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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022125961
(43)【公開日】2022-08-29
(54)【発明の名称】内視鏡モジュール
(51)【国際特許分類】
A61B 1/00 20060101AFI20220822BHJP
G02B 23/24 20060101ALI20220822BHJP
G02B 5/04 20060101ALI20220822BHJP
G02B 3/00 20060101ALI20220822BHJP
【ＦＩ】
A61B1/00 731
G02B23/24 B
G02B5/04 F
G02B5/04 A
G02B3/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021204137
(22)【出願日】2021-12-16
(31)【優先権主張番号】110105406
(32)【優先日】2021-02-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW
(71)【出願人】
【識別番号】521124180
【氏名又は名称】▲ホアン▼ 旭▲フゥア▼
(74)【代理人】
【識別番号】100081961
【弁理士】
【氏名又は名称】木内 光春
(74)【代理人】
【識別番号】100112564
【弁理士】
【氏名又は名称】大熊 考一
(74)【代理人】
【識別番号】100163500
【弁理士】
【氏名又は名称】片桐 貞典
(74)【代理人】
【識別番号】230115598
【弁護士】
【氏名又は名称】木内 加奈子
(72)【発明者】
【氏名】▲ホアン▼ 旭▲フゥア▼
【テーマコード（参考）】
2H040
2H042
4C161
【Ｆターム（参考）】
2H040AA00
2H040BA02
2H040CA03
2H040CA12
2H040CA23
2H040CA24
2H040DA12
2H040DA17
2H040FA01
2H040GA03
2H042CA01
2H042CA12
2H042CA17
4C161CC06
4C161FF40
4C161LL02
4C161NN01
4C161PP01
4C161PP11
(57)【要約】
【目的】物体の全体像を迅速に感知することのできる内視鏡モジュールを提供する。
【解決手段】内視鏡モジュールは、環状プリズムと、環状レンズと、環状絞りと、環状画像センサとを含む。環状プリズムは、環状反射傾斜面、入光面、および出光面を有する。入光面は、側面に面し、出光面は、正面から反対の方向に面する。環状絞りは、環状プリズムの入光面の側に配置され、且つ環状プリズムを取り囲む。環状レンズは、環状プリズムと環状画像センサの間に配置される。側面からの側方光は、環状絞りを通過してから環状プリズムに入った後に、環状反射傾斜面によって環状レンズに反射し、その後、環状レンズによって環状画像センサに集光される。
【選択図】図１Ｃ
【解決手段】内視鏡モジュールは、環状プリズムと、環状レンズと、環状絞りと、環状画像センサとを含む。環状プリズムは、環状反射傾斜面、入光面、および出光面を有する。入光面は、側面に面し、出光面は、正面から反対の方向に面する。環状絞りは、環状プリズムの入光面の側に配置され、且つ環状プリズムを取り囲む。環状レンズは、環状プリズムと環状画像センサの間に配置される。側面からの側方光は、環状絞りを通過してから環状プリズムに入った後に、環状反射傾斜面によって環状レンズに反射し、その後、環状レンズによって環状画像センサに集光される。
【選択図】図１Ｃ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
環状反射傾斜面、入光面、および出光面を有し、前記入光面が、側面に面し、前記出光面が、正面から反対の方向に面する環状プリズムと、
環状レンズと、
前記環状プリズムの前記入光面の側に配置され、且つ前記環状プリズムを取り囲む環状絞りと、
前記環状プリズムとの間に前記環状レンズが配置された環状画像センサと、
を含み、
前記側面からの側方光が、前記環状絞りを通過してから前記環状プリズムに入った後に、前記環状反射傾斜面によって前記環状レンズに反射し、その後、前記環状レンズによって前記環状画像センサに集光される内視鏡モジュール。
環状レンズと、
前記環状プリズムの前記入光面の側に配置され、且つ前記環状プリズムを取り囲む環状絞りと、
前記環状プリズムとの間に前記環状レンズが配置された環状画像センサと、
を含み、
前記側面からの側方光が、前記環状絞りを通過してから前記環状プリズムに入った後に、前記環状反射傾斜面によって前記環状レンズに反射し、その後、前記環状レンズによって前記環状画像センサに集光される内視鏡モジュール。
【請求項2】
前記環状レンズおよび前記環状プリズムが一体形成された請求項１に記載の内視鏡モジュール。
【請求項3】
前記環状プリズムの中心軸に相対する前記環状プリズムの前記環状反射傾斜面の傾斜角が、４５±３度の範囲に入る請求項１または２に記載の内視鏡モジュール。
【請求項4】
前記環状画像センサが、複数の第１画素を有し、前記第１画素が、放射状に配置され、且つ前記環状画像センサの中心を取り囲む請求項１～３のいずれか１項に記載の内視鏡モジュール。
【請求項5】
前記第１画素の画素サイズが、互いに同じである請求項４に記載の内視鏡モジュール。
【請求項6】
前記環状画像センサの前記中心から中心分割線までの範囲の前記第１画素の数が、前記環状画像センサの前記中心から遠ざかる方向に向かって前記中心分割線を超過する範囲の前記第１画素の数と同じである、前記中心分割線は、前記中心を中心とする輪状の線である請求項４または５に記載の内視鏡モジュール。
【請求項7】
前記環状プリズム、前記環状レンズ、および前記環状画像センサの中心を貫通する固定ロッドをさらに含む請求項１～６のいずれか１項に記載の内視鏡モジュール。
【請求項8】
前記固定ロッドの中に配置されたレンズと、
前記固定ロッドの中に配置され、前記正面からの正面光が前記レンズを通過して伝達される画像センサと、
をさらに含む請求項７に記載の内視鏡モジュール。
前記固定ロッドの中に配置され、前記正面からの正面光が前記レンズを通過して伝達される画像センサと、
をさらに含む請求項７に記載の内視鏡モジュール。
【請求項9】
前記レンズの焦点距離が、前記環状レンズの焦点距離と異なる請求項８に記載の内視鏡モジュール。
【請求項10】
前記環状画像センサが、複数の第２画素を有し、前記第２画素が、ｍ×ｎのマトリックスに配列され、ｍ≧２、ｎ≧２である請求項８または９に記載の内視鏡モジュール。
【請求項11】
前記固定ロッドに接続されたスピナーと、
前記スピナーおよび前記環状画像センサに電気接続されたコントローラと、
をさらに含み、
前記コントローラが、前記固定ロッドの中心軸を中心として前記固定ロッドが回転運動するよう前記スピナーを制御し、前記コントローラが、前記回転運動の間に前記環状画像センサが得た画像を重ね合わせて、前記内視鏡モジュールの有効解析度を増やす請求項８～１０のいずれか１項に記載の内視鏡モジュール。
前記スピナーおよび前記環状画像センサに電気接続されたコントローラと、
をさらに含み、
前記コントローラが、前記固定ロッドの中心軸を中心として前記固定ロッドが回転運動するよう前記スピナーを制御し、前記コントローラが、前記回転運動の間に前記環状画像センサが得た画像を重ね合わせて、前記内視鏡モジュールの有効解析度を増やす請求項８～１０のいずれか１項に記載の内視鏡モジュール。
【請求項12】
前記回転運動が振動または回転後の復位である請求項１１に記載の内視鏡モジュール。
【請求項13】
環状光源をさらに含み、
前記環状画像センサが、前記環状光源と前記環状レンズの間に配置された請求項１～１２のいずれか１項に記載の内視鏡モジュール。
前記環状画像センサが、前記環状光源と前記環状レンズの間に配置された請求項１～１２のいずれか１項に記載の内視鏡モジュール。
【請求項14】
前記環状光源が、異なる色の光を交互に出射する請求項１３に記載の内視鏡モジュール。
【請求項15】
前記環状画像センサによって得られた被検出体の画像が、環状画像であり、前記環状画像センサの中心から始まる任意の径方向において、前記径方向における前記環状画像の画像高さが、前記被検出体と前記径方向における前記内視鏡モジュールの間の距離に比例する請求項１～１４のいずれか１項に記載の内視鏡モジュール。
【請求項16】
第１環状反射傾斜面、第１入光面、および第１出光面を有し、前記第１入光面が、側面に面し、前記第１出光面が、正面から反対の方向に面する第１環状プリズムと、
第１環状レンズと、
前記第１環状プリズムの前記第１入光面の側に配置され、且つ前記第１環状プリズムを取り囲む第１環状絞りと、
前記第１環状プリズムとの間に前記第１環状レンズが配置された第１環状画像センサと、
を含み、前記側面からの第１側方光が、前記第１環状絞りを通過してから前記第１環状プリズムに入った後に、前記第１環状反射傾斜面によって前記第１環状レンズに反射し、その後、前記第１環状レンズによって前記第１環状画像センサに集光される第１サブ内視鏡モジュールと、
前記第１サブ内視鏡モジュールの一側に配置され、
第２環状反射傾斜面、第２入光面、および第２出光面を有し、前記第２入光面が、側面に面し、前記第２出光面が、正面から反対の方向に面する第２環状プリズムと、
第２環状レンズと、
前記第２環状プリズムの前記第２入光面の側に配置され、且つ前記第２環状プリズムを取り囲む第２環状絞りと、
前記第２環状プリズムとの間に前記第２環状レンズが配置された第２環状画像センサと、
を含み、前記側面からの第２側方光が、前記第２環状絞りを通過してから前記第２環状プリズムに入った後に、前記第２環状反射傾斜面によって前記第２環状レンズに反射し、その後、前記第２環状レンズによって前記第２環状画像センサに集光される少なくとも１つの第２サブ内視鏡モジュールと、
を含む内視鏡モジュール。
第１環状レンズと、
前記第１環状プリズムの前記第１入光面の側に配置され、且つ前記第１環状プリズムを取り囲む第１環状絞りと、
前記第１環状プリズムとの間に前記第１環状レンズが配置された第１環状画像センサと、
を含み、前記側面からの第１側方光が、前記第１環状絞りを通過してから前記第１環状プリズムに入った後に、前記第１環状反射傾斜面によって前記第１環状レンズに反射し、その後、前記第１環状レンズによって前記第１環状画像センサに集光される第１サブ内視鏡モジュールと、
前記第１サブ内視鏡モジュールの一側に配置され、
第２環状反射傾斜面、第２入光面、および第２出光面を有し、前記第２入光面が、側面に面し、前記第２出光面が、正面から反対の方向に面する第２環状プリズムと、
第２環状レンズと、
前記第２環状プリズムの前記第２入光面の側に配置され、且つ前記第２環状プリズムを取り囲む第２環状絞りと、
前記第２環状プリズムとの間に前記第２環状レンズが配置された第２環状画像センサと、
を含み、前記側面からの第２側方光が、前記第２環状絞りを通過してから前記第２環状プリズムに入った後に、前記第２環状反射傾斜面によって前記第２環状レンズに反射し、その後、前記第２環状レンズによって前記第２環状画像センサに集光される少なくとも１つの第２サブ内視鏡モジュールと、
を含む内視鏡モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学モジュールに関するものであり、特に、内視鏡モジュールに関するものである。
【背景技術】
【0002】
内視鏡（endoscope）は、身体内部の検査や低侵襲処置において重要な役割を果たし、人体の深部に達して人体の内部から直接取得した画像情報を得ることによって、より正確な診断を行い、より優れた手術結果を得ることができる。
【0003】
しかしながら、一般的な内視鏡は、レンズ前の有効な視野角範囲内の画像しか得ることができないため、医師は、検査部位の全体像を得ることができない。内視鏡のレンズは、回転機構によって回転し、異なる角度から検査部位の画像を得ることができるが、この設計には、内視鏡の体積を増やすため、間接的に患者に負担をかける。また、レンズの回転によって画像スプライシングが引き起こされるため、間接的に患部の位置を誤って判断する可能性もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、物体の全体像を迅速に感知することのできる内視鏡モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の１つの実施形態において、内視鏡モジュールは、環状プリズムと、環状レンズと、環状絞りと、環状画像センサとを含む。環状プリズムは、環状反射傾斜面、入光面、および出光面を有する。入光面は、側面に面し、出光面は、正面から反対の方向に面する。環状絞りは、環状プリズムの入光面の側に配置され、且つ環状プリズムを取り囲む。環状レンズは、環状プリズムと環状画像センサの間に配置される。側面からの側方光は、環状絞りを通過してから環状プリズムに入った後に、環状反射傾斜面によって環状レンズに反射し、その後、環状レンズによって環状画像センサに集光される。
【0006】
本発明の１つの実施形態において、内視鏡モジュールは、第１サブ内視鏡モジュールと、少なくとも１つの第２サブ内視鏡モジュールとを含む。第１サブ内視鏡モジュールは、第１環状プリズムと、第１環状レンズと、第１環状絞りと、第１環状画像センサとを含む。第１環状プリズムは、第１環状反射傾斜面、第１入光面、および第１出光面を有する。第１入光面は、側面に面し、第１出光面は、正面から反対の方向に面する。第１環状絞りは、第１環状プリズムの第１入光面の側に配置され、且つ第１環状プリズムを取り囲む。第１環状レンズは、第１環状プリズムと第１環状画像センサの間に配置される。側面からの第１側方光は、第１環状絞りを通過してから第１環状プリズムに入った後に、第１環状反射傾斜面によって第１環状レンズに反射し、その後、第１環状レンズによって第１環状画像センサに集光される。第２サブ内視鏡モジュールは、第１サブ内視鏡モジュールの一側に配置される。各第２サブ内視鏡モジュールは、第２環状プリズムと、第２環状レンズと、第２環状絞りと、第２環状画像センサとを含む。第２環状プリズムは、第２環状反射傾斜面、第２入光面、および第２出光面を有する。第２入光面は、側面に面し、第２出光面は、正面から反対の方向に面する。第２環状絞りは、第２環状プリズムの第２入光面の側に配置され、且つ第２環状プリズムを取り囲む。第２環状レンズは、第２環状プリズムと第２環状画像センサの間に配置される。側面からの第２側方光は、第２環状絞りを通過してから第２環状プリズムに入った後に、第２環状反射傾斜面によって第２環状レンズに反射し、その後、第２環状レンズによって第２環状画像センサに集光される。
【発明の効果】
【0007】
以上のように、本発明の１つの実施形態の内視鏡モジュールにおいて、環状プリズムおよび環状レンズは、側方光を側面から環状画像センサに伝達するのに適しているため、内視鏡モジュールは、被検出体の画像を側面で感知することができる。
【0008】
また、本発明の別の実施形態において、内視鏡モジュールは、第１サブ内視鏡モジュールおよび少なくとも１つの第２サブ内視鏡モジュールを含むため、内視鏡モジュールは、被検出体の走査を比較的短時間で完了させ、検出時間を有効に減らすことができる。
【0009】
本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0010】
添付図面は、本発明の原理がさらに理解されるために含まれており、本明細書に組み込まれ、且つその一部を構成するものである。図面は、本発明の実施形態を例示しており、説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たしている。
【0011】
【図1】図１Ａは、本発明の１つの実施形態に係る内視鏡モジュールの概念図である。図１Ｂは、本発明の第１実施形態に係る内視鏡モジュールの概略的斜視図である。図１Ｃは、中心軸２００Ｃに沿って切断した図１Ｂの内視鏡モジュールの概略的斜視図である。図１Ｄは、図１Ａの環状レンズの概略的斜視図である。
【図3】図３Ａは、本発明の第２実施形態に係る固定ロッドを設置した内視鏡モジュールの概略的斜視図である。図３Ｂは、中心軸２００Ｃに沿って切断した図３Ａの内視鏡モジュールの概略的斜視図である。図３Ｃは、本発明の１つの実施形態に係る内視鏡モジュールの固定ロッドの内側の概略的断面図である。図３Ｄは、中心軸に沿って切断した図３Ｃの固定ロッドの概略的斜視図である。
【図9】図９Ａは、本発明の１つの実施形態に係る内視鏡モジュールの応用の図である。図９Ｂは、図９Ａの環状画像センサによって得られた環状画像の概略図である。図９Ｃは、図９Ｂの環状画像センサの第１画素に相対する環状画像の概略図である。図９Ｄは、中心分割線Ｄに沿って開いた後の図９Ｃの環状画像の分布範囲内の第１画素の概略図である。
【図10】図１０Ａは、被検出体の例示的斜視図である。図１０Ｂは、縦方向ＬＤに沿って切断した図１０Ａの被検出体の概略的斜視図である。図１０Ｃは、例示的実施形態に係る内視鏡モジュールによって検出したい図１０Ｂの被検出体の概略図である。図１０Ｄは、図１０Ｃの例示的実施形態の内視鏡モジュールの検出可能範囲を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
図１Ａは、本発明の１つの実施形態に係る内視鏡モジュールの概念図である。図１Ｂは、本発明の第１実施形態に係る内視鏡モジュールの概略的斜視図である。図１Ｃは、中心軸２００Ｃに沿って切断した図１Ｂの内視鏡モジュールの概略的斜視図である。図１Ｄは、図１Ａの環状レンズの概略的斜視図である。図１Ａ～図１Ｄを参照すると、図１Ａにおいて、内視鏡モジュールは、絞り１１０’と、レンズ２００’と、レンズ３００’と、画像センサ１２０’とを含む。図１Ａの破線に沿って薄切りにすることによって、内視鏡モジュールの中間部分を取得し、複数の中間部分を組み合わせることによって、図１Ｂの内視鏡モジュール１００を形成する。
【0013】
具体的に説明すると、本発明の１つの実施形態において、内視鏡モジュール１００は、環状プリズム２００と、環状レンズ３００と、環状絞り１１０と、環状画像センサ１２０とを含む。環状プリズム２００は、環状反射傾斜面２１２、入光面２１４、および出光面２１６を有する。入光面２１４は、側面６０に面し、出光面２１６は、正面５０から反対の方向に面する。環状反射傾斜面２１２は、入光面２１４および出光面２１６に隣接する。
【0014】
本実施形態において、環状絞り１１０は、環状プリズム２００の入光面２１４の側に配置され、且つ環状プリズム２００を取り囲む。好ましい実施形態において、環状絞り１１０は、入光面２１４に直接配置してもよい。環状絞り１１０は、黒い金属層または黒い光学薄膜であってもよいが、本発明はこれに限定されない。
【0015】
本実施形態において、環状レンズ３００は、環状プリズム２００と環状画像センサ１２０の間に配置される。好ましい実施形態において、環状レンズ３００および環状プリズム２００を一体形成することにより、本発明の実施形態における内視鏡モジュール１００の体積をさらに減らす。
【0016】
本実施形態において、内視鏡モジュール１００は、光源（例えば、図６Ａの環状光源６００）を設置してもよい。光源によって出射された照明光は、被検出体の内表面を照射して、内表面によって反射し、内視鏡モジュール１００の正面５０に面する正面光５１および側面６０に面する側方光６１を生成する。正面５０は、環状プリズム２００の環状反射傾斜面２１２に面する側であり、側面６０は、入光面２１４に面する側である。さらに、側面６０からの側方光６１は、環状絞り１１０を通過してから入光面２１４を介して環状プリズム２００に入った後に、環状反射傾斜面２１２によって出光面２１６に（完全に）反射する。側方光６１は、出光面２１６を通過して、環状レンズ３００に伝達された後、環状レンズ３００によって環状画像センサ１２０に集光される。
【0017】
また、本実施形態において、中心軸２００Ｃに沿った環状プリズム２００の断面は、直角三角形で示される。好ましい実施形態において、環状プリズム２００の中心軸２００Ｃに相対する環状プリズム２００の環状反射傾斜面２１２の傾斜角θは、４５±３度の範囲に入る。さらに、中心軸２００Ｃに沿った環状プリズム２００の断面は、直角二等辺三角形で示されるため、各方向から入射した側方光６１は、正投影を用いて環状画像センサ１２０に撮像することができる。そのため、本発明の本実施形態における内視鏡モジュール１００は、より優れた画質を有する。
【0018】
図２Ａは、本発明の１つの実施形態に係る内視鏡モジュールの環状画像センサの概略的平面図である。図２Ｂは、図２Ａの局部拡大図である。図２Ｃは、中心分割線Ｄに沿って開いた後の図２Ａの概略図である。図２Ａ～図２Ｃを参照すると、本実施形態において、環状画像センサ１２０は、相補型金属酸化膜半導体（complementary metal oxide semiconductor, CMOS）または電荷結合素子（charge coupled device, CCD）の光センサであってもよい。環状画像センサ１２０は、複数の第１画素１２２を有し、第１画素１２２は、放射状に配置され、且つ環状画像センサ１２０の中心１２０Ｐを取り囲む。また、第１画素１２２の画素サイズは、互いに同じである。さらに、環状画像センサ１２０の中心１２０Ｐから中心分割線Ｄまでの範囲の第１画素１２２の数は、中心１２０Ｐから遠ざかる方向に向かって中心分割線Ｄを超過する範囲の第１画素１２２の数と同じである。中心分割線Ｄは、中心１２０Ｐを中心とする輪状の線である。
【0019】
また、図示しやすいよう、図２Ａ～図２Ｃにおいて、いくつかの第１画素１２２のみを示す。１つの実施形態において、例えば、図２Ｃの実施形態において、環状画像センサ１２０の複数の第１画素１２２は、１００×１０２４のマトリックスに配列され、各第１画素１２２のサイズは、２×２μｍ2であるが、本発明はこれに限定されない。第１画素１２２の数は、設計の要求に応じて決めることができる。また、環状画像センサ１２０は、直径が約２．６ｍｍであり、検出可能な波長範囲は、４３５ｎｍ～９４０ｎｍの範囲内であるが、本発明はこれに限定されない。
【0020】
続いて、図１Ｂおよび図１Ｃを参照すると、１つの実施形態において、内視鏡モジュール１００の環状プリズム２００の直径は、約２．６ｍｍであり、高さ（すなわち、中心軸２００Ｃに沿った内視鏡モジュール１００の最大の厚さ）は、約３．６ｍｍであり、側面６０における内視鏡モジュール１００のフィールドアングル（field angle）は、約４０度（すなわち、±２０度の範囲内）である。
【0021】
図３Ａは、本発明の第２実施形態に係る固定ロッドを設置した内視鏡モジュールの概略的斜視図である。図３Ｂは、中心軸２００Ｃに沿って切断した図３Ａの内視鏡モジュールの概略的斜視図である。図３Ｃは、本発明の１つの実施形態に係る内視鏡モジュールの固定ロッドの内側の概略的断面図である。図３Ｄは、中心軸に沿って切断した図３Ｃの固定ロッドの概略的斜視図である。図１Ｂ、図１Ｃ、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、および図３Ｄを同時に参照すると、図３Ａの内視鏡モジュール１００’は、図１Ｂの内視鏡モジュール１００に類似しており、相違点は、内視鏡モジュール１００’がさらに固定ロッド４００を含むことである。本実施形態において、固定ロッド４００は、環状プリズム２００、環状レンズ３００、および環状画像センサ１２０の中心２００Ｐ、中心３００Ｐ、および中心１２０Ｐを貫通して、環状プリズム２００、環状レンズ３００、および環状画像センサ１２０を固定する。本実施形態において、環状プリズム２００、環状レンズ３００、および環状画像センサ１２０の中心には、固定ロッド４００が貫通できるよう、それぞれ開口Ｏ１、Ｏ２、およびＯ３が存在する。
【0022】
本実施形態において、内視鏡モジュール１００’は、さらに、レンズ５００と、画像センサ１３０とを含む。レンズ５００および画像センサ１３０は、いずれも固定ロッド４００の中に配置される。レンズ５００および画像センサ１３０は、固定ロッド４００の正面５０に近い側に配置される。正面５０からの正面光５１は、レンズ５００を通過して、画像センサ１３０に伝達される。
【0023】
本実施形態において、レンズ５００の焦点距離は、環状レンズ３００の焦点距離と異なるが、本発明はこれに限定されない。１つの実施形態において、レンズ５００の焦点距離は、環状レンズ３００の焦点距離と同じであってもよい。
【0024】
また、図３Ａおよび図３Ｄにおいて、レンズ５００の直径は、約１ｍｍであり、正面５０の内視鏡モジュール１００’のフィールドアングルは、約３０度（すなわち、±１５度の範囲内）である。本発明の実施形態における内視鏡モジュール１００’は、レンズ５００および画像センサ１３０がいずれも固定ロッド４００の中に配置されるため、内視鏡モジュール１００’を製造している間、レンズ５００と画像センサ１３０の間の光学アライメントおよび環状プリズム２００、環状レンズ３００、および環状画像センサ１２０の間の光学アライメントが互いに影響せず、内視鏡モジュール１００’の光学アライメントのプロセスが容易になる。
【0025】
図４は、本発明の１つの実施形態に係る内視鏡モジュールの画像センサの概略的平面図である。図３Ｃ、図３Ｄ、および図４を同時に参照すると、本実施形態において、画像センサ１３０は、ＣＭＯＳまたはＣＣＤの光センサであってもよい。画像センサ１３０は、複数の第２画素１３２を有する。第２画素１３２は、ｍ×ｎのマトリックスに配列され、ｍ≧２、ｎ≧２である。
【0026】
また、図示しやすいよう、図４において、いくつかの第２画素１３２のみを示す。１つの実施形態において、画像センサ１３０の第２画素１３２は、３２０×２４０のマトリックスに配列され、画像センサ１３０のサイズは、約（１／１８）2インチ2であるが、本発明はこれに限定されない。画像センサ１３０のサイズおよび素子間の関係は、設計の要求に応じて決めることができる。
【0027】
図１Ｂ、図１Ｃ、図３Ａ、および図３Ｂを同時に参照すると、本実施形態において、内視鏡モジュール１００は、さらに、スピナー（spinner）１４０と、コントローラ１５０とを含む。スピナー１４０は、固定ロッド４００に接続され、スピナー１４０は、固定ロッド４００の正面５０から離れた側に配置される。コントローラ１５０は、スピナー１４０、環状画像センサ１２０、および画像センサ１３０に電気接続される。
【0028】
本実施形態において、スピナー１４０は、例えば、モータまたはステッパモータ（stepper motor）で構成された回転機構である。
【0029】
１つの実施形態において、コントローラ１５０は、例えば、中央処理装置（central processing unit, CPU）、マイクロプロセッサ（microprocessor）、デジタル信号プロセッサ（digital signal processor, DSP）、プログラマブルコントローラ（programmable controller）、プログラマブルロジックデバイス（programmable logic device, PLD）、または他の類似するデバイス、あるいはこれらのデバイスの組み合わせを含むが、本発明はこれに限定されない。また、１つの実施形態において、コントローラ１５０の機能は、プログラミングコードとして実施されてもよい。プログラミングコードは、記憶ユニットに保存され、コントローラ１５０によって実行される。あるいは、１つの実施形態において、コントローラ１５０の機能は、１つまたはそれ以上の回路として実施されてもよい。コントローラ１５０の機能がソフトウェアで実施されるか、それともハードウェアで実施されるかは、本発明において限定しない。
【0030】
図５は、回転運動の前および後の環状画像センサの第１画素の分布を示す概略図である。回転運動の前の第１画素を１２２で示し、回転運動の後の第１画素を１２２’で示す。図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄ、および図５を参照すると、本実施形態において、コントローラ１５０は、中心軸４００Ｃを中心として固定ロッド４００が回転運動するようスピナー１４０を制御する。コントローラ１５０は、回転運動の間に環状画像センサ１２０が得た画像を重ね合わせて、内視鏡モジュール１００の有効解析度を増やす。
【0031】
１つの実施形態において、回転運動は、振動（vibration）または回転後の復位である。
【0032】
図６Ａは、本発明の第３実施形態に係る中心軸２００Ｃに沿って切断した内視鏡モジュールの概略的斜視図である。図６Ｂは、図６Ａの内視鏡モジュールの概略的断面図である。図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、図６Ａの内視鏡モジュール１００”は、図１Ｂの内視鏡モジュール１００に類似しており、相違点は、内視鏡モジュール１００”が、さらに、環状光源６００を含むことである。本実施形態において、環状光源６００は、複数の端放射光源によって形成された環状光源であってもよく、光源は、発光ダイオードまたは他の適切な発光素子であってもよい。環状画像センサ１２０は、環状光源６００と環状レンズ３００の間に配置される。環状光源６００は、照明光Ｌを出射する。照明光Ｌは、被検出体によって反射して、正面光５１および側方光６１を生成する。本実施形態において、環状光源６００は、異なる色の光を交互に出射してもよく、例えば、赤色光、緑色光、および青色光を交互に出射してもよい。したがって、環状画像センサ１２０または画像センサ１３０は、赤色光画像、緑色光画像、および青色光画像を順番に感知する。コントローラ１５０が赤色光画像、緑色光画像、および青色光画像を組み合わせた後、内視鏡モジュール１００”周辺の被検出体のカラー画像を得ることができる。別の実施形態において、環状光源６００は、赤外線（infrared, IR）または短波長赤外線（short wave infrared, SWIR）を出射してもよく、赤外線は、９４０ｎｍであってもよく、短波長赤外線は、１３００ｎｍであってもよい。赤外線は、皮下組織の新生血管の成長を感知するのに適しているため、潜在的な前癌病変の検出に使用することができる。
【0033】
図７は、環状画像センサによって得られた環状画像の概略図である。図８は、環状画像センサによって得られた環状画像の別の概略図である。図９Ａは、本発明の１つの実施形態に係る内視鏡モジュールの応用の図である。図９Ｂは、図９Ａの環状画像センサによって得られた環状画像の概略図である。図９Ｃは、図９Ｂの環状画像センサの第１画素に相対する環状画像の概略図である。図９Ｄは、中心分割線Ｄに沿って開いた後の図９Ｃの環状画像の分布範囲内の第１画素の概略図である。
【0034】
また、本実施形態において、環状画像センサ１２０によって得られた被検出体ＯＤの画像は、環状画像ＡＩである。環状画像センサ１２０の中心１２０Ｐから始まる任意の径方向ＲＤにおいて、径方向ＲＤにおける環状画像ＡＩの画像高さＩＨは、被検出体ＯＤ（の内表面ＩＳ）と径方向ＲＤにおける内視鏡モジュール１００の間の距離Ｄ１に比例する。同時に、距離Ｄ１は、径方向ＲＤにおける被検出体ＯＤの深度値も反映する。
【0035】
具体的に説明すると、式（１）は、薄レンズの公式である。
【0036】
【数1】
【0037】
式中、ｐは、物体距離であり、ｑは、画像距離であり、ｆは、焦点距離である。式（１）における物体距離ｐおよび画像距離ｑ等の光学値は、例えば、径方向ＲＤにおける内視鏡モジュール１００によって得られる。同様に、他の径方向における環状画像ＡＩを考慮すると、以下の式（２）を得ることができる。
【0038】
【数2】
【0039】
そして、倍率Ｍ＝ｐ／ｑおよびＭ’＝（ｐ＋Δｐ）／（ｑ－Δｑ）を定義することによって、式（１）および（２）をそれぞれ計算することができる
【0040】
【数3】
【0041】
Ｍ’－Ｍ＝Δｐ／ｆであるため、さらに、式（３）を得ることができる。
【0042】
【数4】
【0043】
式中、ΔＭ＝Ｍ’－Ｍである。あるいは、１＋Ｍ＝ｐ／ｆの関係を区別することによって、式（３）を得ることができる。つまり、物体距離Δｐの差値は、倍率ΔＭの差値に比例する。物体距離ｐは、被検出体ＯＤの内表面ＩＳと径方向ＲＤにおける内視鏡モジュール１００の間の距離Ｄ１を反映し、倍率Ｍは、画像高さＩＨを反映するため、径方向ＲＤにおける環状画像ＡＩの画像高さＩＨを計算することによって、検出者は、被検出体ＯＤの内表面ＩＳと内視鏡モジュール１００の間の距離Ｄ１を計算することができる。また、距離Ｄ１は、径方向ＲＤにおける被検出体ＯＤの深度値を反映するため、検出者は、画像高さＩＨに基づいて、被検出体ＯＤの３Ｄ構造を構築することができる。
【0044】
また、深度値の範囲が１０ｍｍであり、倍率ΔＭの差値が約２であることを考慮して、本発明の実施形態における内視鏡モジュール１００の環状レンズ３００は、焦点距離ｆが約５ｍｍになるよう設計しなければならない。
【0045】
図７および図８を参照すると、図７および図８は、類似する環状画像ＡＩ’およびＡＩ”をそれぞれ示している。環状画像ＡＩ’の画像高さＩＨ’は、環状画像ＡＩ”の画像高さＩＨ”よりも大きいため、上述した式（１）～式（３）の間の関係に基づき、図７の被検出体ＯＤの対応する深度値（すなわち、比較的長い物体距離ｐ）は、図８の被検出体ＯＤの対応する深度値（すなわち、比較的短い物体距離ｐ）よりも大きい。
【0046】
図９Ａ～図９Ｄを参照すると、画像高さＩＨと距離Ｄ１の間の関係、および画像高さＩＨによる被検出体ＯＤの深度値の反映は、上述した式（１）～式（３）において詳しく説明したため、ここでは説明を省略する。さらに、図９Ｄは、中心分割線Ｄに沿って開いた図９Ｃの環状画像ＡＩの分布範囲内の第１画素１２２の概略図である。図９Ｃにおいて、中心１２０Ｐから中心分割線Ｄの範囲の第１画素１２２の数は、中心１２０Ｐから遠ざかる方向に向かって中心分割線Ｄを超過する範囲の第１画素１２２の数と同じである。図９Ｄにおいて、中心分割線Ｄの上方の第１画素１２２の数は、中心分割線Ｄの下方の第１画素１２２の数と同じである。
【0047】
一方、倍率ΔＭの差値は、通常、角度θの関数であり、物体距離Δｐの差値は、通常、半径の関数である。つまり、図９Ｂに示すように、ΔＭ＝ｍ（θ）、およびΔｐ＝Δｐ（ｒ）である。そのため、上述した式（３）は、下記のようになることができる。
【0048】
【数5】
【0049】
そして、式（５）の角度の不定積分を行い、被検出体ＯＤ内側の全ての角度の形状関数（すなわち、下記の式（６））を得ることができる。
【0050】
【数6】
【0051】
例えば、測定の実験式、被検出体ＯＤの形状関数は、二次曲線であってもよい（例えば、図９Ｄ）。
【0052】
【数7】
【0053】
周期的境界条件Ｒ（０）＝Ｒ（２π）を考慮すると、下記の関係を得ることができる。
【0054】
【数8】
【0055】
式中、パラメータａまたはｂは、半径ｒの関数であってもよい。
【0056】
図１０Ａは、被検出体の例示的斜視図である。図１０Ｂは、縦方向ＬＤに沿って切断した図１０Ａの被検出体の概略的斜視図である。図１０Ｃは、例示的実施形態に係る内視鏡モジュールによって検出したい図１０Ｂの被検出体の概略図である。図１０Ｄは、図１０Ｃの例示的実施形態の内視鏡モジュールの検出可能範囲を示す概略図である。図１０Ａ～図１０Ｄを同時に参照すると、図１０Ａ～図１０Ｄにおいて、例示的実施形態の内視鏡モジュール１０００は、正面５０から正面光５１を検出することしかできないため、内視鏡モジュール１０００の検出可能範囲は、図１０Ｄに示した被検出体ＯＤ’の一部に限定される。被検出体ＯＤ’の他の部分については、図１０Ａ～図１０Ｃに示すように、内視鏡モジュール１０００は、１つの方向で走査を完了させることができない。反対に、図１Ｂ～図１Ｃに示すように、本発明の１つの実施形態における内視鏡モジュール１００は、環状プリズム２００、環状レンズ３００、および環状画像センサ１２０を含むため、内視鏡モジュール１００は、側面６０から側方光６１を得ることができる。したがって、内視鏡モジュール１００は、被検出体ＯＤの側面の画像を得ることができる。さらに、図３Ａ～図３Ｄに示すように、内視鏡モジュール１００は、さらに、レンズ５００および画像センサ１３０を含むため、内視鏡モジュール１００は、正面５０から正面光５１を得ることもできる。したがって、内視鏡モジュール１００は、被検出体ＯＤの側面の画像を正面および側面から同時に得ることができる。
【0057】
図１１Ａは、別の例示的実施形態に係る内視鏡モジュールの概念図である。図１１Ｂは、図１１Ａの内視鏡モジュールを薄切りにした概略的斜視図である。図１１Ｃは、図１１Ｂの複数の構造の環状配列の概略的斜視図である。図１１Ｄは、図１１Ｃの構造を組み合わせることによって形成された例示的実施形態の内視鏡モジュールが側面から側方光を受け取った時の概略図である。図１１Ｄの例示的実施形態の内視鏡モジュール２０００は、通常、図１Ｂの内視鏡モジュール１００と同じであり、主な相違点は、内視鏡モジュール２０００の環状絞り２１１０が、環状プリズム２００の出光面２１６の側に配置されていることである。
【0058】
図１２は、本発明の１つの実施形態に係る内視鏡モジュールが側面から側方光を受け取った時の概略図である。図１１Ｄおよび図１２を同時に参照すると、本発明の１つの実施形態の内視鏡モジュール１００において、環状プリズム２００および環状レンズ３００は、側面６０から環状画像センサ１２０に側方光６１を伝達するのに適しているため、内視鏡モジュール１００は、側面６０の被検出体ＯＤの画像を感知することができる。さらに、環状プリズム２００の出光面２１６の側に配置される内視鏡モジュール２０００の環状絞り２１１０と比較して、環状絞り１１０は、環状プリズム２００の入光面２１４の側に配置されているため、本発明の１つの実施形態における内視鏡モジュール１００は、環状プリズム２００と環状レンズ３００の間の距離を減らし、内視鏡モジュール１００の全体の体積をさらに減らすのに役立つ。
【0059】
図１３Ａは、本発明の第４実施形態に係る内視鏡モジュールの概略的斜視図である。図１３Ｂは、中心軸２００Ｃに沿って切断した図１３Ａの内視鏡モジュールの概略的斜視図である。図１３Ａおよび図１３Ｂを同時に参照すると、本実施形態の内視鏡モジュール１００Ａは、図１Ｂの内視鏡モジュール１００に類似しており、以下、これらの相違点について説明する。本実施形態の内視鏡モジュール１００Ａは、第１サブ内視鏡モジュール６００Ａと、少なくとも１つの第２サブ内視鏡モジュール６００Ｂとを含む。第１サブ内視鏡モジュール６００Ａは、図１Ｂの内視鏡モジュール１００と同じであり、第１環状プリズム２００Ａと、第１環状レンズ３００Ａと、第１環状絞り１１０Ａと、第１環状画像センサ１２０Ａとを含む。これらの素子の詳細および関係については、上述した実施形態において詳しく説明しているため、ここでは説明を省略する。さらに、第１側方光６１Ａが第１環状画像センサ１２０Ａに伝達される光路も、側方光６１が環状画像センサ１２０に伝達される光路と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【0060】
さらに、本実施形態において、第２サブ内視鏡モジュール６００Ｂは、第１サブ内視鏡モジュール６００Ａの一側に配置される。各第２サブ内視鏡モジュール６００Ｂは、図１Ｂの内視鏡モジュール１００と同じであり、第２環状プリズム２００Ｂと、第２環状レンズ３００Ｂと、第２環状絞り１１０Ｂと、第２環状画像センサ１２０Ｂとを含む。これらの素子の詳細および関係については、上述した実施形態において詳しく説明しているため、ここでは説明を省略する。さらに、第２側方光６１Ｂが第２環状画像センサ１２０Ｂに伝達される光路も、側方光６１が環状画像センサ１２０に伝達される光路と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【0061】
図１４は、本発明の第５実施形態に係るスピナーおよびコントローラを設置した内視鏡モジュールの概略的斜視図である。本実施形態の内視鏡モジュール１００Ａ’は、図３Ａの内視鏡モジュール１００’に類似している。また、スピナー１４０およびコントローラ１５０を設置した内視鏡モジュール１００Ａ’の詳細、およびこれらの素子間の関係については、上述した実施形態において詳しく説明しているため、ここでは説明を省略する。
【0062】
図１５Ａは、本発明の第４実施形態の内視鏡モジュールの応用の概略図である。図１５Ｂは、環状画像および正面画像を取得する時の図１５Ａの環状画像センサの概略図である。図１５Ｃは、図１５Ｂとは異なる位置において環状画像および正面画像を取得する時の図１５Ａの環状画像センサの別の概略図である。図１５Ａ～図１５Ｃを同時に参照すると、本発明の実施形態において、内視鏡モジュール１００Ａは、第１サブ内視鏡モジュール６００Ａおよび少なくとも１つの第２サブ内視鏡モジュール６００Ｂを含むため、内視鏡モジュール１００Ａは、第１サブ内視鏡モジュール６００Ａを用いて第１環状画像ＡＩー１、ＡＩー１’を取得できるだけでなく、第２サブ内視鏡モジュール６００Ｂを用いて第２環状画像ＡＩー２、ＡＩー２’を取得することもできる。そのため、内視鏡モジュール１００Ａは、被検出体ＯＤの走査を比較的短時間で完了させ、検出時間を有効に減らすことができる。
【0063】
また、本発明の実施形態の内視鏡モジュール１００Ａが固定ロッド４００において図３Ｃのレンズ５００および画像センサ１３０も設置している時、内視鏡モジュール１００Ａは、側面６０から第１環状画像ＡＩー１、ＡＩー１’および第２環状画像ＡＩー２、ＡＩー２’を取得できるだけでなく、正面５０から正面画像ＦＩ、ＦＩ’ を取得することもできる。そのため、内視鏡モジュール１００Ａは、正面５０および側面６０において同時に物体を感知することができる。
【0064】
以上のように、本発明の１つの実施形態の内視鏡モジュールにおいて、環状プリズムおよび環状レンズは、側方光を側面から環状画像センサに伝達するのに適しているため、内視鏡モジュールは、側面で被検出体の画像を感知することができる。さらに、環状絞りは、環状プリズムの入光面の側に配置されているため、本発明の実施形態の内視鏡モジュールは、環状プリズム２００と環状レンズ３００の間の距離を減らし、内視鏡モジュールの全体の体積をさらに減らすのに役立つ。
【0065】
また、本発明の別の実施形態において、内視鏡モジュールは、第１サブ内視鏡モジュールおよび少なくとも１つの第２サブ内視鏡モジュールを含むため、第１サブ内視鏡モジュールおよび第２サブ内視鏡モジュールを同時に利用することによって、被検出体の側面の画像を取得することができる。そのため、内視鏡モジュールは、被検出体の走査を比較的短時間で完了させ、検出時間を有効に減らすことができる。
【0066】
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【産業上の利用可能性】
【0067】
本発明の内視鏡モジュールは、身体内部の検査および低侵襲処置を行って、人体内部の全画像情報を取得するために応用することができる。
【符号の説明】
【0068】
５０ 正面
５１ 正面光
６０ 側面
６１ 側方光
６１Ａ 第１側方光
６１Ｂ 第２側方光
１００、１００’、１００”、１００Ａ、１００Ａ’、１０００、２０００ 内視鏡モジュール
１１０、２１１０ 環状絞り
１１０’ 絞り
１２０ 環状画像センサ
１２０’、１３０ 画像センサ
１２０Ａ 第１環状画像センサ
１２０Ｂ 第２環状画像センサ
１２０Ｐ、２００Ｐ、３００Ｐ 中心
１２２、１２２’ 第１画素
１３２ 第２画素
１４０ スピナー
１５０ コントローラ
２００ 環状プリズム
２００’ プリズム
２００Ａ 第１環状プリズム
２００Ｂ 第２環状プリズム
２００Ｃ、４００Ｃ 中心軸
２１２ 環状反射傾斜面
２１４ 入光面
２１６ 出光面
３００ 環状レンズ
３００’、５００ レンズ
３００Ａ 第１環状レンズ
３００Ｂ 第２環状レンズ
４００ 固定ロッド
６００ 環状光源
６００Ａ 第１サブ内視鏡モジュール
６００Ｂ 第２サブ内視鏡モジュール
ＡＩ、ＡＩ’、ＡＩ” 環状画像
ＡＩ－１ 第１環状画像
ＡＩ－２ 第２環状画像
Ｄ 中心分割線
Ｄ１ 距離
ＦＩ、ＦＩ’ 正面画像
Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３ 開口
ＯＤ、ＯＤ’ 被検出体
ＩＨ、ＩＨ’、ＩＨ” 画像高さ
ＩＳ 内表面
Ｌ 照明光
ＬＤ 縦方向
ＲＤ 径方向
θ 入射角
５１ 正面光
６０ 側面
６１ 側方光
６１Ａ 第１側方光
６１Ｂ 第２側方光
１００、１００’、１００”、１００Ａ、１００Ａ’、１０００、２０００ 内視鏡モジュール
１１０、２１１０ 環状絞り
１１０’ 絞り
１２０ 環状画像センサ
１２０’、１３０ 画像センサ
１２０Ａ 第１環状画像センサ
１２０Ｂ 第２環状画像センサ
１２０Ｐ、２００Ｐ、３００Ｐ 中心
１２２、１２２’ 第１画素
１３２ 第２画素
１４０ スピナー
１５０ コントローラ
２００ 環状プリズム
２００’ プリズム
２００Ａ 第１環状プリズム
２００Ｂ 第２環状プリズム
２００Ｃ、４００Ｃ 中心軸
２１２ 環状反射傾斜面
２１４ 入光面
２１６ 出光面
３００ 環状レンズ
３００’、５００ レンズ
３００Ａ 第１環状レンズ
３００Ｂ 第２環状レンズ
４００ 固定ロッド
６００ 環状光源
６００Ａ 第１サブ内視鏡モジュール
６００Ｂ 第２サブ内視鏡モジュール
ＡＩ、ＡＩ’、ＡＩ” 環状画像
ＡＩ－１ 第１環状画像
ＡＩ－２ 第２環状画像
Ｄ 中心分割線
Ｄ１ 距離
ＦＩ、ＦＩ’ 正面画像
Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３ 開口
ＯＤ、ＯＤ’ 被検出体
ＩＨ、ＩＨ’、ＩＨ” 画像高さ
ＩＳ 内表面
Ｌ 照明光
ＬＤ 縦方向
ＲＤ 径方向
θ 入射角
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図11D】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【外国語明細書】