Ｄモードにおいてもフレームレートを２Ｄモードと同等に維持することができる。

次に、「第２状態」即ち２Ｄモードで撮像を行う場合について説明する。「第２状態」では、ステレオ光学部材２０は光路の形成に関与しない位置に退避しており、これは図８（ａ）、（ｂ）においてステレオ光学部材２０を除去した状態となっている。このとき、内視鏡２の先端から入射する光は偏光素子３０を通過せず、鏡筒１５にはいわゆる自然光が入射される。入射した光は、鏡筒１５に収納されたレンズ群によって撮像素子１７の撮像面にイメージサークル１７ａとして結像されるが、撮像素子１７を構成する各画素の前面には横偏光素子１７ｃおよび縦偏光素子１７ｄが配列されているため、各画素列１７ｂはこれらの偏光素子に応じて横偏光あるいは縦偏光された光で露光される。画素を構成するフォトダイオードは光の偏光状態にかかわらず電荷を蓄積するから、撮像素子１７は通常の単眼カメラと同様に平面画像を撮像することができる。

第１実施形態によれば、２Ｄモードでは偏光素子３０によって光量が最大で５０％に制限されるものの、自然光は３Ｄモードのように右画像と左画像とに分離されることがなく、画素列１７ｂが配列された方向（即ち、図８（ｃ）の左右方向）の解像度が完全に維持されて高解像度の画像を得ることができる。

図９（ａ）は、撮像素子１７全体の画素配列を示す説明図、（ｂ）は、撮像素子１７の左画像に係る画素配列を示す説明図、（ｃ）は、撮像素子１７の右画像に係る画素配列を示す説明図である。ここで、図９（ａ）において、斜線で示す画素列１７ｂは右画像用画素列１７ｂＲ、網点で示す画素列１７ｂは左画像用画素列１７ｂＬである。また、図９（ｂ）は図９（ａ）から左画像用画素列１７ｂＬのみを抽出し、図９（ｃ）は図９（ａ）から右画像用画素列１７ｂＲのみを抽出して図示したものである。

第１実施形態における撮像素子１７はカラーイメージセンサであり、各画素を構成するフォトダイオードの前面にＲＧＢのカラーフィルタを備えている。なお、カラーフィルタは図８（ｃ）に示す横偏光素子１７ｃおよび縦偏光素子１７ｄと画素列１７ｂとの間に設けられている。図９（ａ）に示すように、撮像素子１７を全体としてみたときの画素配列（カラー画素配列）は、ＢＧＧＲまたはＲＧＧＢの２つの基本パターンを繰り返すものとなっている。即ち、主走査方向と副走査方向とにおいて２×２画素で構成される基本パターンの中に、２つのＧ画素と１つのＲ画素と１つのＢ画素とを含み、かつ配列全体でみたときに視覚特性上の解像度に対応するＧ画素は千鳥（チェッカーフラッグ）配列とされ、いわゆるＢａｙｅｒパターンを構成する。

２Ｄモードでは撮像素子１７の全体の画素を用いて平面画像を得るから、図９（ａ）に示す画素配列とすることで、カラーフィルタの配列としてＧ画素については単一の基本パターン（例えばＢＧＧＲ）を繰り返し用いる一般的なＢａｙｅｒパターンと変わりなく高い解像度の画像を得ることができる。Ｒ画素、Ｂ画素については副走査方向には解像度は低下することになるが、輝度信号に大きな割合で含まれるＧ信号が高い解像度を保てるため、輝度信号として高画質を維持できる。

他方、３Ｄモードにおいては、図９（ｂ）に示す左画像のＲ画素に着目すると、副走査方向においてＰｘ１１、Ｐｘ１２のように４画素周期に、同様にＢ画素についてもＰｘ１３、Ｐｘ１４のように４画素周期で配置される。図９（ｃ）に示す右画像についても同様である。このことから、右画像および左画像を単プレーンとしてみたとき、副走査方向におけるＲ画素およびＢ画素の解像度はＧ画素と比較して１／４に低下することになる。しかしながら、千鳥配置されて高解像度が維持されたＧ画素を用いて左右画像のレジストレーション（位置合わせ）を行った後、または左右の視差がほとんど存在しない場合においては、左右画像を重ねたときのＲ画素は、Ｐｘ１１とＰｘ２１とが副走査方向に弱連結状態で隣接し、Ｐｘ３１とＰｘ１２とは間に２画素を挟んで離間して配置される。これによって、３Ｄモードにおいても副走査方向の解像度の劣化は少ない。なお、Ｇ画素については、主走査方向に全ての画素がＧ成分を持つため、２Ｄモード（即ち、図９（ａ）に示す画素配列）と比較して主走査方向、副走査方向ともに１／２の解像度を維持し、左右の視差が少ない範囲においては解像度の劣化は更に少ないことになる。

図１０（ａ）は、撮像素子１７全体の画素配列の変形例を示す説明図、（ｂ）は、変形例における撮像素子１７の左画像に係る画素配列を示す説明図、（ｃ）は、変形例における撮像素子１７の右画像に係る画素配列を示す説明図である。図１０（ａ）に示すように、撮像素子１７を全体としてみたときの画素配列は、図９（ａ）と同様にＢＧＧＲまたはＲＧＧＢの２つの基本パターンを繰り返すものとなっている。ただし、図９（ａ）では、副走査方向のみについて２画素周期で基本パターンをＢＧＧＲとＲＧＧＢとに変更しているが、変形例では主走査方向、副走査方向ともに２画素周期でＢＧＧＲとＲＧＧＢとを変更している。即ち変形例では、２×２画素で構成される「２つの基本パターンが千鳥配置」されている。

変形例においても、２Ｄモードでは、Ｇ画素についてはカラーフィルタの配列として単一の基本パターン（例えばＢＧＧＲ）を繰り返し用いる一般のＢａｙｅｒパターンと変わりなく高い解像度の画像を得ることができる。Ｒ画素、Ｂ画素については斜め方向には解像度は低下することになるが、輝度信号に大きな割合で含まれるＧ信号が高い解像度を保てるため、輝度信号として高画質を維持できる。

他方、３Ｄモードにおいては、図１０（ｂ）に示す左画像のＲ画素に着目すると、副走査方向にＰｘ３１、Ｐｘ３２のように２画素周期に、同様にＢ画素についてもＰｘ３３、Ｐｘ３４のように２画素周期で配置される。図１０（ｃ）に示す右画像についても同様である。このことから、右画像および左画像を単プレーンとしてみたとき、副走査方向における解像度はＧ画素と同様で１／２に低下するにすぎない。更に、レジストレーション（位置合わせ）を行った後、または左右の視差がほとんど存在しない場合においては、左右画像を重ねたときのＲ画素は、Ｐｘ３１とＰｘ４１とは副走査方向に強連結状態で隣接し、Ｐｘ４１とＰｘ３２とは弱連結状態で隣接し、Ｐｘ３２とＰｘ４２とは強連結状態で隣接して配置される。Ｂ画素（Ｐｘ３３，Ｐｘ４３，Ｐｘ３４）についても同様に、副走査方向について強連結または弱連結状態で隣接する。これによって、Ｒ画素、Ｂ画素は３Ｄモードにおいても副走査方向の解像度の劣化は少ない。なお、Ｇ画素については、図９（ｂ）、（ｃ）を用いて説明したのと同様に、２Ｄモードと比較して、主走査方向副走査方向ともにの解像度は１／２に維持され、左右の視差が少ない範囲においては解像度の劣化は更に少ない。

このように、第１実施形態においては、撮像素子１７の画素配列（カラーフィルタの色配列パターン）を「撮像素子１７全体としてみたときに、２つのＧ画素と１つのＢ画素と１つのＲ画素とを含み、互いに画素配列が異なるＢａｙｅｒ配列を有する２つの基本パターンを所定の方向に交互に配置するとともに、左右画像に分離した際に対応する画素配列が、２つのＧ画素と１つのＢ画素と１つのＲ画素とを含む」ようにしている。これによって、２Ｄモード、３Ｄモードのいずれの場合においても、高い解像度を確保することが可能となる。また光学系には共通の領域に結像する１つの結像光学系（鏡筒１５）と、１つの撮像素子１７を用いることでイメージサークル（像高）を大きくでき、撮像素子１７の撮像エリアを大きくでき、画素数を多くすることが可能となり、２Ｄモード、３Ｄモードいずれの場合においても小径化と高度解像度化を図ることが可能となる。同時に２Ｄ、３Ｄの切り替えも可能となる。

図１１（ａ）は、第１実施形態におけるステレオ光学部材２０の変形例を示す説明図、（ｂ）は、同要部拡大図である。これまでステレオ光学部材２０はプリズムで構成されているものとして説明したが、変形例では図１１（ｂ）に示すように、ステレオ光学部材２０を内側枠体２１ａと、内側枠体２１ａに設けられて対物側から入射した入射光を反射する第１ミラー２１ｂと、内側枠体２１ａの側面を外囲して支持する外側枠体２１ｃと、外側枠体２１ｃに設けられて第１ミラー２１ｂで反射された光を鏡筒１５側に反射して出射する第２ミラー２１ｄとを備える。そして、内側枠体２１ａは外側枠体２１ｃに対して収納状態と露出状態との間で摺動可能に構成され、外側枠体２１ｃから内側枠体２１ａを最大限に露出させた状態と完全に収納した状態とにおける突出量はＬｋだけ異なる。

また、ステレオ光学部材２０を構成する外側枠体２１ｃには公知の平板共振型の超音波モータ（図示せず）が搭載されている。超音波モータを駆動することで、内側枠体２１ａは外側枠体２１ｃに対して相対的に変位する。これによって、図１１（ａ）に示すように、ステレオ光学部材２０の基線長は、内側枠体２１ａを左右に最大限に露出させた状態においてＬｎＢ１となり、逆に内側枠体２１ａを外側枠体２１ｃに完全に収容した状態においてＬｎＢ２となる。そして基線長は最大のＬｎＢ１から最小のＬｎＢ２の間で任意に制御される。なお、外側枠体２１ｃにはホール素子で構成された図示しない磁気センサが、内側枠体２１ａには微小な磁石片が設けられており（いずれも図示せず）、磁気センサによって磁石片の磁力を検出することで、ビデオプロセッサ３（図１参照）は、外側枠体２１ｃ内にある内側枠体２１ａの位置を把握することが可能となっている。構造上、超音波モータは磁石を備えていないため、位置検出手段として微小な磁力を利用することが可能である。

図１２は、基線長制御の過程を示すフロー図である。以下、図１１を用いて説明した基線長を可変に構成したステレオ光学部材２０について、基線長を制御する過程について説明する。基線長の制御を開始すると、まず基線長を基準値に設定する（ＳＴ１２０１）。この過程では、まず上述した磁気センサの出力を参照して、内側枠体２１ａの位置を一旦ホームポジション（ここでは、基線長が最も短くなる位置）に初期化する。次に、ビデオプロセッサ３は３Ｄモードで撮像を行って左右の画像を読み込む（ＳＴ１２０２）。ビデオプロセッサ３は、読み込んだ左右の画像からそれぞれ中央近辺の画像領域を切り出して視差を測定する（ＳＴ１２０３）。

視差の測定において、ビデオプロセッサ３は、切り出した画像に対して公知の位置合わせ処理を実行する。位置合わせ処理は、例えば左右の画像のうち一方の略中央部分を占める所定領域を切り出し、切り出した領域画像を平行移動させて、他方の画像から切り出した領域画像との間でいわゆるユークリッド距離を求め（即ち、２つの領域画像間で対応する画素の差分を取得し、これの二乗和を計算する）、両者間のユークリッド距離が最小となる位置をもって位置合わせが完了したものとする。そして、位置合わせ処理が完了した際に一方の画像を平行移動させた移動量（ここでは画素数）が視差として測定される。なお、位置合わせ処理として、ＳＵＲＦ（Speed Up Robust Features）特徴量やＳＩＦＴ（Scale-invariant feature transform）特徴量等を用いた公知の手法を用いても構わない。

次にビデオプロセッサ３は、測定した視差（以降、単に「視差」と呼称する）が予め定められた最大基準値Ｓｍａｘより大きいか否かを判定する（ＳＴ１２０４）。視差が最大基準値Ｓｍａｘより大きい場合（ＳＴ１２０４でＹｅｓ）、ビデオプロセッサ３は、更に現時点の基線長が予め定められた最小基線長Ｋｍｉｎよりも大きい場合、上述した超音波モータを駆動して基線長を２％短縮する制御を実行し（ＳＴ１２０５）、処理をＳＴ１２０２に戻す。他方、視差が最大基準値Ｓｍａｘ以下である場合（ＳＴ１２０４でＮｏ）、視差が予め定めた最小基準値Ｓｍｉｎよりも小さいか否かを判定する（ＳＴ１２０５）。視差が最小基準値Ｓｍｉｎよりも小さい場合（ＳＴ１２０６でＹｅｓ）、ビデオプロセッサ３は、更に現時点の基線長が予め定めた最大基線長Ｋｍａｘよりも小さい場合、基線長を２％伸長する制御を実行し（ＳＴ１２０）、その後、処理をＳＴ１２０２に戻す。また、ＳＴ１２０６で視差が最小基準値Ｓｍｉｎ以上であるときは、基線長を制御することなく処理をＳＴ１２０２に戻す。

図１２によれば、内視鏡２を使用する施術者等は、ビデオプロセッサ３に対して視差の最大基準値Ｓｍａｘと最小基準値Ｓｍｉｎとを都度設定すれば、ビデオプロセッサ３は、視差が設定された範囲となるように制御を行うことになり、内視鏡２で観測する対象の遠近にかかわらず、常に適切な視差を確保することが可能となる。

図１３は、レンチキュラレンズ３２を用いて右画像と左画像とを分離する過程を示す説明図である。上述したように、第１実施形態では偏光素子３０（図８参照）を用いて、被写体からの光を左右に分離しているが、図１３ではこの変形例としてレンチキュラレンズ３２を用いている。

レンチキュラレンズ３２は、平凸シリンドリカルレンズをアレイ状に密に配列して構成され、撮像素子１７の左画像用画素列１７ｂＬおよび右画像用画素列１７ｂＲの１組について１つの凸レンズ部分が対応する。即ち、変形例では、撮像素子１７の２画素ピッチに対応して凸部を左右方向に周期的に設けたレンチキュラレンズ３２を備えている。レンチキュラレンズ３２によって、立体瞳右側からの光（右側光路２５Ｒを経由した光（図３、図６等参照））は、右画像用画素列１７ｂＲに導かれ、同様に、立体瞳左側のからの光（左側光路２５Ｌを経由した光（図３、図６等参照））は、左画像用画素列１７ｂＬに導かれて、それぞれ撮像素子１７の撮像面の共通した範囲にイメージサークル１７ａ（図８（ａ）、（ｂ）参照）が形成される。即ち、３Ｄモードにおいても、２Ｄモードと変わらない像高が維持される。そして、レンチキュラレンズ３２を用いた場合も、視差を有する左右の画像が右画像と左画像とに分離されて、１つの撮像素子１７によって同時に撮像される。

なお、変形例においては、レンチキュラレンズ３２によって左右の光を分離することから、上述した偏光素子３０（図８（ａ）〜（ｃ）参照）を用いて左右の光を分離する構成と比較して、ステレオ光学部材２０に偏光素子３０や１／２λ位相板３１（図６参照）を設ける必要はない。このため偏光素子３０による光減衰を伴わず、３Ｄモードにおいて高いＳＮ比の画像を取得することが可能となる。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について図面を参照しながら説明する。第１実施形態では、ステレオ光学部材２０はプリズムで構成され、このプリズムを折り畳んだ状態から９０度回転させて３Ｄモードで撮像する「第１状態」とし、更に９０度回転させて２Ｄモードで撮像する「第２状態」に変位させていた。第２実施形態は、ステレオ光学部材２０が「折り畳んだ状態」において、２Ｄモードで撮像可能に構成したものである。

図１４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２実施形態に係る内視鏡２において、平面画像を撮影する第３状態を示す説明図である。以降、図１４を用いて第３状態について説明する。第２実施形態においても、ステレオ光学部材２０は右側光学部材２０Ｒと左側光学部材２０Ｌとで構成され、「折り畳んだ状態」で鏡筒１５の前面に配置される。なお、以降の説明を簡単にするために、ステレオ光学部材２０の構成については、右側光学部材２０Ｒと左側光学部材２０Ｌとを特に区別することなく説明する。

第２実施形態においては、ステレオ光学部材２０は支持枠４０と、支持枠４０によって支持された第１ミラー４１および第２ミラー４２で構成される。第１ミラー４１は、第１実施形態で説明した第１反射面２４Ｒｘ１Ｒ（２４Ｒｘ１Ｌ）に対応し、また第２ミラー４２は、同様に第２反射面２４Ｒｘ２Ｒ（２４Ｒｘ２Ｌ）に対応している（いずれも図６参照）。

図１４（ｂ）に示すように、支持枠４０に支持された第１ミラー４１および第２ミラー４２は、支持枠４０に対して略４５度回動可能に構成されている。更に、第１ミラー４１および第２ミラー４２は、支持枠４０にトーションばねを含むヒンジ部４３によって支持され、ヒンジ部４３の近傍には積層型圧電素子と拡大変位機構とで構成された変位手段（図示せず）が配置されている。この積層型圧電素子を伸縮させることで、第１ミラー４１と第２ミラー４２とを回動させることができる。

図１４（ｃ）に示すように、第１ミラー４１と第２ミラー４２とを４５度回動した状態では、前方からの光はそのまま鏡筒１５に入射され、ステレオ光学部材２０を折り畳んだ状態で、２Ｄモードの撮像が可能となる。なお、この「第３状態」では、２Ｄモードで撮像する際に、鏡筒１５の前面に、第１ミラー４１、第２ミラー４２、ヒンジ部４３が存在して入射光量が若干低下することになる。しかしながら、第１実施形態で２Ｄモードに対応した「第２状態」では、２Ｄモードに至る途中で３Ｄモードに対応した「第１状態」を経由する必要があったが、この第３状態は、ステレオ光学部材２０が「折り畳んだ状態」から直接的に変位することが可能であり、迅速に２Ｄモードで撮像することが可能となる。また先端部の体積が小さいままで２Ｄモードとして使用することができ、狭い体腔内での内視鏡２の使用勝手がよくなる。

（第３実施形態）
以下、本発明の第３実施形態について図面を参照しながら説明する。図１５（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３実施形態に係る内視鏡２におけるステレオ光学部材２０の構成を示す説明図である。第３実施形態においても、ステレオ光学部材２０は第１実施形態と同様にプリズムで構成されている。なお、ステレオ光学部材２０を変位させる変位機構は第１実施形態と同様であり、ここでの説明は省略する。

図１５（ａ）に示すように、第３実施形態ではステレオ光学部材２０の第１反射面２４Ｒｘ１Ｒ（２４Ｒｘ１Ｌ）の面積を第２反射面２４Ｒｘ２Ｒ（２４Ｒｘ２Ｌ）よりも大きく構成している。第１反射面２４Ｒｘ１Ｒ（２４Ｒｘ１Ｌ）の面積の大きさは、結像光学系（鏡筒１５に保持されたレンズ群（図５等参照））によって規定される画角に応じて、蹴られの無いように決定する。そして、内視鏡２を前方から見た際に、鏡筒１５の開口の内径ＬＰ（より厳密には、鏡筒１５に含まれるレンズ群の直径）は、相対的に小さく構成された第２反射面２４Ｒｘ２Ｒ（２４Ｒｘ２Ｌ）を開口の内側に含むサイズとされている。そして、第１反射面２４Ｒｘ１Ｒ（２４Ｒｘ１Ｌ）の幅Ｗ１は、ここでは押圧部材２３の外径と略同一とされている。なお、折り畳んだ際にステレオ光学部材２０が押圧部材２３および光学部材ホルダ１６の内壁と当接しない範囲で、更に第１反射面２４Ｒｘ１Ｒ（２４Ｒｘ１Ｌ）の幅Ｗ１を拡大することも可能である。

このように構成することで、ステレオ光学部材２０は第２反射面２４Ｒｘ２Ｒ（２４Ｒｘ２Ｌ）から第１反射面２４Ｒｘ１Ｒ（２４Ｒｘ１Ｌ）に向かって断面が拡大するテーパ形状をなし、ステレオ光学部材２０によって視野が蹴られることを防止する。これによって、３Ｄモードにおいて視野角の広い画像を得ることが可能となる。

また、第３実施形態では、図１５（ａ）に示すように、３Ｄモードの際にステレオ光学部材２０を変位、または、ステレオ光学部材２０の一部を変形させて上述した「第１状態」としたときに、右側光路２５Ｒと左側光路２５Ｌとが輻輳を生じるように構成されている。また、押圧部材２３（図６等参照）を前方に微小量移動させることで、ステレオ光学部材２０を、図１５（ｂ）に示すような位置に変位させることもできる。これによって輻輳角を任意に調整することができ、施術者等の負担の少ない輻輳角を選択することを可能にし、３Ｄモードで立体視を長時間にわたって見続けても、施術者等に疲労が少ない内視鏡２を提供することができる。

また、図１５（ｃ）に示すように、第３実施形態においても、ステレオ光学部材２０は、光学部材ホルダ１６の先端において折り畳まれる。このとき、押圧部材２３と光学部材ホルダ１６とは、ステレオ光学部材２０を径方向に外囲した状態となる。

なお、輻輳角の調整を自動化することも可能である。具体的には、図１２で説明したフロー図において「基線長」として記載した部分を「輻輳角」とすればよい。即ち、輻輳角の制御においても、３Ｄモードで撮像された画像から取得した左右の視差が用いられ、視差が目標（コントローラとしてのビデオプロセッサ３（図１参照）で施術者等が設定する）の範囲にあるか否かによって、輻輳角を制御すればよい。

また、輻輳角の調整する他の例として、図１４を用いて説明した支持枠４０と第１、第２ミラー４１、４２を備えるステレオ光学部材２０を用い、第１ミラー４１の傾斜角度を変える、即ちステレオ光学部材２０全体として見たときに、その形状を変形させる構成を用いることも可能である。このとき、併せて押圧部材２３（図６等参照）を移動させて、ステレオ光学部材２０を変位させるようにしてもよい。

以上、本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。例えば、本発明に係る内視鏡２の挿入部５は、軟性鏡としての用途に限定されず、硬性鏡として用いることもできる。また、第１実施形態では駆動源２６によって押圧部材２３を前後に移動させることで、ステレオ光学部材２０を「折り畳んだ状態」と「第１状態」と「第２状態」との間で変位可能としているが、これを施術者等による手動で行うように構成してもよい。

また、第１実施形態では、左右の光を分離する際に偏光素子３０（図８参照）またはレンチキュラレンズ３２（図１３参照）を用いているが、これらに替えて、第１実施形態で説明した偏光素子３０（図６参照）の位置に液晶シャッタを設けて、左右から入射する光を選択可能に構成してもよい。ただし、液晶シャッタを用いた場合は、左右の画像を同時に撮像することはできず、３Ｄモードを選択した際のフレームレートは２Ｄモードの１／２となる。その一方で２Ｄモードと同様の解像度が確保される。また液晶シャッタを用いた場合、２Ｄモードは液晶シャッタの全領域を光透過状態とすることで実現される。また、第３実施形態で言及した左右の光路に輻輳を生じさせる構成については、第１実施形態においても容易に導入することができる。加えて、折り畳み式の基線長の延長機構は、２眼３Ｄ式（即ち、１つの内視鏡２内に２つの撮像素子１７を備える構成）の内視鏡にも適用が可能性である。

なお、上記実施形態に示した本発明に係る内視鏡２の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

本発明に係る内視鏡は、一対のステレオ光学部材を筐体から露出した状態とすることで、２つの光路に基づく基線長が筐体の外径以上となるようにしたことで、内視鏡を細径化したような場合であっても、左右の視差を確保して、施術者等が立体視を行うことを可能としたことから、外部から直接観察できない観察対象の内部を撮像する内視鏡に好適に利用することができる。

１ 内視鏡システム
２ 内視鏡（内視鏡本体）
５ 挿入部
１２ 硬性部
１５ 鏡筒（結像光学系）
１６ 光学部材ホルダ（筐体）
１７ 撮像素子
１７ａ イメージサークル
１７ｂ 画素列
１７ｂＬ 左画像用画素列
１７ｂＲ 右画像用画素列
１７ｃ 横偏光素子
１７ｄ 縦偏光素子
２０ ステレオ光学部材
２０Ｒ 右側光学部材
２０Ｌ 左側光学部材
２２ ヒンジ部
２２Ｒ 右側ヒンジ部
２２Ｌ 左側ヒンジ部
２３ 押圧部材
２３ａ 舌片
２５Ｒ 右側光路
２５Ｌ 左側光路
２６ 駆動源
２７ 付勢部材
３０ 偏光素子
３０Ｒ 右側偏光素子
３０Ｌ 左側偏光素子
３１ １／２λ位相板
３２ レンチキュラレンズ

Claims (9)

1. 視差のある２つの光路を形成する一対のステレオ光学部材と、
   前記一対のステレオ光学部材の光路を通る光を共通の領域に結像する１つの結像光学系と、
   前記結像光学系の結像位置に設けられた少なくとも１つの撮像素子と、
   前記結像光学系および前記撮像素子を収納するとともに、前記一対のステレオ光学部材を、折り畳んだ状態と露出した状態との間で変位可能に支持する筐体と、を備え、
   前記一対のステレオ光学部材を前記筐体から露出した状態とすることで、前記２つの光路に基づく基線長が前記筐体の外径以上となるようにしたことを特徴とする内視鏡。
2. 前記一対のステレオ光学部材は、前記筐体の先端に回動可能に設けられた右側光学部材と左側光学部材とで構成され、
   前記一対のステレオ光学部材を前記折り畳んだ状態から、前記右側光学部材および前記左側光学部材の先端が互いに離間する方向に回動させることで、前記一対のステレオ光学部材は前記筐体から露出して、前記２つの光路に基づく基線長が前記筐体の外径以上となる第１状態に変位し、
   前記一対のステレオ光学部材を前記第１状態から更に回動させることで、前記一対のステレオ光学部材が光路形成に関与しない第２状態に変位することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
3. 前記一対のステレオ光学部材は、前記筐体の先端において、前記筐体に折り畳んだ状態から前記第１状態に至る間に略９０度回転し、前記第１状態から第２状態に至る間に更に略９０度回転することを特徴とする請求項２に記載の内視鏡。
4. 前記筐体の外周面に沿って設けられ、前記結像光学系の光軸方向に移動可能に構成された押圧部材を備え、
   前記押圧部材を前記一対のステレオ光学部材に当接させ、前記押圧部材を前記光軸方向に移動させることで、前記一対のステレオ光学部材を、前記折り畳んだ状態と前記第１状態と前記第２状態との間で変位させることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内視鏡。
5. 前記一対のステレオ光学部材を変位、または、前記一対のステレオ光学部材の一部を変形させて、前記２つの光路に輻輳を生じさせることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の内視鏡。
6. 前記第１状態において、前記撮像素子は右画像および左画像を撮像し、
   前記第２状態において、前記撮像素子は平面画像を撮像することを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の内視鏡。
7. 前記一対のステレオ光学部材のそれぞれは、被写体からの光の入射側に第１反射面と、前記被写体からの光の出射側に第２反射面と、を備え、
   前記第１反射面の面積を前記第２反射面の面積より大きく構成したことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の内視鏡。
8. 前記右側光学部材および前記左側光学部材は、互いに偏光方向が９０度異なる第１、第２偏光素子のいずれかを備え、
   前記撮像素子は、その結像面の前面に、前記撮像素子の各画素列に対応して交互に設けられ、前記第１、第２偏光素子の偏光方向に対応して互いに偏光方向が９０度異なる第３、第４偏光素子を備え、
   前記撮像素子は、前記第１〜第４偏光素子によって分離された右画像と左画像とを同時に撮像することを特徴とする請求項２から請求項７のいずれか１項に記載の内視鏡。
9. 前記撮像素子は、その結像面の前面に、前記撮像素子の２画素ピッチに対応したレンチキュラレンズを備え、
   前記撮像素子は、前記右側光学部材と前記左側光学部材とによって導かれて、前記レンチキュラレンズによって分離された右画像と左画像とを同時に撮像することを特徴とする請求項２から請求項７のいずれか１項に記載の内視鏡。

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