JP4447080B2 - 内視鏡装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、胃など体腔内にスコープを挿入し、体腔映像をモニタに映し出すことで患部を診断、処置する内視鏡装置に関し、特に、手術や検査時において、モニタ上に映し出される体腔画像の患部付近を拡大して表示することができる拡大表示機能を備えた拡大式内視鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モニタに映し出される体腔画像において、患部を重点的に拡大して表示することができる拡大表示機能が備えられた内視鏡装置が知られている。このような内視鏡装置では、体腔画像の一部を拡大させることにより、患部付近の映像が画面全体に表示される。患部が画面全体に大きく表示されることにより、手術をする時には患部を十分確認することができ、また、患部の状態について、正確に診断することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ズームレンズを備えたスコープを用いて体腔画像を拡大表示する場合、通常の表示に比べて狭い観察エリアでの体腔画像が表示される。すなわち、画面に表示される体腔画像の視野（画角）が狭くなる。そのため、スコープを保持している手のブレや、あるいは、胃のように体腔自体が変動することによって観察エリアが僅かにずれた場合でも、画面上では大きな体腔画像のずれが生じ、観察したい患部周辺の画像が画面から外れてしまう恐れがある。このような画像のずれが手術などの最中に起こると、手術などの進行が妨げられる。
【０００４】
本発明は、体腔画像を拡大表示する場合、画面に表示される体腔画像の観察エリアを特定のエリアに維持し続けることができる内視鏡装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の内視鏡装置は、スコープの先端部分に設けられた撮像素子を有し、被写体に光が反射することで撮像素子に形成される被写体像を撮像する撮像手段と、先端部分と連結している湾曲部を所定方向に湾曲させる湾曲動作を制御する湾曲部駆動制御手段と、撮像素子に形成された被写体像を、画面に表示する通常表示手段と、画面に表示される被写体像の一部を拡大した拡大被写体像を画面に表示する拡大表示手段と、拡大被写体像を画面に表示する間、撮像素子に形成される被写体像において、被写体に対する先端部分の相対的位置の変動によって被写体像のずれが生じているか否か検出する画像ずれ検出手段と、被写体像のずれが検出された場合、被写体像のずれと被写体像のずれに応じた湾曲部の湾曲角との関係式に基づき前記湾曲部を湾曲させることによって、被写体像のずれを自動的に相殺するように補正する画像ずれ補正手段とを備えたことを特徴とする。これにより、被写体像のずれが検出された場合、湾曲部がずれを補正するように湾曲され、特定の観察エリアを維持した状態で拡大被写体像を画面に表示することができる。
【０００６】
画像ずれ検出手段は、撮像素子に形成される被写体像において、先端部分の相対的位置の変動から生じる動きベクトルを検出することが望ましい。この場合、画像ずれ補正手段は、動きベクトルに基づいて、先端部分の相対的な位置ずれ移動量を算出し、さらに、位置ずれ移動量に応じた湾曲角だけ湾曲部を湾曲させることによって、被写体像のずれを補正するが望ましい。これにより、被写体像のずれを補正する分の湾曲角だけ湾曲部が湾曲される。
【０００７】
スコープは、先端部分と接続される、湾曲部を湾曲させるためのワイヤを内部に有し、さらに、湾曲部の遠隔操作が可能となるように、ワイヤを押し引きするための操作ノブを有することが望ましい。これにより、湾曲部を操作ノブによって遠隔操作が可能となる。
【０００８】
拡大表示手段は、先端部分に設けられた像倍率の変更可能な対物光学系と、対物光学系の像倍率を任意設定するための変倍操作ノブとを有し、変倍された対物光学系を介して撮像素子に被写体像を結像させることによって、拡大被写体像を画面に表示することが望ましい。例えば、対物光学系は、複数の光学レンズから構成され、変倍操作ノブの操作に連動して各光学レンズの相対的位置が光軸に沿って変位することで焦点距離が任意変更されるズーム光学系である。
【０００９】
このような対物光学系を移動させる拡大表示手段を内視鏡装置が備える場合、スコープは、湾曲部の湾曲角と操作ノブの回転角との関係と、変倍操作ノブの回転角と拡大率との関係と、通常表示で撮像素子に形成される被写体像において測定される通常表示動きベクトルと先端部分の位置ずれ移動量との関係とをデータとして格納する不揮発性メモリを有することが望ましい。そして、拡大表示の間、画像ずれ検出手段は、拡大表示を始める時に撮像素子に形成された被写体像と拡大表示を開始してから順次撮像される被写体像とを比較することによって、拡大表示における拡大表示動きベクトルを検出し、拡大率に基づいて拡大表示動きベクトルから通常表示動きベクトルを算出することが望ましい。さらに、画像ずれ補正手段は、通常表示動きベクトルに応じた位置ずれ移動量を求め、さらに、位置ずれ移動量と、最大近接観察深度と、被写体像のずれを補正するのに必要とされる補正湾曲角との関係を示す算術式に基づいて、補正湾曲角を求めることが望ましい。そして、画像ずれ補正手段は、得られた補正湾曲角に基づき、補正湾曲角から補正湾曲角に応じた前記操作ノブの補正回転角を求め、補正回転角だけ前記操作ノブを、例えば、モータの駆動で回転させることが望ましい。これにより、拡大表示の時に被写体像のずれが生じると、ずれを補正するように自動的に湾曲部が湾曲される。
【００１０】
あるいは、拡大表示手段は、前撮像素子に形成される被写体像において、一部の部分的画像に応じた部分画像データを抽出し、部分画像データを電気的に画像処理することにより、拡大被写体像を画面に表示することが望ましい。
【００１１】
このような電気的な画像処理による拡大表示手段を内視鏡装置が備える場合、、スコープは、湾曲部の湾曲角と操作ノブの回転角との関係と、撮像素子に形成される前記被写体像において測定される動きベクトルと先端部分の位置ずれ移動量との関係をデータとして格納する不揮発性メモリを有することが望ましい。そして、拡大表示の間、画像ずれ検出手段は、拡大表示を始める時に撮像素子に形成された被写体像と拡大表示を開始してから順次撮像される被写体像とを比較することによって、動きベクトルを検出することが望ましい。さらに、画像ずれ補正手段は、動きベクトルに応じた位置ずれ移動量を求め、位置ずれ移動量と、最大近接観察深度と、被写体像のずれを補正するのに必要とされる湾曲部の補正湾曲角との関係を示す算術式に基づいて、補正湾曲角を求めることが望ましい。そして、画像ずれ補正手段は、得られた補正湾曲角に基づき、補正湾曲角から補正湾曲角に応じた前記操作ノブの補正回転角を求め、補正回転角だけ操作ノブを、例えば、モータの駆動で回転させることが望ましい。これにより、拡大表示の時に被写体像のずれが生じると、ずれを補正するように自動的に湾曲部が湾曲される。
【００１２】
あるいは、拡大表示手段は、対物光学系の像倍率を変えることにより、拡大被写体像を画面に表示するとともに、さらに、拡大被写体像における一部の部分的画像に応じた部分画像データを抽出し、部分画像データを電気的に画像処理することにより、さらなる拡大被写体像を画面に表示可能であることが望ましい。
【００１３】
画像ずれ検出手段は、拡大被写体像の表示が開始されたことを検出する拡大表示開始検出手段を有することが望ましい。この場合、画像ずれ補正手段は、拡大表示開始検出手段により拡大表示の開始が検出されると、被写体像のずれを補正し、拡大表示の開始が検出されない間、被写体像のずれを補正しないことが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図を参照して、本発明の実施形態である内視鏡装置について説明する。本発明の内視鏡装置は、胃など体腔内にスコープを挿入し、モニタに体腔画像を映し出すことによって患部を検査、処置するための装置である。
【００１５】
図１は、第１の実施形態である内視鏡装置の構成要素であるスコープを示した斜視図である。
【００１６】
スコープ１０は、操作部１３と挿入部１２から構成される、いわゆる電子式スコープである。挿入部１２は、軟性部１２ａ、湾曲部１２ｂ、先端硬性部（先端部分）１２ｃが順次連結することで形成されている。操作部１３には、操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙ、拡大ノブ（変倍操作ノブ）１５Ｆ、吸引口１４ａ、送気用口１４ｂが設けられており、さらに、操作部１３にはライトガイドケーブル１１が接続されている。なお、ライトガイドケーブル１１は、光源装置を含むプロセッサ（不図示）に接続される。
【００１７】
挿入部１２は、処置あるいは検査において体腔内に挿入される部分であり、軟性部１２ａは、撓むように形成されている。湾曲部１２ｂは、操作部１３の操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙの遠隔操作により任意の方向に湾曲可能である。先端硬性部１２ｃの表面には、ライトガイド端１２ｃａと、先端硬性部１２ｃ内に設けられた撮像素子および対物光学系（ともに不図示）をカバーするカバーレンズ１２ｃｂと、送気、送水用ノズル口１２ｃｃと、吸引チャンネル１２ｃｄとが設けられている。この送気用ノズル口１２ｃｃと吸引チャンネル１２ｃｄを利用して、手術などが行われる。
【００１８】
先端硬性部１２ｃ内においては、カバーレンズ１２ｃの方から順に、第１レンズ、第２レンズ（どちらも不図示）、撮像素子が配置され、カバーレンズ１２ｃ、第１レンズ、第２レンズの３つのレンズにより対物光学系が構成されている。第１レンズ、第２レンズは、ズーム光学系であり、拡大操作ノブ１５Ｆの操作に連動して対物光学系の光軸周りに回動するカム環（図示せず）に取り付けられている。したがって、操作ノブ１５Ｆが操作されると、２つのレンズ間の光軸方向に沿った相対的距離が連続的に変化することで焦点距離が変更され、いわゆるズーミング（変倍動作）が施される。拡大ノブ１５Ｆは、通常表示の場合（拡大表示をしない時）、基準位置ＺＺにあり、拡大ノブ基準指標ＺＣと基準位置ＺＺは、一直線状にある。このとき、対物光学系の焦点距離は最も短い。
【００１９】
このように、スコープ１０では、湾曲部１２ｂを遠隔操作するための操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙの操作、およびレンズ間の相対的距離を変えるための拡大ノブ１５Ｆの操作が可能であり、これらの操作により、湾曲部１２ｂを観察したい方向に湾曲させることができ、また、観察している画像をズームアップさせることができる。
【００２０】
図２は、スコープ１０の先端硬性部１２ｃおよび湾曲部１２ｂを示した斜視図である。
【００２１】
スコープ１０の挿入部１２内には、２本のワイヤー（押し引き部材）Ｃ１、Ｃ２が挿入されており、操作部１３の操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙに連結された各プーリ−（図示せず）にそれぞれ巻きつけられている。ワイヤーＣ１は、湾曲部１２ｂを左右方向に湾曲させるワイヤーである。ここで、挿入部１２の左側部分を通り、先端硬性部１２ｃの左側に固着したワイヤー部分を、ワイヤーＣＬとする。一方、挿入部１２の右側部分を通り、先端硬性部１２ｃの右側に固着するワイヤー部分を、ワイヤーＣＲとする。同じように、ワイヤーＣ２において、挿入部１２の上側部分を通り、先端硬性部１２ｃの上側に固着するワイヤー部分をワイヤーＣＴ、挿入部１２の下側部分を通り、先端硬性部１２ｃの下側に固着するワイヤー部分をワイヤーＣＢとする。
【００２２】
湾曲部１２ｂを左へ湾曲させるように操作ノブ１５Ｘを時計回りに回すと、ワイヤーＣＬ，ＣＲが押し引きされる。すなわち、操作ノブ１５Ｘの回転に従ってプーリーが回転し、この回転に連動して、ワイヤーＣＬが操作部１３の方向に引かれ、逆に、ワイヤーＣＲが先端硬性部１２ｃの方向に押される。これにより、湾曲部１２ｂは左方向に湾曲する。逆に、湾曲部１２ｂを右へ湾曲させる場合（操作ノブ１５Ｘを半時計回りに回す場合）、今度は、ワイヤーＣＲが引かれ、ワイヤーＣＬが押される。
【００２３】
同様にして、操作ノブ１５Ｙを操作することより、湾曲部１２ｂは上下方向に湾曲する。ただし、操作ノブ１５を時計回りに回転させると上方向に湾曲し、操作ノブ１５Ｙを半時計回りに回転させると下方向に湾曲する。
【００２４】
なお、湾曲部１２ｂは、左右上下方向にそれぞれ１８０度以上湾曲可能である。
【００２５】
図３は、湾曲部１２ｂの左右方向の湾曲角と操作ノブ１５Ｘの回転角との関係を示した図である。なお、以下では、左右方向の湾曲角をθh 、上下方向（操作ノブ１５Ｙ）の湾曲角を、θv と表す。
【００２６】
湾曲部１２ｂの湾曲角θh は、先端硬性部１２ｃの中心点を通る軸線ＢＮに基づいて計測される。このとき、湾曲部１２ｂが湾曲していない時の軸線ＢＮ０を基準として、湾曲角θh が測定される。操作ノブ１５Ｘの回転角ωも、湾曲部１２ｂが湾曲していない時の軸線ＢＭ０に基づいて計測される。
【００２７】
操作ノブ１５Ｘをωだけ時計回りに回転させると、湾曲部１２ｂは左方向へθh だけ湾曲するとする。このとき、湾曲角θh と操作ノブ１５Ｘの回転角度ωとは次式で示す関係にある。ただし、ｆは、θh を変数とする関数である。
ω＝ｆ（θh ） ・・・・・（１）
（１）式は、湾曲部１２ｂが湾曲可能な範囲で成立する。
【００２８】
同様に、操作ノブ１５Ｙの回転角γと湾曲部１２ｂとの関係も、次式によって表される（図示せず）。ただし、ｇは、θv を変数とする関数である。
γ＝ｇ（θv ） ・・・・・（２）
【００２９】
このように、操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙの回転角ω、γは、湾曲角θh 、θv とそれぞれ一対一の関係にあり、湾曲角θh 、θv が定まると、（１）、（２）式により、それぞれ回転角ω、γが求められる。
【００３０】
図４は、第１の実施形態である内視鏡装置の電気回路を示したブロック図である。スコープ１０は、光源装置を含むプロセッサ３０と接続され、また、プロセッサ３０には、モニタ５１とキーボード５２、プリンタ５３が接続されている。なお、内視鏡装置全体の制御は、制御回路５０により行われる。
【００３１】
プロセッサ３０内の光源４４から放射された光は、集光レンズ４５を介してライドガイドケーブル１７の入射端１７ａに入射する。ライトガイドケーブル１７に入射した光は、ライトガイドケーブル１７の出射端１７ｂから出射し、体腔Ｗに照明する。
【００３２】
体腔Ｓが照明されて光が反射することで得られる体腔Ｓの画像は、カバーレンズ１２ｃｂ、第１レンズ１８ａ、第２レンズ１８ｂを介してＣＣＤである撮像素子１９上において結像される。撮像素子１９上には、赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｂ）の各色に応じたモザイクフィルタが設けられ、光電変換により各色に応じた画像信号が撮像素子１９上において光電変換により発生する。光電変換により発生した画像信号は、画像信号処理回路３１により読み出され、１フレーム分の画像信号が画像信号処理回路２５に送られる。１フレーム分の画像信号は、所定の時間間隔（ここでは、１／３０秒）で順次読み出される。
【００３３】
第１レンズ１８ａ、第２レンズ１８ｂは、ワイヤーＷ１、Ｗ２とそれぞれ接続されており、ワイヤーＷ１、Ｗ２は、ギア２８ａ、２８ｂを介して、拡大ノブ１５Ｆとつながっている。拡大ノブ１５Ｆが操作されると、ギア２８ａ、２８ｂの回転に連動して第１レンズ１８ａ、第２レンズ１８ｂが光軸ＭＭに沿ってそれぞれ移動する。これにより、第１レンズ１８ａ、第２レンズ１８ｂ間の相対的距離が変化し、焦点距離が変わる。このような焦点距離の変動をすることにより、拡大した体腔Ｗの画像をモニタ５１に表示することができる。本実施形態では、ズーミングによる像倍率は、１〜８倍の範囲に収められている。
【００３４】
画像信号処理回路３１では、読み出された各色に応じた画像信号に対してノイズ除去などが施され、また、入力される画像信号を安定化させるためのサンプルホールド処理が施される。各処理が施された画像信号は、Ａ／Ｄ変換器３２に入力され、アナログ信号からデジタル信号に変換される。そして、デジタル化された画像信号の中で、赤色Ｒに応じた画像信号は、Ｒメモリ３３Ｒ、緑色Ｇに応じた画像信号は、Ｇメモリ３３Ｇ、青色Ｂに応じた画像信号は、Ｂメモリ３３Ｂにそれぞれ順次送られ、一時的に各メモリに格納される。
【００３５】
Ｒメモリ３３Ｒ、Ｇメモリ３３Ｇ、Ｂメモリ３３Ｂに格納された各色に応じた画像信号は、タイミングジェネレータ４８により同期化され、Ｄ／Ａ変換器３７および分割テーブル３４に送られる。Ｄ／Ａ変換器３７では、同期化された各色の画像信号がアナログ信号に変換され、ビデオ処理回路３８に送られる。ビデオ処理回路３８では、ホワイトバランス調整やガンマ補正などの画像処理が行われ、さらに、モニタ５１へ出力できるように、Ｒ、Ｇ、Ｂに応じた画像信号がビデオ信号（輝度信号、色差信号）に変換される。ビデオ信号に変換された画像信号は、ビデオ処理回路３８からモニタ５１へ出力される。これにより、体腔画像が動画像としてモニタ５１に映し出される。
【００３６】
分割テーブル３４では、１フレーム分の画像が複数のブロック毎に分割されるように、各色に応じた画像信号が処理され、処理された画像信号は、判別回路４２に送られる。処理された画像信号は、順次判別回路４２に送られ、それとともに、所定の時間だけタイミングを遅らせて、判別回路４２に入力された画像信号がエリアメモリ４１に入力される。そして、判別回路４２では、エリアメモリ４１に入力される以前に読み出された画像信号と新しく判別回路４２に入力される画像信号とが比較され、撮像した体腔画像に動きが生じているか否か検出される。
【００３７】
制御回路５０は、ＣＰＵ４６、エリアメモリ４１、判別回路４２、分割テーブル３４から成り、ＣＰＵ４６には、ＲＡＭ４０ａ、ＲＯＭ４０ｂが設けられている。ＲＯＭ４０ｂには、被写体像のずれを補正するのに関連した算術式があらかじめ記録されている。この算術式は、後で詳述する。
【００３８】
スコープ１０内のＥＥＰＲＯＭ２４には、スコープ１０に関連するデータがあらかじめ書き込まれている。そして、スコープ１０がプロセッサ３０に接続されると、それらスコープ１０に関連したデータは、ＣＰＵ４６により読み出され、ＲＡＭ４０に一時的に格納される。スコープ１０に関するデータには、湾曲部１２ｂの湾曲角θh 、θv と操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙの回転角ω、γとの関係式（（１）、（２）式）と、拡大ノブ１５Ｆの回転角と拡大率Ｍとの関係式と、最大近接観察深度と、動きベクトルと先端硬性部１２ｃの相対的位置ずれ移動量との関係式などが含まれており、接続されているスコープ１０の種類によってそれぞれ値が異なる。この接続されるスコープ１０に関するデータに基づいて、拡大表示における体腔画像のずれ補正が実行される。なお、近接観察深度、動きベクトル、先端硬性部１２ｃの位置ずれ移動量、拡大率Ｍに関しては、後で詳述する。
【００３９】
拡大ノブ１５Ｆが操作されると、回転角検出回路２６（拡大表示開始検出手段）により拡大表示が開始されたことが検出されるとともに、今までモニタ５１に表示された被写体像の一部が拡大された体腔画像が、モニタ５１に映し出される。
【００４０】
判別回路４２において、拡大された体腔画像のずれ（動きベクトル）が検出されると、スコープ１０の湾曲部１２ｂは、体腔画像のずれを相殺するように湾曲駆動される。このとき、駆動信号が、ＣＰＵ４６からモータ２０、２１に送られ、モータ２０、２１の駆動により操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙが回転し、これにより、ワイヤーＣＬ、ＣＲ（Ｃ１）およびＣＴ、ＣＢ（Ｃ２）がそれぞれ押し引きされる。モータ２０、２１は、ステッピングモータであり、ＣＰＵ４６から送られてくる駆動信号、すなわちパルス信号のパルス数に従って所定の回転量だけ回転する。回転角検出回路２２、２３では、操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙの回転角ω、γがそれぞれ検出される。このような湾曲部１２ｂの駆動制御機構によって、湾曲部１２ｂを手動でなく自動的に湾曲させることができる。
【００４１】
スコープ１０内のワイヤーＷ１、Ｗ２には、モータ２５が接続されており、モータ２５が駆動されると、２つのギア２８ａ、２８ｂがそれぞれ相反する方向に引っ張られ、これにより、第１レンズ１８ａ、第２レンズ１８ｂ間の相対的距離が光軸ＭＭに沿って変わる。
【００４２】
体腔画像とともに患者名などのキャラクタ情報をモニタ５１に表示するため、キャラクタ情報に応じたキャラクタ信号が、ＣＰＵ４６の制御によってキャラクタジェネレータ３９において読み出され、得られたキャラクタ信号は、ビデオ処理回路３８に送られる。そして、モニタ５１の所定の位置にキャラクタ情報が表示されるように、キャラクタ信号の出力タイミングがビデオ処理回路３８において調整される。これにより、体腔画像とともにキャラクタ情報をモニタ５１に表示することができる。
【００４３】
パネルスイッチ４３には、プリンタ５３を稼動させるためのスイッチなどが設けられ、プリンタ５３が印刷可能な状態になると、体腔画像をプリンタ用紙（印刷用紙）に印刷することができる。キーボード５２では、患者名などのデータ処理のための操作が行われ、キーボード５２が操作されると、その操作に応じた信号が、ＣＰＵ４６に入力される。
【００４４】
タイミングジェネレータ４８は、画像信号処理回路３１、Ａ／Ｄ変換器３２、メモリ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ、Ｄ／Ａ変換器３７、ビデオ処理回路３８、判別回路４２に同期信号を出力しており、これにより、各回路に対する信号の入出力のタイミングが調整される。
【００４５】
図５、図６は、モニタ５１に映し出される体腔画像を示した図である。
【００４６】
図５は、通常表示における体腔Ｗの画像を示している。画面ＭＴには、観察したい患部ＪＮが画面ＭＴの中央付近に表示されている。
【００４７】
拡大ノブ１５Ｆを基準位置ＺＺ（図１参照）から所定量だけ回転させると、図５の画像領域ＬＡの部分が拡大され、拡大された体腔画像が画面ＭＴに表示される（図６参照）。この時の表示を、拡大表示と呼ぶ。ただし、ここでの拡大率Ｍは２倍である。このような拡大ノブ１５Ｆの操作により、観察したい患部ＪＮが画面全体に表示され、処置や検査中において患部の状態を正確に確認することができる。
【００４８】
なお、拡大率Ｍは、通常表示（拡大ノブ１５Ｆが基準位置ＺＺにある時の表示状態）における画面ＭＴの体腔画像に対する倍率として定義する。すなわち、拡大率Ｍは、ズーム機能を有する対物光学系における像倍率に等しい。したがって、拡大率Ｍが２倍であれば、患部ＪＮの寸法は、画面ＭＴ上において通常表示の時の２倍の大きさとなる。
【００４９】
本実施形態では、ずれ補正動作の複雑化を防ぐため、連続的に変化する像倍率に対し、回転角検出回路２６（図４参照）では、拡大ノブ１５Ｆの回転角を４段間に分割し、４つの拡大率（１、２、４、８倍）に対応させる。したがって、検出される拡大率Ｍは、１、２、４、８倍のどれか一つなる。
【００５０】
図７は、通常表示において画面ＭＴに表示される体腔画像を示した図であり、図８は、拡大表示において画面ＭＴに表示される体腔画像を示した図である。
【００５１】
拡大表示にして処置などを行う場合、スコープ１０は、動かないように手で保持している。しかしながら、スコープ１０を保持するオペレータの手がぶれたりすると、スコープ１０の姿勢が変化して先端硬性部１２ｃが動き（移動し）、これにより観察エリアがずれる。すなわち、先端硬性部１２ｃの体腔Ｗに対する相対的位置がずれてしまう。このようなずれが生じた場合、撮像素子１９に形成される体腔画像にずれが生じ、したがって、患部ＪＮの位置が画面ＭＴ上でずれる（以下では、観察エリアのずれにより生じる体腔画像のずれを、被写体像のずれという）。
【００５２】
観察エリアのずれが僅かである場合、通常表示では、患部ＪＮは画面ＭＴ内でそれほど移動せず（図７参照）、患部ＪＮを観察し続けることができる。ところが、拡大表示をする場合、観察エリアの視野（画角）は、通常表示の場合に比べて狭い。すなわち、観察対象である体腔Ｗに対してより限定した部分を観察エリアとしている。そのため、わずかに観察エリアのずれが生じた場合でも、拡大表示では、患部ＪＮが画面ＭＴの外に移動してしまう（図８参照）。また、胃のような体腔Ｗは、それ自体動いているため、微小な体腔Ｗの動きによっても観察エリアが変動してしまい、観察したい患部ＪＮが画面ＭＴから外れてしまう恐れがある。
【００５３】
そこで、本実施形態では、観察エリアがずれて被写体像のずれが生じた場合、スコープ１０の湾曲部１２ｂを湾曲させることによって被写体像のずれを補正（相殺）する。まず、撮像素子１９により撮像された体腔画像に対して動きベクトルを検出する。そして、動きベクトルに基づいて先端硬性部１２の相対的な位置ずれの移動量を算出し、その移動量に基づいて湾曲部１２ｂを湾曲させる。
【００５４】
ただし、拡大ノブ１５Ｆが基準位置ＺＺにある状態では、ずれ補正動作は行われず、回転角検出回路２６により拡大ノブ１５Ｆの回転が検出されると、ずれ補正動作が実行される。
【００５５】
図９は、拡大ノブ１５Ｆが操作されたことによって撮像素子１９において形成される拡大された体腔画像を示した図である。以下では、患部ＪＮ以外の体腔部分は、同じ色、形状をした変化のない画像であり、患部ＪＮの輪郭が十分認識可能であるとする。
【００５６】
順次所定時間間隔で撮像される体腔画像は、分割テーブ３４により、複数のブロックに分割されている。ここでは、話を簡単にするため、縦を７ブロック、横を９ブロックに分割している。また、フレーム上において座標軸を取り、縦軸をＹ、横軸をＸで表す。ただし、座標Ｘ，Ｙは、１ブロックを１単位とする。また、撮像素子１９には、第１レンズ１８ａ、第２レンズ１８ｂにより上下逆さまに体腔画像が形成されるため、それに合わせて座標軸Ｘ−Ｙも設定する。
【００５７】
拡大表示において、患部ＪＮがブロックエリアＢＬ０に収まって表示されている場合、このブロックエリアＢＬ０が動きベクトルを検出するための基準のエリアとされる。ブロックエリアＢＬ０は、２×４（＝８）個のブロックから構成されており、患部ＪＮの輪郭部周辺のブロックで囲まれたエリアである。なお、患部ＪＮが表示される範囲となるブロックエリア（ここではＢＬ０）は、患部ＪＮの輪郭周辺における輝度、色の違いから生じる画像信号の変化に基づいて設定される。
【００５８】
スコープ１０の先端硬性部１２ｂが位置ずれを生じたことなどによって、撮像素子１９上に形成される体腔画像に対し、図１０に示すように、被写体像のずれが生じたものとする。この時、患部ＪＮは、撮像素子１９上においてブロックエリアＢＬ１に表示されている。患部ＪＮがブロックエリアＢＬ０からブロックエリアＢＬ１へ移動した時の移動量が、動きベクトル（拡大表示動きベクトル）ΔＲ（＝（ΔＸ、ΔＹ））である。ただし、動きベクトルΔＲは、撮像素子１９において形成される体腔画像のずれの移動量を示す。
【００５９】
動きベクトルΔＲは、本実施形態では、次のように求められる。まず、順次撮像される体腔画像が、拡大表示を開始した時の撮像素子１９に形成されていた体腔画像と比較され、拡大表示を開始した時の体腔画像と現在撮像されている体腔画像とが一致しているか判断される。そして、図１０に示すように、被写体像のずれが生じた場合（患部ＪＮが移動した場合）、ブロックエリアＢＬ０における画像（画像信号）の変化が検出され、患部ＪＮが映し出されていたブロックエリアＢＬ０と同じ画像が、他のブロックエリア（例えば、ＢＬ’、ＢＬ”など）において映し出されているか探索される。ただし、ブロックエリアＢＬ０と同じ寸法（２×４）のブロックエリアが対象となる。この図１０では、ブロックエリアＢＬ１に患部ＪＮが表示されてていることから、ブロックエリアＢＬ０とブロックエリアＢＬ１との距離が、動きベクトルΔＲ（（ΔＸ、ΔＹ）＝（２、２））として算出される。
【００６０】
動きベクトルΔＲを検出すると、次に、先端硬性部１２ｃの位置ずれ移動量を求める。
【００６１】
ここでまず、図１１を用いて、拡大表示におけるスコープ１０の先端硬性部１２ｃの位置について説明する。
【００６２】
通常、スコープ１０の観察深度は、第１レンズ１８ａ、第２レンズ１８ｂのレンズ特性により定められる。特に、拡大表示をする場合、すなわち、観察エリアの画角が狭くなる場合、観察深度は通常表示に比べて狭くなる。なお、観察深度とは、ピントが合う状態でのスコープ１０の先端硬性部１２ｃから被写体までの距離範囲のことをいう。
【００６３】
患部ＪＮを拡大観察する場合、まず初めに、拡大しない状態（拡大率が１倍）で先端硬性部１２ｃを観察対象である体腔にできるだけ近づけ、近接観察を行う。近接観察をすることによって、観察対象の体腔画像は、画面ＭＴにおいてより大きく映し出される。そして、焦点が合う範囲で体腔Ｗに一番近接する所まで先端硬性部１２ｃが動かされると、先端硬性部１２はその位置で固定され、その後、拡大ノブ１５Ｆが操作される。したがって、スコープ１０の通常表示における観察深度がＤ０〜Ｄｍであっても、拡大表示が開始される時には、先端硬性部１２ｃの位置は、最も体腔Ｗに近づいた最大近接観察深度Ｄ０の位置まで移動されている。また、この最大近接観察深度Ｄ０は、拡大表示のときの観察深度の範囲内に収まる。
【００６４】
このように、本実施形態では、拡大表示をしている間、スコープ１０の先端硬性部１２ｃは、最大近接観察深度Ｄ０の位置にあるものとする。
【００６５】
図１２は、図１０に示すような被写体像のずれを生じさせた時の先端硬性部１２ｃの位置ずれを示している。なお、湾曲部１２ｃは任意の湾曲角θh 、θv まで湾曲しているものとする。
【００６６】
図１０では、患部ＪＮは、撮像素子１９において（モニタ５１の画面ＭＴにおいて）右上に移動していることから、スコープ１０の先端硬性部１２ｃは、左下の方へ（破線から実線へ）ずれたことになる。なお、ここでの左下方向は、湾曲部１２ｂの湾曲方向（上下左右方向）に従う。
【００６７】
体腔Ｗの表面上において、撮像素子１９において設定した座標軸Ｘ−Ｙ軸に対応するように座標軸ｘ−ｙを設定する。なお、ｘ方向が湾曲部１２ｂの左右湾曲方向であり、ｙ方向が上下湾曲方向である。
【００６８】
先端硬性部１２ｃの中心を通る中心軸線と体腔Ｗとの交点を、ＣＱ（ずれ前）、ＣＱ’（ずれ後）とすると、先端硬性部１２ｃの位置ずれ移動量Δｒ（＝（Δｘ、Δｙ））は、ＣＱとＣＱ’との距離に等しい。ただし、本実施形態では、先端硬性部１２ｃと体腔Ｗとの相対的な位置ずれは、観察エリアにおいて設定した体腔Ｗ上のｘ−ｙ平面とほぼ平行に先端硬性部１２ｃが移動して生じるものとする。前記体腔Ｗ自体が変動する場合も、先端硬性部１２ｃと平行な移動によりずれが生じるものとする。
【００６９】
この位置ずれ移動量Δｒと動きベクトルΔＲは、１対１の対応関係にあり、位置ずれ移動量Δｒは、動きベクトルΔＲに基づいて求められる。
【００７０】
まず、拡大ノブ１５Ｆが操作されて拡大率がＭ倍である時に動きベクトルΔＲが検出された場合、通常表示における標準動きベクトル（通常表示動きベクトル）ΔＲ０が次式によって求められる。標準動きベクトルΔＲ０は、拡大表示で求められた動きベクトルΔＲに対し、通常表示にした場合に撮像素子１９上で測定される移動量である。
ΔＲ０＝ΔＲ／Ｍ ・・・・・・（３）
これは、拡大率Ｍと撮像素子１９に形成される被写体像の寸法とが比例関係にあることに基づく。つまり、撮像素子１９に形成される被写体像に対して検出される動きベクトルの大きさは、拡大率Ｍに比例する（図１３参照）。
【００７１】
スコープ１０内に設けられたＥＥＰＲＯＭ２４には、標準動きベクトルΔＲ０（＝（ΔＸ／Ｍ、ΔＹ／Ｍ））とそれに対応するスコープ１０の先端硬性部１２ｃの位置ずれ移動量Δｒ（＝（Δｘ、Δｙ））との対応関係を示すデータがあらかじめ記録されている。したがって、この対応関係を示すデータにより、求められた標準動きベクトルΔＲ０に応じた先端硬性部１２ｃの位置ずれ移動量Δｒを求めることができる。
【００７２】
位置ずれ移動量ΔｒがＥＥＰＲＯＭ２４に記憶されていたデータに基づいて得られると、今度は、位置ずれ移動量Δｒに基づき、被写体像のずれを補正するのに必要な湾曲部１２ｂの補正湾曲角Δθh 、Δθv が求められる。
【００７３】
図１４、１５は、位置ずれ移動量Δｒ（＝（Δｘ、Δｙ））と湾曲部１２ｂの補正湾曲角Δθh 、Δθv との関係を示した図である。ただし、図１４は、ｘ方向（左右方向）、図１５は、ｙ方向（上下方向）に沿って横から見た湾曲部１２ｂをそれぞれ示している。
【００７４】
ここでは、拡大表示の間に生じる観察エリアのずれは微小であるとみなしていることから、位置ずれ移動量Δｒも微小であり、補正湾曲角Δθh 、Δθv も微小な湾曲角となる。湾曲部１２ｂが微小に曲がる場合、先端硬性部１２ｃの湾曲前の軸線ＢＮと湾曲後の軸線ＢＮ’との交点Ｇを中心に湾曲部１２ｂが湾曲するとみなせる。
【００７５】
ｘ方向に沿った補正湾曲角Δθh を求めると、先端硬性部１２ｃと体腔Ｗまでの距離は、最大近接観察深度Ｄ０であることから、補正湾曲角Δθと位置ずれ移動量Δｒとの関係は、次式で表される。ただし、先端硬性部１２ｃと交点Ｇとの距離をＺとする。
ｔａｎΔθh ＝Δｘ／（Ｄ０＋Ｚ） ・・・・・・（４）
ところで、補正湾曲角Δθh は微小であることから、次の関係式が成立する。
Δθh ≒ｔａｎΔθh ≒ｓｉｎΔθh ・・・・・・（５）
また、最大近接観察深度Ｄ０に比べ、Ｚの長さは、無視できるほどの長さである。このことから、補正湾曲角Δθh は、次式で求められる。
【００７６】
Δθh ＝Δｘ／（Ｄ０＋Ｚ）≒Δｘ／Ｄ０ ・・・・・・（６）
【００７７】
同じように、ｙ方向に関しても、湾曲部１２ｂの補正湾曲角Δθv が、次式で求められる（図１５参照）。
Δθv ＝Δｙ／Ｄ０ ・・・・・・（７）
【００７８】
（６）、（７）式により補正湾曲角Δθh 、Δθv が求められると、補正湾曲角Δθh 、Δθv に応じた操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙの補正回転角Δω、Δγがそれぞれ次のように求められる。
【００７９】
図１６は、湾曲部１２ｂのｘ方向の湾曲状態を示した図である。湾曲角θh だけ湾曲部１２ｂを湾曲させた状態で拡大表示をした時に被写体像のずれ（Δｒ）が生じたとすると、回転角θh および補正湾曲角Δθh と回転角ωおよび補正回転角Δωは、（１）式より次の式を満たす関係にある。
ω＋Δω＝ｆ（θh ＋Δθh ） ・・・・・（８）
よって、操作ノブ１５Ｘの補正回転角Δωは、次式で求められる。
同様に、操作ノブ１５Ｙの補正回転角Δγは、（２）式に基づき次式で求められる。
Δγ＝ｇ（θv ＋Δθv ）−ｇ（θv ） ・・・・（１０）
【００８０】
このように、ｘ方向、ｙ方向についてそれぞれの補正湾曲角Δθh 、湾曲角Δθv が求められると、操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙの補正回転角Δω、Δγが定められる。この補正回転角Δω、Δγに基づいて、モータ２０、２１が駆動され、湾曲部１２ｂが上下、左右方向へそれぞれ湾曲する。湾曲部１２ｂが自動的に湾曲すると、患部ＪＮは、画面ＭＴ上において、被写体像のずれが生じる前の位置に戻る。
【００８１】
このような湾曲部１２ｂのｘ方向、ｙ方向の湾曲操作が拡大表示の時に行われることにより、ある特定の観察エリアでの体腔画像が画面ＭＴにおいて常に映し出されるようになり、患部ＪＮが画面ＭＴから消えることはない。
【００８２】
図１７は、被写体像のずれ補正動作を示すフローチャートである。内視鏡装置にスコープ１０がプロセッサ２０に接続された状態で電源がＯＮ状態となると、このフローチャートは開始され、電源がＯＦＦ状態になると、終了する。
【００８３】
ステップ１０１では、スコープ１０に関連するデータ、すなわち、湾曲部１２ｂの湾曲角θh 、θv と操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙの回転角ω、γとの関係と、拡大ノブ１５Ｆの回転角と拡大率Ｍとの関係と、最大近接観察深度Ｄ０と、動きベクトルΔＲと先端硬性部１２ｃの位置ずれ移動量Δｒとの関係がデータとして読み出され、ＲＡＭ４０に格納される。また、拡大率が１倍に設定される。通常表示状態であるときの対物レンズ１８ａ、１８ｂ間の相対的距離になるように、モータ２５が駆動される。なお、拡大ノブ１５Ｆの回転角と拡大率Ｍとの関係は、１対１の対応関係にある。
【００８４】
ステップ１０２では、スコープ１０の変更があるか否かが判定される。すなわち、スコープ１０が取り外され、他のスコープに取りかえられたか否かが判定される。スコープ１０の変更があったと判断されると、ステップ１０１に戻る。スコープ１０の変更がないと判断された場合、ステップ１０３に移る。
【００８５】
ステップ１０３では、順次１フレーム分の画像データ（信号）が判別回路４２に入力され、それとともに、所定のタイミングだけ遅れて画像データがエリアメモリ４１に格納される。例えば、第ｎ（＝１、２・・・）フレームの画像データが判別回路４２に入力されたとき、第ｎ−ｋ（ｋは整数）フレームの画像データがエリアメモリ４１に入力される。
【００８６】
ステップ１０４では、撮像素子１９上に形成される被写体像に対し、画像の動きが生じているか否かが判定される。すなわち、スコープ１０の先端硬性部１２ｃの位置が調整されている段階で、まだ観察エリアが定められていないか否かが判定される。ここでは、判別回路４２に新たに入力される画像データとエリアメモリ４１に一時的に格納された画像データとが比較され、画像の動きが生じているか判断される。被写体像に対して画像の動きが生じていると判断されると、ステップ１０３に戻り、新たな画像データが判別回路４２に、そして所定のタイミングだけ遅れてその画像データがエリアメモリ４１に格納される。被写体像に動きが生じていない、すなわち、スコープ１０の先端硬性部１２ｃの位置が定まることで観察エリアが固定されたと判断された場合、ステップ１０５に移る。
【００８７】
ステップ１０５では、回転角検出回路２６により検出される拡大ノブ１５Ｆの回転角に基づいて、拡大ノブ１５の回転角を検出することにより、拡大率Ｍが１より大きいか否かが判定される。すなわち、観察エリアが固定された状態で拡大表示が開始され、画面ＭＴに拡大された体腔画像が表示されているか否かが判定される。拡大率Ｍが１よりも大きいと判断されると、ステップ１０６に移る。拡大率Ｍが１、すなわち通常表示であると判断された場合、ステップ１０３に戻る。
【００８８】
ステップ１０６では、エリアメモリ４１に一時的に格納された画像データが、消去されないように固定される。この画像データは、拡大表示が開始された時の観察エリアによる体腔画像である。そして、ステップ１０７では、あらたに撮像された画像データが判別回路４２へ入力される。
【００８９】
ステップ１０８では、ステップ１０６で得られる画像データと、ステップ１０７で定められた画像データとの比較が行われ、動きベクトルΔＲが生じているか否かが判定される。動きベクトルΔＲが生じていない、すなわち被写体像のずれが生じていないと判断されると、ステップ１１０に移る。動きベクトルΔＲが生じていると判断された場合、ステップ１０９に移り、被写体像のずれ補正に関するサブルーチンが開始される。
【００９０】
図１８は、ステップ１０９のサブルーチンを示したルーチンである。
【００９１】
ステップ２０１では、検出された動きベクトルΔＲと拡大率Ｍに基づいて、最大近接観察深度Ｄ０および標準動きベクトルΔＲ０と位置ずれ移動量Δｒとの関係を参照することにより、先端硬性部１２ｃの位置ずれ移動量Δｒが算出される。そして、ステップ２０２では、位置ずれ移動量Δｒと（５）、（６）および（９）、（１０）式から、操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙの補正回転角Δω、Δγが算出される。
【００９２】
ステップ２０３では、モータ２０へ送るパルス信号のパルス数Ｐが０に初期設定される。さらに、ステップ２０２により求められた補正回転角Δωにしたがって、正のパルス信号もしくは負のパルス信号どちらをモータ２０に送るか決定される。ただし、負のパルス信号の場合、湾曲部１２ｂは湾曲角０度の方向に湾曲し、正のパルス信号の場合、湾曲部１２ｂは湾曲角を増加させる方向へ湾曲する。
【００９３】
ステップ２０４では、パルス数Ｐに１が加えられ、１パルス分だけモータ２０が駆動される。これにより、１パルスに応じた角度だけ操作ノブ１５Ｘが回転し、連動して湾曲部１２ｂがｘ方向（左右方向）に沿って湾曲する。
【００９４】
ステップ２０５では、回転角検出回路２２で検出される回転角ωに基づき、操作ノブ１５Ｘが補正回転角Δωだけ回転されたか否かが判定される。操作ノブ１５Ｘが補正回転角Δωの分だけ回転されたと判断されると、ステップ２０７に移る。操作ノブ１５Ｘが、まだ補正回転角Δωだけ回転していないと判断された場合、ステップ２０６に移る。
【００９５】
ステップ２０６では、湾曲部１２ｂが限度湾曲角θh ｍまで湾曲しているか否か判定される。限度湾曲角θh ｍは、湾曲部１２ｂが必要以上に湾曲して体腔Ｓに当たらないように設定した湾曲角であり、ここでは９０度である。回転角検出回路２２により湾曲部１２ｂが限度湾曲角θh ｍまで湾曲していないと判断されると、ステップ２０４に戻る。湾曲部１２ｂが限度湾曲角θh ｍを超えて湾曲していると判断された場合、湾曲部１２ｂの湾曲動作は停止し、ステップ２０７に移る。ステップ２０４〜ステップ２０６が繰り返し実行されることにより、操作ノブ１５Ｘは補正回転角Δωだけ回転する。
【００９６】
ステップ２０７では、モータ２１へ送るパルス信号のパルス数Ｑが０に初期設定され、さらに、ステップ２０２により求められた補正回転角Δγにしたがって、正のパルス信号もしくは負のパルス信号どちらをモータ２１に送るか決定される。ただし、負のパルス信号の場合、湾曲部１２ｂは湾曲角０度の方向に湾曲し、正のパルス信号の場合、湾曲部１２ｂは湾曲角を増加させる方向へ湾曲する。
【００９７】
ステップ２０８では、パルス数Ｑに１が加えられ、１パルス分だけモータ２１が駆動される。これにより、１パルスに応じた角度だけ操作ノブ１５Ｙが回転し、連動して湾曲部１２ｂがｙ方向に湾曲する。
【００９８】
ステップ２０９では、回転角検出回路２３で検出される回転角γに基づき、操作ノブ１５Ｙが補正回転角Δγだけ回転されたか否かが判定される。操作ノブ１５Ｘが補正回転角Δωだけ回転されたと判断されると、サブルーチンは終了し、図１６のステップ１１０に移る。操作ノブ１５Ｙが、まだ補正回転角Δγの分だけ回転していないと判断された場合、ステップ２１０に移る。
【００９９】
ステップ２１０では、湾曲部１２ｂが限度湾曲角θv ｍ（ここでは、９０度）まで湾曲しているか否か判定される。回転角検出回路２３により湾曲部１２ｂが限度湾曲角θv ｍまで湾曲していないと判断されると、ステップ２０８に戻る。湾曲部１２ｂが限度湾曲角θv ｍを超えて湾曲していると判断された場合、サブルーチンは終了し、図１６のステップ１１０に移る。ステップ２０８〜ステップ２１０が繰り返し実行されることにより、操作ノブ１５Ｙは補正回転角Δγだけ回転する。なお、限度湾曲角θh ｍ、θv ｍは、あらかじめスコープ１０のＥＥＰＲＯＭ２４に記憶されている。
【０１００】
ステップ１１０では、回転角検出回路２６により検出される拡大ノブ１５Ｆの回転角に基づいて、拡大率の変更があるか否かが判定される。拡大率の変更がないと判断されると、ステップ１０７に戻り、ずれ補正動作の実行が続けられる。拡大率の変更があったと判断された場合、ステップ１０２に戻る。
【０１０１】
以上のように第１の実施形態によれば、拡大表示がされた場合、撮像素子１９において形成される体腔画像に対し、先端硬性部１２ｃの体腔Ｗに対する相対的位置がずれたことによって動きベクトルΔＲが生じているか否かが検出される。動きベクトルΔＲが検出された場合、ＲＡＭ４０に一時的に格納されたスコープ１０の関連データと、（３）、（６）、（７）、（９）および（１０）式に基づいて、操作ノブ１５ｘ、１５Ｙの補正回転角Δω、Δγがそれぞれ算出される。そして、ステップ１０９の実行により、操作ノブ１５Ｘ，１５Ｙが補正回転角Δω、Δγだけ回転し、これにより、湾曲部１２ｂが補正回転角Δθh 、Δθv だけ湾曲し、被写体像のずれを相殺するように自動的にずれ補正が施され、拡大表示の間、特定の観察エリアでの体腔画像が画面ＭＴに表示され続ける。
【０１０２】
本実施形態では、湾曲部１２ｂを遠隔操作で湾曲させる機構として、ワイヤをプーリーの回転で押し引きする方式を適用しているが、代わりに、チェーンをスプロケットに巻いて押し引きする方式や、ワイヤを押し引きするラックをピニオンで移動させる方式を適用してもよい。
【０１０３】
動きベクトルを検出するための方式としては、本実施形態で示したブロックエリアの一致する部分を探索する方式に限定されず、他の方法により動きベクトルを検出してもよい。例えば、患部ＪＮと他の体腔部分の画像信号の値の違いに着目して２値化処理を行い、２値化信号に基づいて患部ＪＮの部分の領域の動きベクトルを検出してもよい。
【０１０４】
なお、パネルスイッチ４３もしくはスコープ１０の操作部１３にずれ補正スイッチを設け、ずれ補正スイッチを押すことにより、自動的にずれ補正動作が開始されるようにしてもよい。また、第１レンズ１８ａ，第２レンズ１８ｂによるズーム光学系以外の像倍率変更可能な光学系を適用させてもよい。
【０１０５】
図１９は、第２の実施形態である内視鏡装置の電気回路を示したブロック図である。第２の実施形態は、第１の実施形態と異なり、電気的な画像処理によって拡大した体腔画像を画面に表示する。その他の点に関しては、第１の実施形態と同じである。
【０１０６】
スコープ１０には、１つの対物レンズ１８ａのみが設けられ、レンズ１８ａの位置は固定されている。したがって、拡大ノブ１５Ｆは設けられていない。
【０１０７】
キーボード５２では、オペレータにより画面ＭＴに表示される体腔画像の拡大率Ｍが設定され、これにより拡大表示処理が施される。キーボード５２の操作により、拡大率Ｍが設定されると、その設定に関する信号がＣＰＵ４０に送られる。
【０１０８】
データ抽出回路３５では、キーボード５２の操作により設定された拡大率Ｍに基づき、拡大される画像エリアの部分的画像データのみが抽出され、拡大縮小処理回路３６に送られる。
【０１０９】
拡大縮小処理回路３６では、入力された部分的画像データに対し拡大画像処理が施される。すなわち、部分的画像データの各画素データ間にそれぞれ補間データが拡大率に応じて挿入される。例えば、拡大率Ｍが２倍である場合、各画素データ間にそれぞれ１つずつ補間データが挿入される。ただし、挿入される補間データは、線形補間法により求められる。拡大画像処理が施された画像データは、Ｄ／Ａ変換器３７に送られ、これにより拡大された体腔画像がモニタ５１に表示される。そして、拡大表示の間、拡大率Ｍが体腔画像のとともに画面ＭＴに表示される。なお、このような拡大表示処理は、従来公知である。拡大率Ｍは、２倍、４倍、８倍に設定可能である。
【０１１０】
キーボード５２の操作により拡大率Ｍが１、すなわち通常表示に設定されると、データ抽出回路３５では、１フレーム分の画像信号がそのまま拡大縮小処理回路３６に送られ、拡大画像処理が施されずにＡ／Ｄ変換器３７に送られる。
【０１１１】
このような電気的拡大表示処理では、第１の実施形態のような光学的な拡大処理と違い、撮像素子１９に形成される体腔画像自体は拡大されない。つまり、撮像素子１９において観察エリアは狭くならないが、画面ＭＴでは観察エリアが狭くなる。したがって、先端硬性部１２ｃの位置ずれ移動量Δｒと撮像素子１９のいて検出される動きベクトルΔＲとの関係と、最大近接観察深度Ｄ０と、操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙの回転角ω、γと湾曲部１２ｂの湾曲角θh 、θv との関係に基づいて、操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙの補正回転角Δω、Δγを算出することが可能であり、位置ずれ移動量Δｒを求める時に（３）式は利用されない。
【０１１２】
図２０は、第２の実施形態のずれ補正動作を示すフローチャートである。このフローチャートで、ステップ３０５とステップ３１０の処理が第１の実施形態の図１７のステップ１０５とステップ１１０の処理と異なる。他のステップの実行、すなわち、ステップ３０１〜３０４およびステップ３０６〜３０９の実行は、図１７のステップ１０１〜１０４およびステップ１０６〜１０９の実行と同じである。
【０１１３】
ステップ３０５では、キーボード５２の操作により拡大率Ｍが１倍よりも多きい倍率に設定されているか否かが判定される。拡大率Ｍが１倍よりも大きい倍率に設定されたと判断されると、ステップ１０５に移る。拡大率が１倍、すなわち通常表示に設定されていると判断された場合、ステップ１０３に戻る。また、ステップ３１０では、キーボード５２の操作により拡大率Ｍが変更されたか否かが判定される
【０１１４】
このように第２の実施形態では、体腔画像を拡大表示する間、第１の実施形態と同じように、動きベクトルΔＲが検出されると先端硬性部１２ｃの位置ずれ移動量Δｒが求められ、さらに操作ノブ１５Ｘ，１５Ｙの補正回転角Δω、Δγが求められる。
【０１１５】
なお、スコープ１０の操作部１３に拡大率を設定するための拡大スイッチを設け、キーボード５２の操作の代わりに拡大スイッチを操作することによって、被写体像のずれ補正動作を実行させてもよい。
【０１１６】
図２１は、第３の実施形態である内視鏡装置の電気回路を示したブロック図である。第３の実施形態は、第１の実施形態と第２の実施形態とを合わせた構成をしており、電気的な拡大画像処理と光学的な体腔画像の拡大化の両方の機能を備えている。
【０１１７】
スコープ１０の拡大ノブ１５Ｆを拡大表示させる方向へ回すと、拡大率８倍まではレンズ１８ａ、１８ｂが駆動される。さらに拡大率Ｍを上げる場合、キーボード５２の操作により、通常表示に対する１６倍、３２倍の拡大率を設定することが可能である。すなわち、拡大率８倍で撮像素子１９に形成される体腔画像を、電気的な拡大画像処理によってさらに２倍、４倍に拡大する。
【０１１８】
このように、拡大表示をする場合、まず始めに拡大ノブ１５Ｆの操作により最大倍率（８倍）まで光学的拡大処理が行われる。そして、さらに拡大した体腔画像を表示する場合、電気的拡大画像処理によって３２倍まで体腔画像を拡大することができる。
【０１１９】
なお、被写体像のずれ補正動作のフローチャートは、第１の実施形態の図１７のフローチャートと同じである。
【０１２０】
このように、第３の実施形態によれば、光学的な拡大画像処理と電気的な拡大画像処理両方を用いることにより、より拡大した体腔画像が画面ＭＴに表示される。そして、非常に拡大した体腔画像に対しても、ずれ補正動作により観察エリアが固定される。
【０１２１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、体腔画像を拡大表示する場合、画面に表示される体腔画像の観察エリアを特定のエリアに維持し続けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態である内視鏡装置のスコープを示した斜視図である。
【図２】スコープの先端硬性部と湾曲部を示した斜視図である。
【図３】スコープと操作ノブを横から見た平面図である。
【図４】内視鏡装置の電気回路を示したブロック図である。
【図５】通常表示において画面に表示される体腔画像を示した図である。
【図６】拡大表示において画面に表示される体腔画像を示した図である。
【図７】通常表示において画面に表示される体腔画像を示した図である。
【図８】拡大表示において画面に表示される体腔画像を示した図である。
【図９】撮像素子において形成されるブロック分割された体腔画像を示した図である。
【図１０】撮像素子において形成される被写体像に対し、ずれが生じた時の体腔画像を示した図である。
【図１１】先端硬性部の観察する時の位置を示した図である。
【図１２】先端硬性部の位置ずれ移動量を示した図である。
【図１３】拡大率と動きベクトルとの比例関係を示した図である。
【図１４】ずれ補正時における湾曲部をｘ方向に沿って横から見た平面図である。
【図１５】ずれ補正時における湾曲部をｙ方向に沿って横から見た平面図である。
【図１６】ずれ補正時におけるスコープ１０を横から見た平面図である。
【図１７】ずれ補正動作を示すフローチャートである。
【図１８】図１７のステップ１０９のサブルーチンを示したルーチンである。
【図１９】第２の実施形態である内視鏡装置の電気回路を示したブロック図である。
【図２０】ずれ補正動作を示すフローチャートである。
【図２１】第３の実施形態である内視鏡装置の電気回路を示したブロック図である。
【符号の説明】
１０ スコープ
１２ｂ 湾曲部
１２ｃ 先端硬性部（先端部分）
１９ 撮像素子
２０ モータ
２１ モータ
２４ ＥＥＰＲＯＭ
４０ｂ ＲＯＭ
５１ モニタ
ＭＴ 画面
Δθh 補正湾曲角
Δθv 補正湾曲角
ΔＲ 動きベクトル
Δｒ 位置ずれ移動量
【発明の属する技術分野】
本発明は、胃など体腔内にスコープを挿入し、体腔映像をモニタに映し出すことで患部を診断、処置する内視鏡装置に関し、特に、手術や検査時において、モニタ上に映し出される体腔画像の患部付近を拡大して表示することができる拡大表示機能を備えた拡大式内視鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モニタに映し出される体腔画像において、患部を重点的に拡大して表示することができる拡大表示機能が備えられた内視鏡装置が知られている。このような内視鏡装置では、体腔画像の一部を拡大させることにより、患部付近の映像が画面全体に表示される。患部が画面全体に大きく表示されることにより、手術をする時には患部を十分確認することができ、また、患部の状態について、正確に診断することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ズームレンズを備えたスコープを用いて体腔画像を拡大表示する場合、通常の表示に比べて狭い観察エリアでの体腔画像が表示される。すなわち、画面に表示される体腔画像の視野（画角）が狭くなる。そのため、スコープを保持している手のブレや、あるいは、胃のように体腔自体が変動することによって観察エリアが僅かにずれた場合でも、画面上では大きな体腔画像のずれが生じ、観察したい患部周辺の画像が画面から外れてしまう恐れがある。このような画像のずれが手術などの最中に起こると、手術などの進行が妨げられる。
【０００４】
本発明は、体腔画像を拡大表示する場合、画面に表示される体腔画像の観察エリアを特定のエリアに維持し続けることができる内視鏡装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の内視鏡装置は、スコープの先端部分に設けられた撮像素子を有し、被写体に光が反射することで撮像素子に形成される被写体像を撮像する撮像手段と、先端部分と連結している湾曲部を所定方向に湾曲させる湾曲動作を制御する湾曲部駆動制御手段と、撮像素子に形成された被写体像を、画面に表示する通常表示手段と、画面に表示される被写体像の一部を拡大した拡大被写体像を画面に表示する拡大表示手段と、拡大被写体像を画面に表示する間、撮像素子に形成される被写体像において、被写体に対する先端部分の相対的位置の変動によって被写体像のずれが生じているか否か検出する画像ずれ検出手段と、被写体像のずれが検出された場合、被写体像のずれと被写体像のずれに応じた湾曲部の湾曲角との関係式に基づき前記湾曲部を湾曲させることによって、被写体像のずれを自動的に相殺するように補正する画像ずれ補正手段とを備えたことを特徴とする。これにより、被写体像のずれが検出された場合、湾曲部がずれを補正するように湾曲され、特定の観察エリアを維持した状態で拡大被写体像を画面に表示することができる。
【０００６】
画像ずれ検出手段は、撮像素子に形成される被写体像において、先端部分の相対的位置の変動から生じる動きベクトルを検出することが望ましい。この場合、画像ずれ補正手段は、動きベクトルに基づいて、先端部分の相対的な位置ずれ移動量を算出し、さらに、位置ずれ移動量に応じた湾曲角だけ湾曲部を湾曲させることによって、被写体像のずれを補正するが望ましい。これにより、被写体像のずれを補正する分の湾曲角だけ湾曲部が湾曲される。
【０００７】
スコープは、先端部分と接続される、湾曲部を湾曲させるためのワイヤを内部に有し、さらに、湾曲部の遠隔操作が可能となるように、ワイヤを押し引きするための操作ノブを有することが望ましい。これにより、湾曲部を操作ノブによって遠隔操作が可能となる。
【０００８】
拡大表示手段は、先端部分に設けられた像倍率の変更可能な対物光学系と、対物光学系の像倍率を任意設定するための変倍操作ノブとを有し、変倍された対物光学系を介して撮像素子に被写体像を結像させることによって、拡大被写体像を画面に表示することが望ましい。例えば、対物光学系は、複数の光学レンズから構成され、変倍操作ノブの操作に連動して各光学レンズの相対的位置が光軸に沿って変位することで焦点距離が任意変更されるズーム光学系である。
【０００９】
このような対物光学系を移動させる拡大表示手段を内視鏡装置が備える場合、スコープは、湾曲部の湾曲角と操作ノブの回転角との関係と、変倍操作ノブの回転角と拡大率との関係と、通常表示で撮像素子に形成される被写体像において測定される通常表示動きベクトルと先端部分の位置ずれ移動量との関係とをデータとして格納する不揮発性メモリを有することが望ましい。そして、拡大表示の間、画像ずれ検出手段は、拡大表示を始める時に撮像素子に形成された被写体像と拡大表示を開始してから順次撮像される被写体像とを比較することによって、拡大表示における拡大表示動きベクトルを検出し、拡大率に基づいて拡大表示動きベクトルから通常表示動きベクトルを算出することが望ましい。さらに、画像ずれ補正手段は、通常表示動きベクトルに応じた位置ずれ移動量を求め、さらに、位置ずれ移動量と、最大近接観察深度と、被写体像のずれを補正するのに必要とされる補正湾曲角との関係を示す算術式に基づいて、補正湾曲角を求めることが望ましい。そして、画像ずれ補正手段は、得られた補正湾曲角に基づき、補正湾曲角から補正湾曲角に応じた前記操作ノブの補正回転角を求め、補正回転角だけ前記操作ノブを、例えば、モータの駆動で回転させることが望ましい。これにより、拡大表示の時に被写体像のずれが生じると、ずれを補正するように自動的に湾曲部が湾曲される。
【００１０】
あるいは、拡大表示手段は、前撮像素子に形成される被写体像において、一部の部分的画像に応じた部分画像データを抽出し、部分画像データを電気的に画像処理することにより、拡大被写体像を画面に表示することが望ましい。
【００１１】
このような電気的な画像処理による拡大表示手段を内視鏡装置が備える場合、、スコープは、湾曲部の湾曲角と操作ノブの回転角との関係と、撮像素子に形成される前記被写体像において測定される動きベクトルと先端部分の位置ずれ移動量との関係をデータとして格納する不揮発性メモリを有することが望ましい。そして、拡大表示の間、画像ずれ検出手段は、拡大表示を始める時に撮像素子に形成された被写体像と拡大表示を開始してから順次撮像される被写体像とを比較することによって、動きベクトルを検出することが望ましい。さらに、画像ずれ補正手段は、動きベクトルに応じた位置ずれ移動量を求め、位置ずれ移動量と、最大近接観察深度と、被写体像のずれを補正するのに必要とされる湾曲部の補正湾曲角との関係を示す算術式に基づいて、補正湾曲角を求めることが望ましい。そして、画像ずれ補正手段は、得られた補正湾曲角に基づき、補正湾曲角から補正湾曲角に応じた前記操作ノブの補正回転角を求め、補正回転角だけ操作ノブを、例えば、モータの駆動で回転させることが望ましい。これにより、拡大表示の時に被写体像のずれが生じると、ずれを補正するように自動的に湾曲部が湾曲される。
【００１２】
あるいは、拡大表示手段は、対物光学系の像倍率を変えることにより、拡大被写体像を画面に表示するとともに、さらに、拡大被写体像における一部の部分的画像に応じた部分画像データを抽出し、部分画像データを電気的に画像処理することにより、さらなる拡大被写体像を画面に表示可能であることが望ましい。
【００１３】
画像ずれ検出手段は、拡大被写体像の表示が開始されたことを検出する拡大表示開始検出手段を有することが望ましい。この場合、画像ずれ補正手段は、拡大表示開始検出手段により拡大表示の開始が検出されると、被写体像のずれを補正し、拡大表示の開始が検出されない間、被写体像のずれを補正しないことが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図を参照して、本発明の実施形態である内視鏡装置について説明する。本発明の内視鏡装置は、胃など体腔内にスコープを挿入し、モニタに体腔画像を映し出すことによって患部を検査、処置するための装置である。
【００１５】
図１は、第１の実施形態である内視鏡装置の構成要素であるスコープを示した斜視図である。
【００１６】
スコープ１０は、操作部１３と挿入部１２から構成される、いわゆる電子式スコープである。挿入部１２は、軟性部１２ａ、湾曲部１２ｂ、先端硬性部（先端部分）１２ｃが順次連結することで形成されている。操作部１３には、操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙ、拡大ノブ（変倍操作ノブ）１５Ｆ、吸引口１４ａ、送気用口１４ｂが設けられており、さらに、操作部１３にはライトガイドケーブル１１が接続されている。なお、ライトガイドケーブル１１は、光源装置を含むプロセッサ（不図示）に接続される。
【００１７】
挿入部１２は、処置あるいは検査において体腔内に挿入される部分であり、軟性部１２ａは、撓むように形成されている。湾曲部１２ｂは、操作部１３の操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙの遠隔操作により任意の方向に湾曲可能である。先端硬性部１２ｃの表面には、ライトガイド端１２ｃａと、先端硬性部１２ｃ内に設けられた撮像素子および対物光学系（ともに不図示）をカバーするカバーレンズ１２ｃｂと、送気、送水用ノズル口１２ｃｃと、吸引チャンネル１２ｃｄとが設けられている。この送気用ノズル口１２ｃｃと吸引チャンネル１２ｃｄを利用して、手術などが行われる。
【００１８】
先端硬性部１２ｃ内においては、カバーレンズ１２ｃの方から順に、第１レンズ、第２レンズ（どちらも不図示）、撮像素子が配置され、カバーレンズ１２ｃ、第１レンズ、第２レンズの３つのレンズにより対物光学系が構成されている。第１レンズ、第２レンズは、ズーム光学系であり、拡大操作ノブ１５Ｆの操作に連動して対物光学系の光軸周りに回動するカム環（図示せず）に取り付けられている。したがって、操作ノブ１５Ｆが操作されると、２つのレンズ間の光軸方向に沿った相対的距離が連続的に変化することで焦点距離が変更され、いわゆるズーミング（変倍動作）が施される。拡大ノブ１５Ｆは、通常表示の場合（拡大表示をしない時）、基準位置ＺＺにあり、拡大ノブ基準指標ＺＣと基準位置ＺＺは、一直線状にある。このとき、対物光学系の焦点距離は最も短い。
【００１９】
このように、スコープ１０では、湾曲部１２ｂを遠隔操作するための操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙの操作、およびレンズ間の相対的距離を変えるための拡大ノブ１５Ｆの操作が可能であり、これらの操作により、湾曲部１２ｂを観察したい方向に湾曲させることができ、また、観察している画像をズームアップさせることができる。
【００２０】
図２は、スコープ１０の先端硬性部１２ｃおよび湾曲部１２ｂを示した斜視図である。
【００２１】
スコープ１０の挿入部１２内には、２本のワイヤー（押し引き部材）Ｃ１、Ｃ２が挿入されており、操作部１３の操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙに連結された各プーリ−（図示せず）にそれぞれ巻きつけられている。ワイヤーＣ１は、湾曲部１２ｂを左右方向に湾曲させるワイヤーである。ここで、挿入部１２の左側部分を通り、先端硬性部１２ｃの左側に固着したワイヤー部分を、ワイヤーＣＬとする。一方、挿入部１２の右側部分を通り、先端硬性部１２ｃの右側に固着するワイヤー部分を、ワイヤーＣＲとする。同じように、ワイヤーＣ２において、挿入部１２の上側部分を通り、先端硬性部１２ｃの上側に固着するワイヤー部分をワイヤーＣＴ、挿入部１２の下側部分を通り、先端硬性部１２ｃの下側に固着するワイヤー部分をワイヤーＣＢとする。
【００２２】
湾曲部１２ｂを左へ湾曲させるように操作ノブ１５Ｘを時計回りに回すと、ワイヤーＣＬ，ＣＲが押し引きされる。すなわち、操作ノブ１５Ｘの回転に従ってプーリーが回転し、この回転に連動して、ワイヤーＣＬが操作部１３の方向に引かれ、逆に、ワイヤーＣＲが先端硬性部１２ｃの方向に押される。これにより、湾曲部１２ｂは左方向に湾曲する。逆に、湾曲部１２ｂを右へ湾曲させる場合（操作ノブ１５Ｘを半時計回りに回す場合）、今度は、ワイヤーＣＲが引かれ、ワイヤーＣＬが押される。
【００２３】
同様にして、操作ノブ１５Ｙを操作することより、湾曲部１２ｂは上下方向に湾曲する。ただし、操作ノブ１５を時計回りに回転させると上方向に湾曲し、操作ノブ１５Ｙを半時計回りに回転させると下方向に湾曲する。
【００２４】
なお、湾曲部１２ｂは、左右上下方向にそれぞれ１８０度以上湾曲可能である。
【００２５】
図３は、湾曲部１２ｂの左右方向の湾曲角と操作ノブ１５Ｘの回転角との関係を示した図である。なお、以下では、左右方向の湾曲角をθh 、上下方向（操作ノブ１５Ｙ）の湾曲角を、θv と表す。
【００２６】
湾曲部１２ｂの湾曲角θh は、先端硬性部１２ｃの中心点を通る軸線ＢＮに基づいて計測される。このとき、湾曲部１２ｂが湾曲していない時の軸線ＢＮ０を基準として、湾曲角θh が測定される。操作ノブ１５Ｘの回転角ωも、湾曲部１２ｂが湾曲していない時の軸線ＢＭ０に基づいて計測される。
【００２７】
操作ノブ１５Ｘをωだけ時計回りに回転させると、湾曲部１２ｂは左方向へθh だけ湾曲するとする。このとき、湾曲角θh と操作ノブ１５Ｘの回転角度ωとは次式で示す関係にある。ただし、ｆは、θh を変数とする関数である。
ω＝ｆ（θh ） ・・・・・（１）
（１）式は、湾曲部１２ｂが湾曲可能な範囲で成立する。
【００２８】
同様に、操作ノブ１５Ｙの回転角γと湾曲部１２ｂとの関係も、次式によって表される（図示せず）。ただし、ｇは、θv を変数とする関数である。
γ＝ｇ（θv ） ・・・・・（２）
【００２９】
このように、操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙの回転角ω、γは、湾曲角θh 、θv とそれぞれ一対一の関係にあり、湾曲角θh 、θv が定まると、（１）、（２）式により、それぞれ回転角ω、γが求められる。
【００３０】
図４は、第１の実施形態である内視鏡装置の電気回路を示したブロック図である。スコープ１０は、光源装置を含むプロセッサ３０と接続され、また、プロセッサ３０には、モニタ５１とキーボード５２、プリンタ５３が接続されている。なお、内視鏡装置全体の制御は、制御回路５０により行われる。
【００３１】
プロセッサ３０内の光源４４から放射された光は、集光レンズ４５を介してライドガイドケーブル１７の入射端１７ａに入射する。ライトガイドケーブル１７に入射した光は、ライトガイドケーブル１７の出射端１７ｂから出射し、体腔Ｗに照明する。
【００３２】
体腔Ｓが照明されて光が反射することで得られる体腔Ｓの画像は、カバーレンズ１２ｃｂ、第１レンズ１８ａ、第２レンズ１８ｂを介してＣＣＤである撮像素子１９上において結像される。撮像素子１９上には、赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｂ）の各色に応じたモザイクフィルタが設けられ、光電変換により各色に応じた画像信号が撮像素子１９上において光電変換により発生する。光電変換により発生した画像信号は、画像信号処理回路３１により読み出され、１フレーム分の画像信号が画像信号処理回路２５に送られる。１フレーム分の画像信号は、所定の時間間隔（ここでは、１／３０秒）で順次読み出される。
【００３３】
第１レンズ１８ａ、第２レンズ１８ｂは、ワイヤーＷ１、Ｗ２とそれぞれ接続されており、ワイヤーＷ１、Ｗ２は、ギア２８ａ、２８ｂを介して、拡大ノブ１５Ｆとつながっている。拡大ノブ１５Ｆが操作されると、ギア２８ａ、２８ｂの回転に連動して第１レンズ１８ａ、第２レンズ１８ｂが光軸ＭＭに沿ってそれぞれ移動する。これにより、第１レンズ１８ａ、第２レンズ１８ｂ間の相対的距離が変化し、焦点距離が変わる。このような焦点距離の変動をすることにより、拡大した体腔Ｗの画像をモニタ５１に表示することができる。本実施形態では、ズーミングによる像倍率は、１〜８倍の範囲に収められている。
【００３４】
画像信号処理回路３１では、読み出された各色に応じた画像信号に対してノイズ除去などが施され、また、入力される画像信号を安定化させるためのサンプルホールド処理が施される。各処理が施された画像信号は、Ａ／Ｄ変換器３２に入力され、アナログ信号からデジタル信号に変換される。そして、デジタル化された画像信号の中で、赤色Ｒに応じた画像信号は、Ｒメモリ３３Ｒ、緑色Ｇに応じた画像信号は、Ｇメモリ３３Ｇ、青色Ｂに応じた画像信号は、Ｂメモリ３３Ｂにそれぞれ順次送られ、一時的に各メモリに格納される。
【００３５】
Ｒメモリ３３Ｒ、Ｇメモリ３３Ｇ、Ｂメモリ３３Ｂに格納された各色に応じた画像信号は、タイミングジェネレータ４８により同期化され、Ｄ／Ａ変換器３７および分割テーブル３４に送られる。Ｄ／Ａ変換器３７では、同期化された各色の画像信号がアナログ信号に変換され、ビデオ処理回路３８に送られる。ビデオ処理回路３８では、ホワイトバランス調整やガンマ補正などの画像処理が行われ、さらに、モニタ５１へ出力できるように、Ｒ、Ｇ、Ｂに応じた画像信号がビデオ信号（輝度信号、色差信号）に変換される。ビデオ信号に変換された画像信号は、ビデオ処理回路３８からモニタ５１へ出力される。これにより、体腔画像が動画像としてモニタ５１に映し出される。
【００３６】
分割テーブル３４では、１フレーム分の画像が複数のブロック毎に分割されるように、各色に応じた画像信号が処理され、処理された画像信号は、判別回路４２に送られる。処理された画像信号は、順次判別回路４２に送られ、それとともに、所定の時間だけタイミングを遅らせて、判別回路４２に入力された画像信号がエリアメモリ４１に入力される。そして、判別回路４２では、エリアメモリ４１に入力される以前に読み出された画像信号と新しく判別回路４２に入力される画像信号とが比較され、撮像した体腔画像に動きが生じているか否か検出される。
【００３７】
制御回路５０は、ＣＰＵ４６、エリアメモリ４１、判別回路４２、分割テーブル３４から成り、ＣＰＵ４６には、ＲＡＭ４０ａ、ＲＯＭ４０ｂが設けられている。ＲＯＭ４０ｂには、被写体像のずれを補正するのに関連した算術式があらかじめ記録されている。この算術式は、後で詳述する。
【００３８】
スコープ１０内のＥＥＰＲＯＭ２４には、スコープ１０に関連するデータがあらかじめ書き込まれている。そして、スコープ１０がプロセッサ３０に接続されると、それらスコープ１０に関連したデータは、ＣＰＵ４６により読み出され、ＲＡＭ４０に一時的に格納される。スコープ１０に関するデータには、湾曲部１２ｂの湾曲角θh 、θv と操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙの回転角ω、γとの関係式（（１）、（２）式）と、拡大ノブ１５Ｆの回転角と拡大率Ｍとの関係式と、最大近接観察深度と、動きベクトルと先端硬性部１２ｃの相対的位置ずれ移動量との関係式などが含まれており、接続されているスコープ１０の種類によってそれぞれ値が異なる。この接続されるスコープ１０に関するデータに基づいて、拡大表示における体腔画像のずれ補正が実行される。なお、近接観察深度、動きベクトル、先端硬性部１２ｃの位置ずれ移動量、拡大率Ｍに関しては、後で詳述する。
【００３９】
拡大ノブ１５Ｆが操作されると、回転角検出回路２６（拡大表示開始検出手段）により拡大表示が開始されたことが検出されるとともに、今までモニタ５１に表示された被写体像の一部が拡大された体腔画像が、モニタ５１に映し出される。
【００４０】
判別回路４２において、拡大された体腔画像のずれ（動きベクトル）が検出されると、スコープ１０の湾曲部１２ｂは、体腔画像のずれを相殺するように湾曲駆動される。このとき、駆動信号が、ＣＰＵ４６からモータ２０、２１に送られ、モータ２０、２１の駆動により操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙが回転し、これにより、ワイヤーＣＬ、ＣＲ（Ｃ１）およびＣＴ、ＣＢ（Ｃ２）がそれぞれ押し引きされる。モータ２０、２１は、ステッピングモータであり、ＣＰＵ４６から送られてくる駆動信号、すなわちパルス信号のパルス数に従って所定の回転量だけ回転する。回転角検出回路２２、２３では、操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙの回転角ω、γがそれぞれ検出される。このような湾曲部１２ｂの駆動制御機構によって、湾曲部１２ｂを手動でなく自動的に湾曲させることができる。
【００４１】
スコープ１０内のワイヤーＷ１、Ｗ２には、モータ２５が接続されており、モータ２５が駆動されると、２つのギア２８ａ、２８ｂがそれぞれ相反する方向に引っ張られ、これにより、第１レンズ１８ａ、第２レンズ１８ｂ間の相対的距離が光軸ＭＭに沿って変わる。
【００４２】
体腔画像とともに患者名などのキャラクタ情報をモニタ５１に表示するため、キャラクタ情報に応じたキャラクタ信号が、ＣＰＵ４６の制御によってキャラクタジェネレータ３９において読み出され、得られたキャラクタ信号は、ビデオ処理回路３８に送られる。そして、モニタ５１の所定の位置にキャラクタ情報が表示されるように、キャラクタ信号の出力タイミングがビデオ処理回路３８において調整される。これにより、体腔画像とともにキャラクタ情報をモニタ５１に表示することができる。
【００４３】
パネルスイッチ４３には、プリンタ５３を稼動させるためのスイッチなどが設けられ、プリンタ５３が印刷可能な状態になると、体腔画像をプリンタ用紙（印刷用紙）に印刷することができる。キーボード５２では、患者名などのデータ処理のための操作が行われ、キーボード５２が操作されると、その操作に応じた信号が、ＣＰＵ４６に入力される。
【００４４】
タイミングジェネレータ４８は、画像信号処理回路３１、Ａ／Ｄ変換器３２、メモリ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ、Ｄ／Ａ変換器３７、ビデオ処理回路３８、判別回路４２に同期信号を出力しており、これにより、各回路に対する信号の入出力のタイミングが調整される。
【００４５】
図５、図６は、モニタ５１に映し出される体腔画像を示した図である。
【００４６】
図５は、通常表示における体腔Ｗの画像を示している。画面ＭＴには、観察したい患部ＪＮが画面ＭＴの中央付近に表示されている。
【００４７】
拡大ノブ１５Ｆを基準位置ＺＺ（図１参照）から所定量だけ回転させると、図５の画像領域ＬＡの部分が拡大され、拡大された体腔画像が画面ＭＴに表示される（図６参照）。この時の表示を、拡大表示と呼ぶ。ただし、ここでの拡大率Ｍは２倍である。このような拡大ノブ１５Ｆの操作により、観察したい患部ＪＮが画面全体に表示され、処置や検査中において患部の状態を正確に確認することができる。
【００４８】
なお、拡大率Ｍは、通常表示（拡大ノブ１５Ｆが基準位置ＺＺにある時の表示状態）における画面ＭＴの体腔画像に対する倍率として定義する。すなわち、拡大率Ｍは、ズーム機能を有する対物光学系における像倍率に等しい。したがって、拡大率Ｍが２倍であれば、患部ＪＮの寸法は、画面ＭＴ上において通常表示の時の２倍の大きさとなる。
【００４９】
本実施形態では、ずれ補正動作の複雑化を防ぐため、連続的に変化する像倍率に対し、回転角検出回路２６（図４参照）では、拡大ノブ１５Ｆの回転角を４段間に分割し、４つの拡大率（１、２、４、８倍）に対応させる。したがって、検出される拡大率Ｍは、１、２、４、８倍のどれか一つなる。
【００５０】
図７は、通常表示において画面ＭＴに表示される体腔画像を示した図であり、図８は、拡大表示において画面ＭＴに表示される体腔画像を示した図である。
【００５１】
拡大表示にして処置などを行う場合、スコープ１０は、動かないように手で保持している。しかしながら、スコープ１０を保持するオペレータの手がぶれたりすると、スコープ１０の姿勢が変化して先端硬性部１２ｃが動き（移動し）、これにより観察エリアがずれる。すなわち、先端硬性部１２ｃの体腔Ｗに対する相対的位置がずれてしまう。このようなずれが生じた場合、撮像素子１９に形成される体腔画像にずれが生じ、したがって、患部ＪＮの位置が画面ＭＴ上でずれる（以下では、観察エリアのずれにより生じる体腔画像のずれを、被写体像のずれという）。
【００５２】
観察エリアのずれが僅かである場合、通常表示では、患部ＪＮは画面ＭＴ内でそれほど移動せず（図７参照）、患部ＪＮを観察し続けることができる。ところが、拡大表示をする場合、観察エリアの視野（画角）は、通常表示の場合に比べて狭い。すなわち、観察対象である体腔Ｗに対してより限定した部分を観察エリアとしている。そのため、わずかに観察エリアのずれが生じた場合でも、拡大表示では、患部ＪＮが画面ＭＴの外に移動してしまう（図８参照）。また、胃のような体腔Ｗは、それ自体動いているため、微小な体腔Ｗの動きによっても観察エリアが変動してしまい、観察したい患部ＪＮが画面ＭＴから外れてしまう恐れがある。
【００５３】
そこで、本実施形態では、観察エリアがずれて被写体像のずれが生じた場合、スコープ１０の湾曲部１２ｂを湾曲させることによって被写体像のずれを補正（相殺）する。まず、撮像素子１９により撮像された体腔画像に対して動きベクトルを検出する。そして、動きベクトルに基づいて先端硬性部１２の相対的な位置ずれの移動量を算出し、その移動量に基づいて湾曲部１２ｂを湾曲させる。
【００５４】
ただし、拡大ノブ１５Ｆが基準位置ＺＺにある状態では、ずれ補正動作は行われず、回転角検出回路２６により拡大ノブ１５Ｆの回転が検出されると、ずれ補正動作が実行される。
【００５５】
図９は、拡大ノブ１５Ｆが操作されたことによって撮像素子１９において形成される拡大された体腔画像を示した図である。以下では、患部ＪＮ以外の体腔部分は、同じ色、形状をした変化のない画像であり、患部ＪＮの輪郭が十分認識可能であるとする。
【００５６】
順次所定時間間隔で撮像される体腔画像は、分割テーブ３４により、複数のブロックに分割されている。ここでは、話を簡単にするため、縦を７ブロック、横を９ブロックに分割している。また、フレーム上において座標軸を取り、縦軸をＹ、横軸をＸで表す。ただし、座標Ｘ，Ｙは、１ブロックを１単位とする。また、撮像素子１９には、第１レンズ１８ａ、第２レンズ１８ｂにより上下逆さまに体腔画像が形成されるため、それに合わせて座標軸Ｘ−Ｙも設定する。
【００５７】
拡大表示において、患部ＪＮがブロックエリアＢＬ０に収まって表示されている場合、このブロックエリアＢＬ０が動きベクトルを検出するための基準のエリアとされる。ブロックエリアＢＬ０は、２×４（＝８）個のブロックから構成されており、患部ＪＮの輪郭部周辺のブロックで囲まれたエリアである。なお、患部ＪＮが表示される範囲となるブロックエリア（ここではＢＬ０）は、患部ＪＮの輪郭周辺における輝度、色の違いから生じる画像信号の変化に基づいて設定される。
【００５８】
スコープ１０の先端硬性部１２ｂが位置ずれを生じたことなどによって、撮像素子１９上に形成される体腔画像に対し、図１０に示すように、被写体像のずれが生じたものとする。この時、患部ＪＮは、撮像素子１９上においてブロックエリアＢＬ１に表示されている。患部ＪＮがブロックエリアＢＬ０からブロックエリアＢＬ１へ移動した時の移動量が、動きベクトル（拡大表示動きベクトル）ΔＲ（＝（ΔＸ、ΔＹ））である。ただし、動きベクトルΔＲは、撮像素子１９において形成される体腔画像のずれの移動量を示す。
【００５９】
動きベクトルΔＲは、本実施形態では、次のように求められる。まず、順次撮像される体腔画像が、拡大表示を開始した時の撮像素子１９に形成されていた体腔画像と比較され、拡大表示を開始した時の体腔画像と現在撮像されている体腔画像とが一致しているか判断される。そして、図１０に示すように、被写体像のずれが生じた場合（患部ＪＮが移動した場合）、ブロックエリアＢＬ０における画像（画像信号）の変化が検出され、患部ＪＮが映し出されていたブロックエリアＢＬ０と同じ画像が、他のブロックエリア（例えば、ＢＬ’、ＢＬ”など）において映し出されているか探索される。ただし、ブロックエリアＢＬ０と同じ寸法（２×４）のブロックエリアが対象となる。この図１０では、ブロックエリアＢＬ１に患部ＪＮが表示されてていることから、ブロックエリアＢＬ０とブロックエリアＢＬ１との距離が、動きベクトルΔＲ（（ΔＸ、ΔＹ）＝（２、２））として算出される。
【００６０】
動きベクトルΔＲを検出すると、次に、先端硬性部１２ｃの位置ずれ移動量を求める。
【００６１】
ここでまず、図１１を用いて、拡大表示におけるスコープ１０の先端硬性部１２ｃの位置について説明する。
【００６２】
通常、スコープ１０の観察深度は、第１レンズ１８ａ、第２レンズ１８ｂのレンズ特性により定められる。特に、拡大表示をする場合、すなわち、観察エリアの画角が狭くなる場合、観察深度は通常表示に比べて狭くなる。なお、観察深度とは、ピントが合う状態でのスコープ１０の先端硬性部１２ｃから被写体までの距離範囲のことをいう。
【００６３】
患部ＪＮを拡大観察する場合、まず初めに、拡大しない状態（拡大率が１倍）で先端硬性部１２ｃを観察対象である体腔にできるだけ近づけ、近接観察を行う。近接観察をすることによって、観察対象の体腔画像は、画面ＭＴにおいてより大きく映し出される。そして、焦点が合う範囲で体腔Ｗに一番近接する所まで先端硬性部１２ｃが動かされると、先端硬性部１２はその位置で固定され、その後、拡大ノブ１５Ｆが操作される。したがって、スコープ１０の通常表示における観察深度がＤ０〜Ｄｍであっても、拡大表示が開始される時には、先端硬性部１２ｃの位置は、最も体腔Ｗに近づいた最大近接観察深度Ｄ０の位置まで移動されている。また、この最大近接観察深度Ｄ０は、拡大表示のときの観察深度の範囲内に収まる。
【００６４】
このように、本実施形態では、拡大表示をしている間、スコープ１０の先端硬性部１２ｃは、最大近接観察深度Ｄ０の位置にあるものとする。
【００６５】
図１２は、図１０に示すような被写体像のずれを生じさせた時の先端硬性部１２ｃの位置ずれを示している。なお、湾曲部１２ｃは任意の湾曲角θh 、θv まで湾曲しているものとする。
【００６６】
図１０では、患部ＪＮは、撮像素子１９において（モニタ５１の画面ＭＴにおいて）右上に移動していることから、スコープ１０の先端硬性部１２ｃは、左下の方へ（破線から実線へ）ずれたことになる。なお、ここでの左下方向は、湾曲部１２ｂの湾曲方向（上下左右方向）に従う。
【００６７】
体腔Ｗの表面上において、撮像素子１９において設定した座標軸Ｘ−Ｙ軸に対応するように座標軸ｘ−ｙを設定する。なお、ｘ方向が湾曲部１２ｂの左右湾曲方向であり、ｙ方向が上下湾曲方向である。
【００６８】
先端硬性部１２ｃの中心を通る中心軸線と体腔Ｗとの交点を、ＣＱ（ずれ前）、ＣＱ’（ずれ後）とすると、先端硬性部１２ｃの位置ずれ移動量Δｒ（＝（Δｘ、Δｙ））は、ＣＱとＣＱ’との距離に等しい。ただし、本実施形態では、先端硬性部１２ｃと体腔Ｗとの相対的な位置ずれは、観察エリアにおいて設定した体腔Ｗ上のｘ−ｙ平面とほぼ平行に先端硬性部１２ｃが移動して生じるものとする。前記体腔Ｗ自体が変動する場合も、先端硬性部１２ｃと平行な移動によりずれが生じるものとする。
【００６９】
この位置ずれ移動量Δｒと動きベクトルΔＲは、１対１の対応関係にあり、位置ずれ移動量Δｒは、動きベクトルΔＲに基づいて求められる。
【００７０】
まず、拡大ノブ１５Ｆが操作されて拡大率がＭ倍である時に動きベクトルΔＲが検出された場合、通常表示における標準動きベクトル（通常表示動きベクトル）ΔＲ０が次式によって求められる。標準動きベクトルΔＲ０は、拡大表示で求められた動きベクトルΔＲに対し、通常表示にした場合に撮像素子１９上で測定される移動量である。
ΔＲ０＝ΔＲ／Ｍ ・・・・・・（３）
これは、拡大率Ｍと撮像素子１９に形成される被写体像の寸法とが比例関係にあることに基づく。つまり、撮像素子１９に形成される被写体像に対して検出される動きベクトルの大きさは、拡大率Ｍに比例する（図１３参照）。
【００７１】
スコープ１０内に設けられたＥＥＰＲＯＭ２４には、標準動きベクトルΔＲ０（＝（ΔＸ／Ｍ、ΔＹ／Ｍ））とそれに対応するスコープ１０の先端硬性部１２ｃの位置ずれ移動量Δｒ（＝（Δｘ、Δｙ））との対応関係を示すデータがあらかじめ記録されている。したがって、この対応関係を示すデータにより、求められた標準動きベクトルΔＲ０に応じた先端硬性部１２ｃの位置ずれ移動量Δｒを求めることができる。
【００７２】
位置ずれ移動量ΔｒがＥＥＰＲＯＭ２４に記憶されていたデータに基づいて得られると、今度は、位置ずれ移動量Δｒに基づき、被写体像のずれを補正するのに必要な湾曲部１２ｂの補正湾曲角Δθh 、Δθv が求められる。
【００７３】
図１４、１５は、位置ずれ移動量Δｒ（＝（Δｘ、Δｙ））と湾曲部１２ｂの補正湾曲角Δθh 、Δθv との関係を示した図である。ただし、図１４は、ｘ方向（左右方向）、図１５は、ｙ方向（上下方向）に沿って横から見た湾曲部１２ｂをそれぞれ示している。
【００７４】
ここでは、拡大表示の間に生じる観察エリアのずれは微小であるとみなしていることから、位置ずれ移動量Δｒも微小であり、補正湾曲角Δθh 、Δθv も微小な湾曲角となる。湾曲部１２ｂが微小に曲がる場合、先端硬性部１２ｃの湾曲前の軸線ＢＮと湾曲後の軸線ＢＮ’との交点Ｇを中心に湾曲部１２ｂが湾曲するとみなせる。
【００７５】
ｘ方向に沿った補正湾曲角Δθh を求めると、先端硬性部１２ｃと体腔Ｗまでの距離は、最大近接観察深度Ｄ０であることから、補正湾曲角Δθと位置ずれ移動量Δｒとの関係は、次式で表される。ただし、先端硬性部１２ｃと交点Ｇとの距離をＺとする。
ｔａｎΔθh ＝Δｘ／（Ｄ０＋Ｚ） ・・・・・・（４）
ところで、補正湾曲角Δθh は微小であることから、次の関係式が成立する。
Δθh ≒ｔａｎΔθh ≒ｓｉｎΔθh ・・・・・・（５）
また、最大近接観察深度Ｄ０に比べ、Ｚの長さは、無視できるほどの長さである。このことから、補正湾曲角Δθh は、次式で求められる。
【００７６】
Δθh ＝Δｘ／（Ｄ０＋Ｚ）≒Δｘ／Ｄ０ ・・・・・・（６）
【００７７】
同じように、ｙ方向に関しても、湾曲部１２ｂの補正湾曲角Δθv が、次式で求められる（図１５参照）。
Δθv ＝Δｙ／Ｄ０ ・・・・・・（７）
【００７８】
（６）、（７）式により補正湾曲角Δθh 、Δθv が求められると、補正湾曲角Δθh 、Δθv に応じた操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙの補正回転角Δω、Δγがそれぞれ次のように求められる。
【００７９】
図１６は、湾曲部１２ｂのｘ方向の湾曲状態を示した図である。湾曲角θh だけ湾曲部１２ｂを湾曲させた状態で拡大表示をした時に被写体像のずれ（Δｒ）が生じたとすると、回転角θh および補正湾曲角Δθh と回転角ωおよび補正回転角Δωは、（１）式より次の式を満たす関係にある。
ω＋Δω＝ｆ（θh ＋Δθh ） ・・・・・（８）
よって、操作ノブ１５Ｘの補正回転角Δωは、次式で求められる。
Δγ＝ｇ（θv ＋Δθv ）−ｇ（θv ） ・・・・（１０）
【００８０】
このように、ｘ方向、ｙ方向についてそれぞれの補正湾曲角Δθh 、湾曲角Δθv が求められると、操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙの補正回転角Δω、Δγが定められる。この補正回転角Δω、Δγに基づいて、モータ２０、２１が駆動され、湾曲部１２ｂが上下、左右方向へそれぞれ湾曲する。湾曲部１２ｂが自動的に湾曲すると、患部ＪＮは、画面ＭＴ上において、被写体像のずれが生じる前の位置に戻る。
【００８１】
このような湾曲部１２ｂのｘ方向、ｙ方向の湾曲操作が拡大表示の時に行われることにより、ある特定の観察エリアでの体腔画像が画面ＭＴにおいて常に映し出されるようになり、患部ＪＮが画面ＭＴから消えることはない。
【００８２】
図１７は、被写体像のずれ補正動作を示すフローチャートである。内視鏡装置にスコープ１０がプロセッサ２０に接続された状態で電源がＯＮ状態となると、このフローチャートは開始され、電源がＯＦＦ状態になると、終了する。
【００８３】
ステップ１０１では、スコープ１０に関連するデータ、すなわち、湾曲部１２ｂの湾曲角θh 、θv と操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙの回転角ω、γとの関係と、拡大ノブ１５Ｆの回転角と拡大率Ｍとの関係と、最大近接観察深度Ｄ０と、動きベクトルΔＲと先端硬性部１２ｃの位置ずれ移動量Δｒとの関係がデータとして読み出され、ＲＡＭ４０に格納される。また、拡大率が１倍に設定される。通常表示状態であるときの対物レンズ１８ａ、１８ｂ間の相対的距離になるように、モータ２５が駆動される。なお、拡大ノブ１５Ｆの回転角と拡大率Ｍとの関係は、１対１の対応関係にある。
【００８４】
ステップ１０２では、スコープ１０の変更があるか否かが判定される。すなわち、スコープ１０が取り外され、他のスコープに取りかえられたか否かが判定される。スコープ１０の変更があったと判断されると、ステップ１０１に戻る。スコープ１０の変更がないと判断された場合、ステップ１０３に移る。
【００８５】
ステップ１０３では、順次１フレーム分の画像データ（信号）が判別回路４２に入力され、それとともに、所定のタイミングだけ遅れて画像データがエリアメモリ４１に格納される。例えば、第ｎ（＝１、２・・・）フレームの画像データが判別回路４２に入力されたとき、第ｎ−ｋ（ｋは整数）フレームの画像データがエリアメモリ４１に入力される。
【００８６】
ステップ１０４では、撮像素子１９上に形成される被写体像に対し、画像の動きが生じているか否かが判定される。すなわち、スコープ１０の先端硬性部１２ｃの位置が調整されている段階で、まだ観察エリアが定められていないか否かが判定される。ここでは、判別回路４２に新たに入力される画像データとエリアメモリ４１に一時的に格納された画像データとが比較され、画像の動きが生じているか判断される。被写体像に対して画像の動きが生じていると判断されると、ステップ１０３に戻り、新たな画像データが判別回路４２に、そして所定のタイミングだけ遅れてその画像データがエリアメモリ４１に格納される。被写体像に動きが生じていない、すなわち、スコープ１０の先端硬性部１２ｃの位置が定まることで観察エリアが固定されたと判断された場合、ステップ１０５に移る。
【００８７】
ステップ１０５では、回転角検出回路２６により検出される拡大ノブ１５Ｆの回転角に基づいて、拡大ノブ１５の回転角を検出することにより、拡大率Ｍが１より大きいか否かが判定される。すなわち、観察エリアが固定された状態で拡大表示が開始され、画面ＭＴに拡大された体腔画像が表示されているか否かが判定される。拡大率Ｍが１よりも大きいと判断されると、ステップ１０６に移る。拡大率Ｍが１、すなわち通常表示であると判断された場合、ステップ１０３に戻る。
【００８８】
ステップ１０６では、エリアメモリ４１に一時的に格納された画像データが、消去されないように固定される。この画像データは、拡大表示が開始された時の観察エリアによる体腔画像である。そして、ステップ１０７では、あらたに撮像された画像データが判別回路４２へ入力される。
【００８９】
ステップ１０８では、ステップ１０６で得られる画像データと、ステップ１０７で定められた画像データとの比較が行われ、動きベクトルΔＲが生じているか否かが判定される。動きベクトルΔＲが生じていない、すなわち被写体像のずれが生じていないと判断されると、ステップ１１０に移る。動きベクトルΔＲが生じていると判断された場合、ステップ１０９に移り、被写体像のずれ補正に関するサブルーチンが開始される。
【００９０】
図１８は、ステップ１０９のサブルーチンを示したルーチンである。
【００９１】
ステップ２０１では、検出された動きベクトルΔＲと拡大率Ｍに基づいて、最大近接観察深度Ｄ０および標準動きベクトルΔＲ０と位置ずれ移動量Δｒとの関係を参照することにより、先端硬性部１２ｃの位置ずれ移動量Δｒが算出される。そして、ステップ２０２では、位置ずれ移動量Δｒと（５）、（６）および（９）、（１０）式から、操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙの補正回転角Δω、Δγが算出される。
【００９２】
ステップ２０３では、モータ２０へ送るパルス信号のパルス数Ｐが０に初期設定される。さらに、ステップ２０２により求められた補正回転角Δωにしたがって、正のパルス信号もしくは負のパルス信号どちらをモータ２０に送るか決定される。ただし、負のパルス信号の場合、湾曲部１２ｂは湾曲角０度の方向に湾曲し、正のパルス信号の場合、湾曲部１２ｂは湾曲角を増加させる方向へ湾曲する。
【００９３】
ステップ２０４では、パルス数Ｐに１が加えられ、１パルス分だけモータ２０が駆動される。これにより、１パルスに応じた角度だけ操作ノブ１５Ｘが回転し、連動して湾曲部１２ｂがｘ方向（左右方向）に沿って湾曲する。
【００９４】
ステップ２０５では、回転角検出回路２２で検出される回転角ωに基づき、操作ノブ１５Ｘが補正回転角Δωだけ回転されたか否かが判定される。操作ノブ１５Ｘが補正回転角Δωの分だけ回転されたと判断されると、ステップ２０７に移る。操作ノブ１５Ｘが、まだ補正回転角Δωだけ回転していないと判断された場合、ステップ２０６に移る。
【００９５】
ステップ２０６では、湾曲部１２ｂが限度湾曲角θh ｍまで湾曲しているか否か判定される。限度湾曲角θh ｍは、湾曲部１２ｂが必要以上に湾曲して体腔Ｓに当たらないように設定した湾曲角であり、ここでは９０度である。回転角検出回路２２により湾曲部１２ｂが限度湾曲角θh ｍまで湾曲していないと判断されると、ステップ２０４に戻る。湾曲部１２ｂが限度湾曲角θh ｍを超えて湾曲していると判断された場合、湾曲部１２ｂの湾曲動作は停止し、ステップ２０７に移る。ステップ２０４〜ステップ２０６が繰り返し実行されることにより、操作ノブ１５Ｘは補正回転角Δωだけ回転する。
【００９６】
ステップ２０７では、モータ２１へ送るパルス信号のパルス数Ｑが０に初期設定され、さらに、ステップ２０２により求められた補正回転角Δγにしたがって、正のパルス信号もしくは負のパルス信号どちらをモータ２１に送るか決定される。ただし、負のパルス信号の場合、湾曲部１２ｂは湾曲角０度の方向に湾曲し、正のパルス信号の場合、湾曲部１２ｂは湾曲角を増加させる方向へ湾曲する。
【００９７】
ステップ２０８では、パルス数Ｑに１が加えられ、１パルス分だけモータ２１が駆動される。これにより、１パルスに応じた角度だけ操作ノブ１５Ｙが回転し、連動して湾曲部１２ｂがｙ方向に湾曲する。
【００９８】
ステップ２０９では、回転角検出回路２３で検出される回転角γに基づき、操作ノブ１５Ｙが補正回転角Δγだけ回転されたか否かが判定される。操作ノブ１５Ｘが補正回転角Δωだけ回転されたと判断されると、サブルーチンは終了し、図１６のステップ１１０に移る。操作ノブ１５Ｙが、まだ補正回転角Δγの分だけ回転していないと判断された場合、ステップ２１０に移る。
【００９９】
ステップ２１０では、湾曲部１２ｂが限度湾曲角θv ｍ（ここでは、９０度）まで湾曲しているか否か判定される。回転角検出回路２３により湾曲部１２ｂが限度湾曲角θv ｍまで湾曲していないと判断されると、ステップ２０８に戻る。湾曲部１２ｂが限度湾曲角θv ｍを超えて湾曲していると判断された場合、サブルーチンは終了し、図１６のステップ１１０に移る。ステップ２０８〜ステップ２１０が繰り返し実行されることにより、操作ノブ１５Ｙは補正回転角Δγだけ回転する。なお、限度湾曲角θh ｍ、θv ｍは、あらかじめスコープ１０のＥＥＰＲＯＭ２４に記憶されている。
【０１００】
ステップ１１０では、回転角検出回路２６により検出される拡大ノブ１５Ｆの回転角に基づいて、拡大率の変更があるか否かが判定される。拡大率の変更がないと判断されると、ステップ１０７に戻り、ずれ補正動作の実行が続けられる。拡大率の変更があったと判断された場合、ステップ１０２に戻る。
【０１０１】
以上のように第１の実施形態によれば、拡大表示がされた場合、撮像素子１９において形成される体腔画像に対し、先端硬性部１２ｃの体腔Ｗに対する相対的位置がずれたことによって動きベクトルΔＲが生じているか否かが検出される。動きベクトルΔＲが検出された場合、ＲＡＭ４０に一時的に格納されたスコープ１０の関連データと、（３）、（６）、（７）、（９）および（１０）式に基づいて、操作ノブ１５ｘ、１５Ｙの補正回転角Δω、Δγがそれぞれ算出される。そして、ステップ１０９の実行により、操作ノブ１５Ｘ，１５Ｙが補正回転角Δω、Δγだけ回転し、これにより、湾曲部１２ｂが補正回転角Δθh 、Δθv だけ湾曲し、被写体像のずれを相殺するように自動的にずれ補正が施され、拡大表示の間、特定の観察エリアでの体腔画像が画面ＭＴに表示され続ける。
【０１０２】
本実施形態では、湾曲部１２ｂを遠隔操作で湾曲させる機構として、ワイヤをプーリーの回転で押し引きする方式を適用しているが、代わりに、チェーンをスプロケットに巻いて押し引きする方式や、ワイヤを押し引きするラックをピニオンで移動させる方式を適用してもよい。
【０１０３】
動きベクトルを検出するための方式としては、本実施形態で示したブロックエリアの一致する部分を探索する方式に限定されず、他の方法により動きベクトルを検出してもよい。例えば、患部ＪＮと他の体腔部分の画像信号の値の違いに着目して２値化処理を行い、２値化信号に基づいて患部ＪＮの部分の領域の動きベクトルを検出してもよい。
【０１０４】
なお、パネルスイッチ４３もしくはスコープ１０の操作部１３にずれ補正スイッチを設け、ずれ補正スイッチを押すことにより、自動的にずれ補正動作が開始されるようにしてもよい。また、第１レンズ１８ａ，第２レンズ１８ｂによるズーム光学系以外の像倍率変更可能な光学系を適用させてもよい。
【０１０５】
図１９は、第２の実施形態である内視鏡装置の電気回路を示したブロック図である。第２の実施形態は、第１の実施形態と異なり、電気的な画像処理によって拡大した体腔画像を画面に表示する。その他の点に関しては、第１の実施形態と同じである。
【０１０６】
スコープ１０には、１つの対物レンズ１８ａのみが設けられ、レンズ１８ａの位置は固定されている。したがって、拡大ノブ１５Ｆは設けられていない。
【０１０７】
キーボード５２では、オペレータにより画面ＭＴに表示される体腔画像の拡大率Ｍが設定され、これにより拡大表示処理が施される。キーボード５２の操作により、拡大率Ｍが設定されると、その設定に関する信号がＣＰＵ４０に送られる。
【０１０８】
データ抽出回路３５では、キーボード５２の操作により設定された拡大率Ｍに基づき、拡大される画像エリアの部分的画像データのみが抽出され、拡大縮小処理回路３６に送られる。
【０１０９】
拡大縮小処理回路３６では、入力された部分的画像データに対し拡大画像処理が施される。すなわち、部分的画像データの各画素データ間にそれぞれ補間データが拡大率に応じて挿入される。例えば、拡大率Ｍが２倍である場合、各画素データ間にそれぞれ１つずつ補間データが挿入される。ただし、挿入される補間データは、線形補間法により求められる。拡大画像処理が施された画像データは、Ｄ／Ａ変換器３７に送られ、これにより拡大された体腔画像がモニタ５１に表示される。そして、拡大表示の間、拡大率Ｍが体腔画像のとともに画面ＭＴに表示される。なお、このような拡大表示処理は、従来公知である。拡大率Ｍは、２倍、４倍、８倍に設定可能である。
【０１１０】
キーボード５２の操作により拡大率Ｍが１、すなわち通常表示に設定されると、データ抽出回路３５では、１フレーム分の画像信号がそのまま拡大縮小処理回路３６に送られ、拡大画像処理が施されずにＡ／Ｄ変換器３７に送られる。
【０１１１】
このような電気的拡大表示処理では、第１の実施形態のような光学的な拡大処理と違い、撮像素子１９に形成される体腔画像自体は拡大されない。つまり、撮像素子１９において観察エリアは狭くならないが、画面ＭＴでは観察エリアが狭くなる。したがって、先端硬性部１２ｃの位置ずれ移動量Δｒと撮像素子１９のいて検出される動きベクトルΔＲとの関係と、最大近接観察深度Ｄ０と、操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙの回転角ω、γと湾曲部１２ｂの湾曲角θh 、θv との関係に基づいて、操作ノブ１５Ｘ、１５Ｙの補正回転角Δω、Δγを算出することが可能であり、位置ずれ移動量Δｒを求める時に（３）式は利用されない。
【０１１２】
図２０は、第２の実施形態のずれ補正動作を示すフローチャートである。このフローチャートで、ステップ３０５とステップ３１０の処理が第１の実施形態の図１７のステップ１０５とステップ１１０の処理と異なる。他のステップの実行、すなわち、ステップ３０１〜３０４およびステップ３０６〜３０９の実行は、図１７のステップ１０１〜１０４およびステップ１０６〜１０９の実行と同じである。
【０１１３】
ステップ３０５では、キーボード５２の操作により拡大率Ｍが１倍よりも多きい倍率に設定されているか否かが判定される。拡大率Ｍが１倍よりも大きい倍率に設定されたと判断されると、ステップ１０５に移る。拡大率が１倍、すなわち通常表示に設定されていると判断された場合、ステップ１０３に戻る。また、ステップ３１０では、キーボード５２の操作により拡大率Ｍが変更されたか否かが判定される
【０１１４】
このように第２の実施形態では、体腔画像を拡大表示する間、第１の実施形態と同じように、動きベクトルΔＲが検出されると先端硬性部１２ｃの位置ずれ移動量Δｒが求められ、さらに操作ノブ１５Ｘ，１５Ｙの補正回転角Δω、Δγが求められる。
【０１１５】
なお、スコープ１０の操作部１３に拡大率を設定するための拡大スイッチを設け、キーボード５２の操作の代わりに拡大スイッチを操作することによって、被写体像のずれ補正動作を実行させてもよい。
【０１１６】
図２１は、第３の実施形態である内視鏡装置の電気回路を示したブロック図である。第３の実施形態は、第１の実施形態と第２の実施形態とを合わせた構成をしており、電気的な拡大画像処理と光学的な体腔画像の拡大化の両方の機能を備えている。
【０１１７】
スコープ１０の拡大ノブ１５Ｆを拡大表示させる方向へ回すと、拡大率８倍まではレンズ１８ａ、１８ｂが駆動される。さらに拡大率Ｍを上げる場合、キーボード５２の操作により、通常表示に対する１６倍、３２倍の拡大率を設定することが可能である。すなわち、拡大率８倍で撮像素子１９に形成される体腔画像を、電気的な拡大画像処理によってさらに２倍、４倍に拡大する。
【０１１８】
このように、拡大表示をする場合、まず始めに拡大ノブ１５Ｆの操作により最大倍率（８倍）まで光学的拡大処理が行われる。そして、さらに拡大した体腔画像を表示する場合、電気的拡大画像処理によって３２倍まで体腔画像を拡大することができる。
【０１１９】
なお、被写体像のずれ補正動作のフローチャートは、第１の実施形態の図１７のフローチャートと同じである。
【０１２０】
このように、第３の実施形態によれば、光学的な拡大画像処理と電気的な拡大画像処理両方を用いることにより、より拡大した体腔画像が画面ＭＴに表示される。そして、非常に拡大した体腔画像に対しても、ずれ補正動作により観察エリアが固定される。
【０１２１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、体腔画像を拡大表示する場合、画面に表示される体腔画像の観察エリアを特定のエリアに維持し続けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態である内視鏡装置のスコープを示した斜視図である。
【図２】スコープの先端硬性部と湾曲部を示した斜視図である。
【図３】スコープと操作ノブを横から見た平面図である。
【図４】内視鏡装置の電気回路を示したブロック図である。
【図５】通常表示において画面に表示される体腔画像を示した図である。
【図６】拡大表示において画面に表示される体腔画像を示した図である。
【図７】通常表示において画面に表示される体腔画像を示した図である。
【図８】拡大表示において画面に表示される体腔画像を示した図である。
【図９】撮像素子において形成されるブロック分割された体腔画像を示した図である。
【図１０】撮像素子において形成される被写体像に対し、ずれが生じた時の体腔画像を示した図である。
【図１１】先端硬性部の観察する時の位置を示した図である。
【図１２】先端硬性部の位置ずれ移動量を示した図である。
【図１３】拡大率と動きベクトルとの比例関係を示した図である。
【図１４】ずれ補正時における湾曲部をｘ方向に沿って横から見た平面図である。
【図１５】ずれ補正時における湾曲部をｙ方向に沿って横から見た平面図である。
【図１６】ずれ補正時におけるスコープ１０を横から見た平面図である。
【図１７】ずれ補正動作を示すフローチャートである。
【図１８】図１７のステップ１０９のサブルーチンを示したルーチンである。
【図１９】第２の実施形態である内視鏡装置の電気回路を示したブロック図である。
【図２０】ずれ補正動作を示すフローチャートである。
【図２１】第３の実施形態である内視鏡装置の電気回路を示したブロック図である。
【符号の説明】
１０ スコープ
１２ｂ 湾曲部
１２ｃ 先端硬性部（先端部分）
１９ 撮像素子
２０ モータ
２１ モータ
２４ ＥＥＰＲＯＭ
４０ｂ ＲＯＭ
５１ モニタ
ＭＴ 画面
Δθh 補正湾曲角
Δθv 補正湾曲角
ΔＲ 動きベクトル
Δｒ 位置ずれ移動量
Claims (14)
- スコープの先端部分に設けられた撮像素子を有し、被写体に光が反射することで前記撮像素子に形成される被写体像を撮像する撮像手段と、
前記先端部分と連結している湾曲部を所定方向に湾曲させる湾曲動作を制御する湾曲部駆動制御手段と、
前記撮像素子に形成された被写体像を、画面に表示する通常表示手段と、
前記画面に表示される前記被写体像の一部を拡大した拡大被写体像を前記画面に表示する拡大表示手段と、
前記拡大被写体像を前記画面に表示する間、前記撮像素子に形成される被写体像において、前記被写体に対する前記先端部分の相対的位置の変動によって被写体像のずれが生じているか否か検出する画像ずれ検出手段と、
前記被写体像のずれが検出された場合、拡大被写体像の表示中において前記被写体像のずれを相殺する補正湾曲角だけ前記湾曲部を湾曲させることによって、前記被写体像のずれを自動的に補正する画像ずれ補正手段とを備え、
前記画像ずれ検出手段が、前記撮像素子に形成される前記被写体像において、前記先端部分の相対的位置の変動から生じる動きベクトルを検出し、
前記画像ずれ補正手段が、前記動きベクトルに基づいて前記先端部分の相対的な位置ずれ移動量を算出し、位置ずれ移動量と、最大近接観察深度と、補正湾曲角との関係を示す算術式に基づいて、前記被写体像のずれを相殺するのに必要とされる補正湾曲角を求めることを特徴とする内視鏡装置。 - 前記スコープが、前記先端部分と接続される、前記湾曲部を湾曲させるためのワイヤを内部に有し、さらに、前記湾曲部の遠隔操作が可能となるように、前記ワイヤを押し引きするための操作ノブを有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
- 前記拡大表示手段が、前記先端部分に設けられた像倍率の変更可能な対物光学系と、前記対物光学系の像倍率を任意設定するための変倍操作ノブとを有し、変倍された前記対物光学系を介して前記撮像素子に被写体像を結像させることによって、前記拡大被写体像を前記画面に表示することを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置。
- 前記対物光学系が、複数の光学レンズから構成され、前記変倍操作ノブの操作に連動して各光学レンズの相対的位置が光軸に沿って変位することで焦点距離が任意変更されるズーム光学系であることを特徴とする請求項３に記載の内視鏡装置。
- 前記スコープが、前記湾曲部の湾曲角と前記操作ノブの回転角との関係と、前記変倍操作ノブの回転角と拡大率との関係と、通常表示で前記撮像素子に形成される前記被写体像において測定される通常表示動きベクトルと前記先端部分の位置ずれ移動量との関係とをデータとして格納する不揮発性メモリを有することを特徴とする請求項４に記載の内視鏡装置。
- 前記画像ずれ検出手段が、拡大表示を始める時に前記撮像素子に形成された被写体像と拡大表示を開始してから順次撮像される被写体像とを比較することによって、拡大表示における拡大表示動きベクトルを検出し、前記拡大率に基づいて前記拡大表示動きベクトルから前記通常表示動きベクトルを算出することを特徴とする請求項５に記載の内視鏡装置。
- 前記画像ずれ補正手段が、前記補正湾曲角から前記補正湾曲角に応じた前記操作ノブの補正回転角を求め、前記補正回転角だけ前記操作ノブをモータの駆動で回転させることにより、前記被写体像のずれを補正することを特徴とする請求項６に記載の内視鏡装置。
- 前記拡大表示手段が、前記撮像素子に形成される被写体像において、一部の部分的画像に応じた部分画像データを抽出し、前記部分画像データを電気的に画像処理することにより、前記拡大被写体像を前記画面に表示することを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置。
- 前記スコープが、前記湾曲部の湾曲角と前記操作ノブの回転角との関係と、前記撮像素子に形成される前記被写体像において測定される動きベクトルと前記先端部分の位置ずれ移動量との関係をデータとして格納する不揮発性メモリを有することを特徴とする請求項８に記載の内視鏡装置。
- 前記画像ずれ検出手段が、拡大表示を始める時に前記撮像素子に形成された被写体像と拡大表示を開始してから順次撮像される被写体像とを比較することによって、前記動きベクトルを検出することを特徴とする請求項９に記載の内視鏡装置。
- 前記画像ずれ補正手段が、前記補正湾曲角から前記補正湾曲角に応じた前記操作ノブの補正回転角を求め、前記補正回転角だけ前記操作ノブをモータの駆動で回転させることにより、前記被写体像のずれを補正することを特徴とする請求項１０に記載の内視鏡装置。
- 前記拡大表示手段が、前記対物光学系の像倍率を変えることにより、前記拡大被写体像を前記画面に表示するとともに、さらに、前記拡大被写体像における一部の部分的画像に応じた部分画像データを抽出し、前記部分画像データを電気的に画像処理することにより、さらなる拡大被写体像を前記画面に表示可能であることを特徴とする請求項３に記載の内視鏡装置。
- 前記画像ずれ検出手段が、前記拡大被写体像の表示が開始されたことを検出する拡大表示開始検出手段を有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
- 前記画像ずれ補正手段が、前記拡大表示開始検出手段により拡大表示の開始が検出されると、前記被写体像のずれを補正し、拡大表示の開始が検出されない間、前記被写体像のずれを補正しないことを特徴とする請求項１３に記載の内視鏡装置。
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