JPS6394216A

JPS6394216A - 内視鏡機器

Info

Publication number: JPS6394216A
Application number: JP61239133A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Nishiyama; 西山　正治; Yoshio Goto; 後藤　由夫; Noriyoshi Kobayashi; 則芳小林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-10-09
Filing date: 1986-10-09
Publication date: 1988-04-25

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】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は検査対象を立体視可能な内視鏡機器に関するも
のである。

（従来の技術）従来の内視鏡としては先端カメラ型と光フアイバー型と
がある。

先端カメラ型は、内視鏡の先端に超小型のカメラを装着
し、胃壁等をこのカメラで撮影するものであり、高解像
度の写真を得ることができる利点がある。一方、光フア
イバー型はファイバースコープとも称され、太さ約１０
μｍの光ファイバーを数万本束ねたものを内視鏡の中に
組み込み、これらの光ファイバーを介して胃壁等を直接
観察しようとするものである。このような光ファイバニ
型の解像度は光ファイバーの太さに依存することになる
。ところで、内視鏡は管径が細いこと、解像度が良いこ
とを性能向上の目標として開発、改良が進められており
、その一つの手段としてＣＣＤ　（電荷結合素子）を受
光素子に用いたものが考えられている。

内視鏡の別の問題として、観察部位の立体感がつかみに
くいということがある。これは、内視鏡は単眼用である
からである。

立体視の別の手段として光フアイバー束を２本用いて左
右両眼で対象部位を観察し立体感を得るようにしたもの
も提案されているが、立体感を得るためには所定の輻轢
角（６°前後）を確保することか必要なため、内視鏡自
体が太くならざるを得ない欠点があり、実用化されるに
至っていない。

さらに本体内に一対のドープのプリズムを使用し、且つ
電子シャッタにて左眼像（以下り像という）及び右眼像
（以下Ｒ像という）を交互に透過させ、該プリズムを介
して単一のＣＯＤに導くことにより、立体感を損なわず
且つスコープの細径化を計るという技術も知られている
（特開昭６１−８０２２１号）。しかしながら、この技
術においては、単一のレンズを介して左側（左側）及び
右側（Ｒ側）の如く光路を分離しているために、観察部
位の中心光軸はレンズの中心を通らずレンズの球面作用
による被写体像の歪が生じるばかりでなく、Ｌ像、Ｒ像
ともに、被写体中心、レンズ中心及びＣＣＤ　（素子）
中心の光軸が一致しないため、立体像が不十分である。

また、ドープのプリズムは所定の長さを必要とし、スコ
ープ先端の硬性部を長く構成せざるを得なかった。

（発明が解決しようとする問題点）本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、画像に
悪影響を与えず且つ構成を小型にして観察部位の立体視
を可能とした内視鏡機器を提供することを目的とするも
のである。

［発明の構成］（問題を解決するための手段）本発明の内視鏡機器は、観察される対象物を捕える右側
及び左側それぞれに観察像を分離する第１の光屈折系と
、この光屈折系にて分離された右側及び左側に対応した
観察像をそれぞれ入射し前記対象物の観察像を収束させ
る右側用及び左側用レンズ手段と、これらのレンズ手段
にて収束されるそれぞれの観察像を入射させ、単一の撮
像手段にそれぞれ導く第２の光屈折系と、前記対象物と
前記撮像手段の間であって、右側及び左側に分離された
光路上のいずれかに互いに交互に光路を遮断する遮光手
段とを内視鏡器具先端部に具備し前記遮光手段の交互遮
断に同期して表示される画像を観察することを特徴とす
るものである。

（作用）次に、上記構成の内視鏡機器の作用を説明する。

立体視するのに必要な輻轢角にて捕えられた観察部位は
、第１のプリズムにて右眼用及び左眼用に分離され、そ
れぞれのレンズに導かれる。これらの各レンズにて収束
される各観察部位の像は、第２の屈折プリズムにてその
光軸が互いに接近する様屈折され、単一の撮像手段に入
射される。そして、右側及び左側の各光路に配置された
シャッタ手段を交互に開閉し、この開閉動作に連動して
表示部にて交互に人間（観察者）の右眼及び左眼に導く
よう制御することで、立体視をすることを可能とするも
のである。

（実施例）以下に本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すものである。

１は体内の観察部位に挿入される内視鏡であり、その先
端部には断面が屋根形状の第１の屈折プリズム２が配置
される。この第１の屈折プリズム２はその詳細な構成は
後述するが、観察部位３の観察像をり、　Ｒ像に分離し
て捕え、Ｌ、　Ｒそれぞれの像の各光軸Ｌｉ、Ｒｉが互
いに平行になる様に屈折させる。これら光軸Ｌｉ、Ｒｉ
はそれぞれレンズ５Ｌ、５Ｒの中心光軸に入射され、そ
して次段の第２の屈折プリズム６に入射される。尚、第
１の屈折プリズム２は観察部位３までの平均的な距離に
より、その屋根形状の角度を適宜設定することが好まし
い。また第２の屈折プリズム６は、前述した第１の屈折
プリズム２とは異なり、常時一定の距離にある固体撮像
素子７へ各光路を導けば良いため、屈折角は一定のもの
で良い。これにより、Ｌ、　Ｒ像は観察部位３及び第１
の屈折プリズム２間の光軸の経路を同様に巡り、固体撮
像素子７の受光面に導かれる。尚、この固体撮像素子７
としては、機器を小形化するうえに、ＣＣＤなどを採用
するのが望ましい。また、第２の屈折プリズム６及び固
体撮像素子７間の各光軸上には、Ｌ側、Ｒ側を交互に遮
光する電子シャッタ８Ｌ。

８Ｒが配置される。そして、固体撮像素子７で撮像され
た観察像は、所定の駆動信号（図示しない）により例え
ば１／６０ｓｅｃ単位でフィールド画像信号として垂直
転送され、信号線９を介して内視鏡１の把持部付近に設
けられたカメラコントロールユニット（ＣＣＵ）１０へ
伝送される。このカメラコントロールユニット１０にお
いては、前述の固体撮像素子７を駆動する駆動信号を出
力するとともに、固体撮像素子７から得られる映像信号
を表示用のモニタ１１へ送出する機能を有する。

また、前述した電子シャッタ８Ｌ、８Ｒを交互に開閉駆
動するためのＬ／Ｒ切換ユニット１２を有し、このＬ／
Ｒ切換ニットから出力される切換信号（１／６０ｓｅｃ
毎）が、電子シー？　ツタ８Ｌ。

８Ｒ及びそれぞれ光を透過／遮断する機能を有する左眼
部１３Ｌ及び右眼部１３Ｒからなる観察者が使用する眼
鏡１３へ供給する。

前述の第１及び第２の屈折プリズムの具体的形状を第２
図に示す。尚、第２図はＬ側の光軸のみに着目している
が、Ｒ側光軸は対称関係にあるので説明は省略する。

すなわち、有効な立体感を生み出すために、観察部位３
と固体撮影素子７とを結ぶセンターラインＣＬに対して
Ｌ側像の光軸Ｌｉは例えば３゛とする。この片側輻轢角
が３°の光軸Ｌｉが、第１の屈折プリズム２へ入射面Ｓ
１に対する法線Ｖｌに対しθ１の角度で入射すると、空
気の屈折率ｎ１と第１の屈折プリズム２の屈折率ｎ２と
の相違により、θ２の角度に屈折する（このとき、θ１
〉θ２）。次に、第１の屈折プリズム２の出射面Ｓ２に
対する法線ｖ２に対し、光軸Ｌｉはθ３の角度で出射面
Ｓ２を出射すると、その後の光軸　Ｌｉはθ４の角度に
屈折される。（θ３くθ４）。この場合、プリズム２の
傾斜角αを３゜と設定すれば、第１の屈折プリズム２通
過後の光軸ＬｉはセンターラインＣＬに対し平行となり
、レンズ５Ｌへ垂直に入射する。

これらの関係を数値にて表現すると、屈折の法則によりｎ１ｓｉｎθ１−ｎ２ｓｉｎθ２・・・・・・・・・（
１）ｎ２ｓｉｎθ３−ｎ１ｓｉｎθ４・・・・・・・・
・（２）ｎｌ−１（空気）なので（ｌａ）、　　（２ａ）式により、（θ１．θ２．θ３．θ４）＜９０’　、ＣＬ／／Ｌｉ
１且つ θ１−θ４．θ２−θ３と設定する。

従って　α　−θ１−θ４−３゜また、各部の角度（θ１〜θ４）は、ｎ２−１．５より
（３）式を用いて適宜設定すれば良い。

この様に、α−３°とし、且つ第１の屈折プリズム２か
ら出射した光軸ＬｉとセンターラインＣＬとの距離を１
．５ｍｍとすると、第１の屈折プリズム２−観察部位３
間距離は３２ｍｍとなり、実用に供することが理解でき
る。

ただし、αの値は必要に応じて適宜変えてもよい。たと
えば微細な凹凸を詳細に観察したい場合は、αの値を大
きく設定しく例えば５°）、オーバーステレオ状態とす
れば有効となる。また、逆にオーバーステレオ状態が過
度の場合はαの値を逆に小さく設定（例えば２″）する
ことが好ましい。

前記電子シャッタ８Ｌの具体的構成は第３図に示すとお
りである。すなわち、この電子シャッタ８Ｌは、表裏両
面透明電極８１Ｌａ、８１Ｌｂか塗布された透光性セラ
ミックＰＬＺＴ　（ジルコン・チタン酸鉛系のセラミッ
クＰＺＴにランタン（Ｌａ）を添加した固溶体）と、こ
の透光性セラミックＰＬＺＴの両側に配置された９０°
位相の異なる偏光板８２Ｌ、８２Ｌｂとから構成され、
両透明電極８１Ｌａ、８１Ｌｂ対し電源１４からスイッ
チ１５を介して直流電圧を印加することによりこの透光
性セラミックＰＬＺＴは光を透過する状態となり、また
、スイッチ１５を開き直流電圧の供給を停止するとこの
透光性セラミックＰＬＺＴの偏光特性が変わり光を遮断
する状態となる光学的特性を有している。

他方の電子シャッタ８Ｒ及び左眼部１３Ｌ、右眼部１３
Ｒもこの電子シャッタ８Ｌと全く同様に構成されている
。

尚、第１図に示す実施例においては電源１４及びスイッ
チ１５の表示を省略している。

この様な構成を有する内視鏡機器は、次の様に動作する
が、この動作を第４図のタイムチャートを参照して説明
する。Ｌ／Ｒ切換ユニット１２からの一定周期の同期信
号により電子シャッタ８Ｌ。

８Ｒ及び左眼部１３Ｌ、右眼部１３Ｒの光の透過。

遮断状態がモニタ１１のフィールド周期に同期しつつ交
互に切替制御される。最初の同期信号が入力されて電子
シャッタ８Ｌが光の透過状態にあるとき、観察部位３か
・らの観察像は第１の屈折プリズム２、レンズ８Ｌ、第
２の屈折プリズム６、及び電子シャッタ８Ｌを経て固体
撮像素子７へ入射（Ｌ像）し、この固体撮像素子７によ
り電気信号に変換されてモニタ１１に送られる。これに
よって、モニタ１１上に左側の観察部位の像が表示され
るとともに、この像は図示しない映像記憶手段に記憶さ
れる。このとき、電子シャッタ８Ｌと同期して眼鏡１３
の左眼部１３Ｌが光の透過状態、右眼部１３Ｒが光の遮
断状態にあるので、観察者は左眼部１３Ｌを介して左眼
でモニタ１１上の観察部位の像を観察する。

次の同期信号によりモニタ１１のフィールドが切替わる
とともに、これに同期して電子シャッタ８Ｌが遮断状態
、電子シャッタ８Ｒが透過状態に、且つ左眼部１３Ｌが
遮断状態、右眼部１３Ｒが透過状態にそれぞれ切替わる
。この状態では、観察部位３の観察像は第１の屈折プリ
ズム２、収束レンズ５Ｒ，第２の屈折プリズム６、及び
電子シャッタ８Ｒを経て、固体撮像素子７に上述した観
察部位の像とは異なる角度からの観察部位の像（Ｒ１像
）として入射し、この固体撮像素子７により電気信号に
変換され、以下上述したと同様モニタ１１による表示と
記憶が行われる。この場合には、モニタ１１上の観察部
位の像を右眼部１３Ｒを介して右眼で観察することにな
る。

このようにしてモニタ１１上には１フイールド毎に異な
る角度からの観察部位の像、すなわち、立体視可能な輻
轢角を有する観察部位の像が表示され、これをモニタ１
１のフィールド周期に同期して切替制御される眼鏡１３
により観察することにより眼の残像とあいまって観察部
位像を立体視することができる。

また、この実施例の場合、第１の屈折プリズム２の作用
により左右のレンズ５Ｌ、５Ｒの中心に対し光軸を垂直
に入射させることができるので、これらレンズへの斜入
による観察部位の像の歪は生じない。さらに、観察部位
の像を一固体撮像素子へ導く際に反射する経路を持たな
いため、鏡像反転を補正するような処理は必要としない
。

第５図は本発明の第２の実施例を示すものである。尚、
同図において第１図に示す実施例と同一機能を有するも
のには同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

第２の実施例が第１図に示すものと異なる点は、内視鏡
１内に組み込んだ固体撮像素子７の代りに光ファイバ束
１６を配置して電子シャッタ８Ｌ。

８Ｒを経た光を内視鏡１の終端まで導くようにしたこと
、及び光フアイバー束１６により導かれた光を内視鏡１
の外部に配置した固体撮像素子１７を介して電気信号に
変換しモニタ１１へ送出するようにしたことである。

尚、光フアイバー束１６の終端と固体撮像素子１７との
間に集束レンズ（図示せず）を配置してもよい。

上記構成の第５図に示す第２の実施例は、電子シャッタ
８Ｌ、８Ｒを経た被写体像を光フアイバー束１６を介し
て固体撮像素子１７に導く点を除けば第１図に示すもの
と同様に作用し、したがって、これによっても観察部位
像を立体視することができる。

第６図は本発明の第３の実施例を示すものである。尚、
同図において第５図に示す実施例と同一の機能を有する
ものには同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省
略する。

第３の実施例が第５図に示すものと異なる点は、第５図
に対する固体撮像素子７に替え、光フアイバー束１６か
らの光を受けるリレーレンズ１８と、このリレーレンズ
１８を経た光を一部透過し一部反射するハーフミラ−１
９と、ハーフミラ−１９で透過、反射した光をそれぞれ
内視鏡１の電子シャッタ８Ｌ、８Ｒと同期しつつ透過、
遮断する撮像用電子シャッタ２０Ｌ、２０Ｒと、撮像用
電子シャッタ２ＯＬ、２０Ｒを経た光をそれぞれ転送す
る第１．第２のリレーレンズ２１Ｌ、２１Ｒと、この第
１．第２のリレーレンズ２１Ｌ、２１Ｒからの光をそれ
ぞれ電気信号に変換するビジコン等の電子管式の撮像素
子２２Ｌ、２２Ｒと、この撮像素子２２Ｌ、２２Ｒの出
力を交互に混合して一連の映像信号としてモニタ１１に
送出する信号混合器２３とにより撮像手段２４を構成し
たことである。尚、撮像素子２２Ｌ、２２Ｒは半導体式
のものを用いることもできる。

上記構成の第６図に示す実施例は、内視鏡１の電子シャ
ッタ８Ｌ、８Ｒと撮像手段２４の撮像用電子シャッタ２
０Ｌ、２０Ｒとがそれぞれ同期して透過、遮断状態、す
なわち、電子シャッタ８Ｌ側が透過状態の時は撮像用電
子シャッタ２０Ｌが透過し、電子シャッタ８Ｒ側が透過
状態の時は撮像用電子シャッタ２０Ｒが透過する。よっ
て、内視鏡１で得られたれ被写体像（Ｌ像）は、撮像手
段２４のリレーレンズ１８、ハーフミラ−１９、撮像用
電子シャッタ２０Ｌ及び第１のリレーレンズ２１Ｌから
なる光路を経て撮像素子２２Ｌに至り、ここで電気信号
に変換された後混合信号器゛２３を経て映像信号として
モニタ１１に送られ、ここで表示及び記憶が行なわれる
。また、モニタ１１の次のフィールドでは、内視鏡１で
得られた被写体像（Ｒ像）がリレーレンズ１８、ハーフ
ミラ−１９、撮像用電子シャッタ２０Ｒ及び第２のリレ
ーレンズ２１Ｒからなる光路を経て撮像素子２２Ｒに至
り、ここで電気信号に変換され信号混合器２３を経て映
像信号としてモニタ１１に送られ、ここで表示及び記憶
が行なわれる。モニタ１１上のフィールド毎に切替わる
観察部位の像を眼鏡１３により観察することにより、第
１図や第５図に示す実施例の場合と同様観察部位像を立
体視することができる。

この様に構成した第６図の実施例によれば、撮像素子と
して、光電面を電子ビームにてスキャンして読出すビジ
コン等の撮像管を用いた場合でも、２台の撮像素子２２
Ｌ、２２Ｒが画像の蓄積及び読出しをフィールド毎に交
互に行なうため、Ｌ像及びＲ像は第１及び第２の実施例
と同一のフィールドレイトでモニタ上に表示することが
可能となる。

本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、そ
の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

例えば、上述の実施例では屋根形プリズムを用いて説明
したが、第９図に示す様なＬ像、Ｒ徴用にそれぞれ別個
の専用プリズム２Ｌ、２Ｒ及び６Ｌ、６Ｒを用いても同
様の効果が得られることは当然である。この様に構成す
ることによって、内部反射や内部屈折（素材による）を
防止することができ、上述の実施例に対し明瞭な像を得
ることができる。また、上述した第１乃至第３の実施例
では、電子シャッタ８Ｌ、８Ｒは第２の屈折プリズム６
の以後に配置していたが、第１及び第２の屈折プリズム
２及び６間でも良いし、或いは第１の屈折プリズムの観
察部位の像入射側に設けても良い。特に、各プリズム間
に配置することは、Ｌ、　Ｒの各光軸間距離が最も大き
いため、実装上置も有効である。また、電子シャッタ４
ｂ、眼鏡１３の眼部１３Ｌ、１３Ｒ及び撮像用電子シ＋
ツタ２０Ｌ、２０Ｒは、透光性セラミックＰＬＺＴのほ
か、ＴＮ型液晶、ＤＳ型液晶などの液晶を用いても実施
できる。得に、ＤＳ型液晶を用いた場合偏光板を用いな
いでも光の透過、遮断特性を得ることができる。また、
モニタに備えた映像記憶手段、例えばＶＴＲその他によ
り一旦固体撮像素子からの映像信号を記憶し、これを必
要に応じてモニタ上に観察部位の像として表示すること
もできる。

さらに、観察部位の像を立体視する装置としてはこの他
第７図に示すものでもよい。

同図に示す装置は、固体撮像素子７で得られた映像を、
Ｌ／Ｒ切換ユニット１２により電子シャッタ８Ｌ、８Ｒ
と同期して切換制御される電子式信号切換器２５を介し
て第１．第２のフレームメモリ　（フィールドメモリで
もよい。）２６Ｒ。

２６Ｌへ入力するとともに、この第１．第２のフレーム
メモリ２６Ｒ，２６Ｌに第１．第２の表示手段（ＣＲＴ
）２７Ｒ，２７Ｌを接続することにより構成したもので
ある。

上記構成の装置の作用を次に説明する。電子シャッタ８
Ｒを通過した光が固体撮像素子７において映像信号とし
て取り出されたときには電子式信号切換器２５は端子２
５Ｒ側に導通する。

この結果、第１のフレームメモリ２６Ｈに一旦映像信号
が記憶されるとともに第１の表示手段この結果、第２の
フレームメモリ２６Ｌに一旦映像信号が記憶されるとと
もに第２の表示手段２７Ｌに２フイールドずつ同一映像
が表示される。

この状況を第８図のタイミングチャートに示す。

同図において、第１のフレームメモリ２６Ｈには映像信
号ａｌ、ａ２．ａ３・・・が入力される。映像信号ａ’
ｌ、　　ａ’２．・・・はこの第１のフレームメモリ２
６に蓄積された映像信号を示している。

同様に第２のフレームメモリ２６Ｌには映像信号ｂｌ、
ｂ２．・・・が入力される。映像信号ｂ’ｌ。

ｂ°２．・・・はこの第２のフレームメモリ２６Ｌに蓄
積されている映像信号を示している。

映像信号ａ１．ａ’ｌ、ａ２．ａ’２．・・・は第１の
表示手段２７Ｒに入力されて順次表示され、映像信号ｂ
ｌ　、　　ｂ’１．　ｂ２　、　　ｂ’２．・・・は第
２の表示手段２７Ｌに入力されて順次表示される。

これらの各表示画像は、第１の表示手段２７Ｒを右眼で
、第２の表示手段２７Ｌを左眼で観察する様、境界２８
ａを設けた観察器２８を用いることにより、連続した立
体像として認識することが示手段２７Ｒに入力されて順
次表示され、映像信号ｂｌ　、　　ｂ’ｌ、　　ｂ２　
、　　ｂ’２．・・・は第２の表示手段２７Ｌに入力さ
れて順次表示される。

これらの各表示画像は、第１の表示手段２７Ｒを右眼で
、第２の表示手段２７Ｌを左眼で観察する様、境界２８
ａを設けた観察器２８を用いることにより、連続した立
体像として認識することができる。

また、立体視する装置としては、特開昭５６−１３６５
３０号に示されている装置と同様に、レンチキュラース
クリーンにＬ像、Ｒ像を投影するようにしてもよく、こ
のようにすれば眼鏡１３を用いずに立体像を観察するこ
とができる。

［発明の効果］以上詳述した本発明によれば、構成を小型にし且つ観察
部位の像の歪を生じることなく立体観察を可能にした内
視鏡機器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す説明図、第２図は
屈折プリズムの光の屈折状態を示す説明図、第３図は電
子シャッタの構成を示す断面図、第４図は第１図に示す
実施例の各部の状態を示すタイミングチャート、第５図
は本発明の第２の実施例を示す説明図、第６図は本発明
の第３の実施例を示す説明図、第７図は本発明の詳細な
説明図、第８図は第７図に示す装置各部の状態を示すタ
イミングチャート、第９図は本発明の他の実施例を示す
説明図である。１・・・内視鏡２・・・第１の屈折プリズム、３・・・観察部位５Ｌ、
５Ｒ・・・レンズ６・・・第２の屈折プリズム、７・・・固体撮像素子８
Ｌ、８Ｒ・・・電子シャッタ、１１・・・モニタ代理人
弁理士　　則　近　憲　佑同　　大胡典夫 ”’ＳＬ第　　２ｖＡ８２Ｌ１）第　　３　　図絶　　４　　図第　　６　　図１３Ｌｑ訊２６Ｌ　　　　　　　ｊｉ　　Ｔ　　図１フレーム１フイールド第　　８　　図第９図

Claims

【特許請求の範囲】

観察される対象物を捕える右側及び左側各々に観察像を
分離する第１の光屈折系と、この光屈折系にて分離され
た右側及び左側に対応した観察像をそれぞれ入射し、前
記対象物の観察像を収束させる右側用及び左側用レンズ
手段と、これらのレンズ手段にて収束されるそれぞれの
観察像を入射させ、単一の撮像手段にそれぞれ導く第２
の光屈折系と前記対象物と前記撮像手段の間であって、
右側及び左側に分離された各光路上のいずれかに互いに
交互に光路を遮断する遮光手段とを内視鏡器具先端部に
具備し、前記遮光手段の交互遮断に同期して表示される
画像を観察することを特徴とする内視鏡機器。