JP6593785B1 - 口腔内カメラ用光学アタッチメント及び口腔内画像撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】表層から見えない観察対象の深部を観察するための光学アタッチメント及び口腔内画像撮像システムを提供する。【解決手段】光学アタッチメント４０は、根管１２の内部に挿入されるレンズ部及び該レンズ部から得られた画像を伝送するためのイメージファイバ２０４を有するファイバ体２０と、口腔内カメラ３０と、の間に配置される光学アタッチメントであって、ファイバ体２０の後端から出射した光が先端側から入射する第１の顕微鏡用対物レンズ４０２ａと、第１の顕微鏡用対物レンズ４０２ａを支持する第１の支持部４０４ａと、第１の顕微鏡用対物レンズ４０２ａから出射した光が入射し中間像を結ぶ結像レンズ部４０２ｂと、結像レンズ部４０２ｂを支持する第２の支持部４０４ｂと、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、口腔内カメラ用光学アタッチメント及び口腔内画像撮像システムに関する。

特許文献１には、歯の根管の様子を簡単に知ることができる構造にした根管内視鏡が記載されている。
この根管内視鏡は、歯科用ハンドピースと、歯科用ハンドピースに取り付けられたヘッドユニットとを有し、ヘッドユニットは、照明部及び撮像部を一端に有するファイバーと、ファイバーを保持する保持部とで構成され、ファイバーは歯の根管内に挿入可能な柔軟性を有する。

特開２００４−６５６２３号公報

ここで一般に、歯科用内視鏡は高価であるために普及率が低いことに加え、画質が悪く、直径がサブミリオーダの穴の内部ある観察対象を明瞭に観察することが困難であった。
本発明は、表層から見えない観察対象の深部を観察するための口腔内カメラ用光学アタッチメント及び口腔内画像撮像システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、根管の内部に挿入されるレンズ部及び該レンズ部から得られた画像を伝送するためのイメージファイバを有し、先端の直径が６００μｍ以下のファイバ体と、口腔内を撮像する口腔内カメラと、の間に配置される口腔内カメラ用光学アタッチメントであって、
前記ファイバ体の後端から出射した光が先端側から入射する第１の光学顕微鏡用の対物レンズと、
前記第１の光学顕微鏡用の対物レンズを支持する第１の支持部と、
前記第１の光学顕微鏡用の対物レンズから出射した光が入射し中間像を結ぶ第２の光学顕微鏡用の対物レンズと、
前記第２の光学顕微鏡用の対物レンズを支持する第２の支持部と、
前記ファイバ体を支持する第３の支持部と、
前記中間像を撮像する前記口腔内カメラを支持する第４の支持部と、
前記ファイバ体の後端と前記第１の光学顕微鏡用の対物レンズとの距離を調整する第１の距離調整機構と、
前記第２の光学顕微鏡用の対物レンズと前記口腔内カメラとの距離を調整する第２の距離調整機構と、
前記第１の光学顕微鏡用の対物レンズと前記第２の光学顕微鏡用の対物レンズとの距離を調整する第３の距離調整機構と、を備え、
前記第１の光学顕微鏡用の対物レンズの、光学顕微鏡に取り付けられる場合の基端側と、前記第２の光学顕微鏡用の対物レンズの、光学顕微鏡に取り付けられる場合の基端側と、が空隙を介して互いに対向して配置された口腔内カメラ用光学アタッチメントである。

請求項２に記載の発明は、根管の内部に挿入されるレンズ部及び該レンズ部から得られた画像を伝送するためのイメージファイバを有し、先端の直径が６００μｍ以下のファイバ体と、
口腔内を撮像する口腔内カメラと、
前記ファイバ体及び前記口腔内カメラの間に配置される口腔内カメラ用光学アタッチメントと、
前記口腔内カメラが撮像した画像を処理する画像処理部と、を備えた口腔内画像撮像システムであって、
前記口腔内カメラ用光学アタッチメントが、前記ファイバ体の後端から出射した光が先端側から入射する第１の光学顕微鏡用の対物レンズと、前記第１の光学顕微鏡用の対物レンズを支持する第１の支持部と、前記第１の光学顕微鏡用の対物レンズから出射した光が入射し中間像を結ぶ第２の光学顕微鏡用の対物レンズと、前記第２の光学顕微鏡用の対物レンズを支持する第２の支持部と、前記ファイバ体を支持する第３の支持部と、前記中間像を撮像する前記口腔内カメラを支持する第４の支持部と、前記ファイバ体の後端と前記第１の光学顕微鏡用の対物レンズとの距離を調整する第１の距離調整機構と、前記第２の光学顕微鏡用の対物レンズと前記口腔内カメラとの距離を調整する第２の距離調整機構と、前記第１の光学顕微鏡用の対物レンズと前記第２の光学顕微鏡用の対物レンズとの距離を調整する第３の距離調整機構と、を備え、
前記第１の光学顕微鏡用の対物レンズの、光学顕微鏡に取り付けられる場合の基端側と、前記第２の光学顕微鏡用の対物レンズの、光学顕微鏡に取り付けられる場合の基端側と、が空隙を介して互いに対向して配置され、
前記レンズ部が、屈折率分布型レンズであり、
前記イメージファイバが、複数のコアを有し、
前記画像処理部が、ＲＰＣＡ（Ｒｏｂｕｓｔ Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎ
ｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ）法により前記画像を処理し、処理後の画像のコントラストを強調
する口腔内画像撮像システムである。

本発明によれば、表層から見えない観察対象の深部を観察するための口腔内カメラ用光学アタッチメント及び口腔内画像撮像システムを提供できる。

本発明の一実施の形態に係る口腔内画像撮像システムの構成図である。 同口腔内画像撮像システムが備えるファイバ体の使用状態を示す説明図である。 （Ａ）は、同口腔内画像撮像システムが備える口腔内カメラによって得られた画像、（Ｂ）は画像処理部がＰＲＣＡ法により画像処理した画像、（Ｃ）は画像処理部がコントラストを強調した後の画像である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、比較例を示す撮像画像であって、それぞれ１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ、１００μｍのライン及びスペースが描かれたレゾリューションチャートの画像である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、同口腔内画像撮像システムによって撮像された画像処理後の画像であって、それぞれ１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ、１００μｍのライン及びスペースが描かれたレゾリューションチャートの画像である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。なお、図において、説明に関連しない部分は図示を省略する場合がある。

本発明の一実施の形態に係る口腔内画像撮像システム１０は、図１に示すように、ファイバ体２０、口腔内カメラ３０、光学アタッチメント４０及び画像処理部５０を備え、根管１２の内部を撮像できる。

ファイバ体２０は、先端の直径が例えば６００μｍ以下であり、図２に示すように、根尖部において孔径が５００〜６００μｍとなる根管１２に挿入され、根管１２の内部の画像を得ることができる。ファイバ体２０は、レンズ部２０８及びイメージファイバ２０４を有している。
レンズ部２０８は、ファイバ体２０の先端にあるステンレス製のチューブ２０６の内部に設けられている。レンズ部２０８は、屈折率分布型レンズであり、例えばＧＲＩＮロッドレンズである。なお、レンズ部２０８の周囲には、チューブ２０６の内部に収められ、照明用の光を照射する光ファイバ（不図示）が複数配置されている。
イメージファイバ２０４は、レンズ部２０８から得られた画像を伝送するための屈曲可能なファイバである。イメージファイバ２０４は、多数のコアを有している。

口腔内カメラ（撮像装置の一例）３０は、口腔内を撮像することができ、歯科にて普及しているカメラである。
なお、撮像装置は口腔内カメラ３０に限定されるものではなく、任意の撮像装置であってもよい。口腔内カメラ３０以外の撮像装置の例として、携帯電話用のカメラ、携帯端末のカメラ及びコンパクトデジタルカメラ等が挙げられる。

光学アタッチメント４０は、ファイバ体２０と口腔内カメラ３０との間に配置される光学的なアタッチメントである。
光学アタッチメント４０は、第１の顕微鏡用対物レンズ４０２ａ、第２の顕微鏡用対物レンズ４０２ｂ、第１の支持部４０４ａ、第２の支持部４０４ｂ、第３の支持部４０４ｃ、第４の支持部４０４ｄ、第１の距離調整機構（不図示）、第２の距離調整機構（不図示）及び第３の距離調整機構（不図示）を備えている。

第１の顕微鏡用対物レンズ４０２ａは、光学顕微鏡用の対物レンズである。より具体的には、第１の顕微鏡用対物レンズ４０２ａは、例えばプラン・アクロマート対物レンズである。第１の顕微鏡用対物レンズ４０２ａの作動距離は、解像度及びレンズの面精度を考慮すると、例えば５０ｍｍ以下であることが好ましく、２０ｍｍ以下であることが更に好ましく、１５ｍｍ以下であることが最も好ましい。
なお、第１の顕微鏡用対物レンズ４０２ａは、光学顕微鏡用の対物レンズに限定されるものではなく、中間像を結ぶことができる結像レンズであれば任意でよい。

第２の顕微鏡用対物レンズ（結像レンズ部の一例）４０２ｂは、光学顕微鏡用の対物レンズである。より具体的には、第２の顕微鏡用対物レンズ４０２ｂは、例えばアクロマート対物レンズである。第２の顕微鏡用対物レンズ４０２ｂの作動距離は、解像度及びレンズの面精度を考慮すると、例えば５０ｍｍ以下であることが好ましく、２０ｍｍ以下であることが更に好ましく、１５ｍｍ以下であることが最も好ましい。
ただし、第２の顕微鏡用対物レンズ４０２ｂは、顕微鏡における取り付け方法と異なり、顕微鏡に取り付けられる場合の基端側が光の入射側となるように配置される。つまり、第２の顕微鏡用対物レンズ４０２ｂは、光の入射方向が顕微鏡における入射方向とは反対となるように配置されている。換言すると、第１の顕微鏡用対物レンズ４０２ａの基端側と第２の顕微鏡用対物レンズ４０２ｂの基端側とが空隙を介して互いに対向して配置されている。
従って、第２の顕微鏡用対物レンズ４０２ｂは、第１の顕微鏡用対物レンズ４０２ａから出射した光が入射すると中間像を結ぶ。中間像は、口腔内カメラ３０によって撮像される。
なお、第２の顕微鏡用対物レンズ４０２ｂの拡大率は、第１の顕微鏡用対物レンズ４０２ａの拡大率よりも小さいことが好ましい。
また、第２の顕微鏡用対物レンズ４０２ｂは、光学顕微鏡用の対物レンズに限定されるものではなく、中間像を結ぶことができる結像レンズであれば任意でよい。

第１の顕微鏡用対物レンズ４０２ａ及び第２の顕微鏡用対物レンズ４０２ｂ全体としての拡大率は、例えば２．０〜３０．０倍となるように設定でき、第１の顕微鏡用対物レンズ４０２ａ及び第２の顕微鏡用対物レンズ４０２ｂは、例えば観察対象となるサイズ０．２〜１．０ｍｍの像をサイズ２．０〜６．０ｍｍの中間像として拡大して結像できる。

第１の支持部４０４ａは、第１の顕微鏡用対物レンズ４０２ａを支持できる。第１の顕微鏡用対物レンズ４０２ａは、第１の支持部４０４ａによって、ファイバ体２０の後端から延びる光軸上に配置される。
第１の支持部４０４ａは、第１のステージ４０６ａに載っており、図示しないガイドによって、第１のステージ４０６ａの上を移動できるように構成されている。

第２の支持部４０４ｂは、第２の顕微鏡用対物レンズ４０２ｂを支持できる。第２の顕微鏡用対物レンズ４０２ｂは、第２の支持部４０４ｂによって、光軸上に配置される。
第２の支持部４０４ｂは、第１のステージ４０６ａに載っており、図示しないガイドによって、第１のステージ４０６ａの上を移動できるように構成されている。

第３の支持部４０４ｃは、ファイバ体２０の後端を支持できる。
第３の支持部４０４ｃは、第２のステージ４０６ｂに載っており、図示しないガイドによって、第２のステージ４０６ｂの上を移動できるように構成されている。

第４の支持部４０４ｄは、口腔内カメラ３０を支持できる。口腔内カメラ３０の先端部に位置する受光部３０２は、第４の支持部４０４ｄによって、光軸上に配置される。
第４の支持部４０４ｄは、第２のステージ４０６ｂに載っており、図示しないガイドによって、第２のステージ４０６ｂの上を移動できるように構成されている。

第１の距離調整機構は、送りねじを有し、第３の支持部４０４ｃを矢印Ａ１で示す方向に移動させることによってファイバ体２０の後端と第１の顕微鏡用対物レンズ４０２ａとの距離Ｄ１を調整できる。
第２の距離調整機構は、第２の顕微鏡用対物レンズ４０２ｂと口腔内カメラ３０の受光部３０２との距離Ｄ３を調整できる。
第３の距離調整機構は、第１の顕微鏡用対物レンズ４０２ａと第２の顕微鏡用対物レンズ４０２ｂとの距離Ｄ２を調整できる。

画像処理部５０は、ケーブルを介して口腔内カメラ３０に接続されている。
画像処理部５０は、口腔内カメラ３０によって撮像された原画像をＲＰＣＡ（Ｒｏｂｕｓｔ Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ）法により処理できる。ＲＰＣＡ法により処理されることにより、口腔内カメラ３０によって撮像された原画像（図３（Ａ）参照）からノイズが低減された画像（図３（Ｂ）参照）が得られる。
また、画像処理部５０は、ＲＰＣＡ法による画像処理後の画像のコントラストを強調できる。コントラストが強調されることにより、処理後の画像（図３（Ｂ）参照）からより明瞭な画像（図３（Ｃ）参照）が得られる。

以上説明した口腔内画像撮像システム１０によれば、表層から見えない根管１２の内部を観察することができる。
また、口腔内画像撮像システム１０においては、ファイバ体２０を第３の支持部４０４ｃから取り外し、洗浄したり廃棄したりすることが可能である。

次に、口腔内画像撮像システム１０の撮像性能を示す実施例を示し、口腔内画像撮像システム１０についてより具体的に説明する。

まず、発明者らは、以下に示す口腔内画像撮像システム１０の試作品を製作した。
１．ファイバ体２０のレンズ部２０８の仕様
（１）レンズ：ＧＲＩＮロッドレンズ
（２）直径０．３ｍｍ
（３）レンズ長：２．１２ｍｍ
（４）倍率：＋１／２．９２
（５）作動距離０．６９ｍｍ
（６）ピッチ数：０．８０５７ λ
（７）軸上屈折率（参考値）：１．６６６
（８）屈折率分布定数（参考値）：２．３５８
２．ファイバ体２０のイメージファイバ２０４の仕様
（１）被覆径（ジャケットまで含めた直径）：０．４００ｍｍ
（２）ファイバ径：０．３００ｍｍ
（３）画素数：６０００
（４）コア屈折率：約１．５
（５）クラッド屈折率：１．４４
（６）開口数：約０．４

３．第１の顕微鏡用対物レンズ４０２ａ（オリンパス社製、型式：Ｍ４０）の仕様
（１）種類：乾燥系アクロマート金属対物レンズ
（２）開口数：０．６５
（３）倍率：４０ｘ
（４）作動距離：０．５０ｍｍ
（５）同焦点距離：４２．１ｍｍ

４．第２の顕微鏡用対物レンズ４０２ｂ（オリンパス社製、型式：ＬＷＤＣＤＰｌａｎ２０ＰＬ）の仕様
（１）種類：位相差観察用対物レンズ
（２）開口数：０．４０
（３）倍率：２０ｘ
（４）作動距離：３．００ｍｍ
（５）同焦点距離：４４．０ｍｍ
５．口腔内カメラ３０：ＳＯＰＲＯＬＩＦＥ（ＡＣＴＥＯＮ社製）

次に、製作した口腔内画像撮像システム１０の分解能を評価するため、１０、２０、５０、１００μｍのライン及びスペースがそれぞれ描かれた複数のレゾリューションチャート（分解能を評価するためのテストチャート）を撮像した。
一方、比較例となる撮像画像を得るために、工業用の小型内視鏡Ｋ００５０４ＡＦ１（カールストルツ社製、ファイバ体外径５００μｍ）を用いて、同様にレゾリューションチャートを撮像した。

図４に、小型内視鏡Ｋ００５０４ＡＦ１による撮像結果（比較例）を示す。また、図５に、口腔内画像撮像システム１０による画像処理後の撮像結果を示す。
図４に示す撮像画像（比較例）と、図５に示す口腔内画像撮像システム１０による撮像画像とを対比すると、比較例においては５０μｍ以下のライン及びスペースが描かれたレゾリューションチャートの画像（図４（Ａ）、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ））は不鮮明である一方、口腔内画像撮像システム１０による撮像画像は、全て明瞭であった。

従って、本実施例に係る口腔内画像撮像システム１０は、最小分解能が１０μｍ程度の性能を有していると言える。
すなわち、口腔内画像撮像システム１０は、一般的に普及している口腔内カメラその他の撮像装置を用いて、最小直径がファイバ体２０の先端の直径よりも大きな穴の内部にある観察対象を観察できる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
前述の口腔内画像撮像システム及び光学アタッチメントは、口腔内の画像を撮像する用途以外に適用可能であり、例えば、機器内部の観察、傷検出、災害対策等に応用できる。

１０ 口腔内画像撮像システム
１２ 根管
２０ ファイバ体
３０ 口腔内カメラ
４０ 光学アタッチメント
５０ 画像処理部
２０４ イメージファイバ
２０６ チューブ
２０８ レンズ部
３０２ 受光部
４０２ａ 第１の顕微鏡用対物レンズ
４０２ｂ 第２の顕微鏡用対物レンズ
４０４ａ 第１の支持部
４０４ｂ 第２の支持部
４０４ｃ 第３の支持部
４０４ｄ 第４の支持部
４０６ａ 第１のステージ
４０６ｂ 第２のステージ

Claims (2)

1. 根管の内部に挿入されるレンズ部及び該レンズ部から得られた画像を伝送するためのイメージファイバを有し、先端の直径が６００μｍ以下のファイバ体と、口腔内を撮像する口腔内カメラと、の間に配置される口腔内カメラ用光学アタッチメントであって、
   前記ファイバ体の後端から出射した光が先端側から入射する第１の光学顕微鏡用の対物レンズと、
   前記第１の光学顕微鏡用の対物レンズを支持する第１の支持部と、
   前記第１の光学顕微鏡用の対物レンズから出射した光が入射し中間像を結ぶ第２の光学顕微鏡用の対物レンズと、
   前記第２の光学顕微鏡用の対物レンズを支持する第２の支持部と、
   前記ファイバ体を支持する第３の支持部と、
   前記中間像を撮像する前記口腔内カメラを支持する第４の支持部と、
   前記ファイバ体の後端と前記第１の光学顕微鏡用の対物レンズとの距離を調整する第１の距離調整機構と、
   前記第２の光学顕微鏡用の対物レンズと前記口腔内カメラとの距離を調整する第２の距離調整機構と、
   前記第１の光学顕微鏡用の対物レンズと前記第２の光学顕微鏡用の対物レンズとの距離を調整する第３の距離調整機構と、を備え、
   前記第１の光学顕微鏡用の対物レンズの、光学顕微鏡に取り付けられる場合の基端側と、前記第２の光学顕微鏡用の対物レンズの、光学顕微鏡に取り付けられる場合の基端側と、が空隙を介して互いに対向して配置された口腔内カメラ用光学アタッチメント。
2. 根管の内部に挿入されるレンズ部及び該レンズ部から得られた画像を伝送するためのイメージファイバを有し、先端の直径が６００μｍ以下のファイバ体と、
   口腔内を撮像する口腔内カメラと、
   前記ファイバ体及び前記口腔内カメラの間に配置される口腔内カメラ用光学アタッチメントと、
   前記口腔内カメラが撮像した画像を処理する画像処理部と、を備えた口腔内画像撮像システムであって、
   前記口腔内カメラ用光学アタッチメントが、前記ファイバ体の後端から出射した光が先端側から入射する第１の光学顕微鏡用の対物レンズと、前記第１の光学顕微鏡用の対物レンズを支持する第１の支持部と、前記第１の光学顕微鏡用の対物レンズから出射した光が入射し中間像を結ぶ第２の光学顕微鏡用の対物レンズと、前記第２の光学顕微鏡用の対物レンズを支持する第２の支持部と、前記ファイバ体を支持する第３の支持部と、前記中間像を撮像する前記口腔内カメラを支持する第４の支持部と、前記ファイバ体の後端と前記第１の光学顕微鏡用の対物レンズとの距離を調整する第１の距離調整機構と、前記第２の光学顕微鏡用の対物レンズと前記口腔内カメラとの距離を調整する第２の距離調整機構と、前記第１の光学顕微鏡用の対物レンズと前記第２の光学顕微鏡用の対物レンズとの距離を調整する第３の距離調整機構と、を備え、
   前記第１の光学顕微鏡用の対物レンズの、光学顕微鏡に取り付けられる場合の基端側と、前記第２の光学顕微鏡用の対物レンズの、光学顕微鏡に取り付けられる場合の基端側と、が空隙を介して互いに対向して配置され、
   前記レンズ部が、屈折率分布型レンズであり、
   前記イメージファイバが、複数のコアを有し、
   前記画像処理部が、ＲＰＣＡ（Ｒｏｂｕｓｔ Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎ
   ｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ）法により前記画像を処理し、処理後の画像のコントラストを強調
   する口腔内画像撮像システム。