JP2018108174A - Endoscope apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内視鏡装置に関する。詳しくは8K高解像度映像技術を適用した内視鏡装置に関する。 The present invention relates to an endoscope apparatus. Specifically, the present invention relates to an endoscope apparatus to which 8K high-resolution video technology is applied.
細長い挿入部を体腔に挿入し、体腔内の様子を撮影して低侵襲手術を施術するための軟性内視鏡が広く利用されてきた。最近は、日本国民の癌にかかる確率が約50%になり、内視鏡の利用がさらに広がる傾向にある。 A flexible endoscope for performing a minimally invasive operation by inserting an elongated insertion portion into a body cavity and photographing a state inside the body cavity has been widely used. Recently, the probability of cancer in Japanese people is about 50%, and the use of endoscopes tends to expand further.
他方、通信技術、画像処理技術、光学技術の発展により、4K,8Kと呼ばれる高解像度映像技術が実用化されつつある。ところで、2K→4K→8Kの変化は、単なるメモリの増加に留まらず、内視鏡を用いた医療機器の分野、低侵襲手術の分野で質的な技術革新も起こりつつある。内視鏡装置に8K高解像度映像技術を適用すると、例えば、手術用の細糸や臓器の微細な患部、臓器・組織間の境界の認識が可能となり、細胞レベルの観察も可能になる。これにより、手術の信頼性・確実性が高くなり、医療技術の進展が期待される。すなわち、臓器の患部の識別性が高くなり、不意に患部以外を傷つけるおそれも少なくなる。また、術視野を拡大でき、施術範囲が広い場合でも手術し易くなり、手術機器位置の確認や手術機器間の干渉を避けるにも便宜である。さらに、大画面観察も可能になり、手術関係者全員が同じ画像を共有でき、コミュニケーションがスムーズになる。このように、4K,8K高解像度映像技術の利用は大きな発展性を秘めている。 On the other hand, with the development of communication technology, image processing technology, and optical technology, high-resolution video technology called 4K and 8K is being put into practical use. By the way, the change of 2K → 4K → 8K is not only an increase in memory, but also qualitative technological innovation is occurring in the field of medical devices using endoscopes and the field of minimally invasive surgery. When the 8K high-resolution video technology is applied to the endoscope apparatus, for example, it becomes possible to recognize a surgical thin thread, a minute affected part of an organ, a boundary between an organ and a tissue, and observation at a cell level. As a result, the reliability and certainty of the operation are enhanced, and progress in medical technology is expected. That is, the distinguishability of the affected part of the organ is increased, and the risk of unexpectedly damaging other than the affected part is also reduced. In addition, the surgical field of view can be expanded, and it is easy to perform surgery even when the surgical scope is wide. This is convenient for confirming the position of the surgical instrument and avoiding interference between surgical instruments. In addition, large-screen observation is possible, and all the people involved in the operation can share the same image, which facilitates communication. Thus, the use of 4K / 8K high resolution video technology has great potential.
しかしながら、8K高解像画像を利用するため、照射光又は撮像光を走査すると、画素数が多いために走査に多大な時間を要することになる。他方、動画がスムーズに見えるようにするためには、フレーム間隔を0.03sec以下にしなければならない。このため、走査に要する時間を短くしなければならない、という問題があった。 However, in order to use an 8K high-resolution image, scanning with irradiation light or imaging light requires a long time for scanning because of the large number of pixels. On the other hand, in order to make the moving image look smooth, the frame interval must be 0.03 sec or less. For this reason, there is a problem that the time required for scanning must be shortened.
従来の軟性内視鏡装置は、例えば、挿入部の先端に取り付けられた先端ユニット内に光ファイバ7とアクチュエータを配置し、アクチュエータが圧電素子を有し、圧電素子の共振周波数で光ファイバを回転させて光ファイバの先端から照射される光を渦巻き状になるように走査し、被写体から反射された光をフォトセンサで受光して、撮影画像を得ている(特許文献1参照)。フレキシブルな光ファイバを用いて被写体の診断箇所を渦巻き状に走査するには、制御が複雑で容易ではなく、データの補正が必要になる。また、圧電素子の機械的な動きを利用しているので、走査を高速化するのが困難である。 In a conventional flexible endoscope apparatus, for example, an optical fiber 7 and an actuator are arranged in a distal end unit attached to the distal end of an insertion portion, the actuator has a piezoelectric element, and the optical fiber is rotated at the resonance frequency of the piezoelectric element. Then, the light irradiated from the tip of the optical fiber is scanned in a spiral shape, and the light reflected from the subject is received by a photosensor to obtain a photographed image (see Patent Document 1). In order to scan a diagnostic part of a subject spirally using a flexible optical fiber, control is complicated and not easy, and correction of data is required. Further, since the mechanical movement of the piezoelectric element is used, it is difficult to increase the scanning speed.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高解像度映像技術を適用可能で、高速走査が可能な内視鏡装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an endoscope apparatus to which a high-resolution video technology can be applied and which can perform high-speed scanning.
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様に係る内視鏡装置100は、例えば図1及び図2Aに示すように、体腔内に挿入される管状の挿入部110であって、被写体101表面領域を走査して被写体101表面から取得した光を反射するミラー113と、ミラー113から反射された光をコアで受光して伝送する光ファイバ115と、光ファイバ115を伝送した光を撮像素子131に導く結像光学系116とを内包する挿入部110と、被写体101の表面領域を走査して反射光を受光するようにミラー113を走査する走査部146と、結像光学系116により導かれた被写体101表面領域からの反射光を被写体101の位置に対応する画素に受光する撮像素子131を有する撮像装置130とを備え、被写体101表面領域はw(2以上の整数)個の小領域に分割され、ミラー113は小領域に対応してw個のMEMSミラーを有し、光ファイバ115はw個以上8×w個以下のコアを有するマルチコアファイバ115Mである。
In order to solve the above-described problem, an
ここにおいて、MEMS(Micro Electro Mechanical System)とは、機械部品と電子回路をシリコン基板やガラス基板等の上に半導体微細加工技術を用いて集積化したデバイスをいう。MEMSミラー113(i,j)とは、かかるデバイスのうち、基板上で傾斜可能に製作された微少ミラーをいう。例えば、櫛形駆動部を静電気を用いて上下動させる静電共振ミラー等がある。
また、wは2以上の任意の整数であり、m×n以下である。8Kではm=7680,n=4320である。
Here, MEMS (Micro Electro Mechanical System) refers to a device in which mechanical parts and electronic circuits are integrated on a silicon substrate, a glass substrate or the like using a semiconductor microfabrication technique. The MEMS mirror 113 (i, j) refers to a micromirror manufactured so as to be tiltable on a substrate among such devices. For example, there is an electrostatic resonance mirror that moves the comb drive unit up and down using static electricity.
W is an arbitrary integer of 2 or more, and is m × n or less. At 8K, m = 7680 and n = 4320.
このように構成すると、高解像度映像技術を適用可能で、高速走査が可能な内視鏡装置を提供することができる。 With this configuration, it is possible to provide an endoscope apparatus that can apply high-resolution video technology and can perform high-speed scanning.
また、本発明の第2の態様に係る内視鏡装置100は、第1の態様に係る内視鏡装置において、例えば、図7に示すように、撮像装置130において撮像素子131が8Kレベル以上16K以下の画素を搭載している。
ここにおいて、「8Kレベル」又は「8K相当」とは8K(7680×4320画素)で実現できる高精細解像度画像と同等な解像度の程度をいう。しかるに、実社会では、4K解像度(3840×2160画素)の解像度を上回る解像度についても使用されることがある。したがって、ここでは6K解像度(具体的には1フレームの画素数が2000万以上)を上回る場合をいうものとする。「8Kレベル以上」であるから、8K解像度(7680×4320画素)以上の画素数を用いても良い。また、「16Kレベル以下」としたのは、「8Kレベル以上」では人が感じる臨場感があまり変化しないので、実用的には16K以下で十分と思われるからである。
このように構成すると、高精細解像度を実現でき、学術・医療その他の分野での発展に大いに貢献できる。
Moreover, the
Here, “8K level” or “equivalent to 8K” refers to the degree of resolution equivalent to a high-definition resolution image that can be realized with 8K (7680 × 4320 pixels). However, in the real world, a resolution exceeding 4K resolution (3840 × 2160 pixels) may be used. Therefore, here, it is assumed that the resolution exceeds 6K resolution (specifically, the number of pixels in one frame is 20 million or more). Since it is “8K level or higher”, a pixel number of 8K resolution (7680 × 4320 pixels) or higher may be used. The reason why “16K level or lower” is set is that, since “realistic feeling felt by humans” does not change much at “8K level or higher”, it is considered that 16K or lower is sufficient for practical use.
With this configuration, high-definition resolution can be realized, which can greatly contribute to development in academic, medical and other fields.
また、本発明の第3の態様に係る内視鏡装置は、第1の態様又は第2の態様に係る内視鏡装置において、挿入部110において対物光学系がテレセントリック系である。
このように構成すると、対物光学系で被写体に至る走査光線を平行光線にできるので、各MEMSミラー113(i,j)の角度、向きを揃えて制御することにより、各小領域101(i,j)における走査を同一に行うことができ、走査の効率を高められる。
Moreover, the endoscope apparatus according to the third aspect of the present invention is the endoscope apparatus according to the first aspect or the second aspect, wherein the objective optical system in the
With this configuration, since the scanning light beam reaching the subject can be converted into a parallel light beam by the objective optical system, each small region 101 (i, j, i, j) is controlled by aligning the angle and direction of each MEMS mirror 113 (i, j). The scanning in j) can be performed identically, and the scanning efficiency can be increased.
また、本発明の第4の態様に係る内視鏡装置100は、第1ないし第3のいずれかの態様に係る内視鏡装置において、例えば図2Aに記載のように、各MEMSミラー113(i,j)が同時に対応する各小領域101(i,j)を走査する。
このように構成すると、各MEMSミラーを同時、並列して走査することにより、撮像素子への全体の記憶部への書き込みを効率化できる。MEMSミラーがm×n個であれば、走査時間を1/(m×n)に短縮できる。
In addition, an
If comprised in this way, writing to the whole memory | storage part to an image pick-up element can be made efficient by scanning each MEMS mirror simultaneously in parallel. If there are m × n MEMS mirrors, the scanning time can be shortened to 1 / (m × n).
また、本発明の第5の態様に係る内視鏡装置は、第1ないし第4のいずれかの態様に係る内視鏡装置において、結像光学系116において、マルチコアファイバ115Mと撮像素子131の間に検出光を走査して撮像素子131に導くための光学部品を有し、走査部146は当該光学部品を使用して検出光を走査する。
このように構成すると、撮像素子の表面を走査することにより、RAMやROMへの直接の記憶が可能になり、応用範囲が広がる。
An endoscope apparatus according to the fifth aspect of the present invention is the endoscope apparatus according to any one of the first to fourth aspects. In the imaging
With this configuration, by scanning the surface of the image sensor, direct storage in RAM or ROM becomes possible, and the application range is expanded.
また、本発明の第6の態様に係る内視鏡装置100Bは、第1ないし第5のいずれかの態様に係る内視鏡装置において、例えば、図9に示すように、各MEMSミラー113(i,j)が走査する小領域101(i,j)の面積は、各MEMSミラー113(i,j)の回転角の変化量を制御することにより変更可能である
このように構成すると、被写体の走査範囲を、精密な半導体集積回路技術を用いたMEMSミラー113(i,j)の回転角の変化量で電気的に制御できるので、高精度の制御ができる。
Further, an
また、本発明の第7の態様に係る内視鏡装置は、第1ないし第6のいずれかに係る内視鏡装置において、例えば図10A又は図10Bに記載のように、ミラーを2段構成にし、撮像素子131側の第1のミラー113A1,113B1を固定とし、被写体101側の第2のミラー113A2,113B2としてMEMSミラーを使用する。
このように構成すると、一方の反射鏡(MEMSミラー)の反射角を広範囲に変化させられるので、走査範囲を大きく、走査精度を高くとることができる。また、ミラー面を被写体101の表面と45度とすると、ミラー回転角の2倍光の方向が回転し、調整し易い。
In addition, an endoscope apparatus according to a seventh aspect of the present invention is the endoscope apparatus according to any one of the first to sixth aspects. For example, as shown in FIG. 10A or FIG. The first mirrors 113A1 and 113B1 on the
If comprised in this way, since the reflection angle of one reflective mirror (MEMS mirror) can be changed in a wide range, a scanning range can be enlarged and a scanning accuracy can be taken. Also, if the mirror surface is 45 degrees with the surface of the
また、本発明の第8の態様に係る内視鏡装置100Cは、第1ないし第7のいずれかの態様に係る内視鏡装置において、例えば図11Aに記載のように、マルチコアファイバ115Mの隣接するコアは異なる色の光を伝送する。
このように構成すると、隣接する小領域からの干渉を低減できる。
Further, an
If comprised in this way, the interference from an adjacent small area | region can be reduced.
また、本発明の第9の態様に係る内視鏡装置100D(図示しない)は、第1ないし第7のいずれかの態様に係る内視鏡装置において、例えば図12に記載のように、MEMSミラー113Bにはグレーティング129を施し、隣接するMEMSミラー113Bの回転角を異なる回転角とする。
このように構成すると、隣接する小領域からの干渉を低減できる。
In addition, an endoscope apparatus 100D (not shown) according to a ninth aspect of the present invention is an MEMS apparatus according to any one of the first to seventh aspects, for example, as shown in FIG. A grating 129 is applied to the mirror 113B so that the rotation angle of the adjacent MEMS mirror 113B is different.
If comprised in this way, the interference from an adjacent small area | region can be reduced.
また、本発明の第10の態様に係る内視鏡装置100Aは、第1ないし第9のいずれかの態様に係る内視鏡装置において、例えば図8に示すように、照明光を発光させる光源125と、光源125で発光された照明光を被写体101表面に伝送する光伝送路を有する照明光学系120Aを有し、光伝送路としてマルチコアファイバ115Mを使用する。
このように構成すると、マルチコアファイバに供給する光量を揃えることにより、各小領域を照射する光を均一にでき、ひいては画質の均一性を高められる。
Further, an
If comprised in this way, the light which irradiates each small area | region can be equalized by aligning the light quantity supplied to a multi-core fiber, and the uniformity of an image quality can be improved by extension.
また、本発明の第11の態様に係る内視鏡装置は、第1ないし第10のいずれかの態様に係る内視鏡装置において、マルチコアファイバ115Mのコアがw個のMEMSミラー113に対応して、a×w個である。
ここにおいて、aは2以上の整数であるが、16以下が実用的である。このように構成すると、1個のMEMSミラー113でa個のコアに入出力する光に対応するので、密度の高いマルチコアファイバにも対応できる、また、MEMSミラーを比較的大きくできるので、MEMSミラーを製造し易い。
An endoscope apparatus according to an eleventh aspect of the present invention is the endoscope apparatus according to any one of the first to tenth aspects, wherein the core of the
Here, a is an integer of 2 or more, but 16 or less is practical. If comprised in this way, since it respond | corresponds to the light input / output to a core with one
本発明によれば、高解像度映像技術を適用可能で、高速走査が可能な内視鏡装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an endoscope apparatus to which high-resolution video technology can be applied and which can perform high-speed scanning.
本発明の実施形態に係る内視鏡装置について、以下に図面を参照して詳細に説明する。 An endoscope apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
本実施例では(図1、図2A参照)、被写体101の走査にマトリックス状に配置されたMEMSミラー113を用いる例について説明する。本実施例に係る内視鏡装置100は主に消化器系に用いられる軟性鏡である。被写体101表面をMEMSミラー113に対応して分割し、分割された各領域に対して各MEMSミラー113の走査で得られた被写体101の各画像データを、各MEMSミラー113でマルチコアファイバ115Mの各コアに入力し、各コアを通して撮像素子131に結像させる。被写体101表面の分割された各小領域101(i,j)、各MEMSミラー113(i,j)、マルチコアファイバ115Mの各コアが相互に対応関係にある。
In this embodiment (see FIGS. 1 and 2A), an example in which the
〔装置構成〕
図1は、内視鏡装置100Xの構成を説明するための図である。本実施例の理解を容易にするために、図1では、MEMSミラー113及び結像系光ファイバ115のコアが1つの例を示す。内視鏡装置100は、挿入部110、照明装置120、撮像装置130、制御装置140及び表示装置150を備える。本実施例は、MEMSミラー113の配置をマトリックス状とし、結像系の光ファイバにマルチコアファイバ115M(図2A参照)を用いている。
〔Device configuration〕
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the
図2Aに実施例1に係る走査型内視鏡装置100の構成例を示す。図2BはそのMEMSミラーのマトリックス配置を示す図である。
FIG. 2A shows a configuration example of the
挿入部110は、被検験者等の体腔内に挿入される細長のフレキシブルな部材である。挿入部110は、管状部111、対物レンズ112、MEMSミラー113、マルチコアファイバ115M及び結像光学系116を有する。
The
管状部111は、フレキシブルな樹脂材等が、例えば、直径3mm〜9mmの円筒状あるいは楕円筒状に形成された部材で、長さ1〜2mある。管状部111の先端には、被写体101からの反射光を透過させ、管状部111内を密封する透明板(図示しない)、透明板を透過した反射光を受光して光ファイバ115の方向に反射するMEMSミラー113、MEMSミラー113で反射された反射光を光ファイバ115に導く対物レンズ112がある。そして、MEMSミラー113からの反射光を検出して撮像装置130に伝送する光ファイバ115がある。
MEMSミラー113を用いて被写体101表面を走査して、被写体101からの反射光を受光し、光ファイバ115の方向に反射する。光ファイバ115の光軸方向を管状部111の中心線の方向と一致させる。例えばMEMSミラー113を光軸を含む面内及び光軸周りに回転すると、レーザ光を被写体101表面で半径方向及び円周方向に走査可能である。また半径方向及び円周方向との組み合わせによりx方向−y方向にも走査可能である。例えば、走査周波数100kHzとすると、4000本の走査を400msで走査可能である。また、挿入部110の基端部には、撮像装置130が着脱可能に取り付けられる。
The
The surface of the subject 101 is scanned using the
透明板(挿入部110の先端又は走査光が出入りする側面に設けられる)の側面は、管状部111の先端近傍の内壁面に接着剤等を用いて固定され、挿入部110の先端は密封される。透明板は挿入部110の先端を安定させるため、及び密封するために使用される。対物レンズ112はMEMSミラー113からの反射光を集光して光ファイバ115(マルチコアファイバ115M)に導く。
The side surface of the transparent plate (provided at the distal end of the
マルチコアファイバ115Mは、MEMSミラー113で反射された被写体101情報を有する光を受光して、撮像装置130の方向に伝送する。それぞれのMEMSミラー113からの光をそれぞれのコアが受光して伝送する。結像光学系116はマルチコアファイバ115Mからの光を撮像素子131に結像させる。撮像素子131はマルチコアファイバ115Mの各コアからの光をそれぞれのブロックに分割して受光してもよい。撮像素子131が例えばCCD又はCMOSであれば、走査で得られた被写体101の各小領域からの反射光を時系列的に受光して記憶部143に順次記憶できる。
The
図3は照明装置の構成例を示すブロック図である。照明装置120は、被写体1を照明する光を発光する光源125と、光源125を駆動する第1のドライバ回路126とを有する。光源125として、例えばLED素子を使用できる。LEDはスペクトル幅を広くとれる、照射方向を広くできることから、照明用に良く使用される。また、可視光半導体レーザ(GaN半導体レーザ等)も使用可能である。レーザ光はLED光に比して、コヒーレント性が高い、波長幅が狭い、ビームが細い等により制御に適している。
第1のドライバ回路126は、制御装置140の制御に従って、光源125を駆動する。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of the lighting device. The
The
図4は撮像装置の構成例を示すブロック図である。撮像装置130は、挿入部110の基端部に着脱可能に装着され、被写体101からの反射光を撮像素子131に取り込む。そして、被写体101の画像を撮像し、制御装置140に撮像した画像を供給する。詳細には、撮像装置130は、撮像素子131と、第2のドライバ回路132と、A/D変換部133と、送信部134とを有する。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of the imaging apparatus. The
第2のドライバ回路132は、制御装置140の制御に従って、撮像素子131の撮像の開始と終了を制御し、また、各画素の電圧信号(画素電圧)を読み出す。
A/D変換部133は、第2のドライバ回路132が撮像素子131から読み出した画素電圧をデジタルデータ(画像データ)に変換し、送信部134に出力する。
送信部134は、A/D変換部133から出力されたデジタルデータ(輝度データ)を制御装置140に出力する。
The
The A /
The
図5は制御装置140の構成を示すブロック図である。制御装置140は、内視鏡装置100全体を制御するものであり、制御部141,画像処理部142、記憶部143,入出力IF(インタフェース)144、入力装置145及び走査部146を備える。
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the
制御部141は、CPU(Central Processing Unit)、メモリなどから構成され、送信部134から送信された輝度データを記憶部143に記憶させる。また、画像処理部142に画像データを処理させ、また、表示装置150に表示する。制御部141は、さらに、第1のドライバ回路126、第2のドライバ回路132及び走査部146を制御する。
The
画像処理部142は、イメージプロセッサ等から構成され、制御部141の制御に従って、記憶部143に記憶された画像データを処理して、1フレーム分の画像データ(フレームデータ)を再生し、記憶部143に再蓄積する。また、画像処理部142は、記憶部143に記憶されているフレーム単位の画像データに種々の画像処理を施す。例えば、画像処理部142は、各画像フレームを任意の倍率で拡大・縮小する拡大・縮小処理を行う。
The
拡大・縮小にはデジタルズームを使用する。8Kでは観察すべき最小寸法(最大倍率)の像を撮像素子に鮮明に記憶し、大画面全体に表示する。つまり、記憶部143には鮮明な画像が蓄積されているので、デジタルズームで拡大縮小しても画像がぼやけることはない。このため、広視野の範囲の画像を鮮明に表示できるので、広視野の手術空間を提供できる。また、デジタルズームを画像処理(鮮明化処理)と併用すると、例えば患部と他の部分とのコントラストを強調して表現する等により、一層鮮明な画像を得ることができる。
Digital zoom is used for enlargement / reduction. In 8K, an image of the minimum dimension (maximum magnification) to be observed is clearly stored in the image sensor and displayed on the entire large screen. That is, since a clear image is stored in the
記憶部143は、制御部141の動作プログラム、画像処理部142の動作プログラム、送信部134から受信した画像データ、画像処理部142が再生したフレームデータ、処理したフレームデータ等を記憶する。
The
入出力IF144は、制御部141と外部装置との間のデータの送受信のインタフェースとして機能する。入力装置145は、キーボード、マウス、ボタン、タッチパネルなどから構成され、ユーザの指示を入出力IF144を介して制御部141に供給する。
The input / output IF 144 functions as an interface for data transmission / reception between the
走査部146は、制御部141によりMEMSミラー113の方向及び回転角を制御して、被写体101表面からの反射光を走査して取り出す。制御は例えば、静電式駆動方式又は電磁式駆動方式にてMEMSミラー113の回転角を制御する。マトリックス状に配置したMEMSミラー113ごとに制御が可能なので、m×n個の小領域を別々に、かつ同時に駆動可能である。これにより、被写体101表面の走査時間を1/(m×n)に短縮できる。
The
表示装置150は、8K対応の表示画素数を有する液晶表示装置等から構成され、制御装置140の制御に従って、操作画面、撮像画像、処理済画像などを表示する。
8Kでは、表示装置に大画面モニタを使用できる。記憶部143は7680×4320ピクセルの画素を記憶するので、例えば30インチ以上の大画面モニタを使用する。大画面モニタでも、自然に見える。このため、手術関係者全員で大画面の画像を共有でき、スムーズなコミュニケーションが図れる。手術者は撮像装置からの分岐画像を見ることもできる。
The
At 8K, a large screen monitor can be used for the display device. Since the
〔分割走査〕
図2Aは実施例1における走査型内視鏡装置100の光学系の構成例を示す図である。すなわち、分割走査するための構成を有する例を示す。本実施例では、マトリックス状に配置されたMEMSミラー(マイクロミラー)113を用いる例について説明する。図2BはMEMSミラー113のマトリックス配置を示す図である。被写体101を分割したm×nの小領域に対応して、m×nのMEMSミラー113(i,j)(全体は113)が1つの面内に配置される。
被写体101の領域を、m×n個の小領域に対応して、m×nのMEMSミラー113(i,j)が設けられ、各ミラー113(i,j)は対応する各小領域を走査する。m×nのミラー113(i,j)を並列走査すると、全体を1個のミラーで走査することに比して走査時間を1/(m×n)に短縮でき、傾斜制御角度もおよそx方向が1/m,y方向が1/nに小さくなる。これにより、走査時間を短縮でき、傾斜制御角度を小さくできる。
また、図2Aでは、走査される被写体の管状部111に対する相対的な位置と対物レンズ112及び被写体101の位置が図1と異なる。その他の構成は図1と同様である。
[Division scanning]
FIG. 2A is a diagram illustrating a configuration example of an optical system of the
An m × n MEMS mirror 113 (i, j) is provided corresponding to the area of the subject 101 corresponding to m × n small areas, and each mirror 113 (i, j) scans each corresponding small area. To do. When the mxn mirrors 113 (i, j) are scanned in parallel, the scanning time can be shortened to 1 / (mxn) compared to scanning the entire mirror with one mirror, and the tilt control angle is also approximately x. The direction becomes 1 / m and the y direction becomes 1 / n. Thereby, the scanning time can be shortened, and the tilt control angle can be reduced.
Further, in FIG. 2A, the relative position of the scanned object with respect to the
照明された被写体の各小領域101(i,j)からの反射光は、各MEMSミラー113(i,j)に到達した後に各MEMSミラー113(i,j)で反射され、対物レンズ112(被写体側レンズ112A、絞り112B、結像側レンズ112C)を介してマルチコアファイバ115Mのm×n個のそれぞれのコアに入射される。この場合、被写体の各小領域101(i,j)とマルチコアファイバ115Mの対応する各入射端のコアとは共焦点になるように設計され、対応しない小領域からの反射光は当該コアに入射しないようになっている。マルチコアファイバ115M中を伝送した光(画像データ)は結像光学系116を通して撮像素子131に撮像される。そして、撮像素子131をm×n個のブロックに分割して、m×n個のコアにそれぞれ対応付け、各コアからの出力光を、撮像素子131の対応するブロックで受光するようにすれば、撮像素子131への受光を並行して行うことができる。また、撮像素子131から記憶部143への書き込みも回路制御により並行して行うことが好適である。イメージプロセッサ(画像処理部)142は記憶部143に書き込まれた画像データを用いて、ディスプレイ(表示装置)150に表示する。また、記憶部143からディスプレイ150への書き込みも並行して行うことが好適である。
The reflected light from each small area 101 (i, j) of the illuminated subject reaches each MEMS mirror 113 (i, j) and then is reflected by each MEMS mirror 113 (i, j), and the objective lens 112 ( The light enters the m × n cores of the
MEMSミラー113は配置面内で直交する2つの軸(x軸及びy軸)の回り又は半径方向と円周方向に回転可能に構成されている。各ミラー113には、被写体101の小領域から反射した光が入射され、ミラー113の中心軸に対して入射方向と軸対称な方向に反射される。例えばミラー113の傾斜を配置面内で直交する2つの軸(x軸及びy軸)の回り又は半径方向と円周方向に回転することにより、反射方向が変化し、その結果、被写体10の走査された位置からの光をミラー113に導くことができる。走査方向はx、yの2方向で、被写体101を面内で走査することとなる。
撮像装置130で撮影された撮影画像は、イメージプロセッサ142に送信される。イメージプロセッサ142は送信された撮影画像を画像処理して又はそのままディスプレイ150に表示する。
The
A captured image captured by the
管状部111の中心軸方向に対するMEMSミラー113の傾斜を約45度とすると、走査の制御をしやすくなる。この場合被写体101の位置は管状部111の側面に位置することになるが、消化器官を走査するのに適している。また、MEMSミラー113は対物レンズ112(被写体側レンズ112A、絞り112B、結像側レンズ112C)より被写体101側に配置されているので、対物レンズ112は管状部111内部を気密にする役目を有していないが、MEMSミラー113より被写体101側に配置された透明板が管状部111内部を気密にする役目を有する。
When the inclination of the
また、各MEMSミラー113(i,j)が同時に対応する各小領域101(i,j)を走査するように制御することも可能である。かかる構成では、各MEMSミラーを同時、並列して走査することにより、撮像素子への全体の記憶を効率化できる。MEMSミラーがm×n個であれば、走査時間を1/(m×n)にできる。
また、絞り112Bを被写体側レンズ112Aの焦点に置くと、被写体側の光線が平行になり、挿入部110において対物光学系がテレセントリック系になる。かかる構成では、各MEMSミラー113(i,j)の角度、向きを揃えて制御することにより、各小領域101(i,j)における走査を同一に行うことができ、走査の効率を高められる。
It is also possible to control each MEMS mirror 113 (i, j) to scan each corresponding small region 101 (i, j) at the same time. In such a configuration, the entire storage in the image sensor can be made efficient by scanning each MEMS mirror simultaneously and in parallel. If there are m × n MEMS mirrors, the scanning time can be reduced to 1 / (m × n).
When the
〔8K撮像素子〕
図6は撮像素子131の画素ピッチを説明するための図である。撮像素子131は、いわゆる8K、即ち、7680×4320ピクセル(画素)のカラーイメージセンサから構成される。したがって、8Kの内視鏡装置100によれば、高精細な撮像画像を得ることができる。
[8K image sensor]
FIG. 6 is a diagram for explaining the pixel pitch of the
図7は、大画面モニタについて説明するための図である。8Kモニタ302の画素数(3,300万)は2Kモニタ301の画素数(200万)の16倍である。画素数=視野(モニタ面積)×画素密度 なので、視野が2Kの4倍であれば、画素密度は2Kの4倍である。すなわち、2Kに比して広視野かつ高精細な画像を提供できる。撮像素子に、R(赤)G(緑)G(緑)B(青)の4画素を単位領域とし、そこに1μm□の像を撮影するなら、被写体101の3.8mm×2.15mmの領域を8Kの記憶素子に記憶し、8Kの画面全体に表示できることになる。これを縮小して表示することも、一部を切り出して表示することも可能である。8Kの記憶素子の画面が鮮明であれば、縮小しても鮮明である。なお、R(赤)G(緑)B(青)の3画素を単位領域としても良い。
FIG. 7 is a diagram for explaining the large screen monitor. The number of pixels of the 8K monitor 302 (33 million) is 16 times the number of pixels of the 2K monitor 301 (2 million). Since the number of pixels = field of view (monitor area) × pixel density, if the field of view is 4
しかしながら、イメージセンサ(撮像素子)131の画素数を、単純に8K(7680×4320ピクセル)にするだけでは、表示装置(ディスプレイ)150上で8Kの真の解像度(画像の緻密さ)を実現できるとは限らない。
真に8Kの解像度を実現するためには、「画素のサイズが大きいこと」が必要である。イメージセンサ131の画素のサイズが小さすぎると、光の回折限界のために解像できず、ぼやけた画像になってしまう。軟性内視鏡に適用する場合、体腔に挿入されるという制限から、先端部に搭載すべき撮像素子として、大型のイメージセンサを使用することは困難である。
However, if the number of pixels of the image sensor (imaging device) 131 is simply set to 8K (7680 × 4320 pixels), a true resolution (image density) of 8K can be realized on the display device (display) 150. Not necessarily.
In order to realize a truly 8K resolution, it is necessary that “the pixel size is large”. If the pixel size of the
また、内視鏡内を導かれてきた光の径を、拡大レンズによりイメージセンサ131いっぱいに広げることが考えられる。しかし、倍率を上げれば上げるほど(焦点距離を遠くとるほど)、画面上の撮像面積は増えるが、反射光を得る術野範囲が狭くなる。このため、イメージセンサ131で受ける光(光子)の量が減り、画像が暗くなってしまうという問題があった。この問題は、8Kではイメージセンサ131の感度が4倍になった、液晶モニタが明るくなったことで解決できた。
Further, it is conceivable that the diameter of the light guided through the endoscope is expanded to the full extent by the magnifying lens. However, the higher the magnification (the longer the focal length), the larger the imaging area on the screen, but the surgical field range for obtaining reflected light becomes narrower. For this reason, there is a problem that the amount of light (photons) received by the
8Kの解像度を実現するために、撮像素子131のピクセルのピッチPは、被写体101の照明に使用される主要光の回折限界以上の大きさにする。具体的には、ピッチPは、照明光の波長、即ち、光源(LED素子、半導体レーザ素子等)125の発光光の波長に相当する基準波長λより大きい値に設定される。なお、照明光が複数の波長の光を含む場合、基準波長λは、照明光を構成する三原色の光のうちの波長が最も長い光、即ち、赤い光の主成分の波長を意味する。即ち、赤色に対応するスペクトル領域でエネルギーの最も大きい波長を意味する。
In order to achieve 8K resolution, the pixel pitch P of the
また、レンズ系の明るさを上げる(F値を小さくする)と、明るくなるが、被写界深度が浅くなる。F値を大きくすると、被写界深度が深くなるが、暗くなる。このため、8Kでは開口度(f値)が10〜16で、ピクセルのピッチ(画素ピッチ)Pは、2.8〜3.8μmが適切であることがわかった。ピッチが小さすぎると干渉が生じて画像がぼけてくる。大きすぎると基板が大きくなり、体積・重さ、スピード等で不利になる。3.0〜3.5μmがさらに適切である。ピクセルのピッチPを、2.8〜3.8μmとすると、撮像素子131の寸法は、約20〜30mm×12〜18mmとなる。
Further, when the brightness of the lens system is increased (F value is decreased), the brightness becomes brighter but the depth of field becomes shallower. Increasing the F value increases the depth of field but darkens it. For this reason, it was found that an aperture (f value) of 10 to 16 and a pixel pitch (pixel pitch) P of 2.8 to 3.8 μm are appropriate at 8K. If the pitch is too small, interference occurs and the image is blurred. If it is too large, the substrate becomes large, which is disadvantageous in terms of volume, weight and speed. 3.0 to 3.5 μm is more suitable. When the pixel pitch P is 2.8 to 3.8 μm, the size of the
モニタ画面を見る視野角は、2Kで30度、4Kで60度、8Kで100度とすると、臨場感は100度でほぼ飽和するので、臨場感を求めるなら、8Kで十分である。
撮像素子131は、8K相当以上のピクセルを備えてもよい。また、実社会では、8K以下の素子数でも、4Kに比して鮮明な画像が得られることから、8Kと称して販売等される場合がある。このため、画素数6K以上を8K相当ということとする。
Assuming that the viewing angle for viewing the monitor screen is 30 degrees at 2K, 60 degrees at 4K, and 100 degrees at 8K, the realistic sensation is almost saturated at 100 degrees, so 8K is sufficient to obtain a realistic sensation.
The
〔動作説明〕
次に、上記構成を有する内視鏡装置100の動作について説明する。
内視鏡装置100の使用時、ユーザ(施術者)は、入力装置145を操作し(図5参照)、この内視鏡装置100のオンを指示する。この指示に応答し、制御部141は、第1のドライバ回路126と第2のドライバ回路132をオンする。
第1のドライバ回路126は、光源(LED素子125等)を点灯し(図3参照)、第2のドライバ回路132は、撮像素子131による撮像を開始する(図4参照)。
LED素子125から出力された光は、照明装置120にて、例えば広角に拡散するように照射される。
[Description of operation]
Next, the operation of the
When using the
The
The light output from the
マルチコアファイバ115Mは、対物レンズ112を介して入射した反射光を受光する。受光した光を被写体101の照射位置に対応させて、撮像素子131を介して記憶部143の対応するメモリに書き込むことにより、被写体101の映像を撮像する。レンズ系の開口度(f値)と撮像素子131の画素のピッチPとの関係から、画素のピッチPが、2.8〜3.8μmが好適とされ、この範囲の画素のピッチPを使用した。このため、明るく、解像度の高い画像を取得できる。
The
第2のドライバ回路132は、撮像素子131から各画素の画素電圧を順次読み出し、A/D変換部133によりデジタル画像データに変換し、送信部134から制御装置140に、ケーブルを介して順次送信する。
The
制御装置140の制御部141は、送信された画像データを入出力IF144を介して順次受信し、記憶部143に順次格納する。
画像処理部142は、制御部141の制御下に、記憶部143に格納された画像データを処理し、フレームデータを再生すると共に適宜加工処理を行う。
制御部141は、記憶部143記憶されたフレームデータを適宜読み出し、入出力IF144を介して表示装置150に供給し、表示させる。
The
The
The
ユーザ(施術者)は、表示装置150の表示を確認しながら、挿入部110を体腔に挿入する。挿入部110が体腔に挿入されると、被写体101が光源125から導かれた光により照明され、撮像素子131は、被写体101の画像を撮像し、撮像画像が表示装置150に表示される。
The user (practitioner) inserts the
以上より、本実施例によれば、高解像度映像技術を適用可能で、高速走査が可能な内視鏡装置を提供できる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide an endoscope apparatus that can apply high-resolution video technology and can perform high-speed scanning.
実施例1では結像系にMEMSの並列走査を利用する例について説明したが、実施例2では、併せて照明光学系にもMEMSの並列走査を利用する例について説明する。主として実施例1と異なる面について説明する。 In the first embodiment, the example in which the MEMS parallel scanning is used in the imaging system has been described. In the second embodiment, an example in which the MEMS parallel scanning is also used in the illumination optical system will be described. The aspects different from the first embodiment will be mainly described.
図8に実施例2における内視鏡装置100Aの構成例を示す。すなわち、分割走査するための構成を示す。なお、MEMSミラーのマトリックス配置は図2Bと同様である。実施例1の照明装置120に代えて、照明光学系120Aが使用される。照明光学系120Aは、被写体101を照明する光を発光する光源125と、光源125を駆動する第1のドライバ回路126と、光源125で発光された光をグループ分けしてマルチコアファイバ115Mの各コアに入力する照明レンズ系(例えばコリメータレンズ127+ハーフミラー128)と、照明レンズ系により各コアに入力された光をMEMSミラー113の近くまで伝送するマルチコアファイバ115Mと、マルチコアファイバ115Mで伝送された各グループの光をそれぞれ被写体101表面の各領域に対して並行走査するMEMSミラー113とを有する。なお、ここでは、照明光学系120Aでは、光源125で発光された照明光を被写体101表面に伝送する光伝送路として、マルチコアファイバ115M及びMEMSミラーが使用されている。かかる構成では、マルチコアファイバ115Mに供給する光量を揃えることにより、各小領域101(i,j)を照射する光を均一にでき、ひいては画質の均一性を高められる。
FIG. 8 shows a configuration example of an
光源125として例えばLED素子を使用できる。LED素子を使用すると、発光光をマトリクス状に分割し易い。光源125から出力された光はコリメータレンズ127により略平行光線となってハーフミラー128で反射され、マルチコアファイバ115Mのm×n個のコアに入射される。マルチコアファイバ115Mから出力された各グループの光はそれぞれMEMSのm×n個のミラー113(i,j)に照射される。
For example, an LED element can be used as the
走査部146では、制御部141により各MEMSミラー113の傾斜角度が制御されて、マルチコアファイバ115Mの各コアから射出された照射光が被写体101表面のm×n個の各小領域に照射される。各ミラー113の傾斜角度のxy方向の制御により、m×n個の各小領域がxy方向に走査されて、結果として目的とする全領域が走査される。MEMSマトリックスのm×n個のミラー113(i,j)の並行走査が可能である。これにより、走査の時間が1/(m×n)となり、大きな時間短縮効果得られる。
In the
被写体101からの反射光は、一般的には多方向に散乱されるが、マルチコアファイバ115Mの各コアの有る方向に散乱された光が検出される。つまり、被写体101表面の各小領域の照射位置と各マルチコアファイバ115Mの射出口が共焦点の関係になるように被写体101の位置とマルチコアファイバ115Mの射出口の位置の関係を調整すると、各小領域からの反射光はマルチコアファイバ115Mの対応関係にあるコアの射出口に戻り、対応関係にない他のコアの射出口に入射することはない。光がMEMSミラー113から発射されて被写体101に入射され、反射されてミラー113に達するまでの時間は一瞬であり、その間のミラー113の傾斜は一定と見なせる。そして、光は元来た道を辿って、対物レンズ112を通過し、マルチコアファイバ115Mを通過した後に、結像光学系116に至る。走査により、被写体101表面の照射位置が変化するので、照射位置に対応して時系列的に撮像素子131を介して記憶部143に書き込まれる。
マルチコアファイバ115Mの射出口に戻った反射光は、マルチコアファイバ115Mを逆方向に伝送されて、結像光学系116を経由してハーフミラー128を透過して、撮像素子131に到る。マルチコアファイバ115Mから結像光学系116までの構成は、ハーフミラー128を透過する点以外は第1の実施例と同様である。
The reflected light from the subject 101 is generally scattered in multiple directions, but the light scattered in the direction in which each core of the
The reflected light that has returned to the exit of the
照明光学系と結像系(ハーフミラー)以外の装置構成は実施例1と同様であり、実施例1と同様に、高解像度映像技術を適用可能で、高速走査が可能な内視鏡装置を提供できる。 The configuration of the apparatus other than the illumination optical system and the imaging system (half mirror) is the same as that of the first embodiment. As in the first embodiment, an endoscope apparatus that can apply high-resolution image technology and can perform high-speed scanning is provided. Can be provided.
図9に実施例3における内視鏡装置100Bの構成例を示す。図2Aとの差異は、走査領域の面積をより小さくしたことである。すなわち、ミラーの回転幅をxy方向共小さくして、走査幅を短くしている。実施例1に比して走査領域の面積が小さくなり、同じ画素数の撮像素子131に書き込む面積が小さくなるので、より高解像度に表示できる。
その他の装置構成は実施例1と同様であり、実施例1と同様に、高解像度映像技術を適用可能で、高速走査が可能な内視鏡装置を提供できる。
FIG. 9 shows a configuration example of the
Other apparatus configurations are the same as those in the first embodiment, and as in the first embodiment, it is possible to provide an endoscope apparatus that can apply a high-resolution video technology and can perform high-speed scanning.
図10A及び図10Bに分割走査のバリエーションを示す。図10AにMEMSミラーで2回反射する例で、ミラーを平面鏡で構成する例を示す。第1のミラー113A1を固定し、第2のミラー113A2を用いて走査している。挿入部110の前方の被写体101を照射するのに適している。図10BにMEMSミラーで2回反射する例で、第1のミラー113B1を凸面鏡で、第2のミラー113B2を凹面鏡で構成する例を示す。第1のミラー113B1を固定し、第2のミラー113B2を走査している。第2のミラー113B2としてMEMSミラーを使用する。
このように構成すると、一方の反射鏡(MEMSミラー)113A2,113B2の反射角を広範囲に変化させられるので、走査範囲を大きく、走査精度を高くとることができる。
また、ミラー面を被写体101の表面と45度とすると、ミラー回転角の2倍レーザの方向が回転し、調整し易い。
その他の装置構成は実施例1と同様であり、実施例1と同様に、高解像度映像技術を適用可能で、高速走査が可能な内視鏡装置を提供できる。
10A and 10B show variations of division scanning. FIG. 10A shows an example in which the mirror is constituted by a plane mirror as an example of reflection twice by the MEMS mirror. The first mirror 113A1 is fixed, and scanning is performed using the second mirror 113A2. This is suitable for irradiating the subject 101 in front of the
With this configuration, the reflection angle of one of the reflecting mirrors (MEMS mirrors) 113A2 and 113B2 can be changed over a wide range, so that the scanning range can be increased and the scanning accuracy can be increased.
If the mirror surface is 45 degrees with the surface of the subject 101, the laser direction is rotated twice the mirror rotation angle, and adjustment is easy.
Other apparatus configurations are the same as those in the first embodiment, and as in the first embodiment, it is possible to provide an endoscope apparatus that can apply a high-resolution video technology and can perform high-speed scanning.
以上の実施例では各MEMSでRGB全ての色(すなわち白色光)を検出する例を説明したが、全てのMEMSで同時並行して走査を行なうので、クロストークの恐れが懸念される。そこで本実施例ではクロストークを避けるために隣接するMEMSで検出する色を変える例について説明する。照射光の光路又は検出光の光路にカラーフィルタ117を挿入する。
In the above embodiment, an example in which all the colors of RGB (that is, white light) are detected by each MEMS has been described. However, since scanning is performed in parallel by all the MEMS, there is a concern about the possibility of crosstalk. Therefore, in this embodiment, an example will be described in which the color detected by the adjacent MEMS is changed in order to avoid crosstalk. A
図11Aは、照射光の光路にカラーフィルタ117を挿入する例を示す。すなわち、分割走査するための構成を示す図である。なお、MEMSミラーのマトリックス配置は図2Bと同様である。図11Bはカラーフィルタの変更を説明するための図である。例えば対物レンズ112とMEMSミラー113の間にm×nのマトリックス状に配置されたカラーフィルタ117を挿入する。ここで、隣接するミラー113は例えば図11Bに示すように相互に異なる色となる。
例えば、4領域を1グループとして、R(左上)、G(右上)、G(左下)、B(右下)と配置し、これをx方向及びy方向に繰り返す。これにより、被写体の隣接する各小領域101(i,j)及び隣接する各MEMSミラー113(i,j)に照射される光は色(周波数)が異なるのでクロストークを抑制できる。しかしながらこのままでは各領域で全ての色彩が得られず、実際の色彩に合成できないので、例えば図11Bに示すように、カラーフィルタ117を1つの色が4領域を矢印に示すように順次移動するように動かし、この動きを繰り返すようにする。これにより、どの領域にもRGBを検出可能になるので、合成することにより実際の色彩を実現可能となる。
その他の装置構成は実施例1と同様であり、実施例1と同様に、高解像度映像技術を適用可能で、高速走査が可能な内視鏡装置を提供できる。
FIG. 11A shows an example in which a
For example, four regions are grouped as one group, and R (upper left), G (upper right), G (lower left), and B (lower right) are arranged, and this is repeated in the x direction and the y direction. Thereby, since the light irradiated to each adjacent small region 101 (i, j) of the subject and each adjacent MEMS mirror 113 (i, j) has a different color (frequency), crosstalk can be suppressed. However, as it is, all colors cannot be obtained in each region and cannot be combined with actual colors. For example, as shown in FIG. 11B, the
Other apparatus configurations are the same as those in the first embodiment, and as in the first embodiment, it is possible to provide an endoscope apparatus that can apply a high-resolution video technology and can perform high-speed scanning.
実施例5では撮像素子で検出される色を変えるために、色フィルターを使用する例について説明したが、本実施例ではMEMSミラーにグレーティング129を施し、MEMSミラー113Cの傾斜を調整して撮像素子131で検出される色を変える例について説明する。
In the fifth embodiment, an example in which a color filter is used to change the color detected by the image sensor has been described. However, in this embodiment, a
図12はグレーティング114と反射角の関係を説明するための図である。MEMSミラー113C表面にグレーティング(周期的な凹凸)129を施すと回折格子に似た作用により、波長により反射角度が変化する。すなわち、赤、緑、青の順に反射角度が大きくなる。よって、制御部141(図5参照)によりMEMSミラー113Cの傾斜角度を制御することにより、被写体101表面からの反射光のうち選択された色の光を対応するマルチコアファイバ115Mのコアに到達させることができる。
これにより、撮像素子131で検出される色を選択された色に設定することが出来るとともに、その色を周期的に変化させることも可能である。
その他の装置構成は実施例1と同様であり、実施例1と同様に、高解像度映像技術を適用可能で、高速走査が可能な内視鏡装置を提供できる。
FIG. 12 is a diagram for explaining the relationship between the grating 114 and the reflection angle. When a grating (periodic unevenness) 129 is applied to the surface of the
Thereby, the color detected by the
Other apparatus configurations are the same as those in the first embodiment, and as in the first embodiment, it is possible to provide an endoscope apparatus that can apply a high-resolution video technology and can perform high-speed scanning.
以上の実施例では、光ファイバ115の対物レンズ112側で照明光学系又は検出光学系を走査する例について説明したが、本実施例では光ファイバ115の撮像装置130側で検出光学系を走査する例について説明する。すなわち、結像光学系116において、マルチコアファイバ115Mと撮像素子131の間に検出光を走査して撮像素子131に導くための光学部品を有し、走査部146は光学部品を使用して検出光を走査する。かかる構成では、撮像素子131の表面を走査することにより、RAMやROMへの直接の記憶が可能になり、応用範囲が広がる。
In the above embodiment, the example in which the illumination optical system or the detection optical system is scanned on the
以上の実施例では、マルチコアファイバのコア数とMENSレンズの個数が等しい例を説明したが、本実施例では、マルチコアファイバのコア数a×w(aは正整数)がMEMSレンズの個数wより大きい例について説明する。
すなわち、マルチコアファイバ115Mのコアがw個のMEMSミラー113に対応して、a×w個である。例えばMEMSミラー113を横長に製造し、4つのコアからの光を4本並列にミラーに当てる。走査方向を縦方向にすれば、4つのコアからの光を同時に走査できる。ただし、aは4に限られず2以上の正整数であればよいが、実用的には2≦a≦16が適切である。
このように構成すると、1個のMEMSミラーでa個のコアに入出力する光に対応するので、密度の高いマルチコアファイバにも対応できる、また、MEMSミラーを比較的大きくできるので、MEMSミラーを製造し易い。
In the above embodiment, an example in which the number of cores of the multi-core fiber is equal to the number of MENS lenses has been described. However, in this embodiment, the number of cores a × w (a is a positive integer) of the multi-core fiber is greater than the number of MEMS lenses w. A large example will be described.
That is, the number of cores of the
If comprised in this way, since it respond | corresponds to the light input / output to a core with one MEMS mirror, it can respond also to a high-density multi-core fiber, and since a MEMS mirror can be made comparatively large, a MEMS mirror can be used. Easy to manufacture.
以上、本実施の形態について説明したが、本発明は以上の実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、実施の形態に種々の変更を加えられることは明白である。 Although the present embodiment has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and it is obvious that various modifications can be made to the embodiment without departing from the spirit of the present invention. is there.
例えば、本実施例では、並行走査を軟性鏡に利用する例について説明したが、硬性鏡にも適用可能である。また、本実施例では、主に被写体が挿入部の側面方向にある例について説明したが、被写体が挿入部の前方にある場合には、図1に示すように走査した光を挿入部の光軸方向と同じ方向に出射することも可能である。また、MEMSミラーを挿入部の中心軸の周りに回転可能に構成すれば、挿入部の全周囲の撮像が可能になる。また、撮像素子に光電変換膜内でのアバランシェ増倍現象を利用した超高感度HARP(High-gain Avalanche Rushing amorphous Photoconductor)撮像板を用いて検出感度を増大しても良い。この場合、撮像素子が信号検出した後に、すぐにメモリに書き込み、次ぎの信号を検出可能にするように構成する。また、並列動作については、マルチコアファイバから撮像素子への受光、撮像素子から記憶部への書き込み、記憶部からディスプレイへのデータ伝送についても適用されることが好ましい。その他、内視鏡装置の各部の形状・寸法、MEMSミラーの数・配列、撮像素子や画像モニタの寸法等は適切な範囲で適宜変更可能である。 For example, in the present embodiment, an example in which parallel scanning is used for a flexible endoscope has been described, but the present invention can also be applied to a rigid endoscope. Further, in this embodiment, an example in which the subject is mainly in the side surface direction of the insertion portion has been described. However, when the subject is in front of the insertion portion, the scanned light as shown in FIG. It is also possible to emit in the same direction as the axial direction. Further, if the MEMS mirror is configured to be rotatable around the central axis of the insertion portion, imaging of the entire periphery of the insertion portion becomes possible. Further, the detection sensitivity may be increased by using an ultra-sensitive HARP (High-Gain Avalanche Rushing amorphous Photoconductor) imaging plate that uses the avalanche multiplication phenomenon in the photoelectric conversion film as the imaging device. In this case, after the image sensor detects a signal, it is configured to write to the memory immediately so that the next signal can be detected. The parallel operation is preferably applied to light reception from the multi-core fiber to the imaging device, writing from the imaging device to the storage unit, and data transmission from the storage unit to the display. In addition, the shape and dimensions of each part of the endoscope apparatus, the number and arrangement of MEMS mirrors, the dimensions of the image sensor and the image monitor, and the like can be appropriately changed within an appropriate range.
本発明は、内視鏡装置に利用される。 The present invention is used in an endoscope apparatus.
100,100A〜100C,100X 内視鏡装置
101 被写体
101(i,j) 被写体の微少領域
110 挿入部
111 管状部
112,112A1,112A2 対物レンズ
112A 被写体側レンズ
112B 絞り
112C 結像側レンズ
113 ミラー
113A1,113A2,113B1,113B2,113C MEMSミラー
113(i,j) MEMSミラー
115 光ファイバ
115M マルチコアファイバ
116 結像光学系
117 カラーフィルタ
118 ハーフミラー
120 照明装置
120A 照明光学系
125 光源(LED素子)
126 第1のドライバ回路
127 コリメータレンズ
128 ハーフミラー
129 グレーティング
130 撮像装置
131 撮像素子(イメージセンサ)
132 第2のドライバ回路
133 A/D変換部
134 送信部
140 制御装置
141 制御部
142 画像処理部(イメージプロセッサ)
143 記憶部
144 入出力IF
145 入力装置
146 走査部
150 表示装置(ディスプレイ)
100, 100A to 100C,
126
132 Second Driver Circuit 133 A /
143
145
Claims (11)
前記被写体表面領域から光を取得するように前記ミラーを走査する走査部と、
前記検出光学系により導かれた前記被写体表面領域からの光を前記被写体の位置に対応する画素に受光する撮像素子を有する撮像装置とを備え;
前記被写体表面領域はw(2以上の整数)個の小領域に分割され、前記ミラーは前記小領域に対応してw個のMEMSミラーを有し、前記光ファイバはw個以上16×w個以下のコアを有するマルチコアファイバである;
内視鏡装置。 A tubular insertion portion that is inserted into a body cavity, a mirror that scans a subject surface region and reflects light acquired from the subject surface, and light that is received by the core and transmitted by the core. An insertion portion including a fiber and a detection optical system that guides light transmitted through the optical fiber to an imaging device;
A scanning unit that scans the mirror so as to acquire light from the subject surface region;
An imaging device having an imaging element that receives light from the surface area of the subject guided by the detection optical system to a pixel corresponding to the position of the subject;
The subject surface area is divided into w (integer of 2 or more) small areas, the mirror has w MEMS mirrors corresponding to the small areas, and the optical fibers are not less than w and 16 × w. A multi-core fiber having the following cores;
Endoscopic device.
請求項1に記載の内視鏡装置。 In the imaging apparatus, the imaging element includes pixels of 8K level to 16K;
The endoscope apparatus according to claim 1.
請求項1又は請求項2に記載の内視鏡装置。 The objective optical system is a telecentric system in the insertion portion;
The endoscope apparatus according to claim 1 or 2.
請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の内視鏡装置。 Each MEMS mirror simultaneously scans each corresponding subregion;
The endoscope apparatus according to any one of claims 1 to 3.
請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の内視鏡装置。 The detection optical system includes an optical component for scanning the detection light between the multi-core fiber and the image sensor and guiding the detection light to the image sensor, and the scanning unit uses the optical component to detect the detection light. Scan;
The endoscope apparatus according to any one of claims 1 to 4.
請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の内視鏡装置。 The area of the small region scanned by each MEMS mirror can be changed by controlling the amount of change in the rotation angle of each MEMS mirror;
The endoscope apparatus according to any one of claims 1 to 5.
請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の内視鏡装置。 The mirror has a two-stage configuration, the first mirror on the image sensor side is fixed, and the MEMS mirror is used as the second mirror on the subject side;
The endoscope apparatus according to any one of claims 1 to 6.
請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の内視鏡装置。 Adjacent cores of the multi-core fiber transmit different colors of light;
The endoscope apparatus according to any one of claims 1 to 7.
請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の内視鏡装置。 A grating is applied to the MEMS mirror, and the rotation angles of adjacent MEMS mirrors are set to different rotation angles;
The endoscope apparatus according to any one of claims 1 to 7.
請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の内視鏡装置。 An illumination optical system having a light source that emits illumination light and an optical transmission path that transmits the illumination light emitted from the light source to the surface of the subject, and uses the multi-core fiber as the optical transmission path;
The endoscope apparatus according to any one of claims 1 to 9.
請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の内視鏡装置。 The core of the multi-core fiber is a × w corresponding to the w MEMS mirrors;
The endoscope apparatus according to any one of claims 1 to 10.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2016
- 2016-12-28 JP JP2016256783A patent/JP2018108174A/en active Pending
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