JP3462565B2 - 内視鏡用撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、被写体を指向性のあ
る照明光で走査して照明し、被写体からの反射光を光電
変換手段で電気信号に変換して走査方向と対応させるこ
とにより画像信号を形成するようにした内視鏡用撮像装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内視鏡による被写体の画像をテレビモニ
タに表示するためには、ファイバスコープの接眼部に小
型のテレビカメラを取り付けたり、内視鏡の挿入部先端
に固体撮像素子を内蔵させている。

【０００３】しかし、ファイバスコープに用いられるイ
メージガイドファイババンドルは画素数が少ないので画
像の解像度が低く、固体撮像素子も内視鏡の挿入部先端
に内蔵させるほど小型化すると画素数が少なくなってし
まう。

【０００４】また、固体撮像素子の場合には、デジタル
の駆動信号を必要とするので、クロックノイズの飛び込
みによる信号劣化が生じ易く、また電磁波ノイズの放射
という問題もある。

【０００５】そこで、回転駆動されるポリゴンミラーを
内視鏡の挿入部の先端に内蔵させ、そのポリゴンミラー
によって、指向性のある照明光で被写体を走査して照明
し、その被写体からの反射光を光電変換素子で電気信号
に変換し、それを走査方向と対応させることにより画像
信号を得るようにしたものがある（特開平４−３８０９
２号）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、極めて細くな
ければならない内視鏡の挿入部先端に、ポリゴンミラー
とそれを回転させるさせるための機構を内蔵させるとい
うのは事実上不可能に近く、もし実際にそれを作れば、
内視鏡の挿入部先端が著しく太くなって全く実用性のな
いものになってしまう。

【０００７】そこで本発明は、照明光による被写体走査
を極めて小さな走査機構によって行って、内視鏡の挿入
部に設けることが可能な小さな装置で高解像度の画像信
号を得ることのできる内視鏡用撮像装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の内視鏡用撮像装置は、光導管から射出され
た指向性のある照明光で所定範囲を走査するように上記
照明光の進行方向を変化させるための走査手段と、上記
照明光が当たった被写体からの反射光を受光してその受
光量に対応した電気信号を出力するための光電変換手段
と、上記光電変換手段からの出力信号を上記走査手段の
走査方向と対応させて画像信号を形成するための信号処
理手段とを有する内視鏡用撮像装置において、上記走査
手段が、上記光導管から射出された照明光を反射させる
ための走査ミラーと、印加される電圧の変化によって伸
縮して上記走査ミラーの向きを変える圧電素子とを有し
ていることを特徴とする。

【０００９】なお、上記光電変換手段を、赤色光受光用
と緑色光受光用と青色光受光用の三つに分けて設けて、
それら三つの光電変換手段からの出力信号により上記信
号処理手段においてカラー画像信号が形成されるように
してもよい。

【００１０】

【実施例】図面を参照して実施例を説明する。図１は、
本発明の第１の実施例が適用された内視鏡の挿入部１０
の先端を示しており、１は、指向性のある照明光を伝達
するための光導管であり、光学繊維が用いられる。

【００１１】照明光としては、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青
（Ｂ）の三色のレーザ光が一色ずつ順に時間をずらして
繰り返して供給される。但し、指向性があれば白色光を
収束したものであってもよく、三色のカラーフィルタを
順に光路中に挿脱させるようにすればよい。

【００１２】前方に向けられた光導管１の射出端に対向
して、照明光を側方に反射するための第１の走査ミラー
２が反射面を傾けて配置され、第１の走査ミラー２で反
射された照明光を再び前方に向けて反射するための第２
の走査ミラー３が、同様に反射面を傾けて配置されてい
る。このような構成により、被写体１００に対して非常
に狭いスポット照明が行われる。

【００１３】第１の走査ミラー２及び第２の走査ミラー
３は、図２及び図３に示されるように、例えば圧電セラ
ミックスからなる一対の圧電素子４を介して、裏面側の
あい対向する２辺が、挿入部１０の先端のフレーム５に
支持されている。

【００１４】したがって、挿入部１０内に挿通された信
号線６を介して圧電素子４に対して電圧を印加するよう
に構成し、その印加電圧を、一対の圧電素子４，４間で
逆位相にすることにより、図４に示されるように、一対
の圧電素子４，４の一方が伸び他方が縮むので、第１の
走査ミラー２及び第２の走査ミラー３の各々の中心位置
を変動させずに、それらの向きだけを変えることができ
る。

【００１５】その結果、内視鏡の前面に対向する被写体
１００面をＸ−Ｙ平面としたとき、図５にも示されるよ
うに、照明光の射出方向を第１の走査ミラー２によって
Ｙ方向に走査し、第２の走査ミラー３によってＸ方向に
走査することができる。

【００１６】なお、圧電素子４は、図６に示されるよう
に、第１の走査ミラー２及び第２の走査ミラー３の各辺
毎に設けてもよく、図７に示されるように第１の走査ミ
ラー２及び第２の走査ミラー３の各角毎に設けてもよ
い。その場合には、あい対向して反対側にある圧電素子
４，４間に各々逆位相の電圧を印加することにより、一
つの走査ミラーでＸ−Ｙ両方向の走査を行うことができ
る。

【００１７】図１に戻って、挿入部１０の先端には、前
方に向けて配置された対物レンズ７の内側に、照明光が
当たった被写体１００からの反射光を受光して、その受
光量に対応する出力の電気信号を出力する光電変換素子
８が配置されている。

【００１８】光電変換素子８としては、図１に示される
ホトトランジスタや、ホトダイオードなどを用いること
ができる。光電変換素子８からの出力信号はアンプ９で
増幅されて挿入部１０外へ送り出される。

【００１９】このように、光電変換素子８としてホトト
ランジスタやホトダイオードなどを用いると、ＣＣＤ
（電荷結合素子）等に比較してダイナミックレンジが広
く、また光電荷を蓄積しないので特殊な読み出し回路を
必要とせず、出力を対数増幅することにより明るい被写
体から暗い被写体までの情報を得ることができる。ま
た、光電変換素子８は、被写体１００からの反射光を広
い角度から集めるので、周辺光量の不足という問題も生
じない。

【００２０】図８は、上記実施例の制御回路を示してお
り、各種制御は、中央演算装置（ＣＰＵ）などを内蔵し
た制御部２０によって行われる。走査制御回路２１から
は、制御部２０からの制御によって、各圧電素子４…の
駆動回路２２，２３に対して、圧電素子４…に印加する
電圧を制御するための走査制御信号が出力される。

【００２１】そして、走査制御信号の出し方によって、
図９に示されるような標準走査の他、一筆書き的に往復
走査を行うなう両方向走査（図１０）、広範囲を粗い密
度で速く走査する動画モード走査（図１１）及び広範囲
を高密度でゆっくり走査する静止画モード走査（図１
２）など各種の走査を行うことができる。

【００２２】このように、走査密度を変えることによっ
て解像度が決まるので、走査密度を上げることにより高
精密画像を得ることができる。しかも、走査密度は画面
の任意の部分で可変することができるので、特に重要な
部分だけを精密に観察することもできる。また、走査範
囲を変えることにより、等価的に広角レンズや望遠レン
ズを用いるのと同じ効果の撮像を行うこができる。

【００２３】また、図１３に示されるように、走査線を
奇数フィールドと偶数フィールドとで交互に間に入れ
て、２フィールドで１フレームを形成するいわゆるイン
ターレス走査を行ってもよい。１フィールドの走査時間
は６０分の１秒、５０分の１秒、またはその倍数の時間
とする。

【００２４】図１４は、走査のために圧電素子４…に印
加される電圧波形などを簡略に例示したものであり、標
準走査においては、第１の走査ミラー２の一対の圧電素
子４，４間には垂直同期信号毎に逆位相の同じ駆動信号
（図１４のＡ１，Ａ２）が繰り返し印加される。第２の
走査ミラー３の一対の圧電素子４，４間には、水平同期
信号毎に逆位相の同じ駆動信号（Ｂ１，Ｂ２）が繰り返
し印加される。また下半部に図示されているように、走
査範囲が狭いときは電圧の幅を小さくし、走査範囲が広
いときは電圧の幅を大きくして走査される。

【００２５】なお、圧電素子４の変形量は印加電圧に対
して非線形なので、それを補正するために、例えば走査
制御回路２１にルックアップテーブルを設けて、制御部
２０から送られてくる角度信号に正しく対応する印加電
圧信号に補正するとよい。或いは、後述するメモリ４３
にデータを記憶する際に、アドレス位置を補正するよう
にしてもよい。

【００２６】図８において、３１は、光導管１に照明光
を入射させるためのレーザ光源であり、この光源３１か
ら光導管１への照明光の供給状態も、光源制御回路３２
及び駆動回路３３を介して、制御部２０からの出力信号
によって制御される。

【００２７】照明光の色を赤、緑、青と順次切り換え
て、被写体１００上の同じ位置を三色の照明光で照明す
ることによりカラー画像が得られるが、その切り換え方
式は、いわゆる面順次方式で画面単位で切り換えてもよ
く、照明のワンスポット単位で点順次方式で切り換えて
もよい。

【００２８】先に説明したように、光電変換素子８から
の出力信号（電圧）は、アンプ９で増幅される。この
時、アンプ９の入出力特性を対数特性にしておくことに
より、ダイナミックレンジを拡大することができる。

【００２９】アンプ９で増幅された信号は、Ａ／Ｄ変換
器４２でデジタル信号に変換された後、メモリ４３に入
力される。メモリ４３は、光電変換素子８から送られて
くる信号を１フレーム分または１フィールド分、順次書
き込むことのできる半導体メモリであり、走査制御回路
２１への走査制御信号と同期をとって制御部２０から送
られてくるアドレス制御信号によって、照明光の走査と
対応するように各入力信号値のアドレスが決められる。

【００３０】メモリ４３の走査密度（書き込みデータ
数）は、Ｘ方向とＹ方向で画素アスペクトを１対１にし
て、同じ密度になるように設定されており、映像走査線
に合わせて、走査数は、Ｘ方向とＹ方向の少なくとも一
方は約２５０又は５００に設定されている。

【００３１】メモリ４３に一時的に格納された信号は、
Ｄ／Ａ変換器４４でアナログ信号に変換された後、ビデ
オエンコーダ４６で例えばＮＴＳＣ方式の映像信号に変
換されて、モニターテレビからなる表示装置に送られ、
そこでメモリ４３のアドレスに対応して（従って、照明
光の走査位置と対応して）被写体１００の画像として再
現表示される。

【００３２】このようにして、指向性のあるスポット状
の照明光で走査された被写体１００の各部の色と明るさ
が画面表示される。その走査範囲は第１の走査ミラー２
と第２の走査ミラー３の振れ角度で決まり、表示画面の
明るさは、光源３１の明るさ、照明光の走査速度、又は
アンプ９の増幅率等によって調整することができる。

【００３３】このような装置では、受光器として光電変
換素子８を用いるので、ＣＣＤのようにデジタルの駆動
信号を必要とせず、クロックノイズの飛び込みによる信
号劣化が無いので鮮明な画像データを得ることができ、
また電磁波ノイズの放射もなく、他の電子機器に悪影響
を与えない。

【００３４】また、ＣＣＤなどと比較して、ホトトラン
ジスタなどの光電変換素子は感度が高くて小光量で撮像
することができるので、光源の構成が容易であり、消費
電力を低減することができる。

【００３５】図１５は本発明の第２の実施例を示してお
り、メモリ４３の前後のＡ／Ｄ変換器４２とＤ／Ａ変換
器４４のアナログ領域の入出力ラインに、信号変換に伴
うサンプリングクロック周波数や不要な高周波ノイズ成
分をカットするためのプリローパスフィルタ４１とポス
トローパスフィルタ４５とを介挿接続したものである。

【００３６】カットオフ周波数のレベルは、走査速度に
対応して、例えば図１６の特性線図に示されるように、
制御部２０から両ローパスフィルタ４１，４５へ出力さ
れる制御信号によって切り換えられるようにする。

【００３７】図１７及び図１８は、本発明の第３の実施
例を示しており、光導管１に白色光を通し、第１の走査
ミラー２で走査を行って被写体１００を照明し、受光側
に３個の光電変換素子８…を並置して、赤、緑、青の各
々異なる色のフィルタ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂを光電変
換素子８…の前に配置することにより、受光側で色分解
を行って、撮像側で三色成分の信号を得、それによって
カラー画像を形成するようにしたものである。

【００３８】この実施例では、第２の走査ミラー３を固
定ミラーにし、第１の走査ミラー２だけでＸ−Ｙ両方向
の走査を行うようにしている。このように本発明では、
いずれの実施例においても、第１の走査ミラー２と第２
の走査ミラー３の少なくとも一方を駆動すれば、必要な
走査を行うことができる。

【００３９】一個の走査ミラーで走査を行う場合の、走
査ミラーに対する圧電素子の配置は、図６及び図７に示
した４個の圧電素子を用いる例のいずれでもよい。ま
た、走査ミラーの片側を回転できるように（蝶番状に）
構成し、圧電素子等の駆動機構は反対側のみに使用すれ
ば、２個の圧電素子でも走査することができる。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、光導管から射出された
照明光を反射させるための走査ミラーを圧電素子で駆動
して走査するようにしたので、走査機構を極めて小さく
構成することができ、内視鏡の挿入部先端のように太さ
に大きな制約のあるところに内蔵させて、高解像度の画
像信号を得ることができる優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の内視鏡の挿入部先端の側面図で
ある。

【図２】第１の実施例の走査ミラーの底面図である。

【図３】第１の実施例の走査ミラーの側面図である。

【図４】第１の実施例の走査ミラーの駆動状態の側面図
である。

【図５】第１の実施例の走査部の斜視図である。

【図６】第１の実施例の走査ミラーに対する圧電素子取
り付け状態の変形例の底面図である。

【図７】第１の実施例の走査ミラーに対する圧電素子取
り付け状態の変形例の底面図である。

【図８】第１の実施例の回路ブロック図である。

【図９】第１の実施例の走査状態の略示図である。

【図１０】第１の実施例の走査状態例の略示図である。

【図１１】第１の実施例の第２の走査状態例の略示図で
ある。

【図１２】第１の実施例の第３の走査状態例の略示図で
ある。

【図１３】第１の実施例の第４の走査状態例の略示図で
ある。

【図１４】第１の実施例の走査信号の例を示すタイムチ
ャート図である。

【図１５】第２の実施例の回路ブロック図である。

【図１６】第２の実施例のローパスフィルタの特性線図
である。

【図１７】第３の実施例の内視鏡の挿入部先端の側面図
である。

【図１８】第３の実施例の回路ブロック図である。

【符号の説明】

１ 光導管 ２ 第１の走査ミラー ３ 第２の走査ミラー ４ 圧電素子 ８ 光電変換素子 ２０ 制御部 ４３ メモリ １００ 被写体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−187310（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−96935（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−118330（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−305775（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−255919（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−182822（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−41119（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 1/00 - 1/32 G02B 23/24 - 23/26 G02B 26/10 G11B 7/09 - 7/095

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光導管から射出された指向性のある照明光
   で所定範囲を画面走査するように上記照明光の進行方向
   を変化させるための走査手段と、上記照明光が当たった
   被写体からの反射光を受光してその受光量に対応した電
   気信号を出力するための光電変換手段と、上記光電変換
   手段からの出力信号を上記走査手段の走査方向と対応さ
   せて画像信号を形成するための信号処理手段とを有する
   内視鏡用撮像装置において、 上記走査手段が、上記光導管から射出された照明光を反
   射させるための走査ミラーと、印加される電圧の変化に
   よって伸縮して上記走査ミラーの向きを変える複数の圧
   電素子とを有していて、上記複数の圧電素子が、一個の
   走査ミラーの向きを直交する二方向に独立して制御する
   ために二組設けられると共に、上記照明光による画面走
   査方法を複数種類に変化させることができるように上記
   各圧電素子の駆動回路に対する印加電圧の出し方を制御
   する走査信号制御回路が設けられていることを特徴とす
   る内視鏡用撮像装置。
2. 【請求項２】上記光電変換手段が、赤色光受光用と緑色
   光受光用と青色光受光用の三つに分けて設けられてい
   て、それら三つの光電変換手段からの出力信号により上
   記信号処理手段においてカラー画像信号が形成される請
   求項１記載の内視鏡用撮像装置。