JP2021168841A - 内視鏡装置及び内視鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】対象物の内部に挿入される先端部内に、高解像度及び／又は高感度を有する固体撮像素子を配置することができる内視鏡及び内視鏡システムを提供する。【解決手段】先端部は中空の筒状をなしており、その内部に、被写体からの光が入射する入射光学系と、入射光学系からの入射光を反射させる反射光学系と、反射光学系が形成した画像光に基づいて被写体の画像信号を生成する撮像部と、画像信号に基づく信号を生成する画像処理部と、を備え、撮像部は、各々が光電変換素子を有する複数の画素をマトリクス状に並べた固体撮像素子を備え、画像信号は、複数の画素のそれぞれに入射した画像光に基づいて生成され、複数の画素は、先端部の中心軸を含む面に略平行な面方向に沿うように設けられ、反射光学系は、入射光学系からの入射光の進行方向を複数の画素へ向かう所定の方向へ変える。【選択図】図１

Description

本発明は、対象物の内部に挿入する先端部に、高解像度の固体撮像素子を備えた内視鏡、及び、これを備えた内視鏡システムに関する。

特許文献１に記載の内視鏡は、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可能とするものであって、観察部位において反射した光は、挿入部を含むスコープ内に設けられた複数のフォトセンサに入射する。フォトセンサでは、光電変換により生成される画像信号が順次読み出され、この画像信号は画像信号処理回路へ送られて映像信号が生成される。

特開２００８−４３７６３号公報

近年の画像処理技術や光学技術の発展により、４Ｋ（３８４０×２１６０画素）、８Ｋ（７６８０×４３２０画素）と呼ばれる高解像度の映像技術が実用化されている。２Ｋ→４Ｋ→８Ｋという映像技術の進化は、内視鏡を用いた医療機器の分野、低侵襲手術の分野にも技術革新を起こしつつある。内視鏡に上記高解像度の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容易になり、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・確実性が高まり、医療技術のより一層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や８Ｋのレベルの高解像度の映像技術を利用することは医療分野において大きな発展性を秘めている。

そこで本発明の目的は、高解像度の映像技術を医療分野に適用する手段を提供することにある。

高解像度の映像技術を医療分野に適用する手段の一つとして、固体撮像素子を内視鏡の先端部に配置することが例示される。

しかしながら、内視鏡装置において、対象物の内部に挿入される先端部は、対象物に対する侵襲性を考慮して細径化が図られているため、先端部の内部において、先端部への入射光の進行方向に直交するように、高解像度を有する大型の固体撮像素子を配置することが難しくなりつつあるという問題がある。これは、高感度を得るために画素を大型化した固体撮像素子を用いる場合でも同様に発生しうる問題である。

上記課題を解決するために、本発明の内視鏡装置は、対象物の内部に先端部を挿入し、対象物の内部に位置する被写体を撮像する内視鏡装置であって、先端部は中空の筒状をなしており、その内部に、被写体からの光が入射する入射光学系と、入射光学系からの入射光を反射させる反射光学系と、反射光学系が形成した画像光に基づいて被写体の画像信号を生成する撮像部と、画像信号に基づく信号を生成する画像処理部と、を備え、撮像部は、各々が光電変換素子を有する複数の画素をマトリクス状に並べた固体撮像素子を備え、画像信号は、複数の画素のそれぞれに入射した画像光に基づいて生成され、複数の画素は、先端部の中心軸を含む面に略平行な面方向に沿うように設けられ、反射光学系は、入射光学系からの入射光の進行方向を複数の画素へ向かう所定の方向へ変え、画像処理部は、固体撮像素子が生成した画像信号について、少なくともＡ／Ｄ変換処理を行うことを特徴としている。

これにより、対象物の内部に挿入される先端部内に、高解像度及び／又は高感度を有する固体撮像素子を配置することができる内視鏡及び内視鏡システムを提供することが可能となる。

本発明の内視鏡装置において、複数の画素は、４Ｋ相当又はそれ以上の解像度に対応する数が設けられていることが好ましい。

本発明の内視鏡装置において、先端部は、入射光学系の光軸を含む面に略平行な面方向に沿うように設けられていることが好ましい。

本発明の内視鏡装置において、先端部は、撮像部に接続され、先端部が延びる方向に沿って延びた基板を備え、基板上に画像処理部からの信号を伝送信号に変換する信号変換部が設けられていることが好ましい。

高い解像度を有する画像を形成する場合、固体撮像素子が生成するアナログ信号の量が膨大となるため、このような固体撮像素子や、上記アナログ信号をデジタル信号へＡ／Ｄ変換する演算回路における発熱量も増大する傾向がある。
本発明の内視鏡装置において、対象物の外部に配置される筐体部を備え、基板と筐体部には、両者を熱的に接続するヒートパイプが設けられていることが好ましい。
これにより、高解像度及び／又は高感度を有する固体撮像素子と、少なくとも固体撮像素子が生成した画像信号のＡ／Ｄ変換を行う画像処理部とを先端部に備えた内視鏡装置において、先端部内で発生する熱を外部へ逃がしやすくすることができる。

本発明の内視鏡装置において、対象物の外部に配置される筐体部を備え、筐体部と先端部とは脱着可能であって、筐体部は伝送信号を外部へ中継する中継部を備えることが好ましい。

本発明の内視鏡装置において、筐体部は、ヒートパイプに熱的に接続される放熱部を備えることが好ましい。

本発明の内視鏡装置において、先端部は、ヒートパイプの筐体部側において放熱部に熱的に接続される伝熱部を備えることが好ましい。

本発明の内視鏡装置において、反射光学系は、入射光学系からの入射光について、複数の画素の総面積に対応する面積に調整、例えば拡大又は縮小、して画像光を形成することが好ましい。

本発明の内視鏡装置において、撮像部は画像光を受光することが好ましい。

本発明の内視鏡装置において、反射光学系はハーフミラーを含み、ハーフミラーを透過した光が入射する第２の撮像部を備えることが好ましい。

本発明の内視鏡システムは、上述のいずれかの内視鏡装置と、内視鏡装置とは別体に設けられて対象物の外部に配置される制御装置とを備え、制御装置は、画像処理部で生成された信号に基づいて表示用の画像データを生成する画像データ生成部を備えることを特徴としている。

本発明の内視鏡システムにおいて、画像信号のフレームレートは６０ｆｐｓ以上であり、制御装置において、画像処理部で生成された信号に基づいて、信号分割部で半分以下の解像度の信号に分割され、信号分割部で分割された信号はそれぞれ、画像データ生成部に入力され、画像データ生成部からの画像データは統合部で統合され、統合部から出力された統合画像データが表示用の画像データとなることが好ましい。

本発明によると、対象物の内部に挿入される先端部内に、高解像度及び／又は高感度を有する固体撮像素子を配置することができる。さらに、高解像度及び／又は高感度を有する固体撮像素子と、少なくとも固体撮像素子が生成した画像信号のＡ／Ｄ変換を行う画像処理部とを先端部に備え、先端部内で発生する熱を外部へ逃がしやすくすることができる。

本発明の実施形態に係る内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 撮像制御部の構成を示す機能ブロック図である。 先端部の内部の構成を示す図であって、（ａ）は入射光学系の正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）に対応する内部構成を示す側面図において入射光と画像光を示した側面図である。 撮像部、延伸部、及び、筐体部の内部構造を示す図であって、（ａ）は互いに結合された状態を示し、（ｂ）は、筐体部を結合する前の状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る内視鏡システムの概略構成を示す図である。 第１変形例の制御装置１２０の機能ブロック図である。 第２変形例の先端部内における、入射光学系、反射光学系、及び、２つの固体撮像素子の配置を示す図である。

図１は本発明の実施形態に係る内視鏡システム１００の構成を示す図である。内視鏡システム１００は、内視鏡装置１０及び制御装置２０を備え、さらに、表示装置３１、送信装置３２、記憶装置３３、操作装置３４、光源４１、などを備える。

内視鏡装置１０は、体内Ｒ１（対象物の内部）に位置する被写体Ａを撮像し、４Ｋ相当又はそれ以上の解像度の画像、すなわち、３８４０×２１６０画素又はそれ以上の解像度の画像を形成するための信号を出力するものである。被写体Ａは人間の体組織であってもよいし、イヌ、ブタなどの人間以外の動物の体組織であってもよい。対象物は、人間その他の生物以外の物体であってもよい。内視鏡装置１０は、使用の際に体外Ｒ０に配置される筐体部９０（把持部）と、筐体部９０に連設されて、使用の際に体内Ｒ１に配置される撮像部５０及び延伸部８０とを備える。筐体部９０と撮像部５０は延伸部８０によって互いに接続されている。

対象物の内部に挿入される先端部１０Ａは、撮像部５０と延伸部８０で構成され、いずれも中空の筒状をなしている。この先端部１０Ａ内には、先端部１０Ａの中心軸１０Ｘの方向、すなわち、先端部１０Ａが延びる方向、に沿って延びる基板５０ａが設けられている（図３、図４の左右方向）。この基板５０ａは、可撓性を有するフレキシブル部５０ｂ（図４参照）を有しており、この部分で屈曲又は折り返しが可能である。

筐体部９０は、使用の際に体内Ｒ１に配置される撮像部５０を体外Ｒ０にて支持する部材である。筐体部９０には、光源４１から光照射部４２への導光路４３が挿通されている。また、筐体部９０内には、冷却手段として撮像部５０から延びるヒートパイプ８１の一端が配置されるとともに、撮像部５０から制御装置２０へ出力された伝送信号を中継する中継部９１が配置されている。また、筐体部９０の外面には、先端部１０Ａにて行われる処理の選択や決定などを行うための操作ボタン（不図示）を備える。

延伸部８０は、中空の筒状をなしており、対象物の内部に挿入される。延伸部８０の内部には、導光路４３と、筐体部９０から撮像部５０へ延びるヒートパイプ８１が挿通されている。

筐体部９０は、導光路４３、ヒートパイプ８１、中継部９１、放熱部９２（後述）などを備えるが、信号の生成や変換を行う電子部品等は備えていないため、オートクレーブなど汎用的な滅菌処理を行うことで繰り返し使用可能である。これに対して、固体撮像素子５１、光学系５２など電子部品を含む撮像部５０は、低温プラズマ処理などにより滅菌することによって、繰り返し使用可能である。

撮像部５０は、被写体Ａにつながる孔ＴＨから体内Ｒ１に挿入されて、画像信号を生成する。図１では、孔ＴＨは撮像の目的で体壁ＢＷに設けられた典型的には直径１０ｍｍから１５ｍｍ程度の貫通孔であるが、口腔、肛門など動物がもともと有している部位であってもよい。

撮像部５０には、各々が光電変換素子を有する少なくとも４Ｋ相当数の画素をマトリクス状に並べた固体撮像素子５１が設けられている。固体撮像素子５１は、画素が先端部１０Ａの中心軸１０Ｘを含む面に略平行な面方向に沿うように配置されており、例えば、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサを用いる。固体撮像素子５１のサイズは、前述のように孔ＴＨの直径が典型的には１０ｍｍであることから、２／３型程度以下であることが好ましい。固体撮像素子５１を備える撮像部５０だけでなく光照射部４２も、直径１０ｍｍ程度の孔ＴＨを通過させる場合には、固体撮像素子５１のサイズは、コンパクトデジタルカメラで一般的な１／２．５型以下であることが好ましく、スマートフォンの内蔵カメラにおいて用いられるような１／２．６型以下であることがより好ましい。固体撮像素子５１のサイズが１／２．６型である場合の画素ピッチは１．２２μｍ以下となる。固体撮像素子５１の各画素の受光量を高める観点から、画素ピッチは、０．５μｍ以上であることが好ましく、１μｍ以上であることがより好ましい。固体撮像素子５１が裏面照射型である場合は、光子の捕捉効率が向上する（９０％またはそれ以上）ため、画像ピッチが１μｍ以下であっても有効である。

撮像部５０は、各種処理を行う撮像制御部６０を備える。図２は撮像制御部６０の構成を示す機能ブロック図である。撮像制御部６０は、固体撮像素子５１の動作信号を生成して固体撮像素子５１に画像信号を生成させる素子制御部６１を有する。固体撮像素子５１の撮像面を構成する複数の画素の各々は、図示しない光電変換素子と、この光電変換素子の光電変換により得られた信号電荷を増幅するアンプ（不図示）とを有する。

撮像部５０を動作させた際の単位時間当たりの発熱量は２Ｗ以下であることが好ましい。発熱量が２Ｗ以下であることにより、撮像部５０が使用の際に体内Ｒ１に位置しても、被写体Ａを含む体内の組織が撮像部５０からの発熱によって影響を受ける可能性が安定的に低減される。発熱の影響をより安定的に低減させる観点から、撮像部５０を動作させた際の単位時間当たりの発熱量は、１．５Ｗ以下であることが好ましく、１Ｗ以下であることがより好ましい。後述するヒートパイプ８１を用いることなく上記の発熱量が２Ｗ以下である場合には、内視鏡装置１０の体内Ｒ１に位置する構成要素をさらに小型化することができるため好ましい。撮像している際の撮像部５０の周辺の温度は被写体Ａ又はその周囲の温度を考慮して設定され、３５°Ｃ以上４５°Ｃ以下となることが好ましい。例えば、被写体Ａが人の腹体腔で観察可能に位置する場合には、腹腔内の温度は３６°Ｃから３８°Ｃであって、肝臓の温度は４１°Ｃ程度となることもある。撮像部５０の周辺の温度は、３６°Ｃ以上４２°Ｃ以下とすることがより好ましい場合があり、３８°Ｃ以上４１°Ｃ以下とすることが特に好ましい場合がある。

撮像部５０の発熱を抑えるべく固体撮像素子５１の画素サイズを過度に小さくすると、光照射部４２からの照射光量を増加させる必要が生じる場合があり、それは結果的に、内視鏡装置１０の体内Ｒ１に位置する構成要素の大型化や、光照射部４２からの発熱量増加をもたらしうる。したがって、撮像部５０の発熱量の下限は１００ｍＷ程度とすることが適切である。内視鏡装置１０を動作させた際に、撮像部５０及び光照射部４２を含む、内視鏡装置１０における体内Ｒ１に位置する構成要素の単位時間当たりの発熱量の総和は、５Ｗ以下であることが好ましく、３Ｗ以下であることがより好ましい。

撮像部５０の挿入軸方向の投影面積は、例えば１００ｍｍ²以下となる。この投影面積が１００ｍｍ²以下であることにより、体内、特に人の体内に撮像部５０を挿入しやすくなり、被写体Ａの画像を撮像する際に被写体Ａに係る動物に与える負荷を緩和することができる。この撮像負荷をより安定的に緩和する観点から、撮像部５０の挿入軸方向の投影面積は、９０ｍｍ²以下であることがより好ましい。撮像部５０は、低温プラズマ滅菌などにより十分に滅菌して、次の使用の際に体内Ｒ１に汚染物質を持ち込まないようにする。

撮像部５０の撮像制御部６０は、画像信号を処理する画像処理部６２を有する。ここで、画像処理部６２による画像処理とは、固体撮像素子５１が生成したアナログ信号である画像信号（原信号）をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換処理など、固体撮像素子５１が生成した画像信号や、その画像信号から生成した信号を入力として行う処理を意味する。

画像処理部６２には、画像処理部６２が処理した画像信号を、制御装置２０へ伝送するための伝送信号に変換する信号変換部５９が接続されている。信号変換部５９で生成された伝送信号は、筐体部９０内の中継部９１を介して制御装置２０へ出力される。

撮像部５０は、先端側（被写体Ａ側）に設けられた光学系５２と、固体撮像素子５１に対する光学系５２の距離を変更可能とするレンズ駆動装置５５と、レンズ駆動装置５５を固体撮像素子５１に対して固定する保持部材５６とを有する。

光学系５２は、先端側に配置した入射光学系５３と、入射光学系５３よりも固体撮像素子５１側に配置され、反射ミラー５４ａを有する反射光学系５４とを備える。反射ミラー５４ａは入射光の進行方向に対して４５度をなすように配置されている。

入射光学系５３は、１つ又は２以上のレンズから構成され、被写体Ａ側からの入射光Ｌ１を反射ミラー５４ａ上に集光させる。この入射光Ｌ１は、反射光学系５４で反射されて、固体撮像素子５１のすべての画素の総面積に対応する面積に調整された画像光とされ、固体撮像素子５１の撮像面に入射し、結像される。なお、固体撮像素子５１上で入射される面積は、入射光学系５３で調整してもよく、さらに、入射光学系５３と反射光学系５４の両方で調整を分担させてもよい。

なお、入射光学系５３及び反射光学系５４には、屈折力を有しない光学部材、例えば、フィルタ、カバーガラスを含めることができる。また、入射光学系５３と反射光学系５４の間、又は、それぞれの前後にさらなる光学系、例えば、固体撮像素子５１に形成される画像の倍率を変更するレンズを配置してもよい。

図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す例では、入射光学系５３は、その光軸ＡＸが、筒状の先端部１０Ａ（撮像部５０）の中心軸１０Ｘ上に位置するように配置されている。別言すると、先端部１０Ａは、入射光学系５３の光軸ＡＸを含む面に略平行な面方向に沿うように設けられている。図３（ｃ）に示すように、被写体Ａ側から入射光学系５３に入射した入射光Ｌ１の光軸ＡＸ上の主光線は、反射光学系５４に入射し、この入射光Ｌ１は、反射ミラー５４ａで反射されて、その進行方向を、固体撮像素子５１が有する複数の画素へ向かう方向へ変更され、そして、反射された画像光Ｌ２は、基板５０ａ上に配置された固体撮像素子５１に垂直に入射する。

ここで、先端部１０Ａを、入射光学系５３の光軸ＡＸを含む面に略平行な面方向に沿うように設けることにより、先端部１０Ａ全体が直線上に配置されるため、内部に収容される部材を保護しやすくなり、部材間の関係を維持しやすくなるため、各部材の機能を確実に維持・発揮させることができる。さらに、先端部１０Ａを硬性の材料で構成すると、内部の部材を含む先端部１０Ａの耐久性を高めることができる。

なお、反射光学系５４と固体撮像素子５１との間に、別個の光学系を配置せず、反射光学系５４からの画像光Ｌ２を固体撮像素子５１に直接入射させるようにすると、反射光学系５４以降の光路を短くすることができるため、内視鏡の直径が小さい場合であっても、反射光学系５４を内視鏡に適用することが可能となる。

レンズ駆動装置５５は、入射光学系５３を構成する複数のレンズの間隔や、反射光学系５４に対する入射光学系５３の距離を変更させることができる。これにより焦点合わせを行うことができる。また、入射光学系５３に変倍機能を持たせた場合には、レンズ駆動装置５５による駆動によって、固体撮像素子５１上に対して倍率を変更した画像光を入射させることができる。

ここで、反射光学系５４を用いない場合、先端部１０Ａの中心軸１０Ｘに沿った、入射光学系５３の光軸ＡＸに直交するように、固体撮像素子５１を配置することが考えられる。この場合、入射光学系５３に既存のレンズを用いて歪みの少ない画像を得ることができる。しかしながら、４Ｋ相当以上の高解像度や高感度を有する大型の固体撮像素子を、細径化された先端部１０Ａ内に配置することは難しくなる。

これに対して、本実施形態においては、反射光学系５４を用いることにより、固体撮像素子５１が有する画素を、先端部１０Ａの中心軸１０Ｘを含む面に略平行な面方向に沿って配置することが可能となるため、高解像度及び／又は高解像度を有する大型の固体撮像素子を細径化された先端部１０Ａ内に配置することができる。特に、先端部１０Ａの中心軸１０Ｘを含む面上に固体撮像素子５１を配置すると、筒状の先端部１０Ａで最も内径の大きな部分を利用できるため、より大きな固体撮像素子を配置することが可能となる。

固体撮像素子５１は、その撮像面（画素がマトリクス状に並べられた面）が、先端部１０Ａの中心軸１０Ｘを含む面に平行であるため、細径化された先端部１０Ａ内で効率的に配置できるため好ましいが、先端部１０Ａの中心軸１０Ｘを含む面に略平行な範囲として、例えば、先端部１０Ａの中心軸１０Ｘを含む面に対して−３０度〜＋３０度の範囲で設定してもよい。

入射光学系５３は、その光軸ＡＸが先端部１０Ａの中心軸１０Ｘと略一致する範囲として、−３０度〜＋３０度の範囲で設定してもよい。

さらに、反射光学系５４の反射ミラー５４ａの姿勢についても、図３（ｂ）に示す構成では、先端部１０Ａの中心軸１０Ｘに対する角度を４５度としていたが、入射光学系５３の光軸ＡＸの角度や固体撮像素子５１の配置角度を考慮した上で、入射光学系５３からの入射光が固体撮像素子５１の所定の画素上に入射させることができれば、先端部１０Ａの中心軸１０Ｘに対する角度を、上記４５度に対して、−１５〜＋１５度の範囲で変更することもできる。

図２に示すように、撮像制御部６０は、レンズ駆動装置５５の動作信号を生成するレンズ駆動処理部６３を有する。レンズ駆動装置５５の一例はボイスコイル型の駆動装置である。レンズ駆動装置５５は、レンズ位置を変動させることによりオートフォーカス機能を実現している。なお、オートフォーカス機能は、公知のオートフォーカス機能を用いることができ、例えばコントラストオートフォーカスや、固体撮像素子５１に位相差オートフォーカスセンサー機能を組み込むことによって実現する、像面位相差オートフォーカスが挙げられる。

内視鏡装置１０は、撮像部５０を加熱する加熱手段５８を有する。加熱手段５８は具体的には抵抗体などによる加熱ヒータでよい。体内Ｒ１の温度が高い場合には、撮像部５０の光学系５２が曇る場合がある。そのような場合には、加熱手段５８によって撮像部５０を加熱することにより、光学系５２の曇りを解消することができる。具体的には、加熱手段５８は、撮像部５０を３５°Ｃ〜４５°Ｃの範囲に調整可能であることが好ましく、この調整範囲は、前述のように、３６°Ｃ以上４２°Ｃ以下であることがより好ましく、３８°Ｃ以上４１°Ｃ以下であることが特に好ましい。温度センサ５７から出力された信号が撮像制御部６０に入力され、撮像制御部６０が備える温度制御部６４がその信号に基づいて制御信号を生成して、その制御信号により加熱手段５８を制御してもよい。

加熱手段５８の他の具体例として、光学系５２に抵抗体を直接形成して、その抵抗体に電圧を印加し、発生するジュール熱によって光学系５２を加熱して光学系５２の曇りを解消してもよい。撮像される画像に与える影響が無視できる程度であれば、光学系５２のレンズ面に抵抗体を配置して曇りを直接的に解消してもよい。そのような抵抗体の具体例として、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）等の透明導電材料、及び金属ナノメッシュ、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）等の微細導電材料などが例示される。このようにレンズ面に抵抗体を設ける場合には、光学系５２の最表面に位置するレンズ面以外のレンズ面を対象とすることが、抵抗体に流した電流が体内Ｒ１に漏れる可能性を排除する観点から好ましい。

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、先端部１０Ａ内には、基板５０ａを上下から挟むように２本のヒートパイプ８１が対向配置されている。この２本のヒートパイプ８１は、伝熱性の高い金属と内部に封入された媒体で構成され、先端部１０Ａが延びる方向（中心軸１０Ｘの方向）に沿って配置され、一端が基板５０ａの先端部分に対向して固定され、筐体部９０側の他端は先端部１０Ａから延出している。この他端には、先端部１０Ａの中心軸１０Ｘを中心とした円筒状の伝熱部８２が熱的に接続されている。伝熱部８２は、ヒートパイプ８１と同様に伝熱性の高い金属で構成されており、熱的に接続、すなわち、熱が互いに伝達されるように配置されている。

なお、ヒートパイプの本数は、１本又は３本以上であってもよい。また、冷却手段として、パイプとは異なる形状、例えば、板状、中実の棒状の金属製の部材を、ヒートパイプ８１に加えて、又は、ヒートパイプ８１に代えて、撮像部５０から延伸部８０を介して筐体部９０に至るように配置してもよい。

図４（ａ）に示すように、延伸部８０と筐体部９０を互いに接続したとき、中空筒状の筐体部９０内に伝熱部８２が挿入され、筐体部９０内に配置された放熱部９２（ヒートシンク）と延伸部８０の伝熱部８２が熱的に接続される。放熱部９２は、筐体部９０の中心軸を中心とした円筒状をなしており、ヒートパイプ８１及び伝熱部８２と同様に伝熱性の高い金属で構成されている。伝熱部８２と放熱部９２は、径方向における厚みが互いに対応しており、かつ、ヒートパイプ８１よりも厚く形成されているため、ヒートパイプ８１の熱を延伸部８０側から筐体部９０側へ、さらに、外部へ伝えやすくなり、これにより、撮像部５０、光照射部４２、及び、基板５０ａ上の各部品・素子、例えば、固体撮像素子５１、撮像制御部６０、レンズ駆動装置５５、信号変換部５９などから発生する熱を、対象物の外部に位置する筐体部９０まで導き、この熱を外部へ効率的かつ確実に放出することが可能となる。上記のとおり、撮像部５０を動作させた際の単位時間当たりの発熱量は２Ｗ以下であるが、撮像制御部６０に短期的に負荷が発生し、撮像部５０の温度が一時的に上昇してしまう可能性がある。そのような事態に至っても、ヒートパイプ８１により、撮像部５０の温度が過度に高くなることを回避することができる。

ここで、温度センサ５７から出力された信号を撮像制御部６０が受け、撮像制御部６０が備える温度制御部６４がその信号に基づいて制御信号を生成して、その制御信号によりヒートパイプ８１を制御する構成でもよい。この場合のヒートパイプ８１の具体的な構成は任意であるが、二重管構造を有して、先端に冷却物質や熱移動媒体を供給する冷却管であってもよいし、ペルチェ素子であってもよいし、これらを組み合わせた構成を有していてもよい。

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、基板５０ａの筐体部９０側の端部には、コネクタ部８３が設けられている。図４（ａ）に示すように、延伸部８０と筐体部９０を互いに接続したとき、コネクタ部８３は、筐体部９０内の中継部９１に電気的に接続されるため、基板５０ａ上の各部品・素子と制御装置２０との間で信号の入出力が可能な状態となる。

延伸部８０の具体的な形状は限定されないが、体壁ＢＷに孔ＴＨを設けてその孔ＴＨから撮像部５０を挿入する場合には、撮像部５０と同様に、挿入軸方向の投影面積が１００ｍｍ²以下であることが好ましい。延伸部８０の挿入軸方向の投影像に撮像部５０の挿入軸方向の投影像の全てが含まれることが好ましい。

もっとも一般的な形状は、挿入軸方向に延びる円柱状であり、この円柱状の延伸部８０が実質的な可撓性を有しない場合には、内視鏡装置１０の外観はいわゆる硬性内視鏡と同様の外観を有し、硬性内視鏡と同様に取り扱うことができる。

延伸部８０は、電磁波遮蔽性と絶縁性を有する材料で構成することが好ましい。延伸部８０が電磁波遮蔽性を有することにより、外部からの電磁波の侵入を防ぐことができるため、延伸部８０の内部を通り撮像部５０から筐体部９０へ向かう信号（アナログ信号、デジタル信号）にノイズが重なることを抑えることができる。さらに、延伸部８０が電磁波遮蔽性を有することにより、その内部を通り撮像部５０から筐体部９０へ向かう信号に基づく電磁波が対象物内部へ漏れることを抑えることができる。また、延伸部８０が絶縁性を有することにより、例えば電気メスのように延伸部８０の近傍に位置し高電位にある部分を有する機器から延伸部８０に放電が生じて内視鏡装置１０に障害が生じる可能性が低減される。さらに、延伸部８０の内部を通る電気信号が外部に伝導することを抑えることができることから、撮像部５０や延伸部８０が内部に挿入された対象物（被写体Ａを有する人体）に対する通電を防ぐことが可能となる。

延伸部８０の構成は特に限定されないが、例えば、電磁波遮蔽性を有する外管と、絶縁性を有する内管との二重の管構造とすることができる。外管としては、金属製の管のほか、プラスチック管の表面に電磁波遮蔽性を有する金属薄膜（例えば銅、ニッケル）を形成した構成が挙げられる。内管としては、プラスチック製の管や、アルミニウム製の管の表面にアルマイト処理を施して絶縁性を与えた構成が挙げられる。

延伸部８０は体内Ｒ１で変形可能とされていてもよい。そのように変形することにより、筐体部９０の被写体Ａ側の端部に対する撮像部５０の筐体部９０側の端部の相対位置が変更可能であればよい。これにより、体外Ｒ０の筐体部９０の位置を変化させることなく、又は体外Ｒ０の筐体部９０の位置の変化を少なくして、撮像部５０を体内Ｒ１で変位させることができる。撮像部５０の体内Ｒ１での変位により視野が移動する。このように延伸部８０が変形可能であることにより、本発明の一実施形態に係る内視鏡装置１０は、いわゆる軟性内視鏡と同様の機能を有することができる。

光照射部４２は、撮像部５０の近傍にて、撮像部５０の撮像視野を適切に照らすことができる。具体例として、先端部１０Ａの外部に配置された光源４１からの光を、ガラスファイバーなどの導光路４３で導き、光照射部４２から被写体Ａ側へ光を放出させるようにすると、発光ダイオードなどを用いる場合よりも発熱量が小さくなるため好ましい。光照射部４２は、例えば、先端部１０Ａの径方向において、入射光学系５３の外側にリング状に設けると、被写体Ａを均一に照らすことができ、かつ、被写体Ａから入射光学系５３へ入射する光の分布が均一になりやすくなるため好ましい。

光照射部４２は、撮像部５０が体内Ｒ１へと挿入される孔ＴＨを通って、体内Ｒ１に配置されることが好ましい。体壁ＢＷに孔ＴＨを設ける場合には孔ＴＨの数は少ないことが被写体Ａに係る対象物への負担が少なく好ましい。

制御装置２０は、内視鏡装置１０の信号変換部５９から出力される信号（画像信号に基づく信号）に基づいて、表示装置３１に画像を表示させるための表示画像信号を生成し、この表示画像信号を出力する。具体的には、図１に示すように、制御装置２０は、画像データ生成部２１を有し、この画像データ生成部２１において、内視鏡装置１０の信号変換部５９から入力された信号を処理して、表示装置３１に表示する表示用の画像データを生成する。画像データ生成部２１における処理の具体例として、画像の明るさやコントラストの調整、表示範囲の設定（トリミング、デジタルズーム）、解像度の変更（アップコンバート、ダウンコンバート）などが挙げられる。制御装置２０は、体外Ｒ０（対象物の外部）に配置され、内視鏡装置１０とは別体に設けられる。言い換えると、制御装置２０と内視鏡装置１０とが、信号の接続を除いて、互いに接触することなく配置されている。

画像データ生成部２１にて生成された画像データは、制御装置２０が備える表示画像信号生成部２２において表示装置３１で表示可能な信号に変換されて、表示装置３１へと出力される。表示画像信号生成部２２で生成された信号は、送信装置３２にも出力されるため、例えば遠隔地にいる他の観察者も内視鏡装置１０にて撮影された画像を観察可能である（図５参照）。また、表示画像信号生成部２２で生成された信号は、ハードディスクメモリなどの記憶装置３３にも出力され、記憶装置３３においてデータの保存が行われる。また、画像データ生成部２１で生成された画像データは、送信装置３２や記憶装置３３に送信されるように構成してもよい。

表示装置３１で表示する画像が４Ｋ相当またはそれ以上の解像度を有する画像である場合、表示画像信号生成部２２における信号変換における演算量が非常に大きなものとなる。このため、制御装置２０では、撮像部５０と比較して大きな発熱が生じる。撮像部５０での撮像スピード（フレームレート）が高くなると、この傾向は顕著となる。しかし、制御装置２０は、体外Ｒ０（対象物の外部）に配置されているため、外部へ熱が放出されやすくなっていることから、４Ｋ相当またはそれ以上の極めて高い解像度を有する画像を生成する場合であっても、表示画像信号生成部２２や制御装置２０が高温となって処理能力が低下することを防ぐことができる。また、外部へ効率的に放熱されるため、表示画像信号生成部２２で発生した熱が、対象物へ伝達されることはほとんどない。

制御装置２０は、画像データ生成部２１にて生成した画像データから特徴量を抽出する画像情報信号生成部２３を有する。画像情報信号生成部２３において生成する情報の具体例として、視野内における被写体Ａの面積、被写体Ａにおける特定部位の面積、などが挙げられる。こうして生成した情報は表示画像信号生成部２２に出力されて表示装置３１に表示されたり、送信装置３２や記憶装置３３に出力されたりする。

制御装置２０に接続される操作装置３４を用いることにより、操作者は、画像データ生成部２１や画像情報信号生成部２３にて行われる処理の選択、設定などを行うことができる。操作装置３４は、キーボード、マウス、タッチパネル、ボタン（スイッチ）などの入力機器からなる。操作装置３４は、内視鏡装置１０の操作や外部機器を操作するためにも用いられる。操作装置３４から入力した信号に基づき、制御装置２０が備える制御信号生成部２４において、内視鏡装置１０の各構成要素などを動作させるための制御信号が生成される。この信号は、内視鏡装置１０へ出力され、撮像部５０などの各構成要素へと伝えられる。制御信号生成部２４は光源４１などの機器を制御する信号を生成し、これらの機器の動作を制御してもよい。

内視鏡システム１００において、制御装置２０で形成された表示画像信号は、制御装置２０の近傍に配置された表示装置３１に送られて画像として表示されるほか、図５に示すように、送信装置３２からインターネットＩＮを介して送られて、遠隔地にある、複数の表示装置３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃに画像として表示されることもできる。また、送信装置３２から出力された表示画像信号は、インターネットＩＮを介して接続される記憶装置３３に送ることによって、当該信号の記録を行うこともできる。

図６は、第１変形例の制御装置１２０の機能ブロック図である。第１変形例においては、信号変換部５９で生成された伝送信号が、信号分割部２５において２つに分割され、それぞれが半分の解像度の信号とされる。信号分割部２５は、例えば、固体撮像素子５１におけるマトリクス状の画素を縦又は横に２分割したものに対応した画像データ（伝送信号）に分割する。
なお、分割は、３つ以上にしても良く、また、縦や横の分割のほか、任意の複数の行又は列を組み合わせた分割でもよい。さらに、撮像時刻による分割を行っても良い。

信号分割部２５で分割された伝送信号は、それぞれ、第１画像データ生成部２１ａと第２画像データ生成部２１ｂとへ出力される。第１画像データ生成部２１ａと第２画像データ生成部２１ｂでは、それぞれ、上記実施形態の画像データ生成部２１と同様に、信号分割部２５から入力された信号を処理して、表示装置３１に表示する画像データを生成する。

第１画像データ生成部２１ａと第２画像データ生成部２１ｂのそれぞれで生成された画像データは、統合部２６において、固体撮像素子５１におけるマトリクス状の画素に対応するように、再配置して統合され、統合画像データが生成される。統合画像データは、表示画像信号生成部２２と画像情報信号生成部２３にそれぞれ出力される。

表示画像信号生成部２２においては、上記実施形態と同様に、表示装置３１で表示可能な信号に変換されて、表示装置３１へと出力される。画像情報信号生成部２３においては、上記実施形態と同様に、統合部２６で統合された統合画像データから特徴量を抽出する。

制御装置１２０をこのように構成したことにより、高い解像度、例えば８Ｋ相当の解像度で、固体撮像素子５１において画像信号を生成した場合に、この画像信号は、信号分割部２５で半分の解像度に対応する量の画像データに分割される。このため、第１画像データ生成部２１ａと第２画像データ生成部２１ｂでは、それぞれ、半分の解像度の４Ｋ相当の解像度に対応する量の画像データをそれぞれで並列して生成すればよいため、既存の処理回路等を用いて、高速でデータ生成を行うことができ、それぞれからの発熱量を小さく抑えることができる。このように高速かつ安価に画像データの生成が可能となるため、固体撮像素子５１で生成される画像信号のフレームレートが高速、例えば６０ｆｐｓ以上、であっても、表示装置３１において遅延のない画像を表示することが可能となる。

図７は、第２変形例の先端部内における、入射光学系１５３、反射光学系１５４、及び、２つの固体撮像素子１５１ａ、１５１ｂの配置を示す図である。第２変形例の入射光学系１５３及び第１の固体撮像素子１５１ａは、上記実施形態の入射光学系５３及び固体撮像素子５１とそれぞれ同じものである。

反射光学系１５４は、ハーフミラー１５４ａを有し、入射光学系５３からの入射光Ｌ１の一部を、上記実施形態の反射ミラー５４ａと同様の方向へ反射させた画像光Ｌ２を第１の固体撮像素子１５１ａに垂直に入射させるとともに、入射光Ｌ１の一部を通過させて先端部１０Ａの中心軸１０Ｘに沿って進行させて、第２の画像光Ｌ３を第２の固体撮像素子１５１ｂに垂直に入射させる。

第２の固体撮像素子１５１ｂは、先端部１０Ａの内部において、撮像面が先端部１０Ａの中心軸１０Ｘに直交するように配置され、撮像面の平面サイズは先端部１０Ａの内径よりも小さいものとされている。このようなサイズの第２の固体撮像素子１５１ｂの撮像面に対応した画像光を生成するために、反射光学系１５４の出射部、又は、反射光学系１５４と第２の固体撮像素子１５１ｂとの間に、第１の固体撮像素子１５１ａへ向かう画像光Ｌ２よりも縮小された画像光Ｌ３が、第２の固体撮像素子１５１ｂに入射するための光学的な構成を設けることが好ましい。

第２の固体撮像素子１５１ｂは、上記実施形態と同様の構成・機能の撮像制御部に接続され、第２の撮像部が構成される。この第２の撮像部は、上記実施形態の撮像部５０の各部材を共通に利用するように構成してもよいし、撮像部５０とは独立した形態で構成してもよい。

第２変形例においては、例えば、ハーフミラー１５４ａと第１の固体撮像素子１５１ａとの間、及び、ハーフミラー１５４ａと第２の固体撮像素子１５１ｂとの間のうちの一方に、所定範囲の波長をカットするフィルタを配置すると、波長範囲の異なる２つの画像を同時に得ることができる。これにより、例えば、第１の固体撮像素子１５１ａに基づく画像、すなわち可視光下の画像による施術中に、一時的に近赤外光に基づいた画像（第２の固体撮像素子１５１ｂに基づく画像）に切り替えて対象箇所について所定の判断を行い、これに基づいて、第１の固体撮像素子１５１ａに基づいた可視光下での画像を用いた施術を再開する、と言った手順を効率的に行うことが可能となる。

１０ 内視鏡装置
１０Ａ 先端部
１０Ｘ 先端部の中心軸
２０ 制御装置
２１ 画像データ生成部
２１ａ 第１画像データ生成部
２１ｂ 第２画像データ生成部
２２ 表示画像信号生成部
２３ 画像情報信号生成部
２４ 制御信号生成部
２５ 信号分割部
２６ 統合部
３１、３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ 表示装置
３２ 送信装置
３３ 記憶装置
３４ 操作装置
４１ 光源
４２ 光照射部
４３ 導光路
５０ 撮像部
５０ａ 基板
５０ｂ フレキシブル部
５１ 固体撮像素子
５２ 光学系
５３ 入射光学系
５４ 反射光学系
５４ａ 反射ミラー
５５ レンズ駆動装置
５６ 保持部材
５７ 温度センサ
５８ 加熱手段
５９ 信号変換部
６０ 撮像制御部
６１ 素子制御部
６２ 画像処理部
６３ レンズ駆動処理部
６４ 温度制御部
８０ 延伸部
８１ ヒートパイプ（冷却手段）
８２ 伝熱部
８３ コネクタ部
９０ 筐体部
９１ 中継部
９２ 放熱部
１００ 視鏡システム
１２０ 制御装置
１５１ａ 第１の固体撮像素子
１５１ｂ 第２の固体撮像素子
１５３ 入射光学系
１５４ 反射光学系
１５４ａ ハーフミラー
Ａ 被写体
ＡＸ 入射光学系の光軸
ＢＷ 体壁
ＩＮ インターネット
Ｌ１ 入射光
Ｌ２ 画像光
Ｌ３ 第２の画像光
Ｒ０ 体外
Ｒ１ 体内
ＴＨ 孔

Claims (13)

1. 対象物の内部に先端部を挿入し、前記対象物の内部に位置する被写体を撮像する内視鏡装置であって、
   前記先端部は中空の筒状をなしており、その内部に、
   前記被写体からの光が入射する入射光学系と、
   前記入射光学系からの入射光を反射させる反射光学系と、
   前記反射光学系が形成した画像光に基づいて前記被写体の画像信号を生成する撮像部と、
   前記画像信号に基づく信号を生成する画像処理部と、を備え、
   前記撮像部は、各々が光電変換素子を有する複数の画素をマトリクス状に並べた固体撮像素子を備え、前記画像信号は、前記複数の画素のそれぞれに入射した前記画像光に基づいて生成され、
   前記複数の画素は、前記先端部の中心軸を含む面に略平行な面方向に沿うように設けられ、
   前記反射光学系は、前記入射光学系からの入射光の進行方向を前記複数の画素へ向かう所定の方向へ変え、
   前記画像処理部は、前記固体撮像素子が生成した前記画像信号について、少なくともＡ／Ｄ変換処理を行うことを特徴とする内視鏡装置。
2. 前記複数の画素は、４Ｋ相当又はそれ以上の解像度に対応する数が設けられている請求項１に記載の内視鏡装置。
3. 前記先端部は、前記入射光学系の光軸を含む面に略平行な面方向に沿うように設けられている請求項１に記載の内視鏡装置。
4. 前記先端部は、前記撮像部に接続され、前記先端部が延びる方向に沿って延びた基板を備え、
   前記基板上に前記画像処理部からの信号を伝送信号に変換する信号変換部が設けられている請求項１に記載の内視鏡装置。
5. 前記対象物の外部に配置される筐体部を備え、
   前記基板と前記筐体部には、両者を熱的に接続するヒートパイプが設けられている請求項４に記載の内視鏡装置。
6. 前記対象物の外部に配置される筐体部を備え、
   前記筐体部と前記先端部とは脱着可能であって、前記筐体部は前記伝送信号を外部へ中継する中継部を備える請求項４に記載の内視鏡装置。
7. 前記筐体部は、前記ヒートパイプに熱的に接続される放熱部を備える請求項５に記載の内視鏡装置。
8. 前記先端部は、前記ヒートパイプの前記筐体部側において前記放熱部に熱的に接続される伝熱部を備える請求項７に記載の内視鏡装置。
9. 前記反射光学系は、前記入射光学系からの入射光について、前記複数の画素の総面積に対応する面積に調整して前記画像光を形成する請求項１に記載の内視鏡装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載される内視鏡装置と、
    前記内視鏡装置とは別体に設けられて前記対象物の外部に配置される制御装置とを備え、
    前記制御装置は、前記画像処理部で生成された信号に基づいて表示用の画像データを生成する画像データ生成部を備えることを特徴とする内視鏡システム。
11. 前記画像信号のフレームレートは６０ｆｐｓ以上であり、
    前記制御装置において、
    前記画像処理部で生成された信号に基づいて、信号分割部で半分以下の解像度の信号に分割され、
    前記信号分割部で分割された信号はそれぞれ、前記画像データ生成部に入力され、
    前記画像データ生成部からの画像データは統合部で統合され、
    前記統合部から出力された統合画像データが前記表示用の画像データとなる、請求項１０に記載の内視鏡システム。
12. 前記撮像部は前記画像光を受光する請求項１に記載の内視鏡装置。
13. 前記反射光学系はハーフミラーを含み、前記ハーフミラーを透過した光が入射する第２の撮像部を備える請求項１に記載の内視鏡装置。

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