JP4016459B2 - 立体内視鏡 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、挿入部の先端部分に撮像ユニットを平行に２組設けて、これら２組の撮像ユニットから左右両眼用の画像を取得するようにした立体内視鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内視鏡は、患者の体腔等の内部に挿入される挿入部の先端に、観察対象部を照明する照明部と、この照明部からの照明光の下で検査や診断等を行うための観察部とが設けられている。観察部は対物レンズを有し、この対物レンズの結像位置にイメージガイドの入射端を配置するか、またはＣＣＤ等の固体撮像素子が配置するように構成される。前者は光学式内視鏡、後者は電子内視鏡と呼ばれるものであり、電子内視鏡は固体撮像素子で撮像して光電変換した電気信号を外部に取り出して、映像信号処理装置に伝送して、この映像信号処理装置で所定の信号処理を行った上で、モニタ画面に映像を表示する構成としたものである。
【０００３】
近年においては、体腔内等の映像を立体的に把握できるようにするために、立体視が可能な映像情報を得るようにした立体内視鏡が開発され、実用化されるようになってきている。立体画像を得るための方式は種々あるが、挿入部の先端に左右一対の撮像ユニットを設けて、これら両撮像ユニットから得た２種類の画像をモニタ画面に交互に表示するようにしたものが一般的である。そして、モニタ画面に交互に映し出される映像に連動して開閉する液晶シャッタを装着した眼鏡を着用してモニタ画面を目視すると、このモニタ画面に表示されている映像を立体的に観察できることになる。
【０００４】
ここで、撮像ユニットは、対物レンズを含む光学系と固体撮像素子とから構成され、固体撮像素子は回路基板に搭載されている。回路基板には固体撮像素子の他に電子部品等が搭載される関係から、ある程度の大きさが必要であり、このような基板を挿入部の軸線方向の同じ位置で、軸線と直交する方向に２枚設けると、挿入部が太径化してしまう。このために、固体撮像素子及び回路基板は挿入部の軸線方向に向けて配置し、対物レンズからの光路をプリズムを用いて９０°曲げた上で、固体撮像素子に入射させるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、挿入部に設けられる２つの撮像ユニットを構成する各々の対物レンズは、視差を持たせるために、左右にある程度間隔を置いて配置する必要がある。しかしながら、撮像ユニットとしては、対物レンズだけでなく、プリズム及び固体撮像素子とその基板から構成されることから、基板の幅寸法等の制約から、２つの対物レンズが離れ過ぎて、左右の画像が大きくずれてしまい、モニタ画面に表示して、このモニタ画像を目視した時に、映像は立体的に認識できず二重に見えてしまうことになる。そこで、両対物レンズより被写体側の位置に逆ガリレオレンズを配置して結像倍率を小さくすると、あたかも両対物レンズの間隔が短くなったと同様の状態になる。しかしながら、回路基板の寸法・形状によっては、なお２つの対物レンズを正確に立体視できる位置関係とすることができない場合がある。
【０００６】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、固体撮像素子とその回路基板を備えた一対の撮像ユニットにおける両対物レンズを、モニタ画面に表示した時に立体視するのに最適な間隔に配置できるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明は、対物レンズと、この対物レンズの光路を略９０°曲げるプリズムと、このプリズムにより曲げられた光路における対物レンズの結像位置に配置した固体撮像素子及びその基板とからなる撮像ユニットを、挿入部の先端に所定の間隔を置いて２組配置し、これら２組の撮像ユニットにより所定の視差を持った左右両眼用の画像を取得するようにした立体内視鏡であって、前記２組の撮像ユニットを構成する各々の対物レンズの配設位置を前記挿入部先端の左右位置としたときに、一方の撮像ユニットのプリズムは光路を上方に向けて曲げ、他方撮像ユニットのプリズムは光路を下方に向けて曲げるようになし、一方側の撮像ユニットの固体撮像素子及びその基板を、他方側の固体撮像素子及びその基板に対して上下方向の反対側に向くように配置するようになし、しかも請求項１の発明では、前記２組の撮像ユニットにおける一方の撮像ユニットの固体撮像素子に対して、他方の撮像ユニットの固体撮像素子を、その中心位置を含み、水平走査ラインと平行な軸回りに１８０°反転させて配置するものとしており、また請求項２の発明では、前記２組の撮像ユニットを構成する固体撮像素子の一方からの画像信号を画像信号回転手段により１８０°画像を回転させる構成としたことをその特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の一形態について説明する。まず、図１に内視鏡の全体構成を示す。同図において、１は内視鏡、２は光源部と映像信号処理部とを一体に設けた光源ユニットである。内視鏡１は、体腔内に挿入される挿入部３と、この挿入部３の基端部に連結して設けた本体操作部４と、本体操作部４から引き出されたユニバーサルコード５とから構成される。ユニバーサルコード５が先端側が分岐しており、そのうちの１本のコード５ａには光源ユニット２における光源部側ソケット２ａに着脱可能に接続される光源コネクタ６が設けられている。また、他方のコード５ｂには光源ユニット２に設けた映像信号処理部側ソケット２ｂに着脱可能に接続される電気コネクタ７が設けられている。また、光源ユニット２にはモニタ８が接続されている。
【０００９】
図２に挿入部３の先端部分３ａの構成を示す。先端部分３ａはハウジング９を有し、このハウジング９には中央の部位に設けた観察部と、この観察部の両側に位置する照明部とから構成され、照明部には左右一対設けたライトガイド１０，１０（図３参照）の出射端が臨んでおり、体腔内に照明光を照射するためのものである。ライトガイド１０は、挿入部３から本体操作部４を経てユニバーサルコード５にまで延在されており、さらにこのユニバーサルコード５のコード５ａに導かれて、光源コネクタ６に入射端が臨んでいる。
【００１０】
ライトガイド１０，１０間における観察部には、図３及び図４に示したように、２組の撮像ユニット１１Ｌ，１１Ｒが設けられている。これら撮像ユニット１１Ｌ，１１Ｒは、それぞれ図５及び図６に示したように、対物レンズ鏡胴１２Ｌ，１２Ｒに対物レンズ１３Ｌ，１３Ｒを装着し、これら各対物レンズ鏡胴１２Ｌ，１２Ｒには光路を９０°曲げるためのプリズム１４Ｌ，１４Ｒが接合・固定されている。以上の対物光学系は撮像ユニット１１Ｌも撮像ユニット１１Ｒも同様の構成である。プリズム１４Ｌ，１４Ｒには撮像手段として、固体撮像素子１５Ｌ，１５Ｒが接合して設けられ、これら固体撮像素子１５Ｌ，１５Ｒはそれぞれ回路基板１６Ｌ，１６Ｒに搭載されている。
【００１１】
ここで、固体撮像素子１５Ｌと固体撮像素子１５Ｒとでは、天地が逆に装着されることになる。即ち、プリズム１４Ｌへの固体撮像素子１５Ｌの接合方向と、プリズム１４Ｒへの固体撮像素子１５Ｒの接合方向の上下が逆になっている。このために、回路基板１６Ｌからのケーブル１７Ｌの引き出し方向と、回路基板１６Ｒからのケーブル１７Ｒの引き出し方向とは逆になる。回路基板１６Ｒからは前方側にケーブル１７Ｒが引き出されるが、このケーブル１７Ｒは回路基板１６Ｒの裏面側で折り返すようにして挿入部３内に引き回されている。そして、ケーブル１７Ｌ，１７Ｒは、ライトガイド１０と共に挿入部３，本体操作部４及びユニバーサルコード５内に引き回されて、コード５ｂから電気コネクタ７に設けた端子（図示せず）に接続される。
【００１２】
立体内視鏡として構成されることから、挿入部３の先端には、前述した２組の撮像ユニット１１Ｌ，１１Ｒが装着されるが、図３からも明らかなように、２組の撮像ユニット１１Ｌ，１１Ｒは間隔Ｄだけ離間させた状態に配置されており、さらにこれら撮像ユニット１１Ｌ，１１Ｒより被写体側の位置には大きな開口を有する観察窓１８（図２参照）が形成されており、この観察窓１８には凹レンズと凸レンズとを組み合わせた逆ガリレオレンズ１９が装着されている。
【００１３】
而して、２組の撮像ユニット１１Ｌ，１１Ｒで取得した画像信号を光源ユニット２における映像信号処理部に伝送して所定の信号処理を行った上で、モニタ８に左右の画像が交互に表示される。そして、観察を行う者は液晶シャッタ付きの眼鏡を着用して、モニタ８における画像の切り換わりに連動して液晶シャッタを開閉することによって、モニタ８に映し出されている映像を立体的に認識できることになる。ここで、撮像ユニット１１Ｌ，１１Ｒを構成する対物レンズ１３Ｌ，１３Ｒの間隔を広くしすぎると、視差が必要以上に大きくなり、立体視できなくなり、実質的に二重像となってしまう。従って、対物レンズ１３Ｌ，１３Ｒは両眼視差を持たせるのに適切な間隔に配置されなければならない。撮像ユニット１１Ｌ，１１Ｒは固体撮像素子１５Ｌ，１５Ｒを搭載した回路基板１６Ｌ，１６Ｒが最も大型で幅の広い部材であり、通常は、２組の撮像ユニット１１Ｌ，１１Ｒの配置間隔はこの回路基板１６Ｌ，１６Ｒの外形寸法により制約を受ける。
【００１４】
以上のことから、撮像ユニット１１Ｒと撮像ユニット１１Ｌとを上下逆方向を向けるように配置している。即ち、図３及び図４に示したように、撮像ユニット１１Ｒの回路基板１６Ｒが上側に、また撮像ユニット１１Ｌの回路基板１６Ｌは下側に位置している。これによって、２組の撮像ユニット１１Ｌ，１１Ｒのそれぞれの回路基板１６Ｌ，１６Ｒは相互に干渉し合うことがなくなり、対物レンズ鏡胴１２Ｌ，１２Ｒを密着させた状態にしても配置することができる。このために、２つの対物レンズ１３Ｌ，１３Ｒの間隔Ｄは任意に調整することができることになり、両対物レンズ１３Ｌ，１３Ｒの視野を、それぞれ左目画像と右目画像として正確な立体視が可能になる位置関係となるように配置できる。
【００１５】
ところで、撮像ユニット１１Ｒを撮像ユニット１１Ｌの上方で受光面は相互に対面する状態に配置されることになるから、それぞれの固体撮像素子１５Ｌ，１５Ｒでは、物体Ｓは図７に示したように撮像される。ここで、固体撮像素子１５Ｒで得た画像を軸Ａを中心として反転させると、固体撮像素子１５Ｌと同じ面となり、この状態では両画像の上下及び左右の位置関係は同じになる。以上のことから、撮像ユニット１１Ｌと撮像ユニット１１Ｒとでは、固体撮像素子及びその回路基板を水平走査ラインと平行な軸に沿って反転させるように配置し、それ以外は同一の構成とする。これによって、固体撮像素子１５Ｌでは左目画像が、また固体撮像素子１５Ｒでは、左目画像に対して所定の視差を持った右目画像が得られる。ただし、固体撮像素子１５Ｒの転送部１５ＲＴは、固体撮像素子１５Ｌの転送部１５ＬＴとは反対側に位置させる必要がある。図５にあるように、撮像ユニット１１Ｌ側では挿入部３の基端方向、即ち対物レンズ鏡胴１２Ｌとは反対方向にケーブル１７Ｌを引き出すのに対して、図６にあるように、撮像ユニット１１Ｒ側では、挿入部３の先端方向、即ち対物レンズ１２Ｒ方向にケーブル１７Ｒを接続して、このケーブル１７Ｒを折り返すようにする。
【００１６】
以上のようにして得られた両眼視差を持った２つの画像は、図８に示したような映像信号処理回路により信号処理がなされる。この図から明らかなように、撮像ユニット１１Ｌの固体撮像素子１５Ｌ及び撮像ユニット１１Ｒの固体撮像素子１５Ｒを駆動して、各固体撮像素子１５Ｌ，１５Ｒで蓄積した電荷が読み出される。そして、固体撮像素子１５Ｌ，１５Ｒから読み出された画像信号は、画像信号処理回路２０Ｌ，２０Ｒで所定の画像信号を生成するのに必要なブランキング，γ補正，輪郭補正，アパーチャ補正，ホワイトバランス等各種の信号処理が行われた上で、Ａ／Ｄ変換器２１Ｌ，２１Ｒによりデジタル信号に変換された上で、画像メモリ２２Ｌ，２２Ｒに記録される。
【００１７】
そして、画像メモリ２２Ｌ，２２Ｒに１フィールド分の画像データが取り込まれると、その画像データが読み出されて、Ｄ／Ａ変換器２３Ｌ，２３Ｒでアナログ信号に変換されて出力される。そして、切換スイッチ２４により画像メモリ２２Ｌからの画像信号と、画像メモリ２２Ｒからの画像信号とが交互にモニタ８に取り込まれて、左目画像と右目画像とがモニタ８に交互に表示される。
【００１８】
モニタ８に表示される画像は、通常は１／６０秒毎に画像を切り換えるが、右目画像と左目画像とが交互に表示されることから、画像の切り換えタイミングは１／１２０秒とする。そして、液晶シャッタを有する眼鏡を着用してモニタ８を観察すると、映像は立体的に把握できるようになる。両対物レンズ１３Ｌ，１３Ｒを立体視を可能とする上で最も好適な位置関係となるように配置できるから、モニタ８に表示された映像は忠実な立体視が可能になる。
【００１９】
なお、前述した実施の形態においては、固体撮像素子１５Ｌ，１５Ｒの配置を前後逆にすることによって、左目画像と右目画像との方向を一致させるように構成したが、上下に配置される２つの固体撮像素子から得られた画像信号を所要の信号処理を行うことによっても、２つの画像の方向を一致させることができる。即ち、図９に示したように、一方の固体撮像素子１５Ｒで得られた画像信号を信号処理回路２０Ｒで処理した上で、画像回転回路２５にその信号を取り込んで、この画像回転回路２５により固体撮像素子１５Ｒで得られた画像を１８０°回転させる処理を行った上で、Ａ／Ｄ変換器２１Ｒを介して画像メモリ２２Ｒに取り込むようにする。このように構成すれば、一方の固体撮像素子１５Ｒからのケーブル１７Ｒを折り返す必要がなく、固体撮像素子１５Ｌと同じ方向から引き出すように構成することができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、一方側の撮像ユニットの固体撮像素子及びその基板を、他方側の固体撮像素子及びその基板に対して上下方向の反対側に向けて配置する構成としたので、両撮像ユニットにおける対物レンズ間の間隔を立体視するのに最適な間隔となるように調整できる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す立体内視鏡の全体構成図である。
【図２】挿入部の先端部分の断面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ断面図である。
【図４】２個の撮像ユニットの配置関係を示す説明図である。
【図５】左目画像用の撮像ユニットの断面図である。
【図６】右目画像用の撮像ユニットの断面図である。
【図７】２組の撮像ユニットで得られる左目画像と右目画像との水平方向及び垂直方向の位置関係を示す説明図である。
【図８】映像信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の他の実施の形態を示す立体内視鏡の映像信号処理部の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 内視鏡
２ 光源ユニット
８ モニタ
１１Ｌ，１１Ｒ 撮像ユニット
１２Ｌ，１２Ｒ 対物レンズ鏡筒
１３Ｌ，１３Ｒ 対物レンズ
１４Ｌ，１４Ｒ プリズム
１５Ｌ，１５Ｒ 固体撮像素子
１６Ｌ，１６Ｒ 回路基板
１８ 観察窓
１９ 逆ガリレオレンズ
２０Ｌ，２０Ｒ 映像信号処理回路
２２Ｌ，２２Ｒ 画像メモリ
２４ 切換スイッチ
２５ 画像回転回路

Claims (3)

1. 対物レンズと、この対物レンズの光路を略９０°曲げるプリズムと、このプリズムにより曲げられた光路における対物レンズの結像位置に配置した固体撮像素子及びその基板とからなる撮像ユニットを、挿入部の先端に所定の間隔を置いて平行に２組配置し、これら２組の撮像ユニットにより所定の視差を持った左右両眼用の画像を取得するようにした立体内視鏡において、
   前記２組の撮像ユニットを構成する各々の対物レンズの配設位置を前記挿入部先端の左右位置としたときに、一方の撮像ユニットのプリズムは光路を上方に向けて曲げ、他方撮像ユニットのプリズムは光路を下方に向けて曲げるようになし、
   一方側の撮像ユニットの固体撮像素子及びその基板を、他方側の固体撮像素子及びその基板に対して上下方向の反対側に向くように配置し、
   前記２組の撮像ユニットにおける一方の撮像ユニットの固体撮像素子に対して、他方の撮像ユニットの固体撮像素子を、その中心位置を含み、水平走査ラインと平行な軸回りに１８０°反転させて配置する
   構成としたことを特徴とする立体内視鏡。
2. 対物レンズと、この対物レンズの光路を略９０°曲げるプリズムと、このプリズムにより曲げられた光路における対物レンズの結像位置に配置した固体撮像素子及びその基板とからなる撮像ユニットを、挿入部の先端に所定の間隔を置いて平行に２組配置し、これら２組の撮像ユニットにより所定の視差を持った左右両眼用の画像を取得するようにした立体内視鏡において、
   前記２組の撮像ユニットを構成する各々の対物レンズの配設位置を前記挿入部先端の左右位置としたときに、一方の撮像ユニットのプリズムは光路を上方に向けて曲げ、他方撮像ユニットのプリズムは光路を下方に向けて曲げるようになし、
   一方側の撮像ユニットの固体撮像素子及びその基板を、他方側の固体撮像素子及びその基板に対して上下方向の反対側に向くように配置し、
   前記２組の撮像ユニットを構成する固体撮像素子の一方からの画像信号を画像信号回転手段により１８０°画像を回転させる
   構成としたことを特徴とする立体内視鏡。
3. 前記挿入部には、前記両撮像ユニットにおける対物レンズより被写体側の位置に逆ガリレオレンズを配置する構成としたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の立体内視鏡。

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