JPH04177310A

JPH04177310A - 内視鏡装置

Info

Publication number: JPH04177310A
Application number: JP2307825A
Authority: JP
Inventors: Kimihiko Nishioka; 公彦西岡; Hideaki Yoshida; 英明吉田
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1990-11-13
Filing date: 1990-11-13
Publication date: 1992-06-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、被写体像を劣化させることなく伝達すること
が可能なイメージガイドを設けた内視鏡装置に関する。

［従来の技術］近年、例えば体腔内に細長の挿入部を挿入することによ
り、体腔内臓器等を観察したり、必要に応じ処置具チャ
ンネル内に挿通した処置具を用いて、各種治療処置を行
うことができる内視鏡装置が広く利用されている。

この内視鏡装置には、被写体像を前記挿入部内を通じて
手元の操作部まで伝達する手段として、ファイバ束から
なるイメージガイドが通常用いられ、前記伝達された被
写体像を、接眼部から直接観察したり、また接眼部にビ
デオカメラ等の撮像装置を取り付けて、モニタで観察し
たり、ＶＴＲあるいはＳＶＲ（スチルビデオレコーダ）
等に記録したり、前記伝達された被写体像の結像位置に
ＣＣＤ等の固体撮像素子を配置して画像処理を行い、モ
ニタ等に表示したりするようになっている。

前記ファイバ束は、屈折率の異なるコアとクラッドを有
した光学繊維を規則的に配列して束にしたもので、一方
の端面から入射した光線は、前記コアとクラッドの境界
において多数回反射することによって、他方の端面まで
伝達されるようになっている。

このファイバ束の端面は、ファイバのコアの配列によっ
て定まる、規則的な明暗パターンとなる網目構造を有し
ている。このため、前記ファイバ束の端面において像を
観察した場合、伝達された被写体像と網目とが重なった
像が観察されてしまう、この場合、網目と重なった部分
の被写体像は観察されないし、また像全体にわたって網
目が目立ってしまい、非常に見にくい像となっていた。

また、ビデオカメラ等の撮像装置によって伝達された被
写体像を撮影する場合、撮像手段として用いられる固体
撮像素子の、規則的に配列された画素によって、前記被
写体像は空間的にサンプリングが行われる。また、カラ
ーフィルタ等や、走査線によっても空間的にサンプリン
グが行われる。

このため、前記網目構造と空間的なサンプリングとの干
渉により、撮影された被写体像にモアレが発生していた
。

前記ファイバ束の網目構造による、被写体像における網
目の重複及びモアレの発生に対しては、従来は例えば光
学的ローパスフィルタを用いたり、アウトフォーカスを
行ったりしていた。

また前記ファイバ束を用いたイメージガイドは、対物レ
ンズが前記イメージガイドの先端側の一端に結んだ像を
他端に伝達するため、対物レンズによる先端側の像がぼ
けると、伝達された被写体像も同様に必ずぼけたものと
なってしまう。このため、フォーカシングは、前記イメ
ージガイドの先端側の対物レンズ部で行う必要があった
。

前記フォーカシングを行うために、例えば特開平２−８
１０１１号公報に開示されているような、先端部にフォ
ーカシング手段を備えた内視鏡装置等が開発されている
。

［発明が解決しようとする課題］前記従来例では、イメージガイドとして用いたファイバ
束の網目構造による、被写体像における網目の重複及び
モアレの発生に対しては、例えば光学的ローパスフィル
タを用いたり、アウトフォーカスを行ったりしていたが
、これにより、被写体像自体もぼけてしまっていた。こ
れは、前記方法ではファイバ束の網目構造による被写体
像の障害を、根本的に除去することができないため、モ
アレ等をぼかすことによって、視覚的に目立たなくする
ようにしていたからである。

また、内視鏡先端部でフォーカシングを行う場合、フォ
ーカシング手段を空間が限られた先端部に設けるために
は、高度な技術を要し、管径が太くなったり、コストが
高くなったりするなどの問題も起こる。特に、血管ファ
イバ等の細径ファイバを用いた場合は、前記フォーカシ
ング手段を先端部に設けることは、事実上不可能である
。また、手元の操作部から、前記フォーカシング手段を
遠隔操作しなければならないので、フォーカシングを行
うことは容易ではない。

また、ズーミングを行う場合についても、伝達された像
の解像力はファイバのコアのピッチによって制限される
ため、先端部で行う必要がある。

このズーミング手段を先端部に設け、手元から遠隔操作
することは、フォーカシングの場合と同様に容易ではな
い。

本発明は、これらの事情に鑑みてなされたもので、フォ
ーカシング及びズーミングを容易に行うことができ、被
写体像を劣化させることなく観察することが可能な内視
鏡装置を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］本発明による内視鏡装置は、被写体像を伝達するイメー
ジガイドを挿入部内に有するものにおいて、前記イメー
ジガイドとして、屈折率分布型ファイバによって構成さ
れたファイバ束を用いたものである。ここで前記ファイ
バ束は、入射光線の蛇行周期の半周期に対し整数倍とな
る長さを有することを特徴としている。

［作用］先端部から入射した被写体像は、屈折率分布型ファイバ
によって構成されたファイバ束を用いたイメージガイド
によって、手元の操作部まで伝達される。ここで、前記
ファイバ束は、入射光線の蛇行周期の半周期に対し整数
倍となる長さを有しているため、前端面から入射した入
射光は、入射した角度と同じか、または軸方向に対して
対称な角度で、後端面から出射される。

［実施例コ以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図ないし第３図は本発明の第１実施例に係わり、第
１図（Ａ）は内視鏡挿入部の構成説明図、第１図（Ｂ）
は第１図（Ａ）のイメージガイドファイバの説明図、第
１図（Ｃ）は屈折率分布型ファイバの作用説明図、第２
図は第１図（Ａ）のイメージガイドファイバを入射光線
の蛇行周期の半周期とした場合の構成説明図、第３図は
第１図（Ａ）の内視鏡装置の全体構成図である。

第３図に示すように、本実施例の内視鏡装置は、内視鏡
１と、この内視鏡１に照明光を供給する光源装置１１と
を備えている。

前記内視鏡１は、細長の挿入部２と、この挿入部２の後
端に連設された操作部３と、この操作部３の側方から延
設されたユニバーサルコード４とを有している。前記挿
入部２は、先端側から、硬性の先端部５と、湾曲可能な
湾曲部６と、可視管部７とから構成されている。また、
前記操作部３には、前記湾曲部６を湾曲操作する湾曲操
作ノブ９と、接眼部８とが設けられ、この接眼部８から
被写体像を観察するようになっている。さらに、前記ユ
ニバーサルコード４の端部には、コネクタ１０が設けら
れ、前記光源装置１１に接続されている。

前記挿入部２には、第１図＜Ａ）に示すように、被写体
像を伝達するイメージガイド２１と、前記光源装置１１
から出力された照明光を伝達するライトガイド２５と、
前記照明光を被写体に照射する照明光学系２６と、各種
処置を行う処置具を挿通する処置具チャンネル２７とが
設けられている。

また、手元の操作部３側の、前記イメージガイド２１の
端部には、接眼レンズとかリレーレンズ等からなる後端
側レンズ系３１が設けられ、接眼部８から被写体像を直
接観察したり、ビデオカメラ等で撮影し、モニタに表示
したりするようになっている。

前記イメージガイド２１には、第１図（Ｂ）に示すよう
に、円筒状の屈折率分布型ファイバ２１ａの束が用いら
れている。この屈折率分布型ファイバ２１ａとして、例
えば多モードの多成分系ガラスのファイバとか石英ファ
イバ等が用いられている。

前記屈折率分布型ファイバ２１ａは、屈折率が、中心軸
から外周方向に向かって軸対称にほぼ放物線状に分布し
ているガラス体であり、前記屈折率は、半径方向に順次
減小している。このため、第１図（Ｃ）に示すように、
前記屈折率分布型ファイバ２１ａに入射した光線２３は
、屈折角が光の進行と共に順次小さくなり、光軸の回り
を蛇行して進む（参考文献：昭和５４年応用物理学会・
光学懇話金利　第１７回サマーセミナー論文集［レンズ
と光システムの設計」より２−　（Ｉ［［）　　屈折率
分布媒質の光学　龍野一部）。

また、前記屈折率分布型ファイバ２１ａは、その長さし
が、Ｌ＝１／２・Ｎ・Ｐとなるように設定されている。ここで、Ｎは任意の整数
であり、Ｐは前記ファイバ２１ａ内を通過する光線２３
の蛇行周期である。

前記内視鏡１の挿入部２を、例えば体腔内に挿入し、患
部を観察する。被写体像は、イメージガイド２１の前端
部に入射し、このイメージガイド２１内を伝達されて後
端部から出射し、後端側レンズ系３１によって結像され
る。この被写体像を接眼部８から直接観察するか、また
は、ビデオカメラ等で撮影し、モニタに表示したりする
。

ここで、前記イメージガイド２１の長さが、前記蛇行周
期Ｐまたはその整数倍の場合、入射端における光線２３
ａの入射角度と、出射端における光線２３ｂの出射角度
とが同じになる。よって、光学的には出射端を入射端と
同じものであるとみなす、即ち、前記イメージガイド２
１の端面間の光学的距離が、０であるとみなすことがで
きる。

したがって、前記イメージガイド２１は、入射した像の
情報をそのまま後端部まで伝達することができるので、
内視鏡１の先端部５付近で結像した被写体像と、同等の
被写体像を、接眼部８で観察することができる。

このとき、前記被写体像の焦点は、観察位置では合って
いるが、前記イメージガイド２１の後端部では合ってい
ないので、ファイバ束の網目とは干渉しないし、またこ
のファイバ束の網目構造は、観察位置では焦点がぼける
ため、被写体像におけるファイバ束の網目との重複等の
障害は発生しない、また、被写体像をビデオカメラ等で
撮影する場合、撮像位置では前記ファイバ束の網目構造
はぼけているので、固体撮像素子等の空間的なサンプリ
ングとは干渉しないため、モアレは発生しない。

このように、イメージガイドとして屈折率分布型ファイ
バを用いることによって、ファイバ束の網目構造による
、被写体像における網目の重複とかモアレの発生等の障
害を除去することができ、被写体像を劣化させることな
く観察することが可能となる。

なお、本発明によるイメージガイドは、入射した像の情
報をそのまｔｆ＆端部まで伝達することができるので、
第１図のように対物レンズ等の先端側レンズ系を省略す
ることができ、さらに接眼部から直接肉眼で観察する場
合は、先端側だけでなく、後端側レンズ系についても省
略することが可能である。

また、前記イメージガイド２１の長さが、前記蛇行周期
Ｐの半周期またはその奇数倍の場合、入射端における光
線２３ａの入射角度と、出射端における光！２．３ｂの
出射角度とが、軸に対して対称に反転する。このときは
、第２図に示すように、イメージガイド２１ｂに入射す
る光線２３ｃを前端側レンズ系３２によって平行光束に
して、入射角度と出射角度とを同一にし、後端側レンズ
系３１によって結像するか、または、後端側レンズ系３
１に反転手段を設けることによって、前述と同様に被写
体像を劣化させることなく観察することができる。

第４図及び第５図は本発明の第２実施例に係わり、第４
図は内視鏡装置の構成図、第５図はイメージガイド及び
レンズ系の構成説明図である。

第４図に示すように、本実施例の内視鏡装置は、内視鏡
１の操作部３内に固体撮像素子を設けた電子内視鏡で構
成されている。内視鏡１の他の部分は、第１実施例と同
様に構成されている。

前記操作部３の側方から延設されたユニバーサルコード
４は、コネクタ１０を介して、画像処理装置ｆ１２に接
続され、この画像処理装２１２の出力がモニタ１３に表
示されるようになっている。

前記内視鏡１の挿入部２内には、第５図に示すように、
イメージガイド２１の前端側には対物レンズ等からなる
前端側レンズ系３２ａが、後端側にはリレーレンズ等か
らなる後端側レンズ系３１ａが設けられ、これらは組み
合わされて一つの結像レンズ系３３を構成するようにな
っている。この結像レンズ系３３の結像位置には例えば
ＣＣＤ等の固体撮像素子３４が配置されている。この固
体撮像素子３４の出力が前記画像処理装置１２で画像処
理され、モニタ１３に被写体像の信号を出力するように
なっている。

被写体像３６は、前端側レンズ系３２ａを経て、イメー
ジガイド２１の前端面に入射し、このイメージガイド２
１内を伝達されて後端面から出射し、後端側レンズ系３
１ａによって固体撮像素子３４上に結像される。ここで
は、前記イメージガイド２１の前端面は、結像レンズ系
３３の瞳位１ｔ３５ａに配置されているので、前記イメ
ージガイド２１の後端面も結像レンズ系３３の瞳位？１
ｔ３５ｂとなる。

このため、前記イメージガイド２１の後端面においては
、被写体像３６は結像レンズ系３３の瞳位置３５ｂにあ
るので、完全にぼけている。また、前記イメージガイド
２１の後端面の網目構造３７は、固体撮像素子３４上で
は結像しないため、被写体像３６にモアレが発生するこ
となく、良好な被写体像を観察することができる。また
、イメージガイド２１の端面間の光学的距離を、０であ
るとみなすことができるため、結像レンズ系３３を前記
イメージガイド２１の両端に自由に分割し配置すること
ができる。

なお、第６図に示すように、第２実施例の結像レンズ系
の配置を変更した例として、結像レンズ系３３をイメー
ジガイド２１の前端側にまとめて、前端側レンズ系３２
ｂとして配置することもてきる。

この変形例では、被写体像３６は、前端側レンズ系３２
ｂを経て、イメージガイド２１の前端面に入射し、この
イメージガイド２１内を伝達されて後端面から出射し、
固体撮像素子３４上に結像される。この場合においても
、被写体像３６にモアレが発生することなく、良好な被
写体像を観察することができる。

前記被写体像３６のモアレの除去については、前記イメ
ージガイド２１の前端面を、結像レンズ系３３の瞳位置
３５に配置することが、最適な場合であるが、ここでは
、イメージガイド２１の前端面は、結像レンズ系３３の
瞳位２３５より後方に配置されている。これは、内視鏡
に用いられるファイバは、可視性が良い方が適している
ため、細径のものが望ましいが、端面を結像レンズ系３
３の瞳位置３５に配置して像の伝達を行うと、ファイバ
の径が媚い場合は、光の回折の影響を受けて像が劣化し
てしまう恐れがあるためである。

このように、結像レンズ系３３を前記イメージガイド２
１の両端に自由に分割し配置することができ、被写体像
を劣化させることなく、観察することができる。

第７図は本発明の第３実施例に係わる、イメージガイド
及びフォーカシング手段の構成説明図である。

第３実施例では、第７図に示すように、イメージガイド
２１の後端側に、フォーカシング手段が設けられている
。屈折率分布型ファイバをイメージガイド２１として用
いた場合は、イメージガイド２１の後端側でフォーカシ
ングを行うことが可能である。

固体撮像素子３４上に被写体像を結像させるリレーレン
ズ３８が、イメージガイド２１の後端側に設けられ、こ
のリレーレンズ３８の端部には、図示しないカム構造を
持った二重鎖ｆｉ３９及び４０が設けられ、この二重鏡
筒３９及び４０が回動することにより、前記リレーレン
ズ３８が光軸方向に移動し、フォーカシングを行うよう
になっている。前記鏡筒４０には、ギア４１が噛合され
、このギア４１が、モータ４２の回転軸に接続されてい
る。他は、第２実施例と同様に構成されている。

イメージガイド２１内を伝達された被写体像は、リレー
レンズ３８によって固体撮像素子３４上に結像される。

ここで、モータ４２を回転させると、ギア４１を介して
鏡筒４０が回転し、カム機構によって鏡筒３９が光軸方
向に移動することにより、前記リレーレンズ３８が光軸
方向に移動する。そして、前記モータ４２の回転を制御
することによって、被写体像の焦点が固体撮像素子３４
上で合うように、リレーレンズ３８の位置を制御し、フ
ォーカシングを行う。

このように、屈折率分布型ファイバをイメージガイドと
して用いることによって、イメージガイドの後端側にフ
ォーカシング手段を設けることができるので、容易にフ
ォーカシング手段を構成することができ、また、前記フ
ォーカシング手段の制御も容易に行うことができ、被写
体像を良好に観察することが可能となる。

なお、フォーカシング手段として、前記鏡筒４０を、モ
ータ４２を用いずに手動によって動作させることができ
るし、また、例えば固体撮像素子３４の出力を利用した
り、光学系を追加してフォーカスセンサを構成したりし
て、前記モータ４２を制御するオートフォーカス手段を
設けることもできる。

第８図は本発明の第４実施例に係わる、イメージガイド
及びズーミング手段の構成説明図である。

第４実施例では、第８図に示すように、イメージガイド
２１の後端側に、ズーミング手段が設けられている。屈
折率分布型ファイバをイメージガイド２１として用いた
場合は、フォーカシングの場合と同様に、イメージガイ
ド２１の後端側でズーミングを行うことも可能である。

イメージガイド２１から出射された被写体像をズーミン
グするズーミング光学系４２及び４３が、前記イメージ
ガイド２１の後端側に設けられ、このズーミング光学系
４３の後部に、リレーレンズ３８が設けられ、固体撮像
素子３４上に被写体像を結像させるようになっている。

これらのズーミング光学系４２．４３及びリレーレンズ
３８の端部には、それぞれ鏡筒３９ａ、３９ｂ及び３９
ｃが設けられ、図示しないカム構造によって鏡筒４０と
係合されている。この二重鏡筒３９ａないし４０が回動
することにより、前記ズーミング光学系４３及びリレー
レンズ３８が光軸方向に移動し、ズーミングを行うよう
になっている。前記鏡筒４０には、第３実施例と同様に
、ギア４１が噛合され、このギア４１が、モータ４２の
回転軸に接続されている。他は、第２実施例と同様に構
成されている。

モータ４２を回転させると、ギア４１を介して鏡筒４０
が回転し、カム機構によって鏡筒３９ａないし３９ｃが
光軸方向に移動することにより、前記ズーミング光学系
４３が光軸方向に移動する。

そして、前記モータ４２の回転を制御することによって
、被写体像が所望の大きさとなるように、ズーミング光
学系４３の位置を制御し、ズーミングを行う、このとき
、リレーレンズ３８はズーミングによって生じた被写体
像の焦点のずれを補正するコンベンセータとして用いら
れる。

このように、屈折率分布型ファイバをイメージガイドと
して用いることによって、イメージガイドの後端側にズ
ーミング手段を設けることもできるので、容易にズーミ
ング手段を構成することができ、また、前記ズーミング
手段の制御も容易に行うことができ、被写体像を良好に
観察することが可能となる。

ズーミング手段の場合も、フォーカシング手段と同様に
、前記鏡筒４０を、モータ４２を用いずに手動によって
動作させることができるなお、結像レンズ系の構成及び
フォーカシング手段、ズーミング手段の構成、及び、こ
れらの他の内視鏡装置各部の楕或は、本実施例に限定さ
れるものではなく、例えば電気光学物性を用いたフォー
カシング手段あるいはズーミング手段を設けることもで
きるし、フォーカシング手段とズーミング手段とを組み
合わせてオートフォーカスズームレンズを設けることも
できる。また、硬性鏡においても、軟性鏡の例と同様に
構成することができる。

また、イメージガイドによって伝達された被写体像の撮
像手段についても、ＣＣＤによる固体撮像素子に限定さ
れるものではなく、例えばＭＯＳ。

ＳＩＴ、ＣＭＤ、ＡＭＩ等の固体撮像素子とか撮像管等
を用いることができるし、これらの電子的撮像手段によ
らずに、例えば銀塩フィルム等の物理化学的撮像手段を
用いることもできる。特に銀塩フィルムを用いる場合、
ストライプフィルタによって色分解を行うときの、モア
レの発生を防止することができる。

また、イメージガイドに用いる屈折率分布型ファイバは
、多モードの多成分系ガラスのファイバや石英ファイバ
に限らず、シングルモードファイバとか偏波面保存ファ
イバ等を用いることもできる。

さらに、前記イメージガイドに用いるファイバ束の長さ
については、入射光線の蛇行周期の半周期に対し整数倍
となるように設定されているが、個々のファイバの長さ
をわずかたけ不揃いになるようにしたり、ファイバ端面
の面角度をばらつかせることによって、被写体像に対す
る光学的ローパスフィルタ作用をイメージガイドに持た
せることも可能である。

［発明の効果コ以上説明したように本発明によれば、内視鏡装置におい
て、フォーカシング及びズーミングを容易に行うことが
でき、被写体像を劣化させることなく観察することが可
能であるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第１実施例に係わり、第
１図（Ａ）は内視鏡挿入部の構成説明図、第１図（Ｂ）
は第１図（Ａ）のイメージガイドファイバの説明図、第
１図（Ｃ）は屈折率分布型ファイバの作用説明図、第２
図は第１図（Ａ）のイメージガイドファイバを入射光線
の蛇行周期の半周期とした場合の構成説明図、第３図は
第１図（Ａ）の内視鏡装置の全体構成図、第４図及び第
５図は本発明の第２実施例に係わり、第４図は内視鏡装
置の精成図、第５図はイメージガイド及びレンズ系の構
成説明図、第６図は第２実施例の変形例の、イメージガ
イド及びレンズ系の構成説明図、第７図は本発明の第３
実施例に係わる、イメージガイド及びフォーカシング手
段の構成説明図、第８図は本発明の第４実施例に係わる
、イメージガイド及びズーミング手段の構成説明図であ
る。１・・・内視鏡　　　　２・・・挿入部２１・・・イメ
ージガイド２１ａ・・・屈折率分布型ファイバ３１．３１ａ・・・後端側レンズ系３２．３２ａ・・・前端側レンズ系３３・・結像レンズ系第１図（Ａ）２１イメージカイト第１図　（Ｂ）第１図　（Ｃ）第２図第３１！５第７図第８ｒＩＪ

Claims

【特許請求の範囲】

被写体像を伝達するイメージガイドを挿入部内に有する
内視鏡装置において、前記イメージガイドとして、屈折
率分布型ファイバによって構成されたファイバ束を用い
、前記ファイバ束は、入射光線の蛇行周期の半周期に対
し整数倍となる長さを有することを特徴とする内視鏡装
置。