JP3599778B2

JP3599778B2 - 立体視内視鏡システム

Info

Publication number: JP3599778B2
Application number: JP11899494A
Authority: JP
Inventors: 一郎舩橋; 明彦望田; 弘太郎小笠原; 渉大野; 真司山下; 克行斉藤; 政夫上原; 伸章安久井; 秀樹小柳
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2019-12-08
Also published as: JPH07323004A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、被写体を立体的に観察可能な立体視内視鏡システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、体腔内に細長な挿入部を挿入し、必要に応じ、処置具チャンネル内に処置具を挿通して、各種検査・処置のできる内視鏡が広く用いられている。これら内視鏡には、挿入部が軟性で、口腔などから屈曲した体腔内に挿通して、観察、あるいは診断・処置のできる軟性内視鏡や挿入部が硬性で、目的部位に向けて直線的に挿入して観察、あるいは診断・処置のできる硬性内視鏡がある。
【０００３】
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。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、像伝達手段として、一般的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。さらに、硬性内視鏡を含めた内視鏡では、光学像を肉眼で直接観察するほかに、電荷結合素子（ＣＣＤ）などの固体撮像素子を撮像手段に用い、ＣＣＤに結像した被写体像を電気信号、さらには画像信号に変換してモニタ画面上に被写体像を表示して観察するようにしたものがある。
【０００４】
しかし、前述した内視鏡では遠近感の無い、平面像として見えるものなので例えば、診断指標として非常に重要な、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。
【０００５】
これに対処するため、軟性内視鏡に適用したものとして例えば、特開昭５７−６９８３９号公報には、二本で一対のイメージガイドの各端部にそれぞれ対物レンズを設け、他端部にそれぞれ接眼レンズを設けた立体視内視鏡が開示されている。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にして、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、観察像を立体的に観察できるようにしている。
【０００６】
また、立体視硬性内視鏡としては例えば、図１０に示すような立体視硬性内視鏡システム９０がある。この立体視内視鏡システム９０では、右眼，左眼にそれぞれ対応する２つのリレー光学系９１Ｒ，９１Ｌを平行に配置させた立体視硬性内視鏡９１の手元側端部に、それぞれのリレー光学系９１Ｒ，９１Ｌに対応するテレビカメラヘッド９２Ｒ，９２Ｌを接続し、このテレビカメラヘッド９２Ｒ，９２Ｌから送られてくる信号をそれぞれのテレビカメラヘッド９２Ｒ，９２Ｌに対応するカメラコントロールユニット（以下ＣＣＵと略記）９３Ｒ，９３Ｌで信号処理を行い、このＣＣＵ９３Ｒ，９３Ｌでそれぞれ処理した信号を倍速変換ユニット９４を介してモニタ９５に左画像・右画像を例えば１／１２０秒づつ交互に出力すると共に、モニタ９５に出力される左右画像の切換えタイミングに対応する同期信号を赤外線発光部９６に出力している。そして、前記モニタ９５に表示されている画像を、同期信号に従って発光する赤外線発光部９６からの赤外光を受けて遮光・透光を繰り返す液晶シャッター９７Ｒ，９７Ｌを有する液晶シャッターメガネ９７で観察することによって、観察者はモニタ画面に表示されている画像を立体的に観察することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のような２つのリレー光学系を備えた立体視硬性内視鏡を用いて立体視硬性内視鏡システムを構成する場合、立体視硬性内視鏡に備えられているそれぞれのリレー光学系に対応するように２つのテレビカメラヘッドを接続しなければならず、万一、リレー光学系とテレビカメラヘッドとの組み合わせを取り違えてしまうと、モニタ画面に表示される画像を立体的に観察することができなくなるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、立体視内視鏡に接続するカメラヘッドが１つで、操作性の良い立体視内視鏡システムを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る立体視内視鏡システムは、被写体を右左の視差を有する一対の被写体像としてそれぞれ伝達可能な一対の光学系を備えた内視鏡と、前記一対の光学系でそれぞれ伝送された前記被写体像を撮像可能な一対の撮像素子と、前記内視鏡と接続可能な本体を有するテレビカメラヘッドと、前記テレビカメラヘッドの本体内に設けられた雄ねじと、前記雄ねじに螺合する雌ねじ部を有し、前記テレビカメラヘッドが前記内視鏡に接続されたときに前記光学系に対する前記撮像素子の相対位置を光軸の交差方向に調整するための調整手段を前記雄ねじと構成可能な固定部材と、前記固定部材及び前記一対の撮像素子を実装すると共に、前記調整手段で位置調整される前記撮像素子の位置に応じて変形可能な軟性なフレキシブル基板と、を具備したことを特徴とする。
【００１０】
【作用】
この構成によれば、内視鏡とテレビカメラヘッドとを接続することによって、内視鏡に備えてある右眼用及び左眼用一対の光学系とテレビカメラに内蔵した基板に設けた一対の固体撮像素子とが一度に接続する。
【００１１】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
まず、本発明の実施例の説明に先立って本発明に関連した参考例について説明する。
図１ないし図３は本発明に関連した参考例の構成を示した図であり、図１は立体視硬性内視鏡システムの概略構成を示す図、図２はＣＣＤを実装する基板の回路構成を示す図、図３はテレビカメラヘッドに内蔵される基板の構成を示す図である。
【００１２】
本参考例では立体視内視鏡システムとして、立体視硬性内視鏡を用いて説明する。
図１に示す立体視硬性内視鏡システム１は、右眼，左眼にそれぞれ対応する右眼側被写体像（以下Ｒは右眼側を意味する）と左眼側被写体像（以下Ｌは左眼側を意味する）とを伝達するリレー光学系２Ｒ，２Ｌを平行に配設した立体視硬性内視鏡２と、この立体視硬性内視鏡２に配設した一対のリレー光学系２Ｒ，２Ｌにそれぞれ対設し、それぞれの被写体像が結像する一対の固体撮像素子（以下ＣＣＤと記載）３Ｒ，３Ｌを実装した１枚の基板３１を内蔵したテレビカメラヘッド３と、このテレビカメラヘッド３のコネクタ３２へ着脱自在に接続され、ＣＣＤ３Ｒ，３Ｌを駆動すると共に、これらＣＣＤ３Ｒ，３Ｌに結像した被写体像の電気信号を処理する信号処理手段であるカメラコントロールユニット（以下ＣＣＵと略記）４Ｒ，４Ｌを備えた信号処理装置４と、前記ＣＣＵ４Ｒ，４Ｌから１秒間に、例えば、３０回づつ交互に出力された右眼側及び左眼側の画像信号を１秒間に、６０回づつ交互に出力されるように変換する倍速変換ユニット５と、この倍速変換ユニット５で変換され１秒間に、６０回づつ交互に出力される右眼側及び左眼側の画像信号を表示するモニタ６と、このモニタ６に表示される画像を立体的に観察するための液晶シャッター７Ｒ，７Ｌとを有する遮光メガネ７と、この遮光メガネ７の液晶シャッター７Ｒ，７Ｌをモニタ６の表示画像に同期させて交互に遮光する同期信号を発光する赤外線発光部８となどで構成されている。
【００１３】
なお、前記リレー光学系２Ｒ，２Ｌは、図示しない遮光部材により互いに遮光されている。また、前記立体視硬性内視鏡２には図示しない照明光学系が挿通しており、図示しない照明光学系から前記照明光学系へ照明光が供給されるようになっている。さらに、遮光メガネは、表示画像に同期して、左右の液晶シャッター７Ｒ，７Ｌが交互に遮光されることにより、残像現象を利用して観察者に立体感を与えるもので、２つのリレー光学系２Ｒ，２Ｌにより伝達された像が視差を有するので立体像として観察される。
【００１４】
前記テレビカメラヘッド３に内蔵されている基板３１にはＣＣＤ３Ｒ，３Ｌや複数の電子部品が実装されている。図２に示すようにＣＣＤ３Ｒや電子部品３３，３３，３３．．．．が実装されている基板３１には例えば、このＣＣＤ３Ｒの垂直転送クロック用の端子ＶΦ１，ＶΦ２，ＶΦ３，ＶΦ４や水平転送クロック用の端子ＨΦ１，ＨΦ２、あるいはＶｏｕｔ，ＧＮＤ，ＶＤＤなどの各端子と、基板３１の略中央部に設けた前記垂直転送クロック用の端子ＶΦ１，ＶΦ２，ＶΦ３，ＶΦ４や水平転送クロック用の端子ＨΦ１，ＨΦ２、あるいはＶｏｕｔ，ＧＮＤ，ＶＤＤなどの各端子に対応する複数の接点部３４，３４，３４．．．とが基板上に設けた配線パターンの所定の信号線３５，３５，３５．．．によってそれぞれ接続されている。なお、ＣＣＤ３Ｌ側も同様の構成となっている。
【００１５】
そして、図３に示すようにテレビカメラヘッド３に内蔵されているＣＣＤ３Ｒ，３Ｌや複数の電子部品３３，３３，３３．．．を実装したエポキシ樹脂などの硬質な基板３１の接点部３４，３４，３４．．．に、信号処理装置４と着脱自在に接続されるコネクタ３２に延出する信号ケーブル３７の複数の信号線３８，３８，３８．．．が接続されている。
【００１６】
なお、前記ＣＣＤ３Ｒ及びＣＣＤ３Ｌは、テレビカメラヘッド３を立体視硬性内視鏡２に接続したとき、この立体視硬性内視鏡２に配設されているリレー光学系２Ｒ及びリレー光学系２Ｌに対してＣＣＤ３Ｒ及びＣＣＤ３Ｌの撮像面が最も効率良く対設する基板３１の所定位置に取り付けられている。そして、上述のようにＣＣＤ３Ｒ及びＣＣＤ３Ｌを所定位置に取り付けた基板３１をテレビカメラヘッド３の基板取り付け部（不図示）に固定している。
【００１７】
上述のように構成した立体視硬性内視鏡システム１の作用を説明する。
まず、テレビカメラヘッド３と立体視硬性内視鏡２とを接続し、テレビカメラヘッド３の後端側に位置するコネクタ３２を信号処理装置４に接続する。次に、ＣＣＤ３Ｒ，３Ｌ、ＣＣＵ４Ｒ，４Ｌ、倍速変換ユニット５、モニタ６及び赤外線発光部８などをオン状態にする。すると、モニタ画面上にＣＣＤ３Ｒ及びＣＣＤ３Ｌでとらえた右眼側及び左眼側の被写体像が１秒間に、６０回づつ交互に表示される。ここで、術者は、このモニタ６に表示されている画面を立体的に観察するため遮光メガネ７をかける。この遮光メガネ７は、前記モニタ６に表示されている画面の右眼側と左眼側との表示画像の切り換わりに同期して赤外線発光部８から発光される赤外線を受光して液晶シャッター７Ｒ，７Ｌが交互に遮光される。このことにより、残像現象を利用してモニタ６に表示されている画面を立体的に観察する。
【００１８】
このように、立体視硬性内視鏡に配設されている一対のリレー光学系にそれぞれ対設して被写体像が結像するように一対の固体撮像素子を１枚の基板上に実装し、この基板をテレビカメラヘッドに内蔵することによって、立体視硬性内視鏡とテレビカメラヘッドとを接続する一回の作業で、立体視硬性内視鏡の右眼側及び左眼側のリレー光学系を伝達される被写体の光学像がテレビカメラヘッドの右眼側及び左眼側の固体撮像素子にそれぞれ結像させることができるので作業性が大幅に向上する。
【００１９】
また、テレビカメラヘッドの信号線の後端部に設けたコネクタを信号処理装置に接続することによって、テレビカメラヘッドの右眼側及び左眼側の撮像素子に結像した被写体像の電気信号を右眼側及び左眼側のＣＣＵにそれぞれ伝送されるようにしているので作業性がさらに向上する。
【００２０】
なお、立体視を実現させる方式は、モニタに左右の像を交互に表示させて液晶シャッターを備えた遮光メガネで観察するものに限定されるものではなく、右眼用モニタと左眼用モニタとにそれぞれの像を同時に表示するフェイスマウントディスプレイなどで観察するようにしてもよい。
【００２１】
また、本実施例の立体視内視鏡システムは、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、可撓性を有するイメージガイドファイバを用いた軟性内視鏡などにも適用できることはいうまでもない。
【００２２】
さらに、シールド線３８ｓは基板３１のＳｈｉｅｌｄに接続されるようになっている。
【００２３】
図４は本発明の実施例に係るテレビカメラヘッドに内蔵される基板の構成を示す図である。
本実施例においては、硬質な基板３１にＣＣＤ３Ｒ，３Ｌや電子部品３３，３３，３３．．．を実装する代わりに、柔軟性を有するフレキシブルプリント基板１１にＣＣＤ３Ｒ，３Ｌや電子部品３３，３３，３３．．．を実装している。また、このフレキシブルプリント基板１１を雄ねじ１２と雌ねじ部を設けた固定部材１３とで形成した調整手段１４を介してテレビカメラヘッド本体３９に上下左右の光学系の光軸とＣＣＤの撮像面との位置関係を調整可能なように配設している。その他の構成は前記参考例と同様であり、同部材には同符号を付して説明を省略する。
【００２４】
このように、右眼側及び左眼側の２つのＣＣＤをフレキシブルプリント基板上に実装すると共に、このフレキシブルプリント基板をテレビカメラヘッドに上下左右の４方向を調整可能なように、前記フレキシブルプリント基板に配設した固定部材を雄ねじで螺合固定することにより、この雄ネジを進退させることによって、ＣＣＤの撮像面と立体視内視鏡の光学系の光軸との位置関係を微調整することができる。その他の作用及び効果は前記参考例と同様である。
【００２５】
ところで、基板に実装される２つのＣＣＤの感度にバラツキがあると互いのＣＣＤの出力レベルが変わって見難い画面となってしまう。このため、ＣＣＤの感度がバラつかないように同一ロッドのＣＣＤを同一基板に実装して基板ユニット単位でバラツキが無いように管理していた。しかし、２つのＣＣＤの出力レベルが異なってしまうことがあった。
【００２６】
そこで、図５のように右眼側あるいは左眼側のＣＣＤ３Ｒ，３Ｌの少なくともどちらか一方にゲインアンプ１５Ｒ（Ｌ）を設けることによって、ＣＣＤ３ＲとＣＣＤ３Ｌとの出力レベルを同一にするようにしている。
【００２７】
すなわち、右眼側あるいは左眼側のＣＣＤ３Ｒ（Ｌ）の一方にゲインアンプ１５Ｒ（Ｌ）を設けたときには、ゲインアンプ１５Ｒを設けていない方のＣＣＤ３Ｌの出力に一致させるようにＣＣＤ３Ｒを調整し、双方のＣＣＤ３Ｒ，３Ｌにゲインアンプ１５Ｒ，１５Ｌをそれぞれ設けたときには双方のＣＣＤ３Ｒ，３Ｌの出力調整を行うことによって、２つのＣＣＤの出力レベルを同一にすることができる。
【００２８】
ところで、内視鏡に接続するテレビカメラヘッドに２つのＣＣＤを設ける代わりに、内視鏡の先端部に２つのＣＣＤを配設して、それぞれのＣＣＤに結像した被写体像の電気信号を対応するＣＣＵに伝送して信号処理を行うことによって、立体視観察像を得ることができる。しかし、内視鏡内に配設する２つのＣＣＤの撮像面をそれぞれの光学系の光軸に対して垂直、且つ、並列に配設していたのでは先端部の外径が太径となり、患者に与える苦痛が大きくなってしまう。そこで、内視鏡の先端部にＣＣＤを以下のようにして配設することによって、２つのＣＣＤを内蔵した立体視内視鏡の内視鏡先端部の細径化を図ることができる。
【００２９】
図６に示すように内視鏡１００の先端部１０１には照明光を供給するライトガイド１０２とこのライトガイド１０２に臨まれる照明光学系１０３とが配設されると共に、このライトガイド１０２を伝送した照明光によって照らされた被写体を立体的に観察するための右眼側及び左眼側用の観察光学系１０４Ｒ，Ｌをそれぞれ配設している。これら観察光学系１０４Ｒ，Ｌの後端部には長さの異なるリレーレンズ１０５ａ，ｂが配設されている。
【００３０】
例えば、右眼側用観察光学系１０４Ｒの後端部には短いリレーレンズ１０５ａが配設され、このリレーレンズ１０５ａの後方の基板上１０６にＣＣＤ１０７Ｒの撮像面が光軸に対して垂直になるように配置されている。また、左眼側観察光学系１０４Ｌの後端部には右眼側のＣＣＤ１０７Ｒの位置まで延出するリレーレンズ１０５ｂが配設され、このリレーレンズ１０５ｂの光軸を２つのプリズムレンズ１０８ａ，ｂを介して前記右眼側リレーレンズ１０５ａの光軸の略同軸上にＣＣＤ１０７Ｌの撮像面が光軸に対して垂直になるように配置した基板１０９が配設されている。
【００３１】
このように、右眼側及び左眼側の２つのＣＣＤをそれぞれ基板上に配設し、１つの光学系の光軸上にＣＣＤを配置させることによって、２つのＣＣＤを内蔵した立体視内視鏡挿入部先端部を細径化した立体視内視鏡を提供することができる。
【００３２】
また、図７に示すようにＣＣＤ１０７Ｒ及び１０７Ｌを２枚の基板１０６，１０９に実装する代わりに、ＣＣＤ１０７Ｒ及び１０７Ｌをフレキシブルプリント基板１１０に実装して折り曲げて配置させるようにしてもよい。
【００３３】
さらに、図８に示すようにＣＣＤ１０７Ｒ，１０７Ｌの撮像面をそれぞれ光軸に対して平行になるように配設し、これらＣＣＤ１０７Ｒ，１０７Ｌの撮像面にプリズムレンズ１１１ａ，１１１ｂを介して被写体像を結像させることによって２つのＣＣＤを内蔵した立体視内視鏡挿入部先端部を細径化した立体視内視鏡を提供することができる。このとき、図９に示すように１枚の基板１１２上やあるいはフレキシブルプリント基板１１０上にＣＣＤ１０７Ｒ，１０７Ｌを図８と同様に配設するようにしてもよい。
【００３４】
［付記］
１．被写体を右眼・左眼の視差を有する２つの被写体像としてそれぞれ伝達する右眼用及び左眼用一対の光学系を備えた内視鏡と、前記一対の光学系にそれぞれ対設する固体撮像素子を内蔵した一対のテレビカメラヘッドと、前記一対のテレビカメラヘッドで得られた被写体像の電気信号をそれぞれの画像信号に処理する信号処理手段と、この信号処理手段でそれぞれ処理された画像信号を交互、または同時に表示して立体的に認識される立体表示手段とを有する立体視内視鏡システムにおいて、
内視鏡に備えられている右眼用及び左眼用一対の光学系にそれぞれ対設する一対の固体撮像素子を１枚の基板上に実装し、この基板をテレビカメラヘッドに内蔵した立体視内視鏡システム。
【００３５】
２．前記テレビカメラヘッドの後端部に、このテレビカメラヘッドの右眼側及び左眼側の固体撮像素子でとらえた被写体像の電気信号を信号処理装置の右眼側及び左眼側のＣＣＵにそれぞれ伝送するコネクタを設けた付記１記載の立体視内視鏡システム。
【００３６】
３．前記基板がフレキシブルプリント基板である付記１記載の立体視内視鏡システム。
【００３７】
４．前記フレキシブルプリント基板をテレビカメラヘッド本体に調整手段を介して配設した付記３記載の立体視内視鏡システム。
【００３８】
５．前記調整手段が雄ねじと雌ねじを有する部材とで構成され、フレキシブルプリント基板に配設されている固体撮像素子と立体視内視鏡に配設されている光学系との位置関係を上下左右方向に調整可能な付記４記載の立体視内視鏡システム。
【００３９】
６．右眼側あるいは左眼側の固体撮像素子の少なくともどちらか一方にＣＣＤの出力レベルを調整するゲインアンプを設けた付記１記載の立体視内視鏡システム。
【００４０】
７．内視鏡の先端部に照明光学系と右眼側及び左眼側の観察光学系とを配設し、前記観察光学系の後方に固体撮像素子を配設する立体視内視鏡において、
前記右眼側及び左眼側の観察光学系のどちらか一方の光軸に対してそれぞれのＣＣＤの撮像面を垂直に配設した立体視内視鏡。
【００４１】
８．内視鏡の先端部に照明光学系と右眼側及び左眼側の観察光学系とを配設し、前記観察光学系の後方に固体撮像素子を配設する立体視内視鏡において、
前記右眼側及び左眼側の観察光学系の光軸に対してそれぞれのＣＣＤの撮像面を平行に配設した立体視内視鏡。
【００４２】
【発明の効果】
前述したように本発明の立体視内視鏡によれば、立体視内視鏡に接続するカメラヘッドが１つで、操作性の良い立体視内視鏡システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１ないし図３は本発明の参考例に係り、図１は立体視硬性内視鏡システムの概略構成を示す図
【図２】ＣＣＤを実装する基板の回路構成を示す図
【図３】テレビカメラヘッドに内蔵される基板の構成を示す図
【図４】本発明の実施例に係るテレビカメラヘッドに内蔵される基板の構成を示す図
【図５】ＣＣＤの感度調整を示す図
【図６】内視鏡内のＣＣＤの配置及び構成を示す図
【図７】内視鏡内のＣＣＤの配置及び他の構成を示す図
【図８】内視鏡内のＣＣＤの別の配置及び構成を示す図
【図９】内視鏡内のＣＣＤの別の配置及び他の構成を示す図
【図１０】従来例に係る立体視内視鏡システムの概略構成を示す図
【符号の説明】
２…立体視硬性内視鏡
３…テレビカメラヘッド
３１…基板
３Ｒ…右眼側用ＣＣＤ
３Ｌ…左眼側用ＣＣＤ

Claims

被写体を右左の視差を有する一対の被写体像としてそれぞれ伝達可能な一対の光学系を備えた内視鏡と、
前記一対の光学系でそれぞれ伝送された前記被写体像を撮像可能な一対の撮像素子と、
前記内視鏡と接続可能な本体を有するテレビカメラヘッドと、
前記テレビカメラヘッドの本体内に設けられた雄ねじと、
前記雄ねじに螺合する雌ねじ部を有し、前記テレビカメラヘッドが前記内視鏡に接続されたときに前記光学系に対する前記撮像素子の相対位置を光軸の交差方向に調整するための調整手段を前記雄ねじと構成可能な固定部材と、
前記固定部材及び前記一対の撮像素子を実装すると共に、前記調整手段で位置調整される前記撮像素子の位置に応じて変形可能な軟性なフレキシブル基板と、
を具備したことを特徴とする立体視内視鏡システム。