JP6943246B2 - 内視鏡装置及び内視鏡装置の制御方法 - Google Patents

内視鏡装置及び内視鏡装置の制御方法 Download PDF

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Description

本開示は、内視鏡装置及び内視鏡装置の制御方法に関する。
例えば以下の特許文献１に開示されているような内視鏡装置を利用して、近年、様々な医療行為が行われるようになってきている。
このような医療行為の一つに、開腹手術や開胸手術に替わる、硬性内視鏡を利用した腹腔鏡手術や胸腔鏡手術がある。硬性内視鏡を利用したこれらの手術は、患者にとっては侵襲性が低いと言われているが、施術者である医師にとっては、視野の狭窄、立体感の欠如、狭い空間での作業による他の手術器具とカメラとの干渉及び照明との干渉等といった、多くの困難がある。しかしながら、近年、撮像素子の微細化及び高精細化及び撮像エリアの広角化に伴い、解像度を維持した状態で撮像対象物までの距離を大きくすることが可能となってきている。これにより、従来と同じ解像度の映像を見ながら、従来よりもはるかに広い空間で作業を実施することができるようになってきた。
また、内視鏡装置を利用した他の医療行為の一つに、軟性内視鏡を利用した管腔臓器の観察がある。管腔臓器について軟性内視鏡により取得された画像を表示画面に表示させた場合、画面中心部には、奥側に位置する臓器が表示され、画面周辺部には、軟性内視鏡から至近距離にある手前側の臓器が表示されることとなる。
特許第５７５０４２２号公報
ここで、観察、診断、撮像又は治療目的で、体内（すなわち、管腔、体腔、体内腔等）に上記のような内視鏡を挿入する場合、患者の苦痛や負担を低減するために、目的部位まで速やかに内視鏡の先端部を移動させることが肝要である。
しかしながら、通常の内視鏡照明を用いて観察しながら内視鏡の先端部を挿入する場合、特に、管腔臓器に挿入する場合には、目的部位が管腔の前方に存在して照明光が届きにくいために、挿入すべき部位の画像が相対的に暗くなってしまう。一方、内視鏡挿入時において、目的部位の途中に位置する臓器は、内視鏡の先端部からの距離が近いために、到達する照明光の光量は大きくなり、画像が明るくなる。
一般的な内視鏡装置において撮像画像が生成される際には、撮像エリア内の輝度の平均値又は最大値を基準として撮像信号の利得が変化するように制御が行われる（Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＧＣ）。そのため、撮像に際して撮像領域内に明るい領域が存在する場合、かかる明るい領域の輝度が飽和しないように、画像全体の輝度を下げるように撮像制御が行われてしまう。かかるＡＧＣ機能が機能する結果、挿入目的部位である管腔の奥の撮像画像は、より一層暗くなった状態で、内視鏡の操作者に提供されてしまう。
これにより、内視鏡の操作者は、内視鏡の挿入目的部位の観察がより一層困難となり、体腔内を傷つけてしまう可能性が生じうる。かかる可能性を低減し、出血又は穿孔等の発生を避けるために、内視鏡の挿入速度は更にゆっくりとなり、検査等に要する時間が延びることで、患者の精神的負担及び肉体的負担が増加してしまう可能性がある。
そこで、本開示では、上記事情に鑑みて、観察対象物の内部への内視鏡の挿入をより速やかに実施することが可能であり、内視鏡操作者の負担をより軽減することが可能な、内視鏡装置及び内視鏡装置の制御方法を提案する。
本開示によれば、少なくとも一部が観察対象物の内部へと挿入され、照明光の照射された前記観察対象物の内部の像を伝播する内視鏡ユニットと、前記内視鏡ユニットに対して、前記観察対象物の内部を照明する前記照明光を射出する光源ユニットと、前記内視鏡ユニットから伝播された前記観察対象物の内部の像を撮像して、前記観察対象物の内部の撮像画像を生成する撮像ユニットと、前記内視鏡ユニット、前記光源ユニット及び前記撮像ユニットの駆動制御を行う制御部と、を備え、前記照明光の放射角度が可変となっており、前記制御部は、前記観察対象物の内部へと挿入された前記内視鏡ユニットの一部である挿入部が、前記観察対象物の内部を移動しているか、又は、停止しているかに応じて、前記照明光の放射角度を変更する内視鏡装置が提供される。
また、本開示によれば、少なくとも一部が観察対象物の内部へと挿入され、照明光の照射された前記観察対象物の内部の像を伝播する内視鏡ユニットと、前記内視鏡ユニットに対して、前記観察対象物の内部を照明する前記照明光を射出する光源ユニットと、前記内視鏡ユニットから伝播された前記観察対象物の内部の像を撮像して、前記観察対象物の内部の撮像画像を生成する撮像ユニットと、を有し、前記照明光の放射角度が可変である内視鏡装置について、前記内視鏡ユニット、前記光源ユニット及び前記撮像ユニットの駆動制御を行う制御部により、前記観察対象物の内部へと挿入された前記内視鏡ユニットの一部である挿入部が、前記観察対象物の内部を移動しているか、又は、停止しているかを判断することと、前記挿入部の状態に応じて、前記照明光の放射角度を変更することと、を含む内視鏡装置の制御方法が提供される。
本開示によれば、内視鏡装置の制御部は、観察対象物の内部へと挿入された内視鏡ユニットの一部である挿入部が、観察対象物の内部を移動しているか、又は、停止しているかを判断し、挿入部の状態に応じて、照明光の放射角度が変更される。
以上説明したように本開示によれば、観察対象物の内部への内視鏡の挿入をより速やかに実施することが可能となり、内視鏡操作者の負担をより軽減することが可能となる。
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、又は、本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
本開示の実施形態に係る内視鏡装置の全体構成を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る内視鏡装置が有する内視鏡ユニットの構成の一例を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る内視鏡装置が有する内視鏡ユニットの構成の一例を模式的に示した説明図である。 加速度センサの全体構成の一例を模式的に示したブロック図である。 同実施形態に係る内視鏡装置が有する光源ユニットの構成の一例を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る光源ユニットが有する光源部の一例を模式的に示した説明図である。 Ｅｔｅｎｄｕｅについて説明するための説明図である。 Ｅｔｅｎｄｕｅについて説明するための説明図である。 同実施形態に係る光源ユニットにおけるライトガイドへの照明光の入射角度の制御処理について説明するための説明図である。 同実施形態に係る光源ユニットが有する結合部の構成を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る光源ユニットが有する結合部の構成を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る光源ユニットが有する結合部の構成を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る結合部の第１の具体例を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る結合部の第２の具体例を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る結合部の第３の具体例を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る結合部の第４の具体例を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る結合部の第５の具体例を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る結合部の第６の具体例を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る結合部の第６の具体例を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る結合部の第６の具体例を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る内視鏡装置が備える制御ユニットの構成の一例を模式的に示したブロック図である。 同実施形態に係る制御ユニットにおける照明領域制御処理について説明するための説明図である。 同実施形態に係る制御ユニットにおける照明領域制御処理について説明するための説明図である。 同実施形態に係る制御ユニットにおける照明領域制御処理の流れの一例を示した流れ図である。 同実施形態に係る制御ユニットにおける内視鏡ユニットの状態判定処理の流れの一例を示した流れ図である。 同実施形態に係る制御ユニットにおける内視鏡ユニットの状態判定処理の流れの別の一例を示した流れ図である。 同実施形態に係る制御ユニットにおける内視鏡ユニットの状態判定処理について説明するための説明図である。 同実施形態に係る制御ユニットにおける画像連結処理について説明するための説明図である。 同実施形態に係る制御ユニットが有する画像連結処理部の構成の一例を示したブロック図である。 同実施形態に係る制御ユニットにおける画像連結処理について説明するための説明図である。 同実施形態に係る制御ユニットのハードウェア構成の一例を示したブロック図である。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．実施形態
１．１．内視鏡装置の全体構成について
１．２．内視鏡ユニットの構成について
１．３．光源ユニットの構成について
１．４．制御ユニットの構成について
１．５．制御ユニットのハードウェア構成について
（実施形態）
＜内視鏡装置の全体構成について＞
まず、図１を参照しながら、本開示の実施形態に係る内視鏡装置の全体構成について、簡単に説明する。図１は、本実施形態に係る内視鏡装置の全体構成を模式的に示した説明図である。
本実施形態に係る内視鏡装置１０は、その一部が観察対象物Ｓの内部へと挿入されることで、観察対象物Ｓの内部を観察可能な装置である。このような内視鏡装置１０としては、例えば、硬性内視鏡、軟性内視鏡、関節鏡等といった各種の医療用内視鏡装置や、各種の工業用の内視鏡装置などがある。
以下では、内視鏡装置１０が医療用の内視鏡装置であり、観察対象物Ｓが生体の内部（例えば、管腔、体腔、体内腔等）である場合を例に挙げて、詳細に説明を行うものとする。
本実施形態に係る内視鏡装置１０は、観察対象とする生体Ｓの部位に対して所定の照明光を照射するとともに、観察光の照射された生体Ｓの部位を撮像することで、所定の波長帯域での生体Ｓの撮像画像を生成する装置である。ここで、照明光の波長帯域は、特に限定するものではないが、可視光帯域（波長３８０ｎｍ〜波長７８０ｎｍ程度の範囲に該当する帯域）であることが一般的である。また、照明光の波長帯域を変更することで、例えば、近赤外帯域（波長７８０ｎｍ程度〜波長２．５μｍ程度の範囲に該当する帯域）での撮像画像や、紫外線帯域での撮像画像など、各種の波長帯域での撮像画像を生成することも可能である。
内視鏡装置１０により生成された観察対象物に関する撮像画像は、内視鏡装置１０に有線又は無線で接続されたディスプレイ等の表示ユニットに随時表示される。
かかる機能を有する内視鏡装置１０は、図１に模式的に示したように、制御ユニット１０１と、内視鏡ユニット１０３と、光源ユニット１０５と、撮像ユニット１０７と、表示ユニット１０９と、を主に有している。
制御ユニット１０１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等により実現される。制御ユニット１０１は、内視鏡装置１０の全体的な機能を統括して制御するユニットであり、内視鏡装置１０を構成する内視鏡ユニット１０３、光源ユニット１０５、撮像ユニット１０７、及び、表示ユニット１０９の稼働状態を一括して制御する。かかる制御ユニット１０１は、例えば、内視鏡装置のカメラコントロールユニット（ＣＣＵ）に該当するユニットである。
内視鏡ユニット１０３は、制御ユニット１０１による制御のもと、その一部が生体の内部へと挿入されるユニットである。かかる内視鏡ユニット１０３は、光源ユニット１０５から射出される照明光を用いて生体Ｓの内部を観察した像（観察像）を、後段の撮像ユニット１０７へと結像させる。
光源ユニット１０５は、制御ユニット１０１による制御のもと、生体の内部を観察するための照明光を射出するユニットであり、内視鏡ユニット１０３に光学的に接続されている。かかる光源ユニット１０５は、撮像素子を用いて生体の撮像画像を得るための照明光源（例えば、白色光源等）を少なくとも有している。また、かかる光源ユニット１０５は、かかる光源以外にも、近赤外帯域の生体の撮像画像を得るための近赤外光源や、紫外光源など、特定波長の光を射出する各種のレーザ光源など、公知の様々な光源を有していてもよい。光源ユニット１０５は、制御ユニット１０１による制御のもとで、これら様々な光源から射出される照明光の種別を、任意のタイミングで切り替えることが可能である。また、光源ユニット１０５は、上記のような光源以外にも、例えば、ＯＣＴ用光源や、測距用光源、ＰＤＴ（Ｐｈｏｔｏｄｙｎａｍｉｃ Ｔｈｅｒａｐｙ、光線力学治療）など、特定の機能を実現するための光源を更に有していてもよい。
撮像ユニット１０７は、制御ユニット１０１による制御のもと、光源ユニット１０５からの照明光による生体の内部の観察像を撮像して、撮像画像の画像データを生成するユニットである。かかる撮像ユニット１０７は、内視鏡ユニット１０３に対して光学的に接続されている。
内視鏡装置１０では、可視光帯域の波長に感度のある撮像素子を用いることで、人間の眼で直接観察する状況に近い画像が撮像され、かかる画像が適切に現像された上で、通常観察画像として、表示ユニット１０９に観察結果が表示される。また、特殊光観察が可能な一般的な内視鏡装置では、可視光帯域の撮像画像を表示する通常観察モードの他に、近赤外帯域の波長にも感度のある撮像素子を用いて、生体内で生じる蛍光を観察する蛍光観察モードや、特定の狭波長を複数組み合わせることによって、皮膚表面からの深さの異なる血管を識別しやすくする狭波長画像（Ｎａｒｒｏｗ Ｂａｎｄ Ｉｍａｇｉｎｇ：ＮＢＩ）観察モードといった、各種の機能を実現している。
撮像ユニット１０７は、以上のようにして生成した撮像画像の画像データを、制御ユニット１０１の制御のもとで、後段の表示ユニット１０９に随時出力する。
表示ユニット１０９は、制御ユニット１０１による制御のもと、撮像ユニット１０７により生成された撮像画像を、内視鏡装置１０の操作者に表示するユニットである。かかる表示ユニット１０９に設けられる表示画面の個数は、特に限定されるものではなく、表示ユニット１０９は、１つの表示画面のみを有していてもよいし、複数個の表示画面を有していてもよい。かかる表示ユニット１０９は、特に限定されるものではなく、公知の表示装置を利用することが可能である。
以上、図１を参照しながら、本実施形態に係る内視鏡装置１０の全体構成について、詳細に説明した。なお、本実施形態に係る内視鏡装置１０は、以下で詳述するような内視鏡ユニット１０３又は光源ユニット１０５の少なくとも何れかを有していることにより、照明光の放射角度が可変となっている。
＜内視鏡ユニットの構成について＞
次に、図２Ａ〜図３を参照しながら、本実施形態に係る内視鏡装置１０が有する内視鏡ユニット１０３の構成について、詳細に説明する。図２Ａ及び図２Ｂは、本実施形態に係る内視鏡装置が有する内視鏡ユニットの構成の一例を模式的に示した説明図である。図３は、加速度センサの全体構成の一例を模式的に示したブロック図である。
本実施形態に係る内視鏡ユニット１０３は、少なくとも一部が観察対象物Ｓの内部へと挿入され、照明光の照射された観察対象物Ｓの内部の像を撮像ユニット１０７へと伝播するユニットである。
かかる内視鏡ユニット１０３は、図２Ａに模式的に示したように、リレー光学系１１１，１１７と、照明光学系１１３と、対物光学系１１５と、結像光学系１１９と、を主に有している。リレー光学系１１７としては、内視鏡ユニットが軟性内視鏡の場合には、ライトガイドが用いられるが、内視鏡ユニットが硬性内視鏡の場合には、画質の維持が容易なレンズを用いた光学系が用いられる。照明光学系のリレー光学系１１１は、通常ライトガイドが用いられる。
照明用リレー光学系としてのライトガイド１１１は、通常、インデックスガイド型の１０μｍ〜８０μｍ程度のコア径を有する複数のマルチモード光ファイバが束ねられた（バンドルされた）ものである。ライトガイド１１１は、光源ユニット１０５に接続されており、光源ユニット１０５から出射された所定波長を有する照明光（例えば、可視光帯域の照明光）を、内視鏡ユニット１０３の先端部へと導光する。かかるライトガイド１１１については、特に限定されるものではなく、公知の様々なライトガイドを利用することが可能である。
照明光学系１１３は、ライトガイド１１１によって伝播された照明光の観察対象物Ｓへの結像状態を調整する光学系である。かかる照明光学系１１３については、特に限定されるものではなく、公知の様々な照明光学系を利用することが可能である。
また、先だって言及したように、本実施形態に係る内視鏡装置１０では、照明光の放射角度が可変となるように構成されている。照明光の放射角度を可変とするために、かかる照明光学系１１３は、例えば、特開平１−１８５５１０号公報、又は、特公平６−５８４５８号公報に開示されているような、照明光の放射角度を可変とするための機構を有していることが好ましい。かかる照明光学系１１３の少なくとも一部の光学素子（例えば、各種のレンズ等）が、内視鏡ユニット１０３の光軸方向に沿って移動することで、照明光の放射角度を変化させることが可能である。
なお、本実施形態に係る照明光学系１１３が上記のような照明光の放射角度を可変とするための機構を有していない場合であっても、光源ユニット１０５が、以下で詳述するような照明光の放射角度を可変とするための機構を有していればよい。
対物光学系１１５は、観察対象物Ｓの内部に位置する、照明光の照射されている部位の観察像を得るための光学系である。かかる対物光学系１１５については、特に限定されるものではなく、公知の各種の光学系を利用することが可能である。対物光学系１１５により伝播された観察像は、リレー光学系として機能するライトガイド１１７によって、更に結像光学系１１９へと導光される。
結像光学系１１９は、ライトガイド１１７により導光された観察対象物Ｓの観察像を、撮像ユニット１０７に結像させるための光学系であり、後段の撮像ユニット１０７と光学的に接続されている。かかる結像光学系１１９については、特に限定されるものではなく、公知の様々な結像光学系を利用することが可能である。
なお、本実施形態に係る内視鏡装置１０では、以下で詳述するように、観察対象物Ｓの内部へと挿入された内視鏡ユニットの一部である挿入部が、観察対象物Ｓの内部を移動しているか、又は、停止しているかが随時判断される。内視鏡装置１０の制御ユニット１０１がこのような判断を実施するために、本実施形態に係る内視鏡ユニット１０３には、図２Ｂに示したように、図２Ａに示した構成に加えて、各種の加速度センサ１２１が設けられていても良い。
かかる加速度センサ１２１は、内視鏡ユニット１０３に設けられるものであるため、小型化を図ることが可能なＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）型の加速度センサであることが好ましい。また、かかる加速度センサの加速度検出方式については特に限定されるものではなく、静電容量検出方式、ピエゾ抵抗方式、熱検知方式等、公知の各種の原理に則した加速度センサを利用することが可能である。
ＭＥＭＳ型の加速度センサを含め、一般的な加速度センサ１２１は、図３に模式的に示したように、可動部１２１ａ、検出部１２１ｂ、信号処理部１２１ｃ、出力部１２１ｄ、駆動機構１２１ｅ、自己診断部１２１ｆ、及び、環境補正部１２１ｇという構成を有していることが多い。
加速度センサが有しているおもり（錘、マス）は、慣性力を受けると、おもりを支持するバネ等の弾性体の反力とのつりあいによって変位する（可動部１２１ａ）。可動部１２１ａの変位は、おもりに取り付けられた変位検出部、又は、バネ等の弾性体のひずみを検出するひずみ検出部によって検出される（検出部１２１ｂ）。検出部１２１ｂにより検出された変位量又はひずみ量は、信号処理部１２１ｃによって電気信号へと変換される。この信号処理部１２１ｃは、検出部１２１ｂで検出された信号を増幅したり、アナログ／デジタル変換したりする電気回路を有していることが多い。信号処理部１２１ｃによって生成された電気信号は、検出部１２１ｂにより検出された変化量に比例した電圧（換言すれば、加速度に比例した電圧）を有している。かかる電気信号は、出力部１２１ｄから外部（本実施形態の場合、制御ユニット１０１）へと出力される。また、かかる加速度センサ１２１には、サーボ機構を有している場合の可動部１２１ａを駆動させるための駆動機構１２１ｅや、検出部１２１ｂの機能診断をおこなう自己診断部１２１ｆや、信号処理部１２１ｃによる電気信号への変換処理に際して、検出された変位量又はひずみ量の温度補正を行う環境補正部１２１ｇ等を有していても良い。
以上、図２Ａ〜図３を参照しながら、本実施形態に係る内視鏡ユニット１０３について、詳細に説明した。
＜光源ユニットの構成について＞
続いて、本実施形態に係る光源ユニット１０５の構成について、詳細に説明する。
本実施形態に係る内視鏡ユニット１０３が、先だって説明したような照明光の放射角度を可変とするための機構を有している場合には、本実施形態に係る光源ユニット１０５は特に限定されるものではなく、公知の光源ユニットを利用することが可能である。しかしながら、本実施形態に係る内視鏡ユニット１０３が、先だって説明したような照明光の放射角度を可変とするための機構を有していない場合、本実施形態に係る光源ユニット１０５が、照明光の放射角度を可変とすることが可能な光源ユニットであることが求められる。その場合、照明光の放射角度を可変とする光源ユニットとしては、例えば以下で詳述するような構成を有するものであることが好ましい。
以下では、図４〜図１５Ｂを参照しながら、照明光の放射角度を可変とすることが可能な光源ユニットについて、具体的に説明する。
図４は、本実施形態に係る内視鏡装置が有する光源ユニットの構成の一例を模式的に示した説明図であり、図５は、本実施形態に係る光源ユニットが有する光源部の一例を模式的に示した説明図である。図６Ａ及び図６Ｂは、Ｅｔｅｎｄｕｅについて説明するための説明図である。図７は、本実施形態に係る光源ユニットにおけるライトガイドへの照明光の入射角度の制御処理について説明するための説明図である。図８Ａ〜図８Ｃは、本実施形態に係る光源ユニットが有する結合部の構成を模式的に示した説明図である。図９は、本実施形態に係る結合部の第１の具体例を模式的に示した説明図であり、図１０は、本実施形態に係る結合部の第２の具体例を模式的に示した説明図である。図１１は、本実施形態に係る結合部の第３の具体例を模式的に示した説明図であり、図１２は、本実施形態に係る結合部の第４の具体例を模式的に示した説明図である。図１３は、実施形態に係る結合部の第５の具体例を模式的に示した説明図であり、図１４〜図１５Ｂは、本実施形態に係る結合部の第６の具体例を模式的に示した説明図である。
照明光の放射角度を可変とすることが可能な光源ユニット１０５は、図４に模式的に示したように、光源部１３１と、結合部１３３と、マルチモード光ファイバ１３５と、駆動機構１３７と、制御部１３９と、記憶部１４１と、を主に有している。
光源部１３１は、少なくとも１つ以上の固体光源を有しており、かかる固体光源からの光を照明光として射出する。また、光源部１３１が２つ以上の固体光源を有している場合、光源部１３１は、各固体光源からの光を混色することで白色光を射出することも可能である。この光源部１３１の詳細な構成については、以下で改めて説明する。光源部１３１から射出された照明光は、後述する結合部１３３へと導光される。
結合部１３３は、内視鏡ユニット１０３に設けられた、内視鏡ユニット１０３に接続するための光束（すなわち、照明光の光束）を伝搬させるライトガイド１１１に対して接続される部位であり、かかるライトガイド１１１と接続可能なように設けられる。光源部１３１から射出された照明光は、この結合部１３３を介して内視鏡ユニット１０３の内部へと導光される。また、本実施形態に係る光源ユニット１０５では、以下で詳述するように、この結合部１３３が中心となって機能することにより、ライトガイド１１１へと入射する照明光の入射角度が制御されている。この結合部１３３の詳細な構成については、以下で改めて説明する。
マルチモード光ファイバ１３５は、１０μｍ以上のコア径を有するマルチモード光ファイバであり、光源部１３１から射出された照明光を、結合部１３３まで導光する。光源部１３１と結合部１３３とを、マルチモード光ファイバ１３５を用いて接続することで、光源部１３１から射出された照明光を効率良く結合部１３３へと導光することが可能となるとともに、照明光の取り扱いが容易なものとなる。
なお、図４に示したように、光源ユニット１０５の照明光は、内視鏡ユニット１０３のライトガイド１１１と、結合部１３３で接続される。かかる結合部１３３に存在する結合光学系により、照明光が内視鏡ユニット１０３のライトガイド１１１へと導光される。
駆動機構１３７は、アクチュエータ、移動ステージ等の公知の駆動部材により実現される。駆動機構１３７は、以下で詳述する制御部１３９による制御のもとで、結合部１３３に設けられる入射角度調整機構を以下で詳述するように制御して、結合部１３３において内視鏡ユニット１０３のライトガイド１１１へと入射する光線（すなわち、照明光の光線）の入射角度が適切な値となるように設定する。
制御部１３９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる各種ＩＣチップ等により実現される。制御部１３９は、本実施形態に係る光源ユニット１０５の動作を統括的に制御する処理部であり、制御ユニット１０１による制御のもとで、例えば、光源部１３１からの照明光の射出処理、及び、駆動機構１３７による結合部１３３の制御処理等を管理する。これにより、制御部１３９は、結合部１３３においてライトガイド１１１へと入射する光線の入射角度が可変となるように、制御を行うことが可能となる。
より詳細には、制御部１３９は、所定の制御信号を光源部１３１へと出力することで、光源部１３１から照明光を射出させる。
なお、制御部１３９は、各種制御処理を実施するに際し、記憶部１４１に格納されている各種のパラメータ及びデータベース、並びに、各種のプログラム等を利用することが可能である。また、制御部１３９は、制御ユニット１０１による制御のもとで、内視鏡装置１０の操作者が実施した各種のユーザ操作に応じて、結合部１３３においてライトガイド１１１へと入射する光線の入射角度を制御してもよい。
記憶部１４１は、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ストレージ装置等により実現される。記憶部１４１には、制御部１３９が各種制御処理を実施するに際して参照可能な、各種のパラメータ及びデータベース、並びに、各種のプログラム等が格納されている。また、かかる記憶部１４１には、制御部１３９が各種制御処理を実施する際に生成される一時的なデータや各種の履歴情報等が格納されていてもよい。この記憶部１４１は、制御部１３９が自由にデータのリード／ライト処理を実施することが可能である。
以上、図４を参照しながら、本実施形態に係る光源ユニット１０５の詳細な全体構成について説明した。
［光源部１３１の構成について］
次に、図５〜図６Ｂを参照しながら、本実施形態に係る光源ユニット１０５が備える光源部１３１の構成の一例について、詳細に説明する。
照明光として、可視光帯域に属する波長を有する照明光を用いる場合に、本実施形態に係る光源部１３１は、例えば図５に示したように、複数の固体光源１４３ａ，１４３ｂ，１４３ｃ，１４３ｄ，１４３ｅ・・・（以下、まとめて、固体光源１４３ともいう。）を有していることが好ましい。各固体光源１４３からは、所定波長の光が射出される。ここで、各固体光源１４３が射出する光の波長の組み合わせは、特に限定されるものではないが、各固体光源１４３から射出される光を混色させた結果、白色光が得られるような組み合わせであることが好ましい。このような波長の組み合わせとして、例えば、固体光源１４３ａ〜１４３ｅの何れか一つが、赤色光を射出し、固体光源１４３ａ〜１４３ｅの何れか一つが、緑色光を射出し、かつ、固体光源１４３ａ〜１４３ｅの何れか一つが、青色光を射出することが好ましい。また、固体光源１４３ａ〜１４３ｅの何れか一つは、紫色光や黄色光を射出してもよく、固体光源１４３ａ〜１４３ｅの何れか一つは、赤外光を射出してもよい。
各固体光源１４３から射出された光は、各固体光源１４３の後段に設けられたレンズＬ、ミラーＭ、光学フィルタＦによって伝搬方向が制御され、ミラーＭ及び光学フィルタＦの後段に設けられたレンズＬによって最終的に次の光学系へリレーされる。ここで、ミラーＭは、固体光源１４３ａから射出された光を反射させるような光学特性を有するものであり、各光学フィルタＦは、各光学フィルタＦの上流に設けられた固体光源１４３からの光は反射し、それ以外の波長帯域の光は透過させるような光学特性を有するものである。混色された後の光は、照明光として、光源部１３１の外部へと射出される。
ここで、図６Ａ及び図６Ｂを参照しながら、固体光源１４３のＥｔｅｎｄｕｅと、内視鏡ユニット１０３のライトガイド１１１のＥｔｅｎｄｕｅとの関係について、具体的に説明する。
Ｅｔｅｎｄｕｅは、ヘルムホルツ−ラグランジュの保存則の別表現であって、発光面積と光線の立体角との積で表わされる。いま、図６Ａに示したように、光源の発光面積及び光源から射出される光の立体角を、それぞれＳ１，Ω１とし、ライトガイド１１１の入射面の面積及び入射面に入射する光の立体角を、それぞれＳ２，Ω２とする。このとき、着目する光学系内において、Ｅｔｅｎｄｕｅの値は保存されるため、以下の式１０１が成立する。ここで、Ｅｔｅｎｄｕｅの単位は、ＳＩ単位系を利用した場合、［ｍｍ２・ｓｒ］（平方ミリ・ステラジアン）となる。
また、光軸に対して回転対称に光が放射される場合、立体角［単位：ｓｒ］は、図６Ｂに示したような平面角α［単位：ｒａｄ］を用いると、以下の式１０３のように表わすことができ、ライトガイドの開口数ＮＡは、平面角αを利用して、以下の式１０５のように表わすことができる。従って、Ｅｔｅｎｄｕｅの値を与える式１０１は、下記式１０３及び式１０５を利用して、以下の式１０７のように表わすことができる。ここで、以下の式１０７において、Ｄは、ライトガイドの径である。
Figure 0006943246
一般化すると、Ｅｔｅｎｄｕｅ（以下、値をＥと表記する。）は、光源から射出される光線の強度の放射角分布Ｉ（θ，φ）（θ，φ：光線の放射角）を用いて、以下の式１０９で表わすことができる。ここで、着目する光源が、ランバーシアン（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）光源であるとすると、かかる強度の放射角分布Ｉ（θ，φ）は、強度Ｉ０を用いて、以下の式１１１で表わすことができる。その場合、Ｅｔｅｎｄｕｅは、以下の式１１３のようになる。一方で、以下の式１１５の関係が成立するため、ランバーシアン光源のＥｔｅｎｄｕｅは、放射角分布が無い光源よりも小さくなる。
Figure 0006943246
ここで、一般的な直径Ｄ及び開口数ＮＡを有するライトガイドのＥｔｅｎｄｕｅを、強度の放射角分布Ｉ（θ，φ）がＩ０で一様であるとして算出すると、以下のことが明らかとなった。すなわち、ＥｔｅｎｄｕｅよりもＥｔｅｎｄｕｅの大きな光源からの光は、その全てをライトガイドに結合させることが出来ない一方で、ＥｔｅｎｄｕｅよりもＥｔｅｎｄｕｅの小さな光源からの光は、その全てをライトガイドに結合させることが可能となることが明らかとなった。
従って、本実施形態に係る光源部１３１において用いられる固体光源１４３は、ライトガイド１１１のＥｔｅｎｄｕｅ以下のＥｔｅｎｄｕｅを有する光源であることが好ましい。このような固体光源を利用することで、固体光源から射出される光の全てを利用することが可能となり、光源の利用効率を向上させることができる。
かかる観点において、固体光源として好ましい光源は、発光点が非常に小さいため、光学系によって容易に平行光を射出することが可能な（すなわち、立体角がほぼゼロとなる）レーザ光源（例えば、半導体レーザ光源）であることがわかる。また、かかるレーザ光源を蛍光体の励起光源として利用した、レーザ励起蛍光体光源を利用することも可能である。
また、近年、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）素子の開発も盛んであるが、ＬＥＤ素子における発光は面発光であるため発光領域が大きく、レーザ光源よりもＥｔｅｎｄｕｅの値は大きくなるものの、その性能によっては、本実施形態に係る固体光源として利用可能である。
以上、図５〜図６Ｂを参照しながら、本実施形態に係る光源部１３１の一例について、詳細に説明した。なお、図５に示した光源部１３１の構成は、あくまでも一例に過ぎず、本実施形態に係る光源部１３１の構成は、図５に示したものに限定されるものではない。
［結合部１３３の構成について］
次に、図７〜図１５Ｂを参照しながら、本実施形態に係る光源ユニット１０５が備える結合部１３３の構成について、詳細に説明する。
本発明者らは、照明光が照射される領域の広さを可変とすることが可能な光源ユニットについて鋭意検討を行った結果、ライトガイドに入射する光線の入射角度（ライトガイドの光軸に対して入射光線のなす角度）を変化させることで、ライトガイドから出射する光線の放射角度を制御可能であるとの知見を得た。
すなわち、図７に模式的に示したように、光線がライトガイドに対して、相対的に小さな入射角度で入射する場合には、ライトガイドから出射する光線の放射角度は小さな値となり（図７上段）、光線がライトガイドに対して、相対的に大きな入射角度で入射する場合には、ライトガイドから出射する光線の放射角度は大きな値となる（図７下段）。一般的なライトガイドは、インデックスガイド型の１０μｍ〜８０μｍ程度のコア径を有する複数のマルチモード光ファイバが束ねられた（バンドルされた）ものであり、光ファイバは、入射端面に入射した光線の角度を保存したまま出射端面から光線を放射するという特性を有するからである。ただし、光ファイバでは、光線の入射角度は保存されるものの、光線の入射位置は保存されないため、ある入射角度で入射した光線は、その角度を維持したままリング状の光線となって出射端面から放射される。
かかる現象により、図７上段に模式的に示したように、ライトガイドへの光線の入射角度を相対的に小さくすることで、ライトガイドからの光線の放射角度が小さくなる結果、ライトガイドから放射された光線の照射領域を小さく絞ることが可能となる。逆に、図７下段に模式的に示したように、ライトガイドへの光線の入射角度を相対的に大きくすることで、ライトガイドからの光線の放射角度が大きくなる結果、ライトガイドから放射された光線の照射領域を大きく広げることが可能となる。
本実施形態に係る結合部１３３では、上記のようなライトガイドへの光線の入射角度を制御することで、ライトガイド１１１へと導光される光線の放射角度を制御し、照明光が照射される領域の広さを可変とする。
ここで、結合部１３３は、ライトガイドに入射する光線の入射角度を、例えば、平行光に近い入射角度と、ライトガイドの開口数ＮＡに近い入射角度と、の２種類に制御してもよいし、平行光に近い入射角度からライトガイドの開口数ＮＡに近い入射角度までを、多段階に制御してもよい。
このような機能を有する結合部１３３は、図８Ａに示したように、コリメータレンズ１５１と、入射角度調節機構１５３と、を少なくとも有することが好ましい。コリメータレンズ１５１は、結合部１３３へと入射した光源部１３１からの照明光を、平行光とする光学素子である。また、入射角度調節機構１５３は、図７を参照しながら説明したような、ライトガイドへの照明光の入射角度を調節する機構である。この入射角度調節機構１５３は、図４に示した駆動機構１３７が機能することによって、入射角度調節機構１５３の状態が変化し、例えば、結合部１３３に入射した光のビームサイズや発散角を変化させることで、ライトガイド１１１への照明光の入射角度が変化する。かかる入射角度調節機構１５３の具体例については、以下で改めて説明する。
また、本実施形態に係る結合部１３３は、図８Ｂに示したように、入射角度調節機構１５３の後段に、結合光学系１５５を更に有することが好ましい。結合光学系１５５は、ライトガイドへの入射角度が制御された光線を、内視鏡ユニット１０３のライトガイド１１１へと結合させる光学系である。このような光学系を設けることで、ライトガイド１１１への入射角度が制御された照明光を、より確実にライトガイド１１１へと結合させることが可能となる。このような光学系としては、制御された照明光の入射角度を変化させてしまわないものであれば、例えば固定倍率光学系等の公知の光学系を適用することが可能である。
また、本実施形態に係る結合部１３３は、図８Ｃに示したように、結合光学系１５５が、入射角度調節機構１５３の機能を兼ね備えていてもよい。すなわち、結合光学系１５５の倍率を変化させることで、ライトガイド１１１の入射面における照明光のビームサイズを変化させることができる。このようなビームサイズの変化によって、ライトガイド１１１の入射面における照明光の入射角度が変化することとなるため、図７を参照しながら説明したような照明領域の制御を実現することができる。
このようにして照明領域の広さの制御を行い、照明領域を狭くした場合には、変更前は広い領域に分散していた照明光の光量が、変更後の狭い照明領域に集中することとなる。その結果、照明領域をより明るくすることが可能となるとともに、照明光をより効率良く利用することが可能となる。
○結合部１３３の第１の具体例
上記のような機能を有する結合部１３３の第１の具体例について、図９を参照しながら説明する。
図９に示した結合部１３３の第１の具体例では、入射角度調節機構１５３として、拡散板が用いられている。入射角度調節機構１５３として拡散板を用いることで、拡散板に入射する光線（すなわち、照明光）の発散角を変化させることができ、これにより、ライトガイド１１１への光線の入射角度を変化させることができる。
すなわち、第１の具体例における結合部１３３では、コリメータレンズ１５１の後段に拡散板が入射角度調節機構１５３として設けられており、拡散板の後段に、結合光学系１５５の一例として、固定倍率光学系が設けられている。この場合に、図９上段に示したように、拡散角の小さな拡散板が光路上に配設された場合には、ライトガイド１１１の入射面における照明光の入射角度は、相対的に小さな角度となり、照明光の照射領域は相対的に狭くなる。一方で、図９下段に示したように、拡散角の大きな拡散板が光路上に配設された場合には、ライトガイド１１１の入射面における照明光の入射角度は、相対的に大きな角度となり、照明光の照射領域は相対的に広くなる。
ここで、結合部１３３において、拡散角度が異なる複数の拡散板を準備しておき、駆動機構１３７により光路上に配設される拡散板を入れ替えることで、上記のような機能を実現することが可能となる。なお、拡散角度が異なる複数の拡散板を入れ替えるのではなく、光路上に配設される拡散板の個数を増減することでも、上記と同様の効果を得ることが可能である。
○結合部１３３の第２の具体例
次に、結合部１３３の第２の具体例について、図１０を参照しながら説明する。
第１の具体例では、入射角度調節機構１５３として拡散板を設けるものであったが、第２の具体例では、入射角度調節機構１５３として、複数のレンズがアレイ状に配設されたマルチレンズアレイ（Ｍｕｌｔｉ Ｌｅｎｓ Ａｒｒａｙ：ＭＬＡ）が設けられている。光路上に設けられるマルチレンズアレイの焦点距離を変化させることで、マルチレンズアレイに入射する光線（すなわち、照明光）の発散角を変化させることができ、これにより、ライトガイド１１１への光線の入射角度を変化させることができる。
すなわち、第２の具体例における結合部１３３では、コリメータレンズ１５１の後段にマルチレンズアレイが入射角度調節機構１５３として設けられており、マルチレンズアレイの後段に、結合光学系１５５の一例として、固定倍率光学系が設けられている。図１０上段に示したように、焦点距離の長いマルチレンズアレイが光路上に配設された場合には、ライトガイド１１１の入射面における照明光の入射角度は、相対的に小さな角度となり、照明光の照射領域は相対的に狭くなる。一方で、図１０下段に示したように、焦点距離の短いマルチレンズアレイが光路上に配設された場合には、ライトガイド１１１の入射面における照明光の入射角度は、相対的に大きな角度となり、照明光の照射領域は相対的に広くなる。
従って、結合部１３３において、焦点距離の異なる複数のマルチレンズアレイを準備しておき、駆動機構１３７により光路上に配設されるマルチレンズアレイを入れ替えることで、上記のような機能を実現することが可能となる。なお、焦点距離の異なる複数のマルチレンズアレイを入れ替えるのではなく、光路上に配設されるマルチレンズアレイの個数を増減することでも、上記と同様の効果を得ることが可能である。
○結合部１３３の第３の具体例
次に、結合部１３３の第３の具体例について、図１１を参照しながら説明する。
第３の具体例では、入射角度調節機構１５３として、円錐面を有するレンズと、円錐面に対応する凹面を有するレンズと、に分離可能なビームサイズ変換機構と、拡散板と、が設けられている。このビームサイズ変換機構は、２つのレンズを分離させて、２つのレンズ間の距離を変化させることで、入射する照明光のビームサイズを変換することができる。すなわち、２つのレンズが一体となっている場合には、入射する照明光のビームサイズは、入射した状態のままで維持される一方で、円錐面を有するレンズを離隔させることで、入射する照明光のビームサイズを大きなサイズへと変換することができる。従って、このビームサイズ変換機構は、仮想光面を光学的に作成することが可能な光学素子であるといえる。ビームサイズ変換機構を透過した照明光を拡散板により更に拡散させ、拡散板の後段に設けられた結合光学系（この場合、結合光学系は、固定倍率光学系及び縮小光学系で構成される。）によりライトガイド１１１の入射面に結合させることで、ライトガイド１１１への光線の入射角度を変化させることができる。
すなわち、第３の具体例における結合部１３３では、図１１上段に示したように、ビームサイズ変換機構を２つに分離させない場合には、ライトガイド１１１の入射面における照明光の入射角度は、相対的に小さな角度となり、照明光の照射領域は相対的に狭くなる。一方で、図１１下段に示したように、ビームサイズ変換機構を２つに分離させた場合には、ライトガイド１１１の入射面における照明光の入射角度は、相対的に大きな角度となり、照明光の照射領域は相対的に広くなる。
従って、結合部１３３において、駆動機構１３７によりビームサイズ変換機構の分離状態を制御することで、上記のような機能を実現することが可能となる。
○結合部１３３の第４の具体例
次に、結合部１３３の第４の具体例について、図１２を参照しながら説明する。
第４の具体例では、入射角度調節機構１５３として、ミラー等の反射光学系が設けられており、結合光学系１５５への入射位置を制御することにより、ライトガイド１１１への光線の入射角度を変化させることができる。
すなわち、図１２上段に示したように、反射光学系の位置を制御して、光源部１３１からの照明光が結合光学系１５５の光軸近傍に入射するように制御することで、ライトガイド１１１の入射面における照明光の入射角度は、相対的に小さな角度となり、照明光の照射領域は相対的に狭くなる。一方、図１２下段に示したように、反射光学系の位置を制御して、光源部１３１からの照明光が結合光学系１５５の光軸から離れた位置に入射するように制御することで、ライトガイド１１１の入射面における照明光の入射角度は、相対的に大きな角度となり、照明光の照射領域は相対的に広くなる。なお、図１２下段に示した場合には、照明光は、ライトガイド１１１に対してある一方向から入射することとなるが、複数の光ファイバからなるライトガイド１１１では、先だって説明したように、入射角度は保存されるが入射位置は保存されないため、一方向から入射した照明光は全周にわたって回折することとなり、所望の領域の全体を照明することが可能となる。
従って、結合部１３３において、駆動機構１３７によりミラー等の反射光学系の位置を制御することで、上記のような機能を実現することが可能となる。
○結合部１３３の第５の具体例
次に、結合部１３３の第５の具体例について、図１３を参照しながら説明する。
第４の具体例では、ミラーの制御方法として、図１２に示したような単純な横移動のみを記載したが、ミラーを分割して両方を逆方向に動かす、片方のみを径方向に動かすなどの制御を実施することで、第４の具体例と同様にして入射角度を様々に制御することが可能である。以下では、このようなミラーを分割する具体例について、簡単に説明する。
本具体例では、図１３に模式的に示したように、入射角度調節機構１５３として、分割されたミラー等の反射光学系（以下、単に「分割ミラー」ともいう。）が設けられており、かかる分割ミラーの少なくとも何れか一方を移動させることで、結合光学系１５５への照明光の入射角度を制御することにより、ライトガイド１１１への光線の入射角度を変化させる。
具体的には、第４の具体例では１枚のミラーであった反射光学系を、紙面と平行な平面で紙面手前側と紙面奥側に位置する２つのミラーへと分割しても良いし、第４の具体例では１枚のミラーであった反射光学系を、紙面と垂直な平面で紙面上側と紙面下側に位置する２つのミラーへと分割しても良い。その上で、何れか一方の分割ミラーを移動させることで、ライトガイド１１１の入射面における照明光の入射角度を変化させることが可能となる。
従って、結合部１３３において、駆動機構１３７により分割ミラー等の反射光学系の位置を制御することで、上記のような機能を実現することが可能となる。
○結合部１３３の第６の具体例
次に、結合部１３３の第６の具体例について、図１４〜図１５Ｂを参照しながら説明する。
第６の具体例では、図１４に模式的に示したように、入射角度調節機構１５３として、構造プリズム等の屈折光学系が設けられており、結合光学系１５５への照明光の入射角度を制御することにより、ライトガイド１１１への光線の入射角度を変化させることができる。
図１５Ａ及び図１５Ｂに、構造プリズムの構造の一例を示す。入射角度調節機構１５３として利用可能な構造プリズムは、図１５Ａ及び図１５Ｂに示したように、光学的透過面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を有している。光学的透過面Ｓ１と光学的透過面Ｓ３とは、互いに平行である。また、光学的透過面Ｓ２と光学的透過面Ｓ３とは、非平行であり、光学的透過面Ｓ２は、所定の角度の傾斜面となっている。図１５Ｂに示すように、光学的透過面Ｓ１に入射し、光学的透過面Ｓ３から出射する光の光軸は、光学的透過面Ｓ１及び光学的透過面Ｓ３が、かかる構造プリズムの設けられる光学系の光軸に対して垂直となっているために、光学系の光軸に対して平行であり、光の進行方向に変化はない。しかしながら、光学的透過面Ｓ２に入射し、光学的透過面Ｓ３から出射する光の光軸は、光学的透過面Ｓ２が、かかる構造プリズムの設けられる光学系の光軸に対して傾斜しているため、屈折の効果により、光学的透過面Ｓ２の傾斜角に応じた角度を持つこととなる。
このような構造プリズムを利用し、図１４上段に示したように、屈折光学系（構造プリズム）の位置を制御して、光源部１３１からの照明光が結合光学系１５５の光軸に略平行に入射するように制御することで、ライトガイド１１１の入射面における照明光の入射角度は、相対的に小さな角度となり、照明光の照射領域は相対的に狭くなる。一方、図１４下段に示したように、屈折光学系の位置を制御して、光源部１３１からの照明光が結合光学系１５５の光軸に角度を持って入射するように制御することで、ライトガイド１１１の入射面における照明光の入射角度は、相対的に大きな角度となり、照明光の照射領域は相対的に広くなる。
なお、図１４下段に示した場合には、照明光は、ライトガイド１１１に対してある一方向から入射することとなるが、複数の光ファイバからなるライトガイド１１１では、先だって説明したように、入射角度は保存されるが入射位置は保存されないため、一方向から入射した照明光は全周にわたって回折することとなり、所望の領域の全体を照明することが可能となる。
従って、結合部１３３において、駆動機構１３７により構造プリズム等の屈折光学系の位置を制御することで、上記のような機能を実現することが可能となる。
なお、第６の具体例では、構造プリズム等の屈折光学系をコリメータレンズ１５１と結合光学系１５５との間に配置したが、構造プリズム等の屈折光学系をライトガイド１１１入射面直前に配置しても、同様の効果を得ることができる。
ここで、上記の第１〜第６の具体例では、入射角度調節機構１５３を設け、ライトガイド１１１への光線の入射角度を変化させていたが、結合状態にあるライトガイド１１１の光軸と、結合部１３３の光軸と、のなす角を変化させることでも、ライトガイド１１１への照明光の入射角度を変化させることができる。
すなわち、結合部１３３の光軸とライトガイド１１１の光軸とが一致するように結合部１３３をライトガイド１１１に結合させた場合には、ライトガイド１１１の入射面における照明光の入射角度は、相対的に小さな角度となり、照明光の照射領域は相対的に狭くなる。一方で、ライトガイド１１１に対して結合部１３３を斜めに傾けると、ライトガイド１１１の入射面における照明光の入射角度は、相対的に大きな角度となり、照明光の照射領域は相対的に広くなる。
従って、駆動機構１３７により結合部１３３の傾斜状態を制御することで、上記のような機能を実現することが可能となる。
以上、図４〜図１５Ｂを参照しながら、照明光の放射角度を可変とすることが可能な光源ユニット１０５について、具体的に説明した。
＜制御ユニットの構成について＞
続いて、上記のような照明光の放射角度を可変とすることが可能な内視鏡装置１０を制御する制御ユニット１０１の構成について、図１６〜図２４を参照しながら、詳細に説明する。
図１６は、本実施形態に係る内視鏡装置が備える制御ユニットの構成の一例を模式的に示したブロック図である。図１７及び図１８は、本実施形態に係る制御ユニットにおける照明領域制御処理について説明するための説明図である。図１９は、本実施形態に係る制御ユニットにおける照明領域制御処理の流れの一例を示した流れ図である。図２０Ａは、本実施形態に係る制御ユニットにおける内視鏡ユニットの状態判定処理の流れの一例を示した流れ図であり、図２０Ｂは、本実施形態に係る制御ユニットにおける内視鏡ユニットの状態判定処理の流れの別の一例を示した流れ図である。図２１は、本実施形態に係る制御ユニットにおける内視鏡ユニットの状態判定処理について説明するための説明図であり、図２２及び図２４は、本実施形態に係る制御ユニットにおける画像連結処理について説明するための説明図であり、図２３は、本実施形態に係る制御ユニットが有する画像連結処理部の構成の一例を示したブロック図である。
制御部の一例である本実施形態に係る制御ユニット１０１は、先だって言及したように、内視鏡装置１０の全体的な機能を統括して制御するユニットであり、内視鏡装置１０を構成する内視鏡ユニット１０３、光源ユニット１０５、撮像ユニット１０７、及び、表示ユニット１０９の稼働状態を一括して制御する。
かかる制御ユニット１０１は、図１６に模式的に示したように、統括制御部２０１を主に有しており、操作情報取得部２０３、データ取得部２０５、内視鏡ユニット状態判定部２０７、画像連結処理部２０９、出力処理部２１１、表示制御部２１３及び記憶部２１５を更に有していることが好ましい。
統括制御部２０１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力装置、通信装置等により実現される。統括制御部２０１は、本実施形態に係る内視鏡装置１０が備える各種のユニットの動作状況を、統括的に制御する処理部である。すなわち、統括制御部２０１は、後段の操作情報取得部２０３が取得した、内視鏡装置１０の操作者による各種のユーザ操作に対応する操作情報を参照して、内視鏡装置１０の内視鏡ユニット１０３、光源ユニット１０５、撮像ユニット１０７及び表示ユニット１０９に対して、操作者が所望する各種の機能を実施させることが可能である。
また、本実施形態に係る内視鏡装置１０では、内視鏡ユニット１０３又は光源ユニット１０５が適切に動作することで、先だって言及したように、照明光の放射角度を可変とすることが可能である。これにより、内視鏡ユニット１０３の挿入部における光軸の近傍の光量が、かかる光軸の周辺の光量よりも多くなっているスポット状の照明光を実現することができる。
統括制御部２０１は、内視鏡ユニット１０３又は光源ユニット１０５を適切に制御することで、スポット状の照明光の放射角度分布を多段階に制御して、照明領域を同軸状に可変にすることが可能となる。例えば図１７及び図１８に示したように、統括制御部２０１は、照明光を内視鏡ユニット１０３の観察可能領域を全体的に照明するように制御するという一般的な状態に加えて、照明光の放射角度分布を、中心部に集中させた状態、観察可能領域の周辺領域を照明するようにさせた状態、中心部と周辺領域との中間領域を照明するようにさせた状態、の３段階に制御することが可能である。
本実施形態に係る内視鏡装置１０では、このような照明光の照射領域の制御を適切に利用して、観察対象物Ｓの内部へと挿入された内視鏡ユニット１０３の一部である挿入部が、観察対象物Ｓの内部を移動しているか、又は、停止しているかに応じて、照明光の放射角度を変更する。
すなわち、内視鏡ユニット１０３の挿入時には、内視鏡ユニット１０３の観察可能領域における中心部のみに照明光を照射し、目的部位に内視鏡ユニット１０３の先端部が位置した後は、照明光の照明領域を、通常の照明状態に戻すようにする。これにより、内視鏡ユニット１０３の挿入時には、周辺領域の光量が低下し、中心部の管腔内の奥の照明が強くなる。更に、周辺領域の光量が低下することで、「撮像画像全体の輝度が低下してＡＧＣにより全体の輝度が低下し、暗い部分が一層暗くなってしまう」という現象が発生する割合を抑制することが可能となる。
このように、統括制御部２０１は、内視鏡ユニット１０３の挿入時や引き抜き時に、照明光の放射角度分布を意図的に変化させることで、内視鏡ユニット１０３の挿入時には、生体の内部の前方を容易に確認しながら、内視鏡ユニット１０３を挿入することが可能となる。すなわち、前方視界が確認できるために、安全を確保しながら内視鏡ユニット１０３の挿入速度をより一層速めることで、被験者の負担を軽減することが可能となる。
具体的には、本実施形態に係る統括制御部２０１は、内視鏡ユニット１０３の挿入部が観察対象物Ｓの内部を前進しているときは、照明光の放射角度を小さくし、内視鏡ユニット１０３の挿入部が観察対象物Ｓの内部で停止しているとき、又は、観察対象物Ｓの内部を後退しているときは、照明光の放射角度を大きくすることが好ましい。
上記のような統括制御部２０１による照明領域制御処理の流れの一例を、図１９に示した。
統括制御部２０１は、通常の状態では、広い範囲が照明されるように（換言すれば、内視鏡ユニット１０３の観察可能領域の全体が照明されるように）、内視鏡ユニット１０３又は光源ユニット１０５を制御している（処理１）。
その後、統括制御部２０１は、後述する内視鏡ユニット状態判定部２０７から、内視鏡ユニットの状態に関する状態情報を取得すると（処理２）、取得した状態情報の時間的な推移に応じて、以下のような制御処理を実施する。
すなわち、統括制御部２０１は、「内視鏡ユニット１０３の挿入部が前進している」旨を示す状態情報の取得が、１秒継続したか否かを判定する（判定１）。前進状態が１秒継続している場合には（判定１−ＹＥＳ）、統括制御部２０１は、照明領域を絞るように（例えば、図１７及び図１８に示した中心部を照明する状態となるように）、内視鏡ユニット１０３又は光源ユニット１０５を制御する（処理３）。
一方、前進状態が１秒継続していない場合には（判定１−ＮＯ）、統括制御部２０１は、「内視鏡ユニット１０３の挿入部が後退している」旨を示す状態情報の取得が、２秒継続したか否かを判定する（判定２）。後退状態が２秒継続している場合には（判定２−ＹＥＳ）、統括制御部２０１は、照明領域を広げるように（例えば、図１７及び図１８に示した中間領域もしくは周辺領域を照明する状態、又は、観察可能領域の全体を照明する状態となるように）、内視鏡ユニット１０３又は光源ユニット１０５を制御する（処理４）。
一方、後退状態が２秒継続していない場合には（判定２−ＮＯ）、統括制御部２０１は、「内視鏡ユニット１０３の挿入部が停止している」旨を示す状態情報の取得が、３秒継続したか否かを判定する（判定３）。停止状態が３秒継続している場合には（判定３−ＹＥＳ）、統括制御部２０１は、照明領域を広げるように（例えば、観察可能領域の全体を照明する状態となるように）、内視鏡ユニット１０３又は光源ユニット１０５を制御する（処理５）。
一方、停止状態が３秒継続していない場合には（判定３−ＮＯ）、統括制御部２０１は、現在の照明状態を維持しつつ、処理２に戻って、照明領域制御処理を継続する。
このような処理を行うことで、本実施形態に係る内視鏡装置１０では、観察対象物の内部への内視鏡の挿入をより速やかに実施することが可能となり、内視鏡操作者の負担をより軽減することが可能となる。このような照明領域の制御は、操作者が、いわゆる遠隔医療システム等を利用して、遠隔地に存在している被験者の生体内を、遠隔操作により観察する際等にも有用であると考えられる。
なお、図１９に示した各判定での秒数は、あくまでも一例であって、図１９に示した値に限定されるものではなく、任意の値に設定することが可能である。また、内視鏡ユニット状態判定部２０７から出力される内視鏡ユニットの状態に関する状態情報については、以下で改めて説明する。
なお、上記のような統括制御部２０１による照明領域制御処理に依らず、照明光の照射領域は、医師やスコピスト等といった内視鏡装置１０の操作者が所定のユーザ操作を実施することで、自らの意思で変化させることが可能である。
また、所望の目的部位に内視鏡ユニット１０３の挿入部が到達し、目的部位の観察が開始される際（換言すれば、内視鏡ユニット１０３の挿入部が所定の時間以上停止している際）に、統括制御部２０１は、同一の観察部位に対して、照明光の放射角度を例えば図１７及び図１８に示したように変化させて、撮像ユニット１０７により、同一の観察部位についての複数の撮像画像を生成させてもよい。同一の観察部位に関する複数の撮像画像を生成させることで、後段で説明するような連結画像を生成することが可能となる。このような連結画像の生成処理については、以下で改めて説明する。
操作情報取得部２０３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力装置、通信装置等により実現される。操作情報取得部２０３は、内視鏡装置１０の操作者が、内視鏡装置１０に対して実施した各種のユーザ操作に対応する操作情報を取得する。操作情報取得部２０３は、内視鏡装置１０を構成する各種のユニットに対して操作者が実施したユーザ操作に対応する操作情報を取得すると、取得した操作情報を統括制御部２０１へと出力する。統括制御部２０１は、かかる操作情報を参照した上で、内視鏡装置１０を構成する各ユニットに対して適切な制御を行うことで、内視鏡装置１０の操作者が希望する動作を実現することが可能となる。
例えば、操作情報取得部２０３は、内視鏡装置１０の操作者が実施した、照明光の放射角度を変化させる旨のユーザ操作に対応する操作情報を取得すると、かかる操作情報を、統括制御部２０１に出力する。統括制御部２０１は、かかる操作情報を取得すると、内視鏡ユニット１０３の状態に依らず、操作者が希望する状態まで照明光の放射角度を変化させる。これにより、本実施形態に係る内視鏡装置１０では、内視鏡ユニット１０３の状態に依らず、操作者の所望する照明状態に、内視鏡装置１０の状態を変化させることが可能となる。
データ取得部２０５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。データ取得部２０５は、内視鏡装置１０の撮像ユニット１０７が生成した、観察対象物（例えば、生体）Ｓの内部に関する撮像画像の画像データを取得する。データ取得部２０５は、撮像ユニット１０７から出力される上記撮像画像の画像データを取得すると、かかる画像データを取得した旨を統括制御部２０１に通知するとともに、内視鏡ユニット状態判定部２０７、画像連結処理部２０９及び出力処理部２１１等に、取得した画像データを出力することが可能である。また、データ取得部２０５は、取得した撮像画像の画像データに、当該画像データを取得した日時等に関する時刻情報を関連付けた上で、記憶部２１５に履歴情報として記録してもよい。
また、本実施形態に係る内視鏡装置１０の内視鏡ユニット１０３に加速度センサ１２１が設けられている場合には、データ取得部２０５は、加速度センサ１２１から随時出力される加速度に関する出力情報を取得する。データ取得部２０５は、かかる加速度に関する出力情報を取得すると、取得した加速度に関する出力情報を、内視鏡ユニット状態判定部２０７に出力する。また、データ取得部２０５は、取得した加速度に関する出力情報のデータに、当該データを取得した日時等に関する時刻情報を関連付けた上で、記憶部２１５に履歴情報として記録してもよい。
内視鏡ユニット状態判定部２０７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。内視鏡ユニット状態判定部２０７は、内視鏡ユニット１０３に設けられた加速度センサ１２１からの出力値、又は、撮像ユニット１０７から出力された観察対象物Ｓの内部に関する撮像画像を利用して、内視鏡ユニット１０３の状態（すなわち、前進しているか、後退しているか、停止しているか・・・等）を判定する。
以下では、まず図２０Ａを参照しながら、内視鏡ユニット状態判定部２０７が加速度センサ１２１からの出力値を用いる場合について、具体的に説明する。
内視鏡ユニット１０３が加速度センサ１２１を実装している場合、内視鏡ユニット状態判定部２０７は、データ取得部２０５により取得された加速度センサ１２１の出力値を用いて、以下のような処理によって内視鏡ユニット１０３の状態を判定することが可能となる。
内視鏡ユニット状態判定部２０７は、データ取得部２０５から加速度データ（すなわち、加速度センサ１２１の出力値に関するデータ）を取得すると（処理１）、内視鏡ユニット状態判定部２０７は、予め設定された時間窓の範囲に基づいて、加速度データから窓データを抽出する（処理２）。その後、内視鏡ユニット状態判定部２０７は、所定の時間幅を有する窓データを利用して、かかるデータを特徴づける特徴量を算出する（処理３）。内視鏡ユニット状態判定部２０７は、かかる時間窓をオーバーラップさせながら作用させることで、上記のような特徴量を連続的に算出することが可能となる。
ここで、内視鏡ユニット状態判定部２０７が算出する特徴量については、特に限定されるものではなく、所定の時間窓の範囲内での加速度の平均値、分散値、最大値、二乗平均値等といった公知の統計量を、特徴量として利用することが可能である。一般的に用いられる加速度センサでは、そのセンサが１軸方向又は３軸方向に特化した加速度センサのいずれであっても、微細な振動等を検知してしまうために、センサの出力値には多くのノイズが重畳している。しかしながら、所定幅の時間窓を利用して、上記のような特徴量を算出することで、かかるノイズの影響を低減して、より正確な内視鏡ユニット１０３の状態判定を実施することが可能となる。
その後、内視鏡ユニット状態判定部２０７は、算出した特徴量を、予め規定された所定の閾値と比較する（処理４）。これにより、内視鏡ユニット状態判定部２０７は、内視鏡ユニット１０３の状態（すなわち、前進しているか、後退しているか、停止しているか・・・等）を判断することができる（処理５）。
次に、図２０Ｂを参照しながら、内視鏡ユニット状態判定部２０７が撮像画像を用いて、内視鏡ユニット１０３の状態判定を行う場合について、具体的に説明する。
撮像画像を用いて内視鏡ユニット１０３の状態を判定する場合、内視鏡ユニット状態判定部２０７は、いわゆる動体検出技術を用いて、内視鏡ユニット１０３の状態を判定する。動体検出技術には、例えば、テンプレートマッチング法や背景推定法等といった手法が存在する。特に観察対象物が生体内臓器である場合、かかる生体内臓器は特定パターンを有しないことが多いために、テンプレートマッチングや背景推定等といった、形態認識の特徴点抽出を用いる技法は適用することが困難である。そこで、内視鏡ユニット状態判定部２７は、いわゆるブロックマッチング法又は勾配法等の動体検出技術を利用して、内視鏡ユニット１０３の状態判定を行う。
具体的には、内視鏡ユニット状態判定部２０７は、データ取得部２０５から撮像画像の画像データを取得すると（処理１１）、上記のような動体検出技術を利用して画像内の一致パターンを検出し（処理１２）、得られた一致パターンに基づきオプティカルフロー推定を実施する（処理１３）。ここで、上記の何れの手法を用いた場合であっても、内視鏡ユニット状態判定部２０７は、着目している画像内のサブブロック（テンプレート）と、他の時刻での別画像内のサブブロックと、の相関が高い領域を抽出することとなる。ここで、内視鏡観察下での撮像画像については、通常の動体検出とは異なり背景も同じ速度で動くという前提を考慮することで、テンプレートのサイズを大きくして、計算量を減少させることが可能となる。
なお、基本的には、上記のような動体検出では、画像内に特徴点として周辺と差分のある部分が多く存在することが重要であるが、本実施形態では、動体の速度ではなく、移動方向又は移動しているか否かを推定するものであるため、特徴点の個数が少ない場合であっても、内視鏡ユニット１０３の状態を判定することが可能である。
内視鏡ユニット状態判定部２０７は、上記のようにしてオプティカルフローを推定すると、推定したオプティカルフローに基づき、内視鏡ユニット１０３の状態を判断する（処理１４）。具体的には、図２１に模式的に示したように、内視鏡ユニット１０３が前進している場合には、オプティカルフローの方向は、中心部から周辺部へと向かう方向となる一方で、内視鏡ユニット１０３が後退している場合には、オプティカルフローの方向は、周辺部から中心部へと向かう方向となる。また、内視鏡ユニット１０３が停止している場合には、オプティカルフローに大きな変化は存在しない。従って、内視鏡ユニット状態判定部２０７は、オプティカルフローの向きに着目することで、内視鏡ユニット１０３の状態を判定することができる。
なお、特徴点という観点では、色素内視鏡検査のために色素剤を散布することで得られた撮像画像は、特徴点の抽出が容易となる。すなわち、ある特定の色調の蛍光を発する色素を観察部位に対して散布することで、病変の凹凸が強調され、腫瘍又は病変などへの特異的な染色が生じる。これにより、ブロック間の相関が得やすくなり、特徴点抽出がより容易となる。ここで、このような色素については、特に限定するものではないが、例えば、食道を観察する際のルゴール法又はトルイジンブルー染色、胃を観察する際のインジゴカルミン法又は酢酸インジゴカルミン法、大腸を観察する際のクリスタルバイオレット法、インジゴカルミン法又はメチレンブルー法等を挙げることができる。また、狭帯域光観察（ＮＢＩ）についても、表面の微細な血管が鮮明に観察できるため、相関が得られやすい。
以上、図２０Ａ〜図２１を参照しながら、内視鏡ユニット状態判定部２０７における内視鏡ユニット１０３の状態判定処理について、具体的に説明した。
内視鏡ユニット状態判定部２０７は、以上のようにして内視鏡ユニット１０３の状態を随時判定し、得られた判定結果を、統括制御部２０１へと出力する。
なお、加速度センサ１２１の出力値と、撮像画像と、の双方を利用可能な場合、内視鏡ユニット状態判定部２０７は、それぞれの方法で内視鏡ユニット１０３の状態を判定し、得られた双方の結果を互いに比較してもよい。一方の方法による判定結果と、他方の方法による判定結果と、を互いに比較することで、より確実に内視鏡ユニット１０３の状態を判定することが可能となる。
画像連結処理部２０９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。画像連結処理部２０９は、同一の観察部位についての複数の撮像画像を利用し、複数の撮像画像のそれぞれについて、輝度値に応じて撮像画像中の一部の領域を抽出して抽出画像とし、複数の抽出画像を互いに連結することで、照明光の光量に起因する明るすぎて飽和している、暗すぎてノイズに埋もれているといった輝度値のばらつきが抑制された連結画像を生成する処理部である。
以下、図２２〜図２４を参照しながら、本実施形態に係る画像連結処理部２０９で実施される画像連結処理について、詳細に説明する。
所望の観察位置へ内視鏡の先端部を配置し、撮像画像を生成した場合であっても、管腔臓器を観察対象物とする場合には、以下のような現象が生じうる。すなわち、撮像画像における最大輝度の分布が周辺部に偏よってしまい、観察対象として重要な中心部の輝度が得られない場合や、逆に照明を中心部に絞って中心部の輝度を高めると、中心部でもカメラから距離の近い領域の輝度が高くなって、周辺部の光量が不足したりする場合が生じうる。一般的な内視鏡装置における照明では、全体の照射領域と領域内の光量分布とが不変であるため、著しく明るい領域があると、ＡＧＣにより全体の光量が下げられてしまう。
このような現象を解決するために、撮影した画像を領域分割して、観察する領域ごとに重み付けをして画像の明るさを演算し、照明の明るさを変えることが考えられる。これにより、観察に不必要な領域の輝度が飽和するほど高い場合であっても、観察を行おうとする領域に重みづけがなされることで、観察に不必要な領域の輝度の影響を小さくすることが可能となると考えられる。しかしながら、上記のような方法では、観察時点で不必要と判断した領域の情報は、飽和していたり欠損していたりして、何にも利用することはできない。しかしながら、上記のようにして照明光の放射角度分布を変化させることが可能となれば、以下のような方法で、観察対象領域内について、より一層多くの情報を取得することが可能となる。
具体的には、本実施形態に係る画像連結処理部２０９では、同一の観察部位についての複数の撮像画像を利用し、複数の撮像画像のそれぞれについて、一部分を互いに連結していくことで、照明光の光量に起因する明るすぎて飽和している、暗すぎてノイズに埋もれているといった輝度値のばらつきが抑制された連結画像を生成する。
例えば図２２に模式的に示したように、照明光の放射角度が、広い放射角度から狭い放射角度まで、３段階に可変であり、同一の観察部位について３枚の撮像画像が生成されるものとする。ここで、図２２に示した各図において、ハッチング領域は、適切な照明光の状態で、撮像が行われた領域であるとする。この場合に、画像連結処理部２０９は、適切な輝度値を有している領域を切り出して、互いに連結していくことで、一枚の連結画像を生成することができる。生成される連結画像は、照明光の光量に起因する明るすぎて飽和している、暗すぎてノイズに埋もれているといった輝度値のばらつきが抑制されており、画像情報の欠損を防止することが可能となる。
しかしながら、観察対象物Ｓが生体である場合、生体の内部は時々刻々と形状が漸次変化し、また、撮像に用いられるカメラも内視鏡の形態であるために手振れが生じやすい。そのため、単純に複数の撮像画像から輝度の最適な画像だけを集めて画素に配置したとしても、正しい連結を行うことは困難である。
そこで、本実施形態に係る画像連結処理部２０９は、以下で説明する処理を実施することで、観察対象物Ｓの経時変化や手振れを考慮した連結画像の生成を実施することが可能となる。
本実施形態に係る画像連結処理部２０９は、図２３に示したように、画像抽出部２２１と、特徴点抽出部２２３と、特徴点変化推定部２２５と、画像連結部２２７と、を有している。
画像抽出部２２１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。画像抽出部２２１は、連結画像の生成に用いられる複数の撮像画像を比較し、適切な輝度値及びコントラストを有している領域を各撮像画像中から抽出して、抽出画像とする。この際、画像抽出部２２１は、それぞれの撮像画像について、例えば、超広角レンズによるひずみを含む画像を平面画像に変換する等のように、必要に応じて座標変換を実施してもよい。なお、各撮像画像から抽出画像を生成する際には、適切な状態を有している領域よりも広い範囲で、切り出しを行うことが好ましい。
例えば図２４の左側最上段に示したような撮像対象物を撮像する際に、図２４に示したような２種類の照明条件での撮像が行われたものとする。照明条件１での撮像画像では、画像の右側部分に輝度値の欠損が生じており、照明条件２での撮像画像では、画像の左側部分に輝度値の欠損が生じているものとする。この場合、画像抽出部２２１は、それぞれの撮像画像から、適切な状態を有している領域よりも広い範囲で切り出しを行って、抽出画像を生成する。
画像抽出部２２１により抽出された抽出画像は、後段の特徴点抽出部２２３及び画像連結部２２７へと出力される。
特徴点抽出部２２３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。特徴点抽出部２２３は、生成された抽出画像のそれぞれについて、互いに重複している部分（重複部分）を特定するとともに、特定した重複部分について特徴点を抽出して、各特徴点の対応付けを実施する。
例えば図２４に示した例では、特徴点抽出部２２３は、２つの抽出画像を比較して、公知の方法により重複部分を特定する。図２４の左側最下段に示した例では、特徴点抽出部２２３は、ハッチングで示した部分を重複部分であると特定し、かかる重複部分について、特徴点の抽出と対応付けとを実施する。
特徴点抽出部２２３は、以上のようにして重複部分の特定、並びに、特徴点の抽出及び対応付けを実施すると、得られた結果を、後述する特徴点変化推定部２２５及び画像連結部２２７に出力する。
特徴点変化推定部２２５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。特徴点変化推定部２２５は、それぞれの抽出画像間で、抽出した特徴点の経時的な移動や変形などの大きさを推定する。すなわち、特徴点変化推定部２２５は、それぞれの抽出画像の基となる撮像画像が撮像される際の撮像間隔で、特徴点の移動や変形が生じたものと仮定して、移動量及び変形量をそれぞれ推定する。かかる移動量及び変形量の推定方法は、特に限定されるものではなく、撮像ユニット１０７での撮像タイミングと、観察対象物Ｓの脈動等に関する一般的な知見等と、に基づいて、公知の方法により推定することが可能である。
特徴点変化推定部２２５は、以上のようにして特徴点の時間変化について推定を行うと、得られた推定結果を、後述する画像連結部２２７に出力する。
画像連結部２２７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。画像連結部２２７は、特徴点抽出部２２３により得られた特徴点に関する情報と、特徴点変化推定部２２５により得られた特徴点の時間変化についての情報と、に基づき、画像抽出部２２１により生成された抽出画像の連結処理を実施する。
具体的には、画像連結部２２７は、各抽出画像の基となる撮像画像が撮像される際に特徴点が動いたり変形したりしたものと仮定し、移動量及び変形量を補正しながら、抽出画像を連結していく。これにより、図２４の右側最上段に示したように、複数の抽出画像から１つの画像が生成されることとなる。
また、生成した連結画像では、図２４の右側最上段に示したように、手振れ等に起因して、特徴点が完全に一致しない場合も生じうる。この際、画像連結部２２７は、公知の手振れ補正技術を用いた補正処理を行って、連結画像中に存在する手振れ部位を除去することが可能である。また、画像連結部２２７は、輝度値やコントラストの補正処理や、連結部位のゴースト除去等といった、その他の画像補正処理を実施することも可能である。これにより、図２４の右側最下段に示したように、観察対象物Ｓの経時変化や手振れ等が除去された連結画像が生成されることとなる。
画像連結部２２７は、以上のようにして連結画像を随時生成すると、得られた連結画像を出力処理部２１１へと出力する。
以上、図２２〜図２４を参照しながら、本実施形態に係る画像連結処理部２０９で実施される画像連結処理について、詳細に説明した。
出力処理部２１１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、出力装置、通信装置等により実現される。出力処理部２１１は、データ取得部２０５が取得した撮像画像の画像データ、及び、画像連結処理部２０９が生成した連結画像の画像データを、内視鏡装置１０の操作者に対して出力する。出力処理部２１１は、取得した各種の画像データを、表示制御部２１３と連携しながら表示ユニット１０９に表示させることで、内視鏡装置１０の操作者に、観察対象物（例えば、生体）Ｓの内部を観察した観察画像を提供することが可能となる。
なお、出力処理部２１１は、データ取得部２０５が取得した撮像画像の画像データ、及び、画像連結処理部２０９が生成した連結画像の画像データを、印刷物として出力したり、データとして外部の情報処理装置やサーバ等に出力したりすることが可能である。出力処理部２１１が、これらの画像データを外部の情報処理装置やサーバ等に出力することで、内視鏡装置１０により撮像された各種の画像データを、上記情報処理装置やサーバ等に格納されている電子カルテ等に自動的に関連付けたり、電子カルテ等に自動的に画像を張り付けたりすることが可能となる。
また、出力処理部２１１は、統括制御部２０１の制御のもとで内視鏡ユニット状態判定部２０７の状態判定結果を受けて、「内視鏡ユニット１０３が前後に動いている、振動している、回転している」等といった状態判定結果を、内視鏡装置１０の操作者にガイドを通知してもよい。かかる通知を操作者に対して出力することで、例えば内視鏡装置１０の操作者が観察部位の静止画像を撮像しようとしている際にブレ等が発生しないように、操作者に注意を喚起することが可能となる。このような通知は、特に、上記のような連結画像を生成することを目的として、同一の観察部位に対して複数の撮像画像を生成している際に有用である。
また、観察対象物Ｓが生体である場合、生体の内部は耐熱性が低いため、ある程度の時間同じ位置を高輝度で照明し続けると、観察部位が熱損傷を起こす可能性がある。そこで、出力処理部２１１は、統括制御部２０１の制御のもとで内視鏡ユニット状態判定部２０７の状態判定結果を受けて、「熱損傷の可能性がある」旨の警告を、操作者に対して通知してもよい。
なお、かかる通知及び警告は、表示制御部２１３を介して、文字データとして出力されても良いし、音声、警告音等の音声データとして出力されても良いし、操作者を驚かせない程度の振動として出力されてもよい。
表示制御部２１３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、出力装置、通信装置等により実現される。表示制御部２１３は、出力処理部２１１から出力された各種の結果を、内視鏡装置１０の表示ユニット１０９が備えるディスプレイ等の出力装置や、内視鏡装置１０の外部に設けられた出力装置等に表示する際の表示制御を行う。これにより、内視鏡装置１０の操作者は、各種の結果を、その場で把握することが可能となる。
記憶部２１５は、内視鏡装置１０の制御ユニット１０１が備える記憶装置の一例であり、制御ユニット１０１が備えるＲＡＭやストレージ装置等により実現される。記憶部２１５には、本実施形態に係る制御ユニット１０１が、各種の処理を実施する際に利用する各種のデータベースが記録されている。また、記憶部２１５には、各種の履歴情報が記録されていてもよい。更に、記憶部２１５には、本実施形態に係る制御ユニット１０１が何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、又は、各種のデータベースやプログラム等が、適宜記録される。この記憶部２１５は、統括制御部２０１、操作情報取得部２０３、データ取得部２０５、内視鏡ユニット状態判定部２０７、画像連結処理部２０９、出力処理部２１１、表示制御部２１３等が、自由にリード／ライト処理を実施することが可能である。
以上、本実施形態に係る制御ユニット１０１の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
なお、上述のような本実施形態に係る制御ユニットの各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
以上説明したように、本実施形態に係る内視鏡装置１０では、内視鏡ユニット１０３の挿入を速やかに実施することが可能となり、内視鏡装置１０の操作者の負担、及び、被験者の負担を、それぞれ低減することが可能となる。また、本実施形態に係る内視鏡装置１０では、観察対象物に関する撮像画像を取得する際に、輝度飽和を防ぐことで情報の欠損を極力抑制することが可能であり、取得画像からの情報を最大限活用することができる。
＜制御ユニットのハードウェア構成について＞
次に、図２５を参照しながら、本実施形態に係る内視鏡装置１０が備える制御ユニット１０１のハードウェア構成について、詳細に説明する。図２５は、本開示の実施形態に係る制御ユニット１０１のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
制御ユニット１０１は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、制御ユニット１０１は、更に、ホストバス９０７と、ブリッジ９０９と、外部バス９１１と、インターフェース９１３と、入力装置９１５と、出力装置９１７と、ストレージ装置９１９と、ドライブ９２１と、接続ポート９２３と、通信装置９２５とを備える。
ＣＰＵ９０１は、演算処理装置及び制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１９、又はリムーバブル記録媒体９２７に記録された各種プログラムに従って、制御ユニット１０１内の動作全般又はその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるホストバス９０７により相互に接続されている。
ホストバス９０７は、ブリッジ９０９を介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バス９１１に接続されている。
入力装置９１５は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチ及びレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９１５は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、制御ユニット１０１の操作に対応した携帯電話やＰＤＡ等の外部接続機器９２９であってもよい。さらに、入力装置９１５は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。ユーザは、この入力装置９１５を操作することにより、制御ユニット１０１に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
出力装置９１７は、取得した情報をユーザに対して視覚的又は聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置及びランプなどの表示装置や、スピーカ及びヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１７は、例えば、制御ユニット１０１が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、制御ユニット１０１が行った各種処理により得られた結果を、テキスト又はイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
ストレージ装置９１９は、制御ユニット１０１の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１９は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、又は光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１９は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、及び外部から取得した各種データなどを格納する。
ドライブ９２１は、記録媒体用リーダライタであり、制御ユニット１０１に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９２１は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２７に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９２１は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２７に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２７は、例えば、ＤＶＤメディア、ＨＤ−ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）メディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２７は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、又は、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ ｍｅｍｏｒｙ ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２７は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｃａｒｄ）又は電子機器等であってもよい。
接続ポート９２３は、機器を制御ユニット１０１に直接接続するためのポートである。接続ポート９２３の一例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート等がある。接続ポート９２３の別の例として、ＲＳ−２３２Ｃポート、光オーディオ端子、ＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート等がある。この接続ポート９２３に外部接続機器９２９を接続することで、制御ユニット１０１は、外部接続機器９２９から直接各種データを取得したり、外部接続機器９２９に各種データを提供したりする。
通信装置９２５は、例えば、通信網９３１に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９２５は、例えば、有線又は無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又はＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９２５は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）用のルータ、又は、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９２５は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９２５に接続される通信網９３１は、有線又は無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信又は衛星通信等であってもよい。
以上、本開示の実施形態に係る制御ユニット１０１の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
少なくとも一部が観察対象物の内部へと挿入され、照明光の照射された前記観察対象物の内部の像を伝播する内視鏡ユニットと、
前記内視鏡ユニットに対して、前記観察対象物の内部を照明する前記照明光を射出する光源ユニットと、
前記内視鏡ユニットから伝播された前記観察対象物の内部の像を撮像して、前記観察対象物の内部の撮像画像を生成する撮像ユニットと、
前記内視鏡ユニット、前記光源ユニット及び前記撮像ユニットの駆動制御を行う制御部と、
を備え、
前記照明光の放射角度が可変となっており、
前記制御部は、前記観察対象物の内部へと挿入された前記内視鏡ユニットの一部である挿入部が、前記観察対象物の内部を移動しているか、又は、停止しているかに応じて、前記照明光の放射角度を変更する、内視鏡装置。
（２）
前記照明光は、前記挿入部における光軸の近傍の光量が、当該光軸の周辺の光量よりも多くなっているスポット状の照明光であり、
前記制御部は、前記挿入部が前記観察対象物の内部を前進しているときは、前記照明光の放射角度を小さくし、前記挿入部が前記観察対象物の内部で停止しているとき、又は、前記観察対象物の内部を後退しているときは、前記照明光の放射角度を大きくする、（１）に記載の内視鏡装置。
（３）
前記内視鏡ユニットには、加速度センサが設けられており、
前記制御部は、前記加速度センサからの出力情報に基づき、前記挿入部が移動しているか、又は、停止しているかを判断する、（１）又は（２）に記載の内視鏡装置。
（４）
前記制御部は、前記撮像ユニットから出力される前記撮像画像のオプティカルフローを算出し、算出した前記オプティカルフローに基づき、前記挿入部が移動しているか、又は、停止しているかを判断する、（１）〜（３）の何れか１つに記載の内視鏡装置。
（５）
前記制御部は、
前記挿入部が前記観察対象物の内部で停止している際に、同一の観察部位に対して、前記照明光の放射角度を変化させて、前記撮像ユニットにより、同一の観察部位についての複数の前記撮像画像を生成させ、
前記複数の撮像画像のそれぞれについて、輝度値に応じて撮像画像中の一部の領域を抽出して抽出画像とし、
複数の前記抽出画像を互いに連結することで、前記照明光の光量に起因する輝度値のばらつきが抑制された連結画像を生成する、（１）〜（４）の何れか１つに記載の内視鏡装置。
（６）
前記制御部は、
前記抽出画像のそれぞれについて特徴点を抽出し、抽出した前記特徴点を複数の前記抽出画像間で対応付けることで、重複して撮像されている領域を特定し、
前記複数の抽出画像間での撮像タイミングが異なることに起因する特徴点の時間変化を推定し、
前記特徴点の時間変化を考慮して、前記複数の抽出画像を互いに連結する、（５）に記載の内視鏡装置。
（７）
前記制御部は、前記同一の観察部位に対して前記複数の撮像画像を生成する際に前記挿入部の移動を検知した場合、前記挿入部が移動した旨のガイドを操作者に出力する、（５）又は（６）に記載の内視鏡装置。
（８）
前記制御部は、操作者が実施した操作に対応する操作信号に基づき、前記照明光の放射角度を変化させる、（１）〜（７）の何れか１つに記載の内視鏡装置。
（９）
前記内視鏡ユニットの内部には、前記照明光を観察部位まで伝播する照明光学系が設けられており、
前記内視鏡ユニットの内部において、前記照明光学系の少なくとも一部が移動することで、前記照明光の放射角度が変化する、（１）〜（８）の何れか１つに記載の内視鏡装置。
（１０）
前記光源ユニットは、前記照明光を射出する光源部と、前記内視鏡ユニットに設けられたライトガイドと接続可能な結合部と、を有しており、
前記結合部における前記ライトガイドへと入射する前記照明光の入射角度が変化することで、前記照明光の放射角度が変化する、（１）〜（８）の何れか１つに記載の内視鏡装置。
（１１）
前記結合部には、前記ライトガイドへの入射角度が制御された前記照明光を前記ライトガイドへと結合させる結合光学系が設けられる、（１０）に記載の内視鏡装置。
（１２）
前記結合部には、前記光源部から射出された前記照明光を反射させる反射光学系又は前記照明光を屈折させる屈折光学系と、前記照明光を前記ライトガイドへと結合させる結合光学系と、が設けられており、
前記反射光学系又は前記屈折光学系を移動させることで、前記結合光学系への入射面において、前記結合光学系の光軸と前記照明光の入射位置との間の離隔距離を変化させて、前記照明光の入射角度を変化させる、（１０）に記載の内視鏡装置。
（１３）
前記結合部の光軸と、前記ライトガイドの光軸と、のなす角を変化させることで、前記照明光の入射角度を変化させる、（１０）に記載の内視鏡装置。
（１４）
前記ライトガイドへの前記照明光の入射面における前記照明光のビームサイズを変化させることで、前記照明光の入射角度を変化させる、（１０）に記載の内視鏡装置。
（１５）
前記光源部から射出された前記照明光の発散角を変化させることで、前記照明光の入射角度を変化させる、（１０）に記載の内視鏡装置。
（１６）
少なくとも一部が観察対象物の内部へと挿入され、照明光の照射された前記観察対象物の内部の像を伝播する内視鏡ユニットと、前記内視鏡ユニットに対して、前記観察対象物の内部を照明する前記照明光を射出する光源ユニットと、前記内視鏡ユニットから伝播された前記観察対象物の内部の像を撮像して、前記観察対象物の内部の撮像画像を生成する撮像ユニットと、を有し、前記照明光の放射角度が可変である内視鏡装置について、
前記内視鏡ユニット、前記光源ユニット及び前記撮像ユニットの駆動制御を行う制御部により、前記観察対象物の内部へと挿入された前記内視鏡ユニットの一部である挿入部が、前記観察対象物の内部を移動しているか、又は、停止しているかを判断することと、
前記挿入部の状態に応じて、前記照明光の放射角度を変更することと、
を含む、内視鏡装置の制御方法。
１０ 内視鏡装置
１０１ 制御ユニット
１０３ 内視鏡ユニット
１０５ 光源ユニット
１０７ 撮像ユニット
１０９ 表示ユニット
１１１，１１７ ライトガイド
１１３ 照明光学系
１１５ 対物光学系
１１９ 結像光学系
１２１ 加速度センサ
１３１ 光源部
１３３ 結合部
１３５ マルチモード光ファイバ
１３７ 駆動機構
１３９ 制御部
１４１ 記憶部
１５１ コリメータレンズ
１５３ 入射角度調節機構
１５５ 結合光学系
２０１ 統括制御部
２０３ 操作情報取得部
２０５ データ取得部
２０７ 内視鏡ユニット状態判定部
２０９ 画像連結処理部
２１１ 出力処理部
２１３ 表示制御部
２１５ 記憶部
２２１ 画像抽出部
２２３ 特徴点抽出部
２２５ 特徴点変化推定部
２２７ 画像連結部

Claims (16)

  1. 少なくとも一部が観察対象物の内部へと挿入され、照明光の照射された前記観察対象物の内部の像を伝播する内視鏡ユニットと、
    前記内視鏡ユニットに対して、前記観察対象物の内部を照明する前記照明光を射出する光源ユニットと、
    前記内視鏡ユニットから伝播された前記観察対象物の内部の像を撮像して、前記観察対象物の内部の撮像画像を生成する撮像ユニットと、
    前記内視鏡ユニット、前記光源ユニット及び前記撮像ユニットの駆動制御を行う制御部と、
    を備え、
    前記照明光の放射角度が可変となっており、
    前記照明光は、前記観察対象物の内部へと挿入された前記内視鏡ユニットの一部である挿入部における光軸の近傍の光量が、当該光軸の周辺の光量よりも多くなっているスポット状の照明光であり、
    前記制御部は、前記挿入部が、前記観察対象物の内部を移動しているか、又は、停止しているかに応じて、前記照明光の放射角度を変更する場合、前記観察対象物の内部を前進しているときは、前記照明光の放射角度を小さくし、前記挿入部が前記観察対象物の内部で停止しているとき、又は、前記観察対象物の内部を後退しているときは、前記照明光の放射角度を大きくする、内視鏡装置。
  2. 少なくとも一部が観察対象物の内部へと挿入され、照明光の照射された前記観察対象物の内部の像を伝播する内視鏡ユニットと、
    前記内視鏡ユニットに対して、前記観察対象物の内部を照明する前記照明光を射出する光源ユニットと、
    前記内視鏡ユニットから伝播された前記観察対象物の内部の像を撮像して、前記観察対象物の内部の撮像画像を生成する撮像ユニットと、
    前記内視鏡ユニット、前記光源ユニット及び前記撮像ユニットの駆動制御を行う制御部と、
    を備え、
    前記照明光の放射角度が可変となっており、
    前記制御部は、
    前記観察対象物の内部へと挿入された前記内視鏡ユニットの一部である挿入部が、前記観察対象物の内部を移動しているか、又は、停止しているかに応じて、前記照明光の放射角度を変更し、
    前記挿入部が前記観察対象物の内部で停止している際に、同一の観察部位に対して、前記照明光の放射角度を変化させて、前記撮像ユニットにより、同一の観察部位についての複数の前記撮像画像を生成させ、
    前記複数の撮像画像のそれぞれについて、輝度値に応じて撮像画像中の一部の領域を抽出して抽出画像とし、
    複数の前記抽出画像を互いに連結することで、前記照明光の光量に起因する輝度値のばらつきが抑制された連結画像を生成する、内視鏡装置。
  3. 前記制御部は、
    前記抽出画像のそれぞれについて特徴点を抽出し、抽出した前記特徴点を複数の前記抽出画像間で対応付けることで、重複して撮像されている領域を特定し、
    前記複数の抽出画像間での撮像タイミングが異なることに起因する特徴点の時間変化を推定し、
    前記特徴点の時間変化を考慮して、前記複数の抽出画像を互いに連結する、請求項２に記載の内視鏡装置。
  4. 前記制御部は、前記同一の観察部位に対して前記複数の撮像画像を生成する際に前記挿入部の移動を検知した場合、前記挿入部が移動した旨のガイドを操作者に出力する、請求項２又は３に記載の内視鏡装置。
  5. 少なくとも一部が観察対象物の内部へと挿入され、照明光の照射された前記観察対象物の内部の像を伝播する内視鏡ユニットと、
    前記内視鏡ユニットに対して、前記観察対象物の内部を照明する前記照明光を射出する光源ユニットと、
    前記内視鏡ユニットから伝播された前記観察対象物の内部の像を撮像して、前記観察対象物の内部の撮像画像を生成する撮像ユニットと、
    前記内視鏡ユニット、前記光源ユニット及び前記撮像ユニットの駆動制御を行う制御部と、
    を備え、
    前記照明光の放射角度が可変となっており、
    前記制御部は、前記観察対象物の内部へと挿入された前記内視鏡ユニットの一部である挿入部が、前記観察対象物の内部を移動しているか、又は、停止しているかに応じて、前記照明光の放射角度を変更し、
    前記光源ユニットは、前記照明光を射出する光源部と、前記内視鏡ユニットに設けられたライトガイドと接続可能な結合部と、を有しており、
    前記結合部における前記ライトガイドへと入射する前記照明光の入射角度が変化することで、前記照明光の放射角度が変化し、
    前記結合部には、前記光源部から射出された前記照明光を反射させる反射光学系又は前記照明光を屈折させる屈折光学系と、前記照明光を前記ライトガイドへと結合させる結合光学系と、が設けられており、
    前記反射光学系又は前記屈折光学系を移動させることで、前記結合光学系への入射面において、前記結合光学系の光軸と前記照明光の入射位置との間の離隔距離を変化させて、前記照明光の入射角度を変化させる、内視鏡装置。
  6. 前記内視鏡ユニットには、加速度センサが設けられており、
    前記制御部は、前記加速度センサからの出力情報に基づき、前記挿入部が移動しているか、又は、停止しているかを判断する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内視鏡装置。
  7. 前記制御部は、前記撮像ユニットから出力される前記撮像画像のオプティカルフローを算出し、算出した前記オプティカルフローに基づき、前記挿入部が移動しているか、又は、停止しているかを判断する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の内視鏡装置。
  8. 前記制御部は、操作者が実施した操作に対応する操作信号に基づき、前記照明光の放射角度を変化させる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の内視鏡装置。
  9. 前記内視鏡ユニットの内部には、前記照明光を観察部位まで伝播する照明光学系が設けられており、
    前記内視鏡ユニットの内部において、前記照明光学系の少なくとも一部が移動することで、前記照明光の放射角度が変化する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内視鏡装置。
  10. 前記光源ユニットは、前記照明光を射出する光源部と、前記内視鏡ユニットに設けられたライトガイドと接続可能な結合部と、を有しており、
    前記結合部における前記ライトガイドへと入射する前記照明光の入射角度が変化することで、前記照明光の放射角度が変化する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内視鏡装置。
  11. 前記結合部には、前記ライトガイドへの入射角度が制御された前記照明光を前記ライトガイドへと結合させる結合光学系が設けられる、請求項１０に記載の内視鏡装置。
  12. 前記結合部には、前記光源部から射出された前記照明光を反射させる反射光学系又は前記照明光を屈折させる屈折光学系と、前記照明光を前記ライトガイドへと結合させる結合光学系と、が設けられており、
    前記反射光学系又は前記屈折光学系を移動させることで、前記結合光学系への入射面において、前記結合光学系の光軸と前記照明光の入射位置との間の離隔距離を変化させて、前記照明光の入射角度を変化させる、請求項１０に記載の内視鏡装置。
  13. 前記結合部の光軸と、前記ライトガイドの光軸と、のなす角を変化させることで、前記照明光の入射角度を変化させる、請求項１０に記載の内視鏡装置。
  14. 前記ライトガイドへの前記照明光の入射面における前記照明光のビームサイズを変化させることで、前記照明光の入射角度を変化させる、請求項１０に記載の内視鏡装置。
  15. 前記光源部から射出された前記照明光の発散角を変化させることで、前記照明光の入射角度を変化させる、請求項１０に記載の内視鏡装置。
  16. 少なくとも一部が観察対象物の内部へと挿入され、照明光の照射された前記観察対象物の内部の像を伝播する内視鏡ユニットと、前記内視鏡ユニットに対して、前記観察対象物の内部を照明する前記照明光を射出する光源ユニットと、前記内視鏡ユニットから伝播された前記観察対象物の内部の像を撮像して、前記観察対象物の内部の撮像画像を生成する撮像ユニットと、を有し、前記照明光の放射角度が可変であり、前記照明光は、前記観察対象物の内部へと挿入された前記内視鏡ユニットの一部である挿入部における光軸の近傍の光量が、当該光軸の周辺の光量よりも多くなっているスポット状の照明光である内視鏡装置について、
    前記内視鏡ユニット、前記光源ユニット及び前記撮像ユニットの駆動制御を行う制御部により、前記挿入部が、前記観察対象物の内部を前進しているか、又は、後退しているか、又は、停止しているかを判断することと、
    前記挿入部の状態に応じて、前記照明光の放射角度を変更する場合、前記挿入部が前記観察対象物の内部を前進しているときは、前記照明光の放射角度を小さくし、前記挿入部が前記観察対象物の内部で停止しているとき、又は、前記観察対象物の内部を後退しているときは、前記照明光の放射角度を大きくすることと、
    を含む、内視鏡装置の制御方法。
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