JP5210991B2 - 校正方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡を校正する方法および装置に関する。

医療分野において、内視鏡は今や欠くことのできない医療器具の一つである。内視鏡は、いわゆる胃カメラやファイバスコープを使用していた黎明期から、現在はＣＣＤ等のイメージセンサを用いた電子内視鏡、あるいは患者に飲み込ませて体内画像を取得するカプセル型内視鏡が開発されるに到り、着実に技術的進歩を遂げている。

内視鏡検査の分野では、患者の体内に挿入する挿入部の極細径化が希求されている。実際、現在に到るまで様々な細径化の試みがなされており、例えば膵管、胆管、乳管、気管支末端といった細管部の観察が可能な内視鏡も検討されている。

ファイバスコープは、極言すれば、体内の被観察部位の像を伝達するイメージガイドと被観察部位に照明光を照射するライトガイドさえあれば体内画像を取得することが可能であるため、構造上極細径化に向いている。しかしながら、イメージガイドを構成する光ファイバ束のクラッドが像の伝達に寄与しないので、クラッドを投影した網目模様が体内画像に映り込み、体内画像の画質が悪くなるという問題があった。

上記問題を踏まえて、特許文献１の第一実施形態のファイバスコープは、イメージガイドの入射端に配置された、イメージガイドの入射端に結像させるレンズ等の結像系光学部材を圧電素子で振動させることで、体内画像に網目模様が映り込むことを防止している。圧電素子は、イメージガイドの光ファイバまたはＣＣＤの画素の配列ピッチに応じて、結像系光学部材を上下左右方向に所定量振動させている。

また、特許文献１の第二実施形態では、イメージガイドを用いずに、挿入部の先端にＣＣＤを配置した例が開示されている。第二実施形態では、ＣＣＤの前方に配置された結像系光学部材を第一実施形態と同じく振動させている。そして、この振動の間に、時分割的にＣＣＤの画素で像を受光し、得られたデータをフレームメモリに順次記憶して一フレーム分の画像を得ることで、高解像度化を実現している。

結像系光学部材は、画像の明るさを確保するために、イメージガイドよりも径が大きいが、特許文献１では、結像系光学部材を圧電素子で振動させている。このため、ただでさえイメージガイドよりも径が大きい結像系光学部材を揺動可能に保持するための枠体や保持機構を取り付けるスペースがさらに必要になり、その分挿入部の径方向寸法が大きくなる。つまり、結像系光学部材を圧電素子で振動させることは、極細径化の妨げとなる。数十μｍ〜数ｍｍオーダーの極細径化を目指すためには、枠体や保持機構の取り付けスペースですら憂慮すべき問題となる。

特許文献１の第二実施形態は、高解像度化は実現可能となるものの、結像系光学部材に加えてＣＣＤを挿入部先端に配置する構成であるため、極細径化には程遠い。

特開昭６０−０５３９１９号公報

そこで、本出願人は、イメージガイドの入射端を圧電素子で周期的にシフトさせ、このシフト動作に同期して複数回撮像し、シフト量の情報等を加味しつつ、得られた複数の画像から一つの合成画像を生成することで、極細径化の達成と質の高い体内画像の取得という要請を両方満たした内視鏡システムの開発を検討している。

しかしながら、イメージガイドやこれをシフト動作させる圧電素子の個体差があるため、規格通りに圧電素子を駆動させても、イメージガイドの入射端が規定のシフト量でシフトしない場合がある。規定のシフト量でないと、合成画像を生成する際にズレが生じ、合成画像にアーチファクトを発生させる原因となる。

本発明は、上記背景を鑑みてなされたものであり、その目的は、イメージガイドの入射端のシフト量を簡易に校正し、合成画像のアーチファクトの発生を防止することにある。

本発明は、複数本の光ファイバをバンドル化してなり、内視鏡の挿入部に挿通されるイメージガイドであり、対物光学系で入射端に結像された被観察部位の像を出射端に伝達するイメージガイドと、イメージガイドの入射端の外周に形成され、該入射端を周期的にシフト動作させる圧電素子と、シフト動作に同期してイメージガイドの出射端からの像を複数回撮像し、一つの合成画像の生成に供するイメージセンサとを備える内視鏡に適用される。

本発明の校正装置は、前記内視鏡のイメージガイドの入射端のシフト量を校正する装置であって、イメージガイドの出射端から光を入射させる校正用光源と、イメージガイドで導光されてイメージガイドの入射端から発せられる前記校正用光源の光を撮像する校正用イメージセンサと、前記校正用光源を点灯させるとともに、圧電素子を駆動させてイメージガイドの入射端を周期的にシフト動作させ、且つ前記校正用イメージセンサを駆動させてシフト動作に同期して前記校正用光源の光を撮像させる駆動制御手段と、前記校正用イメージセンサで得られた画像から、シフト動作による前記校正用光源の光のずれ量を検出し、検出したずれ量と規定量を比較した結果に応じて、イメージガイドの入射端のシフト量が規定量となるよう圧電素子の駆動条件を決定する決定手段とを備えることを特徴とする。

前記駆動制御手段は、イメージガイドの入射端を第一の位置から第二の位置、第二の位置から第三の位置と順に移動させ、最後は第一の位置に戻すことで一回の周期的なシフト動作をさせる。前記校正用イメージセンサは、各位置でその都度撮像する。さらに、前記駆動制御手段は、イメージガイドの入射端を第一の位置から第二の位置に移動させたら止め、さらに第二の位置から第三の位置に移動させたら止めるという間欠シフト動作を繰り返させる。これらのシフト動作は、内視鏡の使用時に行われる動作と同じであり、圧電素子の駆動条件も同じである。

前記決定手段で決定された圧電素子の駆動条件を、内視鏡のメモリ、または内視鏡が接続されるプロセッサ装置のメモリに書き込む記録制御手段を備えることが好ましい。使用時には、メモリから駆動条件を読み出し、これに基づいて圧電素子を駆動する。

前記校正用光源は、内視鏡が接続されるプロセッサ装置に内蔵されており、イメージガイドが一部分岐した分岐イメージガイドに光を入射させる。前記校正用光源をプロセッサ装置に内蔵した場合、前記校正用光源の光を、被観察部位を照明する照明光とは異なる波長とすれば、使用時にポインタとして活用することができる。

前記駆動制御手段と前記決定手段は、内視鏡が接続されるプロセッサ装置に内蔵されていることが好ましい。

内視鏡の挿入部の先端部を固定するホルダと、前記校正用イメージセンサが設けられた台座とからなる校正用治具を備えることが好ましい。前記校正用治具は、前記ホルダに固定された先端部の先端面と前記校正用イメージセンサの撮像面が一定の距離で平行に対面するように構成される。

前記校正用イメージセンサは、前記ホルダで取り囲まれた、前記校正用光源の光以外の外光が遮断された暗部に設けられる。こうすれば、前記校正用イメージセンサで得られる画像は、前記校正用光源の光があたった部分のみが白く他は黒い画像となり、その後のずれ量の検出がし易くなる。

本発明の校正方法は、前記内視鏡のイメージガイドの入射端のシフト量を校正する方法であって、校正用光源を点灯させ、イメージガイドの出射端から校正用光源の光を入射させるとともに、圧電素子を駆動させてイメージガイドの入射端を周期的にシフト動作させ、且つイメージガイドで導光されてイメージガイドの入射端から発せられる校正用光源の光をシフト動作に同期して撮像し、撮像により得られた画像から、シフト動作による前記校正用光源の光のずれ量を検出し、検出したずれ量と規定量を比較した結果に応じて、イメージガイドの入射端のシフト量が規定量となるよう圧電素子の駆動条件を決定することを特徴とする。

本発明によれば、イメージガイドの出射端から校正用光源の光を入射させるとともに、イメージガイドの入射端を周期的にシフト動作させ、且つイメージガイドの入射端から発せられる校正用光源の光をシフト動作に同期して撮像し、撮像により得られた画像を元に、イメージガイドの入射端のシフト量が規定量となるよう圧電素子の駆動条件を決定するので、イメージガイドの入射端のシフト量を簡易に校正し、合成画像の信憑性を高めることができる。

内視鏡システムの構成を示す外観図である。 内視鏡先端部の構成を示す平面図である。 内視鏡先端部周辺の断面図である。 シフト機構の構成を示す斜視図である。 イメージガイドの光ファイバ束を示す平面図である。 内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。 コアが伝達する像とＣＣＤの画素の位置関係を示す図である。 シフトの仕方の例を示す説明図である。 コア一本の移動軌跡を示す説明図である。 シフト撮影モードが選択されたときに機能する各部を示すブロック図である。 白色画像と二値化画像を示す図である。 ＣＣＤの駆動と圧電素子制御信号、画像合成信号の関係を示すタイミングチャートである。 結像領域とマッピング画像を示す図である。 画像合成処理の流れを示す図である。 内視鏡システムの処理手順を示すフローチャートである。 画像合成処理の詳細手順を示すフローチャートである。 校正装置の構成を示す平面図である。 校正用画像を示す説明図である。 校正の手順を示すフローチャートである。 別の校正装置の構成を示すブロック図である。

図１において、内視鏡システム２は、内視鏡１０、プロセッサ装置１１、および光源装置１２からなる。内視鏡１０は、例えば膵管、胆管、乳管、気管支末端といった細管部を観察する際に用いられる。内視鏡１０は、患者の体内に挿入される可撓性の挿入部１３と、挿入部１３の基端部分に連設された操作部１４と、プロセッサ装置１１および光源装置１２にそれぞれ接続されるプロセッサ用コネクタ１５および光源用コネクタ１６と、操作部１４、各コネクタ１５、１６間を繋ぐユニバーサルコード１７とを有する。

挿入部１３は、例えば厚み５０μｍ、外径０．９ｍｍのテフロン（登録商標）等の可撓性材料からなる。操作部１４には、体内画像を静止画記録するためのレリーズボタン１８といった操作部材が設けられている。また、操作部１４の先端側には、電気メス等の処置具が挿通される鉗子口１９が設けられている。鉗子口１９は、挿入部１３内の鉗子チャンネル４６（図３参照）を通して、挿入部１３の先端部２０に設けられた鉗子出口２６（図２参照）に連通している。

プロセッサ装置１１は、光源装置１２と電気的に接続され、内視鏡システム２の動作を統括的に制御する。プロセッサ装置１１は、ユニバーサルコード１７や挿入部１３内に挿通された配線ケーブル４５（図３参照）を介して内視鏡１０に給電を行い、シフト機構３２（図３参照）の駆動を制御する。また、プロセッサ装置１１は、イメージガイド３１（図３参照）で伝達された被観察部位の像を、内蔵のＣＣＤ５８Ｒ、５８Ｇ、５８Ｂ（図６参照、以下、まとめてＣＣＤ５８という）で受像し、これにより得られた撮像信号に各種処理を施して画像を生成する。プロセッサ装置１１で生成された画像は、プロセッサ装置１１にケーブル接続されたモニタ２１に体内画像として表示される。

先端部２０は、例えば厚み２５μｍ、外径０．８ｍｍのステンレス製パイプを基体とする。図２において、先端部２０の先端面２０ａには、上方中央に観察窓２５が、その直下に鉗子出口２６が設けられている。また、観察窓２５、鉗子出口２６以外の隙間を埋めるように、複数のライトガイド２７の先端がランダムに配置されている。

鉗子出口２６は、例えば外径０．３４ｍｍ、内径０．３ｍｍであり、ポリイミド等からなる鉗子チャンネル４６（図３参照）に連通している。ライトガイド２７は、例えば外径５０μｍの光ファイバからなる。ライトガイド２７は、挿入部１３、ユニバーサルコード１７に亘って挿通され、その入射端が光源用コネクタ１６内に位置している。ライトガイド２７は、入射端に入射した光源装置１２からの照明光を導光して、先端面２０ａから露呈した先端（出射端）から照明光を被観察部位に照射する。

ライトガイド２７は、複数本の光ファイバをバラで挿入部１３内に挿通させ、その後先端部２０に接着剤を流し込むことで先端部２０に固着される。必要に応じて、固着後にライトガイド２７の出射端を表面研磨したり、各ライトガイド２７の出射端前方に、ライトガイド２７の出射端が配された部分を覆う照明窓を設けてもよい。さらには、照明窓に蛍光物質を塗り込む等して照明光を拡散させてもよい。

図３に示すように、観察窓２５の奥には、対物光学系３０、イメージガイド３１、およびイメージガイド３１をシフトさせるシフト機構３２が配されている。対物光学系３０は、鏡筒３３に保持され、被観察部位の像をイメージガイド３１の入射端に結像させる。対物光学系３０、鏡筒３３の外径はそれぞれ、例えば０．３５ｍｍ、０．４ｍｍである。また、鏡筒３３の軸方向長さは、例えば３．２ｍｍである。

イメージガイド３１は、例えば外径０．２ｍｍの光ファイバ束からなる（図５参照）。イメージガイド３１は、挿入部１３、ユニバーサルコード１７内を挿通され、その出射端がプロセッサ用コネクタ１５内に位置している。イメージガイド３１は、対物光学系３０に面した入射端から取り込んだ被観察部位の像を出射端に伝達する。

図４にも示すように、シフト機構３２は、保持筒３４、圧電素子３５、および電極３６で構成される。保持筒３４は、例えば外径０．２６ｍｍ、内径０．２ｍｍのステンレス製パイプからなり、イメージガイド３１が内挿固定される。圧電素子３５は、例えば厚み１５μｍであり、保持筒３４の外周面を覆う円筒状に成膜されている。電極３６は、例えば厚み５μｍであり、圧電素子３５の外周面に成膜されている。

シフト機構３２は、先端部２０の基体内に収容されている。シフト機構３２の外周面と先端部２０の基体の内周面との間には、例えば０．１ｍｍ程度の空洞３７が形成されている。

シフト機構３２は、イメージガイド３１の入射端とともに揺動する、先端面２０ａ側の揺動部３８と、イメージガイド３１とともに固定される、挿入部１３側の固定部３９とに分れる。揺動部３８では、シフト機構３２は先端部２０の基体に固着されておらず、イメージガイド３１は、固定部３９を支点として空洞３７内を揺動可能である。固定部３９では、シフト機構３２は接着剤４０で先端部２０の基体の内周面に固着されている。接着剤４０は、イメージガイド３１が剥き出しになるシフト機構３２の終端手前から、挿入部１３の先端途中に掛けて充填されている。揺動部３８、固定部３９の軸方向長さはそれぞれ、例えば４ｍｍ、１．９ｍｍであり、固定部３９と挿入部１３の先端途中を含む接着剤４０の充填範囲の軸方向長さは、例えば３．２ｍｍである。

電極３６は、周方向に９０°間隔（図２の上下左右方向に対して４５°傾いた位置）に設けられ、軸方向に平行に形成された四本の溝４１によって、上下、左右の二対、計四個に分割されている。揺動部３８では、各電極３６の間隔が溝４１の幅分しか空いておらず、各電極３６が幅広となっている。対して、固定部３９では溝４１が周方向に対称に拡がった形の切欠き４２が形成されて、幅狭部４３となっている。幅狭部４３は、圧電素子３５の後端付近まで延在している。溝４１および切欠き４２は、圧電素子３５の外周面全体に電極材料を成膜した後、エッチングによって形成される。

幅狭部４３の終端にはパッド４４が形成され、パッド４４には配線ケーブル４５が接続されている。パッド４４は、保持筒３４の終端にも形成されており、これにも配線ケーブル４５が接続されている。すなわち、保持筒３４は、圧電素子３５の共通電極としても機能する。

配線ケーブル４５は、例えば導線径１５μｍ、被覆外径２０μｍである。配線ケーブル４５は、イメージガイド３１の周囲を這うように挿入部１３、ユニバーサルコード１７内を挿通され、プロセッサ用コネクタ１５を介してプロセッサ装置１１に接続される。

上下、左右で対になった電極３６には、共通電極である保持筒３４に掛かる電圧を基準として、逆の極性の電圧が供給される。例えば保持筒３４の電位が０Ｖであった場合、上側の電極３６には＋５Ｖ、下側には−５Ｖといった具合である。こうすることで電極３６下の圧電素子３５が軸方向に伸縮し、この圧電素子３５の伸縮に連れて、固定部３９から先の揺動部３８が、イメージガイド３１の入射端とともに空洞３７内を揺動する。電圧を供給する電極３６の組み合わせや印加電圧の値を種々変更することで、揺動部３８を所定角度で所定量移動させることができる。

図５において、イメージガイド３１は、周知の如く、コア５０とクラッド５１からなる複数本（例えば６０００本）の光ファイバ５２を、六角最密状に束ねてバンドル化した構成である。本例では、コア５０、クラッド５１の径はそれぞれ、３μｍ、６μｍであり、光ファイバ５２の配列ピッチＰは６μｍである。

図６において、プロセッサ装置１１は、拡大光学系５５および三板式ＣＣＤ５６を有する。拡大光学系５５は、プロセッサ用コネクタ１５から露呈したイメージガイド３１の出射端に面する箇所に配置されている。拡大光学系５５は、イメージガイド３１で伝達された被観察部位の像を、適当な倍率で拡大して三板式ＣＣＤ５６に入射させる。

三板式ＣＣＤ５６は、拡大光学系５５の背後に配置されている。三板式ＣＣＤ５６は、周知の如く、色分解プリズム５７と、三台のＣＣＤ５８とから構成される。色分解プリズム５７は、三個のプリズムブロックと、プリズムブロックの接合面に配された二枚のダイクロイックミラーとからなる。色分解プリズム５７は、拡大光学系５５からの被観察部位の像を赤、青、緑色の波長帯域を有する光に分け、それぞれの光をＣＣＤ５８に向けて出射する。ＣＣＤ５８は、色分解プリズム５７からの各色光の入射光量に応じた撮像信号を出力する。なお、ＣＣＤの代わりにＣＭＯＳイメージセンサを用いてもよい。

イメージガイド３１のコア５０で伝達する像８０を、画素８１が配列されたＣＣＤ５８の撮像面に投影した図７において、像８０の中心は、画素８１の九個分の枡目の中心と略一致する。イメージガイド３１の出射端と色分解プリズム５７、ＣＣＤ５８は、像８０と画素８１が図示する位置関係となるように位置決めされている。

図６に戻って、ＣＣＤ５８からの撮像信号は、アナログフロントエンド（以下、ＡＦＥと略す）５９に入力される。ＡＦＥ５９は、相関二重サンプリング回路（以下、ＣＤＳと略す）、自動ゲイン制御回路（以下、ＡＧＣと略す）、およびアナログ／デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄと略す）から構成されている。ＣＤＳは、ＣＣＤ５８から出力される撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、ＣＣＤ５８で生じるリセット雑音およびアンプ雑音の除去を行う。ＡＧＣは、ＣＤＳによりノイズ除去が行われた撮像信号を所定のゲイン（増幅率）で増幅する。Ａ／Ｄは、ＡＧＣにより増幅された撮像信号を、所定のビット数のデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄでデジタル化された撮像信号は、デジタル信号処理回路（以下、ＤＳＰと略す）６５のフレームメモリ（図示せず）に一旦格納される。

ＣＣＤ駆動回路６０は、ＣＣＤ５８の駆動パルス（垂直／水平走査パルス、電子シャッタパルス、読み出しパルス、リセットパルス等）とＡＦＥ５９用の同期パルスとを発生する。ＣＣＤ５８は、ＣＣＤ駆動回路６０からの駆動パルスに応じて撮像動作を行い、撮像信号を出力する。ＡＦＥ５９の各部は、ＣＣＤ駆動回路６０からの同期パルスに基づいて動作する。なお、図では便宜上、ＣＣＤ駆動回路６０とＡＦＥ５９はＣＣＤ５８Ｇのみに繋がれているが、これらは実際にはＣＣＤ５８Ｒ、５８Ｂにも繋がれている。

圧電素子駆動回路６１は、配線ケーブル４５を介して電極３６および保持筒３４に繋がれている。圧電素子駆動回路６１は、ＣＰＵ６２の制御の下、圧電素子３５に電圧を供給する。

ＣＰＵ６２は、プロセッサ装置１１全体の動作を統括的に制御する。ＣＰＵ６２は、図示しないデータバスやアドレスバス、制御線を介して各部と接続している。ＲＯＭ６３には、プロセッサ装置１１の動作を制御するための各種プログラム（ＯＳ、アプリケーションプログラム等）やデータ（グラフィックデータ等）が記憶されている。ＣＰＵ６２は、ＲＯＭ６３から必要なプログラムやデータを読み出して、作業用メモリであるＲＡＭ６４に展開し、読み出したプログラムを逐次処理する。また、ＣＰＵ６２は、検査日時、患者や術者の情報等の文字情報といった検査毎に変わる情報を、後述する操作部６８やＬＡＮ(Local Area Network)等のネットワークより得て、ＲＡＭ６４に記憶する。

ＤＳＰ６５は、ＡＦＥ５９からの撮像信号をフレームメモリから読み出す。ＤＳＰ６５は、読み出した撮像信号に対して、色分離、色補間、ゲイン補正、ホワイトバランス調整、ガンマ補正等の各種信号処理を施し、一フレーム分の画像を生成する。またＤＳＰ６５は、後述するシフト撮影モードが選択されたときに、シフトの一周期で得られた複数の画像を合成して一つの高解像度な画像（以下、合成画像という）を出力する画像合成部６５ａ（図１０参照）を有する。このためＤＳＰ６５には、複数のフレームメモリが設けられている。ＤＳＰ６５で生成された画像（合成画像も含む）は、デジタル画像処理回路（以下、ＤＩＰと略す）６６のフレームメモリ（図示せず）に入力される。

ＤＩＰ６６は、ＣＰＵ６２の制御に従って各種画像処理を実行する。ＤＩＰ６６は、ＤＳＰ６５で処理された画像をフレームメモリから読み出す。ＤＩＰ６６は、読み出した画像に対して、電子変倍、あるいは色強調、エッジ強調等の各種画像処理を施す。ＤＩＰ６６で各種画像処理を施された画像は、表示制御回路６７に入力される。

表示制御回路６７は、ＤＩＰ６６からの処理済みの画像を格納するＶＲＡＭを有する。表示制御回路６７は、ＣＰＵ６２からＲＯＭ６３およびＲＡＭ６４のグラフィックデータを受け取る。グラフィックデータには、体内画像の無効画素領域を隠して有効画素領域のみを表示させる表示用マスク、検査日時、あるいは患者や術者の情報等の文字情報、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ；Graphical User Interface）といったものがある。表示制御回路６７は、ＤＩＰ６６からの画像に対して、表示用マスク、文字情報、ＧＵＩの重畳処理、モニタ２１の表示画面への描画処理といった各種表示制御処理を施す。

表示制御回路６７は、ＶＲＡＭから画像を読み出し、読み出した画像をモニタ２１の表示形式に応じたビデオ信号（コンポーネント信号、コンポジット信号等）に変換する。これにより、モニタ２１に体内画像が表示される。

操作部６８は、プロセッサ装置１１の筐体に設けられる操作パネル、内視鏡１０の操作部１４にあるボタン、あるいは、マウスやキーボード等の周知の入力デバイスである。ＣＰＵ６２は、操作部６８からの操作信号に応じて、各部を動作させる。

プロセッサ装置１１には、上記の他にも、画像に所定の圧縮形式（例えばＪＰＥＧ形式）で画像圧縮を施す圧縮処理回路や、レリーズボタン１８の操作に連動して、圧縮された画像をＣＦカード、光磁気ディスク（ＭＯ）、ＣＤ−Ｒ等のリムーバブルメディアに記録するメディアＩ／Ｆ、ＬＡＮ等のネットワークとの間で各種データの伝送制御を行うネットワークＩ／Ｆ等が設けられている。これらはデータバス等を介してＣＰＵ６２と接続されている。

光源装置１２は、光源７０を有する。光源７０は、赤から青までのブロードな波長の光（例えば、４８０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長帯の光）を発生するキセノンランプや白色ＬＥＤ（発光ダイオード）等である。光源７０は、光源ドライバ７１によって駆動される。絞り機構７２は、光源７０の光射出側に配置され、集光レンズ７３に入射される光量を増減させる。集光レンズ７３は、絞り機構７２を通過した光を集光して、ライトガイド２７の入射端に導光する。ＣＰＵ７４は、プロセッサ装置１１のＣＰＵ６２と通信し、光源ドライバ７１および絞り機構７２の動作制御を行う。

内視鏡システム２には、シフト機構３２を動作させないで撮影する検査準備モードおよび通常撮影モードと、シフト機構３２を使用するシフト撮影モードとが用意されている。シフト撮影モードでは、シフト回数を四回、九回の二種類設定することが可能である。各モードの切り替えおよびシフト回数の設定は、操作部６８を操作することにより行われる。

シフト撮影モードが選択されてシフト回数が四回に設定（以下、単に四回シフトという）された場合、圧電素子駆動回路６１は、シフト機構３２の揺動部３８を駆動して、イメージガイド３１の入射端を図８に示すようにシフト動作させる。まず、揺動部３８は、（ａ）の初期位置から３０°左斜め下方向に、光ファイバ５２の配列ピッチＰの半分、つまり１／２Ｐ分イメージガイド３１の入射端を揺動させ、（ｂ）に示す一回シフトの位置に移動させる。そして、順次右斜め下方向、右斜め上方向、左斜め上方向に、最初と同じ角度、同じ移動量でシフトさせて、（ｃ）の二回シフト、（ｄ）の三回シフトの位置に移動させ、再び（ａ）の初期位置（四回シフトの位置）に戻す。揺動部３８は、圧電素子駆動回路６１によって、各シフト位置でその都度止められる。なお、実線はイメージガイド３１の入射端における実際のコア５０の位置、破線は一つ前の位置を表す。

イメージガイド３１の入射端におけるコア５０は、（ａ）〜（ｄ）、そして再び（ａ）に戻る一周期のシフト動作を繰り返すことで、（ａ）の初期位置だけでは画像化されないクラッド５１の部分を埋めるような、図９（ａ）に示す菱形状の移動軌跡を辿る。

因みにシフト回数が九回に設定（以下、単に九回シフトという）された場合の移動軌跡は、例えば図９（ｂ）に示す如くである。四回シフトの場合と比べて、各方向へのシフト動作が一回多くなる。但し、七回シフトから八回シフトの位置に移るときは、六回シフトから七回シフトの位置に移ったときの左斜め上方向から、左斜め下方向に方向が変えられる。また、八回シフトから初期位置（九回シフトの位置）に移るときは、角度が９０°に変えられて上方向に移動される。九回シフトの場合も四回シフトの場合と同様に、初期位置だけでは画像化されないクラッド５１の部分を埋めるような移動軌跡となる。そのうえ、隣接する三つのコア５０の初期位置と同じ位置（二回、四回、六回シフトの位置）に移動される。

図１０において、シフト撮影モードが選択されると、プロセッサ装置１１のＣＰＵ６２には、同期制御部６２ａ、圧電素子制御部６２ｂが構築され、また、ＤＳＰ６５の画像合成部６５ａが動作する。画像合成部６５ａおよび各制御部６２ａ、６２ｂは、シフト情報８５に基づいて互いに協働しながら各種処理を行う。

シフト情報８５は、シフト機構３２の揺動部３８のシフト動作に関する情報である。シフト情報８５は、シフト回数、シフト方向とそのピッチ（シフト量）、コア５０の径、コア５０で伝達する像８０とＣＣＤ５８の画素８１の位置関係等を含む。シフト回数の情報は操作部６８から与えられる。シフト方向、シフト量、コア５０の径といった基本的な情報は例えばＲＯＭ６３に記憶されており、ＲＯＭ６３から画像合成部６５ａおよび各制御部６２ａ、６２ｂに読み出される。なお、コア５０の径としては、後述する二値化画像Ｇｗｂで像８０として認識可能な領域の径を用いてもよい。

検査準備モードは、イメージガイド３１のコア５０で伝達する像８０とＣＣＤ５８の画素８１の位置関係を取得するためのモードである。検査準備モードは、内視鏡検査の前にその都度実行される。検査準備モードでは、ＤＳＰ６５の二値化処理部６５ｂ、および中心座標検出部６５ｃが動作する。なお、内視鏡システムの出荷時に一度検査準備モードを実施し、その後は適宜の期間をおいて実施してもよい。検査準備モードの実施を促すメッセージをモニタ２１に表示させてもよい。

検査準備モードでは、まず、例えば白板等の無地の白色被写体を内視鏡１０で撮影する。こうして得られた画像（以下、白色画像という）Ｇｗは、図１１（Ａ）に示すように、コア５０と対面する画素８１で得られた、複数の白丸の像８０が斑点状に配列されたものとなる。斜線で示す白丸の像８０以外の部分は、像８０が伝達されないクラッド５１に対応する部分であり、これが網目模様として映る。

図１１（Ｂ）に示すように、ＤＳＰ６５の二値化処理部６５ｂは、白色画像Ｇｗに対して二値化処理を施し、白黒の二値化画像（マスク画像）Ｇｗｂを生成する。二値化処理部６５ｂは、ある閾値を基準として、各画素８１で出力された撮像信号を白か黒に二分する。このため、図示するように、中心部分と比較して伝達効率が悪くなりがちな像８０の辺縁部に対応する画素８１が二値化処理によって黒と認識され、像８０が円形でなくなる場合もある。

ＤＳＰ６５の中心座標検出部６５ｃは、二値化処理後の各像８０の中心Ｏを、形状認識等の周知の画像処理技術によって求め、さらに中心Ｏに位置する各画素８１の座標（以下、中心座標という）を求める。座標は、ＣＣＤ５８の水平方向をＸ軸、垂直方向をＹ軸、例えば左隅を原点として、（Ｘ、Ｙ）で表す（図１４参照）。中心座標は、二値化処理の説明でも述べたように、二値化処理後に像８０の形状が円形でなくなることがあるため、図７に示す像８０の中心と一致しないこともある。

中心座標検出部６５ｃは、求めた中心座標（Ｘ１、Ｙ１）、（Ｘ２、Ｙ２）、・・・と個々の光ファイバ５２を識別するファイバＮｏ．Ｆ１、Ｆ２、・・・とを、像８０と画素８１の位置関係の情報としてＤＳＰ６５の内部メモリ６５ｄに格納する（図１４参照）。ファイバＮｏ．は、座標の原点に近いほうから（左から右、上から下の）順に付される。

同期制御部６２ａは、ＣＣＤ駆動回路６０からＣＣＤ５８の駆動パルスの情報を受けて、圧電素子制御部６２ｂに圧電素子制御信号Ｓａを、画像合成部６５ａに画像合成信号Ｓｂをそれぞれ送信する。圧電素子制御部６２ｂは、圧電素子制御信号Ｓａに同期してシフト動作が行われるよう、圧電素子駆動回路６１の動作を制御する。同様に、画像合成部６５ａは、画像合成信号Ｓｂに同期して画像合成処理を実行し、各回のシフト位置で得られた画像Ｇ０、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３（四回シフトの場合を例示）の画素を、各シフト位置に対応させてマッピングすることにより、一つの合成画像Ｇｃを生成する。

より詳しくは、四回シフトの場合を例示した図１２において、同期制御部６２ａは、ＣＣＤ５８の電荷蓄積が終了した直後、すなわちＣＣＤ５８の画素８１から垂直転送路に一フレーム分の信号電荷が読み出されたとき（ＣＣＤ駆動回路６０からＣＣＤ５８に読み出しパルスが出力されたとき）に、圧電素子制御信号Ｓａを発する。また、同期制御部６２ａは、三回シフトの位置で得られた画像Ｇ３に該当するＣＣＤ５８の電荷読出出力が終了したときに、画像合成信号Ｓｂを発する。電荷読出出力とは、読み出しパルスに応じてＣＣＤ５８の画素８１から垂直転送路に信号電荷が読み出され、垂直転送、水平転送を経て、一フレーム分の撮像信号が出力されるまでの一連のＣＣＤ動作をいう。

圧電素子駆動回路６１は、圧電素子制御信号Ｓａを受けて圧電素子３５に相応の電圧を供給し、揺動部３８を前回のシフト位置から次回のシフト位置に移動させる。同期制御部６２ａから圧電素子駆動回路６１に圧電素子制御信号Ｓａが発せられてから、揺動部３８が次回のシフト位置に移動するまでの時間は、ＣＣＤ５８が前回の電荷蓄積を終えてから次回の電荷蓄積を開始するまでの時間よりも短い。従って、揺動部３８が圧電素子駆動回路６１により次回のシフト位置に移動されて制止された状態で、常に次回の電荷蓄積が開始される。

画像合成部６５ａは、画像合成信号Ｓｂを受けて、各回のシフト位置で得られた画像Ｇ０〜Ｇ３をフレームメモリから読み出す。画像合成部６５ａは、検査準備モードで白色画像Ｇｗを元に検出したコア５０に対応する像８０の中心座標を使用して、各画像Ｇ０〜Ｇ３の画素を、各シフト位置に対応させてマッピングし、合成画像Ｇｃを出力する。

具体的には、画像合成部６５ａは、中心座標に基づいて、図１３（Ａ）に示す結像領域８６を特定する。結像領域８６は、中心座標を中心とし、直径がコア５０（二値化処理前の像８０）の径と同じ円である。結像領域８６は、コア５０によって伝達される像８０の、ＣＣＤ５８の撮像面上における投影領域を意味する。

次に、画像合成部６５ａは、各結像領域８６内の画素８１で得られた撮像信号の代表値Ｄを、画像Ｇ０〜Ｇ３毎に求める（図１４参照）。代表値Ｄは、結像領域８６内の画素８１で得られた撮像信号の平均値、または最大値である。画像合成部６５ａは、シフト情報８５のうちの中心座標およびコア５０の径を、内部メモリ６５ｄおよびＲＯＭ６３からそれぞれ読み出し（あるいは、二値化画像Ｇｗｂで像８０として認識可能な領域の径をコア５０の径として用い）、これらに基づいて代表値Ｄの算出を実行する。

なお、代表値Ｄの二つの添字は、左がファイバＮｏ．と対応しており、右が画像Ｇ０〜Ｇ３の添字と対応している。例えばＤ１０は、ファイバＮｏ．１で中心座標（Ｘ１、Ｙ１）の、画像Ｇ０の結像領域８６における代表値を表す。また、図１１および図１３では、像８０が実線、画素８１が点線で囲われた枡目でそれぞれ表されている。

合成画像Ｇｃは、画像化されないクラッド５１の部分が画像化され、しかもその部分の画素値が一フレーム内の隣接画素の補間で得た擬似値ではなく、被観察部位の像を反映したものとなる。言い換えれば、通常撮影モードや各回のシフト位置で得られた画像よりも画素数が増え、よりきめ細かい画像となる。この画像の鮮明さは、四回シフトよりもサンプリング数が多い九回シフトのほうが当然より顕著になる。

なお、ここで注意すべきは、各画像Ｇ０〜Ｇ３の実態は、シフト動作で各シフト位置にずらされたそれぞれ異なる像８０であるが、イメージガイド３１の出射端を固定して入射端における像８０のみをシフトさせており、ＣＣＤ５８の撮像面とイメージガイド３１の出射端の相対的な位置関係は変わらないので、データ上は各シフト位置とも同じ画素８１から出力されていて区別がつかないという点である。例えば、画像Ｇ０内のある位置の像８０と画像Ｇ１内の同じ位置の像８０とは、それぞれシフト位置が異なる像８０であるが、ＣＣＤ５８の同じ画素８１で撮像される。他の画像も同様である。このため、画像合成部６５ａは、シフト量の情報を元に、各画像の画素値が本来どの画素８１に該当するかをマッピングで割り出す。

図１４において、画像合成部６５ａは、各画像Ｇ０〜Ｇ３の中心座標にシフト量ΔＸｓ、ΔＹｓを加算し、シフト量を加算した中心座標に対応する画素８１に代表値Ｄをあてがうマッピング処理を施す。シフト量は、初期位置を０（基準）として、各回シフト位置に応じた値が記憶されている。本例では、３０°の方向に１／２Ｐのピッチでシフトさせるので、例えば一回シフトのシフト量ΔＸｓ１は−√３／４Ｐ、ΔＹｓ１は１／４Ｐであり、二回シフトのシフト量ΔＸｓ２は０、ΔＹｓ２は１／２Ｐである。三回シフトのシフト量ΔＸｓ３は√３／４Ｐ、ΔＹｓ３は１／４Ｐである。

なお、各シフト位置で得られた画像にシフト量を加算しているが、白色画像Ｇｗにシフト量を加算してもよい。この場合、白色画像Ｇｗにシフト量を加算した後に二値化画像Ｇｗｂを得て、その中心座標を検出する。さらに、各シフト位置で得られた画像にシフト量を加算し、上記実施形態と同様に各結像領域８６内の画素８１の代表値Ｄを求める。

図１３（Ｂ）に示すように、マッピング処理で得られる画像（以下、マッピング画像という）Ｇｍｐは、シフト量を加算した中心座標（図中黒丸点で表す）に対応する画素８１の画素値を、代表値Ｄとするものである。図中一点鎖線の菱形で囲う領域内の中心座標に対応する画素８１の画素値が、コア５０一本で得られるデータである（四回シフトの場合を例示）。このように、白色画像Ｇｗの二値化画像Ｇｗｂを解析して各コア５０による像８０の中心座標を求め、求めた中心座標にシフト量を加算して、各シフト位置に対応する画素８１に代表値Ｄをあてがうことで、マッピング画像Ｇｍｐは、各シフト位置で得られた像８０を、ＣＣＤ５８の撮像面上のあるべき位置に配したものとなる。

画像合成部６５ａは、マッピング画像Ｇｍｐの中心座標に対応する各画素８１の代表値Ｄを用いて画素補間を実行する。画像合成部６５ａは、中心座標に対応する画素８１のうち、図１３（Ｂ）で太線の三角形で結ぶ、隣接する三つの画素８１の代表値Ｄから、三角形の内部に位置する画素８１の画素値を生成する。

画素補間に際しては、三角形で結ぶ三つの画素８１との距離に応じた重み付けを行う。例えば、三角形の真ん中に位置する画素８１の画素値は、三角形の頂点に位置する画素８１の画素値、つまり代表値Ｄの単純平均とする。三角形の真ん中から頂点側に寄っている画素８１の画素値は、最も距離が近い頂点の画素８１の代表値Ｄを例えば二倍したものと、離れている頂点の画素８１を例えば１／２倍したものとの平均とする。画像合成部６５ａは、こうして画素補間を施した画像を、最終的に合成画像Ｇｃとして表示制御回路６７に出力する。

次に、上記のように構成された内視鏡システム２の作用について説明する。内視鏡１０で患者の体内を観察する際、術者は、内視鏡１０と各装置１１、１２とを繋げ、各装置１１、１２の電源をオンする。そして、操作部６８を操作して、患者に関する情報等を入力し、検査開始を指示する。

検査開始を指示した後、術者は、挿入部１３を体内に挿入し、光源装置１２からの照明光で体内を照明しながら、ＣＣＤ５８による体内画像をモニタ２１で観察する。

ＣＣＤ５８から出力された撮像信号は、ＡＦＥ５９の各部で各種処理を施された後、ＤＳＰ６５に入力される。ＤＳＰ６５では、入力された撮像信号に対して各種信号処理が施されて画像が生成される。ＤＳＰ６５で生成された画像は、ＤＩＰ６６に出力される。

ＤＩＰ６６では、ＣＰＵ６２の制御の下、ＤＳＰ６５からの画像に各種画像処理が施される。ＤＩＰ６６で処理された画像は、表示制御回路６７に入力される。表示制御回路６７では、ＣＰＵ６２からのグラフィックデータに応じて、各種表示制御処理が実行される。これにより、画像がモニタ２１に体内画像として表示される。

図１５において、検査を実施するに際して、検査準備モードが実施される（Ｓ１０）。検査準備モードでは、内視鏡１０によって白色被写体が撮影される（Ｓ１１）。そして、これにより得られた白色画像Ｇｗが二値化処理部６５ｂで二値化画像Ｇｗｂとされる（Ｓ１２）。二値化画像Ｇｗｂは、中心座標検出部６５ｃに送られ、中心座標検出部６５ｃによって二値化処理後の像８０の中心座標が検出される（Ｓ１３）。検出された中心座標は、内部メモリ６５ｄに格納される。

シフト撮影モードが選択された場合（Ｓ１４でＹＥＳ）、プロセッサ装置１１のＣＰＵ６２に同期制御部６２ａ、圧電素子制御部６２ｂが構築される。そして、シフト情報８５、およびＣＣＤ駆動回路６０からのＣＣＤ５８の駆動パルスの情報に基づいて、同期制御部６２ａから圧電素子制御部６２ｂに圧電素子制御信号Ｓａが、画像合成部６５ａに画像合成信号Ｓｂがそれぞれ送信される。

圧電素子制御信号Ｓａを受けた圧電素子制御部６２ｂによって、圧電素子駆動回路６１の動作が制御され、圧電素子駆動回路６１から圧電素子３５に相応の電圧が供給される。これにより、設定されたシフト回数に応じて、揺動部３８が所定角度、所定ピッチ分順次シフトされる（Ｓ１５）。そして、揺動部３８が各シフト位置に止まっているときに、ＣＣＤ５８による電荷蓄積が行われ、イメージガイド３１で伝達された被観察部位の像８０が各画素８１で撮像される（Ｓ１６）。揺動部３８が初期位置からシフトされて再び初期位置に戻り、一周期のシフト動作が終了するまで、Ｓ１５、Ｓ１６の処理が繰り返される（Ｓ１７でｎｏ）。

一周期のシフト動作が終了すると（Ｓ１７でｙｅｓ）、画像合成信号Ｓｂを受けた画像合成部６５ａによって画像合成処理が実行され、各回のシフト位置で得られた画像から、一つの合成画像が生成される（Ｓ１８）。

このとき、図１６に示すように、内部メモリ６５ｄから中心座標の情報が、ＲＯＭ６３からコア５０の径の情報がそれぞれ画像合成部６５ａに読み出される。そして、各結像領域８６内の画素８１で得られた撮像信号の代表値Ｄが、各回のシフト位置で得られた画像毎に求められる（Ｓ１８１）。

次いで、各回のシフト位置で得られた画像の中心座標に各回のシフト量を加算し、シフト量を加算した中心座標に対応する画素８１に代表値Ｄをあてがうマッピング処理が施される（Ｓ１８２）。最後に、マッピング処理によって代表値Ｄがあてがわれた画素８１を用いて、代表値Ｄがあてがわれていない画素８１の画素値を生成する画素補間が行われる（Ｓ１８３）。

図１５に戻って、こうして生成された合成画像は、前述のようにＤＩＰ６６、表示制御回路６７を経由して、モニタ２１に表示される（Ｓ１９）。一方、通常撮影モードが選択された場合（Ｓ１４でＮＯ）は、Ｓ１６の撮影は行われるが、Ｓ１５、Ｓ１８の処理は実行されない。これら一連の処理は、検査終了が指示される（Ｓ２０でＹＥＳ）まで繰り返される。

図１７において、校正装置９０は、例えば内視鏡１０の定期メンテナンスでサービスマンが使用し、圧電素子３５によるイメージガイド３１の入射端のシフト量を校正する。校正装置９０は、校正用光源９１と、校正用治具９２と、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと略す）９３とを備える。

校正用光源９１には、内視鏡１０のプロセッサ用コネクタ１５が接続される。校正用光源９１は、光源装置１２の光源７０と同様の白色光を、プロセッサ用コネクタ１５に位置するイメージガイド３１の全てまたは一部の出射端に入射させる。校正用光源９１から発せられた白色光は、イメージガイド３１で導光されてイメージガイド３１の入射端に至る。つまり、校正の際には、イメージガイド３１は校正用光源９１のライトガイドとして利用される。入射端に至った白色光は、校正用治具９２に内蔵された拡大光学系９７で拡大され、先端面２０ａから略円形のスポット光Ｌｓｐとして出射される。

校正用光源９１は、プロセッサ装置１１の圧電素子駆動回路６１と同じ駆動回路をもつ。該駆動回路は、ＰＣ９３の制御の下、圧電素子３５に電圧を印加する。

校正用治具９２は、ホルダ９４と台座９５とからなる。ホルダ９４は、台座９５から垂直に立設された側壁と、側壁上に設けられた台座９５に平行な天板とを有し、側壁で囲まれた空洞が中に形成されている。ホルダ９４の中心には、垂直な穴９６が穿たれている。穴９６の入口には誘い込み用のテーパ９６ａが形成されており、ここから内視鏡１０の先端部２０が挿入される。また、空洞に通ずる穴９６の出口には、先端部２０のテーパ面が突き当たる突き当て部９６ｂが形成され、さらに拡大光学系９７が取り付けられている。

穴９６には、挿入された先端部２０を抜去自在に位置決め固定する固定機構（図示せず）が設けられている。固定機構は、先端部２０の軸方向の移動と軸回りの回転を規制するもので、例えば先端部２０の外周に形成した係合穴と、これに係合する穴９６内に設けた係合爪を用いることができる。あるいは、挿入部１９を所定位置でクランプしてその先の先端部２０を吊り下げるものでもよい。固定機構は、先端部２０の先端面２０ａと台座９５（校正用ＣＣＤ９８）との距離が一定、且つ先端面２０ａと台座９５の上面（校正用ＣＣＤ９８の撮像面）が平行に対面するよう先端部２０を固定する。穴９６に先端部２０が挿入固定されると、空洞内が遮光される。

先端部２０の周面には、シルク印刷による目印や若干の凹凸が設けられており、台座９５の天板や穴９６にもこれらに対応する目印や凹凸が設けられている。先端部２０を穴９６に挿入する際には、これらの目印や凹凸を合せた後、先端部２０のテーパ面が突き当て部９６ｂに突き当たるまで先端部２０を挿入していき、最後に固定機構を作動させる。

台座９５は、例えば水平面に載置される。台座９５の上面と下面は平行である。穴９６に挿入された先端部２０の先端面２０ａが対向する台座９５の上面には、校正用ＣＣＤ９８が設けられている。校正用ＣＣＤ９８は、ＣＣＤ５８と同様の性能をもつ。校正用ＣＣＤ９８は、拡大光学系９７で拡大されたスポット光Ｌｓｐを撮像するため、ＣＣＤ５８よりも撮像面が大きい。校正用ＣＣＤ９８の撮像面は、台座９５の上面と平行であり、穴９６に挿入された先端部２０の先端面２０ａと平行に対面する。校正用ＣＣＤ９８は、スポット光Ｌｓｐを撮像して撮像信号をＰＣ９３に送信する。

イメージガイド３１の径とその入射端のシフト量はμｍ単位であるので、拡大光学系９７で校正用光源９１からの白色光を拡大し、且つ先端面２０ａと校正用ＣＣＤ９８の撮像面の距離を離すことで、校正用ＣＣＤ９８の撮像面に映るスポット光Ｌｓｐを、精度良くシフト量の検出ができる程度の大きさとしている。

ＰＣ９３は、校正用光源９１を点灯し、先端面２０ａからスポット光Ｌｓｐを出射させる。ＰＣ９３は、規定の条件、すなわち内視鏡１０を実際に使用するときと同じ条件で圧電素子３５を駆動させてイメージガイド３１の入射端をシフト動作させる。そして、各シフト位置でその都度スポット光Ｌｓｐを校正用ＣＣＤ９８で撮像させる。

ＰＣ９３は、プロセッサ装置１１のＤＳＰ６５と同様の画像処理を校正用ＣＣＤ９８からの撮像信号に施して校正用画像Ｇｐを生成する。図１８に示すように、校正用画像Ｇｐは、スポット光Ｌｓｐがあてられた円形部分は白（ハッチングなし）、それ以外の部分は黒（ハッチング部分）といういわゆる日の丸状の画像である。実線の円形がシフト前、点線がシフト後を表す。各シフト位置の各校正用画像Ｇｐは、白い円形部分がシフト量分ずれている。ＰＣ９３は、この各校正用画像Ｇｐの白い円形部分のずれ量を検出し、検出したずれ量と規定量とを比較することで、シフト量を校正する。

具体的には、ＰＣ９３は、上述の検査準備モードにおける二値化および中心座標検出を各校正用画像Ｇｐの白い円形部分に対して行う。そして、シフト前後の中心座標から白い円形部分のずれ量（図１８で図示するΔ）を検出する。先端面２０ａと校正用ＣＣＤ９８とが離れており、拡大光学系９７でスポット光Ｌｓｐが拡大されているため、検出したずれ量はイメージガイド３１の入射端の実際のシフト量を定数倍したものである。

ＰＣ９３は、検出したずれ量と、正規のシフト量を定数倍した規定量とを比較する。ずれ量と規定量が等しい場合は、シフト量を校正する必要はない。ずれ量と規定量が異なる場合は、規定のシフト量でイメージガイド３１の入射端がシフトされていないので、ＰＣ９３は、シフト量が校正されるように圧電素子３５の駆動条件を決定する。例えば、ずれ量が規定量より小さい場合は圧電素子３５の駆動電圧を上げ、逆の場合は下げる。ＰＣ９３は、圧電素子３５の駆動条件をどう調整すればシフト量を校正できるかを示す情報をもっており、この情報に基づいて駆動条件を決定する。

ずれ量と規定量が異なる場合、ＰＣ９３は、決定した駆動条件で圧電素子３５を駆動させて再度上記の検証を行う。そして、ずれ量と規定量が全シフト位置で等しくなったことを確認した後、ＰＣ９３は、内視鏡１０のＲＯＭ４７（図６参照、ＥＥＰＲＯＭ等の書き込み可能なＲＯＭ）に決定した駆動条件を記憶させる。ＲＯＭ４７には当初、デフォルトの駆動条件が書き込まれており、校正部６２ｄによって駆動条件がデフォルトから変更されたときに書き換えられる。この駆動条件は、製品として使用する際にＲＯＭ４７からプロセッサ装置１１のＣＰＵ６２に読み出され、圧電素子駆動回路６１に与えられる。

校正装置９０の処理手順について、図１９を参照して説明する。まず、内視鏡１０の先端部２０をホルダ９４の穴９６に挿入固定する（Ｓ２０）。次いで、ＰＣ９３により校正用光源９１を点灯して先端面２０ａからスポット光Ｌｓｐを出射させるとともに、圧電素子３５を駆動してイメージガイド３１の入射端をシフト動作させる。また、校正用ＣＣＤ９８により各シフト位置のスポット光Ｌｓｐを撮像させる（Ｓ２１〜Ｓ２３）。

続いて、ＰＣ９３にて校正用画像Ｇｐを生成し、各シフト位置の各校正用画像Ｇｐの白い円形部分のずれ量を検出し（Ｓ２４）、検出したずれ量と規定量を比較する（Ｓ２５）。ずれ量と規定量が等しい場合（Ｓ２６でＹＥＳ、Ｓ２７でＮＯ）は、校正を終了する。一方、ずれ量と規定量が異なる場合（Ｓ２６でＮＯ）は、シフト量が校正されるように圧電素子３５の駆動条件を決定する（Ｓ２８）。そして、決定した駆動条件で再度検証を繰り返し、ずれ量と規定量が等しくなったら（Ｓ２６、Ｓ２７でＹＥＳ）、内視鏡１０のＲＯＭ４７に決定した駆動条件を書き込んで（Ｓ２９）、校正を終了する。

以上説明したように、イメージガイド３１の入射端をシフト動作させつつ、イメージガイド３１から発せられたスポット光Ｌｓｐを撮像し、得られた校正用画像Ｇｐを元にシフト量を校正するので、シンプルな構成および方法でシフト量を校正することができる。シフト量が校正されるため、合成画像Ｇｃにアーチファクトが発生しない。

検査準備モードで白色画像Ｇｗの二値化画像Ｇｗｂを用いて中心座標を検出するので、コア５０の配列誤差や伝達効率のバラツキを吸収することができる。イメージガイド３１の出射端の光ファイバ５２の配列とＣＣＤ５８の画素位置を校正することができ、これと校正装置９０によるシフト量の校正を併せて実施すれば、さらに確実に合成画像Ｇｃのアーチファクトの発生を防止することができる。

決定した駆動条件を内視鏡のＲＯＭに書き込み、使用時にこれをプロセッサ装置に読み込んで圧電素子の駆動制御をするので、複数の内視鏡を一台のプロセッサ装置で稼動させることができる。なお、決定した駆動条件を内視鏡毎に区別して、プロセッサ装置のＲＯＭ６３等に記憶させても、同様の効果が得られる。

上記実施形態では、校正装置を内視鏡システムとは別に構築し、定期メンテナンスでサービスマンが校正を実施する例を説明したが、校正装置の全部または一部を内視鏡システムに組み込み、検査準備モードと同様、術者が検査毎に実施可能としてもよい。

図２０に示す内視鏡システム１００は、校正用光源１０１を内蔵したプロセッサ装置１０２を備える。内視鏡１０３のイメージガイド１０４は、プロセッサ用コネクタ１５で一部分岐し、プロセッサ装置１０２側のライトガイド１０５の出射端と接続されている。ライトガイド１０５の入射端は、校正用光源１０１からの光を集光する集光レンズ１０６に対面している。ライトガイド１０５は、校正用光源１０１からの光を導光し、分岐したイメージガイド１０４に入射させる。分岐したイメージガイド１０４に入射した光は、上記実施形態と同様、先端面２０ａからスポット光Ｌｓｐとして照射され、先端面２０ａと平行に対面する校正用ＣＣＤ９８（校正用治具は図示せず）で撮像される。校正の仕方は上記実施形態と同様である。

内視鏡１０３の使用時には、スポット光Ｌｓｐをポインタとして活用することも可能である。照明光とスポット光Ｌｓｐを区別するため、校正用光源１０１からの光は白色光以外（例えば青色）であることが好ましい。また、内視鏡１０３の使用時、分岐したイメージガイド１０４は撮像に寄与しないので、イメージガイド１０４の中心にある光ファイバを避けて分岐させたほうがよい。

校正用治具に類する系を、例えばプロセッサ装置や内視鏡システムのカートに設け、スポット光Ｌｓｐを撮像するＣＣＤの出力をプロセッサ装置に入力させて、上記実施形態のＰＣと同様の処理をプロセッサ装置で行う構成としてもよい。この場合、プロセッサ装置には元々圧電素子駆動回路があるので、プロセッサ装置に追加する機能としては、シフト前後の校正用画像からずれ量を求めて、ずれ量と規定量の比較結果からシフト量を校正する機能だけとなる。該機能はソフトウェア的に追加してＣＰＵ６２に担わせてもよいし、専用のハードウェアを追加してもよい。定期メンテナンスの際だけでなく、使用時にシフト量の校正を行うことができる。

また、図２０の内視鏡システム１００の変形例として、分岐したイメージガイドをライトガイド２７と一緒に光源装置１２に挿入し、照明光用の光源７０を校正用光源として流用してもよい。但し、この場合、校正中はライトガイド２７に光源７０からの光が入射しないように遮光する。

なお、ＣＣＤに結像するスポット光Ｌｓｐの大きさと、ＣＣＤの画素サイズおよび画素数によって、スポット光Ｌｓｐのずれ量の検出の正確性が違ってくる。例えばスポット光Ｌｓｐをどれだけ大きくしても、そのずれ量と同程度の画素サイズのＣＣＤでは、ずれ量が実質０になってしまう。このため、上記実施形態では、先端面とＣＣＤの撮像面を一定距離離し、拡大光学系でスポット光Ｌｓｐを拡大して、ＣＣＤに結像するスポット光Ｌｓｐを大きくしている。スポット光Ｌｓｐを大きくするため、さらに高倍率の拡大光学系を設けてもよい。

シフト機構の揺動部周辺にシフト量を実測するシフト量検出センサを設け、その出力に応じて圧電素子の駆動条件を決定してもよい。シフト量検出センサとしては、例えば歪みゲージやフイルムコンデンサが挙げられ、例えば圧電素子の電極を分割する溝の幅を広げてできたスペースに取り付ける。使用時にリアルタイムでシフト量の校正を行うことができる。

使用時にシフト量の校正を行う場合、シフト量を校正すべく圧電素子の駆動条件を決定しても、圧電素子の故障あるいは配線の接続不良等でシフト量が校正不能になる（駆動条件に見合うシフト量が得られない）ことも想定される。この場合は合成画像Ｇｃの信憑性が著しく損なわれるので、故障である旨をモニタに表示し、修理を促す。あるいは、応急的な措置として、シフト量が校正不能なシフト位置の画像を残りの画像の画素で予測補間することで生成してもよい。

なお、本発明の校正方法および装置に関わること以外についても、以下のように種々の変形が可能である。例えば、コア５０で伝達する像８０とＣＣＤ５８の画素８１の位置関係として、中心座標を求めているが、この代わりに、ＣＣＤ５８の中心からの距離とＣＣＤ５８の水平方向に対する角度とで上記位置関係を表してもよい。シフト量の情報についても同様である。また、位置関係を取得するために二値化画像Ｇｗｂを生成する等の各種処理をしているが、コア５０の配列誤差や伝達効率のバラツキがないものとし、図７に示す像８０とＣＣＤ５８の画素８１の位置関係を理論値として用いてもよい。あるいは、位置関係の情報として、理論値からのずれを数値化したものを用いてもよい。

いずれにしても、位置関係の情報は、像８０を撮像するＣＣＤ５８の画素８１を特定するために必要であり、シフト量の情報は、各シフト位置の撮影で得られた画素値（上記実施形態では代表値Ｄ）をマッピングする際に必要である。このため、これらの情報は、本発明を実施するために必須の要件である。

なお、コア５０一本分の像８０を撮像する画素８１の個数は、中心座標とこれに対応する画素８１とのズレが大きくならず、且つ代表値Ｄの算出や画素補間に時間が掛からない程度であることが好ましく、例えば三個〜三十個程度である。

また、静止画記録した画像の画素補間した部分に、万が一病変らしきものが見られた場合、それが画素補間によるものなのか、本当の病変であるのかを判断するために、画素補間前のマッピング画像Ｇｍｐを合成画像Ｇｃと併せて記録することが好ましい。

シフト機構の構成は、円柱状に限らない。例えば四角柱状でもよい。この場合はイメージガイドを四角筒状の保持筒に内挿固定し、保持筒の四辺にそれぞれ電極を形成する。そして、上下左右に保持筒毎イメージガイドをシフト動作させる。例えば、初期位置から９０°左方向に√３／４Ｐ分シフトさせ、一回シフトの位置に移動させる。そして、初期位置に戻してから９０°下方向に１／４Ｐ分シフトさせ、二回シフトの位置に移動させる。二回シフトの位置から再度初期位置に戻した後、順次右方向、上方向にシフトさせ、再び初期位置に戻す。こうすることで、コア５０は十字状の移動軌跡を辿る。

圧電素子にはヒステリシス特性があり、無秩序に駆動させるとシフト位置がずれるため、移動軌跡は毎回同じとし、常に同じ移動経路でシフト機構をシフトさせる。つまり、シフト機構をシフトさせる際の圧電素子の駆動順序を毎回同じにする。また、上下、左右で対になった電極に電圧を供給する順序も同じにする。シフト量の校正をする場合も同様である。

イメージガイドは揺動部が根元から撓ることでシフトをするので、各シフト位置にすぐには停止せず、しばらく振動してから止まる可能性がある。このため、シフト機構の停止後、シフト方向とは逆方向に瞬間的に揺動部が振れるように、圧電素子駆動回路で圧電素子を駆動する等の制振対策を講じることが好ましい。具体的には、反力をシミュレーションや実測で求めて、これを打ち消すための圧電素子の駆動電圧をＲＯＭに記憶させておき、圧電素子制御部がその駆動電圧の情報をＲＯＭから読み出して圧電素子駆動回路に与える。あるいは、空洞に絶縁性の粘性流体を封入してダンピング効果を利用し、制振対策を講じてもよい。

なお、揺動部が次回のシフト位置に移動するまでの時間が、ＣＣＤが前回の電荷蓄積を終えてから次回の電荷蓄積を開始するまでの時間よりも短いと説明しているが、揺動部の長さ、材質、あるいはシフト量、さらには圧電素子自体の性能等が要因で、前者の時間が後者の時間よりも長くなることもあり得る。前述のようにイメージガイドの慣性質量が比較的重いことから、前者の時間が後者の時間よりも長くなる可能性が高い。

こうした場合には、揺動部がシフト位置に移動している間は、プロセッサ装置のＣＰＵの制御の下、ＣＣＤ駆動回路からＣＣＤに電子シャッタパルスを供給して電荷蓄積を開始する時間を遅らせ、揺動部がシフト位置に停止してから電荷蓄積を開始する。あるいは、揺動部がシフト位置に移動している間は光源を消灯し、揺動部がシフト位置に停止したら光源を点灯する。

揺動部が次回のシフト位置に移動するまでの時間を基準にしてＣＣＤを駆動しようとすると、前者の時間が後者の時間よりも長くなる場合はフレームレートを落とさなければならないが、電子シャッタパルスで電荷を掃き出すか、光源を点消灯させる上記いずれかの方法を採用すれば、フレームレートは現行を維持しつつブレのない画像を得ることができる。

なお、シフト撮影モードが選択されたときのみ画像合成部で画像合成処理をしているが、通常撮影モード時にも画像合成処理をしてもよい。クラッドの位置に対応する被観察部位の像を反映した画像は得られないが、クラッドの影は埋めることができる。

また、シフトの一周期毎に画像合成部で画像合成処理を行い、一つの合成画像を出力しているが、この方法であると通常撮影モードに比べてフレームレートが落ちる。このフレームレート低下の対策としては、四回シフトの場合は通常撮影モードの四倍といったように、シフト撮影モードが選択されたときにフレームレートを上げることが考えられる。

具体的には、ＣＰＵ６２のシステムクロックのクロック信号の周期を変化させることで、ＣＣＤ駆動回路６０の駆動信号の周期を変化させる。あるいは、システムクロックのクロック信号は変化させずに、ＣＣＤ駆動回路６０に分周器を設け、この分周器でシステムクロックのクロック信号を分周することで変化させてもよい。

あるいは、例えば四回シフトの場合に、同じシフト周期の画像Ｇ０〜Ｇ３で合成画像Ｇｃを生成した後、その画像Ｇ１〜Ｇ３と次のシフト周期の画像Ｇ０から合成画像Ｇｃを生成するというように、画像の組み合わせを一画像ずつずらして、Ｇ０〜Ｇ３の画像のうちの一番古い画像を新しく得られた画像に順次置き換えながら合成画像Ｇｃを生成してもよい。こうすれば、クロック信号の周期を変化させたりする制御の面倒が省け、しかもフレームレートの低下を防ぐことができる。

三板式ＣＣＤ、モード切り替えとシフト回数の設定をする操作部、および画像合成部と同期制御部と圧電素子制御部の機能を実現するハードウェアを、プロセッサ装置とは別の筐体に搭載してもよいし、内視鏡に搭載してもよい。

また、照明用の光源として中心波長４４５ｎｍの青色レーザ光源を用い、青色レーザ光源からのレーザ光の一部を吸収して、緑色〜黄色に励起発光する複数種の蛍光体を有する波長変換部材１２５をライトガイド２７の光出射側に配置して、レーザ光と励起光を合成した高輝度な白色光を照明光として照射してもよい。上記実施形態と比べて高輝度な白色光を供給するので、僅かな本数（一、二本）のライトガイドで十分な照明光を得ることができる。従って、極細径化をさらに促進することができる。

なお、イメージセンサとしては、単板式を用いてもよい。また、上記実施形態では、イメージガイドと配線ケーブルのプロセッサ装置への接続を同じコネクタで果たしているが、イメージガイドと配線ケーブルを別のコネクタに実装してもよい。

２、１００ 内視鏡システム
１０、１０３ 内視鏡
１１、１０２ プロセッサ装置
１２ 光源装置
１３ 挿入部
２０ 先端部
２７ ライトガイド
３１、１０４ イメージガイド
３２ シフト機構
３５ 圧電素子
４７ ＲＯＭ
５６ 三板式ＣＣＤ
５８Ｒ、５８Ｇ、５８Ｂ ＣＣＤ
６１ 圧電素子駆動回路
６２ ＣＰＵ
９０ 校正装置
９１、１０１ 校正用光源
９２ 校正用治具
９３ パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
９４ ホルダ
９５ 台座
９７ 拡大光学系
９８ 校正用ＣＣＤ
１０５ ライトガイド

Claims (10)

1. 複数本の光ファイバをバンドル化してなり、内視鏡の挿入部に挿通されるイメージガイドであり、対物光学系で入射端に結像された被観察部位の像を出射端に伝達するイメージガイドと、イメージガイドの入射端の外周に形成され、該入射端を周期的にシフト動作させる圧電素子と、シフト動作に同期してイメージガイドの出射端からの像を複数回撮像し、一つの合成画像の生成に供するイメージセンサとを備える内視鏡に用いられ、イメージガイドの入射端のシフト量を校正する装置であって、
   イメージガイドの出射端から光を入射させる校正用光源と、
   イメージガイドで導光されてイメージガイドの入射端から発せられる前記校正用光源の光を撮像する校正用イメージセンサと、
   前記校正用光源を点灯させるとともに、圧電素子を駆動させてイメージガイドの入射端を周期的にシフト動作させ、且つ前記校正用イメージセンサを駆動させてシフト動作に同期して前記校正用光源の光を撮像させる駆動制御手段と、
   前記校正用イメージセンサで得られた画像から、シフト動作による前記校正用光源の光のずれ量を検出し、検出したずれ量と規定量を比較した結果に応じて、イメージガイドの入射端のシフト量が規定量となるよう圧電素子の駆動条件を決定する決定手段とを備えることを特徴とする校正装置。
2. 前記駆動制御手段は、イメージガイドの入射端を第一の位置から第二の位置、第二の位置から第三の位置と順に移動させ、最後は第一の位置に戻すことで一回の周期的なシフト動作をさせ、
   前記校正用イメージセンサは、各位置でその都度撮像することを特徴とする請求項１に記載の校正装置。
3. 前記駆動制御手段は、イメージガイドの入射端を第一の位置から第二の位置に移動させたら止め、さらに第二の位置から第三の位置に移動させたら止めるという間欠シフト動作を繰り返させることを特徴とする請求項２に記載の校正装置。
4. 前記決定手段で決定された圧電素子の駆動条件を、内視鏡のメモリ、または内視鏡が接続されるプロセッサ装置のメモリに書き込む記録制御手段を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか記載の校正装置。
5. 前記校正用光源は、内視鏡が接続されるプロセッサ装置に内蔵されており、
   イメージガイドが一部分岐した分岐イメージガイドに光を入射させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の校正装置。
6. 前記校正用光源の光は、被観察部位を照明する照明光とは異なる波長であることを特徴とする請求項５に記載の校正装置。
7. 前記駆動制御手段と前記決定手段は、内視鏡が接続されるプロセッサ装置に内蔵されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の校正装置。
8. 内視鏡の挿入部の先端部を固定するホルダと、
   前記校正用イメージセンサが設けられた台座とからなり、
   前記ホルダに固定された先端部の先端面と前記校正用イメージセンサの撮像面が一定の距離で平行に対面するように構成された校正用治具を備えることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の校正装置。
9. 前記校正用イメージセンサは、前記ホルダで取り囲まれた、前記校正用光源の光以外の外光が遮断された暗部に設けられることを特徴とする請求項８に記載の校正装置。
10. 複数本の光ファイバをバンドル化してなるイメージガイドであり、内視鏡の挿入部に挿通され、対物光学系で入射端に結像された被観察部位の像を出射端に伝達するイメージガイドと、イメージガイドの入射端の外周に形成され、該入射端を周期的にシフト動作させる圧電素子と、シフト動作に同期してイメージガイドの出射端からの像を複数回撮像し、一つの合成画像の生成に供するイメージセンサとを備える内視鏡に用いられ、イメージガイドの入射端のシフト量を体外に配置された校正用治具を用いて校正する方法であって、
    校正用光源を点灯させ、イメージガイドの出射端から校正用光源の光を入射させるとともに、
    圧電素子を駆動させてイメージガイドの入射端を周期的にシフト動作させ、
    且つイメージガイドで導光されてイメージガイドの入射端から発せられる校正用光源の光をシフト動作に同期して撮像し、
    撮像により得られた画像から、シフト動作による前記校正用光源の光のずれ量を検出し、検出したずれ量と規定量を比較した結果に応じて、イメージガイドの入射端のシフト量が規定量となるよう圧電素子の駆動条件を決定することを特徴とする校正方法。

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