JP5644030B2

JP5644030B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP5644030B2
Application number: JP2010239835A
Authority: JP
Inventors: 智宣勝田
Original assignee: Okayama Prefectural Government
Current assignee: Okayama Prefectural Government
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2030-10-26
Also published as: JP2012090723A

Description

本発明は、前方視野に加え側面視野を持ち、両視野を照明することができる撮像装置に関する。

撮像装置は各種分野において用いられており、その一例として内視鏡がある。従来内視鏡として、体内の検査や治療に用いる医療用内視鏡や、配管内の検査等に用いる工業用内視鏡が知られている。これらの内視鏡においては、光源を備え暗空間を照明しながら観察可能としたものが各種提案されている。例えば、下記特許文献１には、撮像手段の背後側の空間を利用して光源を配置して、外径の増加を招くことなく、低コストで照明が可能になる内視鏡が提案されている。下記特許文献２には、取付ベース上の限られたスペース内に充分な数のＬＥＤを配置できるようにして、ＬＥＤ照明手段の小型化と充分な光量確保を両立させることのできる内視鏡が提案されている。

特開２００４−２９２３５号公報特開２００５−２５３６５３号公報

しかしながら、前記特許文献１、２に記載の内視鏡は、前方のみを観察するためのものであり、側面方向を観察するためのものではなかった。このため、これらの内視鏡が備える光源についても、前方を照明することを前提としたものであり、特許文献１、２には、側面方向を観察するための照明については、特別提案がされていなかった。

本発明は、前記のような従来の問題を解決するためのものであり、前方視野に加え側方視野を持ち、前方視野の照明のみならず側方視野の照明にも有利な撮像装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、中央に第１の開口を有し、第１の反射面が形成された主鏡と、中央に第２の開口を有し、第２の反射面が形成された副鏡と、前記第２の開口の位置に設けられたレンズと、前記主鏡及び前記副鏡を支持する透明カバーと、前記レンズの光軸上に配置された撮像部と、光源とを備えており、前記主鏡及び前記副鏡は、前記透明カバーを透過した入射光が前記第１の反射面、前記第２の反射面の順に反射された後、前記第１の開口に入射し、かつ前記レンズを透過した入射光が前記第１の開口に入射するように配置されており、前記撮像部は、前記第１の開口に入射した入射光を受光するように配置されており、前記透明カバーは、前記光源からの光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光が射出する射出面を形成しており、前記主鏡及び前記副鏡のうち少なくとも一方の側面に、前記光源からの光を前記透明カバーの外側に向けて反射する第３の反射面が形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、透明カバーを透過した入射光とレンズを透過した入射光が撮像部で受光されるので、一画面で前方視野の映像と側方視野の映像とが同時に撮像されることになる。また、透明カバー内に入射した入射光は、透明カバー内を導光されて射出面から射出され、撮像装置の前方照明が可能になる。一方、光源からの光を透明カバーの外側に向けて反射する第３の反射面が形成されているので、撮像装置の側方照明が可能になる。

この構成では、光源１個分の光が前方照明及び側方照明の双方に利用できるので、側方照明のための専用の光源を追加することは不要になる。また、側方照明を可能にする第３の反射面は、主鏡及び副鏡のうち少なくとも一方の側面に、形成しているので、側方照明のための専用の反射面を別部材として追加することは不要になる。したがって、本発明の撮像装置によれば、簡単な構成としながらも、前方視野及び側方視野の双方の照明が可能になる。

前記本発明の撮像装置においては、前記第３の反射面は、前記レンズの光軸に平行な面としてもよい。この構成によれば、第３の反射面の加工が容易になる。

前記第３の反射面は、前記レンズの光軸に対し傾斜した傾斜面であってもよい。この構成によれば、反射光量の確保に有利になる。また、傾斜面の傾斜角度に応じて照明範囲が変化するので、傾斜角度の設定により、必要な範囲を照明することが可能になる。

前記第３の反射面は、球面又は非球面であってもよい。この構成によっても、反射光量の確保に有利になる。また、球面又は非球面の形状の設定に応じて照明範囲が変化するので、反射面の形状の設定により、必要な範囲を照明することが可能になる。

また、前記第３の反射面は、鏡面反射及び拡散反射のうち少なくとも一方の反射により、前記光源からの光を反射するように形成されているようにすればよい。この構成によれば、第３の反射面の反射効果を高めることができる。

前記透明カバーは、外周部の直径を維持しつつ内周部の直径を大きくした薄肉部を形成しており、前記薄肉部と前記主鏡の側面との間に、前記光源を配置していることが好ましい。この構成によれば、透明カバーに光源と対向する入射面が形成され、透明カバー内への入射光の確保に有利になるとともに、薄肉部は光源の保護部材としても用いられるので、部品点数を削減でき製造も容易になる。あわせて、薄肉部は光源の収納空間の確保にも寄与することになり、透明カバーの外径を増加させることなく、光源の収納空間を確保することも可能になる。

前記主鏡は前記第１の反射面の形成部より直径を小さくした縮径部を形成しており、前記透明カバーと前記縮径部との間に、前記光源を配置していることが好ましい。この構成によっても、透明カバーの外径を増加させることなく、光源の収納空間を確保することが可能になる。

本発明によれば、一画面で前方視野の映像と側方視野の映像とが同時に撮像されるともに、透明カバー内を導光された光により撮像装置の前方照明が可能になり、第３の反射面で反射された光により撮像装置の側方照明が可能になる。あわせて、側方照明のための専用の光源を追加することは不要になるとともに、側方照明のための専用の反射面を別部材として追加することは不要になり、簡単な構成としながらも、前方視野及び側方視野の双方の照明が可能になる。

本発明の実施の形態１に係る内視鏡の内部を示す斜視図。本発明の実施の形態１に係る内視鏡の縦断面図。本発明の実施の形態１に係る内視鏡の横断面図。本発明の実施の形態２に係る内視鏡の縦断面図。本発明の実施の形態３に係る内視鏡の縦断面図。本発明の実施の形態４に係る内視鏡の縦断面図。

以下、本発明の一実施の形態に係る撮像装置について、図面を参照しながら説明する。以下の各実施の形態では、撮像装置が内視鏡である場合の例について説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡１の内部を示す斜視図である。図１では、筒状の透明カバー４を断面状態で図示している。図２は図１に示した内視鏡１の縦断面図である。図１、２において、内視鏡１は、主鏡２及び副鏡３を備えており、主鏡２と副鏡３とが空間１２を介して対向するように配置されている。主鏡２及び副鏡３の外周は、筒状の透明カバー４により囲まれており、透明カバー４の内周面に主鏡２及び副鏡３の外周面が嵌合している。このことにより、主鏡２及び副鏡３は透明カバー４により支持されている。透明カバー４の材料は、例えばアクリル、ガラスである。

主鏡２は、中央に第１の開口５を有し、第１の反射面６が形成されている。副鏡３は中央に第２の開口７を有し、第２の反射面８が形成されている。第２の開口７の位置にレンズ９が設けられている。レンズ９の光軸１０上に、第１の開口５の中心と第２の開口７の中心とが配置されている。第１の反射面６及び第２の反射面８は、いずれも光軸１０回りに回転対称な反射面である。

内視鏡１は、前方視野１５及び側方視野１６を持っており、各視野における映像を撮像可能である。前方視野１５の光は、レンズ９を透過して空間１２内に入射する。図２では、前方視野１５は光軸１０の片側にのみ図示しているが、光軸１０を囲む全周から光が空間１２内に入射することになる。

側方視野１６の光は、透明カバー４を透過して空間１２内に入射する。図２では、側方視野１５は光軸１０の片側にのみ図示しているが、筒状の透明カバー４の側面全周から光が空間１２内に入射することになる。前方視野１５及び側方視野１６から空間１２内に入射した光は、撮像部１１で受光され、前方視野１５及び側方視野１６の映像が撮像されることになる。撮像部１１は、例えばＣＣＤカメラである。以下、内視鏡１による撮像について、具体的に説明する。

図２において入射光１６ａは、側方視野１６内から透明カバー４を透過する入射光の一部である。入射光１６ａは第１の反射面６で反射され、続いて第２の反射面８で反射された後、第１の開口５を経て撮像部１１で受光される。これと同様に、透明カバー４の全周に亘り、側方視野１６の全範囲の入射光が撮像部１１で受光されることになる。このことにより、内視鏡１の側面全周に亘り側方視野１６の映像が撮像されることになる。

一方、図２において入射光１５ａは、前方視野１５内からレンズ９を透過する入射光の一部である。空間１２内に入射した入射光１５ａは、第１の開口５を経て撮像部１１で受光される。これと同様に、光軸１０回りの全周に亘り、前方視野１５の全範囲の入射光が撮像部１１で受光されることになる。このことにより、光軸１０回りの全周に亘り前方視野１５の映像が撮像されることになる。

したがって、本実施の形態に係る内視鏡１によれば、一画面で前方視野１５の映像と側方視野１６の映像とが同時に撮像されることになる。また、前記の通り透明カバー４の全周に亘る側方視野１６の映像が撮像できるので、内視鏡１を検査位置に挿入するだけで、一度に側面全周に亘る映像が撮像され、検査時間の短縮を図ることができる。

ここで、内視鏡１は、主に暗空間の撮像に用いられる。暗空間の撮像を容易にするためには、照明が必要になる。本実施の形態では、簡単な構成でかつ外形を増加させることなく、前方視野１５の照明のみならず側面視野１６の照明も可能にしている。このことについて、以下具体的に説明する。

図１、２において、主鏡２に隣接するように光源２０が配置されている。光源２０は、例えばＬＥＤである。透明カバー４の主鏡２側には入射面４ａが形成されており、副鏡３側には射出面４ｂが形成されている。光源２０からの光は、入射面４ａから透明カバー４内に入射する。透明カバー４内に入射した光は、透明カバー４内で導光されて射出面４ｂから射出し、前方照明が可能になる。

図２において、入射光２１は光源２０から透明カバー４の入射面４ａに入射した入射光である。入射光２１は、透明カバー４の外周面４ｃで全反射されて射出面４ｂに向かって導光され、射出面４ｂから射出している。入射角度θは、入射光２１の透明カバー４の外周面４ｃへの入射角度である。入射角度θが所定角度以上であれば全反射が起こり、入射光２１は透明カバー４の外周面４ｃを透過することなく、図２に示したように外周面４ｃで全反射されることになる。

透明カバー４の材質がアクリルの場合、角度θが４２度以上のときに全反射が起こることになる。図２では、入射光２１の透明カバー４内における全反射の回数は、外周面４ｃにおける１回のみであるが、入射角度θが小さい入射光では、透明カバー４の外周面４ｃ及び内周面４ｄの双方で全反射されて、射出面４ｂから射出されるものもある。

光源２０からは所定の広がり角度で光が射出されるので、透明カバー４内においては、光源２０からの射出角度に応じて入射角度θも異なることになる。このため、透明カバー４内に入射した各入射光は、光源２０からの射出角度に応じて全反射の角度が異なり、射出面４ｂからの射出角度も異なることになる。したがって、透明カバー４内を導光された光は、射出面４ｂから所定の広がり角度で射出され、前方視野１５における対象物を照明することが可能になる。

一方、光源２０からの射出光の一部は、透明カバー４内に入射する前に、主鏡２の側面に形成された反射面２５で反射され、側方照明が可能になる。図２の反射光２６は、反射面２５で反射された反射光である。反射光２６は、透明カバー４を透過して透明カバー４の外側に射出されている。光源２０からは所定の広がり角度で光が射出されるので、反射面２５における反射光２６の反射角度は、光源２０における射出角度に応じて異なることになる。このため、所定の広がり角度で透明カバー４の外側に向けて光が出射し、側方視野１６における対象物を照明することが可能になる。

図２では、説明の便宜上、右側の光源２０からの射出光が前方照明をし、左側の光源２０からの射出光が側方照明をする図示をしているが、各光源２０のそれぞれが、前方照明及び側方照明の双方の照明をすることになる。すなわち、各光源２０からの射出光は射出角度に応じて、前方照明に用いられるものと側方照明に用いられるものとに分かれることになる。

主鏡２の側面反射による側方照射の効果を高めるには、主鏡２の側面２５を鏡面加工することが好ましい。例えば主鏡２の材料をアルミニウム合金とし、側面２５の切削や研磨により鏡面加工すればよい。また、主鏡２の側面２５に粗面を形成し、光源２０からの光を主鏡２の側面２５において拡散反射させるようにしてもよい。反射面を、鏡面反射の反射面とするか拡散反射の反射面とするかは、検査の特性に応じて決定すればよい。

前記の通り、本実施の形態によれば、各光源２０は内視鏡１の前方照明のみならず側方照明にも用いられている。このため、本実施の形態では、側方照明のために専用の光源は不要となる。また、主鏡２の側面が反射面２５を兼ねているので、側方照明のための専用の反射面を別部材として追加することも不要になる。したがって、本実施の形態に係る内視鏡１によれば、部品点数を増加させることなく、簡単な構成としながらも、前方照明及び側方照明の双方の照明が可能になる。また、図２に示したように、反射面２５はレンズ９の光軸１０に平行な面である。この構成によれば、反射面２５の加工が容易になる。

本実施の形態に係る内視鏡１においては、光源２０の個数を増加させることにより、前方照明及び側方照明の双方に有利になる。図３は、光源２０の配置の一例を示す内視鏡１の横断面図である。図３の例では、透明カバー４の周方向に、角度αを６０度間隔として光源２０を６個配置している。このように透明カバー４の全周に亘り光源２０を配置することにより、前方照明及び側方照明の双方において、広範囲な照明が可能になる。

光源２０の配置、個数は図３の例に限るものではなく、必要な照明範囲に応じて適宜決定すればよい。前記の通り、各光源２０は前方照明及び側方照明をするので、光源２０が１個の構成であっても、前方照明及び側方照明が可能になる。

また、本実施の形態においては、内視鏡１の外径寸法を増加させることなく、光源２０を追加している。具体的には、図２において透明カバー４は、外周部の直径を維持しつつ内周部の直径を大きくした薄肉部４ｅを形成している。このことにより、光源２０と対向する入射面４ａが形成され、透明カバー４内への入射光の確保に有利になっている。また入射面４ａは、透明カバー４の端面ではなく透明カバー４の内側に形成されており、薄肉部４ｅが光源２０の保護部材としても用いられている。この構成は、透明カバー４の端面を入射面とした構成と比べると、透明カバー４とは別に光源２０の保護部材を追加することは不要になり、部品点数を削減でき製造も容易になる。さらに、薄肉部４ｅは下記の通り、光源２０の収納空間の確保にも寄与している。

図２において、主鏡２は、第１の反射面６の形成部より直径を小さくした縮径部２ａを形成している。光源２０は、薄肉部４ｅと縮径部２ａとの間に配置している。この構成によれば、透明カバー４の外径を増加させることなく、薄肉部４ｅと縮径部２ａとの間に光源２０の収納空間を確保することができる。

図２の例では、薄肉部４ｅと縮径部２の双方を形成しているが、いずれか一方のみの形成であっても、光源２０の収納空間の確保には有利になる。例えば、光源２０の大きさによっては、縮径部２ａを形成せず薄肉部４ｅのみを形成した場合であっても、光源２０を収納できる可能性がある。また、薄肉部４ｅを形成しない場合は、透明カバー４には光源２０と対向する入射面４ａは形成されないが、光源２０の出射光は、透明カバー４の内周面から入射可能である。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２に係る内視鏡１ａの縦断面図を示している。内視鏡１ａにおいても、実施の形態１の内視鏡１と同様に、一画面で前方視野１５の映像と側方視野１６の映像とが同時に撮像でき、前方照明及び側方照明の双方が可能である。図４では、図１、２に示した内視鏡１と同一構成の部分は、同一番号を付して説明は省略する。

本図に示した内視鏡１ａは、主鏡２に傾斜面である反射面２７を形成している点が、図１、２に示した内視鏡１と異なっている。反射面２７は、レンズ９の光軸１０に対して傾斜しており、主鏡２の側面の全周に形成されている。光源２０からの射出光の一部は、反射面２７で反射されることになる。図４の反射光３０は、反射面２７で反射された反射光である。反射光３０は、透明カバー４を透過して透明カバー４の外側に射出されている。

光源２０からは所定の広がり角度で光が射出されるので、反射面２７における反射光３０の反射角度は、光源２０における射出角度に応じて異なることになる。このため、所定の広がり角度で透明カバー４の外側に向けて光が出射し、側方視野１６における対象物を照明することが可能になる。この点は、実施の形態１の反射面２５による反射の場合と同様である。また、反射面２７を鏡面加工や粗面加工し、側方照射の効果を高めるようにすればよい点も、実施の形態１の反射面２５による反射の場合と同様である。

本実施の形態のように反射面２７を傾斜面とすることにより、光軸１０に平行な面では十分な反射光量が得られない場合にも反射光量を確保することが可能になる。また、反射面２７の傾斜角度に応じて照明範囲が変化するので、反射面２７の傾斜角度の設定により、必要な範囲を照明することが可能になる。

図４の構成では、反射面２７に加え実施の形態１と同様に反射面２５を形成している。この構成によれば、側方への反射光量の確保に有利になるとともに、側方における照明範囲の拡大にも有利になる。また、反射面２７の形成範囲を拡大したり、部分的に傾斜角度を変化させたりして、反射光量の確保や照明範囲の拡大を図るようにしてもよい。

また、図４において、主鏡２のうち透明カバー４の内周面との当接部は、レンズ９の光軸１０と平行な直立面とし、面同士を接触させるようにしてもよい。このことにより、透明カバー４の内周面に特別な加工をすることなく、主鏡２の固定が安定することになる。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３に係る内視鏡１ｂの縦断面図を示している。内視鏡１ｂにおいても、実施の形態１の内視鏡１と同様に、一画面で前方視野１５の映像と側方視野１６の映像とが同時に撮像でき、前方照明及び側方照明の双方が可能である。図５では、図１、２に示した内視鏡１と同一構成の部分は、同一番号を付して説明は省略する。

図５に示した内視鏡１ｂは、副鏡３に反射面３１を形成している点が、図１、２に示した内視鏡１と異なっている。図５の例では、副鏡３の側面の一部に形成した傾斜面を反射面３１としている。反射面３１は副鏡３の側面の全周に形成されており、反射面３１は、レンズ９の光軸１０に対して傾斜している。

図５において、光源２０からの射出光３２は、透明カバー４の外周面４ｃで全反射され、さらに副鏡３の反射面３１で反射されている。反射面３１で反射された反射光３３は、透明カバー４を透過して透明カバー４の外側に射出されている。

光源２０からは所定の広がり角度で光が射出されるので、反射面３１における反射光３３の反射角度は、光源２０における射出角度に応じて異なることになる。このため、所定の広がり角度で透明カバー４の外側に向けて光が出射し、側方視野１６における対象物を照明することが可能になる。この点は、実施の形態１の反射面２５による反射の場合と同様である。また、反射面３１を鏡面加工や粗面加工し、側方照射の効果を高めるようにすればよい点も、実施の形態１の反射面２５による反射の場合と同様である。

反射面３１の傾斜角度に応じて照明範囲が変化するので、反射面３１の傾斜角度の設定により、必要な範囲を照明することが可能になる。反射面３１は、水平面であってもよい。また、反射面３１の範囲を拡大したり、部分的に傾斜角度を変化させたりして、反射光量の確保や照明範囲の拡大を図るようにしてもよい。

図５では、副鏡３に反射面３１を形成しているが、副鏡３及び主鏡２の双方に反射面を形成してもよい。例えば図５において、主鏡２の側面を加工して図２に示した反射面２５のように反射光２６が得られる反射面を形成してもよい。また、図５において、主鏡２の側面に図４に示した反射面２７のような傾斜面を形成してもよい

（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４に係る内視鏡１ｃの縦断面図を示している。図６に示した内視鏡１ｃは、反射面３５の形状を除けば、図１、２に示した内視鏡１と同様の構成である。図６では、図１、２に示した内視鏡１と同一構成の部分は、同一番号を付して説明は省略する。

図２では、反射面２５は光軸１０に平行な面であるのに対し、図６では反射面３５は球面又は非球面である。図６において、反射面３５で反射された反射光３６は、透明カバー４を透過して透明カバー４の外側に射出されている。この構成では、反射面３５の球面又は非球面の形状に応じて照明範囲が変化するので、球面又は非球面の形状の設定により、必要な範囲を照明することが可能になる。

以上、実施の形態１〜４では内視鏡の例で説明したが、前記各実施の形態の構成は、内視鏡に限らず各種撮像装置の構成として用いることができる。例えば、前記各実施の形態の構成は、監視カメラとして用いることができる。また、自動車の前方確認や後方確認のための車載カメラとしても用いることができる。前記各実施の形態は、前方視野に加え側方視野を持ち、両視野を照明できるので、監視カメラとして用いた場合は、夜間における人の接近の検知も可能になる。同様に、車載カメラとして用いた場合は、夜間や暗い場所における確認も可能になる。

以上のように、本発明によれば、前方視野に加え側方視野を持った撮像装置において、前方視野の照明のみならず側方視野の照明にも有利になるので、本発明は例えば内視鏡として用いることができ、より具体的には体内の検査や治療に用いる医療用内視鏡や、配管内の検査等に用いる工業用内視鏡として有用である。また、内視鏡に限らず各種撮像装置として用いることができ、例えば監視カメラや車載カメラとしても有用である。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ内視鏡
２主鏡
２ａ縮径部
３副鏡
４透明カバー
４ｃ薄肉部
５第１の開口
６第１の反射面
７第２の開口
８第２の反射面
９レンズ
１０光軸
１１撮像部
１２空間
１５前方視野
１５ａ，１６ａ，２１，３２入射光
１６側方視野
２０光源
２５，２７，３１，３５反射面
２６，３０，３３，３６反射光

Claims

中央に第１の開口を有し、第１の反射面が形成された主鏡と、
中央に第２の開口を有し、第２の反射面が形成された副鏡と、
前記第２の開口の位置に設けられたレンズと、
前記主鏡及び前記副鏡を支持する透明カバーと、
前記レンズの光軸上に配置された撮像部と、
光源とを備えており、
前記主鏡及び前記副鏡は、前記透明カバーを透過した入射光が前記第１の反射面、前記第２の反射面の順に反射された後、前記第１の開口に入射し、かつ前記レンズを透過した入射光が前記第１の開口に入射するように配置されており、
前記撮像部は、前記第１の開口に入射した入射光を受光するように配置されており、
前記透明カバーは、前記光源からの光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光が射出する射出面を形成しており、
前記主鏡及び前記副鏡のうち少なくとも一方の側面に、前記光源からの光を前記透明カバーの外側に向けて反射する第３の反射面が、前記第１の反射面及び前記第２の反射面のいずれにも重なり合わない位置に形成されていることを特徴とする撮像装置。
前記第３の反射面は、前記レンズの光軸に平行な面である請求項１に記載の撮像装置。
前記第３の反射面は、前記レンズの光軸に対し傾斜した傾斜面である請求項１に記載の撮像装置。
前記第３の反射面は、球面又は非球面である請求項１に記載の撮像装置。
前記第３の反射面は、鏡面反射及び拡散反射のうち少なくとも一方の反射により、前記光源からの光を反射するように形成されている請求項１から４のいずれかに記載の撮像装置。
前記透明カバーは、外周部の直径を維持しつつ内周部の直径を大きくした薄肉部を形成しており、前記薄肉部と前記主鏡の側面との間に、前記光源を配置している請求項１から５のいずれかに記載の撮像装置。
前記主鏡は前記第１の反射面の形成部より直径を小さくした縮径部を形成しており、前記透明カバーと前記縮径部との間に、前記光源を配置している請求項１から６のいずれかに記載の撮像装置。