JP4081156B2

JP4081156B2 - 立体内視鏡

Info

Publication number: JP4081156B2
Application number: JP08367797A
Authority: JP
Inventors: 勝栗尾
Original assignee: TRUMO KABUSHIKI KAISHA
Current assignee: TRUMO KABUSHIKI KAISHA
Priority date: 1997-04-02
Filing date: 1997-04-02
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2017-04-02
Also published as: JPH10276964A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単眼レンズで立体視可能な、立体内視鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内視鏡による映像は、奥行きに関する情報が少なく複数の観察対象物間の距離がつかみにくく、該映像を見ながらの作業においては、誤操作の虞があるがばかりでなく、作業者の心身にわたる疲労も大きい等の課題を有していた。
【０００３】
このような問題を解決すべく立体視可能な立体内視鏡の開発が盛んに行われているが、その多くは、双眼の観察レンズを用いて、左右目用の２視差像を取り込み、２系列の光学系によってステレオ映像出力装置等に伝達し、表示するように構成されている。しかしながら、このような立体内視鏡においては、輻輳角の調整が困難である事と双眼の光学レンズ及び２系列の光学系が併設されることにより、内視鏡の外径が太くなり、体腔内等の細径の箇所への挿入が難しく、好ましくなかった。
【０００４】
また、この欠点を解消する手段として特開昭57-219491号においては、双眼の光学レンズのそれぞれに互いに異なる偏光を有する偏光板を設置し、得られた二つの映像を単一のイメージガイドで伝達するものが開示されているが、ここでは光学レンズが右目用と左目用とで二つ備えられているために、結局先端部が大型化し、体腔内等のような目的部位への挿入が妨げられる点で、上記従来の欠点を解消するに至らなかった。
【０００５】
この輻輳角の調整及び太径化という欠点を解消する物として、本出願人は特願平6-269914号において、単眼の観察レンズにて、該レンズの有効口径内の視差像を２つの偏光像として伝達する方法を用いた立体内視鏡について提案している。即ち、この立体内視鏡は、観察レンズの絞りの位置またはその近傍に偏光方位角が各々異なる偏光フィルタ対を分割して配設するものであり、この偏光フィルタ対により観察レンズの有効口径内に存する視差像が二つの偏光像に変換して内視鏡内を伝搬され、この２偏光像を、時間分割もしくは時間並行に撮影して映像出力信号に変換し、該映像出力信号をステレオ画像表示装置に入力するものである。観察者は表示装置上の映像をステレオ画像として観察することができる。
【０００６】
しかしながら、観察像が前記偏光フィルタ対を透過する事により生じる偏光特性を利用し視差像を得るこのような立体内視鏡については、該偏光フィルタ対と撮像素子前に設置される検光子（偏光フィルタ）との偏光方位角の整合性を取らないと視差像が得られない。また、該偏光フィルタ対から撮像素子までの内視鏡内部での観察像伝達の際の偏光の保持の度合いによって、二視差像が混ざり合うクロストークが発生するため、これを除去する手段を施さねばならない。これにより、立体内視鏡システム構成が従来の内視鏡と比べ複雑となり、種々の調整も煩雑になる。また、従来の内視鏡等観察システムの光学系を一部流用するといった方法での開発が難しいという点が、実用化が進まない要因としてあった。
【０００７】
以上の点を鑑み、本出願人は、特願平8-206216号にて、２種以上の色フィルタを用いることで、一系列の光学系で映像の取り込み及び伝達を行う内視鏡に関して提案している。即ち、内視鏡の光学結像部材の、観察レンズの絞りの位置またはその近傍に、透過波長の異なる少なくとも２種以上の領域を有する色フィルタを設け、該色フィルタを透過させることにより光束が２種以上に分離されることを利用して視差像を得ている。また、前記色フィルタを透過することにより２種以上に分離した観察像を、ファイバー内を伝達させた後に内視鏡撮像部に設置された撮像素子に入射させ、所定の処理により得られた映像信号を色成分毎に分離し、変換及び合成することで、左右目用の視差像の疑似カラー映像出力信号を得ている。
【０００８】
このように、色フィルタを用いることにより、偏光フィルタの様な配設方位の制限がない、伝達系の偏光保持特性が不要となる、従来の内視鏡等観察システムの光学系流用が可能となる等の効果が生じたが、その一方で、色フィルタにより視差情報を分離するため、左右目用のそれぞれの視差像において完全な色再現を取ることが難しく、課題となっていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みて為された物であり、色フィルタを使用した単眼立体視の手法を用い、かつ、その色再現性を改善した立体内視鏡を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した本発明の目的は、以下の（１）〜（７）の構成によって達成される。
【００１１】
（１）視差を有する一対の像を得るための立体内視鏡において、該立体内視鏡の単一の光路中に透過波長の異なる少なくとも４種以上の領域を有する色フィルタを設けたことを特徴とする立体内視鏡。
【００１２】
（２）前記色フィルタを透過する事により４種以上に分離した観察像を、前記色フィルタを構成する個々のフィルタの透過波長を含む波長選択手段により、複数の色成分で構成される２視差以上の像に分離し、それぞれを立体内視鏡の撮像部に設置された異なる撮像素子に入射させることで、おのおの複数の色成分からなる左右目用の視差像である映像を得ることを特徴とする、（１）に記載の立体内視鏡。
【００１３】
（３）前記色フィルタを構成する４種以上の各フィルタの透過波長域が互いに交わることが無い、あるいはその交わる領域が十分小さいことを特徴とする、（１）に記載の立体内視鏡。
【００１４】
（４）少なくとも、前記色フィルタのを構成する４種以上の各フィルタの透過波長域の光を照射する照明装置を持つことを特徴とする、（１）に記載の立体内視鏡。
【００１５】
（５）前記色フィルタが、その中心から左右同面積にそれぞれ２種以上、計４種類以上の透過波長領域を有することを特徴とする（１）に記載の立体内視鏡。
【００１６】
（６）前記色フィルタが、その中心から左右同面積にそれぞれ赤色、青色および緑色の波長の透過領域を有し、該左右の赤色波長透過領域が互いに交わることが無い、あるいはその交わる領域が十分小さく、かつ該左右の青色波長透過領域が互いに交わることが無い、あるいはその交わる領域が十分小さく、かつ左右の緑色波長透過領域が互いに交わることが無い、あるいはその交わる領域が十分小さいことを特徴とする、（３）に記載の立体内視鏡。
【００１７】
（７）前記色フィルタが、中央に赤色波長透過領域を有し、該赤色波長透過領域の左右にそれぞれ青色および緑色の波長の透過領域を有し、該左右の青色波長透過領域が互いに交わることが無い、あるいはその交わる領域が十分小さく、かつ左右の緑色波長透過領域が互いに交わることが無い、あるいはその交わる領域が十分小さいことを特徴とする、（３）に記載の立体内視鏡。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に基づく立体内視鏡の要旨を更に明確にするために、図面を利用して実施の形態を説明する。
【００１９】
図１は本実施例における立体内視鏡の概略構成図である。図１において、１は単一の光学系および光路のみを有する立体内視鏡である。２は立体内視鏡１の単一の観察光学系３の中の観察レンズの絞りの位置（主光線と光軸が交わる位置）に設置される色フィルタである。色フィルタ２は、図２に示すような光の３原色（赤：Ｒ、青：Ｂ、緑：Ｇ）のそれぞれに近い透過波長を有する６領域（Ｒ１、Ｒ２、Ｇ１、Ｇ２、Ｂ１、Ｂ２）からなり、その透過特性は図７の様に重なり合わない、あるいは重なりが無視できる程度に小さい。観察光学系３への入射光は、色フィルタ２を透過することにより（Ｒ１、Ｒ２、Ｇ１、Ｇ２、Ｂ１、Ｂ２）各波長の６つの光束に分離されるが、フィルターを左右に分割する中心線を境に右に（Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１）、左に（Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２）の様にフィルタ配置されているため、（Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１）により構成される映像と（Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２）により構成される映像とは互いに視差を有する映像となる。
【００２０】
それぞれの映像は、６波長域に分離された観察像として複数枚のレンズやイメージファイバーバンドルにて構成される単一の光路である伝達光学系４を介して、ハーフミラーやプリズムから構成されるビームスプリッター５まで伝達される。ビームスプリッター５に到達した観察像は、透過と反射で２方向に分離され、（Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１）を透過する色フィルタを配設されたＣＣＤ６ａと、（Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２）を透過する色フィルタを配設されたＣＣＤ６ｂに到達し、おのおののフィルタを透過した観察像のみを電気信号に変換する。その後、映像信号処理回路７ａ、７ｂにより、ＣＣＤ６ａ、ＣＣＤ６ｂのそれぞれに配設されたフィルタの透過特性を考慮した信号処理が行われ、左右目用の２視差映像出力信号８（例えばＮＴＳＣ信号またはＲＧＢ信号）に変換される。２視差映像出力信号８は、左右目用映像信号として、図示しないモニタ装置に出力される。モニタ装置としては、公知の時分割方式のモニタを液晶シャッタ眼鏡を用いて観察することが出来る。または、公知の時間並行表示可能なレンチキュラ式立体画像表示装置やパララックスバリア式立体画像表示装置、あるいは特開平７−１４０４１８号公報に記載された方式の立体画像表示装置等を用いれば、眼鏡無しで立体画像観察することもできる。
【００２１】
ここで、ビームスプリッター５として、その透過と反射で（Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１）と（Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２）により構成される像を選択出来る機能を有するものを用い、かつ各色に対する感度特性がブロードなカラーＣＣＤ素子を用いれば、ＣＣＤ６ａとＣＣＤ６ｂは共通のものを使用することが出来る。その場合においても、映像信号処理回路７ａ、７ｂにおいて、ビームスプリッター５の透過・反射特性を考慮した信号処理を行っても良い。
【００２２】
また、撮像部はＲ１、Ｒ２、Ｇ１、Ｇ２、Ｂ１、Ｂ２のそれぞれに選択的透過・反射特性を持つダイクロイックミラー９を用いて構成することもできる。図６にビームスプリッター５を透過した像のための撮像部を示す。この場合、ＣＣＤ６ａに色分離のための色フィルタは不要となり、また映像信号処理回路７はダイクロイックミラー９の透過・反射特性を考慮した信号処理となる。ビームスプリッター５を反射した観察像のための撮像部も同様の構成である。
【００２３】
また、前記色フィルタ２は図３や図４、図５に示す様に、良好な立体知覚を得るために各色フィルタの位置、大きさ、形状、分割数等を変更する事も可能である。図３は左右の境となる中心領域に可視領域の全波長を透過可能な領域を設けたものであり、これにより得られる画像の光量が増加し、より明瞭なステレオ画像を得ることが出来るものである。図４はＲ１、Ｒ２、Ｇ１、Ｇ２、Ｂ１、Ｂ２の各領域を細かく分散して設けたものである。これにより、各波長領域を透過する像が均一化され、より鮮明な画像を得ることが出来る。図５は内視鏡の観察領域が主に体腔内であり、赤色に支配された波長領域が強いことを考慮したものである。図５において、中心部には左右共通の領域として赤色波長を透過領域として示す領域を設け、その左右には青色と緑色をそれぞれ透過波長域をずらしたＧ１、Ｇ２およびＢ１、Ｂ２の領域をバランス良く配置している。これにより、得られる体腔内の画像の光量が増加し、より鮮明なステレオ画像を比較的容易に得ることが出来るものである。更に、各フィルタの境に遮光域を設け、視差特性を改善することにより、より立体感の増したステレオ画像を得ることも可能である。また、本実施例においては、色フィルタとして、光の３原色（赤：Ｒ、青：Ｂ、緑：Ｇ）のそれぞれに近い透過波長を有する６領域（Ｒ１、Ｒ２、Ｇ１、Ｇ２、Ｂ１、Ｂ２）の６色を用いたが、有効に分離可能であれば任意の色（波長）を任意の数だけ選択・組み合わせることが出来る。色フィルタは、複数のフィルタを適当な形状に成形し、組み合わせて作製しても良く、１枚の基材上に透過波長の異なる複数の材料を塗装または蒸着して構成しても良い。また、各構成部材の位置、大きさ、形状は本発明の趣旨に反しない限り任意である。
【００２４】
図８は、上記実施例の変形例における立体内視鏡の先端部の構造を示す構造図である。本変形例において、基本的な撮像部分及び映像信号処理については前記の実施例１と同一であるため説明を省略する。本実施例においては、光ファイババンドルからなる被写体照明用のライトガイド１２を立体内視鏡に配設する事により、暗所でも立体視が可能となる。但し、ライトガイド１２の大きさ、形状、および位置は被写体照明の可能な範囲において任意である。なお、光源はメタルハライド等の白色光源に限定される物ではなく、赤外や紫外領域の光源を用いてもよく、適当な光源を選択する事で被写体由来の励起光の観察を可能にできる利点がある。但し、光源は前記フィルタ２の透過波長全ての光を含まねばならない。
【００２５】
図９は上記実施例の変形例２における立体内視鏡の基部側構造を示す概略図である。変形例２においては、照明用光学系を有している事に特徴がある点で、上記変形例と同じであるが、上記のものは観察および伝達光学系と、照明光学系（ライトガイド）が別個であるのに対して、前記観察および伝達光学系が照明光学系を兼ねる。基本的な撮像部分及び映像信号処理については前記の実施例１と同一であるため説明を省略する。伝達光学系３とビームスプリッタ５間に、ハーフミラーやプリズム等により構成された、ビームスプリッタ１３を配置し、光源１４からの照明光を入射させる。観察光学系３透過後に物体に照射された光は、反射後に再び観察光学系３に入射し、伝達光学系４を通過後、ビームスプリッタ１３を透過し、ビームスプリッタ５、ＣＣＤ６ａ、ＣＣＤ６ｂに到達する。但し、ビームスプリッタ１３の大きさ、形状、および位置は被写体照明の可能な範囲において任意である。なお、光源はメタルハライド等の白色光源に限定される物ではなく、赤外や紫外領域の光源を用いてもよく、適当な光源を選択する事で被写体由来の励起光の観察を可能にできる利点がある。但し、光源は前記フィルタ２の透過波長全ての光を含まねばならない。
【００２６】
図１０は、変形例３における立体内視鏡の先端部の構造を示す概略図である。本変形例において、基本的な撮像部分及び映像信号処理については前記の実施例と同一であるため説明を省略する。本変形例は、本体の先端部に鏡面を有するプリズム１５を設けることで、内視鏡長尺方向に対して側方にある物体を観察することが可能なものである。但し、前記プリズム１５の大きさ、形状、および位置は側方観察の可能な範囲において任意である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の立体内視鏡は、上述のごとく構成されることにより、単一の観察光学系および伝達系のみを有する通常の内視鏡とかわらない外径やコストにて、明瞭なカラー立体映像を得ることが出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における立体内視鏡の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例１における色フィルタの構成例である。
【図３】本発明の実施例１における色フィルタの他の例を示す構成例である。
【図４】本発明の実施例１における色フィルタの他の例を示す構成図である。
【図５】本発明の実施例１における色フィルタの他の例を示す構成図である。
【図６】本発明の実施例１における撮像部の他の例を示す構成図である。
【図７】本発明の実施例１における色フィルタの透過波長特性例である。
【図８】本発明の変形例における立体内視鏡の先端部の構成の説明図である。
【図９】本発明の変形例２における立体内視鏡の構造の説明図である。
【図１０】本発明の変形例３における立体内視鏡の先端部の構成の説明図である。
【符号の説明】
１：立体内視鏡、２：色フィルタ、３：観察光学系、４：内視鏡内部の伝達光学系、５：ビームスプリッタ、６：ＣＣＤ、７：映像信号処理回路、８：２視差映像出力信号、９：ダイクロイックミラー、１２：被写体照明用ライトガイド、１３：ビームスプリッタ、１４：光源、１５：プリズム

Claims

視差を有する一対の像を得るための立体内視鏡において、該立体内視鏡の単一の観察光学系の光路中に透過波長の異なる少なくとも５種以上の領域を有する色フィルタを、その中心から左右同面積にそれぞれ３種以上、計５種類以上の透過波長領域を有するよう設け、前記色フィルタを透過した入射光を前記それぞれ３種以上の透過波長領域ごとに２つに分離する波長選択手段を有することを特徴とする立体内視鏡。
前記波長選択手段は、前記色フィルタを透過する事により５種以上に分離した観察像を、前記色フィルタを構成する個々のフィルタの透過波長を含む前記それぞれ３種以上の透過波長領域ごとの複数の色成分で構成される２視差以上の像に分離し、それぞれを立体内視鏡の撮像部に設置された異なる撮像素子に入射させることで、おのおの複数の色成分からなる左右目用の視差像である映像を得ることを特徴とする、請求項１に記載の立体内視鏡。
前記色フィルタを構成する５種以上の各フィルタの透過波長域が互いに交わることが無いことを特徴とする、請求項１に記載の立体内視鏡。
少なくとも、前記色フィルタを構成する５種以上の各フィルタの透過波長域の光を照射する照明装置を持つことを特徴とする、請求項１に記載の立体内視鏡。
前記色フィルタの左右の境となる中心領域に左右共用の透過領域を設けたことを特徴とする請求項１に記載の立体内視鏡。