JP4418178B2 - 撮像装置及び電子内視鏡装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同一素子の受光面に、互いに異なる入射角の光を光電変換する画素を形成した撮像装置と、その撮像装置を用いて、立体視画像や、直視と側視画像を生成可能な電子内視鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、体腔内の胃、大腸、十二指腸、気管支等の観察治療に用いられる医療用内視鏡や、ガス管及び水道管等のパイプ類とエンジン等の内部観察に用いられる工業用内視鏡が多く用いられるようになっている。
【０００３】
これら内視鏡は、特に、固体撮像素子の小型化と撮像画質性能の著しい進歩により、内視鏡挿入部の先端に固体撮像素子を配置した電子内視鏡が提案採用されている。
【０００４】
この電子内視鏡の提案採用により、医療用では、内視鏡画像による患部の観察のみならず、内視鏡画像の基での外科手術が求められ、工業用では、キズやクラック等の観察検出のみならず、キズやクラックの大きさ・深さを計測されることが求められるようになっている。
【０００５】
この医療用内視鏡の基での外科手術や、工業用内視鏡の基での計測を正確に、かつ確実に実行するための各種電子内視鏡が提案されている。
【０００６】
例えば、所定の視差を有する２つの対物光学系で得た２つの被写体像を、それぞれに対応した２つの固体撮像素子を結像させて、その２つの固体撮像素子でそれぞれ光電変換生成した撮像信号に所定の信号処理を施して生成した２つの映像を右眼と左眼にそれぞれ認識させることで、立体視内視鏡像を認識させる立体視用電子内視鏡が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、体腔内の例えば、十二指腸の観察・治療に用いられる電子内視鏡は、細長い管腔内に挿入部を挿入する際の挿入方向を観察する直視用対物光学系と、管腔壁を観察する側視用対物光学系とを有し、その直視用対物光学系と側視用対物光学系でそれぞれ取り込んだ被写体像を切り換える撮像する電子内視鏡が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−２９７０１号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開平１１−１３７５１２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の立体視用電子内視鏡は、所定の視差を有する被写体像を撮像する２つの固体撮像素子が必要になり、電子内視鏡の撮像機能のコストが高騰するのみか、挿入部の外形状の細径化が妨げられている。
【００１１】
また、直視と側視の両機能を有する電子内視鏡は、直視用の対物光学系からの被写体像と、側視用の対物光学系からの被写体像を切り換えるミラーおよびそのミラーの駆動制御が必要となり、細径の内視鏡挿入部の先端にそのミラーとミラーの駆動系の組み込む作業の煩雑性による組み立て作業効率の低下と、内視鏡挿入部の細径化の妨げとなっている。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、１つの素子の受光面に、入射角度の異なる被写体光をそれぞれ入射光電変換させる複数の画素を形成し、その入射角の異なる被写体像それぞれの撮像信号を生成する撮像装置を提供すると共に、その撮像装置を用いて立体視用、及び直視と側視可能な電子内視鏡装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置は、同一素子の表面上に、互いに対向し角度が異なる第１及び第２の傾斜面を複数形成し、前記第１及び第２の傾斜面に所定間隔で複数の画素を配置して形成した受光面を有する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の前記第１の傾斜面に配置された画素に被写体光を入射する第１の対物光学系と、前記第１の対物光学系とは異なる光軸を有し、前記固体撮像素子の前記第２の傾斜面に配置された画素に被写体光を入射する第２の対物光学系と、を具備することを特徴としている。
【００１４】
本発明の電子内視鏡装置は、内視鏡挿入部先端に配置され、同一素子の表面上に、互いに対向し角度が異なる第１及び第２の傾斜面を複数形成し、前記第１及び第２の傾斜面に所定間隔で複数の画素を配置して形成した受光面を有する固体撮像素子と、内視鏡挿入部先端に配置され、前記固体撮像素子の前記第１の傾斜面に配置された画素に被写体光を入射する第１の対物光学系と、内視鏡挿入部先端に配置され、前記第１の対物光学系とは異なる光軸を有し、前記固体撮像素子の前記第２の傾斜面に配置された画素に被写体光を入射する第２の対物光学系と、を具備することを特徴としている。
【００１５】
本発明の電子内視鏡装置の前記対物光学系手段は、所定の視差を有する２つの被写体光を得ることを特徴している。
【００１６】
また、本発明の電子内視鏡装置の前記対物光学系手段は、内視鏡挿入部の挿入軸方向に光軸を持つ直視用対物光学系と、内視鏡挿入部の挿入軸方向と略垂直方向に光軸を持つ側視用対物光学系と、からなることを特徴としている。
【００１７】
本発明の固体撮像素子と電子内視鏡装置は、複数の光学系から入射する入射角の異なる被写体光を受光する面に複数の光電変換用の画像を同一素子内に形成した固体撮像素子と、その固体撮像素子を用いることで、同時に異なる光学系からの被写体像を撮像でき、立体視画像や側視と直視画像の同時表示ができ、電子内視鏡の挿入部の細径化も可能なった。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。最初に図１と図２を用いて本発明の一実施の形態に係る撮像装置に採用される固体撮像素子を説明する。図１（ａ）は固体撮像素子の構成を示す断面図、図１（ｂ）は固体撮像素子の構成を示す斜視図、図２は、固体撮像素子の製造方法を説明する説明図である。
【００１９】
固体撮像素子１は、例えばシリコンウェハー等の素子基板２の表面に、エッチング等により所定間隔の堤状で、その堤状の両側面に所定角度の傾斜面４ａ，４ｂを有する段部３を複数形成し、この複数の段部３の各傾斜面４ａ，４ｂに等間隔で複数の画素からなる受光面５ａ，５ｂが形成されている。
【００２０】
つまり、前記段部３の傾斜面４ａ，４ｂに形成された受光面５ａ，５ｂには、図中実線２７ａと点線２７ｂで示す角度の異なる入射光が入射されるようになっている。
【００２１】
この傾斜面４ａ，４ｂを有する段部３の形成方法は、図２に示すように、素子基板２の表面に段部３を形成する部分はエッチングで除去されないように酸化膜等のエッチング防止膜８を設け、ＫＯＨやＴＭＡＨ等のエッチング溶液を用いて段部３が形成される部分以外をウエットエッチングを行い段部３を形成する。
【００２２】
具体的には、素子基板２であるシリコンウェハーの表面１００に所定間隔でエッチング防止膜８を設けて、ウエットエッチングを行うと、エッチング防止膜８が設けていない表面１００の部分は、エッチングされてシリコンウェハーの結晶面に対するエッチングの違いを利用して中間層１１１に傾斜面４ａ，４ｂを形成させる。
【００２３】
このようにエッチングにより形成された傾斜面４ａ，４ｂは互いに方向の異なる面となり、その傾斜面４ａ，４ｂの角度は表面１００に対して、例えば約５５゜になるように形成する。なお、エッチングにより形成される傾斜面４ａ，４ｂの深さは、予め設定した目的の深さに酸化膜層等のエッチング防止層９を形成した素子基板２を用いる。
【００２４】
つまり、厚み方向の所定位置にエッチング防止層９が設けられたシリコンウェハーの表面１００に傾斜面４ａ，４ｂを有する段部３を形成する部分にエッチング防止膜８を塗布した後、ウエットエッチング処理により所定の深さと角度を有する傾斜面４ａ，４ｂを形成し、その形成された傾斜面４ａ，４ｂに画素を形成して受光面５ａ，５ｂを生成する。
【００２５】
これにより、傾斜面４ａ，４ｂに形成された受光面５ａ，５６ｂには、異なる角度方向からの光が入射可能となる。即ち、１つの固体撮像素子で、異なる方向から入射された被写体光を光電変換して、その光電変換生成されたそれぞれの電荷を取り出すことにより、異なる被写体光の撮像信号が生成できる。
【００２６】
この固体撮像素子１を用いることにより、１つの固体撮像素子で立体視や、直視と側視を同時に可能とする電子内視鏡装置が実現可能となる。
【００２７】
この固体撮像素子１を用いた電子内視鏡装置について、図３乃至図６を用いて説明する。図３は本発明に係る電子内視鏡装置の全体構成を説明する平面図、図４は本発明に係る電子内視鏡装置の一実施形態である立体用電子内視鏡の挿入部先端の構成を示す断面図、図５は本発明に係る電子内視鏡装置の他の実施形態である直視と側視両用電子内視鏡の挿入部先端と固体撮像素子の構成を示す断面図、図６は電子内視鏡装置に用いる本発明に係る固体撮像素子と従来の固体撮像素子との相違を説明する説明図である。
【００２８】
最初に、本発明に係る電子内視鏡装置の全体構成について説明する。本発明に係る電子内視鏡装置は、図３に示す電子内視鏡１０と、図示していないが照明光を生成供給する光源装置と、電子内視鏡１０に設けられている固体撮像素子を駆動制御すると共に、撮像生成された撮像信号に所定の信号処理を施して、標準的映像信号を生成するカメラコントロールユニットと、そのカメラコントロールユニットで生成した映像信号の基で内視鏡像を表示するモニタなどからなっている。
【００２９】
前記電子内視鏡１０は、図３に示すように、細長な挿入部１１と、この挿入部１１の手元側に連設され術者が把持して種々の操作を行う操作部１２と、この操作部１２から延設したユニバーサルコード１３と、このユニバーサルコード１３の他端に接続されたコネクタ部１４からなっている。
【００３０】
前記挿入部１１は、前記操作部１２に連設された可撓性を有する可撓管１８と、この可撓管１８の先端に連設された湾曲部１９と、この湾曲部１９の先端に連設された先端部２０とから構成されている。
【００３１】
前記操作部１２は、前記挿入部１１の湾曲部１９を湾曲操作する湾曲操作レバー２１と、鉗子等の処置具を挿入する処置具挿入口２２などが設けられている。この処置具挿入孔２２から挿入された処置具は、前記挿入部１８に設けられた図示していない処置具チャンネルを介して、挿入部１８の先端部２０から突出するようになっている。
【００３２】
前記コネクタ部１４は、図示しない前記光源装置に接続されるライトガイドコネクタ１５とカメラコントロールユニットに接続されるカメラコネクタ１６を有している。
【００３３】
このコネクタ部１４のライトガイドコネクタ１５には、ユニバーサルコード１３、操作部１２、及び挿入部１８の先端部２０へと内蔵されている図示していないライトガイドファイバーが接続されており、前記光源装置からの照明光が挿入部１８の先端部２０から照射されるようになっている。また、カメラコネクタ１６には、前記挿入部１１の先端部２０に内蔵された図示していない固体撮像素子を駆動制御する信号と、撮像生成された撮像信号とを送受信する信号ケーブルがユニバーサルコード１３、操作部１２、及び挿入部１８の先端部２０へと内蔵されている。
【００３４】
このような構成の電子内視鏡１０において、立体視用電子内視鏡の挿入部１１の先端部２０の内部構成について図４を用いて説明する。
【００３５】
立体視用電子内視鏡の挿入部先端部２０には、所定の視差で配置された第１の対物光学系２５ａと第２の対物光学系２５ｂとが設けられている。この第１と第２の対物光学系２５ａ，２５ｂは、所定の視差で前記挿入部１１の軸方向と同軸方向に配置され、前記先端部２０に設けられたそれぞれの観察窓から入射される被写体光を取り込むための複数のレンズからなっている。
【００３６】
この第１と第２の対物光学系２５ａ，２５ｂの光軸上の後方には、入射された被写体光を所定の方向に反射、または屈折させる反射ミラー、またはプリズム等の第１の光学部品２６ａと第２の光学部品２６ｂと、この第１と第２の光学部品２６ａ，２６ｂで反射または屈折された前記被写体光が投射される位置に配置された前記固体撮像素子１からなっている。
【００３７】
つまり、前記第１の対物光学系２５ａに入射された被写体光２７ａは、第１の光学部品２６ａで反射屈折されて前記固体撮像素子１の受光面５ａに投射され、前記第２の対物光学系２５ｂに入射された被写体光２７ｂは、第２の光学部品２６ｂで反射屈折されて前記固体撮像素子１の受光面５ｂに投射される。
【００３８】
即ち、前記第１と第２の対物光学系２５ａ，２５ｂに入射された視差を有する被写体光が前記固体撮像素子１のそれぞれの受光面５ａ，５ｂに入射されそれぞれの受光面５ａ，５ｂ毎で生成される撮像信号を基に前記カメラコントロールユニットで所定の信号処理を行うことで、視差を有する映像信号が生成され、その視差を有する映像信号を右眼と左眼としてモニタにそれぞれ表示再生させることで立体視内視鏡像の観察が可能となる。
【００３９】
なお、前記第１と第２光学部品２６ａ，２６ｂは、前記第１と第２の対物光学系２５ａ，２５ｂからの被写体光２７ａ，２７ｂを、前記固体撮像素子１の受光面５ａ，５ｂに略垂直に入射するように調整設置されている。
【００４０】
これにより、本発明に係る固体撮像素子１を１つ使用して、視差を有する２つの対物光学系からの被写体像を同時に撮像でき、電子内視鏡の構成が安価で、組み立て作業の効率も向上する。
【００４１】
また、本発明に係る固体撮像素子１は、被写体光が入射される受光面５ａ，５ｂの面積と、従来の素子基板の平面上に平面的に配置された固体撮像素子の受光面５’の面積とを同じとした場合、図６（ａ）に示すように、本発明の固体撮像素子１は、挿入部１１の挿入軸方向から見て、図６（ｂ）に示す従来の挿入部１１の挿入方向と垂直方向に受光面５’が配置される固体撮像素子に比して、図中ｄで示す寸法分短くできるために挿入部１１の先端部２０の小型細径化が可能となる。
【００４２】
次に、本発明に係る固体撮像素子１を用いた直視と側視両用電子内視鏡装置について図５を用いて説明する。この直視と側視両用電子内規鏡の基本的構成は前述した電子内視鏡１０と同じで、挿入部１１の先端部２０の構成が異なる。
【００４３】
この直視と側視両用手電子内視鏡の挿入部先端部２０’は、図５（ａ）に示すように、第１対物光学系２８ａは、挿入部先端部２０’の挿入軸方向に光軸を持つように配置されている。第２の対物光学系２８ｂは、挿入部先端部２０’の挿入軸方向と略垂直な方向に光軸を持つように配置されている。
【００４４】
この第１の対物光学系２８ａからの被写体光２９ａと第２の対物光学系２８ｂからの被写体光２９ｂとが交わる位置に前記固体撮像素子１が配置されている。この直視と側視両用電子内視鏡に用いる固体撮像素子１は、図５（ｂ）に示すように、前記第１の対物光学系２８ａからの被写体光２９ａの受光面５ａと、前記第２の対物光学系２８ｂからの被写体光２９ｂの受光面５ｂとの角度を非対称に設定して、第２の対物光学系２８ｂからの被写体２９ｂをより多く受光できるように受光面積が大きく形成されている。
【００４５】
これにより、直視と側視両用電子内視鏡による管腔壁の観察時に側視の対物光学系である第２の対物光学系２８ｂからの被写体光を多く入射させて、管腔部の内視鏡像を高品位の画像とすることで観察精度の向上が図れる。
【００４６】
なお、前記固体撮像素子１の受光面５ａ，５ｂに入射された被写体光からそれぞれの内視鏡映像信号を前述のカメラコントロールユニットで生成し、モニタに第１の対物光学系２８ａの直視内視鏡画像と、第２の対物光学系２８ｂの側視内視鏡画像を同時に表示させることで、挿入部１１の挿入操作と管腔壁の観察とが同時に実行可能となる。
【００４７】
以上説明したように、本発明の電子内視鏡装置は、１つの固体撮像素子１を使用して、観察方向の異なる２つの被写体像を同時に撮像できると共に、電子内視鏡の構成が安価で、組み立て作業の効率も向上し、かつ、挿入部の先端部の小型細径化が可能となった。
【００４８】
［付記］
以上詳述した本発明の実施形態によれば、以下のごとき構成を得ることができる。
【００４９】
（付記１） 同一素子の表面上に、互いに対向する傾斜面を複数形成し、その複数の傾斜面に所定間隔で複数の画素を配置して形成した受光面と、その受光面に入射角度の異なる被写体光を入射することを特徴とした固体撮像素子。
【００５０】
（付記２） 同一素子の表面上に、互いに対向する傾斜面を複数形成し、その複数の傾斜面に所定間隔で複数の画素を配置して形成した受光面と、その受光面に入射角度の異なる被写体光を入射する固体撮像素子手段と、
内視鏡挿入部先端に配置され、前記固体撮像素子に入射角の異なる被写体光を入射される複数の対物光学系手段と、
を具備することを特徴とした電子内視鏡装置。
【００５１】
（付記３） 前記傾斜面は、素子基板の表面に所定間隔で塗布されたエッチング防止膜と、前記素子基板の厚さ方向に設けられたエッチング防止膜とからなり、前記素子基板をエッチング処理して形成することを特徴とする付記１に記載の固体撮像素子、または付記２に記載の電子内視鏡装置。
【００５２】
（付記４） 前記素子基板は、シリコンウェハーが用いられ、エッチング防止膜は酸化膜から、前記シリコンウェハーをウエットエッチングによりエッチング防止膜が施されていない部分を除去すると共に、前記シリコンウェハーのエッチンググレートの相違により前記傾斜面を形成することを特徴とした付記３に記載の固体撮像素子、または電子内視鏡装置。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の撮像装置は、同―素子の表面に複数の画素を有する角度の異なる受光面を有するために、複数の光学系からの被写体像を同時に撮像でき、１つの撮像素子で２つの異なる撮像信号を生成できる。
【００５４】
また、本発明の電子内視鏡装置は、前記固体撮像素子を用いて、異なる角度の受光面に視差を有する被写体像や、異なる方向からの被写体像を入射させることで、立体視や直視と側視両用電子内視鏡が形成でき、かつ、内視鏡の挿入部の細径化と小型が可能となり、電子内視鏡装置のコスト低減と組み立て作業効率が向上する効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態に係る撮像装置に採用される固体撮像素子の一実施形態の構成を示し、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は斜視図。
【図２】 固体撮像素子の一実施形態の製造方法を説明する説明図。
【図３】 本発明に係る電子内視鏡装置の全体構成を説明する平面図。
【図４】 本発明に係る電子内視鏡装置の一実施形態である立体視用電子内視鏡の挿入部先端の構成を示す断面図。
【図５】 本発明に係る電子内視鏡装置の他の実施形態である直視と側視両用電子内視鏡の挿入部先端と固体撮像素子の構成を示す断面図。
【図６】 本発明に採用される固体撮像素子と従来の固体撮像素子との相違を説明する説明図。
【発明の属する技術分野】
本発明は、同一素子の受光面に、互いに異なる入射角の光を光電変換する画素を形成した撮像装置と、その撮像装置を用いて、立体視画像や、直視と側視画像を生成可能な電子内視鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、体腔内の胃、大腸、十二指腸、気管支等の観察治療に用いられる医療用内視鏡や、ガス管及び水道管等のパイプ類とエンジン等の内部観察に用いられる工業用内視鏡が多く用いられるようになっている。
【０００３】
これら内視鏡は、特に、固体撮像素子の小型化と撮像画質性能の著しい進歩により、内視鏡挿入部の先端に固体撮像素子を配置した電子内視鏡が提案採用されている。
【０００４】
この電子内視鏡の提案採用により、医療用では、内視鏡画像による患部の観察のみならず、内視鏡画像の基での外科手術が求められ、工業用では、キズやクラック等の観察検出のみならず、キズやクラックの大きさ・深さを計測されることが求められるようになっている。
【０００５】
この医療用内視鏡の基での外科手術や、工業用内視鏡の基での計測を正確に、かつ確実に実行するための各種電子内視鏡が提案されている。
【０００６】
例えば、所定の視差を有する２つの対物光学系で得た２つの被写体像を、それぞれに対応した２つの固体撮像素子を結像させて、その２つの固体撮像素子でそれぞれ光電変換生成した撮像信号に所定の信号処理を施して生成した２つの映像を右眼と左眼にそれぞれ認識させることで、立体視内視鏡像を認識させる立体視用電子内視鏡が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、体腔内の例えば、十二指腸の観察・治療に用いられる電子内視鏡は、細長い管腔内に挿入部を挿入する際の挿入方向を観察する直視用対物光学系と、管腔壁を観察する側視用対物光学系とを有し、その直視用対物光学系と側視用対物光学系でそれぞれ取り込んだ被写体像を切り換える撮像する電子内視鏡が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−２９７０１号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開平１１−１３７５１２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の立体視用電子内視鏡は、所定の視差を有する被写体像を撮像する２つの固体撮像素子が必要になり、電子内視鏡の撮像機能のコストが高騰するのみか、挿入部の外形状の細径化が妨げられている。
【００１１】
また、直視と側視の両機能を有する電子内視鏡は、直視用の対物光学系からの被写体像と、側視用の対物光学系からの被写体像を切り換えるミラーおよびそのミラーの駆動制御が必要となり、細径の内視鏡挿入部の先端にそのミラーとミラーの駆動系の組み込む作業の煩雑性による組み立て作業効率の低下と、内視鏡挿入部の細径化の妨げとなっている。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、１つの素子の受光面に、入射角度の異なる被写体光をそれぞれ入射光電変換させる複数の画素を形成し、その入射角の異なる被写体像それぞれの撮像信号を生成する撮像装置を提供すると共に、その撮像装置を用いて立体視用、及び直視と側視可能な電子内視鏡装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置は、同一素子の表面上に、互いに対向し角度が異なる第１及び第２の傾斜面を複数形成し、前記第１及び第２の傾斜面に所定間隔で複数の画素を配置して形成した受光面を有する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の前記第１の傾斜面に配置された画素に被写体光を入射する第１の対物光学系と、前記第１の対物光学系とは異なる光軸を有し、前記固体撮像素子の前記第２の傾斜面に配置された画素に被写体光を入射する第２の対物光学系と、を具備することを特徴としている。
【００１４】
本発明の電子内視鏡装置は、内視鏡挿入部先端に配置され、同一素子の表面上に、互いに対向し角度が異なる第１及び第２の傾斜面を複数形成し、前記第１及び第２の傾斜面に所定間隔で複数の画素を配置して形成した受光面を有する固体撮像素子と、内視鏡挿入部先端に配置され、前記固体撮像素子の前記第１の傾斜面に配置された画素に被写体光を入射する第１の対物光学系と、内視鏡挿入部先端に配置され、前記第１の対物光学系とは異なる光軸を有し、前記固体撮像素子の前記第２の傾斜面に配置された画素に被写体光を入射する第２の対物光学系と、を具備することを特徴としている。
【００１５】
本発明の電子内視鏡装置の前記対物光学系手段は、所定の視差を有する２つの被写体光を得ることを特徴している。
【００１６】
また、本発明の電子内視鏡装置の前記対物光学系手段は、内視鏡挿入部の挿入軸方向に光軸を持つ直視用対物光学系と、内視鏡挿入部の挿入軸方向と略垂直方向に光軸を持つ側視用対物光学系と、からなることを特徴としている。
【００１７】
本発明の固体撮像素子と電子内視鏡装置は、複数の光学系から入射する入射角の異なる被写体光を受光する面に複数の光電変換用の画像を同一素子内に形成した固体撮像素子と、その固体撮像素子を用いることで、同時に異なる光学系からの被写体像を撮像でき、立体視画像や側視と直視画像の同時表示ができ、電子内視鏡の挿入部の細径化も可能なった。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。最初に図１と図２を用いて本発明の一実施の形態に係る撮像装置に採用される固体撮像素子を説明する。図１（ａ）は固体撮像素子の構成を示す断面図、図１（ｂ）は固体撮像素子の構成を示す斜視図、図２は、固体撮像素子の製造方法を説明する説明図である。
【００１９】
固体撮像素子１は、例えばシリコンウェハー等の素子基板２の表面に、エッチング等により所定間隔の堤状で、その堤状の両側面に所定角度の傾斜面４ａ，４ｂを有する段部３を複数形成し、この複数の段部３の各傾斜面４ａ，４ｂに等間隔で複数の画素からなる受光面５ａ，５ｂが形成されている。
【００２０】
つまり、前記段部３の傾斜面４ａ，４ｂに形成された受光面５ａ，５ｂには、図中実線２７ａと点線２７ｂで示す角度の異なる入射光が入射されるようになっている。
【００２１】
この傾斜面４ａ，４ｂを有する段部３の形成方法は、図２に示すように、素子基板２の表面に段部３を形成する部分はエッチングで除去されないように酸化膜等のエッチング防止膜８を設け、ＫＯＨやＴＭＡＨ等のエッチング溶液を用いて段部３が形成される部分以外をウエットエッチングを行い段部３を形成する。
【００２２】
具体的には、素子基板２であるシリコンウェハーの表面１００に所定間隔でエッチング防止膜８を設けて、ウエットエッチングを行うと、エッチング防止膜８が設けていない表面１００の部分は、エッチングされてシリコンウェハーの結晶面に対するエッチングの違いを利用して中間層１１１に傾斜面４ａ，４ｂを形成させる。
【００２３】
このようにエッチングにより形成された傾斜面４ａ，４ｂは互いに方向の異なる面となり、その傾斜面４ａ，４ｂの角度は表面１００に対して、例えば約５５゜になるように形成する。なお、エッチングにより形成される傾斜面４ａ，４ｂの深さは、予め設定した目的の深さに酸化膜層等のエッチング防止層９を形成した素子基板２を用いる。
【００２４】
つまり、厚み方向の所定位置にエッチング防止層９が設けられたシリコンウェハーの表面１００に傾斜面４ａ，４ｂを有する段部３を形成する部分にエッチング防止膜８を塗布した後、ウエットエッチング処理により所定の深さと角度を有する傾斜面４ａ，４ｂを形成し、その形成された傾斜面４ａ，４ｂに画素を形成して受光面５ａ，５ｂを生成する。
【００２５】
これにより、傾斜面４ａ，４ｂに形成された受光面５ａ，５６ｂには、異なる角度方向からの光が入射可能となる。即ち、１つの固体撮像素子で、異なる方向から入射された被写体光を光電変換して、その光電変換生成されたそれぞれの電荷を取り出すことにより、異なる被写体光の撮像信号が生成できる。
【００２６】
この固体撮像素子１を用いることにより、１つの固体撮像素子で立体視や、直視と側視を同時に可能とする電子内視鏡装置が実現可能となる。
【００２７】
この固体撮像素子１を用いた電子内視鏡装置について、図３乃至図６を用いて説明する。図３は本発明に係る電子内視鏡装置の全体構成を説明する平面図、図４は本発明に係る電子内視鏡装置の一実施形態である立体用電子内視鏡の挿入部先端の構成を示す断面図、図５は本発明に係る電子内視鏡装置の他の実施形態である直視と側視両用電子内視鏡の挿入部先端と固体撮像素子の構成を示す断面図、図６は電子内視鏡装置に用いる本発明に係る固体撮像素子と従来の固体撮像素子との相違を説明する説明図である。
【００２８】
最初に、本発明に係る電子内視鏡装置の全体構成について説明する。本発明に係る電子内視鏡装置は、図３に示す電子内視鏡１０と、図示していないが照明光を生成供給する光源装置と、電子内視鏡１０に設けられている固体撮像素子を駆動制御すると共に、撮像生成された撮像信号に所定の信号処理を施して、標準的映像信号を生成するカメラコントロールユニットと、そのカメラコントロールユニットで生成した映像信号の基で内視鏡像を表示するモニタなどからなっている。
【００２９】
前記電子内視鏡１０は、図３に示すように、細長な挿入部１１と、この挿入部１１の手元側に連設され術者が把持して種々の操作を行う操作部１２と、この操作部１２から延設したユニバーサルコード１３と、このユニバーサルコード１３の他端に接続されたコネクタ部１４からなっている。
【００３０】
前記挿入部１１は、前記操作部１２に連設された可撓性を有する可撓管１８と、この可撓管１８の先端に連設された湾曲部１９と、この湾曲部１９の先端に連設された先端部２０とから構成されている。
【００３１】
前記操作部１２は、前記挿入部１１の湾曲部１９を湾曲操作する湾曲操作レバー２１と、鉗子等の処置具を挿入する処置具挿入口２２などが設けられている。この処置具挿入孔２２から挿入された処置具は、前記挿入部１８に設けられた図示していない処置具チャンネルを介して、挿入部１８の先端部２０から突出するようになっている。
【００３２】
前記コネクタ部１４は、図示しない前記光源装置に接続されるライトガイドコネクタ１５とカメラコントロールユニットに接続されるカメラコネクタ１６を有している。
【００３３】
このコネクタ部１４のライトガイドコネクタ１５には、ユニバーサルコード１３、操作部１２、及び挿入部１８の先端部２０へと内蔵されている図示していないライトガイドファイバーが接続されており、前記光源装置からの照明光が挿入部１８の先端部２０から照射されるようになっている。また、カメラコネクタ１６には、前記挿入部１１の先端部２０に内蔵された図示していない固体撮像素子を駆動制御する信号と、撮像生成された撮像信号とを送受信する信号ケーブルがユニバーサルコード１３、操作部１２、及び挿入部１８の先端部２０へと内蔵されている。
【００３４】
このような構成の電子内視鏡１０において、立体視用電子内視鏡の挿入部１１の先端部２０の内部構成について図４を用いて説明する。
【００３５】
立体視用電子内視鏡の挿入部先端部２０には、所定の視差で配置された第１の対物光学系２５ａと第２の対物光学系２５ｂとが設けられている。この第１と第２の対物光学系２５ａ，２５ｂは、所定の視差で前記挿入部１１の軸方向と同軸方向に配置され、前記先端部２０に設けられたそれぞれの観察窓から入射される被写体光を取り込むための複数のレンズからなっている。
【００３６】
この第１と第２の対物光学系２５ａ，２５ｂの光軸上の後方には、入射された被写体光を所定の方向に反射、または屈折させる反射ミラー、またはプリズム等の第１の光学部品２６ａと第２の光学部品２６ｂと、この第１と第２の光学部品２６ａ，２６ｂで反射または屈折された前記被写体光が投射される位置に配置された前記固体撮像素子１からなっている。
【００３７】
つまり、前記第１の対物光学系２５ａに入射された被写体光２７ａは、第１の光学部品２６ａで反射屈折されて前記固体撮像素子１の受光面５ａに投射され、前記第２の対物光学系２５ｂに入射された被写体光２７ｂは、第２の光学部品２６ｂで反射屈折されて前記固体撮像素子１の受光面５ｂに投射される。
【００３８】
即ち、前記第１と第２の対物光学系２５ａ，２５ｂに入射された視差を有する被写体光が前記固体撮像素子１のそれぞれの受光面５ａ，５ｂに入射されそれぞれの受光面５ａ，５ｂ毎で生成される撮像信号を基に前記カメラコントロールユニットで所定の信号処理を行うことで、視差を有する映像信号が生成され、その視差を有する映像信号を右眼と左眼としてモニタにそれぞれ表示再生させることで立体視内視鏡像の観察が可能となる。
【００３９】
なお、前記第１と第２光学部品２６ａ，２６ｂは、前記第１と第２の対物光学系２５ａ，２５ｂからの被写体光２７ａ，２７ｂを、前記固体撮像素子１の受光面５ａ，５ｂに略垂直に入射するように調整設置されている。
【００４０】
これにより、本発明に係る固体撮像素子１を１つ使用して、視差を有する２つの対物光学系からの被写体像を同時に撮像でき、電子内視鏡の構成が安価で、組み立て作業の効率も向上する。
【００４１】
また、本発明に係る固体撮像素子１は、被写体光が入射される受光面５ａ，５ｂの面積と、従来の素子基板の平面上に平面的に配置された固体撮像素子の受光面５’の面積とを同じとした場合、図６（ａ）に示すように、本発明の固体撮像素子１は、挿入部１１の挿入軸方向から見て、図６（ｂ）に示す従来の挿入部１１の挿入方向と垂直方向に受光面５’が配置される固体撮像素子に比して、図中ｄで示す寸法分短くできるために挿入部１１の先端部２０の小型細径化が可能となる。
【００４２】
次に、本発明に係る固体撮像素子１を用いた直視と側視両用電子内視鏡装置について図５を用いて説明する。この直視と側視両用電子内規鏡の基本的構成は前述した電子内視鏡１０と同じで、挿入部１１の先端部２０の構成が異なる。
【００４３】
この直視と側視両用手電子内視鏡の挿入部先端部２０’は、図５（ａ）に示すように、第１対物光学系２８ａは、挿入部先端部２０’の挿入軸方向に光軸を持つように配置されている。第２の対物光学系２８ｂは、挿入部先端部２０’の挿入軸方向と略垂直な方向に光軸を持つように配置されている。
【００４４】
この第１の対物光学系２８ａからの被写体光２９ａと第２の対物光学系２８ｂからの被写体光２９ｂとが交わる位置に前記固体撮像素子１が配置されている。この直視と側視両用電子内視鏡に用いる固体撮像素子１は、図５（ｂ）に示すように、前記第１の対物光学系２８ａからの被写体光２９ａの受光面５ａと、前記第２の対物光学系２８ｂからの被写体光２９ｂの受光面５ｂとの角度を非対称に設定して、第２の対物光学系２８ｂからの被写体２９ｂをより多く受光できるように受光面積が大きく形成されている。
【００４５】
これにより、直視と側視両用電子内視鏡による管腔壁の観察時に側視の対物光学系である第２の対物光学系２８ｂからの被写体光を多く入射させて、管腔部の内視鏡像を高品位の画像とすることで観察精度の向上が図れる。
【００４６】
なお、前記固体撮像素子１の受光面５ａ，５ｂに入射された被写体光からそれぞれの内視鏡映像信号を前述のカメラコントロールユニットで生成し、モニタに第１の対物光学系２８ａの直視内視鏡画像と、第２の対物光学系２８ｂの側視内視鏡画像を同時に表示させることで、挿入部１１の挿入操作と管腔壁の観察とが同時に実行可能となる。
【００４７】
以上説明したように、本発明の電子内視鏡装置は、１つの固体撮像素子１を使用して、観察方向の異なる２つの被写体像を同時に撮像できると共に、電子内視鏡の構成が安価で、組み立て作業の効率も向上し、かつ、挿入部の先端部の小型細径化が可能となった。
【００４８】
［付記］
以上詳述した本発明の実施形態によれば、以下のごとき構成を得ることができる。
【００４９】
（付記１） 同一素子の表面上に、互いに対向する傾斜面を複数形成し、その複数の傾斜面に所定間隔で複数の画素を配置して形成した受光面と、その受光面に入射角度の異なる被写体光を入射することを特徴とした固体撮像素子。
【００５０】
（付記２） 同一素子の表面上に、互いに対向する傾斜面を複数形成し、その複数の傾斜面に所定間隔で複数の画素を配置して形成した受光面と、その受光面に入射角度の異なる被写体光を入射する固体撮像素子手段と、
内視鏡挿入部先端に配置され、前記固体撮像素子に入射角の異なる被写体光を入射される複数の対物光学系手段と、
を具備することを特徴とした電子内視鏡装置。
【００５１】
（付記３） 前記傾斜面は、素子基板の表面に所定間隔で塗布されたエッチング防止膜と、前記素子基板の厚さ方向に設けられたエッチング防止膜とからなり、前記素子基板をエッチング処理して形成することを特徴とする付記１に記載の固体撮像素子、または付記２に記載の電子内視鏡装置。
【００５２】
（付記４） 前記素子基板は、シリコンウェハーが用いられ、エッチング防止膜は酸化膜から、前記シリコンウェハーをウエットエッチングによりエッチング防止膜が施されていない部分を除去すると共に、前記シリコンウェハーのエッチンググレートの相違により前記傾斜面を形成することを特徴とした付記３に記載の固体撮像素子、または電子内視鏡装置。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の撮像装置は、同―素子の表面に複数の画素を有する角度の異なる受光面を有するために、複数の光学系からの被写体像を同時に撮像でき、１つの撮像素子で２つの異なる撮像信号を生成できる。
【００５４】
また、本発明の電子内視鏡装置は、前記固体撮像素子を用いて、異なる角度の受光面に視差を有する被写体像や、異なる方向からの被写体像を入射させることで、立体視や直視と側視両用電子内視鏡が形成でき、かつ、内視鏡の挿入部の細径化と小型が可能となり、電子内視鏡装置のコスト低減と組み立て作業効率が向上する効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態に係る撮像装置に採用される固体撮像素子の一実施形態の構成を示し、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は斜視図。
【図２】 固体撮像素子の一実施形態の製造方法を説明する説明図。
【図３】 本発明に係る電子内視鏡装置の全体構成を説明する平面図。
【図４】 本発明に係る電子内視鏡装置の一実施形態である立体視用電子内視鏡の挿入部先端の構成を示す断面図。
【図５】 本発明に係る電子内視鏡装置の他の実施形態である直視と側視両用電子内視鏡の挿入部先端と固体撮像素子の構成を示す断面図。
【図６】 本発明に採用される固体撮像素子と従来の固体撮像素子との相違を説明する説明図。
Claims (8)
- 同一素子の表面上に、互いに対向し角度が異なる第１及び第２の傾斜面を複数形成し、前記第１及び第２の傾斜面に所定間隔で複数の画素を配置して形成した受光面を有する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の前記第１の傾斜面に配置された画素に被写体光を入射する第１の対物光学系と、
前記第１の対物光学系とは異なる光軸を有し、前記固体撮像素子の前記第２の傾斜面に配置された画素に被写体光を入射する第２の対物光学系と、
を具備することを特徴とする撮像装置。 - 前記第１及び第２の対物光学系は、所定の視差を有する２つの被写体光を得ることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
- 前記第１の傾斜面の画素面積と前記第２の傾斜面の画素面積とは相互に異なることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
- 内視鏡挿入部先端に配置され、同一素子の表面上に、互いに対向し角度が異なる第１及び第２の傾斜面を複数形成し、前記第１及び第２の傾斜面に所定間隔で複数の画素を配置して形成した受光面を有する固体撮像素子と、
内視鏡挿入部先端に配置され、前記固体撮像素子の前記第１の傾斜面に配置された画素に被写体光を入射する第１の対物光学系と、
内視鏡挿入部先端に配置され、前記第１の対物光学系とは異なる光軸を有し、前記固体撮像素子の前記第２の傾斜面に配置された画素に被写体光を入射する第２の対物光学系と、
を具備することを特徴とする電子内視鏡装置。 - 前記第１及び第２の対物光学系は、所定の視差を有する２つの被写体光を得ることを特徴した請求項４記載の電子内視鏡装置。
- 前記第１及び第２の対物光学系は、内視鏡挿入部の挿入軸方向に光軸を持つ直視用対物光学系と、内視鏡挿入部の挿入軸方向と略垂直方向に光軸を持つ側視用対物光学系と、からなることを特徴とする請求項４記載の電子内視鏡装置。
- 前記固体撮像素子は、内視鏡挿入部の挿入部の円周方向及び挿入方向に対して傾斜して配置されることを特徴とする請求項４記載の電子内視鏡装置。
- 前記第１の傾斜面の画素面積と前記第２の傾斜面の画素面積とは相互に異なることを特徴とする請求項４記載の電子内視鏡装置。
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