JPS6138921A - 固体撮像装置を用いた内視鏡装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、生体腔内または機械構成部品等の空洞内を観
察するために使用する内視鏡装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、内視鏡装置において、被観察物体の画像を同時に
多人数で観察するためには、イメージガイドにより体腔
または空洞外に導き出した像をビジコンカメラ等を用い
て撮像し、ブラウン管に表示している。また画像処理、
例えば微分処理による輪郭の強調、フィルタリングによ
り見易い画像の形成等を行う場合にも同様にビジコン管
等により電気信号に変換し、上記の処理を行う必要があ
る。しかし、ビジコンカメラを用いた装置では構成が大
型かつ複雑となり、各種の調整が難しいと共に高価であ
る欠点がある。

また、内視鏡装置において、胃などの体腔内を観察する
際、患者への苦痛に最も大きな影響を与えるのは、内視
鏡の管径の太さであるが、従来の光学繊維束からなるイ
メージガイドを用いたものでは、管径の太さは、限度が
あり余り細くはできないという欠点があった。

ところで、最近に到り、小形で解像度の高い固体撮像装
置が開発されており、これを内視鏡内に組み込み、管径
を細くすることが考えられる。この場合、固体撮像装置
の撮像面を、対物レンズの光軸と垂直な面内に配置する
か、あるいはミラー等の反射部材を用いて光路を変更し
て撮像面を光軸と平行に配置するかのどちらかが考えら
れる。

後者の配置方法においては、反射部材における反射を奇
数回行わせる場合、固体撮像装置において得られる像が
反転するので、この像を再生時において正像に戻す手段
が必要となる。

従来の内視鏡装置、すなわち光学繊維束撮像系を用いた
装置においては、反転像を正像に戻すために、ダハプリ
ズムなどの特殊プリズムを用いる方法が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

固体撮像装置を用いる内視鏡装置において、撮像面を光
軸と平行に配置するために生ずる反転像を正像に戻すた
め、従来の光学繊維束撮像系を用いた内視鏡装置におい
て適用されているダハプリズムなどの特殊プリズムを用
いると、内視鏡先端部に収容されるこの特殊プリズムの
ためにその先端部が大型化し、小形の固体撮像装置を用
いて管径を細くするという利点が失われる。

本発明は、内視鏡装置に固体撮像装置を適用するにあた
り生ずる上記問題点を解決すべくなされたもので、内視
鏡先端部の細径化を計りつつ、固体撮像装置で得られる
反転像を正像に変換できるように構成した内視鏡装置を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明は、被
観察物体の像を撮像する固体撮像装置と、入射光束を上
記固体撮像装置に導くために入射光路を変更する反射部
材とを存する内視鏡装置において、上記反射部材で奇数
回の反射をうけた光束を入射した固体撮像装置の出力信
号を、一水平走査の間で逆転させる手段を設けるもので
ある。撮像面を光軸と平行に配置することによって、反
射部材で奇数回反射された光束が入射する固体撮像装置
からの出力信号は、反転像に対応するものとなっている
が、この出力信号を一水平走査の間で、前記逆転手段に
よりその前後を逆転させることによって、正像に対応す
る出力信号とすることができる。したがって、固体撮影
像装置に対する被観察物体からの入射光を、内視鏡の先
端部の管径を大とする特殊プリズムを用いて補正処理す
る必要がなくなり、内視鏡先端部の細径化を計ることが
できる。

〔実施例〕

次に図面に従って本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明を通用したカラー画像を表示する内視
鏡装置に用いる光分解系の一例を示す側面図である。被
観察物体から反射しレンズを通過した光１がペンタプリ
ズム２に入射し、ダイクロイック面４で、例えば緑色光
が反射され、青色光と赤色光が透過し直進する。ダイク
ロインク面４で反射された緑色光６はミラー面５で再び
反射され、入射光１と交叉した後、第１の固体撮像装置
３に入射する。ダイクロイック面４を透過した光は、光
透過性ブロック７中を通過し、ダイクロイック面８で、
例えば赤色光１０が入射光とほぼ直角に反射され、青色
光が透過し直進する。ダイクロイック面８で反射された
赤色光１０は第２固体撮影像装置９に入射し、透過した
青色光１３は光透過性ブロック１１を通過し、第３の固
体撮像装置１２に入射するように構成されている。

内視鏡装置においては、前述のように、体腔内または空
洞内に挿入する部分の管径は、出来るだけ小さくする必
要があるが、内視鏡装置先端内部に、上記の如く、固撮
像装置と光分解系とを組み込む場合、光分解系の占める
体積が他の構成部材に比べ最も大きくなるので、これを
最小にする必要がある。

一方、光分解系によって三色に分解される光は、それぞ
れに対応する固体撮像装置に到るまでのそれぞれの光路
長が等しくなければならない。したがって、如何にして
、小さい光分解系によって、所定の光路長を得るように
するかが問題となる。

そこで、上記のように、光分解系として、まずペンタプ
リズム２を用い、そのダイクロイック面４での第１の反
射光を、入射面とは異なるミラー面５で、入射光と交叉
するように再び反射させ、すなわち、反射光を入射光の
通過領域を横切って再び通過させるようにして、ペンタ
プリズム２の上側面に配置した第１の固体撮像装置３に
入射させるようにして、小さなペンタプリズムでも所定
の光路長が得られるようにするものである。

そして、ペンタプリズム２のダイクロイック面４に隣接
して配置され、該ダイクロイ・ツク面４を透過した２色
の光を受光する光透過性ブロック７においては、そのダ
イクロイック面８で、入射光に対してその一方の色の光
を直角方向に反射させ、第２の固体撮像装置９に入射さ
せるものである。

したがって、第２の固体撮像装置９は入射光に対して平
行に配置することができるので、入射光に対して直角方
向に光透過性ブロックや固体撮像装置が突出することは
なく、内視鏡装置先端部の管径を細くすることが可能に
なる。

この場合、第２の固体撮影像装置９に入射する光は、ダ
イクロイック面８によって１回だけ反射している光なの
で、他の撮像装置３．１２に入射する光学像に対して反
転することになるが、本発明においては、後で詳述する
ように、この反転光学像の補正は、電気的補正手段によ
って処理される。

したがって、光透過性ブロック７の外径は、先に述べた
如く、細く形成されたままで、正確なカラー画像を得る
ことができる。

なお、ペンタプリズム２の外径を小さくするには、第２
図において、２３で示す寸法を小さくする必要があるが
、この寸法が最小になる各部の寸法及び角度の一例を計
算によって求めると次の通りである。すなわち、上側面
の長さ２１及び入射面の長さ２２をａとして、角度２７
をπ／２．角度２Ｂ、　２９゜３０をそれぞれ５／８π
ラジアンとしたとき、２３の寸法、すなわち、ミラー反
射面５とダイクロインク面４の下端部から所定角度３０
で延びる面とで形成される稜線と、上側面との間の寸法
は、ａ　（ｔａｎπ／８＋ｌ）で表される。このように
、各部の寸法及び角度を選定すると２３の寸法は最小に
なるが、ダイクロイック面４及びミラー反射面５による
反射光が入射光と交叉するように構成すれば、これらの
数値は多少変動しても、２３の寸法はかなり小さくする
ことが可能である。

上記のようにペンタプリズム２０寸法、角度を選定する
と、これと組み合わされる光透過性ブロック７．１１の
各部の寸法及び角度は、各色の光路長を等しくするため
に、次のように選定される。

すなわち、２５．２６（７）長さはａ、２４（７）長さ
はａｒＴとなり、角度３２は３／８π、角度３３は３／
４π、角度３４は５／８π、角度３５．３６．３８は、
それぞれπ／４゜３７はπ／２ラジアンに設定される。

第３図は、本発明を通用したカラー画像表示用内視鏡装
置の体腔内に挿入される部分の一例として直視型の構成
を示す図である。この図示例は照明に光導体を使用した
もので、外部光源からの光を鞘４０内に通した光導体４
５で内部に導き、ガラス窓４３を通して被観察物体を照
明する。被観察物体からの反射光をガラス窓４Ｉを経て
取り入れ、レンズ４２と、ペンタプリズム２と、光透過
性ブロック７及び１１を介して光分解し、それぞれ固体
撮像装置３．９及び】２に結像させ、電気信号に変える
。

リード線束４４には、固体撮像装置３，９及び１２を駆
動するための信号及びこれらからの映像信号を取り出す
だめのリード線が収容されている。

第４図は、第３図に示した体腔内又は空洞内に挿入され
る部分と組み合わせて用いる、本発明に係る光学像反転
補正手段を含む部分の一実施例の構成を示す図である。

被観察物体を照明するための光源としてランプ６６を用
い、光導体４５により光を体腔内または空洞内に導く。

発振回路５６は固体撮像装置３，９及び１２の駆動信号
と、その映像信号を一水平走査期間で逆転するためのア
ナログレジスター５９と、カラーブラウン管６５の電子
ビームを振らせるための水平偏向回路６３及び垂直偏向
回路６４への同期信号とを供給する。

第１図に示した光分解系の一構成例では、上述したよう
に、グイクロイック面４ε才緑色光を反射し、赤色光９
青色光を透過し、ダイクロイック面８は赤色光を反射し
、青色光を透過するように構成されている。そして、緑
色光６は反射面５で更に反射された後固体撮像装置３に
入射するから、合計２回反射されることになり、また赤
色光１０はダイクロインク面８で１回反射されるが、青
色光１３はいずれのダイクロイック面４及び８をも透過
するため、１回も反射されないようになっている。

したがって、緑色光及び青色光に対し赤色光は反転した
ものとなるので、赤色光に対する出力電気信号を他の色
の電気信号に対して一走査期間内で反転させる必要があ
る。

この目的のため、固体撮像装置３から出力される緑の映
像信号は、増幅回路５３で増幅し、−水］走査時間だけ
遅延させるための遅延回路５７に通しカラーブラウン管
６５の緑格子を動作させるのに充分な電圧となる様に出
力増幅器６０で増幅する。また、固体撮像装置１２から
の青の映像信号は、増幅回路５４で増幅し、一水平走査
時間だけ遅延させるための遅延回路５８に通し、カラー
ブラウン管６５の資格子を動作させるのに充分な電圧と
なる様に出力増幅器６１で増幅する。一方、固体撮像装
置９からの赤の映像信号は、増幅回路５５で増幅し、一
水平走査期間で該信号をアナログレジスタ５９で逆転さ
せ、カラーブラウン管６５の赤格子を動作させるのに充
分な電圧となる様に出力増幅器６２で増幅する。

このように、赤色映像信号を一水平走査期間内で逆転さ
せることにより、反射回数の相違に基づく映像信号の反
転を補正すること、すなわち奇数回反射による反転像を
正像に補正することができ、正しく整合されたカラー画
像を映出することができる。

反射回数の相違は、先に述べたように光学系部分にダハ
プリズム等の余分の反射面を入れても補正できるが、こ
のようにすると内視鏡先端部分に配置しなければならな
い光学系が大きくなり、不都合である。

一水平走査分の映像信号を逆転させる場合、映像信号を
アナログのままで行う方式と、デジタル化して行う方式
とが考えられる。アナログ方式には、第１の方法として
映像信号をコンデンサとスイッチとの組み合わせで逆転
させる方式、第２の方法として半導体電荷転送素子を使
う方式とがある。

具体的には前者のアナログ方式は、映像信号−ライン分
の画素数に相当する数のコンデンサと、そのいずれか１
個を選択するスイッチでもって、画素の明るさに比例し
た電荷量を一定順序で次々にコンデンサにチャージし、
次いでチャージした順序とは逆に出力を取り出すことに
より、映像信号−ライン分を逆転するものである。

後者のディジタル方式では前者のアナログ方式と同様に
電荷として蓄積するが、映像増幅器５３゜５４及び５５
の後段に高速Ａ−Ｄ変換器を配置し、遅延及び逆転には
シフトレジスタあるいはランダムアクセスメモリを使用
し、その出力をＤ−Ａ変換器によってアナログ信号に戻
す。これらのレジスタまたはメモリでは素子が直列に接
続されており、入力した電荷をクロック信号による電位
の傾斜により転送させる。映像信号−ライン分の画素に
相当する数の２倍の素子数を有する電荷転送素子を用い
、入力端から映像クロック信号に従って画素に比例する
電荷を注入し、順次、転送することによって蓄積し、−
ライン分の蓄積が完了した時点で、電位傾斜を逆にし、
入力端から電荷を取り出すことにより−ライン分の逆転
が可能になる。デジタル方式は、Ａ−Ｄ変換、Ｄ−Ａ変
換を附加すること以外は、基本的にアナログ方式と同し
であ上述した内視鏡先端部の構成例は直視型としたもの
を示したが、勿論側視型のものにも適用することができ
る。

〔発明の効果〕

以上実施例に基づいて説明したように、本発明によれば
、入射光路中に介在する反射部材の作用により、固体撮
像装置上に入力された反転像を、該固体撮像装置の出力
信号を一水平走査の間で逆転させる手段を用いて正像に
変換するようにしたので、入射光路中にダハプリズム等
の特殊な補正プリズムを組み込む必要がなく、またこの
出力信号の補正手段は電気的な手段であり、大きな容積
を必要としない。したがって、内視鏡装置に固体撮像装
置を組み込んだ場合にもたらされる、内視鏡先端部の細
径化という利点を全く妨げることなく、反転像を正像に
補正することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による固体撮像装置を用いた内視鏡装
置の体腔内又は空洞内に挿入される部分に収容される光
分解系の一構成例を示す図、第２図は、第１図の光分解
系の最小寸法の一例を求めるための説明図、第３図は、
本発明による固体撮像装置を用いた内視鏡装置の体腔内
又は空洞内に挿入される部分の一構成例を示す図、第４
図は、本発明にかかる固体撮像装置を用いた内視鏡装置
の光学像反転補正手段の一実施例を示すブロック構成図
である。 １は入射光、２はペンタプリズム、３，９．１２は固体
撮像装置、４，８はダイクロインク面、５はミラー面、
７，１１はガラスブロック、４２はレンズ、４４はリー
ド線束、４５は光導体、５３．５４．５５は増幅回路、
５６は発振回路、５７．５８は遅延回路、５９は記憶装
置、６０．６１．６２は出力増幅器、６３は水平偏向回
路、６４は垂直偏向回路、６６は光源ランプを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被観察物体の像を撮像する固体撮像装置と入射光束を上
   記固体撮像装置に導くために入射光路を変更する反射部
   材とを有する内視鏡装置において、上記反射部材で奇数
   回反射された光束を入射した固体撮像装置の出力信号を
   、一水平走査の間で逆転させる手段を設けたことを特徴
   とする固体撮像装置を用いた内視鏡装置。