JPS63250982A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、複数の光学特性の像を得ることができる撮像
装置に関する。

［従来の技術と発明が解決しようとする問題点］近年、
電荷結合素子（ＣＯＤ）等の固体撮像素子を撮像手段に
用いた小型のビデオカメラや、電子内視鏡等の搬像装置
が種々提案されている。

ところで、前記固体撮像素子を用いた搬像装置では、従
来、受光面に入射する光量を調整するために、受光部前
面のレンズ系、または光源部に、絞り機構を設けていた
。

しかしながら、受光部前面のレンズ系に絞り機構を設け
たものでは、前記絞り機構が、レンズの光路内にあり、
また、複数の板状の遮光部材で構成されているため、大
型であり、また、最小絞りの精度が悪く、そのため、ビ
デオカメラのごとくシャッタースピードが一定の撮像装
置においては、高照度時にはＮＤフィルタにて光量を減
じていた。

また、絞りの変化に伴って、被写界深度が変化してしま
うという問題点がある。

また、面順次方式によってカラー画像を得る撮像装置で
は、被写体像を時系列的に色分解する手段として、照明
光学系内に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）。

青（Ｂ）の３色光を順次透過させる回転カラーフィルタ
を設け、光源からの光を前記回転カラーフィルタを透過
させることにより、照明光をＲ，Ｇ。

Ｂに順次切換えていた。

しかしながら、前記回転カラーフィルタは、ＲｌＧ、Ｂ
の各フィルタを光源光路中に時系列的に介装して、光源
からの光を時系列的にＲ，Ｇ、Ｂの各色光にするため、
光源装置が大型になるという問題点がある。

また、電子内視鏡のような撮像装置を用いて、被写体を
観察する場合、特に生体内では患部と正常部とを見分け
る場合、微妙な色調の差を検知（認識）する必要がある
。ところが、観察部位の色調の変化が微妙である場合、
この微妙な差を検知するには高度な知識と経験が必要と
され、その上、検知するまでに長時間を必要とし、また
、検知の間注意力を集中しても常に適性な判断をするの
は困難であった。

これに対処するに、例えば特開昭５６−３０３３号公報
には、可視領域以外の領域、例えば赤外波長領域では色
調の変化が大きくなるものもあることに着目して、少な
くとも一つの赤外波長領域を含むように分光するフィル
タを設け、波長領域に対応して電気信号を処理し、特定
の色信号により波長領域の画像を表示するようにした技
術が開示されている。この従来例によれば、赤外波長領
域で得られる不可視情報を可視情報に変換することがで
き、例えば患部と正常部の識別を迅速、容易に行うこと
が可能になる。

また、赤外光は生体内を透過しやずいことが知られてお
り、赤外光を用いて観察することにより、組織内部、例
えば粘膜下の血管の血流状態や血管の微細構造等を観察
することが可能になる。

しかしながら、上記従来例では、観察波長領域が固定さ
れているため、例えば、赤外光を利用した観察の場合に
は一般的な可視領域の画像が得られないため、両画像の
比較が困難であるという問題点がある。

このように、従来は、＠他装置を大型化することなく、
複数の光学特性の像、ずなわら、入射光量を変化させた
像や、面順次の各色照明光による像や、可視領域の像と
不可視領域の像等を得ることが困難であった。

尚、本発明の関連技術として、特開昭６０−１３６７１
４号公報、特開昭６０−１４９２６７号公報、特開昭６
０−”ｌ　４９２６９号公報等には、ＭＯＳ、ＣＯＤ等
の固体撮像索子では、光電変換された信号を読出すため
のスイッチ回路や電荷転送用の転送ライン等があり、受
光面積に占める感光部の割合が、例えばインターライン
型ＣＯＤの場合的３０％と低いため、圧電素子を用い撮
像素子本体または光学部品をフィールド周波数で１／２
画素移動させ、見掛は上の画素数を増加させ、解像度を
向上させる技術が開示されている。

［発明の目的］ 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、小型
で、複数の光学特性の像を得ることができる撮像装置を
提供することを目的としている。

［問題点を解決するための手段及び作用］本発明による
撮像装置は、固体撮像素子の感光部に対応する位置と非
感光部に対応する位置とに配置可能であって、互いに光
学特性の異なる複数組の光学部材を有する光学フィルタ
と、前記光学フィルタと前記固体撮像素子の感光部との
相対的な光学的位置を変化させる移動手段とを設け、移
動手段によって、光学フィルタと固体撮像素子の感光部
との相対的な光学的位置を変化させることにより、前記
固体撮像素子の感光部に入ｑ１する被写体像の光学特性
を変化させることができるようにしたものである。

［実施例コ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図ないし第４図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は固体搬像素子の構成を示す説明図、第２図は光学フ
ィルタを示す説明図、第３図は撮像装置の構成を示すブ
ロック図、第４図は電子内視鏡装置の全体を示す側面図
である。

本実施例の撮像装置は、例えば第４図に示すような電子
内視鏡に適用される。この電子内視鏡１は、細長で例え
ば可撓性の挿入部２の後端に大径の操作部３が連設され
ている。前記操作部３の後端部からは、側方に可撓性の
ユニバーサルコード４が延設され、このユニバーサルコ
ード４の先端部にコネクタ５が設けられている。一方、
光源装置及び信号処理回路が内蔵された制＠装置６には
、前記コネクタ５を接続可能なコネクタ受け８が設けら
れ、前記電子内視鏡１は、前記コネクタ５を前記コネク
タ受け８に接続することにより、前記制御装置６に接続
されるようになっている。更に、前記制Ｗ装置６には、
表示手段としてのカラーモニタ７が接続されるようにな
っている。

前記挿入部２の先端側には、硬性の先端部９及びこの先
端部９に隣接する後方側に湾曲可能な湾曲部１０が順次
設けられている。また、前記操作部３に設けられた湾曲
操作ノブ１１を回動操作することによって、前記湾曲部
１０を上下／左右方向に湾曲できるようになっている。

また、前記操作部３には、挿入部２内に設けられた処置
具チャンネルに連通ずる挿入口１２が設けられている。

本実施例の撮像装置２１は、第３図に示すように構成さ
れている。

前記先端部９には、対物レンズ等からなる結像光学系２
２が設けられ、この結像光学系２２の結像位置には、撮
象手段としての固体搬像素子、例えばＣ０Ｄ２３が、例
えば挿入部２の軸方向に垂直に配設されている。また、
前記Ｃ０Ｄ２３の前面側には、光学フィルタ３１が配設
され、この光学フィルタ３１の径方向の両端部には、こ
の光学フィルタ３１を径方向、すなわち結像光学系２２
の光軸に対して垂直方向に移動させる移動手段どしての
圧電振動子３２ａ、３２ｂが取付けられている。

一方、前記制御装置６内には、前記Ｃ０Ｄ２３を駆動し
、感光部で光電変換されて蓄積された信号電荷を読出す
ＣＯＤドライバ２４が設けられている。このＣＯＤドラ
イバ２４は、タイミング発生回路２５から出力されるタ
イミング信号よって、駆動タイミングが制御され、この
ＣＯＤドライバ２４からの駆動パルスは、前記制ｔ２Ｉ
ｌ装置６に接続された電子内視鏡１のユニバーサルコー
ド４及び挿入部２内に挿通された図示しない信号線を介
して前記Ｃ０Ｄ２３に印加されるようになっている。

前記Ｃ０Ｄ２３から読出された信号は、例えば前記電子
内視鏡１の先端部９内に設けられたプリアンプ２６で増
幅され、前記挿入部２及びユニバーサルコード４内に挿
通された図示しない信号線を介して、前記制御装置６内
に設けられた信号レベル検出回路２７に入力され、この
信号レベル検出回路２７で信号レベルが検出されるよう
になっている。この信号レベル検出回路２７から出力さ
れる信号レベル信号は、前記圧電振動子３２ａ、３２ｂ
を、例えば径方向の厚みが変化するように駆動する圧電
振動子駆動回路２８に入力されるようになっている。そ
して、前記圧電振動子３２ａ。

３２ｂは、前記信号レベル検出回路２７で検出される信
号レベルに応じて前記圧電振動子駆動回路２８によって
駆動され、前記光学フィルタ３１を径方向に前記信号レ
ベルに応じた母だけ移動するようになっている。また、
前記信号レベル検出回路２７を介して出力されるＣＣＤ
２３の出力信号は、信号処理回路２９に入力され、この
信号処理回路２９で映像信号処理され、この信号処理回
路２つから出力される映像信号が、カラーモニタ７に入
力され、このカラーモニタ７に被写体像が表示されるよ
うになっている。尚、前記タイミング発生回路２５は、
前記信号処理回路２９にもタイミング信号を印加して、
この信号処理回路２９のタイミングを制御するようにな
っている。

ところで、前記Ｃ０Ｄ２３は、第１図に示すように、例
えばインターライン転送型ＣＯＤが用いられ、光エネル
ギを電気信号に変換する感光部３５と、この感光部３５
に蓄積された信号電荷を胱出す読出しゲート３６と、前
記感光部３５と水平方向に交互に配列され、前記読出し
ゲート３６から読出された信号電荷を垂直方向に転送す
る垂直転送ＣＣＤ３７と、前記感光部３５及び重訂転送
ＣＣＤ３７の下側に設けられ、前記垂直転送ＣＣＤ３７
によって垂直方向に転送された信号電荷を水平方向に転
送する水平転送ＣＣＤ３８とで構成されている。尚、図
中、符号３９は、非感光部、すなわち垂直転送ＣＣＤ３
７を含めた１画素を示している。

一方、前記光学フィルタ３１は、第２図に示すよう、前
記Ｃ０Ｄ２３の感光部３５に対応する位置と、非感光部
である垂直転送ＣＣＤ３７に対応する位置とに、交互に
配列された、互いに光学特性の異なる第１のフィルタ群
４１と第２のフィルタ群４２とで構成されている。本実
施例では、前記第１のフィルタ群４１は、可視カラー用
の赤。

緑、青等の各色光をモザイク状等に配列したモザイクフ
ィルタになっている。一方、前記第２のフィルタ群４２
は、遮光部材で構成されている。

また、前記光学フィルタ３１の水平方向の両端部に、前
記圧電振動子３２ａ、３２ｂが取付けられている。この
圧電振動子３２ａ、３２ｂは、前記圧電振動子駆動回路
２８によって駆動され、例えば、一方が径方向に収縮す
ると共に、他方が伸展することによって、前記光学フィ
ルタ３１を第２図の水平方向に平行移動できるようにな
っている。そして、この光学フィルタ３１は、第２図（
ａ）に示すように、前記信号レベル検出回路２７で検出
される信号レベルに応じて、感光部３５上にモザイクフ
ィルタである第１のフィルタ群４１が配置された状「ε
１から、第２図（ｂ）に示ブように、感光部３５上に遮
光部材からなる第２のフィルタ群４２が配置された状態
まで、任意の位置に配置されるようになっており、この
光学フィルタ３１等によって絞り機構が構成されている
。すなわち、前記感光部３５に入射する光量が大きい場
合には、感光部３５上に配置される第２のフィルタ群４
２の割合が増加し、感光部３５に入射づ−る光量が減少
し、一方、前記感光部３５に入射する光量が小さい場合
には、感光部３５上に配置される第２のフィルタ群４２
の割合が減少し、感光部３５に入射する光量が増加する
ようになっている。

このように、本実施例では、ＣＣＤ２３の前面側に、感
光部３５に対応する位置と、非感光部である垂直転送Ｃ
ＣＤ３７に対応する位置とに、交互に配列された、モザ
イクフィルタからなる第１のフィルタ群４１と遮光部材
からなる第２のフィルタ群４２とで構成された光学フィ
ルタ３１が配設されている。この光学フィルタ３７は、
信号レベル検出回路２７で検出される信号レベルに応じ
て、圧電振動子３２ａ、３２ｂによって移動され、感光
部３５に入射する光量に応じて、前記感光部３５上に配
置される第１のフィルタ群４１と第２のイルタ群４２の
割合が変化する。すなわち、前記感光部３５に入射する
光量が大きい場合には、感光部３５上に配置される第２
のフィルタ群４２の割合が増加し、感光部３５に入射す
る光量が減少し、一方、前記感光部３５に入射する光量
が小さい場合には、感光部３５上に配置される第２のフ
ィルタ群４２の割合が減少し、感光部３５に入射する光
量が増加する。

このように、本実施例によれば、前記光学フィルタ３１
等によって、Ｃ０Ｄ２３のチップと略同形状の小型の絞
り機構を構成できる。

従来は、非感光部上に位置する光学フィルタは、Ｃ０Ｄ
２３から読出される信号に対しては意味を持たなかった
が、本発明のように、感光部上に位置する光学部材と非
感光部上に位置する光学部材とに互いに異なった光学特
性を与え、この光学部材を移動させることにより、ＩＩ
ｉ像装置を大型化することなく、複数の光学特性の像（
本実施例においては、入射光端を変化させた像）を得る
ことが可能になる。

また、本実施例によれば、Ｆナンバが変化しないので、
被写界深度が変化しない絞り前溝を提供することができ
る。また、ＮＤフィルタが不要になる。

尚、前記光学フィルタ３１を連続的に移動せずに、第２
図（ａ）に示す位置と第２図（ｂ）に示す位置とに切換
えるように移動することにより、シャッタのような動作
を行わせることも可能である。

また、従来の絞り機構との併用で、露出制御範囲の拡大
が可能となる。

第５図及び第６図は本発明の第２実施例に係り、第５図
は搬像装置の構成を示すブロック図、第６図は本実施例
の動作を示す説明図である。

第６図に示すように、Ｃ０Ｄ２３の前面側には、第１実
施例と同様に、第１のフィルタ群５１と第２のフィルタ
群５２とで構成された光学フィルタ５０が配設されてい
る。本実施例では、前記第１フィルタ群５１は、一般的
な可視カラー画像を得るためのモザイクフィルタになっ
ており、一方、前記第２のフィルタ群５２は、紫外また
は赤外の不可視領域に透過波長領域を有するモザイクフ
ィルタ、すなわち、赤外領域や紫外領域内で、互いに異
なる波長領域に透過特性を有するフィルタをモザイク状
等に配列したものになっている。この光学フィルタ５０
は、第１実施例と同様に、圧電振動子駆動回路２８によ
って駆動される圧電振動子３２ａ、３２ｂによって、径
方向（水平方向）に平行移動できるようになっている。

本実施例では、前記圧電振動子駆動回路２８は、フィル
タ切換回路５５によって制御され、前記光学フィルタ５
０は、このフィルタ切換回路５５の切換信号に応じて、
第６図（ａ）に示すように感光部３５上に第１のフィル
タ群５１が配置された状態と、第６図（ｂ）に示すよう
に感光部３５上に第２のフィルタ群５２が配置された状
態とに選択的に配置されるようになっている。

尚、本実施例では、プリアンプ２６を経たＣ０Ｄ２３の
出力信号の信号レベルを検出する信号レベル検出回路２
７は設けられていない。

その他の構成は、第１実施例と同様である。

本実施例では、Ｃ０Ｄ２３の感光部３５上に可視カラー
用の第１のフィルタ群５１が配置されると、一般的な可
視カラー画像を得ることができる。

一方、前記感光部３５上に、不可視用の第２のフィルタ
群５２が配置されると、Ｃ０Ｄ２３の各画素の画素信号
にそれぞれ例えば赤、緑、青の各色が割当てられて、不
可視領域の像が疑似カラー表示される。例えば、前記第
２のフィルタ群５２に赤外領域に透過波長領域を有する
フィルタを用いると、赤外領域の像が得られ、この赤外
領域の像から、一般的な可視領域の像では識別が困難な
各部位の色調差を検出することが可能になり、また、粘
膜下の血管の走行状態や腫瘍の浸潤範囲等の情報を得る
ことができる。

このように、本実施例によれば、光学フィルタ５０を移
動させ、ＣＣＤ２３の感光部３５上に、第１のフィルタ
群５１と第２のフィルタ群５２とを選択的に配置させる
ことにより、観察部位や観察目的に応じて、可視画像と
不可視画像とを切換えて観察することができる。

また、前記光学フィルタ５０を連続的に移動させ、感光
部３５上に占める第１のフィルタ群５１ど第２のフィル
タ群５２の０１合を変化させることにより、一般可視画
像と不可視画像が任意の割合でミックスされた画像を得
ることが可能になり、一般画像では観察不可能であった
被観察物の特徴が観察可能となる。

また、Ｃ０Ｄ２３のチップと略同形状の小型の光学フィ
ルタ５０等を付加することによって、小型で、可視画像
と不可視画像の観察が可能な撮像装置を構成できる。

尚、前記第１のフィルタ群５１と第２のフィルタ群５２
の分光特性は、適宜に選択することができ、例えば、第
１のフィルタ群５１を赤外透過フィルタとし、第２のフ
ィルタ群５２を紫外透過フィルタとしても良い。また、
光学フィルタを、可視透過フィルタ群と、赤外透過フィ
ルタ群と、紫外透過フィルタ群とで構成し、この光学フ
ィルタを、各フィルタ群が感光部３５上に選択的に配置
される位置に移動させることにより、可視画像、赤外画
像及び紫外画像が選択的に得られるようにしても良い。

また、赤外透過フィルタや紫外透過フィルタは、モザイ
クフィルタとせずに、１種類の透過波長領域のみを有す
るものとして、赤外画像や紫外画像は白黒画像として表
示するようにしても良い。

第７図ないし第９図は本発明の第３実施例に係り、第７
図は固体搬像素子及び光学フィルタを示す説明図、第８
図は撮像装置の構成を示すブロック図、第９図は本実施
例の動作を示す説明図である。　　　　　　　　　′ 本実施例では、第７図に示すように、Ｃ０Ｄ２３の前面
側に、１画素３９に対応する水平方向の領域内に、赤、
緑、冑の各色光をそれぞれ透過するストライブ状のＲフ
ィルタ６１．Ｇフィルタ６２．８フイルタ６３が水平方
向に順次配列された光学フィルタ６０が配設されている
。この光学フィルタ６０は、第８図に示すように、圧電
振動子駆動回路２８によって駆動される圧電振動子３２
ａ、３２ｂによって、径方向（水平方向）に平行移動で
きるようになっている。本実施例では、前記圧電振動子
駆動回路２８は、ＣＣＤ２３にＲ２Ｇ、Ｂ読出しパルス
を印加するタイミング発生回路２５からのタイミング信
号によって制御され、前記光学フィルタ６０は、第９図
（ａ）に示すように感光部３５上にＢフィルタ６３が配
置された状態と、第９図（ｂ）に示すように感光部３５
上にＧフィルタ６２が配置された状態と、第９図（Ｃ）
に示ずように感光部３５上にＲフィルタ６１が配置され
た状態の３つの状態に選択的に配置されるようになって
いる。

本実施例では、前記タイミング発生回路２５で、１フレ
一ム期間の時間をａ、ｂ、ｃの３つに分割したタイミン
グを発生し、その各タイミングに同期して圧電振動子駆
動回路２８が圧電振動子３２ａ、３２ｂを駆動し、第９
図（ａ）に示ザように時間ａの時には感光部３５上にＢ
フィルタ６３が配置され、第９図（ｂ）に示すように時
間すの時には感光部３５上にＧフィルタ６２が配置さ“
れ、第９図（Ｃ）に示すように時間Ｃの時には感光部３
５上にＲフィルタ６１が配置されるようになっている。

また、前記Ｃ０Ｄ２３は、前記光学フィルタ６０の位置
の切換に同期して読出され、このＣＣＤ２３からは、１
フレ一ム期間中に、Ｒ，Ｇ、Ｂの画像信号が出力される
。この画像信号は、プリアンプ２６で増幅された後、信
号処理回路２９で映像信号処理され、この信号処理回路
２９から、ＲｌＧ、Ｂ信号、または例えばＮＴＳＣ方式
の映像信号が出力される。

このように、本実施例によれば、光源側にてＲｌＧ、Ｂ
の面順次の照明光を発光することなく、一般の白色光を
用いて、面順次方式のカラー撮懺が可能なる。

また、光源側に、回転フィルタやモーフ等の大型部品が
不要になるため、撮像装置全体の小型化が可能になる。

尚、前記光学フィルタ６０としては、Ｒ，Ｇ。

Ｂの原色型ではなく、黄（Ｙｅ）、マゼンタ（Ｍ）、シ
アン（Ｃｙ）等の補色型でも良い。

また、前記光学フィルタ６０の位置の切換は、１フレ一
ム期間中ではなく、１フイ一ルド期間中で行っても良い
。

尚、本発明は、上記各実施例に限定されず、例えば、移
動手段として、バイモルフ圧電素子等の可動範囲の広い
素子を用いても良い。また、移動手段によって、光学フ
ィルタではなく、ＣＯＤ等の固体撮６素子を移動させる
ようにしても良い。

また、固体張機素子としては、インクライン転送型ＣＯ
Ｄに限らず、例えば、フレーム転送型ＣＯＤを用いて、
感光部に対応する位置と蓄積部に対応する位置とに配置
可能な複数組の光学部材を有する光学フィルタを設けて
も良い。また、その他、ＭＯ８型撮像素子や、ＣＰＤや
Ｃ３Ｄ等であっても良いことは言うまでもない。

尚、第１及び第２実施例にＪ５いて、カラー撮像方式は
、モザイクフィルタを用いた同時方式に限らず、面順次
方式であっても良い。

また、光学フィルタの複数組の光学部材は、上記実施例
の組合せに限らず、例えば、ｌｌｌ１を赤外カットフィ
ルタとしたり、互いに屈折率等が異なるフィルタとして
焦点距離を可変できるようにしても良い。

尚、また、本発明は、電子内？Ｊ！　鏡に限らず、ビデ
オカメラ等の種々のＥｌ装置に適用できる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、互いに光学特性の
異なる複数組の光学部材を右する光学フィルタと固体撮
懺素子の感光部との相対的な光学的位置を変化させるこ
とにより、前記固体撮像素子の感光部に入射する被写体
像の光学特性を変化させることができるので、小型の’
Ａｄ像装置で、複数の光学特性の像を得ることができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は固体搬（！素子の構成を示す説明図、第２図は光学
フィルタを示す説明図、第３図は撮像装置の構成を示す
ブロック図、第４図は電子内視鏡装置の全体を示す側面
図、第５図及び第６図は本発明の第２実施例に係り、第
５図は搬像装置の構成を示ずブロック図、第６ばは本実
施例の動作を示す説明図、第７図ないし第９図は本発明
の第３実施例に係り、第７図は固体撮像素子及び光学フ
ィルタを示す説明図、第８図は搬像装置の構成を示すブ
ロック図、第９図は本実施例の動作を示づ説明図である
。 １・・・電子内視鏡　　　　２２・・・結像光学系２３
・・・ＣＣＤ　　　　　　３１・・・光学フィルタ３５
・・・感光部　　　　　３７・・・垂直転送ＣＣＤ３２
ａ、３２ｂ・・・圧電振動子 ７′１１・・・第１のフィルタ群 ４２・・・第２のフィルタ群 第１図 第３図 第５図 第７図 第８図 り８ 第９図 、５２０ 手続ネ市正書（自発） 昭和６２年６月１７日 特許庁長官　　黒　１）明　雄　殿 １、事件の表示　　　昭和６２年特許願第８５５２４号
　　　　　　　ｂ代表者　　下　　山　　敏　　部 ５、補正命令の日付　　　（自　発） ６、補正の対采　　　明ＩＤ占の「発明の詳細な説明」
の欄７、補正の内容　　　別紙の通り １、明細内中第１４ページの第５行目ないし第６行目の
「・・・Ｆナンバが変化しないので、・・・」を「・・
・画素の開口率が変化するので、・・・Ｊに訂正します
。 ２、明ＩＩＩＩ書中第２０ページの第１９行目のＵ可能
なる。」を「可能になる。」に訂正します。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 撮像手段として固体撮像素子を用いた撮像装置において
   、前記固体撮像素子の感光部に対応する位置と非感光部
   に対応する位置とに配置可能であって、互いに光学特性
   の異なる複数組の光学部材を有する光学フィルタと、前
   記光学フィルタと前記固体撮像素子の感光部との相対的
   な光学的位置を変化させる移動手段とを設けたことを特
   徴とする撮像装置。