JP3228551B2

JP3228551B2 - 内視鏡装置

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Publication number: JP3228551B2
Application number: JP11031592A
Authority: JP
Inventors: 勝白岩; 勝也小野; 公彦西岡
Original assignee: Olympus Corp; Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1992-04-28
Filing date: 1992-04-28
Publication date: 2001-11-12
Anticipated expiration: 2016-11-12
Also published as: JPH05308640A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イメージファイバ束を
用いた内視鏡装置であって、特にイメージファイバ束に
おけるクロストークによる画像の劣化を低減させた内視
鏡装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】イメージファイバ束を用いた内視鏡とし
て、例えば図１１に示すような内視鏡装置がある。この
内視鏡装置は、光源装置１からの光が内視鏡２内のライ
トガイド３のファイバ束の入射端に集光され、この光が
ライトガイド３の射出端に伝送されて、照明レンズ４を
介して物体に照射される。照明された物体の像は対物レ
ンズ５によってイメージガイド６の入射端に結像させら
れ、イメージガイド６の出射端まで伝送された後、投影
レンズ７によってＣＣＤイメージセンサ８上に投影され
る。そして、この像は光電変換されて電子回路９で映像
信号に変換され、ＴＶモニター１０で観察されるように
なっている。

【０００３】この様な内視鏡装置に使われているイメー
ジファイバは近年細径化が進み、血管内を観察するよう
な非常に細いものが作られるようになった。この様な細
径イメージファイバ束は各繊維をバラバラにせず、クラ
ッドを共有した構造のものが主に用いられている。近
年、これらの細径イメージファイバ束は更に細径化と高
画素化が望まれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そのためには、ファイ
バーのコア径とクラッド厚を夫々小さくする必要がある
が、その大きさが光の波長の数倍以下になると、隣接す
るイメージファイバ間モード結合によるクロストークが
発生して、画質が著しく低下することになる。クロスト
ークを減少させるために、従来、コアの形状や配列をラ
ンダムにする技術が知られているが、このような構造は
画面が見づらいという欠点を有する。又、ランダム配列
でない従来の構造のイメージファイバ束でクロストーク
を減少させるには、クラッド厚を十分に厚くする必要が
あるが、そうすると、今度はファイバ束断面積における
コアの占有率が小さくなってしまい、明るい画像を得る
ことができず、高画素化もできないという欠点が残る。
このように、従来の技術では、イメージファイバ束はク
ロストークの影響を避けるために解像力をあまり向上さ
せることができなかった。

【０００５】本発明は、このような課題に鑑みて、細径
で且つ高画素のイメージファイバを用いると共に、クロ
ストークの影響を低減させることのできる高解像の内視
鏡装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】前述したイメー
ジファイバ束におけるクロストークの現象は、論文「イ
メージファイバーの伝送特性」（電子通信学会論文誌 '
83.11 vol.J66-C No.11 ）により解析されており、論文
内に示された数式によってクロストークの様子が推察で
きる。この論文内に示されているクロストークパラメー
タ（論文内では漏話パラメータと呼んでいる）という値
（以下、Ｂ値という）は、クロストークの大小関係を示
す値であり、Ｂ値が大きいほどクロストークは著しくな
る。ＬＰ₀₁モードのＢ値は、具体的には以下に示す式で
与えられている。Ｂ＝｛〔−２ｕ₀₁ ²Ｋ₀（ω₀₁ｄ／ａ）〕／〔ｖ²Ｋ₁ ²（ω₀₁）〕｝・ｚ／β （１）

【０００７】ここで、ｕ₀₁，ω₀₁はＬＰ₀₁モードの固有
値、ａはファイバーのコア半径、ｄは同じくファイバー
のピッチ、ｚはファイバーの長さ、βはＬＰ₀₁モードの
伝搬常数、Ｋ_mはｍ次の第２種変形ベッセル関数であ
る。又、ｖはファイバーのスペックにより決定される正
規化周波数であり、下記の（２）式で表される。ｖ＝ｋａ√（ｎ₁ ²−ｎ₂ ²）（２）但し、ｋ＝２π／λ（λはファイバ内を伝搬する光の波
長）、ｎ₁，ｎ₂は夫々コアとクラッドの屈折率であ
る。尚、その他のモードについても、上述の論文中に示
された考え方によりＢ値を求めることができる。

【０００８】ところで（２）式のｋ＝２π／λから、
（１）式中のｕ₀₁，ω₀₁，ｖ，βは夫々波長の関数であ
るため、Ｂ値は波長により値が大きく変わる。この様子
を示すと図１のようになる。図１のグラフは、ＮＡ≒
０．５、コア径１．９５μｍ、繊維間隔３．６８μｍの
イメージファイバ束の、波長λに対するＬＰ₀₁モードの
変化を示している。このグラフから理解できるように、
クロストークは波長が長くなると急激に増加する。従っ
て、内視鏡装置の観察波長として短い波長を用いれば、
解像力の良い画像が得られることになる。又、ＣＣＤ等
の光電変換素子により映像信号を作り、テレビモニター
等で観察するような装置では、一般に輝度信号に比べる
と色情報は解像力が低くて良い。これは、人間の眼が色
情報に対して高解像でないという特性によるものであ
る。従って、イメージファイバ束により伝送された像を
このような系を通して観察する装置においては、輝度信
号を得る時には短い波長を用い、色情報を得る時には長
波長を含む広い範囲の波長を用いることで、解像力の優
れた画像を得ることができる。

【０００９】次に、その具体的な例を挙げて説明する。
色符号化用カラーモザイクフィルターを備えたＣＣＤか
ら取り込まれた電気信号は、光学系又は電気系の処理に
より赤、緑、青の各原色信号（夫々Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ
信号という）に分解される。そして、これらの信号は後
の電気処理により、輝度信号（Ｙ信号）と色信号が作ら
れる。この場合、人間の眼が緑色付近の波長に高い感度
を持つため、輝度信号はこれを考慮した次式（３）によ
り合成されることになる。Ｙ＝０．３×Ｒ＋０．５９×Ｇ＋０．１１×Ｂ（３）

【００１０】ところで、前述した如く、イメージファイ
バ束により伝送された像は、波長が長いほど解像力が急
激に低下する特性を有するから、例えば（３）式中の最
も波長の長いＲ信号の係数を０．３より小さくすること
で、Ｙ信号の解像力の劣化を低減させることができる。
そして、（３）式中のＲの係数を小さくした分は、Ｇ信
号又はＢ信号の係数に振り分けるようにすればよい。
又、同様な考え方から、（３）式中のＲ信号とＧ信号の
係数を０として、Ｂ信号のみをＹ信号として用いるよう
にしてもよい。この場合、Ｂ信号は波長域が最も短波長
側にあるため、解像力が非常に高いという利点がある。
但し、Ｙ信号をＢ信号のみで作成すると、人間の眼の感
度特性から少しずれるので色再現性が損なわれる。しか
し、色の再現性を重視しないようなシステムにおいて
は、非常に有効である。

【００１１】又、これとは別に、観察対象によっては色
情報を必要とせず、モノクロ画像で被写体を観察する場
合が考えられる。その場合、通常は眼の感度特性に近い
波長域を用いたり、Ｇ信号を用いる場合が多いが、イメ
ージファイバ束と組み合わせる場合にはＢ信号を用いれ
ば良い。又、この時、色符号化用モザイクフィルターの
付いていない受光素子を用いる場合には、照明光の波長
を短波長のみに制限すればよい。要するに、クロストー
クの影響を低減させて解像力を向上させるには、輝度信
号中の短波長光のウエイトを長波長光のウエイトに対し
て、より大きく設定すればよいのである。

【００１２】次に、イメージファイバ束の特性として、
このファイバー束と組み合わせられる対物光学系のＦＮ
ｏ．にクロストークが依存しており、そしてクロストー
クを最小にするＦＮｏ．が存在することについて説明す
る。上述の（１）式を用いて、上述の場合と同スペック
（光の波長は５００ｎｍ，ファイバーのコア径は１．９
５μｍ，画素間隔は３．６８μｍ，ＮＡ＝０．４９，フ
ァイバー長は１．５ｍ）のファイバー束について、Ｂ値
を計算してみると、下記の表１のような値が得られる。表１から、ＬＰ₀₁モードのＢ値が最も少ない値であるこ
とがわかる。従って、ＬＰ₀₁モードの光漏れ量が最も少
ないことが推察される。

【００１３】ファイバーで伝送される光は、各モードの
線形結合であるとして、これをＥtotal とすると、この
Ｅtotal は次式（４）で表される。ここで、Ａ_mlは各モードにかかるウエイトであり、Ｅ_ml
は各モードのモード関数である。このウエイトＡ_mlは、
ファイバー端面に入射する光の電界分布に依存し、次の
式により求めることができる。ここで、Ｏ（ｒ，θ）は入射光の電界分布であり、ｒ，
θはファイバーのコア中心を原点とする極座標を示すも
のであり、ｒが距離、θが角度である。前述したよう
に、クロストークの大きさはＬＰ₀₁モードが最も少ない
ため、ＬＰ₀₁モードのウエイトが最も大きく、且つ他の
モードのウエイトが小さくなるような入射光を与える
と、（４）式により、ファイバーで伝送されるトータル
のクロストークが最も少なくなることが分かる。

【００１４】次に、入射光の電界分布であるが、レンズ
により結像される像の電界分布は、物体として点光源を
与えた場合、一般に点像振幅分布と呼ばれ、で与えられる。尚、Ｊ₁（ｘ）は一次のベッセル関数、
λはファイバー内を伝搬する光の波長、ＦＮｏ．はレン
ズの開口（Ｆナンバー）である。この点像振幅分布の像
がファイバー端面に結像して、ファイバー内に複数のモ
ードが励振されるとき、各モードのウエイトは（５）式
のＯ（ｒ，θ）を（６）式に置き換えたものとなる。
（５）式は入射光の関数を各モードの関数で展開してい
ることを示しており、コアの中心に結像している場合を
考えると、（６）式の形がＬＰ₀₁モードのモード関数の
形とほぼ等しいときにＬＰ₀₁モードのウエイトが最も大
きくなり、他のモードのウエイトが小さくなる。

【００１５】ＬＰ₀₁モードの関数は具体的には、と表される。モード関数は（７−１）式及び（７−２）
式から理解できるように、コア内にそのパワーが集中し
ている。従って、モード関数の形状はコア内の関数であ
る（７−１）式が支配的である。よって、ＬＰ₀₁モード
のウエイトを大きくするためには、入射光の関数（６）
式とコア内のモード関数（７−１）式をほぼ等しくすれ
ばよい。

【００１６】入射光の関数（６）式とコア内のモード関
数（７−１）式をほぼ等しくするためのＦＮｏ．は、以
下のように考えることができる。即ち、（６）式，（７
−１）式は第１種ベッセル関数を含む疑似周期関数であ
り、この２つの関数が最初に０となる点をほぼ等しくす
ると、点像振幅分布とモード関数はほぼ同じ形となる。
夫々が最初に０となる点は、各式（６），（７−１）中
の（）内の値が夫々３．８３１７、２．４０４８となる
点である。従って、（）内の係数が夫々３．８３１７、
２．４０４８となるように、ファイバーのスペックに対
して入射光学系のＦＮｏ．を決定すれば、ＬＰ₀₁モード
が比較的大きく励振され、クロストークの少ない画像が
得られる。この二つの関数（６），（７−１）式の値が
０になる点を一致させた時のＦＮｏ．は、ＦＮｏ．≒１．９７ａ／（λｕ₀₁）（８）となる。

【００１７】しかし、実際にウエイトを計算してみる
と、図２に示すように（６）式が最初に０になる点ｒ₁
は、（７−１）式が最初に０になる点ｒ₂より大きい方
が、図２においてコア半径内における両曲線の軌跡がよ
り近似することになり、他のモードに対するＬＰ₀₁モー
ドのウエイトが大きくなるので好ましい。その時の
（８）式の係数は、図３の表２で係数を変化させた時
（但し、コア半径は１μｍ、λは６００ｎｍ、ｕ₀₁は
２．００６５７）のウエイトが示すように、１．９７で
はなくて２．２程度となる。この値は、波長又はコア半
径，ファイバのＮＡを変えた場合でも、ほぼ一定の値
（＝２．２）となる。

【００１８】従って、ＦＮｏ．≒２．２ａ／（λｕ₀₁）（９）で得られる（９）式がＬＰ₀₁モードのウエイトを最大に
するＦＮｏ．の条件であるが、他のモードのウエイトを
計算すると、（９）式を中心に或る範囲ではＬＰ₀₁モー
ドのウエイトに対して十分小さい値をとることになる。
よって、この範囲内であれば、ＬＰ₀₁モード以外のクロ
ストークの影響が少ないため、画質の低下も少ない。即
ち、（９）式で示す値の程度であればＬＰ₀₁モードのウ
エイトは十分大きい。又、図４から理解できるように、
ファイバーのコア径が同一であれば、ＮＡが大きいほど
ＬＰ₀₁モードの電界分布がコア内に良く閉じ込められ
る。つまり、コア径が同一であれば、イメージファイバ
のＮＡが大きい方がクロストークの面で有利であり、石
英系のイメージファイバ（一般にＮＡ＝０．３程度）よ
り多成分系のイメージファイバ（一般にＮＡ＝０．４以
上）の方が、ＮＡを大きくできて有利である。

【００１９】以上、モード関数と点像振幅分布の関係に
ついて、コアの中心のみ論じてきたが、コア全体につい
てもコアの中心だけ考えておけば十分であることを、次
に説明する。図５の表３（Ａ），（Ｂ）に、ＦＮｏ．を
変えた場合の（８）式又は（９）式の係数（ＦＮｏ．×
λｕ₀₁／ａ）と、各モードのウエイトを示す。表（Ａ）
はコアの中心における各モードのウエイトを振幅で表示
したものであり、表（Ｂ）はコア全体についてウエイト
を積分してＬＰ₀₁モードのウエイトを１に規格化して強
度比として表示したものである。表（Ａ），（Ｂ）にお
いて、下記の（１０）式を満たす範囲であれば、コア中
心でのＬＰ₀₁モードのウエイトが約５０％以上であり、
全体について積分した場合でもＬＰ₀₁モードのウエイト
が最も大きいことが理解できる。８・ａ／（λｕ₀₁）≧ＦＮｏ．≧１．４・ａ／（λｕ₀₁）（１０）又、クラッドの厚みが或る程度確保できる場合、（１
０）式の範囲を外れていても下記（１０′）式を満足し
ていればクロストークは十分に少なく、実用上問題はな
い。ＦＮｏ．≧ａ／（λｕ₀₁）（１０′）以上の説明から理解できるように、イメージファイバ束
のクロストークは、ファイバー束と組み合わせる対物光
学系のＦＮｏ．に依存し、クロストークを最小にする対
物光学系のＦＮｏ．が存在するのである。

【００２０】ところで、一般に内視鏡は図１１に示すよ
うに、照明光をライトガイド３によってスコープ先端ま
で導いている。この場合スコープ径を細くするためにラ
イトガイド３を構成するファイバーの本数をなるべく少
なく構成すると共に、これによる光量の減少分について
は対物レンズ５のＦＮｏ．を明るくするように構成する
ことで光量を大きくしている。このように対物レンズの
ＦＮｏ．を明るくする場合、ファイバー束のＮＡに相当
するＦＮｏ．程度まで対物光学系のＦＮｏ．を明るくす
ることができる。しかしながら、上述したように、クロ
ストークによる画質の劣化を低減させるには、対物光学
系のＦＮｏ．を（１０）式で求められる値（以後、最適
値という）にする必要がある。この値はファイバー束の
ＮＡに相当するＦＮｏ．より暗い値となる。例えば、コ
ア径２μｍで、ＮＡ＝０．３９のイメージファイバの場
合、波長６００ｎｍのとき、（１０）式の範囲内であっ
ても最も効果の高いＦＮｏ．は、およそ２．１である
が、一方でファイバーのＮＡに相当するＦＮｏ．はもっ
と明るい１．２８である。このように、単純にクロスト
ークを減らすためにＦＮｏ．を設定すると、明るさの点
で不利になってしまうという問題がある。

【００２１】そこで本発明においては、ＣＣＤ等の光電
変換素子により映像信号を作り、テレビモニター等で観
察するような内視鏡ＴＶ装置において、高解像を必要と
する輝度信号を得るときのみＦＮｏ．を最適値程度に設
定し、色信号を得るときにはＦＮｏ．を明るく設定する
ことで、解像力を向上させると共に、色ＳＮ比も確保す
ることができるようにした。その具体的な手法を示す
と、輝度信号と色信号とを光電変換素子から得られる異
なる出力信号より生成すると共に、該輝度信号を得るた
めの撮像時のイメージファイバ束への入射光束のＦＮ
ｏ．と色信号を得るための撮像時のイメージファイバ束
への入射光束のFＮｏ．を変化させる絞りを対物光学系
に設けて、輝度信号と色信号を時間的にずらして取り込
み、輝度信号を得るときのみ対物光学系の明るさ絞りを
最適値に変化させ、色信号を得るときには明るさ絞りを
イメージファイバ束のＮＡに相当するＦＮｏ．又はそれ
以上の明るさに設定しておけばよい。又、この場合、輝
度信号を得るときに画像の光量が減少するので、露出時
間を長くするか、又は電気系の利得を上げる必要があ
る。又、これと同様な考え方により、静止画像に対して
のみＦＮｏ．を最適値に設定し、動画像に対してはＦＮ
ｏ．をより明るく設定するようにしてもよい。これは、
人間の眼は静止画に対する解像力は高いが、動画に対し
ては解像力が低下するためである。従って、動画を検知
する回路を設け、被写体の動きが小さいときのみ静止画
として対物光学系のＦＮｏ．を最適値に設定すること
で、良好な画像が得られることになる。

【００２２】又、図６に示すような、一般に面順次式と
呼ばれる撮像系で画質の改善を行う場合について説明す
る。この方式は、波長域の異なる複数の照明光を順次被
写体に照射し、夫々の照射時間に取り込まれた信号から
映像信号を合成するものである。即ち、光源装置１２に
おいて、回転フィルター１３を介して波長域の異なる照
明光が順次ライトガイド１４の入射端に照射され、ライ
トガイド１４を伝送された各照明光はその射出端から照
明レンズ１５を介して物体に照射される。そして、対物
レンズ１６によって各照明光による物体の像がイメージ
ガイド１７の入射端に結像され、そしてこの像はイメー
ジガイド１７を伝送されて投影レンズ１８によってＣＣ
Ｄイメージセンサ１９上に投影される。この像はＣＣＤ
１９で光電変換され、夫々の照射時間に取り込まれた信
号は、同期回路２０の信号を受ける色分離回路２１で
Ｒ，Ｇ，Ｂの各信号に分離される。各信号は夫々メモリ
２２，２３，２４でメモリされた後、プロセス回路２５
を介して出力され、映像信号が合成されるようになって
いる。

【００２３】このように、本内視鏡ＴＶ装置では、異な
った波長域の光を時間的にずらして使用しているので、
夫々の波長域においてＦＮｏ．が最適値となるよう、対
物レンズ１６の明るさ絞りをその都度変化させればクロ
ストークの影響を低減させることができる。又、クロス
トークの波長依存性を考慮して、クロストークが急激に
増加する長波長側を含んだ波長域の光で被写体を照射す
るときのみ、対物レンズのＦＮｏ．を最適値とするよう
に制御するようにしてもよい。この場合、その他の波長
域でＦＮｏ．を明るくしておけば、解像力を向上できる
と共に、明るさについても有利な画像が得られる。以
上、入射光学系についてのみ述べてきたが、ファイバー
の射出端面においても同様のことがいえる。射出側光学
系（例えば図１１の投影レンズ７）のＦＮｏ．にもクロ
ストークの影響を最小にする最適値が存在しており、前
述したように電子撮像系と可変絞りを組み合わせること
で解像力を向上させることが可能である。

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【実施例】以下、本発明の第一実施例について、図７に
より説明する。図７は内視鏡ＴＶ装置の要部構成図であ
り、対物レンズ３７は、内視鏡の照明光学系により照明
された物体の像を、イメージファイバ束３８の入射端面
に結像させるものであり、イメージファイバ束３８は各
繊維が細径且つ高画素に形成されていて入射端面に結像
された物体の像をその射出端面に伝送する。投影レンズ
３９はこの射出端面の後方に位置して物体の像を、カラ
ーモザイクフィルター４０を介してＣＣＤ４１の面上に
結像させる。受光した光を光電変換するＣＣＤ４１に電
気的に接続された色分離回路４２は、電気信号をＲ信
号，Ｇ信号，Ｂ信号の各原色信号に変換するものであ
り、マトリクス回路４３はこれら原色信号を更にＲ−Ｙ
とＢ−Ｙの２種の色信号とＹ信号（輝度信号）に変換さ
せる。マトリクス回路４３における各信号の合成は以下
の式によって行われるようになっている。色信号Ｒ−Ｙ＝０．７Ｒ−０．５９Ｇ−０．１１ＢＢ−Ｙ＝−０．３Ｒ−０．５９Ｇ＋０．８９Ｂ輝度信号Ｙ＝０．７Ｇ＋０．３Ｂ（１１）

【００３２】従来の撮像装置では、Ｙ信号は上述の
（２）式によって合成されるようになっているが、本実
施例ではクロストークの影響を低減させるために、長波
長域のＲ信号の係数を０にして、その分を比較的短波長
域のＧ信号とＢ信号に夫々振り分けている。又、マトリ
クス回路４３に接続される合成回路４４では、２種の色
信号とＹ信号をＮＴＳＣ又はＰＡＬ等の方式の映像信号
に合成してテレビモニター等に出力するようになってい
る。

【００３３】本実施例は上述のように構成されているか
ら、内視鏡の照明光学系によって照射された物体は、対
物レンズ３７によってイメージファイバ束３８の入射端
面に結像され、その射出端面まで伝送される。この時、
イメージファイバ束３８の各ファイバーは細径であるた
め、各ファイバー間にクロストークが発生する。そし
て、物体像は投影レンズ３９によって、カラーモザイク
フィルター４０を介してＣＣＤ４１上に結像され、光電
変換される。この電気信号は色分離回路４２によって
Ｒ，Ｇ，Ｂの各原色信号に変換された後、マトリクス回
路４３でＲ−Ｙ信号とＢ−Ｙ信号の２種の色信号と輝度
信号（Ｙ信号）とに変換されるが、輝度信号は（１１）
式により長波長域のＲ信号成分が除去されているため、
解像力の良い画像が得られる。又、２種の色信号につい
ては、人間の眼が色情報に対しては高解像でない特性を
有するため、Ｒ信号を含めた広い範囲の波長が用いられ
ている。このようにして得られた色信号及び輝度信号
は、合成回路４４で映像信号に合成され、テレビモニタ
ー等で表示される。

【００３４】上述のように本実施例は、細径で高画素の
イメージファイバを用いているが、クロストークの大き
い長波長域のＲ信号のウエイトを０にして輝度信号を作
るようにしたから、クロストークを減少させて、輝度情
報の解像力を向上させることができる。

【００３５】次に、本発明の第二実施例を図８により説
明する。図８は内視鏡ＴＶ装置の要部構成図を示すもの
であり、本実施例では、マトリクス回路４３において、
Ｙ信号は最も短波長域のＢ（青色成分）信号のみによっ
て作成されるようになっている。そのため、色分離回路
４２から出力される原色信号であるＢ信号は、マトリク
ス回路４３と合成回路４４とに夫々入力されるように配
線されている。尚、Ｂ信号はマトリクス回路４３を介し
て合成回路４４にＹ信号として出力されるようにしても
よい。本実施例では、クロストークの最も少ないＢ信号
のみによって輝度信号を作るようになっているから、輝
度情報の解像力は非常に高いものになる。

【００３６】又、上述の例以外に、輝度信号は次式によ
って与えられるようにしてもよい。Ｙ＝√（ｃ・Ｇ・Ｂ）尚、ｃは比例定数である。このように構成しても、クロ
ストークの影響を低減できて、輝度信号の解像力を向上
させることができる。

【００３７】次に、本発明の第三実施例を図９により説
明する。図９は内視鏡ＴＶ装置の要部構成図を示すもの
であり、対物レンズ３７には絞り径可変の明るさ絞り４
６が配置されており、輝度信号を得るときには絞り径を
ＦＮｏ．が最適値になるように絞り込み、色信号を得る
時など通常時は絞り径が開かれた状態に制御されるよう
になっている。絞り径を変化させる時間はタイミング発
生器４７によって制御され、絞り径を最適値に絞り込ん
だ時には光量が減少するので、露出時間が長く制御され
るようになっている。タイミング発生器４７はＣＣＤド
ライバ４８を介してＣＣＤ４１に電気的に接続され、タ
イミング発生器４７と同期してＣＣＤ４１が読み出しの
ために駆動制御される。輝度信号・色信号分離回路４９
は、ＣＣＤ４１から入力される光電変換信号が輝度信号
用と色信号用とで時間的に分けて取り入れられ、タイミ
ング発生器４７からの信号によって輝度信号用回路５０
と色信号用回路５１とに切り換えて出力するようになっ
ている。

【００３８】輝度信号用回路５０は、輝度信号・色信号
分離回路４９から出力された信号を記憶するメモリ５２
と、入力信号を各原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに分離させる色分
離回路４２ａと、各原色信号から輝度信号を作るマトリ
クス回路４３ａとから構成されている。又、色信号用回
路５１は、入力信号を各原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに分離させ
る色分離回路４２ｂと、各原色信号からＲ−ＹとＢ−Ｙ
の２種の色信号を作るマトリクス回路４３ｂとから構成
されている。

【００３９】本実施例は上述のように構成されているか
ら、物体の像がＣＣＤ４１上に結像されると、光電変換
された出力信号は輝度信号・色信号分離回路４９に入力
され、タイミング発生器４７からの信号によって輝度信
号用回路５０と色信号用回路５１とに切り換えて出力さ
れることで、輝度信号用と色信号用とで信号出力の時間
がずらされている。即ち、輝度信号を得るときには、タ
イミング発生器４７によって明るさ絞り４６の絞り径は
ＦＮｏ．が最適値になるよう絞り込まれ、十分な露光量
が得られるまでその状態に維持される。そして、ＣＣＤ
４１で得られた信号は、輝度信号・色信号分離回路４９
によって輝度信号用回路５０に入力され、色分離回路４
２ａでＲ，Ｇ，Ｂ三原色信号に分離され、マトリクス回
路４３ａでＹ信号が生成される。又、色信号を得る場
合、輝度信号を得て所定時間経過後にタイミング発生器
４７からの信号によって明るさ絞り４６の径が所定の大
きさ（例えばイメージファイバ束３８のＮＡに相当する
ＦＮｏ．が得られる程度の径）に開かれ、ＣＣＤ４１で
得られた信号は、輝度信号・色信号分離回路４９によっ
て色信号用回路５１に入力され、色分離回路４２ｂを介
してマトリクス回路４３ｂでＲ−Ｙ信号とＢ−Ｙ信号の
２種の色信号が生成される。

【００４０】ここで数値例を示せば、イメージファイバ
のスペックをコア径３μｍ，ＮＡ＝０．５とするとき、
輝度信号中最もウエイトの大きいＧ信号のクロストーク
を減少させるために、輝度信号を得るときのＦＮｏ．
は、ファイバー内を伝送される光の波長が約５００ｎｍ
のときの最適値である３．０とすればよい。又、色信号
を得るときは、色ＳＮ比を稼ぐために、ＦＮｏ．を１．
０程度とすることが望ましい。

【００４１】以上のように、本実施例によれば、輝度信
号を得るときのみ明るさ絞り４６を絞り込むことで、輝
度信号の解像力を向上させることができる。

【００４２】次に、本発明の第四実施例を図１０により
説明する。図１０は本実施例による内視鏡ＴＶ装置の要
部構成図を示すものであり、照明光学系の光源装置５３
内において、光源５４とライトガイド５５の入射端面と
の間には、モータ５６によって回転可能な回転フィルタ
ー５７が配設されている。回転フィルター５７は円形で
円周方向にＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）のフィルター
が配列されていて、回転することによっていずれかの色
のフィルターが光路上に進出するようになっている。そ
のため、Ｒ，Ｇ，Ｂの照明光が順次物体に照射され、夫
々の照明光についてのＣＣＤ４１の出力がＲ信号、Ｇ信
号、Ｂ信号として用いられる。明るさ絞り４６とモータ
５６は同期回路５８によって接続され、明るさ絞り４６
は回転フィルター５７の回転と同期して絞り径が変化さ
せられる。本実施例では、Ｒフィルターで照明するとき
のみその波長域での最適値に絞り径が絞り込まれ、クロ
ストークによる画像の劣化が抑制される。絞り径を絞り
込むことによる光量の低下はＲの照明光の照明時間とＣ
ＣＤ４１の露出時間を増すことによって、補うようにし
ている。このように構成することで、Ｒ，Ｇ，Ｂの各照
明光を選択する都度絞り径を変化させる構成の装置（こ
のように構成してもよい）と比較して、回路等の構成を
簡単にすることができる。

【００４３】ＣＣＤ４１から出力さた出力信号は、色分
離回路４２でＲ、Ｇ、Ｂ三原色信号に分離され、夫々メ
モリ５９ａ，５９ｂ，５９ｃでメモリされた後プロセス
回路６０でＲＧＢ出力されるようになっている。

【００４４】さて、本実施例について数値例を述べる
と、イメージファイバのスペックをコア径２μｍ、ＮＡ
＝０．５とするとき、Ｒの照明光の波長域において、ク
ロストークの影響を少なくするためのＦＮｏ．は約１．
９程度である。従って、他のＧ、Ｂの照明光に対して
は、明るさを稼ぐためにＦＮｏ．を１程度としておき、
Ｒの照明光のときのみＦＮｏ．を１．９とすれば、映像
信号の解像力を向上させることができる。

【００４５】

【発明の効果】上述のように、本発明による内視鏡装置
は、イメージファイバの細径化や高画素化に伴うクロス
トークの発生による画質の劣化を、減少又は補正して解
像力の優れた装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】クロストークのパラメータであるＢ値とファイ
バー内を伝搬する光の波長λとの関係を示すグラフであ
る。

【図２】ファイバーのコア径に対する点像振幅分布とモ
ード関数との関係を示す図である。

【図３】表２は、（８）式及び（９）式の係数を変化さ
せた場合の各モードのウエイトの変化を示すものであ
る。

【図４】イメージファイバのＮＡを変化させた場合のパ
ワー分布を示す図である。

【図５】表３の（Ａ）は、ＦＮｏ．を変えた場合の、コ
ア中心における各モードのウエイトを振幅で示す表、
（Ｂ）はＦＮｏ．を変えた場合の、コア全体における各
モードのウエイトを強度比で示す表である。

【図６】本発明の一つの構成を示す、面順次式の撮像系
の要部構成図である。

【図７】本発明の第一実施例を示す内視鏡ＴＶ装置の要
部構成図である。

【図８】本発明の第二実施例を示す内視鏡ＴＶ装置の要
部構成図である。

【図９】本発明の第三実施例を示す内視鏡ＴＶ装置の要
部構成図である。

【図１０】本発明の第四実施例を示す内視鏡ＴＶ装置の
要部構成図である。

【図１１】従来の内視鏡ＴＶ装置の要部構成図である。

【符号の説明】

１７……イメージガイド、１３，５７……回転フィルタ
ー、１９，４１……ＣＣＤ、２１，４２，４２ａ，４２
ｂ……色分離回路、３８……イメージファイバ束、４
３，４３ａ，４３ｂ……マトリクス回路、４９……輝度
信号・色信号分離回路。

フロントページの続き (56)参考文献特開平１−86931（ＪＰ，Ａ) 特開平１−126946（ＪＰ，Ａ) 特開平２−171873（ＪＰ，Ａ) 特開平５−228108（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 7/18 A61B 1/04 G02B 23/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】イメージファイバ束の射出端面の画像を結
像光学系により光電変換素子上に形成し、該光電変換素
子から得られる信号を電子回路に供給して輝度信号と色
信号を生成し、これらの信号より映像信号を合成して、
該映像信号に基づいてモニターＴＶに画像を表示するよ
うにした内視鏡ＴＶ装置において、前記輝度信号の長波長成分を表す信号のウエイトに対す
る短波長成分を表す信号のウエイトを、通常のＴＶ信号
よりも大きくしたことを特徴とする内視鏡ＴＶ装置。
【請求項２】前記輝度信号が青色光成分のみから成るこ
とを特徴とする請求項１に記載の内視鏡ＴＶ装置。
【請求項３】物体の像を対物光学系によりイメージファ
イバ束の入射端面上に形成し、該イメージファイバ束に
より伝達されてその射出端面に現れた画像を結像光学系
により光電変換素子上に形成し、該光電変換素子から得
られる信号を電子回路に供給して輝度信号と色信号を生
成し、これらの信号より映像信号を合成して、該映像信
号に基づいてモニターＴＶに画像を表示するようにした
内視鏡ＴＶ装置において、前記輝度信号と色信号とを前記光電変換素子から得られ
る異なる出力信号より生成すると共に、該輝度信号を得
るための撮像時のイメージファイバ束への入射光束のＦ
ナンバーと前記色信号を得るための撮像時のイメージフ
ァイバ束への入射光束のＦナンバーを変化させる絞りを
前記対物光学系に設けたことを特徴とする内視鏡ＴＶ装
置。
【請求項４】波長域の異なる照明光を順次物体に照射
し、該物体の像を対物光学系により形成してイメージフ
ァイバ束で伝送し、その射出端面に現れる画像を結像光
学系により光電変換素子上に生成し、各波長域毎に前記
光電変換素子から得られる信号を電子回路により映像信
号に変換し、該映像信号に基づいてモニターＴＶに画像
を表示するようにした内視鏡ＴＶ装置において、前記照明光の波長域の変化に応じてイメージファイバ束
への入射光束のＦナンバーを変化させる絞りを、前記対
物光学系中に設けたことを特徴とする内視鏡ＴＶ装置。