JPH07246183A - 電子内視鏡システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子内視鏡の挿入部の不所望な捩れによるモ
ニタへの表示画像の軸の回転を自動的に補正でき、表示
画像の軸と現実界の軸とを一致させた状態で所望の処理
を容易にできる電子内視鏡システムを提供する。 【構成】 先端部に撮像光学系を有し、この撮像光学系
で結像される像を画像信号として出力する電子内視鏡１
と、電子内視鏡１からの画像信号を表示する表示手段４
と、電子内視鏡１の先端部の捩れを検出する捩れ検出手
段２と、捩れ検出手段２の出力に基づいて、表示手段４
に表示される画像の向きを制御する画像処理手段３とを
有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子内視鏡を用いる
システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】体腔内あるいは産業用機械内部に挿入可
能な挿入部内にライトガイドを延在して設けると共に、
挿入部の先端部に撮像光学系および固体撮像素子を設
け、光源からの光をライトガイドを経て先端部側から出
射して観察部位を照明し、その像を撮像光学系を経て固
体撮像素子に結像させて画像信号として取り出してモニ
タに表示するようにした電子内視鏡は、従来種々提案さ
れている。また、先端部に固体撮像素子を設ける代わり
に、挿入部内に延在してイメージガイドを設け、ライト
ガイドを経て照明された観察部位の像を、撮像光学系を
経てイメージガイドの入射端面に結像させ、このイメー
ジガイドの出射端面に形成される像を、固体撮像素子や
撮像管を有するビデオカメラにより画像信号として取り
出してモニタに表示するようにした電子内視鏡も知られ
ている。

【０００３】このような電子内視鏡を用いる電子内視鏡
システムとして、本願人は、例えば、特開平５−３１０
６８号公報において、電子内視鏡の挿入部先端側の彎曲
部を駆動する彎曲部駆動手段および観察者の動きを検出
する動作検出手段を設け、動作検出手段での検出信号に
基づいて、彎曲部駆動手段により彎曲部を自動的に駆動
するようにしたものを提案している。かかる電子内視鏡
システムによれば、観察者の動きに応じて彎曲部が自動
的に彎曲するので、観察者は煩わしい彎曲操作を行わな
くても、所望の部位を容易に観察できるという利点があ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らによる種々の実験によれば、上述した電子内視鏡シ
ステムには、以下に説明するような改良すべき点がある
ことが判明した。すなわち、電子内視鏡の挿入部を体腔
内あるいは産業用機械内部に挿入した際に、挿入部が捩
れて先端部が回転すると、モニタに表示される画像の軸
と現実界の軸とが一致しなくなり、同じ部位にスコープ
を位置させても、回転の有無により表示される画像が異
なったものとなってしまう。

【０００５】このため、観察者の動きに基づいてスコー
プの彎曲部を自動的に操作すると、モニタ上では観察者
の動きに合わせて先端部が動いて見えるが、表示される
画像の軸は、現実界の方向の軸とは異なったものとなっ
てしまう。例えば、挿入の際に先端部が１８０度回転し
た場合、観察者の動きに応じて彎曲部が右方向に駆動さ
れると、モニタ上では右方向に動いた画像が観察される
が、スコープ自体は左方向に動くことになる。このた
め、モニタに表示される画像を観察しながら、電子内視
鏡のチャンネルを介して処置具を挿入して所望の処置を
行う場合には、その処理がしにくくなるという問題があ
る。

【０００６】この発明の第１の目的は、このような問題
点に着目してなされたもので、電子内視鏡の挿入部の不
所望な捩れによるモニタでの表示画像の軸の回転を自動
的に補正でき、したがって表示画像の軸と現実界の軸と
を一致させた状態で所望の処理を容易に行い得るよう適
切に構成した電子内視鏡システムを提供することにあ
る。

【０００７】また、この発明の他の目的は、電子内視鏡
による画像を、観察者において観察し易く表示できると
共に、観察者の向きに応じた方向の画像を表示できるよ
う適切に構成した電子内視鏡システムを提供しようとす
るものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、この発明の電子内視鏡システムは、先端部に撮
像光学系を有し、この撮像光学系で結像される像を画像
信号として出力する電子内視鏡と、この電子内視鏡から
の画像信号を表示する表示手段と、前記電子内視鏡の先
端部の捩れを検出する捩れ検出手段と、この捩れ検出手
段の出力に基づいて、前記表示手段に表示される画像の
向きを制御する画像処理手段とを有することを特徴とす
るものである。

【０００９】この発明の好適実施例においては、さら
に、観察者の変位を検出する変位検出手段と、前記電子
内視鏡の先端部を彎曲させる彎曲手段と、前記変位検出
手段の出力および前記捩れ検出手段の出力に基づいて、
前記彎曲手段の駆動を制御する彎曲制御手段とを設け、
前記表示手段に表示される画像の軸の不所望な回転を補
正して表示画像の軸と現実界の軸とをほぼ一致させなが
ら、観察者の変位に基づいて彎曲部を自動的に彎曲させ
る。

【００１０】また、上記第２の目的を達成するため、こ
の発明の電子内視鏡システムは、先端部に撮像光学系を
有し、この撮像光学系で結像される像を画像信号として
出力する電子内視鏡と、観察者の頭部または顔面に装着
され、前記電子内視鏡からの画像信号を表示して該観察
者の眼球内に拡大投影する画像表示装置と、前記観察者
の頭部の変位を検出する変位検出手段と、前記電子内視
鏡の先端部を彎曲させる彎曲手段と、前記変位検出手段
の出力に基づいて、前記彎曲手段の駆動を制御する彎曲
制御手段とを有することを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】上記第１の目的を達成する電子内視鏡システム
においては、電子内視鏡の先端部が捩れると、その捩れ
は捩れ検出手段で検出され、その出力に基づいて画像処
理手段において表示手段に表示される画像の向きが制御
される。したがって、電子内視鏡の挿入部の不所望な捩
れによる表示手段に表示される画像の軸の回転を自動的
に補正でき、表示手段に表示される画像の軸と現実界の
軸とを一致させることが可能となる。

【００１２】また、上記第２の目的を達成する電子内視
鏡システムにおいては、電子内視鏡による画像は、観察
者の頭部または顔面に装着される画像表示装置に表示さ
れて、該観察者の眼球内に拡大投影される。また、観察
者が頭部を変位させると、その変位が変位検出手段で検
出され、その出力に基づいて彎曲制御手段および彎曲手
段を介して電子内視鏡の先端部が彎曲し、その彎曲した
方向、すなわち観察者の向きに応じた方向の画像が画像
表示装置に表示される。しかも、画像表示装置は、観察
者の頭部または顔面に装着されるので、観察者の眼球に
拡大投影される画像は、常に観察者の顔面前方に位置す
ることになり、したがって観察者は頭部を動かすこと
で、あたかも電子内視鏡の先端部にいるような画像を得
ることが可能となる。

【００１３】

【実施例】図１は、この発明の第１実施例を示すブロッ
ク図である。この電子内視鏡システムは、電子内視鏡
１、回転検出センサ２、コントローラ３およびモニタ４
とを有する。電子内視鏡１は、上述したように、体腔内
あるいは産業用機械内部に挿入可能な挿入部内にライト
ガイドを延在して設けると共に、挿入部の先端部に撮像
光学系と、固体撮像素子を有するカメラ部とを設け、光
源からの光をライトガイドを経て先端部側から出射して
観察部位を照明し、その像を撮像光学系を経てカメラ部
に結像させて画像信号として取り出するよう構成する
か、あるいは、先端部に固体撮像素子を設ける代わり
に、挿入部内に延在してイメージガイドを設け、ライト
ガイドを経て照明される観察部位の像を、撮像光学系を
経てイメージガイドの入射端面に結像させ、このイメー
ジガイドの出射端面に形成される像を、固体撮像素子や
撮像管を有するカメラ部により画像信号として取り出す
よう構成する。この電子内視鏡１からの画像信号は、コ
ントローラ３に供給する。

【００１４】また、回転検出センサ２は、電子内視鏡１
の挿入先端部における捩れ、すなわち挿入軸回りの回転
を検出し得るように、電子内視鏡１の挿入先端部内に設
ける。この回転検出センサ２の出力は、コントローラ３
に供給する。コントローラ３は、電子内視鏡１のカメラ
部を制御するカメラコントロールユニット、および回転
検出センサ２の出力に基づいて電子内視鏡１からの画像
信号を処理する画像処理部を有し、この画像処理部で処
理した画像信号をモニタ４に表示するよう構成する。ま
た、モニタ４は、ＣＲＴや、顔面または頭部に装着して
観察画像を拡大表示する頭部装着型表示装置（Ｈｅａｄ
Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ；以下、頭文字を取
ってＨＭＤと略称する）をもって構成する。

【００１５】かかる電子内視鏡システムにおいては、電
子内視鏡１の挿入部を体腔内あるいは産業用機械内部に
挿入して、観察部位の画像をモニタ４に表示する。ここ
で、電子内視鏡１の先端部が捩れることなく、初期状態
を維持していれば、モニタ４には、例えば、図２（ａ）
に示すような画像が表示され、その画像の上下左右方向
と、現実界の上下左右とが一致したものとなる。しか
し、電子内視鏡１の先端部が捩れによって、例えば右方
向に回転すると、モニタ４に表示される画像は、例え
ば、図２（ｂ）に示すようになり、初期状態における上
下左右方向を、図３においてそれぞれＵ，Ｄ，Ｌ，Ｒ方
向とすると、表示画像の上下左右方向がＵ’，Ｄ’，
Ｌ’，Ｒ’方向となって、初期状態に対して回転したも
のとなる。このように、モニタ４に表示される画像は、
電子内視鏡１の先端部の回転の有無によって、同じ位置
で観察していても異なったものとなってしまう。

【００１６】この実施例では、電子内視鏡１の先端部の
回転量を回転検出センサ２で検出し、その出力に基づい
てコントローラ３において、電子内視鏡１からの画像信
号を、先端部の回転による画像回転を補正するように回
転処理し、その画像処理した画像信号を図２（ｃ）に示
すようにモニタ４に表示する。

【００１７】このように、先端部の回転に応じて、モニ
タ４に表示する画像の回転処理を行えば、その画像の表
示方向を常に初期状態、すなわちモニタ４に表示される
画像の軸と現実界の軸とを常に一致させることができる
ので、同じ部位を観察した場合に、電子内視鏡１の挿入
時の先端部の回転状態に依存することなく、同じ画像を
観察することができる。したがって、モニタ４に表示さ
れる画像を観察しながら、電子内視鏡１のチャンネルを
介して処置具を挿入し、所望の処置を行う場合に、その
処理を容易に行うことができる。

【００１８】図４は、この発明の第２実施例を示すブロ
ック図である。この電子内視鏡システムは、電子内視鏡
１１、彎曲部駆動ユニット１２、コントローラ１３、Ｈ
ＭＤ１４および変位検出器１５とを有する。電子内視鏡
１１は、図１で説明したものと同様のものを用い、この
電子内視鏡１１からの画像信号を、コントローラ１３に
供給する。また、彎曲部駆動ユニット１２は、コントロ
ーラ１３からの制御信号に基づいて電子内視鏡１１の彎
曲部を自動的に彎曲させるよう構成する。

【００１９】このため、彎曲部駆動ユニット１２は、図
５に一例の構成を示すように、電子内視鏡１１の操作部
１７に設けられ、彎曲部をワイヤを介して上下および左
右方向にそれぞれ彎曲させるためのアングルノブ１８お
よび１９に、それぞれ接合ユニット２０および２１を介
してモータ２２および２３を結合し、さらに、これらモ
ータ２２および２３にそれぞれエンコーダ２４および２
５を結合して、モータ２２，２３をコントローラ１３か
らの制御信号に基づいて駆動し、その回転量をエンコー
ダ２４，２５で検出してコントローラ１３にフィードバ
ックすることにより、彎曲部を所望の方向に彎曲させる
よう構成する。なお、この彎曲部駆動ユニット１２は、
電子内視鏡１１と一体として、彎曲部を彎曲させるワイ
ヤをモータに直接連結して駆動するよう構成することも
できる。

【００２０】図４において、変位検出器１５は、ＨＭＤ
１４を装着する観察者の頭部の変位を検出し得るよう
に、ＨＭＤ１４と一体に、またはＨＭＤ１４とは分離し
て設ける。この変位検出器１５は、例えば、観察者の頭
部の上下および左右の変位を検出する場合には、上下方
向の変位を検出するセンサと、左右方向の変位を検出す
るセンサとの２つのセンサをもって構成し、これら各セ
ンサの出力をコントローラ１３に供給する。なお、各セ
ンサは、例えば、それぞれ圧電振動ジャイロよりなる角
速度センサをもって構成することができる。

【００２１】また、コントローラ１３は、電子内視鏡１
１のカメラ部を制御して、電子内視鏡１１からの画像信
号をＨＭＤ１４に表示させると共に、変位検出器１５の
出力に基づいて観察者の移動量を演算し、その移動量に
基づいて彎曲部駆動ユニット１２を制御するよう構成す
る。

【００２２】この実施例によれば、ＨＭＤ１４を装着し
た観察者が、例えば、図６（ａ）に示すような画像を観
察している状態で、頭部を右方向に向けると、その右方
向の変位が変位検出器１５で検出され、その出力に基づ
いてコントローラ１３により彎曲部駆動ユニット１２を
介して電子内視鏡１１の彎曲部が、頭部の変位量に比例
して右方向に駆動される。これにより、ＨＭＤ１４に
は、図６（ｂ）に示すように、右方向に移動した画像が
表示される。続いて、観察者が上方を向くと、同様にし
て電子内視鏡１１の彎曲部が、頭部の変位量に比例して
上方向に駆動され、ＨＭＤ１４には、図６（ｃ）に示す
ように、上方向に移動した画像が表示される。その後、
再び正面を向くと、図６（ａ）に示す画像が表示され
る。

【００２３】このように、ＨＭＤ１４で画像を観察する
と共に、観察者の頭部の変位に応じて電子内視鏡１１の
彎曲部を自動的に変位させることにより、観察者におい
て、あたかも電子内視鏡１１の先端部にいるような画像
を得ることができる。また、図６（ｃ）から図６（ａ）
になるように彎曲部を彎曲させる場合、従来のアングル
ノブ方式では、２つのアングルノブ１８，１９を同時に
操作しなくてはならないため、極めて難しいが、この実
施例によれば、頭部を斜め方向に変位させることで、そ
の方向に自動的に彎曲部が彎曲するので、操作が簡単に
なる。

【００２４】図７は、この発明の第３実施例を示すブロ
ック図である。この実施例は、図１に示した第１実施例
において、電子内視鏡１の彎曲部を自動的に彎曲させる
彎曲部駆動ユニット１２を設けると共に、モニタとして
ＨＭＤ１４を用い、さらにこのＨＭＤ１４を装着する観
察者の頭部の変位を検出し得るように、第２実施例にお
けると同様の変位検出器１５を設けて、コントローラ３
により、回転検出センサ２の出力に基づいて電子内視鏡
１の先端部の回転を補正するように、電子内視鏡１から
の画像信号を回転処理してＨＭＤ１４に表示すると共
に、回転検出センサ２の出力および変位検出器１５の出
力に基づいて彎曲部駆動ユニット１２を制御して、電子
内視鏡１の彎曲部を彎曲させるようにしたものである。

【００２５】すなわち、回転検出センサ２の出力に基づ
いて、画像信号を回転処理してＨＭＤ１４に表示してい
る状態で、単に、変位検出器１５の出力に基づいて彎曲
部を彎曲させると、例えば、画像を９０度右方向に回転
させていた状態で、観察者が右方向に変位すると、彎曲
部駆動ユニット１２は彎曲部を右方向に彎曲させるよう
駆動されるが、先端部は捩れによって右方向に９０度回
転しているため、ＨＭＤ１４で観察される画像は、先端
部が下方に移動したものとなってしまう。

【００２６】そこで、この実施例では、彎曲部駆動ユニ
ット１２による彎曲部の駆動を、回転検出センサ２の出
力および変位検出器１５の出力に基づいて制御する。す
なわち、図８（ａ）に示すように、回転検出センサ２の
出力に基づく初期状態のＲ方向を基準とする画像の回転
角がθ１、変位検出器１５で検出される観察者の頭部の
変位方向が、図８（ｂ）に示すように、Ｒ方向を基準と
して角度θ２の方向の場合には、彎曲部を初期状態での
Ｒ方向を基準として、角度θ３＝θ２−θ１、の方向に
彎曲させる。

【００２７】このように、回転検出センサ２の出力に基
づいて画像の軸の不所望な回転を補正すると共に、回転
検出センサ２の出力および変位検出器１５の出力に基づ
いて彎曲駆動ユニット１２による彎曲部の駆動を制御す
ることにより、表示画像の軸と現実界の軸とを常に一致
させながら、観察者の変位に基づいて彎曲部を自動的に
彎曲させることができる。なお、彎曲方向の角度θ３
は、必ずしも、θ３＝θ２−θ１とする必要はなく、θ
２−θ１−１０°＜θ３＜θ２−θ１＋１０°、好まし
くは、θ２−θ１−５°＜θ３＜θ２−θ１＋５°、と
することにより、観察者が変位しても、表示画像の軸と
現実界の軸とを常にほぼ一致させることができる。した
がって、電子内視鏡１のチャンネルを介して処置具を挿
入し、所望の処置を行う場合に、その処理をより容易に
行うことができる。

【００２８】なお、この発明は、上述した実施例にのみ
限定されるものではなく、以下の実施態様が可能であ
る。 （１）請求項１または２記載の電子内視鏡システムにお
いて、表示手段を観察者の頭部または顔面に装着され、
電子内視鏡からの画像信号を表示して該観察者の眼球内
に拡大投影する画像表示装置としたことを特徴とする電
子内視鏡システム。 （２）上記（１）記載の電子内視鏡システムにおいて、
変位検出手段を画像表示装置と一体に設けたことを特徴
とする電子内視鏡システム。 （３）上記（２）記載の電子内視鏡システムにおいて、
変位検出手段を、観察者の頭部の角速度を検出する角速
度センサをもって構成したことを特徴とする電子内視鏡
システム。 （４）上記（３）記載の電子内視鏡システムにおいて、
観察者の頭部の異なる方向の変位を検出する複数の角速
度センサを有することを特徴とする電子内視鏡システ
ム。 （５）請求項２、上記（１）、（２）、（３）または
（４）記載の電子内視鏡システムにおいて、捩れ検出手
段の出力に基づいて画像処理手段により制御する表示画
像の向きの制御角度が、初期状態の基準方向からθ１、
変位検出手段で検出される観察者の頭部の変位方向が、
前記基準方向から角度θ２の方向とするとき、彎曲制御
手段および彎曲手段を介して駆動される電子内視鏡の彎
曲部の彎曲方向の角度θ３が、θ２−θ１−１０°＜θ
３＜θ２−θ１＋１０°、の条件を満たすよう構成した
ことを特徴とする電子内視鏡システム。 （６）上記（５）記載の電子内視鏡システムにおいて、
θ３が、θ２−θ１−５°＜θ３＜θ２−θ１＋５°、
の条件を満たすよう構成したことを特徴とする電子内視
鏡システム。 （７）請求項３記載の電子内視鏡システムにおいて、変
位検出手段を画像表示装置と一体に設けたことを特徴と
する電子内視鏡システム。 （８）上記（７）記載の電子内視鏡システムにおいて、
変位検出手段を、観察者の頭部の角速度を検出する角速
度センサをもって構成したことを特徴とする電子内視鏡
システム。 （９）上記（８）記載の電子内視鏡システムにおいて、
観察者の頭部の異なる方向の変位を検出する複数の角速
度センサを有することを特徴とする電子内視鏡システ
ム。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、電子
内視鏡の先端部の回転に応じて、表示画像の向きを補正
する画像処理を行うようにしたので、表示画像の軸と現
実界の軸とを常に一致させることができる。したがっ
て、同じ部位を観察した場合に、電子内視鏡の挿入時の
先端部の回転状態に依存することなく、同じ画像を観察
することができるので、表示画像を観察しながら電子内
視鏡のチャンネルを介して処置具を挿入して、所望の処
置を行う場合に、その処理を容易に行うことができる。
また、ＨＭＤで画像を観察すると共に、観察者の頭部の
変位に応じて電子内視鏡の彎曲部を自動的に変位させる
ようにしたので、観察者において、あたかも電子内視鏡
の先端部にいるような画像を得ることができると共に、
頭部を変位させることで、その変位方向に自動的に電子
内視鏡の彎曲部が彎曲するので、操作が簡単になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示すブロック図であ
る。

【図２】図１の動作を説明するための図である。

【図３】同じく、図１の動作を説明するための図であ
る。

【図４】この発明の第２実施例を示すブロック図であ
る。

【図５】図４に示す彎曲部駆動ユニットの一例の構成を
示す図である。

【図６】図４の動作を説明するための図である。

【図７】この発明の第３実施例を示すブロック図であ
る。

【図８】図７の動作を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 電子内視鏡 ２ 回転検出センサ ３ コントローラ ４ モニタ １１ 電子内視鏡 １２ 彎曲部駆動ユニット １３ コントローラ １４ ＨＭＤ １５ 変位検出器

フロントページの続き (72)発明者 鈴木 義久 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端部に撮像光学系を有し、この撮像光
   学系で結像される像を画像信号として出力する電子内視
   鏡と、 この電子内視鏡からの画像信号を表示する表示手段と、 前記電子内視鏡の先端部の捩れを検出する捩れ検出手段
   と、 この捩れ検出手段の出力に基づいて、前記表示手段に表
   示される画像の向きを制御する画像処理手段とを有する
   ことを特徴とする電子内視鏡システム。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電子内視鏡システムにお
   いて、 さらに、 観察者の変位を検出する変位検出手段と、 前記電子内視鏡の先端部を彎曲させる彎曲手段と、 前記変位検出手段の出力および前記捩れ検出手段の出力
   に基づいて、前記彎曲手段の駆動を制御する彎曲制御手
   段とを有することを特徴とする電子内視鏡システム。
3. 【請求項３】 先端部に撮像光学系を有し、この撮像光
   学系で結像される像を画像信号として出力する電子内視
   鏡と、 観察者の頭部または顔面に装着され、前記電子内視鏡か
   らの画像信号を表示して該観察者の眼球内に拡大投影す
   る画像表示装置と、 前記観察者の頭部の変位を検出する変位検出手段と、 前記電子内視鏡の先端部を彎曲させる彎曲手段と、 前記変位検出手段の出力に基づいて、前記彎曲手段の駆
   動を制御する彎曲制御手段とを有することを特徴とする
   電子内視鏡システム。