JPS6053901A - カラ−映像化用の各色順次照明・撮像装置 - Google Patents

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】 ［発明の技術分野］ 本発明は広範囲に適用できるカラー映像化用の各色順次
照明・撮像装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 近年、テレビジョンカメラとか内視鏡等に固体撮像素子
を用いた撮像装置が実用化される状況になっている。

現行の内視鏡は、イメージガイド及びライトガイドと呼
ばれる直径が数１０ミクロン程度の光学繊維を例えば数
万本最密状に束ねたものを像伝達手段及び照明光伝達手
段として用いており、特に内視鏡本体の先端部に設けた
結像光学系く撮像光学系）による被写体像をイメージガ
イドの先端面に結像し、手元操作部側まで挿通された該
イメージガイドの後端の像を接眼光学系にて観察できる
ようにしである。

これに対して、上述した固体撮像素子を用いた内？！鏡
においては、観察による診断を正確に行うために、映像
をカラー化する必要が望まれる。

最も一般的にカラー化する手段は、色分解光学系と一枚
あるいは三枚のモノクロの固体撮像素子を組合わせたも
のと、単一の固体撮像素子の各画素に対して赤、緑及び
青の３Ｒ色フィルタをモザイク状に配列したものとを組
合わせたものとが知られている。

しかしながら、前者のものは、色分解光学系及び複数枚
の固体撮像素子とを内視鏡の細く小さな空間内に配置す
ることが困難である。又、後者のものは、３原色フィル
タをモザイク状に形成しなければならず、低コスト化し
にくいと共に、各色成分の受光部が隣接して同一箇所で
受光しないため、混色が不充分となり、さらには色ずれ
を起こし易い。

このため、特開昭５８−４３６８６号公報に開示されて
いる従来例においては、光源装置側にダイクロイックミ
ラー等波長選択性を有する複数の光反射手段を照明光学
系と適宜角度なすようにそれぞれ配置し、且つ光源から
の照明光が前記各光反射手段で反射されてライトガイド
側に導かれるようにする偏向手段とを設けることによっ
て、３原色の各光で順次照明し、この照明に同期してモ
ノクロの固体撮像素子で撮像した信号をそれぞれ“　フ
レームメモリ等に記憶させ、再生詩にはこれらフレーム
メモリから同時に読み出すことによって、カラー映像化
を可能にしている。

しかしながら、上記従来例は、各ダイクロイックミラー
の配置及び偏向光学系等の配置構造が複雑となり、調整
箇所が多く、コス］・高となり量産性に適さない。又、
筬械的強度が弱く、小さな衡撃等に対しても、上記光学
系等が適宜位置からずれてしまい易く、照明光量が減少
したり、さらに大きくずれると色ずれ等が生じることに
なる。

又、特開昭５３−９０６８５号公報に開示されている従
来例においては、モータによって三原色フィルタを回転
させ、時分割的に三原色で順次照明するようにしである
。この従来例は例えば通常のカラーテレビ映像のように
１フレームを３０秒で再生可能にするにはモータをかな
り高速度回転しな【プればならなくなり、比較的大きな
モータを要する。勿論円板に取付ける三原色フィルタの
数を多くすれば回転数を小さくできるが、負荷が大きく
なり、小さなモータでは過負荷になり易い。

又、モータで回転させるため、小さなスペース内には収
納できないという欠点がある。さらに、モータから周波
数成分か一定しないノイズが発生し、周囲に悪影響を及
ぼすこともある。

上記２つの従来例ども照明装置としてはともかく、撮像
装置としては利用できないという欠点がある。

［発明の目的］ 本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、機械
的強度も比較的大きく、且つ小さなスペース内にも収納
でき、且つ簡単な構造で広く適用できると共に、撮像装
置側にも利用できるカラー映像化用の各色順次照明・撮
像装置を提供することを目的とする。

［発明の概要］ 本発明はストライプ状等のフィルタ及び該フィルタの形
状に応じて形成された透光部を１すた遮光部材との少く
とも一方を変位させることによって、３原色等の各色の
光で被写体を順次照明したり、撮像面に入射される光を
３原色等の各色の光に順次分解して取り込み可能とする
ことによって、カラー映像化を可能にする各色順次照明
又（よ各色順次撮像を形成できるようになっている。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。

第１図ないし第５図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は第１実施例が適用された内視鏡装置全体を示し、第
２図は照明装置部分を拡大して示し、第３図は照明装置
における遮光板及び該遮光板を駆動するバイモルフ振動
子を示し、第４図１よストライブ状色フィルタを示し、
第５図（ま遮光板を拡大して示す。

第１図に示すように内視鏡１は、細径の可撓性挿入部２
の先端側に結像用の対物レンズ３が配設され、該対物レ
ンズ３で結像される結像位置に撮像面が臨むように固体
撮像素子４が配設され、その裏面側に該固体撮像素子４
から出力される信号を低雑音指数で増幅する前置増幅器
５が収納され、この前置増幅器５の出力信号はリード線
束６を経て内視鏡１の手元側操作部又は外部に設けたビ
デオプロセス部７に入力されるようになっている。

ところで、上記挿入部２の先端部には上記対物レンズ３
に隣接する照明窓部に配光レンズ８が取付けられ、その
内側に先端面が臨むようにして光学繊維束（ファイババ
ンドル）を用いて形成された照明光伝達用のライトガイ
ド９が挿入部２内を挿通されている。このライトガイド
９は挿入部２後端側から可撓性のライトガイドケーブル
内を挿通され、このライトガイドケーブルの端部に形成
されたコネクタ１０を光源装置１１に着脱自在に装着で
きるようになっている。この装着されたコネクタ１０に
おけるライ１〜ガイド端面には、第２図に拡大して示す
ように第１実施例の３原色順次照明装＠１２によって３
原色の照明光が順次照射され、該端面に照射された３原
色の照明光は挿入部２の先端の配光レンズ８を経て被写
体側を照明するようになっている。

上記照明装置１２には、照明ランプ１３の光を反射鏡１
４で平行光束にし、コンデンサレンズ１５で集束して、
ライトガイド９の入射端に照射プる光路の間に、第４図
に示すようにストライプ状の３原色フィルタ１６と、該
フィルタ１Ｇのストライブに合わせて、第５図に示すよ
うにスリット状透光部１７を形成したく導光部材として
の）遮光板１８とを配設しである。

上記３原色フィルタ１６は、谷幅ｄでストライプ状に赤
の波長の光のみを通す赤透過フィルタ１６Ｒ，緑の波長
の光のみを通す緑透過フィルタ１６Ｇ、青の波長の光の
みを通す青透過フィルタ１６Ｂが１６Ｒ，１６Ｇ、１６
Ｂ、・・・と順次繰り返ずように形成されている。

一方、遮光板１８は、上記ストライプに合わせて、幅が
略ｄ（実際には若干小さくする。）となる透光部１７が
スリットにて形成され、隣接する透光部１７．１７の間
には幅が２ｄとなる遮光部１つが形成されている。

上記遮光板１８は、第２図又は第３図に示すようにその
上端及び下端にバイモルフ振動子２１゜２２の端部が取
付けられ、これらバイモルフ振動子２１．２２の他端は
枠体２３に固定されている。

上記バイモルフ振動子２１．２２にはリード線２４を介
して（バイモルフ）駆動回路２５から例えば鋸歯状の駆
動電圧が印加され、この印加された電圧によって、両バ
イモルフ振動子２１．２２は第２図及び第３図における
矢符Ａで示すように同位相で上下方向くスリットの長手
方向と直角となる方向）に変位し、変位量が略○、ｄ、
２ｄになった各位置で、被写体を赤、緑、青の各波長の
光で照明できるようになっている。

上記駆動回路２５は、ビデオプロセス部７における各色
での照明のものでの画像信号を順次切換えて百年するた
めの切換信号を発生する色切換信号発生回路３１からの
該切換信号を取り込んで、これと同期した鋸歯状波等を
出力するように形成しである。

上記ビデオプロセス部７において、上記クロック信号に
基づいて固体撮像素子４から出りされ前置増幅器５で増
幅された画像信号を増幅器３２で増幅するようになって
いる。

尚、上記前置増幅器５を挿入部２の先端側に収納したの
は、リード線束６等での減衰あるいは途中から混入する
ノイズでＳＮ比が減衰しないようにするためのものであ
る。

上記増幅器３２の出力は信号切換回路３３に入力され、
上記３原色の各照明光で照明されている期間ごとにマル
チプレクサ等を切換えて、各色信号出力ｍ３３Ｒ，３３
Ｇ、３３Ｂに３原色の色信号を順次出力する。これら色
信号出力端３３Ｒ１３３Ｇ、３３Ｂに出力された色信号
はそれぞれ色増幅回路３４Ｒ，３４Ｇ、３４Ｂで充分増
幅されてカラーブラウン管３５の各格子に印加される。

この場合、上記色切換信号発生回路３１は、その色切換
用の出力信号を水平偏向回路３６及び垂直偏向回路３７
に出力して水平偏向信号及び垂直偏白信号をそれぞれつ
くり、これら各回路３６，３７から出力される水平及び
垂直偏向出力にてカラーブラウン管３５の電子ビームを
諦引して３原色の各色信号にて順次画像を形成するよう
になっている。

３原色の各色での表示周波数は残像の時間よりその周期
が速く、視覚上°カラー映像として観察されるようにな
っている。

このように構成された第１実施例の３原色順次照明装置
１２を備えた内視鏡＠置によれば、照明ランプ１３とコ
ンデンサレンズ′１５との間の光路上で、例えばレンズ
１５の瞳位置に３原色フィルタ１Ｇと該フィルタ１６に
殆んど接するようにして遮光板１８とを配設し、遮光板
１８をバイモルフ振動子２１．２２に鋸歯状等の電圧を
印加して遮光板１８を振動的に変位させる。この遮光板
１８が変位する前は、各透光部１７は赤透過フィルタ１
６Ｒと対向する位置にあるため赤の波長の光のみが透過
されて被写体を照明しており、この期間固体撮像素子４
で受光され、前置増幅器５及び増幅器３２で増幅された
画像信号は色信り切換回路３３を経て赤の色増幅回路３
４Ｒに出力され、水平及び垂直偏向出力で掃引されなが
らカラーブラウン管３５に赤色の映像で表示される。

上記遮光板１８が例えば下方に略ｄだけ変位すると、信
号切換回路３３は緑の色信号出力’４３３Ｇと導通し、
この期間固体撮像素子４によって受光され、電気信号に
変換されて取込まれた画像信号は緑の色増幅回路３’４
Ｇで増幅され、同様にカラーブラウン管３５に緑色の映
像が表示される。

さらに遮光板１８が下方に略２ｄだけ変位すると、青色
の照明光となり、この照明光において固体搬像素子４で
受光された光量に応じて青色での映像が表示される。

上記略２ｄ下方に変位した遮光板１８は鋸歯状における
急峻な立下り部分で速ヤかに元の位置にもどり、再び上
述した動作を繰り返ず。

上記カラーブラウン管３５に３原色の各色で表示された
映像は、視覚上はカラー映像として観察される。

このように動作する第１実施例によれば、ストライプ状
の３原色フィルタ１６の谷幅ｄを充分小さく形成すると
共に、遮光板１８の透光部１７もそれに応じて形成し、
バイモルフ振動子２１．２２に電圧を印加して遮光板１
８を小さな振幅で振動させることによって、被写体を３
原色で順次照明できることになる。

この場合薄い金属板をエツチング等してスリット状透光
部１７を有する遮光板１８を容易にでき、且つ軽量にで
きると共に、充分小形状にもできる（尚、上記遮光板１
８を透明部材に遮光塗料等を塗布又は印刷しても形成で
きる）。従って、小さなバイモルフ振動子２１．２２で
も充分駆動できるど共に、その駆動に要する電力消費も
少くて済む。又、構造が簡単であり、回度化も可能であ
ると共に、低コストで実現できる。又、機械的強度も比
較的大きい。

尚、上述においては駆動回路２５は鋸歯゛状波をバイモ
ルフ振動子２１．２２に印加するようにしであるが、階
段波、つまりＯ，ｄ　、２ｄ　、Ｏ，・・・と短い時間
で望ましい各位置まで変位させ、鉄酸化に必要な固体搬
像素子４からの各画素の信号を取り込み可能な期間の後
に次の望ましい位置まで速やかに（短詩間で）変位でき
るようにする方がより有効である。

第６図は本発明の第２実施例の３原色順次照明装置にお
ける要部を示す。

この実施例は、光量の利用効率を向上させたものである
。

即ち、第１実施例の３原色フィルタ１６の両側に、遮光
板４１．４２が配設され、該遮光板４１゜４２をさらに
挾むようにはえの目しンス４３，４４を配設して（変位
により）３原色の各透過フィルタに照明光が導かれる導
光手段を形成しである。

上記遮光板４１及び４２は、各スリン１−状透光部４５
．４６が内側の３原色フィルタ１６側の幅が小さく略ｄ
どなり、両件側の幅がテーパ状に広くなっており、この
広くなった部分にはえの目レンズ４３．４４の各シリン
ドリカルレンス４３Ａ。

４４Ａの最も肉厚となる部分が臨み、矢符で示すように
照明ランプ側から入射される照明光かはえの目しンス゛
４３の各シリンドリカルレンズ４３Ａ部分で集光されて
各透光部４５を通って３原色フィルタ１６でフィルタさ
れ、さらに遮光部４６を経てさらにはえの目レンズ４４
で集光されて再び平行光束にされるようになっている。

この実施例においては、３原色フィルタ１６側が前述の
ようなバイモルフ振動子で振動的に変位される。

この実施例によれば、照明光を殆んど全て利用できるの
で、照明効率が良く、例えば上記第１実施例の場合より
３倍程明るく照明できる。

第７図は本発明の第３実施例における要部を示す。

上記第２実ｍ例においては２枚のはえ目レンズ４．３，
４．４が用いられているが、この実施例においては、照
明ランプ側のみにはえの目しンス５１か・用いられてい
る。このはえの目レンズ５１で３ｄの幅で入射された照
明光を集光し、各凹面部の透光部を経て幅ｄの平行光束
にされて３原色フィルタ１６側に進行するようにしであ
る。

上記はえの目しンス５１の３原色フィルタ１６側におけ
る路幅がｄとなる各凹面部の間は遮光塗料を塗布する等
して遮光膜５２による遮光部が形成されている。

この第２実施例の作用効果は上記第２実施例と略同様で
ある。この実施例は、一枚のはえの目レンズ５１で済む
ことと、遮光部を該はえの目レンズ５１の裏面側に遮光
塗料を塗布するのみて一体的に形成でき、低コスト化す
ることができる。

尚、この実施例においても３原色フィルタ１６側か、バ
イモルフ振動子で駆動されるようになっている。

第８図は本発明の第４実施例における内視鏡挿入部先端
側を示す。

この実施例においては挿入部２の先端側のライトカイト
９の先端面の前で配光ランプ８の手前の瞳位置に、例え
ば第１実施例（他の実施例のものでもよい）の構造の３
原色フィルタ１６と遮光板１８と、該遮光板１８を振動
させて変位させるバイモルフ振力子２１．２２とが配設
されている。

本発明はこの実施例にように充分小さなスペース内にも
組込むことができる。

尚、上記ライトガイド９の代りに高輝度の発光ダイオー
ドとかランプを用いることもできる。

第９図は本発明の第５実施例を示す。

この実施例は受光側に設けることにより、３原色順次撮
＠装置として機能するものである。

即ち、固体撮像素子４の前方で対物レンズ３の射出瞳位
置に例えば第１実施例の構造の３原色フィルタ１６と、
スリット状透光部を形成した遮光板１８と、バイモルフ
振動子２１．２２とが配設されている。尚、この場合、
バイモルフ振動子２１．２２は、３原色フィルタ１６を
振動させるようにしである。

この実施例によれば、被写体は例えばランプ６１によっ
て（少くとも）３原色を含む波長の光で同時に照明され
、該被写体で反射された光は、３原色フィルタ１６と振
動されて変位する遮光板１８とによって３原色の各波長
の光のみが順次透過され、固体撮像素子４の撮像面（結
像面）に３原色の各色で順次結像される。

従って、これら各色で結像された期間に固体撮像素子４
の各素子の信号を取り込むことによってカラー映像化で
きるようになっている。

この第５実施例によれば、内視鏡に限らず通常の照明下
のも７とでのモノクロームの撮像装置に適用することに
よって、カラー映像化を可能にする。

この場合、３原色フィルタ１６はストライブ状であるの
で、モザイク状のものよりも低コストて実現できる。又
、３原色フィルタ１６を振動させることによって、モザ
イク状フィルタを用いた場合における各色に応じて受光
素子の位置が若干異ってしまうことがなく、（異る色に
対しても同一部分から入射される光に対しては）同一箇
所の受光素子で受光するため、再生画の色ずれ等を防止
してより忠実に再現できる。

尚、固体撮像素子４における撮像面が、受光素子部と転
送部等とに分離して形成されているものにおいては、ス
リット状透光部を各受光素子の配列に一致させ、遮光部
を各受光素子との間の転送部等の部分に一致させること
により、画素数の低下を防止できる。この場合、例えば
受光素子の幅（ｄとする）と隣接するそれらの間の幅と
が略等しいときには、透光部の幅を上記ｄより小さくす
れば、画素数の低下を防止できる。又、隣接する受光素
子が接するように形成しである場合には透光部の幅をさ
らに狭くすれば、モノクローム〈白黒）で受光する場合
と等しい画素数を保持できる。

尚、上述の各実施例において、変位させる側を入れ変え
ることもできる（例えば上記第１実施例において、遮光
板１８でなく３原色フィルタ１６側を振動変位させても
良いことは明らかである。）又、遮光板１８側と３原色
フィルタ１６側とを共に逆位相で変位させるようにする
こともできる。

又、変位させる手段どしてバイモルフ振動子２１．２２
等が用いられているが、これに限定されるものでなく圧
電振動子とか永久磁石及びソレノイド（又は電磁石）と
の組合わせでも可能になる。

尚、上述の各実施例において、ライトガイド９の代りに
ランプとか高輝度の発光ダイオードを用いることもでき
ることは明らかである。この場合少くとも３原色の波長
の光を含むことが想定されている。

尚、固体撮像素子４の各受光素子に結像された各画素の
信号を取り込んでカラーブラウン管３５（又は液晶表示
板等でも良い）に表示する手段は上記第１実施例で概説
したものに限定されるものでなく、例えば取り込んだ信
号をフレームメモリ等に記憶し、３原色を同時に表示す
るようにすることもできる。

尚、本発明は、３原色フィルタ１６の各フィルタ部分及
び透光部１７は横方向あるいは縦方向あるいは斜め方向
等に細長となるものに限らず、モザイク状のものについ
ても適用できる。又、３原色の波長を用いるものに限ら
ず、３つの異る波長域の光を用いることによって、同様
にカラー映像化のための照明及び撮像装置が形成できる
ので、これらも本発明に属するものである。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、ストライプ形状等の
複数の各色透過フィルタ又は導光部材を変位させること
によって３原色等の各波長の光を透過させるようにしで
あるので、モノクロームの撮像素子を用いて分解能のあ
るカラー映像化を実現できる。又、小型且つ軽量で実現
でき、ざらに長寿命である。又、ま械的にも丈夫である
。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は第１実施例が適用された内視鏡装置全体を示す説明
図、第２図は第１実施例の照明装置部分を示す概略断面
図、第３図は遮光板と、これを駆動するバイモルフ振動
子を示す斜視図、第４図は３原色フィルタの一部を拡大
して示す正面図、第５図は遮光板を示す正面図、第６図
は本発明の第２実施例における要部を示す断面図、第７
図は本発明の第３実施例における要部を示す断面図、第
８図は本発明の第４実施例に係る内視鏡挿入部先端側を
示す断面図、第９図は本発明の第５実施例に係る内視鏡
挿入部先端側を示す断面図である。 １・・・内？！鏡　２・・・挿入部 ３・・・対物レンズ　４・・・固体撮像素子５・・・前
置増幅器　７・・・ビデオプロセス部９・・・ライトガ
イド　１１・・・光源装置１２・・・照明装置　１３・
・・照明ランプ１５・・・コンデンサレンズ １６・・・３原色ファルタ １７．４５．４６・・・透光部 １８．４１．４２・・・遮光板　１９・・・遮光部２１
．２２・・・バイモルフ振動子 ２５・・・駆動回路　３３・・・信号切換回路３４Ｒ，
３４Ｇ、３４Ｂ・・・色増幅回路３５・・・カラーブラ
ウン管 ４２．４３．５１・・・はえの目レンズ５２・・・遮光
膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被写体に対するカラー鉄血を得るために、被写体
   を３原色等の各色で順次照明する各色順次照明手段、又
   は３原色等の各色を含む光で照明された被写体に対し、
   各色の光をそれぞれ透過する複数の透過フィルタを用い
   てカラー撮像する撮像手段において、ストライプ等の形
   状の複数の透過フィルタと、該形状に応じて形成され、
   変位させることによって、前記各透過フィルタ部分に光
   を導く導光部材と、前記複数の透過フィルタ及び導光部
   材との少くとも一方を変位させ、光が複数の各透過フィ
   ルタを透過可能にする駆動手段とを設けたことを特徴と
   す゛るカラー映像化用の各色順次照明・撮像装置。
2. （２）前記導光部材は、前記複数の透過フィルタのスト
   ライブ形状等に応じて形成された透光部と、該透光部間
   を遮光する遮光部とで形成されることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のカラー映像化用の各色順次照明
   ・撮像装置。