JP2005176940A

JP2005176940A - 電子内視鏡

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Publication number: JP2005176940A
Application number: JP2003418724A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Tsuji; 潔辻
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】挿入部の細径化を確保しつつ、高画質化等することができる電子内視鏡を提供する。
【解決手段】硬質のパイプ１１により形成された挿入部１２の先端面に対物レンズ２２が取り付けられ、挿入部１２の軸と平行な光軸Ｏ上にプリズム２３，２４がそれそれ配置され、プリズム２３により反射された光路上の結像位置にはＣＣＤ２６Ａが、プリズム２４により反射された光路上の結像位置にはＣＣＤ２６Ｂがそれぞれ撮像面が挿入部の軸と平行な方向に細径化を可能に配置され、それぞれのＣＣＤ２６Ａ、２６Ｂにより撮像された画像を合成することにより、ダイナミックレンジを拡大して高画質を実現している。
【選択図】図２

Description

本発明は、体腔内等に挿入される挿入部内に撮像手段を設けた電子内視鏡に関する。

近年、医療用分野等において内視鏡が、広く用いられるようになった。また、最近では、挿入部の先端部に撮像手段を設けた電子内視鏡が普及している。
挿入部の先端面に観察窓を設け、この観察窓に対物光学系を取り付けた直視タイプの電子内視鏡では、通常撮像素子は、対物光学系の光軸と直交するようにその撮像面が配置される。

これに対して、第１の従来例としての特開昭６２−２５５９１３号公報には、対物光学系の光軸に対してその光軸を直交する方向に変換するプリズムを配置し、挿入部の軸と平行な方向に撮像面を配置した撮像素子を設けた電子内視鏡が開示されている。
また、第２の従来例としての特開昭５８−０２９４３９号公報には、側視用の電子内視鏡が開示され、この電子内視鏡では挿入部の先端部の側面に複数の観察窓を設け、それぞれの結像位置に撮像素子を配置して広視野の観察を行えるようにしている。
特開昭６２−２５５９１３号公報特開昭５８−０２９４３９号公報

しかしながら、第１の従来例では、先端部に撮像素子による信号を増幅する回路を実装した基板を小さなスペースに設け、先端部が大径化や長尺化するのを防止しているが、そのために画素数が少ない或いは画素サイズが小さくなり、解像度が低下したり、Ｓ／Ｎが低下する等、画質が低下する欠点があった。
また、第２の従来例においても、各観察窓に取り付けた対物光学系の結像位置に撮像素子をそれぞれ配置したものであり、広視野化できるが、直視方向の電子内視鏡には適用できない。

（発明の目的）
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、挿入部の細径化を確保しつつ、高画質化ないしは、高機能化することができる電子内視鏡を提供することを目的とする。

本発明は、細長の挿入部を有し、前記挿入部の先端部に設けた対物光学系を介して前記挿入部の軸方向に平行に配置された撮像面に光学像が結像される撮像手段を備えた電子内視鏡において、
前記撮像面における前記挿入部の軸方向の画素数を、前記挿入部の軸方向と直交する方向の画素数よりも多くしたことを特徴とする。
上記構成により、挿入部を細径化を確保しつつ、挿入部の軸方向の画素数を多くして高解像な画像を得られるようにしている。

本発明によれば、挿入部の軸方向の画素数を多くして高解像な画像を得られる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１ないし図４は、本発明の実施例１に係り、図１は、本発明の実施例１を備えた内視鏡装置の構成を示し、図２は、実施例１の電子内視鏡の先端側の構成及び２つの撮像素子が実装された基板を示し、図３は、２つのプリズムによる入射光量の分割の作用を示し、図４は、２つの撮像素子によるダイナミックレンジ拡大の作用を示す。
図１に示すように、本発明の実施例１を備えた内視鏡装置１は、体腔内に挿入され、撮像手段を内蔵した電子内視鏡２と、この電子内視鏡２が着脱自在に接続され、光源部３及び信号処理部４を設けたビデオプロセッサ５と、このビデオプロセッサ５の映像出力端に着脱自在に接続され、撮像手段により撮像した画像を表示するモニタ６とから構成される。
本実施例の電子内視鏡２は、硬質の円筒形状のパイプ１１（図２（Ａ）参照）により形成された細長の挿入部１２を有し、この挿入部１２内には照明光を伝送するライトガイド１３が挿通されている。

このライトガイド１３は、後端側の口金部からさらにライトガイドケーブル１４を介して、光源部３に接続される。光源部３は、電源回路１６から供給される電力により発光するランプ１７を内蔵し、このランプ１７により発光された照明光は、絞り１８及び集光レンズ１９を経てライトガイドケーブル１４の入射端面に入射される。
この絞り１８は、絞り制御回路２０により、絞り１８の開口を通過する光量が調整される。ライトガイドケーブル１４の入射端面に入射された照明光は、ライトガイドケーブル１４を介してライトガイド１３に供給され、その先端面に伝送される。
図２にその概略の構成を示すように、このライトガイド１３の先端面は、挿入部１２の先端部内に配置され、ライトガイド１３の先端面から出射される照明光は、その直前の照明窓に固定された照明レンズ２１を介して出射され、体腔内の臓器等の被写体を照明する。尚、求める出射光束の配光特性によっては、照明レンズ２１は、無い場合もある。

照明窓に隣接して挿入部１２の先端面に設けられた観察窓には、対物レンズ２２が取り付けてある。この対物レンズ２２は、その光軸Ｏが挿入部１２を構成するパイプ１１の中心軸と平行になるように図示しないレンズ枠を介してパイプ１１内部に取り付けられている。
この対物レンズ２２の内部における光軸Ｏ上には、直角プリズム等により形成される第１のプリズム２３及び第２のプリズム２４とが配置されている。第１のプリズム２３は、光軸Ｏに沿って入射される光を、斜面において、一部を反射、残りを透過するハープミラーの機能を持つようにその斜面に誘電膜等が設けてある。これに対して第２のプリズム２４は、光軸Ｏに沿って入射される光を、斜面において全反射する。
より具体的には、図３に示すように入射光を１００％とした場合、第１のプリズム２３は、その７０％の光を反射し、第２のプリズム２４は、残りの３０％の光を反射する。

第１のプリズム２３及び第２のプリズム２４による直角に反射された光路上には、第１のプリズム２３及び第２のプリズム２４の出射面に対向して、例えばＣＣＤ２６Ａ及びＣＣＤ２６Ｂの撮像面２７ａ、２７ｂ（図２（Ｂ）参照）がそれぞれ配置されている。
つまり、ＣＣＤ２６Ａ及びＣＣＤ２６Ｂは、各撮像面２７ａ、２７ｂが、第１のプリズム２３及び第２のプリズム２４の出射面に平行に配置され、従って、ＣＣＤ２６Ａ及びＣＣＤ２６Ｂの各撮像面２７ａ、２７ｂは、挿入部１２の軸方向、換言すると対物レンズ２２の光軸Ｏと平行となるように配置されている。
このようにＣＣＤ２６Ａ、２６Ｂを挿入部１２の軸方向（長手方向）に配置することにより、挿入部１２の内径を殆ど太くすることなく配置できるようにして、挿入部１２の細径化を確保している。また、ＣＣＤ２６Ａ、２６Ｂを、挿入部１２の中心軸付近に配置することにより、画素サイズが大きいＣＣＤを採用したり、高画素数のＣＣＤを採用することができる。

また、ＣＣＤ２６Ａ及びＣＣＤ２６Ｂは、挿入部１２の軸方向にその板面が平行に配置された共通の基板２８上に隣接して実装されている。
図２（Ｂ）は、図２（Ａ）におけるプリズム２３或いはプリズム２４による反射光の進行方向（図２（Ａ）のＡ矢視方向）から基板２８を見た平面図を示す。
この基板２８には、２つのＣＣＤ２６Ａ、２６Ｂが隣接して例えばフリップチップ実装されている。また、両ＣＣＤ２６Ａ、２６ｂは、例えば同じ特性のＣＣＤであり、その撮像面２７ａ、２７ｂは、正方形の撮像面２７ａ、２７ｂとなっており、それぞれ縦、横とも画素数が等しい。

この場合、横方向は挿入部１２の軸方向となる。従って、２つのＣＣＤ２６Ａ、２７Ｂにより形成される撮像手段は、挿入部１２の軸方向の画素数が、この方向と垂直な方向の画素数よりも多くなり、具体的には、挿入部１２の軸方向の画素数が、挿入部１２の軸方向と直交する方向の画素数の２倍となっている。
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、２つのＣＣＤ２６Ａ及び２６Ｂを挿入部１２の軸方向に隣接して配置することにより、１つのＣＣＤを配置する場合と殆ど同じ挿入部１２の内径で済むようにしている。つまり、本実施例では、挿入部１２の細径化を確保して、２つのＣＣＤ２６Ａ及び２６Ｂを備えた撮像手段を設けている。

これら２つのＣＣＤ２６Ａ、２６Ｂは、対物レンズ２２からの光路長が異なるため、本実施例においては、例えば短くなる位置に配置されるＣＣＤ２６Ａは、対物レンズ２２の結像位置になり、その光路長より長い位置に配置されるＣＣＤ２６Ｂは、例えばプリズム２３と２４との間に凹レンズ等のＣＣＤ２６Ｂへの光路長を補整、又は適切な像を結ぶための光学素子２９を介挿することによりＣＣＤ２６Ｂの撮像面の位置が結像位置となる状態で配置されている。そして、２つのＣＣＤ２６Ａと２６Ｂの撮像面２７ａ、２７ｂには、光路長が異なることによる影響を無視すると、同じ光学像が結像される。
なお、この光学素子２９の配置位置は、図２（Ａ）に示す位置でなく、プリズム２４とＣＣＤ２６Ｂとの間の配置位置でも良い。また、対物レンズ２２の結像位置をＣＣＤ２６Ｂに設定した場合には、ＣＣＤ２６Ａとプリズム２３との間に凸レンズを介挿してこの凸レンズを介挿することにより、ＣＣＤ２６Ａの位置が結像位置となるように調整するようにしても良い。
このように本実施例では、挿入部１２を構成する硬質のパイプ１１の先端面には、対物レンズ２２が、その光軸Ｏがパイプ１１の長手方向に平行となるように取り付けられ、その光軸Ｏに沿って２つのプリズム２３、２４が配置される。
また、各プリズム２３、２４の斜面により反射された反射光が出射される出射面に対向して、それぞれＣＣＤ２６Ａ及び２６Ｂが、各撮像面２７ａ、２７ｂがプリズム２３、２４の出射面に対向して、パイプ１１の長手方向、つまり光軸Ｏと平行となるように、パイプ１１内に配置した例えば基板２８に実装されて保持されている。

この基板２８は、その後端においてケーブル３１と接続され、このケーブル３１は、図１に示すように信号コネクタ部３２を介してビデオプロセッサ５の信号処理部４と接続される。
そして、図１に示すようにＣＣＤ２６Ａは、信号処理部４を構成するＣＣＤ駆動回路３４Ａ及びＣＤＳ回路３５Ａに接続され、ＣＣＤ２６Ｂは、ＣＣＤ駆動回路３４Ｂ及びＣＤＳ回路３５Ｂに接続される。
信号処理部４内には、タイミング信号を生成するタイミングジェネレータ３６が設けてあり、このタイミングジェネレータ３６は、表示の際に使用する同期信号等と同期した各種のタイミング信号を生成する。
ＣＣＤ駆動回路３４Ａ及び３４Ｂは、タイミングジェネレータ３６からのタイミング信号に同期して、ＣＣＤ駆動信号を発生し、それぞれＣＣＤ２６Ａ、２６Ｂに印加し、ＣＣＤ２６Ａ、２６Ｂにより光電変換された信号電荷を読み出す。

ＣＣＤ２６Ａ、２６Ｂにより読み出された信号は、ＣＤＳ回路３５Ａ、３５Ｂにより相関２重サンプリング処理されて、信号成分が抽出されたベースバンドの信号となり、Ａ／Ｄ変換回路３７Ａ、３７Ｂにそれぞれ入力される。
ＣＤＳ回路３５Ａ、３５Ｂには、タイミングジェネレータ３６から信号成分を抽出するためのタイミング信号が供給される。また、Ａ／Ｄ変換回路３７Ａ、３７Ｂには、タイミングジェネレータ３６から抽出された信号成分のタイミングに同期して、Ａ／Ｄ変換するクロック信号が供給されることにより、入力信号をＡ／Ｄ変換してデジタルの画像信号を出力する。
Ａ／Ｄ変換回路３７Ａ、３７ＢによりＡ／Ｄ変換されたデジタル信号は、サイズ調整＆画像合成回路３８に入力される。このサイズ調整＆画像合成回路３８は、ＣＣＤ２６Ａ及び２６Ｂにより撮像された２つの画像信号における一方のサイズを他方に合わせるように調整した後、２つの画像信号を加算により合成して、合成された画像信号を生成する。

合成された画像信号は、Ｄ／Ａ変換回路３９に出力され、Ｄ／Ａ変換回路３９によりアナログの画像信号に変換された後、モニタ６に出力されると共に、光源部３の絞り制御回路２０に出力される。モニタ６は、ＣＣＤ２６Ａと２６Ｂとにより撮像され、合成された画像信号を表示する。
また、絞り制御回路２０は、入力される画像信号をローパルフィルタを通したり、適宜のフレーム周期の時定数で積分した信号を、基準の明るさの値と比較して差信号を生成し、この差信号を調光信号として絞り１８の開口量を調整し、基準の明るさの値に近づけるように制御する。

図２に示す構成から分かるように、ＣＣＤ２６Ａに結像される画像サイズとＣＣＤ２６Ｂに結像される画像サイズとは、焦点距離が異なるために両者における画像サイズは、異なり、それぞれの焦点距離をｆａ、ｆｂとすると、ＣＣＤ２６Ａの撮像面２７ａにおける光学像は、ＣＣＤ２６Ｂの撮像面２７ｂにおける光学像よりｆａ／ｆｂ倍に小さくなる。このため、例えばＣＣＤ２６ＡＢからの画像信号のサイズをｆｂ／ｆａ倍に調整して、ＣＣＤ２６Ｂ側の画層サイズに合わせるサイズ調整をした後、加算する。この場合、サイズ調整＆画像合成回路３８は、例えばＡ／Ｄ変換回路３７Ａから出力されるデジタルの画像信号を内部のメモリ内に格納し、ＤＳＰ等によりｆｂ／ｆａ倍に画像拡大の調整処理した後、加算回路に出力し、この加算回路により、ｆｂ／ｆａ倍に調整された（ＣＣＤ２６Ａ側の）画像信号と、Ａ／Ｄ変換回路３７Ｂから出力される（ＣＣＤ２６Ｂ側の）画像信号とを加算により合成する。

図４は、ＣＣＤ２６Ａと２６Ｂとの入射光量に対する出力特性と、サイズ調整＆画像合成回路３８による合成信号の入射光量に対する出力特性を示す。
図３に示すようにＣＣＤ２６Ａと２６Ｂとに入射される光量を設定した場合には、ＣＣＤ２６Ａと２６Ｂとによる入出力特性が等しいＣＣＤを採用した場合には、ＣＣＤ２６Ａ及び２６Ｂにおける入射される光量に対する出力特性は、それぞれ図４（Ａ）及び図４（Ｂ）のようになる。
そして、サイズ調整＆画像合成回路３８は、これらのＣＣＤ２６Ａ及び２６Ｂの出力信号を加算することにより、その合成信号の入射される光量に対する出力特性は、図４（Ｃ）のようになり、飽和するレベルを高くでき、従ってダイナミックレンジが拡大する。なお、実際には、サイズ調整による影響も考慮して、一方のＣＣＤの出力信号側を重み付けして補正すると良い。
また、単に加算するのではなく、図４（Ｃ）に示す特性が滑らかに変化するように重み付けしても良い。
このような構成の電子内視鏡２においては、挿入部１２の先端部に第１の撮像手段を構成するＣＣＤ２６Ａと、このＣＣＤ２６Ａの撮像面２７ａと平行にその撮像面２７ｂが配置されるようにして（第１の撮像手段の）ＣＣＤ２６Ａの撮像画素に、さらに撮像画素を付加する如くに第２の撮像手段としてのＣＣＤ２６Ｂを設けている。
このような構成による本実施例の作用を説明する。

ユーザは、図１に示すように電子内視鏡２をビデオプロセッサ５に接続し、電源を投入して、使用状態にする。
そして、体腔内、例えば腹部の臓器に対して内視鏡的手術を行うような場合には、トラカールを介してこの電子内視鏡２の挿入部１２を腹部内に挿入し、手術対象となる臓器等の被写体を観察する。
被写体側は、ライトガイド１３により伝送された照明光により照明され、対物レンズ２２に入射される光によりそれぞれのＣＣＤ２６Ａ及び２６ｂに光学像が結像される。ＣＣＤ２６Ａ及び２６ｂは、ＣＣＤ駆動回路３４Ａ、３４ＢからのＣＣＤ駆動信号の印加によりそれぞれ撮像され、光電変換された信号が読み出され、それぞれＣＤＳ回路３５Ａ、３５Ｂに入力される。

ＣＤＳ回路３５Ａ、３５Ｂは、入力された各信号における信号成分が抽出された後、Ａ／Ｄ変換されて、サイズ調整＆画像合成回路３８に入力される。このサイズ調整＆画像合成回路３８は、ＣＣＤ２６Ａ及び２６Ｂに結像される光学像の画素サイズが異なる影響を補正する。その後、両画像を加算により合成する。この場合、図４により説明したように合成された信号のダイナミックレンジが拡大する。
本実施例によれば、挿入部１２の軸方向に２つのＣＣＤ２６Ａ及び２６Ｂを配置して、２つのＣＣＤ２６Ａ及び２６Ｂによりそれぞれ得られた画像信号を合成してダイナミックレンジを拡大しているので、１つのＣＣＤのみで撮像した画像よりも暗い部分から明るい部分までの画像が飽和することなく、識別し易い状態で表示させることができ、表示される内視鏡画像の画質を向上できる。
また、２つのＣＣＤ２６Ａ及び２６Ｂを挿入部１２の軸方向に隣接して配置することにより、挿入部１２の細径化を確保できる。

上述の説明では、特性が同じＣＣＤ２６Ａ及び２６Ｂの場合で説明したが、特性が異なるＣＣＤを採用しても良い。
また、ＣＣＤ２６Ａと２６Ｂにおける一方のＣＣＤの撮像面のサイズ及び画素サイズを他方のＣＣＤに結像される光学像と同等の光学像を撮像できるように変更しても良い。このようにすると、サイズ調整を行うことが不要となる。
また、例えば図２（Ａ）において、光学素子２９を設けないでＣＣＤ２６Ｂをプリズム２４側に近づけて配置し、ＣＣＤ２６Ａと同等の結像位置に配置しても良い。このようにした場合にも、サイズ調整を行うことを不要にできる。
また、上述の説明では２つの撮像素子を挿入部１２の軸方向（長手方向）に配置した場合を説明したが、３つ以上の撮像素子を挿入部１２の長手方向に配置することにより、よりダイナミックレンジを拡大することもできる。

次に本発明の実施例２を図５ないし図９を参照して説明する。図５（Ａ）は本発明の実施例２を備えた内視鏡装置１Ｂを示す。この内視鏡装置１Ｂは、電子内視鏡２Ｂと、ビデオプロセッサ５Ｂ及びモニタ６とから構成される。
電子内視鏡２Ｂは、実施例１の電子内視鏡１と類似している。また、ビデオプロセッサ５Ｂは、図１のビデオプロセッサにおいて、サイズ調整＆画像合成回路３８の代わりにセレクタ４１を採用している。そして、Ａ／Ｄ変換回路３７Ａ及び３７Ｂの出力信号は、タイミングジェネレータ３６からのタイミング信号（切替信号）によって切替が行われるこのセレクタ４１を経て交互に切り替えられて、Ｄ／Ａ変換回路３９に出力される。
このセレクタ４１の具体的な構成を図５（Ｂ）に示す。つまり、Ａ／Ｄ変換回路３７Ａ及び３７Ｂの出力信号は、２入力のアンド回路４２ａ、アンド回路４２ｂの一方の入力端からそれぞれ入力される。アンド回路４２ａ、アンド回路４２ｂの出力信号は、２入力のオア回路４３に入力される。このオア回路４３の出力信号は、Ｄ／Ａ変換回路３９に入力される。

上記アンド回路４２ａの他方の入力端には、タイミングジェネレータ３６からのタイミング信号（切替信号）が入力され、他方のアンド回路４２ｂの他方の入力端には、タイミングジェネレータ３６からのタイミング信号（切替信号）が反転回路を介して入力される。つまり、タイミングジェネレータ３６からのタイミング信号により、Ａ／Ｄ変換回路３７Ａ及び３７Ｂの出力信号が交互に選択されて出力されることになる。
本実施例の電子内視鏡２Ｂの先端側の構成を図６に示す。この電子内視鏡２Ｂは、図２に示したものと類似しているが、図７に示すようにＣＣＤ２６Ａと２６Ｂとの画素の配置を、（それぞれの結像位置において）この図７における縦方向（Ｘ方向）に１／２画素ピッチだけ相互にずれるように配置している。つまり、１／２画素ピッチずらさないと、両ＣＣＤ２６Ａ、２６Ｂには同じ光学像が結像されてしまうが、その状態から例えば縦方向に１／２画素ピッチだけずらすことにより、縦方向に結像された２つの光学像に関しては相互に１／２画素分だけずれた状態となる。

また、本実施例では、プリズム２３による反射光と透過光とは同じ、つまりプリズム２３は、５０％を反射し、５０％を透過するように設定している。
その他の構成は、実施例１と同様の構成である。
このような構成の電子内視鏡２Ｂにおいては、挿入部１２の先端部に第１の撮像手段を構成するＣＣＤ２６Ａと、このＣＣＤ２６Ａの撮像面２７ａと平行に、該撮像面２７ａの撮像画素を延出して、その撮像面２７ｂが配置されるようにして（第１の撮像手段の）ＣＣＤ２６Ａの撮像画素に、さらに撮像画素を付加する如くに第２の撮像手段としてのＣＣＤ２６Ｂを設けている。但し本実施例の場合には、ＣＣＤ２６Ａと２６Ｂとの（撮像）画素は相互に１／２画素ピッチずれるように配置されている。

図８は、本実施例の作用の説明図を示す。本実施例においては、被写体として例えば「あ」の文字を撮像すると、ＣＣＤ２６Ａ、２６Ｂには、図８（Ａ）に示すように結像される。
この場合におけるＣＣＤ２６Ａ及び２６Ｂにより撮像された信号を、ＣＣＤ２６Ａ、２６Ｂの水平方向の画素数の２倍のタイミング信号で出力させると、ＣＣＤ２６Ａ及び２６Ｂの出力信号は図８（Ｂ）及び図９（Ｃ）のようになる。
そして、セレクタ４１によりＣＣＤ２６Ａ及び２６Ｂの出力信号をデジタル化された信号を交互に選択して出力すると、図８（Ｄ）に示す合成信号となり、水平方向に２倍に高解像度化することができる。

本実施例によれば、挿入部１２の細径化を確保した状態で、水平方向の解像度を略２倍に向上することができる。
なお、本実施例においては、２つのＣＣＤ２６Ａ及び２６Ｂの配置を、同等或いは共役となる結像位置において、図７の縦方向（モニタ６の表示面に関しては水平方向）に１／２画素ピッチずらして配置することにより横方向の解像度を向上する場合を説明したが、図７の横方向（モニタ６の表示面に関しては縦方向）に１／２画素ピッチずらして配置することにより縦方向の解像度を向上することもできる。
なお、実施例１において説明したように本実施例においてもＣＣＤ２６Ａ、２６Ｂに結像される光学像のサイズの影響を補整するとより高画質化することができる。

次の本実施例の変形例を説明する。上記実施例では、ＣＣＤ２６Ａと２６Ｂとの配置位置を１／２画素ピッチ分ずらして配置していたが、本変形例ではＣＣＤ２６Ａと２６Ｂとの配置位置を、各結像位置に対して例えば挿入部１２の長手方向にずらして配置し、被写体の光学像を分割して結像させるようにしている。
具体的には、被写体として例えば「あ」の文字を撮像すると、ＣＣＤ２６Ａ、２６Ｂには、図９に示すように結像されるようにする。つまり、被写体像を、例えば２等分して結像させる。
合成する場合には、セレクタ４１において、分割した像の画像信号を選択する。本変形例によっても、挿入部１２の長手方向に配置したＣＣＤによる解像度を２倍にすることができる。なお、３つのＣＣＤを用いてこれらをそれぞれ１／３画素ピッチずらすように配置すれば、３倍の解像度に高画素化することができる。一般的には、自然数をｎとして、１／ｎ画素ピッチずらすようにしてｎ個のＣＣＤを採用すれば、ｎ倍に高画素化した画像が得られる。

次に本発明の実施例３を図１０ないし図１２を参照して説明する。図１０は、本発明の実施例３を備えた内視鏡装置１Ｃを示す。この内視鏡装置１Ｃは、電子内視鏡２Ｃと、ビデオプロセッサ５Ｃ及びモニタ６とから構成される。
電子内視鏡２Ｃは、実施例１の電子内視鏡２において、第２のプリズム２４の透過光が入射されるように配置した第３のプリズム２５と、このプリズム２５により全反射された光路上における結像位置にＣＣＤ５６Ｃを配置している。また、本実施例は、実施例１における色フィルタを備えたＣＣＤ２６Ａ、２６Ｂの代わりに色フィルタを設けてないＣＣＤ５６Ａ、５６Ｂを採用している。そして図１１により説明するようにプリズム２３，２４，２５側により３原色の各波長成分の光に分光して、ＣＣＤ５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃにより撮像するようにしている（図１１の場合には、Ｂ、Ｒ、Ｇ成分に分光している）。

また、ビデオプロセッサ５Ｃは、図１のビデオプロセッサ５において、ＣＣＤ５６Ｃを駆動するＣＣＤ駆動回路３４Ｃと、ＣＣＤ５６Ｃの出力信号に対するＣＤＳ処理を行うＣＤＳ回路３５Ｃと、このＣＤＳ回路３５Ｃの出力信号に対してＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路３７Ｃとが設けてある。
また、Ａ／Ｄ変換回路３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃの各出力信号は、ホワイトバランス調整６１に入力され、このホワイトバランス調整６１によりホワイトバランス調整されたデジタルのＲ、Ｇ、Ｂの色信号を生成し、このデジタルのＲ、Ｇ、Ｂの色信号は、Ｄ／Ａ変換回路３９Ａ、３９Ｂ、３９Ｃにそれぞれ入力され、アナログのＲ、Ｇ、Ｂの色信号に変換される。アナログのＲ、Ｇ、Ｂの色信号はエンコーダ回路６２に入力され、ＮＴＳＣのコンポジットの映像信号に変換された後、モニタ６及び絞り制御回路２０に入力される。

図１１は、電子内視鏡２Ｃの先端側の構成を示す。
本実施例の電子内視鏡２Ｃは、対物レンズ２２の光軸Ｏ上にプリズム２３、２４、２５が順次配置され、例えばプリズム２５により全反射された結像位置にＣＣＤ５６Ｃが基板２８上に実装され、またプリズム２４の反射された光路上で凸レンズ等のＣＣＤ５６Ｂへの光路長を補整、又は適切な像を結ぶための光学素子６３ｂを介して基板２８上にＣＣＤ５６Ｂが実装され、またプリズム２３の反射された光路上で凸レンズ等の光学素子６３ａを介して基板２８上にＣＣＤ５６Ａが実装されている。
また、プリズム２３の斜面には、例えば緑の波長帯域の光を選択的に反射するダイクロイック膜６４Ｇが取り付けられ、またプリズム２４の斜面には、例えば赤の波長帯域の光を選択的に反射するダイクロイック膜６４Ｒが取り付けられている。つまり、プリズム２３は緑の波長帯域の光を反射するダイクロイックプリズムとして機能し、プリズム２４は赤の波長帯域の光を反射するダイクロイックプリズムとして機能するようにしている。

このため、ダイクロイック膜６４Ｂを設けたプリズム２３を緑のダイクロイックプリズム（或いはダイクロイックミラー）に、ダイクロイック膜６４Ｒを設けたプリズム２４を赤のダイクロイックプリズム（或いはダイクロイックミラー）に置換しても良い。
なお、プリズム２５は、その斜面において、光を全反射してＣＣＤ５６Ｃに導光する。なお、照明光が可視領域の光の他に、赤外域等の光を含む場合には、その赤外域の光をカットするフィルタを例えば光源部３側等に設けている。その他は、実施例１と同様の構成である。
このような構成にすることにより、本実施例においては、３板式ＴＶカメラと殆ど同様の機能を持つカラー撮像手段を形成している。
本実施例によれば、照明光における可視領域おける緑（Ｇ）、赤（Ｒ）、青（Ｂ）の各波長帯域の光をダイクロイック膜６４Ｇ，６４Ｒにより有効に分離して、それぞれＣＣＤ５６Ａ、５６Ｂにて受光するようにし、残りの波長帯域の光、つまり青（Ｂ）の光をＣＣＤ５６Ｃで受光するようにしている。

これら３つのＣＣＤ５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃは、それぞれ同時に駆動され、ＣＣＤ５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃにより撮像された信号は、ＣＤＳ処理、Ａ／Ｄ変換処理された後、ホワイトバランス調整回路６１に入力され、ホワイトバランスのとれたＧ、Ｒ、Ｂ信号にする処理が行われる。
このホワイトバランス調整回路６１からの出力信号はＤ／Ａ変換された後、エンコーダ回路６２により、ＮＴＳＣのコンポジットの映像信号に変換された後、モニタ６に出力され、モニタ６の表示面にはＣＣＤ５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃにより撮像された被写体像がカラー画像が表示される。
本実施例によれば、３板式のカラー撮像手段に近い高感度かつ高分解能のカラー画像が得られる。なお、本実施例においても、例えばホワイトバランス調整回路６１の前段の例えばＡ／Ｄ変換回路３７Ｂ、３７Ｃに、サイズ調整回路をそれぞれ設けて、サイズ調整を行うと、より３板式のカラー撮像手段に近い高感度かつ高分解能のカラー画像が得られる。

次に本実施例の変形例を説明する。本変形例では、原色の色透過フィルタを３つのＣＣＤ５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃの前に配置してカラー撮像を行うようにしたものである。この場合、通常のＲ、Ｇ、Ｇ色フィルタの白色光に対する相対感度は、図１２に示すようになっている。つまり、図１２に示すように、白色光に対するＧ，Ｒ，Ｂの相対感度は、６：３：１になっている。従って、分光してカラー撮像する場合、この特性を考慮して図１３に示すように設定している。
図１２の特性により、色フィルタを用いてカラー撮像する場合、例えば図１３に示すように、プリズム２３，２４，２５の各反射光の光路上にそれぞれＢ、Ｒ、Ｇの色フィルタ６９Ｂ、６９Ｒ、６９Ｇを配置して撮像するように設定した場合において説明する。

この場合、分光するプリズム２３、２４、２５における反射光の強度比を、各々１：３：６の逆数である１：０．３３：０．１７つまり６７％、２２％、１１％の強度比となるように分光する。
このように分光することにより、それぞれ色フィルタ６９Ｂ、６９Ｒ、６９Ｇを透過した光の強度比は図１３に示すように６．７％、６．６％、６．６％の強度比となり、３つのＣＣＤ５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃに等光量の入射となり、映像信号のダイナミックレンジに無駄が発生しない。

次に本発明の実施例４を図１４及び図１５を参照して説明する。図１４は本発明の実施例４を備えた内視鏡装置１Ｄを示す。この内視鏡装置１Ｄは、電子内視鏡２Ｄと、ビデオプロセッサ５Ｄ及びモニタ６とから構成される。
この電子内視鏡２Ｄは、対物レンズ２２の光軸Ｏに単一の曲面反射素子７１が配置され、この曲面反射素子７１により反射された光路上でその結像位置にＣＣＤ７２が配置されている。
このＣＣＤ７２に接続されたケーブル３１は、ビデオプロセッサ５Ｄ内のＣＣＤ駆動回路３４とＣＤＳ回路３５に接続される。
そして、ＣＤＳ回路３５の出力信号は、Ａ／Ｄ変換回路３７を経てファーストイン・ファ−ストアウト（ＦｉＦｏ）メモリ回路７３に入力される。このＦｉＦｏメモリ回路７３の出力信号は、Ｄ／Ａ変換回路３９に出力される。

また、図１５（Ａ）は、電子内視鏡２Ｄの先端側の構成を示す。図１５（Ａ）に示すように挿入部１２の先端面に取り付けられた対物レンズ２２の光軸Ｏ上に略プリズム形状に曲面反射素子７１が配置されている。
この曲面反射素子７１は、プリズムの斜面部分が例えば挿入部１２の長手方向には凹面鏡形状にされた曲面反射面７１ａが形成され、対物レンズ２２により集光された光をこの曲面反射面７１ａにより、反射して挿入部１２の長手方向に平行に配置された基板２８上に実装されたＣＣＤ７２の撮像面に光学像を結像する。
このＣＣＤ７２は、例えば図１５（Ｂ）に示すように挿入部１２の長手方向の画素数がこれに直交する方向の画素数よりも多く形成されている。
曲面反射素子７１は、ＣＣＤ７２の撮像面に、挿入部１２の長手方向に（これと直交する方向よりも）少なくとも結像範囲を大きくしている。この結像範囲を大きくする場合、本実施例では、挿入部１２の長手方向に、これと直交する方向よりも倍率Ｍ（Ｍ＞１）倍だけ伸張して光学像を結像する。

そして、このＣＣＤ７２から読み出された信号は、ＣＤＳ処理、Ａ／Ｄ変換処理された後、ＦｉＦｏメモリ回路７３に格納される。
このＦｉＦｏメモリ回路７３に格納された信号は、挿入部１２の長手方向に読み出す場合には、挿入部１２の長手方向と直交する方向よりもＭ倍の周波数のクロックで読み出すことにより挿入部１２の長手方向の解像度を向上する。このようにＣＣＤ７２における挿入部１２の長手方向に伸張された画像を、信号処理装置側において、時間軸を調整して、正しい縦横比の画像をモニタ６にて表示することができる。
本実施例においても、挿入部１２外径を太くせずに高い解像度の画像が得られる効果がある。

次に本発明の実施例４を図１６及び図１７を参照して説明する。図１６は本発明の実施例５を備えた内視鏡装置を示し、図１７（Ａ）は本実施例の電子内視鏡の詳細な構成を示し、図１７（Ｂ）は本実施例における撮像手段周辺を拡大して示す。本実施例は、可視領域の通常光の観察画像と特殊光（具体的には赤外領域の赤外光）の観察画像とを得られるようにして高機能化したものである。
図１６に示すように、この内視鏡装置１Ｅは、電子内視鏡２Ｅと、ビデオプロセッサ５Ｅ及びモニタ６とから構成される。

この電子内視鏡２Ｅは、例えば図５或いは図６（Ａ）の電子内視鏡２Ｂにおいて、２つのＣＣＤ２６Ａ、２６Ｂにおける一方（具体的にはＣＣＤ２６Ａ）の撮像面２７ａ（図１７（Ｂ）参照）の前には赤外カットフィルタ７５を配置し、他方のＣＣＤ２６Ｂの撮像面２７ｂ（図１７（Ｂ）参照）の前には赤外透過フィルタ７６を配置したものである。

つまり、図１７（Ｂ）に拡大して示すようにプリズム２３とＣＣＤ２６Ａとの間には、赤外カットフィルタ７５が配置され、プリズム２４とＣＣＤ２６Ｂとの間には、赤外透過フィルタ７６が配置されている。
そして、ＣＣＤ２６Ａにより可視領域の通常光での被写体の撮像を行い、ＣＣＤ２６Ｂにより通常光で撮像を行っている同じ被写体を赤外領域の光により撮像を行うことができるようにしている。
また、本実施例におけるビデオプロセッサ５Ｅは、図５のビデオプロセッサ５Ｂにおいて、セレクタ４１の代わりにセレクタ＆混合器７７を設けると共に、ビデオプロセッサ５Ｅの例えばフロントパネル等には表示画像（観察画像）を選択する選択スイッチ７８が設けてある。そして、この選択スイッチ７８の選択指示信号は、タイミングジェネレータ３６に入力され、タイミングジェネレータ３６は、選択された選択指示信号に応じてセレクタ＆混合器７７を制御し、モニタ６に表示される画像を選択する。

選択スイッチ７８は、例えば３つのスイッチからなり、第１のスイッチが選択された場合には、タイミングジェネレータ３６は、ＣＣＤ２６Ａにより撮像された画像の映像信号のみを選択し、第２のスイッチが選択された場合には、タイミングジェネレータ３６は、ＣＣＤ２６Ｂにより撮像された画像の映像信号のみを選択し、第３のスイッチが選択された場合には、タイミングジェネレータ３６は、ＣＣＤ２６Ａ及び２６Ｂにより撮像された画像の映像信号を交互に選択し、モニタ６には通常光の画像と赤外光の画像との２つの画像を左右に並べて表示する。
本実施例によれば、挿入部１２の細径化を維持した状態で、通常画像の他に、赤外光による赤外観察画像も表示することができ、高機能化することができる。

なお、上述では、２つの画像を混合する場合を説明したが、さらに赤外光で撮像した信号における特徴部分を抽出する抽出回路を設け、この抽出回路により例えば所定レベル以上の信号レベルを抽出したり、通常光の信号レベルを参照光としてその信号レベルより高い信号レベル部分を抽出したりして、その抽出した部分の信号を赤外観察画像として出画したり、擬似カラー表示して注目画像として表示したりしても良い。
また、本実施例の変形例として、赤外光による観察画像に限定されるものでなく、白色光以外の波長の光、例えば紫外光、或いは特定波長の光、特定の狭帯域の波長の光等に適用することもできる。例えば、図１６の赤外透過フィルタ７６を狭帯域透過フィルタに変えれば、その狭帯域透過フィルタにより透過した狭帯域の波長の観察画像を得ることができる。
なお、上述した各実施例等を部分的に組み合わせる等して構成される実施例等も本発明に属する。

腹部等の体腔内にトラカールを介して挿入部を挿入することにより、挿入部の長手方向に複数の撮像素子を配置する等して、挿入部の細径化を確保しつつ出画画像に寄与する画素数を多くすることにより高画質の内視鏡画像を得られるようにして内視鏡検査を行い易くした。

［付記］
１．体腔内に挿入可能な細長の挿入部を有し、前記体腔内を撮像して所定の表示手段に前記体腔内の画像を表示可能な電子内視鏡において、
前記表示手段に被写体画像を歪無く表示可能な第１の撮像手段に設けられた第１の撮像面に対して少なくとも、所定方向に撮像画素が付加された第２の撮像手段と、
前記挿入部内に設けられ、前記撮像画素が付加されて延出される撮像領域の延出方向を前記挿入部の軸方向に略一致させて前記第２の撮像手段を保持する保持手段と、
を具備したことを特徴とする電子内視鏡。

２．所定の第１の撮像手段で撮像された撮像信号に基づき、被写体画像を歪無く表示可能な表示手段と、
前記第１の撮像手段に設けられた撮像面に対して少なくとも、所定方向に撮像画素が付加された第２の撮像手段と、
前記第２の撮像手段を収納可能な内部空間を有し、体腔内に挿入可能な細長の挿入部と、
前記挿入部の内部に設けられ、前記撮像画素が付加された付加方向を前記挿入部の軸方向に略一致させて前記第２の撮像手段を保持する保持手段と、
前記第２の撮像手段から出力される撮像信号を前記付加方向に対して圧縮処理或いは画素結合処理して前記表示手段に出力する信号処理手段と、
を具備したことを特徴とする電子内視鏡装置。
３．請求項１において、前記第２の撮像手段による前記撮像画素は、前記第１の撮像手段による撮像画素の自然数倍（つまり、１倍，２倍、…）である。
４．請求項１において、前記第１の撮像手段は、前記第２の撮像手段と共に、その撮像画素が形成された第１の撮像面が前記挿入部の軸方向と略平行に配置され、前記前記第２の撮像手段による前記撮像画素は、前記第１の撮像手段による撮像画素の自然数倍である。５．体腔内に挿入可能な細長の挿入部を有し、前記挿入部の先端部内に、その第１の撮像面が前記挿入部の軸方向と略平行に配置された第１の固体撮像素子を有し、前記第１の固体撮像素子により撮像された画像を表示手段の所定サイズの表示画面に表示するための電子内視鏡において、
前記挿入部の先端部に、前記第１の固体撮像素子の第１の撮像面と略平行に、その第２の撮像面が配置され、前記第１の撮像面に結像される光束を分割して前記第２の撮像面に結像される第２の固体撮像素子を具備したことを特徴とする電子内視鏡。

６．付記５において、さらに前記第１の固体撮像素子及び前記第２の固体撮像素子の第１及び第２撮像信号に対する信号処理を行う信号処理手段を有し、該信号処理手段は、前記第１の固体撮像素子による画像の自然数倍の解像度の映像信号を生成する。

７．体腔内に挿入可能な細長の挿入部を有し、前記挿入部の先端部内に、その撮像面が前記挿入部の軸方向と略平行に配置された第１の固体撮像素子を備えた電子内視鏡において、
前記挿入部の先端部内に配置され、前記第１の固体撮像素子に入射される光束の一部を分割する光分割手段と、
前記挿入部の先端部内に、その撮像面が前記挿入部の軸と略平行に配置され、前記光分割手段を介して第１の撮像面に結像される光学像と略等価な解像度の光学像を撮像する第２の固体撮像素子と、
を具備したことを特徴とする電子内視鏡。

８．細長の挿入部を有し、前記挿入部の先端部に設けた対物光学系を介して前記挿入部の軸方向に平行に配置された撮像面に光学像が結像される撮像手段を備えた電子内視鏡において、
前記撮像面における前記挿入部の軸方向の画素数を、前記挿入部の軸方向と直交する方向の画素数よりも多くしたことを特徴とする電子内視鏡。
９．付記８において、前記撮像手段は、前記対物光学系を介して前記挿入部の軸方向に入射される光に対して、透過光と前記挿入部の軸方向と略直交する方向に反射する反射光とに分割する第１の光分割手段と、前記第１の光分割手段による反射光を受光する第１の撮像素子と、前記第１の光分割手段によりを透過した入射光に対して、透過光と前記挿入部の軸方向と略直交する方向に反射する反射光とに分割する第２の光分割手段と、前記第２の光分割手段による反射光を受光する第２の撮像素子と、前記挿入部の軸方向と略直交する方向に反射する反射素子を介して受光する第３の撮像素子とにより構成される。

１０．付記９において、前記第１の光分割手段と前記第２の光分割手段とは、３原色の３つの波長域におけるそれぞれ異なる２つの波長域の光を選択的に反射する特定波長反射部材である。
１１．付記１０において、前記特定波長反射部材は、赤、緑、青の内のそれぞれ１つの波長域の光を選択的に反射するダイクロイックプリズムの機能を持つ。
１２．付記８において、前記撮像手段は、前記対物光学系を介して前記挿入部の軸方向に入射される光に対して、透過光と前記挿入部の軸方向と略直交する方向に反射する反射光とに分割する光分割手段と、前記光分割手段による反射光を受光する第１の撮像素子と、前記光分割手段を透過した光を前記挿入部の軸方向と略直交する方向に反射する反射素子を介して受光する第２の撮像素子とにより構成される。

１３．付記１２において、前記第１の撮像素子と前記第２の撮像素子の各撮像面は、同等となる結像位置において、前記挿入部の軸方向又は挿入部の軸と直交する方向に１画素の１／２ピッチだけずれるように配置されている。
１４．付記１２において、前記第１の撮像素子と前記第２の撮像素子の各撮像面は、前記対物光学系に基づく光学像が略２分割して結像される。

本発明の実施例１を備えた内視鏡装置の構成を示すブロック図。実施例１の電子内視鏡の先端側の構成及び２つの撮像素子が実装された基板を示す図。２つのプリズムによる入射光量の分割の作用の説明図。２つの撮像素子によるダイナミックレンジ拡大の作用説明図。本発明の実施例２を備えた内視鏡装置の構成等を示す図。実施例２の電子内視鏡の先端側の構成及び２つの撮像素子が実装された基板を示す図。図６における２つのＣＣＤにおける画素配列を１／２画素ピッチずらしたことを示す説明図。実施例２の作用説明図。変形例における作用説明図。本発明の実施例３を備えた内視鏡装置の構成を示すブロック図。実施例３の電子内視鏡の先端側の構成を示す図。色フィルタの相対感度の特性を示す特性図。３つのプリズムによる反射光の強度比等を示す図。本発明の実施例４を備えた内視鏡装置の構成を示すブロック図。実施例４の電子内視鏡の先端側の構成を示す図。本発明の実施例５を備えた内視鏡装置の構成を示すブロック図。実施例５の電子内視鏡の先端側の構成等を示す図。

符号の説明

１…内視鏡装置
２…電子内視鏡
３…光源部
４…信号処理部
５…ビデオプロセッサ
６…モニタ
１１…パイプ
１２…挿入部
１３…ライトガイド
１４…ライトガイドケーブル
１７…ランプ
１８…絞り
１９…集光レンズ
２２…対物レンズ
２３、２４…プリズム
２６Ａ、２６Ｂ…ＣＣＤ
２７ａ、２７ｂ…撮像面
２８…基板
２９…凹レンズ
３１…ケーブル
３４Ａ、３４Ｂ…ＣＣＤ駆動回路
３５Ａ、３５Ｂ…ＣＤＳ回路
３６…タイミングジェネレータ
３８…サイズ＆画像合成回路
代理人弁理士伊藤進

Claims

体腔内に挿入可能な細長の挿入部を有し、前記体腔内を撮像して所定の表示手段に前記体腔内の画像を表示可能な電子内視鏡において、
前記表示手段に被写体画像を歪無く表示可能な第１の撮像手段に設けられた第１の撮像面に対して、所定方向に撮像画素が付加された第２の撮像手段を具備し、
前記撮像画素が付加されて延出される撮像領域の延出方向を前記挿入部の軸方向に略一致させたことを特徴とする電子内視鏡。
前記第２の撮像手段は、前記挿入部の先端部に設けた前記対物光学系を介して前記挿入部の軸方向に入射される光に対して、透過光と前記挿入部の軸方向と略直交する方向に反射する反射光とに分割する光分割手段と、前記光分割手段による反射光を受光する第１の撮像素子と、前記光分割手段を透過した光を前記挿入部の軸方向と略直交する方向に反射する反射素子を介して受光する第２の撮像素子とにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡。
前記第２の撮像手段は、前記挿入部の先端部に設けた前記対物光学系を介して前記挿入部の軸方向に入射される入射光束を前記軸方向と略直交する方向に反射すると共に、反射された反射光束を前記軸方向に前記入射光束よりも拡大する拡大反射手段を含み、
前記撮像画素が付加されて延出されている撮像領域の延出部分に導光することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡。