JPH0576487A - 電子内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ３次元情報を定量的にかつリアルタイムで検
出し、被写体の正確な情報を得て診断観察の能率および
精度を向上させる。 【構成】 電子内視鏡先端部に設けられた２つの撮像素
子により被写体を撮像し、得られた映像信号Ｌ１７，Ｒ
１８を各々ラインメモリ３５，３６に記憶する。記憶さ
れた映像信号は、ＣＣＤ可変遅延回路４１、１Ｈ遅延回
路４２でそれぞれ異なった時間軸で遅延され、差検出回
路４３，一致検出器５３によって一致成分が検出されて
映像信号Ｌ１７，Ｒ１８間の視差による位相差が検出さ
れる。検出された位相差、即ち被写体の３次元情報は、
混合器６１で複合同期信号６２が付加され、観察モニタ
６４に表示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の撮像手段からの
撮像映像信号より視差映像信号を得て被写体の３次元情
報を得る電子内視鏡装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】体腔内などに細長な挿入部を挿入するこ
とによって、体腔内の深部などを観察したり、必要に応
じて処置具を用いることにより、治療処置なども行うこ
とのできる内視鏡が医療分野において広く用いられるよ
うになった。

【０００３】内視鏡により、体腔内等を観察する場合に
おいて、診断、治療などを行う際に対象部位までの距離
や対象物の大きさなどを知ることが近年では必要となっ
てきている。特に、生体腔内の診断、治療を行う場合に
は、病変部位の大きさを正確に知りたいという医学上の
要求が強く、被写体の３次元情報を得る必要性が高まっ
ている。

【０００４】対象部位までの距離や対象物の大きさなど
を測定する装置としては、特開昭６２−７３２２３号公
報や本出願人が特願平１−３４２２９号において提案し
ている測定用の光を対象物に照射するものが挙げられ
る。これらの装置では、測定光を用いることによって対
象物の位置関係、即ち距離、大きさを求めることができ
る。

【０００５】従来の電子内視鏡装置では、２次元の画像
情報しか得られないため、診断、治療を行う上での能率
や精度に制約を受けていた。

【０００６】そこで、映像信号のフィールド周期毎に視
差を持つ画像をモニタ上に出画させて立体的な３次元情
報を得る内視鏡装置が提案されている。この装置では、
モニタ上の視差を持つ画像をを専用眼鏡で左右切り換え
て観察することにより３次元映像を得るようになってい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
従来の３次元内視鏡装置では、映像信号のフィールド周
期毎に視差を持つ画像を表示させ、これを専用眼鏡で左
右切り換えて観察することにより３次元映像を得てお
り、この方式では、観察側の立体感に対する個人差が多
く、また、眼鏡が煩わしくて逆に診断機能を妨げる結果
となっている。

【０００８】本発明は、これらの事情に鑑みてなされた
もので、３次元情報を定量的にかつリアルタイムで提供
することができ、診断機能を妨げることなく被写体の正
確な情報を得て、診断観察の能率および精度を向上させ
ることが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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による電子内視鏡
装置は、内視鏡先端部に複数個の撮像素子を具備して被
写体に対する視差映像信号を得る視差映像信号生成手段
と、前記視差映像信号間の相対位相差から被写体の３次
元情報を演算検出する３次元情報演算検出手段と、前記
３次元情報演算検出手段により得られた３次元情報を表
示する３次元情報表示手段とを備えたものである。

【００１０】

【作用】視差映像信号生成手段は、内視鏡先端部に設け
られた複数個の撮像素子より被写体を撮像して被写体に
対する視差映像信号を得る。そして、３次元情報演算検
出手段によって前記視差映像信号間の相対位相差から被
写体の３次元情報を演算検出し、３次元情報表示手段に
より前記得られた３次元情報を表示する。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１ないし図１８は本発明の第１実施例に係り、
図１は電子内視鏡装置の３次元信号生成部の構成を示す
ブロック図、図２は電子内視鏡装置の映像信号生成部の
構成を示すブロック図、図３は撮像素子と被写体との光
学的配置を示す説明図、図４は２つの映像信号をモニタ
に表示する際の構成を示す説明図、図５は図３における
各被写体を図４の構成で観察した場合のモニタ表示を示
す説明図、図６は図５のモニタ表示の映像信号を垂直レ
ート時間軸で示した説明図、図７は図６の映像信号を水
平レート時間軸で示した波形及びラインメモリの書き込
み、読み出し信号を示す波形図、図８は図１に示したス
テップ信号発生器の構成を示すブロック図、図９は図８
のステップ信号発生器の動作波形を示す波形図、図１０
は被写体に対する視差と映像信号との位置関係を示す説
明図、図１１は１フィールド期間の走査線を示す説明
図、図１２は図１に示した一致検出器の構成を示すブロ
ック図、図１３は図１の差回路と一致検出器の動作波形
を示す波形図、図１４は被写体撮像時の例を示す説明
図、図１５は３次元情報の表示例を示す説明図、図１６
は被写体の位置と２次元の寸法の関係を説明する説明
図、図１７は２次元の絶対寸法の表示例を示す説明図、
図１８は複数の映像信号の自動利得制御回路の構成を示
すブロック図である。

【００１２】本実施例の電子内視鏡装置の映像信号生成
部は、図２に示すように構成され、ここで生成された映
像信号より３次元情報を表す信号を生成してモニタ等に
出力するようになっている。

【００１３】電子内視鏡１には、２つの対物光学系３，
５及び撮像素子４，６が設けられ、被写体２からの反射
光束は対物光学系３，５を通り撮像素子４，６の光電変
換面に結像されるようになっている。また、照明光が通
過するレンズ７及びライトガイド８が設けられている。
電子内視鏡１は、信号処理部及び光源を内蔵する信号処
理装置１０に着脱自在に接続されるようになっている。
信号処理装置１０内の光源ランプ１１からの発光光束は
レンズ１２で集束されてライトガイド８を通りレンズ７
を通って被写体２に照射される。前記２つの対物光学系
３，５は距離ｄだけ離れており、この距離ｄによって撮
像素子４，６に対し光学的に視差を生じさせ、２つの映
像信号間に視差情報を含むようにしている。

【００１４】信号処理装置１０には、映像プロセッサ１
３，１４が設けられており、撮像素子４，６の光電変換
出力は、電子内視鏡１内の伝送ケーブル１５，１６を介
して映像プロセッサ１３，１４に各々入力されるように
なっている。映像プロセッサ１３，１４は、光電変換出
力を受けて標準映像信号に変換し、映像信号Ｌ１７，映
像信号Ｒ１８として各々出力する。また、映像プロセッ
サ１３，１４での信号処理に必要とされる同期信号等を
供給するタイミング信号発生器１９が設けられ、ここで
生成された各種同期信号２０は後段の処理回路にも供給
されるようになっている。

【００１５】図３は本実施例での両撮像素子４，６と被
写体との光学的な配置を示した図である。対物光学系３
の中心光軸３ａと対物光学系５の中心軸５ａが、対物光
学系３，５の主平面位置２３から距離Ｌの位置で交差す
るように、対物光学系３，５の主平面角度は各々θ／２
だけ傾斜されている。なお、本実施例ではＬの距離は２
０ｃｍとしている。また、図３では被写体２をＡ、Ｂ、
Ｃのそれぞれの位置に置いた場合を示している。ここ
で、Ａはレンズ面から２０ｃｍ，Ｂは１０ｃｍ，Ｃは５
ｃｍの位置としている。このような配置により両撮像素
子４，６における像には視差が生じる。

【００１６】図４は映像信号Ｌ１７と映像信号Ｒ１８と
を混合器２４で混合して映像モニタ２５で観察するよう
にした場合の構成を示している。ここで、図３に示した
ように、被写体２を位置Ａ，Ｂ，Ｃの各位置で撮像し、
両映像信号Ｌ１７，Ｒ１８を混合して観察モニタ２５で
観察するとそれぞれ図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）のよう
に観察される。図５（Ａ）では、２つの対物光学系の光
軸が交差している位置に被写体２が位置しているので１
個の像として出画される。Ｂの位置では、両映像信号に
視差が発生し、映像モニタ２５上では図５（Ｂ）に示す
ように２重像となる。また、Ｃの位置では、図５（Ｃ）
に示すように（Ｂ）と比べて２つの像が離れている。こ
のように、本実施例では、視差が発生した場合、撮像素
子の水平走査線方向にずれるような角度で２つの撮像素
子４，６を配置している。よって、図５（Ｂ），（Ｃ）
に示すような像のズレ量Ｄ1 ，Ｄ2 は視差の大ききと比
例する。視差の大きさは被写体とレンズ間との距離で変
化し被写体がレンズに接近すると大きくなり、距離が遠
くなって光軸の交差点まで離れると視差は無くなる。即
ち、図５（Ｂ），（Ｃ）のような像ズレの量Ｄ1，Ｄ2
が被写体までの距離情報であり、被写体の３次元情報で
ある。

【００１７】次に、図６及び図７に映像モニタ２５の表
示とこのときの映像信号とを示す。映像モニタ２５の表
示領域２６には、被写体像２７，２８が出画される。３
１はこのとき得られる映像信号（図４における映像信号
１７及び１８）であり、３２が被写体のコントラストを
示している。なお、３３はモニタ上の垂直方向の中心近
傍線であり、本実施例では観察者の視点が集中しやすい
中心近傍の映像に着目し、ここでの３次元情報を得るよ
うにしている。ここで、映像信号３１は垂直方向に時間
軸をとっている。この垂直レート（以下、Ｖレート）時
間軸で示した映像信号３１を水平レート（以下、Ｈレー
ト）に時間軸を拡大して示すと図７のような信号波形３
４となる。なお、図６の左側の像２７は右側の像２８に
対し時間的に進んでおり、本実施例では被写体像２７は
映像信号Ｌ１７、相対的に時間が遅れる被写体像２８は
映像信号Ｒ１８に対応している。３４は映像信号３１の
中心近傍の時間軸を拡大し、Ｈレートで示した波形であ
るが、前記映像信号Ｌ１７と映像信号Ｒ１８とを重ねた
とした場合の例を示している（２つの像に対応する波形
が示されている）。

【００１８】ここで、前記映像信号Ｌ１７，映像信号Ｒ
１８から被写体の３次元の情報を得る３次元信号生成部
の構成を図１を参照して説明する。

【００１９】映像信号Ｌ１７，Ｒ１８は、それぞれライ
ンメモリ３５，３６に入力されるようになっている。ラ
インメモリ３５，３６は、前述した中心近傍の映像を１
フィールド期間記憶するものであり、中心近傍の視差情
報を持つ映像信号Ｌ１７，Ｒ１８がそれぞれ記憶され
る。また、ラインメモリ３５，３６には、前記映像信号
の書き込み、読み出しをそれぞれ制御する書き込み信号
３７，読み出し信号３８が入力されるようになってい
る。書き込み信号３７は、図７に示すように、中心近傍
の走査線で１水平走査線（１Ｈ）のみの期間の映像信号
をラインメモリ３５，３６に記憶するための指令信号で
ある。読み出し信号３８は、前記記憶された１Ｈ期間の
映像信号を中心近傍以降の期間（図６における３９の期
間）において垂直同期信号４０のタイミング迄繰り返し
読み出すための指令信号である。その結果、図６におけ
る３９の期間では中心近傍の走査線３３において発生す
る映像信号が連続してラインメモリ３５，３６から出力
されることになる。

【００２０】ラインメモリ３５はＣＣＤ可変遅延回路４
１に、ラインメモリ３６は１Ｈ遅延回路４２にそれぞれ
接続され、ＣＣＤ可変遅延回路４１及び１Ｈ遅延回路４
２の出力端が差検出回路４３に接続されている。即ち、
ラインメモリ３５，３６から読み出された映像信号が接
続された各々の遅延回路において遅延され、差検出回路
４３で２つの信号の差が求められるようになっている。
ＣＣＤ可変遅延回路４１は多段電荷転送素子で構成され
ており、電荷転送周波数を可変することによりその遅延
時間を制御することが可能である。ＣＣＤ可変遅延回路
４１にはＶＣＯ４４の出力も供給されるようになってい
る。ＶＣＯ４４は電圧制御発振器であり、ＣＣＤ可変遅
延回路４１の転送クロック信号となっている。つまり、
ＶＣＯ４４の発振周波数によって遅延時間が制御されて
周波数が高くなると遅延時間は短くなる。このＶＣＯ４
４に対する周波数制御はステップ信号発生器４５で生成
されるステップ信号で制御されるようになっている。ス
テップ信号発生器４５には読み出し信号３８及び水平同
期信号４６が入力され、ここでステップ信号が生成され
るようになっている。

【００２１】前記ステップ信号発生器４５は、図８に示
すように構成されている。このステップ信号発生器４５
には、必要なステップ数に応じてフリップフロップ４７
ａ，４７ｂ，４７ｃ，…，４７ｎが設けられている。こ
れらのフリップフロップ４７ａないしｎには直列的に水
平同期信号４６がクロック信号として入力されるように
なっており、この水平同期信号４６でフリップフロップ
群４７がカウントアップされる。そして、各フリップフ
ロップ４７ａないしｎの出力ＱはＤ／Ａ変換器４８に入
力され、ここで計数内容がアナログ値に変換されてステ
ップ信号４９として出力されるようになっている。ま
た、各フリップフロップ４７ａないしｎのリセット入力
には読み出し信号３８が入力され、フリップフロップ群
４７をリセットするようになっている。

【００２２】このステップ信号発生器４５の動作波形は
図９に示すようになる。フリップフロップ群４７は、読
み出し信号３８のハイレベルでリセットが解除されるの
で、３８ａのタイミングから計数が開始され３８ｂの点
で再びリセットされる。フリップフロップ群４７がリセ
ットされているときは出力論理が全て０であるので、Ｄ
／Ａ変換器４８の出力、即ちステップ信号は４９ａに示
すように最下電位となる。一方、リセットされる寸前の
点４９ｂでは、計数が進んでいるので最上電位となる。
このステップ信号４９の電位に対応してＶＣＯ４４の発
振中心周波数が制御され、結果としてＣＣＤ可変遅延回
路４１の遅延時間が制御されることになる。本実施例で
は、ステップ電位が最上の点である４９ｂの時、ＣＣＤ
可変遅延回路４１の遅延時間を１Ｈ（約６３．５μｓｅ
ｃ）とし、差検出回路４３に入力される両映像信号の位
相が一致する様にしている。

【００２３】次に、視差と映像信号Ｌ１７，Ｒ１８との
位相関係について図１０を参照して説明する。図１０に
おいて、（Ａ）は対物光学系のレンズ面から約２０ｃｍ
の位置に被写体が存在する場合の映像信号Ｌ１７，Ｒ１
８を示すものであり、被写体によるコントラスト信号５
１の相対位相は一致する。（Ｃ）はレンズ面から被写体
までの距離が５ｃｍの時の映像信号Ｌ１７，Ｒ１８を示
したものであり、映像信号Ｌ１７に生じるコントラスト
信号５１ａと映像信号Ｒ１８のコントラスト信号５１ｂ
との相対位相にズレが生じる。本実施例では、このズレ
量Ｔc を約３０μｓｅｃとしている。なお、この相対位
相のズレ量は図３に示した角度θの設定により任意に設
定が可能である。（Ｂ）はレンズ面から被写体までの距
離が１０ｃｍの場合であり、（Ａ）と（Ｃ）との略中間
位置であるので、相対位相のズレ量Ｔb は３０μｓｅｃ
の１／２となり約１５μｓｅｃとなる。即ち、レンズ面
から被写体までの距離が遠くなるにつれて相対的時間位
相差は縮小され、この距離と位相差との関係は線形的に
反比例する。

【００２４】周知の如く、ＮＴＳＣ方式では１フィール
ド期間の走査線本数は、図１１に示すように２６２．５
本であり、中心近傍から垂直同期信号までの走査線本数
は約１３０本である。本実施例では、中心近傍の１走査
線の視差情報を含む２つの映像信号を保持し、この中心
近傍から走査線１３０本に相当する時間内において前記
相対位相ズレ量を検知し、リアルタイムでこの１３０本
の走査線領域に等しい時間で３次元情報を表示しようと
するものである。つまり、前述の図９に示した１３０Ｈ
期間内で１３０ステップに遅延量を変えて２つの映像信
号に含まれる位相一致成分を検出し、３次元情報を表示
するようにしている。

【００２５】ここで、図１に戻って、前記のように１３
０Ｈ期間内で１３０ステップに変化して遅延された映像
信号Ｌ１７と１Ｈ遅延された映像信号Ｒ１８とが差検出
回路４３に入力され、ここで両映像信号の差がとられて
一致検出器５３に入力される。この一致検出器５３は、
差検出回路４３の出力レベルが所定レベル以下である
と、出力がローレベルからハイレベルに切り替わるよう
になっている。図１２は一致検出器５３の具体的な構成
例を示したものである。差検出回路４３の出力５４は、
電圧比較器５５，５６に各々入力されるようになってい
る。比較器５５，５６の他方の入力端には、基準電圧と
して正負の基準電圧５７，５８が各々供給されている。
差検出回路４３の出力５４の電圧レベルが正または負の
基準電圧値５７または５８を越えると、比較器５５，５
６の出力はローレベルに切り替わるようになっている。
これらの比較器５５，５６の出力端は、アンド回路５９
に接続されており、アンド回路５９の出力が一致検出器
出力６０として出力されるようになっている。

【００２６】前記差検出回路４３と一致検出器５３の動
作について図１３を参照して説明する。図１３におい
て、６１，６２は図１に示した映像信号Ｌ１７，Ｒ１８
に相当するものであり、ある被写体を撮像したときに得
られる映像信号の一例である。この例では、被写体によ
るコントラスト信号６３が発生する領域６４では両映像
信号が一致しており、前記領域６４以外では視差の発生
によりコントラストが一致していない。これらの映像信
号から差検出回路４３で差を求めると出力５４のように
なる。この図において、５７，５８は一致検出器５３で
設定したスレッシュホールド電位、即ち比較器５５，５
６の各基準電圧である。なお、６３は両映像信号が全く
同一の時の差検出回路４３の出力レベルを示している。
差検出回路出力５４が基準電圧５７，５８内にあるとア
ンド回路５９の出力はハイレベルとなり、一致検出器出
力６０として出力される。前述のように２つの映像信号
の遅延量を変化させるとある点において前記一致検出器
出力６０が得られ、その結果視差による２つの映像信号
間の相対位相差が検出されることになる。

【００２７】図１０に示したように、本実施例における
被写体までの距離と視差によって発生する両映像信号間
の位相差との関係は、被写体までの距離が２０ｃｍの時
は位相が一致して０μｓｅｃとなり、１０ｃｍでは１５
μｓｅｃ、５ｃｍでは３０μｓｅｃである。映像信号Ｌ
１７を固定すると、被写体までの距離が短くなるにつれ
て映像信号Ｒ１８の位相が遅れる方向に移動する。本実
施例では、図１１に示すように中心近傍の走査線０Ｈの
画像を一旦ラインメモリに記憶して１３０Ｈ期間保持
し、この期間に１Ｈづつ一方の映像信号の遅延量を変化
させて演算して３次元情報を検知している。このよう
に、１３０Ｈの期間に１Ｈづつ演算しているため、分解
能は２０ｃｍを１３０で割った値であり、約１．５４ｍ
ｍとなる。従って、図１１における０Ｈでは５ｃｍ、１
Ｈでは５ｃｍ＋１．５４ｍｍ＝５．１５４ｃｍ、２Ｈで
は５．３０８ｃｍ、３Ｈでは５．４６２ｃｍ、・・・・
１３０Ｈでは約２０ｃｍの位置での一致情報が得られる
ことになる。

【００２８】例えば、１Ｈで５ｃｍ離れた領域における
被写体の存在を検出する為には、映像信号Ｌ１７を３０
μｓｅｃ遅延して映像信号Ｒ１８との差を検出し、差が
無い部分、即ち一致検出器５３の出力がハイレベルの部
分を検出する。この一致を表す映像信号成分が５ｃｍ領
域に存在する被写体の映像信号となる。

【００２９】本実施例では、１３０Ｈ期間に２０ｃｍ〜
５ｃｍの範囲の３次元情報を得ようとしており、この範
囲での視差で発生する位相ズレ量は３０μｓｅｃ〜０μ
ｓｅｃとなるため、１Ｈ毎の位相ズレ量は３０μｓｅｃ
を１３０で割った時間の０．２３μｓｅｃとなる。従っ
て、図９に示したステップ信号４９において、図１のＣ
ＣＤ可変遅延回路４１の遅延量が３３．５μｓｅｃとな
るように設定すると、両映像信号間の時間差は約３０μ
ｓｅｃとなり（１Ｈ期間６３．５μｓｅｃ−３３．５μ
ｓｅｃ＝３０μｓｅｃ）、５ｃｍ離れた領域の被写体の
映像成分を検出可能となる。

【００３０】以下、１Ｈ毎に０．２３μｓｅｃづつ映像
信号Ｌ１７の遅延量を増加させ、各ステップ毎に両映像
信号間の相関（差）の無さを検出する。最終的に１３０
Ｈでは最上のステップ電位４９ｂで１Ｈ（６３．５μｓ
ｅｃ）遅延するようにすれば、１３０Ｈの間で５ｃｍ〜
２０ｃｍの範囲の３次元情報を得ることが可能となる。
しかもこの検出結果は１フィールド毎に更新されるの
で、ほぼリアルタイムで３次元情報を観察する事が可能
となる。

【００３１】図１の差検出回路４３の出力は視差による
位相差を含んだ３次元情報であり、両映像信号に相関の
強いコントラストが存在すると図１３に示すように一致
検出器５３の出力６０がハイレベルとなる。一致検出器
５３には混合器６１が接続されており、混合器６１で一
致検出器出力６０に複合同期信号６２が付加されて映像
信号に変換される。この信号が切り替えスイッチ６３を
介して観察モニタ６４に入力され、３次元情報が表示さ
れる。結果として、観察モニタ６４の画面上の０Ｈに相
当する点に５ｃｍの位置、１Ｈに相当する点に５．１５
４ｃｍの位置、・・・１３０Ｈの点に２０ｃｍの位置の
３次元情報信号が表示される。また、３次元の絶対寸法
を表す３次元マーカを生成する３次元マーカ発生器６
５、及び２次元の絶対寸法を表すマーカを生成する２次
元マーカ発生器６６が設けられており、これらのマーカ
が混合器６１で映像信号に混合されて観察モニタ６４上
に表示されるようになっている。

【００３２】次に、被写体の状態と得られる３次元映像
について説明する。図１４は被写体を撮影する際の一例
を示しており、壁６７の前側に球体６８が存在している
ような状態を撮像する場合である。前記被写体６７，６
８を撮像素子４，６で撮像すると、通常の観察映像は図
１５（ａ）に示すように、観察モニタ６４に壁６７の像
６９ａ，球体６８の像７０ａのように出画される。一
方、前述したような３次元情報は（ｂ）に示すように、
被写体の３次元映像６９ｂ，７０ｂとして表示される。
なお、３次元映像における破線７１は、両方の撮像素子
４，６に撮像不可能で且つ視差によって片方の撮像素子
にしか撮像できない領域である。これらの表示画面
（ａ），（ｂ）は、前記切り替えスイッチ６３によって
切り替えることができる。

【００３３】また、図１５（ｂ）におけるマーカ７２は
３次元寸法の絶対値を知るためのマーカである。この３
次元マーカ７２は、前記３次元マーカ発生器６５で生成
されたマーカ信号が混合器６１で混合されてモニタ６４
上に表示される。本実施例では、中央近傍の走査線０Ｈ
が５ｃｍの位置の３次元情報であり、１３０Ｈの走査線
では２０ｃｍの位置の情報が得られるので３次元情報の
寸法の絶対値が特定できる。例えば、７２ａのように０
Ｈ走査線にマーカ信号を重畳して表示すれば、この走査
線上に表示される３次元情報は５ｃｍの位置に存在する
映像であることが認識可能となる。なお、本実施例では
１３０Ｈで５〜２０ｃｍの範囲の３次元映像を表示して
いるが、例えば１３０Ｈ内で２Ｈづつ同じ３次元映像を
表示すれば５ｃｍ〜１０ｃｍの３次元映像を１３０Ｈ走
査線内で表示する事になり、モニタ画面上で約２倍に拡
大して観察することができる。

【００３４】さらに、２次元寸法の絶対値を知ることも
可能である。撮像素子４，６から被写体を見た視野角は
対物光学系３，５で決定され固定されるので、被写体ま
での距離が特定されればおのずと被写体の２次元的な絶
対的な大きさを求めることができる。これは被写体が接
近すると大きく撮像され、離れると小さく撮像されるこ
とから得られる。この２次元の絶対寸法の決定について
図１６を参照して説明する。図１６において破線７３は
本実施例による光学レンズ７４で決定される全視野（撮
像素子７５の有効撮像面に結像される大きさ）である。
ここで、被写体までの距離が２０ｃｍのときに有効撮像
面の水平方向長と等しくなるような長さｍの被写体を撮
像する場合、１０ｃｍ，５ｃｍの距離では撮像される被
写体の水平方向長はそれぞれｎ，ｏとなり、被写体像が
拡大される。１０ｃｍの位置で撮像される長さｎはｍの
１／２であるので、被写体像は２倍に拡大されることに
なる。

【００３５】前述した２次元の絶対寸法をモニタ６４上
に表示すると図１７に示すようになる。２次元マーカ発
生器６６で生成されたマーカ信号は混合器６１で３次元
映像信号に重畳され、２次元マーカ７６としてモニタ６
４上に表示される。これらの２次元及び３次元のマーカ
信号は、マーカ発生器６５，６６において各々垂直同期
信号及び水平同期信号に同期させて発生させ、モニタ６
４上で等間隔になるよう各マーカをスケール表示させて
いる。このように、画面上に２次元マーカ７６と３次元
マーカ７２とが同時に表示されるので、被写体の立体的
な寸法を認識する事が可能となる。

【００３６】前記のように、本実施例では２個の撮像素
子で得られる映像信号のレベル相関の強さを検出して３
次元情報を得ている。このため、特に撮像素子単体の感
度差や各々一体で構成される光学系の明るさ差などが存
在すると相関検出演算などに誤差を発生させる要因とな
る。そこで、本実施例では図１８に示すように、ある被
写体を撮像したときに２つの映像信号のレベルが自動的
に等しくなるように自動利得回路１０１を設けるように
している。

【００３７】撮像素子４の光電変換出力は、そのまま撮
像素子出力Ｌ１０２として出力されるようになってい
る。一方、撮像素子６の光電変換出力は、利得制御増幅
器（以下、ＧＣＡ）１０３に入力され、ここで撮像素子
出力Ｌ１０２と等しくなるようにレベルが制御されて撮
像素子出力Ｒ１０４として出力されるようになってい
る。また、撮像素子４は検波器１０５に接続され、ここ
で光電変換出力のレベルが検波されて略直流信号に変換
される。ＧＣＡ１０３は検波器１０６に接続されてお
り、前記と同様にＧＣＡ出力のレベルが検波される。２
つの検波器１０５，１０６は差回路１０７に接続されて
おり、この差回路１０７で検波器１０５，１０６の出力
電圧の差が検出される。この差回路１０７の出力は電圧
保持回路１０８を介してＧＣＡ１０３の利得制御入力と
して供給される。ＧＣＡ１０３は負帰還制御されてお
り、差回路１０７の出力が常に０となるように制御され
る。以上の結果、撮像素子出力Ｌ１０２とＲ１０４との
レベルが自動的に等しくなるように制御される。

【００３８】なお、本実施例では画角中央部に被写体が
存在するときは特に問題ないが、被写体が画角の端部に
存在する場合は逆に両映像信号のレベル差を強調するこ
とになる。従って、図１８の自動利得制御回路１０１で
は、電圧保持回路１０８が設けられており、コントラス
トの無い白色被写体を撮像して利得制御が完了したとこ
ろで電圧保持回路１０８により電圧を保持するようにし
ている。電圧保持回路１０８は制御電圧を一旦量子化し
ＩＣメモリで記憶保持する手段で構成され、スイッチ１
０９を手動で押すことによって差回路１０７出力の電圧
保持が実施される。このようにして、２つの撮像素子で
得られる映像信号のレベルを自動的に等しくなるように
することができる。

【００３９】以上のように、本実施例によれば、相関演
算によって２つの撮像手段からの両映像信号の相対位相
差を得て、これにより視差による３次元情報を得ること
ができ、この３次元映像をリアルタイムで観察する事が
可能となる。また、３次元の絶対的寸法も得られるの
で、被写体の寸法を認識することができる。さらに、従
来困難であった複数個の撮像素子で同一被写体を撮像し
視差によって立体映像を得ようとする内視鏡装置の場合
に問題となった複数撮像素子間の感度ばらつきの補正を
自動的に行うことができ、診断観察の精度を向上させる
ことができる。また、３次元方向の寸法が特定されるの
で必然的に２次元方向の絶対値寸法も表示可能となる。

【００４０】図１９ないし図２１は本発明の第２実施例
に係り、図１９及び図２０は観察モニタの表示例を示す
説明図、図２１は３次元情報を得るための位相差検出部
の構成を示すブロック図である。

【００４１】第２実施例は第１実施例の３次元映像の表
示を変更した変形例である。３次元映像表示の第１の例
を図１９に示す。モニタ画面８１には、２次元の内視鏡
画像８２と、第１実施例と同様の構成で得られた３次元
映像８３とが１画面内に上下方向に隣り合わせて同時に
表示されている。また、８４には氏名等の患者データが
表示される。なお、２次元の内視鏡画像８２は、撮像素
子４，６のいずれかから得られた画像を出画するように
する。

【００４２】図２０は３次元映像表示の第２の例を示し
ている。第２の例では、モニタ画面８１上に親画面とし
て２次元の内視鏡画像８５を、子画面として３次元映像
８５を表示するようにしている。

【００４３】このようにして、２次元の内視鏡画像と３
次元映像とを同時に表示することにより、被写体の２次
元映像と３次元映像との関係をより明確に把握すること
ができる。特に、第１の例において上下の画像の時間軸
を揃えて出画することにより、２次元映像と３次元映像
との相関関係がよくわかるようになり、被写体の状態を
正確に認識することができる。

【００４４】なお、３次元情報を得るための位相差検出
部は、第１実施例では差検出回路４３と一致検出器５３
とで構成されていたが、図２１に示すようにアナログ乗
算器９０を用いて視差による位相差を検出することもで
きる。映像信号Ｌ１７、及びＲ１８は、それぞれ第１実
施例と同様に遅延されてアナログ乗算器９０に入力され
る。そして、アナログ乗算器９０で乗算を行って、２つ
の映像信号の比を求める。

【００４５】第１実施例のように単純に差を求めた場合
には、映像信号のコントラストの高い成分の検出精度は
良いが、コントラストの低い成分（暗部）は、ノイズ等
の影響を受け検出精度が低下する。差検出回路４３の出
力レベルは回路に入力されるレベルに依存するが、後段
の比較器のスレッシュホールドレベルは一定であるの
で、相対的に被写体の条件によって検出精度が変動する
ことになる。一方、アナログ乗算器９０を用いた乗算方
式では、２つの映像信号間のレベル比が検出されるの
で、映像信号の入力レベルには依存せず、被写体の条件
によらず安定した検出精度を得ることができる。

【００４６】その他の構成、作用及び効果は第１実施例
と同様である。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、３
次元情報を定量的にかつリアルタイムで提供することが
でき、診断機能を妨げることなく被写体の正確な情報を
得て、診断観察の能率および精度を向上させることが可
能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１ないし図１８は本発明の第１実施例に係
り、図１は電子内視鏡装置の３次元信号生成部の構成を
示すブロック図

【図２】電子内視鏡装置の映像信号生成部の構成を示す
ブロック図

【図３】撮像素子と被写体との光学的配置を示す説明図

【図４】２つの映像信号をモニタに表示する際の構成を
示す説明図

【図５】図３における各被写体を図４の構成で観察した
場合のモニタ表示例を示す説明図

【図６】図５のモニタ表示の映像信号を垂直レート時間
軸で示した説明図

【図７】図６の映像信号を水平レート時間軸で示した波
形及びラインメモリの書き込み、読み出し信号を示す波
形図

【図８】図１に示したステップ信号発生器の構成を示す
ブロック図

【図９】図８のステップ信号発生器の動作波形を示す波
形図

【図１０】被写体に対する視差と映像信号との位置関係
を示す説明図

【図１１】１フィールド期間の走査線を示す説明図

【図１２】図１に示した一致検出器の構成を示すブロッ
ク図

【図１３】図１の差回路と一致検出器の動作波形を示す
波形図

【図１４】被写体撮像時の例を示す説明図

【図１５】３次元情報の表示例を示す説明図

【図１６】被写体の位置と２次元の寸法の関係を説明す
る説明図

【図１７】２次元の絶対寸法の表示例を示す説明図

【図１８】複数の映像信号の自動利得制御回路の構成を
示すブロック図

【図１９】本発明の第２実施例に係る観察モニタ表示の
第１の例を示す説明図

【図２０】本発明の第２実施例に係る観察モニタ表示の
第２の例を示す説明図

【図２１】３次元情報を得るための位相差検出部の構成
を示すブロック図

【符号の説明】

１…電子内視鏡 ３，５…対物光学系 ４，６…撮像素子 １３，１４…映像プロセッサ １７，１８…映像信号 ３５，３６…ラインメモリ ４１…ＣＣＤ可変遅延回路 ４２…１Ｈ遅延回路 ４３…差検出回路 ４４…ＶＣＯ ４５…ステップ信号発生器 ５３…一致検出器 ６１…混合器 ６４…観察モニタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内視鏡先端部に複数個の撮像素子を具備
   して被写体に対する視差映像信号を得る視差映像信号生
   成手段と、 前記視差映像信号間の相対位相差から被写体の３次元情
   報を演算検出する３次元情報演算検出手段と、 前記３次元情報演算検出手段により得られた３次元情報
   を表示する３次元情報表示手段と、を備えたことを特徴
   とする電子内視鏡装置。