JPS6356524B2 - - Google Patents

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、フイ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つた。

ところで、最近に到り、小形で解像度の高い固
体撮像装置を開発されており、これを内視鏡内に
組し込み、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１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内視鏡軸
にほぼ平行に配置した固体撮像装置と、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
するレンズ部の後方に配置した反射部材とを有す
る内視鏡装置において、上記反射部材で１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読み出しを行う手段を
設けるものである。撮像面を光軸と平行に配置す
ることによつて、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つているが、この出力信
号を一水平走査の間で、前記逆読み出しを行う手
段によりその前後を逆転させることによつて、正
像に対応する出力信号とすることができる。した
がつて、内視鏡軸にほぼ平行に配置した固体撮像
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固体撮像装置の平行
配置と相俟つて内視鏡先端部の細径化を計ること
ができる。

〔実施例〕

次に図面に従つて本発明を詳細に説明する。

第１図は、本発明を適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
イツク面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。ダイクロイツク面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。ダイクロイツク面４を透過した光
は、光透過性ブロツク７中を通過し、ダイクロイ
ツク面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
ロイツク面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
透過性ブロツク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、光分解系によつ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。
したがつて、如何にして、小さな光分解系によつ
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、そのダイクロイツク面
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つて
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のダイクロイツク面
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ツク７
においては、そのダイクロイツク面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。したがつて、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ツクや固体撮
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、ダイクロイツク面８によつて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つて処理され
る。したがつて、光透過性ブロツク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つて求めると次の通
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２８，２９，３０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とダイクロイツク面４の下端部から所定角度３
０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＋１）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、ダイクロイツク面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２の寸法、角度を
選定すると、これと組み合わされる光透過性ブロ
ツク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の長さはａ，２４の長
さはａ√２となり、角度３２は3/8π、角度３３
は3/4π、角度３４は5/8π、角度３５，３６，３
８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、本発明を適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４５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４１を経て取り入
れ、レンズ４２と、ペンタプリズム２と、光透過
性ブロツク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１２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ためのリード線が収
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、ダイクロイツク面４は緑色光を反射
し、赤色光、青色光を透過し、ダイクロイツク面
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
はダイクロイツク面８で１回反射されるが、青色
光１３はいずれのダイクロイツク面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つて
いる。したがつて、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、一水
平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の青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。

一水平走査分の影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
イツ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、映像信号一
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個を選択するスイツチでもつて、
画素の明るさに比例した電荷量を一定順序で次々
にコンデンサのチヤージし、次いでチヤージした
順序とは逆に出力を取り出すことにより、映像信
号一ライン分を逆転するものである。

後者のデイ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５
３，５４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変換器によつ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ツク信号による電
位の傾斜により転送させる。映像信号一ライン分
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ツク信号に
従つて画素に比例する電荷を注入し、順次、転送
することによつて蓄積し、一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一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
と同じである。

〔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
読み出しを行う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。したがつて、内視鏡装置
において内視鏡軸にほぼ平行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ツク
構成図である。 １は入射光、２はペンタプリズム、３，９，１
２は固体撮像装置、４，８はダイクロイツク面、
５はミラー面、７，１１はガラスブロツク、４２
はレンズ、４４はリード線束、４５は光導体、５
３，５４，５５は増幅回路、５６は発振回路、５
７，５８は遅延回路、５９は記憶装置、６０，６
１，６２は出力増幅器、６３は水平偏向回路、６
４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. １ 被観察物体の像を撮像する内視鏡軸にほぼ平
   行に配置した固体撮像装置と、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レン
   ズ部の後方に配置した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１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
   走査の間で逆読み出しを行う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。