JPH0829703A

JPH0829703A - 電子内視鏡装置

Info

Publication number: JPH0829703A
Application number: JP6164171A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tsuyuki; 浩露木
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-07-15
Filing date: 1994-07-15
Publication date: 1996-02-02

Abstract

(57)【要約】【目的】内視鏡を太径化する事なく、回転補正を行う
際は、画像ケラレがなく、しかも画質の劣化を最低限に
押さえる。【構成】図示しない被写体像を、径方向に所望の圧縮
倍率で、ＣＣＤ５に結像せしめる対物光学系１２には、
回転非対称非球面レンズ１５が配されている。回転非対
称非球面レンズ１５は、ラグビーボールのような形状を
しており、対物光学系１２による光学的像の圧縮倍率β
_OBと、信号処理装置６による電気的補正倍率β_ELは、
「β_OB＊β_EL≒１」なる関係を満たしている。この関係
は、回転非対称非球面レンズ１５を含む対物光学系１２
で、像を圧縮して取り込み、これを元の像の大きさに戻
すように電気的に補正することを意味している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、対物光学系より結像さ
れた物体像を撮像する撮像手段で得られた出力信号を信
号処理する信号処理手段を備えた電子内視鏡装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、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て鉗
子チャンネル内を挿通した鉗子を用いて生体内組織を採
取して患部を詳しく診断したりすることのできる医療用
内視鏡が広く用いられている。

【０００３】一方、工業用分野においてもボイラ、ター
ビン、エンジン、化学プラント等の内部を観察したり検
査したりすることのできる工業用内視鏡が広く利用され
ている。

【０００４】近年、このような内視鏡分野においても、
画質性能の向上は著しく、固体撮像素子、いわゆるＣＣ
Ｄの進歩により電子内視鏡は広く浸透しつつある。特
に、硬性鏡を用いた一般外科分野における内視鏡下外科
手術では、更なる高画質化及びフル画面化、大画面化を
求めるニーズも強く、高品位テレビ（ＨＤＴＶ）対応の
電子内視鏡導入も、近い将来には希ではなくなるであろ
う事が予想される。

【０００５】ところで、硬性電子内視鏡においては、観
察部位が挿入部先端側に対し、軸方向にない場合、例え
ば生体組織の側面等を観察する場合、一般に斜視硬性内
視鏡を用い対処している。この際、内視鏡先端軸方向と
観察中心軸方向が異なるため、直視野とは異なり、観察
視野の重力方向（上下方向）を認識し辛くなる。つま
り、所望の観察視野を得ることは困難となる。例えば、
図１３（ａ）に示すように、術中においては、鉗子類１
００ａは観察部位１００ｂに対して水平方向に位置する
状態が良いとされるが、斜視観察である場合、鉗子類１
１０ａは図１３（ｂ）のように、視野の上下方向に位置
してしまうと言った不具合が発生する。このように、術
者がもくろむ、あるいは観察し易い所望の視野確保は困
難となり、術者に混乱を与える恐れがある。

【０００６】上記問題を対策すべく、図１４（ａ）に示
す米国特許U.S.P4,858,001では、内視鏡１０１の先端部
１０２内に挿入されたＣＣＤ１０３を先端に有する回転
ユニット１０４を基端部１０５側から回転させ、観察視
野の回転補正を行っている。また、図１４（ｂ）に示す
米国特許U.S.P5,005,943では、ＴＶカメラ１０６が接続
された内視鏡本体手元部１０７に、イメージローテータ
プリズム１０８を配し、このイメージローテータプリズ
ム１０８をつまみ１０９を用いて回転させることによ
り、イメージファイバ１１０により伝送された像の観察
視野の回転補正を行っている。

【０００７】しかし、このような回転機構を付加した内
視鏡では、内視鏡の太径化、大型化を招き、軽量で且つ
小型であることが求められる内視鏡としては好ましくな
い。

【０００８】一方、このような機械的な回転機構による
像回転補正の他に、一般に電気的な画像処理によって、
モニタ上の画像を回転し補正する技術も広く知られてい
る。

【０００９】この際の問題点としては、２点挙げられ
る。それは、モニタ画面を有効に活用できないと言う点
と、画質の劣化レベルが大きいと言った２点である。つ
まり、現行のＮＴＳＣ方式におけるモニタ画面のアスペ
クト比は、モニタ水平方向長をＨ、垂直方向長をＶとす
ると、Ｈ：Ｖ＝４：３である。この場合、縦横比が異な
るモニタ画面をそのまま回転させる訳であるから、図１
５（ａ）に示す回転前の画像に対して、図１５（ｂ）に
示す回転後の画像では、モニタ上で画像がない部分、つ
まり画像ケラレが発生してしまい、モニタの有効活用が
できないということとなる。

【００１０】これを解決すべく、電子ズーム等の手段に
より、画像を電気的に引き延ばしケラレをなくす事は無
論、可能である。但し、この場合、垂直方向の画像を対
角方向まで引き延ばす必要があるため、単純に考えれば
約１．７倍もの像の引き延ばしを行わなくてはならな
い。これは、光学的な要素により拡大するわけではない
ので特にモニタ周辺像の劣化は著しく、内視鏡分野にお
いては好ましくない。更に、前記したような高品位テレ
ビ対応の電子内視鏡となれば、モニタのアスペクト比は
Ｈ：Ｖ＝１６：９となり、上記のようにモニタ画面上で
の電気的補正における垂直方向の拡大倍率は２倍以上と
なり、画像劣化は致命的となる。

【００１１】このような画像劣化を極力抑え、高品位テ
レビモニタ上での表示部の無駄を対策しようと試みた先
行技術として、図１６に示す特開平５−１０３２７１号
公報ような内視鏡装置がある。この先行技術では、光源
１１１からの照明光をライトガイド１１２により内視鏡
先端に伝送し被写体に照射する。そして被写体からの像
を取り込む内視鏡対物光学系１１３では、アナモルフィ
ック非球面レンズ１１４が配置され、ＣＣＤ１１５の撮
像面上に水平方向を圧縮した像を結像させる。その後、
ＣＣＤ１１５からの撮像信号はサンプリング回路１１６
によりサンプリングされ、ホールド回路１１７でホール
ドされ、映像信号作成回路１１８の電気処理により水平
方向を拡大し、横方向に長い高品位テレビモニタ１１９
に対応させている。

【００１２】この非球面レンズ１１４は、一般に図１７
のようにラグビーボールのような形状をしており、次式
（１）により表される。

【００１３】

【数１】この式でｉはレンズ面の番号を示している。この式にお
いてＹ，Ｚの奇数次の項がないのは、水平方向断面と垂
直方向断面に関して非球面が対称であるためである。ま
たＲ_iは球面の半径であり、第１項は軸対称球面の成分
を表す。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平５−１０３２７１号公報に示される先行技術におい
ては、光学系での水平方向のみの像圧縮であるため、こ
の状態で回転補正を行えば、やはりモニタ画面上でケラ
レを起こし、画面の有効活用はできない。更に、これを
対策しようと垂直方向の電気的像拡大を行えば、結局画
質劣化を招くという問題がある。

【００１５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、内視鏡を太径化する事なく、回転補正を行う際
は、画像ケラレがなく、しかも画質の劣化を最低限に押
さえることができる電子内視鏡装置を提供することを目
的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明の電子内
視鏡装置は、物体像を結像する対物光学系と、前記対物
光学系より結像された前記物体像を撮像する撮像手段
と、前記撮像手段から得られた出力信号を信号処理する
信号処理手段とを備えた電子内視鏡装置において、前記
対物光学系は、前記物体像を径方向に圧縮する回転非対
称な屈折面を有する光学部材を備え、前記信号処理手段
が、前記対物光学系の前記光学部材により前記径方向に
圧縮された前記物体像を、径方向に拡大及び／または光
軸を中心に回転させる処理を行うことで、内視鏡を太径
化する事なく、回転補正を行う際は、画像ケラレがな
く、しかも画質の劣化を最低限に押さえることを可能と
する。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて述べる。

【００１８】図１ないし図５は本発明の第１実施例に係
わり、図１は内視鏡装置の構成を示す構成図、図２は図
１の回転非対称非球面レンズの形状を示す外観図、図３
は図１の回転非対称非球面レンズの作用を説明する説明
図、図４は図１の信号処理装置の構成を示すブロック
図、図５は図１の内視鏡装置の作用を説明する説明図で
ある。

【００１９】本実施例の内視鏡装置は、図１に示すよう
に、体腔内に挿入する挿入部１及びこの挿入部１の基端
側に設けられた操作部２とからなる硬性直視型の電子内
視鏡３と、この電子内視鏡３に照明光を供給する光源装
置４と、電子内視鏡３の挿入部１の先端部内に内蔵され
照明光が照射された体腔内の観察部位を撮像する固体撮
像素子、例えばＣＣＤ５（撮像手段）からの撮像信号を
信号処理する信号処理装置６（信号処理手段）と、この
信号処理装置６により信号処理された観察部位の画像を
表示するモニタ７とを備えて構成され、信号処理装置６
には処理内容を指示するキーボード８が接続されてい
る。

【００２０】上記の観察、診断対象に挿入される挿入部
１は、光源装置４からの照明光を先端に伝送するライト
ガイド１０及び図示しない処置具チャンネルが挿通され
ており、光源装置４からの照明光は、ライトガイド１０
を伝送し照射レンズ１１を介して図示しない観察部位で
ある被写体に照射される。照明された被写体からの像
は、対物光学系１２に取り込まれ、径方向に所望の光学
的圧縮をされてＣＣＤ５の受光面に結像される。

【００２１】結像された像は出力である撮像信号として
信号線１３を介して信号処理装置６に取り込まれる。信
号処理装置６に取り込まれた撮像信号は、径方向に所望
の電気的拡大された後、信号線１４を介してモニタ７に
表示される。更に、モニタ７にて観察された画像に対す
る処理の指示は、術者によりキーボード８等を介して信
号処理装置６にアクセスされ、所望の回転補正が行われ
る。

【００２２】次に、上記対物光学系１２について、詳細
を以下に説明する。図示しない被写体像を、径方向に所
望の圧縮倍率で、ＣＣＤ５に結像せしめる対物光学系１
２には、回転非対称非球面レンズ１５（光学部材）が配
されている。回転非対称非球面レンズ１５は、図２のよ
うにラグビーボールのような形状をしており、前記の式
（１）により表される。

【００２３】回転非対称非球面レンズ１５は、アナモル
フィック非球面レンズに代表され、水平方向、垂直方向
で曲率が異なる。つまり、水平垂直方向でのレンズパワ
ーが異なり、それぞれ独立した光学作用を示す。

【００２４】本実施例による回転非対称非球面レンズ１
５を含む対物光学系１２は、図３（ａ）に示すＣＣＤ５
の撮像面５ａの対角方向の像高に外接するような像範囲
２１を、図３（ｂ）あるいは図３（ｃ）に示す撮像面５
ａに内接するような像２１’、２１”として、圧縮して
結像させる作用を持つ。この際、図３（ｃ）は図３
（ｂ）をより理想的な結像状態として示したものであ
る。図３（ｃ）のように物体像を結像するためには、対
物光学系は以下の条件を満たす必要がある。

【００２５】ｆ_1V＜ｆ_1H＜ｆ_1L （２）但し、ｆ_1Vは対物光学系全系における垂直方向の焦点距
離、ｆ_1Hは対物光学系全系における水平方向の焦点距
離、ｆ_1Lは対物光学系全系における対角方向の焦点距離
である。

【００２６】一方、図３（ｂ）もしくは図３（ｃ）にお
ける、像の光学的圧縮倍率は以下の範囲である。

【００２７】０．７２≦β_H≦０．９６（３）０．４４≦β_V≦０．６６（４）但し、β_HはＣＣＤ５の受光面上に結像される物体像の
水平方向の圧縮倍率、β_VはＣＣＤ５の受光面上に結像
される物体像の垂直方向の圧縮倍率である。β_V及びβ_H
が式（３）及び（４）の条件を満たす必要がある理由
は、仮に式（３）の下限を超えて圧縮された場合、後の
電気的画像補正に負荷がかかりすぎ、許容範囲外の画質
劣化を招く恐れがある。更に、モニター画面の有効利用
を考えれば、好ましい状態とは言えない。また、仮に上
限を超えた場合では、圧縮率が小さすぎるため、得たい
像がＣＣＤの撮像範囲を超えてしまい所望の画像が得ら
れないと言った問題が生ずる。これらの問題は、（４）
式においても同様であり、よって式（３）及び（４）を
満たす必要がある。

【００２８】また、上式（３），（４）は現状のＮＴＳ
Ｃ方式、及びＨＤＴＶモニターのアスペクト比より、圧
縮倍率を規定している。つまりβ_H，β_Vを、モニター画
面の対角方向長Ｌ、水平方向長Ｈ、及び垂直方向長Ｖで
表すと、 β_H＝（Ｈ／Ｌ）±１０％（５） β_V＝（Ｖ／Ｌ）±１０％（６）となる。ここで、式（５）、（６）において±１０％と
したのは、対物光学系１２にて発生し得る公差バラツキ
を含めたためである。但し、使用するモニタサイズがＮ
ＴＳＣ方式に限れば、０．７２≦β_H≦０，８８（７）０．５４≦β_V≦Ｏ．６６（８）また、ＨＤＴＶに限れば、０．７８≦β_H≦Ｏ．９６（９）０．４４≦β_V≦Ｏ．５４（１０）としても、実用上問題ない。但し、ＮＴＳＣ方式のアス
ペクト比を、Ｈ：Ｖ＝４：３、ＨＤＴＶのそれをＨ：Ｖ
＝１６：９としている。

【００２９】尚、以上のような回転非対称非球面レンズ
１５を単純に対物光学系１２に用いた場合、水平垂直方
向でレンズパワーが異なるため、それぞれ結像位置（ピ
ント位置）が一律でなくなるといった不具合が生じる。
このような場合、像を圧縮させる作用を持つ回転非対称
非球面の他に、結像位置を一律に調整するための回転非
対称非球面が必要となる。言い替えれば、他の光学的性
能はほとんど変化させずに結像位置のみ調整する回転非
対称非球面を配置する必要がある。

【００３０】例えば、視野角は主光線より決定される
が、明るさ絞り近傍に配置したレンズを通る主光線の光
軸からの高さはゼロと見なせるため、回転非対称な屈折
面を有していても、主光線はほとんど屈折による変化を
受けない。このことは、他の光学性能つまり収差におい
ても同様なことがいえる。

【００３１】従って、結像位置のみ変化させるために
は、図１において明るさ絞り１６の近傍に回転非対称非
球面１７を配置すれば良いことがわかる。また、上記の
ように複数の回転非対称非球面レンズを設ける場合で
は、明るさ絞り１６を挟んで２面以上設ければ、非点収
差、像面湾曲の補正に有利である。

【００３２】次に、信号処理装置６について説明する。
信号処理装置６では、図４に示すように、ＣＣＤ５から
の出力された輝度信号Ｙ，色差信号Ｒ−Ｙ，色差信号Ｂ
−Ｙが、Ａ／Ｄ変換器３１、３２、３３でそれぞれＡ／
Ｄ変換され、フレームメモリ３４に書き込まれる。

【００３３】一方、キーボード８から倍率補正量、回転
補正量、軸偏心補正量の各係数を入力した画像補正回路
３５は、Ｈ／Ｖアドレス回路３６にアドレス変換信号を
出す。ここで、倍率補正量とは、対物光学系で圧縮され
た像を元の大きさに戻すための電気的補正倍率を意味
し、回転補正量とは画像表示部における像回転補正を意
味し、軸偏心補正量とはモニター中心軸と光軸との軸ズ
レ補正を意味している。

【００３４】一方、アドレス変換信号を受けたＨ／Ｖア
ドレス回路３６は、フレームメモリ３４に書き込まれた
データに対して倍率、回転、軸偏心を補正するように、
Ｈアドレス、Ｖアドレスを発生し、フレームメモリ３４
の読み出しデータを補正する。

【００３５】次にフレームメモリ３４より読み出された
Ｙ_OUT、Ｒ−Ｙ_OUT、Ｂ−Ｙ_OUTの各デジタルデータは、
補間処理回路３７により補正される。

【００３６】つまり、画像補正回路３５は、入力された
倍率補正量、回転補正量、軸偏心補正量の各係数を基に
補間信号を発生し補間係数発生回路３８に出力し、補間
係数発生回路３８では、補間信号を基に補間係数を補間
処理回路３７に出力することで、補間処理回路３７は、
フレームメモリ３４より読み出されたデータに対して、
フィルタ処理を実施する。

【００３７】補間処理回路３７により補正された画像信
号は、Ｄ／Ａ変換器３９、４０、４１を介してモニタ７
に供給される。尚、画像補正回路３５は、図１に示した
キーボード８等を用いてＣＰＵで入力条件、倍率、回
転、軸偏心等をリアルタイムに演算する回路であっても
良いし、あらかじめ補正する入力条件が決まっていれ
ば、回転補正を除きＲＯＭによる固定データを出力する
回路としても良い。

【００３８】対物光学系１２による光学的像の圧縮倍率
β_OBと、信号処理装置６による電気的補正倍率β_ELは以
下の関係を満たしている。

【００３９】β_OB＊β_EL≒１（１１）上記の式（１１）は、回転非対称非球面レンズ１５を含
む対物光学系１２で、像を圧縮して取り込み、これを元
の像の大きさに戻すように電気的に補正することを意味
している。この関係を満たせない場合、画像の回転補正
時のケラレ、あるいは画質劣化レベルが許容範囲を越え
観察、診断時に支障を来す。但し、式（１１）は、観察
者の好み及び観察条件の最適化と言った意味で、厳密に
満たさなければならない条件ではない。

【００４０】以上述べた対物光学系１２及び画像信号処
理装置６における作用によれば、最終的に観察者が認識
するモニタ７上の画像範囲は図５（ａ）のような範囲と
なる。ＮＴＳＣ方式にて説明すると、画像の拡大倍率
は、Ｖ方向長は（Ｌ／Ｖ）＝１．６７倍の拡大が必要で
あるが、Ｈ方向長に関しては、（Ｌ／Ｈ）＝１．２５倍
に抑えることができる。更に、最大像高である対角方向
では拡大倍率はほぼ１倍であるため画像劣化はほとんど
無い。

【００４１】一方、本実施例における回転非対称非球面
レンズ１５を用いず、画像信号処理装置６による電子ズ
ームのみで像回転補正を行おうとした場合では、図５
（ｂ）に示す像範囲となる。この際、回転補正を行い、
且つ画像をモニタ上でケラレないようにするためには、
画像を一様に引き伸ばす事となる。つまり、モニタ画面
全方向を一様に（Ｌ／Ｖ）＝１．６７倍まで拡大する必
要がある。更に、ＨＤＴＶのアスペクト比を考えれば、
モニタ画面全方向を一様に約２倍まで拡大すこととな
り、図５（ａ）に比べ大幅な画像劣化が生じ、観察及び
診断には致命的となる。

【００４２】従って、本実施例によれば、通常の電子ズ
ームのみによる画像拡大に比べ、拡大率が少なくて済む
ため、画像劣化を最低限に抑えることができ、回転補正
を行う場合においても、モニタ画面上で画像がケラレる
ことはない。

【００４３】次に第２実施例について説明する。図６な
いし図１２は本発明の第２実施例に係わり、図６は内視
鏡装置の構成を示す外観図、図７は図６の内視鏡装置の
詳細な構成を示すブロック図、図８は図７の対物光学系
の構成を示す構成図、図９は図８の回転非対称非球面レ
ンズの形状を示す展開図、図１０は図９の回転非対称非
球面レンズの位置決め及び固定法を説明する説明図、図
１１は図８の対物光学系の実装状態を説明する断面図、
図１２は図７の重力方向検知装置の構成を示す断面図で
ある。第２実施例は第１実施例とほとんど同じであるの
で、異なる構成のみ説明し、同一の構成には同じ符号を
付け説明は省略する。

【００４４】第２実施例の内視鏡装置は、図６に示すよ
うに前方斜視する挿入部５２と操作部５３とからなる硬
性の電子内視鏡５１と、光源装置４と、キーボード８が
接続された信号処理装置６と、モニタ７とを備えて構成
され、電子内視鏡本体５１の挿入部５２の先端部には、
対物光学系窓５４及びライトガイド端５５が構成されて
いる。

【００４５】図７に示すように、光源装置４からの照明
光は前述のライトガイド端５５まで、光ファイバ束から
なるライトガイド５６により伝送され、図示しない物体
に照射される。物体からの物体像は、対物光学系窓５４
へ取り込まれ、対物光学系５７及びＣＣＤ５により画像
信号として信号線１３を介し、信号処理装置６へと取り
込まれる。信号処理装置６にて倍率、回転、軸偏芯量の
補正を施されたのち、モニタ７へ画像信号が送られ、所
望の画像が表示されれる。この際、前述の倍率、回転、
軸偏芯補正はキーボード８を介して、観察者が信号処理
装置６へとアクセスし、リアルタイムに所望の画像補正
を行っている。更に、電気的画像補正の際、同時に像の
歪み補正を行うようにしても良い。これは、第１実施例
の図４における画像補正回路３５に歪み補正係数を入力
し、同様にＨ／Ｖのアドレス変換処理を行うことで可能
となる。

【００４６】尚、ライトガイド端５５の物体側に照明用
レンズを配し、より広角観察に備えても良い。

【００４７】前記対物光学系５７は、図８（ａ）に示す
ように、前方斜視プリズム６１を配置し視野方向変換を
行い、更に前方斜視プリズム６１の前後に第１実施例の
回転非対称非球面レンズ１５と同様な圧縮倍率特性を有
する回転非対称非球面レンズ６２、６３を配置し、所望
の像圧縮及び、結像位置の補正を行い、明るさ絞り６４
を介してＣＣＤ５に像を結像させている。

【００４８】例えば、本実施例の回転非対称非球面レン
ズ６３の外観形状は、図９に示すように、レンズ面上を
通る最大光線高（光軸からの高さ）が、ラジアル方向で
異なるため、外形形状は円形でなくとも良い。そのた
め、図９のような形状にすることで、内視鏡本体の外径
を細くすることができ、実使用範囲を広められる或いは
患者の苦痛を軽減できるといった点で有効である。

【００４９】一方、回転非対称非球面レンズ６３を電子
内視鏡５１内に実装する場合、レンズ枠で非球面側の面
を受けるような枠構成では、不安定であり、偏芯を起こ
した場合、ケラレ偏角と言った不具合が生じる恐れがあ
る。また、これを対策しようとした場合、レンズ枠が異
形となったり、コスト高を招き好ましくない。

【００５０】そこで、本実施例では、図１０（ａ）にし
めすように、第１の枠６５内に回転非対称非球面レンズ
６３を固定し、これを他の対物光学系ユニットを配置し
た第２の枠６６に挿通させている。従って、枠を異形に
することは無いため低コストで、しかも安定した実装を
行える。

【００５１】尚、図１０（ａ）に限らず、図１０（ｂ）
または図１０（ｃ）に示すように、回転非対称非球面レ
ンズ６３とレンズ枠６７ａまたは６７ｂとを一体に成形
した回転非対称非球面レンズ部材６８ａ，６８ｂを用い
ることで、前記のような問題を回避してもよい。特に図
１０（ｃ）に示した回転非対称非球面レンズ部材６８ｂ
では、外形形状が回転対称であるので更に実装に有利で
あり、またレンズ枠６７ｂの低コスト化を可能としてい
る。尚、これら回転非対称非球面レンズ部材は、光学樹
脂を用いて一体に成形しても良いし、ガラスを用いても
成形してもよい。

【００５２】ここで、対物光学系５７のより実際的な枠
構成による実装状態を説明する。図１１に示すように、
電子内視鏡本体５１の先端部７０内には対物光学系窓５
４を構成するカバーガラス７１と、回転非対称非球面レ
ンズ６２，６３と、視野変換用の前方斜視プリズム６１
と、レンズ群７２と、ＣＣＤ５、ライトガイド５６と、
外管７３及び内管７４が配置されている。この時、回転
非対称非球面レンズ６２，６３を位置決め、固定する枠
７５，７６は非球面側を押さえないよう安定した構成、
及び形状となっている。

【００５３】一方、カバーガラス７１はＡｌ2Ｏ3（サフ
ァイア）を主成分とする結晶からなり、カバーガラス７
１の縁周辺部は金属コーティングが施され、カバーガラ
ス受部７８に半田７９等により固着されている。このよ
うな構成を取ることで耐性及び気密を保ち、高温高圧で
ある水蒸気滅菌を可能としている。つまり、清潔で且つ
安全な処置を提供できるよう構成されている。

【００５４】図７に戻り、本実施例の電子内視鏡５１の
操作部５３内には、重力方向検知装置８１が内蔵されて
おり、重力方向検知装置８１からの信号を重力方向信号
として信号処理装置６に取り込む。図４を参照して信号
処理装置６では、重力方向信号に同期させて画像補正回
路３５から、Ｈ，Ｖアドレス及び補間信号を発生させ、
補間処理回路３７にてフィルタ処理を行うことで、画像
の回転補正を自動化するようになっている。

【００５５】ここで、重力方向検知装置８１の具体例を
図１２を用いて説明する。

【００５６】重力方向検知装置８１では、図１２（ａ）
に示すように、ライトガイド５６の一部を利用した照明
用ファイバ８２から照射レンズ８３を介して、重力方向
検知装置本体内の金属球８４に光を照射する。照射され
た光は、金属球８４にて反射し、この反射光を受光端８
５及び８６より受光用ファイバ８７、８８に取り込む。
取り込まれた光は、それぞれ図示しない受光素子にて光
電変換され、信号処理装置６へと導かれる。

【００５７】尚、図１２（ｂ）に示すように、受光用フ
ァイバ８７、８８の受光軸は、照明用ファイバ８２の照
明端を中心軸にθ＝約９０°の位置に配置され、金属球
８４の３次元的な移動に対応できるようになっている。

【００５８】ここで、重力方向は、受光用ファイバ８
７、８８に取り込まれ図示しない受光素子にて光電変換
された出力値の大小により、重力方向が決定され、信号
処理装置６に入力される。

【００５９】その他の構成及び作用は第１実施例と同じ
である。

【００６０】以上説明したように、本実施例によれば、
第１実施例の効果に加え、重力方向検知装置８１により
観察者は随時、観察部位に対して鉗子を水平方向に保つ
事が可能となる。

【００６１】尚、以上の画像の回転補正は、図示しない
補正制御スイッチをｏｎ／ｏｆｆさせることで稼働させ
ても良いし、キーボード８から観察者が回転補正量を直
接入力して稼働させるようにしても良い。

【００６２】また、上記第２実施例では前方斜視を行う
電子内視鏡としたが、これに限らず、側視型の電子内視
鏡あるいは後方斜視型の電子内視鏡に対しても同様に適
用できる。

【００６３】その際、例えば側視型の電子内視鏡の場合
の対物光学系は、図８（ｂ）に示すように、側視プリズ
ム９１を用い、側視プリズム９１に回転非対称非球面９
２ａ，９２ｂを配置して構成すれば良い。後方斜視型の
電子内視鏡の場合の対物光学系は、図８（ｃ）に示すよ
うに、後方斜視プリズム９４を配し、後方斜視プリズム
９４に回転非対称非球面９５ａ，９５ｂを配置して構成
すれば良く、この例では回転非対称非球面９６ａ，９６
ｂ，９６ｃの３面を備えることで、より良好な収差補正
を試みている。

【００６４】また、例えば側視型の電子内視鏡先端部に
対物光学系を配置するスペース的な余裕がない場合、あ
るいは内視鏡先端部の細径化を行う場合には、図８
（ｄ）に示すような一回反対の側視プリズム９７を用い
た構成でも良い。この際、倒立鏡像となった像は後の画
像補正装置により反転され、正立正像として、モニタ等
に表示される。

【００６５】尚、図８に示した視野変換プリズムを含む
対物光学系は、内視鏡本体と一体的に構成しても良い
し、アダプター方式として着脱自在としても良い。

【００６６】上記第１及び第２実施例の電子内視鏡を硬
性電子内視鏡としたが、これに限らず、軟性内視鏡でも
良い。

【００６７】［付記］（１）前記対物光学系は、前記撮像手段の受光面に結像
される物体像を、前記受光面における最大像高にほぼ外
接する像範囲に圧縮させる請求項１に記載の電子内視鏡
装置。

【００６８】（２）前記物体像を前記径方向に圧縮させ
る対物光学系の前記物体像の圧縮倍率β_OBと、前記径方
向に圧縮された物体像を径方向に拡大及び／または光軸
を中心に回転させる処理を行う前記信号処理手段の物体
像の拡大倍率β_ELとが、 β_OB＊β_EL≒１なる関係を満たす請求項１に記載の電子内視鏡装置。

【００６９】（３）前記光学部材が配置された前記対物
光学系により前記撮像手段の受光面上に結像される物体
像の径方向の圧縮倍率である、前記物体像の水平方向の
圧縮倍率β_H及び前記物体像の垂直方向の圧縮倍率β_Vと
が、０．７２≦β_H≦０．９６０．４４≦β_V≦０．６６なる関係を満たす請求項１に記載の電子内視鏡装置。

【００７０】（４）前記光学部材が配置された前記対物
光学系全系における垂直方向の焦点距離をｆ_1Vとし、前
記対物光学系全系における水平方向の焦点距離をｆ_1Hと
し、前記対物光学系全系における対角方向の焦点距離を
ｆ_1Lとしたとき、ｆ_1V＜ｆ_1H＜ｆ_1L なる関係を満たす請求項１に記載の電子内視鏡装置。

【００７１】（５）前記対物光学系は、複数の前記回転
非対称な屈折面を有する前記光学部材（図１の回転非対
称非球面レンズ１５、１７または図８（ａ）の回転非対
称非球面レンズ６２、６３）と、物体像を絞る絞り部材
（図１の明るさ絞り１６または図８（ａ）の明るさ絞り
６４）とを備え、前記絞り部材を挟んで対物光学系の前
群及び後群に少なくとも一つ以上の前記光学部材を配置
した請求項１に記載の電子内視鏡装置。

【００７２】（６）前記対物光学系は、複数の前記回転
非対称な屈折面を有する前記光学部材（図１の回転非対
称非球面レンズ１５、１７または図８（ａ）の回転非対
称非球面レンズ６２、６３）と、物体像を絞る絞り部材
（図１の明るさ絞り１６または図８（ａ）の明るさ絞り
６４）とを備え、前記絞り部材を挟んで対物光学系の前
群及び後群に少なくとも一つ以上の前記光学部材を配置
し、少なくとも前群及び後群の一方の前記光学部材が前
記絞り部材の近傍に配置されている請求項１に記載の電
子内視鏡装置。

【００７３】（７）該対物光学系は、視野方向変換光学
部材（図８の前方斜視プリズム６１、側視プリズム９
１、後方斜視プリズム９４、側視プリズム９７いずれか
１つ）を含む請求項１に記載の電子内視鏡装置。

【００７４】（８）前記信号処理手段は、前記物体像を
前記径方向に拡大及び／または光軸を中心として回転さ
せる処理を行うと共に、前記物体像の歪み補正処理を同
時に行う請求項１に記載の電子内視鏡装置。

【００７５】（９）前記物体像の重力方向を検知する重
力方向検知手段（図７の重力方向検知装置８１）を備
え、前記重力方向検知手段は、検知した信号を重力方向
信号として前記信号処理手段に出力し、前記信号処理手
段は、入力した前記重力方向信号に同期させて前記物体
像の回転を行う請求項１に記載の電子内視鏡装置。

【００７６】このように構成することで、請求項１に記
載の電子内視鏡装置の効果に加え、重力方向検知手段に
より重力方向を検知し、信号処理手段で重力方向信号に
同期させて物体像の回転を行うことで、観察者は随時、
観察部位に対して鉗子を水平方向に保つことが可能とな
る。

【００７７】（１０）前記対物光学系と前記撮像手段と
は硬性斜視観察電子内視鏡に内蔵されている請求項１に
記載の電子内視鏡装置。

【００７８】（１１）複数の光学部材より構成される内
視鏡対物光学径ユニットにおいて、前記対物光学径ユニ
ットは少なくとも回転非対称な屈折面を有する回転非対
称光学部材を備え、前記回転非対称光学部材は、前記対
物光学径ユニットの第１の枠に位置決め、固定され、前
記第１の枠は、前記回転非対称光学部材以外の前記対物
光学径ユニットの前記光学部材が位置決め、固定されて
いる第２の枠に内接するように挿通されている内視鏡対
物光学系ユニット。

【００７９】（１２）前記回転非対称光学部材の外形
が、円以外の形状である付記（１１）に記載の内視鏡対
物光学系ユニット。

【００８０】（１３）前記回転非対称光学部材と前記第
１の枠とが一体に成形されている付記（１１）に記載の
内視鏡対物光学系ユニット。

【００８１】（１４）前記第１の枠が、前記回転非対称
光学部材の外形形状と、略同形である付記（１１）に記
載の内視鏡対物光学系ユニット。

【００８２】（１５）複数の光学部材より構成される対
物光学径ユニットを挿入部先端に内蔵した硬性電子内視
鏡において、前記挿入部は、前記対物光学系ユニットが
挿通された内管と、前記内管が挿通された外管とから構
成されており、前記外管の先端部内周に、縁周辺を金属
コーティングされたカバーガラスが固着されている硬性電子内視鏡。

【００８３】（１６）前記縁周辺を金属コーティングさ
れた前記カバーガラスは、Ａｌ2Ｏ3を主成分とする結晶
にて構成されている付記（１５）に記載の硬性電子内視
鏡。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の電子内視鏡
装置によれば、物体像を結像する対物光学系と、前記対
物光学系より結像された前記物体像を撮像する撮像手段
と、前記撮像手段から得られた出力信号を信号処理する
信号処理手段とを備えた電子内視鏡装置において、前記
対物光学系は、前記物体像を径方向に圧縮する回転非対
称な屈折面を有する光学部材を備え、前記信号処理手段
が、前記対物光学系の前記光学部材により前記径方向に
圧縮された前記物体像を、径方向に拡大及び／または光
軸を中心に回転させる処理を行うので、内視鏡を太径化
する事なく、回転補正を行う際は、画像ケラレがなく、
しかも画質の劣化を最低限に押さえることができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る内視鏡装置の構成を
示す構成図

【図２】図１の回転非対称非球面レンズの形状を示す外
観図

【図３】図１の回転非対称非球面レンズの作用を説明す
る説明図

【図４】図１の信号処理装置の構成を示すブロック図

【図５】図１の内視鏡装置の作用を説明する説明図

【図６】本発明の第２実施例に係る内視鏡装置の構成を
示す外観図

【図７】図６の内視鏡装置の詳細な構成を示すブロック
図

【図８】図７の対物光学系の構成を示す構成図

【図９】図８の回転非対称非球面レンズの形状を示す展
開図

【図１０】図９の回転非対称非球面レンズの位置決め及
び固定法を説明する説明図

【図１１】図８の対物光学系の実装状態を説明する断面
図

【図１２】図７の重力方向検知装置の構成を示す断面図

【図１３】従来例に係る内視鏡装置により得られる画像
を説明する説明図

【図１４】従来例に係る光学系を回転させることで画像
を回転させる内視鏡の構成を示す構成図

【図１５】図１４の内視鏡により得られる画像を説明す
る説明図

【図１６】従来例に係る回転非対称非球面レンズを用い
水平方向のみ圧縮して像を撮蔵する内視鏡装置の構成を
示す構成図

【図１７】図１６の回転非対称非球面レンズの形状を示
す外観図

【符号の説明】

１、５２…挿入部２、５３…操作部３、５１…電子内視鏡４…光源装置５…ＣＣＤ５ａ…撮像面６…信号処理装置７…モニタ８…キーボード１０、５６…ライトガイド１１…照射レンズ１２、５７…対物光学系１３、１４…信号線１５、１７、６２、６３、９２ａ、９２ｂ、９５ａ、９
５ｂ…回転非対称非球面レンズ１６、６４…明るさ絞り２１、２１’、２１”…像範囲３１、３２、３３…Ａ／Ｄ変換器３４…フレームメモリ３５…画像補正回路３６…Ｈ／Ｖアドレス回路３７…補間処理回路３８…補間係数発生回路３９、４０、４１…Ｄ／Ａ変換器５４…対物光学系窓５５…ライトガイド端６１…前方斜視プリズム８１…重力方向検知装置８２…照明用ファイバ８３…照射レンズ８４…金属球８５、８６…受光端８７、８８…受光用ファイバ９１、９７…側視プリズム９４…後方斜視プリズム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体像を結像する対物光学系と、前記対
物光学系より結像された前記物体像を撮像する撮像手段
と、前記撮像手段から得られた出力信号を信号処理する
信号処理手段とを備えた電子内視鏡装置において、前記対物光学系は、前記物体像を径方向に圧縮する回転
非対称な屈折面を有する光学部材を備え、前記信号処理手段は、前記対物光学系の前記光学部材に
より前記径方向に圧縮された前記物体像を、径方向に拡
大及び／または光軸を中心に回転させる処理を行うこと
を特徴とする電子内視鏡装置。