JPS61103116A - 内視鏡用画角可変装置 - 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］ 本発明はメカニカルな可動手段を必要とせず液晶を用い
て実現した内視鏡用画角可変装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 一般に内視鏡は、比較的広角度の視野を有する対物用の
結像レンズが用いら机、そのため被写体深度が広くなり
、焦点調Ｖ機能を有しない固定焦点方式のもので観察で
きるようにしであるが、患部をＪ：り的確に診断するた
めには、挟角で患部を中心に詳しく調べたり、広角で患
部と周辺部との相違等を全体的に調べることが必要とさ
れることがある。この場合、従来例では内？！鏡の先端
側を可動させて、被写体距離を可変設定しなければなら
ず、不便である。

このため、特開昭５８−４６３０８号公報にあるように
結像レンズとしてズームレンズを用いると共に、少くと
もその一部のレンズを可！ｅさせることによって、上記
不便を解消する従来例がある。

しかしながら、挿入部の先端部内に、かなりの収納スペ
ースが必要となるレンズの可動手段を設けることは先端
部の径あるいは長さが大きくなり、挿入の際等に患部に
与える苦痛を増大させるという欠点がある。又、上記可
動手段を設けることは非常に高精度の製造工程を必要と
し、内視鏡が高価格になるという問題が生じる。

［発明の目的Ｊ 本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、かな
りの収納スペースが必要となるメカニカルな可動手段を
必要とすることなく、電気的に対物レンズの両名変化を
可能とする液晶を用いた内視鏡用画角可牝装置を提供す
ることを目的とする。

［発明の概要］ 本発明は結像用対物レンズとして、その印加電圧又はそ
の周波数又は磁界強度を可変することによって、その焦
点距離を可変可能とする液晶レンズを用いることによっ
て、先端部を殆んど大きくすることなく、所望とする画
角での観察を可能と）　　　　　　している。

［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図及び第２図は本発明の第１実施例に係り、第１図
は第１実施例を示し、第２図は第１実施例を備えた内視
鏡を示す。

第２図に示すように１実施例を備えた内視ｖＬ１は、体
腔内に挿入可能とされる細長の挿入部２を設けた内視鏡
本体３と、該内祝鏡本体３の手元側操作部４に着脱自在
に装着されるコネクタ５を設けたクープル６を介して接
続されるビデオプロセス部７と、該ビデオプロセス部７
に一体的に設けられた（又はビデオプロセス部７とケー
ブルを介して接続された）表示装置部８と、照明手段を
形成する光源装置部９とから構成されている。

上記挿入部２の先端側には、結像レンズ系（対物レンズ
系）として液晶レンズ系１１が配設され、この液晶レン
ズ系１１の焦点面には固体搬像素子１２が配設されてい
る。しかして、駆動回蕗１３からこの固体陽像素子１２
に印加される読出しクロックによって、固体ｍｓ素子１
２の各受光素子で受光し、光電変操して蓄積された各画
素に対応する信号が読み出され、プリアンプ１４で増幅
された後、ビデオプロセス部７内の図示しない３つの色
フレームメモリに順次記憶されるようになっている。し
かして、読み出し時には各フレームメモリのデータが同
時に読み出され、表示装置８の画面にカラーで表示でき
るようになっている。

ところで、上記固体ｍ像素子１２を用いた搬像手段に対
する被写体照明用に、例えば次のような照明手段が形成
されている。

光源装置部９内のランプ１５の照明光は反射鏡１６で平
行光束にされ、モータ１７で回転される回転フィルタ１
８で３原色の各透過光にされ、コンデンサレンズ１９で
集光されてライトガイド２０の入射端に照射されるよう
になっている。しかして、このライトガイド２０の入射
端に照射された照明光は、挿入部先端側の出射端から配
光レンズ２１を経て、被写体側に３原色の各波長の光で
・　順次照射されるようになっている。

ところで内視鏡本体３の挿入部先端部に収納された液晶
レンズ系１１は、第′１図に拡大して示すように２組の
第１及び第２液晶レンズ２２’ａ、２２ｂから構成され
ており、操作部４に設けた選択スイッチ（の摘み）２４
によ−）（、印加電圧を可変設定して、液晶レンズ系１
１の画角状態を選択して、固体銀像素子１２の踊像面に
結ばれる像の範囲を選択できるようになっている。

＝上記第１及び第２の液晶レンズ２２ａ、２２ｂは、中
心間距離がｄｌｌｌｌれて鏡筒２５に固定されている。

上記第１の液晶レンズ２２８は、ガラス等の透明板２６
８両面に電極２７ａ、２８ａが形成され、この透明板２
６ａとスベーリ２９ａ、３０ａを介して対向する各凸レ
ンズ３１ａ、３２ａとの間のセル内に液晶３３８．３４
８が封入され、フレーム３５ａを介して鏡筒２５に固定
されている。尚、各凸レンズ３１８．３２ａにおける液
晶３３ａ。

３４ａに対向する内側の面には電極３６ａ、３７ａが形
成されてい、る。

第２の液晶レンズ２２ｂも同様な構造になっている。但
し、液晶３３ｂ、３４ｂは透明板２６ｂ両面にそれぞれ
平行に対向１゛る各１対の電極２７ｂ、３６ｂ：２８ｂ
、３７ｂ間に均一な厚さで封入され、又、透明板２６ｂ
の各面に対向するレンズは平凸レンズ３１ｂ、３２ｂに
しである。尚、第１の液晶レンズ２２ａに対応する部材
には同符号を付けである。（但しａの代りにｂを用いて
区別している。） 上記各液晶レンズ２２ａ、２２ｂにおける例えば外側の
両電極３６ａ、３７ａ；３６ｂ、３７ｂはそれぞれリー
ド線等で導通されて接地され、一方向側の両電極２７ａ
、２８ａ；２７ｂ、２８ｂはそれぞれ導通され、選択ス
イッチ２４で選択された分圧比を形成する抵抗Ｒａ１．
Ｒａ２．Ｒａ３　　：Ｒｂ１．Ｒｂ２．Ｒｂ３を介して
ＤＣ／ＡＣコンバータ４０のＡＣ電圧が印加されるよう
になっている。尚、上記選択スイッチ２４は、連動する
スイッチ２４ａ、２４ｂで構成されている。

上記分圧用の抵抗Ｒａ１．Ｒａ２．Ｒａａ　ＳＲ・、　
　　　　　ｂ　１・Ｒｂ２・Ｒｂ３は・それぞれ半固定
抵抗等用いて所定の分圧比に設定され、選択スイッチ２
４でそれぞれ選択された場合における液晶レンズ２２ａ
、２２ｂへの印加電圧にＪ５いて、固体蹟像素子１２の
Ｉｌｌ像面に合焦状態での結像範囲が異るように設定し
である。

ところで、上記第１及び第２の液晶レンズ２２ａ、２２
ｂにおいて、各液晶３３ａ、３４ａあるいは３３ｂ、３
４ｂは同一の特性を有する液晶が電圧を印加していない
ときの各々の液晶分子の配向状態つまり光軸方向が同車
の７．１号Δ、Ｂで小寸ように互いに直交するように配
向処理され、且つこれら光軸方向Ａ、Ｂは液晶レンズ２
２ａ、２２ｂとしての光軸と直交ざｌ！（あり、それぞ
れ偏光板を必要としない焦点距１１１１１ｉ１変レンズ
を構成している。１ 即ら、入射光は、おＵいに直交する２つの偏光成分に分
解でき、第１図において、液晶３３ａの液晶分子の配向
方向へと、液晶３４ａの液晶分子の配向方向Ｂに分解し
て考える。まず、入射光の一成分であるＡの配向方向と
平行な偏向成分が液晶３３ａに入射した場合、この光線
成分は液晶３３ａに対して、異常光線となる。したがっ
て、この状態で液晶３３８に：電圧を印加すると、液晶
分子は電圧に応じて徐々に電極２７ａ、３６ａに垂直な
方向に向きを変えるので異常光線成分に対して液晶３３
ａのみかけの屈折率は異常光に対する値から常光に対す
る値まで連続的に変化し、焦点距離可変の効果をうける
ことになる。この液晶３３ａに対しての異常光成分は液
晶３４ａでは常光成分となるため、みかけの屈折率は変
化せず焦点距離可変の効果をうけない。したがって、そ
のまま直通ずる。一方、もう一方の入射光成分である液
晶３３ａに対して常光に相当する成分は該液晶３３ａで
はみかけの屈折率には変化せず、焦点距離可変の効果を
うけないが、液晶３４ａでは異常光に相当する成分とな
るため上記液晶３３ａに異常光が入射した場合と同様に
、みかけの屈折率は変化し、焦点距離可変の効果を受け
ることになる。

液晶３３　ａ　Ｊ５よび３４ａは同じ電圧が印加される
ので互いに等しい焦点距離可変の効果を及ぼすことにな
る。したがって、２つの液晶３３ａ、３４ａの光軸方向
を互いに直交するように川ねることにより、あらゆる方
向の偏光に対しても焦点距離可変のレンズとして動作す
ることになり、偏光板を使用することなく入射光の偏光
方向に無関係に焦点距離を可変できるレンズが構成され
ている。

ところで、上記液晶レンズ２２ａは、印加さ札る電圧に
よって、凹レンズ状液晶３３ａ、３４８の屈折率が変化
しく例えば印加電圧が大きくなるにつれ、屈折率が小さ
くなる）、従って隣接する凸レンズ３１ａ、３２ａの屈
折率との大小関係により全体として凹レンズあるいは凸
レンズにも設定できるようにしである。

例えば、スイッチ２４Ｑにおいて、抵抗Ｒａａ側の接点
が選択された印加電圧が最大の状態では、液晶３３ａ、
３４ａの屈１１ｉ　＞を恒は最小となり、従って液晶３
３ａ、３４ａによる凹レンズとしての機能は小さく（そ
の焦点距離は良い）、一方、凸レンズ３１８．３２ａの
機能が勝り、全体としては凸レンズとして機能すること
になる。

しかして、スイッチ２４ａが実線で示す接点が選択され
ると、その印加電圧では液晶３３ａ、３４ａの屈折率が
凸レンズ３１ａ、３２ａを形成する（ガラス）材質の屈
折率と等しくなり、液晶レンズ２２ａは単なる透明板と
して機能覆る。

さらに、スイッチ２４ａが破線で示す接点と導通された
場合には、液晶３３ａ、３４ａの屈折率は大きく、該液
晶３３ａ、３４ａによる凹レンズ状部分の凹レンズとし
ての機能が凸レンズ３１ａ。

３２ａに勝り、全体としては凹レンズとして機能するこ
とになる。

上記第１の液晶レンズ２２ａが印加電圧によって、この
ように変化した場合、第２の液晶レンズ２２ｂもその凸
レンズとしての焦点距離が可変制御され、上記３つの状
態に対して、対象物の像を′＠作像面結ぶようになって
いる。

即ち、上記第１の液晶レンズ２２ａが印加電圧最大め状
態で、凸レンズとして機能する場合には、ざらに第２の
液晶レンズ２２ｂで撮像面に像を結ぶ広角レンズ状態に
設定される。第１の液晶レンズ２２ａが中間の印加電圧
となる透明板として機能する場合には、第２の液晶レン
ズ２２ｂで結像する標準レンズ状態に設定される。さら
に第１の液晶レンズ２２ａが最小の印加電圧となる凹レ
ンズとして）晟能する場合には、第２の液晶レンズ２２
ｂどの組合わせで狭角レンズ状態に設定されるようにし
である。尚、広角、（定１ｖ−等の状態が上述では簡単
化されて設定されるよう説明されているが、液晶レンズ
２２ａ、２２ｂが上述とは異る焦点状態でも同様の機能
をさせることができるっこのように構成された第１実施
例によれば内視鏡１の挿入部２を体腔内等に挿入して、
適宜距８１１から広部等をＩＱ寮あるいは診断する場合
、全体的特徴を把握したいと思う場合には、操作部４に
設けたスイッチ２４を第１の液晶レンズ２２ａへの印加
電圧が最大となる接点を選択するのみで液晶レンズ系１
１の結像状態は広角レンズ状態に設定できる。従って全
体的特徴を把握した後、その一部をにり詳しく観察しよ
うとする場合には、スイッチ２４を切換えて挟角レンズ
状態にすれば良い。

このにうに、単にスイッチ２４の切換えで、液晶レンズ
２２ａ、２２ｂの焦点距離を電気的に可変設定して、画
角を変化させて観察できるので、従来例のように内視鏡
１の挿入部２を前進さゼたり、後退させたりして被写体
距離を変える面倒な操作をしなくても良い。又、従来例
のようにメカニカルな可動手段を先端部に設ける必要が
ないので、硬性の挿入部先端部の径あるいは長さが大き
くなることがなく、内視鏡の挿入の際等に患者に大きな
苦痛を強いることがないという利点を有する。

第３図は本発明の第２実施例を示す。

この第２実施例はそれぞれ非球面４１Ｇ、４２Ｃの液晶
レンズ４１．４２を２組用いて、対物（結像）レンズ系
が構成され、間に絞り４３を設けたこれら液晶レンズ４
１．４２によって、像伝達手段としてのイメージガイド
４４の端面に結像するように構成しである。

上記液晶レンズ４１．４２を構成する液晶４５ａ、４５
ｂは、電極４６ａ、４７ａ及び４６ｂ。

４７ｂをそれぞれ設けた透明板４８ａ、凹レンズ４９ａ
及び凹レンズ４８ｂ、透明板４９ｂで囲まれたセルに封
入されている。これら１対の各電極４６ａ、４７ａ及び
４６ｂ、４７ｂには第・１実施例のＪ、うに選定された
電圧が印加されるようになっている（簡略化して示しで
ある。）この第２実施例のように非球面にすることによ
って、収差を改善づることができる。

第４図は本発明の第３実施例である。この第３実施例は
上記第１実施例の液晶レンズ２２ａ、２２ｂの池に視野
変更用のプリズム状の液晶プリズム（又は液晶レンズ）
５１ａ、５２ａを設置ノーＣある。プリズム状セル内の
液晶ｒ）　、’３　ａ　、　５４　ａはその液晶分子の
配列が直交させてあり、へ剣尤の陽光に関係なく、印加
電圧によって、視野り向を可変できるようにしである。

つまり液晶５３ａ、５４ａのＪ４通電極５５ａと、その
両側のプリズム状透明部Ｎ５６ａ、　５７ａに設けた電
極５８ａ、５９ａそれぞれに印加する電圧を例えば連続
的に大さ’Ｃ４Ｌるように可変するとその屈折率は連続
的に小さくなり、視野方向が斜め上部側を向く方向Ｃか
ら斜め下部側を向く方向Ｃ′に連続的に可変できるよう
にしである。

上記第３実茄例における視野変更手段は液晶プリズム５
１ａ、５２ａでなく、第５図に示す第４実施例における
フレネル状の液晶プリズム６１８゜６２ａを用いても良
い。

上記フレネル状液晶プリズム６１ａ、６２ａは、：１髪
晶６３ａ、６４ａが封入されている一方の面が鋸歯状の
フレネル構造の面にして、電極６５ａ。

６６ａがコートされ、他方の面は平面電極６７ａ。

６８ａが形成されている。

上記第１図、第３図、第４図、第５図に示す各実施例に
おいて、被写体距離が変化した場合のピント調節を印加
電圧（の値）又はその周波数を変えることで行っても良
い。

第６図は上記第１実施例における液晶レンズ２２ａ、２
２ｂと、通常のガラスレンズ７１どを組合わせた第５実
施例を示す。

第７図は３紺の液晶レンズ、例えば２２ａ、２”、ｊ：
　　　　　　２ａ、２２ｂを組合わせて結像用の対物レ
ンズ系を構成したものである。

３枚組合わせることによって、第１実施例の場合よりも
画角変化量を大きく設定することもできるし、さらに異
なる画角状態での合焦状態をより広くできる。この場合
、固定焦点による合焦状態（画角変化させた場合には焦
魚距離が変化する）に設定することもできるが、焦点深
度以内からすれると、ピントがぼけるのＣ１印加電圧又
はその周波数を可変すれば鮮明に結像するようにピント
調整することもぐきる。つまり印加電圧等を可変して画
角変化したり、焦ｙ：ヱ合わせすることもできる。（Ｉ
Ｉ！！の実施例についでら固定焦点的な画角変化のみな
らず印加電圧等の調整ぐピント合わせもできる。） 尚、本発明にお番ノる液晶レンズの構造は上述にしたも
のに限らず他の形状のものであっても良い。

尚、画角可変する場合、第１図に示すような３つの画角
に選択が制約されるものでないことは明らかである。

又、液晶レンズの焦点距離を可変゛するために印　　　
　１加電圧又はその印加電圧の周波数を可変するもの　
　□゛に限定されるものでなく、磁界を変化させて、屈
折率を可変ｉ＋ｌ制御して、焦点距離を可変制御しても
良い。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、内視鏡の挿入部の先
端側に配設される対物レンズ系の少くともその一部を２
組の液晶レンズで構成しであるので、該液晶レンズに印
加する電圧゛または周波数又は磁界をａ＋ｌ制御づ−る
ことによって、同一の被写体距離に対して、所定の結像
面に異なる画角で結像可能とする手段を構成しであるの
で、簡単な操作で迅速に所望とする画角での観察ができ
る。又、メカニカルなレンズ可動手段を必要としないの
で挿入部の硬性の先端部の径あるいは長さを殆んど大き
くすることなく実現でき、挿入の際等に忠者に大きな苦
痛を強いることもないという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第１実施例に係り、第１図
は第１実施例を示す構成図、第２図は第１実施例を畜１
λた内視鏡を示す側面図、第３図は本発明の第２実施例
を示す断面図、第４図は本発明の第３実施例を示す断面
図、第５図は本発明の第４実施例における視野変更用の
液晶レンズを示ず断面図、第６図は本発明の第５実施例
を示す断面図、第７図は本発明の第６実施例を示ず断面
図である。 １・・・内視鏡　゛　　　　　　２・・・挿入部３・・
・内視鏡本体　　　　　４・・・操作部７・・・ビデオ
プロセス部　　９・・・光源装置１１・・・液晶レンズ
系　　　１２・・・固体撮像素子２０・・・ライトガイ
ド ２２ａ、２・２ｂ・・・液晶レンズ ２４・・・選択スイッチ ３３ａ、３４ａ、３３１）、３４ｂ・・・液晶４４・・
・イメージガイド 代理人　　弁理士　　伊　藤　　進 ０　　　■ 第３図 第６図 第７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）挿入部の先端側に結像用の対物レンズ系を収納し
   た内視鏡において、それぞれセルに液晶を封入した２組
   以上の液晶レンズを用いて構成した対物レンズ系と、該
   液晶レンズの焦点距離を電気的に可変する手段とを設け
   て、同一の被写体距離の被写体に対し、所定の結像面に
   結ぶ像の結像範囲を可変可能とすることを特徴とする内
   視鏡用画角可変装置。
2. （２）前記対物レンズ系は、プリズム状セル等に液晶を
   封入して電気的に視野方向を可変制御可能とする視野方
   向可変手段を具備することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の内視鏡用画角可変装置。