JP3257640B2

JP3257640B2 - 立体視内視鏡装置

Info

Publication number: JP3257640B2
Application number: JP30907492A
Authority: JP
Inventors: 厚貴俵; 伸章安久井; 晶弘田口; 進高橋; 哲丸窪田; 聡本間; 明雄中田; 厳金森; 豊治榛澤; 孝深谷; 敏彦橋口; 明彦望田; 謙二吉野; 均唐沢; 圭介斎藤
Original assignee: Olympus Optic Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1992-06-09
Filing date: 1992-11-18
Publication date: 2002-02-18
Anticipated expiration: 2017-02-18
Also published as: US5577991A; JPH0659196A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被写体を表示し立体的
に観察可能とする立体視内視鏡装置であって、特に、左
右被写体像のズレ量を適正に校正可能とした装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、体腔内に細長な挿入部を挿入する
ことにより、体腔内の臓器を観察したり、必要に応じ、
処置具チャンネル内に挿入した処置具を用いて、各種治
療処置のできる内視鏡が広く用いられている。また、ボ
イラー・ガスタービンエンジン・化学プラント等の配管
・自動車エンジンのボディ等の内部の傷や腐蝕等の観察
や検査等に、工業用内視鏡が広く利用されている。

【０００３】前記内視鏡には、挿入部が軟性で、口腔等
から屈曲した体腔内を挿通して、体腔内の患部を観察、
あるいは診断できる軟性内視鏡がある。また、前記内視
鏡としては、挿入部が硬性で、目的部位に向けて直線的
に挿入される硬性内視鏡がある。

【０００４】前記軟性内視鏡は、光学式のものでは、可
撓性のイメージガイドファイバを用い、このファイバを
像伝達手段としている。

【０００５】また、前記硬性内視鏡は、挿入部が硬性で
あるので、狙撃性に優れていると共に、像伝達手段とし
て、一般にリレー光学系を用いて、光学像を得るように
なっている。

【０００６】さらに、硬性内視鏡も含め内視鏡には、光
学像を肉眼で直接観察するものと、電荷結合素子（ＣＣ
Ｄ）等の固体撮像素子を撮像手段に用いたものが提案さ
れている。

【０００７】前述した各内視鏡は、検査対象である例え
ば体腔内を、遠近感の無い平面として見るものがほとん
どである。しかし、従来の内視鏡は、診断指標として非
常に重要な、例えば体腔内壁表面の微細な凹凸を観察す
ることが困難であった。これに対処するため、立体視内
視鏡が提案されている。例えば、特開昭５７−６９８３
９号公報には、二本で一対のイメージガイドの各一端に
それぞれ対物レンズを設け、他端に接眼レンズを設けた
ものが開示されている。この立体視内視鏡では、前記二
本のイメージガイドを一対として、内視鏡挿入部に内装
し、一対の対物レンズと観察対象点とのなす輻輳角を立
体視可能な角度となるようにして、体腔内を立体的に観
察できるようにしている。

【０００８】前記従来の立体視内視鏡は、軟性内視鏡に
適用した例であるが、立体視硬性内視鏡としては、二つ
のリレー光学系を平行して配置し、二つのリレー光学系
で得られる光学像をＣＣＤ等で撮像し、立体的な観察を
可能とするものがある。また、米国特許４，９２４，８
３５号公報には、二つの光伝達手段と、二つのシャッタ
とを備え、これら光伝達手段で得られる二つの光像をシ
ャッタで交互に遮蔽し、立体観察を可能としているもの
が記載されている。

【０００９】前述したように、立体視硬性内視鏡は、視
差を有する左右の光学像を観察者に提供するものであ
る。観察者が、特殊なメガネを介して肉眼で（直接）観
察することにより立体感を得るものがある一方、左右の
被写体像をモニタに表示して、立体像として観察できる
ようにした装置もある。

【００１０】この装置では、立体視硬性内視鏡の光学像
を撮像手段により電気信号に変換し、この電気信号を信
号処理してモニタに表示している。その表示には、同時
に左右の像を表示するものと、交互に表示するものとが
ある。

【００１１】いずれの表示方式のものでも、観察像画面
上に中央に位置する物体の左右の像が、前記メガネを介
して見た被写体像が画面上で一致することで、見やすい
立体感のある像として観察される。被写体像が画面上で
一致して観察されるには、対物レンズ位置から、ある一
定範囲の距離にある被写体が対象となり、立体視硬性内
視鏡では、そのように適正な範囲内（位置）で立体感が
得られるよう設計されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前記二つの光学系を用
いている立体視硬性内視鏡には、光学系と撮像手段とを
別体に構成し、着脱自在としたものがある。この立体視
硬性内視鏡では、異なる光学系、例えば視野方向、画
角、画面サイズが違う光学系と、撮像手段とを組み合わ
せる場合、光軸が狂い、左右の像が、モニタの観察画面
上でずれることがある。また光学系の倍率、被写体深度
の違いによっても、左像と右像との表示位置のズレが発
生する。

【００１３】左右像の表示位置ズレは、着脱自在な前記
内視鏡に限らず、光学系と撮像手段とをはじめから一体
に構成したものでも、機械的衝撃などにより発生するこ
ともある。

【００１４】左像と右像とは視差を有しているので、輪
郭などにズレはあるにしても、左右像の表示位置のズレ
量が適正範囲にあれば、観察者は、一致した像として違
和感なく（別々の像として感じることなく）立体感有る
像として観察できる。つまり、立体的な一つの像として
認識することができる。しかし、表示位置のズレ量が小
さかったり、あるいは大きすぎたりすると、像が一つに
ならず、ブレて（だぶって）見える。このとき、観察者
は、像を立体的に認識できないばかりでなく、非常に疲
労感をもよおす。

【００１５】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
で、光軸のズレ等に起因し、表示画面上における視差の
有る二つの被写体像の表示位置にズレが生じても、この
ズレ量を最適な立体感が得られる範囲に校正できるよう
にすると共に、観察者の疲労感を少なくできる立体視硬
性内視鏡装置を提供することを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明による立体視内視
鏡装置は、被写体を第１の被写体像として結像させる第
１の結像光学系と、前記被写体を前記第１の被写体像に
対して視差を有する第２の被写体像として結像させる第
２の結像光学系と、前記第１の結像光学系で結像された
前記第１の被写体像を撮像する第１の撮像手段と、前記
第２の結像光学系で結像された前記第２の被写体像を撮
像する第２の撮像手段と、前記第２の結像光学系の光軸
に対して前記第２の撮像手段の受光面の位置を相対的に
調整する位置調整機構とを具備したことを特徴とする。

【００１７】

【作用】上記構成において、被写体を第１の被写体像
に対して視差を有する第２の被写体像として結像させる
第２の結像光学系の光軸に対して、第２の撮像手段の受
光面の位置を位置調整機構により相対的に調整する。

【００１８】

【実施例】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５は本発明の一実施例に係り、図１
は立体視硬性内視鏡の構成図及び左右像のズレ量の説明
図、図２は立体硬性内視鏡用の校正具の断面図、図３は
立体硬性内視鏡の斜視図、図４は像の輪郭を比較する画
像範囲の説明図、図５は立体視硬性内視鏡装置の構成図
である。

【００１９】本実施例の立体視内視鏡装置として、硬性
内視鏡を用いた装置を例に説明する。図１（ａ）に示す
立体視硬性内視鏡４３は、立体観察を行うためのリレー
光学系４４ａ，４４ｂと、各々のリレー光学系４４ａ，
４４ｂが伝達した被写体像を撮像するＣＣＤ４５ａ，４
５ｂとを備えて、視差の有る左右被写体像を得るもので
ある。

【００２０】図３に示すように、前記立体視硬性内視鏡
４３は、硬性の挿入部４６と、この挿入部４６に連結さ
れた太径の操作保持部４７とを備えている。前記操作保
持部４７は、後方にケーブル４８を延出している。前記
挿入部４６には、前記リレー光学系４４ａ，４４ｂが内
臓されている。リレー光学系４４ａ，４４ｂは、図示し
ない遮光部材により互い遮光されている。

【００２１】また、前記操作保持部４７は、その先端側
にカバー部材４７ａと、このカバー部材４７ａの後端部
に螺合する保持部本体４７ｂとを有している。この保持
部本体４７ｂは、その後方に突出した突出部と螺合する
後方部材４７ｃが設けられている。後方部材４７ｃの後
端部は、前記ケーブル４８を覆う、例えば樹脂製のケー
ブル折れ止め４９が螺合している。また、カバー部材４
７ａと保持部本体４７ｂとの間には、螺合した際に生じ
る内部空間を水密に保つシール部材４７ｄが、介装され
ている。

【００２２】前記操作保持部４７のカバー部材４７ａ
は、リレー光学系４４ａ，４４ｂが伝達した各被写体像
を、その光軸の直角方向に反射するプリズム５０を配置
している。また、カバー部材４７ａは、プリズム５０が
反射した二つの被写体像を、リレー光学系の光軸と平行
な方向に反射すミラー５１ａ，５１ｂと、これらミラー
５１ａ，５１ｂが反射した像を結像する結像レンズ５２
ａ，５２ｂとを内臓している。

【００２３】前記操作保持部４７の保持部本体４７ｂ
は、先端開口近傍に、カバーガラス５３を装着してい
る。また、保持部本体４７ｂは、結像レンズ５２ａ，５
２ｂが結像した二つの被写体像を、カバーガラス５３を
介して、入射し撮像する前記ＣＣＤ４５ａ，４５ｂを内
臓している。ＣＣＤ４５ａ，４５ｂの後端には、周辺回
路５８ａ，５８ｂが設けられている。

【００２４】ＣＣＤ４５ａ，４５ｂは、結像した左被写
体像及び右被写体像を電気信号にそれぞれ変換し、前記
周辺回路５８ａ，５８ｂ、及びケーブル４８を介して、
図５に示す制御装置３０に出力するようになっている。

【００２５】また、前記立体視硬性内視鏡４３は、図示
しない照明光学系を内設し、被写体に照明光を供給する
ようになっている。前記制御装置３０は、前記照明光学
系への照明光の供給を行うようになっている。

【００２６】図５に示すように、前記制御装置３０は、
ケーブル４８を介して、立体視硬性内視鏡４３に電気的
に接続されている。この制御装置３０は、ＣＣＤ４５
ａ，４５ｂを駆動すると共に、出力された電気信号を信
号処理し、モニタ３１に左被写体像と右被写体像とを１
秒間に、例えば３０回交互に表示するようになってい
る。観察者は、遮光メガネを介して、モニタに表示され
た被写体像を立体像として観察できるようになってい
る。遮光メガネは、表示画像に同期して、左右が交互に
遮光されるようになっている。これは、残像現象を利用
して観察者に立体感を与えるもので、二つのリレー光学
系により伝達された左被写体像と右被写体像とが視差を
有するので、立体像として観察できる。

【００２７】図１（ａ）に示す立体視硬性内視鏡４３
は、操作保持部４７が、ＣＣＤを有する撮像側（後端
側）と、プリズム等を有する光学系（先端側）とに分離
できると共に、容易に一体に装着できる。つまり、前記
光学系側と、撮像側とを着脱自在とすることができる。
従って、この立体視硬性内視鏡４３は、前記光学系側
と、ＣＣＤとを一体に構成できるので、操作性に優れて
いる。さらに、例えば視野方向、倍率、画面サイズ、被
写体深度が異なる光学系と、画像数等の異なる撮像手段
との間で、多種類の組み合わせが構成できる。

【００２８】また、内視鏡挿入部に内臓されたリレー光
学系の光軸は、ＣＣＤの大きさに合うようにするため、
光路変更手段であるプリズム、及びミラーにより曲げて
いる。従って、この立体視硬性内視鏡４３は、分解能の
高い大きなＣＣＤを用いることができる。内視鏡挿入部
は、挿入性向上のため細径化が望まれており、二つのリ
レー光学系は可能な限り近づけて配置する必要がある。
そこで、この立体視硬性内視鏡４３では、ある程度、太
径となっても良い操作保持部４７に、光路変更手段を設
けると共に、二つのＣＣＤの光軸に光路を一致させてい
る。尚、立体視硬性内視鏡４３は、光路変更手段を撮像
手段側に設けても良い。

【００２９】一方、図２（ｂ）には、本実施例に係る立
体視硬性内視鏡用の校正具の断面を示している。図２
（ａ）は、図２（ｂ）のＡ方向矢視図である。

【００３０】図２（ｂ）に示す校正具１は、左右の被写
体像のズレ量を所定の位置で最適な立体感が得られるよ
う校正の基準となるものである。この校正具１は、前記
立体視硬性内視鏡用４３の挿入部４６先端に着脱自在に
嵌合し、装着されるようになっている。

【００３１】前記校正具１は、筒状で一端に開口２を有
すると共に、この開口２に内視鏡４３の挿入部４６先端
に着脱自在に嵌合するようになっている。また、校正具
１は、図２（ａ）に示すように、筒の内側底面１ａにズ
レ量校正の基準となる像（対象）３を形成している。こ
の校正具１は、内側底面の像３と、装着された内視鏡の
先端面との距離Ｌが、この内視鏡４３において、左右被
写体像のズレ量が最適に得られる距離とほぼ同じとなる
ように形成されている。

【００３２】図２（ａ）に示す前記距離Ｌは、通常、立
体視内視鏡で最もよく使用（設定）される被写体と対物
レンズ系の先端面との距離に設定する。例えば距離Ｌ
は、５０ｍｍまたは３０ｍｍとする。

【００３３】図１（ｂ）ないし（ｄ）は、モニタ上に表
示された被写体像の表示位置のズレ具合を示している。
この図では、図１（ｂ）が、図１（ａ）に示す位置Ｂで
の被写体像により得られたモニタ像を示している。ま
た、図１（ｃ）が、図１（ａ）に示す位置Ｃで、図１
（ｄ）が、図１（ａ）に示す位置Ｄのときのものであ
る。図に示す通り、位置Ｃのときが、左右の像が一致し
立体感があって、かつ観察時の疲労感も少なく見やすい
像となっている。また、位置Ｂでは遠すぎる一方、位置
Ｄでは近すぎて、像が分離しているので、観察者の疲労
は大きい。

【００３４】図５を参照して、制御装置３０の立体像に
関する信号処理系、及びその校正に関する構成及び作用
について説明する。前記制御装置３０は、ＣＣＤ４５
ａ，４５ｂが出力する電気信号に対して、γ補正等の処
理を施す信号処理回路３２ａ，３２ｂと、信号処理回路
３２ａ，３２ｂが出力する各映像信号をＡ／Ｄ変換する
Ａ／Ｄ変換器３３ａ，３３ｂと、各Ａ／Ｄ変換出力をフ
レーム毎に格納するフレームメモリ３４ａ，３４ｂと、
フレームメモリ３４ａ，３４ｂから読み出された各信号
をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器３５ａ，３５ｂとを備え
ている。

【００３５】また、前記制御装置３０は、Ｄ／Ａ変換器
３５ａ，３５ｂの各出力を交互に、前記モニタ３１に表
示する三次元変換処理回路３６を有している。観察者
は、モニタ３１の像を遮光メガネを介し見ることによ
り、被写体を立体感のある像として観察できる。

【００３６】尚、立体視を実現させる方式としては、モ
ニタ３１に左右の像を交互に表示するもの以外に、同時
に表示するものでも良い。

【００３７】さらに、前記制御装置３０は、Ａ／Ｄ変換
器３３ａ，３３ｂの出力する各映像から、像の輪郭を抽
出する輪郭抽出回路３７ａ，３７ｂと、この輪郭抽出回
路３７ａ，３７ｂの出力を比較して、画像のズレ量を検
出する画像ズレ検出回路３８と、この画像ズレ検出回路
３８の出力に応じて、前記フレームメモリ３４ａ，３４
ｂの読み出しをそれぞれ制御するメモリ制御回路３９
ａ，３９ｂとを備えている。

【００３８】前記画像ズレ検出回路３８は、前記内視鏡
の操作保持部４７に設けたボタン６０をＯＮすると、ズ
レ量検出を行うようになっている。そして、メモリ制御
回路３９ａ，３９ｂは、ズレ量が一致するように、フレ
ームメモリ３４ａ，３４ｂのアドレスの読み出し順を制
御する。

【００３９】ここで、制御装置３０は、ズレ量検出を一
度だけ検出するようにしても良いし、あるいは再度、画
像ズレ検出回路３８により、ズレ量を検出し、ズレが適
正な範囲に納まったことを確認するようにしても良い。
確認してズレていた場合には、再度、ズレ量を一致させ
るようにする。前記フレームメモリ３４ａ，３４ｂから
読み出された映像信号は、前記モニタ３１上で、表示位
置がほぼ一致し、観察者が立体感のある被写体像として
観察できる。

【００４０】ところで、通常、画像の中心で処置が行わ
れることが多く、また画像の周辺部は、中心とは異なる
距離に被写体（例えば臓器等）があり、中心とはズレ量
が異なり、ズレ量が大きなっている。そこで、左右の像
のズレ量を検出するために、内視鏡画像の一部を抽出す
る場合、図４に示すように、抽出範囲となる関心領域
は、中心部を含んで、画像サイズより小さく設定し、こ
の関心領域内で、画像のズレの比較を行えば良い。

【００４１】一方、ボタン６０がＯＦＦの場合、メモリ
制御回路３９ａ，３９ｂは、標準的な映像信号の読み出
しに従って、画面を構成する。また、メモリ制御回路３
９ａ，３９ｂは、フレームメモリ３４ａ，３４ｂの書き
込みも制御している。

【００４２】前記校正具１は、ほぼ位置Ｃと同じ長さ
に、前記距離Ｌを設定している。簡単な治具ではある
が、この校正具１を用いれば、本実施例の立体視硬性内
視鏡装置４０では、左右の像のズレ量を最適な位置で最
適な立体感が得られる校正の基準とすることができる。
このため、前記操作保持部４７には、校正用のボタン６
０を設けているので、このボタン６０を押せば、制御装
置３０の働きにより、左像と右像との表示位置のズレが
校正される。このとき、制御装置３０は、前記画像ズレ
検出回路３８が検出したズレ量に応じて、フレームメモ
リ３４ａ，３４ｂの読み出しが制御され、左及び右像の
表示位置のズレを校正し、モニタ３１上には、表示位置
がほぼ（最適に）一致した（左右）画像が表示される。
従って、観察者は、疲労感を感じることが少なく、最適
な立体感のある被写体像を観察することができる。

【００４３】前記のように、本実施例では、光軸ズレ等
に起因する左右の被写体像のズレを校正できる。そし
て、本実施例の立体視硬性内視鏡では、異なる光学系、
例えば視野方向、画角、画面サイズが違う光学系と、撮
像手段とを組み合わせた場合、左像と右像との表示位置
のズレが生じるが、これを校正することができる。ま
た、光学系の倍率、被写体深度の違いによって生じた左
像と右像との表示位置のズレも同様に校正できる。

【００４４】尚、本実施例は、調整手段としてＣＣＤが
出力する電気信号を用いて、電気的に調整を行ううもの
であるが、光学系を機械的に、または電気的な駆動によ
り調整する調整手段を設け、光軸ズレ等を調整すもので
も良い。また、前記ボタン６０は、フットスイッチでも
良い。また、本実施例の立体視内視鏡装置としては、硬
性内視鏡だけでなく、光伝達手段としてリレー光学系に
代えて、可撓性の有るイメージガイドファイバを用いて
いる軟性内視鏡の装置にも適用できる。

【００４５】ここで、光学系を機械的に調整する調整手
段の例を示す。

【００４６】一般に、立体視内視鏡装置においては、図
６に示すように、立体視内視鏡９１の接眼部に接続され
る撮像手段としてのＴＶカメラ９２ａ，９２ｂは、内蔵
されるＣＣＤ９３ａ，９３ｂが固定されており、立体視
内視鏡９１の光学系に対して位置が固定されている。立
体感のある良好な観察画像を得るためには、それぞれの
ＣＣＤに対して視野中心の像の位置を合わせる必要があ
るが、ＣＣＤが固定されているために、光学系のバラツ
キやＣＣＤの位置のバラツキ等によって視野中心の像が
同一の点に位置しないことが起こり得る。これにより、
最適な立体感のある被写体像として観察できない不具合
があった。

【００４７】そこで、図７ないし図９に示すように、光
学系とＣＣＤとの相対位置を機械的に調整する調整手段
を設けることにより、最適な立体視を行えるようにす
る。

【００４８】図７に示すように、立体視内視鏡１０１
は、二つの観察光学系１０２ａ，１０２ｂを有してお
り、後端部にＴＶカメラ１０３が接続されて視差のある
二つの被写体像が撮像されるようになっている。なお、
ここでは、前記実施例で操作保持部４７内に設けられた
結像光学系，ＣＣＤ等を別体に設けたＴＶカメラとして
説明する。

【００４９】ＴＶカメラ１０３には、結像レンズ１０４
ａ，１０４ｂが設けられており、結像レンズ１０４ａ，
１０４ｂの結像位置に被写体像を撮像するＣＣＤ１０５
ａ，１０５ｂが配設されている。このＣＣＤ１０５ａ，
１０５ｂは、光学系に対する相対位置を調整する位置調
整機構１０６ａ，１０６ｂによって、移動可能に設けら
れている。

【００５０】前記位置調整機構１０６ａ，１０６ｂの構
成を図８及び図９を参照して説明する。図９は図８を後
方（ＣＣＤ側）から見た図である。

【００５１】レンズ鏡筒１０７には、焦点調節レンズ系
１０８及び変倍レンズ系１０９が配設されており、それ
ぞれ調節枠１１０，１１１によって保持されている。焦
点等の調整を行う際には、調節枠１１０，１１１を操作
することによって、焦点、及び倍率調整を行うようにな
っている。

【００５２】レンズ鏡筒１０７の後端部には、ＣＣＤ枠
１１２が取り付けられている。ＣＣＤ枠１１２は、内部
にＣＣＤ１０５ａあるいは１０５ｂが固定され、レンズ
鏡筒１０７に対して変位可能になっており、レンズ鏡筒
１０７に設けられた複数の調整用ビス１１４及び固定用
ビス１１５によって位置決め固定されるようになってい
る。ＣＣＤ枠１１２には、前端側外周部に固定用Ｖ溝１
１６が周回状に形成され、前記固定用ビス１１５が係合
するようになっている。さらに、ＣＣＤ枠１１２はＣＣ
Ｄ枠押え１１３によって固定されるようになっている。
以上の構成により、位置調整機構１０６ａ，１０６ｂが
形成されている。なお、位置調整機構は、一方の光学系
のみに設けても良い。

【００５３】光学系とＣＣＤとの相対位置を調整する際
には、まず固定用ビス１１５を十分に緩めておき、複数
の調整用ビス１１４を締めたり、緩めたりすることによ
って、図９に示すようにＣＣＤ枠１１２を相対的に上下
左右方向に移動させる。また、ＣＣＤ枠押え１１３を緩
めておき、ＣＣＤ枠１１２を回転させてレンズ鏡筒１０
７とＣＣＤ枠１１２との相対的角度を変えることによっ
て、回転方向の調整を行う。以上により、ＣＣＤが光学
系の光軸に垂直な平面上（像面上）で移動し、光学系に
対するＣＣＤの位置が調整される。

【００５４】ＣＣＤの相対位置の調整が終了した後、固
定用ビス１１５を締めることによって、ＣＣＤ枠１１２
は前端側外周部に形成された固定用Ｖ溝１１６に従って
レンズ鏡筒１０７に呼び寄せられ固定される。そして、
ＣＣＤ枠押え１１３を締めることにより、ＣＣＤ枠１１
２はレンズ鏡筒１０７に完全に固定される。

【００５５】このように、光学系とＣＣＤとの相対位置
を調整することによって、２つのＣＣＤで撮像される観
察画像において、視野中心の像の位置を一致させること
ができ、最適な立体感のある被写体像を観察することが
できる。

【００５６】また、光学系を電気的な駆動により調整す
る調整手段の例を図１０ないし図１２に示す。図１０は
電気的な駆動によりＣＣＤの相対位置を調整する位置調
整機構１２１を示した図であり、図１１は位置調整機構
１２１を前方（光学系側）から見た図、図１２は位置調
整機構１２１を後方（ＣＣＤ側）から見た図である。

【００５７】固定筒１２２の後端部にはレンズ鏡筒１２
３が回転可能に取り付けられている。レンズ鏡筒１２３
の外周部には、レンズ鏡筒回転用のモータ１２５の本体
が固定されており、モータ１２５の回転軸に設けられた
ピニオンが固定筒１２２の外周部に設けられた歯車部１
２４に噛合している。レンズ鏡筒１２３内には、焦点調
節レンズ系１０８及び変倍レンズ系１０９が配設されて
おり、それぞれ調節枠１２６，１２７によって保持され
ている。レンズ鏡筒１２３の外周部には、さらに焦点調
整用のモータ１２８及び倍率調整用のモータ１２９の本
体がそれぞれ固定されており、モータの回転軸に設けら
れたピニオンが前記調節枠１２６，１２７の歯車部にそ
れぞれ噛合している。焦点等の調整を行う際には、図示
しない駆動回路によってモータ１２８，１２９を回転さ
せて調節枠１２６，１２７を駆動することによって、焦
点、及び倍率調整を行うようになっている。

【００５８】レンズ鏡筒１２３の後端部には、角筒状の
変位部材１３０がレンズ鏡筒１２３に対して上下方向に
変位可能に取り付けられており、さらに、変位部材１３
０の後端部に、ＣＣＤ枠１３１が変位部材１３０に対し
て左右方向に変位可能に取り付けられている。ＣＣＤ枠
１３１内には、ＣＣＤ１３６が固定されている。変位部
材１３０の外周部には、ＣＣＤ位置調整用のモータ１３
２及び１３３の本体が固定されている。レンズ鏡筒１２
３後端の方形状ツバ部の側面部には、ラック１３４が形
成されており、前記モータ１３２の回転軸に設けられた
ピニオンが噛合している。また、ＣＣＤ枠１３１前端の
方形状ツバ部の上面部には、ラック１３５が形成されて
おり、前記モータ１３３の回転軸に設けられたピニオン
が噛合している。前記ＣＣＤ位置調整用のモータ１３２
及び１３３を図示しない駆動回路により回転させること
によって、変位部材１３０及びＣＣＤ枠１３１が変位可
能になっている。以上の構成により、位置調整機構１２
１が形成されている。

【００５９】光学系とＣＣＤとの相対位置を調整する際
には、図示しない駆動回路によって、ＣＣＤ位置調整用
のモータ１３２を回転させることによって、図１１に示
すように変位部材１３０をレンズ鏡筒１２３に対して上
下方向に変位させる。また、モータ１３３を回転させる
ことによって、図１２に示すようにＣＣＤ枠１３１をレ
ンズ鏡筒１２３に対して左右方向に変位させる。これに
より、上下左右方向のＣＣＤの位置決めが行われる。ま
た、回転方向の調整を行う場合には、図示しない駆動回
路によってレンズ鏡筒回転用のモータ１２５を回転させ
ることにより、レンズ鏡筒１２３，変位部材１３０，Ｃ
ＣＤ枠１３１を固定筒１２２に対して回動させる。以上
により、ＣＣＤが光学系の光軸に垂直な平面上で移動
し、光学系に対するＣＣＤの位置が調整される。

【００６０】このように、光学系とＣＣＤとの相対位置
を調整することによって、前述の機械的な調整手段と同
様に、２つのＣＣＤで撮像される観察画像において、視
野中心の像の位置を一致させることができ、最適な立体
感のある被写体像を観察することができる。

【００６１】また、前述のように光学系とＣＣＤとの相
対位置を調整する場合において、２つの光学系のバラツ
キにより左右の視野マスクがずれてしまい、視野マスク
が二重に映って見づらい画像となってしまうことがあっ
た。そこで、図１３に示すような視野マスク移動機構１
４１を設けることにより、左右の視野マスクを一致させ
ることができ、良好な立体視観察画像を得ることができ
る。

【００６２】レンズ鏡筒１４２には、リレーレンズ系１
４３が配設されており、レンズ鏡筒１４２後端部内部の
リレーレンズ系１４３後方には、マスク管１４４が配置
されている。マスク管１４４の前端部には、視野マスク
１４５が設けられている。マスク管１４４の後端側外周
部には、周回状に固定用Ｖ溝１４６が形成されており、
レンズ鏡筒１４２に設けられた調整ネジ１４７が係合す
るようになっている。この調整ネジ１４７は、レンズ鏡
筒１４２の周方向に複数、例えば３つ設けられている。
また、マスク管１４４の後端部には、接眼レンズ１４８
が設けられている。以上の構成により、視野マスク移動
機構１４１が形成されている。なお、視野マスク移動機
構は、一方の光学系に設けても良いし、左右両方に設け
るようにしても良い。

【００６３】視野マスクを調整する際には、複数の調整
ネジ１４７を締めたり、緩めたりすることによって、図
１４に示すように視野マスク１４５を光学系に対して相
対的に上下左右方向、及び回転方向に移動させる。図１
４の立体視内視鏡１４９では、一方の視野マスク１４５
が移動マスクとなっており、他方が固定マスク１５０と
なっている。

【００６４】このように、一方の視野マスク１４５を光
学系の光軸に垂直な平面上で移動させることによって、
内視鏡先端より所定の距離離れた点Ａ（例えば被写体の
略中心点）において固定マスク１５０の中心線と移動マ
スク１４５の中心線とが交わるように、光学系に対する
視野マスクの位置が調整される。これにより、左右の視
野マスクを一致させることができ、良好な立体視観察画
像を得ることができる。

【００６５】図１５に示す立体視硬性内視鏡４２は、自
動フォーカシングのためのフォーカシング機構を有して
いるものである。この内視鏡４２は、フォーカシング機
構の構成が加わった以外は、前記実施例と同じ構成なの
で同じ符号を付して説明を省略する。以下、異なる構成
及び作用のみ説明する。

【００６６】前記プリズム５０の後方には、ステップモ
ータ２０が配置されていると共に、前記保持部本体４７
ｂに固定されている。このステップモータ２０の後方に
は、先端に雄ネジが形成された軸２１が突設されてい
る。この軸２１には、その先端の雄ネジと螺合する雌ネ
ジを中心に形成した固定部材２２が、保持部本体４７ｂ
に固定されている。この固定部材２２は、前記固定され
た結像レンズ５２ａとＣＣＤ４５ａ、及び固定された結
像レンズ５２ｂとＣＣＤ４５ｂの間に、それぞれ介装さ
れる焦点レンズ２３ａ，２３ｂを装着している。

【００６７】前記構成で、ステップモータ２０を駆動す
ることにより、軸２１が所定の角度だけ微小に回転し、
焦点レンズ２３ａ，２３ｂが前後に移動する。このよう
に、前記結像レンズとＣＣＤとの間に介装された焦点レ
ンズ２３ａ，２３ｂの位置が制御でき、その位置に応じ
て、ＣＣＤ４５ａ，４５ｂ上の焦点距離を可変すること
ができる。

【００６８】従来のものは、フォーカシングを行う際、
二つの撮像手段それぞれについて、個々にフォーカシン
グを行う必要があった。立体視内視鏡では、左右の像
が、ほぼ、同一位置に表示される必要があり、左右の焦
点距離を一致させる必要性の上からフォーカシングは複
雑であった。

【００６９】図１５に示す立体視硬性内視鏡では、二つ
の光学系の焦点レンズを一体駆動型に構成して、フォー
カシング動作をするようにしたので、左右のフォーカシ
ングを一致させることが容易で、かつＣＣＤの出力信号
を基にステップモータを制御すれば、自動焦点調整手段
を構成することができる。

【００７０】図１６には、自動焦点に関する機構と電気
回路が示されている。図１６に示す自動焦点機構は、フ
ォーカシングの調整時間短縮を図るため、画面上で画像
がぼけない範囲で、かつ左右共通の範囲に相当する距離
分だけ、焦点をずらして設定してある。図１６に示す符
号ｄが、設定されたフォーカスのズレ量の許容範囲であ
る。ズレ量の許容範囲ｄ内では、いずれの位置でも、画
面上の画像がぼけることはない。尚、図では、分かりや
すくするため、ズレ量を誇張して描いている。

【００７１】図１６に示す自動焦点調整回路２４は、Ｃ
ＣＤ４５ａ，４５ｂの出力から、画像の輪郭をそれぞれ
抽出する輪郭抽出回路２５ａ，２５ｂと、抽出した輪郭
を比較する輪郭比較回路２６ａ，２６ｂと、この輪郭比
較回路２６ａ，２６ｂの出力を基に、最適な結像位置を
検出する最適結像位置判断回路２７とを有している。

【００７２】前記最適結像位置判断回路２７は、移動量
指示回路２８に与えられ、移動量指示回路２８は、モー
タ駆動回路２９を介して、前記ステップモータ２０を駆
動する。

【００７３】前記構成で、左右の焦点レンズ２３ａ，２
３ｂから出た光は、左右のＣＣＤ上に焦点を結ぶが、一
方が合焦の時、他方は合焦位置からややずれるようにし
ている。合焦を得るため焦点レンズ２３ａ，２３ｂを一
体に前後動させた場合、自動焦点調整回路２４は、ズレ
量の許容範囲ｄ内に納まれば、合焦と判断できるので、
フォーカス調整の時間短縮を図ることができる。また、
前述したように、本構成では、初期調整だけを行えば、
左右のフォーカシングを一致させることは、容易にでき
る。

【００７４】図１７に示す立体視硬性内視鏡装置は、図
１６に示す構成の変形例である。立体視硬性内視鏡４２
Ａ内には、図１５に示す構成に加えて、ハーフプリズム
６１と、調整用ＣＣＤ６２と、周辺回路６３とを有して
いる。ハーフプリズム６１は、前記焦点レンズ２３ａを
通過した光を二分割し、一方の光を前記ＣＣＤ４５ａに
入射させると共に、他方の光を調整用ＣＣＤ６２に入射
させるようになっている。

【００７５】ＣＣＤ４５ａとＣＣＤ４５ｂとは、焦点レ
ンズ２３ａ，２３ｂから同じ距離（焦点距離）になるよ
う配置されている。ＣＣＤ４５ａと調整用ＣＣＤ６２と
の関係は、図１６に示す構成と同じで、許容範囲ｄだけ
ズレている。

【００７６】図１７に示す自動焦点調整回路は、第１，
第３の信号処理回路３２ａ，３２ｃが出力する信号を基
に、図１６に示す構成と同じように、自動焦点調整を行
っている。抽出輪郭比較回路２６は、輪郭比較回路２６
ａ，２６ｂを一体に構成したものである。

【００７７】前記モニタ３１には、第１，第２の信号処
理回路３２ａ，３２ｂの出力を立体像構築のための、処
理を行う三次元信号処理回路３６からの左右の画像を、
表示している。立体観察に関しては、前述した通りなの
で省略する。

【００７８】図１７に示す構成は、追加構成が有るとい
う欠点はあるが、立体観察を行うための撮像手段が、常
にベスト焦点位置とすることができる点で、図１６に示
す構成より優れている。他の効果は、図１６に示す構成
と同じである。

【００７９】図１８に示す立体視硬性内視鏡装置は、像
のピントが合っている部分（以下フォーカス範囲と呼
ぶ）と、違和感なく立体感が得られている部分（以下立
体範囲と呼ぶ）とを関連づけて調整する構成のものであ
る。

【００８０】図１８（ａ）に示す立体視硬性内視鏡６８
は、硬性で細長の挿入部の先端から順に、二つの対物レ
ンズ６４と、入射光の光路変更を行うプリズムレンズ６
３ａ，６３ｂと、複数のレンズからなるリレーレンズ系
６５と、このリレーレンズ系６５の最後方に位置する結
像レンズ６５とを備えている。前記リレーレンズ系６５
には、二つの対物レンズ６４を経た視差のある左右の被
写体像を同時に、瞳分割的に伝達する構成になってい
る。

【００８１】結像レンズ６６が結ぶ左右の被写体像は、
内臓された二つのプリズム６７により、光軸と直角方向
に分離され、ＣＣＤ６８ａ，６８ｂに入射する。二つの
プリズム６７は、分離して配置されているものである。

【００８２】前記二つのＣＣＤにより、この立体視硬性
内視鏡６９は、視差のある左右の被写体像を得ることが
できる。

【００８３】一方、図１８（ａ）に示すＣＣＵ７０は、
例えば図５の前記制御装置３０と同様に、モニタ７１に
立体感の有る像を表示させるための信号処理を行ってい
る。

【００８４】フィードバック制御部７２は、ＣＣＵ７０
内部の信号を用いて、フォーカス範囲と立体範囲とを常
に一定の割合で一致するように、ピント調整機構７３に
指示を与えるものである。ピント調整機構７３は、前記
結像レンズ６６を光軸方向に前後動させる機構であり、
例えばモータなどを含む。

【００８５】フィードバック制御部７２の一例として
は、前記図１６及び図１７に示す前記自動焦点調整回路
とし、かつ前記最適結像位置判断回路２７を図示しない
ＣＰＵを含む回路としたものである。このＣＰＵは、前
記フォーカス範囲と立体範囲との適正値をデータとして
設定しておく。そして、ＣＰＵは、ＣＣＵ７０に内臓さ
れた例えば、図１に示す前記画像ズレ検出回路３８の信
号を入力し、以下の制御を行う。

【００８６】前記ＣＰＵは、フォーカス範囲の調整量
（適正値）と、立体範囲の調整量（適正値）とを、それ
ぞれデータとして持っているので、各々の値が最適にな
るように、各々を別々に調整するこができる。

【００８７】また、別の制御として、前記ＣＰＵは、フ
ォーカス範囲の調整量に対する立体範囲の調整量をテー
ブルとして有しておき、そのテーブルに従って、いずれ
か一方を調整した時、もう一方が自動的に調整されるよ
うにフィードバック制御を行う。このとき、フォーカス
範囲を調整する場合、ＣＰＵは、テーブルに従って、ピ
ント調整機構７３を制御する。また、立体範囲を調整す
る場合、ＣＰＵは、テーブルに従って図１に示す前記メ
モリ制御３９ａ，３９ｂまたは前記画像ズレ検出回路３
８を制御するようにすれば良い。

【００８８】従来の立体視硬性内視鏡装置は、フォーカ
ス範囲と、立体範囲とは、各々無関係に固定されたり、
各々単独で調整するようになっていた。しかし、いずれ
かが像全体をカバーする内視鏡の場合は、もう一方を調
整するのみで済むが、フォーカス範囲、立体範囲とも狭
く範囲が重なっていない内視鏡の場合は、二つの調整を
しなければならなかった。また、それぞれの範囲がズレ
ていると、観察に使える部分が狭くなってしまう。

【００８９】従来例に対して、図１８（ａ）に示す立体
視硬性内視鏡装置７４は、フォーカス範囲と、立体範囲
が、いずれか一方を調整しても、常に一定の割合で一致
するように、もう一方の範囲が自動的に調整され、見易
い像を得ることができる。

【００９０】図１８（ｂ）に示す立体視硬性内視鏡７５
は、前記立体視硬性内視鏡６９の構成に代えて、立体視
硬性内視鏡７６を備えている。この内視鏡７６は、前記
立体視硬性内視鏡６９の構成において、プリズム６３
ａ，６３ｂ，６７を除くと共に、二つのリレー光学系６
９と、二つの結像レンズ６６とを設けた構成となってい
る。その他、図１８（ａ）の装置と同様の構成及び作用
については、同じ符号を付して説明を省略する。

【００９１】図１８（ｂ）に示す立体視硬性内視鏡７５
では、対物レンズ６６が二つ有るので、ピント調整機構
も二つ設けている。ピント調整機構７３ａ，７３ｂは、
フィードバック制御部７２の指示を左右ピント整合部７
７を介して、受け取る。左右ピント調整部７７は、左右
の対物レンズ６６がバランスよく一致して動くように、
整合性をとっているものである。つまり、左右ピント調
整部７７は、左右のピントを一致させるためものであ
る。

【００９２】尚、ピント調整機構としては、図１５に示
す構成を用いれば、左右ピント調整部７７が不要にでき
ると共に、同様の効果がえられる。

【００９３】図１９（ａ）に示す立体視硬性内視鏡７８
は、図１８（ｂ）に示す前記立体視硬性内視鏡７６に代
えて、二つのリレー光学系６９を除くと共に、先端側近
傍にＣＣＤ６８ａ，６８ｂを設けた内視鏡７９を有して
いる。その他、図１８（ｂ）の装置と同様の構成、作用
及び効果を有するので、同じ符号を付して説明を省略す
る。

【００９４】図１９（ｂ）に示す立体視硬性内視鏡８０
は、図１８（ｂ）に示す前記立体視硬性内視鏡７６と同
じ構成を有する一方、制御系統の構成が異なっている。
その他、図１８（ｂ）の装置と同様の構成及び作用につ
いては、同じ符号を付して説明を省略する。

【００９５】前記立体視硬性内視鏡８０は、左右像のズ
レが一定量以内の部分のみにピントが合うように近点か
ら遠点までの左右像のズレ量を検出するズレ量検出部８
１と、検出されたズレ量と立体範囲との比較演算を行う
演算部８２とを有している。この演算部８２は、ズレ量
が一定値より小さい範囲（立体範囲）内では、ピント合
わせを行うを一方、立体範囲以外ではピント合わせを行
わないようにしている。

【００９６】被写体が近点に位置する場合、像のピント
が広くピントが合っているため、左右像がズレてしま
う。一方、遠点の場合、像がくっきりと二つに分かれて
しまう。いずれにしても近点や遠点では像が見辛くなっ
てしまう。図１９（ａ）に示す立体視硬性内視鏡８０で
は、立体感が得られる（左右の像のズレ量が許される許
容の）立体範囲内でしか、ピントを合わせないので、近
点や遠点の像のように、ずれて二つに見える範囲でも、
ぼやけた画像となるので、見辛くなることを防ぐことが
できる。

【００９７】このような焦点距離の変化と立体範囲の変
化との関係について、図２０及び図２１を参照して説明
する。

【００９８】立体視内視鏡１６１において、被写体との
距離が変化したときに、焦点レンズ１６２ａ，１６２ｂ
を光軸に対して前後に移動させて被写体に応じて合焦位
置を移動させると、ベスト焦点位置とは異なる位置で左
右の光学系の光軸が交わってしまい、立体感が得られる
位置と合焦位置とがずれるため、見辛くて非常に疲れる
観察画像となる。そこで、焦点レンズ１６２ａ，１６２
ｂに連動させてＣＣＤ１６３ａ，１６３ｂを光軸に垂直
な平面上で移動させることにより、ＣＣＤで撮像される
被写体画像の中心位置が変位し、ベスト焦点位置と左右
の光学系の視野方向の交点とを一致させることができ
る。例えば図２０のように、内視鏡先端からベスト焦点
位置までの距離をａ，ｂ，ｃと変化させると、これに連
動して、左右の光学系の視野方向の交点がＡ，Ｂ，Ｃと
なるように、ＣＣＤ１６３ａ，１６３ｂを移動させる。

【００９９】なお、このとき、図２１に示すように、被
写体像の結像領域１６４がＣＣＤの撮像領域１６５より
大きくなるように被写体像を結像するようにしている。
これにより、例えばＣＣＤ１６３ａ，１６３ｂを移動さ
せてＣＣＤの撮像領域１６５が図２１の（ａ）から
（ｂ）のように変位しても、常にＣＣＤの撮像領域１６
５が被写体像の結像領域１６４内に位置するようにで
き、被写体画像をモニタ全画面に表示することができ
る。

【０１００】このように、ベスト焦点位置と左右の光学
系の視野方向の交点とを一致させることにより、常に立
体感が得られる立体範囲内でのみ合焦状態とすることが
でき、被写体までの距離が変化しても疲れない良好な立
体視観察画像を得ることができる。

【０１０１】

【発明の効果】前述したように本発明の立体視内視鏡装
置によれば、光軸のズレ等に起因し、表示画面上におけ
る視差のある二つの被写体像の表示位置にズレが生じて
も、このズレ量を最適な立体感が得られる範囲に校正で
きるようにすることで、観察者の疲労感を少なくすると
共に最適な立体感のある被写体像を観察することができ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は立体視硬性内視鏡の構成図及び左右像の
ズレ量の説明図。

【図２】図２は立体硬性内視鏡用の校正具の断面図。

【図３】図３は立体硬性内視鏡の斜視図。

【図４】図４は像の輪郭を比較する画像範囲の説明図。

【図５】図５は立体視硬性内視鏡装置の構成図。

【図６】図６は一般的な立体視内視鏡装置の概略構成を
示す説明図。

【図７】図７は光学系とＣＣＤとの相対位置を機械的に
調整する調整手段を備えた立体視内視鏡装置の概略構成
を示す説明図。

【図８】図８は光学系とＣＣＤとの相対位置を機械的に
調整する位置調整機構の一部切り欠き断面図。

【図９】図９は図８の位置調整機構を後方から見た平面
図。

【図１０】図１０は電気的な駆動によりＣＣＤの相対位
置を調整する位置調整機構の一部切り欠き断面図。

【図１１】図１１は図１０の位置調整機構を前方から見
た平面図。

【図１２】図１２は図１０の位置調整機構を後方から見
た平面図。

【図１３】図１３は視野マスク移動機構の構成を示す断
面図。

【図１４】図１４は視野マスク移動機構の作用を説明す
る作用説明図。

【図１５】図１５は自動フォーカシング機構を有する立
体視硬性内視鏡の構成図。

【図１６】図１６は自動焦点に関する機構と電気回路の
構成図。

【図１７】図１７は図１６の変形例に係る立体視硬性内
視鏡装置の構成図。

【図１８】図１８はピント調整と立体感調整とを備えた
立体視硬性内視鏡装置の構成図。

【図１９】図１９（ａ）は図１８と異なる立体視硬性内
視鏡の構成図。図１９（ｂ）はピント調整範囲を規制し
た立体視硬性内視鏡の構成図。

【図２０】図２０は焦点距離の変化と立体範囲の変化と
の関係を説明するための説明図。

【図２１】図２１は立体視内視鏡における被写体像の結
像領域とＣＣＤの撮像領域とを示す説明図。

【符号の説明】

１…校正具３１…モニタ３４ａ，３４ｂ…フレームメモリ３６…三次元処理回路３７ａ，３７ｂ…輪郭抽出回路３８…画像ズレ検出回路３９ａ，３９ｂ…メモリ制御回路４０…立体視硬性内視鏡装置４３…立体視硬性内視鏡４４ａ，４４ｂ…リレーレンズ系４５ａ，４５ｂ…ＣＣＤ５０…プリズム６０…ボタン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋進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 (72)発明者窪田哲丸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 (72)発明者本間聡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 (72)発明者中田明雄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 (72)発明者金森厳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 (72)発明者榛澤豊治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 (72)発明者深谷孝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 (72)発明者橋口敏彦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 (72)発明者望田明彦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 (72)発明者吉野謙二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 (72)発明者唐沢均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 (72)発明者斎藤圭介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 (56)参考文献特開昭63−210813（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−201618（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 23/24 A61B 1/04 370 G02B 23/26

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体を第１の被写体像として結像さ
せる第１の結像光学系と、前記被写体を前記第１の被写体像に対して視差を有する
第２の被写体像として結像させる第２の結像光学系と、前記第１の結像光学系で結像された前記第１の被写体像
を撮像する第１の撮像手段と、前記第２の結像光学系で結像された前記第２の被写体像
を撮像する第２の撮像手段と、前記第２の結像光学系の光軸に対して前記第２の撮像手
段の受光面の位置を相対的に調整する位置調整機構と、を具備したことを特徴とする立体視内視鏡装置。