WO2012127549A1 - 内視鏡 - Google Patents

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WO2012127549A1
WO2012127549A1 PCT/JP2011/006643 JP2011006643W WO2012127549A1 WO 2012127549 A1 WO2012127549 A1 WO 2012127549A1 JP 2011006643 W JP2011006643 W JP 2011006643W WO 2012127549 A1 WO2012127549 A1 WO 2012127549A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
driving force
shaft
transmission shaft
force transmission
protective tube
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/006643
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English (en)
French (fr)
Inventor
川野　裕三
崇史 真田
河野　治彦
Original Assignee
パナソニック株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニック株式会社 filed Critical パナソニック株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/2476—Non-optical details, e.g. housings, mountings, supports
    • G02B23/2484—Arrangements in relation to a camera or imaging device
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • A61B1/05—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances characterised by the image sensor, e.g. camera, being in the distal end portion
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00002—Operational features of endoscopes
    • A61B1/00004—Operational features of endoscopes characterised by electronic signal processing
    • A61B1/00009—Operational features of endoscopes characterised by electronic signal processing of image signals during a use of endoscope

Definitions

  • the present invention relates to an endoscope that images the inside of a subject that cannot be directly observed from the outside, and more particularly, to a technique for obtaining a high-resolution image in the endoscope.
  • an image processing method for generating a high-resolution image from a plurality of original images acquired by pixel shifting an image shift process for mapping pixel values of a low-resolution image to pixels of a high-resolution image, or an ML (Maximum-likelihood) method
  • an image shift process for mapping pixel values of a low-resolution image to pixels of a high-resolution image or an ML (Maximum-likelihood) method
  • a super-resolution processing technique using a MAP (Maximum A-Posterior) method, a POCS (Projection On-to-Convex Set) method, or the like is known (see Patent Document 4).
  • an endoscope having a small-diameter insertion portion (for example, a tube having an outer diameter of 2 mm) is suitable for nasal pituitary surgery or the like.
  • a small-diameter insertion portion for example, a tube having an outer diameter of 2 mm
  • the actuators described in Patent Documents 2 and 3 cannot be arranged because the space in the insertion portion is limited.
  • it is conceivable to arrange the actuator outside the insertion portion in the conventional techniques described in Patent Documents 2 and 3, it is not possible to slightly displace the image pickup device arranged at the tip of the insertion portion with high accuracy. There was a problem that it was difficult.
  • the present invention has been devised in view of such a problem of the prior art, and has a configuration in which the diameter of the insertion portion can be reduced, while performing a super-resolution process on the captured image, thereby obtaining a high-resolution image.
  • the main purpose is to provide an endoscope that can acquire the above.
  • the endoscope of the present invention is supported by a protective tube that forms an insertion portion to be inserted into a subject, and a plurality of spacers that are inserted through the protective tube and arranged in the axial direction at a predetermined pitch in the protective tube.
  • the image sensor attached to the tip side of the driving force transmission shaft is displaced. (I.e., the optical image formed on the light receiving surface of the image sensor and the image sensor are relatively displaced), so that the captured image can be obtained while the diameter of the insertion portion can be reduced. It is possible to obtain a high resolution image by performing super-resolution processing on the image.
  • FIG. 1 A perspective view of endoscope 1 concerning a 1st embodiment. II-II sectional view in FIG. Typical sectional drawing which shows the structure of 12 A of 1st spacers of the endoscope 1 which concerns on 1st Embodiment.
  • Enlarged view of part IV in Fig. 2 Enlarged view of part V in Fig. 2
  • omits and shows a part of internal structure of the main-body part 2 of the endoscope 1 which concerns on 1st Embodiment.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram of the operation of the endoscope 1 taken along the line XII-XII in FIG.
  • the schematic diagram which shows the mode of the displacement of an image pick-up element at the time of the imaging of the endoscope 1 which concerns on 1st Embodiment.
  • a first invention made to solve the above-mentioned problems is a protective tube that forms an insertion portion to be inserted into a subject, and is inserted through the protective tube and is arranged in the protective tube in the axial direction at a predetermined pitch.
  • a driving force transmission shaft supported by a plurality of spacers, an image sensor attached to the distal end side of the driving force transmission shaft, and applying a driving force to the proximal end side of the driving force transmission shaft outside the protective tube
  • an actuator for generating a lateral vibration having the support portions of the plurality of spacers as nodes on the driving force transmission shaft is provided.
  • the second invention further includes a biasing member that biases the driving force transmission shaft between the spacers by biasing the driving force transmission shaft.
  • the driving force transmission shaft in the initial state is bent between the spacers, the backlash between each spacer and the shaft supported by the spacer is suppressed, and the shaft is attached to the front end side of the driving force transmission shaft.
  • the obtained image sensor can be displaced more stably and with high accuracy.
  • the third invention is configured such that the actuator includes two actuators that apply the driving force in two directions intersecting each other.
  • a configuration further comprising a position detection sensor that is further fixed to the base end side of the driving force transmission shaft of the actuator in the driving force transmission shaft and detects the position of the driving force transmission shaft.
  • the displacement amount of the image sensor can be estimated easily and accurately from the displacement amount of the driving force transmission shaft.
  • a protective tube that forms an insertion portion to be inserted into a subject, a driving force transmission shaft that is supported by a plurality of spacers arranged in the axial direction at a predetermined pitch in the protective tube, An imaging device attached to the distal end side of the driving force transmission shaft, an urging member for bending the driving force transmission shaft in an initial state between the spacers by urging the driving force transmission shaft, and the protection An actuator that applies a driving force to the base end side of the driving force transmission shaft outside the tube, thereby causing the driving force transmission shaft to periodically rotate with support portions of the plurality of spacers as fulcrums; It is set as the structure provided with.
  • the image sensor attached to the distal end side of the driving force transmission shaft is displaced. Therefore, it is possible to obtain a high-resolution image by performing super-resolution processing on the captured image, while having a configuration in which the diameter of the insertion portion can be reduced.
  • FIG. 1 is a perspective view of an endoscope 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the endoscope 1 is a rigid endoscope used for medical use and industrial use, and mainly includes a main body portion 2 and an insertion portion 3 extending forward from the main body portion 2.
  • the main body 2 can supply power from a commercial power source or the like via a power cable, and can also transmit image data to an external device (such as an image processing apparatus or a monitor) via a communication cable. And control signals can be transmitted and received.
  • the insertion portion 3 has a relatively small diameter (for example, an outer diameter of 2 mm, an inner diameter of 1.6 mm) and has high rigidity that does not easily bend, and is inserted into a subject (for example, a patient's body) (not shown). .
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 1
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the first spacer 12A of the endoscope 1
  • FIG. 4 is an enlarged view of a portion IV in FIG. 5 is an enlarged view of a V portion in FIG. 2
  • FIG. 6 is an enlarged view of a VI portion in FIG.
  • the outer shell of the insertion portion 3 is fitted with a protective tube 4 made of a metal circular tube whose rear end portion is fixed to the main body portion 2, and a front end (front end) of the protective tube 4.
  • a tip cover 6 made of a transparent resin material such as a bottomed cylindrical acrylic.
  • the tip cover 6 functions as an imaging window that transmits light from the subject.
  • the front opening is covered with the tip cover 6, while the rear opening communicates with the inside of the main body 2, thereby defining a sealed internal space of the insertion portion 3.
  • the shaft 11 is a rod-like member made of so-called spring steel and easily elastically deformed, and can be bent from a straight state when a predetermined external force is applied.
  • the protection tube 4 and the main body 2 are supported by a plurality of (here, four) first spacers 12A to 12D arranged in the axial direction at a predetermined pitch.
  • the shaft 11 is arranged coaxially with the protective tube 4 and the tip cover 6 in a state where no external force is received, and movement in the radial direction is restricted.
  • the first spacer 12 ⁇ / b> A includes a small-diameter annular member 13 in which the shaft 11 is fitted, a large-diameter annular member 14 that surrounds the small-diameter annular member 13, and an outer peripheral portion of the small-diameter annular member 13.
  • the second spacer 12B and the third spacer 12C sequentially disposed behind the first spacer 12A are in contact with the inner peripheral surface of the protective tube 4 and the outer peripheral surface of the shaft 11, as shown in FIG. Is provided.
  • the second spacer 12B and the third spacer 12C support the shaft 11 so as to be slidable in the axial direction.
  • the second spacer 12B and the third spacer 12C are made of a synthetic resin annular member having an inner diameter substantially the same as the outer diameter of the shaft 11.
  • the present invention is not limited thereto, and is equally spaced in the circumferential direction of the shaft 11.
  • a plurality of (for example, four) support members arranged may be used. Further, in the cross section shown in FIG.
  • the inner peripheral surfaces (contact surfaces with the shaft 11) of the second spacer 12 ⁇ / b> B and the third spacer 12 ⁇ / b> C have an arc shape that protrudes toward the outer peripheral surface of the shaft 11.
  • the shaft 11 can easily tilt in any direction with the second spacer 12B and the third spacer 12C as fulcrums.
  • the fourth spacer 12D disposed in the main body 2 behind the third spacer 12C is made of an annular member having substantially the same configuration as the second spacer 12B and the third spacer 12C.
  • the shaft 11 is slidably supported in the axial direction.
  • an example is shown in which four spacers 12A to 12D that support the shaft 11 are used, but the number and arrangement (intervals) of the spacers can be changed as appropriate.
  • the imaging unit 10 is provided so that a subject (not shown) positioned in front can be imaged at a predetermined viewing angle. As shown in FIG. 6, the imaging unit 10 is arranged behind the objective lens system 21 where the light from the subject enters through the tip cover 6, and the light from the objective lens system 21 is on the front side.
  • a solid-state imaging device 22 that forms an image on the light-receiving surface of the solid-state imaging device, and a drive board 23 that is attached to the rear portion of the solid-state imaging device 22 and transmits / receives various signals to / from the solid-state imaging device 22 and receives power.
  • the objective lens system 21 can be constituted by a plurality of optical lenses.
  • the solid-state image sensor 22 is fixed to the front end of the shaft 11 through the drive substrate 23 in the front end cover 6.
  • a known image sensor made of a relatively small (for example, 1 mm ⁇ 1 mm) CMOS (Complementary Metal Metal Oxide Semiconductor) or the like can be used.
  • the setting position of the solid-state imaging element 22 may be at least the front end side of the shaft 11 as long as the imaging is not inhibited.
  • the drive board 23 is provided with a voltage conversion circuit of a power source for driving the solid-state imaging device 22, a clock generation circuit, and the like. Although not shown, a cable for transmitting and receiving captured image data, drive power, and the like is disposed between the drive board 23 and the main body 2.
  • FIG. 7 is a perspective view showing the internal structure of the main body 2 of the endoscope 1 with a part omitted
  • FIG. 8 is a partially transparent perspective view of the internal structure of the main body 2 in the endoscope 1.
  • FIG. 10 is a bottom view of the internal structure shown in FIG. 8, and FIG.
  • the main body 2 also omits the illustration of cables and the like for transmitting and receiving captured image data and driving power.
  • the housing of the main body 2 includes a substantially cup-shaped cover member 31 and a substantially flat base member 32 fixed to the front side of the cover member 31 with a screw.
  • the opening on the front side of the cover member 31 is closed by the base member 32 to define an internal space.
  • a rear end portion of the protective tube 4 is fitted into a cylindrical fixing portion 33 projecting forward at the front center portion of the base member 32.
  • the rear end side of the shaft 11 is inserted into the main body 2 through a through hole 32 a formed at the base end of the fixing portion 33.
  • a shaft pressing member 40 is disposed in the vicinity of the rear portion of the support portion of the fourth spacer 12 ⁇ / b> D in the shaft 11. As shown in FIG. 7, the shaft 11 is formed in a support recess 40 a provided on the upper portion of the shaft pressing member 40. It is in a clamped state.
  • a piezo actuator 41 that applies a driving force to the shaft 11 is connected to the lower portion of the shaft pressing member 40.
  • the piezo actuator 41 is in contact with the shaft 11 from below via the shaft pressing member 40, and a driving force is applied to the shaft 11 by the vertical displacement of the piezo actuator 41 due to the reverse piezoelectric effect.
  • the lower part of the piezo actuator 41 is supported by a support member 42, and this support member 42 is fixed to the base member 32 with screws.
  • a lower end portion of a compression spring (biasing member) 43 is connected to the upper portion of the shaft pressing member 40.
  • the compression spring 43 is fitted on the shaft pressing member 40 and is in contact with the shaft 11 from above.
  • the compression spring 43 applies a preload (initial load) to the piezo actuator 41 and expands and contracts in accordance with the vertical displacement when the piezo actuator 41 operates.
  • the upper end portion of the compression spring 43 is connected to a convex portion 45 (see FIG. 5) on the lower surface side of the upper wall 44b in the bracket 44 in which the front wall 44a is fixed to the base member 32 with screws.
  • the rear end portion of the shaft 11 is bent upward at a right angle to form an L shape, and the end thereof is supported by a bearing 51 attached to the upper wall 44b of the bracket 44.
  • the insertion hole 51a of the bearing 51 into which the end of the shaft 11 is inserted is formed as a long hole extending in the front-rear direction, as shown in FIG.
  • a sensor mounting member 52 is fixed further rearward of the support portion of the shaft pressing member 40 in the shaft 11.
  • a light receiving sensor 54 made of a photodiode is attached to the sensor attachment member 52 via a sensor substrate 53.
  • the sensor mounting member 52 includes a locking claw 56, a stepped portion 57 disposed so as to face the locking claw 56, and a rear end of the shaft 11 that is L-shaped by the locking hole 58. Since it is attached to the part, it is stably fixed to the shaft 11.
  • an LED (Light Emitting Diode) 55 is disposed on the light receiving surface side (right side) of the light receiving sensor 54, and this LED 55 emits light toward the light receiving sensor 54 facing the LED 55. . Thereby, based on increase / decrease in the light from the LED 55 detected by the light receiving sensor 54, it is possible to detect the displacement of the shaft 11 (and hence the displacement of the solid-state imaging device 22 at the tip of the shaft 11 described later).
  • the LED 55 is fixed to the right wall 44 c of the bracket 44 together with the LED substrate 59.
  • FIG. 11 is an operation explanatory diagram at the time of imaging of the endoscope 1 according to the first embodiment
  • FIG. 12 is an operation explanatory diagram of the endoscope 1 along the XII-XII line section in FIG. 11,
  • FIG. It is a schematic diagram which shows the mode of the displacement of an image pick-up element at the time of imaging of the endoscope.
  • the shaft 11 is bent in advance by the urging force of the compression spring 43.
  • the support portions by the first spacer 12A to the fourth spacer 12D are held on the central axis C of the shaft 11 before being bent, and the portions between the spacers are vertically curved.
  • the shaft 11 can be stably vibrated or displaced with the first spacer 12A to fourth spacer 12D as a fulcrum.
  • the endoscope 1 when imaging is started after the power is turned on, a driving voltage is applied to the piezo actuator 41 to apply a driving force from the piezo actuator 41 to the shaft 11.
  • the upper end of the piezo actuator 41 is displaced in the x-axis direction (vertical direction) with a predetermined stroke (several ⁇ m).
  • the shaft 11 is in a resonance state, and the shaft 11 undergoes a lateral vibration having a portion supported by the first spacer 12A to the fourth spacer 12D as a node.
  • the pixels P for example, a pixel pitch of 2 ⁇ m
  • a certain range for example, the size of several pixels pitch
  • the amount of displacement of the solid-state imaging device 22 can be estimated from the detection result of the light receiving sensor 54.
  • the amount of displacement can be estimated with high accuracy by investigating the relationship between the amount of light detected by the light receiving sensor 54 and the displacement of the solid-state imaging device 22 in advance.
  • the driving force is applied from the piezo actuator 41 arranged outside the protective tube 4 to vibrate the shaft 11, so that the endoscope 11 is attached to the distal end side of the shaft 11.
  • the solid-state image sensor 22 can be displaced (that is, the light image formed on the light receiving surface of the solid-state image sensor 22 and the solid-state image sensor 22 can be relatively slightly displaced). While realizing a reduction in diameter, it is possible to generate an image having a resolution higher than the original resolution of the image sensor from a plurality of original images acquired by pixel shifting.
  • the obtained imaging data is processed by an image processing apparatus (for example, a general-purpose computer) connected to the endoscope 1 and displayed on a liquid crystal monitor or the like.
  • the first spacer 12A to the fourth spacer 12D are sequentially arranged behind the mounting position of the imaging unit 10, and the imaging unit 10, the first spacer 12A,
  • the distance between the first spacer 12A and the fourth spacer 12D is L2.
  • the interval L1 between the imaging unit 10 and the first spacer 12A is set to be smaller than the pitch L2 of the spacers 12A to 12D, but the vibration of the shaft 11 can be changed by changing the ratio between L1 and L2.
  • the amount of displacement of the solid-state image pickup device 22 can be adjusted to a desired size.
  • the piezo actuator 41 can be disposed so as to apply a driving force to a portion corresponding to the antinode of vibration of the shaft 11 (between the spacers), but the contact position between the third spacer 12C and the piezo actuator 41 ( It is also possible to adjust the amount of displacement of the solid-state imaging device 22 due to the vibration of the shaft 11 to a desired size by changing the size of the distance L3 (refer to FIG. 11) from the driving force application site.
  • the piezo actuator 41 is capable of generating a relatively large driving force due to its nature, but it is relatively difficult to increase the amount of displacement thereof, so the interval L3 is reduced (in the vicinity of the fourth spacer 12D). To generate a bending moment.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram of an operation at the time of imaging of the endoscope 1 according to the modification of the first embodiment, and corresponds to FIG. 12 described above.
  • symbol is attached
  • this modification example is the same as that of the above-described first embodiment except for matters specifically mentioned below.
  • the piezo actuator 41 and the compression spring 43 are arranged so as to be displaceable in the y-axis direction (left-right direction) orthogonal to the x-axis direction. Is different.
  • a driving voltage is applied to the piezo actuator 41
  • a driving force acts in the direction of twisting the shaft 11 with the first spacer 12A to the fourth spacer 12D as fulcrums.
  • the shaft 11 rotates within a predetermined range around the central axis C with the first spacer 12A to the fourth spacer 12D as fulcrums, as indicated by an arrow D in FIG.
  • the solid-state imaging device 22 at the tip of the shaft 11 can be displaced so as to move on the arc within a predetermined range (for example, a size of several pixels pitch).
  • FIG. 15 is an operation explanatory diagram at the time of imaging of the endoscope 1 according to the second embodiment, and corresponds to FIG. 11 described above.
  • symbol is attached
  • 2nd Embodiment it is the same as that of the above-mentioned 1st Embodiment except the matter mentioned especially below.
  • a drive arm 61 extending in a direction orthogonal to the central axis C is provided at a portion to which the drive force of the shaft 11 is applied.
  • the compression spring 43 and the piezo actuator 41 are both arranged so as to be displaceable in a direction parallel to the central axis C direction (left-right direction), and are in contact with the drive arm 61 from the front and rear, respectively. Accordingly, a driving force is applied from the piezoelectric actuator 41 to the shaft 11 via the driving arm 61 due to the displacement of the front end of the piezoelectric actuator 41 in the direction of the central axis C (front-rear direction).
  • the shaft 11 is bent in advance by being biased by a biasing member such as a compression spring (not shown here).
  • the solid-state imaging device 22 at the tip of the shaft 11 can be linearly displaced in the x-axis direction. Therefore, by repeatedly displacing the front end of the piezo actuator 41 in the front-rear direction, the solid-state imaging device 22 can be linearly displaced within a certain range as in the case of the first embodiment.
  • the driving force is applied from the piezo actuator 41 arranged outside the protective tube 4 to vibrate the shaft 11, so that the endoscope 11 is attached to the distal end side of the shaft 11. Since the solid-state imaging element 22 can be displaced, it is possible to obtain a high-resolution image by performing super-resolution processing on the captured image while reducing the diameter of the insertion portion 3.
  • FIG. 16 is an operation explanatory diagram at the time of imaging of the endoscope 1 according to the modification of the second embodiment.
  • FIG. 16 shows the vicinity of the front end portion of the shaft 11 having a different configuration from that of the second embodiment. This modification is the same as in the case of the second embodiment except for matters specifically mentioned below.
  • the front end of the shaft 11 is connected to the center of the rear portion of the drive substrate 23 that supports the solid-state imaging device 22 via the first rotation shaft 71.
  • the front end of a rod 73 extending in parallel with the front end portion of the shaft 11 is connected to a second rotation shaft 72 provided below the first rotation shaft 71 at the rear portion of the drive substrate 23.
  • the rod 73 has substantially the same length as the distance between the front end of the shaft 11 and the support portion of the first spacer 12A, and the rear end of the rod 73 is disposed below the first spacer 12A.
  • the third rotation shaft 74 is connected.
  • the third rotation shaft 74 is supported by the protective tube 4 or the tip cover 6 (see FIG. 6).
  • An egg-shaped damping gel 75 is sandwiched between the front end of the shaft 11 and the rod 73.
  • a link mechanism is formed by the front end portion of the shaft 11, the rod 73, the first spacer 12A, and the first to third rotating shafts, and when a driving force is applied to the shaft 11, As shown in FIG. 16B, the solid-state imaging device 22 is displaced in the x-axis direction while maintaining the posture. That is, in the second embodiment described above, the angle with respect to the central axis C slightly changes with the displacement of the solid-state image pickup device 22, but such a link mechanism prevents the angle change of the solid-state image pickup device 22 and makes it more stable. In addition, highly accurate imaging can be realized. In addition, the damping gel 75 between the front end portion of the shaft 11 and the rod 73 can prevent resonance with respect to external vibration input.
  • FIG. 17 is an operation explanatory diagram during imaging of the endoscope 1 according to the third embodiment
  • FIG. 18 is an operation explanatory diagram of the endoscope 1 along the XVIII-XVIII line section in FIG. 17, and
  • FIG. It is a schematic diagram which shows the mode of the displacement of an image pick-up element at the time of imaging of the endoscope 1 which concerns on 3rd Embodiment.
  • symbol is attached
  • the third embodiment is the same as the case of the first embodiment described above except for the matters specifically mentioned below.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that it is displaceable in the p-axis direction and the q-axis direction orthogonal to each other.
  • the piezo actuators 41a and 41b and the compression springs 43a and 43b are arranged between the fourth spacer 12D and the fifth spacer 12E.
  • the fifth spacer 12E has a gimbal mechanism similarly to the first spacer 12A described above.
  • the solid-state image pickup device 22 can be changed in various curves (circle, ellipse, etc.) like a Lissajous figure or on a straight line depending on the setting of the amount of displacement, frequency and phase. Can be displaced.
  • the shaft 11 is moved from the first spacer 12A to the first spacer as shown by the arrow H in FIG.
  • the four spacers 12D can be rotated within a predetermined range around the central axis C with the fulcrum as a fulcrum.
  • the pixel P can be moved on a circle having a certain diameter (for example, a size of several pixels pitch).
  • the present invention has been described based on specific embodiments, these embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to these embodiments.
  • the shaft may be any shaft that can transmit at least the bending moment generated by the piezoelectric actuator on the rear end side to the front end side.
  • the number and arrangement of the piezoelectric actuators and compression springs can be variously changed, and a plurality of operation methods in the above-described embodiments can be combined. It should be noted that not all the constituent elements of the endoscope according to the present invention shown in the above embodiment are necessarily essential, and can be appropriately selected as long as they do not depart from the scope of the present invention.
  • the endoscope according to the present invention can obtain a high-resolution image by performing super-resolution processing on a captured image while having a configuration in which the diameter of the insertion portion can be reduced. It is useful as an endoscope for obtaining

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Abstract

【課題】内視鏡において、挿入部を小径化可能な構成でありながら、撮像された画像に超解像処理を施して高解像度の画像を取得可能とする。 【解決手段】被写体に挿入される挿入部３を形成する保護管４と、保護管４に挿通されると共に、保護管４内において所定のピッチで軸方向に配置された複数のスペーサ１２Ａ～１２Ｅによって支持されたシャフト１１と、シャフト１１の先端側に取り付けられた固体撮像素子２２と、保護管外においてシャフト１１の基端側に駆動力を付与することにより、シャフト１１に対して複数のスペーサ１２Ａ～１２Ｅの支持部位を節とする横方向の振動を生じさせるピエゾアクチュエータ４１とを備えた構成とする。

Description

内視鏡
　本発明は、外部から直接観察できない被写体の内部を撮像する内視鏡に関し、特に、内視鏡において高解像度の画像を得るための技術に関する。
　従来、剛性の高い挿入部を備えた硬性内視鏡において、その挿入部の先端に、固体撮像素子およびこの固体撮像素子の駆動回路基板からなる撮像ユニットを設けた構成が知られている（特許文献１参照）。
　この種の内視鏡では、高解像度の撮像素子を使用してより精細な画像を得ることが望ましいが、装置の小型化（特に、挿入部の小径化）の必要性から、撮像素子のサイズは挿入部の径による制約を受ける。撮像素子自体の画素数よりも高い解像度の画像を得るための技術としては、例えば、ピエゾ素子などからなるアクチュエータを用いて撮像素子の受光面上で結像する光像と撮像素子とを相対的に微小変位させながら撮像を行う、いわゆる画素ずらしによって取得した複数の原画像から、撮像素子の本来の解像度より高い解像度の画像を生成する手法が知られている（特許文献２、３参照）。
　また、画素ずらしによって取得した複数の原画像から高解像度画像を生成する画像処理法として、低解像度画像の画素値を高解像度画像の画素にマッピングするイメージシフト処理や、ＭＬ(Maximum-likelihood)法、ＭＡＰ(Maximum A Posterior)法や、ＰＯＣＳ(Projection On to Convex Sets)法などを用いた超解像処理の技術が知られている（特許文献４参照）。
特開２０１０－２７９５２７号公報 特開平８－６５５６９号公報 特開平１１－２７５４０８号公報 特開２００８－３０６４９２号公報
　ところで、経鼻的下垂体手術などには、小径の挿入部（例えば、外径２ｍｍの管）を有する内視鏡が好適である。しかしながら、そのような内視鏡では、挿入部内のスペースに制約があるため、上記特許文献２、３に記載のようなアクチュエータを配置することができないという問題があった。また、アクチュエータを挿入部の外に配置することも考えられるが、上記特許文献２、３に記載の従来技術では、挿入部の先端に配置される撮像素子をで高精度に微少変位させることは困難であるという問題があった。さらに、アクチュエータを挿入部の外に配置する場合、アクチュエータと撮像素子との距離が大きくなるため、上記特許文献２、３に記載の従来技術では、撮像素子の変位量を適切に確保することが難しいという問題もあった。
　本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、挿入部を小径化可能な構成でありながら、撮像された画像に超解像処理を施して高解像度の画像を取得可能とした内視鏡を提供することを主目的とする。
　本発明の内視鏡は、被写体に挿入される挿入部を形成する保護管と、前記保護管に挿通されると共に、当該保護管内において所定のピッチで軸方向に配置された複数のスペーサによって支持された駆動力伝達シャフトと、前記駆動力伝達シャフトの先端側に取り付けられた撮像素子と、前記保護管外において前記駆動力伝達シャフトの基端側に駆動力を付与することにより、当該駆動力伝達シャフトに対して前記複数のスペーサの支持部位を節とする横方向の振動を生じさせるアクチュエータとを備えたことを特徴とする。
　このように本発明によれば、保護管外に配置されたアクチュエータから駆動力を付与して駆動力伝達シャフトを振動させることにより、当該駆動力伝達シャフトの先端側に取り付けられた撮像素子を変位させる（すなわち、撮像素子の受光面上で結像する光像と撮像素子とを相対的に変位させる）ことが可能となるため、挿入部を小径化可能な構成でありながら、撮像された画像に超解像処理を施して高解像度の画像を取得することが可能となるという優れた効果を奏する。
第１実施形態に係る内視鏡１の斜視図 図１中のII－II線断面図 第１実施形態に係る内視鏡１の第１スペーサ１２Ａの構成を示す模式的断面図 図２中のIV部の拡大図 図２中のV部の拡大図 図２中のVI部の拡大図 第１実施形態に係る内視鏡１の本体部２の内部構造を一部省略して示す斜視図 第１実施形態に係る内視鏡１における本体部２の内部構造の部分透視斜視図 図８に示す内部構造の底面図 第１実施形態に係る内視鏡１の本体部２における受光センサ５４の周辺を示す（Ａ）基板背面側および（Ｂ）基板表面側の斜視図 第１実施形態に係る内視鏡１の撮像時における動作説明図 図１１中のXII－XII線断面における内視鏡１の動作説明図 第１実施形態に係る内視鏡１の撮像時における撮像素子の変位の様子を示す模式図 第１実施形態の変形例に係る内視鏡１の撮像時における動作説明図 第２実施形態に係る内視鏡１の撮像時における動作説明図 第２実施形態の変形例に係る内視鏡１の撮像時における動作説明図（（Ａ）動作前（Ｂ）動作後） 第３実施形態に係る内視鏡１の撮像時における動作説明図 第３実施形態に係る内視鏡１の撮像時における撮像素子の変位の様子を示す模式図 第３実施形態の変形例に係る内視鏡１の撮像時における撮像素子の変位の様子を示す模式図
　上記課題を解決するためになされた第１の発明は、被写体に挿入される挿入部を形成する保護管と、前記保護管に挿通されると共に、当該保護管内において所定のピッチで軸方向に配置された複数のスペーサによって支持された駆動力伝達シャフトと、前記駆動力伝達シャフトの先端側に取り付けられた撮像素子と、前記保護管外において前記駆動力伝達シャフトの基端側に駆動力を付与することにより、当該駆動力伝達シャフトに対して前記複数のスペーサの支持部位を節とする横方向の振動を生じさせるアクチュエータとを備えたことを特徴とする。
　これによると、保護管外に配置されたアクチュエータから駆動力を付与して駆動力伝達シャフトを振動させることにより、当該駆動力伝達シャフトの先端側に取り付けられた撮像素子を変位させることが可能となるため、挿入部を小径化可能な構成でありながら、撮像された画像に超解像処理を施して高解像度の画像を取得することが可能となる。
　また、第２の発明は、前記駆動力伝達シャフトを付勢することにより、初期状態の前記駆動力伝達シャフトを前記各スペーサ間において撓ませる付勢部材を更に備えた構成とする。
　これによると、初期状態の駆動力伝達シャフトが各スペーサ間で撓んだ状態となるため、各スペーサと当該スペーサに支持されるシャフトとのガタを抑制し、駆動力伝達シャフトの先端側に取り付けられた撮像素子をより安定的かつ高精度に変位させることができる。
　また、第３の発明は、前記アクチュエータは、互いに交差する２つの方向に前記駆動力を付与する２つのアクチュエータからなる構成とする。
　これによると、駆動力伝達シャフトの先端側に取り付けられた撮像素子の変位の軌跡を容易に変更することが可能となる。
　また、第４の発明は、前記駆動力伝達シャフトにおける前記アクチュエータの駆動力付与部位よりも更に基端側に固定され、前記駆動力伝達シャフトの位置を検出する位置検出センサを更に備えた構成とする。
　これによると、位置検出センサの配置の自由度が向上するため、駆動力伝達シャフトの変位量から撮像素子の変位量を容易かつ高精度に推定可能となる。
　また、第５の発明は、被写体に挿入される挿入部を形成する保護管と、前記保護管内において所定のピッチで軸方向に配置された複数のスペーサによって支持された駆動力伝達シャフトと、前記駆動力伝達シャフトの先端側に取り付けられた撮像素子と、前記駆動力伝達シャフトを付勢することにより、初期状態の前記駆動力伝達シャフトを前記各スペーサ間において湾曲させる付勢部材と、前記保護管外において前記駆動力伝達シャフトの基端側に駆動力を付与することにより、当該駆動力伝達シャフトに対して前記複数のスペーサの支持部位を支点とする周期的な回動を行わせるアクチュエータとを備えた構成とする。
　これによると、保護管外に配置されたアクチュエータから駆動力を付与して駆動力伝達シャフトを周期的に回動させることにより、当該駆動力伝達シャフトの先端側に取り付けられた撮像素子を変位させることが可能となるため、挿入部を小径化可能な構成でありながら、撮像された画像に超解像処理を施して高解像度の画像を取得可能となる。
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
＜第１実施形態＞
　図１は本発明の実施形態に係る内視鏡１の斜視図である。内視鏡１は、医療用や工業用として用いられる硬性鏡であり、本体部２と、この本体部２から前方に延設された挿入部３とを主として備える。図示を省略するが、本体部２は、電源ケーブルを介して商用電源等からの電力供給が可能であると共に、通信ケーブルを介して外部機器（画像処理装置やモニタ等）との間で画像データや制御信号等の送受信が可能となっている。挿入部３は、比較的小径（例えば、外径２ｍｍ、内径１．６ｍｍ）でかつ容易に撓むことのない高い剛性を有し、図示しない被写体（例えば、患者の身体等）に挿入される。
　図２は図１中のII－II線断面図であり、図３は内視鏡１の第１スペーサ１２Ａの構成を示す模式的断面図であり、図４は図２中のIV部の拡大図であり、図５は図２中のV部の拡大図であり、図６は図２中のVI部の拡大図である。
　図２に示すように、挿入部３の外殻は、後端部を本体部２に固定された金属製の円管からなる保護管４と、この保護管４の前端（先端）が嵌め込まれた有底円筒状のアクリル等の透明樹脂材からなる先端カバー６とから構成される。先端カバー６は、被写体からの光を透過する撮像窓として機能する。保護管４では、前側開口が先端カバー６に覆われる一方、後側開口が本体部２の内部に連通しており、これにより挿入部３の密閉された内部スペースが画成されている。
　保護管４および先端カバー６内には、本体部２内から前方に延設されると共に、前端に撮像ユニット１０が取り付けられたシャフト（駆動力伝達シャフト）１１が挿通されている。シャフト１１は、いわゆるばね用鋼からなる弾性変形が容易な棒状部材であり、所定の外力が付与されることにより真直ぐな状態から撓曲可能である。保護管４および本体部２内において所定のピッチで軸方向に配置された複数（ここでは、４つ）の第１スペーサ１２Ａ～第４スペーサ１２Ｄによって支持されている。これにより、シャフト１１は、外力を受けていない状態では保護管４および先端カバー６と同軸に配置されると共に、径方向の移動が規制される。
　第１スペーサ１２Ａは、図３に示すように、シャフト１１が嵌入された小径環状部材１３と、この小径の環状部材１３を外囲する大径環状部材１４と、小径環状部材１３の外周部と大径環状部材１４の内周部との間に介装され、大径環状部材１４に対して小径環状部材１３を回転自在とするｘ軸方向（上下方向）に配置された一対の回動軸１５、１５と、大径環状部材１４の外周部と保護管４の内周部との間に介装され、保護管４に対して大径環状部材１４を回転自在とするｙ軸方向（左右方向）に配置された一対の回動軸１６、１６とを有しており、これによりジンバル機構が形成されている。つまり、シャフト１１は、第１スペーサ１２Ａによって前後方向の移動が規制される一方、そのジンバル機構によって第１スペーサ１２Ａを支点として任意の方向に傾動可能となっている。
　また、第１スペーサ１２Ａの後方に順次配置された第２スペーサ１２Ｂおよび第３スペーサ１２Ｃは、図４に示すように、保護管４の内周面とシャフト１１の外周面とに当接するように設けられている。第２スペーサ１２Ｂおよび第３スペーサ１２Ｃは、シャフト１１を軸方向に摺動可能に支持する。ここで、第２スペーサ１２Ｂおよび第３スペーサ１２Ｃは、シャフト１１の外径と略同一の内径を有する合成樹脂製の環状部材からなるが、これに限らず、シャフト１１の周方向に等間隔で配置された複数（例えば、４つ）の支持部材によって構成してもよい。また、図４に示す断面において、第２スペーサ１２Ｂおよび第３スペーサ１２Ｃの内周面（シャフト１１との当接面）は、シャフト１１の外周面に向けて凸となる円弧状をなしており、これにより、シャフト１１は、第２スペーサ１２Ｂおよび第３スペーサ１２Ｃを支点として任意の方向に傾動が容易である。
　さらに、第３スペーサ１２Ｃの後方の本体部２内に配置された第４スペーサ１２Ｄは、図５に示すように、第２スペーサ１２Ｂおよび第３スペーサ１２Ｃと略同様の構成を有する環状部材からなり、シャフト１１を軸方向に摺動可能に支持する。なお、ここでは、シャフト１１を支持する４つのスペーサ１２Ａ～１２Ｄを用いる例を示すが、スペーサの個数や配置（相互の間隔）は適宜変更することが可能である。
　撮像ユニット１０は、前方に位置する被写体（図示せず）を所定の視野角で撮像可能に設けられている。図６に示すように、撮像ユニット１０は、先端カバー６を通して被写体からの光が入射する対物レンズ系２１と、この対物レンズ系２１の後方に配置され、当該対物レンズ系２１からの光が前側の受光面に結像される固体撮像素子２２と、この固体撮像素子２２の後部に取り付けられ、当該固体撮像素子２２との間で各種信号の送受信や電力受給を行う駆動基板２３とを有している。詳細は図示しないが、対物レンズ系２１は複数の光学レンズによって構成することができる。
　固体撮像素子２２は、先端カバー６内において駆動基板２３を介してシャフト１１の前端に固定されている。固体撮像素子２２としては、比較的小型（例えば、１ｍｍ×１ｍｍのサイズ）のＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等からなる周知のイメージセンサを用いることができる。なお、固体撮像素子２２の設定位置は、その撮像が阻害されな限りにおいて、少なくともシャフト１１の前端側であればよい。
　駆動基板２３には、固体撮像素子２２を駆動するための電源の電圧変換回路や、クロック発生回路等が設けられている。図示は省略するが、駆動基板２３と本体部２との間には、撮像画像データや駆動電力等を送受するためのケーブルが配設されている。
　図７は内視鏡１の本体部２の内部構造を一部省略して示す斜視図であり、図８は内視鏡１における本体部２の内部構造の部分透視斜視図であり、図９は図８に示す内部構造の底面図であり、図１０は本体部２における受光センサ５４の周辺を示す（Ａ）基板背面側および（Ｂ）基板表面側の斜視図である。以下、これら図７から図１０と前出の図５を参照して本体部２の内部構造について説明する。なお、説明の便宜上、本体部２においても撮像画像データや駆動電力等を送受するためのケーブル等については図示を省略している。
　本体部２のハウジングは、図５に示したように、略カップ状のカバー部材３１と、当該カバー部材３１の前側にねじで固定された略平板状のベース部材３２とを有しており、カバー部材３１の前側の開口がベース部材３２によって閉鎖されることにより内部空間が画成されている。ベース部材３２の前面中央部において前方に突設された円筒状の固定部３３には、保護管４の後端部が嵌め込まれている。
　シャフト１１の後端側は、固定部３３の基端に形成された貫通孔３２ａを通して本体部２内に挿入される。シャフト１１における第４スペーサ１２Ｄの支持部位の後方近傍にはシャフト押圧部材４０が配置されており、図７に示すように、シャフト１１は、シャフト押圧部材４０の上部に設けられた支持凹部４０ａに挟持された状態にある。また、シャフト押圧部材４０の下部には、シャフト１１に駆動力を付与するピエゾアクチュエータ４１が連結されている。
　ピエゾアクチュエータ４１はシャフト押圧部材４０を介してシャフト１１に対して下方から当接した状態にあり、逆圧電効果によるピエゾアクチュエータ４１の上下方向の変位によりシャフト１１に対して駆動力が付与される。ピエゾアクチュエータ４１の下部は支持部材４２によって支持されており、この支持部材４２はベース部材３２に対してねじで固定されている。
　また、シャフト押圧部材４０の上部には、圧縮ばね（付勢部材）４３の下端部が連結されている。圧縮ばね４３は、シャフト押圧部材４０の上部に嵌着されると共に、シャフト１１に対して上方から当接した状態にある。これにより、圧縮ばね４３は、ピエゾアクチュエータ４１に対して予圧（初期荷重）を付与すると共に、ピエゾアクチュエータ４１の動作時にはその上下変位に応じて上下に伸縮する。圧縮ばね４３の上端部は、前壁４４ａをベース部材３２に対してねじで固定されたブラケット４４における上壁４４ｂの下面側の凸部４５（図５参照）に連結されている。
　シャフト１１の後端部は、上方に直角に折り曲げられてＬ字状をしており、その末端は、ブラケット４４の上壁４４ｂに取り付けられた軸受５１に支持されている。シャフト１１の末端が挿入された軸受５１の挿入孔５１ａは、図８に示すように、前後方向に延びる長孔として形成されている。
　また、図５に示すように、シャフト１１におけるシャフト押圧部材４０の支持部位の更に後方にはセンサ取付部材５２が固定されている。センサ取付部材５２には、図１０に示すように、センサ基板５３を介してフォトダイオードからなる受光センサ５４が取り付けられている。センサ取付部材５２は、図１０（Ａ）に示すように、係止爪５６およびこれに対向するように配置された段部５７、ならびに係止孔５８によってＬ字状をなすシャフト１１の後端部に取り付けられているため、シャフト１１に対して安定的に固定される。
　また、図９に示すように、受光センサ５４の受光面側（右側）にはＬＥＤ（Light Emitting Diode）５５が配置されており、このＬＥＤ５５は、対向する受光センサ５４に向けて光を出射する。これにより、受光センサ５４が検出するＬＥＤ５５からの光の増減に基づき、シャフト１１の変位（延いては後述するシャフト１１先端の固体撮像素子２２の変位）を検出することが可能となっている。ＬＥＤ５５は、ＬＥＤ基板５９と共にブラケット４４の右壁４４ｃに固定されている。
　図１１は第１実施形態に係る内視鏡１の撮像時における動作説明図であり、図１２は図１１中のXII－XII線断面における内視鏡１の動作説明図であり、図１３は内視鏡１の撮像時における撮像素子の変位の様子を示す模式図である。
　内視鏡１では、図１１中に実線で示すように、シャフト１１は圧縮ばね４３の付勢力によって予め撓んだ状態とされる。このとき、シャフト１１において、第１スペーサ１２Ａ～第４スペーサ１２Ｄによる支持部位は、撓む前のシャフト１１の中心軸Ｃ上に保持されると共に、各スペーサ間の部位は上下に湾曲した状態となる。これにより、第１スペーサ１２Ａ～第４スペーサ１２Ｄとシャフト１１間のガタが抑制され、第１スペーサ１２Ａ～第４スペーサ１２Ｄを支点としてシャフト１１を安定的に振動または変位させることが可能となる。
　内視鏡１では、電源がオンされて撮像が開始されると、ピエゾアクチュエータ４１に駆動電圧が印加されることにより、ピエゾアクチュエータ４１からシャフト１１に対して駆動力が付与される。このとき、図１１および図１２中の矢印Ａで示すように、ピエゾアクチュエータ４１の上端は所定のストローク（数μｍ）でｘ軸方向（上下方向）に変位する。これにより、図１１に示すように、シャフト１１は共振状態となり、シャフト１１には第１スペーサ１２Ａ～第４スペーサ１２Ｄに支持された部位を節とする横方向の振動が生じる。その結果、シャフト１１の先端の固体撮像素子２２において、図１３中に矢印Ｂで示すように、画素Ｐ（たとえば、画素ピッチ２μｍ）を一定の範囲（例えば、数画素ピッチの大きさ）で直線的に変位させることができる。なお、固体撮像素子２２の変位は、厳密には中心軸Ｃの方向にも生じ得るが、無視できる程度であってデフォーカス等が問題になることはない。
　ここで、固体撮像素子２２の変位量は、受光センサ５４の検出結果から推定することが可能である。例えば、受光センサ５４の検出光量と固体撮像素子２２の変位の関係について予め調査しておくことにより、変位量を高精度に推定できる。
　このように、第１実施形態に係る内視鏡１では、保護管４外に配置されたピエゾアクチュエータ４１から駆動力を付与してシャフト１１を振動させることにより、シャフト１１の先端側に取り付けられた固体撮像素子２２を変位させる（すなわち、固体撮像素子２２の受光面上で結像する光像と固体撮像素子２２とを相対的に微少変位させる）ことが可能となるため、挿入部３の小径化を実現しつつ、画素ずらしによって取得した複数の原画像から、撮像素子の本来の解像度より高い解像度の画像を生成することが可能となる。なお、得られた撮像データは内視鏡１に接続される画像処理装置（例えば、汎用コンピュータ）によって処理されて、液晶モニタ等に表示される。
　ここで、前出の図２に示したように、第１スペーサ１２Ａ～第４スペーサ１２Ｄは、撮像ユニット１０の取付位置よりも後方に順次配置されており、撮像ユニット１０と第１スペーサ１２Ａとの間隔はＬ１であり、第１スペーサ１２Ａ～第４スペーサ１２Ｄ間のピッチはＬ２である。ここでは、撮像ユニット１０と第１スペーサ１２Ａとの間隔Ｌ１は、各スペーサ１２Ａ～１２ＤのピッチＬ２よりも小さく設定されているが、Ｌ１とＬ２との比を変更することにより、シャフト１１の振動による固体撮像素子２２の変位量を所望の大きさに調整することができる。
　また、ピエゾアクチュエータ４１は、シャフト１１の振動の腹に相当する部位（各スペーサ間）に駆動力を付与するように配置可能であるが、第３スペーサ１２Ｃとピエゾアクチュエータ４１との当接位置（駆動力付与部位）との間隔Ｌ３（図１１参照）の大きさを変更することによっても、シャフト１１の振動による固体撮像素子２２の変位量を所望の大きさに調整することが可能である。ピエゾアクチュエータ４１は、その性質上、比較的大きな駆動力を生じさせることが可能である一方、その変位量を増大させることは比較的難しいため、間隔Ｌ３を小さくして（第４スペーサ１２Ｄの近傍に配置して）曲げモーメントを発生させるようにするとよい。
＜第１実施形態の変形例＞
　図１４は第１実施形態の変形例に係る内視鏡１の撮像時における動作説明図であり、前出の図１２に対応するものである。ここで、第１実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付してある。また、この変形例については、以下で特に言及する事項を除いて上述の第１実施形態の場合と同様とする。
　図１４に示すように、変形例では、ピエゾアクチュエータ４１と圧縮ばね４３とが、ｘ軸方向と直交するｙ軸方向（左右方向）に変位可能に配置されている点において第１実施形態の場合とは異なる。ここでは、ピエゾアクチュエータ４１に駆動電圧が印加されると、第１スペーサ１２Ａ～第４スペーサ１２Ｄを支点としてシャフト１１を捩る方向に駆動力が作用する。これにより、シャフト１１は、図１４中の矢印Ｄで示すように、第１スペーサ１２Ａ～第４スペーサ１２Ｄを支点として中心軸Ｃ周りに所定の範囲で回動する。その結果、シャフト１１の先端の固体撮像素子２２を、所定範囲（例えば、数画素ピッチの大きさ）で円弧上を移動するように変位させることができる。
＜第２実施形態＞
　図１５は第２実施形態に係る内視鏡１の撮像時における動作説明図であり、前出の図１１に対応するものである。ここで、第１実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付してある。また、第２実施形態では、以下で特に言及する事項を除いて上述の第１実施形態の場合と同様とする。
　図１５に示すように、第２実施形態では、シャフト１１の駆動力が付与される部位に、中心軸Ｃと直交する方向に延在する駆動アーム６１が設けられている。圧縮ばね４３とピエゾアクチュエータ４１とは、ともに中心軸Ｃ方向と平行な方向（左右方向）に変位可能に配置されており、それぞれ駆動アーム６１に対して前方および後方から当接した状態にある。したがって、ピエゾアクチュエータ４１の前端の中心軸Ｃ方向（前後方向）の変位により、ピエゾアクチュエータ４１から駆動アーム６１を介してシャフト１１に対して駆動力が付与される。シャフト１１は、第１実施形態の場合と同様に、圧縮ばね（ここでは図示せず）等の付勢部材によって付勢されることにより、予め撓んだ状態とされる。
　ここで、ピエゾアクチュエータ４１の前端が前方に変位すると、図１５中に破線で示すように、シャフト１１はその湾曲量を増大させるように変位する。これにより、シャフト１１の先端の固体撮像素子２２をｘ軸方向に直線的に変位させることができる。したがって、ピエゾアクチュエータ４１の前端を繰り返し前後方向に変位させることにより、固体撮像素子２２を、第１実施形態の場合と同様に、一定の範囲で直線的に変位させることができる。
　このように、第２実施形態に係る内視鏡１では、保護管４外に配置されたピエゾアクチュエータ４１から駆動力を付与してシャフト１１を振動させることにより、シャフト１１の先端側に取り付けられた固体撮像素子２２を変位させることが可能となるため、挿入部３の小径化を実現しつつ、撮像された画像に超解像処理を施して高解像度の画像を取得可能となる。
＜第２実施形態の変形例＞
　図１６は第２実施形態の変形例に係る内視鏡１の撮像時における動作説明図である。図１６では、上述の第２実施形態とは構成を異にするシャフト１１の前端部周辺について示してある。この変形例については、以下で特に言及する事項を除いて第２実施形態の場合と同様とする。
　図１６（Ａ）に示すように、シャフト１１の前端は、第１回動軸７１を介して固体撮像素子２２を支持する駆動基板２３の後部中央に接続されている。また、駆動基板２３の後部において第１回動軸７１の下方に設けられた第２回動軸７２には、シャフト１１の前端部と平行に延在するロッド７３の前端が接続されている。ロッド７３は、シャフト１１の前端と第１スペーサ１２Ａの支持部位との間の距離と略同一の長さを有しており、ロッド７３の後端は、第１スペーサ１２Ａの下方に配置された第３回動軸７４に接続されている。第３回動軸７４は、保護管４または先端カバー６（図６参照）に支持されている。また、シャフト１１前端部とロッド７３との間には、卵形のダンピングゲル７５が挟装されている。
　このような構成により、シャフト１１の前端部、ロッド７３、第１スペーサ１２Ａおよび第１～第３回動軸によってリンク機構が形成され、シャフト１１に対して駆動力が付与された際には、図１６（Ｂ）に示すように、固体撮像素子２２は姿勢を維持したままｘ軸方向に変位することになる。つまり、上述の第２実施形態においては、固体撮像素子２２の変位と共に中心軸Ｃに対する角度が僅かに変化するが、このようなリンク機構により、固体撮像素子２２の角度変化を防止し、より安定かつ高精度な撮像を実現することが可能となる。また、シャフト１１前端部とロッド７３との間のダンピングゲル７５により、外部からの振動入力に対する共振を防止することができる。
＜第３実施形態＞
　図１７は第３実施形態に係る内視鏡１の撮像時における動作説明図であり、図１８は図１７中のXVIII－XVIII線断面における内視鏡１の動作説明図であり、図１９は第３実施形態に係る内視鏡１の撮像時における撮像素子の変位の様子を示す模式図である。ここで、第１実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付してある。また、第３実施形態では、以下で特に言及する事項を除いて上述の第１実施形態の場合と同様とする。
　図１７および図１８に示すように、第３実施形態では、それぞれ対をなすピエゾアクチュエータ４１ａ、４１ｂと圧縮ばね４３ａ、４３ｂとが、中心軸Ｃの方向と交差（ここでは、直交）し、且つ互いに直交するｐ軸方向およびｑ軸方向にそれぞれ変位可能に配置されている点において第１実施形態の場合と異なる。ここで、ピエゾアクチュエータ４１ａ、４１ｂと圧縮ばね４３ａ、４３ｂとは、第４スペーサ１２Ｄと、第５スペーサ１２Ｅとの間に配置されている。第５スペーサ１２Ｅは、上述の第１スペーサ１２Ａと同様にジンバル機構を有している。
　ピエゾアクチュエータ４１ａ、４１ｂに駆動電圧が印加されると、各々の変位量、振動数および位相の設定によって、固体撮像素子２２をリサジュー図形のごとく種々の曲線（円、楕円等）や、直線上で変位させることができる。例えば、ピエゾアクチュエータ４１ａ、４１ｂの位相を９０°ずらして同一の変位量（振幅）で正弦波振動させることにより、シャフト１１を、図１８中の矢印Ｈで示すように、第１スペーサ１２Ａ～第４スペーサ１２Ｄを支点として中心軸Ｃ周りに所定の範囲で回転させることができる。その結果、図１９中の矢印Ｉで示すように、画素Ｐを一定の直径（例えば、数画素ピッチの大きさ）を有する円上を移動させることができる。
　本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。例えば、
アクチュエータの駆動力を伝達するシャフトの材料および形状（径、長さ）は種々の変更が可能である。また、シャフトは、少なくとも後端側のピエゾアクチュエータによって生じる曲げモーメントを先端側に伝達可能なものであればよい。また、ピエゾアクチュエータや圧縮ばねの数量や配置は種々の変更が可能であり、上述の各実施形態における動作方式を複数組み合わせて用いることもできる。なお、上記実施形態に示した本発明に係る内視鏡の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。　
　本発明に係る内視鏡は、挿入部を小径化可能な構成でありながら、撮像された画像に超解像処理を施して高解像度の画像を取得可能とし、小型でありながら高解像度の画像を得るための内視鏡として有用である。
１　内視鏡
２　本体部
３　挿入部
４　保護管
６　先端カバー
１０　撮像ユニット
１１　シャフト（駆動力伝達シャフト）
１２Ａ～１２Ｅ　第１～第５スペーサ
２１　対物レンズ系
２２　固体撮像素子
２３　駆動基板
３１　カバー部材
３２　ベース部材
４１　ピエゾアクチュエータ４１
４３　圧縮ばね（付勢部材）
５４　受光センサ（位置検出センサ）
５５　ＬＥＤ

Claims (5)

  1. 　被写体に挿入される挿入部を形成する保護管と、
    　前記保護管に挿通されると共に、当該保護管内において所定のピッチで軸方向に配置された複数のスペーサによって支持された駆動力伝達シャフトと、
    　前記駆動力伝達シャフトの先端側に取り付けられた撮像素子と、
    　前記保護管外において前記駆動力伝達シャフトの基端側に駆動力を付与することにより、当該駆動力伝達シャフトに対して前記複数のスペーサの支持部位を節とする横方向の振動を生じさせるアクチュエータと
    を備えたことを特徴とする内視鏡。
  2. 　前記駆動力伝達シャフトを付勢することにより、初期状態の前記駆動力伝達シャフトを前記各スペーサ間において撓ませる付勢部材を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
  3. 　前記アクチュエータは、互いに交差する２つの方向に前記駆動力を付与する２つのアクチュエータからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内視鏡。
  4. 　前記駆動力伝達シャフトにおける前記アクチュエータの駆動力付与部位よりも更に基端側に固定され、前記駆動力伝達シャフトの位置を検出する位置検出センサを更に備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の内視鏡。
  5. 　被写体に挿入される挿入部を形成する保護管と、
    　前記保護管内において所定のピッチで軸方向に配置された複数のスペーサによって支持された駆動力伝達シャフトと、
    　前記駆動力伝達シャフトの先端側に取り付けられた撮像素子と、
    　前記駆動力伝達シャフトを付勢することにより、初期状態の前記駆動力伝達シャフトを前記各スペーサ間において湾曲させる付勢部材と、
    　前記保護管外において前記駆動力伝達シャフトの基端側に駆動力を付与することにより、当該駆動力伝達シャフトに対して前記複数のスペーサの支持部位を支点とする周期的な回動を行わせるアクチュエータと
    を備えたことを特徴とする内視鏡。
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