JPH09294709A - 内視鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】視野方向の異なる複数の対物光学系でとらえた
被検部位の光学像を観察しやすく且つ正確に撮像装置に
表示することの可能な内視鏡を提供すること。 【解決手段】内視鏡１に配設される上方視対物光学系１
３は、直視対物光学系１１の光軸に直交する方向を観察
する光学系である。このため、先端構成部５の側方から
入射した被検部位の光学像が、ＣＣＤ１５の撮像面に結
像するように光軸を屈折させるプリズム１６が設けられ
ている。このプリズム１６は、直視対物光学系１１でと
らえた被検部位の光学像がＣＣＤ１５の撮像面に表像の
状態で結像するのと同様に、先端構成部５測方から入射
した被検部位の光学像がＣＣＤ１５の撮像面の上方視対
物光学系１３に対応する領域に表像の状態で結像するよ
うに、２度反射するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、視野方向の異なる
複数の対物光学系に対して１つの固体撮像素子を設けた
内視鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、細長な挿入部を体腔内に挿入し
て、体腔内の様子を無血的に観察できる医療用の内視鏡
や、機械及び化学プラントなどの管内、或いは、機械内
を非破壊で観察及び検査のできる工業用の内視鏡が広く
利用されている。

【０００３】これら内視鏡には挿入部の先端側に、ＣＣ
Ｄなどの固体撮像素子を配設した電子内視鏡がある。こ
の電子内視鏡は、対物光学系を介して固体撮像素子に結
像した光学像を電気信号に光電変換し、この固体撮像素
子で得られた電気信号を信号処理手段に出力し、この信
号処理手段で生成された画像信号をモニタ画面上に出力
して、内視鏡観察画像の観察を行なえるようにしたもの
である。

【０００４】例えば、実公平４−４０１８３号公報に
は、内視鏡の挿入部の先端側に１つのＣＣＤと、複数の
対物光学系とを配設し、このＣＣＤの撮像面上の異なる
領域に、前記複数の対物光学系を介してとらえた被検部
位の光学像を結像させ、このＣＣＤで光電変換して得ら
れた電気信号を画像信号に生成した後、一挙にＴＶモニ
タの画面上等に写し出すことによって、電気的な画像処
理を不要にして電気回路構成の簡素化を図り、ひいては
内視鏡装置のコストダウンを試みた技術が示されてい
る。また、この公報には被検部位と内視鏡観察画像との
位置関係及び方向感覚を狂わさないようにする技術が示
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記実
公平４−４０１８３号公報では対物光学系でとらえた直
視像や側視像を、対物光学系内に設けたミラーや台形プ
リズムなどを介してＣＣＤの撮像面まで導いて結像させ
ているので、被検部位と内視鏡観察画像との位置関係が
変化して、ＣＣＤから出力された電気信号を信号処理装
置で画像信号に生成しただけで、出力装置であるＴＶモ
ニタなどに表示すると、このＴＶモニタに表示された内
視鏡観察画像が被検部位に対して裏像になってしまう。
また、これを解消しようとすると、前記信号処理装置内
に、裏像を電気的に表像に変換するための裏像補正回路
を設けなければならないが、この裏像補正回路を設ける
ことにより、信号処理装置内の電気回路が複雑になって
内視鏡装置のコストアップの要因になってしまう。

【０００６】さらに、前記公報ではＣＣＤを、内視鏡長
手方向に対して平行に配置しているため、ＣＣＤを実装
した内視鏡の挿入部先端側が太径になるという不具合が
あった。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、視野方向の異なる複数の対物光学系でとらえた被
検部位の光学像を正確に且つ観察しやすくする内視鏡を
提供することを目的にしている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の内視鏡は、視野
方向が互いに異なる複数の対物光学系と前記複数の対物
光学系でとらえた被検部位の光学像が結像する１つの固
体撮像素子とを挿入部の先端側に配設した内視鏡であっ
て、前記固体撮像素子の撮像面に被検部位の光学像を、
表像の状態で結像するように各対物光学系を構成し、こ
の固体撮像素子に結像した複数の表像を出力装置に同時
に表示する。

【０００９】この構成によれば、複数の視野方向の対物
光学系を介して固体撮像素子の撮像面に結像した被検部
位の表像の光学像をＴＶモニタなどの出力装置に表示す
ることによって、被検部位の観察を正確に行えると共
に、内視鏡使用時の使い勝手が向上する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１ないし図７は本発明の第１の
実施形態に係り、図１は内視鏡の外観を示す図、図２は
図１のＡ部の拡大斜視図、図３は図２の矢印Ｘ側から見
たときの図、図４は図２の矢印Ｙ側から見たときの図、
図５は直視対物光学系と上方視対物光学系とのレイアウ
トの１例を示す概念図、図６は上方視対物光学系の構成
を説明する断面図、図７は内視鏡の作用を具体的に示す
説明図である。

【００１１】図１に示すように本実施形態の内視鏡１
は、細長で可撓性を有する挿入部２にＣＣＤなどの固体
撮像素子を備えた電子内視鏡（以下内視鏡と記載）であ
り、この挿入部２の手元側端には操作部３が設けられ、
この操作部３の側部からは照明光を伝送するライトガイ
ドケーブル（不図示）や信号ケーブルを内蔵したユニバ
ーサルコード４が延出している。

【００１２】前記挿入部２は、先端側より先端構成部
５，複数の湾曲駒を連接した湾曲部６及び可撓性を有す
る軟性部７を連設して形成されており、前記操作部３に
設けられている湾曲操作ノブ８を操作することによっ
て、湾曲部６を所望の方向に湾曲させて先端構成部５を
上下左右に移動させることができるようになっている。

【００１３】なお、前記ユニバーサルコード４の端部に
は照明光を供給する光源を内蔵した光源装置（不図示）
に着脱自在なコネクタ及び前記ＣＣＤから出力された電
気信号を画像信号に生成してＴＶモニタ等の出力装置に
供給する信号処理装置に着脱自在なコネクタが設けられ
ている。

【００１４】図２ないし図４に示すように前記内視鏡１
の挿入部２の先端構成部５には内視鏡１の長手方向前方
の直視像を得る複数の光学部材を配設して形成した光学
系である直視対物光学系１１及び内視鏡長手方向前方を
照らす前方照明光学系１２と、前記内視鏡１の長手方向
に交差する例えば上方の側視像を得る複数の光学部材で
形成した光学系である上方視対物光学系１３及び内視鏡
１の長手方向に交差する方向を照らす上方照明光学系１
４とが設けられている。

【００１５】図５に示すように前記直視対物光学系１１
の光軸１１ａ及び上方視対物光学系１３の光軸１３ａ
は、内視鏡１の長手方向に対して平行に並設しており、
前記直視対物光学系１１及び上方視対物光学系１３の結
像位置にはそれぞれの対物光学系でとらえた光学像を電
気信号に光電変換するＣＣＤ１５が内視鏡１の長手方向
軸に対して直交するように１つ設けられている。

【００１６】前記直視対物光学系１１がとらえた被検部
位の光学像は、この対物光学系内部で一度も反射するこ
となく、ＣＣＤ１５の撮像面上の直視対物光学系１１に
対応する領域に被検部位の光学像が表像の状態で結像す
る。

【００１７】一方、図６に示すように前記上方視対物光
学系１３は、前記直視対物光学系１１の光軸に直交する
方向を観察する光学系である。このため、この上方視対
物光学系１３には内視鏡１の先端構成部５の側方から入
射した被検部位の光学像を、前記ＣＣＤ１５の撮像面に
結像させるために光軸を屈折させるプリズム１６が設け
られている。

【００１８】前記プリズム１６は、前記直視対物光学系
１１でとらえた被検部位の光学像がＣＣＤ１５の撮像面
に表像の状態で結像したのと同様に、内視鏡１の先端構
成部５の上方から入射した被検部位の光学像がＣＣＤ１
５の撮像面の上方視対物光学系１３に対応する領域に表
像の状態で結像するように、２度反射するように構成さ
れている。

【００１９】そして、前記直視対物光学系１１及び上方
視対物光学系１３を通過し、ＣＣＤ１５の撮像面のそれ
ぞれの領域に結像した被検部位の表像の状態の光学像
は、このＣＣＤ１５で電気信号に光電変換された後、図
示しない信号処理装置に伝送されて、正立像の映像信号
に生成され、出力装置である後述するＴＶモニタ等に正
立した表像の内視鏡観察画像として表示される。

【００２０】ここで、上述のように構成した内視鏡１で
得られる内視鏡観察画像について具体的に説明する。前
記内視鏡１を図７（Ａ）に示すように人物の正面に対峙
させて内視鏡観察画像を得る場合、図７（Ｂ）に示すよ
うに出力装置であるＴＶモニタ２０の画面右側面２０Ｒ
に直視対物光学系１１でとらえた人物全体の正立した表
像の内視鏡観察画像が表示され、画面左側面２０Ｌに上
方視対物光学系１３でとらえた画面下方に前記人物の頭
部の一部をとらえた正立した表像の内視鏡観察画像が表
示される。

【００２１】このとき、図７（Ａ）に示す前記直視対物
光学系１１の視野範囲と前記上方視対物光学系１３の視
野範囲とが図中に示すＰ点で交差して視野重複が発生す
るようになっているので、前記ＴＶモニタ２０の画面左
側面２０Ｌ及び画面右側面２０Ｒにそれぞれ表示される
内視鏡観察画像が、図７（Ｂ）の波形矢印に示すように
連続性を有する内視鏡観察画像になる。

【００２２】なお、前記Ｐ点の位置を設定する際、この
Ｐ点の位置を被写界深度内の近点より外側に設定するこ
とによって、より被検部位を確認しやすく、視野重複の
効果を得易い。

【００２３】例えば、工業用分野で使用する内視鏡で
は、パイプ内部の特に側壁のクラックや微小な欠損の有
無を検査することがある。このような検査を行う場合、
上述のように直視対物光学系と上方視対物光学系とを備
えた内視鏡を使用する。そして、パイプ内に内視鏡を挿
入して、直視対物光学系で得られる内視鏡観察画像を見
ながらパイプ内部へのオリエンテーションと損傷箇所の
特定を行い、上方視対物光学系でパイプ側壁面の損傷の
検査、観察を入念に行う。

【００２４】すなわち、観察者は、ＴＶモニタの画面上
に表示される２つの内視鏡観察画像の中からまず、直視
対物光学系で得られる内視鏡観察画像に注目し、続いて
上方視対物光学系で得られる内視鏡観察画像に目を向け
る。このとき、直視対物光学系と上方視対物光学系との
視野範囲が重複していることから、前記直視対物光学系
と上方視対物光学系で得られる内視鏡観察画像とに連続
性があるので、直視対物光学系で特定した観察対象部位
から上方視対物光学系でとらえた内視鏡観察画像へスム
ーズに移行できる。

【００２５】このように、内視鏡の挿入部の先端側に複
数設けられる視野方向の異なる対物光学系でとらえた被
検部位の光学像を表像の状態でＣＣＤの撮像面に結像さ
せるように各対物光学系を構成し、このＣＣＤの撮像面
に結像した表像を出力装置に正立像として一挙に表示す
ることによって、被検部位の観察をより正確に行うこと
ができると共に、内視鏡使用時の作業性や使い勝手が向
上する。

【００２６】また、前記ＣＣＤで光電変換した電気信号
を、信号処理装置で画像信号に生成する際、前記ＣＣＤ
の撮像面に結像している画像が表像であるので、信号処
理装置に裏像を表像に電気的に変換するための裏像補正
回路が不要になって、電気回路の簡素化を図ることがで
きる。このことによって内視鏡装置全体のコスト低減を
図ることが可能になる。

【００２７】さらに、内視鏡に直視対物光学系と上方視
対物光学系とを設けることによって、擬似的な広角化を
図ることができると共に、前記直視対物光学系の観察視
野と上方視対物光学系の視野とを交差させて視野重複を
発生させているので、出力装置に表示される内視鏡観察
画像同士の連続性があきらかになって、被検部位の位置
関係及び方向感覚を容易に把握することができる。この
ことにより、内視鏡の取扱作業がさらに容易になって使
い勝手が大幅に向上する。

【００２８】又、複数の対物光学系でとらえた被検部位
の光学像を電気信号に変換するＣＣＤを内視鏡の長手方
向軸に対して直交させて配置しているので内視鏡の挿入
部の細径化を図ることができる。

【００２９】なお、本実施形態では内視鏡に設けられる
複数の対物光学系を、直視対物光学系と上方視対物光学
系との２つ光学系として説明しているが、上記２つの光
学系に限定されるものではなく、被検部位の光学像を表
像の状態でＣＣＤの撮像面に結像させる構成である対物
光学系であれば、側方視対物光学系や斜視対物光学系で
あってもよい。また、対物光学系が３つあるいは４つ以
上配設されているものであってもよく、例えば視野方向
を上下左右のそれぞれ４方向を向くように構成したもの
であっても良い。なお、これらの場合、各対物光学系の
視野範囲が重複するように構成しておくことにより、Ｃ
ＣＤの撮像面に結像した光学像を出力装置に表示させた
際、互いの対物光学系の視野関係を容易に把握すること
ができる。

【００３０】図８ないし図１１は本発明の第２の実施形
態に係り、図８は内視鏡の挿入部の先端側の概略構成を
説明する断面図、図９は被検部位を対物光学系を通して
ＣＣＤの撮像面に結像させるまでの概念図、図１０はＣ
ＣＤの撮像面に結像している光学像の状態及びＴＶモニ
タへの表示状態を説明する図、図１１は内視鏡の作用を
具体的に示す説明図である。

【００３１】図８に示すように内視鏡１の挿入部２の先
端側を形成する先端構成部５の内部には直視対物光学系
２１と、側方視対物光学系２３とが備えられており、そ
れぞれの対物光学系でとらえた被検部位の光学像がＣＣ
Ｄ２５の撮像面のそれぞれの領域に結像する。

【００３２】このとき、図９（Ｂ）に示すように前記直
視対物光学系２１でとらえた被検部位の光学像は、光学
系内で反射することなくＣＣＤ２５の撮像面の直視対物
光学系２１に対応する領域に表像として結像する。一
方、図９（Ａ）に示すように前記側方視対物光学系２３
でとらえた被検部位の光学像は、プリズム２６で２度反
射してＣＣＤ２５の撮像面の側方視対物光学系２３に対
応する領域に表像として結像する。

【００３３】すなわち、光軸に垂直な面内で互いに直交
する側方視対物光学系２３で観察される被検部位Ｓ１，
Ｓ２及び直視対物光学系２１で観察される被検部位Ｄ
１，Ｄ２の光学像は、ＣＣＤ２５の撮像面のそれぞれの
対物光学系に対応する領域に結像する。

【００３４】しかしこのとき、図１０（Ａ）に示すよう
に前記ＣＣＤ２５の撮像面の所定の領域に表像として結
像する被検部位Ｓ１，Ｓ２の光学像及び被検部位Ｄ１，
Ｄ２の光学像は倒立像になっている。このため、このＣ
ＣＤ２５の撮像面に結像した状態のまま、内視鏡観察画
像としてＴＶモニタの画面上に表示したのでは、被検部
位の内視鏡観察画像が倒立像になってしまう。このた
め、前記ＣＣＤ２５の撮像面に結像した光学像を１８０
度回転させてＴＶモニタの画面上に表示して、被検部位
とＴＶモニタに表示される内視鏡観察画像との天地を一
致させている。

【００３５】また、被検部位とＴＶモニタに表示される
内視鏡観察画像との対応をとるために電気的メモリーを
使用する。すなわち、直視対物光学系でとらえた直視像
と、上方視対物光学系でとらえた側視像とをそれぞれ独
立に取り込んで、図１０（Ｃ）に示すように直視像と上
方側像とを入れ換えてＴＶモニタ２０に表示することに
より、被検部位と内視鏡観察画像との対応がとれて内視
鏡の使い勝手が大幅に向上する。

【００３６】つまり、図１１（Ａ）に示すように内視鏡
１で人物を観察する場合、ＣＣＤ出力を１８０度回転さ
せて、ＴＶモニタ２０に被検部位の内視鏡観察画像を表
示したのでは、図１１（Ｂ）に示すように直視対物光学
系でとらえた内視鏡観察画像と上方視対物光学系でとら
えた内視鏡観察画像との表示位置が入れ替わっている。
そこで、電気的メモリーを使用して画像を取り込み、直
視像と側視像とを入れ換えて図１１（Ｃ）に示すように
ＴＶモニタに表示させることによって、被検部位とＴＶ
モニタに表示される内視鏡観察画像との対応がとれて、
前記第１の実施形態と同様の作用及び効果を得ることが
できる。

【００３７】図１２は本発明の第３の実施形態に係る被
検部位を対物光学系を通してＣＣＤの撮像面に結像させ
るまでの別の概念図である。

【００３８】図１２に示すように本実施形態の内視鏡１
は、前記第２の実施形態と同様な直視対物光学系３２及
び側視対物光学系３１の２つの光学系の後方に、それぞ
れリレーレンズ系３４、３３を配置して構成されてい
る。このことによって、ＣＣＤ３５の撮像面には前記直
視対物光学系３２及び側視対物光学系３１でとらえた被
検部位の光学像３７、３６が表像で、且つ、正立像３
７′、３６′の状態で結像する。このため、それぞれの
対物光学系を介して前記ＣＣＤ３５の撮像面に結像した
光学像をＴＶモニタ上に表示する際、信号処理装置で特
別な電気な補正処理を行うことなく一挙に表示すること
が可能になる。

【００３９】このように、直視対物光学系及び側視対物
光学系の後方に、それぞれ被検部位の光学像が表像で、
且つ、正立像の状態で結像するように構成したリレーレ
ンズ系を配置することにより、複雑な電気処理を行うこ
となく、被検部位と内視鏡観察画像との位置関係及び方
向感覚を一致させることができる。このことにより、さ
らに信号処理装置の電気回路を簡素化して内視鏡装置の
コストダウンを達成することができる。

【００４０】なお、一般的に、ＣＣＤには撮像面を保護
する目的でカバーガラスが設けられているが、１つの固
体撮像素子の撮像面上に複数の対物光学系で得られる光
学像を結像させる際には、前記ＣＣＤの撮像面上での像
周辺のエッジがぼけてしまって、見にくくなるという不
具合があった。このため、本実施形態では図１２に示す
ように１次結像点Ｉ1 に視野マスクを設置して、エッジ
のぼけていない視野形状を２次結像点Ｉ2 であるＣＣＤ
３５の撮像面上に写し出して、良好な内視鏡観察画像を
得て、検査性を向上させている。

【００４１】［付記］以上詳述したような本発明の上記
実施形態によれば、以下の如き構成を得ることができ
る。

【００４２】（１）視野方向が互いに異なる複数の対物
光学系と前記複数の対物光学系でとらえた被検部位の光
学像が結像する１つの固体撮像素子とを挿入部の先端側
に配設した内視鏡において、前記固体撮像素子の撮像面
に被検部位の光学像を、表像の状態で結像するように各
対物光学系を構成し、この固体撮像素子に結像した複数
の表像を出力装置に同時に表示する内視鏡。

【００４３】（２）前記対物光学系の内部に設ける反射
面での反射回数が偶数である付記１記載の内視鏡。

【００４４】（３）前記複数の対物光学系の観察視野同
士が互いに重複する視野重複部を有する付記１記載の内
視鏡。

【００４５】（４）前記複数の対物光学系が２つであ
り、一方が直視対物光学系で、他方が上方視対物光学系
である付記１記載の内視鏡。

【００４６】（５）前記複数の対物光学系が２つであ
り、一方が直視対物光学系で、他方が側方視対物光学系
である付記１記載の内視鏡。

【００４７】（６）前記複数の対物光学系が２つであ
り、一方が直視対物光学系で、他方が斜視対物光学系で
ある付記１記載の内視鏡。

【００４８】（７）前記複数の対物光学系が２つの側方
視対物光学系である付記１記載の内視鏡。

【００４９】（８）前記対物光学系の反射面での反射回
数が２回である付記１または付記２記載の内視鏡。

【００５０】（９）前記対物光学系が少なくとも１回の
リレー光学系を備えている付記１または付記２記載の内
視鏡。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の内視鏡によ
れば、視野方向の異なる複数の対物光学系でとらえた被
検部位の光学像を観察しやすく且つ正確に撮像装置に表
示することの可能な内視鏡を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１ないし図７は本発明の第１の実施形態に係
り、図１は内視鏡の外観を示す図

【図２】図１のＡ部の拡大斜視図

【図３】図２の矢印Ｘ側から見たときの図

【図４】図２の矢印Ｙ側から見たときの図

【図５】直視対物光学系と上方視対物光学系とのレイア
ウトの１例を示す概念図

【図６】上方視対物光学系の構成を説明する断面図

【図７】内視鏡の作用を具体的に示す説明図

【図８】図８ないし図１１は本発明の第２の実施形態に
係り、図８は内視鏡の挿入部の先端側の概略構成を説明
する断面図

【図９】被検部位を対物光学系を通してＣＣＤの撮像面
に結像させるまでの概念図

【図１０】ＣＣＤの撮像面に結像している光学像の状態
及びＴＶモニタへの表示状態を説明する図

【図１１】内視鏡の作用を具体的に示す説明図

【図１２】本発明の第３の実施形態に係る被検部位を対
物光学系を通してＣＣＤの撮像面に結像させるまでの別
の概念図

【符号の説明】

１３…側方視対物光学系 １５…ＣＣＤ １６…プリズム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 視野方向が互いに異なる複数の対物光学
   系と前記複数の対物光学系でとらえた被検部位の光学像
   が結像する１つの固体撮像素子とを挿入部の先端側に配
   設した内視鏡において、 前記固体撮像素子の撮像面に被検部位の光学像を、表像
   の状態で結像するように各対物光学系を構成し、この固
   体撮像素子に結像した複数の表像を出力装置に同時に表
   示することを特徴とする内視鏡。